En CCD (laddning - kopplad enhet) kamera är en bildsensorenhet baserad på halvledarteknologi. Dess kärndesignprincip är att digitalt fånga optiska bilder genom fotoelektrisk omvandling och laddningsöverföringsmekanismer. Sedan introduktionen på 1970 -talet har CCD -teknik blivit ett viktigt verktyg för vetenskaplig avbildning och industriell inspektion på grund av dess höga känslighet, låga brus och utmärkta linjära svaregenskaper.
Utformningen av en CCD -kamera börjar med integrationen av en fotodioduppsättning. När ljuset är fokuserat på ytan på CCD -chipet genom en optisk lins, absorberas de infallande fotonerna av de fotokänsliga enheterna (pixlar) som täcker kiselsubstratet, stimulerande elektron - hålpar. Pn -korsningsbellarna inom varje pixel fångar de fotogenererade elektronerna och bildar laddningspaket som är proportionella mot ljusintensiteten. Denna process uppnår den initiala omvandlingen av optiska signaler till elektriska signaler, vilket uppnår en kvanteffektivitet som överstiger 70%, vilket säkerställer effektiv upptäckt av svagt ljus.
Laddningsöverföring är den grundläggande innovativa mekanismen för CCD. Vertikala och horisontella skiftregister ligger under pixeluppsättningen. Klocka - Driven elektrodpotentialförändringar får laddningspaketen att röra sig på ett riktat sätt mellan de potentiella brunnarna. De vertikala registren överför laddar raden för rad till avläsningsnoderna vid kanten av chipet, medan de horisontella registren seriellt matar ut laddningen till den analoga - till - Digital Converter (ADC). Detta "Barrel Relay" -överföringsläge undviker laddningsdiffusionsstörning och i kombination med en anti - Blooming Shield håller övergången till mindre än 0,1%.
Signalbehandlingsmodulen utför korrelerad dubbelprovtagning (CD -skivor) på utgångsanalogspänningssignalen för att eliminera återställningsbrus och fasta mönsterbrus. Moderna CCD: er använder på - Chip Microlens -matriser för att öka fyllningsfaktorn och använda tillbaka - upplysta strukturer för att förbättra blå - Violet Light Response. I extrema miljöapplikationer som Aerospace Remote Sensing använder kylda CCD: er termoelektrisk kylning för att minska driftstemperaturerna till under -70 grader, vilket reducerar mörkström till så låga som 0,01 elektroner per sekund.
Ur ett designperspektiv uppnår CCD -kameror exakt kvantifiering av fotonstatistik på pixelnivån genom den samordnade optimeringen av sofistikerade laddningsmanipulationskretsar och optiska system. Trots den snabba utvecklingen av CMOS -sensorer under de senaste åren upprätthåller CCD: er en oföränderlig teknisk position inom vetenskaplig avbildning, och deras designprinciper fortsätter att påverka utvecklingen av nya bildsensorer.
