CCD (Charge - 커플 링 장치) 카메라는 반도체 기술을 기반으로 한 이미지 센서 장치입니다. 핵심 설계 원칙은 광전 변환 및 전하 전송 메커니즘을 통해 광학 이미지를 디지털 방식으로 캡처하는 것입니다. 1970 년대에 도입 된 이래 CCD 기술은 감도, 저음 및 우수한 선형 응답 특성으로 인해 과학적 이미징 및 산업 검사의 핵심 도구가되었습니다.
CCD 카메라의 설계는 포토 디오드 어레이의 통합으로 시작됩니다. 광이 광학 렌즈를 통해 CCD 칩의 표면에 초점을 맞출 때, 입사 광자는 실리콘 기판을 덮는 감광성 유닛 (픽셀)에 의해 흡수되어 전자 - 구멍 쌍을 자극합니다. 각 픽셀 내의 PN 접합 전위 웰은 광 강도에 비례하여 충전 패킷을 형성하여 광 생성 전자를 포착하여 전자를 포착합니다. 이 공정은 광학 신호를 전기 신호로 초기 전환하여 70%를 초과하는 양자 효율을 달성하여 약한 빛의 효과적인 감지를 보장합니다.
충전 전송은 CCD의 핵심 혁신 메커니즘입니다. 수직 및 수평 이동 레지스터는 픽셀 어레이 아래에 있습니다. 클록 - 구동 전극 전위 변화로 인해 전하 패킷이 전위 웰 사이에 목표로 된 방식으로 움직입니다. 수직 레지스터는 칩의 가장자리에있는 판독 노드로 행을로드로 전달하는 반면, 수평 레지스터는 아날로그 -에게 - 디지털 변환기 (ADC)에 충전을 일련의 출력합니다. 이 "배럴 릴레이"전송 모드는 전하 확산 간섭을 피하고 anti - 개화 방패와 결합하여 Crosstalk를 0.1%미만으로 유지합니다.
신호 처리 모듈은 출력 아날로그 전압 신호에서 상관 된 이중 샘플링 (CDS)을 수행하여 재설정 노이즈 및 고정 패턴 노이즈를 제거합니다. 최신 CCD는 - 칩 마이크로 렌스 어레이를 사용하여 충전 계수를 증가시키고 뒤로 고용하여 - 조명 구조를 사용하여 파란색 - 바이올렛 조명 응답을 향상시킵니다. 항공 우주 원격 감지와 같은 극단적 인 환경 응용 분야에서 냉각 된 CCD는 열전 냉각을 사용하여 작동 온도를 -70도 미만으로 줄여서 초당 0.01 전자로 암 전류를 줄입니다.
설계 관점에서 CCD 카메라는 정교한 전하 조작 회로 및 광학 시스템의 조정 된 최적화를 통해 픽셀 레벨에서 광자 통계의 정확한 정량화를 달성합니다. 최근 몇 년간 CMOS 센서의 빠른 개발에도 불구하고 CCD는 과학적 이미징에서 대체 할 수없는 기술 위치를 유지하며 설계 원칙은 새로운 이미지 센서의 개발에 계속 영향을 미칩니다.
