Et CCD (Charge - koblet enhet) kamera er en bildesensorenhet basert på halvlederteknologi. Dets kjernedesignprinsipp er å digitalt fange opp optiske bilder gjennom fotoelektrisk konvertering og ladningsoverføringsmekanismer. Siden introduksjonen på 1970 -tallet har CCD -teknologi blitt et sentralt verktøy innen vitenskapelig avbildning og industriell inspeksjon på grunn av dens høye følsomhet, lave støy og utmerkede lineære responsegenskaper.
Utformingen av et CCD -kamera begynner med integrering av en fotodiode -matrise. Når lys er fokusert på overflaten av CCD -brikken gjennom en optisk linse, blir de innfallende fotonene absorbert av de lysfølsomme enhetene (piksler) som dekker silisiumsubstratet, og stimulerer elektron - hullpar. PN -veikrysspotensialbrønner i hver piksel fanger opp de fotogenererte elektronene, og danner ladepakker proporsjonale med lysintensiteten. Denne prosessen oppnår den første konvertering av optiske signaler til elektriske signaler, og oppnår en kvanteeffektivitet som overstiger 70%, og sikrer effektiv deteksjon av svakt lys.
Charge Transfer er den viktigste innovative mekanismen til CCD. Vertikale og horisontale skiftregistre er lokalisert under pikselarrayen. Klokke - drevet elektrodepotensielle endringer fører til at ladepakkene beveger seg på en målrettet måte mellom potensielle brønner. Den vertikale registre overfører ladningsrekke for rad til avlesningsnodene i kanten av brikken, mens de horisontale registrerer serielt ut ladningen til den analoge - til - digital omformer (ADC). Denne "Barrel Relay" overføringsmodus unngår ladediffusjonsinterferens, og kombinert med en anti - blomstrende skjold holder Crosstalk til under 0,1%.
Signalbehandlingsmodulen utfører korrelert dobbel prøvetaking (CDS) på utgangsanalogspenningssignalet for å eliminere tilbakestilling av støy og fast mønsterstøy. Moderne CCD -er bruker på - chip -mikrolens -matriser for å øke fyllfaktoren og bruke tilbake - opplyste strukturer for å forbedre blå - fiolett lysrespons. I ekstreme miljøapplikasjoner som Aerospace Remote Sensing, bruker avkjølte CCD -er termoelektrisk kjøling for å redusere driftstemperaturene til under -70 grader, og reduserer mørk strøm til så lave som 0,01 elektroner per sekund.
Fra et designperspektiv oppnår CCD -kameraer presis kvantifisering av fotonstatistikk på pikselnivå gjennom koordinert optimalisering av sofistikerte ladningsmanipulasjonskretser og optiske systemer. Til tross for den raske utviklingen av CMOS -sensorer de siste årene, opprettholder CCD -er en uerstattelig teknologisk stilling i vitenskapelig avbildning, og deres designprinsipper fortsetter å påvirke utviklingen av nye bildesensorer.
