Williard Boyle és George E. Smith tudósok az AT&T Bell Labs-tól félvezetőn dolgozik -bubble-memory megtervezett egy eszközt, és „Charge Bubble Device” néven nevezte el, amelyet Shift Registerként lehet használni.
Töltse össze a készüléket
A készülék alapvető természete szerint képes a töltést átvinni egy tároló kondenzátor a másikra, a félvezető felülete mentén, és ez az elv hasonló a Bucket-Brigade Device (BBD) eszközhöz, amelyet az 1960-as években találtak ki a Phillips Research Labs-nál. Végül az összes ilyen kísérleti kutatási tevékenység közül az AT&T Bell Labs-ban 1969-ben feltalálták a töltéscsatolt eszközt (CCD).
Töltődugós eszköz (CCD)
A töltéshez kapcsolt eszközök különböző módon határozhatók meg az alkalmazástól függően, vagy az eszköz kialakítása alapján.
Ez egy olyan eszköz, amelyet az elektromos töltés mozgatásához használnak a töltés manipulálásához, amelyet úgy végeznek, hogy a jeleket az eszközön belüli fokozatokonként változtatják meg.
CCD szenzorként kezelhető, amelyet a digitális és videokamerák képek készítéséhez és videók rögzítéséhez fotoelektromos effektus révén. Arra szolgál, hogy a rögzített fényt digitális adattá alakítsa, amelyet a kamera rögzít.
Meghatározható a fényérzékeny integrált áramkör szilícium felületre nyomtatva fényérzékeny elemeket képeznek pixeleknek, és mindegyik pixelt elektromos töltéssé alakítják.
Diszkrét idejű eszköznek nevezik folyamatos vagy analóg jel mintavétel diszkrét időpontokban.
A CCD típusai
Különböző CCD-k léteznek, mint például elektronszorzó CCD-k, intenzívebb CCD-k, képátviteli CCD-k és temetett csatornás CCD-k. A CCD egyszerűen definiálható töltetátviteli eszközként. A CCD feltalálói, Smith és Boyle egy olyan CCD-t is felfedeztek, amely nagymértékben gazdagabb teljesítményt mutat, mint egy általános Surface Channel CCD és más CCD, amelyet Buried channel CCD néven ismerünk, és elsősorban gyakorlati alkalmazásokhoz használják.
Töltse fel a kapcsolt eszköz működési elvét
A fotoaktív régióként működő szilícium-epitaxiális réteget és a shift-register-transzmissziós régiót használják képek CCD-vel történő rögzítésére.
A lencsén keresztül a kép kivetül a fotó aktív tartományába, amely kondenzátor tömbből áll. Így az elektromos töltés arányos a fényerősség A kép pixel színének a színspektrumban az adott helyen minden kondenzátorhoz felhalmozódik.
Ha a képet ez a kondenzátor tömb észleli, akkor az egyes kondenzátorokban felhalmozódott elektromos töltés a szomszédos kondenzátorba kerül, műszaknyilvántartás vezérlő áramkör vezérli.
A töltéshez kapcsolt eszköz működése
A fenti ábrán az a, b és c értékekből a töltőcsomagok átvitele a kapu kapcsaira alkalmazott feszültségnek megfelelően látható. Végül a tömbben az utolsó kondenzátor elektromos töltése átkerül a töltéserősítőbe, amelyben az elektromos töltést feszültséggé alakítják. Így e feladatok folyamatos működéséből a félvezetőben lévő kondenzátor tömb teljes töltetei feszültségsorozattá alakulnak.
Ezt a feszültségsorozatot mintavételezik, digitalizálják, majd a memóriában tárolják digitális eszközök, például digitális fényképezőgépek esetén. Analóg eszközök, például analóg videokamerák esetén ezt a feszültség-sorrendet egy aluláteresztő szűrőbe vezetik, hogy folyamatos analóg jelet hozzon létre, majd a jelet továbbításra, rögzítésre és más célokra dolgozzák fel. A töltéscsatolt eszköz elvének és a mélyen működő töltéscsatlakozó eszköz megértéséhez elsősorban a következő paramétereket kell megérteni.
Díjátviteli folyamat
A töltéscsomagok sok vödördandár stílusú sémával áthelyezhetők celláról cellára. Különböző technikák léteznek, például kétfázisú, háromfázisú, négyfázisú stb. Minden cella n vezetékekből áll, amelyek n fázisú sémában haladnak át rajta. A potenciális kutak magasságát az átviteli órához csatlakoztatott minden vezeték használatával lehet szabályozni. A töltőcsomagok a potenciál kút magasságának változtatásával tolhatók és húzhatók a CCD vonala mentén.
Díjátviteli folyamat
Vegyünk egy háromfázisú töltésátvitelt, a fenti ábrán a három, azonos alakú, de különböző fázisú óra (C1, C2 és C3) látható. Ha a B kapu magasra megy és az A kapu alacsonyra megy, akkor a töltés az A térből a B térbe mozog.
A CCD felépítése
A képpontok a párhuzamos függőleges regisztereken vagy a függőleges CCD-n (V-CCD) és a párhuzamos vízszintes regisztereken vagy a vízszintes CCD-n (H-CCD) keresztül továbbíthatók. A töltés vagy a kép különféle szkennelési architektúrák segítségével vihető át, például teljes képkockák kiolvasása, képátvitel és interline átvitel. A töltéshez kapcsolt eszköz elve könnyen érthető a következő átviteli sémákkal:
1. Teljes képkockás leolvasás
Teljes képkockás leolvasás
Ez a legegyszerűbb szkennelési architektúra, amely számos alkalmazásban redőnyt igényel a fénybemenet levágására és a piszkok párhuzamos-függőleges regisztereken vagy függőleges CCD-kön és párhuzamos-vízszintes regisztereken vagy vízszintes CCD-n keresztüli áthaladása közbeni elkenés elkerülésére, majd átvitelre. kimenet soros.
2. Frame Transfer
Frame Transfer
A vödör brigád folyamatának használatával a kép átvihető a képtömbből az átlátszatlan kerettároló tömbbe. Mivel nem használ soros regisztert, a többi folyamathoz képest gyors folyamat.
3. Interline transzfer
Interline Transfer
Minden pixel egy fotodiódából és egy átlátszatlan töltéstároló cellából áll. Amint az ábrán látható, a kép töltése először átkerül a fényérzékeny PD-ről az átlátszatlan V-CCD-re. Ez az átvitel, mivel a kép el van rejtve, egy átviteli ciklusban minimális képkenetet eredményez, így a leggyorsabb optikai redőny érhető el.
A MOS kondenzátora
Minden CCD-cellában van fém-oxid félvezető, annak ellenére, hogy mind a felszíni, mind az eltemetett csatornás MOS kondenzátorokat használják a CCD gyártásához. De gyakran a CCD-k P típusú hordozóra gyártva és előállítása burkolt csatornás MOS kondenzátorok felhasználásával erre egy vékony N típusú régió képződik a felületén. A szilícium-dioxid-réteget szigetelőként növesztik az N-régió tetején, és egy vagy több elektródát erre a szigetelőrétegre helyezve kapukat alakítanak ki.
CCD pixel
Szabad elektronok képződnek fotoelektromos hatásból, amikor a fotonok eltalálják a szilícium felületét, és a vákuum miatt egyidejűleg pozitív töltés vagy lyuk keletkezik. Ahelyett, hogy a lyuk és az elektron rekombinációjával képződött hőingadozások vagy hő számlálásának nehéz folyamatát választanánk, előnyösebb az elektronok összegyűjtése és megszámlálása a kép előállításához. Ez úgy érhető el, hogy a szilícium felületén a fotonok ütésével keletkező elektronokat a pozitívan elfogult, elkülönülő területek felé vonzza.
CCD pixel
A teljes kút kapacitása meghatározható az egyes CCD pixelek által megtartható elektronok maximális számaként, és általában egy CCD pixel 10ke - 500ke, de ez a pixel méretétől függ (minél nagyobb annál több elektron képes felhalmozódnak).
CCD hűtés
CCD hűtés
Általában a CCD-k alacsony hőmérsékleten működnek, és a hőenergiát fel lehet használni izgalmas, nem megfelelő elektronok képi pixelekké alakítására, amelyek nem különböztethetők meg a valós képi fotoelektronoktól. Sötét áramfolyamatnak hívják, amely zajt generál. A teljes sötét áram keletkezése bizonyos határértékekkel kétszer csökkenthető minden 6-70 hűtésnél. A CCD-k nem működnek -1200 alatt, és a sötét áramerősségből származó teljes zaj eltávolítható -1000 körüli lehűtéssel, hőszigeteléssel evakuált környezetben. A CCD-ket gyakran folyékony nitrogén, hő-elektromos hűtők és mechanikus szivattyúk segítségével hűtik.
A CCD kvantumhatékonysága
A fotoelektronok képződésének sebessége a CCD felületén beeső fénytől függ. A fotonok elektromos töltéssé történő átalakítását számos tényező hozzájárulja, és kvantumhatékonyságnak nevezik. A CCD-k esetében a 25–95% -nál jobb tartományban van, összehasonlítva más fényérzékelési technikákkal.
Az elülső megvilágítású készülék kvantumhatékonysága
Az elülső megvilágítású készülék a bejövő sugárzás csillapításával jelet generál, miután a fény áthalad a kapu szerkezetén.
A hátsó megvilágítású készülék kvantumhatékonysága
A hátulról megvilágított vagy hátul vékonyított CCD a készülék alsó oldalán lévő felesleges szilíciumból áll, amely olyan módon van benyomva, hogy korlátlanul lehetővé tegye a fotoelektronok létrehozását.
Ez a cikk tehát a CCD és annak működési elvének rövid ismertetésével zárul, figyelembe véve a különböző paramétereket, például a CCD szkennelési architektúrákat, a töltetátviteli folyamatot, a CCD MOS kondenzátorát, a CCD pixelt, a hűtést és a CCD kvantumhatékonyságát röviden. Ismer olyan tipikus alkalmazásokat, amelyekben a CCD-érzékelőket gyakran használják? Az alábbiakban tegye meg észrevételeit a CCD-k működésével és alkalmazásával kapcsolatos részletes információkért.
