1 Kamera CCD Astronomi (1) Kuliah AS3100 Laboratorium Astronomi Dasar I Prodi Astronomi 2006/2007

2 Teori Dasar CCD: Charge-coupled devices: Piranti pencitraan fotoelektronik dari kristal semikonduktor yang tersusun atas sejumlah piksel (pixel=picture element=elemen gambar)

3 Mekanisme pencitraan oleh CCD Pembangkitan (Konversi foton ke elektron) dan penyimpanan muatan Efisiensi kuantum Pemindahan muatan dalam tiap piksel ke struktur keluaran Clock drivers Pendeteksian dan pembacaan muatan Konversi muatan/piksel ke tegangan/piksel dan proses Konversi tegangan/piksel ke Digital Number (DN)/piksel Pengubah analog-digital (ADC) Konversi DN/piksel ke citra yang dapat dilihat, penyimpanan ke berkas Frame grabber, media

4 Analogi kerja CCD  “conveyor belt” Analogi kerja CCD  “conveyor belt”

5 Efisiensi Kuantum: Superioritas CCD dibanding detektor lain dalam pencitraan astronomis

6 Sistem kamera CCD Control electronics Timing signal moves electrons to the amp On-chip amp Analog-to-digital converter Digital image information Computer stores image information Computer displays image hh

7 Clocks CCD detector Amplifier Digital converter Cooling system Input/ Output interface Computer Photons ADUs Skema komponen-komponen pengontrol kamera CCD Astronomi Images Acquisition command

8 Parameter karakteristik CCD 1.Sensitivitas 2.Read noise: Thermal noise, Diffusion luminescence, Output amplifier noise 3.Dark Count 4.Efisiensi hantaran muatan: linearitas, rentang dinamika 5.Fungsi transfer modulasi: gain

9 Sensitivitas Sensitivitas CCD=Efisiensi kuantum (QE)  jumlah elektron yang dibangkitkan per foton yang tiba. Respons spektral : QE( )

10 Sensitivitas piksel CCD Untuk suatu f, makin besar ukuran piksel  makin tinggi sensitivitas kamera Tinjau CCD dengan ukuran piksel 18   18  (kamera A) & 9   9  (kamera B) maka untuk suatu obyek astronomi: –Kamera B merekam nilai kecerlangan bintang ¼  kamera A –oversampled pada kamera B dan undersampled pada kamera A

11 Kapasitas piksel Kapasitas penuh sumur potensial (full-well capacity): Maksimum jumlah elektron yang bisa ditampung dlm ‘ember potensial’ ModelUkuran piksel (  ) Jumlah pikselFull-well capacity (e - ) ST7-XE 999 ST9-XE 20  ST2000-XM 7.4 

12 Anti-blooming Sejumlah radiasi cukup besar menumbuk piksel dalam waktu integrasi tertentu  jumlah elektron yang dibangkitkan melebihi full-well capacity  saturasi (saturation) & elektron ‘meluber’ ke piksel tetangga (blooming) blooming

13 Readout noise (derau baca- keluar) Derau readout dispesifikasikan dari CCD dan sistem total –Repeatability tiap kali muatan ditransfer ke luar dan didijitasi tidak sempurna. Konversi piksel yang sama dengan muatan serupa tidak selalu memberikan hasil yang sama dari pengubah A/D –Injeksi sinyal random (yg tak diinginkan) oleh sensor dan elektronik  bersama muatan piksel ikut didijitasi. Setiap konversi A/D akan memberikan distribusi/sebaran di sekitar nilai konversi ideal.  Hasil: “Ketidakpastian” berupa derau dinyatakan dalam elektron (e  )

14 NoModel CCDRead-out noise (e  r.m.s.) 1ST7-XE15 2ST9-XE13 3ST10-XE10 4ST2000-XM15 5Ap47-p11 6RSTL-1301E18 7RSTL-11000M/CM13 8RSTL-6303E13

15 Dark Count CCD Dark count mengacu pada karakteristik CCD yang membangkitkan muatan dalam kurun waktu dan temperatur tertentu Semakin rendah temperatur CCD  makin rendah nilai dark count Dark noise =  dark count Dark count dinyatakan dalam e  /piksel/detik pada T  (C atau K)