文档介绍：第5章图像传感器
图像传感器
CMOS 图像传感器
实训
CCD(Charge Coupled Device)D电荷耦合器件制成,是固态图像传感器的一种,。
它是在MOS集成电路基础上发展起来的,能进行图像信息光电转换、存储、延时和按顺序传送。
它的集成度高、功耗小、结构简单、耐冲击、寿命长、性能稳定,因而被广泛应用。
CCD电荷耦合器件是按一定规律排列的MOS(金属—氧化物—半导体)电容器组成的阵列,其构造如图5-1所示。
在P型或N型硅衬底上生长一层很薄(约1200A)的二氧化硅,再在二氧化硅薄层上依次沉积金属或掺杂多晶硅形成电极,称为栅极。该栅极和P型或N型硅衬底就形成了规则的MOS电容器阵列。
D电荷耦合器件芯片。
图5-D电荷耦合器件
每一个MOS电容器实际上就是一个光敏元件。
当光照射到MOS电容器的P型硅衬底上时,会产生电子空穴对(光生电荷),电子被栅极吸引存储在陷阱中。入射光强,则光生电荷多,入射光弱,则光生电荷少。
无光照的MOS电容器则无光生电荷。
若停止光照,由于陷阱的作用,电荷在一定时间内也不会消失,可实现对光照的记忆。MOS电容器可以被设计成线阵或面阵。一维的线阵接收一条光线的照射。二维的面阵接收一个平面的光线的照射。
CCD摄像机、照相机光电转换如图5-2所示。
景物
CCD
面阵
存储
显示
透镜
滤光片
放大器
图5-2 面阵MOS电容器的光电转换
CCD电荷耦合器件的集成度很高,在一块硅片上制造了紧密排列的许多MOS电容器光敏元件。线阵的光敏元件数目从256个到4096个或更多。
面阵的光敏元件的数目可以是500×500个(25万个),甚至2048×2048个(约400万个)以上,现在已出现800万以上的了。
在CCD芯片上同时集成有扫描电路,它们能在外加时钟脉冲的控制下,产生三相时序脉冲信号,由左到右,由上到下,将存储在整个面阵的光敏元件下面的电荷逐位、逐行快速地以串行模拟脉冲信号输出。
MOS电容器实质上是一种光敏元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,灵敏度低。
D图像传感器上使用的是光敏元件与移位寄存器分离式的结构,如图5-3所示。
(a)单读示(b)双读示
图5-3 光敏元件与移位寄存器分离式结构