一种帧转移ccd电子快门的实现方法
【专利摘要】本发明涉及一种帧转移CCD电子快门的实现方法，包括以下步骤：控制帧转移时钟信号连续执行四次以上的帧转移操作，以将成像区在上一帧图像读出时长时间曝光积累的无用电荷快速向下转移，经存储区送入水平读出寄存器；帧转移的同时，控制水平读出寄存器保持连续读出状态，读出电路保持复位状态，以此将从存储区不断转入的无用电荷全部送到读出电路复位掉；如果要求的曝光时间为零，则在清理完水平读出寄存器后，直接读出存储区内曝光时间为零的图像；否则曝光指定时间后再帧转移并读出图像。本发明通过连续多次的“帧转移-读出复位”操作可以保证彻底清空成像区和存储区，不会有电荷残留到读出的图像里。
【专利说明】-种顺转移CCD电子快口的实现方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光电探测【技术领域】，具体设及一种帖转移CCD电子快口的实现方法。
【背景技术】
[0002] 当前紫外/极紫外波段的应用已经对CCD的曝光时间提出了短至毫秒级的需求， 系统定标更是需要零曝光时间的图像来表征系统偏置或校正Smear现象。用机械快口配合 全帖转移CCD可W实现十毫秒级的曝光时间，但其控制精度低、系统复杂且可靠性差。使 用帖转移CCD可W省去机械快口，它通过帖转移操作将成像区的曝光电荷快速转移到存储 区，同时实现成像区的清空/复位。连续两次帖转移之间的时间间隔就是曝光时间，对没有 电子快口的帖转移CCD而言，该是控制曝光时间的唯一方法。但常用的驱动时序设计流程 能实现的最短曝光时间是完全读出一帖图像所需要的时间，显然无法满足应用需求。现有 的帖转移CCD短曝光时间实现方法均是针对带有电荷倾倒功能的帖转移CCD，先将成像区 的无用电荷快速帖转移到存储区，然后再单独或在读出帖转移时将存储区内的该些无用电 荷逐行倾倒掉，W此缩短两次帖转移之间的时间间隔，该样就可W将最短曝光时间降低一 个数量级，直至零曝光时间。但对没有电荷倾倒功能的普通帖转移CCD，目前却缺乏有效的 短曝光时间实现方法。
【发明内容】
[0003] 本发明解决的技术问题在于克服现有方法的不足，通过驱动时序的特殊设计在没 有电子快口和电荷倾倒沟道的普通帖转移CCD上实现了所有电荷存储单元同时清空/复位 的功能，提供了一种帖转移CCD电子快口的实现方法。
[0004] 本发明的技术解决方案说明如下；
[0005] 一种帖转移CCD电子快口的实现方法，包括W下步骤：
[0006] 步骤i ;控制帖转移时钟信号连续执行四次W上的帖转移操作，W将成像区在上 一帖图像读出时长时间曝光积累的无用电荷快速向下转移，经存储区送入水平读出寄存 器；
[0007] 步骤ii ;帖转移的同时，控制水平读出寄存器保持连续读出状态，读出电路保持 复位状态，W此将从存储区不断转入的无用电荷全部送到读出电路复位掉；
[000引步骤iii ;如果要求的曝光时间为零，则在清理完水平读出寄存器后，直接读出存 储区内曝光时间为零的图像；否则曝光指定时间后再帖转移并读出图像。
[0009] 在上述技术方案中，步骤i中帖转移操作连续垂直转移的像元行数为：成像区像 元行数与存储区像元行数之和的2倍及W上。
[0010] 本发明的积极效果：
[0011] 1、利用所有帖转移CCD都有的水平读出寄存器和读出电路结构实现了电荷复位 的功能，并将其工作的时机安排在与复位帖转移同时进行，在一个工作状态里同时完成了 整个CCD所有电荷存储单元的清空/复位，完美地实现了电子快口的功能，使普通帖转移 CCD可W实现短至零的曝光时间；
[0012] 2、连续多次的"帖转移-读出复位"操作可W保证彻底清空成像区和存储区，不会 有电荷残留到读出的图像里。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1是本发明设计的CCD工作状态组成图。可见看到本发明的设计仅在典型设计 的基础上增加了一个多次"帖转移-读出复位"状态，即增加了电子快口的功能，CCD的工作 流程从简单的两段式"曝光一读出"变化为依然简单的=段式"复位一曝光一读出"。
[0014] 图2是本发明一实例实现电子快口和零曝光时间的驱动时序功能仿真波形。其中 在"帖转移-读出复位"结束并清理完水平读出寄存器后，直接读出存储区内曝光时间为零 的图像。
【具体实施方式】
[0015] 下面通过实施例对本发明作进一步说明。
[0016] 本发明解决问题的技术方案如下；
[0017] 设成像区有Ni行像元，存储区有Ns行像元。具体步骤描述如下：
[001引步骤一：复位帖转移（W复位为目的）。控制帖转移时钟信号连续执行四次W上 的帖转移操作，即连续垂直转移2(Ni+Ns)行W上，W将成像区在上一帖图像读出时长时间 曝光积累的无用电荷快速向下转移，经存储区送入水平读出寄存器；同时控制水平读出寄 存器保持连续读出状态，读出电路保持复位状态，W此将从存储区不断转入的无用电荷全 部送到读出电路复位掉。连续多次的"帖转移-读出复位"操作可W保证彻底清除成像区 和存储区内的电荷；
[0019] 步骤二：此时在成像区和存储区内存储的都是曝光时间为零的图像，如果要求的 曝光时间为零，转到步骤五；否则，转到步骤=;
[0020] 步骤S ;曝光。空闲曝光指定时间，所有时钟控制信号保持默认电平；
[0021] 步骤四：读出帖转移（W读出为目的）。控制帖转移时钟信号执行一次帖转移操 作，将成像区曝光积累的电荷快速转移到存储区；同时控制水平读出寄存器保持连续读出 状态，读出电路保持复位状态，W将从存储区不断转入的无用电荷全部读出复位掉；
[0022] 步骤五；水平读出寄存器清空。继续控制水平读出寄存器连续读出两行W上，读出 电路保持复位状态，W彻底清除水平读出寄存器内可能残留的无用电荷；
[0023] 步骤六：读出。控制存储区、水平读出寄存器和读出电路逐行逐个像元地读出一帖 图像。
[0024] 实施例：
[0025] e2v公司的帖转移CCD47-20,成像区有1027行像元，存储区有1033行像元。实现 零曝光时间的驱动时序控制流程如下：
[0026] 1、控制帖转移时钟信号101、102、103、S0I、S02和S03连续垂直转移 2X (1027+103：3) =4120行，同时控制水平读出时钟信号民01、艮02和艮03保持连续读出 状态，读出电路的复位脉冲信号0R保持为复位的高电平状态，W此将成像区在上一帖图像 读出时长时间曝光积累的无用电荷快速向下转移，经存储区送入水平读出寄存器，再水平 转移到读出电路后复位掉。
[0027] 2、此时在成像区和存储区内存储的都是曝光时间为零的图像，如果要求的曝光时 间为零，转到步骤5 ;否则，转到步骤3 ;
[002引 3、空闲曝光指定时间，所有时钟控制信号保持默认电平；
[0029] 4、控制帖转移时钟信号101、102、103、S0U S02和S03连续垂直转移1033 行，即执行一次读出帖转移操作，将成像区曝光积累的电荷快速转移到存储区；同时控制水 平读出时钟信号民01、民02和民03保持连续读出状态，读出电路的复位脉冲信号0民保 持为复位的高电平状态，W将从存储区不断转入的无用电荷全部读出复位掉；
[0030] 5、控制水平读出时钟信号民01、民02.和民03连续读出两行W上，读出电路的复 位脉冲信号0R俱持为复位的高电平状态，W彻底清除水平读出寄存器内可能残留的无用 电荷；
[003U 6、控制行转移时钟信号S0K S02、S03、水平读出时钟信号民01、民02、 民03和读出电路的复位脉冲信号0民逐行逐个像元地读出一帖图像。
[0032] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对 于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可W做出其它不同形式的变化或 变动。该里无需也无法对所有的实施方式予W穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或 变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
【权利要求】
1. 一种帧转移CCD电子快门的实现方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤i :控制帧转移时钟信号连续执行四次以上的帧转移操作，以将成像区在上一帧 图像读出时长时间曝光积累的无用电荷快速向下转移，经存储区送入水平读出寄存器； 步骤ii :帧转移的同时，控制水平读出寄存器保持连续读出状态，读出电路保持复位 状态，以此将从存储区不断转入的无用电荷全部送到读出电路复位掉； 步骤iii :如果要求的曝光时间为零，则在清理完水平读出寄存器后，直接读出存储区 内曝光时间为零的图像；否则曝光指定时间后再帧转移并读出图像。
2. 根据权利要求1所述的帧转移CCD电子快门的实现方法，其特征在于， 步骤i中帧转移操作连续垂直转移的像元行数为：成像区像元行数与存储区像元行数 之和的2倍及以上。
【文档编号】H04N5/232GK104486556SQ201410797057
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月19日 优先权日:2014年12月19日
【发明者】马庆军, 宋克非, 邵英秋 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所