[其他]自带电子快门的高速固态摄象机

说明书

本发明属于一种固态摄象机，特别是一种能获取高速运动目标清晰图象的高速摄象机。

高速摄象机要获取运动物体的清晰图象，关键在于快门。快门的作用是缩短暴光时间，以消除高速运动目标重复暴光所引起的图象模糊。目前的高速摄象机都是由普通的固态摄象机附加机械快门或电子快门装置组成。机械快门由于其开启特性，稳定性和可靠性等较差以及寿命有限等不足，因而有采用PLZT（掺镧锆钛酸铝系陶瓷的简称）作的电子快门装置。如日刊《映像情报》VOL    16    NO6    P87发表的电子快门CCD摄象机一文就是采用了这种电子快门。PLZT电子快门是由电脉冲控制PLZT透明铁电陶瓷的光阀，但是由于PLZT器件在室温下的介电常数高达4000，因而有过高的电荷使得开关时间无法缩短，并需配备较复杂庞大的控制线路;又由于PLZT器件本身有透光率损失，寿命有限，而且要求控制光阀的电场相当高，比如厚度为1mm的瓷片就要求450伏/毫米的电场，正因如此，严重地影响了PLZT的扩大推广。此外，由于这种外加快门的高速摄象机价格昂贵，阻碍普及应用。

本发明的目的是槟弃附加的快门装置，采用底板清洗技术直接开发固态图象传感器本身的电子快门特性，做出一种高效率，长寿命，小巧低价和便于普及应用的自带电子快门的高速固态摄象机。

普通的固态摄象机包含固态图象传感器和驱动脉冲等电路。这种摄象机的场积分时间为20^ms，相当于快门速度为1/50秒，如图1^a所示。如果用这种摄象机摄取高速运动目标的图象，势必会引起目标的重复暴光，造成图象模糊。因此，本发明从缩短场积分时间入手，使缩短的场积分脉冲起电子快门的作用，从而将普通的固态摄象机改造成自带电子快门的高速摄象机。这种摄象机的自带快门速度是随着场积分时间的缩短而提高。若把场积分时间缩短到1m^s，则自带电子快门的速度就提高到1/1000秒。但由于这种自带快门与外加的快门装置不同：外加快门只在打开瞬间暴光;而现在的摄象机由于没有外加快门而始终处于暴光状态，也就是说若起快门作用的有用场积分为1m^s，则其余的19m^s便属于无用积分，如图1^b所示。所以问题最终归结为要设法除掉这无用积分期间的光生电荷，使有用积分建立在清白的底板上，获得清晰的图象。为此，本发明提出采用清洗底板技术来除掉无用积分期间的光生电荷，实现固态摄象机自带电子快门。

底    底板清洗技术是本发明的核心技术，该技术是通过改变固态图象传感器的某些结构和驱动脉冲来实现。底板清洗方法因固态图象传感器的结构而異，对于行间转移CCD摄象机，可以采用溢出漏清洗法或快速推出清洗法。其他固态摄象机可以采用相应的其他方法。

溢出漏清洗法需采用溢出漏控制栅结构，并在其上加清洗脉冲来实现，快速推出清洗法是通过改变固态摄象器件的驱动脉冲来实现。

本发明的底板清洗技术既适合于黑白摄象机也适用于彩色摄象机。该底板清洗技术直接开发了固态摄象机的电子快门特性，使普通的固态摄象机成为自带电子快门的高速摄象机，槟弃了目前高速摄象机所附加的快门装置，不但保持了固态摄象机的超小型，长寿命、低残象、低功耗和无图象失真等优点，而且具有快门启动特性好，快门速度可调，使用方便，无透光率损失和无机械接触及无机械磨损故障等理想性能。这种自带电子快门的高速摄象机其性能价格比远超过任何外加快门装置的高速摄象机，因此将冲破原高速摄象机筑起的高价障碍，进入普及领域以充分发挥其作用。该高速摄象机可与普通电视监视器，录象机等兼容，当快门速度调到1/50秒或1/60秒时，就是普通电视摄象机，此外，由于该机为低帧频高频摄象机，所以给普通计算机处理高速运动目标的图象提供了方便。

以下结合附图详细说明本发明的清洗原理：

图1^a是普通行向转移CCD摄象机的主要驱动时钟，其中：φ_p是场积分脉冲;φ_T是积分电荷转移的控制脉冲;φ_V是垂直寄存列的移位脉冲;φ_H是水平寄存列的移位脉冲。

溢出漏清洗法：

图1^b是为清洗底板而要求的驱动时钟，其中φ_L是清洗脉冲。

图2^a是行向转移摄象器件的一个感光单元剖面图。

图2^b是作溢出漏用的表面势分布。