DE4117019A1 - Steuervorrichtung fuer einen bildsensor - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen
Bildsensor, die einen vorgegebenen Effekt beim Einsatz
in einer elektronischen Einzelbildkamera erzeugt.
In einer elektronischen Einzelbildkamera wird ein dem
aufzunehmenden Objekt entsprechendes Bildsignal mit
einem Bildsensor abgegeben, der z. B. ein CCD-Element
(Charge Coupled Device) sein kann. Das Bildsignal wird
auf eine Video-Magnetspeicherplatte aufgezeichnet.
Hierbei kann ein Bildfeld durch ein erstes und ein
zweites Halbbild zusammengesetzt werden, und ein Bild
signal des zweiten Halbbildes wird mit Fotodioden des
Bildsensors festgehalten, während ein Bildsignal des
ersten Halbbildes ausgelesen wird. Wenn das Bildsignal
nach Schließen einer Apertur ausgelesen wird, liefern
die Fotodioden während dieser Periode einen Dunkel
strom, und somit tritt im zweiten Halbbild ein Stören
durch den Dunkelstrom auf. Dieses Stören kann ein
Flackern des mit dem ersten und zweiten Halbbild
erzeugten Gesamtbildes hervorrufen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Steuer
vorrichtung anzugeben, mit der eine Beeinträchtigung
des Bildes durch Dunkelstrom verhindert wird.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des
Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind
Gegenstand der Unteransprüche.
Bei einer Steuervorrichtung nach der Erfindung ist eine
Apertur zum Steuern der Belichtung des Bildsensors vor
gesehen, und eine Vorrichtung zum Eliminieren der Wir
kung eines in dem Bildsensor erzeugten Dunkelstroms aus
dem Bildsignal des zweiten Halbbildes kommt nach
Schließen der Apertur zur Wirkung, so daß das Bildsi
gnal aus einem ersten Halbbild und einem zweiten Halb
bild zusammengesetzt wird, bei dem die Wirkung des Dun
kelstroms beseitigt ist.
Die Steuervorrichtung enthält neben der Apertur zur
Steuerung der Belichtung des Bildsensors eine Steuer
schaltung zu dessen Steuerung. Unter deren Steuerung
gibt der Bildsensor nach dem Schließen der Apertur
Bildsignale für das erste und das zweite Halbbild ab,
und danach liefert er Daten eines dritten Halbbildes
entsprechend einem Dunkelstrom. Die Steuerschaltung
gibt dann ein Signal ab, das sich durch Subtraktion der
Daten des dritten Halbbildes von dem Bildsignal des
zweiten Halbbildes ergibt, wobei zusammen mit dem Bild
signal des ersten Halbbildes ein Gesamt-Bildsignal er
zeugt wird.
Die Steuervorrichtung kann einen A/D-Wandler, einen
Speicher zum Speichern mindestens der Daten eines
Halbbildes, die von dem Wandler geliefert werden, eine
Lichtmeßschaltung, eine Apertur und eine Steuerschal
tung enthalten. Der A/D-Wandler setzt das Ausgangssi
gnal des Bildsensors um. Der Speicher speichert minde
stens die Ausgangsdaten eines Halbbildes aus dem A/D-
Wandler. Die Lichtmeßschaltung mißt die Belichtung
durch ein Objekt. Die Apertur steuert eine Belichtung
des Bildsensors entsprechend einem Ausangssignal der
Lichtmeßschaltung. Die Steuerschaltung steuert den
Bildsensor derart, daß nach Schließen der Apertur Daten
eines dritten Bildfeldes ausgegeben werden, die einem
Dunkelstrom entsprechen. Dies erfolgt nach der Ausgabe
der Bildsignale des ersten und zweiten Halbbildes ent
sprechend dem Objekt. Dann wird ein Signal abgegeben,
das sich durch Subtraktion der Daten des dritten Halb
bildes von dem Bildsignal des zweiten Halbbildes er
gibt, gemeinsam mit dem Bildsignal des ersten Halbbil
des, wodurch ein Gesamt-Bildsignal entsteht.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung
näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 das Blockdiagramm einer Steuervorrichtung
als Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 das Blockdiagramm des Aufbaus eines CCD-
Bildsensors,
Fig. 3 das Zeitdiagramm der Arbeitsweise des in
Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels,
Fig. 4 das Blockdiagramm eines Hauptteils des
CCD-Bildsensors und
Fig. 5 das Zeitdiagramm für Signale PS und VSUB.
Fig. 1 zeigt das Blockdiagramm einer Steuervorrichtung
für einen Bildsensor, die gemäß der Erfindung aufgebaut
ist.
Das an einem (nicht dargestellten) Objekt reflektierte
Licht fällt auf einen CCD-Bildsensor 11 über ein Auf
nahmeobjektiv 12 und eine Apertur 13, wodurch mit dem
CCD-Bildsensor 11 ein Bildsignal entsprechend dem Ob
jektbild erzeugt wird. Dieses Bildsignal wird an einen
A/D-Wandler 51 abgegeben. Es wird mit diesem umgesetzt
und in einem Bildspeicher 52 gespeichert.
Die in dem Bildspeicher 52 gespeicherten Daten werden
in ein EEPROM (elektrisch löschbares, programmierbares
ROM) 53 eingeschrieben oder mit einem nicht dargestell
ten D/A-Wandler umgesetzt und dann frequenzdemoduliert,
so daß sie auf eine Video-Magnetspeicherplatte (nicht
dargestellt) aufgezeichnet werden können.
Eine Steuerschaltung 21 enthält einen Mikrocomputer
(MPU) und weitere Einheiten und steuert eine Lichtmeß
schaltung 22 über einen Treiber 23, wodurch ein Licht
meßprozeß ausgeführt wird. Dessen Ergebnis bewirkt eine
Ansteuerung eines Aperturtreibers 24, so daß die Aper
tur 13 entsprechend betätigt wird. Die Steuerschaltung
21 steuert auch einen Treiberimpulsgenerator 54, so daß
ein CCD-Treiber 25 Treibersignale abgibt, durch die der
CCD-Bildsensor 11 betrieben wird.
Ein Auslöseschalter 26 wird zur fotografischen Aufnahme
betätigt.
Fig. 2 zeigt den Aufbau des CCD-Bildsensors 11. Eine
Fotodiode 41 ist für jeweils ein Pixel vorgesehen und
gibt eine elektrische Ladung ab, deren Größe der je
weils einwirkenden Lichtmenge entspricht. Ein Vertikal-
Übertragungs-CCD 42 ist neben der linearen Anordnung
von Fotodioden 41 vorgesehen und überträgt eine mit den
Fotodioden 41 erzeugte Ladung auf ein Horizontal-
Übertragungs-CCD 43 oder eine Entladungsanordnung 44.
Ein FDA-Verstärker (Floating Diffusion Amplifier) 45
ist mit dem Horizontal-Übertragungs-CCD 43 verbunden
und setzt eine von dem Horizontal-Übertragungs-CCD 43
übertragene elektrische Ladung in eine Spannung um und
gibt diese ab. Eine Überlauf-Ableitung 46 dient zum Ab
leiten überschüssiger elektrischer Ladungen, die durch
eine zu starke Lichteinstrahlung verursacht werden.
Die Arbeitsweise dieser Anordnung wird im folgenden an
Hand des in Fig. 3 gezeigten Zeitdiagramms erläutert.
Wenn der Auslöseschalter 26 bei R1 halb betätigt wird,
steuert die Steuerschaltung 21 die Lichtmeßvorrichtung
22 über den Lichtmeßtreiber 23, wodurch die Lichtmeß
vorrichtung 22 den Belichtungszustand eines Objekts
mißt, wie bei PH gezeigt. Dann berechnet die Steuer
schaltung 21 die Belichtung des Objekts entsprechend
dem Ausgangssignal der Lichtmeßvorrichtung 22.
Wenn der Auslöseschalter 26 dann voll gedrückt wird,
wie bei R2 gezeigt, so steuert die Steuerschaltung 21
den Aperturtreiber 24 entsprechend dem Rechenergebnis
der Belichtung, wodurch die Apertur 13, wie bei AP ge
zeigt, geöffnet wird. Entsprechend wird die durch das
Aufnahmeobjektiv 12 hindurchtretende Lichtmenge auf
einen geeigneten Wert eingestellt und auf den CCD-
Bildsensor 11 geleitet.
Die Steuerschaltung 21 steuert den CCD-Treiber 25, der
ein Vertikal-Synchronisiersignal VD und Vertikal-Trei
bersignale ⌀V1 bis ⌀V4 mit vier Phasen abgibt, die mit
einem Horizontal-Synchronisiersignal synchronisiert
werden. Diese Signale werden an den CCD-Bildsensor 11
abgegeben. Im folgenden werden die Signale ⌀V1 bis ⌀V4
als Treibersignale bezeichnet.
Wie Fig. 4 zeigt, hat das Vertikal-Übertragungs-CCD 42
vier Elektroden V1 bis V4, die aufeinanderfolgend in
Wiederholung längs des Vertikal-Übertragungs-CCD 42 an
geordnet sind und eine 4-Phasen-Ansteuerung ermögli
chen. Die Fotodioden 41 sind mit den Elektroden V1 und
V3 jeweils über Übertragungstore (TG) 47 verbunden. Die
mit den Fotodioden 41 angesammelten elektrischen Ladun
gen werden auf das Vertikal-Übertragungs-CCD 42 über
tragen und dann längs diesem geleitet, indem die elek
trische Spannung und die Phase der Treibersignale, die
an den Elektroden V1 bis V4 anliegen, entsprechend ge
steuert werden.
Die Steuerschaltung 21 bringt zunächst die Treibersi
gnale ⌀V1 bis ⌀V4 auf geringen Pegel, bevor eine Auf
nahme durchgeführt wird (d. h. bevor ein elektronischer
Verschluß betätigt wird). Auf diese Weise wird eine Po
tentialmulde ausgeglichen und die Ansammmlung eines
Dunkelstroms an dem Vertikal-Übertragungs-CCD 42 ver
hindert.
Dann gibt die Steuerschaltung 21 ein Signal PS an den
CCD-Treiber 25 ab, wodurch ein Signal VSUB auf hohen
Pegel gebracht wird, wie Fig. 5 zeigt. Dadurch werden
alle elektrischen, an den Fotodioden 41 angesammelten
Ladungen auf ein Substrat unter den Fotodioden 41 abge
leitet. Danach können elektrische Ladungen entsprechend
einem aufzunehmenden Objekt an den Fotodioden 41 des
CCD-Bildsensors 11 angesammelt werden.
Wenn eine vorbestimmte Zeit TV abgelaufen ist, die dem
Ergebnis des Lichtmeßprozesses entspricht, steuert die
Steuerschaltung 21 den Aperturtreiber 24 zum Schließen
der Apertur 13, wie Fig. 3 zeigt. Es tritt also eine
Wirkung äquivalent der Betätigung eines elektrischen
Verschlusses für die Zeit TV ein.
Nach Schließen der Apertur 13 wird ein Signal TG1 als
elektrischer Ladungsübertragungsimpuls der Fotodioden
41 (PDEVEN) der Elektrode V1 des Vertikal-Über
tragungs-CCD 42 zugeführt in Form des Treibersignals
⌀V1. Als Ergebnis wird eine elektrische Ladung, die an
den Fotodioden 41 (PDEVEN) angesammelt wurde und
einer geradzahligen horizontalen Abtastzeile ent
spricht, zur Elektrode V1 des Vertikal-Übertragungs-CCD
42 als Bildsignal eines ersten Halbbildes übertragen.
Dieses Bildsignal wird nacheinander längs der Elektro
den V1 bis V4 des Vertikal-Übertragungs-CCD 42 übertra
gen, indem die Pegel der Treibersignale ⌀V1 bis ⌀V4
nacheinander geändert werden, wodurch die Eingänge des
A/D-Wandlers 51 angesteuert werden. Das Bildsignal wird
dann entsprechend umgesetzt und in den Bildspeicher 52
eingeschrieben, wie es in Fig. 3 bei D1 gezeigt ist.
In derselben Weise wird bei dem nächsten Halbbild ein
Signal TG2 der Elektrode V3 des Vertikal-Übertragungs-
CCD 42 in Form des Treibersignals ⌀V3 zugeführt. Da
durch wird eine elektrische Ladung, die an der Fotodi
ode 41 angesammelt wurde (PDODD) entsprechend einer
ungeradzahligen horizontalen Zeile der Elektrode V3 des
Vertikal-Übertragungs-CCD 42 als Bildsignal eines zwei
ten Halbbildes zugeführt. Dieses Bildsignal wird
gleichfalls sukzessiv längs der Elektroden V1 bis V4
des Vertikal-Übertragungs-CCD 42 übertragen, indem
sukzessiv die Pegel der Treibersignale ⌀V1 bis ⌀V4 ge
ändert werden. Dadurch werden die Eingänge des A/D-
Wandlers 51 angesteuert. Das Bildsignal wird nach die
sem Umsetzen in den Bildspeicher 52 eingeschrieben, wie
es in Fig. 3 bei D2 gezeigt ist.
Ferner wird danach ein drittes Halbbild mit einem Si
gnal TG3 in Form des Treibersignals ⌀V3 der Elektrode
V3 zugeführt. Dadurch wird eine elektrische Ladung, die
an den Fotodioden 41 angesammelt ist (PDODD), zur
Elektrode V3 übertragen. Dieses übertragene Signal ent
spricht einer Periode, für die die Apertur 13 geschlos
sen war, und damit nicht einem Bildsignal des Objekts,
sondern einer Dunkelstromkomponente. Dieses Signal wird
gleichfalls sukzessiv längs der Elektroden V1 bis V4
des Vertikal-Übertragungs-CCD 42 übertragen, indem die
Pegel der Treibersignale ⌀V1 bis ⌀V4 nacheinander geän
dert werden. Dadurch werden die Eingänge des A/D-
Wandlers 51 angesteuert. Das so gewandelte Bildsignal
wird dann in den Bildspeicher 52 eingeschrieben, wie es
in Fig. 3 bei D3 gezeigt ist.
Wie vorstehend beschrieben, enthält das Bildsignal des
zweiten Halbbildes eine Dunkelstromkomponente und eine
Bildsignalkomponente des Objekts. Daher liest die Steu
erschaltung 21 die Daten des zweiten und dritten Halb
bildes und subtrahiert dann die Daten (eine Dunkel
stromkomponente) des dritten Halbbildes von den Daten
des zweiten Halbbildes, wodurch ein Bildsignal des Ori
ginalbildes erzeugt wird. Diese so berechneten Daten
und die Daten des ersten, im Bildspeicher 52 gespei
cherten Halbbildes werden dem EEPROM 53 als ein Bildsi
gnal zugeführt und dann als auf die Magnetspeicherplat
te aufzuzeichnende Daten benutzt. Auch kann damit ein
aufgenommenes Bild unmittelbar betrachtet werden.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, er
gibt sich auf diese Weise ein Bild mit geringerem Stör
anteil.
Claims (4)
1. Steuervorrichtung für einen Bildsensor, der ein
Bildsignal mit einem ersten und einem zweiten Halb
bild abgibt, gekennzeichnet durch eine Apertur (13)
zum Steuern der Belichtung des Bildsensors (11) und
durch Mittel zum Eliminieren eines Dunkelstroms des
Bildsensors (11) nach Schließen der Apertur (13)
aus dem Signal des zweiten Halbbildes, wodurch ein
Bildsignal aus den Signalen des ersten und zweiten
Halbbildes erzeugbar ist, aus dem die Wirkung des
Dunkelstroms eliminiert ist.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Mittel zum Eliminieren des Dun
kelstroms ein erstes Bildsignal aus dem ersten
Halbbild und ein zweites Bildsignal durch Subtrak
tion einer Dunkelstromkomponente von dem Bildsignal
des zweiten Halbbildes erzeugen, und daß die beiden
Bildsignale als ein Gesamtbildsignal entsprechend
dem aufzunehmenden Bild abgegeben werden.
3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Dunkelstromkomponente aus dem Si
gnal eines dritten Halbbildes erhalten wird, das
auf das erste und zweite Halbbild in einer Zeit
folgt, während der die Apertur (13) geschlossen
ist.
4. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden An
sprüche, gekennzeichnet durch einen A/D-Wandler
(51) für die Ausgangssignale des Bildsensors (11),
durch einen Bildspeicher (52) für die Bildsignale
mindestens eines Halbbildes, die von dem A/D-
Wandler (51) abgegeben werden, durch eine Lichtmeß
schaltung (22) zum Messen der Belichtung durch das
aufzunehmende Objekt, durch eine Apertur (13) zum
Steuern der Belichtung des Bildsensors (11) ent
sprechend dem Ausgangssignal der Lichtmeßschaltung
(22) und durch eine Steuerschaltung (21) zum
Steuern des Bildsensors (11) derart, daß er nach
Schließen der Apertur (13) Daten eines dritten
Halbbildes entsprechend einem Dunkelstrom nach den
Bildsignalen eines ersten und eines zweiten Halb
bildes des Objekts abgibt, wonach die Steuerschal
tung (21) ein Signal abgibt, welches sich durch
Subtraktion der Daten des dritten Halbbildes von
dem Bildsignal des zweiten Halbbildes ergibt, und
dem das Bildsignal des ersten Halbbildes zum Formen
eines Gesamt-Bildsignals zugeordnet wird.
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