(57)【要約】      （修正有）【課題】撮像素子が、光電変換信号から周期性ノイズを精度よく差し引いた撮像信号を出力することができる撮像装置を提供する。【解決手段】入射光に基づいて光電変換を行うことで光電変換信号を生成する画素と、光電変換信号及び画素で発生するノイズ信号をサンプリングする信号処理回路信号処理部とを有する撮像素子１０２、撮像素子の外部の回路の動作により生じる周期性ノイズの周期を検出する検出部１０９、及び検出部で検出された周期に基づいて信号処理回路信号処理部が光電変換信号及びノイズ信号をサンプリングするタイミングを設定する制御部１０４を有する。【選択図】図１
2015115736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光に基づいて光電変換を行うことで光電変換信号を生成する画素と、前記光電変換信号及び前記画素で発生するノイズ信号をサンプリングする信号処理部とを有する撮像素子、
前記撮像素子の外部の回路の動作により生じる周期性ノイズの周期を検出する検出部、及び前記検出部で検出された周期に基づいて前記信号処理部が前記光電変換信号及び前記ノイズ信号をサンプリングするタイミングを設定する制御部を有する撮像装置。
【請求項２】
前記周期性ノイズの１周期の長さがＴであり、
前記信号処理部が前記ノイズ信号を保持するタイミングと、前記光電変換信号とを保持するタイミングとの時間差を、前記Ｔのｎ倍（ｎは自然数）に前記制御部が設定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
入射光に基づいて光電変換を行うことで光電変換信号を生成する画素と、前記光電変換信号及び前記画素で発生するノイズ信号をサンプリングする信号処理部とを有する撮像素子、
前記撮像素子の外部の回路の動作により生じる周期性ノイズの周期を検出する検出部、  前記検出部の検出した前記周期性ノイズの周期が、前記信号処理部が前記ノイズ信号を保持するタイミングと前記光電変換信号を保持するタイミングとの時間差ＡのＡ／ｐ倍（ｐは自然数）の長さになるように、前記外部の回路の駆動周波数を制御する制御部を有する撮像装置。
【請求項４】
入射光に基づいて光電変換を行うことで光電変換信号を生成する画素と、前記光電変換信号及び前記画素で発生するノイズ信号をＡＤ変換するＡＤ変換部と、前記ＡＤ変換部に、前記ノイズ信号のＡＤ変換に用いる第１の参照信号と、前記光電変換信号のＡＤ変換に用いる第２の参照信号とを供給する参照信号供給部とを有する撮像素子、
前記撮像素子の外部の回路の動作により生じる周期性ノイズの周期を検出する検出部、  前記検出部が検出した前記周期性ノイズの周期に基づいて、前記第１の参照信号の初期値を確定するタイミングと、前記第２の参照信号の初期値を確定するタイミングとを設定する制御部を有する撮像装置。
【請求項５】
前記撮像素子の外部の回路が、前記撮像素子に供給するための電圧を生成するＤＣ−ＤＣコンバータであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載に撮像装置。
【請求項６】
前記撮像装置が、前記撮像素子に入射光を導く光学系を駆動する光学系駆動回路を有し、
前記撮像素子の外部の回路が、前記光学系駆動回路であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項７】
前記撮像装置が、前記撮像素子を移動させることで手振れ補正を行う防振回路を有し、
前記撮像素子の外部の回路が、前記防振回路であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項８】
入射光に基づいて光電変換を行うことで光電変換信号を生成する画素と、
前記光電変換信号及び前記画素で発生するノイズ信号をサンプリングする信号処理部と、
前記撮像素子の外部の回路の動作により生じる周期性ノイズの周期を検出する検出部と、及び前記検出部で検出された周期に基づいて前記信号処理部が前記光電変換信号及び前記ノイズ信号をサンプリングするタイミングを設定する制御部とを有する撮像素子。
【請求項９】
入射光に基づいて光電変換を行うことで光電変換信号を生成する画素と、前記光電変換信号及び前記画素で発生するノイズ信号をサンプリングする信号処理部とを有する撮像素子を有する撮像装置の駆動方法であって、
前記撮像素子の外部の回路の動作により生じる周期性ノイズの周期を検出し、
前記光電変換信号及び前記ノイズ信号を前記信号処理部がサンプリングするタイミングを、検出された前記周期性ノイズの周期に基づいて設定することを特徴とする撮像装置の駆動方法。
【請求項１０】
入射光に基づいて光電変換を行うことで光電変換信号を生成する画素と、前記光電変換信号及び前記画素で発生するノイズ信号をサンプリングする信号処理部とを有する撮像素子の駆動方法であって、
前記撮像素子の外部の回路の動作により生じる周期性ノイズの周期を検出し、
前記光電変換信号及び前記ノイズ信号を前記信号処理部がサンプリングするタイミングを、検出された前記周期性ノイズの周期に基づいて設定することを特徴とする撮像素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置、撮像素子、撮像装置の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
入射光に基づく光電変換信号を生成する画素と、信号処理部が光電変換信号と画素で発生するノイズ信号とをサンプリングする撮像素子が知られている。信号処理部が光電変換信号からノイズ信号を差し引くことによって、撮像素子が光電変換信号からノイズ成分を低減した撮像信号を出力することができる。光電変換信号に含まれるノイズ成分がノイズ信号の信号レベルに近いほど、信号処理部は光電変換信号からノイズ成分を精度よく低減させた撮像信号を出力することができる。
【０００３】
特許文献１に記載の第１の発明は、撮像素子を有するカメラに装着されるレンズに予め記憶されているピント駆動アクチュエータの駆動周波数Ｆの情報から、レンズのピント駆動アクチュエータの駆動周波数Ｆを読み出す。そして、読み出された駆動周波数Ｆの情報に基づいて、信号処理部が光電変換信号とノイズ信号とをそれぞれ保持するタイミングを設定する。これにより、レンズのピント駆動アクチュエータから生じる周期性ノイズが、光電変換信号とノイズ信号とに同程度含まれる。従って、信号処理部が光電変換信号からノイズ信号を差し引くことで、撮像素子が、レンズのピント駆動アクチュエータから生じる周期性ノイズを低減した撮像信号を出力することができる。
【０００４】
また、特許文献１に記載の第２の発明は、信号処理部が光電変換信号とノイズ信号とをそれぞれ保持するタイミングに基づいて、レンズのピント駆動アクチュエータの駆動周波数Ｆを変更する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−５０６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の第１の発明では、駆動周波数Ｆは固定の周波数であるとして取り扱っている。しかしながら、駆動周波数Ｆは、温度とピント駆動アクチュエータの製造ばらつきによって変動するため、光電変換信号とノイズ信号とに含まれる周期性ノイズのノイズ量が異なることがあった。
【０００７】
また、特許文献１に記載の第２の発明では、ピント駆動アクチュエータに駆動周波数Ｆの変更を指示しても、温度とピント駆動アクチュエータの製造ばらつきにより、所望の駆動周波数Ｆからずれた駆動周波数となってしまうことがある。この場合にも、光電変換信号とノイズ信号とに含まれる周期性ノイズのノイズ量が異なることがあった。
【０００８】
従って、特許文献１に記載の撮像装置では、光電変換信号からノイズ信号を差し引いても、周期性ノイズを精度よく差し引くことができない場合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記の課題を鑑みて為された発明であって、その一の態様は、入射光に基づいて光電変換を行うことで光電変換信号を生成する画素と、前記光電変換信号及び前記画素で発生するノイズ信号をサンプリングする信号処理回路信号処理部とを有する撮像素子、前記撮像素子の外部の回路の動作により生じる周期性ノイズの周期を検出する検出部、及び前記検出部で検出された周期に基づいて前記信号処理回路信号処理部が前記光電変換信号及び前記ノイズ信号をサンプリングするタイミングを設定する制御部を有する撮像装置である。
【００１０】
別の一の態様は、入射光に基づいて光電変換を行うことで光電変換信号を生成する画素と、前記光電変換信号及び前記画素で発生するノイズ信号をサンプリングする信号処理部とを有する撮像素子、前記撮像素子の外部の回路の動作により生じる周期性ノイズの周期を検出する検出部、前記検出部の検出した前記周期性ノイズの周期が、前記信号処理部が前記ノイズ信号を保持するタイミングと前記光電変換信号を保持するタイミングとの時間差ＡのＡ／ｐ倍（ｐは自然数）の長さになるように、前記外部の回路の駆動周波数を制御する制御部を有する撮像装置である。
【００１１】
別の一の態様は、入射光に基づいて光電変換を行うことで光電変換信号を生成する画素と、前記光電変換信号及び前記画素で発生するノイズ信号をＡＤ変換するＡＤ変換部と、前記ＡＤ変換部に、前記ノイズ信号のＡＤ変換に用いる第１の参照信号と、前記光電変換信号のＡＤ変換に用いる第２の参照信号とを供給する参照信号供給部とを有する撮像素子、
前記撮像素子の外部の回路の動作により生じる周期性ノイズの周期を検出する検出部、前記検出部が検出した前記周期性ノイズの周期に基づいて、前記第１の参照信号の初期値を確定するタイミングと、前記第２の参照信号の初期値を確定するタイミングとを設定する制御部を有する撮像装置である。
【００１２】
別の一の態様は、入射光に基づいて光電変換を行うことで光電変換信号を生成する画素と、前記光電変換信号及び前記画素で発生するノイズ信号をサンプリングする信号処理部と、前記撮像素子の外部の回路の動作により生じる周期性ノイズの周期を検出する検出部と、及び前記検出部で検出された周期に基づいて前記信号処理部が前記光電変換信号及び前記ノイズ信号をサンプリングするタイミングを設定する制御部とを有する撮像素子である。
【００１３】
別の一の態様は、入射光に基づいて光電変換を行うことで光電変換信号を生成する画素と、前記光電変換信号及び前記画素で発生するノイズ信号をサンプリングする信号処理部とを有する撮像素子を有する撮像装置の駆動方法であって、前記撮像素子の外部の回路の動作により生じる周期性ノイズの周期を検出し、前記光電変換信号及び前記ノイズ信号を前記信号処理部がサンプリングするタイミングを、検出された前記周期性ノイズの周期に基づいて設定することを特徴とする撮像装置の駆動方法である。
【００１４】
別の一の態様は、入射光に基づいて光電変換を行うことで光電変換信号を生成する画素と、前記光電変換信号及び前記画素で発生するノイズ信号をサンプリングする信号処理部とを有する撮像素子の駆動方法であって、前記撮像素子の外部の回路の動作により生じる周期性ノイズの周期を検出し、前記光電変換信号及び前記ノイズ信号を前記信号処理部がサンプリングするタイミングを、検出された前記周期性ノイズの周期に基づいて設定することを特徴とする撮像素子の駆動方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、光電変換信号とノイズ信号とに含まれる、周期性ノイズのノイズ量を揃えやすくすることができる。これにより、撮像素子が、光電変換信号から周期性ノイズを精度よく差し引いた撮像信号を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】撮像装置の構成の一例を示す図
【図２】撮像素子の構成の一例を示す図
【図３】画素の構成の一例を示す図と、ノイズ検出部の構成の一例を示す図
【図４】撮像装置の動作の一例を示す図
【図５】周期性ノイズと撮像装置の動作との関係の一例を示す図
【図６】撮像素子の構成の他の一例を示す図
【図７】ランプ信号供給部の構成の一例を示す図
【図８】撮像装置の動作の他の一例を示す図
【図９】周期性ノイズと撮像装置の動作との関係の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら、各実施例を説明する。
【００１８】
（実施例１）
図１は本実施例の撮像装置の構成を示すブロック図である。撮像装置１００は、入射光を撮像素子に導く光学系１０１、入射光に基づく撮像信号を生成する撮像素子１０２、撮像素子１０２が出力する撮像信号によって画像を生成する演算部１０３を有する。さらに撮像装置１００は、撮像素子１０２と信号処理部１０３の駆動および電源部１０８のスイッチング周波数を制御するタイミングを生成するタイミング制御部１０４を有する。さらに撮像装置１００は、演算部１０３が生成した画像を記録するとともに外部機器やユーザーからの入力を処理する通信系を受け持つ記録・通信部１０５、画像およびメニュー設定画面を表示する再生・表示部１０７を有する。さらに撮像装置１００は、システム全体をコントロールするＣＰＵを含むシステムコントロール部１０６、および、各部に電源を供給する電源部１０８を有する。さらに、撮像装置１００は、電源部１０８の動作によって生じるノイズの周期を検出するノイズ検出部１０９を有する。
【００１９】
図２は、図１の撮像素子１０２の構成の一例を示した図である。
【００２０】
撮像素子１０２は、行列状に設けられた画素２００を有している。図２では、２列の画素２００を示している。図２では、１列の画素２００に関わる部材について符号を付している。隣接する画素２００に関わる部材は、符号を付した、１列の画素２００に関わる部材と同様である。以下では、符号を付した１列の画素２００に関わる構成を中心に説明する。
【００２１】
画素２００は、入射光に基づく光電変換信号とノイズ信号とをそれぞれ垂直信号線２０１を介して増幅器２０２に出力する。電流源２０３は、垂直信号線２０１を介して画素２００に電流を供給する。
【００２２】
信号処理部２３０は、容量素子２０４、容量素子２０５、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２、スイッチＳＷ３、スイッチＳＷ４を有している。不図示のタイミングジェネレータは、信号φＣｎをスイッチＳＷ１の制御ノードに供給する。また、不図示のタイミングジェネレータは、信号φＣｓをスイッチＳＷ２の制御ノードに供給する。水平走査部２１０は、スイッチＳＷ３、スイッチＳＷ４の制御ノードに信号φＨ１ｎを供給する。水平走査部２１０は、信号φＨ１ｎを供給する列に対して隣接する列のスイッチＳＷ３、スイッチＳＷ４に、信号φＨ２ｎを供給する。
【００２３】
出力アンプ２２０は、容量素子２０４がスイッチＳＷ３を介して電気的に接続され、さらに、容量素子２０５がスイッチＳＷ４を介して電気的に接続されている。出力アンプ２２０は、容量素子２０４と容量素子２０５から入力される信号の差の信号を増幅した信号を、撮像素子１０２の外部に出力する。
【００２４】
垂直走査部２４０は、画素２００の動作を行単位で制御する。
【００２５】
図３（ａ）は、画素２００の構成を示した図である。光電変換部３０１は、入射光に基づく電荷を蓄積する。浮遊拡散容量３０２は、トランジスタ３０５を介して光電変換部３０１に電気的に接続されている。トランジスタ３０３の入力ノードは、浮遊拡散容量３０２に電気的に接続されている。また、トランジスタ３０３の一方の主ノードは、トランジスタ３０４の一方の主ノードに電気的に接続されている。トランジスタ３０３の他方の主ノードは、電源電圧ＶＤＤが供給されている。トランジスタ３０４の他方のノードは、垂直信号線２０１に電気的に接続されている。トランジスタ３０６は、一方の主ノードに電源電圧ＶＤＤが供給され、他方の主ノードは浮遊拡散容量３０２に電気的に接続されている。図２に示した垂直走査部２４０は、トランジスタ３０５の制御ノードに信号φＴＸを供給する。また、垂直走査部２４０は、トランジスタ３０４の制御ノードに信号φＳＥＬを供給する。また、垂直走査部２４０は、トランジスタ３０６の制御ノードに信号φＲＥＳを供給する。
【００２６】
図３（ｂ）は、ノイズ検出部１０９の構成を示した図である。ノイズ検出部１０９は、アンテナ１１１、ノイズ増幅回路１１２、周期取得器１１３を有する。アンテナ１１１は、ノイズを受信するとともに、受信したノイズをノイズ増幅回路１１２に出力する。本実施例では、アンテナ１１１として微小ループアンテナを用いる。周期取得器１１３はアナログ信号をデジタル信号に変換する手段を有し、デジタル信号をフーリエ変換することで周期情報に変換する。また、変換された周期情報を分析し、容量素子２０４、容量素子２０５が保持する信号にノイズが最も含まれやすい周期性ノイズを特定する。周期取得器１１３は取得した周期性ノイズの周期を、ノイズ周期情報として、図１に示したタイミング制御部１０４に出力する。
【００２７】
周波数に変換されたノイズ周波数情報はタイミング制御部１０４へ送られる。
【００２８】
図４は、図２の撮像素子１０２の動作を示した図である。時刻Ｔ１に、垂直走査部２４０は、信号φＲＥＳと信号φＴＸをＨｉｇｈレベル（以下、Ｈレベルと表記する。）とする。これにより、光電変換部３０１と浮遊拡散容量３０２の電荷がリセットされる。時刻Ｔ１では、垂直走査部２４０は、信号φＳＥＬをＬｏｗレベル（以下、Ｌレベルと表記する。）としている。また、不図示のタイミングジェネレータは、信号φＣｎ、信号φＣｓを共にＬレベルとしている。
【００２９】
時刻Ｔ２に、垂直走査部２４０は信号φＲＥＳ、信号φＴＸをＬレベルとする。また、タイミングジェネレータは時刻Ｔ２では、信号φＣｎ、信号φＣｓを引き続きＬレベルとしている。
【００３０】
時刻Ｔ３では、垂直走査部２４０は信号φＲＥＳをＨレベルとする。これにより、画素２００から、浮遊拡散容量３０２の電荷がリセットされる。また、垂直走査部２４０は、信号φＳＥＬをＨレベルとする。これにより、トランジスタ３０３は、リセットされている浮遊拡散容量３０２の電位に基づく信号を、トランジスタ３０４を介して、垂直信号線２０１に出力する。また、時刻Ｔ３に、タイミングジェネレータは信号φＣｎをＨレベルにする。これにより、増幅器２０２の出力する信号が、容量素子２０４に入力される。
【００３１】
時刻Ｔ４に、垂直走査部２４０は、信号φＲＥＳをＬレベルとする。これにより、浮遊拡散容量３０２のリセットが解除される。この時刻Ｔ４から、トランジスタ３０３が出力する信号がノイズ信号（以下、Ｎ信号と表記する。）である。増幅器２０２は、Ｎ信号を増幅した信号（以下、増幅Ｎ信号と表記する。）を出力する。
【００３２】
時刻Ｔ５に、タイミングジェネレータは信号φＣｎをＬレベルとする。この時、容量素子２０４が増幅器２０２から入力される増幅Ｎ信号を保持する。
【００３３】
時刻Ｔ６に、垂直走査部２４０は、信号φＴＸをＨレベルとする。これにより、光電変換部３０１が蓄積した電荷が、トランジスタ３０５を介して浮遊拡散容量３０２に入力される。また、タイミングジェネレータは、信号φＣｓをＨレベルとする。これにより、増幅器２０２の出力する信号が、容量素子２０５に入力される。
【００３４】
時刻Ｔ７に、垂直走査部２４０は、信号φＴＸをＬレベルとする。これにより、光電変換部３０１から浮遊拡散容量３０２への電荷の入力が終了する。この時刻Ｔ７から、トランジスタ３０３が出力する信号が、光電変換信号（以下、Ｓ信号と表記する。）である。増幅器２０２は、Ｓ信号を増幅した信号（以下、増幅Ｓ信号と表記する。）を出力する。
【００３５】
時刻Ｔ８に、タイミングジェネレータは信号φＣｓをＬレベルとする。この時、容量素子２０５が増幅器２０２から入力される増幅Ｓ信号を保持する。
【００３６】
時刻Ｔ８よりも後の期間に、水平走査部２１０は、信号φＨ１ｎ、φＨ２ｎを順次Ｈレベルとする。これにより、各列の容量素子２０４、容量素子２０５のそれぞれが保持した増幅Ｎ信号、増幅Ｓ信号が順次、出力アンプ２２０に出力される。
【００３７】
期間Ｔｓｎは、増幅Ｎ信号を保持するタイミングと増幅Ｓ信号を保持するタイミングとの時間差である。
【００３８】
図５は、ノイズ検出部１０９が検出した周期性ノイズと、信号φＣｎと、信号φＣｓとを示した図である。電源部１０８は、電源電圧を生成するＤＣ−ＤＣコンバータを有している。本実施例の撮像装置１００では、ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング動作によって、図５に示す周期性ノイズが生じる。図５に示した期間Ｔｓｎは、図４に示した期間Ｔｓｎと同じである。
【００３９】
まず、図５に示したように、ノイズ検出部１０９が第１の周期の周期性ノイズを検出した場合について説明する。図１に示したタイミング制御部１０４は、ノイズ検出部１０９から入力されるノイズ周期情報により、撮像素子１０２のタイミングジェネレータに、信号φＣｓ、信号φＣｎをＨレベルからＬレベルにするタイミングの設定情報を出力する。タイミング制御部１０４は、ｍ行目（ｍは自然数）の画素２００に基づく増幅Ｎ信号を容量素子２０４に保持させる信号φＣｎをＨレベルからＬレベルにする時刻を時刻Ｔ１０とする設定情報を、撮像素子１０２のタイミングジェネレータに出力する。また、タイミング制御部１０４は、ｍ行目の画素２００に基づく増幅Ｓ信号を容量素子２０５に保持させる信号φＣｓをＨレベルからＬレベルにする時刻を時刻Ｔ１２とする設定情報を、撮像素子１０２のタイミングジェネレータに出力する。また、タイミング制御部１０４は、ｍ＋１行目の画素２００に基づく増幅Ｎ信号を容量素子２０４に保持させる信号φＣｎをＨレベルからＬレベルにする時刻を時刻Ｔ１４とする設定情報を、撮像素子１０２のタイミングジェネレータに出力する。また、タイミング制御部１０４は、ｍ＋１行目の画素２００に基づく増幅Ｓ信号を容量素子２０５に保持させる信号φＣｓをＨレベルからＬレベルにする時刻を時刻Ｔ１６とする設定情報を、撮像素子１０２のタイミングジェネレータに出力する。
【００４０】
ｍ行目の画素２００に基づく増幅Ｎ信号と増幅Ｓ信号には、互いに同じ位相の周期性ノイズが重畳される。従って、増幅Ｓ信号から増幅Ｎ信号を差し引くことにより、第１の周期の周期性ノイズによるノイズ成分を差し引いた撮像信号を生成することができる。また、ｍ＋１行目の画素２００に基づく増幅Ｎ信号と増幅Ｓ信号においても、互いに同じ位相の周期性ノイズが重畳される。ｍ行目の場合とｍ＋１行目の場合とで、増幅Ｎ信号と増幅Ｓ信号に重畳される第１の周期の周期性ノイズの位相がＰｈ１だけずれている。しかし、ｍ＋１行目の画素２００に基づく増幅Ｓ信号から増幅Ｎ信号を差し引くことによって、第１の周期の周期性ノイズによるノイズ成分を差し引いた撮像信号を生成することができる。つまり、同じ行の画素２００に基づく増幅Ｎ信号と増幅Ｓ信号に重畳される第１の周期の周期性ノイズの位相が揃っていれば良い。これにより、増幅Ｓ信号から増幅Ｎ信号を差し引くことで、第１の周期の周期性ノイズによるノイズ成分を差し引いた撮像信号を生成することができる。
【００４１】
次に、ノイズ検出部１０９が、第１の周期よりも周期が短い第２の周期の周期性ノイズを検出した場合について説明する。
【００４２】
タイミング制御部１０４は、ｍ行目（ｍは自然数）の画素２００に基づく増幅Ｎ信号を容量素子２０４に保持させる信号φＣｎをＨレベルからＬレベルにする時刻を時刻Ｔ１０とする設定情報を、撮像素子１０２のタイミングジェネレータに出力する。また、タイミング制御部１０４は、ｍ行目の画素２００に基づく増幅Ｓ信号を容量素子２０５に保持させる信号φＣｓをＨレベルからＬレベルにする時刻を時刻Ｔ１１とする設定情報を、撮像素子１０２のタイミングジェネレータに出力する。また、タイミング制御部１０４は、ｍ＋１行目の画素２００に基づく増幅Ｎ信号を容量素子２０４に保持させる信号φＣｎをＨレベルからＬレベルにする時刻を時刻Ｔ１３とする設定情報を、撮像素子１０２のタイミングジェネレータに出力する。また、タイミング制御部１０４は、ｍ＋１行目の画素２００に基づく増幅Ｓ信号を容量素子２０５に保持させる信号φＣｓをＨレベルからＬレベルにする時刻を時刻Ｔ１５とする設定情報を、撮像素子１０２のタイミングジェネレータに出力する。
【００４３】
ｍ行目の場合とｍ＋１行目の場合とで、増幅Ｎ信号と増幅Ｓ信号に重畳される第２の周期の周期性ノイズの位相がＰｈ２だけずれている。しかし、本実施例の撮像装置では、同じ行の画素２００に基づく増幅Ｎ信号と増幅Ｓ信号に重畳される第２の周期の周期性ノイズの位相が揃っていれば良い。これにより、増幅Ｓ信号から増幅Ｎ信号を差し引くことで、第２の周期の周期性ノイズによるノイズ成分を差し引いた撮像信号を生成することができる。
【００４４】
このように、本実施例のタイミング制御部１０４は、ノイズ検出部１０９が検出した周期性ノイズの周期に基づいて、信号φＣｎ、信号φＣｓをそれぞれＨレベルからＬレベルとする時刻を設定する。これにより、電源部１０８のＤＣ−ＤＣコンバータで生じるノイズの周期が、撮像装置の温度と製造ばらつきで変化しても、増幅Ｓ信号と増幅Ｎ信号に互いに同じ位相の周期性ノイズを重畳することができる。よって、増幅Ｓ信号から増幅Ｎ信号を差し引くことで、電源部１０８のＤＣ‐ＤＣコンバータで生じるノイズを低減した撮像信号を得ることができる。
【００４５】
本実施例では、ノイズ検出部１０９がＤＣ−ＤＣコンバータによって生じるノイズの周期を検出する例を説明した。他の例として、ノイズ検出部１０９が、撮像素子１０２の周囲の要素で生じる周期的なノイズの周期を検出するものであってもよい。このような要素として、例えば光学系を駆動するアクチュエータなどの光学系駆動回路、ストロボ充電回路、撮像素子１０２を移動させて手振れ補正を行う防振回路などがある。このような要素の他の例は、演算部１０３、記録・通信部１０６、再生・表示部１０７、システムコントロール部１０５などがある。
【００４６】
尚、本実施例では、期間Ｔｓｎが、周期性ノイズの１周期と同じ期間としていた。本実施例はこの例に限定されるものではなく、期間Ｔｓｎが周期性ノイズの周期Ｔのｎ倍（ｎは自然数）であればよい。
【００４７】
尚、本実施例では、ノイズ検出部１０９が検出した周期性ノイズの周期に基づいて、信号φＣｎ、信号φＣｓをＨレベルからＬレベルとするタイミングを制御する例を説明した。他の例として、ノイズ検出部１０９が検出した周期性ノイズの周期に基づいて、周期性ノイズの発生源の駆動周波数を変更するようにしても良い。例えば、周期性ノイズの発生源がＤＣ−ＤＣコンバータである場合がある。ＤＣ−ＤＣコンバータを、ある駆動周波数で動作させるようにタイミング制御部１０４が制御していても、実際には、温度変化やＤＣ−ＤＣコンバータの製造ばらつきにより、実際の駆動周波数が設定した駆動周波数とは異なっていることがある。この場合、ＤＣ−ＤＣコンバータの駆動周波数を、ノイズ検出部１０９が検出した周期性ノイズの周期に基づいて、信号φＣｎ、信号φＣｓがＨレベルからＬレベルとなるタイミングで、互いに同じ位相の周期性ノイズとなるようにタイミング制御部１０４が制御する。具体的には、ＤＣ−ＤＣコンバータの駆動周波数の逆数である１周期の期間が、期間Ｔｓｎをｐ（ｐは自然数）で割った値であるＴｓｎ／ｐになるように、ＤＣ−ＤＣコンバータの駆動周波数をタイミング制御部１０４が制御する。これにより、増幅Ｓ信号から増幅Ｎ信号を差し引くことで、周期性ノイズによるノイズ成分を差し引いた撮像信号を生成することができる。
【００４８】
本実施例では、ノイズ検出部１０９のアンテナ１１１に微小ループアンテナを用いていた。他の例として、撮像素子１０２が設けられた半導体基板上にループ上のパターンを形成し、このパターンをアンテナ１１１としてもよい。この場合、撮像素子１０２が受ける周期性ノイズを、撮像素子１０２の外部にアンテナ１１１を設ける構成に比べて高精度に検出することができる。
【００４９】
（実施例２）
本実施例の撮像装置について、実施例１とは異なる点を中心に説明する。本実施例の撮像装置の構成は、図１と同じである。
【００５０】
図６は、本実施例の撮像装置が有する撮像素子１０２の構成を示した図である。図６では、図２に示した撮像素子１０２が有する要素と同じ機能を有する要素については、図２で付した符号と同じ符号を付して表している。
【００５１】
撮像素子１０２は、比較部６０４、ランプ信号供給部６０５、カウンタ部６０７、記憶部６０８、水平走査部６０９、出力部６１０を有する。本実施例のＡＤ変換部は、比較部６０４、記憶部６０８を有する。
【００５２】
ランプ信号供給部６０５は、複数の比較部６０４に共通に接続され、ランプ信号ＶＲＡＭＰを供給する。ランプ信号ＶＲＡＭＰは、時間経過と共に電位が連続的に変化する信号である。ランプ信号ＶＲＡＭＰは、ＡＤ変換部がＡＤ変換を行うのに用いる参照信号である。また、ランプ信号供給部６０５は、参照信号供給部である。
【００５３】
比較部６０４は画素２００の列に対応して配置されている。
【００５４】
カウンタ部６０７は、複数列の記憶部６０８に共通に接続されている。
【００５５】
記憶部６０８は、比較部６０４の列に対応して配置されている。
【００５６】
水平走査部６０９は、各列の記憶部６０８を走査することによって、各列の記憶部６０８が保持した信号を各列の記憶部６０８から順次出力部６１０に出力させる。
【００５７】
図７は、ランプ信号供給部６０５の構成を示した図である。
【００５８】
ランプ信号供給部６０５は、電流源７０１、トランジスタ７０２、トランジスタ７０３、トランジスタ７０４、トランジスタ７０５、容量素子７０７、容量素子７０８、差動増幅器７０６を有する。
【００５９】
ランプ信号供給部６０５は、電流源７０１とトランジスタ７０２とで構成されるカレントミラー回路を有する。カレントミラー回路は、トランジスタ７０３を介して、容量素子７０８の一方のノードと、トランジスタ７０４の入力ノードに電気的に接続されている。
【００６０】
容量素子７０８の他方のノードは、トランジスタ７０２の一方の主ノードと、トランジスタ７０４の一方の主ノードに電気的に接続されている。トランジスタ７０４の他方の主ノードは、差動増幅回路７０６の入力ノードと、トランジスタ７０５の一方の主ノードと、容量素子７０７の一方のノードと電気的に接続されている。トランジスタ７０５の他方の主ノードと、容量素子７０７の他方の主ノードには、電圧ＶＲＥＦが供給されている。
【００６１】
トランジスタ７０３の制御ノードには、タイミングジェネレータから信号φＢＩＡＳ＿Ｈが供給される。トランジスタ７０５は、信号φＲＡＭＰ＿ＲＥＳが供給される。
【００６２】
差動増幅器７０６が出力する信号が、ランプ信号供給部６０５が出力するランプ信号ＶＲＡＭＰである。
【００６３】
図８は、本実施例の撮像装置の動作を示した図である。
【００６４】
時刻Ｔ２１に、垂直走査部２４０は信号φＲＥＳ、信号φＴＸをＨレベルとする。これにより、図３（ａ）に示すフォトダイオード３０１の電荷のリセットが開始される。時刻Ｔ２１においては、タイミングジェネレータは信号φＲＡＭＰ＿ＲＥＳをＨレベルとし、ランプ信号ＶＲＡＭＰをリセットしている。
【００６５】
時刻Ｔ２２に、垂直走査部２４０は信号φＲＥＳ、信号φＴＸをＬレベルとする。これにより、フォトダイオード３０１の電荷のリセットが解除され、フォトダイオード３０１は入射光に基づく電荷の蓄積を開始する。
【００６６】
時刻Ｔ２３に、タイミングジェネレータは信号φＢＩＡＳ＿ＨをＨレベルとする。そして、時刻Ｔ２４に、タイミングジェネレータは信号φＢＩＡＳ＿ＨをＬレベルとする。これにより、容量素子７０８は、電流源７０１とトランジスタ７０２とで構成されるカレントミラー回路から出力される電圧を保持する。
【００６７】
時刻Ｔ２５に、垂直走査部２４０は、信号φＲＥＳをＨレベルとする。これにより、図３（ａ）に示した浮遊拡散容量３０２の電荷のリセットが開始される。また、垂直走査部２４０は信号φＳＥＬをＨレベルとする。
【００６８】
時刻Ｔ２６に、垂直走査部２４０は、信号φＲＥＳをＬレベルとする。これにより、浮遊拡散容量３０２の電荷のリセットが解除される。これにより、画素２００はＮ信号を図６に示した増幅器２０２に出力する。増幅器２０２は、Ｎ信号を増幅した増幅Ｎ信号を比較器６０４に出力する。
【００６９】
時刻Ｔ２７に、タイミングジェネレータは信号φＲＡＭＰ＿ＲＥＳをＬレベルとする。これにより、ランプ信号ＶＲＡＭＰの電位が、時間経過とともに変化する。このランプ信号ＶＲＡＭＰが、増幅Ｎ信号のＡＤ変換に用いる第１の参照信号である。時刻Ｔ２７は、第１の参照信号の初期値が確定するタイミングである。また、カウンタ６０７はクロックを計数したカウント信号を各列の記憶部６０８に出力する。比較器６０４は、増幅器２０２が出力する増幅Ｎ信号の電位と、時間に依存して電位が変化するランプ信号ＶＲＡＭＰの電位とを比較した結果を示す比較結果信号を記憶部６０８に出力する。増幅Ｎ信号の電位とランプ信号ＶＲＡＭＰの電位との大小関係が逆転すると、比較結果信号の信号値が変化する。記憶部６０８は、比較結果信号の信号値が変化した時のカウント信号を保持する。この記憶部６０８が保持したカウント信号が、増幅Ｎ信号に基づくデジタル信号である。
【００７０】
時刻Ｔ２８にタイミングジェネレータは、信号φＲＡＭＰ＿ＲＥＳをＨレベルとする。これにより、ランプ信号ＶＲＡＭＰの電位がリセットされる。また、垂直走査部２４０は信号φＴＸをＨレベルとする。これにより、図３（ａ）に示したフォトダイオード３０１が蓄積した電荷が、トランジスタ３０５を介して浮遊拡散容量３０２に転送される。
【００７１】
時刻Ｔ２９に垂直走査部２４０は、信号φＴＸをＬレベルとする。これにより、フォトダイオード３０１が蓄積した電荷の浮遊拡散容量３０２への転送が終了する。画素２００は、増幅器２０２にＳ信号を出力する。増幅器２０２は、Ｓ信号を増幅した増幅Ｓ信号を比較器６０４に出力する。
【００７２】
時刻Ｔ３０に、タイミングジェネレータは信号φＲＡＭＰ＿ＲＥＳをＬレベルとする。これにより、ランプ信号ＶＲＡＭＰの電位が、時間経過とともに変化する。このランプ信号ＶＲＡＭＰが、増幅Ｓ信号のＡＤ変換に用いる第２の参照信号である。時刻Ｔ３０は、第２の参照信号の初期値が確定するタイミングである。先の増幅Ｎ信号と同様の比較器６０４、カウンタ６０７、記憶部６０８の動作によって、記憶部６０８は増幅Ｓ信号に基づくデジタル信号を保持する。
【００７３】
図８では、タイミングジェネレータが信号φＲＡＭＰ＿ＲＥＳをＨレベルからＬレベルとする時刻Ｔ２７から、再びタイミングジェネレータが信号ＲＡＭＰ＿ＲＥＳをＨレベルからＬレベルとする時刻Ｔ３０までの期間を期間Ｔｒｒと示している。
【００７４】
図９は、図１に示したノイズ検出部１０９が検出した周期性ノイズと、信号φＲＡＭＰ＿ＲＥＳとを示した図である。図９に示す周期性ノイズは、電源部１０８が有するＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング動作によって生じるノイズである。
【００７５】
図９に示した期間Ｔｒｒは、図８に示した期間Ｔｒｒと同じである。
【００７６】
容量素子７０７をリセットする電圧ＶＲＥＦに周期性ノイズが重畳することがある。この場合、図８の時刻Ｔ２７の周期性ノイズの位相と、同図の時刻Ｔ３０の周期性ノイズの位相とが異なると、容量素子７０７のリセット電位が時刻ｔ２７と時刻Ｔ３０とで異なる。これにより、増幅Ｎ信号のＡＤ変換に用いるランプ信号ＶＲＡＭＰと増幅Ｓ信号のＡＤ変換に用いるランプ信号ＶＲＡＭＰとの間でオフセットが生じる。このオフセットによって、比較器６０４の比較結果信号の信号値が変化するタイミングが異なる。これにより、増幅Ｓ信号に基づくデジタル信号と増幅Ｎ信号に基づくデジタル信号とで、周期性ノイズによるノイズ成分の量が異なる。従って、増幅Ｓ信号に基づくデジタル信号から増幅Ｎ信号に基づくデジタル信号を差し引いた撮像信号には、周期性ノイズによるノイズ成分が残存する。
【００７７】
本実施例の撮像装置では、図１に示したタイミング制御部１０４が、ノイズ検出部１０９から入力されるノイズ周期情報により、撮像素子１０２のタイミングジェネレータに、信号φＲＡＭＰ＿ＲＥＳをＨレベルからＬレベルにするタイミングの設定情報を出力する。タイミング制御部１０４は、ｍ行目（ｍは自然数）の画素２００に基づく増幅Ｎ信号のＡＤ変換前の信号φＲＡＭＰ＿ＲＥＳをＨレベルからＬレベルとする時刻を時刻Ｔ２７＿１とする設定情報を、撮像素子１０２のタイミングジェネレータに出力する。
【００７８】
また、タイミング制御部１０４は、ｍ行目（ｍは自然数）の画素２００に基づく増幅Ｓ信号のＡＤ変換前の信号φＲＡＭＰ＿ＲＥＳをＨレベルからＬレベルとする時刻を時刻Ｔ３０＿１とする設定情報を、撮像素子１０２のタイミングジェネレータに出力する。
【００７９】
これにより、本実施例の撮像装置は、図８の時刻Ｔ２７の周期性ノイズの位相と、同図の時刻Ｔ３０の周期性ノイズの位相とを揃えることができる。よって、本実施例の撮像装置は、増幅Ｎ信号のＡＤ変換に用いるランプ信号ＶＲＡＭＰと増幅Ｓ信号のＡＤ変換に用いるランプ信号ＶＲＡＭＰとの間のオフセットを生じにくくすることができる。これにより、増幅Ｓ信号に基づくデジタル信号と増幅Ｎ信号に基づくデジタル信号とで、周期性ノイズによるノイズ成分の量を揃えやすくすることができる。従って、増幅Ｓ信号に基づくデジタル信号から増幅Ｎ信号に基づくデジタル信号を差し引いた撮像信号に含まれる、周期性ノイズによるノイズ成分を低減することができる。
【００８０】
尚、本実施例では、ノイズ検出部１０９が検出した周期性ノイズの周期に基づいて、信号φＲＡＭＰ＿ＲＥＳをＨレベルからＬレベルにするタイミングを制御する例を説明した。他の例として、ノイズ検出部１０９が検出した周期性ノイズの周期に基づいて、周期性ノイズの発生源の駆動周波数を変更するようにしても良い。
【００８１】
なお、本発明を実施するための形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一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。
【符号の説明】
【００８２】
１０２  撮像素子
１０３  演算部
１０４  タイミング制御部
１０８  電源部
１０９  ノイズ検出部
２００  画素
２３０  信号処理部
【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５】
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【図６】
2015115736.tif 000008
【図７】
2015115736.tif 000009
【図８】
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【図９】
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