2031/07/252025ean CMOS sentsoreek irudi zientifikoetan eta kontsumitzaileenetan nagusi izan arren, ez zen beti horrela izan.
CCDk 'Charge-Coupled Device' esan nahi du, eta CCD sentsoreak izan ziren 1970ean garatu ziren lehen kamera digitalen sentsoreak. CCD eta EMCCD oinarritutako kamerak aplikazio zientifikoetarako gomendatzen ziren duela urte gutxi arte. Bi teknologiak gaur egun ere irauten dute, nahiz eta haien erabilerak nitxo bihurtu diren.
CMOS sentsoreen hobekuntza eta garapen erritmoa handitzen ari da etengabe. Teknologia hauen arteko aldea batez ere detektatutako karga elektronikoa prozesatu eta irakurtzeko moduan datza.
Zer da CCD sentsore bat?
CCD sentsorea argia harrapatzeko eta seinale digital bihurtzeko erabiltzen den irudi-sentsore mota bat da. Fotoiak bildu eta karga elektriko bihurtzen dituzten pixel argi-sentikorren multzo batez osatuta dago.
CCD sentsorearen irakurketa CMOS sentsorearena hiru modutan desberdintzen da:
● Karga-transferentziaHarrapatutako fotoelektroiak elektrostatikoki mugitzen dira pixelez pixel sentsorean zehar beheko irakurketa-eremu batera.
● Irakurketa mekanismoaParaleloan funtzionatzen duten bihurgailu analogiko-digital (ADC) ilara oso baten ordez, CCDek pixelak sekuentzialki irakurtzen dituzten ADC bat edo bi (edo batzuetan gehiago) erabiltzen dituzte.
Kondentsadore eta anplifikadoreen kokapena: Pixel bakoitzean kondentsadore eta anplifikadoreen ordez, ADC bakoitzak kondentsadore eta anplifikadore bana ditu.
Nola funtzionatzen du CCD sentsore batek?
Hona hemen CCD sentsore batek irudi bat eskuratzeko eta prozesatzeko nola funtzionatzen duen:
Irudia: CCD sentsore baten irakurketa prozesua
Esposizioaren amaieran, CCD sentsoreek lehenik bildutako kargak pixel bakoitzaren barruko biltegiratze-eremu maskaratu batera eramaten dituzte (ez da erakusten). Ondoren, errenkada bana, kargak irakurketa-erregistro batera eramaten dira. Zutabe bana aldi berean, irakurketa-erregistroko kargak irakurtzen dira.
1. Kargu-garbiketaEskuratzea hasteko, karga sentsore osotik aldi berean kentzen da (obturadore globala).
2. Karga-metaketaKarga metatzen da esposizioan zehar.
3. Karga-biltegiratzeaEsposizioaren amaieran, bildutako kargak pixel bakoitzaren barruko eremu maskaratu batera eramaten dira (lerro arteko transferentzia CCD deritzona), eta han irakurketaren zain egon daitezke detektatutako fotoi berriak zenbatu gabe.
4. Hurrengo fotograma esposizioaPixelen eremu maskaratuan detektatutako kargak gordeta daudenean, pixelen eremu aktiboak hurrengo fotograma esposizioa has dezake (gainjartze modua).
5. Irakurketa sekuentzialaLerro bana aldi berean, amaitutako markoaren ilara bakoitzeko kargak 'irakurketa erregistro' batera mugitzen dira.
6. Azken irakurketaZutabe bana aldi berean, pixel bakoitzetik kargak irakurketa-nodora bidaltzen dira ADC-n irakurtzeko.
7. ErrepikapenaProzesu hau errepikatzen da pixel guztietan detektatutako kargak zenbatu arte.
Detektatutako karga guztiak irakurketa-puntu kopuru txiki batek (batzuetan batek) irakurtzeak eragindako oztopo honek CCD sentsoreen datu-transferentzian muga larriak dakartza CMOSekin alderatuta.
CCD sentsoreen alde onak eta txarrak
| Alde onak | Alde txarrak |
| Iluntasun-korronte baxua Normalean ~0,001 e⁻/p/s hozten denean. | Abiadura mugatua Ohiko errendimendua ~20 MP/s — CMOS baino askoz motelagoa. |
| Pixelean lotzeko kargak irakurri aurretik batzen dira, zarata murrizteko. | Irakurketa-zarata handia 5–10 e⁻ ohikoa da puntu bakarreko ADC irakurketa dela eta. |
| Obturadore Globala Benetako obturadore globala edo ia globala lerro arteko/fotograma-transferentziako CCDetan. | Pixel tamaina handiagoek ezin dute CMOSek eskaintzen duen miniaturizazioarekin bat etorri. |
| Irudiaren uniformetasun handia Bikaina irudi kuantitatiboetarako. | Energia-kontsumo handia Karga-aldaketak eta irakurketak egiteko potentzia gehiago behar da. |
CCD sentsorearen alde onak
● Iluntasun-korronte baxuaTeknologia gisa berez, CCD sentsoreek iluntasun-korronte oso baxua izan ohi dute, normalean 0,001 e-/p/s-ko ordenakoa hozten direnean.
● 'Pixelean' multzokatzeaBinning-ean, CCDek kargak gehitzen dituzte irakurketa baino lehen, ez ondoren, hau da, ez da irakurketa-zarata gehigarririk sartzen. Iluntasun-korrontea handitzen da, baina goian aipatu bezala, normalean oso baxua da.
● Obturadore Globala'Lerro arteko' CCD sentsoreek benetako obturadore global batekin funtzionatzen dute. 'Fotograma-transferentzia' CCD sentsoreek 'erdi-global' obturadore bat erabiltzen dute (ikus 45. irudiko 'Maskara' eskualdea) – esposizioa hasteko eta amaitzeko fotograma-transferentzia prozesua ez da benetan aldiberekoa, baina normalean 1-10 mikrosegundo inguru behar ditu. CCD batzuek obturadore mekanikoa erabiltzen dute.
CCD sentsoreen alde txarrak
● Abiadura MugatuaDatuen ohiko transmisioa segundoko pixeletan 20 megapixel segundoko (MP/s) ingurukoa izan daiteke, 5 fps-tan 4 MP-ko irudi baten baliokidea. Hau CMOS baliokidea baino 20 aldiz motelagoa da gutxi gorabehera, eta abiadura handiko CMOS baino gutxienez 100 aldiz motelagoa.
● Irakurketa-zarata handiaCCDetan irakurketa-zarata handia da, neurri handi batean ADC(ak) abiadura handian exekutatu behar direlako kameraren abiadura erabilgarria lortzeko. 5 eta 10 e- arteko balioa ohikoa da goi-mailako CCD kameretan.
● Pixel handiagoakAplikazio askotan, pixel txikiagoek abantailak eskaintzen dituzte. CMOS arkitektura tipikoak CCDak baino pixel tamaina minimo txikiagoak baimentzen ditu.
● Energia-kontsumo handiaCCD sentsoreak martxan jartzeko potentzia-beharrak CMOS sentsoreak baino askoz handiagoak dira.
CCD sentsoreen aplikazioak irudi zientifikoetan
CMOS teknologiak ospea hartu badu ere, CCD sentsoreak oraindik ere nahiago dira irudigintza zientifikoko aplikazio batzuetan, non irudiaren kalitatea, sentikortasuna eta koherentzia funtsezkoak diren. Argi gutxiko seinaleak zarata minimoarekin harrapatzeko duten gaitasun bikainak aproposak bihurtzen ditu doitasun aplikazioetarako.
Astronomia
CCD sentsoreak funtsezkoak dira irudi astronomikoetan, izar eta galaxia urrunen argi ahula harrapatzeko duten gaitasunagatik. Oso erabiliak dira bai behatokietan bai astronomia amateur aurreratuan esposizio luzeko astroargazkilaritzarako, irudi garbi eta zehatzak emanez.
Mikroskopia eta Bizitzaren Zientziak
Bizitzaren zientzietan, CCD sentsoreak fluoreszentzia-seinale ahulak edo zelula-egitura sotilak harrapatzeko erabiltzen dira. Haien sentikortasun handiak eta uniformetasunak ezin hobeak bihurtzen dituzte fluoreszentzia-mikroskopia, zelula bizien irudigintza eta patologia digitala bezalako aplikazioetarako. Haien argi-erantzun linealak analisi kuantitatibo zehatza bermatzen du.
Erdieroaleen ikuskapena
CCD sentsoreak funtsezkoak dira erdieroaleen fabrikazioan, batez ere obleen ikuskapenean. Haien bereizmen handia eta irudien kalitate koherentea ezinbestekoak dira txipetan mikroeskalako akatsak identifikatzeko, erdieroaleen ekoizpenean behar den zehaztasuna bermatuz.
X izpien eta Irudi Zientifikoaren
CCD sentsoreak X izpien detekzio sistemetan eta beste irudi aplikazio espezializatu batzuetan ere erabiltzen dira. Seinale-zarata erlazio altuak mantentzeko duten gaitasuna, batez ere hozten direnean, ezinbestekoa da kristalografian, materialen analisian eta suntsipenik gabeko saiakuntzetan bezalako baldintza zailetan irudi garbiak lortzeko.
CCD sentsoreak gaur egun ere garrantzitsuak al dira?
Tucsen H-694 eta 674 CCD kamera
CMOS teknologiaren garapen azkarra izan arren, CCD sentsoreak ez daude zaharkituta. Argi ultra-baxuko eta zehaztasun handiko irudi-zereginetan aukera hobetsia izaten jarraitzen dute, non haien irudi-kalitate paregabea eta zarata-ezaugarriak funtsezkoak diren. Espazio sakoneko astronomia edo fluoreszentzia-mikroskopia aurreratua bezalako arloetan, CCD kamerek CMOS alternatiba asko gainditzen dituzte askotan.
CCD sentsoreen indarguneak eta ahulguneak ulertzeak ikertzaileei eta ingeniariei laguntzen die beren beharretarako teknologia egokia aukeratzen, beren aplikazio zientifiko edo industrialetan errendimendu optimoa bermatuz.
Maiz egiten diren galderak
Noiz aukeratu behar dut CCD sentsore bat?
CCD sentsoreak askoz urriagoak dira gaur egun duela hamar urte baino, CMOS teknologiak korronte ilun baxuko errendimendua ere oztopatzen hasi baita. Hala ere, beti egongo dira aplikazioak non errendimendu-ezaugarrien konbinazioak —hala nola irudi-kalitate bikaina, zarata txikia eta sentikortasun handia— abantaila emango duen.
Zergatik erabiltzen dituzte kamera zientifikoek hoztutako CCD sentsoreak?
Hozteak irudiak harrapatzean zarata termikoa murrizten du, irudiaren argitasuna eta sentikortasuna hobetuz. Hau bereziki garrantzitsua da argi gutxiko eta esposizio luzeko irudi zientifikoetarako, eta horregatik goi-mailako hainbatkamera zientifikoakEmaitza garbiagoak eta zehatzagoak lortzeko, fidatu hoztutako CCDetan.
Zer da gainjartze modua CCD eta EMCCD sentsoreetan, eta nola hobetzen du kameraren errendimendua?
CCD eta EMCCD sentsoreek normalean 'gainjartze modua' erabiltzeko gai dira. Obturadore globaleko kameretan, honek hurrengo fotograma esposizioan aurreko fotograma irakurtzeko gaitasuna adierazten du. Horrek betebehar-ziklo altua (% 100 ingurukoa) dakar, hau da, fotogramak argira esposizioan denbora gutxien galtzen da, eta, beraz, fotograma-tasa handiagoak.
Oharra: Gainjartze moduak esanahi desberdina du obturadore birakariko sentsoreentzat.
Pertsiana birakariei buruz gehiago jakin nahi baduzu, egin klik hemen:
Nola funtzionatzen duen obturadore birakariaren kontrol moduak eta nola erabili
Tucsen Photonics Co., Ltd. Eskubide guztiak erreserbatuta. Aipatzen duzunean, aipatu iturria:www.tucsen.com
