(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察される画像に対して相対的に移動する線形画像センサを含むカメラによって画像を生成するための方法であって、前記センサが、各観察される像点に対し、変化し得る有効積分期間Ｔｉ用に前記像点の照明を表す出力レベル（Ｓｓ）を提供し、前記カメラが、相対的移動速度に関する情報項目を受信するための同期入力部と、前記相対的移動速度に反比例する画像ライン読み取りサイクル周期ＴＬを確立するための手段と、所望の積分期間ＴｉＤの値を受信するための手段とを含む、方法において、前記方法が２つの動作モードを含み、前記２つの動作モードが、それぞれ、
−  前記有効積分期間Ｔｉが前記読み取りサイクル周期ＴＬと等しい第１の動作モードであって、前記カメラが、前記ライン読み取りサイクル周期ＴＬに対する前記所望の積分期間ＴｉＤの比率を掛けられた前記センサの前記出力レベルに比例する照明測定レベル（ＳＮ）を各像点用に提供する第１の動作モードと、
−  前記読み取りサイクル周期ＴＬより短い積分期間を備えた第２の動作モードであって、順序付け手段が、前記所望の積分期間と等しい有効積分期間を確立し、且つ前記カメラが、前記ライン読み取り周期ＴＬに対する前記所望の積分期間ＴｉＤの前記比率によって重み付けされない前記センサの前記出力レベルに比例する照明測定レベルを各ライン用に提供する第２の動作モードと
であり、
−  前記第１のモードと前記第２のモードとの間の選択が、前記相対的移動速度の関数として行われ、前記第１のモードが、前記読み取りサイクル周期が閾値未満である限り用いられ、前記第２のモードが、前記閾値が超過される場合に用いられる
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１のモードが、前記読み取りサイクル周期が閾値未満である限り用いられ、前記第２のモードが、前記閾値が超過される場合に用いられることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のモードから前記第２のモードへの及びその逆の切り替えが、前記相対的移動速度の関数として実行され、且つ読み取りサイクル周期閾値ＴＬＳ＝ＴｉＤ＋ＴＭに対して行われ、ここでＴＭが、前記画像センサが前記第２の動作モードにおいていかなる電荷も積分できない推定された不感時間の期間であることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記センサの前記出力レベルが、両方の動作モードにおいて、（ＴＬｍｉｎ＋ＴＭ）／ＴＬｍｉｎ以上の安全係数（Ｋｓ）を更に掛けられ、ここでＴＬｍｉｎが、最小読み取りサイクル周期であって、それ未満では前記センサが動作できない最小読み取りサイクル周期であることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
変化し得る有効積分期間Ｔｉ用に像点の照明を表すセンサの出力レベル（Ｓｓ）を生成できる、少なくとも１つの画素ラインを備えた線形画像センサを含む走査カメラであって、前記カメラが、順序付け手段と、相対的移動速度に関する情報項目を受信するための同期入力部と、前記相対的移動速度に反比例する画像ライン読み取りサイクル周期ＴＬを確立するための手段と、所望の積分期間ＴｉＤの値を受信するための手段と、を含み、前記順序付け手段が、前記有効積分期間Ｔｉが前記読み取りサイクル周期ＴＬと等しい第１の動作モードを確立できる、走査カメラにおいて、前記順序付け手段が、前記所望の積分期間と等しく、且つ前記読み取り周期ＴＬより短い積分期間を備えた第２の動作モードを確立するように設計されることと、前記カメラが、
−  前記ライン読み取り周期ＴＬに対する前記所望の積分期間ＴｉＤの比率を掛けられた前記センサの前記出力レベルに比例する照明測定レベル（ＳＮ）を、前記第２のモードではなく前記第１のモードにおいて、前記画像の各ライン用に提供する乗算手段（ＭＬＴ）と、
−  前記相対的移動速度の関数として、前記第１のモードから前記第２のモードへ及びその逆に前記カメラを自動的に切り替えるための手段と
を含むことと、を特徴とする走査カメラ。
【請求項６】
前記カメラが、前記読み取りサイクル周期ＴＬが閾値未満である限り前記第１のモードを用い、前記閾値が超過される場合に前記第２のモードを用いるように、前記第１のモードから前記第２のモードに前記カメラを切り替えるための手段が設計されることを特徴とする、請求項５に記載のカメラ。
【請求項７】
一方のモードから他方のモードへの前記切り替えが、読み取りサイクル周期閾値ＴＬＳ＝ＴｉＤ＋ＴＭ用に確立され、ここでＴＭが、前記画像センサが前記第２の動作モードにおけるいかなる電荷も積分できない推定された不感時間の期間であることを特徴とする、請求項６に記載のカメラ。
【請求項８】
前記カメラが、両方の動作モードにおいて、（ＴＬｍｉｎ＋ＴＭ）／ＴＬｍｉｎ以上の安全係数（Ｋｓ）を前記センサの前記出力レベルに掛けるための手段を更に含み、ここでＴＬｍｉｎが、最小読み取りサイクル周期であって、それ未満では前記センサが動作できない最小読み取りサイクル周期であり、ＴＭが、前記画像センサが前記第２の動作モードにおいていかなる電荷も積分できない推定された不感時間の期間であることを特徴とする、請求項５〜７のいずれか一項に記載のカメラ。
【請求項９】
前記センサが、Ｎ画素ラインを含み、Ｎが１より大きく、前記センサが、前記第１の動作モードにおいてＴＤＩモードで動作できることを特徴とする、請求項６に記載のカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査よるシーンの観察を意図した線形センサカメラであって、シーンがカメラに対して相対的に移動している線形センサカメラに関する。これらのカメラは、特に、対象物の検査、例えばコンベヤベルト上の荷物の検査又は工業的製造の制御のための対象物の検査用に意図されている。
【背景技術】
【０００２】
センサは、単一の画素ライン又は幾つかのラインを含むことができ、後者の場合に、センサは、いわゆるＴＤＩ（「時間遅延積分」）モード、即ち、様々な画素ラインが、全く同一の画像ラインを連続的に見、且つ信号対雑音比を向上させるために、様々な画素ラインが同じ画像ラインを見た瞬間に様々なラインによって光生成された電荷が一緒に追加されるＴＤＩモードで動作することができる。
【０００３】
ＴＤＩセンサの場合に、移動速度が、画像ラインの捕捉周波数と完全に同期されることが非常に重要であることが分かる。そうでない場合には、同じ画像ラインを見なかった信号が、一緒に追加されることになろう。この理由で、相対的移動速度に関する情報項目を受信するための入力部をカメラが有するための対処がなされ、この情報項目が、画素ラインの読み取りの周期を規定するために用いられる。
【０００４】
たとえセンサがＴＤＩモードで動作しなくても、且つそれが１つの画素ラインしか有していなくても、相対的移動速度に対して画像ラインの捕捉周期を同期させることがまた重要である。そうでない場合には、再構成画像は、移動方向において平坦化又は伸びを経験することになろう。更に、画像撮影中の速度変動は、再構成画像の制御できない変形を引き起こすことになろう。この場合にもまた、カメラは、相対的移動速度に関する情報項目を受信し、その情報項目が、ラインの読み取りの周期を規定する。
【０００５】
更に、所与の照明条件に対し、センサによって生成される信号レベルは、積分時間、即ち、画素が、光生成された電荷を蓄積し、その後これらの電荷が読み取られる積分時間に実質的に依存する。電荷が、読み取り周期ＴＬで周期的に読み取られる場合に、積分時間Ｔｉは、いずれにしてもＴＬの値によって制限される。実際には、周期ＴＬの期間を通して電荷を積分することが可能であるが、しかしこの周期の終わりに電荷を読み取り、且つ新しい読み取りを目的として画素を再初期化することが必要である。ＣＣＤセンサの場合に、この再初期化は、読み取りレジスタに（又はＴＤＩセンサ用の別の画素ラインに）電荷を転送することによって行われる。能動画素を備えたセンサの場合に、再初期化は、画素の電荷蓄積ノードを空にすることによって行われる。
【０００６】
移動速度が速い場合に、読み取り周期ＴＬは短く、結果として積分時間は短くなる。この場合に、読み取り周期ＴＬの全体を通じて電荷を積分することが好ましい。反対に、移動速度が遅い場合に、カメラが、読み取り周期の単に一部の間だけ電荷を積分できるようにするために積分時間を調整するための手段を含むことが好ましく、それをしなかった場合には、画素を飽和させるリスクがあろう。
【０００７】
積分期間を制御するための手段が用いられる場合に、速度変動にもかかわらず、安定した輝度の画像となることが可能である。何故なら、読み取り周期と無関係に、固定された積分期間を提供することで十分であり、読み取り周期は、センサを通過する画像の移動速度によって決定されるからである。しかし、光が、ライン読み取り周期ＴＬ全体を通して積分される場合に、電子画像の輝度レベルは、この周期ＴＬに比例して変化する。従って、それは、１つの画像から別の画像へと、又は一画像の途中でさえ、移動速度の変動の関数として変化する。これは、速度が画像撮影中に大きく変化する場合に、特に不便である。
【０００８】
移動速度における変動は、移動システムの制御されない変動から生じる可能性がある。それらはまた、例えば、ほとんどゼロの移動速度から始まり、加速、安定、及び次に制動が続く対象物を検査することが望ましい場合に、意図的な変動から生じる可能性がある。後者の場合に、生成された電子画像のこの全体的な輝度変化を被らないように、一定の積分期間で動作することが必要であろう。従って、積分時間の制御を備えたカメラで作業することが必要であろう。しかし積分時間の制御を備えたカメラは、高速では感度の点でそれほど効果的ではない。何故なら、特に、それが、光生成された電荷を積分するために、読み取りサイクル時間の全体を用いるわけではないからである。実際には、この場合に、固定されたライン読み取り周期（ＴＬ）に対し、積分時間は、ＴＬ−ＴＭを超えなくても良く、ここでＴＭは、これより先で説明される不感時間である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
照明及び移動の可変条件、及び特に画像捕捉中の移動の可変条件の下でさえ優れた画像の取得を促進するために、本発明に従って、観察される画像に対して相対的に移動する線形画像センサを含むカメラによって画像を生成するための方法であって、センサが、各観察される像点に対し、変化し得る有効積分期間Ｔｉ用にこの像点の照明を表す出力レベルを提供し、カメラが、相対的移動速度に関する情報項目を受信するための同期入力部と、相対的移動速度に反比例する画像ライン読み取りサイクル周期ＴＬを確立するための手段と、所望の積分期間ＴｉＤの値を受信するための手段とを含み、方法が２つの動作モードを含み、２つの動作モードが、それぞれ、
−  有効積分期間Ｔｉが読み取りサイクル周期ＴＬと等しい第１の動作モードであって、カメラが、ライン読み取り周期ＴＬに対する所望の積分期間ＴｉＤの比率を掛けられたセンサの出力レベルに比例する照明測定レベルを各像点用に提供する第１の動作モードと、
−  読み取りサイクル周期ＴＬより短い積分期間を備えた第２の動作モードであって、カメラが、ライン読み取り周期ＴＬに対する所望の積分期間ＴｉＤの比率によって重み付けされないセンサの出力レベルに比例する照明測定レベルを各ライン用に提供する第２の動作モードとであることを特徴とする方法が提案される。
【００１０】
第１のモードと第２のモードとの間の選択は、相対的移動速度の関数として行われ、第１のモードは、読み取りサイクル周期が閾値未満である限り用いられ、第２のモードは、この閾値が超過される場合に用いられる。
【００１１】
従って、移動速度によって課された読み取り周期ＴＬが、スナップ写真中に変化し、且つ或るラインに対して、所望の積分期間ＴｉＤとは異なるようになると仮定することによって、カメラは、これらのライン用に、比率ＴｉＤ／ＴＬによって重み付けされた矯正信号を供給する。矯正レベルは、実際の積分期間が、もはやＴｉＤではなくＴＬであるという事実を補償する。例えば、ＴＬは、ＴｉＤ未満になり、カメラによって提供される矯正レベルは、センサによって提供される実際のレベルより高くなる。従って、カメラは、期間ＴｉＤでスナップ写真をシミュレートするが、しかしこの期間は、実際には、これらのライン用には用いられていない。反対に、例えば、所望の積分期間ＴｉＤが、（想定される用途における最大移動速度に対応する）状況によって可能にされる最も短い読み取り周期と等しいと仮定される場合に、且つ移動速度が遅くなると仮定することによって、実際の積分期間は、所望の期間を超えて増加する。そのとき、カメラは、センサによって提供される実際のレベルより低い、比率ＴｉＤ／ＴＬによって重み付けされた矯正レベルを提供する。
【００１２】
これは、積分期間が、読み取りサイクル周期と同一の場合に関係し、一般的な輝度レベルは、移動速度における変動によるであろうレベルにおける変動を補償することによって均一にされる。所望の積分期間ＴｉＤの値は、有効積分期間の調整を組織化する役割を果たさない。何故なら、積分期間は、読み取りサイクル期間と等しいが、しかしそれは、速度変動を補償する、且つ画像を表す電気信号に均一性を与える乗法因子ＴｉＤ／ＴＬを確立するためにのみ用いられるからである。
【００１３】
次に、本発明は、自らのセンサがＴＤＩモードで動作するカメラ、即ち、読み取りサイクルと同期された移動の間に全く同一の像点を見た２つ以上の画素の信号の加算を用いて動作するカメラに適用可能である。
【００１４】
読み取りサイクル周期ＴＬより短い積分期間を備えた第２の動作モードにおいて、順序付け手段は、所望の積分期間ＴｉＤと等しい有効積分期間を確立する。従って、有効積分期間の制御のない第１のモード（有効積分期間は、サイクル周期と等しい）と、有効積分期間の制御を備えた第２のモード（有効積分期間は、所望の期間と等しい）とが存在する。
【００１５】
各画素が、フォトダイオードと、電荷蓄積ノードと、蓄積ノードを再初期化するためのトランジスタと、電荷転送トランジスタと、蓄積ノードの電位を読み取るためのトランジスタと、を含むＣＭＯＳ能動画素を備えたセンサにおいて、読み取り周期ＴＬは、フォトダイオードから蓄積ノードへの電荷の移動（その後これらの電荷の読み取りがある）を保証する転送パルスの周期性によって定義される。有効積分期間の調整が行われなければならない場合に、それは、２つの周期的な転送パルス間に追加の電荷転送パルスを確立することによって達成され、このパルスは、この追加パルスが蓄積ノードの電荷を空にするような方法で、蓄積ノードの電位が再初期化トランジスタによって再初期化される瞬間に確立される。フォトダイオードの電位を再初期化するための追加トランジスタを有することになった画素において、有効積分期間の調整は、フォトダイオードの電位を再初期化するためのパルスを通してこのトランジスタを制御することによって行われ、有効積分期間は、この再初期化パルスの終了を次の転送パルスの終了から分離する時間によって定義される。
【００１６】
これらの２つの動作モードを有するカメラ用に、読み取りサイクル周期が閾値未満である限りは第１のモードで、且つこの閾値を超過される場合には第２のモードでカメラが動作するための対処がなされるのが好ましい。閾値は、（所与の所望の積分期間に対して）移動速度に依存する。
【００１７】
積分期間の制御のないモードから積分期間の制御を備えたモードへの切り替え用の移動速度閾値は、移動速度及びサイクル期間が関連付けられるため、センサ読み取りサイクル周期の値の閾値である。読み取りサイクル期間閾値ＴＬＳは、所望の積分期間ＴｉＤ及び値ＴＭの合計に等しくなるように選択され、ここでＴＭは、推定された不感時間の期間であり、その期間中に、電荷は、センサが積分時間制御モードで動作する場合には、画素ラインにおいて積分され得ない。この推定された不感時間の期間は、センサの構成と関係する。
【００１８】
特定の実施形態において、カメラは、積分期間の制御がない場合にＴＤＩモードで動作できるが、積分期間の制御がある場合にはＴＤＩモードで動作することができない。この場合に、ＴＤＩモードにおける積分期間と非ＴＤＩモードにおける積分期間との間を区別することは、それらが同じ意味を有さないため、必要である。何故なら、Ｎラインを備えたＴＤＩモードが、全く同一の積分期間に対してＮ倍高い信号レベルを提供するからである。更に先で説明されるように、積分期間の制御のない（且つＴＤＩを備えた）モードから積分期間の制御を備えた（且つＴＤＩのない）モードへの切り替え用の閾値は、値ＴＬＳ＝ＴｉＤ＋ＴＭに対してだが、しかし所望の積分期間ＴｉＤが、制御がなくＴＤＩを備えたモードにおける所望の積分期間Ｔ’ｉＤではなく、積分期間の制御を備えたモードにおける期間として見なされるという条件においてである。ＴｉＤ＝Ｎ×Ｔ’ｉＤを有し、読み取りサイクル期間閾値ＴＬＳはＮ×Ｔ’ｉＤ＋ＴＭである。
【００１９】
好ましくは、センサのデジタル出力の飽和のリスクを回避することを意図して、両方の動作モードにおいて、センサの出力レベルが、１を超える安全係数Ｋｓを更に掛けられる対処がなされる。この飽和は、制御モードを変更するための閾値付近において、積分期間の制御のないモードで特に発生する可能性がある。好ましくは、係数Ｋｓは、少なくとも（ＴＬｍｉｎ＋ＴＭ）／ＴＬｍｉｎと等しく、ここでＴＬｍｉｎは、最小読み取り周期であって、それ未満ではセンサが動作できない最小読み取り周期であり、ＴＭは、積分時間制御モードにおけるセンサの不感時間の期間である。この係数Ｋｓの意味及び選択には、更に先で触れる。係数Ｋｓは、２つのラインを備えたＴＤＩ電荷加算センサとして動作するセンサ用に２を掛けられ、Ｎラインを備えたＴＤＩセンサ用にＮを掛けられるが、これは、積分期間の制御のないモードがＴＤＩ加算を備えて動作し、一方で積分期間の制御を備えたモードが、ＴＤＩ加算なしで動作する場合である。積分期間の制御を備えたモードが、ＴＤＩ加算を備えたモードである場合に、係数Ｋｓは、少なくとも（Ｎ×ＴＬｍｉｎ＋ＴＭ）／ＴＬｍｉｎと等しい。
【００２０】
直前に概要を説明した、画像を生成するための方法に加えて、本発明の主題はまた、これらの画像を取得可能にするカメラ自体である。従って、本発明は、変化し得る有効積分期間Ｔｉ用に像点の照明を表すセンサの出力レベルを生成できる、少なくとも一画素ラインを備えた線形画像センサを含む走査カメラであって、カメラが、相対的移動速度に関する情報項目を受信するための同期入力部と、相対的移動速度に反比例する画像ライン読み取りサイクル周期ＴＬを確立するための手段と、所望の積分期間ＴｉＤの値を受信するための手段と、を含み、順序付け手段が、有効積分期間Ｔｉが読み取りサイクル周期ＴＬと等しい少なくとも１つの第１の動作モードを確立できる、走査カメラを提案する。カメラは、順序付け手段が、所望の積分期間と等しく、且つ読み取り周期ＴＬより短い積分期間を備えた第２の動作モードを確立するように設計されることと、カメラが、
−  ライン読み取り周期ＴＬに対する所望の積分期間ＴｉＤの比率を掛けられたセンサの出力レベルに比例する照明測定レベルを第１のモードにおいて、且つこの比率によって重み付けされない照明測定レベルを第２のモードにおいて、各画像ライン用に提供する乗算手段と、
−  相対的移動速度の関数として、第１のモードから第２のモードへ及びその逆にカメラを自動的に切り替えるための手段と
を含むことと、を特徴とする。
【００２１】
本発明の他の特徴及び利点は、次にくる、且つ添付の図面に関連して提供される詳細な説明を読めば明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】一画素ライン画像センサを表す。
【図２】画素を読み取るための回路であって、センサによって供給される信号のデジタル処理用の回路が後に続く回路を表す。
【図３】積分期間の制御のない、図１の画像センサ用の動作タイムチャートを表す。
【図４】積分期間の制御を備えた、図１の画像センサ用の動作タイムチャートを表す。
【図５】積分期間の制御を備えた、図１の画像センサ用の別の動作タイムチャートを表す。
【図６】カメラの両方の動作モード及びそれらのそれぞれからもたらされるデジタル出力信号を要約する。
【図７】有効積分期間を読み取りサイクル期間と等しくさせない不感時間ＴＭを表す。
【図８】カメラのブロック図を表し、入力値ＴｉＤ及びＴＬ制御が、カメラの動作モードと、センサ出力信号の重み付け又は重み付けの欠如であるその結果とを全く同時に制御することを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明が、ＴＤＩ加算を備えた又はＴＤＩ加算のないセンサを用いるカメラに、且つ単一の画素ラインを備えたセンサにさえ適用可能であるものとして、本発明は、主として単一のラインを備えたセンサの場合において説明される。
【００２４】
本発明は、ＣＣＤ技術又はＭＯＳ技術の電荷転送受動画素センサに、且つ能動画素センサに適用される。本発明は、能動画素センサに関連して詳細に説明される。
【００２５】
本発明によるカメラは、センサに対する画像の相対的移動速度に関する情報項目を受信するための入力部を含む。この情報項目は、移動と同期して画素ライン用の読み取り周期ＴＬを課する役割を果たす。これは、瞬間速度である。速度は、実際には、画像の観察中に変化する可能性がある。「読み取り周期」という表現は、読み取りサイクル期間が、一ラインから別のラインへ変わる場合にさえ、簡潔にするために用いられる。
【００２６】
移動速度情報は、例えば、カメラに対する対象物の相対的運動用の機械システムによって駆動されるコーダホイールによってカメラに送信することができる。
【００２７】
カメラはまた、所望の積分期間ＴｉＤに関する情報項目を受信するための手段を含む。これは、画像ラインの観察に望ましい期間である。ユーザは、自分がカメラを用いる場合の照明及び移動速度条件の関数として、この期間を調整する。例えば、工業制御用途に関し、名目移動速度は、コンベヤベルトによって課することができる。速く進むことが望ましい場合には、照明はできるだけ強くし、それをしなかった場合には、各サイクルにほとんど信号がないことになろう。しかし、同時に、高出力ランプの消耗及びコストの両方の点でコストを制限することが必要であり、これは、移動速度を制限する可能性がある。
【００２８】
これらの条件の関数として選択される所望の積分期間ＴｉＤは、カメラがコンピュータによって制御される場合に、例えば、ソフトウェアインターフェースによってカメラに適用される。期間は、観察される画像の全体に対して調整される。それは、各ラインによって変化しない。
【００２９】
例において、ユーザは、センサが、或る値、例えば１０マイクロ秒未満の読み取りサイクル時間では動作できないことを知っている。ユーザは、この１０マイクロ秒の値に名目サイクル時間を固定する。ユーザは、この同じ値に所望の積分期間ＴｉＤを固定する。センサが、Ｎラインを備えたＴＤＩモードで動作する場合に、ユーザは、積分期間Ｔ’ｉＤを１０マイクロ秒に固定でき、これが、実際には、期間ＴｉＤ＝Ｎ．Ｔ’ｉＤ、即ち、１０マイクロ秒のＮ倍の積分に等しい信号を提供し、「所望の積分期間」であると考えられるのが、この後者の値ＴｉＤであることを知っている。
【００３０】
図１は、本発明を実施可能にする、４つのＭＯＳトランジスタを備えた能動画素ラインの基本構造を表す。画素の任意選択の第５のトランジスタが、点線で表されている。
【００３１】
各画素は、光子を電荷に変換するためのフォトダイオードＰＨと、後で電荷の読み取りを可能にするために、生成された電荷を一時的に蓄積する役割を果たす容量性の電荷蓄積ノードＦＤと、を含む。
【００３２】
更に、画素は、フォトダイオードを蓄積ノードにリンクする、且つフォトダイオードによって積分された電荷の、蓄積ノードへの転送を可能にする転送トランジスタＴ１を含む。転送トランジスタＴ１は、ラインの全ての画素に共通の導体ＴＧ１によって制御される。蓄積ノードを再初期化するためのトランジスタＴ２は、蓄積ノードの電位を基準電位ＶＲＥＦＰに再初期化することを可能にする。このトランジスタは、ラインの全ての画素に共通の制御導体ＲＳＴによって制御される。読み取りトランジスタＴ３は、そのゲートを蓄積ノードにリンクさせ、読み取りトランジスタＴ３は、蓄積ノードの電位に対応する電位を自らのソースに転送できるようにするために電圧フォロワとして実装される。そのドレインは、電位ＶＲＥＦＰ、又は好ましくはＶＲＥＦＰより大きい異なる電位であっても良い電源電位にリンクされる。活性化トランジスタＴ４は、フォロワトランジスタＴ３のソースを、画素に関連する導体、いわゆる「列導体」ＣＯＬにリンクすることを可能にする。ラインにおける各画素用にそれぞれの列導体が存在する。活性化トランジスタＴ４は、ラインの全ての画素に共通の導体ＳＥＬによって制御される。このトランジスタＴ４及びその制御導体は、１つの画素ラインだけを有するセンサには任意選択である。それは、互いに独立して読み取られなければならない幾つかのラインが存在する場合に、ラインを選択する役割を果たす。最後に、第５のトランジスタＴ５が、フォトダイオードの電位を再初期化するために任意選択的に設けられても良い。
【００３３】
列導体は、トランジスタＴ４がオンにされた場合に、トランジスタＴ３が電圧フォロワとして動作できるようにする定電流源にリンクされるのが好ましい。
【００３４】
フォトダイオードによって集められて蓄積ノードＦＤに転送された電荷は、このノードの電位を変更し、且つ画素に関連する列導体ＣＯＬ上で読み取られる。サンプリング及びアナログ／デジタル変換回路ＣＬが、列導体の足にリンクされる。様々な読み取り回路は、センサの様々な画素から各サイクルに発するデジタル化信号Ｓｓをデジタル出力部で連続的に送信するマルチプレクサにリンクされる。
【００３５】
単純化された実施形態において、２つのサンプリングコンデンサＣｒ、Ｃｓと、２つのそれぞれの遮断器ＫＲ、ＫＳと、２つのコンデンサにおいてサンプリングされた電位レベルの差を変換するためのアナログ／デジタル変換器ＡＤＣと、を備えた読み取り回路が、図２におけるように構成され得る。コンデンサＣｒは、フォトダイオードによって生成された電荷の転送の前に、蓄積ノード用に再初期化レベルをサンプリングする役割を果たす。コンデンサＣｓは、電荷移動後に蓄積ノードの有用な電位のレベルをサンプリングする役割を果たす。センサから発するデジタル信号Ｓｓは、デジタル処理回路ＤＳＰによって処理することができる。Ｓｓ×ＴｉＤ／ＴＬに等しいか又は比例するカメラデジタル出力信号Ｓｃとなるために、本発明が、このデジタル処理回路と共に、センサ信号×値ＴｉＤ／ＴＬ及び任意選択的に安全係数Ｋｓの乗算を含むことを提案することが、この先で分かる。
【００３６】
センサの動作サイクルは、積分時間の調整のないモードで、図３のタイムチャート上で表され、そのモードにおいて、電荷は、読み取りサイクル期間ＴＬ全体を通して積分される。タイムチャートは、様々な導体ＴＧ１、ＲＳＴに印加される制御信号と同様に、遮断器ＫＲ及びＫＳにそれぞれ印加される信号ＳＨＲ及びＳＨＳを表す。
【００３７】
全ての信号は、移動速度によって規定される周期ＴＬで周期的に確立される。読み取りサイクルは、図３に示されており、ＣＹＣ１、ＣＹＣ２、ＣＹＣ３の符号を付けられている。各サイクルは、以下の動作を連続して含み、サイクルの開始は、任意の瞬間に任意に行うことができ、本例では、開始が、蓄積ノード再初期化信号ＲＳＴの開始によって規定されると考えられる。
−  蓄積ノードの電位の再初期化用の高論理レベルＲＳＴの放射及びこのノードに存在する電荷の結果としての空化。次に、ゼロの信号ＲＳＴに戻る。
−  次に、遮断器ＫＲを閉じる、且つコンデンサＣｒを列導体に存在する再初期化電位レベルに充電するサンプリングパルスＳＨＲの放射。
−  次に、転送トランジスタＴ１をオンにする転送パルスＴＧ１の放射。前サイクル中に（前サイクルのパルスＴＧ１の終了以降）フォトダイオードによって積分された電荷は、蓄積ノードに転送される。
−  次に、遮断器ＫＳを閉じる、且つ転送ＴＧ１後の蓄積ノードの電位を表す電位にコンデンサＣｓを充電するサンプリングパルスＳＨＳの放射。
【００３８】
注：ラインＳＥＬは、それが存在する場合に、少なくともパルスＳＨＲ及びＳＨＳ中に活性化される（トランジスタＴ４がオンにされる）。
【００３９】
アナログ／デジタル変換ＣＯＮＶ１は、それが或る一定の時間を取るため、サンプリングＳＨＳ後のサイクルの終わりに、実質的に次のサイクル中に行われる。それは、それぞれサイクルＣＹＣ１、ＣＹＣ２、ＣＹＣ３用にセンサ信号レベルＳｓ１、Ｓｓ２、Ｓｓ３となる。
【００４０】
本発明によれば、センサから発するデジタル信号Ｓｓは、例えばデジタルプロセッサＤＳＰの一部を形成するデジタル乗算器ＭＬＴ（図２）において、読み取りサイクル期間に対する所望の積分時間の比率ＴｉＤ／ＴＬを掛けられる。
【００４１】
従って、カメラは、ライン読み取り周期ＴＬに対する所望の積分期間ＴｉＤの比率を掛けられたセンサの出力信号レベルＳｓに比例する照明測定レベルＳｃを、各サイクルにおいて各画素用に提供するための乗算手段を含む。
【００４２】
提供されるレベルＳｃは、期間ＴＬが一サイクルから別のサイクルへと変化する可能性があるという事実を補償し、その結果、等しい照明条件において、ユーザは、たとえ速度変動があっても、いかなる輝度差にも気付かない。
【００４３】
１０マイクロ秒の読み取り周期ＴＬｍｉｎに対応する名目移動速度を備えた、且つ同じ値に等しい選択された所望の積分期間を備えた、前に示した実用例において、カメラ信号は、ＴＬｍｉｎ／ＴＬを掛けられ、従って、実際の速度が、比率ＴＬ／ＴＬｍｉｎで低下する場合に、低下方向において補償される。
【００４４】
能動画素を備えたカメラ用だけでなく、ＣＣＤ技術（デュアルゲートレベルを備えた）又はＭＯＳ技術（シングルゲートレベル）の受動画素を備えた電荷転送カメラ用に、この原理を採用することが可能である。
【００４５】
前の実施形態において、カメラは、有効積分期間Ｔｉが、所望の積分期間ＴｉＤから独立した単一動作モードを用いる。何故なら、それが、サイクル期間ＴＬと等しいからである。実際には、フォトダイオードは、次の転送パルスの終了まで、転送パルスＴＧ１の終了からの電荷を積分する。その後、全ての光生成された電荷は、蓄積ノードにあり、フォトダイオードは、次のサイクルに対応する電荷の積分を再開する。
【００４６】
変形実施形態において、カメラは、積分期間の制御のないこの第１のモードに従うだけでなく、積分期間の制御を備えた第２のモードに従って動作することができる。次に、制御のないモードは、電荷の生成を最大限にすることが望ましいため、主として速い移動速度用に意図されている。期間の制御を備えたモードは、特に、より遅い移動速度用に意図されている。何故なら、過度に引き延ばされた照明による、センサの出力部における飽和のリスクを冒すのを回避することが望ましいからである（恐らく飽和は、画素の飽和、アナログ読み取りチェーンの飽和、又はアナログ／デジタル変換器の飽和である）。
【００４７】
図１の画素において、積分期間の制御は、転送電位（導体ＴＧ１における正レベル）をトランジスタＴ１に、且つ再初期化電位（導体における正レベルＲＳＴ）をトランジスタＴ２に同時に印加することによって行うことができる。次に、フォトダイオードの電荷は、トランジスタＴ１及びトランジスタＴ２を通してドレインに排出され、フォトダイオードは、再初期化される。有効積分期間は、前の転送パルスの瞬間にではなく、この排出の終わりにのみ始まる。
【００４８】
図４は、対応するタイムチャートを表す。それは、図３のタイムチャートに似ているが、しかし導体ＴＧ１上のパルスは、蓄積ノードへ有用な電荷を転送する役割を実際に果たすパルス間に追加される。この追加パルスは、それを他のパルスから区別するために、ハッチングによって強調される。それが、ＲＳＴの高レベル中に位置するのに対して、他のパルスは、蓄積ノードの再初期化の瞬間の外に位置している。有効積分期間Ｔｉは、ハッチングされたパルスの終了と、それに続くハッチングされていないパルスの終了との間で画定される。
【００４９】
代替として、第５のトランジスタＴ５が存在する場合に、積分期間は、フォトダイオードに積分された電荷を排出する正の電位レベルであって、それが存在する限り、電荷の新しい積分を防止する正の電位レベルをトランジスタＴ５のゲートに印加することによって調整される。このレベルの立ち下がりエッジは、周期ＴＬの２つの転送パルス間に位置し、電荷の積分は、ゲートに印加されたレベルの立ち下がりエッジから延びる時間Ｔｉにわたって、転送パルスＴＧ１の立ち下がりエッジまで続く。
【００５０】
図５は、対応するタイムチャートを表す。
【００５１】
従って、この例において、カメラは、図３のモードに従って、又は図４のモードに従って動作することができる。結果としてカメラは、図４の場合にＴＧ１の追加パルスを生成するための、又は図５の場合にトランジスタＴ５用の制御信号を生成するための手段を有する。これらの制御手段は、所望の積分期間ＴｉＤに関する情報項目を受信し、且つ有効積分時間Ｔｉ＝ＴｉＤを定義する適切な制御スロットを周期ＴＬに生成する。
【００５２】
カメラが、第２のモードで動作する場合に、センサ出力信号Ｓｓは、ＴｉＤ対ＴＬの比率をもはや掛けられない。何故なら、光の積分が、実際には、所望の積分時間中に行われるからである。カメラによって供給される信号は、比率ＴｉＤ／ＴＬによって重み付けされない、センサによって供給される信号Ｓｓである。
【００５３】
図６は、２つのモードにおける動作方法を象徴的に要約する。
−  図の上部における、読み取り周期を通した積分及び比率ＴｉＤ／ＴＬによって重み付けされたカメラの出力信号Ｓｃ、
−  下部における、ライン期間未満の期間Ｔｉ用の積分及び比率ＴｉＤ／ＴＬによって重み付けされないカメラの出力信号Ｓｃ。
【００５４】
カメラは、前の図のタイムチャートの信号を順序付けるプログラムを含み、このプログラムは、モードの変更がユーザに見えるような方法で、読み取り周期ＴＬの値の関数として一モードから別のモードまで切り替えを自動的に決定する。
【００５５】
決定された閾値ＴＬＳ未満では、カメラは、第１のモードで自動的に動作する。この閾値ＴＬＳより上では、カメラは、第２のモードで動作する。
【００５６】
閾値の値は、センサの技術的特性及び他で既に調整された所望の積分期間に依存する。実際には、積分時間の制御を備えた第２のモードにおいて、サンプリング用に、且つ蓄積ノードの電位の読み取り用に取っておかれる不感時間ＴＭが存在し、その間に電荷を積分することは不可能である。図４のタイムチャートの場合に、この不感時間は、サンプリングパルスＳＨＳの終了まで、蓄積ノードに有用な電荷を転送するためにパルスの開始から延びる期間を少なくとも含む。
【００５７】
図７は、この不感時間ＴＭの存在を示す。積分期間Ｔｉの開始を決定する再初期化パルス（ハッチングされている）は、パルスＳＨＳの終了前に始まることができず、積分は、再初期化パルスの終わりにのみ始まる。従って、不感時間ＴＭは、少なくとも転送パルス（ハッチングされていない）の終了から、再初期化パルス（ハッチングされている）の終了まで続く。図７において、最大積分期間Ｔｉｍａｘは、所与の期間ＴＬ用に表された。それは、ＴＬ−ＴＭと等しい。
【００５８】
カメラに提供される所望の積分期間がＴｉＤである場合に、カメラは、読み取り周期の閾値、又は同じ移動速度閾値になるものを決定するが、そのためにカメラは、動作モードを変更しなければならない。閾値ＴＬＳは、ＴｉＤ＋ＴＭと等しい。
【００５９】
ＴＬＳ＝ＴｉＤ＋ＴＭ未満のＴＬ用に、カメラは、たとえＴＬがＴｉＤと等しくなくても、ＴＬと等しい積分時間で、積分時間制御なしに動作し、カメラは、ＴｉＤ／ＴＬに等しい補償重み付けをセンサ信号に適用する。閾値ＴＬＳ以上のＴＬ用に、カメラは、第２のモードで動作し、いかなる補償重み付けも適用しない。
【００６０】
センサが、第２のモード（閾値を超える）ではなく第１のモード（閾値ＴＬＳ未満）で、Ｎラインを備えたＴＤＩ加算で動作するセンサである場合に、閾値はまた、ＴｉＤ＋ＴＭと等しくなるであろう。ここで、ＴｉＤは、非ＴＤＩモードで評価された所望の積分期間である。ＴｉＤは、Ｎ．Ｔ’ｉＤと等しく、ここでＴ’ｉＤは、ＴＤＩモードにおける所望の積分期間である。
【００６１】
２つのモード間の遷移は自動であり、カメラは、閾値の計算に必要な情報（ＴＬ、ＴｉＤ、ＴＭ）を有し、且つこの閾値においてモードを変更するように設計され、モードの変更は、一方で、順序付けタイムチャートの変更を、他方で、比率ＴｉＤ／ＴＬによる重み付け又は非重み付けを含む。
【００６２】
しかしながら、センサが供給できる最大値Ｓｓｍａｘに多少近過ぎるデジタル信号Ｓｓをセンサが或る画素用に供給する場合の値に、ユーザが、（所望の積分期間を考慮して）センサのデジタル又はアナログ利得を調整するというリスクがあり得る。
【００６３】
デジタル信号Ｓが、積分期間の制御を備えたモードにおいて最大値Ｓｓｍａｘに近過ぎる場合に、制御のないモードへの切り替えは、ＴｉＤからＴｉＤ＋ＴＭへの積分期間における増加を、従って、センサ出力信号の最高値Ｓｓｍａｘを超過する、これらの画素用の更に強い信号を生じる。
【００６４】
実際には、カメラが、ＴｉＤと等しい有効積分期間で、閾値ＴＬＳの直ぐ上で動作する場合に、読み取り期間ＴＬＳ＝ＴｉＤ＋ＴＭであるが、積分期間ＴｉＤを有する。
【００６５】
しかし、カメラが、閾値の直ぐ下で、従ってやはり読み取り期間ＴＬＳで動作する場合に、今や、読み取り期間に等しい、従ってＴＬＳと等しい、従ってＴｉＤ＋ＴＭと等しい有効積分期間が存在する。
【００６６】
従って、第２のモードから第１のモードへの切り替えにおいて、係数（ＴｉＤ＋ＴＭ）／ＴｉＤだけの、積分期間における鋭いジャンプが存在する。このジャンプは、第２のモードにおける最大レベルＳｓｍａｘに既に接近している場合に、センサのデジタル出力レベルの飽和を引き起こす。
【００６７】
このリスクを防ぎ、且つユーザに見えない方法でそうするために、第１の又は第２のモードにおいて提供されるデジタルレベルＳｃに基づいて、カメラのデジタル出力信号を生成する信号処理に安全係数Ｋｓを導入することを含む拡張が提案される。
【００６８】
この係数Ｋｓは、信号のＳｓの飽和となるリスクを冒す、積分期間用の設定をユーザに調整しないように促すために、照明に考慮してカメラが提供すべき実測値に対して過大評価された信号をカメラに無理やり供給させるように意図されている。
【００６９】
センサによって供給される信号Ｓｃは、１より大きい係数Ｋｓを掛けられ、カメラは、Ｓｃ＝Ｓｓ×ＴｉＤ／ＴＬである第１のモード及びまたＳｃ＝Ｓｓである第２のモードの両方において、デジタル出力レベルＳＮ＝Ｓｃ×Ｋｓを提供する。
【００７０】
ユーザは、１を超えるこの乗算器係数の存在にもかかわらず、不飽和の出力信号ＳＮを有するために、所望の積分時間、照明条件及びカメラの利得を調整し、係数Ｋｓがうまく選択された場合に、第２のモードから第１のモードへの切り替え時を含め、上流のデジタル処理における飽和がないことを保証する。
【００７１】
安全係数Ｋｓの選択は、積分期間における上記のジャンプの値に、従って比率（ＴｉＤ＋ＴＭ）／ＴｉＤの値に直接関係する。
【００７２】
ここで、比率ＴｉＤ／（ＴｉＤ＋ＴＭ）は、読み取り時間が、センサが動作できるために許される最低の可能な値を有する場合に、最も好ましくない。実際には、不感時間ＴＭは、サイクル時間と無関係に、センサ用にほぼ固定されている値である。従って、サイクル時間に対する所望の積分時間の比率が最も高いのは、サイクル時間が最も短い場合であり、この最も好ましくない場合を調整するために、係数Ｋｓを選択することが必要である。
【００７３】
ＴＬｍｉｎが、最小読み取り周期であって、それ未満ではセンサがもはや動作できない最小読み取り周期である場合に、係数Ｋｓは、（ＴＬｍｉｎ＋ＴＭ）／ＴＬｍｉｎ以上に選択されるのが好ましい。
【００７４】
例として、最小読み取り周期ＴＬｍｉｎが１０マイクロ秒であり、且つ不感時間が４マイクロ秒である場合に、安全域を更に増加させようとするのであれば、Ｋｓは、１．４以上に選択される。
【００７５】
従って、デジタルプロセッサＤＳＰは、センサから発するデジタル信号Ｓｃとこの係数Ｋｓの乗算を含む。
【００７６】
図８は、積分期間の制御のないモード及び積分期間の制御を備えたモードに従ってカメラが動作できる場合に、本発明に従ってカメラの構造を要約する。読み取りサイクルを制御するクロックＣＬＫは、移動速度情報（入力ＴＬによって表されている）を受信する。センサ順序付け手段ＳＥＱは、ユーザによって規定された所望の積分期間ＴｉＤに関する情報項目を受信する。これらの手段は、ＩＭＳ線形画像センサを制御し、且つ周期ＴＬが閾値ＴＬＳ未満か又はそれを超えるかどうかに依存して、一方のモード又は他方のモードに従う動作を可能にする。センサ読み取り回路ＣＬは、移動中に画素の照明を表すデジタル信号Ｓｓを供給する。信号Ｓｓは、順序付け手段が第１のモード又は第２のモードを課するかどうかに依存して、比率ＴｉＤ／ＴＬを掛けられるか又は掛けられない。乗算は、一般にカメラにおいて想定される信号のデジタル処理用のプロセッサにおいて行われる。従って、この乗算からもたらされるデジタル信号Ｓｃは、Ｓｓ又はＳｓ×ＴｉＤ／ＴＬのいずれかである。この信号Ｓｃは、それ自体、カメラのデジタル出力信号ＳＮ＝Ｋｓ×Ｓｃを供給するために、安全係数Ｋｓを掛けられる。
【００７７】
本発明は、特許公開仏国特許出願公開第ＦＲ２９７１６２１号明細書で説明されているように、特に、２つの画素ラインを備えたＴＤＩセンサで実施することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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