JP6702821B2 - 撮像装置及びその制御方法、プログラム、記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置及びその制御方法に関するものである。

一般にデジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置においては、撮像素子としてＣＣＤ又はＣＭＯＳイメージセンサ（以下、ＣＭＯＳセンサ）が用いられている。

ここで、従来の一般的な撮像装置における撮像動作について説明する。図２１は、従来の撮像装置の構成の一部を示す図である。図２１において、撮像装置は不図示の電源スイッチがＯＮ状態になると電源部のスイッチング電源５０１が起動し、各ブロックに対して電源供給を行う。ユーザーにより、操作部５０５の一つであるレリーズボタン等が半押しされると、オートフォーカスや露出設定等の撮影のための準備動作に入る。更にレリーズボタンが押し込まれ全押し状態になると、システム制御部５０３がタイミング信号発生回路５０４や撮像素子５０２等の撮像系を制御し撮影動作が開始される。

図２２は、ＣＭＯＳセンサの画素部の等価回路を示す図である。図２２に示すように、フォトダイオード（以下、ＰＤ）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部：ＦＤ４１１）に蓄積する。そして、走査回路からの駆動タイミング信号に応じて、その電位変化を増幅させて画素信号として出力する。

図２２に示すような画素部の等価回路を有するＣＭＯＳセンサが駆動された場合、図２３のタイミングチャートに示されるように時間Ｔ２の経過後、ＰＤ４０１の光電荷の蓄積が終了する。そして、制御信号ΦＳＥＬがアクティブになり、行選択スイッチ（以下、ＴＳＥＬ）４０６がオンすることにより、ｎ行目につながっている全ての画素のソースフォロア（以下、ＳＦ）４１０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は時間Ｔ３の期間で制御信号ΦＲＥＳがアクティブになり、リセットスイッチ（以下、ＴＲＥＳ）４０３がオンとなり、ＳＦ４１０のゲートであるＦＤ４１１はリセットされる。この際に、列出力線４１２にはダークレベルの信号が出力され、転送ゲート４１３ｂがオンし、ダークレベルの信号出力を信号蓄積部４１４に保持する。そして、この時間Ｔ３と時間Ｔ４をあわせた期間を「Ｎ読み」(ノイズ成分読み出し)期間と呼ぶ。

次にダークレベルの信号を信号蓄積部４１４へ転送する「Ｎ読み」が終了した後、時間Ｔ５の期間、制御信号ΦＴＸをアクティブとし転送スイッチ４０２をオンにすることで、ＰＤ４０１に蓄積されていた電荷をＳＦ４１０のゲートであるＦＤ４１１に転送する。ここで、制御信号ΦＴＳが時間Ｔ６の期間アクティブになり、転送ゲート４１３ａがオンすることにより、ＰＤ４０１で蓄積された信号が信号蓄積部４１４に保持される。この画素信号レベルの信号出力を保持する期間を「Ｓ読み」期間と呼ぶ。そして、この信号レベルとダークレベルの差分算出動作(以下、「Ｓ−Ｎ動作」)を行うことにより、製造バラツキ等に起因する固定パターンノイズ等の影響を回避することが可能となり、通常の被写体撮影においてはＳ／Ｎの高い画像を取得することができる。

しかしながら、図２３の撮像素子のタイミングチャートに示される通り、「Ｎ読み」及び「Ｓ読み」動作は同時刻に実施されない。そのため、電源部のスイッチング電源５０１が動作する際に発生するスイッチングノイズ及びそのスイッチング電源５０１を構成するコイルから発生する磁界ノイズ等の影響が「Ｎ読み」及び「Ｓ読み」時に重畳されてしまう。その結果、「Ｓ−Ｎ動作」を行った際に電位レベルの差分量が行ごとに異なってしまい、これがオフセットノイズとなりＳ／Ｎが悪化してしまう。この「Ｎ読み」と「Ｓ読み」のときの電位レベルの差分量が行ごとに異なる様子を図２４に示す。

このような問題に対し、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。例えば特許文献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。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。

また、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置に用いられる撮像素子は、多機能化が進んでおり、例えば、位相差方式の焦点検出機能を有するものも知られている。具体的には、撮像素子の１つの画素に２つのフォトダイオードと１つのマイクロレンズを設ける。そして、各フォトダイオードが撮影レンズの異なる瞳領域を通過した光を受光するよう構成することで、各フォトダイオードの出力信号を用いた位相差方式の焦点検出が可能となる。また、同じ画素に設けられた２つのフォトダイオードの出力信号を加算することで、画像出力を得ることができる（特許文献３参照）。

特開２００８−２１９２９２号公報 特開２０１０−０５６７９５号公報 特開２００１−１２４９８４号公報

しかしながら、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。

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。更にスイッチング電源はスイッチングのタイミングで急峻な電源電圧変動が発生する。このスイッチングのタイミングで撮像素子が「Ｎ読み」や「Ｓ読み」等の読み出し動作を実施した場合には差分量を一定にすることが出来ないため、Ｓ／Ｎを悪化させる可能性がある。

また、特許文献３の構成では、１画素あたり２つのフォトダイオードから信号を取得する必要がある。そのため、１つの画素に１つのフォトダイオードを有する従来の構成に対して、行ごとの「Ｓ読み」のタイミングが２倍に増えてしまう。「Ｓ読み」のタイミングが２倍に増えることにより、「Ｎ読み」と一方の「Ｓ読み」のタイミングに周波数を合わせただけでは、「Ｎ読み」と２つの「Ｓ読み」時のノイズの差分量が行ごとに異なってしまい、読み出し信号の精度劣化や、画像の横縞が発生する場合がある。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、スイッチング電源に起因する画像ノイズを、より効果的に低減することができる撮像装置を提供することである。

本発明に係わる撮像装置は、複数の光電変換部を有する単位画素が行列状に配置された撮像素子と、前記単位画素の複数の光電変換部から、一部の光電変換部の信号を読み出す第１の読み出し動作と、前記単位画素の複数の光電変換部から、第１の読み出し動作より多数の光電変換部の信号を読み出す第２の読み出し動作とを行う読み出し手段と、前記読み出し手段を駆動するスイッチング電源と、前記スイッチング電源のスイッチング周波数を制御する周波数制御手段と、を備え、前記周波数制御手段は、前記読み出し手段により前記複数の光電変換部からノイズ信号を読み出すタイミングと、前記複数の光電変換部から前記第１の読み出し動作により信号を読み出すタイミングと、前記複数の光電変換部から前記第２の読み出し動作により信号を読み出すタイミングとに対して、前記スイッチング周波数の位相が所定の関係になるように前記スイッチング電源のスイッチング周波数を制御することを特徴とする。

本発明によれば、スイッチング電源に起因する画像ノイズを、より効果的に低減することができる撮像装置を提供することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係わる撮像装置の構成を示すブロック図。 撮影レンズの射出瞳から出た光束が単位画素に入射する概念を示す図。 撮像素子の構成を示す図。 撮像素子の単位画素の回路図。 撮像素子の読み出し回路の回路図。 撮像素子の駆動タイミングを示すタイミングチャート。 スイッチング電源のノイズ差分量が読み出しタイミングごとに異なる様子を示した図。 第１の実施形態の撮像装置の一部の構成を示す図。 第１の実施形態における周波数制御部の構成を示した図。 第１の実施形態における位相補正部の構成を示した図。 第１の実施形態の撮像装置の動作を示すフローチャート。 読み出しのタイミングとスイッチング電源のスイッチングタイミングとの位相関係を示した図。 第２の実施形態の撮像装置の一部の構成を示す図。 第２の実施形態における周波数制御部の構成を示した図。 第２の実施形態における位相制御部の構成を示した図。 第２の実施形態の撮像装置の動作を示すフローチャート。 第２の実施形態における周波数同期制御・位相制御のタイミングチャート。 第２の実施形態における、読み出しのタイミングとスイッチング電源のスイッチングタイミングとの位相関係を示した図。 第３の実施形態の撮像装置の動作を示すフローチャート。 第３の実施形態における、読み出しのタイミングとスイッチング電源のスイッチングタイミングとの位相関係を示した図。 従来の撮像装置の構成を示した図。 撮像素子の等価回路図。 撮像素子の動作タイミングチャート。 従来の読み出しのタイミングとスイッチング電源のスイッチングタイミングとの位相関係を示した図。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の撮像装置の第１の実施形態である撮像システムの主要部を示したブロック図である。図１において、撮像システムは、例えばレンズ交換式のデジタル一眼レフカメラからなり、カメラ本体１００と、入射光を撮像素子に導くレンズユニット２００とを有する。

まずカメラ本体１００の構成について説明する。撮像素子１０１には、図３に示す複数の単位画素４００が格子状に配置され、撮像素子１０１に結像された被写体の像は、電気的な画像信号に変換されて撮像素子１０１から出力される。画像処理部１０４は、撮像素子１０１から出力される映像信号に対して、所定の演算処理を行う。そして、得られた映像信号に対して、画素補間処理、色変換処理、ホワイトバランス処理等の画像処理を施し、システム制御部１０５を介して各種表示部１０７に出力する。また、画像処理部１０４は、ＪＰＥＧ等の画像圧縮機能を有する。更には、撮像素子１０１から取得したＡ像信号とＡ＋Ｂ像信号２つの情報からＢ像信号の生成も行う。この動作については後述する。

ＡＤ変換回路１０２は撮像素子１０１が光電変換して出力するアナログ信号をデジタル信号に変換する。タイミング発生回路１０３は、画像処理部１０４から撮像系を駆動する基準クロック信号や制御信号を受け、撮像素子１０１及びＡＤ変換回路１０２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。

システム制御部１０５は、各種演算を行うとともに、撮像素子１０１を含む撮像装置全体の動作を制御する。システム制御部１０５は、更に、画像処理部１０４から出力されるＡ像信号とＢ像信号の２つの光束の情報を用いて、位相差方式の焦点検出動作を行う。

メモリ回路１０６は、電気的に消去・記憶可能な不揮発性メモリも含まれ、各種パラメータやＩＳＯ感度等の設定値、撮影モード及び各種補正データ等が格納されている。各種表示部１０７は、システム制御部１０５でのプログラムの実行に応じて、文字、画像、音声等の動作状態やメッセージ等を表示する液晶装置、スピーカ等を有するものであり、ＬＣＤ、ＬＥＤ、発音素子等の組み合わせにより構成されている。また、各種表示部１０７の一部は光学ファインダ内等にも設けられている。

記録回路１０８は、画像データの記録または読み出しを行うための半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体に対して読み書きを行う回路である。操作部１０９は、システム制御部１０５に各種の動作指示を入力するための操作手段である。これらの操作手段はスイッチやダイヤル、タッチパネル、視線検知によるポインティング、音声認識装置等のいずれか一つ又はそれらの組み合わせによって構成される。

モード切り替え部１１０は静止画撮影、ライブビュー撮影、動画撮影等の各種撮影モードを切り替え設定するためのスイッチである。電源回路１１１は、電池検出部、電流検出部、保護回路、ＤＣ−ＤＣコンバータ、ＬＤＯレギュレータ等から構成されている。そして、電池装着の有無の検出機能、電池種類や残量の検出機能、過電流を検出した際には電源を遮断することにより電源回路に接続された負荷回路を保護する機能等を有する。また、システム制御部１０５の指示に基づき、ＤＣ−ＤＣコンバータを制御し、所望の電源電圧を所望の期間、カメラ本体１００の各部に供給する。コネクタ１１２，３０１は電源３０２とカメラ本体１００を接続する。電源３０２はアルカリ電池・リチウム電池等の一次電池、Ｎｉｃｄ電池・ＮｉＭＨ電池・Ｌｉ電池等の２次電池、ＡＣアダプタ等からなる。

次にレンズユニット２００の構成について説明する。

撮像装置１００とレンズユニット２００は、レンズマウント機構１１３，２０４を介して機械的に脱着可能となっている。レンズユニット２００は撮影レンズ２０１、レンズ駆動回路２０２、レンズ制御部２０３を備えて構成されている。レンズマウント２０４には、レンズユニット２００をカメラ本体１００と電気的に接続するコネクタも含まれ、カメラ本体１００とレンズユニット２００との間で、制御信号、状態信号、データ信号等を伝え合うことができる。またそのコネクタは、各種電力をカメラ本体１００からレンズユニット２００に供給する機能を備えている。また、コネクタは電気信号のみならず、光信号、音声信号等を伝達する構成でもよい。また、図１では、簡略化のために撮影レンズ２０１を一枚のレンズで示しているが、実際には多数のレンズ群から構成されている。

レンズ制御部２０３は、レンズユニット２００全体を制御する。レンズ制御部２０３は、レンズ動作用の各種定数、変数、プログラム等を記憶するメモリを備えている。また、レンズユニット固有の情報である最大・最小絞り値、焦点距離等を保持する不揮発性メモリも備えている。また、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等のレンズユニット２００に内蔵されている各種アクチュエータの駆動周波数情報等、各種設定情報が保持されている。また、レンズ制御部２０３は、レンズユニット２００内の各回路部へ供給する電源用ＤＣ−ＤＣコンバータ回路等も備える。

カメラ本体１００のシステム制御部１０５は、撮像素子１０１の出力情報を用いてデフォーカス量を演算し、演算したデフォーカス量に基づいて、レンズユニット２００のレンズ制御部２０３と通信を行う。レンズ制御部２０３は、レンズ駆動回路２０２を制御することによりピントを合わせる。また、レンズ駆動回路２０２は撮影時の手ブレ緩和用の振れ検知手段と手ブレ緩和用の可動式シフトレンズを駆動する制御回路等も備える。振れ検知手段により手ブレを電気信号として出力し、ブレ量の演算結果に基づいて可動式シフトレンズを移動させることにより、手ブレを低減する。

次に、撮像素子１０１で位相差検出方式の焦点検出を実現する原理について説明する。図２は、撮影レンズの射出瞳から出た光束が撮像素子が有する単位画素の１つに入射する状態を模式的に示した図である。単位画素４００は、第１のフォトダイオード（以下、第１のＰＤ）４０１Ａ及び第２のフォトダイオード（以下、第２のＰＤ）４０１Ｂを有し、カラーフィルタ４０２及びマイクロレンズ４０３により覆われている。

マイクロレンズ４０３を有する画素に対して、撮影レンズ２０１の射出瞳３０４の中心を光軸３０５とする。射出瞳３０４を通過した光は、光軸３０５を中心として単位画素４００に入射する。また、図２に示すように、撮影レンズの射出瞳の一部領域である瞳領域３０６を通過する光束はマイクロレンズ４０３を通して、第１のＰＤ４０１Ａで受光される。同様に、射出瞳３０４の一部領域である瞳領域３０７を通過する光束はマイクロレンズ４０３を通して、第２のＰＤ４０１Ｂで受光される。従って、第１のＰＤ４０１Ａと第２のＰＤ４０１Ｂは、それぞれ射出瞳３０４の別々の領域を通過した光を受光する。従って、第１のＰＤ４０１Ａと第２のＰＤ４０１Ｂの信号を比較することにより、位相差の検知が可能となる。

以下、第１のＰＤ４０１Ａから得られる信号をＡ像信号、第２のＰＤ４０１Ｂから得られる信号をＢ像信号と呼ぶ。また、第１のＰＤ４０１Ａの信号と第２のＰＤ４０１Ｂの信号とを加算して読み出した信号は（Ａ＋Ｂ）像信号として、撮影画像に用いることができる。

図３は、本実施形態に用いられる位相差方式の焦点検出機能を有する撮像素子１０１の全体構成例を示す図である。撮像素子１０１は、画素領域１、垂直走査回路２、読み出し回路３、水平走査回路４、出力アンプ５を含む。画素領域１には、複数の単位画素４００が行列状に配置されている。ここでは、説明を分かりやすくするために４×４の１６画素の配列を示しているが、実際には更に多数の単位画素が配置されている。各単位画素４００は、既に説明したように、第１のフォトダイオード（以下、第１のＰＤ）４０１Ａ及び第２のフォトダイオード（以下、第２のＰＤ）４０１Ｂを備える。垂直走査回路２は、画素領域１の画素を１行単位で選択し、選択行の画素に対して駆動信号を出力する。読み出し回路３は、列毎に列読み出し回路を備え、単位画素４００からの出力信号を増幅し、その出力信号をサンプルホールドする。水平走査回路４は、読み出し回路３でサンプルホールドされた信号を列毎に順次出力アンプ５に出力するための信号を出力する。出力アンプ５は、水平走査回路４の動作により読み出し回路３から出力された信号を信号処理回路に送る。垂直走査回路２、読み出し回路３、水平走査回路４は、タイミング発生回路１０３からのタイミング信号により駆動される。

図４は、単位画素４００の構成例を示す回路図である。第１のＰＤ４０１Ａ、第２のＰＤ４０１Ｂには、第１の転送スイッチ４０２Ａ、第２の転送スイッチ４０２Ｂがそれぞれ接続されている。また、第１の転送スイッチ４０２Ａ及び第２の転送スイッチ４０２Ｂの出力は、フローティングディフュージョン部（以下、ＦＤ）４０３を通じて増幅部４０４に接続されている。ＦＤ４０３にはリセットスイッチ４０５が接続され、増幅部４０４には選択スイッチ４０６が接続される。

第１のＰＤ４０１Ａ及び第２のＰＤ４０１Ｂは、同一のマイクロレンズを通過した光を受光し、その受光量に応じた信号電荷を生成する光電変換部として機能する。第１の転送スイッチ４０２Ａ及び第２の転送スイッチ４０２Ｂは、垂直走査回路２からの転送パルス信号ＰＴＸＡ，ＰＴＸＢによって制御され、それぞれが第１のＰＤ４０１Ａ及び第２のＰＤ４０１Ｂで発生した電荷を共通のＦＤ４０３に転送する。

ＦＤ４０３は、第１のＰＤ４０１Ａ及び第２のＰＤ４０１Ｂから転送された電荷を一時的に保持するとともに、保持した電荷を電圧信号に変換する電荷電圧変換部として機能する。増幅部４０４は、ソースフォロワＭＯＳトランジスタであり、ＦＤ４０３に保持された電荷に基づく電圧信号を増幅して、画素信号として出力する。リセットスイッチ４０５は、垂直走査回路２からのリセットパルス信号ＰＲＥＳによって制御され、ＦＤ４０３の電位を基準電位ＶＤＤにリセットする。選択スイッチ４０６は、垂直走査回路２からの制御信号ＰＳＥＬによって制御され、増幅部４０４で増幅された画素信号を列出力線４０７に出力する。

図５は、図３の読み出し回路３の１列分の構成例を示す回路図である。読み出し回路３は、列毎に図５に示す構成の回路を備えるが、各列の構成は共通であるので、図５では１列分のみ示している。列出力線４０７上の信号電圧はオペアンプ４０８により増幅される。オペアンプ４０８には基準電圧ＶＲＥＦが供給される。オペアンプ４０８の入力にはクランプ容量Ｃ０が接続され、入出力間にはフィードバック容量Ｃｆが接続される。また、フィードバック容量Ｃｆの両端には、両端をショートさせるためのスイッチ４０９が設けられ、スイッチ４０９は、読み出し回路３の制御信号ＰＣ０Ｒで制御される。列出力線４０７には定電流源４１０が接続されている。

容量ＣＴＳ＿Ａ＋Ｂ，ＣＴＳ＿Ａ，ＣＴＮは、オペアンプ４０８からの信号電圧を保持するための容量である。スイッチ４１１，４１２，４１３は、それぞれ容量ＣＴＳ＿Ａ＋Ｂ，ＣＴＳ＿Ａ，ＣＴＮへの書き込みを制御するスイッチである。スイッチ４１１は、制御信号ＰＴＳ＿Ａ＋Ｂで制御され、スイッチ４１２は、制御信号ＰＴＳ＿Ａで制御され、スイッチ４１３は、制御信号ＰＴＮで制御される。

容量ＣＴＳ２，ＣＴＮ２は、容量ＣＴＳ＿Ａ＋Ｂ，ＣＴＳ＿Ａ，ＣＴＮからの信号電圧を保持するための容量である。スイッチ４１４，４１５，４１６は、容量ＣＴＳ２，ＣＴＮ２への書き込みを制御するスイッチである。スイッチ４１４は、容量ＣＴＳ＿Ａ＋Ｂの信号を容量ＣＴＳ２に書き込むためのスイッチで、制御信号ＰＴＳ２＿Ａ＋Ｂで制御される。スイッチ４１５は、容量ＣＴＳ＿Ａの信号を容量ＣＴＳ２に書き込むためのスイッチで、制御信号ＰＴＳ２＿Ａで制御される。スイッチ４１６は、容量ＣＴＮの信号を容量ＣＴＮ２に書き込むためのスイッチで、制御信号ＰＴＮ２で制御される。

また、容量ＣＴＳ２，ＣＴＮ２の直前には、バッファとしてのボルテージフォロワ４１７，４１８，４１９が設けられている。ボルテージフォロワ４１７，４１８，４１９は、容量ＣＴＳ＿Ａ＋Ｂ，ＣＴＳ＿Ａ，ＣＴＮのそれぞれに蓄積された電位と等しい電位を、容量分割によらず容量ＣＴＳ２，ＣＴＮ２に伝達する。

スイッチ４２０，４２１は、水平走査回路４からの制御信号ＰＨで制御され、容量ＣＴＳ２に書き込まれた信号は共通出力線４２２を介して、容量ＣＴＮ２に書き込まれた信号は共通出力線４２３を介して、それぞれ出力アンプ５に出力される。なお、容量ＣＴＳ＿Ａ＋Ｂ，ＣＴＳ＿Ａ，ＣＴＮへの信号書き込みと、容量ＣＴＳ２，ＣＴＮ２からの水平走査による信号読み出しは、並行して行われる。

図６は、撮像素子１０１の駆動タイミングチャートを示す図である。時刻ｔ１において、水平同期信号ＳＹＮＣが立ち上がるとともに、選択された行の制御信号ＰＳＥＬがＬからＨとなる。これにより選択された行の選択スイッチ４０６がオンし、選択された行の画素信号を列出力線４０７に出力することが可能となる。

時刻ｔ２では、リセットパルス信号ＰＲＥＳがＬからＨとなり、リセットスイッチ４０５がオンし、ＦＤ４０３の電位が電源ＶＤＤにリセットされる。時刻ｔ３では、リセットパルス信号ＰＲＥＳがＨからＬとなり、リセットスイッチ４０５がオフし、ＦＤ４０３のリセットが解除される。このときのＦＤ４０３の電位は、列出力線４０７に増幅部４０４を介してリセット信号レベルとして読み出され、読み出し回路３に入力される。読み出し回路３では、制御信号ＰＣ０ＲがＨでスイッチ４０６がオンになっており、オペアンプ４０３が基準電圧ＶＲＥＦの出力をバッファする状態でリセット信号レベルがクランプ容量Ｃ０に入力される。

その後、時刻ｔ４で制御信号ＰＣＯＲをＨからＬとし、時刻ｔ５で制御信号ＰＴＮをＨにしてスイッチ４１３をオンして、そのときのオペアンプ４０８の出力をリセット電圧として容量ＣＴＮへ書き込む。その後、時刻ｔ６で制御信号ＰＴＮをＬとして、スイッチ４１３をオフして容量ＣＴＮへのリセット電圧の書き込みを終了する。この時刻ｔ５から時刻ｔ６までの期間を「Ｎ読み」（ノイズ成分読み出し）期間と呼ぶ。

「Ｎ読み」が終了した後、時刻ｔ７で制御信号ＰＴＳ＿ＡをＨとし、スイッチ４１２をオンにし、容量ＣＴＳ＿Ａに信号を書き込み可能な状態とする。続いて、時刻ｔ８で転送パルス信号ＰＴＸＡをＨとして、第１のＰＤ４０１Ａの電荷をＦＤ４０３へ転送し、時刻ｔ９で転送パルス信号ＰＴＸＡをＬとする。この動作により、第１のＰＤ４０１Ａに蓄積された電荷がＦＤ４０３へ読み出される。そして、ＦＤ４０３の電位の変化に応じた出力が増幅部４０４及び列出力線４０７を介して読み出し回路３へ供給される。読み出し回路３では、オペアンプ４０８がクランプ容量Ｃ０とフィードバック容量Ｃｆの比率に応じた利得で列出力線４０７から供給された電圧を増幅して出力する。この第１のＰＤ４０１Ａから提供された信号電圧は、容量ＣＴＳ＿Ａに書き込まれる。時刻ｔ１０で制御信号ＰＴＳ＿ＡをＨからＬと切り替え、スイッチ４１２をオフし、容量ＣＴＳ＿Ａへの書き込みを終了する。この時刻ｔ７から時刻ｔ１０までの第１のＰＤ４０１Ａに蓄積された信号を読み出す期間を「Ｓ＿Ａ読み」（Ａ像信号読み出し）期間と呼ぶ。

時刻ｔ１１で制御信号ＰＴＳ＿Ａ＋ＢをＨとし、スイッチ４１１をオンにし、容量ＣＴＳ＿Ａ＋Ｂに信号を書き込み可能な状態とする。続いて、時刻ｔ１２で再び転送パルス信号ＰＴＸＡをＨとすると同時に転送パルス信号ＰＴＸＢもＨとする。この動作により、第１のＰＤ４０１Ａと第２のＰＤ４０１Ｂの双方の電荷を同時にＦＤ４０３へ読み出すことができる。そして、時刻ｔ１４で転送パルス信号ＰＴＸＡ及びＰＴＸＢをＬとする。ＦＤ４０３に読み出された電荷は、増幅部４０４により電圧に変換され、列出力線４０７を介して読み出し回路３へ供給され、オペアンプ４０８で増幅される。オペアンプ４０８により増幅された信号は容量ＣＴＳ＿Ａ＋Ｂに書き込まれる。時刻ｔ１６で制御信号ＰＴＳ＿Ａ＋ＢをＨからＬに切り替え、スイッチ４１１をオフし、容量ＣＴＳ＿Ａ＋Ｂへの書き込みを終了する。この時刻ｔ１１から時刻ｔ１６までの第１のＰＤ４０１Ａ及び第２のＰＤ４０１Ｂに蓄積された信号を読み出す期間を「Ｓ＿Ａ＋Ｂ読み」（Ａ＋Ｂ像信号読み出し）期間と呼ぶ。以上の動作により、容量ＣＴＳＮ，ＣＴＳ＿Ａ，ＣＴＳ＿Ａ＋Ｂへの信号書き込みが完了する。

なお、時刻ｔ１２では転送パルス信号ＰＴＸＡ及びＰＴＸＢを同時にＨとしたが、転送パルス信号ＰＴＸＢだけをＨとして第２のＰＤ４０１Ｂの電荷をＦＤ４０３へ転送してもよい。この場合、第１のＰＤ４０１Ａの電荷がすでにＦＤ４０３へ転送されているので、第１のＰＤ４０１Ａ及び第２のＰＤ４０１Ｂの電荷を加算した出力を得ることができる。

時刻ｔ１７では制御信号ＰＣＯＲを再びＨとし、スイッチ４０６がオンし、読み出し回路３では、オペアンプ４０３が基準電圧ＶＲＥＦの出力をバッファする状態に戻る。そして時刻ｔ１８で垂直選択パルス信号ＰＳＥＬをＬとし、選択されていた行の画素からの信号の読み出しを終了し、選択されていた行は列出力線４０７から切り離される。その後、時刻ｔ１９で水平同期信号ＳＹＮＣが再び立ち上がり、同時に次行の垂直選択パルス信号ＰＳＥＬがＨとなり、次行の画素の選択が開始される。

また、（Ａ＋Ｂ）像信号の容量ＣＴＳ＿Ａ＋Ｂへの書き込みと平行して、時刻ｔ１２において、制御信号ＰＴＳ２＿Ａと制御信号ＰＴＮ２をＬからＨとし、スイッチ４１５及びスイッチ４１６をオンする。容量ＣＴＮに保持された信号はボルテージフォロワ４１９を介して、容量ＣＴＮ２へ書き込まれ、容量ＣＴＳ＿Ａに保持された信号はボルテージフォロワ４１８を介して容量ＣＴＳ２に書き込まれる。そして、時刻ｔ１３で制御信号ＰＴＮ２及び制御信号ＰＴＳ２＿Ａが同時にＨからＬとなり、容量ＣＴＮ２及び容量ＣＴＳ２への書き込みが終了する。

その後、時刻ｔ１３〜ｔ１５の間に、水平走査回路４の駆動パルスＰＨが各列の読み出し回路毎に順次Ｌ→Ｈ→Ｌとなる。それに伴い、列毎にスイッチ４２０，４２１がオフ→オン→オフとなり、水平走査が行われる。スイッチ４２０，４２１がオフ→オン→オフとなったときに各列の容量ＣＴＳ２，ＣＴＮ２に保持された信号は共通出力線４２２，４２３へそれぞれ読み出され、出力アンプ５で共通出力線４２２，４２３の信号の差電圧として出力される。この差電圧がＡ像信号となる。この画素信号レベルとノイズ信号レベルの差分電圧算出動作（以下、「Ｓ−Ｎ」動作）を行うことにより、製造バラツキ等に起因する固定パターンノイズ等の影響を回避することが可能となり、Ｓ／Ｎの高い画像を取得することが出来る。なお、共通出力線４２２，４２３は各列の信号を読み出す毎に不図示のリセットスイッチにより基準電位にリセットされる。

ここで、Ａ像信号の水平走査は、（Ａ＋Ｂ）像信号の容量ＣＴＳ＿Ａ＋Ｂへの書き込み中（ＴＡ＋Ｂの期間）に行われる。この水平走査期間は、容量ＣＴＳ＿Ａ＋Ｂへの書き込みが終わる時刻ｔ１６までに完了する。（Ａ＋Ｂ）像信号の容量ＣＴＳ＿Ａ＋Ｂへの書き込みが終わった後、（Ａ＋Ｂ）像信号の容量ＣＴＳ２の書き込み及び水平走査が行われる。これらの動作は次行のＦＤ４０３のリセット、容量ＣＴＮ及びＣＴＳ＿Ａへの書き込みと並行して行われる。時刻ｔ１７では、制御信号ＰＴＮ２及び制御信号ＰＴＳ２＿Ａ＋Ｂを同時にＬからＨとすることで、スイッチ４１４，４１６がオンする。容量ＣＴＮに保持された信号はボルテージフォロワ４１９を介して、容量ＣＴＮ２へ書き込まれる。さらに、容量ＣＴＳ＿Ａ＋Ｂに保持された信号はボルテージフォロワ４１７を介して、容量ＣＴＳ２に書き込まれる。そして、時刻ｔ１８で制御信号ＰＴＮ２及び制御信号ＰＴＳ２＿Ａ＋Ｂが同時にＨからＬとなり、書き込みが終了する。

その後、容量ＣＴＮ２、ＣＴＳ２に保持された信号は時刻ｔ１８〜時刻ｔ２０の間に、水平走査回路４の駆動パルスＰＨが順次Ｌ→Ｈ→Ｌとなることで水平走査が行われる。駆動パルスＰＨにより各列のスイッチ４２０，４２１が駆動されてオフ→オン→オフする。スイッチ４２０，４２１により列毎の容量ＣＴＳ２，ＣＴＮ２に保持された信号は共通出力線４２２，４２３へそれぞれ読み出され、出力アンプ５で共通出力線４２２，４２３の差電圧として出力される。この差電圧が（Ａ＋Ｂ）像信号となる。

ここで、（Ａ＋Ｂ）像信号の水平走査は、次行のＦＤ４０３のリセット及び、容量ＣＴＮ，ＣＴＳ＿Ａへの書き込みと並行して行われる。並行して行うことにより処理時間を短縮できる。この水平走査期間は、次行の容量ＣＴＳ＿Ａへの書き込みが終わる次の時刻ｔ２０までに完了できる。

このようにして読み出されたＡ像信号から撮影レンズの瞳の一部を透過する光束の情報が得られ、さらに（Ａ＋Ｂ）像信号とＡ像信号の差分をとることにより、第２のＰＤ４０１Ｂからの出力信号であるＢ像信号（Ａ像の光電変換部以外の信号）を得ることができる。このＢ像信号からは、Ａ像信号とは異なる瞳領域を透過した光束の情報が得られる。従って、これらＡ像信号とＢ像信号との２つの光束の情報から位相差を算出し、被写体の焦点情報や距離情報を得ることができる。

ところで、図６の撮像素子のタイミングチャートに示される通り、位相差方式の焦点検出機能を有する撮像素子の「Ｎ読み」、「Ｓ＿Ａ読み」及び「Ｓ＿Ａ＋Ｂ読み」動作は同時刻に実施されない。そのため、電源部に図２１に示したような従来の電源部を用いると次のような問題が起こる。

即ち、図２１の電源部のスイッチング電源５０１が動作する際に発生するスイッチングノイズ又はスイッチング電源５０１を構成するコイルから発生する磁界ノイズ等の影響が撮像素子の「Ｎ読み」、「Ｓ＿Ａ読み」及び「Ｓ＿Ａ＋Ｂ読み」時に重畳される。重畳された場合、Ｓ−Ｎ動作した際に電位レベルの差分量がＡ像及びＡ＋Ｂ像の間で、更には行ごとに異なってしまうため、これがオフセットノイズとなりＳ／Ｎが悪化してしまう。このＳ／Ｎの悪化は撮影画像の画像ノイズ発生や焦点検出精度低下等に影響を与える。この「Ｎ読み」、「Ｓ＿Ａ読み」及び「Ｓ＿Ａ＋Ｂ読み」時の電位レベルの差分量が読み出しタイミングごとに異なっている様子を図７に示す。

以下では、上記の問題点を解決する手法について説明する。図８は、本実施形態における電源部と撮像装置の構成の一部を示す概要図である。図８において、電源回路１１１は、スイッチング素子の制御により入力電圧を異なる値の出力電圧に変換するスイッチング電源６０１、位相補正部６０２、周波数制御部６０３を備えて構成され、電源回路１１１からの出力は、撮像素子１０１等に供給される。

図１１は本実施形態における撮像動作を示すフローチャートである。図８および図１１を用いて、本実施形態の撮像装置における撮像動作の一連の流れについて説明する。

Ｓ９０１で電源スイッチにより撮像装置が起動された後、本撮影動作に移行するまでは撮像素子１０１等の撮像系には電源供給を行わない待機状態となる。Ｓ９０２では、ユーザーは、モード切り替え部１１０により、静止画撮影、動画撮影、ライブビュー撮影等の撮影モードを選択可能である。選択された撮影モードが、位相差方式の焦点検出を行う動画撮影やライブビュー撮影モードの場合はＳ９０３に進み、そうでない場合はＳ９２０に進む。

Ｓ９０３では、システム制御部１０５は周波数制御部６０３に対して、位相差方式の焦点検出を行う場合の撮像素子１０１の読み出し周期に基づいて決定される周波数情報６０６を送る。そして、周波数制御部６０３は、この周波数情報６０６に基づき、撮像系の基準クロック６０８から生成する第１及び第２のスイッチングパルスの周波数をそれぞれ第１の駆動周波数ｆｓｗ１及び第２の駆動周波数ｆｓｗ２に設定する。第１の駆動周波数ｆｓｗ１及び第２の駆動周波数ｆｓｗ２は、撮像素子１０１の「Ｎ読み」、「Ｓ＿Ａ読み」及び「Ｓ＿Ａ＋Ｂ読み」のタイミングと下記の関係になるように設定される。

まず、第１の駆動周波数ｆｓｗ１について、図１２も参照して説明する。この第１の駆動周波数ｆｓｗ１は、撮像素子１０１の「Ｎ読み」タイミングから「Ｓ＿Ａ読み」タイミングまでの期間をΔｔ１、スイッチング電源６０１が駆動可能なスイッチング周波数に逓倍する整数をＫ１として、以下の式（１）で表わされる。

ｆｓｗ１＝Ｋ１／Δｔ１ …（１）
Δｔ１：「Ｎ読み」から「Ｓ＿Ａ読み」までの期間
Ｋ１：電源ＩＣが駆動可能なスイッチング周波数に逓倍する整数
次に第２の駆動周波数ｆｓｗ２について、図１２も参照して説明する。この第２の駆動周波数ｆｓｗ２は、撮像素子１０１の「Ｓ＿Ａ読み」タイミングから「Ｓ＿Ａ＋Ｂ読み」タイミングまでの期間をΔｔ２、スイッチング電源６０１が駆動可能なスイッチング周波数に逓倍する整数をＫ２として、以下の式（２）で表わされる。

ｆｓｗ２＝Ｋ２／Δｔ２ …（２）
Δｔ２：「Ｓ＿Ａ読み」から「Ｓ＿Ａ＋Ｂ読み」までの期間
Ｋ２：電源ＩＣが駆動可能なスイッチング周波数に逓倍する整数
ここで、周波数制御部６０３は、例えば位相同期回路（ＰＬＬ）７０１，７０４を用いて、図９に示すように構成されている。位相同期回路７０１，７０４の出力部には、分周用分周器７０２，７０５、入力部には逓倍用分周器７０３，７０６が配置されている。撮像系の基準クロック６０８を周波数情報６０６に基づいて、所望の分周比で分周させることにより、Δｔ１及びΔｔ２の期間に同期した逓倍周波数でスイッチング電源６０１の駆動周波数を生成することが可能である。

図１１の説明に戻り、Ｓ９０４では、撮影開始スイッチをＯＮすることにより、ライブビュー撮影動作が開始される。Ｓ９０５では、システム制御部１０５はスイッチング電源６０１に対して、撮像系の電源供給を指示する電源制御信号６０７を送る。そして、電源制御信号６０７を受け取ったスイッチング電源６０１は、初期設定された所定の駆動周波数で撮像素子１０１に電源供給を行い、撮像素子１０１が初期化される。

Ｓ９０６では、システム制御部１０５は、周波数制御部６０３に対して、撮像系の基準クロック６０８を送る。周波数制御部６０３は、Ｓ９０３で設定した周波数情報に基づき、撮像系の基準クロック６０８を第１及び第２のスイッチングパルス６０５，６１３に変換する。周波数制御部６０３から出力される第１及び第２のスイッチングパルス６０５，６１３は位相補正部６０２に入力される。位相補正部６０２は、第１行目読み出し時において、位相補正制御動作すること無く、スイッチング電源６０１に対して、第１及び第２のスイッチングパルス６０５，６１３を入力する。そして、スイッチング電源６０１は、第１のスイッチングパルス６０５の第１の駆動周波数ｆｓｗ１で駆動を開始し、撮像素子１０１に対して電源供給を行う。

Ｓ９０７では、システム制御部１０５は、タイミング信号発生回路１０３に対して、撮像系の基準クロック、水平走査信号、垂直走査信号等の撮像系制御信号を送り、撮像素子１０１の画像読み出し動作を開始する。Ｓ９０８で「Ｓ＿Ａ読み」が終了すると、Ｓ９０９では、スイッチング電源６０１の駆動周波数を第２のスイッチングパルス６０５の第２の駆動周波数ｆｓｗ２に変更する。そして、Ｓ９１０で「Ｓ＿Ａ＋Ｂ読み」を終了する。

Ｓ９１１では、位相検出部６０４は、スイッチング電源６０１の第１のスイッチングパルス６０５と撮像素子１０１の「Ｓ＿Ａ読み」の読み出しパルス６１１の位相差Δｎ１を算出する。更には、スイッチング電源６０１の第２のスイッチングパルス６１３と撮像素子１０１の「Ｓ＿Ａ＋Ｂ読み」の読み出しパルス６１２の位相差Δｎ２を算出する。

その後、Ｓ９１２では、位相検出部６０４は次行の読み出しタイミングでの位相差（Δｍ１，Δｍ２）を予測演算する。ΔｍｘはΔｍｘ＝Δｎｘ±αｘ（ｘは１又は２を表わす）となる関係で表わされるパラメータである。ここで、αｘとはスイッチング電源６０１の第１のスイッチングパルス６０５と撮像素子１０１の「Ｓ＿Ａ読み」の読み出しパルス６１１、及び第２のスイッチングパルス６１３と「Ｓ＿Ａ＋Ｂ読み」の読み出しパルス６１２に発生する行ごとの位相ズレ量を表わすパラメータである。スイッチング電源６０１のスイッチング周期が撮像素子１０１の水平走査信号の周期の整数倍でない場合に、行ごとに両者の位相関係にαｘのズレが発生する。そのため、上記の演算を行うことにより、次行の読み出しタイミングでの位相差（Δｍｘ）を予測することが可能となる。

そして、Ｓ９１３では、|Δｎｘ−Δｍｘ|＝αｘ≦Ａの関係になるか否かの判定を行う。ここでＡとは行ごとの位相ズレ量αｘに対して、周辺環境やハードウェアを構成する部品の製造ばらつき等による、周波数精度ばらつきの影響を加味した値とする。上記の関係式が成り立たない場合には、次行でスイッチング電源６０１の第１及び第２のスイッチングパルス６０５，６１３と撮像素子１０１の「Ｓ＿Ａ読み」及び「Ｓ＿Ａ＋Ｂ読み」の読み出しパルス６１１，６１２が重畳することが無い。そのため、Ｓ９１４をスキップし、Ｓ９１５に移行する。一方、上記の関係が成り立つ場合には両者が重畳する可能性があるため、Ｓ９１４に移行し、位相検出部６０４は位相補正部６０２に対して、位相補正量分位相をシフトさせる位相補正情報６０９を送る。位相補正部６０２は第１又は第２のスイッチングパルス６０５，６１３の位相補正を行う。

ここで、位相補正部６０２は、例えば、複数の遅延回路８０１とセレクタ８０２を用いて図１０に示されるように構成される。位相補正部６０２は、位相検出部６０４から受け取った位相補正情報６０９に基づきセレクタ８０２でどの遅延回路８０１の信号を出力させるかを決定することにより、位相補正部６０２の入力パルスの位相補正を行う。ここで、入力パルスとは周波数制御部６０３の出力パルスとする。また、この位相補正部６０２での位相補正量Δｓは、例えばスイッチング電源６０１のスパイク幅分以上ずらせばよいものとする。このように制御することにより、撮像素子１０１の各信号読み出しタイミングとスイッチングタイミングとが重畳しないように制御することが出来る。そのため、スイッチング電源６０１のスイッチングタイミングで発生する急峻な電源電圧変動の影響を回避することが可能となる。

そして、Ｓ９１５では、全行の読み出しが完了したか否かの判定を行う。全行の読み出しが完了していない場合には、Ｓ９１６でスイッチング電源６０１の駆動周波数を第１の駆動周波数ｆｓｗ１に変更し、Ｓ９０８に戻り同様の処理を行う。全行の読み出しが終了した場合にはＳ９１７に移行する。

Ｓ９１７では、電源スイッチをオフするか否かの判定を行い、電源スイッチをオフしない場合にはＳ９１９に移行し、撮影モードを変更するか否かの判定を行う。変更しない場合には、Ｓ９０４の撮影開始スイッチのオンを検知する状態に戻り、撮影モードを変更する場合には、Ｓ９０２の撮影モードを選択する状態に戻る。Ｓ９１７において、電源スイッチをオフする場合にはＳ９１８に移行し、撮像装置の電源がオフされる。

一方、Ｓ９０２において、モード切り替え部１１０で選択された撮影モードが、位相差方式の焦点検出を行わない動画撮影モード、ライブビュー撮影モード、静止画撮影モードであった場合、Ｓ９２０に進む。

Ｓ９２０では、システム制御部１０５は、周波数制御部６０３に対して、位相差方式の焦点検出を行わない動画撮影やライブビュー撮影や静止画撮影時の撮像読み出し周期に基づいて決定される周波数情報６０６を送る。そして、周波数制御部６０３は、この周波数情報６０６に基づき、撮像系の基準クロック６０８から生成する第３のスイッチングパルスの周波数を第３の駆動周波数ｆｓｗ３に設定する。この第３の駆動周波数ｆｓｗ３は、撮像素子１０１の「Ｎ読み」、「Ｓ＿Ａ＋Ｂ読み」のタイミングと下記関係になるように設定される。

駆動周波数ｆｓｗ３は、撮像素子１０１の「Ｎ読み」のタイミングから「Ｓ＿Ａ＋Ｂ読み」のタイミングまでの期間をΔｔ３、スイッチング電源６０１が駆動可能なスイッチング周波数に逓倍する任意整数をＫ３として、以下の式（３）で表わされる。

ｆｓｗ３＝Ｋ３／Δｔ３ …（３）
Δｔ３：「Ｎ読み」から「Ｓ＿Ａ＋Ｂ読み」までの期間
Ｋ３：電源ＩＣが駆動可能なスイッチング周波数に逓倍する整数
Ｓ９２１では、撮影開始スイッチをＯＮすることにより、撮影動作が開始される。Ｓ９２２では、システム制御部１０５は、スイッチング電源６０１に対して、撮像系の電源供給を指示する電源制御信号６０７を送る。そして、電源制御信号６０７を受け取ったスイッチング電源６０１は、初期設定された所定の駆動周波数で撮像素子１０１に電源供給を行い、記撮像素子１０１が初期化される。

Ｓ９２３では、システム制御部１０５は、周波数制御部６０３に対して、撮像系の基準クロック６０８を送り、周波数制御部６０３は、Ｓ９２０で設定した周波数情報に基づき、撮像系の基準クロック６０８を第３のスイッチングパルス６１４に変換する。周波数制御部６０３から出力される第３のスイッチングパルス６１４は、位相補正部６０２に入力される。位相補正部６０２は、第１行目読み出し時において、位相補正制御動作すること無く、スイッチング電源６０１に対して、第３のスイッチングパルス６１４を入力する。そして、スイッチング電源６０１は、第３のスイッチングパルスの第３の駆動周波数ｆｓｗ３で駆動を開始し、撮像素子１０１に対して電源供給を行う。

Ｓ９２４では、システム制御部１０５は、タイミング信号発生回路１０３に対して、撮像系の基準クロック、水平走査信号、垂直走査信号等の撮像系制御信号を送る。Ｓ９２５では、位相検出部６０４は、スイッチング電源６０１の第３のスイッチングパルス６１４と撮像素子１０１の「Ｓ＿Ａ＋Ｂ読み」の読み出しパルス６１２の位相差Δｎ３を算出する。

その後、Ｓ９２６では、位相検出部６０４は次行の読み出しタイミングでの位相差Δｍ３を予測演算する。Δｍ３は、Δｍ３＝Δｎ３±α３となる関係で表わされるパラメータである。ここで、α３とは、スイッチング電源６０１の第３のスイッチングパルス６１４と撮像素子１０１の「Ｓ＿Ａ＋Ｂ読み」の読み出しパルス６１２が発生する行ごとの位相ズレ量を表わすパラメータである。スイッチング電源６０１のスイッチング周期が撮像素子１０１の水平走査信号の周期の整数倍でない場合に、行ごとに両者の位相関係にα３のズレが発生する。そのため、上記の演算を行うことにより、次行の読み出しタイミングでの位相差Δｍ３を予測することが可能となる。

そして、Ｓ９２７では、|Δｎ３−Δｍ３|＝α３≦Ａの関係になるか否かの判定を行う。上記の関係式が成り立たない場合には、次行でスイッチング電源６０１の第３のスイッチングパルス６１４と撮像素子１０１の「Ｓ＿Ａ＋Ｂ読み」の読み出しパルス６１２とが重畳することが無い。そのため、Ｓ９２８をスキップし、Ｓ９２９に移行する。一方、上記の関係が成り立つ場合には両者が重畳する可能性があるため、Ｓ９２８に移行する。そして、位相検出部６０４は、位相補正部６０２に対して、位相補正量分位相をシフトさせる位相補正情報６０９を送り、位相補正部６０２は第３のスイッチングパルス６１４の位相補正を行う。

そして、Ｓ９２９では、全行の読み出しが完了したか否かの判定を行う。まだ、全行の読み出しが完了していない場合には、Ｓ９２５に戻り、同様の処理を行う。全行の読み出しが終了した場合にはＳ９３０に移行する。

Ｓ９３０では、電源スイッチをオフするか否かの判定を行い、電源スイッチをオフしない場合には、Ｓ９３１に移行し、撮影モードを変更するか否かの判定を行う。変更しない場合には、Ｓ９２１の撮影開始スイッチのオンを検知する状態に戻り、撮影モードを変更する場合には、Ｓ９０２の撮影モードを選択する状態に戻る。Ｓ９３０において、電源スイッチをオフする場合にはＳ９１８に移行し、撮像装置の電源がオフされる。

図１２は、本実施形態の周波数制御を行うことにより、「Ｎ読み」、「Ｓ＿Ａ読み」及び「Ｓ＿Ａ＋Ｂ読み」タイミングの、スイッチング電源のスイッチングタイミングに対する位相関係が全て同じである様子を示した図である。本実施形態では、図１２のように、撮像系の基準クロックを元に、周波数制御部で撮像素子の「Ｎ読み」タイミングと「Ｓ＿Ａ読み」タイミングの期間Δｔ１に同期した第１の駆動周波数を生成する。また、同様に「Ｓ＿Ａ読み」タイミングと「Ｓ＿Ａ＋Ｂ読み」タイミングの期間Δｔ２に同期した第２の駆動周波数を生成する。そして、所定のタイミングでスイッチング電源の駆動周波数を切り替えることにより、撮像素子の全ての読み出しタイミングが、スイッチング電源のスイッチングタイミングとの位相関係が同じになるようにする。

以上のように、撮像素子の動作に合わせてスイッチング電源の駆動周波数を制御することにより、撮像素子の「Ｎ読み」、「Ｓ＿Ａ読み」及び「Ｓ＿Ａ＋Ｂ読み」タイミングに対して、スイッチング電源のスイッチングタイミングとの位相関係を全て同じにすることが出来る。そのため、「Ｎ読み」、「Ｓ＿Ａ読み」、「Ｓ＿Ａ＋Ｂ読み」の電位レベルの差分量を等しくすることが可能となる。その結果、撮影画像に対するスイッチング電源に起因するノイズの影響を抑え、読み出し信号の精度向上を図ることができ、撮影画像に現れる横縞ノイズを低減することができる。

なお、本実施形態では、行毎にスイッチング電源のスイッチングパルスと撮像素子の読み出しパルスの位相差を検出したが、本発明はこれに限定されるものでは無い。例えば、１行目の読み出しタイミングのみ検出し、スイッチング電源のスイッチング周波数及び水平走査信号の周期などから、何行目の読み出し時にスイッチングと重畳する可能性があるか判断し、重畳する行のみ補正してもよい。また、この時のスイッチング周波数はパルス検出部において検出したスイッチングパルスから算出しても良い。

＜第２の実施形態＞
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。この第２の実施形態では、撮像装置の構成は、図１で説明した第１の実施形態と同様であるため、第１の実施形態と同様の部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。なお、第２の実施形態では、電源回路が第１の実施形態と異なるため、第１の実施形態における電源回路１１１を電源回路１１１Ａと表記する。

図１３は、第２の実施形態における電源部と撮像装置の構成の一部を示す概要図である。図１３において、電源回路１１１Ａは、スイッチング素子の制御により入力電圧を異なる値の出力電圧に変換するスイッチング電源１６０１、周波数制御部１６０２を備えて構成され、電源回路１１１Ａからの出力は、撮像素子１０１等に供給される。

図１６は、本実施形態における撮像動作を示すフローチャートである。図１３および図１６を用いて、本実施形態の撮像動作の一連の流れについて説明する。

Ｓ１９０１で電源スイッチにより撮像装置が起動された後、本撮影動作に移行するまでは撮像素子１０１等の撮像系には電源供給を行わない待機状態となる。Ｓ１９０２では、ユーザーは、モード切り替え部１１０により、静止画撮影、動画撮影、ライブビュー撮影等の撮影モードを選択可能である。選択された撮影モードが、位相差方式の焦点検出を行う動画撮影モードやライブビュー撮影モードの場合は、Ｓ１９０３に進み、そうでない場合はＳ１９２０に進む。

Ｓ１９０３では、システム制御部１０５は周波数制御部１６０２に対して、位相差方式の焦点検出を行う動画撮影やライブビュー撮影時の撮像読み出し周期に基づいて決定される周波数情報を送る。そして、周波数制御部１６０２はこの周波数情報に基づき、出力周波数を撮像読み出し周期の逓倍周波数になるように設定する。

ここで、撮像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をｆｓｗとする。「Ｎ読み」タイミングから「Ｓ＿Ａ読み」タイミングまでのサンプリング周期Δｔ１と、その逆数から求められる周波数をｆ１とする。また、「Ｎ読み」タイミングから「Ｓ＿Ａ＋Ｂ読み」タイミングまでのサンプリング周期Δｔ２と、その逆数から求められる周波数をｆ２とする。周波数ｆ１とｆ２との最小公倍数を周波数ｆ３、電源ＩＣが駆動可能なスイッチング周波数に逓倍する整数をＫ１として、スイッチング周波数ｆｓｗは以下の式（４）を満足する値に設定する。

ｆｓｗ＝ｆ３ ×Ｋ１ …（４）
ｆ１＝１／Δｔ１
ｆ２＝１／Δｔ２
ｆ３：ｆ１とｆ２との最小公倍数
Ｋ１：電源ＩＣが駆動可能なスイッチング周波数に逓倍する整数
スイッチング周波数ｆｓｗが式（４）を満足する場合、「Ｎ読み」を基準として、「Ｓ＿Ａ読み」及び「Ｓ＿Ａ＋Ｂ読み」各々のスイッチング位相が同位相となる。そのため、「Ｎ読み」と「Ｓ＿Ａ読み」時、「Ｎ読み」と「Ｓ＿Ａ＋Ｂ読み」時のノイズの差分量が各行で等しくなり、読み出し信号の精度向上、撮影画像における横縞を低減することが可能となる。

ここで、周波数制御部１６０２は、例えば位相同期回路（ＰＬＬ）１７０１を用いて、図１４に示すように構成されている。位相同期回路７０１の出力部には、分周用分周器１７０２、入力部には逓倍用分周器１７０３が配置されている。撮像系の基準クロックを周波数情報６０６に基づいて、所望の分周比で分周させることにより、Δｔ１及びΔｔ２の期間に同期した逓倍周波数でスイッチング電源１６０１の駆動周波数を生成することが可能である。

図１６の説明に戻り、Ｓ１９０４では、撮影開始スイッチをＯＮすることにより、ライブビュー撮影動作が開始される。Ｓ１９０５では、システム制御部１０５は、位相制御部１６０３に対し撮像系の基準クロックを送る。そして、タイミング信号発生回路１０３から、スイッチング電源１６０１のスイッチングタイミングと撮像素子の読み出しタイミングとが重畳しないタイミングになるように位相制御信号を出力する。このように制御することにより、基準クロックを周波数制御部１６０２に入力するタイミングを制御する。

ここで位相制御部１６０３は、例えば、ＡＮＤロジック回路８０１を用いて図１５に示されるように構成される。タイミング発生回路１０３から所望のタイミングで位相制御信号を受け取り、基準クロックとのＡＮＤが成立した際に基準クロックを出力させることにより、周波数制御部１６０２に入力するタイミングを制御することが可能となる。

また、システム制御部１０５は、タイミング発生回路１０３に対して、撮像系の基準クロック、水平走査信号、垂直走査信号等の撮像系制御信号を送り、撮像素子が画像読み出し可能な状態となる。

Ｓ１９０６では、位相制御信号が入力されたタイミングで、Ｓ１９０３で設定された周波数情報に基づき変換されたＳ＿Ａ−Ｎ周期の逆数であるＳ＿Ａ−Ｎ周波数と、Ｓ＿Ａ＋Ｂ＿−Ｎ周期の逆数であるＳ＿Ａ＋Ｂ−Ｎ周波数との最小公倍数に設定された逓倍周波数で、スイッチング電源１６０１が駆動を開始し、撮像素子１０１に対して電源供給を行う。

その後、Ｓ１９０７では静止画本画像の読み出しを行い、Ｓ１９０８では静止画本画像の読み出しを終了する。Ｓ１９０９では、撮像素子１０１等の撮像系には電源供給を行わない待機状態となる。

一方、Ｓ１９０２において、モード切り替え部１１０で選択された撮影モードが、位相差方式の焦点検出を行わない動画撮影モード、ライブビュー撮影モード、静止画撮影モードであった場合、Ｓ１９１０に進む。

Ｓ１９１０では、システム制御部１０５は、周波数制御部１６０２に対して、位相差方式の焦点検出を行わない動画撮影、ライブビュー撮影、静止画撮影時の撮像読み出し周期に基づいて決定される周波数情報を送る。周波数制御部１６０２は、この周波数情報に基づき、出力周波数を撮像読み出し周期の逓倍周波数になるように設定する。

ここで、撮像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をｆｓｗとする。「Ｎ読み」タイミングから「Ｓ読み」までのサンプリング周期Δｔ４と、その逆数から求められる周波数をｆ４とする。電源ＩＣが駆動可能なスイッチング周波数に逓倍する整数をＫ２として、スイッチング周波数ｆｓｗは以下の式（５）を満足する値に設定する。

ｆｓｗ＝ｆ４ ×Ｋ２ …（５）
ｆ４＝１／Δｔ４
Ｋ２：電源ＩＣが駆動可能なスイッチング周波数に逓倍する整数
スイッチング周波数ｆｓｗが式（５）を満足する場合、「Ｎ読み」と「Ｓ読み」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することが可能となる。

図１７は、本実施形態の方法により周波数制御及び位相制御を行っている様子を示す図である。図１７に示すように、位相制御信号の立ち上がりタイミングを制御し、基準クロックを周波数制御部１６０２に入力するタイミングを制御する。これにより、周波数制御部１６０２から出力されるスイッチングタイミングで撮像読み出し制御を行わないように位相制御することができる。

図１８は、スイッチング電源１６０１の駆動周波数及び位相制御を実施したことにより、行ごとに異なっていたＳ＿Ａ−Ｎ動作、Ｓ＿Ａ＋Ｂ−Ｎ動作を行った際の電位レベルの差分量を無くす効果を示す概略図である。周波数を制御することにより、「Ｎ読み」を基準にして、「Ｓ＿Ａ読み」「Ｓ＿Ａ＋Ｂ読み」時の電位レベルが全ての行において等しくなることが分かる。また、位相制御することにより、スイッチング電源１６０１のスイッチングタイミングが撮像素子１０１の読み出しに重畳しないように、スイッチングタイミングを変更可能であることが分かる。

以上のように、本実施形態では、撮像素子の動作に合わせてスイッチング電源の駆動周波数及び位相を制御する。これにより、「Ｓ＿Ａ−Ｎ動作」「Ｓ＿Ａ＋Ｂ−Ｎ動作」時の電位レベルの差分量を各行で無くすことができる。その結果、撮影画像に対するスイッチング電源に起因するノイズの影響を抑え、読み出し信号の精度向上を図ることができ、撮影画像に現れる横縞ノイズを低減することができる。

＜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３の実施形態では、電源ＩＣの駆動周波数の制約により、式（４）で算出されるｆｓｗを満足した設定ができない場合、電源ＩＣのスイッチングタイミングと、「Ｓ＿Ａ読み」「Ｓ＿Ａ＋Ｂ読み」との重畳を回避する方法について説明する。なお、撮像装置の構成については第２の実施形態と同様である。

図１９は、第３の実施形態における撮像動作を示すフローチャートである。

Ｓ１００１で電源スイッチによる撮像装置が起動された後、本撮影動作に移行するまでは撮像素子１０１等の撮像系には電源供給を行わない待機状態となる。Ｓ１００２では、ユーザーは、モード切り替え部１１０により、静止画撮影、動画撮影、ライブビュー撮影等の撮影モードを選択可能である。選択された撮影モードが、位相差方式の焦点検出を行う動画撮影モードやライブビュー撮影モードの場合は、Ｓ１００３に進み、そうでない場合はＳ１０１３に進む。

Ｓ１００３では、システム制御部１０５は周波数制御部１６０２に対して、位相差方式の焦点検出を行う動画撮影やライブビュー撮影時の撮像読み出し周期に基づいて決定される周波数情報を送る。そして、周波数制御部１６０２はこの周波数情報に基づき、第２の実施形態で説明した式（４）により、出力周波数が撮像読み出し周期の逓倍周波数になるように設定する。

Ｓ１００４では、システム制御部１０５は、スイッチング周波数ｆｓｗを式（４）を満足する値に設定できるかを判定する。スイッチング周波数ｆｓｗを式（４）を満足する値に設定できる場合は、その値に設定してＳ１００７に進む。また、電源ＩＣの動作可能な駆動周波数の制約等により式（４）を満足する値に設定できない場合は、Ｓ１００５に進む。

図２０（ａ）に示すように、スイッチング周波数ｆｓｗを式（４）を満足する値に設定できず、「Ｓ＿Ａ読み」タイミングが電源ＩＣのスイッチングタイミングと重畳してしまう場合、Ｓ１００５では次のような処理を行う。「Ｎ読み」タイミングから「Ｓ＿Ａ＋Ｂ読み」タイミングまでのサンプリング周期Δｔ２の逆数となる周波数ｆ２に基づいて、式（６）を満足するスイッチング周波数ｆｓｗを設定する。

ｆｓｗ＝ｆ２ ×Ｋ３ …（６）
ｆ２＝１／Δｔ２
Ｋ３：電源ＩＣが駆動可能なスイッチング周波数に逓倍する整数
Ｓ１００６では、「Ｓ＿Ａ読み」タイミングを、設定したスイッチング周波数ｆｓｗの位相を基準として、過渡的な電源変動のある電源ＩＣのスイッチングタイミングを避ける。そして、「Ｎ読み」と「Ｓ＿Ａ＋Ｂ読み」とに同位相となるように、図２０（ｂ）のようにシステム制御部１０５が「Ｓ＿Ａ読み」タイミングをｔａ分ずらす変更を行う。

電源ＩＣのスイッチング周波数ｆｓｗが前述の式（４）を満足しない場合でも、「Ｓ＿Ａ読み」のタイミングを変更することにより、「Ｎ読み」を基準にして、「Ｓ＿Ａ読み」「Ｓ＿Ａ＋Ｂ読み」時の電位レベルが全ての行において等しくなることが分かる。Ｓ１００７では、撮影開始スイッチをＯＮすることにより、ライブビュー撮影動作が開始される。

Ｓ１００８〜Ｓ１０１３までの動作は、図１６のＳ１９０５〜Ｓ１９０９までの動作と同様であるため、説明は省略する。

以上のように、第２の実施形態の式（４）で算出されるスイッチング周波数ｆｓｗを満足できず、「Ｓ＿Ａ読み」が電源ＩＣのスイッチングタイミングと重畳してしまう場合でも、「Ｓ＿Ａ読み」のタイミングを変更することにより、「Ｓ＿Ａ−Ｎ動作」「Ｓ＿Ａ＋Ｂ＿−Ｎ動作」時の電位レベルの差分量を各行で無くすことができる。その結果、撮影画像に対するスイッチング電源に起因するノイズの影響を抑え、読み出し信号の精度向上を図ることができ、撮影画像に現れる横縞ノイズを低減することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１００：撮像装置、１０１：撮像素子、１０３：タイミング発生回路、１０５：システム制御部、４００：単位画素、４０１：光電変換部、６０１：スイッチング電源、６０３：周波数制御部

Claims (14)

1. 複数の光電変換部を有する単位画素が行列状に配置された撮像素子と、
   前記単位画素の複数の光電変換部から、一部の光電変換部の信号を読み出す第１の読み出し動作と、前記単位画素の複数の光電変換部から、第１の読み出し動作より多数の光電変換部の信号を読み出す第２の読み出し動作とを行う読み出し手段と、
   前記読み出し手段を駆動するスイッチング電源と、
   前記スイッチング電源のスイッチング周波数を制御する周波数制御手段と、を備え、
   前記周波数制御手段は、前記読み出し手段により前記複数の光電変換部からノイズ信号を読み出すタイミングと、前記複数の光電変換部から前記第１の読み出し動作により信号を読み出すタイミングと、前記複数の光電変換部から前記第２の読み出し動作により信号を読み出すタイミングとに対して、前記スイッチング周波数の位相が所定の関係になるように前記スイッチング電源のスイッチング周波数を制御することを特徴とする撮像装置。
2. 前記周波数制御手段は、前記ノイズ信号を読み出すタイミングから前記第１の読み出し動作により信号を読み出すタイミングまでの期間である第１の期間に対しては、前記スイッチング周波数を第１の周波数に設定し、前記第１の読み出し動作により信号を読み出すタイミングから前記第２の読み出し動作により信号を読み出すタイミングまでの期間である第２の期間に対しては、前記スイッチング周波数を第２の周波数に設定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記第１の周波数と前記第２の周波数は異なることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記周波数制御手段は、前記第１の周波数を、前記第１の期間の逆数の逓倍となる値に設定し、前記第２の周波数を、前記第２の期間の逆数の逓倍となる値に設定することを特徴とする請求項２または３に記載の撮像装置。
5. 前記読み出し手段は、前記第１の読み出し動作により、前記複数の光電変換部のうちの少なくとも１つの光電変換部の信号を読み出し、前記第２の読み出し動作により、前記複数の光電変換部のうちの全ての光電変換部の信号を読み出すことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記読み出し手段は、前記第１の読み出し動作により、前記複数の光電変換部のうちの少なくとも１つの光電変換部の信号を読み出し、前記第２の読み出し動作により、前記複数の光電変換部のうちの、前記第１の読み出し動作により信号を読み出した光電変換部以外の光電変換部の信号を読み出すことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記周波数制御手段は、前記撮像素子からの画像信号の読み出し周期に基づいて、前記スイッチング周波数を設定することを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記周波数制御手段は、前記スイッチング電源のスイッチングタイミングを検出する検出手段と、前記検出手段により検出された情報に基づいて、前記ノイズ信号を読み出すタイミングと、前記第１の読み出し動作により信号を読み出すタイミングと、前記第２の読み出し動作により信号を読み出すタイミングにおいて、スイッチングが行われないように、前記スイッチング電源のスイッチングタイミングを補正する補正手段と、を有することを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 前記補正手段は、前記第１の周波数と前記第２の周波数のうち、前記スイッチング電源を駆動させていない周波数のスイッチングパルスの位相を補正することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
10. 複数の撮影モードを設定する設定手段をさらに備え、前記周波数制御手段は、前記設定手段により設定された撮影モードに応じて、前記スイッチング周波数を制御することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置。
11. 前記周波数制御手段は、前記ノイズ信号を読み出すタイミングから前記第１の読み出し動作により信号を読み出すタイミングまでの期間である第１の期間の逆数と、前記第１の読み出し動作により信号を読み出すタイミングから前記第２の読み出し動作により信号を読み出すタイミングまでの期間である第２の期間の逆数の最小公倍数の逓倍となるように、前記スイッチング周波数を設定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
12. 複数の光電変換部を有する単位画素が行列状に配置された撮像素子と、前記単位画素の複数の光電変換部から、一部の光電変換部の信号を読み出す第１の読み出し動作と、前記単位画素の複数の光電変換部から、第１の読み出し動作より多数の光電変換部の信号を読み出す第２の読み出し動作とを行う読み出し手段と、前記読み出し手段を駆動するスイッチング電源と、を有する撮像装置を制御する方法であって、
    前記スイッチング電源のスイッチング周波数を制御する周波数制御工程を有し、
    前記周波数制御工程では、前記読み出し手段により前記複数の光電変換部からノイズ信号を読み出すタイミングと、前記複数の光電変換部から前記第１の読み出し動作により信号を読み出すタイミングと、前記複数の光電変換部から前記第２の読み出し動作により信号を読み出すタイミングとに対して、前記スイッチング周波数の位相が所定の関係になるように前記スイッチング電源のスイッチング周波数を制御することを特徴とする撮像装置の制御方法。
13. 請求項１２に記載の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。
14. 請求項１２に記載の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。

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