CHARGE COUPLED DEVICE (CCD)

Charge Coupled Device (CCD)  termasuk dalam sensor gambar. Sensor gambar atau sensor pencitraan adalah sensor yang mendeteksi dan menyampaikan informasi yang merupakan gambar. Sensor tersebut melakukannya dengan mengubah  gelombang atenuasi variabel (ketika gelombang tersebut melalui atau mencerminkan dari objek) menjadi sinyal, percikan kecil arus yang menyampaikan informasi tersebut. Gelombang dapat berupa cahaya atau radiasi elektromagnetik lainnya.

 

Apakah itu CHARGE COUPLED DEVICE (CCD)?

 CCD adalah suatu alat pencitraan untuk menkonversikan cahaya menjadi arus elektrik yang proporsional (analog). Sebuah CCD memiliki lapisan-lapisan filter yang membagi spektrum warna menjadi warna merah, hijau, biru agar bisa diproses secara digital oleh kamera. Ada dua macam jenis CCD, yaitu rangkaian linier yang digunakan dalam scanner datar, alat pengcopy digital dan Scanner Graphic Arts; serta rangkaian datar yang dipakai dalam comcorders, kamera video tidak bergerak, kamera-kamera digital dan high performance.

APAKAH FUNGSI CCD? 

  Fungsi CCD yang menerima cahaya yang telah difokuskan lensa CCD akan dirancang/dibuat dengan bahan yang tahan panas.CCD juga didedikasikan untuk fungsi tertentu, seperti infra merah, hitam putih atau warna.. Sensor CCD (charge-coupled device) berfungsi mengubah cahaya menjadi elektron. Untuk mengetahui cara sensor bekerja kita harus mengetahui prinsip kerja sel surya. Anggap saja sensor yang digunakan di kamera digital seperti memiliki ribuan bahkan jutaan sel surya yang kecil dalam bentuk matrik dua dimensi. Masing-masing sell akan mentransform cahaya dari sebagian kecil gambar yang ditangkap menjadi electron.CCD merubah cahaya menjadi elektron dan output dari sensor CCD memberikan hasil berupa tegangan, alias benar-benar piranti analog. Maka itu pada kamera bersensor CCD, proses analog-to-digital conversion (ADC) dilakukan diluar chip sensor.Untuk penangkapan dan manajemen konfersi foton ke elektron. Selebihnya dilakukan oleh prosesor CCD bias sepenuhnya dioptimalkan untuk penangkapan cahaya berkualitas tinggi. CCD bias menghasilkan foto-foto dengan rentang kontras yang lebih baik, warna yang lebih akurat dan cacat sinyal (noise) yang lebih rendah.

STRUKTUR CCD

Perangkat dasar terdiri dari dioda metal-oxide-semiconductor (MOS) yang disusun berdekatan pada lapisan isolator kontinyu (oksida) yang melapisi substrat semikonduktor, seperti terlihat pada Gambar. 3 [6]. Ada tiga gerbang elektroda  di bagian atas Silicon dioksida, dan tegangan yang diberikan dapat mengontrol pengisian tempat penyimpanan dan transfer CCD, karena penipisan permukaan dapat dikendalikan: bias yang sedikit lebih tinggi diterapkan pada pusat elektroda akan menginduksi pusat  MOS penipisan yang lebih besar dan membentuk potensial, sementara bias yang lebih tinggi pada sisi elektroda akan menyebabkan transfer carrier minoritas di semikonduktor tipe-n. Sehingga tempat penyimpanan tak bergerak dari MOS dapat disesuaikan dengan potensial di elektroda.

Setiap MOS dapat tampak sebagai piksel, dan pengisian dapat diganti-ganti dari satu piksel ke piksel lain dengan pulsa digital diterapkan pada pelat atas (gerbang). Dengan cara ini pengisian dapat ditransfer baris demi baris ke register output serial. 

Karena elektron dapat dihasilkan secara optikal atau lebih tepatnya dari valensi di pita konduksi, CCD dapat digunakan sebagai sensor cahaya untuk kamera. Kamera di mana cahaya menembus melalui struktur gerbang untuk mencapai wilayah di mana elektron yang dikumpulkan, disebut front-illuminated. Lebih canggih dalam produksi, tetapi dengan sensitivitas yang lebih tinggi kamera di mana chip CCD terpapar dari sisi berlawanan. Kamera ini disebut back-illuminated. Untuk memastikan transport pengisian dari belakang ke sisi depan di mana elektron dikumpulkan, sebagian besar silikon menipis

 

 

Gambar. 3 [6]

 

Bagaimana Cara Kerja CCD

• Lensa menerima cahaya dan meneruskan ke CCD
• Fotodioda pada CCD merespon cahaya yang mengenainya. Cahaya ini direspon fotodioda dengan menghasilkan muatan sesuai dengan spektrum warna yang diterimanya. 
• Muatan tersebut akhirnya ditransfer ke kapasitor.dan tiap kapasitor dapat mentansfer muatan listrik dari satu kapasitor ke kapasitor lain.
• Muatan listrik tersebut masuk ke analog signal chain untuk diolah di ADC. Semua proses ini dikontrol oleh sebuah clock signal.

Fitur dan Performansi CCD

Kelebihan dan Kekurangan CCD 

Kelebihan :

• matang secara teknologi
• desain sensor sederhana (lebih murah)
• sensitivitas tinggi (termasuk dynamic range)
• tiap piksel punya kinerja yang sama (uniform)

Kekurangan :

• desain sistem keseluruhan (CCD plus ADC) jadi lebih rumit dan boros daya
• kecepatan proses keseluruhan lebih lambat dibanding CMOS
• sensitif terhadap smearing atau blooming (kebocoran piksel) saat menangkap cahaya terang

 

Contoh Aplikasi

Kamera digital  

Kamera CCD berisi chip silikon peka cahaya yang mendeteksi elektron oleh cahaya yang masuk, dan sirkuit mikro yang mentransfer sinyal terdeteksi di sepanjang deretan elemen gambar diskrit atau piksel, memindai gambar sangat cepat [9]. Dua-dimensi array CCD dengan beribu piksel yang digunakan dalam kamera CCD ini, dan sering digunakan dalam aplikasi visi (vision) mesin.Kamera CCD dapat beroperasi di kedua monokrom (hitam, putih, dan abu-abu) dan warna. Berbagai warna yang dihasilkan oleh berbagai kombinasi warna diskrit yang berbeda, seperti merah, hijau, dan biru komponen (RGB), untuk membuat spektrum yang luas dari warna. pertunjukan penting dari kamera CCD termasuk resolusi horizontal, frame rate maksimum, kecepatan rana, sensitivitas, dan rasio signal-to-noise. Parameter lain yang perlu dipertimbangkan ketika menentukan kamera CCD termasuk aplikasi khusus, fitur kinerja, fitur fisik, lensa pemasangan, kontrol shutter, spesifikasi sensor, dimensi, dan parameter lingkungan operasi.Kamera CCD dapat diterapkan dalam astronomi, kedokteran, scanner optik, dll, sebagai efisiensi kuantum yang tinggi, linearitas output dan kemudahan penggunaan
 

Sensor Gambar CCD
Sensor gambar CCD adalah perangkat elektronik yang mampu mengubah pola cahaya (gambar) menjadi pola muatan listrik (gambar elektronik). CCD terdiri dari beberapa elemen individu yang memiliki kemampuan mengumpulkan, menyimpan dan mengangkut muatan listrik dari satu elemen yang lain, seperti yang dijelaskan di bagian teori. Bersama-sama dengan sifat fotosensitif dari silikon, CCD digunakan untuk merancang sensor gambar.
Dengan teknologi semikonduktor dan aturan desain, amplifier satu atau lebih output pada tepi chip mengumpulkan sinyal-sinyal dari CCD, dan gambar dapat diperoleh dengan menerapkan serangkaian pulsa yang mentransfer biaya satu pixel demi satu untuk penguat output, baris demi baris. Output amplifier mengubah biaya menjadi tegangan, sementara elektronik eksternal akan mengubah sinyal output ini menjadi bentuk yang sesuai untuk monitor atau tangan-tangan frame. Jadi CCD memiliki suara yang sangat rendah figures.CCD sensor gambar juga dapat menjadi sensor warna atau sensor monokrom, seperti kamera CCD.
Penting pertunjukan sensor gambar termasuk respon spektral, data rate, efisiensi kuantum, rentang dinamik, dan jumlah output. Parameter lingkungan yang penting untuk dipertimbangkan adalah temperatur operasi.
sensor gambar CCD telah menemukan aplikasi penting dalam banyak bidang masyarakat dan ilmu pengetahuan, seperti kamera digital, scanner, peralatan medis, pengawasan satelit dan instrumentasi untuk astronomi dan astrofisika.

 

Scanner
 

Barcode reader

Sumber :

https://en.wikipedia.org/wiki/Charge-coupled_device

http://desi1209.blogspot.co.id/2010/11/pengertian-ccd.html

http://definisiteknologi.blogspot.co.id/2012/03/ccd.html

http://ronggenk.blogspot.co.id/2011/02/cmos-vs-ccd.html 
http://kamera-gue.web.id/2010/02/01/antara-sensor-ccd-dan-cmos/