256×256像素高帧频可见光ccd成像器件的研究

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1、摘要高速摄影技术是处理高速瞬发事件的图像记录、保存技术。传统的胶片摄影机操作使用复杂，速度受到一定的限制，不能满足某些高速瞬发事件的信息详细汜录要求。固体成像器件出现后，高灵敏度、高帧速的CCD成像技术可以实现极短曝光时间、较好的动态范围、大容量数掘存储与图像回放等优点，已广泛应用于快速事件和过程的表征，如用于弹道学、超速碰撞、航空设计、功率产生等领域。为了满足某科研工程的需要，我们开展了256X256像素高帧频可见光CCI)成像器件的研究，器件的技术指标是256X256像素、像素尺寸】o“mXl

2、opill、占空比大于66％、工作响应波长0．4“m~1．1uffl、光灵敏度0．05Lx(峰值波长处，积分时间40ms)、帧速500帧／秒、动态范围54dB和响应非均匀，陆2％。本文介绍了叭见光CCD图像传感器的基础理论、工作原理和国内外发展现状，对器件性能参数与结构设计进行了重点讨论，介绍了256×256像素高帧频可见光CCD图像传感器的研制过程，CCD驱动电路设计与参数测试方法，最后给出了器件的测试结果、实物图和成像效果图。256X256像素高帧频可见光CCD陶像传感器采用MOS电容器作为光

3、敏元和存贮单元，信号电荷转移的信道为CCD埋沟结构；256X256像索高帧频可见光CCD图像传感器的结构采用帧转移形式，因而器件结构简单，像素光敏元的占空比高。为实现高帧频工作，在器件设计上将256X256像素阵列分成4个子阵列．每个阵列有独立的信号输j乜端，这样在不提高一个信号输出端CCD的水平位移寄存器工作频率]、，提高了整个ccD的信号读出速率，即提高了帧频。COD水平位移寄存器的输甘；放大器采用两级源跟随放大器，对输出二极管、复位MOS管及放大MOS管的尺寸进行优化设计，达到降低放大器的输

4、出噪声、提高了放大器的输出幅度和频率响应带宽。在2,56×256像素高帧频可见光CCD图像传感器的研制工艺叫1，采用的硅工艺精度为2um，在4英寸的NMOS工艺线t-_进行流片，硅片材料采用硅外延片。根据CCD的结构设计，采用三层交叠多晶硅栅工艺。器件的封装以24针陶瓷管壳，氮气环境ql进行封装，既保证了CCD工作的可靠性要求，又避免了不同环境F对器件的影i岫。在CCD驱动电路方面，设计三相时钟脉冲驱动力+式，直流电平脉冲的幅度平【f脉冲钳位电平可控制，使器件工作在最佳的性能状态F。通过剥256×

5、256像索高I帧频可见光CCD图像传感器的设计、工岂制作、可靠性试验和参数测试．器件性能指标达到了技术要求。关键词：高帧频，电荷耦台，图像传感器，研制AbstractThehigh—speedphotographyisthetechnologyofpicturerecordandconservationindealingsomehigh—speedandtwinklaffairsTomanipulatethetraditionalfilmcameraisverycpmplexItsspeedisl

6、imitedSoitisincapableofsatisfyingthepartcularinformationrecordofsomehjgh—speedandtwinklaffairs．Astheappearingofsolidimager，CCDphotographywithhighsensitivityandframe—speedcanrealveryshortexpoureLime，[m3relargedynamicrange，storageofgreatdatacapacityandp

7、icturereshow．Itisabroadlyusedintokenofhigh～speedaffairandprocess．Forexamplejtisusedinthefieldssuchasballistics．over—speedcollizion．projectofnayigation，powerprodution．Tosatislytherequestofsomescientificresearchitemwedevelopedtheresearchof256×256Pixelsh

8、igh—speedandvisible1ightCCDimagingdevice．Thedesignedtechnicparameterofthedeviceis256X256pixels，sizeofpixe]is10umX10um，fi11～factor【slargerthan66％．workingwavelengthis0．4ur1．1um．sensitivityis0．05Lx(atpeakvalueofwave，integrationtimeis40ms)，framera