Основная структура и принцип работы CCD

Если разрезать ПЗС, вы обнаружите, что его структура похожа на сэндвич. Первый слой — микролинза, второй слой — фильтр цветоделения, а третий слой — фоточувствительная шина.

1. 1. Первый слой ПЗС — это линза. Это сделано для эффективного увеличения пикселей ПЗС, а также для обеспечения того, чтобы отдельные пиксели продолжали уменьшаться, сохраняя стандартный размер ПЗС. Следовательно, площадь светоприемника отдельного пикселя должна быть увеличена. Однако увеличение диафрагменного числа для увеличения площади светоприемника фактически ухудшает качество изображения. Поэтому диафрагменное число может быть увеличено только до определенного предела, иначе ПЗС станет некачественным продуктом. Для решения этой проблемы на каждом фотодиоде (отдельном пикселе) устанавливаются крошечные линзы. Эта конструкция похожа на надевание очков на ПЗС. Светочувствительная область определяется не площадью отверстия датчика, а площадью поверхности микролинзы. Таким образом, можно учесть размер отдельного пикселя и увеличить диафрагменное число с точки зрения спецификаций, что значительно повысит чувствительность.

2. 2. Второй слой ПЗС — это фильтр цветоделения. В настоящее время существует два метода цветоделения: метод разделения на основные цвета RGB и метод разделения на дополнительные цвета CMYG. Оба метода имеют свои преимущества и недостатки. Однако с точки зрения выходных данных соотношение ПЗС с основными и дополнительными цветами составляет примерно 2:1. Преимущество ПЗС с основными цветами — резкое качество изображения и истинные цвета, но недостаток — проблема шума. Поэтому чувствительность ISO цифровых камер, обычно использующих ПЗС с основными цветами, как правило, не превышает 400. Сравнительно, ПЗС с дополнительными цветами имеет дополнительный желтый цветовой фильтр Y, который обеспечивает более детальное цветовое разрешение, но жертвует частью разрешения. С точки зрения значения ISO, ПЗС с дополнительными цветами может выдерживать более высокую чувствительность и обычно может быть установлен выше 800. (См. рисунок ниже для этих двух методов цветоделения)

   Базовая структура и принцип работы ПЗС (Рисунок 2)

   Схема цветоделения

3. 3. Третий слой ПЗС — это фоточувствительная шина. Этот слой в основном отвечает за преобразование светового источника, проникающего через слой цветового фильтра, в электрические сигналы и передачу сигналов на чип обработки изображений для восстановления изображения.