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在科研觀測(cè)的星空鏡頭里，在工業(yè)檢測(cè)的微觀視野中，在生物成像的細(xì)胞研究中，有一個(gè)核心器件始終扮演著 “光學(xué)信號(hào)捕手" 的關(guān)鍵角色 —— 它就是 CCD（電荷耦合器件）。它憑借高靈敏度、低噪聲的優(yōu)勢(shì)，至今仍是眾多精密光學(xué)應(yīng)用的首*。

一、認(rèn)識(shí) CCD：光電成像的 “核心大腦"

CCD，是英文 Charge Coupled Device 即電荷耦合器件的縮寫，它是在 MOS 晶體管電荷存儲(chǔ)器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，*突出的特點(diǎn)是以電荷作為信號(hào)，而不是以電流或電壓作為信號(hào)的。

在 P 型或 N 型硅單晶的襯底上生長(zhǎng)一層厚度約為 120~150nm 的 SiO2 層，然后按一定次序沉積 m 行 n 列個(gè)金屬電極或多晶硅電極作為柵極，柵極間隙 約 2.5µm，于是每個(gè)電極與其下方的 SiO2 和半導(dǎo)體間構(gòu)成了一個(gè) MOS 結(jié)構(gòu)， 這種結(jié)構(gòu)再加上輸入、輸出結(jié)構(gòu)就構(gòu)成了 m×n 位 CCD（m ＞ 1，n ≥ 1）；當(dāng) n=1 時(shí)，CCD 器件被稱為線陣 CCD ；當(dāng) n ＞ 1 時(shí)，則為面陣 CCD。

CCD按受光方式可分為前感光和背感光兩種。前感光 CCD 由于正面布置著很多電極，光經(jīng)電極反射和散射，不僅使得響應(yīng)度大大降低（量子效率通常低于 50%），也因?yàn)槎啻畏瓷洚a(chǎn)品的干涉效應(yīng)使光譜響應(yīng)曲線出現(xiàn)馬鞍形的起伏 ；背感光 CCD 由于避免了上述問(wèn)題，因而響應(yīng)度大大提高，量子效率可達(dá)到 80% 以上。（如圖示）

二、必懂核心參數(shù)：決定 CCD 性能的關(guān)鍵

量子效率

量子效率是表征 CCD 芯片對(duì)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換本領(lǐng)的高低，是 CCD 的一個(gè)重要參數(shù)。

動(dòng)態(tài)范圍

一般定義動(dòng)態(tài)范圍是滿阱容量與噪聲的比值。增大動(dòng)態(tài)范圍的途徑是降低暗電流和噪聲，如采用制冷型 CCD，或選擇量子效率更高、像素尺寸更大的 CCD。

噪聲：CCD的噪聲包含信號(hào)噪聲、讀出噪聲和熱噪聲。

 ■ 信號(hào)噪聲是指信號(hào)的隨機(jī)噪聲。

 ■ 讀出噪聲是電荷轉(zhuǎn)移時(shí)產(chǎn)生的噪聲，它發(fā)生在每次電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程中，因此與讀取的速度有關(guān)，讀取速度越快，讀出噪聲也越高。

 ■ 熱噪聲是溫度引起的噪聲，溫度越低，熱噪聲越小。

分辨率

面陣 CCD 的分辨率一般是指空間分辨率，它主要取決于 CCD 芯片的像元 數(shù)和像素大小。 當(dāng) CCD 與光譜儀配合使用來(lái)進(jìn)行光譜攝制時(shí)，其光譜分辨率則與光譜儀的光學(xué)色散能力以及 CCD 芯片的像素大小都有關(guān)系。

線性度

線性度是表征 CCD 芯片中的不同像元對(duì)同一波長(zhǎng)的輸入信號(hào)，其輸出信號(hào)強(qiáng)度與輸入信號(hào)強(qiáng)度成比例變化的一致性。

讀出速度（幀數(shù)）

讀出速度是用來(lái)表征單位時(shí)間內(nèi)處理數(shù)據(jù)速度的快慢的參數(shù)。讀出速度越快，單位時(shí)間內(nèi)獲得的信息越多；但同時(shí)要注意，讀出速度越快，讀出噪聲越高。

制冷方式

CCD的制冷方式主要有半導(dǎo)體（TE）制冷和液氮制冷。

三、產(chǎn)品推薦

卓立漢光可提供多種不同種類芯片的高性能制冷型 CCD 和 InGaAs PDA，適用于廣闊的光譜測(cè)量應(yīng)用領(lǐng)域，給用戶提供最為多樣的產(chǎn)品選擇性。

DField 制冷型CCD

主要特點(diǎn)：

· 真空、深度制冷（-60℃@25℃環(huán)境溫度）；

· 峰值量子效率*高可達(dá)95%@780 nm；

· 更寬的單次攝譜范圍（30mm 寬像面尺寸）

· 高分辨率；

· 低暗電流深耗盡的暗電流，比背感光深耗盡低10倍；

· 單片窗口設(shè)計(jì)，提升透光度；

· USB 2.0接口

科學(xué)級(jí)CCD相機(jī)作為精密光學(xué)成像的核心器件，其性能由量子效率、動(dòng)態(tài)范圍、噪聲、分辨率等核心參數(shù)決定，而制冷方式與讀出速度則需根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景（如弱光 / 強(qiáng)光、靜態(tài) / 動(dòng)態(tài)、定性 / 定量）靈活適配。通過(guò)明確參數(shù)與場(chǎng)景的關(guān)聯(lián)邏輯，結(jié)合高適配性產(chǎn)品（如卓立漢光 DField 制冷型 CCD），可充分發(fā)揮 CCD 的 “光學(xué)信號(hào)捕手" 優(yōu)勢(shì)，滿足天文觀測(cè)、工業(yè)檢測(cè)、生物成像等領(lǐng)域的精密需求。