[其他]自带电子快门的CCD高速摄象机

说明书

本实用新型属于一种CCD固态摄象机，特别是一种能够摄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。

本实用新型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CCD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CCD高速摄象机。

普通的电视制式CCD固态摄象机包括图象传感器，驱动器、驱动脉冲产生器和信号处理等电路。其中，驱动脉冲产生器所产生的驱动脉冲和驱动时钟，用来控制光积分和光积分电荷读出。该摄象机的每场光积分时间为20ms，相当于快门速度为1／50秒。若用这种摄象机摄取高速运动目标的图象，显然会引起目标的重复暴光，造成图象模糊。因此，本实用新型从缩短场积分的时间入手，使缩短的场积分脉冲起电子快门的作用，从而将普通的电视制式CCD摄象机改成自带电子快门的高速摄象机。这种自带快门的速度随着场积分时间的缩短而增高。若把场积分时间缩短到1ms，则自带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不同，外加快门只在打开瞬间暴光，而现在的CCD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1ms，则其余的19ms便属于无用积分。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，本实用新型提出采用清洗底板技术来除掉无用积分期间的光生电荷，实现普通电视制式CCD摄象机自带电子快门。

本实用新型的清洗底板技术是通过改变CCD脉冲产生器产生的驱动脉冲和驱动时钟，在现有的行间转移CCD上直接实现。改变后的CCD脉冲产生器设有双脉冲产生器和双频率时钟产生器。普通电视制式CCD脉冲产生器产生的几个主要驱动时钟如图5所示。其中：φ_P是场积分脉冲；φ_T是积分电荷转移控制脉冲；φ_V是寄存列垂直移位脉冲；φ_H是寄存列水平行移位脉冲。改变后的脉冲产生器产生的驱动时钟如图2所示。两者区别在于场积分脉冲φ^′_P变为每场两个脉冲，即有用积分和无用积分；垂直寄存列移位脉冲φ^′_V变成了两种频率组成的双时钟，即在无用积分和有用积分交界处A之后新增加了持续时间为τ₃的高频脉冲。改变有用积分时间的长短可调整快门的速度。

本实用新型是通过以下电路来达到改变驱动脉冲和驱动时钟的。

图2是为实现底板清洗而要求改动的双脉冲产生器线路图和相应的波形图。

图3是为实现底板清洗而要求改动的双频率时钟产生器线路图和相应的波形图。