[发明专利]一种CCD暗电流实时自动抑制的方法

说明书

本发明公开了一种CCD暗电流实时自动抑制的方法,利用CCD的内置暗像元实时监测面阵的暗电流，根据暗电流监测值驱动DAC芯片调整CCD隔离相位电极的偏置负电压值，进而抑制隔离相位的暗电流。为进一步增加暗电流抑制能力，感光区的电极交替作为电荷收集相位和隔离相位，其中隔离相位处于反转状态，若交替时间短于表面暗电流的恢复时间，则可使所有相位的暗电流得到有效的抑制。本发明实现了CCD暗电流实时自动抑制，可有效抑制温度变化等因素造成的暗电流波动，进而减弱噪声水平，提高成像质量。

技术领域

本发明涉及CCD的驱动与信号获取领域，特别涉及一种CCD暗电流实时自动抑制的方法。

背景技术

CCD的暗电流是在没有光照的情况下，热激发产生的电子被CCD的势阱收集而产生的。CCD的暗电流主要由表面暗电流I_surf、体内暗电流和背面暗电流I_back组成，其中体内暗电流又包括耗尽区的耗尽暗电流I_dep和场自由区的扩散暗电流I_dif。背面暗电流受CCD处理工艺影响很大，不易使用公式来近似，但若处理得当，可以得到完全抑制，故在此不予讨论。对于非MPP的CCD，表面暗电流通常远大于其他部分的暗电流，表面暗电流可表示为：

其中，σ为表面态的俘获截面，v_th为电子扩散速率，k为波尔兹曼常数，T为热力学温度，N_SS为硅-二氧化硅界面的有效表面态密度。

在积分周期里将感光区所有电极施加足够负的电压，吸引空穴填满了硅-二氧化硅界面的表面态，使有效表面态密度减小，由式(1)可知，表面暗电流随之减小甚至完全消除。然而，该操作需要在CCD制作过程中添加复杂的处理工艺，而且容易造成满阱容量减小，垂直转移速率减慢，其应用受到一定的限制。对于普通多相CCD，可以在积分时仅将隔离相位的电极施加足够负的电压，而积分相位则保留较高的电压，从而在保证满阱容量和垂直转移速率的前提下，抑制隔离相位的暗电流。CCD从反转状态转变为耗尽状态时，表面暗电流的恢复需要一定的时间，若在该时间到来之前重新进入反转状态，则暗电流能得到持续的抑制。因此，在积分周期内，感光区的电极交替作为电荷收集相位和阻隔相位，其中阻隔相位处于反转状态，若交替时间短于表面暗电流的恢复时间，则可使所有相位的暗电流得到有效的抑制。

发明内容

本发明的目的是提供一种CCD暗电流实时自动抑制的方法，可以消除CCD在成像过程中由于温度等因素造成的暗电流波动对暗电流校正带来的困难，可以有效提高获取图像信息的噪声水平和图像质量。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的，一种CCD暗电流实时自动抑制的方法，包括以下步骤：

S1、利用CCD的内置暗像元实时监测面阵的暗电流以得到监测值；

S2、根据在CCD电极上添加足够的负压可以减小有效表面态密度，进而减小表面暗电流的原理，依照暗电流的监测值实时调节驱动信号的偏压，达到抑制暗电流的目的。

进一步设置是，所述的步骤S2具体包括：

S21、根据暗电流的监测值，驱动DAC芯片实时调整CCD的隔离相位电极的偏压值；采用部分反转的方法抑制隔离相位的暗电流，仅调整隔离相位电极的偏压值，积分相位电极偏压保持不变，从而在保证满阱容量和垂直转移速率的前提下，抑制隔离相位的暗电流；

S22、由于在电极上添加的偏压负值过大会导致满阱容量变小，为进一步增加暗电流调节能力，采用周期反转的方法抑制暗电流；针对特定的CCD传感器，预先检测其电极所加偏压的极值，一方面根据暗电流水平调整偏压数值大小，另一方面当偏压值超过其允许极值时，切换暗电流抑制模式。