CCD探测器及平板探测器

CCD探测器

CCD探测器产品特点

1) 反射式单CCD,大面阵设计像素矩阵4K×4K,1700万像素,极限空间分辨率可达到4、6lp/mm。

2) 17×17英寸成像面积,完全满足临床检查需要。

3) CCD防X射线辐射设计,图像质量长期可靠一致,使用成本大幅降低。

主要技术参数

有效视野:17英寸x17英寸/ 17英寸x14英寸像素填充系数:100%

像素矩阵:4kx4k,3kx3k像素尺寸:108um /140um

电源要求:220V AC 10A 50Hz

一、电荷耦合器件(ChargeCoupledDevices),简称CCD。

CCD的最基本单元MOS电容器就是构成CCD的最基本单元就是,它就是金属—氧化物—半导体(MOS)器件中结构最为简单的。

CCD原理:

1、信号电荷的产生:CCD工作过程的第一步就是电荷的产生。CCD可以将入射光信号转换为电荷输出,依据的就是半导体的内光电效应(也就就是光生伏特效应)。

2、信号电荷的存储:CCD工作过程的第二步就是信号电荷的收集,就就是将入射光子激励出的电荷收集起来成为信号电荷包的过程。

3、信号电荷的传输(耦合):CCD工作过程的第三步就是信号电荷包的转移,就就是将所收集起来的电荷包从一个像元转移到下一个像元,直到全部电荷包输出完成的过程。

图示为CCD成像区的一小部分(几个像素)。图像区中这个图案就是重复的。

4、信号电荷的检测:CCD工作过程的第四步就是电荷的检测,就就是将转移到输出级的电荷转化为电流或者电压的过程。

输出类型主要有以下三种:;1)电流输出;2)浮置栅放大器输出;3)浮置扩散放大器输出。

测量过程由复位开始,复位会把前一个电荷包的电荷清除掉。

电荷输送到相加阱。此时,V out 就是参考电平。在这个期间,外部电路测量参考电平。

二、CCD的基本原理

1、CCD的工作过程示意图

2、基本原理

(1)CCD的MOS结构

CCD图像传感器就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39所示。在P型或N型硅衬底上生长一层很薄(约120nm)的二氧化硅,再在二氧化硅薄层上依次序沉积金属或掺杂多晶硅电极(栅极),形成规则的MOS电容器阵列,再加上两端的输入及输出二极管就构成了CCD芯片。

当向SiO2表面的电极加正偏压时,P型硅衬底中形成耗尽区(势阱),耗尽区的深度随正偏压升高而加大。其中的少数载流子(电子)被吸收到最高正偏压电极下的区域内(如图中Ф1极下),形成电荷包(势阱)。对于N型硅衬底的CCD器件,电极加正偏压时,少数载流子为空穴。

(2)CCD芯片的构造

每个光敏元(像素)对应有三个相邻的转移栅电极1、2、3,所有电极彼此间离得足够近,以保证使硅表面的耗尽区与电荷的势阱耦合及电荷转移。所有的1电极相连并施加时钟脉冲φ1,所有的2、3也就是如此,并施加时钟脉冲φ2、φ3。这三个时钟脉冲在时序上相互交迭。

电荷转移的控制方法,非常类似于步进电极的步进控制方式。也有二相、三相等控制方式之分。

(3)线型CCD图像传感器

线型CCD图像传感器由一列光敏元件与一列CCD并行且对应的构成一个主体,在它们之间设有一个转移控制栅。在每一个光敏元件上都有一个梳状公共电极,由一个P型沟阻使其在电气上隔开。当入射光照射在光敏元件阵列上,梳状电极施加高电压时,光敏元件聚集光电荷,进行光积分,光电荷与光照强度与光积分时间成正比。

在光积分时间结束时,转移栅上的电压提高(平时低电压),与CCD对应的电极也同时处于高电压状态。然后,降低梳状电极电压,各光敏元件中所积累的光电电荷并行地转移到移位寄存器中。当转移完毕,转移栅电压降低,梳妆电极电压回复原来的高电压状态,准备下一次光积分周期。同时,在电荷耦合移位寄存器上加上时钟脉冲,将存储的电荷从CCD中转移,由输出端输出。这个过程重复地进行就得到相继的行输出,从而读出电荷图形。

(4)面型CCD图像传感器

面型CCD图像传感器由感光区、信号存储区与输出转移部分组成。

图(a)所示结构由行扫描电路、垂直输出寄存器、感光区与输出二极管组成。行扫描电路将光敏元件内的信息转移到水平(行)方向上,由垂直方向的寄存器将信息转移到输出二极管,输出信号由信号处理电路转换为视频图像信号。这种结构易于引起图像模糊。

面型CCD图像传感器结构

图(b)所示结构增加了

具有公共水平方向电极的不

透光的信息存储区。在正常

垂直回扫周期内,具有公共

水平方向电极的感光区所积

累的电荷同样迅速下移到信

息存储区。在垂直回扫结束

后,感光区回复到积光状态。

在水平消隐周期内,存储区

的整个电荷图像向下移动,

每次总就是将存储区最底部

一行的电荷信号移到水平读出器,该行电荷在读出移位寄存器中向右移动以视频信号输出。当整帧视频信号自存储移出后,就开始下一帧信号的形成。该CCD结构具有单元密度高、电极简单等优点,但增加了存储

器。

图(c)所示结构就是用得最多的一种结构

形式。它将图(b)中感光元件与存储元件相隔排列。即一列感光单元,一列不透光的存储单元交替排列。在感光区光敏元件积分结束时,转移控制栅打开,电荷信号进入存储区。随后,在每个水平回扫周期内,存储区中整个电荷图像一次一行地向上移到水平读出移位寄存器中。接着这一行电荷信号在读出移位寄存器中向右移位到输出器件,形成视频信号输出。这种结构的器件操作简单,但单元设计复杂,感光单元面积减小,图像清晰。

目前,面型CCD图像传感器使用得越来越多,所能生产的产品的单元数也越来越多,最多已达1024×1024像元。我国也能生产512×320像元的面型CCD图像传感器。

三、CCD传感器的结构类型

1、按照像素排列方式的不同,可以将CCD分为线阵与面阵两大类

(1)线阵CCD

单沟道线阵CCD:转移次数多、效率低。只适用于像素单元较少的成像器件。

双沟道线阵CCD:转移次数减少一半,它的总转移效率也提高为原来的两倍。

线阵CCD每次扫描一条线,为了得到整个二维图像的视频信号,就必须用扫描的方法实现。

(2)面阵CCD

按照一定的方式将一维线阵CCD的光敏单元及移位寄作器排列成二维阵列。就可以构成二维面阵CCD。

面阵CCD同时曝光整个图像

常用面阵CCD尺寸系列