Die Grundstruktur und das Funktionsprinzip von CCD

Wenn man einen CCD aufschneidet, stellt man fest, dass die Struktur des CCD wie ein Sandwich ist. Die erste Schicht ist eine Mikrolinse, die zweite Schicht ist ein Farbfilter und die dritte Schicht ist ein lichtempfindlicher Bus.

1. 1. Die erste Schicht des CCD ist die Linse. Dies dient dazu, die Pixel des CCD effektiv zu vergrößern, aber auch sicherzustellen, dass ein einzelnes Pixel weiterhin schrumpft, um die Standardgröße des CCD beizubehalten. Daher muss die lichtempfangende Fläche eines einzelnen Pixels vergrößert werden. Die Erhöhung des Öffnungsverhältnisses zur Vergrößerung der lichtempfangenden Fläche verschlechtert jedoch tatsächlich die Bildqualität. Daher kann das Öffnungsverhältnis nur bis zu einem bestimmten Grenzwert erhöht werden, da der CCD sonst zu einem minderwertigen Produkt wird. Um dieses Problem zu lösen, werden winzige Linsen auf jede Fotodiode (einzelnes Pixel) installiert. Dieses Design ist so, als würde man einer CCD eine Brille aufsetzen. Die lichtempfangende Fläche wird nicht mehr durch die Öffnungsfläche des Sensors bestimmt, sondern durch die Oberfläche der Mikrolinse. Auf diese Weise kann die Größe eines einzelnen Pixels berücksichtigt und das Öffnungsverhältnis in Bezug auf die Spezifikationen erhöht werden, wodurch die Empfindlichkeit erheblich verbessert werden kann.

2. 2. Die zweite Schicht des CCD ist ein Farbfilter. Derzeit gibt es zwei Methoden zur Farbtrennung: die RGB-Primärfarbtrennung und die CMYG-Komplementärfarbtrennung. Beide Methoden haben ihre Vor- und Nachteile. In Bezug auf die Ausgabe beträgt das Verhältnis von Primärfarben- und Komplementärfarben-CCD etwa 2:1. Der Vorteil von Primärfarben-CCD ist eine scharfe Bildqualität und echte Farben, aber der Nachteil ist das Rauschproblem. Daher überschreitet die ISO-Empfindlichkeit von DCs, die im Allgemeinen Primärfarben-CCD verwenden, wahrscheinlich nicht 400. Vergleichend dazu verfügt der Komplementärfarben-CCD über einen zusätzlichen gelben Farbfilter, der detaillierter in der Farbauflösung ist, aber einen Teil der Auflösung opfert. In Bezug auf den ISO-Wert kann der Komplementärfarben-CCD eine höhere Empfindlichkeit tolerieren und kann im Allgemeinen über 800 eingestellt werden. (Siehe die folgende Abbildung für diese beiden Farbtrennmethoden)

   Grundlegende Struktur und Funktionsweise von CCD (Abbildung 2)

   Farbseparation Diagramm

3. 3. Die dritte Schicht des CCD ist der lichtempfindliche Bus. Diese Schicht ist hauptsächlich dafür verantwortlich, die Lichtquelle, die die Farbschicht durchdringt, in elektrische Signale umzuwandeln und die Signale an den Bildverarbeitungschip zu übertragen, um das Bild wiederherzustellen.