電荷耦合器件
電荷耦合設備（ CCD ）是一個集成電路，其中包含鏈接或耦合電容器的數組。在外部電路的控制下，每個電容器可以將電荷傳輸到相鄰的電容器。 CCD傳感器是數字成像中使用的主要技術。
概述
在CCD圖像傳感器中，像素由p摻雜的金屬 - 氧化物 - 氧化流動器（MOS）電容器表示。這些MOS電容器，即CCD的基本構建塊，當圖像採集開始時，偏置偏置以上的閾值，從而使傳入光子在半導體 - 氧化物界面處將傳入光子轉換為電子電荷；然後使用CCD讀取這些費用。
儘管CCD並不是唯一允許檢測的技術，但CCD圖像傳感器被廣泛用於需要高質量圖像數據的專業，醫學和科學應用中。
在具有質量較差的應用程序中，通常使用的是消費者和專業的數碼相機，即主動像素傳感器（也稱為CMOS傳感器（互補MOS傳感器））。
但是，隨著時間的推移，CCD享有的巨大質量優勢越來越狹窄，自2010年代後期以來，CMOS傳感器是主要的技術，如果不完全替換了CCD圖像傳感器，則很大程度上可以使用。
歷史
CCD的基礎是金屬 - 氧化物 - 溶劑導體（MOS）結構， MOS電容器是CCD的基本構建塊，並且在早期CCD設備中用作光電探測器的耗盡的MOS結構。
在1960年代後期，貝爾實驗室的威拉德·博伊爾（Willard Boyle）和喬治·E·史密斯（ George E.他們意識到電荷是磁性氣泡的類比，並且可以將其存儲在微小的MOS電容器上。由於連續製造一系列MOS電容器非常簡單，因此他們將合適的電壓連接到了它們，以便可以將電荷從一個到另一個電荷進行。這導致了1969年Boyle和Smith發明的電荷耦合設備的發明。他們想像著在筆記本中的“電荷'泡泡'設備”中的設計。
最初描述該概念在1970年4月的論文列出了可能的用途作為內存，延遲線和成像設備。該設備也可以用作換檔寄存器。設計的本質是能夠沿半導體表面從一個存儲電容器轉移到另一個存儲電容器的表面。該概念原則上類似於在1960年代後期在Philips Research Labs開發的Bucket-Brigade設備（BBD）。
證明該原理的第一個實驗設備是一排緊密間隔的金屬正方形在氧化的矽表面上通過電線鍵進行電氣接近。 1970年4月， Gil Amelio ， Michael Francis Tompsett和George Smith證明了這一點。這是CCD在圖像傳感器技術中的第一個實驗應用，並將耗盡的MOS結構用作光電探測器。第一項專利（美國專利4,085,456 ）針對CCDS申請在成像中的應用已分配給1971年申請該申請的Tompsett。
1970年8月，由Tompsett，Amelio和Smith報告的第一個使用集成電路技術製造的CCD是一個簡單的8位移位寄存器。該設備具有輸入和輸出電路，並用於證明其用作移位寄存器和粗八像素線性成像裝置。設備的開發以快速的速度進行。到1971年，由邁克爾·湯普斯特（Michael Tompsett）領導的貝爾研究人員能夠使用簡單的線性設備捕獲圖像。包括Fairchild半導體， RCA和Texas Instruments在內的幾家公司都在發明並開始開發計劃。 Fairchild的努力由前貝爾研究員Gil Amelio領導，是第一個擁有商業設備的努力，到1974年，有一個線性500元素設備和2D 100×100×100像素設備。柯達研究實驗室的科學家彼得·狄龍（Peter Dillon）通過將彩色濾清器陣列疊加在這個Fairchild上100 x 100 x 100 Pixel Interline CCD CCD從1974年開始發明了第一個彩色CCD圖像傳感器。 1975年，使用相同的Fairchild 100×100 CCD使用數碼相機。
1973年在Fairchild的L. Walsh和R. Dyck提出了Interline轉移（ILT）CCD設備，以減少塗片並消除機械快門。為了進一步減少明亮的光源的塗片，框架與線路轉移（fit）CCD結構是由K. Horii，T。Kuroda和T. Kunii在Matsushita （現為Panasonic）於1981年開發的。
1976年12月，在Kazuo Iwama的領導下，索尼在CCD上開始了一項巨大的開發工作，該技術啟動了首個KH-11 KH-11肯尼偵察衛星，該衛星配備了電荷耦合設備陣列（ 800×800像素）技術。最終，索尼設法為其攝像機大規模生產CCD。在此發生之前，伊瓦瑪（Iwama）於1982年8月去世。隨後，他的墓碑上放了一個CCD芯片，以承認他的貢獻。索尼（Sony）於1983年根據Yoshiaki Hagiwara於1981年開發的原型CCD-G5攝像機CCD-G5的第一張大規模消費者CCD攝像機CCD-G5。
早期的CCD傳感器患有快門滯後。這在很大程度上是通過固定光電二極管（PPD）的發明來解決的。它是由Nobukazu Teranishi ，Hiromitsu Shiraki和Yasuo Ishihara於1980年在NEC發明的。他們認識到，如果可以將信號載體從光電二極管轉移到CCD，則可以消除滯後。這導致了他們對固定光電二極管的發明，這是一種具有低滯後，低噪聲，高量子效率和低暗電流的光電探測器結構。 1982年，Teranishi和Ishihara首次與A. Kohono，E。Oda和K. Arai公開報導了它，並增加了反掩蓋結構。 NEC上發明的新的光電探測器結構被BC BUBKEY在柯達（Kodak）在柯達（Kodak）的BC Burkey命名為“固定光電二極管”。數字靜止相機。從那時起，PPD幾乎用於所有CCD傳感器，然後在CMOS傳感器中使用。
2006年1月，博伊爾（Boyle）和史密斯（Smith）被授予美國國家工程學院查爾斯·史塔克·德雷珀（Charles Stark Draper）獎，並於2009年因其CCD概念發明而被授予諾貝爾物理獎。邁克爾·湯普斯特（Michael Tompsett）被授予2010年國家技術與創新勳章，用於開創性的工作和電子技術，包括首批CCD成像器的設計和開發。他還因“為包括CCD成像器，相機和熱成像器在內的成像設備的開創性貢獻貢獻貢獻貢獻的2012年IEEE EDISON獎章”。
基礎操作
在用於捕獲圖像的CCD中，有一個光活性區域（矽外延層）和一個由移位寄存器製成的傳輸區域（CCD，正確地說）。
圖像通過鏡頭投射到電容器陣列（光活動區域）上，從而導致每個電容器積聚電荷與該位置的光強度成正比。在線掃相機中使用的一維陣列捕獲了圖像的一片，而二維陣列在視頻中使用和仍然攝像機使用，捕獲了與投影到焦點平面上的場景相對應的二維圖片傳感器。一旦陣列暴露於圖像，控制電路就會導致每個電容器將其內容轉移到鄰居（作為移位寄存器）。陣列中的最後一個電容器將其充電轉換為電荷放大器，該放大器將電荷轉換為電壓。通過重複此過程，控制電路將半導體中陣列的整個內容轉換為一系列電壓。在數字設備中，然後將這些電壓採樣，數字化並通常存儲在內存中。在模擬設備（例如模擬攝像機）中，將它們處理成連續的模擬信號（例如，通過將電荷放大器的輸出饋送到低通濾波器中），然後將其處理並送達到其他電路中以獲取傳輸，記錄或其他處理。
詳細的操作物理
收費產生
在MOS電容器暴露於光之前，它們會偏向耗盡區域。在N通道CCD中，偏置門下的矽略有p摻雜或固有。然後將柵極偏向積極的電位，高於強反轉的閾值，這最終將導致門以下與MOSFET一樣的N通道產生。但是，達到這種熱平衡需要時間：在低溫下冷卻的高端科學攝像機中最多數小時。最初，偏置後，將孔推入基板，並且沒有移動電子在表面或附近。因此，CCD以稱為“深度耗竭”的非平衡狀態運行。然後，當在耗盡區域產生電子 - 孔對時，它們被電場分離，電子向表面移動，孔向底物移動。可以確定四對生成過程：
- 照片產生（最多佔量子效率的95％），
- 在耗盡區域的產生，
- 表面產生，並
- 中性體積產生。
最後三個過程稱為深色流，並在圖像中添加噪聲。它們可以限制總可用集成時間。在表面或附近的電子的積累可以進行，直到圖像整合結束並開始傳遞電荷，或者達到熱平衡。在這種情況下，據說井已經滿了。每個井的最大容量稱為井深，通常每個像素約10個5個電子。
設計和製造
CCD的光活性區域通常是矽的外延層。它被輕輕摻雜（通常用硼），並在底物材料上生長，通常是P ++。在埋藏的通道設備中，在大多數現代CCD中使用的設計類型，矽表面的某些區域植入了磷離子，賦予它們N摻雜的名稱。該區域定義了光生電荷數據包的通道。西蒙·塞茲（Simon Sze）詳細介紹了掩埋通道設備的優勢：
該薄層（= 0.2–0.3微米）被充分耗盡，並且累積的光生電荷被遠離表面。該結構具有較高的轉移效率和較低的深色電流的優勢，這是由於降低的表面重組而具有的優勢。與表面通道CCD相比，懲罰的電荷容量較小，損失為2-3倍。
在此過程的晚些時候，多矽閘門通過化學蒸氣沉積沉積，具有光刻造影的圖案，並以一種分別分階段的門垂直於通道的方式蝕刻。通過利用Locos工藝產生通道停止區域，該通道是進一步定義的。
通道停止是熱生長的氧化物，可將電荷包中的一列中的電荷數據包與另一列中的電荷分離。這些通道停止是在多矽門之前產生的，因為Locos過程使用了一個高溫步驟，該步驟會破壞柵極材料。通道停止與區域平行，不包括通道或“電荷攜帶”區域。
頻道停止通常具有其基礎的P+摻雜區域，為電荷數據包中的電子提供了進一步的障礙（CCD設備物理學的討論假設了電子傳輸設備，儘管孔傳輸是可能的）。
大門的時鐘交替高和低，將向前和反向偏置埋入通道（n摻雜）和外延層（p-doped）提供的二極管。這將導致CCD在P – N交界處附近耗盡，並將收集和移動設備的大門和通道內的電荷數據包。
CCD製造和操作可以針對不同的用途進行優化。上面的過程描述了幀傳輸CCD。雖然CCD可能是在濃度摻雜的P ++晶片上製造的，但也有可能在N-Wafer上製造P-Wells內部的設備。據報導，第二種方法可減少塗片，深色電流，紅外和紅色響應。這種製造方法用於構建Interline-Transfer設備。
CCD的另一個版本稱為蠕動CCD。在蠕動電荷耦合器件中，電荷包裝轉移操作類似於蠕動收縮和消化系統的擴張。蠕動CCD具有額外的植入物，可將電荷遠離矽/二氧化矽界面，並從一個門到另一個門產生一個大的側向電場。這提供了額外的驅動力來幫助轉移電荷包裝。
建築學
CCD圖像傳感器可以在幾個不同的架構中實現。最常見的是全幀，框架轉移和交織線。這些架構中每一個的區別特徵是它們解決關閉問題的方法。
在全幀設備中，所有圖像區域都處於活動狀態，並且沒有電子快門。必須將機械快門添加到這種類型的傳感器或設備時塗上圖像塗片或讀取時。
使用框架轉移CCD，矽區域的一半被不透明的面膜覆蓋（通常為鋁）。圖像可以快速從圖像區域轉移到不透明的區域或存儲區域，可接受的塗片為幾個。然後可以從存儲區域緩慢讀取該圖像，而新圖像正在積分或暴露在活動區域中。幀轉移設備通常不需要機械快門，並且是早期固態廣播相機的常見架構。幀轉移架構的缺點是它需要等效全幀設備的矽房地產的兩倍。因此，它的成本大約是兩倍。
Interline體系結構將此概念擴展到更進一步，並掩蓋了圖像傳感器的其他所有列以存儲。在此設備中，只有一個像素移動才能轉移從圖像區域轉移到存儲區域。因此，快門時間可能小於微秒，並且基本上消除了塗片。但是，優勢不是免費的，因為現在的成像區域被不透明的條帶覆蓋，將填充因子降至約50％，有效的量子效率等效量。現代設計通過在設備表面上添加微鏡來將光引導遠離不透明區域和活動區域，從而解決了這一有害特徵。根據像素尺寸和整體系統的光學設計，微膠絲可以將填充因子備份到90％或更高。
建築的選擇取決於實用性之一。如果應用程序無法忍受昂貴的，容易失敗的電力密集型機械快門，則可以選擇Interline設備。消費者快照攝像機使用了交通設備。另一方面，對於那些需要最好的光收集和金錢問題的應用程序，功率和時間不太重要，全幀設備是正確的選擇。天文學家傾向於更喜歡全框架設備。在解決了交貨設備的填充因素問題之前，幀轉移介於兩者之間，是一個共同的選擇。如今，通常會在不可用的交叉架構（例如在後刷設備中）選擇幀轉移。
數碼相機，光學掃描儀和攝像機用作光感應設備中，使用包含像素網格的CCD。他們通常對70％的入射光做出反應（這意味著量子效率約為70％），使其比攝影膜高得多，該膜僅捕獲了大約2％的入射光。
最常見的CCD類型對近紅外光敏感，該光線允許紅外攝影，夜間設備和零lux （或接近零lux）視頻記錄/攝影。對於基於矽的正常檢測器，靈敏度限制為1.1μm。他們對紅外線的敏感性的另一個結果是，遙控器的紅外線通常會出現在基於CCD的數碼相機或攝像頭上，如果他們沒有紅外蓋帽器。
冷卻可減少陣列的黑電流，從而提高CCD對低光強度的敏感性，即使對於紫外線和可見波長也是如此。專業的觀測值通常會用液氮冷卻其探測器，以將深色電流，因此將熱噪聲降低至可忽略的水平。
框架傳輸CCD
框架傳輸CCD成像儀是Michael Tompsett在Bell Laboratories提出的第一個用於CCD成像的成像結構。框架傳輸CCD是專門的CCD，通常用於天文學和一些專業攝像機，旨在高暴露效率和正確性。
CCD（天文學或其他方式）的正常功能可以分為兩個階段：暴露和讀數。在第一階段，CCD被動地收集傳入的光子，將電子存儲在其細胞中。通過曝光時間後，一次讀出一條線。在讀取階段，細胞向下移動CCD的整個區域。當它們移動時，它們繼續收集光。因此，如果轉移不夠快，則由於在轉移過程中落在電池持有電荷上的光可能導致錯誤。這些誤差稱為“垂直塗片”，並導致強大的光源在其確切位置上方和下方創建垂直線。此外，CCD在讀出時不能用於收集光線。更快的轉移需要更快的讀數，並且更快的讀數可能會在單元電荷測量中引入錯誤，從而導致更高的噪聲水平。
框架轉移CCD解決了這兩個問題：它具有屏蔽而不是光敏的區域，該區域包含與暴露於光線的區域一樣多。通常，該區域被鋁等反射材料覆蓋。當暴露時間升起時，細胞會非常迅速地轉移到隱藏區域。在這裡，可以免受任何傳入的光線，可以以任何速度讀取細胞，以正確測量細胞電荷所需的任何速度。同時，CCD的暴露部分再次收集光，因此在連續的暴露之間沒有延遲。
這種CCD的缺點是較高的成本：基本上需要翻倍，需要更複雜的控制電子設備。
加強電荷耦合設備
加強的電荷耦合設備（ICCD）是一個CCD，它是光學連接到安裝在CCD前面的圖像增強器的。
圖像增強劑包括三個功能元素：光電電極，微通道板（MCP）和磷光屏幕。這三個元素以提到的序列在另一個靠後面的一個靠近。來自光源的光子落在光電極上，從而產生光電子。光電子通過光電擊和MCP之間應用的電控制電壓加速了光電子。電子在MCP內部乘以，然後加速向磷光屏幕加速。磷光屏幕最終將乘數電子轉換迴光子，該光子由光纖或鏡頭引導到CCD。
圖像增強器固有地包含快門功能：如果光電陰極和MCP之間的控制電壓逆轉，則發射的光電子不被加速到MCP，而是返回到光電陰道。因此，沒有MCP將電子乘以和發射，也沒有電子進入磷光器屏幕，並且圖像增強劑不會發出光。在這種情況下，沒有光落在CCD上，這意味著快門關閉。逆轉光電極處的控制電壓的過程稱為門控，因此ICCD也稱為可蓋上CCD攝像機。
除了ICCD攝像機的極高靈敏度（可以實現單個光子檢測）之外，Gateabibility是ICCD比EMCCD攝像機的主要優點之一。性能最高的ICCD攝像機可使快門時間短至200個picseconds 。
ICCD攝像機的價格通常比EMCCD攝像機高得多，因為它們需要昂貴的圖像增強器。另一方面，EMCCD攝像機需要冷卻系統將EMCCD芯片冷卻至170 K （-103 °C ）的溫度。該冷卻系統為EMCCD攝像頭增加了額外的成本，並且通常會在應用程序中產生嚴重的冷凝問題。
ICCD用於夜視設備和各種科學應用中。
電子培養CCD
電子培養CCD（EMCCD，也稱為L3Vision CCD，這是E2V Ltd.，GB，L3CCD或Impactron CCD商業化的產品，這是Texas Instruments在過去提供的現已掩蓋的產品）是一款在電荷工具中）是一種電荷耦合的設備在移位寄存器和輸出放大器之間放置了增益寄存器。增益寄存器分為大量階段。在每個階段，電子都以與雪崩二極管相似的方式乘影響電離。寄存器的每個階段的增益概率很小（p <2％），但是由於元素的數量很大（n> 500），總體增益可能很高（），單個輸入電子給出數千個輸入電子輸出電子。從CCD讀取信號會產生噪聲背景，通常是幾個電子。在EMCCD中，這種噪聲疊加在數千個電子而不是單個電子上。因此，設備的主要優勢是它們可以忽略的讀數噪聲。喬治·E·史密斯/貝爾電話實驗室在1973年的美國專利3,761,744中已經描述了雪崩故障用於放大照片指控的使用。
EMCCD對加強CCD （ICCD）的敏感性相似。但是，與ICCD一樣，增益寄存器中應用的增益是隨機的，並且無法知道已應用於像素電荷的精確增益。在高收益（> 30）下，這種不確定性對信噪比（SNR）具有相同的影響，與以統一的增益相對於操作的量子效率（QE）減半。該效果稱為多餘的噪聲因子（ENF）。但是，在非常低的光水平（在量子效率最重要的情況下），可以假定像素要么包含電子，也不是。這消除了與隨機乘法相關的噪聲，其風險與單個電子相同的像素中計數多個電子。為了避免在這種操作方式中，由於復合光子的一致光子而在一個像素中避免多個計數，高幀速率是必不可少的。增益中的分散在右側的圖中顯示。對於具有許多元素和巨大收益的乘法寄存器，它是由等式很好地建模的：
由於成本較低和更好的分辨率，因此EMCCD能夠在許多應用中替換ICCD。 ICCD仍然具有一個優勢，即它們可以非常快速地封閉，因此在範圍門控成像等應用中很有用。 EMCCD攝像機不可或缺需要一個冷卻系統（使用熱電冷卻或液氮）將芯片冷卻至-65至-95°C（-85至-139°F）的溫度。該冷卻系統為EMCCD成像系統增加了額外的成本，並可能在應用程序中產生凝結問題。但是，高端EMCCD攝像機配備了一個限制芯片的永久性密封真空系統，以避免凝結問題。
EMCCD的低光能力在天文學和生物醫學研究中以及其他領域都可以使用。特別是，它們在高讀數速度下的低噪聲使它們對於涉及低光源和瞬態事件的各種天文應用非常有用。最近，這些類型的CCD已在低光應用中分為生物醫學研究領域，包括小動物成像，單分子成像，拉曼光譜，超級分辨率顯微鏡以及多種現代熒光顯微鏡技術，因此得益於更大與傳統的CCD和ICCD相比，在弱光條件下的SNR。
在噪聲方面，商用EMCCD攝像機通常具有時鐘誘導的電荷（CIC）和暗電流（取決於冷卻程度），從而導致每個像素讀取的有效讀數噪聲範圍為0.01至1個電子。但是，最近的EMCCD技術的改進導致了新一代的相機，能夠產生明顯較小的CIC，更高的電荷轉移效率，並且EM的增益比以前可用的攝像機增長了5倍。低光檢測中的這些進展導致每個像素讀取的有效總背景噪聲為0.001電子，這是任何其他低光成像設備無與倫比的噪聲底。
用於天文學
由於電荷耦合器件（CCD）的高量子效率（理想的量子效率為100％，每次入射光子一個產生的電子），其輸出線性的線性，與照相板相比易於使用，以及各種其他原因CCD被天文學家非常迅速地用於所有UV到紅外應用。
熱噪聲和宇宙射線可能會改變CCD陣列中的像素。為了應對這種影響，天文學家在關閉CCD快門並打開的情況下進行了幾次暴露。為了降低隨機噪聲，必須使用快門關閉拍攝的圖像平均值。一旦開發，就會從開放式圖像中減去深色框架平均圖像，以刪除CCD中的深色電流和其他系統缺陷（死像素，熱像素等）。較新的船長CCD通過多次收集收集的數據來反擊噪聲，並在精確的輕質暗物質搜索和中微子測量中應用。
特別是，哈勃太空望遠鏡具有一系列高度開發的步驟（“減少數據減少管道”），以將原始CCD數據轉換為有用的圖像。
天體照相中使用的CCD攝像機通常需要堅固的安裝座以應對風和其他來源的振動，以及大多數成像平台的巨大重量。為了長期接觸星系和星雲，許多天文學家使用一種稱為自動引導的技術。大多數自動化機使用第二個CCD芯片在成像過程中監測偏差。該芯片可以迅速檢測到跟踪時的錯誤，並命令安裝電動機糾正它們。
CCD的不尋常的天文應用稱為漂移掃描，使用CCD使固定的望遠鏡的行為像跟踪望遠鏡，並遵循天空的運動。 CCD中的電荷被轉移並沿平行於天空運動和相同速度的方向讀取。通過這種方式，望遠鏡可以比正常視場對天空的更大區域進行成像。斯隆數字天空調查是最著名的例子，它使用該技術來製作超過四分之一的天空調查。 Gaia空間望遠鏡是在此模式下運行的另一種儀器，在6小時內以1革命的恆定速率旋轉軸，並在此期間掃描了360°x 0.5°帶的360°；一顆恆星在大約40秒內（有效的暴露時間）在整個焦平面上遍歷整個焦平面。
除成像儀外，CCD還用於一系列分析儀器，包括光譜儀和干涉儀。
彩色相機
數字色攝像機，包括智能手機中的數字色攝像頭，通常使用一個積分的顏色圖像傳感器，該傳感器具有在CCD的單色像素頂部製造的顏色濾鏡陣列。最受歡迎的CFA模式被稱為拜耳過濾器，該過濾器以其發明家柯達科學家Bryce Bayer命名。在拜耳的圖案中，每個四個像素的每個正方形都有一個過濾的紅色，一個藍色和兩個綠色像素（人眼具有更大的亮度，其亮度比綠色更重，而綠色比紅色或藍色更重）。結果，使用棋盤格模式在每行和列中收集亮度信息，並且顏色分辨率低於亮度分辨率。
可以通過三CCD設備（ 3CCD ）和二分束分離器棱鏡來達到更好的顏色分離，從而將圖像分為紅色，綠色和藍色組件。安排三個CCD中的每一個都可以響應特定的顏色。儘管競爭性CMOS技術的發展使CMOS傳感器具有橫梁剪裁器和拜耳過濾器，但許多專業的視頻攝像頭和一些半專業攝像機都使用了這種技術，但在高端視頻和數字電影攝像機中越來越流行。 3CCD比拜耳面罩設備的另一個優點是較高的量子效率（較高的光靈敏度），因為鏡頭的大多數光都進入其中一個矽傳感器，而拜耳面罩則吸收了高比例（超過2/3）每個像素位置落在每個像素位置上。
對於靜止場景，例如，在顯微鏡中，可以通過顯微鏡技術來增強拜耳面罩設備的分辨率。在顏色共同採樣的過程中，產生了幾個場景的幀。在採集之間，傳感器以像素尺寸移動，因此視野中的每個點都是通過對其顏色的紅色，綠色和藍色組件敏感的掩碼元素連續獲取的。最終，圖像中的每個像素至少在每種顏色中至少掃描一次，並且三個通道的分辨率變得等效（在綠色通道加倍的同時，紅色和藍色通道的分辨率是四倍的） 。
傳感器尺寸
傳感器（CCD / CMO）具有各種尺寸或圖像傳感器格式。這些尺寸通常以一個英寸的分數指定為1/1.8英寸或2/3英寸，稱為光學格式。該測量值起源於1950年代和Vidicon管的時間。
開花
當CCD暴露足夠長的時間時，最終在圖像中最亮的部分中收集的“垃圾箱”的電子將溢出垃圾箱，從而導致開花。 CCD的結構使電子比另一個方向更容易流動，從而導致垂直條紋。
通過使用一些像素區域進行排水結構，可以將一些可以內置在CCD中內置的反掩蓋功能降低了對光的敏感性。詹姆斯·M·早期（James M. Early ）開發了一種垂直的反耀眼排水管，不會損害光收集區域，因此不會降低光敏度。