1 引言

       近年來(lái),電荷耦合器件（CCD,Charge Coupled Devices）在圖像拍攝方面起著非常重要的作用。是光電成像領(lǐng)域里非常重要的高新技術(shù)產(chǎn)品。與傳統(tǒng)的拍攝傳感器相比,CCD圖像傳感器具有輸出噪聲小、動(dòng)態(tài)范圍大、光譜響應(yīng)范圍寬、分辨率高、輸出信號(hào)線性度好、功耗低、體積小、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。CCD從芯片結(jié)構(gòu)上可分為面陣CCD和線陣CCD兩種類型。面陣CCD主要用于黑白及彩色攝像,而線陣CCD則在高清晰圖像拍攝方面表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景,因此,CCD成為現(xiàn)代光電子學(xué)和測(cè)試技術(shù)中最活躍、最富有成果的應(yīng)用器件之一。

       2 主要特點(diǎn)和引腳功能

       2．1 主要特點(diǎn)

       本文描述的高速線陣CCD IL-P1-4096是加拿大DALSA公司生產(chǎn)的IL-P1系列圖像傳感器中的一種。該器件的像素尺寸是10μm×μm、像素線陣長(zhǎng)度為41mm、相鄰像素間距也是10μm。線陣列的像素共有4096個(gè),分兩路輸出。IL-P1-4096的主要性能參數(shù)如下：

       ·雙相輸出,每相輸出數(shù)據(jù)頻率為25MHz;

       ·線掃描速率為87kHz;

       ·可使用低壓時(shí)序信號(hào),時(shí)序信號(hào)電壓小于5V;

       ·像素尺寸為10μm×10μm;

       ·每行4096個(gè)像素點(diǎn);

       ·動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍大于3200：1;

       ·靈敏度高,響應(yīng)可達(dá)到12V（uJ/cm2）;

       ·采用15V電壓供電;

       ·每行孤立像素為14個(gè);

       ·每行屏蔽像素為32個(gè)。

       2．2 引腳功能

       IL-P1-4096采用32引腳封裝。各引腳的定義及說(shuō)明如下：

       腳1、18（VLOW）：低壓偏置電壓,具體電路中可直接接地。

       腳2、18（VDD）：放大器電源電壓,通常情況下接芯片電源。

       腳3（OS1）：輸出信號(hào)1端,連接到數(shù)據(jù)處理芯片時(shí)要接隔直電容。

       腳4（VSET）：輸出節(jié)點(diǎn)門電壓設(shè)置。通常箝位于地。

       腳5（CRLAST）：讀出時(shí)鐘,該時(shí)鐘信號(hào)應(yīng)和CR1S的頻率、相位一致。

       腳6,22（RS1S）：時(shí)鐘1讀出（相位1,存儲(chǔ)相位）,與CR2S反相。

       腳7,23（CR2S）：時(shí)鐘2讀出（相位2,存儲(chǔ)相位）,與CR1S同頻、反相。

       腳8（TCK）：傳輸時(shí)鐘。

       腳9（PR）：像素復(fù)位時(shí)鐘,用于控制CCD曝光和光積分時(shí)間。

       腳10（VPR）：像素復(fù)位漏極電壓,接工作電源。

       腳11,28（CR1B）：讀出時(shí)鐘（相位1,閾值相位）,該端信號(hào)和CR1S同頻、同相。

       腳12,27（CR2B）：讀出時(shí)鐘（相位2,閾值相位）,該端信號(hào)和CR2S同頻、同相。

       腳14,15,17,19（VHIGH）：15V高壓基準(zhǔn)電源。

       腳16（NC）：懸空。

       腳20,21,26（VBB）：感光低層偏置電壓,接（-3V）。

       腳24（VSTOR）：存儲(chǔ)井電壓,直接接地。

       腳25,29（VSS）：參考地,直接接地。

       腳30（OS2）：輸出信號(hào)2端,連接到數(shù)據(jù)處理芯片時(shí)要接隔直電容器。

       腳31（VOD）：輸出復(fù)位漏極電壓端,接（+13V）電源。

       腳32（RST）：輸出復(fù)位時(shí)鐘,頻率和CR1S相同,脈沖下降沿與CR1S的下降沿重合,脈寬為5ns。

       IL-P1-4096可根據(jù)傳感器光敏單元（像素）上的感光變化,將對(duì)象圖像的感光變化轉(zhuǎn)化為電荷包。電荷包中電子的個(gè)數(shù)是由感光強(qiáng)度和CCD器件的光積分時(shí)間決定的。電荷包被收集到獨(dú)立的存儲(chǔ)井中,然后用像素復(fù)位時(shí)鐘來(lái)控制CCD器件的積分和曝光時(shí)間。

       IL-PI系列傳感器內(nèi)部由三大主要功能塊組成：光電二極管、 CCD讀出移位寄存器和輸出放大器。其中光電二極管用來(lái)生成信號(hào)電荷包,輸出放大器用來(lái)將電荷轉(zhuǎn)化為電壓脈沖,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。需要注意的是,IL -P1-4096傳感器是兩路輸出,奇像素和偶像素分別從不同的輸出通道輸出,是一種雙排的線列陣CCD,光敏單元在中間,奇、偶單元的信號(hào)電荷分別傳到上下兩列移位寄存器后分兩路串行輸出。這種CCD的優(yōu)點(diǎn)是具有較高的封裝密度,轉(zhuǎn)移次數(shù)減少一半,因而可提高轉(zhuǎn)移效率,改善圖像傳感器的信號(hào)質(zhì)量。

       該傳感器中的光敏單元與CCD移位寄存器分開,而用轉(zhuǎn)移柵控制光生信號(hào)電荷向移位寄存器的轉(zhuǎn)移,其信號(hào)的轉(zhuǎn)移時(shí)間一般遠(yuǎn)小于攝像時(shí)間（光積分的時(shí)間）。當(dāng)轉(zhuǎn)移柵關(guān)閉時(shí),光敏單元?jiǎng)葳鍖⑹占�光信�?hào)電荷,并經(jīng)過(guò)一定的積分時(shí)間后,形成與空間分布的光強(qiáng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的信號(hào)電荷圖形。積分周期結(jié)束后,轉(zhuǎn)移光柵打開,各光敏單元?jiǎng)葳迨占�的信�?hào)電荷并行轉(zhuǎn)移到CCD移位寄存器SR的相應(yīng)單元內(nèi)。轉(zhuǎn)移柵關(guān)閉后,光敏單元開始下一行的圖像采集,而已轉(zhuǎn)移到移位寄存器內(nèi)的上一行信號(hào)電荷將通過(guò)移位寄存器串行輸出,如此重復(fù)上述過(guò)程。

       這里的CR1S、CR1B、CR2S、CR2B是CCD輸出像素的相位操作時(shí)鐘。CRLAST是該CCD的信號(hào)輸出時(shí)鐘。RST是像素復(fù)位時(shí)鐘。TCR是行轉(zhuǎn)移同步信號(hào),可用來(lái)控制轉(zhuǎn)移柵。PR是曝光控制和積分時(shí)間控制信號(hào),其