JP7490928B2 - Image sensor and image pickup device - Google Patents

Image sensor and image pickup device Download PDF

Info

Publication number
JP7490928B2
JP7490928B2 JP2019067724A JP2019067724A JP7490928B2 JP 7490928 B2 JP7490928 B2 JP 7490928B2 JP 2019067724 A JP2019067724 A JP 2019067724A JP 2019067724 A JP2019067724 A JP 2019067724A JP 7490928 B2 JP7490928 B2 JP 7490928B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pixel
frame
region
unit
pixels
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019067724A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020167572A (en
Inventor
航 船水
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP2019067724A priority Critical patent/JP7490928B2/en
Publication of JP2020167572A publication Critical patent/JP2020167572A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7490928B2 publication Critical patent/JP7490928B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

本発明は、撮像素子、および撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging element and an imaging apparatus.

画素部が2つの領域に分割され、画素の読み出しを行う撮像装置が知られている(特許文献1)。しかし、従来の撮像装置によって比較的高速で移動する被写体を撮像した場合は、2つの領域の境界において画像がずれてしまい、非常に不自然な像になってしまうと言う問題が有った。 There is a known imaging device in which the pixel section is divided into two regions and the pixels are read out (Patent Document 1). However, when a subject moving at a relatively high speed is imaged using a conventional imaging device, there is a problem in that the image is misaligned at the boundary between the two regions, resulting in a very unnatural image.

特開2013-243781号公報JP 2013-243781 A

本発明の第1の態様によると、撮像素子は、第1領域において第1方向及び前記第1方向とは異なる第2方向に配置され、第1基板に設けられる複数の画素と、前記第1領域に対して前記第2方向に配置される第2領域において前記第1方向及び前記第2方向に配置され、前記第1基板に設けられる複数の画素と、前記第2領域に対して前記第2方向に配置される第3領域において前記第1方向及び前記第2方向に配置され、前記第1基板に設けられる複数の画素と、前記第1領域の画素の信号の読み出しを前記第2方向に前記第1領域の一方側から他方側に行う第1読み出し動作と共に前記第2領域の画素の信号の読み出しを前記第2方向に前記第2領域の一方側から他方側に行う第2読み出し動作前記第3領域の画素の信号の読み出しを前記第2方向に前記第3領域の一方側から他方側に行う第3読み出し動作を行い、前記第1基板に積層される第2基板に設けられる読み出し部と、第1フレームにおいて前記第1読み出し動作により読み出された前記画素の信号と、第2フレームにおいて前記第2読み出し動作により読み出された前記画素の信号と、第3フレームにおいて前記第3読み出し動作により読み出された前記画素の信号とに基づいて画像信号を出力する出力部と、を備える。
本発明の第2の態様によると、撮像装置は、第1の態様による撮像素子と、前記撮像素子から出力された前記画像信号に基づいて、画像データを生成する生成部と、を備える。
According to a first aspect of the present invention, an imaging element includes a plurality of pixels arranged in a first direction and a second direction different from the first direction in a first region and provided on a first substrate, a plurality of pixels arranged in the first direction and the second direction in a second region arranged in the second direction with respect to the first region and provided on the first substrate, a plurality of pixels arranged in the first direction and the second direction in a third region arranged in the second direction with respect to the second region and provided on the first substrate, and a first readout operation for reading out signals of the pixels in the first region from one side to the other side of the first region in the second direction, and a second readout operation for reading out signals of the pixels in the second region from one side to the other side of the first region in the second direction . the pixel signal read by the second read operation in the first frame, the pixel signal read by the second read operation in the second frame , and the pixel signal read by the third read operation in the third frame. The pixel signal read by the second read operation in the second frame, and the pixel signal read by the third read operation in the third frame are output from the readout section.
According to a second aspect of the present invention, an imaging device includes the imaging element according to the first aspect, and a generation section that generates image data based on the image signal output from the imaging element.

第1の実施の形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of an imaging apparatus according to a first embodiment. 第1の実施の形態に係る撮像素子の一部の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a portion of an image sensor according to a first embodiment; 第1の実施の形態に係る撮像素子の画素の構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration of a pixel of an image sensor according to a first embodiment. 第1の実施の形態に係る撮像装置の撮像制御部による動画撮影時の画素信号の読み出し方法の一例を示す図である。5A to 5C are diagrams illustrating an example of a method for reading out pixel signals during moving image shooting by an imaging control unit of the imaging device according to the first embodiment. 第1の実施の形態に係る撮像装置が高速で移動する被写体を動画撮影した場合の被写体像の歪みの有無を説明するための図である。5A to 5C are diagrams for explaining whether or not a subject image is distorted when the imaging device according to the first embodiment captures a moving image of a subject that moves at high speed. 第2の実施の形態に係る撮像素子の一部の構成を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a portion of an image sensor according to a second embodiment. 第2の実施の形態に係る撮像装置の撮像制御部による動画撮影時の画素信号の読み出し方法の一例を示す図である。13 is a diagram showing an example of a method for reading out pixel signals during moving image shooting by an imaging control unit of an imaging device according to a second embodiment. FIG. 変形例1に係る撮像装置の撮像制御部による動画撮影時の画素信号の読み出し方法の一例を示す図である。13 is a diagram showing an example of a method for reading out pixel signals during moving image shooting by an imaging control unit of an imaging device according to Modification 1. FIG.

(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態に係る撮像装置の一例である電子カメラ1(以下、カメラ1と称する)の構成例を示す図である。カメラ1は、撮影光学系(結像光学系)2、撮像素子3、制御部4、メモリ5、表示部6、及び操作部7を備える。撮影光学系2は、複数のレンズ及び絞りを有し、撮像素子3に被写体像を結像する。なお、撮影光学系2は、カメラ1から着脱可能にしてもよい。
(First embodiment)
1 is a diagram showing an example of the configuration of an electronic camera 1 (hereinafter referred to as camera 1) which is an example of an imaging device according to a first embodiment. Camera 1 includes a photographing optical system (imaging optical system) 2, an image sensor 3, a control unit 4, a memory 5, a display unit 6, and an operation unit 7. The photographing optical system 2 has a plurality of lenses and an aperture, and forms a subject image on the image sensor 3. Note that the photographing optical system 2 may be detachable from the camera 1.

撮像素子3は、例えば、CMOSイメージセンサである。撮像素子3は、撮影光学系2により形成された被写体像を撮像する。撮像素子3には、光電変換部を有する複数の画素が行方向及び列方向に配置される。光電変換部は、例えばフォトダイオード(PD)によって構成される。撮像素子3は、入射した光を光電変換して画素信号を生成し、生成した画素信号を制御部4に出力する。画素信号は、光電変換部によって光電変換された電荷に基づいて生成される信号である。 The imaging element 3 is, for example, a CMOS image sensor. The imaging element 3 captures an image of a subject formed by the photographing optical system 2. The imaging element 3 has a plurality of pixels, each having a photoelectric conversion unit, arranged in row and column directions. The photoelectric conversion unit is, for example, composed of a photodiode (PD). The imaging element 3 photoelectrically converts incident light to generate a pixel signal, and outputs the generated pixel signal to the control unit 4. The pixel signal is a signal generated based on the charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit.

メモリ5は、例えば、メモリカード等の記録媒体である。メモリ5には、画像データ等が記録される。メモリ5へのデータの書き込みや、メモリ5からのデータの読み出しは、制御部4によって行われる。表示部6は、画像データに基づく画像、シャッター速度や絞り値等の撮影に関する情報、及びメニュー画面等を表示する。操作部7は、動画撮影ボタン、電源スイッチなどの各種設定スイッチ等を含み、それぞれの操作に応じた操作信号を制御部4へ出力する。 The memory 5 is a recording medium such as a memory card. Image data and the like are recorded in the memory 5. The control unit 4 writes data to the memory 5 and reads data from the memory 5. The display unit 6 displays images based on the image data, information related to shooting such as shutter speed and aperture value, and menu screens. The operation unit 7 includes various setting switches such as a video shooting button and a power switch, and outputs operation signals corresponding to the respective operations to the control unit 4.

制御部4は、CPU、ROM、RAM等により構成され、制御プログラムに基づきカメラ1の各部を制御する。また、制御部4は、撮影指示部41と、撮像制御部42と、合成部43と、動画データ生成部44とを有する。撮影指示部41は、操作部7から出力される操作信号に基づいて、動画撮影ボタンが操作されたことを検知した場合に、動画撮影を行うように撮像制御部42に指示する。 The control unit 4 is composed of a CPU, ROM, RAM, etc., and controls each part of the camera 1 based on a control program. The control unit 4 also has a shooting instruction unit 41, an imaging control unit 42, a synthesis unit 43, and a video data generation unit 44. When the shooting instruction unit 41 detects that the video shooting button has been operated based on an operation signal output from the operation unit 7, it instructs the imaging control unit 42 to shoot a video.

撮像制御部42は、撮像素子3に制御信号を供給して、撮像素子3の動作を制御する。撮像制御部42は、撮影指示部41によって動画撮影が指示された場合に、撮像素子3に所定周期のフレームごとに繰り返し被写体像を撮像させて、画素信号を出力させる。この場合に、撮像制御部42は、撮像素子3の画素を行単位で順次選択して、選択した画素から画素信号を読み出す、いわゆるローリングシャッタ方式の読み出し制御を行う。 The imaging control unit 42 supplies a control signal to the imaging element 3 to control the operation of the imaging element 3. When the shooting instruction unit 41 instructs the imaging element 3 to shoot a video, the imaging control unit 42 causes the imaging element 3 to repeatedly shoot a subject image for each frame at a predetermined interval and output a pixel signal. In this case, the imaging control unit 42 performs a so-called rolling shutter readout control in which the pixels of the imaging element 3 are sequentially selected row by row and pixel signals are read out from the selected pixels.

撮像制御部42は、後述する第1の画素領域内の画素を順次選択するタイミングと、第2の画素領域内の画素を順次選択するタイミングとを決定する。撮像制御部42は、決定したタイミングに基づいて撮像素子3を制御する。 The imaging control unit 42 determines the timing for sequentially selecting pixels in a first pixel region (described later) and the timing for sequentially selecting pixels in a second pixel region. The imaging control unit 42 controls the imaging element 3 based on the determined timing.

合成部43は、動画撮影時において撮像素子3から繰り返し出力される画素信号を用いて合成処理を行うことによって、フレーム毎の画像信号を生成する。詳細は後述するが、合成部43は、相前後する二つのフレームのうちの、第1のフレームで生成された第1の画素領域の各画素の画素信号と第2のフレームで生成された第2の画素領域の各画素の画素信号とを合成して、1フレーム(1画面)分の画像信号を生成する。 The synthesis unit 43 generates an image signal for each frame by performing synthesis processing using pixel signals repeatedly output from the image sensor 3 during video shooting. As will be described in detail later, the synthesis unit 43 synthesizes the pixel signals of each pixel in the first pixel area generated in the first frame of two consecutive frames and the pixel signals of each pixel in the second pixel area generated in the second frame to generate an image signal for one frame (one screen).

動画データ生成部44は、動画撮影が指示された場合に、合成部43によって生成された各フレームの画像信号に対して各種の画像処理を行って、動画像データを生成する。画像処理には、例えば、階調変換処理、色補間処理、輪郭強調処理等の公知の画像処理が含まれる。動画像データの記録を行う場合には、動画データ生成部44は、生成した動画像データに対して圧縮処理を施した後、圧縮された動画像データをメモリ5に記録させる。 When video shooting is instructed, the video data generation unit 44 performs various image processing on the image signals of each frame generated by the synthesis unit 43 to generate video data. Image processing includes well-known image processing such as tone conversion processing, color interpolation processing, and edge enhancement processing. When recording video data, the video data generation unit 44 performs compression processing on the generated video data and then records the compressed video data in the memory 5.

図2は、第1の実施の形態に係る撮像素子3の一部の構成を示すブロック図である。撮像素子3は、画素部(画素領域)20と、垂直駆動部30と、第1のカラム回路部40aと、第2のカラム回路部40bと、第1の水平転送部50aと、第2の水平転送部50bと、出力処理部60と、出力部70とを備える。 Figure 2 is a block diagram showing a partial configuration of the image sensor 3 according to the first embodiment. The image sensor 3 includes a pixel section (pixel region) 20, a vertical drive section 30, a first column circuit section 40a, a second column circuit section 40b, a first horizontal transfer section 50a, a second horizontal transfer section 50b, an output processing section 60, and an output section 70.

画素部20はm行×n列の画素10を含み、画素10は行方向に第1の間隔で、列方向に第2の間隔でそれぞれ配置されている。なお、画素10の数は例えば数百万画素~数億画素である。画素部20は、列方向、即ち上下方向に第1の画素領域21a及び第2の画素領域21bの2つの領域に2等分されている。従って、第1の画素領域21a及び第2の画素領域21bの各々では、(m×n/2)個の画素10を含む。第1の画素領域21aには、列方向、すなわち縦方向に並んだ複数の画素10の列毎に垂直信号線25aが設けられる。第2の画素領域21bにも、列方向、すなわち縦方向に並んだ複数の画素10の列毎に垂直信号線25bが設けられる。 The pixel section 20 includes m rows and n columns of pixels 10, and the pixels 10 are arranged at a first interval in the row direction and at a second interval in the column direction. The number of pixels 10 is, for example, several million pixels to several hundred million pixels. The pixel section 20 is divided into two equal regions, a first pixel region 21a and a second pixel region 21b, in the column direction, i.e., in the vertical direction. Therefore, each of the first pixel region 21a and the second pixel region 21b includes (m×n/2) pixels 10. In the first pixel region 21a, a vertical signal line 25a is provided for each column of the pixels 10 arranged in the column direction, i.e., in the vertical direction. In the second pixel region 21b, a vertical signal line 25b is also provided for each column of the pixels 10 arranged in the column direction, i.e., in the vertical direction.

垂直駆動部30は、カメラ1の撮像制御部42によって制御され、後述する信号TX、信号RST、信号SELなどの制御信号を各画素10に供給して、各画素10の動作を制御する。垂直駆動部30は、第1の画素領域21aの画素10を行単位で、最下行から最上行に向かって順次選択すると同時に、第2の画素領域21bの画素10を行単位で、最下行から最上行に向かって順次選択する。すなわち、垂直駆動部30は、第1の画素領域21a内の画素と、第2の画素領域21b内の画素とを、行毎に同時に同一方向に走査しながら画素信号を読み出す。 The vertical drive unit 30 is controlled by the imaging control unit 42 of the camera 1, and supplies control signals such as a signal TX, a signal RST, and a signal SEL (described later) to each pixel 10 to control the operation of each pixel 10. The vertical drive unit 30 sequentially selects the pixels 10 in the first pixel region 21a row by row, from the bottom row to the top row, and simultaneously selects the pixels 10 in the second pixel region 21b row by row, from the bottom row to the top row. In other words, the vertical drive unit 30 reads out pixel signals while simultaneously scanning the pixels in the first pixel region 21a and the pixels in the second pixel region 21b row by row in the same direction.

垂直駆動部30によって順次選択される第1の画素領域21aの画素10の画素信号は、その画素10に接続された垂直信号線25aに順次読み出される。同様に、垂直駆動部30によって順次選択される第2の画素領域21bの画素10の画素信号は、その画素10に接続された垂直信号線25bに読み出される。 The pixel signals of the pixels 10 in the first pixel region 21a, which are selected in sequence by the vertical drive unit 30, are read out in sequence to the vertical signal line 25a connected to the pixels 10. Similarly, the pixel signals of the pixels 10 in the second pixel region 21b, which are selected in sequence by the vertical drive unit 30, are read out in sequence to the vertical signal line 25b connected to the pixels 10.

第1の画素領域21aに対して第1のカラム回路部40aが設けられ、第1のカラム回路部40aは、複数の電流源41a、複数のアンプ部42a、及び複数のアナログ/デジタル変換部(AD変換部)43aを含んで構成される。第1のカラム回路部40a内の電流源41a、アンプ部42a、及びAD変換部43aは、第1の画素領域21a内の垂直信号線25a毎に設けられている。詳述すると、電流源41aは、垂直信号線25aを介して各画素10に接続される。電流源41aは、各画素10から画素信号を読み出すための電流を生成し、生成した電流を垂直信号線25a及び各画素10に供給する。アンプ部42aは、垂直信号線25aを介して入力される画素信号を所定のゲイン(増幅率)で増幅し、増幅した画素信号をAD変換部43aに出力する。 A first column circuit section 40a is provided for the first pixel region 21a, and the first column circuit section 40a is configured to include a plurality of current sources 41a, a plurality of amplifier sections 42a, and a plurality of analog/digital conversion sections (AD conversion sections) 43a. The current source 41a, the amplifier section 42a, and the AD conversion section 43a in the first column circuit section 40a are provided for each vertical signal line 25a in the first pixel region 21a. In detail, the current source 41a is connected to each pixel 10 via the vertical signal line 25a. The current source 41a generates a current for reading out a pixel signal from each pixel 10, and supplies the generated current to the vertical signal line 25a and each pixel 10. The amplifier section 42a amplifies the pixel signal input via the vertical signal line 25a with a predetermined gain (amplification rate) and outputs the amplified pixel signal to the AD conversion section 43a.

AD変換部43aは、各画素10からアンプ部42aを介して入力される信号をデジタル信号に変換し、変換後のデジタル信号を第1の水平転送部50aに出力する。第1の水平転送部50aは、各AD変換部43aによってデジタル信号に変換された画素信号を、出力処理部60に順次出力する。 The AD conversion unit 43a converts the signals input from each pixel 10 via the amplifier unit 42a into digital signals and outputs the converted digital signals to the first horizontal transfer unit 50a. The first horizontal transfer unit 50a sequentially outputs the pixel signals converted into digital signals by each AD conversion unit 43a to the output processing unit 60.

第2の画素領域21bに対して第2のカラム回路部40bが設けられ、第2のカラム回路部40bは、複数の電流源41b、複数のアンプ部42b、及び複数のAD変換部43bを含んで構成される。第2のカラム回路部40b内の電流源41b、アンプ部42b、及びAD変換部43bは、第2の画素領域21b内の垂直信号線25b毎に設けられている。詳述すると、電流源41bは、垂直信号線25bを介して各画素10に接続される。電流源41bは、各画素10から画素信号を読み出すための電流を生成し、生成した電流を垂直信号線25b及び各画素10に供給する。アンプ部42bは、垂直信号線25bを介して入力される画素信号を所定のゲインで増幅し、増幅した画素信号をAD変換部43bに出力する。 A second column circuit section 40b is provided for the second pixel region 21b, and the second column circuit section 40b includes a plurality of current sources 41b, a plurality of amplifier sections 42b, and a plurality of AD conversion sections 43b. The current source 41b, the amplifier section 42b, and the AD conversion section 43b in the second column circuit section 40b are provided for each vertical signal line 25b in the second pixel region 21b. In detail, the current source 41b is connected to each pixel 10 via the vertical signal line 25b. The current source 41b generates a current for reading out a pixel signal from each pixel 10, and supplies the generated current to the vertical signal line 25b and each pixel 10. The amplifier section 42b amplifies the pixel signal input via the vertical signal line 25b with a predetermined gain, and outputs the amplified pixel signal to the AD conversion section 43b.

AD変換部43bは、各画素10からアンプ部42bを介して入力される信号をデジタル信号に変換し、変換後のデジタル信号を水平転送部50bに出力する。水平転送部50bは、各AD変換部43bによってデジタル信号に変換された画素信号を、出力処理部60に順次出力する。 The AD conversion unit 43b converts the signal input from each pixel 10 via the amplifier unit 42b into a digital signal and outputs the converted digital signal to the horizontal transfer unit 50b. The horizontal transfer unit 50b sequentially outputs the pixel signals converted into digital signals by each AD conversion unit 43b to the output processing unit 60.

出力処理部60は、タイミング制御部61及び記憶部62を含んで構成される。タイミング制御部61は、詳細は後述するが、第1の水平転送部50aから順次入力される第1の画素領域21aの画素10の画素信号を、記憶部62に記憶させる処理と、記憶部62に記憶された第1の画素領域21aの画素10の画素信号を所定のタイミングで読み出して出力部70に出力する処理とを行う。これにより、記憶部62には、動画撮影時のフレーム毎に、そのフレームにおいて第1の画素領域21aのそれぞれの画素10から読み出された画素信号が記憶される。 The output processing unit 60 includes a timing control unit 61 and a storage unit 62. The timing control unit 61, which will be described in detail later, performs a process of storing the pixel signals of the pixels 10 in the first pixel region 21a, which are sequentially input from the first horizontal transfer unit 50a, in the storage unit 62, and a process of reading out the pixel signals of the pixels 10 in the first pixel region 21a stored in the storage unit 62 at a predetermined timing and outputting them to the output unit 70. As a result, the storage unit 62 stores the pixel signals read out from each pixel 10 in the first pixel region 21a for each frame during video shooting.

また、タイミング制御部61は、第2の水平転送部50bから入力される第2の画素領域21bの画素10の画素信号を、所定のタイミングで出力部70に出力する処理を行う。こうして、出力処理部60は、後に詳述するように、或るフレームにおいて第1の画素領域21aから読み出された画素信号を出力部70に出力し、この出力に引き続き次のフレームにおいて第2の画素領域21bから読み出された画素信号を出力部70に出力する。出力部70は、SLVSやLVDS等の高速インタフェースに対応した入出力回路等を有し、信号を制御部4に高速に出力(伝送)する。 The timing control unit 61 also performs processing to output the pixel signals of the pixels 10 in the second pixel region 21b input from the second horizontal transfer unit 50b to the output unit 70 at a predetermined timing. In this way, as described in detail later, the output processing unit 60 outputs the pixel signals read out from the first pixel region 21a in a certain frame to the output unit 70, and subsequently outputs the pixel signals read out from the second pixel region 21b in the next frame to the output unit 70. The output unit 70 has input/output circuits and the like compatible with high-speed interfaces such as SLVS and LVDS, and outputs (transmits) signals to the control unit 4 at high speed.

撮像素子3では、第1の画素領域21aの画素10の画素信号と、第2の画素領域21bの画素10の画素信号とを別々の経路で読み出す。即ち、撮像素子3では、第1の画素領域21a及び第2の画素領域21bの各々の画素10を行単位で同時に選択することによって、2行分の画素10から画素信号を同時に読み出すことができる。このため、撮像素子3は、1つの経路のみで各画素10から画素信号の読み出しを行う場合と比較して、略半分の時間で画素信号を読み出すことが可能となり、2倍のフレームレートを実現することができる。 The imaging element 3 reads out pixel signals from the pixels 10 in the first pixel region 21a and pixel signals from the pixels 10 in the second pixel region 21b through separate paths. That is, the imaging element 3 can simultaneously read out pixel signals from two rows of pixels 10 by simultaneously selecting the pixels 10 in the first pixel region 21a and the second pixel region 21b on a row-by-row basis. Therefore, the imaging element 3 can read out pixel signals in approximately half the time compared to when pixel signals are read out from each pixel 10 through only one path, achieving twice the frame rate.

図3は、第1の実施の形態に係る撮像素子3の画素10の構成を示す回路図である。 図3に示すように、画素10は、光電変換部11と、転送部12と、リセット部13と、フローティングディフュージョン14と、増幅部15と、選択部16とを有する。光電変換部11は、入射した光を電荷に変換し、光電変換された電荷を蓄積する機能を有する。 Fig. 3 is a circuit diagram showing the configuration of a pixel 10 of an image sensor 3 according to the first embodiment. As shown in Fig. 3, the pixel 10 has a photoelectric conversion unit 11, a transfer unit 12, a reset unit 13, a floating diffusion 14, an amplifier unit 15, and a selection unit 16. The photoelectric conversion unit 11 has a function of converting incident light into an electric charge and storing the photoelectrically converted electric charge.

転送部12は、信号TXにより制御され、光電変換部11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14に転送する。すなわち、転送部12は、光電変換部11及びフローティングディフュージョン14の間に電荷転送路を形成する。フローティングディフュージョン14の容量FDは、電荷を蓄積する。増幅部15は、容量FDに蓄積された電荷による信号を増幅した画素信号を出力する。図3に示す例では、増幅部15は、ドレイン端子、ゲート端子及びソース端子がそれぞれ、電源VDD、フローティングディフュージョン14及び選択部16に接続されるトランジスタM3により構成される。増幅部15のソース端子は、選択部16を介して垂直信号線25(25a、25b)に接続される。増幅部15は、垂直信号線25に接続される図2の電流源41(41a、41b)を負荷電流源として、ソースフォロワ回路の一部として機能する。 The transfer unit 12 is controlled by a signal TX and transfers the charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit 11 to the floating diffusion 14. That is, the transfer unit 12 forms a charge transfer path between the photoelectric conversion unit 11 and the floating diffusion 14. The capacitance FD of the floating diffusion 14 accumulates charge. The amplifier 15 outputs a pixel signal obtained by amplifying the signal due to the charge accumulated in the capacitance FD. In the example shown in FIG. 3, the amplifier 15 is composed of a transistor M3 whose drain terminal, gate terminal, and source terminal are connected to the power supply VDD, the floating diffusion 14, and the selection unit 16, respectively. The source terminal of the amplifier 15 is connected to the vertical signal line 25 (25a, 25b) via the selection unit 16. The amplifier 15 functions as a part of a source follower circuit, using the current source 41 (41a, 41b) in FIG. 2 connected to the vertical signal line 25 as a load current source.

リセット部13は、信号RSTにより制御され、容量FDの電荷をリセットし、フローティングディフュージョン14の電位をリセット電位(基準電位)にリセットする。選択部16は、信号SELにより制御され、増幅部15からの画素信号を垂直信号線25に出力する。転送部12、リセット部13、及び選択部16は、例えば、それぞれトランジスタM1、トランジスタM2、トランジスタM4により構成される。 The reset unit 13 is controlled by a signal RST to reset the charge in the capacitance FD and reset the potential of the floating diffusion 14 to a reset potential (reference potential). The selection unit 16 is controlled by a signal SEL to output a pixel signal from the amplification unit 15 to a vertical signal line 25. The transfer unit 12, the reset unit 13, and the selection unit 16 are each composed of, for example, a transistor M1, a transistor M2, and a transistor M4, respectively.

図4は、第1の実施の形態に係る撮像装置1の撮像制御部42による動画撮影時の画素信号の読み出し方法の一例を示す図である。縦軸は、第1の画素領域21a及び第2の画素領域21bのそれぞれの画素10の行を示し、横軸は、第1の画素領域21a及び第2の画素領域21bのそれぞれの画素10から画素信号が出力されるタイミング(時刻t)を示す。図4では、第1の画素領域21a及び第2の画素領域21bのそれぞれについて、垂直駆動部30によって選択される画素10の行の遷移、すなわち、画素信号を出力する画素10の遷移を模式的に示している。図4に示す例では、説明を簡略化するために、第1の画素領域21a及び第2の画素領域21bの4行分の画素10から画素信号の読み出しを行う例を示している。 Figure 4 is a diagram showing an example of a method for reading out pixel signals during video shooting by the imaging control unit 42 of the imaging device 1 according to the first embodiment. The vertical axis indicates the rows of the pixels 10 in each of the first pixel region 21a and the second pixel region 21b, and the horizontal axis indicates the timing (time t) at which pixel signals are output from each of the pixels 10 in the first pixel region 21a and the second pixel region 21b. Figure 4 shows a schematic diagram of the transition of the rows of the pixels 10 selected by the vertical drive unit 30 for each of the first pixel region 21a and the second pixel region 21b, that is, the transition of the pixels 10 that output pixel signals. In the example shown in Figure 4, in order to simplify the explanation, an example is shown in which pixel signals are read out from four rows of pixels 10 in the first pixel region 21a and the second pixel region 21b.

図4に示す第Nフレームにおいて、矢印A1は、第1の画素領域21aの1行目(最下行)の画素10の画素信号の読み出しが時刻t1から開始されることを示し、矢印A2は、第1の画素領域21aの2行目の画素10の画素信号の読み出しが時刻t2から開始されることを示す。また、矢印A3、A4は、それぞれ第1の画素領域21aの3行目、4行目(最上行、即ち最終行)の画素10の画素信号の読み出しが時刻t3、t4から開始されることを示す。 In the Nth frame shown in FIG. 4, arrow A1 indicates that the readout of pixel signals from pixels 10 in the first row (bottom row) of the first pixel region 21a starts at time t1, and arrow A2 indicates that the readout of pixel signals from pixels 10 in the second row of the first pixel region 21a starts at time t2. Arrows A3 and A4 indicate that the readout of pixel signals from pixels 10 in the third and fourth rows (top row, i.e., last row) of the first pixel region 21a starts at times t3 and t4, respectively.

第Nフレームにおいて、矢印B1は、第2の画素領域21bの1行目(最下行)の画素10の画素信号の読み出しが時刻t1から開始されることを示す。矢印B2、B3、B4は、それぞれ第2の画素領域21bの2行目、3行目、4行目(最上行、即ち最終行)の画素10の画素信号の読み出しが時刻t2、t3、t4から開始されることを示す。 In the Nth frame, arrow B1 indicates that readout of pixel signals from pixels 10 in the first row (bottom row) of the second pixel region 21b starts at time t1. Arrows B2, B3, and B4 indicate that readout of pixel signals from pixels 10 in the second, third, and fourth rows (top row, i.e., last row) of the second pixel region 21b starts at times t2, t3, and t4, respectively.

同様に、第(N+1)フレームにおいて、矢印A1、A2、A3、A4は、それぞれ第1の画素領域21aの1、2、3、4行目の画素10の画素信号の読み出しが時刻t5、t6、t7、t8から開始されることを示す。矢印B1、B2、B3、B4は、第(N+1)フレームにおいて、それぞれ第2の画素領域21bの1、2、3、4行目の画素10の画素信号の読み出しが時刻t5、t6、t7、t8から開始されることを示す。
第(N+2)フレームにおいては、矢印A1、A2、A3、A4は、それぞれ第1の画素領域21aの1、2、3、4行目の画素10の画素信号の読み出しが時刻t9、t10、t11、t12から開始されることを示す。矢印B1、B2、B3、B4は、第(N+2)フレームにおいて、それぞれ第2の画素領域21bの1、2、3、4行目の画素10の画素信号の読み出しが時刻t9、t10、t11、t12から開始されることを示す。
Similarly, in the (N+1)th frame, arrows A1, A2, A3, and A4 indicate that readout of pixel signals from pixels 10 in the first, second, third, and fourth rows of the first pixel region 21a starts at times t5, t6, t7, and t8, respectively. Arrows B1, B2, B3, and B4 indicate that readout of pixel signals from pixels 10 in the first, second, third, and fourth rows of the second pixel region 21b starts at times t5, t6, t7, and t8, respectively, in the (N+1)th frame.
In the (N+2)th frame, arrows A1, A2, A3, and A4 indicate that readout of pixel signals from pixels 10 in the first, second, third, and fourth rows of the first pixel region 21a starts at times t9, t10, t11, and t12, respectively. Arrows B1, B2, B3, and B4 indicate that readout of pixel signals from pixels 10 in the first, second, third, and fourth rows of the second pixel region 21b starts at times t9, t10, t11, and t12, respectively, in the (N+2)th frame.

以上のように、各フレームにおいて、第1の画素領域21aの1行目の画素と、これに対応する第2の画素領域21bの1行目の画素とは、それぞれの画素信号が同時に読み出される。即ち、各フレームにおいて、第1の画素領域21aと第2の画素領域21bとは、対応する行の画素は、同時に読み出される。 As described above, in each frame, the pixel signals of the first row pixels of the first pixel region 21a and the first row pixels of the corresponding second pixel region 21b are read out simultaneously. That is, in each frame, the pixels of the corresponding rows of the first pixel region 21a and the second pixel region 21b are read out simultaneously.

時刻t1からt2、t2からt3、t3からt4、t4からt5、t5からt6、t6からt7、t7からt8、t8からt9、t9からt10、t10からt11、t11からt12、及びt12からt13の時間間隔は、同一の一定間隔(Δt)である。 The time intervals from time t1 to t2, t2 to t3, t3 to t4, t4 to t5, t5 to t6, t6 to t7, t7 to t8, t8 to t9, t9 to t10, t10 to t11, t11 to t12, and t12 to t13 are the same constant interval (Δt).

即ち、各フレームにおいて、第1及び第2の画素領域21a、21bの1行目、2行目、3行目、4行目の画素10からの画素信号の読み出しは、それぞれが同じ一定間隔(Δt)で行われる。更に、第Nフレームの第1及び第2の画素領域21a、21bの4行目(最終行)の画素の読み出し時刻t4と、第(N+1)フレームの第1及び第2の画素領域21a、21bの1行目の画素の読み出し時刻t5との間隔も、上述の一定間隔(Δt)である。同様に、第(N+1)フレームの第1及び第2の画素領域21a、21bの4行目(最終行)の画素の読み出し時刻t8と、第(N+2)フレームの第1及び第2の画素領域21a、21bの1行目の画素の読み出し時刻t9との間隔も、上述の一定間隔(Δt)である。 That is, in each frame, the pixel signals from the pixels 10 in the first, second, third, and fourth rows of the first and second pixel regions 21a and 21b are read out at the same fixed interval (Δt). Furthermore, the interval between the readout time t4 of the pixels in the fourth row (last row) of the first and second pixel regions 21a and 21b in the Nth frame and the readout time t5 of the pixels in the first row of the first and second pixel regions 21a and 21b in the (N+1)th frame is also the above-mentioned fixed interval (Δt). Similarly, the interval between the readout time t8 of the pixels in the fourth row (last row) of the first and second pixel regions 21a and 21b in the (N+1)th frame and the readout time t9 of the pixels in the first row of the first and second pixel regions 21a and 21b in the (N+2)th frame is also the above-mentioned fixed interval (Δt).

従って、図4に破線で示した枠G1で囲まれた、第Nフレームの第1の画素領域21aの各行の画素の読み出しA1、A2、A3、A4と、第(N+1)フレームの第2の画素領域21bの各行の画素の読み出しB1、B2、B3、B4とは、全て同一の一定間隔(Δt)で行われる。同様に、図4に破線で示した枠G2で囲まれた、第(N+1)フレームの第1の画素領域21aの各行の画素の読み出しA1、A2、A3、A4と、第(N+2)フレームの第2の画素領域21bの各行の画素の読み出しB1、B2、B3、B4も、全て同一の一定間隔(Δt)で行われる。 Therefore, the pixel readouts A1, A2, A3, and A4 of each row of the first pixel region 21a in the Nth frame and the pixel readouts B1, B2, B3, and B4 of each row of the second pixel region 21b in the (N+1)th frame, which are surrounded by the dashed frame G1 in Fig. 4, are all performed at the same fixed interval (Δt). Similarly, the pixel readouts A1, A2, A3, and A4 of each row of the first pixel region 21a in the (N+1)th frame and the pixel readouts B1, B2, B3, and B4 of each row of the second pixel region 21b in the (N+2)th frame, which are surrounded by the dashed frame G2 in Fig. 4, are all performed at the same fixed interval (Δt).

図1に示した合成部43は、第Nフレームの第1の画素領域21aから読み出された画素信号と、第(N+1)フレームの第2の画素領域21bから読み出された画素信号とを合成して、1フレーム分の画像信号を生成する。同様に、合成部43は、第(N+1)フレームの第1の画素領域21aから読み出された画素信号と、第(N+2)フレームの第2の画素領域21bから読み出された画素信号とを合成して、1フレーム分の画像信号を生成する。このように、合成部43は、上述のように、相前後する二つのフレームのうちの、第1のフレームで生成された第1の画素領域の各画素の画素信号と第2のフレームで生成された第2の画素領域の各画素の画素信号とを合成して、1フレーム分の画像信号を生成する。 The synthesis unit 43 shown in FIG. 1 synthesizes the pixel signal read from the first pixel region 21a of the Nth frame and the pixel signal read from the second pixel region 21b of the (N+1)th frame to generate an image signal for one frame. Similarly, the synthesis unit 43 synthesizes the pixel signal read from the first pixel region 21a of the (N+1)th frame and the pixel signal read from the second pixel region 21b of the (N+2)th frame to generate an image signal for one frame. In this way, as described above, the synthesis unit 43 synthesizes the pixel signal of each pixel of the first pixel region generated in the first frame and the pixel signal of each pixel of the second pixel region generated in the second frame of two consecutive frames to generate an image signal for one frame.

次に、本実施の形態に係るカメラ1の動作を説明する。撮影指示部41が動画撮影を指示すると、撮像制御部42は、第1及び第2の画素領域21a、21bから図4に示した読み出しタイミングで画素信号を読み出す。即ち、垂直駆動部30は、第Nフレームにおいて、第1及び第2の画素領域21a、21bの各々の1行目の画素10から最終行目の画素10まで順に、画素信号の読み出しを行う。 Next, the operation of the camera 1 according to this embodiment will be described. When the shooting instruction unit 41 instructs video shooting, the imaging control unit 42 reads out pixel signals from the first and second pixel areas 21a and 21b at the readout timing shown in FIG. 4. That is, in the Nth frame, the vertical drive unit 30 reads out pixel signals in order from the pixel 10 in the first row to the pixel 10 in the last row of each of the first and second pixel areas 21a and 21b.

出力処理部60のタイミング制御部61は、第Nフレームにおいて第1の画素領域21aから読み出された画素信号を、記憶部62に順次記憶させると共に、第Nフレームにおいて第2の画素領域21bから読み出された画素信号を、出力部70を介して制御部4に順次出力する。 The timing control unit 61 of the output processing unit 60 sequentially stores the pixel signals read from the first pixel area 21a in the Nth frame in the memory unit 62, and sequentially outputs the pixel signals read from the second pixel area 21b in the Nth frame to the control unit 4 via the output unit 70.

垂直駆動部30は、第(N+1)フレームにおいても、第1及び第2の画素領域21a、21bの各々の1行目の画素10から最終行目の画素10まで順に、画素信号の読み出しを行う。出力処理部60のタイミング制御部61は、記憶部62に記憶された第Nフレームの第1の画素領域21aの画素信号を出力部70を介して制御部4に順次出力し、この出力終了後に引き続き、第(N+1)フレームの第2の画素領域21bの画素信号を出力部70を介して制御部4に順次出力する。このような第Nフレームの第1の画素領域21aの画素信号及び第(N+1)フレームの第2の画素領域21bの画素信号の、制御部4への出力は、例えば、第(N+1)フレームの時間間隔4Δtの間に行われる。もちろん、第Nフレームの第1の画素領域21aの画素信号及び第(N+1)フレームの第2の画素領域21bの画素信号の制御部4への出力は、第(N+1)フレームの間に限るものではなく、時間間隔4Δt内であれば、第(N+1)フレームと第(N+2)フレームとに跨がってもよい。 The vertical drive unit 30 also reads out pixel signals in the (N+1)th frame from the pixel 10 in the first row to the pixel 10 in the last row of each of the first and second pixel regions 21a and 21b. The timing control unit 61 of the output processing unit 60 sequentially outputs the pixel signals of the first pixel region 21a of the Nth frame stored in the memory unit 62 to the control unit 4 via the output unit 70, and after this output is completed, sequentially outputs the pixel signals of the second pixel region 21b of the (N+1)th frame to the control unit 4 via the output unit 70. The output of the pixel signals of the first pixel region 21a of the Nth frame and the pixel signals of the second pixel region 21b of the (N+1)th frame to the control unit 4 is performed, for example, during the time interval 4Δt of the (N+1)th frame. Of course, the output of the pixel signal of the first pixel region 21a in the Nth frame and the pixel signal of the second pixel region 21b in the (N+1)th frame to the control unit 4 is not limited to during the (N+1)th frame, but may span the (N+1)th and (N+2)th frames as long as it is within the time interval 4Δt.

こうして、図4において、破線枠G1で囲われた、第Nフレームの第1の画素領域21aの画素信号と第(N+1)フレームの第2の画素領域21bの画素信号とが一塊の時系列信号として、制御部4の合成部43に送られる。
また、出力処理部60のタイミング制御部61は、第(N+1)フレームにおいて第1の画素領域21aから読み出された画素信号を記憶部62に順次記憶させる。
In this way, the pixel signal of the first pixel region 21a in the Nth frame and the pixel signal of the second pixel region 21b in the (N+1)th frame, which are surrounded by a dashed frame G1 in Figure 4, are sent to the synthesis unit 43 of the control unit 4 as a single time-series signal.
Furthermore, the timing control unit 61 of the output processing unit 60 sequentially stores in the storage unit 62 the pixel signals read out from the first pixel region 21a in the (N+1)th frame.

垂直駆動部30は、第(N+2)フレームにおいて、第N及び第(N+1)フレームと同様に、第1及び第2の画素領域21a、21bから、画素信号の読み出しを行う。出力処理部60のタイミング制御部61は、記憶部62に記憶された第(N+1)フレームの第1の画素領域21aの画素信号を出力部70を介して制御部4に順次出力し、この出力終了後に引き続き、第(N+2)フレームの第2の画素領域21bの画素信号を出力部70を介して制御部4に順次出力する。この第(N+1)フレームの第1の画素領域21aの画素信号及び第(N+2)フレームの第2の画素領域21bの画素信号の、制御部4への出力も、例えば、第(N+2)フレームの時間間隔4Δtの間に行われる。この場合も、第(N+1)フレームの第1の画素領域21aの画素信号及び第(N+2)フレームの第2の画素領域21bの画素信号の出力は、第(N+2)フレームの間に限るものではなく、時間間隔4Δt内であれば、第(N+2)フレームと第(N+3)フレームとに跨がってもよい。 In the (N+2)th frame, the vertical drive unit 30 reads out pixel signals from the first and second pixel regions 21a and 21b in the same manner as in the Nth and (N+1)th frames. The timing control unit 61 of the output processing unit 60 sequentially outputs the pixel signals of the first pixel region 21a of the (N+1)th frame stored in the memory unit 62 to the control unit 4 via the output unit 70, and after this output is completed, sequentially outputs the pixel signals of the second pixel region 21b of the (N+2)th frame to the control unit 4 via the output unit 70. The output of the pixel signals of the first pixel region 21a of the (N+1)th frame and the pixel signals of the second pixel region 21b of the (N+2)th frame to the control unit 4 is also performed, for example, during the time interval 4Δt of the (N+2)th frame. In this case, the output of the pixel signal of the first pixel region 21a in the (N+1)th frame and the pixel signal of the second pixel region 21b in the (N+2)th frame is not limited to during the (N+2)th frame, but may span the (N+2)th and (N+3)th frames as long as it is within the time interval 4Δt.

こうして、図4において、破線枠G2で囲われた、第(N+1)フレームの第1の画素領域21aの画素信号と第(N+2)フレームの第2の画素領域21bの画素信号とが一塊の時系列信号として、制御部4の合成部43に送られる。
また、出力処理部60のタイミング制御部61は、第(N+2)フレームにおいて第1の画素領域21aから読み出された画素信号を記憶部62に順次記憶させる。
In this manner, the pixel signal of the first pixel region 21a in the (N+1)th frame and the pixel signal of the second pixel region 21b in the (N+2)th frame, which are surrounded by a dashed frame G2 in FIG. 4, are sent to the synthesis unit 43 of the control unit 4 as a single time-series signal.
Furthermore, the timing control unit 61 of the output processing unit 60 sequentially stores in the storage unit 62 the pixel signals read out from the first pixel region 21a in the (N+2)th frame.

制御部4の合成部43は、第Nフレームの第1の画素領域21aの画素信号と、第(N+1)フレームの第2の画素領域21bの画素信号とを合成して、1フレーム分の画像信号を生成する。また、合成部43は、第(N+1)フレームの第1の画素領域21aの画素信号と、第(N+2)フレームの第2の画素領域21bの画素信号とを合成して、1フレーム分の画像信号を生成する。合成部43は、第(N+2)フレームの後の各フレームにおいて撮像素子3から出力される画素信号に対して、同様の合成処理を施すことによって、複数のフレームの画像信号を生成する。動画データ生成部44は、合成部43によって生成された各フレームの画像信号に対して各種の画像処理を行って、動画像データを生成する。 The synthesis unit 43 of the control unit 4 synthesizes the pixel signal of the first pixel area 21a of the Nth frame with the pixel signal of the second pixel area 21b of the (N+1)th frame to generate an image signal for one frame. The synthesis unit 43 also synthesizes the pixel signal of the first pixel area 21a of the (N+1)th frame with the pixel signal of the second pixel area 21b of the (N+2)th frame to generate an image signal for one frame. The synthesis unit 43 generates image signals for multiple frames by performing a similar synthesis process on the pixel signals output from the imaging element 3 in each frame after the (N+2)th frame. The video data generation unit 44 performs various image processes on the image signals of each frame generated by the synthesis unit 43 to generate video image data.

図5は、本実施の形態のカメラ1が高速で移動する被写体を動画撮影した場合の被写体像の歪みの有無を説明するための図である。図5(a)は、矢印方向に高速に移動する被写体90の形状を模式的に示す図である。図5(b)は、本実施の形態のカメラ1が被写体90を撮像した被写体画像を模式的に示した図である。図5(c)は、図5(b)の被写体画像に対する比較例であり、従来の撮像装置による被写体画像を模式的に示す図である。 Figure 5 is a diagram for explaining the presence or absence of distortion in the image of a subject when the camera 1 of this embodiment captures a video of a subject moving at high speed. Figure 5(a) is a diagram that shows a model of the shape of a subject 90 moving at high speed in the direction of the arrow. Figure 5(b) is a diagram that shows a model of a subject image of the subject 90 captured by the camera 1 of this embodiment. Figure 5(c) is a comparative example to the subject image of Figure 5(b), and is a diagram that shows a model of a subject image captured by a conventional imaging device.

図5(b)において、カメラ1による被写体画像90Aは、例えば第Nフレームの第1の画素領域21aの画素信号による撮像画像101と、例えば第(N+1)フレームの第2の画素領域21bの画素信号による撮像画像102とから構成される。被写体画像90Aは、矩形の被写体90に対して、所謂ローリングシャッタ歪み(フォーカルプレーン歪み)により平行四辺形に変形しているが、しかしながら、撮像画像101の側部101aと撮像画像102の側部102aとは、直線状に滑らかに連なっている。 In FIG. 5(b), the subject image 90A captured by the camera 1 is composed of an image 101 captured by the pixel signal of the first pixel region 21a in, for example, the Nth frame, and an image 102 captured by the pixel signal of the second pixel region 21b in, for example, the (N+1)th frame. The subject image 90A is deformed into a parallelogram due to so-called rolling shutter distortion (focal plane distortion) for the rectangular subject 90, but the side 101a of the captured image 101 and the side 102a of the captured image 102 are smoothly connected in a straight line.

この撮像画像101の側部101aと撮像画像102の側部102aとが直線状に滑らかに連なっているのは、以下の理由である。即ち、図4に示した第Nフレームの第1の画素領域21a内の行毎の読み出しタイミングA1、A2、A3、A4と第(N+1)フレームの第2の画素領域21b内の行毎の読み出しタイミングB1、B2、B3、B4とが全て、一定間隔(Δt)で行われるからである。 The reason why side 101a of captured image 101 and side 102a of captured image 102 are smoothly connected in a straight line is as follows. That is, the readout timings A1, A2, A3, and A4 for each row in first pixel region 21a of the Nth frame and the readout timings B1, B2, B3, and B4 for each row in second pixel region 21b of the (N+1)th frame shown in FIG. 4 are all performed at regular intervals (Δt).

図5(c)は、画素部を上下に第1及び第2の画素領域に2分割して同一フレームにおいて第1及び第2の画素領域からそれぞれ読み出した画素信号を合成した場合の被写体画像90Bを、比較例として示すものである。図5(c)において、例えば第Nフレームの第1の画素領域の画素信号による撮像画像101と、同じ第Nフレームの第2の画素領域の画素信号による撮像画像102とは、その境界が被写体の移動方向にずれてしまう。即ち、撮像画像101の側部101bと撮像画像102の側部102bとは、境界でずれてしまい段差を生じ、被写体90の矩形形状に比べて、非常に不自然な像となってしまう。 Figure 5(c) shows, as a comparative example, a subject image 90B in which the pixel section is divided vertically into a first and a second pixel region and pixel signals read out from the first and second pixel regions in the same frame are combined. In Figure 5(c), for example, the boundary between an image 101 captured by the pixel signal of the first pixel region in the Nth frame and an image 102 captured by the pixel signal of the second pixel region in the same Nth frame is shifted in the direction of movement of the subject. That is, the boundary between side 101b of image 101 and side 102b of image 102 is shifted, creating a step, resulting in a very unnatural image compared to the rectangular shape of subject 90.

このように、本実施の形態の撮像素子3では、2つの経路を用いて第1の画素領域21a及び第2の画素領域21bのそれぞれから画素信号の読み出しを行う。また、カメラ1の合成部43は、第1のフレームに第1の画素領域21aから読み出した画素信号と、第2のフレームに第2の画素領域21bから読み出した画素信号とを合成する。この結果、本実施の形態によるカメラ1は、フレームレートを高速化できると共に、不自然な歪みが低減された画像を得ることができる。 In this way, in the image sensor 3 of this embodiment, pixel signals are read out from the first pixel region 21a and the second pixel region 21b using two paths. Furthermore, the synthesis unit 43 of the camera 1 synthesizes the pixel signal read out from the first pixel region 21a in the first frame and the pixel signal read out from the second pixel region 21b in the second frame. As a result, the camera 1 according to this embodiment can increase the frame rate and obtain images with reduced unnatural distortion.

上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)撮像装置1は、第1方向及び第1方向とは異なる第2方向に配置された複数の画素10を有する第1領域(第1の画素領域21a)と、第1領域に対して第2方向に配置され、第1方向及び第2方向に配置された複数の画素10を有する第2領域(第2の画素領域21b)と、第1領域内の画素10の信号の読み出しを第2方向に第1領域の一方側から他方側に行うと共に第2領域内の画素10の信号の読み出しを第2方向に第2領域の一方側から他方側に行う読み出し動作を、複数回繰り返す読み出し部(撮像制御部42、垂直駆動部30)と、複数回の読み出し動作のうちの、第1の読み出し動作によって第1領域から読み出された信号と、第1の読み出し動作に続く第2の読み出し動作によって第2領域から読み出された信号とから画像を生成する画像生成部(合成部43)と、を備える。このようにしたので、フレームレートを高速化できると共に、不自然な歪みが低減された画像を得ることができる。
According to the above-described embodiment, the following advantageous effects can be obtained.
(1) The imaging device 1 includes a first region (first pixel region 21a) having a plurality of pixels 10 arranged in a first direction and a second direction different from the first direction, a second region (second pixel region 21b) having a plurality of pixels 10 arranged in the first direction and the second direction with respect to the first region, a readout unit (imaging control unit 42, vertical drive unit 30) that repeats a readout operation multiple times in which signals of the pixels 10 in the first region are read out from one side to the other side of the first region in the second direction and signals of the pixels 10 in the second region are read out from one side to the other side of the second region in the second direction, and an image generation unit (combination unit 43) that generates an image from signals read out from the first region by the first readout operation and signals read out from the second region by the second readout operation following the first readout operation. This makes it possible to increase the frame rate and obtain an image with reduced unnatural distortion.

(第2の実施の形態)
図面を参照して、第2の実施の形態に係る撮像装置を説明する。第2の実施の形態の撮像装置は、図1に示した撮像装置1の構成と同様の構成を有する。図6は、第2の実施の形態に係る撮像素子3の一部の構成を示すブロック図である。第1の実施の形態では、画素部20が第1及び第2の画素領域21a、21bに2分割された。これに対して、第2の実施の形態では、画素部が三つの画素領域以上に分割されると共に、各画素領域に対するカラム回路部及び水平転送部が、画素部20が設けられる基板とは別の基板に設けられている。なお、図中、第1の実施の形態と同一もしくは相当部分には、同一の参照番号を付し、相違点を主に説明する。
Second Embodiment
An imaging device according to a second embodiment will be described with reference to the drawings. The imaging device according to the second embodiment has a configuration similar to that of the imaging device 1 shown in FIG. 1. FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a part of an imaging element 3 according to the second embodiment. In the first embodiment, the pixel section 20 is divided into two, a first pixel region 21a and a second pixel region 21b. In contrast, in the second embodiment, the pixel section is divided into three or more pixel regions, and a column circuit section and a horizontal transfer section for each pixel region are provided on a substrate other than the substrate on which the pixel section 20 is provided. In the drawings, the same reference numerals are used for the same or corresponding parts to the first embodiment, and differences will be mainly described.

撮像素子3は、第1基板201及び第2基板202を備える。第1基板201及び第2基板202は、それぞれ半導体基板等により構成され、互いに積層されている。第1基板201には、複数の画素10が行方向及び列方向に配置される画素部20が設けられる。画素部20は、第1の画素領域21a、第2の画素領域21b、及び第3の画素領域21cの3つの領域に3等分されている。 The imaging element 3 includes a first substrate 201 and a second substrate 202. The first substrate 201 and the second substrate 202 are each made of a semiconductor substrate or the like, and are stacked on top of each other. The first substrate 201 is provided with a pixel section 20 in which a plurality of pixels 10 are arranged in row and column directions. The pixel section 20 is divided into three equal regions: a first pixel region 21a, a second pixel region 21b, and a third pixel region 21c.

第1の画素領域21aには、複数の画素10の列毎に垂直信号線25aが設けられる。同様に、第2の画素領域21bには、複数の画素10の列毎に垂直信号線25bが設けられ、第3の画素領域21cには、複数の画素10の列毎に垂直信号線25cが設けられる。第1の画素領域21aの画素10の画素信号は、その画素10に接続された垂直信号線25aに順次読み出される。同様に、第2の画素領域21bの画素10の画素信号は、垂直信号線25bに順次読み出され、第3の画素領域21cの画素10の画素信号は、垂直信号線25cに順次読み出される。 In the first pixel region 21a, a vertical signal line 25a is provided for each column of pixels 10. Similarly, in the second pixel region 21b, a vertical signal line 25b is provided for each column of pixels 10, and in the third pixel region 21c, a vertical signal line 25c is provided for each column of pixels 10. The pixel signals of the pixels 10 in the first pixel region 21a are sequentially read out to the vertical signal line 25a connected to the pixels 10. Similarly, the pixel signals of the pixels 10 in the second pixel region 21b are sequentially read out to the vertical signal line 25b, and the pixel signals of the pixels 10 in the third pixel region 21c are sequentially read out to the vertical signal line 25c.

第2基板202には、第1のカラム回路部40a及び第1の水平転送部50aと、第2のカラム回路部40b及び第2の水平転送部50bと、第3のカラム回路部40c及び第3の水平転送部50cとが、設けられる。第1の画素領域21aに対して第1のカラム回路部40a及び第1の水平転送部50aが設けられ、第2の画素領域21bに対して第2のカラム回路部40b及び第2の水平転送部50bが設けられ、第3の画素領域21cに対して第3のカラム回路部40c及び第3の水平転送部50cが設けられる。 The second substrate 202 is provided with a first column circuit section 40a and a first horizontal transfer section 50a, a second column circuit section 40b and a second horizontal transfer section 50b, and a third column circuit section 40c and a third horizontal transfer section 50c. The first column circuit section 40a and the first horizontal transfer section 50a are provided for the first pixel region 21a, the second column circuit section 40b and the second horizontal transfer section 50b are provided for the second pixel region 21b, and the third column circuit section 40c and the third horizontal transfer section 50c are provided for the third pixel region 21c.

なお、第1基板201と第2基板202とにおいて、第1基板201の第1の画素領域21aと第2基板202の第1のカラム回路部40a及び第1の水平転送部50aとは、位置的に対応、即ち互いに重なっている。同様に、第2の画素領域21bと第2のカラム回路部40b及び第2の水平転送部50bも、位置的に対応しており、また、第3の画素領域21cと第3のカラム回路部40c及び第3の水平転送部50cも、位置的に対応している。 In the first substrate 201 and the second substrate 202, the first pixel region 21a of the first substrate 201 and the first column circuit section 40a and the first horizontal transfer section 50a of the second substrate 202 correspond in position, i.e., they overlap each other. Similarly, the second pixel region 21b, the second column circuit section 40b, and the second horizontal transfer section 50b also correspond in position, and the third pixel region 21c, the third column circuit section 40c, and the third horizontal transfer section 50c also correspond in position.

垂直信号線25aと第1のカラム回路部40aのアンプ部42aとは、破線210で模式的に示すように、貫通電極やバンプ等を介して接続される。同様に、第2の画素領域21bの画素10と第2のカラム回路部40bのアンプ部42b、第3の画素領域21cの画素10と第3のカラム回路部40cのアンプ部42cは、それぞれ破線210で示すように、貫通電極やバンプ等を介して接続される。 The vertical signal line 25a and the amplifier section 42a of the first column circuit section 40a are connected via a through electrode, a bump, or the like, as shown diagrammatically by the dashed line 210. Similarly, the pixel 10 of the second pixel region 21b and the amplifier section 42b of the second column circuit section 40b, and the pixel 10 of the third pixel region 21c and the amplifier section 42c of the third column circuit section 40c are connected via a through electrode, a bump, or the like, as shown diagrammatically by the dashed line 210.

第2の実施の形態では、撮像制御部42は、第1の画素領域21a内の画素を順次選択するタイミングと、第2の画素領域21b内の画素を順次選択するタイミングと、第3の画素領域21c内の画素を順次選択するタイミングとを決定する。垂直駆動部30は、第1の画素領域21a内の画素10、第2の画素領域21b内の画素10、及び第3の画素領域21c内の画素10を、行毎に同時に同一方向に走査して画素信号を読み出す。合成部43は、第1のフレームの第1の画素領域21aの各画素の画素信号と、第2のフレームの第2の画素領域21bの各画素の画素信号と、第3のフレームの第3の画素領域21cの各画素の画素信号とを合成して、1フレーム分の画像信号を生成する。 In the second embodiment, the imaging control unit 42 determines the timing for sequentially selecting pixels in the first pixel region 21a, the timing for sequentially selecting pixels in the second pixel region 21b, and the timing for sequentially selecting pixels in the third pixel region 21c. The vertical driving unit 30 scans the pixels 10 in the first pixel region 21a, the pixels 10 in the second pixel region 21b, and the pixels 10 in the third pixel region 21c simultaneously in the same direction for each row to read out pixel signals. The synthesis unit 43 synthesizes the pixel signals of each pixel in the first pixel region 21a of the first frame, the pixel signals of each pixel in the second pixel region 21b of the second frame, and the pixel signals of each pixel in the third pixel region 21c of the third frame to generate an image signal for one frame.

このように、本実施の形態による撮像素子3では、画素部20を第1及び第2及び第3の画素領域21a、21b、21cに3分割し、3つの垂直信号線25a、25b、25cを設けている。これにより、1つの垂直信号線の長さが短くなり、1つの垂直信号線に接続される画素10の数が少なくなる。このため、垂直信号線の負荷(寄生容量や寄生抵抗等)を軽減することができ、画素10からの画素信号の読み出し時間を短縮することができる。 In this manner, in the image sensor 3 according to the present embodiment, the pixel section 20 is divided into three parts, the first, second and third pixel regions 21a, 21b and 21c, and three vertical signal lines 25a, 25b and 25c are provided. This shortens the length of each vertical signal line, and reduces the number of pixels 10 connected to each vertical signal line. This reduces the load on the vertical signal lines (parasitic capacitance, parasitic resistance, etc.), and shortens the time required to read out pixel signals from the pixels 10.

図7は、第2の実施の形態に係る撮像装置1の撮像制御部42による動画撮影時の画素信号の読み出し方法の一例を示す図である。縦軸は、第1の画素領域21a、第2の画素領域21b、及び第3の画素領域21cのそれぞれの画素10の行を示す。横軸は、第1の画素領域21a、第2の画素領域21b、及び第3の画素領域21cのそれぞれの画素10から画素信号が出力されるタイミング(時刻t)を示す。図7は、第1、第2、及び第3の画素領域21a、21b、21cの各々について、垂直駆動部30により選択される画素10の行の遷移、即ち画素信号を出力する画素10の遷移を模式的に示している。図7に示す例では、説明を簡略化するために、第1の画素領域21a、第2の画素領域21b、及び第3の画素領域21cの各々の4行分の画素10から画素信号の読み出しを行う例を示している。矢印C1、C2、C3、C4は、それぞれ第3の画素領域21cの1、2、3、4行目の画素10の画素信号の読み出しが行われることを示す。 Figure 7 is a diagram showing an example of a method for reading out pixel signals during video shooting by the imaging control unit 42 of the imaging device 1 according to the second embodiment. The vertical axis indicates the rows of the pixels 10 in each of the first pixel region 21a, the second pixel region 21b, and the third pixel region 21c. The horizontal axis indicates the timing (time t) at which pixel signals are output from each of the pixels 10 in the first pixel region 21a, the second pixel region 21b, and the third pixel region 21c. Figure 7 shows a schematic diagram of the transition of the rows of the pixels 10 selected by the vertical drive unit 30 for each of the first, second, and third pixel regions 21a, 21b, and 21c, that is, the transition of the pixels 10 that output pixel signals. In the example shown in Figure 7, in order to simplify the explanation, an example is shown in which pixel signals are read out from four rows of pixels 10 in each of the first pixel region 21a, the second pixel region 21b, and the third pixel region 21c. Arrows C1, C2, C3, and C4 indicate that pixel signals from pixels 10 in the first, second, third, and fourth rows of the third pixel region 21c are being read out, respectively.

時刻t1からt2、t2からt3、t3からt4、t4からt5、t5からt6、t6からt7、t7からt8、t8からt9、t9からt10、t10からt11、t11からt12、t12からt13、t13からt14、t14からt15、t15からt16、及びt16からt17の時間間隔は、同一の一定間隔(Δt)である。 The time intervals from time t1 to t2, t2 to t3, t3 to t4, t4 to t5, t5 to t6, t6 to t7, t7 to t8, t8 to t9, t9 to t10, t10 to t11, t11 to t12, t12 to t13, t13 to t14, t14 to t15, t15 to t16, and t16 to t17 are the same constant interval (Δt).

即ち、各フレームにおいて、第1、第2、及び第3の画素領域21a、21b、21cの1行目、2行目、3行目、4行目の画素10からの画素信号の読み出しは、それぞれが同じ一定間隔(Δt)で行われる。更に、第Nフレームの第1~第3の画素領域21a~21cの4行目(最終行)の読み出し時刻t4と、第(N+1)フレームの第1~第3の画素領域21a~21cの1行目の読み出し時刻t5との間隔も、上述の一定間隔(Δt)である。同様に、第(N+1)フレームの第1~第3の画素領域21a~21cの4行目(最終行)の画素の読み出し時刻t8と、第(N+2)フレームの第1~第3の画素領域21a~21cの1行目の画素の読み出し時刻t9との間隔も、上述の一定間隔(Δt)である。また、第(N+2)フレームの第1~第3の画素領域21a~21cの4行目(最終行)の画素の読み出し時刻t12と、第(N+3)フレームの第1~第3の画素領域21a~21cの1行目の画素の読み出し時刻t13との間隔も、上述の一定間隔(Δt)である。 That is, in each frame, the pixel signals from the pixels 10 in the first, second, third, and fourth rows of the first, second, and third pixel regions 21a, 21b, and 21c are read out at the same fixed interval (Δt). Furthermore, the interval between the readout time t4 of the fourth row (last row) of the first to third pixel regions 21a to 21c in the Nth frame and the readout time t5 of the first row of the first to third pixel regions 21a to 21c in the (N+1)th frame is also the above-mentioned fixed interval (Δt). Similarly, the interval between the readout time t8 of the pixels in the fourth row (last row) of the first to third pixel regions 21a to 21c in the (N+1)th frame and the readout time t9 of the pixels in the first row of the first to third pixel regions 21a to 21c in the (N+2)th frame is also the above-mentioned fixed interval (Δt). In addition, the interval between the readout time t12 of the pixels in the fourth row (last row) of the first to third pixel regions 21a to 21c in the (N+2)th frame and the readout time t13 of the pixels in the first row of the first to third pixel regions 21a to 21c in the (N+3)th frame is also the same constant interval (Δt) as described above.

枠G1で囲まれた、第Nフレームの第1の画素領域21aの読み出しA1~A4と、第(N+1)フレームの第2の画素領域21bの読み出しB1~B4と、第(N+2)フレームの第3の画素領域21cの読み出しC1~C4は、互いに同一の間隔(Δt)で行われる。枠G2で囲まれた、第(N+1)フレームの第1の画素領域21aの読み出しA1~A4と、第(N+2)フレームの第2の画素領域21bの読み出しB1~B4と、第(N+3)フレームの第3の画素領域21cの読み出しC1~C4も、互いに同一の間隔(Δt)で行われる。 Readouts A1 to A4 of the first pixel region 21a in the Nth frame, readouts B1 to B4 of the second pixel region 21b in the (N+1)th frame, and readouts C1 to C4 of the third pixel region 21c in the (N+2)th frame, which are surrounded by frame G1, are performed at the same intervals (Δt).Readouts A1 to A4 of the first pixel region 21a in the (N+1)th frame, readouts B1 to B4 of the second pixel region 21b in the (N+2)th frame, and readouts C1 to C4 of the third pixel region 21c in the (N+3)th frame, which are surrounded by frame G2, are also performed at the same intervals (Δt).

合成部43は、第Nフレームの第1の画素領域21aの画素信号と、第(N+1)フレームの第2の画素領域21bの画素信号と、第(N+2)フレームの第3の画素領域21cの画素信号とを合成して、1フレーム分の画像信号を生成する。同様に、合成部43は、第(N+1)フレームの第1の画素領域21aの画素信号と、第(N+2)フレームの第2の画素領域21bの画素信号と、第(N+3)フレームの第3の画素領域21cの画素信号とを合成して、1フレーム分の画像信号を生成する。このように、合成部43は、連続する三つのフレームのうちの、第1のフレームの第1の画素領域の各画素の画素信号と、第2のフレームの第2の画素領域の各画素の画素信号と、第3のフレームの第3の画素領域の各画素の画素信号とを合成して、1フレーム分の画像信号を生成する。 The synthesis unit 43 synthesizes the pixel signal of the first pixel region 21a of the Nth frame, the pixel signal of the second pixel region 21b of the (N+1)th frame, and the pixel signal of the third pixel region 21c of the (N+2)th frame to generate an image signal for one frame. Similarly, the synthesis unit 43 synthesizes the pixel signal of the first pixel region 21a of the (N+1)th frame, the pixel signal of the second pixel region 21b of the (N+2)th frame, and the pixel signal of the third pixel region 21c of the (N+3)th frame to generate an image signal for one frame. In this way, the synthesis unit 43 synthesizes the pixel signal of each pixel of the first pixel region of the first frame, the pixel signal of each pixel of the second pixel region of the second frame, and the pixel signal of each pixel of the third pixel region of the third frame of three consecutive frames to generate an image signal for one frame.

次に、本実施の形態に係るカメラ1の動作を説明する。撮影指示部41が動画撮影を指示すると、撮像制御部42は、第1、第2、及び第3の画素領域21a、21b、21cから図7に示した読み出しタイミングで画素信号を読み出す。垂直駆動部30は、第Nフレームにおいて、第1、第2、及び第3の画素領域21a、21b、21cの各々の1行目の画素10から最終行目の画素10まで順に、画素信号の読み出しを行う。出力処理部60のタイミング制御部61は、第Nフレームにおいて第1の画素領域21a及び第2の画素領域21bから読み出された画素信号を、記憶部62に順次記憶させる。 Next, the operation of the camera 1 according to this embodiment will be described. When the shooting instruction unit 41 instructs video shooting, the imaging control unit 42 reads out pixel signals from the first, second, and third pixel areas 21a, 21b, and 21c at the readout timing shown in FIG. 7. The vertical drive unit 30 reads out pixel signals in the Nth frame, in order, from the pixels 10 in the first row to the pixels 10 in the last row of each of the first, second, and third pixel areas 21a, 21b, and 21c. The timing control unit 61 of the output processing unit 60 sequentially stores the pixel signals read out from the first pixel area 21a and the second pixel area 21b in the Nth frame in the storage unit 62.

垂直駆動部30は、第(N+1)フレームにおいて、第1、第2、及び第3の画素領域21a、21b、21cの各々の1行目の画素10から最終行目の画素10まで順に、画素信号の読み出しを行う。タイミング制御部61は、第(N+1)フレームにおいて第1の画素領域21a及び第2の画素領域21bから読み出された画素信号を、記憶部62に順次記憶させる。 The vertical drive unit 30 reads out pixel signals in the (N+1)th frame, in order from the pixel 10 in the first row to the pixel 10 in the last row of each of the first, second, and third pixel regions 21a, 21b, and 21c. The timing control unit 61 sequentially stores the pixel signals read out from the first pixel region 21a and the second pixel region 21b in the (N+1)th frame in the memory unit 62.

垂直駆動部30は、第(N+2)フレームにおいて、第1、第2、及び第3の画素領域21a、21b、21cの各々の1行目の画素10から最終行目の画素10まで順に、画素信号の読み出しを行う。タイミング制御部61は、記憶部62に記憶された第Nフレームの第1の画素領域21aの画素信号を、出力部70を介して制御部4に順次出力する。タイミング制御部61は、第Nフレームの第1の画素領域21aの画素信号の出力終了後に引き続き、記憶部62に記憶された第(N+1)フレームの第2の画素領域21bの画素信号を、出力部70を介して制御部4に順次出力する。タイミング制御部61は、第(N+1)フレームの第2の画素領域21aの画素信号の出力終了後に引き続き、第(N+2)フレームの第3の画素領域21cの画素信号を、出力部70を介して制御部4に順次出力する。 In the (N+2)th frame, the vertical drive unit 30 sequentially reads out pixel signals from the first row pixel 10 to the last row pixel 10 of each of the first, second, and third pixel regions 21a, 21b, and 21c. The timing control unit 61 sequentially outputs the pixel signals of the first pixel region 21a of the Nth frame stored in the memory unit 62 to the control unit 4 via the output unit 70. After the output of the pixel signals of the first pixel region 21a of the Nth frame is completed, the timing control unit 61 sequentially outputs the pixel signals of the second pixel region 21b of the (N+1)th frame stored in the memory unit 62 to the control unit 4 via the output unit 70. After the output of the pixel signals of the second pixel region 21a of the (N+1)th frame is completed, the timing control unit 61 sequentially outputs the pixel signals of the third pixel region 21c of the (N+2)th frame to the control unit 4 via the output unit 70.

第Nフレームの第1の画素領域21aの画素信号、第(N+1)フレームの第2の画素領域21bの画素信号、及び第(N+2)フレームの第3の画素領域21cの画素信号の制御部4への出力は、例えば第(N+2)フレームの時間間隔4Δtの間に行われる。 こうして、枠G1で囲われた、第Nフレームの第1の画素領域21aの画素信号と、第(N+1)フレームの第2の画素領域21bの画素信号と、第(N+2)フレームの第3の画素領域21cの画素信号とが一塊の時系列信号として、制御部4に送られる。
また、タイミング制御部61は、第(N+2)フレームにおいて第1の画素領域21a及び第2の画素領域21bから読み出された画素信号を、記憶部62に順次記憶させる。
The pixel signal of the first pixel region 21a in the Nth frame, the pixel signal of the second pixel region 21b in the (N+1)th frame, and the pixel signal of the third pixel region 21c in the (N+2)th frame are output to the control unit 4, for example, during the time interval 4Δt of the (N+2)th frame. In this way, the pixel signal of the first pixel region 21a in the Nth frame, the pixel signal of the second pixel region 21b in the (N+1)th frame, and the pixel signal of the third pixel region 21c in the (N+2)th frame, which are surrounded by the frame G1, are sent to the control unit 4 as a group of time-series signals.
Furthermore, the timing control unit 61 sequentially stores in the storage unit 62 the pixel signals read out from the first pixel area 21a and the second pixel area 21b in the (N+2)th frame.

垂直駆動部30は、第(N+3)フレームにおいて、第1、第2、及び第3の画素領域21a、21b、21cから、画素信号の読み出しを行う。タイミング制御部61は、記憶部62に記憶された第(N+1)フレームの第1の画素領域21aの画素信号を、出力部70を介して制御部4に順次出力する。タイミング制御部61は、第(N+1)フレームの第1の画素領域21aの画素信号の出力終了後に引き続き、記憶部62に記憶された第(N+2)フレームの第2の画素領域21bの画素信号を、出力部70を介して制御部4に順次出力する。タイミング制御部61は、第(N+2)フレームの第2の画素領域21aの画素信号の出力終了後に引き続き、第(N+3)フレームの第3の画素領域21cの画素信号を、出力部70を介して制御部4に順次出力する。 The vertical drive unit 30 reads out pixel signals from the first, second, and third pixel regions 21a, 21b, and 21c in the (N+3)th frame. The timing control unit 61 sequentially outputs the pixel signals of the first pixel region 21a of the (N+1)th frame stored in the memory unit 62 to the control unit 4 via the output unit 70. After the output of the pixel signals of the first pixel region 21a of the (N+1)th frame is completed, the timing control unit 61 sequentially outputs the pixel signals of the second pixel region 21b of the (N+2)th frame stored in the memory unit 62 to the control unit 4 via the output unit 70. After the output of the pixel signals of the second pixel region 21a of the (N+2)th frame is completed, the timing control unit 61 sequentially outputs the pixel signals of the third pixel region 21c of the (N+3)th frame to the control unit 4 via the output unit 70.

第(N+1)フレームの第1の画素領域21aの画素信号、第(N+2)フレームの第2の画素領域21bの画素信号、及び第(N+3)フレームの第3の画素領域21cの画素信号の制御部4への出力は、例えば第(N+3)フレームの時間間隔4Δtの間に行われる。こうして、枠G2で囲われた、第(N+1)フレームの第1の画素領域21aの画素信号と、第(N+2)フレームの第2の画素領域21bの画素信号と、第(N+3)フレームの第3の画素領域21cの画素信号とが一塊の時系列信号として、制御部4に送られる。
また、タイミング制御部61は、第(N+3)フレームにおいて第1の画素領域21aから読み出された画素信号と、第(N+3)フレームにおいて第2の画素領域21bから読み出された画素信号とを、記憶部62に順次記憶させる。
The pixel signal of the first pixel region 21a in the (N+1)th frame, the pixel signal of the second pixel region 21b in the (N+2)th frame, and the pixel signal of the third pixel region 21c in the (N+3)th frame are output to the control unit 4, for example, during the time interval 4Δt of the (N+3)th frame. In this way, the pixel signal of the first pixel region 21a in the (N+1)th frame, the pixel signal of the second pixel region 21b in the (N+2)th frame, and the pixel signal of the third pixel region 21c in the (N+3)th frame, which are surrounded by frame G2, are sent to the control unit 4 as a group of time-series signals.
In addition, the timing control unit 61 sequentially stores in the memory unit 62 the pixel signal read out from the first pixel area 21a in the (N+3)th frame and the pixel signal read out from the second pixel area 21b in the (N+3)th frame.

制御部4の合成部43は、第Nフレームの第1の画素領域21aの画素信号と、第(N+1)フレームの第2の画素領域21bの画素信号と、第(N+2)フレームの第3の画素領域21cの画素信号とを合成して、1フレーム分の画像信号を生成する。また、合成部43は、第(N+1)フレームの第1の画素領域21aの画素信号と、第(N+2)フレームの第2の画素領域21bの画素信号と、第(N+3)フレームの第3の画素領域21cの画素信号とを合成して、1フレーム分の画像信号を生成する。合成部43は、第(N+3)フレームの後の各フレームにおいて撮像素子3から出力される画素信号に対して、同様の合成処理を施すことによって、複数のフレームの画像信号を生成する。動画データ生成部44は、合成部43によって生成された各フレームの画像信号に対して各種の画像処理を行って、動画像データを生成する。 The synthesis unit 43 of the control unit 4 synthesizes the pixel signal of the first pixel area 21a of the Nth frame, the pixel signal of the second pixel area 21b of the (N+1)th frame, and the pixel signal of the third pixel area 21c of the (N+2)th frame to generate an image signal for one frame. The synthesis unit 43 also synthesizes the pixel signal of the first pixel area 21a of the (N+1)th frame, the pixel signal of the second pixel area 21b of the (N+2)th frame, and the pixel signal of the third pixel area 21c of the (N+3)th frame to generate an image signal for one frame. The synthesis unit 43 generates image signals for multiple frames by performing a similar synthesis process on the pixel signals output from the imaging element 3 in each frame after the (N+3)th frame. The video data generation unit 44 performs various image processes on the image signals of each frame generated by the synthesis unit 43 to generate video image data.

本実施の形態のカメラ1では、3つの経路を用いて第1の画素領域21a、第2の画素領域21b、及び第3の画素領域21cのそれぞれから画素信号の読み出しを行う。また、カメラ1の合成部43は、第1のフレームに第1の画素領域21aから読み出した画素信号と、第2のフレームに第2の画素領域21bから読み出した画素信号と、第3のフレームに第3の画素領域21cから読み出した画素信号とを合成する。この結果、本実施の形態によるカメラ1は、フレームレートを高速化できると共に、不自然な歪みが低減された画像を得ることができる。 In the camera 1 of this embodiment, pixel signals are read out from the first pixel region 21a, the second pixel region 21b, and the third pixel region 21c using three paths. In addition, the synthesis unit 43 of the camera 1 synthesizes the pixel signal read out from the first pixel region 21a in the first frame, the pixel signal read out from the second pixel region 21b in the second frame, and the pixel signal read out from the third pixel region 21c in the third frame. As a result, the camera 1 of this embodiment can increase the frame rate and obtain an image with reduced unnatural distortion.

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。 The following modifications are also within the scope of the present invention, and one or more of the modifications may be combined with the above-described embodiment.

(変形例1)
上述した第1の実施の形態では、第1の画素領域21aの画素10を最下行から最上行に向かって順次選択して読み出すと同時に、第2の画素領域21bの画素10を最下行から最上行に向かって順次選択して読み出す例について説明した。しかし、図8に示すように、垂直駆動部30は、第1の画素領域21aの画素10を最上行から最下行に向かって順次選択して読み出すと同時に、第2の画素領域21bの画素10を最上行から最下行に向かって順次選択して読み出してもよい。この場合には、出力処理部60は、第1のフレームにおいて第2の画素領域21bから読み出された画素信号を制御部4に出力し、この出力に引き続き次の第2のフレームにおいて第1の画素領域21aから読み出された画素信号を制御部4に出力する。制御部4の合成部43は、第1のフレームの第2の画素領域の各画素の画素信号と第2のフレームの第1の画素領域の各画素の画素信号とを合成して、1フレーム分の画像信号を生成する。
(Variation 1)
In the above-described first embodiment, an example has been described in which the pixels 10 in the first pixel region 21a are sequentially selected and read from the bottom row to the top row, and the pixels 10 in the second pixel region 21b are sequentially selected and read from the bottom row to the top row. However, as shown in FIG. 8, the vertical driving unit 30 may sequentially select and read the pixels 10 in the first pixel region 21a from the top row to the bottom row, and simultaneously select and read the pixels 10 in the second pixel region 21b from the top row to the bottom row. In this case, the output processing unit 60 outputs the pixel signals read from the second pixel region 21b in the first frame to the control unit 4, and subsequently outputs the pixel signals read from the first pixel region 21a in the next second frame to the control unit 4. The combining unit 43 of the control unit 4 combines the pixel signals of each pixel in the second pixel region in the first frame with the pixel signals of each pixel in the first pixel region in the second frame to generate an image signal for one frame.

上述した第2の実施の形態では、垂直駆動部30は、第1、第2及び第3の画素領域21a、21b、21c内の画素10をそれぞれ最下行から最上行に向かって順次選択して読み出す例を説明した。しかし、垂直駆動部30は、第1の画素領域21a内の画素10と、第2の画素領域21b内の画素10と、第3の画素領域21c内の画素10とを、行毎に同時に最上行から最下行に向かって走査しながら画素信号を読み出すようにしてもよい。出力処理部60は、第1のフレームの第3の画素領域21cの画素信号を制御部4に出力し、これに続き次の第2のフレームの第2の画素領域21bの画素信号を制御部4に出力し、これに続き次の第3のフレームの第1の画素領域21aの画素信号を制御部4に出力する。制御部4の合成部43は、第1のフレームの第3の画素領域の各画素の画素信号と、第2のフレームの第2の画素領域の各画素の画素信号と、第3のフレームの第1の画素領域の各画素の画素信号とを合成して、1フレーム分の画像信号を生成する。 In the above-described second embodiment, the vertical drive unit 30 sequentially selects and reads out the pixels 10 in the first, second, and third pixel regions 21a, 21b, and 21c from the bottom row to the top row. However, the vertical drive unit 30 may read out the pixel signals while simultaneously scanning the pixels 10 in the first pixel region 21a, the pixels 10 in the second pixel region 21b, and the pixels 10 in the third pixel region 21c from the top row to the bottom row for each row. The output processing unit 60 outputs the pixel signal of the third pixel region 21c of the first frame to the control unit 4, and subsequently outputs the pixel signal of the second pixel region 21b of the next second frame to the control unit 4, and subsequently outputs the pixel signal of the first pixel region 21a of the next third frame to the control unit 4. The synthesis unit 43 of the control unit 4 synthesizes the pixel signals of each pixel in the third pixel region of the first frame, the pixel signals of each pixel in the second pixel region of the second frame, and the pixel signals of each pixel in the first pixel region of the third frame to generate an image signal for one frame.

(変形例2)
上述した第2の実施の形態では、画素部を3等分する例について説明した。しかし、画素部は4分割以上に分割することができる。画素部を4分割以上に分割した場合には、第4の画素領域以上の各画素領域に対するカラム回路部及び水平転送部も、第2基板202に設けることが望ましい。
(Variation 2)
In the above-mentioned second embodiment, an example in which the pixel section is divided into three equal parts has been described. However, the pixel section can be divided into four or more parts. When the pixel section is divided into four or more parts, it is desirable to provide the column circuit section and the horizontal transfer section for each pixel region from the fourth pixel region onwards on the second substrate 202.

(変形例3)
また、画素部は必ずしも等分に分割されなくてもよい。例えば、画素部における第1の画素領域内の画素行の数と第2の画素領域内の画素行の数とが異なってもよい。
(Variation 3)
Furthermore, the pixel section does not necessarily have to be divided into equal parts. For example, the number of pixel rows in the first pixel region and the number of pixel rows in the second pixel region in the pixel section may be different.

(変形例4)
上述した第1の実施の形態では、第Nフレームの第1の画素領域の画素信号と第(N+1)フレームの第2の画素領域の画素信号とを出力処理部60において、一塊の時系列信号として、制御部4に出力する例について説明した。しかし、撮像素子3に出力処理部60を設けずに、第1及び第2の水平転送部50a、50bによって順次出力される第1及び第2の画素領域からの画素信号を、出力部70を介して制御部4に出力するようにしてもよい。この場合、制御部4は、第1及び第2の画素領域からの画素信号を、制御部4に設けたメモリに記憶させる。合成部43は、メモリから第Nフレームの第1の画素領域の画素信号と第(N+1)フレームの第2の画素領域の画素信号とを読み出して合成し、1フレーム分の画像信号を生成する。第2の実施の形態についても同様である。
(Variation 4)
In the above-described first embodiment, an example has been described in which the pixel signal of the first pixel region in the Nth frame and the pixel signal of the second pixel region in the (N+1)th frame are output to the control unit 4 as a block of time-series signals in the output processing unit 60. However, the image sensor 3 may not be provided with the output processing unit 60, and the pixel signals from the first and second pixel regions sequentially output by the first and second horizontal transfer units 50a and 50b may be output to the control unit 4 via the output unit 70. In this case, the control unit 4 stores the pixel signals from the first and second pixel regions in a memory provided in the control unit 4. The synthesis unit 43 reads out the pixel signal of the first pixel region in the Nth frame and the pixel signal of the second pixel region in the (N+1)th frame from the memory, synthesizes them, and generates an image signal for one frame. The same applies to the second embodiment.

(変形例5)
上述した実施の形態では、撮像装置1を用いて動画撮影を行う場合について説明した。しかし、動画撮影の代わり、又は動画撮影に加えて、撮像装置1が連写撮影による静止画の撮影を行う場合にも適用できる。
(Variation 5)
In the above-described embodiment, a description has been given of a case where moving images are captured using the imaging device 1. However, the present invention can also be applied to a case where the imaging device 1 captures still images by continuous shooting instead of or in addition to capturing moving images.

(変形例6)
上述した実施の形態では、光電変換部としてフォトダイオードを用いる例について説明した。しかし、光電変換部として光電変換膜を用いるようにしてもよい。
(Variation 6)
In the above-described embodiment, the photodiode is used as the photoelectric conversion unit, but a photoelectric conversion film may be used as the photoelectric conversion unit.

(変形例7)
上述の実施の形態および変形例で説明した撮像素子および撮像装置は、カメラ、スマートフォン、タブレット、PCに内蔵のカメラ、車載カメラ、無人航空機(ドローン、ラジコン機等)に搭載されるカメラ等に適用されてもよい。
(Variation 7)
The imaging elements and imaging devices described in the above-mentioned embodiments and variations may be applied to cameras, smartphones, tablets, cameras built into PCs, in-vehicle cameras, cameras mounted on unmanned aerial vehicles (drones, radio-controlled aircraft, etc.), and the like.

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。 Although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these. Other embodiments that are conceivable within the scope of the technical concept of the present invention are also included within the scope of the present invention.

1 撮像装置、3 撮像素子、4 制御部、10 画素、20 画素部、21a 第1の画素領域、21b 第2の画素領域、21c 第3の画素領域、30 垂直駆動部、42 撮像制御部、43 合成部、44 動画データ画像生成部 1 Imaging device, 3 Imaging element, 4 Control unit, 10 Pixel, 20 Pixel unit, 21a First pixel area, 21b Second pixel area, 21c Third pixel area, 30 Vertical drive unit, 42 Imaging control unit, 43 Combining unit, 44 Video data image generation unit

Claims (6)

第1領域において第1方向及び前記第1方向とは異なる第2方向に配置され、第1基板に設けられる複数の画素と、
前記第1領域に対して前記第2方向に配置される第2領域において前記第1方向及び前記第2方向に配置され、前記第1基板に設けられる複数の画素と、
前記第2領域に対して前記第2方向に配置される第3領域において前記第1方向及び前記第2方向に配置され、前記第1基板に設けられる複数の画素と、
前記第1領域の画素の信号の読み出しを前記第2方向に前記第1領域の一方側から他方側に行う第1読み出し動作前記第2領域の画素の信号の読み出しを前記第2方向に前記第2領域の一方側から他方側に行う第2読み出し動作前記第3領域の画素の信号の読み出しを前記第2方向に前記第3領域の一方側から他方側に行う第3読み出し動作を行い、前記第1基板に積層される第2基板に設けられる読み出し部と、
第1フレームにおいて前記第1読み出し動作により読み出された前記画素の信号と、第2フレームにおいて前記第2読み出し動作により読み出された前記画素の信号と、第3フレームにおいて前記第3読み出し動作により読み出された前記画素の信号とに基づいて画像信号を出力する出力部と、
を備える撮像素子。
A plurality of pixels arranged in a first region in a first direction and a second direction different from the first direction and provided on a first substrate;
a plurality of pixels disposed in the first direction and the second direction in a second region disposed in the second direction with respect to the first region, the pixels being provided on the first substrate;
a plurality of pixels disposed in the first direction and the second direction in a third region disposed in the second direction with respect to the second region, the pixels being provided on the first substrate;
a readout section provided on a second substrate stacked on the first substrate , the readout section performing a first readout operation of reading out signals of pixels in the first region from one side to the other side of the first region in the second direction, a second readout operation of reading out signals of pixels in the second region from one side to the other side of the second region in the second direction , and a third readout operation of reading out signals of pixels in the third region from one side to the other side of the third region in the second direction;
an output section that outputs an image signal based on a signal of the pixel read out by the first read operation in a first frame, a signal of the pixel read out by the second read operation in a second frame, and a signal of the pixel read out by the third read operation in a third frame;
An imaging element comprising:
請求項1に記載の撮像素子において、
前記出力部は、第1フレームにおいて前記1読み出し動作により読み出された前記画素の信号と、第2フレームにおいて記第2読み出し動作によ読み出された前記画素の信号と、第3フレームにおいて記第3読み出し動作によ読み出された前記画素の信号とに基づいて1つの画像信号を出力する撮像素子。
2. The imaging device according to claim 1,
The output unit is an imaging element that outputs one image signal based on the signal of the pixel read out by the first readout operation in a first frame, the signal of the pixel read out by the second readout operation in a second frame, and the signal of the pixel read out by the third readout operation in a third frame .
請求項1または請求項2に記載の撮像素子において、
前記読み出し部は、前記第1読み出し動と前記第2読み出し動と前記第3読み出し動を同時に行う撮像素子。
3. The imaging device according to claim 1,
The readout section is an image sensor that simultaneously performs the first readout operation , the second readout operation , and the third readout operation.
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記読み出し部は、前記第2基板において、前記第1領域の下に設けられ前記第1読み出し動作を行う第1読み出し部と、前記第2領域の下に設けられ前記第2読み出し動作を行う第2読み出し部と、前記第3領域の下に設けられ前記第3読み出し動作を行う第3読み出し部とを有する撮像素子。
4. The imaging device according to claim 1,
The readout unit is an imaging element having, on the second substrate, a first readout unit provided below the first region and performing the first readout operation , a second readout unit provided below the second region and performing the second readout operation , and a third readout unit provided below the third region and performing the third readout operation .
請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の撮像素子と、
前記撮像素子から出力された前記画像信号に基づいて、画像データを生成する生成部と、
を備える撮像装置。
The imaging element according to any one of claims 1 to 4,
a generation unit that generates image data based on the image signal output from the imaging element;
An imaging device comprising:
請求項5に記載の撮像装置において、
動画撮影または連写撮影を指示する指示部を備え、
前記読み出し部は、前記指示部によって動画撮影または連写撮影が指示された場合に、前記第1読み出し動と前記第2読み出し動作と前記第3読み出し動作を行う撮像装置。
6. The imaging device according to claim 5,
An instruction unit is provided for instructing video shooting or continuous shooting,
The reading unit performs the first reading operation , the second reading operation, and the third reading operation when the instruction unit instructs moving image shooting or continuous shooting.
JP2019067724A 2019-03-29 2019-03-29 Image sensor and image pickup device Active JP7490928B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019067724A JP7490928B2 (en) 2019-03-29 2019-03-29 Image sensor and image pickup device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019067724A JP7490928B2 (en) 2019-03-29 2019-03-29 Image sensor and image pickup device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020167572A JP2020167572A (en) 2020-10-08
JP7490928B2 true JP7490928B2 (en) 2024-05-28

Family

ID=72714913

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019067724A Active JP7490928B2 (en) 2019-03-29 2019-03-29 Image sensor and image pickup device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7490928B2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006094192A (en) 2004-09-24 2006-04-06 Canon Inc Imaging device
WO2014103140A1 (en) 2012-12-25 2014-07-03 パナソニック株式会社 Solid-state image pickup device
JP2015213257A (en) 2014-05-02 2015-11-26 オリンパス株式会社 Solid-state imaging apparatus and imaging apparatus

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006094192A (en) 2004-09-24 2006-04-06 Canon Inc Imaging device
WO2014103140A1 (en) 2012-12-25 2014-07-03 パナソニック株式会社 Solid-state image pickup device
JP2015213257A (en) 2014-05-02 2015-11-26 オリンパス株式会社 Solid-state imaging apparatus and imaging apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020167572A (en) 2020-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10218928B2 (en) Image capturing apparatus and mobile telephone
US20150189249A1 (en) Solid state imaging apparatus and imaging system using the same
JP4609092B2 (en) Physical information acquisition method and physical information acquisition device
US10003715B2 (en) Image pickup device and imaging apparatus
JP6413401B2 (en) Solid-state image sensor
JP2010062638A (en) Image capturing apparatus
JP5721518B2 (en) Imaging device and imaging apparatus
JP4485371B2 (en) Solid-state imaging device
US10425605B2 (en) Image sensor and image capturing apparatus
JP2005269452A (en) Imaging device and imaging apparatus
JP2007166486A (en) Solid-state imaging apparatus
JP2006186467A (en) Method and device for acquiring physical information
US9491379B2 (en) Solid-state image pickup device which increases video reading speed and reduces distortion
JP7490928B2 (en) Image sensor and image pickup device
JP4745677B2 (en) Imaging device
JP5274169B2 (en) Imaging device
JP2016092792A (en) Imaging apparatus
JP5177198B2 (en) Physical information acquisition method and physical information acquisition device
US20180241952A1 (en) Image sensor, control method therefor, and image capturing apparatus
JP6674225B2 (en) Imaging device and image distortion detection method
JP7294407B2 (en) Imaging element and imaging device
US20230232126A1 (en) Image capturing circuit that can be applied to image capturing apparatus
JP5072466B2 (en) Imaging device
JP2009253693A (en) Imaging apparatus
JP2017022578A (en) Imaging apparatus and control method for imaging device

Legal Events

Date Code Title Description
RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20210423

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20210715

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20210817

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220301

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230126

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230221

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20230424

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230616

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230912

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20231113

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240111

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240416

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240429

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7490928

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150