૨૫/૦૭/૩૧જોકે 2025 માં, CMOS સેન્સર વૈજ્ઞાનિક અને ગ્રાહક ઇમેજિંગ બંને પર પ્રભુત્વ ધરાવતા હતા, આ હંમેશા કેસ નહોતો.
CCD એટલે 'ચાર્જ-કપ્લ્ડ ડિવાઇસ', અને CCD સેન્સર મૂળ ડિજિટલ કેમેરા સેન્સર હતા, જે સૌપ્રથમ 1970 માં વિકસાવવામાં આવ્યા હતા. થોડા વર્ષો પહેલા સુધી વૈજ્ઞાનિક એપ્લિકેશનો માટે CCD- અને EMCCD-આધારિત કેમેરાની ભલામણ સામાન્ય રીતે કરવામાં આવતી હતી. બંને તકનીકો આજે પણ ટકી રહે છે, જોકે તેમના ઉપયોગો વિશિષ્ટ બની ગયા છે.
CMOS સેન્સરના સુધારા અને વિકાસનો દર સતત વધી રહ્યો છે. આ ટેકનોલોજીઓ વચ્ચેનો તફાવત મુખ્યત્વે શોધાયેલ ઇલેક્ટ્રોનિક ચાર્જની પ્રક્રિયા અને વાંચન કરવાની રીતમાં રહેલો છે.
CCD સેન્સર શું છે?
CCD સેન્સર એ એક પ્રકારનો ઇમેજ સેન્સર છે જેનો ઉપયોગ પ્રકાશને કેપ્ચર કરવા અને તેને ડિજિટલ સિગ્નલમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે થાય છે. તેમાં પ્રકાશ-સંવેદનશીલ પિક્સેલ્સની શ્રેણી હોય છે જે ફોટોન એકત્રિત કરે છે અને તેમને વિદ્યુત ચાર્જમાં ફેરવે છે.
CCD સેન્સર રીડઆઉટ ત્રણ મહત્વપૂર્ણ રીતે CMOS થી અલગ પડે છે:
● ચાર્જ ટ્રાન્સફર: કેપ્ચર કરાયેલા ફોટોઈલેક્ટ્રોનને ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિકલી સેન્સર પર પિક્સેલ-ટુ-પિક્સેલ તળિયે રીડઆઉટ વિસ્તારમાં ખસેડવામાં આવે છે.
● રીડઆઉટ મિકેનિઝમ: સમાંતર રીતે કાર્યરત એનાલોગ ટુ ડિજિટલ કન્વર્ટર (ADCs) ની આખી હરોળને બદલે, CCDs ફક્ત એક કે બે ADCs (અથવા ક્યારેક વધુ) નો ઉપયોગ કરે છે જે ક્રમિક રીતે પિક્સેલ વાંચે છે.
કેપેસિટર અને એમ્પ્લીફાયર પ્લેસમેન્ટ: દરેક પિક્સેલમાં કેપેસિટર અને એમ્પ્લીફાયરની જગ્યાએ, દરેક ADC માં એક કેપેસિટર અને એમ્પ્લીફાયર હોય છે.
CCD સેન્સર કેવી રીતે કામ કરે છે?
CCD સેન્સર છબી મેળવવા અને પ્રક્રિયા કરવા માટે કેવી રીતે કાર્ય કરે છે તે અહીં છે:
આકૃતિ: CCD સેન્સર માટે રીડઆઉટ પ્રક્રિયા
તેમના એક્સપોઝરના અંતે, CCD સેન્સર પહેલા એકત્રિત ચાર્જને દરેક પિક્સેલની અંદર એક માસ્ક્ડ સ્ટોરેજ એરિયામાં ખસેડે છે (બતાવેલ નથી). પછી, એક સમયે એક પંક્તિમાં, ચાર્જને રીડઆઉટ રજિસ્ટરમાં ખસેડવામાં આવે છે. એક સમયે એક કૉલમમાં, રીડઆઉટ રજિસ્ટરમાં ચાર્જને વાંચવામાં આવે છે.
1. ચાર્જ ક્લિયરિંગ: સંપાદન શરૂ કરવા માટે, સમગ્ર સેન્સર (ગ્લોબલ શટર) માંથી ચાર્જ એકસાથે સાફ કરવામાં આવે છે.
2. ચાર્જ સંચય: એક્સપોઝર દરમિયાન ચાર્જ એકઠો થાય છે.
3. ચાર્જ સ્ટોરેજ: એક્સપોઝરના અંતે, એકત્રિત ચાર્જને દરેક પિક્સેલની અંદરના માસ્ક કરેલા વિસ્તારમાં ખસેડવામાં આવે છે (જેને ઇન્ટરલાઇન ટ્રાન્સફર CCD કહેવાય છે), જ્યાં તેઓ નવા શોધાયેલા ફોટોનની ગણતરી કર્યા વિના વાંચનની રાહ જોઈ શકે છે.
4. આગામી ફ્રેમનું એક્સપોઝર: પિક્સેલ્સના માસ્ક કરેલા વિસ્તારમાં સંગ્રહિત શોધાયેલ ચાર્જ સાથે, પિક્સેલનો સક્રિય વિસ્તાર આગામી ફ્રેમ (ઓવરલેપ મોડ) ના એક્સપોઝરનું કામ શરૂ કરી શકે છે.
5. ક્રમિક વાંચન: એક સમયે એક પંક્તિ, ફિનિશ્ડ ફ્રેમની દરેક પંક્તિમાંથી ચાર્જ 'રીડઆઉટ રજિસ્ટરમાં' ખસેડવામાં આવે છે.
6. અંતિમ વાંચન: એક સમયે એક કૉલમ, દરેક પિક્સેલમાંથી ચાર્જ ADC પર રીડઆઉટ માટે રીડઆઉટ નોડમાં શટલ કરવામાં આવે છે.
7. પુનરાવર્તન: આ પ્રક્રિયા ત્યાં સુધી પુનરાવર્તિત થાય છે જ્યાં સુધી બધા પિક્સેલ્સમાં શોધાયેલ ચાર્જ ગણાય નહીં.
બધા શોધાયેલા ચાર્જને થોડી સંખ્યામાં (ક્યારેક એક) રીડઆઉટ પોઈન્ટ દ્વારા વાંચવાથી થતી આ અડચણ, CMOS ની તુલનામાં CCD સેન્સરના ડેટા થ્રુપુટમાં ગંભીર મર્યાદાઓ તરફ દોરી જાય છે.
CCD સેન્સરના ફાયદા અને ગેરફાયદા
| ગુણ | વિપક્ષ |
| ઓછો ઘેરો પ્રવાહ સામાન્ય રીતે ઠંડુ થાય ત્યારે ~0.001 e⁻/p/s. | મર્યાદિત ગતિ લાક્ષણિક થ્રુપુટ ~20 MP/s — CMOS કરતા ઘણો ધીમો. |
| ઓન-પિક્સેલ બિનિંગ ચાર્જ વાંચન પહેલાં સારાંશ આપવામાં આવે છે, જેનાથી અવાજ ઓછો થાય છે. | સિંગલ-પોઇન્ટ ADC રીડઆઉટને કારણે હાઇ રીડ નોઇઝ 5–10 e⁻ સામાન્ય છે. |
| ગ્લોબલ શટર ઇન્ટરલાઇન/ફ્રેમ-ટ્રાન્સફર CCD માં સાચું ગ્લોબલ અથવા નજીકનું ગ્લોબલ શટર. | મોટા પિક્સેલ કદ નાના કદના CMOS ઓફર સાથે મેળ ખાતા નથી. |
| ઉચ્ચ છબી એકરૂપતા જથ્થાત્મક ઇમેજિંગ માટે ઉત્તમ. | ઉચ્ચ પાવર વપરાશ ચાર્જ શિફ્ટિંગ અને રીડઆઉટ માટે વધુ પાવરની જરૂર પડે છે. |
CCD સેન્સરના ફાયદા
● ઓછો ઘેરો પ્રવાહ: ટેકનોલોજી તરીકે, CCD સેન્સરમાં ખૂબ જ ઓછો ડાર્ક કરંટ હોય છે, સામાન્ય રીતે ઠંડુ થાય ત્યારે 0.001 e-/p/s ના ક્રમમાં.
● 'ઓન-પિક્સેલ' બિનિંગ: બિનિંગ કરતી વખતે, CCD રીડઆઉટ પહેલાં ચાર્જ ઉમેરે છે, પછી નહીં, એટલે કે કોઈ વધારાનો રીડ અવાજ રજૂ થતો નથી. ડાર્ક કરંટ વધે છે, પરંતુ ઉપર નોંધ્યા મુજબ, આ સામાન્ય રીતે ખૂબ ઓછું હોય છે.
● ગ્લોબલ શટર: 'ઇન્ટરલાઇન' CCD સેન્સર્સ સાચા ગ્લોબલ શટર સાથે કાર્ય કરે છે. 'ફ્રેમ ટ્રાન્સફર' CCD સેન્સર્સ 'હાફ ગ્લોબલ' શટરનો ઉપયોગ કરે છે (આકૃતિ 45 નો 'માસ્ક્ડ' ક્ષેત્ર જુઓ) - ફ્રેમ ટ્રાન્સફર પ્રક્રિયા શરૂ અને સમાપ્ત થવા માટે એક્સપોઝર ખરેખર એક સાથે નથી, પરંતુ સામાન્ય રીતે 1-10 માઇક્રોસેકન્ડનો ક્રમ લે છે. કેટલાક CCD યાંત્રિક શટરિંગનો ઉપયોગ કરે છે.
CCD સેન્સરના ગેરફાયદા
● મર્યાદિત ગતિ: પિક્સેલ પ્રતિ સેકન્ડમાં લાક્ષણિક ડેટા થ્રુપુટ લગભગ 20 મેગાપિક્સેલ પ્રતિ સેકન્ડ (MP/s) હોઈ શકે છે, જે 5 fps પર 4 MP છબીની સમકક્ષ છે. આ સમકક્ષ CMOS કરતા લગભગ 20 ગણું ધીમું છે, અને હાઇ-સ્પીડ CMOS કરતા ઓછામાં ઓછું 100 ગણું ધીમું છે.
● હાઇ રીડ નોઇઝ: CCD માં રીડ નોઈઝ વધારે હોય છે, જે મુખ્યત્વે ઉપયોગી કેમેરા ગતિ પ્રાપ્ત કરવા માટે ADC(s) ને ઊંચા દરે ચલાવવાની જરૂરિયાતને કારણે છે. હાઇ-એન્ડ CCD કેમેરા માટે 5 થી 10 e- સામાન્ય છે.
● મોટા પિક્સેલ્સ: ઘણી એપ્લિકેશનો માટે, નાના પિક્સેલ ફાયદા પૂરા પાડે છે. લાક્ષણિક CMOS આર્કિટેક્ચર CCD કરતા નાના લઘુત્તમ પિક્સેલ કદને મંજૂરી આપે છે.
● ઉચ્ચ પાવર વપરાશ: CCD સેન્સર ચલાવવા માટે પાવરની જરૂરિયાતો CMOS કરતા ઘણી વધારે છે.
વૈજ્ઞાનિક ઇમેજિંગમાં CCD સેન્સરનો ઉપયોગ
CMOS ટેકનોલોજીએ લોકપ્રિયતા મેળવી હોવા છતાં, CCD સેન્સર હજુ પણ અમુક વૈજ્ઞાનિક ઇમેજિંગ એપ્લિકેશનોમાં પસંદ કરવામાં આવે છે જ્યાં છબી ગુણવત્તા, સંવેદનશીલતા અને સુસંગતતા સર્વોપરી છે. ન્યૂનતમ અવાજ સાથે ઓછા પ્રકાશના સિગ્નલો કેપ્ચર કરવાની તેમની શ્રેષ્ઠ ક્ષમતા તેમને ચોકસાઇ એપ્લિકેશનો માટે આદર્શ બનાવે છે.
ખગોળશાસ્ત્ર
દૂરના તારાઓ અને તારાવિશ્વોમાંથી આછા પ્રકાશને કેપ્ચર કરવાની તેમની ક્ષમતાને કારણે ખગોળીય ઇમેજિંગમાં CCD સેન્સર મહત્વપૂર્ણ છે. લાંબા સમય સુધી એક્સપોઝર એસ્ટ્રોફોટોગ્રાફી માટે વેધશાળાઓ અને અદ્યતન કલાપ્રેમી ખગોળશાસ્ત્ર બંનેમાં તેનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે, જે સ્પષ્ટ, વિગતવાર છબીઓ પહોંચાડે છે.
માઇક્રોસ્કોપી અને લાઇફ સાયન્સ
જીવન વિજ્ઞાનમાં, CCD સેન્સરનો ઉપયોગ નબળા ફ્લોરોસેન્સ સિગ્નલો અથવા સૂક્ષ્મ સેલ્યુલર માળખાંને કેપ્ચર કરવા માટે થાય છે. તેમની ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા અને એકરૂપતા તેમને ફ્લોરોસેન્સ માઇક્રોસ્કોપી, લાઇવ સેલ ઇમેજિંગ અને ડિજિટલ પેથોલોજી જેવા કાર્યક્રમો માટે યોગ્ય બનાવે છે. તેમનો રેખીય પ્રકાશ પ્રતિભાવ સચોટ જથ્થાત્મક વિશ્લેષણ સુનિશ્ચિત કરે છે.
સેમિકન્ડક્ટર નિરીક્ષણ
સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદનમાં, ખાસ કરીને વેફર નિરીક્ષણ માટે, CCD સેન્સર મહત્વપૂર્ણ છે. ચિપ્સમાં માઇક્રો-સ્કેલ ખામીઓને ઓળખવા માટે, સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદનમાં જરૂરી ચોકસાઇ સુનિશ્ચિત કરવા માટે, તેમનું ઉચ્ચ રીઝોલ્યુશન અને સુસંગત ઇમેજિંગ ગુણવત્તા આવશ્યક છે.
એક્સ-રે અને વૈજ્ઞાનિક ઇમેજિંગ
સીસીડી સેન્સરનો ઉપયોગ એક્સ-રે ડિટેક્શન સિસ્ટમ્સ અને અન્ય વિશિષ્ટ ઇમેજિંગ એપ્લિકેશન્સમાં પણ થાય છે. ક્રિસ્ટલોગ્રાફી, મટિરિયલ વિશ્લેષણ અને બિન-વિનાશક પરીક્ષણ જેવી પડકારજનક પરિસ્થિતિઓમાં સ્પષ્ટ ઇમેજિંગ માટે, ખાસ કરીને ઠંડુ થાય ત્યારે, ઉચ્ચ સિગ્નલ-ટુ-નોઇઝ રેશિયો જાળવવાની તેમની ક્ષમતા મહત્વપૂર્ણ છે.
શું CCD સેન્સર આજે પણ સંબંધિત છે?
ટક્સેન H-694 અને 674 CCD કેમેરા
CMOS ટેકનોલોજીના ઝડપી વિકાસ છતાં, CCD સેન્સર્સ હજુ પણ જૂના નથી. તેઓ અલ્ટ્રા-લો લાઇટ અને ઉચ્ચ-ચોકસાઇવાળા ઇમેજિંગ કાર્યોમાં પસંદગીની પસંદગી રહે છે, જ્યાં તેમની અજોડ છબી ગુણવત્તા અને અવાજની લાક્ષણિકતાઓ મહત્વપૂર્ણ છે. ડીપ-સ્પેસ એસ્ટ્રોનોમી અથવા એડવાન્સ્ડ ફ્લોરોસેન્સ માઇક્રોસ્કોપી જેવા ક્ષેત્રોમાં, CCD કેમેરા ઘણીવાર ઘણા CMOS વિકલ્પો કરતાં વધુ સારી કામગીરી બજાવે છે.
CCD સેન્સરની શક્તિ અને નબળાઈઓને સમજવાથી સંશોધકો અને ઇજનેરોને તેમની ચોક્કસ જરૂરિયાતો માટે યોગ્ય ટેકનોલોજી પસંદ કરવામાં મદદ મળે છે, જે તેમના વૈજ્ઞાનિક અથવા ઔદ્યોગિક એપ્લિકેશનોમાં શ્રેષ્ઠ કામગીરી સુનિશ્ચિત કરે છે.
પ્રશ્નો
મારે CCD સેન્સર ક્યારે પસંદ કરવું જોઈએ?
દસ વર્ષ પહેલાં કરતાં આજે CCD સેન્સર ઘણા ઓછા જોવા મળે છે, કારણ કે CMOS ટેકનોલોજી તેમના ઓછા ડાર્ક કરંટ પ્રદર્શન પર પણ અતિક્રમણ કરવાનું શરૂ કરે છે. જો કે, હંમેશા એવા એપ્લિકેશનો હશે જ્યાં તેમની કામગીરી લાક્ષણિકતાઓનું સંયોજન - જેમ કે શ્રેષ્ઠ છબી ગુણવત્તા, ઓછો અવાજ અને ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા - એક ફાયદો પૂરો પાડે છે.
વૈજ્ઞાનિક કેમેરા શા માટે ઠંડા CCD સેન્સરનો ઉપયોગ કરે છે?
ઇમેજ કેપ્ચર દરમિયાન ઠંડક થર્મલ અવાજ ઘટાડે છે, જેનાથી ઇમેજ સ્પષ્ટતા અને સંવેદનશીલતામાં સુધારો થાય છે. આ ખાસ કરીને ઓછા પ્રકાશ અને લાંબા સમય સુધી એક્સપોઝર ધરાવતી સાયન્ટિફિક ઇમેજિંગ માટે મહત્વપૂર્ણ છે, તેથી જ ઘણા હાઇ-એન્ડવૈજ્ઞાનિક કેમેરાસ્વચ્છ, વધુ સચોટ પરિણામો માટે ઠંડુ કરાયેલ CCD પર આધાર રાખો.
CCD અને EMCCD સેન્સરમાં ઓવરલેપ મોડ શું છે અને તે કેમેરાના પ્રદર્શનને કેવી રીતે સુધારે છે?
CCD અને EMCCD સેન્સર સામાન્ય રીતે 'ઓવરલેપ મોડ' માટે સક્ષમ હોય છે. ગ્લોબલ શટર કેમેરા માટે, આ આગામી ફ્રેમના એક્સપોઝર દરમિયાન પાછલી ફ્રેમ વાંચવાની ક્ષમતાનો સંદર્ભ આપે છે. આનાથી ઉચ્ચ (લગભગ 100%) ડ્યુટી ચક્ર થાય છે, જેનો અર્થ એ થાય છે કે ફ્રેમને પ્રકાશમાં ન લાવવામાં ઓછામાં ઓછો સમય બગાડવામાં આવે છે, અને તેથી ફ્રેમ દર વધારે હોય છે.
નોંધ: રોલિંગ શટર સેન્સર માટે ઓવરલેપ મોડનો અલગ અર્થ છે.
જો તમે રોલિંગ શટર વિશે વધુ જાણવા માંગતા હો, તો કૃપા કરીને ક્લિક કરો:
રોલિંગ શટર કંટ્રોલ મોડ કેવી રીતે કાર્ય કરે છે અને તેનો ઉપયોગ કેવી રીતે કરવો
ટક્સેન ફોટોનિક્સ કંપની લિમિટેડ. સર્વાધિકાર સુરક્ષિત. ટાંકતી વખતે, કૃપા કરીને સ્રોત સ્વીકારો:www.tucsen.com
