Kamera CCD (biaya - coupled) adalah perangkat sensor gambar berdasarkan teknologi semikonduktor. Prinsip desain intinya adalah untuk menangkap gambar optik secara digital melalui konversi fotoelektrik dan mekanisme transfer muatan. Sejak diperkenalkan pada tahun 1970 -an, teknologi CCD telah menjadi alat utama dalam pencitraan ilmiah dan inspeksi industri karena sensitivitasnya yang tinggi, kebisingan rendah, dan karakteristik respons linier yang sangat baik.
Desain kamera CCD dimulai dengan integrasi array fotodioda. Ketika cahaya difokuskan ke permukaan chip CCD melalui lensa optik, foton insiden diserap oleh unit fotosensitif (piksel) yang menutupi substrat silikon, menstimulasi pasangan elektron -. Sumur potensial persimpangan PN dalam setiap piksel menangkap elektron fotogenerasi, membentuk paket muatan yang sebanding dengan intensitas cahaya. Proses ini mencapai konversi awal sinyal optik menjadi sinyal listrik, mencapai efisiensi kuantum melebihi 70%, memastikan deteksi efektif cahaya lemah.
Transfer muatan adalah mekanisme inovatif inti CCD. Register pergeseran vertikal dan horizontal terletak di bawah array piksel. Jam - perubahan potensial elektroda yang digerakkan menyebabkan paket muatan bergerak dengan cara yang ditargetkan antara sumur potensial. Register vertikal mentransfer biaya baris demi baris ke node pembacaan di tepi chip, sedangkan register horizontal menampilkan secara serial biaya ke analog - ke - digital converter (ADC). Mode transmisi "Barrel Relay" ini menghindari gangguan difusi pengisian daya dan, dikombinasikan dengan perisai mekar anti-, membuat crosstalk menjadi kurang dari 0,1%.
Modul pemrosesan sinyal melakukan pengambilan sampel ganda yang berkorelasi (CDS) pada sinyal tegangan analog output untuk menghilangkan kebisingan reset dan kebisingan pola tetap. CCD modern menggunakan - chip array chip untuk meningkatkan faktor pengisian dan menggunakan kembali - struktur yang diterangi untuk meningkatkan respons cahaya violet biru -. Dalam aplikasi lingkungan yang ekstrem seperti penginderaan jauh dirgantara, CCD yang didinginkan menggunakan pendinginan termoelektrik untuk mengurangi suhu operasi hingga di bawah -70 derajat, mengurangi arus gelap hingga serendah 0,01 elektron per detik.
Dari perspektif desain, kamera CCD mencapai kuantifikasi yang tepat dari statistik foton pada tingkat piksel melalui optimalisasi terkoordinasi sirkuit manipulasi muatan canggih dan sistem optik. Terlepas dari perkembangan cepat sensor CMOS dalam beberapa tahun terakhir, CCD mempertahankan posisi teknologi yang tak tergantikan dalam pencitraan ilmiah, dan prinsip -prinsip desain mereka terus mempengaruhi pengembangan sensor gambar baru.
