7490928 撮像素子、および撮像装置

(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】

(24)【登録日】2024-05-20

(45)【発行日】2024-05-28

(54)【発明の名称】撮像素子、および撮像装置

(51)【国際特許分類】

   H04N 25/76 20230101AFI20240521BHJP

   H04N 25/79 20230101ALI20240521BHJP

【ＦＩ】

H04N25/76

H04N25/79

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019067724

(22)【出願日】2019-03-29

(65)【公開番号】P2020167572

(43)【公開日】2020-10-08

【審査請求日】2022-03-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000004112

【氏名又は名称】株式会社ニコン

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(74)【代理人】

【識別番号】100175824

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 淳一

(72)【発明者】

【氏名】船水 航

【審査官】鈴木 明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－２１３２５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／１０３１４０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００６－０９４１９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｎ ２５／００－２５／７９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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、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読み出し動作と、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読み出し動作とを行い、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。

【請求項2】

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１つの画像信号を出力する撮像素子。

【請求項3】

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読み出し動作と前記第２読み出し動作と前記第３読み出し動作とを同時に行う撮像素子。

【請求項4】

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。

【請求項5】

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。

【請求項6】

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読み出し動作と前記第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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、撮像素子、および撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３－２４３７８１号公報

【発明の概要】

【0004】

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読み出し動作と、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読み出し動作とを行い、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。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】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。

【図2】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。

【図3】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。

【図4】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。

【図5】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。

【図6】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。

【図7】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。

【図8】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。

【発明を実施するための形態】

【0006】

（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。

【0007】

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。

【0008】

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。

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

（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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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。

【0072】

（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。

【0073】

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。

【0074】

（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。

【0075】

（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。

【0076】

（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。

【0077】

（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。

【0078】

（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。

【0079】

（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。

【0080】

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。

【符号の説明】

【0081】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】