आवेश युग्मित उपकरण (चार्ज-कपल्ड डिवाइस)

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पराबैंगनी इमेजिंग के लिए उपयोग किए जाने वाले तार-बंधित पैकेज में विशेष रूप से विकसित सीसीडी

चार्ज-कपल्ड डिवाइस (CCD) एक एकीकृत परिपथ है जिसमें लिंक्ड, या कपल्ड, [[संधारित्र]] की एक सरणी होती है। बाहरी सर्किट के नियंत्रण में, प्रत्येक कैपेसिटर अपने बिजली का आवेश को पड़ोसी कैपेसिटर में स्थानांतरित कर सकता है। सीसीडी सेंसर डिजिटल इमेजिंग में उपयोग की जाने वाली एक प्रमुख तकनीक है।

सीसीडी छवि संवेदक में, पिक्सेल डोपिंग (सेमीकंडक्टर) | पी-डॉप्ड मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर (एमओएस) कैपेसिटर द्वारा दर्शाए जाते हैं। ये एमओएस कैपेसिटर, एक सीसीडी के बुनियादी बिल्डिंग ब्लॉक्स,[1]छवि अधिग्रहण शुरू होने पर व्युत्क्रम के लिए दहलीज से ऊपर पक्षपाती हैं, सेमीकंडक्टर-ऑक्साइड इंटरफ़ेस पर आने वाले फोटोन को इलेक्ट्रॉन शुल्क में परिवर्तित करने की अनुमति देता है; सीसीडी का उपयोग तब इन शुल्कों को पढ़ने के लिए किया जाता है।

हालांकि प्रकाश का पता लगाने की अनुमति देने के लिए सीसीडी एकमात्र तकनीक नहीं है, सीसीडी इमेज सेंसर पेशेवर, चिकित्सा और वैज्ञानिक अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं जहां उच्च गुणवत्ता वाली छवि डेटा की आवश्यकता होती है।

उपभोक्ता और पेशेवर डिजिटल कैमरा जैसे कम सटीक गुणवत्ता मांगों वाले अनुप्रयोगों में, सक्रिय पिक्सेल सेंसर, जिन्हें सीएमओएस सेंसर (पूरक एमओएस सेंसर) भी कहा जाता है, आमतौर पर उपयोग किया जाता है।

हालांकि, बड़े गुणवत्ता लाभ सीसीडी ने शुरुआत में प्राप्त किया था जो समय के साथ कम हो गया है और 2010 के अंत से सीएमओएस सेंसर प्रमुख तकनीक हैं, अगर पूरी तरह से सीसीडी छवि सेंसर को प्रतिस्थापित नहीं किया गया है।

इतिहास

जॉर्ज ई. स्मिथ और विलार्ड बॉयल, 2009

सीसीडी का आधार धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक (एमओएस) संरचना है,[2] एमओएस कैपेसिटर एक सीसीडी के बुनियादी बिल्डिंग ब्लॉक होने के साथ,[1][3] और शुरुआती सीसीडी उपकरणों में फोटोडिटेक्टर के रूप में उपयोग किए जाने वाले एमओएस संरचना की कमी और वृद्धि मोड।[2][4]

1960 के दशक के अंत में, बेल लैब्स में विलार्ड बॉयल और जॉर्ज ई. स्मिथ अर्धचालक बुलबुला स्मृति पर काम करते हुए एमओएस तकनीक पर शोध कर रहे थे। उन्होंने महसूस किया कि एक विद्युत आवेश चुंबकीय बुलबुले का सादृश्य था और इसे एक छोटे एमओएस कैपेसिटर पर संग्रहीत किया जा सकता था। चूंकि यह एमओएस कैपेसिटर की एक पंक्ति में अर्धचालक उपकरण निर्माण निर्माण के लिए काफी सीधा था, उन्होंने उन्हें एक उपयुक्त वोल्टेज से जोड़ा ताकि चार्ज को एक से दूसरे तक ले जाया जा सके।[3]इसने 1969 में बॉयल और स्मिथ द्वारा चार्ज-युग्मित डिवाइस का आविष्कार किया। उन्होंने अपनी नोटबुक, चार्ज 'बबल' डिवाइसेस में जो कहा, उसके डिजाइन की कल्पना की।[5][6] अप्रैल 1970 में अवधारणा का वर्णन करने वाले प्रारंभिक पेपर में स्मृति , एक विलंब रेखा और एक इमेजिंग डिवाइस के रूप में संभावित उपयोगों को सूचीबद्ध किया गया था।[7] डिवाइस को शिफ्ट का रजिस्टर के रूप में भी इस्तेमाल किया जा सकता है। डिजाइन का सार अर्धचालक की सतह के साथ एक स्टोरेज कैपेसिटर से दूसरे तक चार्ज ट्रांसफर करने की क्षमता थी। अवधारणा बाल्टी-ब्रिगेड डिवाइस (बीबीडी) के सिद्धांत के समान थी, जिसे 1960 के दशक के अंत में PHILIPS में विकसित किया गया था।

सिद्धांत का प्रदर्शन करने वाला पहला प्रायोगिक उपकरण एक थर्मल ऑक्सीकरण सिलिकॉन सतह पर बारीकी से दूरी वाले धातु के वर्गों की एक पंक्ति थी जो तार बांड द्वारा विद्युत रूप से उपयोग की जाती थी। यह अप्रैल 1970 में गिल एमेलियो, माइकल फ्रांसिस टॉम्सेट और जॉर्ज स्मिथ द्वारा प्रदर्शित किया गया था।[8] यह छवि संवेदक प्रौद्योगिकी में सीसीडी का पहला प्रायोगिक अनुप्रयोग था, और फोटोडेटेक्टर के रूप में एक क्षीण एमओएस संरचना का उपयोग किया।[2]पहला पेटेंट (U.S. Patent 4,085,456) इमेजिंग के लिए सीसीडी के आवेदन पर टॉमसेट को सौंपा गया था, जिन्होंने 1971 में आवेदन दायर किया था।[9] अगस्त 1970 में टोम्पसेट, एमेलियो और स्मिथ द्वारा रिपोर्ट की गई एकीकृत सर्किट प्रौद्योगिकी के साथ बनाई गई पहली कामकाजी सीसीडी एक साधारण 8-बिट शिफ्ट रजिस्टर थी।[10] इस डिवाइस में इनपुट और आउटपुट सर्किट थे और इसका उपयोग शिफ्ट रजिस्टर के रूप में और कच्चे आठ पिक्सेल रैखिक इमेजिंग डिवाइस के रूप में इसका उपयोग प्रदर्शित करने के लिए किया गया था। डिवाइस के विकास ने एक तेज़ डर से प्रगति की। 1971 तक, माइकल टॉम्सेट के नेतृत्व में बेल शोधकर्ता सरल रेखीय उपकरणों के साथ छवियों को पकड़ने में सक्षम थे।[11] फेयरचाइल्ड सेमीकंडक्टर, आरसीए और टेक्सस उपकरण ्स सहित कई कंपनियों ने आविष्कार को चुना और विकास कार्यक्रम शुरू किया। फेयरचाइल्ड का प्रयास, पूर्व-बेल शोधकर्ता गिल एमेलियो के नेतृत्व में, वाणिज्यिक उपकरणों के साथ पहला था, और 1974 तक एक रैखिक 500-तत्व डिवाइस और एक 2D 100 × 100 पिक्सेल डिवाइस था। KODAK के लिए काम करने वाले एक इलेक्ट्रिकल इंजीनियर स्टीवन सैसून ने फेयरचाइल्ड का उपयोग करके पहले डिजिटल स्टिल कैमरा का आविष्कार किया 100 × 100 1975 में सीसीडी।[12] 1973 में फेयरचाइल्ड में एल वॉल्श और आर डाइक द्वारा इंटरलाइन ट्रांसफर (आईएलटी) सीसीडी डिवाइस प्रस्तावित किया गया था ताकि स्मीयर को कम किया जा सके और मैकेनिकल शटर (फोटोग्राफी) को खत्म किया जा सके। उज्ज्वल प्रकाश स्रोतों से धुंध को और कम करने के लिए, 1981 में PANASONIC (अब पैनासोनिक) में के. होरी, टी. कुरोदा और टी. कुनी द्वारा फ्रेम-इंटरलाइन-ट्रांसफर (एफआईटी) सीसीडी आर्किटेक्चर विकसित किया गया था।[2]

पहला KH-11 Kennen|KH-11 Kennen टोही उपग्रह चार्ज-युग्मित डिवाइस ऐरे से लैस है (800 × 800 पिक्सल)[13] इमेजिंग के लिए प्रौद्योगिकी दिसंबर 1976 में शुरू की गई थी।[14] कज़ुओ इवामा (सोनी)सोनी) के नेतृत्व में, सोनी ने एक महत्वपूर्ण निवेश वाले सीसीडी पर एक बड़ा विकास प्रयास शुरू किया। आखिरकार, सोनी अपने कैमकॉर्डर के लिए सीसीडी का बड़े पैमाने पर उत्पादन करने में कामयाब रहा। ऐसा होने से पहले, अगस्त 1982 में इवामा की मृत्यु हो गई। इसके बाद उनके योगदान को स्वीकार करने के लिए उनके मकबरे पर एक सीसीडी चिप लगाई गई।[15] पहला बड़े पैमाने पर उत्पादित उपभोक्ता सीसीडी वीडियो कैमरा, सीसीडी-जी 5, सोनी द्वारा 1983 में जारी किया गया था, जो 1981 में योशियाकी हागिवारा द्वारा विकसित एक प्रोटोटाइप पर आधारित था।[16] शुरुआती सीसीडी सेंसर शटर अंतराल से पीड़ित थे। यह काफी हद तक पिन किए पिन किया हुआ फोटोडायोड (पीपीडी) के आविष्कार के साथ हल किया गया था।[2]1980 में, हिरोमित्सु शिराकी ने यासुओ इशिहारा का मसौदा तैयार किया और उन्हें शिनवा मंदिर के सदस्य के रूप में नियुक्त किया गया।[2][17] उन्होंने माना कि अगर सिग्नल वाहकों को photodiode से सीसीडी में स्थानांतरित किया जा सकता है तो अंतराल को समाप्त किया जा सकता है। इसने पिन किए गए फोटोडायोड, कम अंतराल, कम शोर (इलेक्ट्रॉनिक्स), उच्च क्वांटम दक्षता और कम डार्क करंट (भौतिकी) के साथ एक फोटोडेटेक्टर संरचना का आविष्कार किया।[2]यह पहली बार 1982 में ए. कोहोनो, ई. ओडा और के. अराई के साथ तेरनिशी और इशिहारा द्वारा सार्वजनिक रूप से रिपोर्ट किया गया था, जिसमें एक एंटी-ब्लूमिंग संरचना शामिल थी।[2][18] एनईसी में आविष्कृत नई फोटोडेटेक्टर संरचना को बीसी द्वारा पिनड फोटोडायोड (पीपीडी) नाम दिया गया था। 1984 में कोडक में बर्की। 1987 में, PPD को अधिकांश CCD उपकरणों में शामिल किया जाने लगा, जो उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक वीडियो कैमरे और फिर डिजिटल स्टिल कैमरों में एक स्थिरता बन गया। तब से, पीपीडी का उपयोग लगभग सभी सीसीडी सेंसर और फिर सीएमओएस सेंसर में किया गया है।[2]

जनवरी 2006 में, बॉयल और स्मिथ को नेशनल एकेडमी ऑफ इंजीनियरिंग चार्ल्स स्टार्क ड्रेपर पुरस्कार से सम्मानित किया गया,[19] और 2009 में उन्हें भौतिकी के लिए नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया[20] सीसीडी अवधारणा के उनके आविष्कार के लिए। माइकल टॉम्सेट को पहले सीसीडी इमेजर्स के डिजाइन और विकास सहित अग्रणी काम और इलेक्ट्रॉनिक प्रौद्योगिकियों के लिए 2010 राष्ट्रीय प्रौद्योगिकी और नवाचार पदक से सम्मानित किया गया था। सीसीडी इमेजर्स, कैमरा और थर्मल इमेजर्स सहित इमेजिंग उपकरणों में अग्रणी योगदान के लिए उन्हें 2012 IEEE एडिसन मेडल से भी सम्मानित किया गया था।

ऑपरेशन की मूल बातें

चार्ज पैकेट (इलेक्ट्रॉन, नीला) गेट इलेक्ट्रोड (जी) पर सकारात्मक वोल्टेज लगाने से बनाए गए संभावित कुओं (पीले) में एकत्र किए जाते हैं। गेट इलेक्ट्रोड में सकारात्मक वोल्टेज को सही क्रम में लगाने से चार्ज पैकेट ट्रांसफर हो जाते हैं।

छवियों को कैप्चर करने के लिए एक सीसीडी में, एक फोटोएक्टिव क्षेत्र (सिलिकॉन की एक epitaxy परत) होता है, और एक ट्रांसमिशन क्षेत्र एक शिफ्ट रजिस्टर (सीसीडी, ठीक से बोलना) से बना होता है।

एक लेंस (प्रकाशिकी) के माध्यम से एक छवि को कैपेसिटर सरणी (फोटोएक्टिव क्षेत्र) पर प्रक्षेपित किया जाता है, जिससे प्रत्येक कैपेसिटर उस स्थान पर प्रकाश की तीव्रता के अनुपात में एक इलेक्ट्रिक चार्ज जमा करता है। लाइन-स्कैन कैमरों में उपयोग की जाने वाली एक-आयामी सरणी, छवि का एक टुकड़ा कैप्चर करती है, जबकि वीडियो और अभी भी कैमरे में उपयोग की जाने वाली द्वि-आयामी सरणी, फोकल प्लेन पर प्रक्षेपित दृश्य के अनुरूप दो-आयामी तस्वीर को कैप्चर करती है। सेंसर का। एक बार सरणी छवि के संपर्क में आने के बाद, एक नियंत्रण सर्किट प्रत्येक कैपेसिटर को अपनी सामग्री को अपने पड़ोसी (शिफ्ट रजिस्टर के रूप में संचालित) में स्थानांतरित करने का कारण बनता है। सरणी में अंतिम संधारित्र अपने चार्ज को चार्ज एम्पलीफायर में डंप करता है, जो चार्ज को वोल्टेज में परिवर्तित करता है। इस प्रक्रिया को दोहराते हुए, नियंत्रक सर्किट सेमीकंडक्टर में सरणी की संपूर्ण सामग्री को वोल्टेज के अनुक्रम में परिवर्तित करता है। एक डिजिटल डिवाइस में, इन वोल्टेजों को तब नमूना, डिजिटाइज़ किया जाता है और आमतौर पर मेमोरी में संग्रहीत किया जाता है; एक एनालॉग डिवाइस (जैसे एक एनालॉग वीडियो कैमरा) में, उन्हें एक सतत एनालॉग सिग्नल में संसाधित किया जाता है (उदाहरण के लिए चार्ज एम्पलीफायर के आउटपुट को कम-पास फ़िल्टर में खिलाकर), जिसे तब संसाधित किया जाता है और अन्य सर्किटों को खिलाया जाता है संचरण, रिकॉर्डिंग, या अन्य प्रसंस्करण।[21]


ऑपरेशन की विस्तृत भौतिकी

Sony#अर्धचालक और घटक ICX493AQA 10.14-मेगापिक्सेल APS-C (23.4 × 15.6 मिमी) डिजिटल कैमरे से CCD Sony α DSLR-A200 या DSLR-A300, सेंसर साइड

चार्ज पीढ़ी

एमओएस कैपेसिटर प्रकाश के संपर्क में आने से पहले, वे कमी क्षेत्र में पूर्वाग्रह कर रहे हैं; एन-चैनल सीसीडी में, बायस गेट के नीचे सिलिकॉन थोड़ा पी-डॉप्ड या आंतरिक होता है। तब गेट एक सकारात्मक क्षमता पर पक्षपाती होता है, मजबूत उलटा के लिए दहलीज के ऊपर, जिसके परिणामस्वरूप अंततः MOSFET के रूप में गेट के नीचे एक n चैनल का निर्माण होगा। हालांकि, इस थर्मल संतुलन तक पहुंचने में समय लगता है: कम तापमान पर ठंडा होने वाले उच्च अंत वाले वैज्ञानिक कैमरों में घंटों तक।[22] प्रारंभ में पूर्वाग्रह के बाद, छिद्रों को सब्सट्रेट में दूर धकेल दिया जाता है, और कोई मोबाइल इलेक्ट्रॉन सतह पर या उसके पास नहीं होता है; सीसीडी इस प्रकार एक गैर-संतुलन अवस्था में संचालित होता है जिसे डीप डिप्लेशन कहा जाता है।[23] फिर, जब इलेक्ट्रॉन-छिद्र युग्म अवक्षय क्षेत्र में उत्पन्न होते हैं, तो वे विद्युत क्षेत्र द्वारा अलग हो जाते हैं, इलेक्ट्रॉन सतह की ओर बढ़ते हैं, और छिद्र सब्सट्रेट की ओर बढ़ते हैं। चार जोड़ी-पीढ़ी की प्रक्रियाओं की पहचान की जा सकती है:

  • फोटो-जेनरेशन (क्वांटम दक्षता का 95% तक),
  • कमी क्षेत्र में पीढ़ी,
  • सतह पर पीढ़ी, और
  • तटस्थ बल्क में पीढ़ी।

अंतिम तीन प्रक्रियाओं को डार्क-करंट जनरेशन के रूप में जाना जाता है, और छवि में शोर जोड़ते हैं; वे कुल प्रयोग करने योग्य एकीकरण समय को सीमित कर सकते हैं। सतह पर या उसके पास इलेक्ट्रॉनों का संचय या तो तब तक आगे बढ़ सकता है जब तक कि छवि एकीकरण खत्म नहीं हो जाता है और चार्ज स्थानांतरित होना शुरू हो जाता है, या थर्मल संतुलन तक पहुंच जाता है। ऐसे में कुआं भरा हुआ बताया जा रहा है। प्रत्येक कुएं की अधिकतम क्षमता को कुएं की गहराई के रूप में जाना जाता है,[24] आम तौर पर लगभग 105 इलेक्ट्रॉन प्रति पिक्सेल।[23]


डिजाइन और निर्माण

सीसीडी का फोटोएक्टिव क्षेत्र आमतौर पर सिलिकॉन की एक epitaxial परत है। यह हल्के से पी डॉप्ड (आमतौर पर बोरॉन के साथ) होता है और एक सब्सट्रेट (सामग्री विज्ञान) सामग्री पर उगाया जाता है, अक्सर पी ++। दफन-चैनल उपकरणों में, अधिकांश आधुनिक सीसीडी में उपयोग किए जाने वाले डिज़ाइन के प्रकार, सिलिकॉन की सतह के कुछ क्षेत्रों में फास्फोरस के साथ आयन आरोपण होता है, जिससे उन्हें एन-डोप्ड पदनाम मिलता है। यह क्षेत्र उस चैनल को परिभाषित करता है जिसमें फोटोजेनरेटेड चार्ज पैकेट यात्रा करेंगे। साइमन स्ज़े दफन-चैनल डिवाइस के फायदों का विवरण देते हैं:[23]

यह पतली परत (= 0.2–0.3 माइक्रोन) पूरी तरह से समाप्त हो गई है और संचित फोटोजेनरेटेड चार्ज को सतह से दूर रखा गया है। कम सतह पुनर्संयोजन से इस संरचना में उच्च हस्तांतरण दक्षता और कम अंधेरे वर्तमान के फायदे हैं। दंड सतह-चैनल सीसीडी की तुलना में 2-3 के कारक द्वारा छोटी चार्ज क्षमता है।

बाद में इस प्रक्रिया में, पॉलीसिलिकॉन गेट रासायनिक वाष्प जमाव द्वारा जमा किए जाते हैं, फोटोलिथोग्राफी के साथ प्रतिरूपित होते हैं, और इस तरह से खोदे जाते हैं कि अलग-अलग चरणबद्ध गेट चैनलों के लंबवत होते हैं। चैनल स्टॉप क्षेत्र का उत्पादन करने के लिए LOCOS प्रक्रिया के उपयोग द्वारा चैनलों को आगे परिभाषित किया गया है।

चैनल स्टॉप ऊष्मीय रूप से विकसित ऑक्साइड हैं जो चार्ज पैकेट को एक कॉलम में दूसरे से अलग करने के लिए काम करते हैं। ये चैनल स्टॉप्स पॉलीसिलिकॉन गेट्स के बनने से पहले तैयार किए जाते हैं, क्योंकि LOCOS प्रक्रिया एक उच्च-तापमान चरण का उपयोग करती है जो गेट सामग्री को नष्ट कर देगा। चैनल स्टॉप चैनल, या चार्ज ले जाने वाले क्षेत्रों के समानांतर और अनन्य हैं।

चैनल स्टॉप में अक्सर उनके नीचे एक p+ डॉप्ड क्षेत्र होता है, जो चार्ज पैकेट में इलेक्ट्रॉनों के लिए एक और अवरोध प्रदान करता है (CCD उपकरणों की भौतिकी की यह चर्चा एक इलेक्ट्रॉन ट्रांसफर डिवाइस मानती है, हालांकि होल ट्रांसफर संभव है)।

फाटकों की घड़ी, बारी-बारी से उच्च और निम्न, दबे हुए चैनल (एन-डॉप्ड) और एपिटैक्सियल परत (पी-डॉप्ड) द्वारा प्रदान किए गए डायोड को आगे और पीछे ले जाएगी। यह सीसीडी को पी-एन जंक्शन के पास समाप्त कर देगा और गेट के नीचे और डिवाइस के चैनलों के भीतर चार्ज पैकेट को इकट्ठा और स्थानांतरित करेगा।

सीसीडी निर्माण और संचालन को विभिन्न उपयोगों के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। उपरोक्त प्रक्रिया एक फ्रेम ट्रांसफर सीसीडी का वर्णन करती है। जबकि सीसीडी का निर्माण अत्यधिक डोप्ड पी++ वेफर पर किया जा सकता है, पी-वेल्स के अंदर एक डिवाइस का निर्माण करना भी संभव है जिसे एन-वेफर पर रखा गया है। यह दूसरी विधि, कथित तौर पर, स्मीयर, डार्क करंट (भौतिकी), और अवरक्त और लाल प्रतिक्रिया को कम करती है। निर्माण की इस पद्धति का उपयोग इंटरलाइन-ट्रांसफर उपकरणों के निर्माण में किया जाता है।

सीसीडी के एक अन्य संस्करण को पेरिस्टाल्टिक सीसीडी कहा जाता है। पेरिस्टाल्टिक चार्ज-युग्मित डिवाइस में, चार्ज-पैकेट ट्रांसफर ऑपरेशन पेरिस्टाल्टिक संकुचन और पाचन तंत्र के फैलाव के अनुरूप होता है। पेरिस्टाल्टिक सीसीडी में एक अतिरिक्त इम्प्लांट होता है जो चार्ज को सिलिकॉन/सिलिकॉन डाइऑक्साइड इंटरफेस से दूर रखता है और एक गेट से दूसरे गेट तक एक बड़ा पार्श्व विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करता है। यह चार्ज पैकेट के हस्तांतरण में सहायता के लिए एक अतिरिक्त प्रेरणा शक्ति प्रदान करता है।

आर्किटेक्चर

2.1-मेगापिक्सेल आर्गस (कैमरा कंपनी) डिजिटल कैमरा से सीसीडी
फैक्स मशीन से एक आयामी सीसीडी छवि संवेदक

सीसीडी इमेज सेंसर को कई अलग-अलग आर्किटेक्चर में लागू किया जा सकता है। सबसे आम हैं फुल-फ्रेम, फ्रेम-ट्रांसफर और इंटरलाइन। इनमें से प्रत्येक आर्किटेक्चर की विशिष्ट विशेषता शटरिंग की समस्या के प्रति उनका दृष्टिकोण है।

पूर्ण-फ़्रेम डिवाइस में, संपूर्ण छवि क्षेत्र सक्रिय होता है, और कोई इलेक्ट्रॉनिक शटर नहीं होता है। इस प्रकार के सेंसर में एक यांत्रिक शटर जोड़ा जाना चाहिए या डिवाइस को क्लॉक या रीड आउट करने पर छवि खराब हो जाती है।

एक फ्रेम-ट्रांसफर सीसीडी के साथ, आधा सिलिकॉन क्षेत्र एक अपारदर्शी मुखौटा (आमतौर पर एल्यूमीनियम) द्वारा कवर किया जाता है। छवि को कुछ प्रतिशत के स्वीकार्य धुंध के साथ छवि क्षेत्र से अपारदर्शी क्षेत्र या भंडारण क्षेत्र में तुरंत स्थानांतरित किया जा सकता है। उस छवि को भंडारण क्षेत्र से धीरे-धीरे पढ़ा जा सकता है जबकि एक नई छवि सक्रिय क्षेत्र में एकीकृत या उजागर हो रही है। फ्रेम-ट्रांसफर उपकरणों को आम तौर पर यांत्रिक शटर की आवश्यकता नहीं होती है और प्रारंभिक ठोस-राज्य प्रसारण कैमरों के लिए एक सामान्य वास्तुकला थी। फ्रेम-ट्रांसफर आर्किटेक्चर के लिए नकारात्मक पक्ष यह है कि इसके लिए एक समान पूर्ण-फ्रेम डिवाइस के दो बार सिलिकॉन रियल एस्टेट की आवश्यकता होती है; इसलिए, इसकी लागत लगभग दोगुनी है।

इंटरलाइन आर्किटेक्चर इस अवधारणा को एक कदम आगे बढ़ाता है और स्टोरेज के लिए इमेज सेंसर के हर दूसरे कॉलम को मास्क कर देता है। इस उपकरण में, छवि क्षेत्र से भंडारण क्षेत्र में स्थानांतरित करने के लिए केवल एक पिक्सेल बदलाव होना चाहिए; इस प्रकार, शटर का समय एक माइक्रोसेकंड से कम हो सकता है और स्मीयर अनिवार्य रूप से समाप्त हो जाता है। लाभ मुक्त नहीं है, हालांकि, क्योंकि इमेजिंग क्षेत्र अब अपारदर्शी स्ट्रिप्स द्वारा कवर किया गया है, जिससे भरण कारक (इमेज सेंसर) को लगभग 50 प्रतिशत और प्रभावी क्वांटम दक्षता को एक समान मात्रा में छोड़ दिया जाता है। आधुनिक डिजाइनों ने अपारदर्शी क्षेत्रों से दूर और सक्रिय क्षेत्र पर प्रकाश को निर्देशित करने के लिए डिवाइस की सतह पर माइक्रोलेंस जोड़कर इस हानिकारक विशेषता को संबोधित किया है। पिक्सेल आकार और समग्र सिस्टम के ऑप्टिकल डिज़ाइन के आधार पर माइक्रोलेंस फ़िल फ़ैक्टर को 90 प्रतिशत या उससे अधिक तक वापस ला सकते हैं।

वास्तुकला का विकल्प उपयोगिता में से एक के लिए नीचे आता है। यदि एप्लिकेशन महंगा, विफलता-प्रवण, बिजली-गहन यांत्रिक शटर बर्दाश्त नहीं कर सकता है, तो एक इंटरलाइन डिवाइस सही विकल्प है। उपभोक्ता स्नैप-शॉट कैमरों ने इंटरलाइन उपकरणों का उपयोग किया है। दूसरी ओर, उन अनुप्रयोगों के लिए जिन्हें सर्वोत्तम संभव प्रकाश संग्रह की आवश्यकता होती है और धन, शक्ति और समय के मुद्दे कम महत्वपूर्ण होते हैं, पूर्ण-फ्रेम डिवाइस सही विकल्प है। खगोलविद पूर्ण-फ्रेम उपकरणों को प्राथमिकता देते हैं। फ्रेम-ट्रांसफर बीच में आता है और इंटरलाइन उपकरणों के भरण-कारक मुद्दे को संबोधित करने से पहले एक सामान्य विकल्प था। आज, फ्रेम-ट्रांसफर आमतौर पर तब चुना जाता है जब इंटरलाइन आर्किटेक्चर उपलब्ध नहीं होता है, जैसे बैक-इल्यूमिनेटेड डिवाइस में।

पिक्सेल के ग्रिड वाले सीसीडी का उपयोग डिजिटल कैमरा, छवि स्कैनर और वीडियो कैमरों में लाइट-सेंसिंग डिवाइस के रूप में किया जाता है। वे आम तौर पर 70 प्रतिशत रे (ऑप्टिक्स) # आपतित किरण प्रकाश (अर्थात् लगभग 70 प्रतिशत की क्वांटम दक्षता) का जवाब देते हैं, जिससे वे फ़ोटोग्राफिक फिल्म की तुलना में कहीं अधिक कुशल हो जाते हैं, जो घटना प्रकाश का लगभग 2 प्रतिशत ही कैप्चर करता है।

अधिकांश सामान्य प्रकार के सीसीडी निकट-अवरक्त प्रकाश के प्रति संवेदनशील होते हैं, जो अवरक्त फोटोग्राफी, रात-दृष्टि उपकरणों और शून्य लूक्रस (या शून्य लक्स के पास) वीडियो-रिकॉर्डिंग/फोटोग्राफी की अनुमति देता है। सामान्य सिलिकॉन-आधारित डिटेक्टरों के लिए, संवेदनशीलता 1.1 μm तक सीमित है। इन्फ्रारेड के प्रति उनकी संवेदनशीलता का एक अन्य परिणाम यह है कि रिमोट कंट्रोल से इंफ्रारेड अक्सर सीसीडी-आधारित डिजिटल कैमरों या कैमकोर्डर पर दिखाई देते हैं यदि उनके पास इन्फ्रारेड ब्लॉकर्स नहीं होते हैं।

कूलिंग ऐरे के डार्क करंट (भौतिकी) को कम करता है, सीसीडी की संवेदनशीलता को कम रोशनी की तीव्रता में सुधार करता है, यहां तक ​​कि पराबैंगनी और दृश्य तरंग दैर्ध्य के लिए भी। पेशेवर वेधशालाएं अक्सर अपने डिटेक्टरों को तरल नाइट्रोजन से ठंडा करती हैं ताकि डार्क करंट को कम किया जा सके, और इसलिए थर्मल शोर को नगण्य स्तर तक कम किया जा सके।

फ्रेम ट्रांसफर सीसीडी

एक फ्रेम स्थानांतरण सीसीडी सेंसर

फ्रेम ट्रांसफर सीसीडी इमेजर बेल लेबोरेटरीज में माइकल टॉम्पेसेट द्वारा सीसीडी इमेजिंग के लिए प्रस्तावित पहली इमेजिंग संरचना थी। एक फ्रेम ट्रांसफर सीसीडी एक विशेष सीसीडी है, जिसका उपयोग अक्सर खगोल विज्ञान और कुछ पेशेवर वीडियो कैमरों में किया जाता है, जिसे उच्च जोखिम दक्षता और शुद्धता के लिए डिज़ाइन किया गया है।

सीसीडी के सामान्य कामकाज, खगोलीय या अन्यथा, दो चरणों में विभाजित किया जा सकता है: एक्सपोजर और रीडआउट। पहले चरण के दौरान, सीसीडी निष्क्रिय रूप से आने वाले फोटॉनों को इकट्ठा करता है, इसकी कोशिकाओं में इलेक्ट्रॉनों को जमा करता है। एक्सपोज़र का समय बीत जाने के बाद, कोशिकाओं को एक समय में एक पंक्ति में पढ़ा जाता है। रीडआउट चरण के दौरान, कोशिकाओं को सीसीडी के पूरे क्षेत्र में स्थानांतरित कर दिया जाता है। जबकि उन्हें स्थानांतरित किया जाता है, वे प्रकाश एकत्र करना जारी रखते हैं। इस प्रकार, यदि स्थानांतरण पर्याप्त तेज़ नहीं है, तो स्थानांतरण के दौरान सेल होल्डिंग चार्ज पर पड़ने वाले प्रकाश से त्रुटियां हो सकती हैं। इन त्रुटियों को वर्टिकल स्मीयर के रूप में संदर्भित किया जाता है और इसके सटीक स्थान के ऊपर और नीचे एक लंबवत रेखा बनाने के लिए एक मजबूत प्रकाश स्रोत का कारण बनता है। इसके अलावा, सीसीडी का उपयोग प्रकाश को इकट्ठा करने के लिए नहीं किया जा सकता है, जबकि इसे पढ़ा जा रहा है। एक तेज़ शिफ्टिंग के लिए तेज़ रीडआउट की आवश्यकता होती है, और तेज़ रीडआउट से सेल चार्ज माप में त्रुटियां हो सकती हैं, जिससे उच्च शोर स्तर हो सकता है।

एक फ्रेम ट्रांसफर सीसीडी दोनों समस्याओं को हल करता है: इसमें एक परिरक्षित है, प्रकाश के प्रति संवेदनशील नहीं है, प्रकाश के संपर्क में आने वाले क्षेत्र के रूप में कई कोशिकाओं वाले क्षेत्र। आमतौर पर, यह क्षेत्र एल्यूमीनियम जैसी परावर्तक सामग्री से ढका होता है। जब एक्सपोज़र का समय समाप्त हो जाता है, तो कोशिकाओं को बहुत तेज़ी से छिपे हुए क्षेत्र में स्थानांतरित कर दिया जाता है। यहां, किसी भी आने वाली रोशनी से सुरक्षित, कोशिकाओं को किसी भी गति से पढ़ा जा सकता है, जो कोशिकाओं के चार्ज को सही ढंग से मापने के लिए जरूरी है। साथ ही, सीसीडी का खुला हिस्सा फिर से प्रकाश एकत्र कर रहा है, इसलिए लगातार एक्सपोजर के बीच कोई देरी नहीं होती है।

ऐसे सीसीडी का नुकसान उच्च लागत है: सेल क्षेत्र मूल रूप से दोगुना हो जाता है, और अधिक जटिल नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स की आवश्यकता होती है।

तीव्र चार्ज-युग्मित डिवाइस

Main article: Image intensifier

एक गहन चार्ज-युग्मित डिवाइस (आईसीसीडी) एक सीसीडी है जो सीसीडी के सामने घुड़सवार छवि गहनता से वैकल्पिक रूप से जुड़ा हुआ है।

एक इमेज इंटेंसिफायर में तीन कार्यात्मक तत्व शामिल होते हैं: एक photocathode , एक सूक्ष्म चैनल प्लेट (एमसीपी) और एक भास्वर स्क्रीन। इन तीन तत्वों को उल्लिखित क्रम में एक के पीछे एक करके रखा गया है। प्रकाश स्रोत से आने वाले फोटॉन फोटोकैथोड पर गिरते हैं, जिससे फोटोइलेक्ट्रॉन उत्पन्न होते हैं। फोटोकैथोड और एमसीपी के बीच लगाए गए विद्युत नियंत्रण वोल्टेज द्वारा फोटोइलेक्ट्रॉनों को एमसीपी की ओर त्वरित किया जाता है। इलेक्ट्रॉनों को MCP के अंदर गुणा किया जाता है और उसके बाद फॉस्फर स्क्रीन की ओर त्वरित किया जाता है। फॉस्फोर स्क्रीन अंत में गुणा किए गए इलेक्ट्रॉनों को वापस फोटॉनों में परिवर्तित कर देती है जो कि सीसीडी को फाइबर ऑप्टिक या लेंस द्वारा निर्देशित किया जाता है।

एक इमेज इंटेंसिफायर में स्वाभाविक रूप से एक शटर (फोटोग्राफी) कार्यक्षमता शामिल होती है: यदि फोटोकैथोड और एमसीपी के बीच नियंत्रण वोल्टेज उलट दिया जाता है, तो उत्सर्जित फोटोइलेक्ट्रॉन एमसीपी की ओर त्वरित नहीं होते हैं लेकिन फोटोकैथोड पर वापस आ जाते हैं। इस प्रकार, एमसीपी द्वारा कोई इलेक्ट्रॉन गुणा और उत्सर्जित नहीं होता है, कोई इलेक्ट्रॉन फॉस्फर स्क्रीन पर नहीं जा रहा है और छवि गहनता से कोई प्रकाश उत्सर्जित नहीं होता है। इस मामले में सीसीडी पर कोई प्रकाश नहीं पड़ता है, जिसका अर्थ है कि शटर बंद है। फोटोकैथोड पर नियंत्रण वोल्टेज को उलटने की प्रक्रिया को गेटिंग कहा जाता है और इसलिए आईसीसीडी को गेटेबल सीसीडी कैमरा भी कहा जाता है।

ICCD कैमरों की अत्यधिक उच्च संवेदनशीलता के अलावा, जो एकल फोटॉन का पता लगाने में सक्षम है, #इलेक्ट्रॉन-गुणा करने वाले CCD कैमरों पर ICCD के प्रमुख लाभों में से एक गेटेबिलिटी है। उच्चतम प्रदर्शन करने वाले ICCD कैमरे शटर समय को 200 पीकोसैकन्ड तक कम करने में सक्षम बनाते हैं।

ICCD कैमरों की कीमत EMCCD कैमरों की तुलना में सामान्य रूप से कुछ अधिक होती है क्योंकि उन्हें महंगे इमेज इंटेन्सिफायर की आवश्यकता होती है। दूसरी ओर, EMCCD कैमरों को EMCCD चिप को तापमान के आसपास ठंडा करने के लिए शीतलन प्रणाली की आवश्यकता होती है 170 K (−103 °C). यह शीतलन प्रणाली ईएमसीसीडी कैमरे में अतिरिक्त लागत जोड़ती है और अक्सर आवेदन में भारी संघनन की समस्या पैदा करती है।

ICCD का उपयोग रात्रि दृष्टि उपकरणों और विभिन्न वैज्ञानिक अनुप्रयोगों में किया जाता है।

इलेक्ट्रॉन-गुणा सीसीडी

#इलेक्ट्रॉन-गुणा करने वाले सीसीडी के गुणन रजिस्टर को बनाने वाले लाभ चरणों के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों को क्रमिक रूप से स्थानांतरित किया जाता है। इन सीरियल ट्रांसफर में उपयोग किए जाने वाले उच्च वोल्टेज प्रभाव आयनीकरण के माध्यम से अतिरिक्त चार्ज वाहकों के निर्माण को प्रेरित करते हैं।
एक #इलेक्ट्रॉन-गुणा सीसीडी में इनपुट इलेक्ट्रॉनों की दी गई (निश्चित) संख्या के लिए गुणन रजिस्टर द्वारा इलेक्ट्रॉनों के आउटपुट की संख्या में फैलाव (भिन्नता) होता है (दाईं ओर किंवदंती में दिखाया गया है)। गुणन रजिस्टर के अनुकरण के लिए आउटपुट इलेक्ट्रॉनों की संख्या के लिए संभाव्यता वितरण ऊर्ध्वाधर अक्ष पर लघुगणकीय रूप से प्लॉट किया जाता है। इस पृष्ठ पर दिखाए गए अनुभववाद फिट समीकरण के परिणाम भी दिखाए गए हैं।

एक इलेक्ट्रॉन-गुणक CCD (EMCCD, जिसे L3Vision CCD के रूप में भी जाना जाता है, e2v Ltd., GB, L3CCD या इम्पैक्ट्रोन CCD द्वारा व्यावसायीकृत उत्पाद, टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स द्वारा अतीत में पेश किया गया एक अब-बंद उत्पाद) एक चार्ज-युग्मित उपकरण है जिसमें एक गेन रजिस्टर शिफ्ट रजिस्टर और आउटपुट एम्पलीफायर के बीच रखा जाता है। लाभ रजिस्टर बड़ी संख्या में चरणों में विभाजित है। प्रत्येक चरण में, इलेक्ट्रॉनों को हिमस्खलन डायोड के समान प्रभाव आयनीकरण द्वारा गुणा किया जाता है। रजिस्टर के प्रत्येक चरण में लाभ की संभावना कम है (पी <2%), लेकिन चूंकि तत्वों की संख्या बड़ी है (एन> 500), समग्र लाभ बहुत अधिक हो सकता है (), एकल इनपुट इलेक्ट्रॉनों के साथ कई हजारों आउटपुट इलेक्ट्रॉन देते हैं। सीसीडी से एक संकेत पढ़ना एक शोर पृष्ठभूमि देता है, आमतौर पर कुछ इलेक्ट्रॉन। एक EMCCD में, यह शोर एक इलेक्ट्रॉन के बजाय कई हजारों इलेक्ट्रॉनों पर आरोपित होता है; उपकरणों का प्राथमिक लाभ इस प्रकार उनका नगण्य रीडआउट शोर है। फोटो चार्ज के प्रवर्धन के लिए हिमस्खलन ब्रेकडाउन का उपयोग पहले ही में वर्णित किया गया था U.S. Patent 3,761,744 1973 में जॉर्ज ई. स्मिथ/बेल टेलीफोन प्रयोगशालाओं द्वारा।

EMCCDs #Intensified चार्ज-युग्मित डिवाइस (ICCDs) के समान संवेदनशीलता दिखाते हैं। हालाँकि, जैसा कि ICCDs के साथ होता है, लाभ जो लाभ रजिस्टर में लागू किया जाता है वह स्टोचैस्टिक है और सटीक लाभ जो पिक्सेल के चार्ज पर लागू किया गया है, उसे जानना असंभव है। उच्च लाभ (> 30) पर, इस अनिश्चितता का सिग्नल-टू-शोर अनुपात (एसएनआर) पर उतना ही प्रभाव पड़ता है जितना कि एकता के लाभ के साथ संचालन के संबंध में क्वांटम दक्षता (क्यूई) को आधा करना। इस प्रभाव को अतिरिक्त शोर कारक (ENF) कहा जाता है। हालांकि, बहुत कम रोशनी के स्तर पर (जहां क्वांटम दक्षता सबसे महत्वपूर्ण है), यह माना जा सकता है कि एक पिक्सेल में या तो इलेक्ट्रॉन होता है या नहीं। यह एक ही पिक्सेल में एक ही इलेक्ट्रॉन के रूप में कई इलेक्ट्रॉनों की गिनती के जोखिम पर स्टोकेस्टिक गुणन से जुड़े शोर को हटा देता है। ऑपरेशन के इस मोड में संयोग फोटॉनों के कारण एक पिक्सेल में कई गणनाओं से बचने के लिए, उच्च फ्रेम दर आवश्यक हैं। लाभ में फैलाव दाईं ओर ग्राफ में दिखाया गया है। गुणा रजिस्टरों के लिए कई तत्वों और बड़े लाभ के साथ यह समीकरण द्वारा अच्छी तरह से तैयार किया गया है:

जहां पी एन आउटपुट इलेक्ट्रॉनों को एम इनपुट इलेक्ट्रॉनों और जी के कुल औसत गुणा रजिस्टर लाभ प्राप्त करने की संभावना है। बहुत बड़ी संख्या में इनपुट इलेक्ट्रॉनों के लिए, यह जटिल वितरण फ़ंक्शन गॉसियन की ओर अभिसरण करता है।

कम लागत और बेहतर समाधान के कारण, ईएमसीसीडी कई अनुप्रयोगों में आईसीसीडी को बदलने में सक्षम हैं। ICCDs का अभी भी यह फायदा है कि उन्हें बहुत तेजी से गेट किया जा सकता है और इस प्रकार वे रेंज गेट | रेंज-गेट इमेजिंग जैसे अनुप्रयोगों में उपयोगी हैं। ईएमसीसीडी कैमरों को अपरिहार्य रूप से एक शीतलन प्रणाली की आवश्यकता होती है - या तो थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग या तरल नाइट्रोजन का उपयोग करके - चिप को तापमान की सीमा में ठंडा करने के लिए −65 to −95 °C (−85 to −139 °F). यह कूलिंग सिस्टम EMCCD इमेजिंग सिस्टम में अतिरिक्त लागत जोड़ता है और एप्लिकेशन में संक्षेपण की समस्या पैदा कर सकता है। हालांकि, हाई-एंड ईएमसीसीडी कैमरे एक स्थायी हर्मेटिक वैक्यूम सिस्टम से लैस हैं, जो संक्षेपण के मुद्दों से बचने के लिए चिप को सीमित करता है।

EMCCDs की निम्न-प्रकाश क्षमताएं अन्य क्षेत्रों के साथ-साथ खगोल विज्ञान और जैव चिकित्सा अनुसंधान में उपयोग की जाती हैं। विशेष रूप से, उच्च रीडआउट गति पर उनका कम शोर उन्हें विभिन्न प्रकार के खगोलीय अनुप्रयोगों के लिए बहुत उपयोगी बनाता है जिसमें कम प्रकाश स्रोत और क्षणिक घटनाएं शामिल हैं जैसे बेहोश सितारों की भाग्यशाली इमेजिंग , हाई स्पीड फोटॉन की गिनती फोटोमेट्री, फैब्री-पेरोट|फैब्री-पेरोट स्पेक्ट्रोस्कोपी और उच्च संकल्प स्पेक्ट्रोस्कोपी। हाल ही में, इस प्रकार के सीसीडी छोटे पशु इमेजिंग, एकल-अणु | एकल-अणु इमेजिंग, रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी, सुपर रेजोल्यूशन माइक्रोस्कोपी के साथ-साथ आधुनिक प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी की एक विस्तृत विविधता सहित कम-प्रकाश अनुप्रयोगों में जैव चिकित्सा अनुसंधान के क्षेत्र में टूट गए हैं। तकनीक पारंपरिक सीसीडी और आईसीसीडी की तुलना में कम रोशनी की स्थिति में अधिक एसएनआर के लिए धन्यवाद।

शोर के संदर्भ में, वाणिज्यिक EMCCD कैमरों में आमतौर पर क्लॉक-प्रेरित चार्ज (CIC) और डार्क करंट (शीतलन की सीमा पर निर्भर) होते हैं जो एक साथ 0.01 से 1 इलेक्ट्रॉन प्रति पिक्सेल पढ़ने के लिए एक प्रभावी रीडआउट शोर का नेतृत्व करते हैं। हालांकि, ईएमसीसीडी प्रौद्योगिकी में हाल के सुधारों ने नई पीढ़ी के कैमरों को काफी कम सीआईसी, उच्च चार्ज ट्रांसफर दक्षता और पहले उपलब्ध की तुलना में 5 गुना अधिक ईएम लाभ देने में सक्षम बनाया है। कम रोशनी की पहचान में ये प्रगति प्रति पिक्सेल 0.001 इलेक्ट्रॉनों के एक प्रभावी कुल पृष्ठभूमि शोर की ओर ले जाती है, किसी भी अन्य कम-प्रकाश इमेजिंग डिवाइस द्वारा बेजोड़ शोर तल।[25]


खगोल विज्ञान में प्रयोग

स्लोन डिजिटल स्काई सर्वे टेलिस्कोप इमेजिंग कैमरे पर इस्तेमाल किए गए 30 सीसीडी की सरणी, ड्रिफ्ट-स्कैनिंग का एक उदाहरण।

चार्ज-युग्मित डिवाइस (सीसीडी) की उच्च क्वांटम क्षमता के कारण (आदर्श क्वांटम दक्षता 100% है, प्रति घटना फोटॉन एक उत्पन्न इलेक्ट्रॉन), उनके आउटपुट की रैखिकता, फोटोग्राफिक प्लेटों की तुलना में उपयोग में आसानी, और कई अन्य कारण लगभग सभी यूवी-टू-इन्फ्रारेड अनुप्रयोगों के लिए खगोलविदों द्वारा सीसीडी को बहुत तेजी से अपनाया गया था।

थर्मल शोर और ब्रह्मांडीय किरणें सीसीडी सरणी में पिक्सेल को बदल सकती हैं। इस तरह के प्रभावों का मुकाबला करने के लिए, खगोलविद सीसीडी शटर को बंद और खोलकर कई जोखिम लेते हैं। यादृच्छिक शोर को कम करने के लिए बंद शटर के साथ ली गई छवियों का औसत आवश्यक है। एक बार विकसित होने के बाद, सीसीडी में डार्क करंट और अन्य व्यवस्थित दोषों (मृत पिक्सेल , हॉट पिक्सल, आदि) को दूर करने के लिए ओपन-शटर इमेज से डार्क फ्रेम घटाव। नए स्किपर सीसीडी एक ही एकत्रित चार्ज के साथ कई बार डेटा एकत्र करके शोर का मुकाबला करते हैं और इसमें सटीक प्रकाश गहरे द्रव्य खोज और न्युट्रीनो माप में अनुप्रयोग होते हैं।[26][27][28] हबल अंतरिक्ष सूक्ष्मदर्शी , विशेष रूप से, कच्चे सीसीडी डेटा को उपयोगी छवियों में बदलने के लिए चरणों की एक अत्यधिक विकसित श्रृंखला ("डेटा कमी पाइपलाइन") है।[29] astrophotography में उपयोग किए जाने वाले सीसीडी कैमरों को अक्सर अधिकांश इमेजिंग प्लेटफॉर्म के जबरदस्त वजन के साथ-साथ हवा और अन्य स्रोतों से कंपन से निपटने के लिए मजबूत माउंट की आवश्यकता होती है। आकाशगंगाओं और नीहारिकाओं का लंबा जोखिम लेने के लिए, कई खगोलविद autoguider |ऑटो-गाइडिंग नामक तकनीक का उपयोग करते हैं। इमेजिंग के दौरान विचलन की निगरानी के लिए अधिकांश ऑटोगाइडर्स दूसरी सीसीडी चिप का उपयोग करते हैं। यह चिप तेजी से ट्रैकिंग में त्रुटियों का पता लगा सकती है और माउंट मोटर्स को उनके लिए सही करने का आदेश दे सकती है।

सीसीडी का एक असामान्य खगोलीय अनुप्रयोग, जिसे ड्रिफ्ट-स्कैनिंग कहा जाता है, एक सीसीडी का उपयोग एक निश्चित टेलीस्कोप को एक ट्रैकिंग टेलीस्कोप की तरह व्यवहार करने और आकाश की गति का पालन करने के लिए करता है। CCD में आवेश आकाश की गति के समानान्तर और उसी गति से एक दिशा में स्थानांतरित और पढ़े जाते हैं। इस तरह, टेलिस्कोप अपने सामान्य दृश्य क्षेत्र की तुलना में आकाश के एक बड़े क्षेत्र की छवि बना सकता है। स्लोन डिजिटल स्काई सर्वे इसका सबसे प्रसिद्ध उदाहरण है, इस तकनीक का उपयोग करके आकाश के एक चौथाई से अधिक का सर्वेक्षण तैयार किया जाता है।

इमेजर्स के अलावा, सीसीडी का उपयोग स्पेक्ट्रोमीटर सहित विश्लेषणात्मक उपकरणों की एक श्रृंखला में भी किया जाता है[30] और व्यतिकरणमापी के प्रकारों की सूची।[31]


रंगीन कैमरे

एक सीसीडी पर एक बायर फिल्टर
240 लाइन Sony CCD PAL कैमकॉर्डर CCD सेंसर पर RGGB बायर फ़िल्टर का x80 माइक्रोस्कोप दृश्य

डिजिटल रंगीन कैमरे आमतौर पर सीसीडी पर बायर फिल्टर का उपयोग करते हैं। चार पिक्सेल के प्रत्येक वर्ग में एक फ़िल्टर्ड लाल, एक नीला और दो हरा होता है (मानव आँख लाल या नीले रंग की तुलना में हरे रंग के प्रति अधिक संवेदनशील होती है)। इसका परिणाम यह होता है कि प्रत्येक पिक्सेल पर luminance की जानकारी एकत्र की जाती है, लेकिन रंग रिज़ॉल्यूशन ल्यूमिनेंस रिज़ॉल्यूशन से कम होता है।

तीन-सीसीडी उपकरणों (3सीसीडी) और एक डाइक्रोइक प्रिज्म द्वारा बेहतर रंग पृथक्करण प्राप्त किया जा सकता है, जो छवि को लाल, हरे और नीले घटकों में विभाजित करता है। तीन सीसीडी में से प्रत्येक को एक विशेष रंग का जवाब देने के लिए व्यवस्थित किया गया है। कई पेशेवर वीडियो कैमरा कैमकोर्डर, और कुछ अर्ध-पेशेवर कैमकोर्डर, इस तकनीक का उपयोग करते हैं, हालांकि प्रतिस्पर्धी सीएमओएस प्रौद्योगिकी के विकास ने बीम-स्प्लिटर और बायर फिल्टर दोनों के साथ सीएमओएस सेंसर बनाए हैं, जो हाई-एंड वीडियो और डिजिटल सिनेमा कैमरों में तेजी से लोकप्रिय हैं। बायर मास्क डिवाइस पर 3CCD का एक अन्य लाभ उच्च क्वांटम दक्षता (उच्च प्रकाश संवेदनशीलता) है, क्योंकि लेंस से अधिकांश प्रकाश सिलिकॉन सेंसर में से एक में प्रवेश करता है, जबकि बायर मास्क एक उच्च अनुपात (2/3 से अधिक) को अवशोषित करता है। प्रकाश प्रत्येक पिक्सेल स्थान पर गिर रहा है।

अभी भी दृश्यों के लिए, उदाहरण के लिए माइक्रोस्कोपी में, बायर मास्क डिवाइस के रिज़ॉल्यूशन को माइक्रोस्कैनिंग तकनीक द्वारा बढ़ाया जा सकता है। सह-साइट नमूनाकरण|कलर को-साइट सैंपलिंग की प्रक्रिया के दौरान, दृश्य के कई फ्रेम तैयार किए जाते हैं। अधिग्रहण के बीच, सेंसर को पिक्सेल आयामों में ले जाया जाता है, जिससे कि दृश्य क्षेत्र में प्रत्येक बिंदु को मास्क के तत्वों द्वारा लगातार प्राप्त किया जाता है जो इसके रंग के लाल, हरे और नीले घटकों के प्रति संवेदनशील होते हैं। आखिरकार छवि में प्रत्येक पिक्सेल को प्रत्येक रंग में कम से कम एक बार स्कैन किया गया है और तीन चैनलों का रिज़ॉल्यूशन बराबर हो गया है (लाल और नीले चैनलों का रिज़ॉल्यूशन चौगुना हो गया है जबकि ग्रीन चैनल दोगुना हो गया है)।

सेंसर आकार

Main article: Image sensor format

सेंसर (सीसीडी / सीएमओएस) विभिन्न आकारों, या छवि संवेदक प्रारूपों में आते हैं। इन आकारों को अक्सर एक इंच अंश पदनाम के साथ संदर्भित किया जाता है जैसे कि 1/1.8″ या 2/3″ जिसे ऑप्टिकल प्रारूप कहा जाता है। यह माप 1950 के दशक और वीडियो कैमरा तुबे के समय में वापस आता है।

खिलना

लंबवत स्मीयर

जब एक सीसीडी एक्सपोजर काफी लंबा होता है, तो अंततः इलेक्ट्रॉन जो छवि के सबसे चमकीले हिस्से में डिब्बे में इकट्ठा होते हैं, बिन को ओवरफ्लो कर देंगे, जिसके परिणामस्वरूप खिलना होगा। सीसीडी की संरचना इलेक्ट्रॉनों को एक दिशा में दूसरे की तुलना में अधिक आसानी से प्रवाहित करने की अनुमति देती है, जिसके परिणामस्वरूप ऊर्ध्वाधर लकीरें होती हैं।[32][33][34]

कुछ एंटी-ब्लूमिंग विशेषताएं जिन्हें सीसीडी में बनाया जा सकता है, नाली संरचना के लिए कुछ पिक्सेल क्षेत्र का उपयोग करके प्रकाश की संवेदनशीलता को कम कर देती हैं।[35] जेम्स एम। अर्ली ने एक वर्टिकल एंटी-ब्लूमिंग ड्रेन विकसित किया जो प्रकाश संग्रह क्षेत्र से अलग नहीं होगा, और इसलिए प्रकाश संवेदनशीलता को कम नहीं किया।

यह भी देखें

संदर्भ

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बाहरी संबंध

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