Что вызывает эти крестообразные артефакты на первых изображениях TESS?

Нечеткий свет, о котором вы упоминаете, является эффектом дифракции, а используемые световые перегородки имеют прямоугольную форму, что дает вам четырехсторонний узор. Существует документ , посвященный оптическому дизайну, в котором также рассматриваются ожидаемые эффекты рассеянного света (включая обратные отражения, известные как «призрачные» отражения). Я ничего не знаю об этой конкретной ПЗС-матрице, но яркие вертикальные линии выглядят так, как будто они представляют собой то, что известно как «цветение» в ПЗС-матрицах, где из-за яркой области так много заряда, что он тащится по всему экрану. сенсора по мере считывания заряда (кстати, у КМОП-сенсоров этой конкретной проблемы нет, по крайней мере, она так себя не проявляет).

Артефакты, описанные в вопросе, связаны с внутренними отражениями внутри кремния микросхем ПЗС. Для длинноволновой полосы пропускания TESS (красный и ближний ИК; от 600 до 1000 нм) кремний поглощает лишь слабо, и свет отражается внутри утонченной (~ 100 мкм) кремниевой подложки. Образцы поликремниевых затворов и связанные с ними упоры X вызывают дифракцию в X и Y, и, поскольку свет, попадающий на датчик, не всегда падает нормально, дифрагированные расширения могут искривляться.

слева: Эффект охвата в ПЗС-матрицах TESS с глубоким истощением . Рисунок 6. Поперечное сечение матрицы ПЗС, перпендикулярное направлению переноса заряда, вдоль затвора между двумя упорами канала. справа: Оптическая схема камеры для транзитного спутника для исследования экзопланет ( ТЭСС)

Дальнейшее чтение:

• Тестирование и определение характеристик ПЗС TESS
• Научная разработка ПЗС с обратной засветкой для спутника для исследования транзитных экзопланет
• Оптическая схема камеры для транзитного спутника для исследования экзопланет (TESS)
• Камера TESS: моделирование и измерения с платными устройствами глубокого истощения
• Тестирование и определение характеристик ПЗС TESS с платным доступом

Из справочника по приборам TESS, версия 0.1 (черновик от 6 декабря 2018 г.) :

6.7 Насыщенность изображения

Беглый взгляд на изображение очень насыщенной звезды (рис. 6.7) обнаруживает несколько особенностей:

• Стандартный слив заряда вдоль колонки из-за насыщения
• Рассеивать расширения изображения в направлении столбца
• Рассеивать расширения изображения в направлении строки

Эти и другие эффекты описаны ниже.

Рисунок 6.7: На этом изображении насыщенной звезды в FFI видны три основные особенности: резкое увеличение заряда из-за насыщения, протяженная горизонтальная особенность, возникающая из-за отражения красного света в объеме кремния ПЗС, и меньшая вертикальная структура, также из-за отражения света в объеме кремния.

6.7.1 Цветение

Для ярких звезд количество заряда, генерируемого фотонами, может превышать полную емкость пикселя, и электроны начинают перетекать в соседние пиксели по тому же столбцу (зарядовый барьер в ПЗС значительно ниже вдоль столбцов), это явление называется «цветущий». Разлитый заряд образует на изображении яркую тонкую вертикальную линию...

6.7.2 «Усы»

Рассеянные вертикальные и горизонтальные расширения изображения, наблюдаемые на некоторых изображениях с насыщением, обусловлены отражением длинноволнового света внутри объемного кремния ПЗС. Поскольку поверхность кремния с этой стороны не плоская, отражения будут идти вбок, вдоль рядов.

Канальные стопорные области, служащие для разделения пикселей в горизонтальном (строковом) направлении, образуют вертикальные структуры, идущие вдоль поверхности: здесь граница раздела кремний-SiO2 искривлена, образуя канальные стопорные области. При освещении светом, идущим перпендикулярно поверхности ПЗС, боковые стенки стопорных областей каналов частично отражают свет вдоль рядов. Если звезда находится недалеко от центра поля зрения камеры, отраженные горизонтальные лучи очень хорошо выровнены рядами. Если положение звезды на детекторе далеко от центра камеры, падающий свет не перпендикулярен поверхности кремния. При этом отражения от упоров канала наклоняются относительно рядов ПЗС, распространяясь на соседние ряды и создавая форму усов.

Кроме того, боковые лепестки усов становятся соответственно асимметричными при смещении звезды влево или вправо от центра, что можно объяснить различием углов отражения. В результате лепесток усов длиннее в направлении от оси у, проходящей через оптическую ось камеры.

Аналогичное явление объясняет вертикальные лепестки, которые немного смещены со строго вертикальной цветной колонкой, образуя такие же усы в вертикальном направлении, в дополнение к чисто вертикальной цветной колонке. В этом случае глубоко проникающая красная составляющая падающего света отражается от краев горизонтально расположенных структур, образованных поликремниевыми затворами ПЗС. Как и в случае с горизонтальными лепестками, отклонение от полностью вертикального вызвано тем, что свет звезды вблизи периферии поля зрения падает на поверхность ПЗС с направления, не ортогонального поверхности.

Более полное объяснение физики насыщенных изображений будет представлено в Prigozhin (2019).