CN111147775B - 一种单片混合型ccd结构 - Google Patents

一种单片混合型ccd结构 Download PDF

Info

Publication number
CN111147775B
CN111147775B CN202010004308.9A CN202010004308A CN111147775B CN 111147775 B CN111147775 B CN 111147775B CN 202010004308 A CN202010004308 A CN 202010004308A CN 111147775 B CN111147775 B CN 111147775B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pixel
photosensitive area
horizontal register
register
isolation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010004308.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111147775A (zh
Inventor
白雪平
杨洪
翁雪涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CETC 44 Research Institute
Original Assignee
CETC 44 Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CETC 44 Research Institute filed Critical CETC 44 Research Institute
Priority to CN202010004308.9A priority Critical patent/CN111147775B/zh
Publication of CN111147775A publication Critical patent/CN111147775A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111147775B publication Critical patent/CN111147775B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57—Control of the dynamic range
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/79—Arrangements of circuitry being divided between different or multiple substrates, chips or circuit boards, e.g. stacked image sensors

Abstract

本发明公开了一种单片混合型CCD结构，包括衬底和设在该衬底上的线阵CCD单元、TDICCD单元和TDIEMCCD单元，所述线阵CCD单元包括第一水平寄存器、第一光敏区和第一放大器，所述第一光敏区与所述第一水平寄存器电连接，所述第一水平寄存器与所述第一放大器电连接；所述TDICCD单元包括第二水平寄存器、第二光敏区和第二放大器，所述第二光敏区与所述第二水平寄存器电连接，所述第二水平寄存器与所述第二放大器电连接；所述TDIEMCCD单元包括第三水平寄存器、第三光敏区、第三放大器和倍增寄存器，所述第三光敏区与所述第三水平寄存器电连接，所述第三水平寄存器与所述倍增寄存器电连接，所述倍增寄存器与所述第三放大器电连接。

Description

一种单片混合型CCD结构
技术领域
本发明涉及电荷耦合器件技术领域，特别是涉及一种单片混合型 CCD结构。
背景技术
CCD(Charge Coupled Device)指电荷耦合器件，是一种用电荷量表示信号大小，用耦合方式传输信号的探测元件，是航天用照相机的核心部件，但航天用照相机通常需要满足大动态范围的要求，现有 CCD的输出线性部分斜率较小，其动态范围通常适合于亮度较高的环境，因此现有的CCD通常难于兼顾夜间、晨昏和白昼成像大动态范围环境要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能兼顾夜间、晨昏和白昼成像的单片混合型CCD结构。
为解决上述问题，本发明提供了一种单片混合型CCD结构，包括衬底和设在该衬底上的线阵CCD单元，所述衬底上还设有TDICCD 单元和TDIEMCCD单元，所述线阵CCD单元包括第一水平寄存器、第一光敏区和第一放大器，所述第一光敏区与所述第一水平寄存器的输入端电连接，所述第一水平寄存器的输出端与所述第一放大器电连接，所述线阵CCD单元用于高亮度的动态成像；所述TDICCD单元包括第二水平寄存器、第二光敏区和第二放大器，所述第二光敏区与所述第二水平寄存器的输入端电连接，所述第二水平寄存器的输出端与所述第二放大器电连接，所述TDICCD单元用于中等亮度的动态成像；所述TDIEMCCD单元包括第三水平寄存器、第三光敏区、第三放大器和倍增寄存器，所述第三光敏区与所述第三水平寄存器的输入端电连接，所述第三水平寄存器的输出端与所述倍增寄存器的输入端电连接，所述倍增寄存器的输出端与所述第三放大器电连接，所述 TDIEMCCD单元用于低亮度的动态成像。
进一步的，所述第二水平寄存器和所述第二光敏区之间设有第一隔离行，所述第三水平寄存器和所述第三光敏区之间设有第一隔离行，所述第二光敏区远离所述第二水平寄存器的一侧设有第二隔离行，所述第三光敏区远离所述第三水平寄存器的一侧设有第二隔离行。
进一步的，所述第一水平寄存器两端设有哑元，所述第二水平寄存器两端设有哑元，所述倍增寄存器远离所述第三水平寄存器的一端设有哑元，所述第三水平寄存器与所述倍增寄存器之间设有弧形哑元。
进一步的，所述第一光敏区包括第一有效像元、第一隔离像元和第一暗像元，所述第一有效像元位于所述第一光敏区的中间区域，所述第一隔离像元位于所述第一有效像元的外侧，所述第一暗像元位于所述第一隔离像元的外侧。
进一步的，所述第二光敏区包括第二有效像元、第二隔离像元和第二暗像元，所述第二有效像元位于所述第二光敏区的中间区域，所述第二隔离像元位于所述第二有效像元的外侧，所述第二暗像元位于所述第二隔离像元的外侧。
进一步的，所述第三光敏区包括第三有效像元、第三隔离像元和第三暗像元，所述第三有效像元位于所述第三光敏区的中间区域，所述第三隔离像元位于所述第三有效像元的外侧，所述第三暗像元位于所述第三隔离像元的外侧。
进一步的，所述衬底为硅衬底。
本发明的有益效果：通过在同一衬底上集成设置线阵CCD单元、 TDICCD单元和TDIEMCCD单元，线阵CCD单元用于白昼时的高亮度动态成像，TDICCD单元用于晨昏时的中等亮度动态成像， TDIEMCCD单元用于夜晚时的低亮度动态成像，以满足航天用相机的大动态范围要求，提升CCD的动态范围特性。
附图说明
图1是本发明一种单片混合型CCD结构的较佳实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1所示，本发明一种单片混合型CCD结构，其较佳实施方式包括衬底1和设在该衬底上的线阵CCD单元2，所述衬底1上还设有TDICCD单元3和TDIEMCCD单元4，所述衬底1采用硅衬底，使衬底1具有良好的导热导电性能。
所述线阵CCD单元2包括第一水平寄存器21、第一光敏区22 和第一放大器23，所述第一光敏区22与所述第一水平寄存器21的输入端电连接，所述第一水平寄存器21的输出端与所述第一放大器 23电连接，用于高亮度的动态成像。所述第一水平寄存器21的两端设有哑元7，哑元7不承接第一光敏区22传输过来的信号，用于建立噪声测试时的参考基准。所述第一光敏区22包括第一有效像元 221、第一隔离像元222和第一暗像元223，所述第一有效像元221 位于所述第一光敏区22的中间区域，所述第一隔离像元222位于所述第一有效像元221的外侧，所述第一暗像元223位于所述第一隔离像元222的外侧，第一暗像元223用于建立暗电流的参考电平，第一隔离像元222用于将第一有效像元221与第一暗像元223进行隔离，避免第一有效像元221边缘的像元响应不均匀，以保证有效像元的数量。当高亮度的光注入时，第一光敏区22接收光子信号并将其转换为电子信号存储在第一水平寄存器21中，再通过第一放大器23将电子信号转换为可测量的电压信号输出，实现高亮度的动态成像。
所述TDICCD单元3包括第二水平寄存器31、第二光敏区32和第二放大器33，所述第二光敏区32与所述第二水平寄存器31的输入端电连接，所述第二水平寄存器31的输出端与所述第二放大器33 电连接，用于中等亮度的动态成像。所述第二水平寄存器31和所述第二光敏区32之间设有第一隔离行5，用于隔离第二水平寄存器31 和第二光敏区32，避免器件间信号相互干扰，所述第二光敏区32远离所述第二水平寄存器31的一侧设有第二隔离行6，避免第二光敏区32受外界信号的的干扰。所述第二水平寄存器31两端设有哑元7，哑元7不承接第二光敏区32传输过来的信号，用于建立噪声测试时的参考基准。所述第二光敏区32包括第二有效像元321、第二隔离像元322和第二暗像元323，所述第二有效像元321位于所述第二光敏区32的中间区域，所述第二隔离像元322位于所述第二有效像元 321的外侧，所述第二暗像元323位于所述第二隔离像元322的外侧，第二暗像元323用于建立暗电流的参考电平，第二隔离像元322用于将第二有效像元321与第二暗像元323进行隔离，避免第二有效像元 321边缘的像元响应不均匀，以保证有效像元的数量。当中等亮度的光注入时，第二光敏区32接收光子信号并将其转换为电子信号存储在第二水平寄存器31中，再通过第二放大器33将电子信号转换为可测量的电压信号输出，实现中等亮度的动态成像。
所述TDIEMCCD单元4包括第三水平寄存器41、第三光敏区 42、第三放大器43和倍增寄存器44，所述第三光敏区42与所述第三水平寄存器41的输入端电连接，所述第三水平寄存器41的输出端与所述倍增寄存器44的输入端通过弧形哑元8连接，能大幅减小芯片结构提高芯片空间利用率，所述倍增寄存器44的输出端与所述第三放大器43电连接，用于低亮度的动态成像。所述第三水平寄存器 41和所述第三光敏区42之间设有第一隔离行5，用于隔离第三水平寄存器41和第三光敏区42，避免器件间信号相互干扰，所述第三光敏区42远离所述第三水平寄存器41的一侧设有第二隔离行6，避免第三光敏区42受外界信号的干扰。所述倍增寄存器44远离所述第三水平寄存器41的一端设有哑元7，哑元7不承接第三光敏区42传输过来的光子信号，用于建立噪声测试时的参考基准。所述第三光敏区 42包括第三有效像元421、第三隔离像元422和第三暗像元423，所述第三有效像元421位于所述第三光敏区42的中间区域，所述第三隔离像元422位于所述第三有效像元421的外侧，所述第三暗像元 423位于所述第三隔离像元422的外侧，第三暗像元423用于建立暗电流的参考电平，第三隔离像元422用于将第三有效像元421与第三暗像元423进行隔离，避免第三有效像元421边缘的像元响应不均匀，以保证有效像元的数量。当低亮度的光注入时，第三光敏区42接收光子信号并将其转换为电子信号存储在第三水平寄存器41中，再通过倍增寄存器44对电子信号进行放大，最后通过第三放大器43将放大后的电子信号转换为可测量的电压信号输出，实现低等亮度的动态成像。
本实施例的工作原理如下：
本发明一种单片混合型CCD结构基于光电效应、水平寄存器的存储功能、倍增寄存器对电荷的倍增放大等理论实现，工作时外接驱动装置，根据外界光照强度的不同来驱动相应的CCD单元进行工作，当为高亮度光时，此时线阵CCD单元2上第一光敏区22通过光电效应将第一光敏区22接收的光子信号转换为电子信号存储在第一水平寄存器21中，然后通过第一放大器23将电子信号转换为可以测量的电压信号输出，以实现高亮度动态成像；当为中等亮度光时，此时 TDICCD单元3上的第二光敏区32通过光电效应将第二光敏区32接收的光子信号转换为电子信号存储在第二水平寄存器31中，然后通过第二放大器33将电子信号转换为可以测量的电压信号输出，以实现中等亮度动态成像；当为低亮度光时，此时TDIEMCCD单元4上的第三光敏区42通过光电效应将第三光敏区42接收的光子信号转换为电子信号并存储在第三水平寄存器41中，第三水平寄存器41上连接有倍增寄存器44，倍增寄存器44将第三水平寄存器41中的电子信号进行倍增，然后通过第三放大器将倍增放大后的电子信号转换为可测量的电压信号输出，以实现低亮度动态成像。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明的专利保护范围之内。

Claims (6)

1.一种单片混合型CCD结构，包括衬底(1)和设在该衬底(1)上的线阵CCD单元(2)，其特征在于：所述衬底(1)上还设有TDICCD单元(3)和TDIEMCCD单元(4)，所述线阵CCD单元(2)包括第一水平寄存器(21)、第一光敏区(22)和第一放大器(23)，所述第一光敏区(22)与所述第一水平寄存器(21)的输入端电连接，所述第一水平寄存器(21)的输出端与所述第一放大器(23)电连接，所述线阵CCD单元(2)用于高亮度的动态成像；所述TDICCD单元(3)包括第二水平寄存器(31)、第二光敏区(32)和第二放大器(33)，所述第二光敏区(32)与所述第二水平寄存器(31)的输入端电连接，所述第二水平寄存器(31)的输出端与所述第二放大器(33)电连接，所述TDICCD单元(3)用于中等亮度的动态成像；所述TDIEMCCD单元(4)包括第三水平寄存器(41)、第三光敏区(42)、第三放大器(43)和倍增寄存器(44)，所述第三光敏区(42)与所述第三水平寄存器(41)的输入端电连接，所述第三水平寄存器(41)的输出端与所述倍增寄存器(44)的输入端电连接，所述倍增寄存器(44)的输出端与所述第三放大器(43)电连接，所述第三水平寄存器(41)与所述倍增寄存器(44)之间设有弧形哑元(8)，所述TDIEMCCD单元(4)用于低亮度的动态成像；所述第三光敏区(42)包括第三有效像元(421)、第三隔离像元(422)和第三暗像元(423)，所述第三有效像元(421)位于所述第三光敏区(42)的中间区域，所述第三隔离像元(422)位于所述第三有效像元(421)的外侧，所述第三暗像元(423)位于所述第三隔离像元(422)的外侧。
2.根据权利要求1所述的一种单片混合型CCD结构，其特征在于：所述第二水平寄存器(31)和所述第二光敏区(32)之间设有第一隔离行(5)，所述第三水平寄存器(41)和所述第三光敏区(42)之间设有第一隔离行(5)；所述第二光敏区(32)远离所述第二水平寄存器(31)的一侧设有第二隔离行(6)，所述第三光敏区(42)远离所述第三水平寄存器(41)的一侧设有第二隔离行(6)。
3.根据权利要求1所述的一种单片混合型CCD结构，其特征在于：所述第一水平寄存器(21)两端设有哑元(7)，所述第二水平寄存器(31)两端设有哑元(7)，所述倍增寄存器(44)远离所述第三水平寄存器(41)的一端设有哑元(7)，所述第三水平寄存器(41)与所述倍增寄存器(44)之间设有弧形哑元(8)。
4.根据权利要求1所述的一种单片混合型CCD结构，其特征在于：所述第一光敏区(22)包括第一有效像元(221)、第一隔离像元(222)和第一暗像元(223)，所述第一有效像元(221)位于所述第一光敏区(22)的中间区域，所述第一隔离像元(222)位于所述第一有效像元(221)的外侧，所述第一暗像元(223)位于所述第一隔离像元(222)的外侧。
5.根据权利要求1所述的一种单片混合型CCD结构，其特征在于：所述第二光敏区(32)包括第二有效像元(321)、第二隔离像元(322)和第二暗像元(323)，所述第二有效像元(321)位于所述第二光敏区(32)的中间区域，所述第二隔离像元(322)位于所述第二有效像元(321)的外侧，所述第二暗像元(323)位于所述第二隔离像元(322)的外侧。
6.根据权利要求1所述的一种单片混合型CCD结构，其特征在于：所述衬底(1)为硅衬底。
CN202010004308.9A 2020-01-03 2020-01-03 一种单片混合型ccd结构 Active CN111147775B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010004308.9A CN111147775B (zh) 2020-01-03 2020-01-03 一种单片混合型ccd结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010004308.9A CN111147775B (zh) 2020-01-03 2020-01-03 一种单片混合型ccd结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111147775A CN111147775A (zh) 2020-05-12
CN111147775B true CN111147775B (zh) 2022-07-08

Family

ID=70523373

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010004308.9A Active CN111147775B (zh) 2020-01-03 2020-01-03 一种单片混合型ccd结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111147775B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114157818B (zh) * 2021-12-16 2023-11-03 中国电子科技集团公司第四十四研究所 具有多种工作模式的帧转移ccd及其控制方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5026641B2 (ja) * 2000-04-28 2012-09-12 テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッド 固体撮像センサ
JP4661912B2 (ja) * 2008-07-18 2011-03-30 ソニー株式会社 固体撮像素子およびカメラシステム
TWI690594B (zh) * 2011-01-21 2020-04-11 美商賽瑞諾斯Ｉｐ有限責任公司 樣本使用最大化之系統及方法
CN106454159A (zh) * 2016-10-21 2017-02-22 北方电子研究院安徽有限公司 一种高动态emccd图像传感器

Also Published As

Publication number Publication date
CN111147775A (zh) 2020-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9887232B2 (en) Photodetector circuit and semiconductor device
CN101387771B (zh) 液晶显示装置
CN100401752C (zh) 放大型固态图像摄取装置
CN107314813B (zh) 光强检测单元、光强检测方法和显示装置
CN101567378A (zh) 固体拍摄装置及其制造方法
CN104092962A (zh) 具有补充电容性耦合节点的图像传感器和其操作方法
JP5284487B2 (ja) 表示装置
CN111147775B (zh) 一种单片混合型ccd结构
US11539905B2 (en) Image sensing device including conversion gain capacitor
CN111312161A (zh) 像素驱动电路以及显示面板
CN208540034U (zh) 图像传感器
CN110460786B (zh) 像素感应电路、第一偏置电压确定方法、电子设备
KR20190135182A (ko) 공통 선택 트랜지스터를 가진 유닛 픽셀 블록을 포함하는 이미지 센서
CN103474443B (zh) 用于测量cmos图像传感器转换增益的像素单元及方法
CN103491323B (zh) 一种cmos图像传感器的像素单元和阵列及其制作方法
CN102610625B (zh) 具有实时显示功能的图像传感器及其制造方法
CN106782273A (zh) 像素电路及其驱动方法、显示装置
WO2010100958A1 (ja) 表示装置
CN101212580A (zh) Cmos图像传感器
CN209448819U (zh) 一种具有多转换增益的像素电路
CN102522417B (zh) 图像传感器及源跟随器
CN100421459C (zh) Cmos图像传感器
TW587334B (en) Solid-state image pickup device and electronic information apparatus
CN104394339B (zh) 一种实现cmos图像传感器像素单元自动合并的结构和实现方法
KR100507879B1 (ko) Ｃｍｏｓ이미지 센서의 단위 화소

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant