هر CCD از میلیون ها سلول بنام فتو سایت یا فتودیود تشکیل شده است. این نقاط در واقع حسگرهای حساس به نوری هستند که اطلاعات نوری را به یک شارژ الکتریکی تبدیل می نمایند.

وقتی اجزای نور که فتون نامیده می شود وارد بدنه سیلیکون فتو سایت می شود، انرژی کافی برای آزاد سازی الکترون هایی که با بار منفی شارژ شده اند ایجاد می شود. هر چه نور بیشتری وارد فتوسایت شود، الکترون های بیشتری آزاد می شود. هر فتوسایت دارای یک اتصال الکتریکی می باشد که وقتی ولتاژی به آن اعمال می شود، سیلیکون زیر آن پذیرای الکترونهای آزاد شده می شود و همانند یک خازن برای آن عمل می کند. بنابراین هر فتوسایت دارای یک شارژ ویژه است که هر چه بیش تر باشد، پیکسل روشن تری را ایجاد می کند.

مرحلۀ بعدی در این فرآیند بازخوانی و ثبت اطلاعات موجود در این نقاط است. وقتی که شارژ به این نقاط وارد و خارج می شود، اطلاعات درون آنها حذف می شود و از آنجایی که شارژ هر ردیف پس از شارژ ردیف قبلی قرار می گیرد، مثل این است که اطلاعات هر ردیف پشت ردیف قبلی چیده شود. سپس سیگنال ها در حد امکان بدون نویز وارد تقویت کننده شده و بعد وارد ADC می شوند.

 

باز خوانی و ثبت اطلاعات

فتوسایت های روی یک CCD تنها به نور حساس می باشند و نسبت به رنگ تأثیر پذیر نیستند. رنگ با استفاده از فیلترهای قرمز، سبز و آبی که روی هر پیکسل قرار گرفته اند، شناسایی می شود. برای این که CCD از چشم انسان تقلید کند، نسبت فیلترهای سبز دو برابر فیلترهای قرمز و آبی است، زیرا چشم انسان به رنگ های زرد و سبز حساس تر است. هر پیکسل تنها یک رنگ را شناسایی می کند و در نتیجه رنگ واقعی با استفاده از متوسط گیری شدت نور اطراف پیکسل که به میان یابی رنگ مشهور است، ایجاد می شود.

شرکت فوجی فیلم در طراحی CCD دست به ابداع جالبی زده است. این شرکت به جای استفاده از آرایش مربعی برای فتوسایت ها، از فتوسایت های کاملاً متفاوت هشت ضلعی بزرگ تری که در ردیفهایی با زاویه ۴۵ درجه مرتب شده اند استفاده کرده است. با این کار مشکل نویزهای سیگنال که برای فشردگی فتوسایت ها بر روی CCD محدودیت ایجاد می کردحل شده است، رنگ ها واقعی تر و محدودۀ دینامیکی وسیع تر و حساسیت به نور بالاتر به دست می آید که نتیجۀ آن عکس های دیجیتالی واضح تر و با رنگ های جذاب تر است .

خلاصه: ایدۀ اصلی CCD این است که با برخورد نور به آن از خود اثر فتوالکتریک نشان دهد. مجموع بار الکتریکی که توسط ماتریس بزرگی از خازن ها جمع آوری می شود به یک تقویت کنندۀ بار الکتریکی ارسال می شود. تقویت کننده، بار مورد نظر را به ولتاژ تبدیل می کند. با تکرار این عمل، کل تصویر برای مرحلۀ بعدی پردازش، ساخته می شود.

ccd - فن آوری حسگر CCD

دیاگرام یک CCD