Cookies op Tweakers

Tweakers maakt gebruik van cookies, onder andere om de website te analyseren, het gebruiksgemak te vergroten en advertenties te tonen. Door gebruik te maken van deze website, of door op 'Ga verder' te klikken, geef je toestemming voor het gebruik van cookies. Wil je meer informatie over cookies en hoe ze worden gebruikt, bekijk dan ons cookiebeleid.

Meer informatie

Door , , 25 reacties

Wetenschappers hebben een eerste versie gemaakt van een ccd van slechts enkele atoomlagen dik. Het lichtgevoelige apparaatje is gemaakt van het materiaal koper-indiumselenide. Van de ccd is een prototype gemaakt dat drie pixels kan vastleggen.

Onderzoekers van de Rice University hebben de bewuste ccd op basis van het materiaal koper-indiumselenide gemaakt. Het onderzoek is mede-gefinancieerd door de NWO. De ccd van enkele atoomlagen dik kan onder andere worden gebruikt om 2d-camera's mee te maken. Vooralsnog is er echter alleen een prototype beschikbaar dat slechts beperkte mogelijkheden heeft: er kunnen drie pixels met lichtinformatie worden vastgelegd. Wanneer een meer geavanceerde versie beschikbaar komt is nog niet duidelijk.

Volgens de makers kan het gebruikte koper-indiumselenide elektronen vastzetten die vrijkomen zodra licht het materiaal raakt. De elektronen kunnen lang genoeg worden vastgehouden om de hieruit afgeleide informatie op te kunnen slaan. Er zijn meer materialen die dun gefabriceerd kunnen worden en toch goed elektronen vast kunnen houden, maar koper-indiumselenide is tien keer efficiënter dan wat voorheen is waargenomen, aldus een van de onderzoekers.

Dunne ccd's maken nieuwe toepassingen voor fotocamera's mogelijk. De wetenschappers zien onder andere mogelijkheden voor de medische wereld. Doordat dergelijke ccd's flexibel zijn, kunnen ook nieuwe cameravormen worden ontworpen. Een vergelijkbaar materiaal, koper-indium-galliumselenide, wordt al gebruikt voor fotovoltaïsche cellen, die worden ingezet voor dunne zonnepanelen.

Update: Er stond per abuis in het artikel dat ging om een ccd van één atoomlaag dik. De tekst is aangepast.

ccd op basis van CIS

Moderatie-faq Wijzig weergave

Reacties (25)

"He said the layer is about two nanometers thick and consists of a nine-atom-thick lattice."

Het is dus NIET van één atoomlaag. Het is van een kristalstructuur van Koper, Indium en Selenium gemaakt en moet dus op zijn minst één kristal-'molecuul' dik zijn. Het woord "atomically" is hier verkeerd geïnterpreteerd. Het betekent "atomair" en in deze context dus "op atomaire schaal" en geeft een grootteorde aan en niet per se de grootte van een enkel atoom. Met negen atomen blijf je inderdaad net onder de volgende grootteorde van "tientallen" atomen dikte.
Maar wat is een CCD? (vroeg ik me af)

Een charge-coupled device (Nederlands: ladinggekoppeld component, afkorting CCD) is een chip die elektromagnetische straling omzet in elektrische lading. De chip bestaat uit reeksen van kleine condensatoren verbonden door elektronische schakelaars. Door de schakelaars beurtelings open en dicht te zetten kunnen ladingen van de ene naar de andere kant getransporteerd worden. Een oude benaming van dit principe is "bucket brigade device", verwijzend naar de emmertjesbrigade die vroeger bij brand emmers met water doorgaf.

http://nl.wikipedia.org/wiki/Charge-coupled_device
Deze omschrijving maakt nog veel minder duidelijk.
Een CCD (in tegenstelling tot een CMOS-sensor) werkt door per pixel een condensator te vullen en na de belichtingstijd worden van alle pixels tegelijk de lading naar een "donkere" pixel overgezet zodat die pixels dan uitgelezen kunnen worden, zonder dat hun waarde significant verandert.
Bijkomend voordeel is dat alle belichte pixels tegelijk gerest worden en uitgelezen. Hierdoor krijg je dat de "open" tijd van alle pixels gelijk is, dus een "global shutter".
Bij CMOS sensoren, wordt traditioneel elke pixel na elkaar uitgelezen en krijg je dus een "rolling shutter".
Tegenwoordig heb je gelukkig ook CMOS-sensoren met "global shutter", door elke pixel met 2 condensatoren uit te rusten en steeds te wisselen.

Nadeel van CCD, wat CMOS sensoren niet hebben, is dat bij het overzetten van de lading de naburige pixel ook beïnvloed wordt. Dus bij scherpe overgangen in het beeld, zal de naburige donkere pixel ook een deel van die lading in z'n condensator krijgen door inductie van de stroom die gaat lopen.

[Reactie gewijzigd door TD-er op 21 december 2014 10:12]

Een global shutter voorkomt overigens nog steeds niet dat er een rolling shutter effect ontstaat. Het maakt het wél mogelijk om een hele rij in één keer uit te lezen. Maar omdat iedere rij apart uitgezet moet worden in serie, duurt het dus nog steeds ongeveer 0,1 seconde voordat de hele sensor is uitgelezen.

In die tussentijd kunnen er dus beeldartefacten ontstaan die niet veel anders ogen, dan die van een rolling shutter. Een CCD is momenteel nog steeds de enige sensor die wel in één keer uitgelezen kan worden.
Een global shutter voorkomt overigens nog steeds niet dat er een rolling shutter effect ontstaat. Het maakt het wél mogelijk om een hele rij in één keer uit te lezen. Maar omdat iedere rij apart uitgezet moet worden in serie, duurt het dus nog steeds ongeveer 0,1 seconde voordat de hele sensor is uitgelezen.

In die tussentijd kunnen er dus beeldartefacten ontstaan die niet veel anders ogen, dan die van een rolling shutter. Een CCD is momenteel nog steeds de enige sensor die wel in één keer uitgelezen kan worden.
Er zijn zat global shutter CMOS sensoren die 100-en fps halen, dus 0.1 sec is zeker niet nodig om die sensoren volledig uit te lezen. Dat zou namelijk neerkomen op 10 fps en dat is wel heel weinig.
Sterker nog, sommige sensoren, zoals van het Belgische CMOSIS, ondersteunen zelfs meerdere keren uitlezen tijdens de exposure-tijd.
Er zijn verschillende soorten CMOS sensoren. De een reset de pixels inderdaad per regel, maar er zijn er ook die de condensatoren na uitlezen weer resetten en pas weer opladen wanneer een global signaal verschijnt die het laden van deze set condensatoren weer toestaat. Bij die laatste heb je in dezelfde mate last van rolling shutter als bij CCD-sensoren, oftewel vrijwel niet.
Dus kijk bijvoorbeeld naar de sensoren van CMOSIS en dan zie je dat global shutter wel degelijk mogelijk is. En ook Sony heeft tegenwoordig global shutter CMOS sensoren. Alleen de goedkope sensoren, zoals die van Aptina, zijn nog gewoon rolling shutter.
Je hebt ook hybride varianten, die rolling shutter zijn voor de kleurenpixels en globalshutter voor de extra witte pixels. Deze laatste worden dan gebruikt voor bepaling van verplaatsing/snelheid om de rolling-shutter beelden terug te kunnen rekenen. Vind ik zelf een minder mooie oplossing.
Voor normale camera's die iedereen kan kopen, zit de elektronische sluiter wel degelijk op ongeveer 1/10 - 1/15 seconde om de gehele sensor uit te kunnen lezen zoals p0pster stelt. Dit is dan ook gelijk het probleem bij normale fototoestellen die zijn uitgerust met een elektronische sluiter: ongeacht de belichtingstijd duurt het scannen van de hele sensor 1/10 - 1/15 seconde, en dus treed er per definitie een rolling shutter effect op, op het moment dat een bewegend onderwerp gefotografeerd wordt. Bij een mechanische sluiter heb je hier geen last van, echter die is begrenst op een maximum.

Je kunt dit bv zien bij alle populaire milc cameras met gecombineerde mechanische en elektronische sluiter.
Voor die interferentie kun je natuurlijk compenseren in software.

Verder, de nadruk wordt in deze omschrijving gelegd op het uitlezen, en niet op het fysische mechanisme waarmee licht in lading wordt omgezet. Niet geheel onbelangrijk lijkt me.
Een CCD is de beeld sensor in een camera. Op de reeksen van kleine condensatoren met schakelaars wordt door middel van de lens een beeld geprojecteerd van de buitenwereld. De gegevens van de individuele lichtgevoelige elementen worden opgeslagen om een beeld te reconstrueren (JPG, een gecomprimeerde variant of RAW (de werkelijke sensor data) bijvoorbeeld)
Hier ik iets aan, ik wou nog vragen van waar het toegepast wordt.

Is dit een stap in evolutie of is dit meer revolutie?
Dit is evolutie van de sensor maar revolutie van de mogelijke gebruiken. Denk bijvoorbeeld aan flexibele sensors die je op allerlei dunne oppervlakken kunt integreren.

Specifieke toepassingen zullen nog gevonden moeten worden maar het is een hele interessante ontwikkeling.
ik vraag me af wat zo ingrijpend is dat het revolutionair is in de Tech-wereld.

ik vind zelf dat er de laatste 10-20 jaar niets revolutionair is geweest.

ik denk zelf aan de transistor, de elektrische motor. de LED, ...
Ik denk dat het probleem eerder is dat je je niet echt verdiept in de huidige staat van de technologie. We zijn bezig de meest complexe details te ontdekken en natuurlijk zijn de resultaten dan iets minder goed zichtbaar voor de gemiddelde persoon maar ze zijn zeker niet onbelangrijk. Er worden jaarlijks zoveel bijzonders ontdekt.
misschien vind ik de waarde van revolutionair iets anders dan jullie.

ik gebruik het woord revolutionair als iets wat de wereld verandert, iets wat echt ingrijpend is op onze samenleving en de technologie.

Mobiele telefonie, gps, internet, televisie, smartphone, de computer zelf,


deze technolgie hierboven beschreven zie ik als een evolutie in de displaymarkt
Niets?

High efficiency LEDs
Mobiele telefonie
Wifi
Rekenkracht van computers

Enz. Enz.

Nu zla jij doelen op revolutionaire nieuwe componenten waarmee deze technologieën mogelijk worden, Die zijn dus o.a. voor bovenstaande lijst ontwikkeld ;)
Dank. Dat had de auteur er wel mogen bij schrijven. Geen parate kennis bij iedereen denk ik.
Eigenlijk gaat het over synthesized CIS : single-layer matrix of copper, indium and selenium atoms http://onlinelibrary.wile...2/adma.201403342/abstract
En worden de vele mogelijkheden hiervan aangetoond met o.a. een prototype CCD.
Er gaat een wereld van nieuwe mogelijkheden open met deze ontwikkelingen, dit gaat veel verder dan alleen maar CCD.
nieuw: undetected "aimbot" (autoshoot) maakt gebruik van prototype CCD die je dmv een houder midden op je monitor bevestigd :+
Wat ik mij afvraag, is wat nu het voordeel is van deze 1 atoom dikke laag. (buiten flexibiliteit)
Kun je dan ook bijvoorbeeld sneller een lading klaarzetten, zodat je vaker een meetwaarde uitleest?
Zo zou je dus niet zozeer een condensator vullen, maar fotonen tellen.
Traditioneel is de grootte van de well (de condensator) namelijk bepalend voor het dynamisch bereik en indirect ook voor de mate van ruis. Maar als je die hierdoor min of meer weg kunt laten, of veel kleiner kunt maken (door vaker uit te lezen), dan zijn de voordelen wel een stuk duidelijker. (goedkoper/kleinere pixels)
Wat ook zou kunnen, is dat de gevoeligheid van de sensor zelf beter wordt, doordat het maar 1 atoom dik is.

Als je het flexibel kunt maken, dan kun je ook het oppervlak van de sensor buigen en zodoende goedkopere lenzen gebruiken. Je hebt dan namelijk veel minder last van aberratie bij het gebruik van een enkele lens.

Kortom, wat is het beoogde doel en dus de toegevoegde waarde hiervan? * TD-er is erg benieuwd.
Sowieso heeft 1 atoom laag dik weinig met flexibiliteit te maken. Een plakbandje is ook niet één atoomlaag dik, en is ook flexibel.
Flexibiliteit werd in het artikel genoemd als een van de eigenschappen van deze techniek:
Doordat dergelijke ccd's flexibel zijn, kunnen ook nieuwe cameravormen worden ontworpen.
Vandaar dat ik het noemde.
Als je het flexibel kunt maken, dan kun je ook het oppervlak van de sensor buigen en zodoende goedkopere lenzen gebruiken. Je hebt dan namelijk veel minder last van aberratie bij het gebruik van een enkele lens.

Kortom, wat is het beoogde doel en dus de toegevoegde waarde hiervan? * TD-er is erg benieuwd.
Ze kunnen dus een (menselijk) oog nabouwen, en daardoor de camera wereld totaal veranderen-zoals je al opmerkte, de abberaties zijn dan beter weg te werken. En dan heb je een beter oog dan ons oog, want je hebt al in de eerste plaats geen last van de blinde vlek.
CCD's in de camera wereld hebben meer moeite met hogere ISO waardes dan CMOS. Zal dat te maken hebben met?

Nadeel van CCD, wat CMOS sensoren niet hebben, is dat bij het overzetten van de lading de naburige pixel ook beïnvloed wordt.

Ook kan ik niks in het artikel lezen waarom men voor deze technologie kiest, ten opzichte van CMOS, zelfs Leica is overgestapt van de M9 CCD naar de M240 CMOS.
CMOS sensors zijn de laaste 10 jaar flink dóórontwikkeld met name door Sony, en zo beter geworden op lichtgevoeligheid en ruis dan de CCD type sensor.
Vele CCD's zijn goed genoeg voor de taak die de sensor moet doen en worden niet doorontwikkeld,
Zo maakt (voorheen) Kodak al 10 jaar dezelfde CCD type die wordt ingezet in (prijsgustige) astronomische cameras.
Deze 1 laag sensor is interessant voor de geldschieter NWO die er misschien een patent aan over houd.
Ik ben wel benieuwd wat de medische toepassingen zouden kunnen zijn.
Zo vreselijk veel 'gewoon' camerawerk komt daar nou ook weer niet bij te pas.

Misschien is het wel leuk voor van die wegwerpcamera's voor op bruiloften en partijen,
of om een camera in het behang te kunnen integreren, maar ik denk dat de echte winst van deze techniek in andere toepassingen ligt.

Op dit item kan niet meer gereageerd worden.



Apple iOS 10 Google Pixel Apple iPhone 7 Sony PlayStation VR AMD Radeon RX 480 4GB Battlefield 1 Google Android Nougat Watch Dogs 2

© 1998 - 2016 de Persgroep Online Services B.V. Tweakers vormt samen met o.a. Autotrack en Carsom.nl de Persgroep Online Services B.V. Hosting door True