JP2010062902A - 撮像装置のパルス位相調整装置、撮像装置の製造方法、撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＣＤを駆動する駆動パルスやＣＤＳ処理用のサンプリングパルスの位置を適正に調整できるようにする。
【解決手段】レンズをＯＰＥＮもしくはＣＣＤの読み出し間隔を長くすることにより、十分な露光時間を確保し、ＣＣＤからの出力が規定の飽和レベルになるようにする。ＡＧＣの設定はＣＣＤ飽和出力がＡＤのフルスケールになるよう設定しておく。このときの水平駆動パルスは理想的な位相関係になるように算出し、位相調整回路を設定する。初期状態からＳＨＰ／ＳＨＤ（サンプリングパルス）を別々に走査し、ＣＣＤから信号が出ている範囲を決め、出力が最大になる箇所を記憶保存する。
【選択図】図３

Description

本発明は、撮像装置のパルス位相調整装置、撮像装置の製造方法、撮像装置に関する。

ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなど固体撮像装置を駆動するには各種の駆動パルスが必要であり、それらパルスの相対的な位相関係が所定の関係を満たしていないと適正な撮像信号が得られない。同様のことは、撮像信号中のノイズを抑制するためのサンプリング処理においても同様であり、各サンプリングパルスの相対的な位相関係が所定の関係を満たしていないと適正な雑音抑制処理ができない（たとえば特許文献１を参照）。

特開２００５−１５１０８１号公報

たとえば、従来は、ＣＣＤ駆動パルスやサンプリングパルスの位相調整は通常、ＤＬＬなどを用いた位相調整回路が予めＩＣに搭載されており、カメラの出荷検査時などで手動調整を行なっていた。

しかしながら、手動での調整は、オシロスコープなどの計測器を用い各信号や画像を確認し、ノイズの影響などが少ない最適なポイントを手動で選んでいた。

手動によるこのような調整では人によるバラツキが出てしまう恐れがある。また調整には時間がかかり、コストの増大につながっている。

特許文献１の仕組みは、サンプリングパルスの自動調整に関するものである。この方法はサンプリングパルスの調整方法についてのみを想定しており、ＣＣＤ駆動パルスの調整方法には触れていない。そのためＣＣＤ出力は常に正常との前提になっているため出荷調整時のコスト削減には有効でない。

また、特許文献１の仕組みでは、ノイズの最小化判定手法は周波数成分を用いているが、撮像条件によって周波数成分が変わる。また、レンズクローズなどで撮像条件を統一した場合も、たとえば、２つのサンプリングパルスの位相が一致した場合などでは高周波成分最小＝ノイズ最小とは限らない。このため、必ず適正な調整ができるとは限らない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、固体撮像素装置からの出力信号が最適な出力になるように駆動パルスやサンプリングパルスの位置を自動調整することのできる仕組みを提供することを目的とする。また、本発明は、固体撮像素装置から得られる撮像信号に基づく画面内のノイズ量が最小になるように固体撮像素装置の出力信号のサンプリング位置を自動調整することのできる仕組みを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、飽和レベル下での調整（特に粗調整として有効なもの）に関わるものである。これは、先ず、信号電荷を生成する電荷生成部を具備する固体撮像装置から出力された撮像信号のリセットレベルと信号レベルをサンプリングして、その差に基づき電荷生成部で生成される信号電荷の量に対応した信号成分を抽出することで撮像信号の雑音を抑圧する雑音抑圧処理部を設ける。そして、雑音抑圧処理部の後段において信号成分の信号レベルを検出しながら、固体撮像装置を駆動する複数の駆動パルス並びに雑音抑圧処理部に使用される複数のサンプリングパルスの位相関係を調整する。

このとき、所定の位相シフト範囲内において複数のサンプリングパルスの位相関係を相対的に少しずつシフトさせながら、電荷生成部が飽和する程度の露出条件の元で信号レベル検出部により検出された信号レベルの情報を取得し、各パルス位置での信号レベルが電荷生成部の飽和に相当するレベルに達しているか否かを判定する。そして、この飽和に相当するレベルに達しているときの各サンプリングパルスの位置を保持することで、各サンプリングパルスの位相のタイミングずれを調整する。

本発明の第２の態様は、最小レベル下での調整（特に粗調整として有効なもの）に関わるものである。これは、先ず、信号電荷を生成する電荷生成部を具備する固体撮像装置から出力された撮像信号のリセットレベルと信号レベルをサンプリングして、その差に基づき前記電荷生成部で生成される信号電荷の量に対応した信号成分を抽出することで撮像信号の雑音を抑圧する雑音抑圧処理部を設ける。雑音抑圧処理部の後段において信号成分の信号レベルを検出しながら、雑音抑圧処理部に使用される複数のサンプリングパルスの位相関係を調整する。このとき、所定の位相シフト範囲内において複数のサンプリングパルスの位相関係を相対的に少しずつシフトさせながら、信号レベル検出部が検出した黒レベルのズレの有無を判定し、黒レベルのズレがないときの各サンプリングパルスの位置を保持することで、各サンプリングパルスの位相のタイミングずれを調整する。

本発明の第３の態様は、最小レベル下での調整（特に粗調整後の微調整として有効なもの）に関わるものである。これは、先ず、前記複数のサンプリングパルスの位相関係を相対的に少しずつシフトさせながら、前記信号成分のノイズの情報を取得し、ノイズが最小となるときの各サンプリングパルスの位置を保持することで、各サンプリングパルスの位相のタイミングずれを調整する。

本発明の第１の態様によれば、飽和レベル下において、固体撮像素装置からの出力信号が最適な出力になるように駆動パルスやサンプリングパルスの位置を自動調整できる。

本発明の第２の態様によれば、最小レベル下において、サンプリングパルスの位置を自動調整できる。

本発明の第３の態様によれば、最小レベル下において、画面内のノイズ量が最小になるようにサンプリングパルスの位置を自動調整できる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

＜撮像装置：全体構成＞
図１は、撮像装置１（カメラシステム）の一実施形態を示す概略構成図である。撮像装置１は、ＣＣＤ固体撮像素子１０、撮像レンズ５０、および駆動制御部９６を有する撮像装置モジュール３と、本体ユニット４とを備えている。駆動制御部９６は、ＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動制御する駆動装置の一例である。本体ユニット４は、撮像装置モジュール３により得られる撮像信号に基づいて映像信号を生成しモニター出力したり所定の記憶メディアに画像を格納したりする機能部分を有する。

駆動制御部９６は、タイミング信号生成部４０（ＴＧ）と、垂直ドライバ４２Ｖ（ＶDr）および水平ドライバ４２Ｈ（ＨDr）を具備するドライバ４２と、駆動電源４６を有する。ドライバ４２は、タイミング信号生成部４０からのパルス信号を受けて、ＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動するためのドライブパルスに変換する。駆動電源４６は、ＣＣＤ固体撮像素子１０やドライバ４２などに電源供給する。

本例では、撮像装置モジュール３内のＣＣＤ固体撮像素子１０と駆動制御部９６とにより固体撮像装置２が構成される。ＣＣＤ固体撮像素子１０のみで固体撮像装置２として取り扱ってもかまわない。固体撮像装置２は、ＣＣＤ固体撮像素子１０と駆動制御部９６とが、１枚の回路基板上に配されたものとして提供されるものであるのがよい。

撮像装置１の処理系統は、大別して、光学系５、信号処理系６、記録系７、表示系８、および制御系９を備える。撮像装置モジュール３および本体ユニット４が、図示しない外装ケースに収容されて、実際の製品（完成品）が仕上がる。

光学系５は、ＣＣＤ固体撮像素子１０と、メカシャッタ５２と、被写体の光画像を集光するレンズ５４、および光画像の光量を調整する絞り５６を有する撮像レンズ５０を備える。ＣＣＤ固体撮像素子１０は、レンズ５４で集光された光画像を光電変換して電気信号に変換する。メカシャッタ５２は、ＣＣＤ固体撮像素子１０のセンサ部（電荷生成部）における信号電荷の蓄積を停止させる機能を持つ機構的なシャッタである。

被写体Ｚからの光Ｌは、シャッタ５２およびレンズ５４を透過し、絞り５６により調整されて、適度な明るさでＣＣＤ固体撮像素子１０に入射する。このとき、レンズ５４は、被写体Ｚからの光Ｌからなる映像が、ＣＣＤ固体撮像素子１０上で結像されるように焦点位置を調整する。

ＣＣＤ固体撮像素子１０は、一例として、センサ部の配列（垂直方向の配列）の間に垂直電荷転送部が配列されたインターライン（InterLine ）方式のものが用いられる。このＣＣＤ固体撮像素子１０は、半導体基板上に、画素（ユニットセル）に対応して受光素子の一例であるフォトダイオードなどからなるセンサ部１１（感光部；フォトセル）が多数、垂直（列）方向および水平（行）方向において２次元マトリクス状に配列されている。これらセンサ部１１は、受光面から入射した入射光を検知し、その光量（強度）に応じた電荷量の信号電荷を取得（一般的に光電変換といわれる）し、この取得した信号電荷を当該センサ部１１に蓄積する。

またＣＣＤ固体撮像素子１０は、センサ部１１の垂直列ごとにＮ相駆動に対応する複数本の垂直転送電極が設けられる垂直ＣＣＤ１３（Ｖレジスタ部、垂直電荷転送部）が配列されている。また、ＣＣＤ固体撮像素子１０には、複数本の垂直ＣＣＤ１３の各転送先側端部すなわち、最後の行の垂直ＣＣＤ１３に隣接して、垂直ＣＣＤ１３の配列方向に延在する水平ＣＣＤ１５（Ｈレジスタ部、水平電荷転送部）が１ライン分設けられている。この水平ＣＣＤ１５は、たとえば２相の水平転送クロックＨ１，Ｈ２に基づく水平ドライブパルスΦＨ１，ΦＨ２によって転送駆動され、複数本の垂直ＣＣＤ１３から移された１ライン分の信号電荷を、水平ブランキング期間後の水平走査期間において順次水平方向に転送する。

水平ＣＣＤ１５の転送先の端部には、たとえばフローティング・ディフュージョン・アンプ（ＦＤＡ）構成の電荷電圧変換部１６が設けられている。この電荷電圧変換部１６は、水平ＣＣＤ１５によって水平転送されてきた信号電荷を順次電圧信号に変換して出力する。この電圧信号は、被写体からの光の入射量に応じたＣＣＤ出力信号（Ｖout ）として導出される。

信号処理系６は、バッファ部６０（CCD BUFF）と、プリアンプ部６２およびＡＤ変換部６６（Analog/Digital Converter）を具備するアナログフロントエンド６１（ＡＦＥ）と、画像処理部６７を備える。

バッファ部６０は、ＣＣＤ固体撮像素子１０から出力されたＣＣＤ出力信号を、劣化することなく、アナログフロントエンド６１に供給するための受渡し機能を持つ部分であり、ＣＣＤ固体撮像素子１０とは別の集積回路（ＩＣ）とされる。すなわち、ＣＣＤ固体撮像素子１０の電荷電圧変換部１６の出力段のソースフォロアは、十分な駆動能力が無い。このため、ソースフォロワで増幅したＣＣＤ出力信号が劣化しないように、電荷電圧変換部１６から出力された撮像信号Ｖout は先ず、バッファ部６０に入力され、バッファ部６０を介してアナログフロントエンド６１に送られる。

プリアンプ部６２は、たとえば、ＣＣＤ固体撮像素子１０からの撮像信号をサンプリングすることによってノイズを低減させるＣＤＳ（Correlated Double Sampling：相関２重サンプリング）機能を実行する雑音抑圧処理部６３や、撮像信号を増幅するＡＧＣ（Automatic Gain Control）機能を持った増幅アンプ部６４や、撮像信号をクランプ（CLAMP ）するクランプ部６５などを有する。ＡＤ変換部６６は、増幅アンプ部６４が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換する。

画像処理部６７は、ＡＤ変換部６６から入力されるデジタル信号に所定の画像処理を施す。画像処理部６７は、たとえば信号分離部、色信号処理部（Ｃ-proc ）、輝度信号処理部（Ｙ-proc ）、光学検出部（ＯＰＤ）などを有する。

信号分離部は、色フィルタとして原色フィルタ以外のものが使用されているときにＡＤ変換部６６から供給されるデジタル撮像信号をＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の原色信号に分離する原色分離機能を具備する。

色信号処理部は、色信号処理部は、信号分離部によって分離された原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに基づいて色信号Ｃに関しての信号処理を行なう。たとえば、ホワイトバランス補正、ガンマ補正、色差マトリクス処理などを行なう。

輝度信号処理部は、信号分離部によって分離された原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに基づいて輝度信号Ｙに関しての信号処理を行なう。たとえば、高周波輝度信号生成処理と、低周波輝度信号生成処理と、輝度信号生成処理などを行なう。高周波輝度信号生成処理では、信号分離部から供給される原色信号に基づいて比較的周波数が高い成分までをも含む輝度信号YHを生成する。低周波輝度信号生成処理では、ホワイトバランスが調整された原色信号に基づいて比較的周波数が低い成分のみを含む輝度信号YLを生成する。輝度信号生成処理では、２種類の輝度信号YH，YLに基づいて輝度信号Ｙを生成する。

光学検出部は、ＡＥ（Auto Exposure ）制御で用いられる輝度信号の検波回路の一例であり、輝度信号YLを使って露光制御に必要となる情報を生成する。本実施形態においては、この光学検出部は、雑音抑圧処理部６３の後段において信号成分のヒストグラムを作成するヒストグラム作成部の機能を持つ。

記録系７は、メモリ７２と、ＣＯＤＥＣ７４（ＣＯＤＥＣ：Code/Decode あるいはCompression/Decompression の略）を備える。メモリ７２は、画像信号を記憶するフラッシュメモリなどの記録媒体で構成されている。ＣＯＤＥＣ７４は、画像処理部６７が処理した画像信号を符号化してメモリ７２に記録し、また、読み出して復号し画像処理部６７に供給する。

表示系８は、ＤＡ変換部８２と、ビデオエンコーダ８４と、ビデオモニター８６と、を備える。なお、画像処理部６７とＤＡ変換部８２は、一例として、纏めて、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）で構成される。

ＤＡ変換部８２は、画像処理部６７が処理した画像データ（Ｙデータ・Ｃデータ）をアナログ信号にする。ビデオエンコーダ８４は、ＤＡ変換部８２によりアナログ化された画像信号を後段のビデオモニター８６に適合する形式のビデオ信号にエンコードする。たとえば、色信号副搬送波に対応する色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙを輝度信号Ｙと合成して、映像信号Ｖ（＝Ｙ＋Ｓ＋Ｃ；Ｓは同期信号、Ｃはクロマ信号）に変換する。ビデオモニター８６は、入力される映像信号Ｖに対応する画像を表示することによりファインダとして機能する液晶（ＬＣＤ；Liquid Crystal Display）などを有する。

制御系９は、カメラ制御部９２と、露出コントローラ９４（露出制御部）と、駆動制御部９６と、操作部９８を備える。カメラ制御部９２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）やマイクロプロセッサ（microprocessor）で構成された中央制御部９２ａと、読出専用の記憶部であるＲＯＭ（Read Only Memory）、あるいは随時読出し・書込みが可能なメモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）などを具備する記憶部９２ｂや、図示を割愛したその他の周辺部材を有している。中央制御部９２ａは、コンピュータ（μ−ＣＯＭ）が行なう演算と制御の機能を超小型の集積回路に集約させたＣＰＵを代表例とする電子計算機の中枢をなすものと同様のものである。

カメラ制御部９２は、システム全体を制御するものであり、たとえば、撮像装置１のバス９９に接続された画像処理部６７、ＣＯＤＥＣ７４、メモリ７２、露出コントローラ９４、およびタイミング信号生成部４０を制御している。本実施形態では特に、ＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動するパルスや雑音抑圧処理部６３を動作させるサンプリングクロックなどの各種パルスの位相を調整する処理を行なう機能を持つ。この機能との関係においては、カメラ制御部９２は、後述する手順にしたがって、撮像装置１の各部から所定の観察情報を取得し、その観察情報を元にして各種パルスの位相を最適な位置になるように自動調整する。ＲＯＭにはカメラ制御部９２の制御プログラムなどが格納されているが、特に本例では、カメラ制御部９２において、各種パルスの位相を自動調整するためのプログラムが格納されている。ＲＡＭにはカメラ制御部９２が各種処理を行なうためのデータなどが格納される。

なお、制御系９は、メモリカードなどの図示を割愛した外部記録媒体を挿脱可能に構成し、またインターネットなどの通信網との接続が可能に構成するとよい。このためには、制御系９は、カメラ制御部９２（中央制御部９２ａや記憶部９２ｂ）の他に、メモリ読出部９５や通信Ｉ／Ｆ９７（インタフェース）を備えるようにする。メモリ読出部９５を備えることで外部記録媒体からに各種パルスの位相を行なうプログラムのインストールや更新ができる。通信Ｉ／Ｆ９７を備えることで、通信網を介し各種パルスの位相を行なうプログラムのインストールや更新ができる。

露出コントローラ９４は、画像処理部６７に送られた画像の明るさが適度な明るさを保つようにシャッタ５２や絞り５６を制御する。駆動制御部９６は、ＣＣＤ固体撮像素子１０から画像処理部６７までの各機能部の動作タイミングを制御するタイミング信号生成部４０（タイミングジェネレータ；ＴＧ）、ドライバ４２（駆動バッファ）、および駆動電源４６を有する。アナログフロントエンド６１、タイミング信号生成部４０、およびドライバ４２を纏めて、ＣＣＤカメラフロントエンドとも称する。

操作部９８は、ユーザがシャッタタイミングやその他のコマンドを入力するためのユーザインタフェースである。ビデオモニター８６は、撮像装置１のファインダの役割も担っている。ユーザが操作部９８に含まれるシャッタボタンを押下した場合、カメラ制御部９２は、タイミング信号生成部４０に対し、シャッタボタンが押下された直後の画像信号を取り込み、その後は画像処理部６７の図示しない画像メモリに画像信号が上書きされないように信号処理系６を制御させる。その後、画像処理部６７の画像メモリに書き込まれた画像データは、ＣＯＤＥＣ７４によって符号化されてメモリ７２に記録される。以上のような撮像装置１の動作によって、１枚の画像データの取り込みが完了する。

撮像装置１では、オートフォーカス（ＡＦ）、オートホワイトバランス（ＡＷＢ）、自動露光（ＡＥ）などの自動制御装置を備えている。これらの制御は、ＣＣＤ固体撮像素子１０から得られる出力信号を使用して処理する。たとえば、露出コントローラ９４は、画像処理部６７に送られた画像の明るさが適度な明るさを保つようにその制御値がカメラ制御部９２により設定され、その制御値に従って絞り５６を制御する。具体的には、カメラ制御部９２が画像処理部６７に保持されている画像から適当な個数の輝度値のサンプルを獲得し、その平均値が予め定められた適当とされる輝度の範囲に収まるように絞り５６の制御値を設定する。

タイミング信号生成部４０は、カメラ制御部９２により制御され、ＣＣＤ固体撮像素子１０、プリアンプ部６２、ＡＤ変換部６６、画像処理部６７などの動作に必要とされるタイミングパルスを発生し、各部に供給する。一例として、タイミング信号生成部４０は、ＣＣＤ固体撮像素子１０の電荷転送に関わる垂直転送クロックＶ１〜Ｖｎ（ｎは駆動時の相数）、水平転送クロックＨ１，Ｈ２、リセットパルスＲＧや電子シャッタパルスＸＳＧと、雑音抑圧処理部６３用のＳＨＰパルス（Sample Hold of Pre-charge Pulse ）、ＳＨＤパルス（Sample Hold of Data Pulse） を生成する。操作部９８は、ユーザが、撮像装置１を動作させるとき操作される。

図示した例は、信号処理系６のプリアンプ部６２およびＡＤ変換部６６を撮像装置モジュール３に内蔵しているが、このような構成に限らず、プリアンプ部６２やＡＤ変換部６６を本体ユニット４内に設ける構成を採ることもできる。

また、タイミング信号生成部４０を撮像装置モジュール３に内蔵しているが、このような構成に限らず、タイミング信号生成部４０を本体ユニット４内に設ける構成を採ることもできる。またタイミング信号生成部４０とドライバ４２とが別体のものとしているが、このような構成に限らず、両者を一体化させたもの（ドライバ内蔵のタイミングジェネレータ）としてもよい。こうすることで、よりコンパクトな（小型の）撮像装置１を構成できる。

タイミング信号生成部４０やドライバ４２は、それぞれ個別のディスクリート部材で回路構成されたものでもよいが、１つの半導体基板上に回路形成されたＩＣ（Integrated Circuit）として提供されるものであるのがよい。こうすることで、コンパクトにできるだけなく、部材の取扱いが容易になるし、両者を低コストで実現できる。また、撮像装置１の製造が容易になる。

また、使用するＣＣＤ固体撮像素子１０との関わりの強い部分であるタイミング信号生成部４０やドライバ４２をＣＣＤ固体撮像素子１０と共通の基板に搭載することで一体化させる、あるいは撮像装置モジュール３内に搭載することで一体化させると、部材の取扱いや管理が簡易になる。また、これらがモジュールとして一体となっているので、撮像装置１（の完成品）の製造も容易になる。なお、撮像装置モジュール３は、光学系５からのみ構成されていても構わない。あるいは、たとえば内視鏡カメラなどのように、ＣＣＤ固体撮像素子１０と撮像レンズ５０とバッファ部６０とでカメラヘッドを構成し、カメラヘッドからの撮像信号をケーブルを介して後段のカメラコントローユニットに供給する構成を採ることもできる。

＜画素出力信号と雑音抑圧処理との関係＞
図２は、画素出力信号（たとえばＣＣＤ出力信号やＣＭＯＳ出力信号）と雑音抑圧処理（特にＣＤＳ処理）との関係を説明する図である。ここで、図２（１）は水平転送系統のクロックパルスとＣＣＤ出力信号（Ｖout ）の波形例を示す図である。図２（２）は雑音抑圧処理部６３の一構成例を示す図である。

タイミング信号生成部４０は、位相調整回路をパルスごとに内蔵しており、水平同期信号ＨＤや垂直同期信号ＶＤに基づいて、ＣＣＤ固体撮像素子１０のセンサ部１１に蓄積された信号電荷を読み出すための読出パルスＲＧ、読み出した信号電荷を垂直方向に転送駆動し水平ＣＣＤ１５に渡すための垂直転送クロックＶ１〜Ｖｎ（ｎは駆動時の相数を示す；たとえば４相駆動時にはＶ４）、垂直ＣＣＤ１３から渡された信号電荷を水平方向に転送駆動し電荷電圧変換部１６に渡すための水平転送クロックＨ１，Ｈ２、およびリセットパルスＲＧなどを生成し、ドライバ４２に供給する。なお、ＣＣＤ固体撮像素子１０が電子シャッタに対応するものである場合には、タイミング信号生成部４０は、電子シャッタパルスＸＳＧもドライバ４２に供給する。各パルス用の位相調整回路は、水平同期信号ＨＤや垂直同期信号ＶＤに対する各パルスのＨ（ハイ），Ｌ（ロー）の遷移タイミングを、基準クロックＣＫ０のクロック数で設定するようになっている。

ドライバ４２は、タイミング信号生成部４０から供給された種々のクロックパルスを所定レベルの電圧信号（ドライブパルス）に変換し、あるいは複数のクロックパルスを合成して別のパルス信号に変換しＣＣＤ固体撮像素子１０に供給する。たとえば、タイミング信号生成部４０から発せられた４相の垂直転送クロックＶ１〜Ｖ４は、ドライバ４２を介してドライブパルスΦＶ１〜ΦＶ４とされ、ＣＣＤ固体撮像素子１０内の対応する所定の垂直転送電極に印加される。読出パルスＲＧはドライバ４２を介して垂直転送クロックＶ１，Ｖ３と組み合わされて、読出電圧を含む３値レベルのドライブパルスΦＶ１，ΦＶ３とされ垂直転送電極に印加される。つまり、垂直ドライブパルスΦＶ１，ΦＶ３は、本来の垂直転送動作だけでなく、信号電荷の読出しにも兼用される。同様に、２相の水平転送クロックＨ１，Ｈ２は、ドライバ４２を介してドライブパルスΦＨ１，ΦＨ２とされ、ＣＣＤ固体撮像素子１０内の対応する所定の水平転送電極に印加される。

ここで、ＣＣＤ固体撮像素子１０からの信号は、ＣＣＤ駆動用（特に水平電荷転送に関わるもの）のクロックパルスの位相関係に大きく依存する。Ｈ１，Ｈ２，ＲＧのタイミング関係は、基本的には（理想的には）、図２（１）に示す通りである。先ず、Ｈ１，Ｈ２はデューティ比５０％でＨ１，Ｈ２が逆相（半位相ずれ）の関係にある。ＲＧはアクティブ期間のデューティ比は５０％以下で、Ｈ１およびＨ２の何れか一方（本例ではＨ１）とＲＧの立上りタイミングは一致している。この関係はドライバ４２を介した後の転送電極部分のドライブパルスになったときでも同様であり、これらの位相関係が乱れていると（位相関係が大きく崩れると）適正なＣＣＤ信号出力が得られなくなり、撮像装置１（カメラ）の画質に大きく影響を与えることになる。タイミング信号生成部４０とドライバ４２の間や、ドライバ４２とＣＣＤ固体撮像素子１０との間にはプリントパターンやケーブルが介在することになるので、ＣＣＤ固体撮像素子１０が使用する各ドライブパルスの位相関係はその影響を受けることになる。

一方、ＦＤＡ構成の電荷電圧変換部１６としたとき、ＣＣＤ出力信号Ｖout （ＣＣＤ出力波形）においては、フローティング・ディフュージョンをリセットするリセット時に発生するリセット雑音（ｋＴＣノイズとも言われる）があり、このリセット雑音は比較的大きい。ｋＴＣノイズは、サンプリング回路などで容量にスイッチを介してある電圧を与えスイッチをオフした後に現れるノイズであり避けることはできない。電荷電圧変換部１６においても、信号電荷を検出する直前にフローティング・ディフュージョンを電源電圧などにリセットするので、基準になるリセット後のフローティング・ディフュージョンの電圧（ＦＤ電圧と称する）にｋＴＣノイズが加わってしまう。

ＣＣＤ出力信号（Ｖout ）は図２（１）に示すように、リセット期間、リセットレベル期間（フィードスルーレベル期間やプリチャージレベル期間とも呼ばれる：以下Ｐ相レベル期間と称する）、データレベル期間（以下Ｄ相レベル期間と称する）の３つの期間に分けられる。ＦＤのリセット雑音はＰ相レベル期間に現れ、その後に水平ＣＣＤ１５から信号電荷が転送されてきてＤ相レベル期間に信号電圧が発生するが、このときには既にリセット雑音が含まれているＰ相レベル（リセットレベルＳrst ）に信号電荷に相当する電圧（信号レベルＳsig ）が加算される形となる。したがって、Ｐ相レベルとＤ相レベルの両方には同じ量のリセット雑音が含まれており、リセットレベルとデータレベルでは、ノイズが同じ大きさで相関を持っていることになる。因みに、十分な露光時間が稼げた場合にはＤ相レベルは規定の飽和レベルとなる。一方、撮像レンズ５０が遮光されているときなど光がＣＣＤ固体撮像素子１０に入射されないときには、Ｐ相とＤ相のレベルが同一になる。

雑音抑圧処理部６３では、Ｐ相レベルとＤ相レベルの両方には同じ量のリセット雑音が含まれているという性質を利用してリセット雑音を抑圧する。基本的な考え方は、図２（２）に示すように、ＣＣＤ出力に対して２つの経路を設け、一方には縦続接続された２つのサンプリングホールド回路６３２，６３４（Ｓ＆Ｈ）を用意し、他方には１つのサンプリングホールド回路６３６（Ｓ＆Ｈ）のみを用意し、さらに差動増幅回路６３８を設ける。サンプリングホールド回路６３２，６３６にはＣＣＤ出力信号Ｖout を供給する。サンプリングホールド回路６３４の出力は差動増幅回路６３８の反転入力端（−）に供給し、サンプリングホールド回路６３６の出力は差動増幅回路６３８の非反転入力端（＋）に供給する。

サンプリングホールド回路６３２は、アクティブローのＳＨＰパルスに基づきＰ相のリセットレベルをサンプリングホールド（クランプ）する。その後、サンプリングホールド回路６３６は、アクティブローのＳＨＤパルスに基づきＤ相のデータレベルをサンプリングホールドする。このとき同時に、サンプリングホールド回路６３４は、ＳＨＤパルスに基づきサンプリングホールド回路６３２の出力レベルをサンプリングホールドする。差動増幅回路６３８は、サンプリングホールド回路６３４，６３６の出力レベルの差をとることでリセット雑音を除去した信号電荷量に対応する信号成分のみを抽出する。このような、リセット部とデータ部の両方をサンプリングし減算する処理を相関二重サンプリング処理と称する。相関二重サンプリング処理では、その他のランダム雑音も低減できる。

ここで、図２（１）に示すＣＣＤ出力信号とＳＨＰパルス、ＳＨＤパルスの関係に着目したとき、ＳＨＰパルスのアクティブローの期間はＣＣＤ出力信号におけるＰ相レベル期間に対応している必要があり、ＳＨＤパルスのアクティブローの期間はＣＣＤ出力信号におけるＤ相レベル期間に対応している必要がある。水平転送パルスを最適な位相関係に調整したとしても、ＣＣＤ出力信号とＣＤＳ処理でＣＣＤ出力信号をサンプリングするＳＨＰパルスおよびＳＨＤパルスの位相（サンプリングポイント）が不適切だと、ノイズの多い画になることもあれば、場合によっては画が破綻してしまうことにもなる。

ＣＣＤ固体撮像素子１０（バッファ部６０）と雑音抑圧処理部６３との間にはプリントパターンやケーブルが介在することになるので、撮像信号と雑音抑圧処理部６３が使用する各ドライブパルスの位相関係はその影響を受けることになる。

ここでは、固体撮像装置としてＣＣＤ固体撮像素子１０を使用した場合の例に説明したが、固体撮像装置としてＭＯＳ（ＣＭＯＳを含む）型のものを使用する場合においても、同様のことが言える。たとえば、今日の一般的なＣＭＯＳセンサでは、画素部には電荷電圧変換部１６と似通った増幅アンプが組み込まれている。信号電荷を生成するフォトダイオードなどから信号電荷をフローティング・ディフュージョンに転送してＦＤＡ構成の増幅アンプを介して画素信号を後段回路に送り、後段回路では、画素信号についてＣＤＳ処理などの雑音抑圧処理を行なう。

たとえば、ＣＭＯＳセンサの場合でも、画素アレイ部から出力される画素信号としては、図Ｐ１（１）に示したものと同様に、リセット期間、リセットレベル期間（Ｐ相レベル期間）、データレベル期間（Ｄ相レベル期間）の３つの期間に分けられる。画素部の各トランジスタを駆動するパルス信号の位相関係がその画素信号波形に影響を与える点や、画素信号に対してのＣＤＳ処理用のサンプリングパルスに関してはＣＣＤの場合と同様のことが言える。

すなわち、フローティング・ディフュージョンのリセット、フローティング・ディフュージョンへの電荷転送、画素信号の後段回路への転送と言った処理のためのパルス信号が使用される。したがって、ＣＭＯＳセンサにおけるこれらパルス信号についても、ＣＣＤにおけるＨ１，Ｈ２，ＲＧの位相関係の場合と同様に、これらの位相関係が乱れていると（位相関係が大きく崩れると）適正な画素信号出力が得られなくなり、撮像装置（カメラ）の画質に大きく影響を与えることになる。また、ＣＤＳ処理に関しては、ＣＣＤの場合と全く同様のことが言え、画素信号とＳＨＰ、ＳＨＤの各パルスの位相関係が適切でない場合には同様にノイズの多い画になってしまうなどの問題が発生する。

そこで、本実施形態では、実際の使用環境に合うようにパルスの位相関係を最適な状態に調整するべく、下記内容を実現する。
１）ＣＣＤやＣＭＯＳなどの固体撮像装置を用いた撮像装置において、撮像信号が最適な出力になるように、固体撮像装置の駆動パルスの位相を後述する手順に従って自動調整する。

ここで「自動調整」とは、人手を全く介さないで調整を行なうことを意味する。

２）画面内のノイズ量が最小になるように、固体撮像装置から得られる撮像信号のサンプリング位置を、後述する手順に従って自動調整する。

ここで「自動調整」とは、人手を全く介さないで調整を行なうことを意味する。

以下では、撮像装置１のカメラ制御部９２に、この自動調整用のプログラムを組み込んで、撮像装置１にて自動調整を行なう例で説明するが、中央制御部９２ａの処理に関わる部分を生産治具（製造装置：特に位相調整装置）に組み込むことで、生産現場での調整に適用することができる。

自動調整のために必要となる各種判定のための情報の取得を撮像装置１で行ない、その取得した情報を生産治具やカメラ制御部９２の中央制御部９２ａに通知することで、人手を介さずにパルス位相（同期信号に対する各パルスのＨ，Ｌの遷移位置：特にパルス相互の相対位置）の良否を自動判定できるようになる。人による確認を排除できるので、調整バラツキを抑制できるし、確認・調整の時間を短縮しコスト低減を図ることが期待できる。

撮像装置１にて自動調整を可能にするべく自動調整用のプログラムを撮像装置１に組込み可能に構成することで、製品出荷後にもパルス位相の自動調整を行なうことができる利点が得られる。

＜位相粗調整＞
図３〜図３Ｂは、固体撮像装置の駆動パルスおよびＣＤＳ処理のサンプリングパルスの位相を粗調整する手法を説明する図である。ここで、図３および図３Ａは、位相粗調整の処理手順の一例を示すフローチャートである。図３Ｂは、当該位相粗調整における所定の処理ステップの処理内容と撮像信号波形との関係を説明する図である。

パルス位相の粗調整における基本的な考え方は、雑音抑圧処理部６３から出力される信号において、レンズ開放時などのように信号電荷生成部に十分な光が入射して飽和信号レベルが出力されるように、各パルス（水平転送に関わるクロックパルスやＣＤＳ処理用のサンプリングパルス）の位相を調整することにある。位相調整時には露光条件の切替えなどが伴うが、その処理は人手を介さないように撮像装置１が備えるＡＥ制御を利用する。「雑音抑圧処理部６３から出力される信号において」であるから、信号レベルの監視は雑音抑圧処理部６３よりも後段であれば何処でもよい。ただし、雑音抑圧処理部６３の出力そのもの以外では、その他の信号処理部による信号処理の影響を受ける点を勘案するのがよい。またアナログ信号で監視するのであればＡＤ変換部６６よりも前段で監視することになるし、デジタルデータで監視するのであればＡＤ変換部６６よりも後段で監視することになる。以下具体的に説明する。

なお、後述する手順においては適宜主語を割愛して記載する。人手を介在しない「自動」に関わる処理ステップについては、カメラ制御部９２の中央制御部９２ａに組み込まれるソフトウェア処理にて、関連する各部を制御することで実行するものであり、動作主体は基本的には中央制御部９２ａもしくはその制御を受ける各部になる。

回路制約条件を入力する（Ｓ１００）。「回路制約条件」とは調整を行なうカメラシステムやこれに使用しているＩＣ（Integrated Circuit：半導体集積回路）で決まっている制約を意味する。たとえば、ＮＴＳＣ（National Television System Committee）とＰＡＬ（Phase Alternation by Line ）とではＣＣＤ駆動周波数が異なる（ＮＴＳＣは１４．３１８１８ＭＨｚ、ＰＡＬは１４．１８７５ＭＨｚ）。ＣＣＤなどの固体撮像装置を用いる場合には、このＣＣＤを駆動させるための駆動信号を生成するためにタイミングジェネレータが設けらるが、タイミングジェネレータで生成する各種の駆動信号は、各信号の位相が画質に影響するために、ＣＣＤ駆動周波数を基準にして、所定の位相関係を有する駆動信号を精度よく生成する必要がある。このタイミングジェネレータにおける駆動信号の生成においては、ＤＬＬ（Delay Locked Loop ）回路のタップ出力を利用したフィードバック制御に基づいて所定の位相関係やディレイ・デューティを有する駆動信号を生成する仕組みと、固定の遅延セルを使った仕組みとが考えられる。ＤＬＬ回路と固定の遅延セルを使う場合とでは、調整できる範囲に差が出てくるため、予めシステム固有のパラメータとして持っておく。また他にも使用するＡＦＥ（たとえばＣＤＳ回路）によっては「ＳＨＰの立上りからＳＨＤの立上りまで＊＊ｎｓｅｃ以上あける」などの制約もあるため、システム固有のパラメータと持っておき、設定範囲を決めておく。システムが固定であれば、予めＦＷのデフォルト値として値を持っておけばこのステップＳ１００はなくてもよいが、冗長性を持たせるために当該ステップＳ１００があるとよい。

図３に示すように、先ず、撮像レンズ５０をオープンもしくはＣＣＤ固体撮像素子１０の読出し間隔を長くすることにより、十分な露光時間を確保し、ＣＣＤ固体撮像素子１０からの出力が規定の飽和レベルになるようにする（Ｓ１０２）。

増幅アンプ部６４のＡＧＣ設定は、ＣＣＤ飽和出力がＡＤ変換部６６のフルスケールになるよう設定しておく（Ｓ１０４）。

さらに、このときのＣＣＤ駆動用のクロックパルスＨ１，Ｈ２，ＲＧの初期設定値を算出する（Ｓ１１２）。具体的には、基本スペックで規定される理想的な位相関係になるように、クロックパルスＨ１，Ｈ２，ＲＧごとに、水平同期信号ＨＤや垂直同期信号ＶＤに対するＨ，Ｌの遷移タイミングを規定するクロック数を算出し、それを各パルス用の位相調整回路に設定する。

次に、雑音抑圧処理部６３以降の信号レベルを確認しながら、雑音抑圧処理部６３に供給されるＣＤＳ処理用のサンプリングパルス（ＳＨＰ，ＳＨＤ）の位相を、それぞれの許容範囲内で少しずつ移動（シフト）して、信号レベルが最大になる箇所（範囲）を記憶保存する。

このため、先ず、ＣＣＤ出力信号とサンプリングパルス（ＳＨＰ，ＳＨＤ）の関係（図２（１）参照）に基づき、予めサンプリングパルス（ＳＨＰ，ＳＨＤ）の位相シフト許容期間（位相シフト範囲、走査範囲）を決めておく。具体的には、理想的なＣＣＤ出力信号に対して、Ｐ相はＨ１のハイレベル期間からＲＧのハイレベル期間を除いた期間であり、Ｄ相はＨ２のハイレベル期間になる。そのため、サンプリングポイントの初期設定は、ステップＳ１１２で算出・設定したＨ１，Ｈ２，ＲＧの設定値を基準として、サンプリングパルス（ＳＨＰ，ＳＨＤ）の初期の位相シフト範囲を算出する（Ｓ１２２）。具体的には、基本スペックで規定される理想的な位相関係のＨ１，Ｈ２，ＲＧで決まるＰ相レベル期間をＳＨＰパルスの位相シフト期間、Ｄ相レベル期間をＳＨＤパルスの位相シフト許容期間とする。そして、それらについてサンプリングパルス（ＳＨＰ，ＳＨＤ）ごとに、水平同期信号ＨＤや垂直同期信号ＶＤに対する位相シフト許容期間の開始時点と終了時点のタイミングを規定するクロック数を算出しておく。

このとき、雑音抑圧処理部６３（ＣＤＳ回路）の制約により、ＳＨＰ，ＳＨＤ相互の位相制約がある場合はその制約を満たす範囲で位相シフトを行なうようにする（ステップＳ１００に従う）。

そして、この状態からサンプリングパルス（ＳＨＰ，ＳＨＤ）を別々に位相シフトし、雑音抑圧処理部６３以降の信号レベル（たとえばＡＤ変換部６６の出力レベル）が最大になる箇所（範囲）を特定する。ＳＨＰパルスとＳＨＤパルスの何れを先に位相シフトさせるかは自由である。

たとえば、先ずＳＨＰパルスをデフォルト位置に固定し、ＳＨＤパルスを位相シフト許容期間内で、所定のクロックステップごとに位相シフトする（Ｓ１３２）。デフォルト位置は、通常Ｐ相の真ん中である。この位置は、垂直同期信号ＶＤや水平同期信号ＨＤ（システム固有のパラメータ）および水平転送クロックＨ１，Ｈ２の設定から算出可能である。クロックステップとは、ＳＨＤパルスを生成するための位相調整回路に使用される基準クロックＣＫ０の１周期を１クロックとし、その１クロックのＮ倍（Ｎは１以上の正の整数）を意味する。そして、ＡＤ変換部６６の出力レベル（ＡＤＣ出力レベル）の変化を記憶し、ＡＤＣ出力レベルが最大になる箇所（１点）を記憶しておく（Ｓ１３４）。

次に、ステップＳ１３２，Ｓ１３４により決定したＳＨＤパルスを固定し、ＳＨＰパルスを位相シフト許容期間内で、前記クロックステップごとに位相シフトする（Ｓ１３６）。「決定」とは、ＡＤＣ出力レベルが最大になる箇所が１点とは限らないので、その場合は、ＡＤＣ出力レベルが最大になる範囲の中でのセンター値を採用することを意味する。
そして、ＡＤ変換部６６の出力レベルの変化を記憶し、ＡＤＣ出力レベルが最大になる箇所（範囲）を記憶しておく（Ｓ１３８）。

次に、「飽和信号が出ているか？」、すなわち、ステップＳ１３２〜Ｓ１３８の処理で記憶したＡＤ変換部６６の出力レベルが、ＣＣＤ固体撮像素子１０の飽和信号量相当のＡＤＣ出力レベルに達しているか否かを判定する（Ｓ１４０：図３Ｂ（１）を参照））。

また、好ましくは、ステップＳ１３２〜Ｓ１３８の処理でＳＨＤパルスやＳＨＰパルスを位相シフト許容期間内で位相シフトしていたときのＡＤＣ出力レベルの変化が大きいか否か（一定レベルの出力期間が長いか短いか）を判定する（Ｓ１４４：図３Ｂ（２）を参照）。ここで「一定レベル」とは、ステップＳ１４０における「飽和信号量相当のＡＤＣ出力レベル」を意味する。飽和信号量相当のＡＤＣ出力レベルに対して数ＬＳＢ（Least Significant Bit ）の幅を持たせてもよい。

ＣＣＤ固体撮像素子１０の飽和信号量相当のＡＤＣ出力レベルに達していない場合や（Ｓ１４０−Ｎｏ）、「走査期間が十分でない」、すなわち、ＡＤＣ出力レベルの変化が所定範囲内でない場合には（Ｓ１４４−Ｎｏ）、ＣＣＤ固体撮像素子１０のドライブパルスの位相が正常でないと判断し、Ｈ１，Ｈ２，ＲＧの位相を調整する。ここで「ＡＤＣ出力レベルの変化が所定範囲内でない場合」とは、ＡＤＣ出力の変化の度合いが大きい場合、つまり走査期間内でＡＤＣ出力をモニターした際の微分が予め設定されている値より大きい場合を意味する。通常走査範囲は１／４〜１／２周期に入っているはずなので、それから大きくずれていないことが前提である（予め設定しておくもの）。

たとえば、Ｈ１を基準としてＨ２の位相調整が必要か判断する（Ｓ１４６）。Ｈ１，Ｈ２は半位相ずれが理想のため、初期設定からのずれの要因は配線遅延などの影響でごく僅かである。そのため、Ｈ１の設定に対してＨ２を動かすのは±数ｎ程度になる。因みに、直接±数ｎｓｅｃの範囲に収まっているかは判定せずに、ＡＤＣ出力で判断する。Ｈ２を±数ｎｓｅｃ動かして（これは位相調整回路によって動かす範囲が決まる）ＡＤＣ出力に変化がなければＨ２依存が少ないと判断する。Ｈ２の設定がＨ１の設定に対してこの範囲に収まっている場合は、ＲＧから位相調整を行なう。

ＲＧに対しても同様にＨ１の位相を基準として±数ｎｓｅｃの範囲で位相調整を行なう（Ｄｅｌａｙ／Ｄｕｔｙ調整）（Ｓ１５０）。ここでは立上り位相と立下り位相の調整を合わせてＤｅｌａｙ／Ｄｕｔｙ調整とする。調整方法は、Ｈ１基準とするのは同じで立上り／立下りそれぞれについて行なう。ＲＧの位相調整後、再度、ステップＳ１３２〜Ｓ１３８を繰り返し、ＣＣＤ出力信号が飽和信号に達するところを探索する（Ｓ１４０）。

ステップＳ１３２〜Ｓ１５０を繰り返しても、飽和信号に達する箇所が見つからない場合、Ｈ２の位相調整を行なう（Ｓ１６０）。ここでは、初めはあくまで理想の半位相ずれの信号である前提でスタートしている。そのためＨ２の位相を±数ｎｓｅｃ調整させた場合の変化を見て判断する。

ステップＳ１４０にてＹｅｓでステップＳ１４２にてＹｅｓのときは、「飽和に相当するレベルに達している」ので、その１点あるいは範囲にＳＨＰ，ＳＨＤの設定値を決める。通常１点を見れば判断できるが、ＳＨＰ，ＳＨＤの走査範囲で見て判断した方がよい。

全位相シフト範囲でＲＧの位相調整（Ｓ１５０）とＨ２の位相調整（Ｓ１６０）を行なっても（探索が完了しても）、依然として、飽和信号に達するポイントが見つからなかった場合は（Ｓ１４２−ＹＥＳ）、そもそもＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動できる回路になっていない可能性が高いためエラーを返して終了する（Ｓ１７０）。

次に、図３Ａに示すように、撮像レンズ５０をクローズもしくは電子シャッタを切るなどして、ＣＣＤ固体撮像素子１０への光の入射を抑制し入射光量を最小にする（Ｓ１８０）。ＣＣＤ固体撮像素子１０のセンサ部１１（電荷生成部）が信号電荷を生成しない程度の最小の露出条件にするという趣旨である。そして、この状態からサンプリングパルス（ＳＨＰ，ＳＨＤ）を別々に位相シフトし、雑音抑圧処理部６３以降の信号レベル（たとえばＡＤ変換部６６の出力レベル）を監視して、その信号レベルを記憶する。ＳＨＰパルスとＳＨＤパルスの何れを先に位相シフトさせるかは自由である。

たとえば、先ずＳＨＰパルスを、初めに走査範囲を決めた中の中央値に固定し、ＳＨＤパルスを位相シフト許容期間内で、前記クロックステップごとに位相シフトする（Ｓ１８２）。そして、ＡＤ変換部６６の出力レベル（ＡＤＣ出力レベル）の変化を記憶しておく（Ｓ１８４）。このとき、このＡＤＣ出力レベルが「黒レベルがずれていないか？」を判断し（Ｓ１８６）、黒レベルから大きくずれるポイントは位相シフト許容期間から除外する（Ｓ１８８：図３Ｂ（３）を参照））。

次に、ＳＨＰパルスを位相シフト許容期間内で、前記クロックステップごとに位相シフトする（Ｓ１９２）。そして、ＡＤ変換部６６の出力レベルの変化を記憶し、ＡＤＣ出力レベルが最大になる箇所（範囲）を記憶しておく（Ｓ１９４）。このとき、このＡＤＣ出力レベルが「黒レベルがずれていないか？」を判断し（Ｓ１９６）、黒レベルから大きくずれるポイントは位相シフト許容期間から除外する（Ｓ１９８：図３Ｂ（３）を参照））。

それぞれにおいて「位相シフト許容期間から除外する」趣旨は以下の通りである。初めに決めたのはレンズがオープン状態（光量が十分入射される状態）であり、今回はレンズクローズ状態でも同じ走査範囲で大丈夫かをチェックするためにこの動作を行なう。この処理は、温特や電特を考慮したものである。どれくらいバラツクか分かっている場合、一度決まったものに対してそれが妥当か判断するために行なう。処理を簡易にするためには、当該処理を割愛してもよい。

以上により、ＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動するドライブパルス（ここではタイミング信号生成部４０の出力であるＨ１，Ｈ２，ＲＧ）、および雑音抑圧処理部６３のＣＤＳ処理に使用されるサンプリングパルス（ＳＨＰ，ＳＨＤ）の大まかな位置が決定される。

＜位相微調整＞
図４および図４Ａは、固体撮像装置の駆動パルスおよびＣＤＳ処理のサンプリングパルスの位相を微調整する手法を説明する図である。ここで、図４は、位相微調整の処理手順の一例を示すフローチャートである。図４Ａは、当該位相微調整における所定の処理ステップの処理内容と撮像信号波形との関係を説明する図である。

パルス位相の微調整における基本的な考え方は、レンズを閉じたときなどのように信号電荷生成部に光が入射せず信号電荷の生成がないときはＰ相レベルとＤ相レベルが一致するように、各パルス（ＣＣＤ駆動用のクロックパルスやＣＤＳ処理用のサンプリングパルス）の位相を調整することにある。以下具体的に説明する。

このため、先ず、撮像レンズ５０をクローズもしくは電子シャッタを切るなどして、ＣＣＤ固体撮像素子１０への光の入射を抑制し入射光量を最小にする（Ｓ２０２）。また、増幅アンプ部６４のＡＧＣ設定は、ノイズ量を確認できるように、ゲインを最大設定値に設定しておく（Ｓ２０４）。

図４Ａ（１）に示すように、ノイズを避けてサンプリングし、出力画のノイズレベルから判定する。出力画とは最終的にモニタで確認する画のことではなく、ここではあくまでＡＤＣ出力のことである。ノイズをサンプリングしてしまうとそれはＡＤＣのバラツキが大きくなるので、そのバラツキが最小なところを最適ポイントとする。

そして、この状態からサンプリングパルス（ＳＨＰ，ＳＨＤ）を別々に位相シフトし、露光制御で用いられる輝度信号の光学検出部の出力信号を用いてノイズ量を測定して、ノイズが最小となるポイントを見つける。ＳＨＰパルスとＳＨＤパルスの何れを先に位相シフトさせるかは自由である。たとえば先ず、サンプリングパルス（ＳＨＰ，ＳＨＤ）を少しずつ位相シフトさせる（Ｓ２１０）。そのときの輝度信号YLを使って全黒画面内での輝度のヒストグラムを算出する（Ｓ２１２）。この露光制御における輝度のヒストグラムを算出する手法に関しては、カメラシステムなどにおける自動露光制御方法として公知の仕組み適宜採用することができる。

さらに、ヒストグラムのバラツキを算出する（Ｓ２１４）。ヒストグラムのバラツキが最小になるように、サンプリングパルス（ＳＨＰ，ＳＨＤ）の位置を決定する（Ｓ２１６）。そして、決定した各パルスの位置の設定値を保存する（Ｓ２１８）。つまり、図４Ａ（２）に示すように、レンズをクローズし光学検出部（ＯＰＤ）からの輝度ヒストグラムを算出し、バラツキが最小になるポイントで判定する。「バラツキが最小になるポイントで判定する」とは、ヒストグラムの標準偏差が最小になるポイントをノイズが最小と判断することを意味する。

場合によっては、前記ステップＳ１３２〜Ｓ２１６で求めた各パルスの位相関係から再度、位相シフト範囲を算出し、前記ステップＳ１３２〜Ｓ２１８の処理を行なう。たとえば、ＣＣＤ駆動信号（Ｈ１，Ｈ２，ＲＧ）の位相が変わった場合、その位相に合わせてＳＨＰ，ＳＨＤの位相シフト範囲を再算出する。

「場合によっては」とは、バラツキを考慮したものである。たとえば、調整作業中に恒温槽などに入れるのであれば温度が変わった場合も同じフローをまわして確認するようなケースが該当する。もし常温と高温で設定ポイントが変わるのであればそのセンター値を取るようにして、バラツキに対応するようにする。

以上のようにして、粗調整と微調整を行なうことで、ノイズが最小で最適な画が得られるようになる。

従来は手動で行なっていたカメラの出荷調整を、ＡＥ制御を利用して自動化でき、大幅なコスト削減が見込まれる。また、手動で行なっていた際は、人による確認が主であったため、製品品質にバラツキが生じ易かったが、自動化によりこのバラツキを抑制できる。

特開２００５−１５１０８１号公報に記載の仕組みでは、サンプリングパルスの調整方法についてのみを想定しているのに対して、本実施形態の仕組みは、ＣＣＤ駆動信号についても想定し、そのＣＣＤ駆動パルスの調整方法についても触れている点で異なる。特開２００５−１５１０８１号公報に記載の仕組みでは、周波数成分を用いてノイズの最小化判定を行なっているのに対して、本実施形態では周波数成分を用いていない点で異なり、本実施形態の仕組みではレンズＣｌｏｓｅの撮像条件下においても適正に位相調整ができる。

撮像装置（カメラシステム）の一実施形態を示す概略構成図である。 画素出力信号と雑音抑圧処理との関係を説明する図である。 位相粗調整の処理手順（飽和レベル時）の一例を示すフローチャートである。 位相粗調整の処理手順（最小レベル時）の一例を示すフローチャートである。 位相粗調整における所定の処理ステップの処理内容と撮像信号波形との関係を説明する図である。 位相微調整の処理手順の一例を示すフローチャートである。 位相微調整における所定の処理ステップの処理内容と撮像信号波形との関係を説明する図である。

符号の説明

１…撮像装置、１０…ＣＣＤ固体撮像素子、１１…センサ部、１３…垂直ＣＣＤ、１５…水平ＣＣＤ、１６…電荷電圧変換部、２…固体撮像装置、３…撮像装置モジュール、４…本体ユニット、４０…タイミング信号生成部、４２…ドライバ、４６…駆動電源、５…光学系、５０…撮像レンズ、６…信号処理系、６０…バッファ部、６１…アナログフロントエンド、６２…プリアンプ部、６３…雑音抑圧処理部、６４…増幅アンプ部、６６…ＡＤ変換部、６７…画像処理部、７…記録系７、８…表示系８、９…制御系、９２…カメラ制御部、９２ｂ…記憶部、９２ａ…中央制御部（パルス位相調整装置）

Claims (14)

1. 信号電荷を生成する電荷生成部を具備する固体撮像装置から出力された撮像信号のリセットレベルと信号レベルをサンプリングして、その差に基づき前記電荷生成部で生成される信号電荷の量に対応した信号成分を抽出することで前記撮像信号の雑音を抑圧する雑音抑圧処理部と、前記雑音抑圧処理部の後段において前記信号成分の信号レベルを検出する信号レベル検出部とを撮像措置が具備しており、
   前記固体撮像装置を駆動する複数の駆動パルス並びに前記雑音抑圧処理部に使用される複数のサンプリングパルスの位相関係を調整する位相調整部を備え、
   前記位相調整部は、所定の位相シフト範囲内において前記複数のサンプリングパルスの位相関係を相対的に少しずつシフトさせながら、前記電荷生成部が飽和する程度の露出条件の元で前記信号レベル検出部により検出された信号レベルの情報を取得し、各パルス位置での信号レベルが前記電荷生成部の飽和に相当するレベルに達しているか否かを判定し、この飽和に相当するレベルに達しているときの各サンプリングパルスの位置を保持することで、各サンプリングパルスの位相のタイミングずれを調整する
   パルス位相調整装置。
2. 前記位相調整部は、前記飽和に相当するレベルに達する位置を見つけられないときには、前記複数の駆動パルスの内の何れかを少しシフトさせ、このシフト後において同様の処理を繰り返すことで、各サンプリングパルス並びに前記駆動パルスの位相のタイミングずれを調整する
   請求項１に記載のパルス位相調整装置。
3. 前記位相調整部は、前記電荷生成部が飽和する程度の露出条件の元で前記信号レベル検出部により検出された信号レベルが前記電荷生成部の飽和に相当するレベルに達している期間が所定の閾値期間よりも長いときの各駆動パルスの位置を保持することで、各サンプリングパルスの位相のタイミングずれを調整する
   請求項１または２に記載のパルス位相調整装置。
4. 前記位相調整部は、前記電荷生成部の飽和に相当するレベルに達している期間が所定の閾値期間よりも長くなる位置を見つけられないときには、前記複数の駆動パルスの内の何れかを少しシフトさせ、このシフト後において同様の処理を繰り返すことで、各サンプリングパルス並びに前記駆動パルスの位相のタイミングずれを調整する
   請求項３に記載のパルス位相調整装置。
5. 前記位相調整部は、前記複数の駆動パルスの内の何れかを少しシフトさせた後において同様の処理を繰り返しても尚、適正な位置を見つけられないときには、前記複数の駆動パルスの内の別のものを少しシフトさせ、このシフト後において同様の処理を繰り返すことで、各サンプリングパルス並びに前記駆動パルスの位相のタイミングずれを調整する
   請求項２または４に記載のパルス位相調整装置。
6. 信号電荷を生成する電荷生成部を具備する固体撮像装置から出力された撮像信号のリセットレベルと信号レベルをサンプリングして、その差に基づき前記電荷生成部で生成される信号電荷の量に対応した信号成分を抽出することで前記撮像信号の雑音を抑圧する雑音抑圧処理部と、前記雑音抑圧処理部の後段において前記信号成分の黒レベルを検出する信号レベル検出部とを撮像措置が具備しており、
   前記雑音抑圧処理部に使用される複数のサンプリングパルスの位相関係を調整する位相調整部を備え、
   前記位相調整部は、所定の位相シフト範囲内において前記複数のサンプリングパルスの位相関係を相対的に少しずつシフトさせながら、前記信号レベル検出部が検出した黒レベルのズレの有無を判定し、黒レベルのズレがないときの各サンプリングパルスの位置を保持することで、各サンプリングパルスの位相のタイミングずれを調整する
   パルス位相調整装置。
7. 信号電荷を生成する電荷生成部を具備する固体撮像装置から出力された撮像信号のリセットレベルと信号レベルをサンプリングして、その差に基づき前記電荷生成部で生成される信号電荷の量に対応した信号成分を抽出することで前記撮像信号の雑音を抑圧する雑音抑圧処理部を撮像措置が具備しており、
   前記雑音抑圧処理部に使用される複数のサンプリングパルスの位相関係を調整する位相調整部を備え、
   前記位相調整部は、前記複数のサンプリングパルスの位相関係を相対的に少しずつシフトさせながら、前記信号成分のノイズの情報を取得し、ノイズが最小となるときの各サンプリングパルスの位置を保持することで、各サンプリングパルスの位相のタイミングずれを調整する
   パルス位相調整装置。
8. 前記雑音抑圧処理部の後段において前記信号成分のヒストグラムを作成するヒストグラム作成部をさらに備え、
   前記位相調整部は、前記ヒストグラム作成部が作成したヒストグラムの標準偏差が最小になる位置をノイズが最小となると判定する
   請求項７に記載のパルス位相調整装置。
9. 信号電荷を生成する電荷生成部を具備する固体撮像装置から出力された撮像信号のリセットレベルと信号レベルをサンプリングして、その差に基づき前記電荷生成部で生成される信号電荷の量に対応した信号成分を抽出することで前記撮像信号の雑音を抑圧する雑音抑圧処理部の後段において前記信号成分の信号レベルを検出しながら、前記固体撮像装置を駆動する複数の駆動パルス並びに前記雑音抑圧処理部に使用される複数のサンプリングパルスの位相関係を調整するに当たり、
   所定の位相シフト範囲内において前記複数のサンプリングパルスの位相関係を相対的に少しずつシフトさせながら、前記電荷生成部が飽和する程度の露出条件の元で前記信号レベル検出部により検出された信号レベルの情報を取得し、各パルス位置での信号レベルが前記電荷生成部の飽和に相当するレベルに達しているか否かを判定し、この飽和に相当するレベルに達しているときの各サンプリングパルスの位置を保持することで、各サンプリングパルスの位相のタイミングずれを調整する
   撮像装置の製造方法。
10. 信号電荷を生成する電荷生成部を具備する固体撮像装置から出力された撮像信号のリセットレベルと信号レベルをサンプリングして、その差に基づき前記電荷生成部で生成される信号電荷の量に対応した信号成分を抽出することで前記撮像信号の雑音を抑圧する雑音抑圧処理部の後段において前記信号成分の信号レベルを検出しながら、前記雑音抑圧処理部に使用される複数のサンプリングパルスの位相関係を調整するとともに、
    所定の位相シフト範囲内において前記複数のサンプリングパルスの位相関係を相対的に少しずつシフトさせながら、前記信号レベル検出部が検出した黒レベルのズレの有無を判定し、黒レベルのズレがないときの各サンプリングパルスの位置を保持することで、各サンプリングパルスの位相のタイミングずれを調整する
    撮像装置の製造方法。
11. 信号電荷を生成する電荷生成部を具備する固体撮像装置から出力された撮像信号のリセットレベルと信号レベルをサンプリングして、その差に基づき前記電荷生成部で生成される信号電荷の量に対応した信号成分を抽出することで前記撮像信号の雑音を抑圧する雑音抑圧処理部の後段において前記信号成分の信号レベルを検出しながら、前記雑音抑圧処理部に使用される複数のサンプリングパルスの位相関係を調整するとともに、
    前記複数のサンプリングパルスの位相関係を相対的に少しずつシフトさせながら、前記信号成分のノイズの情報を取得し、ノイズが最小となるときの各サンプリングパルスの位置を保持することで、各サンプリングパルスの位相のタイミングずれを調整する
    撮像装置の製造方法。
12. 信号電荷を生成する電荷生成部を具備する固体撮像装置と、
    前記固体撮像装置から出力された撮像信号のリセットレベルと信号レベルをサンプリングして、その差に基づき前記電荷生成部で生成される信号電荷の量に対応した信号成分を抽出することで前記撮像信号の雑音を抑圧する雑音抑圧処理部と、
    前記雑音抑圧処理部の後段において前記信号成分の信号レベルを検出する信号レベル検出部と、
    前記固体撮像装置を駆動する複数の駆動パルス並びに前記雑音抑圧処理部に使用される複数のサンプリングパルスの位相関係を調整する位相調整部と、
    を備え、
    前記位相調整部は、所定の位相シフト範囲内において前記複数のサンプリングパルスの位相関係を相対的に少しずつシフトさせながら、前記電荷生成部が飽和する程度の露出条件の元で前記信号レベル検出部により検出された信号レベルの情報を取得し、各パルス位置での信号レベルが前記電荷生成部の飽和に相当するレベルに達しているか否かを判定し、この飽和に相当するレベルに達しているときの各サンプリングパルスの位置を保持することで、各サンプリングパルスの位相のタイミングずれを調整する
    撮像装置。
13. 信号電荷を生成する電荷生成部を具備する固体撮像装置と、
    前記固体撮像装置から出力された撮像信号のリセットレベルと信号レベルをサンプリングして、その差に基づき前記電荷生成部で生成される信号電荷の量に対応した信号成分を抽出することで前記撮像信号の雑音を抑圧する雑音抑圧処理部と、
    前記雑音抑圧処理部の後段において前記信号成分の黒レベルを検出する信号レベル検出部と、
    前記雑音抑圧処理部に使用される複数のサンプリングパルスの位相関係を調整する位相調整部と、
    を備え、
    前記位相調整部は、所定の位相シフト範囲内において前記複数のサンプリングパルスの位相関係を相対的に少しずつシフトさせながら、前記信号レベル検出部が検出した黒レベルのズレの有無を判定し、黒レベルのズレがないときの各サンプリングパルスの位置を保持することで、各サンプリングパルスの位相のタイミングずれを調整する
    撮像装置。
14. 信号電荷を生成する電荷生成部を具備する固体撮像装置と、
    前記固体撮像装置から出力された撮像信号のリセットレベルと信号レベルをサンプリングして、その差に基づき前記電荷生成部で生成される信号電荷の量に対応した信号成分を抽出することで前記撮像信号の雑音を抑圧する雑音抑圧処理部と、
    前記雑音抑圧処理部に使用される複数のサンプリングパルスの位相関係を調整する位相調整部と、
    を備え、
    前記位相調整部は、前記複数のサンプリングパルスの位相関係を相対的に少しずつシフトさせながら、前記信号成分のノイズの情報を取得し、ノイズが最小となるときの各サンプリングパルスの位置を保持することで、各サンプリングパルスの位相のタイミングずれを調整する
    撮像装置。

Images