專利名稱：成像裝置、驅(qū)動裝置、數(shù)碼相機(jī)和成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包含單位像素(unit cell)的成像裝置，該單位像素可以一維或二維排列在基底上并接受入射光來進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。本發(fā)明尤其涉及一種防止運動物體圖像失真的技術(shù)。
背景技術(shù)：
近年來，諸如具有數(shù)碼相機(jī)功能的便攜式電話的成像設(shè)備廣泛普及。在這種設(shè)備中，有必要節(jié)省功耗、減輕重量并且延長連續(xù)使用時的使用時間。因此，比CCD型成像裝置功耗低很多的MOS型成像裝置經(jīng)常用于此類設(shè)備中。
在傳統(tǒng)的MOS型成像裝置中，電荷從每一行讀出，而曝光定時對每一行有可能不同。因此，拍攝的圖像可能由于物體的運動而失真。
專利文件1(日本公開專利號NO.2004-64558)公開了一種可以克服這種缺點的成像裝置。這份文件稱通過所公開的成像裝置可以獲得高品質(zhì)的圖像。
然而，這種成像裝置僅僅能將由行之間曝光定時的差異引起的圖像失真減少到人眼很難察覺的程度，并不能完全消除失真。并且，這項技術(shù)針對拍攝運動圖像的情況而被開發(fā)，而它在拍攝靜止圖像時不能獲得足夠的效果。
此外，為了用單溝道MOS構(gòu)成外圍電路，經(jīng)常使用動態(tài)電路。如果情況是這樣，這個電路會由于浮動狀態(tài)而引起的故障。因此，為了通過電子快門在同一時間復(fù)位所有單位像素以調(diào)整曝光開始定時，需要采取一些措施。

發(fā)明內(nèi)容
所以本發(fā)明的目的是提供一種成像裝置，其具有不同曝光定時，但是能夠完全消除由于曝光定時差異引起的失真并防止使用單溝道MOS的動態(tài)電路的誤操作。
上述目的由具有多個單位像素的成像裝置實現(xiàn)，每一個單位像素依照接收到的光量產(chǎn)生一段亮度信息并將其累積在其中，該成像裝置包括接收單元，可操作以接收來自外部的拍攝指令；全復(fù)位單元，可操作以當(dāng)遮光門打開時響應(yīng)于拍攝指令同時復(fù)位所有單位像素；遮光單元，可操作以在全復(fù)位單元復(fù)位所有單位像素后、遮光門被打開的時間段總長度達(dá)到曝光時間時關(guān)閉遮光門，以同時阻擋入射到所有單位像素上的光；讀取單元，可操作以當(dāng)遮光門被關(guān)閉時順序地從所有單位像素上讀取亮度信息段。
遮光單元可以在不依賴于曝光時間的變化而確定的時刻關(guān)閉遮光門，并且全復(fù)位單元可以按照曝光時間的變化調(diào)整全復(fù)位單元復(fù)位所有單位像素所使用的定時。
該成像裝置可以進(jìn)一步包括監(jiān)控單元，可操作以當(dāng)遮光門打開時在接收單元接收到拍攝指令前，通過連續(xù)地讀取亮度信息段以顯示運動圖像，并且當(dāng)接收到拍攝指令時，停止每次讀取亮度信息時執(zhí)行的像素復(fù)位操作和亮度信息讀取操作，至少直到讀取單元完成讀取亮度信息為止。
監(jiān)控單元可以施加像素復(fù)位信號和亮度信息讀取信號以讀取亮度信息段，并且至少在全復(fù)位單元復(fù)位所有單位像素的時刻和遮光單元阻擋住光的時刻之間的時間段內(nèi)停止提供像素復(fù)位信號和亮度信息讀取信號。
監(jiān)控單元可以包括移位寄存器，該移位寄存器可操作以順序產(chǎn)生用于成像裝置的每一列的像素復(fù)位信號和亮度信息讀取信號，并且該監(jiān)控單元至少在全復(fù)位單元復(fù)位所有單位像素的時刻和遮光單元阻擋住光的時刻之間的時間段內(nèi)可以停止該移位寄存器的操作。
該移位寄存器可以順序地產(chǎn)生用于成像裝置的每一列的像素復(fù)位信號和亮度信息讀取信號，同時為每一幀順序移動被提供起始脈沖的目標(biāo)列，并且監(jiān)控單元至少直到遮光單元阻擋住光都可以響應(yīng)于拍攝指令停止這個起始脈沖。
全復(fù)位單元可以在移位寄存器完成用于每一列的像素復(fù)位信號和亮度信息讀取信號的產(chǎn)生的時刻和遮光單元阻擋住光的時刻之間的時間段內(nèi)同時復(fù)位所有單位像素。
為讀取亮度信息段，監(jiān)控單元可以施加用于電子快門的第一像素復(fù)位脈沖、用于電子快門的第一像素讀取脈沖、用于讀取圖像信號的第二像素復(fù)位脈沖和用于讀取圖像信號的第二像素讀取脈沖，并且可以至少在全復(fù)位單元復(fù)位所有單位像素的時刻和遮光單元阻擋住光的時刻之間的時間段內(nèi)停止施加第一像素讀取脈沖和第二像素讀取脈沖。
為讀取亮度信息段，監(jiān)控單元可以施加用于電子快門的第一像素復(fù)位脈沖、用于電子快門的第一像素讀取脈沖、用于讀取圖像信號的第二像素復(fù)位脈沖和用于讀取圖像信號的第二像素讀取脈沖，并且可以至少在全復(fù)位單元復(fù)位所有單位像素的時刻和遮光單元阻擋住光的時刻之間的時間段內(nèi)停止施加第一像素復(fù)位脈沖、第一像素讀取脈沖和第二像素復(fù)位脈沖、第二像素讀取脈沖。
為讀取亮度信息段，監(jiān)控單元可以施加用于電子快門的像素復(fù)位脈沖和用于電子快門的像素讀取脈沖，并且可以在全復(fù)位單元復(fù)位所有單位像素的時刻和讀取單元完成讀取亮度信息段的時刻之間的時間段內(nèi)停止施加像素讀取脈沖。
為讀取亮度信息段，監(jiān)控單元可以施加用于電子快門的像素復(fù)位脈沖和用于電子快門的像素讀取脈沖，并且可以在全復(fù)位單元復(fù)位所有單位像素的時刻和讀取單元完成讀取亮度信息段的時刻之間的時間段內(nèi)停止施加像素復(fù)位脈沖和像素讀取脈沖。
監(jiān)控單元可以包括移位寄存器，該移位寄存器可操作以順序地產(chǎn)生用于成像裝置的每一列的像素復(fù)位信號，并且該監(jiān)控單元可以在全復(fù)位單元復(fù)位所有單位像素的時刻和讀取單元完成讀取亮度信息段的時刻之間的時間段內(nèi)停止該移位寄存器的操作。
該移位寄存器可以順序地產(chǎn)生用于成像裝置的每一列的像素復(fù)位信號，同時為每一幀順序移動被提供起始脈沖的目標(biāo)列，并且監(jiān)控單元可以響應(yīng)于拍攝指令停止起始脈沖，直到讀取單元完成讀取亮度信息段為止。
該成像裝置可以進(jìn)一步包括單位像素驅(qū)動電路，可操作以基于復(fù)位所有單位像素的全復(fù)位單元所提供的信號和由執(zhí)行像素復(fù)位操作的監(jiān)控單元所提供的信號產(chǎn)生用于驅(qū)動單位像素的脈沖，并將所產(chǎn)生的脈沖提供給每一個單位像素，而且移位寄存器和選擇電路中的每一個可以由使用單溝道MOS的動態(tài)電路構(gòu)成。
全復(fù)位單元可以在一個水平掃描周期間的任意時刻復(fù)位所有單位像素，無論這個時刻是否處于水平消隱時段。
上述目的也可以通過向具有多個單位像素的成像裝置提供控制信號的驅(qū)動裝置來實現(xiàn)，每個單位像素根據(jù)接收到的光量輸出一段亮度信息，該驅(qū)動裝置包括等待單元，可操作以等待將由外部輸入的拍攝指令；全復(fù)位控制信號輸出單元，可操作以當(dāng)遮光門打開時響應(yīng)于拍攝指令輸出全復(fù)位控制信號以同時復(fù)位所有單位像素；關(guān)閉控制信號輸出單元，可操作以在全復(fù)位單元復(fù)位所有單位像素后，遮光門打開的時間段總長度達(dá)到曝光時間時，輸出遮光門關(guān)閉控制信號以關(guān)閉遮光門，遮光門阻擋所有入射到單位像素上的光；和讀取控制信號輸出單元，可操作以輸出讀取控制信號，從而當(dāng)遮光門關(guān)閉時順序地從所有單位像素讀取亮度信息段。
上述目的也可以通過控制具有多個單位像素的成像裝置的成像方法來實現(xiàn)，每個單位像素按照接收到的光量輸出一段亮度信息，該成像方法包括接收步驟，從外部接收拍攝指令；全復(fù)位步驟，當(dāng)遮光門打開時響應(yīng)拍攝指令同時復(fù)位所有單位像素；遮光步驟，在全復(fù)位單元復(fù)位所有單位像素后、遮光門打開的時間段總長度達(dá)到曝光時間時，關(guān)閉遮光門以同時阻擋入射到所有單位像素上的光；和讀取步驟，當(dāng)遮光門關(guān)閉時從所有單位像素順序地讀取亮度信息段。
使用所述的結(jié)構(gòu)，雖然不是從所有單位像素中同時讀出亮度信息，但是與所有單位像素的曝光定時完全同步成為可能。這是因為所有單位像素被電子快門同時復(fù)位，并且所有單位像素上的入射光被諸如機(jī)械快門的遮光門同時阻擋。因此，本發(fā)明能夠完全消除由于曝光定時的差異導(dǎo)致的圖像失真，并能夠獲得高品質(zhì)的靜止圖像。
本發(fā)明也能夠當(dāng)遮光門的關(guān)閉定時固定時通過改變電子快門的復(fù)位定時調(diào)整曝光時間。所以，精確控制和調(diào)整曝光時間變得簡單。
在沒有施加用于電子快門的像素讀取脈沖(ETRANS)和用于讀取圖像信號的像素讀取脈沖(TRANS)的情況下，所有像素的曝光時間也能夠是相同的。即使用于讀取的SR輸出或者用于電子快門的SR輸出在單溝道MOS構(gòu)成的動態(tài)電路中誤操作時，TROUT能夠保持在“低”的狀態(tài)。這對防止成像裝置的誤操作是非常有效的。
在沒有施加用于電子快門的像素復(fù)位脈沖(ERSCELL)和用于讀取圖像信號的像素復(fù)位脈沖(RSCELL)的情況下，本發(fā)明也能夠抑制由于從其讀取亮度信息的浮動熔接單元(floating fusion unit，F(xiàn)D單元)內(nèi)的電勢改變導(dǎo)致的泄漏。即使用于讀取的SR輸出或者用于電子快門的SR輸出在由單溝道MOS電路構(gòu)成的動態(tài)電路中誤操作時，TROUT可以被保持在“低”的狀態(tài)。這對防止成像裝置的誤操作是非常有效的。
此外，在停止用于電子快門的像素復(fù)位脈沖(ERSCELL)以記錄靜止圖像的情況下，全復(fù)位單元104能夠在一個水平掃描周期內(nèi)的任意時刻復(fù)位像素，無論這個時刻是否處于水平消隱時段內(nèi)。因此，本發(fā)明能夠靈活地控制脈沖的施加。


從與表示本發(fā)明的特定實施例的附圖結(jié)合進(jìn)行的描述中，本發(fā)明的這些和其他目的、優(yōu)勢和特性將變得顯而易見。
圖1示出了按照本發(fā)明第一個實施例的數(shù)碼相機(jī)100；圖2示意性示出了固態(tài)成像裝置結(jié)構(gòu)；圖3示意性示出了包含在像素組1中的電路結(jié)構(gòu)；圖4示意性示出了包含在用于電子快門的移位寄存器2中的電路結(jié)構(gòu)；圖5是用于電子快門的移位寄存器2的操作的時序圖；圖6示出了包含在多路復(fù)用器電路4中的第一級的邏輯電路；圖7示意性示出了包含在多路復(fù)用器電路4中的第一級的電路結(jié)構(gòu)；圖8示出了按照本發(fā)明的第一個實施例的數(shù)碼相機(jī)100的功能結(jié)構(gòu)；圖9示出按照第一個實施例的數(shù)碼相機(jī)100拍攝靜止圖像所執(zhí)行的處理過程；圖10是用在按照第一實施例的數(shù)碼相機(jī)100中的控制脈沖等的示例時序圖；圖11是另一個用于按照第一實施例的數(shù)碼相機(jī)100的控制脈沖等的示例時序圖；圖12是另一個用于按照第一實施例的數(shù)碼相機(jī)100的控制脈沖等的示例時序圖；圖13示出按照本發(fā)明的第一修正，拍攝靜止圖像所執(zhí)行的處理過程；圖14是按照第一修正案的控制脈沖等的時序圖；圖15示出按照本發(fā)明的第二修正，拍攝靜止圖像所執(zhí)行的處理程過程；圖16是按照第二修正的控制脈沖等的時序圖；圖17是按照第三修正的全復(fù)位脈沖等的時序圖；具體實施方式
第一實施例
<總覽>
本發(fā)明的第一個實施例同時使用了電子快門和機(jī)械快門。雖然不能從所有的單位像素上同時讀取亮度信息，本實施例還是可以精確地同步所有的單位像素的曝光定時以完全消除圖像失真。本實施例也簡單而精確地控制了曝光時間。
<結(jié)構(gòu)>
圖1示出按照本發(fā)明第一實施例的數(shù)碼相機(jī)100。
如圖1所示，按照第一實施例的數(shù)碼相機(jī)100是一個在諸如LCD(未示出)的顯示屏上顯示運動圖像的同時能夠拍攝靜止圖像的成像設(shè)備。數(shù)碼相機(jī)100包括遮光裝置10、固態(tài)成像裝置20和驅(qū)動控制裝置30。
遮光裝置10是機(jī)械快門或類似裝置，并放置在例如鏡頭后面的光路上。遮光裝置10是在關(guān)閉狀態(tài)時可以用遮光板阻擋光并且在打開狀態(tài)時可以讓光通過的可打開和可關(guān)閉的遮光門。遮光裝置10能夠讓光同步地通過并進(jìn)入到固態(tài)成像裝置20上的單位像素(通過將狀態(tài)從關(guān)閉狀態(tài)改變至打開狀態(tài))，并且能夠按照從驅(qū)動控制裝置30輸入的控制信號阻擋住光(通過將狀態(tài)從由打開狀態(tài)改變至關(guān)閉狀態(tài))。
這里需要注意的是該遮光裝置不限于機(jī)械快門。有可能用任何機(jī)械裝置替代機(jī)械快門，只要它能在關(guān)閉狀態(tài)阻擋光并且在打開狀態(tài)讓光通過即可。
固態(tài)成像裝置20包括半導(dǎo)體裝置及外圍電路。每個都按照接收到的光量輸出亮度信息的多個單位像素排列在該半導(dǎo)體裝置中。該固態(tài)成像裝置20放置在通過遮光裝置10的光形成圖像之處。
圖2示意性示出了按照本發(fā)明第一實施例的固態(tài)成像裝置20的結(jié)構(gòu)。
如圖2所示，按照本發(fā)明第一實施例的固態(tài)成像裝置20包括像素組1、用于電子快門的移位寄存器2、用于讀取圖像信號的移位寄存器3、多路復(fù)用器電路4、水平讀取電路5、和末級放大器6。
圖3示意性示出了包含于像素組1中的電路結(jié)構(gòu)。
像素組1構(gòu)成一個成像區(qū)域，單位像素一維或二維地放置在該成像區(qū)域中。在圖2和圖3中為了簡化只示出了5×5矩陣形狀二維放置的25個單位像素。然而，在一維排列的情況下，單位像素的實際數(shù)目是成百上千的，在二維排列的情況下是以十萬計到以百萬計的。
用于電子快門的移位寄存器2連續(xù)地為每一幀移動目標(biāo)列，用于電子快門的起始脈沖由驅(qū)動控制裝置30提供給目標(biāo)列，并且從而連續(xù)產(chǎn)生用于電子快門的列地址信號，以讀取亮度信息和記錄運動圖像。
用于讀取圖像信號的移位寄存器3連續(xù)地為每一幀移動目標(biāo)列，用于讀取圖像信號的起始脈沖由驅(qū)動控制裝置30提供給目標(biāo)列，并且從而連續(xù)產(chǎn)生用于讀取圖像信號的列地址信號，以讀取亮度信息和記錄運動圖像和靜止圖像。
如果使用者按下快門按鈕給出記錄靜止圖像的指令，驅(qū)動控制裝置30則停止提供給用于電子快門的移位寄存器2的用于電子快門的起始脈沖，并且停止提供給用于讀取圖像信號的移位寄存器3的用于讀取圖像信號的起始脈沖。結(jié)果，驅(qū)動控制裝置30停止產(chǎn)生用于電子快門的列地址和用于讀取圖像信號的列地址，并結(jié)束運動圖像顯示功能。
圖4示意性示出了包含在用于電子快門的移位寄存器2中的單元寄存器的電路結(jié)構(gòu)。雖然在圖4中僅僅示出了5級，但實際的級數(shù)是和包含于像素組1中的列的數(shù)量一樣的，是成百上千的。
如圖4所示，用于電子快門的移位寄存器2是由使用單溝道MOS的動態(tài)電路構(gòu)成的。
圖5是用于電子快門的移位寄存器2的操作時序圖。
下面描述的操作由用于電子快門的移位寄存器2執(zhí)行。
當(dāng)用于電子快門的起始脈沖成為“高”并且時鐘脈沖(Clk)由“低”變?yōu)椤案摺睍r，電容器C1將TR1-1的柵電壓(IN)升高。
由于施加于TR1-1的柵極的高電壓，時鐘脈沖(Clk)的“高”電壓輸出到OUT1。同樣由于高電壓也施加于TR1-2的柵極，“高”電壓輸出到NEXT1。
然后，當(dāng)時鐘脈沖(Clk)由“高”變?yōu)椤暗汀睍r，時鐘脈沖(Clk)的“低”電壓輸出到OUT1，同時NEXT1保持“高”電壓，這是因為TR-1-2是單向器件。
之后，上述操作在每個時鐘脈沖(Clk)重復(fù)，按照從第二級到第五級的順序，并且電壓順序輸出到OUT1至OUT5。
用于讀取圖像信號的移位寄存器3和用于電子快門的移位寄存器2的電路結(jié)構(gòu)和操作相同。因此，在這里省略它們的描述。
多路復(fù)用器電路4是一個這樣的邏輯電路，它基于全復(fù)位脈沖(ALLRS)和用于電子快門的SR輸出產(chǎn)生用于驅(qū)動單位像素的脈沖，并且以一列接一列的方式將這些脈沖提供給單位像素的邏輯電路。
圖6示出包含于多路復(fù)用器電路4中的第一級的邏輯電路。
圖7示意性示出了包含于多路復(fù)用器電路4中的第一級的電路結(jié)構(gòu)。
如圖7所示，多路復(fù)用器電路4由使用單溝道MOS的動態(tài)電路構(gòu)成。
按照圖6和圖7所示的多路復(fù)用器電路4，在下列三種情況時輸出RSOUT1(i)當(dāng)同時輸出全復(fù)位脈沖(ALLRS)和用于電子快門的像素復(fù)位脈沖(ERSCELL)時；(ii)當(dāng)同時輸出用于讀取的SR輸出和用于讀取圖像信號的像素復(fù)位脈沖(RSCELL)時；和(iii)當(dāng)同時輸出用于電子快門的SR輸出和用于電子快門的像素復(fù)位脈沖(ERSCELL)時。也在下列三種情況時輸出TROUT1(i)當(dāng)同時輸出全復(fù)位脈沖(ALLRS)和用于電子快門的像素讀取脈沖(ETRANS)時；(ii)當(dāng)同時輸出用于讀取的SR輸出和用于電子快門的像素讀取脈沖(ETRANS)時；和(iii)當(dāng)同時輸出用于電子快門的SR輸出和用于電子快門的像素讀取脈沖(ETRANS)時。
多路復(fù)用器電路的第二到第五級電路與第一級電路相同。
驅(qū)動控制單元30包括半導(dǎo)體裝置及外圍電路，并且提供控制信號給固態(tài)成像裝置20以驅(qū)動和控制固態(tài)成像裝置20。驅(qū)動控制單元30等待拍攝指令的輸入。當(dāng)遮光門打開時，一旦接收到拍攝指令，驅(qū)動控制單元30就輸出全復(fù)位脈沖(ALLRS)，該脈沖復(fù)位存儲在單位像素中的所有亮度信息段。當(dāng)遮光門打開的時間段總長度達(dá)到曝光時間時，驅(qū)動控制單元30關(guān)閉遮光門并且輸出門關(guān)閉控制信號，用于阻擋入射到所有單位像素上的光。關(guān)閉遮光門后，驅(qū)動控制單元30輸出用于從所有單位像素順序讀取亮度信息的讀取控制信號。
圖8示出按照本發(fā)明的第一個實施例的數(shù)碼相機(jī)100的功能結(jié)構(gòu)。
如圖8所示，數(shù)碼相機(jī)100包括遮光單元101、監(jiān)控單元102、接收單元103、全復(fù)位單元104和讀取單元105。
遮光單元101的結(jié)構(gòu)和遮光裝置10的結(jié)構(gòu)相同。
當(dāng)遮光單元101的遮光門打開時，如果主開關(guān)已經(jīng)按下，在接收單元103接收到拍攝指令之前，監(jiān)控單元102順序讀取亮度信息段并且顯示運動圖像。如果當(dāng)監(jiān)控單元102顯示運動圖像時接收單元103接收到拍攝指令，監(jiān)控單元102暫停運動圖像的顯示，至少到讀取單元105完成讀取亮度信息為止。
接收單元103等待拍攝指令的輸入，拍攝指令在由例如使用者按下快門按鈕時從成像設(shè)備外部輸入而產(chǎn)生。一旦接收到拍攝指令，接收單元103指示監(jiān)控單元102暫停運動圖像的顯示，并且指示其它單元與監(jiān)控單元102同步地開始拍攝靜止圖像。
當(dāng)遮光單元101的遮光門打開時，如果接收單元103接收到拍攝指令，全復(fù)位單元104復(fù)位所有存儲在單位像素中的亮度信息段。
全復(fù)位單元104通過例如得到用于顯示運動圖像的圖像信號、接收使用者的手動設(shè)置或者用光度計傳感器測量由物體反射來的光量而得到曝光時間。然后，全復(fù)位單元104根據(jù)得到的曝光時間改變復(fù)位定時并且調(diào)整曝光時間。
在全復(fù)位單元104復(fù)位亮度信息后，當(dāng)遮光門打開時，遮光單元101按照由接收單元103接收到的拍攝指令關(guān)閉遮光門。這里，遮光門關(guān)閉的時間與曝光時間的改變無關(guān)。結(jié)果，曝光時間過去后遮光單元101關(guān)閉遮光門并且同時阻擋入射到所有單位像素上的光。
在遮光單元101關(guān)閉遮光門后，當(dāng)遮光門關(guān)閉時，讀取單元105順序地從單位像素上讀取用于靜止圖像的亮度信息段。
在讀取單元105完成讀取用于靜止圖片的亮度信息后，遮光單元101打開遮光門，并且為重新開始由監(jiān)控單元102執(zhí)行的顯示運動圖像的操作做準(zhǔn)備。
在讀取了靜止圖像的亮度信息并且遮光單元關(guān)閉后，監(jiān)控單元102重新開始顯示運動圖像的操作。
<操作>
圖9示出由按照第一個實施例的數(shù)碼相機(jī)100拍攝靜止圖片的處理過程。
圖10是按照第一實施例的數(shù)碼相機(jī)100中使用的用于控制脈沖等的示例時序圖。
下面參考圖9和圖10描述了用于拍攝靜止圖像的處理過程。
(1)驅(qū)動控制裝置30判斷是否按下主開關(guān)(步驟S1)。
這里，假定按下主開關(guān)之前遮光單元101的遮光門(機(jī)械快門)在停止?fàn)顟B(tài)是打開的。
(2)如果按下主開關(guān)，該狀態(tài)改變?yōu)檫\動圖像顯示狀態(tài)(圖10內(nèi)時間T1之前時間段的狀態(tài))，并且當(dāng)機(jī)械快門打開時監(jiān)控單元102順序地讀取亮度信息段并將亮度信息顯示為運動圖像(步驟S2)。
(3)當(dāng)該狀態(tài)為運動圖像顯示狀態(tài)時，接收單元103等待拍攝指令(T1)(步驟S3)。這里，假定接收單元103等待快門按鈕被按下。
(4)如果快門按鈕被使用者按下，接收單元103指示監(jiān)控單元102停止顯示運動圖像的操作。監(jiān)控單元102在按下快門按鈕后停止用于讀取圖像信號的起始脈沖一次(T2)，然后停止用于電子快門的起始脈沖兩次(T3和T4)(步驟S4)。
(5)接收單元103設(shè)T6為機(jī)械快門被關(guān)閉的時刻。T6比用于讀取圖像信號的起始脈沖重新開始的時刻T5早一點(步驟S5)。
(6)接收單元103設(shè)置T7為全復(fù)位脈沖的可能起始點。T7是按照用于電子快門的起始脈沖的機(jī)械快門的操作完成的時刻。然后，接收單元103設(shè)置T6為全復(fù)位脈沖施加的可能結(jié)束點。T6是機(jī)械快門被關(guān)閉的時刻(步驟S6)。
(7)接收單元103基于可能的結(jié)束點并考慮到曝光時間來確定全復(fù)位脈沖的施加定時(T8)(步驟S7)。
(8)全復(fù)位單元104按照接收單元103的決定在T8施加全復(fù)位脈沖，從而同時復(fù)位所有存儲在單位像素中的亮度信息段(步驟S8)。
(9)驅(qū)動控制單元30按照接收單元103的決定在T6施加機(jī)械快門驅(qū)動脈沖，并且遮光單元101關(guān)閉機(jī)械快門(步驟S9)。
(10)驅(qū)動控制單元30在T5施加用于讀取圖像信號的起始脈沖，并且靜止圖像數(shù)據(jù)被輸出(步驟S10)。
(11)輸出靜止圖像數(shù)據(jù)時，驅(qū)動控制單元30停止機(jī)械快門驅(qū)動脈沖(T9)。因此，遮光單元101打開機(jī)械快門。然后顯示運動圖像的操作重新開始。(步驟11)。
注意，在從全復(fù)位單元104復(fù)位存儲在單位像素中的所有亮度信息段的時刻到遮光單元101關(guān)閉機(jī)械快門的時刻之間的時間段內(nèi)，曝光時間對每一個像素應(yīng)該是相同的。因此，TROUT在上述時間段內(nèi)應(yīng)該保持為“低”。
可以使用兩種方法保持TROUT為“低”。第一種方法是停止用于電子快門的像素讀取脈沖(ETRANS)和用于讀取圖像信號的像素讀取脈沖(TRANS)。第二種方法是停止用于讀取的SR輸出和用于電子快門的SR輸出(這里，“停止脈沖”意思是“保持脈沖為低”。)。
如果移位寄存器由單溝道MOS構(gòu)成，經(jīng)常使用動態(tài)電路，如果是這種情況，由于浮動狀態(tài)會導(dǎo)致發(fā)生誤操作。這種情況下，第一種方法，即停止用于電子快門的像素讀取脈沖(ETRANS)和用于讀取圖像信號的像素讀取脈沖(TRANS)，是非常有效的，因為即使用于讀取的SR輸出和用于電子快門的SR輸出導(dǎo)致誤操作TROUT也能保持為“低”。
為了抑制由于從其讀取亮度信息的浮動熔接單元(FD單元)內(nèi)的電勢改變導(dǎo)致的泄漏，優(yōu)選在曝光期間也保持RSOUT為“低”。
這里可以用兩種方法保持RSOUT為“低”。第一種方法是停止用于電子快門的像素復(fù)位脈沖(ERSCELL)和用于讀取圖像信號的像素復(fù)位脈沖(RSCELL)。第二種方法是停止用于讀取的SR輸出和用于電子快門的SR輸出(這里，“停止脈沖”意思是“保持脈沖為低”。)。
由于與TROUT的情況同樣的原因，第一種方法是非常有效的，該方法停止用于電子快門的像素復(fù)位脈沖(ERSCELL)和用于讀取圖像信號的像素復(fù)位脈沖(RSCELL)。
在靜止圖像拍攝中，在不停止用于電子快門的像素復(fù)位脈沖(ERSCELL)的情況下，在水平消隱時段期間全復(fù)位單元104不應(yīng)當(dāng)施加用于電子快門的像素復(fù)位脈沖(ERSCELL)，以防止與用于運動圖像的ERSCELL沖突。但是，在停止用于電子快門的像素復(fù)位脈沖(ERSCELL)情況下，全復(fù)位單元104能在一個水平掃描周期中的任意時刻施加用于電子快門的像素復(fù)位脈沖(ERSCELL)，無論這個時刻是否處于水平消隱時段期間。因此，停止用于電子快門的像素復(fù)位脈沖(ERSCELL)是更可取的。
圖11和圖12是用于按照第一實施例的數(shù)碼相機(jī)100的控制脈沖等的示例時序圖。圖11與圖10的不同之處在于在水平消隱時段期間也施加用于讀取圖像信號的像素讀取脈沖(TRANS)、用于讀取圖像信號的像素復(fù)位脈沖(RSCELL)、用于電子快門的像素讀取脈沖(ETRANS)和用于電子快門的像素復(fù)位脈沖(ERSCELL)。
如圖11所示，也可以在水平消隱期間施加用于讀取圖像信號的像素讀取脈沖(TRANS)、用于讀取圖像信號的像素復(fù)位脈沖(RSCELL)、用于電子快門的像素讀取脈沖(ETRANS)和用于電子快門的像素復(fù)位脈沖(ERSCELL)。
圖12與圖11的不同之處在于，在靜止圖像拍攝中，僅僅停止了用于圖像信號的像素讀取脈沖(TRANS)和用于電子快門的像素讀取脈沖(ETRANS)，用于電子快門的像素復(fù)位脈沖(ERSCELL)僅在全復(fù)位單元104復(fù)位期間停止。
如圖12所示，不需要停止用于讀取圖像信號的像素復(fù)位脈沖(RSCELL)。用于電子快門的像素復(fù)位脈沖(ERSCELL)至少在復(fù)位周期期間應(yīng)當(dāng)停止。
控制脈沖等的理想施加定時是在圖10中示出的定時。但是，在圖11中示出的定時有簡化控制的優(yōu)點，并且圖12中示出的定時可進(jìn)一步簡化控制。因此，有可能根據(jù)目的使用它們中的任一個。
<總結(jié)>
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，盡管在不同時間從單位像素中讀取亮度信息，但所有單位像素在精確地同一時間曝光。
因此，本發(fā)明能夠防止由于曝光定時的差異導(dǎo)致的失真。特別是本發(fā)明能夠在靜止圖像拍攝時獲得高品質(zhì)圖像。
本發(fā)明的第一實施例也能夠防止使用單溝道MOS的動態(tài)電路的誤操作。
第一修正<總覽>
本發(fā)明的第一修正是這樣的一個示例，其中運動圖像的顯示比第一實施例停止更長的時間段，并且因此用于靜止圖像的曝光時間比第一實施例的曝光時間長。
<操作>
圖13示出依照本發(fā)明第一修正的拍攝靜止圖像的處理過程。圖14是根據(jù)第一修正的控制脈沖等的時序圖。
參考圖13和圖14，下面描述拍攝靜止圖像執(zhí)行的過程。
注意與第一實施例相同的步驟以同樣的方式編號，并且這些步驟在此不再贅述。
(1)到(3)與第一實施例的(1)到(3)相同(步驟S1到S3)。
(4)如果使用者按下快門按鈕，接收單元103指示監(jiān)控單元102停止顯示運動圖像的操作。監(jiān)控單元102在按下快門按鈕后停止用于讀取圖像信號的起始脈沖兩次(T2和T3)，然后停止用于電子快門的起始脈沖三次(T4、T5和T6)(步驟S21)。
(5)接收單元103設(shè)T8為機(jī)械快門關(guān)閉的時刻。T8比用于讀取圖像信號的起始脈沖重新開始的時刻T7早一點(步驟S22)。
(6)接收單元103設(shè)T9為施加全復(fù)位脈沖的可能起始點。在T7，機(jī)械快門根據(jù)用于電子快門的起始脈沖完成操作。然后，接收單元103設(shè)T8為施加全復(fù)位脈沖的可能結(jié)束點。在T8，機(jī)械快門關(guān)閉(步驟S23)。
(7)接收單元103基于可能結(jié)束點并考慮到曝光時間來確定全復(fù)位脈沖的施加定時(T10)(步驟S24)。
(8)全復(fù)位單元104根據(jù)接收單元103的決定在T10施加全復(fù)位脈沖，以同時復(fù)位存儲在單位像素中的所有亮度信息段(步驟S25)。
(9)驅(qū)動控制單元30根據(jù)接收單元103的決定在T8施加機(jī)械快門驅(qū)動脈沖，并且遮光單元101關(guān)閉機(jī)械快門(步驟S26)。
(10)驅(qū)動控制單元30在T7施加用于讀取圖像信號的起始脈沖，并且靜止圖像數(shù)據(jù)被輸出(步驟S27)。
(11)輸出靜止圖像數(shù)據(jù)時，驅(qū)動控制單元30停止機(jī)械快門驅(qū)動脈沖(T11)。因此，遮光單元101打開機(jī)械快門。然后顯示運動圖像的操作重新開始(步驟S28)。
<總結(jié)>
如上所述，在本發(fā)明的第一修正中，靜止圖像拍攝的曝光時間比第一實施例的長。這是由于為拍攝靜止圖像停止顯示運動圖像的操作的時段，在第一修正中是三幀，而在第一實施例中是兩幀。因此，例如，有可能選擇窄的光圈，并在拍攝圖像時給了使用者許多的選擇。
注意停止上述操作的時間段的長度并不局限于3幀。不管這個時間段的長度(幀數(shù))是多少都能得到本發(fā)明的有利效果。
第二修正<總覽>
本發(fā)明的第二修正描述使用減少像素數(shù)量的像素跳過模式記錄運動圖像的操作，并且采樣使用全部像素的全掃描模式記錄靜止圖像。
<操作>
圖15示出按照本發(fā)明的第二修正拍攝靜止圖像執(zhí)行的處理過程。
圖16是按照第二修正的控制脈沖等的時序圖。
注意與第一實施例相同的步驟以同樣的方式編號，這些步驟在此不再贅述。
(1)到(3)與第一實施例的(1)到(3)相同(步驟1到3)。
這里運動圖像用像素跳過模式顯示，并且讀取周期減少到大約一半。
(4)與第一實施例的(4)相同(步驟S4)。
(5)在T2，模式從像素跳過模式改變?yōu)槿珤呙枘Ｊ?步驟S31)。
(6)到(12)與第一實施例的(5)到(11)相同(步驟S5到S11)。
(13)在T9，模式從全掃描模式改變?yōu)橄袼靥^模式(步驟S32)。
<概要>
以與第一實施例相同的方式，依照第二修正，尤其是在拍攝靜止圖像的情況下能夠得到高品質(zhì)圖像，即使是基于目的選擇了像素跳過模式和全掃描模式中的一種也是這樣。例如，可能得到高分辨率的靜止圖像。
注意像素跳躍模式中的像素跳躍不需要減少像素的數(shù)量到大約原來的四分之一并且縮短時段長度到大約原來的一半。不管像素數(shù)量和時段長度是多少都能夠獲得本發(fā)明的有利效果。
第三修正<總覽>
在本發(fā)明的第三修正中，對于運動圖像在水平消隱期間之外施加全復(fù)位脈沖。因此，從定時看來，全復(fù)位脈沖能比第一實施例中更自由地施加。
<操作>
圖17是按照第三修正的全復(fù)位脈沖等的時序圖。
如圖17所示，全復(fù)位脈沖在水平消隱時段之外施加。因此，有可能在水平消隱時段之外的任意時刻驅(qū)動電子快門。
<總結(jié)>
如上所述，從定時看來，全復(fù)位脈沖能比第一實施例中更自由地施加。
注意本發(fā)明可以是第一實施例和第一到第三修正之間的任何組合。本發(fā)明也可以包括第一實施例和第一到第三修正案的任何功能作為可轉(zhuǎn)變的功能。
工業(yè)實用性本發(fā)明適用于諸如攝像機(jī)和數(shù)字靜止照相機(jī)的成像設(shè)備中。雖然沒有從所有單位像素同時讀取亮度信息，但是依照本發(fā)明的固態(tài)成像裝置能夠完全消除由于曝光定時的差異導(dǎo)致的失真。本發(fā)明改善了使用功耗降低了的成像裝置拍攝的圖像品質(zhì)。因此，本發(fā)明在工業(yè)中有很大的潛力。
雖然已經(jīng)用參考附圖的示例方法完整地描述了本發(fā)明，值得注意的是對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說各種改變和修改是顯而易見的。因此，除非這些變化和修改脫離了本發(fā)明的范圍，否則都應(yīng)該解釋為包含在其中。
權(quán)利要求
1.一種具有多個單位像素的成像裝置，每一個單位像素根據(jù)接收到的光量產(chǎn)生一段亮度信息并將其累積在其中，該成像裝置包括接收單元，可操作以從外部接收拍攝指令；全復(fù)位單元，可操作以當(dāng)遮光門打開時響應(yīng)于拍攝指令同時復(fù)位所有單位像素；遮光單元，可操作以在全復(fù)位單元復(fù)位所有單位像素后、遮光門打開的時間段總長度達(dá)到曝光時間時，關(guān)閉遮光門以同時阻擋入射到所有單位像素上的光，以及讀取單元，可操作以當(dāng)遮光門關(guān)閉時從所有單位像素順序讀取亮度信息段。
2.按權(quán)利要求1所述的成像裝置，其中遮光單元在不依賴于曝光時間的改變而確定的時刻關(guān)閉遮光門，并且全復(fù)位單元根據(jù)曝光時間的改變調(diào)整全復(fù)位單元復(fù)位所有單位像素的定時。
3.按權(quán)利要求1所述的成像裝置進(jìn)一步包括監(jiān)控單元，可操作以當(dāng)遮光門打開時，在接收單元接收到拍攝指令前通過連續(xù)地讀取亮度信息段顯示運動圖像，并且在接收到拍攝指令時停止在每次讀取亮度信息、時執(zhí)行的像素復(fù)位操作和亮度信息讀取操作，至少直到讀取單元完成亮度信息段讀取為止。
4.按權(quán)利要求3所述的成像裝置，其中監(jiān)控單元施加像素復(fù)位信號和亮度信息讀取信號以讀取亮度信息段，并且至少在全復(fù)位單元復(fù)位所有單位像素的時刻和遮光單元阻擋住光的時刻之間的時間段內(nèi)停止施加像素復(fù)位信號和亮度信息讀取信號。
5.按權(quán)利要求4所述的成像裝置，其中該監(jiān)控單元包括移位寄存器，該移位寄存器可操作以為該成像裝置的每一列順序地產(chǎn)生像素復(fù)位信號和亮度信息讀取信號，并且該監(jiān)控單元至少在全復(fù)位單元復(fù)位所有單位像素的時刻和遮光單元阻擋住光的時刻之間的時間段內(nèi)停止該移位寄存器的操作。
6.按權(quán)利要求5所述的成像裝置，其中該移位寄存器在為每一幀順序移動被提供起始脈沖的目標(biāo)列時，為該成像裝置的每一列順序地產(chǎn)生像素復(fù)位信號和亮度信息讀取信號，并且該監(jiān)控單元響應(yīng)于拍攝指令停止起始脈沖，至少到遮光單元阻擋住光時為止。
7.按權(quán)利要求5所述的成像裝置，其中全復(fù)位單元在移位寄存器完成為每一列產(chǎn)生像素復(fù)位信號和亮度信息讀取信號的時刻和遮光單元阻擋住光的時刻之間的時間段內(nèi)同時復(fù)位所有單位像素。
8.按權(quán)利要求3所述的成像裝置，其中為讀取亮度信息段，該監(jiān)控單元施加用于電子快門的第一像素復(fù)位脈沖、用于電子快門的第一像素讀取脈沖、用于讀取圖像信號的第二像素復(fù)位脈沖和用于讀取圖像信號的第二像素讀取脈沖，并且至少在全復(fù)位單元復(fù)位所有單位像素的時刻和遮光單元阻擋住光的時刻之間的時間段內(nèi)停止施加第一像素讀取脈沖和第二像素讀取脈沖。
9.按權(quán)利要求3所述的成像裝置，其中為讀取亮度信息段，該監(jiān)控單元施加用于電子快門的第一像素復(fù)位脈沖、用于電子快門的第一像素讀取脈沖、用于讀取圖像信號的第二像素復(fù)位脈沖和用于讀取圖像信號的第二像素讀取脈沖，并且至少在全復(fù)位單元復(fù)位所有單位像素的時刻和遮光單元阻擋住光的時刻之間的時間段內(nèi)停止施加第一像素復(fù)位脈沖、第一像素讀取脈沖、第二像素復(fù)位脈沖和第二像素讀取脈沖。
10.按權(quán)利要求3所述的成像裝置，其中為讀取亮度信息段，監(jiān)控單元施加用于電子快門的像素復(fù)位脈沖和用于電子快門的像素讀取脈沖，并且在全復(fù)位單元復(fù)位所有單位像素的時刻和讀取單元完成讀取亮度信息段的時刻之間的時間段內(nèi)停止施加像素讀取脈沖。
11.按權(quán)利要求3所述的成像裝置，其中為讀取亮度信息段，監(jiān)控單元施加用于電子快門的像素復(fù)位脈沖和用于電子快門的像素讀取脈沖，并且在全復(fù)位單元復(fù)位所有單位像素的時刻和讀取單元完成亮度信息段讀取的時刻之間的時間段內(nèi)停止施加像素復(fù)位脈沖和像素讀取脈沖。
12.按權(quán)利要求3所述的成像裝置，其中監(jiān)控單元包括移位寄存器，該移位寄存器可操作以為該成像裝置的每一列順序產(chǎn)生像素復(fù)位信號，并且該監(jiān)控單元在全復(fù)位單元復(fù)位所有單位像素的時刻和讀取單元完成讀取亮度信息段的時刻之間的時間段內(nèi)停止該移位寄存器的操作。
13.按權(quán)利要求12所述的成像裝置，其中該移位寄存器在為每一幀順序移動被提供起始脈沖的目標(biāo)列時，為該成像裝置的每一列順序產(chǎn)生像素復(fù)位信號，并且該監(jiān)控單元響應(yīng)于拍攝指令停止起始脈沖，直到讀取單元完成讀取亮度信息段為止。
14.按權(quán)利要求12所述的成像裝置，其中該成像裝置進(jìn)一步包括單位像素驅(qū)動電路，可操作以基于復(fù)位所有單位像素的全復(fù)位單元提供的信號和執(zhí)行像素復(fù)位操作的監(jiān)控單元提供的信號，產(chǎn)生用于驅(qū)動單位像素的脈沖，并且將產(chǎn)生的脈沖提供給每一個單位像素，并且移位寄存器和選擇電路中的每一個由使用單溝道MOS的動態(tài)電路構(gòu)成。
15.按權(quán)利要求1所述的成像裝置，其中全復(fù)位單元在一個水平掃描周期中的任意時刻復(fù)位所有單位像素，不管這個時刻是否處于水平消隱時段內(nèi)。
16.一種向具有多個單位像素的成像裝置提供控制信號的驅(qū)動裝置，每個單位像素根據(jù)接收到的光量輸出一段亮度信息，該驅(qū)動裝置包括等待單元，可操作以等待將從外部輸入的拍攝指令；全復(fù)位控制信號輸出單元，可操作以輸出全復(fù)位控制信號，以當(dāng)遮光門打開時響應(yīng)于拍攝指令同時復(fù)位所有單位像素；關(guān)閉控制信號輸出單元，可操作以輸出遮光門關(guān)閉控制信號，以在全復(fù)位單元復(fù)位所有單位像素后、遮光門打開的時間段總長度達(dá)到曝光時間時，關(guān)閉遮光門，其阻擋入射到所有單位像素上的光；和讀取控制信號輸出單元，可操作以輸出讀取控制信號，以當(dāng)遮光門關(guān)閉時從所有單位像素順序讀取亮度信息段。
17.一種控制具有多個單位像素的成像裝置的成像方法，每個單位像素根據(jù)接收到的光量輸出一段亮度信息，該成像方法包括接收步驟，從外部接收拍攝指令；全復(fù)位步驟，當(dāng)遮光門打開時響應(yīng)于拍攝指令同時復(fù)位所有單位像素；遮光步驟，在全復(fù)位單元復(fù)位所有單位像素后、遮光門打開的時間段總長度達(dá)到曝光時間時，關(guān)閉遮光門以同時阻擋入射到所有單位像素上的光；和讀取步驟，當(dāng)遮光門關(guān)閉時從所有單位像素順序讀取亮度信息段。
全文摘要
數(shù)碼相機(jī)100包括具有多個單位像素的成像裝置，每個單位像素依照接收到的光量產(chǎn)生一段亮度信息并將其累積在那里。該成像裝置包括接收單元103，可操作以從外部接收拍攝指令；全復(fù)位單元104，可操作以當(dāng)遮光門打開時響應(yīng)于拍攝指令同時復(fù)位所有單位像素；遮光單元101，可操作以在全復(fù)位單元復(fù)位所有單位像素后、遮光門打開的時間段總長度達(dá)到曝光時間時，關(guān)閉遮光門以同時阻擋入射到所有單位像素上的光；和讀取單元105，可操作以當(dāng)遮光門關(guān)閉時從所有單位像素上順序讀取亮度信息段。
文檔編號H04N5/353GK1798271SQ200510003480
公開日2006年7月5日 申請日期2005年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月8日
發(fā)明者村上雅史, 桝山雅之, 松長誠之 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社