(57)【要約】【課題】組み込むシステムの変更や撮像素子の交換に対して、撮像素子の駆動のためのパルスの位相の調整を迅速・容易にでき、かつ調整の精度を高いものにする。【解決手段】本発明の位相調整装置は、撮像素子２で得られたアナログ撮像信号Ｓａを画素毎にデジタル値に変換して得られるデジタル撮像信号Ｓｄが入力され、デジタル撮像信号Ｓｄに基づいて撮像に用いられるパルスの位相を調整するもので、複数の画素についてデジタル撮像信号の輝度のレベルを検出する輝度レベル検出部１４と、複数の画素についてデジタル撮像信号の画素間の信号ばらつきを示す分散を算出する分散演算部１５と、輝度レベル検出部１４と分散演算部１５の演算結果に応じてパルスの位相を調整するタイミング調整部１６と、どの用途のために位相調整を行うかを判断する用途判断部１１と、用途判断部１１の判断結果に応じて特定の信号を位相調整の対象とするように指示するセレクタ１２とを備える。【選択図】図１
2008135824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子で得られたアナログ撮像信号を画素毎にデジタル値に変換することにより得られるデジタル撮像信号が入力され、前記デジタル撮像信号に基づいて撮像に用いられるパルスの位相を調整する位相調整装置であって、
第１の画素領域内の複数の画素について、前記デジタル撮像信号の輝度のレベルを検出する輝度レベル検出部と、
第２の画素領域内の複数の画素について、前記デジタル撮像信号の画素間の信号ばらつきを示す分散を算出する分散演算部と、
前記輝度レベル検出部と前記分散演算部の演算結果に応じて前記パルスの位相を調整するタイミング調整部と、
前記輝度レベル検出部、前記分散演算部および前記タイミング調整部に対して、どの用途のために位相調整を行うかを判断する用途判断部と、
前記用途判断部の判断結果に応じて特定の信号を位相調整の対象とするように指示するセレクタとを備えた位相調整装置。
【請求項２】
前記セレクタは、位相調整の対象の特定の信号として１つのみの色信号を選択することがある請求項１に記載の位相調整装置。
【請求項３】
さらに、前記撮像素子から出力される撮像信号のピークレベルを検出するためのピークサンプルパルスと、相関二重サンプリングの基準となる信号レベルを検出するための基準サンプルパルスと、ＡＤ変換器へ入力されるＡＤクロック信号のそれぞれについて、組み込むシステムの画サイズ、フレームレート、解像度により、位相調整の基準とするサンプリングの周期と位相調整量を算出するサンプリング方法判断部を備えている請求項１または請求項２に記載の位相調整装置。
【請求項４】
撮像素子と、
前記撮像素子で得られたアナログ撮像信号について相関二重サンプリングを行うことにより画素毎の信号レベルを決定する相関二重サンプリング部と、
前記相関二重サンプリング部から出力された撮像信号の振幅を調整する自動利得制御部と、
前記自動利得制御部によって振幅が調整された撮像信号をデジタル値に変換してデジタル撮像信号とするＡＤ変換器と、
前記ＡＤ変換器による前記デジタル撮像信号を入力とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の位相調整装置と、
前記位相調整装置によって調整された位相に基づいて、撮像に用いられるパルスを生成するタイミングジェネレータとを備えたデジタルカメラ。
【請求項５】
撮像素子から出力される撮像信号のピークレベルを検出するためのピークサンプルパルスと、相関二重サンプリングの基準となる信号レベルを検出するための基準サンプルパルスと、ＡＤ変換器へ入力されるＡＤクロック信号の各位相を調整するための位相調整方法であって、
どの用途のために位相調整を行うかを判断するステップと、
前記用途の判断結果に応じて特定の信号を位相調整の対象とするように指示するステップと、
前記基準サンプルパルスと前記ＡＤクロック信号の位相を初期値に固定した状態で、前記ピークサンプルパルスの位相を変化させ、輝度が最大となる第１の位相を検出するステップと、
検出された前記第１の位相を前記ピークサンプルパルスの位相として設定するステップと、
前記ピークサンプルパルスの位相を設定された前記第１の位相に固定し、かつ前記ＡＤクロック信号の位相を初期値に固定した状態で、前記基準サンプルパルスの位相を変化させ、輝度の変化が少ない安定領域を検出するステップと、
検出された前記安定領域の中心を第２の位相とし、前記第２の位相を前記基準サンプルパルスの位相として設定するステップと、
前記ピークサンプルパルスの位相を設定された前記第１の位相に固定し、かつ前記基準サンプルパルスの位相を設定された前記第２の位相に固定し、かつ入射光を遮蔽した状態で、前記ＡＤクロック信号の位相を変化させ、分散が最小となる第３の位相を検出するステップと、
検出された前記第３の位相を前記ＡＤクロック信号の位相として設定するステップとを含む位相調整方法。
【請求項６】
撮像素子から出力される撮像信号のピークレベルを検出するためのピークサンプルパルスと、相関二重サンプリングの基準となる信号レベルを検出するための基準サンプルパルスと、ＡＤ変換器へ入力されるＡＤクロック信号の各位相を調整するための位相調整方法であって、
どの用途のために位相調整を行うかを判断するステップと、
前記用途の判断結果に応じて特定の信号を位相調整の対象とするように指示するステップと、
前記ピークサンプルパルスと、前記基準サンプルパルスと、前記ＡＤクロック信号のそれぞれについて、組み込むシステムの画サイズ、フレームレート、解像度により、位相調整の基準とするサンプリングの周期と位相調整量を算出するステップと、
前記基準サンプルパルスと前記ＡＤクロック信号の位相を初期値に固定した状態で、前記ピークサンプルパルスの位相を変化させ、輝度が最大となる第１の位相を検出するステップと、
検出された前記第１の位相を前記ピークサンプルパルスの位相として設定するステップと、
前記ピークサンプルパルスの位相を設定された前記第１の位相に固定し、かつ前記ＡＤクロック信号の位相を初期値に固定した状態で、前記基準サンプルパルスの位相を変化させ、輝度の変化が少ない安定領域を検出するステップと、
検出された前記安定領域の中心を第２の位相とし、前記第２の位相を前記基準サンプルパルスの位相として設定するステップと、
前記ピークサンプルパルスの位相を設定された前記第１の位相に固定し、かつ前記基準サンプルパルスの位相を設定された前記第２の位相に固定し、かつ入射光を遮蔽した状態で、前記ＡＤクロック信号の位相を変化させ、分散が最小となる第３の位相を検出するステップと、
検出された前記第３の位相を前記ＡＤクロック信号の位相として設定するステップとを含む位相調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラにおける撮像に用いるパルスの位相（タイミング）調整を行う位相調整装置および位相調整方法ならびに位相調整装置が組み込まれたデジタルカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ（デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラ付き携帯電話等）は、ＣＣＤやＭＯＳセンサといった撮像素子によって撮像されたアナログ撮像信号をデジタル撮像信号へと変換し、所定の処理を加えた上で記録する。撮像素子によって被写体を撮像するためには、撮像素子を駆動するパルスや信号レベルを検出するパルスなどが必要である。これらのパルスの位相については、製造に起因するばらつきがあることから、ハードウェア設計時に調整することがむずかしい。そこで、製造後に技術者が位相調整を行い、調整された位相を示す情報を記憶領域に格納し、実使用において記憶領域から位相情報を読み出して最適位相を設定するようにしている。
【０００３】
従来、また、露光時間を最小としてもっぱらノイズ成分を取り込むようにし、高周波成分（ノイズ成分）が最小となる条件で位相を調整するようにした技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１５１０８１号公報（第４−８頁、第１−５図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
デジタルカメラの分野において、位相調整装置を組み込むシステムを種々に変更する場合がある。特に医療用カメラなどの領域においては、デジタルカメラの製造後に撮像素子の交換を行う可能性が出てきている。組み込むシステムや撮像素子が異なると、当然に、それを駆動するパルスの位相も異なることになるため、位相を再調整することとなる。しかし、技術者がマニュアル的に位相を再調整するのでは、組み込むシステムの変更や撮像素子の交換を迅速・容易に行うことはむずかしい。
【０００５】
また、調整対象のパルスは複数種類あるが、上記特許文献１の場合には、個々のパルスの特性は考慮せず、すべてのパルスに対して同じ手法で最適位相を求めているため、精度があまり高くない。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みて創作したものであり、組み込むシステムが変更された場合でも、また撮像素子が交換された場合でも、撮像素子の駆動のためのパルスの位相の調整を、技術者がマニュアルで行う場合に比べて、より迅速・容易に行えるようにするとともに、位相の調整の精度を高いものにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による位相調整装置は、撮像素子で得られたアナログ撮像信号を画素毎にデジタル値に変換することにより得られるデジタル撮像信号が入力され、前記デジタル撮像信号に基づいて撮像に用いられるパルスの位相を調整するものであって、
第１の画素領域内の複数の画素について、前記デジタル撮像信号の輝度のレベルを検出する輝度レベル検出部と、
第２の画素領域内の複数の画素について、前記デジタル撮像信号の画素間の信号ばらつきを示す分散を算出する分散演算部と、
前記輝度レベル検出部と前記分散演算部の演算結果に応じて前記パルスの位相を調整するタイミング調整部と、
前記輝度レベル検出部、前記分散演算部および前記タイミング調整部に対して、どの用途のために位相調整を行うかを判断する用途判断部と、
前記用途判断部の判断結果に応じて特定の信号を位相調整の対象とするように指示するセレクタとを備えたものである。
【０００８】
この構成の位相調整装置においては、当該の位相調整装置を組み込むシステムがどのような用途のものであるのかを用途判断部が判断し、その判断結果をセレクタに与える。用途判断部からの判断結果を受け取ったセレクタは、判断結果に対応する特定の信号（色）を位相調整の対象とするように指示を行い、その指示を輝度レベル検出部、分散演算部およびタイミング調整部に伝える。さらに、輝度レベルを検出すべき第１の画素領域内の複数の画素でのデジタル撮像信号について、輝度レベル検出部が輝度レベルを検出し、得られた輝度情報をタイミング調整部に与える。タイミング調整部は、受け取った輝度情報に基づいて、パルスの位相を調整する。この輝度情報に基づくパルスの位相の調整は、例えば、信号期間においてピークとなる信号成分をサンプリングするためのピークサンプルパルスの位相調整、あるいは相関二重サンプリングで基準となる信号成分をサンプリングするための基準サンプルパルスの位相調整に適している。また、画素間の信号ばらつきを示す分散を算出すべき第２の画素領域内の複数の画素について、分散演算部が分散を算出し、得られた分散の情報をタイミング調整部に与える。タイミング調整部は、受け取った分散の情報に基づいて、さらにパルスの位相を調整する。この分散の情報に基づくパルスの位相の調整は、例えば、アナログ撮像信号をデジタル撮像信号にＡＤ変換するときの動作クロックであるＡＤクロック信号の位相調整に適している。以上の位相調整の処理が、用途判断部とセレクタと輝度レベル検出部と分散演算部とタイミング調整部との協働により自動的に行われる。加えて、組み込むシステムが変更された場合や撮像素子が交換された場合のパルスの位相の調整に際し、複数の画素でのデジタル撮像信号について、実際に、輝度レベル検出部が輝度を測定し、分散演算部が画素間の信号ばらつきを示す分散を算出して、その輝度および分散を加味した状態でパルスの位相を調整しているので、撮像素子の駆動のためのパルスの位相の調整の精度が高いものとなる。また、撮像素子の駆動のためのパルスの各位相を自動調整するので、技術者がマニュアルでパルスの位相を調整する場合に比べて、調整処理に要する時間を短縮することが可能となる。
【０００９】
なお、上記において、前記セレクタは、位相調整の対象の特定の信号として１つのみの色信号を選択することがある。これは、医療用カメラの場合に多い。
【００１０】
上記構成の位相調整装置において、さらに、前記撮像素子から出力される撮像信号のピークレベルを検出するためのピークサンプルパルスと、相関二重サンプリングの基準となる信号レベルを検出するための基準サンプルパルスと、ＡＤ変換器へ入力されるＡＤクロック信号のそれぞれについて、組み込むシステムの画サイズ、フレームレート、解像度により、位相調整の基準とするサンプリングの周期と位相調整量を算出するサンプリング方法判断部を備えているという態様がある。サンプリングの周期は、周期の初期値から何度位相を拡張・縮小するかで決定されるものである。また、サンプリングの位相調整量は、最適位相を求めていくときの位相のステップ調整量である。
【００１１】
サンプリング方法判断部は、基準サンプルパルス、ピークサンプルパルス、ＡＤクロック信号のサンプリング方法として、製品仕様により与えられる画サイズ、フレームレート、解像度の条件を満たす周期と位相調整量を算出し、これを輝度レベル検出部、分散演算部およびタイミング調整部に与える。タイミング調整部は、受け取った周期と位相調整量に基づいて上記の位相調整を実行する。例えば、画サイズが大きく、解像度が高いときは、速度よりも画質の方が重視されるが、この場合は、周期を大きくし、位相調整量を細かいものとする。また、画サイズが小さく、解像度が低いときは、画質よりも速度の方が重視されるが、この場合は、周期を小さくし、位相調整量を粗いものとする。したがって、組み込むシステムが変更された場合や、撮像素子自体が交換された場合においても、画サイズ、フレームレート、解像度の条件に対応する画質強調や速度強調の選択肢を加味した状態で、撮像素子の駆動のためのパルスの位相を自動調整することが可能となる。
【００１２】
上記構成の位相調整装置に関連する本発明のデジタルカメラとしては、
撮像素子と、
前記撮像素子で得られたアナログ撮像信号について相関二重サンプリングを行うことにより画素毎の信号レベルを決定する相関二重サンプリング部と、
前記相関二重サンプリング部から出力された撮像信号の振幅を調整する自動利得制御部と、
前記自動利得制御部によって振幅が調整された撮像信号をデジタル値に変換してデジタル撮像信号とするＡＤ変換器と、
前記ＡＤ変換器による前記デジタル撮像信号を入力とする上記のいずれかの位相調整装置と、
前記位相調整装置によって調整された位相に基づいて、撮像に用いられるパルスを生成するタイミングジェネレータとを備えた構成のデジタルカメラがある。
【００１３】
上記における構成要素の撮像素子、相関二重サンプリング部、自動利得制御部、ＡＤ変換器、タイミングジェネレータについては、デジタルカメラの一般的な構成要素であるので、特に説明する必要はない。ここでのポイントは、当該のデジタルカメラが上記構成の位相調整装置を搭載しているということである。
【００１４】
また上記構成の位相調整装置に関連する本発明の位相調整方法としては、撮像素子から出力される撮像信号のピークレベルを検出するためのピークサンプルパルスと、相関二重サンプリングの基準となる信号レベルを検出するための基準サンプルパルスと、ＡＤ変換器へ入力されるＡＤクロック信号の各位相を調整するための位相調整方法であって、
どの用途のために位相調整を行うかを判断するステップと、
前記用途の判断結果に応じて特定の信号を位相調整の対象とするように指示するステップと、
前記基準サンプルパルスと前記ＡＤクロック信号の位相を初期値に固定した状態で、前記ピークサンプルパルスの位相を変化させ、輝度が最大となる第１の位相を検出するステップと、
検出された前記第１の位相を前記ピークサンプルパルスの位相として設定するステップと、
前記ピークサンプルパルスの位相を設定された前記第１の位相に固定し、かつ前記ＡＤクロック信号の位相を初期値に固定した状態で、前記基準サンプルパルスの位相を変化させ、輝度の変化が少ない安定領域を検出するステップと、
検出された前記安定領域の中心を第２の位相とし、前記第２の位相を前記基準サンプルパルスの位相として設定するステップと、
前記ピークサンプルパルスの位相を設定された前記第１の位相に固定し、かつ前記基準サンプルパルスの位相を設定された前記第２の位相に固定し、かつ入射光を遮蔽した状態で、前記ＡＤクロック信号の位相を変化させ、分散が最小となる第３の位相を検出するステップと、
検出された前記第３の位相を前記ＡＤクロック信号の位相として設定するステップとを含むものがある。
【００１５】
この位相調整方法においては、組み込むシステムが変更された場合や撮像素子が交換された場合のパルスの位相の調整に際し、複数の画素でのデジタル撮像信号について、実際に、輝度レベル検出部が輝度を測定し、分散演算部が画素間の信号ばらつきを示す分散を算出して、その輝度および分散を加味した状態でパルスの位相を調整しているので、撮像素子の駆動のためのパルスの位相の調整の精度が高いものとなる。また、撮像素子の駆動のためのパルスの各位相を自動調整するので、技術者がマニュアルでパルスの位相を調整する場合に比べて、調整処理に要する時間を短縮することが可能となる。
【００１６】
また上記構成の位相調整装置に関連する本発明の別の位相調整方法は、撮像素子から出力される撮像信号のピークレベルを検出するためのピークサンプルパルスと、相関二重サンプリングの基準となる信号レベルを検出するための基準サンプルパルスと、ＡＤ変換器へ入力されるＡＤクロック信号の各位相を調整するための位相調整方法であって、
どの用途のために位相調整を行うかを判断するステップと、
前記用途の判断結果に応じて特定の信号を位相調整の対象とするように指示するステップと、
前記ピークサンプルパルスと、前記基準サンプルパルスと、前記ＡＤクロック信号のそれぞれについて、組み込むシステムの画サイズ、フレームレート、解像度により、位相調整の基準とするサンプリングの周期と位相調整量を算出するステップと、
前記基準サンプルパルスと前記ＡＤクロック信号の位相を初期値に固定した状態で、前記ピークサンプルパルスの位相を変化させ、輝度が最大となる第１の位相を検出するステップと、
検出された前記第１の位相を前記ピークサンプルパルスの位相として設定するステップと、
前記ピークサンプルパルスの位相を設定された前記第１の位相に固定し、かつ前記ＡＤクロック信号の位相を初期値に固定した状態で、前記基準サンプルパルスの位相を変化させ、輝度の変化が少ない安定領域を検出するステップと、
検出された前記安定領域の中心を第２の位相とし、前記第２の位相を前記基準サンプルパルスの位相として設定するステップと、
前記ピークサンプルパルスの位相を設定された前記第１の位相に固定し、かつ前記基準サンプルパルスの位相を設定された前記第２の位相に固定し、かつ入射光を遮蔽した状態で、前記ＡＤクロック信号の位相を変化させ、分散が最小となる第３の位相を検出するステップと、
検出された前記第３の位相を前記ＡＤクロック信号の位相として設定するステップとを含むものである。
【００１７】
この場合は、組み込むシステムが変更された場合や撮像素子自体が交換された場合においても、画サイズ、フレームレート、解像度の条件に対応する画質強調や速度強調の選択肢を加味した状態で、撮像素子の駆動のためのパルスの位相を自動調整することが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、組み込むシステムが変更された場合でも撮像素子が交換された場合でも、撮像素子の駆動のためのパルスの位相を自動調整するので、技術者がマニュアルでパルスの位相を調整する場合に比べて、調整処理に要する時間を短縮することができる。また、輝度レベル検出と分散演算の協働により、パルスの位相の調整の精度を高いものとすることができる。
【００１９】
さらに、画サイズ、フレームレート、解像度の条件に対応する画質強調や速度強調の選択肢を加味した状態で、撮像素子の駆動のためのパルスの位相を自動調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明にかかわる位相調整装置搭載のデジタルカメラの実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施の形態におけるデジタルカメラの全体的な構成を示すブロック図である。本実施の形態におけるデジタルカメラは、被写体像を撮像素子２上に集光するための光学レンズ１と、光学レンズ１によって集光された被写体像を撮像する撮像素子２（以下はＣＣＤを例に説明）と、撮像素子２から出力されるアナログ撮像信号Ｓａに所定の処理を加えてデジタル撮像信号Ｓｄに変換するアナログフロントエンド１０と、アナログフロントエンド１０から出力されるデジタル撮像信号Ｓｄに所定の処理（色補正、ＹＣ処理等）を加えて映像信号を生成するＤＳＰ（Digital Signal Processor）２０とを備えている。撮像素子２は複数の画素を有しており、これらの複数の画素は、被写体の撮像に用いられる有効画素領域と、有効画素領域の周辺に遮光された状態で配置されてＯＢ（OpticalBlack）レベルの検出に用いられるＯＢ画素領域とから構成されている。
【００２２】
アナログフロントエンド１０は、撮像素子２から出力されるアナログ撮像信号Ｓａの信号レベルを確定するために相関二重サンプリング（ＣＤＳ：Correlated Double Sampling）を行う相関二重サンプリング部３と、相関二重サンプリング部３から出力される信号を調整可能なゲインで増幅する自動利得制御部（ＡＧＣ：AutomaticGain Control）４と、自動利得制御部４によって増幅された信号をデジタル撮像信号Ｓｄへと変換するＡＤ変換器（Analog DigitalConverter）５と、さらに撮像に用いるためのパルスを生成するタイミングジェネレータ（Timing Generator）６と、タイミングジェネレータ６によって生成されたパルスを撮像素子２へと出力するための垂直ドライバ７とを備えている。
【００２３】
ＤＳＰ２０は、本発明に特徴的な構成要素として、どの用途のために位相調整を行うかを判断する用途判断部１１と、用途判断部１１の判断結果に応じて特定の信号（色）を位相調整の対象とするように指示するセレクタ１２と、組み込むシステムの画サイズ、フレームレート、解像度の条件を判断し、条件のすべてを満たすように、基準サンプルパルスＤＳ１、ピークサンプルパルスＤＳ２およびＡＤクロック信号ＡＣＫそれぞれについて、位相調整の基準とする周期と位相調整量を算出するサンプリング方法判断部１３と、所定の領域内の選択された画素の信号レベルの平均値を求めることにより輝度のレベルを検出する輝度レベル検出部１４と、選択された画素間の信号レベルの分散を演算する分散演算部１５と、これら輝度レベル検出部１４と分散演算部１５の検出・演算結果に基づいて、タイミングジェネレータ６が生成する基準サンプルパルスＤＳ１、ピークサンプルパルスＤＳ２およびＡＤクロック信号ＡＣＫの位相（タイミング）調整を行うタイミング調整部１６とを有している。
【００２４】
図２は撮像素子２から出力される信号成分を時系列で表した図である。図２に示すように、アナログ撮像信号Ｓａは、リセット期間Ｔ１と基準期間Ｔ２と信号期間Ｔ３とから構成されている。リセット期間Ｔ１は、撮像素子２をリセットするのに用いられる期間である。
【００２５】
基準期間Ｔ２は撮像素子２から基準電圧が出力される期間であり、相関二重サンプリング部３が動作する際の基準となる信号を検出する期間である。信号期間Ｔ３は信号電圧が出力される期間であり、信号期間Ｔ３においてピークとなる信号電圧と基準期間Ｔ２における基準電圧とをサンプリングし、差分をとることによってアナログ撮像信号Ｓａの信号レベルＶｓを得ることが可能となる。なお、図２では、図中の下方向を信号成分が正の方向として規定している。
【００２６】
さらに、上記の構成において、用途判断部１１は、組み込むシステムが、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラ付き携帯電話、医療用カメラ、車載カメラ、ドアフォンカメラ、ネットワークカメラのどのカメラかを判断し、セレクタ１２は、用途の判断結果に応じて、ＲＧＢなどの特定信号（色）を位相調整の対象とするように指示するように構成されている。
【００２７】
サンプリング方法判断部１３は、組み込むシステムの画サイズ、フレームレート、解像度の条件を判断し、条件のすべてを満たすように、基準サンプルパルスＤＳ１、ピークサンプルパルスＤＳ２およびＡＤクロック信号ＡＣＫのそれぞれについて、位相調整の基準となるサンプリングの周期と位相調整量を算出し、その値を輝度レベル検出部１４と分散演算部１５とタイミング調整部１６に送出するように構成されている。
【００２８】
ここで、位相調整の基準となるサンプリングの周期と位相調整量についての簡単に説明する。サンプリングの周期は、周期の初期値から何度位相を拡張・縮小するかで決定されるものである。また、サンプリングの位相調整量は、最適位相を求めていくときの位相のステップ調整量である。用途的に、画質を重視する位相調整の場合には、周期を大きくした上で、位相調整量を細かく調整し、速度を重視する位相調整の場合には、周期を小さくした上で、位相調整量を粗く調整する。
【００２９】
図３は本実施の形態における、各パルスの位相調整の全体フローを示している。主に用途判断部１１により用途を判断し、セレクタ１２にて特定の信号（色）を位相調整対象とするように指示し、同時にサンプリング方法判断部１３にてサンプリングの周期と位相調整量を算出し、その値を基にして輝度レベル検出部１４、分散演算部１５およびタイミング調整部１６によって位相調整が行われる。
【００３０】
本実施の形態で調整対象とするパルスは、基準サンプルパルスＤＳ１、ピークサンプルパルスＤＳ２およびＡＤクロック信号ＡＣＫとする。基準サンプルパルスＤＳ１とは、相関二重サンプリングで基準となる信号成分をサンプリングするためのパルスである。したがって、基準期間の中心において立ち上がりエッジがくるように位相調整されることが望ましい。ピークサンプルパルスＤＳ２とは、信号期間Ｔ３においてピークとなる信号成分をサンプリングするためのパルスである。したがって、撮像素子２から出力される信号成分がピークとなるときに立ち上がりエッジがくるように位相調整されることが望ましい。ここで、相関二重サンプリング部３によって求められる信号レベルＶｓとは、ピークサンプルパルスＤＳ２の立ち上がりにおけるピークの信号成分と、基準サンプルパルスＤＳ１の立ち上がりによって定まる基準期間内の信号成分との差分に他ならない。ＡＤクロック信号ＡＣＫはＡＤ変換器４の動作用のクロック信号であり、ＡＤ変換結果がばらつかないように位相調整されることが望ましい。
【００３１】
本実施の形態においては、まず、用途判断部１１において用途を判断し、セレクタ１２にて特定の信号（色）を位相調整の対象とするように指示し、同時にとサンプリング方法判断部１３によってサンプリングの周期と位相調整量を決めて、その値を基に基準サンプルパルスＤＳ１およびＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を予め定められた初期値に固定した上で、ピークサンプルパルスＤＳ２の位相を初期値からずらしながら、ピークサンプルパルスＤＳ２の位相を決定するのに必要となるデータを測定する（ステップＳ４）。
【００３２】
次にそのデータを評価することによって、ピークサンプルパルスＤＳ２としての最適な位相を決定する（ステップＳ５）。
【００３３】
ピークサンプルパルスＤＳ２の位相が決定されると、ピークサンプルパルスＤＳ２の位相を決定された最適値に固定するとともに、ＡＤクロック信号ＡＣＫの位相は初期値に固定したままで、基準サンプルパルスＤＳ１の位相を初期値からずらしながら、基準サンプルパルスＤＳ１の位相を決定するのに必要となるデータを測定する（ステップＳ６）。
【００３４】
次にそのデータを評価することによって、基準サンプルパルスＤＳ１として最適な位相を決定する（ステップＳ７）。
【００３５】
基準サンプルパルスＤＳ１およびピークサンプルパルスＤＳ２の位相が決定されると、これらを最適値に固定した上で、ＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を初期値からずらしながら、ＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を決定するのに必要となるデータを測定する（ステップＳ８）。
【００３６】
次にそのデータを評価することによって、ＡＤクロック信号ＡＣＫとして最適な位相を決定する（ステップＳ９）。
【００３７】
基準サンプルパルスＤＳ１、ピークサンプルパルスＤＳ２およびＡＤクロック信号ＡＣＫの最適な位相が決定されると、決定された最適な位相に関する情報をタイミングジェネレータ６内のレジスタに設定する（ステップＳ１０）。これによって、最適な位相でパルスが発生される。
【００３８】
次に、用途判断部１１とサンプリング方法判断部１３の各ステップの詳細についてデジタルカメラを例に説明を行う。
【００３９】
サンプリング方法判断部１３は、組み込むシステムの違いに応じて、どのようなサンプリング方法を適用すべきかの判断を行う。以下、組み込むシステムがデジタルスチルカメラの場合と医療用カメラの場合について、適用すべきサンプリング方法の具体例を説明する。
【００４０】
（ａ）デジタルスチルカメラ
組み込むシステムが用途判断部１１によってデジタルスチルカメラであると判断され、セレクタ１２はＲ，Ｇ，Ｂ信号をサンプリングするように指示する。デジタルスチルカメラの条件が、
画サイズ：フルサイズ
フレームレート：３０ｆｐｓ
解像度：高い
という条件であるとする。この場合、サンプリング方法判断部１３は、基準サンプルパルスＤＳ１、ピークサンプルパルスＤＳ２およびＡＤクロック信号ＡＣＫのサンプリング方法として、タイミングジェネレータ６の仕様により与えられる条件すべてを満たす周期と位相調整量を算出し、その値をそのまま最終的な周期と位相調整量として決定する。この場合、画サイズがフルサイズで、解像度が高いことから、速度よりも画質の方が重視される。
【００４１】
（ｂ）医療用カメラ
組み込むシステムが用途判断部１１によって医療用カメラであると判断され、セレクタ１２はＲ信号のみをサンプリングするように指示する。デジタルスチルカメラの条件が、
画サイズ：ＱＶＧＡ
フレームレート：３０ｆｐｓ
解像度：低い
という条件であるとする。この場合、サンプリング方法判断部１３は、基準サンプルパルスＤＳ１、ピークサンプルパルスＤＳ２およびＡＤクロック信号ＡＣＫのサンプリング方法として、タイミングジェネレータ６の仕様により与えられる条件すべてを満たす周期と位相調整量を算出し、さらにその値から１／Ｎ回間引きする周期と位相調整量として決定する。この場合、画サイズがＱＶＧＡで、解像度が低いことから、品質よりも速度の方が重視される。
【００４２】
次に、ピークサンプルパルスＤＳ２、基準サンプルパルスＤＳ１、ＡＤクロック信号ＡＣＫの位相調整について以下に説明する。
【００４３】
（ピークサンプルパルスＤＳ２の調整）
まずは図４、図５を用いてピークサンプルパルスＤＳ２の位相調整について説明を行う。図４はピークサンプルパルスＤＳ２の位相調整に用いられる信号成分のタイミングチャートであり、図５はピークサンプルパルスＤＳ２の位相調整の詳細を示すフローチャートであり、図３のステップＳ４とステップＳ５に対応している。
【００４４】
図４において、Ｗ１は撮像素子出力信号を、Ｗ３は輝度信号を示している。ここでピークサンプルパルスＤＳ２の位相調整における輝度とは、撮像素子２の有効画素領域の部分領域または全域（ピークサンプルパルス検出領域と称す）において選択された各画素の信号レベルの平均値として定義される。撮像素子出力信号Ｗ１が図のように示されるとき、基準サンプルパルスＤＳ１およびＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を固定して、ピークサンプルパルスＤＳ２の位相をＷ２のようにずらしていくと、輝度信号Ｗ３はピークを持った凸形状で現れる。この輝度信号Ｗ３が最も大きくなった場合の位相をピークサンプルパルスＤＳ２の最適となる位相として決定する。ここで、画像データにおいて選択された画素毎の信号レベルＶｓとは、前述したように、ピークサンプルパルスＤＳ２によって決定される信号成分のピーク値と基準サンプルパルスＤＳ１によって決定される基準となる信号成分との差分である。したがって、ピークサンプルパルスＤＳ２における信号成分と基準サンプルパルスＤＳ１における信号成分が逆転している箇所では差分がマイナスとなるが、この例では信号レベルにマイナスは定義されていないので、図中においては０となっている。
【００４５】
図５を用いてさらに詳細に説明する。まずステップＳ１１において、輝度の最大値の初期値を定義する。輝度の最大値の初期値としては、一定以上の大きさの信号成分があればすぐに更新される程度の小さな値を設定しておく。
【００４６】
次にステップＳ１２において、基準サンプルパルスＤＳ１およびＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を初期値とし、またピークサンプルパルスＤＳ２は基準サンプルパルスＤＳ１の位相の初期値よりも少しだけ時系列が遅い点を初期値として、さらにステップＳ１３において、撮像素子２によって撮像された画像データを取り込む。
【００４７】
次にステップＳ１４において、取り込まれた画像データのピークサンプルパルス検出領域内の輝度を検出する。すなわち、ピークサンプルパルス検出領域内の各画素の信号レベルの平均値を算出する。ここで、信号レベルが所定の値以上の画素については、その画素が飽和しているものと考えられるので、その画素を除いてサンプリングを行うとよい。ステップＳ１４の処理は輝度レベル検出部１４において行われる。
【００４８】
次にステップＳ１５において、算出された輝度を現在までの輝度の最大値と比較する。比較の結果、算出された輝度の方が大きい場合は、ステップＳ１６において、現在の最大値として設定する。現在までの輝度の最大値の方が大きい場合には、輝度の最大値の更新は行わない。ステップＳ１５とステップＳ１６の処理はタイミング調整部１６によって行われる。
【００４９】
次にステップＳ１７において、基準サンプルパルスＤＳ１とＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を固定したまま、ピークサンプルパルスＤＳ２の位相を１ステップ分だけ後方へずらすようタイミング調整部１６からタイミングジェネレータ６に対して命令を送る。位相を１ステップ分だけずらした後、ステップＳ１３に戻った上で再度、ステップＳ１３〜Ｓ１７の処理を行い、輝度の最大値を比較する。この処理をサンプリング方法判断部１３にて算出された１周期の期間にわたって繰り返して行い、輝度が最大となったときの位相をピークサンプルパルスＤＳ２の最適な位相として決定する。
【００５０】
（基準サンプルパルスＤＳ１の調整）
次に図６、図７を用いて基準サンプルパルスＤＳ１の位相調整について説明を行う。図６は基準サンプルパルスＤＳ１の位相調整に用いられる信号成分のタイミングチャートである。図７は基準サンプルパルスＤＳ１の位相調整の詳細を示すフローチャートであり、図３のステップＳ６とステップＳ７に対応している。
【００５１】
図６において、Ｗ１は撮像素子出力信号を、Ｗ３は輝度信号を示している。基準サンプルパルスＤＳ１の位相調整においても、輝度とは撮像素子２の有効画素領域の部分領域または全域（基準サンプルパルス検出領域と称す）において選択された各画素の信号レベルの平均値として定義される。撮像素子出力信号Ｗ１が図のように示されるとき、ピークサンプルパルスＤＳ２およびＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を固定して、基準サンプルパルスＤＳ１の位相を初期値からＷ４のようにずらしていくと、輝度信号Ｗ３は急峻に減少した後、基準期間においてほぼ一定となり、再び減少してピークサンプルパルスＤＳ２と一致する点で０となる。この輝度信号Ｗ３がほぼ一定となった区間（安定領域と称す）の中心に立ち上がりエッジがくるように、基準サンプルパルスＤＳ１の位相の最適値が決定される。
【００５２】
図７を用いてさらに詳細に説明する。
【００５３】
まずステップＳ２１において、基準サンプルパルスＤＳ１およびＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を初期値として、ピークサンプルパルスＤＳ２の位相を前述した調整方法によって決定された最適値として、撮像素子２によって撮像された画像データを取り込む。
【００５４】
次にステップＳ２２において、取り込まれた画像データの基準サンプルパルス検出領域内の輝度を検出する。すなわち、基準サンプルパルス検出領域内の各画素の信号レベルの平均値を算出する。ここで、信号レベルが所定の値以上の画素については、その画素が飽和しているものと考えられるので、その画素を除いてサンプリングを行うとよい。ステップＳ２２の処理は輝度レベル検出部１４において行われる。
【００５５】
次にステップＳ２３において、ピークサンプルパルスＤＳ２とＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を固定したまま、基準サンプルパルスＤＳ１の位相を１ステップ分だけ後方へずらす。
【００５６】
そして、ステップＳ２４において、基準サンプルパルスＤＳ１についての１周期の期間における繰り返し処理の設定を行い、ステップＳ２５において、撮像素子２によって撮像された画像データを取り込み、ステップＳ２６において、取り込まれた画像データの基準サンプルパルス検出領域内の輝度を検出する。
【００５７】
次にステップＳ２７において、１ステップ前の基準サンプルパルスＤＳ１の位相で取り込まれた画像データから算出された輝度と、現在の位相で検出された画像データから算出された輝度との差分をとり、この差分が所定の閾値以下であるかどうかを判定する。差分が所定の閾値以下であった場合には、ステップＳ２８において、現在の位相は安定領域内にあると判断する。
【００５８】
次にステップＳ２９において、ピークサンプルパルスＤＳ２とＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を固定したまま、基準サンプルパルスＤＳ１の位相を１ステップ分だけ後方へずらす。位相を１ステップ分だけずらした後、ステップＳ２５に戻った上で再度、ステップＳ２５〜Ｓ２９の処理を行い、ずらした位相が安定領域内であるかどうかを判断する。この処理をサンプリング方法判断部１３にて算出された１周期の期間にわたって繰り返して行い、安定領域がどの位相からどの位相までであるかを判断する。
【００５９】
最終的には、ステップＳ３０において、安定領域と判断された位相の中央値を基準サンプルパルスＤＳ１の位相の最適値として決定する。安定領域の最終的な判断において、安定領域と判断された位相が不連続な２区間以上存在する場合には、短い区間を無視する、あるいは安定領域と判断された位相が最も長く連続した区間を安定領域と判断してもよい。
【００６０】
なお、ノイズ成分が大きい場合には、２画素の差分のみでは安定領域を誤って検出する、あるいは検出できない可能性がある。そのような場合には、例えば、フィルタ演算等を用いることにより、３つ以上の位相における輝度の平均値と現在の位相における輝度の平均値との差分を算出して、閾値と比較してもよい。あるいは、３つ以上の位相における輝度の分散を算出して、閾値と比較してもよい。
【００６１】
なお、基準サンプルパルスＤＳ１、ピークサンプルパルスＤＳ２の各位相調整フローで用いられる基準サンプルパルスＤＳ１の位相の初期値は同一であっても異なるものであっても構わない。例えば、ピークサンプルパルスＤＳ２の位相調整フローにおける基準サンプルパルスＤＳ１の位相の初期値としては、設計仕様から予想される基準期間近辺となるように設定する一方、基準サンプルパルスＤＳ１の位相調整フローで最初の画像データを取り込む基準サンプルパルスＤＳ１の位相の初期値は、輝度信号の急峻な減少を検出するために、リセット期間内となるように設定され得る。
【００６２】
（ＡＤクロック信号ＡＣＫの位相調整）
次に図８、図９を用いてＡＤクロック信号ＡＣＫの位相調整について説明を行う。図８はＡＤクロック信号ＡＣＫの位相調整に用いられる信号成分のタイミングチャートである。図９はＡＤクロック信号ＡＣＫの位相調整の詳細を示すフローチャートであり、図３のステップＳ８とステップＳ９に対応している。
【００６３】
図８において、Ｗ１は撮像素子出力信号を、Ｗ６は分散を示している。分散とは、この例では、撮像素子２を遮光した状態において、有効画素領域または／およびＯＢ画素領域の部分領域または全域（ＡＤクロック信号検出領域と称す）における各画素の信号レベルの分散として定義される。すなわち、分散とは、撮像素子２が遮光されているために理想的な状況では一定となる各画素の信号レベルがどの程度ばらついているかを示す値である。したがって、分散が小さくなるようにＡＤクロック信号ＡＣＫの位相は設定される必要がある。なお、分散を算出する画素領域は、輝度を検出する画素領域と同じでも異なっていても構わない。
【００６４】
撮像素子出力信号Ｗ１が図のように示されるとき、基準サンプルパルスＤＳ１およびピークサンプルパルスＤＳ２の位相を最適値に固定して、ＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を初期値からＷ５のようにずらしていくと、分散はＷ６のような凹形状となる。この分散Ｗ６が最も小さな値となるようにＡＤクロック信号ＡＣＫの位相は決定されるべきであるが、何らかの要因によって誤った位置で分散Ｗ６が最小となる可能性がある。したがって、分散Ｗ６が最小と判断された位相において、ＡＤクロック信号検出領域内の輝度を所定の期待値と比較する。ＯＢ画素領域は遮光されているために、設計仕様におけるＤＣオフセットとしての期待値が存在する。ＡＤクロック信号検出領域内の輝度がこの期待値とかけ離れている場合には、ＡＤクロック信号ＡＣＫが最適であるとはいえない。したがって、分散Ｗ６が最小と判断された位相において、輝度と所定の期待値との差分が一定の閾値以下である場合には、その位相をＡＤクロック信号ＡＣＫの位相の最適値であるとして決定する。しかし、輝度と所定の期待値との差分が一定の閾値より大きい場合には、分散Ｗ６がその次に小さな位相において、輝度と所定の期待値との差分が一定の閾値以下であるかを判断することになる。以上を繰り返すことにより、ＡＤクロック信号ＡＣＫの位相の最適値は決定される。
【００６５】
なお、撮像素子２を遮光する方法としては、メカシャッタを閉じることによって入射光を遮蔽することが考えられる。ＯＢ画素領域をＡＤクロック信号検出領域とする場合は、最初から遮光された状態であるために、メカシャッタを閉じる必要は必ずしもない。
【００６６】
図９を用いてさらに詳細に説明する。
【００６７】
ステップＳ３１において、メカシャッタを閉じることによって入射光を遮蔽する。ＯＢ画素領域をＡＤクロック信号検出領域とする場合にはこのステップは必要ない。
【００６８】
次にステップＳ３２において、ノイズ成分のみを増幅させるためにアナログゲインを上げる。
【００６９】
次にステップＳ３３において、基準サンプルパルスＤＳ１およびピークサンプルパルスＤＳ２の位相を決定された最適値に設定し、ＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を初期値とし、さらにステップＳ３４において、撮像素子２によって撮像された画像データを取り込む。
【００７０】
次にステップＳ３５において、取り込まれた画像データのＡＤクロック信号検出領域内の輝度を検出する。すなわち、ＡＤクロック信号検出領域内の各画素の信号レベルの平均値を算出する。ステップＳ３５の処理は輝度レベル検出部１４において行われる。
【００７１】
次にステップＳ３６において、基準サンプルパルスＤＳ１とピークサンプルパルスＤＳ２の位相を固定したまま、ＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を１ステップ分だけ後方へずらす。位相を１ステップ分だけずらした後、ステップＳ３４に戻った上で再度、ステップＳ３４〜Ｓ３６の処理を行い、サンプリング方法判断部１３にて算出された１周期の期間にわたってこれを繰り返して位相毎の輝度を検出する。算出された輝度は一旦メモリに格納される。
【００７２】
次にステップＳ３７において、基準サンプルパルスＤＳ１およびピークサンプルパルスＤＳ２の位相を決定された最適値に設定し、ＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を初期値として、ステップＳ３８において、撮像素子２によって撮像された画像データを再度取り込む。
【００７３】
次にステップＳ３９において、取り込まれた画像データのＡＤクロック信号検出領域内の分散σ（ｎ）を計算する。ｎは任意の正数であり、サンプリング方法判断部１３にて算出された１周期の期間内において設定可能な位相状態の数を表す。すなわち、ＡＤクロック信号検出領域内の各画素の信号レベルの分散を算出する。ステップＳ３９の処理は分散演算部１５において行われる。
【００７４】
次にステップＳ４０において、基準サンプルパルスＤＳ１とピークサンプルパルスＤＳ２の位相を固定したまま、ＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を１ステップ分だけ後方へずらす。位相を１ステップ分だけずらした後、ステップＳ３８に戻った上で再度、ステップＳ３８〜Ｓ４０の処理を行い、サンプリング方法判断部１３にて算出された１周期の期間にわたってこれを繰り返して位相毎の分散を算出する。算出された分散は一旦メモリに格納される。なお、この説明では輝度の分布と分散の分布は異なる画像取り込みで行っているが、１回の画像取り込みで双方を演算することも可能である。
【００７５】
これまでの処理によって、輝度と分散の位相毎の分布がメモリに格納されたことになる。次にこのメモリに格納されたデータを用いて、最適なＡＤクロック信号ＡＣＫの位相を求めていく。まず、ステップＳ４１において、最初の位相の分散σ（１）を最小値σ（ｍｉｎ）として設定する。
【００７６】
次にステップＳ４３において、２番目以降の位相の分散をσ（ｎ）として、σ（ｍｉｎ）との比較を行う。σ（ｎ）の方が小さい場合には、ステップＳ４４において、σ（ｎ）を新たな最小値σ（ｍｉｎ）とする。ステップＳ４３〜Ｓ４４の処理を最後の位相まで繰り返すことにより、分散が最小となる位相が求められる。
【００７７】
次にステップＳ４５において、最小値となった位相における輝度と設計仕様によって定まるその期待値との差分が所定の閾値以下であるかどうかが判断される。所定の閾値より大きくなった場合には、σ（ｍｉｎ）となる位相の次に分散の小さかった位相について、ステップＳ４６の処理を行う。最適な位相が決定されるまでステップＳ４５、ステップＳ４６の処理は繰り返される。所定の閾値以内に収まっている場合には、ステップＳ４７において、そのときの位相をＡＤクロック信号ＡＣＫの最適な位相として決定する。
【００７８】
これまで説明してきた方法によって、基準サンプルパルスＤＳ１、ピークサンプルパルスＤＳ２およびＡＤクロック信号ＡＣＫの各位相を自動で調整することが可能となる。したがって、組み込むシステムが変更された場合や、撮像素子２自体が交換された場合や、外的要因（温度、経年劣化等）によって撮像素子２の特性が変化した場合においても、ユーザ仕様および製品製造時に適切な信号（色）や周期と位相調整量を特定することにより、タイミングジェネレータ６から出力されるパルスの位相を自動調整することが可能となる。しかも、各パルスの特性を考慮した上で個別の方法でパルスの位相を画質面と速度面において最適な条件でを調整しているので、高精度・高速度な自動調整が可能となる。
【００７９】
なお、以上で説明した実施の形態はあくまでも一例であり、発明の主旨の範囲内で様々に変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明によって、デジタルカメラにおける撮像に用いるパルスのタイミング調整を自動で行うことが可能になるため、少なくともデジタルカメラにおいて利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施の形態における位相調整装置搭載のデジタルカメラの全体的な構成を示すブロック図
【図２】撮像素子から出力される信号成分を時系列で表した図
【図３】本発明の実施の形態における位相調整の全体的な動作を示すフローチャート
【図４】本発明の実施の形態においてピークサンプルパルスの位相調整に用いられる信号成分のタイミングチャート
【図５】本発明の実施の形態におけるピークサンプルパルスの位相調整の詳細な動作を示すフローチャート
【図６】本発明の実施の形態において基準サンプルパルスの位相調整に用いられる信号成分のタイミングチャート
【図７】本発明の実施の形態における基準サンプルパルスの位相調整の詳細な動作を示すフローチャート
【図８】本発明の実施の形態においてＡＤクロック信号の位相調整に用いられる信号成分のタイミングチャート
【図９】本発明の実施の形態におけるＡＤクロック信号の位相調整の詳細な動作を示すフローチャート
【符号の説明】
【００８２】
１  光学レンズ
２  撮像素子
３  相関二重サンプリング部（ＣＤＳ）
４  自動利得制御部（ＡＧＣ）
５  ＡＤ変換器（ＡＤＣ）
６  タイミングジェネレータ（ＴＧ）
７  垂直ドライバ
１０  アナログフロントエンド
１１  用途判断部
１２  セレクタ
１３  サンプリング方法判断部
１４  輝度レベル検出部
１５  分散演算部
１６  タイミング調整部
２０  ＤＳＰ
ＡＣＫ  ＡＤクロック信号
ＤＳ１  基準サンプルパルス
ＤＳ２  ピークサンプルパルス
Ｓａ  アナログ撮像信号
Ｓｄ  デジタル撮像信号
【図１】
2008135824.tif 000003
【図２】
2008135824.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008135824.tif 000008
【図７】
2008135824.tif 000009
【図８】
2008135824.tif 000010
【図９】
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