JP2005027137A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像装置について、周波数変動を伴う照明下の撮影時におけるフリッカ、リップルの発生を抑制する。
【解決手段】６０Ｈｚ系の撮像装置で５０Ｈｚの照明下で撮影を行なう場合に、各垂直区間に連続した１／１００秒の露光期間を有し、１／１００秒の露光期間内で分割基数３×ｎ（ｎは正の整数）で決定される分割点を起点とする同時露光動作及び信号読み出し動作を行う。また、５０Ｈｚ系の撮像装置で６０Ｈｚの照明下で撮影を行なう場合に、各垂直区間に連続した１／６０秒または１／１２０秒の露光期間を有し、１／６０秒または１／１２０秒の露光期間内で分割基数５×ｎ（ｎは正の整数）で決定される分割点を起点とする同時露光動作及び信号読み出し動作を行う。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板上に２次元配列された複数の画素毎に光電変換素子と読み出し回路を設け、これを垂直走査手段と水平走査手段によって走査することによって撮像信号を出力するように構成されたいわゆるＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像装置に関し、特に蛍光灯等の周期的変動を伴う照明光源下で撮影した際に出力画面上に生じる各種ノイズを除去または軽減することが可能な撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ビデオカメラや電子カメラ等に用いられる撮像装置では、代表的なものとしてＣＣＤイメージセンサとＣＭＯＳイメージセンサが普及している。
このうちＣＭＯＳイメージセンサは、２次元画素配列の撮像画素部を各画素行単位で順次走査することによって露光動作や信号読み出し動作を行なうことから、基本的に全画素同時露光のＣＣＤイメージセンサに比べて、照明光の周期的変動の影響を受けて出力画面上にノイズが生じ易いという問題がある。
例えば、垂直同期周波数が６０ＨｚのＮＴＳＣ系のデジタルビデオカメラでは、５０Ｈｚの周波数変動を有する照明光源下で撮影した場合、１画面分の露光走査中に照明光のレベルが変動し、各画素行のレベルがばらついて横縞状のノイズが生じる場合がある。以下、この１画面内で生じるノイズをリップルという。また、この場合、ある画素について１回目の露光時における照明光のレベルと２回目の露光時における照明光のレベルに差異がある場合には、信号レベルが時間軸方向に変化し、画素単位の細かいノイズが生じる場合がある。以下、この時間的なノイズをフリッカという。
なお、垂直同期周波数が５０ＨｚのＣＣＩＲ系のデジタルカメラで６０Ｈｚの周波数変動を有する照明光源下で撮影した場合も同様である。
また、垂直同期周波数と光源周波数が一致している場合でも、１画面分の露光走査中に照明光のレベルが変動することには変わりはなく、上述したリップルが生じることになる。
【０００３】
さらに、ＣＭＯＳイメージセンサでは、移動体の撮影において、１画面分の露光走査中に移動体が移動してしまい、画面の上部の映像と下部の映像が時間差を含むものとなるため、特に移動速度が速い場合に、歪んだ映像となってしまう問題があった。
【０００４】
なお、ＣＣＤイメージセンサのフリッカ対策としては、照明光の変動周期と露光期間の位相を一致させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
そこで、この方法をＣＭＯＳイメージセンサに応用し、照明光の変動周期に応じた露光時間を用いることも可能である。例えば、５０Ｈｚの照明に対して電子シャッタを１／１００秒の周期で動作させることにより、フリッカやリップルの防止を図ることが可能である。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１５５１０６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のようにＣＭＯＳイメージセンサにおいて、照明光の変動周期に応じた露光時間を用いてフリッカやリップルを防止する方法では、露光時間が固定されてしまい光量調整を行なうことが困難であり、仮に電子シャッタの速度を上げて露光時間を短くした場合には、再度、フリッカやリップルの発生を招いてしまうことになる。
また、例えば６０Ｈｚ系のＣＭＯＳイメージセンサで６０Ｈｚの照明下で電子シャッタを使用した場合には、同様の画面内のリップルが生じる場合がある。
さらに、上述した移動体撮影時の歪みも解消できないという問題がある。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的は、ＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像装置について、周波数変動を伴う照明下の撮影時におけるフリッカ、リップルの発生を抑制でき、また、移動体撮影時の歪みを軽減することが可能な撮像装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、光電変換素子とその読み出し回路とを含む複数の画素を２次元配列して構成される撮像画素部と、前記撮像画素部を垂直方向に走査する垂直走査手段と、前記撮像画素部を水平方向に走査する水平走査手段と、前記垂直走査手段及び水平走査手段のタイミングを制御して前記撮像画素部における露光動作及び信号読み出し動作を実行する制御手段とを具備し、前記制御手段は、所定の照明周波数に対応して各垂直期間内で連続する所定の露光期間を設定するとともに、さらに前記所定の露光期間と垂直同期周波数との位相差によって決定される所定の分割基数を選択し、前記露光期間を分割基数の整数倍で割ることによって決定される各分割点を起点とする同時または略同時の露光動作及び信号読み出し動作を行ない、その読み出した信号を各画素毎に加算して撮像信号を生成するモードを有していることを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、光電変換素子とその読み出し回路とを含む複数の画素を２次元配列して構成される撮像画素部と、前記撮像画素部を垂直方向に走査する垂直走査手段と、前記撮像画素部を水平方向に走査する水平走査手段と、前記垂直走査手段及び水平走査手段のタイミングを制御して前記撮像画素部における露光動作及び信号読み出し動作を実行する制御手段とを具備し、前記制御手段は、所定の照明周波数に対応して各垂直期間内で連続する所定の露光期間を設定するとともに、さらに前記所定の露光期間内で等間隔にｍ（ｍは正の整数）本の同時走査または略同時走査を行ない、各走査によって読み出された信号を各画素毎に加算して撮像信号を生成するモードを有し、前記モードにおいて、各垂直周期毎に垂直区間に対する露光区間の位相を、任意の整数をｋ、任意の係数をαとした場合に、（露光期間／２ｍ）×２ｋ＋αとなる第１の位相と、（露光期間／２ｍ）×（２ｋ＋１）＋αとなる第２の位相とのいずれか一方を選択して露光制御を行なうことを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、光電変換素子とその読み出し回路とを含む複数の画素を２次元配列して構成される撮像画素部と、前記撮像画素部を垂直方向に走査する垂直走査手段と、前記撮像画素部を水平方向に走査する水平走査手段と、前記垂直走査手段及び水平走査手段のタイミングを制御して前記撮像画素部における露光動作及び信号読み出し動作を実行する制御手段とを具備し、前記制御手段は、画面の垂直方向の上部から下部までのスキャン時間をＴ（Ｔ≦１垂直周期）とした場合に、画面内でＮ個（Ｎは２以上の整数）の同時または略同時の露光動作及び信号読み出し動作を行ない、かつ、そのＮ個のスキャン間隔をＴ／Ｎとし、その読み出した信号を各画素毎に加算して撮像信号を生成するモードを有していることを特徴とする。
【００１１】
本発明の撮像装置では、例えば垂直同期周波数と異なる所定の照明周波数を有する照明下で撮影を行なう場合に、その所定の照明周波数に対応して各垂直期間内で連続する所定の露光期間を設定するとともに、さらに所定の露光期間と垂直同期周波数との位相差によって決定される所定の分割基数を選択し、露光期間を分割基数の整数倍で割ることによって決定される各分割点を起点とする同時または略同時の露光動作及び信号読み出し動作を行ない、その読み出した信号を各画素毎に加算して撮像信号を生成することにより、フリッカやリップルの発生を防止または抑制でき、画質の向上を図ることが可能となる。
【００１２】
また本発明の撮像装置では、所定の照明周波数に対応する各垂直期間内で連続する所定の露光期間を設定するとともに、さらに所定の露光期間内で等間隔にｍ（ｍは正の整数）本の同時走査または略同時走査を行ない、各走査によって読み出された信号を各画素毎に加算して撮像信号を生成する場合において、各垂直周期毎に垂直区間に対する露光区間の位相を、任意の整数をｋ、任意の係数をαとした場合に、（露光期間／２ｍ）×２ｋ＋αとなる第１の位相と、（露光期間／２ｍ）×（２ｋ＋１）＋αとなる第２の位相とのいずれか一方を選択して露光制御を行なうことにより、各垂直区間毎に生じるリップルをその位相の切り替えによって相殺することが可能となり、リップルを抑制した画像を出力することが可能となる。
【００１３】
また本発明の撮像装置では、画面の垂直方向の上部から下部までのスキャン時間をＴ（Ｔ≦１垂直周期）とした場合に、画面内でＮ個（Ｎは２以上の整数）の同時または略同時の露光動作及び信号読み出し動作を行ない、かつ、そのＮ個のスキャン間隔をＴ／Ｎとし、その読み出した信号を各画素毎に加算して撮像信号を生成することから、面内露光及び読み出し動作に含まれる時間差に起因する動画歪みを抑制でき、画質の向上をはかることが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による撮像装置の実施の形態について説明する。
なお、以下に説明する実施の形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付加されているが、本発明の範囲は、以下の説明において、特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限定されないものとする。
【００１５】
図１は本発明の各実施の形態に共通する撮像装置の構成例を示すブロック図である。
この図１において、撮像画素部１０は、複数の画素を２次元に配列して構成されたものであり、各画素は、受光量に応じた信号電荷を生成して蓄積する光電変換素子（フォトダイオード）と、この光電変換素子が蓄積した信号電荷を読み出す読み出し回路とを含んでいる。なお、読み出し回路の構成としては、種々のものが採用されているが、例えば光電変換素子に蓄積した信号電荷をＦＤ（フローティングデフュージョン）部に転送する転送トランジスタ、ＦＤ部の信号電荷を電気信号に変換する増幅トランジスタ、増幅トランジスタの出力を信号線に読み出す読み出しトランジスタ、ＦＤ部の信号電荷をリセットするリセットトランジスタ等を有するものとする。
なお、本例の撮像画素部１０は垂直方向に３つの領域１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃに分割されており、それぞれの分割領域毎に露光及び信号読み出しのための走査が行われるようになっている。
【００１６】
第１〜第３垂直タイミング発生回路２１、２２、２３及び第１〜第３シャッタタイミング発生回路３１、３２、３３は、撮像画素部１０の各分割領域の各画素に対して所定のタイミングで各種パルス信号を供給し、撮像画素部１０の露光動作と信号読み出し動作を制御し、各分割領域に画素列毎に設けられた垂直信号線４１、４２、４３から各画素信号を出力させるものである。
この第１〜第３垂直タイミング発生回路２１、２２、２３及び第１〜第３シャッタタイミング発生回路３１、３２、３３の動作によって撮像画素部１０から垂直信号線４１、４２、４３に出力された画素信号は、画素行単位で図示しないレジスタに格納され、水平信号線５１、５２、５３を通してバッファ部６１、６２、６３に出力される。
水平タイミング発生回路７０は、このレジスタを水平方向に走査して各画素信号をバッファ部６１、６２、６３に転送するよう制御する。
バッファ部６１、６２、６３は、水平信号線５１、５２、５３から入力した画素信号のゲイン調整回路や増幅回路等を含み、その処理した画素信号を画像処理部８０に供給する。画像処理部８０は、バッファ部６１、６２、６３から入力した画素信号に対してノイズ除去や色信号処理等の各種信号処理を行なうものであり、その処理した画素信号を記憶部９０に出力する。
【００１７】
記憶部９０は、画像処理部８０からの画素信号を格納するものであり、マイコン１００は、以上のような構成を有する撮像装置の各部の制御を司るものである。
特に本例は、撮像画素部１０に対する各画素の露光動作及び信号読み出し動作のタイミングに特徴を有するものであり、この動作を実現するための制御をマイコン１００が実行する。
また、本例では各画素に対して複数回の露光動作と読み出し動作を行ない、各画素毎に複数の画素信号を取り出すようになっており、この複数の画素信号が記憶部９０に格納される。マイコン１００では、この記憶部９０に格納された複数の画素信号を各画素毎に加算して撮像信号を生成し、記憶部９０に再度格納するような処理を行なう。なお、このような画素信号の加算処理はマイコンによらず、他の専用回路を設けて行なうようにしてもよい。
【００１８】
次に、本発明の第１の実施の形態について説明する。
この第１の実施の形態は、例えばＮＴＳＣ系で用いられる垂直同期周波数が６０Ｈｚ系の撮像装置を、５０Ｈｚの照明周波数を有する蛍光灯の下で撮影を行なう場合のリップルやフリッカを除去ないし抑制するための露光制御に関するものである。
本例の撮像装置では、６０Ｈｚ系の撮像装置で各垂直区間に連続した１／１００秒の露光期間を有し、１／１００秒の露光期間内で分割基数３×ｎ（ｎは正の整数）で決定される分割点を起点とする同時露光動作及び信号読み出し動作を行うモードを設けるようにしたものである。ここで分割基数となる３という値は、照明光の変動周期と露光動作が１垂直期間において１／３周期ずれることに基づいて決定される値である。なお、以下で用いる同時の用語は、完全な同時である必要はなく、一定の許容範囲の中で一定の時差を有する略同時の動作を含むものとする。
【００１９】
そこでまず、本例の特徴をより明瞭に説明するために、本例の具体的な制御動作の説明に先立って、本例の先行技術となる制御例について順次説明する。なお、以下の説明において、蛍光灯は正弦波状（実際にはその半波整流波形）に発光しているものとした。また、１垂直期間には実際にはブランキング期間などがあり、画素のない区間もあるが、理解しやすくするため、１垂直期間全てに画素があるものとして説明する。
図２は６０Ｈｚ系の撮像装置で５０Ｈｚの照明下で撮影を行なう場合に１／６０秒の露光時間を用いた例を示す説明図であり、図２（Ａ）は照明光の変化に対する各画素行毎の露光タイミングを示し、図２（Ｂ）は各画素行毎の露光動作時における照明光のレベル変化を示している。
なお、以下の各波形図において、各図の（Ｂ）に示すリップル波形図のスタート位相は計算の都合で示しており、必ずしも各図の（Ａ）に示す露光タイミング図による結果とは一致しておらず、あくまでリップルの形状、振幅を見るためのものである。
【００２０】
図２（Ａ）に示すように、画面上部の画素行の露光時間は、信号を読み出すＡ点の１／６０秒前から蓄積を開始し、Ａ点で終了する。また、画面中段の画素行の露光時間は、信号を読み出すＢ点の１／６０秒前から蓄積を開始し、Ｂ点で終了する。さらに、画面下部の画素行の露光時間は、信号を読み出すＣ点の１／６０秒前から蓄積を開始し、Ｃ点で終了する。
そして、図２（Ａ）に示す各ポイントＡ、Ｂ、Ｃの信号電荷は各蓄積期間の光量の積分となるので、Ａ点からＣ点まで連続的に計算すると図２（Ｂ）に示すようになる。なお、図２（Ｂ）において、縦軸はＡ点からＣ点までの平均信号を０とし、その平均信号に対する振れを％で表している。
この場合、照明光のレベルが５０Ｈｚで変化し、各画素行の露光時間が１／６０秒であるので、各画素の露光期間における光量の積分値が図２（Ｂ）に示すように変化する。
そして、この図２（Ｂ）では、ピーク・トゥ・ピーク（Ｐ−Ｐ）で約２２％の面内リップルが生じることを表している。また、この図２（Ｂ）に示すＡ点の値とＣ点の値が一致していないことにより、次の１垂直期間には照明との位相関係が全く異なるため、例えばＡ点とＣ点との信号電荷は全く異なるものとなり、これがフリッカとして現れる。
【００２１】
そこで、このような現象を回避するために、まず、露光時間を照明変動周期に合わせて１／１００秒とする方法が考えられる。
図３は６０Ｈｚ系の撮像装置で５０Ｈｚの照明下で撮影を行なう場合に１／１００秒の露光時間を用いた例を示す説明図であり、図３（Ａ）は照明光の変化に対する各画素行毎の露光タイミングを示し、図３（Ｂ）は各画素行毎の露光動作時における照明光のレベル変化を示している。
この場合、照明光のレベルが５０Ｈｚで変化し、各画素行の露光時間が１／１００秒であるので、各画素の露光期間における光量の積分値は図３（Ｂ）に示すように一定となり、フリッカ及びリップルは防止できる。
しかし、この場合には露光時間が１／１００秒に固定されることになり、光量調整が困難になる。
【００２２】
そこで、電子シャッタのタイミングを変えて光量調整を行なうことが考えられる。
図４は６０Ｈｚ系の撮像装置で５０Ｈｚの照明下で撮影を行なう場合に１／３００秒の露光時間を用いた例を示す説明図であり、図４（Ａ）は照明光の変化に対する各画素行毎の露光タイミングを示し、図４（Ｂ）は各画素行毎の露光動作時における照明光のレベル変化を示している。
この場合、フリッカはなくなるものの、リップルはピーク・トゥ・ピーク（Ｐ−Ｐ）で１００％近い面内リップルとなる。
さらに図５は６０Ｈｚ系の撮像装置で５０Ｈｚの照明下で撮影を行なう場合に１／３６００秒の露光時間を用いた例を示す説明図であり、図５（Ａ）は照明光の変化に対する各画素行毎の露光タイミングを示し、図５（Ｂ）は各画素行毎の露光動作時における照明光のレベル変化を示している。
この場合、フリッカが発生し、リップルはピーク・トゥ・ピーク（Ｐ−Ｐ）で１４５％近い面内リップルとなる。
このようにシャッタ速度を速くして露光時間を短縮するほど、フリッカやリップルが顕著に現れることになる。
【００２３】
そこで、本実施の形態による撮像装置では、６０Ｈｚ系の撮像装置で各垂直区間に連続した１／１００秒の露光期間を有し、１／１００秒の露光期間内で分割基数３×ｎ（ｎは正の整数）で決定される分割点を起点とする同時露光動作及び信号読み出し動作（すなわち、１／１００／（３×ｎ）の時間差を有する（３×ｎ）本のスキャン動作）を行うモードにより、フリッカやリップルを除去ないし抑制する。
【００２４】
以下、第１の実施の形態による撮像装置のいくつかの具体的動作例について説明する。
図６は本実施の形態による撮像装置の第１の動作例を示す図であり、６０Ｈｚ系の撮像装置で５０Ｈｚの照明下で撮影を行なう場合に１／１００秒の露光期間を有し、この露光期間内に１／１００／３秒の時間差に相当する３ポイントを同時にスキャンする例を示している。なお、図６（Ａ）は照明光の変化に対する各画素行毎の露光タイミングを示し、図６（Ｂ）は各画素行毎の露光動作時における照明光のレベル変化を示している。
一般に、ＣＭＯＳイメージセンサ等では、画面内で複数のポイントを同時に読み込んだりリセットしたりできるものが考えられる。そこで本実施の形態では、１／１００秒の期間内に１／１００／３秒の時間差に相当する３ポイントを同時にスキャンするものである。すなわち、本例は上述した正の整数ｎを１とした例である。
これにより、各画素の信号について１垂直区間に１／１００／３の間隔で３回の読み込み動作が行われることになる。
また、本例において、各画素のリセットタイミングは読み込みタイミングのそれぞれ１／１００／３秒前から略読み込みタイミングまでとする。なお、このように読み込みタイミングの１／１００／３秒前にリセットした場合、３回のスキャン動作合計で１／１００秒の電子シャッタをかけた場合と同等の輝度となり、リセットタイミングを読み込みタイミングに近づけるにつれて、高速のシャッタをかけたのと同等になる。
【００２５】
図６において、３本のスキャンは、互いに１／３００秒の時間差を有しており、例えばＡ点でいえば、第１のスキャンがくる１／３００秒前にリセットをかけ、第１のスキャンがＡ点にきたときに読み込むと同時にリセットする。次に第２のスキャンが１／３００秒後に来た時に読み込むと同時にリセットする。最後に第３のスキャンが１／３００秒後に来た時に読み込む。このような動作を３つのポイントで同時に行なう。
このような３ポイント同時読みによる３回の読み込み信号は、メモリ手段（記憶部９０）において画素毎に加算され、撮像信号として生成され出力される。
この例では各ポイントはそれぞれトータルで光源の１周期分を蓄積しており、リップル、フリッカ共に発生しないことになる。
【００２６】
図７は本実施の形態による撮像装置の第２の動作例を示す図であり、図７（Ａ）は照明光の変化に対する各画素行毎の露光タイミングを示し、図７（Ｂ）は各画素行毎の露光動作時における照明光のレベル変化を示す。第２の動作例は、図６の動作例に対して１スキャン毎の露光時間を１／９００秒に短縮し、３回のスキャン合計による実効シャッタ速度が１／３００となるように制御するものである。なお、その他の動作は図６に示す例と同様である。
図７（Ｂ）に示すように、本例の場合、リップルはＰ−Ｐで９．４％であり、上述した先行技術の場合に比べて２０ｄＢの改善である。
さらに、最上部のＡ点と最下部のＣ点の位相は一致している。これは次の垂直区間でも全く同一のリップル位相となることを示しており、言い換えれば時間軸方向のフリッカがなくなるということである。また、リップルの周波数も３倍となる。
【００２７】
図８は本実施の形態による撮像装置の第３の動作例を示す図であり、図８（Ａ）は照明光の変化に対する各画素行毎の露光タイミングを示し、図８（Ｂ）は各画素行毎の露光動作時における照明光のレベル変化を示している。第３の動作例は、図６の動作例に対して１スキャン毎の露光時間をさらに１／１０８００秒に短縮し、３回のスキャン合計による実効シャッタ速度が１／３６００となるように制御するものである。なお、その他の動作は図６に示す例と同様である。
図８（Ｂ）に示すように、本例の場合、リップルはＰ−Ｐで１３．８％であり、上述した先行技術の場合に比べて２０ｄＢ以上の改善である。
また、フリッカはもちろん発生せず、リップルの周波数も３倍となる。
【００２８】
以上、本発明の第１の実施の形態では、３ポイント同時読み（３×ｎ＝３）の例を示したが、ｎの値を増やし、ｎ＝２として６ポイント同時読み（３×ｎ＝３）としたり、ｎ＝３として９ポイント同時読み（３×ｎ＝９）として同時読みポイントを増やせば、さらにリップル抑圧効果は大きく向上する。また、リップルの周波数も６倍、９倍と増加させることができる。
図９は本実施の形態において実効シャッタ速度が１／３６００秒の場合にｎを１、２、３と増やして同時読みポイントを増やした場合のリップルの例を示す説明図であり、図９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）と順番に振幅方向に拡大して示した図である。また、図９（Ｄ）は、その改善効果を数値で表した表である。
【００２９】
なお、以上は６０Ｈｚ系の撮像装置で５０Ｈｚの照明下で撮影を行なう場合のモード（第１のモード）について説明したが、６０Ｈｚ系の撮像装置で６０Ｈｚの照明下で撮影を行なう場合、露光時間を１／１２０秒または１／６０秒に切り替えてシャッタ動作を行なう第２のモードに切り替えて撮影を行なうことが可能である。例えば、照明の周波数を検出する手段を搭載し、この検出手段の検出によって照明の周波数を判定してモードを切り替えるようにしてもよいし、あるいはユーザに使用地域等に応じて照明の周波数を切り替えるスイッチを操作させるような構成とし、このスイッチの入力によって照明の周波数を判定してモードを切り替えるようにしてもよい。
また、以上の例では、垂直周波数をＮＴＳＣ方式による６０Ｈｚ系としたことから、露光期間を１／１００秒とする場合について説明したが、デジタルカメラ等においては、垂直周波数が１／３０秒のものが知られており、このような垂直周波数を有する撮像装置では、露光期間を１／５０秒として上述した分割露光を行なうようにしてもフリッカやリップルの防止を図ることが可能である。
【００３０】
以上のような本発明の第１の実施の形態では、垂直周波数が６０Ｈｚ系の撮像装置において、以下のような効果を得ることが可能である。
（１）照明が６０Ｈｚであっても５０Ｈｚであっても蛍光灯下の時間方向フリッカをゼロにできる。したがって、時間積分なども容易で、リップルの周波数検出、位相検出が容易である。
（２）リップルの周波数が３×ｎ倍される。したがって、レンズシェーディングなどの要素からの分離が容易となり、リップルの周波数検出、位相検出が容易となる。
（３）５０Ｈｚの照明下ではそのままで、６０Ｈｚ照明下では露光期間を１／１２０秒または１／６０秒に切り替えることによりシャッタ動作をした際の垂直リップルが大幅に改善される。この効果は３×ｎが大きいほど大である。
（４）したがって蛍光灯下でのシャッタによるＡＥ動作が可能になる。そして、シャッタによるＡＥ動作が可能になったことにより、ＩＲＩＳ機構を省略可能である。
（５）さらに、スチルカメラにおいてはメカシャッタなしのものも実現可能である。
【００３１】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
上述した第１の実施の形態では、垂直周波数が６０Ｈｚ系の撮像装置において５０Ｈｚの照明下で撮影を行なう場合の動作について説明したが、以下に説明する第２の実施の形態は、垂直周波数が５０Ｈｚ系の撮像装置において６０Ｈｚの照明下で撮影を行なう場合の動作について説明する。なお、本例においても撮像装置の構成は基本的に図１に示すものと共通であるものとする。
この第２の実施の形態においても、周波数は異なるものの、上述した図２から図５で説明したのと同様の問題が生じることになる。
そこで、本実施の形態による撮像装置では、５０Ｈｚ系の撮像装置で各垂直区間に連続した１／６０秒または１／１２０秒の露光期間を有し、１／６０秒または１／１２０秒の露光期間内で分割基数５×ｎ（ｎは正の整数）で決定される分割点を起点とする同時露光動作及び信号読み出し動作（すなわち、１／６０／（５×ｎ）または１／１２０／（５×ｎ）の時間差を有する（５×ｎ）本のスキャン動作）を行うモードにより、フリッカやリップルを除去ないし抑制する。すなわち、本例の場合には分割基数が５となっている。
なお、以下の説明においては、便宜的に露光期間を１／６０秒とした場合をモードＡとし、露光期間を１／１２０秒とした場合をモードＢとして説明する。
【００３２】
まず、モードＡでは、前記のスキャンにより各ポイントは１垂直区間に１／６０／（５×ｎ）秒の間隔で５×ｎ回の読み込み動作が行われることになる。各ポイントのリセットタイミングは読み込みタイミングのそれぞれ１／６０／（５×ｎ）秒前から略読み込みタイミングまでの間に設定されることになる。
ここで総露光量（実効シャッタ速度）で考えると、読み込みタイミングの１／６０／（５×ｎ）秒前にリセットした場合に１／６０秒の電子シャッタをかけた場合と同等となり、リセットが読み込みタイミングに近づくにつれ高速のシャッタをかけたのと同等になる。
また、モードＢでは、前記のスキャンにより各ポイントは１垂直区間に１／１２０／（５×ｎ）秒の間隔で５×ｎ回の読み込み動作が行われることになる。各ポイントのリセットタイミングは読み込みタイミングのそれぞれ１／１２０／（５×ｎ）秒前から略読み込みタイミングまでの間に設定されることになる。
ここで総露光量（実効シャッタ速度）で考えると、読み込みタイミングの１／１２０／（５×ｎ）秒前にリセットした場合に１／１２０秒の電子シャッタをかけた場合と同等となり、リセットが読み込みタイミングに近づくにつれ高速のシャッタをかけたのと同等になる。
【００３３】
以下、第２の実施の形態による撮像装置のいくつかの具体的動作例について説明する。
まず実効シャッタ速度を１／６０秒または１／１２０秒として、リップル、フリッカを発生させないようにした例について説明する。
図１０は本実施の形態による撮像装置の第１の動作例を示す図であり、５０Ｈｚ系の撮像装置で６０Ｈｚの照明下で撮影を行なう場合にモードＡによる１／６０秒の露光期間を有し、この露光期間内に１／６０／５秒の時間差に相当する５ポイントを同時にスキャンする例を示している。なお、図１０（Ａ）は照明光の変化に対する各画素行毎の露光タイミングを示し、図１０（Ｂ）は各画素行毎の露光動作時における照明光のレベル変化を示している。
第１、２、３、４、５のスキャンはそれぞれ１／３００秒の時間差を持っている。例えばＡ点でいえば、第１のスキャンがくる１／３００秒前にリセットをかけ、第１のスキャンがＡ点にきたときに読み込むと同時にリセットする。次に第２のスキャンが１／３００秒後にきたときに読み込むと同時にリセットする。さらに、第３、第４、第５のスキャンについても同様である。
このような位相差をもった５ポイントの同時スキャンによる５回の読み込み信号は、メモリ手段（記憶部９０）により加算され出力となる。この例では各ポイントはそれぞれトータルで光源の２周期分を蓄積しており、リップル、フリッカは共に発生しない。
なお、モードＡではもう１点（実効シャッタ速度が１／１２０秒の場合）、リップル、フリッカが共に発生しないポイントがある。
【００３４】
図１１は本実施の形態による撮像装置の第２の動作例を示す図であり、５０Ｈｚ系の撮像装置で６０Ｈｚの照明下で撮影を行なう場合にモードＢによる１／１２０秒の露光期間を有し、この露光期間内に１／１２０／５秒の時間差に相当する５ポイントを同時にスキャンする例を示している。なお、図１１（Ａ）は照明光の変化に対する各画素行毎の露光タイミングを示し、図１１（Ｂ）は各画素行毎の露光動作時における照明光のレベル変化を示している。
第１、２、３、４、５のスキャンはそれぞれ１／６００秒の時間差を持っている。例えばＡ点でいえば、第１のスキャンがくる１／６００秒前にリセットをかけ、第１のスキャンがＡ点にきたときに読み込むと同時にリセットする。次に第２のスキャンが１／６００秒後にきたときに読み込むと同時にリセットする。さらに、第３、第４、第５のスキャンについても同様である。
位相差を持った５ポイントの同時スキャンによる５回の読み込み信号は、メモリ手段（記憶部９０）により加算され出力となる。この例では各ポイントはそれぞれトータルで光源の１周期分を蓄積しており、リップル、フリッカは共に発生しない。
【００３５】
図１２は本実施の形態による撮像装置の第３の動作例を示す図であり、５０Ｈｚ系の撮像装置で６０Ｈｚの照明下で撮影を行なう場合にモードＡによる１／６０秒の露光期間を有し、この露光期間内に１／６０／５秒の時間差に相当する５ポイントを同時にスキャンする例を示している。なお、図１２（Ａ）は照明光の変化に対する各画素行毎の露光タイミングを示し、図１２（Ｂ）は各画素行毎の露光動作時における照明光のレベル変化を示している。
また、本例は実効シャッタ速度を１／３６０秒とした場合の例であり、各ポイントでの蓄積時間は１／１８００秒となっている。
この場合のリップルは図１２（Ｂ）に示すように、Ｐ−Ｐで３．３％となる。図示は省略するが、本実施の形態による機能を用いない場合に比べて３０ｄＢの改善となっている。
さらに、図１２（Ｂ）に示すように、最上部Ａ点と最下部Ｃ点の位相があっている。これは次の垂直区間でも全く同一のリップル位相となることを示しており、言い換えれば時間軸方向のフリッカがなくなるということである。また、リップルの周波数も５倍となっている。
【００３６】
図１３は本実施の形態による撮像装置の第４の動作例を示す図であり、５０Ｈｚ系の撮像装置で６０Ｈｚの照明下で撮影を行なう場合にモードＢによる１／１２０秒の露光期間を有し、この露光期間内に１／１２０／５秒の時間差に相当する５ポイントを同時にスキャンする例を示している。なお、図１３（Ａ）は照明光の変化に対する各画素行毎の露光タイミングを示し、図１３（Ｂ）は各画素行毎の露光動作時における照明光のレベル変化を示している。
また、本例は実効シャッタ速度を１／３６０秒とした場合の例であり、各ポイントでの蓄積時間は１／１８００秒となっている。
この場合のリップル、フリッカの改善状態は図１２に示したモードＢの例と同様である。
【００３７】
なお、以上の各動作例は、５ポイント同時読み（５×ｎ＝５）の例を示したが、５×ｎ＝１０、１５と同時読みポイントを増やせば、リップル抑圧効果は大きく向上する。またリップルの周波数も１０倍、１５倍となっていく。
図１４は本実施の形態において実効シャッタ速度が１／３６００秒の場合にｎを１、２、３と増やして同時読みポイントを増やした場合のリップルの例を示す説明図であり、図１４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）と順番に振幅方向に拡大して示した図である。また、図１４（Ｄ）は、その改善効果を数値で表した表である。
【００３８】
なお、以上は５０Ｈｚ系の撮像装置で６０Ｈｚの照明下で撮影を行なう場合のモード（第１のモード）について説明したが、５０Ｈｚ系の撮像装置で５０Ｈｚの照明下で撮影を行なう場合、露光時間を１／１００秒に切り替えてシャッタ動作を行なう第２のモードに切り替えて撮影を行なうことが可能である。例えば、照明の周波数を検出する手段を搭載し、この検出手段の検出によって照明の周波数を判定してモードを切り替えるようにしてもよいし、あるいはユーザに使用地域等に応じて照明の周波数を切り替えるスイッチを操作させるような構成とし、このスイッチの入力によって照明の周波数を判定してモードを切り替えるようにしてもよい。
【００３９】
以上のような本発明の第２の実施の形態では、垂直周波数が５０Ｈｚ系の撮像装置において、以下のような効果を得ることが可能である。
（１）照明が６０Ｈｚであっても５０Ｈｚであっても蛍光灯下の時間方向フリッカをゼロにできる。したがって、時間積分なども容易でリップルの周波数検出、位相検出が容易である。
（２）リップルの周波数が５×ｎ倍される。したがって、レンズシェーディングなどの要素からの分離が容易となり、リップルの周波数検出、位相検出が容易となる。
（３）６０Ｈｚの照明下ではそのままで、６０Ｈｚの照明下では露光期間を１／１００秒に切り替えることにより、シャッタ動作をした際の垂直リップルが大幅に改善される。この効果は５×ｎが大きいほど大である。
（４）したがって、蛍光灯下でのシャッタによるＡＥ動作が可能になる。そして、シャッタによるＡＥ動作が可能になったことにより、ＩＲＩＳ機構を省略可能である。
（５）さらに、スチルカメラにおいては、メカシャッタなしのものも実現も可能である。
【００４０】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
上述した第１の実施の形態では、５０Ｈｚの照明下で露光期間１／１００秒を有し、その露光期間内で３×ｎの同時露光及び読み出し動作を行なうようにしたが、垂直周波数が６０Ｈｚ系の撮像装置では、正確に６０Ｈｚのシステムも存在するが、ＮＴＳＣのように音声信号との干渉を軽減させるため、６０／１．００１Ｈｚという値を用いることが多い。
したがって、この６０／１．００１Ｈｚのシステムに第１の実施の形態を適用した場合、リップルの振幅は減少するものの位相的には止まらず、垂直方向にゆっくり流れるという減少となる。そのため、視覚的に目立たなくするためには、リップルが止まったほうが好ましい。
そこで、この第３の実施の形態では、６０／１．００１Ｈｚのシステムでリップルが止まるような方法を提供するものである。
【００４１】
図１５は垂直周波数が６０Ｈｚの場合の蓄積（露光）、読み出し方法とその時のリップルの一例を示す説明図であり、図１５（Ａ）は照明光の変化に対する各画素行毎の露光タイミングを示し、図１５（Ｂ）は各画素行毎の露光動作時における照明光のレベル変化を示している。
この例では、１／１００秒の露光期間内に等間隔の６回の露光を行ない、各露光時間を（１／１００）×（１／６）×（１／３）秒としてある。
この場合は画面最上部と画面最下部のリップル位相は正確に一致している。ここで言う最上部、最下部というのは実際の撮像を行なう画素のある部分だけではなく、ブランキング等も含めた垂直期間の始まりと終わりという意味である。この一致によりリップルは垂直方向に流れず止まることになる。
図１６は垂直周波数が６０／１．００１Ｈｚのシステムに対して同じ読み出し方法を適用した場合の説明図であり、図１６（Ａ）は照明光の変化に対する各画素行毎の露光タイミングを示し、図１６（Ｂ）は各画素行毎の露光動作時における照明光のレベル変化を示している。
なお、実際の６０Ｈｚシステムとの位相差はわずかであるが、わかりやすくするため誇張して表している。
【００４２】
リップルの位相は画面最上部から１／６０秒後に画面最上部の位相と一致するが、その後、１．００１／６０−１／６０＝０．００１／６０秒の間、走査が続くことになり、リップル位相はその分先へ進んでしまい、画面最上部の位相と一致しなくなってしまう。そして、次の垂直区間では画面最上部のリップル位相は前の垂直区間の最下部のリップル位相からスタートするため、リップルは止まらず、垂直方向にゆっくり流れることになる。
本実施の形態はこれを解決するために、各読み出しのタイミングを１垂直期間ごとに０．００１／６０秒ずつ進相側へシフトしていくものである。これにより垂直方向の各ポイントにおけるリップル位相は各垂直区間で変化せず、結果としてリップルが流れなくなり、視覚的にも有利となる。
【００４３】
次に本実施の形態における具体的な読み取り方法を説明する。
図１７は本実施の形態による動作例を示す図であり、１．００１／６０秒の垂直区間中に１／１００秒の露光期間を設け、その中で６回の等間隔の蓄積及び読み出しを行なう場合を表している。垂直区間が１．００１／６０秒であること以外は図１５で示した内容そのものである。
図１７（ａ）は画面の上端から下端の間のある１点の読み出し動作を示したものである。
今、ある垂直期間で図１７（ａ）に示すように最後（６回目）の読み込みが露光期間１／１００秒中の最後に一致しているとする。
【００４４】
図１５では次の１垂直区間ではリップルが０．００１／６０秒だけ後ろへずれることになるが、本例によれば、各読み込みタイミングが露光期間のなかで０．００１／６０秒だけ進相するので、ずれがキャンセルされる。
この後、図１７（ｂ）〜（ｄ）を経て１００垂直期間後には１回目の取り込みタイミングが露光期間の先頭の図１７（ｅ）に達する。
そして、この先頭に達した段階で一気に１／６００秒だけ取り込みタイミングを後ろへシフトする。当然リップルの位相も１／６００秒シフトするが、これはちょうどリップルの１周期に相当するため、連続性は保たれ、状態は図１７（ａ）へ戻る。以下これの繰り返しである。
【００４５】
以上のように本実施の形態では、図１５の動作例で問題となるリップルの垂直方向への流れをなくすことができ、視覚上リップルを目立たなくすることができる。すなわち、垂直６０Ｈｚ系のカメラの中でＮＴＳＣのように実際の垂直周波数が６０／１．００１Ｈｚのシステムでは図１５に示す方法でもリップルが垂直方向へゆっくり流れ、完全には止めることができなかったが、本例によってリップルを完全に静止でき、より目立たなくすることができる。
なお、本例を適用しない場合リップルは、１００垂直期間（約１．６７秒）で１リップル分、１０００垂直期間（約１６．６７秒）の間に画面の最上端から最下端に至るという速度で流れることになり、視覚的に捉えやすいものとなる。
【００４６】
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。
この第４の実施の形態は、上述した第１の実施の形態及び第２の実施の形態の動作に加えて、リップルの位相を１垂直区間毎に切り替えることにより、時間軸方向の視覚的積分効果を利用してさらにリップル軽減の効果を高めるようにしたものである。
図１８は垂直周波数が６０Ｈｚの場合の蓄積（露光）、読み出し方法とその時のリップルの一例を示す説明図であり、図１８（Ａ）は照明光の変化に対する各画素行毎の露光タイミングを示し、図１８（Ｂ）は各画素行毎の露光動作時における照明光のレベル変化を示しており、１／１００秒の露光期間内に等間隔の６回の露光を行ない、各露光時間を（１／１００）×（１／６）×（１／３）秒とした例を示している（１／３００秒のシャッタに相当する）。
また、図１９も垂直周波数が６０Ｈｚの場合の蓄積（露光）、読み出し方法とその時のリップルの一例を示す説明図であり、図１９（Ａ）は照明光の変化に対する各画素行毎の露光タイミングを示し、図１９（Ｂ）は各画素行毎の露光動作時における照明光のレベル変化を示しており、露光期間長、露光回数、各露光時間が同じであるが、露光期間のタイミングが（１／１００）×（１／６）×（１／２）秒だけずれている例である。
図１８（Ｂ）及び図１９（Ｂ）に示すように、両者のリップル波形は位相が１８０°ずれている。
【００４７】
そして、この図１８に示す露光期間のタイミングと図１９に示す露光期間のタイミングとを各垂直期間ごとに切り替えるというのが本例の主旨である。
すなわち、露光期間内の等間隔で正の整数ｍの同時走査を行なうモードにおいて、図１８に示す露光区間の位相（第１の位相）は、任意の整数をｋ、任意の係数をαとした場合に、（露光期間／２ｍ）×２ｋ＋αとなり、図１９に示す露光区間の位相（第２の位相）は、（露光期間／２ｍ）×（２ｋ＋１）＋αとなり、この２種類の位相制御を切り替えて露光動作を実行する。
これにより時間的（視覚的）な積分効果によりリップルの見え方を軽減することができる。この切り替えは１垂直期間ごとに図１８と図１９を切り替えるのが一般的であるが、トータルでキャンセルするような組み合わせ（例えば、図１８、図１８、図１９、図１９の順序で切り替えるなど）としても効果は期待でき、このような制御方法も本発明に含まれるものである。
【００４８】
また、上述した第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、リップルを静止させるために、６０Ｈｚ系の撮像装置では露光期間の分割基数を３として３×ｎの同時走査を行ない、５０Ｈｚ系の撮像装置では露光期間の分割基数を５として３×ｎの同時走査を行なうようにしたが、本例では任意の正の整数ｍを用いて同時走査数（＝露光回数）とすることができ、３や５の倍数に限定されないものである。
図２０及び図２１はｍを限定しない制御例を示す図であり、図２０（Ａ）、図２１（Ａ）は照明光の変化に対する各画素行毎の露光タイミングを示し、図２０（Ｂ）、図２１（Ｂ）は各画素行毎の露光動作時における照明光のレベル変化を示しており、１／１００秒の露光期間内に等間隔の５回の露光を行ない、各露光時間を（１／１００）×（１／５）×（１／３）とした場合の例である（１／３００秒シャッタに相当する）。
また、両者の露光タイミングのずらし量は、（１／１００）×（１／５）×（１／２）秒とする。
この場合は、画面上端と下端のリップル位相が合わないため流れることになるが、両者で位相が１８０°ずれており、キャンセル効果が得られる。
【００４９】
なお本発明の主旨である位相差は垂直のブランキング期間を利用して付けられることになる。
例えばＮＴＳＣの３×ｎなどのｎが大きいほどシフト量は小さくできるが、小さい側は必要位相シフト量がブランキング期間長を超える場合は設定できないため制限がある。例えばｎ＝１の３回露光は不可である。
しかし、図１に示すようにメモリ手段（記憶部９０）を使う方式では、スキャン速度を通常のＮＴＳＣより速くすることが可能で、この場合はイメージセンサの読み出し時のブランキング期間（時間）が長くできるため、３回露光なども充分に可能となる（なお、以下に説明する第５の実施の形態の動画像歪み改善用のスキャン方法はその一例である）。
【００５０】
本実施の形態では以下のような効果を得ることが可能である。
（１）上述した第１〜第３の実施の形態の制御と併用することにより、リップル軽減効果が大きくなる。
（２）本実施の形態によるリップル軽減効果を用いることにより、リップルを悪化させることなく、上述した第１〜第３の実施の形態による制御の同時走査数を減らすことができ、制御の簡素化を図ることも可能となる。
【００５１】
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。
上述のようにＣＭＯＳイメージセンサ等のライン順次でシャッタ走査を行なう撮像装置においては、画面内の位置によって露光タイミングが一定の時差を有することから、移動体の撮影を行なう場合に、露光タイミングの時差によって動画像に歪みが生じる。
そこで、本例では、この動画像歪みを改善する方法として、画面の垂直方向の上部から下部までのスキャン時間をＴ（Ｔ≦１垂直周期）とした場合に、画面内でＮ個（Ｎは２以上の整数）の同時または略同時の露光動作及び信号読み出し動作を行ない、かつ、そのＮ個のスキャン間隔をＴ／Ｎとし、その読み出した信号を各画素毎に加算して撮像信号を生成するモードを設けたものである。
【００５２】
まず、動画像歪みについて説明する。
図２２はＣＣＤイメージセンサなどの面内の露光期間に時間差がない場合の動画像の例を示す説明図である。
ここで棒状の被写体が左から右へ動いているとする。画面内各画素の露光時間が１垂直期間である場合、被写体はその時間内に移動するため得られる被写体像１１０Ａはその移動方向に広がりを持つことになる。
しかしながら、面内の露光期間に時間差がないため画面上部と下部で差異を生じることはない。
一方、図２３はＣＭＯＳイメージセンサなどの面内の露光期間に時間差がある場合の動画像の例を示す説明図である。
リセット・露光のタイミングは画面下ほど時間的に遅れるため、図示のように傾いた被写体像１１０Ｂが得られることになる。
【００５３】
そこで、これを緩和するため画面の複数ポイントを同時にスキャンする方法が考えられる。
ＣＭＯＳイメージセンサは、垂直走査手段の機能により、原理上はこのような複数ポイントを同時読みできるものも製作可能である。
図２４は垂直方向等分に２ポイントの同時スキャンをする例を示している。ここで、第１のスキャンは画面上部から始まり１垂直時間後に画面下部で終わる。第２のスキャンは画面中央から始まり、１／２垂直時間後に画面下部に到達した後、画面上部に移り、１垂直時間後には画面中央部で終わる。
各画素はスキャン直後にリセットをかけるとすると、それぞれの画素の露光時間は１垂直時間の１／２となり、被写体像１１０Ｃの広がりも１／２となる。この２つのスキャンにより得られた信号は、メモリ手段などによりそれぞれの画素ごとに合成（加算）されるので、結果的に被写体像の広がりは複数ポイント同時スキャンでない場合と同等になる。しかし、図２４からわかるとおり、画面の上半分と下半分を同時読みしているため、上下の時間差が縮小していることがわかる。
図２５はさらに同時読みポイントを増やして５ポイントとした例を示している。ここで各露光時間は１／５となり、メモリ手段による合成後は被写体像１１０Ｄの広がりは同じであるが、上下の時間差による歪みはかなり改善されることがわかる。
この歪み改善を効果的にするためには、各スキャンが画面内等分となっていることが重要である。
【００５４】
一方、例えば上述した第１〜第３の実施の形態で説明したもののように、この複数ポイント同時読みを１垂直期間内のある決まった区間中に行いたいという要請がある。
図２６は第１の実施の形態で説明した、１垂直期間１／６０秒のＮＴＳＣにおいて、横軸に時間、縦軸に画面垂直方向位置をとり、複数ポイント同時読みをしない場合のスキャンの様子を示した図である。
１垂直期間の始まりではスキャン位置は画面上部にあり、時間と共に画面下部に移っていき、１垂直期間後には画面下部へ到達する。
また、図２７は、３ポイント同時読みを行なった場合の図２６と同様の図である。
このように時間的に１垂直期間内等分にした複数ポイント同時スキャンでは、垂直方向の位置的にも画面内等分となり、前述の歪み改善にとって良い結果をもたらす。
【００５５】
しかしながら、複数ポイント同時読みを１垂直期間内のある決まった区間中に行うという場合は上記画面内等分という関係がくずれることになる。
図２８は１垂直期間内（１／１００秒）の間に３回の読み出し、すなわち３ポイントの同時読みをする例を示している。
時間的には１／１００秒内で等分であるが、位置的には画面内等分とはならないことがわかる。このような状況では前述の歪み改善効果はあまり期待できないことになる。
そこで本実施の形態では、１垂直期間内のある決まった区間をＴとする時に、画面の上部から下部までのスキャン時間もＴとし、そのスキャン時間内で複数ポイント同時読みをするようにした。
【００５６】
図２９は本実施の形態によるスキャン動作を示す図であり、横軸に時間、縦軸に画面垂直方向位置をとり、３ポイント同時読みをする場合のスキャンの様子を示している。時間的に１／１００秒内で等分となると同時に位置的に画面内等分となっている。
またこの場合のＴは、Ｔ≦１垂直周期となるが、メモリ手段などにより時間Ｔで書き込み・合成し、１垂直期間で読み出すという操作をすることになる。
このような垂直方向複数ポイント同時読み込みの効果により、面内露光・読み出し時間差による動画像の歪みを小さくできる。
さらに、スキャン時間を露光期間に合わせたので、露光期間が１垂直周期と異なっても画面の最上部から最下部までを等分にすることができ、面内露光・読み出し時間差による歪みをさらに小さくできる。
なお、同時読み込みの数を大きくするほどスキャンの間隔内での時間差が小さくなるため、歪みは小さくできる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の撮像装置では、例えば垂直同期周波数と異なる所定の照明周波数を有する照明下で撮影を行なう場合に、その所定の照明周波数に対応して各垂直期間内で連続する所定の露光期間を設定するとともに、さらに所定の露光期間と垂直同期周波数との位相差によって決定される所定の分割基数を選択し、露光期間を分割基数の整数倍で割ることによって決定される各分割点を起点とする同時または略同時の露光動作及び信号読み出し動作を行ない、その読み出した信号を各画素毎に加算して撮像信号を生成することにより、フリッカやリップルの発生を防止または抑制でき、画質の向上を図ることが可能となる。
【００５８】
また本発明の撮像装置では、所定の照明周波数に対応する各垂直期間内で連続する所定の露光期間を設定するとともに、さらに所定の露光期間内で等間隔にｍ（ｍは正の整数）本の同時走査または略同時走査を行ない、各走査によって読み出された信号を各画素毎に加算して撮像信号を生成する場合において、各垂直周期毎に垂直区間に対する露光区間の位相を、任意の整数をｋ、任意の係数をαとした場合に、（露光期間／２ｍ）×２ｋ＋αとなる第１の位相と、（露光期間／２ｍ）×（２ｋ＋１）＋αとなる第２の位相とのいずれか一方を選択して露光制御を行なうことにより、各垂直区間毎に生じるリップルをその位相の切り替えによって相殺することが可能となり、リップルを抑制した画像を出力することが可能となる。
【００５９】
また本発明の撮像装置では、画面の垂直方向の上部から下部までのスキャン時間をＴ（Ｔ≦１垂直周期）とした場合に、画面内でＮ個（Ｎは２以上の整数）の同時または略同時の露光動作及び信号読み出し動作を行ない、かつ、そのＮ個のスキャン間隔をＴ／Ｎとし、その読み出した信号を各画素毎に加算して撮像信号を生成することから、面内露光及び読み出し動作に含まれる時間差に起因する動画歪みを抑制でき、画質の向上をはかることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に対する第１の先行動作例を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態に対する第２の先行動作例を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態に対する第３の先行動作例を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態に対する第４の先行動作例を示す説明図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態による第１の動作例を示す説明図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態による第２の動作例を示す説明図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態による第３の動作例を示す説明図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態において同時読みポイントを増やした場合のリップルの例を示す説明図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態による第１の動作例を示す説明図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態による第２の動作例を示す説明図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態による第３の動作例を示す説明図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態による第４の動作例を示す説明図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態において同時読みポイントを増やした場合のリップルの例を示す説明図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態に対する第１の先行動作例を示す説明図である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態に対する第２の先行動作例を示す説明図である。
【図１７】本発明の第３の実施の形態による動作例を示す説明図である。
【図１８】本発明の第４の実施の形態による第１の動作例を示す説明図である。
【図１９】本発明の第４の実施の形態による第２の動作例を示す説明図である。
【図２０】本発明の第４の実施の形態による第３の動作例を示す説明図である。
【図２１】本発明の第４の実施の形態による第４の動作例を示す説明図である。
【図２２】ＣＣＤイメージセンサで移動体を撮影した場合の画像の例を示す説明図である。
【図２３】ＣＭＯＳイメージセンサで移動体を撮影した場合の画像歪みの第１の例を示す説明図である。
【図２４】ＣＭＯＳイメージセンサで移動体を撮影した場合の画像歪みの第２の例を示す説明図である。
【図２５】ＣＭＯＳイメージセンサで移動体を撮影した場合の画像歪みの第３の例を示す説明図である。
【図２６】ＣＭＯＳイメージセンサにおけるスキャン動作を示す説明図である。
【図２７】ＣＭＯＳイメージセンサにおいて３ポイント同時読みを行なった場合のスキャン動作を示す説明図である。
【図２８】ＣＭＯＳイメージセンサにおいて垂直期間１／１００秒の間に３ポイント同時読みを行なった場合のスキャン動作を示す説明図である。
【図２９】本発明の第５の実施の形態で垂直期間１／１００秒の間に画面内等分による３ポイント同時読みを行なった場合のスキャン動作を示す説明図である。
【符号の説明】
１０……撮像画素部、２１、２２、２３……垂直タイミング発生回路。３１、３２、３３……シャッタタイミング発生回路、４１、４２、４３……垂直信号線、５１、５２、５３……水平信号線、６１、６２、６３……バッファ部、７０……水平タイミング発生回路、８０……画像処理部、９０……記憶部、１００……マイコン。

Claims (21)

1. 光電変換素子とその読み出し回路とを含む複数の画素を２次元配列して構成される撮像画素部と、前記撮像画素部を垂直方向に走査する垂直走査手段と、前記撮像画素部を水平方向に走査する水平走査手段と、前記垂直走査手段及び水平走査手段のタイミングを制御して前記撮像画素部における露光動作及び信号読み出し動作を実行する制御手段とを具備し、
   前記制御手段は、所定の照明周波数に対応して各垂直期間内で連続する所定の露光期間を設定するとともに、さらに前記所定の露光期間と垂直同期周波数との位相差によって決定される所定の分割基数を選択し、前記露光期間を分割基数の整数倍で割ることによって決定される各分割点を起点とする同時または略同時の露光動作及び信号読み出し動作を行ない、その読み出した信号を各画素毎に加算して撮像信号を生成するモードを有している、
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記所定の照明周波数は、装置固有の垂直同期周波数に対して異なる周波数であることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記垂直同期周波数が６０Ｈｚ系の撮像装置であって、各垂直区間に連続した１／１００秒の露光期間を有し、前記１／１００秒の露光期間内で分割基数３×ｎ（ｎは正の整数）で決定される分割点を起点とする同時または略同時の露光動作及び信号読み出し動作を行う第１のモードを有することを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
4. 前記照明周波数が６０Ｈｚである場合に、前記第１のモードをオフし、露光時間を１／１２０Ｈｚまたは１／６０Ｈｚとして露光動作を行なう第２のモードを有することを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
5. 前記照明周波数を検出する検出手段を有し、前記検出手段によって照明周波数が６０Ｈｚであると検出された場合に前記第２のモードを選択することを特徴とする請求項４記載の撮像装置。
6. 前記照明周波数に関する情報を入力する入力手段を有し、前記入力手段からの入力によって照明周波数が６０Ｈｚであると判定された場合に前記第２のモードを選択することを特徴とする請求項４記載の撮像装置。
7. 前記第１のモードにおいて、信号読み出し動作のタイミングを１垂直期間毎に０．００１／６０秒ずつ進相方向にシフトしていくことを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
8. 前記垂直同期周波数が５０Ｈｚ系の撮像装置であって、各垂直区間に連続した１／６０秒または１／１２０秒の露光期間を有し、前記１／６０秒または１／１２０秒の露光期間内で分割基数５×ｎ（ｎは正の整数）で決定される分割点を起点とする同時または略同時の露光動作及び信号読み出し動作を行う第１のモードを有することを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
9. 前記照明周波数が５０Ｈｚである場合に、前記第１のモードをオフし、露光時間を１／５０Ｈｚとして露光動作を行なう第２のモードを有することを特徴とする請求項８記載の撮像装置。
10. 前記照明周波数を検出する検出手段を有し、前記検出手段によって照明周波数が５０Ｈｚであると検出された場合に前記第２のモードを選択することを特徴とする請求項９記載の撮像装置。
11. 前記照明周波数に関する情報を入力する入力手段を有し、前記入力手段からの入力によって照明周波数が５０Ｈｚであると判定された場合に前記第２のモードを選択することを特徴とする請求項９記載の撮像装置。
12. 光電変換素子とその読み出し回路とを含む複数の画素を２次元配列して構成される撮像画素部と、前記撮像画素部を垂直方向に走査する垂直走査手段と、前記撮像画素部を水平方向に走査する水平走査手段と、前記垂直走査手段及び水平走査手段のタイミングを制御して前記撮像画素部における露光動作及び信号読み出し動作を実行する制御手段とを具備し、
    前記制御手段は、所定の照明周波数に対応して各垂直期間内で連続する所定の露光期間を設定するとともに、さらに前記所定の露光期間内で等間隔にｍ（ｍは正の整数）本の同時走査または略同時走査を行ない、各走査によって読み出された信号を各画素毎に加算して撮像信号を生成するモードを有し、
    前記モードにおいて、各垂直周期毎に垂直区間に対する露光区間の位相を、任意の整数をｋ、任意の係数をαとした場合に、
    （露光期間／２ｍ）×２ｋ＋αとなる第１の位相と、
    （露光期間／２ｍ）×（２ｋ＋１）＋αとなる第２の位相と、
    のいずれか一方を選択して露光制御を行なう、
    ことを特徴とする撮像装置。
13. 前記所定の照明周波数は、装置固有の垂直同期周波数に対して異なる周波数であることを特徴とする請求項１２記載の撮像装置。
14. 前記第１の位相と第２の位相とを垂直期間毎に交互に切り替えて露光制御を行なうことを特徴とする請求項１２記載の撮像装置。
15. 前記垂直同期周波数が６０Ｈｚ系の撮像装置であって、各垂直区間に連続した１／１００秒の露光期間を有し、前記ｍが３の倍数であることを特徴とする請求項１３記載の撮像装置。
16. 前記垂直同期周波数が５０Ｈｚ系の撮像装置であって、各垂直区間に連続した１／６０秒または１／１２０秒の露光期間を有し、前記ｍが５の倍数であることを特徴とする請求項１３記載の撮像装置。
17. 光電変換素子とその読み出し回路とを含む複数の画素を２次元配列して構成される撮像画素部と、前記撮像画素部を垂直方向に走査する垂直走査手段と、前記撮像画素部を水平方向に走査する水平走査手段と、前記垂直走査手段及び水平走査手段のタイミングを制御して前記撮像画素部における露光動作及び信号読み出し動作を実行する制御手段とを具備し、
    前記制御手段は、画面の垂直方向の上部から下部までのスキャン時間をＴ（Ｔ≦１垂直周期）とした場合に、画面内でＮ個（Ｎは２以上の整数）の同時または略同時の露光動作及び信号読み出し動作を行ない、かつ、そのＮ個のスキャン間隔をＴ／Ｎとし、その読み出した信号を各画素毎に加算して撮像信号を生成するモードを有している、
    ことを特徴とする撮像装置。
18. 前記垂直同期周波数が６０Ｈｚ系の撮像装置であって、前記スキャン時間Ｔが１／１００秒であることを特徴とする請求項１７記載の撮像装置。
19. 前記垂直同期周波数が５０Ｈｚ系の撮像装置であって、前記スキャン時間Ｔが１／６０秒または１／１２０秒であることを特徴とする請求項１７記載の撮像装置。
20. 前記垂直同期周波数が６０Ｈｚ系の撮像装置であって、前記Ｎが３の倍数であることを特徴とする請求項１７記載の撮像装置。
21. 前記垂直同期周波数が５０Ｈｚ系の撮像装置であって、前記Ｎが５の倍数であることを特徴とする請求項１７記載の撮像装置。

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