大家平时张口就来： “这相机动态范围真不错！” “天文相机要用制冷 CCD！”
但 —— 你真的搞清楚过：CCD 光电探测器到底是个啥？它怎么把“光”变成“电子”的？?
今天这篇就当是一个下饭级科普，带你从 0 到 1 认识 CCD。
1️⃣ CCD 是什么？
CCD 全名是 Charge-Coupled Device（电荷耦合器件）。 一句话概括：
把光子变成电子，再把电子排队读出来的“小方块阵列”。
它常出现在：
? 天文相机、制冷相机
? 显微镜、光谱仪
? 高端工业相机
特点就是：噪声低、稳定、弱光能力强。
2️⃣ 光怎么变成“电”？
每个像素本质上是一个 MOS 电容：
上面是金属栅极
中间一层 SiO₂ 绝缘层
下面是硅衬底
给栅极加合适电压，就能在硅里“挖”出一个电子小坑（势阱）。
当光打进来产生电子–空穴对时：
电子被势阱“困住”
光越强，电子越多
曝光结束时，每个像素里都存了一包电荷
可以想象成：
每个像素就是一个“光子储蓄罐”，越亮存的钱越多。
3️⃣ 经典名场面：电荷是怎么被读出来的？
CCD 的“耍帅环节”在于 电荷转移：
曝光结束后，每个像素里都有一堆电子
通过依次改变栅极电压，让势阱像传送带一样移动
电荷一格格往外“挪”，排队到读出节点
最后变成电压，再进 ADC，生成数字图像
特点：
读出速度没 CMOS 那么快
但读出噪声极低，适合长曝光、弱信号
4️⃣ 判断一块 CCD 好不好，看这几项就行
? 像素尺寸 & 分辨率： 像素大 → 接光能力强 → 适合弱光；像素多 → 分辨率高
❄️ 暗电流： 黑暗中自己产生的“假信号”，制冷越狠，暗电流越低
? 动态范围： 从最暗到最亮能区分多少级，决定“不过曝 + 不糊黑”
? 光谱响应： 哪个波段最敏感，用在可见光、紫外、红外时很关键
? 灵敏度： 综合像素大小、量子效率和噪声后的整体表现
5️⃣ CCD 真的“过时”了吗？
日常消费级相机几乎都用 CMOS 了，但 CCD 依然在自己擅长的赛道：
拍最暗的星星
做高精度测量
盯着那些“极弱的小信号”
如果你以后在参数表上看到 CCD，不用觉得老古董，它更像是：
“从卷配置退场，专心卷画质和弱光”的那一派。
#光学 #探测器 #工程师必备 #平价CCD
但 —— 你真的搞清楚过：CCD 光电探测器到底是个啥？它怎么把“光”变成“电子”的？?
今天这篇就当是一个下饭级科普，带你从 0 到 1 认识 CCD。
1️⃣ CCD 是什么？
CCD 全名是 Charge-Coupled Device（电荷耦合器件）。 一句话概括：
把光子变成电子，再把电子排队读出来的“小方块阵列”。
它常出现在：
? 天文相机、制冷相机
? 显微镜、光谱仪
? 高端工业相机
特点就是：噪声低、稳定、弱光能力强。
2️⃣ 光怎么变成“电”？
每个像素本质上是一个 MOS 电容：
上面是金属栅极
中间一层 SiO₂ 绝缘层
下面是硅衬底
给栅极加合适电压，就能在硅里“挖”出一个电子小坑（势阱）。
当光打进来产生电子–空穴对时：
电子被势阱“困住”
光越强，电子越多
曝光结束时，每个像素里都存了一包电荷
可以想象成：
每个像素就是一个“光子储蓄罐”，越亮存的钱越多。
3️⃣ 经典名场面：电荷是怎么被读出来的？
CCD 的“耍帅环节”在于 电荷转移：
曝光结束后，每个像素里都有一堆电子
通过依次改变栅极电压，让势阱像传送带一样移动
电荷一格格往外“挪”，排队到读出节点
最后变成电压，再进 ADC，生成数字图像
特点：
读出速度没 CMOS 那么快
但读出噪声极低，适合长曝光、弱信号
4️⃣ 判断一块 CCD 好不好，看这几项就行
? 像素尺寸 & 分辨率： 像素大 → 接光能力强 → 适合弱光；像素多 → 分辨率高
❄️ 暗电流： 黑暗中自己产生的“假信号”，制冷越狠，暗电流越低
? 动态范围： 从最暗到最亮能区分多少级，决定“不过曝 + 不糊黑”
? 光谱响应： 哪个波段最敏感，用在可见光、紫外、红外时很关键
? 灵敏度： 综合像素大小、量子效率和噪声后的整体表现
5️⃣ CCD 真的“过时”了吗？
日常消费级相机几乎都用 CMOS 了，但 CCD 依然在自己擅长的赛道：
拍最暗的星星
做高精度测量
盯着那些“极弱的小信号”
如果你以后在参数表上看到 CCD，不用觉得老古董，它更像是：
“从卷配置退场，专心卷画质和弱光”的那一派。
#光学 #探测器 #工程师必备 #平价CCD
