CCD   Charge Coupled Device   전하 결합 소자

(2022-01-20)

CCD Image Sensor, CCD 이미지 센서


1. CCD렌즈로 들어온 이 상을 맺자마자, 곧바로 전기적 신호로 변환시키는 이미징 장치
     - 광전변환 반도체전하결합 소자로 구성된 축적형 촬상소자
        . 광자 에너지에 의해 발생된 전하를 축적 후 전송이 가능

  ㅇ 1970년대 미국 벨연구소의 Willard Boyle, George Smith 개발
     - 하나의 커패시터에서 인접 커패시터전자를 전달하는 구조를 고안


2. CCD 원리 

  ㅇ 피사체 영상이, 렌즈를 통과하여, 촬상면의 수광면에 결상되면,
  ㅇ 1차원 또는 2차원 이미지 배열의 형태로 존재하는, 각 화소촬상소자에서,
  ㅇ 에 비례한 전자(전하)들이 발생됨
     - 이 전하들은 전위 우물(Potential Well)에 축적되고,
     - 곧바로 수직 및 수평으로 이동되고,
     - 순차적으로 전하량에 따른 전압으로 변환되고, 
  ㅇ 이것이 전기적 신호로써 직렬 영상 데이터화 함


3. CCD 구성 및 구분

  ㅇ 크게, 3개로 구성됨
     - 각 화소 마다 존재하는 포토다이오드 (전하로 변환)
        . 각 화소MOS 커패시터 처럼 동작
     - 신호 전자를 출력부로 전달하는 CCD 채널부 (전하전송)
     - 전달된 전자 개수에 비례하여 전압을 발생시키는 출력부 (전하전압으로 신호 변환)

  ㅇ 구분                                                                     ☞ 아래 5.항 참조
     - 1차원 선형 배열 형태 : 例) 복사기
        . 직선 형태의 CCD 또는 피사체를 횡방향 이동시켜, 긴 길이의 화상으로부터 2차원 화상 만듬
     - 2차원 면적 배열 형태 : 例) 카메라
        . 한번의  노출에 면적 형태의 CCD 배열에 의한 화상으로부터 직접 2차원 화상 만듬


4. CCD 특징감도가 높으며, 수명이 반영구적임
  ㅇ 오늘날 대부분의 비디오 카메라촬상관(소자)으로써 CCD를 사용함


5. CCD 구분1차원 CCD 방식 (FAX,복사기,스캐너 등에 사용)
     - 밀착형(Contact type) : 피사체에 밀착시켜 직접 이미지화함
     - 축소형,집광형(Shrink type,Reduction type) : 렌즈에 의해 축소시켜 이미지화함

  ㅇ 2차원 CCD 방식 (전하 전송 방식에 따른 분류)
     - FF (Full Frame Transfer) : 가장 단순하고, 제조가 용이
        . 수직 시프트 레지스터, 수평 시프트 레지스터, 신호 출력 증폭기로 구성됨
     - FT (Frame Transfer) : 별도의 축적 레지스터 필요
        . 하나의 프레임 단위로 FF 방식의 2배 칩 면적 필요
     - IL (Interline Transfer)
        . 광검출기능과 광출력기능이 분리된 구조



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