Sensori di immagine CMOS e CCD: funzionamento, differenze e applicazioni

This thesis will present two image sensors utilized in a variety of fields, the CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) and the CCD (Charge-Coupled Device) sensors. The key components and the working principle behind these sensors will be discussed, giving a comparison between their properties in order to determine which one is best suited for a particular purpose. Scientific applications of these sensors will also be presented. The first one will describe the use of CMOS sensors installed on the satellites that are part of the European Space Agency programme “Copernicus”, introduced for security and environment monitoring purposes. The second application will still consider CMOS sensors, but on a different level: the capsule endoscopy. In order to perform medical diagnoses, CMOS image sensors are implemented on pill-like devices that can be swallowed by the patient to analyse their digestive system. The capsules that will be described mainly belong to the “PillCam” group. The last application will present the use of CCD sensors in fluorescence microscopy.

Nella tesi si presenteranno i sensori di immagine CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) e CCD (Charge-Coupled Device), utilizzati in numerosi campi di studio per l’acquisizione di immagini. Verranno discussi i componenti e il principio di funzionamento di questi sensori, confrontandone le proprietà principali per capire quale tipo di sensore risulti più adatto a un dato scopo. Si tratteranno, inoltre, delle applicazioni moderne dei sensori di immagine nell’ambito scientifico. La prima riguarderà l’utilizzo di sensori CMOS nel programma Copernicus promosso dalla European Space Agency per monitorare il globo terrestre con una schiera di satelliti per scopi come la sicurezza e la salvaguardia ambientale. La seconda applicazione tratterà sempre l’uso dei sensori CMOS, ma su scala infinitamente più ridotta: le videocapsule endoscopiche. Per effettuare diagnosi mediche, i sensori di immagine sono incorporati su pillole che possono essere ingerite dal paziente per monitorare il tratto digerente. La famiglia di videocapsule a cui si fa riferimento è quella delle “PillCam”. L’ultimo utilizzo in ambito scientifico riguarderà i sensori CCD impiegati nella microscopia a fluorescenza.