相位调整装置、相位调整方法和数码相机的制作方法

专利名称：相位调整装置、相位调整方法和数码相机的制作方法
技术领域：
本发明涉及在数码相机中执行用于成像的脉沖相位(时序)调整的相位 调整装置和相位调整方法，以及包含该相位调整装置的数码相机。
背景技术：
在数码相机中(数字静态相机、数字摄相机、内置相机的移动电话等)， 将由诸如CCD和MOS传感器之类的成像元件成像的模拟成像信号转换为数 字成像信号，且该数字成像信号经过预定的信号处理然后被记录下来。需要 用于驱动成像元件的脉冲、用于检测信号电平的脉沖等，以便利用成像元件 对物体成像。由于这种脉冲的相位具有源于制造时的偏差，所以在设计硬件 时很难调整脉冲相位。这样，在制造出来后，技术人员执行相位调整，将表 示调整后相位的信息存储于存储区域，之后，在实际应用中从存储区域读出 相位信息，以用于设置最优相位。
如在日本特许公开专利申请No.2005-151081中所公开，利用最小曝光 时间充分获取噪声成分及在高频成分(噪声成分)变为最小的情况下调整相
当环境温度波动时，釆样时序由于温度特性而波动。在这种情况下，如 果脉沖的相位依然固定，则会产生噪声，且图像质量下降。这样，脉沖的相 位必须进行调整，但是如果技术人员手动重新调整相位，则很难快速且容易 地响应。尽管待调整的脉沖以多种形式存在，但在现有技术例子1中，对所 有脉冲使用相同的方法来获得最优相位，而没有考虑每个脉冲的特性，因此 这种方式的精确度不是很高。

发明内容
本发明的主要目的在于自动调整成像中所使用脉沖的相位。
(1 )本发明的相位调整装置包括温度检测单元，用于检测对图像信 号进行成像的成像元件的温度；存储单元，用于与温度变化相关联地存储成 像元件对图像信号进行成像时所使用脉沖的相位变化，该相位变化与成像元 件的温度变化相关；以及时序调整单元，用于比对所述温度检测单元检测到 的成像元件的温度信息与存储在存储单元中的相位变化，并调整所述脉冲的 相位。
在该相位调整装置中，温度检测单元检测成像元件的温度，并将所检测 到的温度信息提供给时序调整单元。时序调整单元基于所接收到的温度信息 搜索存储单元，获取与温度变化相关的脉冲的相位变化量，并将当前脉沖的 相位调整为温度变化后的相位。相位调整的处理是通过温度检测单元、存储 单元和时序调整单元的协力操作而自动执行的。
(2)本发明的相位调整装置包括温度检测单元，用于检测对图像信 号进行成像的成像元件的温度；存储单元，用于与温度变化关联地存储成像 元件对图像信号进行成像时所使用脉沖的相位变化，该相位变化与成像元件 的温度变化相关；亮度级检测单元，用于检测从成像元件第一像素区域中的 多个像素获取的成像信号的亮度级；方差计算单元，用于计算表示从成像元 件第二像素区域中的多个像素获取的成像信号中各像素之间的信号变化的 方差；以及时序调整单元，用于基于所述温度检测单元检测到的成像元件的 温度信息、存储于所述存储单元中的相位变化、所述亮度级检测单元检测到 的成像信号的亮度级以及由所述方差计算单元计算出的方差来调整所述脉 冲的相位。
在这种配置的相位调整装置中，温度检测单元检测成像元件的温度，并 将所检测到的温度信息提供给时序调整单元。时序调整单元基于所接收到的 温度信息搜索存储单元，获取与温度变化相关的相位变化量，并将当前相位的脉沖调整为温度变化后的相位。而且，亮度级检测单元检测从成像元件第 一像素区域中的多个像素获取的成像信号的亮度级，并将所获取的亮度信息 提供给时序调整单元。时序调整单元进一步基于所接收到的亮度信息调整该 脉沖的相位。基于亮度信息对脉沖的相位调整适用于对在信号期变为峰值的 信号成分进行采样的峰值采样脉沖的相位调整，或对在相关双采样中变为基 准的信号成分进行采样的基准采样脉沖的相位调整。方差计算单元计算表示 从成像元件第二像素区域中的多个像素获取的成像信号中各像素之间的信 号变化的方差，并将所获取的方差信息提供给时序调整单元。时序调整单元 进一步基于所接收到的方差信息调整脉冲的相位。基于方差信息对脉沖的相位调整适用于AD时钟信号的相位调整，该AD时钟信号是将模拟成像信号 AD转换为数字成像信号时所使用的工作时钟。相位调整的以上处理是通过 温度检测单元、存储单元、亮度级检测单元、方差计算单元和时序调整单元 的协力操作来自动执行的。在温度变化时脉冲的相位调整中，亮度级检测单 元实际上测量亮度，方差计算单元计算表示多个像素中的成像信号的各像素 之间的信号改变，且在考虑亮度和方差的情况下调整脉沖的相位，从而使得 脉沖的相位调整的精确度变高。
(3)本发明的数码相机包括成像元件，用于对模拟图像信号进行成 像；相关双采样单元，用于对模拟成像信号执行相关双采样，并确定模拟图 像信号每个像素的信号电平；自动增益控制器，用于调整从所述相关双采样 单元输出的模拟成像信号的振幅；A/D转换器，用于将具有所述自动增益控 制器调整后的振幅的模拟成像信号转换为数字成像信号；如权利要求1所述 的相位调整装置，用于设置适合于成像元件对成像信号进行成像时所使用脉 沖的相位；以及时序生成器，用于生成具有所述相位调整装置所设置的相位 的脉冲。
以上所描述的成像元件、相关双采样单元、自动增益控制器、AD转换 器和时序生成器为数码相机的常用元件，因此不再具体描述。该特征在于数 码相机安装了具有配置(1)或(2)的相位调整装置。
(4)本发明的相位调整方法包括与温度变化关联地存储成像元件对 图像信号进行成像时所使用脉冲的相位变化，该相位变化与成像元件的温度 改变相关；检测成像元件的温度；以及比对所检测到的成像元件的温度信息 与所存储的相位变化，并调整所述脉冲的相位。
在该相位调整方法中，即使在发生温度改变时，用于驱动成像元件的脉 冲相位也可自动调整。
(5 )本发明的一种相位调整方法用于调整一用于检测从成像元件输出 的模拟成像信号的峰值电平的峰值采样脉冲的相位、 一用于检测对模拟成像
信号执行相关双采样时变为基准的信号电平的基准采样脉冲的相位以及一 用于将相关双采样后的模拟成像信号转换为数字图像信号的AD时钟信号的 相位，该方法包括以下步骤与温度变化关联地存储成像元件对图像信号进 行成像时所使用脉沖的相位变化，该相位变化与成像元件的温度变化相关； 检测成像元件的温度；比对所检测到的成像元件的温度信息和所存储的相位 变化，并调整所述脉沖的相位；在所述基准采样脉沖的相位和AD时钟信号 的相位固定在初始值的状态下，通过改变所述峰值采样脉冲的相位，来检测 所述峰值采样脉冲的亮度变为最大的亮度最大相位；将所迷亮度最大相位设 置为所述峰值采样脉沖的相位；在所述峰值采样脉冲的相位固定在所述亮度 最大相位且所述AD时钟信号的相位固定在所述初始值的状态下，通过改变 所述基准采样脉沖的相位，来检测亮度变化小的稳定波形区域；将所述稳定 波形区域的中心相位设置为所述基准采样脉冲的相位；在所述峰值采样脉冲 的相位固定在所述亮度最大相位、所述基准采样脉沖的相位固定为所述中心 相位且所述成像元件的入射光被屏蔽的状态下，通过改变所述AD时钟信号 的相位，来检测方差变为最小的方差最小相位；以及将所检测到的方差最小 相位设置为所述AD时钟信号的相位。
在这种相位调整方法中，在温度变化时脉冲的相位调整中，亮度级检测 单元实际上检测亮度，方差计算单元计算表示多个像素中成像信号的各像素 之间的信号改变，且在考虑亮度和方差的情况下调整脉沖的相位，从而使得脉冲的相位调整的精确度变高。
(5)中的相位调整方法具有这样的模式峰值采样脉冲的相位、基准 采样脉沖的相位和AD时钟信号的相位中至少 一 个的变化范围限定为比所述 脉沖的 一个周期短的范围。
假定所用最优相位接近于依据从存储单元读取出的脉冲的相位变化量 变化的相位。可以通过将执行相位调整的范围限制在短于 一个周期的范围来 减少处理时间。
根据本发明，成像元件的特性变化可以得到抑制，并且与技术人员手动 调整相位时相比，调整处理所需的时间得到了减少。
而且，通过协力操作亮度级检测和方差计算，脉沖相位调整的精确度变
根据本发明，数码相机中成像所使用的脉沖的时序调整可以自动执行， 因此本发明至少在数据相机中具有实用性。


通过参考以下目前优选实施例的描述，本发明连同其目的和优点可得到
最好的理解，并通过所附权利要求将显而易见。通过实现本发明，本申请中
没有提到的大量优点对本领域技术人员将变得显而易见。
图1为示出根据本发朋第一实施例安装有相位调整装置的数码相机的
总体配置的框图2为示出按时间顺序从成像元件输出的信号成分的视图3为示出根据本发明第一实施例的相位调整的总体操作的流程图4A为描述温度从基准温度变化时的调整方法的第一视图4B为描述温度从基准温度变化时的调整方法的第二视图5为示出根据本发明第二实施例安装有相位调整装置的数码相机的
总体配置的框图6A为示出本发明第二实施例中相位调整的总体操作的流程图6B为本发明第二实施例中相位调整设定值的示例；
图7A为描述温度从基准温度变化时的调整范围的第一视图
； 图7B为描述温度从基准温度变化时的调整范围的第二视图8为本发明第二实施例中用于峰值采样脉冲相位调整的信号成分的 时序图9为示出本发明第二实施例中峰值采样脉沖相位调整的详细操作的 流程图10为本发明第二实施例中用于基准采样脉沖相位调整的信号成分的 时序图11为示出本发明第二实施例中基准采样脉冲相位调整的详细操作的 流程图12A为根据第二实施例用于AD时钟信号相位调整的信号成分的时序
图12B为描述本发明第二实施例中方差的调整程度的视图；以及
图13为示出本发明第二实施例中AD时钟信号相位调整的详细操作的 流程图。
具体实施例方式
现在参考附图详细描述根据本发明安装有相位调整装置的数码相机的 实施例。
(第一实施例)
图1为示出根据本发明第一实施例的数码相机的总体配置的框图。本实 施例的数码相机包括光学镜头1,用于将被摄物图像采集到成像元件2上； 成像元件2(下文以举例方式描述CCD),用于对光学镜头l采集到的被摄 物图像进行成像；模拟前端10，用于对从成像元件2输出的模拟成像信号 Sa执行预定处理，以便将该模拟成像信号Sa转换为数字成像信号Sd;以及 DSP (数字信号处理器)20，用于对从模拟前端IO输出的数字成像信号Sd执行预定处理(颜色校正、YC处理等)，以便生成图像信号。
成像元件2包括多个像素，这些像素均包括用于对被摄物进行成像的有 效像素区域，以及在有效像素区域周围设置光屏蔽状态且用于检测OB (Optical Black,即暗光)水平的OB像素区域。
模拟前端10包括相关双采样单元3，用于^l丸行相关双采样(CDS) 以确定从成像元件2输出的模拟成像信号Sa的信号电平；自动增益控制器 (AGC)4，用于采用可调增益放大从相关双采样单元3输出的信号；ADC (模拟数字AD转换器)5,用于将经自动增益控制器4放大后的信号转换 为数字成像信号Sd;时序生成器(TG)6，用于生成成像所使用的脉冲；以 及垂直驱动器7，用于将时序生成器6生成的脉冲输出到成像元件2。
DSP20包括温度检测单元ll，用于冲企测成像元件2的温度；存储单 元12，用于以表格形式存储脉冲的与相对基准温度的温度变化相对应的相 位变化量(下文称为相位变化量表)；以及时序调整单元15，用于基于从 温度检测单元11获取的温度信息和从存储单元12获取的相位变化量表，对 由时序生成器6所生成的脉冲执行相位(时序)调整，这些部件为本发明特 有的部件。温度检测单元11可以利用温度传感器。而且，温度检测单元ll 可以被配置成检测与成像元件2的温度相关的信息。与成像元件2的温度相 关的信息包括成像元件2的功耗(平均值或计算的累计值)。
图2为按照时间顺序从成像元件输出的信号成分的视图。如图2所示， 模拟成像信号Sa具有重置期Tl、基准期T2和信号期T3。重置期Tl是用 于重置成像元件2的时期。基准期T2是从成像元件2输出基准电压的时期， 是用于检测相关双采样单元'3工作时变为基准的信号的时期。信号期T3是 输出信号电压的时期。对在信号期T3变为峰值的信号电压以及在基准期T2 的基准电压进行采样，并提取这些电压的差值，以获取模拟成像信号Sa的 信号电平Vs。在图2中，图中向下的方向被定义为信号成分的正方向。
图3为本实施例中各脉冲相位调整的总体流程图。相位调整主要由温度 检测单元11、存储单元12和时序调整单元15执行。在本实施例中，基准
采样脉沖DS1、峰值采样脉沖DS2和AD时钟信号ACK为待调整的脉冲。 基准采样脉沖DS1是用于在相关双采样中对变为基准的信号成分进行采样 的脉沖。在基准采样脉冲DSl中，期望执行相位调整，以使上升沿出现在 基准期的中间。峰值采样脉沖DS2是用于在信号期T3对变为峰值的信号成 分进行采样的脉沖。在峰值采样脉沖DS2中，期望执行相位调整，以使从 成像元件2输出的信号成分变为峰值时出现上升沿。由相关双采样单元3计 算的信号电平Vs是在峰值采样脉沖DS2上升时峰值信号成分与在基准期由 基准采样脉冲DS1上升时限定的信号成分之间的差值。AD时钟信号ACK 是AD转换器4工作的时钟信号。在AD时钟信号ACK中，期望执行相位 调整，以使AD转换的结果不会变化。
在本实施例中，温度检测单元11首先测量成像元件2的温度，并将测 量结果报告给时序调整单元15 (步骤Sl )。已接收关于测量结果的报告的 时序调整单元15判断在已报告的测量结果中温度是否相对基准温度变化 (步骤S2)。如果温度相对基准温度变化，则如图4A和图4B所示，时序 调整单元15从存储于存储单元12中的针对基准采样脉沖DS1、峰值采样脉 沖DS2和AD时钟信号ACK的相位变化量表读取相对基准温度下的相位的 相位变化量。然后时序调整单元15通过读取的相位变化量来改变基准采样 脉冲DS1、峰值采样脉冲DS2和AD时钟信号ACK的相位，以确定每个脉 冲DS1、 DS2和ACK的最优相位(步骤S3)。例如，如图4B所示，假设 温度变化量为Atm。在这种情况下，基准采样脉冲DS1从基准温度时刻的 相位变化量为△ 6 n,峰值采样脉沖DS2从基准温度时刻的相位变化量为 △ 62-m，而AD时钟信号ACK从基准温度时刻的相位变化量为△ 6ai。所 以，如W12所指示(参见图4A),以相位变化量A 6卜m对基准采样脉沖 DS1进行相位调整；如Wl所指示(参见图4A)，以相位变化量A 621 对峰值采样脉冲DS2进行相位调整；而如W13所指示(参见图4A),以相 位变化量A ea—m对AD时钟信号ACK进行相位调整。以这种方式，可确定 基准采样脉沖DS1、峰值采样脉沖DS2和AD时钟信号ACK的最优相位。
在本实施例中，基准采样脉沖DS1、峰值采样脉沖DS2和AD时钟信 号ACK作为待调整的脉冲给出，但本发明还适用于其它的特性根据温度变 化的脉沖，例如CCD驱动脉沖。 (第二实施例)
图5为示出根据本发明第二实施例的数码相机的总体配置的框图。在图 5中，与第一实施例图1中湘同的附图标记表示相同的元件。本实施例的具 体配置如下所述。除了包括与第一实施例类似的作为本发明特有部件的配置 (温度检测单元11、存储单元12和时序调整单元15)之外，DSP 20还包 括亮度级检测单元13,用于通过计算预定区域内所选像素的信号电平的 平均值来检测亮度级；以及方差计算单元14,用于计算所选像素之间信号 电平的方差。时序调整单元15根据从溫度检测单元11获取的温度信息、存 储于存储单元12的脉冲相位变化量表、亮度级检测单元13的计算结果以及 方差计算单元14的计算结果，调整基准采样脉冲DS1、峰值采样脉冲DS2 和AD时钟信号ACK的相位。其它配置与第一实施例中的相同，因此省略 了对它们的描述。
图6A为本实施例中各脉冲相位调整的总体流程图。相位调整主要由温 度检测单元11、存储单元12、亮度级检测单元13、方差计算单元14和时 序调整单元15来执行。在本实施例中，峰值采样脉沖DS2、基准釆样脉冲 DS1和AD时钟信号ACK为待调整的脉冲。
在本实施例中，温度检测单元11首先测量成像元件2的溫度，并将测 量结果报告给时序调整单元15 (步骤Sll)。已接收关于测量结果的报告的 时序调整单元15判断在所报告的测量结果中温度是否相对基准温度变化。 如果溫度相对基准温度变化，则时序调整单元15从图7A所示的存储于存 储单元12中的相位变化量表，读取相对测量结果中基准温度的相位变化量， 并通过所读取的相位变化量调整基准采样脉沖DS1、峰值采样脉冲DS2和 AD时钟信号ACK的相位。将调整之后各脉沖DS1、 DS2和ACK的相位设 置为初始值。在这种情况下，假设最优相位接近于从脉冲相位变化量表中读 取的相位。这样，时序调整单元15将执行相位调整的范围只限制在初始值 周围的范围内，如图7B中附图标记5m所示(步骤S12)。通过这样的限 制，可减少处理时间。
以上所描述的调整范围不必要对每个脉冲进行存储，即使是在例如温度 由于存储容量减少等发生变化时，也可以在脉冲单元中限定为相同的范围。 作为替换地，以上所描述的调整范围可以不存储于存储单元12中，而可以 使用对所有脉沖预先限定的调整范围。
然后，时序调整单元15将基准采样脉沖DS1和AD时钟信号ACK的 相位固定为步骤S12中限定的初始值，并在从初始值逐渐改变峰值采样脉沖 DS2的相位时，测量确定峰值采样脉沖DS2的相位所需的数据(步骤S13)。 然后，时序调整单元15评估所测量的数据，以便确定峰值采样脉沖DS2的 最优相位(步骤S14)。
在确定峰值采样脉冲DS2的相位之后，时序调整单元15将峰值采样脉 冲DS2的相位固定到所确定的最优值。然后，在将AD时钟信号ACK的相 位固定为初始值的情况下，并从初始值逐渐改变基准采样脉冲DS1的相位 时，时序调整单元15进一步测量确定基准采样脉沖DS1的相位所需的数据 (步骤S15)。时序调整单元15评估该数据，并确定基准采样脉冲DS1的 最优相位(步骤S16)。
在确定基准采样脉冲DS1和峰值采样脉沖DS2的相位之后，时序调整 单元15将这两个脉冲的相位固定在各自的最优值，然后在从初始值改变AD 时钟信号ACK的相位时，测量确定AD时钟信号ACK的相位所需的数据(步 骤S17)。时序调整单元]5评估该数据，以便确定AD时钟信号ACK的最 优相位(步骤S18)。在确定基准采样脉沖DS1、峰值采样脉冲DS2和AD 时钟信号ACK的最优相位之后，时序调整单元15在时序生成器6的寄存器 中设置与确定的最优相位相关的信息(步骤S]9)。然后，时序生成器6生 成最优相位的脉冲。
现在详细描述每个步骤。
(峰值采样脉沖DS2的调整)
首先，参考图8和图9描述峰值采样脉冲DS2的相位调整。图8为在 峰值采样脉沖DS2的相位调整中使用的信号成分的时序图，而图9为峰值 采样脉沖D S 2相位调整的具体流程图。该处理对应于图6的步骤S13和S14 。
在图8中，Wl表示成像元件的输出信号，而W3表示亮度信号。在峰 值采样脉冲DS2的相位调整中亮度被定义为成像元件2有效像素区域的部 分区域或全部区域(称为峰值采样脉沖检测区域)中所选各个像素的信号电 平的平均值。当成像元件的输出信号Wl处于图8所示状态时，通过固定基 准采样"永沖DS1的相位和AD时钟信号ACK的相位，并如W2所示逐渐改 变峰值采样脉冲DS的相位，亮度信号W3表现为具有峰值的凸起形状。时 序调整单元15将亮度信号W3变为最大的状态下的相位确定为峰值采样脉 冲DS2的最优相位。如以上所述，图像数据中所选的每个像素的信号电平 Vs均为峰值采样脉冲DS2确定的信号成分的峰值与基准采样脉冲DS1确定 的基准信号成分之间的差值。所以，在峰值采样脉冲DS2中的信号成分和 基准采样脉冲DS1的信号成分之间的位置关系为相反时，该差值变为负值， 但是由于在本例中没有为信号电平定义负值，因此在该图中差值为0。
这将参考图9进行进一步详细描述。首先，在步骤S21中，DSP 20将 基准采样脉冲DS1的相位、峰值采样脉冲DS2的相位和AD时钟信号ACK 的相位设置为各自的初始值，并在步骤S22中，读取由成像元件2成像的图 像数据。
在步骤S23中，亮度级检测单元13检测DSP 20所读取的图像数据的峰 值采样脉冲检测区域中的亮度。也就是说，亮度级检测单元13计算峰值采 样脉冲检测区域中各像素的信号电平的平均值。对于具有大于或等于预定值 的信号电平的像素，假设相关像素饱和，因此在执行采样时，将这些像素排 除在外。
在步骤S24中，时序调整单元15将亮度级检测单元13所计算的亮度与 直到当前时刻亮度的最大值进行比较。作为比较结果，如果所计算的亮度较大，则在步骤S25中，时序调整单元15将该亮度设置为当前的最大值。如 果直到当前时刻亮度的最大值较大，则不更新亮度的最大值。
在步骤26中，时序调整单元15向时序生成器6发送命令，以便在固定 基准釆样脉冲DS1的相位和AD时钟信号ACK的相位情况下，将峰值采样 脉冲DS2的相位向后移动一步。响应该命令，时序生成器6将峰值釆样脉 沖DS2的相位向后移动一步。
在输出移动相位一步的命令之后，时序调整单元15返回步骤S22,并 通过再一次执行步骤S22到步骤S26的处理，计算亮度的最大值，并将亮度 的计算值和存储的最大值进行比较。时序调整单元15重复执行这样的处理 达到一个周期，并将亮度变为最大值时的相位(亮度最大相位)确定为峰值 采样脉冲DS2的最优相位。 (基准采样脉沖DS1的调整)
现在参考图IO和图11描述基准采样脉冲DS1的相位调整。图10为基 准采样脉沖DS1相位调整中使用的信号成分的时序图，而图ll为基准采样 脉冲DS1相位调整的具体流程图。该处理对应于图6的步骤S1.5和S16。
相应地在图10中，Wl表示成像元件的输出信号，而W3表示亮度信号。 在基准采样脉冲DS1的相位调整中亮度被定义为成像元件2有效像素区域号电平的平均值。当成像元件的输出信号Wl处于图10所示状态时，通过 固定峰值采样脉冲DS2的相位和AD时钟信号ACK的相位，并如W4所示 从初始值逐渐改变基准采样脉冲DS1的相位，亮度信号W3急剧减弱并在基 准期时基本变为常数，然后再次减弱并在与峰值采样脉沖DS2相符合的点 处变为0。时序调整单元15确定基准采样脉冲DS1的相位，以使上升沿出 现在亮度信号W3基本为常数的区间(下文称作稳定波形区域)的中心相位 处。
这将参考图ll进行进一步详细描述。首先，在步骤S31中，DSP20将 基准采样脉冲DS1的相位和AD时钟信号ACK的相位设置为各自的初始值。然后，DSP 20将峰值采样脉沖DS2的相位设置为通过以上述调整方法确定 的最优值，并在这种状态下读取由成像元件2成像的图像数椐。
在步骤S32中，亮度级检测单元13检测所读取图像数据的基准采样脉 冲检测区域中的亮度。也就是说，亮度级检测单元13计算基准采样脉冲检 测区域中各像素信号电平的平均值。对于具有大于或等于预定值的信号电平 的像素，假设相关像素饱和，因此在执行采样时，将这些像素排除在外。
在步骤S33中，时序调整单元15向时序生成器6发送命令，以便在固 定峰值采样脉沖DS2的相位和AD时钟信号ACK的相位的情况下，将基准 采样脉冲DS1的相位向后移动一步。
在移动相位一步之后，在步骤S34中时序调整单元15在基准采样脉冲 DS1的一个周期中执行重复处理的设置。响应于此，在步骤S35中，DSP20 读取由成像元件2成像的图像数据。在步骤S36中，亮度级检测单元13检 测所读取图像数据的基准采样脉冲检测区域中的亮度。
在步骤S37中，时序调整单元15提取从一步前基准采样脉冲DS1的相 位处获取的图像数据中计算出的亮度与从当前相位处检测的图像数据中计 算出的亮度之间的差值，并确定该差值是否小于或等于预定的阈值。如果该 差值小于或等于预定的阈值，则在步骤S38，时序调整单元15判定当前相 位在稳定波形区域内。
在步骤S39中，时序调整单元15向时序生成器6发送命令，以便在固 定峰值采样脉沖DS2的相位和AD时钟信号ACK的相位的情况下，将基准 采样脉冲DS1的相位向后移动一步。响应该命令，时序生成器6将基准采 样脉冲DS1的相位向后移动一步。
在输出移动相位一步的命令之后，时序调整单元15返回步骤S35，并 通过再次执行步骤S35至S39的处理，判定改变的相位在稳定波形区域之内。 时序调整单元15重复执行这样的处理达到一个周期，并判断从哪个相位到 哪个相位存在稳定波形区域。
最后，在步骤S40中，时序调整单元15将判定为稳定波形区域的相位的中间值(中心相位)确定为基准采样脉冲DS1的相位的最优值。在稳定 波形区域的最后判定中，当判定为稳定波形区域的相位区域存在两个或更多 不连续的区间时，时序调整单元可以忽略短区间，或可以将判定为稳定波形 区域的相位连续最长的区间判定为稳定波形区域。
当噪声成分大时，稳定波形区域可能发生错误检测，或者在只有两个像 素差值的情况下可能检测不到。在这种情况下，时序调整单元15使用滤波 计算等来计算三个或更多相位的亮度平均值与当前相位的亮度平均值之间 的差值，并将以这种方式计算的差值和阈值进行比较。作为替换地，计算三 个或更多相位的亮度变化，并将该计算的亮度变化与阈值进行比较。
基准采样脉沖DS1和峰值采样脉冲DS2的相位调整流程中使用的基准 采样脉沖DS1的相位初始值可能相同或可能不相同。例如，在峰值采样脉 沖DS2的相位调整流程中，基准采样脉冲DS1的相位初始值可被设置为接 近于设计规范所假定的基准期，而在基准采样脉冲DS1的相位调整流程中， 用于读取第一图像数据的基准采样脉冲DS1的相位初始值可被设置为在重 置期之内，以便检测亮度信号的急剧减弱。 (AD时钟信号ACK的相位调整)
现在参考图12A、图l，B和图13描迷AD时钟信号ACK的相位调整。 图12为AD时钟信号ACK相位调整中使用的信号成分的时序图。图13为 AD时钟信号ACK相位调整的具体流程图，它对应于图6的步骤S17和S18。
在图12A和图12B中，Wl表示成像元件的输出信号，而W6表示方差。 在此提到的方差被定义为在成像元件2光屏蔽的情况下，有效像素区域和/ 或OB像素区域的部分区域或全部区域(称作AD时钟信号检测区域)中各 像素信号电平的方差。也就是说，方差是表示各个像素信号电平的变化程度 的值，该变化程度值在成像元件被光屏蔽的理想条件状态下应该是常数。所 以，AD时钟信号ACK的相位必须被设置成使得方差变小。计算方差的像 素区域可以与检测亮度的像素区域相同或不相同。
当成像元件的输出信一 Wl处于图12A所示状态时，在将基准采样脉冲DS1的相位和峰值采样脉沖DS2的相位固定在最优值的情况下，通过如W5 所示的从初始值改变AD时钟信号ACK的相位，方差具有如W6所示的凹 入形状。通常情况下，AD时钟信号ACK的相位必须被确定成使得方差W6 取最小值。然而，有时由于一些原因，方差W6会在错误的位置变为最小。 因此，时序调整单元15以下面的方式判断被判定作为最小的方差W6是否 在错误的位置变为最小。
时序调整单元15将方差W6被判定为最小的相位时的AD时钟信号 ACK检测区域内的亮度与设计规范中DC偏移的期望值进行比较。在成像 元件2处于被光屏蔽的状态下时，成像元件2的有效像素区域可以用作AD 时钟信号检测区域。在这种情况下，通过关闭机械快门并屏蔽入射光，成像 元件2被光屏蔽。由于成像元件2的OB像素区域被光屏蔽，所以设计规范 中DC偏移的期望值存在于OB像素区域的亮度级中。这样，OB像素区域 的亮度级可用作设计规范中DC偏移的期望值。
成像元件2的OB像素区域可用作AD时钟信号检测区域。在这种情况 下，由于OB像素区域最初就被光屏蔽，因此机械快门不需要关闭。
在以上描述的比较判断中，如果AD时钟信号检测区域中的亮度远离期 望值，则AD时钟信号ACK不能假设为最优。这样，当方差W6被判定为 最小的相位处的AD时钟信号区域中的亮度与期望值之间的差值小于或等于 常数阈值时，时序调整单元15假设相关相位为AD时钟信号ACK相位的最 优值。然而，如果亮度与期望值之间的差值大于常数阈值，则时序调整单元 15判断方差W6为从上述相位开始的下一个最小值的相位处的亮度与期望 值之间的差值是否小于或等于常数阈值。时序调整单元15重复这样的判断 处理，以便确定AD时钟信号ACK相位的最优值。
这在下文中将参考图13进行进一步详细描述。在步骤S41中，通过关 闭机械快门，成像元件2的入射光被光屏蔽。当OB像素区域为AD时钟信 号检测区域时，该步骤不是必须的。在步骤S42中，AGC4增大模拟增益， 从而仅放大噪声成分。在步骤S43中，将基准采样脉冲DS1和峰值采样脉冲DS2的相位设置为所确定的最优值，并将AD时钟信号ACK的相位设置 为初始值，而在步骤S44中，DSP 20读取由成像元件2成像的图像数据。 在步骤S45中，亮度级检测单元13检测所读取图像数据的AD时钟信号检 测区域中的亮度。也就是说，亮度级检测单元13计算AD时钟信号检测区 域中各像素信号电平的平均值。在步骤S46中，时序调整单元15向时序生 成器6发送命令，以便在固定基准采样脉冲DS1的相位和峰值采样脉冲DS2 的相位的情况下，将AD时钟信号ACK的相位向后移动一步。响应该命令， 时序生成器6将AD时钟信号ACK的相位向后移动一步。
在输出移动相位一步的命令之后，时序调整单元1.5返回步骤S44,再 次执行步骤S44至S46的处理，并重复相同的处理达到一个周期，以便检测 每个相位的亮度。所计算的亮度一次存储在存储器中(未示出)。在步骤 S47，时序调整单元15将基准采样脉冲DS1的相位和峰值采样脉冲DS2的 相位设置为所确定的最优值，并将AD时钟信号ACK的相位设置为初始值。 在步骤S48, DSP 20再次读取由成像元件2成像的图像数据。在步骤S49 中，方差计算单元14计算所读取图像数据的AD时钟信号检测区域的方差 a(n)。在此，n是表示在一个周期内可设置的相位状态的数目的任意正数， 其中方差计算单元14计算A D时钟信号检测区域中各像素信号电平的方差。 在步骤S50中，时序调整单元15向时序生成器6发送命令，以便在固定基 准采样脉沖DS1的相位和峰值采样脉沖DS2的相位的情况下，将AD时钟 信号ACK的相位向后移动一步。响应该命令，时序生成器6将峰值釆样脉 冲DS2的相位向后移动一步。
在移动相位一步之后，时序调整单元15返回步骤S48，再次执行步骤 S48至S50的处理。方差计算单元14通过将这一系列处理重复一个周期来 计算各个相位的方差。所计算的方差一次存储于存储单元12中。在本描述中，亮度的分布和方差的分布在不同的图像获取中进行，不过这两者也可以 在同一图像获取中进行。
各相位亮度和方差的分布通过以上所描述的处理存储于存储单元12
中。然后，时序调整单元15使用存储在存储器中的数据，以下面的方式计
算AD时钟信号ACK的最优相位。
首先，在步骤S51—中，时序调整单元15将第一个相位的方差σ(l)设置 为最小值σ(min)。在步骤S53中，时序调整单元15将第二个相位和后面相 位的方差设置为σ(n)，并比较σ(n)和σ(min)。如果σ(n)较小，则在步骤SM 中将σ(n)设置为新的最小值σ(min)。时序调整单元15通过将步骤S53至 S54的处理重复到最后一个相位，来计算方差变为最小的相位(方差最小相 位)。在步骤S55中，时序调整单元15判断方差最小相位的亮度与设计规 范定义的期望值之间的差值是否小于或等于预定的阈值。如果大于预定的阈 值，则时序调整单元15在方差为从上述相位(σ(min)的相位)开始下一个 最小值的相位处执行步骤S56的处理。时序调整单元15重复步骤S55和S56 的处理，直到确定最优相位为止。当荻取落入预定阈值之内的状态时，在步 骤S57中，时序调整单元15将那时的相位确定为AD时钟信号ACK的最优 相位。
根据以上所述本发明实施例的配置，可自动调整基准采样脉冲DS1的 相位、峰值采样脉冲DS2的相位以及AD时钟信号ACK的相位。所以，即 使是外部因素(温度、老化等)改变了成像单元2的特性，或者即使是成像 单元2自身改变了 ，也能自动调整从时序生成器6输出的脉冲的相位。而且， 由于可以使用针对每个脉冲特性的各种方法调整脉冲的相位，所以使得高精 确度的自动调整成为可能。
很明显，如果精确度不是所关心的，则基准采样脉沖DS1、峰值采样脉 冲DS2和AD时钟信号ACK的所有脉冲的相位都不必要进行调整，而且另 一脉冲的相位可以根据首先计算的脉冲的相位来进行二次计算，或者第三个 脉沖的相位可以才艮据二次计算的脉冲的相位来确定。
假定最优相位接近于先前调整的相位。因此，可以将每次相位调整的结 果存储在存储单元12中，或者将最近信息不断存储在存储单元12中。
以上所描述的实施例仅为示例，因此应该认识到，在本发明的主旨范围内可以进行各种修改。
尽管以最优实施例的形式详细描述了本发明，但是应该理解的是，在不 偏离所附权利要求书要求的本发明精神和范围的情况下，目前最优实施例的 公开可以在具体结构以及部件排列方面进行改变。
权利要求
1、一种相位调整装置，包括温度检测单元，用于检测对图像信号进行成像的成像元件的温度；存储单元，用于存储所述成像元件对所述图像信号进行成像时所使用脉冲的相位变化，其中脉冲的所述相位变化由所述成像元件的温度变化引起，并且与所述温度变化相关联地存储所述脉冲的相位变化；和时序调整单元，用于比对由所述温度检测单元检测到的所述成像元件的温度信息与存储在所述存储单元中的所述相位变化，并且调整所述脉冲的相位。
2、 一种数码相机，包括成像元件，用于对模拟图像信号进行成像；相关双釆样单元，用于对所述模拟成像信号执行相关双采样，并确定所 述模拟图像信号每个像素的信号电平；自动增益控制器，用于调整从所述相关双采样单元输出的所述模拟成像 信号的振幅； 'A/D转换器，用于将具有经所述自动增益控制器调整后的振幅的所述模 拟成像信号转换为数字成像信号；根据权利要求1所述的相位调整装置，用于为所述成像元件对所述成像 信号进行成像时所使用的脉冲设置适合的相位；和时序生成器，用于生成具有由所述相位调整装置所设置的相位的脉冲。
3、 一种相位调整方法，包括以下步骤存储成像元件对图像信号进行成像时所使用脉沖的相位变化，其中脉冲 的所述相位变化由所述成像元件的温度变化引起，并且与所述温度变化相关 联地执行所述存储步骤；检测所述成像元件的温度；以及比对所检测到的所述成像元件的温度信息与所存储的相位变化，并且调 整所述脉冲的相位。
4、 一种相位调整装置，包括温度检测单元，用于检测对图像信号进行成像的成像元件的温度； 存储单元，用于存储所述成像元件对所述图像信号进行成像时所使用脉 冲的相位变化，其中脉冲的所述相位变化由所述成像元件的温度变化引起，亮度级检测单元，用于检测从所述成像元件的第一像素区域中的多个像 素获取的成像信号的亮度级；方差计算单元，用于计算表示从所述成像元件的第二像素区域中的多个 像素获取的成像信号中各像素之间的信号变化的方差；和时序调整单元，用于基于所述温度检测单元检测到的所述成像元件的温 度信息、存储于所述存储单元中的所述相位变化、所述亮度级检测单元检测 到的所述成像信号的亮度级以及所述方差计算单元计算出的所述方差来调 整所述脉沖的相位。
5、 一种数码相机，包括成像元件，用于对模拟图像信号进行成像；相关双采样单元，用于对所述模拟成像信号执行相关双采样，并且确定 所述模拟图像信号每个像素的信号电平；自动增益控制器，用于调整从所述相关双采样单元输出的所述模拟成像 信号的振幅；A/D转换器，用于将具有经所述自动增益控制器调整后的振幅的所述模 拟成像信号转换为数字成像信号；根据权利要求4所述的相位调整装置，用于为所述成像元件对所述成像 信号进行成像时所使用的脉冲设置适合的相位；和时序生成器，用于生成具有由所述相位调整装置所设置的相位的脉冲。
6、 一种相位调整方法，用于调整用于检测从成像元件输出的模拟成像 信号的峰值电平的峰值采样脉沖的相位、用于检测对所述模拟成像信号执行 关双采样后的模拟成像信号转换为数字图像信号的AD时钟信号的相位，该方法包括以下步骤存储所述成像元件对图像信号进行成像时所使用脉沖的相位变化，其中 脉冲的所述相位变化由所述成像元件的温度变化引起，并且与所述温度变化 相关联地执行所述存储步骤；检测所述成像元件的温度；比对所检测到的所述成像元件的温度信息与所存储的相位变化，并且调整所述脉沖的相位；通过在所述基准采样脉冲的相位和所述AD时钟信号的相位固定在初始值的状态下改变所述峰值采样脉沖的相位，来检测所述峰值采样脉冲的亮度变为最大的亮度最大相位；将所述亮度最大相位设置为所述峰值采样脉沖的相位； 通过在所述峰值采样脉冲的相位固定在所述亮度最大相位且所述AD时钟信号的相位固定在所述初始值的状态下改变所述基准采样脉冲的相位，来检测亮度变化小的稳定波形区域；将所述稳定波形区域的中心相位设置为所述基准采样脉冲的相位； 通过在所述峰值采样脉冲的相位固定在所述亮度最大相位、所述基准采样脉冲的相位固定在所述中心相位且所述成像元件的入射光被屏蔽的状态下，改变所述AD时钟信号的相位，来检测方差变为最小的方差最小相位；以及将所检测到的方差最小相位设置为所述AD时钟信号的相位。
7、如权利要求6所述的相位调整方法，其中将所述峰值采样脉冲的相位、所述基准釆样脉冲的相位和所述AD时钟信号的相位中至少一个的变化范围限定在一比所述脉冲的一个周期短的范围内。
全文摘要
本发明提供一种相位调整装置，其中温度检测单元检测用于对图像信号进行成像的成像元件的温度；存储单元与温度变化相关联地存储成像元件对图像信号进行成像时所用脉冲的相位变化，该相位变化与成像元件的温度变化相关；以及时序调整单元比对温度检测单元所检测到的成像元件的温度信息与存储在存储单元中的相位变化，并且调整脉冲的相位。本发明还提供一种相应的相位调整方法以及包含该相位调整装置的数码相机。
文档编号H04N5/372GK101202846SQ20071016817
公开日2008年6月18日 申请日期2007年11月28日 优先权日2006年11月28日
发明者三又义昭, 中村研史, 小川真由, 小川雅裕 申请人:松下电器产业株式会社