CN1224244C - 成像设备 - Google Patents

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Abstract

一种成像设备，其包括一个光敏元件像素的矩阵阵列。在该成像设备的第一操作模式过程中把在该阵列中的有效区设置到第一区域，以及在该成像设备的第二操作模式过程中把该有效区设置到第二区域。该第一和第二区域在包含于其中的光敏元件像素的数目上互不相同。一个支架支承该阵列。该支架在与入射到该阵列的光线相关的光轴与该第一区域的中央相重合的第一位置和该光轴与第二区域的中央相重合的第二位置之间移动。在该成像设备的第一操作模式过程中把该支架固定在第一位置并且在该成像设备的第二操作模式过程中把该支架固定在第二位置。

Description

成像设备
技术领域
本发明涉及一种成像设备，其适用于在不但能够仅仅拍摄运动图像而且还能够拍摄静止图像、或者拍摄不同类型的运动图像的相机中。
背景技术
一些摄像机附加有作为一个电子照相机的功能。一般这样一种摄像机包括在水平方向(行方向)上具有960个光敏元件像素和在垂直方向(列方向)上具有640个光敏元件像素的点阵的固态成像单元阵列。因此，该固态成像单元阵列对应于640线。该典型的摄像机可以有选择地在运动图像拍摄模式或静止图像拍摄模式中工作。在运动图像拍摄模式操作过程中，该典型的摄像机为每一帧从由固态成像单元阵列所获得的525个NTSC线信号产生一个NTSC电视信号。该典型的摄像机输出所产生的NTSC电视信号。在静止图像拍摄模式操作中，该典型的摄像机从由该固态成像单元阵列所获得的所有线信号(640线信号)产生一个静止图像信号。该典型的摄像机输出所产生的静止图像信号，由该典型的摄像机所拍摄的静止图像的分辨率大约对应于600000(960乘640)个像素。
为提高更高的图像分辨率，可以把构成一个固态成像单元阵列的光敏元件像素的数目增加为大于600000的范围，例如，一个可能的固态成像单元阵列在水平方向上具有1280个光敏元件像素以及在垂直方向上具有720个光敏元件像素。该可能的固态成像单元阵列对应于720线。当用30Hz的频率对每个帧逐行扫描该720线时，该可能的固态成像单元阵列输出720P/30帧系统的运动图像信号。
通常，一个固态成像单元阵列包括一个CCD结构，用于把信号电荷从光敏元件像素传送到一个输出端。该CCD结构具有垂直信号电荷传送部分(垂直CCD)以及水平信号电荷传送部分(水平CCD)。在每个63.5微秒水平扫描周期中由一个水平CCD传送对应于2560(1280乘以2)个像素的信号电荷的情况中，该水平传送速率等于40.31MHz(＝1280×2/63.5微秒)。当在水平CCD中的水平传送速率增加时，由该水平CCD所消耗的电功率的速率增加，并且由该水平CCD所产生的热量的速率也增加。在热产生速率中的增加降低从该固态成像单元阵列输出的图像信号的S/N比。
日本专利申请公告第P2002-27332A号中公开一种具有固态成像单元阵列的成像设备，其中包括光敏元件像素、垂直CCD和水平CCD。在被从水平CCD输出之前，信号电荷被从该光敏元件像素通过该垂直CCD传送到水平CCD。在该日本专利申请第P2002-27332A号中的成像设备被设计为解决上述问题，即，由水平CCD所消耗的电功率的速率的增加和从该固态成像单元阵列所输出的图像信号的S/N比减小。具体来说，该成像设备可以有选择地工作在运动图像拍摄模式或静止图像拍摄模式。该固态成像单元阵列被分为包括区域B、D和E的区域。该区域B和E沿着一条垂直线相邻接，并且在该水平CCD上延伸。该区域D被提供在该区域E和水平CCD之间。该区域E比区域B更加远离水平CCD的输出端。在静止图像拍摄模式操作过程中，信号电荷被从区域B、D和E传送到水平CCD。在该运动图像拍摄模式操作过程中，信号电荷被从区域B传送到水平CCD，并且区域D阻止信号电荷从区域E传送到水平CCD。因此，在运动图像拍摄模式操作的每个水平扫描周期过程中，由传送到该水平CCD的信号电荷所表示的像素数目可以相对于运动图像拍摄模式操作过程中的情况减小。相应地，在运动图像拍摄模式操作过程中，在水平CCD中的水平传送速率可以被设置为相对较低的数值。
在日本专利申请第P2002-27332A号的成像设备中，该固态成像单元阵列中的区域E在静止图像拍摄模式操作过程中被有效地使用，并且在运动图像拍摄模式操作过程中不被有效地使用。因此，该固态成像单元阵列的有效区(实际使用区域)的形状和其中央位置取决于该成像设备是否工作于静止图像拍摄模式或运动图像拍摄模式。该成像设备包括一个控制器，用于相对于一个透镜移动该固态成像单元阵列，以补偿该固态成像单元阵列的有效区的中央位置的改变。具体来说，该控制器根据该成像设备是否工作于静止图像拍摄模式或运动图像拍摄模式，把该固态成像单元阵列的位置相对于该透镜移动。因此，该透镜的光轴中央相对于该固态成像单元阵列的位置取决于该成像设备是否工作于静止图像拍摄模式或运动图像拍摄模式。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种成像设备，其可以精确地记录以一个固态成像单元阵列的有效区的中央为中央的光轴。
本发明的第一方面提供一种成像设备，其包括：包含一个光敏元件像素矩阵的固态成像单元阵列；第一装置，用于在该成像设备的第一操作模式过程中把该固态成像单元阵列中的有效区设置到第一区域，以及在该成像设备的第二操作模式过程中把该有效区设置到第二区域，该第一和第二区域在包含于其中的光敏元件像素的数目上互不相同；支架，用于支承该固态成像单元阵列；第二装置，用于把该支架在与入射到该固态成像单元阵列的光线相关的光轴与该第一区域的中央相重合的第一位置和该光轴与第二区域的中央相重合的第二位置之间移动；第三装置，用于在该成像设备的第一操作模式过程中把该支架固定在第一位置并且在该成像设备的第二操作模式过程中把该支架固定在第二位置；第四装置，用于在该成像设备的第一操作模式过程中从该固态成像单元阵列的第一区域中产生的信号分量产生第一图像信号；以及第五装置，用于在该成像设备的第二操作模式过程中从该固态成像单元阵列的第二区域中产生的信号分量产生第二图像信号；其中该第二装置包括一个导向杆、用于在该导向杆上可滑动地支承该支架的装置、可移动杠杆、以及用于根据该杠杆的运动沿着该导向杆移动该支架的装置。
本发明的第二方面基于其第一方面，提供一种成像设备，其中在该固态成像单元阵列中的矩阵具有在水平方向上的第一预定数目“a”个光敏元件像素和在垂直方向上的第二预定数目“b”的光敏元件像素，该第一区域具有在水平方向上的第一预定数目“a”个光敏元件像素和在垂直方向上的第二预定数目“b”个光敏元件像素，并且该第二区域具有在水平方向上的第三预定数目“c”个光敏元件像素以及在垂直方向上的第二预定数目“b”个光敏元件像素，该第三预定数目“c”小于该第一预定数目“a”。
本发明的第三方面提供一种成像设备，其中包括：包含一个光敏元件像素矩阵的固态成像单元阵列；第一装置，用于在该成像设备的第一操作模式过程中把该固态成像单元阵列中的有效区设置到第一区域，以及在该成像设备的第二操作模式过程中把该有效区设置到第二区域，该第一和第二区域在包含于其中的光敏元件像素的数目上互不相同；在该固态成像单元阵列的前方延伸的一个光学系统；第二装置，其包含在该光学系统中，用于把该光学系统的光轴相对于该固态成像单元阵列移动；第三装置，用于控制该第二装置，以在该成像设备的第一操作模式过程中把该光轴设置为与该第一区域的中央相重合，以及在该成像设备的第二操作模式过程中把该光轴设置为与该第二区域的中央相重合；第四装置，用于在该成像设备的第一操作模式过程中从该固态成像单元阵列的第一区域产生的信号分量产生第一图像信号；第五装置，用于在该成像设备的第二操作模式过程中，从在该固态成像单元阵列的第二区域中产生的信号分量产生第二图像信号；以及支架，用于支承该固态成像单元阵列；其中该第二装置包括一个导向杆、用于在该导向杆上可滑动地支承该支架的装置、可移动杠杆、以及用于根据该杠杆的运动沿着该导向杆移动该支架的装置。
本发明的第四方面基于其第三方面，并且提供一种成像设备，其中在该固态成像单元阵列中的矩阵具有在水平方向中的第一预定数目“a”个光敏元件像素以及在垂直方向中的第二预定数目“b”个光敏元件像素，该第一区域具有在水平方向中的第一预定数目“a”个光敏元件像素以及在垂直方向中的第二预定数目“b”个光敏元件像素，并且该第二区域具有在水平方向中的第三预定数目“c”个光敏元件像素和在垂直方向中的第二预定数目“b”个光敏元件像素，该第三预定数目“c”小于第一预定数目“a”。
附图说明
图1为在根据本发明第一实施例的成像设备中的固态成像单元阵列的一部分的示意图。
图2为在本发明第一实施例中的成像设备的方框图。
图3为在本发明的第一实施例中的固态成像单元阵列的示意图。
图4为垂直同步信号、水平同步信号和在图2中的成像设备的第一运动图像拍摄模式操作过程中出现的来自固态成像单元阵列的输出信号的时域图。
图5为垂直同步信号、水平同步信号和在图2中的成像设备的第二运动图像拍摄模式操作过程中出现的来自固态成像单元阵列的输出信号的时域图。
图6为垂直同步信号、水平同步信号和在图2中的成像设备的静止图像拍摄模式操作过程中出现的来自固态成像单元阵列的输出信号的时域图。
图7为在本发明的第一实施例中用于移动该固态成像单元阵列的机构的部件分解透视图。
图8为图7的机构的平面视图，其中用于承载该固态成像单元阵列的可运动框架位于第一限制位置。
图9为图7的机构的平面视图，其中该可运动框架位于第二限制位置。
图10为根据本发明第二实施例的成像设备的一部分的示意图。
图11为根据本发明第三实施例的成像设备的一部分的示意图。
图12为在根据本发明第四实施例的成像设备中的固态成像单元阵列的示意图。
具体实施方式
第一实施例
参见图1，光电转换元件(光敏元件像素或光检测元件像素)1位于被称为固态成像单元阵列10的一个矩阵10中。该固态成像单元阵列10具有光电转换元件1的列和行。该光电转换元件1的列分别位于垂直电荷传送CCD 2附近并且与其相连接。该垂直电荷传送CCD 2被称为垂直CCD 2。在每组光电转换元件列和垂直CCD 2中，该光电转换元件1分别与垂直CCD 2的连续段(级)相连接。该垂直CCD 2的较低端分别与水平电荷传送CCD 3的连续段(级)相连接。该水平电荷传送CCD 3被称为水平CCD 3。
每个光电转换元件1响应被施加到其上的一部分输入光而产生信号电荷。所产生的信号电荷在由垂直CCD 2垂直传送到水平CCD 3之前，被从光电转换元件1移动到该垂直CCD 2的相关段。在被从水平CCD 3的输出端3out移动到下一级或者作为一个图像信号的一部分的外部部分之前，该信号电荷被该水平CCD 3水平地传送。该水平CCD3的输出端3out形成固态成像单元阵列10的一个输出端。
最好，该固态成像单元阵列10受到逐行扫描，使得对应于一个帧的图像信号可以在电视信号的每个场周期过程中从阵列10输出。
参见图2，在本发明的第一实施例中的成像设备包括固态成像单元阵列10、时序产生器11、控制部分12和成像处理部分13。该时序产生器11响应来自控制部分12的控制信号产生时序信号。该时序产生器11把所产生的时序信号输出到固态成像单元阵列10。该时序信号包括用于垂直CCD 2和水平CCD 3的驱动信号和时钟信号。该成像设备在选自各种模式中的一种模式中工作，该模式包括第一运动图像拍摄模式、第二运动图像拍摄模式和静止图像拍摄模式。该成像设备的操作模式可以响应由用户界面或者由用户所操作的输入单元产生的一个模式选择信号而改变。通常，该模式选择信号表示该成像设备的所需或所指定的操作模式。该控制部分12接收该模式选择信号。该控制部分12响应该模式选择信号，控制固态成像单元阵列10、时序产生器11和成像处理部分13，使得该成像设备将在基于该模式选择信号的模式中工作。该固态成像单元阵列10在被来自时序产生器11的时序信号所驱动并且被控制部分12所控制时产生一个图像信号。所产生的图像信号被从固态成像单元阵列10通过水平CCD 3的输出端3out传送到成像处理部分13，即通过固态成像单元阵列10的输出端传送。当被控制部分12所控制时，该成像处理部分13把该图像信号处理为一个视频信号(或第二图像信号)。该成像处理部分13输出该视频信号，作为该成像设备的输出信号。该视频信号选自各种格式，包括NTSC格式、HD电视格式(高清晰度电视格式)以及静止图像格式。
该控制部分12例如包括具有输入/输出部分、处理部分、ROM和RAM的组合的微计算机或类似设备。在这种情况中，控制部分12根据存储在ROM中的计算机程序而操作。该计算机程序被指定，使得控制部分12将实现分配给它的操作步骤，这将在下文中描述。
如图3中所示，该固态成像单元阵列10为在水平方向上具有1280个光敏元件像素(光电转换元件)和在垂直方向上具有960个光敏元件像素(光电转换元件)的矩阵结构。该水平方向和垂直方向分别对应于相对该矩阵的行方向和列方向。该固态成像单元阵列10的感光区域被分为矩形区域“A”、“B”、“C”、“D”、“E”、“F”、“G”、“H”和“I”，其具有沿着水平和垂直方向延伸的水平和垂直边。该区域“A”、“B”、“C”、“D”和“E”被连续地按照该次序排列，并且从向上的垂直方向上看去相互对齐。该区域“A”密封件67水平CCD 3相邻。该区域“F”、“G”、“H”和“I”被按照该次序连续地设置，并且从向上的垂直方向上看去相互对齐。该区域“F”密封件67水平CCD 3相邻。该区域“A”、“B”、“C”、“D”和“E”的组与区域“F”、“G”和“I”的组并排或者在水平方向上并列设置。该区域“H”与该区域“B”、“C”和“D”的组水平对齐。该区域“F”、“G”、“H”和“I”的组比区域“A”、“B”、“C”、“D”和“E”的组更加远离水平CCD 3的输出端3out。
该区域“C”具有在水平方向上的960个光敏元件像素1和在垂直方向上的480个光敏元件像素1。该区域“B”、“C”和“D”的组具有在水平方向上的960个光敏元件像素1和在垂直方向上的720个光敏元件像素。该区域“A”、“B”、“C”、“D”和“E”的组具有在水平方向上的960个光敏元件像素1和在垂直方向上的960个光敏元件像素1。该区域“H”具有在水平方向上的320个光敏元件像素1和在垂直方向上的720个光敏元件像素1。该区域“F”、“G”、“H”和“I”的组具有在水平方向上的320个光敏元件像素1和在垂直方向上的960个光敏元件像素。
在第一运动图像拍摄模式操作过程中，由从该成像设备产生并输出的视频信号为NTSC格式。在第二运动图像拍摄模式操作过程中，由该成像设备所产生和输出的视频信号为HD电视格式。在静止图像拍摄模式操作过程中，由该成像设备所产生和输出的视频信号为静止图像格式。
在第一运动图像拍摄模式操作过程中，在区域“C”中产生的信号电荷被用于产生一个NTSC电视信号。在该区域“A”、“B”和“D”-“I”中产生的信号电荷被从NTSC电视信号的产生中排除。更加具体来说，在第一运动图像拍摄模式操作过程中，在区域“A”、“B”、“D”和“E”中产生的信号电荷被从NTSC电视信号的产生中排除，并且区域“F”被控制，以阻止信号电荷从“G”、“H”和“I”传送到水平CCD 3。因此，信号电荷到远离输出端3out的水平CCD 3的深端部的传送被阻止。在第二运动图像拍摄模式操作过程中，该区域“F”被控制，以允许信号电荷的传送，使得在区域“B”、“C”、“D”和“H”中产生的信号电荷被用于产生一个HD电视信号。在区域“A”、“E”、“F”、“G”和“I”中产生信号电荷被从HD电视信号的产生中排除。在静止图像拍摄模式操作过程中，在所有区域“A-I”中产生的信号电荷被用于产生一个静止图像信号。按照这种方式，在该固态成像单元阵列10中的有效区(实际使用的区)取决于该成像设备的操作模式。
该成像设备包括位于该固态成像单元阵列10的前方的一个光学系统。输入光被通过该光学系统入射到固态成像单元阵列10。该光学系统具有在固态成像单元阵列10的前方延伸的透镜80。如下文所述，根据该成像设备的操作模式，该光学系统或透镜80的光轴中央相对于固态成像单元阵列10而移动在第一运动图像拍摄模式操作过程中，该透镜80的光轴中央(光学系统)位于与该区域“C”的中央相重合的位置X1处。在第二运动图像拍摄模式操作或静止图像拍摄模式操作过程中，该透镜80的光轴中央位于与区域“B”、“C”、“D”和“H”组的中央或者固态成像单元阵列10的中央(所有区域“A-I”的组的中央)相重合的位置X2处。该位置X1和X2水平分离。
该成像设备包括一个激励器，用于把固态成像单元阵列10相对于透镜80在水平方向上移动。该控制部分12驱动和控制该激励器，以响应该模式选择信号把该透镜80的光轴中央在位置X1和X2之间移动。
该激励器可以由用于把固态成像单元阵列10相对于该透镜80在水平方向上移动的手动操作的机构来代替。在这种情况中，该手动操作的机构由一个用户所控制，以根据该成像设备的操作模式把该透镜80的光轴中央在位置X1和X2之间改变。
该成像设备操作如下。在第一运动图像拍摄模式操作过程中，控制部分12控制时序产生器11以产生驱动脉冲信号。该时序产生器11把所产生的驱动脉冲信号输出到固态成像单元阵列10。该驱动脉冲信号包括用于从光电转换元件1读出信号电荷的驱动脉冲信号(读取脉冲信号)、用于垂直CCD 2的驱动脉冲信号和滤波器66水平CCD 3的驱动脉冲信号。该控制部分12控制该激励器，以把透镜80的光轴中央设置在位置X1处(参见图3)。另外，控制部分12控制固态成像单元阵列10使得区域“F”将阻止信号电荷沿着相关的水平CCD 3传送。例如，在此具有一个开关，用于有选择地允许和禁止该驱动脉冲信号施加到区域“F”中的垂直CCD 2的电路级。在这种情况中，该控制部分12控制该开关，以禁止该驱动脉冲信号施加到在该区域“F”中的垂直CCD2的电路级，从而阻止该信号电荷沿着区域“F”中的垂直CCD 2传送。
在第一运动图像拍摄模式操作过程中，当时序产生器11把读取脉冲信号的脉冲施加到固态成像单元阵列10时，信号电荷被从光电转换元件1传送到附近的垂直CCD 2。然后，该信号电荷被按照由用于垂直CCD 2的驱动脉冲信号的每个脉冲所给出的时序沿着垂直CCD 2向水平CCD 3移动。直到在区域“A”和“B”中产生的所有信号电荷到达水平CCD 3为止，该时序产生器11被控制部分12所控制，以把用于垂直CCD 2的驱动脉冲信号保持在预定的非常高的频率上。因此，该信号电荷由该垂直CCD 2以非常高的速率传送。上述用于垂直CCD 2的驱动脉冲信号的频率设置基于这样的事实，即在区域“A”和“B”中产生的信号电荷不被用于产生一个NTSC电视信号。该时序产生器11由控制部分12所控制，以把用于水平CCD 3的驱动脉冲信号保持在所选择的预定频率，使得可以由用于NTSC电视信号的每个水平扫描周期的水平CCD 3传送对应于1920像素的信号电荷。
在第一运动图像拍摄模式操作过程中，紧接着在该区域“C”的下边缘产生的信号电荷到达水平CCD 3之前，时序产生器11由控制部分12所控制，以把用于垂直CCD 2的驱动脉冲信号的频率改变为预定的中间数值，在该中间数值上，对于该NTSC电视信号的每半个水平扫描周期，该信号电荷被向着水平CCD 3移动一个电路级。因此，对于每个水平扫描周期，该信号电荷被移动两个电路级。结果，对于240个水平扫描周期(480线除以2)，在该区域“C”中产生的所有信号电荷被传送到水平CCD 3。当在区域“C”中产生的信号电荷被传送到水平CCD 3时，对于每个水平扫描周期，对应于1920个像素的信号电荷被水平CCD 3所传送。因此，对于每个水平扫描周期，固态成像单元阵列10输出表示1920个像素的一部分图像信号。当完成把在区域“C”中产生的所有信号电荷传送到水平CCD 3时，时序产生器11被控制部分12所控制，以再次把用于垂直CCD 2的驱动脉冲信号设置在预定的非常高的频率。然后，用于垂直CCD 2被保持在预定的非常高的频率，使得在区域“D”和“E”中产生的所有信号电荷被以非常高的速率传送到水平CCD 3。另一方面，向水平CCD 3传送的在区域“G”、“H”和“I”中产生的所有信号电荷被区域“F”所阻挡。因此，避免在区域“G”、“H”和“I”中产生的所有信号电荷到达水平CCD 3。
如图4中所示，在一个NTSC电视信号中的垂直同步信号具有按照与垂直扫描周期或者1场周期1VD相等的等间隔分离的一系列脉冲。一个场周期1CD包括262.5个水平扫描周期(262.5HD)。在该NTSC电视信号中的一个水平同步信号具有按照与水平扫描周期1HD相等的等间隔分离的一系列脉冲。
在该成像设备以第一运动图像拍摄模式工作的情况中，在每个场周期1VD的前部过程中，用于该垂直CCD 2的驱动脉冲信号被保持在预定的非常高的频率，使得在区域“A”和“B”中产生的信号电荷被以非常高的速率传送到水平CCD 3。因此，在每个场周期1VD的前部过程中，从该固态成像单元阵列10输出的一个图像信号从在区域“A”和“B”中产生的信号电荷产生。类似地，在每个场周期1VD的后部过程中，用于垂直CCD 2的驱动脉冲信号被保持在预定的非常高的频率，使得在区域“D”和“E”中产生的信号电荷被以非常高的速率传送到水平CCD 3。因此，在每个场周期1VD的后部过程中，从固态成像单元阵列10输出的图像信号从在区域“D”和“E”中产生的信号电荷产生。另一方面，在对应于一个水平扫描周期1HD的240倍的(即，240HD)的每个场周期1VD的中间部分过程中，对于每个水平扫描周期1HD，用于垂直CCD 2的驱动脉冲信号的频率保持在预定中间数值，在此在区域“C”中产生的信号电荷被向着水平CCD 3移动两级。因此，在每个场周期1VD的中间部分(240HD部分)过程中，在对应于480级的区域“C”中产生的信号电荷被传送到水平CCD 3。在每个场周期1VD的中间部分过程中，该水平CCD 3输出对应于分别由960像素构成的480线的信号电荷。所输出的信号电荷在区域“C”中产生。因此，在每个场周期1VD的中间部分过程中，从固态成像单元阵列10输出的图像信号从在区域“C”中产生的信号电荷产生。如图4中所示，对于每个水平扫描周期1HD，该水平CCD 3输出对应于分别由960个像素所构成的2条线的信号电荷。
在第一运动图像拍摄模式操作过程中，该成像处理部分13从固态成像单元阵列10接收图像信号。响应来自控制部分12的控制信号，该成像处理部分13仅仅从反映在区域“C”中产生的信号电荷的图像信号的部分产生一个NTSC电视信号。该成像处理部分13从NTSC电视信号的产生中排除反映在区域“A”、“B”、“D”和“E”中产生的信号电荷的部分图像信号。该成像处理部分13输出NTSC电视信号。
如上文所述，在第一运动图像拍摄模式操作过程中，当在“A”、“B”、“C”、“D”和“E”中产生的信号电荷被传送到水平CCD 3时，在区域“F”、“G”、“H”和“I”中产生的信号电荷被防止到达水平CCD 3。因此，仅仅从区域“A”、“B”、“C”、“D”和“E”中产生的信号电荷被水平CCD 3所传送。因此，滤波器66水平CCD 3的驱动脉冲信号的频率可以与用于在沿着水平方向具有960个光敏元件像素的一个固态成像单元阵列中的垂直CCD的驱动脉冲信号相同。在一个水平扫描周期1HD等于63.5微秒的情况中，与水平CCD 3相关的水平传送速率等于30.24MHz(＝960×2/63.5微秒)。该水平传送速率与用于水平CCD3的驱动脉冲信号的频率相等效。当考虑一个OB(光学黑体级：暗电流校正)信号的传送时，与水平CCD 3相关的一个优选水平传送速率略高于30.24MHz。
在第一运动图像拍摄模式操作过程中产生的图像信号可以被输出作为一个480P系统的电视信号，其被设计为使得480条有效扫描线以60Hz的帧频逐行扫描，或者作为一个480I系统的电视信号，其被设计为使得480条有效扫描线被以60Hz的场频交织地扫描。
一个防抖动处理可以在第一运动图像拍摄模式操作过程中通过使用固态成像单元阵列10而实现。具体来说，该固态成像单元阵列10的方向和抖动量被检测，并且按照一种已知的方式产生其代表的信息。该抖动方向和抖动量信息被馈送到控制部分12。该时序产生器11由控制部分12响应该抖动方向和抖动量信息而控制，使得由用于垂直CCD 2的驱动脉冲信号所给出的时序将取决于该抖动方向和抖动量信息。从而，该区域“C”实际上在垂直方向上运动，以补偿该抖动。
光电转换元件的结构可以被添加到图3中的固态成像单元阵列10的左边。在这种情况中，可以通过在第一运动图像拍摄模式操作过程中使用固态成像单元阵列10来实现水平防抖动处理。
区域“C”可以在从图3稍微向右偏移的位置处。并且在这种情况中，可以通过在第一运动图像拍摄模式操作过程中使用固态成像单元阵列10来实现水平防抖动处理。
下面将更加详细地描述该第二运动图像拍摄模式操作。在该第二运动图像拍摄模式操作过程中，控制部分12控制时序产生器11以产生驱动脉冲信号。该时序产生器11把所产生的驱动脉冲信号输出到固态成像单元阵列10。该驱动脉冲信号包括一个用于从光电转换元件1读出信号电荷的驱动脉冲信号(读出脉冲信号)、用于垂直CCD 2的驱动脉冲信号和用于水平CCD 3的驱动脉冲信号。该控制部分12控制该激励器，以把透镜80的光轴中央置于位置X2处(参见图3)。另外，控制部分12控制固态成像单元阵列10，使得该区域“F”将允许信号电荷沿着相关的垂直CCD 2传送，并且作为正常信号。
在第二运动图像拍摄模式操作过程中，当时序产生器11把读出脉冲信号的脉冲施加到固态成像单元阵列10时，信号电荷被从光电转换元件1传送到附近的垂直CCD 2。然后，该信号电荷按照由用于垂直CCD 2的驱动脉冲信号的每个脉冲所给出的时序沿着垂直CCD 2向水平CCD 3移动。直到在区域“A”、“F”和“G”中产生的所有信号电荷到达水平CCD 3时为止，时序产生器11由控制部分12所控制，以把用于垂直CCD 2的驱动脉冲信号保持在预定的非常高频率。因此，该信号电荷由垂直CCD 2以非常高的速率传送。上述用于垂直CCD 2的驱动脉冲信号的频率设置基于这样的事实，即在区域“A”、“F”和“G”中产生的信号电荷不被用于产生HD电视信号。该时序产生器11由控制部分12所控制，以把用于水平CCD 3的驱动脉冲信号保持在所选择的预定频率，从而可以对每个水平扫描周期1HD(在该NTSC系统中定义)由水平CCD 3传送对应于1920个像素的信号电荷。因此，对每2个水平扫描周期2HD，由水平CCD 3传送作为对应于分别由1280个像素所构成的3条线的信号电荷的3840个像素的信号电荷。用于水平CCD 3的驱动脉冲信号的频率与在第一运动图像拍摄模式操作过程中相同。该设计可以简化成像处理部分13的结构。
在第二运动图像拍摄模式操作过程中，紧接着在区域“B”和“H”的下边缘中产生的信号电荷到达水平CCD 3之前，该时序产生器11由控制部分12所控制，以把用于垂直CCD 2的驱动脉冲信号的频率改变为一个预定中间数值，在此对于每2个水平扫描周期2HD(在NTSC系统中定义)，信号电荷被向着水平CCD 3移动3级。结果，对于480个水平扫描周期480HD，在区域“B”、“C”、“D”和“H”中产生并且对应于720条线(720级)的所有信号电荷被传送到水平CCD 3。当在区域“B”、“C”、“D”和“H”中产生的信号电荷被传送到水平CCD 3时，对于每2个水平扫描周期2HD，对应于3840个像素(分别由1280个像素所构成的3条线)的信号电荷水平CCD 3所传送。因此，对于每2个水平扫描周期2HD，固态成像单元阵列10输出表示3840个像素(3条线)的一部分图像信号。当完成把在区域“B”、“C”、“D”和“H”中产生的所有信号电荷传送到水平CCD 3时，时序产生器11由控制部分12所控制，以按照预定非常高的频率再次设置用于垂直CCD2的驱动脉冲信号。然后，用于垂直CCD 2的驱动脉冲信号被以非常高的频率保持，使得在区域“E”和“I”中产生的所有信号电荷被以非常高的速率传送到水平CCD 3。
参见图5，在该成像设备工作于运动图像拍摄模式中的情况下，在每2个垂直扫描周期2VD(在NTSC系统中定义)中，水平CCD 3输出对应于分别由1280个像素所构成的720线。所输出的信号电荷在区域“B”、“C”、“D”和“H”中产生。因此，从固态成像单元阵列10输出的图像信号具有来自在区域“B”、“C”、“D”和“H”中产生的信号电荷的部分。如图5中所示，对于每2个水平扫描周期2HD，该水平CCD 3输出对应于分别由1280个像素所构成的3条线的信号电荷。
在第二运动图像拍摄模式操作过程中，成像处理部分13接收来自固态成像单元阵列10的图像信号。响应来自控制部分12的控制信号，成像处理部分13仅仅从反映在区域“B”、“C”、“D”和“H”中产生的信号电荷的部分图像信号产生一个HD电视信号。。最好，成像处理部分13从该HD电视信号的产生中排除反映在区域“A”、“E”、“F”、“G”和“I”中产生的信号电荷的部分图像信号。该成像处理部分13输出HD电视信号。构成由HD电视信号所代表的一个帧的像素数目等于构成由在第一运动图像拍摄模式操作过程中产生的NTSC电视信号所代表的一个帧的像素数目的两倍。每秒的HD电视信号的帧数等于在第一运动图像拍摄模式操作过程中产生的NTSC电视信号的帧数的一半。最好，在第二运动图像拍摄模式操作过程中，用于水平CCD 3的驱动脉冲信号的频率等于30.24MHz或者更高。
从固态成像单元阵列10输出的图像信号可以用一个存储器进行垂直防抖动处理。在这种情况中，每组2个相邻垂直扫描周期2VD被分为前部、中部和后部。在前部过程中，在区域“A”、“F”和“G”中产生的信号电荷被从固态成像单元阵列10输出，作为一个图像信号的一部分。该中部被指定到在区域“B”、“C”、“D”和“H”中产生的信号电荷的传送，以产生图像信号的相应部分。对于在中部的每2个水平扫描周期2HD，信号电荷被向着水平CCD 3移动3级。在后部过程中，在区域“E”和“I”中产生的信号电荷被从固态成像单元阵列10输出，作为一部分图像信号。
下面将更加详细地描述静止图像拍摄模式操作。在静止图像拍摄模式过程中，控制部分12控制时序产生器11，以产生驱动脉冲信号。时序产生器11把所产生的驱动脉冲输出到固态成像单元阵列10。该驱动脉冲信号包括用于从光电转换元件1读出信号电荷的驱动脉冲信号(读出脉冲信号)、用于垂直CCD 2的驱动脉冲信号和用于的水平CCD 3的驱动脉冲信号。该控制部分12控制该激励器，以把透镜80的光轴中央置于位置X2处(参见图3)。另外，控制部分12控制固态成像单元阵列10，使得区域“F”将允许信号电荷沿着垂直CCD 2传送，并且作为正常的信号。
在静止图像拍摄模式操作过程中，时序产生器11仅仅把该读出脉冲信号的一个脉冲施加到固态成像单元阵列10。在把读出脉冲信号的脉冲施加到固态成像单元阵列10之后，信号电荷被从光电转换元件1传送到附近的垂直CCD 2。然后，按照由用于垂直CCD 2的驱动脉冲信号的每个脉冲所给出的时序，该信号电荷沿垂直CCD 2向水平CCD3移动。在静止图像拍摄模式操作过程中，时序产生器11由控制部分12所控制，以把用于垂直CCD 2的驱动脉冲信号保持在预定的中间频率，在此频率，对于每2个水平扫描周期2HD(在NTSC系统中定义)，该信号电荷被向着水平CCD 3移动3级。结果，对于640个水平扫描周期640HD，在所有区域“A”-“I”中产生并且对应于960条线(960级)的所有信号电荷被传送到水平CCD 3。
在静止图像拍摄模式操作过程中，时序产生器11由控制部分12所控制，以按照所选择的预定频率保持用于水平CCD 3的驱动脉冲信号，使得对于每个水平扫描周期1HD(在NTSC系统中定义)，可以由水平CCD 3传送对应于1920个像素的信号电荷。因此，对于每2个水平扫描周期2HD，对应于3840个像素的信号电荷，即对应于分别由1280个像素所构成的3条线的信号电荷，被水平CCD 3所传送。用于水平CCD 3的驱动脉冲信号的频率与在第一或第二运动图像拍摄模式操作过程中的频率相同。该设计可以简化成像处理部分13的结构。
参照图6，在该成像设备工作于静止图像拍摄模式中的情况下，在比每2个垂直扫描周期2VD(在NTSC系统中定义)更长的640个水平扫描周期640HD过程中，该水平CCD 3输出对应于分别由1280个像素所构成的960条线的信号电荷。所输出的信号电荷在所有区域“A-I”中产生。因此，从固态成像单元阵列10输出的图像信号表示由在水平方向上的1280个像素和在垂直方向上的960个像素所构成的1帧静止图像。如图6中所示，对于每2个水平扫描周期2HD，该水平CCD 3输出对应于分别由1280个像素所构成的3条线的信号电荷。
在静止图像拍摄模式操作过程中，该成像处理部分13从固态成像单元阵列10接收图像信号。响应来自控制部分12的控制信号，该成像处理部分13把所接收的图像信号转换为预定格式的第二图像信号(视频信号)，其表示1280乘960个像素的静止图像。该成像处理部分13输出第二图像信号。
参见图7-9，该成像设备包括一个固定框架60，其中设置一个运动框架61。该光学系统被固定在固定框架60上。该运动框架61可以相对于固定框架60滑动。该运动框架61的前部、滤波器66、密封件67、固态成像单元阵列10以及固定板68被相继地沿着输入光的传播方向设置。该固定板68与运动框架61相连接。该滤波器66、密封件67和固态成像单元阵列10通过固定板68附着到运动框架61上。由固定框架60的侧壁所支承的一对平行导向杆65在固定框架60的内部空间中延伸。该运动框架61被可滑动地支承在导向杆65上。因此，该运动框架61、滤波器66、密封件67、固态成像单元阵列10以及固定板68的组件可以沿着平行导向杆65相对于固定框架60滑动。换句话说，包含固态成像单元阵列10的组件可以沿着与导向杆65相平行的方向相对于固定框架60前后移动。该固态成像单元阵列10与运动框架61一同运动。因此，运动框架61作为用于固态成像单元阵列10的一个载体。另外，该运动框架61和固定板68作为用于固定固态成像单元阵列10的支架。
固定框架60具有把固定框架的内部空间分割为第一和第二部分的分割壁。导向杆65和运动框架61位于固定框架60的内部空间的第一部分中。该固定框架60的分割壁具有一个开口60a。该运动框架61具有延伸到该开口60a中并且到达在固定框架60中的内部空间的第二部分的凸起61a。该固定框架60被提供有一个在固定框架60中的内部空间的第二部分中延伸的轴60b。一个变换杠杆62可旋转地安装在轴60b上。因此，该变换杠杆62可以绕着轴60b旋转。该变换杠杆62被提供于变换杠杆62和在固定框架60上的凸起60d之间的一个弹簧63所推动。附着到固定框架60上的一个盖子64确定在固定框架60中的内部空间的第二部分的一部分。该盖子64与轴60b的一端相啮合。
当运动框架61在第一方向上滑动时，该运动框架61与固定框架60的第一侧壁相遇，因此达到第一限制位置。当运动框架61到达第一限制位置时，该透镜80的光轴中央落到位置X1中(参见图3)。当运动框架61在与第一方向相反的第二方向滑动时，运动框架61与固定框架60的第二侧壁相遇，因此到达第二限制位置。该固定框架60的第二侧壁与其第一侧壁相对。当运动框架61到达第二限制位置时，该透镜80的光轴中央落到位置X2中(参见图3)。
一部分变换杠杆62从固定框架60伸出。该变换杠杆62具有第一和第二端。该变换杠杆62的第一端位于固定框架60的外部，并且可以由用户所接触。该变换杠杆62的中间部分可以啮合在运动框架61上的凸起61a。该变换杠杆62的第二端啮合该弹簧63的一个端子。该弹簧63的另一端与在固定框架60上的凸起60d相连接。当变换杠杆62旋转时，该运动框架61在第一和第二限制位置之间相对于固定框架60滑动。
弹簧63的作用力可以通过变换杠杆62和在运动框架61上的凸起61a传送到运动框架61上。当运动框架61处于如图8中所示的第一限制位置中时，即当透镜80的光轴中央处于其位置X1中时(参见图3)，弹簧63把运动框架61压向固定框架60的第一侧壁。因此，弹簧63把运动框架61保持在其第一限制位置。当运动框架61处于如图9中所述的它的第二限制位置时，即当透镜80的光轴中央处于其位置X2中时(参见图3)，弹簧63把运动框架61压向固定框架60的第二侧壁。因此，弹簧63把运动框架61保持在其第二限制位置。当变换杠杆62被旋转时，该运动框架61在第一和第二限制位置之间移动。
该运动框架61具有第一和第二弯曲的外表面61b。该固定框架60具有与运动框架61的第一和第二弯曲的外表面61b相重合的第一和第二弯曲的内表面60c。当运动框架61处于其第一限制位置时，该运动框架61的第一弯曲的外表面61b与固定框架60的第一弯曲的内表面60c相接触。当运动框架61处于其第二限制位置时，该运动框架61的第二弯曲的外表面61b与固定框架60的第二弯曲的内表面60c相接触。在固定框架60和运动框架61的弯曲表面之间的接触在与运动框架61的滑动方向相垂直的方向上提供运动框架61的高精度的第一和第二限制位置。
该变换杠杆62可以被例如电机或螺线管这样的激励器所驱动。在这种情况中，响应模式选择信号，该激励器由控制部分12所控制。
该变换杠杆62可以由一个齿轮机构所替换，用于相对于固定框架60驱动运动框架61。例如电机或螺线管这样的激励器可以被用于相对该固定框架60驱动运动框架61。在这种情况中，该激励器由控制部分12按照上述方式来控制。最好，该运动框架61的驱动与在固态成像单元阵列10中的有效区域的改变相关联。
第二实施例
图10示出除了下述设计改变之外与第一实施例相类似的本发明的第二实施例。如图10中所示，本发明的第二实施例包括位于透镜80和固态成像单元阵列10之间的可变直角棱镜81。该透镜80和棱镜81被包含在该固态成像单元阵列10的前方延伸的一个光学系统中。存在有一个激励器，用于改变棱镜81的垂直角，即其有效厚度。当棱镜81的垂直角或有效厚度改变时，该光学系统的光轴中央相对于固态成像单元阵列10移动。
本发明的第二实施例进一步包括取代控制部分12的控制部分12A(参见图2)。该控制部分12A驱动和控制该激励器，以响应模式选择信号，把光轴中央在位置X1和X2之间改变(参见图3)。
第三实施例
图11示出除了下文所述的设计之外与第一实施例相类似的第三实施例。如图11中所示，本发明的第三实施例包含位于透镜80和固态成像单元阵列10支架之间的可运动平移透镜83。该透镜80和83被包含在固态成像单元阵列10前方延伸的一个光学系统中。存在有一个激励器84，用于把该平移透镜83在与输入光的传播方向相垂直的方向上移动。当平移透镜83移动时，该光学系统的光轴中央相对于固态成像单元阵列10移动。
本发明的第三实施例进一步包括控制部分12B，取代控制部分12(参见图2)。该控制部分12B驱动和控制该激励器，以响应该模式选择信号把该光轴中央在位置X1和X2(参见图3)之间改变。
本发明的第三实施例如下实现防抖动处理。固态成像单元阵列10的抖动被检测，并且按照已知的方式产生表示该抖动的信息。该抖动信息被馈送到控制部分12B。该控制部分12B驱动和控制该激励器，从而把移动该平移透镜83，以补偿抖动。
相应地，该平移透镜83被用于光轴中央和防抖动处理的运动。两个平移透镜可以被提供分别用于光轴中央的运动和防抖动处理。
第四实施例
除了下文所述的设计之外，本发明的第四实施例类似于其第一实施例。
图12示出在本发明第四实施例中的一个固态成像单元阵列10A。该固态成像单元阵列10A表示在图3中所示的固态成像单元阵列10。
如图12中所示，该固态成像单元阵列10A为具有在水平方向上的1710个光敏元件像素(光电转换元件)和在垂直方向上的960个光敏元件像素(光电转换元件)的矩阵结构。该水平方向和垂直方向分别对应于该矩阵的行方向和列方向。该固态成像单元阵列10A的感光区域被分为矩形区域“A”、“B”、“C”、“D”、“E”、“F”、“G”、“H”、“I”、“J”和“K”，其具有沿着水平和垂直方向延伸的水平和垂直侧边。该区域“A”-“I”类似于图3中所示的区域。该区域“J”和“K”被连续地按次序排列，并且从向上的垂直方向上看去相互对齐。该区域“J”与水平CCD 3相邻。在图12中，该区域“J”和“K”位于区域“F”、“G”、“H”和“I”的组的右侧。该区域“J”与区域“F”相邻，并且与其水平对齐。该区域“K”与区域“G”、“H”和“I”的组相邻，并且水平对齐。该区域“J”和“K”的组具有在水平方向上的430个光敏元件像素和在垂直方向上的960个光敏元件像素。
在本发明的第四实施例中的成像设备工作于选自各种模式的一种模式，其中包括第一运动图像拍摄模式、第二运动图像拍摄模式、第一静止图像拍摄模式以及第二静止图像拍摄模式。该第一和第二运动图像拍摄模式类似于本发明的第一实施例中的模式。该第二运动图像拍摄模式可以被省略。该第一静止图像拍摄模式类似于本发明第一实施例中的静止图像拍摄模式。
该光学系统或透镜80的光轴中央(参见图2)可以在固态成像单元阵列10A上的水平间隔位置X1、X2和X3之间移动。该位置X1和X2类似于图3中所示。该位置X3与所有区域“A”-“K”的集合的中央相重合。
在第一运动图像拍摄模式操作过程中，该光轴中央被设置在位置X1，并且区域“F”和“J”被控制，以阻止信号电荷从区域“G”、“H”、“I”和“K”传送到水平CCD 3。仅仅在区域“C”中产生的信号电荷被用于产生一个电视信号。
在第二运动图像拍摄模式操作过程中，该光轴中央被设置在位置X2，并且在区域“J”被控制以阻止信号电荷从区域“K”传送到水平CCD 3时，区域“F”被控制，以使得信号电荷从区域“H”传送到水平CCD 3。仅仅在区域“B”、“C”、“D”和“H”中产生的信号电荷被用于产生一个电视信号。
在第一静止图像拍摄模式操作过程中，该光轴中央被设置在位置X2，并且当区域“J”被控制，以阻止信号电荷从区域“K”传送到水平CCD 3时，区域“F”被控制，以使得信号电荷正常传送和操作。仅仅在区域“A”-“I”中产生的信号电荷被用于产生一个图像信号。
在第二静止图像拍摄模式操作过程中，该光轴中央被设置在位置X3，并且区域“F”和“J”被控制，以使得信号电荷正常传送和操作。相应地，在所有区域“A”-“K”中产生的信号电荷被用于产生一个图像信号。
第五实施例
除了在此所述的设计改变之外，本发明的第五实施例类似于其第一至第四实施例。根据本发明的第五实施例，信号电荷产生性能比其他部分更低的固态成像单元阵列10或10A的感光区域的边缘部分被从静止图像信号的产生中排除。换句话说，仅仅在除了边缘部分之外的感光区域中产生的信号电荷被用于产生静止图像信号。
由本发明所提供的优点
可以产生表示由多个像素所构成的禁止或运动图像的信号，而不把水平CCD的信号电荷传送速率增加到一个较高数值。可以输出各种格式的任何电视信号和图像信号。
一个固态成像单元阵列被附着到在一个固定框架上可滑动地支承的可移动框架上。该光学系统被固定到该固定框架上。该固态成像单元阵列与该可移动框架一同相对于该固定框架运动和光学系统。在固态成像单元阵列和光学系统之间的相对运动使得该光学系统的轴与该固态成像单元阵列的可变实际使用区(可变有效区)的中央正确地重合。
另外，该光学系统可以被提供有一个机构，用于把该光学系统相对于固态成像单元阵列平移。该机构使得该光学系统的轴正确地与该固态成像单元阵列的可变实际使用区的中央相重合。

Claims (4)

1.一种成像设备，其包括：
包含一个光敏元件像素矩阵的固态成像单元阵列；
第一装置，用于在该成像设备的第一操作模式过程中把该固态成像单元阵列中的有效区设置到第一区域，以及在该成像设备的第二操作模式过程中把该有效区设置到第二区域，该第一和第二区域在包含于其中的光敏元件像素的数目上互不相同；
支架，用于支承该固态成像单元阵列；
第二装置，用于把该支架在与入射到该固态成像单元阵列的光线相关的光轴与该第一区域的中央相重合的第一位置和该光轴与第二区域的中央相重合的第二位置之间移动；
第三装置，用于在该成像设备的第一操作模式过程中把该支架固定在第一位置并且在该成像设备的第二操作模式过程中把该支架固定在第二位置；
第四装置，用于在该成像设备的第一操作模式过程中从该固态成像单元阵列的第一区域中产生的信号分量产生第一图像信号；以及
第五装置，用于在该成像设备的第二操作模式过程中从该固态成像单元阵列的第二区域中产生的信号分量产生第二图像信号；
其中该第二装置包括一个导向杆、用于在该导向杆上可滑动地支承该支架的装置、可移动杠杆、以及用于根据该杠杆的运动沿着该导向杆移动该支架的装置。
2.根据权利要求1所述的成像设备，其中在该固态成像单元阵列中的矩阵具有在水平方向上的第一预定数目“a”个光敏元件像素和在垂直方向上的第二预定数目“b”的光敏元件像素，该第一区域具有在水平方向上的第一预定数目“a”个光敏元件像素和在垂直方向上的第二预定数目“b”个光敏元件像素，并且该第二区域具有在水平方向上的第三预定数目“c”个光敏元件像素和在垂直方向上的第二预定数目“b”个光敏元件像素，该第三预定数目“c”小于该第一预定数目“a”。
3.一种成像设备，其中包括：
包含一个光敏元件像素矩阵的固态成像单元阵列；
第一装置，用于在该成像设备的第一操作模式过程中把该固态成像单元阵列中的有效区设置到第一区域，以及在该成像设备的第二操作模式过程中把该有效区设置到第二区域，该第一和第二区域在包含于其中的光敏元件像素的数目上互不相同；
在该固态成像单元阵列的前方延伸的一个光学系统；
第二装置，其包含在该光学系统中，用于把该光学系统的光轴相对于该固态成像单元阵列移动；
第三装置，用于控制该第二装置，以在该成像设备的第一操作模式过程中把该光轴设置为与该第一区域的中央相重合，以及在该成像设备的第二操作模式过程中把该光轴设置为与该第二区域的中央相重合；
第四装置，用于在该成像设备的第一操作模式过程中从该固态成像单元阵列的第一区域产生的信号分量产生第一图像信号；
第五装置，用于在该成像设备的第二操作模式过程中，从在该固态成像单元阵列的第二区域中产生的信号分量产生第二图像信号；以及
支架，用于支承该固态成像单元阵列；
其中该第二装置包括一个导向杆、用于在该导向杆上可滑动地支承该支架的装置、可移动杠杆、以及用于根据该杠杆的运动沿着该导向杆移动该支架的装置。
4.根据权利要求3所述的成像设备，其中在该固态成像单元阵列中的矩阵具有在水平方向中的第一预定数目“a”个光敏元件像素以及在垂直方向中的第二预定数目“b”个光敏元件像素，该第一区域具有在水平方向中的第一预定数目“a”个光敏元件像素和在垂直方向中的第二预定数目“b”个光敏元件像素，并且该第二区域具有在水平方向中的第三预定数目“c”个光敏元件像素和在垂直方向中的第二预定数目“b”个光敏元件像素，该第三预定数目“c”小于第一预定数目“a”。
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