典型面陣圖像傳感器工作原理——DL32型面陣CCD

如圖12 - 25所示是DL32型面陣CCD管腳圖，DL32型CCD攝像器正常工作需要11路驅(qū)動(dòng)脈沖和6路直流偏置電平。11路驅(qū)動(dòng)脈沖為像敏區(qū)的三相交疊脈沖φ_VAI、φ_VA2、φ_VA3，存儲(chǔ)區(qū)的三相交疊脈沖φ_VB1、

φ_VB2、φ_VB3 ，水平移位寄存器的三相交碼脈沖φ_H1、φ_H2、φ_H3 ，注入脈沖φ₀和和復(fù)位脈沖φ_R。

當(dāng)攝像區(qū)工作時(shí)，三相電極中的一相為高電平，處于光積分狀態(tài)，其余二相為低電平，起到溝阻隔離作用。水平方向有溝阻區(qū)，使各個(gè)攝像單元成為一個(gè)個(gè)獨(dú)立的區(qū)域，各區(qū)域之間無電荷交換。這樣，各個(gè)攝像單元進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，信號(hào)電荷(電子)存儲(chǔ)在相應(yīng)單元的勢(shì)阱里 ，即完成光積分過程。從圖12 - 24中看出，當(dāng)?shù)谝粓?chǎng)φVA3處于高電平時(shí)，φVA1和φVA2處于低電平，凡是接φVA3的256×320個(gè)單元均處于光積分時(shí)間。當(dāng)?shù)谝粓?chǎng)光積分結(jié)束后，攝像區(qū)和存儲(chǔ)區(qū)均處于幀轉(zhuǎn)移脈沖工作狀態(tài)。它們?cè)趲D(zhuǎn)移的高速脈沖驅(qū)動(dòng)下，將攝像區(qū)的256×320個(gè)單元的信號(hào)電荷平移到存儲(chǔ)區(qū)，在存儲(chǔ)區(qū)的256×320個(gè)單元中暫存起來。攝像區(qū)驅(qū)動(dòng)脈沖在幀轉(zhuǎn)移脈沖后，處于第二場(chǎng)光積分時(shí)間。由圖12 - 24看出，此時(shí)φVA2處于高電平，而φVA1、φVA3處于低電平，故凡是接φVA2的256×320個(gè)電極均處于第二場(chǎng)光積分過程。

當(dāng)攝像區(qū)處于第二場(chǎng)光積分時(shí)，存儲(chǔ)區(qū)的驅(qū)動(dòng)脈沖處于行轉(zhuǎn)移脈沖。在整個(gè)光積分周期中，存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行 256次行轉(zhuǎn)移，每次行轉(zhuǎn)移脈沖驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)區(qū)各單元將信號(hào)電荷向水平移位寄存器平移一行。第一個(gè)行 轉(zhuǎn)移脈沖將第一行信號(hào)平移人水平移位寄存器中，水平移位寄存器在水平三相交短脈沖的驅(qū)動(dòng)下快速地將這一行的320個(gè)信號(hào)經(jīng)輸出電路輸出。這一行全部輸出后，存儲(chǔ)區(qū)又進(jìn)行一次行 轉(zhuǎn)移，各行信號(hào)又步進(jìn)一行 ，第二行信號(hào)進(jìn)入水平移位寄存器，再又水平驅(qū)動(dòng)脈沖使之輸出。這樣，在攝像區(qū)進(jìn)行第二場(chǎng)光積分期間，存儲(chǔ)區(qū)和水平移位寄存器在各自的驅(qū)動(dòng)脈沖作用下，將第一場(chǎng)的信號(hào)逐行輸出。第二場(chǎng)光積分結(jié)束，第一場(chǎng)的輸出也完成，再將第二場(chǎng)的信號(hào)送入存儲(chǔ)區(qū)暫存。接下去，第三場(chǎng)光積分的同時(shí)輸出第二場(chǎng)信息。顯然，由奇偶兩場(chǎng)組成一幀圖像，實(shí)現(xiàn)隔行掃描。

 由圖12-24還可以看出，將攝像區(qū)的電荷包信號(hào)轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)區(qū)，是在場(chǎng)消隱期間完成的，而將存儲(chǔ)區(qū)中的信號(hào)并行的向水平移位寄存器中一行行的轉(zhuǎn)移也都是在行消隱期間完成的。即在場(chǎng)正程期間，面陣CCD的攝像區(qū)處于光電轉(zhuǎn)換和光積分工作狀態(tài)，而存儲(chǔ)區(qū)則處于并行轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)。水平移位寄存器總是處于不停的水平告訴轉(zhuǎn)移工作狀態(tài)；在場(chǎng)逆程期間，攝像區(qū)與存儲(chǔ)區(qū)在高速三相交疊脈沖的驅(qū)動(dòng)下，將攝像區(qū)中的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)區(qū)。

 在行正程期間，水平移位寄存器將在水平三相驅(qū)動(dòng)脈沖φ_H1、φ_H2、φ_H3的作用下，將并行轉(zhuǎn)移到水平移位寄存器內(nèi)的一行光信號(hào)電荷包轉(zhuǎn)移出來。在行逆程期間，水平移位寄存器的驅(qū)動(dòng)脈沖處于初始狀態(tài)。如圖12-24，φ_H1、φ_H2、φ_H3波形的前部和后部，φ_H1低、φ_H2高、φ_H3低，一行電荷信號(hào)并行的轉(zhuǎn)移到水平移位寄存器中的φ_H2電極下的勢(shì)阱里。

無論是線陣CCD還是面陣CCD，其驅(qū)動(dòng)脈沖路數(shù)都比較多，而且同步性也有要求，但隨著可編程器件（FPGA或CPLD）的發(fā)展，要實(shí)現(xiàn)這些也變得更加方便。