(57)【要約】【課題】  撮影画像に記録されるノイズを、容易に且つ確実に低減する。【解決手段】  ノイズの周期が、Ｐ相出力のタイミングとＤ相出力のタイミングとの時間差ΔＴを、ノイズ周波数ｆの逆数の整数倍になるように、Ｄ相期間における参照電圧Ｖｓｌｏｐの出力を開始するタイミングを調整する。【選択図】  図１
2015029195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光を光電変換する光電変換手段をそれぞれが有する複数の画素が行列状に配列されて構成される画素部と、
前記画素から、当該画素の電位をリセットした際の信号であるリセット信号の読み出しと、当該画素に蓄積された信号である蓄積信号の読み出しと、を行う読み出し手段と、
前記読み出し手段による前記読み出しのタイミングを制御するタイミング制御手段と、を備えた固体撮像素子を有し、
前記読み出し手段により読み出された信号に基づいて画像データを生成する撮像装置であって、
前記画像データに対する周波数解析を行う周波数解析手段と、
前記周波数解析手段による前記周波数解析の結果に基づいて、スイッチング動作を行うトランジスタを含む回路のスイッチング動作周波数を導出する周波数導出手段と、
前記周波数導出手段により導出されたスイッチング動作周波数に対応するように、前記画素の電位をリセットした際の信号の読み出しのタイミングと、前記画素に蓄積された信号の読み出しのタイミングとの間隔を決定する制御手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記周波数解析手段は、前記画素への光の入力が遮断された状態で前記固体撮像素子により得られた信号に基づいて生成された画像データに対する周波数解析を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記周波数解析手段は、異なる複数の水平同期期間で得られた前記画像データのそれぞれに対する周波数解析を行い、
前記周波数導出手段は、前記異なる複数の水平同期期間で得られた前記画像データのそれぞれに対する周波数解析の結果に基づいて、前記回路のスイッチング動作周波数を導出することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
入射した光を光電変換する光電変換手段をそれぞれが有する複数の画素が行列状に配列されて構成される画素部と、
前記画素から、当該画素の電位をリセットした際の信号であるリセット信号の読み出しと、当該画素に蓄積された信号である蓄積信号の読み出しと、を行う読み出し手段と、
前記読み出し手段による前記読み出しのタイミングを制御するタイミング制御手段と、を備えた固体撮像素子を有し、
前記読み出し手段により読み出された信号に基づいて画像データを生成する撮像装置であって、
前記レンズをそれぞれ異なる駆動周波数で駆動させる複数のレンズ駆動手段と、
前記異なる駆動周波数の逆数の最小公倍数に対応するように、前記画素の電位をリセットした際の信号の読み出しのタイミングと、前記画素に蓄積された信号の読み出しのタイミングとの間隔を決定する制御手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
入射した光を光電変換する光電変換手段をそれぞれが有する複数の画素が行列状に配列されて構成される画素部と、
前記画素から、当該画素の電位をリセットした際の信号であるリセット信号の読み出しと、当該画素に蓄積された信号である蓄積信号の読み出しと、を行う読み出し手段と、
前記読み出し手段による前記読み出しのタイミングを制御するタイミング制御手段と、を備えた固体撮像素子を有し、
前記読み出し手段により読み出された信号に基づいて画像データを生成する撮像装置であって、
前記レンズの駆動周波数を時間の経過とともに変更させて前記レンズを駆動させるレンズ駆動手段と、
前記レンズの現在の駆動周波数に係る情報を判定する判定手段と、
前記判定手段により判定された前記情報から得られる前記レンズの駆動周波数に対応するように、前記画素の電位をリセットした際の信号の読み出しのタイミングと、前記画素に蓄積された信号の読み出しのタイミングとの間隔を決定する制御手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
前記読み出し手段は、前記行列状に配置された画素の列ごとに、前記画素から出力されたアナログの前記信号をデジタルの信号に変換するＡＤ変換手段を有し、
同一の行に配置された前記画素から出力されたアナログの前記信号を並列的にデジタルの信号に変換することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記ＡＤ変換手段は、前記画素から出力されたアナログの前記信号と、時間の経過とともに値が変化する参照信号とを比較する比較手段と、
前記参照信号の出力が開始されてから、前記アナログの前記信号の値と、前記参照信号の値とが同じになるまでカウント動作を行うカウント手段と、
を前記行列状に配置された画素の列ごとに有し、
前記間隔は、前記アナログの前記リセット信号の値と、前記参照信号の値とが同じになるタイミングと、前記アナログの前記蓄積信号の値と、前記参照信号の値とが同じになるタイミングと、の間隔であることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
入射した光を光電変換する光電変換手段をそれぞれが有する複数の画素が行列状に配列されて構成される画素部と、
前記画素から、当該画素の電位をリセットした際の信号であるリセット信号の読み出しと、当該画素に蓄積された信号である蓄積信号の読み出しと、を行う読み出し手段と、
前記読み出し手段による前記読み出しのタイミングを制御するタイミング制御手段と、を備えた固体撮像素子を有し、
前記読み出し手段により読み出された信号に基づいて画像データを生成する撮像装置であって、
前記タイミング制御手段により制御される前記読み出しのタイミングを決定する制御手段を有し、
前記読み出し手段は、前記画素から出力されたアナログの前記信号をデジタルの信号にＡＤ変換するＡＤ変換手段を有し、
前記ＡＤ変換手段は、前記画素から出力されたアナログの前記信号と、時間の経過とともに値が変化する参照信号とを比較する比較手段と、
前記参照信号の出力が開始されてから、前記アナログの前記信号の値と、前記参照信号の値とが同じになるまでカウント動作を行うカウント手段と、を有し、
前記制御手段は、前記参照信号の単位時間当たりの値の変化量を変更することで前記ＡＤ変換におけるゲインを設定し、設定したゲインに基づいて、前記アナログの前記リセット信号の値と、前記参照信号の値とが同じになるタイミングと、前記アナログの前記蓄積信号の値と、前記参照信号の値とが同じになるタイミングと、の間隔を決定することを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
前記ゲインに係る情報を取得するゲイン情報取得手段と、
前記信号に混入するノイズの周波数に係る情報を取得するノイズ周波数情報取得手段と、
前記画像データの目標輝度値に係る情報を取得する目標輝度値取得手段と、を有し、
前記制御手段は、前記目標輝度値に係る情報と、前記ノイズの周波数に係る情報と、前記ゲインに係る情報とに基づいて、前記アナログの前記リセット信号の値と、前記参照信号の値とが同じになるタイミングと、前記アナログの前記蓄積信号の値と、前記参照信号の値とが同じになるタイミングと、の間隔を決定することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記比較手段と、前記カウント手段は、前記行列状に配置された画素の列ごとに配置され、
前記ＡＤ変換手段は、同一の行に配置された前記画素から出力されたアナログの前記信号を並列的にデジタルの信号に変換することを特徴とする請求項８又は９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
入射した光を光電変換する光電変換手段をそれぞれが有する複数の画素が行列状に配列されて構成される画素部と、
前記画素から、当該画素の電位をリセットした際の信号であるリセット信号の読み出しと、当該画素に蓄積された信号である蓄積信号の読み出しと、を行う読み出し手段と、
前記読み出し手段による前記読み出しのタイミングを制御するタイミング制御手段と、を備えた固体撮像素子を有し、
前記読み出し手段により読み出された信号に基づいて画像データを生成する撮像装置の制御方法であって、
前記画像データに対する周波数解析を行う周波数解析工程と、
前記周波数解析工程による前記周波数解析の結果に基づいて、スイッチング動作を行うトランジスタを含む回路のスイッチング動作周波数を導出する周波数導出工程と、
前記周波数導出工程により導出されたスイッチング動作周波数に対応するように、前記画素の電位をリセットした際の信号の読み出しのタイミングと、前記画素に蓄積された信号の読み出しのタイミングとの間隔を決定する制御工程と、を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項１２】
前記周波数解析工程は、前記画素への光の入力が遮断された状態で前記固体撮像素子により得られた信号に基づいて生成された画像データに対する周波数解析を行うことを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置の制御方法。
【請求項１３】
前記周波数解析工程は、異なる複数の水平同期期間で得られた前記画像データのそれぞれに対する周波数解析を行い、
前記周波数導出工程は、前記異なる複数の水平同期期間で得られた前記画像データのそれぞれに対する周波数解析の結果に基づいて、前記回路のスイッチング動作周波数を導出することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の撮像装置の制御方法。
【請求項１４】
入射した光を光電変換する光電変換手段をそれぞれが有する複数の画素が行列状に配列されて構成される画素部と、
前記画素から、当該画素の電位をリセットした際の信号であるリセット信号の読み出しと、当該画素に蓄積された信号である蓄積信号の読み出しと、を行う読み出し手段と、
前記読み出し手段による前記読み出しのタイミングを制御するタイミング制御手段と、を備えた固体撮像素子を有し、
前記読み出し手段により読み出された信号に基づいて画像データを生成する撮像装置の制御方法であって、
前記レンズをそれぞれ異なる駆動周波数で駆動させる複数のレンズ駆動工程と、
前記異なる駆動周波数の逆数の最小公倍数に対応するように、前記画素の電位をリセットした際の信号の読み出しのタイミングと、前記画素に蓄積された信号の読み出しのタイミングとの間隔を決定する制御工程と、を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項１５】
入射した光を光電変換する光電変換手段をそれぞれが有する複数の画素が行列状に配列されて構成される画素部と、
前記画素から、当該画素の電位をリセットした際の信号であるリセット信号の読み出しと、当該画素に蓄積された信号である蓄積信号の読み出しと、を行う読み出し手段と、
前記読み出し手段による前記読み出しのタイミングを制御するタイミング制御手段と、を備えた固体撮像素子を有し、
前記読み出し手段により読み出された信号に基づいて画像データを生成する撮像装置の制御方法であって、
前記レンズの駆動周波数を時間の経過とともに変更させて前記レンズを駆動させるレンズ駆動工程と、
前記レンズの現在の駆動周波数に係る情報を判定する判定手段と、
前記判定手段により判定された前記情報から得られる前記レンズの駆動周波数に対応するように、前記画素の電位をリセットした際の信号の読み出しのタイミングと、前記画素に蓄積された信号の読み出しのタイミングとの間隔を決定する制御工程と、を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項１６】
前記読み出し工程は、前記行列状に配置された画素の列ごとに、前記画素から出力されたアナログの前記信号をデジタルの信号に変換するＡＤ変換工程を有し、
同一の行に配置された前記画素から出力されたアナログの前記信号を並列的にデジタルの信号に変換することを特徴とする請求項１１〜１５の何れか１項に記載の撮像装置の制御方法。
【請求項１７】
前記ＡＤ変換工程は、前記行列状に配置された画素の列ごとに、前記画素から出力されたアナログの前記信号と、時間の経過とともに値が変化する参照信号とを比較する比較工程と、
前記行列状に配置された画素の列ごとに、前記参照信号の出力が開始されてから、前記アナログの前記信号の値と、前記参照信号の値とが同じになるまでカウント動作を行うカウント工程と、を有し、
前記間隔は、前記アナログの前記リセット信号の値と、前記参照信号の値とが同じになるタイミングと、前記アナログの前記蓄積信号の値と、前記参照信号の値とが同じになるタイミングと、の間隔であることを特徴とする請求項１６に記載の撮像装置の制御方法。
【請求項１８】
入射した光を光電変換する光電変換手段をそれぞれが有する複数の画素が行列状に配列されて構成される画素部と、
前記画素から、当該画素の電位をリセットした際の信号であるリセット信号の読み出しと、当該画素に蓄積された信号である蓄積信号の読み出しと、を行う読み出し手段と、
前記読み出し手段による前記読み出しのタイミングを制御するタイミング制御手段と、を備えた固体撮像素子を有し、
前記読み出し手段により読み出された信号に基づいて画像データを生成する撮像装置の制御方法であって、
前記タイミング制御手段により制御される前記読み出しのタイミングを決定する制御工程を有し、
前記読み出し工程は、前記画素から出力されたアナログの前記信号をデジタルの信号にＡＤ変換するＡＤ変換工程を有し、
前記ＡＤ変換工程は、前記画素から出力されたアナログの前記信号と、時間の経過とともに値が変化する参照信号とを比較する比較工程と、
前記参照信号の出力が開始されてから、前記アナログの前記信号の値と、前記参照信号の値とが同じになるまでカウント動作を行うカウント工程と、を有し、
前記制御工程は、前記参照信号の単位時間当たりの値の変化量を変更することで前記ＡＤ変換におけるゲインを設定し、設定したゲインに基づいて、前記アナログの前記リセット信号の値と、前記参照信号の値とが同じになるタイミングと、前記アナログの前記蓄積信号の値と、前記参照信号の値とが同じになるタイミングと、の間隔を決定することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項１９】
前記ゲインに係る情報を取得するゲイン情報取得工程と、
前記信号に混入するノイズの周波数に係る情報を取得するノイズ周波数情報取得工程と、
前記画像データの目標輝度値に係る情報を取得する目標輝度値取得工程と、を有し、
前記制御工程は、前記目標輝度値に係る情報と、前記ノイズの周波数に係る情報と、前記ゲインに係る情報とに基づいて、前記アナログの前記リセット信号の値と、前記参照信号の値とが同じになるタイミングと、前記アナログの前記蓄積信号の値と、前記参照信号の値とが同じになるタイミングと、の間隔を決定することを特徴とする請求項１８に記載の撮像装置の制御方法。
【請求項２０】
前記比較工程は、前記行列状に配置された画素の列ごとに、前記画素から出力されたアナログの前記信号と、時間の経過とともに値が変化する参照信号とを比較し、
前記カウント工程は、前記行列状に配置された画素の列ごとに、前記参照信号の出力が開始されてから、前記アナログの前記信号の値と、前記参照信号の値とが同じになるまでカウント動作を行い、
前記ＡＤ変換工程は、同一の行に配置された前記画素から出力されたアナログの前記信号を並列的にデジタルの信号に変換することを特徴とする請求項１８又は１９に記載の撮像装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及び撮像装置の制御方法に関し、特に、画像を撮像するために用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やＰＤＡ等の電子機器では、その電子機器本来の機能に加え、撮影機能を有するタイプが増加している。このような撮影機能付きの電子機器には、カメラモジュールと呼ばれる小型の撮像装置が搭載される。また、撮影機能を主機能とするデジタルカメラ、ビデオカメラ等の撮像装置においても、今なお小型化が進んでいる。
カメラモジュール等の小型の撮像装置は、複数の光学部品からなる光学系と、ズーム調整等のために光学部品を移動させるアクチュエータと、光学系により結像された被写体像を光電変換することで画像信号を生成する撮像素子とを備える。撮像素子としては、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等のイメージセンサが代表的である。
【０００３】
従来から、レンズを駆動するためのアクチュエータとして、ＰＷＭ駆動方式のステッピングモータを用いた場合、イメージセンサから出力される画像信号にノイズがのるという問題がある。特に、撮像素子としてＣＭＯＳセンサを用いると、ＣＭＯＳセンサとステッピングモータとの物理的な距離が近い場合、ステッピングモータから発生するノイズ（電磁波）が、空間的にＣＭＯＳセンサの出力に被ることがある。これは、フォトダイオードに蓄積された電荷を画素単位で電圧に変換して信号を読み出す、というＣＭＯＳセンサに特有の動作に起因する。ノイズを発生させないためには、ＣＭＯＳセンサとステッピングモータとの物理的な距離を遠ざけることが根本的な対策となる。
【０００４】
ところがカメラモジュールや小型の撮像装置では、小型化の要求に応えるため、光学部品等の駆動対象物を駆動させるステッピングモータと、ステッピングモータからのノイズを受けやすいＣＭＯＳセンサとの距離を近くせざるを得ない場合も多い。
そのため、特許文献１〜３の技術が提案されている。
特許文献１では、撮像素子から電荷の信号を読み出すタイミングで、アクチュエータのＰＷＭ駆動周波数を変更することにより、アクチュエータの駆動によって発生する磁気が撮像素子の出力信号に影響を与えることを抑える。
特許文献２では、撮像素子から電荷の信号を読み出し時に、ノイズ成分の読み込みタイミングと信号成分の読み込みタイミングとの時間差がアクチュエータのＰＷＭ駆動周波数ｆの逆数の整数倍となるように設定する。
特許文献３では、まず、電源回路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をメモリに記憶する。その後、温度検出部の検出結果と、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し、推定し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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２８８４１号公報
【特許文献２】特開２０１０−５０６３６号公報
【特許文献３】特開２０１０−１４１７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、ＰＷＭ駆動周波数のみを変更すると、アクチュエータが発振する等して所望の動作に支障が生じる可能性がある。このため、ＰＷＭ駆動周波数を変更した場合にはアクチュエータのサーボ特性も同時に変更する必要がある。また、撮像素子の駆動モードによって異なるＰＷＭ駆動周波数を設定する場合には、それぞれのＰＷＭ駆動周波数に対応するサーボ特性を予め知っておく必要がある。このため、撮像装置の開発過程において多大な検討負荷を発生させることになる。
【０００７】
特許文献２には、電源回路のスイッチングノイズのように、ノイズ発生源の動作周波数に個体毎にばらつきがあったり、温度等の要因で動作周波数が変動したりする場合の対応については開示されていない。また、特許文献２には、異なる複数の駆動周波数をそれぞれ持っている複数のレンズ駆動部が存在する場合の手法についても開示されていない。また、一つのレンズ駆動部で時間によって異なる駆動周波数で駆動する場合の手法についても開示されていない。
また、一般的に用いられているカラムＡＤ型の撮像素子で用いられているシングルスロープ積分型ＡＤ変換を行う場合、ゲインの設定を変更すると、参照信号となるランプ波形の傾きが変わる。このため、画像信号をＡＤ変換するタイミングがゲイン設定毎に変わってしまう。しかしながら、特許文献２には、カラムＡＤ型の撮像素子の構成の対応については開示されておらず、ゲインの変更に対応できない。
【０００８】
特許文献３に記載の技術では、ノイズ周波数の温度特性を予め測定してメモリに記憶しておく必要がある。ノイズ周波数の温度依存は、個体によってばらつきがあるのに加えて、温度センサによる温度検出の精度も、個体によってばらつきがある。このため、それら全てを網羅する情報をメモリに記憶することは現実的ではない。
【０００９】
本発明は、以上の課題に鑑みてなされたものであり、撮影画像に記録されるノイズを、容易に且つ確実に低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の撮像装置の第１の態様は、入射した光を光電変換する光電変換手段をそれぞれが有する複数の画素が行列状に配列されて構成される画素部と、前記画素から、当該画素の電位をリセットした際の信号であるリセット信号の読み出しと、当該画素に蓄積された信号である蓄積信号の読み出しと、を行う読み出し手段と、前記読み出し手段による前記読み出しのタイミングを制御するタイミング制御手段と、を備えた固体撮像素子を有し、前記読み出し手段により読み出された信号に基づいて画像データを生成する撮像装置であって、前記画像データに対する周波数解析を行う周波数解析手段と、前記周波数解析手段による前記周波数解析の結果に基づいて、スイッチング動作を行うトランジスタを含む回路のスイッチング動作周波数を導出する周波数導出手段と、前記周波数導出手段により導出されたスイッチング動作周波数に対応するように、前記画素の電位をリセットした際の信号の読み出しのタイミングと、前記画素に蓄積された信号の読み出しのタイミングとの間隔を決定する制御手段と、を有することを特徴とする。
本発明の撮像装置の第２の態様は、入射した光を光電変換する光電変換手段をそれぞれが有する複数の画素が行列状に配列されて構成される画素部と、前記画素から、当該画素の電位をリセットした際の信号であるリセット信号の読み出しと、当該画素に蓄積された信号である蓄積信号の読み出しと、を行う読み出し手段と、前記読み出し手段による前記読み出しのタイミングを制御するタイミング制御手段と、を備えた固体撮像素子を有し、前記読み出し手段により読み出された信号に基づいて画像データを生成する撮像装置であって、前記レンズをそれぞれ異なる駆動周波数で駆動させる複数のレンズ駆動手段と、前記異なる駆動周波数の逆数の最小公倍数に対応するように、前記画素の電位をリセットした際の信号の読み出しのタイミングと、前記画素に蓄積された信号の読み出しのタイミングとの間隔を決定する制御手段と、を有することを特徴とする。
本発明の撮像装置の第３の態様は、入射した光を光電変換する光電変換手段をそれぞれが有する複数の画素が行列状に配列されて構成される画素部と、前記画素から、当該画素の電位をリセットした際の信号であるリセット信号の読み出しと、当該画素に蓄積された信号である蓄積信号の読み出しと、を行う読み出し手段と、前記読み出し手段による前記読み出しのタイミングを制御するタイミング制御手段と、を備えた固体撮像素子を有し、前記読み出し手段により読み出された信号に基づいて画像データを生成する撮像装置であって、前記レンズの駆動周波数を時間の経過とともに変更させて前記レンズを駆動させるレンズ駆動手段と、前記レンズの現在の駆動周波数に係る情報を判定する判定手段と、前記判定手段により判定された前記情報から得られる前記レンズの駆動周波数に対応するように、前記画素の電位をリセットした際の信号の読み出しのタイミングと、前記画素に蓄積された信号の読み出しのタイミングとの間隔を決定する制御手段と、を有することを特徴とする。
本発明の撮像装置の第４の態様は、入射した光を光電変換する光電変換手段をそれぞれが有する複数の画素が行列状に配列されて構成される画素部と、前記画素から、当該画素の電位をリセットした際の信号であるリセット信号の読み出しと、当該画素に蓄積された信号である蓄積信号の読み出しと、を行う読み出し手段と、前記読み出し手段による前記読み出しのタイミングを制御するタイミング制御手段と、を備えた固体撮像素子を有し、前記読み出し手段により読み出された信号に基づいて画像データを生成する撮像装置であって、前記タイミング制御手段により制御される前記読み出しのタイミングを決定する制御手段を有し、前記読み出し手段は、前記画素から出力されたアナログの前記信号をデジタルの信号にＡＤ変換するＡＤ変換手段を有し、前記ＡＤ変換手段は、前記画素から出力されたアナログの前記信号と、時間の経過とともに値が変化する参照信号とを比較する比較手段と、前記参照信号の出力が開始されてから、前記アナログの前記信号の値と、前記参照信号の値とが同じになるまでカウント動作を行うカウント手段と、を有し、前記制御手段は、前記参照信号の単位時間当たりの値の変化量を変更することで前記ＡＤ変換におけるゲインを設定し、設定したゲインに基づいて、前記アナログの前記リセット信号の値と、前記参照信号の値とが同じになるタイミングと、前記アナログの前記蓄積信号の値と、前記参照信号の値とが同じになるタイミングと、の間隔を決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、撮影画像に記録されるノイズを、容易に且つ確実に低減することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】撮像装置の構成の第１の例を示す図である。
【図２】ＣＭＯＳイメージセンサの画素回路を示す図である。
【図３】列並列型ＡＤＣを搭載した固体撮像素子の構成を示す図である。
【図４】画素部に含まれる一列の画素とＡＤＣを示す図である。
【図５Ａ】ノイズを除去できない場合の出力波形を示す図である。
【図５Ｂ】ノイズを除去できる場合の出力波形を示す図である。
【図６】磁気ノイズを除去する方法の第１の例を示すフローチャートである。
【図７】撮像装置の構成の第２の例を示す図である。
【図８】磁気ノイズを除去する方法の第２の例を示すフローチャートである。
【図９】ノイズ周波数の時間遷移と、Ｐ相出力・Ｄ相出力のタイミングの時間差の時間推移を示す図である。
【図１０】磁気ノイズを除去する方法の第３の例を示すフローチャートである。
【図１１】スイッチング動作周波数を導出する方法を示すフローチャートである。
【図１２】離散フーリエ変換でピークの現れる周波数を示す図である。
【図１３】固体撮像素子と制御部の構成を示す図である。
【図１４】ＤＡＣの出力波形の一例を示す図である。
【図１５Ａ】ノイズ除去できない場合の参照電圧の出力タイミングを示す図である。
【図１５Ｂ】ノイズ除去できる場合の参照電圧の出力タイミングを示す図である。
【図１６】参照電圧の出力タイミングを変更する方法を示すフローチャートである。
【図１７】撮影画像を概念的に示す図である。
【図１８】撮影画像の輝度値のヒストグラムと、輝度値と画素信号のＳ／Ｎ比との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態を説明する。
図１は、本実施形態の撮像装置の構成の一例を示す図である。撮像装置の一例として、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等がある。
図１において、撮像装置は、撮像光学系１０１、撮像素子部１０７、レンズ駆動部１１４、撮像光学系センサ（位置センサ）１１３、及び信号処理部１１１を備える。また、撮像装置は、表示部１１９、記録再生部１２０、動き検出センサ１１８、及び制御部１１５を備える。
撮像光学系１０１は、倍率を変更するレンズ１０２と、フォーカシングをするフォーカスレンズ１０４と、固体撮像素子の撮像面上に形成される光学像の位置を撮像面上で移動させる補正レンズ駆動部１０５と、を備える。また、撮像光学系１０１は、固体撮像素子の撮像面への露光量を機械的に調節するメカニカルシャッター１０６と、固体撮像素子の撮像面上に形成される光学像の光量を調節する絞り機構１０３と、を備えている。
【００１４】
補正レンズ駆動部１０５は、例えば光軸が撮像光学系１０１の光軸と一致するように設けられた補正レンズ１０５ａと、補正レンズ１０５ａを撮像光学系１０１の光軸に対して直交する方向に変位させるアクチュエータ１０５ｂと、を備える。補正レンズ駆動部１０５は、アクチュエータ１０５ｂにより、補正レンズ１０５ａを撮像光学系１０１の光軸に対して直交する方向に移動して、レンズ１０１及びフォーカスレンズ１０４と、固体撮像素子との相対的な位置関係を光軸に対して変位させる。具体的に補正レンズ駆動部１０５は、例えば入射端板に対する出射端板の傾斜角度を変位させて、固体撮像素子の撮像面上に形成される光学像の位置を、固体撮像素子の撮像面上で移動させる。
【００１５】
補正レンズ１０５ａ又は可変頂角プリズムユニットを駆動するアクチュエータ１０５ｂは、主にマグネットとコイルとを備える。アクチュエータ１０５ｂは、コイルに対して電流を流し、コイルから発生する磁場によって、コイルに対して電磁力を発生させることによって、補正レンズ１０５ａを駆動させる。このときに発生する電磁気が撮影する画像の横筋状のノイズの原因となる。
レンズ駆動部１１４は、例えばステッピングモータを有し、後述する制御部１１５からのレンズ制御信号に基づいて、レンズ１０１と、フォーカスレンズ１０４と、補正レンズ駆動部１０５のアクチュエータ１０５ｂと、を駆動する。また、レンズ駆動部１１４は、制御部１１５からの絞り制御信号に基づいて、絞り機構１０３を駆動する。レンズ１０１、フォーカスレンズ１０４及び補正レンズ駆動部１０５を駆動する場合の駆動方式として、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式を用いることができる。ＰＷＭ方式による制御は、駆動電圧の振幅を一定にして、一定周期内で、矩形波状に変化するパルスの時間幅を変化させるパルス制御法である。
【００１６】
尚、本実施形態では、フォーカスレンズ１０４と補正レンズ駆動部１０５が、共にＰＷＭ方式で駆動する場合を例に挙げて説明するが、フォーカスレンズ１０４と補正レンズ駆動部１０５の駆動方式は、これに限定されるものではない。また、本実施形態では、コイル等の磁気を発生するレンズ駆動部１１４により発生するノイズの画像への影響を抑制する場合を中心として説明する。しかしながら、コイル以外にも、例えば、電源系のＤＤコンバータや液晶パネル等から発生する周期性をもったノイズも同様の方法で回避することができる。尚、ＰＷＭ駆動の場合にノイズの影響が受けやすい理由は、ＰＷＭ駆動の場合、電圧の立上り動作又は立下り動作で磁束の変化が最大となり、この結果、電磁誘導による誘導電圧の変動が大きくなるためである。位置センサ１１３は、レンズ１０１やフォーカスレンズ１０４のレンズ位置、補正レンズ駆動部１０５の変位状態（補正レンズ１０５ａの変位位置や補正角）、及び絞り機構１０３の設定位置、を検出して位置信号を制御部１１５に供給する。
メカニカルシャッター用ドライバ１１２は、静止画撮影時の露光時に適正な露光量とするため、制御部１１５から送られたシャッター開閉信号に基づいて、メカニカルシャッター１０６を開閉駆動する。
【００１７】
撮像素子部１０７は、固体撮像素子を有し、撮像光学系１０１によって固体撮像素子の撮像面上に形成された光学像を電気信号に変換する。撮像素子部１０７は、固体撮像素子で撮影された画像データに対応する電気信号の出力を行うため、各種の駆動パルスを生成する。また、撮像素子部１０７は、固体撮像素子の電荷蓄積時間を制御する電子シャッターパルス等を生成する。
撮像素子部１０７は、固体撮像素子から出力された電気信号（画像信号）に対して、ＣＤＳ（Correlated Double Sampling）処理を行ってノイズを除去する。また、撮像素子部１０７は、固体撮像素子から出力された電気信号を所望の信号レベルとする利得制御処理（ＡＧＣ（Automatic Gain Control））処理を行う。この方法では、サンプリングする直前の状態の信号レベル（リセットレベル）を一度読み出して記憶しておき、ついで、サンプリング後の信号レベルを読み出し、それらを差し引きすることでノイズを除去する。更に、撮像素子部１０７は、ノイズ除去処理や利得制御が行われたアナログの電気信号をデジタルの画像信号に変換して、信号処理部１１１に出力する。
【００１８】
信号処理部１１１は、解像度変換処理、及び圧縮伸張処理等のカメラ信号処理を行う。具体的には、撮像素子部１０７から供給された画像信号に対して、固体撮像素子における欠陥画素の信号を補正する欠陥補正処理と、レンズの周辺の光量低下を補正するシェーディング補正処理と、ホワイトバランス調整や輝度補正等の処理と、を行う。また、信号処理部１１１は、解像度変換処理において、カメラ信号処理がなされた画像信号、あるいは伸張復号化された画像信号を所定の解像度に変換する。信号処理部１１１は、圧縮伸張処理において、カメラ信号処理後の画像信号や解像度変換処理が行われた画像信号を圧縮符号化して、例えばＪＰＥＧ方式の符号化信号を生成する。また、信号処理部１１１は、圧縮伸張処理において、ＪＰＥＧ方式の符号化信号を伸張復号化する。尚、圧縮伸張処理では、ＪＰＥＧ方式とは異なる方式で、静止画の画像信号の圧縮符号化を行うようにしてもよい。
【００１９】
制御部１１５は、撮像装置の各構成要素を制御する。制御部１１５は、動き検出センサ１１８で検出された動きに基づいて、補正レンズ駆動部１０５のアクチュエータ１０５ｂを駆動するための制御信号をレンズ駆動部１１４へ送る。この制御信号に基づいてレンズ駆動部１１４がアクチュエータ１０５ｂを駆動して、補正レンズ１０５ａを撮像光学系１０１の光軸に対して直交する方向に移動することにより、手振れによる画像のブレを補正することができる。また、本実施形態では、制御部１１５は、レンズ駆動部１１４から駆動周波数を取得して、情報記録部１１６に一時的に保存する。本実施形態では、レンズ駆動部１１４における駆動周波数がノイズ周波数となる。
このノイズ周波数の情報は、撮像素子部１０７内にあるタイミング制御回路に届けられる。この後、画素の信号の読み出しタイミングを変更することで磁気ノイズを除去する。この点の詳細については後述する。
【００２０】
表示部１１９は、信号処理部１１１から送られた画像データを表示するためのディスプレイである。また、記録再生部１２０は、画像データを記録すると共に、記録した画像データを再生する処理を行う。操作部１１７は、シャッターボタン等の各種操作部を含むものである。また、静止画モード、動画モード等のモード切換ボタンも操作部１１７に含まれる。動き検出センサ１１８は、手振れ等の撮像装置の動きを検出するセンサである。
撮像素子部１０７が備える固体撮像素子としては、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Devices）型イメージセンサがある。また、撮像素子部１０７が備える固体撮像素子としては、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型イメージセンサ等の撮像素子がある。本実施形態では、撮像素子部１０７が備える固体撮像素子としてＣＭＯＳ型イメージセンサを用いた場合を例に挙げて説明する。
【００２１】
近年、ＣＣＤイメージセンサに代わる固体撮像素子として、ＣＭＯＳイメージセンサが注目を集めている。
一般的にＣＣＤイメージセンサでは、ＣＣＤ画素の製造に専用のプロセスを必要とすることと、その動作には複数の電源電圧が必要であることと、複数の周辺ＩＣを組み合わせて動作させる必要があることと、から、システムが複雑化する。ＣＭＯＳイメージセンサが注目を集めている理由の１つとして、ＣＭＯＳイメージセンサがこれらの問題を克服している点が挙げられる。
また、ＣＭＯＳイメージセンサは、その製造プロセスとして一般的なＣＭＯＳ型集積回路と同様の製造プロセスを用いることが可能であり、また単一電源での駆動が可能である。また、ＣＭＯＳプロセスを用いたアナログ回路や論理回路をＣＭＯＳイメージセンサと同一のチップ内に混在させることができるため、周辺ＩＣの数を減らすことができる。
【００２２】
ＣＣＤイメージセンサの出力回路は、フローティングディフュージョン（Floating Diffusion：浮遊拡散層）を有するＦＤアンプを用いた１チャネル（ｃｈ）での出力が主流である。これに対して、ＣＭＯＳイメージセンサは、画素毎にＦＤアンプを持ち合わせており、その出力は、画素アレイの中のある１行を選択し、選択した行の画素の信号を同時に列方向へ読み出す列並列出力型が主流である。画素内に配置されたＦＤアンプでは十分な駆動能力を得られない場合があるため、データレートを下げる。したがって、列並列出力型の出力が有利である。列並列出力型ＣＭＯＳイメージセンサの信号出力回路として様々なものが提案されている。一方、ＣＣＤイメージセンサの電荷を読み出すには、バケツリレーによって電荷を増幅器に転送する必要があるため、画素から信号を読み出すのにある程度の時間が必要になる。
以上のように、ＣＭＯＳイメージセンサは、大きなメリットを複数持ち合わせている。
【００２３】
ＣＭＯＳイメージセンサの画像信号の読み出しで用いられる手法として、次の手法がある。すなわち、フォトダイオード等の光電変換素子で生成した光信号となる信号電荷を、その近傍に配置したＭＯＳスイッチを介して容量（コンデンサ）に一時的にサンプリングし、サンプリングした容量を読み出す方法がある。
サンプリング回路においては、通常、サンプリングした容量の値に逆相関を有するノイズが含まれる。画素回路においては、信号電荷をサンプリングする容量（コンデンサ）に転送する際は、ポテンシャル勾配を利用して、信号電荷を完全転送するため、このサンプリング過程においてノイズは発生しない。しかし、サンプリング過程の前の容量の電圧レベルをある基準値にリセットする際にノイズがのる。
【００２４】
図２は、４つのトランジスタで構成されるＣＭＯＳイメージセンサの画素回路の一例を示す図である。
画素回路は、光電変換素子として例えばフォトダイオード２０１を有する。画素回路は、１個のフォトダイオード２０１に対して、転送トランジスタ２０２、増幅トランジスタ２０３、選択トランジスタ２０４、及びリセットトランジスタ２０５の４つのトランジスタを能動素子として有する。尚、画素回路では、フォトダイオード２０１と、フォトダイオード２０１に対応する能動素子（転送トランジスタ２０２、増幅トランジスタ２０３、選択トランジスタ２０４、リセットトランジスタ２０５）を有する画素がマトリックス状（行列状）に配置される。
【００２５】
フォトダイオード２０１は、入射した光を電荷に光電変換する。
転送トランジスタ２０２は、フォトダイオード２０１とフローティングディフュージョンＦＤとの間に接続される。転送トランジスタ２０２は、転送制御線ＬＴｘを通じてそのゲート（転送ゲート）に駆動信号が与えられることで、フォトダイオード２０１で光電変換された電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。
リセットトランジスタ２０５は、電源ラインＬＶＤＤとフローティングディフュージョンＦＤとの間に接続される。リセットトランジスタ２０５は、リセット制御線ＬＲＳＴを通して、そのゲートにリセット信号が与えられることで、フローティングディフュージョンＦＤの電位を電源ラインＬＶＤＤの電位にリセットする。より具体的には、画素をリセットするときは、転送トランジスタ２０２をオンし、フォトダイオード２０１に溜まった電荷を掃き出し、次に転送トランジスタ２０２をオフにして、フォトダイオード２０１が光信号を電荷に変換し、蓄積する。
【００２６】
フローティングディフュージョンＦＤには、増幅トランジスタ２０３のゲートが接続される。増幅トランジスタ２０３は、選択トランジスタ２０４を介して信号線ＬＳＧＮに接続され、画素の外の定電流源２０６とソースフォロアを構成する。
選択制御線ＬＳＥＬを通してアドレス信号が選択トランジスタ２０４のゲートに与えられると、選択トランジスタ２０４がオンする。選択トランジスタ２０４がオンすると、増幅トランジスタ２０３は、フローティングディフュージョンＦＤの電位を増幅して、その電位に応じた電圧を出力（垂直）信号線ＬＳＧＮに出力する。垂直信号線ＬＳＧＮを通じて、各画素から出力された信号電圧は、画素信号読み出し回路に出力される。
【００２７】
実際の画素信号の読み出し時には、リセットトランジスタ２０５をオンしてフローティングディフュージョンＦＤをリセットする。その後、リセットトランジスタ２０５をオフし、そのときのフローティングディフュージョンＦＤの電圧をリセット信号として増幅トランジスタ２０３、選択トランジスタ２０４を通して出力する。このときの出力をＰ相出力とする。
次に、転送トランジスタ２０２をオンして、フォトダイオード２０１に蓄積された電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。そして、そのときのフローティングディフュージョンＦＤの電圧を蓄積信号として増幅トランジスタ２０３、選択トランジスタ２０４を通じて出力する。このときの出力をＤ相出力とする。
これらの動作は、例えば、転送トランジスタ２０２、リセットトランジスタ２０５、及び選択トランジスタ２０４の各ゲートが行単位で接続されていることから、１行分の各画素について同時に並列的に行われる。
このような列並列出力型ＣＭＯＳイメージセンサの画素信号読み出し回路の最も進んだ形態の１つが、列毎にアナログ−デジタル変換装置を備え、デジタル信号として画素信号を取り出すタイプである。以下の説明では、このアナログ−デジタル変換装置を必要に応じて列並列型ＡＤＣ（Analog Digital Converter）と称する。
【００２８】
図３は、列並列型ＡＤＣを搭載した固体撮像素子３００（ＣＭＯＳイメージセンサ）の構成の一例を示す図である。
図３に示すように、固体撮像素子３００は、画素部３０１、垂直走査回路３０２、水平転送走査回路３０３、タイミング制御回路３０４、及びＡＤＣ群３０５を有する。また、固体撮像素子３００は、デジタル−アナログ変換装置（ＤＡＣ（Digital‐Analog Converter））３０６、アンプ回路（Ｓ／Ａ）３０７、及び信号処理回路３０８を有する。尚、以下の説明では、デジタル−アナログ変換装置３０６を必要に応じてＤＡＣ３０６と称する。
【００２９】
画素部３０１は、例えば図２で説明したような画素がマトリックス状に配置されて構成される。また、画素部３０１には、画素部３０１の信号を順次読み出すための制御回路として、以下の回路が配置される。すなわち、画素部３０１には、内部クロックを生成するタイミング制御回路３０４と、行アドレスや行走査を制御する垂直走査回路３０２と、列アドレスや列走査を制御する水平転送走査回路３０３と、が配置される。
前述したように、画素信号の読み出し時には、リセットトランジスタ２０５をオンしてフローティングディフュージョンＦＤをリセットする。そして、リセットトランジスタ２０５をオフし、そのときのフローティングディフュージョンＦＤの電圧を増幅トランジスタ２０３、選択トランジスタ２０４を通してＰ相出力として出力する。次に、転送トランジスタ２０２をオンして、フォトダイオード２０１に蓄積された電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。そして、そのときのフローティングディフュージョンＦＤの電圧を増幅トランジスタ２０３、選択トランジスタ２０４を通してＤ相出力として出力する。
【００３０】
ＡＤＣ群３０５において、Ｄ相出力とＰ相出力との差分を画像信号とすることで、画素毎の出力のＤＣ成分のバラツキだけでなく、フローティングディフュージョンＦＤのリセットノイズも画素信号から除去することができる。
ＡＤＣ群３０５には、コンパレータ３０５ａと、カウンタ３０５ｂと、ラッチ３０５ｃとを有するＡＤＣが、画素部３０１内の画素のマトリックスの列ごとに配列される。コンパレータ３０５ａは、ＤＡＣ３０６により生成される参照電圧を階段状に変化させたランプ波形である参照電圧Ｖｓｌｏｐと、行線毎に画素から出力信号線ＬＳＧＮを経由して得られるアナログの画素信号Ｖｓｌとを比較する。カウンタ３０５ｂは、このコンパレータ３０５ａにおける比較の時間をカウントする。ラッチ３０５ｃは、カウンタ３０５ｂによるカウントの結果を保持する。
【００３１】
ＡＤＣ群３０５は、ｎビットのデジタル信号変換機能を有する。コンパレータ３０５ａと、カウンタ３０５ｂと、ラッチ３０５ｃとを備えたＡＤＣが、垂直信号線ＬＳＧＮ毎に配置されることで列並列ＡＤＣブロックを構成する。各ラッチ３０５ｃの出力は、水平転送線３０９に接続される。水平転送線３０９のビット幅と同数のアンプ回路３０７及び信号処理回路３０８が配置される。
図４は、図３の画素部３０１に含まれる一列の画素（の一部）と、ＡＤＣ群３０５に含まれるＡＤＣの１つを示す図である。図５Ａは、ノイズを除去できない場合の図４の主な信号の出力波形の一例を示す図であり、図５Ｂは、ノイズを除去できる場合の図４の主な信号の出力波形の一例を示す図である。
【００３２】
図５Ａ、図５Ｂに示すように、Ｐ相出力のタイミングとＤ相出力のタイミングとの時間差をΔＴとし、以下の説明では、必要に応じて単に時間差ΔＴと称する。ＡＤＣ群３０５においては、垂直信号線ＬＳＧＮに読み出されたアナログの画像信号である画素出力（電位Ｖｓｌ）は、列毎に配置されたコンパレータ３０５ａで、参照電圧Ｖｓｌｏｐと比較される。参照電圧Ｖｓｌｏｐは、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、ある傾きを持って線形に変化するスロープ波形（ランプ波形）を有する。このとき、コンパレータ３０５ａと同様に列毎に配置されたカウンタ３０５ｂが動作する。ランプ波形のある参照電圧Ｖｓｌｏｐとカウンタ３０５ｂのカウント値とが一対一の対応を取りながら変化することで、垂直信号線ＬＳＧＮの電位（アナログの画素信号）Ｖｓｌがデジタルの画素信号に変換される。参照電圧Ｖｓｌｏｐの変化は、電圧の変化を時間の変化に変換するものであり、その時間をある周期（クロック）でカウントすることで、アナログ値がデジタル値に変換される。そして、アナログの信号である垂直信号線ＬＳＧＮの電位Ｖｓｌと参照電圧Ｖｓｌｏｐとが交わったとき、コンパレータ３０５ａの出力が反転する。これによりカウンタ３０５ｂの入力クロックを停止し、ＡＤ変換が完了する。
【００３３】
図５ＡのＰ相期間において、アナログ信号である垂直信号線ＬＳＧＮの電位Ｖｓｌと参照電圧Ｖｓｌｏｐとが等しくなると、コンパレータ３０５ａの出力は"Ｈ"レベルから"Ｌ"レベルに反転する。そして、このコンパレータ３０５ａの極性反転を受けて、カウンタ３０５ｂはカウント動作を停止して、ラッチ３０５ｃは、Ｐ相出力（ΔＶ）に対応するカウント値を保持する。
次に、Ｄ相期間において、アナログ信号である垂直信号線ＬＳＧＮの電位Ｖｓｌと参照電圧Ｖｓｌｏｐとが等しくなると、コンパレータ３０５ａの出力は"Ｈ"レベルから"Ｌ"レベルに反転する。そして、このコンパレータ３０５ａの極性反転を受けて、カウンタ３０５ｂはカウント動作を停止して、ラッチ３０５ｃは、図５Ａに示す出力電圧Ｖoutに対応するカウント値を保持する。図５Ａに示すように、この出力電圧Ｖoutは、Ｄ相期間でコンパレータ３０５ａが極性反転した時のＤ相出力からＰ相出力（＝ΔＶ）を差し引いた値である。これにより、Ｄ相出力とＰ相出力との差分である出力電圧Ｖoutを得ることができる。
【００３４】
以上のＡＤ変換期間が終了した後、水平転送走査回路３０３により、ラッチ３０５ｃに保持されたデータ（出力電圧）が、水平転送線３０９、アンプ回路３０７を経て信号処理回路３０８に入力され、２次元画像が生成される。このようにして、列並列出力処理が行われる。
ところが、補正レンズ駆動部１０５のアクチュエータ１０５ｂ、又はレンズ１０１、フォーカスレンズ１０４を駆動するためのレンズ駆動部１１４等から発生された磁気が、垂直信号線ＬＳＧＮ等にノイズとして加わる場合がある。具体的には、任意の駆動デバイスがＰＷＭ駆動している場合、駆動デバイスのコイルから発生する磁束が、ＣＭＯＳイメージセンサの信号線を貫通する。これにより当該信号線内で電磁誘導による磁気が発生し、当該信号線にノイズが発生する。
【００３５】
列並列ＡＤＣを搭載した固体撮像素子３００は、水平方向１ライン分のＡＤ変換を同時に行うため、このノイズが加わると、水平方向１ライン分の全ての信号にノイズの影響が生じてしまう。このとき、画像としては、横筋状のノイズとして表れるため、視覚的にもノイズの影響が目立ち、画質の低下が生じる。本実施形態では、Ｐ相出力とＤ相出力に同じレベルでノイズが生じるようにＡＤ変換のタイミングを変更することで、ノイズの影響を画素信号から除去し、この横筋状のノイズの発生を抑止する。
【００３６】
図５Ａ及び図５Ｂでは、一例として、アクチュエータの駆動によるノイズ波形Ｎを示す。図５Ａに示す場合は、Ｐ相出力のタイミングとＤ相出力のタイミングとでノイズ波形Ｎのレベル（位相）が異なるため、Ｐ相出力のタイミングとＤ相出力のタイミングとの差分にはノイズの影響が大きく含まれてしまう。
そこで、本実施形態では、図５Ｂに示すように、Ｄ相出力のタイミングをずらすことによって、ノイズ波形Ｎのレベル（位相）をＰ相出力のタイミングとＤ相出力のタイミングとで一致させる。すなわち、Ｐ相出力のタイミングとＤ相出力のタイミングとの時間差ΔＴを、ノイズ周波数の逆数の整数倍に一致させる。そうすればノイズがＰ相出力のタイミングとＤ相出力のタイミングに与える影響は同相となるため、Ｐ相出力のタイミングとＤ相出力のタイミングとの差分をとると、ノイズの影響をキャンセルすることができる。Ｐ相出力のタイミングとＤ相出力のタイミングとの時間差ΔＴを、ノイズ周波数の逆数の整数倍に完全に一致させる事ができない場合でも、当該時間差ΔＴをノイズ周波数の逆数の整数倍に近づけることでノイズを低減することができる。
すなわち、以下の（１）式を満たす場合に、ノイズを除去することができる。
ΔＴ＝ｎ／ｆ  ・・・（１）
ここで、ｎは整数、ｆはレンズ駆動部１１４等のノイズ周波数である。
【００３７】
図６は、レンズ駆動部１１４が１つでノイズ周波数が１つである場合に、磁気ノイズを除去する方法の一例を説明するフローチャートである。
まず、ステップＳ６０１において、制御部１１５は、情報記録部１１６に格納された"レンズ駆動部１１４が発生させる既知のノイズ周波数ｆの値"を読み込む。
次に、ステップＳ６０２において、制御部１１５は、（１）式の計算を行い、Ｐ相出力のタイミングとＤ相出力のタイミングとの時間差ΔＴを算出する。
次に、ステップＳ６０３において、制御部１１５は、タイミング制御回路３０４が出力するＰ相出力のタイミングとＤ相出力のタイミングとの間隔が、ステップＳ６０２で算出した時間差ΔＴになる（又は近づく）ように同期パルスを設定する（図５Ｂを参照）。タイミング制御回路３０４は、このように設定した同期パルスを、ＤＡＣ３０６、垂直走査回路３０２、及び水平転送走査回路３０３に送る。
【００３８】
以上のように本実施形態では、ノイズの周期が、Ｐ相出力のタイミングとＤ相出力のタイミングとの時間差ΔＴを、ノイズ周波数ｆの逆数の整数倍になるように、Ｄ相期間における参照電圧Ｖｓｌｏｐの出力を開始するタイミングを調整した。したがって、Ｐ相出力のタイミングとＤ相出力のタイミングとの時間差ΔＴが、ノイズ周波数ｆの逆数の整数倍を保ったまま、出力電圧Ｖoutを出力する事が可能になる。よって、事前に様々な状況を想定した設定を行うことなく、撮影された画像に記録されるノイズを、低減することができる。また、以下の各実施形態に示すように、撮影された画像に様々な状況で発生するノイズを、低減することができる。したがって、撮影された画像に記録されるノイズを、容易に且つ確実に低減することができる。
【００３９】
本実施形態では、時間差ΔＴの演算を制御部１１５が行うものとして説明を行ったが、事前に時間差ΔＴの演算を行った結果を情報記録部１１６に格納し、それを読み出して実行してもよい。例えば、時間差ΔＴの演算をタイミング制御回路３０４で実行するようにしてもよい。いずれの方法であっても、Ｐ相出力のタイミングとＤ相出力のタイミングとの時間差ΔＴが、ノイズ周波数ｆの逆数の整数倍を保ったまま、出力電圧Ｖoutを出力する事が可能になる。
また、本実施形態では、レンズ駆動部１１４がＰＷＭによる駆動方式で駆動する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、レンズ駆動部１１４の駆動方式はこれに限らず他の駆動方式でも構わない。例えば、レンズ駆動部１１４の駆動方式は、位相差検出方式、ＰＺＤ（Ｐｉｅｚｏ  Ｄｒｉｖｅ）等であっても、本実施形態で説明したのと同様にしてノイズを除去する事ができる。
【００４０】
また、撮像装置は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラに限定されない。例えば、本実施形態で説明した撮像装置を小型のカメラモジュールとして構成し、携帯電話、ＰＤＡ、携帯型ゲーム機、携帯型映像又は音声プレーヤ／レコーダ、ボイスレコーダ、電子手帳等の各種の携帯機器に搭載することができる。さらに、かかる小型のカメラモジュールは、ＰＣ、ＰＤＡ等の情報処理装置、オーディオ機器、記録／再生装置、情報家電、ドアフォン装置、認証装置、ロボット、玩具、リモートコントローラ等、撮像素子を搭載した任意の電子機器に搭載することができる。また、本実施形態の撮像装置は、例えば、デジタルカメラ（スチールカメラ、一眼レフカメラ等）、デジタルビデオカメラ、監視カメラ等、撮像機能を主機能するカメラ自体にも適用できる。
【００４１】
（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。前述した第１の実施形態では、レンズ駆動部１１４が１つである場合を例に挙げて説明した。これに対し、本実施形態では、複数の異なるレンズ駆動部が、各々異なるノイズ周波数で駆動する場合について説明する。このように本実施形態と第１の実施形態とでは、複数の異なるレンズ駆動部が、各々異なるノイズ周波数で駆動することによる構成及び動作が主として異なる。したがって、本実施形態の説明において、第１の実施形態と同一の部分については、図１〜図６に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。
【００４２】
図７は、本実施形態の撮像装置の構成の一例を示す図である。本実施形態の撮像装置は、図１に示した第１の実施形態の撮像装置のレンズ駆動部１１４の代わりに、２つのレンズ駆動部１１４ａ、１１４ｂを備えたものである。図８は、レンズ駆動部１１４ａ、１１４ｂが２つで、それぞれ異なるノイズ周波数で駆動する場合に、磁気ノイズを除去する方法の一例を説明するフローチャートである。尚、本実施形態の説明では、Ｐ相出力のタイミングとＤ相出力のタイミングとの時間差ΔＴをΔＴ'と表記する。また、レンズ駆動部１１４ａ、１１４ｂがそれぞれ既知のノイズ周波数ｆ１、ｆ２で動作しているものとする。
【００４３】
まず、ステップＳ８０１において、制御部１１５は、情報記録部１１６に格納された"レンズ駆動部１１４ａ及びレンズ駆動部１１４ｂが発生させる既知のノイズ周波数ｆ１、ｆ２の値"を読み込む。
次に、ステップＳ８０２において、制御部１１５は、Ｐ相出力のタイミングとＤ相出力のタイミングとの時間差ΔＴ'を、ステップＳ８０１で取得したノイズ周波数ｆ１、ｆ２の逆数１／ｆ１、１／ｆ２の最小公倍数として算出する。
【００４４】
次に、ステップＳ８０３において、制御部１１５は、タイミング制御回路３０４が出力するＰ相出力のタイミングとＤ相出力のタイミングの関係が、ステップＳ８０２で算出した時間差ΔＴ'になる（又は近づく）ように同期パルスを設定する（図５Ｂを参照）。タイミング制御回路３０４は、このように設定した同期パルスを、ＤＡＣ３０６、垂直走査回路３０２、及び水平転送走査回路３０３に送る。
尚、ここでは、レンズ駆動部１１４ａ、１１４ｂが２つで、それぞれ異なるノイズ周波数で駆動している場合を例に挙げて説明した。しかしながら、これらの数は２に限定されない。すなわち、各々異なるレンズ駆動部がｎ個（ｎは任意の自然数）存在し、それぞれ異なるノイズ周波数ｆ１、ｆ２、・・・、ｆｎで駆動している場合も、図８のフローチャートと同様にして同期パルスを設定することができる。この場合には、まず、ステップＳ８０１において、それぞれのレンズ駆動部１１４が発生させる既知のノイズ周波数ｆ１、ｆ２、・・・、ｆｎを取得する。そして、ステップＳ８０２において、Ｐ相出力のタイミングとＤ相出力のタイミングとの時間差ΔＴ'を、ノイズ周波数ｆ１、ｆ２、・・・、ｆｎの逆数１／ｆ１、１／ｆ２、・・・、１／ｆｎの最小公倍数として算出する。
【００４５】
以上のように本実施形態によれば、各々異なるノイズ周波数で駆動する複数のレンズ駆動部が存在する場合でも、第１の実施形態で説明したのと同様に、撮影された画像に記録されるノイズを、容易に且つ確実に低減することができる。
【００４６】
本実施形態では、時間差ΔＴ'の演算を制御部１１５が行うものとして説明を行ったが、事前に時間差ΔＴ'の演算を行った結果を情報記録部１１６に格納し、それを読み出して実行してもよい。例えば、時間差ΔＴ'の演算をタイミング制御回路３０４で実行するようにしてもよい。いずれの方法であっても、Ｐ相出力のタイミングとＤ相出力のタイミングとの時間差ΔＴ'が、ノイズ周波数ｆ１、ｆ２、・・・、ｆｎの逆数の最小公倍数の整数倍を保ったまま、出力電圧Ｖoutを出力する事が可能になる。
また、本実施形態では、時間差ΔＴ'を、ノイズ周波数ｆ１、ｆ２、・・・、ｆｎの逆数１／ｆ１、１／ｆ２、・・・、１／ｆｎの最小公倍数とした。しかしながら、時間差ΔＴ'を、ノイズ周波数ｆ１、ｆ２、・・・、ｆｎの逆数１／ｆ１、１／ｆ２、・・・、１／ｆｎの最小公倍数の整数倍としてもよい。
また、本実施形態でも、第１の実施形態で説明した種々の変形例を採用できる。
【００４７】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第２の実施形態では、複数の異なるレンズ駆動部が、各々異なるノイズ周波数で駆動する場合を例に挙げて説明した。これに対し、本実施形態では、１つのレンズ駆動部が時間によって異なる複数のノイズ周波数で駆動する場合について説明する。このように本実施形態と第１、第２の実施形態とは、１つのレンズ駆動部が時間によって異なる複数のノイズ周波数で駆動することによる構成及び動作が主として異なる。したがって、本実施形態の説明において、第１、第２の実施形態と同一の部分については、図１〜図８に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。
【００４８】
本実施形態の撮像装置の構成の一例は、図１に示したものと同じである。ここでは、例えば、動作モードの切り替えによって、レンズ駆動部１１４のノイズ周波数が変化する場合を例に挙げて説明を行う。
図９は、ノイズ周波数の時間遷移と、Ｐ相出力のタイミングとＤ相出力のタイミングとの時間差ΔＴの時間推移の一例を示す図である。図９（ａ）では、横軸が時間を表し、縦軸がノイズ周波数を表す。図９（ｂ）では、横軸が時間を表し、縦軸が時間差ΔＴを表す図である。
【００４９】
図９に示す例では、動作開始から時刻ｔ１までは、レンズ駆動部１１４は、ノイズ周波数ｆで動作するモードＡで駆動し、時刻ｔ１からｔ２までは時刻０からｔ１までのノイズ周波数ｆの２倍のノイズ周波数２×ｆで動作するモードＢで駆動するものとする。モードＡのときの時間差ΔＴ１は、以下の（２）式で表され、モードＢのときの時間差ΔＴ２は、以下の（３）式で表される。となる。
ΔＴ１＝ｎ／ｆ  ・・・（２）
ΔＴ２＝ｍ／（２×ｆ）  ・・・（３）
ここで、ｎ、ｍはそれぞれ任意の整数である。
【００５０】
図１０は、１つのレンズ駆動部１１４が時間によって異なる複数のノイズ周波数ｆ１、ｆ２で駆動する場合に、磁気ノイズを除去する方法の一例を説明するフローチャートである。尚、図１０では、操作部１１７の入力モード切替スイッチの設定等によって、動作開始時にはＡモードで動作しているものとする。
まず、ステップＳ１００１において、制御部１１５は、撮像装置（レンズ駆動部１１４）における現在のモードがＡモード及びＢモードの何れであるか判定する。この判定の結果、現在のモードがモードＡであれば、すなわち電源ＯＮから時間ｔ１が経過していなければ、現在のモードがＡモードであると判定し、ステップＳ１００２へ進む。
【００５１】
ステップＳ１００２において、制御部１１５は、情報記録部１１６に格納された"レンズ駆動部１１４が発生させる既知のノイズ周波数ｆの値"を読み込む。
次に、ステップＳ１１０３において、制御部１１５は、（２）式の計算を行い、Ｐ相出力のタイミングとＤ相出力のタイミングとの時間差ΔＴ１を算出する。
【００５２】
次に、ステップＳ１００４において、制御部１１５は、タイミング制御回路３０４が出力するＰ相出力のタイミングとＤ相出力のタイミングとの間隔が、ステップＳ１００３で算出した時間差ΔＴ１になる（又は近づく）ように同期パルスを設定する。タイミング制御回路３０４は、このように設定した同期パルスを、ＤＡＣ３０６、垂直走査回路３０２、及び水平転送走査回路３０３に送る。
【００５３】
この後、ステップＳ１００１に戻り、制御部１１５は、再度モードの判定を行い、モードが切り替わるまで、ステップＳ１００１〜Ｓ１００４の処理を繰り返す。そして、ステップＳ１００１において、電源ＯＮから時刻ｔ１が経過して現在のモードがモードＢに切り替わったと判定されると、ステップＳ１００５へ進む。
ステップＳ１００５に進むと、制御部１１５は、情報記録部１１６に格納された"レンズ駆動部１１４が発生させる既知のノイズ周波数２×ｆの値"を読み込む。
次に、ステップＳ１００６において、制御部１１５は、（３）式の計算を行い、Ｐ相出力のタイミングとＤ相出力のタイミングとの時間差ΔＴ２を算出する。
【００５４】
次に、ステップＳ１００７において、制御部１１５は、タイミング制御回路３０４が出力するＰ相出力のタイミングとＤ相出力のタイミングとの間隔が、ステップＳ１００６で算出した時間差ΔＴ２になる（又は近づく）ように同期パルスを設定する。タイミング制御回路３０４は、このように設定した同期パルスを、ＤＡＣ３０６、垂直走査回路３０２、及び水平転送走査回路３０３に送る。
この後、ステップＳ１００１に戻り、制御部１１５は、再度モードの判定を行い、モードが切り替わるまで、ステップＳ１００１、Ｓ１００５〜Ｓ１１０７の処理を繰り返す。
【００５５】
以上のように本実施形態によれば、１つのレンズ駆動部が時間によって異なる複数のノイズ周波数で駆動する場合でも、第１、第２の実施形態で説明したのと同様に、撮影された画像に記録されるノイズを、容易に且つ確実に低減することができる。
【００５６】
本実施形態では、時間差ΔＴ１、ΔＴ２の演算を制御部１１５が行うものとして説明を行ったが、事前に時間差ΔＴ１、ΔＴ２の演算を行った結果を情報記録部１１６に格納し、それを読み出して実行してもよい。例えば、時間差ΔＴ１、ΔＴ２の演算をタイミング制御回路３０４で実行するようにしてもよい。いずれの方法であっても、Ｐ相出力のタイミングとＤ相出力のタイミングとの時間差ΔＴ１、ΔＴ２が、ノイズ周波数ｆ、２×ｆの逆数の整数倍を保ったまま、出力電圧Ｖoutを出力する事が可能になる。
【００５７】
また、本実施形態では、２つのモードの切替をする場合について述べたが、モード切り替えがｋ個（ｋ：任意の整数）の場合でも、本実施形態で説明したのと同様の方法で実現することができる。例えば、図１０のステップＳ１００１において、現在のモードが、ｋ個のモードの何れであるかを判定し、判定したモードに対するノイズ周波数の逆数の整数倍を算出し、その値を、Ｐ相出力のタイミングとＤ相出力のタイミングとの時間差とすればよい。
また、本実施形態でも、第１、第２の実施形態で説明した種々の変形例を採用できる。
【００５８】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。第１〜第３の実施形態では、レンズ駆動部１１４の駆動周波数がノイズ周波数である場合を例に挙げて説明した。しかしながら、レンズを駆動するアクチュエータの他にも、電源回路の電圧制御用のトランジスタのスイッチング動作によっても同様なノイズが発生する場合がある。具体的には、電源回路がスイッチング動作をしている場合、電源回路のコイルから発生する磁束が、ＣＭＯＳイメージセンサの信号線を貫通する。これにより当該信号線内で電磁誘導による磁気が発生し、当該信号線にノイズが発生する。
【００５９】
電源回路のスイッチング動作周波数は個体毎にばらつきがあり、また温度等の要因で変動する。このため、ノイズの影響をキャンセル出来るＰ相出力のタイミングとＤ相出力のタイミングとを一意的には決められない。
そこで、本実施形態では、撮像装置自身で画像を撮像し、その画像のデータを周波数解析することにより、電源回路のスイッチング動作周波数をノイズ周波数ｆとして特定する。ノイズ周波数ｆが特定できれば、第１の実施形態で説明したように、（１）式により時間差ΔＴを算出し、Ｐ相出力のタイミングとＤ相出力のタイミングとの間隔が、算出した時間差ΔＴになる（又は近づく）ように同期パルスを設定できる。これにより、画像に記録されるノイズを軽減させることが出来る。
以上のように本実施形態と第１〜３の実施形態とは、ノイズの発生源が異なることによる構成及び動作が主として異なる。したがって、本実施形態の説明において、第１〜第３の実施形態と同一の部分については、図１〜図１０に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。
【００６０】
図１１は、電源回路のスイッチング動作周波数をノイズ周波数ｆとして導出する方法の一例を説明するフローチャートである。ここでは、電源回路のスイッチング動作周波数の公称値が２．５ＭＨｚ（２５００ｋＨｚ）であり、１０％の個体ばらつきがあるものとする。
最初に、制御部１１５は、ノイズ周波数検出用の第１の駆動モードでの撮影を指示する。この指示に基づいて撮影が実行されると、固体撮像素子３００から画像信号が出力され信号処理部１１１（メモリ）に一時的に記憶される。画像信号には、電源回路のスイッチング動作の影響でノイズが混入している。そこで、制御部１１５は、この画像信号に対して周波数解析を行うことによりノイズ周波数ｆを特定する。ここでは、他の影響を抑制するため、固体撮像素子３００（の各画素）への光の入力を遮断して黒画像を撮影するのが望ましい。通常の撮像装置では、メカニカルシャッター１０６を閉じることで光を遮断することが出来る。
【００６１】
ノイズ周波数検出用の画像信号のデータとしては、固体撮像素子３００の垂直方向の１列分のデータが最低限あればよい。これは、列並列型ＡＤＣを搭載した固体撮像素子３００は、水平方向の１ライン分のＡＤ変換を同時に行うため、このノイズが加わると水平方向の１ライン分の全ての信号に同じようにノイズの影響が表れるからである。尚、２次元の画像信号のデータを用いて、水平方向の１ライン分のデータを平均化した後に、垂直方向の離散データを生成しても良い。
【００６２】
第１の駆動モードでは、ＨＤ周期（水平同期期間）が５００ｋＨｚである。したがって、第１の駆動モードで電源回路がスイッチング動作をした場合に得られる画像信号のデータは、サンプリング周波数が５００ｋＨｚの離散データになる。そこで、ステップＳ１１０２において、制御部１１５は、この離散データに対して、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を実行してピークの現れる周波数を導出する。
図１２は、スイッチング動作周波数と、離散フーリエ変換でピークの現れる周波数との関係の一例を示す図である。ここでは、第１の駆動モードで電源回路のスイッチングがスイッチング動作をした場合に得られる画像信号のデータに対して離散フーリエ変換を実行した結果から、１５０ｋＨｚのピークが現れたとして説明を行う。
【００６３】
画像信号には電源回路のスイッチング動作周波数のノイズが混入しており、前述したようにスイッチング動作周波数は２５００ｋＨｚ近傍であることが分かっている。ナイキスト周波数は、２５０ｋＨｚであるため、前記１５０ｋＨｚのピークは折り返しが見えていると考えてよい。従って、制御部１１５は、第１の駆動モードで電源回路のスイッチングがスイッチング動作をした場合に得られる画像信号のデータから、スイッチング動作周波数は２３５０ｋＨｚ又は２６５０ｋＨｚであると判断できる。
【００６４】
次に、ステップＳ１１０３において、制御部１１５は、ノイズ周波数検出用の第２の駆動モードでの撮影を指示する。この指示に基づいて撮影が実行されると、前述したのと同様に、固体撮像素子３００から画像信号のデータが出力され信号処理部１１１（メモリ）に一時的に記憶される。
第２の駆動モードでは、ＨＤ周期（水平同期期間）が４９０ｋＨｚである。したがって、第２の駆動モードで電源回路がスイッチング動作をした場合に得られる画像信号のデータは、サンプリング周波数が４９０ｋＨｚの離散データになる。そこで、ステップＳ１１０４において、制御部１１５は、この離散データに対して、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を実行してピークの現れる周波数を導出する。ここでは、第２の駆動モードで電源回路のスイッチングがスイッチング動作をした場合に得られる画像データに対して離散フーリエ変換を実行した結果から、１００ｋＨｚのピークが現れたとする。そうすると、制御部１１５は、第２の駆動モードで電源回路のスイッチングがスイッチング動作をした場合に得られる画像データから、スイッチング動作周波数は２３５０ｋＨｚであると判断できる。
【００６５】
次に、ステップＳ１１０５において、制御部１１５は、ステップＳ１１０２、Ｓ１１０４の結果から、スイッチング動作周波数を導出する。前述した例では、第１、第２の駆動モードで撮影した時の結果を合わせると、制御部１１５は、スイッチング動作周波数は２３５０ｋＨｚであると判断することができる。本実施形態ではこのようにして周波数導出処理が実現される。そして、このようにして導出されたスイッチング動作周波数をノイズ周波数ｆとして用いて、例えば、図６のステップＳ６０２、Ｓ６０３の処理を行う。
【００６６】
ここで、ノイズ周波数（スイッチング動作周波数）を検出するための撮影は、少なくとも撮像装置の製造工程において一度、撮像装置個々に実行するものとする。ただし、必ずしもこのようにする必要はなく、例えば、撮像装置の起動時に毎回実行するようにしてもよい。また、ユーザが任意のタイミングで撮影のタイミングを設定できるようにしてもよい。また、電源回路又はその付近等に取り付けられた温度センサを備えた撮像装置であれば、温度センサの温度の検出結果に応じて（例えば、温度センサの温度が所定の範囲を超えて変動している場合に）撮影を実行してもよい。
【００６７】
以上のように本実施形態では、撮像装置自身で画像（黒画像）を、水平同期期間を異ならせて撮影し、それらの画像データを周波数解析することにより電源回路のスイッチング動作周波数を特定し、当該スイッチング動作周波数をノイズ周波数ｆとする。したがって、電源回路のスイッチング動作により発生するノイズが画像に記録されることを、電源回路（スイッチング素子）の個体差等によりスイッチング動作周波数が変更している場合でも抑制することができる。
【００６８】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。本実施形態では、固体撮像素子３００のＡＤ変換回路におけるゲインの設定を変更した際に画像に記録されるノイズを抑制する場合について説明する。このように本実施形態と第１〜第４の実施形態とは、ノイズの発生源が異なることによる構成及び動作が主として異なる。したがって、本実施形態の説明において、第１〜第４の実施形態と同一の部分については、図１〜図１２に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。
【００６９】
シングルスロープ積分型といわれるＡＤ変換方式においては、コンパレータ３０５ａに供給する参照信号（参照電圧Ｖｓｌｏｐ）の傾きを変えることで、ＡＤ変換の処理対象のアナログ信号に対してゲイン調整を加えた結果のデジタル信号を得ることができる。
参照電圧Ｖｓｌｏｐは、全体的にある傾きを持って線形に変化する波形をもつものであればよく、その変化が滑らかなスロープ状を呈するものであってもよいし、階段上に順次変化するものであってもよい。
【００７０】
図１３は、本実施形態の固体撮像素子３００の構成と、固体撮像素子３００のＡＤ変換回路のゲインを調整するための制御部１１５の構成の一例を示す図である。尚、図１３では、表記の都合上、構成の一部を省略している。
タイミング制御回路３０４は、各部の動作に必要なクロックや所定タイミングのパルス信号を供給するタイミングジェネレータＴＧの機能を有する。また、タイミング制御回路３０４は、マスタークロックＣＬＫや、動作モード等を指令するデータｄａｔａを入力すると共に、固体撮像素子３００の情報を含むデータｄａｔａを出力する通信インタフェースの機能を有する。
【００７１】
タイミング制御回路３０４は、入力したクロック（マスタークロック）ＣＬＫやクロック変換回路１３０１で生成された高速クロックに基づいて内部クロックを生成する。クロック変換回路１３０１で生成された高速クロックを源とする信号を用いることで、ＡＤ変換処理等を高速に動作させることができる。また、高速クロックを用いて、高速の計算を必要とする動き抽出や圧縮処理を行うことができる。また、図示しないカラム処理部から出力されるパラレルデータをシリアルデータ化してデバイス外部に画像データを出力することもできる。こうすることで、ＡＤ変換されたデジタルデータのビット分よりも少ない端子で高速動作出力する構成を採ることができる。
【００７２】
クロック変換回路１３０１は、タイミング制御回路３０４に入力されたマスタークロックＣＬＫの周波数よりも高速のクロック周波数のパルス信号を生成する逓倍回路を内蔵する。クロック変換回路１３０１は、例えば、タイミング制御回路３０４から、低速クロックを受け取り、それを元にして２倍以上高い周波数のクロックを生成する。クロック変換回路１３０１の逓倍回路としては、周知の様々な回路を利用することができる。
【００７３】
タイミング設定部１３０２は、周期的なノイズの低減を行うための参照信号（参照電圧Ｖｓｌｏｐ）の出力の開始のタイミングを決定する。この詳細については後述する。
ノイズ情報記憶部１３０３は、固体撮像素子３００に影響を与えるノイズ源のノイズ情報を記憶する。本実施形態では、ノイズ情報は、撮像装置内で発生する各ノイズ周波数（又は周期）、撮像装置外で発生する既知のノイズ周波数（又は周期）、及び各ノイズ情報を基に算出されたノイズの低減のためのタイミング情報等である。
【００７４】
ノイズ検出部１３０４は、撮影された画像に現れる周期的なノイズを検出する。ノイズ検出部１３０４で検出したノイズに係るノイズ情報は、ノイズ情報記憶部１３０３に保持される。
ゲイン設定部１３０５は、撮影された画像に基づいて、固体撮像素子３００のＡＤ変換回路のゲインを決定する。また、撮像装置においてマニュアルモードが設定されている場合、ゲイン設定部１３０５は、ユーザの操作部１１７の操作によって指示されるゲインの値を設定する。
目標輝度設定部１３０６はノイズを低減させる画像の輝度値を決定する。
【００７５】
図１４は、ＤＡＣ３０６の出力波形の一例を示す図である。
ＤＡＣ３０６は、タイミング制御回路３０４から、ＤＡ変換駆動用のカウントクロックＤＡＣ＿ＣＬＫの供給を受ける。そして、ＤＡＣ３０６は、カウントクロックＤＡＣ＿ＣＬＫに同期して、例えば線形的に減少する階段状のランプ波形を生成し、カラムＡＤ回路のコンパレータ３０５ａにＡＤ変換用の参照電圧Ｖｓｌｏｐを供給する。
ここで、ＤＡＣ３０６は、ゲイン設定部１３０５からの"参照電圧Ｖｓｌｏｐの初期値を指示する情報"に基づき初期電圧を設定する。また、ＤＡＣ３０６は、参照電圧Ｖｓｌｏｐの傾き（単位時間当たりの変化量）を指示する情報に基づき、１クロック当たりの電圧変化分であるステップ幅ΔＲＡＭＰを設定し、単位時間（カウントクロック）ごとに１ずつカウント値を変化させる。実際には、カウントクロックＤＡＣ＿ＣＬＫの最大カウント数（例えば１０ビットで１０２４等）に対しての最大電圧幅を設定する。尚、初期電圧を設定するための回路構成はどのようなものであってもよい。
【００７６】
図１４に示すように、カウントクロックＣＮＴ＿ＣＬＫ当りの参照電圧Ｖｓｌｏｐのステップ幅ΔＲＡＭＰが１ビット分解能となる。
カウントクロックＤＡＣ＿ＣＬＫの周波数が一定の場合、参照電圧Ｖｓｌｏｐの傾きが急なときは１ビット分解能が粗になるが、参照電圧Ｖｓｌｏｐの傾きが緩やかなときはステップ幅ΔＲＡＭＰが小さく１ビット分解能が精密になる。つまり、参照電圧Ｖｓｌｏｐの傾きが急なときはステップ幅ΔＲＡＭＰに対するカウントクロック数が少なくなり、ＡＤ変換回路のゲインが小さくなる。これに対し、参照電圧Ｖｓｌｏｐの傾きが緩やかなときはステップ幅ΔＲＡＭＰに対するカウントクロック数が多くなり、ＡＤ変換回路のゲインが大きくなる。
【００７７】
一方、参照電圧Ｖｓｌｏｐの傾きが一定の場合、カウントクロックＤＡＣ＿ＣＬＫの周波数が高いときはステップ幅ΔＲＡＭＰが小さく１ビット分解能が精密になる。つまり、カウントクロックＤＡＣ＿ＣＬＫの周波数が低いときは、ステップ幅ΔＲＡＭＰに対するカウントクロック数が少なくなり、ＡＤ変換回路のゲインが小さくなる。これに対して、カウントクロックＤＡＣ＿ＣＬＫの周波数が高いときは、ステップ幅ΔＲＡＭＰに対するカウントクロック数が大きくなり、ＡＤ変換回路のゲインが大きくなる。
以上のいずれの方式でも、単位時間当たりの参照電圧Ｖｓｌｏｐの変化量に対するカウントククロック数を調整することで、ＡＤ変換時にゲインの調整ができる。尚、図示しないが双方の方式を組み合わせてもよい。このように、カウントクロックＤＡＣ＿ＣＬＫの周波数を上げることでＡＤ変換回路のゲインを上げることができる。また、単位カウントクロックＤＡＣ＿ＣＬＫ当たりの参照電圧Ｖｓｌｏｐの変化率を変更して参照電圧Ｖｓｌｏｐの傾きを変更することで、ＡＤ変換回路のゲインを上げてもよい。本実施形態では、何れの方式も採用することができる。
【００７８】
図１５Ａは、ノイズ除去できない場合の参照電圧Ｖｓｌｏｐの出力開始のタイミングの一例を示す図であり、図１５Ｂは、ノイズ除去できる場合の参照電圧Ｖｓｌｏｐの出力開始のタイミングの一例を示す図である。
図１５において、時刻ｔ０、ｔ３は、Ｐ相、Ｄ相夫々における参照電圧Ｖｓｌｏｐの出力開始のタイミングである。時刻ｔ１、ｔ２は、ゲインＧ１、Ｇ２夫々におけるＰ相出力（Ｐ相における垂直信号線ＬＳＧＮの電位Ｖｓｌ）を確定するタイミングである。時刻ｔ４、ｔ５は、ゲインＧ１、Ｇ２夫々におけるＤ相出力（Ｄ相における垂直信号線ＬＳＧＮの電位Ｖｓｌ）を確定するタイミングである。
参照電圧１５０１は、ゲインＧ１での参照電圧Ｖｓｌｏｐ（の波形）を示し、参照電圧１５０２は、ゲインＧ２での参照電圧Ｖｓｌｏｐ（の波形）を示す。
信号値ＶＰは、Ｐ相出力（Ｐ相における垂直信号線ＬＳＧＮの電位Ｖｓｌ）であり、信号値ＶＤは、Ｄ相出力（Ｐ相における垂直信号線ＬＳＧＮの電位Ｖｓｌ）である。初期電圧設定値Ｖ０は、参照電圧Ｖｓｌｏｐの初期値（初期電圧）である。
【００７９】
参照電圧１５０１、１５０２が信号値ＶＰ、ＶＤと一致すると、コンパレータ３０５ａの出力が反転し、信号値が確定する。
図１５Ａに示すように、参照電圧１５０１、１５０２の出力開始のタイミングが同じ場合、ゲインＧ１のときとゲインＧ２のときとで、コンパレータ３０５ａが信号値ＶＤ、ＶＰ（Ｄ相出力、Ｐ相出力）を確定するタイミングの間隔が異なる。また、信号値とゲインの設定によって、Ｐ相出力のタイミングとＤ相出力のタイミングとでノイズ波形Ｎのレベル（位相）が異なる（図１５Ａの差Ｙ１、Ｙ２を参照）。このため、Ｐ相出力とＤ相出力との差分にはノイズの影響が大きく含まれてしまう。
【００８０】
そこで、図１５Ｂに示すように、Ｄ相における参照電圧１５０１、１５０２の出力開始のタイミングをずらすことによって、任意の信号値に対するノイズ波形Ｎのレベル（位相）を、Ｐ相出力のタイミングとＤ相出力のタイミングとで一致させる。この場合、ノイズがＰ相出力とＤ相出力に与える影響は同相となるため、Ｐ相出力とＤ相出力との差分をとると、ノイズの影響をキャンセルすることができる。
【００８１】
図１５Ｂにおいて、時刻ｔＤＧ１（０）は、Ｄ相における参照電圧Ｖｓｌｏｐの出力開始のタイミングである。時刻ｔＤＧ１（ＶＤ）は、Ｄ相出力を確定するタイミングである。ＡＤ変換回路のゲインの値に応じて、ノイズを低減させるためには、ノイズ波形Ｎの周期ＴＮに対して以下の（４）式の関係を満たせばよい。
ｔＤＧ１（ＶＤ）−ｔＰＧ１（ＶＰ）＝ＴＮ×ｎ  ・・・（４）
ただし、ｎは整数である。図１５Ｂでは、ｎは「３」である。
【００８２】
また、ゲインＧ１の場合、Ｐ相出力を確定するタイミングｔＰＧ１（ＶＰ）と、Ｄ相出力を確定するタイミングｔＤＧ１（ＶＰ）は、それぞれ以下の（５）式、（６）式の関係を有する。
ｔＰＧ１（ＶＰ）＝ｔ０＋（ＶＰ―Ｖ０）／ΔＲＡＭＰ（Ｇ１）＋（ＶＮ―ＶＰ）／ΔＲＡＭＰ（Ｇ１）  ・・・（５）
ｔＤＧ１（ＶＤ）＝ｔＤＧ１（０）＋（ＶＰ―Ｖ０）／ΔＲＡＭＰ（Ｇ１）＋（ＶＤ―ＶＰ）／ΔＲＡＭＰ（Ｇ１）＋（ＶＮ―ＶＤ）／ΔＲＡＭＰ（Ｇ１）  ・・・（６）
ただし、ΔＲＡＭＰ（Ｇ１）は、ゲインＧ１のときの参照電圧Ｖｓｌｏｐのステップ幅ΔＲＡＭＰである。また、ＶＮは対象となる周期的なノイズの影響による変動電圧であり、例えば、磁気ノイズの影響による信号変動電圧である。
【００８３】
ノイズ波形Ｎの周期ＴＮに一致するとき、以下の（７）式が成り立つ。
ＶＮ−ＶＤ＝ＶＮ−ＶＰ  ・・・（７）
したがって、Ｄ相における参照電圧Ｖｓｌｏｐの出力開始のタイミングは、以下の（８）式で表される。
ｔＤＧ１（０）＝ＴＮ×ｎ−（ＶＤ―ＶＰ）／ΔＲＡＭＰ（Ｇ１）  ・・・（８）
（８）式は、以下のことを表す。すなわち、Ｐ相における参照電圧Ｖｓｌｏｐの出力開始のタイミング（時刻ｔ０）から、ｎ×ノイズ波形の周期−（目標輝度値／単位クロック当たりの参照信号の変化率（ゲイン設定））の時間の経過後にＤ相における参照電圧Ｖｓｌｏｐの出力を開始すればよい。
【００８４】
Ｄ相における参照電圧Ｖｓｌｏｐの出力開始のタイミング（時刻ｔＤＧ１（０））は、タイミング設定部１３０２でゲインの変更の度にその都度算出することができる。この他、例えば、ノイズ情報記憶部１３０３に、Ｄ相における参照電圧Ｖｓｌｏｐの出力開始タイミング（時刻ｔＤＧ１（０））を目標輝度値毎に予めテーブルとして記憶させてもよい。また、目標輝度値が予め判明している場合は、当該目標輝度値に対応する"Ｄ相における参照電圧Ｖｓｌｏｐの出力開始タイミング（時刻ｔＤＧ１（０））"をノイズ情報記憶部１３０３に予め記憶してもよい。
また、撮影画像に応じて目標輝度値を変更する場合は、直前の撮影画像から、対象とする目標輝度値を算出し、その都度、Ｄ相における参照電圧Ｖｓｌｏｐの出力開始タイミング（時刻ｔＤＧ１（０））を算出してもよい。
【００８５】
ここでは、参照信号Ｖｓｌｏｐが、画像の行単位で共通である場合を例に挙げて説明した。しかしながら、画素の特定の領域毎に異なる参照信号Ｖｓｌｏｐを生成してもよい。例えば、センサの構成によっては、感度の異なるＲＧＢの画素毎に異なる参照信号Ｖｓｌｏｐを生成してもよい。このようにする場合、参照信号Ｖｓｌｏｐごとに、Ｄ相における参照電圧Ｖｓｌｏｐの出力開始のタイミング（時刻ｔＤＧ１（０））の遅延量を変えればよい。
【００８６】
次に、撮像装置が動作している時の参照電圧Ｖｓｌｏｐの出力開始のタイミングの変更の一例について説明する。
図１６は、撮像装置が動作している時の参照電圧Ｖｓｌｏｐの出力開始のタイミングを変更する方法の一例を説明するフローチャートである。
撮像装置の動作が開始するとまず、ステップＳ１６０１において、ゲイン設定部１３０５は、ゲインの設定を行う。撮像装置の撮影モードがオート設定の場合、ゲイン設定部１３０５は、例えば、撮影画像の輝度情報を基に、最適なゲインの設定を行う。また、撮像装置の撮影モードがマニュアル設定の場合、例えば、ユーザが操作部１１７を操作して選択するISO感度の設定等に応じたゲインの設定を行う。本実施形態では、このようにしてゲイン情報取得処理が行われる。
【００８７】
次に、ステップＳ１６０２において、目標輝度設定部１３０６は、周期的なノイズを低減させるための目標輝度値の設定を行う。目標輝度値は、ゲインの設定毎に固定値にしてもよいし、撮影画像毎に変更しても構わない。撮影画像毎に目標輝度値を変更する場合、目標輝度値の検出エリアは、撮影画像全体であってもよいし、撮像画像内の所定の一部の領域であってもよい。例えば、このような検出エリア内の各画素の輝度の積分値、平均値、最大値又は最小値等を目標輝度値として算出することができる。
【００８８】
図１７は、撮影画像の一例を概念的に示す図である。図１８は、図１７に示す撮影画像の輝度値のヒストグラム（図１８（ａ））と、輝度値と画素信号のＳ／Ｎ比との関係（図１８（ｂ））を示す図である。
図１７において、撮影画像１７０１には、被写体の内、壁等の、色・輝度が一様な被写体１７０２と、人の顔等の主被写体１７０３とが含まれる。
この場合、ユーザが選択する主被写体１７０３の輝度値（の積分値、平均値、最大値又は最小値等）を目標輝度値に設定することができる。
また、例えば、撮影画像１７０１に対して、図１８（ａ）に示す様に、撮影画像１７０１全体のヒストグラムを取得し、ピークとなる輝度値を目標輝度値として設定することができる。
【００８９】
一般に、図１８（ｂ）に示す様に、輝度値が低いほど画素信号のＳ／Ｎ比が下がるため、ノイズの影響は低輝度で目立つ。また、ゲインが大きい場合には、ノイズ量も、ゲインの増大分に応じた倍率で増加するため、ノイズの影響はより顕著となる。ヒストグラムにおいて、複数の輝度値でピークが立つ場合は、最もＳ／Ｎ比が低くなる輝度値を目標輝度値として選んでもよい。
また、前述したように、列並列ＡＤＣを搭載した固体撮像素子３００は、水平方向の１ライン分のＡＤ変換を同時に行うため、ノイズが加わると水平方向の１ライン分の全ての信号にノイズの影響が生じる。このとき、画像としては、横筋状のノイズとして表れるため、視覚的にもノイズの影響が目立ち、画質の低下が生じてしまう。
【００９０】
ここで、ＡＤ変換のタイミングは、輝度値に依存するため、輝度値が分散した被写体の場合、重畳されるノイズ量も輝度値に応じて分散される。これにより、画像に現れるノイズはランダムノイズに近くなり、固定パターンとしては目立ちにくくなる。
しかし、輝度値が等しい均一面では、水平方向にノイズ量が揃うため、画像ではノイズが固定パターンとして現れ、ユーザが容易に認識しやすい。そこで、画像内の色や輝度の均一面を抽出し、この領域の輝度値（の積分値、平均値、最大値又は最小値等）を、ノイズを低減する目標輝度値として設定してもよい。尚、撮影画像から輝度の均一面を抽出して目標輝度値を得るための画素領域の抽出方法については、本旨から外れるため省略するが、公知の画像処理方法で容易に実現できる。
本実施形態では、以上のようにして目標輝度値取得処理が行われる。
【００９１】
図１６の説明に戻り、ステップＳ１６０３において、タイミング設定部１３０２は、ゲイン設定部１３０５からゲイン変更指令を受けると、ノイズ情報記憶部１３０３からノイズ周波数の情報を取得する。また、タイミング設定部１３０２は、タイミング制御回路３０４から通信・タイミング制御からＤＡＣ＿ＣＬＫ、ＣＮＴ＿ＣＬＫの情報を取得する。そして、タイミング設定部１３０２は、これらの情報を基にＤ相における参照電圧Ｖｓｌｏｐの出力開始のタイミングを決定する。
ノイズ情報記憶部１３０３に記憶するのは、ノイズ周波数ではなく、ノイズの周期であってもよい。また、目標輝度値及びゲインの設定値に応じた"Ｄ相における参照電圧Ｖｓｌｏｐの出力開始のタイミングであってもよい。また、ここでは、ノイズ情報記憶部１３０３にノイズ源の周波数の情報を予め記憶したが、例えばノイズ検出部１３０４により、撮影画像からノイズ周波数を検出し、タイミング設定部１３０２が当該ノイズ周波数の情報を取得してもよい。
本実施形態では、以上のようにしてノイズ周波数情報取得処理が行われる。
【００９２】
次に、ステップＳ１６０４において、タイミング設定部１３０２は、ステップＳ１６０２、Ｓ１６０３で設定したゲインと目標輝度値とに基づき、Ｄ相における参照信号Ｖｓｌｏｐの出力開始のタイミングを変更する。このタイミングは、前述したように、「ｎ×ノイズ波形の周期ＴＮ−目標輝度値Ｙ／単位クロック当たりの参照信号の変化率」で求める事ができる。
次に、ステップＳ１６０５において、制御部１１５は、撮影を指示する。この指示に基づいて撮影が行われる。撮影する画像は、動画像でも静止画像でも構わない。
【００９３】
次に、ステップＳ１６０６において、制御部１１５は、ノイズ周波数が変更されたか否かを判定する。この判定の結果、ノイズ周波数が変更された場合には、ステップＳ１６０３に戻り、再度ノイズ周波数を取得する。
固体撮像素子３００に影響を与えるノイズ源が複数ある場合、対象となるノイズ周波数に応じて参照信号Ｖｓｌｏｐの出力開始のタイミングを設定し直す。
撮影モード毎に駆動するデバイスが決まっている時は、撮影モードが変更されたか事をもってノイズ周波数が変更されたと判断してもよい。ノイズ情報記憶部１３０３に撮影モード毎のノイズ周波数をテーブルに持たせてもよい。例えば、ストロボ充電時のスイッチング回路のスイッチング周波数をノイズ周波数としてノイズ情報記憶部１３０３に記憶しておき、ストロボ撮影モードでは、このノイズ周波数を取得する。また、例えば、手ぶれ補正用のレンズの駆動コイルのＰＷＭ駆動周波数をノイズ周波数としてノイズ情報記憶部１３０３に記憶しておき、静止画撮影モードでは、このノイズ周波数を取得する。
【００９４】
ステップＳ１６０６の判定の結果、ノイズ周波数が変更されていない場合、ステップＳ１６０７に進み、制御部１１５は、目標輝度値が変更されたか否かを判定する。この判定の結果、目標輝度値が変更された場合には、ステップＳ１６０２に戻って目標輝度値を再度設定する。そして、目標輝度値が変更されていないと判定されると、ステップＳ１６０８に進む。
ステップＳ１６０８に進むと、制御部１１５は、ゲインの設定が変更されたか否かを判定する。この判定の結果、ゲインが変更された場合には、ステップＳ１６０１に戻ってゲインを再度設定する。一方、ゲインが変更されていない場合には、ステップＳ１６０９に進み、制御部１１５は、撮影が終了したか否かを判定する。この判定の結果、撮影が終了していない場合には、ステップＳ１６０５へ戻り、撮影が終了するまで、処理を継続する。
【００９５】
このような固体撮像素子３００のＡＤ変換回路のゲインの設定と、目標輝度値の設定と、それらに応じた参照電圧Ｖｓｌｏｐの出力開始のタイミングの変更と、を撮影が終了するまで繰り返し行う。この結果、ゲインの設定に応じて、ノイズ波形の周期に合わせた参照電圧の出力のタイミングが、動的に適切に設定・変更される。したがって、固体撮像素子３００から出力される画像データに、ノイズ源からのノイズが混入することを抑制することができる。
【００９６】
以上のように本実施形態では、固体撮像素子３００のＡＤ変換回路のゲインが変更されても、ゲインと、ノイズ周波数と、目標輝度値とを設定することにより、Ｐ相出力のタイミングとＤ相出力のタイミングを、ノイズ波形の周期に合わせることができる。これによって、ゲインが変更された場合でも、第１〜第３の実施形態で説明したのと同様に、撮影された画像に記録されるノイズを、容易に且つ確実に低減することができる。
また、本実施形態でも、第１〜第３の実施形態で説明した種々の変形例を採用できる。
【００９７】
尚、前述した実施形態は、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。
【００９８】
（その他の実施例）
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、まず、以上の実施形態の機能を実現するソフトウェア（コンピュータプログラム）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する。そして、そのシステム或いは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ等）が当該コンピュータプログラムを読み出して実行する。
【符号の説明】
【００９９】
１０１  撮像光学系、１１５  制御部、３００  固体撮像素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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