(57)【要約】【課題】蛍光灯の発光の明滅による撮像信号のフリッカノイズを低減できる固体撮像素子の駆動方法を提供する。【解決手段】所望の電荷蓄積時間で光電変換素子に蓄積した電荷に応じた撮像信号を所定の撮像周期で出力する固体撮像素子２の駆動方法であって、被写体を照明する照明光の明滅周期と所望の電荷蓄積時間とに基づいて撮像周期を決定する撮像周期決定工程と、決定された撮像周期及び所望の電荷蓄積時間で固体撮像素子２が撮像を行うための駆動信号を固体撮像素子に供給する駆動信号供給工程とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の電荷蓄積時間で光電変換素子に蓄積した電荷に応じた撮像信号を所定の撮像周期で出力する固体撮像素子の駆動方法であって、
被写体を照明する照明光の明滅周期と前記所望の電荷蓄積時間とに基づいて前記撮像周期を決定する撮像周期決定工程と、
前記決定された撮像周期及び前記所望の電荷蓄積時間で前記固体撮像素子が撮像を行うための駆動信号を前記固体撮像素子に供給する駆動信号供給工程とを有する固体撮像素子の駆動方法。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記撮像周期決定工程では、前記撮像周期を、前記所望の電荷蓄積時間以上で且つ前記明滅周期の自然数倍という条件を満たす値にする固体撮像素子の駆動方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記撮像周期毎に前記固体撮像素子から出力される撮像信号の輝度レベルを検出する輝度レベル検出工程と、
前記輝度レベルの変動量に基づいて、前記所望の電荷蓄積時間を補正する電荷蓄積時間補正工程とを有し、
前記駆動信号供給工程では、前記補正後の所望の電荷蓄積時間で前記固体撮像素子が撮像を行うように、前記固体撮像素子に供給する前記駆動信号を制御する固体撮像素子の駆動方法。
【請求項４】
所望の電荷蓄積時間で光電変換素子に蓄積した電荷に応じた撮像信号を所定の撮像周期で出力する固体撮像素子と、
被写体を照明する照明光の明滅周期と前記所望の電荷蓄積時間とに基づいて前記撮像周期を決定する撮像周期決定手段と、
前記決定された撮像周期及び前記所望の電荷蓄積時間で前記固体撮像素子が撮像を行うための駆動信号を前記固体撮像素子に供給する駆動信号供給手段とを備える固体撮像装置。
【請求項５】
請求項４記載の固体撮像装置であって、
前記撮像周期決定手段は、前記撮像周期を、前記所望の電荷蓄積時間以上で且つ前記明滅周期の自然数倍という条件を満たす値にする固体撮像装置。
【請求項６】
請求項４又は５記載の固体撮像装置であって、
前記撮像周期毎に前記固体撮像素子から出力される撮像信号の輝度レベルを検出する輝度レベル検出手段と、
前記輝度レベルの変動量に基づいて、前記所望の電荷蓄積時間を補正する電荷蓄積時間補正手段とを備え、
前記駆動信号供給手段は、前記補正後の所望の電荷蓄積時間で前記固体撮像素子が撮像を行うように、前記固体撮像素子に供給する前記駆動信号を制御する固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所望の電荷蓄積時間で光電変換素子に蓄積した電荷に応じた撮像信号を所定の撮像周期で出力する固体撮像素子の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子を含む撮像装置では、蛍光灯等の照明下で撮影を行うと、その照明光の明滅によって、固体撮像素子から出力される撮像信号のレベルが変動するフリッカノイズが発生する。以下、図６を参照して、フリッカノイズについて説明する。
【０００３】
図６は、従来のＣＣＤ（Charge Coupled Device）型の固体撮像素子を含む撮像装置の動画撮影時の駆動タイミングを示すタイミングチャートである。
図６において、波形Ｔｋは、撮影場所にある蛍光灯等の照明の明滅周期を示す波形である。信号Ｖは、動画撮影のフレームレート（撮像周期）を決定する垂直同期信号である。信号ＳＵＢは、固体撮像素子の光電変換素子に蓄積された電荷の基板への掃き出しを行うための電荷掃き出し信号である。信号ＴＧは、固体撮像素子の光電変換素子に蓄積された電荷をＣＣＤに読み出すための電荷読み出し信号である。信号ＯＵＴは、固体撮像素子から出力される撮像信号である。
【０００４】
図６の例では、撮像周期が１／６０秒であり、この１／６０秒のうち、最後に信号ＳＵＢがハイレベルになってから信号ＴＧがハイレベルになるまでの期間が、１フレーム分の画像データを得るために必要な電荷を光電変換素子に蓄積する時間である電荷蓄積時間となる。図６の例では、この電荷蓄積時間を例えば１／１５０秒としている。信号ＴＧがハイレベルになって電荷蓄積時間が終了すると、この電荷蓄積時間で光電変換素子に蓄積された電荷がＣＣＤに読み出され、転送されて、撮像信号ＯＵＴが出力される。又、図６の例では、照明装置が５０Ｈｚの交流電源で動作するものとしており、被写体を照明する照明光の明滅周期は１／１００秒となっている。
【０００５】
図６に示す駆動タイミングでは、照明光の明滅周期（１／１００秒）と電荷蓄積時間（１／１５０秒）とが自然数倍の関係になっていないため、各電荷蓄積時間で蓄積される電荷量にバラツキが生じ、この結果、図６の撮像信号ＯＵＴに示すように、撮像信号のレベルが変動し、これがフリッカノイズとなってしまう。
【０００６】
特許文献１には、信号ＳＵＢを調整して、電荷蓄積時間が照明光の明滅周期の自然数倍になるようにすることで、フリッカノイズを低減する方法が開示されている。図７は、図６に示す電荷蓄積時間を照明光の明滅周期の１倍である１／１００秒にしたときの駆動タイミングを示すタイミングチャートである。図７に示すように、電荷蓄積時間と照明光の明滅周期とを同じにすると、各電荷蓄積時間に光電変換素子に入射する照明光の光量は一定となるため、撮像信号ＯＵＴのレベルも一定となり、フリッカノイズは低減される。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２４４５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１記載の方法では、電荷蓄積時間を照明光の明滅周期の自然数倍にしなくてはいけないという制約があるため、露光量を細かく制御することはできず、細かな露光量の制御は、撮像信号を出力するアンプのゲインを制御すること等で行わなければならない。ゲインをあげるとノイズも増幅されるため、Ｓ／Ｎが悪化し好ましくない。また、特許文献１記載の撮像装置は、通常の受光部の他に蓄積部が別途必要になるため、チップサイズの増加になり、コストの面で不利である。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、画質劣化及びコストアップを防ぎながらフリッカノイズを低減することが可能な固体撮像素子の駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、所望の電荷蓄積時間で光電変換素子に蓄積した電荷に応じた撮像信号を所定の撮像周期で出力する固体撮像素子の駆動方法であって、被写体を照明する照明光の明滅周期と前記所望の電荷蓄積時間とに基づいて前記撮像周期を決定する撮像周期決定工程と、前記決定された撮像周期及び前記所望の電荷蓄積時間で前記固体撮像素子が撮像を行うための駆動信号を前記固体撮像素子に供給する駆動信号供給工程とを有する。
【００１１】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記撮像周期決定工程では、前記撮像周期を、前記所望の電荷蓄積時間以上で且つ前記明滅周期の自然数倍という条件を満たす値にする。
【００１２】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記撮像周期毎に前記固体撮像素子から出力される撮像信号の輝度レベルを検出する輝度レベル検出工程と、前記輝度レベルの変動量に基づいて、前記所望の電荷蓄積時間を補正する電荷蓄積時間補正工程とを有し、前記駆動信号供給工程では、前記補正後の所望の電荷蓄積時間で前記固体撮像素子が撮像を行うように、前記固体撮像素子に供給する前記駆動信号を制御する。
【００１３】
本発明の固体撮像装置は、所望の電荷蓄積時間で光電変換素子に蓄積した電荷に応じた撮像信号を所定の撮像周期で出力する固体撮像素子と、被写体を照明する照明光の明滅周期と前記所望の電荷蓄積時間とに基づいて前記撮像周期を決定する撮像周期決定手段と、前記決定された撮像周期及び前記所望の電荷蓄積時間で前記固体撮像素子が撮像を行うための駆動信号を前記固体撮像素子に供給する駆動信号供給手段とを備える。
【００１４】
本発明の固体撮像装置は、前記撮像周期決定手段が、前記撮像周期を、前記所望の電荷蓄積時間以上で且つ前記明滅周期の自然数倍という条件を満たす値にする。
【００１５】
本発明の固体撮像装置は、前記撮像周期毎に前記固体撮像素子から出力される撮像信号の輝度レベルを検出する輝度レベル検出手段と、前記輝度レベルの変動量に基づいて、前記所望の電荷蓄積時間を補正する電荷蓄積時間補正手段とを備え、前記駆動信号供給手段は、前記補正後の所望の電荷蓄積時間で前記固体撮像素子が撮像を行うように、前記固体撮像素子に供給する前記駆動信号を制御する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、画質劣化及びコストアップを防ぎながらフリッカノイズを低減することが可能な固体撮像素子の駆動方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態を説明するための固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
図１に示す固体撮像装置１は、ＣＣＤ型やＭＯＳ型の固体撮像素子２と、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）３と、信号処理部４と、タイミング発生部（Timing Generator）５と、制御部６とを備える。
【００１８】
固体撮像素子２は、タイミング発生部５から供給される撮像用の駆動信号によって動作し、アナログの撮像信号を出力する。撮像用の駆動信号には、垂直同期信号Ｖ、水平同期信号Ｈ、電荷掃き出し信号ＳＵＢ、及び電荷読み出し信号ＴＧ、垂直転送パルス、及び水平転送パルス等が含まれる。
【００１９】
ＡＦＥ３は、固体撮像素子２から出力された撮像信号に対し、相関二重サンプリング処理やＡ／Ｄ変換処理等を行ってデジタルの撮像信号を出力する。ＡＦＥ３は、タイミング発生部５から供給されるＡＦＥ用の駆動信号によって動作する。
【００２０】
信号処理部４は、ＡＦＥ３から出力された撮像信号に対し、ホワイトバランス調整処理やガンマ補正処理等の所定のデジタル信号処理を行う。
【００２１】
制御部６は、タイミング発生部５と信号処理部４を制御する。制御部６は、動画撮影モード時、被写体の明るさ等によって電荷蓄積時間を決定し、決定した電荷蓄積時間をタイミング発生部５に通知する。尚、電荷蓄積時間は固体撮像装置１の使用者が手動で設定することも可能であり、この場合、制御部６は手動で設定された電荷蓄積時間をタイミング発生部５に通知する。
【００２２】
タイミング発生部５は、上記駆動信号を生成して、固体撮像素子２、ＡＦＥ３、信号処理部４に供給する。被写体を照明する照明光の明滅周期が予め固体撮像装置１内のメモリに記憶されており、タイミング発生部５は、この明滅周期と、制御部６から通知された所望の電荷蓄積時間とに基づいて、動画撮影の撮像周期を決定する。決定する撮像周期は、所望の電荷蓄積時間以上で且つ明滅周期の自然数倍という条件を満たす値とする。撮像周期を所望の電荷蓄積時間以上とするのは、撮像周期よりも電荷蓄積時間が長いということは有り得ないからである。撮像周期を明滅周期の自然数倍とするのは、各撮像周期で光電変換素子に入射する照明光の光量を一定にするためである。タイミング発生部５は、所望の電荷蓄積時間と上記のように決定した撮像周期で固体撮像素子２が撮像を行うための駆動信号Ｈ，Ｖ，ＳＵＢ，ＴＧを含む撮像用の駆動信号を生成し、これを固体撮像素子２に供給する。
【００２３】
固体撮像装置１の動画撮影時の動作を説明する。
動画撮影モードに設定されると、制御部６が電荷蓄積時間を決定し、タイミング発生部５に通知する。タイミング発生部５は、通知された電荷蓄積時間以上で且つ既知の照明光の明滅周期の自然数倍という条件を満たす撮像周期を決定する。例えば、明滅周期が１／１００秒で、電荷蓄積時間が１／８０秒や１／５０秒であった場合には、撮像周期を２／１００秒とする。又、明滅周期が１／１００秒で、電荷蓄積時間が１／４００秒であった場合には、撮像周期を１／１００秒とする。又、明滅周期が１／１００秒で、電荷蓄積時間が１／１０秒であった場合には、撮像周期を１０／１００秒とする。タイミング発生部５は、決定した撮像周期と、制御部６から通知された電荷蓄積時間で固体撮像素子２が撮像を行うための駆動信号Ｈ，Ｖ，ＳＵＢ，ＴＧを生成し、固体撮像素子２に供給する。固体撮像素子２は、この駆動信号によって動作し、上記電荷蓄積時間で電荷を蓄積すると共に、上記決定した撮像周期で撮像信号を出力する。
【００２４】
図２，図３は、図１に示す撮像装置の駆動タイミングの一例を示すタイミングチャートである。図２は、電荷蓄積時間が１／５０秒のときの駆動タイミングを示す図であり、図３は、電荷蓄積時間が１／８０秒のときの駆動タイミングを示す図である。図２，図３に示す各信号の説明は、図６，７に示す各信号と同じである。図２，３に示したタイミングチャートに基づく駆動によれば、撮像周期が照明光の明滅周期の２倍になっているため、各撮像周期で光電変換素子に入射する照明光の光量が一定となる。更に、電荷蓄積時間は１／５０秒や１／８０秒のように一定となっているため、各電荷蓄積時間に光電変換素子に入射する照明光の光量も一定となり、撮像信号ＯＵＴのレベルも一定となる。この結果、照明光の明滅に起因するフリッカノイズを低減することができる。
【００２５】
以上のように、固体撮像装置１によれば、電荷蓄積時間が決定されると、その電荷蓄積時間においてフリッカノイズが発生しないような撮像周期を自動的に決定することができる。撮像周期を手動で設定可能な撮像装置は存在しており、このような撮像装置において撮像周期を照明光の明滅周期の自然数倍に設定すれば、フリッカノイズは低減できる。しかし、手動で設定した撮像周期によって電荷蓄積時間の最大値が決まってしまうため、被写体の明るさ等の撮影環境によっては、良好な撮像を行うことができない可能性がある。これに対し、固体撮像装置１は、撮影環境に合わせて撮像周期が決定するため、フリッカノイズを低減しながら、且つ、良好な撮像が可能となる。
【００２６】
又、固体撮像装置１によれば、電荷蓄積時間は任意に設定可能であるため、撮像信号を出力する固体撮像素子２の出力アンプのゲインを大きくすることなく露光量の制御が可能であり、画質を向上させることができる。
【００２７】
又、固体撮像装置１によれば、特許文献１記載の装置のように、固体撮像素子２をフレームインターライン型やフレームトランスファー型にする必要がなく、チップサイズや製造コストの増大を防ぎながら、フリッカノイズを低減することができる。
【００２８】
（第二実施形態）
第一実施形態で説明した構成の固体撮像装置１であっても、長時間動画撮影した場合には、ゆっくりではあるが、図４（ａ）に示すような、別の周期のフリッカノイズが観測されることがある。図４（ａ）に示すように、撮像信号ＯＵＴが、時間の経過に従って破線で示すような一定レベルにならず、破線からゆっくり逸脱し、別の変動周期のフリッカノイズが観測される。これは、撮像周期が照明光の明滅周期の自然数倍になるように制御していても、撮像周期が照明光の明滅周期の自然数倍に完全に一致するわけではないため、この周波数の違い分だけのフリッカノイズ（以下、長期的ノイズという）が発生するためである。そこで、本実施形態では、撮像装置を以下の図５に示すような構成にすることで、図４（ｂ）に示すように、長時間経過後でも一定レベルの撮像信号ＯＵＴを得ることを可能にしている。
【００２９】
図５は、本発明の第二実施形態を説明するための撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図５において図１と同じ構成には同一符号を付してある。
図５に示す固体固体撮像装置１’は、図１に示す固体撮像装置１の構成に、輝度レベル検出部７と、補正用電荷蓄積時間算出部８を追加し、タイミング発生部５をタイミング発生部５’に変更したものである。
【００３０】
制御部６は、タイミング発生部５’と信号処理部４を制御する。制御部６は、動画撮影モード時、被写体の明るさ等によって電荷蓄積時間を決定し、決定した電荷蓄積時間をタイミング発生部５’に通知する。尚、電荷蓄積時間は固体固体撮像装置１’の使用者が手動で設定することも可能であり、この場合、制御部６は手動で設定された電荷蓄積時間をタイミング発生部５’に通知する。
【００３１】
輝度レベル検出部７は、動画撮影期間中にＡＦＥ３から出力される１フレーム分の撮像信号の輝度レベルを検出して、その積算値を算出し、算出結果を補正用電荷蓄積時間算出部８に供給する。
【００３２】
補正用電荷蓄積時間算出部８は、輝度レベルの積算値の変動量に基づいて、所望の電荷蓄積時間を補正するための補正用電荷蓄積時間を算出し、これをタイミング発生部５’に通知する。補正用電荷蓄積時間は、例えば、マイナス何秒、プラス何秒といったデータである。
【００３３】
タイミング発生部５’は、タイミング発生部５とほぼ同じ機能を有するが、撮像用の駆動信号の生成機能が若干異なる。タイミング発生部５’は、制御部６から通知された所望の電荷蓄積時間を補正用電荷蓄積時間によって補正し、補正後の電荷蓄積時間で固体撮像素子２が撮像を行うように、固体撮像素子２に供給する駆動信号ＳＵＢを制御する。
【００３４】
以下、固体固体撮像装置１’の動画撮影時の動作を説明する。
動画撮影モードに設定されると、制御部６が電荷蓄積時間を決定し、タイミング発生部５’に通知する。タイミング発生部５’は、通知された電荷蓄積時間以上で且つ既知の照明光の明滅周期の自然数倍という条件を満たす撮像周期を決定する。例えば、明滅周期が１／１００秒で、電荷蓄積時間が１／８０秒や１／５０秒であった場合には、撮像周期を２／１００秒とする。又、明滅周期が１／１００秒で、電荷蓄積時間が１／４００秒であった場合には、撮像周期を１／１００秒とする。又、明滅周期が１／１００秒で、電荷蓄積時間が１／１０秒であった場合には、撮像周期を１０／１００秒とする。タイミング発生部５’は、決定した撮像周期と、制御部６から通知された電荷蓄積時間で固体撮像素子２が撮像を行うための駆動信号Ｈ，Ｖ，ＳＵＢ，ＴＧを生成し、固体撮像素子２に供給する。固体撮像素子２は、この駆動信号によって動作し、上記電荷蓄積時間で電荷を蓄積すると共に、上記決定した撮像周期で撮像信号を出力する。
【００３５】
ＡＦＥ３から１フレーム分の撮像信号が出力されると、輝度レベル検出部７がその撮像信号の積算値を求め、この積算値を補正用電荷蓄積時間算出部８に供給する。補正用電荷蓄積時間算出部８は、輝度レベル検出部７から２つの積算値が供給された時点で、その２つの積算値の平均値を求める。そして、ここで求めた平均値と、次に輝度レベル検出部７から供給される積算値とを比較する。
【００３６】
新たに供給された積算値が平均値よりも大きい場合、補正用電荷蓄積時間算出部８は、この積算値と平均値との差分に応じて、制御部６からタイミング発生部５’に通知された電荷蓄積時間を短くするための補正用電荷蓄積時間を算出する。一方、新たに供給された積算値が平均値よりも小さい場合、補正用電荷蓄積時間算出部８は、この積算値と平均値との差分に応じて、制御部６からタイミング発生部５’に通知された電荷蓄積時間を長くするための補正用電荷蓄積時間を算出する。
【００３７】
補正用電荷蓄積時間を算出後、補正用電荷蓄積時間算出部８は、算出した補正用電荷蓄積時間をタイミング発生部５’に通知する。そして、補正用電荷蓄積時間算出部８は、既に供給された２つの積算値と、新たに供給された積算値との平均値を求めて平均値を更新し、次の積算値が供給されたときには、更新した平均値を用いて補正用電荷蓄積時間の算出を行う。
【００３８】
補正用電荷蓄積時間がタイミング発生部５’に通知されると、タイミング発生部５’は、制御部６から通知された所望の電荷蓄積時間に補正用電荷蓄積時間を加算して、所望の電荷蓄積時間を補正する。そして、タイミング発生部５’は、補正後の電荷蓄積時間で固体撮像素子２に撮像を行わせるために、駆動信号ＳＵＢを制御する。
【００３９】
タイミング発生部５’が電荷蓄積時間を補正して駆動信号ＳＵＢを制御する処理を繰り返すうちに、補正用電荷蓄積時間は零に収束していく、つまり、各フレームの撮像信号の輝度レベルが一定となるため、図４（ａ）に示すような長期ノイズを減らすことができる。
【００４０】
以上のように、固体固体撮像装置１’によれば、撮像期間中の撮像信号の輝度レベルが一定となるように、電荷蓄積時間が補正されるため、長期ノイズを低減することができる。
【００４１】
以上の実施形態において、タイミング発生部５は、特許請求の範囲の撮像周期決定手段及び駆動信号供給手段に相当する。又、タイミング発生部５’は、特許請求の範囲の撮像周期決定手段、駆動信号供給手段、及び電荷蓄積時間補正手段に相当する。
【００４２】
尚、第一実施形態及び第二実施形態では、タイミング発生部５又は５’にて撮像周期の決定を行っているが、これは他の部分、例えば制御部６で行うようにしても良い。この場合、制御部６は、決定した撮像周期と所望の電荷蓄積時間をタイミング発生部５又は５’に通知すれば良い。又、電荷蓄積時間の補正をタイミング発生部５’で行っているが、これは他の部分、例えば制御部６で行っても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第一実施形態を説明するための撮像装置の概略構成を示すブロック図
【図２】図１に示す撮像装置の駆動タイミングを示すタイミングチャート
【図３】図１に示す撮像装置の駆動タイミングを示すタイミングチャート
【図４】（ａ）は長時間撮影した場合の撮像信号のレベルの一例を示す図、（ｂ）は電荷蓄積時間補正後の撮像信号のレベルの一例を示す図
【図５】本発明の第二実施形態を説明するための撮像装置の概略構成を示すブロック図。
【図６】従来の撮像装置の動作タイミングを示すタイミングチャート
【図７】従来の撮像装置の一般的なフリッカ対策を施した動作タイミングを示すタイミングチャート
【符号の説明】
【００４４】
１，１’  固体撮像装置
２  固体撮像素子
３  アナログフロントエンド
４  信号処理部
５，５’  タイミング発生部
６  制御部
７  輝度レベル検出部
８  補正用電荷蓄積時間算出部
【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】
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【図７】
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