理论教育 CCD图像传感器的原理与结构分析

CCD图像传感器的原理与结构分析

时间:2023-06-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:目前更多地在CCD 图像传感器上使用的是光敏元器件与移位寄存器分离式的结构,如图5-3 所示。CCD 电容器阵列陷阱中的电荷仍然采用时序脉冲控制转移输出。由于这些优点,所以双读式已经发展成为线阵固态图像传感器的主要结构形式。面阵固态图像传感器由双读式结构线阵构成,它有多种类型。图5-42048 位MOS 电容器线阵CCD 内部框图行转移和行间转移方式也有各自独特的转移方式。

CCD图像传感器的原理与结构分析

MOS 电容器在光照下产生光生电荷,经三相时序脉冲控制转移输出的结构实质上是一种光敏元器件与移位寄存器合而为一的结构,称为光积蓄式结构。这种结构最简单,但是因光生电荷的积蓄时间比转移时间长得多,所以再生图像往往产生“拖尾”,图像容易模糊不清。另外,直接采用MOS 电容器感光虽然有不少优点,但它对蓝光的透过率差,灵敏度较低。

目前更多地在CCD 图像传感器上使用的是光敏元器件与移位寄存器分离式的结构,如图5-3 所示。

图5-3 光敏元器件与移位寄存器分离式结构

(a) 单读式;(b)双读式

这种结构采用光电二极管阵列作为感光元器件,当光电二极管在受到光照时,便产生相应于入射光量的电荷,再经过电注入法将这些电荷引入CCD 电容器阵列的陷阱中,便成为用光电二极管感光的CCD 图像传感器。它的灵敏度极高,在低照度下也能获得清晰的图像,在强光下也不会烧伤感光面。CCD 电容器阵列陷阱中的电荷仍然采用时序脉冲控制转移输出。CCD 电容器阵列在这里只起移位寄存器的作用。(www.daowen.com)

如图5-4 所示,给出了分离式的2048 位MOS 电容器线阵CCD 内部框图。图中移位寄存器被分别配置在光敏元器件线阵的两侧,奇偶数号位的光敏元器件分别与两侧的移位寄存器的相应小单元对应。这种结构为双读式结构,它与长度相同的单读式相比较,可以获得高出两倍的分辨率。同时,CCD 移位寄存器的级数仅为光敏单元数的一半,可以使CCD特有的电荷转移损失大为减少,较好地解决了因转移损失造成的分辨率降低的问题。在同一效果情况下,双读式可以缩短器件尺寸。由于这些优点,所以双读式已经发展成为线阵固态图像传感器的主要结构形式。

面阵固态图像传感器由双读式结构线阵构成,它有多种类型。常见的有行转移(LT)、帧转移(FT)和行间转移(ILT)方式。

帧转移(FT)方式是在光敏元器件和移位寄存器组成的光敏区外另设信号电荷暂存区,在光敏区的光生电荷积蓄到一定数量后,在极短的时间内迅速送到有光屏蔽的暂存区。这时,光敏区又开始下一帧信号电荷的生成与积蓄过程,而暂存区利用这个时间将上一帧信号电荷一行一行地移往读出寄存器读出。在暂存区的信号电荷全部被读出后,在时钟脉冲的控制下,又开始下一帧信号电荷的由光敏区向暂存区的迅速转移。

图5-4 2048 位MOS 电容器线阵CCD 内部框图

行转移(LT)和行间转移(ILT)方式也有各自独特的转移方式。

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