JP5233639B2 - 電子カメラ及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、電子カメラ及びプログラムに関する。

従来、電子カメラでは、撮像素子から得られる画像信号に対してノイズ処理などが行われている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１では、撮像素子において発生する暗電流ノイズに起因する黒潰れや黒浮きなどを防止する技術が開示されている。これにより、特許文献１の電子カメラは、画像に白傷が現れるのを防ぐことができる。
特開２００４−１２０４９２号公報

ところで、暗電流ノイズ以外にも、電子カメラの電源回路から発生するノイズが画像に悪影響を及ぼす場合がある。すなわち、電源回路内部において、電圧制御用のスイッチング動作によってノイズが発生することに起因する。このノイズの発振周波数（以下、「ノイズの周波数」という）には、ｎ倍高調波の周波数を含む。このｎ倍高調波の周波数が、撮像素子を駆動する駆動周波数（撮像素子の画像信号の読み出し周波数に対応）の定数倍付近の関係になると、撮像素子からの出力信号にノイズが重畳される場合がある。このノイズが出力信号に重畳されると、ノイズの信号レベルに応じて画像が縞模様になるなどして乱れるという問題が生じる。このノイズの周波数は、製造段階において電源回路に使用される部品（コンデンサや抵抗など）の特性のばらつきによって、電源回路ごとに異なるという問題がある。また、ノイズの周波数は、電源回路の温度によっても変化するという問題もある。そのため、電源回路から発生するノイズの周波数は個体によって一律に同じではなく、ノイズ対策が困難である。

本発明は、上記事情に鑑み、電源回路から発生するノイズに起因する画像の乱れを抑制する電子カメラを提供することを目的とする。また、本発明は、電源回路から発生するノイズに起因する画像の乱れを抑制するプログラムを提供することを目的とする。

第１の発明に係る電子カメラは、撮像素子と、タイミングジェネレータと、電源回路と、温度検出部と、メモリと、演算部と、駆動周波数制御部とを備える。撮像素子は、被写体像を光電変換し、画像信号を出力する。タイミングジェネレータは、撮像素子を駆動させるための駆動信号を所定の駆動周波数で供給する。電源回路は、電力を供給する。温度検出部は、電源回路の温度を検出する。メモリには、電源回路の動作に伴って発生するノイズの周波数と電源回路の温度との対応関係を示す情報が記憶されている。演算部は、温度検出部により検出された電源回路の温度とメモリに記憶された情報とに基づいて、ノイズの周波数を推定する。駆動周波数制御部は、駆動周波数が演算部により推定されたノイズの周波数の定数倍となるように、駆動周波数を変更する。

第２の発明は、第１の発明において、駆動周波数制御部は、画像信号のライン読み出し周期若しくは画像信号のフレーム読み出し周期の単位で駆動周波数の変更を行う。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、駆動周波数制御部は、駆動周波数の１サイクル時間内に待ち時間を挿入する。

第４の発明は、第１又は第２の発明において、駆動周波数制御部は、タイミングジェネレータにクロック信号を出力するクロック信号発振器のクロック周波数を変更する。

第５の発明に係るプログラムは、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電子カメラに、供給ステップと、温度検出ステップと、演算ステップと、駆動周波数制御ステップとを実行させる。供給ステップは、撮像素子を駆動させるための駆動信号を所定の駆動周波数で供給する。温度検出ステップは、電源回路の温度を検出する。演算ステップは、温度検出ステップにより検出された電源回路の温度とメモリに記憶された情報とに基づいて、ノイズの周波数を推定する。駆動周波数制御ステップは、駆動周波数が演算ステップにより推定されたノイズの周波数の定数倍となるように、駆動周波数を変更する。

本発明の電子カメラによれば、電源回路から発生するノイズに起因する画像の乱れを抑制することができる。

（第１実施形態の説明）
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本実施形態の電子カメラの構成を示すブロック図である。図１に示す通り電子カメラ１には、撮影レンズ１０と、撮像素子１１と、Ａ／Ｄ変換部１２と、タイミングジェネレータ１３と、信号処理部１４と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１５と、フラッシュメモリ１６と、表示制御部１７と、液晶表示モニタ１８と、電源回路１９と、温度センサ２０と、操作部２１と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２２と、記録インターフェース（記録Ｉ／Ｆ）２３と、記録媒体２４と、バス２５とが備えられる。このうち信号処理部１４、ＲＡＭ１５、フラッシュメモリ１６、表示制御部１７、ＣＰＵ２２及び記録インターフェース（記録Ｉ／Ｆ）２３は、バス２５を介して互いに接続されている。また、操作部２１はＣＰＵ２２に接続されている。

撮影レンズ１０は、ズームレンズと、フォーカスレンズとを含む複数のレンズ群で構成されている。なお、簡単のため、図１では、撮影レンズ１０を１枚のレンズとして図示する。

撮像素子１１は、撮影レンズ１０からの入射光を光電変換することにより、画像信号（アナログ信号）を生成する。なお、本実施形態では、撮像素子１１にＸＹアドレス方式のＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を用いている。

Ａ／Ｄ変換部１２は、アナログ信号をデジタル信号に変換する。タイミングジェネレータ（ＴＧ）１３は、ＣＰＵ２２からの指示に従い撮像素子１１及びＡ／Ｄ変換部１２の各々へ向けて駆動信号を供給し、それによって両者の駆動タイミングを同期させて制御する。タイミングジェネレータ（ＴＧ）１３の内部には、パルスジェネレータ、カウンタ、水晶発振器が設けられている。カウンタは、水晶発振器のクロック数をカウントする。このカウンタの値は、ＣＰＵ２２でモニタされている。カウンタの値が所定のクロック数になると、後述する駆動周波数制御部２２ｃは、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１３に指示を出して、パルスジェネレータから読み出しの駆動信号（駆動パルス）を撮像素子とＡ／Ｄ変換部１２に供給させる。

信号処理部１４は、Ａ／Ｄ変換部１２が出力するデジタル信号の画像データをＲＡＭ１５に一時的に記憶させる。また、信号処理部１４は、ＲＡＭ１５に記憶されている画像データに対してホワイトバランス補正などの画像処理を施す。

フラッシュメモリ１６には、電源回路１９の動作に伴って発生するノイズの周波数と温度との対応関係を示す情報が予め記憶されている（詳細は後述する）。また、フラッシュメモリ１６には、本発明の一実施形態であるプログラムも格納されている。

表示制御部１７は、信号処理部１４で画像処理が施された画像データを液晶表示モニタ１８に画像として表示させる。

電源回路１９は、昇降圧型のスイッチング電源である。温度センサ２０は、電源回路１９の温度（℃）を検出し、デジタルのデータに変換する。ここで、温度センサ２０は、電源回路１９の基板の温度を検出しており、電子カメラ１の筐体の温度を検出しているのではない。なお、温度検出の精度をさらに高めるためには、温度センサ２０は、電源回路１９のコンデンサや抵抗の温度を計測することが望ましい。

電源回路１９は、スイッチング動作の際、周期的にノイズを発生する。このノイズの周波数の温度特性については、製造段階において各々電源回路ごとに予め測定しておく。ここで、ノイズの周波数と温度の対応関係を示す情報としては、温度に応じて変化するノイズの周波数情報と、そのノイズの周波数情報に基づいて定められる、ノイズを抑制するための駆動周波数の情報である。温度によってノイズの周波数が変化すると、ｎ倍高調波の周波数が変化する。この場合、ｎ倍高調波と駆動周波数（読み出し周波数）とが定数倍になる関係であれば、ノイズは抑制される。

図２は、駆動周波数とノイズの周波数の温度特性との関係を説明する図である。図２（ａ）は、撮像素子１１が、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１３から駆動信号（駆動パルス）を受けるたびに１ラインを読み出す場合の時間経過を表している。図２（ｂ）から（ｅ）は、ノイズの周波数の温度特性を表している。上に凸の信号波は、周期的なノイズの信号レベルを模式的に表している。

一例として、図２（ｂ）から（ｅ）は、順番に２５℃、３０℃、４０℃、５０℃におけるノイズの周波数の温度特性である。図中、黒丸はサンプリングタイミングでのノイズの信号レベルを表している。この黒丸を線で結ぶと、画像に現れるノイズの状態がわかる。この線が直線であると、画像上では電源回路に起因するノイズは目立たなくて済む。一方、この線が折れ線のようになると、画像上では電源回路に起因するノイズが目立つこととなる。

図２を例にすると、２５℃下において、ノイズの周波数（ｎ倍高調波の周波数）が、駆動周波数と定数倍の関係にあると、ノイズが重畳されるものの、サンプリングタイミングのノイズの信号レベルが揃っているため、画像上ではノイズは目立たなくて済む（図２（ｂ））。図２（ｃ）の場合（３０℃）も、サンプリングタイミングのノイズの信号レベルがほぼ揃っているため、画像上ではノイズは目立たなくて済む。

しかしながら、温度が上昇し（４０℃、５０℃）、ノイズの周波数が変化して、駆動周波数の定数倍に近い周波数になると、サンプリングタイミングのノイズの信号レベルが不揃いになるため、画像上ではノイズが目立つ傾向になる（例えば、図２（ｄ）、（ｅ））。そのため、温度ごとにノイズの信号レベルが揃うようにすれば、画像上でのノイズが目立たなくなる。つまり、ノイズの周波数の温度特性に応じて、ノイズの信号レベルが揃うように駆動周波数を変更する（詳細は、後述する）。

図２から導かれるノイズの周波数と温度との対応関係を示す情報は、例えば、工場出荷時にフラッシュメモリ１６に書き込んでおく。

なお、図２では、２５℃、３０℃、４０℃、５０℃の場合を示しているが、実際には、１℃きざみで測定しているものとする。つまり、各温度のノイズの周波数に対して、ノイズの信号レベルを揃えるための駆動周波数（ノイズの周波数と定数倍の関係になる駆動周波数の情報）をフラッシュメモリ１６に書き込んでおく。

操作部２１は、レリーズボタン、コマンドダイヤルなどであり、ユーザによる操作内容に応じてＣＰＵ２２へ信号を与えるものである。例えばユーザは、レリーズボタンを全押しすることにより撮影の指示をＣＰＵ２２へ与えることができる。

ＣＰＵ２２は、電子カメラ１の統括的な制御を行うプロセッサである。ＣＰＵ２２は、フラッシュメモリ１６に予め格納されたシーケンスプログラムを実行することにより、各処理のパラメータを算出したり、電子カメラ１の各部を制御したりする。また、ＣＰＵ２２は、温度検出部２２ａ、演算部２２ｂ、駆動周波数制御部２２ｃとして機能する。

温度検出部２２ａは、温度センサ２０で検出された温度のデータを取得する。

演算部２２ｂは、温度検出部２２ａの検出結果である温度のデータと、フラッシュメモリ１６に記憶されている、ノイズの周波数と温度との対応関係を示す情報とに基づいて、ノイズの周波数を推定する。

駆動周波数制御部２２ｃは、演算部２２ｂにて推定されたノイズの周波数に応じて、駆動信号の駆動周波数を変更する。この場合、駆動周波数制御部２２ｃは、駆動周波数の１サイクル時間内に待ち時間を挿入することにより、駆動周波数を変更する（詳細は後述する）。なお、駆動周波数制御部２２ｃは、静止画撮影の場合には画像信号の１ライン読み出し周期の単位で駆動周波数の変更を行う。例えば、電源回路が２５℃から３０℃になった場合、駆動周波数制御部２２ｃは、２５℃に対応付けられた駆動周波数を３０℃に対応付けられた駆動周波数に変更する。この場合、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１３は、撮像素子１１及びＡ／Ｄ変換部１２に対して駆動信号（駆動パルス）を、３０℃に対応付けられた駆動周波数で供給する。撮像素子１１及びＡ／Ｄ変換部１２は、同期して、画像信号の1ライン読み出し周期の単位で画像信号を順次読み出していく。

また、記録インターフェース（記録Ｉ／Ｆ）２３には、記録媒体２４を接続するためのコネクタが形成されている。記録インターフェース（記録Ｉ／Ｆ）２３はＣＰＵ２２からの指示により、そのコネクタに接続された記録媒体２４にアクセスして画像の記録処理を行う。

次に、第１実施形態における電子カメラの動作の一例を説明する。なお、以下の説明では、電源回路１９からのノイズの周波数が、撮像素子１１の読み出し周波数の定数倍付近になった場合にノイズが画像に重畳される場合を想定する。ここでは、駆動周波数と読み出し周波数は同期しているものとする。電源ＯＮ時では、説明の便宜上、２５℃の駆動周波数で動作させるものとする。

また、ＣＰＵ２２は、本発明の一実施形態であるプログラムが組み込まれることによって、温度検出部２２ａと、演算部２２ｂと、駆動周波数制御部２２ｃとが構築される。

図３は、電子カメラ１の動作を表すフローチャートである。このフローチャートは電子カメラ１の電源がＯＮになると開始される。

ステップＳ１０１：ＣＰＵ２２は、まず、フラッシュメモリ１６からノイズの周波数と電源回路１９の温度との対応関係を示す情報を読み込む。すなわち、各温度でのノイズの周波数とノイズの信号レベルを揃えるための駆動周波数との情報を読み込む。

ステップＳ１０２：ＣＰＵ２２は、レリーズされたか否かを判定する。レリーズされない場合には（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、ステップＳ１０２を繰り返すことにより、レリーズされるまで待機する。一方、レリーズされた場合には（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０３に移行する。

ステップＳ１０３：ＣＰＵ２２の温度検出部２２ａは、温度センサ２０から温度の情報を読み込む。

ステップＳ１０４：ＣＰＵ２２の演算部２２ｂは、ステップＳ１０１とステップＳ１０３とで得られた情報から、現在の温度での電源回路１９のノイズの周波数を見積もる。例えば、簡単のため、２５℃において、ノイズの周波数が０．１ＭＨｚであり、駆動周波数が１ＭＨｚであったとする。この場合、ノイズの周波数の１０倍波（定数倍の高調波）と駆動周波数とが定数倍の関係になる。

ステップＳ１０５：ＣＰＵ２２は、現在のタイミングジェネレータ（ＴＧ）１３の駆動周波数が、ステップＳ１０４で推定したノイズの周波数のときにノイズが発生する可能性があるか否かを判定する。

ノイズが発生する可能性がない場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、この処理ルーチンは、ステップＳ１０７に移行する。一方、ノイズが発生する可能性がある場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、この処理ルーチンは、ステップＳ１０６に移行する。ここで、図２（ａ）では、上述した通り、撮像素子１１に対して、１ラインの読み出しの駆動信号（駆動パルス）がタイミングジェネレータ（ＴＧ）１３の駆動周波数に応じて供給される様子を表している。図２（ａ）は、２５℃の場合の駆動周波数を表している。したがって、温度が変わると、２５℃の場合の駆動周波数では、ノイズが発生する可能性が出てくる。一方、温度が２５℃であれば、問題となるレベルのノイズが発生する可能性はない。

ステップＳ１０６：ＣＰＵ２２の駆動周波数制御部２２ｃは、以下に説明する方法で駆動周波数を変更する。

図４は、駆動周波数の変更を模式的に表した図である。撮像素子１１に対して、１ラインの読み出しの駆動信号（駆動パルス）がタイミングジェネレータ（ＴＧ）１３の駆動周波数に応じて供給される様子を表している。図４（ａ）は、駆動周波数変更前、図４（ｂ）は、駆動周波数変更後の状態を表している。

駆動周波数制御部２２ｃは、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１３のカウンタの値が駆動周波数に対応する回数に達すると、１ラインの読み出しの駆動信号を撮像素子１１に向けて供給する。駆動周波数を変更する場合には、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１３のカウンタの値が駆動周波数に対応する回数に達した後、駆動周波数制御部２２ｃは、クロック周波数のカウントを所定時間停止させることにより駆動信号の供給を一時停止させ、所定時間経過後、駆動信号の供給を再開させる。以下、同様の処理を繰り返す。この処理を本実施形態では、待ち時間の挿入としている。これにより駆動周波数が変更される。このようにして、待ち時間を複数回挿入する処理を行うことで、画像信号を読み出すタイミングをずらし、ノイズの信号レベルが揃っているタイミングで画像信号を読み出すことができる。なお、待ち時間の挿入のタイミングは、一例であって、上記方法に限定されるものではない。

ここで、簡単のため、電源回路１９の温度が２５℃から５０℃に変化した場合について、説明する。

図５は、駆動周波数とノイズの周波数の温度特性との関係を説明する図である。図５（ａ）〜（ｄ）は、図２を流用している。ここで、図５（ｆ）は、電源回路１９が５０℃である場合において、撮像素子１１に対して、１ラインの読み出しの駆動信号（駆動パルス）がタイミングジェネレータ（ＴＧ）１３の駆動周波数に応じて供給される様子を表している。駆動周波数制御部２２ｃは、図５（ａ）の駆動周波数を、図５（ｆ）に示す駆動周波数に変更する。したがって、駆動周波数制御部２２ｃは、画像信号の１ライン読み出し周期の単位で、２５℃での駆動周波数を、５０℃での駆動周波数に変更する。

このようにして、図５（ｆ）に示す駆動周波数の場合、図５（ｅ）のサンプリングタイムのノイズの信号レベルが揃うようになり、ノイズの信号レベルが不揃いの場合に発生する画像の乱れが抑制される。また、電源回路の温度が５０℃から２５℃に下がった場合は、待ち時間の挿入をやめて、図５（ａ）に示す駆動周波数に戻せばよい。

なお、駆動周波数の変更は、上記方法に限られず、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１３にクロック信号を出力するクロック信号発振器のクロック周波数を変更してもよい。こうすると、待ち時間の挿入をする処理をしなくて済む。

ステップＳ１０７：ＣＰＵ２２は、画像取得の指示を信号処理部１４に対して行う。信号処理部１４は、Ａ／Ｄ変換部１２が出力するデジタル信号の画像データをＲＡＭ１５に一時的に記憶させる。また、信号処理部１４は、ＲＡＭ１５に記憶されている画像データに対してホワイトバランス補正などの画像処理を施す。ＣＰＵ２２は、画像処理が施された画像データを記録インターフェース（記録Ｉ／Ｆ）２３を介して記録媒体２４に記録する。そして、この処理ルーチンは終了する。

本実施形態では、１ラインごと読み出した後に駆動周波数を変更したが、動画撮影時には、１フレーム読み出した後に駆動周波数を変更してもよい。

なお、待ち時間の挿入については、画像信号の読み出し時間を考慮して、１サイクル時間の増加分が１０％程度以内にすることが望ましい。

以上、本実施形態の電子カメラ１によれば、演算部２２ｂは、温度検出部２２ａの検出結果と対応関係を示す情報とに基づいて、ノイズの周波数を推定する。駆動周波数制御部２２ｃは、演算部２２ｂにて推定されたノイズの周波数に応じて、駆動信号の駆動周波数を変更する。これにより、電子カメラ１は、電源回路１９から発生するノイズに起因する画像の乱れを抑制することができる。

本実施形態の電子カメラの構成を示すブロック図 駆動周波数とノイズの周波数の温度特性との関係を説明する図 電子カメラ１の動作を表すフローチャート 駆動周波数の変更を模式的に表した図 駆動周波数とノイズの周波数の温度特性との関係を説明する図

符号の説明

１・・・電子カメラ、１１・・・撮像素子、１３・・・タイミングジェネレータ、２２ａ・・・温度検出部、２２ｂ・・・演算部、２２ｃ・・・駆動周波数制御部、１９・・・電源回路

Claims (5)

1. 被写体像を光電変換し、画像信号を出力する撮像素子と、
   前記撮像素子を駆動させるための駆動信号を所定の駆動周波数で供給するタイミングジェネレータと、
   電力を供給する電源回路と、
   前記電源回路の温度を検出する温度検出部と、
   前記電源回路の動作に伴って発生するノイズの周波数と前記電源回路の温度との対応関係を示す情報が記憶されたメモリと、
   前記温度検出部により検出された前記電源回路の温度と前記メモリに記憶された前記情報とに基づいて、前記ノイズの周波数を推定する演算部と、
   前記駆動周波数が前記演算部により推定された前記ノイズの周波数の定数倍となるように、前記駆動周波数を変更する駆動周波数制御部と、
   を備えたことを特徴とする電子カメラ。
2. 請求項１に記載の電子カメラにおいて、
   前記駆動周波数制御部は、前記画像信号のライン読み出し周期若しくは前記画像信号のフレーム読み出し周期の単位で前記駆動周波数の変更を行うことを特徴とする電子カメラ。
3. 請求項１又は請求項２に記載の電子カメラにおいて、
   前記駆動周波数制御部は、前記駆動周波数の１サイクル時間内に待ち時間を挿入することを特徴とする電子カメラ。
4. 請求項１又は請求項２に記載の電子カメラにおいて、
   前記駆動周波数制御部は、前記タイミングジェネレータにクロック信号を出力するクロック信号発振器のクロック周波数を変更することを特徴とする電子カメラ。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電子カメラに、
   前記撮像素子を駆動させるための駆動信号を所定の駆動周波数で供給する供給ステップと、
   前記電源回路の温度を検出する温度検出ステップと、
   前記温度検出ステップにより検出された前記電源回路の温度と前記メモリに記憶された前記情報とに基づいて、前記ノイズの周波数を推定する演算ステップと、
   前記駆動周波数が前記演算ステップにより推定された前記ノイズの周波数の定数倍となるように、前記駆動周波数を変更する駆動周波数制御ステップとを実行させるためのプログラム。

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