CCD图像传感器的微透镜阵列设计与实验研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第28卷第2期激光技术Vol。28，No．22004年4月LASERTECHNOLOGYApril，2004文章编号：1001—3806(2004)02—0186—04CCD图像传感器的微透镜阵列设计与实验研究柯才军，易新建，赖建军(1。华中科技大学光电工程系，武汉430074；2。华中科技大学图像处理与智能控制国家重点实验室，武汉430074)摘要：为了最大程度地改善CCD图像传感器的填充因子，进行了用于与CCD集成的微透镜阵列的光学优化设计，并与实验结果进行了对比。测试结果表明，所设计的透镜阵列使CCD的填充因子提高2．9倍

2、，相对光谱响应增加了0．2。所设计的透镜对于改善CCD入射信号光的光强分布、提高光利用效率，从而提高CCD的光电性能有显著效果。关键词：CCD传感器；光学设计；微透镜阵列；填充因子；中图分类号：TN202文献标识码：AOpticaldesignandexperimentofmicrolensarrayforCCDimagesensorsKECai-jun，YIXin-jian，Jian-jun(1。DepartmentofOptoelectronicEngineering，HUST，Wuhan430074，China；2．NationalLaboratoryforImageP

3、rocessingandIntelligentControl，HUST，Wuhan430074，CMna)Abstract：ToincreasethefillfactorofCCDimagesensorgreatly，thestructureofmlcrolensarraymatchedwiththeCCDisdesignedandcomparedwiththeexperimentalresults。TheresultsshowthatthemicrolensintegratedwithCCDcaIIimprovethefilfactorofvisibleCCDbyafact

4、orof2。9andtherelativespectrumresponsehasanincreaseof0．2．ThedesignindicatesthatthemicrolensarrayCanoptimizetheintensitycontributionandimprovethefillfactorandthephotoelectricityperformancesofCCDsensorsremarkably。Keywords：microlensarray；filfactor；CCDimagescnsor；opticMdesign等优点。另外，根据光学成像理论，在弱信号

5、情况引言下，如果采用微透镜阵列使填充因子增大，在维持空CCD图像传感器已在军事和民用的许多领域间分辨率不变的情况下，则可采用F数(即f／D，f得到了推广应用，如卫星侦察、精密测距、工业在线为焦长，D为孑L径)更小的系统，这样就可以使光学检测及微观测量等等。当今CCD图像传感器正向主镜体积和重量减小。高分辨率及灵敏度、高帧度和微型化的趋势发展。微透镜阵列的光学结构设计及其光学性能的评但随着像素尺寸和光敏元尺寸的逐渐减小，CCD的价是集成工艺中较为关键的步骤，本文中针对大面填充因子并没有提高。这样，其量子效率和探测灵阵、小尺寸微透镜阵列的两种不同的结构形式进行敏度在很大程度上得到

6、了限制。如何在保持CCD了设计，对比分析了两种结构的优缺点，并结合制作内部结构不变的情况下，提高其灵敏度一直是提高的微透镜阵列进行了阐述。CCD综合性能的一个关键点，研究人员也在努力寻1微透镜组设计方案求不同的方法¨j。采用CCD与微透镜集成来提高CCD的填充因子从而提高其灵敏度及信噪比1．1CCD结构(SNR)的方法，具有工艺简单、成本低廉且效果显著所设计的微透镜组主要是应用于与可见光CCD集成，以提高图像传感器的填充因子，因此，微基金项目：国家八六三高技术发展计划资助项目透镜的光学结构尺寸必须与CCD芯片的平面几何(41321030204)尺寸相匹配，确保集成系统有最好的

7、光学及电学性作者简介：柯才军(1976一)，男，博士，主要从事激光机能。所用的CCD阵列数为516×516，像元尺寸电器件的研究。E—mail：kecmjun76@163．com22I~m×221~m，光敏元尺寸7m×16tt~a，整体为收稿日期：2003—05—27；收到修改稿日期：2003．07．28，和，3相结构。信号光人射到受光面，只有维普资讯http://www.cqvip.com第28卷第2期柯才军CCD图像传感器的微透镜阵列设计与实验研究光敏区部分产生光电响应，构成有用信号，而入射到主峰展