A CCD (töltés - kapcsolt eszköz) a kamera egy képérzékelő eszköz, amely félvezető technológián alapul. Alaptervezési alapelve az optikai képek digitális rögzítése a fotoelektromos átalakítás és a töltésátviteli mechanizmusok révén. Az 1970 -es években történő bevezetése óta a CCD technológia kulcsfontosságú eszközévé vált a tudományos képalkotásban és az ipari ellenőrzésben, annak nagy érzékenysége, alacsony zaj és kiváló lineáris válasz jellemzői miatt.
A CCD -kamera kialakítása egy fotodiód -tömb integrációjával kezdődik. Amikor a fényt a CCD chip felületére összpontosítják egy optikai lencsén keresztül, a beeső fotonokat a fényérzékeny egységek (pixelek) abszorbeálják, amely a szilícium -szubsztrátot takarja, stimuláló elektron - lyukpárokat. Az egyes pixelek PN csomópont -potenciális kutak rögzítik a fotogenerált elektronokat, és a fényintenzitással arányos töltőcsomagokat képeznek. Ez a folyamat eléri az optikai jelek kezdeti átalakulását elektromos jelekké, elérve a 70%-ot meghaladó kvantumhatékonyságot, biztosítva a gyenge fény hatékony észlelését.
A töltésátvitel a CCD alapvető innovatív mechanizmusa. A függőleges és vízszintes eltolódási nyilvántartások a pixel tömb alatt helyezkednek el. Óra - A meghajtott elektróda potenciális változásai miatt a töltőcsomagok célzott módon mozognak a potenciális kutak között. A függőleges regiszterek soron átadják a töltési sorot a chip szélén lévő leolvasási csomópontokhoz, míg a vízszintes regiszterek sorosan adják ki a töltést a - analógnak a - digitális konverterre (ADC). Ez a "hordó relé" átviteli mód elkerüli a töltés diffúziós interferenciáját, és egy anti - virágzó pajzsmal kombinálva tartja az áthallást kevesebb, mint 0,1%.
A jelfeldolgozó modul korrelált dupla mintavételt (CD -ket) hajt végre a kimeneti analóg feszültségjelen, hogy kiküszöbölje a zajt és a rögzített minta zaját. A modern CCD -k a - chip mikrolens -tömbökön használják a töltési tényező növelését és a - megvilágított struktúrákat alkalmazzák a kék - ibolya fényválasz fokozására. A szélsőséges környezeti alkalmazásokban, például a repülőgép -távérzékelésben a hűtött CCD -k hőelektromos hűtést használnak, hogy a működési hőmérsékletet -70 fok alá csökkentsék, a sötét áramot másodpercenként 0,01 elektronra csökkentve.
Tervezési szempontból a CCD -kamerák a fotonstatisztikák pontos számszerűsítését érik el pixel szinten a kifinomult töltés -manipulációs áramkörök és az optikai rendszerek összehangolt optimalizálásával. Annak ellenére, hogy az utóbbi években a CMOS -érzékelők gyors fejlődése van, a CCD -k pótolhatatlan technológiai helyzetet tartanak fenn a tudományos képalkotásban, és tervezési alapelveik továbbra is befolyásolják az új képérzékelők fejlesztését.
