CCD Full Form in Hindi, CCD की सम्पूर्ण जानकारी , What is CCD in Hindi, CCD Menning in Hindi, CCD Full Form, CCD Kya Hai, CCD का Full Form क्या हैं, CCD का फुल फॉर्म क्या है, CCD Full Form in Hindi, Full Form of CCD in Hindi, CCD किसे कहते है, CCD का फुल फॉर्म इन हिंदी, CCD का पूरा नाम और हिंदी में क्या अर्थ होता है, CCD की शुरुआत कैसे हुई, दोस्तों क्या आपको पता है, CCD की फुल फॉर्म क्या है, और CCD होता क्या है, अगर आपका Answer नहीं है, तो आपको उदास होने की कोई जरुरत नहीं है, क्योंकि आज हम इस पोस्ट में आपको CCD की पूरी जानकारी हिंदी भाषा में देने जा रहे है. तो फ्रेंड्स CCD फुल फॉर्म इन हिंदी में और इसका पूरा इतिहास जानने के लिए आप इस पोस्ट को लास्ट तक पढ़े.
CCD की फुल फॉर्म “Charge-Coupled Device” होती है. CCD को हिंदी में “प्रभारी युग्मित डिवाइस” कहते है.
CCD का फुलफॉर्म Charge-Coupled Device और हिंदी में सीसीडी का मतलब प्रभारी युग्मित डिवाइस है. चार्ज-कपल्ड डिवाइस (CCD) एक प्रकार का अर्धचालक उपकरण है जो प्रकाश के प्रति संवेदनशील होता है. सीसीडी में फोटोडायोड होते हैं जो प्रकाश ऊर्जा को फोटॉन के रूप में इलेक्ट्रॉनिक चार्ज में परिवर्तित करके संचालित करते हैं. जब फोटॉन अर्धचालक सामग्री पर प्रहार करता है तो एक चार्ज बनाया जाता है. जैसे-जैसे अधिक फोटॉन सतह पर आते हैं, अधिक इलेक्ट्रॉनों को मुक्त किया जाता है, इस प्रकार एक चार्ज बनता है जो प्रकाश की तीव्रता के आनुपातिक होता है और इसे इलेक्ट्रॉनिक्स द्वारा पढ़ा जा सकता है और डिवाइस पर पड़ने वाले प्रकाश पैटर्न की एक डिजिटल कॉपी में बदल जाता है. सीसीडी का उपयोग विभिन्न उपकरणों में किया जाता है जिसमें डिजिटल कैमरा, वीडियो कैमरा और डिजिटल इमेजिंग तकनीक शामिल हैं. सीसीडी द्वारा कैप्चर की गई छवि की गुणवत्ता सेंसर के संकल्प पर निर्भर करती है.
चार्ज-कपल्ड डिवाइस (सीसीडी) एक लाइट-सेंसिटिव इंटीग्रेटेड सर्किट है जो फोटोन को इलेक्ट्रॉनों में परिवर्तित करके छवियों को कैप्चर करता है. एक सीसीडी सेंसर छवि तत्वों को पिक्सेल में तोड़ देता है. प्रत्येक पिक्सेल एक विद्युत आवेश में परिवर्तित हो जाता है जिसकी तीव्रता उस पिक्सेल द्वारा कैप्चर की गई प्रकाश की तीव्रता से संबंधित होती है. कई वर्षों तक, सीसीडी उपकरणों की एक विस्तृत श्रृंखला में पसंद के सेंसर थे, लेकिन उन्हें पूरक धातु-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर (सीएमओएस) तकनीक के आधार पर छवि सेंसर द्वारा प्रतिस्थापित किया जा रहा है. सीसीडी का आविष्कार 1969 में बेल लैब्स में किया गया था - जो अब नोकिया का हिस्सा है - जॉर्ज स्मिथ और विलार्ड बॉयल द्वारा. हालांकि, शोधकर्ता के प्रयास मुख्य रूप से कंप्यूटर मेमोरी पर केंद्रित थे, और 1970 के दशक तक माइकल एफ. टॉम्पसेट ने, बेल लैब्स के साथ, इमेजिंग को बेहतर ढंग से समायोजित करने के लिए सीसीडी के डिजाइन को परिष्कृत किया.
उसके बाद, टॉमसेट और अन्य शोधकर्ताओं द्वारा सीसीडी में सुधार जारी रखा, जिससे प्रकाश संवेदनशीलता और समग्र छवि गुणवत्ता में वृद्धि हुई. सीसीडी जल्द ही डिजिटल इमेजरी के लिए इस्तेमाल की जाने वाली प्राथमिक तकनीक बन गई.
आज के डिजिटल इमेजिंग उपकरणों के केंद्र में चार्ज-कपल्ड डिवाइस (सीसीडी) हैं. एक प्रकार का अर्धचालक जो प्रकाश के प्रति संवेदनशील होता है, एक सीसीडी में अलग-अलग तत्वों की 2-डी सरणी होती है, जिनमें से प्रत्येक, संक्षेप में, एक संधारित्र होता है - एक उपकरण जो विद्युत आवेश को संग्रहीत करता है. (इस प्रकार डी और सी में से एक को परिवर्णी शब्द में समझाते हुए.) एक सीसीडी चार्ज तब बनता है जब फोटॉन अर्धचालक पदार्थ से टकराते हैं और इलेक्ट्रॉनों को हटा देते हैं. जैसे ही अधिक फोटॉन डिवाइस पर गिरते हैं, अधिक इलेक्ट्रॉन मुक्त होते हैं, इस प्रकार एक चार्ज बनाते हैं जो प्रकाश की तीव्रता के समानुपाती होता है. 2-डी सरणी के साथ, आप एक छवि कैप्चर कर सकते हैं. दूसरे शब्दों में, प्रत्येक सीसीडी एकल-छवि पिक्सेल का प्रतिनिधित्व करता है. आज के सर्वश्रेष्ठ डिजिटल स्टिल कैमरों में 6 मिलियन पिक्सेल तक के सेंसर होते हैं. चुनौती इन शुल्कों को सरणी से बाहर पढ़ने में है ताकि उन्हें डिजीटल किया जा सके. ऐसा करने के लिए, प्रत्येक व्यक्तिगत सीसीडी डिटेक्टर, या पिक्सेल में डोप्ड फोटोसेंसिटिव सिलिकॉन के दफन चैनल पर तीन पारदर्शी पॉलीसिलिकॉन गेट होते हैं जो चार्ज उत्पन्न करते हैं. चैनल चैनल स्टॉप क्षेत्रों की एक जोड़ी से घिरा हुआ है जो चार्ज को सीमित करता है. एक विशेष सीसीडी के चार्ज को पढ़ने और डिजिटाइज़ करने के लिए, तीन गेट्स के वोल्टेज को एक क्रम में चक्रित किया जाता है, जिसके कारण चार्ज चैनल के नीचे अगले गेट पर, फिर अगले पिक्सेल तक, और अंत में पंक्ति के नीचे तब तक चला जाता है जब तक कि यह अंत तक नहीं पहुंच जाता. कॉलम, जहां इसे एक सीरियल रजिस्टर में पढ़ा जाता है और अंततः एक एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर को भेजा जाता है. इस प्रक्रिया को बकेट ब्रिगेड की तरह समझें, जहां एक लाइन की शुरुआत में बाल्टी में पानी बाल्टी से बाल्टी में जाने के बाद लाइन के अंत में स्थानांतरित हो जाता है. यह चार्ज ट्रांसफर 99.9% प्रति पिक्सेल से अधिक दक्षता के साथ होता है. चार्ज को एक गेट से दूसरे गेट तक ले जाने के क्रम को कपलिंग (सीसीडी में दूसरा सी) कहा जाता है.
लेकिन इतना कहने और करने के बाद, सीसीडी इमेजिंग एरे केवल प्रकाश की तीव्रता के प्रति संवेदनशील है, रंग नहीं. एक रंगीन छवि को कैप्चर करने का एक तरीका तीन सीसीडी सरणियों का उपयोग करना है, प्रत्येक को एक फिल्टर द्वारा कवर किया जाता है (आमतौर पर सीसीडी की सतह को डाई के साथ चित्रित करके उत्पादित किया जाता है) जो तीन प्राथमिक रंगों में से एक को पार करता है - लाल, हरा या नीला. ऑनबोर्ड कैमरा इलेक्ट्रॉनिक्स इन प्राथमिक घटकों को एक रंगीन पिक्सेल में मिला देते हैं. क्योंकि इसके लिए तीन सीसीडी सरणियों की आवश्यकता होती है, यह प्रणाली केवल उच्च अंत कैमरों और कैमकोर्डर में पाई जाती है. एक कम लागत वाली विधि एक विशेष रंग ग्रिड लागू करती है, जिसे बेयर पैटर्न के रूप में जाना जाता है, इमेजिंग सरणी पर. बारी-बारी से लाल-हरे और हरे-नीले फिल्टर का यह पैटर्न एक एकल सीसीडी सरणी को रंगीन छवि कैप्चर करने में सक्षम बनाता है. इस लेआउट में आधे फिल्टर हरे हैं क्योंकि मानव आंख उस रंग के प्रति सबसे अधिक संवेदनशील है. एक डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर इन घटकों वाले पड़ोसी पिक्सेल का औसत लेकर एक पिक्सेल के दो लापता रंग घटकों को प्रक्षेपित करता है. यही है, एक लाल फिल्टर वाले सीसीडी तत्व के लिए, प्रोसेसर हरे या नीले रंग के फिल्टर के साथ आसन्न तत्वों के मूल्यों को मिलाकर और औसत करके अपने हरे और नीले रंग के घटकों का पुनर्निर्माण करता है.
बायर पैटर्न का उपयोग डिजाइन की सादगी प्रदान करता है, लेकिन इसके दो नुकसान हैं. सबसे पहले, यह कुछ जानकारी को फेंक देता है, इसलिए छवि रिज़ॉल्यूशन में एक निश्चित नुकसान होता है. दूसरा, तकनीक पूरे दृश्य में प्रकाश की तीव्रता में क्रमिक परिवर्तन मानती है. तेज प्रकाश संक्रमण वाली छवियों के लिए, प्रक्षेप प्रक्रिया कलाकृतियां उत्पन्न करती है - ऐसे रंग जो मूल में नहीं थे. कुछ सीसीडी इमेजिंग सरणियाँ एक सीसीडी सरणी से रंग उत्पन्न करने के लिए एक अलग रंग पैटर्न का उपयोग करती हैं. विशेष रूप से, कुछ कैनन डिजिटल कैमरे एक रंगीन छवि बनाने के लिए एक अलग इंटरपोलेशन एल्गोरिदम के साथ एक घटिया रंग पैटर्न - सियान, पीला, हरा और मैजेंटा - का उपयोग करते हैं. 1969 में जॉर्ज स्मिथ और विलार्ड बॉयल द्वारा बेल लैब्स (अब मरे हिल, एन.जे.-आधारित ल्यूसेंट टेक्नोलॉजीज इंक. का हिस्सा) में आविष्कार किया गया सीसीडी मूल रूप से कंप्यूटर डेटा को स्टोर करने के लिए था. लेकिन उस कार्य को तेज प्रौद्योगिकियों ने ले लिया था. 1975 तक, टीवी कैमरों और फ्लैटबेड स्कैनर्स में सीसीडी का इस्तेमाल किया जाने लगा था. 1980 के दशक में, सीसीडी पहले डिजिटल कैमरों में दिखाई दिए. सीसीडी का आज व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, लेकिन उनकी कुछ कमियां हैं: लुप्त होती. हालांकि युग्मन प्रक्रिया काफी कुशल है, कई सैकड़ों या हजारों पिक्सेल की एक पंक्ति के साथ चार्ज को स्थानांतरित करने से चार्ज का ध्यान देने योग्य नुकसान होता है. खिलना. यदि बहुत सारे फोटॉन एक सीसीडी तत्व से टकराते हैं, तो यह "भरा हुआ" हो जाता है, और कुछ चार्ज आसन्न पिक्सेल में लीक हो जाता है. धब्बा. यदि स्थानांतरण के दौरान प्रकाश संवेदक से टकराता है, तो यह कुछ डेटा हानि का कारण बन सकता है और छवि के उज्ज्वल क्षेत्रों के पीछे लकीरें छोड़ सकता है. खर्च. सीसीडी को अन्य कंप्यूटर चिप्स (जैसे सीपीयू और मेमोरी) से अलग निर्माण प्रक्रिया की आवश्यकता होती है, इसलिए विशेष सीसीडी निर्माण संयंत्र आवश्यक हैं.
छोटे, प्रकाश के प्रति संवेदनशील क्षेत्रों को एक सिलिकॉन सतह में उकेरा जाता है ताकि पिक्सेल की एक सरणी बनाई जा सके जो फोटॉन एकत्र करती है और इलेक्ट्रॉन उत्पन्न करती है. प्रत्येक पिक्सेल में इलेक्ट्रॉनों की संख्या पिक्सेल द्वारा कैप्चर की गई प्रकाश की तीव्रता के सीधे आनुपातिक होती है. सभी इलेक्ट्रॉनों के उत्पन्न होने के बाद, वे एक स्थानांतरण प्रक्रिया से गुजरते हैं जो उन्हें एक आउटपुट नोड की ओर ले जाती है, जहां वे प्रवर्धित होते हैं और वोल्टेज में परिवर्तित होते हैं. अतीत में, सीसीडी अन्य प्रकार के सेंसरों की तुलना में बेहतर गुणवत्ता वाली छवियां प्रदान कर सकते थे, जिनमें सीएमओएस तकनीक पर आधारित सेंसर भी शामिल थे. नतीजतन, उनका उपयोग स्कैनर, बार कोड रीडर, माइक्रोस्कोप, चिकित्सा उपकरण और खगोलीय दूरबीन सहित उपकरणों की एक विस्तृत श्रृंखला में किया गया था. उपकरणों को विशेष रूप से मौसम विज्ञान में रोबोट, ऑप्टिकल कैरेक्टर रिकग्निशन (ओसीआर), उपग्रह तस्वीरों और रडार इमेजरी के प्रसंस्करण के लिए मशीन दृष्टि में उपयोग किया गया.
इसके अलावा, पुरानी तकनीकों की तुलना में बेहतर रिज़ॉल्यूशन देने के लिए डिजिटल कैमरों में सीसीडी का उपयोग किया गया था. 2010 तक, डिजिटल कैमरे एक मिलियन से अधिक पिक्सेल के साथ चित्र बना सकते थे, फिर भी वे $1,000 से कम में बिके. मेगापिक्सेल शब्द ऐसे कैमरों के संदर्भ में गढ़ा गया था.
सीसीडी की शुरुआती सफलताओं के बावजूद, सीएमओएस सेंसर पूरे उद्योग में पसंद कर रहे हैं, और अब वे छवियों को कैप्चर करने के लिए उपभोक्ता उत्पादों में बड़े पैमाने पर उपयोग किए जाते हैं. सीसीडी सेंसर की तुलना में सीएमओएस सेंसर निर्माता के लिए आसान और सस्ता है. वे कम ऊर्जा का उपयोग भी करते हैं और कम गर्मी पैदा करते हैं. फिर भी, CMOS सेंसर की छवि शोर के प्रति अधिक संवेदनशील होने की प्रतिष्ठा है, जो गुणवत्ता और रिज़ॉल्यूशन को प्रभावित कर सकता है. लेकिन हाल के वर्षों में उनकी गुणवत्ता में काफी सुधार हुआ है, और सीएमओएस सेंसर अब छवि सेंसर बाजार पर हावी हैं. सीएमओएस सेंसर के प्रसार के बावजूद, सीसीडी सेंसर अभी भी उन अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किए जाते हैं जो सटीकता और उच्च स्तर की संवेदनशीलता की मांग करते हैं. उदाहरण के लिए, चिकित्सा, वैज्ञानिक और औद्योगिक उपकरणों में सीसीडी सेंसर का उपयोग जारी है. यहां तक कि हबल स्पेस टेलीस्कोप एक सीसीडी सेंसर को स्पोर्ट करता है. लेकिन गति स्पष्ट रूप से सीएमओएस के पीछे है, और सीसीडी का भविष्य अस्पष्ट है.
एक चार्ज-युग्मित डिवाइस (सीसीडी) एक एकीकृत सर्किट है जिसमें लिंक्ड, या युग्मित, कैपेसिटर्स की एक सरणी होती है. एक बाहरी सर्किट के नियंत्रण में, प्रत्येक संधारित्र अपने विद्युत आवेश को एक पड़ोसी संधारित्र में स्थानांतरित कर सकता है. सीसीडी सेंसर डिजिटल इमेजिंग में उपयोग की जाने वाली एक प्रमुख तकनीक है. एक सीसीडी इमेज सेंसर में, पिक्सल को पी-डॉप्ड मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर (एमओएस) कैपेसिटर द्वारा दर्शाया जाता है. ये एमओएस कैपेसिटर, एक सीसीडी के बुनियादी निर्माण खंड, छवि अधिग्रहण शुरू होने पर उलटा के लिए दहलीज से ऊपर पक्षपाती हैं, अर्धचालक-ऑक्साइड इंटरफेस में आने वाले फोटॉनों को इलेक्ट्रॉन चार्ज में बदलने की इजाजत देता है; फिर इन शुल्कों को पढ़ने के लिए सीसीडी का उपयोग किया जाता है. हालांकि सीसीडी प्रकाश का पता लगाने की अनुमति देने वाली एकमात्र तकनीक नहीं है, सीसीडी छवि सेंसर व्यापक रूप से पेशेवर, चिकित्सा और वैज्ञानिक अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं जहां उच्च गुणवत्ता वाले छवि डेटा की आवश्यकता होती है. कम सटीक गुणवत्ता की मांग वाले अनुप्रयोगों में, जैसे कि उपभोक्ता और पेशेवर डिजिटल कैमरे, सक्रिय पिक्सेल सेंसर, जिन्हें सीएमओएस सेंसर (पूरक एमओएस सेंसर) के रूप में भी जाना जाता है, आमतौर पर उपयोग किए जाते हैं. हालांकि, बड़े गुणवत्ता वाले लाभ सीसीडी ने समय के साथ कम कर दिए हैं और 2010 के उत्तरार्ध के बाद से सीएमओएस सेंसर प्रमुख तकनीक हैं, बड़े पैमाने पर सीसीडी छवि सेंसर को पूरी तरह से प्रतिस्थापित नहीं किया गया है.
एटी एंड टी बेल लैब्स के वैज्ञानिक विलियार्ड बॉयल और जॉर्ज ई. स्मिथ ने सेमीकंडक्टर-बबल-मेमोरी पर काम करते हुए एक उपकरण तैयार किया, और इसे 'चार्ज बबल डिवाइस' कहा, जिसे शिफ्ट रजिस्टर के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है.
डिवाइस की मौलिक प्रकृति के अनुसार, इसमें सेमीकंडक्टर की सतह के साथ एक स्टोरेज कैपेसिटर से दूसरे में चार्ज ट्रांसफर करने की क्षमता होती है, और यह सिद्धांत बकेट-ब्रिगेड डिवाइस (बीबीडी) के समान है, जिसका आविष्कार किया गया था 1960 के दशक में फिलिप्स रिसर्च लैब्स में. आखिरकार, ऐसी सभी प्रायोगिक अनुसंधान गतिविधियों से, चार्ज कपल्ड डिवाइस (सीसीडी) का आविष्कार 1969 में एटी एंड टी बेल लैब्स में किया गया था.
चार्ज कपल्ड डिवाइस (सीसीडी) - चार्ज कपल्ड डिवाइसेज को जिस एप्लिकेशन के लिए इस्तेमाल किया जाता है या डिवाइस के डिजाइन के आधार पर अलग-अलग तरीकों से परिभाषित किया जा सकता है. यह चार्ज हेरफेर के लिए इसके भीतर विद्युत आवेश की गति के लिए उपयोग किया जाने वाला उपकरण 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 डिजिटल और वीडियो कैमरों में फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के माध्यम से चित्र लेने और वीडियो रिकॉर्ड करने के लिए किया जाता है. इसका उपयोग कैप्चर की गई रोशनी को डिजिटल डेटा में बदलने के लिए किया जाता है, जिसे कैमरे द्वारा रिकॉर्ड किया जाता है. इसे एक प्रकाश-संवेदी एकीकृत परिपथ के रूप में परिभाषित किया जा सकता है जो एक सिलिकॉन सतह पर अंकित होकर प्रकाश-संवेदनशील तत्व बनाता है जिसे पिक्सेल कहा जाता है, और प्रत्येक पिक्सेल को विद्युत आवेश में परिवर्तित किया जाता है. इसे असतत समय पर निरंतर या एनालॉग सिग्नल सैंपलिंग के लिए उपयोग किए जाने वाले असतत-समय के उपकरण के रूप में कहा जाता है.
विभिन्न सीसीडी हैं जैसे इलेक्ट्रॉन गुणा सीसीडी, तीव्र सीसीडी, फ्रेम-ट्रांसफर सीसीडी और दफन-चैनल सीसीडी. एक सीसीडी को केवल चार्ज ट्रांसफर डिवाइस के रूप में परिभाषित किया जा सकता है. सीसीडी के आविष्कारकों, स्मिथ और बॉयल ने भी एक सामान्य सरफेस चैनल सीसीडी और अन्य सीसीडी की तुलना में बहुत समृद्ध प्रदर्शन के साथ एक सीसीडी की खोज की; इसे दफन चैनल सीसीडी के रूप में जाना जाता है और व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए इसका प्रमुख रूप से उपयोग किया जाता है.
एक फोटोएक्टिव क्षेत्र और एक शिफ्ट-रजिस्टर-ट्रांसमिशन क्षेत्र के रूप में कार्य करने वाली सिलिकॉन एपिटैक्सियल परत का उपयोग सीसीडी का उपयोग करके छवियों को कैप्चर करने के लिए किया जाता है. लेंस के माध्यम से छवि को संधारित्र सरणी से युक्त फोटो सक्रिय क्षेत्र पर प्रक्षेपित किया जाता है. इस प्रकार, उस स्थान पर रंग स्पेक्ट्रम में छवि पिक्सेल रंग की प्रकाश तीव्रता के समानुपाती विद्युत आवेश प्रत्येक संधारित्र पर संचित होता है. यदि इस संधारित्र सरणी द्वारा छवि का पता लगाया जाता है, तो प्रत्येक संधारित्र में संचित विद्युत आवेश को नियंत्रण सर्किट द्वारा नियंत्रित शिफ्ट रजिस्टर के रूप में प्रदर्शन करके उसके पड़ोसी संधारित्र को स्थानांतरित कर दिया जाता है. उपरोक्त आंकड़े में, ए, बी और सी से, चार्ज पैकेट का स्थानांतरण गेट टर्मिनलों पर लागू वोल्टेज के अनुसार दिखाया गया है. अंत में, सरणी में अंतिम संधारित्र के विद्युत आवेश को आवेश एम्पलीफायर में स्थानांतरित किया जाता है जिसमें विद्युत आवेश को वोल्टेज में परिवर्तित किया जाता है. इस प्रकार, इन कार्यों के निरंतर संचालन से, अर्धचालक में संधारित्र सरणी के पूरे शुल्क वोल्टेज के अनुक्रम में परिवर्तित हो जाते हैं.
वोल्टेज के इस क्रम को डिजिटल कैमरों जैसे डिजिटल उपकरणों के मामले में नमूना, डिजीटल और फिर मेमोरी में संग्रहीत किया जाता है. एनालॉग वीडियो कैमरों जैसे एनालॉग उपकरणों के मामले में, वोल्टेज के इस क्रम को 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 काम करने के लिए, मुख्य रूप से निम्नलिखित मापदंडों को समझने की आवश्यकता है.
बकेट ब्रिगेड शैली में कई योजनाओं का उपयोग करके चार्ज पैकेट को सेल से सेल में ले जाया जा सकता है. विभिन्न तकनीकें हैं जैसे दो चरण, तीन चरण, चार चरण, और इसी तरह. प्रत्येक सेल में n-फेज स्कीम में इससे 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 बदलकर सीसीडी की लाइन के साथ धकेला और खींचा जा सकता है. तीन-चरण चार्ज ट्रांसफर पर विचार करें, उपरोक्त आकृति में, तीन घड़ियां (C1, C2 और C3) जो आकार में समान हैं लेकिन विभिन्न चरणों में दिखाई गई हैं. अगर गेट बी ऊंचा हो जाता है और गेट ए कम हो जाता है, तो चार्ज स्पेस ए से स्पेस बी में चला जाएगा.
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. चार्ज या इमेज को विभिन्न स्कैनिंग आर्किटेक्चर जैसे फुल फ्रेम रीडआउट, फ्रेम ट्रांसफर और इंटरलाइन ट्रांसफर का उपयोग करके स्थानांतरित किया जा सकता है. निम्नलिखित स्थानांतरण योजनाओं के साथ चार्ज युग्मित डिवाइस सिद्धांत को आसानी से समझा जा सकता है:-
1. फुल-फ्रेम रीडआउट
यह सबसे सरल स्कैनिंग आर्किटेक्चर है जिसमें प्रकाश इनपुट को काटने और समानांतर-ऊर्ध्वाधर रजिस्टरों या लंबवत सीसीडी और समानांतर-क्षैतिज रजिस्टरों या क्षैतिज सीसीडी के माध्यम से चार्ज के पारित होने के दौरान धुंधला होने से बचने के लिए कई अनुप्रयोगों में शटर की आवश्यकता होती है और फिर इसे स्थानांतरित कर दिया जाता है सीरियल में आउटपुट.
2. फ़्रेम स्थानांतरण
बकेट ब्रिगेड प्रक्रिया का उपयोग करके छवि को छवि सरणी से अपारदर्शी फ़्रेम संग्रहण सरणी में स्थानांतरित किया जा सकता है. चूंकि यह किसी सीरियल रजिस्टर का उपयोग नहीं करता है, यह अन्य प्रक्रियाओं की तुलना में एक तेज प्रक्रिया है.
3. इंटरलाइन ट्रांसफर
प्रत्येक पिक्सेल में एक फोटोडायोड और अपारदर्शी चार्ज स्टोरेज सेल होता है. जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, इमेज चार्ज को पहले प्रकाश संवेदनशील पीडी से अपारदर्शी वी-सीसीडी में स्थानांतरित किया जाता है. यह स्थानांतरण, जैसा कि छवि छिपी हुई है, एक स्थानांतरण चक्र में एक न्यूनतम छवि धब्बा उत्पन्न होता है; इसलिए, सबसे तेज़ ऑप्टिकल शटरिंग हासिल की जा सकती है.
प्रत्येक सीसीडी सेल में मेटल ऑक्साइड सेमीकंडक्टर होता है, भले ही सीसीडी के निर्माण में सतह चैनल और दफन चैनल एमओएस कैपेसिटर दोनों का उपयोग किया जाता है. लेकिन अक्सर सीसीडी को पी-टाइप सब्सट्रेट पर गढ़ा जाता है और दफन चैनल एमओएस कैपेसिटर का उपयोग करके निर्मित किया जाता है; इसके लिए इसकी सतह पर एक पतला N-प्रकार का क्षेत्र बनता है. एन-क्षेत्र के शीर्ष पर एक इन्सुलेटर के रूप में एक सिलिकॉन डाइऑक्साइड परत उगाई जाती है, और इस इन्सुलेटिंग परत पर एक या एक से अधिक इलेक्ट्रोड लगाकर द्वार बनाए जाते हैं.
जब फोटॉन सिलिकॉन की सतह से टकराते हैं, तो फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव से मुक्त इलेक्ट्रॉन बनते हैं, और वैक्यूम के कारण, एक साथ सकारात्मक चार्ज या छेद उत्पन्न होगा. छेद और इलेक्ट्रॉन के पुनर्संयोजन से बनने वाले थर्मल उतार-चढ़ाव या गर्मी को गिनने की कठिन प्रक्रिया को चुनने के बजाय, एक छवि बनाने के लिए इलेक्ट्रॉनों को इकट्ठा करना और गिनना पसंद किया जाता है. यह सकारात्मक पक्षपाती विशिष्ट क्षेत्रों की ओर सिलिकॉन सतह पर हड़ताली फोटॉनों द्वारा उत्पन्न इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित करके प्राप्त किया जा सकता है. पूर्ण कूप क्षमता को प्रत्येक सीसीडी पिक्सेल द्वारा धारण किए जा सकने वाले इलेक्ट्रॉनों की अधिकतम संख्या के रूप में परिभाषित 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 (जितना बड़ा आकार उतना अधिक इलेक्ट्रॉन कर सकते हैं जमा होना).
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 प्रक्रिया कहा जाता है, जो शोर उत्पन्न करती है. कुछ सीमाओं के साथ कूलिंग के प्रत्येक 6 से 70 के लिए कुल डार्क करंट जेनरेशन को दो गुना कम किया जा सकता है. सीसीडी -1200 से नीचे काम नहीं करते हैं और डार्क करंट से उत्पन्न कुल शोर को -1000 के आसपास ठंडा करके, इसे एक खाली वातावरण में थर्मली आइसोलेट करके दूर किया जा सकता है. तरल नाइट्रोजन, थर्मो-इलेक्ट्रिक कूलर और यांत्रिक पंपों का उपयोग करके सीसीडी को अक्सर ठंडा किया जाता है.
फोटोइलेक्ट्रॉनों के उत्पन्न होने की दर सीसीडी की सतह पर आपतित प्रकाश पर निर्भर करती है. फोटोन के विद्युत आवेश में परिवर्तन में कई कारकों का योगदान होता है और इसे क्वांटम दक्षता कहा जाता है. यह अन्य प्रकाश-पहचान तकनीक की तुलना में सीसीडी के लिए 25% से 95% की बेहतर सीमा में है. आने वाले विकिरण को क्षीण करके गेट संरचना के माध्यम से प्रकाश गुजरने के बाद सामने-रोशनी डिवाइस एक संकेत उत्पन्न करता है.
बैक-इलुमिनेटेड या बैक-थिन सीसीडी में डिवाइस के नीचे की तरफ अतिरिक्त सिलिकॉन होता है, जो इस तरह से अंकित होता है कि अप्रतिबंधित रूप से फोटोइलेक्ट्रॉनों की पीढ़ी की अनुमति देता है. इस प्रकार यह लेख सीसीडी के संक्षिप्त विवरण और सीसीडी स्कैनिंग आर्किटेक्चर, चार्ज ट्रांसफर प्रक्रिया, सीसीडी के एमओएस कैपेसिटर, सीसीडी पिक्सेल, कूलिंग और सीसीडी की क्वांटम दक्षता जैसे विभिन्न मापदंडों पर विचार करते हुए इसके कार्य सिद्धांत के साथ समाप्त होता है. क्या आप विशिष्ट अनुप्रयोगों को जानते हैं जिनमें सीसीडी सेंसर का अक्सर उपयोग किया जा रहा है? सीसीडी के कामकाज और अनुप्रयोगों के बारे में विस्तृत जानकारी के लिए कृपया अपनी टिप्पणी नीचे पोस्ट करें.
चार्ज-युग्मित डिवाइस (सीसीडी) सिलिकॉन-आधारित एकीकृत सर्किट होते हैं जिनमें फोटोडायोड के घने मैट्रिक्स होते हैं जो प्रकाश ऊर्जा को फोटॉन के रूप में इलेक्ट्रॉनिक चार्ज में परिवर्तित करके संचालित करते हैं. सिलिकॉन परमाणुओं के साथ फोटॉन की बातचीत से उत्पन्न इलेक्ट्रॉनों को एक संभावित कुएं में संग्रहीत किया जाता है और बाद में एक एम्पलीफायर के लिए रजिस्टरों और आउटपुट के माध्यम से चिप में स्थानांतरित किया जा सकता है. चित्र 1 में दिखाया गया योजनाबद्ध आरेख विभिन्न घटकों को दर्शाता है जिसमें एक विशिष्ट सीसीडी की शारीरिक रचना शामिल है.
सीसीडी का आविष्कार 1960 के दशक के अंत में बेल लेबोरेटरीज के अनुसंधान वैज्ञानिकों द्वारा किया गया था, जिन्होंने शुरू में कंप्यूटर के लिए एक नए प्रकार के मेमोरी सर्किट के रूप में इस विचार की कल्पना की थी. बाद के अध्ययनों ने संकेत दिया कि डिवाइस, चार्ज ट्रांसफर करने की क्षमता और प्रकाश के साथ फोटोइलेक्ट्रिक इंटरैक्शन के कारण, सिग्नल प्रोसेसिंग और इमेजिंग जैसे अन्य अनुप्रयोगों के लिए भी उपयोगी होगा. एक नए मेमोरी डिवाइस की शुरुआती उम्मीदें गायब हो गई हैं, लेकिन सीसीडी एक सर्व-उद्देश्यीय इलेक्ट्रॉनिक इमेजिंग डिटेक्टर के लिए अग्रणी उम्मीदवारों में से एक के रूप में उभर रहा है, जो डिजिटल फोटोमिकोग्राफी के उभरते क्षेत्र में फिल्म को बदलने में सक्षम है.
एकीकृत सर्किट की तरह सिलिकॉन वेफर्स पर निर्मित, सीसीडी को जटिल फोटोलिथोग्राफिक चरणों की एक श्रृंखला में संसाधित किया जाता है जिसमें डिवाइस के भीतर विभिन्न कार्यों को परिभाषित करने के लिए नक़्क़ाशी, आयन आरोपण, पतली फिल्म जमाव, धातुकरण और निष्क्रियता शामिल होती है. सिलिकॉन सब्सट्रेट को विद्युत रूप से पी-टाइप सिलिकॉन बनाने के लिए डोप किया जाता है, एक ऐसी सामग्री जिसमें मुख्य वाहक सकारात्मक रूप से चार्ज इलेक्ट्रॉन छेद होते हैं. कई मर जाते हैं, प्रत्येक एक काम करने वाले उपकरण को पैदा करने में सक्षम होते हैं, प्रत्येक वेफर पर हीरे की आरी से काटे जाने से पहले गढ़े जाते हैं, परीक्षण किए जाते हैं, और एक ग्लास या क्वार्ट्ज खिड़की के साथ सिरेमिक या बहुलक आवरण में पैक किया जाता है, जिसके माध्यम से प्रकाश फोटोडायोड सरणी को रोशन करने के लिए पारित हो सकता है. सीसीडी सतह पर. हमारे इंटरेक्टिव जावा ट्यूटोरियल का उपयोग करके सीसीडी बनाने के लिए आवश्यक चरणों के अनुक्रम का अन्वेषण करें, जो डायलॉग बॉक्स से जुड़ा हुआ है.
जब एक पराबैंगनी, दृश्यमान या अवरक्त फोटॉन एक सीसीडी फोटोडायोड में या उसके पास आराम करने वाले एक सिलिकॉन परमाणु से टकराता है, तो यह आमतौर पर एक मुक्त इलेक्ट्रॉन और सिलिकॉन क्रिस्टलीय जाली में इलेक्ट्रॉन की अस्थायी अनुपस्थिति द्वारा निर्मित एक "छेद" का उत्पादन करेगा. मुक्त इलेक्ट्रॉन तब एक संभावित कुएं में एकत्र किया जाता है (डिप्लेक्शन परत के रूप में ज्ञात क्षेत्र में सिलिकॉन के भीतर गहरे स्थित), जबकि छेद को कुएं से दूर किया जाता है और अंततः सिलिकॉन सब्सट्रेट में विस्थापित हो जाता है. अलग-अलग फोटोडायोड एक चैनल स्टॉप द्वारा अपने पड़ोसियों से विद्युत रूप से पृथक होते हैं, जो कि पी-टाइप सिलिकॉन सब्सट्रेट में एक मुखौटा के माध्यम से बोरॉन आयनों को फैलाने से बनता है.
सीसीडी की प्रमुख वास्तुशिल्प विशेषता सीरियल शिफ्ट रजिस्टरों की एक विशाल सरणी है, जो सिलिकॉन डाइऑक्साइड की एक इन्सुलेट पतली फिल्म द्वारा एक सिलिकॉन सेमीकंडक्टर सब्सट्रेट से अलग डोप्ड पॉलीसिलिकॉन की लंबवत खड़ी प्रवाहकीय परत के साथ बनाई गई है (चित्र 2 देखें). सरणी के प्रत्येक फोटोडायोड के भीतर इलेक्ट्रॉनों को एकत्र करने के बाद, अंतर्निहित सिलिकॉन की इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षमता को बदलने के लिए पॉलीसिलिकॉन इलेक्ट्रोड परतों (जिसे गेट कहा जाता है) पर वोल्टेज क्षमता लागू होती है. गेट इलेक्ट्रोड के ठीक नीचे स्थित सिलिकॉन सब्सट्रेट तब घटना प्रकाश द्वारा बनाए गए स्थानीय रूप से उत्पन्न इलेक्ट्रॉनों को इकट्ठा करने में सक्षम एक संभावित कुआं बन जाता है. पड़ोसी द्वार, उच्च क्षमता वाले क्षेत्र बनाकर, जिसे बैरियर कहा जाता है, कुएं के आसपास इलेक्ट्रॉनों को संभावित कुएं के भीतर सीमित करने में मदद करता है. पॉलीसिलिकॉन गेट्स पर लागू वोल्टेज को संशोधित करके, वे या तो एक संभावित कुएं या फोटोडायोड द्वारा एकत्र किए गए एकीकृत चार्ज के लिए एक बाधा बनाने के लिए पक्षपाती हो सकते हैं.
सबसे आम सीसीडी डिज़ाइन में गेट तत्वों की एक श्रृंखला होती है जो प्रत्येक पिक्सेल को एक क्षैतिज पंक्ति में उन्मुख तीन संभावित कुओं द्वारा तिहाई में विभाजित करती है. प्रत्येक फोटोडायोड क्षमता अच्छी तरह से कई इलेक्ट्रॉनों को धारण करने में सक्षम है जो सीसीडी की गतिशील सीमा की ऊपरी सीमा निर्धारित करती है. एकीकरण की अवधि के दौरान आने वाले फोटॉनों द्वारा प्रकाशित होने के बाद, सीसीडी फोटोडायोड सरणी में संभावित कुएं सिलिकॉन सब्सट्रेट की कमी परत में उत्पादित इलेक्ट्रॉनों से भर जाते हैं. इस संग्रहित चार्ज का मापन संचित चार्ज के सीरियल और समानांतर ट्रांसफर के संयोजन से चिप के किनारे पर एकल आउटपुट नोड को पूरा किया जाता है. समानांतर चार्ज ट्रांसफर की गति आमतौर पर अगली छवि के लिए चार्ज इंटीग्रेशन की अवधि के दौरान पूरी होने के लिए पर्याप्त होती है.
डिजिटल कैमरा सिस्टम, विभिन्न प्रकार के चार्ज-युग्मित डिवाइस (सीसीडी) डिटेक्टर कॉन्फ़िगरेशन को शामिल करते हुए, आधुनिक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी में नियोजित सबसे आम छवि कैप्चर तकनीक है. कुछ समय पहले तक, विशेष पारंपरिक फिल्म कैमरों का उपयोग आमतौर पर माइक्रोस्कोप में देखी गई छवियों को रिकॉर्ड करने के लिए किया जाता था. सिल्वर-आधारित फोटोग्राफिक फिल्म की फोटॉन-संवेदनशीलता पर निर्भर इस पारंपरिक विधि में उजागर फिल्म में फोटोकैमिकल प्रतिक्रिया साइटों के रूप में एक गुप्त छवि का अस्थायी भंडारण शामिल है, जो केवल रासायनिक प्रसंस्करण (विकास) के बाद फिल्म इमल्शन परतों में दिखाई देता है. )
डिजिटल कैमरे एक सीसीडी फोटॉन डिटेक्टर के साथ संवेदी फिल्म को प्रतिस्थापित करते हैं, एक पतली सिलिकॉन वेफर जो हजारों या लाखों प्रकाश-संवेदनशील क्षेत्रों की ज्यामितीय रूप से नियमित सरणी में विभाजित होती है जो स्थानीय विद्युत चार्ज के रूप में छवि जानकारी को कैप्चर और स्टोर करती है जो घटना प्रकाश तीव्रता के साथ बदलती है . डिटेक्टर के प्रत्येक चित्र तत्व (पिक्सेल) से जुड़े चर इलेक्ट्रॉनिक सिग्नल को संबंधित छवि स्थान के लिए तीव्रता मान के रूप में बहुत तेज़ी से पढ़ा जाता है, और मानों के डिजिटलीकरण के बाद, छवि को फिर से बनाया जा सकता है और कंप्यूटर मॉनीटर पर लगभग तुरंत प्रदर्शित किया जा सकता है.
ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी के लिए विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए कई डिजिटल कैमरा सिस्टम चित्र 1 में चित्रित किए गए हैं. Nikon डिजिटल एक्लिप्स DXM1200 कम शोर, शानदार रंग प्रतिपादन और उच्च संवेदनशीलता के साथ 12 मिलियन पिक्सेल तक के रिज़ॉल्यूशन पर उच्च गुणवत्ता वाली फोटो-यथार्थवादी डिजिटल छवियां प्रदान करता है. कैमरा सॉफ्टवेयर द्वारा नियंत्रित होता है जो सूक्ष्मदर्शी को डिजिटल छवियों को एकत्र करने, व्यवस्थित करने और सही करने में बहुत अधिक अक्षांश की अनुमति देता है. 12 फ्रेम प्रति सेकंड पर सहायक कंप्यूटर स्क्रीन पर लाइव कलर मॉनिटरिंग छवियों को आसानी से फोकस करने में सक्षम बनाता है, जिसे तीन प्रारूपों के विकल्प के साथ सहेजा जा सकता है: अधिक बहुमुखी प्रतिभा के लिए जेपीजी, टीआईएफ और बीएमपी.
DS-5M-L1 डिजिटल साइट कैमरा सिस्टम (चित्र 1) माइक्रोस्कोपी के लिए Nikon की अभिनव डिजिटल इमेजिंग प्रणाली है जो एक स्टैंड-अलोन नियंत्रण में एक अंतर्निहित एलसीडी मॉनिटर को शामिल करते हुए, एक ऑल-इन-वन अवधारणा की आसानी और दक्षता पर जोर देती है. इकाई. सिस्टम विभिन्न अवलोकन विधियों के लिए सीधे मेनू और पूर्व-प्रोग्राम किए गए इमेजिंग मोड के माध्यम से 5 मेगापिक्सेल तक उच्च-रिज़ॉल्यूशन छवियों को कैप्चर करने का अनुकूलन करता है. स्टैंड-अलोन डिज़ाइन नियंत्रण/मॉनिटर इकाई में रखे कॉम्पैक्ट फ्लैश कार्ड के लिए छवि भंडारण सहित स्वतंत्र संचालन का लाभ प्रदान करता है, लेकिन यदि वांछित हो तो पूर्ण नेटवर्क क्षमताओं की बहुमुखी प्रतिभा है. एक यूएसबी इंटरफेस के माध्यम से पीसी के लिए कनेक्शन संभव है, और स्थानीय क्षेत्र नेटवर्क या ईथरनेट पोर्ट के माध्यम से इंटरनेट. वेब ब्राउज़र समर्थन लाइव छवि देखने और रिमोट कैमरा नियंत्रण के लिए उपलब्ध है, और कैमरा नियंत्रण इकाई HTTP, टेलनेट, एफ़टीपी सर्वर / क्लाइंट का समर्थन करती है, और डीएचसीपी संगत है. चित्र 1 में दिखाया गया कैमरा सिस्टम ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के साथ डिजिटल इमेजिंग के लिए वर्तमान में उपलब्ध उन्नत तकनीक का प्रतिनिधित्व करता है.
ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी में डिजिटल इमेज कैप्चर का शायद सबसे महत्वपूर्ण लाभ, जैसा कि सीसीडी कैमरा सिस्टम द्वारा उदाहरण दिया गया है, माइक्रोस्कोपिस्ट के लिए तुरंत यह निर्धारित करने की संभावना है कि वांछित छवि सफलतापूर्वक रिकॉर्ड की गई है या नहीं. कई इमेजिंग स्थितियों की प्रयोगात्मक जटिलताओं और आमतौर पर जांच की जाने वाली प्रक्रियाओं की क्षणिक प्रकृति को देखते हुए यह क्षमता विशेष रूप से मूल्यवान है. यद्यपि चार्ज-युग्मित डिवाइस डिटेक्टर फिल्म के समकक्ष भूमिका में कार्य करता है, इसमें कई अनुप्रयोगों में इमेजिंग के लिए कई बेहतर विशेषताएं हैं. वैज्ञानिक-ग्रेड सीसीडी कैमरे असाधारण गतिशील रेंज, स्थानिक संकल्प, वर्णक्रमीय बैंडविड्थ और अधिग्रहण गति प्रदर्शित करते हैं. कुछ सीसीडी प्रणालियों की उच्च प्रकाश संवेदनशीलता और प्रकाश संग्रह दक्षता को ध्यान में रखते हुए, तुलनीय सिग्नल-टू-शोर अनुपात (एसएनआर) की छवियों का उत्पादन करने के लिए लगभग आईएसओ 100,000 की फिल्म गति रेटिंग की आवश्यकता होगी. वर्तमान सीसीडी का स्थानिक विभेदन फिल्म के समान है, जबकि प्रकाश की तीव्रता का उनका संकल्प फिल्म या वीडियो कैमरों द्वारा प्राप्त परिमाण के एक या दो क्रम से बेहतर है. पारंपरिक फोटोग्राफिक फिल्में उच्च-प्रदर्शन सीसीडी सेंसर के विपरीत 650 नैनोमीटर से अधिक तरंग दैर्ध्य पर कोई संवेदनशीलता प्रदर्शित नहीं करती हैं, जो अक्सर निकट अवरक्त वर्णक्रमीय क्षेत्र में महत्वपूर्ण क्वांटम दक्षता रखते हैं. प्रकाश तीव्रता की एक विस्तृत श्रृंखला पर सीसीडी कैमरों की रैखिक प्रतिक्रिया बेहतर प्रदर्शन में योगदान करती है, और ऐसी प्रणालियों को इमेजिंग स्पेक्ट्रोफोटोमीटर के रूप में मात्रात्मक क्षमता प्रदान करती है.
एक सीसीडी इमेजर में पतली सिलिकॉन सब्सट्रेट पर द्वि-आयामी सरणी में व्यवस्थित बड़ी संख्या में प्रकाश-संवेदी तत्व होते हैं. सिलिकॉन के अर्धचालक गुण सीसीडी चिप को उपयुक्त विद्युत पूर्वाग्रह स्थितियों के तहत फोटॉन-प्रेरित चार्ज वाहक को फंसाने और पकड़ने की अनुमति देते हैं. व्यक्तिगत चित्र तत्व, या पिक्सेल, चिप पर जमा संकीर्ण पारदर्शी वर्तमान-वाहक इलेक्ट्रोड स्ट्रिप्स, या गेट्स के ऑर्थोगोनल ग्रिड द्वारा सिलिकॉन मैट्रिक्स में परिभाषित किए जाते हैं. सीसीडी की मौलिक प्रकाश-संवेदी इकाई एक धातु ऑक्साइड अर्धचालक (एमओएस) संधारित्र है जो एक फोटोडायोड और भंडारण उपकरण के रूप में संचालित होता है. इस प्रकार के एक एकल एमओएस डिवाइस को चित्र 2 में दिखाया गया है, रिवर्स बायस ऑपरेशन के कारण नकारात्मक चार्ज किए गए इलेक्ट्रॉनों को सकारात्मक चार्ज किए गए गेट इलेक्ट्रोड के नीचे एक क्षेत्र में माइग्रेट करने का कारण बनता है. फोटॉन इंटरैक्शन द्वारा मुक्त किए गए इलेक्ट्रॉनों को पूरी तरह से जलाशय क्षमता तक कमी क्षेत्र में संग्रहीत किया जाता है. जब कई डिटेक्टर संरचनाओं को एक पूर्ण सीसीडी में इकट्ठा किया जाता है, तो सरणी में अलग-अलग सेंसिंग तत्वों को एक आयाम में v द्वारा अलग किया जाता है.
सामान्य तौर पर, संग्रहीत चार्ज एक सेंसर पिक्सेल पर कुएं की क्षमता तक प्रकाश प्रवाह की घटना के लिए रैखिक रूप से आनुपातिक होता है; फलस्वरूप यह फुल-वेल कैपेसिटी (FWC) अधिकतम सिग्नल को निर्धारित करती है जिसे पिक्सेल में महसूस किया जा सकता है, और यह CCD की डायनेमिक रेंज को प्रभावित करने वाला एक प्राथमिक कारक है. एक सीसीडी क्षमता वाले कुएं की चार्ज क्षमता काफी हद तक व्यक्तिगत पिक्सेल के भौतिक आकार का एक कार्य है. चूंकि पहली बार व्यावसायिक रूप से पेश किया गया था, सीसीडी को आमतौर पर आयताकार क्षेत्र सरणियों में इकट्ठे वर्ग पिक्सल के साथ कॉन्फ़िगर किया गया है, जिसमें 4: 3 का पहलू अनुपात सबसे आम है. चित्र 4 वर्तमान उपयोग में कई सबसे सामान्य सेंसर प्रारूपों के विशिष्ट आयामों को प्रस्तुत करता है, उनके आकार के पदनाम एक ऐतिहासिक सम्मेलन के अनुसार इंच में होते हैं जो सीसीडी आकार को विडिकॉन ट्यूब व्यास से संबंधित करते हैं.
आयताकार ज्यामिति और सीसीडी के सामान्य आयाम विडिकॉन ट्यूब कैमरों के साथ उनकी प्रारंभिक प्रतिस्पर्धा के परिणामस्वरूप होते हैं, जिसके लिए ठोस-राज्य सेंसर की आवश्यकता होती है जो उस समय के प्रचलित वीडियो मानकों के अनुरूप इलेक्ट्रॉनिक सिग्नल आउटपुट का उत्पादन करते हैं. ध्यान दें कि "इंच" पदनाम किसी भी सीसीडी आयाम से सीधे मेल नहीं खाते हैं, लेकिन संबंधित गोल विडिकॉन ट्यूब में स्कैन किए गए आयताकार क्षेत्र के आकार का प्रतिनिधित्व करते हैं. एक नामित "1-इंच" सीसीडी में 16 मिलीमीटर का एक विकर्ण और 9.6 x 12.8 मिलीमीटर के सेंसर आयाम हैं, जो 1 इंच के विडिकॉन ट्यूब के स्कैन किए गए क्षेत्र से 25.4-मिलीमीटर बाहरी व्यास और एक इनपुट विंडो लगभग 18 मिलीमीटर से प्राप्त होता है. व्यास. दुर्भाग्य से, यह भ्रामक नामकरण कायम है, अक्सर आकार के बजाय सीसीडी "प्रकार" के संदर्भ में उपयोग किया जाता है, और यहां तक कि आंशिक और दशमलव शब्दों के संयोजन द्वारा वर्गीकृत सेंसर भी शामिल होते हैं, जैसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले 1/1.8-इंच सीसीडी में मध्यवर्ती है 1/2-इंच और 2/3-इंच उपकरणों के बीच का आकार.
यद्यपि उपभोक्ता कैमरे मुख्य रूप से "मानकीकृत" आकार प्रारूपों में से एक के लिए निर्मित आयताकार सेंसरों को नियोजित करना जारी रखते हैं, वैज्ञानिक-ग्रेड कैमरों के लिए स्क्वायर सेंसर सरणी शामिल करना आम होता जा रहा है, जो माइक्रोस्कोप में प्रक्षेपित गोलाकार छवि फ़ील्ड से बेहतर मेल खाता है. सेंसर सरणी आकार की एक बड़ी श्रृंखला का उत्पादन किया जाता है, और अलग-अलग पिक्सेल आयाम अलग-अलग प्रदर्शन मानकों के लिए अनुकूलित डिज़ाइनों में व्यापक रूप से भिन्न होते हैं. सामान्य 2/3-इंच प्रारूप में CCD में आमतौर पर 768 x 480 या अधिक डायोड के सरणियाँ और 8.8 x 6.6 मिलीमीटर (11-मिलीमीटर विकर्ण) के आयाम होते हैं. कई सेंसर सरणियों के विकर्ण द्वारा दर्शाया गया अधिकतम आयाम विशिष्ट माइक्रोस्कोप क्षेत्र के दृश्य से काफी छोटा है, और इसके परिणामस्वरूप पूर्ण क्षेत्र के केवल एक हिस्से का अत्यधिक आवर्धित दृश्य होता है. बढ़ा हुआ आवर्धन कुछ अनुप्रयोगों में फायदेमंद हो सकता है, लेकिन अगर देखने का कम क्षेत्र इमेजिंग के लिए एक बाधा है, तो मध्यवर्ती ऑप्टिकल घटकों को कम करने की आवश्यकता होती है. विकल्प एक बड़े सीसीडी का उपयोग है जो छवि क्षेत्र के व्यास से बेहतर मेल खाता है, जो विशिष्ट माइक्रोस्कोप कॉन्फ़िगरेशन में 18 से 26 मिलीमीटर तक होता है.
डायोड (पिक्सेल) क्षेत्र को 1000 से गुणा करके सीसीडी संभावित-अच्छी भंडारण क्षमता का अनुमान प्राप्त किया जा सकता है. कई उपभोक्ता-ग्रेड 2/3-इंच सीसीडी, आकार में 7 से 13 माइक्रोमीटर तक के पिक्सेल आकार के साथ सक्षम हैं. 50,000 से 100,000 इलेक्ट्रॉनों के भंडारण के लिए. इस सन्निकटन रणनीति का उपयोग करते हुए, 10 x 10 माइक्रोमीटर आयामों वाले डायोड में लगभग 100,000 इलेक्ट्रॉनों की पूर्ण क्षमता होगी. किसी दिए गए सीसीडी आकार के लिए, सरणी में पिक्सेल की कुल संख्या के संबंध में डिज़ाइन विकल्प, और फलस्वरूप उनके आयामों के लिए, स्थानिक रिज़ॉल्यूशन और पिक्सेल चार्ज क्षमता के बीच एक समझौता की आवश्यकता होती है. पिक्सेल गिनती और रिज़ॉल्यूशन को अधिकतम करने की दिशा में वर्तमान उपभोक्ता उपकरणों में एक प्रवृत्ति के परिणामस्वरूप बहुत छोटे डायोड आकार होते हैं, कुछ नए 2/3-इंच सेंसर आकार में 3 माइक्रोमीटर से कम पिक्सेल का उपयोग करते हैं.
वैज्ञानिक इमेजिंग के लिए डिज़ाइन किए गए सीसीडी ने परंपरागत रूप से उपभोक्ता (विशेष रूप से वीडियो-दर) और औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए बड़े फोटोडायोड्स को नियोजित किया है. चूंकि फुल-वेल क्षमता और डायनेमिक रेंज डायोड आकार के प्रत्यक्ष कार्य हैं, धीमी-स्कैन इमेजिंग अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने वाले वैज्ञानिक-ग्रेड सीसीडी में डायनेमिक रेंज, संवेदनशीलता और सिग्नल-टू को अधिकतम करने के लिए आमतौर पर 25 x 25 माइक्रोमीटर जितना बड़ा डायोड होता है. -शोर अनुपात. कई मौजूदा उच्च-प्रदर्शन वाले वैज्ञानिक-श्रेणी के कैमरों में डिज़ाइन सुधार शामिल हैं, जिन्होंने छोटे पिक्सेल वाले बड़े सरणियों के उपयोग को सक्षम किया है, जो उच्च फ्रेम दर पर माइक्रोस्कोप के ऑप्टिकल रिज़ॉल्यूशन को बनाए रखने में सक्षम हैं. इन बेहतर डिज़ाइनों में कई मिलियन पिक्सेल के बड़े सरणियाँ देखने के पूरे क्षेत्र की उच्च-रिज़ॉल्यूशन छवियां प्रदान कर सकती हैं, और पिक्सेल बिनिंग (नीचे चर्चा की गई) और चर रीडआउट दर का उपयोग करके, आवश्यक होने पर बड़े पिक्सेल की उच्च संवेदनशीलता प्रदान करती हैं.