تبلیغات

آموزش دوربین مداربسته

آموزش دزدگیر اتومبیل

      FAQ

انواع CCD :

CCD یک شیفت رجیستر آنالوگ است که امکان جابجائی سیگنالهای آنالوگ (بارهای الکتریکی) را در میان طبقات متوالی با کنترل سیگنال کلاک فراهم می کند. Charge Couple Device ها می توانند در فرم حافظه یا برای تاخیر سیگنالهای نمونه برداری شده آنالوگ نیز بکار رود.

امروزه کاربردهای گسترده ای از آنها را در سریال کردن سیگنالهای موازی مخصوصاً به شکل آرایه هائی از سنسورهای نوری فتوالکترونیک می بینیم. 

این کاربرد به قدری غالب شده است که در عرف، "CCD" به عنوان معادلی برای نوعی سنسور تصویر در نظر گرفته می شود، ولی در گفتاری دقیق تر "CCD" به تنهائی به راهی برای بازخوانی سیگنال تصویر از چیپ گفته می شود.

 این نوع CCD مزایای آشکارسازهای CCD و CMOS را برای یک آشکارساز اختصاصی طیف سنج با حساسیت و سرعت های غیر منطبق فراهم می کند.

مزایای سنسور مختلط عبارتند از: رنج دینامیکی نامحدود مجازی نویز ورودی لایه زیر الکترون مستقل از سرعت باز خوانی QE بالا سنجش پذیری سرعت طیفی بی نظیر - هزاران طیف در ثانیه fill factor %100 عدم کهنگی تکنولوژی در CCD های طیف نمای قدیمی، فتونهای نوری به الکترون تبدیل می شوند و در آرایه ای دو بعدی از پیکسل ها ذخیره می شوند.

الکترونهای ذخیره شده هر پیکسل به طور عمودی به رجیستر آخر شیفت داده می شوند که به آن رجیستر افقی گفته می شود.

هر پیکسل از این رجیستر تمامی الکترونهای یک ستون را در فرآیندی به نام binning در خود جمع می کند. سپس الکترونهای جمع شده در رجیستر افقی به صورت افقی به گره خروجی شیفت داده می شوند، در آنجا خوانده شده و به سیگنالهای ولتاژ تبدیل می شوند.

سنسورهای CMOS نیز در فرآیندی شبیه به CCD ها فتونها را تبدیل می کنند و تنها تفاوت در معماری و خواندن است. در وسایل CMOS، هر پیکسل شامل یک مدار باز خوانی است که مقدار فضای پیکسل را اشغال می کند. این موضوع باعث کاهش fill factor و حساسیت می شود که روشنائی از پشت CMOS را غیر عملی می سازد.

از سوئی دیگر این مدارات الکترونیکی مزایائی نیز دارند که از آن جمله می توان به دسترسی تصادفی به هر پیکسل، باز خوانی بدون تخریب (بی نقص) و بسیاری مزایای دیگر اشاره نمود. CMOS شرایطی را فراهم می کند که الکترونیک آنالوگ و دیجیتال در یک چیپ باشند که باعث کاهش اندازه و هزینه می شود.

چند مدار بازخوانی و مدار الکترونیکی پردازشگر می توانند به یک پیکسل CMOS مرتبط شوند تا موجب کارکرد موازی شوند. این عمل باعث تحصیل سرعت بالاتر در مقایسه با CCD ها می شود که در آنها عمل بازخوانی، یک فرآیند زنجیره ای طولانی است.

نمایش تکنیک پیوند استفاده شده برای متصل کردن پروسسور CMOS به سنسور CCD تکنولوژی سنسور مختلط (HST) بازدهی وسایل CCD را به قابلیت پردازش آنالوگ و دیجیتال CMOS پیوند می دهد. مشابه CCD های سنتی ، CCD فتونها را در گودالهای پتانسیل خود دریافت و تبدیل می کند.

CCD می تواند از مقابل و از پشت، نور را دریافت کند که این امر موجب ایجاد حساسیت بالاتری نسبت به CMOS های سنتی می شود. بار الکتریکی هر پیکسل توسط رجیسترهای عمودی به رجیستر افقی انتقال می یابد که این عمل همانند CCD های قدیمی است و در عوض در این مرحله به جای شیفت بارها به طور افقی در رجیستر افقی، بار جمع شده به یک CMOS آشکار ساز مختلط جدید انتقال می دهد.

تکنولوژی ساخت بدلیل اتصال چیپ های سیلیکون CCD به سیلیکون CMOS، بی نیاز از تقویت کننده های روی چیپ است. پس از اتمام انتقال، بار الکتریکی توسط یک تقویت کننده با نویز پائین ((LNA(1) تقویت می شود. برای دستیابی به کارائی بالا و بدون نویز، تقویت کننده در فرکانسهای در محدوده KHz کار می کند.

به هر حال از آنجائیکه بازخوانی به زیر شبکه هائی تقسیم می شود که هر یک دارای خروجی مختص به خود و متصل به یک مدار تقویت کننده مخصوص CMOS هستند، نتیجه کلی، خروجی با سرعتی بالا همچنان که در شکل زیر آمده است را فراهم می کنند.

Full frame CCD :

Full Frame معروفترین معماری برای CCD های استفاده شده در طیف نمائی های چندگانه و کاربردهای تصویر برداری است. Full Frame تمامی ناحیه CCD را برای فتونهای ورودی در بازه تابش نور بکار می گیرد. در هنگام باز خوانی، بار الکتریکی در آرایه های CCD به طور متوالی شیفت داده می شوند و جهت جلوگیری از لکه دار شدن یا کشیده شدن تصویر، استفاده از یک شاتر(2) الزامی است.

در صورتیکه زمان تابش نور بسیار بلندتر از سرعت باز خوانی باشد، لکه دار شدن تصاویر بسیار کم می شود. Full Frame دارای fill factor 100% است، به این معنی که 100% مساحت هر پیکسل برای آشکارسازی فتونها در لحظه تابش نور استفاده می شود.

از آنجائیکه پیکسل ها معمولاً مربع هستند تخریب تصویر وجود ندارد. این وسایل می توانند اندازۀ پیکسلی در رنج 6.8 میکرون مربع تا 26 میکرون مربع را در فرمت 512×512 تا 3k×4k را فراهم کنند. CCD های Full Frame می توانند برای تابش از پشت یا روبرو نیز طراحی شوند. در CCD های تابش از روبرو، نور می بایست از لایه دروازۀ پلی سیلیکونی (لایۀ تخلیه) در بالای لایه سیلیکونی حساس به نور عبور کند.

ساختار دروازه ای برای فرم دهی پیکسل در CCD لازم است. به هر حال تغییر در ضرایب شکست بین محیط پلی سیلیکون و سیلیکون باعث می شود قسمتی از طیف نور با طول موج کوتاهتر از سطح CCD منعکس شود. 

  : Frame transfer CCD 

معماری این نوع CCD برای مواقعی است که سرعت بالا و بازه تابش نور کمی را در حدود صد یا هزار میکروثانیه مد نظر دارید که البته با شاتر های معمولی قابل دسترسی نیست. 

Frame Transfer شامل یک رجیستر موازی است که به دو قسمت تقسیم شده است. نور در قسمت بالائی این رجیستر موسوم به آرایه تصویر متمرکز می شود. ناحیه دوم موسوم به آرایه ذخیره نیز مقدار آرایه تصویر را گرفته و به عبارتی با آن برابر می شود و یک ماسک کدر بر روی ناحیه موقتی عکس گذاشته می شود. یک بار که آرایه تصویر در معرض نور قرار گرفت، سیگنال به سرعت به آرایه ذخیره شیفت داده می شود. در هنگامیکه آرایه ذخیره خوانده می شود، آرایه تصویر می تواند سیگنال دیگری را دریافت کند.

پس علیرغم غیاب یک شاتر پرسرعت، Frame Transfer بطور پیوسته کار می کند. Frame Transfer هائی که از روبرو در معرض نور قرار می گیرند هنوز مشکل Full Frame ها را دارند یعنی مقدار کم QE در بازۀ طیف مرئی با QE بسیار پائین در UV. خاصیت هائی نظیر CCD های از پشت در معرض تابش، کارکرد بدون شاتر، سرعت فریم نسبتاً بالا و QE بالا از مزایای کاربردی طراحی Frame Transfer است.

Interline CCD :

معماری Interline در جستجوی زیاد برای سرعت طراحی شد. این نوع CCD برای کاربردهای پرسرعت VIS-NIR با شدت سیگنال متوسط تا زیاد، ایده آل است. به هر حال بدست آوردن سرعت بالا و کار پیوسته در این نوع CCD با هزینه همراه است و عواقب آن کاهش حساسیت مخصوصاً در محدودۀ UV است.

Interline شامل آرایه هائی کشیده از دیودهای حساس نوری است که به طور الکتریکی به یک ذخیره کنندۀ CCD در پائین ناحیه پوشیده شده متصل هستند. نواحی پوشیده شده و نواحی حساس به نور به طور متناوب در طول محورهای عمودی CCD گسترده شده اند. مشخصه QE ناحیه پیکسل دیود، عالی است ولی به هر حال فقط 25% از ناحیه CCD دارای دیودهای فعال است و این به معنی fill factor 25% است. در نتیجه مقدار فتوالکترونها در واحد مساحت کاهش یافته اند. 

1: Low Noise Amplifier 2 :

دریچه ای که برای لحظه ای باز شده و اجازه تابش نور را به سطح CCD می دهد.

 

ل


نگهبان سیستم

آموزش دزدگیر اتومبیل