ساختار اصلی و اصل کار CCD

اگر CCD را باز کنید، متوجه خواهید شد که ساختار CCD مانند یک ساندویچ است. لایه اول یک لنز میکرو، لایه دوم یک فیلتر جداسازی رنگ و لایه سوم یک باس حساس به نور است.

1. ۱. لایه اول CCD لنز است. این کار برای افزایش مؤثر پیکسل‌های CCD است، اما همچنین تضمین می‌کند که یک پیکسل منفرد برای حفظ اندازه استاندارد CCD به کوچک شدن ادامه دهد. بنابراین، ناحیه دریافت نور یک پیکسل منفرد باید گسترش یابد. با این حال، افزایش نسبت دیافراگم برای افزایش ناحیه دریافت نور در واقع کیفیت تصویر را بدتر می‌کند. بنابراین، نسبت دیافراگم فقط تا حد معینی قابل افزایش است، در غیر این صورت CCD به یک محصول نامرغوب تبدیل خواهد شد. برای بهبود این مشکل، لنزهای کوچک روی هر فتودیود (پیکسل منفرد) نصب می‌شوند. این طراحی مانند قرار دادن عینک روی CCD است. ناحیه حساس به نور دیگر با مساحت دهانه سنسور تعیین نمی‌شود، بلکه با مساحت سطح لنز میکرو تعیین می‌شود. به این ترتیب، اندازه یک پیکسل منفرد در نظر گرفته می‌شود و نسبت دیافراگم از نظر مشخصات افزایش می‌یابد، بنابراین حساسیت می‌تواند به طور قابل توجهی بهبود یابد.

2. ۲. لایه دوم CCD فیلتر جداسازی رنگ است. در حال حاضر دو روش جداسازی رنگ وجود دارد، یکی روش جداسازی رنگ اصلی RGB و دیگری روش جداسازی رنگ مکمل CMYG است. هر دو روش مزایا و معایب خود را دارند. با این حال، از نظر خروجی، نسبت CCD رنگ اصلی و رنگ مکمل حدود ۲:۱ است. مزیت CCD رنگ اصلی کیفیت تصویر واضح و رنگ‌های واقعی است، اما عیب آن مشکل نویز است. بنابراین، حساسیت ISO دوربین‌های دیجیتالی که معمولاً از CCD رنگ اصلی استفاده می‌کنند، احتمالاً از ۴۰۰ تجاوز نمی‌کند. در مقایسه، CCD رنگ مکمل دارای فیلتر رنگ زرد Y اضافی است که جزئیات بیشتری در تفکیک رنگ دارد، اما بخشی از وضوح را فدا می‌کند. از نظر مقدار ISO، CCD رنگ مکمل می‌تواند حساسیت بالاتری را تحمل کند و معمولاً می‌تواند بالاتر از ۸۰۰ تنظیم شود. (برای این دو روش جداسازی رنگ به تصویر زیر مراجعه کنید)

   ساختار اساسی و اصل کار CCD (شکل ۲)

   نمودار جداسازی رنگ

3. ۳. لایه سوم CCD باس حساس به نور است. این لایه عمدتاً مسئول تبدیل منبع نور عبوری از لایه فیلتر رنگ به سیگنال‌های الکترونیکی و انتقال سیگنال‌ها به تراشه پردازش تصویر برای بازیابی تصویر است.