Transport et Conversion de la charge
La charge est transférée successivement de porte à porte, puis est finalement convertie au nœud de sortie. La qualité du signal de sortie dépend directement de deux paramètres vitaux : l'efficacité de transfert de la charge (« Charge Transfer Efficiency ») et l'efficacité de conversion en sortie.
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Efficacité du transfert de charge
L'efficacité de transfert de charge permet de quantifier la qualité de passage de la charge d'une porte à l'autre d'un pixel ou d'une ligne/colonne à l'autre, ainsi qu'à travers les portes du registre à décalage de lecture. L'efficacité de transfert de charge d'une porte est très souvent proche de 1, toutefois le moindre écart peut avoir des répercussions énormes sur le signal final en fonction de la taille et du nombre de transfert de proche en proche. On peut la comparer avec la quantité d'eau qu'il resterait dans un seau après le transfert de tout son contenu dans un seau voisin. Le pourcentage de la quantité initiale d'eau transféré dans le second est la CTE. Les CCD de bonne qualité ont une CTE proche de 99.999%.
Si on reprend l'exemple du capteur CCD595 de chez Fairchild, le nombre de pixels est de 9216 par 9216, à 3 portes par pixel. Transférer l'information du pixel du haut vers le bas et à travers le registre de sortie requiert donc 9216 x 3=27648 transferts. L'efficacité de transfert vertical de charge est de l'ordre de 99,9999% donc seul 0,0001% du signal est perdu. Pour les 27948 transferts, seuls 2,7% de la charge seront perdus. Pour ce capteur précis, l'efficacité du transfert horizontal de charge est légèrement différente car l'information ne parcourt que ¼ du nombre de pixels pour rejoindre le nœud de sortie, et un système à seulement deux portes est utilisé pour chacun des 4 registres de sortie. L'efficacité de transfert de charge horizontale mesurée est de l'ordre de 99,995% et laisse dès lors 2,2% de charge perdue pour le dernier pixel.
Si la CTE d'un CCD est très mauvaise, des rayures (« streaks ») peuvent même apparaître sur l'image.
Structure de sortie
A la fin de son parcours à travers les différentes portes, la charge est finalement convertie en une tension par une diode flottante ou une diffusion flottante.
La différence de tension entre l'état final de la diode et sa valeur préchargée est linéairement proportionnelle au nombre d'électrons, ne. La tension de signal après la source est
Le gain G est approximativement égal à 1, q est la charge de l'électron et le taux de conversion de charge Gq/C varie typiquement entre 0,1µV/e- et 10µV/e-. Le signal est ensuite amplifié, traité, et numérisé par des électroniques externes au détecteur CCD.