JP2016058772A - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】外来ノイズの発生時における横縞状になる撮像ノイズを軽減することができる撮像装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】行列状に配置された複数の画素と、画素からの信号を列毎に出力する列信号線と、複数の画素を行毎に選択する行走査回路と有し、周期性を有するノイズを発生するノイズ発生源が動作したときに、行走査回路により選択された行の画素から列信号線を介して出力されるアナログ信号を時間の経過にともなって電圧が変化する参照信号を用いてデジタル信号にアナログ−デジタル変換する動作の開始タイミングを、発生するノイズの周波数に応じて制御するようにして、外来ノイズの発生時における横縞状となる撮像ノイズを軽減する。
【選択図】図5
【解決手段】行列状に配置された複数の画素と、画素からの信号を列毎に出力する列信号線と、複数の画素を行毎に選択する行走査回路と有し、周期性を有するノイズを発生するノイズ発生源が動作したときに、行走査回路により選択された行の画素から列信号線を介して出力されるアナログ信号を時間の経過にともなって電圧が変化する参照信号を用いてデジタル信号にアナログ−デジタル変換する動作の開始タイミングを、発生するノイズの周波数に応じて制御するようにして、外来ノイズの発生時における横縞状となる撮像ノイズを軽減する。
【選択図】図5
Description
本発明は、撮像装置及びその制御方法に関する。
近年、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置では、撮像素子としてCCDやCMOS型イメージセンサ(以後、「CMOSセンサ」とも称する)を使用するのが一般的である。例えば、CMOSセンサは、フォトダイオードで発生した光キャリアをMOSトランジスタのゲート電極(フローティングディフュージョン:FD)に蓄積する。そして、走査回路からの駆動タイミング信号に従って、その電位変化を電荷増幅して出力部へ出力する。特に、光電変換部であるCMOSセンサ部とその周辺回路部を含めすべてCMOSプロセスで実現したMOS型固体撮像装置が注目されている。
このような撮像装置においては、撮像素子で光信号を電気信号に変換して出力する過程において、画像信号の画質劣化の原因となるような様々なノイズが発生する。代表的なノイズとして、画素毎の製造バラツキに起因して発生する画素欠陥によるノイズや読み出し回路を構成するアンプ等の部品の製造バラツキに起因する固定パターンノイズ等が挙げられる。また、画素や読み出し回路のリセットノイズや画素部において発生する暗電流等の撮像動作を行う度に変動するランダムノイズも代表的なノイズとして知られている。
前述のようなノイズを撮像素子の内部で除去する手段として、以下に説明するような「S−N動作」が知られている。画素内のフォトダイオードをリセットした後に、撮像素子の露光を行い、フォトダイオードで光電変換及び電荷の蓄積が行われる。そして、撮像素子の露光が終了するタイミングに合わせて、まず、フォトダイオードを除いた、画素内のフォトダイオード後段の回路及び読み出し回路をリセットする。
リセットが完了したら、フォトダイオードに蓄積された電荷を画素内のフォトダイオード後段の回路に出力していない状態で、リセット時の画素信号をノイズ成分として読み出し回路が有する第1のラインメモリに転送し、保持しておく。以下、本動作を「N読み」とも称する。次に、フォトダイオードに蓄積された電荷を画素内のフォトダイオード後段の回路に出力する。このときの画素信号を、光信号として読み出し回路が有する第2のラインメモリに転送し、保持しておく。以下、本動作を「S読み」とも称する。
S読み動作が終了した後、第2のラインメモリに保持された画素信号と、第1のラインメモリに保持されたリセット信号とを、順次最後段の差動アンプに送る。最後に、差動アンプでS信号とN信号との差分をとり、画像信号として撮像素子の出力端子から後段の画像処理回路へ出力する。以上の動作のうち、N読み、S読み、及び差動アンプでの差分検出動作が、前述した「S−N動作」である。このような「S−N動作」を行うことにより、画素や読み出し回路毎に異なるノイズを、撮像動作毎に適切に除去して、良好な画質の画像信号を得ることが可能となる。
前述した「S−N動作」において、電源電圧の変動や外来ノイズのようなオフセット変動が起こると、S読みとN読みとにおいて得られる信号値のオフセットが異なるため、差分検出でノイズを取り除くことができない。ここで、特許文献1には、S読みとN読みとの開始時間間隔ΔTを外来ノイズの周波数fの逆数の整数倍となるように設定し、「N読み」と「S読み」時に重畳される周期的に変化するノイズの影響を取り除く技術が提案されている。しかしながら、特許文献1に記載の技術では、ライン(画素行)毎に変化するノイズの重畳に対してはノイズを除去できず、画像中に横縞状のパターンノイズが現れてしまうことがある。
本発明の目的は、外来ノイズの発生時における横縞状になる撮像ノイズを軽減することができる撮像装置及びその制御方法を提供することである。
本発明に係る撮像装置は、行列状に配置された、それぞれが光電変換素子を含む複数の画素と、前記複数の画素からの信号を列毎に出力する列信号線と、前記複数の画素を行毎に選択する行走査手段と、時間の経過にともなって電圧が変化する参照信号を出力する参照信号生成手段と、前記行走査手段により選択された行の画素から前記列信号線を介して出力されるアナログ信号を、前記参照信号を用いてデジタル信号にアナログ−デジタル変換するアナログ−デジタル変換手段と、第1の周波数のノイズを発生するノイズ発生源が動作したときに、前記アナログ−デジタル変換手段での前記アナログ−デジタル変換の開始タイミングを前記第1の周波数に応じて制御する制御手段とを有する。
本発明によれば、外来ノイズの発生時における横縞状になる撮像ノイズを軽減することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態における撮像装置の構成例を示すブロック図である。本実施形態における撮像装置は、例えばCMOSセンサを用いた撮像装置であり、動画機能付き電子スチルカメラやビデオカメラ等として適用可能である。
本発明の第1の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態における撮像装置の構成例を示すブロック図である。本実施形態における撮像装置は、例えばCMOSセンサを用いた撮像装置であり、動画機能付き電子スチルカメラやビデオカメラ等として適用可能である。
図1に示すように、本実施形態における撮像装置は、光学鏡筒101、光学鏡筒101内に構成されるメカニカルシャッタ部1011、及び撮像素子102を有する。また、本実施形態における撮像装置は、前処理部103、信号処理部104、圧縮伸張部105、同期制御部106、操作部107、画像表示部108、及び画像記録部109を有する。
光学鏡筒101は、被写体からの光を撮像素子102に集光するためのレンズ、レンズを移動させてズームや合焦を行うための駆動機構、メカニカルシャッタ機構、及び絞り機構等を有する。これらのうち、可動部(駆動部)は同期制御部106からの制御信号に基づいて駆動される。メカニカルシャッタ部1011は、撮像素子102への光の入射、遮断を制御する。撮像素子102は、例えばXY読み出し方式のCMOS型イメージセンサ等である。撮像素子102は、同期制御部106からの制御信号に応じて、露光や信号読み出し、リセット等のタイミングが制御される。
前処理部103は、同期制御部106の制御に基づいて動作するフロントエンド回路である。前処理部103は、CDS(Correlated Double Sampling)回路、AGC(Auto Gain Control)回路、アナログ−デジタル変換回路(AD変換回路)等を有する。CDS回路は、撮像素子102の出力信号に対してCDS処理を行うことにより、画素回路内のトランジスタのしきい値のばらつきに起因する固定パターンノイズを除去して、S/N(Signal/Noise)比を良好に保つようにサンプルホールドを行う。AGC回路は、AGC処理により利得を制御する。AD変換回路は、CDS回路及びAGC回路からのアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換する。前処理部103は、撮像素子102内に構成されている。
信号処理部104は、同期制御部106の制御に基づいて、前処理部103によりデジタル化された画像信号に対し、ホワイトバランス調整処理や色補正処理、AF(Auto Focus)処理、AE(Auto Exposure)処理等の信号処理を施す。圧縮伸張部105は、同期制御部106の制御に基づいて動作し、信号処理部104からの画像信号に対して圧縮符号化処理を行う。圧縮符号化処理は、例えばJPEG(Joint Photographic Coding Experts Group)方式等の所定の静止画像データフォーマットで行う。また、圧縮伸張部105は、同期制御部106から供給された静止画像の符号化データに対して伸張復号化処理を行う。また、圧縮伸張部105は、MPEG(Moving Picture Experts Group)方式等により動画像の圧縮符号化/伸張復号化処理を実行可能なようにしてもよい。
同期制御部106は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等から構成されるマイクロコントローラである。同期制御部106は、ROM等に記憶されたプログラムをCPUが実行することにより、撮像装置の各部を統括的に制御する。操作部107は、例えばシャッタレリーズボタン等の各種操作キーやレバー、ダイヤル等を含む。操作部107は、ユーザによる入力操作に応じた制御信号を同期制御部106に出力する。
画像表示部108は、LCD(Liquid Crystal Display)等の表示デバイスや、これに対するインタフェース回路等を有する。画像表示部108は、同期制御部106から供給された画像信号から表示デバイスに表示させるための画像信号を生成し、この信号を表示デバイスに供給して画像を表示させる。画像記録部109は、例えば、可搬型の半導体メモリ、光ディスク、HDD(Hard Disk Drive)、磁気テープ等である。画像記録部109は、圧縮伸張部105により符号化された画像データファイルを同期制御部106から受け取って記憶する。また、画像記録部109は、同期制御部106からの制御信号を基に指定されたデータを読み出し、同期制御部106に出力する。
図1に示した撮像装置における基本的な動作について説明する。静止画像の撮像前には、撮像素子102から出力された画像信号(アナログ画像信号)が前処理部103に順次供給される。このアナログ画像信号は、前処理部103で、CDS処理及びAGC処理が施された後、AD変換回路においてデジタル画像信号に変換される。信号処理部104は、前処理部103からのデジタル画像信号に対して画質補正処理を施し、カメラスルー画像の信号として、同期制御部106を介して画像表示部108に供給する。これにより、カメラスルー画像が画像表示部108により表示され、ユーザは表示画像を見て画角合わせを行うことが可能となる。
この状態で、操作部107のシャッタレリーズボタンが押下されると、同期制御部106の制御に基づいて、撮像素子102からの1フレーム分の撮像信号が、前処理部103を介して信号処理部104に取り込まれる。信号処理部104は、取り込んだ1フレーム分の画像信号に画質補正処理を施し、処理後の画像信号を圧縮伸張部105に供給する。圧縮伸張部105は、入力された画像信号を圧縮符号化し、生成した符号化データを、同期制御部106を介して画像記録部109に供給する。これにより、撮像された静止画像のデータファイルが画像記録部109に記録される。
画像記録部109に記録された静止画像のデータファイルを再生する場合には、同期制御部106は、操作部107からの操作入力に応じて、選択された画像データファイルを画像記録部109から読み込み、圧縮伸張部105に供給する。圧縮伸張部105は、供給された画像データファイルに対して伸張復号化処理を実行する。圧縮伸張部105により復号化された画像信号は、同期制御部106を介して画像表示部108に供給され、これにより静止画像が再生表示される。
また、画像記録部109に動画像を記録する場合には、同期制御部106の制御に基づいて、撮像素子102から出力された画像信号が、前処理部103を介して信号処理部104に取り込まれる。信号処理部104で順次処理された画像信号に対して圧縮伸張部105で圧縮符号化処理を施し、生成された動画像の符号化データを順次画像記録部109に転送して記録する。
画像記録部109に記録された動画像のデータファイルを再生する場合には、同期制御部106は、操作部107からの操作入力に応じて、選択された画像データファイルを画像記録部109から読み込み、圧縮伸張部105に供給する。圧縮伸張部105は、供給された画像データファイルに対して伸張復号化処理を実行させる。圧縮伸張部105により復号化された画像信号は、同期制御部106を介して画像表示部108に供給され、これにより動画像が再生表示される。
次に、本実施形態における撮像素子102の構成及び動作を、図2及び図3を参照して説明する。図2は、本実施形態における撮像素子102の構成例を示す図である。本実施形態における撮像素子102は、図1に示した前処理部103を内在し、画素列毎にAD変換回路を配置したカラムADC搭載のCMOSセンサである。本実施形態における撮像素子102は、画素アレイ部20、カラムADCブロック21、水平出力線22、タイミング制御回路23、行走査回路24、列走査回路25、基準信号生成部(MCK)26、参照信号生成部207を有する。
画素アレイ部20は、行列状に配置され、それぞれが光電変換素子を含む複数の画素(単位画素)201を有する。画素201の各々は、フォトダイオード(光電変換素子)PD、転送トランジスタM1、リセットトランジスタM2、増幅トランジスタM3、及び選択トランジスタM4を有する。転送トランジスタM1、リセットトランジスタM2、増幅トランジスタM3、及び選択トランジスタM4の各々は、例えばnチャネルMOSFET(MOS Field Effect Transistor)である。
また、転送トランジスタM1、リセットトランジスタM2、及び選択トランジスタM4の各ゲートには、転送信号線203、リセット信号線204、及び行選択信号線205がそれぞれ接続されている。これらの信号線は、水平方向に延在して、同一行に含まれる複数の画素201を同時に駆動するようになっており、これによりライン順次動作型のローリングシャッタや、全行同時動作型のグローバルシャッタの動作を制御することが可能になっている。選択トランジスタM4のソースには、列毎に配される列信号線(垂直出力線)202が接続されている。列信号線202の一方の端部は、定電流源206を介して接地されている。
フォトダイオードPDは、入射される光を光電変換することにより生成された電荷を蓄積する。フォトダイオードPDは、図1に示す例では、P側(アノード側)が接地され、N側(カソード側)が転送トランジスタM1のソースに接続されている。転送トランジスタM1がオン(ON)すると、フォトダイオードPDの電荷がフローティングディフュージョンFDに転送される。フローティングディフュージョンFDには寄生容量があるので、この部分に電荷が蓄積される。
増幅トランジスタM3のドレインは電源電圧Vddとされ、増幅トランジスタM3のゲートはフローティングディフュージョンFDに接続されている。増幅トランジスタM3は、フローティングディフュージョンFDの電圧を電気信号に変換する。選択トランジスタM4は、信号電荷を読み出す画素を行単位で選択するためのものである。選択トランジスタM4のドレインは増幅トランジスタM3のソースに接続され、選択トランジスタM4のソースは列信号線202に接続されている。選択トランジスタM4がオン(ON)したときには、増幅トランジスタM3と定電流源206とがソースフォロアを構成し、フローティングディフュージョンFDに蓄積された信号電荷に応じた電圧が列信号線202に出力される。リセットトランジスタM2のドレインは電源電圧Vddとされ、リセットトランジスタM2のソースはフローティングディフュージョンFDに接続されている。リセットトランジスタM2は、フローティングディフュージョンFDの電圧を電源電圧Vddにリセットする。
列信号線202に出力された信号は、カラムADCブロック21にてデジタル信号に変換される。カラムADCブロック21は、列毎(列信号線202毎)に配置されている。カラムADCブロック21の各々は、比較器208、カウンタ209、及びメモリ210を有しており、nビットデジタル信号変換機能を有する。比較器208は、デジタル−アナログ変換回路(DAC)である参照信号生成部207により生成される参照信号(参照電圧)RAMPと、列信号線202を介して得られる画素201からのアナログ信号とを比較する。カウンタ209は、比較器208における比較時間をカウントし、メモリ210は、カウンタ209のカウント結果を保持する。なお、本実施形態ではカウンタ209は、アップ/ダウンカウンタとして説明するが、他のカウンタを用いて構成しても構わない。
水平出力線22は、各カラムADCブロック21と接続される2nビット幅の水平出力線であり、列走査回路25から制御されるタイミングに従ってカラムADCブロック21からの信号を転送する。タイミング制御回路23は、行走査回路24、列走査回路25、及び参照信号生成部207の動作タイミングをそれぞれ制御する。タイミング制御回路23は、基準信号生成部(MCK)26から供給される基準信号(マスタークロック)に基づいて、行走査回路24、列走査回路25、及び参照信号生成部207を動作させるためのクロック信号や制御信号等を生成して各々に対して与える。
行走査回路24は、転送信号線203、リセット信号線204、及び行選択信号線205の一端が各行に対応した各出力端に接続されている。行走査回路24は、リセット信号線204、及び行選択信号線205を介して画素アレイ部20の画素を行毎に選択する行走査等の制御を行う。列走査回路25は、各列を走査する。参照信号生成部207は、出力電圧が時間の経過に伴って所定の傾き若しくは階段状に変化するランプ波形の参照信号RAMPを、カラムADCブロック21に出力する。
図3は、本実施形態におけるカラムADCブロック21によるAD変換動作の例を示すタイミングチャートである。図2に示した任意の画素201から列信号線202へのリセット期間の読み出しが安定(時刻t1〜t2の期間)した後、参照信号生成部207から参照信号RAMPとして参照電圧を時間変化させた階段状の波形が入力される。比較器208は、参照信号RAMPの電圧と任意の列信号線202の電圧301との比較を行う。次に、時刻t2〜t3にて、参照信号RAMPへの階段状の波形の入力と同時に、カウンタ209でリセット期間のカウントがダウンカウントでなされる。そして、参照信号RAMPの電圧と列信号線202の電圧301が等しくなったときに比較器208の出力が反転し、同時にメモリ210に比較期間に応じたカウント結果が保持される。
このリセット期間の読み出し時は、画素201の基準成分(ノイズ成分)ΔVを読み出しており、基準成分ΔV内には、画素201毎にばらつく雑音がオフセットとして含まれている。しかし、この基準成分ΔVのばらつきは一般に小さく、またリセットレベルは全画素共通なため、任意の列信号線202の出力はおおよそ既知である。したがって、リセット期間の基準成分ΔVの読み出し時には、参照信号RAMPを調整することにより比較期間を短くすることが可能である。
データ期間の読み出しでは、基準成分(ノイズ成分)ΔVに加え画素201毎の入射光量に応じた信号成分を読み出し、リセット期間の読み出しと同様の動作を行う。すなわち、任意の行選択信号線205に接続された画素201から列信号線202へのデータ期間の読み出しが安定した後(時刻t4〜t5の期間)、参照信号生成部207から参照信号RAMPとして参照電圧を時間変化させた階段状の波形が入力される。比較器208は、参照信号RAMPの電圧と任意の列信号線202の電圧301との比較を行う。ここでは、参照信号RAMPへの階段状の波形の入力と同時に、カウンタ209でアップカウントにてデータ期間のカウントが実施される。そして、参照信号RAMPの電圧と列信号線202の電圧301が等しくなったときに比較器208の出力が反転し、同時にメモリ210に比較期間に応じたカウントが保持される(時刻t5〜t6)。
このようにカラムADCブロック21のカウンタ209では、リセット期間ではダウンカウントを行い、データ期間ではアップカウント動作を行うことで、「(データ期間の比較時間)−(リセット期間の比較時間)」の減算処理を行う。これにより、画素201毎の基準成分(ノイズ成分)ΔV分を除いた比較器208での有効信号成分のカウント結果のみを取り出せることになる。
このように参照信号生成部207から出力される参照信号RAMPと、基準成分ΔV及び画素信号との比較を比較器208にて行い、その比較期間のデジタルカウントをカウンタ209にて行う。しかし、参照信号生成部207から出力される参照信号RAMPはアナログ信号である。そのため、電源電圧の変動や外来ノイズ等によるオフセットレベルの変動(位相変化)が行毎に差異を有すると、参照信号RAMPと画素信号の比較結果にオフセットノイズが発生するため、ライン間の段差として横縞状のノイズとなって画像に現れる。
次に、AD変換期間中に周波数f[kHz]の正弦波のノイズy(t)がn行目の画素の信号、及び(n+1)行目の画素の信号に混入した場合の影響について、図4を用いて説明する。図4は、本実施形態におけるn行目の画素の信号と(n+1)行目の画素の信号とのそれぞれに正弦波ノイズが混入した場合の影響を説明するための図である。周波数f[kHz]の正弦波ノイズy(t)は、例えば下記の式(1)で表される。
y(t)=sin(2πft) …式(1)
y(t)=sin(2πft) …式(1)
図4において、1行を読み出す期間(水平同期信号の出力間隔)をHとし、隣り合う行の読み出しにおけるリセットカウント期間もしくはデータカウント期間の少なくともどちらかの開始時間差をΔTとする。また、n行目の画素の信号及び(n+1)行目の画素の信号に混入した周波数fのノイズ信号の影響をL(n)とすると、L(n)は下記の式(2)で表される。
L(n)=sin(2πf(Hn+ΔT))−sin(2πfHn) …式(2)
また、式(2)は、下記の式(3)に変形される。
L(n)=2×cos(πf(Hn+ΔT))×sin(πfΔT) …式(3)
L(n)=sin(2πf(Hn+ΔT))−sin(2πfHn) …式(2)
また、式(2)は、下記の式(3)に変形される。
L(n)=2×cos(πf(Hn+ΔT))×sin(πfΔT) …式(3)
ここで、式(3)より、ノイズの周波数fに対して、n行目、及び(n+1)行目のカウント開始時間差ΔTが下記の式(4)を満足する場合を考える。
ΔT=k/f (kは整数) …式(4)
ΔTが式(4)を満足する場合、式(3)に示されるL(n)の値はゼロとなり、周波数fのノイズ信号の影響はライン間にて抑制されている。すなわち、周波数fのノイズに対して、n行目と(n+1)行目のカウント開始時間差ΔTが式(4)を満足するように設定することで、ライン間におけるAD変換時のノイズの影響を抑制することが可能である。つまり、n行目と(n+1)行目のカウント開始時間差ΔTをノイズの周波数fの逆数の整数倍、言い換えればノイズの周期の整数倍に設定することで、ライン間での周波数fのノイズ信号の影響を抑制できる。
ΔT=k/f (kは整数) …式(4)
ΔTが式(4)を満足する場合、式(3)に示されるL(n)の値はゼロとなり、周波数fのノイズ信号の影響はライン間にて抑制されている。すなわち、周波数fのノイズに対して、n行目と(n+1)行目のカウント開始時間差ΔTが式(4)を満足するように設定することで、ライン間におけるAD変換時のノイズの影響を抑制することが可能である。つまり、n行目と(n+1)行目のカウント開始時間差ΔTをノイズの周波数fの逆数の整数倍、言い換えればノイズの周期の整数倍に設定することで、ライン間での周波数fのノイズ信号の影響を抑制できる。
次に、第1の実施形態における動作の一例として、光学鏡筒101内に構成されているレンズ駆動用アクチュエータの駆動時に発生する周波数fのノイズの影響を撮像動作時に回避する方法について図5を参照して説明する。図5は、第1の実施形態における動作例を示すフローチャートである。
ステップS501にて、撮像装置の電源がオンされ、撮像装置が起動されて撮像素子102が駆動される。ステップS502にて、同期制御部106は、光学鏡筒101内のアクチュエータが駆動しているか否かの判定を行う。アクチュエータが駆動していないと判定した場合には、ステップS505に進み、撮像装置は待機状態となる。
一方、アクチュエータが駆動していると判定した場合、ステップS503に進む。ステップS503にて、同期制御部106は、アクチュエータ駆動により発生するノイズの周波数fと、n行目と(n+1)行目のライン間AD変換開始時間差(カウント開始時間差)ΔTとを比較して、前述した式(4)の条件を満たしているかを判定する。アクチュエータ駆動により発生するノイズの周波数fは、予め設計値情報として取得しておく。
ステップS503での判定の結果、時間差ΔTが式(4)を満たしていない場合には、ステップS506へ移行する。ステップS506にて、同期制御部106は、式(4)を満たすように時間差ΔTを設定し、1H期間内におけるAD変換開始時間を変更するよう撮像素子102を駆動し、ステップS503へとフィードバックする。
すなわち、レンズアクチュエータの駆動により周波数fのノイズが発生する場合、比較器208に入力する参照信号RAMPの発生開始時間をタイミング制御回路23にて変更する。このとき、n行目とn+1行目のAD変換開始タイミングの時間差ΔTがアクチュエータ駆動により発生するノイズの周波数の逆数の整数倍となるように設定する。
次に、ステップS503での判定の結果、時間差ΔTが式(4)を満足した場合には、ステップS504に進む。ステップS504にて、撮像素子102の駆動モードが変更されていないかを確認し、変更されていない場合にはステップS505へと進み、撮像装置は、レリーズ動作等の撮像装置が操作されるまで待機状態となる。一方、ステップS504での確認の結果、撮像素子102の駆動モードが変更されていた場合には、時間差ΔTが変わるため、時間差ΔTが式(4)を満たせるようにステップS503へとフィードバックする。
以上説明したように第1の実施形態によれば、モーター等のノイズ発生源から発生される周期性を有するノイズに対し、撮像素子102の駆動の周期を変更することで横縞状となる撮像ノイズを軽減し、良好な画質の画像を得ることができる。
前述した説明では、光学鏡筒101内のレンズ駆動用アクチュエータの駆動時に発生するノイズを抑制する場合について説明したが、ノイズ発生源はこれに限られたものではない。ノイズ発生源が、例えば電源スイッチングやストロボ充電回路等であっても同様である。例えば、DC/DCコンバータのスイッチング周波数による電源変動や外来磁気ノイズによる2次的な電源変動などがノイズ発生源となる場合には、これらの駆動周波数に基づいてn行目と(n+1)行目のAD変換開始時間差を設定するようにしてもよい。
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。第2の実施形態おける撮像装置は、その構成等が第1の実施形態において図1や図2に示したものと同様であり、第1の実施の形態と同様の部分については説明を省略する。以下では、第2の実施形態における撮像装置において、前述した第1の実施形態と異なる点についてのみ説明する。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。第2の実施形態おける撮像装置は、その構成等が第1の実施形態において図1や図2に示したものと同様であり、第1の実施の形態と同様の部分については説明を省略する。以下では、第2の実施形態における撮像装置において、前述した第1の実施形態と異なる点についてのみ説明する。
前述した第1の実施形態では、光学鏡筒101内に構成されたレンズ駆動用アクチュエータの駆動時に発生するノイズの周波数に基づいて、n行目と(n+1)行目のAD変換開始の時間差を設定するようにしている。それに対して、第2の実施形態では、n行目及び(n+1)行目のAD変換開始の時間差ΔTの変更を行わずに、撮像装置内部のアクチュエータの駆動周波数の変更を行うことで、アクチュエータ駆動時に発生するノイズの影響を抑制する。これにより、複数のアクチュエータ駆動時に発生する周期的ノイズが問題となるような場合でも、AD変換開始の時間差に対して、それぞれのアクチュエータ駆動周波数を最適なタイミングに設定することで、ノイズの影響を回避することが可能となる。
第2の実施形態における動作の一例として、光学鏡筒101内のレンズ駆動用アクチュエータの駆動時に発生するノイズの影響を撮像動作時に回避する方法について図6を参照して説明する。図6は、第2の実施形態における動作例を示すフローチャートである。
ステップS601にて、撮像装置の電源がオンされ、撮像装置が起動されて撮像素子102が駆動される。ステップS602にて、同期制御部106は、すでに設計値情報として取得済みである、n行目と(n+1)行目のライン間AD変換開始時間差ΔTの情報と、アクチュエータの駆動周波数f'の設定値とを比較して、下記の式(5)を満たしているかを判定する。
f’=k/ΔT (kは整数) …式(5)
f’=k/ΔT (kは整数) …式(5)
ステップS602での判定の結果、周波数f'が式(5)を満たしていない場合には、ステップS605へ移行する。ステップS605にて、同期制御部106は、式(5)を満たすようにアクチュエータの駆動周波数f'を設定し、再度ステップS602へとフィードバックする。
次に、ステップS602での判定の結果、周波数f'が式(5)を満足した場合には、ステップS603に進む。ステップS603にて、撮像素子102の駆動モードが変更されていないかを確認し、変更されていない場合にはステップS604へと進み、撮像装置は、レリーズ動作等の撮像装置が操作されるまで待機状態となる。一方、ステップS603での確認の結果、撮像素子102の駆動モードが変更されていた場合には、時間差ΔTが変わるため、周波数f'が式(5)を満たせるようにステップS602へとフィードバックする。
第2の実施形態によれば、ノイズ発生源であるアクチュエータの駆動周波数を、n行目と(n+1)行目のカウント開始(AD変換開始)の時間差ΔTの逆数の整数倍に設定する。これにより、ライン間AD変換開始時間差ΔTを変更する必要がないため、アクチュエータが動き出すことで撮像素子102の水平同期期間が変わることなく、アクチュエータの駆動による横縞状となる撮像ノイズを軽減し、良好な画質の画像を得ることができる。
前述した第2の実施形態では、光学鏡筒101内のレンズ駆動用アクチュエータの駆動時に発生するノイズを抑制する場合について説明したが、ノイズ発生源はこれに限られたものではない。ノイズ発生源が、例えば電源スイッチングやストロボ充電回路等であっても同様である。例えば、DC/DCコンバータのスイッチング周波数による電源変動や外来磁気ノイズによる2次的な電源変動などがノイズ発生源となる場合には、これらの駆動周波数をn行目と(n+1)行目のAD変換開始時間差に基づいて変更するようにしてもよい。
(本発明の他の実施形態)
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。
なお、前記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
101:光学鏡筒 102:撮像素子 103:前処理部 104:信号処理部 106:同期制御部 20:画素アレイ部 21:カラムADCブロック 23:タイミング制御回路 24:行走査回路 201:画素 202:列出力線 207:参照信号生成部 208:比較器 209:カウンタ 210:メモリ
Claims (9)
- 行列状に配置された、それぞれが光電変換素子を含む複数の画素と、
前記複数の画素からの信号を列毎に出力する列信号線と、
前記複数の画素を行毎に選択する行走査手段と、
時間の経過にともなって電圧が変化する参照信号を出力する参照信号生成手段と、
前記行走査手段により選択された行の画素から前記列信号線を介して出力されるアナログ信号を、前記参照信号を用いてデジタル信号にアナログ−デジタル変換するアナログ−デジタル変換手段と、
第1の周波数のノイズを発生するノイズ発生源が動作したときに、前記アナログ−デジタル変換手段での前記アナログ−デジタル変換の開始タイミングを前記第1の周波数に応じて制御する制御手段とを有することを特徴とする撮像装置。 - 前記制御手段は、隣り合う行の前記アナログ−デジタル変換手段での前記アナログ−デジタル変換の開始タイミングの時間差を、前記第1の周波数の逆数の整数倍となるよう制御することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- 前記アナログ−デジタル変換手段は、前記画素で発生するノイズ成分及び信号成分について前記アナログ−デジタル変換をそれぞれ行い、
前記制御手段は、前記ノイズ成分についての隣り合う行の前記アナログ−デジタル変換の開始タイミングの時間差、及び前記信号成分についての隣り合う行の前記アナログ−デジタル変換の開始タイミングの時間差を、前記第1の周波数の逆数の整数倍となるよう制御することを特徴とする請求項2記載の撮像装置。 - 前記制御手段は、前記参照信号生成手段による前記参照信号の発生開始時間を変更することで、前記アナログ−デジタル変換の開始タイミングを制御することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の撮像装置。
- 行列状に配置された、それぞれが光電変換素子を含む複数の画素と、
前記複数の画素からの信号を列毎に出力する列信号線と、
前記複数の画素を行毎に選択する行走査手段と、
時間の経過にともなって電圧が変化する参照信号を出力する参照信号生成手段と、
前記行走査手段により選択された行の画素から前記列信号線を介して出力されるアナログ信号を、前記参照信号を用いてデジタル信号にアナログ−デジタル変換するアナログ−デジタル変換手段と、
隣り合う行における前記アナログ−デジタル変換手段での前記アナログ−デジタル変換の開始タイミングの時間差に応じて、駆動部又は電源の駆動周波数を制御する制御手段とを有することを特徴とする撮像装置。 - 前記制御手段は、前記駆動周波数を、隣り合う行の前記アナログ−デジタル変換の開始タイミングの時間差の逆数の整数倍になるよう制御することを特徴とする請求項5記載の撮像装置。
- 前記アナログ−デジタル変換手段は、前記画素で発生するノイズ成分及び信号成分について前記アナログ−デジタル変換をそれぞれ行い、
前記制御手段は、前記駆動周波数を、前記ノイズ成分についての隣り合う行の前記アナログ−デジタル変換の開始タイミングの時間差の逆数の整数倍、及び前記信号成分についての隣り合う行の前記アナログ−デジタル変換の開始タイミングの時間差の逆数の整数倍となるよう制御することを特徴とする請求項6記載の撮像装置。 - 行列状に配置された、それぞれが光電変換素子を含む複数の画素と、前記複数の画素からの信号を列毎に出力する列信号線と、前記複数の画素を行毎に選択する行走査手段とを有する撮像装置の制御方法であって、
前記行走査手段により選択された行の画素から前記列信号線を介して出力されるアナログ信号を、時間の経過にともなって電圧が変化する参照信号を用いてデジタル信号にアナログ−デジタル変換する工程と、
第1の周波数のノイズを発生するノイズ発生源が動作したときに、前記アナログ−デジタル変換の開始タイミングを前記第1の周波数に応じて制御する工程とを有することを特徴とする撮像装置の制御方法。 - 行列状に配置された、それぞれが光電変換素子を含む複数の画素と、前記複数の画素からの信号を列毎に出力する列信号線と、前記複数の画素を行毎に選択する行走査手段とを有する撮像装置の制御方法であって、
前記行走査手段により選択された行の画素から前記列信号線を介して出力されるアナログ信号を、時間の経過にともなって電圧が変化する参照信号を用いてデジタル信号にアナログ−デジタル変換する工程と、
隣り合う行における前記アナログ−デジタル変換の開始タイミングの時間差に応じて、前記撮像装置が有する駆動部又は電源の駆動周波数を制御する工程とを有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014181085A JP2016058772A (ja) | 2014-09-05 | 2014-09-05 | 撮像装置及びその制御方法 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018064199A (ja) * | 2016-10-13 | 2018-04-19 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 撮像素子および撮像装置 |
-
2014
- 2014-09-05 JP JP2014181085A patent/JP2016058772A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US10992892B2 (en) | 2016-10-13 | 2021-04-27 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Image sensor and imaging apparatus |
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