२५/०७/३१जरी २०२५ मध्ये, CMOS सेन्सर्स वैज्ञानिक आणि ग्राहक इमेजिंगवर दोन्ही प्रकारे वर्चस्व गाजवत असले तरी, नेहमीच असे नव्हते.
CCD म्हणजे 'चार्ज-कपल्ड डिव्हाइस', आणि CCD सेन्सर हे मूळ डिजिटल कॅमेरा सेन्सर होते, जे पहिल्यांदा १९७० मध्ये विकसित झाले होते. काही वर्षांपूर्वीपर्यंत CCD- आणि EMCCD-आधारित कॅमेरे सामान्यतः वैज्ञानिक अनुप्रयोगांसाठी शिफारसित होते. दोन्ही तंत्रज्ञान आजही टिकून आहेत, जरी त्यांचे वापर विशिष्ट बनले आहेत.
CMOS सेन्सर्सच्या सुधारणा आणि विकासाचा दर वाढतच आहे. या तंत्रज्ञानातील फरक प्रामुख्याने ते शोधलेल्या इलेक्ट्रॉनिक चार्जची प्रक्रिया आणि वाचन करण्याच्या पद्धतीमध्ये आहे.
सीसीडी सेन्सर म्हणजे काय?
सीसीडी सेन्सर हा एक प्रकारचा इमेज सेन्सर आहे जो प्रकाश कॅप्चर करण्यासाठी आणि त्याचे डिजिटल सिग्नलमध्ये रूपांतर करण्यासाठी वापरला जातो. यात प्रकाश-संवेदनशील पिक्सेलचा एक संच असतो जो फोटॉन गोळा करतो आणि त्यांना विद्युत शुल्कात रूपांतरित करतो.
सीसीडी सेन्सर रीडआउट तीन महत्त्वाच्या मार्गांनी सीएमओएसपेक्षा वेगळे आहे:
● शुल्क हस्तांतरण: कॅप्चर केलेले फोटोइलेक्ट्रॉन सेन्सरमधून पिक्सेल-टू-पिक्सेल इलेक्ट्रोस्टॅटिकली तळाशी असलेल्या रीडआउट क्षेत्रात हलवले जातात.
● वाचन यंत्रणा: समांतरपणे कार्यरत असलेल्या अॅनालॉग ते डिजिटल कन्व्हर्टर (ADCs) च्या संपूर्ण रांगेऐवजी, CCDs फक्त एक किंवा दोन ADCs (किंवा कधीकधी अधिक) वापरतात जे अनुक्रमे पिक्सेल वाचतात.
कॅपेसिटर आणि अॅम्प्लिफायर प्लेसमेंट: प्रत्येक पिक्सेलमध्ये कॅपेसिटर आणि अॅम्प्लिफायरच्या जागी, प्रत्येक ADC मध्ये एक कॅपेसिटर आणि अॅम्प्लिफायर असतो.
सीसीडी सेन्सर कसे काम करते?
सीसीडी सेन्सर प्रतिमा मिळविण्यासाठी आणि प्रक्रिया करण्यासाठी कसे कार्य करतो ते येथे आहे:
आकृती: सीसीडी सेन्सरसाठी रीडआउट प्रक्रिया
त्यांच्या प्रदर्शनाच्या शेवटी, CCD सेन्सर प्रथम गोळा केलेले शुल्क प्रत्येक पिक्सेलमधील एका मास्क केलेल्या स्टोरेज एरियामध्ये हलवतात (दर्शवलेले नाही). नंतर, एका वेळी एका ओळीत, शुल्क एका रीडआउट रजिस्टरमध्ये हलवले जातात. एका वेळी एका स्तंभात, रीडआउट रजिस्टरमधील शुल्क वाचले जातात.
1. शुल्क क्लिअरिंग: अधिग्रहण सुरू करण्यासाठी, संपूर्ण सेन्सर (ग्लोबल शटर) मधून एकाच वेळी चार्ज साफ केला जातो.
2. शुल्क संचय: एक्सपोजर दरम्यान चार्ज जमा होतो.
3. चार्ज स्टोरेज: एक्सपोजरच्या शेवटी, गोळा केलेले चार्जेस प्रत्येक पिक्सेलच्या आत असलेल्या एका मास्क केलेल्या क्षेत्रात हलवले जातात (ज्याला इंटरलाइन ट्रान्सफर CCD म्हणतात), जिथे ते नवीन आढळलेले फोटॉन मोजल्याशिवाय रीडआउटची वाट पाहू शकतात.
4. पुढील फ्रेमचे प्रदर्शन: पिक्सेलच्या मास्क केलेल्या क्षेत्रात साठवलेले आढळलेले शुल्क वापरून, पिक्सेलचे सक्रिय क्षेत्र पुढील फ्रेमचे (ओव्हरलॅप मोड) प्रदर्शन सुरू करू शकते.
5. अनुक्रमिक वाचन: एका वेळी एका ओळीत, तयार केलेल्या फ्रेमच्या प्रत्येक ओळीतील शुल्क 'रीडआउट रजिस्टर' मध्ये हलवले जातात.
6. अंतिम वाचन: एका वेळी एक कॉलम, प्रत्येक पिक्सेलमधील चार्जेस ADC वर रीडआउटसाठी रीडआउट नोडमध्ये शटल केले जातात.
7. पुनरावृत्ती: सर्व पिक्सेलमधील आढळलेले शुल्क मोजले जाईपर्यंत ही प्रक्रिया पुनरावृत्ती होते.
सर्व आढळलेले शुल्क थोड्या संख्येने (कधीकधी एक) रीडआउट पॉइंट्सद्वारे वाचले जात असल्याने निर्माण होणारा हा अडथळा, CMOS च्या तुलनेत CCD सेन्सर्सच्या डेटा थ्रूपुटमध्ये गंभीर मर्यादा निर्माण करतो.
सीसीडी सेन्सर्सचे फायदे आणि तोटे
| फायदे | बाधक |
| कमी गडद प्रवाह सामान्यतः थंड झाल्यावर ~0.001 e⁻/p/s. | मर्यादित गती सामान्य थ्रूपुट ~२० मेगापिक्सेल/सेकंद — CMOS पेक्षा खूपच हळू. |
| ऑन-पिक्सेल बिनिंग शुल्क रीडआउट करण्यापूर्वी एकत्रित केले जातात, ज्यामुळे आवाज कमी होतो. | सिंगल-पॉइंट एडीसी रीडआउटमुळे हाय रीड नॉइज ५-१० ई⁻ सामान्य आहे. |
| ग्लोबल शटर इंटरलाइन/फ्रेम-ट्रान्सफर सीसीडीमध्ये खरे ग्लोबल किंवा जवळ-ग्लोबल शटर. | मोठे पिक्सेल आकार लघुकरण CMOS ऑफरशी जुळत नाहीत. |
| उच्च प्रतिमा एकरूपता परिमाणात्मक इमेजिंगसाठी उत्कृष्ट. | जास्त वीज वापर चार्ज शिफ्टिंग आणि रीडआउटसाठी जास्त वीज लागते. |
सीसीडी सेन्सरचे फायदे
● कमी गडद प्रवाह: तंत्रज्ञानाच्या बाबतीत, सीसीडी सेन्सर्समध्ये सामान्यतः खूप कमी गडद प्रवाह असतो, सामान्यतः थंड झाल्यावर ०.००१ ई-/पी/सेकंद इतका असतो.
● 'ऑन-पिक्सेल' बिनिंग: बिनिंग करताना, CCDs रीडआउटच्या आधी चार्जेस जोडतात, नंतर नाही, म्हणजे कोणताही अतिरिक्त रीड नॉइज सादर केला जात नाही. गडद प्रवाह वाढतो, परंतु वर नमूद केल्याप्रमाणे, हे सहसा खूप कमी असते.
● ग्लोबल शटर: 'इंटरलाइन' सीसीडी सेन्सर खऱ्या ग्लोबल शटरसह कार्य करतात. 'फ्रेम ट्रान्सफर' सीसीडी सेन्सर 'अर्ध ग्लोबल' शटर वापरतात (आकृती ४५ मधील 'मास्क्ड' क्षेत्र पहा) - फ्रेम ट्रान्सफर प्रक्रिया सुरू आणि समाप्त होण्याची प्रक्रिया खरोखर एकाच वेळी होत नाही, परंतु सामान्यतः १-१० मायक्रोसेकंदांच्या क्रमाने होते. काही सीसीडी मेकॅनिकल शटरिंग वापरतात.
सीसीडी सेन्सर्सचे तोटे
● मर्यादित गती: पिक्सेल प्रति सेकंदात सामान्य डेटा थ्रूपुट सुमारे २० मेगापिक्सेल प्रति सेकंद (MP/s) असू शकते, जे ५ फ्रेम प्रति सेकंदावर ४ मेगापिक्सेल प्रतिमेच्या समतुल्य आहे. हे समतुल्य CMOS पेक्षा सुमारे २० पट कमी आहे आणि हाय-स्पीड CMOS पेक्षा किमान १०० पट कमी आहे.
● उच्च वाचनीय आवाज: CCD मध्ये वाचनीय आवाज जास्त असतो, मुख्यत्वे वापरण्यायोग्य कॅमेरा गती प्राप्त करण्यासाठी ADC(s) उच्च दराने चालवण्याची आवश्यकता असल्यामुळे. हाय-एंड CCD कॅमेऱ्यांसाठी 5 ते 10 e- सामान्य आहे.
● मोठे पिक्सेल: अनेक अनुप्रयोगांसाठी, लहान पिक्सेल फायदे प्रदान करतात. सामान्य CMOS आर्किटेक्चर CCD पेक्षा लहान किमान पिक्सेल आकारांना अनुमती देते.
● जास्त वीज वापर: CCD सेन्सर चालवण्यासाठी लागणारी वीज आवश्यकता CMOS पेक्षा खूपच जास्त आहे.
वैज्ञानिक इमेजिंगमध्ये सीसीडी सेन्सर्सचे अनुप्रयोग
जरी CMOS तंत्रज्ञानाने लोकप्रियता मिळवली असली तरी, CCD सेन्सर्सना अजूनही काही वैज्ञानिक इमेजिंग अनुप्रयोगांमध्ये प्राधान्य दिले जाते जिथे प्रतिमा गुणवत्ता, संवेदनशीलता आणि सुसंगतता सर्वोपरि आहे. कमीत कमी आवाजासह कमी प्रकाशात सिग्नल कॅप्चर करण्याची त्यांची उत्कृष्ट क्षमता त्यांना अचूक अनुप्रयोगांसाठी आदर्श बनवते.
खगोलशास्त्र
दूरच्या तारे आणि आकाशगंगांमधून मंद प्रकाश कॅप्चर करण्याची क्षमता असल्यामुळे सीसीडी सेन्सर खगोलशास्त्रीय इमेजिंगमध्ये महत्त्वाचे आहेत. दीर्घ-प्रदर्शन खगोल छायाचित्रणासाठी वेधशाळा आणि प्रगत हौशी खगोलशास्त्र दोन्हीमध्ये त्यांचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो, ज्यामुळे स्पष्ट, तपशीलवार प्रतिमा मिळतात.
मायक्रोस्कोपी आणि लाईफ सायन्सेस
जीवशास्त्रात, सीसीडी सेन्सर कमकुवत फ्लोरोसेन्स सिग्नल किंवा सूक्ष्म पेशीय संरचना कॅप्चर करण्यासाठी वापरले जातात. त्यांची उच्च संवेदनशीलता आणि एकरूपता त्यांना फ्लोरोसेन्स मायक्रोस्कोपी, लाइव्ह सेल इमेजिंग आणि डिजिटल पॅथॉलॉजी सारख्या अनुप्रयोगांसाठी परिपूर्ण बनवते. त्यांचा रेषीय प्रकाश प्रतिसाद अचूक परिमाणात्मक विश्लेषण सुनिश्चित करतो.
सेमीकंडक्टर तपासणी
सेमीकंडक्टर उत्पादनात, विशेषतः वेफर तपासणीसाठी सीसीडी सेन्सर्स महत्त्वाचे आहेत. चिप्समधील सूक्ष्म-स्केल दोष ओळखण्यासाठी, सेमीकंडक्टर उत्पादनात आवश्यक असलेली अचूकता सुनिश्चित करण्यासाठी त्यांचे उच्च रिझोल्यूशन आणि सातत्यपूर्ण इमेजिंग गुणवत्ता आवश्यक आहे.
एक्स-रे आणि वैज्ञानिक प्रतिमा
सीसीडी सेन्सर्स एक्स-रे डिटेक्शन सिस्टीम आणि इतर विशेष इमेजिंग अॅप्लिकेशन्समध्ये देखील वापरले जातात. क्रिस्टलोग्राफी, मटेरियल विश्लेषण आणि नॉन-डिस्ट्रक्टिव्ह टेस्टिंगसारख्या आव्हानात्मक परिस्थितीत स्पष्ट इमेजिंगसाठी, विशेषतः थंड झाल्यावर, उच्च सिग्नल-टू-नॉइज रेशो राखण्याची त्यांची क्षमता महत्त्वाची आहे.
सीसीडी सेन्सर्स आजही प्रासंगिक आहेत का?
टक्सन एच-६९४ आणि ६७४ सीसीडी कॅमेरा
CMOS तंत्रज्ञानाचा जलद विकास असूनही, CCD सेन्सर कालबाह्य झालेले नाहीत. अल्ट्रा-लो लाइट आणि उच्च-परिशुद्धता इमेजिंग कार्यांमध्ये ते एक पसंतीचे पर्याय राहिले आहेत, जिथे त्यांची अतुलनीय प्रतिमा गुणवत्ता आणि आवाज वैशिष्ट्ये महत्त्वपूर्ण आहेत. खोल-अंतराळ खगोलशास्त्र किंवा प्रगत फ्लोरोसेन्स मायक्रोस्कोपी सारख्या क्षेत्रात, CCD कॅमेरे बहुतेकदा अनेक CMOS पर्यायांपेक्षा चांगले कामगिरी करतात.
सीसीडी सेन्सर्सची ताकद आणि कमकुवतपणा समजून घेतल्याने संशोधक आणि अभियंत्यांना त्यांच्या विशिष्ट गरजांसाठी योग्य तंत्रज्ञान निवडण्यास मदत होते, ज्यामुळे त्यांच्या वैज्ञानिक किंवा औद्योगिक अनुप्रयोगांमध्ये इष्टतम कामगिरी सुनिश्चित होते.
वारंवार विचारले जाणारे प्रश्न
मी सीसीडी सेन्सर कधी निवडावे?
दहा वर्षांपूर्वीच्या तुलनेत आज सीसीडी सेन्सर्स खूपच दुर्मिळ आहेत, कारण सीएमओएस तंत्रज्ञान त्यांच्या कमी गडद प्रवाहाच्या कामगिरीवरही अतिक्रमण करू लागते. तथापि, असे अनुप्रयोग नेहमीच असतील जिथे त्यांच्या कामगिरी वैशिष्ट्यांचे संयोजन - जसे की उत्कृष्ट प्रतिमा गुणवत्ता, कमी आवाज आणि उच्च संवेदनशीलता - एक फायदा प्रदान करते.
वैज्ञानिक कॅमेरे थंड सीसीडी सेन्सर का वापरतात?
कूलिंगमुळे प्रतिमा कॅप्चर करताना थर्मल नॉइज कमी होतो, ज्यामुळे प्रतिमा स्पष्टता आणि संवेदनशीलता सुधारते. कमी प्रकाश आणि दीर्घ-एक्सपोजर वैज्ञानिक इमेजिंगसाठी हे विशेषतः महत्वाचे आहे, म्हणूनच अनेक उच्च-अंतवैज्ञानिक कॅमेरेस्वच्छ, अधिक अचूक परिणामांसाठी थंड केलेल्या CCD वर अवलंबून राहा.
CCD आणि EMCCD सेन्सर्समध्ये ओव्हरलॅप मोड म्हणजे काय आणि ते कॅमेरा कामगिरी कशी सुधारते?
CCD आणि EMCCD सेन्सर सामान्यतः 'ओव्हरलॅप मोड' करण्यास सक्षम असतात. ग्लोबल शटर कॅमेऱ्यांसाठी, हे पुढील फ्रेमच्या एक्सपोजर दरम्यान मागील फ्रेम वाचण्याची क्षमता दर्शवते. यामुळे उच्च (जवळपास 100%) ड्युटी सायकल होते, म्हणजे फ्रेम्सना प्रकाशात न आणता कमीत कमी वेळ वाया जातो आणि म्हणूनच फ्रेम रेट जास्त असतो.
टीप: रोलिंग शटर सेन्सर्ससाठी ओव्हरलॅप मोडचा वेगळा अर्थ आहे.
जर तुम्हाला रोलिंग शटरबद्दल अधिक जाणून घ्यायचे असेल तर कृपया येथे क्लिक करा:
रोलिंग शटर कंट्रोल मोड कसा काम करतो आणि तो कसा वापरायचा
टक्सन फोटोनिक्स कंपनी लिमिटेड. सर्व हक्क राखीव. उद्धृत करताना, कृपया स्त्रोताची कबुली द्या:www.tucsen.com
