(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体イメージセンサのダイナミックレンジを向上させる。【解決手段】イメージセンサのワイドダイナミックレンジオペレーションを達成するための方法及び装置を提供する。画素セルのアレー内で、第１電荷は第１集積期間の間で画素セルの第１サブセット内に蓄積され、第２電荷は第２集積期間の間で画素セルの第２サブセット内に集積される。第１集積期間の長さは第２集積期間の長さと異なり、第１電荷及び第２電荷は、同じフレームの間で蓄積され、読出される。【選択図】図４
2005175626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素セルのアレーから成るイメージセンサの動作方法において、画素セルを第１サブセット及び第２サブセット内に配列し、第１集積期間の間で画素セルの第１サブセット内で第１電荷を蓄積し、第２集積期間の間で画素セルの第２サブセット内に第２電荷を蓄積し、第１集積期間の長さが、第２集積期間の長さと異なり、画素セルは、フレームごとに第１電荷又は第２電荷だけを蓄積し、蓄積された第１電荷及び第２電荷を読出す方法。
【請求項２】
さらに、開口条件を決定するため、読出され、蓄積された第１電荷及び第２電荷の結果を使用する作用から成る請求項１に記載の方法。
【請求項３】
さらに、各色フィルタが、それぞれの画素セルと関連して複数の色に応じた色フィルタを提供する作用と、行内に画素セルを配列し、各サブグループが２個の隣接する行を有するサブグループ内に画素セルを配列する作用とから成り、第１サブセット及び第２サブセット内に画素を配列する作用は、第１サブセット及び第２サブセットは同一サブグループを有しないように、第１サブセットが最上行で始まる全てのサブグループを有し、第２サブセットが第３行で始まる全ての他のサブグループを有するように画素セルを配列することから成る請求項１に記載の方法。
【請求項４】
さらに、各色フィルタが、それぞれの画素セルと関連して複数の色に応じた色フィルタを提供する作用と、行内に画素セルを配列し、サブグループの各々が、第１色に対応する色フィルタと関連する隣接する画素セルと、第２色に対応する色フィルタ関連する第２画素セルと、第３に対応する色フィルタと関連する第３画素セルと、第４色に対応する色フィルタと関連する第４画素セルとを有するサブグループ内に画素セルを配列する作用とから成り、画素セルを第１サブセット及び第２サブセット内に配列する作用は、第１サブセット及び第２サブセットはチェス盤状パターンを形成するように、第１サブセットが全ての他のサブグループを有し、第２サブセットが第１サブセット内にないサブグループを有するように、画素セルを配列することから成る請求項１に記載の方法。
【請求項５】
それぞれの画素セルに対応する合成信号を発生するため、順序ｊ＝０，１，４，５，８，９…ｎ，ｎ＋１の式Ｒ（ｉ，ｊ）＝Ｓ（ｉ，ｊ）＋Ｓ（ｉ，ｊ＋２）と、順序ｊ＝２，３，６，７，１０，１１…ｎ′，ｎ′＋１のための式Ｒ（ｉ，ｊ）＝Ｓ（ｉ，ｊ）＋Ｓ（ｉ，ｊ−２）とを適用することから成り、それぞれの合成信号発生する請求項３及び請求項４のいずれか１項の方法において、ｉは画素セルの列番号であり、ｊは画素セルの行番号であり、ｎとｎ′は、それぞれの順序と一致する行番号であり、Ｓは画素セルのための元の信号であり、Ｒは画素セルに対応する合成信号である方法。
【請求項６】
画素セルを第１サブセット及び第２サブセット内に配列する作用は、第１サブセットが画素セルの全ての他の行を有し、第２サブセットが第１サブセット内にない画素セルを有するように画素セルを配列することから成る請求項１に記載の方法。
【請求項７】
画素セルを第１サブセット及び第２サブセット内に配列する作用は、第１サブセット及び第２サブセットはチェス盤状パターンを形成するように、第１サブセットが、行内で全ての他の画素セルと列内で全ての画素セルとを有し、第２サブセットが、第１サブセット内にない画素セルを有するように画素セルを配列することから成る請求項１に記載の方法。
【請求項８】
それぞれの画素セルに対応する合成信号を発生するため、順序ｊ＝０，２，４，６，…ｎ，ｎ＋２の式Ｒ（ｉ，ｊ）＝Ｓ（ｉ，ｊ）＋Ｓ（ｉ，ｊ＋１）と、順序ｊ＝１，３，５，７，…ｎ′，ｎ′＋２の式Ｒ（ｉ，ｊ）＝Ｓ（ｉ，ｊ）＋Ｓ（ｉ，ｊ−１）とを適用することから成り、それぞれの合成信号発生する請求項６及び請求項７のいずれか１項の方法において、ｉは画素セルの列番号であり、ｊは画素セルの行番号であり、ｎとｎ′は、それぞれの順序と一致する行番号であり、Ｓは画素セルのための元の信号であり、Ｒは画素セルに対応する合成信号である方法。
【請求項９】
さらに、第１サブセットの画素セルに対応するそれぞれの合成信号を発生するため、式Ｒ（ｉ，ｊ）＝Ａ＊Ｓ（ｉ，ｊ）＋Ｂ＊{Ｓ（ｉ，ｊ―２）＋Ｓ（ｉ，ｊ＋２）}を適用し、第２サブセットのそれぞれの画素セルに対応するそれぞれの合成信号を発生するため、式Ｒ（ｉ，ｊ）＝Ｃ＊Ｓ（ｉ，ｊ）＋Ｄ＊{Ｓ（ｉ，ｊ―２）＋Ｓ（ｉ，ｊ＋２）}を適用することにより、合成信号を発生する作用から成る請求項３、４、６、７のいずれか１項に記載の方法において、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは１と０との間の数字のパラメータであり、ｉは画素セルの列番号であり、ｊは画素セルの行番号であり、Ｓは画素セルのための元の信号であり、Ｒは画素セルに対応する合成信号である方法。
【請求項１０】
Ｒ（ｉ，ｊ）は、同じ色に対応する色フィルタと関連する画素セルのための元の信号の合計である請求項５及び請求項９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
アレーでの入射光の密度によりＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを変更することから成り、それぞれの合成信号を発生する請求項５及び請求項９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
さらに、各色フィルタが、それぞれの画素セルに関連する多数の色に対応する色フィルタを提供する作用と、第２サブセットの画素セルの少なくとも１部分のための色情報を得るため、第１サブセットの画素セルの少なくとも１部分からの色情報を使用し、第１サブセットの画素セルの少なくとも１部分のための輝度情報を得るため、第２サブセットの画素セルの少なくとも１部分からの輝度情報を使用することにより、個々の色フィルタに対応するそれぞれの合成信号を発生する作用とから成る請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
画素セルのアレーと、前記アレーと交信するタイミング制御回路とから成り、タイミング制御回路は、１集積期間の間に画素セルの第１サブセット内に蓄積される第１電荷を生じ、第２積期間の間に画素セルの第２ブセット内に蓄積される第２電荷を生じるように構成され、第１集積期間の長さは、第２集積期間の長さと異なり、画素セルはフレームごとに第１電荷又は第２電荷だけを蓄積し、蓄積された第１電荷及び第２電荷を読出す読出し回路と、蓄積された第１電荷及び第２電荷の結果を使用してアレーの各画素セルに対応するそれぞれの合成信号を発生する処理回路とから成るイメージセンサ。
【請求項１４】
各画素セルが、それぞれの色フィルタに関連する多数の色に対応する色フィルタから成る請求項１３に記載のイメージセンサにおいて、第１サブセット及び第２サブセットは画素セルのサブグループを含み、各サブグループの各々は、２個の隣接する画素セル行を有し、第１サブセットと第２サブセットは同じサブグループを有しないように、第１サブセットは全ての他のサブグループを有し、第２サブセットは全ての他のサブグループを有するイメージセンサ。
【請求項１５】
さらに、各画素セルが、それぞれの色フィルタに関連する多数の色に対応する色フィルタと、第１サブセットの画素セルを選択する各行のための第１行選択ラインと、第２サブセットの画素セルを選択する各行のための第２行選択ラインとから成る請求項１３に記載のイメージセンサにおいて、画素セルは列内と行内に配列され、第１サブセット及び第２サブセットは、各サブグループが各色の少なくとも一つの色フィルタと関連する隣接する画素セルを含む画素セルのサブグループを有し、第１サブセットは全ての他のサブグループを有し、第２サブセットは第１サブセット内にない画素セルを有するイメージセンサ。
【請求項１６】
処理回路は、アレーのそれぞれの画素セルに対応する合成信号を発生するため、順序ｊ＝０，１，４，５，８，９…ｎ，ｎ＋１の式Ｒ（ｉ，ｊ）＝Ｓ（ｉ，ｊ）＋Ｓ（ｉ，ｊ＋２）を適用し、順序ｊ＝２，３，６，７，１０，１１…ｎ′，ｎ′＋１の式Ｒ（ｉ，ｊ）＝Ｓ（ｉ，ｊ）＋Ｓ（ｉ，ｊ−２）を適用するために構成される請求項１４及び請求項１５のいずれかに記載のイメージセンサにおいて、ｉは画素セルの列番号であり、ｊは画素セルの行番号であり、ｎ、ｎ′はそれぞれの順序と一致する行番号であり、Ｓは画素セルのための元の信号であり、Ｒは画素セルに対応する合成信号である方法。
【請求項１７】
第１サブセットは画素セルの全ての他の行を有し、第２サブセットは第１サブセットにない画素セルを有する請求項１３に記載のイメージセンサ。
【請求項１８】
第１サブセットは、行内で全ての他の画素セルと、列内で全ての他の画素セルとを有する請求項１３に記載のイメージセンサにおいて、第１サブセット及び第２サブセットはチェス盤状パターンを形成するように、第２サブセットは第１サブセット内にない画素セルを有する前記イメージセンサ。
【請求項１９】
処理回路は、それぞれの画素セルに対応する合成信号を発生するため、順序ｊ＝０，２，４，６，…ｎ，ｎ＋２の式Ｒ（ｉ，ｊ）＝Ｓ（ｉ，ｊ）＋Ｓ（ｉ，ｊ＋１）を適用し、順序ｊ＝１，３，５，７，…ｎ′，ｎ′＋２の式Ｒ（ｉ，ｊ）＝Ｓ（ｉ，ｊ）＋Ｓ（ｉ，ｊ−１）を適用するために構成される請求項１７及び請求項１８のいずれかに１項に記載のイメージセンサにおいて、ｉは画素セルの列番号であり、ｊは画素セルの行番号であり、ｎ、ｎ′はそれぞれの順序と一致する行番号であり、Ｓは画素セルのための元の信号であり、Ｒは画素セルに対応する合成信号であるイメージセンサ。
【請求項２０】
処理回路は、第１サブセットのそれぞれの画素セル合成信号を発生するため、式Ｒ（ｉ，ｊ）＝Ａ＊Ｓ（ｉ，ｊ）＋Ｂ＊{Ｓ（ｉ―２，ｊ）＋Ｓ（ｉ＋２，ｊ）＋Ｓ（ｉ，ｊ―２）＋Ｓ（ｉ，ｊ＋２）}を適用し、第２サブセットのそれぞれの画素セルに対応するそれぞれの合成信号を発生するため、式Ｒ（ｉ，ｊ）＝Ｃ＊Ｓ（ｉ，ｊ）＋Ｄ＊{Ｓ（ｉ―２，ｊ）＋Ｓ（ｉ＋２，ｊ）＋Ｓ（ｉ，ｊ−２）＋Ｓ（ｉ，ｊ＋２}）を適用するために構成される請求項１３、１４、１７、１８のいずれか１項に記載のイメージセンサにおいて、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは１と０との間の数字のパラメータであり、ｉは画素セルの列番号であり、ｊは画素セルの行番号であり、Ｓは画素セルのための元の信号であり、Ｒは画素セルに対応する合成信号であるイメージセンサ。
【請求項２１】
第１サブセットはアレーの中央部分内に画素セルを有し、第２サブセットはアレーの周辺部分内に画素セルを有する請求項１３に記載のイメージセンサにおいて、処理回路は、第１サブセットの画素セルのための色情報を得るため、第２サブセットの画素セルからの色情報を使用する画素セルの少なくとも１部分に対応するそれぞれの合成信号を発生するために構成されるイメージセンサ。
【請求項２２】
さらに、複数の色に対応する色フィルタを提供することから成り、色フィルタアレーは、第２色より第１色に対応する少なくとも２倍の色フィルタ数を有する請求項１３に記載のイメージセンサにおいて、各画素セルは、それぞれの色フィルタに関連し、第１サブセットは、第２色に対応する色フィルタに関連する画素セルと、第１色に対応する色フィルタに関連する画素セルの第１の半分と、第１色に対応する色フィルタに関連する画素セルの第２の半分とを有し、処理回路は、第２サブセットの画素セルのための色情報を得るため、第１サブセットの画素セルからの色情報を使用し、第１サブセットの画素セルのための輝度情報を得るため、第２サブセットの画素セルからの輝度情報を使用し、画素セル少なくとも一部分に対応するそれぞれの合成信号を発生するために構成されるイメージセンサ。
【請求項２３】
少なくとも２個の画素セルにおいて、共通の読出し回路を共有する請求項１３から２２のうちのいずれか１項に記載のイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの分野、特に、向上したダイナミックレンジを達成するためイメージセンサの動作に関する。
【背景技術】
【０００２】
相補形金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）活性画素センサ（ＡＰＳ）は、電荷結合素子（ＣＣＤｓ）に対する低コスト代替物として、益々、利用されている。ＣＭＯＳイメージセンサ回路は、画素セルの焦平面アレーを含み、画素セルの各々１個が、発光電荷を蓄積するホトゲート、ホトコンダクタ又はホトダイオードのような光変換デバイスを含む。各画素セルは光変換デバイスから感知ノードへ電荷を転送するトランジスタと、電荷転送の前に感知ノードを所定の電荷にリセットするトランジスタとを含む。画素セルは、感知ノードからの電荷を受け入れ、増幅するソースホロアトランジスタと、ソースホロアトランジスタからセル内容の読出しを制御するアクセストランジスタも含む。
【０００３】
ＣＭＯＳイメージセンサ内で、画素セルの能動素子は次の必要な機能を行う。（１）電荷変換のための光子；（２）イメージ電荷の蓄積；（３）電荷増幅により伴う感知ノードへの電荷の転送；（４）感知ノードへの電荷の転送前の周知な状態の感知ノードのリセット；（５）読出しのための画素の選択；（６）感知ノードから画素電荷を表す信号の出力及び増幅。
【０００４】
上記で論じられる型式のＣＭＯＳイメージセンサは、例えば、Ｎｉｘｏｎ他「２５６ｘ２５６ＣＭＯＳ能動画素センサ  カメラ−オン−ア−チップ」、固相回路のＩＥＥＥジャーナル、第３１（１２）巻、２０４６−２０５０頁（１９９６年発行）及びＭｅｎｄｉｓ他「ＣＭＯＳ  能動画素イメージセンサ」、電子デバイスのＩＥＥＥ会報、第４１（３）巻、４５２頁−４５３頁（１９９４年発行）で論じられているように一般的に周知である。
【０００５】
従来のＣＭＯＳ画素セル１０は図１で図示される。ＣＭＯＳ画素セル１０は４個のトランジスタ（４Ｔ）セルである。画素セル１０は、画素セル上の入射光により発生される電荷を集めるための光変換デバイス、典型的にはホトダイオード２１を含む。転送制御信号ＴＸにより起動されると、転送トランジスタ７は、光電電荷をホトダイオード２１からセンスノード（電圧変換ノードへの電荷）、典型的には浮動拡散域３へ転送する。リセットトランジスタ１７は、浮動拡散域３が発光電荷を受ける前に、リセット制御信号ＲＳＴに応答して、浮動拡散域３を所定電圧Ｖａａ＿pｉｘにリセットする。浮動拡散域３は、また、出力ソースホロアトランジスタ２７のゲートに電気接続される。画素セル１０は、アドレス信号ＳＥＬに応答して、ソースホロアトランジスタ２７から出力列ライン４０へ浮動拡散域３で電荷を表す信号を出力する行選択トランジスタ３７を含む。
【０００６】
図１に示す画素セル１０内で、光変換デバイスは、例えば、集積期間の間で入射光に応答して電子を発生し、電荷を蓄積する。電荷は転送トランジスタ７のゲートを起動することにより浮動拡散域３へ転送される。ソースホロアトランジスタ２７は、列ライン４０を経て読出される転送電荷から出力信号を発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
典型的なＣＭＯＳイメージセンサは、所定数の行列内に配置される画素１０のアレーを有する。一般的に、各画素は、同じ時間量の電荷を発生する。そのようなイメージセンサは、特性ダイナミックレンジを有する。ダイナミックレンジは、画素データの単一フレーム内のイメージセンサにより収容できる入射光のレンジに相当する。外部に対する窓のある室内 、混合影と明るい日光を有する屋外シーン、人工光と影とを組み合わせた夜間シーン等のような高ダイナミックレンジ入射信号を発生するイメージシーンのための高ダイナミックレンジを持つイメージセンサを有することが望ましい。
【０００８】
イメージセンサのためのダイナミックレンジは、一般に、暗状態下でのノイズの標準偏差に対する最大非飽和信号の割合として定義される。ダイナミックレンジはセンサの電荷飽和レベルによる上方端と、デジタルイメージを発生するために使用されるデジタル変換器へのアナログのノイズ負荷限界及び／又は、量子化限界による下方端で限定される。イメージセンサのダイナミックレンジは、イメージされるシーンの光度の変化を収容するためには小さすぎると、イメージ歪曲が生じる。
【０００９】
画素サイズが縮小するに従って、光変換デバイスのサイズが縮小する。したがって、光変換デバイスの電荷量及び画素セルが収容できる量は減少し、センサのダイナミックレンジを低下する。ダイナミックレンジを向上するいくつかの試みがあり、その内の一つは、二重集積期間を実現する。他の試みは、画素のためにトランジスタを追加することである。小さい画素サイズ（例えば、約３．２μｍ以下）を維持しながら画素の内側に他のトランジスタを追加するのは困難であるので、二重集積期間の試みが一層望ましい。その理由は、画素セルは同じものを維持でき、変更に関するパルスタイミングだけが必要とされるからである。
【００１０】
Ｏｒｌｙ  Ｙａｄｉｄ−Ｐｅｃｈｔ他「二重サンプリングを使用するワイド  イントラシーン  ダイナミックレンジ  ＣＭＯＳ  ＡＰＳ」、電子デバイスのＩＥＥＥ会報、第４４巻、第１０号  １７２１−１７２３頁（１９９７年発行）、（Ｙａｄｉｄ−Ｐｅｃｈｔ）の論文では、各フレームのために出力データは、各々が異なる集積期間を有する二組の画素セル出力を含むイメージセンサを動作する方法を開示する。Ｙａｄｉｄ−Ｐｅｃｈｔによるイメージセンサは、画素セルアレー上の追加の列信号処理回路を必要とする。さらに、Ｙａｄｉｄ−Ｐｅｃｈｔにより開示される方法はカラーイメージングにとって十分ではない。
【００１１】
Ｗａｎｄｅｌｌ他「ＣＭＯＳセンサを備えた多重捕獲単一イメージアーキテクチャ」、マルチスペクトルイメージング千葉会議、１１−１７頁（１９９９年発行）、（Ｗａｎｄｅｌｌ）は、多重集積期間を使用するイメージング方法を開示した。Ｗａｎｄｅｌｌにより開示される方法では、ＣＭＯＳイメージセンサは、各２ｘ２画素セルブロックのために一つのアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を含む。各ブロックの画素セルは、順次、ＡＤＣに接続される記憶容量に切換可能に接続される。それで、Ｗａｎｄｅｌｌの方法は、追加の回路を必要とし、従来のＣＭＯＳイメージセンサを使用して補足できず、望ましくない。
【００１２】
Ｓｔａｍ他の米国特許第６，００８，４８６号（Ｓｔａｍ）は、二重集積期間を使用する方法を開示する。Ｓｔａｍ方法によると、各画素セルは、各フレームのために短期の集積期間と長期の集積期間の間で電荷を集積する。画素セルが長い集積期間の間で飽和されると、閾値検出器は画素セルが使用されるための短い集積期間を生じる。各画素セルはフレームごとに二つの期間のための電荷を集積するので、追加のサンプル回路及び保持回路が必要となり、望ましくない。
【００１３】
したがって、必要であることは、従来のＣＭＯＳ画素セルを使用して補足できる改良されたダイナミックレンジを達成するためのＣＭＯＳイメージセンサの動作方法である。さらに、また、カラーイメージングにとって十分に適切な改良されたダイナミックレンジを達成するため、ＣＭＯＳイメージセンサを動作する改良方法を有することは有利である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、ＣＭＯＳ能動画素センサのワイドレンジダイナミックレンジを許容する方法及び装置を提供する。画素セルのアレー内で、第１電荷は、第１集積期間の間に画素セルの第１サブセット内に蓄積され、第２電荷は、第２集積期間の間に画素セルの第２サブセット内で蓄積される。第１集積期間の長さは、第２集積期間の長さと異なり、第１電荷及び第２電荷は、同じフレームが読出される間に蓄積される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下の詳細な説明において、一部分を形成し、発明が実施できる特別な実施例を図示する添付図面が引用される。図面において、類似の参照番号は、いくつかの図面全体で実質的に同様の構成要件を説明する。これらの実施例は、当業者が本発明を実施できるため十分詳細に説明され、他の実施例が実現でき、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく構造的変更、論理的変更及び電気的な変更をできることが分かる。
【００１６】
用語「画素」又は「画素セル」は、光変換デバイスを含み、電磁放射を電気信号に変換するトランジスタ又は他の回路に関連する画素ユニットセルを引用する。図示に際し、代表的な画素セルが、図面で図示されるとともにここで説明され、典型的にはイメージセンサ内の全画素は同様の構成を有する。
【００１７】
本発明は、二重集積期間の試みが、ワイドダイナミックレンジイメージを捕らえるために使用される実施例を提供する。次に詳細に説明するように、これらの方法はオンチップ色フィルタＣＭＯＳ  ＡＰＳで特に有効である。しかしながら、本発明は、それに限定されず、以下で説明するように他のイメージセンサに適用できる。
【００１８】
図２は、本発明の実施例に応じて動作できるＣＭＯＳイメージセンサ２０１のブロック図を示す。イメージセンサ２０１はイメージングアレー２００を有する。アレー２００は、所定数の行列内に配置される多数の画素から成る。アレー２００内の各行は、行選択ラインにより全て同時間でターンオンされ、各列の画素はそれそれぞれの列選択ラインにより選択的に出力される。多数の列行ラインは、全アレー２００用に設けられる。行ラインは、行アドレスレコーダ２５７に応答して行ドライバ２５８により選択的に連続して起動され、列選択ラインは、列アドレスデコーダ２５４応答して列ドライバ２５５により起動される各行のため、選択的に連続して起動される。したがって、行列アドレスは各画素セルのために設けられる。
【００１９】
イメージセンサはタイミング制御回路２５６により動作され、タイミング制御回路は画素読出しのための特定列行ラインを選択するアドレスレコーダ２５７、２５４を制御し、選択された列行ラインのドライブトランジスタに駆動電圧を印加する行列ドライバ回路２５８、２５５を制御する。本発明の実施例によるＣＭＯＳイメージセンサ２０１の動作のための例示のタイミングは、図３−２０に関連して以下に詳細に説明される。本発明の実施例によると二重集積アプローチが使用される。アレー２００の画素セルは、各々、単一集積期間の間で光を集積し、全体として、アレー２００のために少なくとも二つの集積期間が存在するように、異なる画素セルのための集積期間の光は異なることができる。
【００２０】
画素出力信号は、典型的には、リセットされると浮動拡散ノードを減じる画素リセット信号Ｖｒｓｔ と、列サンプル及びホールド（Ｓ／Ｈ）回路２５３に転送されるイメージを表す発光電荷後に、浮動拡散域を減ずる画素イメージ信号Ｖphotoとを有する。電圧Ｖｒｓｔ とＶｐｈｏｔｏはドライバ２５５を経てデコーダ２５４により選択され、差動増幅器２５２により減算され、差動増幅器は画素セルに当たる光量を表す各画素セルのための差動信号Ｖｒｓｔ―Ｖｐｈｏｔｏを発生する。差動信号はアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）２５１によりデジタル化される。さらに、デジタル化された画素信号はデジタルイメージを形成するためにイメージプロセッサ２５０へ送られる。アナログ信号処理回路（ＡＳP）２５９は、列デコーダ２５４と、列ドライバ２５５と、列サンプル及びホールド回路２５３と、増幅器２５２とから成る。
【００２１】
図３は、バイエルパターン内に配列されるオンチップ赤−緑−青三原色フィルタを含むアレー２００をしめす。したがって、代表的なバイエルパターンユニット３１１は、赤色フィルタに関連する画素セル３１０ｂと、青色フィルタに関連する画素セル３１０ｃと、各々が緑色フィルタに関連する２個の画素セル３１０ａ、３１０ｄとから構成される。しかしながら、色フィルターは、例えば、シアン−マゼンタ−イエローバイエルパターンのような他の色でもよい。また、色フィルタは任意の適切なパターン内に配列することもできる。
【００２２】
図４は、本発明の例示の実施例に応じた図３のイメージングアレー２００を有するイメージセンサ２０１の動作を図示するタイミング図である。この例示の実施例では、アレー２００の画素セルは、上記の図１で関連して説明したように４Ｔ構成を有する。タイミング制御回路２５６からの信号に応答して、行ドライバ２５８は、行０、行１、行４、行５の画素が第１集積期間を有し、行２、行３、行６、行７の画素が第２集積期間を有するように各行に信号を出力する。したがって、アレー２００内には画素セルの二つのサブセットがある。第１サブセットは、交差ハッチングのない画素セル３０１で表示される長さＮの集積期間４４で動作される画素セルを有し、第２サブセットは、交差ハッチングのある画素セル３０２で表示される長さＳの集積期間４２で動作される画素セルを有する。簡単化のために、第１サブセット及び第２サブセットは、それぞれ、サブセット３０１、サブセット３０２と称する。サブセット３０１、サブセット３０２は、二つの隣接する行のサブグループ３１５を有する。図３で示すように、第１サブセットは最上行から始まる全ての他のサブグループ３１５を有し、第２サブセットは第１サブセット内にないサブグループ３１５を有する。
【００２３】
図示では、集積期間４４は集積期間４２より長い。集積期間４４は、イメージセンサ２０１が従来の仕方で動作される集積期間の長さに等しい長さにすることができる。各行のためのそれぞれの信号は、図４、ここでは他の図では、対応する行番号、例えば、ＲＳＴＸ、ＴＸＸに従う信号表記法により示され、ここで、Ｘは行番号である。
【００２４】
図４は、アレー２００を有するイメージセンサ２０１の動作を示す。フレームが前のフレームに続いて直ちに読出すことができるにつれて、図４、及び、ここに含まれる他のタイミング図は、フレームが連続的に読出されるイメージセンサ２０１の動作を示すのが分かる。したがって、図４、及び、ここでの他の図は、いくつかのフレームの部分を示す。しかしながら、簡単化のために、イメージセンサ２０１の動作を、単一フレームを参照して説明する。
【００２５】
図４に示す動作は、次にように行われる。第１に、列０の画素セルは、行０内の各画素セルの内で行選択トランジスタ３７（図１）を起動するため、対応するＳＥＬ０パルス（図示せず）を印加することにより選択される。図４の実施例では、各列内の画素セルは同じようにして動作される。簡単化のために、アレー２００の画素セルの動作を、行の単一セルを参照して説明する。
【００２６】
ＳＥＬ０が「ハイ」である間、ＲＳＴ０は、浮動拡散域３の電圧をリセットするリセットトランジスタ１７のゲートを稼動するためにＶａａ＿ｐｉｘに印加される。浮動拡散域３での電荷を表すリセット電圧信号Ｖｒｓｔは、ソースホロアトランジスタ２７のゲートに印加される。この信号は列ライン４０を経てＳＨＲのタイミング（ｔ＝ｔ１）でアナログ信号処理回路２５９に読出される。図４の例示の実施例では、アレー２００の画素セルは図１で描かれるようにＶｒｓｔt＝Ｖａａ＿ｐｉｘとして構成される。
【００２７】
次に、電荷は、第１の図示ＴＸ０パルス後に始まる集積期間４４の間で蓄積される。蓄積された電荷は、転送トランジスタ７のゲートを起動するためにパルスＴＸ０を印加することにより、ホトダイオード２１から浮動拡散域３へ転送される。集積期間４４の間で蓄積される電荷を表す信号電圧Ｖｐｈｏｔｏは、ＳＨＳのタイミング（ｔ＝ｔ２）で信号処理回路２５９に読出される。上記のように、信号処理回路２５９は差動信号を得るためにリセット電圧信号Ｖｒｓｔを使用する。差動信号は水平ブランキング期間（ＨＢＬ）の間で得ることができ、生じる出力信号は、ＨＤが垂直ブランキング期間を表示する図４でのハイ「ＶＢＬ」である時に、続く走査期間の間で読出すことができる。ブルーミングを抑制するため、図４で示すようにリセットトランジスタ１７のゲートで「ハイ」ＲＳＴ電圧を保持することが望ましい。
【００２８】
次に、行１は、図４で示すように行０と同じように読出される。行１の画素セルも長さＮの集積期間４４を有する。それで、全バイエルパターンユニットを有するサブセット３１１の画素セルは、同じ集積期間４４を有する。
【００２９】
行１の読出し後、アレー２００の残りの行は、行２の開始で連続的に読出される。アレー２００の残りの行は、二つの隣接する行の交互のサブセット３０１、３０２が異なる集積期間長さＮ、Ｓを有することを除いて、行０と同様に読出される。それで、図４で示すように、行２、３、６、７の集積期間４２は、図示では、長さＮより短い長さＳを有し、行４、５の集積期間４４は長さＮを有する。このようにして、信号集積期間の二つの異なる長さで二重集積アプローチが実現できる。
【００３０】
図４に示すように、例えば、長さＳを有する集積期間４２を有する、例えば、行３での画素セルのため、それぞれのＲＳＴ３信号は、前のフレームからのＶphotoの読出し後に「ハイ」に脈動される。その時に、ＴＸ３は、転送トランジスタ７のゲートを起動するために「ハイ」に脈動され、集積期間４２を開始するためにホトダイオード２１を所定電圧にリセットする。
【００３１】
アレー２００の全画素セルが同時に（全体的に）リセットされるように、アレー２００の画素セルを作動することもできる。図５は、アレー２００の画素セルが全体的なリセットモードで動作されるイメージセンサ２０１の例示的な動作のためのパルスタイミング図を図示する。簡単化のために、全体的なリセット技術は、アレー２００に関して図５で示されているだけであるが、全体的なリセット技術は、ここで説明した本発明の全実施例で補足できることが分かる。
【００３２】
図５に示すように、アレー２００の全画素セルは、それぞれの浮動拡散域を、図示ではＶａａ＿ｐｉｘである所定電圧にリセットするそれぞれのリセットトランジスタ１７のゲートを動作ため、対応するＲＳＴＸ信号を「ハイ」に脈動することにより同時にリセットされる。また、対応するＴＸＸ信号は、それぞれのホトダイオード２１を所定電圧、この実施例ではＶａａ＿ｐｉｘにリセットするため、「ハイ」に脈動される。
【００３３】
長さＮを持つ集積期間４４を有する画素セル、例えば、行０の画素セルのために、対応するＴＸ０信号は、対応するＲＳＴ０信号が「ハイ」に留まる間、長さＮを持つ集積期間を開始するために、「ロー」の周期となる。集積期間４４の終わりで、対応するＲＳＴ０信号は、「ロー」の周期となる。直ちに続いて、対応するＴＸ０信号は、ホトダイオード２１により蓄積される電荷を浮動拡散域３へ転送するための転送トランジスタのゲートを起動するため、「ハイ」に脈動される。
【００３４】
長さＳを持つ集積期間４２を有する画素セル、例えば、行２の画素セルのために、対応するＲＳＴ２信号及びＴＸ２信号は、集積期間４２の初めで「ハイ」のままである。その時に、ＴＸ２信号は集積期間４２の開始のために「ロー」の周期となる。集積期間４２の終わりで、対応するＴＸ２信号は、ホトダイオード２１により蓄積された電荷を浮動拡散域３へ転送する転送トランジスタ７のそれぞれのゲートを起動するため、「ハイ」に脈動される。
【００３５】
図５で示すように、アレー２００の全画素セルのための集積期間４２，４４は、それぞれのホトダイオード２１により蓄積される電荷がそれぞれの浮動拡散域３へ転送される時、同時に終了する。その後、浮動拡散域３の電荷は図５で示されるように行毎に読出される。
【００３６】
他の変更実施例では、イメージセンサ２０１は、アレー２００（図３）の代わりに図６で示すような画素セル６００のアレーを有することができる。アレー６００は、アレー６００の画素セルが共用列コンフィギュレーションを有することを除き、アレー２００と同様である。したがって、図７で示すように、画素ユニット６６０内の画素セルは読出し回路７５を共用する。また、アレー６００内に画素セルの二つのサブセットがある。第１サブセットは、交差ハッチングのない画素セル６０１で表示される長さＮを持つ集積期間４４（図８）で動作される画素セルを有し、第２サブセットは、交差ハッチングのある画素セル６０２で表示される長さＳを持つ集積期間４２（図８）で動作される画素セルを有する。簡単化のため、第１サブセット及び第２サブセットは、それぞれ、サブセット６０１、６０２と称される。サブセット６０１、６０２は二つの隣接行のサブグループ６１５を有する。図６で示すように、サブセット６０１は最上行から始まる全ての他のサブグループ６１５を有し、サブセット６０２は、サブセット６０１内にないサブグループ６１５を有する。
【００３７】
図７は、アレー６００内の共用列コンフィグレーションを有する画素セル７０ａ、７０ｂを示す。各画素セル７０ａ、７０ｂは、それぞれ、光変換デバイス、例えば、ホトダイオード２１ａ、２１ｂを有する。また、各画素セル７０ａ、７０ｂは、それぞれ、ＴＸａ信号、ＴＸｂ信号により制御される転送トランジスタ７ａ、７ｂを有する。両方の画素セル７０ａ、７０ｂは両方の読出し回路７５を共有し、読出し回路は、図示では、浮動拡散域３と、ソースホロアトランジスタ２７と、行選択トランジスタ３７とを有する。画素セル７０ａ、７０ｂの構成要素は、図１に関連して上記した対応する構成要素と同じ機能を実行する。しかしながら、アレー６００の動作は、共通列コンフィギュレーションを調整するために変更される。
【００３８】
図８は、アレー６００を有するイメージセンサ２０１の動作のための例示タイミングを示す。第１に、行０内の画素セルは、行０内の各画素セルで行選択トランジスタ３７（図１）を起動するため、対応するＳＥＬ０パルス（図示せず）を印加することにより選択される。図８の実施例では、各行の画素ユニット６６０は同様に動作される。簡単化のため、アレー６００の画素ユニット６６０の動作を、行の単一画素ユニット６６０を参照して説明する。
【００３９】
ＳＥＬ０が「ハイ」のままである間、ＲＳＴ０は、浮動拡散域３の電圧をＶａａ＿ｐｉｘにリセットするリセットトランジスタ１７のゲートを起動するために印加される。浮動拡散域３の電荷を表すリセット電圧信号Ｖｒｓｔは、ソースホロアトランジスタ２７のゲートに印加され、列ライン４０を経て、ＳＨＲがサンプル及びホールドＶｒｓｔに「ハイ」に脈動されるにつれて、アナログ信号処理回路２５９に読出される。図６の例示の実施例では、アレー６００の画素セルは図７で描かれるようにＶｒｓｔ＝Ｖａａ＿ｐｉｘに構成される。
【００４０】
図８に示すように、行０の画素セルは長さＮを持つ集積期間４４の間で電荷を蓄積する。集積期間４４は、前のフレームからの電荷が読出され、ＴＸａ０又はＴＸb０として「ロー」になる後で開始する。続いて、長さＮを持つ集積期間４４の間で蓄積される電荷は、転送トランジスタ７aのゲートを起動するためパルスＴＸa０を印加することにより、ホトダイオード２１aから浮動拡散域３へ転送される。集積期間４４の間でホトダイオード２１aにより蓄積される電荷を表す単一信号電圧Ｖｐｈｏｔｏ−ａは、ＳＨＳがサンプル−ホールドＶｐｈｏｔｏ−ａに「ハイ」に脈動されるにつれて、信号処理回路２５９に読出される。図８で示すように、この処理は、水平ブランキング期間ＨＢＬの最初の半分の間で実行できる。
【００４１】
ホトダイオード２１aにより蓄積される電荷が読出された後、ＲＳＴ０は、浮動拡散域３をＶａａ＿ｐｉｘにリセットするリセットトランジスタ１７のゲートを起動するために「ハイ」に脈動され、リセット信号Ｖｒｓｔは、ソースホロアトランジスタ２７のゲートに印加され、ＳＨＲがサンプル及びホールドＶｒｓｔに「ハイ」に脈動されるにつれて、列ライン４０を経てアナログ信号処理回路２５９に読出される。
【００４２】
その後、ホトダイオード２１ｂにより蓄積される電荷は、集積期間４４の間で読出され、転送トランジスタ７ｂのゲートを起動するため、パルスＴＸｂ０を印加することにより、浮動拡散域３へ転送される。集積期間４４の間でホトダイオード２１ｂにより蓄積される電荷を表す信号電圧Ｖｐｈｏｔｏ−ｂは、ＳＨＳがサンプル−ホールドＶｐｈｏｔｏ−ｂに「ハイ」に脈動されるにつれて、信号処理回路２５９に読出される。上記のように、信号処理回路２５９は差動信号を得るためにリセット信号Ｖｒｓｔを使用する。図８で示すように、この処理は水平ブランキング期間ＨＢＬの後の半分の間で実行でき、行内で生じる出力信号は、ＨＤが「ハイ」である時、続く水平走査期間の間で読出すことができる。
【００４３】
行１は、図８に示すように行０と同様に読出される。また、行１の画素セルは、長さＮを持つ集積期間４４を有する。行１が読出された後、アレー６００の残りの行は、行２の開始で連続的に読出される。アレー６００の残りの行は、二つの隣接する行の交互のサブセットが異なる集積期間長さＮ、Ｓを有することを除き、行０と同様に読出される。したがって、図８で示すように、行２、３、６、７のための集積期間４２は、図示では長さＮより短い長さＳを有し、行４、５のための集積期間４４は長さＮを有する。このようにして、信号集積期間の二つの異なる長さを持つ二重集積期間アプローチを実現できる。
【００４４】
図８で示すように、長さＳを有する集積期間を有する画素セル、例えば、行２の画素セル内で、それぞれの信号ＴＸa２、ＴＸｂ２信号は、転送トランジスタ７ａ、７ｂのゲートを起動するために「ハイ」に脈動され、集積期間４２を開始するため、ホトダイオード２１ａ、２１ｂを、図６の例示の実施例では、Ｖａａ＿ｐｉｘである所定電圧にリセットする。集積期間４２の終わりで、ＴＸa、ＴＸｂ、ＳＨＳは行２のためのＶｐｈｏｔｏ＿a、Ｖｐｈｏｔｏ−ｂを読出すために使用される。
【００４５】
図９は、図４−８に関連して既に説明したように動作するイメージセンサのホトトランジスタの特性を示すグラフである。ライン９０２で表される短い集積期間４２を有する画素セルは、ライン９０１で表される長い集積期間４４を有する画素セルより幅広い輝度域に対応する出力を有する。集積期間４４、４２の両方の長さを有する画素セルからの出力は、合成出力とワイドダイナミックレンジとを達成するために使用される。
【００４６】
合成出力を達成する単純な処理は、二つの画素信号を加えることである。列ｉと行ｊでの元の信号出力は、Ｓ（ｉ，ｊ）として表現される。合成信号出力Ｒ（ｉ，ｊ）は次のように表現される。
Ｒ（ｉ，ｊ）=Ｓ（ｉ，ｊ）+Ｓ（ｉ，ｊ＋２）
ｊ＝０，１，４，５，…ｎ，ｎ＋１                       （式１）
Ｒ＝（ｉ，ｊ）=Ｓ（ｉ，ｊ）+Ｓ（ｉ，ｊ−２）
ｊ＝２，３，５，７，…ｎ′，ｎ′＋１                           （式２）
ここで、ｎ、ｎ′は式１、２に提供されるそれぞれの順序にしたがう行番号である。
【００４７】
アレー２００、６００の色フィルタは、バイエルパターンで構成され、合成信号出力Ｒ（ｉ，ｊ）はＳ（ｉ，ｊ）とＳ（ｉ，ｊ＋２）の同じ色信号の合計である。例えば、図３のアレー２００内では、ｉ＝０、ｊ＝０に対応する画素セル及びｉ＝０、ｊ＝０に対応する画素セルは、各々、緑色フィルタに関連される。したがって、合成信号Ｒ（０，０）を達成するために、緑色信号Ｓ（０，０）は緑色信号Ｓ（０，２）に追加される。この処理はワイドダイナミックレンジを達成するが、垂直分解能を元の分解能の半分だけに低下する。しかしながら、センサアレー２００、６００が４メガ画素アレーのような十分な数の画素セルを有すると、高品質イメージを達成することもできる。
【００４８】
空間分解能の低下を回避するとともにワイドダイナミックレンジを達成するために、補間処理を使用することもできる。列ｉ及び行ｊでの元の信号出力は、Ｓ（ｉ，ｊ）として表現される。合成信号出力Ｒ（ｉ，ｊ）は、同じ色信号の線形組合せとして達成でき、次のように表現できる。
Ｒ（ｉ，ｊ）＝Ａ*Ｓ（ｉ，ｊ）＋Ｂ*（Ｓ（ｉ，ｊ−２）＋Ｓ（ｉ，ｊ＋２））
ｊ＝０，１，４，５，…ｎ，ｎ＋１                       （式３）
Ｒ（ｉ，ｊ）＝Ｃ*Ｓ（ｉ，ｊ）＋Ｄ*（Ｓ（ｉ，ｊ−２）＋Ｓ（ｉ，ｊ＋２））
ｊ＝２，３，６，７，…ｎ′，ｎ′＋１                           （式４）
ここで、ｎ、ｎ′は式３、４に提供されるそれぞれの順序にしたがう行番号である。簡単化のために、Ａ＝Ｃ＝０．５、Ｂ＝Ｄ＝０．２５であるが、パラメータＡ−Ｄは他の値も可能である。
【００４９】
式３、４で示されるように、パラメータＡ−Ｄは合成信号ＲＲ（ｉ，ｊ）を構成する信号の関連部分を提供する。信号が長い集積期間４４内で飽和しない低照度状態では、Ａ＝１、Ｂ＝０、Ｃ＝０、Ｄ＝０．５が好ましい。というのは、高信号対ノイズ比が存在するからである。パラメータＡからＤは光度により連続的に変更できる。また、集積期間４２、４４はイメージされるシーンの光度により適宜変更できる。例えば、簡単化のために、低照度レベルでは、ＳはＮに等しく設定でき、照度レベルが増加するにつれて、ＳはＮに比較して減少できる。
【００５０】
図１０は、アレー２００、６００の画素セルが同じ集積期間長さ、すなわち、Ｓ＝Ｎを有する上記式３，４を使用する補間の簡単な例示の実施例を示す。図１０の例示の実施例では、ｉ＝０、ｊ＝３に対応する画素セル、ｉ＝０、ｊ＝５に対応する画素セル、ｉ＝０、ｊ＝７に対応する画素セルは、各々、青色フィルタに関連される。したがって、合成信号Ｒ（０，５）を達成するため、信号Ｓ（０，３）、Ｓ（０，５）、Ｓ（０，７）が使用される。同じ色信号からの補間及び同じ色信号への補間により、重大な色ロストークなしに、良好な色特性を得ることができる。
【００５１】
補間が実行された後、二組のイメージデータ、元の信号Ｓ（ｉ，ｊ）、合成信号Ｒ（ｉ，ｊ）は、図９のライン９０３により示されるような発生光転送特性を有するワイドダイナミックレンジを再生するため、イメージプロセッサ２５０により処理される。
【００５２】
図１１は、イメージセンサ２０１（図２）内で補間され、本発明の他の例示の実施例により動作できるアレー１１００を示す。図１１の実施例の画素セルは、二つのサブセット、つまり、交差ハッチングのない画素セルとして描かれるサブセット１１０１と、交差ハッチングのある画素セルとして示されるサブセット１１０２に分割される。図１２で示されるように、センサ２０１の動作中に、サブセット１１０１は長さＮを持つ集積期間４４を有し、サブセット１１０２は長さＳを持つ集積期間４２を有する。
【００５３】
サブセット１１０１とサブセット１１０２の画素セルは、サブセットが二つの隣接の行と二つの隣接の列を跨ぐ４個の画素セルのサブグループ１１１５を有するように配列される。サブセットが図１１で示されるようなチェス盤状（ジグザグ）パターンを形成するように、サブセット１１０１は全ての他のサブグループ１１１５を有し、サブセット１１０２は、サブセット１１０１内にないサブグループ１１１５を有する。図１１の例示の実施例では、アレー１１００は、各画素セルと関連する色フィルタを有し、バイエルパターン内に配列される。それで、各サブグループは、バイエルパターンユニットを構成する４個の色フィルタを有する。この配列は、両方の水平方向と垂直方向での分解能の良好なバランスを可能とする。
【００５４】
図１１で示されように、アレー１１００の各行に関連して、それぞれ、二つの行選択ライン１１３６−１と１１３６−２がある。行選択ライン１１３６−１と１１３６−２は、それぞれ、これらの画素セルの読出しのため、それぞれの画素セル内で行選択トランジスタ３７（図１）を起動するサブセット１１０１、１１０２へ信号を搬送する。図１１のアレー１１００を有するイメージセンサ２０１は、各行の画素セルが二つの読出し処理内で読出され、第１の読出し処理が集積期間４４を有するサブセット１１０１の読出し画素セルを有し、第２の読出し処理が集積期間４２を有するサブセット１１０２の読出し画素セルを有することを除き、図４−８に関連して上記のように動作できる。集積期間４４、４２有する画素セルからの出力は、既に説明したように合成出力及びワイドダイナミックレンジを達成するために使用される。
【００５５】
図１２は、行０（アレー１１００の）の画素セルの動作を示す例示タイミング図である。各行のためのそれぞれの信号は図１１で表され、ここで、他の続く図では、対応する行番号により従う信号、例えば、ＲＳＴＸ−Ｗ、ＴＸＸ信号表記により表され、ここでは、Ｘは行番号であり、Ｗはサブセット番号である。行０内の画素セルの読出しのため、最初に、サブセット１１０１の画素セルは、行０のサブセット１１０１内の各画素セル内の行選択トランジスタ３７（図１）を起動するため、対応するＳＥＬ  ０―１１０１パルス（図示せず）を印加することにより選択される。図１２の実施例では、各行は同様にして動作される。簡単化のために、アレー１１００の動作を、単一行を参照して説明する。
【００５６】
ＳＥＬ０−１１０１が「ハイ」の状態である間、ＲＳＴ０−１１０１は、浮動拡散域３の電圧をリセットするリセットトランジスタ１７のゲートを起動するためにＶａａ＿ｐｉｘに印加される。浮動拡散域３での電荷を表すリセット電圧信号Ｖｒｓｔは、ソースホロアトランジスタ２７のゲートに印加され、列ライン４０を経て読出される。ＲＳＴ０−１１０１が「ロー」となるにつれて、ＳＨＲはサンプル及びホールドＶｒｓｔに対して「ハイ」に脈動される。ここで、アレー１１００の画素セルは図１に示すように構成される図１２の実施例では、Ｖｒｓｔ＝Ｖａａ＿ｐｉｘである。
【００５７】
行０内のサブセット１１０１の画素セルは、長さＮを有する集積期間４４の間で電荷を蓄積する。集積期間４４は、ＴＸ０−１００１が「ロー」となるにつれて開始し、前のフレームに読出しを終る。集積期間４４の終わりでは、電荷は、転送トランジスタ７のゲートを起動するため。パルスＴＸ０−１１０１を印加することによりホトトランジスタ２１から浮動拡散域３へ転送される。集積期間４４の間で蓄積される電荷を表す信号電圧Ｖｐｈｏｔｏ１１０１は、ソースホロアトランジスタ２７のゲートに印加され、列ライン４０を経て読出される。ＴＸ０−１１０１が「ロー」となるにつれて、ＳＨＳはサンプル及びホールドＶｐｈｏｔｏ１１０１に対して「ハイ」に脈動される。図１２で示されるように、この処理は水平ブランキング期間ＨＢＬの最初の半分の間で実行できる。
【００５８】
次に、サブセット１１０２の画素セルが読出される。サブセット１１０２の行０内の画素セルは、サブセット１１０２の行０内の各画素セル内の行選択トランジスタ３７を起動するため、対応するＳＥＬ０−１１０２パルス（図示せず）を印加することにより選択される。サブセット１１０２の画素セルは、サブセット１１０１の画素セルと同様にして読出される。
【００５９】
電荷集積のために、サブセット１１０２の画素セルは、サブセット１１０１の画素セルより短い集積期間を有するように動作する。前のフレームからのＶｐｈｏｔｏ１１０２の読出し後、ＴＸ０−１１０２は「ロー」となるので、ＲＳＴ０−１１０２信号は「ハイ」に脈動される。ＲＳＴ０−１１０２は、長さＳの集積期間４２の開始において「ハイ」の状態である。その時に、ＲＳＴ０−１１０２は「ロー」の周期とされ、ＴＸ０−１１０２は転送トランジスタ７のゲートを起動するために「ハイ」に脈動され、ホトトランジスタ２１を、図１２の実施例ではＶａａ＿ｐｉｘである所定電圧にリセットする。ＴＸ０−１１０２は「ロー」となるにつれて集積期間４２が開始する。集積期間４２の終わりで、ＴＸ０−１１０２は「ハイ」に脈動され、電荷をＳＨＳで読出すことができる。この処理は水平ブランキング期間ＨＢＬの後半部の間で実行でき、行内で発生する出力信号は、図１２に示すように、ＨＤが「ハイ」である時、続く水平走査中に読出すことができる。
【００６０】
図１１−１２の実施例は、共有列構成を持つ画素セルを有するアレーに採用できる。図１３は、共有列構成の画素セルを有するアレー１３００を示す。アレー１３００は、イメージセンサ２０１内に補足できる。アレー１３００は、高密度のワイドダイナミックレンジと十分にバランスされた空間分解能を実現する。
【００６１】
アレー１１００（図１１）と同様に、アレー１３００は、二つのサブセット、すなわち、濃淡背景のない画素セルを有するように示すサブセット１３０１と、濃淡背景のある画素セルを有するように示すサブセット１３０２とを有する。サブセット１３０１、１３０２は、二つの隣接する行及び二つの隣接する列に亘る４個の画素セルのサブグループ１３１５を有する。サブセット１３０１、１３０２は、図１３に示すようにチェス盤状（ジグザグ）パターンを形成する。図１４に示すように、アレー１３００は、サブセット１３０１の画素セルが長さＮの集積期間４４を有し、サブセット１３０２の画素セルが長さＳの集積期間４２を有するように構成される。
【００６２】
図１３の実施例では、アレー１３００は、各画素セルに関連する色フィルタを有し、バイエルパターン内に配列される。したがって、各サブグループ１３１５は、バイエルパターンユニットを構成する４個の色フィルタを有する。アレー１３００の画素セルは、二つの隣接する画素セルが行共有読出し回路７５内にあり、共有列画素ユニット１３６０を構成するように、図７で示されるように構成される。図１３で示されように、共有列画素ユニット１３６０の一方の画素セル１３１６は、サブセット１３０１の部分であり、他方の画素セル１３１７は、サブセットサブセット１３０２の部分である。また、サブセット１３０１の画素セルは、画素セル７０ａだけを有するように構成でき、他方、サブセット１３０２は、画素セル７０ｂだけを有するように構成にできる。そのような場合、画素セル７０ａは集積期間４４を有するように操作でき、画素セル７０ｂは集積期間４２を有するように操作できる。
【００６３】
図１４は、アレー１３００の例示動作を示すタイミング線図である。最初に、行０内の画素セルは、行０内の各画素セル内で行選択トランジスタ３７（図１）を起動するため、対応するＳＥＬ０パルス（図示せず）を印加することにより選択される。図１４の実施例では、各行の共用列画素ユニット１３６０は同様に操作される。簡単化のために、アレー１３００のユニット１３６０の動作を、行の単一の共用列画素ユニット１３６０を参照して説明する。
【００６４】
ＳＥＬ０が「ハイ」の状態である間、ＲＳＴ０は、浮動拡散域３の電圧をリセットするトランジスタ１７のゲートを稼動するためにＶａａ＿ｐｉｘに印加される。浮動拡散域３での電荷を表すリセット電圧信号Ｖｒｓｔは、ソースホロアトランジスタ２７のゲートに印加され、ＳＨＲがサンプル−ホールドＶｒｓｔに対して「ハイ」に脈動されにつれて、列ライン４０を経てアナログ信号処理回路２５９に読出される。図１３に示す実施例では、アレー１３００の画素セルは、図７に示すのと同様に、Ｖｒｓｔ＝Ｖａａ＿ｐｉｘに構成される。
【００６５】
行１内のサブセット１３０１の画素セルは、長さＮの集積期間４４の間に電荷を蓄積する。集積期間４４は、ＴＸa０が「ロー」になるにつれて開始し、前のフレームの読出しを終る。集積期間４４の間で蓄積される電荷は、転送トランジスタ７ａのゲートを起動するため、パルスＴＸaを印加することにより、ホトダイオード２１aから浮動拡散域３へ転送される。集積期間４４の間でホトダイオード２１ａにより蓄積される電荷を表す信号電圧Ｖｐｈｏｔｏ−ａは、ＳＨＳがサンプル−ホールドＶｐｈｏｔｏ−ａに対して「ハイ」に脈動されるにつれて、信号処理回路２５９に読出される。図１４で示されるように、この処理は水平ブランキング期間ＨＢＬの最初の半分の間で実行できる。
【００６６】
ホトダイオード２１aにより蓄積される電荷が読出された後、ＲＳＴ０は、浮動拡散域３をリセットするトランジスタ１７のゲートをＶａａ＿ｐｉｘに起動するために「ハイ」に脈動され、リセット電圧信号Ｖｒｓｔは、ソースホロアトランジスタ２７のゲートに印加され、ＳＨＲがサンプル−ホールドＶｒｓｔに対して「ハイ」に脈動されにつれて、列ライン４０を経てアナログ信号処理回路２５９に読出される。
【００６７】
図１４で示されるように、集積期間４２の画素セル内で、それぞれのＴＸｂ信号は、転送トランジスタ７ｂのゲートを起動し、集積期間４２を開始するため、図示ではＶａａ＿ｐｉｘである所定電圧にホトダイオード２１ｂをリセットするために「ハイ」に脈動される。
【００６８】
長さＳの集積期間４２の間、ホトダイオード２１ｂにより蓄積される電荷は、上記のＶｐｈｏｔｏ−ａの読出しと同様に読出される。ホトダイオード２１ｂにより蓄積される電荷は、転送トランジスタ７ｂのゲートを起動するためにパルスＴＸｂ０を印加することにより、ホトダイオード２１ｂから浮動拡散域３へ転送される。集積期間４２の間に、ホトダイオード２１ｂにより蓄積される電荷を表す信号電圧Ｖｐｈｏｔｏ−ｂは、ＳＨＳがサンプル−ホールドＶｐｈｏｔｏ−ｂに対して「ハイ」に脈動されるにつれて、信号処理回路２５９に読出される。図１４に示すように、この処理は、水平ブランキング期間ＨＢＬの後の半分の間で実行できる。行内で発生する出力信号は、ＨＤが「ハイ」である時に、続く水平走査期間の間で読出すことができる。信号処理回路２５９は、既に説明したような差動信号を得るために、リセット電圧信号Ｖｒｓｔを使用する。
【００６９】
アレー１３００の行１及び残りの行は、図１４に示すように、行０と同様にして読出される。このようにして、信号集積期間の二つの異なる長さを有する二重集積期間アプローチが実現できる。
【００７０】
図１１−１４に関連した上記実施例のために、集積期間４４、４２の両方の長さＮ、Ｓを有する画素セルからの出力は、合成出力とワイドダイナミックレンジとを達成するために使用される。合成出力を達成する簡単な処理は、二つの画素信号を加えることである。列ｉ及び行ｊでの元の信号出力は、Ｓ（ｉ，ｊ）として表される。合成信号出力Ｒ（ｉ，ｊ）は、次のように表すことができる。
Ｒ（ｉ，ｊ）＝Ｓ（ｉ，ｊ）+Ｓ（ｉ，ｊ＋２）
ｊ＝０，１，４，５，…ｎ，ｎ＋１                       （式５）
Ｒ（ｉ，ｊ）＝Ｓ（ｉ，ｊ）+Ｓ（ｉ，ｊ−２）
ｊ＝２，３，６，７，…ｎ′，ｎ′＋１                           （式６）
ｎ、ｎ′は、式５、６に対して提供されるそれぞれの順序にしたがう行番号である。この処理は、ワイドダイナミックレンジを達成するが、元の空間分解能を低下する。
【００７１】
元の空間分解能を保ち、画素間の出力レベルを調整するために補間手順を利用できる。列ｉ、行ｊでの元の信号出力は、Ｓ（ｉ，ｊ）として表される。合成信号出力Ｒ（ｉ，ｊ）を次のように表すことができる。
Ｒ（ｉ，ｊ）＝Ａ*Ｓ（ｉ，ｊ）＋Ｂ*（Ｓ（ｉ−２，ｊ）＋Ｓ（ｉ＋２，ｊ）＋Ｓ（ｉ，ｊ−２）＋Ｓ（ｉ，ｊ＋２））
画素（ｉ，ｊ）＝サブセット１１０１、１３０１             （式７）
Ｒ（ｉ，ｊ）＝Ｃ*Ｓ（ｉ，ｊ）＋Ｄ*（Ｓ（ｉ−２，ｊ）＋Ｓ（ｉ＋２，ｊ）＋Ｓ（ｉ，ｊ−２）＋Ｓ（ｉ，ｊ＋２））
画素（ｉ，ｊ）＝サブセット１１０２、１３０２             （式８）
ここで、簡単化のために、Ａ＝Ｃ＝０．５及びＢ＝Ｄ＝０．１２５とする。式７、８で示されるように、パラメータＡからＤは、合成信号Ｒ（ｉ，ｊ）を構成する信号の相対割合を提供する。信号が集積期間４４のために飽和しない低照度条件では、高信号対ノイズ比のために、Ａ＝１、Ｂ＝０、Ｃ＝０、Ｄ＝０．２５が望ましい。パラメータＡからＤは光度により連続的に変更できる。また、集積期間４４、４２は光度により適宜に変更できる。例えば、低照度レベルでは、ＳはＮに等しく設定でき、照度レベルが増加するにつれて、ＳはＮに比較して減少できる。
【００７２】
図１５は、イメージセンサ２０１（図２）で補足でき、本発明の実施例に従って動作するアレー１５００を示す。図１５の実施例の画素セルは、単一構成（１）又は共通列構成（図７）を有することができ、交差ハッチングのない画素セルを有するものとして示されるサブセット１５０１と、交差ハッチングがある画素セルを有するものとして示されるサブセット１５０２との二つのサブセットに分割される。センサ２０１の動作の間、サブセット１５０１は長さＮの集積期間を有し、サブセット１５０２は長さＳの集積期間を有する。
【００７３】
サブセット１５０１の画素セルは、サブセット１５０１がバイエルパターンユニットの３個の画素セルを有し、各画素セルが異なる色フィルタと関連するように配列される。例えば、色フィルタアレーが、赤色、緑色、青色に対応する色フィルタを有する場合、バイエルパターンユニットは、青色フィルタと緑色フィルタと直接的に上記２個の画素セルに関連する行内で、赤色フィルタ、緑色フィルタと、それぞれに関連する２個の画素セルを有することができる。したがって、図１５に示すように、サブセット１５０１は、赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタと、それぞれに関連する３個の画素セルを有する。サブセット１５０２は、バイエルパターンユニット内で、図示では緑色の余分の色フィルタと関連する画素セルを有する。
【００７４】
図１５に示すように、アレー１５００は、アレー１５００の各行とそれぞれに関連する２本の行選択ライン１５３６―１、１５３６−２を有することができる。代わりに、サブセット１５０１の画素セルだけを有する列が単一の列選択ラインを有し、他方、サブセット１５０１及びサブセット１５０２の画素セルを有する行が２本の行選択ラインを有することができる。アレー１５００の画素セルは、図２−１４に関して既に説明したように、アレー２００、６００、１１００及び／又はアレー１３００の画素セルと同様に呼出すことができる。さらに、アレー１５００の動作は、図２−１４で既に説明したしたように各サブセット１５０１、１５０２のための異なる集積期間４４、４２を達成するために適用できる。したがって、簡単化のために、アレー１５００の動作のための特定例のタイミングは示されていない。
【００７５】
当該技術分野で周知のように、人間の目のスペクトル応答に接近させるため、バイエルパターン内には二つの緑色フィルタがある。図１５の実施例では、サブセット１５０２の画素セルの信号は、色信号のない輝度信号として処理できる。サブセット１５０２の画素セルは、サブセット１５０１の画素セルのための輝度応答として使用できる。したがって、特に、サブセット１５０１の画素セルが飽和されるような強力な照度の条件下では、ワイドダイナミックレンジが達成できる。
【００７６】
強力な照度の条件下での光転送特性を図１６に示す。長さＮの集積期間を有するサブセット１５０１の画素セルは飽和され、参照符号１６０１で示すような、より狭いダイナミックレンジだけが生じる。サブセット１５０２の画素セルは、長さＳの集積期間を有し、直ちに飽和されず、したがって、参照符号１６０２で示されるワイドダイナミックレンジを許容する。
【００７７】
図１７は、強力な照度の条件下での色情報を得るための例示方法を示す。シーンを照明する光源に向けてシーンがイメージされる逆行シーンを考慮すると、イメージフレームのいくつかの部分は強力に照明される区域により占められる。そのようなシーンの１例は、図１７に示すような鮮やかな空色を有する屋外シーンである。イメージングアレーの周辺１７０５は、長さＳの集積期間４２の周辺内で画素セルを動作することにより、色情報を得るために使用できる。周辺１７０５内の画素セルは、色フィルタアレーのフルパターンユニット、例えば、バイエルパターン関連する画素セルを有する。図１５の実施例では、アレー１５００の周辺１７０５内の画素セルの二つの行及び二つの列は、集積期間４２で動作される。図１７の実施例では、周辺１７０５は、二つの最上行と、二つの最下行と、二つの最左列と、二つの最右列とを有する。また、行と列の相違数は、周辺１７０５を構成することもできる。当業者には明らかなように、アレー１５００を、この明細書の示唆に基づいて、この動作を達成するために容易に採用できる。
【００７８】
信号処理を使用すると、周辺１７０５の画素セルからの色情報を、強力な照明区域に現れる合成信号を達成するために使用できる。周辺１７０５の画素セルからの色情報を、強力に照明される区域に対応する中央部分１７０４のこれらの画素セルのための信号を「ペイント」するために使用できる。換言すれば、信号処理を使用すると、周辺の画素セルから得られる色情報を、強力に照明される区域から光を受けるこれらの画素セルのための色情報を達成するために使用できる。
【００７９】
上記の方法は、逆光シーンのように一般化されて強力に照明される区域を有するシーンのために有効である。しかしながら、この方法は、溶接光線のような強力な照明の局部的区域を有するシーンには適用できない。図１８は、そのようなシーンのための色信号を、どのようにして得るかを示す。図１８のグラフは、強力に照明される区域から信号を受ける画素セルを有する、線１８−１８′に沿うアレー１５００の画素セルの応答を表す。強力な照明区域では、サブセット１５０１の画素セルの信号は飽和されるが、強力に照明される対象物の縁から光を受ける画素セルは飽和されない。色信号は、縁区域から光を受けるサブセット１５０１の画素セルから得ることができる。この色信号を、強力に照明される区域から光を受けるこれらの画素セルのための色情報を達成するために使用できる。
【００８０】
図２−１８に関連した上記実施例は、色フィルタを有するイメージセンサのための二重集積期間動作を提供する。しかしながら、本発明はそれに限定されない。上記の技術を単色イメージングデバイスにも適用できる。
【００８１】
ワイドダイナミックレンジを達成する単色イメージングアレー１９００を図１９に示す。行０、２、４…内の画素セルは、長さＮ（図示せず。）の集積期間を有するために設置され、行１、３、５…内の画素セルは、長さＳ（図示せず。）の集積期間を有するために設置される。アレー１９００を有するイメージセンサ２０１は、代わりの行が異なる集積期間を有するために構成されることを除き、図４に示すタイミングにより動作できる。また、アレー２０００の画素セルは、図１に示すような構成を有することができるか、図７に示す共有列構成を有することができる。
【００８２】
列ｉと行jでの元の信号出力は、Ｓ（ｉ，ｊ）として表される。合成信号出力Ｒ（ｉ，ｊ）を信号の線形組合せとして得ることができ、次のように表現できる。
Ｒ（ｉ，ｊ）＝Ｓ（ｉ，ｊ）＋Ｓ（ｉ，ｊ＋１）
ｊ＝０，２，４，６，…ｎ，ｎ＋２                       （式９）
Ｒ（ｉ，ｊ）＝Ｓ（ｉ，ｊ）＋Ｓ（ｉ，ｊ−１）
ｊ＝１，３，５，７，…ｎ′，ｎ′＋２                           （式１０）
ここで、ｎ、ｎ′は方程式９、１０のために提供されるそれぞれの順序にしたがう行番号である。
【００８３】
元の信号分解能を保持し、これらの行間で出力レベルを調整するために、補間処理を考慮できる。
Ｒ（ｉ，ｊ）＝Ａ*Ｓ（ｉ，ｊ）＋Ｂ*（Ｓ（ｉ，ｊ−１）＋Ｓ（ｉ，ｊ＋１））
ｊ＝０，２，４，６，…ｎ，ｎ＋２                       （式１１）
Ｒ（ｉ，ｊ）＝Ｃ*Ｓ（ｉ，ｊ）＋Ｄ*（Ｓ（ｉ，ｊ−１）＋Ｓ（ｉ，ｊ＋１））
ｊ＝１，３，５，７，…ｎ′，ｎ′＋２                           （式１２）
ここで、ｎ、ｎ′は、式１１、１２に提供されるそれぞれの順序にしたがう行番号である。ここで、簡単化のために、Ａ＝Ｃ＝０．５及びＢ＝Ｄ＝０．２５である。信号は長い集積期間内で飽和しない低照度条件下では、高信号対ノズル比があるので、Ａ＝１、Ｂ＝０、Ｃ＝０、Ｄ＝０．５が望ましい。パラメータＡからＤは、光度により連続的に変化できる。また、集積期間４４、４２は、イメージされるシーンの光度により適宜に変化できる。例えば、低照度レベルでは、ＳはＮに設定でき、光度レベルが増加するにつれて、ＳはＮに比較して減少できる。
【００８４】
図２０は、図１１−１４のアレーと同様の単色アレー２０００を示す。アレー２０００の画素セルは、交差ハッチングのない画素セルを有するように示されるサブセット２００１内に配列され、交差ハッチングのある画素セルを有するように示されるサブセット２００２内に配列される。第１サブセット及び第２サブセットは、図２０で示されるように、チェス盤状（ジグザグ）パターンを形成するように、サブセット２００１が行内で全ての他の画素セルと、列内で全ての他の画素セルとを有し、サブセット２００２が第１サブセット内にない画素セルを有する。アレー２０００の画素セルは、図１に示すような構成を有するか、図７に示す共有列構成を有することができる。
【００８５】
サブセット２００１の画素セルは、長さＮの集積期間を有するように動作し、サブセット２００２の画素セルは、長さＳの集積期間を有するように動作する。図１１−１４に関連して説明したように、図２０の実施例は、ワイドダイナミックレンジ動作内で、十分にバランスされた水平分解能及び垂直分解能を提供する。アレー２０００を有するイメージセンサ２０１は、図１２、図１４に示すように動作することができる。
【００８６】
合成出力を達成する簡単な処理は、二つの画素信号を加えることである。列ｉと行jでの元の信号出力は、Ｓ（ｉ，ｊ）として表される。合成信号出力Ｒ（ｉ，ｊ）を次のように表すことができる。
Ｒ（ｉ，ｊ）＝Ｓ（ｉ，ｊ）＋Ｓ（ｉ，ｊ＋１）
ｊ＝０，２，４，６，…ｎ，ｎ＋１                       （式１３）
Ｒ（ｉ，ｊ）＝Ｓ（ｉ，ｊ）＋Ｓ（ｉ，ｊ−１）
ｊ＝１，３，５，７，…ｎ′，ｎ′＋１                           （式１４）
ここで、ｎ、ｎ′は、式１３、１４のために提供されるそれぞれの順序にしたがう行番号である。この処理は、ワイドダイナミックレンジを達成するが、元の空間分解能を低下する。
【００８７】
元の分解能を保持し、画素間で出力レベルを調整するために、補間処理を考慮できる。合成信号出力Ｒ（ｉ，ｊ）を、次のように表すことができる。
Ｒ（ｉ，ｊ）＝Ａ*Ｓ（ｉ，ｊ）＋Ｂ*（Ｓ（ｉ−１，ｊ）＋Ｓ（ｉ＋１，ｊ）＋Ｓ（ｉ，ｊ−１）＋Ｓ（ｉ，ｊ＋１））
画素（ｉ，ｊ）用：サブセット２００１                           （式１５）
Ｒ（ｉ，ｊ）＝Ｃ*Ｓ（ｉ，ｊ）＋Ｄ*{Ｓ*（ｉ−１，ｊ）＋Ｓ（ｉ＋１，ｊ）＋Ｓ（ｉ，ｊ−１）＋Ｓ（ｉ，ｊ＋１）}
画素（ｉ，ｊ）用：サブセット２００２                           （式１６）
ここで、簡単化のために、Ａ＝Ｃ＝０．５及びＢ＝Ｄ＝０．１２５とする。信号が長い集積期間内で飽和しない低照度条件下では、交信号対ノイズ比があるので、Ａ＝１、Ｂ＝０、Ｃ＝０、Ｄ＝０．２５が望ましい。パラメータＡからＤは、光度により連続的に変化できる。また、集積期間４４、４２は、イメージされるシーンの光度により適宜に変化できる。例えば、低照度レベルでは、ＳはＮに設定でき、照度レベルが増加するにつれて、ＳはＮに比較して減少できる。
【００８８】
本発明の実施例は、特別な式１−１６を使用する特別な補間プロセスとして説明されているが、本発明はそれに限定されない。任意の他の適当なアルゴリズムを適用できる。
【００８９】
本発明の実施例は、特別な構成を有するＣＭＯＳ画素セルとの関連で説明されているが、本発明は、代わりの構成を有するＣＭＯＳ画素セルを使用して補足できる。例えば、追加の回路、例えば、アンチブルーミング回路又は電子シャッター回路を有する画素セルも使用できる。さらに、本発明の実施例は特別なタイミング動作と関連して説明されているけれど、本発明は、それに限定されない。本発明の精神の範囲内で、追加のタイミング動作が使用でき、示されるタイミングの変更を行うことができる。例えば、画素セルが電子シャッターを含む所では、イメージセンサの動作は、それにしたがって適用できる。
【００９０】
本発明の実施例の二重集積期間アプローチは、ワイドダイナミックレンジを達成するために有効であるのみならず、また、改良された自動露光制御を達成するためにも有効である。図２１は、自動露光制御回路２１０３を有するイメージセンサ２１０１のブロック図である。従来、自動露光制御は、全てのフレームでの信号出力をチェックすることにより、開口条件２１０２、例えば、集積期間、レンズの虹彩を変更することにより実行される。従来の自動露光制御のための例示方法は、ここでは、参考で組入れられる米国特許６，４８６，９１５号で論じられる。
【００９１】
各フレームのために、本発明の実施例は、各々が異なる集積期間４４、４２を有する二組の信号を提供する。自動露光制御回路２１０３は、適当な開口条件２１０２を決定する二組の信号を使用でき、それにより、自動露光制御のための時間を減少し、単一の集積期間だけが使用される場合と比較して一層効率的な動作を提供する。当業者が認めるように、従来の自動露光制御技術や回路は、本発明の実施例により提供される二組の信号を調整するために容易に応用できる。
【００９２】
本発明によるＣＭＯＳイメージセンサを有するプロセッサ基底システム２２００は、図２２で全体的に図示される。プロセッサ基底システム２２００は、イメージセンサを有することができるデジタル回路を有するシステムの例である。制限されることなく、そのようなシステムはコンピュータシステム、カメラシステム、スキャナー、マシーンビジョン、車両ナビゲーション、ビデオホーン、監視システム、自動焦点システム、星追跡システム、運動検出システム、イメージ安定化システム、高精細度テレビジョン用のデータ圧縮システム、本発明を実現できる全てのものを有することができる。
【００９３】
例えば、一般的に、中央処理装置（ＣＰＵ）２２２６から成るコンピュータシステム、例えば、バス２２２５を経て入出力（Ｉ／Ｏ）デバイス２２２２と交信するマイクロプロセッサのようなプロセッサ基底システム２２００である。ＣＭＯＳイメージセンサ２２２１は、バス２２２５を経て、このシステムとも交信する。コンピュータシステム２２２０は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２２２３も有し、コンピュータシステムの場合では、バス２２２５を経てＣＰＵ２２２６とも交信するフロッピードライブ２２２７、又は、コンパクトデイスク（ＣＤ）ＲＯＭドライブ２２２８のような周辺装置を有してもよい。また、単一ＩＣチップ上にプロセッサ６５４、ＣＭＯＳイメージセンサ２２２１及びメモリ２２２３を集積することが望ましい。
【００９４】
現在、周知である好ましい実施例に関連してこの発明を詳細に説明したが、本発明は開示された実施例に限定されないことが容易に理解できるであろう。むしろ、本発明は、ここでは説明されていない任意数の変更、代替物、代用品又は均等装置を組込むために修正できるが、本発明の精神及び範囲にふさわしいものである。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】従来の画素セルの概要図である。
【図２】本発明の例示の実施例によるイメージサンサを図示するブロック図である。
【図３】本発明の例示の実施例による図２のイメージセンサの部分を図示するブロック図である。
【図４】本発明の例示の実施例による図２、図３のイメージセンサの動作を図示するタイミング図である。
【図５】本発明の他の例示の実施例による図２、図３のイメージセンサの動作を図示するタイミング図である。
【図６】本発明の他の例示の実施例による図２のイメージセンサの部分を示すブロック図である。
【図７】図６のアレー内に補足できる共用列構成を有する画素セルの概要図である。
【図８】本発明の他の例示の実施例による図２、図６のイメージセンサの動作を図示するタイミング図である。
【図９】図４−８に関連して上記したように動作されるイメージセンサの光転送特性を図示するグラフである。
【図１０】本発明の他の例示の実施例による図２、図３、図６のイメージセンサの画素セルための補間を図示するブロック図である。
【図１１】本発明の他の例示の実施例による図２のイメージセンサの部分を図示するブロック図である。
【図１２】本発明の他の例示の実施例による図２、図１１のイメージセンサの動作を図示するタイミング図である。
【図１３】本発明の他の例示の実施例による図２のイメージセンサの部分を図示するブロック図である。
【図１４】本発明の他の例示の実施例による図２、図１３のイメージセンサの動作を図示するタイミング図である。
【図１５】本発明の他の例示の実施例による図２のイメージセンサの部分を図示するブロック図である。
【図１６】強力な照明の条件下で、図１５のイメージセンサの光転送特性を図示するグラフである。
【図１７】本発明の他の例示の実施例による図１５のアレーを図示する図である。
【図１８】本発明の他の例示の実施例による図１５のイメージセンサの動作を図示する図である。
【図１９】本発明の他の例示の実施例による図２のイメージセンサの部分を図示するブロック図である。
【図２０】本発明の他の例示の実施例による図２のイメージセンサの部分を図示するブロック図である。
【図２１】本発明の他の例示の実施例によるイメージセンサを図示するブロック図である。
【図２２】本発明の他の例示の実施例によるプロセッサシステムを図示するブロック図である。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【外国語明細書】
Title of Invention
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Detailed  Description  of  Invention
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