相位调整装置、相位调整方法及数码相机的制作方法

专利名称：相位调整装置、相位调整方法及数码相机的制作方法
技术领域：
本发明涉及相位调整装置和用于对数码相机获耳X图像时所使用的脉冲 的相位(时序)进行调整的相位调整方法，以及包括该相位调整装置的数码 相机。
背景技术：
在数码相机(数字照相机、数字摄像机、包括照相机的移动电话等)中，由诸如CCD或MOS传感器之类的成像元件得到的模拟成像信号被转换为数 字成像信号，并且这种数字成像信号在以预定的方式被处理之后，其结果被 记录下来。为了利用成像元件获得拍摄对象的图像，需要用于检测从成像元 件输入的模拟信号的信号电平的脉沖、用于驱动成像元件的脉冲等，而由于 制造过程中产生的易变性，在硬件设计阶段很难调整这些脉冲的相位。因此， 在制造过程之后，由技术人员调整相位，并且将表示经调整的相位的信息存 储在存储区中，并在产品实际使用时从该存储区读出所述信息，以便使相位 得到最优的设置。在最短的曝光时间内只获取噪声分量并在高频分量(噪声分量)最小的 情况下调整相位，是已知的常规技术。在日本公开专利申请No. 2005-151081 中记载了该技术的例子。在数码相机领域中，可以对包括相位调整装置的系统做出多种改变。在 数码相机被用作医用照相机的情况下，有可能在制造出数码相机之后调换成 像元件。在包括相位调整装置的系统或成像元件经历某种改变的情况下，用 于检测从成像元件输入的模拟信号的信号电平的脉冲的相位也会改变，这使 得有必要重新调整相位。然而，当技术人员必须手动重新调整相位时，难以快速并容易地改变包括相位调整装置的系统或者替换成像元件。上述文献中所记载的发明的另 一个缺点在于，虽然有多种类型的待调整脉沖，但是所有脉冲的最优相位都通过同一种方法进行计算，而没有考虑那些脉冲的特性，这导致无法实现高准确度的相位调整。进一步，在数码相机中，技术人员通常根据安装状态来调整成像元件(特别是CCD)中的多个水平传递脉冲的相位。在水平传递脉冲中，第一水平传递脉冲的电压与第二水平传递脉冲的电压的组合被控制，并由此控制势阱的深度，以便传递信号电荷。这样进行控制是作为对抗阴影(shading)的措 施，其中在水平传递脉沖的相位不合适时，由于在传递中有效电平的恶化， 在屏幕的右侧和左侧会产生阴影。阴影是在屏幕上产生的不均匀性。在水平 传递CCD的具有大量传递阶段的像素中，大量电荷减少，因此由于屏幕的 右侧和左侧的电荷量不同而产生阴影。结果是，图像质量恶化。然而，按照技术人员用与其它脉冲相似的方式手动调整水平传递脉冲的 相位的传统方式，很难快速并容易地改变包括相位调整装置的系统以及调换 成像元件。发明内容因此，本发明的主要目的在于与技术人员进行手动调整相比，即使在包 括相位调整装置的系统改变，并且成像元件被调换的情况下，也可以快速和 容易地进行包括水平传递脉冲的成像脉冲的相位调整，并改进所述相位调整 的准确度。根据本发明的相位调整装置是这样的相位调整装置，即，基于针对各像 素由模拟成像信号转换为数字值产生的数字成像信号，调整对模拟成像信号 进行成像所使用的脉冲的相位，所述模拟成像信号由包括多个像素的成像元 件获得，所述装置包括亮度水平检测器，用于检测针对所述多个像素中的每个像素的数字成像 信号的亮度水平；阴影检测器，用于在所述成像元件中沿水平方向设置彼此远离的 一组像 素区域，然后基于该组像素区域的亮度水平之间的差，检查所述模拟成像信 号中是否产生阴影；和时序调整器，用于基于所述亮度水平检测器和所述阴影检测器的输出， 对用于检测所述模拟成像信号的峰值电平的峰值采样脉冲的相位、用于检测 在生成所述数字成像信号时执行的所述相关双重采样中用作基准的信号电 平的基准采样脉冲的相位和所述成像元件中的水平传递脉冲的相位进行调 整。在这样构成的相位调整装置中，所述亮度水平检测器检测由所述像素区域中的多个像素产生的数字成像信号中的亮度水平，并将所获得的亮度信息提供给时序调整器。所述时序调整器基于接收到的亮度信息调整所述脉冲的相位。基于所述亮度信息进行的所述脉冲的相位调整适合于，例如调整对在信号时段处于其峰值的信号分量进行采样的所述峰值采样脉沖的相位，或调整对在所述相关双重采样中用作基准的信号分量进行采样的所述基准采样脉冲的相位。进一步，所述阴影检测器基于在由所述亮度水平检测器检测的亮度水平中的两个水平方向上彼此远离的像素区域中的亮度水平之间的差，来检测所述阴影，并将所述阴影检测的结果提供给所述时序调整。所述时序调整器调整所述水平传递脉冲的相位，以便最小化所述阴影的程度。目前描述的相位调整的操作是通过所述亮度水平检测器、阴影检测器和时序调整器协同操作来自动执行的。进一步，在包括所述相位调整装置的系统改变或所述成像元件被调换的情况下执行所述脉冲的相位调整时，所述亮度水平检测器测量所述亮度水平，并且所述阴影检测器检测由所述多个像素产生的数字成像信号中是否生成所述阴影。结果是，在考虑所述亮度水平和所述阴影的情况下调整所述脉冲的相位。因此，能非常精确地调整所述成像脉冲的相位。进一步，所述峰值采样脉冲、基准采样脉冲和水平传递脉冲是自动调整的，与技术人员手动调整所述脉沖的相位相比，这样减小了相位调整所需的时间量。特别地，因为水平传递脉沖的相位也是自动调整的，所以可以消除任何阴影的影响，并且可以得到具有高质量的图像。优选地，根据本发明的相位调整装置可以进一步包括方差计算器，用于计算表示所述像素之间的信号变化性的方差，其中，所述时序调整器基于由所述亮度水平检测器和所述方差计算器获得的结果，进一步调整在生成所述数字成像信号时所使用的AD时钟信号的相位。 根据这样构成的相位调整装置，所述方差计算器计算由所述多个像素产 生的数字成像信号的方差，并将所得到的方差信息提供给所述时序调整器， 针对所述多个像素，应当计算表示所述像素之间的信号变化性的方差。所述 时序调整器基于所接收的方差信息进一步调整所述脉沖的相位。基于所述方 差信息的脉沖相位调整适合于，例如所述AD时钟信号的相位调整，所述 AD时钟信号是在所述模拟成像信号被AD转换为所述数字成像信号时的工 作时钟。在根据本发明的相位调整装置中，所述亮度水平优选为所述像素区域中 的数字成像信号的信号电平的平均值。根据本发明的相位调整方法是这样一种相位调整方法，即，用于对用于 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、用 于检测在所述模拟成像信号被转换为数字成像信号时用作所执行的相关双 重采样的基准的信号电平的基准采样脉冲的相位、在所述模拟成像信号被 AD转换为所述数字成像信号时所使用的AD时钟信号的相位和所述成像元 件的水平传递单元中的水平传递脉冲的相位进行调整，该方法包括在所述基准采样脉冲的相位和所述AD时钟信号的相位分别固定为任 意相位的状态下，检测所述模拟成像信号的亮度水平被最大化的所述峰值釆 样脉冲的相位的步骤；将所述模拟成像信号的亮度水平被最大化的所述峰值采样脉冲的相位 设为所述峰值采样脉冲的最优相位的步骤；在第一水平传递脉冲的相位被固定的状态下，检测所述水平传递单元中的水平传递效率最大的第二水平传递脉冲的相位的步骤，所述第二水平传递脉冲是构成所述水平传递脉冲的第一水平传递脉沖和第二水平传递脉沖之和将所述水平传递效率被最大化的所述第二水平传递脉冲的相位设为所 述第二水平传递脉沖的最优相位的步骤。在所述相位调整方法中，在包括所述相位调整装置的系统改变或所述成 像元件被调换的情况下执行相位调整时，实际上测量所述亮度水平，并判决 与通过所述多个像素得到的数字成像信号有关的阴影的存在，并在考虑所述 亮度水平和所述阴影的情况下调整所述峰值采样脉冲的相位和所述第二水 平传递脉冲的相位。因此，这些脉沖的相位调整可以非常准确。进一步，所 述峰值釆样脉沖的相位和所述第二水平传递脉冲的相位可以自动调整。因 此，与技术人员手动调整所述脉冲的相位相比，可以减小相位调整所需的时 间量。在上述方法中，关于所述第一水平传递脉沖和所述第二水平传递脉冲 的相位之间的关系，任意一个脉冲可以在另一个之前，或滞后于另一个。所述相位调整方法可以优选进一 步包括在所述峰值采样脉冲的相位被固定为所述峰值采样脉冲的最优相位并 且所述AD时钟信号的相位被固定为任意相位的状态下，检测在所述基准采 样脉冲中亮度水平的变化小的相位区域的步骤；并且将所述亮度水平的变化小的所述相位区域的中心相位设为所述基准采 样脉沖的最优相位的步骤。根据这样构成的相位调整方法，所述峰值采样脉冲的相位是自动调整 的，并且所述基准采样脉冲的相位也是自动调整的。结果是，可以进一步改 进所述图像质量。所述相位调整方法可以优选进一 步包括在所述峰值采样脉冲的相位被固定在所述峰值釆样脉冲的最优相位，所 述基准采样脉冲的相位-故固定在所述最优相位，并且所述成^f象元件的入射光 被阻挡的状态下，检测表示所述像素之间的信号变化性的方差最小的所述 AD时钟信号的相位的步骤；以及将方差被最小化的AD时钟信号的相位设为所述AD时钟信号的最优相 位的步骤。根据这样构成的相位调整方法，所述峰值釆样脉冲的相位和所述基准釆 样脉冲的相位是自动调整的，并且所述AD时钟信号的相位也是自动调整的。 结果是，可以进一步改进所述图像质量。所述相位调整方法优选以这种方式构成所述成像元件是滤色CCD,并且在检测所述水平传递效率被最大化的相位的步骤中，计算在至少两个具 有同一垂直坐标的像素区域中的各个颜色的亮度水平，同时改变所述第二水 平传递脉冲的相位，计算得到的至少两个像素区域中各个颜色的亮度水平的 变化最小的所述第二水平传递脉冲的相位，被设为水平传递效率被最大化的 第二水平传递脉冲的相位。根据这样构成的相位调整方法，计算在至少两个垂直坐标相同的像素区 域中各个颜色的亮度水平，并且在计算得到的在所述至少两个像素区域中各个颜色的亮度水平的变化最小的所述第二水平传递脉沖的相位，被设为相对 于颜色阴影(color shading)的生成使颜色阴影最小的所述第二水平传递脉 冲的相位。更具体地说，所述第一像素区域和所述第二像素区域中的亮度平 均值之间的差是针对颜色获得的。在所有颜色中得到差，并计算在所有颜色 中的亮度平均值之间的差的总和。然后，检测所述总和最小的相位。所述相位调整方法优选以这种方式构成所述成像元件是滤色CCD,并且在检测所述水平传递效率被最大化的相位的步骤中，在能由所述滤色 CCD接收的颜色中的任意颜色被单独成像的状态下，由于传递效率的恶化 产生的相对于水平临近像素的传递泄露最小化的相位，被设为所述水平传递 效率被最大化的相位。在可以由所述滤色器接收的颜色中的任意颜色被单独成像(例如，红色(R)被单独成像)的情况下，理想地，临近的另一颜色(对应于所述任意颜色的颜色，相对于红色(R)的绿色(Gr))的输出信号为0,除非所述 传递效率恶化。因此，在单独计算另一种颜色(例如，绿色(Gr))的亮度 水平，同时所述第二水平传递脉冲的相位被移位，并且检测所得到的值被最 小的相位(由于所述传递恶化引起的传递残留最小的相位)时，确定所述第 二水平传递脉冲的最优相位。所述相位调整方法可以优选进一步包括采样脉冲调整步骤，用于调整所述基准釆样脉冲、所述峰值采样脉沖和 所述AD时钟信号的相位中的至少一个相位；和水平传递脉冲调整步骤，用于调整所述第一水平传递脉冲和所述第二水 平传递脉冲的相位的至少一个相位，其中，所述采样脉冲调整步骤和所述水平传递脉沖调整步骤是重复执行的。所述采样脉沖调整步骤是调整在一定安装状态下关于预定水平传递脉 冲的相位的相互关系的步骤。当所述水平传递脉冲的相位改变时，所述采样 脉冲调整步骤中的最优相位也改变。进一步，在所述水平传递脉沖调整步骤 中，当所述采样脉冲调整中的相位不合适时，不能准确地对信号进行采样， 这样就破坏了所测量数据的可靠性。换句话说，早先实施的所述采样脉冲调 整步骤的调整结果，将受到在所述采样脉冲步骤之后实施的所述水平传递脉 沖调整步骤的影响。因此，当重复执行所述采样脉冲调整步骤和所述水平传 递脉冲调整步骤这两个步骤时，可以逐渐减小任何可能的误差，并且可以进 一步改进检测所述最优相位的精度。所述相位调整装置可以优选进一步包括闪烁检测器，用于检测在荧光灯 下的成像操作中产生的闪烁，其中所述时序调整器根据所述闪烁检测器检测到的闪烁的周期，校正待调整 的相位。在荧光灯下的成像操作可能受到由所述荧光灯产生的闪烁的影响。所述 焚光灯的光量与电源电压的频率有关。因此，在成像系统的快门速度和所述 荧光灯闪烁的频率彼此不同步的情况下，所述光量根据不同的快门时序而改变，这影响所述亮度水平和所述最优相位调整。因此，提供所述闪烁检测器 以便检测所述焚光灯闪烁的周期，并根据所述周期校正待调整的相位。结果 是，可以优化所述相位调整。
所述相位调整装置可以优选进一步包括亮度水平校正器，用于根据由所 述闪烁检测器检测到的闪烁的周期来计算校正系数，并通过将由所述亮度水 平检测器计算的亮度水平与所述校正系数相乘来校正所述亮度水平。
所述亮度水平校正器根据由所述闪烁检测器检测到的闪烁的周期来计 算所述校正系数，并且所述亮度水平检测器或所述时序调整器基于所述校正 系数来校正所述相位调整中所使用的亮度水平，以便优化所述相位调整。相 应地，与根据闪烁频率调整自动增益控制器的模拟增益的构成相比或与所述 快门速度逐帧改变的构造相比，所述校正能更加准确。
所述相位调整装置可以优选进一步包括闪烁检测器，用于检测在荧光灯下的成像操作中生成的闪烁；和曝光控制器，用于将所述成像元件的快门速度设为所述光量根据所述闪 烁检测器的闪烁检测结果而改变的周期的正整数倍。在所述成像元件的快门速度被设为所述荧光灯闪烁周期的正整数倍的 构造中，在任何时序下测量的光量都可以为常数，这对于所述相位调整的优 化是有利的。根据本发明的数码相机包括 成像元件；相关双重采样单元，用于计算针对通过所述成像元件获得的各像素的模 拟成像信号的信号电平；自动增益控制器，用于调整从所述相关双重采样单元输出的成像信号的振幅；AD转换器，用于通过将振幅由所述自动增益控制器进行调整的所述成 像信号转换为数字值来产生数字成像信号；权利要求1中所记载的相位调整装置，用于基于所述数字成像信号设置适合于在获得所述模拟成像信号时所述成像元件所使用的脉沖的相位；和时序发生器，用于基于由所述相位调整装置调整的相位，产生所述脉冲。 在数码相机中通常提供有所述成像元件、相关双重采样单元、自动增益控制器、AD转换器和时序发生器，这些都是根据本发明的数码相机的组成 部分。因此，它们不需要特别描述。上述构造的特征在于提供了根据本发明 的相位调整装置。根据本发明，即使在包括所述相位调整装置的系统改变，并且所述成像 元件被调换的情况下，也可以自动调整包括所述水平传递脉冲的所述成像脉 沖的相位。因此，与技术人员手动调整所述脉冲的相位的情况相比，可以减 小相位调整所需的时间量。进一步，实际上测量所述亮度水平，并判断是否 存在阴影，然后在考虑所述亮度水平和所述阴影的情况下，调整所述脉沖的 相位。结果是，所述成像脉沖的相位调整可以很准确。本发明至少可以有效地适用于数码相机，其中在本发明中，可以自动调 整用于获得数码相机中的图像的脉冲的时序。


通过理解以下对本发明优选实施例的描述，本发明的这些及其它目的和 优势将变得清楚，并且将在所附的权利要求中详细说明。本领域技术人员在 实施本发明之后，将注意到说明书中没有记载的许多优点。图l是示出提供有根据本发明优选实施例1的相位调整装置的数码相机 的整体构造的方框图。图2示出以时间顺序从CCD输出的信号分量。图3示出CCD的内部构造。图4A和4B是垂直传递CCD的操作原理的图示。图5A和5B是水平传递CCD的操作原理的图示。图6是图示根据优选实施例1的相位调整方法的整体操作的流程图。图7A是图示图6所示的釆样脉冲调整的更详细处理的流程图。图7B示出图6中示出的采样脉冲调整中的相应脉沖的相变。图8是根据优选实施例1的峰值采样脉冲的相位调整中所使用的信号分量的时序图。图9是示出根据优选实施例1的峰值采样脉冲的相位调整的详细操作的流程图。图IO是根据优选实施例1的基准采样脉冲的相位调整中所使用的信号分量的时序图。图ll是示出根据优选实施例1的基准釆样脉沖的相位调整的详细操作 流程图。图12A是根据优选实施例l的AD时钟信号的相位调整中所使用的信号 分量的时序图。图12B是示出根据优选实施例l的AD时钟信号的相位调整中所使用的 信号分量的亮度水平的平均值的图。图13是示出根据优选实施例1的AD时钟信号的相位调整的详细操作 的流程图。图14是根据优选实施例1的水平传递脉冲的相位调整中所使用的信号 分量的时序图。图15是示出根据优选实施例1的水平传递脉冲的相位调整的详细操作 的流程图。图16示出由于根据优选实施例1的水平传递的恶化引起的颜色阴影的 检测结果。图17是示出根据本发明优选实施例3的相位调整方法的整体操作的流 程图。图18是示出根据本发明优选实施例4的数码相机的整体构造的方框图。 图19示出根据优选实施例4的荧光灯所产生的闪烁的原理。 图20是示出根据本发明优选实施例5的数码相机的整体构造的方框图。 图21示出根据优选实施例5的通过控制曝光周期来控制闪烁。图22是示出根据优选实施例的经修改的实施例1的数码相机的整体构 造的方框图。量差的情况下从CCD输出的信号分量。图24是根据优选实施例的经修改的实施例4调整相位的范围的示例。 图25示出根据优选实施例的经修改的实施例5,基于峰值采样脉冲预测基准采样脉冲和AD时钟信号的最优位置。
具体实施方式
在下文中，将参见附图详细描述提供有根据本发明各优选实施例的相位 调整装置的数码相机。 优选实施例1图1是示出根据本发明优选实施例1的数码相机的整体构造的方框图。 根据本优选实施例的数码相机包括光学镜头l，用于将拍摄对象的图像会 聚到成像元件2上；成像元件2，用于获得由光学镜头l在成像元件2上会 聚的拍摄对象的图像(以下给出的描述将以CCD作为成像元件2的示例)； 模拟前端10,用于对从成像元件2输出的模拟成像信号Sa执行预定的处理， 并将获得的信号转换为数字成像信号Sd;和DSP (数字信号处理器)20， 用于通过对从模拟前端IO输出的数字成像信号Sd执行预定的处理(颜色校 正、YC处理等)来生成视频信号。成像元件2包括多个像素，并且所述多 个像素包括用于获得拍摄对象的图像的有效像素区域；和OB (Optical Black，光学黑体)像素区域，其以阻光方式提供在有效像素区域的外围并 用于^r测OB水平。模拟前端10包括相关双重采样单元3,用于执行CDS (相关双重采 样)以确定从成像元件2输出的模拟成像信号Sa的信号电平；AGC (自动 增益控制器)4,用于利用可调整的增益来放大从相关双重采样单元3输出 的信号；AD转换器(模拟数字转换器)5，用于将自动增益控制器4所放大的信号转换为数字成像信号Sd;时序发生器6，用于生成获得图像时所使用 的脉冲；和垂直驱动器7，用于向成像元件2输出时序发生器6所生成的脉 冲。DSP20包括亮度水平检测器ll,用于通过计算在预定区域内所选择 像素的信号的亮度水平的平均值来检测亮度水平；方差计算器12，用于计 算所选择像素之间的信号电平的方差；阴影检测器13,用于基于在亮度水 平检测器11所检测的所有亮度水平中，在水平方向上彼此远离的两个像素 区域中的亮度水平之间的差，检测阴影；和时序调整器14。时序调整器14 调整所有由时序发生器6生成的基准采样脉冲DS1、峰值采样脉冲DS2、 AD时钟信号ACK和CCD 2中的水平传递脉冲HI和H2的相位(时序)。 相位调整是基于亮度水平检测器11、方差计算器12和阴影检测器13的检 测结果和计算结果来执行的。图2是按时间顺序示出从成像元件2输出的信号分量的图。如图2所示， 模拟成像信号Sa包括重置时段Tl、基准时段T2和信号时段T3。重置时段 Tl是用来对成像元件2重置的时段。基准时段T2是从成像元件2输出基准 电压的时段，在该时段，检测在相关双重采样单元3操作时作为基准的信号。 信号时段3是输出信号电压的时段。当表示信号时段T3中的波峰的信号电 压和基准时段T2中的基准电压被采样以便获得两者之间的差时，获得模拟 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正方向上 的信号分量。图3示出成像元件2的内部构造。在图3中，由时序发生器6生成的作 为读取脉冲的垂直传递脉冲VP( V2 )被应用到成像元件2的控制栅(gate )。 因此，存储在连接到相应控制栅的光电二极管PD中的信号电荷从光电二极 管PD读取到垂直传递CCD 21上。由于垂直传递脉沖VP被应用到垂直传 递CCD 21,所以在垂直传递CCD 21上读取的信号电荷;波传递到水平传递 CCD 22。传递到水平传递CCD 22的信号电荷由水平传递脉冲HI和H2在 浮动扩散放大器(FDA) 2的方向上逐像素地传递，并且电荷被转换为其中的电压。图4A和4B示出四相(four-phase)垂直传递CCD的操作原理。电荷 的传递是电荷在其所存储的势阱中移动的操作，并且在根据电荷传递方向依 次施加垂直传递脉冲VP ( Vl-V4)时传递电荷。以下给出描述。 一在传递电势TP1情况下的状态在这种状态下，施加垂直传递脉沖VP ( VI和V2)。然后，只在施加 垂直传递脉沖VP (VI和V2)的控制栅下生成势阱，并在其中累积信号电 荷。—在传递电势TP2情况下的状态在这种状态下，施加垂直传递脉冲VP (VI、 V2和V3)。然后，维持 垂直传递脉冲VP (VI和V2)之下的势阱，同时势阱进一步延伸到垂直传 递脉冲VP(V3)之下。结果是，出现信号电荷的移动。 一在传递电势TP3情况下的状态在这种状态下，维持施加垂直传递脉冲VP ( V2和V3 ),同时暂停施 加垂直传递脉沖V1。因此，势阱维持在垂直传递脉沖VP(V2和V3)之下； 然而，垂直传递脉冲VP ( VI )之下的势阱消失。结果是，向传递方向往前 推进信号电荷。一在传递电势TP4情况下的状态在这种状态下，维持施加垂直传递脉沖VP ( V2和V3 ),同时施加垂 直传递脉冲V4。然后，维持垂直传递脉沖VP (V2和V3)之下的势阱，同 时信号电荷进一步延伸到垂直传递脉冲VP ( V4)之下。结果是，出现信号 电荷的移动。之后，重复上述操作以便传递变化。图5A和5B示出两相水平传递CCD的操作原理。该CCD与图4中示 出的CCD的不同之处在于*两个彼此邻近的电极电连接；并且參Si衬底表面附近的杂质浓度被设为，在两个邻近的电极中，位于沿传 递方向前侧的电极的电势总是高于后侧的电极的电势。以下描述两相水平传递CCD中的电荷传递4喿作。 一在传递电势TP11情况下的状态在这种状态下，施加第一水平传递脉冲Hl。然后，在施加第一水平传递脉沖H1的控制栅下，位于沿传递方向前侧的电势处于最高的电平(高于后侧的电势)。因此，电荷停留在施加第一水平传递脉沖Hl的控制栅下、沿传递方向的前侧。—在传递电势TP12情况下的状态在这种状态下，降低了第一水平传递脉冲Hl的电势，同时增加了第二 水平传递脉冲H2的电势。然后，势阱变得更浅。 一在传递电势TP13情况下的状态在这种状态下，第一水平传递脉冲H1中电势的降低和第二水平传递脉 冲H2中电势的增加变得比传递电势TP12的情况更加显著。然后，施加第 二水平传递脉冲H2的控制栅下的电势变得比施加第一水平传递脉沖Hl的 控制栅下的电势更高。进一步，沿传递方向前侧的电势处于施加第二水平传 递脉沖H2的控制栅下的最高电平(高于后侧的电势)。因此，电荷保留在 传递方向的前侧，施加第一水平传递脉冲Hl的控制栅下，并且还停留在施 加第二水平传递脉沖H2的控制栅下的整个区域中。参照第一水平传递脉冲 Hl和第二水平传递脉沖H2的电势，传递方向中前侧的电势高于后侧的电 势。因此，电荷根据前侧低于后侧的阶梯式电势分布来移动。 —在传递电势TP14情况下的状态在这种状态下，暂停施加第一水平传递脉冲Hl,同时只施加第二水平 传递脉冲H2。因此，完成了电荷的移动，并且势阱移动到施加第二水平传 递脉冲H2的控制4册下。当由时序发生器6提供的第一水平传递脉冲Hl和第二水平传递脉沖 H2的相位不合适时，由于传递效率的恶化，会在屏幕的右侧和左侧产生阴 影(在屏幕上产生的不均匀度)。传递效率是根据在传递阶段存储的信号电 荷量Ql与由电荷传递操作将电荷量Ql传递到的随后传递阶段的信号电荷量Q2之比计算得到的百分比，并可以通过以下公式荻得 传递效率二Q2/Q1 x 100当传递效率为例如90%时，在各传递阶革殳，10%的电荷传递将失败。由 于电荷量随传递阶段的功率而降低，在具有更多传递阶段的像素中电荷量降 低，这导致屏幕的右侧和左侧产生阴影。如果检测到由于第一水平传递脉冲 Hl和第二水平传递脉冲H2的恶化所导致的阴影，则可以调整相位。以下描 述更具体的^r测方法。图6是示出根据优选实施例1的相位调整方法的整体操作的流程图。相 位调整主要由亮度水平检测器11、方差计算器12、阴影检测器13和时序调 整器14来执行。假设本优选实施例中待调整的脉冲是基准采样脉冲DS1、峰值采样脉冲 DS2、 AD时钟信号ACK以及第一水平传递脉冲Hl和第二水平传递脉冲 H2。基准采样脉冲DS1是用于对被用作相关双重采样中的基准的信号分量 进行采样的脉沖。因此，期望调整相位使上升沿到达基准时段T2的中心。 峰值采样脉冲DS2是用于对表示信号时段T2中的波峰的信号分量进行采样 的脉冲。因此，期望调整相位，使得在从成像元件2输出的信号分量表示其 峰值时达到上升沿。相关双重采样单元3计算得到的信号电平Vs是峰值釆样脉沖DS2上升 时处于峰值的信号分量与基准采样脉冲DS1的上升所确定的基准时段T2中的信号分量之间生成的差。AD时钟信号是AD转换器5操作的时钟信号，并且是用于确定从AD 转换器5输出的信号的输出时序的脉冲。因此，当AD时钟信号的相位不合 适时，产生诸如针对仿真的反冲(kickback)和数据误锁存之类的问题，这 导致AD检测结果变化。因此，期望调整AD时钟信号ACK的相位，使得 在AD检测结果中不会产生易变性。已经描述了水平传递脉冲Hl和H2。根据本优选实施例的相位调整方法包括用于调整峰值采样脉冲DS2、基 准采样脉冲DS1和AD时钟信号ACK的相位的釆样脉冲调整PS1,和用于调整第一水平传递脉冲HI和第二水平传递脉冲H2的相位的水平传递脉冲 调整PS2。以下详细描述相应的调整。
图7A和7B是示出图6所示的采样脉冲调整PS1的更详细操作的流程 图。首先，基准采样脉冲DS1和AD时钟信号ACK的相位固定在预定的初 始值，以峰值采样脉冲DS2的相位从其初始值逐渐移位的方式测量用于确 定峰值采样脉冲DS2所必需的数据(步骤Sl )。接下来，对在步骤Sl中测 得的数据进行评估以便确定峰值采样脉冲DS2的最优相位(步骤S2)。当 确定了峰值釆样脉冲DS2的相位时，峰值釆样脉冲DS2的相位固定在所确 定的最优值，并且以基准采样脉冲DS1从其初始值逐渐移位的方式测量用 于确定基准采样脉冲DS1的相位所必需的数据，而AD时钟信号ACK的相 位固定在其初始值(步骤S3)。接下来，评估在步骤S3中测得的数据以便 确定基准采样脉冲DS1的最优相位(步骤S4)。当确定了基准采样脉沖DS1 和峰值采样脉冲DS2的相位时，以AD时钟信号ACK的相位从其初始值逐 渐移位的方式测量用于确定AD时钟信号ACK的相位所必需的数据，而基 准采样脉冲DS1和峰值采样脉冲DS2的相位固定在最优值(步骤S5 )。接 下来，对在步骤S5中测得的数据进行评估以便确定AD时钟信号ACK的最 优相位(步骤S6)。接下来，计算在亮度水平检测器11所检测到的亮度水 平中，在水平方向中两个彼此远离的像素区域中的亮度水平之间的差(步骤 S7)。进一步，当在步骤S7中所计算的亮度水平之间的差与预定门限值比 较时，判决是否产生阴影(步骤S8)。当确定了基准采样脉冲DS1、峰值 采样脉冲DS2、 AD时钟信号ACK以及水平传递脉冲Hl和H2的最优相位 时，与所确定的最优相位相关的信息被设置在时序发生器6的寄存器中(步 骤S9)。相应地，生成具有最优相位的脉沖。图7B示出在调整过程中相应 脉冲的相变。
接下来，以下详细描述峰值采样脉冲DS2、基准釆样脉冲DS1、 AD时 钟信号ACK和水平传递脉冲Hl和H2的相位调整。 一峰值采样脉冲DS2的相位调整首先，参见图8和图9描述峰值采样脉冲DS2的相位调整。图8是用 于峰值采样脉沖DS2相位调整的信号分量的时序图。图9是示出峰值采样 脉冲DS2的相位调整细节的流程图。这些附图对应于图7中示出的步骤S1 和S2。
在图8中，Wl表示成像元件输出信号(模拟输入信号Sa),而W3表 示亮度信号。峰值釆样脉冲DS2相位调整中的亮度水平被定义为在成像元 件2的部分或所有有效像素区域(在下文中，称为峰值采样脉沖检测区域) 中所选择的相应像素的信号中的亮度水平的平均值。当成像元件输出信号 Wl处于图8中示出的状态时，同时基准采样脉冲DS1和AD时钟信号ACK 的相位固定时，峰值采样脉沖DS2的相位如W2所示被移位；随后在亮度信 号W3中产生突起形状，这在其信号电平中产生峰值。基于此，在亮度信号 W3处于最大水平(峰值状态)时的峰值采样脉冲DS2的相位被确定为其最 优相位。如早先所述，在图像数据中选择的各像素的信号电平Vs为峰值采 样脉冲DS2所确定的信号分量的峰值与基准采样脉冲DS1所确定的作为基 准的信号分量之间的差。因此，该差应当在峰值釆样脉冲DS2中的信号分 量和基准采样脉冲DS1中的信号分量在振幅上具有相反关系的部分显示出 负值；然而，在附图中，信号电平用零来表达，因为在该例子中任何负值不 包括在信号电平的定义之中。
参见图9给出进一步的详细描述。在步骤Sll中，定义了亮度水平的最 大值的初始值。亮度水平的最大值的初始值被设为在至少具有一定振幅的信 号分量出现时迅速更新的小的值。在步骤S12中，基准采样脉沖DS1和AD 时钟信号ACK的相位被设为初始值，按时间顺序比基准采样脉冲DS1的相 位的初始值略晚的点被设为峰值采样脉冲DS2的初始值。在步骤S13中， 获取成像元件2所获得的图像数据。
在步骤S14中，检测所获取图像数据的峰值采样脉冲检测区域中的亮度 水平，换句话说，计算在峰值釆样脉冲检测区域中相应像素的信号中的亮度 水平的平均值。由于假设具有显示出至少预定值的信号电平的任何像素都饱和，所以期望这种像素排除在采样过程之外。步骤S14的处理在亮度水平检
测器14中执行。
在步骤S15中，将亮度水平的当前最大值与在步骤S14中计算得到的亮 度水平相比较。当比较结果是在步骤S14中计算得到的亮度水平更大时，在 步骤S16中，将步骤S14中计算得到的亮度水平设为当前最大值。当在步骤 S15中，亮度水平的当前最大值更大时，不更新亮度水平的最大值。步骤S15 和S16由时序调整器16执行。
在步骤S17中，时序调整器16向时序发生器6发送峰值相位脉冲DS2 的相位向后移位一个步长而基准采样脉冲DS1和AD时钟信号ACK的相位 固定的指令。在步骤S17中，相位移位一个步长之后，过程返回到步骤S13, 并再次执行步骤S13-S17,以便比较亮度水平的最大值。
到目前为止所描述的操作在一个周期的时段内重复，以便亮度水平最大 的相位被确定为峰值采样脉冲DS2的最优相位。
基准采样脉冲DS1的相位调整
接下来，参见图10和11来描述基准采样脉冲DS1的相位调整。图10 是基准采样脉冲DS1的相位调整所使用的信号分量的时序图。图ll是示出 基准采样脉沖DS1的相位调整的细节的流程图。这些步骤对应于图7中示 出的步骤S3和S4。
在图10中，Wl表示成像元件输出信号，而W3表示亮度信号。在基准 采样脉冲DS1的相位调整的情况下，亮度水平被定义为在成像元件2的部 分或所有有效像素区域(称为基准采样脉冲检测区域)中所选择的相应像素 的信号中的亮度水平的平均值。当成像元件输出信号处于图IO所示的状态， 同时峰值采样脉冲DS2和AD时钟信号ACK的相位固定时，基准采样脉冲 DS1的相位从其初始值移位，如W4所示，亮度信号W3显著减小，在基准 时段T2中大致为常数，然后再次减小，并在与峰值采样脉冲DS2相匹配的 点变为零。基于此，确定基准采样脉冲DS1相位的最优值，以便上升沿到 达亮度信号W3大致为常数的间隔(称为稳定区域)的中心。参见图11,给出进一步详细的描述。在步骤S21中，基准采样脉冲DS1
的相位和AD时钟信号ACK的相位被初始化，而峰值采样脉冲DS2的相位 被设为所描述调整方法所确定的最优值。然后，获取成像元件2所得到的图 像数据(模拟视频信号)。
在步骤S22中，检测所获取的图像数据的基准采样脉冲检测区域中的亮 度水平，换句话说，计算在基准采样脉冲检测区域中相应像素的信号中的亮 度水平的平均值。由于假设具有显示出至少预定值的信号电平的任何像素饱 和，所以期望这种像素排除在采样过程之外。步骤S22的处理在亮度水平检 测器14中执行。
在步骤S23中，基准采样脉冲DS1的相位向后移位一个步长，同时峰 值采样脉冲DS2和AD时钟信号ACK的相位固定。在步骤S24中，设置基 准采样脉冲DS1的一个周期时段中的重复处理。在步骤S25中，获取成像 单元2所得到的图像数据。在步骤S26中，检测所获取的图像数据的基准采 样脉冲检测区域中的亮度水平。
在步骤S27中，计算根据在之前的一个步长的基准采样脉冲DS1处获 取的图像数据所计算的亮度水平与根据在当前相位处所检测的图像数据所 计算的亮度水平之间的差，并判决计算得到的差是否至多是预定的门限值。 当在步骤S27中差被判决为至多是门限值时，当前相位被判决为处于稳定区 域(步骤S28 )。
在步骤S29中，基准采样脉冲DS1的相位向后移位一个步长，同时峰 值采样脉冲DS2和AD时钟信号ACK的相位固定。在所述相位移位一个步 长之后，过程返回步骤S25,并再次执行步骤S25-S29，以便判决所移位的 相位是否处于稳定区域。这项操作在一个周期的时段内重复执行，以便判决 稳定区域中所包括的相位。
最后，在步骤S30中，被判决为包括在稳定区域中的相位的中心值被确 定为基准采样脉冲DS1的相位的最优值。在稳定区域的最终判决时，在判 决存在包括在至少两个不连续间隔的稳定区域中的相位的情况下，可以忽略较短的间隔，或者被判决为包括在稳定区域中的相位继续最长持续时间的间 隔可以被判决为稳定区域。
在噪声分量大的情况下，基于两个像素之间的差，稳定区域可能被错误 地检测或者根本不能被检测到。在这种情况下，可以使用例如滤波计算器等， 以便计算在至少三个相位中亮度水平的平均值和在当前相位中亮度水平的 平均值之间的差，并且将其与门限值比较。作为替代地，可以计算在至少三 个相位中的亮度水平的方差，并将其与门限值比较。
在基准采样脉冲DS1的相位调整流程以及峰值采样脉沖DS2的相位调 整流程中使用的基准采样脉冲DS1的相位的初始值可以相同，也可以彼此 不同。例如，在峰值采样脉沖DS2的相位调整流程中的基准采样脉冲DS1 的相位的初始值可以设为处于根据设计规范预测的基准时段T2附近。用于 在基准采样脉沖DS1的相位调整流程中获取第一图像数据的基准采样脉冲 DS1的相位的初始值被设为处于重置时段T1之内，以便检测亮度信号的任 何突然减小。
AD时钟信号ACK的相位调整
接下来，参见图12A、 12B和13来描述AD时钟信号ACK的相位调整。 图12A是在AD时钟信号ACK的相位调整中使用的信号分量的时序图。图 12B示出AD时钟信号ACK的相位调整中的分散变换(dispersal transition)。 图13是示出AD时钟信号ACK的相位调整细节的流程图。图13中示出的 流程图对应于图7中示出的步骤S5和S6。
在图12A中，Wl表示成像元件输出信号，而W6表示方差。在该例子 中，方差被定义为在光相对于成像元件2被阻挡的状态下，在有效像素区域 和OB像素区域中的至少一个的部分或所有区域中(为第二像素区域，并且 在下文中称为AD时钟信号检测区域)各个像素的信号电平的方差。更具体 地说，由于成像元件2处于光线被阻挡的状态下，方差表示在理想情况下推 定为常数的相应像素的信号电平的分散程度的值。因此，需要设置AD时钟 信号ACK的相位以便减小方差。被计算方差的像素区域和被检测亮度水平的像素区域可以是相同的像素区域，也可以是彼此不同的像素区域。
当成像元件输出信号Wl处于图12A中示出的状态时，基准采样脉冲
DS1和峰值采样脉沖DS2的相位固定在最优值，然后AD时钟信号ACK的 相位从如W5所示的初始值开始移位，在分散过程中生成如W6所示的凹进 形状。应当确定AD时钟信号ACK的相位，以Y更方差W6的值最小；然而， 由于某种因素，方差W6可能在错误的位置显示出最小值。基于此，将AD 时钟信号检测区域的亮度水平与在方差W6被判决为最小的相位中的预定的 期望值(预先设置)进行比较。由于OB像素区域是光线被阻挡的，所以存 在期望值作为设计规范中的DC偏移量。当AD时钟信号检测区域的亮度水 平与期望值完全不同时，不能说AD时钟信号ACK被优化。因此，只有当 前亮度水平与期望值之间的差至多为在方差W6被判决为最小的相位中的门 限值(预先设置)时，才能确定该相位为AD时钟信号ACK的最优值。当 差大于该门限值时，将差与在方差W6显示出第二小的值的相位中的门限值 进行比较。上述判决重复进行，以便确定AD时钟信号ACK的相位的最优 值。
相对于成像元件2阻挡光的可能方法是关闭机械快门，从而阻挡入射 光。然而，在OB像素区域用作AD时钟信号检测区域的情况下，没有必要 关闭机械快门，因为它已经处于光线被阻挡的状态。
参见图13给出进一步详细的描述。在步骤S31中，当机械快门关闭时， 入射光被阻挡。在OB像素区域用作AD时钟信号检测区域的情况下，这个 步骤是不必要的。在步骤S32中，增大模拟增益，以便只放大噪声分量。在 步骤S33中，基准采样脉冲DS1和峰值采样脉冲DS2的相位被设为预定的 最优值，而AD时钟信号ACK的相位被设为初始值。在步骤S34中，获取 由成像元件2获得的图像数据。在步骤S35中，检测所获取的图像数据的 AD时钟信号检测区域中的亮度水平，换句话说，计算在AD时钟信号检测 区域中各个像素中的信号的亮度水平的平均值。步骤S35的处理是在亮度水 平检测器14中执行的。在步骤S36中，在基准采样脉冲DS1和峰值采样脉沖DS2的相位固定的状态下，AD时钟信号ACK的相位向后移位一个步长。 在所述相位移位一个步长之后，过程返回步骤S34，并且再次执行步骤 S34-S36。步骤S34-S36在一个周期的时段内重复，并由此检测各相位的亮 度水平。计算得到的亮度水平暂时存储在存储器中。
在步骤S37中，基准采样脉冲DS1和峰值采样脉冲DS2的相位被设为 由上述方法确定的最优值，然后，AD时钟信号ACK的相位被设为初始值。 在步骤S38中，再次获取由成像元件2获得的图像数据。在步骤S39中，计 算在所获取的图像数据的AD时钟信号检测区域中的方差cj(n),换句话说， 计算在AD时钟信号检测区域中的相应像素的信号电平的方差，n为任意正 数，并表示一个周期时段中的可设置相位的数目。换句话说，计算在AD时 钟信号检测区域中的相应像素的信号电平的方差。步骤S39的处理是在方差 计算器12中执行的。在步骤S40中，在基准采样脉沖DS1和峰值采样脉沖 DS2的相位固定的状态下，AD时钟信号ACK的相位向后移位一个步长。 在AD时钟信号ACK的相位移位一个步长之后，过程返回步骤S38,并且 再次执行步骤S38-S40。当上述操作在一个周期的时段重复时，计算针对各 相位的方差。计算得到的方差暂时存储在存储器中。在说明书中，在获取图 像数据的不同时刻分别计算亮度水平的分布和方差的分布；然而，它们可以 在 一 次获取图像数据时同时计算。
经过这样处理，亮度水平的分布和针对各相位的方差存储在存储器中。 然后，存储器中存储的数据用来计算AD时钟信号ACK的最优相位。以下 给出详细描述。在步骤S41中，第一相位的方差(7(1)被设为最小值cj(min)。 在步骤S43中，第二相位与其后的相位的方差被设为cj(n),并且将各方差(J(n) 与方差cj(min)进行比较。当在比较中cj(n)较小时，在步骤S44中，将o(n) 设为新的最小值ci(min)。重复步骤S43-S44,直到完成最后的相位为止，以 便可以计算方差最小的相位。
在步骤S45中，判决方差最小的相位的亮度水平与设计规范所确定的期 望值之间的差是否至多为门限值(预定)。当在步骤S45的判决中，在方差最小的相位中的亮度水平大于门限值时，执行步骤S46的处理，直到除了(7(min)的相位之外的方差最小的相位。然后，重复步骤S45和S46,直到确 定最优相位为止。当在步骤S45和S46重复之后，方差最小的相位中的亮度 水平落入门限值之内时，则在步骤S47中，得到的相位被确定作为AD时钟 信号ACK的最优相位。水平传递力永冲Hl和H2的相位调整参见图14和15,描述水平传递^^冲Hl和H2的相位调整。图14是当 调整水平传递脉冲H1和H2的相位时所使用的信号分量的时序图。图15是 示出水平传递脉冲Hl和H2的相位调整细节的流程图。图15中示出的流程 图对应于图7中示出的步骤S7和S8。在图14中，Hl表示第一水平传递脉冲，而W6表示第二水平传递脉冲。 当调整水平传递脉冲Hl和H2的相位时，在第一水平传递脉冲Hl的相位固 定在初始值的状态下，第二水平传递脉冲H2的相位移位，如W6所示。待 固定的水平传递脉冲没有必要局限于第一水平传递脉沖Hl。在第二水平传 递脉冲H2的相位固定在初始值的状态下，第一水平传递脉沖Hl可以移位。 以下给出详细的描述。在步骤S51中，第一水平传递脉冲Hl的相位固定在预定的初始值。然 后，在步骤S52中，在第二水平传递脉冲H2的一个周期的时段内待重复的 处理被设置。在步骤S53中，计算在两个具有相同垂直坐标的像素区域中的 亮度水平之间的差。在步骤S54中，将计算得到的亮度差与目前得到的亮度 水平的最小值进行比较。当在步骤S54中比较结果是计算得到的亮度差小于 最小值时，在步骤S55中，计算得到的亮度差被设为目前得到的最小值。当 比较结果中直到当时为止当前亮度值差的最小值小于计算得到的亮度差时， 不更新亮度最小值。在步骤S56中，在第一水平传递脉冲Hl的相位固定的状态下，第二水 平传递脉冲H2的相位向后移位一个步长。更具体地说，时序调整器14向 时序发生器6发送位一个步长之后，过程返回步骤S53,并且再次执行步骤S53-S56,其中将 目前得到的亮度差的最小值与当前亮度差进行比较。该处理在一个周期的时 段中重复。然后，在步骤S57中，基于亮度差的最小值判决阴影是否存在。 当在步骤S57中判决结果显示阴影不存在时，当时的相位被确定为第二水平 传递"永沖H2的最优相位。在成像元件2是包括拜耳阵列的原色滤色器的CCD的情况下，其中所 述拜耳阵列包括R (红)、G (绿)和B (蓝)，例如如图16所示，在有效 像素区域A0中两个具有相同垂直坐标的像素区域中(水平传递脉沖检测区 域Al和A2)的亮度水平关于R、 Gr、 Gb和B进行计算。A3为OB像素区 域。亮度水平被定义为如早先所述的水平传递脉沖检测区域Al和A2中的 信号的亮度水平的平均值。在由于传递恶化造成的传递残留(transfer residue)被添加到下一个像素的情况下，在屏幕的右侧和左侧色平衡不同， 导致产生颜色阴影。因此，得到在计算颜色的两个区域中的亮度水平之间的 差，并且当亮度水平之间没有任何差时，判决没有在屏幕的右侧和左侧产生 颜色阴影。换句话说，当检测到相应颜色的差的和最小的相位时，第二水平 传递脉冲H2的最优相位被确定。然而，由于判决是基于对由于传递效率的 恶化引起的色平衡的变化进行检测作出的，所以经历判决的物体(拍摄对象) 必须发出任意单彩色光。在拍摄对象发出诸如黑色或白色的非彩色光，其中 相应颜色的信号输出为常数的情况下，前一个像素的传递残留的增加和由于 传递恶化引起的减小为偏移量。结果是，即使传递效率恶化，也不可能在传 递之前和之后观察到任何不同。根据本优选实施例的亮度水平检测器11包括两个用于计算亮度水平的采样区域。因此，当针对各颜色独立计算亮度水平时，可以调整水平传递效 率的相位。根据目前描述的方法，可以自动调整基准采样脉沖DS1、峰值采样脉冲 DS2、 AD时钟信号ACK以及水平传递脉冲Hl和H2的相位。因此，即使 在包括相位调整装置的系统改变、成像元件2本身被调换或者由于任何外部因素(温度、随时间的恶化等)引起的成像元件2的特性改变的情况下，也 可以自动调整从时序发生器6输出的脉冲的相位。此外，由于脉冲的相位是 根据在就图像质量而言和考虑到各脉冲的特性的最优状态下的不同的个别 方法进行调整的，因此可以实现高准确度的自动调整。亮度水平检测器11、方差计算器12、阴影检测器13和时序调整器14 这些部件可以作为硬件电路来实现，或者可以作为由微计算机处理的软件来 实现。调整流程不局限于图7中示出的步骤，并且可以对其进行改变。本优 选实施例仅仅是个示例，并且无需赘言，除了以下描述的主要的改进实施例 之外，还存在各种可能经过修改的实施例。优选实施例2在基准采样脉冲DS1和峰值采样脉冲DS2的相位调整中，除非获得至 少某一级别的亮度水平，否则难以调整相位，这是因为最优相位是根据亮度 水平调整得到的。很多医用数码相机系统被提供以诸如LED (发光二极管) 的辅助发光装置。因此，在相位被调整一次，并且作为峰值级别的亮度水平 至多是可以使用辅助光的系统中的预定值的情况下，在辅助发光装置以辅助 光照射拍摄对象的状态下，可以再次执行相位调整。对于拍摄对象，来自被设为成像元件2 (CCD)的滤色器中的滤色器颜 色的各个颜色(RGB)的任何任意颜色可以被单独照射或在其上反射，在被 提供以这种拍摄对象的情况下，需要注意的是对应于从拍摄对象进入成像元 件2的颜色的像素，并且计算在水平方向上与该像素相邻的一组像素的亮度 水平的平均值。结果是，可以检测到传递效率的恶化。在红色(R)从拍摄 对象单独进入成像元件2的情况下，理想上绿色(gr)的输出信号为0,除 非传递效率恶化。然后，只计算在有效像素区域的部分区域或整体区域中绿 色(gr)的亮度水平，同时第二水平传递脉冲的相位逐渐移位，并且使所得 到的值最小的相位被检测为，由于传递恶化引起的传递残留(泄露)最小的 相位。所检测的传递残留(泄露)最小的相位被确定为第二水平传递脉冲 H2的最优相位。在本优选实施例中，在亮度水平检测器11中针对各颜色独立地计算亮度水平，并且可以调整水平传递脉冲的相位。 优选实施例3在优选实施例1和2中，描述了目前的两种相位调整，水平传递脉沖(用 于控制成像元件2的水平传递的脉冲的相位调整)的相位调整和釆样脉冲 (用于对在相关双重采样单元4中从成像元件2输出的信号进行采样的基准 采样脉冲DS1、峰值采样脉冲DS2和AD时钟信号ACK的相位调整)的相 位调整。然而，在采样脉沖的相位调整中，调整在某种安装状态中基准采样脉冲 DS1、峰值釆样脉冲DS2和AD时钟信号ACK相对于水平传递脉沖Hl和 H2的任意相位的相互关系。因此，当水平传递脉冲的相位改变时，基准采 样脉沖DS1、峰值采样脉冲DS2和AD时钟信号ACK的最优相位也改变。 进一步，在水平传递脉冲的相位调整中，除非基准采样脉冲DS1、峰值采样 脉冲DS2和AD时钟信号ACK的相位合适，否则不可能准确地对相关双重 采样单元4中的信号进行采样，这致使所测得的数据不可靠。因此，如图 17所示，重复上述两个相位调整，以便改进精度。本发明优选实施例3是 由考虑到这一方面来对优选实施例1和2进行改进而做出的。以下描述根据优选实施例3的操作。 一采样脉冲调整PS1首先，将水平传递脉冲Hl和H2设为初始值，然后，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。结果是，可以优 化相关双重采样单元4中的采样时序。水平传递脉冲调整PS2接下来，在最优地调整基准釆样脉沖DS1、峰值采样脉沖DS2和AD 时钟信号ACK相对于水平传递脉沖Hl和H2的相互关系的状态下，调整水 平传递脉冲Hl和H2的相位，以便优化成l象元件2的传递效率。采样脉冲调整PS3在下文中，再次调整基准釆样脉冲DS1、峰值采样脉冲DS2和AD时钟信号ACK的相位，并且以适合于优化的水平传递脉冲HI和H2的方式调 整基准采样脉冲DS1、峰值采样脉冲DS2和AD时钟信号ACK相对于水平 传递脉冲HI和H2的相互关系。在时序发生器6中设置水平传递脉冲HI和H2、基准采样脉冲DS1、 峰值采样脉冲DS2和AD时钟信号ACK的最优相位，所述最优相位被确定 为重复实施两次相位调整的结果。结果是，可以生成具有最优相位的相应脉 冲。优选实施例4图18是根据本发明优选实施例4的数码相机的整体构造的方框图。在 本优选实施例中，根据当在荧光灯下获得图像时生成的闪烁的周期来校正被 采样的亮度水平。在图18中，与根据优选实施例1的图1中示出的附图标 记相同的附图标记显示相同的部件。在本优选实施例中，在#4居目前描述的 优选实施例的构造中，进一步提供闪烁检测器15和亮度水平校正器16。以下描述如何生成闪烁。在电源电压的频率的影响下，荧光灯的光量以 电源周期的1/2周期进行改变。例如，如图19所示，当使用50Hz的电源电 压时，荧光灯的光量改变周期为1/100秒，因此当以由附图中A和B所示的 时序，以相同的快门速度对相同的拍摄对象进行成像时，在时序A与B之 间的光量不同，从而B比A获得的图像信号更暗，在暗度上的这种差异即 是闪烁。读操作遵循成像元件2 (CCD)中的面顺序。因此，在荧光灯的光量周 期和一帧的曝光周期不以正整数倍的方式相关的情况下(例如，在如图19 所示，50Hz电源的荧光灯下， 一帧频率为60Hz的情况下)，在荧光灯的光 量改变的影响下，在帧与帧之间产生闪烁。当在相位调整期间，荧光灯用作光源时，由于闪烁的影响，每次测量数 据时的光量都会改变。由于闪烁引起的光量改变影响了由亮度水平检测器 11计算得到的亮度水平，从而不能准确地判决最优相位。为了校正闪烁，通常可以根据所生成的闪烁的频率，在自动增益控制器4中采用模拟增益乘法，或者可以逐帧改变快门速度。当在相位调整中采用 这些校正方法中的任一种时，数据测量条件随相位的不同而不同，这不是优 选的。在优选实施例4中，由闪烁检测器15检测是否生成闪烁，并且由亮度水平校正器16计算消除光量改变从而使输出电平可以为常数的校正系数a。 然后，将从亮度水平检测器11输出的亮度水平与根据闪烁周期所计算的校 正系数a相乘。结果是，可以在相同的数据测量条件下校正闪烁，这样实现 了准确的亮度水平计算。 优选实施例5图2 0是示出根据本发明优选实施例5的数码相机的整体构造的方框图。 本优选实施例是控制闪烁的另一个例子。在图20中，与根据优选实施例4 的图18中的附图标记相同的附图标记显示相同的部件。在本优选实施例中， 在曝光控制器17中，快门速度固定为预定的时间段，以便校正闪烁。图21是根据本优选实施例的闪烁控制图，其中在电源电压为50Hz的 焚光灯下，快门速度固定为1/100秒。当快门速度被设为1/100秒时，成像 元件2的曝光时间与荧光的光量改变周期彼此一致。因此，输出信号电平不 再可变，因此闪烁的生成受到控制。在这种情况下，在输出信号电平中，没 有生成闪烁的快门速度是荧光灯的光量改变周期的整数倍。当闪烁检测器15检测到闪烁时，曝光控制器17将快门速度设为荧光灯 的光量周期改变的整数倍，并且设置时序发生器6中的寄存器，以便生成对 应于所设置的快门速度的脉冲。相应地，快门速度基于从时序发生器6输出 的脉冲，固定为光量改变周期的整数倍。因此，可以得到处于恒定电平的输 出信号，从而可以准确地测量亮度水平。在数码相机中，通常已经提供闪烁检测器15和曝光控制器17,以便实 现AE (自动曝光)。因此，在本实施例中，没有必要添加任何新的电路元 件，因为可以利用这些电路元件。在优选实施例中存在以下可能的经过修改的实施例。经过修改的实施例1图22是示出根据优选实施例的经过修改的实施例1的数码相机的整体 构造的方框图。经过修改的本实施例基于任何缺陷像素均不用于脉冲的相位调整的技术思想。缺陷像素检测器18和存储装置19被提供。构成成像元件2的一组像素可以包括在制造过程中产生的缺陷像素。在 缺陷像素中，无论入射光的光量如何，信号电平都通常固定在最大或者最小 值的周围。因此，期望不将缺陷像素的值用作相位调整，即使在所述值处于 脉沖检测区域内。在经过修改的本实施例中，由缺陷像素检测器18检测缺 陷像素，并且缺陷像素的地址预先存储在存储装置19中。因此，可以避免 将缺陷像素用于相位调整，这样改进了相位调整的准确度。缺陷相位检测器18可以具有多种构造。可以以这样的方式构成缺陷像 素检测器18:在数码相机被激活时，机械快门被关闭，将电荷存储以特定 的时间段，并且信号电平至少为预定门限值的像素被检测作为缺陷像素。存 储装置19没有必要适用于存储所有缺陷像素的地址，它必须做的是存储预 定数目的缺陷像素的地址。 经过^^改的实施例2在设置上述基准采样脉冲DS1时，临近像素之间的差至多为预定门限 值的区域被认为是稳定区域，并且执行脉冲调整，以便基准采样脉沖DS1 的上升沿到达稳定区域的中心。然而，当信号质量如图23所示较低时，可 能检测不到对应于稳定区域的相位时段。即使如此，信号分量的斜率相对较 小的区域可以替代地被视为稳定区域。在经过修改的本实施例中，当不可能 检测到稳定区域时，增加门限值，以便信号分量的斜率具有特定角度的任何 区域均可以替代地被视为稳定区域。在被替代地检测为稳定区域的稳定区域 持续特定时间段的情况下，调整基准采样脉冲DS1的相位，以便上升沿到 达所述时段的中央。经过修改的实施例3可能没有必要基于临近像素之间的差的计算来检测稳定区域，而是可以基于第一和第二稳定区域检测结果之间的差来检测稳定区域。例如，可以以如下方式来^T测稳定区域。一第一稳定区域检测 计算在至少三个相位中的亮度水平的平均值与当前相位中亮度水平 的平均值之间的差，并且 将计算得到的差与被设为相对较小值的门限值进行比较。 一第二稳定区域检测 计算两个彼此临近的像素之间的差，并且 *将所计算的差与被设为相对较大值的门限值进行比较。 经过修改的本实施例的要点的特征在于第二稳定区域检测中減弱检测 的条件，以便更容易地检测稳定区域。结果是，即使信号质量较低，也可以设置基准采样脉冲DS1。 经过》务改的实施例4在目前的描述中，基准采样脉沖DS1、峰值采样脉冲DS2和AD时钟 信号ACK的相位是以这种方式调整的相位在一个周期的时段内移位。然 而，如果之前已知成像元件2的设计规范，则在某种程度上可以预先预测各 脉沖的相位调整度。基于这种预测，调整范围可以设得比如图24所示的一 个周期的时段更窄，并且可以缩短相位调整所需的时间量。经过修改的实施例5在目前描述的优选实施例中，首先调整峰值采样脉冲DS2。当峰值釆样 脉沖DS2完成时，可以预测基准采样脉冲DS1和AD时钟信号ACK的相位 调整度。在图25中，当根据成像元件输出信号Wl确定峰值采样脉沖DS2 的相位时，可以假设，基准采样脉冲DS1和AD时钟信号ACK的相位被调 整为就可用于下文中的设计规范而言相位差最优的相位(或者它们的相邻相 位)。然后，在该相位之前或之后，在预定的范围内调整基准采样脉沖DS1 和AD时钟信号ACK的相位。在图25中，A01表示峰值采样脉冲DS2与基准采样脉冲DS1之间的相位差(最优相位)，而A02表示峰值采样脉冲DS2与AD时钟ACK的相位 差(最优相位)。当根据已经计算的脉冲的相位预测其它脉冲的相位时，可 以使调整范围变窄，并且可以大大减少相位调整所需的时间量。如果准确度不是最高优先级，则没有必要对调整所有基准采样脉冲 DS1、峰值采样脉冲DS2和AD时钟ACK的相位。首先计算的脉冲的相位 固定，然后可以计算其它脉冲的相位，或者第二次计算的脉冲的相位固定， 然后可以确定第三次计算的脉冲的相位=经过修改的实施例6例如，当由于某些诸如温度改变或随时间恶化的因素引起相位移位而进 行相位调整时，预测最优相位处于最近调整的相位附近。因此每个相位调整 结果均存储在存储器中。然后，当再次调整相位时，可以将最近调整的相位 附近设为相位调整中的调整范围。虽然已经描述了目前被认为的本发明优选实施例，但是应当理解可以对 其作出各种修改，并且本发明意在所附的权利要求中覆盖所有这些落入本发 明的真实精神和保护范围内的修改。
权利要求
1、一种相位调整装置，用于基于由模拟成像信号针对各像素转换为数字值所产生的数字成像信号，对所述模拟成像信号进行成像所使用的脉冲的相位进行调整，所述模拟成像信号由包括多个像素的成像元件获得，该装置包括亮度水平检测器，用于检测针对所述多个像素的每个像素的数字成像信号的亮度水平；阴影检测器，用于在所述成像元件中沿水平方向设置一组彼此远离的像素区域，然后基于该组像素区域的亮度水平之间的差，检查所述模拟成像信号中是否产生阴影；和时序调整器，用于基于所述亮度水平检测器和所述阴影检测器的输出，对用于检测所述模拟成像信号的峰值电平的峰值采样脉冲的相位、用于检测在生成所述数字成像信号时所执行的相关双重采样中用作基准的信号电平的基准采样脉冲的相位和所述成像元件中的水平传递脉冲的相位进行调整。
2、 根据权利要求1所述的相位调整装置，进一步包括方差计算器，用于计 算表示所述像素之间的信号变化性的方差，其中所述时序调整器基于由所述亮度水平检测器和所述方差计算器获得的结 果，进一步调整在产生所述数字成像信号时所使用的AD时钟信号的相位。
3、 根据权利要求1所述的相位调整装置，其中所述亮度水平是所述像素区域中所述数字成像信号的信号电平的平均值。
4、 一种相位调整方法，用于对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、用于检测在所述模拟成像信号被转换为数字 成像信号时用作所执行的相关双重采样的基准的信号电平的基准采样脉冲的相 位、在所述模拟成像信号被AD转换为所述数字成像信号时所使用的AD时钟 信号的相位和所述成像元件的水平传递单元中水平传递脉沖的相位进行调整， 该方法包4舌在所述基准采样脉冲的相位和所述AD时钟信号的相位分别固定为任意相位的状态下，检测所述模拟成像信号的亮度水平被最大化的所述峰值采样脉冲的相位的步骤；将所述模拟成像信号的亮度水平被最大化的所述峰值采样脉冲的相位设为 所述峰值采样脉冲的最优相位的步骤；在第一水平传递脉冲的相位被固定的状态下，4全测所述水平传递单元中水平传递效率被最大化的第二水平传递脉冲的相位的步骤，所述第二水平传递脉冲是构成所述水平传递脉冲的第一水平传递脉冲和第二水平传递脉冲之一；和 将所述水平传递效率被最大化的所述第二水平传递脉冲的相位设为所述第 二水平传递脉冲的最优相位的步骤。
5、 根据权利要求4所述的相位调整方法，进一步包括 在所述峰值采样脉沖的相位被固定为所述峰值采样脉冲的最优相位，并且所述AD时钟信号的相位被固定为所述任意相位的状态下，检测在所述基准采 样脉冲中所述亮度水平的变化小的相位区域的步骤；和将所述亮度水平的变化小的所述相位区域的中心相位设为所述基准采样脉 冲的最优相位的步骤。
6、 根据权利要求5所述的相位调整方法，进一步包括 在所述峰值采样脉冲的相位被固定为所述峰值采样脉冲的最优相位，所述基准采样脉冲的相位;波固定为所述最优相位，并且所述成像元件的入射光被阻 挡的状态下，检测表示所述像素之间的信号变化性的方差最小的所述AD时钟 信号的相位的步骤；和将所述方差被最小化的所述AD时钟信号的相位设为所述AD时钟的最优 相位的步骤。
7、 根据权利要求4所述的相位调整方法，其中 所述成像元件是滤色CCD，并且在检测所述水平传递效率被最大化的相位的步骤中，计算在至少两个具有 同一垂直坐标的像素区域中的各个颜色的亮度水平，同时改变所述第二水平传 递脉冲的相位，所计算的在所述至少两个像素区域中各个颜色的亮度水平的变化最小的所述第二水平传递脉沖的相位，^皮-没为水平传递效率被最大化的所述 第二水平传递脉冲的相位。
8、 根据权利要求4所述的相位调整方法，其中所述成像元件是滤色CCD，并且在检测所述水平传递效率被最大化的相位的步骤中，在能由所述滤色CCD 接收的颜色中的任意颜色被单独成像的状态下，由传递效率恶化产生的相对于 水平临近像素的传递泄露最小的相位，被设为所述水平传递效率被最大化的相 位。
9、 根据权利要求4所述的相位调整方法，进一步包括 采样脉冲调整步骤，用于调整所述基准采样脉冲、所述峰值采样脉冲和所述AD时钟信号的相位中的至少一个相位；和水平传递脉冲调整步骤，用于调整所述第一水平传递脉沖和所述第二水平 传递脉冲的相位中的至少一个相位，其中所述采样脉冲调整步骤和所述水平传递脉冲调整步骤重复执行。
10、 根据权利要求1所述的相位调整装置，进一步包括闪烁检测器，用于 检测在焚光灯下的成像操作中产生的闪烁，其中所述时序调整器根据所述闪烁检测器检测到的闪烁的周期来校正待调整的 相位。
11、 根据权利要求IO所述的相位调整装置，进一步包括亮度水平校正器， 用于根据所述闪烁检测器检测到的闪烁的周期来计算校正系数，并通过将由所 述亮度水平检测器计算的亮度水平与所述校正系数相乘来校正所述亮度水平。
12、 根据权利要求1所述的相位调整装置，进一步包括 闪烁检测器，用于检测在荧光灯下的成像操作中所产生的闪烁；和 曝光控制器，用于将所述成像元件的快门速度设为光量随所述闪烁检测器的闪烁检测结果而变化的周期的正整数倍。
13、 一种数码相才几，包括 成像元件；相关双重采样单元，用于计算针对通过所述成像元件获得的各像素的模拟成像信号的信号电平；自动增益控制器，用于调整从所述相关双重采样单元输出的成像信号的振幅；AD转换器，用于通过将振幅由所述自动增益控制器进行调整的所述成像 信号转换为数字值来产生数字成像信号；根据权利要求1所述的相位调整装置，用于基于所述数字成像信号设置适 合于在获得所述模拟成像信号时所述成像单元所使用的脉冲的相位；和时序发生器，用于基于由所述相位调整装置调整的相位来产生所述脉冲。
全文摘要
本发明公开相位调整装置及其方法和数码相机。亮度水平检测器检测针对多个像素中的各个像素的数字成像信号的亮度水平。阴影检测器在成像元件中沿水平方向上设置一组彼此远离的像素区域，然后基于该组像素区域的亮度水平之间的差，检测模拟成像信号中是否产生阴影。时序调整器基于亮度检测器和阴影检测器的输出，调整用于检测模拟成像信号的峰值电平的峰值采样脉冲的相位、用于检测在生成数字成像信号时执行的相关双重采样中用作基准的信号电平的基准采样脉冲的相位和成像元件中水平传递脉冲的相位。利用本发明能改进相位调整的准确度。
文档编号H04N5/351GK101267495SQ20081008406
公开日2008年9月17日 申请日期2008年3月14日 优先权日2007年3月14日
发明者小川真由 申请人:松下电器产业株式会社