CCD图像传感器类型:全帧,交际转移和帧转移CCD

时间:2025-03-03

  半导体区域可以作为光活性元素和电荷转移设备的功能,但这正是FF CCD中发生的情况,这是违反直觉的。在整合过程中,像素位置响应入射光子而累积电荷。集成后,电荷数据包通过像素位置垂直移动到水平移位。

     通过应用仔细定时的时钟信号来获得CCD像素数据,这些时钟信号在设备的电荷转移结构中依次创建潜在的井和潜在的障碍。在全帧CCD中,我们需要能够将这些控制电压应用于也充当光电轨道的区域。因此,栅极电极由透明的多硅烷制成。

  全帧CCD(相对)直接,(相对)易于制造,它们使整个CCD表面都具有光敏性。这化了可以包含在给定的硅区域中的像素的数量,并且还化了每个像素的一部分,实际上能够将光子转换为电子。

  但是,一个主要的限制是需要机械快门(或称为频闪的简短灯光来源)。 CCD的光活动区域不会仅仅因为您决定是时候进行读数了。如果没有机械快门在曝光周期完成后阻止传入光线的机械快门,则在(有意)集成过程中产生的电荷数据包将被读数期间到达的光所破坏。

  这是全帧CCD的基本体系结构。
  帧转移CCD
  通常,我们更喜欢以电子方式控制暴露。快门(与其他快速移动的高精度机械设备一样)使设计更加复杂,终产品更昂贵,并且整体系统更容易受到故障。在电池供电的应用中,启动物理物体所需的额外能量也是不可能的。
  FT CCD允许我们维持FF CCD的某些好处,而(几乎)消除了对快门的需求。这是通过将FF CCD分为两个同等大小的部分来完成的。这些部分之一是正常的光敏成像阵列,另一个是一个储存阵列,它避免了入射光。
  集成后,将所有像素的电荷数据包迅速传输到存储阵列,然后在存储阵列中发生读数。在读取存储位置时,活动像素可以为下一个图像积累电荷,这允许帧转移CCD达到比全帧CCD更高的帧速率。
  我说FT体系结构几乎消除了快门设计,因为没有快门设计会遇到一个称为垂直涂片的问题。电荷数据包从活动像素到存储位置的转移很快发生,但不会瞬间发生,因此可以通过在垂直传输期间到达传感器的光更改图像信息。

  FT体系结构的主要缺点是相对于图像质量,面积更高,面积增加,因为您基本上要使用FF传感器,然后将像素数量减少了两个。

  帧转移CCD将存储阵列添加到全帧架构中。
  Interline-Transfer CCD
  我们需要的一个重大的建筑改进是将集成电荷转移到存储区域的一种方法,以至于将涂片降低到可忽略不计的水平。 Interline-Transfer CCD通过提供与每个光活性位置相邻的存储(和传输)区域网络来实现这一目标。当曝光完成后,传感器中的每个电荷数据包都会同时转移到非光敏的垂直移位寄存器中。
  因此,它CCD可以用的涂片启用电子快门,并且像ft CCD一样,它们可以在读数过程中进行集成,从而保持较高的框架速率能力。但是,如果从光活性柱中发出的光收费泄漏到读数期间相邻的垂直移位寄存器中,可能会发生一些涂片。如果应用程序不需要高帧速率,则可以通过延迟集成在读数完成之前消除此问题。

  Interline CCD不需要在帧转移CCD中使用的大型存储部分,但是它们引入了一个新的劣势:传感器成为将光子转换为电子的效率较低的方法,因为每个像素位置现在由光电二极管和垂直移位寄存器的一部分组成。换句话说,一部分像素的一部分对光不敏感,因此相对于像素区域上落下的光量产生的电荷较少。通过添加细小的镜头来促进传感器,将其浓缩到每个像素的光活性区域,但是这些“微透镜”带有自己的一系列困难,从而极大地减轻了灵敏度的丧失。

  在Interline-Transfer架构中,存储(和垂直传输)区域位于光活动柱之间。


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