(57)【要約】      （修正有）【課題】ＣＣＤ画像センサにおいて複数の撮像モードを有し、画像解像度と画像捕捉速度とをトレードオフすることを可能にする。【解決手段】撮像アレイは、感光性領域（ＰＳＲ）の複数の列が垂直ＣＣＤ（ＶＣＣＤ）と接続され、第１および第２の独立的に制御可能な領域を備える。第１の画像捕捉モードでは、第１の領域のＰＳＲに蓄積された電荷を第１の領域のＶＣＣＤへ、第２の領域のＰＳＲに蓄積された電荷を第２の領域のＶＣＣＤへ移送し、出力回路を介して水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）から電荷を読み出し第１と第２両方の領域の画像を取得する。第２の画像捕捉モードでは、第１の領域のＰＳＲに蓄積された電荷を第２のＶＣＣＤへ移送した後に、第１の領域のＰＳＲに電荷を蓄積して第１のＶＣＣＤへ移送し、第１と第２のＨＣＣＤから電荷を読み出すことで画像捕捉の速度を高める。【選択図】図２Ａ
2014057302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像アレイを備えている画像センサを利用する画像捕捉の方法であって、該撮像アレイは、（ｉ）各々が垂直ＣＣＤ（ＶＣＣＤ）と関連している感光性領域（ＰＳＲ）の複数の列を備え、かつ、（ｉｉ）少なくとも第１および第２の異なる独立的に制御可能な領域を有し、該方法は、
第１の画像捕捉モードにおいて、
該第１と第２両方の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して画像を取得することと、
該第１の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷を該第１の領域のＶＣＣＤへ移送することと、
該第２の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷を該第２の領域のＶＣＣＤへ移送することと、
該第１および第２の領域のＶＣＣＤにおける電荷を、該ＶＣＣＤに電気的に接続されている１つ以上の水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）へ移送することと、
各ＨＣＣＤに電気的に結合されている１つ以上の出力回路を介して該１つ以上のＨＣＣＤからの電荷を読み出すことと
を含み、
第２の画像捕捉モードにおいて、
該第１の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して第１の画像を取得することと、
該第１の画像に対応する該第１の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷を該第１の領域のＶＣＣＤへ移送することと、
該第１の画像に対応する電荷を該第１の領域のＶＣＣＤから該第２の領域のＶＣＣＤへ移送することと、
該第１の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して第２の画像を取得することと、
該第２の画像に対応する該第１の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷を該第１の領域のＶＣＣＤへ移送することと、
（ｉ）該第２の画像に対応する該第１の領域のＶＣＣＤにおける電荷と、（ｉｉ）該第１の画像に対応する該第２の領域のＶＣＣＤにおける電荷とを、該ＶＣＣＤに電気的に接続されている１つ以上のＨＣＣＤへ移送することと、
各ＨＣＣＤに電気的に結合されている１つ以上の出力回路を介して該１つ以上のＨＣＣＤからの電荷を読み出すことと
を含む、方法。
【請求項２】
前記第２の画像捕捉モードにおいて、前記第２の画像に対応する電荷の少なくとも一部分は、前記第１の領域のＶＣＣＤから前記第２の領域のＶＣＣＤへの前記第１の画像に対応する電荷の移送中に該第１の領域のＰＳＲに蓄積される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の画像捕捉モードにおいて、（ｉ）前記第１の画像の取得中に前記第１の領域のＰＳＲにおいて電荷が蓄積する間、または、（ｉｉ）前記第２の画像の取得中に該第１の領域のＰＳＲにおいて電荷が蓄積する間のうちの少なくとも一方において、電荷が、前記第２の領域のＰＳＲにおいて蓄積する、請求項１または請求項２のうちの一方に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の画像捕捉モードにおいて、
前記第２の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して第３の画像を取得することと、
該第３の画像に対応する該第２の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷を該第２の領域のＶＣＣＤへ移送することと、
該第３の画像に対応する電荷を該第２の領域のＶＣＣＤから該第１の領域のＶＣＣＤへ移送することと、
該第２の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して第４の画像を取得することと、
該第４の画像に対応する該第２の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷を該第２の領域のＶＣＣＤへ移送することと、
（ｉ）該第４の画像に対応する該第２の領域のＶＣＣＤにおける電荷と、（ｉｉ）該第３の画像に対応する該第１の領域のＶＣＣＤにおける電荷とを、該ＶＣＣＤに電気的に接続されている１つ以上のＨＣＣＤへ移送することと、
各ＨＣＣＤに電気的に結合されている１つ以上の出力回路を介して該１つ以上のＨＣＣＤからの電荷を読み出すことと
をさらに含む、請求項１、請求項２、または請求項３のうちの一項に記載の方法。
【請求項５】
（ｉ）前記第３の画像の取得中に前記第２の領域のＰＳＲにおいて電荷が蓄積する間、または、（ｉｉ）前記第４の画像の取得中に該第２の領域のＰＳＲにおいて電荷が蓄積する間のうちの少なくとも一方において、電荷が、前記第１の領域のＰＳＲにおいて蓄積する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
画像センサであって、該画像センサは、
撮像アレイであって、該撮像アレイは、（ｉ）各々が垂直ＣＣＤ（ＶＣＣＤ）と関連している感光性領域（ＰＳＲ）の複数の列を備え、かつ、（ｉｉ）少なくとも第１および第２の異なる独立的に制御可能な領域を有する、撮像アレイと、
該ＶＣＣＤに電気的に接続されている１つ以上の水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）と、
各ＨＣＣＤに電気的に結合されている１つ以上の出力回路と、
制御システムと
を備え、該制御システムは、
第１の画像捕捉モードにおいて、
該第１と第２両方の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して画像を取得し、
該第１の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷を該第１の領域のＶＣＣＤへ移送し、
該第２の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷を該第２の領域のＶＣＣＤへ移送し、
該第１および第２の領域のＶＣＣＤにおける電荷を、該ＨＣＣＤのうちの少なくとも１つへ移送し、
該ＨＣＣＤに電気的に結合されている１つ以上の出力回路を介して該ＨＣＣＤのうちの少なくとも１つの各々からの電荷を読み出すように構成され、
第２の画像捕捉モードにおいて、
該第１の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して第１の画像を取得し、
該第１の画像に対応する該第１の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷を該第１の領域のＶＣＣＤへ移送し、
該第１の画像に対応する電荷を該第１の領域のＶＣＣＤから該第２の領域のＶＣＣＤへ移送し、
該第１の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して第２の画像を取得し、
該第２の画像に対応する該第１の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷を該第１の領域のＶＣＣＤへ移送し、
（ｉ）該第２の画像に対応する該第１の領域のＶＣＣＤにおける電荷と、（ｉｉ）該第１の画像に対応する該第２の領域のＶＣＣＤにおける電荷とを、該ＨＣＣＤのうちの少なくとも１つへ移送し、
該ＨＣＣＤに電気的に結合されている１つ以上の出力回路を介して該ＨＣＣＤのうちの少なくとも１つの各々からの電荷を読み出すように構成されている、
画像センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、様々な実施形態において、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）画像センサの構造、作成、および使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
（背景）
ＣＣＤ画像センサは、通常、照明に応答して電荷キャリアを集める感光性エリア（または「画素」）のアレイを含む。集められた電荷は、次に、画素のアレイから移送され、そして電圧に変換され、この電圧から画像が関連する回路網によって再構成され得る。図１は従来のインタラインＣＣＤ画像センサ１００を示し、従来のインタラインＣＣＤ画像センサ１００は、列状に配列されている光ダイオード１１０のアレイを含む。垂直ＣＣＤ（ＶＣＣＤ）１２０は、光ダイオード１１０の各列の隣に配置され、ＶＣＣＤ１２０は、水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）１３０に接続される。その対応するＶＣＣＤ１２０に沿う各光ダイオード１１０は、画像センサ１００の画素を構成している。露光期間に続いて、電荷が光ダイオード１１０からＶＣＣＤ１２０の中に移送され、ＶＣＣＤ１２０は、次に、並列に行ごとに、電荷をＨＣＣＤの中に移す。次に、ＨＣＣＤは、電荷を出力回路網１４０に連続して移送し、出力回路網１４０は、例えば、浮動拡散（ｆｌｏａｔｉｎｇ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）感知ノードと出力バッファ増幅器とを含む。ＨＣＣＤからの電荷は、出力回路網１４０において、画素ごとに電圧に変換され、次に、信号が、画像への再構成のために、さらなる回路網（オンチップまたはオフチップのいずれか）へ移送される。
【０００３】
時の経過と共に、ＣＣＤ画像センサは、より大きくなり（すなわち、より多くの画素を組み込み）、多くの用途において利用され、そのうちの幾つかは、高いフレームレート（例えば、マシンビジョンアプリケーションおよびビデオディスプレイ）を要求する。例えば複数の出力回路を組み込む革新的なＣＣＤ画像センサ設計は、より高いフレームレートを可能にしたが、しかし、そのような技術は、しばしば、センササイズが成長し続けるので、十分な性能の向上を提供することができない。さらに、多くのＣＣＤ画像センサは、解像度を露光速度に対してトレードオフ（ｔｒａｄｅ  ｏｆｆ）する複数のモードで動作する柔軟性を欠く。最後に、立て続けに複数の画像を捕捉するように装備されている多くのＣＣＤ撮像方法は、本明細書に参考としてその全開示が援用されている特許文献１に記述されているように、ストローブ光源を利用し、そのような光源は、しばしば、全ての撮像条件に対して適切なわけではない。従って、ストローブ光源に対する必要性がなく複数画像捕捉を可能にする高速撮像モード、および、そのような速度の増大を向上した解像度に対してトレードオフするモードを提供する柔軟性を有する、単一のＣＣＤ画像センサを利用するＣＣＤベースの撮像方法に対する必要性が存在し続けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７，５０８，４３６号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態は、同じＣＣＤ画像センサに対して利用される複数の撮像モードの柔軟性を提供し、ユーザが、画像解像度を画像捕捉速度に対してトレードオフすることを可能にする。第１のモードにおいて、インタラインＣＣＤ画像センサの画素エリア全体が、画像捕捉のために利用され、感知された光電荷は、ＶＣＣＤからＨＣＣＤへ移送され、そして、１つ以上の出力を利用して読み出される。第２のモードにおいて、画素アレイの一部分だけが画像を捕捉するために利用され（従って、この画像は、第１のモードで捕捉された画像よりも低い解像度で捕捉される）、その画像は、読み出される前に、画像センサの別の領域のＶＣＣＤに格納される。第１の画像の格納中または格納後、画像センサの撮像領域は、第２の画像を捕捉するために利用され、第２の画像は、撮像領域のＶＣＣＤに格納される。従って、少なくとも２つの異なる画像が、ＨＣＣＤから読み出される前に、インタラインＣＣＤ画像センサのＶＣＣＤ内に格納され得、読み出しは、ここでもやはり、１つ以上の出力を介して行われ得る。第２のモードは、極めて高い速度で複数画像捕捉を可能にし、一方、第１のモードは、概してより遅いフレームレートではあるが、高解像度画像を提供する。
【０００６】
一局面において、本発明の実施形態は、撮像アレイを含むか、または本質的にこれから成る画像センサを利用する画像捕捉の方法であって、撮像アレイは、（ｉ）各々がＶＣＣＤと関連している感光性領域（ＰＳＲ）の複数の列を備え、かつ、（ｉｉ）少なくとも第１および第２の異なる独立的に制御可能な領域を有する、方法を特徴とする。（集合的に、第１および第２の領域は、撮像アレイ全体、または、撮像アレイの一部分を構成し得る。）第１の画像捕捉モードにおいて、画像は、第１と第２両方の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して取得される。第１の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷は、第１の領域のＶＣＣＤへ移送され、第２の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷は、第２の領域のＶＣＣＤへ移送される。第１および第２の領域のＶＣＣＤにおける電荷は、ＶＣＣＤに電気的に接続されている１つ以上のＨＣＣＤへ移送され、１つ以上のＨＣＣＤからの電荷は、各ＨＣＣＤに電気的に結合されている１つ以上の出力回路を介して読み出される。第２の画像捕捉モードにおいて、第１の画像が、第１の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して取得される。第１の画像に対応する第１の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷は、第１の領域のＶＣＣＤへ移送され、第１の画像に対応する電荷は、第１の領域のＶＣＣＤから第２の領域のＶＣＣＤへ移送される。第２の画像が、第１の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して取得され、第２の画像に対応する第１の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷は、第１の領域のＶＣＣＤへ移送される。第２の画像に対応する第１の領域のＶＣＣＤにおける電荷と、第１の画像に対応する第２の領域のＶＣＣＤにおける電荷とは、両方とも、ＶＣＣＤに電気的に接続されている１つ以上のＨＣＣＤへ移送される。１つ以上のＨＣＣＤからの電荷は、各ＨＣＣＤに電気的に結合されている１つ以上の出力回路を介して読み出される。
【０００７】
本発明の実施形態は、以下のうちの１つ以上を任意の様々な組み合わせで含み得る。第１の画像捕捉モードにおいて、第１および第２の領域のＶＣＣＤにおける電荷は、単一のＨＣＣＤへ移送され得る。電荷は、１つの出力回路を介して、または、２つ（以上）の異なる出力回路を介して、単一のＨＣＣＤから読み出され得る。第１の画像捕捉モードにおいて、第１の領域のＶＣＣＤにおける電荷は、第１のＨＣＣＤへ移送され得、第２の領域のＶＣＣＤにおける電荷は、第１のＨＣＣＤとは異なる第２のＨＣＣＤへ移送され得る。電荷は、第１のＨＣＣＤに電気的に結合されている１つの出力回路を介して、または、第１のＨＣＣＤに電気的に結合されている２つ（以上）の異なる出力回路を介して、第１のＨＣＣＤから読み出され得る。電荷は、第２のＨＣＣＤに電気的に結合されている１つの出力回路を介して、または、第２のＨＣＣＤに電気的に結合されている２つ（以上）の異なる出力回路を介して、第２のＨＣＣＤから読み出され得る。第１の画像捕捉モードにおいて、第１の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷は、第１の領域のＶＣＣＤへ移送され得、第２の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷は、同時に、第２の領域のＶＣＣＤへ移送され得る。
【０００８】
第２の画像捕捉モードにおいて、第２の画像に対応する電荷の少なくとも一部分は、第１の領域のＶＣＣＤから第２の領域のＶＣＣＤへの第１の画像に対応する電荷の移送中に第１の領域のＰＳＲに蓄積され得る。第２の画像捕捉モードにおいて、（ｉ）第１の画像の取得中に第１の領域のＰＳＲにおいて電荷が蓄積する間に、および／または、（ｉｉ）第２の画像の取得中に第１の領域のＰＳＲにおいて電荷が蓄積する間に、電荷が、第２の領域のＰＳＲにおいて蓄積し得る。第２の画像捕捉モードにおいて、第１および第２の領域のＶＣＣＤにおける電荷は、単一のＨＣＣＤへ移送され得る。電荷は、１つの出力回路を介して、または、２つ（以上）の異なる出力回路を介して、単一のＨＣＣＤから読み出され得る。第２の画像捕捉モードにおいて、第１の領域のＶＣＣＤにおける電荷は、第１のＨＣＣＤへ移送され得、第２の領域のＶＣＣＤにおける電荷は、第１のＨＣＣＤとは異なる第２のＨＣＣＤへ移送され得る。電荷は、第１のＨＣＣＤに電気的に結合されている１つの出力回路を介して、または、第１のＨＣＣＤに電気的に結合されている２つ（以上）の異なる出力回路を介して、第１のＨＣＣＤから読み出され得る。電荷は、第２のＨＣＣＤに電気的に結合されている１つの出力回路を介して、または、第２のＨＣＣＤに電気的に結合されている２つ（以上）の異なる出力回路を介して、第２のＨＣＣＤから読み出され得る。
【０００９】
第１および第２の領域の各々は、複数の連続したＰＳＲの行を含み得、第１および第２の領域は、互いに対して連続し得る（すなわち、集合的に、複数の連続したＰＳＲの行を形成し得る）。第２の画像捕捉モードにおいて、第３の画像が、第２の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して取得され得る。第３の画像に対応する第２の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷は、第２の領域のＶＣＣＤへ移送され得、第３の画像に対応する電荷は、第２の領域のＶＣＣＤから第１の領域のＶＣＣＤへ移送され得る。第４の画像が、第２の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して取得され得る。第４の画像に対応する第２の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷は、第２の領域のＶＣＣＤへ移送され得る。第４の画像に対応する第２の領域のＶＣＣＤにおける電荷と、第３の画像に対応する第１の領域のＶＣＣＤにおける電荷とは、両方とも、ＶＣＣＤに電気的に接続されている１つ以上のＨＣＣＤへ移送され得る。１つ以上のＨＣＣＤからの電荷は、各ＨＣＣＤに電気的に結合されている１つ以上の出力回路を介して読み出され得る。（ｉ）第３の画像の取得中に第２の領域のＰＳＲにおいて電荷が蓄積する間に、および／または、（ｉｉ）第４の画像の取得中に第２の領域のＰＳＲにおいて電荷が蓄積する間に、電荷が、第１の領域のＰＳＲにおいて蓄積し得る。
【００１０】
別の局面において、本発明の実施形態は、撮像アレイと、１つ以上のＨＣＣＤと、各ＨＣＣＤに電気的に結合されている１つ以上の出力回路と、制御システムとを含むか、または本質的にこれらから成る画像センサを特徴とする。撮像アレイは、各々がＶＣＣＤと関連しているＰＳＲの複数の列を含むか、または本質的にこれらから成り、撮像アレイは、少なくとも第１および第２の異なる独立的に制御可能な領域（これらは、集合的に、撮像アレイの全体またはその一部分を構成し得る）を有する。ＨＣＣＤは、電気的にＶＣＣＤに接続されている。制御システムは、第１の画像捕捉モードにおいて、第１と第２両方の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して画像を取得し、第１の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷を第１の領域のＶＣＣＤへ移送し、第２の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷を第２の領域のＶＣＣＤへ移送し、第１および第２の領域のＶＣＣＤにおける電荷を、ＨＣＣＤのうちの少なくとも１つへ移送し、ＨＣＣＤに電気的に結合されている１つ以上の出力回路を介してＨＣＣＤのうちの少なくとも１つの各々からの電荷を読み出すように構成されている。制御システムは、第２の画像捕捉モードにおいて、第１の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して第１の画像を取得し、第１の画像に対応する第１の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷を第１の領域のＶＣＣＤへ移送し、第１の画像に対応する電荷を第１の領域のＶＣＣＤから第２の領域のＶＣＣＤへ移送し、第１の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して第２の画像を取得し、第２の画像に対応する第１の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷を第１の領域のＶＣＣＤへ移送し、（ｉ）第２の画像に対応する第１の領域のＶＣＣＤにおける電荷と、（ｉｉ）第１の画像に対応する第２の領域のＶＣＣＤにおける電荷とを、ＨＣＣＤのうちの少なくとも１つへ移送し、ＨＣＣＤに電気的に結合されている１つ以上の出力回路を介してＨＣＣＤのうちの少なくとも１つの各々からの電荷を読み出すようにも構成されている。
【００１１】
さらに別の局面において、本発明の実施形態は、撮像アレイを含むか、または本質的にこれから成る画像センサを利用する画像捕捉の方法であって、撮像アレイは、（ｉ）各々がＶＣＣＤと関連しているＰＳＲの複数の列を備え、かつ、（ｉｉ）少なくとも第１および第２の異なる独立的に制御可能な領域を有する、方法を特徴とする。（集合的に、第１および第２の領域は、撮像アレイ全体、または、撮像アレイの一部分を構成し得る。）第１の画像が、第１の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して取得され、電荷が、第１の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積中に、第２の領域のＰＳＲにおいて蓄積する。第１の画像に対応する第１の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷は、第１の領域のＶＣＣＤへ移送され、第１の画像に対応する電荷は、第１の領域のＶＣＣＤから第２の領域のＶＣＣＤへ移送される。第２の画像が、第１の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して取得され、電荷が、第１の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積中に、第２の領域のＰＳＲにおいて蓄積する。第２の画像に対応する第１の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷は、第１の領域のＶＣＣＤへ移送される。第２の画像に対応する第１の領域のＶＣＣＤにおける電荷と、第１の画像に対応する第２の領域のＶＣＣＤにおける電荷とは、両方とも、ＶＣＣＤに電気的に接続されている１つ以上のＨＣＣＤへ移送される。１つ以上のＨＣＣＤからの電荷は、各ＨＣＣＤに電気的に結合されている１つ以上の出力回路を介して読み出される。
【００１２】
さらなる局面において、本発明の実施形態は、撮像アレイと、１つ以上のＨＣＣＤと、各ＨＣＣＤに電気的に結合されている１つ以上の出力回路と、制御システムとを含むか、または本質的にこれらから成る画像センサを特徴とする。撮像アレイは、各々がＶＣＣＤと関連しているＰＳＲの複数の列を含むか、または本質的にこれらから成り、撮像アレイは、少なくとも第１および第２の異なる独立的に制御可能な領域（これらは、集合的に、撮像アレイの全体またはその一部分を構成し得る）を有する。ＨＣＣＤは、電気的にＶＣＣＤに接続されている。制御システムは、第１の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して第１の画像を取得することであって、その間に、電荷が、第２の領域のＰＳＲにおいて蓄積する、こと、第１の画像に対応する第１の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷を第１の領域のＶＣＣＤへ移送すること、第１の画像に対応する電荷を第１の領域のＶＣＣＤから第２の領域のＶＣＣＤへ移送すること、第１の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して第２の画像を取得することであって、その間に、電荷が、第２の領域のＰＳＲにおいて蓄積する、こと、第２の画像に対応する第１の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷を第１の領域のＶＣＣＤへ移送すること、（ｉ）第２の画像に対応する第１の領域のＶＣＣＤにおける電荷と、（ｉｉ）第１の画像に対応する第２の領域のＶＣＣＤにおける電荷とを、ＨＣＣＤのうちの少なくとも１つへ移送すること、およびＨＣＣＤに電気的に結合されている１つ以上の出力回路を介してＨＣＣＤのうちの少なくとも１つの各々からの電荷を読み出すことを実行するように構成されている。
【００１３】
本明細書に開示されている本発明の利点および特徴と共に、これらの目的および他の目的は、以下の記述、添付の図面、および請求項への参照により、より明確になる。さらに、本明細書に記述されている様々な実施形態の特徴は、相互に排除的ではなく、様々な組み合わせおよび置換により存在し得ることが理解されるべきである。本明細書において使用される場合、用語「ほぼ」および「実質的に」は、±１０％を意味し、一部の実施形態においては、±５％を意味する。用語「から本質的に成る」は、本明細書において別に定義されない場合、機能に貢献する他の材料を除外することを意味する。とは言え、そのような他の材料は、極微量に、集合的または個別的に存在し得る。
【００１４】
例えば、本発明は、以下を提供する。
（項目１）
撮像アレイを備えている画像センサを利用する画像捕捉の方法であって、該撮像アレイは、（ｉ）各々が垂直ＣＣＤ（ＶＣＣＤ）と関連している感光性領域（ＰＳＲ）の複数の列を備え、かつ、（ｉｉ）少なくとも第１および第２の異なる独立的に制御可能な領域を有し、該方法は、
第１の画像捕捉モードにおいて、
該第１と第２両方の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して画像を取得することと、
該第１の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷を該第１の領域のＶＣＣＤへ移送することと、
該第２の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷を該第２の領域のＶＣＣＤへ移送することと、
該第１および第２の領域のＶＣＣＤにおける電荷を、該ＶＣＣＤに電気的に接続されている１つ以上の水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）へ移送することと、
各ＨＣＣＤに電気的に結合されている１つ以上の出力回路を介して該１つ以上のＨＣＣＤからの電荷を読み出すことと
を含み、
第２の画像捕捉モードにおいて、
該第１の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して第１の画像を取得することと、
該第１の画像に対応する該第１の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷を該第１の領域のＶＣＣＤへ移送することと、
該第１の画像に対応する電荷を該第１の領域のＶＣＣＤから該第２の領域のＶＣＣＤへ移送することと、
該第１の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して第２の画像を取得することと、
該第２の画像に対応する該第１の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷を該第１の領域のＶＣＣＤへ移送することと、
（ｉ）該第２の画像に対応する該第１の領域のＶＣＣＤにおける電荷と、（ｉｉ）該第１の画像に対応する該第２の領域のＶＣＣＤにおける電荷とを、該ＶＣＣＤに電気的に接続されている１つ以上のＨＣＣＤへ移送することと、
各ＨＣＣＤに電気的に結合されている１つ以上の出力回路を介して該１つ以上のＨＣＣＤからの電荷を読み出すことと
を含む、方法。
（項目２）
上記第１の画像捕捉モードにおいて、上記第１および第２の領域のＶＣＣＤにおける電荷は、単一のＨＣＣＤへ移送される、上記項目に記載の方法。
（項目３）
電荷は、１つの出力回路を介して上記単一のＨＣＣＤから読み出される、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目４）
電荷は、２つの異なる出力回路を介して上記単一のＨＣＣＤから読み出される、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目５）
上記第１の画像捕捉モードにおいて、上記第１の領域のＶＣＣＤにおける電荷は、第１のＨＣＣＤへ移送され、上記第２の領域のＶＣＣＤにおける電荷は、該第１のＨＣＣＤとは異なる第２のＨＣＣＤへ移送される、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目６）
電荷は、上記第１のＨＣＣＤに電気的に結合されている１つの出力回路を介して該第１のＨＣＣＤから読み出され、かつ、電荷は、上記第２のＨＣＣＤに電気的に結合されている１つの出力回路を介して該第２のＨＣＣＤから読み出される、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目７）
電荷は、上記第１のＨＣＣＤに電気的に結合されている２つの異なる出力回路を介して該第１のＨＣＣＤから読み出され、かつ、電荷は、上記第２のＨＣＣＤに電気的に結合されている２つの異なる出力回路を介して該第２のＨＣＣＤから読み出される、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目８）
上記第１の画像捕捉モードにおいて、上記第１の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷は、該第１の領域のＶＣＣＤへ移送され、上記第２の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷は、同時に、該第２の領域のＶＣＣＤへ移送される、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目９）
上記第２の画像捕捉モードにおいて、上記第２の画像に対応する電荷の少なくとも一部分は、上記第１の領域のＶＣＣＤから上記第２の領域のＶＣＣＤへの上記第１の画像に対応する電荷の移送中に該第１の領域のＰＳＲに蓄積される、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１０）
上記第２の画像捕捉モードにおいて、（ｉ）上記第１の画像の取得中に上記第１の領域のＰＳＲにおいて電荷が蓄積する間、または、（ｉｉ）上記第２の画像の取得中に該第１の領域のＰＳＲにおいて電荷が蓄積する間のうちの少なくとも一方において、電荷が、上記第２の領域のＰＳＲにおいて蓄積する、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１１）
上記第２の画像捕捉モードにおいて、上記第１および第２の領域のＶＣＣＤにおける電荷は、単一のＨＣＣＤへ移送される、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１２）
電荷は、１つの出力回路を介して上記単一のＨＣＣＤから読み出される、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１３）
電荷は、２つの異なる出力回路を介して上記単一のＨＣＣＤから読み出される、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１４）
上記第２の画像捕捉モードにおいて、上記第１の領域のＶＣＣＤにおける電荷は、第１のＨＣＣＤへ移送され、上記第２の領域のＶＣＣＤにおける電荷は、該第１のＨＣＣＤとは異なる第２のＨＣＣＤへ移送される、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１５）
電荷は、上記第１のＨＣＣＤに電気的に結合されている１つの出力回路を介して該第１のＨＣＣＤから読み出され、かつ、電荷は、上記第２のＨＣＣＤに電気的に結合されている１つの出力回路を介して該第２のＨＣＣＤから読み出される、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１６）
電荷は、上記第１のＨＣＣＤに電気的に結合されている２つの異なる出力回路を介して該第１のＨＣＣＤから読み出され、かつ、電荷は、上記第２のＨＣＣＤに電気的に結合されている２つの異なる出力回路を介して該第２のＨＣＣＤから読み出される、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１７）
上記第１および第２の領域の各々は、複数の連続したＰＳＲの行を備えている、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１８）
上記第２の画像捕捉モードにおいて、
上記第２の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して第３の画像を取得することと、
該第３の画像に対応する該第２の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷を該第２の領域のＶＣＣＤへ移送することと、
該第３の画像に対応する電荷を該第２の領域のＶＣＣＤから該第１の領域のＶＣＣＤへ移送することと、
該第２の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して第４の画像を取得することと、
該第４の画像に対応する該第２の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷を該第２の領域のＶＣＣＤへ移送することと、
（ｉ）該第４の画像に対応する該第２の領域のＶＣＣＤにおける電荷と、（ｉｉ）該第３の画像に対応する該第１の領域のＶＣＣＤにおける電荷とを、該ＶＣＣＤに電気的に接続されている１つ以上のＨＣＣＤへ移送することと、
各ＨＣＣＤに電気的に結合されている１つ以上の出力回路を介して該１つ以上のＨＣＣＤからの電荷を読み出すことと
をさらに含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１９）
（ｉ）上記第３の画像の取得中に上記第２の領域のＰＳＲにおいて電荷が蓄積する間、または、（ｉｉ）上記第４の画像の取得中に該第２の領域のＰＳＲにおいて電荷が蓄積する間のうちの少なくとも一方において、電荷が、上記第１の領域のＰＳＲにおいて蓄積する、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目２０）
画像センサであって、該画像センサは、
撮像アレイであって、該撮像アレイは、（ｉ）各々が垂直ＣＣＤ（ＶＣＣＤ）と関連している感光性領域（ＰＳＲ）の複数の列を備え、かつ、（ｉｉ）少なくとも第１および第２の異なる独立的に制御可能な領域を有する、撮像アレイと、
該ＶＣＣＤに電気的に接続されている１つ以上の水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）と、
各ＨＣＣＤに電気的に結合されている１つ以上の出力回路と、
制御システムと
を備え、該制御システムは、
第１の画像捕捉モードにおいて、
該第１と第２両方の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して画像を取得し、
該第１の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷を該第１の領域のＶＣＣＤへ移送し、
該第２の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷を該第２の領域のＶＣＣＤへ移送し、
該第１および第２の領域のＶＣＣＤにおける電荷を、該ＨＣＣＤのうちの少なくとも１つへ移送し、
該ＨＣＣＤに電気的に結合されている１つ以上の出力回路を介して該ＨＣＣＤのうちの少なくとも１つの各々からの電荷を読み出すように構成され、
第２の画像捕捉モードにおいて、
該第１の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して第１の画像を取得し、
該第１の画像に対応する該第１の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷を該第１の領域のＶＣＣＤへ移送し、
該第１の画像に対応する電荷を該第１の領域のＶＣＣＤから該第２の領域のＶＣＣＤへ移送し、
該第１の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して第２の画像を取得し、
該第２の画像に対応する該第１の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷を該第１の領域のＶＣＣＤへ移送し、
（ｉ）該第２の画像に対応する該第１の領域のＶＣＣＤにおける電荷と、（ｉｉ）該第１の画像に対応する該第２の領域のＶＣＣＤにおける電荷とを、該ＨＣＣＤのうちの少なくとも１つへ移送し、
該ＨＣＣＤに電気的に結合されている１つ以上の出力回路を介して該ＨＣＣＤのうちの少なくとも１つの各々からの電荷を読み出すように構成されている、
画像センサ。
（項目２１）
撮像アレイを備えている画像センサを利用する画像捕捉の方法であって、該撮像アレイは、（ｉ）各々が垂直ＣＣＤ（ＶＣＣＤ）と関連している感光性領域（ＰＳＲ）の複数の列を備え、かつ、（ｉｉ）少なくとも第１および第２の異なる独立的に制御可能な領域を有し、該方法は、
該第１の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して第１の画像を取得することであって、該第１の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積の間に、電荷が、該第２の領域のＰＳＲにおいて蓄積する、ことと、
該第１の画像に対応する該第１の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷を該第１の領域のＶＣＣＤへ移送することと、
該第１の画像に対応する電荷を該第１の領域のＶＣＣＤから該第２の領域のＶＣＣＤへ移送することと、
該第１の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して第２の画像を取得することであって、該第１の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積の間に、電荷が、該第２の領域のＰＳＲにおいて蓄積する、ことと、
該第２の画像に対応する該第１の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷を該第１の領域のＶＣＣＤへ移送することと、
（ｉ）該第２の画像に対応する該第１の領域のＶＣＣＤにおける電荷と、（ｉｉ）該第１の画像に対応する該第２の領域のＶＣＣＤにおける電荷とを、該ＶＣＣＤに電気的に接続されている１つ以上のＨＣＣＤへ移送することと、
各ＨＣＣＤに電気的に結合されている１つ以上の出力回路を介して該１つ以上のＨＣＣＤからの電荷を読み出すことと
を含む、方法。
（項目２２）
画像センサであって、該画像センサは、
撮像アレイであって、該撮像アレイは、（ｉ）各々が垂直ＣＣＤ（ＶＣＣＤ）と関連している感光性領域（ＰＳＲ）の複数の列を備え、かつ、（ｉｉ）少なくとも第１および第２の異なる独立的に制御可能な領域を有する、撮像アレイと、
該ＶＣＣＤに電気的に接続されている１つ以上の水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）と、
各ＨＣＣＤに電気的に結合されている１つ以上の出力回路と、
制御システムと
を備え、該制御システムは、
該第１の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して第１の画像を取得することであって、該第１の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積の間に、電荷が、該第２の領域のＰＳＲにおいて蓄積する、ことと、
該第１の画像に対応する該第１の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷を該第１の領域のＶＣＣＤへ移送することと、
該第１の画像に対応する電荷を該第１の領域のＶＣＣＤから該第２の領域のＶＣＣＤへ移送することと、
該第１の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積を介して第２の画像を取得することであって、該第１の領域のＰＳＲにおける電荷の蓄積の間に、電荷が、該第２の領域のＰＳＲにおいて蓄積する、ことと、
該第２の画像に対応する該第１の領域のＰＳＲにおいて蓄積された電荷を該第１の領域のＶＣＣＤへ移送することと、
（ｉ）該第２の画像に対応する該第１の領域のＶＣＣＤにおける電荷と、（ｉｉ）該第１の画像に対応する該第２の領域のＶＣＣＤにおける電荷とを、該ＨＣＣＤのうちの少なくとも１つへ移送することと、
該ＨＣＣＤに電気的に結合されている１つ以上の出力回路を介して該ＨＣＣＤのうちの少なくとも１つの各々からの電荷を読み出すことと
を実行するように構成されている、
画像センサ。
【００１５】
（摘要）
様々な実施形態において、画像捕捉の方法は、画像が撮像アレイの複数の領域における電荷の蓄積を介して取得されるモードであって、画像が１つ以上の出力へ読み出される、モード、および／または、画像が撮像アレイの第１の領域における電荷の蓄積を介して取得されるモードであって、画像が撮像アレイの別の領域の垂直ＣＣＤにおいて保持され、撮像アレイの第１の領域における電荷の蓄積を介して取得された第２の画像と共に読み出される、モードを含む。
【００１６】
図面において、同様な参照文字は、概して、様々な図面全部にわたって同じ部品を指す。さらに、図面は、必ずしもスケールを合わせておらず、重点は、概して、本発明の原理を例示することに置かれている。以下の記述において、本発明の様々な実施形態が、以下の図面への参照により記述されている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、従来のＣＣＤ画像センサのブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の様々な実施形態に従って利用されているＣＣＤ画像センサの部分のブロック図である。
【図２Ｂ】図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の様々な実施形態に従って利用されているＣＣＤ画像センサの部分のブロック図である。
【図３Ａ】図３Ａ〜図３Ｃは、本発明の様々な実施形態に従って図２Ａの画像センサを利用する第１の撮像モードの様々な段階を示している。
【図３Ｂ】図３Ａ〜図３Ｃは、本発明の様々な実施形態に従って図２Ａの画像センサを利用する第１の撮像モードの様々な段階を示している。
【図３Ｃ】図３Ａ〜図３Ｃは、本発明の様々な実施形態に従って図２Ａの画像センサを利用する第１の撮像モードの様々な段階を示している。
【図４Ａ】図４Ａ〜図４Ｅは、本発明の様々な実施形態に従って図２Ａの画像センサを利用する第２の撮像モードの様々な段階を示している。
【図４Ｂ】図４Ａ〜図４Ｅは、本発明の様々な実施形態に従って図２Ａの画像センサを利用する第２の撮像モードの様々な段階を示している。
【図４Ｃ】図４Ａ〜図４Ｅは、本発明の様々な実施形態に従って図２Ａの画像センサを利用する第２の撮像モードの様々な段階を示している。
【図４Ｄ】図４Ａ〜図４Ｅは、本発明の様々な実施形態に従って図２Ａの画像センサを利用する第２の撮像モードの様々な段階を示している。
【図４Ｅ】図４Ａ〜図４Ｅは、本発明の様々な実施形態に従って図２Ａの画像センサを利用する第２の撮像モードの様々な段階を示している。
【図５】図５は、本発明の様々な実施形態によるＣＣＤ画像センサを組み込む画像捕捉デバイスのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（詳細な説明）
図２Ａは、本発明の実施形態に利用されているインタラインＣＣＤ画像センサ２００を模式的に示している。画像センサ２００は、撮像アレイ２０５を特徴とし、撮像アレイ２０５の複数の領域は、独立的制御のために配線され得る。図示されているように、撮像アレイ２０５は、２つの領域２１０、２１５に分割されているが、しかし、本発明の実施形態は、２つより多くの独立的に配線されている領域を特徴とし得る。各領域２１０、２１５は、感光性領域（ＰＳＲ）２２０の列と、ＰＳＲの各列と関連するＶＣＣＤ２２５とを含む。各ＰＳＲ２２０およびそれと関連するＶＣＣＤ２２５（または、ＰＳＲ２２０に隣接するＶＣＣＤ２２５の部分）は、撮像アレイ２０５の「画素」を構成している。各ＰＳＲ２２０は、光に晒された場合に電荷（すなわち、「光電荷」）を生成する領域（通常、半導体領域）を含むか、または本質的にこれから成る。典型的なＰＳＲ２２０は、光ダイオード、光検出器、光導電体、および／またはフォトキャパシタ（ｐｈｏｔｏｃａｐａｃｉｔｏｒ）を含む。当該技術分野において公知のように、各ＶＣＣＤ２２５は、通常、複数の個々のシフトレジスタ素子を含むか、または本質的にこれらから成り、電荷は、個々のシフトレジスタ素子へ、および、個々のシフトレジスタ素子から順に移送され得る。（撮像アレイの各領域の範囲を簡潔に示すために、ＰＳＲ２２０およびＶＣＣＤ２２５の列は、図２Ａおよびその後の図において模式的中断により示されているが、しかし、ＰＳＲ２２０およびＶＣＣＤ２２５は、通常、物理的または電気的中断なく領域間で延びている。）図示されているように、各領域２１０、２１５は、好ましくは、連続したＰＳＲ２２０の行の領域である。上述のように、各領域２１０、２１５は、制御ライン２３０、２３５によって模式的に示されているとおり、独立的動作のために配線されている。画像センサ２００の電気的動作の詳細次第で、制御ライン２３０、２３５の組の各々は、通常、複数の制御ラインを含む。例えば、画像センサ２００は、制御ライン２３０、２３５の各組が、４つの別個の制御ラインを含む４相ＣＣＤ画像センサとして示されているが、しかし、本発明の実施形態は、異なる動作（例えば、２相動作）のモードを特徴とする。制御ライン２３０、２３５は、ＶＣＣＤ２２５内における電荷移送を制御するために利用され、ＶＣＣＤ２２５内の双頭の矢印によって示されているとおり、ＶＣＣＤ２２５における両方向の電荷移送を可能にする。すなわち、制御ライン２３０、２３５上の制御信号の順序または極性次第で、電荷は、ＶＣＣＤ２２５において「上へ」または「下へ」移動させられ得る。
【００１９】
各ＶＣＣＤ２２５は、撮像アレイ２０５の対向する側に位置しているＨＣＣＤ２４０、２４５のうちの一方または両方に電荷を移送し得る。ＶＣＣＤ２２５と同様に、両方向の電荷移送が、独立的制御ライン２５０、２５５の組を介して、ＨＣＣＤ２４０、２４５において可能とされ、独立的制御ライン２５０、２５５の組は、出力回路２６０、２６５、２７０、２７５のうちの１つ以上にＨＣＣＤ２４０、２４５内の電荷を移送するために利用され、出力回路２６０、２６５、２７０、２７５の各々は、例えば、感知ノード（例えば、浮動拡散（ｆｌｏａｔｉｎｇ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ））と、出力バッファ増幅器とを含み得るか、または本質的にこれらから成り得る。（これより後の図面において、制御ライン２３０、２３５、２５０、２５５は、簡潔さのために省略される。）当該技術分野において公知のように、出力回路２６０、２６５、２７０、２７５は、各々、ＨＣＣＤから受取った電荷を電圧信号に変換し、これらの電圧信号は、撮像アレイ２０５によって感知された画像を下流において再構成するために利用される。当該技術分野において公知のように、各ＨＣＣＤ２４０、２４５は、通常、複数の個々のシフトレジスタ素子を含むか、または本質的にこれらから成り、電荷は、個々のシフトレジスタ素子へ、および、個々のシフトレジスタ素子から順に移送され得る。
【００２０】
本発明の一部の実施形態において、画像センサ２００は、それらの各々の全開示が本明細書に参考として援用されている米国特許第４，７４６，９７２号、米国特許第６，０８７，６４７号、および米国特許出願公開第２０１２／００２５２７５号に詳述されている複数出力ＣＣＤ画像センサと類似し得、これと同様に作製され得る。
【００２１】
図２Ｂは、コントローラ（または「制御システム」）２８０に連結されている画像センサ２００を模式的に示し、コントローラ（または「制御システム」）２８０は、画像捕捉（例えば、機械的なシャッターまたは電子的なシャッター動作の制御による）および読み出しを含む様々な画像センサ２００の動作を制御する。コントローラ２８０は、汎用マイクロプロセッサであり得るが、しかし、実装次第では、代替として、マイクロコントローラ、周辺集積回路素子、カスタマ特定集積回路（ＣＳＩＣ）、アプリケーション特定集積回路（ＡＳＩＣ）、論理回路、デジタル信号プロセッサ、例えばフィールドプログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）のようなプログラム可能論理デバイス、プログラム可能論理デバイス（ＰＬＤ）、プログラム可能論理アレイ（ＰＬＡ）、ＲＦＩＤプロセッサ、スマートチップ（ｓｍａｒｔ  ｃｈｉｐ）、または、本発明のプロセスのステップ（例えば、以下に詳細に記述されているもの）を実行することのできる任意の他のデバイスもしくはデバイスの配列であり得る。コントローラ２８０は、画像センサ２００と同じ集積回路チップにモノリシック的に統合され得、従って、その一部分であり得るか、または、コントローラ２８０は、画像センサ２００を含むチップとは別個であり、それから分離しているチップ上に配置され得、（そして、有線もしくは無線手段によって画像センサ２００と相互に接続され得る）。さらに、コントローラ２８０の機能のうちの少なくとも幾つかは、ソフトウェアにおいて、および／または、混合型ハードウェア−ソフトウェアモジュールとして実行され得る。本明細書に記述されている機能性を実行するソフトウェアプログラムは、例えばＦＯＲＴＲＡＮ、ＰＡＳＣＡＬ、ＪＡＶＡ（登録商標）、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、ＢＡＳＩＣ、様々なスクリプト言語、および／またはＨＴＭＬのような多くの高レベル言語のうちの任意の言語で書かれ得る。さらに、ソフトウェアは、コントローラ２８０に常駐しているマイクロプロセッサに向けられているアセンブリ言語で実装され得る。ソフトウェアは、フロッピー（登録商標）ディスク、ジャンプドライブ（ｊｕｍｐ  ｄｒｉｖｅ）、ハードディスク、光ディスク、磁気テープ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フィールドプログラム可能ゲートアレイ、ＣＤＲＯＭ、またはＤＶＤＲＯＭを含むが、これらに限定されない製品上で具体化され得る。ハードウェア−ソフトウェアモジュールを使用する実施形態は、例えば、１つ以上のＦＰＧＡ、ＣＰＬＤ、またはＡＳＩＣプロセッサを使用して実装され得る。
【００２２】
図３Ａ、図３Ｂ、および図３Ｃは、本発明の実施形態に従い、画像センサ２００が、コントローラ２８０の制御の下で利用される第１の撮像モードの様々な局面を示している。図３Ａに示されているように、画像が、両領域２１０、２１５におけるＰＳＲ２２０を利用して捕捉され、結果として、ＰＳＲ２２０における陰影によって示されているように、ＰＳＲ２２０内に電荷の蓄積を生じる。画像が捕捉された後（すなわち、ＰＳＲ２２０に対する積分時間の後）、両領域２１０、２１５におけるＰＳＲ２２０における電荷は、読み出しのためにＶＣＣＤ２２５の中に移送される。ＰＳＲ２２０における電荷が、ＶＣＣＤ２２５の中に移送されると、別の画像−捕捉シーケンスが、ＰＳＲ２２０によって開始され得る。（この第２の画像に対応する電荷は、以下に詳述されるように、第１の画像に対応する電荷がＨＣＣＤへ移送されてしまうと、ＶＣＣＤ２２５へ移送され得るか、または、第２の画像に対応する電荷は、ＶＣＣＤ２２５における電荷が、ＨＣＣＤへ移送される前に、ＶＣＣＤ２２５へ移送され得、それによって、２つの画像に対応する電荷を組み合わせるか、または、「結び付け」（ｂｉｎｎｉｎｇ）る。）図３Ｂに示されているように、両領域２１０、２１５におけるＶＣＣＤ２２５における電荷は、ＨＣＣＤ２４５へ順に移送され得、そして、ＨＣＣＤ２４５から出力回路２７０、２７５のうちの一方または両方へ移送され得る。従って、図３Ｂは、画像アレイ２０５からの１−出力読み出しまたは２−出力読み出しのいずれかを示している。あるいは、図３Ｃに示されているように、領域２１０におけるＶＣＣＤ２２５内の電荷は、領域２１５におけるＶＣＣＤ２２５内の電荷が、ＨＣＣＤ２４５へ移送されている間に、ＨＣＣＤ２４０へ移送され得る。次に、ＨＣＣＤ２４０内の電荷は、出力回路２６０、２６５のうちのいずれか、または両方から読み出され得、ＨＣＣＤ２４５内の電荷は、出力回路２７０、２７５のうちのいずれか、または両方から読み出され得る。従って、図３Ｃは、撮像アレイ２０５からの２−、３−、または４−出力読み出しを示している。図３Ａ〜図３Ｃに示されている撮像モードは、両領域２１０、２１５（例えば、撮像アレイ２０５の全体）におけるＰＳＲ２２０を利用しているので、捕捉された画像は、高い解像度を有する。
【００２３】
図４Ａ〜図４Ｅは、本発明の実施形態に従い、画像センサ２００が、コントローラ２８０の制御の下で利用される第２の撮像モードの様々な局面を示している。図４Ａに示されているように、画像が、領域２１０におけるＰＳＲ２２０を利用して捕捉され、結果として、ＰＳＲ２２０における陰影によって示されているように、ＰＳＲ２２０内に電荷の蓄積を生じる。示されているように、電荷が、領域２１５のＰＳＲ２２０内にも蓄積し得るが、しかし、以下に詳述されているように、そのような電荷は、第２の撮像モードでは読み出されない。画像が捕捉された後（すなわち、ＰＳＲ２２０に対する積分時間の後）、領域２１０におけるＰＳＲ２２０における電荷は、読み出しのためにＶＣＣＤ２２５の中に移送される。ＰＳＲ２２０における電荷が、ＶＣＣＤ２２５の中に移送されると、別の画像−捕捉シーケンスが、領域２１０（および領域２１５）におけるＰＳＲ２２０によって開始され得る（しかし、ここでもやはり、領域２１５のＰＳＲ２２０で生じる電荷は、第２の撮像モードでは読み出されない）。図４Ｂに示されているように、領域２１０におけるＶＣＣＤ内の電荷は、領域２１０のＰＳＲ２２０における異なる陰影によって示されている、領域２１０のＰＳＲ２２０におけるさらなる電荷の取得（すなわち、第２の画像の画像捕捉）の前に、または取得中に、領域２１５におけるＶＣＣＤの中に移動させられる。（上述のように、光電荷は、領域２１５におけるＰＳＲ２２０においても蓄積し得、この電荷蓄積は、図４Ｂの領域２１５におけるＰＳＲ２２０における濃い陰影によって示されているとおり、図４Ａにおいて既に蓄積されている電荷に対してさらに付加的であり得る。領域２１５におけるＰＳＲ２２０におけるこの光電荷は、第１または第２の画像の画像捕捉のうちの一方または両方の後、例えば、領域２１５におけるＰＳＲ２２０と関連する側方または垂直オーバフロードレーンの中に電荷をドレーンすることによって廃棄され得、そのような側方または垂直オーバフロードレーンの構造および動作は、当業者に知られている。
【００２４】
図４Ｃに示されているように、領域２１０におけるＶＣＣＤ２２５からの電荷が、領域２１５におけるＶＣＣＤ２２５へ移送され、第２の画像が、領域２１０におけるＰＳＲ２２０において取得されると、第２の取得画像に対応する電荷は、領域２１０における現在空のＶＣＣＤ２２５へ移送される。従って、撮像アレイ２０５におけるＶＣＣＤ２２５は、２つ画像に対応する電荷を保持し、（領域２１０、２１５の相対的サイズ、および、撮像アレイ２０５に画定されている任意のさらなる独立的に制御可能な領域次第で、さらにより多くの画像に対応する電荷を保持し得る）。従って、この画像−捕捉シーケンスは、「フレーム移送」ＣＣＤに実質的に類似しているが、しかし、この画像−捕捉シーケンスは、もちろん、特殊化されたフレーム移送ＣＣＤアーキテクチャではなくインタラインＣＣＤ画像センサ２００によって実行される。さらに、両方の画像は、領域２１０におけるＰＳＲ２２０だけを利用して捕捉されたので、両方の画像は、上述の第１の撮像モードで捕捉された画像より低い解像度を有する。
【００２５】
次に、複数の捕捉された画像に対応する電荷は、読み出しのために、ＨＣＣＤ２４０、２４５のうちの一方または両方へ移送される。図４Ｄに示されているように、第１および第２の画像に対応する電荷（第１の画像に対応する電荷は、領域２１５におけるＶＣＣＤ２２５に保持され、第２の画像に対応する電荷は、領域２１０におけるＶＣＣＤ２２５に保持されている）は、同じＨＣＣＤ（図４Ｄに示されているとおり、ＨＣＣＤ２４５）へ順に読み出され得る。ＨＣＣＤ２４５から、両画像に対応する電荷は、出力回路２７０、２７５のうちの一方または両方から読み出され得る。あるいは、図４Ｅに示されているように、第１の捕捉された画像に対応する電荷（領域２１５におけるＶＣＣＤ２２５に格納されている）は、ＨＣＣＤ２４５へ読み出され得、一方、同時に、第２の捕捉された画像に対応する電荷（領域２１０におけるＶＣＣＤ２２５に格納されている）は、ＨＣＣＤ２４０へ読み出され得る。次に、画像は、出力回路２６０、２６５、２７０、２７５のうちの２つ、３つ、または４つ全てによって読み出され得る（第１の撮像モードに関連して上述されているように）。図４Ｃ，図４Ｄ、および図４Ｅに示されている読み出しシーケンス中に、またはその後に、別の画像が、領域２１０のＰＳＲ２２０によって捕捉され得る（または、代替として、領域２１５のＰＳＲ２２０。すなわち、領域２１０もしくは領域２１５のＰＳＲ２２０が、図４Ａ〜図４Ｅに示されている動作と類似した動作での第２の撮像モードで次の画像を捕捉するために利用され得る）。
【００２６】
第２の撮像モードは、ＣＣＤ画像センサ２００の画像捕捉の速度を非常に高めるために利用され得る。下の表は、様々な異なる画像センサが、（ｉ）読み出しのための４つの出力回路を利用する第１の撮像モードで２つの画像を捕捉する最小時間と、（ｉｉ）１つ、２つ、または４つの出力を利用する第２の撮像モードで２つの画像を捕捉する最小時間とを比較している。示されているように、２つの画像の画像捕捉に関して、第２の撮像モードは、第１の撮像モードより、６〜１０倍速いことがある。
【００２７】
【表１】
2014057302.tif 000003
本発明の実施形態は、有利にも、それらの各々の全開示が本明細書に参考として援用されている米国特許出願第１２／５７０，０４８号（２００９年９月３０日に出願）、米国特許第７，３８５，６３８号（２００４年４月２８日に出願）、米国特許第７，８９３，９８１号（２００７年２月２８日に出願）、および米国特許第７，９４８，５３４号（２００８年１０月２２日に出願）に記述されているような、ＶＣＣＤ内での電荷の結び付け（ｂｉｎｎｉｎｇ）を利用している。本発明の実施形態は、その全開示が本明細書に参考として援用されている米国特許出願第１２／７７０，８１１号（２０１０年４月３０日に出願）に記述されているような、電子的なシャッターおよび関連する制御回路網を特徴とする。
【００２８】
本発明の実施形態は、例えば、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、スキャナ、および望遠鏡を含む様々な異なるシステムおよびデバイスにおいて利用され得る。図５は、本発明の実施形態による典型的な画像捕捉デバイス５００を示している。画像捕捉デバイス５００は、図５においてデジタルカメラとして実装されている。
【００２９】
撮像対象場面からの光５０２が、撮像段階５０４に入力され、撮像段階５０４において、光は、レンズ５０６によって焦点が合わされ、ＣＣＤ画像センサ５０８（ＣＣＤ画像センサ５０８は、例えば、図２ＡのＣＣＤ画像センサ２００を含み得るか、または本質的にこれから成り得、ＣＣＤ画像センサ５０８は、図２Ｂのコントローラ２８０を含み得、かつ、ＣＣＤ画像センサ５０８は、上述された２つの撮像モードのうちのいずれか、または両方で操作され得る）上に画像を形成する。画像センサ５０８は、入射光を、その各画素に対する電気信号に変換する。画像センサ５０８の画素は、その上に適用されるカラーフィルタアレイ（例えば、図示されていないが、バイエルフィルタ（Ｂａｙｅｒ  ｆｉｌｔｅｒ））を有し得、それによって、各画素は、撮像スペクトルの一部分を感知する。
【００３０】
光は、画像センサ５０８によって感知される前に、レンズ５０６およびフィルタ５１０を通過する。随意的に、光５０２は、制御可能なアイリス５１２および機械的なシャッター５１４を通過する。フィルタ５１０は、明るく照らされた場面を撮像するための随意的な減光フィルタを含み得るか、または本質的にこれから成り得る。露光コントローラ５１６は、輝度センサブロック５１８によって計測されるとおりの、場面において利用可能な光の量に応答し、フィルタ５１０、アイリス５１２、シャッター５１４の動作、および、画像センサ５０８の積分時間（または露光時間）を調節して、画像センサ５０８によって感知される画像の輝度を制御する。
【００３１】
特定のカメラ構成についてのこの記述は、当業者によく知られており、多くの変更およびさらなる特徴が存在し、または存在し得ることは明らかである。例えば、オートフォーカスシステムが追加され得るか、またはレンズは分離可能および互換性があり得る。本発明の実施形態は、任意のタイプのデジタルカメラに適用され得、この場合、同様な機能性が代替のコンポーネントによって提供されることが理解される。例えば、デジタルカメラは、比較的単純な全自動のデジタルカメラであり得、この場合、シャッター５１４は、デジタル一眼レフカメラに見られ得るようなより複雑なフォーカルプレーン構成である代わりに、比較的単純な可動式ブレードシャッター（ｂｌａｄｅ  ｓｈｕｔｔｅｒ）などである。本発明の実施形態はまた、単純なカメラデバイスに含まれる撮像コンポーネント内に組み込まれ得るが、この単純なカメラデバイスの例としては、例えば携帯電話および自走車両に見られるようなものがあり、これらは、制御可能なアイリス５１２および／または機械的なシャッター５１４なしで操作され得る。レンズ５０６は、固定された焦点距離レンズまたはズームレンズであり得る。
【００３２】
図示されているように、（１つ以上の画素から集められた電荷の量に対応する）画像センサ５０８からのアナログ信号は、アナログ信号プロセッサ５２０によって処理され、そして１つ以上のアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器５２２に適用される。タイミング発生器５２４は、画像センサ５０８における行、列、または画素を選択するための様々なクロック信号を生成し、画像センサ５０８の外へ電荷を移送し、そしてアナログ信号プロセッサ５２０およびＡ／Ｄ変換器５２２の動作を同期させる。画像センサ段階５２６（画像センサ段階５２６の全てまたはその部分は、図２Ａに示されているようなＣＣＤ画像センサ２００に対応し得、図２Ｂのコントローラ２８０を含み得る）は、画像センサ５０８と、アナログ信号プロセッサ５２０と、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器５２２と、タイミング発生器５２４とを含み得る。結果として生じる、Ａ／Ｄ変換器５２２からのデジタル画素値のストリームは、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）５３０と関連するメモリ５２８に格納される。
【００３３】
ＤＳＰ５３０は、例示される実施形態における３つのプロセッサまたはコントローラのうちの１つであり、これらには、システムコントローラ５３２および露光コントローラ５１６も含まれる。複数のコントローラおよびプロセッサの間でカメラ機能の制御をこのように分割することは通常のことであるが、しかし、これらのコントローラまたはプロセッサは、カメラの機能的動作および本発明の実施形態の適用に影響を与えることなく、様々な方法で組み合わせられる。これらのコントローラまたはプロセッサは、１つ以上のＤＳＰデバイス、マイクロコントローラ、プログラム可能論理デバイス、または他のデジタル論理回路を含み得るか、またはこれらから本質的に成り得る。このようなコントローラまたはプロセッサの組み合わせが記述されたが、しかし、１つのコントローラまたはプロセッサが、必要とされる機能のすべてを実行するように指定され得ることは明らかである。これらの変更の全てが同じ機能を実行し得、そして、本発明の様々な実施形態の範囲内にあり、用語「処理段階」は、本明細書においては、例えば、図５の処理段階５３４における局面のような１つの局面内のこの機能性の全てを包含するように使用される。
【００３４】
例示される実施形態において、ＤＳＰ５３０は、ソフトウェアプログラムに従ってメモリ５２８におけるデジタル画像データを操作するが、このソフトウェアプログラムは、プログラムメモリ５３６に格納されており、そして、画像捕捉中の実行のためにメモリ５２８にコピーされる。ＤＳＰ５３０は、本発明の実施形態において、画像処理のために必要なソフトウェアを実行する。メモリ５２８は、例えばＳＤＲＡＭのような任意のタイプのランダムアクセスメモリを含み得るか、または本質的にこれから成り得る。アドレスおよびデータ信号のための経路であるバス５３８は、ＤＳＰ５３０を、それと関連するメモリ５２８、Ａ／Ｄ変換器５２２、および他の関連デバイスに接続する。
【００３５】
システムコントローラ５３２は、プログラムメモリ５３６に格納されているソフトウェアプログラムに基づいて画像捕捉デバイス５００の全体的動作を制御し、プログラムメモリ５３６は、例えばフラッシュＥＥＰＲＯＭまたは他の不揮発性メモリを含み得るか、またはこれらから本質的に成り得る。このメモリはまた、画像捕捉デバイス５００がパワーダウンしたとき保存される、画像センサ較正データ、ユーザ設定選択、および／または他のデータを格納するために使用され得る。システムコントローラ５３２は、既に記述されたようにレンズ５０６、フィルタ５１０、アイリス５１２、およびシャッター５１４を操作するように露光コントローラ５１６を指示することによって、画像センサ５０８および関連する素子を操作するようにタイミング発生器５２４を指示することによって、および捕捉された画像データを処理するようにＤＳＰ５３０を指示することによって、画像捕捉のシーケンスを制御する。画像が捕捉され、処理された後、メモリ５２８に格納された最終的な画像ファイルは、インターフェース５４０を介してホストコンピュータに移送され得、取り外し可能なメモリカード５４２または他の格納デバイスに格納され得、および／または画像ディプレイ５４４にユーザのために表示され得る。
【００３６】
バス５４６は、アドレス、データおよび制御信号のための経路を含み、そして、システムコントローラ５３２をＤＳＰ５３０、プログラムメモリ５３６、システムメモリ５４８、ホストインターフェース５４０、メモリカードインターフェース５５０、および／または他の関連デバイスに接続する。ホストインターフェース５４０は、表示、格納、操作、および／またはプリンティングのために画像データを移送するために、パーソナルコンピュータまたは他のホストコンピュータへの高速接続を提供する。このインターフェースは、ＩＥＥＥ１３９４もしくはＵＳＢ２．０シリアルインターフェースまたは任意の他の適切なデジタルインターフェースを含み得るか、または本質的にこれらから成り得る。メモリカード５４２は、通常、ソケット５５２の中に挿入され、メモリカードインターフェース５５０を介してシステムコントローラ５３２に接続されるコンパクトフラッシュ（登録商標）カードである。利用され得る他のタイプの格納には、限定するものではないが、ＰＣカード、マルチメディアカード、および／またはＳＤ（Ｓｅｃｕｒｅ  Ｄｉｇｉｔａｌ）カードが含まれる。
【００３７】
処理された画像は、システムメモリ５４８におけるディスプレイバッファへコピーされ得、そして、ビデオ符号化器５５４を介して連続的に読み出され、ビデオ信号を生成する。この信号は、外部のモニタ上での表示のために画像捕捉デバイス５００から直接的に出力され得るか、またはディスプレイコントローラ５５６によって処理され、画像ディスプレイ５４４上に提示され得る。このディスプレイは、通常、アクティブマトリクスカラー液晶ディスプレイであるが、しかし、他のタイプのディスプレイが利用され得る。
【００３８】
ビューファインダディスプレイ５６０、露光ディスプレイ５６２、ステータスディスプレイ５６４、画像ディスプレイ５４４、およびユーザ入力部５６６の全てを含むか、またはこれらの任意の組み合わせを含むユーザインターフェース５５８は、露光コントローラ５１６およびシステムコントローラ５３２上で実行される１つ以上のソフトウェアプログラムによって制御され得る。ユーザ入力部５６６は、通常、ボタン、ロッカスイッチ、ジョイスティック、回転式ダイアル、および／またはタッチスクリーンの何らかの組み合わせを含む。露光コントローラ５１６は、光計測、露光モード、オートフォーカスおよび他の露光機能を実行する。システムコントローラ５３２は、例えば画像ディスプレイ５４４上のような、１つ以上のディスプレイ上に提示されるグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）を管理する。このＧＵＩは、通常、様々に選択枝を選択すること、および捕捉された画像を検討するための見直しモードに対するメニューを含む。
【００３９】
露光コントローラ５１６は、露光モード、レンズ口径、露光時間（シャッター速度）、および露光指数またはＩＳＯ感度レーティング（ｒａｔｉｎｇ）を選択するユーザ入力を受け入れ得、そして、次の捕捉に対してユーザ入力に従ってレンズおよびシャッターに指示する。随意的な輝度センサ５１８が、場面の輝度を測定するために使用され得、そして、手動でＩＳＯ感度レーティング、口径、およびシャッター速度を設定する場合に、ユーザが参照すべき露光計機能を提供し得る。この場合、ユーザが１つ以上の設定を変更するにつれて、ビューファインダディスプレイ５６０上に提示される明度計インジケータが、どの程度に画像が過度に露光されるか、または露光が不足するかをユーザに告げる。代替の場合においては、輝度情報は、画像ディスプレイ５４４上での表示に対するプリビューストリームにおいて捕捉される画像から取得される。自動露光モードにおいては、ユーザが１つの設定を変更すると、露光コントローラ５１６が別の設定を自動的に変更して、正しい露光を維持する。例えば、所与のＩＳＯ感度レーティングに対して、ユーザがレンズ口径を低減すると、露光コントローラ５１６が露光時間を自動的に増加させて、同じ全体的露光を維持する。
【００４０】
画像捕捉デバイスの以上の記述は、当業者にはよく知られている。可能な多くの変更が存在し、それらは、コストを低減し、特徴を付加し、またはそれらの性能を向上させるために選択され得ることが明らかである。
【００４１】
本明細書に使用された用語および表現は、記述の用語および表現として使用され、限定の用語および表現としては使用されておらず、そして、そのような用語および表現の使用において、提示および記述された特徴またはその部分のいかなる均等物をも除外する意図はない。さらに、本発明の特定の実施形態が記述されたが、本明細書に開示された概念を組み込む他の実施形態が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく使用され得ることが当業者には明らかである。従って、記述された実施形態は、あらゆる点において、例示するのみであり、限定するものではないとして考えられるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５】
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【外国語明細書】
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