Kamera CCD (caj - digabungkan) adalah peranti sensor imej berdasarkan teknologi semikonduktor. Prinsip reka bentuk terasnya adalah untuk menangkap imej optik secara digital melalui penukaran fotoelektrik dan mekanisme pemindahan caj. Sejak pengenalannya pada tahun 1970 -an, teknologi CCD telah menjadi alat utama dalam pengimejan saintifik dan pemeriksaan industri kerana kepekaannya yang tinggi, bunyi yang rendah, dan ciri -ciri tindak balas linear yang sangat baik.
Reka bentuk kamera CCD bermula dengan integrasi array photodiode. Apabila cahaya difokuskan ke permukaan cip CCD melalui lensa optik, foton insiden diserap oleh unit fotosensitif (piksel) yang meliputi substrat silikon, merangsang elektron - pasangan lubang. Telaga berpotensi persimpangan PN dalam setiap piksel menangkap elektron fotogenerasi, membentuk paket caj berkadar dengan intensiti cahaya. Proses ini mencapai penukaran awal isyarat optik ke dalam isyarat elektrik, mencapai kecekapan kuantum melebihi 70%, memastikan pengesanan cahaya yang lemah.
Pemindahan caj adalah mekanisme inovatif teras CCD. Daftar peralihan menegak dan mendatar terletak di bawah array piksel. Jam - Perubahan potensi elektrod yang didorong menyebabkan paket caj bergerak dengan cara yang disasarkan antara telaga yang berpotensi. Daftar menegak pemindahan caj baris mengikut baris ke nod pembacaan di pinggir cip, manakala daftar mendatar secara serentak mengeluarkan caj ke analog - ke - penukar digital (ADC). Mod penghantaran "relay barel" ini mengelakkan gangguan penyebaran caj dan, digabungkan dengan perisai mekar anti -, menyimpan crosstalk kepada kurang daripada 0.1%.
Modul pemprosesan isyarat melakukan pensampelan berganda berkorelasi (CDS) pada isyarat voltan analog output untuk menghapuskan bunyi bising dan bunyi corak tetap. CCD moden menggunakan pada - cip microlens arrays untuk meningkatkan faktor mengisi dan menggunakan kembali - struktur yang diterangi untuk meningkatkan tanggapan cahaya violet -. Dalam aplikasi persekitaran yang melampau seperti penderiaan jauh aeroangkasa, CCD yang disejukkan menggunakan penyejukan thermoelectric untuk mengurangkan suhu operasi ke bawah -70 darjah, mengurangkan arus gelap hingga serendah 0.01 elektron sesaat.
Dari perspektif reka bentuk, kamera CCD mencapai kuantifikasi statistik foton yang tepat pada tahap piksel melalui pengoptimuman yang diselaraskan litar manipulasi caj canggih dan sistem optik. Walaupun perkembangan pesat sensor CMOS pada tahun -tahun kebelakangan ini, CCD mengekalkan kedudukan teknologi yang tidak dapat digantikan dalam pengimejan saintifik, dan prinsip reka bentuk mereka terus mempengaruhi perkembangan sensor imej baru.
