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Qu’est-ce que l’injection de charges ?

L’injections de charges (CIC) est une source importante de bruit en imagerie à faible luminosité avec les caméras EMCCD. Ces faux comptes sont créés lors de la lecture d’un CCD, lorsque les photoélectrons sont transférés vers la zone de stockage ou lorsqu’ils se déplacent dans le registre de multiplications des électrons. Bien que ces charges (CIC) soient également générées dans les CCD conventionnels, elles sont négligeables puisque le bruit de lecture et le bruit thermique sont des ordres de grandeurs plus élevés. En comparaison, la technologie EMCCD rend le bruit de lecture négligeable, grâce au gain EM, et est refroidie pour réduire significativement le bruit thermique. Ainsi, l’injection de charges est la source dominante de bruit dans la majorité des acquisitions EMCCD.

La source de l'injection de charges

Dans les CCD, les charges doivent être transférées vers un seul composant, l’amplificateur de sortie, dans lequel les charges sont lues et rendues accessibles à l’utilisateur. Afin de déplacer les charges, un oscillateur électronique, ou horloge, génère un signal électrique structuré qui passe d’une haute tension à une basse tension. Cette oscillation du signal de l’horloge transfère les charges du signal (photo-électrons) sur le capteur vers la zone de lecture.

Lorsque ces signaux de l’horloge atteignent une certaine phase, la phase d’inversion, des charges positives (« trous ») sont créées dans la puce du capteur en silicium. Certains de ces « trous » restent piégés sur la puce et, lorsque le signal de l’horloge finit la phase inversée, ils sont accélérés. Ces charges à déplacement rapide peuvent entrer en collision avec les atomes de silicium de la puce avec une force suffisante pour créer un électron. L’électron créé est ensuite piégé dans un pixel avec les photoélectrons où il devient indiscernable du vrai signal.

Minimiser l'injection de charges

Comme les signaux d’horloge sont intrinsèques au processus de lecture d’une CCD, ils ne peuvent pas être éliminés. L’approche pour réduire l’injection de charges consiste donc à optimiser les signaux d’horloge.

D’autres fabricants d’EMCCD utilisent des horloges à 2 ou 3 niveaux qui envoient des signaux rectangulaires sur la puce, ce qui offre peu de flexibilité pour améliorer les performances ; autre que de répéter le patron avec une haute précision. Bien qu’il leur soit également possible de contrôler l’amplitude des signaux d’horloge, la réduction de l’amplitude diminuera l’efficacité du transfert de charge (ETC) qui réduit la qualité de l’image EMCCD.

Cependant, Nüvü Camēras a créé et breveté un contrôleur CCD pour le Comptage de Photons (CCCP) innovant, qui génère des signaux d’horloge à la fois plus fins et plus ajustables. Le CCCP de Nüvü™ génère des horloges multi-niveaux qui peuvent être ajustés sur une plage de 14 bits à une fréquence de 250 MHz, cela signifie qu’un signal sur n’importe lequel des 214 niveaux peut être envoyé chaque 4 ns. Cela permet d’optimiser un signal d’horloge spécifique pour chaque capteur individuel, en utilisant le motif optimal précis (sinusoïdal, triangulaire, etc.) pour pousser chaque unité EMCCD à ses performances maximales.

Cette technologie unique a permis à Nüvü Camēras de se distinguer par des performances de premier plan dans l’industrie depuis sa création, avec les niveaux de CIC les plus bas sur le marché et les plus hautes probabilités de détection de photon unique.

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