(57)【要約】  画像センサを動作させる方法である。第１のサブ露光の間にフォトダイオード内に蓄積される電荷を、第１の制御信号に応じて保存ノード内に選択的に保存することができる。第１のリセット期間の間にフォトダイオード内に蓄積される電荷を、第２の制御信号に応じて選択的に廃棄することができる。第２のサブ露光の間にフォトダイオード内に蓄積される電荷を、第１の制御信号に応じて選択的に保存することができる。第１及び第２のサブ露光から保存ノード内に保存された電荷を、第３の制御信号に応じてフローティング拡散ノードに転送することができる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像センサを動作させる方法であって、
第１の制御信号に応じて、第１のサブ露光の間にフォトダイオード内に蓄積された電荷を保存ノード内に選択的に保存するステップと、
第２の制御信号に応じて、第１のリセット期間の間に前記フォトダイオード内に蓄積された電荷を選択的に廃棄するステップと、
前記第１の制御信号に応じて、第２のサブ露光の間に前記フォトダイオード内に蓄積された電荷を前記保存ノード内に選択的に保存するステップと、
第３の制御信号に応じて、前記第１及び第２のサブ露光から前記保存ノードに保存された電荷をフローティング拡散ノードに転送するステップと、
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記第１の制御信号が、前記フォトダイオードと前記保存ノードとの間に連結した保存ゲートに供給される転送信号を含むことを特徴とする、請求項１に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項３】
前記第２の制御信号が、前記フォトダイオードに連結したアンチブルーミングゲートに供給されるアンチブルーミング信号を含むことを特徴とする、請求項２に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項４】
前記第２の制御信号が、前記保存ゲートに供給される前記転送信号であることを特徴とする、請求項２に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項５】
前記第３の制御信号が、前記保存ノードと前記フローティング拡散ノードとの間に連結した転送ゲートに供給される転送信号を含むことを特徴とする、請求項２に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項６】
前記第１の制御信号に応じて、第３及び第４のサブ露光の間に前記フォトダイオード内に蓄積された電荷を前記保存ノード内に選択的に保存するステップであって、前記第１、第２、第３、及び第４のサブ露光が前記画像センサの単一のフレームに対応する、選択的に保存するステップを更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項７】
リセット信号に応じて、前記第１のリセット期間の間に前記フォトダイオードをリセットするステップを更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項８】
それぞれ第１及び第２のサブ露光のそれぞれの持続時間が実質的に同じであることを特徴とする、請求項１に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項９】
前記第１のサブ露光の第１の持続時間が、前記第１のリセット期間の第２の持続時間と実質的に同じであることを特徴とする、請求項１に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項１０】
前記第１のサブ露光の第１の持続時間が、前記第１のリセット期間の第２の持続時間よりも実質的に短いことを特徴とする、請求項１に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項１１】
前記第２の持続時間が、前記第１の持続時間の少なくとも５倍であることを特徴とする、請求項１０に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項１２】
画像センサのピクセルであって、
フォトダイオードと、
保存ノードと、
前記フォトダイオードと保存ノードとの間に連結し、露光制御信号を選択的に受信し、これに応ずる、保存ゲートと、
フローティング拡散ノードと、
前記保存ノードとフローティング拡散ノードとの間に連結し、転送制御信号を選択的に受信し、これに応ずる、転送ゲートと、
複数のサブ露光の間に前記フォトダイオード内に蓄積された前記電荷が各サブ露光の後又はその間に前記保存ノードに転送されるように、前記露光制御信号を前記保存ゲートに供給するように構成され、前記保存ノード内に保存された電荷が前記フローティング拡散ノードに転送されるように、前記複数のサブ露光後に前記転送信号を前記転送ゲートに供給するように更に構成された制御回路と、
を備えることを特徴とする、画像センサのピクセル。
【請求項１３】
前記フォトダイオードに連結したアンチブルーミングゲートを更に備え、アンチブルーミング制御信号に応じて前記フォトダイオードから過剰な電荷を排出するように構成されたことを特徴とする、請求項１２に記載の画像センサのピクセル。
【請求項１４】
前記保存ノードが、電気的及び光学的に遮蔽されていることを特徴とする、請求項１２に記載の画像センサのピクセル。
【請求項１５】
前記画像センサのピクセルが第１の色チャネルに関連づけられ、更に、異なる色チャネルに関連づけられている別の画像センサのピクセルが前記画像センサのピクセルと同じ第１、第２、又は第３の制御信号を受信することを特徴とする、請求項１２に記載の画像センサのピクセル。
【請求項１６】
画像センサを動作させる方法であって、
第１の露光制御信号に応じて第１の期間中に第１の色チャネルに関連づけられる第１のフォトダイオード内に電荷を選択的に蓄積するステップと、
第２の露光制御信号に応じて第２の期間中に第２の色チャネルに関連づけられる第２のフォトダイオード内に電荷を選択的に蓄積するステップと、
を含み、前記第１の色チャネルは前記第２の色チャネルとは異なり、前記第１の期間は前記第２の期間よりも短く、前記第１及び第２の期間は互いに少なくとも部分的に同時期に発生することを特徴とする、画像センサを動作させる方法。
【請求項１７】
前記第１の期間が開始する前でかつ前記第２の期間が開始した後に、前記第１のフォトダイオードから電荷を排出するステップを更に含むことを特徴とする、請求項１６に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項１８】
アンチブルーミング信号を前記第１のフォトダイオードに連結した転送ゲートに供給するステップに応じて、前記電荷が排出されることを特徴とする、請求項１７に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項１９】
第１のフォトダイオードが電荷の蓄積を開始する一方で前記第２のフォトダイオードが電荷を蓄積し続けることを特徴とする、請求項１７に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項２０】
電荷を前記第２のフォトダイオードから第２のフローティング拡散ノード又は保存ノードに転送するステップと実質的に同時に、前記蓄積された電荷を前記第１のフォトダイオードから第１のフローティング拡散ノード又は保存ノードに転送するステップを更に含むことを特徴とする、請求項１７に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項２１】
前記第１及び第２の期間の間に電荷を蓄積する前に、リセット信号に応じて前記第１及び第２のフォトダイオードをリセットするステップを更に含むことを特徴とする、請求項１６に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項２２】
画像センサであって、
第１の色チャネルに関連づけられ、第１の制御信号に応じて第１の期間の間電荷を蓄積するように構成された第１のピクセルと、
第２の色チャネルに関連づけられ、第２の制御信号に応じて第２の期間の間電荷を蓄積するように構成された第２のピクセルと、を備え、
前記第１の色チャネルは前記第２の色チャネルとは異なり、前記第１の期間は前記第２の期間よりも短いことを特徴とする、画像センサ。
【請求項２３】
前記第１の色チャネルが透明であり、前記第２の色チャネルが緑であることを特徴とする、請求項２２に記載の画像センサ。
【請求項２４】
前記第１の色チャネルが緑であり、前記第２の色チャネルが赤であることを特徴とする、請求項２２に記載の画像センサ。
【請求項２５】
アンチブルーミング信号に応じて前記第１のピクセルから過剰な電荷を排出するように構成されたアンチブルーミングゲートを更に備えることを特徴とする、請求項２４に記載の画像センサ。
【請求項２６】
前記アンチブルーミングゲートが、前記フォトダイオードとフローティング拡散ノード又は保存ノードとの間に連結した転送ゲートを含むことを特徴とする、請求項２２に記載の画像センサ。
【請求項２７】
前記第１のピクセルが、グローバルシャッタピクセルであり、保存ノードを含むことを特徴とする、請求項２２に記載の画像センサ。
【請求項２８】
前記第１のピクセルがローリングシャッタピクセルであることを特徴とする、請求項２２に記載の画像センサ。
【請求項２９】
前記第１及び第２の制御信号を供給する制御回路であって、複数の電圧レベルのうちの１つを前記第１又は第２の制御信号として選択的に供給するように構成された１つ以上のマルチプレクサを含む、制御回路を更に備えることを特徴とする、請求項２２に記載の画像センサ。
【請求項３０】
画像センサを動作させる方法であって、
第１の複数のサブ露光の間に第１の色チャネルに関連づけられる第１のフォトダイオード内に電荷を選択的に蓄積するステップと、
第１の制御信号に応じて、前記第１の複数のサブ露光の各々の間に前記第１のフォトダイオード内に蓄積された電荷を第１のノードに選択的に転送するステップと、
第２の複数のサブ露光の間に第２の色チャネルに関連づけられる第２のフォトダイオード内に電荷を選択的に蓄積するステップと、
第２の制御信号に応じて、前記第２の複数のサブ露光の各々の間に前記第１のフォトダイオード内に蓄積された電荷を第２のノードに選択的に転送するステップと、
を含み、前記第１の色チャネルは前記第２の色チャネルとは異なり、前記第１の複数のサブ露光のうちの少なくとも１つは前記第２の複数のサブ露光のうちの少なくとも１つよりも短く、前記第１及び第２の複数のサブ露光は少なくとも部分的に同時期に発生することを特徴とする、画像センサを動作させる方法。
【請求項３１】
前記画像センサがインターリーブ型高ダイナミックレンジモードで動作し、前記第１の色チャネルが第１の画像を形成する第１の組のピクセルに関連づけられ、前記第２の色チャネルが第２の画像を形成する第２の組のピクセルに関連づけられ、前記第１及び第２の画像が前記画像センサによって実質的に重なり合う時間で取得されることを特徴とする、請求項３０に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項３２】
前記画像センサがローリングシャッタ構造を有することを特徴とする、請求項３０に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項３３】
前記画像センサがグローバルシャッタ構造を有することを特徴とする、請求項３０に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項３４】
前記画像センサがビデオモードで動作することを特徴とする、請求項３０に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項３５】
前記第１及び第２のノードがそれぞれ第１及び第２の保存ノードを備えることを特徴とする、請求項３０に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項３６】
画像センサを動作させる方法であって、
第１の色チャネルに関連づけられる第１のピクセルの第１の露光を、それぞれの持続時間を有する第１の複数のサブ露光に区画するステップと、
第２の色チャネルに関連づけられる第２のピクセルの第２の露光を、それぞれの持続時間を有する第２の複数のサブ露光に区画するステップと、
を含み、前記第１の複数のサブ露光のうちの少なくとも１つの前記持続時間は、前記第２の複数のサブ露光のうちの少なくとも１つよりも短いことを特徴とする、画像センサを動作させる方法。
【請求項３７】
前記第１の複数のサブ露光のすべてが実質的に第１の持続時間を有し、前記第２の複数のサブ露光のすべてが実質的に第２の持続時間を有し、前記第１の持続時間が前記第２の持続時間よりも短いことを特徴とする、請求項３６に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項３８】
前記第１の色チャネルが透明又は緑であり、前記第２のチャネルが赤又は青であることを特徴とする、請求項３６に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項３９】
第３の色チャネルに関連づけられる第３のピクセルの第３の露光が区画されないことを特徴とする、請求項３６に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項４０】
前記第３の色チャネルが赤であることを特徴とする、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記第１及び第２の複数のサブ露光の前記それぞれの持続時間が、前記第３の色チャネルに対する前記第１及び第２の色チャネルの相対的な感度に基づいて決定されることを特徴とする、請求項３９に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項４２】
前記第１の複数のサブ露光の各々の間に蓄積された電荷を第１の保存ノード内でアナログ的に合計するステップ及び前記第２の複数のサブ露光の各々の間に蓄積された電荷を第２の保存ノード内でアナログ的に合計するステップを更に含むことを特徴とする、請求項３６に記載の画像センサを動作させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
特許協力条約に基づく本出願は、この参照によりその全部が本明細書内に組み込まれる、２０１３年３月１日付けで出願され、「Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｆｏｒ  Ｉｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ」と題された米国非仮特許出願第１３／７８２，５３２号に対する優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、広くは画像センサに関し、より具体的には画像センサの露光制御に関する。
【背景技術】
【０００３】
電荷結合デバイス（ＣＣＤ）及び相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサのような電子画像センサは、通常、各ピクセルに対して１つ以上のフォトダイオードを含んでおり、これらフォトダイオードは、露光するとピクセルのフォトダイオード上に投射される光の明るさに比例する電荷を蓄積する。電子画像センサによっては、フォトダイオードが光源に露出する持続時間を制御するのを補助するための機械シャッタと共に使用されるものもある一方で、その他の（例えば、携帯電話機、タブレットコンピュータ、及びその他の電子機器などに搭載された特定のものを含む）電子画像センサは機械シャッタと共に使用されておらず、したがって、露光したときにフォトダイオード内に発生する電荷を制御するために何らかの形態の電気シャッタリングに依存している。
【０００４】
電気シャッタリングを実施できる一方法として、フォトダイオードをセンサの他の部品に連結するゲート（例えば、トランジスタ）を制御する方法がある。例えば、センサが画像をキャプチャすべきではないときには、フォトダイオードに連結しているゲートは、フォトダイオード内で発生する一切の電荷を継続的に排出することができる。機械シャッタが無ければセンサは常に露光するかもしれないが、フォトダイオード内で発生する電荷の流れの制御によりフォトダイオードの有効露光が制御されるので、この電荷の流れの制御を概して露光制御と呼ぶことができる。換言すれば、フォトダイオードの露光を機械的に制御することは困難なので、電子画像センサによってはその有効露光を、これらの領域内の入射光子によって発生する電荷を選択的に蓄積し選択的に廃棄することにより制御することができる。
【０００５】
撮像される特定の場面の異なる照明条件及び色彩条件に基づいて画像センサ内のピクセルの露光を制御することが有用な場合がある。例えば、照明の明るい状況では、センサ上のピクセルの露光時間を短縮してピクセルのフォトダイオードのウェルが飽和するのを回避することができる（飽和を補正しなければ、ブルーミングを招く恐れがある）。逆に、照明の暗い状況では、十分な電荷がピクセル内に集積されて十分良好な信号対雑音比が維持されることを可能とするために、露光時間を延長することができる。しかし、いくつかの理由から露光時間を変更することは難しく、固定フレームレートで映像をキャプチャし、したがって露光時間を拡張する時間量が限られる画像センサについては、特に難しい。映像の例について続けると、一方では、各映像フレーム内で露光時間を過度に短縮し過ぎると、映像のフレーム間で深刻なモーションアーチファクトが発生し、フレーム間でのエイリアシング又はストロボ効果を引き起こす。もう一方では、露光時間を長くし過ぎると、ピクセルが飽和する可能性があり、隣接するピクセルにブルーミングしてしまう可能性さえある。
【０００６】
カラー画像センサは、通常、ピクセルの赤−緑−青−緑（ＲＧＢＧ）配列を有するベイヤーパターンなどの何らかの種類のカラーフィルタアレイ（ＣＦＡ）を含んでいる。ベイヤーパターンについては、画像センサのピクセルを、各々が一方の行に赤ピクセル１個及び緑ピクセル１個を含み、他方の行に青ピクセル１個及び緑ピクセル１個を含む２×２のサブアレイの群に配列することができる。このような配列内では、２個の緑ピクセルは、一般的に、２×２のサブアレイ内で相互に対角線上に配置されている。通常、各２×２サブアレイ内の４個のピクセルはすべて、ピクセルの上面を覆って定置されたカラーフィルタ以外は全く同じであり、換言すれば、これらピクセルは、通常、同様のウェル容量のフォトダイオードを有する。しかし、カラーフィルタが、異なる色のピクセルに異なる波長の光を検出させる。しかし、ピクセルのフォトダイオードの入射光子に対する感度は、その上に投射される光の波長によって異なる場合があるので、異なる色のピクセルは、異なる色の光の全く同じ明るさに対して異なる感度を有する場合がある。例えば、ベイヤーパターンでは、通常は、緑ピクセルが最も感度が高い。緑ピクセルが最も感度が高いので、画像センサが露光するほとんどの中間色の場面について、通常、緑フォトダイオードが赤フォトダイオード及び青フォトダイオードよりも速く電荷を充填することとなる。
【０００７】
近年、上面を覆って定置される色付きフィルタを有さない場合もある透明なピクセルを追加することに関心が集まっている。透明なピクセルは、「白ピクセル」としても知られる。画像センサに透明ピクセルを追加することにより、画像センサにより高い輝度感度及びより幅広い全体スペクトルを提供することができる。しかし、透明ピクセルは、通常、入射光に対して赤、緑、又は青のピクセルのいずれよりも感度が高いので、これら他の色のピクセルのいずれよりも速く飽和するのが普通である。
【０００８】
画像センサのピクセルが飽和し、蓄積された電荷を隣接するピクセル内に溢流させる（ブルーミングとして知られる現象の）可能性を防止するうえで役立つ一技法として、アンチブルーミング制御の方式を使用して過剰な電荷をフォトダイオードから排出する方法がある。
【０００９】
今日のほとんどの画像センサにおいて、露光制御及びアンチブルーミングは、概ね一様な方法で適用されている。例えば、ほとんどの画像センサでは、異なる色のピクセルのすべてについて共通で単一の露光時間が設定されており、かつその露光時間は連続した時間ブロックである。露光時間は、一般的に、最も高感度の色チャネルに対応して選択されるが、この露光時間は、最も感度の高い色のピクセルが蓄積電荷で飽和すると予期される時間よりも短い。しかし、その他の低感度の色のピクセルの有効露光を切り詰めることにより、最適とは言えない結果を招く恐れがある（フォトダイオード内に蓄積される電荷の量は一般的に信号対雑音比に関連しているので、これらの色に関する信号対雑音比が低下する可能性がある）。更には、異なる色のすべてのピクセル間にアンチブルーミング制御を一様に適用することにより、よりきめ細かなブルーミング緩和技法の適用もまた阻害される。
【発明の概要】
【００１０】
本開示の一例は、画像センサを動作させる方法の形態をとることができる。この方法は、第１の制御信号に応じて第１のサブ露光の間にフォトダイオード内に蓄積された電荷を保存ノード内に選択的に保存するステップ、及び第２の制御信号に応じて第１のリセットの間にフォトダイオード内に蓄積された電荷を選択的に廃棄するステップを含むことができる。この方法はまた、第１の制御信号に応じて第２のサブ露光の間にフォトダイオード内に蓄積された電荷を保存ノード内に選択的に保存するステップ、及び第３の信号に応じて第１及び第２のサブ露光から保存ノード内に保存された電荷をフローティング拡散ノードへと転送するステップを含むこともできる。
【００１１】
本開示の別の例は、フォトダイオード、保存ノード、及びフォトダイオードと保存ノードとの間に連結された、露光制御信号を選択的に受信しこれに応じて保存ゲートを含む画像センサのピクセルの形態をとることができる。画像センサのピクセルはまた、フローティング拡散ノード、及び保存ノードとフローティング拡散ノードとの間に連結された、転送制御信号を選択的に受信しこれに応じて転送ゲートを含むこともできる。画像センサのピクセルはまた、複数のサブ露光の間にフォトダイオード内に蓄積された電荷が各サブ露光の後又はその間に保存ノードに転送されるように、露光制御信号を保存ゲートに供給するように構成され、保存ノード内に保存された電荷がフローティング拡散ノードに転送されるように、複数のサブ露光後に転送信号を転送ゲートに供給するように更に構成された制御回路を含むことができる。
【００１２】
本開示の別の例は、画像センサを動作させる方法の形態をとることができる。この方法は、第１の露光制御信号に応じて第１の期間の間に第１の色チャネルに関連づけられる第１のフォトダイオード内に電荷を選択的に蓄積するステップを含むことができる。この方法はまた、第２の露光制御信号に応じて第２の期間の間に第２の色チャネルに関連づけられる第２のフォトダイオード内に電荷を選択的に蓄積するステップを含むことができる。第１の色チャネルは第２の色チャネルとは異なることができ、第１の期間は第２の期間よりも短くてもよく、第１及び第２の期間は互いに少なくとも部分的に同時期に発生することができる。
【００１３】
本開示の別の例は、画像センサの形態をとることができる。この画像センサは、第１の色チャネルに関連づけられる第１のピクセルを含むことができ、第１の制御信号に応じて第１の期間の間電荷を蓄積するように構成することができる。この画像センサはまた、第２の色チャネルに関連づけられる第２ピクセルを含むことができ、第２の制御信号に応じて第２の期間の間電荷を蓄積するように構成することができる。第１の色チャネルは第２の色チャネルとは異なることができ、第１の期間は第２の期間よりも短くてもよい。
【００１４】
本開示の別の例は、画像センサを動作させる方法の形態をとることができる。この方法は、第１の複数のサブ露光の間に第１の色チャネルに関連づけられる第１のフォトダイオード内に電荷を選択的に蓄積するステップを含むことができる。この方法はまた、第１の制御信号に応じて、第１の複数のサブ露光の各々の間に第１のフォトダイオード内に蓄積された電荷を第１のノードに選択的に転送するステップを含むこともできる。この方法はまた、第２の複数のサブ露光の間に第２の色チャネルに関連づけられる第２のフォトダイオード内に電荷を選択的に蓄積するステップを含むことができる。この方法はまた、第２の制御信号に応じて、第２の複数のサブ露光の各々の間に第１のフォトダイオード内に蓄積された電荷を第２のノードに選択的に転送するステップを含むこともできる。第１の色チャネルは第２の色チャネルとは異なることができ、第１の複数のサブ露光のうちの少なくとも１つは第２の複数のサブ露光のうちの少なくとも１つよりも短くてもよい。第１及び第２の複数のサブ露光は、少なくとも部分的に同時期に発生することができる。
【００１５】
本開示の別の例は、画像センサを動作させる方法の形態をとることができる。この方法は、第１の色チャネルに関連づけられる第１のピクセルの第１の露光を、それぞれの持続時間を有する第１の複数のサブ露光に区画するステップを含むことができる。この方法はまた、第２の色チャネルに関連づけられる第２のピクセルの第２の露光を、それぞれの持続時間を有する第２の複数のサブ露光に区画するステップを含むことができる。第１の複数のサブ露光のうちの少なくとも１つの持続時間は、第２の複数のサブ露光のうちの少なくとも１つよりも短くてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】１つ以上のカメラを含む電子機器の正面斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａの電子機器の背面斜視図である。
【図２】図１Ａの電子機器の簡略化されたブロック図である。
【図３】図１Ａの３−３線に沿った図１Ａの電子機器の簡略化された概略断面図である。
【図４Ａ】電子機器のカメラの画像センサ構造の簡略化された図である。
【図４Ｂ】図４Ａのピクセル構造の単一のピクセルを図示した拡大図である。
【図５】ローリングシャッタ動作を有するピクセルセルの簡略化された概略図である。
【図６】グローバルシャッタ構成を有するピクセルセルの簡略化された概略図である。
【図７】ローリングシャッタ構成を有する４個のピクセルセルの簡略化された概略図である。
【図８】グローバルシャッタ構成を有する４個のピクセルセルの簡略化された概略図である。
【図９】露光制御の一実施形態に関するタイミング図である。
【図１０】露光制御の別の実施形態に関するタイミング図である。
【図１１】露光制御の更に別の実施形態に関するタイミング図である。
【図１２】露光制御の更に別の実施形態に関するタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本明細書内のいくつかの実施形態において、電子画像センサ内の有効露光を制御する装置及び方法を開示する。一実施形態において、１つ以上のフレームに関する全有効露光を複数のサブ露光に分割又は区画することができる。別の実施形態において、カラーフィルタアレイの異なる色チャネル間でアレイ内のフォトダイオードの有効露光を変えることができる。更に別の実施形態において、１つ以上のフレームに関する全有効露光を１つ以上の色チャネル内のピクセルに関する複数のサブ露光に分割又は区画することができ、異なる色チャネル間のサブ露光は異なる持続時間を有することができる。
【００１８】
ここで図を参照して、画像センサ、及び画像センサが組み込まれる例示的な電子機器についてより詳細に述べる。図１Ａは、画像センサを含む電子機器１００の正面図である。図１Ｂは、電子機器１００の背面図である。電子機器１００は、第１のカメラ１０２、第２のカメラ１０４、エンクロージャ１０６、ディスプレイ１１０、及び入出力ボタン１０８のうちのいずれか又はすべてを含むことができる。電子機器１００は、コンピュータ、ラップトップ、タブレット、スマートフォン、デジタルカメラ、プリンタ、スキャナ、コピー機などでかつこれらに限定されない、実質的に任意の種類の電子機器又はコンピューティングデバイスであることができる。電子機器１００はまた、１つ以上のプロセッサ、メモリ部品、ネットワークインターフェースなどでかつこれらに限定されない、コンピューティングデバイス又は電子機器に特有の１つ以上の内部構成要素（図示せず）を含むこともできる。このような内部構成要素の例については図２に関連して述べる。
【００１９】
図１に示すように、エンクロージャ１０６は、電子機器１００の内部構成要素の外面及び保護ケースを形成することができ、ディスプレイ１１０を少なくとも部分的に囲むことができる。エンクロージャ１０６は、前面部品及び背面部品などの、動作可能に相互に結合された１つ以上の構成要素から形成することができ、又はディスプレイ１１０に動作可能に結合された単一部品から形成することができる。
【００２０】
入力部材１０８（これはスイッチ、ボタン、静電容量センサ、又はその他の入力機構であってもよい）は、ユーザが電子機器１００と相互作用することを可能とする。例えば、入力部材１０８は、音量を変更する、ホーム画面に戻るなどのためのボタン又はスイッチであってよい。電子機器１００は、１つ以上の入力部材１０８及び／又は出力部材を含むことができ、各部材は、単一の入力機能若しくは出力機能又は複数の入出力機能を有することができる。
【００２１】
ディスプレイ１１０は、電子機器１００に動作可能に接続することができ、又は通信可能に連結することができる。ディスプレイ１１０は、電子機器１００の視覚的出力を提供することができ、及び／又は電子機器１００へのユーザ入力を受け付ける働きをすることができる。例えば、ディスプレイ１１０は、１つ以上のユーザ入力を検出できる静電容量感知式マルチタッチ画面であることができる。
【００２２】
電子機器１００はまた、多くの内部構成要素を含むこともできる。図２は、電子機器１００の簡略化されたブロック図である。電子機器１００はまた、１つ以上のプロセッサ１１４、ストレージ部品又はメモリ部品１１６、入出力インターフェース１１８、電源１２０、及び１つ以上のセンサ１２２を含むことができるが、これらの各々については下記に順次述べることにする。
【００２３】
プロセッサ１１４は、電子機器１００の動作を制御することができる。プロセッサ１１４は、直接的又は間接的のいずれかの方法で、実質的に電子機器１００の構成要素のすべてと通信することができる。例えば、１つ以上のシステムバス１２４又はその他の通信機構が、プロセッサ１１４、カメラ１０２、１０４、ディスプレイ１１０、入力部材１０８、センサ１２２などの間の通信を提供することができる。プロセッサ１１４は、命令を処理、受信、及び／又は送信することのできる任意の電子装置であってよい。例えば、プロセッサ１１４は、マイクロプロセッサ又はマイクロコンピュータであってよい。本明細書内に記載されている場合、「プロセッサ」という用語は、単一のプロセッサ若しくは処理装置、複数のプロセッサ若しくは複数の処理装置、又はその他の好適に構成された演算要素を包含することを意味する。
【００２４】
メモリ１１６は、電子機器１００が利用することの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１１６は、様々なアプリケーションに対応する、例えば、音声ファイル、映像ファイル、文書ファイルなどの電子データ又はコンテンツを記憶することができる。メモリ１１６は、例えば、不揮発性記憶装置、磁気記憶媒体、光学記憶媒体、光磁気記憶媒体、読取り専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、消去可能プログラマブルメモリ、又はフラッシュメモリであってよい。
【００２５】
入出力インターフェース１１８は、ユーザ又はその他１つ以上の電子機器からデータを受け取ることができる。更には、入出力インターフェース１１８は、ユーザ又はその他の電子装置へのデータ伝送を容易にすることができる。例えば、電子機器１００が電話機である実施形態において、入出力インターフェース１１８は、ネットワークからデータを受信するために使用でき、又は無線接続若しくは有線接続（インターネット、ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）などがいくつかの例として挙げられる）を介して電子信号を送信及び伝送するために使用できる。いくつかの実施形態において、入出力インターフェース１１８は、複数のネットワーク又は通信機構に対応することができる。例えば、ネットワーク／通信インターフェース１１８は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ(登録商標)ネットワーク上で別の機器とペアリングして他方の機器に信号を転送すると同時にＷｉＦｉ又はその他のネットワークからデータを受信することができる。
【００２６】
電源１２０は、電子機器１００にエネルギーを供給することのできる実質的に任意の装置であってよい。例えば、電源１２０は、電池、電子機器１００を壁コンセントなどのような別の電源に接続するように構成できる接続ケーブルなどであってよい。
【００２７】
センサ１２２は、実質的に任意の種類のセンサを含むことができる。例えば、電子機器１００は、１つ以上の音声センサ（例えば、マイクロフォン）、光センサ（例えば、環境光センサ）、ジャイロスコープ、加速度計などを含むことができる。センサ１２２は、電子機器１００の機能を向上させ又は変更するために使用することのできるプロセッサ１１４にデータを供給するために使用することができる。
【００２８】
図１Ａ及び図１Ｂを再度参照すると、電子機器１００はまた、１つ以上のカメラ１０２、１０４、及び必要に応じてカメラ１０２、１０４用のフラッシュ１１２又は光源を含むこともできる。図３は、図１Ａの３−３線に沿った第１のカメラ１０２の簡略化された断面図である。図３は第１のカメラ１０２を図示しているものの、第２のカメラ１０４も第１のカメラ１０２と実質的に同様であることに留意すべきである。いくつかの実施形態において、一方のカメラはグローバルシャッタで構成された画像センサを含むことができ、一方のカメラはローリングシャッタで構成された画像センサを含むことができる。その他の例において、一方のカメラが他方のカメラより高解像度の画像センサを有することができる。同様に、図３に示す構造体は第１及び第２のカメラのうちのいずれかのための１つの可能性としての構造体に過ぎないことを理解すべきである。
【００２９】
図３を参照すると、カメラ１０２、１０４は、画像センサ１３０と光学的に連通しているレンズ１２６を含むことができる。レンズ１２６は、エンクロージャ１０６に動作可能に結合し、画像センサ１３０の上方に位置づけることができる。レンズ１２６は、画像センサ１３０のフォトダイオード層（以下により詳細に記述）上に、その視野内で光１２８を方向付け又は伝送させることができる。
【００３０】
画像センサ１３０は、基板１３２又はその他の支持構造体によってレンズ１２６の下方に支持することができる。画像センサ１３０は、光１２８を、キャプチャした場面からの光を表すことのできる電気信号に変換することができる。換言すれば、画像センサ１３０は、レンズ１２６を介して光学的に伝送された光１２８を電気信号に変換する。
【００３１】
画像センサ構造
ここで、画像センサ１３０の例示的な構造についてより詳細に述べる。図４Ａは、画像センサ１３０のために可能な一構造の簡略概略図である。図４Ｂは、図４Ａのピクセル構造のピクセルの拡大図である。図５は、図４Ａのピクセルの簡略概略図である。図４Ａ〜図５を参照すると、電子機器１００は、１つ以上のピクセル１３６及び／又はピクセルセルの群１３８（例えば、ベイヤーピクセル又はその他の１組のピクセルを形成するようにまとめられた、ピクセル１３６の群）を画定するピクセル構造を有する画像処理部品を含むことができる。ピクセル構造１３４は、１つ以上の列出力ライン１４６を通じて列選択器１４０と通信し、１つ以上の行選択ライン１４８を通じて行選択器１４４と通信することができる。
【００３２】
行選択器１４４及び／又は列選択器１４０は、画像プロセッサ１４２と通信することができる。画像プロセッサ１４２は、ピクセル１３６からのデータを処理し、そのデータを電子機器１００のプロセッサ１１４及び／又はその他の構成要素に供給することができる。いくつかの実施形態において、画像プロセッサ１４２は、プロセッサ１１４内に組み込むことができ、又はプロセッサ１１４とは別個であることもできることに留意すべきである。行選択器１４４は、特定のピクセル１３６又は特定の行の全ピクセル１３６のようなピクセル群を選択的に活性化することができる。列選択器１４０は、選択されたピクセル１３６又はピクセル１３６の群（例えば、特定の列のピクセルのすべて）から出力されるデータを選択的に受信することができる。
【００３３】
図５を参照すると、各ピクセル１３６は、トランジスタアレイ１５２、即ち制御回路、及びフォトダイオード１５４を含むことができる。フォトダイオード１５４は、レンズ１２６と光学的に連通してその中を透過する光を受光することができる。フォトダイオード１５４は、光を吸収し、吸収した光を電気信号に変換することができる。フォトダイオード１５４は、電子フォトダイオード又は正孔フォトダイオードであってよい。更には、本明細書内で使用される場合、「フォトダイオード」という用語は、フォトゲート又はその他の感光領域のような実質的に任意の種類の光子検出部品又は光検出部品を包含することを意味することに留意すべきである。フォトダイオード１５４は、フォトダイオード１５４をピクセル１３６の制御回路１５２の残りの部分に選択的に接続する転送ゲート１５８に連結している。
【００３４】
転送ゲート１５８は、リセットゲート１５６及びソースフォロワ（ＳＦ）ゲート１６０に連結している。リセットゲート１６２及びＳＦゲート１６０は、これら２つのゲートを基準電圧源（Ｖｄｄ）１６６に接続する基準電圧ノード１６４に連結している。行選択ゲート１６２は、ピクセル１３６の行選択ライン１４８に連結している。電荷保存部品１６８を含むフローティング拡散（ＦＤ）ノード１６３を、転送ゲート１５８及びリセットゲート１５６とＳＦゲート１６０との間に連結することができる。制御回路１５２（一例としては前述のトランジスタアレイ）は、図５に示すもの以外の追加のゲートを含むことができる。例えば、飽和を超えた過剰な電荷をフォトダイオードから排出するために、アンチブルーミングゲートをフォトダイオード１５４と連通させることができる。
【００３５】
一般に、動作時にカメラ１０２、１０４のうちの一方が作動して画像をキャプチャすると、リセットゲート１５６及び転送ゲート１５８に基準電圧１６６が印加される。転送ゲート１５８が開いていると、フォトダイオード１５４内の電荷が排出されてフォトダイオードが枯渇する。いくつかの実施形態において、カメラ１０２、１０４がレンズ１２６を覆うシャッタを含まない場合があり、したがって、画像センサ１３０は常に露光している場合がある。これらの実施形態において、フォトダイオード１５４は、所望の画像をキャプチャする前にリセットされ、即ち枯渇しなければならない場合がある。フォトダイオード１５４からの電荷が枯渇した後に、転送ゲート１５８及びリセットゲート１５６をオフにしてフォトダイオード１５４を分離することができる。次に、フォトダイオード１５４は、レンズ１２６から画像センサ１３０に伝送された光１２８の集積及び収集を開始することができる。フォトダイオード１５４は、受光すると同時に電荷を収集し始める（例えば、光からの電子を受け取ると同時に空乏領域が縮小する）。しかし、（フォトダイオード１５４を制御回路１５２及びその他のゲートに接続する）転送ゲート１５８がオフとなっているので、フォトダイオード１５４内の電荷はフォトダイオード１５４のウェル内に留まることができる。
【００３６】
集積が完了し、フォトダイオード１５４がレンズ１２６から光１２８を収集し終えた後、リセットゲート１５６をオンにしてフローティング拡散ノード１６３をリセットすることができる。フローティング拡散１６３がリセットされた後に、リセットゲート１５６をオフにし、転送ゲート１５８をオンにすることができる。次に、フォトダイオード１５４からの電荷をフローティング拡散ノード１６３に転送し、保存部品１６８内に保存することができる。フォトダイオード１５４から（フローティング拡散ノード１６３を介して）電荷を読み出すためには、行選択ゲート１５２及びＳＦゲート１６０を作動させればよく、ＳＦゲート１６０がフローティング拡散ノード１６３内の電荷を増幅し、行選択ゲート１６２を通じて信号、即ち電荷が、列出力ライン１４６に供給される。
【００３７】
ローリングシャッタ動作では、異なる行内のフォトダイオード１５４を異なる時点に露光することができる。したがって、場面内の１つ以上の被写体が動いている場合、第１の行及び第２の行が順次に露光すると、第１の行は第２の行とは画像内の異なる位置をキャプチャする場合があり、これにより感知された画像内にモーションアーチファクトが生じる場合がある。グローバルシャッタ動作では、フォトダイオード１５４からの電荷を保存するために追加的な保存ゲートを追加することができる。グローバルシャッタ動作では、ピクセル構造１３４内の各行を実質的に同時点にリセットし、露光することができる。各保存ノードもまた、フォトダイオード１５４から保存ノードに電荷を同時に転送することができ、次に各ピクセル１３６を行毎に読み出すことができる。いくつかの実施形態は、関連する回路に適切な変更を施して列ベースのローリングシャッタ構造を実施することができる。
【００３８】
ここで図６を参照すると、いくつかの実施形態において、画像センサ１３０は１つ以上のグローバルシャッタピクセル１３６を含むことができる。図６は、フォトダイオード１５４、及び保存ゲート１９０を含む制御回路１５２の簡略図である。図６を参照すると、各ピクセル１３６は、フォトダイオード１５４と保存ノード１９２との間に連結した保存ゲート１９０を含むことができる。保存ノード１９２はフォトダイオード１５４からの電荷を保存してグローバルシャッタ動作を可能とすることができ、いくつかの例では、浮遊電荷及び／又は光が保存ノード１９２の内容を破損することを防止するために、これを電気的及び／又は光学的に遮蔽することができる。例えば、グローバルシャッタ動作において、画像センサ１３０のピクセル１３６の各々が電荷集積を同時に開始することができる。集積期間中、フォトダイオード１５４の各々は、各フォトダイオード１５４に遭遇する、レンズ１２６を透過する光に対応する電荷を蓄積することができる。集積後、保存ゲート１９０を作動させることができ、フォトダイオード１５４からの電荷を保存ノード１９２に転送することができる。フォトダイオード１５４からのデータは、特定のピクセル１３６が読み出し可能の状態となるまで保存ノード１９２内に保留することができる。
【００３９】
ピクセル１３６を読み出すときには、転送ゲート１５８を作動させて保存ノード１９２からフローティング拡散ノード１６３に電荷を転送させることができる。データがフローティング拡散ノード１６３内に記憶されると、ピクセル１３６は、実質的に図６に関連して上記に説明したとおりに、即ち、各行が順番に読み出されるように、動作することができる。グローバルシャッタ動作中には、ピクセル１３６のすべてが実質的に同時に光をキャプチャすることができるので、被写体の動きに起因する画像内のアーチファクトを低減することができる。例えば、各行が順番に露光し読み出されるローリングシャッタ動作中に、第１のピクセル行の集積と最後の行の集積との間で被写体が動いた場合は、画像がぼける可能性がある。図６の画像センサ１３０内では、センサ１３０全体のピクセル１３６が実質的に同時に露光し、電荷を集積することができる。
【００４０】
一般的に、多くの異なる種類の画像センサ構造を想到することができ、そのうちのいくつかは、例えば、この参照によりその全部があらゆる目的において本明細書内に組み込まれる、２０１３年１月３１日付で出願され「Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ  Ｓｔａｃｋｅｄ  Ｉｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒ」と題された同時係属出願第１３／７５６，４５９号に記載されているように、異なるレベルで共有される積層チップ（例えば、共有フローティング拡散ノード、共有保存ノード、共有転送ゲートなど）、グローバルシャッタ構造、ローリングシャッタ構造、静止及びビデオ画像センサなどを含むことができる。
【００４１】
ここで図７及び図８を参照すると、ピクセルのサブアレイの２つの例が図示されている。図７では、図５に図示したピクセル１３６と同様の４個のローリングシャッタピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４が示されている。いくつかの例では、図７中の４個のピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４を２×２のサブアレイに配列することができ、ベイヤーＣＦＡの１つのセルとすることができ、例えば、第１のピクセル１３６−１が赤であってよく、第２のピクセル１３６−２が緑であってよく、かつ第１及び第２のピクセル１３６−１、１３６−２が行選択信号を共有することができる。第３のピクセル１３６−３は緑であってよく、第４のピクセル１３６−４は青であってよく、かつ第３及び第４のピクセル１３６−３、１３６−４は行選択信号を共有することができる。あるいは、第２又は第３のピクセル１３６−２、１３６−３のうちの一方を緑ピクセルとする代わりに透明ピクセルとすることもできる。一般的には、４つのピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４を１つ以上の異なる色チャネルに関連づけることができ、任意の異なるカラーフィルタアレイを使用することができる。
【００４２】
図８を参照すると、各々が図６に図示したグローバルシャッタピクセル１３６と同様の４個のグローバルシャッタピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４が示されており、各ピクセルのフォトダイオードにはアンチブルーミングゲートが必要に応じて追加されている。いくつかの例では、図８中の４個のピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４を２×２のサブアレイに配列することができ、ベイヤーＣＦＡの１つのセルを形成することができ、例えば、第１のピクセル１３６−１が赤であってよく、第２のピクセル１３６−２が緑であってよく、かつ第１及び第２のピクセル１３６−１、１３６−２が行選択信号を共有することができる。第３のピクセル１３６−３は緑であってよく、第４のピクセル１３６−４は青であってよく、かつ第３及び第４のピクセル１３６−３、１３６−４は行選択信号を共有することができる。あるいは、第２又は第３のピクセル１３６−２、１３６−３のうちの一方を緑ピクセルとする代わりに透明ピクセルとすることもできる。一般的には、４個のピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４を１つ以上の異なる色チャネルに関連づけることができ、任意の異なるカラーフィルタアレイを使用することができる。
【００４３】
本明細書内では、図７に示す４個のピクセルを参照し、又は図８に示す４個のピクセルを参照して画像センサの様々な実施形態を説明することができるが、本明細書内で開示する画像センサを動作させる方法は、通常、グローバルシャッタ構造又はローリングシャッタ構造のいずれにおいても採用することができ、本明細書内で述べる特定の例は、単に例証のために過ぎないことを理解すべきである。
【００４４】
パルス露光
「パルス露光」と呼ぶことのできる露光制御の一実施形態において、１つ以上のフレームに関する全有効露光を複数のサブ露光に分割又は区画することができる。露光を複数のサブ露光に亘って細分化することにより、露光が事実上発生する絶対時間を延長することができる。このような方法は、飽和を回避するためには、１つ以上のピクセルを飽和させる確率を低下させるために各フレームの露光時間をフレームの全長のうちの僅か何分の１か（１／２、１／３、１／４、１／１０、１／２０、１／５０、１／１００など）に短縮する必要のある、明るい照明の状況下でのビデオ撮影に特に有用であるかもしれない。露光を複数のサブ露光に分割することは、例えば、画像センサのピクセルが各フレームの最初の５％の間だけ露光する場合にさもなくば生じる可能性のある一切のストロボ効果を低減するために、映像フレームの期間中に露光する光をより均一にすることに役立てることができる。パルス露光は、一般的にではあるが、明るい照明下での映像の状況での使用に限られず、概して、高、中、低照明条件下での映像又は静止画の撮像に適用することができる。
【００４５】
図８に示すピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４並びに図９のタイミング図を参照すると、フォトダイオード１５４の露光を制御するために１つ以上の制御信号をパルス化すること（例えば、論理ハイ１７９及び論理ロー１７８として交互に、又は２つ以上の任意の異なる電圧間で交互に供給すること）ができる。パルス化された制御信号は、アンチブルーミングゲートに供給されるアンチブルーミング信号１７１、保存ゲート１９０に供給される保存ゲート転送信号１７２、転送信号１７３、概して任意の制御信号、又はこれら信号の何らかの組み合わせとすることができる。一般的には、いくつかの実施形態において、異なるピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４のすべてに同一の制御信号を供給することができ、例えば、ピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４の各々の保存ゲート１９０に単一の保存ゲート転送信号を供給することができる。換言すれば、いくつかの実施形態において、画像センサの色チャネルのすべてが同一の露光制御信号を受信することができる。他の例では、ピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４のうちの異なるものに異なる制御信号が供給される。
【００４６】
露光制御信号は、１つ以上のサブ露光１７６の間に電荷を選択的に蓄積させ、及び／又は１つ以上のリセット期間１７７の間に電荷を（例えば、フォトダイオードを電源に連結することにより）廃棄させることができる。一例において、図９を参照すると、一制御信号ＳＧ１  １７２−１は、フォトダイオード１５４内に蓄積された又は蓄積されつつある電荷を保存ノード１９２に選択的に転送させて保存させる。制御信号ＳＧ１  １７２−１を論理ハイ１７９としてアサートすると、フォトダイオード１５４内に発生する一切の電荷を保存ゲート１９０を経由して保存ノード１９２に転送することができる。逆に、制御信号ＳＧ１  １７２−１を論理ローとして供給すると、保存ゲート１９０を閉じることができ、電荷はフォトダイオード１５４から保存ノード１９２に流れることができない。引き続き図９のタイミング図を参照すると、別の制御信号ＡＢ１  １７１−１が論理ハイ１７９としてアサートされると、フォトダイオード内に発生する一切の電荷が蓄積されずに廃棄される（これをリセット期間１７７と呼ぶ場合がある）ように、制御信号ＡＢ１  １７１−１は、フォトダイオードをアンチブルーミングノード（これは電源であってもよい）に選択的に電気的に連結させる。制御信号ＡＢ１  １７１−１を論理ロー１７８として供給すると、フォトダイオードはアンチブルーミングノードから分断され、電荷はフォトダイオード内に蓄積することが可能となり、及び／又は他の方法でキャプチャされる（これをサブ露光１７６と呼ぶ場合がある）。換言すれば、制御信号ＡＢ１  １７１−１は、ピクセル１３６−１の有効露光、即ち、集積時間を制御することができる。
【００４７】
一般的に、フレームは、任意数のサブ露光１７６及び任意数のリセット期間１７７を含むことができる。例えば、１フレーム（これは、例えば、独立した１つの静止画像又は映像用の一連の画像内の１つの静止画像を代表するものであってよい）を２個、３個、４個、１０個、５０個、１００個、１０００個、１０，０００個、又はその他好適な任意数のサブ露光１７６に分割することができ、及び２つ以上のサブ露光１７６の間に蓄積された電荷を、フローティング拡散ノード１６３に転送する前に保存ノード１９２内にすべて収集することができる。いくつかの実施形態において、２つ以上のサブ露光１７６のすべてが実質的に同一の持続時間１７６ｔを有する（非限定的な一例として、各々が１ｍｓの持続時間を有する）ことができ、又は異なる持続時間を有する（例えば、いくつかのサブ露光がその他のサブ露光よりも長い）ことができる。また、いくつかの例において、１つ以上のサブ露光１７６は１つ以上のリセット期間１７７と実質的に同じ持続時間を有することができ、又は１つ以上のサブ露光１７６の持続時間１７６ｔは１つ以上のリセット期間１７７の持続時間１７７ｔよりも実質的に長くてもよく、若しくは実質的に短くてもよい。一例として、リセット期間１７７のうちの１つ又はすべてを、１つ以上のサブ露光１７６の期間の０．１倍、０．５倍、１．５倍、２倍、５倍、１０倍、１００倍、１０００倍、１０，０００倍とすることができる。
【００４８】
２つ以上のサブ露光１７６の後に電荷が蓄積され保存ノード１９２に転送された後、保存ノード１９２とフローティング拡散ノード１６３との間に連結した転送ゲート１５８に転送信号ＴＸ１  １７３−１を供給することができる。いくつかの実施形態において、図８を参照すると、転送信号ＴＸ１  １７３−１を論理ハイ１７９としてアサートして転送を遂行することができる。複数のサブ露光１７６の各々の中に蓄積された電荷のすべてが保存ノード１９２内に収集されるので、ピクセルは、各サブ露光１７６の間に収集された電荷をデジタルサンプリングしデジタルデータを合計するのではなく、アナログドメイン内で電荷を合計する。このようにアナログドメイン内で電荷を合計することにより、必要とする電力を、サブ露光による電荷をデジタルサンプリングした後にそのデジタルサンプルを合計するために必要となるであろうと考えられる電力よりも小さくすることができ、アナログドメインの電荷の合計手順は、誘発されるノイズ量をデジタルサンプリング及び合計手順の場合よりも低減することができるので、正確度を向上させることができる。
【００４９】
図８及び図９を参照すると、前述のとおり、１つのピクセル１３６−１に供給される制御信号ＡＢ１、ＳＧ１、ＴＸ１は、第２のピクセル１３６−２に供給される制御信号ＡＢ２、ＳＧ２、ＴＸ２、第３のピクセル１３６−３に供給される制御信号ＡＢ３、ＳＧ３、ＴＸ３、及び第４のピクセル１３６−４に供給される制御信号ＡＢ４、ＳＧ４、ＴＸ４と実質的に全く同じであってよい。制御信号は、概して任意の方法で異なるピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４に供給することができる。図９は、転送信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３、ＴＸ４を、ピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４の各々に実質的に同時に供給されているとして示しているが、別の実施形態では、フローティング拡散ノードの共有を可能とし、及び／又は行単位のローリング読み出しを可能とするために、転送信号のタイミングを互い違いにずらすことができる。
【００５０】
色チャネル別露光
「色チャネル別露光」と呼ぶことのできる露光制御の別の実施形態において、１つ以上のフレームのフォトダイオードの有効露光は、異なる色のピクセル間で異なってもよい。上述のように、異なる色のピクセルは同様に明るい照明に対して異なる感度を有する場合があり、したがって、異なる色のピクセル間で異なる有効露光時間（集積時間としても知られる）を提供して異なる色チャネルのピクセル間での感度の基本的な相違を克服する補助とすることが好都合であるかもしれない。静止場面の静止画像ショットを撮る場合には、上記に説明したようなパルス露光を必ずしも必要とせず、撮像すべき被写体は動いていないかもしれないので、このような方法が特に有用であるかもしれない。色チャネル別露光は、一般的にではあるが、静止場面の静止画像のための使用に限られず、概して、高、中、低照明条件などの下での動きのある場面又は静止場面の映像又は静止画の撮像に適用することができる。
【００５１】
図８に示すピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４並びに図１０のタイミング図を参照すると、ピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４の各々に１つ以上の露光制御信号を供給して対応するフォトダイオード１５４の有効露光を制御することができる。露光制御信号は、アンチブルーミングゲートに供給されるアンチブルーミング信号１７１、保存ゲート１９０に供給される保存ゲート転送信号１７２、転送信号１７３、概して任意の制御信号、又はこれら信号の何らかの組み合わせとすることができる。一般的に、いくつかの実施形態では、異なるピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４のすべてに同一の制御信号が供給されない場合がある。例えば、第１の保存ゲート転送信号ＳＧ１  １７２−１及び／又は第１のアンチブルーミング信号ＡＢ１  １７１−１を第１のピクセル１３６−１の保存ゲート１９０及びアンチブルーミングゲートに供給することができる一方で、第２の保存ゲート転送信号ＳＧ２  １７２−２及び／又は第２のアンチブルーミング信号ＡＢ２  １７１−２を第２のピクセル１３６−２の保存ゲート１９０及びアンチブルーミングゲートに提供することができ、といった具合に他にも同様に提供できる。
【００５２】
露光制御信号は、選択的に、電荷を蓄積させ、及び／又は電荷を（例えば、フォトダイオードを電源に電気的に連結することにより）廃棄させることができる。一例として、図１０を参照すると、第１のピクセル１３６−１を、例えば、透明又は緑用の第１の色チャネルに関連づけることができる。１つの制御信号ＡＢ１  １７１−１が論理ハイ１７９としてアサートされると、フォトダイオード内に発生する一切の電荷が蓄積されずに廃棄される（これをリセット期間１７７と呼ぶ場合がある）ように、この制御信号ＡＢ１  １７１−１は、フォトダイオードをアンチブルーミングノード（これは電源であってもよい）に選択的に連結させることができる。制御信号ＡＢ１  １７１−１を論理ロー１７８として供給すると、フォトダイオードはアンチブルーミングノードから分断され、電荷はフォトダイオード内に蓄積することが可能となり、及び／又は他の方法でキャプチャされる（これをフォトダイオードの有効露光１７６と呼ぶ場合がある）。図１０のタイミング図を引き続き参照すると、別の制御信号ＳＧ１  １７２−１は、フォトダイオード１５４内に蓄積された又は蓄積されつつある電荷を保存ノード１９２に選択的に転送させて保存させる。制御信号ＳＧ１  １７２−１を論理ハイ１７９としてアサートすると、フォトダイオード１５４内に発生する一切の電荷を保存ゲート１９０を経由して保存ノード１９２に転送することができる一方で、制御信号ＳＧ１  １７２−１を論理ロー１７８として供給すると、保存ゲート１９０を閉じることができ、電荷はフォトダイオード１５４から保存ノード１９２に流れることができない。
【００５３】
引き続き図８及び図１０を参照すると、同様の露光制御信号ＡＢ２  １７１−２及びＳＧ２  １７２−２が、第１のピクセル１３６−１が関連づけられている色チャネルとは異なる色チャネルに関連づけることのできる第２のピクセル１３６−２に供給される。第１のピクセル１３６−１が透明の色チャネルに関連づけられている場合、第２のピクセル１３６−２を、例えば、赤又は青、又は場合によっては緑に関連づけることができる。しかし、第２のピクセル１３６−２に供給される露光制御信号ＡＢ２  １７１−２は第２のピクセル１３６−２の有効露光１７６を第１のピクセル１３６−１のそれよりも長くすることを可能とする点において、第２のピクセル１３６−２に供給される露光制御信号ＡＢ２  １７１−２は第１のピクセル１３６−１に供給される露光制御信号ＡＢ１  １７１−１とは異なる。換言すれば、露光制御信号ＡＢ１  １７１−１は、露光制御信号ＡＢ２  １７１−２が第２のピクセル１３６−２のフォトダイオード１５４内に電荷が蓄積することを可能とする期間１７６ｔよりも短い期間１７６ｔの間、第１のピクセル１３６−１のフォトダイオード１５４内に電荷を蓄積させる。第１及び第２のピクセル１３６−１、１３６−２が電荷を蓄積する期間は、いくつかの例では相互に少なくとも部分的に同時発生的である場合があるが、その他の例では同時発生的ではない場合がある。
【００５４】
図８中の第３及び第４のピクセル１３６−３、１３６−４には第３及び第４の群の同様の露光制御信号が供給され、第３のピクセル１３６−３の有効露光１７６が第２のピクセル１３６−２の有効露光１７６よりも長く、第４のピクセル１３６−４の有効露光１７６は第３のピクセル１３６−３の有効露光１７６よりも長い。第４のピクセル１３６−４の有効露光１７６は、いくつかの実施形態において、必要なフレームレート又はユーザが選択する露光時間に基づいて、実用的な範囲で可能な限り長くすることができる。単なる一例として、第４のピクセル１３６−４の有効露光１７６は１５ミリ秒であってもよく、第４のピクセル１３６−４は赤の色チャネルに関連づけられていてもよい。第３のピクセル１３６−３の有効露光１７６は１１ミリ秒であってもよく、第３のピクセルは青の色チャネルに関連づけられていてもよい。第２のピクセル１３６−２の有効露光１７６は８ミリ秒であってもよく、第２のピクセルは緑の色チャネルに関連づけられていてもよい。第１のピクセルの有効露光１７６は３ミリ秒であってもよく、第１のピクセルは透明の色チャネルに関連づけられていてもよい。一般的には、異なるピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４の有効露光１７６の持続時間は、異なるピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４に関連づけられた異なる色チャネルの相対感度に基づいて決定することができる。有効露光１７６の持続時間を決定するステップは、いくつかの例では、最も低感度の色チャネルのピクセルを許容される限り長い有効露光時間を有するように設定し、次に、最も低感度の色チャネルに対するその他の色チャネルの相対感度に基づいて、これらその他の色チャネルのピクセルをより短い有効露光時間を有するように短縮するステップを含むことができる。また、これらピクセルのうちの２つが同じ色チャネルに関連づけられている場合、これらは同様の有効露光時間を有することができる。
【００５５】
露光制御信号ＡＢ１  １７１−１、ＡＢ２  １７１−２、ＡＢ３  １７１−３、ＡＢ４１７１−４のうちのいくつかは、各々に対応する有効露光時間が終了した後に、ピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４のそれぞれのフォトダイオード１５４から電荷を排出させ又は廃棄させることができる。例えば、図１０中の第１のピクセル１３６−１を参照すると、フォトダイオード１５４の有効露光１７６に続いて、露光制御信号ＳＧ１  １７２−１は論理ロー１７８に遷移することができ、制御信号ＡＢ１は論理ハイ１７９に遷移することができる。制御信号ＡＢ１  １７１−１を論理ハイとして供給することにより有効露光１７６を終了し、第１のピクセル１３６−１のフォトダイオード１５４内で更に発生する一切の電荷の排出を誘発することができるが、この排出は第１のピクセル１３６−１の有効露光期間の終了後でかつ第２のピクセル１３６−２の有効露光の終了前に開始される。換言すれば、第２のピクセル１３６−２のフォトダイオード１５４は、発生した電荷が第１のピクセル１３６−１のフォトダイオード１５４から排出されている間に有効に露光し続け電荷を蓄積し続けることができる。
【００５６】
電荷が蓄積され、ピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４の各々の中の保存ノード１９２に転送された後、図１０に図示したように、各ピクセルについて、保存ノード１９２とフローティング拡散ノード１６３との間に連結した転送ゲート１５８に転送信号１７３を供給することができる。転送信号１７３を論理ハイ１７９としてアサートして転送を遂行することができる。図８及び図１０に図示したグローバルシャッタの実施において、異なるピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４の有効露光１７６は異なる時点に亘り、異なる有効露光持続時間を有することができる（しかし、図１０に図示したように、少なくとも第１のピクセル１３６−１の有効露光１７６の間は、各ピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４は、実質的に同時に有効に露光することができる）とはいえ、各々に対応する保存ノードから各々に対応するフローティング拡散ノードへの蓄積電荷のグローバル転送は、実質的に同時に行うことができる（例えば、グローバル転送であってもよい）。しかし、別の実施形態では、フローティング拡散ノードの共有を可能とし、及び／又は行単位でのローリング読み出しを可能とするために、ピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４に供給される転送信号ＴＸ１  １７３−１、ＴＸ２  １７３−２、ＴＸ３  １７３−３、ＴＸ４  １７３−４のタイミングを互い違いにずらしてもよい。
【００５７】
上述のように、本明細書内で説明する露光制御方法はいずれも、ローリングシャッタ及びグローバルシャッタの両方を含む任意の種類の画像センサ構造に適用することができる。例えば、図５、図７、及び図１１を参照すると、ローリングシャッタを有する画像センサに色チャネル別露光を使用した場合、転送ゲート１５８に供給される信号１７３は、複数の異なる電圧レベルで供給される信号と共に、アンチブルーミング信号、保存信号、転送信号などのうちの１つ以上の組み合わせとして機能することができる。例えば、信号１７３が強度のマイナス１７８（例えば、−１．２ボルト）であるときには集積信号として機能することができるので、フローティング拡散ノード１６３からフォトダイオード１５４が分離され、強度のプラス１７９（例えば、＋２．８ボルト）であるときには転送信号として機能することができるので、フォトダイオード１５４に蓄積された電荷がフローティング拡散ノード１６３に転送され、僅かなプラス１８０（例えば、＋０．２ボルト）であるときには、僅かに漏れやすい傾向にあるので、アンチブルーミング信号として機能することができる。
【００５８】
図１１に図示したタイミング図を参照すると、いくつかの実施形態において、転送信号ＴＸ１  １７３−１を転送ゲート１５８に、蓄積電荷を漏出させるように（即ち、ブルーミングを防止するように）僅かにプラスの電圧１８０で供給する一方で、リセット信号ＲＳＴ１  １７４−１を第１のピクセル１３６−１（このピクセルは、透明又はその他の高感度のピクセル色であることができる）のリセットゲート１５６に論理ハイ１７９として供給することができる。転送信号ＴＸ１  １７３−１を論理ハイ１７９にパルス化し、次に強度のマイナス電圧で論理ロー１７８として供給することができる。転送信号ＴＸ１  １７３−１を論理ロー１７８に遷移させるのとほぼ同時に、リセット信号ＲＳＴ１もまた論理ロー１７８に遷移させることができる。すると、これにより第１のピクセル１３６−１の露光又は集積が開始される。フローティング拡散ノード１６３をリセットし、必要に応じてリセットされたフローティング拡散ノードの電圧を読み出すために、第１のピクセル１３６−１の露光の終了の少し前に、リセット信号ＲＳＴ−１を短時間の間論理ハイ１７９にパルス化した後に論理ロー１７８に戻すことができる。次に、フローティング拡散ノード１６３に電荷を転送し、これを読み出すために、転送信号ＴＸ１  １７３−１が論理ハイ１７９にパルス化された後、論理ロー１７８に戻る。次に、再度アンチブルーミングモードに入るために、転送信号ＴＸ１  １７３−１が僅かにプラスの電圧１８０に設定される。僅かにプラスの電圧１８０を転送ゲート１５８に供給することによってアンチブルーミングモードに留まることができる時間量が異なることを除けば、その他のピクセル１３６−２、１３６−３、１３６−４に同様の制御信号を供給することができる。例えば、第２のピクセル１３６−２は、第１のピクセル１３６−１よりも僅かに短い時間、アンチブルーミングモードに留まることができ、第３及び第４のピクセル１３６−３、１３６−４では、更に短い時間アンチブルーミングモードに留まることができる。ピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４のすべてが図１１に図示したように実質的に同時に読み出された場合、僅かに漏れやすい傾向にあるアンチブルーミング電圧１８０が転送ゲート１５８に供給された時間量が異なるので、ピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４の有効露光１７６ｔが異なることとなる。このようにすれば、より低感度のピクセル（例えば、１３６−４）がより高感度のピクセル（例えば、１３６−１）よりも長い時間１７６ｔの間露光することができるので、より高感度のピクセルが過剰な量の電荷で満たされることがない。更に、アンチブルーミング電圧１８０はピクセルが露光していないときにピクセルに供給されるので、アンチブルーミングを低減させ又は排除することができる。
【００５９】
ここで図１０及び図１１を参照して、信号が別の信号の「前」又は「後」であるという言及は相対的であり、いくつかの実施形態は、これらが入れ替わった文脈で供給される信号を含むことができることが理解されるであろう。例えば、図１０はピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４の各々に関する露光期間１７６の実質的に同時の開始及びピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４の露光期間の互い違いの時点での終了を図示している（例えば、第１のピクセル１３６−１はその露光を、第２のピクセル１３６−２がその露光を終了する前に終了しており、その他についても同様のことが言える）ものの、別の例では、図１１中のローリングシャッタの例に図示したように、ピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４は露光期間１７６を互い違いの時点で開始し、露光期間１７６を実質的に同時に終了する。一般に、ピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４の露光期間１７６は、記述の動作及び結果を達成するために、非常に様々な組み合わせで互いの「前」又は「後」に開始又は終了することができる。
【００６０】
色チャネル別パルス露光
「色チャネル別パルス露光」と呼ばれるもう１つの別の露光制御は、「パルス露光」制御及び「色チャネル別露光」制御の両方の要素をある程度組み合わせることができる。より具体的には、色チャネル別パルス露光制御では、１つ以上のフレームに関する全有効露光を１つ以上の色チャネル内のピクセルに関する複数のサブ露光に分割又は区画することができ、異なる色チャネル間のサブ露光の持続時間は、各色チャネルの感度の違いの故に異なることができる。１つの色チャネル（例えば、赤などの最も低感度の色チャネル）について、いくつかの例では、露光を全く分割又は区画しない場合がある。これにより、他の色チャネルの露光を複数のサブ露光に区画する一方で、最も低感度の色チャネルが（例えば、フレームレート、ユーザ選択された露光持続時間などに基づいて）可能な限り最大の時間量に亘って電荷を蓄積することを可能とすることができる。サブ露光は最も低感度のチャネルの露光と同じ絶対時間に亘ることができるが、色チャネルの感度次第でそれぞれのフォトダイオード１５４を異なる持続時間、即ち時間量の間有効に露光することができる。このような方法は、動きのある（即ち、撮像すべき被写体が動いている）場面の映像又は静止ショットを撮るために特に有用であるかもしれない。パルス露光と同様に、露光を複数のサブ露光に分割するステップは、例えば、画像センサのピクセルが各フレームのある区間の間だけ露光する場合にさもなくば発生する可能性のある一切のストロボ効果を低減するために、ビデオフレームの期間中に露光する光をより均一にすることを補助することができる一方、色チャネル別露光と同様に、異なるピクセルの色チャネルの露光は、それぞれのフォトダイオード１５４の異なる波長の光に対する感度に基づいて補正される。色チャネル別パルス露光は、一般的にではあるが、何らかの特定の状況下での使用に限定されず、概して任意の映像又は静止画像の撮像用途に適用することができる。
【００６１】
図８に示すピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４並びに図１２のタイミング図を参照すると、フォトダイオード１５４の露光を制御するために１つ以上の制御信号をパルス化すること（例えば、論理ハイ１７９及び論理ロー１７８として交互に、又は２つ以上の任意の異なる電圧間で交互に供給すること）ができ、異なる色チャネル内のフォトダイオード１５４の有効露光が異なる持続時間１７６ｔを有するように、異なる色チャネル内のピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４に異なる制御信号を供給することができる。上述のように、制御信号は、アンチブルーミングゲートに供給されるアンチブルーミング信号１７１、保存ゲート１９０に供給される保存ゲート転送信号１７２、保存ゲートに供給される転送信号１７３、概して任意の制御信号、又はこれら信号の何らかの組み合わせとすることができる。更に上述のように、制御信号（単数又は複数）は、選択的に、１つ以上のサブ露光１７６（又は最も低感度の色チャネルについては一切の露光１７６）の間に電荷を蓄積させ、及び／又は１つ以上のリセット期間１７７の間に電荷を廃棄させることができる。
【００６２】
引き続き図８及び図１２を参照すると、第１のピクセル１３６−１を最も高感度のピクセルとし、第２のピクセル１３６−２を第１のピクセル１３６−１よりも低感度とし、第３のピクセル１３６−３を第２のピクセル１３６−２よりも低感度とし、第４のピクセルを最も低感度の色チャネルに関連づけることができる。図１１中のタイミング図に図示した制御信号ＡＢ１  １７１−１及びＳＧ１  １７２−１を参照すると、第１のピクセル１３６−１のフォトダイオード１５４は、一般的にはＡＢ１信号１７１−１が論理ロー１７８として供給されるときの期間である第１の複数のサブ露光１７６の間に電荷を選択的に蓄積することができる。第１の複数のサブ露光１７６各々の後又はその間、フォトダイオード１５４内に蓄積された電荷を、制御信号ＳＧ１  １７２−１の論理ハイ１７９のパルスに応じて、保存ゲート１９０を介してそれぞれの保存ノード１９２に転送することができる。それぞれにより長い持続時間のサブ露光１７６を提供する場合があることを除けば、第２及び第３のピクセル１３６−２、１３６−３に供給される制御信号ＡＢ２、ＳＧ２、ＡＢ３、ＳＧ３は第１のピクセル１３６−１に供給される制御信号と同様であってよい。また、制御信号ＡＢ４、ＳＧ４は、第４のピクセルが一度だけ有効に露光（１７６）するように、第４のピクセル１３６−４に供給することができる。
【００６３】
一例として、第４のピクセル１３６−４を赤の色チャネルに関連づけることができ、単一の露光１７６内で合計２８ミリ秒間露光させることができる。第３のピクセル１３６−３を青の色チャネルに関連づけることができ、各々３ミリ秒の７個のサブ露光１７６の間に合計２１ミリ秒間露光させることができる。第２のピクセル１３６−２を緑の色チャネルに関連づけることができ、各々２ミリ秒の７個のサブ露光１７６の間に合計１４ミリ秒間露光させることができる。第１のピクセル１３６−１を透明の色チャネルに関連づけることができ、各々１ミリ秒の７個のサブ露光１７６の間に合計７ミリ秒間露光させることができる。勿論、これらの時間は単に例として述べたに過ぎず、異なる色チャネル間で異なる数（例えば、２、３、４、１０、５０、１００、１０００、１０，０００）のサブ露光１７６が存在することができ、サブ露光１７６の持続時間は異なる色チャネル間で互いの整数倍である必要はなく、各ピクセル又は色チャネル内のサブ露光１７６の持続時間は同じである必要はなく、などとすることができる。また、従来のベイヤーパターンを有する画像センサのようないくつかの例では、ピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４のうちの２つ以上が全く同じ露光又はサブ露光の持続時間を有することができ、各ピクセル又は各色チャネルは必ずしもその他と異なる必要はない。
【００６４】
パルス露光と同様に、各ピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４内に電荷が蓄積され、それぞれの保存ノード１９２に転送された後、各ピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４のそれぞれの保存ノード１９２とフローティング拡散ノード１６３との間に連結した転送ゲート１５８に転送信号１７３を供給することができる。転送信号１７３を論理ハイ１７９としてアサートして転送を遂行することができ、一実施形態ではピクセル１３６−１、１３６−２、１３６−３、１３６−４のすべてに実質的に同時に供給することができ、又は図９及び図１０に関連して上述したように、タイミングを互い違いにずらして供給することができる。複数のサブ露光の各々の間に蓄積される電荷のすべてが保存ノード１９２内に収集されるので、ピクセルは、上述のように、アナログドメイン内で電荷を合計する。
【００６５】
結論
前述の説明は広範囲の用途を有する。例えば、本明細書内で開示する例は画像センサの特定の構造（例えば、フォトダイオード、グローバルシャッタ、ローリングシャッタ、ＣＭＯＳセンサなど）に重点を置く場合があるが、本明細書内で開示する概念は、画像センサの当業者であれば理解できるであろうとおりに、適切な修正の有無を問わず、その他の実質的に任意の種類の画像センサに等しく適用できることを理解すべきである。更には、特定の例が特定の色チャネル又は特定の露光時間に関連して説明されているものの、その他の色チャネル及びその他の露光時間もまた本開示及び添付の請求項の範囲内であることが理解されるであろう。
【００６６】
更に、本明細書内で説明する種々の露光制御方法は、多くの異なる実施に用途を見出すことができる。例として、例えば、異なる色チャネルの特定の相対有効露光持続時間を有する色チャネル別露光制御を使用するための、又は照明の明るい場面を撮像するときにパルス露光制御を使用するための製造者設定に応じて、露光制御方法のうちの１つ以上を、実施することができる。その他の例において、画像センサの設定変更可能な設定のユーザによる変更に応じて、本明細書内で説明する制御方法を実施することができる。ユーザによる設定変更が可能な設定によって、特定の実施形態における様々なセンサ内特殊効果を提供することができる。更に他の例において、撮影される画像のプレビューフレーム又は画像センサによってキャプチャされた最近の画像に基づいて、動的に、露光制御方法を使用し、及び／又は修正することができる。例えば、静止ショットを撮るときに、画像センサをプレビューモードで動作させて使用すべき適切な有効露光制御方法及び使用すべき特定のパラメータ（例えば、サブ露光の長さ、特定の色チャネルの総有効持続時間など）を決定することができる。別の例として、画像センサを用いて映像を撮影するときに、現在の又は最近のフレームのヒストグラム又はその他の特性の解析に基づいて、将来のフレームに使用すべき露光制御の種類及びその制御のパラメータを決定することができる。更に別の例として、本明細書内で説明する有効露光制御方法のうちの任意の１つ以上をインターリーブ撮像に使用することができ、例えば、インターリーブ型高ダイナミックレンジ合成（ｉ−ＨＲＤ）では、単一の画像センサが実質的に同時に２つ以上の画像をキャプチャすることができる（２つの画像については、奇数行が第１の有効露光時間で画像をキャプチャする一方で、偶数行が第２の異なる有効露光時間で同じ場面の画像をキャプチャすることができる）。
【００６７】
また、本明細書内で説明する様々な制御信号は、画像センサの内部又は外部にあるマルチプレクサ又はその他の電子回路を使用するなどの任意の適切な方法で、ピクセル及びピクセルの制御回路に供給することができる。
【００６８】
したがって、すべての実施形態に関する議論は例示としてのみ意図され、特許請求の範囲を含む本開示の範囲をこれらの例に限定するよう示唆することを意図していない。
【図１Ａ】
2016513440.tif 000003
【図１Ｂ】
2016513440.tif 000004
【図２】
2016513440.tif 000005
【図３】
2016513440.tif 000006
【図４Ａ】
2016513440.tif 000007
【図４Ｂ】
2016513440.tif 000008
【図５】
2016513440.tif 000009
【図６】
2016513440.tif 000010
【図７】
2016513440.tif 000011
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2016513440.tif 000014
【図１１】
2016513440.tif 000015
【図１２】
2016513440.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成27年10月13日(2015.10.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像センサを動作させる方法であって、
第１の制御信号に応じて、第１のサブ露光の間にフォトダイオード内に蓄積された電荷を保存ノード内に選択的に保存するステップと、
第２の制御信号に応じて、第１のリセット期間の間に前記フォトダイオード内に蓄積された電荷を選択的に廃棄するステップと、
前記第１の制御信号に応じて、第２のサブ露光の間に前記フォトダイオード内に蓄積された電荷を前記保存ノード内に選択的に保存するステップであって、前記第２のサブ露光が前記第１のリセット期間の直後に開始する、保存するステップと、
第３の制御信号に応じて、前記第１及び第２のサブ露光から前記保存ノードに保存された電荷をフローティング拡散ノードに転送するステップと、
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記第１の制御信号が、前記フォトダイオードと前記保存ノードとの間に連結した保存ゲートに供給される転送信号を含むことを特徴とする、請求項１に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項３】
前記第２の制御信号が、前記フォトダイオードに連結したアンチブルーミングゲートに供給されるアンチブルーミング信号を含むことを特徴とする、請求項２に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項４】
前記第２の制御信号が、前記保存ゲートに供給される前記転送信号であることを特徴とする、請求項２に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項５】
前記第３の制御信号が、前記保存ノードと前記フローティング拡散ノードとの間に連結した転送ゲートに供給される転送信号を含むことを特徴とする、請求項２に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項６】
前記第１の制御信号に応じて、第３及び第４のサブ露光の間に前記フォトダイオード内に蓄積された電荷を前記保存ノード内に選択的に保存するステップであって、前記第１、第２、第３、及び第４のサブ露光が前記画像センサの単一のフレームに対応する、選択的に保存するステップを更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項７】
リセット信号に応じて、前記第１のリセット期間の間に前記フォトダイオードをリセットするステップを更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項８】
それぞれ第１及び第２のサブ露光のそれぞれの持続時間が実質的に同じであることを特徴とする、請求項１に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項９】
前記第１のサブ露光の第１の持続時間が、前記第１のリセット期間の第２の持続時間と実質的に同じであることを特徴とする、請求項１に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項１０】
前記第１のサブ露光の第１の持続時間が、前記第１のリセット期間の第２の持続時間よりも実質的に短いことを特徴とする、請求項１に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項１１】
前記第２の持続時間が、前記第１の持続時間の少なくとも５倍であることを特徴とする、請求項１０に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項１２】
画像センサのピクセルであって、
フォトダイオードと、
保存ノードと、
前記フォトダイオードと保存ノードとの間に連結し、露光制御信号を選択的に受信し、これに応ずる、保存ゲートと、
フローティング拡散ノードと、
前記保存ノードとフローティング拡散ノードとの間に連結し、転送制御信号を選択的に受信し、これに応ずる、転送ゲートと、
前記フォトダイオードに連結しており、アンチブルーミング制御信号を選択的に受信し、これに応ずる、アンチブルーミングゲートと、
前記アンチブルーミング制御信号を前記アンチブルーミングゲートに供給して複数のリセット期間の間に前記フォトダイオードから電荷を排出するように構成され、複数のサブ露光の間に前記フォトダイオード内に蓄積される前記電荷が各サブ露光の後又はその間に前記保存ノードに転送されるように、前記露光制御信号を前記保存ゲートに供給するように更に構成された制御回路であって、前記複数のサブ露光及び前記複数のリセット期間が、各リセット期間の直後に１つのサブ露光が開始するように交互に入れ替わり、前記保存ノード内に保存された電荷が前記フローティング拡散ノードに転送されるように、前記複数のサブ露光後に前記転送信号を前記転送ゲートに供給するように更に構成された、制御回路と、
を備えることを特徴とする、画像センサのピクセル。
【請求項１３】
前記保存ノードが、電気的及び光学的に遮蔽されていることを特徴とする、請求項１２に記載の画像センサのピクセル。
【請求項１４】
前記画像センサのピクセルが第１の色チャネルに関連づけられ、更に、異なる色チャネルに関連づけられている別の画像センサのピクセルが前記画像センサのピクセルと同じ制御信号を受信することを特徴とする、請求項１２に記載の画像センサのピクセル。
【請求項１５】
画像センサを動作させる方法であって、
第１の露光制御信号に応じて第１の期間中に第１の色チャネルに関連づけられる第１のフォトダイオード内に電荷を選択的に蓄積するステップと、
第２の露光制御信号に応じて第２の期間中に第２の色チャネルに関連づけられる第２のフォトダイオード内に電荷を選択的に蓄積するステップと、
を含み、前記第１の色チャネルは前記第２の色チャネルとは異なり、前記第１の期間は前記第２の期間よりも短く、前記第１及び第２の期間は互いに少なくとも部分的に同時期に発生することを特徴とする、画像センサを動作させる方法。
【請求項１６】
前記第１の期間が開始する前でかつ前記第２の期間が開始した後に、前記第１のフォトダイオードから電荷を排出するステップを更に含むことを特徴とする、請求項１５に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項１７】
アンチブルーミング信号を前記第１のフォトダイオードに連結した転送ゲートに供給するステップに応じて、電荷が排出されることを特徴とする、請求項１６に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項１８】
第１のフォトダイオードが電荷の蓄積を開始する一方で前記第２のフォトダイオードが電荷を蓄積し続けることを特徴とする、請求項１６に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項１９】
電荷を前記第２のフォトダイオードから第２のフローティング拡散ノード又は保存ノードに転送するステップと実質的に同時に、前記蓄積された電荷を前記第１のフォトダイオードから第１のフローティング拡散ノード又は保存ノードに転送するステップを更に含むことを特徴とする、請求項１６に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項２０】
前記第１及び第２の期間の間に電荷を蓄積する前に、リセット信号に応じて前記第１及び第２のフォトダイオードをリセットするステップを更に含むことを特徴とする、請求項１５に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項２１】
画像センサであって、
第１の色チャネルに関連づけられ、第１の制御信号に応じて第１の期間の間電荷を蓄積するように構成された第１のピクセルと、
第２の色チャネルに関連づけられ、第２の制御信号に応じて第２の期間の間電荷を蓄積するように構成された第２のピクセルと、
を備え、前記第１の色チャネルは前記第２の色チャネルとは異なり、前記第１の期間は前記第２の期間よりも短いことを特徴とする、画像センサ。
【請求項２２】
前記第１の色チャネルが透明であり、前記第２の色チャネルが緑であることを特徴とする、請求項２１に記載の画像センサ。
【請求項２３】
前記第１の色チャネルが緑であり、前記第２の色チャネルが赤であることを特徴とする、請求項２１に記載の画像センサ。
【請求項２４】
アンチブルーミング信号に応じて前記第１のピクセルから過剰な電荷を排出するように構成されたアンチブルーミングゲートを更に備えることを特徴とする、請求項２３に記載の画像センサ。
【請求項２５】
前記アンチブルーミングゲートが、前記フォトダイオードとフローティング拡散ノード又は保存ノードとの間に連結した転送ゲートを含むことを特徴とする、請求項２１に記載の画像センサ。
【請求項２６】
前記第１のピクセルがグローバルシャッタピクセルであり、保存ノードを含むことを特徴とする、請求項２１に記載の画像センサ。
【請求項２７】
前記第１のピクセルがローリングシャッタピクセルであることを特徴とする、請求項２１に記載の画像センサ。
【請求項２８】
前記第１及び第２の制御信号を供給する制御回路であって、複数の電圧レベルのうちの１つを前記第１又は第２の制御信号として選択的に供給するように構成された１つ以上のマルチプレクサを含む、制御回路を更に備えることを特徴とする、請求項２１に記載の画像センサ。
【請求項２９】
画像センサを動作させる方法であって、
第１の複数のサブ露光の間に第１の色チャネルに関連づけられる第１のフォトダイオード内に電荷を選択的に蓄積するステップと、
第１の制御信号に応じて、前記第１の複数のサブ露光の各々の間に前記第１のフォトダイオード内に蓄積された電荷を第１のノードに選択的に転送するステップと、
第２の複数のサブ露光の間に第２の色チャネルに関連づけられる第２のフォトダイオード内に電荷を選択的に蓄積するステップと、
第２の制御信号に応じて、前記第２の複数のサブ露光の各々の間に前記第１のフォトダイオード内に蓄積された電荷を第２のノードに選択的に転送するステップと、
を含み、前記第１の色チャネルは前記第２の色チャネルとは異なり、前記第１の複数のサブ露光のうちの少なくとも１つは前記第２の複数のサブ露光のうちの少なくとも１つよりも短く、前記第１及び第２の複数のサブ露光は少なくとも部分的に同時期に発生することを特徴とする、画像センサを動作させる方法。
【請求項３０】
前記画像センサがインターリーブ型高ダイナミックレンジモードで動作し、前記第１の色チャネルが第１の画像を形成する第１の組のピクセルに関連づけられ、前記第２の色チャネルが第２の画像を形成する第２の組のピクセルに関連づけられ、前記第１及び第２の画像が前記画像センサによって実質的に重なり合う時間で取得されることを特徴とする、請求項２９に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項３１】
前記画像センサがローリングシャッタ構造を有することを特徴とする、請求項２９に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項３２】
前記画像センサがグローバルシャッタ構造を有することを特徴とする、請求項２９に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項３３】
前記画像センサがビデオモードで動作することを特徴とする、請求項２９に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項３４】
前記第１及び第２のノードがそれぞれ第１及び第２の保存ノードを備えることを特徴とする、請求項２９に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項３５】
画像センサを動作させる方法であって、
第１の色チャネルに関連づけられる第１のピクセルの第１の露光を、それぞれの持続時間を有する第１の複数のサブ露光に区画するステップと、
第２の色チャネルに関連づけられる第２のピクセルの第２の露光を、それぞれの持続時間を有する第２の複数のサブ露光に区画するステップと、
を含み、前記第１の複数のサブ露光のうちの少なくとも１つの前記持続時間は、前記第２の複数のサブ露光のうちの少なくとも１つよりも短いことを特徴とする、画像センサを動作させる方法。
【請求項３６】
前記第１の複数のサブ露光のすべてが実質的に第１の持続時間を有し、前記第２の複数のサブ露光のすべてが実質的に第２の持続時間を有し、前記第１の持続時間が前記第２の持続時間よりも短いことを特徴とする、請求項３５に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項３７】
前記第１の色チャネルが透明又は緑であり、前記第２のチャネルが赤又は青であることを特徴とする、請求項３５に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項３８】
第３の色チャネルに関連づけられる第３のピクセルの第３の露光が区画されないことを特徴とする、請求項３５に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項３９】
前記第３の色チャネルが赤であることを特徴とする、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１及び第２の複数のサブ露光の前記それぞれの持続時間が、前記第３の色チャネルに対する前記第１及び第２の色チャネルの相対的な感度に基づいて決定されることを特徴とする、請求項３８に記載の画像センサを動作させる方法。
【請求項４１】
前記第１の複数のサブ露光の各々の間に蓄積された電荷を第１の保存ノード内でアナログ的に合計するステップ及び前記第２の複数のサブ露光の各々の間に蓄積された電荷を第２の保存ノード内でアナログ的に合計するステップを更に含むことを特徴とする、請求項３５に記載の画像センサを動作させる方法。
【国際調査報告】
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