JP2019204156A - Internal clock generation circuit, module for imaging and image processing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内部クロック生成回路、撮像用モジュールおよび画像処理装置に関する。 The present invention relates to an internal clock generation circuit, an imaging module, and an image processing apparatus.
画像処理装置において高精度な画像データを取得するためには、同じ光量の被写体を撮影した際に画素の領域によって明暗の差が発生しないことが求められる。また、同じ光量の被写体を撮影した場合に経過時間によって明るさに差が生じないことも求められる。 In order to acquire highly accurate image data in an image processing apparatus, it is required that a difference in brightness does not occur depending on the pixel area when a subject with the same amount of light is captured. It is also required that there is no difference in brightness depending on the elapsed time when subjects with the same amount of light are photographed.
イメージセンサを用いた撮像装置は、被写体からの光をイメージセンサ内のフォトダイオードにて光電変換する。被写体から入射する光のエネルギーによってシリコン内の電子が励起する。この電子がフォトダイオードの接合容量に蓄積されることによって、光が電気信号に変換される。光の強度が強いほど、励起する電子の量が多くなる。光を当てる時間が長いほど電子が蓄積する量が多くなる。 An imaging apparatus using an image sensor photoelectrically converts light from a subject using a photodiode in the image sensor. Electrons in the silicon are excited by the energy of light incident from the subject. The electrons are accumulated in the junction capacitance of the photodiode, whereby light is converted into an electric signal. The stronger the light intensity, the more electrons are excited. The longer the light is applied, the more electrons accumulate.
時間毎の撮像画像を比較して状態変化を監視する撮像装置においては、撮像装置自体の状態変化によって、撮像装置内部のクロック信号の周波数が変動すると、光量の計測時間が変化する。光量の計測時間が長くなると画像が明るくなり、短くなると画像が暗くなる。つまり、撮像装置自体に起因して画像に明暗の差が生じてしまう。これによって、撮像装置は、状態変化を適切に監視することができない。よって、撮像画像毎の光量計測時間を均一にすることを目的として、クロック周波数の高精度化が求められる。 In an imaging apparatus that monitors a change in state by comparing captured images at different times, when the frequency of the clock signal inside the imaging apparatus fluctuates due to a change in the state of the imaging apparatus itself, the light amount measurement time changes. The image becomes brighter when the measurement time of the light amount becomes longer, and the image becomes darker when the measurement time becomes shorter. That is, a difference in brightness occurs in the image due to the imaging device itself. As a result, the imaging apparatus cannot appropriately monitor the state change. Therefore, high accuracy of the clock frequency is required for the purpose of making the light amount measurement time for each captured image uniform.
マスタであるマザーボードに、スレーブである撮像用モジュールが接続されるシステムにおいても、撮像用モジュールの周囲の温度変化によって、光量の計測時間が変動すると撮像画像に影響を及ぼす。光量の計測時間の変動を抑制するためには、撮像用モジュール内のクロック信号の高精度化が必要となる。高精度なクロック信号を得るために水晶振動子を用いた発振回路を搭載することが一般的であるが、水晶振動子を使用することによって、基板のサイズが大きくなってしまう。マザーボードが製品内部の比較的スペースに余裕がある部分に配置されるのに対して、撮像用モジュールは製品表面に搭載されるため、撮像用モジュール側に水晶振動子を搭載すると、システムの小型化を阻害し、見栄えもよくない。 Even in a system in which an imaging module as a slave is connected to a mother board as a master, if the measurement time of the amount of light varies due to a temperature change around the imaging module, the captured image is affected. In order to suppress fluctuations in the light amount measurement time, it is necessary to increase the accuracy of the clock signal in the imaging module. In order to obtain a highly accurate clock signal, it is common to mount an oscillation circuit using a crystal resonator. However, the use of the crystal resonator increases the size of the substrate. While the motherboard is placed in a relatively large space inside the product, the imaging module is mounted on the surface of the product, so mounting a crystal unit on the imaging module side reduces the size of the system. The appearance is not good.
たとえば、特許文献1に記載される画像形成装置は、高精度な発振回路を有するマスタと、マスタ側の発振回路に対して精度の低い発振回路を内部に有するスレーブとを備える。マスタとスレーブとは、シリアル通信の信号線で接続される。スレーブは、マスタからスレーブに対して送信される所定データの送信時間をスレーブの発振回路が発生するクロック信号に基づいてカウントする。スレーブは、そのカウント値と予め定められた所定時間とに基づいて、スレーブの発振回路のクロック周波数の誤差を求め、誤差を補正する。特許文献1では、スレーブの発振回路は、水晶振動子を用いる必要がないので、画像形成装置の小型化が阻害されない。
For example, the image forming apparatus described in
特許文献1に記載の画像形成装置では、スレーブの内部発振回路から出力されるクロックの周波数を補正するために、補正用の期間を設ける必要がある。補正用の期間では、マスタとスレーブとの間のデータ通信ができなくなる。つまり、スレーブ側の構成要素を動作させるためのデータ通信と、スレーブの内部発振回路から出力されるクロックの周波数の補正とが別個の期間に行われることになる。その結果、一定時間内に伝送されるペイロードのデータ量が抑制される。
In the image forming apparatus described in
それゆえに、本発明の目的は、内部発振回路から出力されるクロックの周波数を補正する期間においても、他の装置との間のデータ通信を可能とする内部クロック生成回路、撮像用モジュールおよび画像処理装置を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide an internal clock generation circuit, an imaging module, and image processing that enable data communication with other devices even during a period in which the frequency of the clock output from the internal oscillation circuit is corrected. Is to provide a device.
上記課題を解決するために、本発明は、シリアル通信用のクロック信号を生成する第2の装置との間でシリアル通信が可能な第1の装置における内部クロック生成回路であって、シリアル通信用のクロック信号よりも低い精度の内部クロック信号を出力する内部発振器と、第2の装置から送信されるシリアル通信用のクロック信号に基づいて、内部発振器から出力される内部クロック信号の周波数を測定する周波数測定部と、測定された周波数と目標周波数とに基づいて、内部発振器から出力される内部クロック信号の周波数を補正する周波数制御部とを備える。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides an internal clock generation circuit in a first device capable of serial communication with a second device that generates a clock signal for serial communication. The frequency of the internal clock signal output from the internal oscillator is measured on the basis of the internal oscillator that outputs an internal clock signal with a lower accuracy than the clock signal and the serial communication clock signal transmitted from the second device. A frequency measurement unit; and a frequency control unit that corrects the frequency of the internal clock signal output from the internal oscillator based on the measured frequency and the target frequency.
本発明によれば、内部発振回路から出力されるクロックの周波数を補正する期間においても、他の装置との間のデータ通信ができる。 According to the present invention, data communication with other devices can be performed even during the period of correcting the frequency of the clock output from the internal oscillation circuit.
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1の画像処理装置の構成を表わす図である。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of the image processing apparatus according to the first embodiment.
画像処理装置は、マザーボード301と、撮像用モジュール302とを備える。
マザーボード301と撮像用モジュール302との間は、シリアル通信で信号が伝送される。
The image processing apparatus includes a
A signal is transmitted between the
この画像処理装置では、マザーボード301がマスタ、撮像用モジュール302がスレーブである。マスタとスレーブの間の通信手段としてSPI(Serial Peripheral Interface)通信規格に準拠する通信方式が用いられる。
In this image processing apparatus, the
マザーボード301と撮像用モジュール302とは、クロック信号線CLKと、信号線MOSIと、信号線MISOとによって接続される。
The
クロック信号線CLKは、マスタからスレーブへのシリアル通信用のクロック信号MCLKを伝送する。 The clock signal line CLK transmits a clock signal MCLK for serial communication from the master to the slave.
信号線MOSIは、マザーボード301(マスタ)から撮像用モジュール302(スレーブ)へのシリアル通信用のクロック信号MCLKに同期したデータ信号DATA_Iを伝送する。データ信号DATA_Iは、撮像用モジュール302を設定するためのデータであり、たとえば、読出しラインの設定または各種のモード設定のためのデータである。
The signal line MOSI transmits a data signal DATA_I synchronized with the serial communication clock signal MCLK from the mother board 301 (master) to the imaging module 302 (slave). The data signal DATA_I is data for setting the
信号線MISOは、撮像用モジュール302(スレーブ)からマザーボード301(マスタ)へのシリアル通信用のクロック信号MCLKに同期したデータ信号DATA_Oを伝送する。DATA_Oは、撮像用モジュール302で生成された画像データを含む。
The signal line MISO transmits the data signal DATA_O synchronized with the clock signal MCLK for serial communication from the imaging module 302 (slave) to the mother board 301 (master). DATA_O includes image data generated by the
マザーボード301(マスタ)は、水晶振動子を使用した水晶発振器を有する。水晶発振器によって、シリアル通信用のクロック信号MCLKが生成される。マザーボード301(マスタ)のシリアル通信用のクロック信号MCLKの発振周波数の偏差は±0.001%程度である。 The mother board 301 (master) has a crystal oscillator using a crystal resonator. A clock signal MCLK for serial communication is generated by the crystal oscillator. The deviation of the oscillation frequency of the clock signal MCLK for serial communication of the mother board 301 (master) is about ± 0.001%.
撮像用モジュール302(スレーブ)は、水晶振動子ではなく半導体集積回路を使用した内部発振器を有する。よって、撮像用モジュール302(スレーブ)の周波数偏差は±10%程度となる。したがって、スレーブのクロックに比べてマスタから出力するクロック信号MCLKの精度が高い。シリアル通信用のクロック信号MCLKに同期して、データ信号DATA_Iおよびデータ信号DATA_Oの授受が行なわれる。撮像用モジュール302で生成された画像データを含むデータ信号DATA_Oが、シリアル通信用のクロック信号MCLKに同期して伝送される。
The imaging module 302 (slave) has an internal oscillator that uses a semiconductor integrated circuit instead of a crystal resonator. Therefore, the frequency deviation of the imaging module 302 (slave) is about ± 10%. Therefore, the accuracy of the clock signal MCLK output from the master is higher than that of the slave clock. Data signal DATA_I and data signal DATA_O are exchanged in synchronization with clock signal MCLK for serial communication. The data signal DATA_O including the image data generated by the
図2は、SPIの通信方式を表わす図である。
データ信号DATA_Iおよびデータ信号DATA_Oは、シリアル通信用のクロック信号MCLKの立ち上がりエッジで遷移し、立ち下がりエッジで取り込まれる。シリアル通信は、通常、8ビットを1単位(1ワード)として扱うため、以下では、シリアル通信を行なう毎に8周期分のクロック信号を出力する通信フォーマットを使用した例について説明する。
FIG. 2 is a diagram illustrating an SPI communication method.
The data signal DATA_I and the data signal DATA_O transition at the rising edge of the serial communication clock signal MCLK and are captured at the falling edge. Since serial communication normally handles 8 bits as one unit (1 word), an example using a communication format that outputs a clock signal for 8 cycles each time serial communication is performed will be described.
図2に示すように、シリアル通信用のクロック信号MCLKの1周期毎にマスタおよびスレーブ側のSPI通信部内シフトレジスタ内のデータを1ビットずつシフトすることによって、定められたビット単位のデータを連続して送受信する。通信を行なわないときにはシリアル通信用のクロック信号MCLKは伝送されない。定められたビット単位は、1ワード(8ビット)であるものとする。1ワードのビット数は、通信仕様により任意に定められるため、8ビットでなくてもよい。 As shown in FIG. 2, data in a predetermined bit unit is continuously shifted by shifting the data in the shift register in the SPI communication unit on the master side and the slave side for each cycle of the clock signal MCLK for serial communication. Send and receive. When communication is not performed, serial communication clock signal MCLK is not transmitted. The determined bit unit is one word (8 bits). Since the number of bits of one word is arbitrarily determined according to communication specifications, it may not be 8 bits.
図3は、実施の形態1の画像処理装置の撮像用モジュール302に含まれる一部の構成を表わす図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a partial configuration included in
撮像用モジュール302は、SPI通信部107および内部クロック生成回路101を備える。
The
内部クロック生成回路101は、状態検出部102と、状態制御部103と、周波数測定部104と、周波数制御部105aと、内部発振器(OSC)106と、スイッチ108とを備える。
The internal
SPI通信部107は、シリアル通信用の高精度なクロック信号MCLKと、シリアル通信用のデータ信号DATA_Iとを受ける。SPI通信部107は、クロック信号MCLKを内部クロック生成回路101および撮像用モジュール302内の図示しない構成要素に供給する。SPI通信部107は、クロック信号MCLKの立下りエッジに同期して、データ信号DATA_Iの値を取り込んで、取り込んだデータ信号DATA_Iを内部クロック生成回路101および撮像用モジュール302内の図示しない構成要素に供給する。SPI通信部107は、撮像用モジュール302内の図示しない構成要素からデータ信号DATA_Oを受けて、シフトレジスタに保持する。SPI通信部107は、シリアル通信用のクロック信号MCLKに同期して、シフトレジスタのデータを1ビットずつシフトさせることによって、データ信号DATA_Oを出力する。
The
状態検出部102は、クロック信号MCLKの立上りエッジの有無を検出して、検出結果を状態制御部103に出力する。
The
状態検出部102が、1ワード送信時のクロック信号MCLKの最初のクロックの立下りエッジのタイミングから最後(8番目)のクロックの立下りエッジのタイミングまでの期間、検出信号DEをハイレベルに設定する。
The
状態制御部103は、状態検出部102からハイレベルの検出信号DEを受けた場合に、周波数測定部104および周波数制御部105aを動作させ、さらにスイッチ108をオンに設定する。状態制御部103は、状態検出部102からロウレベルの検出信号DEを受けた場合に、周波数測定部104および周波数制御部105aを停止させ、さらにスイッチ108をオフに設定する。
When the
スイッチ108は、SPI通信部107から送られるシリアル通信用のクロック信号MCLKを受ける。スイッチ108がオンに設定されると、シリアル通信用のクロック信号MCLKが周波数測定部104に送られる。スイッチ108がオフに設定されると、シリアル通信のクロック信号MCLKが周波数測定部104に送られない。
The
周波数測定部104は、シリアル通信用のクロック信号MCLKに基づいて、内部発振器106から出力される内部クロック信号SCLKの周波数を測定する。
The
具体的には、周波数測定部104は、1ワード送信時において、クロック信号MCLKの最初のクロックの立下りエッジから最後(8番目)のクロックの立ち下がりエッジまでの期間における内部発振器106が出力する内部クロック信号SCLKのパルス数をカウントする。周波数測定部104は、測定結果であるパルス数をシリアル通信用のクロック信号MCLKに周波数に基づいて、内部クロック信号SCLKの周波数Aに変換する。
Specifically, the
周波数制御部105aは、測定された内部クロック信号SCLKの周波数Aと、内部クロック信号SCLKの目標周波数Bに基づいて、内部発振器106の周波数制御値Cを補正する。具体的には、周波数制御部105aは、1ワードのデータの送信ごとに、測定された周波数Aが目標周波数Bよりも大きいときに、一定値だけ内部クロック信号SCLKの周波数を低下させ、測定された周波数Aが目標周波数Bよりも小さいときに、一定値だけ内部クロック信号SCLKの周波数を増加させる。
The
内部発振器106は、スレーブ側の内部クロック信号SCLKを出力する。内部発振器106は、周波数制御部105aから送られる周波数制御値Cに応じて、内部発振器106内のコンデンサの値を変更することによって、内部発振器106の発振周波数を補正する。これによって、内部発振器106によって生成される内部クロック信号SCLKの周波数が補正される。内部発振器106の構成に応じて、抵抗、制御電圧、制御電流を変更することによって、内部発振器106の発振周波数を補正してもよい。
The
図4は、内部発振器106の一例を表わす図である。
図4に示すように、内部発振器106は、水晶振動子を含まない。内部発振器106は、リラクゼーション型発振器である。内部発振器106は、複数個のインバータIV1〜IV10と、容量素子C1〜C14と、否定論理和回路NOR1,NOR2と、NチャネルMOSトランジスタN1〜N14とを備える。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the
As shown in FIG. 4, the
容量素子C7とC8の容量は、10Cである。容量素子C6とC9の容量は、Cである。容量素子C5とC10の容量は、2Cである。容量素子C4とC11の容量は、4Cである。容量素子C3とC12の容量は、8Cである。容量素子C2とC1とC13とC14の容量は、16Cである。 Capacitance elements C7 and C8 have a capacitance of 10C. The capacitances of the capacitive elements C6 and C9 are C. Capacitance elements C5 and C10 have a capacitance of 2C. Capacitance elements C4 and C11 have a capacitance of 4C. Capacitance elements C3 and C12 have a capacity of 8C. Capacitance elements C2, C1, C13, and C14 have a capacitance of 16C.
ノードND1とグランドとの間に、直列接続された容量素子C1およびNMOSトランジスタN1と、直列接続された容量素子C2およびNMOSトランジスタN2と、直列接続された容量素子C3およびNMOSトランジスタN3と、直列接続された容量素子C4およびNMOSトランジスタN4と、直列接続された容量素子C5およびNMOSトランジスタN5と、直列接続された容量素子C6およびNMOSトランジスタN6と、直列接続された容量素子C7およびNMOSトランジスタN7とが並列に配置される。 Between the node ND1 and the ground, the capacitive element C1 and the NMOS transistor N1 connected in series, the capacitive element C2 and the NMOS transistor N2 connected in series, and the capacitive element C3 and the NMOS transistor N3 connected in series are connected in series. Capacitive element C4 and NMOS transistor N4 connected in series, capacitive element C5 and NMOS transistor N5 connected in series, capacitive element C6 and NMOS transistor N6 connected in series, capacitive element C7 and NMOS transistor N7 connected in series Arranged in parallel.
ノードND2とグランドとの間に、直列接続された容量素子C14およびNMOSトランジスタN14と、直列接続された容量素子C13およびNMOSトランジスタN13と、直列接続された容量素子C12およびNMOSトランジスタN12と、直列接続された容量素子C11およびNMOSトランジスタN11と、直列接続された容量素子C10およびNMOSトランジスタN10と、直列接続された容量素子C9およびNMOSトランジスタN9と、直列接続された容量素子C8およびNMOSトランジスタN8とが並列に配置される。 Between the node ND2 and the ground, a capacitive element C14 and an NMOS transistor N14 connected in series, a capacitive element C13 and an NMOS transistor N13 connected in series, and a capacitive element C12 and an NMOS transistor N12 connected in series are connected in series. Capacitive element C11 and NMOS transistor N11 connected in series, capacitive element C10 and NMOS transistor N10 connected in series, capacitive element C9 and NMOS transistor N9 connected in series, capacitive element C8 and NMOS transistor N8 connected in series Arranged in parallel.
ノードND1は、インバータIV5の入力およびインバータIV4の出力に接続される。ノードND2は、インバータIV1の入力およびインバータIV7の出力に接続される。インバータIV5の出力は、インバータIV6の入力に接続される。インバータIV6の出力は、否定論理和回路NOR2の一方の入力に接続される。インバータIV1の出力は、インバータIV2の入力に接続される。インバータIV2の出力は、否定論理和回路NOR1の一方の入力に接続される。否定論理和回路NOR1の他方の入力は、否定論理和回路NOR2の出力に接続される。否定論理和回路NOR2の他方の入力は、否定論理和回路NOR1の出力に接続される。否定論理和回路NOR1の出力は、さらに、インバータIV9の入力、インバータIV8の入力に接続される。否定論理和回路NOR2の出力は、さらに、インバータIV10の入力、インバータIV3の入力に接続される。インバータIV8の出力は、インバータIV7の入力に接続される。インバータIV3の出力は、インバータIV4の入力に接続される。インバータIV9は、内部クロック信号SCLKを出力する。 Node ND1 is connected to the input of inverter IV5 and the output of inverter IV4. Node ND2 is connected to the input of inverter IV1 and the output of inverter IV7. The output of inverter IV5 is connected to the input of inverter IV6. The output of the inverter IV6 is connected to one input of the NOR circuit NOR2. The output of inverter IV1 is connected to the input of inverter IV2. The output of the inverter IV2 is connected to one input of the NOR circuit NOR1. The other input of the NOR circuit NOR1 is connected to the output of the NOR circuit NOR2. The other input of the NOR circuit NOR2 is connected to the output of the NOR circuit NOR1. The output of the NOR circuit NOR1 is further connected to the input of the inverter IV9 and the input of the inverter IV8. The output of the NOR circuit NOR2 is further connected to the input of the inverter IV10 and the input of the inverter IV3. The output of inverter IV8 is connected to the input of inverter IV7. The output of inverter IV3 is connected to the input of inverter IV4. Inverter IV9 outputs internal clock signal SCLK.
6ビットの制御データD<5:0>が内部発振器106に入力される。
NMOSトランジスタN7のゲートとNMOSトランジスタN8のゲートには、電源電圧VDDが入力される。NMOSトランジスタN6のゲートとNMOSトランジスタN9のゲートには、D0が入力される。NMOSトランジスタN5のゲートとNMOSトランジスタN10のゲートには、D1が入力される。NMOSトランジスタN4のゲートとNMOSトランジスタN11のゲートには、D2が入力される。NMOSトランジスタN3のゲートとNMOSトランジスタN12のゲートには、D3が入力される。NMOSトランジスタN2のゲートとNMOSトランジスタN13のゲートには、D4が入力される。NMOSトランジスタN1のゲートとNMOSトランジスタN14のゲートには、D5が入力される。
The 6-bit control data D <5: 0> is input to the
The power supply voltage VDD is input to the gate of the NMOS transistor N7 and the gate of the NMOS transistor N8. D0 is input to the gate of the NMOS transistor N6 and the gate of the NMOS transistor N9. D1 is input to the gate of the NMOS transistor N5 and the gate of the NMOS transistor N10. D2 is input to the gate of the NMOS transistor N4 and the gate of the NMOS transistor N11. D3 is input to the gate of the NMOS transistor N3 and the gate of the NMOS transistor N12. D4 is input to the gate of the NMOS transistor N2 and the gate of the NMOS transistor N13. D5 is input to the gate of the NMOS transistor N1 and the gate of the NMOS transistor N14.
6ビットの制御データD<5:0>によって、NMOSトランジスタN1〜N6、N9〜N14のオン/オフを制御することによって、内部クロック信号SCLKの周波数を変化させることができる。 By controlling on / off of the NMOS transistors N1 to N6 and N9 to N14 by the 6-bit control data D <5: 0>, the frequency of the internal clock signal SCLK can be changed.
図5は、実施の形態1の周波数制御部105aの構成を表わす図である。
図5に示すように、周波数制御部105aは、比較部201と、演算部202と、DAC203とを備える。
FIG. 5 is a diagram illustrating the configuration of the
As shown in FIG. 5, the
比較部201は、周波数測定部104から送られる内部クロック信号SCLKの測定周波数Aと目標周波数Bとを比較する。比較部201は、測定周波数Aが目標周波数Bよりも低い場合は、UP信号を出力する。比較部201は、測定周波数Aが目標周波数Bよりも高い場合は、DOWN信号を出力する。目標周波数Bは、予め定められて記憶されているものであってもよいし、マザーボード301から送信されるデータ信号DATA_Iによって指定されるものであってもよい。
The
演算部202は、比較部201の比較結果から前回の周波数制御値Cに対する演算を実施する。演算部202は、内部に前回の周波数補正時の周波数制御値Cを保持するレジスタを有する。演算部202は、比較部201からUP信号が入力されれば、前回の周波数制御値Cに対して「+1」を加え、DOWN信号が入力されれば前回の周波数制御値Cに対して「−1」を加えることによって、周波数制御値Cを補正する。なお、ここでは、「+1」または「−1」を加えているが、これに限定されるものではなく、「+2」または「−2」、「+3」または「−3」などの任意の値に調整が可能である。
The
DAC203は、演算部202から出力されるデジタルの周波数制御値Cをアナログの周波数制御値Cに変換する。つまり、前回の周波数制御値Cを補正する場合は、1ワードのデータ通信毎に一定量ずつ周波数制御値Cが補正され、補正を行なわない場合は前回の周波数制御値Cが維持される。
The
なお、測定周波数Aと目標周波数Bとの差の絶対値が閾値以下の場合は、比較部201は、STAY信号を演算部202に出力し、演算部202は、STAY信号が入力されれば前回の周波数制御値Cに対して0を加えることとしてもよい。
When the absolute value of the difference between the measurement frequency A and the target frequency B is equal to or less than the threshold value, the
図6は、実施の形態1における内部クロック信号SCLKの周波数補正のタイミングチャートである。 FIG. 6 is a timing chart of frequency correction of internal clock signal SCLK in the first embodiment.
図6には、シリアル通信用のクロック信号MCLKと、マスタからスレーブに対して送信されるシリアル通信用のデータ信号DATA_Iと、スレーブ側の内部発振器106から出力される内部クロック信号SCLKと、内部クロック信号SCLKの周波数が示されている。
FIG. 6 shows a serial communication clock signal MCLK, a serial communication data signal DATA_I transmitted from the master to the slave, an internal clock signal SCLK output from the slave-side
タイミングt0に第1のシリアル通信が開始される。タイミングt3に第2のシリアル通信が開始される。タイミングt6に第3のシリアル通信が開始される。 The first serial communication is started at timing t0. The second serial communication is started at timing t3. The third serial communication is started at timing t6.
第1のシリアル通信において、スレーブ側の撮像用モジュール302は、タイミングt0にシリアル通信用のクロック信号MCLKを受ける。
In the first serial communication, the
タイミングt1において、クロック信号MCLKが最初に立ち下がる。タイミングt1に周波数測定部104が、内部発振器106の出力のパルスのカウント動作を開始する。カウント動作は、1ワード送信時の最終クロックの立ち下がりエッジのタイミングt2まで継続する。
At timing t1, the clock signal MCLK first falls. At timing t1, the
周波数測定部104は、タイミングt1からタイミングt2までにおいて内部発振器106から出力される内部クロック信号SCLKのパルス数を周波数Aに変換して周波数制御部105aに出力する。
The
周波数制御部105aは、周波数測定部104から送られる測定周波数Aと、目標周波数Bに基づいて、内部発振器106の周波数制御値Cを補正する。内部発振器106は、周波数制御値Cに基づいて、発振周波数を補正する。周波数制御値Cは、複数回にわたって、目標周波数Bに徐々に近づく方向に補正される。シリアル通信が行なわれない期間であるタイミングt2からタイミングt3まではシリアル通信のクロック信号MCLKがスレーブに入力されないため、周波数制御値Cは、補正されない。
The
第2のシリアル通信および第3のシリアル通信時の周波数補正動作は同様であるため、説明は、省略する。 Since the frequency correction operation during the second serial communication and the third serial communication is the same, the description thereof is omitted.
シリアル通信が行なわれていない期間、つまりシリアル通信の信号が送信されていない期間においては、状態制御部103は、スイッチ108をオフに設定するとともに、周波数測定部104および周波数制御部105aを停止させる。これによって、内部発振器106の周波数の補正動作が実施されない。クロック信号を常時入力して周波数を補正しているのではなく、通信時のみ断続的に周波数を補正する動作は、クロック信号を常時補正する回路構成と比較して、消費電力を低減できる。
In a period in which serial communication is not performed, that is, a period in which a serial communication signal is not transmitted, the
上述したように、特許文献1に記載の画像形成装置では、スレーブの発振回路のクロックの周波数を補正するために、データ通信が行われない補正用の期間を設ける必要がある。また、車載機器の通信プロトコルであるLINの通信方式では、通信フレームのヘッダにクロック信号の周波数を補正するためSynchフィールドを設けて、各スレーブのクロック信号周期を調整する。よって、LINの通信方式では、Synchフィールドの期間には、データ通信ができない。
As described above, in the image forming apparatus described in
これに対して、本実施の形態では、シリアル通信時に間欠的に伝送されるシリアル通信用の高精度なクロック信号MCLKを用いて、内部発振器106の周波数を補正することによって、スレーブの内部発振器106で生成される内部クロック信号SCLKの周波数の補正をデータ通信と平行して実施することができる。
On the other hand, in the present embodiment, the slave
内部発振器106が生成する内部クロック信号SCLKの周波数によって撮像用モジュール302に搭載されたイメージセンサの光量計測時間が変動する。内部発振器106が生成する内部クロック信号SCLKの周波数の補正量が大きくなると補正前と補正後の光量計測時間の差異が大きくなる。これによって、撮像用モジュール302が生成する撮像画像に斑が生じてしまう。本実施の形態では、1回で内部クロック信号SCLKの周波数を目標周波数Bに補正せずに、複数回にわたって内部クロック信号SCLKを目標周波数Bに徐々に近づくように補正することによって、撮像画像の斑を抑制することを可能とする。
The light amount measurement time of the image sensor mounted on the
実施の形態2
図7は、実施の形態2の周波数制御部105bの構成を表わす図である。ここでは、実施の形態1と同一の内容に対する説明は省略し、差異のみ説明を行う。
Embodiment 2
FIG. 7 is a diagram illustrating the configuration of the frequency control unit 105b according to the second embodiment. Here, the description for the same contents as in the first embodiment is omitted, and only the difference is described.
周波数制御部105bは、LUT204と、演算部202と、DAC203とを備える。
The frequency control unit 105 b includes an
LUT204は、1ワードのデータの送信毎に、周波数測定部104から出力される測定周波数Aを受けて、測定周波数Aに対応する周波数制御値Cの補正値Dを演算部202に出力する。LUT204には、測定周波数Aと目標周波数Bとの差に応じた周波数制御値Cの補正値Dが設定されている。
The
測定周波数Aが目標周波数Bよりも大きい場合には、周波数制御値Cを小さくする補正値Dが設定されている。測定周波数Aが目標周波数Bよりも小さい場合には、周波数制御値Cを大きくする補正値Dが設定されている。測定周波数Aと目標周波数Bとの差の絶対値が大きいほど、周波数制御値Cの補正値Dが大きい。より好ましくは、1回の補正で、周波数制御値Cが目標周波数Bまたは目標周波数Bに近い周波数となるような補正値Dが定められている。 When the measurement frequency A is higher than the target frequency B, a correction value D that decreases the frequency control value C is set. When the measurement frequency A is smaller than the target frequency B, a correction value D that increases the frequency control value C is set. The greater the absolute value of the difference between the measurement frequency A and the target frequency B, the greater the correction value D of the frequency control value C. More preferably, the correction value D is determined such that the frequency control value C becomes a target frequency B or a frequency close to the target frequency B by one correction.
演算部202は、LUT204から送られる補正値Dに基づいて、周波数制御値Cを出力する。演算部202は、内部に前回の周波数補正時の周波数制御値Cを保持するレジスタを有する。演算部202は、前回の周波数制御値Cに対して、LUT203から送られる補正値Dを加えて、周波数制御値Cを更新して出力する。より好ましくは、1回の周波数補正で内部クロック信号SCLKの周波数が目標周波数Bまたは目標周波数Bに近い周波数に補正される。
The
DAコンバータ203は、演算部202から出力されるデジタルの周波数制御値Cをアナログの周波数制御値Cに変換する。
The
図8は、実施の形態2における内部クロック信号SCLKの周波数補正のタイミングチャートである。 FIG. 8 is a timing chart of frequency correction of internal clock signal SCLK in the second embodiment.
図8には、シリアル通信用のクロック信号MCLKと、マスタからスレーブに対して送信されるシリアル通信用のデータ信号DATA_Iと、スレーブ側の内部発振器106から出力される内部クロック信号SCLKと、内部クロック信号SCLKの周波数が示されている。
FIG. 8 shows a serial communication clock signal MCLK, a serial communication data signal DATA_I transmitted from the master to the slave, an internal clock signal SCLK output from the slave-side
内部発振器106のパルス数のカウント動作の開始、終了については実施の形態1と同一であるため、説明を繰り返さない。
Since the start and end of the counting operation of the number of pulses of the
第1のシリアル通信において、スレーブ側の撮像用モジュール302は、タイミングt0にシリアル通信用のクロック信号MCLKを受ける。
In the first serial communication, the
タイミングt1において、クロック信号MCLKが最初に立ち下がる。タイミングt1に周波数測定部104が、内部発振器106の出力のパルスのカウント動作を開始する。カウント動作は、1ワード送信時の最終クロックの立ち下がりエッジのタイミングt2まで継続する。
At timing t1, the clock signal MCLK first falls. At timing t1, the
周波数測定部104は、タイミングt1からタイミングt2までにおいて内部発振器106から出力される内部クロック信号SCLKのパルス数を測定周波数Aに変換して周波数制御部105bに出力する。周波数制御部105bでは、LUT204は、測定周波数Aに対応する補正値Dを演算部202に出力する。演算部202およびDAC203は、補正値Dに基づいて、更新した周波数制御値Cを内部発振器106に出力する。内部発振器106は、受信した周波数制御値Cに基づいて、発振周波数を補正する。これによって、内部クロック信号SCLKの周波数が補正される。
The
本実施の形態では、内部クロック信号SCLKの周波数は、1回の補正で、目標周波数Bと一致または近くなるように補正される。タイミングt2に1回目の周波数の補正を実施した段階で、内部クロック信号SCLKの周波数が、目標周波数Bまたは目標周波数Bに近い周波数に補正される。 In the present embodiment, the frequency of the internal clock signal SCLK is corrected so as to match or be close to the target frequency B by one correction. When the first frequency correction is performed at timing t2, the frequency of the internal clock signal SCLK is corrected to the target frequency B or a frequency close to the target frequency B.
シリアル通信を行なっていない時間であるタイミングt2からタイミングt3まではシリアル通信のクロック信号MCLKが入力されないため、補正動作を行なわない。 Since the clock signal MCLK for serial communication is not input from timing t2 to timing t3, which is the time when serial communication is not performed, no correction operation is performed.
第2のシリアル通信および第3のシリアル通信時の周波数補正動作も同様である。第2および第3のシリアル通信時の1ワード送信時の最終クロックの立ち下がりエッジのタイミングt5、t8において、周波数が補正される。 The same applies to the frequency correction operation during the second serial communication and the third serial communication. The frequency is corrected at timings t5 and t8 of the falling edge of the final clock when one word is transmitted in the second and third serial communications.
次に、実施の形態2の効果について説明する。
通常、撮像装置ではマスタとスレーブ間でシリアル通信によるデータの送受が頻繁に繰り返されるが、仮に2回の撮像動作のうち1回目の撮像後にシリアル通信を一定期間行なわず2回目の撮像動作を実施したとする。つまり、1回目の撮像動作が、内部クロック信号SCLKの周波数が目標周波数Bで撮像されたとして、1回目の撮像後、シリアル通信を一定期間行なわないために、周波数の補正が実施されず、内部発振器106の周波数が目標周波数Bからずれて、その差が大きくなったとなる。この状態で、2回目の撮像を行なった場合において、内部クロック信号SCLKの周波数を目標周波数Bに近づくよう段階的に補正すると、2回目の撮像時時には、1回目の撮像時から変動した光量計測時間が1段階分補正されたのみなので、1回目撮像時と2回目撮像時の撮像画像の明暗差が大きくなる。
Next, the effect of Embodiment 2 is demonstrated.
Normally, in an imaging device, transmission and reception of data by serial communication are frequently repeated between the master and the slave. However, the second imaging operation is performed without performing serial communication for a certain period after the first imaging among the two imaging operations. Suppose that That is, in the first imaging operation, assuming that the frequency of the internal clock signal SCLK is captured at the target frequency B, the serial communication is not performed for a certain period after the first imaging. The frequency of the
本実施の形態では、1回の周波数補正で、内部クロック信号SCLKの周波数を目標周波数Bまたは目標周波数Bに近い周波数に補正することが可能である。したがって、前述の1回目撮像時点から周波数補正が一定期間実施されず2回目の撮像を行なった場合において、1回目撮像時と2回目撮像時の撮像画像の明暗差を小さくすることができる。 In the present embodiment, the frequency of the internal clock signal SCLK can be corrected to the target frequency B or a frequency close to the target frequency B by one frequency correction. Therefore, in the case where the frequency correction is not performed for a certain period from the time of the first imaging described above and the second imaging is performed, the difference in brightness between the captured images at the first imaging and the second imaging can be reduced.
実施の形態3
図9は、実施の形態3の画像処理装置の構成を表わす図である。
Embodiment 3
FIG. 9 is a diagram illustrating the configuration of the image processing apparatus according to the third embodiment.
マザーボード301をマスタ、撮像用モジュール302をスレーブとする。
実施の形態3の画像処理装置では、マザーボード301と撮像用モジュール302とが、クロック信号線CLKと、データ信号DATA_Iの信号線MOSIと、データ信号DATA_Oの信号線MISOとで接続される。
The
In the image processing apparatus according to the third embodiment, the
撮像用モジュール302は、イメージセンサ304と、AFE(Analog Front End)303とを備える。
The
AFE303は、増幅器307と、ADC306と、デジタル画像処理部305と、タイミング設定部309とを備える。
The
タイミング設定部309は、内部クロック生成回路101と、タイミング制御部308とを備える。
The
タイミング制御部308は、内部クロック生成回路101から出力される内部クロック信号SCLKに基づいて、イメージセンサ304、ADC306、およびデジタル画像処理部305の動作タイミングを指示するタイミング信号をイメージセンサ304、ADC306、およびデジタル画像処理部305に送る。また、タイミング制御部308は、内部クロック信号SCLKの周波数を補正するタイミングを指示するタイミング信号FCALを内部クロック生成回路101内の周波数制御部105aに送る。タイミング制御部308は、撮像した画像に影響を及ぼさないように、イメージセンサ304が撮像に寄与しない有効画素外の領域を走査する期間(以下、ブランキング期間と称する)において、タイミング信号FCALをハイレベルに設定する。
Based on the internal clock signal SCLK output from the internal
内部クロック生成回路101は、実施の形態1と同様である。内部クロック生成回路101内の周波数制御部105aは、タイミング制御部308から出力されるタイミング信号FCALがハイレベルのときに、内部クロック生成回路101内の内部発振器106の発振周波数を補正する。
The internal
イメージセンサ304は、撮像動作において被写体の光量を電気信号に変換する。
増幅器307は、イメージセンサ304から出力される電気信号を増幅する。
The
The
ADC306は、増幅器307において増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。
The
デジタル画像処理部305は、ADC306から出力されるデジタル信号を処理する。デジタル画像処理部305において処理された画像データは、信号線MISOを介してマスタであるマザーボード301に送信される。
The digital
図10は、実施の形態3における内部クロック信号SCLKの周波数補正のタイミングチャートである。 FIG. 10 is a timing chart of frequency correction of internal clock signal SCLK in the third embodiment.
図10には、シリアル通信用のクロック信号MCLKと、マスタからスレーブに対して送信されるシリアル通信用のデータ信号DATA_Iと、タイミング信号FCALと、スレーブ側の内部発振器106から出力される内部クロック信号SCLKと、内部クロック信号SCLKの周波数が示されている。
FIG. 10 shows a serial communication clock signal MCLK, a serial communication data signal DATA_I transmitted from the master to the slave, a timing signal FCAL, and an internal clock signal output from the slave-side
内部発振器106のパルス数のカウント動作の開始、終了については実施の形態1と同一であるため、説明を繰り返さない。
Since the start and end of the counting operation of the number of pulses of the
ここでは、第1のシリアル通信の期間がブランキング期間であるとする。タイミング制御部308は、第1のシリアル通信の期間、タイミング信号FCALをハイレベルに設定する。
Here, it is assumed that the first serial communication period is a blanking period. The
タイミング制御部308から内部クロック生成回路101に対して出力する周波数補正のタイミング信号FCALによって周波数補正動作が制御される。
The frequency correction operation is controlled by a frequency correction timing signal FCAL output from the
タイミングt1において、第1のシリアル通信の1クロック目が立ち下がる。タイミングt1から、内部発振器106の出力のパルス数のカウント動作が開始される。タイミングt2の1ワード送信時の最終クロックの立ち下がりエッジまでカウント動作が継続される。
At timing t1, the first clock of the first serial communication falls. From timing t1, counting of the number of pulses output from the
第1のシリアル通信の最終クロックの立ち下がりのタイミングにおいて、タイミング信号FCALがハイレベルに設定されているので、内部クロック生成回路101の周波数制御部105aは、実施の形態1と同様の方法で、内部発振器106の発振周波数を補正することによって、内部クロック信号SCLKの周波数を補正する。
Since the timing signal FCAL is set to the high level at the falling timing of the final clock of the first serial communication, the
タイミング制御部308は、第1のシリアル通信の期間の終了後、タイミング信号FCALをロウレベルに設定する。
The
タイミングt4に示す第2のシリアル通信の1クロック目の立ち下がりエッジから同様にカウント動作を実施する。タイミングt5に示す第2のシリアル通信の1ワード送信時の最終クロックの立ち下がりのタイミングでは、タイミング信号FCALがロウレベルである。よって、内部クロック生成回路101の周波数制御部105aは、内部発振器106の発振周波数を補正しない。
The count operation is similarly performed from the falling edge of the first clock of the second serial communication indicated at the timing t4. The timing signal FCAL is at the low level at the falling timing of the final clock when transmitting one word of the second serial communication at the timing t5. Therefore, the
本実施の形態では、ブランキング期間にのみ内部クロック信号SCLKの周波数を補正し、その他の画素領域を走査している期間では、内部クロック信号SCLKの周波数を補正しないので、撮像画像における斑の発生を抑制することができる。 In this embodiment, the frequency of the internal clock signal SCLK is corrected only during the blanking period, and the frequency of the internal clock signal SCLK is not corrected during the period during which other pixel regions are scanned. Can be suppressed.
(変形例)
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、たとえば、以下のような変形例も含まれる。
(Modification)
The present invention is not limited to the above embodiment, and includes, for example, the following modifications.
(1)実施の形態2では、LUTを用いて1回の補正で、内部クロック信号SCLKの周波数を目標周波数Bに補正したが、これに限定されるものではない。LUTを用いて、内部クロック信号SCLKの周波数が目標周波数Bに近づくように段階的に補正することとしてもよい。 (1) In the second embodiment, the frequency of the internal clock signal SCLK is corrected to the target frequency B by one correction using the LUT. However, the present invention is not limited to this. Using the LUT, the frequency of the internal clock signal SCLK may be corrected step by step so as to approach the target frequency B.
(2)実施の形態3において、周波数制御部105aは、ブランキング期間だけ内部クロック信号SCLKの周波数を補正する第1のモードと、ブランキング期間に係らず内部クロック信号SCLKの周波数を補正する第2のモードとを有するものとしてもよい。マスタ側のマザーボード301からスレーブ側の撮像用モジュール302に、データ信号DATA_Iによって、モードを切り替える指示が送られるものとしてもよい。
(2) In the third embodiment, the
(3)本実施の形態では、内部発振器106から出力される内部クロック信号SCLKは、内部発振器から直接生成され、内部発振器106の発振周波数と内部クロック信号SCLKの周波数は同一であるものとしたが、これに限定されるものではない。
(3) In this embodiment, the internal clock signal SCLK output from the
内部発振器106から出力される内部クロック信号SCLKは、内部発振器106によって生成されたクロックを分周したクロックとしてもよい。この場合、内部クロック信号SCLKの周波数は、内部発振器106の周波数の(1/n)倍となる。nは整数である。
The internal clock signal SCLK output from the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
101 内部クロック生成回路、102 状態検出部、103 状態制御部、104 周波数測定部、105a,105b 周波数制御部、106 内部発振器、107 SPI通信部、108 スイッチ、201 比較部、202 演算部、203 DAコンバータ、204 LUT、301 マザーボード、302 撮像用モジュール、303 アナログフロントエンド、304 イメージセンサ、305 画像処理部、306 ADコンバータ、307 増幅器、308 タイミング制御部、309 タイミング生成部、IV1〜IV10 インバータ、NOR1,NOR2 否定論理和回路、C1〜C14 容量素子、N1〜N14 NMOSトランジスタ。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記シリアル通信用のクロック信号よりも低い精度の内部クロック信号を出力する内部発振器と、
前記第2の装置から送信される前記シリアル通信用のクロック信号に基づいて、前記内部発振器から出力される内部クロック信号の周波数を測定する周波数測定部と、
前記測定された周波数と目標周波数とに基づいて、前記内部発振器から出力される前記内部クロック信号の周波数を補正する周波数制御部とを備えた、内部クロック生成回路。 An internal clock generation circuit in a first device capable of serial communication with a second device that generates a clock signal for serial communication,
An internal oscillator that outputs an internal clock signal with lower accuracy than the clock signal for serial communication;
A frequency measurement unit that measures the frequency of the internal clock signal output from the internal oscillator based on the serial communication clock signal transmitted from the second device;
An internal clock generation circuit comprising: a frequency control unit that corrects the frequency of the internal clock signal output from the internal oscillator based on the measured frequency and the target frequency.
前記第2の装置から前記定められたビット単位の送信時に前記最初に供給される前記シリアル通信用のクロック信号の立下りエッジのタイミングから前記最後に供給される前記シリアル通信用のクロック信号の立下がりエッジのタイミングまでの期間において、前記スイッチをオンにする状態制御部を備える、請求項2記載の内部クロック生成回路。 A switch provided in a front stage of the frequency measurement unit, for receiving the clock signal for serial communication;
The rising edge of the clock signal for serial communication supplied last from the timing of the falling edge of the clock signal for serial communication supplied first at the time of transmission of the predetermined bit unit from the second device. The internal clock generation circuit according to claim 2, further comprising a state control unit that turns on the switch during a period up to a timing of a falling edge.
前記内部発振器は、水晶振動子を使用せずに、前記内部クロック信号を生成する、請求項1記載の内部クロック生成回路。 The serial communication clock signal is generated by an oscillator using a crystal resonator,
The internal clock generation circuit according to claim 1, wherein the internal oscillator generates the internal clock signal without using a crystal resonator.
前記内部クロック信号に基づいて動作するイメージセンサとを備えた撮像用モジュール。 An internal clock generation circuit according to any one of claims 1 to 9,
An imaging module comprising: an image sensor that operates based on the internal clock signal.
前記第1の装置であって、スレーブ装置として機能する請求項10または11記載の撮像用モジュールとを備えた画像処理装置。
A motherboard that is the second device and functions as a master device;
An image processing apparatus comprising the imaging module according to claim 10, wherein the image processing module is the first apparatus and functions as a slave apparatus.
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