[發明專利]一種具有類像元曝光控制結構的幀轉移CCD

在審

• 申請號: 202111136478.3
• 申請日: 2021-09-27
• 公開（公告）號: CN113938623A
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: 楊洪;白雪平;李金
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十四研究所
• 主分類號: H04N5/355
• 分類號: H04N5/355;H04N5/3725
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務所 50215
• 代理人: 盧勝斌

本發明涉及一種CCD圖像傳感器結，特別涉及一種具有類像元曝光控制結構的幀轉移CCD，包括在光敏區和存儲區之間插入類像元曝光控制結構的方式進行曝光控制，類像元曝光控制結構由垂直轉移柵、曝光柵、曝光漏、曝光勢壘以及溝阻構成，曝光柵、曝光漏電學連接通過一次接觸孔、一次金屬、二次接觸孔以及二次金屬實現；本發明采取在光敏區和存儲區之間插入類像元曝光控制結構進行曝光控制，不會擠占光敏區像元面積，確保幀轉移CCD靈敏度、勢阱容量、動態范圍等性能不受到影響。

技術領域

本發明涉及一種CCD圖像傳感器結，特別涉及一種具有類像元曝光控制結構的幀轉移CCD。

背景技術

幀轉移CCD作為面陣CCD的重要分支，在天文觀測、空間遙感等光電成像領域得到了廣泛的應用，在一些特殊的領域，如高光譜成像、碰撞試驗攝影、動物生態學研究等，幀轉移CCD成為關鍵組件。幀轉移CCD作為高光譜相機成像系統關鍵組件在軌運行時，由于大氣光散射、系統參數誤差、輻射定標誤差、幀轉移CCD壽命末期暗電流增加、工作點漂移導致的滿阱容量減小等因素會造成幀轉移CCD超出動態范圍而出現飽和，成像模糊，為此需要幀轉移CCD增加曝光控制功能。傳統的曝光控制結構需要占用額外的光敏面積造成靈敏度降低，或者造成勢阱容量減小，不適用于高靈敏度成像應用。

發明內容

為了滿足以幀轉移CCD圖像傳感器為核心部件的相機成像系統應用需求，本發明提出一種具有類像元曝光控制結構的幀轉移CCD，在光敏區和存儲區之間插入類像元曝光控制結構的方式進行曝光控制，所述類像元曝光控制結構包括第一垂直轉移柵、第二垂直轉移柵、曝光柵、曝光漏、曝光勢壘以及溝阻，第一垂直轉移柵和第二垂直轉移柵垂直電連接，曝光柵和曝光漏上分別設置有一次接觸孔，一次接觸孔中填充有一次金屬，一次金屬上設置有二次接觸空，二次接觸孔中填充有二次金屬，曝光柵和曝光漏通過二次金屬與外圍驅動電路電學連接；曝光勢壘設置在曝光柵之下，在曝光柵控制下實現柵下溝道開啟和關斷。

進一步的，第N幀類像元曝光控制結構的幀轉移CCD時序控制包括：

第N幀無效積分時間；

幀轉移至類像元曝光控制結構的電荷泄放通道，該通道由類像元曝光控制結構的曝光柵、曝光漏、曝光勢壘構成；

第N幀有效積分時間；

幀轉移至存儲區；

第N幀讀出，在第N幀讀出的同時開始第N+1幀無效積分時間。

進一步的，幀周期T_frame為從當前幀無效積分時間至當前幀轉移到存儲區這一段時間，當前幀有效積分周期為T_int，若需要實現T_int＝T_frame，則在光敏區電荷積分、轉移過程中，曝光柵控制曝光勢壘關閉，光敏區積分完成后的N行信號進行快速行轉移至存儲區，光敏區每一行電荷信號皆會在類像元曝光控制結構的第一垂直轉移柵和第二垂直轉移柵經歷存儲、轉移過程。

進一步的，幀周期T_frame為從當前幀無效積分時間至當前幀轉移到存儲區這一段時間，當前幀有效積分周期為T_int，若第N+1幀信號需要實現T_int＜T_frame，具體包括：

假設在t₀＝0時，第N幀信號幀轉移過程結束，第N+1幀信號開始積分光敏區垂直轉移柵處于積分電平狀態，類像元曝光控制結構的垂直轉移柵偏置為低電平，曝光柵偏置在高電平，使得曝光勢壘開啟；