25/07/312025-жылы CMOS сенсорлору илимий жана керектөөчү сүрөттөрдө үстөмдүк кылса да, бул дайыма эле андай болгон эмес.
CCD "Заряддоо менен бириктирилген түзмөк" дегенди билдирет жана CCD сенсорлору биринчи жолу 1970-жылы иштелип чыккан санариптик камеранын оригиналдуу сенсорлору болгон. CCD жана EMCCD негизиндеги камералар, адатта, бир нече жыл мурун илимий колдонмолор үчүн сунушталган. Эки технология тең бүгүнкү күнгө чейин сакталып келет, бирок алардын колдонулушу ниш болуп калды.
CMOS сенсорлорун өркүндөтүү жана өнүктүрүү темпи өсүүдө. Бул технологиялардын ортосундагы айырма, биринчи кезекте, алар иштеп чыгуу жана аныкталган электрондук зарядды окуу жолу менен жатат.
CCD сенсор деген эмне?
CCD сенсор жарыкты кармап, аны санариптик сигналга айландыруу үчүн колдонулган сүрөт сенсорунун бир түрү. Ал фотондорду чогултуп, аларды электрдик зарядга айландырган жарыкка сезгич пикселдердин массивинен турат.
CCD сенсорунун окуусу CMOSдан үч маанилүү жол менен айырмаланат:
● Акча которуу: Тартылган фотоэлектрондор электростатикалык түрдө сенсор аркылуу пикселден пикселге төмөн жагындагы окуу аймагына жылдырылат.
● Окуу механизми: Параллелдүү иштеген аналогдук санариптик конвертерлердин (ADC) бүтүндөй катарынын ордуна, CCD'лер пикселдерди ырааттуу түрдө окуган бир же эки ADCди (же кээде андан көп) колдонушат.
Конденсаторду жана күчөткүчтү жайгаштыруу: Ар бир пикселдеги конденсаторлордун жана күчөткүчтөрдүн ордуна ар бир ADC бирден конденсатор жана күчөткүчкө ээ.
CCD сенсор кантип иштейт?
Сүрөттү алуу жана иштетүү үчүн CCD сенсору кантип иштейт:
Сүрөт: CCD сенсор үчүн окуу процесси
Экспозициясынын аягында, CCD сенсорлору алгач чогултулган заряддарды ар бир пикселдин (көрсөтүлгөн эмес) ичиндеги маскаланган сактоо аймагына жылдырат. Андан кийин, бир убакта, заряддар окуу реестрине жылдырылат. Окуу реестриндеги төлөмдөр бирден бир тилкеде окулат.
1. Зарядды тазалоо: Сатып алууну баштоо үчүн, заряд бир эле учурда бүт сенсордон тазаланат (глобалдык жапкыч).
2. Заряддын топтолушу: Экспозиция учурунда заряд топтолот.
3. Заряддоо сактагычы: Экспозиция аяктагандан кийин, чогулган заряддар ар бир пикселдин ичиндеги маскаланган аймакка жылдырылат (аралык трансфер CCD деп аталат), анда алар жаңы табылган фотондор эсептелбестен окууну күтө алышат.
4. Кийинки кадрдын экспозициясы: Пикселдердин маскаланган аймагында сакталган табылган заряддар менен, пикселдердин активдүү аймагы кийинки кадрдын экспозициясын башташы мүмкүн (кабатталуу режими).
5. Ырааттуу окуу: Бир убакта бир катар, даяр кадрдын ар бир катарындагы заряддар "окуу реестрине" жылдырылат.
6. Акыркы окуу: Бир убакта бир тилке, ар бир пикселден алынган заряддар ADCде окуу үчүн окуу түйүнүнө түшөт.
7. Кайталоо: Бул процесс бардык пикселдерде табылган заряддар саналмайынча кайталанат.
Окуу чекиттеринин аз сандагы (кээде бир) бардык табылган заряддардын окулушу менен шартталган бул тоскоолдук CMOS менен салыштырганда CCD сенсорлорунун маалымат өткөрүү жөндөмдүүлүгүн катуу чектөөгө алып келет.
CCD сенсорлорунун жакшы жана жаман жактары
| Pros | Кемчиликтери |
| Төмөн караңгы ток Адатта, муздаганда ~0,001 e⁻/p/s. | Чектелген ылдамдык Типтүү өткөрүү жөндөмдүүлүгү ~20 МП/сек — CMOSга караганда бир топ жайыраак. |
| Он-Пикселди бириктирүү төлөмдөрү ызы-чууну азайтып, окуунун алдында жыйынтыкталат. | Жогорку окуу ызы-чуу 5–10 e⁻ бир чекиттүү ADC окуусунан улам кеңири таралган. |
| Глобалдык жапкыч Чыныгы глобалдык же жакынкы глобалдык жапкыч интерлайн/кадр-өткөрүү CCDs. | Чоңураак пикселдик өлчөмдөр CMOS сунуштарына кичирейтүү менен дал келбейт. |
| Сүрөттүн жогорку бирдейлиги Сандык сүрөттөө үчүн эң сонун. | Жогорку энергия керектөө Зарядды которуу жана окуу үчүн көбүрөөк кубат талап кылынат. |
CCD сенсорунун артыкчылыктары
● Төмөн караңгы ток: Технология катары, CCD сенсорлору муздаганда 0,001 e-/p/s тартибинде өтө төмөн караңгы токко ээ болушат.
● 'On-Pixel' Binning: Каттоодо, CCD'лер окуудан кийин эмес, мурда заряддарды кошот, демек кошумча окуу ызы-чуусу киргизилбейт. Кара ток көбөйөт, бирок жогоруда айтылгандай, бул, адатта, өтө төмөн.
● Глобалдык жапкыч: 'Interline' CCD сенсорлору чыныгы глобалдык жапкыч менен иштешет. 'Frame Transfer' CCD сенсорлору "жарым глобалдык" жапкычты колдонушат (45-сүрөттүн "Маскалган" чөлкөмүн караңыз) – экспозицияны баштоо жана аяктоо үчүн кадрды өткөрүү процесси чындап эле бир убакта эмес, бирок адатта 1-10 микросекунд тартибин алат. Кээ бир CCDs механикалык жабууну колдонушат.
CCD сенсорлорунун кемчиликтери
● Чектелген ылдамдык: секундасына пикселдеги типтүү маалымат өткөрүү ылдамдыгы секундасына 20 мегапикселди (МП/сек) түзөт, бул 5 кадр/секунда 4 МП сүрөткө барабар. Бул эквиваленттүү CMOSга караганда болжол менен 20 эсе жайыраак жана жогорку ылдамдыктагы CMOSга караганда жок дегенде 100 эсе жайыраак.
● Жогорку окуу ызы-чуу: CCD'лердеги окуу ызы-чуусу жогору, бул негизинен камеранын жарактуу ылдамдыгына жетүү үчүн ADC(ларды) жогорку ылдамдыкта иштетүү зарылдыгына байланыштуу. 5тен 10го чейин э- жогорку сапаттагы CCD камералар үчүн кеңири таралган.
● Чоңураак пикселдер: Көптөгөн колдонмолор үчүн кичине пикселдер артыкчылыктарды берет. Типтүү CMOS архитектурасы CCD караганда кичине минималдуу пиксел өлчөмдөрүн берет.
● Жогорку энергия керектөө: CCD сенсорлорун иштетүү үчүн кубаттуулук талаптары CMOSга караганда алда канча жогору.
Илимий сүрөттөөдөгү CCD сенсорлорунун колдонмолору
CMOS технологиясы популярдуулукка ээ болсо да, CCD сенсорлору дагы эле сүрөттүн сапаты, сезгичтиги жана ырааттуулугу эң маанилүү болгон кээ бир илимий сүрөттөө колдонмолорунда артыкчылыкка ээ. Алардын эң аз ызы-чуу менен аз жарык сигналдарын тартуу жөндөмдүүлүгү аларды тактык үчүн идеалдуу кылат.
Астрономия
CCD сенсорлору алыскы жылдыздардан жана галактикалардан алсыз жарыкты алуу жөндөмдүүлүгүнөн улам астрономиялык сүрөттөөдө маанилүү. Алар обсерваторияларда да, өнүккөн ышкыбоздук астрономияда да ачык, деталдуу сүрөттөрдү берип, узак экспозициядагы астрофотография үчүн кеңири колдонулат.
Микроскопия жана жашоо илимдери
Жашоо илимдеринде CCD сенсорлору алсыз флуоресценттик сигналдарды же тымызын уюлдук структураларды кармоо үчүн колдонулат. Алардын жогорку сезгичтиги жана бирдейлиги флуоресценттик микроскопия, жандуу клетканы сүрөттөө жана санариптик патология сыяктуу колдонмолор үчүн идеалдуу кылат. Алардын сызыктуу жарык реакциясы так сандык анализди камсыз кылат.
Жарым өткөргүчтөрдү текшерүү
CCD сенсорлору жарым өткөргүчтөрдү өндүрүүдө, айрыкча пластинаны текшерүү үчүн абдан маанилүү. Алардын жогорку чечими жана ырааттуу сүрөттөө сапаты жарым өткөргүч өндүрүшүндө талап кылынган тактыкты камсыз кылуу, чиптердеги микро масштабдуу кемчиликтерди аныктоо үчүн абдан маанилүү.
Рентген жана илимий сүрөт
CCD сенсорлору рентген нурларын аныктоо системаларында жана башка атайын сүрөттөө колдонмолорунда колдонулат. Алардын жогорку сигналдын ызы-чуу катышын сактап калуу жөндөмдүүлүгү, айрыкча муздаганда, кристаллография, материалдарды талдоо жана кыйратпаган сыноо сыяктуу татаал шарттарда так сүрөттөө үчүн абдан маанилүү.
CCD сенсорлору бүгүнкү күнгө чейин актуалдуубу?
Tucsen H-694 & 674 CCD камера
CMOS технологиясынын тез өнүгүшүнө карабастан, CCD сенсорлору эскирген эмес. Алар өтө аз жарык жана жогорку тактыктагы сүрөттөө тапшырмаларында артыкчылыктуу тандоо бойдон калууда, мында алардын теңдешсиз сүрөт сапаты жана ызы-чуу мүнөздөмөлөрү абдан маанилүү. Терең космостук астрономия же өнүккөн флуоресценттик микроскопия сыяктуу тармактарда CCD камералары көп CMOS альтернативаларынан ашып түшүшөт.
CCD сенсорлорунун күчтүү жана алсыз жактарын түшүнүү изилдөөчүлөргө жана инженерлерге илимий же өнөр жайлык колдонмолордо оптималдуу иштешин камсыз кылуу, алардын өзгөчө муктаждыктары үчүн туура технологияны тандоого жардам берет.
Көп берилүүчү суроолор
Качан мен CCD сенсорун тандоо керек?
CCD сенсорлор он жыл мурункуга караганда бүгүнкү күндө алда канча сейрек кездешет, анткени CMOS технологиясы алардын караңгы токтун төмөн көрсөткүчтөрүнө да кол сала баштайт. Бирок, сүрөттөрдүн жогорку сапаты, аз ызы-чуу жана жогорку сезгичтик сыяктуу аткаруу мүнөздөмөлөрүнүн айкалышы артыкчылыктарды камсыз кылган колдонмолор ар дайым болот.
Эмне үчүн илимий камералар муздатылган CCD сенсорлорун колдонушат?
Муздатуу сүрөт тартуу учурунда термикалык ызы-чууларды азайтып, сүрөттүн ачыктыгын жана сезгичтигин жакшыртат. Бул аз жарык жана узак экспозициядагы илимий сүрөттөө үчүн өзгөчө маанилүү, ошондуктан көптөгөн жогорку сапаттагы сүрөттөрилимий камералартазараак, так натыйжалар үчүн муздатылган CCD'лерге таяныңыз.
CCD жана EMCCD сенсорлорунун кайталануу режими деген эмне жана ал камеранын иштешин кантип жакшыртат?
CCD жана EMCCD сенсорлору, адатта, "кайталануу режимине" жөндөмдүү. Глобалдык жапкыч камералары үчүн бул кийинки кадрдын экспозициясы учурунда мурунку кадрды окуу мүмкүнчүлүгүн билдирет. Бул жогорку (100% жакын) милдет циклине алып келет, демек, кадрларды жарыкка түшүрбөй, минималдуу убакыт текке кетет, демек кадр ылдамдыгы жогору.
Эскертүү: Кайталануу режими жылдыргыч жапкыч сенсорлору үчүн башка мааниге ээ.
Эгерде сиз жалюзи жөнүндө көбүрөөк билгиңиз келсе, анда төмөнкүнү басыңыз:
Жылуу жапкычты башкаруу режими кантип иштейт жана аны кантип колдонуу керек
Tucsen Photonics Co., Ltd. Бардык укуктар корголгон. Шилтеме бергенде булакты ырастаңыз:www.tucsen.com
