CN1620114A - 图像输入装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种图像输入装置及其控制方法。图像输入装置，具备包括多个像素的固体摄影元件；具有用于开放和遮挡通向固体摄影元件的光路的前幕帘和后幕帘的快门；检测前幕帘以及后幕帘的通过的快门幕帘检测单元；在快门幕帘检测单元检测出前幕帘的通过以后经过预定时间，在检测出后幕帘的通过之前，顺序进行固体摄影元件的像素的复位的复位单元。

Description

图像输入装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及图像输入装置及其控制方法，特别是涉及图像输入装置中的高速秒时的曝光控制。
背景技术
以往，在数码照相机等使用固体摄影元件摄影图像的图像输入装置中，通过机械快门的开闭进行曝光。
特别是，在使用隔行读出的隔行(IT)CCD或帧读出(FT)CCD或者CMOS传感器等图像传感器的情况下，一般是预先使传感器成为存储状态，通过在该状态下开闭机械快门进行曝光。
图12示出以往的图像输入装置的结构(例如，参照特开2003-101873号公报)。图12中示出了快门位于镜头的焦点附近的所谓幕帘快门类型的结构。
被摄影物体的光经过镜头1在固体摄影元件6上成像，而用快门2能够遮断被摄影物体的光使得固体摄影元件6不被照射。快门2由快门驱动装置5控制。快门2由前幕帘3和后幕帘4构成。另外，固体摄影元件6由传感器驱动电路7驱动，按照存储根据入射到固体摄影元件6的感光面上的光量发生的电荷的存储模式以及读出所存储的电荷的读出模式等控制。这些模式中的固体摄影元件6的驱动控制由CPU8进行。
图13示出固体摄影元件6的结构。
固体摄影元件6包括多个像素14，像素14横向排列预定数量构成行，以不同的预定数量纵向配置行，构成二维传感器。进而，在其周边配置周边电路(未图示)，构成固体摄影元件6。
图14示出了快门2的驱动与固体摄影元件6的驱动时序。
由传感器驱动电路7使固体摄影元件6成为存储模式，由快门驱动装置5起动前幕帘3的移动。在S秒以后，由快门驱动装置起动后幕帘4的移动。在后幕帘4的移动结束以后，由传感器驱动电路7使固体摄影元件6成为读出模式，读出所存储的电荷(图像数据)。这时，在固体摄影元件6的各个像素上在前幕帘与后幕帘的移动时间差的期间(S秒)照射光线。
然而，在上述的以往例中，高速秒时由机械的界限决定。一般，在使用了进行狭缝移动的幕帘快门的情况下，由于机械制约，在高速秒时一侧得到的精度是1/4000～1/8000。
另一方面，在使用了渐进扫描(全像素读出)的ITCCD的情况下，能够预先打开相机的快门，进行电子快门的曝光时间的控制。这种结构的情况下，不存在高速秒时一侧的机械制约。在使用了电子快门的情况下，能够达到1/16000等比机械制约高2倍或其以上的高速秒时。
然而，隔行读出的ITCCD或者ITCCD，或者CMOS传感器等在传感器的结构上不可能进行由电子快门实现的高速秒时中的上述水平的曝光时间的控制。
发明内容
本发明是鉴于以上的问题点产生的，目的在于在图像输入装置中，实现没有机械制约的高速秒时的曝光时间控制。
为了达到上述目的，本发明的图像输入装置具备包括多个像素的固体摄影元件；具有用于开放和遮挡通向上述固体摄影元件的光路的前幕帘和后幕帘的快门；在多个位置检测通过上述前幕帘以及后幕帘的检测单元；在上述检测单元检测出上述前幕帘的通过以后经过预定时间，在检测出上述后幕帘的通过之前，顺序进行上述固体摄影元件的像素的复位的复位单元。
另外，具备包括多个像素的固体摄影元件；具有用于开放和遮挡通向上述固体摄影元件的光路的前幕帘和后幕帘的快门；检测上述前幕帘以及后幕帘的通过的检测单元的本发明的图像输入装置的控制方法具有在多个位置由上述检测单元检测上述前幕帘的通过的过程；在检测出上述前幕帘的通过以后经过预定时间，在上述检测单元检测出上述后幕帘的通过之前，顺序进行上述固体摄影元件的像素的复位的过程。
另外，如果依据其它的结构，本发明的图像输入装置具备包括多个像素的固体摄影元件；具有用于开放和遮挡通向上述固体摄影元件的光路的前幕帘和后幕帘的快门；在多个位置检测上述前幕帘的通过的检测单元；在上述前幕的通过了以后上述后幕帘没有通过的区域中，在上述检测单元检测出上述前幕帘的通过以后经过预定时间，顺序进行上述固体摄影元件的像素的复位的复位单元。
另外，具备包括多个像素的固体摄影元件；具有用于开放和遮挡通向上述固体摄影元件的光路的前幕帘和后幕帘的快门的图像输入装置的本发明的控制方法具有在多个位置检测上述前幕帘的通过的过程；在上述前幕帘通过了以后上述后幕帘没有通过的区域中，在检测出上述前幕帘的通过以后经过预定时间，顺序进行上述固体摄影元件的像素的复位的复位过程。
进而，如果依据其它的结构，则本发明的图像输入装置具备包括多个像素的固体摄影元件；具有用于开放和遮挡通向上述固体摄影元件的光路的前幕帘和后幕帘的快门；检测上述前幕帘的驱动速度的检测单元；在上述前幕帘通过了以后上述后幕帘没有通过的区域中，根据上述检测单元的输出，顺序进行上述固体摄影元件的像素的复位的复位单元。
另外，具备包括多个像素的固体摄影元件；具有用于开放和遮挡通向上述固体摄影元件的光路的前幕帘和后幕帘的快门的图像输入装置的本发明的控制方法具有检测上述前幕帘的驱动速度的过程；在上述前幕帘通过了以后上述后幕帘没有通过的区域中，根据上述前幕帘的驱动速度的检测结果，顺序进行上述固体摄影元件的像素的复位的复位过程。
本发明的其它特征以及优点将从参照附图的以下说明中明确。另外，在附图中，在相同或者同样的结构中标注相同的参考号码。
附图说明
附图包含在说明书中，构成其一部分，示出本说明的实施形态，与对于附图的记述一齐在说明本发明的原理时使用。
图1是示出本发明第1实施形态中的图像输入装置的结构的框图。
图2A以及图2B说明本发明第1实施形态中的固体摄影元件和前幕帘以及后幕帘，进而快门幕帘检测装置的配置。
图3是用于说明本发明的实施形态中的曝光时间控制的时序图。
图4A以及图4B说明本发明第2实施形态的固体摄影元件和前幕帘以及后幕帘，进而快门幕帘检测装置的配置。
图5是示出本发明第3实施形态中的图像输入装置的结果的框图。
图6示出本发明第3实施形态中的固体摄影元件的结构。
图7示出本发明第3实施形态中的快门幕帘检测单元的电路结构。
图8说明本发明第3实施形态中的固体摄影元件和前幕帘以及后幕帘的配置。
图9示出本发明第4实施形态中的快门幕帘检测单元的电路结构。
图10是示出本发明第5实施形态中的图像输入装置的结构的框图。
图11说明本发明第5实施形态中的固体摄影元件和前幕帘以及后幕帘、发光二极管、快门幕帘检测装置的配置。
图12是示出以往的图像输入装置的结构的框图。
图13示出以往的固体摄影元件的结构。
图14是示出以往的快门驱动和固体摄影元件驱动定时的时序图。
具体实施方式
第1实施形态
图1是示出本发明第1实施形态中的使用固体摄影元件摄影图像的图像输入装置的结构的框图。另外，在与上述图12所示的结构相同的结构上标注相同的参考号码。
被摄影物体的光经过镜头1在固体摄影元件6上成像，而通过快门2能够遮挡被摄影物体的光使得固体摄影元件6不被照射。快门2是由前幕帘3后幕帘4构成的幕帘快门，由快门驱动装置5驱动。另外，固体摄影元件6具有上述图13所示的结构，由传感器驱动电路7驱动，按照在各个像素14中存储根据入射到固体摄影元件6的感光面上的光量发生的电荷的存储模式以及读出所存储的电荷的读出模式等进行控制。这些模式中的固体摄影元件6的驱动控制由CPU8进行。另外，前幕帘3以及后幕帘4的位置由快门幕帘检测装置9检测。
图2A以及图2B示出第1实施形态中的固体摄影元件6和前幕帘3以及后幕帘4，进而快门幕帘检测装置9的配置，图2A是从镜头1一侧观看的正面图，图2B是快门幕帘检测装置9部分的剖面图，光从箭头的方向入射。
快门幕帘检测装置9具有沿着快门幕帘的移动方向排列了多个由发光单元91(图2B中91-1～n)和感光单元92(图2B中92-1～n)构成的光断续器90(图2B中91-1～n)的结构。按照在固体摄影元件6的N行中1个的比例设置光断续器90，配置成使得前幕帘3以及后幕帘4通过发光单元91与感光单元92之间。如从图2A以及图2B所知，由于位于前幕帘3和后幕帘4的缝隙部分中的光断续器90的感光单元92感光来自发光单元91的光，因此当由前幕帘3或者后幕帘4遮挡发光单元91的光时，来自感光单元92的输出降低，当在发光单元91与感光单元92之间没有前幕帘3以及后幕帘4时，来自感光单元92的输出升高。
图3是示出来自快门幕帘检测装置9的各个光断续器90-1～90-n的输出的一个例子以及固体摄影元件6的行复位供给脉冲的时序图。
如图3所示，快门幕帘检测装置9的输出在从上方的光断续器90-1开始按顺序，前幕帘3以及后幕帘4移动，在同时没有遮挡光断续器90的期间输出升高。来自该光断续器90-1～n的输出值(脉冲)输入到控制电路8中，控制电路8根据该脉冲，生成幕帘移动间隔检测脉冲。进而，在幕帘移动间隔检测脉冲期间，生成发生了N个脉冲的行复位供给脉冲使得与上述光断续器90的配置间隔(N行)相对应，把该脉冲输入到传感器驱动电路7。传感器驱动电路7在每次输入了该脉冲时，如从第1行开始顺序为第2、第3、第4、......、第m、第m+1行那样按固体摄影元件6的每个行进行像素14的复位。
另外，由于前幕帘3以及后幕帘4使用弹簧的恢复力移动，因此在刚开始移动和即将结束移动之前，移动速度不同。为此，在每次生成幕帘移动间隔检测脉冲时，通过把行复位供给脉冲的周期设定T/N(把前一个幕帘移动间隔检测脉冲间隔取为T)，能够在来自光断续器的信号之间***N个脉冲。
具体地讲，在时刻t0，如果通过前幕帘3的移动来自光断续器90-1的光单元91-1的光开始入射到感光单元92-1(即，开始曝光)，则感光单元92-1的输出开始上升。如果该输出大于等于预定电平，则控制电路8在时刻t1生成幕帘移动间隔检测脉冲。该t1输出以后经过预定时间，在t2开始生成行复位供给脉冲。由于相对应的行的像素14通过该脉冲被复位，因此在复位结束以后到在时刻t3由后幕帘4结束了该行的曝光的期间(从ta减去复位花费的时间后的时间)成为电荷存储时间。
这样，能够进行比由快门2进行的曝光时间te高的高速秒时的曝光。另外，t1与t2之间的时间能够通过把te与所希望的电荷存储时间ta和复位时间相减求出。
如上所述，如果依据本第1实施形态，则通过在固体摄影元件的各个像素上，在前幕帘的移动以后，后幕帘移动的预定时间以前(即，前幕帘移动以后的预定时间后)进行像素的复位，能够实现没有机械制约的高速秒时的曝光时间控制。
另外，作为固体摄影元件可以是任何的元件，而在隔行读出的ITCCD或者FTCCD，或者CMOS传感器等传感器的结构上，通过适用限于控制由电子快门进行的高速秒时一侧的曝光时间的器件，能够实现以往不可能的高速秒时的曝光时间控制。
第2实施形态
其次，详细地说明本发明的第2实施形态。
本第2实施形态中使用的图像输入装置的基本结构由于与在第1实施形态中参照图1说明过的相同因此省略说明，而本第2实施形态中的快门幕帘检测装置9具有与图2A以及图2B所示的不同的结构。
图4A以及图4B示出本第2实施形态中的固体摄影元件6和前幕帘3以及后幕帘4，进而快门幕帘检测装置9的配置，图4A是从镜头1一侧观看的正面图，图4B是快门幕帘检测装置9部分的剖面图，光线从箭头方向入射。如从图4A以及图4B所知，与前幕帘3和后幕帘4的缝隙部分相对应的行的像素被曝光。
本第2实施形态中的快门幕帘检测装置9成为沿着快门幕帘的移动方向排列了多个光电二极管93的结构(图2D中是93-1～n)。按照在固体摄影元件6的N行中1个的比例设置光电二级管93。
经过镜头入射的被摄影物体的光的一部分入射到光电二极管93中。使用该光，通过进行与第1实施形态的图3所示的动作相同的动作，能够得到与上述第1实施形态相同的效果。
另外，在本第2实施形态的结构中，能够以从第1实施形态的结构省略发光单元的形式实现。
第3实施形态
其次，详细地说明本发明的第3实施形态。
图5是示出本发明第3实施形态中的使用固体摄影元件摄影图像的图像输入装置的结构的框图。在图5所示的结构中，固体摄影元件30具有快门幕帘检测单元31、接收快门幕帘检测单元31的输出把该行进行复位的行复位控制单元32这一点与上述图12的固体摄影元件6的结构不同情况，除此以外由于是与图12相同的结构，因此标注相同的参考号码并且省略说明。
图6示出本发明第3实施形态中的固体摄影元件30的结构。如该图所示，固体摄影元件30具有多个像素14，快门幕帘检测单元31和行复位控制单元32。另外，图7示出快门幕帘检测单元31的电路结构，由发光二极管33和光电二极管34构成快门幕帘检测单元31。
图8示出实施了本发明时的固体摄影元件30和前幕帘3以及后幕帘4的配置。
在前幕帘3或者后幕帘4存在于固体摄影元件30之前的期间，从发光二极管33发出的光由于在前幕帘3或者后幕帘4的背面反射，因此光电二极管34感光。当前幕帘3和后幕帘4都没有存在于固体摄影元件30的前面时，从发光二极管33发出的光由于通过前幕帘3与后幕帘4之间，因此没有返回到光电二极管34。从而，从光电二极管34输出的信号成为把图3的90-1～n所示的信号翻转了的信号。
在行复位控制单32中输入来自本快门幕帘检测单元30的光电二极管34的输出，在没有光电二极管34的输出起(对应于图3的t0)经过预定时间以后(对应于图的t2)，行复位控制单元32把该行复位。
如上所述，如果依据本第3实施形态，则能够得到与上述第1实施形态同样的效果。
第4实施形态
其次，详细地说明本发明的第4实施形态。
在本第4实施形态中使用的图像输入装置的基本结构与参照图5说明过的相同，而本第4实施形态中的快门幕帘检测单元31的结构与图7所示的不同。
图9示出本发明第4实施形态中的固体摄影单元30的快门幕帘检测单元31的电路。如图9所示，快门幕帘检测单元31成为具有光敏二极管34而省略发光二极管的结构。经过镜头1入射的被摄影物体的光的一部分入射到光敏二极管34中。使用该光，通过进行与在第3实施形态中说明过的动作相同的动作，能够实现没有机械约束的高速秒时的曝光控制。
另外，在本第4实施形态的结构中，能够以从第3实施形态的结构省略了发光二极管的形式实现。
第5实施形态
其次，详细地说明本发明的第5实施形态。
图10是示出本发明第5实施形态中的使用固体摄影元件摄影图像的图像输入装置的结构的框图。图10所示的结构是在图5所示的结构上加入了发光二极管20。另外，该情况下，快门幕帘检测单元31具有在第4实施形态中说明过的图9所示的结构。
图11示出本发明第5实施形态的固体摄影元件30和前幕帘3以及后幕帘4，以及发光二极管20的部分。该图中，发光二极管20发出的光仅在没有被前幕帘3以及后幕帘4遮挡的缝隙部分通过快门2，到达快门幕帘检测单元31的光电二极管34。从而，成为从快门幕帘检测单元31输出图3的91-1～n所示的信号。
在行复位控制单元32中输入该快门幕帘检测单元31的输出，进行与上述第3实施形态相同的控制。
如上所述，如果依据第5实施形态，则能够得到与上述第1实施形态同样的效果。

Claims (20)

1.一种图像输入装置，其特征在于具有：
具有多个像素的固体摄影元件；
具有用于开放和遮挡通向上述固体摄影元件的光路的前幕帘和后幕帘的快门；
在多个位置检测上述前幕帘以及后幕帘的通过的检测单元；
在上述检测单元检测出上述前幕帘的通过以后经过预定时间后，在检测出上述后幕帘的通过之前，顺序进行上述固体摄影元件的像素的复位的复位单元。
2.根据权利要求1所述的图像输入装置，其特征在于：
上述快门是沿着纵方向使上述前幕帘和后幕帘移动的幕帘快门，上述复位单元按每一行对上述固体摄影元件进行复位。
3.根据权利要求1所述的图像输入装置，其特征在于：
上述固体摄影元件是隔行或者帧读出的隔行CCD或者CMOS传感器。
4.根据权利要求1所述的图像输入装置，其特征在于：
上述复位单元与上述固体摄影元件一体构成。
5.根据权利要求1～4的任一项所述的图像输入装置，其特征在于：
上述检测单元具有发光单元和感光单元，并配置成使得上述前幕帘以及后幕帘的一部分通过该发光单元与感光单元之间。
6.根据权利要求1～4的任一项所述的图像输入装置，其特征在于：
上述检测单元具有感光单元，并配置成使得上述前幕帘以及后幕帘的一部分通过上述感光单元的前面。
7.根据权利要求1～4的任一项所述的图像输入装置，其特征在于：
上述检测单元具有与上述固体摄影元件的端部一体构成的发光单元和感光单元，并配制成使得上述前幕帘以及后幕帘的一部分通过上述检测单元的前面。
8.根据权利要求1～4的任一项所述的图像输入装置，其特征在于：
上述检测单元具有与上述固体摄影元件的端部一体构成的感光单元，并配置成使得上述前幕帘以及后幕帘的一部分通过上述感光单元的前面。
9.根据权利要求1～4的任一项所述的图像输入装置，其特征在于：
上述检测单元具有发光单元和与上述固体摄影元件的端部一体构成的感光单元，并配置成使得上述前幕帘以及后幕帘的一部分通过该发光单元与感光单元之间。
10.一种图像输入装置，其特征在于具备：
具有多个像素的固体摄影元件；
具有用于开放和遮挡通向上述固体摄影元件的光路的前幕帘和后幕帘的快门；
在多个位置检测上述前幕帘的通过的检测单元；
在上述前幕帘通过了以后但上述后幕帘没有通过的区域中，在上述检测单元检测出上述前幕帘的通过以后经过预定时间后，顺序进行上述固体摄影元件的像素的复位的复位单元。
11.根据权利要求10所述的图像输入装置，其特征在于：
上述快门是沿着纵方向使上述前幕帘和后幕帘移动的幕帘快门，上述复位单元按每一行对上述固体摄影元件进行复位。
12.根据权利要求10所述的图像输入装置，其特征在于：
上述固体摄影元件是隔行或者帧读出的隔行CCD或者CMOS传感器。
13.根据权利要求10～12的任一项所述的图像输入装置，其特征在于：
上述检测单元具有感光单元，并配置成使得上述前幕帘的一部分通过上述感光单元的前面。
14.一种图像输入装置，其特征在于具有：
具有多个像素的固体摄影元件；
具有用于开放和遮挡通向上述固体摄影元件的光路的前幕帘和后幕帘的快门；
检测上述前幕帘的驱动速度的检测单元；
在上述前幕帘通过了以后但上述后幕帘没有通过的区域中，根据上述检测单元的输出，顺序进行上述固体摄影元件的像素的复位的复位单元。
15.根据权利要求14所述的图像输入装置，其特征在于：
上述快门是沿着纵方向使上述前幕帘和后幕帘移动的幕帘快门，上述复位单元按每一行对上述固体摄影元件进行复位。
16.根据权利要求14所述的图像输入装置，其特征在于：
上述固体摄影元件是隔行或者帧读出的隔行CCD或者CMOS传感器。
17.根据权利要求14～16的任一项所述的图像输入装置，其特征在于：
上述检测单元具有感光单元，并配置成使得上述前幕帘的一部分通过上述感光单元的前面。
18.一种图像输入装置的控制方法，该图像输入装置具备具有多个像素的固体摄影元件；具有用于开放和遮挡通向上述固体摄影元件的光路的前幕帘和后幕帘的快门；检测上述前幕帘以及后幕帘的通过的检测单元，其特征在于具有：
由上述检测单元在多个位置检测上述前幕帘以及后幕帘的通过的检测步骤；
在检测出上述前幕帘的通过以后经过预定时间后，在上述检测单元检测出上述后幕帘的通过之前，顺序进行上述固体摄影元件的像素的复位的复位步骤。
19.一种图像输入装置的控制方法，该图像输入装置具备具有多个像素的固体摄影元件；具有用于开放和遮挡通向上述固体摄影元件的光路的前幕帘和后幕帘的快门，其特征在于具有：
在多个位置检测上述前幕帘的通过的检测步骤；
在上述前幕帘通过了以后但上述后幕帘没有通过的区域中，在检测出上述前幕帘的通过以后经过预定时间后，顺序进行上述固体摄影元件的像素的复位的复位步骤。
20.一种图像输入装置的控制方法，该图像输入装置具备具有多个像素的固体摄影元件；具有用于开放和遮挡通向上述固体摄影元件的光路的前幕帘和后幕帘的快门，其特征在于具有：
在检测上述前幕帘的驱动速度的检测步骤；
在上述前幕帘通过了以后但上述后幕帘没有通过的区域中，根据上述前幕帘的驱动速度的检测结果，顺序进行上述固体摄影元件的像素的复位的复位步骤。
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