CCD (punjenje - Spojeni uređaj) kamera je uređaj senzora slike na temelju tehnologije poluvodiča. Njegov temeljni načelo dizajniranja je digitalno snimanje optičkih slika kroz fotoelektrične mehanizme pretvorbe i prijenosa naboja. Od svog uvođenja u 1970 -ima, CCD tehnologija postala je ključni alat u znanstvenom snimanju i industrijskom inspekciji zbog svoje visoke osjetljivosti, niskog buke i izvrsnih karakteristika linearnog odgovora.
Dizajn CCD kamere započinje integracijom fotodiodnog niza. Kad je svjetlost usredotočena na površinu CCD čipa kroz optičku leću, incidentni fotoni apsorbiraju fotoosjetljive jedinice (pikseli) koji pokrivaju silikonski supstrat, stimulirajući elektron - rupe. Potencijalne jažice PN spoja unutar svakog piksela snimaju fotogenerirane elektrone, formirajući pakete naboja proporcionalno intenzitetu svjetlosti. Ovaj postupak postiže početnu pretvorbu optičkih signala u električne signale, postižući kvantnu učinkovitost veću od 70%, osiguravajući učinkovito otkrivanje slabe svjetlosti.
Prijenos naboja je temeljni inovativni mehanizam CCD -a. Vertikalni i horizontalni registri pomaka nalaze se ispod pikselskog niza. Sat - Potencijalne promjene elektrode uzrokuju da se paketi naboja kreću na ciljani način između potencijalnih bušotina. Vertikalni registri prenose redak naboja redom na čvorove očitavanja na rubu čipa, dok se horizontalni registri serijski iznose naboj na analog - na - digitalni pretvarač (ADC). Ovaj način prijenosa "bačva releja" izbjegava smetnje difuzije naboja i, u kombinaciji s anti -, cvjetajući štit, drži prepun na manje od 0,1%.
Modul za obradu signala izvodi korelirano dvostruko uzorkovanje (CDS) na izlaznom analognom naponskom signalu kako bi se uklonila resetiranje buke i fiksni uzorak. Moderni CCD -ovi koriste na - čip mikrolenovim nizovima za povećanje faktora punjenja i upotrebe leđa - osvijetljene strukture za poboljšanje plavog - ljubičastog odgovora. U ekstremnim okruženjima primjene kao što su zrakoplovne daljinske senzor, ohlađeni CCD -ovi koriste termoelektrično hlađenje kako bi smanjili radne temperature na ispod -70 stupnjeva, smanjujući tamnu struju na čak 0,01 elektrona u sekundi.
Iz perspektive dizajna, CCD kamere postižu precizno kvantifikaciju statistike fotona na razini piksela kroz koordiniranu optimizaciju sofisticiranih krugova manipulacije nabojem i optičkih sustava. Unatoč brzom razvoju CMOS senzora posljednjih godina, CCD -ovi održavaju nezamjenjiv tehnološki položaj u znanstvenom snimanju, a njihovi principi dizajna i dalje utječu na razvoj novih senzora slike.
