กล้อง CCD (ชาร์จ - อุปกรณ์คู่) เป็นอุปกรณ์เซ็นเซอร์ภาพที่ใช้เทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ หลักการออกแบบหลักของมันคือการจับภาพออปติคัลแบบดิจิทัลผ่านการแปลงโฟโตอิเล็กทริกและกลไกการถ่ายโอนประจุ นับตั้งแต่เปิดตัวในปี 1970 เทคโนโลยี CCD ได้กลายเป็นเครื่องมือสำคัญในการถ่ายภาพทางวิทยาศาสตร์และการตรวจสอบอุตสาหกรรมเนื่องจากมีความไวสูงเสียงรบกวนต่ำและลักษณะการตอบสนองเชิงเส้นที่ยอดเยี่ยม
การออกแบบกล้อง CCD เริ่มต้นด้วยการรวมกันของอาร์เรย์โฟโตไดโอด เมื่อแสงมุ่งเน้นไปที่พื้นผิวของชิป CCD ผ่านเลนส์ออปติคัลโฟตอนของเหตุการณ์จะถูกดูดซับโดยหน่วยที่ไวต่อแสง (พิกเซล) ที่ครอบคลุมสารตั้งต้นซิลิกอนกระตุ้นอิเล็กตรอน - คู่รู หลุมที่มีศักยภาพทางแยก PN ภายในแต่ละพิกเซลจะจับอิเล็กตรอนที่มีการถ่ายภาพซึ่งเป็นแพ็คเก็ตประจุที่เป็นสัดส่วนกับความเข้มของแสง กระบวนการนี้ได้รับการแปลงสัญญาณเริ่มต้นเป็นสัญญาณไฟฟ้าเป็นสัญญาณไฟฟ้าเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพควอนตัมเกิน 70%เพื่อให้มั่นใจว่าการตรวจจับแสงที่อ่อนแออย่างมีประสิทธิภาพ
การถ่ายโอนค่าใช้จ่ายเป็นกลไกที่เป็นนวัตกรรมหลักของ CCD การลงทะเบียนกะแนวตั้งและแนวนอนตั้งอยู่ใต้อาร์เรย์พิกเซล นาฬิกา - การเปลี่ยนแปลงที่อาจเกิดขึ้นจากอิเล็กโทรดที่ขับเคลื่อนทำให้แพ็กเก็ตประจุเคลื่อนที่ในลักษณะเป้าหมายระหว่างหลุมที่มีศักยภาพ การลงทะเบียนแนวตั้งโอนประจุโดยแถวไปยังโหนดการอ่านค่าที่ขอบของชิปในขณะที่การลงทะเบียนแนวนอนจะส่งออกประจุไปยังอะนาล็อก - ถึง - ตัวแปลงดิจิตอล (ADC) โหมดการส่งสัญญาณ "บาร์เรลรีเลย์" นี้จะช่วยหลีกเลี่ยงสัญญาณรบกวนการแพร่กระจายของประจุและรวมกับการต่อต้าน - โล่ที่บานสะพรั่งทำให้ crosstalk น้อยกว่า 0.1%
โมดูลการประมวลผลสัญญาณดำเนินการสุ่มตัวอย่างสองครั้งที่สัมพันธ์กัน (CDS) บนสัญญาณแรงดันไฟฟ้าอะนาล็อกเอาท์พุทเพื่อกำจัดสัญญาณรบกวนการรีเซ็ตและเสียงรูปแบบคงที่ CCD ที่ทันสมัยใช้ประโยชน์จาก - อาร์เรย์ชิป microlens เพื่อเพิ่มปัจจัยการเติมและใช้ back - โครงสร้างที่ส่องสว่างเพื่อเพิ่มสีน้ำเงิน - การตอบสนองของแสงสีม่วง ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเช่นการตรวจจับระยะไกลการบินและอวกาศ CCDs เย็นใช้การระบายความร้อนด้วยเทอร์โมอิเล็กทริกเพื่อลดอุณหภูมิการทำงานให้ต่ำกว่า -70 องศาลดกระแสไฟฟ้ามืดให้ต่ำถึง 0.01 อิเล็กตรอนต่อวินาที
จากมุมมองของการออกแบบกล้อง CCD จะได้รับปริมาณที่แม่นยำของสถิติโฟตอนที่ระดับพิกเซลผ่านการเพิ่มประสิทธิภาพการประสานงานของวงจรการจัดการประจุที่มีความซับซ้อนและระบบออพติคอล แม้จะมีการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเซ็นเซอร์ CMOS ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา CCDs ยังคงรักษาตำแหน่งทางเทคโนโลยีที่ไม่สามารถถูกแทนที่ได้ในการถ่ายภาพทางวิทยาศาสตร์และหลักการออกแบบของพวกเขายังคงมีอิทธิพลต่อการพัฒนาเซ็นเซอร์ภาพใหม่
