特許 6506937 撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6506937

(24)【登録日】2019年4月5日

(45)【発行日】2019年4月24日

(54)【発明の名称】撮像装置

(51)【国際特許分類】

   H04N 5/357 20110101AFI20190415BHJP

   H01L 27/146 20060101ALI20190415BHJP

   H04N 5/235 20060101ALI20190415BHJP

【ＦＩ】

   H04N5/357

   H01L27/146 A

   H04N5/235 700

【請求項の数】2

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-204403(P2014-204403)

(22)【出願日】2014年10月3日

(65)【公開番号】特開2016-76757(P2016-76757A)

(43)【公開日】2016年5月12日

【審査請求日】2017年9月1日

【権利譲渡・実施許諾】特許権者において、実施許諾の用意がある。

(73)【特許権者】

【識別番号】000004352

【氏名又は名称】日本放送協会

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】安江 俊夫

(72)【発明者】

【氏名】北村 和也

【審査官】 鈴木 明

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１２２３０４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−０６５０７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｎ ５／３０−５／３７８

Ｈ０１Ｌ ２７／１４−２７／１４８

Ｈ０４Ｎ ５／２２２−５／２５７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

照明の点滅周波数ｋとフレーム周波数ｆとがｆ／２＜ｋ＜ｆを満たす環境で撮像を行う撮像装置において、
１フレーム周期と同じ長さの信号読み出し周期の中央に、光検出を休止する光検出休止期間を長さＬ＝１／ｋ−１／ｆで設け、前記信号読み出し周期のうちの前記光検出休止期間を除いた光検出期間に光検出を行う撮像手段、を備え、
前記撮像手段は、走査線毎に光検出を行うローリングシャッターを備えると共に、フォトダイオードを有する４トランジスタ画素で構成され、
前記信号読み出し周期に含まれる２回の前記光検出期間に前記フォトダイオードから電気信号を読み出し、
１回目と２回目との前記光検出期間に読み出された電気信号をそれぞれＡＤ変換するＡＤ変換手段と、
１回目と２回目との前記光検出期間について、前記ＡＤ変換手段でＡＤ変換された電気信号を加算する加算手段と、
を備えることを特徴とする撮像装置。

【請求項2】

照明の点滅周波数ｋとフレーム周波数ｆとがｆ／２＜ｋ＜ｆを満たす環境で撮像を行う撮像装置において、
１フレーム周期と同じ長さの信号読み出し周期の中央に、光検出を休止する光検出休止期間を長さＬ＝１／ｋ−１／ｆで設け、前記信号読み出し周期のうちの前記光検出休止期間を除いた光検出期間に光検出を行う撮像手段、を備え、
前記撮像手段は、走査線毎に光検出を行うローリングシャッターを備えると共に、フォトダイオードを有する５トランジスタ画素で構成され、
前記信号読み出し周期に含まれる２回の前記光検出期間に前記フォトダイオードから電気信号を読み出し、
１回目と２回目との前記光検出期間に読み出された電気信号を等間隔でＡＤ変換するＡＤ変換手段と、
１回目と２回目との前記光検出期間について、前記ＡＤ変換手段でＡＤ変換された電気信号を加算する加算手段と、
を備えることを特徴とする撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願発明は、照明が点滅する環境のもとで撮像を行う撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的には動画を撮像する撮像素子は、フォトダイオードにて光検出を行い、発生する信号電荷を蓄積し、これを周期的に読み出す。一方、蛍光灯や水銀灯などの照明は、交流電源の２倍の周波数で点滅を繰り返しており、両者の周波数の違いから撮像した映像の明るさが変動する（ちらつく）フリッカと呼ばれる現象が発生する。

【0003】

従来の撮像カメラには、このフリッカを抑制するために、電子シャッターと呼ばれる機能が備えられている。この電子シャッター機能は、信号電荷の蓄積時間を、照明の点滅周期の整数倍に制限することで、フリッカを抑制するものである。しかし、従来の電子シャッター機能では、撮像カメラのフレーム周波数が照明の点滅周波数よりも高くなると、照明の点滅周期が１フレーム周期を超えてしまい、フリッカを抑制できなかった。特に、スーパーハイビジョン用の撮影カメラは、フレーム周波数が１２０Ｈｚと高いため、フリッカの増加が懸念されている。

【0004】

そこで、特許文献１に記載の発明が提案されている。特許文献１に記載の発明は、第１走査パルス及び第２走査パルスのそれぞれで読み出された信号の平均値を求めることで、数倍以上となっていた信号出力値のばらつきを数１０％程度まで減少させ、フリッカを軽減するものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平７−２８１０２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、特許文献１に記載の発明は、信号出力値に数１０％程度のばらつきがあり、フリッカが残ってしまう場合がある。
そこで、本願発明は、フリッカが発生しない撮像装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記した課題に鑑みて、本願発明に係る撮像装置は、照明の点滅周波数ｋとフレーム周波数ｆとがｆ／２＜ｋ＜ｆを満たす環境で撮像を行う撮像装置において、１フレーム周期と同じ長さの信号読み出し周期の中央に、光検出を休止する光検出休止期間を長さＬ＝１／ｋ−１／ｆで設け、信号読み出し周期のうちの光検出休止期間を除いた光検出期間に光検出を行う撮像手段、を備え、撮像手段は、走査線毎に光検出を行うローリングシャッターを備えると共に、フォトダイオードを有する４トランジスタ画素で構成され、信号読み出し周期に含まれる２回の光検出期間にフォトダイオードから電気信号を読み出し、１回目と２回目との光検出期間に読み出された電気信号をそれぞれＡＤ変換するＡＤ変換手段と、１回目と２回目との光検出期間について、ＡＤ変換手段でＡＤ変換された電気信号を加算する加算手段と、を備えることを特徴とする。

【0008】

かかる構成によれば、撮像装置は、１フレーム周期（信号読み出し周期）に含まれる照明の点滅波形のうち、光検出期間に含まれる照明の点滅波形が、平均値を中心として上下対称になる。従って、撮像装置では、照明の点滅による悪影響が無くなる。

【発明の効果】

【0009】

本願発明に係る撮像装置では、照明の点滅による悪影響を打ち消すため、フリッカが発生しなくなり、見やすい映像を撮像することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本願発明の原理を説明する説明図であり、信号読み出し周期と、光検出期間と、光検出休止期間との関係を表す。

【図2】本願発明の原理を説明する説明図であり、フレーム周期と、照明の点滅周期と、光検出休止期間との関係を表す。

【図3】本願発明の原理を説明する説明図であり、フレーム周期と、照明の点滅周期と、光検出休止期間との関係を表す。

【図4】本願発明の第１実施形態に係る撮像装置の概略構成図である。

【図5】図４の撮像装置のタイミングチャートであり、（ａ）がメカニカルシャッターの開閉タイミングを表し、（ｂ）が光検出休止期間を表す。

【図6】本願発明の第２実施形態に係る撮像装置の概略構成図である。

【図7】図６の撮像装置のタイミングチャートであり、（ａ）が撮像素子の各ラインの信号読み出し周期を表し、（ｂ）が各フレーム画像の時刻を表す。

【図8】本願発明の第３実施形態に係る撮像装置の概略構成図である。

【図9】図８の撮像装置のタイミングチャートであり、（ａ）が光検出休止期間を表し、（ｂ）が各トランジスタのＯＮ状態／ＯＦＦ状態を表し、（ｃ）がＡＤ変換の間隔を表す。

【図10】図８の撮像装置のタイミングチャートであり、（ａ）が１個目の画素の読み出しタイミングを表し、（ｂ）がｍ個目の画素の読み出しタイミングを表し、（ｃ）がＡＤ変換の間隔を表す。

【図11】本願発明の第４実施形態に係る撮像装置の概略構成図である。

【図12】図１１の撮像装置のタイミングチャートであり、（ａ）が光検出休止期間を表し、（ｂ）が各トランジスタのＯＮ状態／ＯＦＦ状態を表し、（ｃ）がＡＤ変換の間隔を表す。

【発明を実施するための形態】

【0011】

（本願発明の原理）
本願発明の各実施形態を説明する前に、図１〜図３を参照し、本願発明の原理を説明する。
ここで、フレーム周波数をｆ（Ｈｚ）、照明の点滅周波数をｋ（Ｈｚ）とする。また、照明は、周波数ｋ（Ｈｚ）とその奇数倍の周波数との正弦波を重ねあわせた波形に従って点滅することとする。

【0012】

図１の信号読み出し周期とは、１フレーム画像を生成するために、撮像素子から電気信号を読み出す期間のことである。この信号読み出し周期は、フレーム周期１／ｆ（秒）と同じ長さになる。
光検出休止期間とは、信号読み出し周期のうち、光検出による電気信号が生成されない期間である。なお、図１では、信号読み出し周期のうち、光検出休止期間をドットで図示した。
光検出期間とは、信号読み出し周期のうち、光検出により電気信号が生成される期間である。
光検出とは、受光した光を撮像素子が光電変換し、電気信号を生成することである。

【0013】

図１のように、信号読み出し周期の中心時刻を中心として、下記式（１）で表される長さＬ（秒）の光検出休止期間が設けられる。つまり、フレーム画像ｎ，ｎ＋１，…は、信号読み出し周期のうち、光検出休止期間を除いた光検出期間の電気信号により生成される（ｎは、２以上の自然数）。
Ｌ＝１／ｋ−１／ｆ …式（１）

【0014】

図２の例では、フレーム周期１／１２０（秒）、照明の点滅周期１／１００（秒）とする。従って、光検出休止期間は、１／６００（秒）となる。ここで、ｆ／２＜ｋ＜ｆを満たすので、１フレーム周期（信号読み出し周期）に含まれる照明の点滅波形のうち、光検出期間に含まれる点滅波形が、平均値を中心として上下対称に繰り返される。言い換えるなら、各フレーム周期では、点滅波形と平均値とに囲われる領域面積α１，α２が、平均値の上下で等しくなる。このため、照明の点滅による悪影響が無くなり、フリッカが発生しなくなる。
なお、図２では、領域面積α１，α２をハッチングで図示した。

【0015】

ここで、図３のように、フレーム周期は、照明の点滅周期に対し、円の右下部分で不足することになる。フレーム周期の不足期間がフリッカの原因となるので、円の中心Ｃの反対側に、この不足期間に釣り合った光検出休止期間を設ける。

【0016】

この不足期間は、照明の点滅周波数ｋだけでなく、その偶数倍の周波数２ｋ，４ｋ，…や奇数倍の周波数３ｋ，５ｋ，…にも表れるが、本願発明の原理によれば、奇数倍の周波数成分のみで除去できる。そして、照明の点滅周波数ｋ，３ｋ，５ｋ，…を重ね合わせた波形は、正弦波以外の矩形波又は三角波でも表現できる。従って、本願発明の原理によれば、照明の点滅波形が正弦波以外であっても、フリッカが発生しなくなる。

【0017】

以下、本願発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する手段には同一の符号を付し、説明を省略した。

【0018】

（第１実施形態）
［撮像装置の構成］
図４を参照し、本願発明の第１実施形態に係る撮像装置１の構成について説明する。
図４のように、撮像装置１は、被写体の動画を撮像する撮像カメラ（例えば、放送用カメラ）であって、撮像光学系１０と、メカニカルシャッター１２と、撮像素子（撮像手段）１４と、シャッター駆動回路１６と、撮像素子駆動回路１８とを備える。

【0019】

撮像光学系１０は、対物レンズを含む複数枚のレンズからなるレンズ群であり、被写体からの光をメカニカルシャッター１２に向けて出射する。この撮像光学系１０は、本願発明に直接関係しない一般的な構成のため、これ以上の説明を省略する。また、図４では、図面を見易くするため、撮像光学系１０を１枚のレンズとして図示した。

【0020】

メカニカルシャッター１２は、撮像光学系１０の光軸上に配置された機械式のシャッターである。このメカニカルシャッター１２は、シャッター駆動回路１６から入力されたシャッター駆動信号に従って開閉する。ここで、メカニカルシャッター１２が開いている場合、撮像光学系１０からの光は、撮像素子１４に入射する。一方、メカニカルシャッター１２が閉じている場合、撮像光学系１０からの光は、メカニカルシャッター１２に遮蔽されて撮像素子１４に入射しない。

【0021】

撮像素子１４は、メカニカルシャッター１２を通過した入射光を受光し、受光した入射光から映像信号を生成するものである。例えば、撮像素子１４としては、グローバルシャッターを備えるＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサをあげることができる。
ここで、グローバルシャッターとは、全画素が同時に光検出を開始及び終了するものである。

【0022】

シャッター駆動回路１６は、光検出休止期間に光を遮蔽し、光検出期間に光を通過させるようにメカニカルシャッター１２を駆動するものである。このシャッター駆動回路１６は、撮像素子駆動回路１８から入力された撮像素子駆動信号に同期して、メカニカルシャッター１２を開閉させるシャッター駆動信号を、メカニカルシャッター１２に出力する。

【0023】

撮像素子駆動回路１８は、撮像素子１４を駆動するものである。この撮像素子駆動回路１８は、撮像素子１４の駆動タイミングを表す撮像素子駆動信号（タイミングパルス）を、撮像素子１４及びシャッター駆動回路１６に出力する。

【0024】

［メカニカルシャッターの開閉と光検出休止期間との関係］
図５を参照し、メカニカルシャッター１２の開閉と光検出休止期間との関係について、説明する（適宜図４参照）。

【0025】

図５のように、シャッター駆動回路１６は、撮像素子駆動信号に同期して、光検出期間でメカニカルシャッター１２を開くように駆動して、撮像光学系１０からの光を撮像素子１４まで通過させる。また、シャッター駆動回路１６は、撮像素子駆動信号に同期して、光検出休止期間でメカニカルシャッター１２を閉じるように駆動して、撮像光学系１０からの光を遮断する。

【0026】

このように、撮像装置１は、シャッター駆動回路１６によって、光検出期間及び光検出休止期間に合わせてメカニカルシャッター１２を駆動することで、図２の光検出のパターンを実現することができる。従って、撮像装置１は、フリッカが発生することなく、見やすい映像を撮像することができる。

【0027】

（第２実施形態）
図６を参照し、本願発明の第２実施形態に係る撮像装置１Ｂの構成について説明する。
図６のように、撮像装置１Ｂは、被写体の動画を撮像する撮像カメラであって、撮像光学系１０と、メカニカルシャッター２２と、撮像素子（撮像手段）２４と、シャッター駆動回路２６と、撮像素子駆動回路２８とを備える。

【0028】

メカニカルシャッター２２は、撮像光学系１０の光軸上に配置され、撮像素子２４のライン（走査線）毎に光を遮蔽することが可能な機械式のシャッターである。このメカニカルシャッター２２は、シャッター駆動回路２６からのシャッター駆動信号に従って、撮像素子２４のライン単位で開閉する。

【0029】

撮像素子２４は、メカニカルシャッター２２を通過した入射光を受光し、受光した入射光から映像信号を生成するものである。例えば、撮像素子２４としては、ローリングシャッター（ライン露光順次読み出し）を備えるＣＭＯＳセンサをあげることができる。

【0030】

ここで、ローリングシャッターとは、撮像素子２４のライン毎に順次、光検出を開始及び終了するものである。つまり、撮像素子２４は、各ラインで信号読み出し周期（垂直スキャン）のタイミングが異なる。

【0031】

シャッター駆動回路２６は、光検出休止期間に光を遮蔽し、光検出期間に光を通過させるように、メカニカルシャッター２２を駆動するものである。このシャッター駆動回路２６は、撮像素子駆動回路２８から入力された撮像素子駆動信号に同期して、メカニカルシャッター２２を開閉させるシャッター駆動信号をメカニカルシャッター２２に出力する。

【0032】

撮像素子駆動回路２８は、撮像素子２４をライン毎に駆動するものである。この撮像素子駆動回路２８は、撮像素子２４のライン毎に駆動タイミングを表す撮像素子駆動信号（タイミングパルス）を、撮像素子２４及びシャッター駆動回路２６に出力する。

【0033】

［メカニカルシャッターの開閉と光検出休止期間との関係］
図７を参照し、メカニカルシャッター２２の開閉と光検出休止期間との関係について、説明する（適宜図６参照）。

【0034】

図７のように、撮像素子２４は、ライン１，２，…，ｍ−１，ｍの順番で信号読み出しが行われる（ｍは、２以上の自然数）。つまり、撮像素子２４は、ライン１，２，…，ｍ−１，ｍの信号読み出し周期がずれている。そこで、シャッター駆動回路２６は、ライン１，２，…，ｍ−１，ｍの光検出期間に、メカニカルシャッター１２を開くように駆動する。従って、撮像光学系１０からの光は、撮像素子１４のライン１，２，…，ｍ−１，ｍに入射する。

【0035】

また、シャッター駆動回路２６は、ライン１，２，…，ｍ−１，ｍの光検出休止期間に、メカニカルシャッター２２を閉じるように駆動する。従って、撮像光学系１０からの光は、メカニカルシャッター２２に遮蔽される。

【0036】

このように、撮像装置１Ｂは、シャッター駆動回路２６によって、ライン１，２，…，ｍ−１，ｍの光検出期間及び光検出休止期間に合わせて、撮像素子駆動信号に同期してメカニカルシャッター２２を駆動することで、図２の光検出のパターンを実現することができる。従って、撮像装置１Ｂは、フリッカが発生することなく、見やすい映像を撮像することができる。

【0037】

（第３実施形態）
［撮像素子の構成］
図８，図９を参照し、本願発明の第３実施形態に係る撮像装置１Ｃが備える撮像素子（撮像手段）３０の構成について説明する。
なお、例えば、垂直走査回路、水平走査回路、ＣＤＳ（Correlated Double. Sampling）回路など、本願発明に直接関係しない一般的構成を省略した。

【0038】

撮像素子３０は、撮像装置１Ｃの撮像光学系（不図示）を介して入射光を受光し、受光した入射光から映像信号を生成するものである。例えば、撮像素子３０は、ローリングシャッターを備えるＣＭＯＳセンサである。また、図８，図９のように、撮像素子３０は、画素３２と、垂直信号線３４と、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter：ＡＤ変換手段)３６と、加算器（加算手段）３８とを備える。

【0039】

画素３２は、４トランジスタ画素であり、受光した入射光の強度に応じた電圧の電気信号を生成するものである。また、画素３２は、行列方向（水平方向及び垂直方向）に配列され、それぞれが垂直信号線３４に接続される。そして、画素３２は、生成した電気信号を垂直信号線３４に出力する。
なお、画素３２の具体的構造は、後記する。

【0040】

垂直信号線３４は、画素３２から入力された電気信号を、図示を省略した水平信号線を介して、ＡＤＣ３６に出力するものである。
ＡＤＣ３６は、画素３２から入力された電気信号をＡＤ変換し、加算器３８に出力するものである。
加算器３８は、ＡＤＣ３６でＡＤ変換された電気信号を加算し、映像信号を生成するものである。

【0041】

［画素の具体的構造］
図８を参照し、画素３２の具体的構造について、説明する。
図８のように、画素３２は、フォトダイオードＰＤと、読み出しトランジスタＴＸと、浮遊拡散領域ＦＤと、リセットトランジスタＲＴと、増幅トランジスタＡＰと、選択トランジスタＳＬとを備える。

【0042】

フォトダイオードＰＤは、光電変換機能及び電荷蓄積機能を有するダイオードである。このフォトダイオードＰＤは、入射光の強度に応じた量の信号電荷に光電変換し、その信号電荷を蓄積する。また、フォトダイオードＰＤは、カソードが読み出しトランジスタＴＸのソースに接続される。

【0043】

読み出しトランジスタＴＸは、ゲートに信号が入力されてＯＮ状態になると、フォトダイオードＰＤの信号電荷を読み出して、浮遊拡散領域ＦＤに転送するものである。この読み出しトランジスタＴＸは、ゲートが水平選択線（不図示）に接続され、ドレインが浮遊拡散領域ＦＤに接続される。

【0044】

浮遊拡散領域ＦＤは、読み出しトランジスタＴＸからの信号電荷を一時的に蓄積するものである。この浮遊拡散領域ＦＤは、一時蓄積した信号電荷の量に応じた電圧の電気信号を生成する。また、浮遊拡散領域ＦＤは、リセットトランジスタＲＴのソースと、増幅トランジスタＡＰのゲートとにそれぞれ接続される。

【0045】

リセットトランジスタＲＴは、ＯＮ状態になると、浮遊拡散領域ＦＤの電位をリセットするものである。このリセットトランジスタＲＴは、ＯＮ状態とＯＦＦ状態を切り替える制御信号がゲートに入力され、ドレインがリセット電源ＶＲＴに接続される。

【0046】

増幅トランジスタＡＰは、浮遊拡散領域ＦＤで生成された電気信号を増幅するものである。この増幅トランジスタＡＰは、ソースが選択トランジスタＳＬのドレインに接続され、ドレインがドレイン電源ＶＤＤに接続される。

【0047】

選択トランジスタＳＬは、ＯＮ状態になると、増幅トランジスタＡＰで増幅された電気信号を垂直信号線３４に出力するものである。この選択トランジスタＳＬは、ＯＮ状態とＯＦＦ状態を切り替える制御信号がゲートに入力され、ドレインが垂直信号線３４に接続される。

【0048】

［トランジスタの駆動と光検出休止期間との関係］
図９を参照し、トランジスタの駆動と光検出休止期間との関係について、説明する。
図９は、縦方向にｍ個配列された画素３２のうち、ある１個の画素３２のタイミングチャートである。図９では、時間軸上に時刻ｔ０〜ｔ４を図示した。また、図９中段では、各トランジスタのＯＮ状態をドットの矩形で図示した。

【0049】

図９のように、フォトダイオードＰＤは、時刻ｔ０〜ｔ１の光検出期間に信号電荷を蓄積する。時刻ｔ１において、読み出しトランジスタＴＸ及び選択トランジスタＳＬは、ＯＮ状態となる。すると、フォトダイオードＰＤに蓄積された信号電荷は、浮遊拡散領域ＦＤに転送された後、垂直信号線３４を介して、電気信号としてＡＤＣ３６に出力される。

【0050】

浮遊拡散領域ＦＤの飽和を確実に防止するため、リセットトランジスタＲＴは、時刻ｔ１〜ｔ２の中間において、ＯＮ状態となる。すると、浮遊拡散領域ＦＤの信号電荷は、リセットされる。

【0051】

時刻ｔ１〜ｔ２の光検出休止期間でも、フォトダイオードＰＤが信号電荷を蓄積する。そこで、時刻ｔ２において、読み出しトランジスタＴＸがＯＮ状態となり、その直後、リセットトランジスタＲＴがＯＮ状態となる。すると、フォトダイオードＰＤに蓄積された信号電荷は、浮遊拡散領域ＦＤに転送された後、リセットされる。

【0052】

なお、時刻ｔ２において、読み出しトランジスタＴＸ及びリセットトランジスタＲＴが同時にＯＮ状態なると、リセット電源ＶＲＴの電位がフォトダイオードＰＤに印加され、ノイズ等の悪影響が発生することがある。このため、リセットトランジスタＲＴがＯＮ状態になるタイミングを、読み出しトランジスタＴＸより少し遅らせている。

【0053】

時刻ｔ２〜ｔ３の光検出期間、フォトダイオードＰＤは、信号電荷を蓄積する。時刻ｔ３において、読み出しトランジスタＴＸ及び選択トランジスタＳＬがＯＮ状態となり、その直後、リセットトランジスタＲＴもＯＮ状態となる。すると、フォトダイオードＰＤに蓄積された信号電荷は、浮遊拡散領域ＦＤに転送された後、垂直信号線３４に出力される。垂直信号線３４を介して、電気信号としてＡＤＣ３６に出力される。

【0054】

時刻ｔ０〜ｔ１及び時刻ｔ２〜ｔ３の電気信号が、ＡＤＣ３６でＡＤ変換され、加算器３８に出力される。そして、時刻ｔ０〜ｔ１及び時刻ｔ２〜ｔ３の電気信号が加算器３８で加算され、映像信号として生成される。

【0055】

実際には、撮像装置１Ｃは、縦方向に配列されたｍ個の画素３２_１〜３２_ｍを備える。画素３２_１〜３２_ｍは、垂直信号線３４を介して同一のＡＤＣ３６に接続され、図１０のように読み出しタイミングが異なっている。従って、ＡＤＣ３６は、同一フレームの映像信号を生成するため、タイミングをずらしながら、ＡＤ変換をｍ回行うことになる。このとき、ＡＤＣ３６は、画素３２_１の時刻ｔ１から画素３２_ｍの時刻ｔ１までの間で、画素３２_１〜３２_ｍから出力された電気信号をＡＤ変換する必要がある。

【0056】

なお、ＡＤＣ３６は、時刻ｔ０〜ｔ１及び時刻ｔ２〜ｔ３の電気信号を連続してＡＤ変換できない。このため、時刻ｔ０〜ｔ１と時刻ｔ２〜ｔ３との電気信号をＡＤ変換する間隔が開いてしまう（空白期間）。

【0057】

このように、撮像装置１Ｃは、光検出休止期間を境として電気信号を２回の光検出期間に分けて読み出し、各光検出期間の電気信号を加算することで、図２の光検出のパターンを実現することができる。従って、撮像装置１Ｃは、フリッカが発生することなく、見やすい映像を撮像することができる。
さらに、撮像装置１Ｃは、撮像素子３０が４トランジスタ画素で構成されるので、図１１の５トランジスタ画素に比べ、撮像素子３０を簡略化することができる。

【0058】

（第４実施形態）
［撮像素子の構成］
図１１，図１２を参照し、本願発明の第４実施形態に係る撮像装置１Ｄが備える撮像素子（撮像手段）４０の構成について説明する。
なお、図８と同様、本願発明に直接関係しない一般的構成を省略した。

【0059】

撮像素子４０は、撮像装置１Ｄの撮像光学系（不図示）を介して入射光を受光し、受光した入射光から映像信号を生成するものである。例えば、撮像素子４０は、ローリングシャッターを備えるＣＭＯＳセンサである。また、図１１，図１２のように、撮像素子４０は、画素４２と、垂直信号線３４と、ＡＤＣ３６と、加算器３８とを備える。

【0060】

画素４２は、５トランジスタ画素であり、受光した入射光の強度に応じた電圧の電気信号を生成するものである。また、画素４２は、行列方向に配列され、それぞれが垂直信号線３４に接続される。そして、画素４２は、生成した電気信号を垂直信号線３４に出力する。
なお、画素４２以外は、第３実施形態と同様のため、説明を省略する。

【0061】

［画素単位の具体的構造］
図１１を参照し、画素４２の具体的構造について、説明する。
図１１のように、画素４２は、フォトダイオードＰＤと、第１読み出しトランジスタＴＸ１と、第２読み出しトランジスタＴＸ２と、浮遊拡散領域ＦＤと、リセットトランジスタＲＴと、増幅トランジスタＡＰと、選択トランジスタＳＬとを備える。
なお、第１読み出しトランジスタＴＸ１及び第２読み出しトランジスタＴＸ２以外は、第３実施形態と同様のため、説明を省略する。

【0062】

第１読み出しトランジスタＴＸ１は、ゲートに信号が入力されてＯＮ状態になると、フォトダイオードＰＤの信号電荷を読み出して、第２読み出しトランジスタＴＸ２に転送するものである。この第１読み出しトランジスタＴＸ１は、ゲートが水平選択線（不図示）に接続され、ソースがフォトダイオードＰＤに接続され、ドレインが第２読み出しトランジスタＴＸ２のソースに接続される。

【0063】

第２読み出しトランジスタＴＸ２は、ＯＮ状態になると、第２読み出しトランジスタＴＸ２の信号電荷を浮遊拡散領域ＦＤに転送するものである。この第２読み出しトランジスタＴＸ２は、ゲートが水平選択線（不図示）に接続され、ドレインが浮遊拡散領域ＦＤに接続される。

【0064】

［トランジスタの駆動と光検出休止期間との関係］
図１２を参照し、トランジスタの駆動と光検出休止期間との関係について、説明する。
図１２は、縦方向にｍ個配列された画素４２のうち、ある１個の画素４２のタイミングチャートである。図１２では、時間軸上に時刻ｔ０〜ｔ５を図示した。また、図１２中段では、各トランジスタのＯＮ状態をドットの矩形で図示した。

【0065】

図１２のように、フォトダイオードＰＤは、時刻ｔ０〜ｔ１の光検出期間に信号電荷を蓄積する。時刻ｔ１において、第１読み出しトランジスタＴＸ１は、ＯＮ状態となる。すると、フォトダイオードＰＤに蓄積された信号電荷は、第２読み出しトランジスタＴＸ２に転送される。

【0066】

続いて、時刻ｔ２において、第２読み出しトランジスタＴＸ２及び選択トランジスタＳＬは、ＯＮ状態となる。すると、第２読み出しトランジスタＴＸ２の信号電荷は、浮遊拡散領域ＦＤに転送された後、垂直信号線３４を介して、電気信号としてＡＤＣ３６に出力される。

【0067】

時刻ｔ１〜ｔ３の光検出休止期間でも、フォトダイオードＰＤが信号電荷を蓄積する。そこで、時刻ｔ３において、第１読み出しトランジスタＴＸ１がＯＮ状態となり、その直後、第２読み出しトランジスタＴＸ２がＯＮ状態となる。さらに、第２読み出しトランジスタＴＸ２がＯＮ状態となった直後、リセットトランジスタＲＴもＯＮ状態となる。つまり、第１読み出しトランジスタＴＸ１、第２読み出しトランジスタＴＸ２及びリセットトランジスタＲＴは、順番にＯＮ状態となる。すると、フォトダイオードＰＤに蓄積された信号電荷は、浮遊拡散領域ＦＤに転送された後、リセットされる。

【0068】

なお、時刻ｔ３において、第１読み出しトランジスタＴＸ１及び第２読み出しトランジスタＴＸ２が同時にＯＮ状態なると、電荷転送に悪影響が発生することがある。このため、第２読み出しトランジスタＴＸ２がＯＮ状態になるタイミングを、第１読み出しトランジスタＴＸ１より少し遅らせている。また、第１実施形態と同様の理由により、リセットトランジスタＲＴがＯＮ状態になるタイミングを、第２読み出しトランジスタＴＸ２より少し遅らせている。

【0069】

時刻ｔ３〜ｔ４の光検出期間、フォトダイオードＰＤは、信号電荷を蓄積する。時刻ｔ４において、第１読み出しトランジスタＴＸ１及び選択トランジスタＳＬがＯＮ状態となり、その直後、第２読み出しトランジスタＴＸ２がＯＮ状態となる。さらに、第２読み出しトランジスタＴＸ２がＯＮ状態となった直後、リセットトランジスタＲＴもＯＮ状態となる。すると、フォトダイオードＰＤに蓄積された信号電荷は、浮遊拡散領域ＦＤに転送された後、垂直信号線３４を介して、電気信号としてＡＤＣ３６に出力される。

【0070】

ここで、時刻ｔ０〜ｔ１及び時刻ｔ３〜ｔ４の電気信号が、ＡＤＣ３６でＡＤ変換され、加算器３８に出力される。そして、時刻ｔ０〜ｔ１及び時刻ｔ３〜ｔ４の電気信号が加算器３８で加算され、映像信号として生成される。
なお、ＡＤＣ３６がｍ回のＡＤ変換を行う点、第３実施形態と同様のため、説明を省略する。

【0071】

このように、撮像装置１Ｄは、光検出休止期間を境として電気信号を２回の光検出期間に分けて読み出し、各光検出期間の電気信号を加算することで、図２の光検出のパターンを実現することができる。従って、撮像装置１Ｄは、フリッカが発生することなく、見やすい映像を撮像することができる。

【0072】

さらに、撮像装置１Ｄは、第２読み出しトランジスタＴＸ２を、フォトダイオードＰＤの信号電荷を一時蓄積するバッファとして利用できる。このため、撮像装置１Ｄは、図１０のような空白期間が生じないため、時刻ｔ０〜ｔ１及び時刻ｔ３〜ｔ４の電気信号を長い間隔でＡＤ変換できるので、加算器３８の処理能力に余裕を持たせることができる。

【0073】

本願発明は前記した各実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で変形を加えることができる。
前記した各実施形態では、撮像素子を例にあげて説明したが、本願発明に係る撮像装置は、撮像手段として撮像管を利用することもできる。

【符号の説明】

【0074】

１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 撮像装置
１０ 撮像光学系
１２，２２ メカニカルシャッター
１４，２４，３０，４０ 撮像素子（撮像手段）
１６，２６ シャッター駆動回路
１８，２８ 撮像素子駆動回路
３２，４２ 画素
３４ 垂直信号線
３６ ＡＤＣ（ＡＤ変換手段）
３８ 加算器（加算手段）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】