Sensores CCD: CCD Photosides - Tipos, características y diferencias con CMOS

SENSORES CCD: CCD Photosides

Capa metálica transparente: electrodo. Zona de agotamiento (cada pozo corresponde a un píxel). Se recogen los fotoe- qe han sido liberados en área local, sin dar tiempo a la recombinación. Los CCDs pueden construirse como Surface-channel devices o como buried-channel devices. Los BCCD incorporan una capa adicional de Silicio tipo n. E- térmicos: Ruptura de un enlace por energía térmica. Indistinguibles. Da lugar a la I oscura, la cual es termosensible. Para tiempos de bajo nivel de luz, los pozos se pueden llenar con e- térmicos. Refrigeración para reducir I oscura y prolongar tiempo de integración.Rango dinámico: Ratio d su capacidad d e- al nivel de ruido d lectura, también en e-. Blooming: Causado x el exceso d e- en un pozo cuando se extiende a pozos adyacente.Transporte d la carga:Tres fases, aplicadas a uno d cada 3 photosites. Integración de la imagen (Cada photosite es un sensor muy eficiente. Se acumulan fotoe- y e- térmicos). Se procede al desplazamiento de la carga.Cada paquete d e- se desplaza al amplificador d salida para ser leído.Lectura de tres fases: V positiva en 2 líneas de fase consecutivas. Se elimina la primera fase, causando un colapso del pozo (pozo desplazado). Se repite la secuencia entre las 3 líneas de fase.Los e- desplazados se leen en un amplificador sensible a la carga. Condensador y amplificador son parte integral del CCD: misma oblea. La señal de V generada es proporcional a la cantidad de luz incidente. TIPOS CCD: Full frame: CCD debe mantenerse a oscuras durante la lectura. Se desplaza la carga d la imagen a la última fila d celdas del sensor. El registro d desplazamiento lleva la carga hacia el amplificador. Cuando se han ido todas las líneas está listo para volver a integrar. Tranferencia entre líneas: Cada segunda columna se cubre con una máscara opaca. Cuando finaliza la integración, la carga se desplaza a la columna enmascarada. Las columnas son desplazadas línea a línea y leídas como el Full-Frame. El número de píxels por línea es la mitad y se usa en cámaras de video.Transferencia de cuadro: Array de sensores el doble de largo. Tras el periodo de integración, se desplaza la carga a la mitad inferior. El proceso de lectura se da en la parte inferior. Por zona de iluminación (Front): CCDs gruesos diseñados para ser iluminados frontalmente. Baratos de fabricar. Luz atraviesa los electrodos. Tienen baja eficiencia cuántica QE.Por zona de iluminación (Back): CCDs delgados retroiluminados, la luz ilumina el chip. Muy alta eficiencia energética QE. Chip delgado. Fragilidad mecánica. Permite recubrimiento antireflectante. Fringing.

CARACTERISTICAS CCD: Ruido de lectura

Aquel causado por los errores de lectura y amplificación. Generado por la electrónica del chip. I oscura: Se originan electrones térmicos debido a la T. Para reducir la I oscura se ha de reducir la temperatura T de funcionamiento..Tiempo de integración: Es variable. Se necesitan tiempos de integración largos para bajo nivel de luz.Ruido fotónico: Resulta de la naturaleza cuántica de la luz. El número real de fotones que inciden en cualquier píxel particular por segundo será aleatorio.Defectos cosméticos: Columnas muertas. Columnas brillantes + píxeles calientes = máscara.Rayos cósmicos: Los CCDs son detectores de particulas: fotones. Se producen de manera aleatoria.Fringing: Solo relevante en back-iluminatedCCDs. Se generan interferencias debido a reflexiones múltiples internas. Difícil de corregir.Blooming: La sobreexposición de un CCD puede causar blooming por un exceso de fotoe- que desbordan del píxel actual para repartirse por los píxeles adyacentes.Rango dinámico: Cuantifica la capacidad de un sensor para captar adecuadamente luces y sombras oscuras en la misma escena.Ventajas: Alta calidad. Fotodetectores: gran eficiencia cuántica, QE, y baja corriente oscura. Muy bajo ruido de lectura. Bajo patrón de ruido. Desventajas: No puede integrar otros circuitos analógicos o digitales. Alatamente no programable. Alto consumo de potencia. Framerate limitado. Diferencia CMOS y CCD: Secciones analógicas y digitales. CCD salidas analógicas. CMOS primera generación. Incluye completa cadena de procesamiento analógico de la señal. Salidas analógicas. CMOS segunda generación. Incluyen parte de la cadena de procesamiento digital de la señal. Incluye conversor A/D. Salidas digitales. Mayor éxito comercial. CMOS tercera generación. Llega a incluir la cadena de procesamiento de la señal completa, DSPs. Configuración APS “Active Píxel Sensor”: Cada píxel tiene su propio amplificador individual. Al amplificar la señal del fotodiodo se solucionan los problemas de ruido de lectura de los grandes buses columna. Píxeles no uniformes: Los amplificadores son analógicos, no hay amplificadores iguales en cuanto a ganancia y offset. Configuración más usual en sensores CMOS 2D. La mayoría de los sensores de imagen utilizados actualmente utilizan tecnología APS. Requiere implementar al menos tres transistores: Uno de reset, un amplificador y un Row-Select de selección de fila. Fotodiodo APS; 1 fotodiodo, 3 transistores y 4 interconexiones. Un amplificador configurado como seguidor de la fuente, dentro d cada pixel. Cuando el pixel es direccionado, su nivel es sensado x el emisor y alimentado al bus columna. Luego es reseteado y puede comenzar una nueva exposicion.