JP2008236648A - Imaging apparatus and its driving method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入射した光信号を電気信号として撮像する撮像部と、当該撮像部で撮像された電気信号をデジタル信号に変換するA/D変換部とを備えた撮像装置及びその駆動方法に関するものである。 The present invention relates to an imaging apparatus including an imaging unit that captures an incident optical signal as an electrical signal, and an A / D conversion unit that converts the electrical signal captured by the imaging unit into a digital signal, and a driving method thereof. It is.
CCDやCMOSセンサ等の固体撮像素子を用いた撮像装置においては、駆動信号発生器から供給されるクロックによって当該固体撮像素子及びA/D変換器を駆動する。そして、固体撮像素子の出力であるアナログ信号をA/D変換器でサンプリングしてデジタル信号に変換するという構成が一般的である(例えば、特許文献1参照)。図7を用いて一般的な撮像装置の構成例について説明する。 In an imaging apparatus using a solid-state imaging device such as a CCD or a CMOS sensor, the solid-state imaging device and the A / D converter are driven by a clock supplied from a drive signal generator. In general, an analog signal that is an output of the solid-state imaging device is sampled by an A / D converter and converted into a digital signal (for example, see Patent Document 1). A configuration example of a general imaging apparatus will be described with reference to FIG.
図7は、一般的な撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
図7の101は、(固体)撮像素子を示し、例えば、CCDやCMOSセンサ等が使用される。102は、撮像素子101の出力であるアナログ信号(Sig_OUT)をデジタル信号に変換するA/D変換器であるが、通常、ゲイン可変アンプなどの機能も併せ持ったアナログ・フロント・エンド(AFE)として構成される。ここでは、「AFE」として図示している。
FIG. 7 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a general imaging apparatus.
201は、AFE102内部に備えられたDLLなどで構成されるタイミング調整回路部であり、AFE102外部から供給される駆動クロック(AFE_CLK)から生成するAFE内部動作クロックのタイミング調整を行なう。このAFE102によってデジタル信号に変換された画像信号は、DSP(Digital Signal Proseccer)などの後段の処理ブロックに送られることとなる。
104は、駆動信号発生器であり、撮像素子101やAFE102の駆動を制御する駆動信号を発生する。図7においては、撮像素子101の駆動クロック(Sensor_CLK)、AFE102の駆動クロック(AFE_CLK)を、それぞれ撮像素子101及びAFE102に供給している。
A
図7に示す構成では、駆動信号発生器104から供給されるSensor_CLKによって撮像素子101が駆動されてSig_OUTを出力し、これをAFE102でサンプリングすることになる。この際、Sensor_CLKの配線遅延、撮像素子101内部の回路遅延、Sig_OUTの配線遅延などで決まる遅延量に応じて、AFE102のサンプリングタイミングを調整する必要がある。そこで、タイミング調整回路部201による設定によって、これらの遅延時間を吸収して良好な画像を得るようにする。
In the configuration shown in FIG. 7, the
図8は、図7の駆動信号発生器による各駆動信号のタイミング及びAFEの内部クロックのタイミングを示すタイミングチャートである。
駆動信号発生器104から撮像素子101にSensor_CLKが供給されて撮像素子101が駆動し、AFE102に画素信号(Sig_OUT)が入力されるまでの間に、配線遅延、回路遅延などの遅延が生じる。この際、AFE102では、AFE_CLKからサンプリング動作を行なう内部クロックを生成するタイミング調整回路部201の設定により、この遅延量を吸収し、画素信号の安定期間でA/D変換のサンプリング動作が行なわれるように調整する。即ち、タイミング調整回路部201では、予め定められている、配線遅延や回路遅延などの一定の遅延量に基づいて、AFE_CLKを調整し、内部クロックを生成するようにしている。
FIG. 8 is a timing chart showing the timing of each drive signal and the timing of the internal clock of the AFE by the drive signal generator of FIG.
A delay such as a wiring delay or a circuit delay occurs until Sensor_CLK is supplied from the
しかしながら、図8に示すSig_OUTの信号の遅延量は、どのような条件下でも一定というわけではない。例えば、温度変化によるインピーダンスの変化により、当該遅延量も温度に依存する。一般的には、インピーダンスの低下する低温環境下では遅延量が減少するため、相対的にSig_OUTの位相は早まる方向に変化し、逆に、高温環境下ではインピーダンスが増加するため遅延量も増加し、Sig_OUTの位相は、更に遅延する方向に変化する。このため、通常の環境下(常温)で各駆動信号の位相関係が適切に調整されていても、高温や低温の環境下ではこれらの位相関係が崩れることになる。 However, the delay amount of the Sig_OUT signal shown in FIG. 8 is not constant under any conditions. For example, the delay amount also depends on the temperature due to a change in impedance due to a temperature change. In general, the delay amount decreases in a low temperature environment where the impedance decreases, so the phase of Sig_OUT changes relatively earlier. Conversely, in a high temperature environment, the delay increases because the impedance increases. , Sig_OUT changes in a further delay direction. For this reason, even if the phase relationship of each drive signal is appropriately adjusted under a normal environment (normal temperature), the phase relationship is broken under a high temperature or low temperature environment.
このように、各駆動信号の位相関係が崩れた場合であっても、図8に示す信号安定期間をサンプリングできる範囲内であれば特に問題ないが、信号安定期間を超えて位相関係が変化した場合には、当然、撮像された撮像画像の画質の劣化を引き起こすこととなる。 Thus, even if the phase relationship of each drive signal is broken, there is no particular problem as long as the signal stabilization period shown in FIG. 8 is within the sampling range, but the phase relationship has changed beyond the signal stabilization period. In this case, naturally, the image quality of the captured image is deteriorated.
近年では、多画素化による信号周波数の高速化や、高画質化によるノイズレベルの低減要求により、サンプリング可能な信号安定期間も短くなっているため、このような位相関係の崩れを引き起こす問題の影響はより大きくなってきている。 In recent years, the signal stability period that can be sampled has also become shorter due to the demand for higher signal frequency due to the increase in the number of pixels and the reduction in noise level due to higher image quality. Is getting bigger.
この問題を解決するための手段としては、例えば、タイミング調整回路部201による設定を温度によって変更し、それぞれの温度に適した設定にするという方法が考えられる。しかしながら、上述した遅延量の温度変化分は個体によって差があり、また、基板や撮像素子の温度を正確に検出することは非常に困難である。また、細かい温度条件を区分けし、それぞれに適した設定を記憶するというのも、装置構成及びその処理内容が煩雑化して現実的ではない。
As a means for solving this problem, for example, a method of changing the setting by the timing
即ち、従来の撮像装置では、撮像素子101の出力信号の温度変化による遅延量に対して、簡易な構成で、その遅延量の調整を行なうことができなかった。これにより、簡易な構成で、撮像された撮像画像の温度変化による画質の劣化を防止することが困難であった。
That is, in the conventional image pickup apparatus, the delay amount cannot be adjusted with a simple configuration with respect to the delay amount due to the temperature change of the output signal of the
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で、撮像された撮像画像の温度変化による画質の劣化の防止を実現する撮像装置及びその駆動方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide an imaging apparatus that realizes prevention of image quality deterioration due to a temperature change of a captured image with a simple configuration, and a driving method thereof. And
本発明の撮像装置は、入射した光信号を電気信号として撮像する撮像部を含む撮像素子と、前記撮像部で撮像された電気信号をデジタル信号に変換するA/D変換器と、前記撮像素子内に設けられ、前記撮像素子から前記A/D変換器に前記電気信号を出力する前に、前記撮像部に入射する一定レベルの光信号に相当する擬似的な電気信号である擬似信号を発生する擬似信号発生部と、前記擬似信号発生部で発生させた擬似信号を整形する擬似信号整形部と、前記擬似信号整形部で整形した擬似信号に基づいて、前記A/D変換器における駆動のタイミングを調整するタイミング調整部とを有する。 An image pickup apparatus according to the present invention includes an image pickup device including an image pickup section that picks up an incident optical signal as an electric signal, an A / D converter that converts the electric signal picked up by the image pickup section into a digital signal, and the image pickup element. Before the electrical signal is output from the image sensor to the A / D converter, a pseudo signal that is a pseudo electrical signal corresponding to a certain level of optical signal incident on the imaging unit is generated. Based on the pseudo signal shaped by the pseudo signal generating unit, the pseudo signal shaping unit shaping the pseudo signal generated by the pseudo signal generating unit, and the pseudo signal shaped by the pseudo signal shaping unit. A timing adjustment unit that adjusts the timing.
本発明の撮像装置の駆動方法は、入射した光信号を電気信号として撮像する撮像部を含む撮像素子と、前記撮像部で撮像された電気信号をデジタル信号に変換するA/D変換器とを備えた撮像装置の駆動方法であって、前記撮像素子から前記A/D変換器に前記電気信号を出力する前に、前記撮像部に入射する一定レベルの光信号に相当する擬似的な電気信号である擬似信号を前記撮像素子内で発生させる擬似信号発生ステップと、前記擬似信号発生ステップで発生させた擬似信号を整形する擬似信号整形ステップと、前記擬似信号整形ステップで整形した擬似信号に基づいて、前記A/D変換器における駆動のタイミングを調整するタイミング調整ステップとを有する。 An image pickup apparatus driving method according to the present invention includes an image pickup device including an image pickup unit that picks up an incident optical signal as an electric signal, and an A / D converter that converts the electric signal picked up by the image pickup unit into a digital signal. A pseudo electric signal corresponding to a constant level optical signal incident on the imaging unit before outputting the electric signal from the imaging element to the A / D converter. A pseudo signal generation step for generating a pseudo signal in the image sensor, a pseudo signal shaping step for shaping the pseudo signal generated in the pseudo signal generation step, and a pseudo signal shaped in the pseudo signal shaping step And a timing adjustment step of adjusting the drive timing in the A / D converter.
本発明によれば、撮像素子から出力される電気信号とA/D変換器のサンプリングタイミングとの時間的相対関係を、当該撮像装置における環境温度に依らず一定とすることができる。これにより、簡易な構成で、撮像された撮像画像の温度変化による画質の劣化の防止を図ることができる。 According to the present invention, the temporal relative relationship between the electrical signal output from the imaging device and the sampling timing of the A / D converter can be made constant regardless of the environmental temperature in the imaging device. Thereby, it is possible to prevent the deterioration of the image quality due to the temperature change of the captured image with a simple configuration.
以下に、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の実施形態に係る撮像装置100の概略構成を示すブロック図である。ここで、図1の各構成において、図7と同様の構成については、同様の符号を付している。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an
図1の101は、(固体)撮像素子であり、本実施形態では、例えば、CCD又はCMOSセンサが使用される。102は、アナログ・フロント・エンド(AFE)である。AFE102は、撮像素子101からの電気信号(撮像信号)に対し、アナログ−デジタル変換やOBクランプ、ゲイン可変アンプなどを行なう機能を有する。ここで、OBクランプ処理とは、撮像素子101の遮光部(オプティカルブラック部:OB部)の出力が所定値となるように信号に対してオフセット調整を行なう処理である。
103は、DSP(Digital Signal Proseccer)であり、AFE102からのデータ(デジタル信号)に対して各種の補正処理及び現像処理を行なう。また、DSP103では、ROM106、RAM107等の各種のメモリの制御や、記録媒体108への画像データの書き込み処理等が行なわれる。
104は、撮像素子101、AFE102及びDSP103に対して、クロック信号や制御信号等の駆動信号を供給する駆動信号発生器であり、CPU105により制御される。
A
105は、DSP103や駆動信号発生器104の制御、及び、測光・測距などを行なう不図示の各部(測光制御部及び測距制御部)によるカメラ機能の制御を行なうCPUである。また、CPU105には、109〜111の各スイッチ及びモードダイアル112が接続され、それぞれの状態に応じた処理を実行する。
106は、CPU105が処理を行なう当該撮像装置100の制御プログラムや各種の補正データを記憶するROMである。107は、DSP103で処理される画像データや補正データを一時的に記憶するRAMである。ここで、RAM107は、ROM106より高速のアクセスが可能である。
108は、撮影された画像の画像データを保存するコンパクトフラッシュ(登録商標)カード等の記録媒体であり、不図示のコネクタを介して当該撮像装置100と接続されている。
109は、当該撮像装置100を起動させるための電源スイッチである。110は、測光処理、測距処理等の動作開始を指示する第1のシャッタースイッチSW1である。111は、不図示のミラー及びシャッターを駆動し、撮像素子101から読み出した信号をAFE102、DSP103を介して記録媒体108に書き込む一連の撮像動作の開始を指示する第2のシャッタースイッチSW2である。
次に、図1に示す撮像装置100の動作の手順について説明する。
図2は、本発明の実施形態に係る撮像装置100の駆動方法を示すフローチャートである。
Next, an operation procedure of the
FIG. 2 is a flowchart illustrating a driving method of the
まず、ステップS101では、CPU105は、撮像装置100を起動する電源スイッチ(電源SW)109がONされているか否かを判定する。この判定の結果、電源スイッチ109がOFFである場合には、電源スイッチ109がONと判定されるまで、ステップS101で待機する。一方、ステップS101の判定の結果、電源スイッチ109がONである場合には、ステップS102に進む。
First, in step S <b> 101, the
ステップS102では、CPU105は、モードダイアル112が撮影モードに設定されているか否かを判定する。この判定の結果、撮影モード以外のその他のモードに設定されている場合には、ステップS103に進み、選択されているモードに応じた処理を行ない、ステップS101に戻る。一方、ステップS102の判定の結果、撮影モードに設定されている場合には、ステップS104に進む。
In step S102, the
ステップS104では、CPU105は、第1のシャッタースイッチ(SW1)110がONしているか否か判定する。この判定の結果、第1のシャッタースイッチ(SW1)110がOFFしている場合には、第1のシャッタースイッチ(SW1)110がONと判定されるまで、ステップS104で待機する。一方、ステップS104の判定の結果、第1のシャッタースイッチ(SW1)110がONしている場合には、ステップS105に進む。
In step S104, the
ステップS105では、CPU105は、不図示の測光制御部及び測距制御部を用いて、絞り値及びシャッター速度を決定する測光処理、及び、撮影レンズ(不図示)の焦点を被写体(不図示)に合わせる測距処理を行なう。
In step S105, the
ステップS105の測光・測距処理が終了すると、続いて、ステップS106では、CPU105は、第2のシャッタースイッチ(SW2)111がONしているか否かを判定する。この判定の結果、第2のシャッタースイッチ(SW2)111がOFFしている場合には、第2のシャッタースイッチ(SW2)111がONと判定されるまで、ステップS106で待機する。一方、ステップS106の判定の結果、第2のシャッタースイッチ(SW2)111がONしている場合には、ステップS107に進む。
When the photometry / ranging process in step S105 is completed, in step S106, the
ステップS107では、CPU105は、撮影処理を実行する。この撮影処理の詳細については、更に、図3を用いて後述する。
In step S107, the
ステップS107の撮影処理が終了すると、続いて、ステップS108では、CPU105は、DSP103に対して、撮影した画像データの現像処理を行なわせる。
When the photographing process in step S107 is completed, subsequently, in step S108, the
続いて、ステップS109では、CPU105は、DSP103に対して、現像処理の終了した画像データに対して圧縮処理を行なわせ、圧縮処理を行なった画像データをRAM107の空き領域に格納される。
Subsequently, in step S109, the
続いて、ステップS110では、CPU105は、DSP103に対して、RAM107に格納されている画像データを読み出させて、これを記録媒体108に記録させる。この記録処理の終了後、CPU105は、当該撮像装置100の動作状態をステップS101へ移行させ、次の撮影に備える。
Subsequently, in step S <b> 110, the
次に、ステップS107の撮影処理の詳細について説明する。
図3は、図2のステップS107の撮影処理における詳細な処理を示すフローチャートである。
Next, details of the photographing process in step S107 will be described.
FIG. 3 is a flowchart showing detailed processing in the photographing processing in step S107 of FIG.
まず、ステップS201では、ミラー(不図示)をミラーアップ位置に移動させる。 First, in step S201, a mirror (not shown) is moved to the mirror up position.
続いて、ステップS202では、ステップS105の測光処理で得られた測光データに基づいて、所定の絞り値まで絞り(不図示)を駆動させる。 Subsequently, in step S202, the aperture (not shown) is driven to a predetermined aperture value based on the photometric data obtained by the photometric processing in step S105.
続いて、ステップS203では、撮像素子101に蓄積されている電荷(撮像信号)のクリア処理を行なう。
Subsequently, in step S203, a clear process of the charge (imaging signal) accumulated in the
続いて、ステップS204では、撮像素子101に対する電荷(撮像信号)の蓄積を開始する。
Subsequently, in step S <b> 204, accumulation of electric charges (imaging signals) for the
ステップS204の電荷の蓄積開始後、続いて、ステップS205では、シャッター(不図示)を開き、撮像素子101の露光を開始する(ステップS206)。このステップS206により、撮像素子101には、入射した被写体の光信号に応じた電荷(撮像信号)が蓄積される。
After the start of charge accumulation in step S204, subsequently, in step S205, a shutter (not shown) is opened, and exposure of the
ステップS206で露光を開始後、続いて、ステップS207では、測光データに従って露光終了とするか否かを判定する。この判定の結果、露光を終了しない場合には、露光を終了すると判定されるまで、ステップS207で待機する。一方、ステップS207の判定の結果、露光を終了する場合には、ステップS208に進む。 After the exposure is started in step S206, in step S207, it is determined whether or not to end the exposure according to the photometric data. As a result of this determination, if the exposure is not terminated, the process waits in step S207 until it is determined that the exposure is terminated. On the other hand, if the result of determination in step S207 is that exposure is to end, processing proceeds to step S208.
ステップS208では、シャッター(不図示)を閉じる。 In step S208, the shutter (not shown) is closed.
続いて、ステップS209では、開放の絞り値まで絞り(不図示)を駆動する。 Subsequently, in step S209, the diaphragm (not shown) is driven to the full aperture value.
続いて、ステップS210では、ミラーダウン位置までミラー(不図示)を駆動する。 Subsequently, in step S210, the mirror (not shown) is driven to the mirror down position.
続いて、ステップS211では、設定した電荷蓄積時間が経過したか否かを判定する。この判定の結果、設定した電荷蓄積時間が経過していない場合には、設定した電荷蓄積時間が経過したと判定されるまで、ステップS211で待機する。一方、ステップS211の判定の結果、設定した電荷蓄積時間が経過した場合には、ステップS212に進む。 Subsequently, in step S211, it is determined whether or not the set charge accumulation time has elapsed. If it is determined that the set charge accumulation time has not elapsed, the process waits in step S211 until it is determined that the set charge accumulation time has elapsed. On the other hand, if the set charge accumulation time has elapsed as a result of the determination in step S211, the process proceeds to step S212.
ステップS212では、撮像素子101における電荷の蓄積を終了する。
In step S212, charge accumulation in the
続いて、ステップS213では、撮像素子101から擬似画素信号の出力を開始する。
Subsequently, in step S213, output of the pseudo pixel signal from the
続いて、ステップS214では、撮像素子101からの擬似画素信号を受けたAFE102において、信号安定期間をサンプリングできるようタイミング調整回路部(タイミング調整部)201の設定を決定する。即ち、ステップS214では、駆動信号発生器(駆動信号発生部)104からのAFE_CLKに対して、信号安定期間をサンプリングできるようAFE102における内部クロックの位相調整を行う。
Subsequently, in step S214, the setting of the timing adjustment circuit unit (timing adjustment unit) 201 is determined so that the
続いて、ステップS215では、撮像素子101からの擬似画素信号の出力を終了する。
Subsequently, in step S215, the output of the pseudo pixel signal from the
続いて、ステップS216では、撮像素子101における撮像信号の読み出しを行なう。即ち、撮像素子101で撮像した撮像信号をAFE102に出力する処理を行なう。その後、撮影処理における一連の処理を終了して、図2のステップS108の処理へ移行する。このステップS216における撮像信号の読み出しにおいては、既に、AFE102において信号安定期間をサンプリングできるようタイミング調整回路部201が適切なタイミングを設定しているため、温度環境などに依らず常に良好な画像を得ることができる。
Subsequently, in step S216, the imaging signal in the
ここで、図4及び図5を用いて、ステップS216の撮像信号の読み出しにおける撮像素子101の動作を説明する。
Here, using FIG. 4 and FIG. 5, the operation of the
図4は、撮像素子101内部の概略構成を示すブロック図である。
撮像素子101は、撮像部10と、垂直走査回路部20と、読み出し回路部30を有して構成されている。
FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration inside the
The
撮像部10は、2次元行列状に配設された画素11により構成されている。この撮像部10では、入射した被写体の光信号を電気信号(撮像信号)に変換する。即ち、撮像部10は、入射した被写体の光信号を、電気信号(撮像信号)として撮像を行なう。各画素11の撮像信号の読み出しにおいては、まず、垂直走査回路部20の動作により、2次元行列状に配設された第1行目の画素11を駆動させる駆動線V1が選択される。
The
垂直走査回路部20から選択した駆動線V1に駆動信号が供給されると、駆動線V1に接続されている1行目の各画素11に蓄積されている光信号に基づく撮像信号は、垂直出力線H1〜H5を介して各々の垂直出力線に接続されたラインメモリ31に転送される。
When a drive signal is supplied from the vertical
その後、水平走査回路部32の動作により読み出しスイッチ33を順次駆動することによって、ラインメモリ31に蓄えられた信号を共通出力線34に読み出し、増幅回路部35において増幅されて、出力端子Sig_OUTより出力される。ここで、コンパレータ36は、擬似画素信号を整形してクロックとして出力端子CLK_OUTから出力するためのものである。
Thereafter, by sequentially driving the
続いて、再び、垂直走査回路部20の動作によって第2行目の画素11を駆動させる駆動線V2が選択され、以下、上述した第1行目に対する動作と同様の動作を繰り返す。
Subsequently, the drive line V2 for driving the
図5は、選択されたある画素11からの信号を読み出す読み出し回路部30の詳細な構成を示す回路図である。具体的に、図5は、図4のラインメモリ31、水平走査回路部32、読み出しスイッチ33、共通出力線34、増幅回路部35及びコンパレータ36に対応する読み出し回路部30の詳細な構成を示したものである。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a detailed configuration of the
図5において、Q1及びQ2は、画素11からの出力信号をラインメモリ31に相当するメモリCts及びCtnにそれぞれ転送するスイッチである。Q3及びQ4は、それぞれ、メモリCts及びCtnより共通出力線34に読み出すためのスイッチである。
In FIG. 5, Q <b> 1 and Q <b> 2 are switches that transfer an output signal from the
Chs及びChnは読み出し容量であり、一般的には、共通出力線34に付属する配線容量などの寄生容量で形成される。Q5及びQ6は、読み出し容量Chs及びChnのリセットスイッチである。
Chs and Chn are read capacitors, and are generally formed by parasitic capacitors such as a wiring capacitor attached to the
Q7及びQ8は、本実施形態における擬似画素信号の出力(発生)のために、メモリCts及びCtnに、電源Vdmys及びVdmynから、それぞれダミー信号(擬似画素信号)を充電するためのスイッチである。このスイッチQ7及びQ8、並びに、電源Vdmys及びVdmynは、撮像素子内に設けられた「擬似信号発生部」を構成する。この擬似信号発生部は、撮像部10に入射する一定レベルの光信号に相当する擬似的な電気信号である擬似画素信号(Vdmys,Vdmyn)を撮像素子101内に発生させるものである。
Q7 and Q8 are switches for charging dummy signals (pseudo pixel signals) to the memories Cts and Ctn from the power sources Vdmys and Vdmyn, respectively, in order to output (generate) pseudo pixel signals in the present embodiment. The switches Q7 and Q8 and the power sources Vdmys and Vdmyn constitute a “pseudo signal generation unit” provided in the image sensor. The pseudo signal generator generates pseudo pixel signals (Vdmys, Vdmyn), which are pseudo electrical signals corresponding to optical signals of a certain level incident on the
Q9は、擬似画素信号を整形するためのコンパレータ36に擬似画素信号を入力するスイッチである。コンパレータ36は、上述したように、擬似画素信号を整形してクロックとして出力端子CLK_OUTから出力するためのものである。この擬似画素信号の出力期間の動作については、後述する。
Q9 is a switch for inputting the pseudo pixel signal to the
画素11における撮像信号の読み出しにおいては、まず、リセット後のノイズ信号をメモリCtnに書き込むため、出力パルスPtnをオンする。次に、画素11に蓄積された光信号に基づく撮像信号成分をメモリCtsに書き込むため、出力パルスPtsをオンする。
In reading out the imaging signal in the
その後、メモリCts及びCtnに蓄えられた信号は、水平走査回路部32の出力パルスPhによりスイッチQ3及びQ4が同時にオンされることによって、共通出力線34の読み出し容量Chs及びChnにそれぞれ読み出される。こうして読み出された信号は、増幅回路部35において減算されることにより、リセットノイズが除かれて良好な撮像信号が出力端子Sig_OUTからAFE102に出力される。最後に、リセットパルスPchresによりスイッチQ5及びQ6をオンさせることによって、共通出力線34をリセットし、次の画素11からの撮像信号の出力に備える。
Thereafter, the signals stored in the memories Cts and Ctn are read out to the reading capacitors Chs and Chn of the
一方、ステップS213〜S215における擬似画素信号の出力期間においては、スイッチQ1及びQ2はオンせずに、代わりにPdmy信号によってスイッチQ7及びQ8をオンさせる。これにより、擬似画素信号(Vdmys,Vdmyn)をメモリCts及びCtnにそれぞれ書き込むことができる。 On the other hand, in the pseudo pixel signal output period in steps S213 to S215, the switches Q1 and Q2 are not turned on, but instead the switches Q7 and Q8 are turned on by the Pdmy signal. Thereby, the pseudo pixel signals (Vdmys, Vdmyn) can be written in the memories Cts and Ctn, respectively.
この状態で、水平走査回路部32を動作させることにより、Vdmys−Vdmynに相当する擬似画素信号が増幅回路部35から出力端子Sig_OUTを介してAFE102に出力される。同時に、Pdmy信号によってスイッチQ9がオンしているため、増幅回路部35から出力される擬似画素信号がコンパレータ36によって波形整形され、出力端子CLK_OUTからAFE102に出力される。
By operating the horizontal
図6は、本発明の実施形態に係る撮像装置100において、擬似画素信号の出力期間における各信号のタイミング関係を示すタイミングチャートである。
駆動信号発生器104から撮像素子101に入力されるSensor_CLKに基づいて水平走査回路部32が駆動され、出力端子Sig_OUTからAFE102に擬似画素信号が出力される。温度が変化した場合、撮像素子101の温度特性により、出力端子Sig_OUTから出力される信号の位相は変化する。同時に、出力端子Sig_OUTから出力される擬似画素信号をコンパレータ36で波形整形した擬似画素信号も出力端子CLK_OUTから出力されるが、この信号の位相も出力端子Sig_OUTの出力信号の温度変化と同じ量だけ変化する。
FIG. 6 is a timing chart showing the timing relationship of each signal in the pseudo pixel signal output period in the
The horizontal
図6において、基準温度t1におけるSig_OUTの信号及びCLK_OUTの信号のタイミングを点線で示し、このときのAFE_CLK(AFE102の動作クロック)の信号とCLK_OUTの信号との位相差をτ1とする。また、Sig_OUTの信号をAFE102がサンプリングするのに最適なAFE内部クロックの信号の位相を点線で示し、このときのタイミング調整回路部201における設定をαとする。
In FIG. 6, the timings of the Sig_OUT signal and the CLK_OUT signal at the reference temperature t1 are indicated by dotted lines, and the phase difference between the AFE_CLK (operation clock of the AFE 102) signal and the CLK_OUT signal at this time is τ1. The phase of the AFE internal clock signal that is optimal for the
次に、温度がt2に変化した場合を考える。
温度t2におけるSig_OUTの信号及びCLK_OUTの信号のタイミングを実線で示す。前述のステップS214において、AFE102では、このときのAFE_CLKの信号とCLK_OUTの信号との位相差τ2を検出し、タイミング調整回路部201による位相のタイミング調整をβ=α+τ2−τ1に設定する。
Next, consider a case where the temperature changes to t2.
The timings of the Sig_OUT signal and the CLK_OUT signal at the temperature t2 are indicated by solid lines. In step S214 described above, the
このタイミング調整回路部201によるタイミング調整よって、生成されるAFE内部クロックの位相は、CLK_OUTの信号の位相に追従して変化することになる。即ち、Sig_OUTの信号に追従して変化することになるため、AFE102のサンプリング動作は、常に、Sig_OUTの信号の同じ位置に対して行われることになる。
By the timing adjustment by the timing
本実施形態の撮像装置100によれば、撮像素子101内に設けられた擬似信号発生部において、撮像素子101からAFE(A/D変換器)102に撮像信号を出力(ステップS216)する前に、撮像部10に入射する一定レベルの光信号に相当する擬似画素信号を発生させ、これをコンパレータ(擬似信号整形部)36で波形整形し、この波形整形した擬似画素信号に基づいてタイミング調整回路部201でAFE(A/D変換器)102における駆動のタイミングを調整するようにしたので、撮像素子101から出力される撮像信号と、AFE102におけるA/D変換のサンプリングタイミングとの時間的相対関係を、当該撮像装置100における環境温度に依らず一定とすることができる。これにより、撮像素子101内に、擬似信号発生部及び擬似信号整形部を設けるのみの簡易な構成で、撮像された撮像画像の温度変化による画質の劣化の防止を図ることができる。
According to the
本実施形態では、AFE102の内部にタイミング調整回路部201を設けて、検出した撮像素子101からの出力信号における位相の温度変化を、当該タイミング調整回路部201の設定にフィードバックすることによって、撮像素子101からの出力信号とサンプリングタイミングとの関係を一定に保つようにしているが、例えば、当該タイミング調整回路部201を、AFE動作クロック(AFE_CLK)を供給する駆動信号発生器104に設けて、当該AFE動作クロックの位相を調整するようにした形態であってもよい。また、撮像素子101からAFE動作クロックを供給する手段とそのタイミングを調整するタイミング調整回路部を設け、擬似画素信号の温度変化を当該タイミング調整回路部にフィードバックするようにした形態であってもよい。
In the present embodiment, the timing
前述した本実施形態に係る撮像装置を構成する図1、図4及び図5の各手段、並びに撮像装置の駆動方法を示した図2及び図3の各ステップは、コンピュータのRAMやROMなどに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。このプログラム及び当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は本発明に含まれる。 1, 4, and 5 constituting the imaging apparatus according to the present embodiment described above, and each step of FIGS. 2 and 3 showing the driving method of the imaging apparatus is performed on the RAM or ROM of the computer. This can be realized by operating the stored program. This program and a computer-readable storage medium storing the program are included in the present invention.
具体的に、前記プログラムは、例えばCD−ROMのような記憶媒体に記録し、或いは各種伝送媒体を介し、コンピュータに提供される。前記プログラムを記録する記憶媒体としては、CD−ROM以外に、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、光磁気ディスク、不揮発性メモリカード等を用いることができる。他方、前記プログラムの伝送媒体としては、プログラム情報を搬送波として伝搬させて供給するためのコンピュータネットワーク(LAN、インターネットの等のWAN、無線通信ネットワーク等)システムにおける通信媒体を用いることができる。また、この際の通信媒体としては、光ファイバ等の有線回線や無線回線などが挙げられる。 Specifically, the program is recorded in a storage medium such as a CD-ROM, or provided to a computer via various transmission media. As a storage medium for recording the program, a flexible disk, a hard disk, a magnetic tape, a magneto-optical disk, a nonvolatile memory card, and the like can be used in addition to the CD-ROM. On the other hand, as the transmission medium of the program, a communication medium in a computer network (LAN, WAN such as the Internet, wireless communication network, etc.) system for propagating and supplying program information as a carrier wave can be used. Moreover, examples of the communication medium at this time include a wired line such as an optical fiber, a wireless line, and the like.
また、コンピュータが供給されたプログラムを実行することにより本実施形態に係る撮像装置の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムがコンピュータにおいて稼働しているOS(オペレーティングシステム)或いは他のアプリケーションソフト等と共同して本実施形態に係る撮像装置の機能が実現される場合や、供給されたプログラムの処理の全て、或いは一部がコンピュータの機能拡張ボードや機能拡張ユニットにより行われて本実施形態に係る撮像装置の機能が実現される場合も、かかるプログラムは本発明に含まれる。 In addition, the function of the imaging apparatus according to the present embodiment is realized by executing a program supplied by the computer, and an OS (operating system) or other application software in which the program is operating in the computer. When the functions of the imaging apparatus according to the present embodiment are realized in cooperation with the present embodiment, or all or part of the processing of the supplied program is performed by a function expansion board or a function expansion unit of the computer. Such a program is also included in the present invention when the function of the imaging apparatus is realized.
101:撮像素子
102:AFE
103:DSP
104:駆動信号発生器
105:CPU
106:ROM
107:RAM
108:記録媒体
109:電源スイッチ
110:第1のシャッタースイッチ(SW1)
111:第2のシャッタースイッチ(SW2)
112:モードダイアル
201:タイミング調整回路部
10:撮像部
11:画素
20:垂直走査回路部
30:読み出し回路部
31:ラインメモリ
32:水平走査回路部
33:読み出しスイッチ
34:共通出力線
35:増幅回路部
36:コンパレータ
101: Image sensor 102: AFE
103: DSP
104: Drive signal generator 105: CPU
106: ROM
107: RAM
108: Recording medium 109: Power switch 110: First shutter switch (SW1)
111: Second shutter switch (SW2)
112: mode dial 201: timing adjustment circuit unit 10: imaging unit 11: pixel 20: vertical scanning circuit unit 30: readout circuit unit 31: line memory 32: horizontal scanning circuit unit 33: readout switch 34: common output line 35: amplification Circuit part 36: Comparator
Claims (5)
前記撮像部で撮像された電気信号をデジタル信号に変換するA/D変換器と、
前記撮像素子内に設けられ、前記撮像素子から前記A/D変換器に前記電気信号を出力する前に、前記撮像部に入射する一定レベルの光信号に相当する擬似的な電気信号である擬似信号を発生する擬似信号発生部と、
前記擬似信号発生部で発生させた擬似信号を整形する擬似信号整形部と、
前記擬似信号整形部で整形した擬似信号に基づいて、前記A/D変換器における駆動のタイミングを調整するタイミング調整部と
を有することを特徴とする撮像装置。 An imaging device including an imaging unit that images an incident optical signal as an electrical signal;
An A / D converter that converts an electrical signal imaged by the imaging unit into a digital signal;
A pseudo electric signal that is provided in the imaging device and is equivalent to an optical signal of a certain level that is incident on the imaging unit before the electrical signal is output from the imaging device to the A / D converter. A pseudo signal generator for generating a signal;
A pseudo signal shaping unit that shapes the pseudo signal generated by the pseudo signal generation unit;
An imaging apparatus comprising: a timing adjustment unit that adjusts a driving timing in the A / D converter based on the pseudo signal shaped by the pseudo signal shaping unit.
前記タイミング調整部は、前記駆動信号発生部で発生させた駆動信号と前記擬似信号整形部で整形した擬似信号との位相差に応じて、前記A/D変換器における駆動のタイミングを調整することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 A drive signal generator for generating a drive signal for driving the A / D converter;
The timing adjusting unit adjusts a driving timing in the A / D converter according to a phase difference between the driving signal generated by the driving signal generating unit and the pseudo signal shaped by the pseudo signal shaping unit. The imaging apparatus according to claim 1.
前記撮像素子から前記A/D変換器に前記電気信号を出力する前に、前記撮像部に入射する一定レベルの光信号に相当する擬似的な電気信号である擬似信号を前記撮像素子内で発生させる擬似信号発生ステップと、
前記擬似信号発生ステップで発生させた擬似信号を整形する擬似信号整形ステップと、
前記擬似信号整形ステップで整形した擬似信号に基づいて、前記A/D変換器における駆動のタイミングを調整するタイミング調整ステップと
を有することを特徴とする撮像装置の駆動方法。 A driving method for an imaging apparatus, comprising: an imaging element including an imaging unit that images an incident optical signal as an electrical signal; and an A / D converter that converts the electrical signal captured by the imaging unit into a digital signal. ,
Before outputting the electrical signal from the imaging device to the A / D converter, a pseudo signal that is a pseudo electrical signal corresponding to a certain level of optical signal incident on the imaging unit is generated in the imaging device. Pseudo signal generation step
A pseudo signal shaping step for shaping the pseudo signal generated in the pseudo signal generating step;
And a timing adjustment step of adjusting a drive timing in the A / D converter based on the pseudo signal shaped in the pseudo signal shaping step.
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