CN100435559C - 摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明在实现手抖动修正功能时，提供保持使装置的尺寸小型化和省电的同时，不使像素传感器的利用效率降低的摄像装置。摄像元件(102)具有排列成二维形状的光电变换元件(201)和传送用光电变换元件所变换的电荷的传送通路(202)。在时间管理电路(106)生成的比曝光时间短的间隔的定时脉冲中，移动检测部(105)检测装置的移动。相应于检测到的移动，驱动电路(103)将读到传送通路(202)上的以前的电荷仅传送规定的距离。之后，读取用光电变换元件(201)在定时脉冲的间隔内所变换的新电荷并加到在传送通路上所传送的以前的电荷上。

Description

摄像装置
技术领域
本发明涉及在摄像机和数字式静像照相机等的摄像装置中具有手抖动修正功能的摄像装置。
背景技术
作为本技术领域的背景技术例如有特开2002-296633号公报。在此公报中发表了
“待解决问题：提供一种图像拾取设备和一种有效利用手抖动校正单元的可移动范围的修正手抖动的方法，确保更大的可修正范围，提高修正的精确性，改善校正驱动单元的不稳定的初始特性的方法，并且能够始终获得等效的修正效果。
解决方法：该图像读取设备具备：图像模糊修正单元60，用于检测导致图像模糊的动作的手抖动检测单元17、18，基于手抖动检测单元的检测结果定出用于驱动图像模糊修正单元60的定量和使图像模糊修正单元60执行规定的动作来修正图像模糊的驱动装置16，确定图像模糊修正是否完成的修正模式转换单元20，用于准备拾取图像的指示装置22及拾取图像的指示装置23。图像模糊修正单元60具有修正驱动单元15，其在垂直于光轴的方向上驱动图像拾取元件14，在由修正模式转换单元20选择图像模糊修正模式之后，根据上述指示装置22或上述指示装置23的动作将规定的输入提供给修正驱动单元15，并且将上述图像拾取元件14置于接近其移动范围的中央。”
此外作为其他的背景技术例如有特开平2-231873号公报。在此公报中发表了
“目的：为了修正照相机的模糊不需要存储电路，而利用固态图像拾取元件，对于该固态图像拾取元件，在很多图片在水平的和垂直的方向设置余量(margin)部分，使图像拾取元件的读取起始点偏离一与上述照相机的上述检测到的模糊的向量相反的向量。
结构：以斜度101在图像拾取元件102的光线接收表面上成像的目标100，被进行光电转换并且通过信号处理电路103作为TV输出被提取。另一方面，动作检测电路104监控视频信号的模糊并且监视器的信息反馈到传感器驱动脉冲发生电路105。该传感器驱动脉冲发生电路105将图像拾取元件的起始点仅移动与上述获得的向量信息相反的上述向量，修正图像的模糊。因此，在TV输出中，可以始终获得作为标准状态的相同轮廓的图片，且获得模糊少的图片，其中模糊的地方可以得到修正。”
像在上述背景技术的例子那样，对现有的摄像机和数字式静态照相机提出了各种方式的手抖动修正功能的方案，并得到实际应用。修正方式分为光学修正方式和电子修正方式两类。光学修正方式是用加速度传感器检测因手抖动造成照相机哪个部分有移动，使光学系统修正透镜在垂直光轴的面内仅移动检测到的抖动量。然后，按照抵消摄像元件(CCD和MOS等的固体图像传感器)上成像位置的偏离的方式进行修正。也有用使摄像元件在垂直光轴的面内移动的方式(摄像元件偏移方式)来取代使光学系统透镜移动(例如参照特开2002-296633号公报)。
与此相对，电子修正方式是将摄像元件拍摄时的前后两个图像信号进行对比，从被拍摄体的位置偏离检测出抖动量，按照使摄像元件内的读取位置(图像切取位置)仅挪动检测到的抖动量的大小，使被拍摄体停留在读取画面内的同一位置的方式进行修正(例如参照特开平2-231873号公报)。
提出的方案还有将上述光学修正方式和电子修正方式进行组合，从图像信号的变化求出手抖动量，据此使光学系统透镜进行机械移动的方法等。
上述光学修正方式需要在两个轴向上驱动修正透镜的致动器，由于结构复杂，所以尺寸大而且价格高。这一点对于在上述特开2002-296633号公报中所述的摄像元件偏移方式也是一样的。
与此相反，在特开平2-231873号公报等所述的电子修正方式，由于不需要致动器，所以在减小尺寸和省电方面是有利的。可是在摄像元件的像素传感器的范围内，由于缩小调整有效的像素区域，所以存在有不能将像素传感器所占的整个感光面积作为有效图像输出范围使用的缺点。也就是即使特别采用高像素的摄像元件，也不能得到其好处。从而越扩大手抖动修正时的修正量，像素传感器的利用效率就越低，画面的有效尺寸就越缩小。
发明内容
本发明的目的是在解决上述课题，实现手抖动修正功能时，提供保持使装置的尺寸小型化和省电的同时，不使像素传感器的利用效率降低的摄像装置。
本发明的摄像元件具有排列成二维形状的光电变换元件和传送用光电变换元件所变换的电荷的传送通路，在使用该摄像元件的摄像装置中，具有：时间管理电路，在曝光时间内以比曝光时间短的间隔产生定时脉冲；移动检测部，在定时脉冲的间隔内检测此装置的移动；驱动电路，自光电变换元件将电荷读取到传送通路上，同时生成用于传送在传送通路上的电荷的驱动信号；和控制电路，根据从时间管理电路和移动检测部输出的信号控制驱动电路。而且根据在定时脉冲的间隔内检测到的移动的方向和大小，将读到传送通路上的以前的电荷在规定方向上仅传送规定的距离，读取用光电变换元件在定时脉冲的间隔内变换后的新电荷后，加在被传送的以前的电荷上。
上述传送通路优选为垂直方向传送通路。此外上述定时脉冲是将上述曝光时间等分成1/N的定时脉冲。
此外本发明的摄像装置在上述移动检测部的检测到的移动量在临界值以上的情况下，上述控制电路对上述驱动电路进行控制，使传送电荷的距离限制在规定的值以内。
本发明可提供在实现手抖动修正功能时，不缩小有效画面的尺寸的小型的摄像装置。
附图说明
从下面的叙述中，结合附图，可以更明白地说明本发明的这些和其它的特点、目标和优点。
图1为表示利用本发明摄像装置的一个实施例的框图。
图2为表示本实施例中的摄像元件的内部结构的示意图。
图3为说明本实施例中的摄像元件的驱动方法的示意图。
图4为表示本实施例中的摄像元件的其他内部结构的示意图。
图5为表示本实施例中的移动检测量和修正量关系的示意图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的实施方式进行说明。
实施例1
图1为表示利用本发明摄像装置的一个实施例的框图，图2为表示本实施例中的摄像元件的内部结构的示意图，图3为说明摄像元件的驱动方法的示意图。
在图1中，从摄影透镜101入射的被拍摄体像在由CCD等的光电变换元件构成的摄像元件102上成像，被变换成电荷信号。驱动电路103生成用于传送存储在摄像元件102中的电荷信号的驱动信号。从摄像元件102读取的电荷信号在信号处理电路104中进行规定的信号处理，成为图像信号。移动检测部105是以角速度或加速度等的形式检测手抖动等造成的摄像装置的移动的部件，例如使用振动回转传感器。时间管理电路106检测曝光时间等，生成定时信号。控制电路107接收从移动检测部105来的移动信号和从时间管理电路106来的定时信号，向驱动电路103发送控制信号。
图2表示摄像元件102的内部结构，多个光电变换元件(光电二极管，以下称为“像素”)201排列成J行×K列的矩阵形。具有：K根垂直方向传送通路202，将从各像素201读取的列单位的电荷信号在垂直方向上传送；水平方向传送通路203，将在各垂直方向传送通路202中传送的电荷信号在水平方向传送。垂直方向传送通路202的段数L比垂直方向的像素数J大，图中表示在相邻像素间设置三段的情况(也就是L≈3J)。此外，水平方向传送通路203的段数M表示在相邻像素间设置两段的情况(也就是M≈2K)。像素间的段数并不限定于此，可以适当设定。
图3为说明摄像元件的驱动方法的示意图，(a)表示一般读取模式(无手抖动修正)的情况，(b)表示用本发明的手抖动修正模式的情况。其中为了方便，以使用输出顺序驱动(progreesive drive)的黑白信号的摄像元件的静止图像拍摄例子进行说明。
在一般读取模式(a)的情况下，在适当的曝光时间T(例如1场)期间存储在各像素201中的电荷通过驱动电路103生成的P→V传送脉冲301，读取传送到各垂直方向传送通路202。
然后通过V传送脉冲302，将垂直方向传送通路202上的电荷向水平方向传送通路203(顺方向)在每个水平行传送到水平方向传送通路203。在图2的情况下，由于垂直方向的像素间隔为三段，所以对每行的电荷的传送在垂直方向传送通路202在顺方向上分三段进行。也就是一行传送需要的V传送脉冲302a为三个连续脉冲。
下面通过H传送脉冲303将在水平方向传送通路203上传送的一行的电荷向水平方向传送，从水平方向传送通路23的端部(例如203a扫向与其连接的信号处理电路104。为了传送一水平行的全部像素数K的电荷所需要的H传送脉冲303a为水平方向传送通路203的M个段数的连续脉冲。
如果一行的水平方向的传送完成，就通过下一个V传送脉冲302b进行下一行的垂直方向传送。然后用下一个H传送脉冲303b进行下一行的水平方向传送。
此后如此反复进行，如果传送画面全部像素的电荷(在垂直方向传送L段)，就将一个场的电荷全部传送后完成。通过以上动作，可以在适当的曝光时间内将存储在各像素201中的电荷从摄像元件102读取。
下面在手抖动修正模式(b)的情况下，与手抖动的大小相符地调整传送通路上的电荷位置。其中以在适当的曝光时间T内，在摄像元件的垂直方向上手抖动反复发生的情况为例进行说明。
时间管理电路106将适当的曝光时间T(例如一个场的时间)分割成N份，在每个分割的T/N中生成定时脉冲304(T0，T1，…，TN)，输出到控制电路107。
移动检测部105在每个定时脉冲304中检测在T/N时间内的手抖动造成的移动，将移动检测信号305传送到控制电路107。在图中以画面上方向的加速度为正、下方向的加速度为负表示移动检测信号305。也就是表示从时刻T0到T1期间受到上方向的加速度、从T1到T2期间受到下方向的加速度的情况。
控制电路107接收定时脉冲304和移动检测信号305，控制驱动电路103，产生P→V传送脉冲306和V传送脉冲307。
在定时脉冲304的间隔T/N中，手抖动修正时的P→V传送脉冲306(V0，V1，…，VN)将存储在像素201中的电荷向垂直方向传送通路202传送。此时在传送通路202中残留有每个场的垂直传送没有完成的以前的电荷，读取存储在像素201中的新电荷后加在此残留电荷上。
此外，手抖动修正时的V传送脉冲307根据在定时脉冲304的间隔T/N中产生的移动检测信号305，将垂直方向传送通路202上的电荷在画面上方向(顺方向)或下方向(逆方向)进行传送以修正。图3中的F表示顺方向传送，R表示逆方向传送，括号内表示传送的段数，与移动检测信号305的方向和大小相对应。也就是对于上方向的移动将电荷向逆方向传送，对于下方向的移动将电荷向顺方向传送。其传送段数与因手抖动造成摄像元件内的成像位置的移动量相当。
电荷的修正传送和加法运算的顺序例如作为在时刻T0到T1期间内移动时的修正，将电荷沿逆方向传送A1段后，在V1的时刻将像素201的新电荷加在垂直方向传送电路202上。同样作为在时刻T1到T2期间内移动时的修正，将电荷沿顺方向传送A2段后，在V2的时刻将像素201的新电荷加在垂直方向传送电路202上。
这样进行N次修正传送和加法运算的时刻成为适当曝光时间T，完成一个场期间的电荷的加法运算。此后进行相加存储到垂直方向传送通路202上的电荷的读取传送。此时使用的V传送脉冲307和H传送脉冲308与在上述一般读取模式(a)中的V传送脉冲302和H传送脉冲303相同，省略了其动作的说明。
通过以上动作，即使因手抖动造成成像的像素201的位置移动，由于将在此期间存储的电荷加在原本应该加在垂直方向传送通路202上的位置的电荷上，所以也可以输出没有抖动的良好图像。其效果依存于曝光时间T的分割数N，可以使抖动的影响降低到大约1/N。
由于在本实施例中对手抖动的修正是在摄像元件102内以电子的方式进行，所以不需要机械的致动器，可以实现摄像装置的小型化和省电。此外在此方式中，由于可以使用来自摄像元件102内的全部像素201的信号作为图像信号，所以利用添加手抖动修正功能，没有减小(缩小画面尺寸)有效像素区域。此外即使修正量增大，其有效像素区域也没有变化。
在本实施例中，对通过时间管理电路106将适当曝光时间T等分成1/N进行手抖动修正处理的情况进行了说明，将适当曝光时间T分割成不相等的间隔进行修正处理的情况也有相同的效果。
在上述实施例中，为了方便，对以使用输出顺序驱动的黑白信号的摄像元件的例子进行了说明，本发明对于隔行(interlace)驱动的摄像元件或配置彩色滤光器的彩色信号输出用的摄像元件也有相同的效果。再有本发明对于静止画面的监控、活动图像的拍摄是有效的，当然需要长时间曝光的静止画面的拍摄也是有效的。
[实施例2]
对本发明的摄像装置的其他实施例进行说明。图4为表示本实施例的摄像元件的其他内部结构的示意图。与图2的摄像元件的结构进行比较，具有垂直方向传送通路202的两端的段数增加的特征。也就是在像素201占有的垂直方向区域(从201a到201b的范围)的外侧，设置了各自S段的增设部202S、202S’。本实施例中的手抖动修正的基本动作与上述实施例1相同，省略其说明。通过设置此增设部202S、202S’，可以使画面上下端部(201a和201b位置)的电荷在顺方向和逆方向上为了修正而传送的动作和画面中央部位一样，可以没有障碍地进行。此时的段数S根据手抖动的大小适当确定即可。通过此结构，即使发生大的手抖动，也具有可以实现横跨整个画面进行良好的手抖动修正的效果。
[实施例3]
下面，对本发明的摄像装置的其他实施例进行说明。本实施例的装置结构与上述图1相同，具有限制手抖动的功能。图5为表示本实施例中移动检测量和修正量的关系的示意图。也就是移动检测部105检测到的移动量在临界值X0以上的情况下，控制电路107对驱动电路103进行控制，使修正量(也就是V传送脉冲数)限制在上限值Y0内。此上限值Y0从摄像元件102内的垂直方向传送通路202的可以修正的传送段数设定，特别是在上述实施例2中，可以以图2所示的增设部202S、202S’的段数S为基础设定。
这样设置对修正量的限制，可以防止因超过临界值的过剩的修正造成的电荷加法运算的误动作。此外可以将摄像元件102的垂直方向传送通路202的传送段数抑制在最小的限度，有缩小电路规模的效果。
修正量的限制功能也可以用移动检测部105实现，以替代控制电路107。也就是在移动检测部105检测出的移动量过剩的情况下，将对控制电路107的检测信号的输出限制在不超过图5的临界值X0的水平就可以。
这是在上述各实施例中叙述的摄像元件内像素排列、传送通路的配置的一例，当然本发明对使用其他的排列结构的摄像元件的摄像装置也适用。
根据本发明描述展示了几个实施方式，这应该理解成只要不脱离本发明的范围，本发明所述的实施方式可以变化和更改。因此，本发明的范围，并非由上述展示和描述的细节加以限制，而是要覆盖落入后述的权利要求书记载的范围内的所有变更和调整。

Claims (7)

1.一种摄像装置，使用具有排列成二维形状的光电变换元件和传送用该光电变换元件变换的电荷的传送通路的摄像元件，其特征在于，具有：
时间管理电路，在曝光时间内以比该曝光时间短的间隔产生定时脉冲；
移动检测部，在所述定时脉冲的间隔检测该装置的移动；
驱动电路，从所述光电变换元件将电荷读到所述传送通路上，并生成用于传送所述传送通路上的电荷的驱动信号；和
控制电路，根据从所述时间管理电路和所述移动检测部输出的信号控制所述驱动电路，
作为所述传送通路，具有将用所述光电变换元件变换的电荷在垂直方向传送的多个垂直方向传送通路、和将在该垂直方向传送通路上传送的电荷以一个水平线为单位在水平方向传送的水平方向传送通路，
将读取到所述传送通路上的以前的电荷，向与在所述定时脉冲的间隔检测到的移动的方向相反的方向仅传送与在所述定时脉冲的间隔检测到的移动的大小对应的规定距离，读取用所述光电变换元件在所述定时脉冲的间隔变换后的新电荷并加在该被传送的以前的电荷上。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
所述移动检测部检测该装置的垂直方向的移动，
根据该移动检测部检测到的垂直方向的移动，进行所述垂直方向传送通路上的电荷的传送。
3.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
所述时间管理电路产生将所述曝光时间等分成1/N的定时脉冲。
4.根据权利要求2所述的摄像装置，其特征在于，
所述垂直方向传送通路在所述光电变换元件占有的垂直方向区域的两个外侧设置传送通路的增设部，根据所述垂直方向的移动，横跨该增设部进行所述垂直方向传送通路上的电荷的传送。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的摄像装置，其特征在于，
在所述移动检测部检测到的移动量大于或等于临界值的情况下，所述控制电路对所述驱动电路进行控制，使传送电荷的距离限制在规定的值以内。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的摄像装置，其特征在于，
在所述移动检测部检测到的移动量大于或等于临界值的情况下，该移动检测部向所述控制电路输出不超过该临界值的电平的检测信号。
7.一种摄像装置，使用排列多个光电变换元件具有传送用该光电变换元件变换的电荷的传送通路的摄像元件，其特征在于，具有：
时间管理电路，以规定的间隔产生定时脉冲；
移动检测部，在所述定时脉冲的间隔检测该装置的移动；
驱动电路，从所述光电变换元件将电荷读到所述传送通路上，并生成用于传送所述传送通路上的电荷的驱动信号；和
控制电路，根据来自所述时间管理电路和所述移动检测部的输出信号控制所述驱动电路。
作为所述传送通路，具有将用所述光电变换元件变换的电荷在垂直方向传送的多个垂直方向传送通路、和将在该垂直方向传送通路上传送的电荷以一个水平线为单位在水平方向传送的水平方向传送通路，
通过将读到所述传送通路上的以前的电荷，向与在所述定时脉冲的间隔检测到的移动的方向相反的方向仅传送与在所述定时脉冲的间隔检测到的移动的大小对应的规定距离，对所述摄像元件内的全部光电变换元件修正进行了这些变换后的电荷的位置。
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