JP2018011221A - 撮像装置及び撮像装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング電源に起因する画質劣化を低減することができる撮像装置及び撮像装置の制御方法を提供することを課題とする。【解決手段】撮像装置は、第１のクロックに同期し、スイッチングにより電源電圧を生成するスイッチング電源（６０２）と、前記第１のクロックに同期し、水平同期信号を生成する水平同期信号生成部（６０３）と、前記電源電圧及び前記水平同期信号の供給を受け、光電変換により画像を生成する撮像素子（１０１）とを有する。【選択図】図５

Description

本発明は、撮像装置及び撮像装置の制御方法に関する。

デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置においては、撮像素子としてＣＣＤ又はＣＭＯＳイメージセンサが用いられており、撮像素子で撮像された静止画像又は動画像を記憶している。特許文献１には、動作モードに応じて複数用意されたスイッチング電源の駆動周波数の中から適切なものを選択して周波数を変更する方法が開示されている。また、特許文献２では、電源から発生するノイズ周期を検知し、電源ノイズの周期に合わせて撮像素子の読み出し周期を変更する方法が開示されている。

特開２００８−２１９２９２号公報 特開２０１０−０５６７９５号公報

しかし、スイッチング電源は、スイッチングのタイミングで急峻な電源電圧変動が発生する。撮像素子は、読み出し動作を実施した場合には、急峻な電源電圧変動の影響で、画像のＳ／Ｎを低下させる課題がある。

本発明の目的は、スイッチング電源に起因する画質劣化を低減することができる撮像装置及び撮像装置の制御方法を提供することである。

本発明の撮像装置は、第１のクロックに同期し、スイッチングにより電源電圧を生成するスイッチング電源と、前記第１のクロックに同期し、水平同期信号を生成する水平同期信号生成部と、前記電源電圧及び前記水平同期信号の供給を受け、光電変換により画像を生成する撮像素子とを有する。

本発明によれば、スイッチング電源に起因する画質劣化を低減することができる。

撮像装置の構成例を示すブロック図である。 撮像素子の構成例を示す回路図である。 撮像素子の動作タイミングを示すタイミングチャートである。 ノイズ差分量が行毎に異なる様子を示す図である。 第１の実施形態による撮像装置の構成例を示す図である。 第１の実施形態による撮像装置のフローチャートである。 ノイズ差分量が行毎に一定である様子を示す図である。 第２の実施形態による撮像装置の構成例を示す図である。 撮像装置の他の構成例を示すブロック図である。 第３の実施形態による撮像装置の構成例を示す図である。 第３の実施形態による撮像装置のフローチャートである。 第３の実施形態による撮像装置のタイミングチャートである。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による撮像装置の構成例を示すブロック図である。撮像装置は、例えばレンズ交換式のデジタル一眼レフカメラであり、カメラ本体１００と、入射光を撮像素子に導くレンズユニット２００とを有する。なお、撮像装置は、デジタルカメラ、ビデオカメラの他、スマートフォン、タブレット、工業用カメラ、医療用カメラ等に適用可能である。レンズユニット２００内の撮影レンズ２０１に入射した光線は、ミラー１０７により反射され、ペンタプリズム１１６及び光学ファインダ１１７を介して、撮影者の目に至る。

まず、カメラ本体１００の構成について説明する。レンズユニット２００内の撮影レンズ２０１に入射された光線は、絞り２０２、レンズマウント２０６、１０６、ミラー１０７、及びシャッタ１０８を通じて、撮像素子１０１上に光学像として結像する。撮像素子１０１は、例えばＣＭＯＳ型イメージングセンサであり、光学像である光信号を電気信号に変換（光電変換）し、画像を生成する。ＡＤ変換回路１０２は、撮像素子１０１が光電変換により出力するアナログ信号をデジタル信号に変換する。タイミング信号発生部１０３は、画像処理部１０４から撮像系を駆動するクロック信号や制御信号を入力し、撮像素子１０１及びＡＤ変換回路１０２に対して、これらの動作タイミングを規定するクロック信号や制御信号等のタイミング信号を供給する。画像処理部１０４は、静止画撮影時には、ＡＤ変換回路１０２から入力される画像信号に対して、所定の演算処理を行い、得られた演算結果に基づいて、画素補間処理、色変換処理やホワイトバランス処理等の画像処理を行う。また、画像処理部１０４は、システム制御部１０５を介して、画像処理した画像を各種表示部１１３に出力する。また、画像処理部１０４は、ＪＰＥＧ等の画像圧縮を行う。

システム制御部１０５は、ＣＰＵ等を内蔵し、カメラ本体１００を制御する。メモリ１０９は、システム制御部１０５の動作用のプログラム、変数、定数等を記憶する。また、メモリ１０９は、電気的に消去・記憶可能な不揮発性メモリを含み、各種パラメータやＩＳＯ感度等の設定値、撮影モード及び各種補正データ等を格納する。電源スイッチ１１０は、カメラ本体１００の電源オン／オフの各モードを切り替える。モード切り替え部１１１は、静止画撮影・ライブビュー撮影・動画撮影等の各種撮影モードを切り替え設定するためのスイッチである。各種表示部１１３は、システム制御部１０５でのプログラムの実行に応じて、文字、画像、音声等の動作状態やメッセージ等を表示する液晶装置、スピーカ等を有する。各種表示部１１３は、ＬＣＤ、ＬＥＤ、及び発音素子等の組み合わせにより構成される。また、各種表示部１１３の一部は、光学ファインダ１１７内に設けられている。操作部１１２は、システム制御部１０５に各種所定の動作指示を入力するための操作手段であり、スイッチやダイヤル、タッチパネル、視線検知によるポインティング、音声認識装置等のいずれか一つ又はそれらの組み合わせによって構成される。

電源回路１１４は、電池検出部、電流検出部、保護回路、ＤＣＤＣコンバータ、ＬＤＯレギュレータ等を有し、電池装着の有無や電池種類、残量検出や過電流を検出した際には電源を遮断することにより、電源回路１１４に接続された負荷回路を保護する。電源回路１１４は、システム制御部１０５の指示に基づき、ＤＣＤＣコンバータを制御し、所望の電源電圧を所望の期間、カメラ本体１００の各部に供給する。コネクタ１１５及び３０１は、電池３０２とカメラ本体１００を接続するコネクタである。電源３０２は、アルカリ電池・リチウム電池等の一次電池、Ｎｉｃｄ電池、ＮｉＭＨ電池、Ｌｉ電池等の二次電池、ＡＣアダプタ等である。

ミラー１０７の中央部は、ハーフミラーであり、ミラー１０７がダウン時に入射光の一部を透過し、透過された光線はミラー１０７に設けられているサブミラー１１８により測距制御部１１９に向けて反射される。測距制御部１１９は、自動焦点調節（ＡＦ）処理を行うための測距手段であり、光路により導かれて結像された光学像の合焦状態を測定する。測光制御部１２０は、自動露出調節（ＡＥ）処理を行うための測光手段であり、結像されて光学像の露出状態を測定する。システム制御部１０５は、測光値に基づいて、露出制御を行い、最適なＩＳＯ感度、シャッタ速度、絞り値等を演算し、ミラー・シャッタ制御部１２１及び絞り制御回路２０４を制御する。

次に、レンズユニット２００の構成について説明する。レンズユニット２００とカメラ本体１００は、レンズマウント機構２０６を介して、機械的に接合しているため、脱着可能となっている。レンズユニット２００は、撮影レンズ２０１、絞り２０２、レンズ駆動回路２０３、絞り駆動制御回路２０４、レンズ制御部２０５及びインターフェース２０７を有する。レンズマウント２０６は、レンズユニット２００をカメラ本体１００と電気的に接続するコネクタ２０８を含む。コネクタ２０８は、カメラ本体１００とレンズユニット２００との間で、制御信号、状態信号、データ信号等を伝達すると共に、各種電力をカメラ本体１００からレンズユニット２００に供給する機能を有する。また、コネクタ２０８は、電気信号のみならず、光信号、音声信号等の媒体で伝達する構成でもよい。また、図１では、簡略化のために、撮影レンズ２０１は一枚しか図示していないが、実際には多数の撮影レンズ群から構成されている。

レンズ制御部２０５は、レンズユニット２００全体を制御する。レンズ制御部２０５は、レンズ動作用の各種定数、変数やプログラム等を記憶するメモリ、及びレンズユニット２００固有の情報である最大・最小絞り値、焦点距離等を保持する不揮発性メモリを有する。また、この不揮発性メモリは、フォーカス駆動用モータや絞り駆動用モータ等のレンズユニット２００に内蔵されている各種アクチュエータの駆動周波数情報等、各種設定情報を保持する。また、レンズ制御部２０５は、レンズユニット２００内の各回路部へ供給する電源用ＤＣＤＣコンバータ回路等を有する。

カメラ本体１００のシステム制御部１０５は、測距制御部１１９の出力情報を用いて、デフォーカス量を演算する。そして、システム制御部１０５は、演算したデフォーカス量に基づいて、レンズユニット２００のレンズ制御部２０５を介して通信を行い、レンズ駆動回路２０３を制御することにより、ピントを合わせる。また、レンズ駆動回路２０３は、撮影時の手ブレ緩和用の振動検知手段と手ブレ緩和用の可動式シフトレンズを駆動する制御回路等を有する。レンズ駆動回路２０３は、振動検知手段により手ブレを電気信号として出力し、ブレ量の演算結果に基づいて可動式シフトレンズを移動させることにより、手ブレを低減する。絞り制御回路２０４は、測光制御部１２０からの測光情報に基づいて、シャッタ１０８を制御するミラー・シャッタ制御部１２１と連携しながら、絞り２０２を制御する。また、絞り制御回路２０４は、操作部１１２にて設定された絞り値情報に基づいて、絞り２０２を制御する。

次に、撮像装置の撮影動作について説明を行う。撮像装置は、電源スイッチ１１０がオン状態になると、電源回路１１４が起動し、各ブロックに対して電源供給を行う。ユーザにより、操作部１１２の一つであるレリーズボタン等が半押し状態等の所定位置まで押し込まれると、オートフォーカスや露出設定等の撮影のための準備動作に入る。更に、レリーズボタンが押し込まれ、全押し状態になると、システム制御部１０５は、タイミング信号発生部１０３や撮像素子１０１等の撮像系を制御し、撮影動作が開始される。

図２は、撮像素子（ＣＭＯＳセンサ）１１内の画素の構成例を示す回路図である。撮像素子１１は、行列状の複数の画素を有する。フォトダイオード４０１は、光を電荷に変換して蓄積する。転送トランジスタ４０２は、フォトダイオード４０１に蓄積されている電荷をフローティングディフュージョン（ＦＤ）４１５に転送する。増幅トランジスタ４１０は、ソースフォロアを構成し、ＦＤ４１５の電位変化を増幅して画素信号を列信号線４１２に出力する。信号ΦＲＥＳは、バッファを介して、リセットトランジスタ４０３にゲートに供給される。トランジスタ４０９は、信号ＶＣＬＩＰに応じて、列信号線４１２に電源電位４０４を供給する。トランジスタ４０８は、信号ΦＩＯＦＦに応じて、列信号線４１２に電流源４０７を接続する。増幅トランジスタ４１０及び電源源４０７は、ソースフォロアを構成する。

図３は、ｍ行目の画素の駆動信号を示すタイミングチャートである。期間Ｔ１では、信号ΦＲＥＳ及びΦＴＸがハイレベルになり、リセットトランジスタ４０３及び転送トランジスタ４０２がオン状態になる。これにより、フォトダイオード４０１及びＦＤ４１５が電源電位４０４にリセットされる。次に、期間Ｔ２では、信号ΦＲＥＳ及びΦＴＸがローレベルになり、リセットトランジスタ４０３及び転送トランジスタ４０２がオフ状態になる。これにより、フォトダイオード４０１及びＦＤ４１５のリセットが解除され、フォトダイオード４０１の光電変換による電荷の蓄積期間が開始する。

次に、期間Ｔ３では、信号ΦＳＥＬ及びΦＲＥＳがハイレベルになり、選択トランジススタ４０６及びリセットトランジスタ４０３がオン状態になる。ＦＤ４１５は、電源電位４０４にリセットされる。増幅トランジスタ４１０は、ＦＤ４１５の電圧に応じたノイズ成分のＮ信号を列信号線４１２に出力する。Ｎ信号は、画素のリセット解除に基づく信号である。

次に、期間Ｔ４では、信号ΦＴＮがハイレベルになり、転送ゲート４１３ｂがオン状態になる。信号蓄積部４１４は、列信号線４１２のＮ信号を蓄積する。この期間Ｔ３から期間Ｔ４までの期間を「Ｎ読み」（ノイズ成分読み出し）期間と呼ぶ。

次に、期間Ｔ５では、信号ΦＲＥＳ及びΦＴＮがローレベルになり、信号ΦＴＸがハイレベルになる。すると、リセットトランジスタ４０３及び転送ゲート４１３ｂがオフ状態になり、転送トランジスタ４０２がオン状態になる。転送トランジスタ４０２は、フォトダイオード４０１に蓄積されている電荷をＦＤ４１５に転送する。これにより、フォトダイオード４０１の電荷の蓄積期間が終了する。期間Ｔ２から期間Ｔ５までが電荷蓄積期間である。増幅トランジスタ４１０は、ＦＤ４１５の電圧に応じた画素信号成分のＳ信号を列信号線４１２に出力する。Ｓ信号は、画素の光電変換に基づく信号である。

次に、期間Ｔ６では、信号ΦＴＸがローレベルになり、信号ΦＴＳがハイレベルになる。すると、転送トランジスタ４０２がオフ状態になり、転送ゲート４１３ａがオン状態になる。信号蓄積部４１４は、列信号線４１２のＳ信号を蓄積する。この期間Ｔ６を「Ｓ読み」（画素信号成分読み出し）期間と呼ぶ。以上のように、撮像素子１０１は、Ｎ信号とＳ信号とを異なるタイミングで読み出す。

撮像素子１０１又は画像処理部１０４は、信号蓄積部４１４に蓄積されているＳ信号とＮ信号の差分を画素信号として生成する。これにより、撮像装置は、製造バラツキ等に起因する固定パターンノイズ等の影響を低減した画素信号を生成し、Ｓ／Ｎの高い画像を生成することができる。

図４は、水平同期信号Ｈｓｙｎｃ、Ｎ読みの読み出しパルスΦＴＮ、Ｓ読みの読み出しパルスΦＴＳ、電源回路１１４が出力する電源電圧のノイズを示すタイミングチャートである。電源回路１１４は、スイッチング動作により電源電圧を生成するスイッチング電源６０２（図５）を有する。Ｓ−Ｎ周期は、Ｎ読みの読み出しタイミングとＳ読みの読み出しタイミングとの間隔である。電源回路１１４のスイッチングタイミングの周期は、Ｓ−Ｎ周期に対して整数分の一である。「Ｎ読み」の期間Ｔ３，Ｔ４及び「Ｓ読み」の期間Ｔ６は、同じ期間ではないため、電源回路１１４が動作する際に発生するスイッチングノイズ又電源回路１１４を構成するコイルから発生する磁界ノイズ等の影響が「Ｎ読み」及び「Ｓ読み」時に重畳されてしまう。その結果、Ｓ信号とＮ信号の差分を演算する際（Ｓ−Ｎ周期）には、Ｎ読み時の電源電位とＳ読み時の電源電位の差分量が行毎に異なってしまう。すなわち、電源回路１１４のノイズ変動の影響により、Ｍ行目のＮ読み時の電源電位とＳ読み時の電源電位の差分のオフセット量ΔＬ_Mと、Ｍ＋１行目のＮ読み時の電源電位とＳ読み時の電源電位の差分のオフセット量ΔＬ_M+1とが異なってしまう。このオフセット量の差異がオフセットノイズとなり、画像のＳ／Ｎが低下し、横縞ノイズが発生してしまう。図４には、このＮ読み時とＳ読み時の電源電位レベルの差分量が行毎に異なっている様子を示す。以下、この課題を解決するための実施形態を説明する。

図５は本発明の第１の実施形態による撮像装置の一部の詳細な構成例を示す図であり、図６は本実施形態による撮像装置の制御方法を示すフローチャートである。図７は、水平同期信号Ｈｓｙｎｃ、Ｎ読みの読み出しパルスΦＴＮ、Ｓ読みの読み出しパルスΦＴＳ、スイッチング電源６０２が出力する電源電圧のノイズを示すタイミングチャートである。電源回路１１４は、発振器６０１、スイッチング電源６０２、水平同期信号制御部６０３及びレジスタ６０４を有する。発振器６０１は、第１のクロックを生成し、第１のクロックをスイッチング電源６０２と水平同期信号制御部６０３に出力する。スイッチング電源６０２は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータであり、発振器６０１の第１のクロックに同期して、スイッチングにより電源電圧を生成し、生成した電源電圧を撮像素子１０１に出力する。水平同期信号制御部６０３は、水平同期信号生成部であり、発振器６０１の第１のクロックに同期して水平同期信号Ｈｓｙｎｃを生成して撮像素子１０１に出力する。これにより、スイッチング電源６０２のスイッチングタイミングと水平同期信号Ｈｓｙｎｃとの同期をとることができる。撮像素子１０１は、スイッチング電源６０２の電源電圧と水平同期信号Ｈｓｙｎｃの供給を受け、光電変換により画像を生成する。

ステップＳ９０１では、電源スイッチ１１０がオンの状態になり、撮像装置は、起動し、本撮影動作に移行するまで、撮像素子１０１等の撮像系には電源電圧の供給を行わない待機状態となる。この時、撮像装置は、モード切り替え部１１１により、静止画撮影、動画撮影、ライブビュー撮影等の撮影モードを選択可能な状態となる。例えば、モード切り替え部１１１は、撮影モードとして静止画撮影モードを選択する場合を説明する。次に、ステップＳ９０２では、システム制御部１０５は、レリーズボタンが全押しの状態になるまで、上記の待機状態を維持し、レリーズボタンが全押しの状態になると、ステップＳ９０３に処理を進める。

ステップＳ９０３では、システム制御部１０５は、スイッチング電源６０２に対して、撮像素子１０１の撮像系への電源供給を指示する電源出力制御信号を出力する。スイッチング電源６０２は、電源出力制御信号を入力すると、発振器６０１の第１のクロックに同期してスイッチングし、電源電圧を生成し、撮像素子１０１に対して電源電圧の供給を開始する。次に、ステップＳ９０４では、撮像素子１０１は、スイッチング電源６０２から電源電圧の供給を受け、システム制御部１０５から基準クロックＣＬＫの供給を受け、初期化処理を行う。

次に、ステップＳ９０５では、システム制御部１０５は、撮影モード（静止画撮影モード）に応じた水平同期周波数情報を電源回路１１４に出力する。レジスタ６０４は、その静止画撮影時の水平同期周波数情報を保持する。次に、ステップＳ９０６では、システム制御部１０５は、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃを発行する。撮像素子１０１と水平同期信号制御部６０３は、システム制御部１０５から同一の垂直同期信号Ｖｓｙｎｃを入力する。すると、撮像素子１０１は、アイドル状態から蓄積状態に遷移し、光電変換による電荷蓄積を開始する。次に、ステップＳ９０７では、撮像素子１０１は、光電変換による電荷蓄積を終了する。

次に、ステップＳ９０８では、システム制御部１０５は、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃを発行する。すると、撮像素子１０１は、蓄積状態から読み出し状態へ遷移する。そして、水平同期信号制御部６０３は、レジスタ６０４の周波数情報を入力し、発振器６０１の第１のクロックに同期して、レジスタ６０４の周波数情報に応じて、撮像素子１０１へ水平同期信号Ｈｓｙｎｃの出力を開始する。すなわち、水平同期信号制御部６０３は、レジスタ６０４の周波数情報に応じた周波数の水平同期信号Ｈｓｙｎｃを生成する。すると、撮像素子１０１は、水平同期信号Ｈｓｙｎｃに基づいて、読み出しパルスΦＴＮによりＮ読みを行い、読み出しパルスΦＴＳによりＳ読みを行い、行毎の画像データを出力する。水平同期信号制御部６０３は、水平同期信号Ｈｓｙｎｃと撮像素子１０１が出力する画像データとの同期をとるため、システム制御部１０５にも水平同期信号Ｈｓｙｎｃを供給する。

次に、ステップＳ９０９では、システム制御部１０５は、再び垂直同期信号Ｖｓｙｎｃを発行する。すると、撮像素子１０１は、読み出し状態からアイドル状態へ遷移し、画像の読み出しが終了する。次に、ステップＳ９１０では、スイッチング電源６０２は、撮像素子１０１等の撮像系には電源電圧の供給を行わない待機状態となる。

次に、ステップＳ９１１では、システム制御部１０５は、電源スイッチ１１０がオフ状態であるか否かを判定し、オフ状態でない場合には、ステップＳ９０２に処理を戻し、オフ状態である場合には、ステップＳ９１２に処理を進める。ステップＳ９１２では、システム制御部１０５は、撮像装置の電源をオフ状態にする。

以上のように、スイッチング電源６０２は、発振器６０１の第１のクロックに同期してスイッチングし、電源電圧を生成し、水平同期信号制御部６０３は、発振器６０１の第１のクロックに同期して水平同期信号Ｈｓｙｎｃを生成する。そのため、スイッチング電源６０２が出力する電源電圧の位相と、水平同期信号制御部６０３が出力する水平同期信号Ｈｓｙｎｃの位相とは同期がとれている。その結果、図７に示すように、Ｍ行目のＮ読み時の電源電位とＳ読み時の電源電位の差分のオフセット量ΔＬ_Mと、Ｍ＋１行目のＮ読み時の電源電位とＳ読み時の電源電位の差分のオフセット量ΔＬ_M+1とが同じになる。すなわち、すべての行において、Ｎ読み時の電源電位とＳ読み時の電源電位の差分のオフセット量が同じになる。全行のオフセット量が同じであるので、行毎のノイズが抑制され、画像のＳ／Ｎが向上し、撮影画像に現れる横縞ノイズを低減することができる。

（第２の実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態による撮像装置の一部の詳細な構成例を示す図である。以下、本実施形態が第１の実施形態と異なる点を説明する。電源回路１１４は、レジスタ６０４が削除され、スイッチング電源６０２及び水平同期信号制御部６０３を有する。第１の実施形態では、システム制御部１０５から水平同期周波数情報を得るためにレジスタ６０４を設け、システム制御部１０５から撮影モードに応じた水平同期周波数情報を取得した。

第２の実施形態では、システム制御部１０５は、水平同期信号Ｈｓｙｎｃを水平同期信号制御部６０３に出力する。水平同期信号制御部６０３は、システム制御部１０５が出力する水平同期信号Ｈｓｙｎｃを発振器６０１の第１のクロックに同期させることにより、水平同期信号Ｈｓｙｎｃを生成して撮像素子１０１に出力する。これにより、本実施形態の電源回路１１４は、レジスタ６０４だけでなく、レジスタ６０４の書き込みに伴う通信回路も省略することができ、電源回路１１４の構成を簡素にすることができる。

水平同期信号制御部６０３は、同期回路を用いて、発振器６０１の第１のクロックに同期した水平同期信号Ｈｓｙｎｃを生成することができる。同期回路の例としては、フリップフロップなどを用いればよい。また、システム制御部１０５は、第１の実施形態と同様に、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃを水平同期信号制御部６０３へ出力しているが、発振器６０１のゲーティング用の信号として垂直同期信号Ｖｓｙｎｃを使用することにより不要な電力を抑えるためである。したがって、システム制御部１０５は、必ずしも、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃを水平同期信号生成部６０３に出力する必要はない。水平同期信号生成部６０３は、発振器６０１の第１のクロックに同期した水平同期信号Ｈｓｙｎｃと、撮像素子１０１が出力する画像データとの同期をとるため、発振器６０１の第１のクロックに同期した水平同期信号Ｈｓｙｎｃをシステム制御部１０５に出力する。システム制御部１０５は、水平同期信号制御部６０３により生成された水平同期信号Ｈｓｙｎｃと撮像素子１０１により生成された画像データを入力する。

本実施形態は、第１の実施形態と同様に、スイッチング電源６０２のスイッチングタイミングと水平同期信号Ｈｓｙｎｃとの同期をとることができ、図７で示した横縞ノイズ低減効果が得られる。

（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態による撮像装置の構成例を示すブロック図である。撮像装置は、カメラ本体１とレンズ５０とを有する。レンズ５０は、カメラ本体１から着脱可能である。電源回路部２は、スイッチング素子を用いたＤＣ−ＤＣコンバータなどのスイッチング電源６０２（図５）を有し、電池３より電源供給を受け、安定化電源電圧を生成して以下に説明する各回路構成要素を動作可能とする。

システム制御部４は、カメラ本体１の全体制御を行う。システム制御部４は、各種動作モードに応じて、各回路構成要素への電源供給の制御信号を電源回路部２へ出力する。また、システム制御部４には、撮影準備動作と撮影開始を指示するレリーズスイッチ５、及び操作部材６が接続されている。操作部材６は、各種カメラ動作の設定を行うためのスイッチである。

レンズ５０を透過した被写体光は、光学ローパスフィルタ及び赤外カットフィルタを一体化した光学フィルタ７を透過し、撮像素子８に露光される。撮像素子８は、光学像を電気信号に変換する例えばＣＣＤ或いはＣＭＯＳ等の２次元エリアセンサを有し、画像を生成する。撮像素子８は、図２の行列状の複数の画素を有し、図３の駆動を行う。ＣＤＳ／ＡＧＣ９は、撮像素子８の出力信号に対して、ノイズリダクション処理とゲイン調整を行う。Ａ／Ｄ変換回路１０は、ＣＤＳ／ＡＧＣ９の出力信号をアナログからデジタルに変換し、画像処理部１１に出力する。

画像処理部１１は、画像情報に対する色合い調整やコントラスト調整やエッジ強調（輪郭強調）などの画像処理を行い、記憶部１２に対して画像情報の書き込みや読み出しを行うために画像情報の圧縮や伸長等の画像データの変換処理を行う。記憶部１２は、着脱可能な半導体メモリや磁気ディスク、光ディスク等であり、撮像された画像情報を記憶する。更に、画像処理部１１は、被写体の輝度を算出し、システム制御部４へ通知する。システム制御部４は、取得した被写体の輝度情報を基に、シャッタ制御部１６やレンズ５０の絞りを制御し、撮像素子８の露出量を制御する。また、システム制御部４は、タイミング信号発生部１３を駆動して、これによって撮像素子８に供給すべきクロック信号等を発生させる。

システム制御部４及び画像処理部１１には、メモリ１４が接続されている。メモリ１４は、提供すべきプログラムを格納し、撮影画像を一時的に格納し、作業領域としても使われる。画像処理部１１は、表示用画像情報を表示手段１５に出力し、撮像された画像等をモニタ表示する。表示手段１５は、液晶装置等であり、液晶装置の場合、液晶パネル１５ａとバックライト１５ｂを有する。

システム制御部４には、姿勢検出部１７が接続されている。姿勢検出部１７は、加速度センサなどを有し、カメラ本体１の向きや変化を検出する。システム制御部４は、姿勢検出部１７の検出結果に応じて、カメラ制御を行う。

位相検出部１８は、電源回路部２及びタイミング信号発生部１３に接続され、電源回路部２のスイッチングタイミングとタイミング信号発生部１３から出力される撮像素子８の読み出し信号をモニタしている。タイミング信号発生部１３は、位相検出部１８の検出結果に応じて、撮像素子８に出力する読み出し信号の出力タイミングの補正を行う。

図１０は、本実施形態による撮像装置の一部の構成例を示す図である。撮像装置は、撮像素子８の読み出しタイミングを補正する。電源回路部２は、スイッチング電源６０２及び周波数制御部６１１を有する。位相検出部１８は、パルス検出部６１４及び位相差検出部６１５を有する。タイミング信号発生部１３は、パルス生成部６１３及び補正判定部６１６を有する。

システム制御部４は、撮影モードと操作部材６による撮影動作に応じて、基準クロック及び周波数情報６０６を周波数制御部６１１へ出力する。周波数制御部６１１は、入力した周波数情報６０６に基づき、スイッチング電源６０２を駆動するためのスイッチングパルス６０５を生成し、スイッチングパルス６０５をスイッチング電源６０２に出力する。スイッチング電源６０２は、システム制御部４から電源制御信号６０７を入力すると、スイッチングパルス６０５を基にスイッチングを行い、電源電圧６１０を生成し、撮像素子８に電源電圧６１０の供給を開始する。撮像素子８は、電源電圧６１０の供給を受け、光電変換により画像を生成する。

また、システム制御部４は、パルス生成部６１３に基準クロック及び水平・垂直走査信号６０８を出力する。すると、パルス生成部６１３は、撮像素子８へ読み出しタイミングを制御する読み出しパルス及び水平・垂直走査信号等を出力する。すると、撮像素子８は、読み出しパルスΦＴＮに応じてＮ読みを行い、読み出しパルスΦＴＳに応じてＳ読みを行う。

パルス検出部６１４は、スイッチング電源６０２のスイッチングタイミングとして、スイッチングパルス６０５の位相を検出し、撮像素子８の読み出しタイミングとして、撮像素子８の読み出しパルス６０９（ΦＴＮ及びΦＴＳ）の位相を検出する。なお、パルス検出部６１４は、スイッチング電源６０２のスイッチングタイミングとして、スイッチング電源６０２が生成する電源電圧６１０の位相を検出してもよい。

位相差検出部６１５は、パルス検出部６１４により検出されたスイッチングパルス６０５の位相と読み出しパルス６０９の位相との位相差を検出する。補正判定部６１６は、位相差検出部６１５により検出された位相差とシステム制御部４から入力したスイッチングパルス６０５の周波数情報を基に、次の撮像素子８の読み出しタイミングとスイッチング電源６０２のスイッチングタイミングが重畳するかを判定する。そして、補正判定部６１６は、重畳すると判定した場合には、図４のようにオフセット量ΔＬ_M+1が大きくなってしまうので、パルス生成部６１３のタイミングを補正するため、補正量をパルス生成部６１３に出力する。パルス生成部６１３は、システム制御部４から基準クロック及び水平・垂直走査信号６０８を入力し、補正判定部６１６から入力した補正量を基に、読み出しパルス６０９を補正して撮像素子８に出力する。すると、撮像素子８は、図７のように、スイッチング電源６０２のスイッチングタイミングとは異なるタイミングでＮ読み及びＳ読みを行うことができるので、オフセット量ΔＬ_M+1が小さくなる。その結果、すべての行において、オフセット量がほぼ同じになり、撮像画像の横縞ノイズを低減することができる。

図１１は、本実施形態による撮像装置の制御方法を示すフローチャートである。図１２は、水平走査バルス、Ｎ読みの読み出しパルスΦＴＮ、Ｓ読みの読み出しパルスΦＴＳ、及び各行のスイッチングパルス６０５を示すタイミングチャートである。操作部材６が使用者により操作されると（例えば、レリーズボタンの半押し）、撮像装置は、撮像開始の予備動作を行い、画像を生成するための撮影シーケンスを開始する。

ステップＳ３０１では、システム制御部４は、操作部材６のレリーズボタンが全押しの状態になるまで、待機状態を維持し、レリーズボタンが全押しの状態になると、ステップＳ３０２に処理を進める。

ステップＳ３０２では、システム制御部４は、撮影モードに応じて、周波数制御部６１１に対して、スイッチング電源６０２を駆動するための基準クロック及び周波数情報６０６を出力する。次に、ステップＳ３０３では、周波数制御部６１１は、入力した基準クロックに同期して、入力した周波数情報の周波数のスイッチングパルス６０５を生成し、スイッチングパルス６０５をスイッチング電源６０２に出力する。また、システム制御部４は、電源供給を指示する電源制御信号６０７をスイッチング電源６０２に出力する。すると、スイッチング電源６０２は、スイッチングパルス６０５を基にスイッチングを行い、電源電圧６１０を生成し、電源電圧６１０を撮像素子８に出力する。

ここで、図７に示すように、Ｎ読みの読み出しパルスΦＴＮの立ち下がりタイミングとＳ読みの読み出しパルスΦＴＳの立ち下がりタイミングの時間差をＳ−Ｎ周期とする。すべての行において、Ｎ読み時の電源電圧６１０のレベルとＳ読み時の電源電圧６１０のレベルの差分量ΔＬ_M及びΔＬ_M+1がほぼ同じになるように、スイッチング電源６０２のスイッチング周波数は、Ｓ−Ｎ周期に対応する周波数の整数倍であることが好ましい。すなわち、スイッチングパルス６０５の周波数は、Ｓ−Ｎ周期に対応する周波数の整数倍であり、スイッチングパルス６０５の周期は、Ｓ−Ｎ周期に対して整数分の一であることが好ましい。

次に、ステップＳ３０４では、システム制御部４は、被写体像の明るさや各種撮影設定値に基づき、シャッタ制御部１６を制御して、撮像素子８の光電変換による電荷蓄積を開始させる。そして、システム制御部４は、撮像素子８の電荷蓄積が完了すると、ステップＳ３０５に処理を進める。

ステップＳ３０５では、パルス生成部６１３は、システム制御部４から基準クロック及び水平・垂直走査信号６０８を入力し、撮像素子８へ読み出しパルス６０９を出力する。すると、撮像素子８は、読み出しパルスを基に、読み出し動作（Ｎ読み及びＳ読み）を開始する。

次に、ステップＳ３０６では、パルス検出部６１４は、スイッチングパルス６０５の位相と読み出しパルス６０９の位相を検出する。位相差検出部６１５は、パルス検出部６１４により検出されたスイッチングパルス６０５の位相と読み出しパルス６０９の位相との位相差Δｎを検出する。ここで、撮像素子８の読み出しパルス６０９は、水平走査信号（水平走査パルス）Ｈｓｙｎｃ、Ｎ信号の読み出しパルスΦＴＮ、及びＳ信号の読み出しパルスΦＴＳの何れでもよい。

次に、ステップＳ３０７では、補正判定部６１６は、図１２のように、現在の行の読み出し時のスイッチングパルス６０５と次行の読み出し時のスイッチングパルス６０５との位相差Δｔを予測する。位相差Δｔは、スイッチングパルス６０５の行毎の位相ズレ量である。

次に、ステップＳ３０８では、補正判定部６１６は、撮像素子８の次行の読み出しタイミングがスイッチング電源６０２のスイッチングタイミングと重畳するか否かを判定するために、｜Δｎ−Δｔ｜≦Ｘの条件を満たすか否かを判定する。ここで、Ｘは、行毎の位相ズレ量Δｔに対して、スイッチング電源６０２のスパイクノイズ幅、基準クロックのばらつき及び位相差検出誤差を含んだ値である。補正判定部６１６は、上記の条件が成り立つ場合には、次行でスイッチング電源６０２のスイッチングパルス６０５と撮像素子８の読み出しパルス６０９の位相が重畳する可能性があると判断し、ステップＳ３０９に処理を進める。また、補正判定部６１６は、上記の条件が成り立たない場合には、次行でスイッチング電源６０２のスイッチングパルス６０５と撮像素子８の読み出しパルス６０９の位相が重畳する可能性がないと判断し、ステップＳ３１０に処理を進める。

ステップＳ３０９では、補正判定部６１６は、補正情報Δβをパルス生成部６１３に出力する。すると、パルス生成部６１３は、撮像素子８の読み出しパルス６０９をΔβ遅延させ、遅延させた読み出しパルス６０９を撮像素子８に出力する。これにより、図４のＭ＋１行目のＮ読みのように、スイッチング電源６０２のスイッチングタイミングと読み出しパルスΦＴＮの立ち下がりタイミングが重畳し、オフセット量ΔＬ_M+1が大きくなることを防止できる。

ここで、Δβは、スイッチングパルス６０５の位相と重畳する可能性がある読み出しパルス６０９の位相との差分以上の値であればよい。したがって、Δβは、例えば、Δβ＝Ｘ−（Δｎ−Δｔ）、或いは、簡易的に、Δβ＝２Ｘとしてもよいし、スイッチングパルス６０５と重畳する可能性がある撮像素子８の読み出しタイミングを回避できればそれ以外でもよい。

次に、ステップＳ３１０では、システム制御部４は、撮像素子８の全行の読み出しが完了していない場合には、次の行の処理のために、ステップＳ３０６に処理を戻す。また、システム制御部４は、撮像素子８の全行の読み出しが完了している場合には、ステップＳ３１１に処理を進める。

ステップＳ３１１では、スイッチング電源６０２は、システム制御部４の制御により、撮像素子８への電源電圧６１０の供給を停止する。また、画像処理部１１は、撮影モード及び各種設定値に基づき、Ａ／Ｄ変換回路１０が出力する画像データに対して画像処理を行い、記憶部１２へ画像データを保存すると共に、表示手段１５に画像を表示し、撮影シーケンスを終了する。

図１２に、スイッチング電源６０２のスイッチングパルス６０５と読み出しパルスΦＴＮ，φＴＳとの関係を示す。水平走査パルスは、撮像素子８の駆動パルスである。水平走査パルスからＮ読みの読み出しパルスΦＴＮの立ち下がりまでの時間は一定であり、水平走査パルスからＳ読みの読み出しパルスΦＴＳの立ち下がりまでの時間も一定である。したがって、パルス生成部６１３は、補正判定部６１６の補正情報を基に、水平走査パルスの位相を補正することにより、同じ位相（時間）だけ、Ｎ読みの読み出しパルスΦＴＮ及びＳ読みの読み出しパルスΦＴＳもずれることになる。また、スイッチング電源６０２のスイッチングパルス６０５周波数は、図７のＳ−Ｎ周期に対応する周波数の整数倍である。これにより、図７のように、全行において、オフセット量ΔＬ_M及びΔＬ_M+1がほぼ同じになり、行毎のノイズを低減し、横縞ノイズを低減することができる。

図１２では、スイッチングパルス６０５は、行毎にΔｔずつずれていくことが分かる。ｍ＋２行目では、スイッチング電源６０２のスイッチングパルス６０５と撮像素子８の読み出しパルスΦＴＮの位相差Δｎが｜Δｎ−Δｔ｜≦Ｘの関係となる。そこで、ｍ＋３行目では、パルス生成部６１３は、水平走査パルスの位相をΔβ補正する。図１２では、この補正により、ｍ＋３行目のスイッチングパルス６０５の位相が、水平走査パルスに対して、相対的に補正された様子を示す。この補正により、ｍ＋３行目では、Ｎ読みの読み出しパルスの立ち下がりタイミングがスイッチングパルス６０５の立ち上がりタイミングに重畳しないようにできていることが分かる。

以上のように、本実施形態によれば、補正判定部６１６は、スイッチング電源６０２のスイッチングタイミングと撮像素子８の読み出しタイミングの時間差に応じて、撮像素子８の読み出しタイミングを補正する。これにより、撮像素子８は、スイッチング電源６０２のスイッチングタイミングで、Ｎ読み及びＳ読みを行うことを防止し、スイッチング電源６０２の電源電圧６１０の変動による画質劣化を低減することができる。

なお、位相差検出部６１５は、行毎にスイッチング電源６０２のスイッチングパルス６０５と撮像素子８の読み出しパルス６０９の位相差を検出したが、これに限るものではない。例えば、位相差検出部６１５は、１行目の読み出しパルス６０９とスイッチングパルス６０５の位相差のみを検出する。そして、補正判定部６１６は、スイッチングパルス６０５の周波数及び水平走査パルスの周期などを基に、何行目の読み出し時に読み出しパルスΦＴＮの立ち下がりとスイッチングパルス６０５の立ち上がりが重畳する可能性があるか判定する。そして、補正判定部６１６は、重畳する可能性がある行のみ、水平走査パルスの位相を補正してもよい。また、この時のスイッチングパルス６０５の周波数は、パルス検出部６１４により検出されたスイッチングパルス６０５の位相を基に算出してもよい。

また、パルス検出部６１４は、撮像素子８の読み出しタイミングとして、水平走査信号（水平走査パルス）の位相、Ｎ信号の読み出しパルスΦＴＮの位相、又はＳ信号の読み出しパルスΦＴＳの位相を検出する。また、パルス検出部６１４は、スイッチング電源６０２のスイッチングタイミングとして、スイッチング電源６０２に入力されるスイッチングパルス６０５の位相、又はスイッチング電源６０２が出力する電源電圧６１０の位相を検出する。タイミング信号発生部１３は、読み出し制御部であり、スイッチング電源６０２のスイッチングタイミングと撮像素子８の読み出しタイミングとの時間差Δｎに応じて、撮像素子８の読み出しタイミングを制御する。具体的には、タイミング信号発生部１３は、スイッチング電源６０２のスイッチングタイミングと撮像素子８の読み出しタイミングとが重ならないように、撮像素子８の読み出しタイミングを制御する。

また、パルス生成部６１３は、スイッチングパルス６０５と水平走査パルスとの位相差を基に、次行ではなく、同一行のＮ信号の読み出しパルスΦＴＮ及びＳ信号の読み出しパルスΦＴＳの位相を補正してもよい。

また、位相検出部１８は、スイッチング電源６０２のスイッチングパルス６０５と撮像素子８の読み出しパルス６０９の両者を検出する例を説明したが、これに限るものではない。位相検出部１８は、スイッチング電源６０２のスイッチングパルス６０５のみを検出してもよい。その場合、タイミング信号発生部１３は、タイミング信号発生部１３の読み出しパルス６０９の生成時に取得した読み出しパルス６０９の位相情報を基に、重畳するか否かを判定し、重畳する場合は、読み出しパルス６０９の位相を補正する。

また、周波数制御部６１１は、スイッチングパルス６０５の位相を制御できるようにしてもよい。その場合、システム制御部４は、撮影モードに応じて、スイッチングパルス６０５の位相を制御するか、撮像素子８の読み出しパルス６０９の位相を補正するかを切り替えるようにしてもよい。すなわち、周波数制御部６１１は、スイッチング電源６０２のスイッチングタイミングを制御するスイッチング制御部である。システム制御部４は、スイッチング電源６０２のスイッチングタイミングと撮像素子８の読み出しタイミングが重ならないように、撮影モードに応じて、タイミング信号発生部１３と周波数制御部６１１のいずれかがタイミングを制御するように切り替える。

本実施形態によれば、パルス生成部６１３は、スイッチング電源６０２のスイッチングタイミングと撮像素子８の読み出しタイミングに応じて、撮像素子８の読み出しタイミングを補正する。これにより、スイッチング電源６０２のスイッチングタイミングにより発生する電源電圧６１０の変動による画質劣化を低減することができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読み出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

なお、上記実施形態は、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 撮像素子、６０１ 発振器、６０２ スイッチング電源、６０３ 水平同期信号制御部

Claims (16)

1. 第１のクロックに同期し、スイッチングにより電源電圧を生成するスイッチング電源と、
   前記第１のクロックに同期し、水平同期信号を生成する水平同期信号生成部と、
   前記電源電圧及び前記水平同期信号の供給を受け、光電変換により画像を生成する撮像素子と
   を有することを特徴とする撮像装置。
2. さらに、前記第１のクロックを生成し、前記第１のクロックを前記スイッチング電源と前記水平同期信号生成部に出力する発振器を有することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記水平同期信号生成部は、撮影モードに応じた周波数の前記水平同期信号を生成することを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
4. 前記水平同期信号生成部は、周波数情報を入力し、前記周波数情報に応じた周波数の前記水平同期信号を生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記水平同期信号生成部は、同期信号を入力し、前記同期信号を前記第１のクロックに同期させることにより、前記水平同期信号を生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. さらに、前記撮像素子により生成された画像と前記水平同期信号生成部により生成された水平同期信号を入力するシステム制御部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記撮像素子と前記水平同期信号生成部は、同一の垂直同期信号を入力することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. スイッチングにより電源電圧を生成するスイッチング電源と、
   前記電源電圧の供給を受け、光電変換により画像を生成する撮像素子と、
   前記スイッチング電源のスイッチングタイミングと前記撮像素子の読み出しタイミングに応じて、前記撮像素子の読み出しタイミングを制御する読み出し制御部と
   を有することを特徴とする撮像装置。
9. 前記読み出し制御部は、前記スイッチング電源のスイッチングタイミングと前記撮像素子の読み出しタイミングとの時間差に応じて、前記撮像素子の読み出しタイミングを制御することを特徴とする請求項８記載の撮像装置。
10. 前記読み出し制御部は、前記スイッチング電源のスイッチングタイミングと前記撮像素子の読み出しタイミングとが重ならないように、前記撮像素子の読み出しタイミングを制御することを特徴とする請求項８又は９記載の撮像装置。
11. 前記撮像素子は、行列状の複数の画素を有し、
    さらに、前記撮像素子の読み出しタイミングとして、前記画素のリセット解除に基づく信号の読み出しパルスの位相、前記画素の光電変換に基づく信号の読み出しパルスの位相、又は水平走査信号の位相を検出する位相検出部を有することを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
12. さらに、前記スイッチング電源のスイッチングタイミングとして、前記スイッチング電源に入力されるスイッチングパルスの位相又は前記スイッチング電源が出力する前記電源電圧の位相を検出する位相検出部を有することを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
13. 前記撮像素子は、画素のリセット解除に基づく信号と、画素の光電変換に基づく信号とを異なるタイミングで読み出し、
    前記スイッチングタイミングの周期は、前記画素のリセット解除に基づく信号の読み出しタイミングと前記画素の光電変換に基づく信号の読み出しタイミングとの間隔に対して整数分の一であることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載の撮像装置。
14. さらに、前記スイッチング電源のスイッチングタイミングを制御するスイッチング制御部とを有し、
    前記スイッチング電源のスイッチングタイミングと前記撮像素子の読み出しタイミングが重ならないように、撮影モードに応じて、前記読み出し制御部と前記スイッチング制御部のいずれかがタイミングを制御することを特徴とする請求項８〜１３のいずれか１項に記載の撮像装置。
15. スイッチング電源により、第１のクロックに同期し、スイッチングにより電源電圧を生成するステップと、
    水平同期信号生成部により、前記第１のクロックに同期し、水平同期信号を生成するステップと、
    撮像素子により、前記電源電圧及び前記水平同期信号の供給を受け、光電変換により画像を生成するステップと
    を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
16. スイッチングにより電源電圧を生成するスイッチング電源と、
    前記電源電圧の供給を受け、光電変換により画像を生成する撮像素子とを有する撮像装置の制御方法であって、
    読み出し制御部により、前記スイッチング電源のスイッチングタイミングと前記撮像素子の読み出しタイミングに応じて、前記撮像素子の読み出しタイミングを制御するステップを有することを特徴とする撮像装置の制御方法。

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