(57)【要約】【課題】撮像素子の信号読み出し周期が、撮像装置の動作モードによって異なるため、動作モードを変更すると読み出し周期と電源のリップル周波数とが合わなくなってしまうため、撮影画像に横縞が発生してしまう。【解決手段】撮像装置が撮影動作に入る直前、撮像装置内部のスイッチング電源のスイッチング周波数を撮像素子の水平読み出し周期に同期させるように変更することで、Ｎ読み時とＳ読み時のノイズの差分量を各行で等しくし、撮影画像に対するスイッチング電源の発するノイズの影響を抑え、撮影画像に現れる横縞を低減する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の動作モードで動作する撮像装置において、
スイッチ素子をオンオフさせて入力電圧から出力電圧を生成するスイッチング電源と、
撮像装置の制御を行うシステム制御部と、
光学像を電気信号に変換する撮像素子で構成される撮像系と、
各種入力手段と、を有し、
選択された撮像装置の動作モードに応じて、前記スイッチング電源が前記システム制御部から水平読み出し周期を受け取り、この水平読み出し周期に同期するスイッチング周波数に変更することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記スイッチング電源のスイッチング周波数を変更するタイミングを、前記各種入力手段のうちのひとつである、動作モード切替手段によってモードが選択された時と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】
前記スイッチング電源のスイッチング周波数を変更するタイミングを、前記各種入力手段のうちのひとつである動作モード切替手段によってモードが選択された後、静止画撮影モードが選択されている場合はレリーズボタンが半押し状態になった時の撮影待機状態、また動画撮影モードが選択されている場合は録画開始ボタンが押された時、実際に撮影を行うタイミングに設定し、撮影終了後にはスイッチング周波数を変更前の周波数に戻すことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記スイッチング電源のスイッチング周波数の初期設定値は、複数の動作モードのうちいずれか一つの動作モードに対して、常温で動作した時に横縞低減ができるスイッチング周波数とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項５】
複数の動作モードで動作する撮像装置において、
スイッチ素子をオンオフさせて入力電圧から出力電圧を生成するスイッチング電源と、
撮像装置の制御を行うシステム制御部と、
光学像を電気信号に変換する撮像素子で構成される撮像系と、
レリーズボタンの各種入力手段と、
を有し、
選択された撮像装置の動作モードに応じて、前記スイッチング電源は前記システム制御部から水平読み出し周期を受け取り、この水平読み出し周期に同期するスイッチング周波数に変更する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、撮像装置におけるスイッチング電源が発するノイズによる撮影画像への影響を低減するためのスイッチング周波数制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル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（以降「ＣＭＯＳセンサ」とよぶ）を使用するのが一般的である。
【０００３】
図２に、前記ＣＭＯＳセンサの画素部等価回路を示す。
【０００４】
前記ＣＭＯＳセンサが動作した場合、図３のタイミングチャートに示したＴ２時間経過後、フォトダイオード（ＰＤ）（３０１）の光電荷の蓄積が終了する。そしてΦＳＥＬ（ｍ）がアクティブになり、行選択スイッチ（ＴＳＥＬ）（３０６）がオンし、ｍ行目につながっているすべての画素の、画素アンプで構成されるソースフォロア（ＳＦ）（３１０）が動作状態になる。そして、画素アンプで構成されるＳＦ（３１０）のゲートであるフローティングディフュージョン領域（ＦＤ）（３１１）はＴ３期間でΦＲＥＳ（ｍ）がアクティブになり、ＴＲＥＳがオンとなり、ＳＦ（３１０）のゲートであるＦＤ（３１１）はリセットされる。つまり垂直出力線（３１２）には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（３１４）に保持するＴ３からＴ４までの期間を「Ｎ読み」という。
【０００５】
ダークレベルの信号蓄積部（３１４）への転送（Ｎ読み）が終了した時点で、ＰＤ（３０１）に蓄積されていた信号電荷を、ΦＴＸ（ｍ）をＴ５期間アクティブとし、転送スイッチ（３０２）をオンする。そして画素アンプで構成されるＳＦ（３１０）のゲートであるＦＤ（３１１）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（３１３ａ）がオンし、信号レベルが信号蓄積部（３１４）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横縞の少ない画像を得ることができる。
【０００６】
図４に、従来の電源ＩＣと撮像装置の構成の一部を示す。
【０００７】
システム構成（４００）では、撮像装置が起動すると電源ＩＣ（４０１）はシステム制御部（４０２）や撮像系（４０３）に対して電力を供給し、前記システム制御部（４０２）は前記撮像系（４０３）に対して制御を行う。
【０００８】
図４を用いて一般的な撮像装置の動作について説明を行う。
【０００９】
図４において、撮像装置は不図示の電源スイッチがＯＮされると電源ＩＣ（４０１）が起動し、前記電源ＩＣ（４０１）からシステム制御部（４０２）や撮像系（４０３）に電力が供給され、動作を開始する。ユーザーにより各種入力手段（４０４）のひとつであるレリーズボタンが押しこまれていくと、ある所定の位置（半押し状態）においてオートフォーカスや露出設定など、撮影のための準備に入る。さらにレリーズボタンが押し込まれ、前記所定の位置とは異なる押し込み位置（全押し状態）になると、撮像系（４０３）を制御し撮影動作を開始する。
【００１０】
撮影された画像に対して、先述のような差分検出が行われ、横縞が低減された画像が得られる。しかし、「Ｎ読み」と「Ｓ読み」は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くなる。時間的に変動するノイズとしては、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等が考えられる。この時の、「Ｎ読み」時と「Ｓ読み」時のノイズの差分量が行ごとに異なっている様子を図５に示した。
【００１１】
上記問題に対し、行ごとの「Ｎ読み」時と「Ｓ読み」時のノイズの差分量を同じにすることにより差分検出手段で横縞を低減するという技術がある。
【００１２】
特許文献１で提案されているように、動作モードに応じて複数用意された電源のスイッチング周波数の中から適切なものを選択して周波数を変更する方法が考えられる。
【００１３】
また、特許文献２で提案されているように、電源から発生するノイズ周期を検知し、ノイズ周期に合わせて撮像素子の読み出し周期を変更する方法もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００８−２１９２９２号公報
【特許文献２】特開２０１０−５６７９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、特許文献１のように周波数が選択式であると、周辺環境や部品ばらつきにより、合わせたい周波数からずれてしまったものに対しては対応できないため、周波数を変更しても最適なスイッチング周波数にならない場合がある。
【００１６】
また、特許文献２のようにノイズに合わせて読み出し周期を変更する場合、ノイズの周波数によっては読み出し周期に制限がかかってしまう。
【００１７】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、撮像素子の読み出し周波数に合わせて電源のスイッチング周波数を変更し、撮像素子の読み出し周波数に対してノイズの周波数を同期させることで、Ｎ読み時とＳ読み時のノイズの差分量を各行で等しくし、横縞の低減を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、
撮像素子からの読み出し周期が異なる複数の撮影モードを持ち、前記複数の撮影モードからひとつの撮影モードを選択する選択手段と、撮影モードに応じて撮像素子からの読み出し周期を変更する読み出し制御手段と、回路に電圧を供給するスイッチング電源と、を持つ撮像装置であって、前記撮影モードの選択手段によって選択された撮影モードに応じて、前記スイッチング電源のスイッチング周波数を変更することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る撮像装置によれば、撮像素子の駆動周波数に対してスイッチング電源のリップル周波数を合わせることができるため、Ｎ読み時とＳ読み時のノイズの差分量が各行で等しくなり撮影画像における横縞を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】撮像装置の電気構成ブロック図である。
【図２】図１における撮像素子（１０８）の等価回路図である。
【図３】撮像素子の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図４】従来の撮像装置の構成を模式化して表した図である。
【図５】Ｎ読み時とＳ読み時のノイズの差分量が行ごとに異なる様子を示した図である。
【図６】本発明の実施形態にかかる撮像装置の構成を模式化して表した図である。
【図７】本発明の実施形態にかかる撮像装置に含まれる電源ＩＣ、システム制御部、撮像系の内部構成の一部を模式化して表した図である。
【図８】Ｎ読み／Ｓ読み時のノイズの差分量が各行で等しくなっていることを示した図である。
【図９】本発明の第１の実施形態にかかる撮像装置のスイッチング周波数変更動作の流れを表したフローチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施形態にかかる撮像装置のスイッチング周波数変更動作の流れを表したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
（第１の実施形態）
図１は撮像装置のシステムの主要部を示した図である。
【００２３】
図１を用いて本発明の第１の実施系にかかる撮像装置の構成について説明する。
【００２４】
撮像装置のシステムは、撮像装置（１００）と入射光を撮像素子に導くレンズユニット（２００）で構成されている。
【００２５】
前記撮像装置（１００）は光学機構、各種回路、各種操作ボタン、制御部等から構成される。不図示だが、前記撮像装置（１００）は前記レンズユニット（２００）がマウント機構を介して脱着可能となっている。また、マウント機構は複数の電気的接点（２１０）を備え、前記レンズユニット（２００）は撮影レンズ（２０１）、絞り（２０２）、レンズ／絞り駆動制御回路（２０３）等から構成される。なお、前記レンズ／絞り駆動制御回路（２０３）は、レンズ固有の情報と撮像装置（１００）から受信した情報を記憶する記憶装置も有している。
【００２６】
前記撮像装置（１００）と前記レンズユニット（２００）間の各種信号通信は前記複数の電気的接点（２１０）によって実現されている。たとえば前記撮像装置（１００）が撮像装置制御部（１１７）からの制御信号により前記撮影レンズ（２０１）を光軸方向に移動させてピント合わせや絞りの制御等が行われる。前記撮像装置制御部（１１７）はシステム全体を制御するＣＰＵにより構成されている。
【００２７】
また前記複数の電気的接点（２１０）は電気通信だけでなく、光通信や音声通信等の機能を有する構成としてもよい。また図１では簡略化のため撮影レンズは１枚しか図示していないが、実際は多数の撮影レンズから構成されている。
【００２８】
被写体からの入射光が前記撮影レンズ（２０１）および絞り（２０２）を介して、図示の矢印方向に駆動可能なクイックリターンミラー（１０５）に導かれる。前記クイックリターンミラー（１０５）の中央部はハーフミラーに構成されていて、前記クイックリターンミラー（１０５）がダウン時に入射光の一部を透過する。前記クイックリターンミラー（１０５）を透過した入射光は、前記クイックリターンミラー（１０５）に設けられているサブミラー（１０４）によりＡＦ回路（１１０）に向けて反射される。
【００２９】
前記ＡＦ回路（１１０）は、ＡＦセンサユニットと焦点検出回路から構成される。前記撮像装置制御部（１１７）からの制御信号により、焦点検出回路がＡＦセンサユニットを制御し、位相差検出方式による焦点検出を行う。
【００３０】
前記クイックリターンミラー（１０５）により反射された光は、ペンタプリズム（１０１）、接眼レンズ（１０３）を介して撮影者の眼に至る。前記クイックリターンミラー（１０５）がアップ時は、前記撮影レンズ（２０１）および絞り（２０２）を通過した入射光は、メカシャッタであるフォーカルプレーンシャッタ（１０６）、フィルタ（１０７）を介して撮像素子（１０８）に至る。前記撮像素子（１０８）の具体例はＣＭＯＳセンサである。前記フィルタ（１０７）は赤外線を除去する機能と光学ローパスフィルタとしての機能を有する。
【００３１】
前記撮像装置制御部（１１７）は、前記クイックリターンミラー（１０５）のアップダウンの動作と前記フォーカルプレーンシャッタ（１０６）のシャッタチャージを制御する機能や、前記フォーカルプレーンシャッタ（１０６）の先幕、後幕の走行制御機能を有するシャッタ駆動制御回路（１１１）が接続されている。また不図示だが、前記接眼レンズ（１０３）近傍に設置されている測光センサからの信号が出力される自動露出装置である測光回路（１０２）が接続されている。測光センサは被写体の輝度を測定するセンサである。また前記撮像装置制御部（１１７）は画像処理部（１１５）に接続されている。前記画像処理部（１１５）はＤＳＰにより構成され、前記撮像素子（１０８）の制御や前記撮像素子（１０８）からの画像データの補正および加工などを前記撮像装置制御部（１１７）の命令に基づき実行するものである。
【００３２】
前記画像処理部（１１５）には、前記撮像素子（１０８）を駆動するためのタイミングパルス発生回路と前記撮像素子（１０８）のアナログ出力をデジタル出力に変換するＡ／Ｄコンバータ等を搭載したＡＤＴＧ（１０９）が接続されている。また、得られた画像データを一時的に記憶しておくメモリ（１１６）が接続されている。
【００３３】
前記撮像素子（１０８）からの画像データを表示するために、前記画像処理部（１１５）にはＤＡＣ（１１４）およびエンコーダ（１１３）、モニタ（１１２）が接続されている。前記ＤＡＣ（１１４）は、前記メモリ（１１６）上の画像データをアナログ信号に変換する。前記エンコーダ（１１３）は、前記ＤＡＣ（１１４）からの信号を前記モニタ（１１２）に表示するための映像信号に変換する。撮像素子（１０８）の構成と動作については従来と同じであるため説明は省略する。
【００３４】
図６は本発明の第１の実施形態における電源ＩＣと撮像装置の構成の一部を示す概要図である。従来の構成との大きな違いは、システム制御部からのＨＤ読み出し周期制御信号を電源ＩＣへと入力していることである。ＨＤ読み出し周期制御信号を電源ＩＣに入力し、フィードバックを行うことにより電源のスイッチング周波数を変更している。
【００３５】
図７は図６における電源ＩＣ（５０１）、システム制御部（５０２）、撮像系（５０３）の構成の一部を示す図である。
【００３６】
図７を用いて、実際にスイッチング電源のスイッチング周波数を変更する動作について説明する。
【００３７】
通常時、電源ＩＣ（６１０）はＤＣＤＣスイッチング周波数生成部（６１１）の生成する、初期設定値のスイッチング周波数で動作し、システム制御部（６２１）や撮像系に電源を供給している。撮像装置の起動時に撮影モードが切り替えられると、前記システム制御部（６２１）は撮像素子（６２４）の信号読み出しタイミングを選択された撮影モードに合わせて変更し、タイミング信号発生回路（６２５）にタイミング指示信号を送る。同時に、前記システム制御部（６２１）は前記電源ＩＣ（６１０）の信号検出部（６１３）に、前記タイミング指示信号のうちの一つである水平読み出しタイミング信号を送る。フィードバック部（６１２）は前記水平読み出しタイミング信号を受け取ると、スイッチング周波数生成のための演算を行い、演算結果を基に、前記ＤＣＤＣスイッチング周波数生成部（６１１）は、前記システム制御部（６２１）の生成した水平読み出しタイミング信号に同期するスイッチング周波数に変更する。
【００３８】
図８は電源のスイッチング周波数を変更したことによって行ごとに異なっていたＮ読み／Ｓ読み時のノイズの差分量を等しくしたことを示す図である。
【００３９】
スイッチング周波数を変更したことにより、Ｎ読み時のノイズ量、およびＳ読み時のノイズ量が行ごとで等しくなっている。つまり、各行におけるＮ読み／Ｓ読み時のノイズの差分量が等しくなっている。ある一行（たとえばｍ行目だけ）におけるＮ読み時とＳ読み時のノイズ量は異なっているが、それはＯＢクランプの調整等で容易に取り除くことができるため問題にはならない。
【００４０】
このようにして、横縞の低減された画像がＡ／Ｄ変換部（６２６）を通して画像処理部（６２７）に入力される。
【００４１】
具体的な変更後のスイッチングの周期は、スイッチング周波数がＨＤ読み出し周期のｎ倍（ｎは整数）となるように、かつ変更前と変更後のスイッチング周波数の変化量が最も小さいようなｎとする。
【００４２】
スイッチング周波数の変更手段は、ＨＤ読み出し周期の信号に対して位相同期回路（ＰＬＬ）を用いることで行う。つまり、ＨＤ読み出し周期の信号と電源ＩＣのスイッチング周波数を位相比較器に入力した後、カットフィルタを通して直流化を行う。カットフィルタを通した信号を電源ＩＣに入力し、入力電圧に対応した周波数でスイッチングを行うことにより、ＨＤ読み出し周期に同期したスイッチング周波数で電源ＩＣから電源供給が可能となる。
【００４３】
次に、図９のフローチャートを用いてスイッチング周波数変更タイミングについて説明する。
【００４４】
撮像装置の起動後（Ｓ９０１）、ユーザーが撮影モードを選択する（Ｓ９０２）。撮影モード切替手段によって撮影モードがたとえば静止画撮影モードに切り替えられると、静止画撮影モードに応じて電源のスイッチング周波数を変更する（Ｓ９０３）。そして、静止画の撮影を行い（Ｓ９０５）、画像処理等の後、撮影動作が完了する（Ｓ９０７）。撮影完了後は電源を切れば動作終了となり（Ｓ９１３）、撮影を続けるのであれば、静止画撮影を続ける場合はスイッチング周波数を変更せずにそのまま撮影を行い（Ｓ９０５）、動画撮影に変更する場合は撮影モードを選択しなおす（Ｓ９０２）。
【００４５】
はじめにユーザーが動画撮影モードを選んだ場合も処理は同様であるため、説明は省略する。
【００４６】
以上のように、撮像素子の動作に合わせて電源のスイッチング周波数を変更することにより、Ｎ読み時とＳ読み時のノイズの差分量を各行で等しくできるため、撮影画像に対するスイッチング電源の発するノイズの影響を抑え、撮影画像に現れる横縞を低減することができる。
【００４７】
（第２の実施形態）
撮像装置の構成等は第１の実施形態と同様なため、説明は省略する。
【００４８】
スイッチング周波数切り替えタイミングに関して、撮影モードを切り替えた時にスイッチング周波数を変更するとスイッチングロスが大きくなる場合があるため、ユーザーが撮影モードを選択した後、たとえばレリーズボタンを半押し状態にする等、撮影の準備に入った時にスイッチング周波数を変更する。図１０を用いて以下で説明する。
【００４９】
第１の実施形態と比較して第２の実施形態では、撮影モードを切り替えた（Ｓ１００２）だけではスイッチング周波数は変わらない。その後、たとえば静止画撮影モードの時はレリーズボタンが半押し状態になる（Ｓ１００３）、という動作があってはじめてスイッチング周波数が変更される（Ｓ１００５）。
【００５０】
撮影動作のために変更された電源ＩＣのスイッチング周波数は、撮影動作が終了（Ｓ１００９）した後に変更前のスイッチング周波数に戻される（Ｓ１０１１）。具体的には、レリーズボタンが全押し状態になり、画像処理等の撮影動作が完了した後にスイッチング周波数を変更前に戻す。
【００５１】
その後、電源を切れば動作終了となり（Ｓ１０１７）、撮影を続けるのであれば静止画撮影を続ける場合、レリーズボタンが半押し状態か否かを検知する状態になる（Ｓ１００３）。また動画撮影に変更する場合は撮影モードを選択しなおす（Ｓ１００２）。
【００５２】
はじめにユーザーが動画撮影モードを選んだ場合も処理は同様であるため、説明は省略する。
【００５３】
以上のように、撮影動作を行う直前にスイッチング周波数を変更することにより、撮影画像に表れる横縞を低減しつつも、撮影を行っていない時の電源のスイッチングロスを低減させることが可能となる。
【符号の説明】
【００５４】
１００  撮像装置、１０８  撮像素子、２００  レンズユニット、
３０１  フォトダイオード、３１４  信号蓄積部、４００  従来のシステム構成、
５００  本発明の第１の実施形態におけるシステム構成、６１０  電源ＩＣ、
６１１  ＤＣＤＣ−ＳＷ周波数生成部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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