科研CCD相机常见术语

电荷包耦合(转移)- 信号的读出

2020-03-02 16:26:58 198

当两个CCD单元靠得很紧(间隔~μm)时,如果同时在相邻两个栅极加上正偏压,这两个栅极下的势阱就会合二为一,如下图。

北京众星联恒科技有限公司


当左边单元偏置变为0,在电场的作用下,合二为一的势阱变成一个,总效果是电荷包移动到了右边的单元,如下图。

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三相设计:每个像素有3个栅极,每行像素相应位置的栅极连接在一起,如下图所示。曝光时,只有一个栅极加偏置电压。曝光结束后,采用时序电路驱动,就可以同时将相机一行像素电荷包同时下移一行。最下面的一行像素的电荷包移入水平移位寄存器。水平移位寄存器水平移动,逐个将像素的电荷包移出、放大、数字化,送计算机处理。水平移位寄存器也是CCD耦合器件,只是中间的寄存器有两个移入口,且还有其它一些功能。

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下面是三相耦合结构的时序和移动结果


电极电压

状态

Step

Φ1

Φ2

Φ3

1

V

0

0

曝光期间,P1电极加偏置电压,在栅极下形成势阱,收集光电子,形成电荷包

2

V

V

0

曝光结束后,P2加偏置电压,P1P2下的势阱合二为一,电荷包被共享

3

0

V

0

去掉P1上的偏置电压,电荷包移动到P2电极下。

4

0

V

V

P2P3势阱合二为一

5

0

0

V

电荷包移动到P3电极下

6

V

0

V

前一个像素P3势阱与本像素P1势阱合二为一,电荷包共享;本像素电荷包在P3栅极下,与下一个像素P1势阱共享

7

V

0

0

撤销P3的偏置电压,上一行像素电荷包移动到本像素,本像素电荷包就移动到了下一行像素。

继续以上步骤,直至将所有行的电荷包移入水平移位寄存器,再水平移动至放大器,直至读出所有像素电荷包。

维基百科的一幅动画很形象地说明了电荷包的转移过程,点击图片查看

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耦合转移结构当然还有其它设计,比如两相、四相设计。



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