JP2005142713A - 固体撮像装置と固体撮像装置の調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 フロントエンド処理としてのサンプル／ホールド及びＡ／Ｄ変換のためのタイミング信号について適切な位相調整を行い画質向上を図る。
【解決手段】
固体撮像素子アレイに入射光が入らないようにした状態で、撮像信号のフロントエンド処理を行うようにしたとき、撮像信号とタイミング信号の位相関係を考えると、位相調整がなされていない状態では、任意の画素同志の撮像画像データの差分が大きくなる。逆にその差分が小さくなるように位相調整を行えば、位相関係が最適化されることになる。そこで、固体撮像素子アレイに対する入射光を遮蔽した状態で、サンプル／ホールド処理及びＡ／Ｄ変換処理についてのタイミング信号の位相状態を可変設定しながら、各位相状態において上記画素センサ手段の有効画像領域内の複数の画素について取り込んだ複数の上記撮像画像データの演算処理を行って上記差分が小さくなる位相状態を判別し、タイミング信号を判別された位相状態に調整することで、タイミング信号の位相を最適化する。
【選択図】 図７

Description

本発明は固体撮像素子を用いた固体撮像装置、及びその調整方法に関するものである。

特開平５−３７８５０号公報

例えばＣＣＤ等の固体撮像素子を利用したカメラシステムとして動画或いは静止画を撮像する固体撮像装置が普及している。
この固体撮像装置では、各画素をＣＣＤ素子でアレイ状に構成したＣＣＤセンサ部によって入射光に応じた撮像信号を得る。その撮像信号についてはフロントエンド処理として、サンプル／ホールドを行い、ホールドされた信号レベルをＡ／Ｄ変換することで、撮像画像データを得るようにしている。そしてデジタルデータとされた撮像画像データについて、表示のための画像処理、所定のフォーマット処理、圧縮処理等を行って、表示装置部での表示出力や、記録媒体への記録、或いは外部機器への送信等を行うようにしている。

ここでフロントエンド処理に注目する。ＣＣＤセンサ部から得られた撮像信号については、その信号波形に対して適切なタイミングでサンプル／ホールドを行い、Ａ／Ｄ変換しなければ、Ａ／Ｄ変換された撮像画像データとして適切なデータが得られない。
図９にフロントエンド処理のためのタイミング波形を示している。
波形ＣＣＤ−Ｏｕｔとして示すように、ＣＣＤセンサ部から或る画素についての撮像信号が出力されるが、このような信号波形に対して、サンプル／ホールド処理として、Ｐ相及びＤ相のサンプリングを行うことになる。Ｐ相とは、波形の黒レベルに相当するポイントであり、Ｄ相とは、波形のデータレベルに相当するポイントである。概略的に言えば、Ｄ相の信号値とＰ相の信号値の差分を採ることで、黒レベルに対する値としてのデータレベルを得ることができ、その差分をＡ／Ｄ変換することで、黒レベルを基準とした適切なデータレベルをデジタルデータとして得ることができる。
このため、Ｐ相のサンプル／ホールドのために図示するようなタイミング信号ＸＳＨＰが発生され、またＤ相のサンプル／ホールドのために図示するようなタイミング信号ＸＳＨＤが発生される。さらにＡ／Ｄ変換に用いるクロックとして、タイミング信号ＡＤＣＬＫが発生されることになる。フロントエンド処理では、これらのタイミング信号に基づいてサンプル／ホールド処理及びＡ／Ｄ変換処理が行われる。

ここで、フロントエンド処理によって適切な撮像画像データを得るためには、上記各タイミング信号が、ＣＣＤセンサ部からの撮像信号ＣＣＤ−Ｏｕｔに対して適切な位相状態でなければならないことが理解される。
例えばタイミング信号ＸＳＨＰ、ＸＳＨＤの位相が不適切であると、撮像信号ＣＣＤ−Ｏｕｔの黒レベル及びデータレベルのタイミングでサンプリングできず、従ってＡ／Ｄ変換された撮像画像データの値は適切な値にならない。つまり、タイミング信号の位相が適切でないと画質が劣化してしまうことになる。
そして撮像信号ＣＣＤ−Ｏｕｔとタイミング信号の位相関係は、実際の回路設計、温度条件、回路実装状態、或いはＣＣＤ素子や転送回路系の素子の特性のバラツキなど、多様な条件により変動する。このため、撮像装置を製造した後に、タイミング信号の位相、具体的にはパルスタイミングやパルスデューティを調整することが必要とされている。

タイミング信号の位相調整は、従来、作業者が実際の出力画像を見ながら手動で調整するということが行われていた。即ち作業者が表示出力される画像をモニタリングしながら、その画像の品質が最もよいと判断する状態になるように位相調整を行っていた。しかしながらその場合、調整作業に熟練や時間を要したり、さらには作業者によって画質評価が異なることで位相設定状態が統一されにくいという問題があった。
このようなことから、タイミング信号の位相調整を自動化する技術が、例えば上記特許文献１により提案されている。

ところで上記特許文献１の場合、サンプリング及びＡ／Ｄ変換のためのタイミング信号の位相調整のために、テスト信号（擬似画素信号）を使用している。つまり、テスト信号発生回路を用意し、テストモード時にはＣＣＤセンサ部からの撮像信号読出を実行しない状態として、テスト信号についてフロントエンド処理を行う。そしてそのＡ／Ｄ変換データのレベルから位相誤差を検出し、位相調整を行うものである。
ところがこのようにテスト信号を用いることは、テスト信号の発生やテスト信号をフロントエンド処理に導入するための回路系が必要になり、回路規模の縮小という要請に反すると共に、ＣＣＤセンサ部自体の素子や回路の特性に起因する位相ズレを考慮すると、それを解消しきれないものとなる。

そこで本発明は、フロントエンド処理におけるタイミング信号について、ＣＣＤセンサ部を含めて、より実際の使用状態に適した位相調整を実行できるようにし、さらなる画質向上を実現することを目的とする。

本発明の固体撮像装置は、固体撮像素子アレイを有し、上記固体撮像素子アレイに対する入射光に基づく撮像信号を出力する画素センサ手段と、上記固体撮像素子アレイに対する入射光を遮蔽するシャッタ手段と、上記画素センサ手段からの撮像信号についてサンプル／ホールド及びＡ／Ｄ変換を行って、撮像画像データを出力する画像データ出力手段と、上記サンプル／ホールド処理及びＡ／Ｄ変換処理のタイミングを決定するタイミング信号を供給するタイミング信号発生手段と、上記シャッタ手段により入射光が遮蔽された状態において、上記タイミング信号発生手段から供給するタイミング信号の位相を変更させながら、上記画素センサ手段の有効画像領域内の複数の画素について取り込んだ複数の上記撮像画像データの演算処理を行うことで、上記タイミング信号の最適な位相状態を判別し、上記タイミング信号の位相状態を該判別した最適の位相状態に制御する位相調整手段とを備える。
また、上記位相調整手段は、上記有効画像領域内の複数の画素による上記各撮像画像データの差分値の平均値が最小となる際の位相状態を、上記タイミング信号の最適な位相状態と判別する。
また上記位相調整手段は、上記有効画像領域内の複数の画素として予め選択された複数の画素についての上記撮像画像データを取り込んで、上記演算処理を行う。
或いは、上記位相調整手段は、上記有効画像領域内の複数の画素として任意に選択された複数の画素についての上記撮像画像データを取り込んで、上記演算処理を行う。

本発明の固体撮像装置の調整方法は、固体撮像素子アレイを有する画素センサ手段を備え、上記固体撮像素子アレイに対する入射光に応じて出力される撮像信号に対して、サンプル／ホールド及びＡ／Ｄ変換を行って撮像画像データを得る固体撮像装置の調整方法である。そして、上記固体撮像素子アレイに対する入射光を遮蔽する遮蔽ステップと、上記サンプル／ホールド処理及びＡ／Ｄ変換処理のタイミングを決定するタイミング信号の位相状態を可変設定しながら、各位相状態において上記画素センサ手段の有効画像領域内の複数の画素について取り込んだ複数の上記撮像画像データの演算処理を行い、該演算処理の結果に基づいて上記タイミング信号の最適な位相状態を判別する判別ステップと、上記タイミング信号の位相状態を、上記判別ステップで判別された最適な位相状態に設定する位相設定ステップとを備える。
また上記判別ステップでは、上記有効画像領域内の複数の画素による上記各撮像画像データの差分値の平均値が最小となる際の位相状態を、上記タイミング信号の最適な位相状態と判別する。
また、上記判別ステップでは、上記有効画像領域内の複数の画素として予め選択された複数の画素についての上記撮像画像データを取り込んで、上記演算処理を行う。
或いは、上記判別ステップでは、上記有効画像領域内の複数の画素として任意に選択された複数の画素についての上記撮像画像データを取り込んで、上記演算処理を行う。

即ち本発明では、タイミング信号の調整の際には、固体撮像素子アレイに入射光が入らないようにした状態で、撮像信号の画像データ出力処理（フロントエンド処理としてのサンプル／ホールド及びＡ／Ｄ変換）を行う。ここで、撮像信号とタイミング信号の位相関係を考えると、位相調整がなされていない状態では、任意の画素同志の撮像画像データの差分が大きくなる。つまり入射光が入らない状態であるため、有効画素内のどの画素も同じ信号レベルであるはずであるが、位相ズレの状態によっては、複数の任意の画素において、サンプル／ホールド及びＡ／Ｄ変換によって得られた撮像画像データの差分が大きくなる。従って、その差分が小さくなるように位相調整を行えば、位相関係が最適化されることになる。
そこで、固体撮像素子アレイに対する入射光を遮蔽した状態で、サンプル／ホールド処理及びＡ／Ｄ変換処理についてのタイミング信号の位相状態を可変設定しながら、各位相状態において上記画素センサ手段の有効画像領域内の複数の画素について取り込んだ複数の上記撮像画像データの演算処理を行っていけば、上記差分が小さくなる最適な位相状態を判別できることになる。

本発明によれば、固体撮像素子アレイに対する入射光を遮蔽した状態で、サンプル／ホールド処理及びＡ／Ｄ変換処理についてのタイミング信号の位相状態を可変設定しながら、各位相状態において上記画素センサ手段の有効画像領域内の複数の画素について取り込んだ複数の上記撮像画像データの演算処理を行い、その演算結果に基づいてタイミング信号の最適な位相状態を判別する判別し、位相状態を調整する。
これにより、自動的にタイミング信号の位相状態を最適位相状態に調整することができ、出力される画質を向上させることができる。
また、この調整の際には、有効画像領域内の複数の画素の差分値が最小化される位相状態を最適な位相状態とするものであり、つまり実際に画素センサ手段の出力を用いた調整となる。このため、実際の撮像時の使用状態と同様に画素センサ手段からの信号を用いてのタイミング調整となり、実際の撮像動作に合った最も適切な調整状態を得ることができる。また調整用の信号等を生成することも不要であり、回路構成も簡略化できる。

以下、本発明の固体撮像装置の実施の形態を説明する。図１は、実施の形態の固体撮像装置の要部として、特にフロントエンド処理及びそのタイミング信号の調整にかかる部位のブロック図を示したものである。

ＣＣＤセンサ部１は、ＣＣＤ撮像素子により形成される画素センサがアレイ状に配されて成り、入射光に応じた各画素の撮像信号を出力する。入射光はレンズ系５を介してＣＣＤセンサ部１に導かれる。
レンズ系５としては、例えばズームレンズ、アイリス機構、シャッタ機構など、通常のカメラシステムにおいて搭載されるレンズ系である。レンズ系の駆動、例えばズームレンズの駆動はシャッタ機構のメカニカルな動作は、レンズ系駆動部６により制御される。特に本例においては後述するタイミング信号の位相調整処理においては、レンズ系駆動部６によりシャッタ機構を閉じた状態とし、ＣＣＤセンサ部１に入射光が導入されないようにすることになる。

フロントエンド部２（ＡＦＥ：Analog Front End）は、ＣＣＤセンサ部１からの撮像信号に対してフロントエンド処理を行う。具体的にはサンプル／ホールド処理部２ａ、Ａ／Ｄ変換部２ｂを備える。そしてＣＣＤセンサ部１からの撮像信号は、サンプル／ホールド処理部２ａでサンプリングされ、Ａ／Ｄ変換部２ｂでデジタルデータに変換されて、撮像画像データＳADとして出力される。
この場合、フロントエンド処理は、図９で説明したとおりであり、サンプル／ホールド処理部２ａとしては、タイミング信号ＸＳＨＰ、ＸＳＨＤによって、撮像信号（ＣＣＤ−Ｏｕｔ）における黒レベル及びデータレベルのサンプリングを行う。そしてその差分値を黒レベルを基準としてのデータレベルとし、それがＡ／Ｄ変換部２ｂでデジタルデータ化されることになる。より詳しくは、サンプル／ホールド処理部２ａは、例えばタイミング信号ＸＳＨＰに基づくタイミングで容量素子に黒レベルの電位を蓄積し、その電位を基準としてタイミング信号ＸＳＨＤに基づくタイミングでデータレベルの電位を蓄積する。そしてその容量差分に応じた電圧信号をＡ／Ｄ変換部２ｂに出力するものとなる。

フロントエンド部２から出力される撮像画像データＳADは、撮像データ処理部４に供給され、当該カメラシステムにおいて必要とされる撮像データ処理が行われる。例えばホワイトバランス、ガンマ補正などの映像処理や、フォーマット処理、圧縮処理等のエンコード処理が行われることになる。そして所要の処理を経た後、図示しない表示部において画像表示が行われたり、図示しない記録部において記録メディアに記録されたり、或いは図示しない送信部から送信出力が行われることになる。

タイミングジェネレータ３は、フロントエンド部２に対して、タイミング信号ＸＳＨＰ、ＸＳＨＤ、ＡＤＣＬＫを供給する。図９で説明した場合と同様に、タイミング信号ＸＳＨＰ、ＸＳＨＤは、サンプル／ホールド処理部２ａに対するタイミング信号となり、またタイミング信号ＡＤＣＬＫは、Ａ／Ｄ変換部２ｂのＡＤ変換処理用のクロックとなる。
また後述するが、タイミングジェネレータ３には、タイミング信号ＸＳＨＰ、ＸＳＨＤ、ＡＤＣＬＫの位相調整を自動的に行う機能が設けられている。この位相調整処理のため、フロントエンド部２からの撮像画像データＳADがタイミングジェネレータ３にも供給される構成が採られる。
システムコントローラ７は、当該固体撮像装置の全体を制御する制御部として、例えばマイクロコンピュータにより構成される。システムコントローラ７はタイミングジェネレータ３の動作、つまり通常のタイミング発生動作やタイミング信号の位相調整動作や、レンズ系駆動部６によるシャッタ機構の開閉動作等の指示を行う。

図２にタイミングジェネレータ３の構成を示す。
タイミングジェネレータ３は、大きく分けて、上記タイミング信号ＸＳＨＰ、ＸＳＨＤ、ＡＤＣＬＫを発生させる回路部と、タイミング信号の位相調整を行う回路部を有する。

まず、タイミング信号を発生させる回路部は、図２におけるパルス生成部１８、ディレイセル１９，２０，２１、デューティセル２２，２３，２４から成る。
パルス生成部１８は、図９で説明したタイミング信号ＸＳＨＰ、ＸＳＨＤ、ＡＤＣＬＫとしてのパルスを生成する。
パルス生成部１８で生成されるタイミング信号ＸＳＨＰは、ディレイセル１９及びデューティセル２２を介して出力され、フロントエンド部２に供給される。
パルス生成部１８で生成されるタイミング信号ＸＳＨＤは、ディレイセル２０及びデューティセル２３を介して出力され、フロントエンド部２に供給される。
パルス生成部１８で生成されるタイミング信号ＡＤＣＬＫは、ディレイセル２１及びデューティセル２４を介して出力され、フロントエンド部２に供給される。

ディレイセル１９，２０，２１は、それぞれタイミング信号ＸＳＨＰ、ＸＳＨＤ、ＡＤＣＬＫに対してディレイ量を与える。例えばパルス生成部１８から図３（ａ）のパルスが入力された場合に、図３（ｃ）のようにパルスを遅延させたり、或いは図３（ｂ）のように逆に前方に移動させることができる。具体的には図３（ａ）の入力パルスを基準として、前方に約１ｎｓｅｃ間隔で４ｎｓｅｃ、後方に約１ｎｓｅｃ間隔で８ｎｓｅｃのパルスタイミングの調整が可能とされる。
デューティセル２２，２３，２４は、それぞれタイミング信号ＸＳＨＰ、ＸＳＨＤ、ＡＤＣＬＫのパルスデューティを可変することができる。例えば図４（ａ）のパルスが入力された場合に、図４（ｂ）のようにパルスの前方エッジタイミングを変化させたり、図４（ｃ）のようにパルスの後方エッジタイミングを変化させることでパルスデューティを変化させる。具体的には図４（ａ）の入力パルスを基準として、前方エッジについては約１ｎｓｅｃ間隔で４ｎｓｅｃ、後方エッジについては約１ｎｓｅｃ間隔で８ｎｓｅｃのタイミング調整が可能とされる。
つまり、各タイミング信号ＸＳＨＰ、ＸＳＨＤ、ＡＤＣＬＫは、それぞれディレイセル１９，２０，２１、デューティセル２２，２３，２４によって位相が可変されることになる。

パルス生成部１８は、例えば制御部１７からの水平同期信号ＨＤ、垂直同期信号ＶＤに基づいて、タイミング信号ＸＳＨＰ、ＸＳＨＤ、ＡＤＣＬＫを発生させる。
また、制御部１７からは、ディレイセル１９，２０，２１に対して位相調整値ＳDL（ＳDL1、ＳDL2、ＳDL3）が供給され、またデューティセル２２，２３，２４に対しては、位相調整値ＳDU（ＳDU1、ＳDU2、ＳDU3）が供給される。ディレイセル１９，２０，２１は、位相調整値ＳDLに応じて遅延時間を設定し、入力パルスに対して図３のような各種遅延を与える。またデューティセル２２，２３，２４は、位相調整値ＳDUに応じて図４のエッジタイミングを設定し、入力パルスのデューティを設定する。
従って、パルス生成部１８で発生されるタイミング信号ＸＳＨＰ、ＸＳＨＤ、ＡＤＣＬＫは、制御部１７による位相調整値ＳDL、ＳDUによって位相状態が設定され、フロントエンド部２に供給されることになる。

このような、パルス生成部１８、ディレイセル１９，２０，２１、デューティセル２２，２３，２４から成る部位によってタイミング信号ＸＳＨＰ、ＸＳＨＤ、ＡＤＣＬＫが出力されるが、上記のようにタイミングジェネレータ３には、タイミング信号の位相調整を行う回路部が設けられる。
この位相調整のための回路部は、制御部１７、ラッチ回路１１（１１−１〜１１−ｎ）、減算器１２（１２−１〜１２−ｍ）、加算器１３、割算器１４、比較器１５、ラッチ回路１６から構成される。

図１のフロントエンド部２から出力される撮像画像データＳADは、タイミングジェネレータ１におけるラッチ回路１１−１〜１１−ｎに入力される。
ラッチ回路１１−１〜１１−ｎには制御部１７からクロックＣＫ及びイネーブル信号ｅｎ（ｅｎ１〜ｅｎ（ｎ））が供給され、各ラッチ回路１１−１〜１１−ｎは、それぞれイネーブル信号ｅｎ１〜ｅｎ（ｎ）によるタイミングで、入力される撮像画像データＳADをラッチする。
具体的には、各ラッチ回路１１−１〜１１−ｎは、それぞれＣＣＤセンサ部１の各画素のうち、有効画像領域内で任意にサンプル点として設定された画素についての撮像画像データＳADを取り込むことになる。図５（ａ）には、ＣＣＤセンサ部１の画素アレイのイメージを示しているが、画素アレイは実際に画像信号として用いる有効画像領域と、基準の黒レベルを検出するオプティカルブラックとしての領域と、ダミーピクセルとしての領域が設けられている。
ここで、図示するように、有効画像領域内における画素ポイントとして、サンプル点ＳＰ１〜ＳＰ（ｎ）が任意に予め設定される。そして、各ラッチ回路１１−１〜１１−ｎには、それぞれサンプル点ＳＰ１〜ＳＰ（ｎ）の画素についての撮像画像データＳADが取り込まれることになる。

このようなラッチ動作のために、制御部１７にイネーブル信号生成部３１が設けられており、このイネーブル信号生成部３１は図６（ａ）の構成によりイネーブル信号ｅｎ１〜ｅｎ（ｎ）を発生する。
Ｈ方向カウンタ３２は、水平同期信号ＨＤをリセットタイミングとしてクロックＣＫのカウントを行い、そのカウント値をカウンタデコーダ３４に出力する。
Ｖ方向カウンタ３３は、垂直同期信号ＶＤをリセットタイミングとして水平同期信号ＨＤのカウントを行い、そのカウント値をカウンタデコーダ３４に出力する。
カウンタデコーダ３４は、Ｈ方向カウンタ３２、Ｖ方向カウンタ３３のカウント値に応じて、イネーブル信号ｅｎ１〜ｅｎ（ｎ）を発生する。
例えば図５（ａ）に示すサンプル点ＳＰ１が、水平方向に８画素目、垂直方向に８ライン目の画素であるとする。すると、図５（ｂ）に示すように、Ｖ方向カウンタ３３のカウント値が「８」、Ｈ方向カウンタ３２のカウント値が「８」となったタイミングが、サンプル点ＳＰ１のタイミングとなる。つまりカウンタデコーダ３４は、各カウント値が「８」「８」となったタイミングで、イネーブル信号ｅｎ１を出力する。このイネーブル信号ｅｎ１はラッチ回路１１−１に供給されるため、ラッチ回路１１−１においてサンプル点ＳＰ１に相当する撮像画像データＳADがラッチされるものとなる。
カウンタデコーダ３４は、他のサンプル点ＳＰ２〜ＳＰ（ｎ）についても同様にカウント値に応じてイネーブル信号ｅｎ２〜ｅｎ（ｎ）を発生させ、各ラッチ回路１１−２〜１１−ｎに各サンプル点ＳＰ２〜ＳＰ（ｎ）に相当する撮像画像データＳADをラッチさせる。
なお、このような動作のため、有効画像領域内でのサンプル点ＳＰ１〜ＳＰ（ｎ）は、カウンタデコーダ３４において予め選択され、固定的に設定されているものとなる。換言すれば、各サンプル点ＳＰ１〜ＳＰ（ｎ）に相当するタイミングでイネーブル信号ｅｎ１〜ｅｎ（ｎ）を出力するように、カウンタデコーダ３４が設計される。

ラッチ回路１１−１〜１１−ｎには、以上のようにして各サンプル点ＳＰ１〜ＳＰ（ｎ）における撮像画像データＳADがラッチされるが、ラッチされた各撮像画像データＳADについては、減算器１２−１〜１２−ｍで差分がとられることになる。
ラッチ回路１１−１、１１−２によるサンプル点ＳＰ１、ＳＰ２のラッチ出力は減算器１２−１で差分演算される。
ラッチ回路１１−３、１１−４によるサンプル点ＳＰ３、ＳＰ４のラッチ出力は減算器１２−２で差分演算される。
ラッチ回路１１−（ｎ−１）、１１−ｎによるサンプル点ＳＰ（ｎ−１）、ＳＰ（ｎ）のラッチ出力は減算器１２−ｍで差分演算される。
つまりこの回路例の場合は、２つのサンプル点毎の差分が減算器１２−１〜１２−ｍで算出される。
そして減算器１２−１〜１２−ｍからの各差分値は、加算器１３で加算される。そしてさらに、加算器１３の加算値は割算器１４で値ｍで除算される。値ｍは減算器１２の数、即ち加算器１３で加算する差分値の数であるため、割算器１４の出力は、有効画像領域内の各サンプル点ＳＰ１〜ＳＰ（ｎ）についての差分値の平均値ＤAVとなる。

平均値ＤAVは、比較器１５及びラッチ回路１６に入力される。ラッチ回路１６は、制御部からのイネーブル信号ｅｎ(min)により入力された平均値ＤAVのラッチを行う。また比較器１５は、今回得られた平均値ＤAVと、ラッチ回路１６に保持されている平均値ＤAV(min)の比較を行い、比較結果を制御部１７に出力する。
この場合、制御部１７は比較結果として平均値ＤAVがラッチ回路１６に保持されている平均値ＤAV(min)より小さい場合にイネーブル信号ｅｎ(min)を発生させる。
位相調整動作期間において、比較器１５，ラッチ回路１６，制御部１７がこのように動作することで、ラッチ回路１６に保持される平均値ＤAV(min)は、その位相調整動作期間に得られる平均値ＤAVのうちの最小平均値となる。なお、位相調整動作が開始されて最初に平均値ＤAVが得られた際は、ラッチ回路１６に最小平均値ＤAV(min)が保持されていないため、制御部１７は比較結果に関わらずイネーブル信号ｅｎ(min)を発生させ、その最初の平均値ＤAVを最小平均値ＤAV(min)としてラッチ回路１６にラッチさせることになる。

また制御部１７には、位相調整値ＳDL、ＳDUを記憶する記憶部３２が設けられており、比較部１５の比較結果に応じて、記憶された位相調整値ＳDL、ＳDUを更新する。具体的には、比較結果として今回の平均値ＤAVが最小平均値ＤAV(min)より小さければ、今回ディレイセル１９，２０，２１、デューティセル２２，２３，２４に与えた位相調整値ＳDL、ＳDUが保存されるように記憶部３２の更新を行う。
位相調整動作の手順としては、制御部は或る位相調整値ＳDL、ＳDUによってディレイセル１９，２０，２１、デューティセル２２，２３，２４を制御し、各タイミング信号ＸＳＨＰ、ＸＳＨＤ、ＡＤＣＬＫの位相状態を設定した上で、上記のように各サンプル点ＳＰ１〜ＳＰ（ｎ）の撮像画像データＳADを得、その差分平均値ＤAVを算出する。この動作を、位相状態を変化させながら繰り返していく。
ここで、上記のように比較器１５の比較結果によって、今回の平均値ＤAVが最小平均値ＤAV(min)より小さければ、ラッチ回路１６で最小平均値ＤAV(min)が更新され、また記憶部３２の位相調整値ＳDL、ＳDUが更新されるということは、最終的に記憶部３２に記憶された位相調整値ＳDL、ＳDUをディレイセル１９，２０，２１、デューティセル２２，２３，２４に与えた場合に、平均値ＤAVが最小値になると判別できたことになる。

ＣＣＤセンサ部１に入射光が入らないようにした場合、フロントエンド部２における撮像信号とタイミング信号の位相関係を考えると、位相調整がなされていない状態では、任意の画素同志の撮像画像データの差分が大きくなる。つまり入射光が入らない状態であるため、有効画素内のどの画素も同じ信号レベルであるはずであるが、位相ズレの状態によっては、複数の任意の画素において、フロントエンド処理がされた撮像画像データの差分が大きくなる。従って、その差分が小さくなるように位相調整を行えば、位相関係が最適化されることになる。
そのため、ＣＣＤセンサ部１に対する入射光を遮蔽した状態で、上記図２の構成によるタイミングジェネレータ３の動作が行われ、平均値ＤAVが最小値になる位相調整値ＳDL、ＳDUが判別できたら、その位相調整値ＳDL、ＳDUは、各タイミング信号ＸＳＨＰ、ＸＳＨＤ、ＡＤＣＬＫの位相状態を最適化する位相調整値であると判別できるものである。

以下、本例におけるタイミング信号の位相調整処理の手順について図７で説明する。
上記のように有効画像領域内の各サンプル点ＳＰ１〜ＳＰ（ｎ）についての差分平均値として最小値が得られる場合を最適位相とするためには、各サンプル点ＳＰ１〜ＳＰ（ｎ）の撮像信号が同一レベルの信号であることが必要となる。つまりフロントエンド部２から出力される撮像画像データＳADの値が一定であることが前提となる。
このため、図７の位相調整処理が行われる際には、まずステップＦ１０１として、システムコントローラ７がレンズ系駆動部６を制御し、レンズ系５内のメカシャッターをクローズさせる。これにより、ＣＣＤセンサ部１の各画素としてとられる撮像信号が、すべて黒のデータとなるようにする。

メカシャッタをクローズさせた状態でシステムコントローラ７はタイミングジェネレータ３に対して位相調整処理の開始を指示する。これによりステップＦ１０２以降の処理として、タイミングジェネレータ３による調整処理が開始される。

まずステップＦ１０２で制御部１７は、位相調整値ＳDL、ＳDUの各値として調整に用いる第１のパターンによりディレイセル１９，２０，２１、デューティセル２２，２３，２４を制御する。これにより、パルス生成部１８から発生されているタイミング信号ＸＳＨＰ、ＸＳＨＤ、ＡＤＣＬＫについて、或る位相状態が設定されてフロントエンド部２に供給されることとなる。
ステップＦ１０３では、ラッチ回路１１−１〜１１−ｎの動作により、或る画像フレーム期間内で、有効画像領域内の各サンプル点ＳＰ１〜ＳＰ（ｎ）についての撮像画像データＳADがラッチされる。
ステップＦ１０４では、減算器１２−１〜１２−ｍの動作により、ラッチされた各撮像画像データＳADの差分値が算出される。
ステップＦ１０５では、加算器１３，割算器１４の動作により、現フレーム期間における平均値ＤAVが算出される。
ステップＦ１０６では、比較器１５において平均値ＤAVと最小平均値ＤAV(min)の比較が行われる。

ステップＦ１０７では、制御部１７が、上記比較結果がＤAV＜ＤAV(min)であるか否かを判断し、その場合にのみ処理をステップＦ１０８に進める。そしてステップＦ１０８ではイネーブル信号ｅｎ(min)を発生させ、今回の平均値ＤAVを、最小平均値ＤAV(min)としてラッチ回路１６に保持させる。
またステップＦ１０９では、今回ディレイセル１９，２０，２１、デューティセル２２，２３，２４に与えている位相調整値ＳDL（ＳDL1〜ＳDL3）、ＳDU（ＳDU1〜ＳDU3）を、最小平均値ＤAVが得られる位相調整値であるとして、記憶部３２に記憶する。

上記ステップＦ１０７で、ＤAV＜ＤAV(min)ではないと判断された場合は、これらステップＦ１０８，Ｆ１０９の処理は行われない。
但し、この図７のフローチャート上には示していないが、位相調整処理開始後、最初に得られる平均値ＤAVについては、まだ最小平均値ＤAVがラッチ回路１６にラッチされていないため、比較結果に関わらず、その平均値ＤAVが最小平均値ＤAV(min)としてラッチされることになる。
またその際には、ステップＦ１０２で最初に設定した位相調整値ＳDL（ＳDL1〜ＳDL3）、ＳDU（ＳDU1〜ＳDU3）が記憶部３２に記憶される。

ステップＦ１１０では、制御部１７は全ての位相調整値のパターンにおいて、平均値ＤAVの算出及び比較処理（ステップＦ１０３〜Ｆ１０９の処理）を完了したかを判断し、完了していなければステップＦ１１１に進んで、位相調整値ＳDL、ＳDUの各値（パターン）を変更し、ディレイセル１９，２０，２１、デューティセル２２，２３，２４を制御する。これにより、パルス生成部１８から発生されているタイミング信号ＸＳＨＰ、ＸＳＨＤ、ＡＤＣＬＫの位相状態が異なる状態に設定されてフロントエンド部２に供給されることとなる。
そしてステップＦ１０３に戻り、同様の処理を行う。
つまり、ステップＦ１１１で位相状態を変化させながら、ステップＦ１０３〜Ｆ１０９の処理を行うことを繰り返していく。すると位相調整値としての全パターンを終了した時点で記憶部３２に記憶されている位相調整値ＳDL、ＳDUは、最小平均値ＤAV(min)を得た際の位相調整値となる。
つまり、記憶部３２に記憶されている位相調整値ＳDL、ＳDUが、最適な位相調整値であると判断できる。
そこで位相調整値の全パターンを終了したら、ステップＦ１１０からＦ１１２に進み、記憶部３２に記憶されている位相調整値ＳDL、ＳDUを、最適な位相調整値であるとして、ディレイセル１９，２０，２１、デューティセル２２，２３，２４を制御する。これによって位相調整処理は完了し、以降、パルス生成部１８から発生されているタイミング信号ＸＳＨＰ、ＸＳＨＤ、ＡＤＣＬＫは、最適な位相状態でフロントエンド部２に供給されることとなる。

そして、タイミング信号ＸＳＨＰ、ＸＳＨＤ、ＡＤＣＬＫが最適な位相状態でフロントエンド部２に供給されるようにすることで、適切な撮像画像データＳADが得られることになり、画質向上が実現される。特に本例の場合は、ＣＣＤセンサ部１からの信号をそのまま用いて調整を行うため、ＣＣＤセンサ部１を含めた通常の使用時と同様の信号経路の影響を含めた上で位相が調整される。従って、通常の使用状態においての画質向上効果は大きい。
またＣＣＤセンサ部１からの信号を用いることで、例えばＣＣＤセンサ部１に代わって調整用の信号を発生させる回路等は不要となる。

また、このようなタイミング信号の位相調整は自動化され、しかも特殊な治具や計測器等は不要である。通常、タイミング信号の位相調整は、製造後の調整段階（工場出荷前）で１回行われるが、本例の位相調整処理は、固体撮像装置（カメラ装置）が例えばユーザーサイドに販売された後でも可能である。例えばシステムコントローラ７が定期的に実行させるようにすることも可能である。
タイミング信号とＣＣＤセンサ部１からの撮像信号の位相関係のずれは、例えば使用条件や温度状態、さらには回路系の経時変化などにより発生する場合もあるため、例えば定期的に位相調整処理が行われると、それらを原因とする位相ズレも調整でき、好適である。

なお、サンプル点ＳＰは、多く設定するほど精密な調整ができる。ただしサンプル点ＳＰ１〜ＳＰ（ｎ）としての「ｎ」が多いほど、ラッチ回路１１、減算器１２の数が増加するため回路規模が大きくなってしまう。このため調整精度と回路規模のトレードオフによりサンプル点ＳＰ１〜ＳＰ（ｎ）の数が決められることになる。

ところで、上記位相調整処理は、位相調整値ＳDL、ＳDUを各種パターンで順次変化させながら平均値ＤAVを算出し、平均値ＤAVが最小となる位相調整値のパターンを探る動作となる。
この場合、ディレイセル１９，２０，２１、デューティセル２２，２３，２４に対する位相調整値ＳDL、ＳDUの全ての組み合わせ（調整可能な全ての位相状態）において、それぞれ平均値ＤAVを算出していくようにしても良いのであるが、できるだけ効率的な処理も求められる。そこで図７のステップＦ１１１では、位相調整値を次のように変化させていくことが考えられる。

（１）：タイミング信号ＸＳＨＰの位相を固定した状態で、タイミング信号ＸＳＨＤの位相を順次変化させながら各状態で平均値ＤAVの算出を行う。
（２）：上記（１）の各位相状態の中で平均値ＤAVが最小となるタイミング信号ＸＳＨＰ、ＸＳＨＤの位相状態に固定し、タイミング信号ＡＤＣＬＫの位相を順次変化させながら各状態で平均値ＤAVの算出を行う。
（３）：タイミング信号ＸＳＨＰの位相を変化させて固定し、上記（１）（２）のように位相状態を変化させる。

このような位相調整値のパターン変更例を図８に模式的に示す。図８においてＰ１，Ｐ２・・・は、タイミング信号ＸＳＨＰの各種位相状態を表すものとする。つまり位相調整値ＳDL1、ＳDU1の値により設定される位相状態である。
またＤ１〜Ｄ（ｘ）はタイミング信号ＸＳＨＤの各種位相状態を表すものとする。位相調整値ＳDL2、ＳDU2の値により設定される位相状態である。
またＡＤ１〜ＡＤ（ｙ）はタイミング信号ＡＤＣＬＫの各種位相状態を表すものとする。位相調整値ＳDL3、ＳDU3の値により設定される位相状態である。

まず図７のステップＦ１０２で、図８のパターン１としての位相調整値が設定される。即ちタイミング信号ＸＳＨＰを位相状態Ｐ１とし、タイミング信号ＸＳＨＤを位相状態Ｄ１、タイミング信号ＡＤＣＬＫを位相状態ＡＤ１とする。この状態で平均値ＤAVの算出が行われ、またこの平均値ＤAVは最小平均値ＤAV(min)としてラッチされるとともに、このＰ１，Ｄ１，ＡＤ１の位相状態を得る位相調整値ＳDL、ＳDUが記憶部３２に記憶される。
次に、ステップＦ１１１では、位相調整値ＳDL2、ＳDU2が変更され、図８のパターン２として示すように、各タイミング信号の位相状態がＰ１，Ｄ２，ＡＤ１とされる。つまりタイミング信号ＸＳＨＤを位相状態がＤ２に変化される。そしてその状態で平均値ＤAVの算出が行われ、平均値ＤAVと最小平均値ＤAV(min)の比較結果に応じて、上記図７のステップＦ１０８，Ｆ１０９の処理が行われる。
次に、またステップＦ１１１で位相調整値ＳDL2、ＳDU2が変更され、図８のパターン３として示すように、各タイミング信号の位相状態がＰ１，Ｄ３，ＡＤ１とされ、同様にステップＦ１０３〜Ｆ１０９の処理が行われる。

即ち、図８のパターン１からパターンｘまでは、上記（１）としてタイミング信号ＸＳＨＤの位相状態がＤ１からＤ（ｘ）まで順次変化されていくことになる。
ここで仮に、パターン１からパターンｘを実行した段階で、パターン３のＰ１，Ｄ３，ＡＤ１の位相状態の時に平均値ＤAVが最小となったとする。その場合、パターンｘの実行後の時点では、記憶部３２にはパターン３のＰ１，Ｄ３，ＡＤ１を設定する位相調整値ＳDL、ＳDUが記憶され、またそのときの平均値ＤAVが最小平均値ＤAV(min)としてラッチ回路１６に保持されている状態となっている。

次にパターン（ｘ＋１）に移行する際には、Ｐ１，Ｄ３を固定して、タイミング信号ＡＤＣＬＫの位相を変化させていく。つまり上記（２）の処理となり、パターン（ｘ＋１）〜パターンｚとしては、それぞれステップＦ１１１で位相調整値ＳDL3、ＳDU3を変更して、タイミング信号ＡＤＣＬＫの位相状態をＡＤ２，ＡＤ３・・・ＡＤ（ｙ）と変化させていく。もちろん各パターンにおいてステップＦ１０３〜Ｆ１０９の処理が行われる。
ここで仮に、パターンｚまでを実行した段階で、パターン（ｘ＋１）のＰ１，Ｄ３，ＡＤ２の位相状態の時に平均値ＤAVが最小であったとすると、その時点でパターン（ｘ＋１）の位相調整値ＳDL、ＳDUが記憶部３２に記憶され、またそのときの平均値ＤAVが最小平均値ＤAV(min)としてラッチ回路１６に保持されている状態となっている。

パターン１からパターンｚまでは、タイミング信号ＸＳＨＰの位相をＰ１に固定していた。そこでパターンｚ＋１からは、上記（３）として、タイミング信号ＸＳＨＰの位相をＰ２に変化させて固定し、上記パターン１からパターンｚと同様にタイミング信号ＸＳＨＤ、ＡＤＣＬＫの位相状態を変化させる。
またタイミング信号ＸＳＨＰの位相をＰ２に固定しての各パターンを終了したら、さらに今度はタイミング信号ＸＳＨＰの位相をＰ３に変化させて固定し、上記パターン１からパターンｚのようにタイミング信号ＸＳＨＤ、ＡＤＣＬＫの位相状態を変化させる。

例えば以上のような順序で位相調整値ＳDL、ＳDUのパターンを変化させていくことで、効率的な位相調整が可能となる。
もちろん位相調整値ＳDL、ＳDUのパターンの変更方式は他にも多様に考えられる。

ところで上記例では、制御部１７におけるイネーブル信号生成部３１の構成として図６（ａ）を説明し、これによってＣＣＤセンサ部１における画素上でのサンプル点ＳＰ１〜ＳＰ（ｎ）は、カウンタデコーダ３４の設計により選択されるものとした。つまり上記例の場合、サンプル点ＳＰ１〜ＳＰ（ｎ）自体は有効画像領域内で任意に選択されればよいのであるが、カウンタデコーダ３４は常にその予め設計時に選択されたサンプル点ＳＰ１〜ＳＰ（ｎ）でのラッチをラッチ回路１１−１〜１１−ｎに指示するものとなる。

一方、図６（ｂ）のように、サンプル点指定データを記憶するレジスタ３５を設け、カウンタデコーダ３４は、レジスタ３５を参照してイネーブル信号ｅｎ１〜ｅｎ（ｎ）を出力するタイミングを決定するようにしてもよい。この場合、例えばシステムコントローラ７，或いは制御部１７内のアルゴリズムや、さらには作業者（ユーザー）の指示に応じて、レジスタ３５の値が書き換えられることで、サンプル点ＳＰ１〜ＳＰ（ｎ）の位置が変化されることになる。

タイミング信号と、ＣＣＤセンサ部１からの撮像信号の位相関係の変動は、ＣＣＤセンサ部１の各画素の特性のバラツキも１つの原因となっている。このため、上記図７の調整処理（ステップＦ１０１〜Ｆ１１１）を、サンプル点を変更しながら複数回実行することで、より正確な調整が実現される。
例えば或いサンプル点ＳＰ１〜ＳＰ（ｎ）の状態で図７の処理を行い、最適な位相調整値を判別する。また続いてレジスタ３５の値を書き換えてサンプル点ＳＰ１〜ＳＰ（ｎ）を変更して同様に図７の処理を行い、最適な位相調整値を判別する。これを複数回行い、複数の最適な位相調整値を蓄積し、その各位相調整値自体を平均化して、平均値としての位相調整値でディレイセル１９，２０，２１、デューティセル２２，２３，２４を制御するという方式である。

また、上記のように定期的に位相調整処理を行うようにする場合は、位相調整処理の実行毎に、レジスタ３５の値を書き換えてサンプル点ＳＰを変化させるようにしてもよい。もちろんその場合、変化されるサンプル点が予め数種類固定的に設定されていても良いし、毎回ランダムにサンプル点が選択されるようにしても良い。

本発明の実施の形態の固体撮像装置のブロック図である。 実施の形態のタイミングジェネレータのブロック図である。 実施の形態のディレイセルの動作の説明図である。 実施の形態のデューティセルの動作の説明図である。 実施の形態の有効画像領域からのサンプリングの説明図である。 実施の形態のイネーブル信号生成部のブロック図である。 実施の形態の位相調整処理のフローチャートである。 実施の形態の位相調整処理の際の位相調整値パターンの変更例の説明図である。 フロントエンド処理におけるタイミング信号の説明図である。

符号の説明

１ ＣＣＤセンサ部、２ フロントエンド部、３ タイミングジェネレータ、４ 撮像データ処理部、５ レンズ系、６ レンズ系駆動部、７ システムコントローラ、１１−１〜１１−ｎ，１６ ラッチ回路、１２−１〜１２−ｍ 減算器、１３ 加算器、１４ 割算器、１５ 比較器、１７ 制御部、１８ パルス生成部、１９，２０，２１ ディレイセル、２２，２３，２４ デューティセル、３１ イネーブル信号生成部、３２ 記憶部、３３ 調整値生成部

Claims (8)

1. 固体撮像素子アレイを有し、上記固体撮像素子アレイに対する入射光に基づく撮像信号を出力する画素センサ手段と、
   上記固体撮像素子アレイに対する入射光を遮蔽するシャッタ手段と、
   上記画素センサ手段からの撮像信号についてサンプル／ホールド及びＡ／Ｄ変換を行って、撮像画像データを出力する画像データ出力手段と、
   上記サンプル／ホールド処理及びＡ／Ｄ変換処理のタイミングを決定するタイミング信号を供給するタイミング信号発生手段と、
   上記シャッタ手段により入射光が遮蔽された状態において、上記タイミング信号発生手段から供給するタイミング信号の位相を変更させながら、上記画素センサ手段の有効画像領域内の複数の画素について取り込んだ複数の上記撮像画像データの演算処理を行うことで、上記タイミング信号の最適な位相状態を判別し、上記タイミング信号の位相状態を該判別した最適の位相状態に制御する位相調整手段と、
   を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
2. 上記位相調整手段は、上記有効画像領域内の複数の画素による上記各撮像画像データの差分値の平均値が最小となる際の位相状態を、上記タイミング信号の最適な位相状態と判別することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 上記位相調整手段は、上記有効画像領域内の複数の画素として予め選択された複数の画素についての上記撮像画像データを取り込んで、上記演算処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
4. 上記位相調整手段は、上記有効画像領域内の複数の画素として任意に選択された複数の画素についての上記撮像画像データを取り込んで、上記演算処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
5. 固体撮像素子アレイを有する画素センサ手段を備え、上記固体撮像素子アレイに対する入射光に応じて出力される撮像信号に対して、サンプル／ホールド及びＡ／Ｄ変換を行って撮像画像データを得る固体撮像装置の調整方法として、
   上記固体撮像素子アレイに対する入射光を遮蔽する遮蔽ステップと、
   上記サンプル／ホールド処理及びＡ／Ｄ変換処理のタイミングを決定するタイミング信号の位相状態を可変設定しながら、各位相状態において上記画素センサ手段の有効画像領域内の複数の画素について取り込んだ複数の上記撮像画像データの演算処理を行い、該演算処理の結果に基づいて上記タイミング信号の最適な位相状態を判別する判別ステップと、
   上記タイミング信号の位相状態を、上記判別ステップで判別された最適な位相状態に設定する位相設定ステップと、
   を備えたことを特徴とする固体撮像装置の調整方法。
6. 上記判別ステップでは、上記有効画像領域内の複数の画素による上記各撮像画像データの差分値の平均値が最小となる際の位相状態を、上記タイミング信号の最適な位相状態と判別することを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置の調整方法。
7. 上記判別ステップでは、上記有効画像領域内の複数の画素として予め選択された複数の画素についての上記撮像画像データを取り込んで、上記演算処理を行うことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置の調整方法。
8. 上記判別ステップでは、上記有効画像領域内の複数の画素として任意に選択された複数の画素についての上記撮像画像データを取り込んで、上記演算処理を行うことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置の調整方法。

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