CN101287074B

CN101287074B - 摄像设备、摄像系统、摄像设备的驱动方法

Info

Publication number: CN101287074B
Application number: CN2008100899515A
Authority: CN
Inventors: 上田敏治
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2007-04-12
Filing date: 2008-04-11
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2028-04-11
Also published as: US20080252743A1; US8345112B2; JP5022758B2; CN101287074A; JP2008263452A

Abstract

本发明提供一种摄像设备、摄像系统和摄像设备的驱动方法。所述摄像设备具有：像素阵列，其包括沿列和行方向设置的多个光电转换元件；第一输出单元，其被配置成由第一驱动信号驱动，并且用于输出来自所述像素阵列中的至少一些所述光电转换元件的第一信号；以及第二输出单元，其被配置成由第二驱动信号驱动，并且用于输出来自所述像素阵列中的至少一些所述光电转换元件的第二信号。所述第一驱动信号和所述第二驱动信号是异步的。

Description

摄像设备、摄像系统、摄像设备的驱动方法

技术领域

本发明涉及一种摄像设备、摄像系统和摄像设备的驱动方法。

背景技术

近来，数字照相机和摄像机等摄像设备被广泛使用，这类摄像设备具有包括多个光电转换元件的诸如电荷耦合装置(CCD)图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器等的像素阵列。这类摄像设备通常具有用于重复显示使用摄像元件(记录用)所拍摄的图像以允许用户检查被摄体的图像的电子取景器(以下简称为“EVF”)功能。该EVF功能通常使用包括在摄像设备中的液晶显示装置。在显示图像时使用来自像素阵列的一些像素的数据可以获得足以满足该功能所需水平的高图像质量。因此，经常采用在稀疏掉像素阵列的某些(行或列)像素的同时读取像素数据的方法。

建议此时使用来自未输出其数据作为图像的像素(稀疏掉的像素)的信号对被摄体执行调焦和测光(参考日本特开NO.2005-277513号专利公报)。根据该建议，摄像设备包括用于输出像素信号作为电压值的第一输出单元和用于输出像素信号作为电流值的第二输出单元。该摄像设备在显示图像中使用第一输出单元的输出值，在调焦和测光操作中使用第二输出单元的输出值。另外，第一和第二输出单元可以独立运行，并可以采样不同的读取周期(设置第二输出单元的驱动频率低于第一输出单元的驱动频率，以提高信噪(S/N)比)。

然而，由于在日本特开NO.2005-277513号专利公报中所公开的技术中，第一和第二输出单元同步运行，因而不能充分提高操作性能。

例如，在调焦操作和脸部检测操作中，使用不同的异步信号作为摄像设备的驱动信号和摄像镜头的驱动信号(例如，电动机驱动信号)。当与摄像设备的驱动信号同步进行调焦操作(例如，伺服AF操作)或脸部检测操作时，可能不能充分跟踪被摄体。

另外，当与摄像设备的驱动信号同步进行曝光控制操作(例如，AE操作)时，可能不能根据被摄体的亮度精细地调整光电转换元件的目标曝光值。

发明内容

因此，考虑到上述缺点，本发明提供一种能够充分提高摄像设备的操作性能的摄像设备、摄像系统和摄像设备的驱动方法。

根据本发明的第一方面，一种摄像设备，包括：像素阵列，其包括沿列和行方向设置的多个光电转换元件；第一输出单元，其被配置成由第一驱动信号驱动，并且用于输出来自所述像素阵列中的至少一些所述光电转换元件的第一信号；以及第二输出单元，其被配置成由第二驱动信号驱动，并且用于输出来自所述像素阵列中的至少一些所述光电转换元件的第二信号；其中，所述第一驱动信号和所述第二驱动信号是异步的。

另外，根据本发明的第二方面，一种摄像设备，包括：像素阵列，其包括沿列和行方向设置的多个光电转换元件；第一输出单元，其被配置成由第一驱动信号驱动，并且用于输出来自所述像素阵列中的至少一些所述光电转换元件的第一信号；以及第二输出单元，其被配置成由第二驱动信号驱动，并且用于输出来自所述像素阵列中的至少一些所述光电转换元件的第二信号；其中，所述第一驱动信号和所述第二驱动信号在第一摄像模式下是同步的，而在第二摄像模式下是异步的。

此外，根据本发明的第三方面，一种摄像设备的驱动方法，所述摄像设备具有包括沿列和行方向设置的多个光电转换元件的像素阵列，所述方法包括：响应于第一驱动信号，输出来自所述像素阵列中的至少一些所述光电转换元件的第一信号；以及响应于第二驱动信号，输出来自所述像素阵列中的至少一些所述光电转换元件的第二信号；其中，所述第一驱动信号和所述第二驱动信号是异步的。

此外，根据本发明的第四方面，一种摄像系统，包括：本发明所述的摄像设备；光学系统，用于在所述摄像设备上形成光学图像；以及时序发生单元，用于生成第一驱动信号和第二驱动信号；其中，所述时序发生单元分别将所述第一驱动信号和所述第二驱动信号提供给所述第一输出单元和所述第二输出单元。

通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

图1是示出根据本发明的典型实施例的摄像系统的示例性结构的图；

图2A和2B是示出摄像设备的示例性结构布局的图；

图3是示出像素阵列中的单位像素的示例性电路结构的图；

图4是示出摄像设备的示例性操作的波形图；

图5是示出摄像设备的示例性电子卷动存储(electronicrolling storage)操作的时序图；

图6是示出第一输出单元的示例性操作的流程图；

图7是示出第二输出单元的示例性操作的流程图；

图8是示出第一和第二输出单元的示例性操作时序的时序图；

图9是示出根据本发明的另一典型实施例的摄像系统的示例性结构的图；

图10A和10B是示出摄像设备的示例性结构布局的图；

图11是示出第二输出单元的示例性操作的流程图；

图12是示出第一和第二输出单元的示例性操作时序的时序图；

图13是示出根据本发明的另一典型实施例的摄像系统的示例性结构的图；

图14A和14B是示出摄像设备的示例性结构布局的图；

图15是示出第二输出单元的示例性操作的流程图。

具体实施方式

第一典型实施例

参考图1说明根据本发明的第一典型实施例的摄像系统100。图1是示出根据本发明的第一典型实施例的摄像系统100的示例性结构的图。

现对摄像系统100进行说明。光学系统110在后面说明的摄像设备114上形成被摄体的光学图像。光学系统110为例如摄像镜头。摄像镜头包括电动机(未示出)和用以根据后面说明的焦点控制单元142的处理结果驱动电动机以调整焦点的机构。

光学驱动单元111将来自光学系统110的信息发送给系统控制单元150。光学驱动单元111还驱动光学系统110，以在系统控制单元150的控制下对光学系统110的操作进行控制。光学驱动单元111还包括控制信号生成器。控制信号生成器在系统控制单元150的控制下，生成用于驱动光学驱动单元111的光学驱动信号。控制信号生成器与光学驱动信号同步进行如光学系统110的调焦操作等的电动机驱动操作。光学驱动单元111将关于光学驱动信号的信息提供给时序发生单元118。

快门112调整摄像设备114的曝光。摄像设备114将被摄体的光学图像转换成图像信号。摄像设备114可以是例如电荷耦合装置(CCD)图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。后面将参考图3说明摄像设备114的内部结构。

低通滤波器(以下简称为“LPF”)115消除通过了光学系统110的光的不必要的波长(影响颜色再现的不必要的波长)。将LPF 115设置在快门112和摄像设备114之间。

模拟前端电路(以下简称为“AFE”)116包括用于将从摄像设备114输出的模拟信号转换成数字信号的模拟-数字(A/D)转换器、箝位电路(例如，偏移调整电路)和数字-模拟(D/A)转换器。

数字前端电路(以下简称为“DFE”)117通过AFE 116接收各像素的数字信号，并进行校正和重排等数字处理。

时序发生单元118向摄像设备114、AFE 116和DFE 117提供时钟信号和控制信号。例如，时序发生单元118生成第一驱动信号TGsig1(TG1)和第二驱动信号TGsig2(TG2)。由系统控制单元150对时序发生单元118进行控制。时序发生单元118将第一驱动信号TGsig1和第二驱动信号TGsig2分别提供给后面说明的第一输出单元和第二输出单元。

这里，第一驱动信号TGsig1和第二驱动信号TGsig2是异步的。时序发生单元118还从光学驱动单元111接收关于光学驱动信号的信息。这样允许时序发生单元118生成第二驱动信号TGsig2，从而使得第二驱动信号TGsig2与用于驱动光学驱动单元111的光学驱动信号同步。光学驱动信号是例如镜头驱动基准时钟。

时序发生单元118包括第一时序发生器118-1和第二时序发生器118-2。第一时序发生器118-1生成第一驱动信号TGsig1，而第二时序发生器118-2生成第二驱动信号TGsig2。

图像处理电路120对于来自DFE 117的数据或来自存储器控制电路122的数据进行像素插值和颜色转换等预定图像处理。如果需要，图像处理电路120对图像数据进行预定计算。图像处理电路120基于存储在后面说明的存储器130中的校正数据，对从摄像设备114输出的信号进行校正。图像处理电路120还进行各输出信号的诸如颜色转换等的显影处理，以将图像数据转换成图像。另外，图像处理电路120包括数据处理块120-1。图像处理电路120基于图像进行焦点检测和亮度检测，并通过存储器控制电路122将检测结果提供给系统控制单元150。这样允许系统控制单元150向光学驱动单元111发送控制信息并进行光学系统110的调焦操作。

存储器控制电路122从DFE 117或图像处理电路120接收图像数据，并将图像数据存储在图像显示存储器124、存储器130或记录介质1200中。

图像显示存储器124临时存储与将显示在后面说明的图像显示单元128上的图像相对应的图像信号。

图像显示单元128包括薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)等。在电子取景器(EVF)操作期间，图像显示单元128连续显示图像(动画(movies))，并允许用户检查被摄体的运动。

存储器130存储所拍摄的静止图像和动画。存储器130具有足够存储预定数量的静止图像或预定时间的动画的存储容量。

快门控制单元140驱动快门112以调整快门的光圈。

焦点控制单元142进行自动调焦(AF)操作。然而，在该典型实施例中，由于使用从摄像设备114输出的一些信号进行调焦和测光操作，因而在EVF操作期间不使用焦点控制单元142。温度检测单元144测量摄像环境的环境温度和照相机内部温度(例如，摄像设备114周围的温度)。温度检测单元114是例如温度计。

测光控制单元146进行自动曝光(AE)操作。然而，在该典型实施例中，由于使用从摄像设备114输出的一些信号进行调焦和测光操作，因而在EVF操作期间不使用测光控制单元146。通过与闪光灯148协作工作，测光控制单元146可以具有闪光灯辅助摄像功能。

闪光灯148(也称之为频闪器)用于在黑暗中拍摄图像。闪光灯148还具有投射AF辅助光的功能。

系统控制单元150对摄像系统100进行控制。系统控制单元150包括例如中央处理单元(CPU)。

存储器152存储在系统控制单元150的操作中使用的常量、变量和程序。存储器152存储例如遮光校正数据等预先设置的校正数据。

显示单元154根据系统控制单元150所执行的程序显示操作状态和消息。

电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)等非易失性存储器156存储后面说明的程序。

操作单元160接收用户输入的指令。操作单元160包括快门开关、EVF操作开关、模式设置拨盘、单拍/连拍开关、连续调焦操作设置开关、ISO速度设置开关和电源开关。

通过快门开关、根据快门开关的按下深度逐步接通两个开关(SW1和SW2)。在半按下快门开关的第一步骤(在接通SW1的步骤)，进行自动调焦(AF)操作、自动曝光(AE)操作、自动白平衡(AWB)操作和闪光灯控制(EF)操作等操作。在完全按下快门开关的第二步骤(在接通SW2的步骤)，快门控制单元140对快门112进行控制。这样使得进行用于通过AFE 116和存储器控制电路122将从摄像设备114读取的信号写入存储器130中作为图像数据的曝光操作、以及使用在图像处理电路120和存储器控制电路122中所进行的计算的显影操作。另外，进行从存储器130读取图像数据、对图像数据进行压缩和将该图像数据写在记录介质1200上的一系列记录操作。

EVF操作开关用于在图像显示单元128上连续显示被摄体的图像。

模式设置拨盘用于在各种摄像模式间进行切换。各种摄像模式包括例如自动摄像模式、程序化摄像模式、快门速度优先摄像模式、光圈优先摄像模式、手动摄像模式、夜景摄像模式、天体摄像模式和肖像摄像模式。

单拍/连拍开关用于在单拍模式和连拍模式之间进行切换。

连续调焦操作设置开关用于重复AF操作和镜头调焦操作(通常，仅进行一次调焦操作)。

ISO速度设置开关用于设置摄像灵敏度(ISO速度)。电源开关用于向摄像系统100的各单元提供电力。电源控制单元182包括电池检测电路和DC-DC转换器。

电源单元186包括碱性电池或锂电池等一次电池、镍镉电池、镍氢电池或锂电池等二次电池、或者AC适配器。记录介质1200是存储卡和硬盘等可移动介质。

现参考图2A和2B说明摄像设备114。图2A和2B是示出摄像设备114的示例性结构布局的图。

摄像设备114包括像素阵列PA、垂直扫描电路77a和77b、水平扫描电路76a和76b、第一输出单元71和第二输出单元72。

像素阵列PA包括以矩阵配置的多个单位像素(一个像素)60(更具体地，像素60(1-1)～60(n-m))。各单位像素60均包括后面说明的光电转换元件。也就是说，像素阵列PA包括在列和行方向上配置的多个光电转换元件。根据从垂直扫描电路77a和77b输出的信号对各像素的电荷存储操作进行控制。

垂直扫描电路77a和77b分别从时序发生单元118接收第一驱动信号TGsig1和第二驱动信号TGsig2。这里，第一驱动信号TGsig1和第二驱动信号TGsig2是异步的。另外，由时序发生单元118生成第二驱动信号TGsig2，以与用于驱动光学驱动单元111的光学驱动信号同步。

垂直扫描电路77a基于第一驱动信号TGsig1，将

和

等信号提供给像素阵列PA的各行中的像素(第一像素)。垂直扫描电路77b基于第二驱动信号TGsig2，通过与各信号相对应的水平信号线将和

等信号提供给像素阵列PA的各行中的像素(第二像素)。开关SWt_x_1、SWr_x_1和SWs_x_1或者开关SWt_x_2、SWr_x_2和SWs_x_2设置作为各水平线上的控制信号所使用的垂直扫描电路77a或77b的信号。

更具体地，当接通开关SWt_x_1、SWr_x_1和SWs_x_1时，断开开关SWt_x_2、SWr_x_2和SWs_x_2。这样允许垂直扫描电路77a基于第一驱动信号TGsig1，通过相应的水平信号线将

和

等信号提供给各行中的像素(第一像素)。

另外，当接通开关SWt_x_2、SWr_x_2和SWs_x_2时，断开开关SWt_x_1、SWr_x_1和SWs_x_1。这样允许垂直扫描电路77b基于第二驱动信号TGsig2，通过相应水平信号线将

和

等信号提供给各行中的像素(第二像素)。

通过与系统控制单元150(未示出)的通信将开关SWt_x_1、SWr_x_1和SWs_x_1或者开关SWt_x_2、SWr_x_2和SWs_x_2设置成ON/OFF。同一时间只接通开关SWt_x_1、SWr_x_1和SWs_x_1或接通开关SWt_x_2、SWr_x_2和SWs_x_2其中之一。

水平扫描电路76a和76b两者均从时序发生单元118接收第一驱动信号TGsig1和第二驱动信号TGsig2。基于第一驱动信号TGsig1，水平扫描电路76a和76b读取从像素阵列PA的各列中的像素(第一像素)输出到垂直输出线67(i_a)(其中，i为自然数)的信号，并将该信号提供给后面说明的第一输出单元71。另外，基于第二驱动信号TGsig2，水平扫描电路76a和76b读取从像素阵列PA的各列中的像素(第二像素)输出到第二垂直输出线67(i_b)(其中，i为自然数)的信号，并将该信号提供给后面说明的第二输出单元72。

这里，垂直输出线67包括第一垂直输出线67(i_a)(其中，i为自然数)和第二垂直输出线67(i_b)(其中，i为自然数)。各第一垂直输出线67(i_a)与例如每隔三个垂直设置的像素(第一像素)连接。例如，第二垂直输出线67(i_b)与第一垂直输出线67(i_a)连接的像素以外的像素(第二像素)连接。

通过水平扫描电路76a和76b根据第一驱动信号TGsig1驱动第一输出单元71，并且第一输出单元71输出来自像素阵列PA中的至少一些像素(第一像素)的第一信号。更具体地，第一输出单元71包括S-N电路75(i_1)(其中，i为自然数)和输出放大器74-1和74-2。在S-N电路75(i_1)中，将“i”为偶数的S-N电路75(i_1)和“i”为奇数的S-N电路75(i_1)分别统称为S-N电路75a和75b。水平扫描电路76a和76b基于第一驱动信号TGsig1驱动S-N电路75(i_1)，并且S-N电路75(i_1)向放大器74-1和74-2提供从相应像素馈送到第一垂直输出线67(i_a)的信号。在对从S-N电路75(i_1)提供的信号进行放大后，输出放大器74-1和74-2将该信号输出给后级。

至少在图像显示操作和图像记录操作的其中一个中使用第一信号。例如，在EVF操作中使用第一信号。

通过水平扫描电路76a和76b根据第二驱动信号TGsig2驱动第二输出单元72，并且第二输出单元72输出来自像素阵列PA中的至少一些像素(第二像素)的第二信号。更具体地，第二输出单元72包括S-N电路75(i_2)(其中，i为自然数)和输出放大器74-3和74-4。水平扫描电路76a和76b基于第二驱动信号TGsig2驱动S-N电路75(i_2)，并且S-N电路75(i_2)向输出放大器74-3和74-4提供从相应像素(第二像素)输出给第二垂直输出线67(i_b)的信号。在对从S-N电路75(i_2)提供的信号进行放大后，输出放大器74-3和74-4将该信号输出给后级。

第二信号是在获取评价数据时使用的信号，其中，基于所述评价数据来确定拍摄条件。例如，在调焦操作(AF操作)中使用第二信号。

尽管在图2中，由第一输出单元71输出其信号的像素(第一像素)和由第二输出单元72输出其信号的像素(第二像素)相互不同，但是这些像素可以是相同像素。当第一输出单元和第二输出单元71和72输出来自相同像素的信号时，第一和第二输出单元71和72在不同时间输出信号。

现参考图3说明包括在像素阵列PA中的单位像素60。图3是示出包括在像素阵列PA中的单位像素60的示例性电路结构的图。

光电转换元件61进行光电转换和用于存储与被摄体的光学图像相对应的电荷(信号)的电荷存储操作。光电转换元件61可以是例如光电二极管(以下简称为PD)。

传送开关(以下简称为TX)62可以是例如晶体管。在提供给传送开关62的门极的信号变成激活时，接通TX 62，并且TX 62将由光电转换元件61所存储的电荷(信号)传送给后面将说明的浮动扩散器(floating diffusion)64。

浮动扩散器(以下简称为FD)64用作电容器。FD 64保持存储在PD 61且通过TX 62传送的电荷，并且生成与该电荷量相对应的电压(信号)。

放大器65用作例如源极跟随器。放大器65对与FD 64所保持的电荷相对应的电压进行放大，并且将该电压输出给后面说明的垂直输出线67。

选择开关66为例如晶体管。在提供给选择开关66的门极的信号

变成激活时，接通选择开关66，并且选择开关66允许将经放大器65放大的电压(信号)输出给垂直输出线67。

垂直输出线67将从放大器65输出的信号(电压)提供给第一输出单元71或第二输出单元72。

复位开关63对FD 64的电位进行复位。复位开关63为例如晶体管。在提供给复位开关63的门极的信号

变成激活时，接通复位开关63并对FD 64的电位进行复位。

现参考图4说明摄像设备114的操作。图4是示出摄像设备114的示例性操作的波形图。图4示出要提供给预定行(第n行)中的像素的信号和要提供给预定行的后一行(第(n+1)行)中的像素的信号。

在T0时刻，垂直扫描电路77a和77b将信号ΦRES(n)和ΦTX(n)设置成激活。这触发了开始对第n行中的像素的复位。更具体地，第n行中的像素的复位开关63对FD 64的电位进行复位，并通过传送开关62对光电转换元件61的电位进行复位(清除所存储的电荷)。

在T1时刻，垂直扫描电路77a和77b将信号ΦRES(n)和ΦTX(n)设置成未激活。此时，光电转换元件61开始电荷存储操作。

在T2时刻，垂直扫描电路77a和77b将信号ΦTX(n)设置成激活，以将存储在光电二极管61中的电荷传送给FD 64。更具体地，T1和T2之间的时段对应于摄像设备114的曝光时间(电荷存储时间)。

在T3时刻，垂直扫描电路77a和77b将信号ΦTX(n)设置成未激活以停止向FD 64传送电荷，并且还将信号ΦSEL(n)设置成激活，以在放大器65对FD 64的电压进行放大后，将该电压输出给垂直信号线67。

在T4时刻，垂直扫描电路77a和77b将信号ΦSEL(n)设置成未激活。同时，水平扫描电路76a和76b基于第一驱动信号TGsig1或第二驱动信号TGsig2对S-N电路75(i_1)和75(i_2)进行控制。这使得第一输出单元71输出来自第n行中的像素的第一信号。可选地，第二输出单元72输出第n行中的像素的第二信号。在T5时刻，垂直扫描电路77a和77b将信号ΦRES(n)和ΦTX(n)设置成激活。这使得第n行中的像素被复位。

这是第n行的典型单个水平行的存储和读取操作。类似地，如信号ΦRES(n+1)、ΦTX(n+1)和ΦSEL(n+1)所示，在从第n行的操作开始经过预定时间GT后，进行第(n+1)行的典型单个水平行的存储和读取操作。更具体地，在T0′时刻，垂直扫描电路77a和77b将信号ΦRES(n+1)和ΦTX(n+1)设置成激活。这触发了开始对第(n+1)行中的像素的复位。更具体地，第(n+1)行中的像素的复位开关63对FD 64的电位进行复位，并且通过传送开关62对光电转换元件61的电位进行复位(清除所存储的电荷)。在T1′时刻，垂直扫描电路77a和77b将信号ΦRES(n+1)和ΦTX(n+1)设置成未激活。此时，光电转换元件61开始电荷存储操作。

在T2′时刻，垂直扫描电路77a和77b将信号ΦTX(n+1)设置成激活，以将存储在光电二极管61中的电荷传送给FD 64。

在T3′时刻，垂直扫描电路77a和77b将信号ΦTX(n+1)设置成未激活，以停止向FD 64传送电荷，并且还将信号ΦSEL(n+1)设置成激活，以在放大器65对FD 64的电压进行放大后，将该电压输出给垂直信号线67。

在T4′时刻，垂直扫描电路77a和77b将信号ΦSEL(n+1)设置成未激活。同时，水平扫描电路76a和76b基于第一驱动信号TGsig1或第二驱动信号TGsig2，对S-N电路75(i_1)和75(i_2)进行控制。这使得第一输出单元71输出来自第(n+1)行中的像素的第一信号。可选地，第二输出单元72输出来自第(n+1)行中的像素的第二信号。在T5′时刻，垂直扫描电路77a和77b将信号ΦRES(n+1)和ΦTX(n+1)设置成激活。这使得第(n+1)行中的像素被复位。以这样的方式，进行电子取景器等与动画(连续图像拍摄)有关的操作的电子卷动存储操作。

如图2A和2B所示，由第一输出单元71输出其信号的像素(第一像素)不同于由第二输出单元72输出其信号的像素。因此，第一和第二输出单元71和72可以同时并行输出信号。另一方面，当第一和第二输出单元71和72输出来自相同像素的信号时，第一和第二输出单元71和72在不同时刻输出信号。

现参考图5说明摄像设备114的电子卷动存储操作。图5是示出摄像设备114的示例性电子卷动存储操作的时序图。在图5中，垂直轴表示各行的位置，而水平轴表示定时。

在各行中，在虚拟(dummy)电荷存储操作(虚拟存储)之前，顺序进行第一复位操作、电荷存储操作、传送操作、读取操作和第二复位操作。电荷存储操作的时期对应于上述电荷存储时间。将预定行和该预定行的后一行中的第一复位操作、电荷存储操作、传送操作、读取操作和第二复位操作的定时移位预定时间GT。更具体地，第一复位操作对应于卷帘式快门的机械前帘，而读取操作得对应于机械后帘。因此，电荷存储操作对应于卷动存储操作。

现参考图6说明第一输出单元71的操作。图6是示出第一输出单元71的示例性操作的流程图。

在步骤S601，时序发生单元118生成第一驱动信号TGsig1，并将第一驱动信号TGsig1提供给摄像设备114的水平扫描电路76a和76b。通过水平扫描电路76a和76b根据第一驱动信号TGsig1驱动摄像设备114的第一输出单元71，并且第一输出单元71将来自像素阵列PA中的至少一些像素的第一信号输出给AFE116。在图像显示操作和图像记录操作其中至少一个中使用第一信号。AFE 116进行A/D转换等模拟信号处理以生成第一图像数据，并且将第一图像数据输出给DFE 117。DFE 117将第一图像数据提供给图像处理电路120。图像处理电路120的数据处理块120-1基于第一图像数据，检测第一图像数据的平均输出电平Vout1。

在步骤S602，图像处理电路120将由数据处理块120-1检测到的平均输出电平Vout1与优选曝光输出电平Vtyp进行比较，以判断平均输出电平Vout1与优选曝光输出电平Vtyp是否基本相等。如果图像处理电路120判断为平均输出电平Vout1与优选曝光输出电平Vtyp基本相等，则处理返回到步骤S601。如果图像处理电路120判断为平均输出电平Vout1与优选曝光输出电平Vtyp不是基本相等，则处理进入步骤S603。

在步骤S603，图像处理电路120通过存储器控制电路122向系统控制单元150提供表示平均输出电平Vout1与优选曝光输出电平Vtyp不是基本相等的信息。系统控制单元150对时序发生单元118进行控制，以改变由第一输出单元71输出其信号的像素的目标电荷存储时间，从而使得平均输出电平Vout1接近输出电平Vtyp。

时序发生单元118基于目标电荷存储时间生成电荷存储控制信号，并且将该控制信号提供给摄像设备114的垂直扫描电路77a和77b。摄像设备114的垂直扫描电路77a和77b基于电荷存储控制信号修改

和

等信号，并将这些信号提供给各行中的像素。通过该操作，在各行中的像素中改变光电转换元件61的电荷存储时间。

在步骤S604，时序发生单元118生成第一驱动信号TGsig1，并将第一驱动信号TGsig1提供给摄像设备114的水平扫描电路76a和76b。通过水平扫描电路76a和76b，根据第一驱动信号TGsig1驱动摄像设备114的第一输出单元71，并且第一输出单元71将来自像素阵列PA中的至少一些像素的第一信号输出给AFE116。AFE 116对于第一信号进行A/D转换等模拟信号处理以生成第一图像数据，并且将第一图像数据输出给DFE 117。DFE117将第一图像数据提供给图像处理电路120。图像处理电路120的数据处理块120-1基于第一图像数据，再次检测第一图像数据的平均输出电平Vout1。

在步骤S605，图像处理电路120将由数据处理块120-1检测到的平均输出电平Vout1与优选曝光输出电平Vtyp进行比较，以判断平均输出电平Vout1是否基本上等于优选曝光输出电平Vtyp。如果图像处理电路120判断为平均输出电平Vout1基本上等于优选曝光输出电平Vtyp，则处理返回到步骤S601。如果图像处理电路120判断为平均输出电平Vout1不是基本上等于优选曝光输出电平Vtyp，则处理进入步骤S606。

在步骤S606，图像处理电路120通过存储器控制电路122向系统控制单元150提供表示平均输出电平Vout1不是基本上等于优选曝光输出水平Vtyp的信息。系统控制单元150对快门控制单元140进行控制，以改变快门112的开口(光圈)，从而使得平均输出电平Vout1接近输出电平Vtyp。

在步骤S607，时序发生单元118生成第一驱动信号TGsig1，并且将第一驱动信号TGsig1提供给摄像设备114的水平扫描电路76a和76b。通过水平扫描电路76a和76b，根据第一驱动信号TGsig1驱动摄像设备114的第一输出单元71，并且第一输出单元71将来自像素阵列PA中的至少一些像素的第一信号输出给AFE116。AFE 116对第一信号进行A/D转换等模拟信号处理，以生成第一图像数据，并且将第一图像数据输出给DFE 117。DFE117将第一图像数据提供给图像处理电路120。图像处理电路120的数据处理块120-1基于第一图像数据，检测第一图像数据的平均输出电平Vout1。

在步骤S608，图像处理电路120将由数据处理块120-1检测到的平均输出电平Vout1与优选曝光输出电平Vtyp进行比较，以判断平均输出电平Vout1是否基本上等于优选曝光输出水平Vtyp。如果图像处理电路120判断为平均输出电平Vout1基本上等于优选曝光输出电平Vtyp，则处理返回到步骤S601。如果图像处理电路120判断为平均输出电平Vout1不是基本上等于优选曝光输出电平Vtyp，则处理进入步骤S609。

在步骤S609，图像处理电路120通过存储器控制电路122向系统控制单元150提供表示平均输出电平Vout1不是基本上等于优选曝光输出电平Vtyp的信息。系统控制单元150对时序发生单元118进行控制以改变由第一输出单元71输出其信号的像素的目标增益值，从而使得平均输出电平Vout1接近输出电平Vtyp。

时序发生单元118基于目标增益值生成增益控制信号，并且将该控制信号提供给摄像设备114的第一输出单元71。第一输出单元71的输出放大器74-1和74-2基于增益控制信号改变增益。然后时序发生单元118使处理返回到步骤S601。

以这种方式，与第二输出单元72的操作异步并行进行第一输出单元71的操作。

同时，当通过EVF操作开关终止电子取景器操作时，或者当操作改变成其它操作(例如，响应于按下快门开关的静止图像拍摄操作)时，终止该操作序列。

尽管说明了用于顺序分别改变电荷存储时间、光圈和增益值以调整曝光的序列，但是，根据算法可以同时改变电荷存储时间、光圈和增益值。

现参考图7说明第二输出单元72的示例性操作。图7是示出第二输出单元72的示例性操作的流程图。

在步骤S701，时序发生单元118生成第二驱动信号TGsig2，并且将第二驱动信号TGsig2提供给摄像设备114的水平扫描电路76a和76b。通过水平扫描电路76a和76b，根据第二驱动信号TGsig2驱动摄像设备114的第二输出单元72，并且第二输出单元72将来自像素阵列PA中的至少一些像素的第二信号输出给AFE116。第二信号用于调焦，以及，例如，用在调焦操作(AF操作)中。AFE 116对第二信号进行A/D转换等模拟信号处理以生成第二图像数据，并将第二图像数据提供给DFE 117。DFE 117将第二图像数据提供给图像处理电路120。图像处理电路120的数据处理块120-1基于第二图像数据，检测第二图像数据的平均输出电平Vout2。

在步骤S702，图像处理电路120将由数据处理块120-1检测到的平均输出电平Vout2与预定输出电平Vcom进行比较，以判断平均输出电平Vout2是否基本上等于预定输出电平Vcom。如果图像处理电路120判断为平均输出电平Vout2基本上等于预定输出电平Vcom，则处理进入步骤S706。另一方面，如果图像处理电路120判断为平均输出电平Vout2不是基本上等于预定输出电平Vcom，则处理进入步骤S703。

在步骤S703，图像处理电路120通过存储器控制电路122向系统控制单元150提供表示平均输出电平Vout2不是基本上等于预定输出电平Vcom的信息。系统控制单元150对时序发生单元118进行控制，以改变由第二输出单元72输出其信号的像素的目标增益值，从而使得平均输出电平Vout2接近输出水平Vcom。

时序发生单元118基于目标增益值生成增益控制信号，并且将该控制信号提供给摄像设备114的第二输出单元72。第二输出单元72的输出放大器74-3和74-4基于增益控制信号改变增益。

在步骤S704，时序发生单元118生成第二驱动信号TGsig2，并且将第二驱动信号TGsig2提供给摄像设备114的水平扫描电路76a和76b。通过水平扫描电路76a和76b，根据第二驱动信号TGsig2，驱动摄像设备114的第二输出单元72，并且第二输出单元72将来自像素阵列PA中的至少一些像素的第二信号输出给AFE 116。第二信号用于调焦，以及，例如，用在调焦操作(AF操作)中。AFE 116对第二信号进行A/D转换等模拟信号处理以生成第二图像数据，并将第二图像数据提供给DFE 117。DFE117将第二图像数据提供给图像处理电路120。图像处理电路120的数据处理块120-1基于第二图像数据，再次检测第二图像数据的平均输出电平Vout2。

在步骤S705，图像处理电路120将由数据处理块120-1检测到的平均输出电平Vout2与预定输出电平Vcom进行比较，以判断平均输出电平Vout2是否基本上等于预定输出电平Vcom。如果图像处理电路120判断为平均输出电平Vout2基本上等于预定输出电平Vcom，则处理进入步骤S706。另一方面，如果图像处理电路120判断为平均输出电平Vout2不是基本上等于预定输出电平Vcom，则处理返回到步骤S703。

在步骤S706，图像处理电路120检测第二图像数据中的高频分量的平均强度以确定对比度值P，并且通过存储器控制电路122将对比度值P提供给系统控制单元150。系统控制单元150访问光学驱动单元111，以获取关于光学系统110的位置的信息。系统控制单元150将用于将对比度值P和光学系统110的位置相关联的关联信息存储在存储器130中。

在步骤S707，系统控制单元150对光学驱动单元111进行控制，以将光学系统110驱动预定量。

在步骤S708，系统控制单元150参考关联信息判断是否存在给出对比度值P的峰值的光学系统110的位置。如果系统控制单元150判断为存在给出该峰值的光学系统110的位置，则处理进入步骤S709。如果系统控制单元150判断为不存在给出该峰值的光学系统110的位置，则处理返回到步骤S706。

在步骤S709，系统控制单元150选择峰值对比度Pmax和与峰值对比度Pmax相对应的光学系统110的位置Lmax。然后，系统控制单元150基于与对比度Pmax相对应的光学系统110的位置Lmax，对光学驱动单元111进行控制，以驱动光学系统110。然后，系统控制单元150使处理返回到步骤S701。

以这种方式，与第一输出单元71的操作异步并行进行第二输出单元72的操作。

现参考图8说明第一和第二输出单元71和72的操作时序。图8是示出第一和第二输出单元71和72的操作时序的时序图。

如图8的图(a)所示，通过水平扫描电路76a和76b根据第一驱动信号TGsig1驱动第一输出单元71，并且第一输出单元71响应于像素读取操作的完成，对于各行将来自预定像素(第一像素)的第一信号输出给后级。

如图8的图(b)所示，通过水平扫描电路76a和76b根据第二驱动信号TGsig2驱动第二输出单元72，并且第二输出单元72响应于像素读取操作的完成，对于各行将来自预定像素(第二像素)的第二信号输出给后级。

在调焦操作中，使用不同的异步信号作为光学驱动信号和用于读取第一信号的第一驱动信号TGsig1。在这种情况下，第一驱动信号TGsig1和第二驱动信号TGsig2是异步的。更具体地，第二驱动信号TGsig2不与第一驱动信号TGsig1同步，而是与光学驱动信号同步。利用该结构，可以在调焦操作(例如，伺服AF操作)中充分跟踪被摄体。

另外，第二驱动信号TGsig2的周期短于第一驱动信号TGsig1的周期。利用该结构，即使用于调焦操作(例如伺服AF操作)的驱动信号快于第一驱动信号TGsig1，也可以充分跟踪被摄体。结果，可以充分提高操作性能。

第二典型实施例

现参考图9、10A和10B说明根据本发明的第二典型实施例的示例性摄像系统200。图9是示出根据本发明的第二典型实施例的摄像系统200的示例性结构的图，而图10A和10B是示出摄像设备214的示例性结构布局的图。

尽管摄像系统200的基本结构类似于第一典型实施例的摄像系统的基本结构，但是摄像系统200与根据第一典型实施例的摄像系统的不同在于具有摄像设备214、曝光计算单元255和时序发生单元218。

如图10A和10B所示，摄像设备214与根据第一典型实施例的摄像设备的不同在于具有第二输出单元272。通过水平扫描电路76a和76b根据第二驱动信号TGsig2驱动第二输出单元272，并且第二输出单元272输出来自像素阵列PA中的至少一些像素(第二像素)的第二信号。第二信号用于调焦和测光，以及，例如，用在调焦操作(AF操作)和曝光控制操作(AE操作)中。

如果在测光中使用根据第一实施例的第二信号，则由于第二信号的电荷存储时间短，并且增益水平升高，因而图像的S/N比不理想，并且图像可能缺乏准确性。

另一方面，在第二典型实施例中，曝光计算单元255基于第二信号计算像素阵列PA的目标曝光值。曝光计算单元255通过系统控制单元150将关于目标曝光值的信息提供给时序发生单元218。时序发生单元218基于目标曝光值生成曝光控制信号，并且将该控制信号提供给摄像设备214的垂直扫描电路77a和77b。摄像设备214的垂直扫描电路77a和77b基于曝光控制信号修改

和

等信号，并且将这些信号提供给各行中的像素。通过该操作，在各行的像素中改变光电转换元件61的电荷存储时间。更具体地，时序发生单元218根据曝光计算单元255计算出的目标曝光值，生成第二驱动信号TGsig2，以改变输出第二信号的光电转换元件61的电荷存储时间。

如图11所示，第二输出单元272的操作与第一典型实施例的不同在于以下几点。图11是示出第二输出单元272的示例性操作的流程图。

在步骤S803，图像处理电路120通过存储器控制电路122向系统控制单元150提供表示平均输出电平Vout2不是基本上等于预定输出电平Vcom的信息。图像处理电路120还检测基于第二信号的第二图像数据的亮度。曝光计算单元255通过存储器控制电路122和系统控制单元150，从图像处理电路120接收关于第二图像数据的亮度的信息。曝光计算单元255基于第二信号(根据第二图像数据的亮度)计算像素阵列PA的目标曝光值。曝光计算单元255通过系统控制单元150将关于目标曝光值的信息提供给时序发生单元218。

时序发生单元218基于目标曝光值生成曝光控制信号，并且将该控制信号提供给摄像设备214的垂直扫描电路77a和77b。摄像设备214的垂直扫描电路77a和77b基于曝光控制信号修改

和等信号，并且将这些信号提供给各行中的像素(第二像素)。通过该操作，在各行中的像素中改变光电转换元件61的电荷存储时间。更具体地，时序发生单元218根据曝光计算单元255计算出的目标曝光值，生成第二驱动信号TGsig2，以改变输出第二信号的光电转换元件61的电荷存储时间。

同时，与第一典型实施例相同或类似，异步并行进行第二输出单元272的操作和第一输出单元71的操作。

如图12所示，第一和第二输出单元71和272的操作时序与根据第一典型实施例的操作时序的不同在于以下几点。图12是示出第一和第二输出单元71和272的示例性操作时序的时序图。

如图12的图(b)所示，通过水平扫描电路76a和76b根据第二驱动信号TGsig2驱动第二输出单元272。第二输出单元272响应于像素读取操作的完成，对于各行将来自预定像素(第二像素)的第二信号输出给后级。

这里，第一驱动信号TGsig1和第二驱动信号TGsig2是异步的。利用该结构，当进行曝光控制操作(例如，AE操作)时(在获取测光数据时)，通过逐渐延长光电转换元件61的电荷存储时间，来确定给出优选曝光水平的数据。由于在该期间没有增大增益值，因而，可以以比增大增益值的情况更好的S/N比进行测光。另外，存储时间的精细调整变得更容易，并且获得更精确的结果。更具体地，可以根据被摄体的亮度精细地控制光电转换元件61的目标曝光值。结果，可以充分提高操作性能。

第三典型实施例

现参考图13、14A和14B说明根据本发明的第三典型实施例的示例性摄像系统300。图13是示出根据本发明的第三典型实施例的摄像系统300的示例性结构的图，而图14A和14B是示出摄像设备314的示例性结构布局的图。

尽管摄像系统300的基本结构与第一和第二典型实施例的摄像系统的基本结构类似，但是，摄像系统300与根据第一和第二典型实施例的摄像系统的不同在于包括摄像设备314和图像处理电路320，其中，图像处理电路320包括数据处理块320-1。

参考图14A和14B，摄像设备314与根据第一和第二典型实施例的摄像设备的不同在于包括第二输出单元372。通过水平扫描电路76a和76b根据第二驱动信号TGsig2驱动第二输出单元372，并且第二输出单元372输出来自像素阵列PA中的至少一些像素(第二像素)的第二信号。第二信号用于调焦、测光和脸部检测，以及，例如，用在调焦操作(AF操作)、曝光控制操作(AE操作)和脸部检测操作中。

图像处理电路320基于第二图像数据进行检测被摄体脸部的脸部检测操作。

另外，如图15所示，第二输出单元372的操作与第一和第二典型实施例的不同有以下几点。图15是示出第二输出单元372的示例性操作的流程图。

在步骤S1110，图像处理电路320基于第二图像数据进行被摄体的颜色检测，以提取被摄体的肤色区域(脸部)。

在步骤S1111，图像处理电路320将所提取的肤色区域(脸部)的位置(像素)识别为脸部区域。通过该操作，图像处理电路320将所识别的脸部区域设置为调焦目标区域。

在步骤S1106，图像处理电路320检测第二图像数据的脸部区域(调焦目标区域)中的高频分量的平均强度，以确定对比度值P，并且通过存储器控制电路122将对比度值P提供给系统控制单元150。系统控制单元150还访问光学驱动单元111，以获取关于光学系统110的位置的信息。系统控制单元150将用于将对比度值P与光学系统110的位置相关联的关联信息存储在存储器130中。

在脸部检测操作中，使用不同的异步信号作为光学驱动信号和用于读取第一信号的第一驱动信号TGsig1。在这种情况下，第一驱动信号TGsig1和第二驱动信号TGsig2是异步的。更具体地，第二驱动信号TGsig2不与第一驱动信号TGsig1同步，而是与光学驱动信号同步。利用该结构，可以在脸部检测操作中充分跟踪被摄体。

尽管在本发明的典型实施例中说明了用于分开从第一和第二输出单元输出信号的操作，但是，本发明不局限于该特定操作。例如，在拍摄静止图像的期间，可以响应于第一时序发生器所生成的第一驱动信号，从顶部像素行开始顺序输出所有像素的信号。

另外，第二输出单元的操作不局限于提取数据的操作。例如，第二输出单元可以稀疏信号，并且输出该信号，或者，象在第一输出单元的情况下一样，第二输出单元可用于显示图像。

因此，尽管在本发明的典型实施例中分开构成第一和第二输出单元，但是本发明不局限于该特定结构。例如，第一和第二输出单元可以共同使用水平扫描电路。此时，可以采用如下结构(或序列)：在正水平扫描第一输出单元的同时，使第二输出单元不工作。另外，可以采用如下结构(或序列)：在正水平扫描第二输出单元的同时，使第一输出单元不工作。

此时，可以在不同摄像模式(例如，EVF显示模式和动画记录模式)中使用第一和第二输出单元。

另外，第一驱动信号TGsig1和第二驱动信号TGsig2在第一摄像模式下可以是同步的，而在第二摄像模式下可以是异步的。这里，第一摄像模式可以是这样的模式，例如，在该模式下，不进行调焦操作、曝光控制操作和AF操作，而第二摄像模式可以是例如在其中进行调焦操作、曝光控制操作和AF操作的模式。在这种情况下，可以简化时序发生单元118的操作。更具体地，在第一摄像模式下，时序发生单元118可以分割第二驱动信号TGsig2的计数，以生成第一驱动信号TGsig1。

类似地，在第一摄像模式下，通过仅接通开关SWt_x_1、SWr_x_1和SWs_x_1，并使用第一驱动信号TGsig1顺序对所有像素进行控制，可以将所有输出信号当作为第一输出单元的输出。

另外，在本发明的典型实施例中仅说明了第二输出单元与光学驱动信号同步运行(而与第一驱动信号不同步)的情况，但是本发明不局限于该特定情况。例如，第二输出单元可以采用专用驱动基准信号。

利用上述结构，可以提高与EVF显示操作和记录动画等显示动画同时进行的调焦和测光操作等观测操作的可用性和性能。

尽管参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不局限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。

Claims

1.一种摄像设备，包括：

像素阵列，其包括沿列和行方向设置的多个光电转换元件；

第一输出单元，其被配置成由第一驱动信号驱动，并且用于输出来自所述像素阵列中的至少一些所述光电转换元件的第一信号；以及

第二输出单元，其被配置成由第二驱动信号驱动，并且用于输出来自所述像素阵列中的至少一些所述光电转换元件的第二信号；

其中，所述第一驱动信号和所述第二驱动信号是异步的；以及

在图像显示操作和图像记录操作其中至少一个中使用所述第一信号，而在调焦操作、测光操作和脸部检测操作其中至少一个中使用所述第二信号。

2.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述第二驱动信号的周期短于所述第一驱动信号的周期。

3.一种摄像设备，包括：

像素阵列，其包括沿列和行方向设置的多个光电转换元件；

其中，所述第一驱动信号和所述第二驱动信号在第一摄像模式下是同步的，而在第二摄像模式下是异步的；以及

4.根据权利要求3所述的摄像设备，其特征在于，所述第二驱动信号的周期短于所述第一驱动信号的周期。

5.一种摄像系统，包括：

根据权利要求1～4中任一项所述的摄像设备；

光学系统，用于在所述摄像设备上形成光学图像；以及

时序发生单元，用于生成第一驱动信号和第二驱动信号；

其中，所述时序发生单元分别将所述第一驱动信号和所述第二驱动信号提供给所述第一输出单元和所述第二输出单元。

6.根据权利要求5所述的摄像系统，其特征在于，还包括：

光学驱动单元，用于驱动所述光学系统；

其中，所述时序发生单元生成所述第二驱动信号，从而使得所述第二驱动信号与用于驱动所述光学驱动单元的光学驱动信号同步。

7.根据权利要求5所述的摄像系统，其特征在于，还包括：

曝光计算单元，用于基于所述第二信号计算所述像素阵列的目标曝光值；

其中，所述时序发生单元生成所述第二驱动信号，从而根据由所述曝光计算单元计算出的所述目标曝光值，改变用于输出所述第二信号的所述光电转换元件的电荷存储时间。

8.一种摄像设备的驱动方法，所述摄像设备具有包括沿列和行方向设置的多个光电转换元件的像素阵列，所述方法包括：

响应于第一驱动信号，输出来自所述像素阵列中的至少一些所述光电转换元件的第一信号；以及

响应于第二驱动信号，输出来自所述像素阵列中的至少一些所述光电转换元件的第二信号；

9.根据权利要求8所述的摄像设备的驱动方法，其特征在于，

所述第二驱动信号的周期短于所述第一驱动信号的周期。