(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を含む撮像領域と、
それぞれが１つ以上の画素を含む１つ以上のフリッカ検出領域と、
前記フリッカ検出領域のそれぞれに動作可能に接続された第１読み出し回路と、を備える画像センサであって、
前記第１読み出し回路は、
各フリッカ検出領域内の各光検出器に動作可能に接続された転送トランジスタの第１端子と、
読み出しトランジスタのゲートに動作可能に接続された前記転送トランジスタの第２端子と、
前記読み出しトランジスタの前記ゲートに動作可能に接続されたスイッチトランジスタの第１端子と、
電圧源に動作可能に接続された、前記読み出しトランジスタの第２端子及び前記スイッチトランジスタの第２端子と、
前記電圧源と、前記読み出しトランジスタの前記ゲートとの間に、動作可能に接続された可変コンデンサと、を備え、
前記撮像領域における少なくとも１つの画素が画像をキャプチャする間に、少なくとも１つのフリッカ検出領域における前記１つ以上の画素のうちの少なくとも１つが、複数回サンプリングされる、画像センサ。
【請求項２】
前記撮像領域における１つ以上の画素に動作可能に接続された第２読み出し回路を更に備える、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項３】
前記第１読み出し回路及び前記第２読み出し回路に動作可能に接続された処理デバイスを更に備える、請求項２に記載の画像センサ。
【請求項４】
前記第１読み出し回路は、
前記読出トランジスタの第１端子に動作可能に接続された選択トランジスタの第１端子と、
列線に動作可能に接続された前記選択トランジスタの第２端子と、を含む、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項５】
複数の画素を含む撮像領域と、
それぞれが１つ以上の画素を含む１つ以上のフリッカ検出領域と、
前記フリッカ検出領域のそれぞれに動作可能に接続された第１読み出し回路と、
プロセッサと、を備える撮像システムであって、
前記第１読み出し回路は、
各フリッカ検出領域内の各光検出器に動作可能に接続された転送トランジスタの第１端子と、
読み出しトランジスタのゲートに動作可能に接続された前記転送トランジスタの第２端子と、
前記読み出しトランジスタの前記ゲートに動作可能に接続されたスイッチトランジスタの第１端子と、
電圧源に動作可能に接続された、前記読み出しトランジスタの第２端子及び前記スイッチトランジスタの第２端子と、
前記電圧源と、前記読み出しトランジスタの前記ゲートとの間に、動作可能に接続された可変コンデンサと、を備え、
前記プロセッサは、
前記撮像領域における複数の画素が画像をキャプチャする間に、少なくとも１つのフリッカ検出領域における前記１つ以上の画素が、複数回サンプリングされ、
前記少なくとも１つのフリッカ検出領域の前記１つ以上の画素の読み出された前記サンプルに基づいて、前記画像中のフリッカを検出するように構成されている、撮像システム。
【請求項６】
前記撮像領域における前記１つ以上の画素に動作可能に接続された第２読み出し回路を更に備える、請求項５に記載の撮像システム。
【請求項７】
前記プロセッサは、前記第１読み出し回路に動作可能に接続された、請求項６に記載の撮像システム。
【請求項８】
前記プロセッサは、前記第２読み出し回路に動作可能に接続された、請求項６に記載の撮像システム。
【請求項９】
画像センサにおける画像をキャプチャする方法であって、
前記画像センサは、１つ以上の画素を含む撮像領域と、それぞれが１つ以上の画素を含む１つ以上のフリッカ検出領域と、を含み、
前記方法は、
少なくとも１つのフリッカ検出領域の共有読み出し回路の可変コンデンサを調整することであって、前記調整は、前記少なくとも１つのフリッカ検出領域の照明条件又は積分時間をオフセットするものである、ことと、
前記撮像領域内の少なくとも１つの画素を用いて画像をキャプチャすることと、
少なくとも１つのフリッカ検出領域における前記１つ以上の画素に、実質的に同時に電荷を蓄積することと、
前記撮像領域における前記少なくとも１つの画素が前記画像をキャプチャする間に、前記少なくとも１つのフリッカ検出領域における前記１つ以上の画素からサンプルを取得する複数の読み出し動作を前記共有読み出し回路を使用して実行することであって、各読み出し動作は、前記少なくとも１つのフリッカ検出領域における前記１つ以上の画素に動作可能に接続された共通の光電流加算ノード上のサンプルを組み合わせることによって前記サンプルを平均化することを含む、ことと、
前記サンプルを分析することによって、前記画像におけるフリッカを検出することと、を含む、方法。
【請求項１０】
前記フリッカを補償することを更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記フリッカを補償することは、前記画像をキャプチャするための露光時間を調整することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記サンプルを分析する前に、各読取動作で取得された前記サンプルを平均化することを更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記サンプルを分析してフリッカを検出することは、前記サンプルにフーリエ変換を実行することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記サンプルを分析してフリッカを検出することは、前記サンプルと既知のフリッカパターンとの相関をとってフリッカを検出することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記サンプルを分析してフリッカを検出することは、前記サンプル中で極大値と極小値の間の距離を測定してフリッカを検出することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記検出されたフリッカの周波数を決定することを更に含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に画像センサに関し、特に画像センサのフリッカ検出に関する。
【０００２】
（関連出願の相互参照）
本特許協力条約の特許出願は、２０１３年１２月９日出願の「Ｉｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｆｌｉｃｋｅｒ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」と題された米国特許仮出願第６１／９１３，８５１号、及び２０１４年９月３０日出願の「Ｉｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｆｌｉｃｋｅｒ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」と題された米国特許非仮出願第１４／５０１，４２９号に対する優先権を主張するものであり、それらの各々の内容は、全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
画像センサは、ローリングシャッタモード又はグローバルシャッタモードを用いて、画像をキャプチャすることができる。グローバルシャッタモードでは、画像センサの画素は、一時点における画像をキャプチャする。画像センサ内の各画素は、同時に積分又は露光期間を開始し、終了する。ローリングシャッタモードでは、信号が行ごとに画素から読み出されるので、異なる画素のライン（line）（例えば、行（row））は、異なる露光時間を有する。画素の各行は、画像センサにおける画素の他の行から若干時間をずらして、露光を開始し、終了する。したがって、画像の異なる行は、時間的にわずかに異なる時点でキャプチャされる。
【０００４】
通常、白熱電球又は蛍光灯などの光源は、それらの電源と同じ周波数（通常１００Ｈｚ又は１２０Ｈｚ）で点滅する。画像がキャプチャされるとき、このフリッカは、画像センサ内の画素の一部又は全てによって、キャプチャされる可能性がある。フリッカは、キャプチャされた画像における各行が露光された時点での光源の状態に応じて、キャプチャされた画像中に水平の帯を生成する恐れがある。キャプチャされた画像を見る人は、画像中に、水平方向の単数又は複数の帯を検出する場合がある。
【０００５】
いくつかの状況では、画像センサは、想定される周波数の整数倍である露出時間を使用することにより、画像中のフリッカのキャプチャを回避することができる。例えば、６０Ｈｚ電源によって生じるフリッカを回避するために、画像センサは、１／１２０秒の倍数である積分時間を選択することができる。このようにして、画像の各行がフリッカ周期の整数倍を経る。しかし、電源が、６０Ｈｚ電源の代わりに、５０Ｈｚ電源であれば、５０Ｈｚフリッカによって生じる水平方向の帯は、キャプチャされた画像中で、予想通りに移動することになる。画像センサ又は画像化システムは、５０Ｈｚフリッカを検出し、これに応じて、５０Ｈｚのフリッカを回避するために、露光時間を調整することができる。
【０００６】
しかし、画像センサは、想定される周波数の整数倍である露出時間を使用する場合、画像のフリッカを常に検出できるとは限らない。例えば、画像センサが、毎秒６０フレームのフレームレートを用いて、５０Ｈｚの倍数となる露光時間で動作する場合、水平帯が画像中で移動しないため、６０Ｈｚの周波数により生成されるフリッカは検出できない可能性がある。その代わりに、水平帯は、キャプチャされた画像の同じ位置に現れるので、水平帯を撮像された場面の内容から識別することは困難となる。
【発明の概要】
【０００７】
１つの態様では、画像センサは、撮像領域と１つ以上のフリッカ検出領域を含むことができる。撮像領域は、１つ以上の画素を含む。各フリッカ検出領域は、１つ以上の画素を含む。少なくとも１つのフリッカ検出領域の画素（単数又は複数）は、撮像領域における少なくとも１つの画素が画像をキャプチャする間に、複数回、サンプリングされる。
【０００８】
別の態様では、プロセッサは、１つ以上のフリッカ検出領域と動作可能に接続することができる。プロセッサは、撮像領域における少なくとも１つの画素が画像をキャプチャする間、少なくとも１つのフリッカ検出領域の画素（単数又は複数）が複数回サンプリングされることを可能にするように、適応することができる。プロセッサは、そのサンプルを受信し、キャプチャされている、画像のフリッカを検出するために、サンプルを分析することができる。フリッカが検出された場合、プロセッサは、フリッカを補償することができる。一例として、プロセッサは、画像をキャプチャするための露光時間を調整することができる。
【０００９】
更に別の態様では、画像センサにおける画像をキャプチャする方法は、撮像領域における少なくとも１つの画素を用いて画像をキャプチャすることと、少なくとも１つのフリッカ領域の画素（単数又は複数）に、実質的に同時に電荷を蓄積することと、を含むことができる。撮像領域における少なくとも１つの画素が画像をキャプチャする間に、少なくとも１つのフリッカ検出領域における１つ以上の画素からサンプルを取得する複数の読み出し動作を実行することができる。サンプルは、画像中のフリッカを検出するために、分析することができる。フリッカが検出された場合、プロセッサは、フリッカを補償することができる。
【００１０】
別の態様では、画像センサのフリッカ検出モードを使用可能にする方法は、撮像領域における少なくとも１つの画素によって画像がキャプチャされようとするとき、少なくとも１つのフリッカ検出領域を用いてフリッカを検出すべきか否かを判定することと、フリッカを検出すべき場合には、撮像領域における少なくとも１つの画素によって画像がキャプチャされている間に、少なくとも１つのフリッカ検出領域における１以上の画素の電荷を複数回読み出すことと、を含むことができる。フリッカを検出しない場合には、少なくとも１つのフリッカ検出領域の１つ以上の画素と、撮像領域内の少なくとも１つの画素が画像をキャプチャする。
【００１１】
本発明の実施形態は、以下の図面を参照して、よりよく理解される。図面の要素は、必ずしも互いに対して、正確な縮尺とはなっていない。可能な限り、図面に共通する同じ特徴を示すために、同一の参照符号が用いられている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】１つ以上の画像センサを含むことができる電子機器の一例の正面図及び背面図を示す。
【図１Ｂ】１つ以上の画像センサを含むことができる電子機器の一例の正面図及び背面図を示す。
【図２】図１Ａ〜図１Ｂに示された電子機器のブロック図の一例である。
【図３】図１Ａに示すカメラ１０２の断面図である。
【図４】図３に示す画像センサ３０２として使用するのに好適な画像センサの一例の簡略ブロック図を例示する。
【図５】図４に示す画素４０６としての使用に適した画素の簡略化された概略図を示す。
【図６】撮像領域内、及び、読み出し回路に動作可能に接続されたフリッカ検出領域内、の画素の一例の簡略化された概略図を例示する。
【図７】撮像領域内、及び、読み出し回路に動作可能に接続されたフリッカ検出領域内、の画素の別例の簡略化された概略図を示す。
【図８】画像センサのフリッカを検出する方法のフローチャートである。
【図９】画像センサのモードを使用可能にする方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書に記載の実施形態は、撮像領域及び１つ以上のフリッカ検出領域を備える画像センサを提供する。撮像領域は、１つ以上の画像をキャプチャする画素を含む。各フリッカ検出領域は、画像がキャプチャされている間に、複数回サンプリングされる画素を含む。サンプルは、撮像化される場面におけるフリッカを検出するために、プロセッサによって分析することができる。
【００１４】
次に図１Ａ〜図１Ｂを参照すると、１つ以上の画像センサを備える電子機器の正面図及び背面図が示されている。電子機器１００は、第１カメラ１０２、第２カメラ１０４、筐体１０６、入力／出力（Ｉ／Ｏ）部材１０８と、ディスプレイ１１０及び、カメラ（単数又は複数）の任意のフラッシュ１１２又は光源を備えている。電子機器１００はまた、例えば、１つ以上のプロセッサ、メモリ構成要素、ネットワークインターフェース、その他、などのコンピューティング機器又は電子機器に一般的な１つ以上の内部構成要素（図示せず）を含むこともできる。
【００１５】
図示の実施形態では、電子機器１００は、スマート電話として実現されている。しかし、他の実施形態は、この構成に限定されるものではない。ノートブック又はラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ機器、装着型通信機器、装着型健康情報端末、デジタルカメラ、プリンタ、スキャナ、ビデオレコーダ、及び複写機を含むが、これらには限定されない、他の種類のコンピューティング機器又は電子機器は、１つ以上のカメラを備えることができる。
【００１６】
図１Ａ〜図１Ｂに示すように、筐体１０６は、電子機器１００の内部構成要素のための外表面又は部分的な外表面、及び保護ケースを形成することができ、少なくとも部分的にディスプレイ１１０を取り囲んでもよい。筐体１０６は、前面部品及び背面部品などの、互いに動作可能に接続された１つ以上の構成要素から形成することができる。あるいは、筐体１０６は、ディスプレイ１１０に動作可能に接続された単一の部品で形成することができる。
【００１７】
Ｉ／Ｏ部材１０８は、任意の種類の入力又は出力部材を用いて、実現することができる。単に例として、Ｉ／Ｏ部材１０８は、スイッチ、ボタン、静電容量式センサ、又は他の入力機構とすることができる。入出力部材１０８によって、ユーザは、電子機器１００と対話することができる。例えば、Ｉ／Ｏ部１０８は、音量を変更し、ホーム画面に戻る、などをするためのボタン又はスイッチとすることができる。電子機器は、１つ以上の入力部材又は出力部材を備えることができ、各部材は、単一のＩ／Ｏ機能又は複数のＩ／Ｏ機能を有することができる。
【００１８】
ディスプレイ１１０は、電子機器１００と、動作可能に又は通信可能に、接続することができる。ディスプレイ１１０は、レティナディスプレイ又はアクティブマトリックスカラー液晶ディスプレイなどの任意の種類の好適なディスプレイを用いて、実装することができる。ディスプレイ１１０は、電子機器１００のためのビジュアル出力を提供する。いくつかの実施形態では、ディスプレイ１１０は、電子機器へのユーザ入力を受信するように機能することができる。例えば、ディスプレイ１１０は、１つ以上のユーザ入力を検出することができるマルチタッチの容量性感知タッチスクリーンとすることができる。
【００１９】
電子機器１００はまた、多数の内部構成要素を含むことができる。図２は、電子機器１００の簡略ブロック図の一例を示す。電子機器は、１つ以上のプロセッサ２００、ストレージ又はメモリ構成要素２０２、Ｉ／Ｏインターフェース２０４、電源２０６、及びセンサ２０８を備えることができるが、これらの各々については下記に順次述べる。
【００２０】
１つ以上のプロセッサ２００は、電子機器１００の動作の一部又は全部を制御することができる。プロセッサ（単数又は複数）２００は、電子機器１００の構成要素の実質的に全てと直接的又は間接的に通信することができる。例えば、１つ以上のシステムバス２１０又は他の通信機構は、プロセッサ（単数又は複数）２００、メモリ２０２、Ｉ／Ｏインターフェース２０４、カメラ１０２、１０４、ディスプレイ１１０、Ｉ／Ｏ部材１０８、及び／又は、センサ２０８の間での通信を提供し得る。プロセッサ（単数又は複数）２００は、データ又は命令を処理、受信、又は送信することが可能な任意の電子機器として、実装することができる。例えば、１つ以上のプロセッサ２００は、マイクロプロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、又は複数のかかるデバイスの組み合わせとすることができる。本明細書に記載する場合、用語「プロセッサ」とは、単一のプロセッサ若しくは処理ユニット、複数のプロセッサ複数の処理ユニット、又は他の適切に構成されたコンピューティング要素（単数又は複数）を包含することを意図するものである。
【００２１】
１つ以上のストレージ又はメモリデバイス２０２は、電子機器１００により使用することができる電子データを記憶することができる。例えば、メモリ２０２は、オーディオファイル、文書ファイル、タイミング信号及び画像データなどの電気的なデータ又はコンテンツを記憶してもよい。メモリ２０２は、任意の種類のメモリとして構成することができる。単なる例示であるが、メモリ２０２は、ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリ、フラッシュメモリ、取り外し可能メモリ、又は他の種類の記憶素子として、任意の組み合わせで実装してもよい。
【００２２】
１つ以上のＩ／Ｏインターフェース２０４は、ユーザ、又は１つ以上の他の電子機器からデータを受信することができる。例えば、入出力インターフェース２０４は、図１Ａに示すＩ／Ｏ部材１０８から入力を受信することができる。更に、Ｉ／Ｏインターフェース２０４は、ユーザ又は他の電子機器へのデータの送信を容易にすることができる。例えば、電子機器１００がスマートフォンである実施形態では、Ｉ／Ｏインターフェース２０４は、無線接続又は有線接続を介して、ネットワークからデータを受信することができ、あるいは、電気信号を送信及び伝送することができる。無線接続及び有線接続の例として、セルラ、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）及びＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）が挙げられるが、これらに限定されるものではない。１つ以上の実施形態において、Ｉ／Ｏインターフェース２０４は、複数のネットワーク又は通信機構をサポートする。例えば、Ｉ／Ｏインターフェース２０４は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈネットワーク上で別の機器とペアリングして、その別の機器に信号を転送すると同時に、Ｗｉ−Ｆｉ又は他の有線接続若しくは無線接続から信号を受信することができる。
【００２３】
１つ以上の電源２０６は、電子機器１００にエネルギーを供給することができる任意の機器を用いて、実装してもよい。例えば、電源２０６は、電池、又は電子機器１００を壁コンセントなどの別の電源に接続する接続ケーブルとすることができる。
【００２４】
１つ以上のセンサ２０８は、任意の種類のセンサを用いて実装することができる。センサの例として、オーディオセンサ（例えば、マイクロホン）、光センサ（例えば、周囲光センサ）、ジャイロスコープ及び加速度計が挙げられるが、これらに限定されるものではない。センサ２０８は、プロセッサ２００にデータを提供するために使用される場合があるが、このデータは、電子機器の機能を向上又は変更するために用いることができる。
【００２５】
図２は単なる例示であることに留意されたい。他の実施形態では、追加の又は異なる構成要素が含まれる場合がある。
【００２６】
図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明すると、電子機器１００は、１つ以上のカメラ１０２、１０４、及び任意選択的に、カメラ（単数又は複数）のフラッシュ１１２又は光源を含む。図３は、図１Ａの線３−３に沿って取られたカメラ１０２の簡略断面図である。図３は、第１カメラ１０２を示しているが、第２カメラ１０４は第１カメラ１０２と実質的に類似していることが当業者には認識されよう。いくつかの実施形態では、１つのカメラは、グローバルシャッタ構成型画像センサを含む場合があり、１つのカメラは、ローリングシャッタ構成型画像センサを含む場合がある。他の例では、１つのカメラは、他のカメラの画像センサよりも、高い解像度を有する画像センサを備える場合がある。
【００２７】
カメラ１０２は、画像センサ３０２と光学的に連通する撮像ステージ３００を含む。撮像ステージ３００は、動作可能に筐体１０６に接続され、画像センサ３０２の前に配置されている。撮像ステージ３００は、レンズ、フィルタ、絞り、及びシャッタなどの従来の要素を含んでもよい。撮像ステージ３００は、その視野内で、光３０４を画像センサ３０２上に向け、合焦させ、又は伝送する。画像センサ３０２は、入射光を電気信号に変換することによって、対象場面の１つ以上の画像をキャプチャする。
【００２８】
画像センサ３０２は、支持構造３０６によって支持される。支持構造体３０６は、シリコン、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）技術、シリコンオンサファイア（ＳＯＳ）技術、ドープ半導体及び非ドープ半導体、半導体基板上に形成されたエピタキシャル層、半導体基板中に形成されたウェル領域若しくは埋込み層、並びに他の半導体構造を含むが、これらには限定されない半導体ベースの材料とすることができる。
【００２９】
撮像ステージ３００又は画像センサ３０２のさまざまな要素は、図２のプロセッサ２００などのプロセッサ又はメモリから供給されるタイミング信号又は他の信号によって制御することができる。撮像ステージ３００の要素の一部又は全部は、単一の構成要素中に統合してもよい。更に、撮像ステージ３００の要素の一部又は全部を画像センサ３０２と、場合によっては電子機器１００の１つ以上の更なる要素と一体化して、カメラモジュールを形成することができる。例えば、プロセッサ又はメモリは、いくつかの実施形態では、画像センサ３０２と一体化してもよい。
【００３０】
次に図４を参照すると、図３に示す画像センサ３０２として使用するのに好適な画像センサの一例の簡略ブロック図が示されている。画像センサ４００は、画像プロセッサ４０２及び撮像領域４０４を含むことができる。撮像領域４０４は、画素４０６を含む画素アレイとして実装することができる。図示の実施形態では、画素アレイは、行列配置で構成される。但し、他の実施形態はこの構成に限定されるものではない。画素アレイ内の画素は、例えば、六角形構成などの任意の好適な構成で配置することができる。
【００３１】
撮像領域４０４は、１つ以上の列選択線４１０を介して列選択４０８と通信し、１つ以上の行選択線４１４を介して行選択４１２と通信することができる。行選択４１２は、特定の画素４０６、又は特定の行における全ての画素４０６などの画素群を選択的に選択する。列選択４０８は、選択画素４０６又は画素群（例えば、特定の列の全ての画素）から出力されたデータを選択的に受信する。
【００３２】
行選択４１２及び／又は列選択４０８は、画像プロセッサ４０２と通信することができる。画像プロセッサ４０２は、画素４０６からのデータを処理し、そのデータをプロセッサ２００及び／又は電子機器１００の他の構成要素に提供することができる。いくつかの実施形態では、画像プロセッサ４０２は、プロセッサ２００に組み込まれるか、又はそこから分離することができることに留意されたい。
【００３３】
１つ以上のフリッカ検出領域４１６は、撮像領域４０４に隣接して配置してもよい。図示の実施形態では、１つのフリッカ検出領域は、撮像領域４０４の上部に隣接して配置され、別のフリッカ検出領域は、撮像領域４０４の下部に隣接して配置されている。他の実施形態は、１つ以上のフリッカ検出領域を異なる場所に配置することができる。更に、各フリッカ検出領域４１６は、画素の単一の水平な行として示されている。他の実施形態は、任意の構成で配置された任意の所定数の画素を含むことができる。
【００３４】
各フリッカ検出領域は、画素４１８を備える。いくつかの実施形態では、画素４１８は、撮像領域４０４内の画素４０６として、構成されている。他の実施形態は、これと異なるように、画素４１８を構成することができる。２例の画素構成が、図６及び図７に関連して、後でより詳細に説明される。フリッカ検出領域（単数又は複数）は、画像の同じ特定の領域をざっとサンプリングするので、フリッカ検出に対する場面コンテンツの影響を低減することができる。
【００３５】
フリッカ検出領域内の画素４１８は、任意選択的に、サブ領域に分割することができる。一例として、画素４１８は、２又は４のサブ領域４２０、４２１、４２２、４２３に水平に分割することができる。画素を小領域４２０、４２１、４２２、４２３に分割することによって、上部のフリッカ検出領域は、画像センサの向き（例えば、縦長又は横長）に拘わらず、下部フリッカ検出領域から分離することができる。例えば、撮像される場面の上部が、場面の下部とフリッカの仕方が異なる場合、場面の上部は、２つのサブ領域（画像センサの向きに応じて、サブ領域４２１及び４２２、又は４２２及び４２３、又は４２０及び４２３、４２０及び４２１）を使用して、観察することができる。
【００３６】
いくつかの実施形態では、１つ以上のフリッカ検出領域４１６は、撮像領域４０４の画素４０６とは物理的に分離されて異なる画素４１８を備える。他の実施形態では、フリッカ検出領域（単数又は複数）は、撮像領域４０４内に実装されるが撮像領域の画素から論理的に分離されている画素を含む。例えば、撮像領域の最上部の行と、最下部の行の画素は、画像キャプチャの代わりにフリッカ検出のために使用することができる。更に別の実施形態では、１つ以上のフリッカ検出領域における画素は、複数のモードを有し、１つのモードはフリッカ検出、そして、もう１つのモードは画像キャプチャである。このモードの使用可能化は、図９に関連して、より詳細に説明する。
【００３７】
次に図５を参照すると、図４に示す画素４０６としての使用に好適な画素の簡略的な概略図が示されている。画素５００は、光検出器（ＰＤ）５０２、転送トランジスタ（ＴＸ）５０４、センス領域５０６、リセット（ＲＳＴ）トランジスタ５０８、読み出しトランジスタ５１０、行選択（ＲＳ）トランジスタ５１２を備えている。センス領域５０６は、光検出器５０２から受け取った電荷を一時的に保存することができるので、図示の実施形態では、センス領域５０６はコンデンサとして表されている。以下に説明するように、電荷は、光検出器５０２から転送された後、行選択トランジスタ５１２のゲートがパルスされるまで、電荷は、センス領域５０６に保存することができる。
【００３８】
転送トランジスタ５０４の１つの端子は、光検出器５０２に接続され、他方の端子はセンス領域５０６に接続される。リセットトランジスタ５０８の１つの端子及び読み出しトランジスタ５１０の１つの端子は電源電圧（Ｖｄｄ）５１４に接続されている。リセットトランジスタ５０８の他方の端子は、センス領域５０６に接続され、読み出しトランジスタ５１０の他方の端子は、行選択トランジスタ５１２の一方の端子に接続される。行選択トランジスタ５１２の他方の端子は、列選択線４１０に接続される。
【００３９】
単に例として、一実施形態では、光検出器５０２は、フォトダイオード（ＰＤ）又はピンフォトダイオードとして実装され、センス領域５０６は浮遊拡散（ＦＤ）として実装され、読み出しトランジスタ５１０はソースフォロワトランジスタ（ＳＦ）として実装される。光検出器５０２は、電子ベースのフォトダイオード又は正孔ベースのフォトダイオードとすることができる。本明細書で使用される用語「光検出器」とは、フォトダイオード、ピンフォトダイオード、フォトゲート又は他の光子感知領域などの、実質的に任意の種類の光子検出構成要素又は光検出構成要素を包含することを意図することに留意されたい。更に、本明細書で使用する用語「センス領域」は、実質的に任意の種類の電荷保存領域又は電荷変換領域を包含することを意図する。
【００４０】
他の実施形態では、画素５００は、追加の又は異なる構成要素を用いて、実装できることを当業者は認識するであろう。例えば、行選択トランジスタを省略することができ、画素を選択するために使用されるパルス電源モード、センス領域は、複数の光検出器と転送トランジスタによって、共有することができ、又はリセット及び読み出しトランジスタは、複数の光検出器、転送ゲート、及びセンス領域によって、共有することができる。
【００４１】
画像をキャプチャする場合、画素の積分期間が開始し、光検出器５０２は、入射光に応じて、光子発生電荷を蓄積する。積分期間が終わると、光検出器５０２に蓄積された電荷は、転送トランジスタ５０４のゲートに選択的にパルスを与えることにより、センス領域５０６に転送される。通常、リセットトランジスタ５０８は、光検出器５０２からセンス領域５０６への電荷の転送の前に、センス領域５０６（ノード５１６）の電圧を所定のレベルにリセットするのに使用される。画素から電荷を読み出す場合、読み取り用の画素（又は画素の行）を選択するために、行選択トランジスタのゲートは、行選択４１２及び行選択線４１４を介して、パルスを与えられる。読み出しトランジスタ５１０は、センス領域５０６の電圧を感知して、行選択トランジスタ５１２は、その電圧を列選択線４１０に送信する。列選択線４１０は、列選択４０８を介して読み出し回路（及び、任意選択的に画像プロセッサ）に接続される。
【００４２】
いくつかの実施形態では、カメラなどの画像キャプチャ機器は、レンズ上にシャッタを含まないので、画像センサは常に露光されている可能性がある。これらの実施形態では、光検出器は、所望の画像がキャプチャされる前にリセットされるか、又は空乏にする必要があり得る。光検出器からの電荷が空乏化されると、転送ゲートとリセットゲートをオフにし、光検出器を絶縁する。次に、光検出器は、積分及び光生成電荷の収集を開始することができる。
【００４３】
フリッカ検出領域（単数又は複数）内の画素は、画素５００と同様に実装することができる。他の実施形態では、フリッカ検出領域（単数又は複数）における画素は、異なるように構成することができる。２つの異なる実施例が、図６と図７に関連して、より詳細に記載されている。
【００４４】
フリッカ検出領域内の画素は、図４に示された列選択線４１０などのそれぞれの列選択線に動作可能に接続することができる。したがって、画素の電荷は、撮像領域内の画素と同様に、サンプリングするか、又は読み出すことができる。
【００４５】
あるいは、フリッカ検出領域内の画素は、個別の読出回路及び列線に動作可能に接続することができる。図６は、読み出し回路に動作可能に接続された撮像領域内及びフリッカ検出領域内の画素の一例の簡略化された概略図を例示している。前述したように、撮像領域４０４の画素４０６は、それぞれの列選択線４１０に動作可能に接続されている。フリッカ検出領域６０２内の画素６００は、各々光検出器６０４を備える。光検出器６０４は、共通のフリッカセンスノード６０６に動作可能に接続されている。各光検出器６０４からの電荷は、共通のフリッカセンスノード６０６上で、結合又は平均化することができる。
【００４６】
共通のフリッカセンスノード６０６は、読み出しトランジスタ６０８のゲートに接続されている。いくつかの実施形態では、読み出しトランジスタ６０８は、ソースフォロアトランジスタである。読み出しトランジスタ６０８の１つの端子は、列選択トランジスタ６１０の一方の端子に接続されている。列選択トランジスタ６１０の他方の端子は、列線６１２に接続されている。列選択トランジスタ６１０のゲートは行選択線（図示せず）に接続することができる。この行選択線は、電荷又は信号が、フリッカ検出領域６０２からサンプリングされる場合に、列選択トランジスタ６１０を選択するか、又はオンするために使用することができる。読み出しトランジスタ６０８の他方の端子は電源電圧に接続することができる。列選択線４１０及び列線６１２は、それぞれ読み出し回路６１４に接続することができる。いくつかの実施形態では、読み出し回路は、２以上の列選択線４１０及び／又は列線６１２との間で共有することができる。各読み出し回路６１４は、画素４０６及びフリッカ検出領域６０２から取得されたアナログ信号をデジタル信号に変換するデジタル／アナログ変換器を含むことができる。
【００４７】
次に図７を参照すると、読み出し回路に動作可能に接続された撮像領域内及びフリッカ検出領域内の画素の別例の簡略化された概略図を例示している。図６に示す実施形態と同様に、撮像領域４０４の画素４０６は、それぞれの列選択線４１０に動作可能に接続されている。フリッカ検出領域７０２内の画素７００は、光電流加算ノード７０６に動作可能に接続されている。光電流加算ノード７０６は、光検出器７０８を合わせて接続し、各光検出器７０８からの光電流を同時に加算することができる。図示の実施形態では、電流の合計は、次式によって定義することができる。
【数１】
0006410824.tif 000002
【００４８】
光電流加算ノード７０６は、フリッカ読み出し回路７１０に接続されている。いくつかの実施形態では、フリッカ読み出し回路は、撮像領域４０４の回路に加えて、フリッカ検出領域に専用の少なくとも１つの列及びＡＤＣ（例えば、列線７１８及びＡＤＣ７２２）とを含むことができる。フリッカ読み出し回路７１０は、画素４０６内の一部又は全ての回路に構造上類似する回路を含むことができる。例えば、フリッカ読み出し回路７１０は、転送トランジスタ７１２を含んでもよい。転送トランジスタ７１２の１つの端子は、光電流加算ノード７０６に接続され、他方の端子は、読み出しトランジスタ７１４のゲートに接続されている。いくつかの実施形態では、読み出しトランジスタ７１４は、ソースフォロアトランジスタである。読み出しトランジスタ７１４の１つの端子は、列選択トランジスタ７１６の一方の端子に接続されている。列選択トランジスタ７１６の他方の端子は、列線７１８に接続されている。列線７１８は、フリッカ読み出し回路の専用である。フリッカ読み出し回路７１０以外のフリッカ検出列内の任意の画素は、列線７１８から分離され、別個の列線（図示せず）に接続することができる。
【００４９】
列選択トランジスタ７１６のゲートは、行選択線（図示せず）に接続することができる。この行選択線は、電荷又は信号が、フリッカ検出領域７０２からサンプリングされる場合に、列選択トランジスタ７１６を選択するか、又はオンするために使用することができる。読み出しトランジスタ７１４の他方の端子は、電源電圧に接続することができる。列選択線４１０及び列線７１８は、それぞれ、アナログ／デジタル変換器７２２を含む読み出し回路７２０に接続することができる。
【００５０】
コンデンサ７２４は、スイッチ７２６を介して、光電流加算ノード７０６に接続することができる。コンデンサ７２４の大きさは、フリッカ検出領域（単数又は複数）における画素７００によって検出された種々の照明条件及び／又は合計光電流の積分時間を調整するように、プログラムすることができる。例えば、小さなコンデンサの値は、低照明条件及び／又は短い積分時間について、選択することができ、これによって、フリッカ読み出し回路７１０は、画素４０６の通常の動作と並行して動作することができる。更に、いくつかの実施形態では、コンデンサ７２４は、読み出しトランジスタ７１４をオンにするのに必要な閾値電圧又は閾値電流を低減することができる。
【００５１】
図８は、画像センサのフリッカ検出方法のフローチャートである。最初に、ブロック８００に示すように、フリッカ検出領域（単数又は複数）内の１つ以上の画素に電荷が蓄積し、画像が撮像領域の画素によりキャプチャされる間に、サンプルが画素から複数回読み出される。例えば、画像キャプチャ中に、サンプルは画素から、１００〜１０００回読み出すことができる。サンプルは、ブロック８０２で、合わせて平均することができる。いくつかの実施形態において、サンプルは、画像プロセッサ４０２などのプロセッサによって、デジタル的に平均化される。かかる実施形態では、フリッカ検出領域（単数又は複数）の画素は、撮像領域内の画素の読み出し間に、所望のサンプリング周波数で、リセットされ、読み出すことができる。
【００５２】
他の実施形態では、異なる方法で、サンプルを平均化することができる。例えば、図６及び図７に関連して説明したように、サンプルを平均化することができる。他の実施形態では、フリッカ検出領域（単数又は複数）の画素は、アナログ／デジタル変換器に動作可能に接続することができる。この変換器は、画像センサから分離し、画像センサ中の読み出し回路及び／又はアナログ／デジタル変換器とは独立して動作する。
【００５３】
次に、ブロック８０４に示すように、平均化されたサンプルは、画像化される場面内にフリッカが存在するかどうかを判定するために、分析される。平均化されたサンプルは、画像プロセッサ４０２（図４）又はプロセッサ２００（図２）などのプロセッサによって、解析することができる。例えば、一実施形態では、プロセッサは、平均化されたサンプルを用いて、フーリエ変換を行うことができる。別の例として、プロセッサは、フリッカを検出するために、既知のフリッカパターンとの相関をとることができる。更に別の実施形態では、プロセッサは、フリッカを検出するために極大値と極小値との間の距離を測定してもよい。
【００５４】
判定は、フリッカが検出されたか否かについて、ブロック８０６で次に行うことができる。判定がいいえの場合、この方法は終了する。フリッカが検出された場合、プロセスはブロック８０８に進んで、フリッカの周波数を決定することができる。フリッカの補償は、次にブロック８１０で決定される。一実施形態では、画像キャプチャの露光時間が、キャプチャされた画像中のフリッカを低減又は除去するように調整される。
【００５５】
前述したように、１つ以上のフリッカ検出領域における画素は、複数のモードを有し、１つのモードはフリッカ検出、もう１つのモードは画像キャプチャである。図９は、画像センサのモードを使用可能にする方法のフローチャートである。モード選択信号は、ブロック９００において受信することができる。このモードは、ユーザによって、画像センサによって、及び／又は電子機器によって、選択することができる。例えば、画像センサは、画像が屋外の太陽光の下でキャプチャされる場合などに、フリッカの検出が必要ではないことを決定することができる。あるいは、画像をキャプチャする際に、フリッカ検出を利用したいか否かを、ユーザは選択することができる。
【００５６】
次に、ブロック９０２に示されるように、フリッカ検出モードが選択されたか否かの判定を行うことができる。そうである場合、処理はブロック９０４に進み、少なくとも１つのフリッカ検出領域における１以上の画素が、フリッカを検出するために使用され、この方法が終了する。フリッカ検出モードが選択されない場合、フリッカ検出領域（単数又は複数）の画素（単数又は複数）は、撮像領域の画素と共に、画像をキャプチャするために使用することができ（ブロック９０６）、この方法は終了する。画素に供給される信号及び／又は信号のタイミングは、どのモードが選択されるかによって、変わる可能性がある。単なる例として、プロセッサ４０２は、各モードについて、画素に信号を提供するか、又は、画素に信号を送信できるようにすることができる。いくつかの実施形態では、プロセッサは、信号を生成するか、又はメモリ（例えば、メモリ２０２）から信号を読み取ることができる。
【００５７】
他の実施形態では、図８又は図９に示された方法を異なる方式で実行することができる。ブロックは、追加又は削除することができ、又はこれらのブロックは異なる順序で実行することができる。一例として、図８のブロック８０８は、いくつかの実施形態では、省略することができる。
【００５８】
フリッカ検出領域は、フリッカの存在だけでなく、フリッカがないことも検出することができる。検出されたフリッカの補償は、従来の画像センサの場合よりも迅速に行うことができる。その理由は、フレーム当たり（例えば、画像のキャプチャ当たり）複数回、フリッカ検出領域（単数又は複数）からサンプルが読み出されるためである。それに追加して、又はその代わりに、種々の異なる周波数において発生するフリッカも、より容易に検出することができる。
【００５９】
さまざまな実施形態について、その特定の特徴を具体的に参照しながら詳細に説明してきたが、本開示の趣旨及び範囲内で、変形及び変更を実施してもよいことが理解されるであろう。更に、本明細書では具体的な実施形態について説明してきたが、適用例はこれらの実施形態に限定されないことに留意されたい。具体的には、一実施形態に関連して説明されている任意の特徴は、入れ替え可能な場合、他の実施形態において使用されてもよい。同様に、異なる実施形態の特徴は、入れ替え可能な場合、交換してもよい。
【図１Ａ】
0006410824.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図２】
0006410824.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
0006410824.tif 000008
【図６】
0006410824.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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