25/07/31Bisan kung sa 2025, ang mga sensor sa CMOS nagdominar sa siyensya ug imaging sa mga konsumedor, dili kini kanunay ang kaso.
Ang CCD nagpasabot sa 'Charge-Coupled Device', ug ang CCD sensors mao ang orihinal nga digital camera sensors, unang naugmad niadtong 1970. Ang CCD- ug EMCCD-based nga mga kamera kasagarang girekomendar alang sa siyentipikong mga aplikasyon hangtod sa pipila lang ka tuig ang milabay. Ang duha ka mga teknolohiya nagpabilin gihapon karon, bisan kung ang ilang mga gamit nahimo nang niche.
Ang rate sa pag-uswag ug pag-uswag sa mga sensor sa CMOS nagpadayon sa pagdugang. Ang kalainan tali sa kini nga mga teknolohiya naa sa panguna sa paagi sa pagproseso ug pagbasa sa nakit-an nga elektronik nga bayad.
Unsa ang CCD Sensor?
Ang sensor sa CCD usa ka matang sa sensor sa imahe nga gigamit sa pagkuha sa kahayag ug pag-convert niini ngadto sa digital signal. Naglangkob kini sa usa ka han-ay sa mga light-sensitive nga pixel nga nagkolekta sa mga photon ug gihimo kini nga mga singil sa kuryente.
Ang pagbasa sa sensor sa CCD lahi sa CMOS sa tulo ka hinungdanon nga paagi:
● Pagbalhin sa Bayranan: Ang mga photoelectron nga nakuha kay electrostatically gibalhin pixel-to-pixel tabok sa sensor ngadto sa readout area sa ubos.
● Mekanismo sa Pagbasa: Imbis sa tibuok nga laray sa analogue to digital converters (ADCs) nga naglihok nga managsama, ang mga CCD naggamit lang og usa o duha ka ADC (o usahay labaw pa) nga nagbasa sa mga pixel nga sunud-sunod.
Capacitor ug Amplifier Placement: Sa dapit sa mga capacitor ug amplifier sa matag pixel, ang matag ADC adunay usa ka capacitor ug amplifier.
Giunsa Nagtrabaho ang CCD Sensor?
Ania kung giunsa ang usa ka sensor sa CCD molihok aron makuha ug maproseso ang usa ka imahe:
Figure: Proseso sa pagbasa alang sa sensor sa CCD
Sa pagtapos sa ilang pagkaladlad, ang mga sensor sa CCD una nga nagpalihok sa nakolekta nga mga singil sa sulod sa usa ka masked storage area sulod sa matag pixel (wala gipakita). Unya, usa ka laray sa usa ka higayon, ang mga singil gibalhin sa usa ka rehistro sa pagbasa. Usa ka kolum matag higayon, ang mga bayad sa sulod sa rehistro sa pagbasa gibasa.
1. Paglimpyo sa Bayad: Aron masugdan ang pag-angkon, ang bayad dungan nga matangtang gikan sa tibuok sensor (global shutter).
2. Pagtigum sa Bayad: Ang bayad natipon sa panahon sa pagkaladlad.
3. Pagtipig sa bayad: Sa pagtapos sa pagkaladlad, ang nakolekta nga mga singil ibalhin sa usa ka masked area sa sulod sa matag pixel (gitawag nga interline transfer CCD), diin sila makahulat sa pagbasa nga walay bag-ong namatikdan nga mga photon nga maihap.
4. Exposure sa Sunod nga Frame: Uban sa mga nakit-an nga mga singil nga gitipigan sa maskara nga lugar sa mga pixel, ang aktibo nga lugar sa mga pixel mahimong magsugod sa pagkaladlad sa sunod nga frame (overlap mode).
5. Sunod-sunod nga Pagbasa: Usa ka laray sa usa ka higayon, ang mga singil gikan sa matag laray sa nahuman nga bayanan gibalhin ngadto sa usa ka 'readout register'.
6. Katapusan nga Pagbasa: Usa ka kolum sa usa ka higayon, ang mga singil gikan sa matag pixel gibalhin ngadto sa readout node para sa readout sa ADC.
7. Pagsubli: Kini nga proseso gisubli hangtud nga namatikdan nga mga singil sa tanan nga mga pixel maihap.
Kini nga bottleneck tungod sa tanan nga nakit-an nga mga singil nga gibasa sa usa ka gamay nga numero (usahay usa) sa mga punto sa pagbasa, nagdala sa grabe nga mga limitasyon sa data throughput sa mga sensor sa CCD kumpara sa CMOS.
Mga Pros ug Cons sa CCD Sensors
| Mga pro | Cons |
| Low Dark Current Kasagaran ~0.001 e⁻/p/s kung gipabugnaw. | Limitado nga Speed Typical throughput ~20 MP/s — mas hinay kay sa CMOS. |
| Ang On-Pixel Binning Charges gisumada sa wala pa ang pagbasa, nga nagpamenos sa kasaba. | Taas nga Basaha nga Kasaba 5–10 e⁻ kay kasagaran tungod sa usa ka punto nga pagbasa sa ADC. |
| Global Shutter Tinuod nga global o duol-global shutter sa interline/frame-transfer CCDs. | Mas Dagko nga Mga Laki sa Pixel Dili matumbas ang miniaturization nga CMOS nga gitanyag. |
| Taas nga Pagkaparehas sa Imahe Maayo kaayo alang sa quantitative imaging. | Taas nga Pagkonsumo sa Gahum Nanginahanglan dugang nga gahum alang sa pagbalhin sa bayad ug pagbasa. |
Mga bentaha sa CCD Sensor
● Ubos nga ngitngit nga Current: Sa kinaiyanhon ingon nga usa ka teknolohiya, ang mga sensor sa CCD lagmit adunay gamay kaayo nga ngitngit nga sulog, kasagaran sa han-ay sa 0.001 e-/p/s kung gipabugnaw.
● 'On-pixel' Binning: Sa diha nga binning, ang mga CCD magdugang og mga singil sa wala pa ang pagbasa, dili pagkahuman, nagpasabot nga walay dugang nga kasaba sa pagbasa nga gipaila. Ang mangitngit nga sulog motaas, apan sama sa nahisgutan sa ibabaw, kini kasagaran ubos kaayo.
● Global Shutter: Ang 'Interline' nga mga sensor sa CCD naglihok nga adunay tinuod nga global shutter. Ang 'Frame Transfer' CCD sensors naggamit ug 'half global' shutter (tan-awa ang 'Masked' nga rehiyon sa Figure 45) – ang proseso sa pagbalhin sa frame sa pagsugod ug pagtapos sa exposure dili tinuod nga dungan, apan kasagarang mokuha sa han-ay sa 1-10 microseconds. Ang ubang mga CCD naggamit ug mekanikal nga shuttering.
Kakulangan sa CCD Sensors
● Limitado nga Speed: tipikal nga data throughput sa pixels per second pwede sa palibot sa 20 Megapixels per second (MP/s), katumbas sa 4 MP image sa 5 fps. Kini mga 20x nga mas hinay kaysa sa katumbas nga CMOS, ug labing menos 100x nga mas hinay kaysa high-speed CMOS.
● Taas nga Read Noise: Ang kasaba sa pagbasa sa mga CCD taas, kadaghanan tungod sa panginahanglan sa pagpadagan sa (mga) ADC sa taas nga gikusgon aron makab-ot ang magamit nga tulin sa kamera. Ang 5 hangtod 10 e- kay kasagaran para sa mga high-end nga CCD camera.
● Dagko nga mga Pixel: Alang sa daghang mga aplikasyon, ang gagmay nga mga pixel naghatag mga bentaha. Ang kasagaran nga arkitektura sa CMOS nagtugot sa mas gamay nga minimum nga gidak-on sa pixel kaysa sa CCD.
● Taas nga Konsumo sa Gahum: Ang mga kinahanglanon sa kuryente alang sa pagpadagan sa mga sensor sa CCD mas taas kay sa CMOS.
Mga Aplikasyon sa CCD Sensor sa Scientific Imaging
Bisan tuod ang teknolohiya sa CMOS nahimong popular, ang mga sensor sa CCD gipalabi gihapon sa pipila ka mga aplikasyon sa siyentipikanhong imaging diin ang kalidad sa hulagway, pagkasensitibo, ug pagkamakanunayon maoy labing importante. Ang ilang superyor nga abilidad sa pagkuha sa mga low-light signal nga adunay gamay nga kasaba naghimo kanila nga sulundon alang sa tukma nga mga aplikasyon.
Astronomiya
Ang mga sensor sa CCD kritikal sa astronomical imaging tungod sa ilang abilidad sa pagkuha sa hinay nga kahayag gikan sa lagyong mga bituon ug mga galaksiya. Kini kaylap nga gigamit sa duha ka obserbatoryo ug abante nga amateur astronomy alang sa taas nga exposure nga astrophotography, nga naghatud og tin-aw, detalyado nga mga hulagway.
Microscopy ug Life Sciences
Sa mga siyensya sa kinabuhi, ang mga sensor sa CCD gigamit aron makuha ang huyang nga mga signal sa fluorescence o maliputon nga istruktura sa cellular. Ang ilang taas nga pagkasensitibo ug pagkaparehas naghimo kanila nga perpekto alang sa mga aplikasyon sama sa fluorescence microscopy, live cell imaging, ug digital pathology. Ang ilang linear light nga tubag nagsiguro sa tukma nga quantitative analysis.
Inspeksyon sa Semiconductor
Ang mga sensor sa CCD hinungdanon sa paghimo sa semiconductor, labi na alang sa pag-inspeksyon sa wafer. Ang ilang taas nga resolusyon ug makanunayon nga kalidad sa imaging hinungdanon alang sa pag-ila sa mga depekto sa micro-scale sa mga chips, pagsiguro sa katukma nga gikinahanglan sa produksiyon sa semiconductor.
X-ray ug Scientific Imaging
Ang mga sensor sa CCD gigamit usab sa X-ray detection system ug uban pang espesyal nga aplikasyon sa imaging. Ang ilang abilidad sa pagpadayon sa taas nga signal-to-noise ratios, labi na kung gipabugnaw, hinungdanon alang sa tin-aw nga imahe sa mga mahagiton nga kahimtang sama sa crystallography, pag-analisar sa mga materyales, ug dili makadaot nga pagsulay.
Ang mga Sensor sa CCD May Kalambigitan Pa Karon?
Tucsen H-694 & 674 CCD Camera
Bisan pa sa paspas nga pag-uswag sa teknolohiya sa CMOS, ang mga sensor sa CCD layo sa karaan. Nagpabilin sila nga usa ka gipili nga kapilian sa ultra-low light ug high-precision nga mga buluhaton sa imaging, diin ang ilang dili hitupngan nga kalidad sa imahe ug mga kinaiya sa kasaba hinungdanon. Sa mga natad sama sa astronomiya sa lawom nga wanang o advanced fluorescence microscopy, ang mga camera sa CCD kanunay nga milabaw sa daghang mga alternatibo sa CMOS.
Ang pagsabut sa mga kalig-on ug kahuyang sa mga sensor sa CCD makatabang sa mga tigdukiduki ug mga inhenyero sa pagpili sa husto nga teknolohiya alang sa ilang piho nga mga panginahanglan, pagsiguro sa labing maayo nga pasundayag sa ilang siyentipiko o industriyal nga mga aplikasyon.
Mga FAQ
Kanus-a ko mopili og CCD sensor?
Ang mga sensor sa CCD labi ka talagsaon karon kaysa napulo ka tuig na ang milabay, tungod kay ang teknolohiya sa CMOS nagsugod sa pagsulod bisan sa ilang ubos nga ngitngit nga karon nga pasundayag. Bisan pa, adunay kanunay nga mga aplikasyon diin ang ilang kombinasyon sa mga kinaiya sa pasundayag—sama sa labing maayo nga kalidad sa imahe, gamay nga kasaba, ug taas nga pagkasensitibo—naghatag usa ka bentaha.
Ngano nga ang mga siyentipikong kamera naggamit ug gipabugnaw nga mga sensor sa CCD?
Ang pagpabugnaw makapakunhod sa kasaba sa init sa panahon sa pagkuha sa imahe, pagpaayo sa katin-aw sa imahe ug pagkasensitibo. Importante kini ilabina alang sa low-light ug long-exposure nga scientific imaging, mao nga daghan ang high-endsiyentipikanhong mga kameramagsalig sa gipabugnaw nga mga CCD alang sa mas limpyo, mas tukma nga mga resulta.
Unsa ang overlap mode sa mga sensor sa CCD ug EMCCD, ug giunsa kini pagpalambo sa performance sa camera?
Ang mga sensor sa CCD ug EMCCD kasagarang makahimo sa 'overlap mode'. Para sa mga global shutter camera, kini nagtumong sa abilidad sa pagbasa sa miaging frame atol sa exposure sa sunod nga frame. Nagdala kini sa usa ka taas (duol sa 100%) nga siklo sa katungdanan, nagpasabut nga gamay nga oras ang nausik nga dili ibutyag ang mga frame sa kahayag, ug busa mas taas nga rate sa frame.
Mubo nga sulat: Ang overlap mode adunay lahi nga kahulogan alang sa rolling shutter sensors.
Kung gusto nimo mahibal-an ang dugang bahin sa rolling shutters, palihug i-klik ang:
Giunsa Paglihok ang Rolling Shutter Control Mode Ug Giunsa Kini Paggamit
Tucsen Photonics Co., Ltd. Tanang katungod gigahin. Sa pagkutlo, palihog ilha ang tinubdan:www.tucsen.com
