CCD（Charge Coupled Device）称为电荷耦合器件，也可称CCD图像传感器，是70年代发展起来的新型半导体器件。CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。 CCD上植入的微小光敏物质称作像素。一块CCD上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。CCD的作用就像胶片一样，但它是把图像像素转换成数字信号。CCD上有许多排列整齐的电容，能感应光线，并将影像转变成数字信号。经由外部电路的控制，每个小电容能将其所带的电荷转给它相邻的电容。CCD从功能上可分为线阵CCD和面阵CCD两大类。线阵CCD通常将CCD内部电极分成数组，每组称为一相，并施加同样的时钟脉冲。所需相数由CCD芯片内部结构决定，结构相异的CCD可满足不同场合的使用要求。线阵CCD有单沟道和双沟道之分，其光敏区是MOS电容或光敏二极管结构，生产工艺相对较简单。它由光敏区阵列与移位寄存器扫描电路组成，特点是处理信息速度快，外围电路简单，易实现实时控制，但获取信息量小，不能处理复杂的图像。面阵CCD的结构要复杂得多，它由很多光敏区排列成一个方阵，并以一定的形式连接成一个器件，获取信息量大，能处理复杂的图像。CCD的加工工艺有两种，一种是TTL工艺，一种是CMOS工艺，前者是毫安级的耗电量，而后者是微安级的耗电量。TTL工艺下的CCD成像质量要优于CMOS工艺下的CCD。CCD广泛用于工业，医疗、民用产品。
四十年来，CCD器件及其应用技术的研究取得了惊人的进展，特别是在图像传感和非接触测量领域的发展更为迅速。随着CCD技术和理论的不断发展，CCD技术应用的广度与深度必将越来越大。CCD是使用一种高感光度的半导体材料集成，它能够根据照射在其面上的光线产生相应的电荷信号，在通过模数转换器芯片转换成“0”或“1”的数字信号，这种数字信号经过压缩和程序排列后，可由闪速存储器或硬盘卡保存即收光信号转换成计算机能识别的电子图像信号，可对被测物体进行准确的测量、分析。它是在MOS集成电路技术基础上发展起来的，为半导体技术应用开拓了新的领域。它具有光电转换、信息存贮和传输等功能，具有集成度高、功耗小、结构简单、寿命长、性能稳定等优点，故在固体图像传感器、信息存贮和处理等方面得到了广泛的应用。CCD图像传感器能实现信息的获取、转换和视觉功能的扩展，能给出直观、真实、多层次的内容丰富的可视图像信息，被广泛应用于军事、天文、医疗、广播、电视、传真通信以及工业检测和自动控制系统。实验室用的数码相机、光学多道分析器等仪器，都用了CCD作图象探测元件。
Toshiba长久以来专注于扫描应用线性图像传感器生产领域，推出缩影镜头型CCD线性图像传感器， 能让多功能打印机实现高速扫描。 目前，对具有更高扫描速度的A3多功能打印机的需求在不断增长。TCD2726DG能通过更高的时钟速率来提高性能，满足需求：其数据速率达100MHZ（50MHz×2ch）。为避免时钟速度加快造成的电磁干扰（EMI）增加的负面影响，传感器采用了时钟发生器电路以及具有较少引脚数量的CCD驱动器。这就为客户减少了EMI、时序调整工作及外围组件数量，便于系统进行开发。
TCD2726DG datasheet
主要特性 :
- 100MHz（50MHz×2ch）数据速率，CCD线阵图像传感器
- 内置时钟发生器电路和CCD驱动器，便于系统开发
- 低功耗：放大器电路的10V电源电压降至3.3V
CCD是以电荷作为信号，而不同于其他大多数器件是以电流或者电压为信号，其基本功能是信号电荷的产生、存储、传输和检测。当光入射到CCD的光敏面时．CCD首先完成光电转换．即产生与入射光辐射量成线性关系的光电荷。CCD的工作原理是被摄物体反射光线到CCD器件上．CCD根据光的强弱积聚相应的电荷．产生与光电荷量成正比的弱电压信号，经过滤波、放大处理，通过驱动电路输出一个能表示敏感物体光强弱的电信号或标准的视频信号。基于上述将一维光学信息转变为电信息输出的原理，线阵CCD可以实现图像传感和尺寸测量的功能。一个完整的CCD器件由光敏单元、转移栅、移位寄存器及一些辅助输入、输出电路组成。CCD工作时，在设定的积分时间内由光敏单元对光信号进行取样，将光的强弱转换为各光敏单元的电荷多少。取样结束后各光敏元电荷由转移栅转移到移位寄存器的相应单元中。移位寄存器在驱动时钟的作用下，将信号电荷顺次转移到输出端。将输出信号接到示波器、图象显示器或其它信号存储、处理设备中，就可对信号再现或进行存储处理。
构成CCD的基本单元是MOS（金属－氧化物－半导体）结构。CCD的基本功能是电荷的存储和电荷的转移。工作时，需要在金属栅极上加一定的偏压，形成势阱以容纳电荷，电荷的多少与光强成线性关系。电荷读出时，在一定相位关系的移位脉冲作用下，从一个位置移动到下一个位置，直到移出CCD，经过电荷ˉ电压变换，转换为模拟信号。由于在CCD中每个像元的势阱所容纳电荷的能力是有一定限制的，所以如果光照太强，一旦电荷填满势阱，电子将产生“溢出”现象。另外，在电荷读出时，由于它是从一个位置到下一个位置的电荷转移过程，所以存在电荷的转移效率和转移损失问题。
CCD工作过程有四个:
1. 信号电荷的产生：CCD工作过程的第一步是电荷的产生。CCD可以将入射光信号转换为电荷输出，依据的是半导体的内光电效应。
2. 信号电荷的存储：CCD工作过程的第二步是信号电荷的收集，就是将入射光子激励出的电荷收集起来成为信号电荷包的过程。
3. 信号电荷的传输：CCD工作过程的第三步是信号电荷包的转移，就是将所收集起来的电荷包从一个像元转移到下一个像元，直到全部电荷包输出完成的过程。
4. 信号电荷的检测：CCD工作过程的第四步是电荷的检测，就是将转移到输出级的电荷转化为电流或者电压的过程。
CCD的特点是以电荷为信号载体。它的功能是接受存储模拟电荷信号，并将它逐级转移（并存储）输送到输出端。其基本工作过程主要是信号电荷的产生、存储、转移和检测，因此实际上相当于一个模拟移位存储器。主要有信息处理用延迟线、存储器和光电摄像器件三个方向应用。由CCD图像传感器的结构和工作原理决定了这类器件有以下优点：
- CCD是一种固体化器件，体积小、重量轻、可靠性高、寿命长：
- 图像畸变小、尺寸重现性好；
- 具有较高的空间分辨率；
- 光敏元间距的几何尺寸精度高，可获得较高的定位精度和测量精度；
- 具有较高的光电灵敏度和较大的动态范围。
主要CCD 参数:
1. 量子效率:
CCD能够测得的光子百分比被称为量子效率(Quantum Effciency，QE)。人类肉眼的QE大约是20%，摄影胶片的QE则是10%左右。而现代的CCD能够实现大于90%的QE。量子效率会因波长而有差异，而通过诸如背薄(backthinning)、 背照 (back-illumination)、反眩光涂层和高阻硅等各种创新，可以使CCD的量子效率涵盖到各种波长。
2. 波长范围:
CCD的波长范围可以从0.1nm (软X光) 到 400 nm (蓝色可见光)，甚至达到1000 nm (近红外线)，而尖峰灵敏度可达到700 nm左右。利用背照可以实现较短的X光和紫外光波长检测，而低噪声和高阻硅技术则有助于提高对较长的近红外线波长的灵敏度。
3. 动态范围:
能够正确读出同一图像的光亮和模糊来源，是测量器的一个非常有用的特点。测量器准确读出图像内最光亮和最模糊来源二者之间的差异被称为动态范围。当光线来到CCD上，光子会转换成电子。CCD的动态范围一般是以可成像的最小和最大电子数目为量度单位。落可CCD上的光线越多，在电位井(p-井)内收集到的电子数目也就越多。当电位井无法再接收更多的电子时，意味着像素达到饱和状态。可测量的最小信号单位不一定是一个电子(相等于可见波长的一个光子)。具体来说，最小电子噪声一般是与CCD实体结构相关，最小大约是每像素2至4个电子。所以可测量的最小信号是由这读出噪声来决定。单电子或电子倍增CCD(Electron Multiplication CCD，EMCCD) 都是经设计用于高灵敏度测量的超低噪声传感器，可以量度出小至数个光子或电子的信号。
4. 线性度:
测量器的另一重要考虑是对它所见的任何图像的线性响应能力。如果CCD测出100个光子，它便会把它们转换为100个电子(假设QE为100%)。在这一状况下，测量器有一个线性响应。线性响应的用处在于无需对图像进行附加处理，便可以测定图像上不同主体的真正和真实密度。
5. 噪声:
噪声源于每个像素内的电子在CCD输出节点上转换为电压的工作。噪声的幅度取决于输出节点的大小。在减小CCD读出噪声方面已有一些技术进步，而这一工作将继续成为现在和未来CCD发展的重要部分。噪声能影响动态范围，所以必需尽可能减小，这在微小能量检测应用方面至关重要。
6. 功耗:
CCD本身需要很小功耗。主要的功耗考虑来自操作CCD和处理图像所需的电子器件。
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