سنسور CCD چیست؟

سنسور CCD مخفف واژه Charge Copled Device بوده و نوعی سنسور می باشد که علاوه بر آن وظائف دیگری را داراست و هم اکنون بسیاری از دوربین هائی که تولید می گردند به این فناوری و یا CMOS مجهزند،در این سنسور که مجهز به چیپ حساس به نور می باشد منطقه تحت پوشش به تعداد زیادی پیکسل تقسیم شده اند، تصاویر از طریق لنز به سطوح چیپ ها رسیده و به تناسب شدت نور ورودی به هر پیکسل، یک میزان مشخص بار الکتریکی در آن پیکسل بوجود می آید، فلذا تصویر نوری به یک تصویر الکتریکی تبدیل می شود (به تعبیری می توان گفت CCD نورهای دریافتی را به علائم الکتریکی تبدیل می کند یعنی یک مبدل نوری الکتریکی است) پیش تر گفته شد پیکسل ها نقطه هایی هستند که تصاویر را شکل می دهند در هر صورت بطور متداول بین ۲۵۰.۰۰۰ تا ۵۰۰.۰۰۰ پیکسل در سنسورهای CCD موجود است. این سنسورها در دوربین های رنگی و هم سیاه و سفید کاربرد دارند (CCD را میتوان یک شیفت ریجستر نیز نامید که وقتی با یک فتودیود ترکیب می شود بهترین تصویر را ارائه می کند).

هدف اولیه از ساخت و بوجود آمدن CCD، جایگزینی برای فیلم در دوربین های عکاسی بود و بعنوان حافظه تصاویر مطرح بود سپس با کشف ظرفیتهای جدید، بدل به سنسوری حیاتی در دوربین های CCTV و … قرار گرفت، هر جزء از CCD که وظیفه تبدیل یک بخش از تصویر به سیگنال الکتریکی را دارد پیکسل یا فوتو سایت نام دارد، و به میزان تعداد این پیکسل ها در واحد سطح بیشتر باشد، بخش های جزئی تری از تصویر قابل رؤیت می گردد. در نتیجه وضوح تصاویر با بالا رفتن تعداد پیکسل ها افزایش می یابد، شایان توجه است که هر پیکسل از یک دیود و خازن شکل می گیرد، بطوریکه نور قادر است به دیود (یا اتصال P-N) بتابد و خازن از تابش نور پوشیده می شود، دیودها وظیفه تبدیل نور به الکترون را نیز عهده دارند. الکترونهای تولید شده در خازن ذخیره می شوند و هر میزان نور تابیده شده شدیدتر باشد میزان الکترونهای تولید شده بیشتر می شوند و خازن ها به میزان بیشتری شارژ شده و ذخیره سازی می کنند وقتی نور به فتودیود می تابد فوتون باید با برخورد به انتها باعث به حرکت درآوردن الکترون های آن گردد بطوریکه اگر انرژی آن به میزان معینی باشد می تواند الکترون را از اتمها جدا کند.

با استفاده از یک رجیستر سریال، ولتاژ آنالوگ پائین ترین سطر به صورت سریال خوانده می شود و سپس پیکسل های سطر بالاتر ولتاژ خود را به پیکسل های همجوار سطر پایین تر می دهند و به این ترتیب تمام سطرها یک ردیف جابجا می شوند، این روال برای تمام پیکسل های فریم ادامه می یابد، ولتاژ خوانده شده توسط یک مبدل از آنالوگ به دیجیتال تبدیل می گردد، تا در مدارات بعدی استفاده شود.

اولین سنسور CCD برای پردازش تصویر از سال ۱۹۷۴ میلادی با ابعاد ۱۰۰*۱۰۰ پیکسل تولید گردید در حالیکه دارای بازدهی پائینی بود و با تئوری و نتایج آن سازگار نبود این CCD باعث شد به تلاش های بیشتر دامن زده شود فلذا با بالا رفتن تکنولوژی، ابعاد پیکسل ها از اول تاکنون، کوچکتر گردیده است. بطوریکه از ۱۲µm در سال ۱۹۸۷ به ۲.۶µm در سال ۲۰۰۱ رسیده و اینک CCDهای پنج مگاپیکسلی در ابعاد بسیار کوچک وجود دارند. CCDهای بکار رفته در CCTVها از یک اینچ، به ۱.۲ʺ و سپس ۱.۳ʺ و در آخر به ۱.۴ʺ رسیده است و این در حالیست که کوچک شدن ابعاد در CCDها به دریافت کاهش نور در آنها انجامیده است.