(57)【要約】  イメージ・センサが、イメージを表す信号に変換される入射光を取り込むための複数のピクセル；およびそれにおいてイメージならびにリセット・レベルの両方を表す信号にノイズが結合されること；イメージおよびリセット・レベル内のノイズに実質的に対応するか、あるいは等しく対応するノイズを生成する複数のダーク基準ピクセル；および、イメージ信号を読み出し、ダーク基準ピクセルから生成されたノイズを用いてイメージおよびリセット・レベルからのノイズをキャンセルすることによって、イメージ信号およびリセット・レベルからのノイズをキャンセルするか、あるいは実質的にキャンセルするサンプル・アンド・ホールド回路を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）イメージを表す信号に変換される入射光、を取り込むための複数のピクセルであってそれにおいてイメージならびにリセット・レベル信号の両方を表す信号にノイズが結合される複数のピクセル；
（ｂ）前記イメージ信号およびリセット・レベル信号内の前記ノイズに実質的に対応するか、あるいは等しく対応するノイズを生成する複数のダーク基準ピクセル；および、
（ｃ）前記イメージ信号およびリセット・レベル信号を読み出し、前記ダーク基準ピクセルから生成された前記ノイズを用いてイメージ信号およびリセット・レベル信号からのノイズをキャンセルするか、あるいは実質的にキャンセルすることによって、前記イメージ信号およびリセット・レベル信号からの前記ノイズをキャンセルするか、あるいは実質的にキャンセルするサンプル・アンド・ホールド回路；
を包含するイメージ・センサ。
【請求項２】
前記ダーク基準ピクセルは、電源、グラウンド、および／またはバイアス電圧から個別に、あるいは組み合わせで生成されるノイズを含む、請求項１に記載のイメージ・センサ。
【請求項３】
前記ダーク基準ピクセルは、前記サンプル・アンド・ホールド回路内に配置される、請求項１に記載のイメージ・センサ。
【請求項４】
（ａ）イメージを表す信号に変換される入射光、を取り込むための複数のピクセルであってそれにおいてイメージならびにリセット・レベル信号の両方を表す信号にノイズが結合される複数のピクセル；
（ｂ）前記イメージ信号およびリセット・レベル信号内の前記ノイズに実質的に対応するか、あるいは等しく対応するノイズを生成する複数のダーク基準ピクセル；および、
（ｃ）前記イメージ信号およびリセット・レベル信号を読み出し、前記ダーク基準ピクセルから生成された前記ノイズを用いてイメージ信号およびリセット・レベル信号からのノイズをキャンセルするか、あるいは実質的にキャンセルすることによって、前記イメージ信号およびリセット・レベル信号からの前記ノイズをキャンセルするか、あるいは実質的にキャンセルするサンプル・アンド・ホールド回路；
を包含するイメージ・センサを含むカメラ。
【請求項５】
前記ダーク基準ピクセルは、電源、グラウンド、および／またはバイアス電圧から個別に、あるいは組み合わせで生成されるノイズを含む、請求項４に記載のカメラ。
【請求項６】
前記ダーク基準ピクセルは、前記サンプル・アンド・ホールド回路内に配置される、請求項４に記載のカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概してイメージ・センサの分野に関し、より詳細に述べればイメージ・センサから生成される好ましくないノイズを除去するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この分野で周知のとおり、ディジタル・カメラは、シーンの電子表現を取り込むためのイメージ・センサを含む。イメージ・センサ内においては、多くの電子デバイスと同様に、イメージの品質を低下させる好ましくないノイズが生成される。イメージ品質を向上させるためにこのノイズの除去が望ましいことは明らかである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、この好ましくないノイズを除去するための方法および装置が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上に示した問題の１ないしは複数を克服することに指向されている。簡単に要約すると、本発明の１つの側面によれば、本発明は、（ａ）イメージを表す信号に変換される入射光、を取り込むための複数のピクセルであってそれにおいてイメージならびにリセット・レベルの両方を表す信号にノイズが結合される複数のピクセル；（ｂ）イメージおよびリセット・レベル内のノイズに実質的に対応するか、あるいは等しく対応するノイズを生成する複数のダーク基準ピクセル；および、（ｃ）イメージ信号を読み出し、ダーク基準ピクセルから生成されたノイズを用いてイメージおよびリセット・レベルからのノイズをキャンセルすることによって、イメージ信号およびリセット・レベルからのノイズをキャンセルするか、あるいは実質的にキャンセルするサンプル・アンド・ホールド回路を包含するイメージ・センサに帰する。
【０００５】
これらの、およびこのほかの本発明の側面、目的、特徴、および利点については、以下の好ましい実施態様の詳細な説明を検討することによって、また添付図面を参照することによってより明確に理解され、認識されることになろう。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、イメージ・センサのピクセル内において生成される好ましくないノイズをキャンセルするという利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１を参照すると、あらかじめ決定されたアレイに配列された複数のピクセル２０を有するイメージ・センサ１０が示されている。ピクセル２０からサンプリングされた値を読み出すために、複数のサンプル・アンド・ホールド回路３０が、それぞれイメージ・センサ１０のピクセル２０の行に接続される（ピクセルの各列について１つのサンプル・アンド・ホールド回路３０）。サンプル・アンド・ホールド回路３０は、以下に詳細を述べるとおり、ダーク基準ピクセル４０も含む。サンプル・アンド・ホールド回路３０には、サンプル・アンド・ホールド回路３０からの信号の変換ならびに増幅のためのオペアンプ５０が接続される。
【０００８】
図２を参照すると、本発明のピクセル２０およびそれに整合するサンプル・アンド・ホールド回路３０が示されている。各ピクセル２０は、フォトダイオード６０等の感光領域を有し、そこで入射光（矢印によって表現されている）を受光し、それが電荷パケットに変換される。転送ゲート７０は、フォトダイオード６０からの電荷を浮動拡散キャパシタ８０に転送するために選択的にアクティブ化され、そこで電荷が電圧信号に変換される。リセット・ゲート９０は、あらかじめ決定済みの充電レベルに浮動拡散キャパシタ８０をリセットするために、浮動拡散キャパシタ８０から電荷を流すべく機能する。ソース・フォロワ１００のトランジスタは浮動拡散キャパシタ８０に接続されており、浮動拡散キャパシタ８０からの信号を増幅するべく機能する。
【０００９】
リセット信号および実際のイメージ信号の両方を読み出すために、行選択スイッチ１１０がアクティブ化されて、浮動拡散キャパシタ８０のリセット・レベルを表す電圧信号をサンプル・アンド・ホールド回路キャパシタ１２０に渡すことが可能になる。これに関して、キャパシタ１２０に対して信号を渡すために、スイッチＳ１およびＳ３が閉じられ、キャパシタ１２０がリセット電圧レベルに対応するレベルまで充電される。その後、スイッチＳ１およびＳ３が閉じられる。ここで明瞭性のために記すが、この分野で周知のとおり、キャパシタ１２０および１３０は、それらの信号を電荷として蓄える。キャパシタ１２０に蓄えられた電荷は、以下に述べるとおり、オペアンプ５０（図１参照）によって読み出される。
【００１０】
さらにここで明瞭性のために記すが、好ましくないノイズは、電源１４０、グラウンド１５０、およびバイアス電圧１６０によって生成され、この好ましくないノイズが行選択トランジスタ１１０のノードＶｉに現れる。明らかであろうが、このノイズは、実際のイメージ信号およびリセット・イメージ信号の両方と混合される。そのため本発明は、以下に述べるとおり、読み出しの間にこのノイズをキャンセルする。
【００１１】
これに関連してダーク基準ピクセル４０が、電源１４０、グラウンド１５０、およびバイアス電圧１６０から生成されるノイズに等しい大きさのノイズまたは実質的に等しい大きさのノイズを含む基準電圧の生成に使用される。言い換えると、ダーク基準ピクセル４０の電源１７０、グラウンド１８０、およびバイアス電圧１９０は、ピクセルのノイズの複製または実質的な複製を行う。ダーク基準ピクセル４０のノイズは、リセットおよびイメージの読み出し両方の間に生成されるノイズをキャンセルする。明らかであろうが、これは、２つのキャパシタ１２０および１３０上の電圧が、ダーク基準ピクセルおよびピクセル両方からの電圧を用いて充電されることから達成され、それらの電圧は、いずれも同一もしくは実質的に同一の大きさのノイズを含み、キャパシタ１２０および１３０上においてノイズがキャンセルされるか、実質的にキャンセルされるように適時に相関される。
【００１２】
実際のイメージ信号をサンプリングするために、スイッチＳ２およびＳ４が閉じられ、フォトダイオード６０から検知された信号を表す浮動拡散キャパシタ８０から検知された電圧に対応するレベルまでキャパシタ１３０が充電される。その後、スイッチＳ２およびＳ４が開かれる。キャパシタ１２０および１３０からそれぞれの電荷を読み出すために、スイッチＳ５、Ｓ６、Ｓ７、およびＳ８が閉じられる。ここで気付かれるとおり、キャパシタ１２０上の信号はリセット・レベルを表し、キャパシタ１３０上の信号は、イメージに関する実際の信号を表す。前述したとおり、イメージ信号およびリセット信号に混合される電源１４０、グラウンド１５０、およびバイアス電圧１６０のノイズは、ダーク基準ピクセル４０の対応するノイズによってキャンセルされる。
【００１３】
オペアンプ５０（図１参照）がスイッチＳ５、Ｓ６、Ｓ７、およびＳ８の出力に接続されており、キャパシタ１２０および１３０から検知したリセット信号ならびに実際のイメージ信号を表す電荷を増幅された電圧信号に変換する。
【００１４】
図３を参照すると、本発明のイメージ・センサ１０およびサンプル・アンド・ホールド回路３０についての代表的な商業的実施態様を例示する、一般消費者にとってなじみのあるカメラ２００の斜視図が示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のイメージ・センサおよびその関連サンプル・アンド・ホールド回路を示した平面図である。
【図２】ピクセルおよびサンプル・アンド・ホールド回路に対するその接続を示した詳細図である。
【図３】本発明のイメージ・センサについての代表的な商業的実施態様を例示するためのカメラの斜視図である。
【符号の説明】
【００１６】
１０  イメージ・センサ、２０  ピクセル、３０  サンプル・アンド・ホールド回路、４０  ダーク基準ピクセル、５０  オペアンプ、６０  フォトダイオード、７０  転送ゲート、８０  浮動拡散キャパシタ、９０  リセット・ゲート、１００  ソース・フォロワ、１１０  行選択トランジスタ／スイッチ、１２０  サンプル・アンド・ホールド回路キャパシタ、１３０  イメージ信号キャパシタ、１４０  電源、１５０  グラウンド、１６０  バイアス電圧、１７０  電源、１８０  グラウンド、１９０  バイアス電圧、２００  カメラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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