CN1504824A - 图像摄取装置及其曝光控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图像摄取装置，其主要包括一具电子快门功能的CMOS图像传感器、一具机械快门的镜头模块、一控制装置以及一快门按钮，其中并可按以下步骤进行曝光控制：在图像拍摄前先开启机械快门；通过压按快门按钮向控制装置发出指令，提供一同步信号以启动第一电子快门，清除残余图像信号电荷；提供一机械快门关闭控制信号，以控制机械快门的关闭动作；结束第一电子快门，以开始进行曝光；在机械快门开始关闭前提供一同步信号以启动第二电子快门，结束曝光；待机械快门完全关闭后将获得的图像信号依序转移至CMOS图像传感器读取区后输出。

Description

图像摄取装置及其曝光控制方法

技术领域

本发明是有关一种使用互补式金属氧化物半导体(CMOS)传感器的图像摄取装置及其曝光控制方法，尤其是有关一种以简易机械快门的启闭时间配合CMOS图像传感器电子快门使用的图像摄取装置及其曝光控制方法。

背景技术

早期的数码相机大多是采用一电荷藕合装置(CCD)传感器取代传统胶片感测光信号，而其曝光控制仍完全依靠机械快门的启闭来实现。例如，在1990年3月20日公告的美国专利第4,910,606号以及1998年6月16日公告的美国专利第5,767,904号中，均揭露有类似的完全依靠机械快门的启闭来控制曝光时间的数码相机设计。

在美国专利第4,910,606号所揭露的数码相机曝光控制设计中，CCD传感器的电子快门曝光时间约为1/60秒，而该相机的曝光时间实际上是由机械快门的启闭来控制，但由于机械快门通常是在CCD传感器的电子快门垂直同步信号产生时才开始关闭，故容易因机械快门的延迟操作而导致CCD传感器在图像信号电荷读出时仍受外界光线干扰，从而产生污点现象，影响图像品质。

另外，在美国专利第5,767,904号所揭露的数码相机曝光控制设计中，虽然要求当使用者按下快门按钮时便立即产生一同步信号驱动机械快门，以避免由于操作延迟出现污点现象，但实际上，满足上述曝光控制要求的机械快门速度必须非常快且精确，所以制作难度相对较高，而且价格不菲。

为此，业界后来改用机械快门与电子快门结合进行曝光控制的方式，以简化机械快门机构，同时还可防止拍摄时产生污点现象。例如，在1992年8月18日公告的美国专利第5,140,426号中便揭露有一种采用简易机械快门配合全帧传送型(FIT)CCD传感器实现曝光控制的数码相机。其中，该FIT-CCD传感器具有电子快门功能，并且该相机的曝光起始时间由FIT-CCD传感器中残余信号电荷完全清除的时间来控制，也就是说，待FIT-CCD传感器中第一图场及第二图场的残余信号电荷依序被清除后，两图场将陆续开始进行曝光。在整个曝光过程中，第一图场的图像信号将先被快速传送到缓存器中储存，以防止污点产生；随后，再将第二图场的图像信号传送到垂直电荷藕合阵列，至此机械快门开始关闭，以避免第二图场的图像信号受污点干扰。然而，在实际操作时，为使两图场图像信号的曝光时间相同，第二图场图像信号的曝光起始时间常常会作适当延迟，因此将导致两图场图像信号的曝光瞬间不同，进而难以实现较短的电子曝光时间。

另外，为满足半导体图像摄取装置高产量、低成本的需要，业界又推出另一种采用具交错读取功能的行间传送型(IT)CCD传感器的图像摄取装置曝光控制设计。例如，在1996年5月14日公告的美国专利第5,517,243号中所揭露的数码相机，便是采用机械快门与IT-CCD传感器的电子快门结合进行曝光控制的方式，以改善曝光时间的精确度，同时避免污点现象产生。在拍摄图像过程中，当该IT-CCD传感器中残余信号电荷转移到垂直藕合阵列并清除后，便立即开始进行曝光，而曝光结束则由机械快门的关闭时间来控制；当机械快门完全关闭后，图像信号电荷才开始向垂直藕合阵列传送，然后再被读出。如果是采用图场拍摄模式，则第一图场的图像信号电荷将在机械快门完全关闭后传送到垂直藕合阵列，然后在两个脉冲周期内移出；随后，再按上述方式将第二图场的图像信号电荷移出，并与第一图场的图像信号合并为同一感光度的图像信号；最后再将这些图像信号逐条读出。如果是采用图框拍摄模式，则第一图场的图像信号将在机械快门关闭后传送到垂直藕合阵列，然后再被读取；随后，第二图场的图像信号也将先传送到垂直藕合阵列，然后再被读取。

虽然上述采用IT-CCD传感器电子快门配合机械快门进行曝光控制的组合设计对机械快门的性能要求有所降低，但由于镜头设计的限制，仍然需要足够快的机械快门机构进行控制，以获得较佳的曝光范围，因此有必要设计一种完全依靠电子快门实现曝光控制的数码相机来解决上述问题。例如，在2001年9月18日公告的美国专利第6,292,220号中所揭露的数码相机，便是采用一种由渐进式扫描型行间传送(IT)CCD的电子快门进行曝光控制的设计。其中，曝光起始时间是由溢出控制脉冲信号来控制，而曝光结束时间则取决于图像信号电荷完全传送到传感器垂直藕合阵列的时间。待信号电荷被完全送出后，机械快门立即关闭。由于机械快门关闭时，信号电荷虽然已经被储存到垂直藕合阵列，但仍然可能会有污点产生，因此将另增一特殊控制时序在机械快门关闭时缓慢转移垂直藕合阵列中的信号电荷，从而减少污点产生。然而，此类方法仅仅适用于一百万像素以下的渐进扫描式CCD设计，而且既使采用如此复杂的控制时序，也仅仅是减少污点产生，并无法完全消除污点现象，因此上述曝光控制设计仍不适用于大多数数码相机。

此外，现有采用IT-CCD传感器的电子快门结合机械快门的曝光控制技术还可进一步参考图11，其中传感器的电子快门精确控制曝光起始时间，而曝光结束时间则由机械快门的关闭精确控制。如图11所示，整个图像摄取过程是由时钟脉冲产生单元发出的垂直同步脉冲信号VD来控制，每一脉冲信号分别以V1、V2、V3...V6等来表示。另外，IT-CCD传感器可提供一SUB脉冲以清除储存于传感器光电二极管中的残余信号电荷，而其光电二极管阵列中累积的图像信号可分以第一图场(FIELD 1)及第二图场(FIELD 2)的方式分别进行传送，其中第一图场是由位于奇数列的光电二极管组成，第二图场则是由位于偶数列的光电二极管组成。在预览模式下(如图中垂直同步信号段V1、V2及V6对应所示)，机械快门呈开启状态，传感器将收集部份图像数据并连续输出以进行后续数据处理，由于此过程中耗费在垂直藕合阵列的时间较少，因此污点现象并不明显。在静态图像摄取模式下(如图中垂直同步信号段V3、V4及V5对应所示)，可先提供一SUB脉冲以清除储存于传感器光电二极管中的残余信号电荷；当脉冲结束，残余信号电荷清除完毕后，便立即开始进行曝光；至此，积存于传感器光电二极管中的信号电荷均为图像信号电荷。为使两图场中图像信号获得相同的曝光量，机械快门将在V3时段结束时开始关闭，此时曝光结束。待机械快门完全关闭后，再提供一闸极信号TG3将第一图场图像信号电荷FIELD 1传送至垂直藕合阵列后再被读出。接着，在V4时段结束时，提供一闸极信号TG4将第二图场图像信号电荷FIELD 2传送至垂直藕合阵列后再被读出。在第二图场图像信号电荷FIELD 2被完全读出后，机械快门才再次开启以进行下一次图像摄取。在第一图场图像信号电荷FIELD 1被传送至垂直藕合阵列之前，将会进行一高速信号电荷清除程序以清除由于漏光而累积在该等垂直藕合阵列上的残余信号电荷，从而消除或减少污点的产生。然而，由于现有的这类采用IT-CCD传感器的电子快门结合机械快门的曝光控制设计，其所能达成的最短曝光时间仍取决于该机械快门的关闭速度，故使得机械快门的短曝光时间设计复杂化，从而增加图像摄取装置的制造成本。

此外，随着半导体制造技术的日益发展，CMOS图像传感器凭借其低成本及低耗能的特点也愈来愈多的出现在各类数码图像产品中，并有逐渐在主流产品市场取代CCD传感器的趋势。一般使用CMOS图像传感器的图像摄取装置通常具备电子卷动快门(rolling shutter)，当读取资料时，传感器中每一列图像资料是在曝光结束后，便立即送出。请参阅图12，一种具电子卷动快门的CMOS图像传感器，其中传感器第一列L1的图像资料是历经一段曝光时间后才读出，而第二列L2的图像资料则需在第一列L1的图像资料读取完成的同时立即开始读出；依此设计原理类推，第N列LN的图像资料是在第N-1列LN-1的图像资料读取完毕的同时立即开始读取。因此，每一列(L1，L2，……LN)曝光时间的终点需取决于前一列图像资料的读取速度，而为使整个阵列均具备相同的曝光量，每一列的曝光始点均需予以调整。但在实际运作时，则易因为各列图像资料的曝光始点并不相同而使得各列的曝光瞬间不同，亦即各列拍摄时间不同，从而造成图像上下撕裂或扭曲，在拍摄运动中物体时，此现象尤为严重。

另请参阅图13，为使整个阵列的曝光始点均相同，现有技术提出下述方法，即将CMOS图像传感器整个阵列重新设置后，使每一列(L1，L2，……LN)在T0时刻同时开始曝光，然后再根据前述电子卷动快门的控制设计，读取图像传感器每一列的图像资料。由于每一列的电子曝光终点仍不相同，因此再设置一机械快门，在一段时间(T0-T1)后即关闭该机械快门以控制曝光结束时间，进而使整个阵列的曝光量均相同。但如此一来，所能达成的最短曝光时间取决于该机械快门的关闭速度，故使得机械快门结构设计复杂化，并增加图像摄取装置的制造成本。

近来，已有图框式(Frame)曝光技术与电子卷动快门相结合的设计，例如一种异步随机存取金属氧化物半导体传感器。该传感器不同于传统CMOS图像传感器所采用的线型曝光方式，而是让整个CMOS图像传感器阵列在同一时间曝光，所得图像资料则暂存于每一个画素上，随后再逐列读取。此类设计虽然无需设置机械式遮光装置，但仍需配以复杂的集成电路布局设计，故增加了设计和制造的复杂度，且不易完全达到设计目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种图像摄取装置的曝光控制方法，以简易方式解决现有CMOS图像传感器的图像资料曝光瞬间不一致问题。

本发明的再一目的在于提供一种图像摄取装置，通过简易机械快门的控制，并结合CMOS图像传感器的电子快门功能，实现较佳的曝光控制，从而避免污点产生，使图像品质得以提升，同时可简化镜头设计复杂度，降低相关数码影像产品的制造成本。

本发明的另一目的在于提供一种图像摄取装置，设计时无需过多考虑机械快门精确度和关闭速度的设计要求，从而使其整个光学系统设计的自由度大幅提升。

本发明的图像摄取装置的曝光控制方法是通过以下技术方案来实现的：其主要是依靠机械快门配合CMOS图像传感器的电子快门功能来实现，大致包含以下步骤：在图像拍摄前开启机械快门；通过压按快门按钮向控制装置发出指令，提供一同步信号以启动第一电子快门，清除残余图像信号电荷；提供一机械快门关闭控制信号，以控制机械快门的关闭动作；结束第一电子快门，以开始进行曝光；在机械快门开始关闭前提供一同步信号以启动第二电子快门，结束曝光；待机械快门完全关闭后将获得的图像信号依序转移至CMOS图像传感器读取区后输出。

本发明的图像摄取装置是通过以下技术方案来实现的：其主要包括一CMOS图像传感器、一镜头模块、一控制装置以及一快门按钮，其中该CMOS图像传感器进一步包含一具电子快门功能的机构，其可提供整个阵列相同的曝光瞬间；该镜头模块设置于该CMOS图像传感器前方，其进一步包含有一机械快门，该机械快门设置于镜头模块之前或者设置于镜头模块与CMOS图像传感器之间；该控制装置用于控制该具电子快门功能的机构以及机械快门，以按照上述曝光控制方法进行适当曝光，并将所获得的图像信号输出以进行后续图像处理及储存操作；该快门按钮与控制装置连接，用于指示该控制装置开启机械开门。

通过上述技术方案的实现，本发明可以简易方式解决现有CMOS图像传感器的图像资料曝光瞬间不一致问题，同时可以防止污点的产生，获得较佳的图像品质，而且本发明还可以大幅提升光学系统设计的自由度，并简化镜头设计复杂度，从而降低制造成本。

附图简要说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。

图1为本发明图像摄取装置的结构示意图。

图2为本发明第一较佳实施例的图像摄取装置的曝光控制时序图。

图3a及3b为本发明图像摄取装置的不同操控流程示意图。

图4为本发明图像摄取装置的另一操控流程示意图。

图5为根据图2所示本发明第一较佳实施例的图像摄取装置曝光控制时序的操控流程示意图。

图6为本发明第二较佳实施例的图像摄取装置的曝光控制时序图。

图7为根据图6所示本发明第二较佳实施例的图像摄取装置曝光控制时序的操控流程示意图。

图8为本发明第三较佳实施例的图像摄取装置的曝光控制时序图。

图9为根据图8所示本发明第三较佳实施例的图像摄取装置曝光控制时序的操控流程示意图。

图10a-10d为揭示本发明的图像摄取装置采用不同排列的镜头模块与机械快门结构示意图。

图11为揭示现有CCD图像传感器搭配机械快门使用的图像摄取装置曝光控制时序图。

图12为揭示现有CMOS图像传感器电子卷动快门的图像摄取装置曝光控制时序图。

图13为揭示另一现有CMOS图像传感器搭配机械快门使用的图像摄取装置曝光控制时序图。

图中1镜头模块，2CMOS图像传感器，3处理单元，4镜头驱动装置，5电源开关装置，6显示屏装置，7资料暂存装置，8图像存储媒体，9其它使用者界面，11镜群，21机械快门，22光圈，23光圈驱动电路，24快门驱动电路。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及功效，以下特例举实施例并配合附图进行详细说明。

请参阅图1，本发明的图像摄取装置包含镜头模块1、CMOS图像传感器2、处理单元3、镜头驱动装置4、电源开关装置5、显示屏装置6、资料暂存装置7、图像存储媒体8以及其它使用者界面9。该镜头模块1设于该CMOS图像传感器2前方，其主要包含镜群、光圈、机械快门、自动对焦及变焦控制机构等，并可由一驱动装置控制沿光轴方向移动。该CMOS图像传感器2具有电子快门功能，并可用来产生图像信号，其主要包含光电二极管阵列(又称画素)、关联时钟电路及模数转换装置等。在图像摄取时，该CMOS图像传感器2光电二极管中接收并累积的图像信号电荷将被转移至该CMOS图像传感器2的读取区，并经读取区的垂直电荷传输线、储存电荷传输线以及水平电荷传输线等设置陆续读出后对应转换为数字信号输出以进行后续处理。此外，该CMOS图像传感器2可选用被动式画素图像传感器(Passive-Pixel Sensor)或主动式画素图像传感器(Active-Pixel Sensor)，但优选为主动式画素图像传感器，以提升信噪比和图像品质。该处理单元3具有系统控制、图像处理、压缩、解压缩、显示及存储等功能，并包含一连接至该CMOS图像传感器2或直接整合于该CMOS图像传感器2上的控制装置，以实现同步操作，从而将所得图像信号传送至该处理单元3进行处理。该镜头驱动装置4包括机械快门、光圈、对焦及变焦驱动控制机构等，其中该光圈驱动控制机构包含一用来驱动控制光圈孔径的调整的光圈驱动电路；该机械快门驱动控制机构进一步包含一快门驱动电路与一电磁阀或一步进马达，或与其它机械传动机构结合，由专用电路或数字信号处理单元3或两者结合进行控制，于适当时机驱动机械快门开启或关闭，并根据图像摄取装置的系统设计和操作模式，选择进入观景状态或准备图像摄取状态或图像数据读取状态。该电源开关装置5用于启动图像摄取装置，一旦处理单元3接获电源开关装置5的启动信号，便进入图像拍摄的准备阶段。该显示屏装置6通常为彩色液晶显示屏，并可具有电视显示功能，主要用于观景或图像重放。该资料暂存装置7用于暂时存储处理、压缩和解压缩等步骤时以及送至永久存储装置前的图像数据的相关信号。该图像存储媒体8通常为非易失性记忆单元，并可设计为内建式或可抽取式，用于储存图像资料以及该图像摄取装置的控制程序。其它使用者界面9则是指各种按键、按钮如快门按钮，或其它状态显示装置如发光二极管、信号器或发声器等，其中该快门按钮与处理单元3的控制装置连接，通过快门按钮的操作可向该控制装置发出指令，从而控制该机械快门的启闭。

采用上述结构，本发明图像摄取装置的曝光控制主要是依靠机械快门配合CMOS图像传感器2的电子快门功能来实现，其大致包含以下步骤：在图像拍摄前开启机械快门；通过压按快门按钮向控制装置发出指令，提供一同步信号以启动第一电子快门，清除残余图像信号电荷；提供一机械快门关闭控制信号，以控制机械快门的关闭动作；结束第一电子快门，以便开始进行曝光；在机械快门开始关闭前提供一同步信号以启动第二电子快门，结束曝光；待机械快门完全关闭后将获得的图像信号依序转移至CMOS图像传感器读取区后输出。

另外，本发明图像摄取装置还可采用另一种曝光控制方法，其主要包含以下步骤：压按快门按钮，开启机械快门；清除CMOS图像传感器光电二极管阵列中积存的残余信号电荷后，便开始接收并累积图像信号电荷；稍后立即关闭机械快门；待机械快门完全关闭后，将暂存于储存电荷传输线中的第一图场图像信号电荷传送至水平电荷传输线后读出，并转换成第一图场图像数字信号输出；随后将第二图场图像信号电荷从相邻垂直电荷传输线送出，经储存电荷传输线传送至水平电荷传输线后读出，并转换成第二图场图像数字信号输出。

此外，本发明的图像摄取装置通常采用自动曝光方式，且在使用者按下快门按钮后曝光即被自动确定。如图3a所示，当电源开关装置5启动后S1，图像摄取装置的系统韧体便开始运作，机械快门驱动控制机构开启机械快门S2，并等待使用者压按快门按钮S3；当使用者按下快门按钮后S4，处理单元3将保持机械快门呈开启状态并摄取部份小样图像资料，然后根据卷动曝光方式进行自动曝光演算S5并确定曝光时间S6；随后即开始进行图像摄取S7；待图像资料读取完毕后，才开始准备摄取下一笔图像资料S8。

另请参阅图3b所示的操控流程，其与图3a所示流程略有不同，但本发明所属技术领域的普通技术人员在了解本发明的设计后，应均可根据实际操作要求轻易想到并作出类似的变更方案。如图3b所示，为防止CMOS图像传感器2因过度强光而不幸受损的情况，当电源开关装置5启动后S9，等待使用者压按快门按钮S10；当使用者按下快门按钮后S11，机械快门才开启S12；随后的流程则与图3a相同，即根据卷动曝光方式进行自动曝光演算S13并确定曝光时间S14，随后便开始进行图像摄取S15，并且在图像资料读取完毕后，准备摄取下一笔图像资料S16。

再请参阅图4，也有揭示一种根据本发明实施的图像摄取装置的操控流程。如图4所示，当电源开关装置5启动后S17，将机械快门开启S18，且同时进行自动曝光演算S21以争取自动曝光演算完成所需时间，并等待使用者压按快门按键S19直至快门按键被按下S20后，再次进行自动曝光作业S22以及确定曝光时间S23，随后开始进行图像摄取S24，并且在图像资料读取完毕后，准备摄取下一笔图像资料S25。

如前所述，机械快门的开启由机械快门驱动控制机构控制。若该机械快门驱动控制机构为双稳态电磁阀，当该电磁阀通电且电磁阀控制信号状态为“开”时，机械快门开启，光线通过镜头模块1并使CMOS图像传感器2的表面受光，当电磁阀通电结束后，则会维持其现有的开启状态。当电磁阀控制信号状态设为“关”并给该电磁阀通电时，机械快门关闭以阻隔光线，使CMOS图像传感器2表面不再受光，当电磁阀通电结束后，则会维持其现有关闭状态。本实施例中，发明人将电磁阀关闭信号设为高位准信号以关闭机械快门，当电磁阀积累足够能量后，机械快门将关闭，并在机械快门完全关闭后，再将关闭信号转为低位准信号以结束此快门关闭信号。一般而言，双稳态电磁阀积累足够能量所需时间大约为3至50毫秒，实际使用一般约为15毫秒。

如图2及图5所示本发明第一较佳实施例的图像摄取装置的曝光控制时序及对应操控流程，当进行图像摄取时，CMOS图像传感器2先在T0时刻产生一高位准信号清除(RESET)信号S26，持续至T2时刻方转为低位准信号清除信号S28，T0到T2一般约为数微秒至数毫秒，在此期间，CMOS图像传感器2所有阵列的画素都被清除，故因光落在传感器的累积电荷即被清除。在高位准残余图像信号清除信号产生时刻T0后经过一段适当的延迟时间，在T1时刻产生一个高位准快门关闭(SHUTTER CLOSE)信号S27，持续至T7时刻转为低位准快门关闭信号，该适当的延迟时间T0到T1为事先计算或者测量而得。

该CMOS图像传感器2的电子快门曝光时间被设定为T2到T3，即从T2开始，于T3结束，并在T3时刻将曝光完成(EXPOSURE FINISH)信号设为高位准S29，稍后在T4时刻将曝光完成信号转为低位准S30。一般，T2到T3约为数微秒到数十毫秒，必要时可达数秒，而T3到T4仅需数微秒，但实际使用时可达数十微秒。在T5时刻，由于电磁阀已充分充电，即开始关闭机械快门S31，并于T6时刻完全关闭S32，然后延迟约1到5毫秒，以确定机械快门完全关闭，再在T7时刻将快门关闭信号转为低位准S33。CMOS图像传感器2于T8时刻开始读取图像资料S34，该时刻可在机械快门关闭信号转为低位准之前或之后，但必须要在机械快门完全关闭之后。当所有图像资料均被处理单元3读取S35后，即可在T9时刻重新开启机械快门，以准备下一笔图像数据的摄取，同时对本次曝光获得之图像数据进行后续处理及储存操作S36。

如果CMOS图像传感器2所需的电子快门曝光时间较短，因为电磁阀充电以关闭机械快门所需时间较长，故需调整残余图像信号电荷清除时间。请参阅图6及图7所示，首先在T0时刻产生一高位准快门关闭信号S37，由于电磁阀充电积累足够能量的时间T0到T5是经预先测量所得，因此需在适当时机即T1时刻产生一高位准残余图像信号清除信号S38，持续至T2时刻再转为低位准残余图像信号清除信号S39。T1到T2一般约为数微秒，但实际使用时可达数毫秒。待残余信号电荷清除之后便开始进行电子快门曝光，后续控制时序则与图2所揭之曝光控制时序相同，即电子快门曝光从T2开始，到T3时曝光结束，T3到T4为曝光完成信号用以结束电子快门曝光，其后在T5到T6时段机械快门关闭，继而在T7时刻产生低位准快门关闭信号后，CMOS图像传感器2在T8时刻开始读取图像资料，该时刻可在机械快门关闭信号转为低位准之前或之后，但必须要在机械快门完全关闭之后。当所有图像资料均被处理单元3读取后，即可在T9时刻重新开启机械快门，以准备下一笔图像数据的摄取，同时对本次曝光获得之图像数据进行后续处理及储存操作。

如果CMOS图像传感器2所需电子曝光时间较长，由于电磁阀充电以关闭机械快门所需时间固定，因此也需要调整清除残余图像信号电荷的时间。请参阅图8及图9所示，首先在T0时刻产生一高位准残余图像信号清除信号S48，并于T1时刻转为低位准清除信号S49，T0到T1一般约为数微秒，但实际使用时可达数毫秒。由于电磁阀充电积累足够能量时间T2到T5固定且为预先测量而得，因此需在适当时机即T2时刻产生一高位准快门关闭信号S50。之后，如前所述，待残余信号电荷清除之后便开始进行电子快门曝光，从T1开始，于T3结束，而T3到T4时段将曝光完成信号先设为高位准再转为低位准以结束电子快门曝光，而后在T5到T6时段机械快门关闭，继而在T7时刻产生低位准快门关闭信号后，CMOS图像传感器2在T8时刻开始读取图像资料，该时刻可在机械快门关闭信号转为低位准之前或之后，但必须要在机械快门完全关闭之后。当所有图像资料均被处理单元3读取后，即可在T9时刻重新开启机械快门，以准备下一笔图像数据的摄取。

综上所述，本发明利用机械快门实现完全遮光的目的，且图像资料在机械快门完全关闭后才开始读取，故可防止污点的产生，获得较佳品质的图像。而且，图像资料的曝光取决于CMOS图像传感器的电子快门控制功能，且机械快门在电子快门曝光结束后才全部关闭，因此该图像摄取装置在设计时，无需过于考虑机械快门的精确度及关闭速度，从而使其镜头模块的设计更为灵活。例如，可将机械快门设置于镜头模块之前或者设置于镜头模块与CMOS图像传感器之间。此外，该镜头模块还可包含单一光圈或者若干个光圈。因此，当机械快门设置于镜头模块前方且该镜头模块仅包含单一光圈时，该光圈可置于机械快门之前，或者置于机械快门与镜头模块之间，或者置于镜头模块内或者置于镜头模块与CMOS图像传感器之间。当机械快门置于镜头模块与CMOS图像传感器之间且该镜头模块仅包含单一光圈时，该光圈得置于镜头模块之前，或者置于镜头模块内，或者置于镜头模块与机械快门之间或者置于机械快门与CMOS图像传感器之间。如图10a至图10d所示，即为上述其中四种采用不同机械快门排配设计之图像摄取装置实施例，其中11代表镜群，21代表机械快门，22代表光圈，23代表光圈驱动电路以及24代表快门驱动电路。

Claims (17)

1、一种主要是依靠机械快门配合CMOS图像传感器的电子快门功能来实现的图像摄取装置的曝光控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：在CMOS图像传感器的电子快门曝光开始前，完成机械快门的开启；发出清除残余图像信号的信号，启动CMOS图像传感器的电子快门进行曝光；在CMOS图像传感器的电子快门曝光结束前，启动机械快门的关闭指令；在CMOS图像传感器的电子快门曝光结束后，机械快门开始关闭；在机械快门完全关闭后，开始读取在CMOS图像传感器的电子快门曝光期间所摄取的图像资料。

2、如权利要求1所述的图像摄取装置的曝光控制方法，其特征在于：所述的清除残余图像信号的信号是在机械快门关闭指令启动之前发出。

3、如权利要求1所述的图像摄取装置的曝光控制方法，其特征在于：所述的清除残余图像信号的信号是在机械快门关闭指令启动之后发出。

4、如权利要求1所述的图像摄取装置的曝光控制方法，其特征在于：所述的清除残余图像信号的信号是在机械快门关闭指令启动之前结束。

5、如权利要求1所述的图像摄取装置的曝光控制方法，其特征在于：所述的机械快门完全关闭的时间和开始读取在CMOS图像传感器的电子快门曝光期间所摄取的图像资料的时间之间存在一个延迟时间。

6、如权利要求1所述的图像摄取装置的曝光控制方法，其特征在于：所述的开始读取在CMOS图像传感器的电子快门曝光期间所摄取的图像资料的时间是在机械快门关闭指令结束之后。

7、如权利要求1所述的图像摄取装置的曝光控制方法，其特征在于：所述的开始读取在CMOS图像传感器的电子快门曝光期间所摄取的图像资料的时间是在机械快门关闭指令结束之前。

8、一种图像摄取装置的曝光控制方法，主要是依靠机械快门配合CMOS图像传感器的电子快门功能来实现，其特征在于包括以下步骤：在图像拍摄前，开启机械快门；通过压按一快门按钮向一控制装置发出指令，提供一同步信号以启动第一电子快门，从而控制图像摄取的曝光始点；提供一机械快门关闭控制信号，以控制机械快门的关闭动作；结束第一电子快门，以开始进行曝光；在机械快门开始关闭前启动第二电子快门，以结束曝光；待机械快门完全关闭后将获得的图像信号依序转移至CMOS图像传感器读取区后输出。

9、如权利要求8所述的图像摄取装置的曝光控制方法，其特征在于：所述的提供一机械快门关闭控制信号的动作是在启动第一电子快门之前进行。

10、如权利要求8所述的图像摄取装置的曝光控制方法，其特征在于：所述的提供一机械快门关闭控制信号的动作是在结束第一电子快门之后进行。

11、如权利要求8所述的图像摄取装置的曝光控制方法，其特征在于：所述的将图像信号依序转移至CMOS图像传感器读取区的动作需在所述的机械快门完全关闭并延迟一段时间后才开始进行。

12、如权利要求8或11所述的图像摄取装置的曝光控制方法，其特征在于：所述的将图像信号依序转移至CMOS图像传感器读取区的动作是在所述的机械快门关闭信号结束之前进行。

13、如权利要求8或11所述的图像摄取装置的曝光控制方法，其特征在于：所述的将图像信号依序转移至CMOS图像传感器读取区的动作是在所述的机械快门关闭信号结束之后进行。

14、如权利要求8所述的图像摄取装置的曝光控制方法，其特征在于：在所述的将图像信号依序转移至CMOS图像传感器读取区后输出的过程中，先将暂存于CMOS图像传感器储存电荷传输线中的第一图场图像信号电荷传送至水平电荷传输线后读出，并转换成第一图场图像数字信号输出；随后再将第二图场图像信号电荷从相邻垂直电荷传输线送出，经储存电荷传输线传送至水平电荷传输线后读出，并转换成第二图场图像数字信号输出。

15、一种图像摄取装置，其包括一CMOS图像传感器、一镜头模块以及一快门按钮，其中所述的CMOS图像传感器进一步包含一可提供整个阵列相同的曝光瞬间的具电子快门功能的机构，所述的镜头模块进一步包含有一机械快门，并设置于所述的CMOS图像传感器前方，其特征在于：该图像摄取装置还包括一与所述快门按钮连接的控制装置，以同时控制所述的机械快门与具电子快门功能的机构，按照权利要求1或8所述的曝光控制方法进行适当曝光。

16、如权利要求15所述的图像摄取装置，其特征在于：所述的机械快门设置于镜头模块之前。

17、如权利要求15所述的图像摄取装置，其特征在于：所述的机械快门设置于所述的镜头模块与所述的CMOS图像传感器之间。

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