本發(fā)明涉及一種CCD讀出電路，尤其涉及一種CCD片上讀出電路及其控制方法。

背景技術(shù)：

電荷耦合器件（CCD，Charge Coupled Device）是一種應(yīng)用十分廣泛的微型圖像傳感器；基于現(xiàn)有知識(shí)可知，電子倍增CCD由于具備電子倍增功能，特別適合于弱光環(huán)境下的成像，但若將其用于強(qiáng)光環(huán)境，則電子倍增功能反而會(huì)導(dǎo)致其無法正常成像，因此，現(xiàn)有技術(shù)中不存在能夠兼容弱光環(huán)境和強(qiáng)光環(huán)境的CCD。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)背景技術(shù)中的問題，本發(fā)明提出了一種CCD片上讀出電路，其創(chuàng)新在于：所述CCD片上讀出電路由浮置柵放大器、緩沖轉(zhuǎn)移區(qū)、信號(hào)通道選擇柵、輸出放大器、信號(hào)倍增區(qū)、比較電路和控制電路組成；

所述浮置柵放大器由轉(zhuǎn)移區(qū)和電壓感應(yīng)區(qū)組成；所述轉(zhuǎn)移區(qū)的輸入端與CCD的水平轉(zhuǎn)移區(qū)的輸出端連接，轉(zhuǎn)移區(qū)的輸出端與緩沖轉(zhuǎn)移區(qū)的輸入端連接，緩沖轉(zhuǎn)移區(qū)的輸出端通過信號(hào)通道選擇柵分別與輸出放大器和信號(hào)倍增區(qū)連接，輸出放大器的輸出端與處理電路一連接，信號(hào)倍增區(qū)的輸出端與處理電路二連接；所述電壓感應(yīng)區(qū)的感應(yīng)部與轉(zhuǎn)移區(qū)的位置對(duì)應(yīng)，電壓感應(yīng)區(qū)的輸出端與比較電路的輸入端連接，比較電路的輸出端與控制電路連接，控制電路用于為轉(zhuǎn)移區(qū)、緩沖轉(zhuǎn)移區(qū)、信號(hào)通道選擇柵、輸出放大器、信號(hào)倍增區(qū)和比較電路提供驅(qū)動(dòng)電平。

本發(fā)明的原理是：浮置柵放大器是一種CCD技術(shù)中常見的放大器類型，基于現(xiàn)有理論可知，當(dāng)信號(hào)電荷在浮置柵放大器的溝道（也即本發(fā)明所定義的轉(zhuǎn)移區(qū)）中轉(zhuǎn)移時(shí)，浮置柵（也即本發(fā)明所定義的電壓感應(yīng)區(qū)）可以感應(yīng)出鏡像電荷，也即浮置柵放大器可以在不破壞信號(hào)電荷的條件下感應(yīng)到信號(hào)電荷的大小，現(xiàn)有技術(shù)利用浮置柵放大器的前述性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)信號(hào)檢測(cè)和放大；在本發(fā)明中，發(fā)明人將浮置柵放大器作為一種“檢測(cè)裝置”，通過浮置柵放大器來檢測(cè)信號(hào)電荷的電平狀態(tài)（電平的大小與信號(hào)電荷的電子數(shù)成正比），當(dāng)CCD工作于弱光環(huán)境時(shí)，其光敏區(qū)輸出的信號(hào)電荷的電子數(shù)較少，相應(yīng)的，浮置柵放大器感應(yīng)到的電平也較低，通過比較電路對(duì)電平大小進(jìn)行判斷后，控制電路就能根據(jù)比較電路的輸出信號(hào)控制信號(hào)通道選擇柵的動(dòng)作，使緩沖轉(zhuǎn)移區(qū)與信號(hào)倍增區(qū)選通，當(dāng)CCD工作于強(qiáng)光環(huán)境時(shí)，其光敏區(qū)輸出的信號(hào)電荷的電子數(shù)較多，相應(yīng)的，浮置柵放大器感應(yīng)到的電平也較高，經(jīng)比較電路和控制電路的處理后，信號(hào)通道選擇柵就能將緩沖轉(zhuǎn)移區(qū)與輸出放大器選通，通過這種工作機(jī)制，就能使CCD片上讀出電路具備信號(hào)大小識(shí)別功能，進(jìn)而使CCD片上讀出電路能夠在不破壞信號(hào)電荷的條件下，將信號(hào)電荷選擇性地輸出到輸出放大器或信號(hào)倍增區(qū)進(jìn)行相應(yīng)的處理，最終使得CCD既能工作于弱光環(huán)境又能工作于強(qiáng)光環(huán)境，大大的增強(qiáng)了CCD的功能，其技術(shù)價(jià)值不言而喻，并且，本發(fā)明中的各個(gè)組成部分，如果獨(dú)立的看，他們均是CCD技術(shù)中的常用功能，直接利用現(xiàn)有的CCD工藝就能實(shí)現(xiàn)，幾乎不存在工藝難度，本領(lǐng)域技術(shù)人員完全有能力實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，至于其中涉及到的具體的技術(shù)參數(shù)，在本發(fā)明揭示了前述工作原理后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)試驗(yàn)并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用環(huán)境合理確定，因此，雖然本發(fā)明未示明具體的技術(shù)參數(shù)，但并不影響本發(fā)明公開的充分性。

基于前述物理方案，本發(fā)明還提出了一種CCD片上讀出電路控制方法，該方法所依賴的物理構(gòu)成如前所述，具體的控制方法為：所述水平轉(zhuǎn)移區(qū)、轉(zhuǎn)移區(qū)和緩沖轉(zhuǎn)移區(qū)（緩沖轉(zhuǎn)移區(qū)由常見的轉(zhuǎn)移柵所構(gòu)成，緩沖轉(zhuǎn)移區(qū)的長度，可根據(jù)控制動(dòng)作所需時(shí)間合理確定）形成轉(zhuǎn)移通道；

1）當(dāng)CCD光敏區(qū)輸出光生電荷時(shí)，光生電荷通過水平轉(zhuǎn)移區(qū)轉(zhuǎn)移至轉(zhuǎn)移區(qū)；

2）光生電荷進(jìn)入轉(zhuǎn)移區(qū)后，轉(zhuǎn)移區(qū)繼續(xù)將光生電荷轉(zhuǎn)移至緩沖轉(zhuǎn)移區(qū)，在此過程中，電壓感應(yīng)區(qū)就會(huì)感應(yīng)到光生電荷并生成相應(yīng)的感應(yīng)電平，電壓感應(yīng)區(qū)將感應(yīng)電平輸出至比較電路；

3）比較電路（電壓比較電路是電氣領(lǐng)域中十分常見的電路類型，具體實(shí)施時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可擇優(yōu)采用）根據(jù)感應(yīng)電平大小生成相應(yīng)的控制信號(hào)，并將控制信號(hào)輸出至控制電路；

4）控制電路根據(jù)控制信號(hào)向信號(hào)通道選擇柵輸出相應(yīng)的控制電平，信號(hào)通道選擇柵在控制電平的驅(qū)動(dòng)下將緩沖轉(zhuǎn)移區(qū)與輸出放大器或信號(hào)倍增區(qū)選通，光生電荷通過輸出放大器或信號(hào)倍增區(qū)處理后，輸出至處理電路一或處理電路二；處理電路一用于對(duì)正常的非電子倍增信號(hào)進(jìn)行處理，處理電路二用于對(duì)電子倍增信號(hào)進(jìn)行處理；

步驟2）、3）、4）的過程中，CCD光敏區(qū)輸出的光生電荷在轉(zhuǎn)移通道內(nèi)不間斷地持續(xù)轉(zhuǎn)移，光生電荷在緩沖轉(zhuǎn)移區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)移時(shí)所消耗的時(shí)間用于為步驟2）、3）、4）的操作提供緩沖時(shí)間。眾所周知地，CCD及其片上讀出電路需要配合相應(yīng)的控制時(shí)序才能實(shí)現(xiàn)其功能，本發(fā)明雖然改變了CCD片上讀出電路的功能，但考慮到時(shí)序設(shè)計(jì)是本領(lǐng)域技術(shù)人員所應(yīng)該掌握的基本技能，以及考慮到本發(fā)明已經(jīng)清楚地示明了本發(fā)明的工作原理和時(shí)序設(shè)計(jì)存在難以窮舉的問題，故本發(fā)明未對(duì)工作時(shí)序問題作進(jìn)一步介紹，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際情況，合理設(shè)計(jì)。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：提出了一種CCD片上讀出電路及其控制方法，得益于該CCD片上讀出電路，使CCD既能工作于弱光環(huán)境又能工作于強(qiáng)光環(huán)境，大大的增強(qiáng)了CCD的功能。

附圖說明

圖1、本發(fā)明的原理示意圖；

圖2、本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式示意圖；

圖中各個(gè)標(biāo)記所對(duì)應(yīng)的名稱分別為：浮置柵放大器1、緩沖轉(zhuǎn)移區(qū)2、信號(hào)通道選擇柵3、輸出放大器4、信號(hào)倍增區(qū)5、光敏區(qū)6、水平轉(zhuǎn)移區(qū)7、用于實(shí)現(xiàn)電壓感應(yīng)區(qū)的浮置柵1-1、用于實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移區(qū)的多條轉(zhuǎn)移柵1-2。

具體實(shí)施方式

一種CCD片上讀出電路，其創(chuàng)新在于：所述CCD片上讀出電路由浮置柵放大器1、緩沖轉(zhuǎn)移區(qū)2、信號(hào)通道選擇柵3、輸出放大器4、信號(hào)倍增區(qū)5、比較電路和控制電路組成；

所述浮置柵放大器1由轉(zhuǎn)移區(qū)和電壓感應(yīng)區(qū)組成；所述轉(zhuǎn)移區(qū)的輸入端與CCD的水平轉(zhuǎn)移區(qū)的輸出端連接，轉(zhuǎn)移區(qū)的輸出端與緩沖轉(zhuǎn)移區(qū)2的輸入端連接，緩沖轉(zhuǎn)移區(qū)2的輸出端通過信號(hào)通道選擇柵3分別與輸出放大器4和信號(hào)倍增區(qū)5連接，輸出放大器4的輸出端與處理電路一連接，信號(hào)倍增區(qū)5的輸出端與處理電路二連接；所述電壓感應(yīng)區(qū)的感應(yīng)部與轉(zhuǎn)移區(qū)的位置對(duì)應(yīng)，電壓感應(yīng)區(qū)的輸出端與比較電路的輸入端連接，比較電路的輸出端與控制電路連接，控制電路用于為轉(zhuǎn)移區(qū)、緩沖轉(zhuǎn)移區(qū)2、信號(hào)通道選擇柵3、輸出放大器4、信號(hào)倍增區(qū)5和比較電路提供驅(qū)動(dòng)電平。

一種CCD片上讀出電路控制方法，所述CCD片上讀出電路由浮置柵放大器1、緩沖轉(zhuǎn)移區(qū)2、信號(hào)通道選擇柵3、輸出放大器4、信號(hào)倍增區(qū)5、比較電路和控制電路組成；

所述浮置柵放大器1由轉(zhuǎn)移區(qū)和電壓感應(yīng)區(qū)組成；所述轉(zhuǎn)移區(qū)的輸入端與CCD的水平轉(zhuǎn)移區(qū)的輸出端連接，轉(zhuǎn)移區(qū)的輸出端與緩沖轉(zhuǎn)移區(qū)2的輸入端連接，緩沖轉(zhuǎn)移區(qū)2的輸出端通過信號(hào)通道選擇柵3分別與輸出放大器4和信號(hào)倍增區(qū)5連接，輸出放大器4的輸出端與處理電路一連接，信號(hào)倍增區(qū)5的輸出端與處理電路二連接；所述電壓感應(yīng)區(qū)的感應(yīng)部與轉(zhuǎn)移區(qū)的位置對(duì)應(yīng)，電壓感應(yīng)區(qū)的輸出端與比較電路的輸入端連接，比較電路的輸出端與控制電路連接，控制電路用于為轉(zhuǎn)移區(qū)、緩沖轉(zhuǎn)移區(qū)2、信號(hào)通道選擇柵3、輸出放大器4、信號(hào)倍增區(qū)5和比較電路提供驅(qū)動(dòng)電平；

其創(chuàng)新在于：所述控制方法包括：所述水平轉(zhuǎn)移區(qū)、轉(zhuǎn)移區(qū)和緩沖轉(zhuǎn)移區(qū)2形成轉(zhuǎn)移通道；

1）當(dāng)CCD光敏區(qū)輸出光生電荷時(shí)，光生電荷通過水平轉(zhuǎn)移區(qū)轉(zhuǎn)移至轉(zhuǎn)移區(qū)；

2）光生電荷進(jìn)入轉(zhuǎn)移區(qū)后，轉(zhuǎn)移區(qū)繼續(xù)將光生電荷轉(zhuǎn)移至緩沖轉(zhuǎn)移區(qū)2，在此過程中，電壓感應(yīng)區(qū)就會(huì)感應(yīng)到光生電荷并生成相應(yīng)的感應(yīng)電平，電壓感應(yīng)區(qū)將感應(yīng)電平輸出至比較電路；

3）比較電路根據(jù)感應(yīng)電平大小生成相應(yīng)的控制信號(hào)，并將控制信號(hào)輸出至控制電路；

4）控制電路根據(jù)控制信號(hào)向信號(hào)通道選擇柵3輸出相應(yīng)的控制電平，信號(hào)通道選擇柵（3）在控制電平的驅(qū)動(dòng)下將緩沖轉(zhuǎn)移區(qū)2與輸出放大器4或信號(hào)倍增區(qū)5選通，光生電荷通過輸出放大器4或信號(hào)倍增區(qū)5處理后，輸出至處理電路一或處理電路二；

步驟2）、3）、4）的過程中，CCD光敏區(qū)輸出的光生電荷在轉(zhuǎn)移通道內(nèi)不間斷地持續(xù)轉(zhuǎn)移，光生電荷在緩沖轉(zhuǎn)移區(qū)2內(nèi)轉(zhuǎn)移時(shí)所消耗的時(shí)間用于為步驟2）、3）、4）的操作提供緩沖時(shí)間。