(57)【要約】  本発明の実施態様は、可変アクティブ画像領域を提供する。部分画素は可変選択グループ内に配置され、画素グループを備える。画素グループの部分画素は、複数の選択部分画素グループに属することができる。セレクタは、可変部分画素選択を提供するために、１つ又は複数の選択部分グループの組み合わせ選択するように構成される。可変部分画素選択は、可変アクティブ画像領域の異なる側面（例えば、位置、サイズ、形状）を変化させることができる。これらの側面を変化させることは、アライメント及び較正の観点で、大きな柔軟性につなげることができる。全ての部分画素うちのいくつかだけを選択することは、少ない処理及び低い電力消費量につなげることができる。複数の部分画素値は、１つの画素グループ値内で処理されることができる。異なる可変選択グループのための可変部分画素選択は独立とされることができる。
2013520939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変アクティブ画像領域を提供するための装置であって、
部分画素の第１の可変選択グループ内に配置される複数の第１の部分画素を備え、前記第１の可変選択グループは部分画素の画素グループＡ内に配置される部分画素を含み、画素グループＡは部分画素の複数の選択部分グループに属する複数の部分画素を含み、
前記第１の可変選択グループのための第１のセレクタを備え、前記第１のセレクタは前記第１の可変選択グループのための可変部分画素選択を提供するように構成され、前記セレクタは可変部分画素選択を提供するために第１の可変選択グループの１つ又は複数の選択部分グループの組み合わせを選択するように構成される装置。
【請求項２】
前記第１のセレクタにより選択された組み合わせ当り１つの画素グループ値を出力するように構成される画素グループＡと、
画素グループＡから前記１つの画素グループ値を読出すように構成される読出し部とをさらに備えた請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記１つの画素グループ値は、前記第１のセレクタにより選択された組み合わせが複数の選択部分グループを含むとき、複数の部分画素により生成される複数の部分画素の値に基づく請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記第１の可変選択グループは部分画素の画素グループＢ内に配置される部分画素を含み、画素グループＢは前記複数の選択部分グループの選択部分グループに属する部分画素を含む請求項１記載の装置。
【請求項５】
部分画素の第２の可変選択グループ内に配置される複数の第２の部分画素をさらに備え、
前記第２の可変選択グループは部分画素の画素グループＣ内に配置される部分画素を含み、画素グループＣは部分画素の複数の選択部分グループに属する複数の部分画素を含み、
前記第２の可変選択グループのための第２のセレクタをさらに備え、前記第２のセレクタは前記第２の可変選択グループのための可変部分画素選択を提供するように構成され、前記第２のセレクタは可変部分画素選択を提供するために前記第２の可変選択グループの１つ又は複数の選択部分グループの組み合わせを選択するように構成され、
前記第１の可変選択グループのための前記可変部分画素選択は、前記第２の可変選択グループのための前記可変部分画素選択から独立する請求項１記載の装置。
【請求項６】
画素グループＡ内で複数の部分画素を一緒にビニングするように構成されるビニング回路をさらに備えた請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記ビニング回路は、
センスノードと、
画素グループＡの各部分画素とをさらに含み、前記画素グループＡの各部分画素は、光検出器と、前記光検出器を前記センスノードに接続する選択ゲートとを含む請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記第１のセレクタにより選択される組み合わせの１つ又は複数の選択部分グループ以外の選択部分グループのセットに属する部分画素をリセット状態で保持するように構成される保持回路をさらに備えた請求項１記載の装置。
【請求項９】
前記保持回路は、
バイアス源と、
前記バイアス源を前記複数の選択部分グループの選択部分グループＪに接続する選択部分グループバイアスゲートと、
選択部分グループＪに属する各部分画素とをさらに含み、選択部分グループＪに属する各部分画素は、光検出器と、前記光検出器を前記バイアス源に接続する部分画素選択ゲートとを含む請求項８記載の装置。
【請求項１０】
請求項１記載の装置を備えた画像キャプチャ装置。
【請求項１１】
可変アクティブ画像領域を提供するための方法であって、前記装置は、
部分画素の第１の可変選択グループ内に複数の第１の部分画素を配置することを備え、前記第１の可変選択グループは部分画素の画素グループＡ内に配置される部分画素を含み、画素グループＡは部分画素の複数の選択部分グループに属する複数の部分画素を含み、
前記第１の可変選択グループのための可変部分画素選択を提供するために前記第１の可変選択グループの１つ又は複数の選択部分グループの組み合わせを選択することを備えた方法。
【請求項１２】
選択された組み合わせ当りの画素グループＡから１つの画素グループ値を出力することと、
画素グループＡから前記１つの画素グループ値を読出すこととをさらに備えた請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記１つの画素グループ値は、前記選択された組み合わせが複数の選択部分グループを含むとき、複数の部分画素により生成される複数の部分画素の値に基づく請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の可変選択グループは部分画素の画素グループＢ内に配置される部分画素を含み、画素グループＢは前記複数の選択部分グループの選択部分グループに属する部分画素を含む請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
複数の第２の部分画素を部分画素の第２の可変選択グループ内に配置することをさらに備え、前記第２の可変選択グループは部分画素の画素グループＣ内に配置される部分画素を含み、画素グループＣは部分画素の複数の選択部分グループに属する複数の部分画素を含み、
前記第２の可変選択グループのための可変部分画素選択を提供するために前記第２の可変選択グループの１つ又は複数の選択部分グループの組み合わせを選択することをさらに備え、
前記第１の可変選択グループのための前記可変部分画素選択は、前記第２の可変選択グループのための前記可変部分画素選択から独立する請求項１１記載の方法。
【請求項１６】
画素グループＡ内で複数の部分画素をともにビニングすることをさらに備えた請求項１１記載の方法。
【請求項１７】
選択される組み合わせの１つ又は複数の選択部分グループ以外の選択部分グループのセットに属する部分画素をリセット状態で保持することをさらに備えた請求項１１記載の方法。
【請求項１８】
指示を格納しコンピュータにより読出し可能な記憶媒体であって、プロセッサによって前記指示が実行されるとき、前記プロセッサは、部分画素の第１の可変選択グループ内に配置される複数の第１の部分画素を含み、前記第１の可変選択グループは部分画素の画素グループＡ内に配置される部分画素を含み、前記画素グループＡは部分画素の複数の選択部分グループに属する複数の部分画素を含む装置の方法を実行させ、
前記方法は、
前記第１の可変選択グループのための可変部分画素選択を提供するために前記第１の可変選択グループの１つ又は複数の選択部分グループの組み合わせを選択することを備えた、コンピュータにより読出し可能な記憶媒体。
【請求項１９】
前記方法は、
選択された組み合わせ当りの画素グループＡから１つの画素グループ値を出力することと、
画素グループＡから前記１つの画素グループ値を読出すこととを更に備えた請求項１８記載のコンピュータにより読出し可能な記憶媒体。
【請求項２０】
前記１つの画素グループ値は、前記選択された組み合わせが複数の選択部分グループを含むとき、複数の部分画素により生成される複数の部分画素の値に基づく請求項１９記載のコンピュータにより読出し可能な記憶媒体。
【請求項２１】
前記装置は、部分画素の第２の可変選択グループ内に配置される複数の第２の部分画素を更に含み、前記第２の可変選択グループは部分画素の画素グループＣ内に配置される部分画素を含み、画素グループＣは部分画素の複数の選択部分グループに属する複数の部分画素を含み、
前記方法は、
前記第２の可変選択グループのための可変部分画素選択を提供するために前記第２の可変選択グループの１つ又は複数の選択部分グループの組み合わせを選択することをさらに備え、
前記第１の可変選択グループのための前記可変部分画素選択は、前記第２の可変選択グループのための前記可変部分画素選択から独立する請求項１８記載のコンピュータにより読出し可能な記憶媒体。
【請求項２２】
前記方法は、画素グループＡ内で複数の部分画素を一緒にビニングすることをさらに備えた請求項１８記載のコンピュータにより読出し可能な記憶媒体。
【請求項２３】
前記方法は、選択される組み合わせの１つ又は複数の選択部分グループ以外の選択部分グループのセットに属する部分画素をリセット状態で保持することをさらに備えた請求項１８記載のコンピュータにより読出し可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、可変アクティブ画像領域を有するイメージセンサに関する。
本願の対応出願としては、２０１０年２月２４日に出願された米国出願番号１２／７１２，１４６の一部継続出願（ＣＩＰ）があり、この内容は全ての目的のために全体において参照により組み入れられる。
【背景技術】
【０００２】
リニアイメージセンサ及びエリアアレイイメージセンサ
【０００３】
画像化装置は、一般的に画像をキャプチャするためのイメージセンサとして使用される。イメージセンサは、画像を伝送する入射光を画像キャプチャデータに変換することで、画像をキャプチャし得る。イメージセンサは、カメラ付電話機、デジタルスチルカメラ、ビデオ、バイオメトリクス、セキュリティ、監視、マシンビジョン、メディカルイメージング、バーコード、タッチスクリーン、分光、光学式文字認識、レーザー三角測量、及び位置測定のような、様々な装置及び機器に用いられ得る。
【０００４】
イメージセンサの一種としては、図１Ａに従来のリニアイメージセンサとして示すようなリニアイメージセンサ、又はリニア撮像装置がある。リニアイメージセンサは、例えば、バーコード読み取りやリニア位置決めのような、主に１つの軸に沿って画像がキャプチャされるアプリケーションで用いるために、しばしば選択される。従来のリニア撮像装置１０１は、多数（例えば、数百、数千）のリニアな配置での複数の光検出素子（ＬＤＥ）１０３を有し得る。
【０００５】
各ＬＤＥ１０３は、入射光を電気信号（例えば、電荷量、又は電圧の量）に変換し得る。これらの電気信号は、読出し部１０５に出力された複数の値に対応し得る。同じロウでの複数のＬＤＥからの複数の値は、読出し部１０５に読出し得る。読出し部１０５は、その後さらなる処理のためにデジタル又はアナログイメージデータを他の複数の構成要素に出力し得る。読出し部１０５は、高い速度レートで画像をシフトアウトするシフトレジスタを備えることが可能である。
【０００６】
イメージセンサのもう１つの種類としては、図１Ｂに従来のエリアアレイイメージセンサ１０２として示すようなエリアアレイイメージセンサ、又はエリアアレイ撮像装置がある。エリアアレイイメージセンサは、例えば、デジタルスチルカメラやビデオのような、画像の二次元面をキャプチャすることが重要であるアプリケーションにおいて用いられ得る。従来のエリアアレイ撮像装置１０２は、各ロウが多数（例えば、何百、何千）のＬＤＥを有する、多数（例えば、何百、何千）のＬＤＥのロウを有し得る。
【０００７】
上記リニア撮像装置１０１の読出し処理と同様に、エリアアレイ撮像装置１０２の同じロウでの複数のＬＤＥ１０４からの複数の値は、カラム読出し部１０６へ読み出され得る。エリア撮像装置１０２の複数のロウからの複数の値を読出すために、ロウシフタ１０８は、複数のＬＤＥ１０４の各ロウを介して読出し処理をシフトさせる。例えば、複数のＬＥＤの第１のロウからの値は、カラム読出し部１０６へ読出され得る。次に、カラム読出し部１０６は、第１のロウの画像データを、さらなる処理を行うための他の複数の構成要素（例えば、画像プロセッサ）へ出力することが可能であり、ロウシフタ１０８は、読出し処理を複数のＬＤＥ１０４の第２のロウへシフトさせ得る。各ロウを介した読出し処理が進むにつれて、画像化装置は、エリアアレイ撮像装置１０２の複数のＬＤＥ１０４の全体の面から画像データをキャプチャし得る。
【０００８】
カラム読出し部１０６は、高い速度レートで画像データをシフトアウトするシフトレジスタ又はロジックを備えることが可能である。ロウシフタ１０８はまた、次のロウへ読出し処理を進めるためのシフトレジスタ又は他のロジックを備えることが可能である。
【０００９】
各画像キャプチャのために、イメージセンサの複数のＬＤＥは、データの対応するフレームを生成し得る。従来のエリアアレイ撮像装置と比較すると、従来のリニア撮像装置は、画像キャプチャフレーム当りはるかに少ないデータを生成し得る。リニア撮像装置によりキャプチャされた１つの画像データを処理することは、エリアアレイ撮像装置によりキャプチャされた１つの画像データを処理することよりも、はるかに少ない計算量となるであろう。例えば、４８０個のＬＤＥの１個のロウを有するリニア撮像装置は、画像のフレームあたり４８０個のデータサンプルを生成し得る。これに対して、低解像度のＶＧＡのため、ロウあたり６４０個のＬＤＥの４８０個のロウを有するエリアアレイ撮像装置は、画像キャプチャデータのフレームあたり、６４０×４８０＝３０７，２００個のデータを生成し得る。明らかに、リニア撮像装置からの画像キャプチャデータを処理することは、エリアアレイ撮像装置からの画像キャプチャデータを処理することに比べ、はるかに少ない処理能力を伴うものであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第５，９４９，４８３号明細書
【特許文献２】米国特許第６，０８４，２２９号明細書
【特許文献３】米国特許第７，０５７，１５０号明細書
【特許文献４】米国特許出願第１２／７１２，１４６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来のリニア撮像装置は、従来のエリアアレイ撮像装置に比べ、はるかに少ない複数のＬＤＥを有するため、リニア撮像装置は、少ないより電力消費量を有し得る。従って、リニア撮像装置からの少ない各データ量を処理することは、少ない消費量となり、それはより少ない電力消費量となり得る。
【００１２】
また、物理的なスペースを占有するより少ない複数のＬＤＥを有することは、従来のリニア撮像装置のためのダイ上の回路サイズは、はるかに小さくなり得る。このより小さいサイズは、リニア撮像装置のための比較的低い製造コストになり得る。
【００１３】
このように、エリアアレイ撮像装置を用いたシステムデザインと比べ、リニア撮像装置を用いたシステムデザインは、より低い電力消費量、より低い製造コスト、及びより小さいサイズを提供することが可能である。このような相対的な効果は、リニア撮像装置の複数のＬＤＥの相対的な低いコストにつながり得る。
【００１４】
イメージセンサのためのアライメント
【００１５】
アライメントは、リニア撮像装置のためのアプリケーションで共通の関心事である。適切なアライメントを行わないと、採用されたセンサの品質にかかわらず、全体のアプリケーションは低下し得る。所望の画像キャプチャフィールドでのアライメント許容値のマージン内のために、従来のリニア撮像装置の複数のＬＤＥのリニア配置のより適切なアライメントを達成し維持することが困難となる可能性がある。例えば、リニアイメージセンサのアクティブ画像領域は、長く薄くなり、画像キャプチャ装置でのリニアイメージセンサがはじめに組み立てられるとき、薄いアスペクト比のためにアライメント許容値のマージンは、非常に狭くなり得る。画像キャプチャ装置の組み立てが所望の許容値マージン以内での適切なアライメントを達成できない場合、画像キャプチャ装置は使用することができない。使用できない装置を高い割合で生産するアセンブリシステムは、低いアセンブリ歩留まりを有し得る。
【００１６】
さらに、リニアイメージセンサのアライメントは、画像キャプチャ装置の共通の物理的な用法を用いたセンサの共通の物理的な動きのため変化し得る。アライメントを訂正することは、修理又は交換でのコストを伴う。
【００１７】
さらに、画像キャプチャ装置は、光学素子（例えば、レンズ、反射素子、プリズム）のような、リニア撮像装置に加えて複数の構成要素を備えてもよい。そのような付加的な構成要素の適切な用法はまた、リニア撮像装置及び画像キャプチャフィールドが有するそれらの付加的な構成要素を正確に合わせることを伴い得る。それらの付加的な構成要素の全ては、同様に、アライメント許容値のあるマージン以内で位置合わせされる必要があり得る。これらの構成要素の全てを適切に位置合わせを行うことの困難さは、画像キャプチャ装置の組み立てでの困難さにつながり得る。
【００１８】
例えば、各光検出素子が１０×１０ミクロンのサイズを有する、２０００個の複数のＬＤＥのロウを有するリニア撮像装置は、２０ミリメータ×１０ミクロンの画素領域を有し得る。所望の画像キャプチャフィールドに対してリニア撮像装置の長くて薄いアクティブ画像領域位置を合わせるために適切な光学的な配置を達成し維持することは、非常に困難である可能性がある。十分に許容値の狭いマージンを有する装置を構成し組み立てることは可能ではあるが、生産、メンテナンス、アライメント、修理、及び交換でのコストのような様々な方法で、それらの狭いマージンに関するコストが高くなる可能性がある。
【００１９】
さらに、アライメント調整の効果を距離を増加するにつれて拡大できるので、アライメント許容値のより狭いマージンも、比較的長い距離が伴う場合のアプリケーションで要求されるかもしれない。２０ミリメータ×１０ミクロンのリニアイメージセンサを例とすると、キャプチャされるイメージがリニアイメージセンサから２０センチメートル又はメートルも離れている場合、アライメント許容値はわずか数ミクロン以内とする必要がある。
【００２０】
画像キャプチャ装置が適切に位置合わせされた場合であっても、所望のイメージは、追加設定を導入することができる方法で変化してもよい。例えば、所望のイメージが画像キャプチャフィールド内にないように、所望のイメージの形状及び／又は位置を、変化してもよい。すなわち、所望のイメージは、画像キャプチャ装置の画像キャプチャフィールドを用いて位置合わせされ得る。所望のイメージにおけるそのような変化を、環境の変化により引き起こしてもよい。例えば、環境の温度における変化は、機械的な構成要素が拡大又は縮小することを引き起こし得、それは所望のイメージと画像キャプチャフィールドとの間での光学的なアライメントに影響を与え得る。
【００２１】
アライメント許容値を緩和するための１つの技術は、非常に背高の寸法を有するＬＤＥを用いることである。例えば、８ミクロン×８ミクロンの正方形の寸法を用いる代わりに、非常に大きな背高の１２５ミクロン×８ミクロンの寸法を使う方法がある。大きな背高を有する複数のＬＤＥは、非常に大きな領域から光を収集し得るので、より大きな寸法は、アライメント許容値の増大と感度の増大とを可能にする。しかしながら、より大きなの光を収集しても、この収集された光の多くの量は、特定のアプリケーションにとって望ましくない。そのような余分な光は、不要な信号の形での余分なノイズのような、好ましくない効果に寄与するかもしれない。
【００２２】
もう１つの技術は、複数のＬＤＥのデジタルビニングを伴うものがあり得る。大きな背高の物理的な寸法及び高いアクティブ画像領域を有する単一のＬＤＥを用いる代わりに、一つは、大きな背高のアクティブ画像領域に匹敵する効果的なアクティブ画像領域を形成するために、より小さな物理的な寸法を有する複数のＬＤＥをともにデジタル的に配置することがあり得る。画像キャプチャデータサンプルは、各ビニングされた複数のＬＤＥから読出され、その後に所望の画像キャプチャ情報を得るために、デジタル的に処理されるかもしれない。しかしながら、デジタル処理は、ノイズと、信号対雑音比の低下とを加えるかもしれない。また、大きな背高の物理的な寸法を有する複数のＬＤＥを用いることと同様に、収集された余分な光は、望ましくない結果に寄与し得る。さらに、デジタルビニングのための付加的な複数のＬＤＥは、データサンプル及びデジタル的にデータサンプルを処理するために対する計算を増大させるかもしれない。さらに、デジタル的にビニングされた複数のＬＤＥの効果的なアクティブ画像領域は、まだサイズ及び位置について固定されていてもよい。従って、特定のアプリケーションのアライメントのニーズに対処することは、まだ特定のＬＤＥサイズの複数のＬＤＥの高精度な配置を必要とするかもしれない。デジタルビニングは、パナビジョンイメージＬＬＣからのＤＬＩＳ  ２Ｋ撮像装置によって、例示され得る。
【００２３】
図２Ａは、従来のリニアイメージセンサとともに適切に配置された画像を示す。図２Ａにおいて、画像２０５は、キャプチャされるべき画像を表している。キャプチャされた画像が主に１つの軸に沿っているとき、アライメント位置の各比較的小さい範囲は、従来のリニア撮像装置２０１のために適切である。図２Ｂは、従来のリニアイメージセンサとともに適切でなく配置された画像を示す。適切なアライメントでないと、リニア撮像装置２０１は、図２Ｂに例示するように、画像２０５を適切にキャプチャすることができない。
【００２４】
リニア撮像装置に対して、アライメントは、しばしばエリアアレイ撮像装置のためのアプリケーションにおいて、懸案事項が少ない。図２Ｃは、従来のエリアイメージセンサのアクティブ画像領域内での画像を示す。長くかつ薄いリニア撮像装置２０５のアクティブ画像領域に比べ、従来のエリアアレイ撮像装置２０２のアクティブ画像領域は、同様の長さを有するが、大きさの大きなオーダーで非常に高い背高を有するかもしれない。従って、エリアアレイ撮像装置の大きなアクティブ画像領域は、エリアアレイ撮像装置２０２が有するサンプルイメージ２０５をキャプチャするために、所望のアライメント位置の大きな範囲を許容する。
【００２５】
このように、画像キャプチャオプションの間でトレードオフが存在し得る。エリアアレイ撮像装置の代わりにリニア撮像装置を用いると、処理能力の低下、電力消費量の低下、生産コストの低下、及びサイズの低下を伴い得る。しかしながら、リニア撮像装置を用いることはまた、より大きなアライメントの懸案事項及び関連するコストを伴い得る。リニア撮像装置及びエリアアレイ撮像装置の両方の利点を有するイメージセンサは、低いシステムコストを有する装置及びアプリケーションを可能とするであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明の実施態様は、可変アクティブ画像領域を提供する。部分画素は、可変選択グループ内に配置され、それは画素グループを含む。画素グループの部分画素は、複数の選択部分グループに属することができる。セレクタは、可変部分画素の選択を提供するために１又は複数の選択グループの組み合わせを選択するように構成される。可変部分画素選択は、可変アクティブ画像領域の異なる側面（例えば、位置、サイズ、形状）を可変とすることができる。これらの側面を可変とすることは、アライメント及び較正の観点で大きな柔軟性につなげることができる。全ての部分画素のいつくかだけを選択することは、より小さな処理及びより低い電力消費量につなげることができる。
【００２７】
画素グループは、選択された組み合わせ当たり１つの画素グループ値を出力することができる。読出し部は、１つの画素グループ値を読出すことができる。１つの画素グループ値は、複数の部分画素により生成された複数の部分画素値に基づくことができる。１つの画素グループ値内の複数の部分画素値を処理することは、小さな処理及びより低い電力消費量につなげることができる。
【００２８】
可変選択グループは、２つの画素グループを備えることができる。選択されたグループは、それら２つの画素グループそれぞれからの部分画素を含み得る。選択部分グループが選択された場合、含まれる部分画素もまた選択される。このように、複数の部分画素は、ただ１つの選択部分グループを選択することにより、選択することができる。
【００２９】
本発明の実施態様は、２つの可変選択グループを含むことができる。一方の可変選択グループのための可変部分画素選択は、他方の可変選択グループのための可変部分画素選択と独立されることができる。このように、アクティブ画素領域設定の広い変化が可能となる。
【００３０】
回路をビニングすることは、アナログ又はデジタルビニングのどちらかを介して、画素グループ内での複数の部分画素とともにビニングすることができる。アナログ実施態様は、光検出器及び光検出器をセンスノードに接続するように構成される選択ゲートを含むセンスノード及び画素グループの各部分画素を含むことができる。アナログ実施態様は、デジタル処理を低減し得る。
【００３１】
回路を保持することは、使用されていない又は選択されていない部分画素をリセット状態で保持することができる。これらの使用されていない又は選択されていない部分画素は、選択された組み合わせの１つ又は複数の選択部分グループ以外の、選択部分グループのセットに属することができる。この回路を保持することは、ブルーミングと関連する隣接する部分画素間のクロストークを最小化することができる。ブルーミングが低い又はないことは、より良い画質につながり得る。実施態様は、バイアス源とバイアス源を選択グループに接続するように構成される選択部分グループバイアスゲートとを含むことができる。選択部分グループに属する各使用されていない又は選択されていない部分画素は、使用されていない又は選択されていない光検出器と使用されていない又は選択されていない光検出器をバイアス源に接続するように構成される部分画素バイアスゲートとを含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１Ａ】従来のリニアイメージセンサを示す。
【図１Ｂ】従来のエリアアレイイメージセンサを示す。
【図２Ａ】従来のリニアイメージセンサとともに適切に配置された画像を示す。
【図２Ｂ】従来のリニアイメージセンサとともに適切でなく配置された画像を示す。
【図２Ｃ】従来のエリアイメージセンサのアクティブ画像領域内での画像を示す。
【図３Ａ】本発明の実施形態に係る可変アクティブ画像領域イメージセンサ及び関連する構成要素を例示的に示す。
【図３Ｂ】本発明の実施形態に係る例示的な可変アクティブ画像領域イメージセンサの例示的な可変選択グループの詳細を示す。
【図３Ｃ】１０個の画素グループ中に配置される５０個の部分画素と５個の選択部分グループとを有する可変選択グループの実施形態を示す。
【図４Ａ】本発明の実施形態に係るイメージセンサ面の例示的なアクティブ画像領域選択構成を示す。
【図４Ｂ】本発明の実施形態に係るアクティブ画像領域選択構成での６可変選択グループを用いたいくつかのバリエーションを示す。
【図５】本発明の実施形態に係るセンサ（撮像装置）を含む例示的な画像キャプチャ装置を示す。
【図６】本発明の実施形態に係るセンサ（撮像装置）とともに使用することが可能な例示的な画像プロセッサのハードウェアブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下の所望の実施形態の説明において、本実施形態の一部を形成する添付の図面を参照し、そこにおいての特定の実施形態において示される発明は実施可能であるように示される。他の実施形態を用いることができ、この発明の実施形態の範囲から外れることなく構造的な変形を形成することが可能であることを理解されるべきである。
【００３４】
可変アクティブ画像領域撮像装置及び関連する構成要素
【００３５】
図３Ａは、本発明の実施形態に係る可変アクティブ画像領域イメージセンサ及び関連する構成要素を例示的に示す。本発明の実施形態に係る可変アクティブ画像領域イメージセンサは、カメラ付電話機、デジタルスチルカメラ、ビデオ、バイオメトリクス、セキュリティ、監視、マシンビジョン、メディカルイメージング、バーコード、タッチスクリーン、分光、光学式文字認識、レーザー三角測量、及び位置測定のような、様々な装置及び機器に用いられ得る。
【００３６】
可変アクティブ画像領域撮像装置は、図３Ａでの可変アクティブ画像領域画像センサ３０３により示すように、リニアな形状及び複数のＬＤＥの複数のロウを有する画像センサを備え得る。例として、可変アクティブ画像領域撮像装置３０３は、２−２０個のロウ及び複数のＬＤＥの約１０００個のカラム、又は”部分画素”を備え得る。他の実施形態は、正方形、長方形、円形、又は長円形のような、異なる形状を有するイメージセンサを含み得る。
【００３７】
部分画素は、可変選択のための１つ又は複数のグループ３２０−Ｇ１，３２０−Ｇ２，．．．，３２０−ＧＮに分割され得る。可変選択グループ３２０−Ｇ１は、例示的にグループ１と表す。各可変選択グループは、１つ又は複数の画素グループを備え得る。画素グループは、ロウ、カラム、斜めの、又はアプリケーションのニーズに従ったあらゆる他の任意の部分画素の配置としてアレンジすることが可能である。例えば、カラム３３０−Ｇ１−Ｃ１は、グループ１−カラム１の位置においてのカラム配置での例示的な画素グループを表す。
【００３８】
部分画素３３０−Ｇ１−Ｃ１−Ｒ１は、グループ１−カラム１−ロウ１の位置においての例示的な部分画素（例えば、フォトダイオード、フォトゲートの光検出器を備える）を表す。部分画素３３０−Ｇ１−Ｃ１−Ｒ１は、電磁スペクトルの様々な範囲での光を感知し得る。１つの例は、例えば、７００−９００ｎｍの赤外領域である。他の例は、例えば、赤、黄、緑、青、及び紫の１つ又は複数のような、１つ又は複数の特定の色領域を含む。もう１つの例は、部分画素は、例えば、１００−４００ｎｍの紫外領域である。部分画素はまたモノクロでも良い。さらにもう１つの例は、ここで述べたこれらを超えた範囲の波長を含み得る。換言すると、本発明の実施形態は、部分画素のためのあらゆる特定の波長範囲から独立し得る。
【００３９】
さらに、本発明の実施形態は、部分画素及びイメージセンサアーキテクチャの特定のタイプから独立し得る。例えば、例示的な部分画素は、フォッサムらの特許文献１に例えられるような、アクティブ画素センサタイプが属し得る。さらにもう１つの例えは、例示的な部分画素は、ペースらの特許文献２に例えられるような、アクティブカラムセンサタイプが属し得る。
【００４０】
各可変選択グループのために、グループ１のためにセレクタ３４０−Ｇ１により例えられるような、対応するセレクタがあり得る。（セレクタ３４０−Ｇ２はグループ３２０−Ｇ２に対応し、セレクタ３４０−ＧＮはグループ３２０−ＧＮに対応することになる。）セレクタ３４０−Ｇ１は、出力３４５−Ｇ１を通じてグループ３２０−Ｇ１での部分画素の１つ又は複数の部分グループの選択の組み合わせを選択し得る。部分グループの選択は、ロウ、カラム、斜め、又はあらゆる他の任意の部分画素の配置としてアレンジすることが可能である。例えば、グループ３２０−Ｇ１（例えば、部分画素３１０−Ｇ１−Ｃ１−Ｒ１及び３１０−Ｇ１−Ｃ２−Ｒ１を含む）での第１のロウは、グループ１−ロウ１の位置においてのロウ配置での例示的な選択部分グループとして特徴付けられ得る。
【００４１】
さらに、セレクタ３４０−Ｇ１は、出力３４５−Ｇ１を通じてグループ３２０−Ｇ１での部分画素の１つ又は複数の部分グループの選択のあらゆる組み合わせを選択するように構成してもよい。例えば、ロウ１、２、及び３のように配置される３つの選択部分グループのケースでは、以下の３つの部分グループの１つ又は複数のあらゆる組み合わせを選択できるように構成される：{ロウ１}，{ロウ２}，{ロウ３}，{ロウ１，ロウ２}，{ロウ１，ロウ３}，{ロウ２，ロウ３}，{ロウ１，ロウ２，ロウ３}。
【００４２】
グループ３２０−Ｇ１でのカラムそれぞれは、同一の選択された１つまたは複数のロウを有し得る。カラム３３０−Ｇ１−Ｃ１において、選択されたロウでの部分画素は、カラム３３０−Ｇ１−Ｃ１のための出力を生成し得る。１つの選択されたロウがある場合、選択された部分画素は選択され、カラム３３０−Ｇ１−Ｃ１のための出力を生成させる可能性がある。カラム３３０−Ｇ１−Ｃ１のための出力は、入力３３５−Ｇ１−Ｃ１に取り込まれ、読出し部３７０に取り込まれ得る。画像キャプチャデータに対応する値３７５は、例えば、画像処理等の処理のため、読出し部３７０から出力され得る。読出し部３７０は、シフトレジスタのような、記憶素子を備え得る。その代わりに、読出し部３７０は、ランダムアクセスロジック又はシフトレジスタロジック及びランダムアクセスロジックの組み合わせを備え得る。
【００４３】
可変選択グループ
【００４４】
図３Ｂは、本発明の実施形態に係る例示的な可変アクティブ画像領域イメージセンサの例示的な可変選択グループ（例えば、３２０−Ｇ１）の詳細を示す。明確のために、グループ３２０−Ｇ１の他の構成要素の詳細については、図３Ｂには含まれていない。
【００４５】
グループ３２０−Ｇ１は、部分画素の画素グループに対応して関連する回路の１つ又は複数のセットを備えても良い。可変選択グループ３２０−Ｇ１の各画素グループは、対応する画素グループ回路を有し得る。例えば、グループ１−カラム１の位置におけるカラムに配置される例示的な画素グループに関連する回路は、画素グループ回路３３３−Ｇ１−Ｃ１として表している。各付加的な画素グループのために、グループ３２０−Ｇ１は、グループ１−カラム２のための３３３−Ｇ１−Ｃ２のような、もう１つの画素グループ回路を備え得る。
【００４６】
可変ロウ選択グループ３２０−Ｇ１に加えて、グループ３２０−Ｇ２から３２０−ＧＮは、グループ２からＮのための参照符号Ｇ２からＧＮを有して相当するグループ３２０−Ｇ１と同様に、又はその偶数が同一になり得る。グループ３２０−Ｇ２から３２０−ＧＮのそれぞれはグループごとに同じ数のカラムを有し得るか又はグループ３２０−Ｇ２から３２０−ＧＮのそれぞれは異なる数のカラムを有し得る。グループ３２０−Ｇ２から３２０−ＧＮのそれぞれはグループごとにロウで同じ数のロウを有し得るか又はグループ３２０−Ｇ２から３２０−ＧＮのそれぞれは異なる数のロウを有し得る。
【００４７】
グループ３２０−Ｇ１において、各カラムは、部分画素光検出器のＭ個のロウを備え得る。グループ１−カラム１のために、部分画素光検出器３１２−Ｇ１−Ｃ１−Ｒ１から３１２−Ｇ１−Ｃ１−ＲＭがある。各部分画素光検出器のため、選択ゲートがあり得る。選択ゲートは、あらゆる所望のゲート素子（例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、転送ゲート）があり得る。セレクタ３４０−Ｇ１は、選択部分グループの部分画素を選択するために制御信号３４５−Ｇ１−Ｒ１を選択ゲート３５０−Ｇ１−Ｃ１−Ｒ１に送信し得る。例えば、図３Ａでの部分画素３１０−Ｇ１−Ｃ１−Ｒ１は、グループ１−ロウ１の位置における例示的な選択画素グループの部分画素を表す。セレクタ３４０−Ｇ１は、ロウＭを選択するために、制御信号３４５−Ｇ１−ＲＭを選択ゲート３５０−Ｇ１−Ｃ１−ＲＭに送信し得る。各カラムは同じ数のロウを有しても良いし、又は異なるカラムは異なる数のロウを有しても良い。
【００４８】
所望の画像を伝送する入射光は、以下の例示的な処理を用いて画像キャプチャデータ値に変換され得る。部分画素３１２−Ｇ１−Ｃ１−Ｒ１上に入射された光は、電気信号に変換され得、選択ゲート３５０−Ｇ１−Ｃ１−Ｒ１に出力され得る。制御信号３４５−Ｇ１−Ｒ１は、共通センスノード３５６−Ｇ１−Ｃ１上に対応する電気信号を配置するために、選択ゲート３５０−Ｇ１−Ｃ１−Ｒ１を制御し得る。電気信号は、リセットスイッチ３８０−Ｇ１−Ｃ１，リセット線信号３８２−Ｇ１−Ｃ１，リセットバイアス３８４−Ｇ１−Ｃ１，センス回路３９０−Ｇ１−Ｃ１，及びキャプチャ回路３６０−Ｇ１−Ｃ１の協働を用いて生成され得る。
【００４９】
センス回路３９０−Ｇ１−Ｃ１は、センスノード３５６−Ｇ１−Ｃ１上の電気信号の各合計の出力を生成し得る。センス回路３９０−Ｇ１−Ｃ１は、複数のバリエーションで実施され得る。例示的な実施形態は、センスノード３５６−Ｇ１−Ｃ１に接続されるセンスＦＥＴを備えてもよく、センスＦＥＴはまた、アナログビニングのためのアナログ値を出力するアンプに接続される。もう１つの例は、センスノード３５６−Ｇ１−Ｃ１に接続されたオペアンプを備えることであり、そのオペアンプはデジタルビニングのためにデジタル値を出力するオペアンプ形態（例えば、比較器、積分器、ゲインアンプ）が適用可能である。
【００５０】
センス回路３９０−Ｇ１−Ｃ１の出力は、その後、キャパシタ回路３６０−Ｇ１−Ｃ１によりキャプチャされる。センス回路３９０−Ｇ１−Ｃ１がアナログ値を出力するケースにおいて、キャプチャ回路３６０−Ｇ１−Ｃ１は、センス回路３９０−Ｇ１−Ｃ１の出力をデジタル化するアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）を含むことができる。アナログのケースにおいて、アナログ値は、更なる処理又は読出しのためにバス上へ切り替えられることができる。デジタルのケースにおいて、合計の電気信号のそれぞれの値は、その後、決定されて記録素子（例えば、ラッチ、アキュムレータ）に格納されることができる。この値は、処理、例えば画像処理のために読出されることができる。１つの実施形態において、キャプチャ回路３６０−Ｇ１−Ｃ１は、図３Ａの読出し部３７０への入力３３５−Ｇ１−Ｃ１を供給し得る。もう１つの実施形態において、キャプチャ回路３６０−Ｇ１−Ｃ１は、読出し部の一部であり得る。
【００５１】
画素グループ回路３３３−Ｇ１−Ｃ１からのデータは、”画素”データとして理解されることができる。ただ１つのロウが選択されるケースにおいて、共通センスノード３５６−Ｇ１−Ｃ１は、１つの部分画素に対応する合計の電気信号を有し得る。このケースにおいて、１つの部分画素は、”画素”データのサイズとして理解されることができる。
【００５２】
同時に複数のロウが選択されるケースにおいて（例えば、３つのロウ）、共通センスノード３５６−Ｇ１−Ｃ１は、複数の部分画素（例えば、３つの部分画素）に対応する合計の電気信号を有し得る。ビニングは、一度に１つの部分画素以上の出力がされることとして理解されることができる。複数の部分画素（例えば、３つ）が選択される場合、部分画素の数は、画素グループ回路３３３−Ｇ１−Ｃ１からの”画素”データのサイズとして理解されることができる。複数の隣接しない部分画素が選択される場合（例えば、セットの１の部分画素に隣接しないもう１つのセットの２つの隣接する部分画素）、画素グループ回路３３３−Ｇ１−Ｃ１からの”画素”データは、カラムに対応する隣接しない部分からの画素データを包含するものとして理解されることができる。ビニングに関する更なる技術は、ゾルノウスキーらの特許文献３に見つけることが可能である。
【００５３】
カラム（つまり、１つ又は複数の部分画素）での部分画素のセットが選択されるとき、このセットは、カラムの”画素”として理解されることができる。この画素のサイズは、そのセットでの部分画素の数に基づくであろう。この画素の位置は、カラムでの選択されたロウの位置に基づくであろう。さらに、たとえそのセットが２つの隣接しない部分画素から成る場合でも、１つはまだ画素などのセットとして考えられ得る。
【００５４】
画素グループ回路３３３−Ｇ１−Ｃ１に加えて、グループ３２０−Ｇ１は、画素グループ回路３３３−Ｇ１−Ｃ１より例示されるような、画素グループ回路の付加的なセットを備え得る。画素グループ回路３３３−Ｇ１−Ｃ２は、カラム２のための参照符号Ｇ２を有して相当する画素グループ回路３３３−Ｇ１ーＣ１と同様に、又はその偶数が同一になり得る。
【００５５】
同じ可変選択グループ（例えば、３５０−Ｇ１）内において、画素グループ回路（例えば、３４５−Ｇ１−Ｒ１から３４５−Ｇ１−ＲＭ等）の全ては、同じ制御信号（例えば、３４０−Ｇ１）を受け得る。だから、選択部分グループ（例えば、ロウ選択）は、同じ可変選択グループでの全ての画素グループ（例えば、カラム）のために、同じとなり得る。５個のロウと１０個のカラムとを有するグループ３２０−Ｇ１の実施形態の例として、セレクタ３４０−Ｇ１がロウ２−４を選択する場合、グループ３２０−Ｇ１は、３０個の部分画素のブロックのアクティブ画像領域（部分画素の３個のロウ×部分画素の１０個のカラム＝３０個の部分画素）を有し得る。
【００５６】
複数の可変選択グループを有する実施形態において、１つの可変選択グループのための部分画素選択は、他の可変選択グループのための部分画素選択と独立し得る。例えば、セレクタ３４０−Ｇ１による制御信号は、セレクタ３４０−Ｇ２による制御信号と独立し得る。
【００５７】
２０１０年２月２４日に出願された特許文献４の過去の開示において、部分画素は、読出しよりも前に大きい画素を形成するためにともに配置可能な複数のＬＤＥとして記載されていた。部分画素をビニングすることのプロセスは、読出される画素のサイズを良好に制御し得る。所望の画素サイズが単一の部分画素よりも大きい場合、その際にビニングは利用されることができる。部分グループでの配置された部分画素の選択は、また画素の位置を制御し得る。所望の画素のへ位置に配置されただけの部分画素は、読出されることが必要となり得る。
【００５８】
デザイン段階の間、画素グループは、複数の部分画素を有するように構成され得る。最小の部分画素サイズは、アプリケーションのニーズに一致するようにセットされ、又は選択された部分画素のより細かい位置決めのために許容するようにセットされ得る。部分画素ビニングがアプリケーションのために望ましくない場合、単一だけの部分画素の値は、その際画素グループから読出され得る。較正は、所望の画像の最も近くに位置合わせされる部分画素に従った部分画素の微調整の選択をすることを行い得る。そのような較正は、組み立て又は組み立て後のあらゆる時間で行い得る。
【００５９】
図３Ｃは、１０個の画素グループ中に配置される５０個の部分画素と５個の選択部分グループとを有する可変選択グループの実施形態を示す。可変選択グループは、部分画素のブロックを形成する。画素グループは、部分画素の１０個のカラム中に配置される。選択部分グループは、部分画素の５個のロウ中に配置される。そのグループの物理的なサイズは、アプリケーションパフォーマンスに従ったあらゆるサイズが可能である。
【００６０】
部分画素３１０−ＧＢ−Ｃ１−Ｒ１は、カラム１−ロウ１位置おけるグループブロックでの例示的な部分画素を表す。部分画素３１０−ＧＢ−Ｃ１−Ｒ１は、選択ゲート３５０−ＧＢ−Ｃ１−Ｒ１のようなＦＥＴを備え得る。
【００６１】
セレクタ３４０−ＧＢからＤＦＦ出力Ｑ０により選択された場合、選択ゲート３５０−ＧＢ−Ｃ１−Ｒ１は、フォトダイオード３１２−ＧＢ−Ｃ１−Ｒ１をセンスノード３５６−ＧＢ−Ｃ１に接続する。この実施形態において、部分画素は、ＦＥＴ３５０−ＧＢ−Ｃ１−Ｒ１のゲートに与えられるＤＦＦ出力Ｑ０が”ハイ”又はデジタル”１”である場合に選択され得る、そのためフォトダイオード３１２−ＧＢ−Ｃ１−Ｒ１がセンスノード３５６−ＧＢ−Ｃ１に接続され得る。センスノード３５６−ＧＢ−Ｃ１は、センス回路（例えば、ソースフォロアーのようなバッファアンプ、オペレーションアンプの入力ＦＥＴ）に接続されることができる。
【００６２】
ＤＦＦ−Ｑ０のイネーブル出力は、それらの各カラム中を通じて、ロウ３３６−ＧＢ−Ｒ１の全ての部分画素を選択するであろうと思われ得る。同様に、ＤＦＦ−Ｑ１のイネーブル出力は、それらの各カラム中を通じて、ロウ３３６−ＧＢ−Ｒ２の全ての部分画素を選択するであろう。だから、部分画素の１つ又は複数のロウの組み合わせは、ＤＦＦ出力Ｑ０−Ｑ４に基づき選択されることが可能である。さらに、１つ又は複数のロウのあらゆる組み合わせは、ＤＦＦ出力Ｑ０−Ｑ４に基づき選択されることができる。各選択された部分画素からの画像キャプチャ情報は、部分画素の対応するカラムのセンスノードに転送されるであろう。
【００６３】
図３Ｃに示すように、セレクタ３４０−ＧＢ  ＤＦＦブロックはシフトレジスタとすることが可能である。セレクタ３４０−ＧＢは、直列に接続された５つのＤフリップフロップを備える。そのような情報がリセット又は再書き込みされるまで選択された画素を示す情報を保持して格納することが可能な、他の構成が可能である。
【００６４】
以下の記載は、図３Ｃの実施形態の動作ためのタイミング情報を提供するものである。５クロックサイクルは、５つの直列のフリップフロップを書込むために用いられる。ロウ３３６−ＧＢ−Ｒ５を選択するために、ＤＡＴＡ＿ＩＮは、ＤＦＦクロックサイクル１のために”１”となり、ＤＦＦクロックサイクル２−５のために”０”が続き得る。ＤＦＦ出力Ｑ０−Ｑ４は、ロウ３３６−ＧＢ−Ｒ５だけを選択するために、００００１であろう。その後、全てのカラムセンスノード上の値が読出され、及び選択されたロウ３３６−ＧＢ−Ｒ５の値に対応する値が読出されるであろう。他の実施形態では、０１１００としてのＤＦＦ出力Ｑ０−Ｑ４は、ロウ３３６−ＧＢ−Ｒ２，Ｒ３を選択し；及び１０１１０としてのＤＦＦ出力Ｑ０−Ｑ４は、ロウ３３６−ＧＢ−Ｒ１，Ｒ３，Ｒ４を選択するであろう。
【００６５】
図３Ｃに戻り参照すると、ＤＦＦ出力ＱＢはまた、ブルーミングと関連する隣接する画素間でのクロストークを最小化するような、有用な特徴を提供することができる。フォトダイオードは入力光のフォトンを電荷に変換するため、フォトダイオードは飽和状態となり得る。一度フォトダイオードが飽和状態となると、電荷は隣接するフォトダイオードへあふれ出ることがある。このあふれ出ることは、ブルーミングとして知られている。
【００６６】
フリップフロップのＱＢ出力は、選択されていない部分画素をリセット状態で保持することに役に立つことができる。例えば、ＦＥＴは、バイアスをロウ３３６−ＧＢ−Ｒ１の部分画素へ接続するために、ロウバイアスゲート３４６−ＧＢ−Ｒ１として用いられることができる。ロウ３３６−ＧＢ−Ｒ１が読出しのために選択されていないケースにおいて、Ｑ１は”ロウ”又は”０”となり、及びＱＢ１は”ハイ”又は”１”となり得る。ＦＥＴのゲート３４６−ＧＢ−Ｒ１は、”ハイ”又は”１”となり、及びオンとなり得る。ＰＩＸ＿ＢＩＡＳ値は、部分画素バイアスゲート３４８−Ｃ１−Ｒ１に置かれるであろう。特に、ＰＩＸ＿ＢＩＡＳ値は、ＦＥＴ３４８−ＧＢ−Ｃ１−Ｒ１のゲート及びドレインに置かれ、ＰＩＸ＿ＢＩＡＳをフォトダイオード３１２−ＧＢ−Ｃ１−Ｒ１上へ接続する。
【００６７】
たとえ部分画素３１０−ＧＢ−Ｃ１−Ｒ１が読出しのために選択されない場合でも、そのフォトダイオード３１２−ＧＢ−Ｃ１−Ｒ１はまだ入射光の光子を電荷に変換し得ない。ＰＩＸ＿ＢＩＡＳは、フォトダイオードが光子生成電荷を集めないようにするために、フォトダイオード３１２−ＧＢ−Ｃ１−Ｒ１の値を特定の参照値に保持することができる。選択されない部分画素３１０−ＧＢ−Ｃ１−Ｒ１上から生成された電荷は、ＰＩＸ＿ＢＩＡＳを介して排出されることができる。だから、電荷は、フォトダイオード３１２−ＧＢ−Ｃ１−Ｒ１を満たすことができず、まだ隣接する部分画素にあふれ出る可能性はなく、ブルーミングを防ぎ又は最小化している。さもなければ、ブルーミングは、選択されないフォトダイオード３１２−ＧＢ−Ｃ１−Ｒ１から欲しない電荷をピックアップするすぐ近くの選択されたフォトダイオードにつながる可能性がある。そのような欲しない電荷は、選択されたフォトダイオードから供給された画像キャプチャ情報に悪影響を与える可能性があるので、画質を低減させ得る。従って、ブルーミングが低い又はブルーミングがないことは、より良い画質につながり得る。
【００６８】
アクティブ画像領域選択構成
【００６９】
上記技術に基づいて、イメージセンサの部分画素は、イメージセンサのアクティブ画像領域が幅広い種類の配置に配置されることができるように、選択されることができる。各可変選択グループのために、セレクタは制御信号を、アクティブ画像領域の一部を形成し得るグループでの選択部分画素へ送信し得る。画像キャプチャ間において、セレクタは、異なるアクティブ画像領域選択構成が各画像キャプチャのために用いられることができるように、部分画素のその選択を変更し得る。
【００７０】
いつくかの実施形態において、部分画素は、アドレッシング技術に従い選択され得る。例えば、部分画素は、自分自身の唯一のアドレスを有し得る。アドレッシング技術に関して、セレクタは、アドレス情報を受信し、その後受信したアドレス情報に基づいて制御信号を選択ゲートに送信し得る。
【００７１】
いつくかの実施形態において、部分画素は、位置情報に従い選択され得る。例えば、セレクタは、可変選択グループのためのセレクタ（例えば、グループ３２０−Ｇ２のためのセレクタ３４０−Ｇ２）は簡単にロウ選択情報（例えば、ロウ２−５の選択）を受信することができ、その後ロウ選択情報（例えば、グループ３２０−Ｇ２での全てのカラムのためのロウ２−５での全ての部分画素）に基づき制御信号を選択部分画素に送信することができる。
【００７２】
セレクタは、シンプルでもよく、フリップフロップを備えるシフトレジスタのような、記憶素子だけを備えてもよい。例えば、シフトレジスタのフリップフロップにより保持される値の単純な列は、可変選択グループでの全てのカラムのためのロウ選択を示し得る。いくつかの実施形態において、セレクタでのフリップフロップの数は、対応する可変選択グループでのロウの数（つまり、画素グループでの素子の数）と等しくなり得る。
【００７３】
シフトレジスタは、Ｄａｔａ＿Ｉｎ  入力、クロック、及び光学的なリセットを用いてプログラムされることができる。フリップフロップは小さく、画像センサ面のエッジに沿う狭いスペース内（例えば、２０ミクロン以内）に容易にフィットすることができる。そのような狭いスペースは、わずかにダイサイズを増加させ得る。
【００７４】
セレクタは、様々な形態での選択された部分画素のアドレスや位置情報を受信することができ、その後対応する部分画素を選択するための所望の制御信号を生成する情報を処理できる他の構成要素（例えば、プロセッサ、付加的なロジック）を備え得る。
【００７５】
セレクタは、もう１つの制御構成要素から部分画素選択情報を受信でき、またセレクタは、部分画素選択情報を生成するより大きな制御構成要素の一部となり得る。
【００７６】
例示的なアクティブ画像領域選択構成配置は、リニアである。リニア配置は、リニア画像をキャプチャすることに役に立ち得る。リニア画像をキャプチャするために、選択された部分画素は、主に１つのリニアな軸に沿っている。しかしながら、水平軸、つまり、部分画素の特定のロウに沿って配置されることは、これらの部分画素にとって要求され得ない。即ち、物理的にリニア画像を配置する従来の方法及び特定のアライメント（例えば、特定の平行なアライメント）を有する画像センサ面の物理的な寸法を適用する代わりに、イメージセンサのアクティブ画像領域は、リニア画像によく一致するように配置されることができる。
【００７７】
図４Ａは、本発明の実施形態に係るイメージセンサ面（例えば、４０２）の例示的なアクティブ画像領域選択構成（例えば、４０１）を示す。図４Ａは、本発明の実施形態に関する原理を示すことを意図しており、正確なスケールを図示することを意図するものではない。面４０２は、部分画素の１０個のロウ及び１０００個のカラムを有し得る。各部分画素は、面４０２が１００ミクロン×１０ｎｍの寸法の境界を有し得るために、１０×１０ミクロンの寸法を有し得る。構成４０１は、平行でない（例えば、斜めの）画像センサ面４０２に関する配置を有するリニア画像をキャプチャするために役に立ち得る。
【００７８】
所望のリニア画像は、面４０２の左上での位置ロウ１−カラム１に配置される部分画素から開始され、面の右下での位置ロウ１０−カラム１０００に配置される部分画素の最大の隅まで下げることが継続される。アクティブ画像領域４０３が有する構成４０１は、そのような所望のリニア画像をキャプチャし得る。この所望のリニア画像が１００カラムごとにただ１つのロウがシフトされ得るため、構成４０１は、１０個のだけの可変選択グループ（全ての１０００カラム／シフト当りの１００カラム＝シフトのための１０個の可変選択グループ）を適用し得る。各可変選択グループのために、セレクタは、位置、サイズ、及び可変選択グループでのアクティブ画像領域（例えば、４０４）の位置の形状を制御し得る。
【００７９】
面４０２が１０個の可変選択グループに分割される場合、ロウ選択情報（各可変選択グループのための１セット）の１０セットを有することは、ロウ選択情報（各カラムのための１セット）の１０００個のセットの代わりに、十分であろう。換言すると、各１００個のカラムのための異なるロウ選択情報を有することは、十分であろう。だから、ロウ選択情報のための要求は、非常に簡易化されている。例えば、ただ１０個の異なるアドレスでも、全体の所望のリニア画像を配置するアクティブ画像領域選択構成を提供するために十分である。
【００８０】
面４０２が１０個の以上の可変選択グループ（例えば、５０個のカラムごとの２０個の可変選択グループ）に分割される場合、より大きな配置の柔軟性が提供され得る。例えば、所望のリニア画像は、画像が面４０２を横切って急角度で配置されるとき、全ての１０００個のカラム全域に及び得ない。このケースでは、全ての可変選択グループからの画像情報を使うことは必ずしも必要でなく、高解像度は急角度な画像と選択された部分画素との間に近いアライメントを提供し得る。
【００８１】
セレクタがフリップフロップを備えるいくつかの実施形態において、２０個の可変選択グループの例を考慮すると、各グループは部分画素の１０個のロウ及び５０個のカラムを有する。各可変選択グループのために、セレクタは１０個のフリップフロップ（つまり、１ロウ当り１個のフリップフロップ）を備え得る。トータルで、対応するセレクタは、２００個のフリップフロップ（つまり、１０個のフリップフロップ×２０個の可変選択グループ）を適用し得る。
【００８２】
有用な技術としては、イメージセンサを較正することがある。較正の１つのタイプは、１つのイメージセンサが様々なアクティブ画像選択構成を有することができるように、部分画素の選択を較正することを含むことであろう。部分画素の選択を較正する１つの方法は、所望の画像に直面するイメージセンサを照らすこと（例えば、リニアバー形状の光）、全ての部分画素から画像情報を読出すこと、キャプチャしたイメージデータを抽出すること、及び所望の画像の位置に最も近くに配置される部分画素を選択するイメージセンサセレクタを書込むこと、を備えることであろう。
【００８３】
較正のもう１つのタイプは、背景条件のために、画像キャプチャフィールドの組み合わせ（例えば、周辺光、赤外光、日光）を較正することであろう。そうするための１つの方法は、定期的に背景条件測定を取ること、背景条件測定と画像キャプチャデータとの間の違いを決定すること、及び背景条件を補償する画像キャプチャデータを処理すること、を備えることであろう。
【００８４】
較正の機械的なタイプの代わりに、較正の電気的なタイプが、イメージセンサの機械的な側面と独立して実行され得る。例えば、イメージセンサの物理的な位置は、変更され又は調べられる必要はない。その代わりに、イメージセンサは、異なる電気的なプログラミングにより較正され得る。さらに、較正の機械的なタイプは、較正のこれらの電気的なタイプの組み合わせで用いられ得る。
【００８５】
また、較正のこれらの電気的なタイプは、繰り返し実行され、及び様々な条件に合わせるために様々な組み合わせで実行され得る。例えば、画像キャプチャ間で実行される較正は；キャプチャするための入力画像がある場合とない場合；非使用と使用との間；背景光がある場合とない場合；及び異なる所望の画像配置、形状、及びサイズ、にて実行され得る。 
【００８６】
さらに、もう１つの有用な技術は、再較正が必要なときに、決定を行うことである。例えば、画像キャプチャデータが予期しない画像キャプチャを示したとき、再較正は必要とされ得る。例えば、入射光がオンであり及び画像キャプチャデータでの光がないとき、再較正が必要とされ得る。そのような状況において、全ての部分画素からの画像情報は、再較正の一部として再読出しされ得る。
【００８７】
図４Ｂは、本発明の実施形態に係るアクティブ画像領域選択構成での６個の可変選択グループを用いたいくつかのバリエーションを示す。構成４１２は、部分画素の１つのロウの一直線を示す。
【００８８】
１つのバリエーションは、部分画素の選択部分グループの高さを変えることである。構成４１４は、３つの隣接する一直線の、ビニングされた部分画素のロウの、高さを示す。構成４１６は、各可変選択グループでの様々な高さを有する線分を示し、以下の部分画素の単位とする高さの配置に係るものである；１，３，７，５，１，３。
【００８９】
もう１つのバリエーションは、部分画素の選択部分グループの位置を変化させることである。構成４１８は、配置４１６の線について垂直にシフトアップさせた、部分画素の１つのロウの一直線を示す。構成４２０は、ビニングされた部分画素のロウの、２つの隣接する線分を示す。その線分は、斜線のように、垂直位置に変化を有する。構成４２２は、部分画素のビニングされたロウの、３つの隣接する線分を示す。その線分は、曲線のような配置の、垂直位置の変化を有する。構成４２４は、ビニングされた部分画素のロウの、３つの隣接する線分を示す。その線分は、アクティブ画像領域が非連続であるように配置された、垂直位置の変化を有する。
【００９０】
もう１つのバリエーションは、可変選択グループをブランクとすることである。構成４２６は構成４２４と同様に線分を示すが、第１、第４、及び第６可変選択グループでブランク領域がある。ブランクな可変選択グループにおいて、部分画素は選択されない。
【００９１】
もう１つのバリエーションは、隣接しない部分画素を選択することである。構成４２８は、構成４２０と同様に線分を示すが、構成４１８と同様な付加的な直線を有する。
【００９２】
もう１つのバリエーションは、可変選択グループのサイズを変化させることである。構成４３０は、それぞれが異なるサイズを有する、６つの可変選択グループを示す。
【００９３】
これらのバリエーションのどのようなものも、互いに組み合わせることが可能である。構成４３２は、組み合わせのバリエーションの例を示す。第１、第３、及び第５の可変選択グループは、選択された部分画素を示す。高さを変化させるために、各グループは、部分画素の異なる高さを有する選択部分グループ有する：第１グループは、部分画素のビニングされたロウの、２つの隣接する区分を有し；第３グループは、部分画素のビニングされたロウの、４つの隣接する区分を有し；及び第５グループは、部分画素の１つのロウの区分を有し得る。位置を変化させるために、各グループは、異なる位置を有する選択部分グループを有する。可変選択グループをグランクとするために、第２、第４、及び第６グループはグランクである。隣接しない部分画素を選択するために、第１グループは３つの隣接しない部分画素の区分を有し、及び第５グループは４つの隣接しない部分画素の区分を有する。可変選択グループのサイズを変化させるために、６つの可変選択グループのそれぞれは、異なるサイズを有する。
【００９４】
画像キャプチャ情報の読出し
【００９５】
図３Ａ及び図３Ｂの実施形態において、可変アクティブ画像領域撮像装置３０３の面からの画像キャプチャ情報は、カラム（つまり、画素グループ）当りで提供されることができる。すなわち、カラムから画像キャプチャ情報が読出されると、その面からの画像キャプチャ情報は、集められる。
【００９６】
カラムにおいて、そのカラムの部分画素は、そのカラム画像キャプチャ情報を含む出力を生成し得る。例えば、カラム３３０−Ｇ１−Ｃ１は、入力３３５−Ｇ１−Ｃ１を読出し部３７０へ供給し得る。可変アクティブ画像領域撮像装置３０３の他のカラムは、同様に、対応する入力を読出し部３７０へ供給し得る。読出し部３７０は、可変アクティブ画像領域撮像装置３０３からの画像キャプチャ情報を格納するための１つ又は複数の記憶素子を含み得る。
【００９７】
カラムでの選択されたロウの数にかかわらず、カラム全体からの画像キャプチャ情報の出力は、１つの値として格納され得る。例えば、１つのロウのみが選択されたケース（例えば、Ｍ個のロウ）、カラム（例えば、１個のカラム）での１つだけの部分画素（例えば、３１０−Ｇ１−Ｃ１−ＲＭ）からの画像キャプチャ情報は、キャプチャ回路（例えば、３７０−Ｇ１−Ｃ１）に１つの値として格納され得る。他の例として、２つのロウが選択されたケースにおいて、カラムでの２つの部分画素からの画像キャプチャ情報は、またキャプチャ回路での１つの値として格納され得る。複数のカラムからの値は、同時に全てともに抽出され得るか又は連続して抽出され得る。
【００９８】
だから、処理するための値の全ての数は、それらのカラムでの部分画素の全ての数の代わりに、可変アクティブ画像領域撮像装置３０３のカラムの数に対応し得る。従って、可変アクティブ画像領域撮像装置３０３からの画像キャプチャ情報は、複数のロウでなく、１つのロウの値として処理されることが可能である。例えば、読出し部３７０がカラムの画像キャプチャ情報を格納するための記憶素子としてのシフトレジスタを含む場合、そのようなシフトレジスタは、複数のロウでなく、１つのロウの値としてのカラムの画像キャプチャ情報をシフトアウトすることができる。その一方、典型的なエリアアレイ撮像装置のための読出し処理は、エリアアレイ撮像装置の面からの全ての画像キャプチャ情報を集めるために、１つのロウが同時の、複数のロウの値を読出すことを含み得る。だから、可変アクティブ領域撮像装置３０３は、典型的なエリアアレイ撮像装置よりもはるかに少ない情報を処理可能であり、より低い電力消費量及び処理電力のためのより低い要求につながる。
【００９９】
従って、いくつかの実施形態において、各カラム（つまり、画素グループ）（又は各可変選択グループからも）から画像キャプチャ情報を処理する必要がない。そのような実施形態は、特定のカラムから（又は特定の可変選択グループからも）画像キャプチャ情報を読出すことなく、いくつかのカラムから（又はいくつかの可変選択グループから）画像キャプチャ情報を読出すような、選択的な読出しを有して実行され得る。そのような実施形態は、また、特定のカラムから（又は特定の可変選択グループからも）画像キャプチャ情報を放棄し、及び残りの画像キャプチャ情報を処理する、各カラムから（又は各可変選択グループから）の画像キャプチャ情報を読出すことにより実行され得る。
【０１００】
画像キャプチャ装置
【０１０１】
図５は、本発明の実施形態に係るセンサ５０６（撮像装置）を含む例示的な画像キャプチャ装置５００を示す。光５０１は、１つ又は複数のオプション的な光学素子５０２（例えば、反射素子、偏光素子、反射素子、伝播媒体）を介して、センサ５０６に到達し得る。オプション的なシャッタ５０４は、光４０６へのセンサ５０６の露光を制御することができる。
【０１０２】
コントローラ５０６は、コンピュータにより読出し可能な記憶媒体、プロセッサ、及びセンサ５０８の動作を制御するための他のロジックを含むことができる。例として、コントローラ５０６は、図３Ａのセレクタ３４０−Ｇ１，３４０−Ｇ２，．．．，３４０−ＧＮにより部分画素の選択するような、上述した部分画素の選択動作を実行するために制御信号を供給することができる。センサ５０８は、上記の可変アクティブ画像領域イメージセンサ技術に従い、動作することができる。コンピュータにより読出し可能な記憶媒体は、物理的な記憶媒体のような（例えば、ハードディスク、ＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、光学ディスク、ＲＡＭ、フラッシュメモリ）、様々な揮発性でない形で実施可能である。
【０１０３】
コンピュータにより読出し可能な記憶媒体に対して、センサ５０８の動作を制御するための指示は、揮発性な形で伝達してもよい。例示的な揮発的な形は、信号（それ自体）のような、揮発的なプログラム媒体となる。
【０１０４】
読出しロジック５１０は、画像キャプチャ情報を読出すために及びイメージプロセッサ５１２内のこの情報を格納するために、センサ５０８に接続されることができる。イメージプロセッサ５１２は、メモリ、プロセッサ、及びセンサ５０８によりキャプチャされる画像の情報を処理するための動作を実行する他のロジックを含むことができる。センサ（撮像装置）は、読出しロジック及び画像プロセッサと共に、単一の撮像装置チップ上に形成されることができる。
【０１０５】
コントローラ５０６は、読出し部５１０の動作を制御し得る。コントローラ５０６は、また画像プロセッサ５１２の動作を制御し得る。コントローラ５０６は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）又はマイクロコントローラを備えることができる。
【０１０６】
図６は、本発明の実施形態に係るセンサ（撮像装置）とともに使用することが可能な例示的な画像プロセッサ６１２のハードウェアブロック図を示す。図６において、１つ又は複数のプロセッサ６３８は、ブートコード，ＢＩＯＳ，ファームフェア，ソフトフェア，及び上述した処理を実行するために必要ないくつかのテーブルを格納することができるＲＯＭ６４０，不揮発性の読出し／書込みメモリ６４２，及びランダムアクセスメモリ６４４に接続されることが可能である。必要に応じて、１つ又は複数のハードウェアインターフェイス６４６は、複数のＰＣ，ストレージデバイス等のような外部装置と通信するためのプロセッサ６３８及びメモリデバイスと接続されることが可能である。さらに、１つ又は複数の専用ハードウェアブロック，エンジン，及びステートマシン６４８は、所定の処理動作を行うためのプロセッサ６３８及びメモリデバイスに接続されることが可能である。
【０１０７】
比較した効果
【０１０８】
可変アクティブ撮像装置エリアイメージセンサの実施形態は、従来のイメージセンサを超えて、顕著な効果を提供し得る。例として、画像のリニアな側面をキャプチャするためのアプリケーションにおいて、可変アクティブ撮像装置エリアイメージセンサの実施形態が、従来のリニア撮像装置の代わりに、用いられ得る。可変アクティブ画像エリア撮像装置は、アクティブ画像エリアの可変な位置、サイズ、及び形状を提供することができ、それは、画像の位置、サイズ、及び形状のためのアライメント及び較正の観点でより大きな柔軟性につなげることができる。さらに、可変アクティブ画像エリア撮像装置の実施形態は、較正及びアライメントの機械的な方法から独立した、異なるアライメント状況に繰り返して適用できる較正の電気的なタイプを提供することができる。
【０１０９】
画像のリニアな側面をキャプチャするためのいつくかのアプリケーションにおいて、可変アクティブ撮像装置のエリアイメージセンサの実施形態は、同様に、従来のリニア撮像装置の代わりに、用いられ得る。可変アクティブ画像エリア撮像装置の実施形態及び従来のリニア撮像装置は、同様に、又は同じに、画像情報量を処理することが可能である。特に、従来のエリアアレイ撮像装置及び可変アクティブ画像エリア撮像装置は、同様に２次元の面を有し得る。
【０１１０】
情報の各ロウは、複数のＬＤＥの同じロウからの情報に基づく。各ロウは、固定された又はランダムなシーケンスで、読出しのために選択され得る。これに対して、可変アクティブ画像領域撮像装置の実施形態について、その面からの画像情報は、情報の１つのロウだけのために、選択された全てのロウから読出され得る。また、可変アクティブ画像領域撮像装置での部分画素は、読出し処理のために多数の異なるロウを通じて最終的に進行するロウを選択するいくつかの固定された又はランダムシーケンスから、独立し得る。例えば、部分画素の選択は、アプリケーションニーズ（例えば、較正及びアライメント結果）に基づき得る。従って、面のスキャニングは、低減され及び全体の面の代わりに関心がある領域にフォーカスされることができる。情報の１つのロウは、ＬＤＥロウ選択構成の変化からの情報に基づくことが可能である、及びいくつかのこれらの配置は、複数のＬＤＥの複数のロウから又は複数のＬＤＥの異なるロウからの情報を含むことが可能である。だから、従来のリニア撮像装置と同様に、可変アクティブ画像領域を用いることは、従来のエリアアレイ撮像装置よりも低い処理電力量及び低い電力消費量を含むことが可能である。
【０１１１】
さらに、可変アクティブ画像領域撮像装置の実施形態は、部分画素のサブセット又は部分画素から生成される画像キャプチャ情報のサブセットを選択することができる。だから、不要な部分画素の使用又は不要な画像キャプチャ情報の使用を避けることができ、それは少ない処理及び低い電力消費量及びノイズの少ない画像キャプチャ情報につなげることができる。
【０１１２】
さらに、可変アクティブ画像領域撮像装置の実施形態は、読出しのために選択されない部分画素をリセット状態で維持することできる。このリセット状態は、ブルーミングに関する隣接する部分画素間のクロストークを最小化することができ、そのため高画質に寄与することができる。
【０１１３】
この発明の実施形態としては添付の図面を参照することで十分に説明したが、様々な変形及び修正は当業者によれば明らかとなるであろうことを留意されるべきである。そのような変形や修正は、添付の特許請求の範囲により定義されるこの発明の実施形態の範囲内に含まれることを理解されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2013520939.tif 000004
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
2013520939.tif 000011
【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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