مهندسی اپتیک ولیزر

آشکار سازهای CCD  

سال 1969، Willard Boyle و George Smith از CCD براي نگهداري اطلاعات استفاده کردند. اولين CCD مربوط به تصوير برداري به فرمت 100 * 100 پيکسل، در سال 1974 توسط شرکت Faichild Electronics توليد گرديد. در سال‌ بعد اين وسيله در دوربين هاي تلويزيوني براي رسانه هاي تجاري و بعدا در تلسکوپ ها و وسايل تصوير برداري پزشکي مورد استفاده قرار گرفت. مدتها پس از اين زمان بود که CCD در دوربين هاي ديجيتالي مورد استفاده عموم به فروشگاههاي خياباني راه پيدا نمايد.
اين وسيله نظير چشم انسان ولي بصورت الکترونيکي کار مي‌نمايد. هر CCD از ميليونها سلول بنام فتوسايت يا فتوديود تشکيل شده است. اين نقاط در واقع سنسورهاي حساس به نوري هستند که اطلاعات نوري را به يک شارژ الکتريکي تبديل مي‌نمايند. وقتي اجزاي نور که فتون ناميده مي شود وارد بدنه سيليکون فتوسايت مي شود، انرژي کافي براي آزادسازي الکترونهايي که با بار منفي شارژ شده اند ايجاد مي‌ گردد. هر چه نور بيشتري وارد فتوسايت شود، الکترونهاي بيشتري آزاد مي شود. هر فتوسايت داراي يک اتصال الکتريکي مي باشد که وقتي ولتاژي به آن اعمال مي شود، سيليکون زير آن پذيراي الکترونهاي آزاد شده مي شود و همانند يک خازن براي آن عمل مي کند. بنابر اين هر فتوسايت داراي يک شارژ ويژه خود مي باشد که هر چه بيشتر باشد، پيکسل روشنتري را ايجاد مي کند.
مرحله بعدي در اين فرآيند بازخواني و ثبت اطلاعات موجود در اين نقاط است. وقتي که شارژ به اين نقاط وارد و خارج مي شود، اطلاعات درون آنها حذف مي شود و از آنجايي که شارژ هر رديف با رديف ديگر کوپل مي شود، مثل اينست که اطلاعات هر رديف پشت رديف قبلي چيده شود. سپس سيگنال ها در حد امکان بدون نويز وارد تقويت کننده شده و سپس وارد ADC مي شوند.
فتوسايت هاي روي يک CCD فقط به نور حساسيت نشان مي دهند، نه به رنگ. رنگ با استفاده از فيلترهاي قرمز – سبز و آبي که روي هر پيکسل گذارده شده است شناسايي مي شود. براي اينکه CCD از چشم انسان تقليد کند، نسبت فيلترهاي سبز دو برابر فيلترهاي قرمز و آبي است. اين بخاطر اينست که چشم انسان به رنگهای زرد و سبز حساس تر است. چون هر پيکسل تنها يک رنگ را شناسايي مي کند، رنگ واقعي (True Color) با استفاده از متوسط گيري شدت نور اطراف پيکسل که به ميان يابي رنگ مشهور است، ايجاد مي شود.
جديدا فوجي فيلم در طراحي CCD دست به ابداع جالبي زده است. اين شرکت بجاي استفاده از آرايش مربعي براي فتوسايت ها، از فتوسايت هاي کاملا متفاوت هشت ضلعي بزرگتري که در رديفهايي با زاويه 45 درجه مرتب شده اند استفاده کرده است. با اين کار مشکل نويزهاي سيگنال که براي فشردگي فتوسايتها بر روي CCD محدوديت ايجاد مي کرد حل شده است. با اين کار رنگهايي واقعي تر و محدوده ديناميکي وسيعتر و حساسيت به نور بالاتر به دست مي آيد که نتيجه آن عکسهاي ديجيتالي شارپ تر و با رنگهاي جذاب تر مي باشد.