CN101232560B - 相位调整装置和方法、相位调整驱动装置以及数码相机 - Google Patents

Abstract

一种相位调整装置，其中特性检测单元在每个预先设置的相移间隔检测数字成像信号的特性；时序调整单元给出脉冲的相位调整指令，以便收敛到所述数字成像信号中使得所述特性为预定值或在预定范围内的成像相位；以及移位间隔切换单元根据成像元件的摄影条件切换所述相位切换间隔。

Description

相位调整装置和方法、相位调整驱动装置以及数码相机

技术领域

本发明涉及对数码相机中成像所使用的脉冲进行相位(时序)调整的相位调整装置，以及带有该相位调整装置的数码相机。本发明还涉及相位调整驱动装置及相位调整方法。作为本发明相位调整技术的目标的主要脉冲为下列至少一种：用于检测从成像元件输出的成像信号的电平的峰值采样脉冲；用于检测变成相关双采样的基准的信号电平的基准采样脉冲；和输出至外部AD转换器的AD时钟信号。

背景技术

在数码相机(数字静态摄影机、数字摄像机、带有照相机的便携式电话机等)中，由诸如CCD和MOS传感器之类的成像元件成像得到的模拟成像信号被转换为数字成像信号，并且这种数字成像信号在经过预定信号处理之后被记录下来。利用成像元件对物体进行成像需要用于驱动成像元件的脉冲、用于检测信号电平的脉冲等。由于这些脉冲的相位具有在制造中产生的偏差，因此在设计硬件时很难调整这些脉冲的相位。因此，在制造之后，技术人员进行相位调整，将指示已调整相位的信息存储在存储区中，并且此后用户在实际使用中从该存储区读出所述相位信息，以用于设置最优相位。

利用最小曝光时间充分获取噪声成分及在高频成分(噪声成分)变成最小的情况下调整相位的技术在常规下为已知(参见日本特许公开专利申请No.2005-151081)。

在数码相机的领域中，带有相位调整装置的系统有时以多种方式变化。特别地，在医用照相机等的领域中，在制造出数码相机之后，有时会替换成像元件。如果带有相位调整装置的系统或成像元件不同，则用于驱动不同系统或元件的脉冲的相位明显不同，并且因此必需对相位进行重新调整。然而，如果技术人员必须手工重新调整相位，则很难快速并容易地改变带有相位调整装置的系统并替换成像元件。

虽然待调整的脉冲具有多种类型，但是根据上述日本特许公开专利申请，对于所有脉冲利用同一种方法来获得最优相位，而没有考虑各脉冲的特性，这样精度不是很高。

最优相位也随着诸如温度改变和电压改变之类的外部因素而改变，因此期望在每次摄影条件改变时就对相位进行调整。然而，现有技术的中脉冲相位调整都在工厂出货时进行，并且没有对由用户进行调整的情况做出应有的考虑，在这种情况下当由用户进行调整时，所述调整实际上是很麻烦的。

发明内容

因此，本发明的主要目的是提供一种相位调整装置，其能够更快速且更容易地对用于驱动成像元件的脉冲的相位进行调整，并且进一步地，与技术人员手工进行调整的情况相比具有更高的精度，并且能够响应快门速度很快的高速摄影中所需的相位调整。

本发明用于解决以上问题的相位调整装置，基于通过针对各像素将成像元件所获得的模拟成像信号转换为数字值而获得的数字成像信号，来调整模拟成像信号成像时所使用的脉冲的相位。所述相位调整装置包括：特性检测单元，用于在每个预先设置的相移间隔检测所述数字成像信号的特性；时序调整单元，用于给出所述脉冲的相位调整指令，以便将所述脉冲的相位收敛到使得所述数字成像信号的特性处于预定值或预定范围之内的成像相位；和移位间隔切换单元，用于根据所述成像元件的摄影条件来切换所述相移间隔，其中，所述移位间隔切换单元在正常调整模式和高速执行相位调整的高速调整模式之间切换所述相移间隔，将所述高速调整模式中的调整阶段分为两个阶段：粗调整阶段和跟随所述粗调整阶段之后的微调整阶段，并将所述微调整阶段中的微调整相移间隔设置成小于所述粗调整阶段中的粗调整相移间隔的间隔。

在具有这种配置的相位调整装置中，所述特性检测单元检测与预定像素区内的多个像素的数字成像信号有关的特性，并向所述时序调整单元提供所获得的特性信息。所述时序调整单元基于所接收的特性信息获得所述脉冲的最优相位，并将所述脉冲的相位调整指令给予时序发生器等，以便使成像相位收敛到所获得的最优相位。基于所述特性信息对所述脉冲进行的所述相位调整适合于对峰值采样脉冲进行相位调整或者对基准采样脉冲进行相位调整，所述峰值采样脉冲用于对在信号期达到其峰值的信号分量进行采样，所述基准采样脉冲用于对变成相关双采样的基准的信号分量进行采样。

上述相位调整过程由所述特性检测单元和所述时序调整单元协作地自动进行。进一步，由于所述特性检测单元实际上测量从所述成像元件获得的所述模拟成像信号的特性，且所述脉冲的相位是考虑到这种特性来调整的，因此对用于驱动所述成像元件的所述脉冲进行相位调整的精度很高。也就是说，可以按照当前成像元件状态进行相位调整。由于用于驱动所述成像元件的所述脉冲的各相位被自动调整，因此，与技术人员手工调整所述脉冲相位的情况相比，可以减小所述调整过程所需的时间。

另外，通过设置移位间隔切换单元，可以产生以下效果。

所述移位间隔切换单元根据诸如快门速度和温度之类的摄影条件对所述相移间隔进行切换，并且指令所述特性检测单元。

所述特性检测单元设置粗调整阶段和跟随所述粗调整阶段之后执行的微调整阶段，在所述粗调整阶段检测使在粗调整相移间隔所依次检测到的特性变成第一预定值或在预定范围之内的第一成像相位，并在所述微调整阶段，检测使在具有比所述粗调整相移间隔窄的间隔的微调整相位间隔所依次检测到的特性变成第二预定值或在以所述第一成像相位为移位中心的第二预定范围内的第二成像相位；并且所述时序调整单元调整所述脉冲的相位以便收敛到所述第二成像相位。

因此，到检测到所述第一成像相位为止所进行的相移的数目变得越来越少，并且在检测所述第一成像相位之后，到检测到所述第二成像相位为止，所进行的相移的数目也变得越来越少。通过结合所述粗调整阶段和所述微调整阶段，能更快速地接近最优相位。

在产生以上效果时，本发明的相位调整装置包括如下一种形式：所述移位间隔切换单元在正常调整模式和高速执行相位调整的高速调整模式之间切换所述相移间隔，将所述高速调整模式中的调整阶段分为两个阶段：粗调整阶段和跟随粗调整阶段之后的微调整阶段，并将所述微调整阶段中的微调整相移间隔设置成小于所述粗调整阶段中的粗调整相移间隔的间隔。

进一步，本发明的相位调整装置包括如下一种形式：所述特性检测单元设置粗调整阶段和跟随所述粗调整阶段之后进行的微调整阶段，在所述粗调整阶段检测使在粗调整相移间隔所依次检测到的特性变成第一预定值或在预定范围内的第一成像相位，并在所述微调整阶段，检测使在具有比所述粗调整相移间隔窄的间隔的微调整相位间隔所依次检测到的特性变成第二预定值或在以所述第一成像相位为移位中心的第二预定范围内的第二成像相位；所述时序调整单元调整所述脉冲的相位以便收敛到所述第二成像相位；并且所述移位间隔切换单元被省略。

这种形式等同于上述移位间隔切换单元不是特别必需的情况。其目的是通过结合所述粗调整阶段和所述微调整阶段快速接近最优相位，而不管所述摄影条件如何。

本发明的相位调整装置包括以下形式：

所述微调整相移间隔是最小单位相移间隔，而所述粗调整相移间隔是所述微调整相移间隔的整数倍，其中所述整数大于或等于2；

所述粗调整相移间隔是可变的，而相位调整的速度可以自由控制；以及

所述粗调整阶段和所述微调整阶段中的至少一个被重复多次，以便防止使所述亮度级被噪声等瞬时升高的相位被错误地确定为最优相位，并且提高了相位调整的精度。

所述脉冲是以下脉冲中的至少一种：用于检测所述模拟成像信号的电平的峰值采样脉冲，和用于检测对所述模拟成像信号执行相关双采样时变成基准的信号电平的基准采样脉冲。如果所述峰值采样脉冲是待调整的脉冲，则假设使所述特性(亮度级)最大的相位为试验性最优相位或最优相位。如果所述基准采样脉冲是待调整的脉冲，则假设所述亮度级处于稳定区域的情况下的所述稳定区域的中心为试验性最优相位或最优相位。

具有上述配置的相位调整装置包括如下一种形式：所述特性为下列至少一种：每个相移间隔所依次指定的待检测像素的亮度级，和每个相移间隔所依次指定的多个像素的信号方差。在这种形式下，即使诸如快门速度和温度之类的摄影条件改变，仍然可以在所述AD时钟信号的相位调整中实现更快速地接近所述最优相位。在这种形式下，所述相移间隔切换单元优选地根据摄影条件切换所述相移间隔。进一步，在这种形式下，所述脉冲包括待提供给外部AD转换器的AD时钟信号。

本发明的相位调整驱动装置包括：本发明的上述相位驱动装置；和时序发生器，用于生成下列至少一种作为脉冲：用于检测从成像元件输出的成像信号的峰值电平的峰值采样脉冲，用于检测变成相关双采样的基准的信号电平的基准采样脉冲，和用于提供给外部AD转换器的AD时钟信号。

本发明的数码相机包括：本发明的上述相位调整驱动装置，所述成像元件和用于将被摄物图像的光收集到所述成像元件上的镜头单元。

根据本发明的相位调整方法用于调整成像中所使用的脉冲的相位；所述方法包括以下步骤：在预先设置的粗调整相移间隔对所述脉冲的相位依次移位的同时，检测使利用各相位的脉冲成像的图像信号的特性变成第一预定值、落入第一预定范围之内或超出该第一预定范围的第一成像相位；并且在小于所述粗调整相移间隔的微调整相移间隔对所述脉冲的相位依次移位的同时，将使利用各相位的脉冲成像的所述图像信号的特性变成第二预定值或在第二预定范围之内的第二成像相位设置为最优相位。

在所述相位调整方法中，所述特性检测单元实际上测量诸如亮度之类的特性，并且在带有所述相位调整装置的系统改变时，或者在所述成像元件被替换时，在所述脉冲的相位调整中考虑到这些特性对所述脉冲的相位进行调整，因此提高了用于驱动所述成像元件的所述脉冲的相位调整的精度。由于用于驱动所述成像元件的所述脉冲的各相位被自动调整，因此与技术人员手工调整所述脉冲相位的情况相比，可以减小所述调整过程所需的时间。

本发明的相位调整方法包括以下形式：

所述微调整相移间隔是最小单位相移间隔，而所述粗调整相移间隔是所述微调整相移间隔的整数倍，其中所述整数大于或等于2；以及

将检测所述第一成像相位的步骤和设置所述最优相位的步骤中的至少一个步骤重复多次，以便防止使亮度级被噪声等瞬时升高的相位被错误地确定为所述最优相位，并且提高了相位调整的精度。

所述脉冲是下列脉冲中的至少一种：用于检测所述成像信号的电平的峰值采样脉冲，和用于检测对所述成像信号执行相关双采样时变成基准的信号电平的基准采样脉冲。

本发明的相位调整方法包括如下一种形式：所述相位调整方法进一步包括以下步骤：将使在所述脉冲的相移间隔固定而对所述脉冲的相位依次移位的同时所检测到的特性变成第三预定值或在第三预定范围内的第三成像相位设置为最优相位；其中是将所述第二成像相位还是将所述第三成像相位设置为所述最优相位是根据所述摄影条件来切换的，因此可以进行适合于诸如快门速度和温度之类的摄影条件的模式选择。

所述特性为下列至少一种：每个相移间隔所依次指定的待检测像素的亮度级，和每个相移间隔所依次指定的多个像素的信号方差。基于方差的所述脉冲的相位调整适合于AD时钟信号的相位调整，其中所述AD时钟信号是用于将所述模拟成像信号AD转换为数字成像信号的工作时钟。

根据本发明，由于所述亮度实际上在从所述成像元件获取的所述模拟成像信号中测得，并且所述脉冲的相位基于此进行调整，因此可以进行符合当前成像元件状态的相位调整。这样，所述脉冲的相位调整的精度变得很高。此外，由于所述脉冲的各相位被自动调整，因此与技术人员手工调整所述脉冲的相位的情况相比，可以减小所述调整过程所需的时间。

为了获取这种效果，考虑一种如下配置的相位调整装置：

亮度级检测单元，用于在预定相移间隔依次指定待检测的像素的同时，检测多个像素的数字成像信号的亮度级；以及

时序调整单元，用于根据来自所述亮度级检测单元的所述亮度级的检测结果，利用使所述亮度级处于预定值或预定范围之内的相位作为峰值采样脉冲或基准采样脉冲的最优相位来进行相位调整。

由于依次地指定所述多个像素中的所述相移间隔是通常固定的，因此这种配置具有以下问题。为了提高具有这种配置的相位调整的精度，所述相移间隔必须被设置得足够小。然而，如果所述相移间隔很小，搜索所述最优相位需要很长时间，并且很难应付要求快门速度很快的高速摄影的情况。另一方面，将相移间隔设置得较大，以高速进行所述最优相位的搜索。然而，如果所述相移间隔较大，所述相位调整的精度变低。

在本发明中，实现了更快速地接近最优相位，并且所述粗调整阶段和所述微调整阶段的组合可以令人满意地响应于诸如快门速度很快之类的高速摄影。

由于根据本发明以高速自动进行对数字静态照相机或医用照相机的成像所使用的脉冲的时序调整，因此本发明至少在数字静态照相机和医用照相机中具有实用性。

附图说明

通过参见以下对优选实施例的描述，本发明及其目的和优势将得到最好的理解，并且将在所附的权利要求中显而易见。对于本领域技术人员来说，通过实现本发明，在说明书中没有提及的大量优势应该变得显而易见。

图1是示出根据本发明第一实施例的安装有相位调整装置的数码相机的整体配置的方框图。

图2是示出按时间序列从成像元件输出的信号分量的视图。

图3是示出根据第一实施例的相位调整方法的切换单元的视图。

图4是示出本发明实施例中高速相位调整模式下的操作的流程图。

图5A是示出本发明实施例中相位调整的整体操作的流程图。

图5B是示出在调整时的各脉冲设置值处调整进展的视图。

图6是本发明第一实施例中峰值采样脉冲的相位调整中所使用的信号分量的时序图。

图7是本发明第一实施例中基准采样脉冲的相位调整中所使用的信号分量的时序图。

图8是本发明第一实施例中AD时钟信号的相位调整中所使用的信号分量的时序图。

图9是示出本发明第一实施例中峰值采样脉冲的相位调整中的微调整阶段进行三次的情况下的示例的视图。

图10是本发明第二实施例中AD时钟信号的相位调整中所使用的信号分量的时序图。

具体实施方式

现在将参见附图，详细描述根据本发明的安装有相位调整装置的数码相机的实施例。

(第一实施例)

图1是示出根据本发明第一实施例的数码相机的整体配置的方框图。本发明的数码相机包括：光学镜头1，用于将被摄物图像收集到成像元件2上；成像元件2(在下文中以示例的方式被描述作CCD)，用于对光学镜头1所收集到的被摄物图像进行成像；模拟前端10，用于对从成像元件2输出的模拟成像信号Sa进行预定的处理，以将该模拟成像信号Sa转换为数字成像信号Sd；和DSP(数字信号处理器)20，用于对从模拟前端10输出的数字成像信号Sd进行预定的处理(颜色校正、YC处理等)，以生成图像信号。成像元件2包括多个像素，其中所述多个像素包括：用于对被摄物进行成像的有效像素区域；和OB(Optical Black，暗光)像素区域，其以光屏蔽状态设置在有效像素区域的外围并用于检测OB级别。

模拟前端10包括：相关双采样单元(CDS)3，用于进行相关双采样以确定从成像元件2输出的模拟成像信号Sa的信号电平；自动增益控制器(AGC)4，用于利用可调整的增益来放大从相关双采样单元3示出的信号；AD转换器(模拟数字转换器)5，用于将自动增益控制器4所放大的信号转换为数字成像信号Sd；时序发生器(TG)6，用于生成成像所使用的脉冲；和垂直驱动器7，用于向成像元件2输出时序发生器6所生成的脉冲。

DSP20包括：亮度级检测单元11，用于在预定相移间隔(粗调整相移间隔或微调整相移间隔)依次指定预定区域之内待检测像素的同时，检测多个像素的、作为数字成像信号Sd的一个特性的亮度级；方差计算单元12，用于在预定相移间隔依次指定待检测像素的同时，计算多个像素的、作为数字成像信号Sd的另一个特性的方差(指示像素之间的信号偏差)；时序调整单元13，用于基于亮度级检测单元11和方差计算单元12的检测/计算结果，计算基准采样脉冲DS1、峰值采样脉冲DS2和AD时钟信号ACK的最优相位，并在时序发生器6中设置所计算得到的最优相位；和移位间隔切换单元14，用于根据诸如快门速度和温度之类的摄影条件C来切换亮度级计算单元11和方差计算单元12中的相移间隔。在本实施例中，亮度级检测单元11和方差计算单元12为特性检测单元的示例。

时序发生器6经由垂直驱动器7向成像元件2提供基准采样脉冲DS1和峰值采样脉冲DS2。时序发生器6还向相关双采样单元3提供脉冲DS1和DS2。时序发生器6向AD转换器5提供AD时钟信号ACK。附图标记E1表示包括DSP20和移位间隔切换单元14在内的相位调整装置，而E2表示包括相位调整装置E1和时序发生器6在内的相位调整驱动装置。

图2是示出按时间序列从成像元件2输出的模拟成像信号Sa的视图。如图2所示，模拟成像信号Sa利用重置期T1、基准期T2和信号期T3配置。重置期T1是用来使成像元件2重置的时段。

基准期T2是从成像元件2输出基准电压的时段，以及在相关双采样单元3运行时用于检测变成基准的信号的时段。信号期T3是输出信号电压的时段，其中对在信号期T3中达到其峰值的信号电压和基准期T2中的基准电压进行采样，并且得出这两个电压的差，从而获取模拟成像信号Sa的信号电平Vs。在图2中，图中向下的方向被定义为信号分量为正的方向。

图3示出第一实施例中相位调整模式的切换单元。在图3中，移位间隔切换单元14基于摄影条件C(快门速度、温度等)，在正常相位调整模式21、高速相位调整模式22和非相位调整模式23之间切换DSP20的工作模式。

当移位间隔切换单元14根据摄影条件C选择正常相位调整模式21或高速相位调整模式22时，相位调整主要由亮度级检测单元11、方差计算单元12和时序调整单元13进行。在本实施例中待调整的脉冲是基准采样脉冲DS1、峰值采样脉冲DS2和AD时钟信号ACK。基准采样脉冲DS1是用于对在相关双采样中变成基准的信号分量进行采样的脉冲。因此，期望在基准采样脉冲DS1中进行相位调整，以便上升沿出现在所述基准期的中心。峰值采样脉冲DS2是用于对在信号期T3达到其峰值的信号分量进行采样的脉冲。因此，期望在峰值采样脉冲DS2中进行相位调整，以便上升沿出现在从成像元件2输出的信号分量达到其峰值的时候。AD时钟信号ACK是用于操作AD转换器5的时钟信号，其中期望在AD时钟信号中进行相位调整以便AD转换的结果不会有偏差。相关双采样单元3计算得到的信号电平Vs仅仅是在峰值采样脉冲DS2上升时段峰值的信号分量与在基准采样脉冲DS1的上升时段所定义的基准期内的信号分量之间的差。

图4是示出在高速相位调整模式下的操作的流程图。在图4中，高速相位调整模式包括粗调整阶段S1和微调整阶段S2。首先，在粗调整阶段S1，对确定各脉冲的最优相位所必需的数字成像信号的特性(亮度级、方差等)进行计算(步骤S12)，并且以最小单位相移间隔τ0的N(N：大于或等于2的整数)倍的相移间隔(粗调整相移间隔)将相位向后移位(步骤S13)。步骤S12和步骤S13在一个周期期间重复执行，以检测指示粗调整阶段S1中的最优相位的第一成像相位。

在微调整阶段S2，以最小单位相移间隔τ0的L(L：大于或等于1的整数)倍的相移间隔将在粗调整阶段S1检测到的第一成像相位向前移位(步骤S14)。其后，对确定最终最优相位所必需的数字成像信号的特性(亮度级、方差等)进行计算(步骤S16)，并以微调整相移间隔(最小单位相移间隔)τ0将相位进一步向后移位(步骤S17)。将步骤S16的过程和步骤S17的过程重复2L次以检测指示微调整阶段S2中的最优相位的第二成像相位。将微调整阶段S2中所检测的第二成像相位确定为各脉冲的最终最优相位。将这些过程重复2L次来在前面和后面对称地检验在粗调整阶段S1中所检测到的第一成像相位。2L次的重复次数是前面L次试验性最优相位和后面L次试验性最优相位的总值。

基于摄影条件C(快速速度、温度等)，重复粗调整阶段S1和微调整阶段S2中的至少一个(步骤S11、S15)，来确定各脉冲的最优相位。粗调整阶段S1重复M次(M：大于或等于2的整数)，而微调整阶段S2重复K次(K：大于或等于2的整数)。

以下将描述在移位间隔切换单元14选择高速相位调整模式22的情况下，对各脉冲的最优相位的确定。当由于季节之间的温度变化、家庭和旅行目的地之间的温度变化等所导致的成像时温度变化时，基准采样脉冲DS1、峰值采样脉冲DS2和AD时钟信号ACK中的最优相位有所改变。当温度检测器(未示出)检测到大于或等于一特定值的温度变化时，移位间隔切换单元14选择高速相位调整模式22。作为替代地，当用户要求快门速度很快的高速摄影时，移位间隔切换单元14选择高速相位调整模式22。

图5示出各脉冲的相位调整的总体操作的流程图。首先，在对峰值采样脉冲DS2的相位从初始值进行移位而基准采样脉冲DS1的相位和AD时钟信号ACK的相位固定在预先设定的初始值的同时，测量确定峰值采样脉冲DS2的相位所必需的数字成像信号的特性(步骤S21)。然后，评估在步骤S21测得的特性，以确定峰值采样脉冲DS2的最优相位(步骤S22)。在确定峰值采样脉冲DS2的相位之后，对基准采样脉冲DS1的相位从初始值进行移位而峰值采样脉冲的相位DS2固定在所确定的最优值且AD时钟信号ACK的相位仍固定在初始值的同时，测量确定基准采样脉冲DS1的相位所必需的数字成像信号的特性(步骤S23)。然后，评估在步骤S23测得的特性，以确定基准采样脉冲DS1的最优相位(步骤S24)。在确定基准采样脉冲DS1和峰值采样脉冲DS2的相位之后，对AD时钟信号ACK的相位从初始值进行移位而脉冲DS1的相位和DS2的相位固定在最优值的同时，测量确定AD时钟信号ACK的相位所必需的数字成像信号的特性(步骤S25)。然后，评估在步骤S25测得的数据，以确定AD时钟信号ACK的最优相位(步骤S26)。在确定基准采样脉冲DS1、峰值采样脉冲DS2和AD时钟信号ACK的最优相位之后，将与所确定的最优相位有关的信息设置在时序发生器6的寄存器中(步骤27)。从而，生成收敛到相应最优相位的脉冲。

现在将描述对峰值采样脉冲DS2、基准采样脉冲DS1和AD时钟信号ACK的相位调整的具体细节。

(峰值采样脉冲DS2的相位调整)

图6示出在峰值采样脉冲DS2的相位调整中使用的信号分量的时序图。在图6中，W1指示成像元件的输出信号，而W2指示亮度级，其中N＝3，并且L为L＝1，如同图4中所使用的N和L那样。峰值采样脉冲DS2的相位调整中的亮度被定义为在成像元件2的有效像素区的部分区域或整个区域(称为峰值采样脉冲检测区)中所选择的各像素的信号电平的平均值。

在粗调整阶段S1，在粗调整相移间隔(最小单位相移间隔的三倍的间隔)τ3，以诸如P1的A1到A4的方式对峰值采样脉冲DS2的相位进行移位，而基准采样脉冲DS1和AD时钟信号ACK的相位固定，以检测亮度级W2变成亮度级计算(S12)中的最大值的相位，并且假设这种相位是粗调整阶段S1中的第一成像相位。在这个示例中，P1的A4被检测作为粗调整阶段S1中的第一成像相位。

在微调整相移间隔(最小单位相移间隔)τ0，以诸如P1的A5到A7的方式对峰值采样脉冲DS2的相位从在粗调整阶段S1中计算得到的第一成像相位进行向前和向后移位的同时，在亮度级计算(S12)中亮度级W2变成最大值的相位被检测作为第二成像相位。这里，P1的A6被检测作为微调整阶段S2中的第二成像相位。第二成像相位(P1的A6)被确定为峰值采样脉冲DS2的最优相位。

在上述粗调整阶段S1中，使粗调整相移间隔为最小单位间隔的三倍的间隔τ3，这是因为峰值采样脉冲DS2的相位的预计位置预计在信号期T3中，而不在重置期T1中，也不在基准期T2中。因此，在本发明中，基于可以在重置期T1和基准期T2粗略搜索的思想，可以在足够大的粗调整相移间隔使相位移动。由于即使第一成像相位在信号期T3被计算，它的精度仍然很低，所以在微调整阶段S2使用微调整相移间隔τ0作为最小单位间隔来在高密度状态下进行搜索。在这种情况下，必须检验粗调整阶段S1中第一成像相位的前面和后面，并且因此在返回之后以最小单位间隔τ0的L倍进行搜索。这被重复2L次，以在粗调整阶段S1的前面和后面对称地检验试验性最优相位。具体的说，总共需要2L次，这是因为在试验性最优相位的前面和后面各进行L次检验。

在调整阶段S1和S2中，对峰值采样脉冲DS2的相位调整所需的时间为7T，如P1所示(从A1到A7)，其中T为每次移相所需的时间。传统相位调整所需的时间为12T，如P2所示(从B1到B12)，这是由于在一个周期期间在最小单位相移间隔τ0进行移位。因此，通过在粗调整阶段S1和微调整阶段S2的两个阶段中进行相位调整，可以使所需的时间节省5T，从而实现高速相位调整。

(基准采样脉冲DS1的相位调整)

图7示出在基准采样脉冲DS1的相位调整中所使用的信号分量的时序图。在图7中，N＝2，而L＝1。同样地，在基准采样脉冲DS1的相位调整中，亮度被定义为成像元件2的有效像素区的部分区域或整体区域(称为基准采样脉冲检测区域)中所选择的各像素的信号电平的平均值。

在粗调整阶段S1，在最小单位相移间隔τ0的两倍的间隔τ2(粗调整移位间隔)，以诸如P11的从A1到A6之类的方式对基准采样脉冲DS1的相位进行移位，同时峰值采样脉冲DS2和AD时钟信号ACK的相位固定，其中在亮度级计算(S12)中计算得到的亮度级W2与以先前相位计算得到的亮度级W2之间的差变成第一预定值或在第一预定范围(小于或等于第一预定值的取值的范围)内时，相关相位被确定为试验性地位于稳定区域内。在将相位移位一个周期之后，假设位于所检测到的稳定区域的中心的相位是粗调整阶段S1中的第一成像相位。这里，P11的A8被检测作为粗调整阶段S1中的试验性最优相位。

在微调整相移间隔(最小单位相移间隔)τ0，以诸如P11的A7到A9的方式对基准采样脉冲DS1的相位从粗调整阶段S1中计算得到的第一成像相位向前和向后移位，其中在亮度级计算(S12)中计算得到的亮度级W2与以先前相位计算得到的亮度级W2之间的差变成第二预定值或在第二预定范围(小于或等于第二预定值的取值的范围)之内时，相位被确定为完全位于稳定区域内。在将相位移位预定次数之后，假设在所检测到的稳定区域中心的相位为微调整相位S2中的最优相位。这里，P11的A8被检测作为微调整阶段S2中的第二成像相位，并且第二成像相位被确定为基准采样脉冲DS1的最优相位。

在上述粗调整阶段S1中，使相移间隔变成最小单位间隔τ0的两倍的间隔τ2，这是因为基准采样脉冲DS1的相位的预计位置预计位于基准期T2中，而不位于重置期T1中。因此，在本发明中，基于可以在重置期T1中粗略搜索的思想，以较大相移间隔来使移动相位。由于即使在基准期T2计算第一成像相位，该第一成像相位的精度仍然很低，因此将微调整相移间隔(最小单位间隔)τ0用作微调整阶段S2中的相移间隔来在高密度的状态下进行搜索。

在T为将相位移位一次所需的时间的情况下，基准采样脉冲DS1的相位调整所需的时间为9T，如P11所示(从A1到A9)。由于在一个周期期间在最小单位相移间隔τ0进行移位，所以传统相位调整所需的时间为12T，如P12所示(从B1到B12)。因此，通过以粗调整阶段S1和微调整阶段S2的两个阶段来进行相位调整，可以将所需的时间节省3T，从而实现高速相位调整。

(AD时钟信号ACK的相位调整)

图8示出在AD时钟信号ACK的相位调整中所使用的信号分量的时序图。在图8中，W1指示成像元件的输出信号，而W3指示方差。在此所指的方差被定义为在有效像素区域和/或成像元件2受到光屏蔽的OB像素区域的部分区域或整体区域(称为AD时钟信号检测区域)中的各像素的信号电平的偏差。也就是说，方差为指示各像素的信号电平偏差程度的取值，由于成像元件2的光屏蔽，所述信号电平在理想状态下为常数。因此，需要对AD时钟信号ACK的相位进行设置，以便使方差W3变小。在图8中，N＝3，而L＝1。

在粗调整阶段S1，在粗调整相移间隔(三倍于最小单位相移间隔τ0的间隔)τ3，以诸如P21的A1到A4的方式对AD时钟信号ACK的相位进行移位，而基准采样脉冲DS1和峰值采样脉冲DS2的相位固定在最优值，以检测使方差W3在方差计算(S12)中为最小值的相位。使方差W3为最小值的相位应当被确定为AD时钟信号ACK的第一成像相位，但是出于某些原因，方差W3有时在错误的位置变成最小。因此，将AD时钟信号检测区域中的亮度与确定方差W3为最小的相位处的预定期望值进行比较。由于OB像素区受到光屏蔽，所以在设计规范中存在用作DC偏移量的期望值。如果AD时钟信号检测区域中的亮度远远低于期望值，则不能假设此时AD时钟信号的相位相对于第一成像相位是最优的。因此，当在方差W3被确定为最小的相位处亮度与预定期望值之间的差小于或等于一定门限值时，则假设该相位为粗调整阶段S1的第一成像相位。然而，如果亮度与预定期望值之间的差大于该特定门限值时，则判断在方差W3为次最小的相位处亮度与预定期望值之间的差是否小于或等于特定门限值。这里，P21的A3被检测作为粗调整阶段S3的第一成像相位。

在微调整移位间隔(最小单位相移间隔)τ0，以诸如P21的A5到A7的方式对AD时钟信号ACK的相位进行移位，以检测方差W3变成最小值的相位，并将在该相位处的亮度与预定期望值进行比较。如果该亮度与该预定期望值之间的差小于或等于预定的门限值，则将该相位确定为微调整阶段S2的第二成像相位的最优相位。然而，如果该亮度与该预定期望值之间的差大于该预定的门限值，则在该方差W3为次最小的相位处将该亮度与该预定的门限值之间的差与该预定的门限值进行比较。如果该亮度与该预定期望值之间的差小于或等于预定的门限值，则将相关的相位确定为最优相位，即微调整阶段S2的第二成像相位。这种过程重复进行，并将微调整阶段S2的第二成像相位确定为AD时钟信号ACK的最优相位。这里，P21的A7被确定为AD时钟信号ACK的最优相位。

在上述调整阶段S1和S2，AD时钟信号ACK的相位调整所需的时间为7T，如P21所示(从A1到A7)，其中T为将相位移位一次所需的时间。由于在一个周期期间在最小单位相移间隔τ0进行移位，所以传统的相位调整所需的时间为12T，如P22所示(从B1到B12)。因此，通过以粗调整阶段S1和微调整阶段S2的两个阶段进行相位调整，可以将所需的时间节省5T，从而实现高速相位调整。

基准采样脉冲DS1、峰值采样脉冲DS2和AD时钟信号ACK的两个阶段相位调整分别所需的时间P1、P11和P22的总值为7T+9T+7T＝23T。传统的相位调整需要12T+12T+12T＝36T。因此，通过进行两个阶段相位调整，可以将所需的时间节省13T，从而实现高速相位调整。

现在将参见图9描述将峰值采样脉冲DS2的微调整阶段S2重复三次(在步骤S15，K＝3)的情况。图9是图6中P1的相位A5到A7的区域的放大图。

在微调整阶段S2，在微调整相移间隔(最小单位间隔)τ0，以诸如P31的A5-1到A7-1的方式对峰值采样脉冲DS2的相位进行移位，并且检测在亮度级计算(S12)中亮度级W2变成最大的相位。这里，在P31中检测相位A6-1。

类似地，在P32的A5-2到A7-2中检测到A5-2为使亮度级W2最大的相位，并且在P33的A5-3到A7-3中检测到A5-3为使亮度级W2最大的相位。

在这种情况下，计算在A5(两次)和A6(一次)测量三次的亮度级W2的平均值，并对计算得到的平均值进行比较。如果A5的亮度级W2的平均值X与A6的亮度级W2的平均值Y之间的关系是X＞Y，则检测到A5为微调整阶段S2的第二成像相位，并且该第二成像相位被确定为峰值采样脉冲DS2的最优相位。由于A6的峰值由噪声导致，所以以这样的方式对该过程进行重复。

根据上述调整方法，可以防止使由噪声等引起的亮度电平瞬时上升的相位被错误地确定为最优相位。也就是说，可以将峰值采样脉冲的最优相位合适地确定为A5，并且可以提高相位调整的精度。

微调整阶段S2在峰值采样脉冲DS2的相位调整中重复三次而在基准采样脉冲DS1和AD时钟信号ACK的相位调整中仅执行一次之后确定出相位时，相位调整所需的总时间为13T+9T+7T＝29T，其中T为对相位进行一次移位所需的时间。因此，该相位调整所需的时间比传统的相位调整所需的时间36T快7T。进一步，峰值采样脉冲DS2的相位调整精度得到提高。基准采样脉冲DS1和AD时钟信号ACK的相位调整精度也得到提高。

根据上述方法，可以对基准采样脉冲DS1、峰值采样脉冲DS2和AD时钟信号ACK的各相位进行自动调整。因此，即使当带有相位调整装置的系统被改变时，当成像元件2本身被替换时，或者由于外部因素(温度、老化、恶化等)导致成像元件2的特性改变时，可以通过在用户规范中和制造产品时指定适当的信号(颜色)或周期和相位调整量，来自动调整从时序发生器6输出的脉冲的相位。此外，由于利用考虑各脉冲特性的单独方法在关于图像质量和速度的最优状态下对脉冲的相位进行调整，因此可以实现高精度和高速的自动调整。

根据上述本实施例，由于在所有的基准采样脉冲DS1、峰值采样脉冲DS2和AD时钟信号ACK上都进行了相位调整，并且利用考虑到各脉冲特性的单独方法来调整相位的脉冲，因此可以实现高精度的自动调整。

即使在成像元件2的特性被外部因素(温度、老化、恶化等)所改变，并且要求具有快速快门的高速摄影的情况下，也可以对从时序发生器6输出的脉冲的相位进行自动调整。

可以调整三种脉冲中的一种或两种。亮度级检测单元11、方差计算单元12和时序调整单元13，这些部件可以作为硬件通过电路来配置，或者可以利用微计算机作为软件来实现。另外，上述实施例仅仅是示例，并且应当认识到可以作出各种修改。以下改变还可以提高AD时钟信号ACK的两个阶段相位调整的精度。

(第二实施例)

本发明的第二实施例进一步提高了AD时钟信号ACK的相位调整的精度。图10是示出AD时钟信号ACK的相位调整中所使用的信号分量的时序图的视图。如同图4中使用的N和L，N＝3，而L＝1。

在粗调整阶段S1，在粗调整相移间隔(三倍于最小单位相移间隔的间隔)τ3，以诸如P41的A1到A4的方式对AD时钟信号ACK的相位进行移位，而基准采样脉冲DS1和峰值采样脉冲DS2的相位固定在第一成像相位，以检测在方差计算(S12)中方差W3变成最小的相位。如图10所示，如果存在使方差W3变小的两个方差值子部分31和32，将与使方差值子部分31和32中各自方差W3变成最小的两个相位(P41的A2和A4)有关所检测到的各相位处的亮度级与预定期望值进行比较，并且将在方差值子部分31和32中各自检测到的一个相位作为粗调整阶段S1的第一成像相位。这里，P41的A2和A4被检测作为第一成像相位。

接下来，以诸如P42的A5-1到A7-1和A5-2到A7-2的方式，在微调整相移间隔(最小单位相移间隔)τ0对AD时钟信号ACK的相位进行移位，并计算方差值子部分31和31各自的方差W3(S12)，并且其后，在方差值子部分31和32中的每一个处，检测使计算得到的方差W3变成最小的相位。进一步，将各检测相位下的亮度级与预定期望值进行比较，以在方差值子部分31和32中的每一个处，检测到一个相位作为微调整阶段S2的第二成像相位。这里，P42的A5-1和A7-2被检测作为第二成像相位。

在微调整阶段S2检测的第二成像相位(P42的A5-1、A7-2)处计算S/N，并且将使S/N变成计算结果中的较大值的相位确定为AD时钟信号的最优相位。这里，相位P42的A7-2被确定为AD时钟信号ACK的最优相位。

然而，例如，如果AD时钟信号ACK被调整为方差值子部分31中的相位，取回的图像信号的颜色为G(绿色)，并且AD时钟信号ACK被调整为方差值子部分32中的相位，取回的图像信号的颜色为R(红色)，则图像信号的颜色根据P42的A5-1或A7-2是否变成AD时钟信号ACK的最优相位而改变。由于在DSP20侧从模拟前端10输入的图像信号的颜色次序是固定的，因此颜色可能被反转。

因此，将在方差值子部分31和31检测到相应相位的亮度级与预定期望值进行比较以判断颜色，其中当通过S/N的比较被确定为AD时钟信号ACK的最优相位的信号颜色不同于在DSP20侧所定义的颜色时，则DSP20侧的设置被改变以防止图像信号的颜色反转。通过以上方法可以以高精度调整AD时钟信号ACK的相位。

在以上描述中，虽然已经以示例的方式描述了不需要替换成像元件2和光学镜头1的数字静态照相机，但是也可以通过上述相位调整方法在需要替换成像元件2和光学镜头1的医用照相机中进行相位调整。

上述实施例仅仅是示例，并且应当认识到在本发明的主旨的保护范围内可以做出各种修改。

虽然已经以最优选的形式详细描述了本发明，不过应当理解的是，在不偏离所附权利要求书所要求的本发明的精神和保护范围的情况下，可以改变以优选形式设置的部件。

Claims (16)

1.一种基于数字成像信号对模拟成像信号成像中所使用的脉冲的相位进行调整的相位调整装置，所述数字成像信号通过针对每个像素将成像元件所获取的所述模拟成像信号转换为数字值而获取，所述相位调整装置包括：

特性检测单元，用于在每个预先设置的相移间隔检测所述数字成像信号的特性；

时序调整单元，用于给出所述脉冲的相位调整指令，以便将所述脉冲的相位收敛到使得所述数字成像信号的特性处于预定值或预定范围之内的成像相位；以及

移位间隔切换单元，用于根据所述成像元件的摄影条件来切换所述相移间隔，其中：

所述移位间隔切换单元在正常调整模式和高速执行相位调整的高速调整模式之间切换所述相移间隔，将所述高速调整模式中的调整阶段分成粗调整阶段和跟随所述粗调整阶段之后的微调整阶段这两个阶段，并将所述微调整阶段中的微调整相移间隔设置成小于所述粗调整阶段中的粗调整相移间隔的间隔。

2.根据权利要求1所述的相位调整装置，其中：

所述特性检测单元设置粗调整阶段和跟随所述粗调整阶段之后执行的微调整阶段，检测所述粗调整阶段中的第一成像相位，并检测所述微调整阶段中的第二成像相位，在所述第一成像相位处使得在粗调整相移间隔所依次检测到的特性变成第一预定值或在预定范围之内，在所述第二成像相位处使得在具有比所述粗调整相移间隔窄的间隔的微调整相位间隔所依次检测到的特性变成第二预定值或在以所述第一成像相位为移位中心的第二预定范围之内；

所述时序调整单元调整所述脉冲的相位以便收敛到所述第二成像相位；以及

所述移位间隔切换单元被省略。

3.根据权利要求1所述的相位调整装置，其中所述微调整相移间隔是最小单位相移间隔，而所述粗调整相移间隔是所述微调整相移间隔的整数倍，所述整数大于或等于2。

4.根据权利要求3所述的相位调整装置，其中所述粗调整相移间隔是可变的。

5.根据权利要求1所述的相位调整装置，其中所述粗调整阶段和所述微调整阶段中的至少一个被重复多次。

6.根据权利要求1所述的相位调整装置，其中所述脉冲是以下脉冲中的至少一种：用于检测所述模拟成像信号的电平的峰值采样脉冲，和用于检测对所述模拟成像信号执行相关双采样时变成基准的信号电平的基准采样脉冲。

7.根据权利要求1所述的相位调整装置，其中所述特性是下列至少一种：每个相移间隔所依次指定的待检测像素的亮度级，和每个相移间隔所依次指定的多个像素的信号方差。

8.根据权利要求1所述的相位调整装置，其中所述移位间隔切换单元根据摄影条件切换所述相移间隔。

9.根据权利要求7所述的相位调整装置，其中所述脉冲是待提供至外部AD转换器的AD时钟信号。

10.一种相位调整驱动装置，包括：

根据权利要求1所述的相位调整装置；和

时序发生器，用于生成下列至少一种作为所述脉冲：用于检测从成像元件输出的成像信号的峰值电平的峰值采样脉冲；用于检测变成相关双采样的基准的信号电平的基准采样脉冲；和待提供至外部AD转换器的AD时钟信号。

11.一种数码相机，包括：

根据权利要求10所述的相位调整驱动装置；

成像元件；和

用于将被摄物图像的光收集到所述成像元件上的镜头单元。

12.一种对成像中所使用的脉冲的相位进行调整的相位调整方法，该方法包括以下步骤：

在预先设置的粗调整相移间隔对所述脉冲的相位依次移位的同时，检测第一成像相位，在所述第一成像相位处使得利用各相位脉冲成像的图像信号的特性变成第一预定值、在第一预定范围之内或超出该第一预定范围；并且

在小于所述粗调整相移间隔的微调整相移间隔对所述脉冲的相位依次移位的同时，将第二成像相位设置为最优相位，在所述第二成像相位处使得利用各相位脉冲成像的所述图像信号的特性变成第二预定值或在第二预定范围之内。

13.根据权利要求12所述的相位调整方法，其中所述微调整相移间隔是最小单位相移间隔，而所述粗调整相移间隔是所述微调整相移间隔的整数倍，所述整数大于或等于2。

14.根据权利要求12所述的相位调整方法，其中所述检测所述第一成像相位的步骤和所述设置所述最优相位的步骤中的至少一个步骤重复多次。

15.根据权利要求12所述的相位调整方法，其中所述脉冲是下列脉冲中的至少一种：用于检测所述成像信号的电平的峰值采样脉冲；和用于检测对所述成像信号执行相关双采样时变成基准的信号电平的基准采样脉冲。

16.根据权利要求12所述的相位调整方法，其中所述特性是下列至少一种：每个相移间隔所依次指定的待检测像素的亮度级，和每个相移间隔所依次指定的多个像素的信号方差。

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