专利名称：成像装置、驱动装置、数码相机和成像方法
技术领域：
本发明涉及一种包含单位像素(unit cell)的成像装置，该单位像素可以一维或二维排列在基底上并接受入射光来进行光电转换。本发明尤其涉及一种防止运动物体图像失真的技术。
背景技术：
近年来，诸如具有数码相机功能的便携式电话的成像设备广泛普及。在这种设备中，有必要节省功耗、减轻重量并且延长连续使用时的使用时间。因此，比CCD型成像装置功耗低很多的MOS型成像装置经常用于此类设备中。
在传统的MOS型成像装置中，电荷从每一行读出，而曝光定时对每一行有可能不同。因此，拍摄的图像可能由于物体的运动而失真。
专利文件1(日本公开专利号NO.2004-64558)公开了一种可以克服这种缺点的成像装置。这份文件称通过所公开的成像装置可以获得高品质的图像。
然而，这种成像装置仅仅能将由行之间曝光定时的差异引起的图像失真减少到人眼很难察觉的程度，并不能完全消除失真。并且，这项技术针对拍摄运动图像的情况而被开发，而它在拍摄静止图像时不能获得足够的效果。
此外，为了用单沟道MOS构成外围电路，经常使用动态电路。如果情况是这样，这个电路会由于浮动状态而引起的故障。因此，为了通过电子快门在同一时间复位所有单位像素以调整曝光开始定时，需要采取一些措施。
发明内容
所以本发明的目的是提供一种成像装置，其具有不同曝光定时，但是能够完全消除由于曝光定时差异引起的失真并防止使用单沟道MOS的动态电路的误操作。
上述目的由具有多个单位像素的成像装置实现，每一个单位像素依照接收到的光量产生一段亮度信息并将其累积在其中，该成像装置包括接收单元，可操作以接收来自外部的拍摄指令；全复位单元，可操作以当遮光门打开时响应于拍摄指令同时复位所有单位像素；遮光单元，可操作以在全复位单元复位所有单位像素后、遮光门被打开的时间段总长度达到曝光时间时关闭遮光门，以同时阻挡入射到所有单位像素上的光；读取单元，可操作以当遮光门被关闭时顺序地从所有单位像素上读取亮度信息段。
遮光单元可以在不依赖于曝光时间的变化而确定的时刻关闭遮光门，并且全复位单元可以按照曝光时间的变化调整全复位单元复位所有单位像素所使用的定时。
该成像装置可以进一步包括监控单元，可操作以当遮光门打开时在接收单元接收到拍摄指令前，通过连续地读取亮度信息段以显示运动图像，并且当接收到拍摄指令时，停止每次读取亮度信息时执行的像素复位操作和亮度信息读取操作，至少直到读取单元完成读取亮度信息为止。
监控单元可以施加像素复位信号和亮度信息读取信号以读取亮度信息段，并且至少在全复位单元复位所有单位像素的时刻和遮光单元阻挡住光的时刻之间的时间段内停止提供像素复位信号和亮度信息读取信号。
监控单元可以包括移位寄存器，该移位寄存器可操作以顺序产生用于成像装置的每一列的像素复位信号和亮度信息读取信号，并且该监控单元至少在全复位单元复位所有单位像素的时刻和遮光单元阻挡住光的时刻之间的时间段内可以停止该移位寄存器的操作。
该移位寄存器可以顺序地产生用于成像装置的每一列的像素复位信号和亮度信息读取信号，同时为每一帧顺序移动被提供起始脉冲的目标列，并且监控单元至少直到遮光单元阻挡住光都可以响应于拍摄指令停止这个起始脉冲。
全复位单元可以在移位寄存器完成用于每一列的像素复位信号和亮度信息读取信号的产生的时刻和遮光单元阻挡住光的时刻之间的时间段内同时复位所有单位像素。
为读取亮度信息段，监控单元可以施加用于电子快门的第一像素复位脉冲、用于电子快门的第一像素读取脉冲、用于读取图像信号的第二像素复位脉冲和用于读取图像信号的第二像素读取脉冲，并且可以至少在全复位单元复位所有单位像素的时刻和遮光单元阻挡住光的时刻之间的时间段内停止施加第一像素读取脉冲和第二像素读取脉冲。
为读取亮度信息段，监控单元可以施加用于电子快门的第一像素复位脉冲、用于电子快门的第一像素读取脉冲、用于读取图像信号的第二像素复位脉冲和用于读取图像信号的第二像素读取脉冲，并且可以至少在全复位单元复位所有单位像素的时刻和遮光单元阻挡住光的时刻之间的时间段内停止施加第一像素复位脉冲、第一像素读取脉冲和第二像素复位脉冲、第二像素读取脉冲。
为读取亮度信息段，监控单元可以施加用于电子快门的像素复位脉冲和用于电子快门的像素读取脉冲，并且可以在全复位单元复位所有单位像素的时刻和读取单元完成读取亮度信息段的时刻之间的时间段内停止施加像素读取脉冲。
为读取亮度信息段，监控单元可以施加用于电子快门的像素复位脉冲和用于电子快门的像素读取脉冲，并且可以在全复位单元复位所有单位像素的时刻和读取单元完成读取亮度信息段的时刻之间的时间段内停止施加像素复位脉冲和像素读取脉冲。
监控单元可以包括移位寄存器，该移位寄存器可操作以顺序地产生用于成像装置的每一列的像素复位信号，并且该监控单元可以在全复位单元复位所有单位像素的时刻和读取单元完成读取亮度信息段的时刻之间的时间段内停止该移位寄存器的操作。
该移位寄存器可以顺序地产生用于成像装置的每一列的像素复位信号，同时为每一帧顺序移动被提供起始脉冲的目标列，并且监控单元可以响应于拍摄指令停止起始脉冲，直到读取单元完成读取亮度信息段为止。
该成像装置可以进一步包括单位像素驱动电路，可操作以基于复位所有单位像素的全复位单元所提供的信号和由执行像素复位操作的监控单元所提供的信号产生用于驱动单位像素的脉冲，并将所产生的脉冲提供给每一个单位像素，而且移位寄存器和选择电路中的每一个可以由使用单沟道MOS的动态电路构成。
全复位单元可以在一个水平扫描周期间的任意时刻复位所有单位像素，无论这个时刻是否处于水平消隐时段。
上述目的也可以通过向具有多个单位像素的成像装置提供控制信号的驱动装置来实现，每个单位像素根据接收到的光量输出一段亮度信息，该驱动装置包括等待单元，可操作以等待将由外部输入的拍摄指令；全复位控制信号输出单元，可操作以当遮光门打开时响应于拍摄指令输出全复位控制信号以同时复位所有单位像素；关闭控制信号输出单元，可操作以在全复位单元复位所有单位像素后，遮光门打开的时间段总长度达到曝光时间时，输出遮光门关闭控制信号以关闭遮光门，遮光门阻挡所有入射到单位像素上的光；和读取控制信号输出单元，可操作以输出读取控制信号，从而当遮光门关闭时顺序地从所有单位像素读取亮度信息段。
上述目的也可以通过控制具有多个单位像素的成像装置的成像方法来实现，每个单位像素按照接收到的光量输出一段亮度信息，该成像方法包括接收步骤，从外部接收拍摄指令；全复位步骤，当遮光门打开时响应拍摄指令同时复位所有单位像素；遮光步骤，在全复位单元复位所有单位像素后、遮光门打开的时间段总长度达到曝光时间时，关闭遮光门以同时阻挡入射到所有单位像素上的光；和读取步骤，当遮光门关闭时从所有单位像素顺序地读取亮度信息段。
使用所述的结构，虽然不是从所有单位像素中同时读出亮度信息，但是与所有单位像素的曝光定时完全同步成为可能。这是因为所有单位像素被电子快门同时复位，并且所有单位像素上的入射光被诸如机械快门的遮光门同时阻挡。因此，本发明能够完全消除由于曝光定时的差异导致的图像失真，并能够获得高品质的静止图像。
本发明也能够当遮光门的关闭定时固定时通过改变电子快门的复位定时调整曝光时间。所以，精确控制和调整曝光时间变得简单。
在没有施加用于电子快门的像素读取脉冲(ETRANS)和用于读取图像信号的像素读取脉冲(TRANS)的情况下，所有像素的曝光时间也能够是相同的。即使用于读取的SR输出或者用于电子快门的SR输出在单沟道MOS构成的动态电路中误操作时，TROUT能够保持在“低”的状态。这对防止成像装置的误操作是非常有效的。
在没有施加用于电子快门的像素复位脉冲(ERSCELL)和用于读取图像信号的像素复位脉冲(RSCELL)的情况下，本发明也能够抑制由于从其读取亮度信息的浮动熔接单元(floating fusion unit，FD单元)内的电势改变导致的泄漏。即使用于读取的SR输出或者用于电子快门的SR输出在由单沟道MOS电路构成的动态电路中误操作时，TROUT可以被保持在“低”的状态。这对防止成像装置的误操作是非常有效的。
此外，在停止用于电子快门的像素复位脉冲(ERSCELL)以记录静止图像的情况下，全复位单元104能够在一个水平扫描周期内的任意时刻复位像素，无论这个时刻是否处于水平消隐时段内。因此，本发明能够灵活地控制脉冲的施加。
从与表示本发明的特定实施例的附图结合进行的描述中，本发明的这些和其他目的、优势和特性将变得显而易见。
图1示出了按照本发明第一个实施例的数码相机100；图2示意性示出了固态成像装置结构；图3示意性示出了包含在像素组1中的电路结构；图4示意性示出了包含在用于电子快门的移位寄存器2中的电路结构；图5是用于电子快门的移位寄存器2的操作的时序图；图6示出了包含在多路复用器电路4中的第一级的逻辑电路；图7示意性示出了包含在多路复用器电路4中的第一级的电路结构；图8示出了按照本发明的第一个实施例的数码相机100的功能结构；图9示出按照第一个实施例的数码相机100拍摄静止图像所执行的处理过程；图10是用在按照第一实施例的数码相机100中的控制脉冲等的示例时序图；图11是另一个用于按照第一实施例的数码相机100的控制脉冲等的示例时序图；图12是另一个用于按照第一实施例的数码相机100的控制脉冲等的示例时序图；图13示出按照本发明的第一修正，拍摄静止图像所执行的处理过程；图14是按照第一修正案的控制脉冲等的时序图；图15示出按照本发明的第二修正，拍摄静止图像所执行的处理程过程；图16是按照第二修正的控制脉冲等的时序图；图17是按照第三修正的全复位脉冲等的时序图；具体实施方式
第一实施例
<总览>
本发明的第一个实施例同时使用了电子快门和机械快门。虽然不能从所有的单位像素上同时读取亮度信息，本实施例还是可以精确地同步所有的单位像素的曝光定时以完全消除图像失真。本实施例也简单而精确地控制了曝光时间。
<结构>
图1示出按照本发明第一实施例的数码相机100。
如图1所示，按照第一实施例的数码相机100是一个在诸如LCD(未示出)的显示屏上显示运动图像的同时能够拍摄静止图像的成像设备。数码相机100包括遮光装置10、固态成像装置20和驱动控制装置30。
遮光装置10是机械快门或类似装置，并放置在例如镜头后面的光路上。遮光装置10是在关闭状态时可以用遮光板阻挡光并且在打开状态时可以让光通过的可打开和可关闭的遮光门。遮光装置10能够让光同步地通过并进入到固态成像装置20上的单位像素(通过将状态从关闭状态改变至打开状态)，并且能够按照从驱动控制装置30输入的控制信号阻挡住光(通过将状态从由打开状态改变至关闭状态)。
这里需要注意的是该遮光装置不限于机械快门。有可能用任何机械装置替代机械快门，只要它能在关闭状态阻挡光并且在打开状态让光通过即可。
固态成像装置20包括半导体装置及外围电路。每个都按照接收到的光量输出亮度信息的多个单位像素排列在该半导体装置中。该固态成像装置20放置在通过遮光装置10的光形成图像之处。
图2示意性示出了按照本发明第一实施例的固态成像装置20的结构。
如图2所示，按照本发明第一实施例的固态成像装置20包括像素组1、用于电子快门的移位寄存器2、用于读取图像信号的移位寄存器3、多路复用器电路4、水平读取电路5、和末级放大器6。
图3示意性示出了包含于像素组1中的电路结构。
像素组1构成一个成像区域，单位像素一维或二维地放置在该成像区域中。在图2和图3中为了简化只示出了5×5矩阵形状二维放置的25个单位像素。然而，在一维排列的情况下，单位像素的实际数目是成百上千的，在二维排列的情况下是以十万计到以百万计的。
用于电子快门的移位寄存器2连续地为每一帧移动目标列，用于电子快门的起始脉冲由驱动控制装置30提供给目标列，并且从而连续产生用于电子快门的列地址信号，以读取亮度信息和记录运动图像。
用于读取图像信号的移位寄存器3连续地为每一帧移动目标列，用于读取图像信号的起始脉冲由驱动控制装置30提供给目标列，并且从而连续产生用于读取图像信号的列地址信号，以读取亮度信息和记录运动图像和静止图像。
如果使用者按下快门按钮给出记录静止图像的指令，驱动控制装置30则停止提供给用于电子快门的移位寄存器2的用于电子快门的起始脉冲，并且停止提供给用于读取图像信号的移位寄存器3的用于读取图像信号的起始脉冲。结果，驱动控制装置30停止产生用于电子快门的列地址和用于读取图像信号的列地址，并结束运动图像显示功能。
图4示意性示出了包含在用于电子快门的移位寄存器2中的单元寄存器的电路结构。虽然在图4中仅仅示出了5级，但实际的级数是和包含于像素组1中的列的数量一样的，是成百上千的。
如图4所示，用于电子快门的移位寄存器2是由使用单沟道MOS的动态电路构成的。
图5是用于电子快门的移位寄存器2的操作时序图。
下面描述的操作由用于电子快门的移位寄存器2执行。
当用于电子快门的起始脉冲成为“高”并且时钟脉冲(Clk)由“低”变为“高”时，电容器C1将TR1-1的栅电压(IN)升高。
由于施加于TR1-1的栅极的高电压，时钟脉冲(Clk)的“高”电压输出到OUT1。同样由于高电压也施加于TR1-2的栅极，“高”电压输出到NEXT1。
然后，当时钟脉冲(Clk)由“高”变为“低”时，时钟脉冲(Clk)的“低”电压输出到OUT1，同时NEXT1保持“高”电压，这是因为TR-1-2是单向器件。
之后，上述操作在每个时钟脉冲(Clk)重复，按照从第二级到第五级的顺序，并且电压顺序输出到OUT1至OUT5。
用于读取图像信号的移位寄存器3和用于电子快门的移位寄存器2的电路结构和操作相同。因此，在这里省略它们的描述。
多路复用器电路4是一个这样的逻辑电路，它基于全复位脉冲(ALLRS)和用于电子快门的SR输出产生用于驱动单位像素的脉冲，并且以一列接一列的方式将这些脉冲提供给单位像素的逻辑电路。
图6示出包含于多路复用器电路4中的第一级的逻辑电路。
图7示意性示出了包含于多路复用器电路4中的第一级的电路结构。
如图7所示，多路复用器电路4由使用单沟道MOS的动态电路构成。
按照图6和图7所示的多路复用器电路4，在下列三种情况时输出RSOUT1(i)当同时输出全复位脉冲(ALLRS)和用于电子快门的像素复位脉冲(ERSCELL)时；(ii)当同时输出用于读取的SR输出和用于读取图像信号的像素复位脉冲(RSCELL)时；和(iii)当同时输出用于电子快门的SR输出和用于电子快门的像素复位脉冲(ERSCELL)时。也在下列三种情况时输出TROUT1(i)当同时输出全复位脉冲(ALLRS)和用于电子快门的像素读取脉冲(ETRANS)时；(ii)当同时输出用于读取的SR输出和用于电子快门的像素读取脉冲(ETRANS)时；和(iii)当同时输出用于电子快门的SR输出和用于电子快门的像素读取脉冲(ETRANS)时。
多路复用器电路的第二到第五级电路与第一级电路相同。
驱动控制单元30包括半导体装置及外围电路，并且提供控制信号给固态成像装置20以驱动和控制固态成像装置20。驱动控制单元30等待拍摄指令的输入。当遮光门打开时，一旦接收到拍摄指令，驱动控制单元30就输出全复位脉冲(ALLRS)，该脉冲复位存储在单位像素中的所有亮度信息段。当遮光门打开的时间段总长度达到曝光时间时，驱动控制单元30关闭遮光门并且输出门关闭控制信号，用于阻挡入射到所有单位像素上的光。关闭遮光门后，驱动控制单元30输出用于从所有单位像素顺序读取亮度信息的读取控制信号。
图8示出按照本发明的第一个实施例的数码相机100的功能结构。
如图8所示，数码相机100包括遮光单元101、监控单元102、接收单元103、全复位单元104和读取单元105。
遮光单元101的结构和遮光装置10的结构相同。
当遮光单元101的遮光门打开时，如果主开关已经按下，在接收单元103接收到拍摄指令之前，监控单元102顺序读取亮度信息段并且显示运动图像。如果当监控单元102显示运动图像时接收单元103接收到拍摄指令，监控单元102暂停运动图像的显示，至少到读取单元105完成读取亮度信息为止。
接收单元103等待拍摄指令的输入，拍摄指令在由例如使用者按下快门按钮时从成像设备外部输入而产生。一旦接收到拍摄指令，接收单元103指示监控单元102暂停运动图像的显示，并且指示其它单元与监控单元102同步地开始拍摄静止图像。
当遮光单元101的遮光门打开时，如果接收单元103接收到拍摄指令，全复位单元104复位所有存储在单位像素中的亮度信息段。
全复位单元104通过例如得到用于显示运动图像的图像信号、接收使用者的手动设置或者用光度计传感器测量由物体反射来的光量而得到曝光时间。然后，全复位单元104根据得到的曝光时间改变复位定时并且调整曝光时间。
在全复位单元104复位亮度信息后，当遮光门打开时，遮光单元101按照由接收单元103接收到的拍摄指令关闭遮光门。这里，遮光门关闭的时间与曝光时间的改变无关。结果，曝光时间过去后遮光单元101关闭遮光门并且同时阻挡入射到所有单位像素上的光。
在遮光单元101关闭遮光门后，当遮光门关闭时，读取单元105顺序地从单位像素上读取用于静止图像的亮度信息段。
在读取单元105完成读取用于静止图片的亮度信息后，遮光单元101打开遮光门，并且为重新开始由监控单元102执行的显示运动图像的操作做准备。
在读取了静止图像的亮度信息并且遮光单元关闭后，监控单元102重新开始显示运动图像的操作。
<操作>
图9示出由按照第一个实施例的数码相机100拍摄静止图片的处理过程。
图10是按照第一实施例的数码相机100中使用的用于控制脉冲等的示例时序图。
下面参考图9和图10描述了用于拍摄静止图像的处理过程。
(1)驱动控制装置30判断是否按下主开关(步骤S1)。
这里，假定按下主开关之前遮光单元101的遮光门(机械快门)在停止状态是打开的。
(2)如果按下主开关，该状态改变为运动图像显示状态(图10内时间T1之前时间段的状态)，并且当机械快门打开时监控单元102顺序地读取亮度信息段并将亮度信息显示为运动图像(步骤S2)。
(3)当该状态为运动图像显示状态时，接收单元103等待拍摄指令(T1)(步骤S3)。这里，假定接收单元103等待快门按钮被按下。
(4)如果快门按钮被使用者按下，接收单元103指示监控单元102停止显示运动图像的操作。监控单元102在按下快门按钮后停止用于读取图像信号的起始脉冲一次(T2)，然后停止用于电子快门的起始脉冲两次(T3和T4)(步骤S4)。
(5)接收单元103设T6为机械快门被关闭的时刻。T6比用于读取图像信号的起始脉冲重新开始的时刻T5早一点(步骤S5)。
(6)接收单元103设置T7为全复位脉冲的可能起始点。T7是按照用于电子快门的起始脉冲的机械快门的操作完成的时刻。然后，接收单元103设置T6为全复位脉冲施加的可能结束点。T6是机械快门被关闭的时刻(步骤S6)。
(7)接收单元103基于可能的结束点并考虑到曝光时间来确定全复位脉冲的施加定时(T8)(步骤S7)。
(8)全复位单元104按照接收单元103的决定在T8施加全复位脉冲，从而同时复位所有存储在单位像素中的亮度信息段(步骤S8)。
(9)驱动控制单元30按照接收单元103的决定在T6施加机械快门驱动脉冲，并且遮光单元101关闭机械快门(步骤S9)。
(10)驱动控制单元30在T5施加用于读取图像信号的起始脉冲，并且静止图像数据被输出(步骤S10)。
(11)输出静止图像数据时，驱动控制单元30停止机械快门驱动脉冲(T9)。因此，遮光单元101打开机械快门。然后显示运动图像的操作重新开始。(步骤11)。
注意，在从全复位单元104复位存储在单位像素中的所有亮度信息段的时刻到遮光单元101关闭机械快门的时刻之间的时间段内，曝光时间对每一个像素应该是相同的。因此，TROUT在上述时间段内应该保持为“低”。
可以使用两种方法保持TROUT为“低”。第一种方法是停止用于电子快门的像素读取脉冲(ETRANS)和用于读取图像信号的像素读取脉冲(TRANS)。第二种方法是停止用于读取的SR输出和用于电子快门的SR输出(这里，“停止脉冲”意思是“保持脉冲为低”。)。
如果移位寄存器由单沟道MOS构成，经常使用动态电路，如果是这种情况，由于浮动状态会导致发生误操作。这种情况下，第一种方法，即停止用于电子快门的像素读取脉冲(ETRANS)和用于读取图像信号的像素读取脉冲(TRANS)，是非常有效的，因为即使用于读取的SR输出和用于电子快门的SR输出导致误操作TROUT也能保持为“低”。
为了抑制由于从其读取亮度信息的浮动熔接单元(FD单元)内的电势改变导致的泄漏，优选在曝光期间也保持RSOUT为“低”。
这里可以用两种方法保持RSOUT为“低”。第一种方法是停止用于电子快门的像素复位脉冲(ERSCELL)和用于读取图像信号的像素复位脉冲(RSCELL)。第二种方法是停止用于读取的SR输出和用于电子快门的SR输出(这里，“停止脉冲”意思是“保持脉冲为低”。)。
由于与TROUT的情况同样的原因，第一种方法是非常有效的，该方法停止用于电子快门的像素复位脉冲(ERSCELL)和用于读取图像信号的像素复位脉冲(RSCELL)。
在静止图像拍摄中，在不停止用于电子快门的像素复位脉冲(ERSCELL)的情况下，在水平消隐时段期间全复位单元104不应当施加用于电子快门的像素复位脉冲(ERSCELL)，以防止与用于运动图像的ERSCELL冲突。但是，在停止用于电子快门的像素复位脉冲(ERSCELL)情况下，全复位单元104能在一个水平扫描周期中的任意时刻施加用于电子快门的像素复位脉冲(ERSCELL)，无论这个时刻是否处于水平消隐时段期间。因此，停止用于电子快门的像素复位脉冲(ERSCELL)是更可取的。
图11和图12是用于按照第一实施例的数码相机100的控制脉冲等的示例时序图。图11与图10的不同之处在于在水平消隐时段期间也施加用于读取图像信号的像素读取脉冲(TRANS)、用于读取图像信号的像素复位脉冲(RSCELL)、用于电子快门的像素读取脉冲(ETRANS)和用于电子快门的像素复位脉冲(ERSCELL)。
如图11所示，也可以在水平消隐期间施加用于读取图像信号的像素读取脉冲(TRANS)、用于读取图像信号的像素复位脉冲(RSCELL)、用于电子快门的像素读取脉冲(ETRANS)和用于电子快门的像素复位脉冲(ERSCELL)。
图12与图11的不同之处在于，在静止图像拍摄中，仅仅停止了用于图像信号的像素读取脉冲(TRANS)和用于电子快门的像素读取脉冲(ETRANS)，用于电子快门的像素复位脉冲(ERSCELL)仅在全复位单元104复位期间停止。
如图12所示，不需要停止用于读取图像信号的像素复位脉冲(RSCELL)。用于电子快门的像素复位脉冲(ERSCELL)至少在复位周期期间应当停止。
控制脉冲等的理想施加定时是在图10中示出的定时。但是，在图11中示出的定时有简化控制的优点，并且图12中示出的定时可进一步简化控制。因此，有可能根据目的使用它们中的任一个。
<总结>
如上所述，根据本发明的第一实施例，尽管在不同时间从单位像素中读取亮度信息，但所有单位像素在精确地同一时间曝光。
因此，本发明能够防止由于曝光定时的差异导致的失真。特别是本发明能够在静止图像拍摄时获得高品质图像。
本发明的第一实施例也能够防止使用单沟道MOS的动态电路的误操作。
第一修正<总览>
本发明的第一修正是这样的一个示例，其中运动图像的显示比第一实施例停止更长的时间段，并且因此用于静止图像的曝光时间比第一实施例的曝光时间长。
<操作>
图13示出依照本发明第一修正的拍摄静止图像的处理过程。图14是根据第一修正的控制脉冲等的时序图。
参考图13和图14，下面描述拍摄静止图像执行的过程。
注意与第一实施例相同的步骤以同样的方式编号，并且这些步骤在此不再赘述。
(1)到(3)与第一实施例的(1)到(3)相同(步骤S1到S3)。
(4)如果使用者按下快门按钮，接收单元103指示监控单元102停止显示运动图像的操作。监控单元102在按下快门按钮后停止用于读取图像信号的起始脉冲两次(T2和T3)，然后停止用于电子快门的起始脉冲三次(T4、T5和T6)(步骤S21)。
(5)接收单元103设T8为机械快门关闭的时刻。T8比用于读取图像信号的起始脉冲重新开始的时刻T7早一点(步骤S22)。
(6)接收单元103设T9为施加全复位脉冲的可能起始点。在T7，机械快门根据用于电子快门的起始脉冲完成操作。然后，接收单元103设T8为施加全复位脉冲的可能结束点。在T8，机械快门关闭(步骤S23)。
(7)接收单元103基于可能结束点并考虑到曝光时间来确定全复位脉冲的施加定时(T10)(步骤S24)。
(8)全复位单元104根据接收单元103的决定在T10施加全复位脉冲，以同时复位存储在单位像素中的所有亮度信息段(步骤S25)。
(9)驱动控制单元30根据接收单元103的决定在T8施加机械快门驱动脉冲，并且遮光单元101关闭机械快门(步骤S26)。
(10)驱动控制单元30在T7施加用于读取图像信号的起始脉冲，并且静止图像数据被输出(步骤S27)。
(11)输出静止图像数据时，驱动控制单元30停止机械快门驱动脉冲(T11)。因此，遮光单元101打开机械快门。然后显示运动图像的操作重新开始(步骤S28)。
<总结>
如上所述，在本发明的第一修正中，静止图像拍摄的曝光时间比第一实施例的长。这是由于为拍摄静止图像停止显示运动图像的操作的时段，在第一修正中是三帧，而在第一实施例中是两帧。因此，例如，有可能选择窄的光圈，并在拍摄图像时给了使用者许多的选择。
注意停止上述操作的时间段的长度并不局限于3帧。不管这个时间段的长度(帧数)是多少都能得到本发明的有利效果。
第二修正<总览>
本发明的第二修正描述使用减少像素数量的像素跳过模式记录运动图像的操作，并且采样使用全部像素的全扫描模式记录静止图像。
<操作>
图15示出按照本发明的第二修正拍摄静止图像执行的处理过程。
图16是按照第二修正的控制脉冲等的时序图。
注意与第一实施例相同的步骤以同样的方式编号，这些步骤在此不再赘述。
(1)到(3)与第一实施例的(1)到(3)相同(步骤1到3)。
这里运动图像用像素跳过模式显示，并且读取周期减少到大约一半。
(4)与第一实施例的(4)相同(步骤S4)。
(5)在T2，模式从像素跳过模式改变为全扫描模式(步骤S31)。
(6)到(12)与第一实施例的(5)到(11)相同(步骤S5到S11)。
(13)在T9，模式从全扫描模式改变为像素跳过模式(步骤S32)。
<概要>
以与第一实施例相同的方式，依照第二修正，尤其是在拍摄静止图像的情况下能够得到高品质图像，即使是基于目的选择了像素跳过模式和全扫描模式中的一种也是这样。例如，可能得到高分辨率的静止图像。
注意像素跳跃模式中的像素跳跃不需要减少像素的数量到大约原来的四分之一并且缩短时段长度到大约原来的一半。不管像素数量和时段长度是多少都能够获得本发明的有利效果。
第三修正<总览>
在本发明的第三修正中，对于运动图像在水平消隐期间之外施加全复位脉冲。因此，从定时看来，全复位脉冲能比第一实施例中更自由地施加。
<操作>
图17是按照第三修正的全复位脉冲等的时序图。
如图17所示，全复位脉冲在水平消隐时段之外施加。因此，有可能在水平消隐时段之外的任意时刻驱动电子快门。
<总结>
如上所述，从定时看来，全复位脉冲能比第一实施例中更自由地施加。
注意本发明可以是第一实施例和第一到第三修正之间的任何组合。本发明也可以包括第一实施例和第一到第三修正案的任何功能作为可转变的功能。
工业实用性本发明适用于诸如摄像机和数字静止照相机的成像设备中。虽然没有从所有单位像素同时读取亮度信息，但是依照本发明的固态成像装置能够完全消除由于曝光定时的差异导致的失真。本发明改善了使用功耗降低了的成像装置拍摄的图像品质。因此，本发明在工业中有很大的潜力。
虽然已经用参考附图的示例方法完整地描述了本发明，值得注意的是对本领域技术人员来说各种改变和修改是显而易见的。因此，除非这些变化和修改脱离了本发明的范围，否则都应该解释为包含在其中。
权利要求
1.一种具有多个单位像素的成像装置，每一个单位像素根据接收到的光量产生一段亮度信息并将其累积在其中，该成像装置包括接收单元，可操作以从外部接收拍摄指令；全复位单元，可操作以当遮光门打开时响应于拍摄指令同时复位所有单位像素；遮光单元，可操作以在全复位单元复位所有单位像素后、遮光门打开的时间段总长度达到曝光时间时，关闭遮光门以同时阻挡入射到所有单位像素上的光，以及读取单元，可操作以当遮光门关闭时从所有单位像素顺序读取亮度信息段。
2.按权利要求1所述的成像装置，其中遮光单元在不依赖于曝光时间的改变而确定的时刻关闭遮光门，并且全复位单元根据曝光时间的改变调整全复位单元复位所有单位像素的定时。
3.按权利要求1所述的成像装置进一步包括监控单元，可操作以当遮光门打开时，在接收单元接收到拍摄指令前通过连续地读取亮度信息段显示运动图像，并且在接收到拍摄指令时停止在每次读取亮度信息、时执行的像素复位操作和亮度信息读取操作，至少直到读取单元完成亮度信息段读取为止。
4.按权利要求3所述的成像装置，其中监控单元施加像素复位信号和亮度信息读取信号以读取亮度信息段，并且至少在全复位单元复位所有单位像素的时刻和遮光单元阻挡住光的时刻之间的时间段内停止施加像素复位信号和亮度信息读取信号。
5.按权利要求4所述的成像装置，其中该监控单元包括移位寄存器，该移位寄存器可操作以为该成像装置的每一列顺序地产生像素复位信号和亮度信息读取信号，并且该监控单元至少在全复位单元复位所有单位像素的时刻和遮光单元阻挡住光的时刻之间的时间段内停止该移位寄存器的操作。
6.按权利要求5所述的成像装置，其中该移位寄存器在为每一帧顺序移动被提供起始脉冲的目标列时，为该成像装置的每一列顺序地产生像素复位信号和亮度信息读取信号，并且该监控单元响应于拍摄指令停止起始脉冲，至少到遮光单元阻挡住光时为止。
7.按权利要求5所述的成像装置，其中全复位单元在移位寄存器完成为每一列产生像素复位信号和亮度信息读取信号的时刻和遮光单元阻挡住光的时刻之间的时间段内同时复位所有单位像素。
8.按权利要求3所述的成像装置，其中为读取亮度信息段，该监控单元施加用于电子快门的第一像素复位脉冲、用于电子快门的第一像素读取脉冲、用于读取图像信号的第二像素复位脉冲和用于读取图像信号的第二像素读取脉冲，并且至少在全复位单元复位所有单位像素的时刻和遮光单元阻挡住光的时刻之间的时间段内停止施加第一像素读取脉冲和第二像素读取脉冲。
9.按权利要求3所述的成像装置，其中为读取亮度信息段，该监控单元施加用于电子快门的第一像素复位脉冲、用于电子快门的第一像素读取脉冲、用于读取图像信号的第二像素复位脉冲和用于读取图像信号的第二像素读取脉冲，并且至少在全复位单元复位所有单位像素的时刻和遮光单元阻挡住光的时刻之间的时间段内停止施加第一像素复位脉冲、第一像素读取脉冲、第二像素复位脉冲和第二像素读取脉冲。
10.按权利要求3所述的成像装置，其中为读取亮度信息段，监控单元施加用于电子快门的像素复位脉冲和用于电子快门的像素读取脉冲，并且在全复位单元复位所有单位像素的时刻和读取单元完成读取亮度信息段的时刻之间的时间段内停止施加像素读取脉冲。
11.按权利要求3所述的成像装置，其中为读取亮度信息段，监控单元施加用于电子快门的像素复位脉冲和用于电子快门的像素读取脉冲，并且在全复位单元复位所有单位像素的时刻和读取单元完成亮度信息段读取的时刻之间的时间段内停止施加像素复位脉冲和像素读取脉冲。
12.按权利要求3所述的成像装置，其中监控单元包括移位寄存器，该移位寄存器可操作以为该成像装置的每一列顺序产生像素复位信号，并且该监控单元在全复位单元复位所有单位像素的时刻和读取单元完成读取亮度信息段的时刻之间的时间段内停止该移位寄存器的操作。
13.按权利要求12所述的成像装置，其中该移位寄存器在为每一帧顺序移动被提供起始脉冲的目标列时，为该成像装置的每一列顺序产生像素复位信号，并且该监控单元响应于拍摄指令停止起始脉冲，直到读取单元完成读取亮度信息段为止。
14.按权利要求12所述的成像装置，其中该成像装置进一步包括单位像素驱动电路，可操作以基于复位所有单位像素的全复位单元提供的信号和执行像素复位操作的监控单元提供的信号，产生用于驱动单位像素的脉冲，并且将产生的脉冲提供给每一个单位像素，并且移位寄存器和选择电路中的每一个由使用单沟道MOS的动态电路构成。
15.按权利要求1所述的成像装置，其中全复位单元在一个水平扫描周期中的任意时刻复位所有单位像素，不管这个时刻是否处于水平消隐时段内。
16.一种向具有多个单位像素的成像装置提供控制信号的驱动装置，每个单位像素根据接收到的光量输出一段亮度信息，该驱动装置包括等待单元，可操作以等待将从外部输入的拍摄指令；全复位控制信号输出单元，可操作以输出全复位控制信号，以当遮光门打开时响应于拍摄指令同时复位所有单位像素；关闭控制信号输出单元，可操作以输出遮光门关闭控制信号，以在全复位单元复位所有单位像素后、遮光门打开的时间段总长度达到曝光时间时，关闭遮光门，其阻挡入射到所有单位像素上的光；和读取控制信号输出单元，可操作以输出读取控制信号，以当遮光门关闭时从所有单位像素顺序读取亮度信息段。
17.一种控制具有多个单位像素的成像装置的成像方法，每个单位像素根据接收到的光量输出一段亮度信息，该成像方法包括接收步骤，从外部接收拍摄指令；全复位步骤，当遮光门打开时响应于拍摄指令同时复位所有单位像素；遮光步骤，在全复位单元复位所有单位像素后、遮光门打开的时间段总长度达到曝光时间时，关闭遮光门以同时阻挡入射到所有单位像素上的光；和读取步骤，当遮光门关闭时从所有单位像素顺序读取亮度信息段。
全文摘要
数码相机100包括具有多个单位像素的成像装置，每个单位像素依照接收到的光量产生一段亮度信息并将其累积在那里。该成像装置包括接收单元103，可操作以从外部接收拍摄指令；全复位单元104，可操作以当遮光门打开时响应于拍摄指令同时复位所有单位像素；遮光单元101，可操作以在全复位单元复位所有单位像素后、遮光门打开的时间段总长度达到曝光时间时，关闭遮光门以同时阻挡入射到所有单位像素上的光；和读取单元105，可操作以当遮光门关闭时从所有单位像素上顺序读取亮度信息段。
文档编号H04N5/353GK1798271SQ200510003480
公开日2006年7月5日 申请日期2005年12月8日 优先权日2004年12月8日
发明者村上雅史, 桝山雅之, 松长诚之 申请人:松下电器产业株式会社