กล้องถ่ายภาพซีซีดี

กล้องถ่ายภาพซีซีดี

ในวงการดาราศาสตร์ที่ศึกษาช่วงคลื่นแสงที่ตามองเห็น กล้องถ่ายภาพซีซีดี (CCD cameras) ถือเป็นอุปกรณ์ที่มีบทบาทที่สำคัญอย่างมากในการศึกษาค้นคว้าวิจัยงานต่างๆ แทบทุกหอดูดาวทั่วโลกต้องมีอุปกรณ์ชนิดนี้ประจำการอยู่ เพื่อใช้ในการเก็บบันทึกภาพถ่ายของวัตถุท้องฟ้าในรูปของไฟล์คอมพิวเตอร์ หากเปรียบกล้องโทรทรรศน์เป็นลูกนัยน์ตาของหอดูดาวแล้ว กล้องถ่ายภาพซีซีดีก็คือเยี่อเรตินาที่คอยรับแสงจากวัตถุท้องฟ้าแล้วส่งข้อมูลไปตามสายสัญญาณเหมือนเส้นประสาท เข้าสู่สมองคอมพิวเตอร์เพื่อเก็บบันทึกข้อมูลลงในหน่วยความจำและรอการประมวลผล



การติดตั้งกล้องถ่ายภาพซีซีดี ไว้ที่บริเวณท้ายกล้องโทรทรรศน์

5.ระบบแปลงสัญญาณอนาล็อคเป็นดิจิตอล (Analog to Digital Converter) 

เพื่อแก้ปัญหาในการบันทึกสัญญาณไฟฟ้าลงในหน่วยความจำของคอมพิวเตอร์ จึงต้องมีระบบแปลงสัญญาณทำหน้าที่แปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นสัญญาณดิจิตอลแล้วจึงส่งผ่านไปยังคอมพิวเตอร์ เพื่อเป็นข้อมูลในรูปของคอมพิวเตอร์ไฟล์เป็นลักษณะของไฟล์ภาพที่มีความละเอียดสูง มีความคมชัด ระบบแปลงสัญญาณนี้มีความสามารถในการแปลงสัญญาณตามระบบของจำนวนบิท เช่น ระบบแปลงสัญญาณ 16 บิท สามารถแปลงสัญญาณอนาล็อค แยกค่าให้เป็นสัญญาณดิจิตอลได้สูงถึง 65536 ค่า 



การอ่านข้อมูลจากกล้องถ่ายภาพซีซีดี

3. แผงวงจรอิเลกทรอนิกส์ (Electronics Circuit) 
ซีซีดีชิพจะทำงานได้ต้องมีไฟเลี้ยงจากแผงวงจรอิเลคทรอนิกส์ของกล้องถ่ายภาพซีซีดี แผงวงจรนี้ทำหน้าที่ในการอ่านค่าของปริมาณอิเลคตรอนจากแต่ละพิกเซลของซีซีดีชิพ ซึ่งการอ่านค่านี้ มีความสำคัญมากต่อการชี้ความสามารถของกล้องถ่ายภาพซีซีดีแต่ละเครื่อง ถ้าการออกแบบวงจรอิเลคทรอนิกส์ให้อ่านค่าได้ยิ่งมีความเร็วสูงเท่าใด ก็จะทำให้กล้องนั้นยิ่งเก็บข้อมูลที่มีความถี่ได้มากขึ้น ข้อมูลละเอียดขึ้น

4. ระบบขยายสัญญาณ (Amplifier) 
ปริมาณอิเลคตรอนที่เกิดจากซีซีดีชิพเมื่อถูกแสงตกกระทบจะถูกอ่านค่าเป็นสัญญาณทางไฟฟ้า ของความต่างศักย์ไฟฟ้า มีค่าอยู่ในระดับไมโครโวลท์ ซึ่งมีค่าน้อยมาก จัดเป็นสัญญาณทางไฟฟ้าที่อ่อนมาก จึงจำเป็นต้องมีการขยายสัญญาณให้มีค่าสูงขึ้นในระดับ
มิลลิโวลท์พร้อมทั้งกำจัดสัญญาณรบกวนที่ขยายตามขึ้นมาด้วย อย่างไรก็ตามสัญญาณที่ได้เป็นสัญญาณอนาล็อค (Analog signal) ซึ่งเป็นสัญญาณต่อเนื่องไม่เหมาะต่อการบันทึกค่าลงในหน่วยความจำของคอมพิวเตอร์



กล้องถ่ายภาพซีซีดีมีขนาดชีซีดีชิพ 1536x1024 พิกเซล, ขนาดพิกเซล 9 ไมโครเมตร

2.ระบบควบคุมความเย็น (Cooling System) 

เป็นระบบที่ควบคุมอุณหภูมิของซีซีดีชิพให้มีค่าต่ำที่สุดและสม่ำเสมอที่สุดเท่าที่สภาพแวดล้อมจะอำนวย เพราะยิ่งอุณหภูมิต่ำเท่าใด ซีซีดีชิพก็ยิ่งทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากเท่านั้น และเมื่อซีซีชิพทำงาน อิเลคตรอนที่วิ่งอยู่ภายในจะทำให้ซีซีดีชิพเกิดความร้อน ระบบควบคุมความเย็นจะควบคุมอุณหภูมิให้ต่ำอยู่อย่างสม่ำเสมอ เพื่อให้ซีซีดีชิพมีความไวต่อแสงอย่างสม่ำเสมอ ข้อมูลที่ได้จะมีความน่าเชื่อถือมากขึ้น

โครงสร้างและการทำงานของกล้องถ่ายภาพซีซีดี

1.ซีซีดีชิพ (CCD Chip)

ทำมาจากซิลิกอนซึ่งเป็นสารกึ่งตัวนำ เมื่ออยู่ในสนามไฟฟ้าด้วยอุณหภูมิและความชื้นที่เหมาะสม สารกึ่งตัวนำนี้จะมีความไวแสงต่อคลื่นแสงในช่วงความยาวคลื่น 300-1000 นาโนเมตร ซีซีดีชิพมีลักษณะเป็นแผ่นบางๆในลักษณะของแผงเซลประกอบด้วยเซลจำนวนมากเรียกว่า พิกเซล(Pixels) เมื่อแสงตกกระทบลงบนพิกเซลใดของซีซีดีชิพ พิกเซลนี้ก็จะปล่อยอิเลคตรอนวิ่งในวงจรไฟฟ้าอิเลคทรอนิคส์เกิดเป็นสัญญาณอิเลกทรอนิกส์ ปริมาณอิเลคตรอนจะมีมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับความเข้มของแสงนั้น ซึ่งทำให้สัญญาณของพิกเซลนั้นมีค่ามากหรือน้อยตามไป
ด้วย พิกเซลแต่ละพิกเซลจะมีขนาดประมาณ 24 ไมโครเมตร หรือ 9 ไมโครเมตร แล้วแต่คุณสมบัติที่ต้องการเลือกใช้ ซีซีดีชิพที่ถูกผลิตขึ้นมาใช้งานจะมีจำนวนเซลหรือพิกเซลแตกต่างกันตามการเรียงตัวของเซล และมีขนาดรวมต่างกันไปด้วย เช่น กล้องถ่ายภาพซีซีดีที่มี ชีซีดีชิพ 1024x1024 พิกเซล, ขนาดพิกเซล 24 ไมโครเมตร แสดงว่า ซีซีดีชิพแผนนี้มีขนาดประมาณ 1 ล้านพิกเซล และมีความกว้างประมาณ 25 มิลลิเมตร ความยาวประมาณ 25 มิลลิเมตร



โปรแกรม Max Im DL/CCD ใช้ในการควบคุมกล้องถ่ายภาพซีซีดี

คงค้างภายในแต่ละพิกเซลของซีซีดีชิพ หรือสัญญาณรบกวนที่เกิดจากอุณหภูมิของซีซีดีชิพเอง, ความไวที่ไม่เท่ากันในแต่ละพิกเซลของซีซีดีชิพ และฝุ่นผงหรือคราบเปื้อนบนกระจกหรือเลนซ์ ฟิลเตอร์หรือแม้แต่ซีซีดี
ชิพ  ซึ่งบดบังทางเดินของแสงจากวัตถุท้องฟ้าที่ต้องการ  เป็นต้น  จึงจำเป็นจะต้องทำการแก้ไข กลั่นกรองสัญญาณรบกวนเหล่านั้นออกไปให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้  ด้วยกระบวนการที่เรียกว่า  โฟโตเมตริก  รีดักชั่น (Photometric Reduction) 

การใช้งานกล้องถ่ายภาพซีซีดี

เมื่อติดตั้งกล้องถ่ายภาพซีซีดีเข้ากับกล้องโทรทรรศน์แล้ว กล้องถ่ายภาพซีซีดีจะถูกควบคุมการทำงานโดยคอมพิวเตอร์ผ่านซอฟท์แวร์ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะได้มาพร้อมกับกล้องถ่ายภาพซีซีดี พัฒนาโดย บริษัทอยู่จำหน่าย เช่น CCD OPS, Procontrol, CCD soft และ Max Im DL/CCD เป็นต้น แต่ก็ยังมีซอฟท์แวร์ที่ถูกพัฒนาเพื่อเป็นทางเลือกให้ใช้งานได้ง่ายและสะดวก เช่น ImagePro เป็นต้น ข้อมุลที่ได้จากกล้องถ่ายภาพซีซีดีจะถูกเก็บในหน่วยความจำของคอมพิวเตอร์ในรูปของไฟล์ภาพที่มีนามสกุล Fits (Flexible Image Transport System) เป็นไฟล์ที่มีขนาดค่อนข้างใหญ่ เพราะต้องการความละเอียดสูง
อย่างไรก็ตามการถ่ายภาพวัตถุท้องฟ้าด้วยกล้องถ่ายภาพซีซีดีนั้นมีความยุ่งยากซับซ้อนไม่ใช่น้อย เนื่องจากในการถ่ายภาพแต่ละครั้งจะต้องมีสัญญาณรบกวนหลายอย่างรวมอยู่ในข้อมุลด้วย เช่น สัญญาณรบกวนที่เกิดจากข้อจำกัดของวงจรอิเลกทรอนิกส์ ค่าประจุ



ลักษณะของซีซีดีชิพ เป็นแผงซิลิกอนติดตั้งบนแผงวงจรอิเลคทรอนิกส์

 


หน้าแรก

 

กลับหน้าแรกโฮมเพจฟิสิกส์ราชมงคล