JP2021111926A - Imaging apparatus and control method thereof - Google Patents

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Abstract

To provide an imaging apparatus and a control method thereof that can detect an appropriate luminance level in a correlated double sampling circuit even when the waveform of an imaging signal output from an imaging element fluctuates.SOLUTION: A digital video camera includes a CMOS sensor 100 that includes a plurality of pixels and outputs a charge generated by photoelectric conversion for each pixel as an imaging signal in synchronization with a transfer CLK signal, a CLK signal generation unit in CMOS which generates a transfer CLK signal and a reference CLK signal based on the transfer CLK signal, a CDS unit 103 that detects the black level and the brightness level of the imaging signal at predetermined timing, a timing detection unit 111 that detects fluctuations in the reference CLK signal, and a CPU 113 that changes the timing to detect the black level and the brightness level of the imaging signal according to the fluctuation of the reference CLK signal.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、デジタルビデオカメラ等の撮像装置及びその制御方法に関する。 The present invention relates to an imaging device such as a digital video camera and a control method thereof.

CMOSセンサやCCDセンサ等の撮像素子により撮像を行うデジタルビデオカメラ等の撮像装置では、撮像素子のフォトダイオードから出力されるアナログ信号の黒レベル及び輝度レベルを相関二重サンプリング回路により検出している。そして、相関二重サンプリング回路から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換することにより画像データを生成している(特許文献1参照)。 In an image pickup device such as a digital video camera that images with an image pickup element such as a CMOS sensor or a CCD sensor, the black level and brightness level of an analog signal output from the photodiode of the image pickup element are detected by a correlated double sampling circuit. .. Then, the image data is generated by converting the analog signal output from the correlated double sampling circuit into a digital signal (see Patent Document 1).

特開2012−228451号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-228451

フォトダイオードから出力されるアナログ信号の波形にはばらつきがあり、このようなばらつきが生じる1つの原因として、温度による波形歪が挙げられる。上記特許文献1では、撮像素子の近傍の温度を検出することにより、相関二重サンプリング回路での検出タイミングを補正しているが、波形のばらつきは温度のみならず撮像素子の個々のばらつきにも起因するため、温度のみの補正では十分とは言えない。その結果、相関二重サンプリング回路での黒レベルと輝度レベルの検出タイミングが適正なタイミングからずれてしまい、正しい輝度レベルが検出されないことで、飽和不良や輝度むら、色付き、ノイズ混入等による画質低下が生じてしまう。 The waveform of the analog signal output from the photodiode varies, and one of the causes of such variation is waveform distortion due to temperature. In Patent Document 1, the detection timing in the correlated double sampling circuit is corrected by detecting the temperature in the vicinity of the image sensor, but the variation in the waveform is not only the temperature but also the individual variation of the image sensor. Because of this, it cannot be said that the correction of temperature alone is sufficient. As a result, the detection timing of the black level and the brightness level in the correlated double sampling circuit deviates from the proper timing, and the correct brightness level is not detected, resulting in deterioration of image quality due to poor saturation, uneven brightness, coloring, noise mixing, etc. Will occur.

本発明は、撮像素子から出力される撮像信号の波形が変動しても、相関二重サンプリング回路での適正な輝度レベルの検出を可能とする撮像装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an image pickup apparatus capable of detecting an appropriate luminance level in a correlated double sampling circuit even if the waveform of an image pickup signal output from an image pickup device fluctuates.

本発明に係る撮像装置は、複数の画素を有し、画素ごとに光電変換により生成した電荷を撮像信号として所定の転送CLK信号に同期させて出力する撮像素子と、前記転送CLK信号を生成すると共に前記転送CLK信号に基づく基準CLK信号を生成する生成手段と、前記撮像信号の黒レベルと輝度レベルの差分を所定のタイミングで検出する相関二重サンプリング回路と、前記基準CLK信号の変動に応じて前記所定のタイミングを変更するタイミング制御手段と、を備えることを特徴とする。 The imaging device according to the present invention has a plurality of pixels, and generates an imaging element that outputs the charge generated by photoelectric conversion for each pixel as an imaging signal in synchronization with a predetermined transfer CLK signal, and the transfer CLK signal. In response to the fluctuation of the reference CLK signal, the generation means for generating the reference CLK signal based on the transfer CLK signal, the correlated double sampling circuit that detects the difference between the black level and the brightness level of the imaging signal at a predetermined timing, and the reference CLK signal. It is characterized by comprising a timing control means for changing the predetermined timing.

本発明によれば、撮像素子から出力される撮像信号の波形が変動しても、相関二重サンプリング回路で適正な輝度レベルを検出することが可能となる。 According to the present invention, even if the waveform of the image pickup signal output from the image pickup device fluctuates, it is possible to detect an appropriate luminance level by the correlation double sampling circuit.

本実施形態に係るデジタルビデオカメラの要部のブロック図である。It is a block diagram of the main part of the digital video camera which concerns on this embodiment. CMOSセンサの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of a CMOS sensor. CMOSセンサからの画素信号の読み出しタイミングを説明する図である。It is a figure explaining the reading timing of the pixel signal from a CMOS sensor. CMOSセンサからの出力に対する黒レベル及び輝度レベルの検出タイミングを説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining the detection timing of the black level and the luminance level with respect to the output from a CMOS sensor. マスターCLK信号の分割例とSHP信号、SHD信号の設定例を示す図である。It is a figure which shows the division example of a master CLK signal and the setting example of a SHP signal, SHD signal. 基準CLK信号に基づいてSHP信号及びSHD信号を設定する手法を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining the method of setting the SHP signal and the SHD signal based on the reference CLK signal. CMOSセンサの温度に基づいてSHP信号及びSHD信号を設定するために用いられるテーブルデータである。Table data used to set the SHP and SHD signals based on the temperature of the CMOS sensor. デジタルビデオカメラでの撮像信号の読み出し制御のフローチャートである。It is a flowchart of the reading control of the image pickup signal in a digital video camera. CMOSセンサでのOB領域と有効画素領域を示す図である。It is a figure which shows the OB area and the effective pixel area in a CMOS sensor.

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。図1は、本実施形態に係る撮像装置の一例であるデジタルビデオカメラの要部の構成を示すブロック図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a main part of a digital video camera which is an example of an imaging device according to the present embodiment.

ここでのデジタルビデオカメラの要部とは、光学像を光電変換することによってアナログ信号を生成し、生成されたアナログ信号からデジタル信号からなる画像データを生成するまでの処理に関わる部分をいう。具体的には、デジタルビデオカメラは、その要部として、撮像素子の一例であるCMOSセンサ100と、温度センサ101と、アナログフロントエンド部102(以下「AFE102」と記す)と、エンジン部108とを有する。 The main part of the digital video camera here refers to a part related to processing from generating an analog signal by photoelectric conversion of an optical image and generating image data composed of a digital signal from the generated analog signal. Specifically, the digital video camera has, as its main parts, a CMOS sensor 100 which is an example of an image sensor, a temperature sensor 101, an analog front end part 102 (hereinafter referred to as "AFE102"), and an engine part 108. Has.

CMOSセンサ100は、結像した光学像を1画素ずつアナログ信号に変換し、生成したアナログ信号をAFE部102へ出力する。ここで、CMOSセンサ100の構成について、図2を参照して説明する。図2は、CMOSセンサ100の回路図である。CMOSセンサ100は、PD群201、垂直走査回路群203、垂直線204、列アンプ205、水平走査回路群206、CMOS内CLK信号生成部207及び出力バッファ208を有する。 The CMOS sensor 100 converts the formed optical image into an analog signal pixel by pixel, and outputs the generated analog signal to the AFE unit 102. Here, the configuration of the CMOS sensor 100 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a circuit diagram of the CMOS sensor 100. The CMOS sensor 100 has a PD group 201, a vertical scanning circuit group 203, a vertical line 204, a column amplifier 205, a horizontal scanning circuit group 206, a CLK signal generation unit 207 in CMOS, and an output buffer 208.

PD群201には、光量を電荷に変換するフォトダイオード200(以下「PD_200」と記す)を有する複数の画素が、水平方向及び垂直方向にマトリクス状に配置されている。また、PD群201は、それぞれのPD_200に接続され、PD_200の電荷を電気信号に変換するFDアンプ202を有する。FDアンプ202は、垂直走査回路群203が行を選択するためのスイッチSWに接続されている。PD_200は、蓄積した電荷をゼロにするためのリセット電位ライン(不図示)にスイッチSWを介して接続される。 In the PD group 201, a plurality of pixels having a photodiode 200 (hereinafter referred to as “PD_200”) that converts an amount of light into an electric charge are arranged in a matrix in the horizontal and vertical directions. Further, the PD group 201 has an FD amplifier 202 connected to each PD_200 and converting the electric charge of the PD_200 into an electric signal. The FD amplifier 202 is connected to a switch SW for the vertical scanning circuit group 203 to select a row. The PD_200 is connected to a reset potential line (not shown) for reducing the accumulated charge to zero via a switch SW.

垂直走査回路群203は、FDアンプ202に接続されたスイッチSWをオン/オフすることにより、画素信号(FDアンプ202により電気信号に変換されたPD_200の電荷)をFDアンプ202を通じて1行ずつ垂直線204へ出力する。垂直線204は、列ごとにPD_200及び列アンプ205に接続されており、選択された行の画素出力を列アンプ205へ出力する。 The vertical scanning circuit group 203 vertically turns a pixel signal (charge of PD_200 converted into an electric signal by the FD amplifier 202) line by line through the FD amplifier 202 by turning on / off the switch SW connected to the FD amplifier 202. Output to line 204. The vertical line 204 is connected to the PD_200 and the column amplifier 205 for each column, and outputs the pixel output of the selected row to the column amplifier 205.

列アンプ205は、行ごとに出力される画素信号を所望のレベルに増幅する。垂直線204のそれぞれに1つの列アンプ205が接続されており、画素信号は1行ずつ水平走査回路群206へ出力される。水平走査回路群206は、列アンプ205から出力される1行分の画素信号を、1画素ずつCMOS内CLK信号生成部207から出力される転送CLK信号に同期させて、順次、出力バッファ208を通じて、AFE部102へ出力する。以下、出力バッファ208からAFE部102へ出力されるアナログ信号を「撮像信号A」と称呼する。 The column amplifier 205 amplifies the pixel signal output row by row to a desired level. One column amplifier 205 is connected to each of the vertical lines 204, and the pixel signals are output line by line to the horizontal scanning circuit group 206. The horizontal scanning circuit group 206 synchronizes the pixel signal for one row output from the column amplifier 205 with the transfer CLK signal output from the CLK signal generation unit 207 in the CMOS one pixel at a time, and sequentially passes through the output buffer 208. , Output to AFE unit 102. Hereinafter, the analog signal output from the output buffer 208 to the AFE unit 102 is referred to as an “imaging signal A”.

CMOS内CLK信号生成部207は、AFE部102から送信される読み出しCLK信号に基づいて転送CLK信号と基準CLK信号を生成する。転送CLK信号は水平走査回路群206へ送られ、基準CLK信号はエンジン部108へ送られる。出力バッファ208は、水平走査回路群206から出力される画素信号を、1画素ずつ、電気的にインピーダンス変換し又は増幅し、転送CLK信号に同期させてAFE部102へ出力する。 The CMOS signal generation unit 207 generates a transfer CLK signal and a reference CLK signal based on the read CLK signal transmitted from the AFE unit 102. The transfer CLK signal is sent to the horizontal scanning circuit group 206, and the reference CLK signal is sent to the engine unit 108. The output buffer 208 electrically converts or amplifies the pixel signals output from the horizontal scanning circuit group 206 pixel by pixel, and outputs them to the AFE unit 102 in synchronization with the transfer CLK signal.

図1の説明に戻る。温度センサ101は、CMOSセンサ100自体又はその近傍の温度検出を行う。AFE部102は、主にVD信号とHD信号に基づいて、CMOSセンサ100に対して画素信号を1行ずつ順次読み出すためのタイミング信号を生成し、CMOSセンサ100に供給する。なお、VD信号は1フレーム分の読み出し基準信号であり、HD信号1ライン分の読み出し基準信号である。AFE部102は、CMOSセンサ100から出力される撮像信号Aをデジタル信号に変換してエンジン部108へ出力する。 Returning to the description of FIG. The temperature sensor 101 detects the temperature of the CMOS sensor 100 itself or its vicinity. The AFE unit 102 generates a timing signal for sequentially reading the pixel signals line by line from the CMOS sensor 100 based mainly on the VD signal and the HD signal, and supplies the timing signal to the CMOS sensor 100. The VD signal is a read reference signal for one frame, and is a read reference signal for one HD signal line. The AFE unit 102 converts the imaging signal A output from the CMOS sensor 100 into a digital signal and outputs it to the engine unit 108.

AFE部102は、より具体的には、CDS部103(相関二重サンプリング回路)、A/D変換部104、転送部105、タイミング制御部106及び読み出しCLK信号生成部107を有する。CDS部103は、撮像信号Aの黒レベルを検出するタイミングを指示するSHP信号と輝度レベルを検出するタイミングを指示するSHD信号に従って輝度レベルと黒レベルの差分を検出して保持し、A/D変換部104へ出力する。A/D変換部104は、CDS部103から出力される輝度信号をデジタル信号に変換して転送部105へ出力する。 More specifically, the AFE unit 102 includes a CDS unit 103 (correlation double sampling circuit), an A / D conversion unit 104, a transfer unit 105, a timing control unit 106, and a read CLK signal generation unit 107. The CDS unit 103 detects and holds the difference between the luminance level and the black level according to the SHP signal indicating the timing for detecting the black level of the imaging signal A and the SHD signal indicating the timing for detecting the luminance level, and A / D. Output to the conversion unit 104. The A / D conversion unit 104 converts the luminance signal output from the CDS unit 103 into a digital signal and outputs it to the transfer unit 105.

転送部105は、A/D変換部104から転送されてきたデジタル信号を、LVDS等の所定のフォーマットに変換した信号(以下「撮像信号D」という)を生成し、エンジン部108へ転送する。タイミング制御部106は、エンジン部108により設定され、SHP信号、SHD信号及びADCLK信号を出力する。なお、ADCLK信号は、A/D変換を行うためのクロック信号である。読み出しCLK信号生成部107は、エンジン部108より出力されるマスターCLK信号に基づいて1画素の画素信号を読み出すための読み出しCLK信号を生成し、CMOSセンサ100に供給する。 The transfer unit 105 generates a signal (hereinafter referred to as “imaging signal D”) obtained by converting the digital signal transferred from the A / D conversion unit 104 into a predetermined format such as LVDS, and transfers the digital signal to the engine unit 108. The timing control unit 106 is set by the engine unit 108 and outputs an SHP signal, an SHD signal, and an ADCLK signal. The ADCLK signal is a clock signal for performing A / D conversion. The read CLK signal generation unit 107 generates a read CLK signal for reading a pixel signal of one pixel based on the master CLK signal output from the engine unit 108, and supplies the read CLK signal to the CMOS sensor 100.

エンジン部108は、内部にCPUを備えており、主に、読み出し基準信号であるVD信号とHD信号をAFE部102に出力し、AFE部102から出力される撮像信号Dに所定の画像処理を施して画像データを生成し、不図示の後段へ出力する。 The engine unit 108 has a CPU inside, and mainly outputs VD signals and HD signals which are read reference signals to the AFE unit 102, and performs predetermined image processing on the image pickup signal D output from the AFE unit 102. Image data is generated and output to the subsequent stage (not shown).

エンジン部108は、より具体的には、エンジン内CLK信号生成部109、PLL部110、タイミング検出部111、画像処理部112及びCPU_113を有する。エンジン内CLK信号生成部109は、1画素の画素信号を読み出す基準信号となるマスターCLK信号を生成し、AFE部102の読み出しCLK信号生成部107とPLL部110へ出力する。PLL部110は、入力されたマスターCLK信号を逓倍する回路であり、本実施形態では16逓倍であるとする。 More specifically, the engine unit 108 includes an in-engine CLK signal generation unit 109, a PLL unit 110, a timing detection unit 111, an image processing unit 112, and a CPU_113. The in-engine CLK signal generation unit 109 generates a master CLK signal that serves as a reference signal for reading a pixel signal of one pixel, and outputs the master CLK signal to the read CLK signal generation unit 107 and the PLL unit 110 of the AFE unit 102. The PLL unit 110 is a circuit that multiplies the input master CLK signal, and is assumed to be multiplied by 16 in this embodiment.

タイミング検出部111は、PLL部110から入力される逓倍されたCLK信号とCMOSセンサ100から入力される基準CLK信号とを比較し、基準CLK信号の変動方向と変動量を検出する。そして、タイミング検出部111は、基準CLK信号の変動検出結果に基づいてタイミング制御部106にSHP信号、SHD信号及びADCLK信号を設定する。画像処理部112は、AFE部102の転送部105から入力される撮像信号DのOBクランプ処理やホワイトバランス補正等の各種の画像処理を行って画像データを生成し、表示装置や記憶装置(共に不図示)等の後段へ出力する。CPU_113は、エンジン部108内の各ブロックのみならず、CMOSセンサ100及びAFE部102の制御を司る。 The timing detection unit 111 compares the multiplied CLK signal input from the PLL unit 110 with the reference CLK signal input from the CMOS sensor 100, and detects the fluctuation direction and the fluctuation amount of the reference CLK signal. Then, the timing detection unit 111 sets the SHP signal, the SHD signal, and the ADCLK signal in the timing control unit 106 based on the fluctuation detection result of the reference CLK signal. The image processing unit 112 performs various image processing such as OB clamping processing and white balance correction of the image pickup signal D input from the transfer unit 105 of the AFE unit 102 to generate image data, and displays and stores the image data (both). Output to the subsequent stage such as (not shown). The CPU_113 controls not only each block in the engine unit 108 but also the CMOS sensor 100 and the AFE unit 102.

次に、CMOSセンサ100からの撮像信号Aの読み出しについて説明する。デジタルビデオカメラに電源が投入されると、CPU_113はデジタルビデオカメラの初期設定を行う。その1つとして、CPU_113は、タイミング検出部111を経由して、AFE部102内のタイミング制御部106の初期設定を行う。タイミング制御部106の初期設定では、SHP信号(撮像信号Aの黒レベルを検出するタイミング)、SHD信号(撮像信号Aの輝度レベルを検出するタイミング)、ADCLK信号(A/D変換を行うタイミング)が設定される。また、エンジン内CLK信号生成部109が、1画素の画素信号を読み出すためのマスターCLK信号を読み出しCLK信号生成部107へ出力する。なお、本実施形態では、マスターCLK信号を36MHzとするが、これに限られるものではない。 Next, reading of the image pickup signal A from the CMOS sensor 100 will be described. When the power of the digital video camera is turned on, the CPU_113 performs the initial setting of the digital video camera. As one of them, the CPU_113 performs initial setting of the timing control unit 106 in the AFE unit 102 via the timing detection unit 111. In the initial setting of the timing control unit 106, the SHP signal (timing to detect the black level of the imaging signal A), the SHD signal (timing to detect the brightness level of the imaging signal A), and the ADCLK signal (timing to perform A / D conversion). Is set. Further, the in-engine CLK signal generation unit 109 reads the master CLK signal for reading the pixel signal of one pixel and outputs it to the CLK signal generation unit 107. In the present embodiment, the master CLK signal is set to 36 MHz, but the present invention is not limited to this.

また、エンジン部108は、VD信号とHD信号をAFE部102へ出力する。VD信号は、フレームレートに対応しており、例えば60fpsであれば16.6ms(ミリ秒)ごとに出力される。一方、HD信号は、水平方向の1行分の撮像信号を読み出すために必要とされる時間間隔で出力される。 Further, the engine unit 108 outputs the VD signal and the HD signal to the AFE unit 102. The VD signal corresponds to the frame rate, and is output every 16.6 ms (milliseconds) at 60 fps, for example. On the other hand, the HD signal is output at the time interval required to read the imaging signal for one line in the horizontal direction.

AFE部102は、VD信号とHD信号に基づいて、CMOSセンサ100において1フレーム単位で1行ずつ画素信号を読み出すための信号や露光を開始する行を決める信号等を生成し、それらをTG信号としてCMOSセンサ100の垂直走査回路群203へ出力する。CMOSセンサ100は、TG信号のフレーム読み出し開始信号に従って、PD群201の1行目からの画素信号の読み出しを開始する。 Based on the VD signal and the HD signal, the AFE unit 102 generates a signal for reading the pixel signal line by line in the CMOS sensor 100 for each frame, a signal for determining the line for starting exposure, and the like, and generates a TG signal for these signals. Is output to the vertical scanning circuit group 203 of the CMOS sensor 100. The CMOS sensor 100 starts reading the pixel signal from the first row of the PD group 201 according to the frame read start signal of the TG signal.

なお、垂直走査回路群203は、1行目のスイッチSWをオンすると1行目のFDアンプ202を垂直線204とが接続されて、PD_200の電荷がFDアンプ202を介して電気信号として垂直線204に出力され、更に列アンプ205に出力される。列アンプ205は、入力された電気信号を所定のゲインで増幅して、水平走査回路群206へ出力する。 In the vertical scanning circuit group 203, when the switch SW on the first line is turned on, the FD amplifier 202 on the first line is connected to the vertical line 204, and the charge of PD_200 is a vertical line as an electric signal via the FD amplifier 202. It is output to 204, and further output to the column amplifier 205. The column amplifier 205 amplifies the input electric signal with a predetermined gain and outputs it to the horizontal scanning circuit group 206.

図3は、CMOSセンサ100での画素信号の読み出しタイミングを説明する図である。1画素の電気信号を読み出すためのマスターCLK信号が、エンジン部108からAFE_102内の読み出しCLK信号生成部107へ周期Tp[s]で出力される。なお、前述の通りにマスターCLK信号を36MHzであれば、Tpは約27.7[ns]となる。読み出しCLK信号生成部107は、読み出しCLK信号を生成してCMOSセンサ100に出力し、CMOSセンサ100では読み出しCLK信号に従って実際に画素信号の読み出しが行われる。 FIG. 3 is a diagram illustrating a pixel signal reading timing by the CMOS sensor 100. The master CLK signal for reading the electric signal of one pixel is output from the engine unit 108 to the read CLK signal generation unit 107 in AFE_102 at a period of Tp [s]. If the master CLK signal is 36 MHz as described above, Tp is about 27.7 [ns]. The read-out CLK signal generation unit 107 generates a read-out CLK signal and outputs it to the CMOS sensor 100, and the CMOS sensor 100 actually reads out the pixel signal according to the read-out CLK signal.

本実施形態では、1行分の画素信号を読み出すための時間をThd[s]とし、読み出しCLK信号は図3中の位置Aから開始されている。読み出しCLK信号は、図3に示すように、1行分の読み出し時間Thd[s]のマスターCLK信号の、実際に画素信号を読み出す期間を除いた期間をマスクさせた波形となる。この読み出しCLK信号は、CMOS内CLK信号生成部207に入力される。CMOS内CLK信号生成部207は、読み出しCLK信号に基づいて転送CLK信号と基準CLK信号を生成し、転送CLK信号を水平走査回路群206に送信すると共に、基準CLK信号をエンジン部108内のタイミング検出部111に送信する。 In the present embodiment, the time for reading the pixel signal for one line is set to Thd [s], and the read CLK signal starts from the position A in FIG. As shown in FIG. 3, the read-out CLK signal is a waveform obtained by masking the period of the master CLK signal having a read-out time Thd [s] for one line excluding the period in which the pixel signal is actually read out. This read CLK signal is input to the CLK signal generation unit 207 in the CMOS. The CMOS signal generation unit 207 generates a transfer CLK signal and a reference CLK signal based on the read CLK signal, transmits the transfer CLK signal to the horizontal scanning circuit group 206, and transmits the reference CLK signal to the engine unit 108 at the timing. It is transmitted to the detection unit 111.

基準CLK信号は、転送CLK信号と同じ波形又は立ち上がりタイミングが転送CLK信号と同等となるように低インピーダンスで出力され、タイミング検出部111では高インピーダンスで基準CLK信号を受信することで波形変化が生じないようにしている。本実施形態では、基準CLK信号は転送CLK信号と同じ信号として説明するが、信号同士の対応関係が明らかであれば、基準CLK信号は転送CLK信号と異なる信号であってもよい。 The reference CLK signal is output with a low impedance so that the same waveform as the transfer CLK signal or the rise timing is equivalent to the transfer CLK signal, and the timing detection unit 111 receives the reference CLK signal with a high impedance to cause a waveform change. I try not to. In the present embodiment, the reference CLK signal is described as the same signal as the transfer CLK signal, but the reference CLK signal may be a signal different from the transfer CLK signal as long as the correspondence between the signals is clear.

図4は、CMOSセンサ100から出力される撮像信号Aに対する黒レベル及び輝度レベルの検出タイミング(転送CLK信号、撮像信号A、SHP信号及びSHD信号の関係)を示す図である。図4に示す「Tpix期間」は、1画素の画素信号を読み出す間隔であり、マスターCLK信号の1CLK信号期間に対応し、また、読み出しCLK信号の1CLK信号分に相当する。 FIG. 4 is a diagram showing the detection timing of the black level and the luminance level with respect to the image pickup signal A output from the CMOS sensor 100 (relationship between the transfer CLK signal, the image pickup signal A, the SHP signal, and the SHD signal). The “Tpix period” shown in FIG. 4 is an interval for reading a pixel signal of one pixel, corresponds to a 1 CLK signal period of the master CLK signal, and corresponds to 1 CLK signal of the read CLK signal.

CMOS内CLK信号生成部207は、読み出しCLK信号に対して遅延時間Tdl[s]を持った転送CLK信号と基準CLK信号を生成し、生成した転送CLK信号を水平走査回路群206へ、基準CLK信号をタイミング検出部111へそれぞれ出力する。遅延時間Tdl[s]は、水平走査回路群206までの配線容量のばらつきやCMOSセンサ100の温度によって変化する。水平走査回路群206は、入力された転送CLK信号の立ち上がりを基準として、列アンプ205の出力を1画素ずつ順次選択して出力バッファ208へ出力する。これにより、アナログ波形を有する撮像信号AがCDS部103に出力される。 The CMOS signal generation unit 207 generates a transfer CLK signal and a reference CLK signal having a delay time Tdl [s] with respect to the read CLK signal, and transmits the generated transfer CLK signal to the horizontal scanning circuit group 206 as a reference CLK. Each signal is output to the timing detection unit 111. The delay time Tdl [s] changes depending on the variation in the wiring capacitance up to the horizontal scanning circuit group 206 and the temperature of the CMOS sensor 100. The horizontal scanning circuit group 206 sequentially selects the output of the column amplifier 205 pixel by pixel with reference to the rising edge of the input transfer CLK signal, and outputs the output to the output buffer 208. As a result, the imaging signal A having an analog waveform is output to the CDS unit 103.

遅延時間Tdl[s]の変化によって転送CLK信号の波形が変化するため、遅延時間Tdl[s]が長くなると撮像信号Aは遅れる方向へ変動し、逆に遅延時間Tdl[s]が短くなると撮像信号Aは早まる方向へに変動する。このようにして、CMOSセンサ100から転送CLK信号に基づいて1画素ずつ撮像信号Aが出力される。 Since the waveform of the transferred CLK signal changes due to the change in the delay time Tdl [s], the imaging signal A fluctuates in the delayed direction when the delay time Tdl [s] becomes long, and conversely, when the delay time Tdl [s] becomes short, the image is imaged. The signal A fluctuates in the faster direction. In this way, the image pickup signal A is output from the CMOS sensor 100 pixel by pixel based on the transfer CLK signal.

CDS部103では、タイミング制御部106から所定のタイミングで入力されるSHP信号に従って黒レベルが、SHD信号に従って輝度レベルが、検出される。マスターCLK信号の周期TpをPLL部110で所定数に分割し、分割された任意の位置にSHP信号とSHD信号が設定される。 The CDS unit 103 detects the black level according to the SHP signal input from the timing control unit 106 at a predetermined timing, and the luminance level according to the SHD signal. The period Tp of the master CLK signal is divided into a predetermined number by the PLL unit 110, and the SHP signal and the SHD signal are set at arbitrary divided positions.

図5は、マスターCLK信号の分割例と、SHP信号とSHD信号の設定例を示す図である。図5には、マスターCLK信号を等間隔で位置t0〜t15(16のタイミング)に16分割した例が示されており、位置t0〜t15の任意のタイミングにSHP信号とSHD信号を設定することができるようになっている。 FIG. 5 is a diagram showing a division example of the master CLK signal and a setting example of the SHP signal and the SHD signal. FIG. 5 shows an example in which the master CLK signal is divided into 16 positions t0 to t15 (16 timings) at equal intervals, and the SHP signal and the SHD signal are set at arbitrary timings at positions t0 to t15. Can be done.

図5には、タイミング制御部106において、SHP信号を位置t3で、SHD信号を位置t12でそれぞれCDS部103へ出力するように設定された例が示されている。また、図4には、SHP信号の立ち上がりタイミングで撮像信号Aのゼロ位置である黒レベルを検出し、SHD信号の立ち上がりタイミングで撮像信号Aの輝度レベルを検出する例が示されており、この場合には輝度レベルLpixを正しく検出することができる。 FIG. 5 shows an example in which the timing control unit 106 is set to output the SHP signal to the CDS unit 103 at the position t3 and the SHD signal at the position t12. Further, FIG. 4 shows an example in which the black level at the zero position of the imaging signal A is detected at the rising timing of the SHP signal and the luminance level of the imaging signal A is detected at the rising timing of the SHD signal. In some cases, the luminance level Lpix can be detected correctly.

なお、図4に示すように、SHP信号は撮像信号Aにおいてノイズ変動がない又は小さいゼロレベル位置に設定され、SHD信号は撮像信号Aにおいて波形の山(ピーク)の位置で平坦となる位置に設定される。 As shown in FIG. 4, the SHP signal is set to a zero level position where there is no noise fluctuation or is small in the image pickup signal A, and the SHD signal is set to a position where the image pickup signal A is flat at the position of the peak of the waveform. Set.

CDS部103で検出された輝度レベルの信号は、タイミング制御部106で設定されたADCLK信号に従ってA/D変換部104においてA/D変換される。デジタル信号に変換された輝度レベルの信号は、転送部105においてLVDS等の所定の伝送フォーマットの撮像信号Dに変換されて、エンジン部108内の画像処理部112へ送信される。画像処理部112では、詳細な説明を省略するが、デジタルゲイン、ホワイトバランス、ガンマ補正等の画像処理を行って画像データを生成し、表示装置や記憶装置(共に不図示)等の後段へ出力する。このようにして、CMOSセンサ100の各画素から出力される画素信号から画像データが生成される。 The brightness level signal detected by the CDS unit 103 is A / D converted by the A / D conversion unit 104 according to the ADCLK signal set by the timing control unit 106. The brightness level signal converted into a digital signal is converted into an image pickup signal D of a predetermined transmission format such as LVDS by the transfer unit 105 and transmitted to the image processing unit 112 in the engine unit 108. Although detailed description is omitted, the image processing unit 112 performs image processing such as digital gain, white balance, and gamma correction to generate image data, and outputs the image data to a subsequent stage such as a display device or a storage device (both not shown). do. In this way, image data is generated from the pixel signals output from each pixel of the CMOS sensor 100.

ところで、撮像信号Aはアナログ信号である。そのため、CMOSセンサ100が高温になると、撮像信号Aにノイズが乗りやすくなり、また、読み出しCLK信号の変動によって撮像信号AがSHP信号及びSHD信号に対してずれてくる。その結果、CDS部103において、正しい輝度レベルを検出することができなくなる。そこで、基準CLK信号に基づいてタイミング検出部111でSHP信号及びSHD信号を設定する手法について、図6を参照して説明する。 By the way, the imaging signal A is an analog signal. Therefore, when the temperature of the CMOS sensor 100 becomes high, noise is likely to be added to the image pickup signal A, and the image pickup signal A shifts from the SHP signal and the SHD signal due to the fluctuation of the read CLK signal. As a result, the CDS unit 103 cannot detect the correct luminance level. Therefore, a method of setting the SHP signal and the SHD signal by the timing detection unit 111 based on the reference CLK signal will be described with reference to FIG.

図6(a),(b)はそれぞれ、エンジン部108が基準CLK信号に基づいてSHP信号とSHD信号を適正に設定する手法を説明するタイミングチャートである。PLL部110は、エンジン内CLK信号生成部109が出力するマスターCLK信号を所定数に分割し、タイミング検出部111へ出力する。ここでは、マスターCLK信号を16分割しており、以下、PLL部110により16分割されてタイミング検出部111に出力される信号を「PLL出力」と称呼する。タイミング検出部111は、基準CLK信号の立ち上がりをPLL出力で検出し、タイミング検出信号を生成する。 6 (a) and 6 (b) are timing charts for explaining a method in which the engine unit 108 appropriately sets the SHP signal and the SHD signal based on the reference CLK signal, respectively. The PLL unit 110 divides the master CLK signal output by the in-engine CLK signal generation unit 109 into a predetermined number and outputs the master CLK signal to the timing detection unit 111. Here, the master CLK signal is divided into 16 parts, and hereinafter, the signal divided into 16 parts by the PLL unit 110 and output to the timing detection unit 111 is referred to as “PLL output”. The timing detection unit 111 detects the rising edge of the reference CLK signal with the PLL output and generates a timing detection signal.

図6(a)に示す位置に基準CLK信号がある場合、タイミング検出信号は位置t5で出力され、このタイミング検出信号に基づいてSHP信号とSHD信号の位置が決定される。タイミング検出信号が位置t5で出力される場合、SHP信号は位置t5から1を差し引いた(1つ前の)位置t4に設定され、SHD信号は位置t5に8を加えた(8つ後の)位置t13に設定される。 When there is a reference CLK signal at the position shown in FIG. 6A, the timing detection signal is output at the position t5, and the positions of the SHP signal and the SHD signal are determined based on the timing detection signal. If the timing detection signal is output at position t5, the SHP signal is set to position t4 (one before) minus 1 from position t5, and the SHD signal is position t5 plus 8 (after eight). It is set at position t13.

図6(b)は、基準CLK信号の立ち上がり位置が早まった例を示している。タイミング検出信号が位置t2で出力された場合、SHP信号は位置t1に設定され、SHD信号は位置t13に設定される。なお、タイミング検出部111からタイミング制御部106へSHP信号とSHD信号の位置データを送信することによって、SHP信号とSHD信号を所定のタイミングでCDS部103への出力することができる。 FIG. 6B shows an example in which the rising position of the reference CLK signal is accelerated. When the timing detection signal is output at position t2, the SHP signal is set at position t1 and the SHD signal is set at position t13. By transmitting the position data of the SHP signal and the SHD signal from the timing detection unit 111 to the timing control unit 106, the SHP signal and the SHD signal can be output to the CDS unit 103 at a predetermined timing.

上記説明の通り、本実施形態では、転送CLK信号に相当する基準CLK信号に基づいてSHP信号とSHD信号の位置(SHP信号とSHD信号をCDS部103へ入力するタイミング)を変更可能とする。これにより、CMOSセンサ100から出力される撮像信号Aの輝度レベルを、転送CLK信号の変動に起因する歪みや変化に応じた適切なタイミングで検出することが可能になり、その結果、撮影画像の輝度変動を抑制して画像の品位を高めることが可能になる。 As described above, in the present embodiment, the positions of the SHP signal and the SHD signal (timing at which the SHP signal and the SHD signal are input to the CDS unit 103) can be changed based on the reference CLK signal corresponding to the transfer CLK signal. This makes it possible to detect the luminance level of the image pickup signal A output from the CMOS sensor 100 at an appropriate timing according to the distortion or change caused by the fluctuation of the transfer CLK signal, and as a result, the captured image. It is possible to suppress brightness fluctuations and improve the quality of the image.

さて、撮像信号Aに対するSHP信号とSHD信号の設定は、CMOSセンサ100の温度とSHP信号及びSHD信号の各タイミングとの関係を示すテーブルデータを用いて行うようにしてもよい。図7は、CMOSセンサ100の温度に基づいてSHP信号とSHD信号を適正なタイミングに設定するために用いられるテーブルデータ(タイミング値)の一例を示す図である。図7のテーブルデータは、実験等により得ることができ、エンジン部108(例えば、CPU_113のメモリ等の記憶手段)に保存される。例えば、CMOSセンサ100の温度T3[℃]の場合に、SHP信号はタイミングLhp−t3に設定され、SHD信号はタイミングLhd−t3に設定される。タイミングLhp−t1〜Lhp−tn,Lhd−t1〜Lhd−tnはそれぞれ、PLL部110により所定数に分割された複数のタイミング(図5の16分割の場合には位置t0〜t15)のいずれかに相当する。 By the way, the setting of the SHP signal and the SHD signal with respect to the image pickup signal A may be performed by using the table data showing the relationship between the temperature of the CMOS sensor 100 and each timing of the SHP signal and the SHD signal. FIG. 7 is a diagram showing an example of table data (timing value) used for setting the SHP signal and the SHD signal at appropriate timings based on the temperature of the CMOS sensor 100. The table data of FIG. 7 can be obtained by an experiment or the like, and is stored in the engine unit 108 (for example, a storage means such as a memory of the CPU_113). For example, in the case of the temperature T3 [° C.] of the CMOS sensor 100, the SHP signal is set to the timing Lhp-t3, and the SHD signal is set to the timing Lhd-t3. The timings Lhp-t1 to Lhp-tn and Lhd-t1 to Lhd-tn are each one of a plurality of timings (positions t0 to t15 in the case of 16 divisions in FIG. 5) divided into a predetermined number by the PLL unit 110. Corresponds to.

テーブルデータを用いる場合、先ず、デジタルビデオカメラの起動時にエンジン部108(CPU_113)が温度センサ101によりCMOSセンサの温度を検出する。そして、CPU_113が、テーブルデータを参照して、SHP信号とSHD信号について、CMOSセンサ100の温度に対応したタイミングを選択する。続いて、タイミング検出部111を通じて選択したSHP信号及びSHD信号のタイミングを初期値に設定し、撮像信号Aの読み出しを開始する。また、タイミング検出部111は、図6を参照して説明したように、基準CLK信号からタイミング検出信号を検出し、基準CLK信号のスタート位置を設定する。例えば、図6(a)の場合の基準CLK信号のスタート位置(初期値)は位置t5となる。 When using the table data, first, the engine unit 108 (CPU_113) detects the temperature of the CMOS sensor by the temperature sensor 101 when the digital video camera is started. Then, the CPU_113 selects the timing corresponding to the temperature of the CMOS sensor 100 for the SHP signal and the SHD signal with reference to the table data. Subsequently, the timing of the SHP signal and the SHD signal selected through the timing detection unit 111 is set to the initial value, and the reading of the image pickup signal A is started. Further, the timing detection unit 111 detects the timing detection signal from the reference CLK signal and sets the start position of the reference CLK signal, as described with reference to FIG. For example, the start position (initial value) of the reference CLK signal in the case of FIG. 6A is the position t5.

撮像信号Aを読み出している際に基準CLK信号が変動した場合、次のようにしてSHP信号とSHD信号の位置を変更する。すなわち、基準CLK信号が初期値のタイミングから+αだけ変化した場合、SHP信号とSHD信号の各位置も+αだけ移動させる。例えば、図6(a)の通りに初期値が設定されていた場合に、基準CLK信号の立ち上がりタイミングが位置t5から位置t6へ+1だけ移動したとする。この場合、SHP信号を位置t4から位置t5へ変更し、SHD信号を位置t13から位置t14へ変更する。 If the reference CLK signal fluctuates while reading the image pickup signal A, the positions of the SHP signal and the SHD signal are changed as follows. That is, when the reference CLK signal changes by + α from the timing of the initial value, the positions of the SHP signal and the SHD signal are also moved by + α. For example, when the initial value is set as shown in FIG. 6A, it is assumed that the rising timing of the reference CLK signal moves from the position t5 to the position t6 by +1. In this case, the SHP signal is changed from the position t4 to the position t5, and the SHD signal is changed from the position t13 to the position t14.

同様に、基準CLK信号が初期値のタイミングから−αだけ変化した場合、SHP信号とSHD信号の各位置も−αだけ移動させる。例えば、図6(a)の通りに初期値が設定されていた場合に、基準CLK信号の立ち上がりタイミングが位置t5から位置t4へ−1だけ移動したとする。この場合、SHP信号を位置t4から位置t3へ変更し、SHD信号を位置t13から位置t12へ変更する。このようにして、SHP信号とSHD信号をCDS部103へ入力するタイミングを可変とする。 Similarly, when the reference CLK signal changes by −α from the timing of the initial value, the positions of the SHP signal and the SHD signal are also moved by −α. For example, when the initial value is set as shown in FIG. 6A, it is assumed that the rising timing of the reference CLK signal moves from the position t5 to the position t4 by -1. In this case, the SHP signal is changed from the position t4 to the position t3, and the SHD signal is changed from the position t13 to the position t12. In this way, the timing of inputting the SHP signal and the SHD signal to the CDS unit 103 is variable.

以上述べたように、初期設定されたSHP信号及びSHD信号に対して基準CLK信号が変動した場合には、SHP信号とSHD信号をCDS部103へ入力するタイミングを変更可能とする。これにより、撮像信号Aの変化に対応した輝度レベルの検出が可能となり、画像品位を高めることができる。 As described above, when the reference CLK signal fluctuates with respect to the initially set SHP signal and SHD signal, the timing of inputting the SHP signal and SHD signal to the CDS unit 103 can be changed. As a result, it is possible to detect the brightness level corresponding to the change in the image pickup signal A, and the image quality can be improved.

次に、デジタルビデオカメラでの撮像信号Aの読み出し制御についてフローチャートを参照して説明する。図8は、デジタルビデオカメラでの撮像信号Aの読み出し制御のフローチャートである。図8のフローチャートの各処理は、CPU_113が自身のROMに格納されたプログラムを自身のRAMに展開して、CMOSセンサ100、AFE部102及びエンジン部108の動作を全体的に制御することにより実現される。 Next, the read control of the image pickup signal A in the digital video camera will be described with reference to the flowchart. FIG. 8 is a flowchart of reading control of the image pickup signal A by the digital video camera. Each process of the flowchart of FIG. 8 is realized by the CPU_113 expanding the program stored in its own ROM into its own RAM and controlling the operations of the CMOS sensor 100, the AFE unit 102, and the engine unit 108 as a whole. Will be done.

デジタルビデオカメラの電源をオンにすることで処理が開始される。S801でCPU_113は、温度センサ101によりCMOSセンサ100の温度Tn[℃]を検出する。S802でCPU_113は、図7のテーブルデータから、温度Tn[℃]に近いSHP信号とSHD信号の各データを選択する。S803でCPU_113は、CMOSセンサ100からの画素信号(撮像信号A)の読み出しを開始する。なお、通常は、画素信号の読み出しを開始すると、デジタルビデオカメラの内部温度が上昇する。そのため、S802では、温度センサ101により検出した温度Tn[℃]よりも高く、且つ、温度Tn[℃]に最も近く、更にテーブルデータに存在する温度Tb[℃]でのSHP信号とSHD信号の各データを選択する。 The process starts when the power of the digital video camera is turned on. In S801, the CPU_113 detects the temperature Tn [° C.] of the CMOS sensor 100 by the temperature sensor 101. In S802, the CPU_113 selects each data of the SHP signal and the SHD signal close to the temperature Tn [° C.] from the table data of FIG. In S803, the CPU_113 starts reading the pixel signal (imaging signal A) from the CMOS sensor 100. Normally, when the pixel signal reading is started, the internal temperature of the digital video camera rises. Therefore, in S802, the SHP signal and the SHD signal at the temperature Tb [° C.] which are higher than the temperature Tn [° C.] detected by the temperature sensor 101, are closest to the temperature Tn [° C.], and are present in the table data. Select each data.

S804でCPU_113は、温度センサ101によりCMOSセンサ100の温度を検出する。S805でCPU_113は、S804で検出した温度がTb[℃]か否かを判定する。CPU_113は、S804で検出した温度がTb[℃]であると判定した場合(S805でYES)、処理をS806へ進め、S804で検出した温度がTb[℃]ではないと判定した場合(S805でNO)、処理をS804へ戻す。 In S804, the CPU_113 detects the temperature of the CMOS sensor 100 by the temperature sensor 101. In S805, CPU_113 determines whether or not the temperature detected in S804 is Tb [° C.]. When the CPU_113 determines that the temperature detected in S804 is Tb [° C.] (YES in S805), the process proceeds to S806, and when it is determined that the temperature detected in S804 is not Tb [° C.] (in S805). NO), the process is returned to S804.

S806でCPU_113は、タイミング検出部111により基準CLK信号の位置(立ち上がり位置)を検出し、保持する。こうしてCMOSセンサ100の温度と選択したSHP信号及びSHD信号との対応がとれた基準CLK信号の位置を保持することで、SHP信号とSHD信号をCDS部103へ入力するタイミングを高い精度で設定することが可能となる。なお、CPU_113は、S806で検出された基準CLK信号の変動に応じてSHP信号とSHD信号の各タイミングを変更するように制御を行う。 In S806, the CPU_113 detects and holds the position (rising position) of the reference CLK signal by the timing detection unit 111. By holding the position of the reference CLK signal corresponding to the temperature of the CMOS sensor 100 and the selected SHP signal and SHD signal in this way, the timing of inputting the SHP signal and the SHD signal to the CDS unit 103 is set with high accuracy. It becomes possible. The CPU_113 controls to change the timings of the SHP signal and the SHD signal according to the fluctuation of the reference CLK signal detected in S806.

S807でCPU_113は、基準CLK信号の位置とCMOSセンサ100の温度を検出する。S808でCPU_113は、基準CLK信号の位置とCMOSセンサ100の温度の両方が変化したか否かを判定する。CPU_113は、両方が変化したと判定した場合(S808でYES)、処理をS809へ進め、両方が変化してはいない(基準CLK信号の位置のみが変化した)と判定した場合(S808でNO)、処理をS807へ戻す。S808の判定基準を設けるのは、基準CLK信号の変動は温度による要因が大きく、基準CLK信号がノイズ等の外的要因で変動した場合の誤動作を防ぐためである。但し、温度以外に基準CLK信号が変動する要因がある場合はこの限りではない。 In S807, the CPU_113 detects the position of the reference CLK signal and the temperature of the CMOS sensor 100. In S808, the CPU_113 determines whether or not both the position of the reference CLK signal and the temperature of the CMOS sensor 100 have changed. When the CPU_113 determines that both have changed (YES in S808), the process proceeds to S809, and it is determined that both have not changed (only the position of the reference CLK signal has changed) (NO in S808). , The process is returned to S807. The reason why the determination standard of S808 is provided is that the fluctuation of the reference CLK signal is largely due to the temperature, and malfunction when the reference CLK signal fluctuates due to an external factor such as noise is prevented. However, this does not apply if there is a factor other than the temperature that causes the reference CLK signal to fluctuate.

S809でCPU_113は、黒レベル信号の読み出し時のSHP信号とSHD信号の各タイミングを変更する。S809の処理は、黒レベル信号のクランプ処理を用いて実行される。そこで、黒レベルクランプ処理について説明する。なお、黒レベルクランプ処理は、画像処理部112で行われる。 In S809, the CPU_113 changes the timings of the SHP signal and the SHD signal at the time of reading the black level signal. The processing of S809 is executed by using the clamping processing of the black level signal. Therefore, the black level clamping process will be described. The black level clamping process is performed by the image processing unit 112.

図9は、CMOSセンサ100の色情報を含む輝度レベルを出力する有効画素領域と、遮光されて黒レベルを出力するオプティカルブラック領域(OB領域(遮光領域))の構成を簡易的に示す図である。 FIG. 9 is a diagram simply showing the configuration of an effective pixel region that outputs a luminance level including color information of the CMOS sensor 100 and an optical black region (OB region (light-shielding region)) that outputs a black level after being shielded from light. be.

垂直OB領域900は水平方向に10行程度遮光された領域であり、垂直OB領域900にあるPDからは常に黒レベル信号(VOB)が出力される。水平OB領域901は垂直方向に10列程度遮光された領域であり、水平OB領域901にあるPDからも常に黒レベル信号(HOB)が出力される。有効画素領域902に配置されたPDからは、被写体の撮像信号が出力される。 The vertical OB area 900 is an area in which about 10 lines are shielded in the horizontal direction, and a black level signal (VOB) is always output from the PD in the vertical OB area 900. The horizontal OB region 901 is a region that is shielded from light by about 10 rows in the vertical direction, and a black level signal (HOB) is always output from the PD in the horizontal OB region 901. An imaging signal of the subject is output from the PD arranged in the effective pixel area 902.

VOBとHOBの黒レベルも、有効画素領域902から出力される撮像信号と同様に、転送CLK信号の影響によって変動する。そのため、HOBクランプ処理は、入力されるHOBを下記式1で表されるIIRフィルタに通すフィルタ処理により得られるHOBクランプ値を用いて行われる。なお、下記式1において、‘CLHOB_n’は現在のHOBクランプ値、‘HOB_n’は読み出されたHOBの黒レベル値、‘CLHOB_n−1’は現在の1つの前のHOBクランプ値である。また、‘β’は重み係数であり、0より大きく1より小さい値(0<β<1)を取る。 The black levels of VOB and HOB also fluctuate due to the influence of the transferred CLK signal, similarly to the imaging signal output from the effective pixel area 902. Therefore, the HOB clamp process is performed using the HOB clamp value obtained by the filter process in which the input HOB is passed through the IIR filter represented by the following formula 1. In the following formula 1, ‘CLHOB_n’ is the current HOB clamp value, ‘HOB_n’ is the read HOB black level value, and ‘CLHOB_n-1’ is the current previous HOB clamp value. Further, ‘β’ is a weighting coefficient, and takes a value larger than 0 and smaller than 1 (0 <β <1).

HOBクランプ処理では、水平OB領域901から読み出されるHOBの黒レベル値を下記式1により得られるHOBクランプ値で随時更新し、n行目のHOBの読み出し終了後のHOBクランプ値を有効画素領域902のn行目から減算する。HOBクランプ処理により、垂直方向のシェーディングを改善することができる。 In the HOB clamp process, the black level value of the HOB read from the horizontal OB area 901 is updated at any time with the HOB clamp value obtained by the following equation 1, and the HOB clamp value after the reading of the HOB on the nth line is completed is set to the effective pixel area 902. Subtract from the nth line of. The HOB clamping process can improve vertical shading.

なお、重み係数βが大きいほど、入力されるHOBの黒レベルの比率が大きくなるため、黒が変動した場合のHOBクランプ値の収束は早くなるが、ノイズの影響を受けやすくなる。一方、重み係数βが小さいほど、HOBのクランプ値の収束は遅くなるが、ノイズの影響はうけ難くなる。 The larger the weighting coefficient β, the larger the ratio of the black level of the input HOB, so that the HOB clamp value converges faster when the black fluctuates, but it becomes more susceptible to noise. On the other hand, the smaller the weighting coefficient β, the slower the convergence of the HOB clamp value, but the less affected by noise.

VOBクランプ処理は、列アンプ205のオフセットによる影響を改善するための処理であり、列ごとにVOBクランプ値を持つ。VOBクランプ処理は、HOBクランプ処理と同様に、入力されるVOBを下記式2で表されるIIRフィルタに通すフィルタ処理で得られるVOBクランプ値を用いて行われる。なお、‘CLVOB_n’は現在のVOBクランプ値、‘VOB_n’は読み出されたVOBの黒レベル値、‘CLVOB_n−1’は現在の1つ前のVOBクランプ値、0<重み係数β<1、である。なお、下記式1と下記式2とで、重み係数βの値は同じであってもよいし異なっていてもよい。 The VOB clamp process is a process for improving the influence of the offset of the column amplifier 205, and has a VOB clamp value for each column. Similar to the HOB clamp process, the VOB clamp process is performed using the VOB clamp value obtained by the filter process in which the input VOB is passed through the IIR filter represented by the following formula 2. In addition,'CLVOB_n' is the current VOB clamp value,'VOB_n' is the black level value of the read VOB,'CLVOB_n-1' is the current VOB clamp value immediately before, 0 <weight coefficient β <1, Is. The value of the weighting coefficient β may be the same or different between the following equation 1 and the following equation 2.

VOBクランプ処理では、垂直OB領域900から読み出されるVOBの黒レベル値を下記式2で得られるVOBクランプ値で列ごとに随時更新する。そして、有効画素領域902から撮像信号を読み出す際に、読み出している有効画素領域902の列に対応したVOBクランプ値を減算する。 In the VOB clamp process, the black level value of the VOB read from the vertical OB region 900 is updated at any time for each column with the VOB clamp value obtained by the following equation 2. Then, when the imaging signal is read from the effective pixel area 902, the VOB clamp value corresponding to the row of the read effective pixel area 902 is subtracted.

CLHOB_n=β×HOB_n+(1-β)×CLHOB_n−1・・・式1
CLVOB_n=β×VOB_n+(1-β)×CLVOB_n−1・・・式2
CLHOB_n = β × HOB_n + (1-β) × CLHOB_n-1 ... Equation 1
CLVOB_n = β × VOB_n + (1-β) × CLVOB_n-1 ... Equation 2

上述の通りにHOBクランプ処理及びVOBクランプ処理を行うが、クランプ値が収束するまでには多くのHOBとVOBの読み出しを行う必要がある。上述した本実施形態の構成において転送CLK信号が変動した際にも、同様に黒レベルが変動することでクランプ値が収束するまでに時間を要する可能性がある。例えば、S809でSHP信号とSHD信号のタイミングを変更してクランプ処理を行った場合に、クランプ値が収束していないためにクランプ処理が適切に実行されない状況の発生が想定される。 The HOB clamp process and the VOB clamp process are performed as described above, but it is necessary to read out many HOBs and VOBs until the clamp values converge. Even when the transfer CLK signal fluctuates in the configuration of the present embodiment described above, it may take time for the clamp value to converge due to the fluctuation of the black level as well. For example, when the clamping process is performed by changing the timings of the SHP signal and the SHD signal in S809, it is assumed that the clamping process is not properly executed because the clamp values have not converged.

そこで、S809ではSHP信号とSHD信号の各タイミングを変更する前のHOBクランプ値(CLHOB_f)とVOBクランプ値(CLVOB_f)を保存し、HOBとVOBの読み出し時にのみSHP信号とSHD信号を変更する。そして、有効画素領域902からは、SHP信号とSHD信号を変更せずに撮像信号を読み出し、保存しておいたクランプ値(CLHOB_f、CLVOB_f)で補正する。更に、S809と同様の読み出しを所定のフレーム数で繰り返す。 Therefore, in S809, the HOB clamp value (CLHOB_f) and the VOB clamp value (CLVOB_f) before changing the timings of the SHP signal and the SHD signal are saved, and the SHP signal and the SHD signal are changed only when the HOB and the VOB are read out. Then, from the effective pixel area 902, the imaging signal is read out without changing the SHP signal and the SHD signal, and the clamp values (CLHOB_f, CLVOB_f) that have been saved are used for correction. Further, the same reading as in S809 is repeated with a predetermined number of frames.

この繰り返しを行う所定のフレーム数は、SHP信号とSHD信号のタイミング変更後にCLHOBとCLVOBが十分に収束するまでのフレーム数とし、上記式1,2での重み係数βの値によって変化する。つまり、重み係数βが大きいほど収束は早いためにフレーム数は少なくなり、重み係数βが小さいほど収束までに時間を要するためにフレーム数は多くなる。S809の処理は、このようにしてクランプ値が収束するまで行われる。 The predetermined number of frames in which this repetition is performed is the number of frames until the CLHOB and CLVOB sufficiently converge after the timing of the SHP signal and the SHD signal is changed, and changes depending on the value of the weighting coefficient β in the above equations 1 and 2. That is, the larger the weighting coefficient β, the faster the convergence, so the number of frames decreases, and the smaller the weighting coefficient β, the longer it takes to converge, so the number of frames increases. The processing of S809 is performed until the clamp values converge in this way.

図8のフローチャートの説明に戻る。CPU_113は、S809でクランプ値が収束すると、処理をS810へ進める。S810でCPU_113は、有効画素領域902から出力される撮像信号Aから輝度レベルを検出するためのSHP信号とSHD信号の各タイミングを変更する。 Returning to the description of the flowchart of FIG. When the clamp value converges in S809, the CPU_113 advances the process to S810. In S810, the CPU_113 changes the timings of the SHP signal and the SHD signal for detecting the luminance level from the image pickup signal A output from the effective pixel area 902.

なお、1フレームの撮像途中でSHP信号とSHD信号のタイミングを変更すると、1画像内で輝度レベルが変化して、画面内で輝度にむらが生じる可能性があるため、SHP信号とSHD信号の各タイミングの変更はフレーム単位で行うようにすることが望ましい。また、基準CLK信号の変動が大きい場合に、SHP信号とSHD信号のタイミングを離散的に大きく変更させると、変更前後での輝度変化が顕著に視認することができる可能性がある。そのため、基準CLK信号の変動が大きい場合は、SHP信号とSHD信号のタイミングを最小分解能で連続的に変化させることが望ましい。 If the timing of the SHP signal and the SHD signal is changed during the imaging of one frame, the brightness level may change in one image and the brightness may be uneven in the screen. It is desirable to change each timing on a frame-by-frame basis. Further, when the fluctuation of the reference CLK signal is large, if the timings of the SHP signal and the SHD signal are changed significantly discretely, there is a possibility that the change in brightness before and after the change can be remarkably visually recognized. Therefore, when the fluctuation of the reference CLK signal is large, it is desirable to continuously change the timing of the SHP signal and the SHD signal with the minimum resolution.

S811でCPU_113は、デジタルビデオカメラの電源がオフにされたか否かを判定する。CPU_113は、電源がオンのままであると判定した場合(S811でNO)、処理をS807へ戻し、電源がオフにされたと判定した場合(S811でYES)、本処理を終了させる。 In S811, CPU_113 determines whether or not the power of the digital video camera has been turned off. When the CPU_113 determines that the power remains on (NO in S811), the process returns to S807, and when it determines that the power is turned off (YES in S811), the CPU_113 ends this process.

このように、VOB及びHOBを用いてクランプ処理を行う場合には、先ず、OB領域からの出力信号についてのみ、CDS部103での黒レベルと輝度レベルの検出タイミング(SHP信号とSHD信号のタイミング)を変更する。そして、クランプ値が収束した後に有効画素領域902からの出力信号に対する黒レベルと輝度レベルの検出タイミングを変更する。これにより、撮影画像の輝度変動を抑制して画像の品位を高めることが可能になる。 In this way, when performing the clamping process using VOB and HOB, first, only for the output signal from the OB region, the detection timing of the black level and the luminance level in the CDS unit 103 (timing of the SHP signal and the SHD signal). ) Is changed. Then, after the clamp values have converged, the detection timings of the black level and the luminance level with respect to the output signal from the effective pixel area 902 are changed. This makes it possible to suppress fluctuations in the brightness of the captured image and improve the quality of the image.

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。更に、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。例えば、上記説明では、CDS部103がAFE部102に含まれ、CMOSセンサ100とは独立して配置された構成としたが、CDS部103とA/D変換部104がCMOSセンサ100に含まれる構成となっていても構わない。 Although the present invention has been described in detail based on the preferred embodiments thereof, the present invention is not limited to these specific embodiments, and various embodiments within the scope of the gist of the present invention are also included in the present invention. included. Further, each of the above-described embodiments is merely an embodiment of the present invention, and each embodiment can be combined as appropriate. For example, in the above description, the CDS unit 103 is included in the AFE unit 102 and is arranged independently of the CMOS sensor 100, but the CDS unit 103 and the A / D conversion unit 104 are included in the CMOS sensor 100. It may be configured.

本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。 The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiment to a system or device via a network or storage medium, and one or more processors in the computer of the system or device reads and executes the program. It can also be realized by the processing to be performed. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.

100 CMOSセンサ
101 温度センサ
102 AFE部
103 CDS部
105 転送部
106 タイミング制御部
108 エンジン部
111 タイミング検出部
112 画像処理部
200 フォトダイオード
207 CMOS内CLK信号生成部
208 出力バッファ
900 垂直OB領域
901 水平OB領域
902 有効画素領域
100 CMOS sensor 101 Temperature sensor 102 AFE unit 103 CDS unit 105 Transfer unit 106 Timing control unit 108 Engine unit 111 Timing detection unit 112 Image processing unit 200 Photodiode 207 CMOS signal generator 208 Output buffer 900 Vertical OB area 901 Horizontal OB Area 902 Effective pixel area

Claims (9)

複数の画素を有し、画素ごとに光電変換により生成した電荷を撮像信号として所定の転送CLK信号に同期させて出力する撮像素子と、
前記転送CLK信号を生成すると共に前記転送CLK信号に基づく基準CLK信号を生成する生成手段と、
前記撮像信号の黒レベルと輝度レベルの差分を所定のタイミングで検出する相関二重サンプリング回路と、
前記基準CLK信号の変動に応じて前記所定のタイミングを変更するタイミング制御手段と、を備えることを特徴とする撮像装置。
An image sensor that has a plurality of pixels and outputs the electric charge generated by photoelectric conversion for each pixel as an image pickup signal in synchronization with a predetermined transfer CLK signal.
A generation means for generating the transfer CLK signal and a reference CLK signal based on the transfer CLK signal.
A correlated double sampling circuit that detects the difference between the black level and the luminance level of the imaging signal at a predetermined timing,
An image pickup apparatus comprising: a timing control means for changing the predetermined timing according to a fluctuation of the reference CLK signal.
前記生成手段は、前記撮像素子に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the generation means is provided in the image pickup device. 前記撮像素子は、遮光されて黒レベルを出力する遮光領域と、色情報を含む輝度レベルを出力する有効画素領域と、を有し、
前記遮光領域から出力される黒レベルを収束させるフィルタ処理を行う処理手段を更に備え、
前記タイミング制御手段は、前記基準CLK信号が変動した場合に、前記遮光領域から出力される撮像信号を検出する前記所定のタイミングを前記基準CLK信号の変動に応じて変更し、前記フィルタ処理により前記黒レベルが収束した後に、前記有効画素領域から出力される撮像信号を検出する前記所定のタイミングを前記基準CLK信号の変動に応じて変更することを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。
The image sensor has a light-shielding region that is shielded from light and outputs a black level, and an effective pixel region that outputs a luminance level including color information.
Further provided with a processing means for performing a filtering process for converging the black level output from the light-shielding area.
When the reference CLK signal fluctuates, the timing control means changes the predetermined timing for detecting the imaging signal output from the light-shielding region according to the fluctuation of the reference CLK signal, and performs the filter processing. The imaging according to claim 1 or 2, wherein after the black level has converged, the predetermined timing for detecting the imaging signal output from the effective pixel region is changed according to the fluctuation of the reference CLK signal. Device.
前記処理手段は、前記フィルタ処理により収束した黒レベルに基づき前記有効画素領域から出力される輝度レベルを補正するクランプ処理を行うことを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 3, wherein the processing means performs a clamping process for correcting a luminance level output from the effective pixel region based on a black level converged by the filter processing. 前記撮像素子の温度を検出する温度検出手段と、
前記撮像素子の温度に対応した前記所定のタイミングを設定するためのタイミング値を保持する保持手段と、を更に備え、
前記タイミング制御手段は前記保持手段に保持されたタイミング値に基づいて、前記撮像素子の温度に近い温度のタイミング値を設定した後、前記撮像素子の温度が前記近い値になった後に前記基準CLK信号の変動に応じて前記所定のタイミングを変更することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の撮像装置。
A temperature detecting means for detecting the temperature of the image sensor and
Further provided with a holding means for holding a timing value for setting the predetermined timing corresponding to the temperature of the image sensor.
The timing control means sets a timing value having a temperature close to the temperature of the image sensor based on the timing value held by the holding means, and after the temperature of the image sensor reaches the close value, the reference CLK is used. The image pickup apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the predetermined timing is changed according to a fluctuation of a signal.
前記タイミング制御手段は、前記撮像素子の温度が前記近い温度から変化し、且つ、前記基準CLK信号が変動した場合に、前記所定のタイミングを変更することを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。 The imaging according to claim 5, wherein the timing control means changes the predetermined timing when the temperature of the image sensor changes from a temperature close to the temperature and the reference CLK signal fluctuates. Device. 前記タイミング制御手段は、前記撮像信号で構成される1フレームごとに前記所定のタイミングを変更することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の撮像装置。 The imaging device according to any one of claims 1 to 6, wherein the timing control means changes the predetermined timing for each frame composed of the imaging signal. 前記基準CLK信号の変動量と変動方向を検出する変動検出手段を更に備え、
前記タイミング制御手段は、前記変動検出手段により検出された変動量と変動方向と同じ変動量と変動方向へ前記所定のタイミングを変更することを請求項1乃至6のいずれか1項に記載の撮像装置。
Further provided with a fluctuation detecting means for detecting the fluctuation amount and the fluctuation direction of the reference CLK signal,
The imaging according to any one of claims 1 to 6, wherein the timing control means changes the predetermined timing in the same fluctuation amount and fluctuation direction as the fluctuation amount and fluctuation direction detected by the fluctuation detection means. Device.
撮像装置の制御方法であって、
所定の信号に基づいて転送CLK信号と基準CLK信号を生成するステップと、
複数の画素を有する撮像素子から光電変換により生成した電荷を画素ごとに撮像信号として前記転送CLK信号に同期させて読み出し、相関二重サンプリング回路へ出力するステップと、
前記相関二重サンプリング回路において前記撮像信号の黒レベルと輝度レベルを検出するタイミングを指示する信号を前記基準CLK信号に基づいて生成するステップと、
前記タイミングを指示する信号を前記相関二重サンプリング回路へ供給し、前記相関二重サンプリング回路で前記撮像信号の黒レベルと輝度レベルを検出するステップと、
前記基準CLK信号の変動を検出するステップと、を有し、
前記タイミングを指示する信号を生成するステップでは、前記基準CLK信号が変動した場合には当該変動に応じて前記タイミングを変更することを特徴とする撮像装置の制御方法。
It is a control method of the image pickup device.
Steps to generate a transfer CLK signal and a reference CLK signal based on a predetermined signal,
A step of reading out the electric charge generated by photoelectric conversion from an image sensor having a plurality of pixels in synchronization with the transfer CLK signal as an image pickup signal for each pixel, and outputting it to a correlated double sampling circuit.
A step of generating a signal indicating a timing for detecting the black level and a luminance level of the imaging signal in the correlated double sampling circuit based on the reference CLK signal, and a step of generating the signal.
A step of supplying a signal indicating the timing to the correlated double sampling circuit and detecting the black level and the luminance level of the imaging signal by the correlated double sampling circuit.
It has a step of detecting the fluctuation of the reference CLK signal and
A control method for an imaging device, characterized in that, in a step of generating a signal instructing the timing, when the reference CLK signal fluctuates, the timing is changed according to the fluctuation.
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