[發明專利]一種幀轉移型面陣CCD的驅動時序控制方法

有效

• 申請號: 201810101747.4
• 申請日: 2018-02-01
• 公開（公告）號: CN108495065B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 梁少林;王詠梅;賈楠;石恩濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家空間科學中心
• 主分類號: H04N5/372
• 分類號: H04N5/372
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;劉振

本發明公開了一種幀轉移型面陣CCD驅動時序控制方法，所述幀轉移型面陣CCD包括：成像區A，曝光并產生電荷；存儲區B，用于存儲由成像區A轉移過來的電荷；寄存器C，用于寄存由存儲區B轉移過來的一行電荷；讀出通道，將寄存器C中的電荷逐個讀出；區域A、B、C均包括三個驅動時鐘管腳；所述方法包括：控制器控制為常低，進行曝光；控制器向和發出特定順序和數目的脈沖，進行幀轉移；控制器向和發出特定順序和數目的脈沖，進行幀讀出，之后控制為常低，為常高，進入下一幀轉移前的空閑狀態，同時控制器先控制為常低，進入等待狀態，之后向發出特定順序和數目的脈沖，進行反向轉移以清除殘余電荷和等待期間光生電荷。

技術領域

本發明涉及光電成像技術領域，具體涉及一種幀轉移型面陣CCD驅動時序的控制方法。

背景技術

在光電成像領域，電荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)是一種常用成像器件，其根據半導體光電效應將入射光轉換成一定數目的電荷，再通過處理電路轉換成可測量的電壓或電流，進而反推出入射光強度。根據像素排列結構不同，CCD可分為線陣和面陣兩種，而面陣CCD根據電荷轉移方式的不同，又分為全幀轉移型、幀轉移型以及行間轉移型。

幀轉移型面陣CCD由于填充因子大，集光效率高等優點，成為CCD類成像器件的首選。其主要由成像區、存儲區、寄存器和讀出通道四部分構成，成像區在曝光時間內接受光照并產生光生電荷，之后轉移至存儲區，再逐行轉移至寄存器并經讀出通道讀出。具體實現方式為控制器按照特定順序向CCD時鐘管腳發出一定數目和時長的驅動脈沖，驅動電荷向預定方向轉移。

目前，對幀轉移型面陣CCD使用廣泛的驅動時序包括基本驅動時序和帶電荷傾倒的驅動時序兩種。雖然能夠成像，但有以下問題：由于成像區電荷轉移不充分，前一幀圖像轉移結束后成像區有殘余電荷，而基本驅動時序無電荷清除操作，這些殘余電荷會作為噪聲而影響后一幀成像，降低信噪比；帶電荷傾倒的時序通過在兩次有效成像周期之間增加一次轉移和讀出，而傾倒掉殘余電荷，但成像周期長、幀頻慢；曝光時間的可調范圍小，需要外加機械快門；只對有效感光區域電荷進行轉移，信號完整性差。因此，有必要對幀轉移型面陣CCD的驅動時序控制加以優化，以兼顧高信噪比、高幀頻、大范圍可調曝光時間和信號完整的成像要求。

發明內容

本發明的目的在于優化幀轉移型面陣CCD的驅動時序控制，使幀轉移型面陣CCD成像能夠兼顧高信噪比、高幀頻、大范圍可調曝光時間和信號完整的要求。

為了實現上述目的，本發明提供了一種幀轉移型面陣CCD驅動時序控制方法，所述幀轉移型面陣CCD包括：成像區A，接受入射光曝光并產生光生電荷；存儲區B，與成像區A結構完全相同，但不接受光照，只用于存儲由成像區A轉移過來的電荷；寄存器C，用于寄存由存儲區B轉移過來的一行電荷；讀出通道，寄存器C中的電荷經讀出通道逐個讀出；區域A、B、C均包括三個驅動時鐘管腳，與控制器相連，接收控制器發出的驅動脈沖，以完成電荷的轉移；所述方法包括：控制器控制成像區時鐘恢復常低，進行曝光；控制器向和存儲區時鐘發出特定順序和數目的脈沖，進行幀轉移；控制器向和寄存器時鐘發出特定順序和數目的脈沖，進行幀讀出，之后控制恢復為常低，恢復為常高，進入下一次幀轉移前的空閑狀態，同時，控制器先控制恢復常低，進入等待狀態，之后向發出特定順序和數目的脈沖，進行反向轉移以清除殘余電荷和等待期間的光生電荷。

作為上述方法的一種改進，所述方法具體包括：

步驟1)控制器控制成像區A的時鐘和恢復常低，進行前一幀圖像的曝光，以產生光生電荷，曝光時間為t_exp；

步驟2)控制器向和管腳各發出V+2*N個正脈沖，起始脈沖的先后順序為之間延時為1/2個脈沖時長；同時對存儲區時鐘和進行相同操作；使前一幀圖像電荷轉移至存儲區B，用時t_t；