अपने कार्य सिद्धांत के साथ चार्ज-युग्मित उपकरणों के प्रकार

वैज्ञानिक विलियार्ड बॉयल और एटी एंड टी बेल लैब्स के जॉर्ज ई। स्मिथ, जबकि अर्धचालक पर काम कर रहा है -बबल-मेमरी ने एक डिवाइस को डिज़ाइन किया, और इसे 'चार्ज बबल डिवाइस' की संज्ञा दी, जिसका उपयोग Shift रजिस्टर के रूप में किया जा सकता है।

युग्मित उपकरण को चार्ज करें

डिवाइस की मौलिक प्रकृति के अनुसार, इसमें चार्ज को स्थानांतरित करने की क्षमता है एक भंडारण संधारित्र अगले, अर्धचालक की सतह के साथ, और यह सिद्धांत बकेट-ब्रिगेड डिवाइस (बीबीडी) के समान है, जिसे 1960 में फिलिप्स रिसर्च लैब्स में आविष्कार किया गया था। आखिरकार, ऐसी सभी प्रयोगात्मक अनुसंधान गतिविधियों से, चार्ज कपल्ड डिवाइस (सीसीडी) का आविष्कार एटी एंड टी बेल लैब्स में 1969 में किया गया था।

प्रभारी युग्मित डिवाइस (सीसीडी)

चार्ज कपल्ड डिवाइसेस को एप्लिकेशन के अनुसार अलग-अलग तरीकों से परिभाषित किया जा सकता है जिसके लिए उनका उपयोग किया जाता है या डिवाइस के डिज़ाइन के आधार पर किया जाता है।

यह एक उपकरण है जिसका उपयोग चार्ज हेरफेर के लिए इसके भीतर विद्युत आवेश की गति के लिए किया जाता है, जो एक समय में डिवाइस के भीतर चरणों के माध्यम से संकेतों को बदलकर किया जाता है।

इसे सीसीडी सेंसर के रूप में माना जा सकता है, जिसका उपयोग में किया जाता है डिजिटल और वीडियो कैमरा फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के माध्यम से चित्र लेने और वीडियो रिकॉर्ड करने के लिए। इसका उपयोग कैप्चर किए गए प्रकाश को डिजिटल डेटा में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है, जिसे कैमरे द्वारा रिकॉर्ड किया जाता है।

इसे ए के रूप में परिभाषित किया जा सकता है प्रकाश के प्रति संवेदनशील एकीकृत सर्किट प्रकाश-संवेदी तत्वों को बनाने के लिए एक सिलिकॉन सतह पर अंकित किया जाता है, और प्रत्येक पिक्सेल को विद्युत आवेश में परिवर्तित किया जाता है।

इसे असतत समय के उपकरण के रूप में कहा जाता है निरंतर या अनुरूप संकेत असतत समय पर नमूना।

सीसीडी के प्रकार

अलग-अलग सीसीडी होते हैं जैसे इलेक्ट्रॉन गुणा CCDs, तेज सीसीडी, फ्रेम-ट्रांसफर CCD और दफन-चैनल CCD। एक सीसीडी को केवल चार्ज ट्रांसफर डिवाइस के रूप में परिभाषित किया जा सकता है। सीसीडी, स्मिथ और बॉयल के अन्वेषकों ने भी एक सीसीडी की खोज की, जिसमें एक सामान्य सरफेस चैनल सीसीडी और अन्य सीसीडी की तुलना में बहुत समृद्ध प्रदर्शन था, इसे बर्डी चैनल सीसीडी के रूप में जाना जाता है और इसका उपयोग व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है।

प्रभारी युग्मित उपकरण का कार्य सिद्धांत

एक फोटो एक्टिव क्षेत्र और शिफ्ट-रजिस्टर-ट्रांसमिशन क्षेत्र के रूप में काम करने वाले सिलिकॉन एपिटैक्सियल लेयर का उपयोग सीसीडी का उपयोग करके छवियों को कैप्चर करने के लिए किया जाता है।

लेंस छवि के माध्यम से संधारित्र सरणी से मिलकर सक्रिय फोटो क्षेत्र पर पेश किया जाता है। इस प्रकार, विद्युत आवेश आनुपातिक है प्रकाश की तीव्रता उस स्थान पर रंग स्पेक्ट्रम में छवि पिक्सेल रंग प्रत्येक संधारित्र पर जमा होता है।

यदि इस संधारित्र सरणी द्वारा छवि का पता लगाया जाता है, तो प्रत्येक संधारित्र में संचित विद्युत आवेश को उसके पड़ोसी संधारित्र में स्थानांतरित कर दिया जाता है शिफ्ट का रजिस्टर नियंत्रण सर्किट द्वारा नियंत्रित।

चार्ज युग्मित डिवाइस का कार्य

उपरोक्त आंकड़ों में, ए, बी और सी से, चार्ज पैकेट के हस्तांतरण को गेट टर्मिनलों पर लागू वोल्टेज के अनुसार दिखाया गया है। अंत में, सरणी में अंतिम संधारित्र के विद्युत आवेश को चार्ज एम्पलीफायर में स्थानांतरित किया जाता है जिसमें विद्युत आवेश को एक वोल्टेज में परिवर्तित किया जाता है। इस प्रकार, इन कार्यों के निरंतर संचालन से, अर्धचालक में संधारित्र सरणी के पूरे प्रभार को वोल्टेज के अनुक्रम में बदल दिया जाता है।

वोल्टेज के इस क्रम को डिजिटल कैमरों जैसे डिजिटल उपकरणों के मामले में नमूना, डिजीटल और फिर मेमोरी में संग्रहीत किया जाता है। एनालॉग डिवाइस जैसे एनालॉग वीडियो कैमरों के मामले में, वोल्टेज का यह क्रम एक निरंतर एनालॉग सिग्नल का उत्पादन करने के लिए एक कम-पास फिल्टर को खिलाया जाता है, और फिर सिग्नल को ट्रांसमिशन, रिकॉर्डिंग और अन्य उद्देश्यों के लिए संसाधित किया जाता है। चार्ज कपल्ड डिवाइस सिद्धांत और चार्ज कपल्ड डिवाइस को गहराई से समझने के लिए, मुख्य रूप से निम्नलिखित मापदंडों को समझने की आवश्यकता है।

प्रभारी स्थानांतरण प्रक्रिया

चार्ज पैकेट को बकेट ब्रिगेड शैली में कई योजनाओं का उपयोग करके सेल से सेल में ले जाया जा सकता है। दो चरण, तीन चरण, चार चरण, और इसी तरह की विभिन्न तकनीकें हैं। प्रत्येक कोशिका में n- चरण योजना में इसके माध्यम से गुजरने वाले n- तार होते हैं। ट्रांसफर क्लॉक से जुड़े प्रत्येक तार का उपयोग करके संभावित कुओं की ऊंचाई को नियंत्रित किया जाता है। चार्ज पैकेट को संभावित कुएं की ऊंचाई को अलग करके सीसीडी की लाइन के साथ धकेला और खींचा जा सकता है।

प्रभारी स्थानांतरण प्रक्रिया

तीन-चरण चार्ज हस्तांतरण पर विचार करें, उपरोक्त आकृति में, तीन घड़ियां (सी 1, सी 2 और सी 3) जो आकार में समान हैं लेकिन विभिन्न चरणों में दिखाई जाती हैं। यदि गेट बी ऊंचा जाता है और गेट ए कम जाता है, तो चार्ज अंतरिक्ष ए से अंतरिक्ष बी में चला जाएगा।

सीसीडी का आर्किटेक्चर

पिक्सल को समानांतर ऊर्ध्वाधर रजिस्टरों या ऊर्ध्वाधर सीसीडी (वी-सीसीडी) और समानांतर क्षैतिज रजिस्टरों या क्षैतिज सीसीडी (एच-सीसीडी) के माध्यम से स्थानांतरित किया जा सकता है। फुल फ्रेम रीडआउट, फ्रेम ट्रांसफर और इंटरलाइन ट्रांसफर जैसे विभिन्न स्कैनिंग आर्किटेक्चर का उपयोग करके चार्ज या छवि को स्थानांतरित किया जा सकता है। निम्नलिखित युग्मित योजनाओं के साथ युग्मित डिवाइस सिद्धांत को आसानी से समझा जा सकता है:

1. फुल-फ्रेम रीडआउट

फुल फ्रेम रीडआउट

यह सबसे सरल स्कैनिंग आर्किटेक्चर है जिसमें लाइट इनपुट को काटने और समानांतर-ऊर्ध्वाधर रजिस्टरों या ऊर्ध्वाधर सीसीडी और समानांतर-क्षैतिज रजिस्टरों या क्षैतिज सीसीडी के माध्यम से आरोपों के पारित होने के दौरान स्मीयरिंग से बचने के लिए कई अनुप्रयोगों में शटर की आवश्यकता होती है और फिर स्थानांतरित करने के लिए धारावाहिक में उत्पादन।

2. फ़्रेम स्थानांतरण

फ़्रेम स्थानांतरण

बाल्टी ब्रिगेड प्रक्रिया का उपयोग करके छवि को छवि सरणी से अपारदर्शी फ्रेम भंडारण सरणी में स्थानांतरित किया जा सकता है। चूंकि यह किसी भी सीरियल रजिस्टर का उपयोग नहीं करता है, यह अन्य प्रक्रियाओं की तुलना में तेज़ प्रक्रिया है।

3. इंटरलाइन स्थानांतरण

इंटरलाइन ट्रांसफर

प्रत्येक पिक्सेल में एक फोटोडायोड और अपारदर्शी आवेश भंडारण सेल होता है। जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, छवि आवेश को पहले प्रकाश संवेदनशील पीडी से अपारदर्शी वी-सीसीडी में स्थानांतरित किया जाता है। यह स्थानांतरण, जैसा कि छवि छिपा हुआ है, एक हस्तांतरण चक्र में एक न्यूनतम छवि स्मीयर का उत्पादन होता है इसलिए, सबसे तेज़ ऑप्टिकल शटरिंग प्राप्त की जा सकती है।

सीसीडी के MOS कैपेसिटर

हर CCD सेल में मेटल ऑक्साइड सेमीकंडक्टर होता है, भले ही सतह चैनल और दफन चैनल MOS कैपेसिटर दोनों सीसीडी का निर्माण करने में उपयोग किए जाते हैं। लेकिन अक्सर CCD हैं एक पी-प्रकार सब्सट्रेट पर गढ़े और इसके लिए एक पतली एन-प्रकार क्षेत्र के लिए दफन चैनल एमओएस कैपेसिटर का उपयोग करके निर्मित किया जाता है। एक सिलिकॉन डाइऑक्साइड परत एन-क्षेत्र के शीर्ष पर एक इन्सुलेटर के रूप में उगाया जाता है, और इस इन्सुलेट परत पर एक या एक से अधिक इलेक्ट्रोड रखकर गेट्स का निर्माण किया जाता है।

सीसीडी पिक्सेल

जब फोटॉन सिलिकॉन की सतह से टकराते हैं, तो फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव से मुक्त इलेक्ट्रॉनों का निर्माण होता है, और वैक्यूम के कारण, एक साथ, सकारात्मक चार्ज या छेद उत्पन्न होगा। छेद और इलेक्ट्रॉन के पुनर्संयोजन द्वारा गठित थर्मल उतार-चढ़ाव या गर्मी की गिनती की कठिन प्रक्रिया को चुनने के बजाय, एक छवि का उत्पादन करने के लिए इलेक्ट्रॉनों को इकट्ठा करना और गिनना पसंद किया जाता है। यह सकारात्मक पक्षपाती अलग क्षेत्रों की ओर सिलिकॉन सतह पर फोटॉन हड़ताली द्वारा उत्पन्न इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित करके प्राप्त किया जा सकता है।

सीसीडी पिक्सेल

पूरी तरह से क्षमता को इलेक्ट्रॉनों की अधिकतम संख्या के रूप में परिभाषित किया जा सकता है जो प्रत्येक सीसीडी पिक्सेल द्वारा आयोजित किया जा सकता है और, आमतौर पर, एक सीसीडी पिक्सेल 10ke से 500ke तक पकड़ सकता है, लेकिन यह पिक्सेल के आकार पर निर्भर करता है (बड़े आकार में अधिक इलेक्ट्रॉनों को कर सकते हैं) जमा होना)।

सीसीडी कूलिंग

सीसीडी कूलिंग

आम तौर पर सीसीडी कम तापमान पर काम करते हैं, और थर्मल ऊर्जा का उपयोग छवि पिक्सल में रोमांचक अनुचित इलेक्ट्रॉनों के लिए किया जा सकता है, जिसे वास्तविक छवि फोटोइलेक्ट्रॉन से अलग नहीं किया जा सकता है। इसे एक डार्क करंट प्रोसेस के रूप में कहा जाता है, जो शोर उत्पन्न करता है। कुछ सीमाओं के साथ कूलिंग की हर 6 से 70 के लिए कुल अंधेरे वर्तमान पीढ़ी को दो गुना तक कम किया जा सकता है। CCD -1200 के नीचे काम नहीं करता है और अंधेरे करंट से उत्पन्न कुल शोर को -1000 के आसपास ठंडा करके, निष्कासित वातावरण में इसे अलग करके निकाला जा सकता है। तरल नाइट्रोजन, थर्मो-इलेक्ट्रिक कूलर और मैकेनिकल पंपों का उपयोग करके सीसीडी को अक्सर ठंडा किया जाता है।

सीसीडी की क्वांटम दक्षता

फोटोइलेक्ट्रॉनों की पीढ़ी की दर सीसीडी की सतह पर प्रकाश घटना पर निर्भर करती है। विद्युत आवेश में फोटॉनों के रूपांतरण को कई कारकों द्वारा योगदान दिया जाता है और इसे क्वांटम दक्षता कहा जाता है। यह अन्य प्रकाश का पता लगाने की तकनीक की तुलना में CCDs के लिए 25% से 95% की बेहतर सीमा में है।

मोर्चा प्रबुद्ध डिवाइस की क्वांटम दक्षता

सामने का प्रबुद्ध उपकरण आने वाले विकिरण को ध्यान में रखते हुए गेट संरचना से प्रकाश गुजरने के बाद एक संकेत उत्पन्न करता है।

वापस प्रबुद्ध डिवाइस की क्वांटम दक्षता

बैक-प्रबुद्ध या बैक-थर्ड सीसीडी में डिवाइस के नीचे के हिस्से पर अतिरिक्त सिलिकॉन होता है, जिसे इस तरह से अंकित किया जाता है कि अप्रतिबंधित फोटोइलेक्ट्रॉनों की पीढ़ी को अनुमति देता है।

यह लेख इस प्रकार सीसीडी और इसके कार्य सिद्धांत के संक्षिप्त विवरण के साथ समाप्त होता है जैसे सीसीडी स्कैनिंग आर्किटेक्चर, चार्ज ट्रांसफर प्रक्रिया, सीसीडी के एमओएस संधारित्र, सीसीडी पिक्सेल, ठंडा और संक्षेप में सीसीडी की क्वांटम दक्षता के रूप में। क्या आप जानते हैं कि विशिष्ट अनुप्रयोग जिसमें सीसीडी सेंसर का अक्सर उपयोग किया जा रहा है? CCDs के काम और अनुप्रयोगों के बारे में विस्तृत जानकारी के लिए कृपया अपनी टिप्पणियाँ नीचे दें।