(57)【要約】【課題】本発明の実施形態の目的は、専用の測光センサを必要とせずにイメージ・データをキャプチャするための方法及びデバイスを提供することである。【解決手段】デジタル・カメラは、露出期間（ＥＰ）中にイメージ・データをキャプチャするためのイメージ・ピクセル（Ｉ）、及び、第１の動作モードで焦点情報を決定するための焦点検出ピクセル（Ｆ）を有する、センサ・アレイを備える。デジタル・カメラはイメージ・ピクセル（Ｉ）を用いてイメージをキャプチャする間に、第２の動作モードで焦点検出ピクセル（Ｆ）から輝度関係データ（ｖ）を取得するように適合され、デジタル・カメラは、焦点検出ピクセル（Ｆ）から取得された輝度関係データ（ｖ）に基づいて露出期間（ＥＰ）を決定するように適合されたコントローラをさらに備える。対応する方法も提供される。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
露出期間中にイメージ・データをキャプチャするためのイメージ・ピクセル、及び、第１の動作モードで焦点情報を決定するための焦点検出ピクセルを有する、センサ・アレイ、を備えるデジタル・カメラであって、
前記イメージ・ピクセルを用いてイメージをキャプチャする間に、第２の動作モードで前記焦点検出ピクセルから輝度関係データを取得するように適合され、さらに、前記焦点検出ピクセルから取得された前記輝度関係データに基づいて前記露出期間を決定するように適合されたコントローラ）を備える、
ことを特徴とするデジタル・カメラ。
【請求項２】
前記イメージ・ピクセルを用いてイメージをキャプチャする間に、前記焦点検出ピクセルから輝度関係データを取得するように適合された、
請求項１に記載のデジタル・カメラ。
【請求項３】
前記コントローラは、前記焦点検出ピクセルからの前記輝度関係データに関して統計処理を実行するためのプロセッサを有する、
請求項１又は２に記載のデジタル・カメラ。
【請求項４】
前記コントローラは、前記輝度関係データの合計又は平均を計算するように適合され、かつ、関数ＥＰ＝ａ／（Ｓ−ｂ）、又は、関数ＥＰ＝ａ／（Ａ−ｂ）に従って、前記露出期間を計算するように適合されており、
ここで、ＥＰは前記露出期間、Ｓは前記輝度関係データの合計、Ａは前記輝度関係データの平均、及び、ａ、ｂは定数である、
請求項３に記載のデジタル・カメラ。
【請求項５】
イメージ・ピクセルを用いてイメージをキャプチャする間に、デジタル・カメラ内で測光を行うための焦点検出ピクセルを使用すること。
【請求項６】
デジタル・カメラによってデジタル・イメージをキャプチャする方法であって、
前記デジタル・カメラは、イメージ・ピクセル及び焦点検出ピクセルを有するセンサ・アレイを備え、
前記方法は、
ａ）前記イメージ・ピクセルからイメージ・データをキャプチャする間に、前記焦点検出ピクセルから輝度関係情報を取得するステップと、
ｂ）前記取得された輝度関係情報に基づき、イメージ・データをキャプチャするための露出期間を決定するステップと、
ｃ）前記決定された露出期間が経過したときに、前記イメージ・ピクセルからのイメージ・データのキャプチャを停止するステップと、
を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項７】
前記デジタル・カメラは焦点レンズを備え、
前記方法は、さらに、
前記輝度関係情報を取得する前に、前記焦点検出ピクセルから取得された焦点関係情報に基づいて、前記レンズを合焦するステップと、を含む、
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
ステップｃ）におけるイメージ・データをキャプチャする前記ステップが、ステップｂ）における露出期間の前記決定が完了した後に開始される、
請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
ステップｂ）は、
ｄ）所定の期間中に、前記焦点検出ピクセル上の電荷を集積する段階と、
ｅ）前記焦点検出ピクセルから輝度関係データを読み取る段階と、
ｆ）前記輝度関係データの統計処理を実行する段階と、
ｇ）前記統計処理の事前に定義された関数として、前記露出期間を決定する段階と、
を含む、
請求項６から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
ステップｃ）におけるイメージ・データをキャプチャする前記ステップが、ステップｂ）における露出期間を決定するステップの間に実行される、
請求項６又は７に記載の方法。
【請求項１１】
ステップｂ）は、
ｈ）所定の期間中、前記焦点検出ピクセル上の電荷を集積する段階と、
ｉ）前記焦点検出ピクセルから輝度関係データを読み取る段階と、
ｊ）前記輝度関係データに関する統計分析を実行することによって、結果を決定する段階と、
ｋ）前記結果が事前に定義された基準を満たすまで、ステップｈ）からｋ）を反復する段階と、
を含む、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ステップｊ）は、前記輝度関係データの合計又は平均を計算する段階を含み、
前記基準は、前記合計が事前に定義された閾値レベルよりも大きいかどうか、又は、前記平均が事前に定義された閾値レベルよりも大きいかどうかの、試験の結果である、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
デジタル・カメラによってムービーをキャプチャする方法であって、
前記ムービーは、複数の連続イメージを含み、
前記デジタル・カメラは、イメージ・ピクセル及び焦点検出ピクセルを有するセンサ・アレイを備え、
ａ）前記イメージ・ピクセルからイメージ・データをキャプチャし、かつ、同時に前記焦点検出ピクセルから取得された輝度関係情報に基づいて前記露出期間を決定するステップと、
ｂ）前記複数のイメージがキャプチャされるまでステップａ）を反復するステップと、  を含む、
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はデジタル・カメラの分野に関し、より具体的には、イメージをキャプチャする間のこうしたカメラでの測光、例えばオンザフライ測光のための技法に関する。このようなオンザフライ測光は、デジタル・カメラで露出時間を自動的に決定するために使用可能である。
【背景技術】
【０００２】
デジタル・カメラは、当分野では、電子イメージ・センサ上にイメージをキャプチャすること、及び、通常は、例えば静止画像の場合はＪＰＥＧ、ムービーの場合はＡＶＩ又はＭＯＶなどの、知られたファイル形式でのデジタル圧縮及び埋め込みの後、キャプチャしたイメージ又はビデオをデジタル・メモリ上にデジタル形式で記憶することによって、静止画像又はビデオを撮ることが可能なデバイスとして知られている。デジタル・カメラは、スタンドアロン型専用デバイスとするか、又は、例えば携帯電話、ラップトップ・コンピュータなどの他のデバイスに埋め込むことができる。
【０００３】
デジタル・カメラは、イメージの解像及び記憶容量においてのみならず、例えばシーンの明／暗、物体の遠／近、物体の静／動などの大いに変化する環境下での高品質画像のキャプチャを容易にするための機能においても、長年にわたって進化してきた。
【０００４】
重要な態様は、入射光の量に関係するシーンの明／暗の態様である。「露出オーバー」という用語は、イメージ・センサに光が入り過ぎて、センサ要素の一部、ほとんど、又はすべてが飽和したことを示すために使用される。「露出アンダー」という用語は、入射光の量が、良好なコントラスト比又はダイナミック・レンジを有するには不十分な場合に使用される。露出オーバー（「明る過ぎる」）又は露出アンダー（「暗過ぎる」）イメージを避けるために、例えば「アパーチャ」（又は開口部）及びシャッター時間（又は露出時間）などのいくつかの設定値は、入射光の量を決定するために正しく設定される必要がある。「アパーチャ」とは、光量及びブラー（blur）の程度を調整するために、光軸を中心とした調整可能な直径を有する開口部の直径である。
【０００５】
初期のカメラでは、これらの設定値の１つ又は複数を手動で設定する必要があったが、多くの現在のカメラには、自動測光、及び／又は自動焦点、及び／又は露出時間の自動決定が備えられている。
【０００６】
米国特許第８００９２２３号は、「イメージ・ピクセル」及び「非イメージ・ピクセル」（「焦点検出ピクセル」とも呼ばれる）の両方を備えるイメージ・センサを有するデジタル・カメラについて記述している。非イメージ・ピクセルは周囲のイメージ・ピクセルとは異なり、レンズを自動的に合焦させるための情報を提供するように設計されている。焦点検出ピクセルは、イメージの通常撮影には寄与せず、すなわち実際のイメージ・データは提供しない。焦点ぼけの量を決定するため、及びそれに応じてレンズの焦点ポイントを調整するためのアルゴリズムが記載されている。焦点検出ピクセル付近に存在するイメージング・ピクセルの補間を介して、焦点検出ピクセル位置のピクセルデータを決定するためのアルゴリズムも提供されている。しかしながらこの文書は、測光が実行される方法も、露出時間が決定される方法も記載していない。
【０００７】
米国特許第２０１２００１３７６２号は、初期露出設定値を仮定し、その後、以前に決定された露出設定値を使用してフル・イメージを反復的にキャプチャし、最適な露出設定値が見つかるまで、そのようにキャプチャしたフル・イメージ・データのヒストグラム情報に基づいて露出設定を調整することによって、自動的に最終露出設定値（例えば利得、積分時間、及びアパーチャを含む）を決定し、この最終露出設定値を使用して最終イメージを取るように適合された、ソリッド・ステート・カメラについて記載している。この方法は複雑である上に、待ち時間（「ボタン」を押してからイメージが実際にキャプチャされるまでの時間）が長い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の実施形態の目的は、イメージ・データをキャプチャするための良好な方法及びデバイスを提供することである。
【０００９】
特に、本発明の実施形態の目的は、専用の測光センサを必要とせずにイメージ・データをキャプチャするための方法及びデバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的は、本発明の実施形態に従ったデバイス及び方法によって達成される。
【００１１】
第１の態様において、本発明は、露出期間中にイメージ・データをキャプチャするためのイメージ・ピクセル及び第１の動作モードで焦点情報を決定するための焦点検出ピクセルを有する、センサ・アレイを備えるデジタル・カメラを提供する。本発明の実施形態によれば、デジタル・カメラはイメージ・ピクセルを用いてイメージをキャプチャする間に、第２の動作モードで焦点検出ピクセルから輝度関係データを取得するように適合される。デジタル・カメラは、焦点検出ピクセルから取得された輝度関係データに基づいて露出期間を決定するように適合されたコントローラを、さらに備える。
【００１２】
このカメラでは、レンズを合焦するために使用可能な焦点ピクセルを測光に使用することも可能である。このようにして焦点ピクセルがより効率的に使用され、専用の光センサを不要とすることができる。焦点ピクセルの量はイメージ・センサのピクセル総量のうちのごく一部（例えば５％未満、３％未満、２％未満、１％未満）であることから、焦点ピクセルに関する情報のみを読み取ることは、イメージ又はイメージ・ピクセル全体を読み取るよりもかなり迅速に実行できるため、イメージをキャプチャする間に焦点ピクセルから輝度関係情報を取得することによってすでにキャプチャされたイメージから光情報を抽出するよりもかなり迅速に、オンザフライで測光を実行することができる。
【００１３】
こうしたイメージをキャプチャする間のオンザフライの測光は、例えばビデオ・キャプチャリングなどの特に高速で変化する環境において、又は、例えば極端に明るさレベルが低いために極端に長い露出時間が必要な場合において、より正確な測光を提供する。
【００１４】
本発明の実施形態に従ったデジタル・カメラにおいて、コントローラは、焦点検出ピクセルからの輝度関係データに関して統計処理を実行するためのプロセッサを有することができる。コントローラは、輝度関係データ（ｖ）の合計（Ｓ）又は平均（Ａ）を計算するように、及び、例えば関数ＥＰ＝ａ／（Ｓ−ｂ）などの好適な関数に従って、又は関数ＥＰ＝ａ／（Ａ−ｂ）に従って、露出期間（ＥＰ）を計算するように、適合することが可能であり、上式で、ＥＰは露出期間、Ｓは輝度関係データの合計、Ａは輝度関係データの平均、及びａ、ｂは定数である。
【００１５】
第２の態様において、本発明は、イメージ・ピクセルを用いてイメージをキャプチャする間に、オンザフライでデジタル・カメラ内での測光に焦点検出ピクセルを使用することを提供する。
【００１６】
これによって、より費用効果の高い専用の光センサを必要としないという利点が与えられる。さらに、（例えばヒストグラム情報を使用して）イメージ全体を処理する必要がなく、したがって電力及び時間を節約できるという利点も与えられる。後者は、例えば高速で移動する物体又はスポーツ・イベントなどをキャプチャする場合、特に重要な可能性があり、いくつかの従来技術ソリューションで実行されるように、最適な露出設定値を選択するために最初に何回も反復することなく、シャッター・ボタンを押した後、カメラができる限り迅速にイメージをキャプチャすることが重要である。
【００１７】
第３の態様において、本発明は、デジタル・カメラによってデジタル・イメージをキャプチャする方法を提供し、デジタル・カメラはイメージ・ピクセル及び焦点検出ピクセルを有するセンサ・アレイを備える。方法は、
ａ）イメージ・ピクセルからイメージ・データをキャプチャする間に、焦点検出ピクセルから輝度関係情報を取得すること、
ｂ）取得された輝度関係情報に基づき、イメージ・データをキャプチャするための露出期間を決定すること、及び、
ｃ）決定された露出期間（ＥＰ）が経過したときに、イメージ・ピクセル（Ｉ）からのイメージ・データのキャプチャを停止すること、
を含む。
【００１８】
この方法では、測光に焦点ピクセルが使用される。このようにして、焦点ピクセルは、合焦用のみに使用されるのでないため、より効率的に使用される。さらに専用の光センサを省略することができる。焦点ピクセルの量はイメージ・センサのピクセル総量のうちのごく一部（例えば５％未満、３％未満、２％未満、１％未満）であることから、焦点ピクセルはイメージ全体よりもかなり迅速に読み取れるため、焦点ピクセルから輝度関係情報を取得することによって、キャプチャされたイメージから、典型的には複数のキャプチャされたイメージから、光情報を抽出するよりもかなり迅速に測光を実行することができる。
【００１９】
デジタル・カメラが焦点レンズを備える、本発明の実施形態に従った方法は、輝度関係情報を取得する前に、焦点検出ピクセルから取得された焦点関係情報に基づいてレンズを合焦することを、さらに含むことができる。
【００２０】
この方法では、焦点ピクセルは第１にレンズの合焦に使用され、その後、測光に使用される。
【００２１】
本発明の実施形態に従った方法では、ステップｂ）は、
ｄ）所定の期間中、焦点検出ピクセル上の電荷を集積すること、
ｅ）焦点検出ピクセルから輝度関係データを読み取ること、
ｆ）輝度関係データの統計処理、例えば合計又は平均の計算を実行すること、及び、
ｇ）例えば計算された合計又は計算された平均の、統計処理結果の事前に定義された関数として、露出期間を決定すること、
を含むことができる。
【００２２】
いくつかのピクセル値の合計又は平均値を計算することは非常に容易であり、低性能プロセッサしか必要としない。焦点ピクセルの数が２の累乗である場合、除算はシフト演算によって実施可能である。その後、露出期間は、例えばＥＰ＝ａ／（Ｓ−ｂ）又はＥＰ＝ａ／（Ａ−ｂ）などの数式を使用する計算によって決定可能であり、上式でＥＰは露出期間、Ｓは合計、Ａは平均、及びａ，ｂは較正によって容易に決定可能な事前に定義された定数である。別の方法として、露出期間ＥＰは、ルックアップ・テーブルを用いて、合計又は平均を露出期間に変換することによって決定可能である。
【００２３】
一般に、露出は、露出時間、レンズのアパーチャ設定、及び電子利得設定（アナログ及び／又はデジタルの領域内）によって制御可能であることに留意されたい。したがって基本的には、本発明の実施形態に従った測光段階中の焦点ピクセルの出力を使用して、これらのパラメータのいずれか、或いはこれらのパラメータの組み合わせを変更することができる。
【００２４】
本発明の実施形態に従った方法では、ステップａ）のイメージ・データのキャプチャリングは、ステップｂ）で露出期間を決定する間に実行することができる。
【００２５】
この実施形態において、イメージ・ピクセルからのイメージ・データのキャプチャリングは、「測光」が実行されるのとほぼ同時に発生する。露出期間の持続時間が「オンザフライ」で決定されるため、たとえ露出期間がわかる前でもイメージのキャプチャリングが開始できることは、この実施形態の利点である。
【００２６】
「測光」のステップがイメージ・キャプチャリングと同時に実行されるため、イメージが（露出期間ＥＰが事前に計算される実装に比べて）より速くキャプチャできることは利点である。他の利点は、焦点ピクセルがより効率的に使用される、すなわち合焦時のみならず、実際のイメージ・キャプチャリング中にもアクティブなこと、及び（測光ピクセルとして動作する）焦点ピクセルが（通常「スポット計測」で実行されるような）中心にのみ集中するのに対してアクティブなセンサ領域全体に分散できることである。これは、イメージ領域全体の輝度にとって、より典型的な場合がある。さらに測光が、より正確な結果が得られる合焦領域上で実行されることも有利である。露出時間が長い（すなわち暗いシーン）場合、非常に正確な光監視が可能である。シャッター・ボタンを押した時点から実際のイメージ・キャプチャまでの待ち時間が縮小されるため、スピードを要する（time  critical）イメージを「撮り損じる」リスクが減少する。さらにこの方法は、イメージ・データがキャプチャされている間に「測光」が実行されるため、イメージ・キャプチャ中の光の状況の変化を最大限に考慮する。
【００２７】
測光がイメージ・キャプチャリング中に実行される本発明の実施形態に従った方法では、ステップｂ）は、
ｈ）所定の期間中、焦点検出ピクセル上の電荷を集積すること、
ｉ）焦点検出ピクセルから輝度関係データを読み取ること、
ｊ）輝度関係データに関する統計分析を実行することによって、結果を決定すること、及び、
ｋ）結果が事前に定義された基準を満たすまで、ステップｈ）からｋ）を反復すること、
を含むことができる。
【００２８】
複数の輝度関係値が取得される（各焦点ピクセル又は焦点ピクセル・ペアから１つ）ため、このデータに関して統計分析が実行可能であり、適切な基準を選択することによって、イメージ・キャプチャリングの集積を終了するために良好な条件を決定することができる。統計分析は、例えばヒストグラムを決定すること、又は平均値及び分散（例えばガウス分布を想定）を決定することを含むことができるか、或いは、単に平均値並びに／或いは最小値及び／又は最大値を計算することを含むことができる。
【００２９】
こうした方法では、ステップｊ）は、例えば輝度関係データの合計又は平均などの統計情報を計算することを含むことが可能であり、基準は、例えば合計又は平均などの統計情報が事前に定義された閾値レベルよりも大きいかどうかの試験の結果とすることができる。
【００３０】
これは非常に単純なアルゴリズムであるため非常に迅速であり、わずかなリソース（処理電力及びエネルギー）しか必要としない。これは（反復当たりの）測光に必要な時間が非常に短いため、イメージ・キャプチャ中に高解像度で光が測定できる（非常に限られた回数のみならず、例えば２０回を上回る、好ましくは４０回を上回る、或いは６０回を上回る）という利点が与えられる。このようにして集積を非常に正確に停止することができる。
【００３１】
他の態様において、本発明はデジタル・カメラによってムービーをキャプチャする方法を提供し、ムービーは複数の連続イメージを含み、デジタル・カメラはイメージ・ピクセル及び焦点検出ピクセルを有するセンサ・アレイを備える。方法は、
ａ）イメージ・ピクセルからイメージ・データをキャプチャすること、及び、焦点検出ピクセルから取得された輝度関係情報に基づいて露出期間を同時に決定すること、
ｂ）複数のイメージがキャプチャされるまでステップａ）を反復すること、
を含む。
【００３２】
露出期間が自動的に制御されること、及び、入射光の量が各フレームについて自動的に決定されることがこうした方法の利点である。このようにして露出オーバー及び／又は露出アンダーのリスクを回避又は制限することができる。特に動くピクチャの場合、センサ上の入射光の量はピクチャによって大幅に変化する可能性があり、これは自動的に考慮される。
【００３３】
本発明の特定の態様及び好ましい態様は、添付の独立請求項及び従属請求項に記載されている。従属請求項からの特徴は、適切であれば、及び請求項内に単に明示的に記載されていなければ、独立請求項の特徴及び他の従属請求項の特徴と組み合わせることが可能である。
【００３４】
本発明の上記及び他の態様は、以下に説明される実施形態から明らかとなり、それらの実施形態を参照しながら解明される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】イメージ・ピクセル及び焦点検出ピクセルを備える従来技術のイメージ・センサの例を示す図である。
【図２Ａ】当分野で知られた焦点検出ピクセルの可能な配置構成の例を示す図である。
【図２Ｂ】当分野で知られた焦点検出ピクセルの可能な配置構成の例を示す図である。
【図２Ｃ】当分野で知られた焦点検出ピクセルの可能な配置構成の例を示す図である。
【図３】当分野で知られたいわゆる「４Ｔ」イメージ・ピクセル・アーキテクチャを示す回路図である。
【図４】本発明の実施形態に従ったデジタル・カメラの例を示すブロック図である。
【図５Ａ】本発明の態様に従い、焦点検出ピクセルから取得された輝度関係データを監視することによって集積時間（露出期間）が自動的に決定される方法の例を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の態様に従い、焦点検出ピクセルから取得された輝度関係データを監視することによって集積時間（露出期間）が自動的に決定される方法の例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に従った方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
特許請求の範囲内のいずれの参照記号も、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【００３７】
異なる図面において、同じ参照記号は同一又は類似の要素を指す。
【００３８】
本発明は、特定の実施形態に関して、及びある図面を参照しながら説明されるが、本発明はそれらに限定されるものではなく特許請求の範囲によってのみ限定される。記述された図面は単に概略的であり限定的ではない。図面内でいくつかの要素のサイズは例示のために誇張されており、一定の縮尺でない可能性がある。寸法及び相対的な寸法は、本発明を実施するための実際の縮尺に対応するものではない。
【００３９】
さらに、説明及び特許請求の範囲における第１、第２などの用語は、同様の要素間で区別するために使用され、必ずしも時間的、空間的、順位付け、又は任意の他の様式で順序を記述するために使用されるものではない。このように使用される用語は適切な環境下では相互に交換可能であり、本明細書で説明される本発明の実施形態は、本明細書に記載又は例示された順序とは異なる順序での動作が可能であることが理解されよう。
【００４０】
さらに、説明及び特許請求の範囲における上、下などの用語は説明の目的で使用され必ずしも相対的な位置を説明するものではない。このように使用される用語は、適切な環境下では相互に交換可能であり、本明細書で説明される本発明の実施形態は、本明細書に記載又は例示された向きとは異なる向きでの動作が可能であることが理解されよう。
【００４１】
特許請求の範囲における「含む」と言う用語は以下に列挙される手段に限定されるものと解釈されるべきではなく、他の要素又はステップを除外するものでないことが理解されよう。したがって、示された機能、整数、ステップ、又は構成要素の存在は、１つ又は複数の他の機能、整数、ステップ、又は構成要素、或いはそれらのグループの存在又は追加を指すものとして指定されるように解釈されるべきであり、それらの存在又は追加を除外するものではない。したがって「手段Ａ及びＢを含むデバイス」という表現の範囲は、構成要素Ａ及びＢのみからなるデバイスに限定されるべきではない。これは、本発明に関してデバイスの単なる関連構成要素がＡ及びＢであることを意味する。
【００４２】
本明細書全体を通して、「一実施形態」又は「実施形態」という言い回しは、実施形態に関して説明される特定の機能、構造、又は特徴が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、「一実施形態において」又は「実施形態において」という句が、本明細書全体を通して様々な場所に出現することは、必ずしもすべてが同じ実施形態を示すものではないが、その可能性はある。さらに、１つ又は複数の実施形態において、当業者であれば本開示から明らかなように、特定の機能、構造、又は特徴は任意の好適な様式で組み合わせることが可能である。
【００４３】
同様に、本発明の例示の実施形態の説明において、本開示を簡素化し様々な発明の態様のうちの１つ又は複数を理解するのに役立つように、本発明の様々な機能が時には単一の実施形態、図面、又はその説明においてまとめてグループ化されることを理解されたい。しかしながら、この開示の方法は、請求された発明が各特許請求の範囲内に明示的に示されているよりも多くの機能を必要とする旨の意図を反映するものとして解釈されるものではない。むしろ、以下の特許請求の範囲が反映するように、発明の態様は、単一の上記開示された実施形態のすべてよりも少ない機能にある。したがって、詳細な説明に続く特許請求の範囲は本明細書によりこの詳細な説明に明示的に組み込まれ、各請求項は本発明の別々の実施形態として独立して存在する。
【００４４】
さらに、本明細書で説明されるいくつかの実施形態は、いくつかの機能を含むが、他の実施形態に含まれる他の機能は含まない一方で、当業者であれば理解されるように、異なる実施形態の機能の組み合わせは、本発明の範囲内にあり、異なる実施形態を形成することを意味する。例えば、以下の特許請求の範囲において、請求される実施形態のいずれも、任意の組み合わせで使用することができる。
【００４５】
本明細書で提供される説明では、多数の特定の細部が示されている。しかしながら、本発明の実施形態は、これらの特定の細部なしで実施可能であることが理解されよう。他のインスタンスでは、この説明の理解を不明瞭にしないために、周知の方法、構造、及び技法については詳細に示されていない。
【００４６】
「イメージ・ピクセル」について言及される場合、イメージ・データをキャプチャするために提供されたイメージ・センサ・アレイの光反応センサ要素について言及している。イメージ・ピクセルは、通常、カラー・フィルタとオーバーレイしている。いわゆる「ベイヤ・フィルタ（Bayer  filter）」がカラー・フィルタとして使用される場合、赤い光構成要素をキャプチャするためのＲピクセル、緑の光構成要素をキャプチャするためのＧピクセル、及び青い光構成要素をキャプチャするためのＢピクセルという、３つのタイプのイメージ・ピクセルが作成される。本発明の実施形態において、他のカラー・フィルタを使用することも可能である。本発明との関連において、Ｒ、Ｇ、又はＢ（又は任意の他のカラー）ピクセルを区別することが重要でない場合、イメージ・ピクセルは「Ｉ」で示される。
【００４７】
「焦点検出ピクセル」又は「焦点ピクセル」について言及される場合、特に焦点ぼけ情報を検出するように適合及び配置構成されたイメージ・センサ・アレイの、光反応要素について言及している。これらのピクセルは、通常、周囲のイメージ・ピクセルと同じカラー・フィルタとはオーバーレイしていない。これらのピクセルの一部は、金属スクリーンによって意図的に遮蔽することができる。
【００４８】
本明細書において、「集積時間」、「集積期間」、「露出時間」、及び「露出期間」と言う用語は同義語として使用され、イメージ・ピクセル上に電荷が累積される間の時間を示すために使用される。
【００４９】
図１は、米国特許第８００９２２３号のコピーであり、本明細書ではさらに「Ｉ」で示されるイメージ・ピクセル（「Ｒ」、「Ｇ」、及び「Ｂ」で示される）、及び、本明細書ではさらに「Ｆ」で示される焦点検出ピクセル１０１、１０２を含む、２次元イメージ・センサ・アレイ１００（又はその一部）の例を示している。焦点ピクセルＦに近いか又は遠いイメージ・ピクセルＩが、標準のベイヤ・パターン又は任意の他のカラー・パターンに従っているか否かは、本発明には無関係である。もちろん、通常は近隣のイメージ・ピクセルの補間によって実行される焦点ピクセルの位置に関するイメージ・データの推定は、選択される特定の配置構成に依存することになる。引用された特許で詳細に説明されるように、焦点ピクセルＦは、通常、イメージ・センサ・アレイの部分的な行又は部分的な列上に配置構成され、通常、焦点検出を可能にするための特定の位相関係を有するペア内で生じる。焦点ピクセルの正確な実装（例えば、（例えば引用された特許の図５Ａ又は図５Ｂに示されるような）１つのピクセル位置を占有する１つの焦点ピクセル、又は、（例えば引用された特許の図１８に示されるような）単一のピクセル位置を占有する焦点ピクセル・ペア）も本発明には無関係であり、引用された特許に示された以外の他の焦点ピクセル・アーキテクチャ又は配置構成も使用可能である。引用された特許は、焦点ピクセルによって占有されたピクセルに関するイメージ・データを推定するためのイメージ補間方法、及び焦点検出方法を開示している。こうした方法又は同様の方法は、本発明の実施形態で使用可能であり、引用された特許におけるそれらの説明に鑑みて、本明細書ではこれ以上説明する必要はない。読者は、所望であればより詳細な説明について、引用された特許又は他の文献を調べることができる。
【００５０】
図２Ａ、図２Ｂ、及び図２Ｃは、当分野で知られた焦点検出ピクセルの可能な配置構成のいくつかの例を示す。図２Ａは米国特許第８００９２２３号にも示されており、矩形の写真用イメージ・センサ・アレイ２００の中央並びに上側及び下側に設定された、３つの焦点検出ピクセル列領域の例、すなわち焦点検出領域２０１、２０２、及び２０３を示す。複数の焦点検出ピクセルＦが、各矩形焦点検出領域の長端側に沿って一直線に配置される。示された例では、３つの焦点検出ピクセル列領域は単一列上に配置されているが、本発明はこれに限定されるものではない。異なる焦点検出ピクセル列領域を、異なる列に配置することが可能である。図２Ｂは、水平に配置された３つの焦点検出ピクセル領域２１１、２１２、及び２１３を有するセンサ・アレイ２１０を示す。示された例では、３つの焦点検出ピクセル領域は単一の行上に配置されているが、本発明はこれに限定されるものではない。異なる焦点検出ピクセル領域を異なる行に配置することが可能である。図２Ｃは米国特許第６７８１６３２号から抽出されたものであり、イメージ・センサ２２０のさらに他の例を示し、焦点検出ピクセル領域２２２、２２３、２２４は水平及び垂直の両方に配置されている。これらはイメージ・センサ・アレイにおける焦点ピクセルＦの可能な配置構成の３つの例に過ぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、他のより複雑又はより単純な配置構成も使用可能である。しかしながら好ましくは、焦点ピクセル領域は、イメージ・センサの中心又は中心近くに常時存在する。
【００５１】
図３は、単なる例として、当分野で知られた本発明のイメージ・センサ・アレイ４１０で使用可能なＣＭＯＳイメージ・センサ用のいわゆる「４Ｔ」（４トランジスタ）ピクセル構成３００を示す。ピクセル３００内のすべてのトランジスタがＭＯＳトランジスタである。図３に示されたピクセル３００は、示された例ではピン・フォトダイオードＰＰＤである、衝突放射を電荷に変換するための感光体（photoreceptor）３０１を備える。ピクセル３００は、感光体３０１によって生成された電荷を感知ノード３０６に向かって転送する（「フローティング・ディフュージョン（floating  diffusion）」とも呼ばれる）ためのサンプル及び保持トランジスタ３０２と、感知ノード３０６を初期値（例えば供給電圧ＶＤＤ）にリセットするためのリセット・トランジスタ３０３と、フローティング・ディフュージョンの電圧（小さいキャパシタンスを有する）を出力ピン又は列バス（大きいキャパシタンスを有する）にコピーするためのソース・フォロワ（source  follower）・トランジスタ（「増幅器」とも呼ばれる）３０４と、実際にその電圧を読み出しライン、例えば列ラインに導くための選択トランジスタ３０５と、をさらに含む。この回路は、イメージ・ピクセルＩ及び焦点ピクセルＦの両方に使用可能である。本発明にとって重要なことは、実施例において、例えば選択トランジスタ３０５を起動することによって示された、焦点ピクセルのフローティング・ディフュージョン３０６上に格納された入射光の輝度を示す電荷を非破壊的に複数回読み出すことができる一方で、（これまでに集積された）電荷はフローティング・ディフュージョン３０６上に残ることである。累積された電荷は、リセット・トランジスタ３０３が起動された場合にのみ「消去」される。しかしながら本発明は、４Ｔピクセル・アーキテクチャを伴うピクセル（又はセンサ・セル）に限定されるものではなく、ピクセルを非破壊的に複数回読み出すことができる他のピクセル・アーキテクチャも使用することができる。さらに説明されるように、本発明の実施形態では、（通常の）イメージ・ピクセルＩではなく、焦点ピクセルＦのみを複数回読み出す必要がある。
【００５２】
「集積時間」又は「露出時間」は、ピクセルが入射光を検出できる時間量として定義される。図３に示された４Ｔトランジスタ・アーキテクチャの場合、集積時間は、（図３の上部ノードにある）ピン・フォトダイオードが入射光（矢印で示される）に応答して電荷を収集及び格納することができるように、フォトダイオードＰＰＤ３０１が分離された時点（例えば、ＴＸ＝ｌｏｗ、したがってサンプル及び保持トランジスタ３０２が感知ノード３０６に向かっていずれの電荷も転送しない）から、収集及び格納された電荷が外部回路による実際の読み出しのために感知ノード３０６に転送される時点までの、間隔である。
【００５３】
一般に、露出は露出時間、レンズのアパーチャ設定、及び電子利得設定（アナログ及び／又はデジタルの領域内）によって制御可能であることに留意されたい。したがって基本的には、本発明の実施形態に従った測光段階中の焦点ピクセルの出力を使用して、これらのパラメータのいずれか、或いはこれらのパラメータの組み合わせを変更することができる。
【００５４】
本発明にとって重要な可能性のある他の態様は、焦点ピクセルＦが相対的に高速に、例えばイメージ全体を読み取るより少なくとも４倍速く、好ましくは少なくとも１０倍速く、或いは２０倍、又は５０倍速く、読み出せることである。これは、適切な読み出しアーキテクチャを選択することによって達成できる。例えば列読み出し回路を備えたイメージ・センサでは、ピクセルの行全体を読み出し、単一のステップでデジタル化することができる。図２Ｂに示された例では、焦点ピクセルが配置された行のみを読み取ることによって、焦点検出ピクセルからのすべての輝度関係データを一度に読み出すことが可能である。焦点ピクセルが（図２Ａ又は図２Ｃのように）垂直に編成された場合、高速読み出しのために他の技法を使用することが可能であり、例えば焦点ピクセルＦは、専用読み出し回路を介して読み出すことができるか、又は、例えば同じ発明者の同時係属第ＥＰ１１１９５７８３．３号に記載されたように、高速読み出しのためにスイッチを介してＡ／Ｄ変換器に再マッピング（ルーティング）することができる。本発明にとって、焦点検出ピクセルが読み取られる方法の詳細は重要ではなく、焦点ピクセルＦが、イメージ・ピクセルＩの露出期間「ＥＰ」中に複数回読み出せることのみが重要である。
【００５５】
本発明の態様によれば、焦点ピクセルＦが合焦のみならず「測光」にも使用される、デジタル・カメラ４００が提供されるため、キャプチャされることになるシーンの光関係情報を決定するためにも使用され、さらにこれは実際のイメージ・キャプチャとほぼ同時である。発明者が知る限りでは、従来技術のイメージ・センサの焦点ピクセルＦがこのような目的で使用されたことはなかった。測光用に焦点ピクセルを使用することにより、より費用効果の高い専用の光センサが不要であるという利点が与えられる。さらに、（例えばヒストグラム情報を使用して）イメージ全体を処理する必要がないという利点も与えられるため、電力及び時間が節約される。後者は、例えば高速で移動する物体又はスポーツ・イベントなどをキャプチャする場合、特に重要な可能性があり、いくつかの従来技術ソリューションで実行されるように、最適な露出設定値を選択するために最初に何回も反復することなく、シャッター・ボタンを押した後、カメラができる限り迅速にイメージをキャプチャすることが重要である。さらに、実際にイメージをキャプチャする間にキャプチャされることになるシーンの光関係情報を決定することによって、イメージをキャプチャするために必要な合計時間がさらに減少し、これは、例えば高速で移動する物体、又はスポーツ・イベントをキャプチャする場合、特に重要な可能性がある。光レベルが非常に低い場合も、通常は長い集積時間が必要であり、これによって、実際にシーンをイメージングする前の光測定が極めて実行困難になる。さらに露出時間は、第１のイメージが撮られてから正しく設定することができる。
【００５６】
この実施形態において、デジタル・カメラ４００（可能な実施形態の例については図４を参照のこと）は、第１に、知られた方法を使用することによって、対物レンズなどの光学構成要素４０４の一部である、レンズ４４０を合焦させるため、すなわちレンズ４４０の焦点長さを変更するために、第１の動作モードで使用される焦点ピクセルＦを使用することになり、結果として、イメージ・センサによって鮮明なイメージをキャプチャすることができる。その後、レンズ４４０が合焦すると、本発明の実施形態に従って第２の動作モードで使用される焦点ピクセルＦによって提供されたデータが、「測光」に使用される。本明細書では、レンズ４４０が合焦すると、イメージ・ピクセルＩ及び焦点ピクセルＦの両方に格納された電荷がリセットされ、イメージ・ピクセルＩ及び焦点ピクセルＦについてそれぞれ図５Ａ及び図５Ｂに示されたように、時間ｔ０で、イメージ・ピクセルＩ及び焦点ピクセルＦの両方でほぼ同時に電荷の集積が開始される。その後、少なくとも１つの時間間隔Δｔｉ、ｉ＝１からｎで、ｔ０後の、例えば複数の時間間隔Δｔｉ、例えば時間ｔｉ、ｉ＝１からｎで、シーンの輝度を示す焦点ピクセルＦ上に格納されたデータがデジタル化され、非破壊的に読み出されて、複数の値ｖｉ［ｊ］が導出され（ｖｉはｔｉで読み取られた値であり、ｊ＝１からｍが焦点ピクセル数である場合、ｍは焦点ピクセルＦの数である）（例えば、各焦点ピクセルＦについて１つの値ｖ１、又は各焦点ピクセル・ペアについて１つの値ｖ１）、値ｖｉ［ｊ］は、時間ｔｉで特定の焦点ピクセルＦ［ｊ］上に存在する光の量を表す。
【００５７】
第１の時間間隔Δｔ１の後、何らかの統計処理が焦点ピクセルのキャプチャされたデータｖ１［ｊ］（ｊ＝１からｍ）に適用され、例えば平均Ａ１が（例えば、焦点ピクセルの数ｍによって除算される値ｖ１［ｊ］の合計として）計算され、その平均値Ａ１が事前に定義された閾値レベルＴと比較される。平均値Ａ１が閾値レベルＴよりも大きいかどうかが試験され、大きい場合、露出期間ＥＰは終了し、大きくない場合、露出は（焦点ピクセル及びイメージ・ピクセルの両方について）続行される。
【００５８】
値Ａ１が閾値レベルＴよりも大きくない場合、時間ｔ１で焦点ピクセルＦの読み出し後、これらの焦点ピクセルＦのフローティング・ディフュージョンはリセットされず、転送された電荷は単にフローティング・ディフュージョン上に残る。このようにして、Δｔ１後に、及びその後、ΣΔｔｉ後に累積された電荷は、焦点ピクセルのフローティング・ディフュージョン上に格納される。その後、例えばｔ１後の時間Δｔ２である時間ｔ２で、焦点ピクセルＦが再度読み出され、複数の値ｖ２［ｊ］（ｊ＝１からｍ）が導出される。ここで、キャプチャされたデータ値ｖ２［ｊ］、ｊ＝１からｍに統計処理が適用され、例えば平均Ａ２が決定され、閾値Ｔ１と比較される。図５Ｂの例では、Ａ２は依然としてＴ１よりも小さいため、露出は続行される。例示された実施形態では、時間ｔ３、ｔ４、及びｔ５でも同様に実行される。イメージ・ピクセルは、ｔ１、ｔ２、・・・、ｔ５では読み出されないため、多くの時間及び電力が節約されることに留意されたい。例示された実施形態では、時間ｔ６で焦点ピクセルが再度読み出され、値ｖ６［ｊ］が導出され、平均値Ａ６が計算される。しかしながらこの時点で、事前に定義された閾値レベルＴよりも大きいことがわかり、これはセンサが十分な光を受け取っており、集積全体が停止可能であることを示す。これにより、露出期間ＥＰの終わりが決定され、イメージ・ピクセルＩが読み出される。
【００５９】
本発明の実施形態において、上記で説明したように、フローティング・ディフュージョンは電荷の一時ストレージとして使用される。フローティング・ディフュージョンはフォトダイオードよりもかなり大量の漏れ電流を有することが知られている。したがって、露出期間ＥＰが長いほど、フローティング・ディフュージョン上でより多くの漏れ電流が集められ、測定値が現実からより大きく逸脱する。したがって、本発明の実施形態によれば、ｔｉのあらゆる測定時に、暗電流補正をオプションで実行することができる。
【００６０】
閾値レベルＴは、日常の実験によって決定可能である。別の方法として、閾値レベルＴはカメラの製造時に定義可能である。さらに別の方法として、閾値レベルＴは、事前に記憶された基準イメージ又は基準データを使用して決定可能である。焦点ピクセルＦは、イメージ・ピクセルＩとは異なる光感受性及び異なる暗電流挙動を有する可能性があることに留意されたい。しかしこれらは、焦点ピクセルに対して異なる利得及び／又はオフセットを使用することによって、容易に補正可能である。当業者であれば、何らかの較正試験を実行することにより、好適な値を見つけることができる。
【００６１】
典型的には、第１のモード及び第２のモードで使用される焦点ピクセルＦの読み出しは、異なる可能性があるが、同じであって良い。信号は、焦点用又は本発明の実施形態によれば測光用の、制御信号として使用される前に、デジタル化することができる。別の方法として、焦点調整及び測光の両方、又はそのいずれか一方を、アナログ領域内で実行することができる。特定の実施形態において、第１のモード及び第２のモードを組み合わせることが可能であり、焦点ピクセルＦから取得された焦点情報を測光用に使用することができる。
【００６２】
単なる例として、測光は、１つ又は複数の事前に定義された期間中に露出された後、例えば焦点ピクセルＦ上に格納された電荷を測定することによって実行可能であり、電荷は、イメージングされるシーンから発散する光、及びイメージ・センサ・アレイ上に衝突する光の量を示す。この電荷の量から、同時にキャプチャされることになるイメージの露出時間ＥＰを決定することができる。
【００６３】
キャプチャされたイメージ・データは、その後、例えばドット・エラー（dot  error）を訂正することによって、及び／又は焦点ピクセル位置に関するイメージ・データを決定するためにイメージ・ピクセル値を補間することによって、及び／又はイメージ圧縮などによって、当業者に知られた方法でさらに処理することができる。
【００６４】
米国特許第２０１２００１３７６２号に開示された内容に勝るこの方法（及びデジタル・カメラ）の主な利点は、異なる露出設定値を使用して複数のイメージが撮られることになるため、イメージがより高速にキャプチャできること、及び、処理されることになるデータの量が大幅に少ないため（焦点ピクセルＦの量は、通常、イメージ・センサ・アレイ内のイメージ・ピクセルの数の５％未満、３％未満、２％未満、１％未満である）、電力消費が大幅に少ないことである。
【００６５】
他の利点は、「測光」のステップがイメージ・キャプチャリングとほぼ同時に実行されるため、イメージが（露出期間ＥＰが事前に計算される実装に比べて）さらに高速でキャプチャできることである。
【００６６】
他の利点は、
−実際のイメージ・キャプチャリング中にはアクティブでない焦点ピクセルを、より効率的に使用すること、
−測光ピクセルとしての焦点ピクセルが、（通常は従来の「スポット計測」で実行されるように）中心にのみ集中するのに対して、アクティブなセンサ領域全体に分散できること、
−測光が、より正確な結果が得られる可能性のある、合焦領域上で実行されること、
−露光時間が長い（すなわち暗いシーン）場合、（イメージ・キャプチャリングと同時に実行されるため）非常に正確な光監視が可能であること、
−シャッター・ボタンを押した時点から実際のイメージ・キャプチャまでの待ち時間が縮小されること、及び、
−この方法が、イメージ・データがキャプチャされている間に「測光」が実行されるため、イメージ・キャプチャ中の光の状況の変化を最大限に考慮すること、
である。
【００６７】
図５Ｂにおいて、焦点ピクセルＦの読み出しは定期的であるように示されているが、これは絶対に必要ではなく、焦点ピクセルＦのサンプリングの２つの時点間の時間間隔Δｔｉは異なって良く、言い換えれば、（ｔ２−ｔ１）が（ｔ１−ｔ０）と同一である必要はないことに留意されたい。
【００６８】
「イメージ・キャプチャ」と同時に「測光」する方法は、ビデオ・キャプチャリングの場合にも使用可能であることが企図されている。こうした方法の利点は、露出期間が自動的に制御されること、及び入射光の量が各フレームについて自動的に決定されることである。このようにして、露出オーバー及び／又は露出アンダーのリスクを制限するか又は回避することができる。特に動くピクチャの場合、センサ上の入射光の量はピクチャによって大幅に変化する可能性があり、これは本発明の実施形態に従って自動的に考慮される。
【００６９】
本発明の態様に従ったビデオ・カメラの代替実施形態において、焦点ピクセルＦは（例えば偶数のフレーム番号の間に）「自動合焦」に使用され、この場合、前のフレームの間に決定された露出期間ＥＰは次のフレームに対する事前に定義された値として取られ、ここで焦点ピクセルＦは（例えば基数のフレーム番号の間に）「測光」に使用される一方で、レンズ４４０は前のフレームによって決定された位置に維持される。もちろん、「奇数」及び「偶数」は交換可能であり、自動合焦は２フレームごとではなく、Ｍフレームごとに１回生じてもよく、それによって例えばＭは２から３０の間の数である。
【００７０】
図４は、本発明の実施形態に従ったデジタル・カメラ４００の可能なブロック図の例を示す。前述の実施形態は、こうしたデジタル・カメラ４００内に実装可能であることが理解されよう。
【００７１】
デジタル・カメラ４００は、従来のアパーチャ（図示せず）、フィルタ（図示せず）、及びレンズ系４４０を有する、カメラ及びイメージ・センサ・アレイ４１０に入射光を導くために使用される光学構成要素４０４を含む。イメージ・センサ・アレイ４１０は、前述のように、イメージ・ピクセルＩ及び焦点検出ピクセルＦを備える。焦点検出ピクセルＦは、第１のモードで使用された場合に焦点ぼけ情報を提供するように適合され、第２のモードで使用された場合に「測光」情報を提供するように適合される。どちらのタイプのピクセル値も、アナログ・ピクセル値をデジタル化するためにアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器４２０のアレイに転送される前に、アナログ処理ブロック４１６でアナログ処理を受けることができる。焦点ピクセルＦから取得された、シーンの輝度を示すデジタル化された値は、露出期間ＥＰの自動決定のために第２の動作モードで制御ブロック４２８にルーティングされる。イメージ・ピクセル値は、デジタル処理ブロック４２４にルーティングされ、例えばファイル・フォーマット化の後にデジタル・メモリ（図示せず）上に記憶することが可能な、デジタル化されたイメージ・データ又はデジタル化されたビデオ・データとして提供される前に、デジタル処理（例えばクロストーク補正、焦点ピクセルの位置に関するイメージ・データ推定など）を受けることができる。コントローラ４２８、イメージ・センサ・アレイ４１０、アナログ処理ブロック４１６、Ａ／Ｄブロック４２０、及びデジタル処理ブロック４２４を、ＣＭＯＳ技術で実装された単一集積回路内に集積することができる。
【００７２】
ルートＲ１は、焦点ピクセルＦから取得された輝度関係データ（電荷、アナログ値、デジタル値）がたどる、コントローラ４２８内への経路を示す。ルートＲ２は、イメージ・ピクセルＩから取得されたイメージ関係データ（電荷、アナログ値、デジタル値）がたどる、デジタル処理ブロック４２４内への経路を示す。
【００７３】
アナログ処理ブロック４１６は、例えば相関された二重サンプリング回路などの知られた回路、並びに任意の利得及びフィルタリング、又はオフセット補正を含むことができる。
【００７４】
ブロック４２０内のＡ／Ｄ変換器は、例えば８ビット又は１０ビット又は１２ビット又は１４ビットの変換器とすることができる。
【００７５】
制御ブロック４２８は、複数の焦点ピクセル値Ｆを読み取るため、例えばその平均Ａｉを計算するなどの統計処理を実行するため、平均値Ａｉと事前に定義された閾値レベルＴとを比較するため、並びに、「露出期間」ＥＰの開始及び／又は終了を示すための１つ又は複数の信号を提供するための、アルゴリズムが提供された、ハードウェア内、又は、例えばＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）などのプログラム可能コントローラ内に、実装可能である。
【００７６】
デジタル処理ブロック４２４は、ハードウェア内、又は、制御ブロック４２８と同じか又は別のＤＳＰとすることが可能な、プログラム可能ＤＳＰ内に、実装することも可能である。
【００７７】
図６は、本発明の実施形態に従った方法の流れ図を示す。第１のステップ６０１で、デジタル・カメラは、当分野で知られたように、レンズ４４０を合焦させるために焦点ピクセルを使用する。次のステップ６０２で、焦点ピクセルＦ及びイメージ・ピクセルＩが（例えば図３に示されたピクセルのＲＳＴ及びＴＸラインを起動することによって）リセットされる。次のステップ６０３で、電荷を焦点ピクセルＦ内に集積することによって「測光」が実行され、それと同時に、電荷をイメージ・ピクセルＩ内に集積することによってイメージ・データがキャプチャされる。その後、（例えば図５Ｂの時間ｔ１で）、ステップ６０４が実行され、ここで焦点ピクセルＦから取得された値ｖ１［ｊ］（ｊ＝１からｍ、ｍは焦点ピクセルの数である）が非破壊的に読み出され、「測光」データとして使用され、焦点ピクセルＦ［ｊ］の値ｖ１［ｊ］は、焦点ピクセルＦ［ｊ］内の入射光に比例し、イメージ・センサ４１０上の入射光に関するインジケータとして使用される。好適な読み出しアーキテクチャが使用される場合、焦点ピクセルＦの読み出しは、例えば「再マッピング」技法を使用して、前述のように極端に高速であることが可能である（例えば、それぞれ図２Ａ、図２Ｂ、及び図２Ｃの例では、それぞれ１行、１行、及び３行のピクセルの読み出しと等価である）。次のステップ６０５で、コントローラ４２８は、値ｖ［ｊ］、例えば焦点ピクセルＦのデジタル化された値に関して何らかの統計分析（例えば平均値Ａｉの計算）を実行し、データが事前に定義された基準を満たすかどうかの試験を行う（例えば平均値Ａｉが事前に定義された閾値Ｔより大きいかどうかをチェックする）。試験の結果が、図５Ｂの例のｔ１、ｔ２、・・・、ｔ５のケースである、「ＦＡＬＳＥ」（６０５の後にＮＯで示されている）の場合、露出は続行され、言い換えれば、焦点ピクセルＦ及びイメージ・ピクセルＩにおける光の集積が続行される。試験の結果が、図５Ｂのｔ６のケースである、「ＴＲＵＥ」（６０５の後にＹＥＳで示されている）の場合、これは、良好な露出を有するために使用される焦点ピクセルによって十分な量の光がキャプチャされ、集積が停止されることを意味する。その後、ステップ６０６でイメージ・データが読み出される。
【符号の説明】
【００７８】
１００  ２次元イメージ・センサ・アレイ
１０１  焦点検出ピクセル
２００  写真用イメージ・センサ・アレイ
２０１  焦点検出領域３００  ピクセル
４００  デジタル・カメラ
４１６  アナログ処理
４２４  デジタル処理
４２８  コントローラ
【図１】
2014187691.tif 000003
【図２Ａ】
2014187691.tif 000004
【図２Ｂ】
2014187691.tif 000005
【図２Ｃ】
2014187691.tif 000006
【図３】
2014187691.tif 000007
【図４】
2014187691.tif 000008
【図５Ａ】
2014187691.tif 000009
【図５Ｂ】
2014187691.tif 000010
【図６】
2014187691.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成26年3月20日(2014.3.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露出期間中にイメージ・データをキャプチャするためのイメージ・ピクセル、及び、第１の動作モードで焦点情報を決定するための焦点検出ピクセルを有する、センサ・アレイ、を備えるデジタル・カメラであって、
前記イメージ・ピクセルを用いてイメージをキャプチャする間に、第２の動作モードで前記焦点検出ピクセルから輝度関係データを取得するように適合され、さらに、前記焦点検出ピクセルから取得された前記輝度関係データに基づいて前記露出期間を決定するように適合されたコントローラ）を備える、
ことを特徴とするデジタル・カメラ。
【請求項２】
前記コントローラは、前記焦点検出ピクセルからの前記輝度関係データに関して統計処理を実行するためのプロセッサを有する、
請求項１に記載のデジタル・カメラ。
【請求項３】
前記コントローラは、前記輝度関係データの合計又は平均を計算するように適合され、かつ、関数ＥＰ＝ａ／（Ｓ−ｂ）、又は、関数ＥＰ＝ａ／（Ａ−ｂ）に従って、前記露出期間を計算するように適合されており、
ここで、ＥＰは前記露出期間、Ｓは前記輝度関係データの合計、Ａは前記輝度関係データの平均、及び、ａ、ｂは定数である、
請求項２に記載のデジタル・カメラ。
【請求項４】
イメージ・ピクセルを用いてイメージをキャプチャする間に、デジタル・カメラ内で測光を行うための焦点検出ピクセルを使用すること。
【請求項５】
デジタル・カメラによってデジタル・イメージをキャプチャする方法であって、
前記デジタル・カメラは、イメージ・ピクセル及び焦点検出ピクセルを有するセンサ・アレイを備え、
前記方法は、
ａ）前記イメージ・ピクセルからイメージ・データをキャプチャする間に、前記焦点検出ピクセルから輝度関係情報を取得するステップと、
ｂ）前記取得された輝度関係情報に基づき、イメージ・データをキャプチャするための露出期間を決定するステップと、
ｃ）前記決定された露出期間が経過したときに、前記イメージ・ピクセルからのイメージ・データのキャプチャを停止するステップと、
を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項６】
前記デジタル・カメラは焦点レンズを備え、
前記方法は、さらに、
前記輝度関係情報を取得する前に、前記焦点検出ピクセルから取得された焦点関係情報に基づいて、前記レンズを合焦するステップと、を含む、
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
ステップｃ）におけるイメージ・データをキャプチャする前記ステップが、ステップｂ）における露出期間の前記決定が完了した後に開始される、
請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
ステップｂ）は、
ｄ）所定の期間中に、前記焦点検出ピクセル上の電荷を集積する段階と、
ｅ）前記焦点検出ピクセルから輝度関係データを読み取る段階と、
ｆ）前記輝度関係データの統計処理を実行する段階と、
ｇ）前記統計処理の事前に定義された関数として、前記露出期間を決定する段階と、
を含む、
請求項５から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
ステップｃ）におけるイメージ・データをキャプチャする前記ステップが、ステップｂ）における露出期間を決定するステップの間に実行される、
請求項５又は６に記載の方法。
【請求項１０】
ステップｂ）は、
ｈ）所定の期間中、前記焦点検出ピクセル上の電荷を集積する段階と、
ｉ）前記焦点検出ピクセルから輝度関係データを読み取る段階と、
ｊ）前記輝度関係データに関する統計分析を実行することによって、結果を決定する段階と、
ｋ）前記結果が事前に定義された基準を満たすまで、ステップｈ）からｋ）を反復する段階と、
を含む、
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ステップｊ）は、前記輝度関係データの合計又は平均を計算する段階を含み、
前記基準は、前記合計が事前に定義された閾値レベルよりも大きいかどうか、又は、前記平均が事前に定義された閾値レベルよりも大きいかどうかの、試験の結果である、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
デジタル・カメラによってムービーをキャプチャする方法であって、
前記ムービーは、複数の連続イメージを含み、
前記デジタル・カメラは、イメージ・ピクセル及び焦点検出ピクセルを有するセンサ・アレイを備え、
ａ）前記イメージ・ピクセルからイメージ・データをキャプチャし、かつ、同時に前記焦点検出ピクセルから取得された輝度関係情報に基づいて露出期間を決定するステップと、
ｂ）前記複数のイメージがキャプチャされるまでステップａ）を反復するステップと、
を含むことを特徴とする方法。