CN1487726A

CN1487726A - 数码照像机

Info

Publication number: CN1487726A
Application number: CNA031539653A
Authority: CN
Inventors: �\��ï��; 榎本茂男
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2002-08-23
Filing date: 2003-08-22
Publication date: 2004-04-07
Anticipated expiration: 2023-08-22
Also published as: GB2393876B; GB0319810D0; GB2393876A; DE10338681A1; US7221394B2; TWI268397B; CN1292582C; US20040036781A1; KR20040018229A; TW200413833A

Abstract

一种数码照像机包括设置有光学低通滤波器的固态成像装置。成像光学系统通过光学低通滤波器在CCD的受光表面上形成物体图像。电荷累积时间控制程序存储在系统控制电路的ROM中以便确定最佳曝光参数，根据所述最佳曝光参数实现摄影。电荷累积时间控制程序具有示出电荷累积时间与光圈数值和/或者ISO速度之间关系的程序图。

Description

数码照像机

技术领域

本发明涉及设置有固态成像装置的数码照像机，更具体地说涉及其中安装有用于获得适当曝光量的电荷累积时间控制程序的数码照像机。

现有技术

传统上，已知一种35mm的胶片照像机(即Leica尺寸的胶片照像机)，其中安装有快门速度程序以便获得适当的曝光。当设计快门速度程序时，必须设定照像机晃动限制快门速度，即补偿照像机晃动效果的最小快门速度值。照像机晃动限制快门速度，以如下方式确定。

首先，根据关于焦深的JIS标准，在35mm的照像机中，由于离焦产生的允许不清晰度是最小弥散圆直径(＝60μm)。另一方面，没有规定由于照像机晃动产生的允许图像模糊，但是通常设定为与最小弥散圆直径(＝60μm)为同一水平。根据经验，如果快门速度(秒)小于成像光学系统的焦距(mm)的倒数值，图像模糊基本上在允许范围内。

在数码照像机中，对应于35mm胶片照像机的快门速度的参数是固态成像装置的电荷累积时间，诸如CCD；照像机晃动限制快门速度定义为照像机晃动限制电荷累积时间。因此，当设计用于数码照像机的电荷累积时间控制程序时，必须设定照像机晃动限制电荷累积时间。传统上是根据传统方法实现照像机晃动限制电荷累积时间设定的，在所述传统方法中设定补偿35mm胶片照像机的照像机晃动的照像机晃动限制快门速度。

即，在35mm胶片照像机情况下，一帧图像的曝光区域尺寸是36mm×24mm，在CCD数码照像机中，受光表面的尺寸比Leica尺寸卤化银胶片的表面小很多。当为数码照像机的成像光学系统设置预定焦距时，形成在受光表面上的物理图像的视场角由焦距确定。因此，对于根据用于35mm胶片照像机的传统方法设定照像机晃动限制电荷累积时间，当CCD的受光表面扩大到36mm×24mm时，必须获得一个焦距，用于以与扩大的表面相同的视场角形成物体图像。这样的焦距称为胶片转换焦距。

因此，胶片转换焦距以如下方式定义：

f_c＝f×(a/b)

其中，f_c是胶片转换焦距，f是数码照像机的成像光学系统的实际焦距，a是一帧35mm胶片的曝光区域(36mm×24mm)的对角线长度，b是CCD受光表面的对角线长度。

也就是说，传统上，当设计电荷累积时间控制程序时，照像机晃动限制电荷累积时间设置成如上所述胶片转换焦距f_c的倒数(1/f_c)。

用于数码照像机的固态成像装置诸如CCD具有多种类型像素间距。通常，像素间距越小，成像分辨率越高，像素间距越大，成像分辨率越低。卤化银胶片照像机的最小弥散圆是与成像透镜或者胶片分辨率无关的确定参数，而且成像透镜或者胶片分辨率比最小弥散圆直径高一个数量级。因此，把最小弥散圆直径(＝60μm)同等适用于具有不同类型像素间距的CCD的数码照像机以便设置照像机晃动限制电荷累积时间是不合理的。通常，因为数码照像机的分辨率比卤化银照像机中的胶片分辨率和最小弥散圆直径(＝60μm)低，因此根据最小弥散圆设置的照像机晃动限制电荷累积时间比需要的短。这意味着限制了数码照像机电荷累积时间设计的自由度。

发明概述

因此，本发明的目的是提供一种具有固态成像装置的数码照像机，其中电荷累积时间控制程序根据适当的照像机晃动限制电荷累积时间来设计。

根据本发明，提供一种数码照像机，具有固态成像装置、成像光学系统和存储单元。

固态成像装置具有受光表面，并设置有光学低通滤波器。成像光学系统通过光学低通滤波器在受光表面上形成物体图像。存储单元存储用于确定最佳曝光参数的电荷累积时间控制程序，根据所述最佳曝光参数通过成像光学系统和固态成像装置完成成像。电荷累积时间控制程序具有示出电荷累积时间与光圈数值和/或者ISO速度之间关系的程序图。程序图具有至少一个转折点，在该点程序图转折。固态成像装置的胶片转换像素间距p(μm)是用成像胶片的宽度除以在受光表面的水平方向上排列的像素数目定义的，当所述固态成像装置的胶片转换像素间距p(μm)满足4p≥60时，在靠近程序图的最低亮度值的转折点处的电荷累积时间T满足方程(1)；

1/(f_c×(60/4p))≥T≥1/f_c (1)

其中f_c表示胶片转换焦距(mm)，当受光表面扩大为成像胶片的面积时，通过所述胶片转换焦距f_c以与成像胶片相同的视场角把物体图像形成在扩大区域上。

最好，成像光学系统包括光学变焦类型的成像光学系统，其中的焦距可以变化，并为多种焦距提供电荷累积时间控制程序。在这种情况下，数码照像机还可以进一步包括传感器和选择处理器。传感器感应由光学变焦类型成像光学系统设定的焦距。选择处理器选择对应于传感器感应的焦距的电荷累积时间控制程序。根据选择的电荷累积时间控制程序确定最佳曝光参数。

数码照像机可以进一步包括位于成像光学系统和固态成像装置之间的光圈，以便调整物体图像的光量，而且最佳曝光参数包括光圈的光圈值和电荷累积时间。

数码照像机进一步包括放大器，用于放大从固态成像装置读取的像素信号；而且最佳曝光参数包括放大器的增益和电荷累积时间。

附图说明

通过下面参考附图的描述将能够更好地理解本发明的目的和优点，其中：

图1是应用本发明第一实施方案的数码照像机的方块图；

图2是示出设置在数码照像机的CCD中的光学低通滤波器功能的简要视图；

图3是示出通过光学低通滤波器的输出光束的幅值衰减特征的图；

图4是示出由光圈值和电荷累积时间形成的程序图的例子的视图，在APEX系统图中表示出；

图5是系统控制电路完成的成像处理过程的流程图；

图6是应用本发明第二实施方案的数码照像机的方块图；

图7是示出由ISO速度和电荷累积时间形成的程序图的例子的视图，在APEX系统图中表示出；以及

图8示出第二实施方案的成像处理过程的流程图。

具体实施方式

下面将参考附图中所示出的实施方案描述本发明。

图1示出利用本发明第一实施方案的数码照像机的方块图。在数码照像机中，设置有系统控制电路10控制整个数码照像机。系统控制电路具有用于控制CPU的微型计算机、用于存储常数和完成各种功能的程序的ROM、用于暂时存储数据等的RAM和I/O接口。

系统控制电路10具有主开关(SW_M)12，通过主开关12选择休眠模式或者成像模式。即，当电池(未示出)安装在数码照像机中时，系统控制电路10以休眠模式操作(即最小功率损耗状态)，以便只在预定时间间隔监视主开关12是否接通，当主开关12接通时，模式从休眠模式变换为成像模式，系统控制电路10以后述方式完成成像处理功能。

光学变焦类型的成像光学系统14安装在数码照像机中。成像光学系统14被变焦驱动机构16驱动，在变焦驱动机构16中安装有驱动马达诸如步进电机，所述驱动马达在系统控制电路10的控制下旋转。成像光学系统14的焦距通过旋转驱动马达设定。

为了控制变焦驱动机构16的驱动马达旋转，系统控制电路10设置有远距离摄影开关(SW_T)18和广角开关(SW_W)20。当远距离摄影开关(SW_T)18接通时，变焦驱动机构16的驱动马达正转，以便成像光学系统14的焦距移动到远距离一端。相反，当广角开关20接通时，变焦驱动机构16的驱动马达反转，以便成像光学系统14的焦距移动到广角一端。

变焦编码器22安装在成像光学系统14内，编码数据从变焦编码器22输入到系统控制电路10内。系统控制电路10接收编码数据，以便确认目前的焦距为最靠近预先设定的五个焦距f₁、f₂、f₃、f₄、f₅之一的焦距。

在本实施方案中，成像光学系统14是自动聚焦类型的系统。即，包括在成像光学系统14内的聚焦透镜由聚焦透镜驱动机构24驱动，以便自动完成物体成像的聚焦操作。因此，以与变焦驱动机构16相同的方法，驱动马达诸如步进电机被安装在聚焦驱动机构24内，所述驱动马达在系统控制电路10的控制下旋转，以便通过以后述方式旋转驱动马达，驱动成像光学系统14的聚焦透镜以便自动聚焦物体图像。

系统控制电路10进一步设置有测光开关(SW_P)26和释放开关(SW_R)28。开关26和28通过通用释放按钮(未示出)操作。即，当部分按下释放按钮时，测光开关26被接通，当完全按下放按钮时，释放开关28被接通。应该注意，如后面所述，当测光开关26被接通时，完成测光操作。当释放开关28被接通时，完成成像操作。

固态成像装置30诸如CCD设置在成像光学系统14的后面，光学低通滤波器32设置在CCD30的受光表面。数码照像机以如下方式构成，即能够实现全色彩成像。为此，彩色滤光片(未示出)设置在CCD30的受光表面和光学低通滤波器32之间。被成像光学系统14捕捉到的物体图像通过光学低通滤波器32被形成在CCD30的受光表面上，以便物体图像被光电转换为一帧彩色像素数值的信号。

然后从CCD30中读取彩色像素信号，而且读取操作根据从CCD驱动电路34输入到CCD30的读取时钟脉冲完成。在非释放开关28接通的操作时，从CCD30读取的彩色像素信号被减少。即，从CCD30读取少于CCD30的实际像素数目的像素作为一帧彩色信号的数值。相反，在释放开关28刚刚接通之后，只有一次读取一帧彩色信号的数值，而不减少。

读取操作根据从CCD驱动电路34输出的读取脉冲开关实现。即，CCD驱动电路34在系统控制电路10的控制下操作，通常，从CCD30输出从减少读取时钟脉冲，通过所述减少读取脉冲彩色像素信号被减少，在释放开关28刚刚被接通之后，输入成像读取时钟脉冲。当根据成像读取时钟脉冲从CCD30读出一帧彩色像素信号数值而不减少时，再次从CCD驱动电路34输出减少读取时钟脉冲。

顺序从CCD30读取的彩色像素信号通过相关双取样电路(CDS)36输入到放大器(AMP)，以便以适当增益放大彩色像素信号。然后彩色像素信号被输入到A/D转换器40，被转换为数字彩色像素信号，然后该数字彩色像素信号被输入到系统控制电路10。

数码照像机以如下方式构成，即当主开关接通时把通过成像光学系统14捕捉到的图像作为运动图像监视。即，数码照像机设置有视频RAM(VRAM)42、D/A转换器44、视频编码器46和液晶显示器(LCD)面板48。而且，为了把通过成像光学系统14捕捉到的图像作为运动图像监视，在每个预定时间重复从CCD30读取一帧减少像素信号数值的操作。例如，当采用NTSC系统时，每秒种完成30次读取一帧减少像素信号数值的操作。

通过系统控制电路10从A/D转换器40输入的减少彩色像素信号经过图像处理，诸如白平衡处理和γ校正，被转换为亮度信号和二色差信号，被写入DRAM50内。当写入DRAM50内的亮度信号和二色差信号数量达到一帧数值时，从DRAM50内读取一帧亮度信号和色差信号的数值，并写入VRAM42内。顺序从VRAM42内读取亮度信号和色差信号的数值，并输入到D/A转换器44，在其中亮度信号和二色差信号被转换为模拟信号。然后亮度信号和二色差信号被输入到视频编码器46，在其中通过LCD面板48把通过成像光学系统14捕捉的物体图像根据视频信号显示为运动画面。

当通过LCD面板48把物体图像显示为运动画面时，CCD30获得一帧彩色像素信号数值所需要的电荷累积时间设置成预定时间常数，而且调整放大器38的增益以便保持LCD面板48上的运动图像的亮度。即，把从一帧减少彩色像素信号数值获得一帧亮度信号数值的平均亮度数值与参考值比较，调整放大器38的增益以便平均亮度数值与参考数值之间的差值变为零。因此，不管物体图像的亮度如何，在LCD面板48上显示的运动画面亮度保持不变。

从一帧减少彩色像素信号数值获得的一帧亮度信号数值也用于操作聚焦透镜驱动机构24。即，在本实施方案中，使用对比度方法实现成像光学系统14的自动聚焦操作。如同众所周知的一样，在根据对比度方法进行自动聚焦操作的过程中，计算包含在物体图像的一个区域内彼此相邻的像素之间的亮度差，而且通过聚焦透镜驱动机构24移动成像光学系统14的聚焦透镜以便区域的对比度变为最大。因此，在LCD面板48上显示的运动画面总是清晰的或是聚焦的。

为了在拍摄静止物体时获得最大曝光量，使用光圈52，并设置在成像光学系统14和光学低通滤波器32之间。通过光圈驱动机构54驱动光圈52，其中设置有驱动马达，诸如步进电机，所述驱动马达在系统控制电路10的控制下旋转，与变焦驱动机构16和聚焦透镜驱动机构24类似。光圈52通常是完全打开的。相反，当形成静止图像时，光圈52通过光圈驱动机构54的驱动马达自动减小到预定光圈值Av，同时为CCD30设定对应于光圈值Av的电荷累积时间Tv，以确保拍摄静止图像的最佳曝光量Ev。注意，“Av”、“Tv”和“Ev”用于表示根据APEX系统(照像曝光量附加系统)使用卤化银胶片的照片最佳曝光量。即，Ev＝Av+Tv。虽然“Tv”实质上表示快门速度，但是在本说明书中它被定义为CCD30的电荷累积时间。

详细地说，对应于成像光学系统14的五个焦距f₁、f₂、f₃、f₄和f₅的五个自动曝光(AE)表S1、S2、S3、S4、S5被存储在系统控制电路10的ROM 10a内。在每个AE表中，光圈值Av和获得最佳曝光值Ev的电荷累积时间Tv被以如下所述方式写成二维图表。一帧亮度信号数值的平均亮度数值不仅用于保持LCD面板48上的运动画面亮度不变，而且在测光开关26接通时作为物体图像的测光数值。根据测光数值，当拍摄静止图像时获得最佳曝光数值Ev，根据最佳曝光数值Ev，根据AE表计算光圈值Av和电荷累积时间Tv。

当释放开关28接通同时通过接通测光开关26完成测光时，CCD30以最佳曝光数值Ev完成物体图像摄影。如上所述，当释放开光28接通时，从CCD装置电路34输出的读取时钟脉冲由减少读取时钟脉冲变换为摄影读取时钟脉冲，以便不减少地读取从CCD30输出的一帧彩色像素信号数值。以与不减少地读取操作相同的方式，不减少地读取的一帧彩色像素信号数值通过CDS36输入到AMP38，以便以适当增益放大彩色像素信号，然后被A/D转换器40进A/D转换并输入到系统控制电路10。

没有减少的彩色像素信号经过图像处理，诸如白平衡处理和γ校正，并存储在记录介质作为静止图像数据。在本实施方案中，CF卡存储器(即闪书速存储器)用于存储静止图像数据，并可拆卸地安装到CF卡驱动器56上。CF卡驱动器56通过接口(I/F)电路58连接到系统控制电路10上。因此，静止图像数据被存储在CF卡存储器上，所述CF卡存储器通过I/F接口58安装在CF卡驱动器56上。

注意可以根据存储在CF卡存储器中的静止图像数据在LCD面板48上显示拍摄的图像。即，从CF存储器卡中读取一帧静止图像数据数值，减少数值，然后存储在VRAM42内，以便在LCD面板48上观察拍摄的图像。

存储在系统控制电路10的ROM 10a内每个AE表S1至S5的设计如下所述。

如上所述，在传统的35mm胶片照像机中，当设计用于确定最佳曝光量的快门速度程序时，需要设置照像机晃动限制快门速度。照像机晃动限制快门速度与由于离焦产生的图像模糊允许量的程度相同，即，最小弥散圆的直径为60μm，并根据如下试验考虑，即如果以秒为单位的快门速度小于成像光学系统的焦距(mm)倒数，图像模糊在可以允许的范围内。传统上，在数码照像机中，以与35mm胶片照像机的照像机晃动限制快门速度相同方式设置照像机晃动限制电荷累积时间。然而，在数码照像机中，根据最小弥散圆，对应于照像机晃动限制快门速度的照像机晃动限制电荷累积时间通常设置成比需要的值短，因为数码照像机的分辨率比卤化银胶片照像机的分辨率低，因此设置了设计电荷累积时间的自由度。在本实施方案中，如下所述，照像机晃动限制电荷累积时间是任意获得的。

在数码照像机中，拍摄图像的分辨率根据CCD30的像素间距确定。即，像素间距越小，拍摄图像的分辨率越高。CCD30的受光表面尺寸是变化的，但是远远小于一帧35mm胶片的面积(即36mm×24mm)。因此，在本实施方案中，为CCD30定义的35mm胶片转换像素间距p如下所述：

p＝3600μm/N

其中N是沿着CCD30的受光表面横向(在水平方向上)排列的像素数目。即，35mm胶片转换像素间距p定义为把一帧35mm胶片的宽度(36mm)除以在CCD30的水平方向上排列的像素数目。

CCD30不能分辨空间频率高于CCD30的像素排列空间频率(即像素间距)的物体图像成分，但是实际上，由于存在低通光学滤波器32，能够分辨的物体图像的空间频率小于像素排列空间频率(即尼奎斯特(Nyquist)空间频率)的一半。因此，光学低通滤波器32从物体图像中去除高于尼奎斯特空间频率的频率成分，以便较高的空间频率成分不到达CCD30的受光表面。这样防止出现混叠失真。而且，由于光学低通滤波器32，空间频率高于尼奎斯特空间频率的一半物体图像成分的幅值被大大降低。结果，在CCD30中，由于存在光学低通滤波器32，能够分辨的物体图像的空间频率变成低于像素排列空间频率的四分之一。

图2简要示出光学低通滤波器32的功能。光学低通滤波器32由双折射平板制成，例如诸如石英平板，而且具有把入射光束I分成寻常光束O和非寻常光束E的功能，O光束和E光束的分离宽度为d。因此，光学低通滤波器32的输出光束是寻常光束O和非寻常光束E的混合光束。假设入射光束I的波长为λ，光学低通滤波器32设置在位置x，入射光束I表示为如下：

V_i(λ)＝sin(2π(x/λ))

假设输出光束是寻常光束O和非寻常光束E的混合光束，输出光束表示为如下方程式：

V_o(λ)＝1/2sin(2π(x/λ))+1/2sin(2π(x/λ-d/λ))

＝sin(2π(x/λ-d/λ))×cos(2π(x/λ))

其中：1/2sin(2π(x/λ))一项是寻常光束O分量，1/2sin(2π(x/λ-d/λ))是非寻常光束E分量。

分离宽度d可以通过选择石英平板的切割角度任意确定。如果CCD30的像素间距设置成等于分离宽度d的值，空间频率等于尼奎斯特空间频率的物体图像成分的幅值被降低为零。然而，不能只显著下降空间频率等于尼奎斯特空间频率的物体图像成分的幅值，实际上，由于光学低通滤波器32，空间频率高于尼奎斯特空间频率一半的物体图像成分的幅值也被降低。

图3是示出通过光学低通滤波器32的输出光束的幅值衰减特征的曲线图。如同从图中可以理解的一样，虽然空间频率等于尼奎斯特空间频率(对应于λ＝d/2)的物体图像成分的幅值变为零，但是由于光学低通滤波器32，空间频率高于尼奎斯特空间频率一半(对应于λ＝d/4)的物体图像成分的幅值也被降低。空间频率高于尼奎斯特空间频率一半(对应于λ＝d/4)的物体图像成分的幅值降低量大约是3dB。换句话说，空间频率低于尼奎斯特空间频率一半(对应于λ＝d/4)的物体图像对比度降低为小于有效值的空间频率边界是低于尼奎斯特空间频率一半(对应于λ＝d/4)的空间频率。

因此，如上所述，在CCD30中，能够分辨的物体图像的空间频率低于CCD30的像素排列空间频率的1/4d，由于存在光学低通滤波器32。这意味着对于数码照像机转换最小弥散圆直径4p(d＝p)可以用作对应于最小弥散圆直径(60μm)的参数，所述最小弥散圆直径作为设定传统35mm胶片照像机的相继振动限制快门速度的参数。注意，当转换像素间距p太小以至于转换最小弥散圆直径4p小于最小弥散圆直径(＝60μm)时，60μm用作弥散圆直径，因为分辨率高于最小弥散圆直径60μm。

在三百万像素类型(2048×1536)数码照像机的第一个例子中，其中胶片转换焦距是111mm，根据传统方法，照像机晃动限制电荷累积时间设置成1/111(秒)。相反，根据实施方案，照像机晃动限制电荷累积时间Q以如下方式计算。即，胶片转换像素间距p大约为17.58μm(36000/2048)，转换最小弥散圆直径4p大约为70.32μm。因此，根据如下比例分配获得照像机晃动限制电荷累积时间Q大约为1/95(秒)：

Q∶70.32＝1/111∶60

在第二个例子中，对于二百万像素类型(1600×1200)的数码照像机，其中胶片转换焦距是105mm，根据传统方法，照像机晃动限制电荷累积时间设置成1/105(秒)。相反，根据实施方案，照像机晃动限制电荷累积时间Q以如下方式计算。即，胶片转换像素间距p大约为22.50μm(36000/1600)，转换最小弥散圆直径4p大约为90.00μm。因此，根据如下比例分配获得照像机晃动限制电荷累积时间Q大约为1/70(秒)：

Q∶90.00＝1/105∶60

在第三个例子中，对于一百三十万像素类型(1280×960)的数码照像机，其中胶片转换焦距是114mm，根据传统方法，照像机晃动限制电荷累积时间设置成1/114(秒)。相反，根据实施方案，照像机晃动限制电荷累积时间Q以如下方式计算。即，胶片转换像素间距p大约为28.12μm(36000/1280)，转换最小弥散圆直径4p大约为72.48μm。因此，根据如下比例分配获得照像机晃动限制电荷累积时间Q大约为1/61(秒)：

Q∶72.48＝1/114∶60

对于八十五万像素类型(1024×768)的数码照像机的第四个例子中，其中胶片转换焦距是280mm，根据传统方法，照像机晃动限制电荷累积时间设置成1/280(秒)。相反，根据实施方案，照像机晃动限制电荷累积时间Q以如下方式计算。即，胶片转换像素间距p大约为35.16μm(36000/1024)，转换最小弥散圆直径4p大约为140.64μm。因此，根据如下比例分配获得照像机晃动限制电荷累积时间Q大约为1/120(秒)：

Q∶140.64＝1/280∶60

在五百万像素类型(2560×1920)的数码照像机的第五个例子中，其中胶片转换焦距是111mm，根据传统方法，照像机晃动限制电荷累积时间设置成1/111(秒)。相反，根据实施方案，照像机晃动限制电荷累积时间Q以如下方式计算。即，胶片转换像素间距p大约为14.06μm(36000/2560)，转换最小弥散圆直径4p大约为56.24μm。在该例子中，由于转换最小弥散圆直径4p小于60μm，照像机晃动限制电荷累积时间Q根据传统方法设置成1/111(秒)。

图4示出光圈值Av和电荷累积时间Tv之间关系的程序图的例子，在APEX系统图中表示出。该图示出CCD30的灵敏度相当于胶片灵敏度ISO＝100的情况。f数F表示成像光学系统14的亮度，对应于光圈值Av。设定光圈值Av的值从APEX值Av＝3至APEX值Av＝8。设定电荷累积时间Tv的值从APEX值Tv＝0至APEX值Tv＝12，而且表示出对应于每个APEX值的电荷累积时间SS(秒)。设定最佳曝光值Ev的值从APEX值Ev＝3至APEX值Ev＝20。

在图4所示的程序图的例子中，照像机晃动限制电荷累积时间Q设置成1/60(秒)，是通过上述方法获得的。照像机晃动限制电荷累积时间Q可以设置在包含在图4例子中的最佳曝光值Ev＝9至Ev＝14的线段之一的点上，照像机晃动限制电荷累积时间Q设置在包含在最佳曝光值Ev＝9的线段的点上。这样，在程序图中，照像机晃动限制电荷累积时间Q设置在延伸到最佳曝光值Ev＝9的下方的低亮度一侧的水平线段HL₁与延伸到最佳曝光值Ev＝9的上方的高亮度一侧的倾斜线段IL₁的交点。即，照像机晃动限制电荷累积时间Q是转折点，在该点程序图转折而且设置成低亮度。通过确定照像机晃动限制电荷累积时间Q的设定点明确地确定水平线段HL₁，倾斜线段IL₁可以从照像机晃动限制电荷累积时间Q向高亮度一侧任意划出。

当通过接通测光开关26获得测光数值小于或等于最佳曝光值Ev＝8时，只通过改变电荷累积时间Tv获得最佳曝光条件。因此，表示由于照像机晃动可能产生图像模糊的警告可以显示在LCD面板48上。相反，当测光数值大于或等于最佳曝光值Ev＝9时，根据倾斜线段IL₁确定光圈值Av和电荷累积时间Tv。例如，如果测光数值是最佳曝光值Ev＝13，光圈值Av是Ev＝5，电荷累积时间Tv是Ev＝8(即1/250(秒))。

因此，当CCD30的胶片转换像素间距p(μm)定义为成像胶片的宽度除以沿着受光表面的水平方向排列的像素数目，并满足4p≥60时，靠近程序图的最低亮度值的转折点处的电荷累积时间Tv满足方程(2)：

1/(fc×(60/4p))≥Tv≥fc (2)

其中fc表示胶片转换焦距(mm)，当受光表面面积放大为成像胶片的面积时，通过所述胶片转换焦距以成像胶片相同的视场角把物体图像形成在放大的面积上。

如上所述，如果根据传统方法获得照像机晃动限制电荷累积时间Q，它小于1/60(秒)。因此，照像机晃动限制电荷累积时间Q的设置点从图4中所示的点移到右侧，即较亮一侧，以便限制设置包含在程序图中的倾斜线段IL₁的自由度。

如图4所示，程序图的倾斜线段IL₁可以用水平线段BL₁和垂直线段BL₂代替，它们用虚线表示。在这种情况下，当最佳曝光值Ev在水平线段BL₁表示的范围内时，光圈值Av总是设定为最佳曝光值Av＝8，以便可以通过只控制电荷累积时间Tv获得最佳曝光条件。因此，由于光圈52被缩小为最佳曝光值Av＝8，以便只使用成像光学系统14的一个区域，在所述区域内透镜性能良好，或者只利用光轴附近区域，所以能够拍摄高分辨率的画面。另一方面，当最佳曝光值Ev在垂直线段BL₂表示的范围内时，只有光圈值Av变化，同时保持电荷累积时间为照像机晃动限制电荷累积时间Tv＝6(即1/60秒)，因此，防止照像机晃动成像。注意，从防止照像机晃动成像的角度看，转折点可以设置在与Tv＝6比较较高的快门速度处。

在第一实施方案中，如图4所示的程序图是为五个焦距f₁、f₂、f₃、f₄和f₅中的每一个准备的。程序图中的每一个都形成为二维图，所述二维图是AE表(S1、S2、S3、S4和S5)，并存储在系统控制电路10的ROM 10a内。因此，当释放开关28接通并设定任何一个焦距时，就把所有焦距(f₁、f₂、f₃、f₄和f₅)中最接近设定焦距的焦距选择为焦距数据，并把CCD30以最佳曝光条件曝光。

图5是系统控制电路10完成的成像处理过程的流程图。在休眠模式下(即最小功率消耗状态)，当确认主开关12接通时，模式就从休眠模式变换为成像模式，并完成成像处理程序。

在步骤501，完成LCD面板显示处理操作，该操作是公知的，通过该操作把物体图像在LCD面板48上显示为运动画面。即，以预定时间间隔从CCD30中读取一帧减少彩色像素信号数值，以便在LCD面板上显示运动物体图像。

在LCD面板完成显示处理操作期间，当远距离摄影开关18或者广角开关20工作，以便驱动变焦驱动机构16时，设定成像光学系统14的焦距，选择五个焦距f₁、f₂、f₃、f₄和f₅之一作为焦距数据。而且，在LCD面板完成显示处理操作期间，每次以预定时间间隔从CCD30中读取一帧减少彩色像素信号数值，根据对比度方法聚焦透镜驱动机构24，以便在LCD面板48上显示的运动物体图像总是聚焦的。

在步骤502，判断测光开关26是否接通。如果测光开关26接通，程序进入步骤503，在该步骤判断主开关12是否断开。当主开关12接通时，程序进入步骤501。这样，当主开关12接通时，通过成像光学系统14捕捉到的物体图像在LCD面板48上显示为运动画面，并在步骤502检测测光开关26是否接通。

当确认测光开关26接通时，完成步骤504，在该步骤实现测光操作。在测光操作中，根据从CCD30读取的一帧减少彩色像素信号数值获得的一帧亮度信号的平均值(即测光数值)获得最佳曝光值Ev。然后，在步骤505，从变焦编码器22输入编码数据，以便目前的焦距被确认为焦距数据(f₁、f₂、f₃、f₄、f₅)之一。

在步骤506，选择在步骤505中确认的对应于AE表S1至S5的焦距数据(f₁、f₂、f₃、f₄、f₅)。在步骤507，根据最佳曝光值Ev从选择的AE表中读取光圈值Av和电荷累积时间Tv。然后，在步骤508，完成聚焦操作。即，根据对比度方法驱动聚焦透镜驱动机构24，以便形成在CCD30的受光表面上物体图像被聚焦。

在步骤509，判断释放开关28是否接通。当释放开关28断开时，处理返回步骤501。相反，当测光开关26接通时，再次进行包括步骤504至508的处理。

当在步骤509中判断出释放开关26接通时，完成步骤510，在步骤510中根据光圈值Av通过驱动光圈驱动机构54把光圈52减小，并把剩余电荷从CCD30中释放。然后，在步骤511，检测经过的电荷累积时间Tv。

当在步骤511中判断中经过了电荷累积时间Tv，完成步骤512，在步骤512中从CCD30中不减少地读取一帧彩色像素信号数值。通过CDS36、放大器26和A/D转换器40把一帧彩色像素信号数值输入到系统控制电路10作为一帧数字彩色像素信号数值。然后，在步骤513，一帧数字彩色像素信号数值经过图像处理，诸如白平衡处理和γ处理，在步骤514，一帧数字彩色像素信号数值被存储在连接在CF卡驱动器56上的CF卡存储器内。

然后，处理返回步骤501，以便只要主开关12接通就保持进行成像处理。相反，当在步骤503中判断出主开关12断开时，处理返回步骤515，在该步骤中模式从成像模式变成休眠模式，成像处理过程结束。

图6是利用本发明第二实施方案的数码照像机的方块图。除了没有设置光圈52和光圈驱动机构54之外，该实施方案与图1所示的第一实施方案基本相同。即，例如成像光学系统14总是打开的，而且f数为f4(即Av＝4)。放大器38的增益是可以变化的。例如，放大器38是电压控制放大器，而且根据系统控制电路10输出的可变电压控制增益。

在系统控制电路10的ROM 10a内，存储对应于成像光学系统14的五个焦距f₁、f₂、f₃、f₄和f₅的AE表S1至S5，而表示放大器38的增益与电荷累积时间Tv之间的关系的程序图表示为二维图。

图7是示出由ISO速度和电荷累积时间Tv之间关系的程序图的例子，在APEX系统图中表示出。卤化银胶片照像机的ISO速度对应于数码照像机的放大器38的增益。因此，图7所示的程序图特别对应于数码照像机。如同在图7中所看到的，ISO＝25至ISO＝800对应于Sv＝2至Sv＝3，它们是ISO速度的APEX数值。注意放大器38对应于ISO＝25的增益是最小放大系数，放大器38对应于ISO＝800的增益是最大放大系数。

在图7所示的程序图的例子中，与图4中的例子类似，照像机晃动限制电荷累积时间Q设置成1/60(秒)，是根据与在第一实施方案中相同方法获得的。在图7所示的程序图中，照像机晃动限制电荷累积时间Q可以设置在包含在最佳曝光值Ev＝6至Ev＝12的线段之一的点上，而且在图7的例子中，照像机晃动限制电荷累积时间Q设置成包含在最佳曝光值Ev＝7的线段的点上。因此，程序图由从照像机晃动限制电荷累积时间Q的设定点延伸到最佳曝光值Ev＝7的下方的低亮度一侧的水平线段HL₂与从设定点延伸到最佳曝光值Ev＝7的上方的高亮度一侧的倾斜线段IL₂构成。通过确定照像机晃动限制电荷累积时间Q的设定点可以明确地确定水平线段HL₂，倾斜线段IL₂可以从照像机晃动限制电荷累积时间Q向高亮度一侧任意划出。

当通过接通测光开关26获得的测光数值小于或等于最佳曝光值Ev＝7时，通过只改变电荷累积时间Tv获得最佳曝光条件。因此，表示由于照像机晃动可能产生图像模糊的警告可以显示在LCD面板48上。相反，当测光数值大于或等于最佳曝光值Ev＝7时，根据倾斜线段IL₂确定放大器38的增益和电荷累积时间Tv。例如，如果测光数值是最佳曝光值Ev＝11，放大器38的增益是对应于ISO＝200的放大系数，电荷累积时间Tv是Ev＝8(即1/250(秒))。

如上所述，如果根据传统方法获得照像机晃动限制电荷累积时间Q，它小于1/60(秒)。因此，照像机晃动限制电荷累积时间Q的设置点从图4中所示的点移到右侧，即较亮一侧，以便限制设置包含在程序图中的倾斜线段IL₂的自由度。

如图7所示，程序图的倾斜线段IL₂可以用水平线段BL₃和垂直线段BL₄代替，它们用虚线表示。在这种情况下，当最佳曝光值Ev大于14，而且在水平线段BL₃表示的范围内时，放大器38的增益总是对应于ISO＝25的最小放大系数，以便可以通过只控制电荷累积时间Tv获得最佳曝光条件。因此，当放大器38的增益设置成最小放大系数时，因为以低灵敏度完成测光，可以拍摄噪声较小的图像。另一方面，当最佳曝光值Ev在7至12范围内时，而且在垂直线段BL₄表示的范围内时，只有增益变化，同时保持电荷累积时间为照像机晃动限制电荷累积时间Tv＝6(即1/60秒)，因此，防止照像机晃动成像。注意，从防止照像机晃动成像的角度看，转折点可以设置在与Tv＝6相比较高的快门速度处。

在第二实施方案中，与第一实施方案类似，如图7所示的程序图是为五个焦距f₁、f₂、f₃、f₄和f₅中的每一个准备的。程序图中的每一个都形成为二维图，所述二维图是AE表(S1、S2、S3、S4和S5)，并存储在系统控制电路10的ROM 10a内。因此，当释放开关28接通并设定一个焦距时，就把所有焦距(f₁、f₂、f₃、f₄和f₅)中最接近设定焦距的焦距选择为焦距数据，并把CCD30以最佳曝光条件曝光。

图8示出图6所示的系统控制电路10完成的成像处理过程的流程图。图8中的步骤801至815对应于图5中的步骤501至515，图5和图8中示出的两个成像处理除了步骤807至810之外基本上相同。

详细地说，根据最佳曝光值，在步骤807中从步骤806中选择的AE表中读取放大器38的增益和电荷累积时间Tv，同时在步骤507，根据最佳曝光值Ev从步骤506中选择的AE表中读取光圈值Av和电荷累积时间Tv。而且，在步骤807中把获得增益赋予放大器38，并在步骤810释放CCD30中剩余的电荷，同时在步骤510通过驱动光圈驱动机构54根据光圈值Av减小光圈52并从CCD30中释放剩余电荷。

注意，在第二实施方案中，放大器38的增益以如下方式控制放大器38的增益，即以预定亮度在LCD面板48上显示运动画面，同时在步骤801中实现LCD面板显示处理操作。

在上述实施方案中，利用在固态成像装置中操作的电子快门诸如CCD控制电荷累积时间。相反，在安装着类似于卤化银胶片照像机中安装的机械快门的数码照像机中，设置快门速度而不是电荷累积时间，以便防止出现照像机晃动。

虽然结合附图描述了本发明的实施方案，显然本领域的普通技术人员可以进行各种改进和变化，而不脱离本发明的范围。

本说明书涉及的主题包含在2002-243664号(申请日为2002年8月23日)日本专利申请中，该申请的内容明确地全部包括在这里，以供参考。

Claims

1.一种数码照像机，其特征在于，包括：

固态成像装置，具有受光表面，并设置有光学低通滤波器；

成像光学系统，通过光学低通滤波器在受光表面上形成物体图像；

存储单元，存储用于确定最佳曝光参数的电荷累积时间控制程序，根据所述最佳曝光参数通过成像光学系统和固态成像装置完成成像，所述电荷累积时间控制程序具有示出电荷累积时间与光圈数值和/或者ISO速度之间关系的程序图，所述程序图具有至少一个转折点，在该点程序图转折；

所述固态成像装置的胶片转换像素间距p(μm)是用成像胶片的宽度除以在受光表面的水平方向上排列的像素数目定义的，当所述固态成像装置的胶片转换像素间距p(μm)满足4p≥60时，在靠近程序图的最低亮度值的转折点处的电荷累积时间T满足下面的方程：

1/(f_c×(60/4p))≥T≥1/f_c

2.根据权利要求1所述的数码照像机，其特征在于，其中所述成像光学系统包括光学变焦类型的成像光学系统，其中的焦距可以变化，并为多种焦距提供电荷累积时间控制程序。

3.根据权利要求2所述的数码照像机，其特征在于，进一步包括

传感器，感应由所述光学变焦类型成像光学系统设定的焦距；和

选择处理器，选择对应于传感器感应的焦距的电荷累积时间控制程序；

根据选择的电荷累积时间控制程序确定所述最佳曝光参数。

4.根据权利要求1所述的数码照像机，其特征在于，进一步包括位于所述成像光学系统和所述固态成像装置之间的光圈，以便调整物体图像的光量，而且所述最佳曝光参数包括所述光圈的光圈值和所述电荷累积时间。

5.根据权利要求1所述的数码照像机，其特征在于，进一步包括放大器，用于放大从所述固态成像装置读取的像素信号；而且所述最佳曝光参数包括所述放大器的增益和所述电荷累积时间。