Fotónica Aplicada a la Informática (FAI)

Objetivos

• Entender los fundamentos físicos del sensor CCD.

• Conocer las diferentes formas de obtener imágenes en color mediante sensores CCD.

• Conocer algunas características técnicas de los sensores CCD.

• Entender el funcionamiento de los fotomultiplicadores.

• Conocer el funcionamiento y los tipos de escáneres y cámaras CCD.

Contenidos

1. El sensor CCD (Dispositivo de Carga Acoplado).

   1. Imágenes en color: Mosaico CCD, CCD triple y CCD único con exposición triple.

   2. Lectura del sensor CCD.

   3. Características de los sensores CCD.

2. Fotomultiplicadores.

3. Escáneres.

4. Cámaras CCD.

Desarrollo

Se describe el funcionamiento del sensor CCD, y los procesos mediante los cuales se transforma la señal luminosa recibida en una señal eléctrica. El sensor CCD no distingue color, de modo que se explica los tres métodos más usados para la obtención de imágenes en color: mosaico CCD, CCD triple y CCD único con exposición triple.

Se explica como se realiza la lectura de la imagen formada en la matriz de píxeles que constituye el sensor CCD.

Se describe algunos parámetros que caracterizan los sensores CCD: resolución, Full Well, junta de píxeles o Binning, el ruido térmico, la sobre-exposición y la eficacia cuántica.

Se comenta el funcionamiento de los fotomultiplicadores, mostrando su eficacia cuántica, que se compara con la obtenida en los sensores CCD.

Se explica el funcionamiento de los escáneres, mostrando los diferentes tipos, haciendo especial hincapié en las diferencias de los escáneres de tambor basados en los fotomultiplicadores y los escáneres basados en sensores CCD. Se describe el funcionamiento básico de las cámaras CCD.

1. El Chip CCD
   
2. Fotomultiplicadores
   
3. El conversor Analógico/Digital

Convierte la tensión analógica detectada por los CCD o PMT en números que representen valores de color o de escala de grises.
Los voltajes analógicos de variación continua son muestreados a una serie de escalones o niveles, cada uno de ellos tendrá un valor numérico específico (binario).
El número de niveles depende del diseño del conversor A/D. Un conversor A/D de 8 bits  muestrea 256 niveles, de 10 bits dan 1024 niveles, etc.
Compara la señal analógica de entrada con un voltaje de referencia. Una tabla de consulta en la memoria permanente, proyecta luego su valor de entrada a la salida digital

4. Tipos de Escáneres

Escáner de tambor:
En el tambor giratorio se sitúa la imagen a escanear.
Por el interior del tambor incide la luz procedente de una fuente  alógena.
El tambor va girando en un sentido a una gran velocidad y el espejo se va desplazando horizontalmente recorriendo toda la imagen.
La luz proyectada incide en un espejo que manda la señal luminosa hacia los PMT.

Escáneres CCD:
Los originales a digitalizar se colocan sobre una superficie de cristal.
El desplazamiento longitudinal de la fuente de luz junto con un espejo dirige las líneas consecutivas de datos de la imagen sobre una serie de CCD estáticos  mediante un segundo espejo.

5. Tipos de Cámaras CCD

Módulo de efecto Peltier:
La unión de dos semiconductores, uno de tipo P y otro de tipo N, genera una barrera de potencial que dificulta o impide el paso de electrones. Si estos electrones son obligados a cruzar la barrera mediante la aplicación de una tensión, los electrones que son capaces de pasar son los mas energéticos, "electrones calientes", con lo que la energía media del semiconductor que los pierde disminuye. El resultado es que un lado de la unión de semiconductores se enfría mientras que el otro se calienta.