[其他]自帶電子快門的高速固態攝象機

有效

• 申請號: 86107106
• 申請日: 1986-10-18
• 公開（公告）號: CN86107106A
• 公開（公告）日: 1988-05-04
• 發明（設計）人: 楊金玉;陸仁夏
• 申請（專利權）人: 西北電訊工程學院
• 主分類號: H04N5/225
• 分類號: H04N5/225
• 代理公司: 陜西省發明專利服務中心
• 代理人: 王品華,朱紅星

本發明屬于一種固態攝象機，特別是一種能獲取高速運動目標清晰圖象的高速攝象機。

高速攝象機要獲取運動物體的清晰圖象，關鍵在于快門。快門的作用是縮短暴光時間，以消除高速運動目標重復暴光所引起的圖象模糊。目前的高速攝象機都是由普通的固態攝象機附加機械快門或電子快門裝置組成。機械快門由于其開啟特性，穩定性和可靠性等較差以及壽命有限等不足，因而有采用PLZT（摻鑭鋯鈦酸鋁系陶瓷的簡稱）作的電子快門裝置。如日刊《映像情報》VOL????16????NO6????P87發表的電子快門CCD攝象機一文就是采用了這種電子快門。PLZT電子快門是由電脈沖控制PLZT透明鐵電陶瓷的光閥，但是由于PLZT器件在室溫下的介電常數高達4000，因而有過高的電荷使得開關時間無法縮短，并需配備較復雜龐大的控制線路;又由于PLZT器件本身有透光率損失，壽命有限，而且要求控制光閥的電場相當高，比如厚度為1mm的瓷片就要求450伏/毫米的電場，正因如此，嚴重地影響了PLZT的擴大推廣。此外，由于這種外加快門的高速攝象機價格昂貴，阻礙普及應用。

本發明的目的是檳棄附加的快門裝置，采用底板清洗技術直接開發固態圖象傳感器本身的電子快門特性，做出一種高效率，長壽命，小巧低價和便于普及應用的自帶電子快門的高速固態攝象機。

普通的固態攝象機包含固態圖象傳感器和驅動脈沖等電路。這種攝象機的場積分時間為20^ms，相當于快門速度為1/50秒，如圖1^a所示。如果用這種攝象機攝取高速運動目標的圖象，勢必會引起目標的重復暴光，造成圖象模糊。因此，本發明從縮短場積分時間入手，使縮短的場積分脈沖起電子快門的作用，從而將普通的固態攝象機改造成自帶電子快門的高速攝象機。這種攝象機的自帶快門速度是隨著場積分時間的縮短而提高。若把場積分時間縮短到1m^s，則自帶電子快門的速度就提高到1/1000秒。但由于這種自帶快門與外加的快門裝置不同：外加快門只在打開瞬間暴光;而現在的攝象機由于沒有外加快門而始終處于暴光狀態，也就是說若起快門作用的有用場積分為1m^s，則其余的19m^s便屬于無用積分，如圖1^b所示。所以問題最終歸結為要設法除掉這無用積分期間的光生電荷，使有用積分建立在清白的底板上，獲得清晰的圖象。為此，本發明提出采用清洗底板技術來除掉無用積分期間的光生電荷，實現固態攝象機自帶電子快門。

底????底板清洗技術是本發明的核心技術，該技術是通過改變固態圖象傳感器的某些結構和驅動脈沖來實現。底板清洗方法因固態圖象傳感器的結構而異，對于行間轉移CCD攝象機，可以采用溢出漏清洗法或快速推出清洗法。其他固態攝象機可以采用相應的其他方法。

溢出漏清洗法需采用溢出漏控制柵結構，并在其上加清洗脈沖來實現，快速推出清洗法是通過改變固態攝象器件的驅動脈沖來實現。

本發明的底板清洗技術既適合于黑白攝象機也適用于彩色攝象機。該底板清洗技術直接開發了固態攝象機的電子快門特性，使普通的固態攝象機成為自帶電子快門的高速攝象機，檳棄了目前高速攝象機所附加的快門裝置，不但保持了固態攝象機的超小型，長壽命、低殘象、低功耗和無圖象失真等優點，而且具有快門啟動特性好，快門速度可調，使用方便，無透光率損失和無機械接觸及無機械磨損故障等理想性能。這種自帶電子快門的高速攝象機其性能價格比遠超過任何外加快門裝置的高速攝象機，因此將沖破原高速攝象機筑起的高價障礙，進入普及領域以充分發揮其作用。該高速攝象機可與普通電視監視器，錄象機等兼容，當快門速度調到1/50秒或1/60秒時，就是普通電視攝象機，此外，由于該機為低幀頻高頻攝象機，所以給普通計算機處理高速運動目標的圖象提供了方便。

以下結合附圖詳細說明本發明的清洗原理：

圖1^a是普通行向轉移CCD攝象機的主要驅動時鐘，其中：φ_p是場積分脈沖;φ_T是積分電荷轉移的控制脈沖;φ_V是垂直寄存列的移位脈沖;φ_H是水平寄存列的移位脈沖。

溢出漏清洗法：

圖1^b是為清洗底板而要求的驅動時鐘，其中φ_L是清洗脈沖。

圖2^a是行向轉移攝象器件的一個感光單元剖面圖。

圖2^b是作溢出漏用的表面勢分布。