CN100428044C - 具有电子和机械快门功能的图像传感装置和图像传感方法 - Google Patents

Abstract

一种图像传感装置，具有一用于控制图像传感元件的电荷积累时间的电子快门和一用于释放/屏蔽至该图像传感元件的光路的机械快门，该图像传感装置包括一主要通过该电子快门控制图像传感时间的电子快门方式和一主要通过该机械快门控制图像传感时间的机械快门方式。在电子快门方式中，控制电子和机械快门的操作使其相互重叠，并且控制图像传感元件的电荷读出周期与机械快门的释放操作周期的一部分使其相互重叠。

Description

具有电子和机械快门功能的图像传感装置和图像传感方法

发明领域

本发明涉及一种图像传感方法和图像传感装置，更准确地说，涉及一种具有电子快门功能和机械快门功能的图像传感装置和图像传感方法。

发明背景

通过使用图像传感元件如CCD(电荷耦合器件)来获取图像的电子摄象机，其中CCD对通过摄影镜头进来的光进行转换，该电子摄象机具有电子快门功能，通过控制用于形成图像的接收光的成象传感操作时间而控制图像传感时间。通常，电子摄象机还具有一机械快门，用于减小图像传感元件在接收到必需光量之后多余光所引起的拖影(smear)等现象。另外，电子摄象机使用焦面快门进行狭缝曝光，如同普通卤化银薄膜的曝光。

对于电子摄象机，日本专利公开No.11-212136(在下文中被称作第一篇现有技术)中披露的电子摄象机在正常自然光摄影中使用机械快门来控制曝光，在使用电子闪光设备的高速摄影中使用电子快门控制曝光。

对于上述电子摄象机，日本专利公开No.11-234574(在下文中被称作第二篇现有技术)中披露了以下的电子摄象机。当用机械和电子快门控制曝光时，调节机械快门的驱动开始时间或电子快门的电荷积累开始时间，来调节机械延迟所导致的个体变化误差，直到机械快门响应于电驱动起始信号开始实际操作为止，由于发出了电驱动起始信号，电驱动起始信号用来指示在机械快门中进行开关操作。

不过，在第一篇现有技术中，在正常自然光拍摄中使用机械快门控制曝光，在电子摄象机中通常采用的最高快门速度取决于机械快门的性能。达到例如1/8,000秒的高速度需要高性能的机械快门。快门本身为一种复杂的机械结构，导致快门体积大、成本高。在技术上，机械快门难于以高速度进行驱动(例如1/16,000秒或更高)。

在第一篇现有技术中，通常响应于一前帧拍摄序列结束之后的前遮光片(front blade)驱动开始信号，通过前遮光片的开始驱动对机械快门进行驱动。使用用于探测前遮光片驱动结束的开关对驱动前遮光片的结束进行探测。CCD等对电荷进行积累。在电荷积累结束之后，响应于后遮光片驱动起始信号，开始对后遮光片进行驱动。使用用于探测驱动后遮光片结束的开关对驱动后遮光片的结束进行探测。然后，对信号电荷进行正常读出。这种设置保证了可靠的曝光控制。不过，由于在每次操作结束时开始下一次操作，故延长了每帧拍摄序列所占用的时间。由于在每次切换的操作状态受到监控后开始下一次操作，所以拍摄序列占用的时间延长。这就不能得到电子摄象机的高速连续摄影。

在第二篇现有技术中，通过调节机械快门驱动脉冲的作用时间或电子快门的电荷积累起始时间来校正各个电子摄象机的机械快门之间机械延迟所导致的曝光控制时间的变化。对每个电子摄象机进行这种调节，增加了安装和调节电子摄象机所占用的时间，增加了费用。这种电子摄象机要求一夹紧装置(jig)，用来测量和调节机械快门的机械延迟所导致的曝光时间的变化。如果调节电子快门的电荷积累起始时间，则各电子摄象机间的电子摄象机释放时间的延迟不同。这对使用多个电子摄象机的用户来说是不方便的，因为通过释放电子摄象机的快门所拍摄的照片是不同的。

发明概述

本发明是在考虑上述情形的基础上做出的，且其第一个目的在于提供一种图像传感方法和图像传感装置，其能够防止图像传感元件的拖影所导致的图像的降质。

本发明的第二个目的在于提供一种图像传感方法和图像传感装置，其能够防止用户在切换拍摄序列时感觉到不兼容。

本发明的第三个目的在于提供一种图像传感方法和图像传感装置，其能够在连续摄影中获得稳定的帧速度，并且不用测量和调节由机械快门的机械延迟所导致的曝光时间的变化就可以增加速度。

根据本发明，通过提供一种利用图像传感装置传感图像的图像传感方法而达到上述目的，该图像传感装置具有一用于控制图像传感元件的电荷积累时间的电子快门和一用于释放/屏蔽至该图像传感元件的光路的机械快门，该方法具有一主要通过该电子快门控制图像传感周期的第一控制方式，包括：一控制电子和机械快门操作的控制步骤，以使它们相互重叠，并且控制图像传感元件的电荷读出周期和机械快门的释放操作周期的一部分，使它们相互重叠。

根据本发明，还通过提供一种图像传感装置来达到上述目的，该图像传感装置具有一用于控制图像传感元件的电荷积累时间的电子快门和一用于释放/屏蔽至该图像传感元件的光路的机械快门，并且具有一主要通过该电子快门控制图像传感时间的第一控制方式，其包括：一适合于控制该电子和机械快门的操作以使它们相互重叠的控制器，并且控制图像传感元件的电荷读出周期和机械快门的释放操作周期的一部分使其相互重叠。

另外，还通过提供一种利用图像传感装置传感图像的图像传感方法来达到上述目的，该图像传感装置具有一用于控制图像传感元件的电荷积累时间的电子快门和一用于释放/屏蔽至该图像传感元件的光路的机械快门，该方法具有一主要通过该机械快门控制图像传感时间的控制方式，包括：一在该控制方式中于图像传感元件的电荷转移之前，排出(drain)转移装置的多余电荷的控制步骤。

另外，还可以通过提供一种图像传感装置达到上述目的，该图像传感装置具有一用于控制图像传感元件的电荷积累时间的电子快门和一用于释放/屏蔽至该图像传感元件的入射光路的机械快门，并且具有一主要通过该机械快门控制图像传感时间的控制方式，包括：一适合于在该控制方式中于图像传感元件的电荷转移之前，排出转移装置的多余电荷的控制器。

从下面结合附图的描述中本发明的其它特点和优点将是显而易见的，其中在附图中相同参数表示相同或类似部分。

附图的简要描述

所采用的附图构成了本说明的一部分，附图说明了本发明的实施例，与说明书一起，用于解释本发明的原理。

图1为局部侧视图，表示根据本发明一实施例的作为图像传感装置的电子摄象机的结构；

图2为方框图，表示根据本发明实施例的作为图像传感装置的该电子摄象机的内部布置；

图3为时序图，表示根据本发明实施例的作为图像传感装置的电子摄象机的机械快门控制方式中的时序；

图4为时序图，表示根据本发明实施例的作为图像传感装置的电子摄象机的电子快门控制方式中的时序；

图5为时序图，表示图4的电子快门控制方式中机械快门的控制序列(Control sequence)；

图6为表示根据本发明实施例的作为图像传感装置的电子摄象机中，电子和机械快门控制方式的快门速度控制区域的视图；

图7为流程图，表示根据本发明实施例的作为图像传感装置的电子摄象机的操作流程；

图8为流程图，表示根据本发明实施例的作为图像传感装置的电子摄象机的操作流程。

最佳实施例的详细描述

将根据附图详细说明本发明的最佳实施例。

图1为局部侧视图，表示根据本实施例作为图像传感装置的电子摄象机的结构。在图1中，附图标记1表示电子摄象机主体；2表示用于在成象面上形成物像的摄影镜头。摄影镜头2以可拆卸的方式固定到电子摄象机主体1上。摄影镜头2具有一成象透镜3，用于在成象平面上形成物像，以及一用来驱动成象透镜3的透镜驱动装置4。另外，摄影镜头2包括一用于控制曝光的光圈遮光片5(aperture blade)，和一用于驱动该光圈遮光片5的光圈驱动装置6。

在图1中对成象透镜3进行了简化，不过成象透镜由一个或多个透镜构成。成象透镜3可以是单焦距(固定焦点)透镜或焦距可变透镜，如变焦透镜或阶跃(step)变焦透镜。

在图1中，标记7表示一主反射镜，用于将由摄影镜头2形成的来自物体的光(在下文中称为物象)导向聚焦屏8(稍后进行描述)；该物象的透射部分通过一副反射镜12(稍后对其进行描述)导向聚焦探测装置13(稍后对其进行描述)。或者，通过反射镜驱动装置(图中没有显示出)将主反射镜7自由移动到一该主反射镜7允许通过取景器观察物象的位置，以及自由移动到一个缩进位置，在摄影中在该位置处将主反射镜7从物象的光路收回。

在调焦屏8上形成摄影镜头2所导引并被主反射镜7反射的物象。在取景器观察中，物象形成在调焦屏8上。标记9表示用于将调焦屏8上所形成的物象反射成正象的光学元件。在本实施例中该光学元件9为五棱镜。标记10表示目镜透镜，用于将已经被光学元件9反射成正象的物象引导到摄影师眼中。

标记11表示一光度测量装置，用于通过光学元件9测量取景器观察中在调焦屏8上形成的物象的亮度。在光度测量装置11输出信号的基础上，根据本实施例的电子摄象机1控制曝光。

副反射镜12反射穿过主反射镜7的部分物象，将该物象引导到设置在反射镜盒(图中没有显示出)下面的聚焦探测装置13(稍后对其进行描述)。副反射镜12与主反射镜7或用于驱动主反射镜7的反射镜驱动装置(图中没有显示出)连接。副反射镜12自由移动到一缩进位置，在摄影中在该位置处从物象的光路缩进副反射镜12，或者自由运动到一个位置，在该位置处副反射镜12将穿过主反射镜7的物象引导到聚焦探测装置13。

在聚焦探测装置13的输出信号的基础上对摄影镜头2的透镜驱动装置4进行控制。通过成象透镜3调节聚焦。标记14表示一机械快门，用于机械控制物象入射到成象平面的周期。机械快门14为一焦平面快门，具有在取景器中屏蔽物象的前遮光片14a，根据摄影中的释放信号从物象的光路中抽出前遮光片，开始曝光，还具有一个后遮光片14b，在取景器中从物象的光路中取出该后遮光片，在摄影中前遮光片14a移动(驱动)之后的一预定时间对物象进行屏蔽。

标记15表示一固态图像传感元件，用于传感摄影镜头2所形成的物象，并将其转变为电信号。对于固态图像传感元件15，使用已知的二维图像传感装置。该图像传感装置包括多种类型，如CCD型，MOS型，CID型，可以采用任何类型的图像传感装置。本实施例采用了一种行间式(interline)CCD(电荷耦合器件)型图像传感元件，由二维排列的光电转换元件(光敏元件)构成，通过纵向和横向转移路径，在每个光敏元件中输出信号电荷发生积累。固态传感元件15具有所谓的电子快门功能，控制每个光敏元件中积累电荷的积累时间(快门速度)。标记16表示已被电和机械连接到固态图像传感元件15并对其进行支撑的电子板。

图2为方框图，表示根据本实施例的电子摄象机的内部配置。

在图2中，与图1中相同的标记表示相同的部分。

在图2中，电子摄象机主要由用于驱动摄影镜头2的透镜驱动装置4，机械快门14，固态图像传感元件15，一模拟信号处理电路20，一A/D(模拟/数字)转换器22，一主信号处理电路24，一存储器26，一D/A(数字/模拟)转换器28，一外部显示装置30，一压缩/解压缩电路32，一存储卡34，一控制电路36和一个CPU(中央处理单元)38构成。

光圈遮光片5和机械快门14限制已经穿过摄影镜头2的物象的光量，物象被成象在固态图像传感元件15上。在这个时候，通过控制电路36控制固态图像传感元件15的电荷积累时间。在固态图像传感元件15的光接收表面上形成的物象被光敏元件转变成数量相当于入射光量的信号电荷。信号电荷作为图像传感信号被连续读出，输入给模拟信号处理电路20。

模拟信号处理电路20包括一CDS箝位电路和增益调节电路。该模拟信号处理电路20在控制电路36的控制下，正确处理从固态图像传感元件15输入的每个图像传感信号(模拟电信号)。从模拟信号处理电路20输出的图像传感信号被A/D转换器22转换成数字信号。该数字信号被输出给主信号处理电路。

主信号处理电路24由增益调节电路40，偏置电路42(offset circuit)，直方图产生电路(Histogram generation circuit)46和数字信号处理电路48组成。从A/D转换器22输出的图像数据经由增益调节电路40和偏移电路42，输出到直方图产生电路46和数字信号处理电路48。

根据A/D转换器22发出的一帧数据，直方图产生电路46产生一直方图，表示图像传感信号的整数值相对信号电平的分布。在直方图计算结果的基础上确定增益值和偏移值。CPU38通过控制电路36来控制增益调节电路的增益和偏移电路的偏移量。

其增益和偏移已经被调节的信号被发送给数字信号处理电路48。该数字信号处理电路48包括一亮度(Y)信号产生电路和色差(C)信号产生电路。数字信号处理电路48对从偏移电路42输入的信号执行Y/C信号处理。已经经过数字信号处理电路48进行Y/C信号处理的图像信号被临时存储在存储器26中。

对存储在存储器26中的图像数据进行解码，然后通过D/A转换器28转换成模拟信号。将该模拟信号输入给外部显示装置30，如液晶监视器。外部显示装置30显示固态图像传感元件15捕捉的图像。响应于通过按下快门按钮(图中没有显示出)所发出的照相开始信号，外部显示装置30显示所拍摄的静象。

可以对D/A转换器28转换成的模拟信号进行抽取，作为来自视频输出端等的外部图像输出50。

将响应于拍摄开始信号通过摄影得到的图像数据从存储器26提供给压缩/解压缩电路32，以预定格式对数据进行压缩(例如JPEG)。将被压缩的数据记录在记录介质上，如存储卡34。

记录介质可以采取多种形式，如智能介质(smart medium)和IC卡。

在CPU38的控制下可以对记录在存储卡34上的图像数据进行读出。通过压缩/解压缩电路32对该读出图像数据进行解压缩。解压缩数据通过存储器26和D/A转换器28被输出到外部显示装置30，或者提供给视频信号输出端(图中没有显示出)等，使得输出给另一个外部设备。

CPU38被连接到光度测量装置11，聚焦探测装置13，控制电路36，直方图产生电路46，数字信号处理电路48，存储器26，存储卡34等。CPU38进行多种计算操作，如根据预定算法计算曝光值和摄影镜头2的焦点位置。CPU38系统地执行自动曝光控制，自动聚焦控制，自动闪光控制，自动白平衡控制等。CPU38在从操作单元(图中没有显示出)如释放按钮和模式设置装置输入的不同信号的基础上控制电路。

光度测量装置11的输出信号发送给CPU38，CPU38计算表示曝光时间的曝光控制数值。从CPU38将所得到的曝光控制值输出给控制电路36。通过控制电路36执行自动曝光控制，自动闪光控制，自动白平衡控制等。

以两种曝光控制方式实现根据本实施例的电子摄象机的曝光控制：电子快门控制方式和机械快门控制方式。通过控制电路36和CPU38对电子和机械快门控制方式进行切换。

更特别地，在CPU38发出的曝光控制值的基础上，控制电路36控制固态图像传感元件15的驱动电路。在电子快门控制方式中，控制固态图像传感元件15的电荷积累时间。在机械快门控制方式中，控制机械快门14的打开/关闭时间，在曝光过程中，控制光圈驱动装置6。

图3到5为时序图，用于解释在电子和机械快门控制方式中电子摄象机的拍摄序列(photographing sequence)。图3表示机械快门控制方式中的拍摄序列，图4表示电子快门控制方式中的拍摄序列，图5表示在图4的电子快门控制方式中机械快门14的控制序列。

将参照图3解释机械快门控制方式中的拍摄序列。在图3中，如果CPU38决定以机械快门控制方式执行曝光控制，在来自CPU38的曝光控制值的基础上，通过向机械快门14输出一前遮光片移动开始信号，控制电路36开始驱动前遮光片14a(即打开被关闭的前遮光片14a)。同时，通过操作固态图像传感元件15，控制电路36开始电荷积累操作。在根据来自CPU38的曝光控制值而设置的Tv值(目标图像传感时间)的基础上，通过向机械快门14输出一后遮光片移动开始信号，控制电路36开始驱动后遮光片14b(即关闭被打开的后遮光片14b)。在这种方式中，分别打开和关闭前遮光片14a和后遮光片14b，控制固态图像传感元件15的曝光。

在机械快门14的后遮光片14b的驱动结束之后，固态图像传感元件15继续进行电荷积累操作。为了消除曝光中超量入射光所导致的拖影的影响，在将光电转换元件中积累的信号电荷转移到纵向转移(Verticaltransfer)CCD之前，固态图像传感元件15读出并排出漏入纵向转移CCD的拖影成分。然后，固态图像传感元件15结束电荷积累操作，并将光电转换元件中积累的信号电荷转移到纵向转移CCD。固态图像传感元件15执行正常读出，该读出为一种信号电荷读出操作，并结束一帧的拍摄序列。

将参照图4说明电子快门控制方式中的拍摄序列。在图4中，如果CPU38决定以电子快门控制方式执行曝光控制，在来自CPU38的曝光控制量的基础上，通过向机械快门14输出一前遮光片移动开始信号，控制电路36开始驱动前遮光片14a(即打开前遮光片14a)。当前遮光片14a被完全打开后，通过操作固态图像传感元件15，控制电路36开始电荷积累操作，由来自CPU38的曝光量的基础上所设置的Tv值控制电荷积累时间。

考虑到电荷积累结束时间，通过向机械快门14输出一后遮光片移动开始信号，控制电路36开始驱动后遮光片14b(即关闭后遮光片14b)来遮蔽来自固态图像传感元件15的光。固态图像传感元件15在电荷积累时间结束时对光电转换元件中积累的信号电荷进行转移。在后遮光片14b的驱动结束时间，固态图像传感元件15执行正常读出操作，该读出操作为信号电荷读出操作，并结束一帧的拍摄序列。

将参照图5描述电子快门控制方式中的机械快门14的控制序列。在图5中，前遮光片时间延迟T1为在曝光操作开始时，由来自控制电路36的前遮光片移动开始信号对机械快门14的前遮光片14a进行驱动之后，直到主体光圈部件(下文中称之为光圈)实际打开的时间。前遮光帘移动时间V1为前遮光片14a移动光圈所占用的时间。后遮光片时间延迟T2为在机械快门14的后遮光片14b在曝光操作结束时由来自驱动电路36的后遮光片移动开始信号所驱动直到光圈被实际光屏蔽的时间。后遮光帘移动时间V2为后遮光片14b移动光圈所占用的时间。前遮光片时间延迟T1，前遮光帘(Front blade curtain)移动时间V1，后遮光片时间延迟T2和后遮光帘(Rear blade curtain)移动时间V2在各个摄象机中随着归因于机械因素的某个范围内的时间宽度而变化。至于时间延迟和移动时间的变化，下标“min”和“max”分别与最小和最大值相关。

驱动机械快门14，使得在前一帧拍摄序列结束之后(正常读出操作的结束)通过前遮光片移动开始信号开始前遮光片14a的移动，使用例如，用于探测前遮光片14a的驱动的结束的开关探测前遮光片14a驱动的结束，然后进行正常的信号电荷读出操作。得到可靠的曝光控制。

不过，在每次操作结束之后开始下一次操作延长了每帧拍摄序列所占用的时间。在监控每个开关的操作状态之后开始下一次操作也延长了序列的时间，不能得到电子摄象机的高速连续拍摄。

为了防止发生这种情况，根据本实施例的电子摄象机通过电子快门控制方式的时间管理所有操作开始时间，以及管理重叠控制操作。

在图5中，控制电路36在前一帧的正常读出操作结束之前T1min时间，输出一前遮光片移动开始信号。用这种方法，控制电路36使前一帧的正常读出操作与用于下一帧的机械快门14的前遮光片14a的驱动重叠，重叠时间为T1min。在输出前遮光片移动开始信号之后的T1max+V1max时间开始下一帧的电荷积累。

前一帧的正常读出操作的结束与下一帧电荷积累的开始之间的时间为V1max+(T1max-T1min)，由前遮光帘移动时间V1的最长时间和前遮光片时间延迟T1的变化量确定。

在正在拍摄帧的信号积累结束之前T2min时间，控制电路36输出一后遮光片移动开始信号。用这种方法，控制电路36使拍摄帧的电荷积累与机械快门14的后遮光片14b的驱动相重叠，重叠时间为T2min。在输出后遮光片移动开始信号之后T2max+V2max，开始拍摄帧的正常读出操作。

拍摄帧的电荷积累时间的结束与正常读出操作的开始之间的时间为V2max+(T2max-T2min)，由后遮光帘移动时间V2的最大值和后遮光片时间延迟T2的变化量确定。

在使用电子快门控制方式的曝光控制中，根据本实施例的电子摄象机，能够执行对于照相帧的机械快门14的前遮光片14a的驱动与前一帧正常读出操作之间的重叠控制，从而缩短前一帧的正常读出操作的结束与照相帧的电荷积累操作之间的时间。另外，该电子摄象机能够执行照相帧的电荷积累操作与机械快门14的后遮光片14b的驱动之间的重叠控制，从而缩短拍摄时间的电荷积累的结束与正常读出操作的开始之间的时间。

不仅高性能机械快门装置(具有高的帘速度)能够适应高快门速度，而且在前/后遮光片时间延迟方面表现出短变化的机械快门装置，能够缩短前一帧的正常读出操作的结束与下一帧的电荷积累的开始之间的时间，以及缩短拍摄帧的电荷积累的结束与正常读出操作的开始之间的时间。因此，能够缩短一个拍摄序列所需要的时间，实现高速连续拍摄。

在根据本实施例的电子摄象机中，在电子和机械快门控制方式之间机械快门14和固态图像传感元件15的操作序列是不同的，如图3和4所示。因此，对于一个序列所要求的时间不同。特别是，图3的机械快门控制方式在正常读出操作之前执行纵向转移。与图4的电子快门控制方式相比，这就延长了对于一个序列所需要的时间，其对高速连续拍摄是不利的。

为了避免这种情况，根据本实施例的电子摄象机的CPU38在曝光控制中考虑到各个控制序列的优点，取决于快门速度对控制序列进行切换。

在电子快门控制方式中，一个序列需要的时间较短，为了曝光仅对固态图像传感元件15的电荷积累时间进行控制。从而，当要求高快门速度控制时执行这种方式，由于在这种方式中可能进行非常高快门速度的控制。在机械快门控制方式中执行低快门速度控制，由于可能消除由于读出的长时间曝光，过量入射光所导致的拖影的影响，并排出泄露到纵向转移CCD的拖影成分。因此，可以读出没有拖影影响的高S/N(信噪比)信号。

图6为表示根据本实施例的电子摄象机中电子和机械快门控制方式的快门速度控制区域的视图。在图6中，在高于1/30秒的速度时设置电子快门控制方式来执行快门速度控制。在低于1/500秒的速度时设置机械快门控制方式来执行快门速度控制。在1/500秒到1/30秒之间的快门速度，可以从电子和机械快门控制方式中选择控制方式。

根据本实施例的电子摄象机根据CPU38所设定的快门速度，在电子和机械快门控制方式之间进行切换。

将参照图7和8的流程图描述具有上述配置的根据本实施例的电子摄象机的操作。

在图7中，如果在步骤S701打开电源开关(图中没有显示出)，电子摄象机变为拍摄备用状态。如果在步骤S702中通过例如释放按钮(图中没有示出)的不完全按下，打开开关SW1(图中没有示出)，则在步骤S703中光度测量装置11执行光度测量，在步骤S704中聚焦探测装置13执行距离测量。在步骤S705中，在聚焦探测装置13的距离测量结果的基础上驱动摄影镜头2。

在通过拍摄方式选择开关(图中没有示出)所选择的拍摄曝光方式的基础上，确定相应于拍摄曝光方式的f-数(Av值)和图像传感时间(Tv值)(步骤S706到S713)。

在步骤S706中，检查该拍摄曝光方式是否为光圈(Av)优先方式。如果在步骤S706中结果为YES(是)，则用户选择一个任意的值设定为Av值。在步骤S710中，根据步骤S703中测出的光度值确定Tv值。然后，流程前进到步骤S714。

如果在步骤S706中结果为NO(否)，则在步骤S707中检查该拍摄曝光方式是否为拍摄时间(Tv)优先方式。如果在步骤S707中结果为YES(是)，则用户选择一个任意的值设置为Tv值。在步骤S711中，根据步骤S703中测出的光度值确定Av值。然后，该流程前进到步骤S714。

如果在步骤S707中结果为NO(否)，则在步骤S708中检查该拍摄曝光方式是否为程序方式。如果在步骤S708中结果为YES(是)，则在步骤S712，按照步骤S703测出的光度值从一预置程序框图(图中没有示出)中确定Av和Tv值。然后，该流程转到步骤S714。

该程序框图包括多种形式。不管是一种或多种形式，程序框图基本上沿同一流程进行。

如果在步骤S708中结果为NO(否)，则流程转到步骤S709，确定拍摄曝光方式为一种手动方式。在步骤S703所测量的光度值的基础上，用户选择任意值设置为Tv和Av。流程前进到步骤S714。

用这种方法，无论选择什么方式，直到步骤S714才确定Tv值(目标图像传感时间)和Av值(目标f-数)。

在步骤S714中，检查开关SW2(图中没有示出)是否通过例如释放按钮(图中没有示出)的完全按下而被打开。如果在步骤S714中结果为NO(否)，在步骤S740中检查开关SW1是否被关上。如果在步骤S740中结果为NO(否)，流程回到步骤S714；或者如果结果为YES(是)，流程回到步骤S702。

如果在步骤S714中结果为YES(是)，则在步骤S715中由CPU38检查在步骤S707，S710，S712和S713中所确定的Tv值是否高于1/30秒(Tv＜1/30)。如果在步骤S715中结果为YES(是)，则流程转移到步骤S716，将电子摄象机的曝光控制方式设置为电子快门控制方式，如上所述(参见图6)。

在步骤S716中将曝光控制方式设置为电子快门控制方式之后，流程前进到步骤S717。在来自CPU38的曝光控制值的基础上，控制电路36向机械快门14输出一前遮光片移动开始信号，从而开始驱动前遮光片14a(前帘释放)。注意，当进行连续拍摄时，在前帧中电荷积累的读出完成之前的V1min时间，开始驱动前遮光片14a(参见图5)。流程转移到步骤S718。

在前遮光片14a开始驱动之后经过T1max+V1max(参见图5)的时间，控制电路36操作固态图像传感元件15，在步骤S718中开始电荷积累操作。控制电路36通过在来自CPU38的曝光控制值的基础上所确定的Tv值来控制电荷积累时间。流程转移到步骤S719。

在电荷积累结束时间之前T2min(参见图5)时刻，在步骤S719中控制电路36向机械快门14输出一后遮光片移动开始信号。控制电路36开始移动后遮光片14b，将固态图像传感元件15转变成遮光状态(后帘屏蔽)。流程前进到图8的步骤S726。

如果步骤S715中结果为NO(否)，则流程前进到步骤S720，将电子摄象机的曝光控制方式设置成机械快门控制方式，通过机械快门14控制曝光，如上所述(参见图5)。

在步骤S720中，曝光控制方式被设置成机械快门控制方式。如上所述(参见图3)，在来自CPU38的曝光控制值的基础上，在步骤S721中控制电路36操作固态图像传感元件15，从而开始电荷积累操作。在步骤S722中，控制电路36向机械快门14输出一前遮光片移动开始信号，从而开始驱动前遮光片14a(前帘释放)。然后，在步骤S723中控制电路36执行对固态图像传感元件15的曝光。

在步骤S724中，通过在来自CPU38的曝光控制值的基础上所确定Tv值，控制电路36向机械快门14输出一后遮光片移动开始信号。控制电路36开始驱动后遮光片14b来屏蔽物象，并通过前遮光片14a和后遮光片14b(后帘屏蔽)结束对固态图像传感元件15的曝光操作。

在机械快门的后遮光片的移动结束之后，固态图像传感元件15继续电荷积累操作。为了消除曝光中过量入射光所导致的拖影的影响，在将固态图像传感元件15的光电转换元件中积累的信号电荷转移到纵向转移CCD之前，固态图像传感元件15读出(纵向转移)并排出泄露到纵向转移CCD的拖影成分。然后，流程前进到图8的步骤S726。

图8中，在步骤S726中固态图像传感元件15结束电荷积累操作，并将光电转换元件中积累的信号电荷转移到纵向转移CCD。注意，当已经选择了电子快门控制方式时，在后遮光片14b开始驱动之后T2max+V2max时间开始这种转移操作(参见图5)。另外，固态图像传感元件15执行正常读出操作，正常读出操作为信号电荷读出操作。在步骤S727中进行图像处理，在步骤S728中将图像记录在存储卡34上，在步骤S730结束该处理操作。

在与步骤S727中图像处理的同时，在步骤S729中检查是否通过释放按钮(图中没有示出)的不完全按下而打开了开关SW1(图中没有示出)。如果在步骤S729中结果为NO(否)，则在步骤S730中结束此处理操作；而如果结果为YES(是)，则CPU38确定该拍摄方式为连续拍摄方式。流程转移到步骤S731，为下帧的拍摄做准备。由光度测量装置11测量光度，并使用与步骤S706到S713中相同的操作执行Tv和Av值的确定。

在步骤S732中检查开关SW2(图中没有示出)是否通过释放按钮(图中没有示出)的完全按下而打开。如果在步骤S732中结果为NO(否)，则确定已经暂停连续拍摄。在步骤S733电子摄象机改变为备用状态，在步骤S741中检查开关SW1是否被关上。如果在步骤S741中结果为NO(否)，则电子摄象机在备用状态等待，流程回到步骤S732；如果在步骤S741中结果为YES(是)，则终止连续拍摄。如果在步骤S732中结果为YES(是)，则流程前进到步骤S734，进行下帧的拍摄操作。

在步骤S734中，检查前一帧的快门控制方式，即检查前一方式是否为电子快门控制方式。如果在步骤S734中结果为YES(是)，则在步骤S736中由CPU38确定当前Tv值是否高于1/30秒(Tv＜1/30)。如果在步骤S736中结果为YES(是)，则在步骤S738中CPU38设定电子快门控制方式，在步骤S739中通过与步骤S717到S719中相同的操作执行下一帧的曝光操作。如果在步骤S736中确定出当前Tv值等于或低于1/30秒(Tv≥1/30)[结果为NO(否)]，则在步骤S737中CPU38设定机械快门控制方式，在步骤S739中执行与步骤S721到S725中相同操作的下一帧的曝光操作。

如果在步骤S734中确定出前一帧的拍摄不是电子快门控制方式，而是机械快门控制方式，则流程前进到步骤S735，由CPU38检查当前Tv值是否低于1/500秒(Tv＞1/500)。如果在步骤S735中结果为YES(是)，则流程前进到步骤S737。CPU38设置机械快门控制方式，在步骤S739中通过与步骤S721到S725中相同的操作执行下一帧的曝光操作。

如果在步骤S735中确定出当前Tv值高于1/500秒(Tv＜1/500)，则流程转移到步骤S738。CPU38设置电子快门控制方式，在步骤S739中通过与步骤S717到S719中相同的操作执行下一帧的曝光操作。

在根据本实施例的电子摄象机中，将电子和机械快门控制方式的控制范围之间的重叠区域设置为滞后区域。即使曝光控制值发生改变，曝光控制序列优先继续进行前一帧的拍摄。这就防止了在给定快门速度的边界处，在连续拍摄过程中每当对被拍摄对象的曝光改变时，曝光控制序列的频繁切换。

如上所述，本实施例极大地增加了曝光速度(快门速度)而没有使用高性能机械快门，且将机械快门控制方式设置在低速范围。其能够以低成本抑制图像传感元件的拖影所导致的图像的降质。

在电子和机械快门控制序列之间切换过程中设置一重叠区域。这可以防止在拍摄每张照片时进行连续切换，能够实现连续的平滑切换。

在电子和机械快门控制序列之间进行切换时设定一滞后区域。这可以防止在给定快门速度拍摄每张图片时进行连续切换，可以实现连续的平滑切换，能够防止用户在连续切换中感觉不兼容。

当使用机械和电子快门两者控制曝光时，对于机械快门的机械延迟所导致的曝光控制中的个体变化的单独变化，考虑个体变化提前对机械快门进行驱动。不需要测量/调节机械快门的机械延迟所导致的曝光时间的变化，顺利地简化了安装，降低了成本。

由于机械快门的驱动开始时间与图像传感元件的驱动时间重叠(在图像传感元件的驱动过程中开始机械快门的前/后遮光片的移动)，在连续拍摄中可以得到稳定的帧速度，并且增加了速度。

其它实施例

本发明可以用在由多个设备(例如主计算机，接口，摄象头)构成的系统或者用在包括一单一设备(例如数字式摄象机)的装置中。

另外，还可以通过提供一存储介质，将用来执行上述过程的程序代码存储在计算机系统或设备中(如个人计算机)，由计算机系统或设备的CPU或MPU从存储介质读出程序代码，然后执行该程序，从而实现本发明的目的。

在这种情况下，从存储介质读出的程序代码实现了根据本实施例的功能，而且保存该程序代码的存储介质构成了本发明。

另外，可以使用诸如软盘、硬盘、光盘、磁光盘、CD-ROM、CD-R、磁带、非易失型存储卡和ROM等存储介质来提供程序代码。

另外，除了通过执行由计算机读出的程序代码而实现根据上面实施例的上述功能外，本发明包括这样一种情形，其中工作在计算机上的OS(操作系统)等根据程序代码的指示执行部分或整个操作，并实现根据上面实施例的功能。

另外，本发明还包括这样一种情形，当从存储介质读出的程序代码被写入一功能扩展卡后，该功能扩展卡被插入到计算机中或与计算机相连的、提供功能扩展单元的存储器中，CPU或其中包含功能宽展卡或单元的装置根据程序代码的指示来执行部分或全部操作，实现上面实施例的功能。

在本发明用在上述存储介质的情形中，该存储介质存储相应于本实施例所描述的图3到5所示时序图以及图7和8所示流程图的程序代码。

本发明不限于上面的实施例，在本发明的精神和范围内可以进行多种改变和变型。从而为了告知公众本发明的范围，形成了下面的权利要求。

Claims (16)

1.一种通过一图像传感装置传感图像的图像传感方法，该图像传感装置具有一用于控制图像传感元件的电荷积累时间的电子快门和一用于释放/屏蔽至该图像传感元件的光路的机械快门，该方法具有一通过该电子快门控制图像传感周期的第一控制方式，该方法包括：

一控制电子和机械快门操作的控制步骤，以使这两种操作相互重叠，并且控制图像传感元件的电荷读出周期和机械快门的释放操作周期的一部分，使它们相互重叠，

其中该机械快门具有用于释放到达图像传感元件的光路的前遮光片，和用于屏蔽到达图像传感元件的光路的后遮光片，假设T1min为从前遮光片开始释放操作之后到一预定区域的释放开始之间的最短时间，则在第一控制方式的所述控制步骤中，于前一拍摄中在图像传感元件中积累的电荷的读出完成之前T1min，开始前遮光片的释放操作。

2.根据权利要求1所述的方法，其中假设T1max为从前遮光片开始释放操作之后到该预定区域的释放开始之间的最长时间，而且V1max为从前遮光片开始释放该预定区域之后到该预定区域的释放完成的最长时间，则在第一控制方式的所述控制步骤中，在前遮光片开始释放操作之后V1max+T1max，开始在图像传感元件中进行电荷积累。

3.根据权利要求1所述的方法，其中在所述控制步骤中，控制图像传感元件的电荷积累周期与机械快门释放之后的机械快门的屏蔽操作的一部分使其相互重叠。

4.根据权利要求3所述的方法，其中该机械快门具有用于释放到达图像传感元件的光路的前遮光片和用于屏蔽到达图像传感元件的光路的后遮光片，假设T2min为从后遮光片开始屏蔽操作之后到一预定区域的屏蔽开始之间的最短时间，则在第一控制方式的所述控制步骤中，在图像传感元件中电荷积累的结束时间之前T2min，开始后遮光片的屏蔽操作。

5.根据权利要求4所述的方法，其中假设T2max为从后遮光片开始屏蔽操作之后到该预定区域的屏蔽开始之间的最长时间，而且V2max为从后遮光片开始屏蔽该预定区域之后到该预定区域的屏蔽完成的最长时间，则在第一控制方式的所述控制步骤中，在后遮光片开始屏蔽操作之后V2max+T2max，开始读出该图像传感元件中积累的电荷。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括：

一通过机械快门控制拍摄时间的第二控制方式；以及

一在第一和第二控制方式之间进行切换的切换步骤，

其中在第二控制方式中，在图像传感元件的电荷转移之前，用于转移图像传感元件的电荷的转移装置中的多余电荷被排出。

7.一种图像传感装置，具有一用于控制图像传感元件的电荷积累时间的电子快门和一用于释放/屏蔽至该图像传感元件的光路的机械快门，并且具有一通过该电子快门控制图像传感时间的第一控制方式，该装置包括：

一适合于控制该电子和机械快门的操作以使它们相互重叠的控制器，并且控制图像传感元件的电荷读出周期与机械快门的释放操作周期的一部分使其相互重叠，

其中该机械快门具有用于释放到达图像传感元件的光路的前遮光片和用于屏蔽到达图像传感元件的光路的后遮光片，假设T1min为从前遮光片开始释放操作之后到一预定区域的释放开始之间的最短时间，则在第一控制方式中，所述控制器进行控制以便于前一拍摄中在图像传感元件中积累的电荷的读出完成之前T1min，开始前遮光片的释放操作。

8.根据权利要求7所述的装置，其中假设T1max为从前遮光片开始释放操作之后到该预定区域的释放开始之间的最长时间，而且V1max为从前遮光片开始释放该预定区域之后到该预定区域的释放完成的最长时间，则在第一控制方式中所述控制器在前遮光片开始释放操作之后V1max+T1max，开始在图像传感元件中进行电荷积累。

9.根据权利要求7所述的装置，其中所述控制器控制图像传感元件的电荷积累周期与机械快门释放之后的机械快门的屏蔽操作的一部分使其彼此重叠。

10.根据权利要求9所述的装置，其中该机械快门具有用于释放到达图像传感元件的光路的前遮光片和用于屏蔽到达图像传感元件的光路的后遮光片，假设T2min为从后遮光片开始屏蔽操作之后到一预定区域的屏蔽开始的最短时间，则在第一控制方式中所述控制器进行控制以便在图像传感元件中电荷积累的结束时间之前T2min，开始后遮光片的屏蔽操作。

11.根据权利要求10所述的装置，其中假设T2max为后遮光片开始屏蔽操作之后到该预定区域的屏蔽开始的最长时间，而且V2max为后遮光片开始屏蔽该预定区域之后到该预定区域的屏蔽完成的最长时间，则在第一控制方式中所述控制器在图像传感元件中后遮光片开始屏蔽操作之后V2max+T2max，开始读出该图像传感元件中积累的电荷。

12.一种图像传感装置，具有一用于控制图像传感元件的电荷积累时间的电子快门和一用于释放/屏蔽至该图像传感元件的光路的机械快门，并且具有一通过该电子快门控制图像传感时间的第一控制方式，该装置包括：

一适合于控制该电子和机械快门的操作以使它们相互重叠的控制器，并且控制图像传感元件的电荷读出周期与机械快门的释放操作周期的一部分使其相互重叠，

一通过机械快门控制拍摄时间的第二控制方式；以及

一适合于在第一和第二控制方式之间进行切换的开关，

其中所述开关根据拍摄时间和前一拍摄时使用的第一和第二控制方式中的任一种控制方式，在第一和第二控制方式之间进行切换。

13.一种图像传感装置，具有一用于控制图像传感元件的电荷积累时间的电子快门和一用于释放/屏蔽至该图像传感元件的光路的机械快门，并且具有一通过该电子快门控制图像传感时间的第一控制方式，该装置包括：

一适合于控制该电子和机械快门的操作以使它们相互重叠的控制器，并且控制图像传感元件的电荷读出周期与机械快门的释放操作周期的一部分使其相互重叠，

一通过机械快门控制拍摄时间的第二控制方式；以及

一适合于在第一和第二控制方式之间进行切换的开关，

其中在第二控制方式中，在图像传感元件的电荷转移之前，所述控制器进行控制以从用于转移图像传感元件的电荷的转移装置中排出多余电荷。

14.一种图像传感装置，具有一用于释放/屏蔽至图像传感元件的入射光路的机械快门，并且具有一在完成图像传感元件的电荷积累之后，通过该机械快门屏蔽光路的控制方式，该装置包括：

一适合于在图像传感元件的电荷读出周期或电荷积累周期期间输出信号以启动机械快门的操作的控制器。

15.根据权利要求14所述的装置，其中所述控制器在图像传感元件的电荷读出周期期间输出信号以启动机械快门的打开操作。

16.根据权利要求14所述的装置，其中所述控制器在图像传感元件的电荷积累周期期间输出信号以启动机械快门的关闭操作。

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