CCD的电荷怎样读出：从像素阵列到水平寄存器和输出电路

CCD 图像传感器把入射光变成信号，资料里却不止有“像素”一个对象。Hamamatsu 于2012年3月2日发布、由 Yakov Bulayev 撰写的技术文，分别描述了像素中的电荷积累、阵列内的转移，以及读出端的测量与放大。沿这条内部信号链阅读，可以看清电荷从哪里来，又怎样离开像素阵列。

文章将 CCD 描述为由感光的电荷耦合元件，也就是像素，组成的阵列。传感器输出信号与各像素因照射而积累的电荷成比例。这里需要先保留“积累的电荷”这一对象：像素不是只负责给最终图像划分一个小格子，它还处在原文所述的信号形成关系中。本文没有据此推算某个像素收到多少光子或输出多少电压。

在电荷传输部分，原厂说，多相时钟信号在电极下形成势阱，并控制其中电子包的移动。电荷包沿列方向转移，随后通过水平读出寄存器，到达电荷测量电路和输出放大器。本文采用的是这条功能路径，不把时钟的名称转成驱动顺序、波形或器件连接方式。

原文由此说明，电荷包每次以一行的方式退出像素阵列。“列方向转移”与“水平读出”描述的阶段不同，不能只保留其中一个方向，再把全部信号路径都归到它下面。测量电路和输出放大器则处在这条链的读出端，不能因为最后得到信号，就把它们与前面的感光像素写成同一个部件。

该节还介绍多端口或多 tap 架构。增加读出通路涉及各 tap 自己的输出电路，原厂特别保留了这些电路特性需要良好匹配的条件；否则，一个放大器负责的图像区域，可能与由其他放大器负责的区域出现不同对比。这里的区域差异来自文中所述的输出电路条件，并不是本文已经对某幅实际图像完成了诊断。

因此，“多端口”不能被简化为只增加一个数量，而删掉各端口输出电路之间的关系。反过来，知道有多个输出电路，也没有自动证明它们已经匹配。对整理光电子器件简介的人，像素积累、列向转移、水平读出与输出电路分别提供一段解释，将这些对象连起来，比一句“传感器把光放大”更接近该节实际内容。

本篇采用这份历史文章中 CCD 基本结构及多端口两段和必要邻接，没有把后面的 TDI 运动同步、曝光公式或检测效果宣传写成结论，也未读图作结构判断。它解释阵列内部的电荷读出，不是物体运动怎样拼成二维图像，更不提供光源配置、偏置电路、检出率或光学安全保证。