DE102009025251A1 - CCD device - Google Patents

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Abstract

Eine CCD-Einrichtung, die ein Feld aus Pixeln umfasst, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind, definiert eine Bildfläche. Es wird eine Vorrichtung bereitgestellt, um die Position eines Referenzobjekts auf der Bildfläche schnell zu ermitteln, indem Ladung an einem Rand der Bildfläche getaktet wird, die Ladung zusammengefasst wird, Ladung für eine zweite Zeitspanne gesammelt wird und an einen anderen Rand in einer zu dem ersten Rand rechtwinkligen Richtung getaktet wird, die Ladung zusammengefasst wird und schließlich die zusammengefasste Ladung an den Rändern ausgelesen wird. Die Ladung stellt somit die Intensitätsverteilung des abgebildeten Objekts in zwei Richtungen dar und kann zur Ermittlung der Position des Objekts verwendet werden, ohne dass jedes Pixel analysiert werden muss. Dies verringert die zur Ermittlung der Position des Objekts auf dem Bild benötigte Verarbeitungszeit.A CCD device comprising a field of pixels arranged in rows and columns defines one image area. A device is provided for quickly determining the position of a reference object on the image surface by clocking charge on one edge of the image surface, combining the charge, collecting charge for a second time period, and another edge in one of the first Clock is clocked at right-angle direction, the charge is summarized and finally the combined charge is read out at the edges. The charge thus represents the intensity distribution of the imaged object in two directions and can be used to determine the position of the object without having to analyze each pixel. This reduces the processing time required to determine the position of the object on the image.

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft eine CCD-Einrichtung, und insbesondere eine CCD, die zum Auffinden des Orts eines Objekts auf der Bildebene verwendet werden kann.The The present invention relates to a CCD device, and more particularly a CCD used to find the location of an object on the image plane can be used.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Bei einem typischen CCD-Bildgerät wird eine Signalladung, welche die einfallende Strahlung darstellt, in einem Pixelfeld in einer Bildfläche gesammelt. Nach einer Integrationszeitspanne wird die Signalladung typischerweise an einen Speicherabschnitt und dann an ein Ausgangsregister übertragen, indem geeignete Takt- oder Treiberimpulse an Steuerungselektroden angelegt werden. Die Signalladung wird dann aus dem Ausgangsregister ausgelesen und an eine Ladungsdetektionsschaltung angelegt, um eine Spannung zu erzeugen, die den Betrag der Signalladung darstellt. Die Empfindlichkeit einer derartigen Einrichtung ist durch das Rauschen des Umsetzungsprozesses von Ladung in Spannung und durch das Rauschen, das durch die Elektronik der nachfolgenden Videokette eingebracht wird, beschränkt.at A typical CCD imager becomes a signal charge which which represents incident radiation, in a pixel field in one Image area collected. After an integration period the signal charge is typically sent to a memory section and then transferred to an output register by using appropriate Clock or drive pulses are applied to control electrodes. The signal charge is then read out of the output register and applied to a charge detection circuit to supply a voltage generate the amount of signal charge. The sensitivity such a device is due to the noise of the conversion process from charge to voltage and from the noise generated by the electronics the subsequent video chain is introduced limited.

Eine Elektronen vervielfältigende CCD (EMCCD, von Englisch: electron multiplying CCD) überwindet diese Beschränkung und ist in unserer früher veröffentlichten UK-Patentanmeldung GB-A-2,371,403 offenbart, wie in 1 gezeigt ist. Ein CCD-Bildgerät 1 umfasst eine Bildfläche 2, einen Speicherabschnitt 3 und ein Ausgangs- oder Ausleseregister 4, wobei alle diese Komponenten sich bei einem herkömmlichen CCD-Bildgerät finden. Das Ausgangsregister 4 ist seriell so erweitert, dass es ein Multiplikationsregister 5 ergibt, dessen Ausgang mit einer Ladungsdetektionsschaltung 6 verbunden ist.An electron multiplying CCD (EMCCD) overcomes this limitation and is described in our previously published UK patent application GB-A-2,371,403 revealed as in 1 is shown. A CCD imager 1 includes a picture surface 2 , a storage section 3 and an output or readout register 4 All of these components are found in a conventional CCD imager. The output register 4 is serially extended so that it is a multiplication register 5 whose output is connected to a charge detection circuit 6 connected is.

Während eines Betriebs der Einrichtung wird einfallende Strahlung bei der Bildfläche 2 in eine Signalladung umgesetzt, welche die Intensität der Strahlung darstellt, die auf das Pixelfeld auftrifft, welches das Bildfeld bildet. Nach der Bildaufnahmezeitspanne werden Treiberimpulse an Steuerungselektroden 7 angelegt, um die bei den Pixeln der Bildfläche 2 gesammelte Ladung an den Speicherabschnitt 3 zu übertragen. Gleichzeitig werden Treibersignale auch an Steuerungselektroden 8 an dem Speicherabschnitt 3 angelegt, um zu veranlassen, dass Ladung wie durch den Pfeil angezeigt von Zeile zu Zeile übertragen wird, wobei die letzte Ladungszeile, die in Elementen in der Zeile 3a gehalten wird, parallel an das Ausgangsregister 4 übertragen wird.During operation of the device, incident radiation becomes at the image surface 2 converted into a signal charge representing the intensity of the radiation impinging on the pixel field forming the image field. After the image acquisition period, driving pulses are applied to control electrodes 7 applied to the pixels of the image area 2 accumulated charge to the storage section 3 transferred to. At the same time, driver signals are also applied to control electrodes 8th at the storage section 3 created to cause charge to be transferred from line to line as indicated by the arrow, with the last line of charge being in elements in the line 3a held parallel to the output register 4 is transmitted.

Wenn eine Signalladungszeile in das Ausgangsregister 4 übertragen wurde, werden geeignete Treiberimpulse an die Elektroden 9 angelegt, um die Ladung von den Elementen des Ausgangsregisters sequentiell an diejenigen des Multiplikationsregisters 5 zu übertragen. Bei dieser Ausführungsform weist das Multiplikationsregister eine dem Ausgangsregister ähnliche Architektur insofern auf, als die Dotierung für das Hinzufügen einer Elektrode zur Vervielfältigung zuständig ist.When a signal charge line in the output register 4 has been transmitted, suitable driving pulses to the electrodes 9 to apply the charge from the elements of the output register sequentially to those of the multiplication register 5 transferred to. In this embodiment, the multiplication register has an architecture similar to the output register in that the doping is responsible for the addition of an electrode for duplication.

Um eine Vervielfältigung der Ladung in jedem der Elemente des Multiplikationsregisters 5 zu erreichen, werden Treiberimpulse mit ausreichend hoher Amplitude an Steuerungselektroden 10 angelegt, um sowohl die Signalladung von einem Element an das nächste benachbarte Element in die durch den Pfeil gezeigten Richtung zu übertragen als auch um das Niveau der Signalladung aufgrund der Stoßionisierung um einen Betrag zu erhöhen, der durch die Amplitude der Treiberimpulse bestimmt ist. Während jedes Ladungspaket durch das Multiplikationsregister hindurch von einem Element zum nächsten übertragen wird, nimmt die Signalladung folglich zu. Die bei der Schaltung 6 detektierte Ladung ist daher eine vervielfältigte Version der Signalladung, die in dem Ausgangsregister 4 angesammelt ist. Bei jeder Stufe des Multiplikationsregisters wird die Signalladung erhöht. Jedes in dem Ausgangsregister 4 gespeicherte Signalladungspaket durchläuft einen identischen Vervielfältigungsprozess, während es durch alle Elemente des Multiplikationsregisters 5 hindurch wandert.To duplicate the charge in each of the elements of the multiplication register 5 to achieve driving pulses with sufficiently high amplitude at control electrodes 10 to transfer both the signal charge from one element to the next adjacent element in the direction shown by the arrow and to increase the level of the signal charge due to the impact ionization by an amount determined by the amplitude of the drive pulses. As each charge packet is transferred through the multiplication register from one element to the next, the signal charge consequently increases. The at the circuit 6 Detected charge is therefore a duplicated version of the signal charge in the output register 4 is accumulated. At each stage of the multiplication register, the signal charge is increased. Each in the output register 4 stored signal charge packet undergoes an identical duplication process while passing through all the elements of the multiplication register 5 wanders through.

Der Ausgang der Ladungsdetektionsschaltung 6 wird auch an eine automatische Verstärkungssteuerungsschaltung 11 angelegt, welche die an das Multiplikationsregister 5 angelegten Spannungen einstellt, um die Verstärkung zu steuern. Bei anderen Ausführungsformen ist diese Rückkopplungsanordnung weggelassen. Auf Wunsch kann die Verstärkung dann manuell gesteuert werden.The output of the charge detection circuit 6 is also connected to an automatic gain control circuit 11 which are applied to the multiplication register 5 applied voltages to control the gain. In other embodiments, this feedback arrangement is omitted. If desired, the gain can then be controlled manually.

CCD-Sensoren der beschriebenen Art sind für viele Anwendungen geeignet, welche umfassen, dass die Position eines Abbilds eines Objekts auf einem CCD-Rahmen ermittelt wird, wobei sich dieses Objekt in der Bildfläche der CCD-Einrichtung bewegen kann. Ein Beispiel einer derartigen Anwendung besteht in der Verwendung beim Abbilden von Sternen unter Verwendung großer Astronomieteleskope. Wir haben jedoch festgestellt, dass derartige Einrichtungen möglicherweise nicht in der Lage sind, eine angemessene Leistung für einige Anwendungen, etwa zukünftige Generationen sehr großer Teleskope, bereitzustellen.CCD sensors of the type described are suitable for many applications which include the position of an image of an object a CCD frame is detected, with this object in the Image surface of the CCD device can move. An example such an application is in use in imaging of stars using big astronomy telescopes. We however, have found that such facilities may be are unable to provide adequate performance for some Applications, about future generations very big Telescopes, to provide.

Bei großen Astronomieteleskopen besteht ein Bedarf für eine adaptive Optik in dem Sinn, dass der Bildgebungspfad variieren muss, um Variationen in der Erdatmosphäre zu berücksichtigen, die eine Verzerrung des Abbilds von Sternen verursachen. Ein großes Teleskop wird typischerweise einen verformbaren Spiegel zum Abbilden der Sterne auf einen Detektor umfassen. Zudem wird ein Teil des reflektierten Lichts unter Verwendung eines Strahlteilers auf eine separate Detektoranordnung aufgeteilt, die zur Detektion von Störungen in dem Bild, welche durch Variationen in der Erdatmosphäre verursacht werden, verwendet wird. Der separate Detektor wird typischerweise ein Linsenfeld umfassen, sodass das von jedem Abschnitt des Spiegels empfangene Licht auf einen separaten Detektor abgebildet wird, der oft ein Wellenfrontsensor oder Schwerpunktdetektor genannt wird. Jeder derartige Schwerpunktdetektor empfangt folglich ein separates Abbild des betrachteten Sterns von einem separaten jeweiligen Teil des Primärspiegels und folglich von einem spezifischen optischen Pfad durch die Atmosphäre zu diesem Teil des Spiegels. Jegliche Variation in dem Abbild aufgrund des Pfads durch die Atmosphäre zu diesem Teil des Spiegels kann daher von jedem derartigen separaten Schwerpunktdetektor detektiert werden.Large astronomical telescopes have a need for adaptive optics in the sense that the imaging path must vary to account for variations in the Earth's atmosphere that cause distortion of the image of stars. A large telescope will typically include a deformable mirror for imaging the stars on a detector. In addition, a portion of the reflected light is split using a beam splitter onto a separate detector array used to detect disturbances in the image caused by variations in the earth's atmosphere. The separate detector will typically include a lens array so that the light received by each portion of the mirror is imaged onto a separate detector, often called a wavefront sensor or center of gravity detector. Each such center of gravity detector thus receives a separate image of the considered star from a separate respective part of the primary mirror and thus from a specific optical path through the atmosphere to that part of the mirror. Any variation in the image due to the path through the atmosphere to that part of the mirror can therefore be detected by any such separate center of gravity detector.

Eine derartige beispielhafte Teleskopanordnung ist zur Erleichterung der Bezugnahme in 2 gezeigt. Ein Teleskop 2 bildet Licht von einer beobachteten Szene (z. B. einem speziellen Abschnitt des Himmels, der bei großen Astronomieteleskopen schwache interessierende Objekte und einen hellen ”Führungs”-Stern umfasst) auf eine Bildgebungsoptik 4 auf eine große verformbare Spiegeleinrichtung 6 ab, welche das Licht über einen optischen Pfad an einen Hauptsensor 10 reflektiert. Der Hauptsensor 10 integriert das Licht über eine geeignete Periode, die typischerweise einige Sekunden beträgt, auf, um das benötigte Abbild zu sammeln. Ein Teil des empfangenen Lichts wird über einen Strahlteiler 8 und eine Optik 14 auch auf eine Referenzdetektoranordnung 12 reflektiert, die als ein Wellenfrontsensor oder Schwerpunktdetektor bezeichnet werden kann. Dieser Wellenfrontsensor ermittelt die Position des abgebildeten Führungssterns für jeden Punkt der verformbaren Spiegeleinrichtung und liefert folglich eine Rückkopplung an einen Controller 16, der den verformbaren Spiegel verändern kann, um sicherzustellen, dass jegliche Variation aufgrund der Erdatmosphäre kompensiert wird.Such an exemplary telescopic arrangement is for ease of reference in FIG 2 shown. A telescope 2 For example, light from an observed scene (e.g., a particular portion of the sky, which in the case of large astronomy telescopes comprises weak objects of interest and a bright "guide" star) forms an imaging optic 4 on a large deformable mirror device 6 which transmits the light via an optical path to a main sensor 10 reflected. The main sensor 10 Integrates the light over a suitable period, which is typically a few seconds, to collect the required image. Part of the received light is transmitted via a beam splitter 8th and an optic 14 also to a reference detector arrangement 12 which may be referred to as a wavefront sensor or center of gravity detector. This wavefront sensor detects the position of the imaged guide star for each point of the deformable mirror device and thus provides feedback to a controller 16 which can alter the deformable mirror to ensure that any variation due to the earth's atmosphere is compensated.

3 zeigt die Sensoreinrichtung 12, welche ein Feld von Linsen umfasst, von denen jede ein Bild des Führungssterns mittels eines jeweiligen Abschnitts des verformbaren Spiegels auf einem jeweiligen Sensor 22 bereitstellt. Wenn es irgendeine Abweichung des Bilds bei einem speziellen Punkt auf dem Spiegel gibt, dann wird sich das entsprechende Bild auf einem der Schwerpunktdetektoren 22 entsprechend bewegen. 3 shows the sensor device 12 comprising an array of lenses, each of which captures an image of the guide star by means of a respective portion of the deformable mirror on a respective sensor 22 provides. If there is any deviation of the image at a particular point on the mirror, then the corresponding image will be on one of the center of gravity detectors 22 move accordingly.

Die Anzahl separater Bilder des Führungssterns, für welche die Schwerpunktposition ermittelt werden muss, nimmt mit der Größe des Teleskopspiegels zu, wobei etwa ein Bild für jeden Quadratmeter der Spiegelfläche benötigt wird. Für aktuelle Teleskopgenerationen kann diese Anforderung erfüllt werden, während die erforderliche Rahmenrate und das geringe Rauschen durch die Verwendung bekannter CCD-Architekturen mit mehreren Multiplikationsregistern beibehalten werden, von denen jedes eine Gruppe von Punktbildern ausliest, die einer Region des Teleskopspiegels entsprechen. Ein Beispiel einer derartigen CCD ist in 4 gezeigt.The number of separate images of the guide star for which the center of gravity position must be determined increases with the size of the telescope mirror, requiring approximately one image per every square meter of the mirror surface. For current generations of telescopes, this requirement can be met while maintaining the required frame rate and low noise through the use of known CCD architectures with multiple multiplication registers each reading a group of point images corresponding to a region of the telescope mirror. An example of such a CCD is shown in FIG 4 shown.

Die bekannte CCD von 4 umfasst zwei Halbbildsektionen 21, die eine Bildladung von einem empfangenen Bild erzeugen, welche dann zu zwei entsprechenden halben Speichersektionen 23 getaktet wird. Wie bei der Anordnung von 1 wird die Ladung dann in einem Multiplikationsregister 25 vervielfältigt und an Ausgangsschaltungen 27 hinausgetaktet.The well-known CCD of 4 includes two field sections 21 which generate an image charge from a received image, which then passes to two corresponding half memory sections 23 is clocked. As with the arrangement of 1 then the charge will be in a multiplication register 25 duplicated and output circuits 27 clocked out.

Wir haben festgestellt, dass die existierenden Technologien mit dem Fortschreiten zu größeren Teleskopgrößen hin möglicherweise nicht so erweitert werden können, dass sie im Betrieb ein schnelles Auslesen einer größeren Anzahl von Punkten mit niedrigem Rauschen auf kontinuierliche Weise bereitstellen, um Informationen für den verformbaren Spiegel zu liefern, um schnelle Einstellungen bereitzustellen, um dadurch ein korrektes Abbild an den Hauptbildsensor zu liefern.We have established that the existing technologies with the Progression to larger telescope sizes might not be extended in this way that they read a larger one during operation Number of points with low noise in a continuous manner provide information for the deformable mirror to deliver fast settings to thereby to provide a correct image to the main image sensor.

Wir haben allgemein festgestellt, dass für den Zweck der Ermittlung der Position eines sich kontinuierlich bewegenden Abbilds eines Objekts auf einem CCD-Sensor eine schnellere Bildverarbeitungsanordnung benötigt wird.We have generally found that for the purpose of the investigation the position of a continuously moving image of a Object on a CCD sensor a faster image processing arrangement is needed.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die Erfindung ist in den Ansprüchen definiert, auf welche nun Bezug genommen wird.The The invention is defined in the claims to which now Reference is made.

Die Erfindung stellt eine Anordnung bereit, die eine schnelle Ermittlung der Position eines Abbilds eines Objekts auf einem CCD-Sensor in zwei Richtungen ermöglicht, welche als X- und Y-Richtung oder alternativ als die Richtung von Zeilen und Spalten bezeichnet werden können. Durch Bereitstellen von Elektrodenverbindungen, um das Takten von Ladung entweder entlang von Zeilen oder entlang von Spalten zu ermöglichen, kann Ladung entlang zweier rechtwinkliger Ränder der Bildfläche in Speicherpixel getaktet werden. Die Verwendung eines Vorgangs, der als ”binning” oder Zusammenfassen bekannt ist, ermöglicht eine sehr schnelle Übertragung von Ladung in die Ladungsspeicherpixel an der Seite und am oberen Rand oder am unteren Rand der Bildfläche. Folglich kann die über eine spezielle Zeitspanne integrierte Ladung schnell aufsummiert und aus der Bildfläche ausgelesen werden. Dies liefert ein Signal, das die Verteilung der Intensität des Abbildes des Objekts in die X- und Y-Richtung darstellt, und daraus kann die Position des Abbilds des Objekts auf dem CCD-Feld ermittelt werden. Während die genaue Information von jedem Pixel aufgrund des Ladungssummierungsvorgangs verloren geht, ist die Information über die Intensitätsverteilung in die X- und Y-Richtung alles, was benötigt wird, um die Position des Abbilds des Objekts auf dem CCD-Feld zuverlässig zu ermitteln.The invention provides an arrangement that allows rapid determination of the position of an image of an object on a CCD sensor in two directions, which may be referred to as X and Y directions, or alternatively as the direction of rows and columns. By providing electrode connections to allow charging of charge either along rows or along columns, charge along two rectangular edges of the image area can be clocked into memory pixels. The use of a process known as "binning" or merging allows very fast transfer of charge into the charge storage pixels at the side and at the top or at the bottom of the image area. Consequently, the charge integrated over a specific period of time can be added up quickly and read out of the image area. This provides a signal which represents the distribution of the intensity of the image of the object in the X and Y directions, and from this the position of the image of the object on the CCD field can be determined. While the exact information of each pixel is lost due to the charge accumulation process, the information about the intensity distribution in the X and Y directions is all that is needed to reliably determine the position of the image of the object on the CCD array.

Die Ladungsspeicherflächen an der Seite und dem unteren Rand der Bildfläche können einfach eine Reihe von Pixeln in der Bildfläche selbst oder eine Extrareihe von Pixeln sein, die nicht zur Bildgebung verwendet werden. Eine derartige Extrareihe von Pixeln kann als ”Summierungspixel” oder ”Summierungsgräben” bezeichnet werden, oder alternativ kann die Ladung direkt in Ausgangsregister hinein aufsummiert werden und dann aus den Ausgangsregistern zu Verstärkern zur Signaldetektion hinausgetaktet werden. Ein wesentlicher Vorteil der Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass der Zusammenfassungsprozess im Vergleich zu einem herkömmlichen Auslesen der CCD schnell ist, da die Ladung von vollständigen Zeilen oder Spalten aufsummiert wird und die Anzahl von Ladungssignalen, die bei der Ladungsdetektionsschaltung in eine Spannung umgesetzt werden müssen, verringert wird. Folglich ist der Vorgang des Erzeugens der Signale, aus welchen die Position des Bilds abgeleitet werden kann, im Vergleich zu bekannten Anordnungen schneller.The Charge storage areas on the side and bottom edge The picture surface can simply be a set of pixels in the picture itself or an extra series of pixels that are not used for imaging. Such Extra series of pixels may be referred to as "summation pixels" or "summation trenches." or, alternatively, the charge can go directly into output registers be summed up and then from the output registers to Amplifiers are clocked out for signal detection. A significant advantage of the embodiment of the invention is that the summary process compared to a conventional reading of the CCD is fast, since the Charge of complete rows or columns added up and the number of charge signals associated with the charge detection circuit to be converted into a voltage is reduced. consequently is the process of generating the signals that make up the position of the image can be derived faster compared to known arrangements.

Bei den schnellen Rahmenraten, welche die Erfindung ermöglicht, wird das Signal von dem Führungsstern sehr klein sein und die Verwendung der EMCCD-Technologie zur Verstärkung dieser kleinen Signale kann vorteilhaft sein.at the fast frame rates allowed by the invention the signal from the guide star will be very small and the use of EMCCD technology to reinforce this small signals can be beneficial.

Die vorstehend beschriebene Struktur stellt ein Mittel zur Ermittlung der Position eines einzigen Punkts bereit. Ein Feld derartiger Strukturen kann verwendet werden, um die Positionen einer Anzahl derartiger Punkte zu ermitteln und die Strukturen können auf verschiedene Arten angeordnet sein, beispielsweise derart, dass jede Zeile ein Signal an eine einzelne Ladungsdetektionsschaltung liefert.The The structure described above provides a means of detection the position of a single point. A field of such structures can be used to determine the positions of a number of such Points can be determined and the structures can be different Be arranged types, for example, such that each line a Provides signal to a single charge detection circuit.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand eines Beispiels und mit Bezug auf die beiliegenden Figuren beschrieben, bei welchen:A Embodiment of the invention will now be described by way of example and with reference to the accompanying figures, in which:

1 eine schematische Zeichnung eines CCD-Bildgeräts eines bekannten Typs ist; 1 a schematic drawing of a CCD imaging device of a known type is;

2 eine schematische Zeichnung einer Teleskopanordnung ist, welche die Erfindung verkörpern kann; 2 a schematic drawing of a telescopic arrangement, which may embody the invention;

3 eine schematische Zeichnung des Referenzsensors oder Wellenfrontsensors ist, der die Erfindung verkörpern kann und in dem Teleskop von 2 verwendet werden könnte; 3 is a schematic drawing of the reference sensor or wavefront sensor, which can embody the invention and in the telescope of 2 could be used;

4 eine schematische Zeichnung eines CCD-Bildgeräts eines bekannten Typs ist, der für adaptive Optikanwendungen verwendet wird; 4 Fig. 12 is a schematic drawing of a CCD imager of a known type used for adaptive optics applications;

5 eine schematische Zeichnung einer ersten CCD-Einrichtung ist, welche die Erfindung verkörpert; 5 a schematic drawing of a first CCD device embodying the invention;

6 eine schematische Zeichnung einer zweiten CCD-Einrichtung ist, welche die Erfindung verkörpert; 6 is a schematic drawing of a second CCD device embodying the invention;

7 eine schematische Zeichnung einer dritten CCD-Einrichtung ist, welche die Erfindung verkörpert; 7 a schematic drawing of a third CCD device embodying the invention;

8 eine Ausleseregisteranordnung zeigt, welche bei Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden kann; 8th shows a readout register arrangement which may be used in embodiments of the invention;

9 die Zeitablaufsequenz zeigt, die bei der Anordnung von 8 verwendet werden kann; 9 shows the timing sequence involved in the arrangement of 8th can be used;

10 eine weitere Zeitablaufsequenz zeigt; 10 shows another timing sequence;

11 eine alternative Ausleseregisteranordnung zeigt, die bei Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden kann; 11 shows an alternative readout register arrangement that may be used in embodiments of the invention;

12 ein Zeitablaufdiagramm für die Anordnung von 11 zeigt; 12 a timing diagram for the arrangement of 11 shows;

13 ein weiteres Zeitablaufdiagramm für die Anordnung von 11 zeigt; 13 another timing diagram for the arrangement of 11 shows;

14 eine weitere alternative Ausleseregisteranordnung zeigt; und 14 shows another alternative readout register arrangement; and

15 eine mögliche Taktanordnung eines CCD-Pixels zeigt, die bei den Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden kann. 15 shows a possible clock arrangement of a CCD pixel that may be used in the embodiments of the invention.

GENAUE BESCHREIBUNGPRECISE DESCRIPTION

Die vorliegende Ausführungsform umfasst eine CCD-Einrichtung wie etwa ein CCD-Bildgerät. Die Erfindung ist auch in einem Verfahren zum Betreiben einer CCD-Einrichtung oder zum Betreiben einer Vorrichtung, die eine CCD-Einrichtung beinhaltet, etwa einer Kamera- oder Teleskopanordnung, verkörpert.The present embodiment includes a CCD device such as a CCD imager. The invention is also in one A method for operating a CCD device or for operating a Device containing a CCD device, such as a camera or telescopic arrangement, embodied.

Die Ausführungsform der Erfindung kann bei jeder Anwendung verwendet werden, bei der die X- und Y-Position eines Abbilds eines Objekts unter Verwendung eines CCD-Sensorfelds schnell ermittelt werden muss. Die Hauptanwendung der Erfindung ist allerdings zur Verwendung bei Astronomieteleskopen und daher wird zunächst diese Anwendung beschrieben, um das Verständnis zu erleichtern. Bei großen Teleskopen, etwa wie vorstehend beschrieben, wird ein Bild eines schwachen astronomischen Objekts oft über lange Integrationszeitspannen aufgenommen, während welchen sich das Abbild des Objekts auf einem Hauptdetektor aufgrund von Variationen in der Erdatmosphäre bewegen kann. Die Bewegung von Bestandteilen des Abbilds, das von verschiedenen Regionen des Primärspiegels erzeugt wird, kann aufgrund der unterschiedlichen optischen Pfade durch die Atmosphäre zu einem großen Teleskop unterschiedlich sein, und dies führt zu einem Auflösungsverlust, d. h. einer Unschärfe des Abbilds. Um das Ermitteln derartiger Variationen in optischen Pfaden zu unterstützen, wird oft ein heller Stern in der Nähe des dunkleren Objekts, das erfasst wird, abgebildet und der helle Stern wird zur Ermittlung derartiger Variationen aufgrund atmosphärischer Zustände verwendet. Die Kenntnis dieser Variationen wird dann zum Verändern der Gestalt eines verformbaren Spiegels innerhalb der Teleskopoptik verwendet, um die Verzerrung in Echtzeit zu kompensieren und damit die Unschärfe des Abbilds zu verringern. Wenn ein derartiger heller Stern in dem abgebildeten Abschnitt des Himmels nicht verfügbar ist, kann er auf künstliche Weise erzeugt werden, indem man einen Laser in die Erdatmosphäre strahlen lässt und Emissionen aus einer Natriumschicht in der Atmosphäre etwa 90 km über der Erdoberfläche stimuliert. Ein derartiger Punkt wird auf dem Teleskop gewöhnlich in der Mitte angeordnet und so werden die äußeren Ränder des Teleskopspiegels tatsächlich den länglichen Punkt sehen, da der beleuchtete Abschnitt in der Natriumschicht der Erdatmosphäre eine gewisse Tiefe aufweisen wird. Folglich besteht die Aufgabe des Referenzsensors oder Wellenfrontsensors darin, die Position einer im Wesentlichen kreisförmigen Gestalt für Teile des Abbilds zu dem Mittelpunkt des Spiegels hin oder die Position eines länglichen Punkts für Teile des Abbilds zu dem Rand des Spiegels hin zu ermitteln.The Embodiment of the invention may be in any application used in which the X and Y position of an image of a Object can be detected quickly using a CCD sensor array got to. However, the main application of the invention is for use in astronomy telescopes and therefore this will be first Application described to facilitate understanding. For large telescopes, as described above, An image of a weak astronomical object often becomes over long integration periods were recorded during which the image of the object on a main detector due to Can move variations in the Earth's atmosphere. The movement of parts of the image produced by different regions of the image Primary mirror is generated, due to the different optical paths through the atmosphere to a large one Telescope be different, and this leads to a Loss of resolution, d. H. a blur of the image. Around to support the determination of such variations in optical paths, often becomes a bright star near the darker object, which is detected, imaged and the bright star becomes the detection used in such variations due to atmospheric conditions. The knowledge of these variations will then change the shape of a deformable mirror within the telescope optics used to compensate for the distortion in real time and thus to reduce the blur of the image. If such a light star not available in the pictured section of the sky is, it can be artificially produced by you let a laser shine in the earth's atmosphere and emissions from a sodium layer in the atmosphere, for example Stimulated 90 km above the earth's surface. Such a Point is usually placed on the telescope in the middle and so are the outer edges of the Telescope mirror actually the elongated point see, because the illuminated section in the sodium layer of the earth's atmosphere will have a certain depth. Consequently, the task of the Reference sensor or wavefront sensor in it, the position of a essentially circular shape for parts of the image towards the center of the mirror or the position an oblong point for parts of the image to determine the edge of the mirror.

Die Auswirkungen der Erdatmosphäre bewirken, dass sich das Abbild des astronomischen Objekts schnell über die Bildfläche des Hauptdetektors hinweg bewegt. Folglich muss der Referenzdetektor die Position häufig auslesen, und es werden typischerweise Auslesevorgänge in der Größenordnung von 700 bis 1000 Rahmen pro Sekunde benötigt.The Effects of the Earth's atmosphere cause the Image of the astronomical object quickly across the picture surface of the main detector. Consequently, the reference detector must use the Read out position frequently, and it typically will Reads on the order of 700 to 1000 frames per second needed.

Eine erste CCD-Einrichtung, welche die Erfindung verkörpert, ist in 5 gezeigt. Bei der Ausführungsform ist eine Architekturform verwendet, welche als eine rechtwinklige Transfer-CCD oder als eine 2-D-Transfer-CCD bezeichnet werden kann. Derartige Elektrodenstrukturen für CDDs sind bekannt und sind beschrieben in:
D R Smith, A D Holland, A Martin, D Burt, T Eaton, R Steward, ”Developments and Testing of a 2-D Transfer CCD” IEEE Trans. Electron Devices, Vol 53, Nr. 11, (2006), Seiten 2748–54 .
A first CCD device embodying the invention is disclosed in U.S.P. 5 shown. In the embodiment, an architectural form which may be referred to as a rectangular transfer CCD or a 2-D transfer CCD is used. Such electrode structures for CDDs are known and are described in:
DR Smith, AD Holland, A Martin, D Burt, T Eaton, R Steward, "Developments and Testing of a 2-D Transfer CCD" IEEE Trans. Electron Devices, Vol 53, No. 11, (2006), pages 2748- 54 ,

Eine Vielzahl möglicher Taktelektrodenstrukturen für jedes Pixel sind möglich und der Vollständigkeit halber wird eine derartige Anordnung später beschrieben. Dennoch besteht das Schlüsselmerkmal darin, dass die Ladung sowohl in X- als auch in Y-Richtung oder Zeilen entlang und Spalten hinunter getaktet werden kann.A Variety of possible clock electrode structures for every pixel is possible and of completeness By the way, such an arrangement will be described later. Nevertheless, the key feature is that the charge in both the X and Y directions, or along lines and columns can be clocked down.

Die in 5 gezeigte CCD-Einrichtung 22 umfasst eine Bildfläche 24 mit einer Vielzahl von Pixeln, die alle über eine Elektrodenanordnung verfügen, um eine Taktung sowohl in die horizontale als auch die vertikale Richtung zu ermöglichen, oder mit anderen Worten entlang von Zeilen und entlang von Spalten. Taktverbindungen 28 ermöglichen ein Takten in jede der Richtungen, sodass Ladung entlang von Zeilen an ein Ausgangsregister 30 an der Seite der Bildfläche oder entlang von Spalten an ein Ausgangsregister 32 an dem unteren Rand der Bildfläche getaktet werden kann. Die Taktleitungen 28 und die Elektrodenverbindungen sind so angeordnet, dass Ladung durch Zusammenfassen in die Ausgangsregister 32, 30 sowohl in die horizontale als auch die vertikale Richtung übertragen werden kann. Wie dem Fachmann bekannt ist, umfasst der Vorgang des Zusammenfassens, dass Ladung von einem Pixel an ein anderes übertragen wird, ohne die Ladung eines Zielpixels zu leeren, wodurch die Ladung von Pixeln in dem Zielpixel, in diesem Fall ein Pixel in dem Ausgangsregister 32, 30, aufsummiert wird.In the 5 shown CCD device 22 includes a picture surface 24 with a plurality of pixels, all of which have an electrode arrangement to allow clocking in both the horizontal and vertical directions, or in other words along rows and along columns. clock connections 28 allow clocking in each of the directions, allowing charge along lines to an output register 30 at the side of the image area or along columns to an output register 32 can be clocked at the bottom of the screen. The clock lines 28 and the electrode connections are arranged to charge by combining into the output registers 32 . 30 can be transmitted in both the horizontal and the vertical direction. As is known to those skilled in the art, the act of combining comprises transferring charge from one pixel to another without emptying the charge of a target pixel, thereby reducing the charge of pixels in the target pixel, in this case a pixel in the output register 32 . 30 , is added up.

Im Betrieb wird das Signal in der Bildsektion über die erste Hälfte der verfügbaren Integrationszeitspanne aufintegriert. Dann wird es schnell in eines der Ausleseregister, z. B. das Register am unteren Rand, übertragen, wobei das Signal von allen Zeilen gemeinsam zusammengefasst wird. Dies wird typischerweise durch Anlegen von Treiberimpulsen an 3 der 4 Bildsektionstaktgeber erreicht, während der vierte statisch in seinem ”ausgeschalteten” Zustand gehalten wird. Das Signal wird dann wieder über die zweite Hälfte der verfügbaren Integrationszeitspanne aufintegriert und dann schnell in das andere Ausleseregister, z. B. das seitliche Register, übertragen, wobei das Signal von allen Spalten gemeinsam zusammengefasst wird. Dies wird typischerweise erreicht, indem Impulse an einen anderen Satz von 3 der 4 Bildsektionstaktgeber angelegt werden. Am Ende der Integrationszeitspanne enthalten die zwei Register daher Ladungssignalmuster, welche die aufsummierten vertikalen und horizontalen Profile des Signals darstellen. Diese Signale können unter Verwendung gemeinsamer Taktsignale 26 durch die Ausgangsverstärker während der ersten Hälfte der nächsten Integrationszeitspanne gleichzeitig ausgelesen und digital verarbeitet werden, um die Schwerpunktinformation zu extrahieren. Alternativ können die zwei Register unabhängig getaktet werden und jedes kann zu jedem Zeitpunkt zwischen jeweiligen Zusammenfassungsoperationen ausgelesen werden.In operation, the signal in the image section is integrated over the first half of the available integration period. Then it is quickly in one of the readout register, z. As the register at the bottom, transmitted, the signal is shared by all lines together. This is typically achieved by applying drive pulses to 3 of the 4 frame clocks while keeping the fourth static in its "off" state. The signal is then re-integrated over the second half of the available integration period and then quickly into the other readout register, e.g. B. the side register, transmitted, wherein the signal is shared by all columns together. This is typically accomplished by applying pulses to another set of 3 of the 4 frame clocks. Therefore, at the end of the integration period, the two registers contain charge signal patterns representing the summed vertical and horizontal represent profiles of the signal. These signals can be generated using common clock signals 26 be read out and digitally processed by the output amplifiers during the first half of the next integration period to extract the centroid information. Alternatively, the two registers can be clocked independently and each can be read out at any time between respective summary operations.

Die Ausführungsform der Erfindung stellt eine Anzahl von Vorteilen bei der schnellen Ermittlung der Position des Signalpunkts eines abgebildeten Sterns auf dem CCD-Feld bereit. Der Zusammenfassungsvorgang ist sehr schnell. Bei dem Beispiel einer Integrationszeitspanne von 1 Millisekunde für die CCD kann der Zusammenfassungsvorgang mit Taktfrequenzen in der Größenordnung von MHz arbeiten, sodass bei einem Beispiel mit 20 × 20 Pixeln die Zusammenfassungszeitspanne in der Größenordnung von 20 Mikrosekunden liegt. Zudem wird die Anzahl von auszulesenden Ladungspaketen wesentlich verringert. Bei einem Feld aus N mal N Pixeln beträgt die Anzahl an Pixeln in einem herkömmlichen CCD-Bildgerät, die auszulesen sind, N2. Bei der Ausführungsform der Erfindung beträgt die Anzahl auszulesender Pixel 2N. Dies verringert die benötigte Datenrate und folglich die Bandbreite, was ein geringeres Ausleserauschen ergibt. Zudem wird die mit einem schnellen Auslesen verbundene Leistungsdissipierung verringert. Durch den Zusammenfassungsvorgang wird auch der Signal-Rausch-Abstand verbessert, weil der Ladungsaufsummierungsvorgang keinerlei zusätzliches Rauschen einbringt, aber das resultierende Signal größer ist, während der Rauschanteil nicht zunimmt. Schließlich ist der Prozess effizienter, weil weniger Signalberechnungen ausgeführt werden müssen, da Teile der Berechnungen bei dem Ladungsaufsummierungsvorgang naturgegeben ausgeführt werden. Das Pixelfeld in die X- und Y-Richtung wird durch den Aufsummierungsvorgang auf zwei lineare Signale verringert, welche die Summe der Bildsignale in die X- und Y-Richtung darstellen. Die externe digitale Verarbeitung muss daher weniger Berechnungen ausführen, um die Position des Bildpunktes zu ermitteln.The embodiment of the invention provides a number of advantages in rapidly determining the position of the signal point of an imaged star on the CCD array. The summary process is very fast. In the example of an integration period of 1 millisecond for the CCD, the summing process may operate at clock frequencies on the order of MHz, so that in an example of 20x20 pixels, the summary period is on the order of 20 microseconds. In addition, the number of charge packets to be read is substantially reduced. For a field of N by N pixels, the number of pixels to be read in a conventional CCD imager is N 2 . In the embodiment of the invention, the number of pixels to be read is 2N. This reduces the required data rate and consequently the bandwidth, resulting in a lower readout noise. In addition, the power dissipation associated with fast readout is reduced. The combining process also improves the signal-to-noise ratio because the charge accumulation process does not introduce any additional noise, but the resulting signal is larger while the noise component does not increase. Finally, the process is more efficient because fewer signal calculations need to be performed, as portions of the calculations are naturally performed during the load rollup process. The pixel field in the X and Y directions is reduced to two linear signals representing the sum of the image signals in the X and Y directions by the summing operation. The external digital processing must therefore perform fewer calculations to determine the position of the pixel.

Die Berechnungen, die zur Ermittlung der Position des Bildpunktes ausgeführt werden können, können beliebige geeignete Berechnungen sein, wobei die einfachste darin besteht, den ”Schwerpunkt” des auf der CCD abgebildeten Objekts zu ermitteln. In diesem Kontext bedeutet der Schwerpunkt den Punkt in der X- und Y-Richtung, an dessen beiden Seiten die Beleuchtung gleichmäßig verteilt ist. Dieser kann als der Schwerpunkt oder Zentroid bezeichnet werden. Es sind andere komplexere Berechnungen möglich, die das Detektieren eines Referenzsignals von dem Detektor und das Ausführen einer Kreuzkorrelation des Referenzsignals im Vergleich mit dem detektierten Signal umfassen.The Calculations performed to determine the position of the pixel can be any suitable calculations The simplest is to be the "center of gravity" of the to determine the object imaged on the CCD. In this context the center of gravity indicates the point in the X and Y directions On both sides of the lighting evenly is distributed. This may be referred to as the centroid or centroid become. Other more complex calculations are possible detecting a reference signal from the detector and Perform a cross-correlation of the reference signal in Include comparison with the detected signal.

Eine zweite alternative Ausführungsform ist in 6 gezeigt und umfasst einen Bildsensor 22 mit einer Bildfläche 24 und Taktleitungen 26, 28 wie zuvor beschrieben. Zudem ist bei dieser Ausführungsform ein Aufsummierungsgraben oder -register 44 vorgesehen, in den bzw. das die Ladung ge taktet werden kann, bevor die Ladung in das Ausgangsregister 42 getaktet wird. Dieses zusätzliche Aufsummierungsregister ermöglicht, dass Ladung in das Register aufsummiert wird, während Ladung von einer vorhergehenden Aufsummierung aus dem Ausgangsregister hinausgetaktet wird, was die Arbeitsgeschwindigkeit weiter erhöht. Dieses Aufsummierungsregister kann in der Ausführungsform von 5 verwendet werden. Bei der Ausführungsform von 6 jedoch ist das Aufsummierungsregister so angeordnet, dass es Ladung in eine Variante der Ausgangsregisteranordnung taktet, bei welcher ein einziges Ausgangsregister zwei Abschnitte 40 und 42 zum Empfangen von Ladung umfasst, die horizontal bzw. vertikal getaktet wird. Die entlang von Zeilen horizontal getaktete Ladung wird in den Aufsummierungsgraben an der Seite der Bildfläche und anschließend in den Abschnitt 40 des Ausgangsregisters getaktet. Die in Spalten vertikal getaktete Ladung wird in den Aufsummierungsgraben an dem unteren Rand der Bildfläche aufsummiert und dann in den Abschnitt 42 des Ausgangsregisters. Das Ausgangsregister 40, 42 wird dann als Ganzes getaktet, um die Signalladung aus der vertikalen und dann der horizontalen Aufsummierung in einer kontinuierlichen Sequenz auszulesen. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass die CCD statt zwei Verstärkern nur einen einzigen Verstärker 46 benötigt.A second alternative embodiment is in 6 and includes an image sensor 22 with a picture surface 24 and clock lines 26 . 28 Like previously described. In addition, in this embodiment, a summation trench or register 44 provided that the charge can be clocked before the charge is transferred to the output register 42 is clocked. This additional rollup register allows charge to be summed into the register while charge is being clocked out of the output register from a previous rollup, further increasing the operating speed. This rollup register may be used in the embodiment of FIG 5 be used. In the embodiment of 6 however, the accumulation register is arranged to clock charge in a variant of the output register arrangement in which a single output register has two sections 40 and 42 for receiving charge, which is clocked horizontally or vertically. The charge clocked horizontally along lines is placed in the summation trench at the side of the image area and then in the section 40 the output register clocked. The charge clocked in columns is summed in the summation trench at the bottom of the image area and then in the section 42 the output register. The output register 40 . 42 is then clocked as a whole to read the signal charge from the vertical and then the horizontal summation in a continuous sequence. The advantage of this arrangement is that the CCD has only a single amplifier instead of two amplifiers 46 needed.

Die Anordnung von 6 weist den Vorteil auf, dass sie nur einen einzigen Verstärker benötigt, aber sie ermöglicht auch, dass die Auslesezeitspanne aus den Registern auf die gesamte Integrationszeitspanne ausgedehnt wird. Während Ladung in der Bildfläche aufintegriert wird, wird die vorherige Ladungsinformation von den Registern ausgelesen. Zweitens ermöglicht sie, dass die Integration der Signale, welche horizontale und vertikale Profile des Punkts ergeben, zeitlich feiner verschränkt werden können, als einfach zwischen der ersten und zweiten Hälfte der gesamten Integrationszeitspanne. Eine Anzahl kürzerer Integrationszeitspannen kann verwendet werden, wobei Ladung abwechselnd horizontal und vertikal in die Aufsummierungsgräben zusammengefasst wird, während die Signale von der vorherigen vollständigen Integrationszeitspanne durch die Register ausgelesen werden. Diese Technik trägt zur Verringerung eines Zeitversatzes zwischen den horizontalen und vertikalen Profilen im Falle eines sich bewegenden Punkts bei. Dieser Modus kann auch auf einen Betrieb mit einer gepulsten Lichtquelle (z. B. einen gepulsten Laserführungsstern bei adaptiven Optikanwendungen) angewandt werden, bei dem die Signale von den abwechselnden Impulsen separat aufsummiert werden können.The arrangement of 6 has the advantage of requiring only a single amplifier, but also allows the readout period to be extended from the registers to the entire integration period. While charge is integrated in the image area, the previous charge information is read from the registers. Second, it allows the integration of the signals giving the horizontal and vertical profiles of the point to be finer in time than simply between the first and second half of the entire integration period. A number of shorter integration periods may be used wherein charge is alternately combined horizontally and vertically into the summing trenches, while the signals from the previous full integration period are read out by the registers. This technique helps to reduce a skew between the horizontal and vertical profiles in the case of a moving point. This mode can also be used for operation with a pulsed light source (eg. A pulsed laser guide star in adaptive optics applications) in which the signals from the alternating pulses can be summed separately.

Eine weitere CCD-Anordnung, welche die Erfindung verkörpert, ist in 7 gezeigt. Bei dieser Anordnung umfasst die CCD eine Einrichtung 22 mit einer Bildfläche 24 und Taktleitungen 26, 28 wie vorstehend beschrieben. Auf ähnliche Weise sind ein Aufsummierungsgraben 44 und zwei Abschnitte eines Ausgangsregisters 40, 42 bereitgestellt. Jedoch sind bei dieser Ausführungsform die Taktsignale für die Registerabschnitte so angeordnet, dass einer der Registerabschnitte und dann der andere Registerabschnitt über den Ausgangsverstärker 46 ausgelesen wird. Bei einer alternativen Ausführungsform von 6 können der horizontale und der vertikale Aufsummierungsgraben unabhängig getaktet werden und die zwei Registerabschnitte nutzen gemeinsame Takte zusammen. In diesem Fall würde Ladung von einem der Aufsummierungsgräben in das entsprechende Register verschoben und ausgelesen werden. Beim Abschluss dieses Auslesens würde Ladung von dem zweiten Aufsummierungsgraben zu dessem zugehörigen Registerabschnitt zum Auslesen verschoben werden. In jedem Fall würde nur ein Registerabschnitt ein Signal enthalten, sodass eine Trennung der horizontalen und vertikalen Information beibehalten wird. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, wenn eine Anzahl derartiger Detektoren zu einem Feld kombiniert werden.Another CCD device embodying the invention is disclosed in U.S. Pat 7 shown. In this arrangement, the CCD includes a device 22 with a picture surface 24 and clock lines 26 . 28 as described above. Similarly, a summation trench 44 and two sections of an output register 40 . 42 provided. However, in this embodiment, the clock signals for the register sections are arranged such that one of the register sections and then the other register section are arranged via the output amplifier 46 is read out. In an alternative embodiment of 6 For example, the horizontal and vertical summation trenches can be independently clocked and the two register sections share common clocks together. In this case, charge would be shifted from one of the accumulation trenches to the corresponding register and read out. Upon completion of this readout, charge would be shifted from the second accumulation trench to its associated register portion for readout. In any case, only one register section would contain a signal so that separation of the horizontal and vertical information is maintained. This embodiment is advantageous when a number of such detectors are combined into one field.

Eine bekannte Taktelektrodenstruktur, welche zur Steuerung der Bewegung von Ladungssignalen in rechtwinkligen Richtungen verwendet werden kann, ist in 15 gezeigt. Bei dieser Struktur wird die Bewegung von Ladung durch vier unabhängige Elektrodensätze gesteuert. Ein erster Satz von Elektroden 108 hat die Form von Streifen, die in der Zeichnung vertikal verlaufen, und diese sind mit einer getakteten Spannungsquelle VG1 verbunden. Ein zweiter Satz 114 hat die Form von Streifen, die in der Zeichnung horizontal verlaufen, und diese sind mit einer getakteten Spannungsquelle VG2 verbunden. Zwei weitere Sätze 120, 124 haben die Gestalt getrennter dreieckiger Elektroden und diese sind mit getakteten Spannungsquellen VG3 bzw. VG4 verbunden. Kanalstoppregionen 117 sind in dem Silizium unter den Schnittregionen der ersten und zweiten Elektroden ausgebildet. Um Ladung vertikal zu übertragen, wird VG1 auf einem niedrigen Taktpegel gehalten und eine Sequenz aus Taktimpulsen, wie sie typischerweise für jede dreiphasige CCD verwendet wird, wird von VG2, VG3 und VG4 an die anderen Elektroden angelegt. Um Ladung horizontal zu übertragen, wird VG2 auf einem niedrigen Taktpegel gehalten und eine ähnliche Impulssequenz wird an VG1, VG3 und VG4 angelegt. Die genaue Abfolge der angelegten Impulse bestimmt die Richtung des Ladungstransfers nach oben/nach unten oder nach links/nach rechts wie bei jeder Standard 3-Phasen-CCD.A known clock electrode structure which can be used to control the movement of charge signals in orthogonal directions is shown in FIG 15 shown. In this structure, the movement of charge is controlled by four independent electrode sets. A first set of electrodes 108 has the form of stripes that are vertical in the drawing, and these are connected to a clocked voltage source VG1. A second sentence 114 has the form of stripes that are horizontal in the drawing, and these are connected to a clocked voltage source VG2. Two more sentences 120 . 124 have the shape of separate triangular electrodes and these are connected to clocked voltage sources VG3 and VG4. Channel stop regions 117 are formed in the silicon under the cutting regions of the first and second electrodes. To transfer charge vertically, VG1 is held at a low clock level and a sequence of clock pulses typically used for each three-phase CCD is applied to the other electrodes from VG2, VG3 and VG4. To transmit charge horizontally, VG2 is held at a low clock level and a similar pulse sequence is applied to VG1, VG3 and VG4. The exact sequence of applied pulses determines the direction of charge transfer up / down or left / right as with any standard 3-phase CCD.

Bei den Ausführungsformen der 5, 6 oder 7 sind verschiedene Auslese-Zeitablaufanordnungen möglich. Beim Beispiel einer Integrationszeitspanne von 1 Millisekunde kann eine Integrationszeitspanne von 1/2 Millisekunde und anschließend ein Zusammenfassen in der horizontalen Richtung gefolgt von einer weiteren Integrationszeitspanne von 1/2 Millisekunde und einem Zusammenfassen in der vertikalen Richtung verwendet werden. Alternativ kann ein verzahnter Ansatz verwendet werden, bei welchem in abwechselnde Richtungen für kleinere Unterabschnitte der gesamten Integrationszeitspanne zusammengefasst wird. Zum Beispiel 0,25 Millisekunden lang integrieren und dann in eine Richtung zusammenfassen, eine zweite Integration für 0,25 Millisekunden und in die orthogonale Richtung zusammenfassen, und dritte und vierte Integrationszeitspannen von 0,25 Millisekunden und in jede Richtung zusammenfassen.In the embodiments of the 5 . 6 or 7 Different readout timing arrangements are possible. In the example of an integration period of 1 millisecond, an integration period of 1/2 millisecond and then combining in the horizontal direction followed by another integration period of 1/2 millisecond and combining in the vertical direction may be used. Alternatively, a toothed approach may be used that combines in alternate directions for smaller subsections of the total integration time span. For example, integrate for 0.25 milliseconds and then unite in one direction, summarize a second integration for 0.25 milliseconds and in the orthogonal direction, and summarize third and fourth integration periods of 0.25 milliseconds and in each direction.

Die CCD-Sensoren, welche die Erfindung verkörpern, können eine Vielzahl unterschiedlicher Feldgrößen aufweisen. Typische Beispiele sind 16 Pixel × 16 Pixel und 20 Pixel × 20 Pixel. Die vielen CCD-Bildflächen, die bezüglich jeder dieser Ausführungsformen beschrieben sind, sind typischerweise in Gruppen angeordnet, zum Beispiel aus 80 × 80 separaten Bildflächen, welche als Unteraperturen bezeichnet werden können. Diese Unteraperturen bilden jeweils ein Objekt über einen jeweiligen Abschnitt des Spiegels ab. Die Bildflächen oder Unteraperturen sind aus einer einzigen Silizium-CCD-Einrichtung aufgebaut, wie nun mit Bezug auf 8 bis 14 beschrieben wird.The CCD sensors embodying the invention may have a variety of different field sizes. Typical examples are 16 pixels × 16 pixels and 20 pixels × 20 pixels. The many CCD image areas described with respect to each of these embodiments are typically arranged in groups, for example, 80x80 separate image areas, which may be referred to as sub-apertures. These sub-apertures each depict an object over a respective portion of the mirror. The image surfaces or sub-apertures are constructed from a single silicon CCD device, as now with reference to FIG 8th to 14 is described.

Es besteht die Notwendigkeit für einen Spalt zwischen allen Unteraperturbildflächen, der typischerweise in der Größenordnung eines Abstands von etwa 6 Pixeln zwischen Blöcken aus 20 × 20 Pixeln liegt. Beim Auslesen des Bildsignals führt dieser zusätzliche Abstand von 6 Pixeln zu verschwendeter Zeit, während das Register jede der Unteraperturen der Reihe nach ausliest. Wir haben daher den Bedarf für effiziente Anordnungen des Ausgangsregisters bezüglich jeder der Unteraperturen festgestellt.It there is a need for a gap between all Lower aperture image areas, typically of the order of magnitude a spacing of about 6 pixels between blocks of 20x20 Pixels lies. When reading the image signal leads this additional Distance of 6 pixels at wasted time while the Register reads out each of the sub-apertures in turn. We have therefore, the need for efficient arrangements of the output register with respect to each of the sub-apertures detected.

Eine erste derartige Registeranordnung für eine CCD-Einrichtung, welche die Erfindung verkörpert, ist in 8 gezeigt. Bei dieser Anordnung folgt das Register einem ”Serpentinen”-Pfad um die Unteraperturflächen her um. Bei jeder Unterapertur befindet sich das Register benachbart zu einer Seite und entweder dem oberen Rand oder dem unteren Rand. Wie zu sehen ist, sorgt diese Anordnung für eine sehr effiziente Verwendung des Raums zwischen den Unteraperturbildflächen. Die abwechselnden Unteraperturbildflächen werden in unterschiedliche Richtungen takten. Ausgehend von der oberen rechten Unteraperturbildfläche 24 wird diese in eine horizontale Richtung nach rechts und in eine vertikale Richtung nach oben zusammenfassen. Die nächste Unteraperturbildfläche wird ein Bild erfassen und dann horizontal nach rechts aber vertikal nach unten zusammenfassen. Die Bildflächen sind mit dieser abwechselnden Anordnung der Richtung des Taktens angeordnet. Die Arbeitsweise besteht folglich aus einer Integrationszeitspanne gefolgt von einem geeigneten Takten zur Seite, einer Integrationszeitspanne und dann einem geeigneten Takten entweder nach oben oder nach unten in Abhängigkeit von der Unteraperturbildfläche. Nach den Integrationszeitspannen wird die gesamte Länge des Registers 50 über den Verstärker 44 hinausgetaktet. Während dieser Taktzeitspanne erfolgt die nächste Integration.A first such register arrangement for a CCD device embodying the invention is disclosed in U.S.P. 8th shown. In this arrangement, the register follows a "serpentine" path around the subaperture surfaces. At each subaperture, the register is adjacent to one side and either the top or bottom edge. As can be seen, this arrangement provides for a very efficient use of space between the subaperture image areas. The alternate the sub-aperture image areas will clock in different directions. Starting from the upper right lower aperture image area 24 will summarize this in a horizontal direction to the right and in a vertical upward direction. The next subaperture image area will capture an image and then summarize horizontally to the right but vertically down. The image surfaces are arranged with this alternating arrangement of the direction of the clocking. The operation thus consists of an integration period followed by an appropriate clock to the side, an integration period and then a suitable clocking either up or down depending on the Unteraperturbildfläche. After the integration periods, the entire length of the register 50 over the amplifier 44 clocked out. During this cycle time the next integration takes place.

Bei dieser Architektur werden die horizontal zusammengefassten und die vertikal zusammengefassten Bilder, die in der ersten und zweiten Hälfte einer Integrationszeitspanne von 1,4 Millisekunden gesammelt wurden, gleichzeitig in die Register übertragen. Das Auslesen des gesamten Felds erfordert insgesamt 80 × (20 + 20 + N) + Ng Zyklen, wobei N die Anzahl zusätzlicher Leerpixel je Unterfeld ist und Ng die Anzahl von Vorscanpixel ist, d. h. die Anzahl von Pixeln in der Verstärkerregisterstruktur ist.at this architecture will be the horizontally summarized and the vertically grouped images in the first and second Half an integration period of 1.4 milliseconds collected simultaneously in the registers. The reading of the entire field requires a total of 80 × (20 + 20 + N) + Ng cycles, where N is the number of additional ones Is empty pixel per subfield and Ng is the number of prescan pixels, d. H. the number of pixels in the amplifier register structure is.

Die grundlegende Auslesesequenz für die sogenannte Serpentinenausleseanordnung ist in 9 gezeigt. Bei diesem Beispiel mit 80 × 80 Unteraperturen bei der Taktfrequenz von 5 MHz wird das Auslesen in 800 Mikrosekunden abgeschlossen, sofern die Anzahl N von Pixeln zwischen Untera perturen etwa 10 beträgt. Eine alternative Taktanordnung ist in 10 gezeigt.The basic readout sequence for the so-called serpentine readout array is in 9 shown. In this example, with 80x80 sub-apertures at the 5 MHz clock frequency, read-out is completed in 800 microseconds if the number N of pixels between sub-apertures is about 10. An alternative clock arrangement is in 10 shown.

Bei der sogenannten ”Kamm”-Anordnung von 11 weisen die Unteraperturen einer gegebenen Zeile die gleiche Orientierung und Architektur auf und werden in dem Aufsummierungsregister an der gleichen Seite und an dem unteren Rand zusammengefasst. Die in der ersten Hälfte einer Integrationszeitspanne von z. B. 1,4 Millisekunden gesammelte Ladung wird horizontal zusammengefasst und dann an das Register übertragen und während der zweiten Hälfte der Integrationszeitspanne ausgelesen. Nachdem dieses Auslesen abgeschlossen ist, wird die Ladung von der zweiten Hälfte der Integrationszeitspanne vertikal zusammengefasst und während der ersten Hälfte der nächsten Integrationszeitspanne ausgelesen. Die Zeitablaufsequenz ist in 12 gezeigt. Das Taktschema für diese Anordnung kann für jede der horizontalen und vertikalen Richtungen als 1 Integrieren, 2 Zusammenfassen, 3 Übertragen und 4 Auslesen zusammengefasst werden. Während der Übertragungs- und Auslesestufen für eine Richtung kann die Integration für die entgegengesetzte Richtung stattfinden. Eine in 13 gezeigte alternative Taktanordnung ist speziell für den Fall gepulster Laserführungssterne anwendbar.In the so-called "comb" arrangement of 11 For example, the sub-apertures of a given line have the same orientation and architecture and are summarized in the roll-up register on the same page and at the bottom. In the first half of an integration period of z. B. 1.4 milliseconds collected charge is collected horizontally and then transferred to the register and read during the second half of the integration period. After this reading is completed, the charge from the second half of the integration period is vertically summed and read out during the first half of the next integration period. The timing sequence is in 12 shown. The timing scheme for this arrangement can be summarized for each of the horizontal and vertical directions as 1 Integrate, 2 Summarize, 3 Transmit, and 4 Read. During the transmission and readout stages for one direction, the integration may take place in the opposite direction. An in 13 shown alternative timing arrangement is particularly applicable in the case of pulsed laser guide stars.

Eine weitere mögliche Registeranordnung ist in 14 gezeigt. Bei dieser Anordnung sind alle Unteraperturbildflächen 24 durch einen größeren Betrag als die zuvor beschriebenen Anordnungen voneinander beabstandet. Wider Erwarten kann dieser Spalt die Geschwindigkeit des Auslesens weiter erhöhen (oder die Anzahl benötigter Ladungsdetektionsschaltungen verringern) und den Bedarf zum Austakten irgendwelcher Leerpixel verringern. Die obere Reihe von Unteraperturen ist Rücken an Rücken zu der nächsten Reihe an Unteraperturen angeordnet und das Ausleseregister 60 ist in zwei Teile 62 und 64 unterteilt, einer für jede der benachbarten Un teraperturreihen. Die Pixel aus jeder Unterapertur werden in die benachbarten Aufsummierungsgräben zusammengefasst, wie zuvor beschrieben wurde, und dann werden abwechselnd die Aufsummierungsregister an der Seite und dem unteren Rand in den jeweiligen Teil 62, 64 des Ausgangsregisters 60 ausgelesen. Die zusätzlichen Spalten 66 zwischen allen Unteraperturen würden offensichtlich einen Raum in der Pixelfolge übrig lassen. Die Teile des Ausgangsregisters 62, 64 vereinigen sich jedoch bei einem Summierungspunkt 68 und so wird bei jedem Spalt in der Folge der Signale von einer Reihe von Unteraperturen die Ladung von der anderen Reihe der Aperturen dargestellt. Dies tritt wegen einer zusätzlichen Verzögerung ein, die in einen der Registerteile 64 derart eingeführt ist, dass die Bildpixel effektiv bei dem Knoten 68 miteinander verzahnt werden. Diese Anordnung kann jede beliebige vergeudete Taktzeit wesentlich verringern, da es nur sehr wenige und möglicherweise gar keine Leerpixel gibt, die getaktet werden müssen. Zusammengefasst stellt die Anordnung eine Verzahnung der Ladung von benachbarten Zeilen von Unteraperturen bereit, die Rücken an Rücken angeordnet sind.Another possible register arrangement is in 14 shown. In this arrangement, all subaperture image areas are 24 spaced apart by a larger amount than the previously described arrangements. Contrary to expectations, this gap can further increase the speed of readout (or reduce the number of charge detection circuits needed) and reduce the need to clear out any empty pixels. The top row of sub-apertures is located back to back to the next row of sub-apertures and the readout register 60 is in two parts 62 and 64 divided, one for each of the adjacent Un teraperturreihen. The pixels from each sub-aperture are merged into the adjacent summing trenches, as previously described, and then the side-by-side and bottom-up summing registers alternately become the respective part 62 . 64 the output register 60 read. The additional columns 66 between all subapertures would obviously leave a space in the pixel sequence. The parts of the output register 62 . 64 but unite at a summation point 68 and so at each gap in the sequence of signals from a series of sub-apertures, the charge from the other row of apertures is displayed. This occurs because of an additional delay in one of the register parts 64 is introduced such that the image pixels effectively at the node 68 be interlinked. This arrangement can significantly reduce any wasted clock time since there are very few, and possibly no, empty pixels that need to be clocked. In summary, the arrangement provides for gearing the charge from adjacent rows of sub-apertures arranged back to back.

Die Betriebsmodi der CCD-Einrichtung, welche die Erfindung verkörpert, wurden vorstehend erwähnt, werden aber nun etwas genauer beschrieben. In einem ”Folge”-Modus, bei welchem jede Unteraperturbildfläche 24 der Einrichtung das Bildsignal überwacht, das von einem jeweiligen Abschnitt des Teleskopspiegels empfangen wird, wird die Ladung in der horizontalen und der vertikalen Richtung wie vorstehend beschrieben zusammengefasst. Es ist jedoch auch möglich, die Einrichtung in einem normalen Vollrahmenmodus zu verwenden, bei dem alle Pixel einzeln an das Ausgangsregister getaktet und ausgelesen werden. Dies ermöglicht der Einrichtung auf vorteilhafte Weise, ein Referenzbild zu erzeugen, und die Berechnung und Signalverarbeitung anhand derartiger Referenzbilder zu ermöglichen, welche dann in dem Folgemodus verwendet werden können.The operation modes of the CCD device embodying the invention have been mentioned above but will now be described in more detail. In a "follow" mode, where each subaperture image area 24 the device monitors the image signal received from a respective section of the telescope mirror, the charge in the horizontal and vertical directions is summarized as described above. However, it is also possible to use the device in a normal full-frame mode in which all the pixels are individually clocked and read out to the output register. This advantageously allows the device to generate a reference image and to enable the computation and signal processing on the basis of such reference images, which can then be used in the following mode.

Beim Starten einer Aufnahmesitzung kann zum Beispiel ein Vollrahmenbild von jeder der Unteraperturen erzeugt und zur Analyse gespeichert werden. Diese Analyse kann umfassen, dass eine geeignete Korrelationsfunktion hergeleitet wird, mit welcher anschließend im Folgemodus die Signale von jeder Unterapertur verglichen werden. Im Betrieb kann die Einrichtung zwischen den zwei Modi wechseln, sodass das Bild beispielsweise anfänglich von den Unteraperturen zur Analyse beschafft werden kann und dann in den Folgemodus während einer Bildaufnahmezeitspanne für den Hauptsensor gewechselt werden kann. Sobald das Bild durch den Hauptsensor erfasst wurde, können die Unteraperturen in den Vollrahmenmodus zur Analyse und zum Erzeugen eines Referenzsignals zurückwechseln.At the Starting a recording session, for example, can be a full frame picture generated by each of the sub-apertures and stored for analysis. This analysis may include that of a suitable correlation function is derived, with which subsequently in the following mode the signals from each sub-aperture are compared. In operation can change the setup between the two modes, so the picture for example, initially from the sub-apertures for analysis can be procured and then in follow-up mode during an image acquisition period for the main sensor changed can be. Once the image has been captured by the main sensor, You can put the sub-apertures in full-frame mode for analysis and to switch back to generating a reference signal.

Ein weiterer Betriebsmodus ist in Situationen möglich, in welchen das zu verfolgende Bild bekannt ist. Beim Beispiel des Teleskops kann das bekannte Bild ein lasererzeugter ”Führungsstern” sein, dessen Zeitverhalten bekannt ist. Durch das Pulsieren des Lasers, der diesen Führungsstern erzeugt, kann die Taktanordnung beispielsweise zur Synchronisation mit diesem Pulsieren gestaltet werden, sodass die Integrationszeitspanne so lange dauert, wie der Laserimpuls besteht, und dann, wenn die durch den Laserimpuls verursachte Beleuchtung verlöscht, wird die Ladung in die Aufsummierungsgräben zusammengefasst, sodass sie bereit ist, dass der Laserimpuls wieder eine Beleuchtung für eine nachfolgende Aufnahmezeitspanne verursacht. Durch das Zusammenfassen von Ladung während der Zeitspanne, in welcher keine Beleuchtung von dem Führungsstern vorhanden ist, kann ein Verwischen aufgrund einer Ladungsübertragung, während die Einrichtung beleuchtet ist, verringert, wenn nicht gar beseitigt werden.One another operating mode is possible in situations in which the picture to be followed is known. In the example of the telescope the known image can be a laser-generated "guide star", whose time behavior is known. By pulsing the laser, which generates this guide star, the clock arrangement designed for example for synchronization with this pulsation so that the integration period lasts as long as the Laser pulse exists, and then when caused by the laser pulse Lighting extinguished, the charge is in the summation trenches summarized so that she is ready to return the laser pulse a lighting for a subsequent recording period caused. By summing up cargo during the time span in which no illumination from the guide star is present, blurring due to charge transfer, while the device is lit, it diminishes when not even eliminated.

Verschiedene weitere Betriebsmodi sind möglich, wobei allen das Thema der Verwendung der Zusammenfassung in zwei unterschiedlichen Richtungen des CCD-Bildgeräts gemeinsam ist, um eine effektive Position eines Bilds auf dem CCD-Feld zu detektieren, wodurch die benötigte Datenrate und die benötigte Zeit zur Durchführung dieser Ermittlung verringert wird.Various other operating modes are possible, with all the topic the use of the abstract in two different directions of the CCD imaging device is common to an effective position of an image on the CCD field, thereby providing the required Data rate and time required to complete this determination is reduced.

Die CCD-Einrichtung kann bei jeder Ausführungsform ein Multiplikationsregister umfassen, wie es beispielsweise in 1 gezeigt ist. Bei einer derartigen Anordnung wird der Ausgang des Ausgangsregisters zuerst an ein Multiplikationsregister und dann an einen Ausgangsverstärker geliefert.The CCD device may comprise a multiplication register in each embodiment, as shown in FIG 1 is shown. In such an arrangement, the output of the output register is first supplied to a multiplication register and then to an output amplifier.

Bei den vorstehend erörterten Schwerpunktanwendungen ist der Ausgang der CCD ein Signal, das die zusammengefasste Ladung darstellt, welche an ein Mittel zum Ermitteln des Schwerpunkts eines abgebildeten Objekts, etwa einen DSP oder einen Universalcomputer, geliefert wird.at The focus applications discussed above is the Output of the CCD is a signal representing the summed charge, which to a means for determining the center of gravity of an imaged Object, such as a DSP or a universal computer delivered becomes.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - GB 2371403 A [0003] GB 2371403 A [0003]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - D R Smith, A D Holland, A Martin, D Burt, T Eaton, R Steward, ”Developments and Testing of a 2-D Transfer CCD” IEEE Trans. Electron Devices, Vol 53, Nr. 11, (2006), Seiten 2748–54 [0040] - DR Smith, AD Holland, A Martin, D Burt, T Eaton, R Steward, "Developments and Testing of a 2-D Transfer CCD" IEEE Trans. Electron Devices, Vol. 53, No. 11, (2006), pages 2748 -54 [0040]

Claims (25)

CCD-Einrichtung, die ein Feld aus Pixeln umfasst, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind und eine Bildfläche definieren, wobei die Pixel Taktverbindungen aufweisen, die so angeordnet sind, dass sie ein Takten von Ladung entweder entlang von Zeilen oder entlang von Spalten ermöglichen, wobei die Einrichtung einen ersten Satz von Speicherpixeln zur Aufnahme von Ladung, die entlang von Zeilen an einen ersten Rand der Bildfläche getaktet sind, und einen zweiten Satz von Speicherpixeln zur Aufnahme von Ladung, die entlang von Spalten an einen zweiten Rand der Bildfläche getaktet sind, aufweist, wobei die Taktverbindungen so angeordnet sind, dass sie Ladung in den ersten und zweiten Satz von Speicherpixeln zusammenfassen.CCD device comprising a field of pixels, which are arranged in rows and columns and an image area define, wherein the pixels have clock connections arranged so are that they have a clocking of charge either along lines or allow along columns, the device a first set of memory pixels for receiving charge, the along lines to a first edge of the image area are timed, and a second set of memory pixels for recording Charge passing along columns to a second edge of the image area are clocked, with the clock connections arranged so are that they charge in the first and second set of memory pixels sum up. CCD-Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Speicherpixel Pixel umfassen, die Teil der Bildfläche sind.The CCD device of claim 1, wherein the memory pixels Include pixels that are part of the image area. CCD-Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Speicherpixel Pixel umfassen, die ein Ausgangsregister bilden.The CCD device of claim 1, wherein the memory pixels Comprise pixels forming an output register. CCD-Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Speicherpixel ein separates Aufsummierungsregister bilden.The CCD device of claim 1, wherein the memory pixels form a separate rollup register. CCD-Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung separate Ausgangsregister für Ladung umfasst, die entlang von Zeilen bzw. Spalten getaktet wird.CCD device according to one of the preceding claims, the device being separate output registers for charge which is clocked along rows or columns. CCD-Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, wobei die Einrichtung ein einziges Ausgangsregister umfasst, das zwei Teile aufweist, um Ladung aufzunehmen, die entlang von Zeilen bzw. Spalten getaktet wird.CCD device according to claim 1 to 4, wherein the Device comprises a single output register, the two parts has to absorb charge along lines or columns is clocked. CCD-Einrichtung nach Anspruch 6, wobei die zwei Teile so angeordnet sind, dass einer mit dem anderen seriell verbunden ist.A CCD device according to claim 6, wherein the two parts are arranged so that one connected in series with the other is. CCD-Einrichtung nach Anspruch 6, wobei die zwei Teile mit einer Verbindung zu einem gemeinsamen Ausgangsknoten und mit Taktverbindungen angeordnet sind, um ein abwechselndes Takten jedes Teils zu ermöglichen.A CCD device according to claim 6, wherein the two parts with a connection to a common parent node and with Clock connections are arranged to alternately clock each part to enable. CCD-Einrichtung nach Anspruch 6, wobei die zwei Teile mit einer Verbindung zu einem gemeinsamen Ausgangsknoten und mit gemeinsamen Taktverbindungen, aber mit separat getakteten Aufsummierungsregistern angeordnet sind, um eine unabhängige Ladungsübertragung in die zwei Teile des Ausgangsregisters zu ermöglichen.A CCD device according to claim 6, wherein the two parts with a connection to a common parent node and with common clock connections but with separately clocked rollup registers are arranged to an independent charge transfer into the two parts of the output register. CCD-Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die eine Vielzahl von Pixelfeldern umfasst, die eine Vielzahl von Bildflächen bereitstellen, die in einem regelmäßigen Muster angeordnet sind.CCD device according to one of the preceding claims, which includes a plurality of pixel fields comprising a plurality of Provide image surfaces in a regular Patterns are arranged. CCD-Einrichtung nach Anspruch 10, wobei die Bildflächen in Zeilen und Spalten angeordnet sind.The CCD device of claim 10, wherein the image areas arranged in rows and columns. CCD-Einrichtung nach Anspruch 11, wobei ein kontinuierliches Ausleseregister für jede Bildflächenzeile oder -spalte vorgesehen ist.CCD device according to claim 11, wherein a continuous Readout register for each image area line or column is provided. CCD-Einrichtung nach Anspruch 12, wobei das kontinuierliche Register in einer Serpentinenform entlang jeder Zeile oder Spalte angeordnet ist.The CCD device of claim 12, wherein the continuous Registers in a serpentine shape along each row or column is arranged. CCD-Einrichtung nach Anspruch 12, wobei das kontinuierliche Register mit einem linearen Abschnitt entlang eines Randes der Bildflächen und separaten Abschnitten entlang rechtwinkliger Ränder der Bildflächen angeordnet ist.The CCD device of claim 12, wherein the continuous Register with a linear section along an edge of the image surfaces and separate sections along right - angled edges of the Image surfaces is arranged. CCD-Einrichtung nach Anspruch 14, wobei benachbarte Zeilen von Bildflächen derart angeordnet sind, dass ihre jeweiligen kontinuierlichen Register mit einem Versatz derart miteinander verbunden sind, dass ein Austakten der Register die Ladung für jede Bildflächenzeile abwechselnd liest.The CCD device of claim 14, wherein adjacent ones Lines of image surfaces are arranged such that their respective continuous registers having an offset with each other are connected, that an indexing the registers the charge for each Image line alternately reads. CCD-Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Zeilen und Spalten rechtwinklig sind.CCD device according to one of the preceding claims, where the rows and columns are right-angled. Ein Bildgerät, das die CCD-Einrichtung eines der vorstehenden Ansprüche umfasst.A picture device containing the CCD device one of the preceding claims. Schwerpunkteinrichtung, die eine CCD-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 und ein Mittel zur Analyse eines Signals aus der zusammengefassten Ladung umfasst, um den Schwerpunkt eines abgebildeten Objekts zu ermitteln.Focusing device, which is a CCD device according to one of claims 1 to 16 and a means for analysis a signal from the combined charge includes around the center of gravity of an imaged object. Verfahren zum Betreiben einer CCD-Einrichtung des Typs, der Pixel aufweist, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind und eine Bildfläche definieren, das umfasst, dass: – Ladung in den Pixeln als Folge eines empfangenen Bilds gesammelt wird; – Ladung entlang von Zeilen an einen ersten Rand und entlang von Spalten an einen zweiten Rand getaktet wird; – Ladung an dem ersten Rand und dem zweiten Rand zusammengefasst wird; und – die zusammengefasste Ladung ausgelesen wird.Method for operating a CCD device of the Type that has pixels arranged in rows and columns and define an image area comprising: - charge is collected in the pixels as a result of a received image; - charge along lines to a first edge and along columns is clocked to a second edge; - Charge on the first edge and the second edge is summarized; and - the summarized charge is read out. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem sich das Ansammeln von Ladung mit dem Takten von Ladung abwechselnd an den ersten Rand und den zweiten Rand abwechselt.The method of claim 19, wherein the accumulating of charge with clocking charge alternately to the first edge and alternate the second edge. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem das Auslesen der zusammengefassten Ladung umfasst, dass abwechselnd Ladung von dem ersten Rand und von dem zweiten Rand gelesen wird.The method of claim 20, wherein the reading The combined charge comprises alternating charge of the first edge and the second edge. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, bei dem das Sammeln von Ladung mit einer gepulsten Lichtquelle synchronisiert wird.A method according to claim 20 or 21, wherein said Collecting charge synchronized with a pulsed light source becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, bei welchem Ladung von mehreren Bildflächen in ein gemeinsames Ausgangsregister ausgelesen wird.Method according to one of claims 19 to 22, in which charge of several image areas in a common Output register is read out. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, das ferner umfasst, dass das Auslesen von Ladung verwendet wird, um die Position eines abgebildeten Objekts in der Bildfläche zu ermitteln.Method according to one of claims 19 to 23, further comprising that the readout of charge is used around the position of an imaged object in the image area to investigate. Verfahren zur Schwerpunktbildung, das das Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24 und das Analysieren eines Signals von der zusammengefassten Ladung umfasst, um den Schwerpunkt eines abgebildeten Objekts zu ermitteln.Method of focusing, the procedure according to any one of claims 19 to 24 and analyzing a signal from the combined charge includes the center of gravity of an imaged object.
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