CCD đã được thảo luận ở trên liên quan đến việc sử dụng nó như một thiết bị đọc tín hiệu ra cho bộ dò dựa trên phốt - pho. Nhiều chi tiết về hoạt động CCD được cung cấp ở đây. Các thiết bị tích điện kép được phát triển vào năm 1970 (Boyle và Smith 1970). Bởi kích thước nhỏ gọn của nó và đặc điểm phạm vi hoạt động, nó đã gần như thay thế các ống chân không máy ảnh ở thương mại và nhà video và nó đã tìm thấy nhiều ứng dụng trong chụp ảnh kỹ thuật số. Điều này phần lớn đã xảy ra do sự phát triển của kỹ thuật để sản xuất tinh thể silicon cực kỳ tinh khiết và độ tích hợp cao (VLSI).
CCD đặc biệt rất thích hợp để chụp X quang kỹ thuật số vì độ phân giải của chúng cao, phạm vi hoạt động rộng và mức độ tuyến tính
cao với tín hiệu đến. Chúng có thể được thực hiện nhạy với ánh sáng hoặc đến trực tiếp đầu vào điện tử. Một CCD là một mạch tích hợp được hình thành bằng cách gửi một loạt các điện cực, được gọi
là 'cổng' trên một chất nền bán dẫn để tạo thành một mảng kim loại oxit bán dẫn (MOS) tụ điện (hình 19). Bằng cách áp dụng điện áp đến cổng, các vật liệu dưới đây được sử dụng hết để lưu trữ điện tích 'giếng'. Những điện tích lưu trữ bơm vào CCD hoặc tạo ra trong chất bán dẫn bằng cách hấp thụ quang điện tử của lượng tử quang
học. Nếu điện áp trên cổng liền kề được thay đổi một cách thích
hợp, điện tích có thể được
Hình 19. Cấu trúc mảng CCD, minh họa chuyển động của điện tích lưu trữ trong một hướng khi điều chỉnh điện áp cổng điện cực
chuyển từ hố đến hố dưới cổng, nhiều trong cách mà các chùm điện tích sẽ di chuyển thông qua điều chỉnh các cổng G cho phù hợp. Trong vùng các CCD, một hệ thống 'Khung truyền đạt' (hình 20 (a)) được sử dụng để có để đọc ra nhanh chóng. Điện tích ban đầu được tích lũy 'bộ dò' điểm ảnh và sau đó được chuyển tới một mảng của các điểm ảnh 'kho lưu trữ' mà từ đó các tín hiệu có thể được đọc từng dòng. Ngoài ra, "Tín hiệu ra xen dòng' CCD (hình 20 (b)) có một dòng lưu trữ quang học và chuyển điểm ảnh liền kề với mỗi cột của các thành phần bộ dò. Điện tích được nhanh chóng cho vào cột
lưu trữ, giải phóng các thành phần bộ dò để tích lũy tín hiệu mới, và chuyển xuống các thành phần cột lưu trữ để một thanh ghi chủ đầu ra mà tuần tự nhận tín hiệu từ mỗi cột lưu trữ.
Các chế độ hoạt động được sử dụng để tạo ảnh khu vực định dạng nhỏ mà có thể ghép nối với XRII hoặc phốt - pho qua sợi quang hoặc
ống kính. Mặc dù chúng cung cấp tín hiệu ra nhanh chóng, các hệ thống này yêu cầu một khu vực lưu trữ xấp xỉ bằng diện tích vùng bộ dò quang hoạt động. Trong trường hợp của các thiết bị dòng xen
kẽ, bởi vì các khu vực lưu trữ là ngay cạnh cột dò, điều này có thể
gây ra làm
Hình 20. Cấu hình điển hình đọc tín hiệu ra của CCD trình bày ở (a) Khung truyền đạt, (b) truyền đạt dòng xen kẽ, (c) thiết bị tích hợp thời gian trễ (TDI)
giảm hiệu quả của bộ dò. Vùng định dạng CCD có sẵn trong các kích cỡ khác nhau từ 256 x 256 điểm ảnh hoặc thấp hơn 2048 x 2048 hoặc nhiều hơn. Tuy nhiên, thời gian thực tín hiệu đọc ra (30 khung hình / s) đang bị hạn chế với các thiết bị 1000 x 1000 pixel hoặc ít hơn.
Đối với hệ thống quét, như đã thảo luận ở trên, nó thường thực tế hơn để vận hành CCD trong chế độ thời gian trễ tích hợp (TDI) (hình 20 (c)). Ở đây, một phần lưu trữ là không cần thiết như điện tích là đồng thời tích hợp và chuyển xuống các cột dò CCD hướng thanh ghi tín hiệu ra nằm ngang. Loại này tích hợp tương tự được mong muốn vì nó là tương đối không nhiễu. Ngoài ra, bởi vì tất cả các thành phần bộ dò trong một cột đóng góp cho mỗi điểm ảnh chụp theo cột đó, các hình ảnh được sản xuất bởi TDI là tương đối không nhạy cảm với một vài điểm ảnh trong cột đó có thể bị bất thường thấp hoặc cao.
Trong bất kỳ CCD, điện tích được truyền đạt nhóm chứa thông tin' trên nhiều thành phần lân cận. Do đó, quan trọng là hiệu quả của mỗi lần chuyển là rất cao. Thiếu hiệu quả truyền đạt có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng về độ phân giải không gian trong máy dò. Nếu tín hiệu phải được chuyển qua n phần tử và hiệu quả trên mỗi
truyền đạt Ɛ, sau đó hiệu quả truyền đạt điện tích tổng thể là Ɛn.
Ngay cả nếu Ɛ là 0,999, hiệu quả giảm tới 90% so với 100 truyền đạt và 37% so với năm 1000 truyền đạt. Ảnh hưởng của hiệu suất truyền không hoàn hảo là làm nhòe hình ảnh theo hướng tín hiệu đọc ra. Trong CCD thương mại, giá trị của ? cao như 0.999999 có thể đạt được.
Khả năng lưu trữ tốt của thiết bị cũng rất quan trọng. Tùy thuộc vào kích thước điểm ảnh, dung lượng 300 000 đến vài triệu electron là
có thể. CCD thiết kế cho các ứng dụng video có xu hướng được thiết kế để có kích thước (15 µm) điểm ảnh cực kỳ nhỏ. Đối với các ứng dụng y tế, kích thước lớn hơn (25-100 µm) là mong muốn chung bởi vì điều này cung cấp dung lượng cũng lớn hơn và phù hợp với những hạn chế khác về độ phân giải không gian.
Điều quan trọng là các CCD được thiết kế với 'chống làm mờ' bảo vệ thích hợp để ngăn chặn sự suy thoái của các hình ảnh, nếu một số các hố điện tích được quá đầy. Điều này có thể xảy ra trong các tình huống mà các bộ dò tia X được chiếu xạ với chùm tia X không bị suy hao, ví dụ ở các cạnh của bệnh nhân. Khi CCD được sử dụng trong chế độ TDI, công suất cũng phải được như vậy mà điện tích không thể thiếu trong tất cả các giai đoạn tích hợp có thể được cung cấp. Ví dụ, nếu mỗi phần tử bộ dò tích lũy 50 000 electron trên mỗi hàng và có 64 hàng trong CCD trên đó tích hợp sẽ diễn ra, dung lượng cũng phải được 3.2 triệu electron.