CN101237533B - 成像装置和图像信号生成装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了成像装置和图像信号生成装置。成像装置包括：成像元件，对来自对象的光进行光电转换以生成电信号；输出单元，基于从成像元件输出的电信号来生成图像信号；定时发生器，基于从外部输入的参考时钟来生成用于图像信号处理的时钟，以驱动成像元件和输出单元；控制单元，对成像元件、输出单元和定时发生器进行控制。该成像装置还包括相位延迟单元，该相位延迟单元对从定时发生器输出的用于图像信号处理的时钟的相位进行延迟，从而将该时钟提供给控制单元。

Description

成像装置和图像信号生成装置 

技术领域

本发明涉及适合在诸如内窥镜之类的图像传感器中使用的成像装置和图像信号生成装置。 

背景技术

诸如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)之类的图像传感器已经广泛地用于诸如数码相机、移动电话终端和内窥镜之类的设备和仪器中。这些装置中的一些装置包括分别被形成为电路的、诸如图像传感器和模拟前端(AFE)芯片之类的所谓的相机模块。所述相机模块通常位于对包含相机模块的装置的组件进行控制的微计算机的远处。 

具有相机模块的设备和仪器通常具有连接在相机模块和微计算机之间的长传输线，并且当经由该传输线来同时传输所有的指令信号和数据时，大量信号都经由该传输线来传输，从而导致在传输线中发生无关发射噪声(extraneous emission noise)。 

日本未审查专利申请公布(PCT申请的译稿)No.2005-536167公开了具有相机模块的数字主机装置，该装置包括专用于相机模块的处理器，而非用于数字主机装置的处理器。在根据该公布的数字主机装置中，专用于相机模块的处理器被设在相机模块侧。 

发明内容

有时单独地提供专用于相机模块的微计算机，从而对从微计算机接收的指令信号进行翻译，并将翻译后的指令分配给相机模块的各个部分。在这种情况下，相机模块的微计算机和AFE电路被放置的位置很接近。一般而言，在图像传感器或AFE电路和微计算机之间使用不同的时钟源，因此，图像传感器或AFE电路和微计算机之间的距离越近，则提供给微计算 机的时钟干扰提供给图像传感器或AFE电路的图像同步时钟的可能性就越大。其结果是，模数转换器(下文中称为AD转换器)包括更多的噪声，因此最终在显示单元上显示的图像很可能包含拍频噪声。 

类似地，被配置成微计算机与AFE电路位置接近、用以减小装置尺寸的装置可能呈现相似的现象。 

因此，本发明试图提供这样的概念，即，防止由于从微计算机生成的干扰图像同步时钟的时钟而导致的拍频噪声。 

本发明的一个实施例包括：成像元件，对来自对象的光进行光电转换以生成电信号；和输出单元，基于从成像元件输出的电信号来生成图像信号。该实施例还包括：定时发生器，基于从外部输入的参考时钟来生成用于图像信号处理的时钟，以驱动成像元件和输出单元；控制单元，对成像元件、输出单元和定时发生器进行控制；以及相位延迟单元，该相位延迟单元对从定时发生器输出的用于图像信号处理的时钟的相位进行延迟，从而将该时钟提供给控制单元，其中，经相位延迟单元延迟且提供给控制单元的时钟的变化点出现在从成像元件传送来的输出信号的复位时间段中。 

就这种配置而言，驱动控制单元或微计算机的时钟是基于从定时发生器生成的用于图像信号处理的时钟来生成的。 

根据本发明的一个实施例，由于驱动控制单元的时钟是基于定时发生器所生成的用于图像信号处理的时钟来生成的，所以可以抑制由于控制单元所生成的、干扰图像同步时钟的时钟而导致的拍频噪声。 

附图说明

图1是示出根据本发明一个实施例的成像装置的内部配置示例的框图； 

图2是示出根据本发明一个实施例、通过第二控制单元来初始化成像装置的设置的示例的流程图； 

图3A到3C是示出根据本发明一个实施例的第二控制单元的时钟的变化点的示意图； 

图4是示出根据本发明另一个实施例的成像装置的内部配置示例的框图； 

图5是示出根据本发明又一个实施例的成像装置的内部配置示例的框图；以及 

图6是示出根据本发明又一个实施例的成像装置的内部配置示例的框图。 

具体实施方式

以下，将参考附图来来描述本发明的实施例。 

图1示出了根据本发明一个实施例的成像装置的配置示例。根据本实施例的成像装置100可以用于各种应用，例如医疗内窥镜。图1所示的成像装置100采用了3CCD成像系统，因而具有三个成像元件：CCD成像器(下文中称为CCD)11G、11R和11B。CCD11G、11R和11B将通过色彩分离棱镜(未示出)被分解的G(绿)、R(红)和B(蓝)颜色的光光电转换成电荷，并生成电信号。成像装置100还包括：垂直传送驱动器20(下文中称为V驱动器)，用于垂直传送经各个CCD11进行光电转换并累积的信号电荷；以及水平传送驱动器(下文中称为H驱动器)14G、14R和14B，用于水平传送被V驱动器20垂直传送的信号电荷。 

V驱动器20向CCD11G、11R和11B提供垂直传送脉冲Vφ1到Vφ4，同时H驱动器14G、14R和14B向CCD11G、11R和11B提供水平传送脉冲H1和H2。H驱动器14G、14R和14B分别向CCD 11G、11R和11B提供复位脉冲RG，用于复位累积在CCD中的信号电荷。被提供给CCD11G、11R和11B的脉冲是与从定时发生器19提供的图像同步时钟(CAM_CLK)相同步地生成的。 

定时发生器19基于从控制成像装置100的组件的第一控制单元17提供的参考时钟(HCLK)来生成图像同步时钟(CAM_CLK)，用于驱动CCD 11G、11R、11B；V驱动器；H驱动器14G、14R、14B；稍后将描述的CDS电路13G、13R、13B；模数转换器(下文中称为AD转换器)15G、15R、15B。所生成的图像同步时钟(CAM_CLK)被提供给定时发生器19的各个组件。该图像同步时钟指的是具有与图像信号的水平和垂直频率同步的、用于图像信号处理的频率的时钟。在本实施例中，第一控 制单元17提供频率为81MHz的时钟信号，该时钟信号随后被进行二分频，从而在定时发生器19处获得频率为40.5MHz的时钟信号。 

CCD11G、11R和11B所接收的信号电荷经由V驱动器20和H驱动器14G、14R、14B被读取，随后在输出电路(未示出)处被转换为与信号电荷相对应的电压，并分别被提供给CDS(相关双采样)电路13G、13R、13B。 

CDS电路13G、13R、13B降低在从CCD 11G、11R和11B接收的输出信号中所包含的复位噪声。来自CCD 11G、11R、11B的输出图像信号被分成以下三个时间段：复位时间段P1、场穿电平(field through level)0电平时间段P2、以及信号时间段P3，如图3A所示。CDS电路13G、13R、13G对场穿电平L1和场穿电平L2之间的差值进行计算，同时对场穿电平0电平时间段P2中的电压进行箝位并采样保持信号时间段P3中的信号。CDS电路13G、13R、13B随后基于所获得的差值来消除复位噪声。 

从CDS电路13G、13R、13B输出的图像信号被调节至特定信号电平，并被提供给AD转换器15G、15R、15B。AD转换器15G、15R、15B将模拟图像信号转换成数字信号。 

上述光学系统，包含CCD 11G、11R、11B，CDS电路13G、13R、13B或AD转换器15G、15R、15B的相机模块50，配置用于对从相机模块50输出的图像信号进行图像处理的图像处理器16被分别置于分离的基板上。得到的光学系统、相机模块50、和图像处理器16分别被连接到在相机模块50一侧的连接器2a和在图像处理器16一侧的连接器2b。图像处理器16执行以下处理：例如，反馈箝位，将从AD转换器15G、15R、15B提供的数字图像信号的黑电平OB(光学黑电平)箝位在特定的标准值；拐点校正(knee correction)，对超过特定电平的图像信号进行压缩；γ校正，根据配置了图像信号的特定电平的γ曲线来校正信号；以及调整白平衡的白电平削波处理(clip processing)。 

相机模块50的连接器2a也与控制成像装置100的组件的第一控制单元17相连接。第一控制单元17包括诸如微计算机之类的组件。根据本实 施例，相机模块50包括第二控制单元18，用于减少从第一控制单元17传送给相机模块50的信号量。第二控制单元18对从第一控制单元17发送而来的用于设置相机模块50的组件的一些指令进行翻译，并将所得到的信号传送给相机模块50的组件。 

由第二控制单元18执行的控制的示例包括：对定时发生器19的快门速度的可变控制、对AD转换器15G、15R、15B的增益控制、以及切换图像速率(50i/60i)。第二控制单元18还单独地控制：到备用模式的切换，或者以特定周期来初始化相机模块50的组件的设置，以抑制成像装置100的功率消耗。 

在由于静电产生的干扰使得图像发生变形的情况下，第二控制单元18对相机模块50的各个组件进行初始化，从而顺序地刷新组件的各个帧，以立即消除这种图像变形。图2示出了根据本发明一个实施例对设置进行初始化的处理示例的流程图。该初始化包括以下步骤：初始化具有CDS电路13G和H驱动器14G的G通道输出单元(图1中的12G)的设置(步骤S1)；针对每一帧，初始化G通道AD转换器15G的设置(步骤S2)；初始化R通道输出单元12R的设置(步骤S3)；初始化R通道AD转换器15R的设置(步骤S4)；初始化B通道输出单元12B的设置(步骤S5)；初始化B通道AD转换器15B的设置(步骤S6)；以及初始化定时发生器19的设置(步骤S7)。在本实施例中，由于相机模块包括7个组件，所以以7个帧周期来执行初始化。注意，初始化步骤的顺序并不限于图2所示的步骤的顺序；而可以以所述步骤的任意顺序来执行初始化。 

因此，在作为原始设备制造(OEM)来提供相机模块50的情况下，可以通过包含用于在相机模块50中进行翻译的第二控制单元18来对OEM提供商隐瞒相机模块50中的组件的详细参数。 

在这种情况下，当在相机模块50中单独地提供用于驱动第二控制单元18的时钟源时，提供给第二控制单元18的时钟会干扰提供给CDS电路13G、13R、13B的图像同步时钟或者干扰提供给相机模块50中的AD转换器15G、15R、15B的那些图像同步时钟，从而增大在显示图像中生成 拍频噪声(beat noise)的可能性。本实施例被配置成基于从定时发生器19提供给CDS电路13G、13R、13B或AD转换器15G、15R、15B的图像同步时钟来生成用于驱动第二控制单元18的时钟。 

本实施例包括相位延迟单元21，被配置用于调节图像同步时钟的相位以使其被延迟，从而使得来自第二控制单元18的时钟将不会干扰从定时发生器19提供给CDS电路13G、13R、13B或AD转换器15G、15R、15B的图像同步时钟，从而不会产生噪声。本实施例还包括分频器22，用于频分图像同步时钟。在本实施例中，分频器22对输入时钟进行四分频，从而生成10.125MHz的时钟；即，40.5/4＝10.125MHz。第二控制单元18基于10.125MHz的时钟来进行操作。 

图3A到3C示出了在相位延迟单元21处的相位延迟处理的示例。图3A示出了从CCD 11G、11R、11B输出的信号的波形，图3B示出了从定时发生器19提供给成像装置100的各个组件的图像同步时钟的波形，而图3C示出了提供给第二控制单元18的时钟的波形。根据本实施例，当通过第二控制单元18所传送的时钟的变化点C1被控制为出现在复位时间段P1附近时，即，当变化点C1被控制为不出现在场穿时间段P2或信号时间段P3中时，在从CDS电路13G、13R、13B输出的图像数据中将不会产生噪声。 

具体而言，相位延迟单元21执行处理以将提供给第二控制单元18的时钟的相位延迟预定量。预先确定由相位延迟单元21控制的延迟量，从而使得来自第二控制单元18的时钟的变化点C1出现在最佳位置处。变化点C1的最佳位置随着复位脉冲的提供定时或者在相机模块50的基板上的组件的布置而变化，因此，优选的是，根据设计要求或条件来预先分析出最佳位置。然后，根据得到的最佳位置来预先确定将由相位延迟单元21控制的相位延迟量。可替代地，根据要求或条件来将由相位延迟单元21控制的相位延迟量配置成可变的或者可被控制的。 

因此，在作为原始设备制造(OEM)来提供相机模块50的情况下，可以通过包含用于在相机模块50中进行翻译的第二控制单元18来对OEM提供商隐瞒相机模块50中的组件的详细参数。 

在本实施例中，由定时发生器19生成的图像同步时钟经分频器22分频之后被提供给第二控制单元18。因此，本实施例可以不必包括专用于第二控制单元18的时钟源。 

如目前为止所描述的，本实施例不包括用以驱动第二控制单元18的专用时钟源。其结果是致使第二控制单元18进行操作的时钟将不会干扰被提供给CDS13G、13R、13B或AD转换器15G、15R、15B的图像同步时钟，从而不会引起转换器噪声。因此，通过抑制这种转换器噪声的生成可以降低在图像上出现的拍频噪声。 

此外，在本实施例中，由于输入到第二控制单元18的时钟的相位是基于CCD 11G、11R、11B的驱动定时来控制的，所以在CDS电路13G、13R、13B处采样和保持的信号相对不会受噪声的影响。 

在目前为止描述的实施例中，利用微计算机来构成第一控制单元17和第二控制单元18；但是，采用嵌入式可编程门阵列(EPGA)的专用IC也可以用于这两个控制单元。 

此外，在上述实施例中，输入到第二控制单元18的时钟首先被提供给相位延迟单元21以对时钟相位进行延迟，然后再被提供给分频器22以对时钟进行分频；但是，可选地可以将该实施例配置成使得输入到第二控制单元18的时钟可以首先被提供给分频器22以对时钟进行分频，然后再被提供给相位延迟单元21以对时钟相位进行延迟。 

在上述实施例中，利用CCD来作为图像传感器；但是，可选地可以采用诸如CMOS之类的其它图像元件来作为图像传感器。 

根据上述实施例，相位延迟单元21对从定时发生器19输出的图像同步时钟的相位进行延迟，然后得到的时钟被提供给第二控制单元18。其结果是，来自第二控制单元18的时钟将不是干扰图像同步信号的噪声源。相反地，可以对图像同步时钟的相位进行延迟，而提供给第二控制单元18的时钟维持不变，如图4所示。 

图4示出了具有这种配置的成像装置100的示例。根据图4所示的配置，相位延迟单元21’对从定时发生器19输出的图像同步时钟的相位进行延迟，然后，得到的时钟被作为图像同步时钟来提供给CCD 11G、11R、 11B，输出单元12G、12R、12B，以及AD转换器15G、15R、15B。输入到相位延迟单元21之前的图像同步时钟被分频器22分频，然后得到的时钟被提供给第二控制单元18，从而驱动第二控制单元18。在具有这种配置的成像装置中，由于用于驱动第二控制单元18的时钟是基于图像同步时钟来生成的，因此用于驱动第二控制单元18的时钟和图像同步时钟将不会相互干扰。此外，由于相位延迟单元21’对提供给CCD 11G、11R、11B，输出单元12G、12R、12B和AD转换器15G、15R、15B的图像同步时钟的相位进行延迟，所以可以基于来自CCD 11G、11R、11B的输出信号的波形来调节用于驱动第二控制单元18的时钟的变化点C1的位置。 

根据上述实施例，位于相机模块50的远处的第一控制单元17提供用于驱动相机模块50的组件的时钟。但是，相机模块50可以被配置成包括单独的时钟源(时钟发生器)，以使得相机模块50的组件可以基于由这个单独提供的时钟源生成的时钟来驱动。图5示出了向定时发生器19提供作为时钟源的振荡器23的成像装置100的配置示例。 

图5示出了这样一种配置，其中，定时发生器19对振荡器23所生成的参考时钟进行分频以形成图像同步时钟，该时钟随后被提供给CCD11G、11R、11B，输出单元12G、12R、12B以及AD转换器15G、15R、15B。相位延迟单元21对该图像同步时钟的相位进行延迟，然后由分频器22来对其进行分频，以形成用于驱动第二控制单元18的时钟。 

可替代地，相机模块可以包括设在第二控制单元18一侧的振荡器23。具有这种配置的成像装置100在图6中示出。根据具有图6所示的配置的成像装置100，从振荡器23提供的参考时钟经由第二控制单元18而被提供给定时发生器19。在定时发生器19中，分频器(未示出)对输入的参考时钟进行分频，然后分频后的时钟被作为图像同步时钟被提供给CCD 11G、11R、11B，输出单元12G、12R、12B以及AD转换器15G、15R、15B。 

第二控制单元18包括分频器22”，用于生成用于驱动第二控制单元18自身的时钟，并且第二控制单元18基于经分频器22”分频的时钟来驱动自身。从第二控制单元18接收的设置信号经由对该设置信号的相位进 行了延迟的相位延迟单元21”被提供给相机模块50的组件。因此，虽然相机模块50包括振荡器23，但是如果用于驱动第二控制单元18的时钟和提供给相机模块50的其它组件的图像同步时钟是基于相同的参考时钟来生成的，则可以抑制转换器噪声的生成。 

注意，可以通过拉长电路板的布图、或者利用电缆来形成上述延迟单元。根据上述实施例，上述延迟单元被用于成像装置，但是，该延迟单元也可以用于不具有图像传感器的图像信号生成装置。 

本领域技术人员应当了解，在所附权利要求或其等同物的范围内，根据设计要求和其它因素可以进行各种修改、组合、子组合和变化。 

相关申请的交叉引用 

本发明包含与2007年1月30日在日本专利局提交的日本专利申请2007-019846相关的主题，该在先申请的全部内容通过引用而结合于此。 

Claims (13)

1.一种成像装置，包括：

成像元件，该成像元件对来自对象的光进行光电转换，从而生成电信号；

输出单元，该输出单元基于从所述成像元件输出的所述电信号来生成图像信号；

定时发生器，该定时发生器基于从外部输入的参考时钟来生成用于图像信号处理的时钟，用以驱动所述成像元件和所述输出单元；

控制单元，该控制单元控制所述成像元件、所述输出单元和所述定时发生器；以及

相位延迟单元，该相位延迟单元对从所述定时发生器输出的、用于所述图像信号处理的时钟的相位进行延迟，从而向所述控制单元提供所述时钟，其中

经所述相位延迟单元延迟且被提供给所述控制单元的所述时钟的变化点出现在从所述成像元件传送而来的输出信号的复位时间段中。

2.如权利要求1所述的成像装置，还包括：

分频器，该分频器在所述相位延迟单元之前或之后的级中，对用于所述图像信号处理的所述时钟进行分频。

3.如权利要求1所述的成像装置，其中

所述相位延迟单元延迟所述时钟的相位的量是可变的。

4.一种成像装置，包括：

成像元件，该成像元件对来自对象的光进行光电转换，从而生成电信号；

输出单元，该输出单元基于从所述成像元件输出的所述电信号来生成图像信号；

定时发生器，该定时发生器基于从外部输入的参考时钟来生成用于图像信号处理的时钟，用以驱动所述成像元件和所述输出单元；

控制单元，该控制单元基于从所述定时发生器输出的时钟而被驱动以控制所述成像元件和输出单元；以及

相位延迟单元，该相位延迟单元对从所述定时发生器输出的用于所述图像信号处理的所述时钟的相位进行延迟，从而向所述成像元件和所述输出单元提供所述时钟，其中

驱动所述控制单元的时钟的变化点出现在从所述成像元件传送而来的输出信号的复位时间段中。

5.一种成像装置，包括：

成像元件，该成像元件对来自对象的光进行光电转换，从而生成电信号；

输出单元，该输出单元基于从所述成像元件输出的所述电信号来生成图像信号；

时钟发生器，该时钟发生器生成用于驱动所述成像装置的组件的参考时钟；

定时发生器，该定时发生器基于由所述时钟发生器生成的所述参考时钟来生成用于图像信号处理的时钟，以驱动所述成像元件和所述输出单元；

控制单元，该控制单元控制所述成像元件、所述输出单元、和所述定时发生器；以及

相位延迟单元，该相位延迟单元对从所述定时发生器输出的用于所述图像信号处理的所述时钟的相位进行延迟，从而向所述控制单元提供所述时钟，其中

经所述相位延迟单元延迟且被提供给所述控制单元的时钟的变化点出现在从所述成像元件传送而来的输出信号的复位时间段中。

6.一种成像装置，包括：

成像元件，该成像元件对来自对象的光进行光电转换，从而生成电信号；

输出单元，该输出单元基于从所述成像元件输出的所述电信号来生成图像信号；

时钟发生器，该时钟发生器生成用于驱动所述成像装置的组件的参考时钟；

控制单元，该控制单元基于由所述时钟发生器生成的所述参考时钟而被驱动来控制所述成像元件和输出单元；

定时发生器，该定时发生器基于从所述控制单元输入的参考时钟来生成用于图像信号处理的时钟，用以驱动所述成像元件和所述输出单元；以及

相位延迟单元，该相位延迟单元对从所述定时发生器输出的所述时钟的相位进行调节，从而向所述所述成像元件和所述输出单元提供所述时钟，其中

驱动所述控制单元的时钟的变化点出现在从所述成像元件传送而来的输出信号的复位时间段中。

7.一种图像信号生成装置，包括：

输出单元，该输出单元基于从外部输入的电信号来生成图像信号；

定时发生器，该定时发生器基于从外部输入的参考时钟来生成用于图像信号处理的时钟，用以驱动所述输出单元；

控制单元，该控制单元对所述输出单元和定时发生器进行控制；以及

相位延迟单元，该相位延迟单元对从所述定时发生器输出的用于所述图像信号处理的所述时钟的相位进行延迟，从而将所述时钟提供给所述控制单元，其中

经所述相位延迟单元延迟且被提供给所述控制单元的时钟的变化点出现在所述输出单元的输入信号的复位时间段中。

8.如权利要求7所述的图像信号生成装置，还包括：

分频器，该分频器在所述相位延迟单元之前或之后的级中，对用于所述图像信号处理的所述时钟进行分频。

9.如权利要求7所述的图像信号发生装置，其中

所述相位延迟单元延迟所述时钟的相位的量是可变的。

10.如权利要求7所述的图像信号发生装置，还包括

模数转换器，用于将所述图像信号转换成数字信号。

11.一种图像信号生成装置，包括：

输出单元，该输出单元基于从外部输入的电信号来生成图像信号；

定时发生器，该定时发生器基于从外部输入的参考时钟来生成用于图像信号处理的时钟，用以驱动所述输出单元；

控制单元，该控制单元基于从所述定时发生器输出的时钟而被驱动以对所述输出单元进行控制；以及

相位延迟单元，该相位延迟单元对从所述定时发生器输出的用于所述图像信号处理的所述时钟的相位进行延迟，从而将所述时钟提供给所述输出单元，其中

驱动所述控制单元的时钟的变化点出现在所述输出单元的输入信号的复位时间段中。

12.一种图像信号生成装置，包括：

输出单元，该输出单元基于从外部输入的电信号来生成图像信号；

时钟发生器，该时钟发生器生成用于驱动所述图像信号生成装置的组件的参考时钟；

定时发生器，该定时发生器基于由所述时钟发生器生成的所述参考时钟来生成用于图像信号处理的时钟，用以驱动所述输出单元；

控制单元，该控制单元对所述输出单元和定时发生器进行控制；以及

相位延迟单元，该相位延迟单元对从所述定时发生器输出的用于所述图像信号处理的所述时钟的相位进行延迟，从而将所述时钟提供给所述控制单元，其中

经所述相位延迟单元延迟且被提供给所述控制单元的时钟的变化点出现在所述输出单元的输入信号的复位时间段中。

13.一种图像信号生成装置，包括：

输出单元，该输出单元基于从外部输入的电信号来生成图像信号；

时钟发生器，该时钟发生器生成用于驱动所述图像信号生成装置的组件的参考时钟；

控制单元，该控制单元基于由所述时钟发生器生成的所述参考时钟而被驱动以对所述输出单元进行控制；

定时发生器，该定时发生器基于从所述控制单元输入的参考时钟来生成用于图像信号处理的时钟，用以驱动所述输出单元；以及

相位延迟单元，该相位延迟单元对从所述定时发生器输出的用于所述图像信号处理的所述时钟的相位进行延迟，从而将所述时钟提供给所述输出单元，其中

驱动所述控制单元的时钟的变化点出现在所述输出单元的输入信号的复位时间段中。

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