CN111355906A - 一种基于ccd与cmos集成技术的图像传感器 - Google Patents

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王小东
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Abstract

本发明公开了一种基于CCD与CMOS集成技术的图像传感器，包括CCD探测模块和CMOS读出模块，所述CMOS读出模块设置于所述CCD探测模块的两侧且与CCD探测模块电连接，所述CCD探测模块用于探测光信号并产生电荷包信号后传输给所述CMOS读出模块，所述CMOS读出模块用于读出所述CCD探测模块探测到的光信号；所述CCD探测模块包括若干输出转移栅和若干信号输出端，每一所述信号输出端对应与一输出转移栅连接；所述CMOS读出模块包括若干读出电路和若干信号输入端，每一所述读出电路对应与一信号输入端连接；所述信号输出端与所述信号输入端对应连接，用于将CCD探测模块产生的电荷包信号传输给所述CMOS读出模块。

Description

一种基于CCD与CMOS集成技术的图像传感器
技术领域
本发明涉及图像传感器技术领域，特别是涉及一种基于CCD与CMOS集成技术的图像传感器。
背景技术
图像传感器作为摄像机最为核心的部件，主要有CCD(Charge Couple Device,电荷耦合器件)与CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互补金属氧化物半导体)两种类型。其中，CCD图像传感器具有满阱容量大、动态范围高、宽光谱高量子效率的特点，常应用于高光谱成像以及军事目标探测和分析，但相机系统比较复杂，存在功耗高、体积大、成本较高等缺点；而CMOS图像传感器则相反，具有低成本，低功耗，高集成度以及更快读出速度的优势，常应用于高清监控等大数据量应用，但在成像等性能上不如CCD图像传感器。
因此，研制一种既具备有CCD图像传感器高成像质量和CMOS图像传感器高集成度的图像传感器，同时减小图像传感器成像系统的体积和功耗，这就变得十分重要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种成像质量高、集成度高和功耗低的基于CCD与CMOS集成技术的图像传感器。
为解决上述问题，本发明提供一种基于CCD与CMOS集成技术的图像传感器，包括CCD探测模块和CMOS读出模块，所述CMOS读出模块设置于所述CCD探测模块的两侧且与CCD探测模块电连接，所述CCD探测模块用于探测光信号并产生电荷包信号后传输给所述CMOS读出模块，所述CMOS读出模块用于读出所述CCD探测模块探测到的光信号；所述CCD探测模块包括若干输出转移栅和若干信号输出端，每一所述信号输出端对应与一输出转移栅连接，所述输出转移栅用于将所述CCD探测模块曝光时产生的电荷包信号传输到所述信号输出端；所述CMOS读出模块包括若干读出电路和若干信号输入端，每一所述读出电路对应与一信号输入端连接，所述读出电路用于采集并处理所述信号输入端接收的电荷包信号；所述信号输出端与所述信号输入端对应连接，用于将CCD探测模块产生的电荷包信号传输给所述CMOS读出模块。
进一步的，所述CCD探测模块还具有电源输入端和复位端，所述电源输入端与外部电源连接，所述复位端用于接入复位控制信号；所述CCD探测模块还包括若干PMOS管，每一所述PMOS管的栅极均连接所述复位端，用于接收复位控制信号，源极均连接所述电源输入端，用于接入外部电源，漏极对应连接一信号输出端，用于清空所述信号输出端多余的电荷。
进一步的，所述CCD探测模块还包括若干运算放大器，每一所述运算放大器的输入端对应与一输出转移栅连接，每一所述运算放大器的输出端对应与一信号输出端连接。
进一步的，所述CCD探测模块还设有衬底电压输入端，用于在CCD探测模块上接入衬底电压。
进一步的，所述读出电路为CTIA读出结构或PGA读出结构。
进一步的，所述CCD探测模块和所述CMOS读出模块上对应位置设有若干互联压点。
进一步的，所述图像传感器采用基于RDL技术的晶圆级集成式封装结构，所述晶圆级集成式封装结构为TSV系统集成式封装结构或SIP系统集成式封装结构。
本发明的有益效果：通过连接CCD探测模块和CMOS读出模块，利用CMOS读出模块对CCD探测模块输出的信号进行处理，然后采用晶圆集成式封装结构对CCD探测模块和CMOS读出模块进行封装，实现对CCD探测模块的信号的片上数字式输出，使得图像传感器兼具CCD芯片成像质量高和CMOS芯片集成度高的优点，极大简化了传统相机系统的复杂度，使相机系统具有更低的功耗和更低的成本，同时保留传统相机系统高成像质量的优势。
附图说明
图1是本发明一种基于CCD与CMOS集成技术的图像传感器的工艺集成原理示意图。
图2是图1所示图像传感器的较佳实施方式的结构示意图。
图3是图1所示图像传感器另一种实施方式的结构示意图。
图4是图1所示图像传感器又一种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1-4所示，是本发明一种基于CCD与CMOS集成技术的图像传感器的工艺集成原理图，所述图像传感器包括CCD探测模块1和CMOS读出模块2，所述CMOS读出模块2设置于CCD探测模块1的两侧且与CCD探测模块1电连接，所述CCD探测模块1用于探测光信号并产生电荷包信号后传输给所述CMOS读出模块2，所述CCD探测模块1采用外延结构和埋沟结构，分别实现对不同谱段光信号的高效吸收及对不同谱段光信号的高效探测和光电信号的收集；所述CCD探测模块1还采用TDI或者EM构架，以实现原始模拟光电子信号的累加，进而达到高灵敏微光探测的目的。所述CMOS读出模块2用于读出所述CCD探测模块1探测到的光信号。所述CCD探测模块1和所述CMOS读出模块2上对应位置设有若干互联压点3，用于所述CCD探测模块1和CMOS读出模块2的相互电连接。
所述读出电路为CTIA读出结构或PGA读出结构。
所述图像传感器采用基于RDL技术的晶圆级集成式封装结构，所述晶圆级集成式封装结构为TSV系统集成式封装结构或SIP系统集成式封装结构。
实施例一
如图2所示，为本发明一种基于CCD与CMOS集成技术的图像传感器的较佳实施方式的结构示意图，所述CCD探测模块1包括若干输出转移栅111和若干信号输出端112，每一所述信号输出端112对应与一输出转移栅111连接，所述输出转移栅111用于将所述CCD探测模块1曝光时产生的电荷包信号传输到所述信号输出端112。所述CCD探测模块1还设有衬底电压输入端V1，用于在CCD探测模块1上接入衬底电压V1，用于实现CCD探测模块1和CMOS读出模块2之间工作时电压匹配。所述CMOS读出模块2包括若干读出电路211和若干信号输入端212，每一所述读出电路211对应与一信号输入端212连接，所述读出电路211用于采集并处理所述信号输入端212接收的电荷包信号。在本实施例中，所述读出电路211为CTIA读出结构。所述CCD探测模块1的信号输出端112与所述CMOS读出模块2的信号输入端212对应连接，用于将CCD探测模块1产生的电荷包信号传输给所述CMOS读出模块2。
本实施例中，所述CCD探测模块1经曝光后产生电荷包信号，电荷包信号经过输出转移栅111被直接转移到所述CCD探测模块1的信号输出端112，CCD探测模块1和CMOS读出模块2之间通过RDL技术连接，因此电荷包信号由CCD探测模块1的信号输出端112传输到CMOS读出模块2的信号输入端212，然后被CMOS探测模块中2的读出电路211所采集，电荷包信号经读出电路211转换为电压信号后，再经CMOS读出模块2中后级电路的处理，完成对CCD探测模块1的信号的片上数字式输出。
实施例二
如图3所示，为本发明一种基于CCD与CMOS集成技术的图像传感器的另一种实施方式的结构示意图，所述CCD探测模块1包括若干输出转移栅121和若干信号输出端122，每一所述信号输出端122对应与一输出转移栅121连接，所述输出转移栅121用于将所述CCD探测模块1曝光时产生的电荷包信号转移到所述信号输出端122。在本实施例中，所述CCD探测模块1还具有电源输入端VDD和复位端RESET，所述电源输入端VDD与外部电源连接，所述复位端RESET用于接入复位控制信号。所述CCD探测模块1还包括若干PMOS管MP1，每一所述PMOS管MP1的栅极均连接所述复位端RESET，用于接收复位控制信号，每一所述PMOS管MP1的源极均连接所述电源输入端VDD，用于接入外部电源，以为CCD探测模块1提供工作电源VDD，每一所述PMOS管MP1的漏极对应连接一信号输出端122，用于将其栅极接受的复位控制信号传输至信号输出端122以清空所述信号输出端122多余的电荷。所述CMOS读出模块2包括若干读出电路221和若干信号输入端222，每一所述读出电路221对应与一信号输入端222连接，所述读出电路221用于采集并处理所述信号输入端122接收的电荷包信号；在本实施例中，所述读出电路221为PGA读出结构。所述CCD探测模块1的每一信号输出端122对应与所述CMOS读出模块2的一信号输入端222连接，用于将CCD探测模块1产生的电荷包信号传输给所述CMOS读出模块2。
本实施例中，首先，在复位端RESET接入复位控制信号，对CCD探测模块1的信号输出端122进行电荷包信号复位，以抽空信号输出端122上多余的电荷。完成复位操作后，CCD探测模块1经曝光产生电荷包信号，电荷包信号经过输出转移栅121被直接转移到CCD探测模块1的信号输出端122，CCD探测模块1和CMOS读出模块2之间通过RDL技术连接，因此电荷包信号由CCD探测模块1的信号输出端122传输到CMOS读出模块2的信号输入端22，然后被CMOS探测模块2中的读出电路221所采集，电荷包信号通过读出电路221的交流耦合转换为电压信号，最后经CMOS读出模块2中后级电路的处理，完成对CCD探测模块的信号的片上数字式输出。
实施例三
如图4所示，为本发明一种基于CCD与CMOS集成技术的图像传感器的又一种实施方式的结构示意图，所述CCD探测模块1包括若干输出转移栅131和若干信号输出端132，每一所述信号输出端132对应与一输出转移栅131连接，所述输出转移栅131用于将所述CCD探测模块1曝光时产生的电荷包信号转移到所述信号输出端132。所述CCD探测模块1还具有电源输入端VDD和复位端RESET，所述电源输入端VDD与外部电源连接，所述复位端RESET用于接入复位控制信号。所述CCD探测模块1还包括若干PMOS管MP2，所述PMOS管MP2的栅极均连接所述复位端RESET，用于接收复位控制信号，源极均连接所述电源输入端VDD，用于接入外部电源，以为CCD探测模块1提供工作电源VDD，每一所述PMOS管MP2的漏极对应连接一信号输出端132，用于清空所述信号输出端132多余的电荷。在本实施例中，所述CCD探测模块还包括若干运算放大器133，每一所述运算放大器133的输入端对应与一输出转移栅连接131，每一所述运算放大器133的输出端对应与一信号输出端132连接。所述CMOS读出模块2包括若干读出电路231和若干信号输入端232，每一所述读出电路231对应与一信号输入端232连接，所述读出电路231用于采集并处理所述信号输入端232接收的电荷包信号；在本实施例中，所述读出电路231为PGA读出结构。所述CCD探测模块1的若干信号输出端132一一对应与所述CMOS读出模块2的若干信号输入端232连接，用于将CCD探测模块1产生的电荷包信号传输给所述CMOS读出模块2。
在本实施例中，首先，在复位端RESET接入复位信号，对CCD探测模块1的信号输出端132进行电荷包信号复位，以抽空信号输出端132上多余的电荷。完成复位操作后，CCD探测模块1经曝光产生电荷包信号，电荷包信号经过输出转移栅131被转移到运算放大器133的输入端，经运算放大器133将电荷包信号放大并转换为对应的电压信号，然后该电压信号由运算放大器133的输出端传输至CCD探测模块1的信号输出端132，CCD探测模块1和CMOS读出模块2之间通过RDL技术连接，因此电荷包信号由CCD探测模块1的信号输出端132传输到CMOS读出模块2的信号输入端232，然后被CMOS探测模块2中的读出电路231所采集，最后经CMOS读出模块2中后级电路的处理，完成对CCD探测模块1的信号的片上数字式输出。
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 (7)

1.一种基于CCD与CMOS集成技术的图像传感器，其特征在于：包括CCD探测模块和CMOS读出模块，所述CMOS读出模块设置于所述CCD探测模块的两侧且与CCD探测模块电连接，所述CCD探测模块用于探测光信号并产生电荷包信号后传输给所述CMOS读出模块，所述CMOS读出模块用于读出所述CCD探测模块探测到的光信号；所述CCD探测模块包括若干输出转移栅和若干信号输出端，每一所述信号输出端对应与一输出转移栅连接，所述输出转移栅用于将所述CCD探测模块曝光时产生的电荷包信号传输到所述信号输出端；所述CMOS读出模块包括若干读出电路和若干信号输入端，每一所述读出电路对应与一信号输入端连接，所述读出电路用于采集并处理所述信号输入端接收的电荷包信号；所述信号输出端与所述信号输入端对应连接，用于将CCD探测模块产生的电荷包信号传输给所述CMOS读出模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于CCD与CMOS集成技术的图像传感器，其特征在于：所述CCD探测模块还具有电源输入端和复位端，所述电源输入端与外部电源连接，所述复位端用于接入复位控制信号；所述CCD探测模块还包括若干PMOS管，每一所述PMOS管的栅极均连接所述复位端，用于接收复位控制信号，源极均连接所述电源输入端，用于接入外部电源，漏极对应连接一信号输出端，用于清空所述信号输出端多余的电荷。
3.根据权利要求2所述的一种基于CCD与CMOS集成技术的图像传感器，其特征在于：所述CCD探测模块还包括若干运算放大器，每一所述运算放大器的输入端对应与一输出转移栅连接，每一所述运算放大器的输出端对应与一信号输出端连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于CCD与CMOS集成技术的图像传感器，其特征在于：所述CCD探测模块还设有衬底电压输入端，用于在CCD探测模块上接入衬底电压。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的一种基于CCD与CMOS集成技术的图像传感器，其特征在于：所述读出电路为CTIA读出结构或PGA读出结构。
6.根据权利要求1所述的一种基于CCD与CMOS集成技术的图像传感器，其特征在于：所述CCD探测模块和所述CMOS读出模块上对应位置设有若干互联压点。
7.根据权利要求1所述的一种基于CCD与CMOS集成技术的图像传感器，其特征在于：所述图像传感器采用基于RDL技术的晶圆级集成式封装结构，所述晶圆级集成式封装结构为TSV系统集成式封装结构或SIP系统集成式封装结构。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040239783A1 (en) * 2003-05-29 2004-12-02 Eiki Imaizumi Semiconductor integrated circuit device
CN101715039A (zh) * 2008-09-29 2010-05-26 索尼株式会社 固态图像拍摄装置及其驱动方法和电子设备
CN101729805A (zh) * 2008-10-22 2010-06-09 索尼株式会社 固态图像传感器及其驱动方法、成像设备和电子装置
US20130334399A1 (en) * 2012-06-15 2013-12-19 Benoit Dupont Cmos circuit for sensor with reduced read noise
CN104270587A (zh) * 2014-10-23 2015-01-07 中国电子科技集团公司第四十四研究所 两相驱动ccd双通道快速读出结构
CN105489626A (zh) * 2015-12-07 2016-04-13 中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心 一种高帧频电子增益固态成像探测器

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040239783A1 (en) * 2003-05-29 2004-12-02 Eiki Imaizumi Semiconductor integrated circuit device
CN101715039A (zh) * 2008-09-29 2010-05-26 索尼株式会社 固态图像拍摄装置及其驱动方法和电子设备
CN101729805A (zh) * 2008-10-22 2010-06-09 索尼株式会社 固态图像传感器及其驱动方法、成像设备和电子装置
US20130334399A1 (en) * 2012-06-15 2013-12-19 Benoit Dupont Cmos circuit for sensor with reduced read noise
CN104270587A (zh) * 2014-10-23 2015-01-07 中国电子科技集团公司第四十四研究所 两相驱动ccd双通道快速读出结构
CN105489626A (zh) * 2015-12-07 2016-04-13 中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心 一种高帧频电子增益固态成像探测器

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