DE4117019C2 - Steuervorrichtung für einen Bildsensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen Bildsensor, die einen vorgegebenen Effekt beim Einsatz in einer elektronischen Einzelbildkamera erzeugt.

In einer elektronischen Einzelbildkamera wird ein dem aufzunehmenden Objekt entsprechendes Bildsignal mit einem Bildsensor abgegeben, der z. B. ein CCD-Element (Charge Coupled Device) sein kann. Das Bildsignal wird auf eine Video-Magnetspeicherplatte aufgezeichnet. Hierbei kann ein Bildfeld durch ein erstes und ein zweites Halbbild zusammengesetzt werden, und ein Bild­ signal des zweiten Halbbildes wird mit Fotodioden des Bildsensors festgehalten, während ein Bildsignal des ersten Halbbildes ausgelesen wird. Wenn das Bildsignal nach Schließen einer Apertur ausgelesen wird, liefern die Fotodioden während dieser Periode einen Dunkel­ strom, und somit tritt im zweiten Halbbild ein Stören durch den Dunkelstrom auf. Dieses Stören kann ein Flackern des mit dem ersten und zweiten Halbbild erzeugten Gesamtbildes hervorrufen.

Eine solche Kamera ist aus der nach veröffentlichten US-PS 4 972 266 bekannt.

Aus der DE 39 19 457 A1 ist eine Vorrichtung zum Steuern eines Bildsensors bei der Abgabe eines zwei Objekt-Halbbildern entsprechenden Bildsignales mit einer Apertur zum Steuern der Belichtung des Bildsensors, einem Verschluß und einer Apertursteuerschaltung zum Betätigen der Apertur in Abhängigkeit von dem Ergebnis einer fotometrischen Objektauswertung bekannt. Diese Steuervorrichtung stimmt das Verschlußöffnungssignal sowie ein Ladungsverschiebesignal für das erste Halbbild und ein Ladungsverschiebesignal für das zweite Halbbild derart aufeinander ab, daß in den beiden die Halbbilder repräsentierenden Signalen jeweils weitgehend gleich große Dunkelstromkomponenten enthalten sind. Dadurch wird ein beim Auslesen zweier Halbbilder auftretendes Rauschen verringert.

Aus der DE 30 49 130 A1 ist es bekannt, ein dunkelstromkomponentenfreies Bildsignal zu erzeugen, indem eine Zeile zweimal ausgelesen wird, wobei beim ersten Auslesen ein erstes Signal mit Video- und Störinformation und beim zweiten Auslesen ein zweites Signal, nur mit Störinformation erzeugt wird und das zweite vom ersten subtrahiert wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Steuervorrichtung anzugeben, mit der eine Beeinträchtigung des Bildes durch Dunkelstrom verhindert wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei einer Steuervorrichtung nach der Erfindung ist eine Apertur zum Steuern der Belichtung des Bildsensors vorgesehen, und eine Vorrichtung zum Eliminieren der Wirkung eines in dem Bildsensor erzeugten Dunkelstroms aus dem Bildsignal des zweiten Halbbildes kommt nach Schließen der Apertur zur Wirkung, so daß das Bildsignal aus einem ersten Halbbild und einem zweiten Halbbild zusammengesetzt wird, bei dem die Wirkung des Dunkelstroms beseitigt ist.

Die Steuervorrichtung enthält neben der Apertur zur Steuerung der Belichtung des Bildsensors eine Steuerschaltung zu dessen Steuerung. Unter deren Steuerung gibt der Bildsensor nach dem Schließen der Apertur Bildsignale für das erste und das zweite Halbbild ab, und danach liefert er Daten eines dritten Halbbildes entsprechend einem Dunkelstrom. Die Steuerschaltung gibt dann ein Signal ab, das sich durch Subtraktion der Daten des dritten Halbbildes von dem Bildsignal des zweiten Halbbildes ergibt, wobei zusammen mit dem Bildsignal des ersten Halbbildes ein Gesamt-Bildsignal erzeugt wird.

Die Steuervorrichtung kann einen A/D-Wandler, einen Speicher zum Speichern mindestens der Daten eines Halbbildes, die von dem Wandler geliefert werden, eine Lichtmeßschaltung, eine Apertur und eine Steuerschal­ tung enthalten. Der A/D-Wandler setzt das Ausgangssi­ gnal des Bildsensors um. Der Speicher speichert minde­ stens die Ausgangsdaten eines Halbbildes aus dem A/D- Wandler. Die Lichtmeßschaltung mißt die Belichtung durch ein Objekt. Die Apertur steuert eine Belichtung des Bildsensors entsprechend einem Ausangssignal der Lichtmeßschaltung. Die Steuerschaltung steuert den Bildsensor derart, daß nach Schließen der Apertur Daten eines dritten Bildfeldes ausgegeben werden, die einem Dunkelstrom entsprechen. Dies erfolgt nach der Ausgabe der Bildsignale des ersten und zweiten Halbbildes ent­ sprechend dem Objekt. Dann wird ein Signal abgegeben, das sich durch Subtraktion der Daten des dritten Halb­ bildes von dem Bildsignal des zweiten Halbbildes er­ gibt, gemeinsam mit dem Bildsignal des ersten Halbbil­ des, wodurch ein Gesamt-Bildsignal entsteht.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 das Blockdiagramm einer Steuervorrichtung als Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 das Blockdiagramm des Aufbaus eines CCD- Bildsensors,

Fig. 3 das Zeitdiagramm der Arbeitsweise des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels,

Fig. 4 das Blockdiagramm eines Hauptteils des CCD-Bildsensors und

Fig. 5 das Zeitdiagramm für Signale PS und VSUB.

Fig. 1 zeigt das Blockdiagramm einer Steuervorrichtung für einen Bildsensor, die gemäß der Erfindung aufgebaut ist.

Das an einem (nicht dargestellten) Objekt reflektierte Licht fällt auf einen CCD-Bildsensor 11 über ein Auf­ nahmeobjektiv 12 und eine Apertur 13, wodurch mit dem CCD-Bildsensor 11 ein Bildsignal entsprechend dem Ob­ jektbild erzeugt wird. Dieses Bildsignal wird an einen A/D-Wandler 51 abgegeben. Es wird mit diesem umgesetzt und in einem Bildspeicher 52 gespeichert.

Die in dem Bildspeicher 52 gespeicherten Daten werden in ein EEPROM (elektrisch löschbares, programmierbares ROM) 53 eingeschrieben oder mit einem nicht dargestell­ ten D/A-Wandler umgesetzt und dann frequenzdemoduliert, so daß sie auf eine Video-Magnetspeicherplatte (nicht dargestellt) aufgezeichnet werden können.

Eine Steuerschaltung 21 enthält einen Mikrocomputer (MPU) und weitere Einheiten und steuert eine Lichtmeß­ schaltung 22 über einen Treiber 23, wodurch ein Licht­ meßprozeß ausgeführt wird. Dessen Ergebnis bewirkt eine Ansteuerung eines Aperturtreibers 24, so daß die Aper­ tur 13 entsprechend betätigt wird. Die Steuerschaltung 21 steuert auch einen Treiberimpulsgenerator 54, so daß ein CCD-Treiber 25 Treibersignale abgibt, durch die der CCD-Bildsensor 11 betrieben wird.

Ein Auslöseschalter 26 wird zur fotografischen Aufnahme betätigt.

Fig. 2 zeigt den Aufbau des CCD-Bildsensors 11. Eine Fotodiode 41 ist für jeweils ein Pixel vorgesehen und gibt eine elektrische Ladung ab, deren Größe der je­ weils einwirkenden Lichtmenge entspricht. Ein Vertikal- Übertragungs-CCD 42 ist neben der linearen Anordnung von Fotodioden 41 vorgesehen und überträgt eine mit den Fotodioden 41 erzeugte Ladung auf ein Horizontal- Übertragungs-CCD 43 oder eine Entladungsanordnung 44. Ein FDA-Verstärker (Floating Diffusion Amplifier) 45 ist mit dem Horizontal-Übertragungs-CCD 43 verbunden und setzt eine von dem Horizontal-Übertragungs-CCD 43 übertragene elektrische Ladung in eine Spannung um und gibt diese ab. Eine Überlauf-Ableitung 46 dient zum Ab­ leiten überschüssiger elektrischer Ladungen, die durch eine zu starke Lichteinstrahlung verursacht werden.

Die Arbeitsweise dieser Anordnung wird im folgenden an Hand des in Fig. 3 gezeigten Zeitdiagramms erläutert.

Wenn der Auslöseschalter 26 bei R1 halb betätigt wird, steuert die Steuerschaltung 21 die Lichtmeßvorrichtung 22 über den Lichtmeßtreiber 23, wodurch die Lichtmeß­ vorrichtung 22 den Belichtungszustand eines Objekts mißt, wie bei PH gezeigt. Dann berechnet die Steuer­ schaltung 21 die Belichtung des Objekts entsprechend dem Ausgangssignal der Lichtmeßvorrichtung 22.

Wenn der Auslöseschalter 26 dann voll gedrückt wird, wie bei R2 gezeigt, so steuert die Steuerschaltung 21 den Aperturtreiber 24 entsprechend dem Rechenergebnis der Belichtung, wodurch die Apertur 13, wie bei AP ge­ zeigt, geöffnet wird. Entsprechend wird die durch das Aufnahmeobjektiv 12 hindurchtretende Lichtmenge auf einen geeigneten Wert eingestellt und auf den CCD- Bildsensor 11 geleitet.

Die Steuerschaltung 21 steuert den CCD-Treiber 25, der ein Vertikal-Synchronisiersignal VD und Vertikal-Trei­ bersignale ΦV1 bis ΦV4 mit vier Phasen abgibt, die mit einem Horizontal-Synchronisiersignal synchronisiert werden. Diese Signale werden an den CCD-Bildsensor 11 abgegeben. Im folgenden werden die Signale ΦV1 bis ΦV4 als Treibersignale bezeichnet.

Wie Fig. 4 zeigt, hat das Vertikal-Übertragungs-CCD 42 vier Elektroden V1 bis V4, die aufeinanderfolgend in Wiederholung längs des Vertikal-Übertragungs-CCD 42 an­ geordnet sind und eine 4-Phasen-Ansteuerung ermögli­ chen. Die Fotodioden 41 sind mit den Elektroden V1 und V3 jeweils über Übertragungstore (TG) 47 verbunden. Die mit den Fotodioden 41 angesammelten elektrischen Ladun­ gen werden auf das Vertikal-Übertragungs-CCD 42 über­ tragen und dann längs diesem geleitet, indem die elek­ trische Spannung und die Phase der Treibersignale, die an den Elektroden V1 bis V4 anliegen, entsprechend ge­ steuert werden.

Die Steuerschaltung 21 bringt zunächst die Treibersi­ gnale ΦV1 bis ΦV4 auf geringen Pegel, bevor eine Auf­ nahme durchgeführt wird (d. h. bevor ein elektronischer Verschluß betätigt wird). Auf diese Weise wird eine Po­ tentialmulde ausgeglichen und die Ansammmlung eines Dunkelstroms an dem Vertikal-Übertragungs-CCD 42 ver­ hindert.

Dann gibt die Steuerschaltung 21 ein Signal PS an den CCD-Treiber 25 ab, wodurch ein Signal VSUB auf hohen Pegel gebracht wird, wie Fig. 5 zeigt. Dadurch werden alle elektrischen, an den Fotodioden 41 angesammelten Ladungen auf ein Substrat unter den Fotodioden 41 abge­ leitet. Danach können elektrische Ladungen entsprechend einem aufzunehmenden Objekt an den Fotodioden 41 des CCD-Bildsensors 11 angesammelt werden.

Wenn eine vorbestimmte Zeit TV abgelaufen ist, die dem Ergebnis des Lichtmeßprozesses entspricht, steuert die Steuerschaltung 21 den Aperturtreiber 24 zum Schließen der Apertur 13, wie Fig. 3 zeigt. Es tritt also eine Wirkung äquivalent der Betätigung eines elektrischen Verschlusses für die Zeit TV ein.

Nach Schließen der Apertur 13 wird ein Signal TG1 als elektrischer Ladungsübertragungsimpuls der Fotodioden 41 (PD_EVEN) der Elektrode V1 des Vertikal-Über­ tragungs-CCD 42 zugeführt in Form des Treibersignals ΦV1. Als Ergebnis wird eine elektrische Ladung, die an den Fotodioden 41 (PD_EVEN) angesammelt wurde und einer geradzahligen horizontalen Abtastzeile ent­ spricht, zur Elektrode V1 des Vertikal-Übertragungs-CCD 42 als Bildsignal eines ersten Halbbildes übertragen. Dieses Bildsignal wird nacheinander längs der Elektro­ den V1 bis V4 des Vertikal-Übertragungs-CCD 42 übertra­ gen, indem die Pegel der Treibersignale ΦV1 bis ΦV4 nacheinander geändert werden, wodurch die Eingänge des A/D-Wandlers 51 angesteuert werden. Das Bildsignal wird dann entsprechend umgesetzt und in den Bildspeicher 52 eingeschrieben, wie es in Fig. 3 bei D1 gezeigt ist.

In derselben Weise wird bei dem nächsten Halbbild ein Signal TG2 der Elektrode V3 des Vertikal-Übertragungs- CCD 42 in Form des Treibersignals ΦV3 zugeführt. Da­ durch wird eine elektrische Ladung, die an der Fotodi­ ode 41 angesammelt wurde (PD_ODD) entsprechend einer ungeradzahligen horizontalen Zeile der Elektrode V3 des Vertikal-Übertragungs-CCD 42 als Bildsignal eines zwei­ ten Halbbildes zugeführt. Dieses Bildsignal wird gleichfalls sukzessiv längs der Elektroden V1 bis V4 des Vertikal-Übertragungs-CCD 42 übertragen, indem sukzessiv die Pegel der Treibersignale ΦV1 bis ΦV4 ge­ ändert werden. Dadurch werden die Eingänge des A/D- Wandlers 51 angesteuert. Das Bildsignal wird nach die­ sem Umsetzen in den Bildspeicher 52 eingeschrieben, wie es in Fig. 3 bei D2 gezeigt ist.

Ferner wird danach ein drittes Halbbild mit einem Si­ gnal TG3 in Form des Treibersignals ΦV3 der Elektrode V3 zugeführt. Dadurch wird eine elektrische Ladung, die an den Fotodioden 41 angesammelt ist (PD_ODD), zur Elektrode V3 übertragen. Dieses übertragene Signal ent­ spricht einer Periode, für die die Apertur 13 geschlos­ sen war, und damit nicht einem Bildsignal des Objekts, sondern einer Dunkelstromkomponente. Dieses Signal wird gleichfalls sukzessiv längs der Elektroden V1 bis V4 des Vertikal-Übertragungs-CCD 42 übertragen, indem die Pegel der Treibersignale ΦV1 bis ΦV4 nacheinander geän­ dert werden. Dadurch werden die Eingänge des A/D- Wandlers 51 angesteuert. Das so gewandelte Bildsignal wird dann in den Bildspeicher 52 eingeschrieben, wie es in Fig. 3 bei D3 gezeigt ist.

Wie vorstehend beschrieben, enthält das Bildsignal des zweiten Halbbildes eine Dunkelstromkomponente und eine Bildsignalkomponente des Objekts. Daher liest die Steu­ erschaltung 21 die Daten des zweiten und dritten Halb­ bildes und subtrahiert dann die Daten (eine Dunkel­ stromkomponente) des dritten Halbbildes von den Daten des zweiten Halbbildes, wodurch ein Bildsignal des Ori­ ginalbildes erzeugt wird. Diese so berechneten Daten und die Daten des ersten, im Bildspeicher 52 gespei­ cherten Halbbildes werden dem EEPROM 53 als ein Bildsi­ gnal zugeführt und dann als auf die Magnetspeicherplat­ te aufzuzeichnende Daten benutzt. Auch kann damit ein aufgenommenes Bild unmittelbar betrachtet werden.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, er­ gibt sich auf diese Weise ein Bild mit geringerem Stör­ anteil.

Claims (3)

1. Steuervorrichtung für einen Bildsensor (11), der ein Bildsignal mit einem ersten und einem zweiten Halbbild abgibt, und der eine mindestens zweigeteilte Anordnung lichtempfindlicher Elemente (41) und eine Anordnung vertikaler Transferteile (42) hat, mit einer Apertur (13) zum Steuern der Belichtung des Bildsensors (11), gekennzeichnet durch eine Anordnung zum Ableiten von Ladungen aus den lichtempfindlichen Elementen (41) ohne Signalabgabe, die, bevor die lichtempfindlichen Elemente (41) zum Erstellen eines Bildes belichtet werden, aus diesen Elementen (41) Ladungen entfernt, durch eine Anordnung zum Ermitteln der Dunkelstromkomponente eines zweiten Halbbildsignales und durch eine Steuerschaltung zum Subtrahieren der Dunkelstromkomponente von dem zweiten Halbbildsignal und zum Abgeben eines Gesamtbildsignales aus dem Signal des ersten Halbbildes und dem dunkelstromkompensierten Signal des zweiten Halbbildes.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Steuerschaltung (21), die vor dem Belichten der lichtempfindlichen Elemente (41) ein Signal (PS) abgibt, um ein Ableiten von an den lichtempfindlichen Elementen (41) angesammelten Ladungen auf ein unter den lichtempfindlichen Elementen (41) befindliches Substrat zu bewirken.

3. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen A/D-Wandler (51) für die Ausgangssignale des Bildsensors (11), durch einen Bildspeicher (52) für die Bildsignale mindestens eines Halbbildes, die von dem A/D- Wandler (51) abgegeben werden, durch eine Lichtmeßschaltung (22) zum Messen der Belichtung durch das aufzunehmende Objekt, durch eine Apertur (13) zum Steuern der Belichtung des Bildsensors (11) entsprechend dem Ausgangssignal der Lichtmeßschaltung (22) und durch eine Steuerschaltung (21) zum Steuern des Bildsensors (11) derart, daß er nach Schließen der Apertur (13) Daten eines dritten Halbbildes entsprechend einem Dunkelstrom nach den Bildsignalen eines ersten und eines zweiten Halbbildes des Objekts abgibt, wonach die Steuerschaltung (21) ein Signal abgibt, welches sich durch Subtraktion der Daten des dritten Halbbildes von dem Bildsignal des zweiten Halbbildes ergibt, und dem das Bildsignal des ersten Halbbildes zum Formen eines Gesamt-Bildsignals zugeordnet wird.