JP2008283257A - 位相調整装置、位相調整方法およびデジタルカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】撮像に用いられるパルスの位相を調整するに、人手による再調整でなく自動で、かつ高速に位相調整できるようにする。
【解決手段】撮像素子２からのアナログ撮像信号Ｓａを画素毎に変換して得られるデジタル撮像信号Ｓｄに基づいて撮像用パルスの位相を調整する位相調整装置であって、アナログ撮像信号Ｓａについて画素毎に２つのサンプリングパルス（ＤＳ１，ＤＳ２）によって一定期間の信号変化差分値ΔＳｄを検出する信号変化差分値検出部１１と、検出された画素毎の信号変化差分値ΔＳｄを記憶する信号変化差分値記憶部１２と、信号変化差分値記憶部における信号変化差分値ΔＳｄに基づいてアナログ撮像信号Ｓａの波形を推定するアナログ撮像信号波形推定部１３と、推定したアナログ撮像信号の波形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の最適位相を求めるタイミング調整部１４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、位相調整方法および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、医療用カメラ等）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）

近年、特に内視鏡に使用される医療用カメラなどの領域においては、リサイクルの関係からカメラ使用時に撮像素子のみ交換して使用するといったものも出てくる可能性がある。組み込むシステムや撮像素子が異なると、当然に、それを駆動するパルスの位相も異なることになるため、位相を再調整することとなる。また、再調整時はある程度の調整速度が必要となる。よって誰にでも、簡単に撮像素子を交換でき、かつ高速に調整できるシステムが求められる。

また、調整対象のパルスは複数種類あるが、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、最適位相を求めるまでに時間を要する。

最適位相を求める方式として、入力されてくるデジタル撮像信号において、画素毎に輝度レベルや分散を求め、この輝度レベルや分散を用いてパルスの最適位相を探索し、位相調整を行うようなものがある。しかし、この方式では、複数のパルスのそれぞれについて、個別的に最適位相を求めることから、位相調整に大きな時間がかかる。

本発明は、このような事情に鑑みて創作したものであり、組み込むシステムが変更された場合でも、また撮像素子が交換された場合でも、撮像素子の駆動のためのパルスの位相の位相調整を、技術者がマニュアルで行う場合に比べて、より迅速・容易に行えるようにするとともに、輝度レベルや分散から最適位相を求める方式に比べて、さらに高速な位相調整が行えるようにすることを目的としている。

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、
２つのサンプルパルスを用いて前記アナログ撮像信号を画素毎にサンプリングし、さらにデジタル化した信号を入力し、両入力信号について一定期間の信号変化差分値を検出する信号変化差分値検出部と、
前記信号変化差分値検出部によって検出された画素毎の前記信号変化差分値を記憶する信号変化差分値記憶部と、
前記信号変化差分値記憶部における前記信号変化差分値に基づいて前記撮像素子から出力される前記アナログ撮像信号の波形を推定するアナログ撮像信号波形推定部と、
前記アナログ撮像信号波形推定部において推定した前記アナログ撮像信号の波形において前記撮像用パルスの最適位相を求め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、２つのサンプルパルスを用いてアナログ撮像信号をサンプリングし、さらにデジタル化した信号が信号変化差分値検出部に入力される。信号変化差分値検出部は、入力した２つのサンプリングデータの差分値である信号変化差分値を検出する。この信号変化差分値は、両サンプリングパルスの位相差に相当する一定時間におけるアナログ撮像信号の信号レベル差である。この信号変化差分値の検出は画素毎に行われ、それぞれが信号変化差分値記憶部に順次に記憶されてゆく。アナログ撮像信号の信号値変化率（傾き）が大きい位相領域ほど信号変化差分値は大きくなり、逆に、アナログ撮像信号の信号値変化率（傾き）が小さい位相領域ほど信号変化差分値は小さくなる。アナログ撮像信号波形推定部は、信号変化差分値記憶部に記憶されている信号変化差分値の時系列情報を用いて、撮像素子からのアナログ撮像信号の波形を推定する。すなわち、信号変化差分値が大きい位相領域にアナログ撮像信号のリセット期間や信号期間の立ち下がり位相領域を求めることが可能となる。また、信号変化差分値が小さい位相領域にアナログ撮像信号の基準期間の位相領域を求めることが可能となる。このようにしてアナログ撮像信号波形推定部で推定されたアナログ撮像信号の波形の情報はタイミング調整部に与えられ、タイミング調整部はその推定されたアナログ撮像信号の波形において撮像用パルス（基準サンプルパルス、ピークサンプルパルス）の最適位相を割り出し、その最適位相の設定をタイミングジェネレータなどに指示する。以上の位相調整の処理が、信号変化差分値検出部、信号変化差分値記憶部、アナログ撮像信号波形推定部およびタイミング調整部の協働により自動的に行われる。また、撮像素子によるアナログ撮像信号において、アナログ撮像信号波形推定部がそのアナログ撮像信号の波形を実際に推定して、そのアナログ撮像信号の波形状態に基づいて撮像用パルスの最適位相を求めているので、撮像用パルスの位相調整の精度は高いものとなる。つまり現在の撮像素子の状況に即した位相調整が可能となっている。また、撮像用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位相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。

とりわけ、アナログ撮像信号を信号変化差分値に置き換えてアナログ撮像信号の波形を推定し、そのアナログ撮像信号の波形から最適位相を求めるという方式は、オシロスコープのような計測器を用いてアナログ撮像信号を観測しながら調整する方式と同様な感覚である。別方式として、複数の画素でのアナログ撮像信号について、位相シフト間隔が微小な状態で順次に指定される画素毎に輝度レベルを検出し、それに基づいた演算によって撮像用パルスの最適位相を求める方式もあるが、これは処理のステップ数が多いために、高速処理には適さない。これに対して、推定したアナログ撮像信号の波形状態に基づいてサンプリングパルスの最適位相を求めることは、ステップ数が少なく、高速処理が可能である。

上記構成の位相調整装置において、前記タイミング調整部は、位相調整時に前記２つのサンプリングパルスの位相間隔を固定にした状態でサンプリング位相をずらしていくという態様がある。２つのサンプリングパルスの位相間隔が固定であるということは、アナログ撮像信号の傾きである信号変化差分値の推移を検出する上で、時間方向の微小変化分（Δｔ）が常に一定であるということであり、信号変化差分値の精度を確保する上で有効である。

また上記構成の位相調整装置において、前記タイミング調整部は、位相調整時に位相間隔を固定にした状態で用いる前記２つのサンプリングパルスとして、通常動作時に前記撮像素子から出力される前記アナログ撮像信号の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を利用し、これら両パルスを位相シフトさせた状態で用いるという態様がある。このように構成すれば、位相調整の対象であるピークサンプルパルスと基準サンプルパルスとを利用して信号変化差分値を求めることになるので、別にサンプリングパルスを用意しなくてもよいことから、回路構成の複雑化を抑制することが可能となる。

また上記構成の位相調整装置において、前記信号変化差分値検出部は、前記２つのサンプリングパルスのシフト位相毎に、前記アナログ撮像信号の最大値包絡線における信号変化差分値と最小値包絡線における信号変化差分値を検出するという態様がある。

また上記構成の位相調整装置において、前記アナログ撮像信号波形推定部は、前記信号変化差分値記憶部に記憶された位相毎の前記アナログ撮像信号の最大値包絡線における信号変化差分値と最小値包絡線における信号変化差分値とに基づいて、前記撮像素子から出力される前記アナログ撮像信号のリセット期間の立ち下がり部分と、基準期間部分と、信号期間の立ち下がり部分とを推定するという態様がある。

アナログ撮像信号の波形における信号変化差分値が比較的大きい高差分突出部は、リセット期間の立ち下がり部分と信号期間の立ち下がり部分を表すことになる。これが画素毎に繰り返されるので、２つの立ち下がり部分を表す高差分突出部のうち、いずれがリセット期間の立ち下がり部分であるのかいずれが信号期間の立ち下がり部分であるのかの区別がつかない。そこで、リセット期間の立ち下がり部分と信号期間の立ち下がり部分の区別をつけるために、アナログ撮像信号の最大値包絡線における信号変化差分値と最小値包絡線における信号変化差分値との２つを用いることとしている。リセット期間と基準期間とにおいては、最大値包絡線と最小値包絡線との差分は常に小さなものになるが、信号期間においては、アナログ撮像信号の性質上、画素毎で最大値包絡線と最小値包絡線との差分が大きく変動する傾向をもつ。アナログ撮像信号の波形において、リセット期間の立ち下がり部分の傾きは常に比較的大きい。一方、信号期間の立ち下がり部分の傾きは、画素毎にさまざまに変動する。したがって、高差分突出部が２つある場合は、他の高差分突出部の位相領域と比べて明らかに大きな山ができている高差分突出部の信号波形部がリセット期間の立ち下がり部分であると推定する。また、高差分突出部が１つの場合はそれ自身の信号波形部がリセット期間の立ち下がり部分に対応すると推定する。

また上記構成の位相調整装置において、前記信号変化差分値検出部は、入力されてくる前記アナログ撮像信号に含まれるＯＢ領域の信号を前記アナログ撮像信号の最小値包絡線における信号変化差分値に反映させ、前記アナログ撮像信号波形推定部は、前記リセット期間の立ち下がり部分を推定するという態様がある。アナログ撮像信号の最小値包絡線における信号変化差分値は、リセット期間の立ち下がり部分では常に大きく、信号期間の立ち下がり部分ではさまざまに変動する。ＯＢ領域のアナログ撮像信号はそのレベルが最小であるから、信号期間の立ち下がり部分での信号変化差分値は実質的にゼロとなる。その結果として、高差分突出部が２つではなく１つになる。結果として、高差分突出部はリセット期間の立ち下がり部分に対応することになる。

また上記構成の位相調整装置において、前記アナログ撮像信号波形推定部は、前記信号変化差分値記憶部に記憶された位相毎の前記アナログ撮像信号の最大値包絡線における信号変化差分値と最小値包絡線における信号変化差分値に基づいて、信号変化差分値の大きい高差分突出部と信号変化差分値の小さい小差分安定部とに分け、前記高差分突出部を前記撮像素子から出力される前記アナログ撮像信号のリセット期間の立ち下がり位相領域と信号期間の立ち下がり位相領域に割り当て、前記小差分安定部を基準期間の位相領域に割り当てて推定するという態様がある。このように構成すれば、リセット期間、基準期間および信号期間のそれぞれを簡単に割り出すことが可能となる。

また上記構成の位相調整装置において、前記アナログ撮像信号波形推定部は、前記高差分突出部と前記小差分安定部とに分けるときの閾値として、前記高差分突出部のための第１の閾値と、前記第１の閾値より小さい前記小差分安定部のための第２の閾値の２つを設け、判断基準にヒステリシス特性をもたせたという態様がある。このように構成すれば、信号変化差分値の暴れ（過剰振動）を吸収することが可能となり、信号変化差分値に基づくリセット期間、基準期間および信号期間の割り出しの精度を高めることが可能となる。

また上記構成の位相調整装置において、前記タイミング調整部は、位相調整時に前記２つのサンプリングパルスについて位相関係を前後逆転させ、前記アナログ撮像信号波形推定部は、前記撮像素子から出力される前記アナログ撮像信号の立ち上がり部を検出し、前記信号期間の立ち下がり位相領域と前記信号期間の立ち上がり位相領域との境界を最適位相とするという態様がある。ピークサンプルパルスの遅延調整セルの温度ばらつきに起因して、調整後の環境の変化でサンプリング位置にばらつきが生じ、ピークサンプルパルスの最適位相の精度が低下する。２つのサンプリングパルスの位相関係を前後逆転させると、アナログ撮像信号の立ち上がり部分を表す信号変化差分値も有効となる。つまり、波形として顕現化する。そこで、立ち下がり部分と立ち上がり部分との境界にある小差分安定部をピークサンプルパルスの最適位相とすることにより、ピークサンプルパルスの最適位相の精度を向上させることが可能となる。

また上記構成の位相調整装置において、さらに、前記信号変化差分値検出部に対して、前記２つのサンプリングパルスによって一定期間の信号変化差分値を検出する際に、前記アナログ撮像信号における検出対象を所定ライン数の複数ライン単位で指示を与えるラインカウンタを備えているという態様がある。このように構成すれば、すべてのラインで信号変化差分値を検出する場合に比べて、アナログ撮像信号の波形の観測に必要な時間の短縮化を図ることが可能となり、位相調整を高速化することが可能となる。

上記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のいずれかの位相調整装置と、
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の各位相を調整するための位相調整方法であって、
前記ピークサンプルパルスと前記基準サンプルパルスの位相間隔を固定した状態で、サンプリング位相をずらしながら画素毎に前記アナログ撮像信号のサンプリングを行い、信号の変化を信号変化差分値に置き換えてアナログ撮像信号の波形を観測するステップと、
前記信号変化差分値が小さい位相領域と前記信号変化差分値が比較的大きい位相領域とを切り分け、前記アナログ撮像信号の波形状態を推定するステップと、
推定されたアナログ撮像信号の波形状態から前記ピークサンプルパルスと基準サンプルパルスを最適位相に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、アナログ撮像信号を信号変化差分値に置き換えてアナログ撮像信号の波形を推定し、そのアナログ撮像信号の波形から最適位相を求めるので、画素毎に検出した輝度レベルから最適位相を求める方式に比べて、処理のステップ数が少なく、高速処理が可能である。また、信号変化差分値を求めるためのサンプリングパルスとして位相調整の対象であるピークサンプルパルスと基準サンプルパルスとを利用していて、別にサンプリングパルスを用意しなくてもよいことから、回路構成の複雑化を抑制することが可能となる。

また、本発明による位相調整方法は、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の各位相を調整するための位相調整方法であって、
前記ピークサンプルパルスと前記基準サンプルパルスの位相間隔を固定した状態で、サンプリング位相をずらしながら画素毎に前記アナログ撮像信号のサンプリングを行い、信号の変化を信号変化差分値に置き換えて、位相の変化毎に前記信号変化差分値の最大値包絡線と最小値包絡線を記憶するステップと、
前記信号変化差分値の最大値包絡線と最小値包絡線それぞれで、前記信号変化差分値が小さい位相領域と前記信号変化差分値が比較的大きい位相領域とに切り分けて前記アナログ撮像信号の波形を観測するステップと、
前記最小値包絡線における前記信号変化差分値が比較的大きい位相領域からリセット期間の立ち下がり部分を推定するステップと、
前記リセット期間の立ち下がり部分に対応した位相領域以外で前記信号変化差分値が比較的大きい位相領域から信号期間の立ち下がり部分を推定するステップと、
前記リセット期間の立ち下がり部分に対応した位相領域と前記信号期間の立ち下がり部分に対応した位相領域との間に存在する、前記信号変化差分値が比較的小さい位相領域を基準期間と推定するステップと、
前記基準期間と推定した前記信号変化差分値が比較的小さい位相領域の中心を前記基準サンプルパルスの最適位相として調整し、前記信号期間の立ち下がり部分に対応すると推定した前記信号変化差分値が比較的大きい位相領域とその直後の前記信号変化差分値が比較的小さい位相領域との境目を前記ピークサンプルパルスの最適位相として調整するステップとを含むものである。

この位相調整方法においては、リセット期間の立ち下がり部分と信号期間の立ち下がり部分の区別を明確につけることが可能で、基準サンプルパルスとピークサンプルパルスの最適位相の検出が高精度に行える。

また、本発明による位相調整方法は、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の各位相を調整するための位相調整方法であって、
前記ピークサンプルパルスと前記基準サンプルパルスの位相間隔を固定した状態で、サンプリング位相をずらしながら画素毎に前記アナログ撮像信号のサンプリングを行い、信号の変化を信号変化差分値に置き換えて、位相の変化毎に前記信号変化差分値の最大値包絡線と最小値包絡線を記憶するステップと、
前記信号変化差分値の最大値包絡線と最小値包絡線それぞれで、前記信号変化差分値が小さい位相領域と前記信号変化差分値が比較的大きい位相領域とに切り分けて前記アナログ撮像信号の波形を観測するステップと、
前記最小値包絡線における前記信号変化差分値が比較的大きい位相領域からリセット期間の立ち下がり部分を推定するステップと、
前記リセット期間の立ち下がり部分に対応した位相領域以外で前記信号変化差分値が比較的大きい位相領域から信号期間の立ち下がり部分を推定するステップと、
前記リセット期間の立ち下がり部分に対応した位相領域と前記信号期間の立ち下がり部分に対応した位相領域との間に存在する、前記信号変化差分値が比較的小さい位相領域を基準期間と推定するステップと、
前記ピークサンプルパルスと前記基準サンプルパルスの位相関係を前後逆転し、両パルスの位相間隔を固定した状態で、サンプリング位相をずらしながら画素毎に前記アナログ撮像信号のサンプリングを行い、信号の変化を信号変化差分値に置き換えて、位相の変化毎に前記信号変化差分値の最大値包絡線を記憶し、前記信号変化差分値が小さい位相領域と前記信号変化差分値が比較的大きい位相領域とに切り分けて前記アナログ撮像信号の波形を観測するステップと、
前記信号期間の立ち下がり部分を示す信号変化差分値が比較的大きい位相領域とその後の前記信号変化差分値が比較的大きい位相領域との間の前記信号変化差分値が小さい位相領域を信号期間の画素電圧のピーク期間と推定するステップと、
前記基準期間と推定した前記信号変化差分値が比較的小さい位相領域の中心を前記基準サンプルパルスの最適位相として調整し、前記信号期間の画素電圧のピーク期間と推定した前記信号変化差分値が比較的小さい位相領域の中心を前記ピークサンプルパルスの最適位相として調整するステップとを含むものである。

この位相調整方法においては、ピークサンプルパルスと基準サンプルパルスの位相関係の前後逆転を通じて、ピークサンプルパルスの最適位相の精度を向上させることが可能となる。

本発明によれば、撮像素子によるアナログ撮像信号において、その波形を実際に推定して、そのアナログ撮像信号の波形状態に基づいて撮像用パルスの最適位相を求めているので、つまり現在の撮像素子の状況に即した位相調整を行うので、パルス位相調整の精度を高いものとすることができる。また、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。

さらに、アナログ撮像信号を信号変化差分値に置き換えてアナログ撮像信号の波形を推定し、そのアナログ撮像信号の波形から最適位相を求めるという方式をとることで、オシロスコープのような計測器を用いてアナログ撮像信号を観測しながら調整する方式と同様な感覚での位相調整でよい。その結果として、画素毎に検出した輝度レベルから最適位相を求める方式に比べて、処理のステップ数が少なく、高速処理が可能となる。また、構成要素面も比較的単純で、ハードウェアのみでの実現も容易なことも相乗して、一層高速な自動調整が可能となる。

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、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、２つのサンプリングパルスのシフト位相毎に、アナログ撮像信号ＳａがＡＤ変換器５で変換されて得られたデジタルデータの最小値包絡線Ｓdnにおける信号変化差分値ΔＳdn（図５参照）と最大値包絡線Ｓdxにおける信号変化差分値ΔＳdx（図６参照）を検出する信号変化差分値検出部１１と、信号変化差分値検出部１１で検出した信号変化差分値ΔＳdxおよび信号変化差分値ΔＳdnをタイミングジェネレータ６が生成するパルスの位相毎に記憶する信号変化差分値記憶部１２と、信号変化差分値記憶部１２で記憶した内容に基づいて、撮像素子２から出力されるアナログ撮像信号Ｓａの波形を推定するアナログ撮像信号波形推定部１３と、アナログ撮像信号波形推定部１３で推定したアナログ撮像信号Ｓａの波形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の最適位相を求めて、タイミングジェネレータ６に対して位相（タイミング）調整を行うタイミング調整部１４とを有している。

図２は撮像素子２から出力されるアナログ撮像信号Ｓａ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位相調整の全体的な動作を示すフローチャートを示している。この位相調整は、主に信号変化差分値検出部１１、信号変化差分値記憶部１２、アナログ撮像信号波形推定部１３およびタイミング調整部１４によって行われる。

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Ｔ２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から出力されるアナログ撮像信号Ｓａ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Ｔ２内の信号成分との差分であり、その信号変化差分値ΔＳｄが画素のレベル信号となる。

位相調整時には、基準サンプルパルスＤＳ１およびピークサンプルパルスＤＳ２を上記した本来の用途としては用いなくて、アナログ撮像信号Ｓａから最小値包絡線Ｓdnにおける信号変化差分値ΔＳdnと最大値包絡線Ｓdxにおける信号変化差分値ΔＳdxを検出するときに必要となる、位相間隔を固定にした状態で用いる２つのサンプリングパルスとして利用するように構成している。すなわち、基準サンプルパルスＤＳ１にてサンプリングする信号成分とピークサンプルパルスＤＳ２にてサンプリングする信号成分の差分を、信号成分のある期間の傾きとして考える。

図４にて詳細に説明する。基準サンプルパルスＤＳ１とピークサンプルパルスＤＳ２との組についての位相パターンＰａと位相パターンＰｂにおいて、位相パターンＰａでサンプリングを行ったとき、その信号変化差分値をａとする。位相パターンＰｂでサンプリングを行ったとき、その信号変化差分値をｂとする。また、基準サンプルパルスＤＳ１とピークサンプルパルスＤＳ２の位相間隔は位相パターンＰａと位相パターンＰｂで同じである。

図から明らかなように、信号変化差分値ａの方が信号変化差分値ｂよりも大きい。基準サンプルパルスＤＳ１とピークサンプルパルスＤＳ２の位相間隔は同じであることから、信号変化差分値ａを取得したときの信号波形の傾きは、信号変化差分値ｂで取得したときの信号波形より急であることが分かる。つまり、信号変化差分値が大きければ傾きは急であり、信号変化差分値が小さければ傾きは緩やかとなる。

このような考え方をもとに、基準サンプルパルスＤＳ１およびピークサンプルパルスＤＳ２の間隔を固定のまま位相を初期値からずらしながら、撮像素子２から出力される信号に対して時分割に傾きを求めて信号波形を推定し、推定した結果から基準サンプルパルスＤＳ１およびピークサンプルパルスＤＳ２の最適位相を求める。

つまり、図３において、撮像素子２から出力されるアナログ撮像信号Ｓａについて時分割に傾きを求め、アナログ撮像信号Ｓａの形状を観測する（ステップＳ１）。次に、その信号波形のデータからリセット期間Ｔ１での信号波形立ち下がり部分を推定する（ステップＳ２）。次に、信号期間Ｔ３での信号波形立ち下がり部分を推定する（ステップＳ３）。次に、基準期間Ｔ２を推定する（ステップＳ４）。次に、推定した結果から基準サンプルパルスＤＳ１およびピークサンプルパルスＤＳ２の最適位相を求める（ステップＳ５）。基準サンプルパルスＤＳ１およびピークサンプルパルスＤＳ２の最適位相が決定されると、決定された最適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。これによって、最適位相で基準サンプルパルスＤＳ１およびピークサンプルパルスＤＳ２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。

（１）Ｓ１：アナログ撮像信号Ｓａの波形の観測
信号波形を観測する場合、まずは基準サンプルパルスＤＳ１およびピークサンプルパルスＤＳ２の間隔を固定にしたまま、ピークサンプルパルスＤＳ２より基準サンプルパルスＤＳ１の位相を早くした状態で、初期値から位相をずらしていく。本実施の形態では、撮像素子２の有効画素領域の全領域および後述するリセット期間Ｔ１の推定時に使用されるＯＢ画素領域を読み出すごとに位相をずらしていく。また、動画として映像をモニターに表示しているときは、あらかじめ撮像素子２からライン単位に間引かれて出力されるため、これもサンプリング対象に含まれる。

サンプリングされたデータは、ＡＤ変換器５でデジタル撮像信号Ｓｄに変換され、信号変化差分値検出部１１において、位相ごとの最小値包絡線Ｓdnにおける信号変化差分値ΔＳdn（図５参照）および最大値包絡線Ｓdxにおける信号変化差分値ΔＳdx（図６参照）を検出し、信号変化差分値記憶部１２に記憶させる。

図５は信号変化差分値記憶部１２にて記憶された最小値包絡線Ｓdnにおける信号変化差分値ΔＳdnを、撮像素子２から出力されたアナログ撮像信号Ｓａと対比して、時系列で表したものである。

図６は信号変化差分値記憶部１２にて記憶された最大値包絡線Ｓdxにおける信号変化差分値ΔＳdxを、撮像素子２から出力されたアナログ撮像信号Ｓａと対比して、時系列で表したものである。

点線間隔は基準サンプルパルスＤＳ１とピークサンプルパルスＤＳ２のサンプリング間隔であり、差分を求めるときの位相間隔である。差分波形は、基準サンプルパルスＤＳ１でサンプリングしたときとピークサンプルパルスＤＳ２でサンプリングしたときの差分値を表しており、信号変化差分値記憶部１２で記憶されたものである。

図５、図６から分かるように、傾きの大きな部分は信号変化差分値ΔＳｄは大きく、傾きの小さなものは信号変化差分値ΔＳｄは小さい。ただし、次のことが前提となる。相関二重サンプリング部４は構成上、基準サンプルパルスＤＳ１でサンプリングしたときの電位がピークサンプルパルスＤＳ２でサンプリングしたときの電位より高いことを想定している。そのため、基準サンプルパルスＤＳ１でサンプリングしたときの電位がピークサンプルパルスＤＳ２でサンプリングしたときの電位より低い場合は、逆方向の差分となり、その結果、信号変化差分値ΔＳｄはないもの（ゼロレベル）として出力される。本実施の形態では、ピークサンプルパルスＤＳ２より基準サンプルパルスＤＳ１の位相が早くなっているので、信号波形が立ち上がっている期間は、信号変化差分値ΔＳｄはないものとして出力される。

よって、アナログ撮像信号Ｓａの波形において、リセット期間Ｔ１の信号波形立ち下がり部分と信号期間Ｔ３の信号波形立ち下がり部分で、信号変化差分値ΔＳｄの波形の山が形成される部分（以下、高差分突出部Ａ）ができ、また、基準期間Ｔ２や信号期間Ｔ３における信号変化差分値電圧のピーク時、または信号波形の立ち上がり部分を示す部分で、差分波形が小さく安定している部分（以下、小差分安定部Ｂ）ができることになる。

本ステップＳ１では、この２つの高差分突出部Ａの位相領域と小差分安定部Ｂの位相領域を観測することが目的である。よって信号変化差分値ΔＳｄに閾値を設け、高差分突出部Ａの位相領域と小差分安定部Ｂの位相領域を切り分ける。

信号変化差分値ΔＳｄの閾値の設け方として、図７のように高差分突出部Ａの認識用の閾値Ｔhaと小差分安定部Ｂの認識用の閾値Ｔhbの２つを設け、小差分安定部Ｂの領域から高差分突出部Ａの領域への切替判断は閾値Ｔhaを基準とし、高差分突出部Ａから小差分安定部Ｂへの切替判断は閾値Ｔhbを基準とするようなヒステリシス特性をもたせることでノイズ等による差分値の暴れ（過剰振動）を吸収し、高差分突出部Ａの位相領域がリセット期間Ｔ１の信号波形立ち下がり部分と信号期間Ｔ３の信号波形立ち下がり部分の２箇所になるようにする。

図８は図５に対して高差分突出部Ａの位相領域と小差分安定部Ｂの位相領域を切り分けたものを示す。また、図９は図６に対して高差分突出部Ａの位相領域と小差分安定部Ｂの位相領域を切り分けたものを示す。

ここまでの説明では、高差分突出部Ａについて、その複数のうち、どちらがリセット期間Ｔ１の信号波形立ち下がり部分に対応するのか、信号期間Ｔ３の信号波形立ち下がり部分に対応するのかは分からない。

また、小差分安定部Ｂにおいても、どれが基準期間Ｔ２に対応するのか、どれが信号期間Ｔ３における信号変化差分値電圧のピーク時に対応するのかは分からない。

（２）Ｓ２：リセット期間Ｔ１の信号波形立ち下がり部分の位相領域の推定
次のステップＳ２において、アナログ撮像信号波形推定部１３はリセット期間Ｔ１の信号波形立ち下がり部分の推定を行う。リセット期間Ｔ１の信号波形立ち下がり部分は、最小値包絡線Ｓdnにおける信号変化差分値ΔＳdnを表す図８で推定する。図８のような最小値包絡線Ｓdnにおける信号変化差分値ΔＳdnを表した場合、差分波形の山は明らかに大きな山と明らかに小さな山ができる。

これは、信号期間Ｔ３はＯＢ画素領域を読み出しているときは、必ず信号レベルが最低のレベルになるからであり、図８のような最小値包絡線Ｓdnにおける信号変化差分値ΔＳdnを表した場合は、信号期間Ｔ３においては、信号レベルの低いＯＢ画素領域が反映されるからである。

また、リセット期間Ｔ１はＯＢ領域を読み出している場合や、被写体の状態にかかわらず、常に同じ信号レベルになる。また、リセット期間Ｔ１の信号波形は基本的には急であり、信号変化差分値ΔＳdnが顕著に現れる。

これらのことを言い換えれば、最小値包絡線Ｓdnにおける信号変化差分値ΔＳdnを表したときでも、常に大きな信号変化差分値ΔＳｄを検出するのがリセット期間Ｔ１の信号波形立ち下がり部分ということである。

また、ＯＢ画素領域があまりにも低い場合は、高差分突出部Ａの認識用の閾値Ｔhaに達しなくて、高差分突出部Ａが１つだけの可能性もある。

このことから推定判定としては、高差分突出部Ａが２つある場合は、他の高差分突出部Ａの位相領域と比べて明らかに大きな山ができている高差分突出部Ａの位相領域がリセット期間Ｔ１の信号波形立ち下がり部分に対応すると推定し、高差分突出部Ａが１つの場合はそれ自身の位相領域がリセット期間Ｔ１の信号波形立ち下がり部分に対応すると推定する。

（３）Ｓ３：信号期間Ｔ３の立ち下がり部分の位相領域の推定
次のステップＳ３において、アナログ撮像信号波形推定部１３は信号期間Ｔ３の信号波形立ち下がり部分の推定を行う。リセット期間Ｔ１と信号期間Ｔ３を顕著に表した最大値包絡線Ｓdxにおける信号変化差分値ΔＳdxを表す図９を用いる。すでに、リセット期間Ｔ１の信号波形立ち下がり部分の位相領域が確定されているため、信号期間Ｔ３の信号波形立ち下がり部分は、リセット期間Ｔ１の高差分突出部Ａの位相領域とは違う高差分突出部Ａの位相領域ということになる。なお、ここで、図８を用いないのは、信号期間Ｔ３で高差分突出部Ａがない場合があり、不適切であるためである。

（４）Ｓ４：基準期間Ｔ２の位相領域の推定
次のステップＳ４において、アナログ撮像信号波形推定部１３は基準期間Ｔ２の推定を行う。基準期間Ｔ２の推定は、信号期間Ｔ３の推定と同様に最大値包絡線Ｓdxにおける信号変化差分値ΔＳdxを表す図９で推定を行う。基準期間Ｔ２は前述したとおり、基準電圧を示しており、波形の振幅はない。よって図９において、信号変化差分値ΔＳｄがゼロレベルの小差分安定部Ｂの位相領域に相当する。

すでに、リセット期間Ｔ１の信号波形立ち下がり部分の位相領域と、信号期間Ｔ３の信号波形立ち下がり部分の位相領域が確定されているため、基準期間Ｔ２は、リセット期間Ｔ１の信号波形立ち下がり部分に相当する高差分突出部Ａの位相領域と、信号期間Ｔ３の信号波形立ち下がり部分に相当する高差分突出部Ａの位相領域との間にある小差分安定部Ｂの位相領域に相当する。

（５）Ｓ５：基準サンプルパルスＤＳ１およびピークサンプルパルスＤＳ２の最適位相の決定
次のステップＳ５において、タイミング調整部１４は、基準サンプルパルスＤＳ１およびピークサンプルパルスＤＳ２の位相調整を行う。基準サンプルパルスＤＳ１は、上記のとおり基準期間Ｔ２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。よって、基準期間の推定において確定した基準期間Ｔ２の位相領域において、その中心の位相に基準サンプルパルスＤＳ１の立ち上がり部分がくるように位相調整を行う。

ピークサンプルパルスＤＳ２は、上記のとおり、信号期間Ｔ３の信号変化差分値電圧がピークであるところにピークサンプルパルスＤＳ２の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。

信号変化差分値電圧がピークのときのアナログ撮像信号Ｓａは、信号期間Ｔ３の急激な立ち下がりの後の比較的なだらかな波形である。また、その後に波形は急激に立ち上がり、リセット期間Ｔ１に移行する。

前述したとおりステップＳ１で観測されるアナログ撮像信号Ｓａは信号波形が立ち上がっている期間は、差分はないものとして出力される。つまり図９の差分波形においては、信号期間Ｔ３の立ち下がり期間を示す高差分突出部Ａの位相領域のあとの小差分安定部Ｂの位相領域が、信号変化差分値電圧がピークの期間とその後のリセット期間Ｔ１に移行するための信号の立ち上がり期間の両方を含んでいることになる。

本実施の形態では、信号期間Ｔ３の立ち下がりの後に信号変化差分値電圧がピークの期間が存在しているという事実から、高速化を図るために信号変化差分値電圧がピークの期間とその後のリセット期間Ｔ１に移行するための信号の立ち上がり期間の境目を確定せずに、信号期間Ｔ３の信号波形立ち下がり部分に対応する高差分突出部Ａの位相領域から小差分安定部Ｂの位相領域に切り替わる境目にピークサンプルパルスＤＳ２の立ち上がりがくるように位相調整を行う。

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およびピークサンプルパルスＤＳ２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、撮像素子２自体を交換した場合や、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に、タイミングジェネレータ６から出力される基準サンプルパルスＤＳ１およびピークサンプルパルスＤＳ２の位相を自動調整することが可能となる。

また、アナログ撮像信号Ｓａを信号変化差分値ΔＳｄに置き換えてアナログ撮像信号Ｓａの波形を推定し、そのアナログ撮像信号Ｓａの波形から最適位相を求めるという方式をとることで、オシロスコープのような計測器を用いてアナログ撮像信号Ｓａを観測しながら調整する方法と同じような感覚での調整が可能となる。その結果、各パルスの位相調整が視覚的な観点で行えるので、各パルスの位相調整を個々に行うようなステップは存在せず、位相調整の高速化が図れる。

また、位相調整時にパルスの位相をシフトさせる機能や最適位相の検出機能も単純であることから、ハードウェアのみで実現することも容易で、そうすることにより、一層高速な自動調整が可能となる。

なお、信号変化差分値検出部１１、信号変化差分値記憶部１２、アナログ撮像信号波形推定部１３、タイミング調整部１４は、ハードウェアとして回路で構成することも可能であるし、マイコンを用いてソフトウェアで実現することも可能である。その他にも、これまで述べてきた実施の形態はあくまで一例に過ぎず、以下で説明する主な変形例以外にも様々な変形が可能であることはいうまでもない。

（実施の形態２）
図１０は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である。本実施の形態は、ピークサンプルパルスＤＳ２の最適位相の精度を上げるようにしたものである。本実施の形態においては、基準期間Ｔ２の位相領域の推定のあとに、再度のアナログ撮像信号Ｓａの観測を設けているとともに、信号期間Ｔ３の信号変化差分値電圧のピーク時の位相領域の推定のステップを設けている。

上記の実施の形態１においては、ピークサンプルパルスＤＳ２の最適位相の決定時に、高速化の観点から信号期間Ｔ３の信号波形立ち下がり部分に対応する高差分突出部Ａの位相領域から小差分安定部Ｂの位相領域に切り替わる境目にピークサンプルパルスＤＳ２の立ち上がりがくるように位相調整を行った。ただし、この方法では、調整後の環境の変化でピークサンプルパルスＤＳ２の遅延調整セルの温度ばらつきにより、サンプリング位置にばらつきが生じ、必ずしも信号変化差分値電圧がピークのときにピークサンプルパルスＤＳ２の立ち上がりがくるとは限らない。精度を上げるためには、多少のばらつきがあっても、信号電圧がピークのときにサンプリングできるように、調整位置に余裕度をもたせることがよい。余裕度をもった最適位相の位置は、信号電圧がピークのときの波形の中心にピークサンプルパルスＤＳ２の立ち上がりがくることに他ならない。

よって、基準サンプルパルスＤＳ１とピークサンプルパルスＤＳ２について位相関係を前後逆転させる。すなわち、基準期間Ｔ２の位相領域を推定するのと同じように信号期間Ｔ３の信号電圧のピーク期間の位相領域を求めるため、ステップＳ２５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の間隔を固定にしたまま、ピークサンプルパルスＤＳ２より基準サンプルパルスＤＳ１の位相を遅くした状態で位相をずらし、アナログ撮像信号Ｓａを観測し、波形の立ち上がりを検出する。このとき、高速化を図るために位相をずらしていく位相期間は、信号期間Ｔ３の信号波形立ち下がり部分に対応する高差分突出部Ａの位相領域から小差分安定部Ｂの位相領域に切り替わる境目から、信号変化差分値が高差分突出部Ａの認識用の閾値Ｔhaに到達するまでとする。

図１１にステップＳ２５まで処理が進んだときの、信号変化差分値記憶部１２にて記憶された最大値包絡線Ｓdxにおける信号変化差分値ΔＳdxを、撮像素子２から出力されたアナログ撮像信号（画像信号）と対比して時系列で表し、さらに高差分突出部Ａの位相領域と小差分安定部Ｂの位相領域を切り分けたもの表す。

信号期間Ｔ３の信号波形立ち下がり部分に相当する高差分突出部Ａの位相領域の後に、小差分安定部Ｂの位相領域が存在し、その後に高差分突出部Ａの位相領域が存在していると予想される。

次のステップＳ２６の信号期間Ｔ３の信号変化差分値電圧のピーク時の位相領域の推定で、信号期間Ｔ３の信号波形立ち下がり部分に相当する高差分突出部Ａの位相領域と、その後の高差分突出部Ａの位相領域との間にある小差分安定部Ｂの位相領域が信号期間Ｔ３の信号変化差分値電圧のピーク位相領域に相当すると推定する。

次のステップＳ２７における基準サンプルパルスＤＳ１の最適位相調整時は、基準期間Ｔ２の推定において確定した基準期間Ｔ２の位相領域において、その中心の位相に基準サンプルパルスＤＳ１の立ち上がりがくるように位相調整を行い、ピークサンプルパルスＤＳ２の最適位相の調整時は、信号期間Ｔ３の信号変化差分値電圧のピーク位相領域において、その中心の位相にピークサンプルパルスＤＳ２の立ち上がりがくるように位相調整を行う。

本実施の形態によれば、調整スピードは遅くなるが、調整精度は向上することができる。

（実施の形態３）
上記の実施の形態１においては、アナログ撮像信号Ｓａの観測において撮像素子２の有効画素領域の全領域およびＯＢ画素領域を読み出すごとに位相をずらしていたが、有効画素領域の全領域およびＯＢ画素領域を複数のライン単位で複数に分割して、分割したライン数を読み出すたびに位相をずらすことで、アナログ撮像信号Ｓａの観測の時間の短縮を図ることができる。

図１２のようにＤＳＰ２０にライン数をカウントするラインカウンタ１５を設け、あらかじめ定義された読み出しライン数Ｌを数えたときに、信号変化差分値検出部１１に対して、最大値包絡線Ｓdxにおける信号変化差分値ΔＳdxおよび最小値包絡線Ｓdnにおける信号変化差分値ΔＳdnのリセットをかけ、さらに信号変化差分値記憶部１２に信号変化差分値ΔＳdxおよび信号変化差分値ΔＳdnの記憶を指示し、タイミング調整部１４に次の基準サンプルパルスＤＳ１およびピークサンプルパルスＤＳ２の位相をずらすように指示を出すことで、次の位相時の波形情報の取得を開始する。

このことにより、アナログ撮像信号Ｓａの観測の時間の短縮を行い、結果的に位相調整時間を短縮することができる。

なお、位相調整において用いる２つのサンプリングパルスとしては、基準サンプルパルスＤＳ１とピークサンプルパルスＤＳ２との組み合わせとするのが代表的であるが、必ずしもそれに限定されるものではない。

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、デジタルスチルカメラまたは医療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かつ高速に行うことが可能になるため、少なくともデジタルスチルカメラまたは医療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 本発明の実施の形態１における信号成分の差分と波形の傾きの相関図 本発明の実施の形態１において撮像素子から出力される信号成分を時系列で表したものと最小値包絡線における信号変化差分値の波形の対比を示す図 本発明の実施の形態１において撮像素子から出力される信号成分を時系列で表したものと最大値包絡線における信号変化差分値の波形の対比を示す図 本発明の実施の形態１において高差分突出部認識用閾値と小差分安定部認識用閾値の説明図 本発明の実施の形態１において撮像素子から出力される信号成分を時系列で表したものと最小値包絡線における信号変化差分値の波形の対比において位相領域を切り分けた図 本発明の実施の形態１において撮像素子から出力される信号成分を時系列で表したものと最大値包絡線における信号変化差分値の波形の対比において位相領域を切り分けた図 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 本発明の実施の形態２において撮像素子から出力される信号成分を時系列で表したものと最大値包絡線における信号変化差分値の波形の対比において位相領域を切り分けた図 本発明の実施の形態３におけるＤＳＰの構成を示すブロック図

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 信号変化差分値検出部
１２ 信号変化差分値記憶部
１３ アナログ撮像信号波形推定部
１４ タイミング調整部
１５ ラインカウンタ
２０ ＤＳＰ
Ａ 高差分突出部
Ｂ 小差分安定部
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
Ｓdx 最大値包絡線
Ｓdn 最小値包絡線
ΔＳdx 最大値包絡線における信号変化差分値
ΔＳdn 最小値包絡線における信号変化差分値
ΔＳｄ 信号変化差分値
Ｔ１ リセット期間
Ｔ２ 基準期間
Ｔ３ 信号期間

Claims (14)

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、
   ２つのサンプルパルスを用いて前記アナログ撮像信号を画素毎にサンプリングし、さらにデジタル化した信号を入力し、両入力信号について一定期間の信号変化差分値を検出する信号変化差分値検出部と、
   前記信号変化差分値検出部によって検出された画素毎の前記信号変化差分値を記憶する信号変化差分値記憶部と、
   前記信号変化差分値記憶部における前記信号変化差分値に基づいて前記撮像素子から出力される前記アナログ撮像信号の波形を推定するアナログ撮像信号波形推定部と、
   前記アナログ撮像信号波形推定部において推定した前記アナログ撮像信号の波形において前記撮像用パルスの最適位相を求めるタイミング調整部とを備えた位相調整装置。
2. 前記タイミング調整部は、位相調整時に前記２つのサンプリングパルスの位相間隔を固定にした状態でサンプリング位相をずらしていく請求項１に記載の位相調整装置。
3. 前記タイミング調整部は、位相調整時に位相間隔を固定にした状態で用いる前記２つのサンプリングパルスとして、通常動作時に前記撮像素子から出力される前記アナログ撮像信号の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を利用し、これら両パルスを位相シフトさせた状態で用いる請求項１または請求項２に記載の位相調整装置。
4. 前記信号変化差分値検出部は、前記２つのサンプリングパルスのシフト位相毎に、前記アナログ撮像信号の最大値包絡線における信号変化差分値と最小値包絡線における信号変化差分値を検出する請求項１から請求項３までのいずれかに記載の位相調整装置。
5. 前記アナログ撮像信号波形推定部は、前記信号変化差分値記憶部に記憶された位相毎の前記アナログ撮像信号の最大値包絡線における信号変化差分値と最小値包絡線における信号変化差分値とに基づいて、前記撮像素子から出力される前記アナログ撮像信号のリセット期間の立ち下がり部分と、基準期間部分と、信号期間の立ち下がり部分とを推定する請求項４に記載の位相調整装置。
6. 前記信号変化差分値検出部は、入力されてくる前記アナログ撮像信号に含まれるＯＢ領域の信号を前記アナログ撮像信号の最小値包絡線における信号変化差分値に反映させ、前記アナログ撮像信号波形推定部は、前記リセット期間の立ち下がり部分を推定する請求項１から請求項５までのいずれかに記載の位相調整装置。
7. 前記アナログ撮像信号波形推定部は、前記信号変化差分値記憶部に記憶された位相毎の前記アナログ撮像信号の最大値包絡線における信号変化差分値と最小値包絡線における信号変化差分値に基づいて、信号変化差分値の大きい高差分突出部と信号変化差分値の小さい小差分安定部とに分け、前記高差分突出部を前記撮像素子から出力される前記アナログ撮像信号のリセット期間の立ち下がり位相領域と信号期間の立ち下がり位相領域に割り当て、前記小差分安定部を基準期間の位相領域に割り当てて推定する請求項４から請求項６までのいずれかに記載の位相調整装置。
8. 前記アナログ撮像信号波形推定部は、前記高差分突出部と前記小差分安定部とに分けるときの閾値として、前記高差分突出部のための第１の閾値と、前記第１の閾値より小さい前記小差分安定部のための第２の閾値の２つを設け、判断基準にヒステリシス特性をもたせた請求項７に記載の位相調整装置。
9. 前記タイミング調整部は、位相調整時に前記２つのサンプリングパルスについて位相関係を前後逆転させ、前記アナログ撮像信号波形推定部は、前記撮像素子から出力される前記アナログ撮像信号の立ち上がり部を検出し、前記信号期間の立ち下がり位相領域と前記信号期間の立ち上がり位相領域との境界を最適位相とする請求項１から請求項８までのいずれかに記載の位相調整装置。
10. さらに、前記信号変化差分値検出部に対して、前記２つのサンプリングパルスによって一定期間の信号変化差分値を検出する際に、前記アナログ撮像信号における検出対象を所定ライン数の複数ライン単位で指示を与えるラインカウンタを備えている請求項１から請求項９までのいずれかに記載の位相調整装置。
11. 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から請求項１０までのいずれか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。
12. 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の各位相を調整するための位相調整方法であって、
    前記ピークサンプルパルスと前記基準サンプルパルスの位相間隔を固定した状態で、サンプリング位相をずらしながら画素毎に前記アナログ撮像信号のサンプリングを行い、信号の変化を信号変化差分値に置き換えてアナログ撮像信号の波形を観測するステップと、
    前記信号変化差分値が小さい位相領域と前記信号変化差分値が比較的大きい位相領域とを切り分け、前記アナログ撮像信号の波形状態を推定するステップと、
    推定されたアナログ撮像信号の波形状態から前記ピークサンプルパルスと基準サンプルパルスを最適位相に設定するステップとを含む位相調整方法。
13. 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の各位相を調整するための位相調整方法であって、
    前記ピークサンプルパルスと前記基準サンプルパルスの位相間隔を固定した状態で、サンプリング位相をずらしながら画素毎に前記アナログ撮像信号のサンプリングを行い、信号の変化を信号変化差分値に置き換えて、位相の変化毎に前記信号変化差分値の最大値包絡線と最小値包絡線を記憶するステップと、
    前記信号変化差分値の最大値包絡線と最小値包絡線それぞれで、前記信号変化差分値が小さい位相領域と前記信号変化差分値が比較的大きい位相領域とに切り分けて前記アナログ撮像信号の波形を観測するステップと、
    前記最小値包絡線における前記信号変化差分値が比較的大きい位相領域からリセット期間の立ち下がり部分を推定するステップと、
    前記リセット期間の立ち下がり部分に対応した位相領域以外で前記信号変化差分値が比較的大きい位相領域から信号期間の立ち下がり部分を推定するステップと、
    前記リセット期間の立ち下がり部分に対応した位相領域と前記信号期間の立ち下がり部分に対応した位相領域との間に存在する、前記信号変化差分値が比較的小さい位相領域を基準期間と推定するステップと、
    前記基準期間と推定した前記信号変化差分値が比較的小さい位相領域の中心を前記基準サンプルパルスの最適位相として調整し、前記信号期間の立ち下がり部分に対応すると推定した前記信号変化差分値が比較的大きい位相領域とその直後の前記信号変化差分値が比較的小さい位相領域との境目を前記ピークサンプルパルスの最適位相として調整するステップとを含む位相調整方法。
14. 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の各位相を調整するための位相調整方法であって、
    前記ピークサンプルパルスと前記基準サンプルパルスの位相間隔を固定した状態で、サンプリング位相をずらしながら画素毎に前記アナログ撮像信号のサンプリングを行い、信号の変化を信号変化差分値に置き換えて、位相の変化毎に前記信号変化差分値の最大値包絡線と最小値包絡線を記憶するステップと、
    前記信号変化差分値の最大値包絡線と最小値包絡線それぞれで、前記信号変化差分値が小さい位相領域と前記信号変化差分値が比較的大きい位相領域とに切り分けて前記アナログ撮像信号の波形を観測するステップと、
    前記最小値包絡線における前記信号変化差分値が比較的大きい位相領域からリセット期間の立ち下がり部分を推定するステップと、
    前記リセット期間の立ち下がり部分に対応した位相領域以外で前記信号変化差分値が比較的大きい位相領域から信号期間の立ち下がり部分を推定するステップと、
    前記リセット期間の立ち下がり部分に対応した位相領域と前記信号期間の立ち下がり部分に対応した位相領域との間に存在する、前記信号変化差分値が比較的小さい位相領域を基準期間と推定するステップと、
    前記ピークサンプルパルスと前記基準サンプルパルスの位相関係を前後逆転し、両パルスの位相間隔を固定した状態で、サンプリング位相をずらしながら画素毎に前記アナログ撮像信号のサンプリングを行い、信号の変化を信号変化差分値に置き換えて、位相の変化毎に前記信号変化差分値の最大値包絡線を記憶し、前記信号変化差分値が小さい位相領域と前記信号変化差分値が比較的大きい位相領域とに切り分けて前記アナログ撮像信号の波形を観測するステップと、
    前記信号期間の立ち下がり部分を示す信号変化差分値が比較的大きい位相領域とその後の前記信号変化差分値が比較的大きい位相領域との間の前記信号変化差分値が小さい位相領域を信号期間の画素電圧のピーク期間と推定するステップと、
    前記基準期間と推定した前記信号変化差分値が比較的小さい位相領域の中心を前記基準サンプルパルスの最適位相として調整し、前記信号期間の画素電圧のピーク期間と推定した前記信号変化差分値が比較的小さい位相領域の中心を前記ピークサンプルパルスの最適位相として調整するステップとを含む位相調整方法。

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