جهاز اقتران الشحنة

هذا يمثل أسهل الحلول لمسألة نقل الشحنات، وهي طريقة تمنع من دخول ضوء جديد إلى المجس أثناء عملية قراءة النبضات، وهي تستخدم غالق ميكانيكي يمنع التقاط صورة جديدة أثناء النقل. هذا الغالق الميكانيكي نعرفه من الكاميرات المعتادة أيضا.

ونظرا لأن مجس الس سي دي ذو الغالق الميكانيكي يستغل كل مساحة الشريحة Chip لتسجيل كل بيانات الصورة، فإن ذلك المجس يسمى «سي سي سي كامل الصورة» Full Frame Transfer CCD .

تستخدم المجسات التي تعمل بتلك الطريقة في الرصد الفلكي وفي التجارب العلمية، إلا أن طريقة الإغلاق الميكانيكي يتعرض أحيانا إلى الاختلال.

ويطلق التعبير سي سي دي كامل الصورة ليس فقط على البنية الداخلية لمجس سي سي دي وإنما كذلك على سي سي دي بمساحة 36 mm × 24 mm, وهي نفس مساحة صور أفلام الكاميرات المعتادة. ولكننا نعني في هذه المقالة البنية الداخلية للمجس وطريقة قراءة نبضات الصورة.

تنتقل الشحنات المخزونة الخاصة بالصورة في «السي سي دي ناقل الصورة» (Frame-Transfer-CCD (FT-CCD بعد التقاط الصورة مباشرة، تنتقل إلي منطقة مظلمة من شريحة السي سي دي. وتتم بعد ذلك قراءة الصورة المسجلة سطرا تلو السطر. لذلك يجب أن يكون زمن نقل أو إزاحة الصورة أقصر كثيراً من وقت التقاط الصورة حتى لا يحدث خلط بين نبضات الصورة الأولى مع الصورة التالية.

لهذا تكون مجسات سي سي دي نقل الصورة التي لا تستخدم لغالق ميكانيكي غير صالحة للتصوير بزمن التقاط الصورة قصير. وفي العادة تبنى كاميرات الفيديو للمحترفين وفيها غالق دوّار يقوم بالإغلاق دوريا.

ونظرا لاحتياج مساحة ومكان إضافي في الكاميرا للمكان المظلم للمجس فإن المجس FT-CCD يحوي خلايا (أبار الجهد) تعادل ضعف عدد نقاط الصورة وبالتالي فهو يكون في حجمه أيضا ضعف مساحة الصورة.

في نوع سي سي دي ناقل الأسطر الجانبية IT-CCD يزاح كل بكسل جانبيا إلى خلية تخزين جانبية مغطاة (مظلمة)، وتتم تلك العملية لجميع البكسلات في نفس الوقت.

تنتقل أولا الشحنات إلى الصفوف المظلمة (فيما يسمى «مصفوف النقل») ومنه إلى المضخم والقارئ. وإذا استخدم غالق ميكانيكي فيمكن ضبط وقت التقات الصورة إلكترونيا خلال تفريغ البكسلات بعد التقاط صورة إلى مصفوف النقل. بذلك يصبح من الممكن التصوير خلال أوقات قصيرة جدا لالتقاط الصور.

تستغرق قراءة النبضات في IT-CCDs وقتا أطول بالمقارنة بس يس دي ناقل الصورة، حيث تبقى الشحنات وقتا أطول في خلاليا التخزين الموجودة بجانب البكسلات الحساسة للضوء. ومع أن خلايا التخزين تكون مغطاة ولكنها تكون أيضا لا زالت حساسة للضوء. ويمكن عن طريق تشتت الضوء أن تصل فوتونات إلى خلايا التخزين، وتثير فيه شحنات مشوشرة. ومنها ينشأ «سيحان النقاط» ويضعف تباين الصورة.

تستخدم مجسات السي سي دي ذات ثلاثة شرائح في كاميرات الفيديو وتكون أسعارها متوسطة. كما تستخدم في الكاميرات ذات مجسات صغيرة وبصفة خاصة 1/6 بوصة لكاميرات الهواة، و 2/3 بوصة لكاميرات المحترفين.

وهي تحتاج إلى بصريات ذات مقاييس كبيرة نسبيا ليتم تزويدها بموشور ديكروم الذي يقوم بشق الضوء إلى ثلاثة ألوان ويوجهها إلى البكسلات. وهي تستقبل الضوء بكفاءة وتنتج نسبة الإشارة إلى الضجيج عالية رغم صغر مساحة المجس.

يوجد خلف عدسة استقبال الضوء موشور الديكروم مباشرة، وملتصق على كل وجه منه -التي تخرج منها أقسام الأشعة الملونة - ملتصق أحد مجسات السي سي دي. ويحتاج أنتاج ذلك الموشور لمجس سي سي دي دقة كبيرة حتى تضمن تكون الألوان المختلفة الصادقة.

Bayer-Sensor

يستخدم مجس باير ذو شريحة واحدة في كاميرا الفيديو وتباع بأسعار مختلفة (مقاس 1/4 بوصة لكاميرات الهواة حتى مقاس 36 mm × 20 mm للهواة والمحترفين). وبالإضافة إلى ذلك فهو يستخدم في جميع أنواع آلات التصوير ومن ضمنها الهاتف المحمول.

يتحسس مجس باير الضوء بطريقة أقل حساسية من سي سي دي ذو ثلاثة شرائح، وينتج صورا بنسبة ضوضاء أكبر. ولكن مجس باير يتميز بصغر حجمه ويمكن بناؤه في كاميرا صغير.

تستخدم مجسات سي سي دي في التقاط صور في نطاق الضوء المرئي وكذلك في نطاقات الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية وكذلك للأشعة السينية. كل نوع حساس لإحدى تلك النطاقات. بذلك اتسعت استخدامات طيف الموجات الكهرومغناطيسية ما بين 1و0 بيكو متر إلى نحو 1100 نانومتر. وتتحدد تلك طول الموجة الطويلة بسبب ما لدى شبه الموصل من مسافة بين نطاقات طاقته (نحو 1و1 إلكترون فولط للسليكون و 66و0 إلكترون فولت للجرمانيوم).

لذلك يكثر استخدامها في البحث العلمي وفي التقنية. وبصفة خاصة تستخدم في الرصد الفلكي وتغلب على الطريقة القديمة للرصد بواسطة الألواح الفوتوغرافية، حيث تتميز بحساسية عالية وتستطيع تصوير أجرام ضعيفة اللمعان.

من مميزاتها الأخرى هو حساسيتها لنطاقات عريضة من الطيف، علاوة على استطاعتها تصوير أجرام ضعيفة اللمعان إلى جانب أجرام شديدة اللمعان. بالإضافة إلى ذلك تقوم بتسجيل الصور الرقمية مما يتيح فرص جيدة لقياس شدة الضوء وقياس درجات اللمعان المختلفة ومعالجة الصورة.

تستخدم منذ عام 2009 في التصوير مجسات سيموس (وهي مجسات بكسل نشط) إلى جانب مجسات سي سي دي. ولكن بعد تحسن صناعة وأداء السيموس فقد تفوق على السي سي دي في مجال الكاميرات الرقمية ذات المرآة العاكسة. وتطهر هنا ميزات السيموس مع تساوي جودة الصور فهو يقوم بقراءة النبضات وشوشرة أقل. لا تزال السي سي دي يستخدم في الكاميرات المتوسطة الحجم ذات تباين عالي (40 ميجا بكسل وأكثر) حيث تطهر فيها إمكانياتها الخاصة. كما تستخدم معظم الكاميرات الرقمية الصغيرة مجسات سي سي دي، ولا تزيد أسعارها عن 700 دولار أمريكي.

حتى عصرنا الحديث لاقطات السيسيدي كانت هي الأكثر شهرة.

منذ 2002 بعض الخصائص لمتحسسات السيموس مكنتها من منافسة متحسسات السيسيدي منها:

• تكاليف صناعتها المنخفضة
• التطور من ناحية دقة صنعها بسبب إنتاجها بالجملة
• استهلاك طاقة اقل
• وسيلة تصغيرها حتى 0,15 مايكرومتر في عام 2005
• تعدد استخدامها
• سرعة قراءتها أكبر
• حساسيتها أقل للغبار