JP2010050636A - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズ成分読み込みと信号成分読み込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ことが可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】カメラ本体１００にピント調整用レンズ駆動用アクチュエータの駆動周波数がｆであるレンズユニット３００が装着された場合、タイミング発生回路１８により、ノイズ成分読み込みと信号成分読み込み時の時間差ΔＴ’がアクチュエータの駆動周波数ｆの逆数の整数倍となるように設定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＭＯＳ型イメージセンサ等の撮像素子を用いた撮像装置及びその制御方法に関し、特に、画質の劣化を防止する技術に関する。

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」と称する）を使用するのが一般的である。ＣＭＯＳセンサは、図２に示すように、フォトダイオード（以後、「ＰＤ」と称する）４０１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）４１１に蓄積する。そして、走査回路（不図示）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全て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。

図２に示すような画素部の等価回路を有するＣＭＯＳセンサが動作した場合、図３に示すＴ２時間経過後、フォトダイオード（ＰＤ）４０１の光電荷の蓄積が終了する。そして、ΦＳＥＬ（ｎ）がアクティブになり、行選択スイッチ（ＴＳＥＬ）４０６がオンし、ｎ行目につながっている全ての画素の、画素アンプで構成されるＳＦ４１０が動作状態になる。そして、画素アンプで構成されるＳＦ４１０のゲートであるＦＤ４１１はＴ３期間でΦＲＥＳ（ｎ）がアクティブになり、ＴＲＥＳがオンとなり、ＳＦ４１０のゲートであるＦＤ４１１はリセットされる。すなわち、垂直出力線４１３にはこのダークレベルの信号が出力される。ここで、ダークレベルの信号出力を信号蓄積部４１６に保持するＴ３からＴ４までの期間を「Ｎ読み」（ノイズ成分読み込み）という。

ダークレベルの信号蓄積部４１６への転送（Ｎ読み）が終了した時点で、ＰＤ１に蓄積されていた信号電荷を、ΦＴＸ（ｎ）をＴ５期間アクティブとし、転送スイッチ４０２をオンする。そして、画素アンプで構成されるＳＦ４１０のゲートであるＦＤ４１１に転送する。ここで、ΦＴＳがＴ６期間だけアクティブになり、転送ゲート４１５ａがオンし、信号レベルが信号蓄積部４１６に保持される。画素での信号レベルの信号出力を保持する期間を「Ｓ読み」という。そして、信号レベルとダークレベルの差分検出を行うことで、通常被写体の撮影においてはＳ／Ｎの高い信号を得ることができる。

また、光電変換手段から読み出された信号に含まれるノイズ成分に対して差分処理を行う差分手段を備え、撮像条件を検出する検出手段の出力に応じて差分処理を行うことに対する補正を行う撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、フィードバック方式のＯＢクランプ回路を備えた撮像装置において、ＯＢクランプ回路における負帰還信号の振幅を逆並列接続されたダイオードにより所定値以下に制限することにより、撮像信号の黒沈みを避けることができる（例えば、特許文献２参照）。
特開２００１−２４９４９号公報 特開２００３−２４４５６１号公報 特開２００３−３３３４０４号公報

しかしながら、「Ｎ読み」と「Ｓ読み」は前述の通り同時刻に実行されないため、時間的に変動するノイズが「Ｎ読み」と「Ｓ読み」時に重畳された場合は、差分検出手段でノイズを取り除くことができない。時間的に変動するノイズとしては、レンズなどのアクチュエータを駆動時、ストロボ充電回路や電源回路などのスイッチングコンバータ動作時に発生するスイッチングノイズがＧＮＤや電源ラインを介して撮像素子に混入する場合がある。また、誘導ノイズとして撮像素子内の配線に影響を与える場合などが考えられる。このようなノイズに対しては、撮像動作とストロボ充電動作を排他的に行なうことで、撮像回路へのノイズ混入を回避する技術が開示されている（例えば、特許文献３参照）。

しかしながら、排他処理による処理時間の増大や、また、動画撮影時のレンズフォーカス駆動など、撮像動作と排他することが困難な処理に対しては対応することができない。

本発明は、上記問題に鑑みて成されたものであり、「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ことが可能となる撮像装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の撮像装置は、入射した光を電気信号に変換して蓄積する光電変換手段と、前記光電変換手段で発生する信号成分から、前記光電変換手段で発生するノイズ成分を差し引く差分検出手段と、前記光電変換手段で発生する信号成分を前記差分検出手段が読み込む第１のタイミングと前記光電変換手段で発生するノイズ成分を前記差分検出手段が読み込む第２のタイミングを変更するタイミング変更手段と備え、前記差分検出手段の動作時に発生するノイズ周波数情報に基づき、前記タイミング変更手段により前記第１および前記第２のタイミングを変更することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項４記載の撮像装置は、入射した光を電気信号に変換して蓄積する光電変換手段と、前記光電変換手段で発生する信号成分から、前記光電変換手段で発生するノイズ成分を差し引く差分検出手段と、撮像装置内部で周期的に駆動されるアクチュエータの駆動周波数を変更する駆動周波数変更手段とを備え、前記光電変換手段で発生する信号成分を前記差分検出手段が読み込む第１のタイミングと前記光電変換手段で発生するノイズ成分を前記差分検出手段が読み込む第２のタイミングの時間差に基づき、前記駆動周波数変更手段により前記駆動周波数を変更することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項７記載の撮像装置の制御方法は、入射した光を電気信号に変換して蓄積する光電変換手段を備える撮像装置の制御方法において、前記光電変換手段で発生する信号成分から、前記光電変換手段で発生するノイズ成分を差し引く差分検出工程と、前記光電変換手段で発生する信号成分が前記差分検出工程にて読み込まれる第１のタイミングと前記光電変換手段で発生するノイズ成分が前記差分検出工程にて読み込まれる第２のタイミングを変更するタイミング変更工程と備え、前記差分検出工程で発生するノイズ周波数情報に基づき、前記タイミング変更工程にて前記第１および前記第２のタイミングを変更することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項８記載の撮像装置の制御方法は、入射した光を電気信号に変換して蓄積する光電変換手段を備える撮像装置の制御方法において、前記光電変換手段で発生する信号成分から、前記光電変換手段で発生するノイズ成分を差し引く差分検出工程と、撮像装置内部で周期的に駆動されるアクチュエータの駆動周波数を変更する駆動周波数変更工程とを備え、前記光電変換手段で発生する信号成分が前記差分検出工程にて読み込まれる第１のタイミングと前記光電変換手段で発生するノイズ成分が前記差分検出工程にて読み込まれる第２のタイミングの時間差に基づき、前記駆動周波数変更工程にて前記駆動周波数を変更することを特徴とする。

本発明によれば、撮像装置の「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ことが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の回路構成を示すブロック図である。

図１において、撮像装置は、例えば、レンズ交換式の一眼レフデジタルカメラであり、カメラ本体１００と、レンズユニット３００と、記録媒体２００とで構成される。シャッタ１２は、撮像素子１４の露光量を制御する開閉機構である。撮像素子１４は、ＣＭＯＳ型イメージセンサで構成され、光学像を電気信号に変換する。レンズユニット３００内の撮影レンズ３１０に入射した光線は、絞り３１２、レンズマウント３０６，１０６、ミラー１３０及びシャッタ１２を通じて一眼レフ方式により導かれた撮像素子１４上に光学像として結像する。

Ａ／Ｄ変換器１６は、撮像素子１４から出力されるアナログ信号をディジタル信号に変換する。タイミング発生回路１８は、メモリ制御回路２２及びシステム制御回路５０によって制御され、撮像素子１４、Ａ／Ｄ変換器１６及びＤ／Ａ変換器２６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。

画像処理回路２０は、Ａ／Ｄ変換器１６からのデータ或いはメモリ制御回路２２からのデータに対して所定の画素補間処理や色変換処理を行う。画像処理回路２０は、撮像された画像データを用いて所定の演算処理を行う。画像処理回路２０は、得られた演算結果に基づき、システム制御回路５０がシャッタ制御部４０及び測距制御部４２を制御するためのＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式のＡＦ（オートフォーカス）処理、ＡＥ（自動露出）処理及びＥＦ（ストロボ調光）処理を行う。また、画像処理回路２０は、撮像された画像データを用いて所定の演算処理を行い、得られた演算結果に基づいてＴＴＬ方式のＡＷＢ（オートホワイトバランス）処理を行う。

メモリ制御回路２２は、Ａ／Ｄ変換器１６、タイミング発生回路１８、画像処理回路２０、画像表示メモリ２４、Ｄ／Ａ変換器２６、メモリ３０及び圧縮・伸長回路３２を制御する。Ａ／Ｄ変換器１６からのデータは、画像処理回路２０及びメモリ制御回路２２を介して、或いは直接、メモリ制御回路２２を介して画像表示メモリ２４或いはメモリ３０に書き込まれる。

画像表示メモリ２４に書き込まれた表示用の画像データは、Ｄ／Ａ変換器２６を介して、ＴＦＴ方式のＬＣＤからなる画像表示部２８に表示される。撮像された画像データを画像表示部２８で逐次表示する場合、電子ファインダ機能を実現することが可能である。また、画像表示部２８は、システム制御回路５０の指示に従って表示のＯＮ／ＯＦＦを任意に行うことが可能である。

メモリ３０は、撮影された静止画像や動画像を格納する。メモリ３０は、所定枚数の静止画像や所定時間の動画像を格納するのに十分な記憶容量を有している。また、メモリ３０は、システム制御回路５０の作業領域としても使用することが可能である。圧縮・伸長回路３２は、適応離散コサイン変換（ＡＤＣＴ）などにより画像データを圧縮伸長する。圧縮・伸長回路３２は、メモリ３０に格納された画像を読み込んで圧縮処理或いは伸長処理を行い、処理を終えたデータをメモリ３０に書き込む。シャッタ制御部４０は、測光制御部４６からの測光情報に基づいて絞り３１２を制御する絞り制御部３４０と連携しながらシャッタ１２を制御する。

カメラ本体内の防振制御部４１は、手ブレ検知部と、撮像素子１４を駆動するためのアクチュエータ、アクチュエータを駆動するための駆動回路とからなる。

測距制御部４２は、ＡＦ処理を行うための測距手段である。測距制御部４２は、レンズユニット内の撮影レンズ３１０に入射した光線を絞り３１２、レンズマウント３０６，１０６、ミラー１３０及び不図示の測距用サブミラーを介して一眼レフ方式で入射することにより、光学像として結像された画像の合焦状態を測定する。

測光制御部４６は、ＡＥ処理を行うための測光手段である。測光制御部４６は、レンズユニット内の撮影レンズ３１０に入射した光線を、絞り３１２、レンズマウント３０６，１０６、ミラー１３０及び測光用サブミラーを介して一眼レフ方式で入射することにより、光学像として結像された画像の露出状態を測定する。該測光制御部４６は、ストロボ４８と連携することにより、ＥＦ処理機能も有する。ストロボ４８は、ＡＦ補助光の投光機能及びストロボ調光機能を有する。また、ストロボ４８は、不図示のストロボ充電回路を有する。

システム制御回路５０は、カメラ本体１００全体を制御し、周知のＣＰＵなどを内蔵する。メモリ５２は、システム制御回路５０の動作用の定数、変数、プログラムなどを記憶する。表示部５４は、システム制御回路５０でのプログラムの実行に応じて、文字、画像、音声などで動作状態やメッセージなどを表示する液晶表示装置、スピーカなどを有し、カメラ本体１００の操作部近辺の視認し易い単数或いは複数箇所に設置されている。表示部５４は、ＬＣＤ、ＬＥＤ、発音素子などの組み合わせにより構成されている。また、表示部５４の一部の機能は光学ファインダ１０４内に設けられている。

不揮発性メモリ５６は、後述するプログラムなどが格納された電気的に消去・記録可能な記憶手段であり、不揮発性メモリとしてＥＥＰＲＯＭなどが用いられる。この不揮発性メモリ５６には、各種パラメータやＩＳＯ感度などの設定値、設定モード、及び各種補正データ等が格納される。

６０，６２，６４，６６，６９及び７０は、システム制御回路５０の各種動作指示を入力するための操作部であり、スイッチ、ダイヤルで構成される。なお、これらはタッチパネルを用いた構成としてもよい。モードダイアルスイッチ６０は、各種撮影モードを設定するためのスイッチである。

シャッタースイッチ（ＳＷ１）６２は、不図示のシャッターボタンの操作途中でＯＮとなり、ＡＦ処理、ＡＥ処理、ＡＷＢ処理、ＥＦ処理などの動作開始を指示するためのスイッチである。シャッタースイッチ（ＳＷ２）６４は、不図示のシャッターボタンの操作完了でＯＮとなる。

シャッタースイッチ６４は、露光処理、現像処理、及び記録処理という一連の処理の動作開始を指示するためのスイッチである。露光処理は、撮像素子１４から読み出した信号をＡ／Ｄ変換器１６、メモリ制御回路２２を介してメモリ３０に画像データを書き込むことを意味する。現像処理は、画像処理回路２０やメモリ制御回路２２での演算を用いた処理を意味する。記録処理は、メモリ３０から画像データを読み出し、圧縮・伸長回路３２で圧縮を行い、記録媒体２００に画像データを書き込むことを意味する。

再生スイッチ６６は、撮影モード状態で撮影された画像をメモリ３０或いは記録媒体２００から読み出して画像表示部２８に表示する再生動作の開始を指示するためのスイッチである。ＩＳＯ感度設定スイッチ６９は、撮像素子１４或いは画像処理回路２０におけるゲインの設定を変更することによりＩＳＯ感度を設定するためのスイッチである。

操作部７０は各種ボタンやタッチパネルなどから成る。操作部７０は、メニューボタン、セットボタン、マクロボタン、マルチ画面再生改ページボタン、ストロボ設定ボタン、単写／連写／セルフタイマ切替ボタン、メニュー移動＋（プラス）ボタン、メニュー移動−（マイナス）ボタンを備える。また、再生画像移動＋ボタン、再生画像−ボタン、撮影画質選択ボタン、露出補正ボタン、日付／時間設定ボタン、パノラマモード等の撮影及び再生を実行する際に各種機能の選択および切り替えを設定する選択／切り替えボタンを備える。また、パノラマモード等の撮影及び再生を実行する際に各種機能の決定及び実行を設定する決定／実行ボタン、画像表示部２８のＯＮ／ＯＦＦを設定する画像表示ＯＮ／ＯＦＦスイッチを備える。また、撮影直後に撮影した画像データを自動再生するクイックレビュー機能を設定するクイックレビューＯＮ／ＯＦＦスイッチを備える。また、ＪＰＥＧ圧縮の圧縮率を選択するため、或いは撮像素子の信号をそのままディジタル化して記録媒体に記録するＣＣＤＲＡＷモードを選択するためのスイッチである圧縮モードスイッチを備える。また、再生モード、マルチ画面再生・消去モード、ＰＣ接続モード等の各機能モードを設定可能な再生スイッチ、ＡＦモード設定スイッチなどを備える。ＡＦモード設定スイッチでは、シャッタースイッチＳＷ１を押した際にオートフォーカス動作を開始して合焦状態を保ち続けるワンショットＡＦモードと、ＳＷ１を押している間、連続してオートフォーカス動作を続けるサーボＡＦモードとが設定可能である。また、上記プラスボタン及びマイナスボタンの各機能は、回転ダイアルスイッチを備えることによって、より軽快に数値や機能を選択することが可能となる。

電源スイッチ７２は、カメラ本体１００の電源オン／オフの各モードを切り替え設定可能である。また、カメラ本体１００に接続されたレンズユニット３００、外部ストロボ、記録媒体２００等の各種付属装置の電源オン／オフの設定も合わせて切り替え設定可能である。

電源制御部８０は、電池検出回路、ＤＣ−ＤＣコンバータ、通電するブロックを切り替えるスイッチ回路などから構成されており、電池の装着の有無、電池の種類、電池残量の検出を行う。そして、その検出結果及びシステム制御回路５０の指示に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータを制御し、必要な電圧を必要な期間、記録媒体を含む各部に供給する。

８２及び８４はコネクタである。８６はアルカリ電池やリチウム電池などの一次電池、ＮｉＣｄ電池、ＮｉＭＨ電池、Ｌｉ電池などの二次電池、ＡＣアダプタなどからなる電源部である。

９０はメモリカードやハードディスク等の記録媒体とのインターフェース、９１はメモリカードやハードディスクなどの記録媒体との接続を行うコネクタ、９８はコネクタ９１に記録媒体２００が装着されているか否かを検知する記録媒体着脱検知部である。

光学ファインダ１０４は、撮影レンズ３１０に入射した光線を、一眼レフ方式によって、絞り３１２、レンズマウント３０６，１０６、ミラー１３０，１３２を介して導き、光学像として結像させて表示することが可能である。これにより、画像表示部２８による電子ファインダ機能を使用することなく、光学ファインダ１０４だけを用いて撮影を行うことが可能である。また、光学ファインダ１０４内には、表示部５４の一部の機能、例えば、合焦表示、手振れ警告表示、ストロボ充電表示、シャッタースピード表示、絞り値表示、露出補正表示などが設けられている。

通信部１１０は、ＲＳ２３２Ｃ、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、Ｐ１２８４、ＳＣＳＩ、モデム、ＬＡＮ、無線通信などの各種通信機能を有する。１１２は通信部１１０によりカメラ本体１００を他の機器と接続するコネクタ、若しくは無線通信を行う場合のアンテナである。１２０はレンズマウント１０６内でカメラ本体１００をレンズユニット３００と接続するためのインターフェース（Ｉ／Ｆ）である。１２２はカメラ本体１００をレンズユニット３００と電気的に接続するコネクタである。また、レンズマウント１０６及び／またはコネクタ１２２にレンズユニット３００が装着されているか否かは、レンズ着脱検知部４４により検知される。

コネクタ１２２は、カメラ本体１００とレンズユニット３００との間で制御信号、状態信号、データ信号などを伝え合うと共に、各種電圧の電流を供給する機能も備えている。また、コネクタ１２２は電気通信だけでなく、光通信、音声通信などを伝達する構成としてもよい。本実施形態では、レンズユニット３００からカメラ本体１００へ伝達されるデータ信号には、レンズユニット内のアクチュエータ駆動周波数情報が含まれる。

ミラー１３０，１３２は、撮影レンズ３１０に入射した光線を、一眼レフ方式によって光学ファインダ１０４に導く。ミラー１３２はクイックリターンミラーの構成にしてもハーフミラーの構成にしてもどちらでもよい。

記録媒体２００は、メモリカードやハードディスクなどから成る。また、記録媒体２００は、半導体メモリや磁気ディスクなどから構成される記録部２０1、カメラ本体１００とのインターフェース２０２、及びカメラ本体１００との接続を行うコネクタ２０３を有している。

レンズユニット３００は、交換レンズタイプのレンズユニットである。３０６はレンズユニット３００をカメラ本体１００と機械的に結合するレンズマウントである。レンズマウント３０６内には、レンズユニット３００をカメラ本体１００と電気的に接続する各種機能が含まれている。

３２０はレンズマウント３０６内でレンズユニット３００をカメラ本体１００と接続するためのインターフェースである。３２２はレンズユニット３００をカメラ本体１００と電気的に接続するコネクタである。コネクタ３２２は、カメラ本体１００とレンズユニット３００との間で制御信号、状態信号、データ信号などを伝え合うと共に、各種電流が供給され、或いは電流を供給する機能を備えている。また、コネクタ３２２は、電気信号だけでなく、光信号、音声信号などを伝達する構成としてもよい。

レンズユニット３００は、撮影レンズ３１０、絞り３１２、絞り制御部３４０、ピント制御部３４２、ズーム制御部３４４、レンズシステム制御回路３５０、手ブレ検知・制御部３６０、及びインターフェース３２０を備える。

絞り制御部３４０は、測光制御部４６からの測光情報に基づいて、シャッタ１２を制御するシャッタ制御部４０と連携しながら、絞り３１２を制御する。絞り制御部３４０は、不図示の絞り駆動用のアクチュエ−タとしてのステッピングモ−タと、ステッピングモータを駆動するＨブリッジ回路からなるモ−タ駆動回路とを備え、モータ駆動回路を介して所定周波数パルスでモータを励磁することにより駆動が行われる。

ピント制御部３４２は、撮影レンズ３１０のフォーカシングを制御する。また、ピント制御部３４２は、ピント調整用レンズ駆動用のアクチュエータとして用いられる不図示の超音波モータと、この超音波モータを駆動するための超音波モータ駆動回路とからなる。超音波モ−タ駆動回路へ所定周波数パルスが供給されることにより、超音波モータの駆動が行われる。

レンズシステム制御回路３５０はレンズユニット３００全体を制御する。レンズシステム制御回路３５０は、動作用の定数、変数、プログラムなどを記憶するメモリを備える。また、レンズユニット３００固有の番号などの識別情報、管理情報、開放絞り値や最小絞り値、焦点距離等の機能情報を保持する不揮発性メモリも備える。この不揮発性メモリには、フォーカス駆動用モータや絞り駆動用モータ、手振れ緩和用レンズ駆動用モータ等のレンズユニット３００に内蔵されているアクチュエータの駆動周波数情報、現在や過去の各設定値などが保持される。また、レンズシステム制御回路３５０は、レンズユニット内の各回路部へ供給する電源用のＤＣ／ＤＣコンバータ回路を備える。

手ブレ検知・制御部３６０は、手ブレ緩和用の振動検知手段（加速度センサ、角速度センサ等）と、検出回路（フィルタ回路・積分回路等）と、該手ブレ緩和用の可動式のシフトレンズ（不図示）を駆動する制御回路とから成る。手ブレ検知・制御部３６０は、振動検知手段によりブレを電気信号として出力し、検出回路等によりブレ量を算出、該算出結果に基づき該シフトレンズを移動させ、結像面の移動（ブレ）を低減するものである。該手ブレ緩和機能の中には、ブレの大きさ・速度等により手ブレかパンニングかを分離して補正するか否かを判定する機能、いわゆるパンニング検知手段としても用いられる。

次に、図１における撮像素子１４の構成を図２を用いて説明する。

図２は、図１における撮像素子１４の画素部の等価回路図である。

図２において、画素内には、光電変換手段であるフォトダイオード（ＰＤ）４０１、転送スイッチ（ＴＸ）４０２、リセットスイッチ（ＴＲＥＳ）４０３、画素アンプを構成するソースフォロア（ＳＦ）の増幅トランジスタ４１０が配置されている。さらに、負荷電流源４０７、及び第１のスイッチ４０８が配置されている。なお、増幅トランジスタ４１０については、便宜上、ソースフォロア４１０として説明する。

また、画素内には、行選択スイッチ（ＴＳＥＬ）４０６が設けられている。転送スイッチ４０２のゲートはΦＴＸに接続されている。リセットスイッチ４０３のゲートはΦＲＥＳに接続されている。行選択スイッチ４０６のゲートはΦＳＥＬに接続されている。また、撮像素子１４は、垂直出力線４１３の電位を制限するための第２のスイッチ４０９を備え、この第２のスイッチ４０９のゲートには垂直出力線の制限電位に相当する電圧Ｖｃｌｉｐが接続されている。

光電変換はフォトダイオード４０１で行われる。光量電荷の蓄積期間中、転送スイッチ４０２はオフ状態（ΦＴＸ＝ハイレベル）であり、ソースフォロア４１０のゲートにはフォトダイオード４０１で光電変換された電荷が転送されない。ソースフォロア４１０のゲートにあるフローティングディフュージョン領域（ＦＤ）４１１は、蓄積開始前にリセットスイッチ４０３がオン（ΦＲＥＳ＝ローレベル）し、適当な電圧に初期化されている。すなわち、これがダークレベルとなる。

次にまたは同時に行選択スイッチ４０６がオン（ΦＳＥＬ＝ローレベル）、かつ第１のスイッチ４０８がオン（ΦＩｏｆｆ＝ハイレベル）になると、負荷電流源４０７と第１のスイッチ４０８とソースフォロア４１０が動作状態になる。ここで転送スイッチ４０２をオン（ΦＴＸ＝ローレベル）させることでフォトダイオード４０１に蓄積されていた電荷は、ソースフォロア４１０のゲートであるフローティングディフュージョン領域４１１に転送される。

４０４はリセット電源、４０５はソースフォロア４１０を駆動する電源である。選択行の出力は、垂直出力線４１３上に発生し、転送ゲート４１５ａ，４１５ｂを介して信号蓄積部４１６に蓄積される。信号蓄積部４１６に一時記憶された出力は不図示の水平走査回路によって順次出力アンプ部（不図示）へ読み出される。なお、垂直出力線４１３に発生する電位は第２のスイッチ４０９のゲート電位であるＶｃｌｉｐで制限される。

図３は、撮像素子１４の動作タイミングを示すタイミングチャートである。撮像素子１４は、上述したように、タイミング発生回路１８（タイミング変更手段）から出力されたタイミング信号により駆動制御される。

図３において、全画素リセット期間Ｔ１のタイミングでΦＴＸ（ｎ），ΦＴＸ（ｎ＋１），・・・がアクティブになると、全画素のフォトダイオード４０１の電荷は、転送スイッチ４０２を介してソースフォロア４１０のゲートに転送される。そして、フォトダイオード４０１はリセットされる。同様のタイミング（Ｔ１期間）で、ΦＲＥＳ（ｎ），ΦＲＥＳ（ｎ＋１），・・・をアクティブにする。これにより、ソースフォロア４１０のゲートであるフローティングディフュージョン領域４１１の電位＝転送ゲート４１５の電位はリセット電源４０４とほぼ同等のレベルになり、リセットされた状況となる。この状態は、フォトダイオード４０１のカソード電荷がソースフォロア４１０のゲートであるＦＤ４１１に移って平均化された状態である。しかし、ソースフォロア４１０のゲートのキャパシタの容量成分を大きくすることで、フォトダイオード４０１のカソードがリセットしたレベルと同様になる。

全画素リセット期間Ｔ１の終了と同時に、Ｔ２の期間、フォトダイオード４０１への光電荷の蓄積を行う。Ｔ２期間経過後、フォトダイオード４０１の光電荷の蓄積が終了する。この状態では、フォトダイオード４０１に電荷が蓄積されている。

次に、ライン毎の読み出しがスタートする。すなわち、ｎ−１行目を読み出してからｎ行目を読み出す。まず、ΦＳＥＬ（ｎ）がアクティブになり、行選択スイッチ４０６がオンし、ｎ行目につながっている全ての画素のソースフォロア４１０が動作状態になる。ここで、Ｔ３期間でΦＲＥＳ（ｎ）がアクティブになり、ＴＲＥＳがオンとなり、ソースフォロア４１０のゲートであるフローティングディフュージョン領域４１１はリセットされる。すなわち、垂直出力線４１３には、このダークレベルの信号が出力される。

次に、ΦＴＮ（ｎ）がアクティブになり、Ｔ４期間に転送ゲート４１５ｂがオンし、ダークレベルの信号出力が信号蓄積部４１６に保持される。この動作は、ｎ行につながっている全ての画素に対して同時並列に実行される。ダークレベルの信号出力が信号蓄積部４１６に保持されるＴ３からＴ４までの期間を「Ｎ読み」（ノイズ成分の読み込み）という。

ダークレベルの信号蓄積部４１６への転送（Ｎ読み）が終了した時点でΦＴＸ（ｎ）をＴ５期間アクティブとする。そして、転送スイッチ４０２をオンすることで、フォトダイオード４０１に蓄積されていた信号電荷をソースフォロア４１０のフローティングディフュージョン領域４１１に転送する。このとき、ソースフォロア４１０のフローティングディフュージョン領域４１１は、転送されてきた信号電荷に見合う分だけリセットレベルから電位が変動し、信号レベルが確定する。ここで、ΦＴＳがＴ６期間だけアクティブになり、転送ゲート４１５ａがオンし、信号レベルが信号蓄積部４１６に保持される。この動作は、ｎ行につながっている全ての画素に対して同時並列に実行される。信号レベルの信号出力が信号蓄積部４１６に保持されるＴ５からＴ６までの期間を「Ｓ読み」（信号成分の読み込み）という。この動作を終了した時点で、信号蓄積部４１６には、ｎ行につながっている全ての画素のダークレベルと信号レベルが保持されている。そして、各画素での信号レベルとダークレベルの差をとることでソースフォロア４１０のスレッシュホールド電圧（しきい値電圧）Ｖｔｈのバラツキによる固定パターンノイズ（ＦＰＮ）やＴＲＥＳ３がリセット時に発生するＫＴＣノイズをキャンセルする。この結果、Ｓ／Ｎの高い、ノイズ成分が除去された信号が得られる。すなわち、信号蓄積部４１６は、フォトダイオード４０１で発生する信号成分からノイズ成分を差し引く差分検出手段として機能する。そして、不図示の水平走査回路によって、信号蓄積部４１６に蓄積されたダークレベルと信号レベルの差信号が水平走査され、時系列的に、Ｔ７のタイミングで出力される。これでｎ行の出力は終了である。同様に、ΦＳＥＬ（ｎ＋１），ΦＲＥＳ（ｎ＋１），ΦＴＸ（ｎ＋１），ΦＴＮ，ΦＴＳがｎ行目と同様に駆動されることで、ｎ＋１行目の信号を読み出すことができる。

次に、式(１)で表現される、周波数ｆ（ＫＨｚ）の正弦波のノイズy(t)が［Ｎ読み］、［Ｓ読み]動作時に混入した場合の影響を図４を用いて説明する。

図４は、本発明の第１の実施形態における［Ｎ読み］、［Ｓ読み]動作時に正弦波ノイズが混入した場合の影響を示す図である。

図４において、１行を読み出す期間をＨ、［Ｎ読み]、［Ｓ読み]それぞれの信
号レベルが確定するタイミングの時間差、すなわちΦＴＮの立下りからΦＴＳの立下りまでの期間をΔＴとする。また、［Ｎ読み］、［Ｓ読み]動作時に混入した周波数ｆのノイズ信号のｎ行目の差分検出時での影響をＬ（ｎ）とすると、Ｌ（ｎ）は次式で表される。

また、式（２）は、三角関数の公式を用いて、式（３）に変形される。

ここで、式（３）より、ノイズ周波数ｆに対して、［Ｎ読み］、［Ｓ読み］の時間差ΔＴが式（４）を満足する場合を考える。

ΔＴ＝ｋ／ｆ ｋ＝整数 式(４)
ΔＴが式（４）を満足する場合、式（３）の値はゼロとなり、差分検出後の周波数ｆのノイズ信号の影響は抑制されている。すなわち、ノイズ周波数ｆに対して、［Ｎ読み]（第２のタイミング）、［Ｓ読み］（第１のタイミング）の時間差ΔＴが式（４）を満足するように設定することで差分検出時に周波数ｆのノイズの影響を抑制することが可能である。

次に、レンズユニット内のピント調整用レンズ駆動用アクチュエータ（超音波モータ）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を用いて説明する。

図５は、本発明の第１の実施形態におけるレンズユニット内のピント調整用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回避する方法を示すフローチャートである。

ステップＳ５０１にて、電源スイッチ７２がオンされ、カメラ本体１００が起動されると、ステップＳ５０２にて、レンズ着脱検知部４４が、レンズが装着されているか否かの判定を行う。レンズが装着されていないと検知した場合は、ステップＳ５０５に進み、カメラ本体１００は待機状態となる。

一方、レンズが装着されていると検知した場合、ステップＳ５０３に進み、コネクタ１２２を介して、カメラ本体１００とレンズユニット３００との間で制御信号、状態信号、データ信号などの通信が行われる。この際、ピント調整用レンズ駆動用アクチュエータの駆動周波数情報ｆがカメラ本体１００のシステム制御回路５０へ送信される。

次に、ステップＳ５０４にて、システム制御回路５０は、ステップＳ５０３で取得した駆動周波数ｆの情報（ノイズ周波数情報）に基づき、周波数ｆのノイズを抑制するための撮像素子の［Ｎ読み]、［Ｓ読み］の時間差ΔＴ’を算出する。そして、撮像素子駆動用のタイミングとして、ΔＴ’を設定する。ここで、ΔＴ’は前述の式（４）を満足する値に設定される。すなわち、ピント調整用レンズ駆動用アクチュエータの駆動周波数がｆであるレンズユニット３００が装着された場合、タイミング発生回路１８により、［Ｎ読み］と［Ｓ読み］の時間差ΔＴ’がアクチュエータの駆動周波数の逆数の整数倍となるように設定される。

次に、ステップＳ５０５に進み、カメラ本体１００は、レリーズ動作など、カメラ本体１００が操作されるまで待機状態となる。レリーズが行われると、［Ｎ読み]、［Ｓ読み］の時間差ΔＴ’は駆動周波数の逆数の整数倍の関係を満足するので、装着されたレンズユニットのピント調整用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のノイズを抑制することが可能となる。ピント調整用レンズ駆動用アクチュエータの駆動周波数はレンズの種類により異なるが、レンズユニット装着時に駆動周波数情報を取得し、［Ｎ読み]、［Ｓ読み］の時間差を設定している。これにより、異なる駆動周波数を有するレンズのピント調整用レンズ駆動用アクチュエータの駆動時に発生する周期的ノイズを抑制することが可能となる。

本実施の形態では、レンズユニット内のピント制御部３４２におけるピント調整用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。例えば、レンズユニット内の絞り制御部３４０における絞り駆動用のアクチュエータや手ブレ検知・制御部３６０における制御回路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読み]、［Ｓ読み］の時間差を設定するようにしてもよい。また、レンズシステム制御回路３５０における電源用のＤＣ／ＤＣコンバータ回路、ストロボ充電回路や防振制御部４１におけるアクチュエータがノイズ発生源となる場合、これらの駆動周波数に基づいて［Ｎ読み]、［Ｓ読み］の時間差を設定するようにしてもよい。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置は、その構成（図１及び図２）が上記第１の実施の形態に係る撮像装置と同じであり、第１の実施の形態と同様の部分については、同一の符号を用いてその説明を省略する。以下に、上記第１の実施の形態と異なる点のみを説明する。

上記第１の実施形態では、装着されたレンズのピント調整用レンズ駆動用アクチュエータの駆動周波数に基づいて ［Ｎ読み]、［Ｓ読み］の時間差を設定するようにしている。

本発明の第２の実施形態は、［Ｎ読み]、［Ｓ読み］の時間差ΔＴの変更を行わず、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、［Ｎ読み]、［Ｓ読み］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。

レンズユニット内のピント調整用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回避する方法を図６を用いて説明する。

図６は、本発明の第２の実施形態におけるレンズユニット内のピント調整用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回避する方法を示すフローチャートである。

ステップＳ６０１にて、電源スイッチ７２がオンされると、ステップ６０２にて、レンズ着脱検知部４４が、レンズが装着されているか否かの判定を行う。レンズが装着されていないと検知した場合は、ステップＳ６０５に進み、カメラ本体１００は待機状態となる。

一方、レンズが装着されていると検知した場合、ステップＳ６０３に進み、コネクタ１２２を介して、カメラ本体１００とレンズユニット３００との間で制御信号、状態信号、データ信号などの通信が行われる。この際、撮像素子の［Ｎ読み]、［Ｓ読み］の時間差ΔＴの情報がレンズユニット３００のレンズシステム制御回路３５０へ伝達される。

次に、ステップＳ６０４にて、レンズシステム制御回路３５０は、ステップ６０３で取得した［Ｎ読み]、［Ｓ読み］の時間差ΔＴの情報に基づき、ノイズの影響を抑制できる周波数ｆを算出する。すなわち、周波数ｆ’は次式を満足する値に決定される。

ｆ’＝ｋ／ΔＴ 、ｋ＝整数 式(５)
また、周波数ｆ’は式（５）を満足する値の内、レンズにデフォルトで設定されている駆動周波数ｆに対して最も近い値が選択される。すなわち、ピント調整用レンズ駆動用アクチュエータが駆動される場合には、例えば、測距制御部４２（駆動周波数変更手段）を介して、駆動周波数ｆから駆動周波数ｆ’に変更して駆動される。なお、ピント調整用レンズ駆動用アクチュエータの駆動周波数の変更により、駆動パルスのデューティーの変更が必要な場合は、駆動周波数の変更と共に、デューティーの変更も実施される。

次に、ステップ６０５に進み、カメラ本体１００は、レリーズ動作など、カメラ本体１００が操作されるまで待機状態となる。レリーズが行われると、撮像素子の［Ｎ読み]、［Ｓ読み］の動作時に、ピント調整用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’の周期的なノイズの影響を抑制することが可能となる。撮像素子の［Ｎ読み]、［Ｓ読み］の時間差はカメラにより異なるが、レンズ装着時に ［Ｎ読み]、［Ｓ読み］の時間差がΔＴをレンズユニット側に伝達し、ピント調整用レンズ駆動用アクチュエータの駆動周波数を設定している。これにより、異なる撮像素子を有するカメラにおいて、アクチュエータ駆動時に発生する周期的なノイズの影響を抑制することが可能となる。

更に、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、［Ｎ読み]、［Ｓ読み］の時間差に対して、それぞれのアクチュエータの駆動周波数を最適なタイミングに変更する。これにより、複数のアクチュエータから発生するノイズの影響を回避することが可能となる。

本実施の形態では、レンズユニット内のピント制御部３４２におけるピント調整用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。例えば、レンズユニット内の絞り制御部３４０における絞り駆動用のアクチュエータや手ブレ検知・制御部３６０における制御回路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読み]、［Ｓ読み］の時間差に基づいて変更するようにしてもよい。レンズシステム制御回路３５０における電源用のＤＣ／ＤＣコンバータ回路、ストロボ充電回路や防振制御部４１におけるアクチュエータ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読み]、［Ｓ読み］の時間差に基づいて変更するようにしてもよい。

また、本発明の目的は、以下の処理を実行することによっても達成される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、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）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出す処理である。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード及び該プログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、次のものを用いることができる。例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等である。または、プログラムコードをネットワークを介してダウンロードしてもよい。

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上記実施の形態の機能が実現される場合も本発明に含まれる。加えて、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。

更に、前述した実施形態の機能が以下の処理によって実現される場合も本発明に含まれる。即ち、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれる。その後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行う場合である。

本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の回路構成を示すブロック図である。 図１における撮像素子１４の画素部の等価回路図である。 撮像素子１４の動作タイミングを示すタイミングチャートである。 本発明の第１の実施形態における［Ｎ読み］、［Ｓ読み]動作時に正弦波ノイズが混入した場合の影響を示す図である。 本発明の第１の実施形態におけるレンズユニット内のピント調整用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回避する方法を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態におけるレンズユニット内のピント調整用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回避する方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１４ 撮像素子
１８ タイミング発生回路
１００ カメラ本体
３００ レンズユニット
４０１ フォトダイオード（ＰＤ）
４１６ 信号蓄積部

Claims (8)

1. 入射した光を電気信号に変換して蓄積する光電変換手段と、
   前記光電変換手段で発生する信号成分から、前記光電変換手段で発生するノイズ成分を差し引く差分検出手段と、
   前記光電変換手段で発生する信号成分を前記差分検出手段が読み込む第１のタイミングと前記光電変換手段で発生するノイズ成分を前記差分検出手段が読み込む第２のタイミングを変更するタイミング変更手段と備え、
   前記差分検出手段の動作時に発生するノイズ周波数情報に基づき、前記タイミング変更手段により前記第１および前記第２のタイミングを変更することを特徴とする撮像装置。
2. 前記タイミング変更手段は、前記第１のタイミングと前記第２のタイミングの時間差を、前記ノイズ周波数情報の逆数の整数倍となるように変更することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記ノイズ周波数情報には、ノイズ発生源として、撮影レンズのフォーカシングを制御するピント制御部、絞りを制御する絞り制御部、手ブレ制御動作のための手ブレ検知・制御部、レンズユニット内の各回路部へ電源を供給するレンズシステム制御回路、前記撮像装置に装着されるストロボのストロボ充電回路、および前記撮像装置に内蔵される防振制御部の駆動周波数の情報が含まれることを特徴とする請求項１または２記載の撮像装置。
4. 入射した光を電気信号に変換して蓄積する光電変換手段と、
   前記光電変換手段で発生する信号成分から、前記光電変換手段で発生するノイズ成分を差し引く差分検出手段と、
   撮像装置内部で周期的に駆動されるアクチュエータの駆動周波数を変更する駆動周波数変更手段とを備え、
   前記光電変換手段で発生する信号成分を前記差分検出手段が読み込む第１のタイミングと前記光電変換手段で発生するノイズ成分を前記差分検出手段が読み込む第２のタイミングの時間差に基づき、前記駆動周波数変更手段により前記駆動周波数を変更することを特徴とする撮像装置。
5. 前記駆動周波数変更手段は、前記駆動周波数を、前記第１のタイミングと前記第２のタイミングの時間差の逆数の整数倍となるように変更することを特徴とする請求項４記載の撮像装置。
6. 前記アクチュエータには、撮影レンズのフォーカシングを制御するピント制御部、絞りを制御する絞り制御部、手ブレ制御動作のための手ブレ検知・制御部、レンズユニット内の各回路部へ電源を供給するレンズシステム制御回路、前記撮像装置に装着されるストロボのストロボ充電回路、および前記撮像装置に内蔵される防振制御部が含まれることを特徴とする請求項４または５記載の撮像装置。
7. 入射した光を電気信号に変換して蓄積する光電変換手段を備える撮像装置の制御方法において、
   前記光電変換手段で発生する信号成分から、前記光電変換手段で発生するノイズ成分を差し引く差分検出工程と、
   前記光電変換手段で発生する信号成分が前記差分検出工程にて読み込まれる第１のタイミングと前記光電変換手段で発生するノイズ成分が前記差分検出工程にて読み込まれる第２のタイミングを変更するタイミング変更工程と備え、
   前記差分検出工程で発生するノイズ周波数情報に基づき、前記タイミング変更工程にて前記第１および前記第２のタイミングを変更することを特徴とする制御方法。
8. 入射した光を電気信号に変換して蓄積する光電変換手段を備える撮像装置の制御方法において、
   前記光電変換手段で発生する信号成分から、前記光電変換手段で発生するノイズ成分を差し引く差分検出工程と、
   撮像装置内部で周期的に駆動されるアクチュエータの駆動周波数を変更する駆動周波数変更工程とを備え、
   前記光電変換手段で発生する信号成分が前記差分検出工程にて読み込まれる第１のタイミングと前記光電変換手段で発生するノイズ成分が前記差分検出工程にて読み込まれる第２のタイミングの時間差に基づき、前記駆動周波数変更工程にて前記駆動周波数を変更することを特徴とする制御方法。

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