JP2008135908A - 位相調整装置、デジタルカメラおよび位相調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】人手による再調整でなく、自動的に、撮像に用いられるパルスの位相を調整できるようにし、さらには、より高精度な位相調整が望まれる際に対応できるようにすることを目的とする。
【解決手段】本発明の位相調整装置は、撮像素子２で得られたアナログ撮像信号Ｓａを画素毎にデジタル値に変換することにより得られるデジタル撮像信号Ｓｄが入力され、デジタル撮像信号Ｓｄに基づいて撮像に用いられるパルスの位相を調整するもので、撮像素子２の温度を検出する温度検出部１１と、温度検出部１１による撮像素子２の温度変化に応じたパルスの位相の変化量が記憶されている記憶手段１２と、温度検出部１１から得た温度情報と記憶手段１２から得た温度変化に伴うパルスの位相の変化量とに基づいてパルスの位相を調整するタイミング調整部１５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、デジタルカメラにおける撮像に用いるパルスの位相（タイミング）調整を行う位相調整装置および位相調整方法ならびに位相調整装置が組み込まれたデジタルカメラに関する。

デジタルカメラ（デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラ付き携帯電話等）は、ＣＣＤやＭＯＳセンサといった撮像素子によって撮像されたアナログ撮像信号をデジタル撮像信号へと変換し、所定の処理を加えた上で記録する。撮像素子によって被写体を撮像するためには、撮像素子を駆動するパルスや信号レベルを検出するパルスなどが必要である。これらのパルスの位相については、製造に起因するばらつきがあることから、ハードウェア設計時に調整することがむずかしい。そこで、製造後に技術者が位相調整を行い、調整された位相を示す情報を記憶領域に格納し、実使用において記憶領域から位相情報を読み出して最適位相を設定するようにしている。

従来、また、露光時間を最小としてもっぱらノイズ成分を取り込むようにし、高周波成分（ノイズ成分）が最小となる条件で位相を調整するようにした技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００５−１５１０８１号公報（第４−８頁、第１−５図）

環境温度が変動すると、温度特性によりサンプルタイミングが変動する。この場合、パルスの位相が固定されたままであると、ノイズが生じて画質が劣化する。そこで、パルスの位相を調整することになるが、技術者がマニュアル的に位相を再調整するのでは、迅速・容易な対応がむずかしい。

また、調整対象のパルスは複数種類あるが、上記特許文献１の場合には、個々のパルスの特性は考慮せず、すべてのパルスに対して同じ手法で最適位相を求めているため、精度があまり高くない。

本発明は、このような事情に鑑みて創作したものであり、人手による再調整でなく、自動的に、撮像に用いられるパルスの位相を調整できるようにすることを目的としている。さらには、より高精度な位相調整が望まれる際に対応できるようにすることを目的としている。

（１）本発明による位相調整装置は、撮像素子で得られたアナログ撮像信号を画素毎にデジタル値に変換することにより得られるデジタル撮像信号が入力され、前記デジタル撮像信号に基づいて撮像に用いられるパルスの位相を調整するものであって、
前記撮像素子の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部による前記撮像素子の温度変化に応じた前記パルスの位相の変化量が記憶されている記憶手段と、
前記温度検出部から得た温度情報と前記記憶手段から得た温度変化に伴うパルスの位相の変化量とに基づいて前記パルスの位相を調整するタイミング調整部とを備えたものである。

この構成の位相調整装置においては、温度検出部が撮像素子の温度を検出し、検出した温度情報をタイミング調整部に与える。タイミング調整部は、受け取った温度情報に基づいて記憶手段を検索して、温度変化に伴うパルスの位相の変化量を割り出し、現在のパルスの位相に対して温度変化後のパルスの位相へ調整する。この位相調整の処理が、温度検出部と記憶手段とタイミング調整部との協働により自動的に行われる。すなわち、温度変化が生じても、撮像素子の駆動のためのパルスの位相を自動調整するので、撮像素子の特性変化を抑制するとともに、技術者がマニュアルでパルスの位相を調整する場合に比べて、調整処理に要する時間を短縮することが可能となる。

上記（１）の構成の位相調整装置に関連する本発明のデジタルカメラとしては、
撮像素子と、
前記撮像素子で得られたアナログ撮像信号について相関二重サンプリングを行うことにより画素毎の信号レベルを決定する相関二重サンプリング部と、
前記相関二重サンプリング部から出力された撮像信号の振幅を調整する自動利得制御部と、
前記自動利得制御部によって振幅が調整された撮像信号をデジタル値に変換してデジタル撮像信号とするＡＤ変換器と、
前記ＡＤ変換器による前記デジタル撮像信号を入力とする上記構成の位相調整装置と、
前記位相調整装置によって調整された位相に基づいて、撮像に用いられるパルスを生成するタイミングジェネレータとを備えた構成のデジタルカメラがある。

上記における構成要素の撮像素子、相関二重サンプリング部、自動利得制御部、ＡＤ変換器、タイミングジェネレータについては、デジタルカメラの一般的な構成要素であるので、特に説明する必要はない。ここでのポイントは、当該のデジタルカメラが上記（１）の構成の位相調整装置を搭載しているということである。

また上記（１）の構成の位相調整装置に関連する本発明の位相調整方法としては、撮像素子で得られたアナログ撮像信号を画素毎にデジタル値に変換することにより得られるデジタル撮像信号が入力され、前記デジタル撮像信号に基づいて、撮像に用いられるパルスの位相のうち少なくとも１つの位相を調整する位相調整方法であって、前記撮像素子の温度を検出するステップと、記憶手段から前記撮像素子の温度変化に応じたパルスの位相の変化量を読み出して前記パルスの位相を調整するステップとを含むものがある。

この位相調整方法においては、温度変化が生じても、撮像素子の駆動のためのパルスの位相を自動調整するので、撮像素子の特性変化を抑制するとともに、技術者がマニュアルでパルスの位相を調整する場合に比べて、調整処理に要する時間を短縮することが可能となる。

（２）また、本発明による位相調整装置は、撮像素子で得られたアナログ撮像信号を画素毎にデジタル値に変換することにより得られるデジタル撮像信号が入力され、前記デジタル撮像信号に基づいて撮像に用いられるパルスの位相を調整するものであって、
前記撮像素子の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部による前記撮像素子の温度変化に応じた前記パルスの位相の変化量が記憶されている記憶手段と、
第１の画素領域内の複数の画素について、前記デジタル撮像信号の輝度のレベルを検出する輝度レベル検出部と、
第２の画素領域内の複数の画素について、前記デジタル撮像信号の画素間の信号ばらつきを示す分散を算出する分散演算部と、
前記温度検出部から得た温度情報と前記記憶手段から得た温度変化に伴うパルスの位相の変化量および前記輝度レベル検出部と前記分散演算部の演算結果に応じて前記パルスの位相を調整するタイミング調整部とを備えたものである。

この構成の位相調整装置においては、温度検出部が撮像素子の温度を検出し、検出した温度情報をタイミング調整部に与える。タイミング調整部は、受け取った温度情報に基づいて記憶手段を検索して、温度変化に伴うパルスの位相の変化量を割り出し、現在のパルスの位相に対して温度変化後のパルスの位相へ調整する。さらに、輝度レベルを検出すべき第１の画素領域内の複数の画素でのデジタル撮像信号について、輝度レベル検出部が輝度レベルを検出し、得られた輝度情報をタイミング調整部に与える。タイミング調整部は、受け取った輝度情報に基づいて、さらにパルスの位相を調整する。この輝度情報に基づくパルスの位相の調整は、例えば、信号期間においてピークとなる信号成分をサンプリングするためのピークサンプルパルスの位相調整、あるいは相関二重サンプリングで基準となる信号成分をサンプリングするための基準サンプルパルスの位相調整に適している。また、画素間の信号ばらつきを示す分散を算出すべき第２の画素領域内の複数の画素について、分散演算部が分散を算出し、得られた分散の情報をタイミング調整部に与える。タイミング調整部は、受け取った分散の情報に基づいて、さらにパルスの位相を調整する。この分散の情報に基づくパルスの位相の調整は、例えば、アナログ撮像信号をデジタル撮像信号にＡＤ変換するときの動作クロックであるＡＤクロック信号の位相調整に適している。以上の位相調整の処理が、温度検出部と記憶手段と輝度レベル検出部と分散演算部とタイミング調整部との協働により自動的に行われる。加えて、温度変化が生じた場合のパルスの位相の調整に際し、複数の画素でのデジタル撮像信号について、実際に、輝度レベル検出部が輝度を測定し、分散演算部が画素間の信号ばらつきを示す分散を算出して、その輝度および分散を加味した状態でパルスの位相を調整しているので、パルスの位相の調整の精度が高いものとなる。また、上記と同様に、撮像素子の駆動のためのパルスの各位相を自動調整するので、技術者がマニュアルでパルスの位相を調整する場合に比べて、調整処理に要する時間を短縮することが可能となる。

上記（２）の構成の位相調整装置に関連する本発明のデジタルカメラとしては、
撮像素子と、
前記撮像素子で得られたアナログ撮像信号について相関二重サンプリングを行うことにより画素毎の信号レベルを決定する相関二重サンプリング部と、
前記相関二重サンプリング部から出力された撮像信号の振幅を調整する自動利得制御部と、
前記自動利得制御部によって振幅が調整された撮像信号をデジタル値に変換してデジタル撮像信号とするＡＤ変換器と、
前記ＡＤ変換器による前記デジタル撮像信号を入力とする上記構成の位相調整装置と、
前記位相調整装置によって調整された位相に基づいて、撮像に用いられるパルスを生成するタイミングジェネレータとを備えた構成のデジタルカメラがある。ここでも、ポイントは、当該のデジタルカメラが上記（２）の構成の位相調整装置を搭載しているということである。

また上記（２）の構成の位相調整装置に関連する本発明の位相調整方法としては、撮像素子から出力される撮像信号のピークレベルを検出するためのピークサンプルパルスと、相関二重サンプリングの基準となる信号レベルを検出するための基準サンプルパルスと、ＡＤ変換器へ入力されるＡＤクロック信号の各位相を調整するための位相調整方法であって、
前記撮像素子の温度を検出するステップと、
記憶手段から前記撮像素子の温度変化に応じたパルスの位相の変化量を読み出して前記パルスの位相を調整するステップと、
前記基準サンプルパルスと前記ＡＤクロック信号の位相を初期値に固定した状態で、前記ピークサンプルパルスの位相を変化させ、輝度が最大となる第１の位相を検出するステップと、
検出された前記第１の位相を前記ピークサンプルパルスの位相として設定するステップと、
前記ピークサンプルパルスの位相を設定された前記第１の位相に固定し、かつ前記ＡＤクロック信号の位相を初期値に固定した状態で、前記基準サンプルパルスの位相を変化させ、輝度の変化が少ない安定領域を検出するステップと、
検出された前記安定領域の中心を第２の位相とし、前記第２の位相を前記基準サンプルパルスの位相として設定するステップと、
前記ピークサンプルパルスの位相を設定された前記第１の位相に固定し、かつ前記基準サンプルパルスの位相を設定された前記第２の位相に固定し、かつ入射光を遮蔽した状態で、前記ＡＤクロック信号の位相を変化させ、分散が最小となる第３の位相を検出するステップと、
検出された前記第３の位相を前記ＡＤクロック信号の位相として設定するステップとを含むものがある。

この位相調整方法においては、温度変化が生じた場合のパルスの位相の調整に際し、複数の画素でのデジタル撮像信号について、実際に、輝度レベル検出部が輝度を測定し、分散演算部が画素間の信号ばらつきを示す分散を算出して、その輝度および分散を加味した状態でパルスの位相を調整しているので、パルスの位相の調整の精度が高いものとなる。

上記（２）の位相調整方法において、前記パルスの位相を変化させる範囲のうち少なくとも１つは、１周期より短い範囲に制限されているという態様がある。最適であると想定される位相は、記憶手段から読み出したパルスの位相の変化量だけシフトさせた場合の位相の近辺に存在することが予想される。そこで、位相調整を行う範囲を、１周期より短い範囲に制限することにより、処理時間を短縮化することが可能になる。

本発明によれば、温度変化が生じても、撮像素子の駆動のためのパルスの位相を自動調整するので、撮像素子の特性変化を抑制できるとともに、技術者がマニュアルでパルスの位相を調整する場合に比べて、調整処理に要する時間を短縮することができる。

さらに、輝度レベル検出と分散演算の協働により、パルスの位相の調整の精度を高いものとすることができる。

以下、本発明にかかわる位相調整装置搭載のデジタルカメラの実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるデジタルカメラの全体的な構成を示すブロック図である。本実施の形態におけるデジタルカメラは、被写体像を撮像素子２上に集光するための光学レンズ１と、光学レンズ１によって集光された被写体像を撮像する撮像素子２（以下はＣＣＤを例に説明）と、撮像素子２から出力されるアナログ撮像信号Ｓａに所定の処理を加えてデジタル撮像信号Ｓｄに変換するアナログフロントエンド１０と、アナログフロントエンド１０から出力されるデジタル撮像信号Ｓｄに所定の処理（色補正、ＹＣ処理等）を加えて映像信号を生成するＤＳＰ（Digital Signal Processor）２０とを備えている。撮像素子２は複数の画素を有しており、これらの複数の画素は、被写体の撮像に用いられる有効画素領域と、有効画素領域の周辺に遮光された状態で配置されてＯＢ（OpticalBlack）レベルの検出に用いられるＯＢ画素領域とから構成されている。

アナログフロントエンド１０は、撮像素子２から出力されるアナログ撮像信号Ｓａの信号レベルを確定するために相関二重サンプリング（ＣＤＳ：Correlated Double Sampling）を行う相関二重サンプリング部３と、相関二重サンプリング部３から出力される信号を調整可能なゲインで増幅する自動利得制御部（ＡＧＣ：AutomaticGain Control）４と、自動利得制御部４によって増幅された信号をデジタル撮像信号Ｓｄへと変換するＡＤ変換器（Analog DigitalConverter）５と、さらに撮像に用いるためのパルスを生成するタイミングジェネレータ（Timing Generator）６と、タイミングジェネレータ６によって生成されたパルスを撮像素子２へと出力するための垂直ドライバ７とを備えている。

ＤＳＰ２０は、本発明に特徴的な構成要素として、撮像素子２の温度を検出する温度検出部１１と、基準温度からの温度変化に応じた、前記パルスの変化量がテーブルとして記憶されている記憶手段１２と、温度検出部１１から得た温度情報と記憶手段１２から得た温度変化に伴うパルスの位相の変化量に基づいて、タイミングジェネレータ６が生成するパルスの位相（タイミング）調整を行うタイミング調整部１５とを有している。

図２は撮像素子２から出力される信号成分を時系列で表した図である。図２に示すように、アナログ撮像信号Ｓａは、リセット期間Ｔ１と基準期間Ｔ２と信号期間Ｔ３とから構成されている。リセット期間Ｔ１は、撮像素子２をリセットするのに用いられる期間である。

基準期間Ｔ２は撮像素子２から基準電圧が出力される期間であり、相関二重サンプリング部３が動作する際の基準となる信号を検出する期間である。信号期間Ｔ３は信号電圧が出力される期間であり、信号期間Ｔ３においてピークとなる信号電圧と基準期間Ｔ２における基準電圧とをサンプリングし、差分をとることによってアナログ撮像信号Ｓａの信号レベルＶｓを得ることが可能となる。なお、図２では、図中の下方向を信号成分が正の方向として規定している。

図３は本実施の形態における、各パルスの位相調整の全体フローを示している。この位相調整は、主に温度検出部１１、記憶手段１２によって行われる。本実施の形態で調整対象とするパルスは、基準サンプルパルスＤＳ１、ピークサンプルパルスＤＳ２およびＡＤクロック信号ＡＣＫとする。基準サンプルパルスＤＳ１とは、相関二重サンプリングで基準となる信号成分をサンプリングするためのパルスである。したがって、基準期間の中心において立ち上がりエッジがくるように位相調整されることが望ましい。ピークサンプルパルスＤＳ２とは、信号期間Ｔ３においてピークとなる信号成分をサンプリングするためのパルスである。したがって、撮像素子２から出力される信号成分がピークとなるときに立ち上がりエッジがくるように位相調整されることが望ましい。ここで、相関二重サンプリング部３によって求められる信号レベルＶｓとは、ピークサンプルパルスＤＳ２の立ち上がりにおけるピークの信号成分と、基準サンプルパルスＤＳ１の立ち上がりによって定まる基準期間内の信号成分との差分に他ならない。ＡＤクロック信号ＡＣＫはＡＤ変換器４の動作用のクロック信号であり、ＡＤ変換結果がばらつかないように位相調整されることが望ましい。

本実施の形態においては、まず、温度検出部１１によって撮像素子２の温度を測定する（ステップＳ１）。

次いで、基準温度からの温度変化があったか否かを判断し（ステップＳ２）、基準温度からの温度変化があった場合には、図４のように、記憶手段１２に記憶されている変化量テーブルから、基準サンプルパルスＤＳ１、ピークサンプルパルスＤＳ２およびＡＤクロック信号ＡＣＫの各位相について、基準温度からの位相変化量を読み出し、基準サンプルパルスＤＳ１、ピークサンプルパルスＤＳ２およびＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を読み出した位相変化量だけ変化させることによって、最適な位相を決定する（ステップＳ３）。

例えば、温度変化量がΔｔｍのとき、基準サンプルパルスＤＳ１での基準温度時からの位相変化量はΔθ_1-m であり、基準サンプルパルスＤＳ１はＷ１２のように位相変化量Δθ_1-m だけ位相調整し、ピークサンプルパルスＤＳ２での基準温度時からの位相変化量はΔθ_2-m であり、ピークサンプルパルスＤＳ２はＷ１１のように位相変化量Δθ_2-m だけ位相調整し、ＡＤクロック信号ＡＣＫでの基準温度時からの位相変化量はΔθ_a-m であり、ＡＤクロック信号ＡＣＫはＷ１３のように位相変化量Δθ_a-m だけ位相調整する。このようにして、基準サンプルパルスＤＳ１、ピークサンプルパルスＤＳ２およびＡＤクロック信号ＡＣＫのそれぞれについて、最適な位相が決定される。

本実施の形態では、調整対象となるパルスは基準サンプルパルスＤＳ１、ピークサンプルパルスＤＳ２およびＡＤクロック信号ＡＣＫとしたが、例えば、ＣＣＤの駆動パルスのような、温度により特性が変化する他のパルスにおいても、本発明を適用することが可能である。

（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２におけるデジタルカメラの全体的な構成を示すブロック図である。図５において、実施の形態１の図１におけるのと同じ符号は同一構成要素を指している。本実施の形態に特有の構成は、次のとおりである。ＤＳＰ２０は、本発明に特徴的な構成要素として、図１の場合と同様の温度検出部１１、記憶手段１２、タイミング調整部１５に加えて、所定の領域内の選択された画素の信号レベルの平均値を求めることにより輝度のレベルを検出する輝度レベル検出部１３、および選択された画素間の信号レベルの分散を演算する分散演算部１４を有している。タイミング調整部１５は、温度検出部１１から得た温度情報と記憶手段１２から得た温度変化に伴うパルスの位相の変化量および輝度レベル検出部１３と分散演算部１４の演算結果に応じて基準サンプルパルスＤＳ１、ピークサンプルパルスＤＳ２およびＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を調整するように構成されている。その他の構成については、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。

図６（ａ）は本実施の形態における、各パルスの位相調整の全体フローを示している。この位相調整は、主に温度検出部１１、記憶手段１２、輝度レベル検出部１３、分散演算部１４およびタイミング調整部１５によって行われる。本実施の形態で調整対象とするパルスは、ピークサンプルパルスＤＳ２、基準サンプルパルスＤＳ１、ＡＤクロック信号ＡＣＫとなっている。

本実施の形態においては、まず、温度検出部１１によって撮像素子２の温度を測定する（ステップＳ１１）。

基準温度からの温度変化があった場合、図７（ａ）に示す記憶手段１２に記憶されている変化量テーブルから、基準温度からの位相変化量を読み出し、基準サンプルパルスＤＳ１、ピークサンプルパルスＤＳ２およびＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を、読み出した位相変化量で調整したものを初期値として設定する。このとき、最適な位相は変化量テーブルから読み出した位相の近辺に存在することが予想されるため、位相調整を行う範囲は、図７（ｂ）のδｍのように、初期値前後の範囲内のみに制限する（ステップＳ１２）。この制限により、処理時間を短縮化することが可能になる。

なお、調整範囲は必ずしもパルス毎に記憶させておく必要はなく、例えばメモリ削減等のために、温度が変化してもパルス単位で同一の範囲として定義してもよく、あるいは、記憶手段１２には記憶させず、全パルスに対して予め定められた調整範囲を使用してもよい。

次に基準サンプルパルスＤＳ１およびＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を前ステップにて定められた初期値に固定した上で、ピークサンプルパルスＤＳ２の位相を初期値からずらしながら、ピークサンプルパルスＤＳ２の位相を決定するのに必要となるデータを測定する（ステップＳ１３）。

次にそのデータを評価することによって、ピークサンプルパルスＤＳ２としての最適な位相を決定する（ステップＳ１４）。

ピークサンプルパルスＤＳ２の位相が決定されると、ピークサンプルパルスＤＳ２の位相を決定された最適値に固定するとともに、ＡＤクロック信号ＡＣＫの位相は初期値に固定したままで、基準サンプルパルスＤＳ１の位相を初期値からずらしながら、基準サンプルパルスＤＳ１の位相を決定するのに必要となるデータを測定する（ステップＳ１５）。

次にそのデータを評価することによって、基準サンプルパルスＤＳ１として最適な位相を決定する（ステップＳ１６）。

基準サンプルパルスＤＳ１およびピークサンプルパルスＤＳ２の位相が決定されると、これらを最適値に固定した上で、ＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を初期値からずらしながら、ＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を決定するのに必要となるデータを測定する（ステップＳ１７）。

次にそのデータを評価することによって、ＡＤクロック信号ＡＣＫとして最適な位相を決定する（ステップＳ１８）。

基準サンプルパルスＤＳ１、ピークサンプルパルスＤＳ２およびＡＤクロック信号ＡＣＫの最適な位相が決定されると、決定された最適な位相に関する情報をタイミングジェネレータ６内のレジスタに設定する（ステップＳ１９）。これによって、最適な位相でパルスが発生される。

次に、各ステップの詳細について説明を行う。

（ピークサンプルパルスＤＳ２の調整）
まずは図８、図９を用いてピークサンプルパルスＤＳ２の位相調整について説明を行う。図８はピークサンプルパルスＤＳ２の位相調整に用いられる信号成分のタイミングチャートであり、図９はピークサンプルパルスＤＳ２の位相調整の詳細を示すフローチャートであり、図６のステップＳ１３とステップＳ１４に対応している。

図８において、Ｗ１は撮像素子出力信号を、Ｗ３は輝度信号を示している。ここでピークサンプルパルスＤＳ２の位相調整における輝度とは、撮像素子２の有効画素領域の部分領域または全域（ピークサンプルパルス検出領域と称す）において選択された各画素の信号レベルの平均値として定義される。撮像素子出力信号Ｗ１が図のように示されるとき、基準サンプルパルスＤＳ１およびＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を固定して、ピークサンプルパルスＤＳ２の位相をＷ２のようにずらしていくと、輝度信号Ｗ３はピークを持った凸形状で現れる。この輝度信号Ｗ３が最も大きくなった場合の位相をピークサンプルパルスＤＳ２の最適となる位相として決定する。ここで、画像データにおいて選択された画素毎の信号レベルＶｓとは、前述したように、ピークサンプルパルスＤＳ２によって決定される信号成分のピーク値と基準サンプルパルスＤＳ１によって決定される基準となる信号成分との差分である。したがって、ピークサンプルパルスＤＳ２における信号成分と基準サンプルパルスＤＳ１における信号成分が逆転している箇所では差分がマイナスとなるが、この例では信号レベルにマイナスは定義されていないので、図中においては０となっている。

図９を用いてさらに詳細に説明する。まずステップＳ２１において、基準サンプルパルスＤＳ１、ピークサンプルパルスＤＳ２およびＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を初期値とし、さらにステップＳ２２において、撮像素子２によって撮像された画像データを取り込む。

次にステップＳ２３において、取り込まれた画像データのピークサンプルパルス検出領域内の輝度を検出する。すなわち、ピークサンプルパルス検出領域内の各画素の信号レベルの平均値を算出する。ここで、信号レベルが所定の値以上の画素については、その画素が飽和しているものと考えられるので、その画素を除いてサンプリングを行うとよい。ステップＳ２３の処理は輝度レベル検出部１３において行われる。

次にステップＳ２４において、算出された輝度を現在までの輝度の最大値と比較する。比較の結果、算出された輝度の方が大きい場合は、ステップＳ２５において、現在の最大値として設定する。現在までの輝度の最大値の方が大きい場合には、輝度の最大値の更新は行わない。ステップＳ２４とステップＳ２５の処理はタイミング調整部１５によって行われる。

次にステップＳ２６において、基準サンプルパルスＤＳ１とＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を固定したまま、ピークサンプルパルスＤＳ２の位相を１ステップ分だけ後方へずらすようタイミング調整部１５からタイミングジェネレータ６に対して命令を送る。位相を１ステップ分だけずらした後、ステップＳ２２に戻った上で再度、ステップＳ２２〜Ｓ２６の処理を行い、輝度の最大値を比較する。この処理を１周期の期間にわたって繰り返して行い、輝度が最大となったときの位相をピークサンプルパルスＤＳ２の最適な位相として決定する。

（基準サンプルパルスＤＳ１の調整）
次に図１０、図１１を用いて基準サンプルパルスＤＳ１の位相調整について説明を行う。図１０は基準サンプルパルスＤＳ１の位相調整に用いられる信号成分のタイミングチャートである。図１１は基準サンプルパルスＤＳ１の位相調整の詳細を示すフローチャートであり、図６のステップＳ１５とステップＳ１６に対応している。

図１０において、Ｗ１は撮像素子出力信号を、Ｗ３は輝度信号を示している。基準サンプルパルスＤＳ１の位相調整においても、輝度とは撮像素子２の有効画素領域の部分領域または全域（基準サンプルパルス検出領域と称す）において選択された各画素の信号レベルの平均値として定義される。撮像素子出力信号Ｗ１が図のように示されるとき、ピークサンプルパルスＤＳ２およびＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を固定して、基準サンプルパルスＤＳ１の位相を初期値からＷ４のようにずらしていくと、輝度信号Ｗ３は急峻に減少した後、基準期間においてほぼ一定となり、再び減少してピークサンプルパルスＤＳ２と一致する点で０となる。この輝度信号Ｗ３がほぼ一定となった区間（安定領域と称す）の中心に立ち上がりエッジがくるように、基準サンプルパルスＤＳ１の位相の最適値が決定される。

図１１を用いてさらに詳細に説明する。

まずステップＳ３１において、基準サンプルパルスＤＳ１およびＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を初期値として、ピークサンプルパルスＤＳ２の位相を前述した調整方法によって決定された最適値として、撮像素子２によって撮像された画像データを取り込む。

次にステップＳ３２において、取り込まれた画像データの基準サンプルパルス検出領域内の輝度を検出する。すなわち、基準サンプルパルス検出領域内の各画素の信号レベルの平均値を算出する。ここで、信号レベルが所定の値以上の画素については、その画素が飽和しているものと考えられるので、その画素を除いてサンプリングを行うとよい。ステップＳ３２の処理は輝度レベル検出部１３において行われる。

次にステップＳ３３において、ピークサンプルパルスＤＳ２とＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を固定したまま、基準サンプルパルスＤＳ１の位相を１ステップ分だけ後方へずらす。

そして、ステップＳ３４において、基準サンプルパルスＤＳ１についての１周期の期間における繰り返し処理の設定を行い、ステップＳ３５において、撮像素子２によって撮像された画像データを取り込み、ステップＳ３６において、取り込まれた画像データの基準サンプルパルス検出領域内の輝度を検出する。

次にステップＳ３７において、１ステップ前の基準サンプルパルスＤＳ１の位相で取り込まれた画像データから算出された輝度と、現在の位相で検出された画像データから算出された輝度との差分をとり、この差分が所定の閾値以下であるかどうかを判定する。差分が所定の閾値以下であった場合には、ステップＳ３８において、現在の位相は安定領域内にあると判断する。

次にステップＳ３９において、ピークサンプルパルスＤＳ２とＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を固定したまま、基準サンプルパルスＤＳ１の位相を１ステップ分だけ後方へずらす。位相を１ステップ分だけずらした後、ステップＳ３５に戻った上で再度、ステップＳ３５〜Ｓ３９の処理を行い、ずらした位相が安定領域内であるかどうかを判断する。この処理を１周期の期間にわたって繰り返して行い、安定領域がどの位相からどの位相までであるかを判断する。

最終的には、ステップＳ４０において、安定領域と判断された位相の中央値を基準サンプルパルスＤＳ１の位相の最適値として決定する。安定領域の最終的な判断において、安定領域と判断された位相が不連続な２区間以上存在する場合には、短い区間を無視する、あるいは安定領域と判断された位相が最も長く連続した区間を安定領域と判断してもよい。

なお、ノイズ成分が大きい場合には、２画素の差分のみでは安定領域を誤って検出する、あるいは検出できない可能性がある。そのような場合には、例えば、フィルタ演算等を用いることにより、３つ以上の位相における輝度の平均値と現在の位相における輝度の平均値との差分を算出して、閾値と比較してもよい。あるいは、３つ以上の位相における輝度の分散を算出して、閾値と比較してもよい。

なお、基準サンプルパルスＤＳ１、ピークサンプルパルスＤＳ２の各位相調整フローで用いられる基準サンプルパルスＤＳ１の位相の初期値は同一であっても異なるものであっても構わない。例えば、ピークサンプルパルスＤＳ２の位相調整フローにおける基準サンプルパルスＤＳ１の位相の初期値としては、設計仕様から予想される基準期間近辺となるように設定する一方、基準サンプルパルスＤＳ１の位相調整フローで最初の画像データを取り込む基準サンプルパルスＤＳ１の位相の初期値は、輝度信号の急峻な減少を検出するために、リセット期間内となるように設定され得る。

（ＡＤクロック信号ＡＣＫの位相調整）
次に図１２、図１３を用いてＡＤクロック信号ＡＣＫの位相調整について説明を行う。図１２はＡＤクロック信号ＡＣＫの位相調整に用いられる信号成分のタイミングチャートである。図１３はＡＤクロック信号ＡＣＫの位相調整の詳細を示すフローチャートであり、図６のステップＳ１７とステップＳ１８に対応している。

図１２において、Ｗ１は撮像素子出力信号を、Ｗ６は分散を示している。分散とは、この例では、撮像素子２を遮光した状態において、有効画素領域または／およびＯＢ画素領域の部分領域または全域（ＡＤクロック信号検出領域と称す）における各画素の信号レベルの分散として定義される。すなわち、分散とは、撮像素子２が遮光されているために理想的な状況では一定となる各画素の信号レベルがどの程度ばらついているかを示す値である。したがって、分散が小さくなるようにＡＤクロック信号ＡＣＫの位相は設定される必要がある。なお、分散を算出する画素領域は、輝度を検出する画素領域と同じでも異なっていても構わない。

撮像素子出力信号Ｗ１が図のように示されるとき、基準サンプルパルスＤＳ１およびピークサンプルパルスＤＳ２の位相を最適値に固定して、ＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を初期値からＷ５のようにずらしていくと、分散はＷ６のような凹形状となる。この分散Ｗ６が最も小さな値となるようにＡＤクロック信号ＡＣＫの位相は決定されるべきであるが、何らかの要因によって誤った位置で分散Ｗ６が最小となる可能性がある。したがって、分散Ｗ６が最小と判断された位相において、ＡＤクロック信号検出領域内の輝度を所定の期待値と比較する。ＯＢ画素領域は遮光されているために、設計仕様におけるＤＣオフセットとしての期待値が存在する。ＡＤクロック信号検出領域内の輝度がこの期待値とかけ離れている場合には、ＡＤクロック信号ＡＣＫが最適であるとはいえない。したがって、分散Ｗ６が最小と判断された位相において、輝度と所定の期待値との差分が一定の閾値以下である場合には、その位相をＡＤクロック信号ＡＣＫの位相の最適値であるとして決定する。しかし、輝度と所定の期待値との差分が一定の閾値より大きい場合には、分散Ｗ６がその次に小さな位相において、輝度と所定の期待値との差分が一定の閾値以下であるかを判断することになる。以上を繰り返すことにより、ＡＤクロック信号ＡＣＫの位相の最適値は決定される。

なお、撮像素子２を遮光する方法としては、メカシャッタを閉じることによって入射光を遮蔽することが考えられる。ＯＢ画素領域をＡＤクロック信号検出領域とする場合は、最初から遮光された状態であるために、メカシャッタを閉じる必要は必ずしもない。

図１３を用いてさらに詳細に説明する。

ステップＳ４１において、メカシャッタを閉じることによって入射光を遮蔽する。ＯＢ画素領域をＡＤクロック信号検出領域とする場合にはこのステップは必要ない。

次にステップＳ４２において、ノイズ成分のみを増幅させるためにアナログゲインを上げる。

次にステップＳ４３において、基準サンプルパルスＤＳ１およびピークサンプルパルスＤＳ２の位相を決定された最適値に設定し、ＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を初期値とし、さらにステップＳ４４において、撮像素子２によって撮像された画像データを取り込む。

次にステップＳ４５において、取り込まれた画像データのＡＤクロック信号検出領域内の輝度を検出する。すなわち、ＡＤクロック信号検出領域内の各画素の信号レベルの平均値を算出する。ステップＳ４５の処理は輝度レベル検出部１３において行われる。

次にステップＳ４６において、基準サンプルパルスＤＳ１とピークサンプルパルスＤＳ２の位相を固定したまま、ＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を１ステップ分だけ後方へずらす。位相を１ステップ分だけずらした後、ステップＳ４４に戻った上で再度、ステップＳ４４〜Ｓ４６の処理を行い、１周期の期間にわたってこれを繰り返して位相毎の輝度を検出する。算出された輝度は一旦メモリに格納される。

次にステップＳ４７において、基準サンプルパルスＤＳ１およびピークサンプルパルスＤＳ２の位相を決定された最適値に設定し、ＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を初期値とし、さらにステップＳ４８において、撮像素子２によって撮像された画像データを再度取り込む。

次にステップＳ４９において、取り込まれた画像データのＡＤクロック信号検出領域内の分散σ（ｎ）を計算する。ｎは任意の正数であり、１周期の期間内において設定可能な位相状態の数を表す。すなわち、ＡＤクロック信号検出領域内の各画素の信号レベルの分散を算出する。ステップＳ４９の処理は分散演算部１４において行われる。

次にステップＳ５０において、基準サンプルパルスＤＳ１とピークサンプルパルスＤＳ２の位相を固定したまま、ＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を１ステップ分だけ後方へずらす。位相を１ステップ分だけずらした後、ステップＳ４８に戻った上で再度、ステップＳ４８〜Ｓ５０の処理を行い、１周期の期間にわたってこれを繰り返して位相毎の分散を算出する。算出された分散は一旦メモリに格納される。なお、この説明では輝度の分布と分散の分布は異なる画像取り込みで行っているが、１回の画像取り込みで双方を演算することも可能である。

これまでの処理によって、輝度と分散の位相毎の分布がメモリに格納されたことになる。次にこのメモリに格納されたデータを用いて、最適なＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を求めていく。まず、ステップＳ５１において、最初の位相の分散σ（１）を最小値σ（ｍｉｎ）として設定する。

次にステップＳ５３において、２番目以降の位相の分散をσ（ｎ）として、σ（ｍｉｎ）との比較を行う。σ（ｎ）の方が小さい場合には、ステップＳ５４において、σ（ｎ）を新たな最小値σ（ｍｉｎ）とする。ステップＳ５３〜Ｓ５４の処理を最後の位相まで繰り返すことにより、分散が最小となる位相が求められる。

次にステップＳ５５において、最小値となった位相における輝度と設計仕様によって定まるその期待値との差分が所定の閾値以下であるかどうかが判断される。所定の閾値より大きくなった場合には、σ（ｍｉｎ）となる位相の次に分散の小さかった位相について、ステップＳ５６の処理を行う。最適な位相が決定されるまでステップＳ５５、ステップＳ５６の処理は繰り返される。所定の閾値以内に収まっている場合には、ステップＳ５７において、そのときの位相をＡＤクロック信号ＡＣＫの最適な位相として決定する。

これまで説明してきた方法によって、基準サンプルパルスＤＳ１、ピークサンプルパルスＤＳ２およびＡＤクロック信号ＡＣＫの各位相を自動で調整することが可能となる。したがって、外的要因（温度、経年劣化等）によって撮像素子２の特性が変化した場合や、撮像素子２自体が交換された場合に、タイミングジェネレータ６から出力されるパルスの位相を自動調整することが可能となる。しかも、各パルスの特性を考慮した上で個別の方法でパルスの位相を調整しているので、高精度な自動調整が可能となる。

もちろん、精度にこだわらないのであれば、基準サンプルパルスＤＳ１、ピークサンプルパルスＤＳ２およびＡＤクロック信号ＡＣＫのすべてのパルスの位相を調整する必要は必ずしもなく、最初に求めたパルスの位相からの固定位相でその他のパルスの位相を求めてもよいし、２番目に求めたパルスの位相から３番目に求めるパルスの位相を決定してもよい。

また、最適な位相は前回調整された位相の近辺に存在することが予想される。したがって、位相調整結果は、その都度、記憶手段に反映させるようにし、記憶手段には常に最新の情報を記憶させるようにしてもよい。

なお、以上で説明した実施の形態はあくまでも一例であり、発明の主旨の範囲内で様々に変更可能であることはいうまでもない。

本発明によって、デジタルカメラにおける撮像に用いるパルスのタイミング調整を自動で行うことが可能になるため、少なくともデジタルカメラにおいて利用可能性がある。

本発明の実施の形態１における位相調整装置搭載のデジタルカメラの全体的な構成を示すブロック図 撮像素子から出力される信号成分を時系列で表した図 本発明の実施の形態１における位相調整の全体的な動作を示すフローチャート 基準温度から温度が変化した場合の調整方法を説明する図 本発明の実施の形態２における位相調整装置搭載のデジタルカメラの全体的な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２における位相調整の全体的な動作を示すフローチャート 基準温度から温度が変化した場合の調整範囲を説明する図 本発明の実施の形態２においてピークサンプルパルスの位相調整に用いられる信号成分のタイミングチャート 本発明の実施の形態２におけるにおけるピークサンプルパルスの位相調整の詳細な動作を示すフローチャート 本発明の実施の形態２において基準サンプルパルスの位相調整に用いられる信号成分のタイミングチャート 本発明の実施の形態２における基準サンプルパルスの位相調整の詳細な動作を示すフローチャート 本発明の実施の形態２においてＡＤクロック信号の位相調整に用いられる信号成分のタイミングチャート 本発明の実施の形態２におけるＡＤクロック信号の位相調整の詳細な動作を示すフローチャート

符号の説明

１ 光学レンズ
２ 撮像素子
３ 相関二重サンプリング部（ＣＤＳ）
４ 自動利得制御部（ＡＧＣ）
５ ＡＤ変換器（ＡＤＣ）
６ タイミングジェネレータ（ＴＧ）
７ 垂直ドライバ
１０ アナログフロントエンド
１１ 温度検出部
１２ 記憶手段
１３ 輝度レベル検出部
１４ 分散演算部
１５ タイミング調整部
２０ ＤＳＰ
ＡＣＫ ＡＤクロック信号
ＤＳ１ 基準サンプルパルス
ＤＳ２ ピークサンプルパルス
Ｓａ アナログ撮像信号
Ｓｄ デジタル撮像信号

Claims (7)

1. 撮像素子で得られたアナログ撮像信号を画素毎にデジタル値に変換することにより得られるデジタル撮像信号が入力され、前記デジタル撮像信号に基づいて撮像に用いられるパルスの位相を調整する位相調整装置であって、
   前記撮像素子の温度を検出する温度検出部と、
   前記温度検出部による前記撮像素子の温度変化に応じた前記パルスの位相の変化量が記憶されている記憶手段と、
   前記温度検出部から得た温度情報と前記記憶手段から得た温度変化に伴うパルスの位相の変化量とに基づいて前記パルスの位相を調整するタイミング調整部とを備えた位相調整装置。
2. 撮像素子と、
   前記撮像素子で得られたアナログ撮像信号について相関二重サンプリングを行うことにより画素毎の信号レベルを決定する相関二重サンプリング部と、
   前記相関二重サンプリング部から出力された撮像信号の振幅を調整する自動利得制御部と、
   前記自動利得制御部によって振幅が調整された撮像信号をデジタル値に変換してデジタル撮像信号とするＡＤ変換器と、
   前記ＡＤ変換器による前記デジタル撮像信号を入力とする請求項１に記載の位相調整装置と、
   前記位相調整装置によって調整された位相に基づいて、撮像に用いられるパルスを生成するタイミングジェネレータとを備えたデジタルカメラ。
3. 撮像素子で得られたアナログ撮像信号を画素毎にデジタル値に変換することにより得られるデジタル撮像信号が入力され、前記デジタル撮像信号に基づいて、撮像に用いられるパルスの位相のうち少なくとも１つの位相を調整する位相調整方法であって、
   前記撮像素子の温度を検出するステップと、
   記憶手段から前記撮像素子の温度変化に応じたパルスの位相の変化量を読み出して前記パルスの位相を調整するステップとを含む位相調整方法。
4. 撮像素子で得られたアナログ撮像信号を画素毎にデジタル値に変換することにより得られるデジタル撮像信号が入力され、前記デジタル撮像信号に基づいて撮像に用いられるパルスの位相を調整する位相調整装置であって、
   前記撮像素子の温度を検出する温度検出部と、
   前記温度検出部による前記撮像素子の温度変化に応じた前記パルスの位相の変化量が記憶されている記憶手段と、
   第１の画素領域内の複数の画素について、前記デジタル撮像信号の輝度のレベルを検出する輝度レベル検出部と、
   第２の画素領域内の複数の画素について、前記デジタル撮像信号の画素間の信号ばらつきを示す分散を算出する分散演算部と、
   前記温度検出部から得た温度情報と前記記憶手段から得た温度変化に伴うパルスの位相の変化量および前記輝度レベル検出部と前記分散演算部の演算結果に応じて前記パルスの位相を調整するタイミング調整部とを備えた位相調整装置。
5. 撮像素子と、
   前記撮像素子で得られたアナログ撮像信号について相関二重サンプリングを行うことにより画素毎の信号レベルを決定する相関二重サンプリング部と、
   前記相関二重サンプリング部から出力された撮像信号の振幅を調整する自動利得制御部と、
   前記自動利得制御部によって振幅が調整された撮像信号をデジタル値に変換してデジタル撮像信号とするＡＤ変換器と、
   前記ＡＤ変換器による前記デジタル撮像信号を入力とする請求項４に記載の位相調整装置と、
   前記位相調整装置によって調整された位相に基づいて、撮像に用いられるパルスを生成するタイミングジェネレータとを備えたデジタルカメラ。
6. 撮像素子から出力される撮像信号のピークレベルを検出するためのピークサンプルパルスと、相関二重サンプリングの基準となる信号レベルを検出するための基準サンプルパルスと、ＡＤ変換器へ入力されるＡＤクロック信号の各位相を調整するための位相調整方法であって、
   前記撮像素子の温度を検出するステップと、
   記憶手段から前記撮像素子の温度変化に応じたパルスの位相の変化量を読み出して前記パルスの位相を調整するステップと、
   前記基準サンプルパルスと前記ＡＤクロック信号の位相を初期値に固定した状態で、前記ピークサンプルパルスの位相を変化させ、輝度が最大となる第１の位相を検出するステップと、
   検出された前記第１の位相を前記ピークサンプルパルスの位相として設定するステップと、
   前記ピークサンプルパルスの位相を設定された前記第１の位相に固定し、かつ前記ＡＤクロック信号の位相を初期値に固定した状態で、前記基準サンプルパルスの位相を変化させ、輝度の変化が少ない安定領域を検出するステップと、
   検出された前記安定領域の中心を第２の位相とし、前記第２の位相を前記基準サンプルパルスの位相として設定するステップと、
   前記ピークサンプルパルスの位相を設定された前記第１の位相に固定し、かつ前記基準サンプルパルスの位相を設定された前記第２の位相に固定し、かつ入射光を遮蔽した状態で、前記ＡＤクロック信号の位相を変化させ、分散が最小となる第３の位相を検出するステップと、
   検出された前記第３の位相を前記ＡＤクロック信号の位相として設定するステップとを含む位相調整方法。
7. 前記パルスの位相を変化させる範囲のうち少なくとも１つは、１周期より短い範囲に制限されている請求項６に記載の位相調整方法。

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