行间转移CCD架构Interline Transfer CCD Architecture

行间电荷耦合器件架构旨在弥补帧转移CCD的许多缺点。 这些器件由混合结构组成，将单独的光电二极管和相关的并行读出CCD存储区域合并到每个像素元素中。 这两个区域的功能由放置在光屏蔽并行读出CCD元件上方的金属掩模结构隔离。

像素的光屏蔽区域在光电二极管元件旁边，以交替平行阵列的方式横穿CCD垂直轴的长度。阵列中的光电二极管包括像平面，收集由相机或显微镜镜头投射到CCD表面的入射光子。在图像数据已被收集并通过图像阵列转换为电势之后，该数据随后以并行转移的方式快速转移到每个像素元件的相邻CCD存储区域。像素元素的存储部分显示为由不透明的蒙版覆盖的灰度元素簇，与每个CCD中的红色，绿色和蓝色光电二极管元素相邻。这些像素元素组合形成垂直列，从串行移位寄存器一直延伸到阵列网格的顶部。包含光电二极管和CCD元素的四像素阵列的放大图见图1的上部。

像全帧和帧转移体系结构一样，行间转移CCD通过以并行方式将图像信息的行一次移位到串行移位寄存器来进行读出。然后，串行寄存器将图像信息的每一行作为串行数据流顺序移至输出放大器。重复整个过程，直到所有图像数据行都转移到输出放大器，并从芯片传送到模数信号转换器集成电路为止。以数字格式重建图像生成最终照片或显微照片。

在读取并行存储阵列的时间段内，类似于帧转移CCD的操作，图像阵列正忙于为下一图像帧累积电荷。此体系结构的主要优点是行间转移器件无需快门或同步闪光灯即可运行的能力，从而可以提高器件速度和加快帧速率。帧转移CCD常见问题是图像“拖影Smear”，由于行间CCD图像转移的速度快（只有一微秒或几微秒），因此使用行间CCD架构也可以减少图像拖影。缺点包括生产具有更复杂结构的芯片的单位成本较高，以及由于每个像素位置处光敏面积减小而导致的灵敏度较低。通过在光电二极管阵列复合体上加入微透镜（或小透镜）以增加进入每个元件的光量，可以部分克服此缺点。具有微透镜增强功能的行间转移器件通常将光学填充率从大约20％到25％提高到75％以上，从而显着提高了器件在可见光波长范围内的净量子效率。

行间转移CCD的采样误差由于孔径减小而增加。此外，一部分入射光会泄漏到CCD垂直寄存器中，特别是在明场应用中，显微镜灯的强度不会因样品而降低。由于电荷从光电二极管到CCD存储区的转移，电荷转移时间常数的延迟，导致某些行间CCD设计遭受图像“滞后”。该转移延迟导致残留在光电二极管中的残留电荷被添加到下一帧，从而导致“残像”伪影。较新的空穴累积电荷耦合器件能够完全转移，从而消除了图像滞后。

撰稿人
Mortimer Abramowitz – Olympus America, Inc., Two Corporate Center Drive., Melville, New York, 11747.
Michael W. Davidson – National High Magnetic Field Laboratory, 1800 East Paul Dirac Dr., The Florida State University, Tallahassee, Florida, 32310.