JP2002528970A - ダイナミック・レンジを適応的に実時間で拡張する方法を使用する光学撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 センサ・アレイの各画素の積分時間を個別に制御し、フレーム時間中に各独立画素の電気出力に対応する倍率を提供することを含む光学撮像装置のダイナミック・レンジを拡張する方法および装置。各画素の積分時間は、出力信号が所定のしきい値に達した後で画素をリセットすることによって、各独立画素が受け取る光強度の関数として制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、光学撮像装置の分野に関する。より詳細には、本発明は、チップに
実装された各画素の実時間自動倍率調整（automatic scaling）を使用すること
によって光学能動画素センサのダイナミック・レンジを適応的に拡張する方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】

光学撮像装置（センサ）は、計測学、航空電子工学、宇宙空間などの多くの撮
像用途に、特に電子カメラ内の光検出装置として広く使用されている。光学撮像
装置には電荷結合素子（ＣＣＤ）が広く使用されており、そのダイナミック・レ
ンジは６５〜７５ｄＢである。しかしながら、ＣＣＤは、特殊な処理を必要とし
、また積分可能性に欠ける。現在、消費電力が少なく、コストを低くし積分可能
性を高めることができる可能性ある金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）能動画素セン
サ（ＡＰＳ）を製造する新しい技術が開発されている。

【０００３】 典型的な能動画素センサ（ＡＰＳ）は能動画素のアレイによって構成され、各
能動画素は、光検出素子（たとえば、フォトダイオードやフォトトランジスタ）
と、露光に応じて光検出素子が生成した電気信号をバッファし増幅する１つまた
は複数のトランジスタとを含む。

【０００４】 基本的に、光学撮像装置は、シーンを撮像するときに広範囲の照明レベルにさ
らされる。夜間の視界は、通常、１０^-3ルクスから始まる照明レベルであり、室
内照明は、１０²〜１０³ルクスの範囲であり、直射日光は、１０⁵ルクスに達す
ることがある。この広い範囲のため、使用するセンサに広いダイナミック・レン
ジが必要とされる。

【０００５】 画素のダイナミック・レンジは、２０＊ｌｏｇ（Ｓ／Ｎ）として定義され、Ｓ
とＮはそれぞれ、画素の飽和レベルとノイズ・フロア（noise floor）である。
ダイナミック・レンジが低いと、照明レベルが高い場合に感度が高い画素が飽和
するか、または感度が低い画素のノイズ・レベルが高くなる。どちらの場合も、
情報の一部が失われる。また、ＡＰＳの典型的なダイナミック・レンジは、６５
〜７５ｄＢの範囲である。

【０００６】 ダイナミック・レンジに影響を及ぼす重要な要因は、画素積分時間（リセット
信号とサンプル信号の間の時間径過）であり、その間に画素が照明を受け、対応
する電気信号を出力する。基本的に、照明レベルが低い場合、ノイズ・フロアよ
りも十分に大きな信号を得るためには、積分時間を比較的長くする必要がある。
一方、照明レベルが高い場合、飽和をなくすために積分時間を比較的短くする必
要がある。

【０００７】 ＡＰＳのダイナミック・レンジを広げるための幾つかの方法が知られている。
これらの方法は、画素応答曲線の圧縮、画素応答曲線のクリップ、および画素積
分時間の制御の３つの基本カテゴリに分かれる。最初の２つは、情報の損失が生
じるためあまり有利ではない。後者は、好ましく、全体的にも局部的にも行うこ
とができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】

イスラエル国特許１００６２０号は、フレーム時間中に一連のリセット信号を
条件付きで印加することによって光センサのダイナミック・レンジを拡大する方
法を説明している。制御回路は、１群の画素に共通でもよく、照明レベルを、切
迫した飽和状態を示すしきい値と比較し、しきい値に達した後でリセット信号を
イネーブルする。フレーム時間中のリセット数がカウントされ、出力電気信号を
逓倍する倍率（scaling factor）を計算するために使用される。しかしながら、
この特許で説明されている、様々な時点で比較を行うために必要な回路は、比較
的大きな領域を占める。したがって、撮像装置の充填率（光に応答する画素領域
と全画素領域との比）が小さくなり、その結果撮像装置の解像度が低下する。

【０００９】 ＷＯ９７／１７８００は、２つのサンプリング・キャパシタ・バンクを有する
画素のアレイを含む撮像装置を説明している。それぞれの行が、最初に短い積分
時間と次に長い積分時間の２回サンプリングされて各キャパシタ・バンクに複写
され、それによりダイナミック・レンジが拡張される。しかしながら、この方法
は、実際の照明レベルがそのような積分時間の１つと一致する場合しか有効でな
い。その間の照明レベルでは、情報が失われる。さらに、さらに他の積分時間の
出力を記憶するためには、より多くのスペースを占めるより多くのメモリ・セル
が必要であり、それにより視野（ＦＯＶ：Field Of View）が狭くなる。

【００１０】 以上の方法はすべて、光学撮像装置のダイナミック・レンジを実時間で情報の
損失なしに拡張する課題に対する満足な解決策を提供していない。

【００１１】 本発明の目的は、従来技術の撮像装置の欠点を克服する光学撮像装置のダイナ
ミック・レンジを拡張するための方法および装置を提供することである。

【００１２】 本発明のもう１つの目的は、光学撮像装置のダイナミック・レンジを実時間で
フレーム時間中に拡張する方法を提供することである。

【００１３】 本発明のさらにもう１つの目的は、光学撮像装置のダイナミック・レンジを、
撮像装置の時間分解能を低下させることなく空間分解能に対する影響を最小限に
抑えて拡張する方法を提供することである。

【００１４】 本発明のさらにもう１つの目的は、任意の照明レベルに適合させて光学撮像装
置のダイナミック・レンジを拡張する方法を提供することである。

【００１５】 本発明のその他の目的と利点は、説明の進行と共に明らかになるであろう。

【００１６】

【課題を解決するための手段】 本発明は、センサ・アレイの各画素の積分時間を個別に制御し、フレーム時間
の間、各独立画素の電気出力に対応する倍率を提供することによって、光学撮像
装置のダイナミック・レンジを拡張する方法を対象とする。各画素の積分時間は
、出力信号が所定のしきい値に達した後で画素をリセットすることによって、受
けた光強度の関数として制御される。撮像装置は、半導体基板上に製造されたＭ
（整数）列とＮ（整数）行の２次元能動画素アレイから構成される。各独立画素
は、光を受け取る光センサと、リセット入力と、受け取った照明を表す電気出力
とを含む。選択した行の出力は、Ｍ個のキャパシタの上側列並列信号チェーンに
複写され、１組の対応するしきい値と比較され、読出しのためにＭ個のキャパシ
タの下側列並列信号チェーンに複写される。各画素の電気的読出し値は、アナロ
グ信号として出力されるか、デジタル表現に変換されるのが好ましい。比較結果
は、デジタル・メモリに記憶される。制御回路は、各画素の読出し動作と各画素
の比較タイミングを制御し、各画素に対応するリセット信号を提供する。ダイナ
ミック・レンジの必要な拡張は、一連のＷビットによって決定され、比較は、予
め決められたＷの時点で行なわれる。好ましくは、そのような時点は、下降級数
Ｔ−（Ｔ／Ｕ¹），Ｔ−（Ｔ／Ｕ²），．．．，Ｔ−（Ｔ／Ｕ^w）に従って選択さ
れ、ここで、Ｕ＞１、Ｔは、全積分時間を表す。選択した行ｎから予め決められ
た行数だけずれた位置にあり、比較のために選択された行と各時点との間の一致
によって、時間と空間が多重化される。行シフト量は、下降級数ｎ−（Ｎ／Ｕ¹
），ｎ−（Ｎ／Ｕ²），．．．，ｎ−（Ｎ／Ｕ^w）の整数値に従って選択されるこ
とが好ましい。Ｕを２とし、時空多重化に必要な、Ｔ−（Ｔ／２¹），Ｔ−（Ｔ
／２²），．．．，Ｔ−（Ｔ／２^w）とｎ−（Ｎ／２¹），ｎ−（Ｎ／２²），．．
．，ｎ−（Ｎ／２^w）の間の一致を簡略化することが好ましい。また、行シフト
の下降級数は、シリーズ（Ｎ／Ｘ₁）（Ｎ／Ｘ₂），．．．，（Ｎ／Ｘ_w）の整数
値として選択することができ、ここで、Ｘ_i＞１、ｉ＝１，２，．．．，Ｗであ
ることが好ましい。時点の下降シリーズは、Ｔ−（Ｔ／Ｘ₁），Ｔ−（Ｔ／Ｘ₂）
，．．．，Ｔ−（Ｔ／Ｘ_w）であることが好ましい。

【００１７】 比較結果はメモリに記憶され、飽和すると予想される画素に対し、その画素が
前の比較時点でリセットされた場合のみリセット・パルスが印加される。一連の
Ｗビットの数字の組合せ（digital combination）または前記Ｗビットの符号化
した組合せ（encoded combination）としてメモリに記憶される各画素の倍率は
、画素のアナログまたはデジタルの倍率変更していない電気出力値と共に実時間
で出力される。各画素の電気出力値は、浮動小数点表示として表すことができ、
ここで、仮数部は、画素のアナログ・デジタル変換器から得られた通常値を表し
、指数は倍率を表す。

【００１８】 制御回路は、決定バッファから比較結果を受け取り、各画素のリセット動作の
駆動信号を提供する。制御回路は、また、積分時間を終了するために、一定の所
定の周波数およびデューティ・サイクルの一連のリセット・パルスを生成する。
所定のデューティ・サイクルを有し、周波数がリセット・パルスと同一の一連の
サンプリング・パルスが生成される。この一連のサンプリング・パルスは、リセ
ット・パルスに対して一定量だけ遅れて発生する。連続するサンプリング・パル
スの時間間隔は、全積分時間を表す。連続するパルスの時間間隔が連続するリセ
ット・パルスの時間間隔よりも短い一連のリセット・イネーブル・パルスが生成
される。画素の電気出力がしきい値を超えたときに制御信号が生成される。リセ
ット・イネーブル・パルスと制御信号の間に一致があるときに条件付きリセット
信号が生成され、リセット・パルスと条件付きリセット・パルスのどちらかの生
成時に積分が開始される。積分は、サンプリング・パルス生成時に終了される。

【００１９】 制御回路とメモリ回路は、簡潔さ、速度、信号対雑音比（ＳＮＲ）およびコス
ト削減のために、撮像装置半導体基板上に製造されることが好ましい。撮像装置
は、関連のＡ／Ｄ変換器を有するキャパシタの列並列信号チェーンを１つだけを
含むことができ、この列並列信号チェーンは、しきい値との比較のために読出し
値を複写するためと、選択した各行の電気的読出しを複写するための両方のため
に使用される。

【００２０】 本発明は、また、センサ・アレイの各画素の積分時間を個別に制御し、フレー
ム時間の間、前記各独立画素の電気出力の対応する倍率を提供するための回路を
含む拡張されダイナミック・レンジを有する光学撮像装置を対象とする。撮像装
置のこの回路は、出力信号が所定のしきい値に達した後で画素をリセットするこ
とによって、各画素の積分時間を、受け取った光強度の関数として制御する。

【００２１】 本発明の上記の及びその他の特徴および利点は、添付図面を参照した以下の好
ましい実施形態の例示的かつ非制限的な詳細な説明によってより良く理解されよ
う。

【００２２】

【発明の実施の形態】

従来技術の問題に対して、本発明は、撮像装置の空間分解能に対する影響を最
小に抑えながら、フレーム時間中に各画素の積分時間を適応的かつ個別に制御す
ることによって光学撮像装置のダイナミック・レンジを拡張する方法を提供する
。これは、各画素ごとの個別のリセット機能ならびにいくつかの電気出力を記憶
するメモリ手段およびリセット動作を制御する制御回路を必要とする。図１は、
本発明の好ましい実施形態によるそのようなメモリおよび制御回路を有する撮像
装置のブロック図である。ＡＰＳ撮像装置１０は、各画素が個別のリセット機能
を有するＮ行Ｍ列の画素アレイ１１と、読出しアナログ列並列信号チェーン（Ｍ
個のキャパシタの）バッファ１３と、列並列信号チェーン（Ｍ個のキャパシタの
）決定バッファ１２と、制御回路１４と、デジタル・メモリ１５と、（任意）ア
ナログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄ）１６とから成り、半導体基板上に製造される
。通常、アレイは、ＭとＮが２の整数乗（たとえば、Ｍ＝２¹⁰）になるように構
成され、いくつかのケースではアレイが正方行列構造を有することがあり、その
場合はＭ＝Ｎである。

【００２３】 制御回路１４は、読出しと（ポテンシャル）リセットのために画素アレイ１１
から１つの行を選択し、（ポテンシャル）リセットを行うタイミングを制御する
ために使用される。選択した行の各画素に対して、決定バッファ１２は、画素の
電気出力信号を所定のしきい値（実際の飽和状態を示さないこともある）と比較
することにより、画素が飽和状態に近い照明レベルにさらされているかどうかの
指示を示す。照明レベルが飽和状態（即ち、所定のしきい値）に近づいた場合、
決定バッファ１２は、対応する信号を制御回路１４に出力し、この制御回路１４
は対応するリセット信号をリセット入力に送ることによって画素をリセットする
。これと同時に、決定バッファ１２はまた、デジタル信号（通常、論理値「１」
か「０」）を出力して、比較結果（すなわち、リセットが必要かどうかの決定）
をデジタル・メモリ１５に示し、デジタル・メモリ１５は、その比較結果を各画
素ごとの一連の対応するビットとして記憶し蓄積する。選択した行の各画素によ
って提供されるＭ個の電気信号は、制御回路１４からの命令に従って、読出しバ
ッファ１３に複写され、次にＭ個のアナログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄ）のアレ
イによってＭ個の対応するデジタル・ワードに変換される。各デジタル２進値（
比較結果に対応するビットの組合せ）は、デジタル・メモリ１５に記憶され、読
出しワードの正確な倍率として使用される。本発明の好ましい実施形態により、
ＡＰＳ撮像装置１０全体を、１つの半導体基板上に製造して、スペースを節約し
組立てを不要にすることができる。代替として、制御回路１４とデジタル・メモ
リ１５が外部にあってもよい。

【００２４】 制御回路は、決定バッファから比較結果を受け取り、各画素のリセット動作の
駆動信号を提供する。また、制御回路は、周波数とデューティ・サイクルが所定
の一定値に設定された一連のリセット・パルスを生成して積分時間を終了させる
。所定のデューティ・サイクルを有する、リセット・パルスと同一周波数の一連
のサンプリング・パルスが、リセット・パルスに対して一定の所定の遅延で生成
される。連続するサンプリング・パルス間の時間間隔は、全積分時間を表す。ま
た、連続するパルス間の時間間隔が連続するリセット・パルス間の時間間隔より
も短い一連のリセット・イネーブル・パルスも生成される。画素の電気出力がし
きい値を超えたときに常に制御信号が生成される。リセット・イネーブル・パル
スと制御信号の間に一致があるるときは常に条件付きリセット信号が生成される
。積分は、リセット・パルスと条件付きリセット・パルスのどちらかが生成され
た時点で始まり、サンプリング・パルス生成時に終了する。したがって、照明レ
ベルがしきい値を超えたときに常に画素の飽和状態が変更される。

【００２５】 本発明の好ましい実施形態によれば、フレーム時間Ｔ（すなわち、Ｎ行を読み
取るのに必要な時間）の間、必要とされるダイナミック・レンジ拡張率に従って
選択されたいくつかの時点において、各画素の出力が確認され、所定のしきい値
と比較される。基本的に、拡張率は、最長可能積分時間Ｔ_intL（すなわち、フレ
ーム時間Ｔ）と最短積分時間Ｔ_intSとの比率によって与えられる。ｄＢで表わし
た拡張されたダイナミック・レンジＤ₂は、次の式で与えられる。

【数１】 Ｄ₁は、拡張前のｄＢで表したダイナミック・レンジである。 同様に、拡張は、ビットによってデジタル的に表わすことができ、次のように示
される。

【数２】 たとえば、ダイナミック・レンジを２³＝８倍に拡張するためには、３ビットを
追加する必要がある。

【００２６】 本発明の好ましい実施形態によれば、Ｗビットの所望の拡張率を選択した後で
、各行（したがって、各画素）の出力を１組の所定のしきい値と比較する時点が
決定される。任意の２つの連続する時点の間隔は、等しくても異なってもよく、
等比級数や等差級数などの様々な組の値を構成することができる。一般に、一連
の時点は、ｔ＝Ｔ−（Ｔ／Ｘ₁)，Ｔ−（Ｔ／Ｘ₂)，．．．，Ｔ−（Ｔ／Ｘ_w)の形
であり、ここで、Ｔはフレーム時間（全積分時間）、Ｘ_i＞１、ｉ＝１，２，．
．．，Ｗである。

【００２７】 好ましい実施形態において、時点は、次の下降等比級数に従って選択される。

【数３】 ここで、Ｕ＞１である。したがって、フレーム時間中にＷ回の比較（Ｗの異なる
時点で）が行なわれるが、切迫した画素飽和状態を確実に検出するために、２つ
の連続する比較時間間隔は、時間の径過と共に短くなる。本発明の好ましい実施
形態によれば、簡潔にするためにＵ＝２の値を選択し、下降級数（down-going s
eries）が得られる。

【数４】

【００２８】 行が「巻き上げシャッタ」動作に従って連続的に読み出されるため（すなわち
、各行が読出しのために選択され、読出し後にリセットされ、全フレーム時間は
、Ｎ行の読出し後に行われる次の読出しまでの時間径過である）、時間に着目す
ると、各行のフレーム時間の開始点は僅かに相違する。これは、各行のＭ個すべ
ての画素を走査してその結果をバッファに複写するために必要な時間に起因する
。このため、本発明の好ましい実施形態によれば、この時間の差は、時間と空間
の間の多重化を行い、Ｗ個の異なる時点で本質的に元のフレーム時間Ｔを引き延
ばすことなしに各画素（行）に関してＷ回の比較を実行するために活用される。
図２と図３は、時間領域と空間領域の間のこの多重化を示す。

【００２９】 最初に図２を参照して、Ｎ行Ｍ列の画素アレイ２３と、読出しアナログ列並列
バッファ２２と、決定バッファ２１とからなる撮像装置２０を示す。時間＝０に
おいて、行ｎが、定期的な読出しのために選択され、バッファ２２に複写され、
リセットされる。そのすぐ後で、Δ行だけずれた別の行ｎ−Δが、各画素と対応
するしきい値との比較のために、選択され、決定バッファ２１に複写される。各
画素に関して、比較の結果がデジタル値として提供される。各時点で、ある画素
のしきい値に達した（飽和状態を引き起こす可能性のある比較的高い輝度を示す
）場合、この比較の結果は論理「１」である。一方、ある画素のしきい値に達し
ない（飽和状態から遠い比較的低い輝度を示す）場合、この比較の結果は論理「
０」である。これらのビットは、各時点において（それぞれの比較時に）各画素
ごとに記憶される。

【００３０】 当然ながら、バッファ２１と２２の機能を切り換えることができる。本発明の
好ましい実施形態によれば、バッファを１つだけ設け、このバッファを各行の通
常読出しのための複写と、しきい値レベルとの比較のための各画素の電気信号の
複写の両方に用いることができる。これはフレーム時間へ幾分影響を与えるが、
スペースを節約できる。 本発明の好ましい実施形態によれば、Δは、Ｗ個の異なる予め決められた整数
値（Δ₁，Δ₂，．．．，Δ_w）を有するように選択される。これらの値は、一連
の整数値（Ｎ／Ｘ₁），（Ｎ／Ｘ₂），．．．，（Ｎ／Ｘ_w）に従って選択するこ
とができ、ここで、Ｘ_i＞１、ｉ＝１，２，．．．，Ｗである。したがって、一
連の行ｎ−（Ｎ／Ｘ₁），ｎ（Ｎ／Ｘ₂），．．．，ｎ−（Ｎ／Ｘ_w）についての
比較が、Ｔ−（Ｔ／Ｘ₁），Ｔ−（Ｔ／Ｘ₂），．．．，Ｔ−（Ｔ／Ｘ_w）でそれ
ぞれ実行され、所望の時空多重化（time-space multiplexing）が実現される。

【００３１】 （Δ₁，Δ₂，．．．，Δ_w）の効率的選択が、Ｕ＞１の場合に下降等比級数（
Ｎ／Ｕ¹），（Ｎ／Ｕ²），．．．（Ｎ／Ｕ^w）の整数値にしたがって、読出しの
ために選択された各行ｎに関して行われ、Ｗ個の関連した行が、下降級数の整数
値にしたがって（対応するしきい値と比較するために）連続的に選択される。

【数５】 これは、前述の式３の時間領域下降等比級数

【数６】 と一致する。

【００３２】 したがって、読出しのために一つの行が選択されるたびに、Ｗ個の一致する時
点において他の行のＷ個の比較が行われ、所望の時空多重化が実現される。

【００３３】 本発明の好ましい実施形態によれば、Δは、読出しのために選択された各行ｎ
に関して、２の累乗（すなわち、Ｕ＝２）であるＷ個の異なる値（Ｎ／２¹），
（Ｎ／２²），．．．，（Ｎ／２^w）を有するように選択され、Ｗ個の関連した行
が、下降級数ｎ＝ｎ−（Ｎ／２¹），ｎ−（Ｎ／２²），．．．，ｎ−（Ｎ／２^w
）に従って、（対応するしきい値との比較のために）連続的に選択される。これ
は、時間領域下降級数ｔ＝Ｔ−（Ｔ／２¹），Ｔ−（Ｔ／２²），．．．，Ｔ−（
Ｔ／２^w）と一致する。Ｕ＝２を選択することにより、実現を簡略化することが
できる。

【００３４】 図３は、本発明の好ましい実施形態によるこの時空多重化を示す。ｔ＝０にお
いて、行ｎが読出しのために選択される。その結果、時点Ｔ−（Ｔ／２¹）にお
いて、行ｎ−（Ｎ／２¹）が選択され、対応するしきい値との第１の比較結果は
Ｗ₁である。この行ｎ−（Ｎ／２¹）（行ｎからΔ＝（Ｎ／２）だけずれた）は、
第１の比較（Ｗ１）タイミングからＮ／２行分だけ経過した時点で読出しのため
に再び選択され、Ｔ／２の積分時間が残る。そのすぐ後で、時点Ｔ−（Ｔ／２²
）において、行ｎ−（Ｎ／２²）が比較のために選択され、対応するしきい値と
の第２の比較結果はＷ₂である。この行ｎ−（Ｎ／２²）（行ｎからΔ＝（Ｎ／４
）だけずれた）は、第１の比較（Ｗ₂）タイミングからＮ／４行分だけ経過した
時点で読出しのために再び選択され、Ｔ／４の積分時間が残る。このプロセスは
、フレーム時間中にＷ回繰り返され、すべての画素に関してＷビットの数字の組
合せ（＝Ｗ₁，Ｗ₂，．．．，Ｗ_w）が得られる。したがって、ｔ＝０におけるす
べての画素の実際の読出し値は、数字の組合せの値によって自動倍率調整される
。第１の時点Ｔ−（Ｔ／２¹）を除く各時点において、それよりも前の時点の比
較結果が確認された後、その時点がリセットされる。前にリセットが実行されて
いない場合に、出力がリセットしきい値レベルよりも高い場合でも画素が線形ダ
イナミック・レンジ内にある場合があるという理由で、前の時点が既にリセット
されている場合だけ現行の時点がリセットされる。

【００３５】 本発明の好ましい実施形態によれば、ｔ＝０における各画素の実際の読出し値
は、Ａ／Ｄ変換器（図１の数字１６）によってデジタル・ワードに変換され、出
力に送られる。或いは、各画素の実際の読出し値は、アナログ量として直接出力
されることがある。その画素の自動倍率調整の組合せ（autoscaling combinatio
n）（Ｗ₁，Ｗ₂，．．．，Ｗ_w）は、外部デジタル・メモリ（図１の番号１５）に
記憶されるか、あるいはオンチップ・デジタル・メモリに記憶される。このよう
に、各画素ごとに、フレーム時間中に行われる実際のリセットに従って、実際の
読出し値が、実時間で自動倍率調整される。この読出し値は、浮動小数点表示に
よって表わすことができ、仮数部はＡ／Ｄからの実際の読出し値を表し、指数部
は、デジタル・自動倍率調整の組合せ（Ｗ₁，Ｗ₂，．．．，Ｗ_w）からなる。選
択された行（ｎ）の第１の比較（Ｗ₁）は、行ｎ−（Ｎ／２¹）（行ｎから（Ｎ／
２）行だけずれた）において行われるが、各行がＭ個の画素を含み、各画素がＷ
ビットの対応する数字の組合せによって倍率変更されるため、メモリ１５のサイ
ズは、

【数７】 である。代替として、Ｗビットの数字の組合せを符号化してメモリに記憶するこ
ともできる。

【００３６】 本発明において提示される時空多重化の主な利点の１つは、決定バッファ２１
を１つ追加することによって、積分時間が、照明レベルに適合した状態で本質的
に撮像装置内のスペースを占有することなく各画素ごとに独立に制御されること
である。したがって、撮像装置の解像度がほとんど劣化しない（スペースが小さ
くなると画素数が少なくなり、解像度が低下する）。

【００３７】 図２を再び参照して、Ｎ行Ｍ列からなる画素アレイのフレーム時間を計算する
ことができる。各行の読出しは、１つの行を読出しバッファに複写するのにかか
る時間である複写時間Ｔ_copyと、各画素を走査するのにかかる時間である走査時
間Ｔ_scanからなる。各行にＭ個の画素があるので、行読出しの合計時間Ｔ_rowは
、次の式で示される。 Ｔ_row＝Ｔ_copy＋Ｍ＊Ｔ_scan ［式５］ また、フレーム時間Ｔは、次の式で示される。 Ｔ＝Ｎ＊Ｔ_row ［式６］

【００３８】 各行の（Ｗ個の異なる積分時間の）Ｗ個の比較を追加することによって、行読
出し時間が少し修正され、次の式で示される。 Ｔ’_row＝Ｗ＊（Ｔ_copy＋Ｔ_comp）＋Ｔ_row＝Ｗ＊（Ｔ_copy＋Ｔ_comp）＋Ｔ_copy＋
Ｍ＊Ｔ_scan ［式７］ ここで、Ｔ_compは、対応するしきい値と比較する時間である。通常は、Ｗ＜＜Ｍ
（数桁倍）であるため、Ｗ＊（Ｔ_copy＋Ｔ_comp）＜＜Ｍ＊Ｔ_scan、Ｔ′_row≒Ｔ_{r ow} である。したがって、フレーム時間Ｔは自動倍率調整により影響を受けるが、
これは僅かである。このため、撮像装置は、フレーム・レートを低下させずにシ
ーンを処理することができる。

【００３９】 例１ 図２を再び参照し、撮像装置２０が、高い照明レベルにさらされ、１０２４行
１０２４列の正方形の画素アレイからなり、ダイナミック・レンジを３ビットだ
け拡張したいと仮定する。この場合、Ｗ＝３、Ｎ＝Ｍ＝１０２４である。 した
がって、選択した行ｎの各画素に関して、３つの時点Ｔ−（Ｔ／２）、Ｔ−（Ｔ
／４）およびＴ−（Ｔ／８）において、３つの比較Ｗ₁、Ｗ₂およびＷ₃がそれぞ
れ実行される。第１のしきい値との第１の比較は、行ｎ−５１２（その画素の通
常読出しの５１２行前）において行なわれ、（Ｔ／２）の積分時間が残り、Ｗ₁
の比較結果が「１」の場合に、この画素がリセットされる。第２のしきい値との
第２の比較は、行ｎ−２５６（画素の通常読出しの２５６行前）について行なわ
れ、（Ｔ／４）の積分時間が残り、Ｗ₂の比較結果が「１」の場合に、この画素
が再びリセットされる。第１のしきい値との第３の比較は、行ｎ−１２８（画素
の通常読出しの１２８行前）において行なわれ、（Ｔ／８）の積分時間が残り、
Ｗ₃の比較結果が「１」の場合にこの画素が再びリセットされる。この例では、
画素の自動倍率調整の組合せは１１１（１０進表現で７）、すなわち７であるが
、同じフレーム時間中にリセットされない画素の通常読出しの自動倍率調整の数
字の組合せは０００（１０進表現で０）である。すなわち、１１１の自動倍率調
整を有する画素は、フレーム時間中に３回リセットされ、この画素の通常読出し
は、２³＝８倍に倍率変更（逓倍）されるはずである。一方、０００の自動倍率
調整を有する画素は、フレーム時間中にまったくリセットされず、画素の通常読
出しは、倍率変更されないはずである。リセットがない場合、倍率は２⁰＝１で
あり、通常読出し値がそのまま用いられる。

【００４０】 当然ながら、以上の例と説明は、例示のためにのみ提供され、いかなる形でも
本発明を制限するものではない。当業者であれば分かるように、本発明は、本発
明の範囲を超えることなしに、２の整数乗でない行列数で画素アレイを構成した
り、前述の技術のうちの複数の技術を使用したり、互いに等しいかまたは（Ｔ／
２^w）と異なる時間間隔の後の互いに等しいかまたは（Ｎ／２^w）から異なる行シ
フトで比較を実行したりするような、きわめて様々な方法で実行することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の好ましい実施形態によるメモリおよび制御回路を有する撮像装置のブ
ロック図である。

【図２】 本発明の好ましい実施形態による２つの列並列バッファを備えた能動画素セン
サを示す。

【図３】 本発明の好ましい実施形態によって利用される時空多重化を示す。

【符号の説明】

１０ ＡＰＳ撮像装置 １１ 画素アレイ １２ 決定バッファ １３ 読出しバッファ １４ 制御回路 １５ デジタルメモリ １６ Ａ／Ｄ変換器

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年１２月２１日（２０００．１２．２１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】

【課題を解決するための手段】 本発明は、画素アレイを用いた光学撮像装置のダイナミック・レンジを実質的
にフレーム時間の間に拡張する方法に関する。画素から出力される信号に対して
しきい値レベルを決定する。このしきい値レベルを超えた場合に該画素がリセッ
トされる。各行の各画素に対して行う比較回数Ｗ及びこの比較を行う時点を必要
とされる拡張レベルに応じて決定する。比較のために選択された各行について、
各画素の積分時間を個々に制御する。これは、各時点において前記信号と前記し
きい値レベルとの比較をＷ回行い、前記しきい値に達する度にその画素をリセッ
トすることで行われる。各比較は、選択された行から特定の行数だけ離れ、他の
時点に対応する行において行われる。前記離間した行における信号を前記しきい
値レベルと比較し、前記しきい値レベルに達する度にその画素をリセットするこ
とで、前記離間した行における各画素の積分時間を受光した光の強度の関数とし
て個々に制御する。このプロセスを全ての時点について、また前記アレイ中の全
ての行について繰り返す。各画素について実行されたリセット動作の回数を表す
データを蓄積し、この蓄積されたデータを用いて、各画素の電気出力についての
対応する倍率を提供する。 好ましくは、撮像装置は、半導体基板上に製造されたＭ（整数）列とＮ（整数
）行の２次元能動画素アレイから構成される。各独立画素は、光を受け取る光セ
ンサと、リセット入力と、受け取った照明を表す電気出力とを含む。選択した行
の出力は、Ｍ個のキャパシタの上側列並列信号チェーンに複写され、１組の対応
するしきい値と比較され、読出しのためにＭ個のキャパシタの下側列並列信号チ
ェーンに複写される。各画素の電気的読出し値は、アナログ信号として出力され
るか、デジタル表現に変換されるのが好ましい。比較結果は、デジタル・メモリ
に記憶される。制御回路は、各画素の読出し動作と各画素の比較タイミングを制
御し、各画素に対応するリセット信号を提供する。ダイナミック・レンジの必要
な拡張は、一連のＷビットによって決定され、比較は、予め決められたＷの時点
で行なわれる。好ましくは、そのような時点は、下降級数Ｔ−（Ｔ／Ｕ¹），Ｔ
−（Ｔ／Ｕ²），．．．，Ｔ−（Ｔ／Ｕ^w）に従って選択され、ここで、Ｕ＞１、
Ｔは、全積分時間を表す。選択した行ｎから予め決められた行数だけずれた位置
にあり、比較のために選択された行と各時点との間の一致によって、時間と空間
が多重化される。行シフト量は、下降級数ｎ−（Ｎ／Ｕ¹），ｎ−（Ｎ／Ｕ²），
．．．，ｎ−（Ｎ／Ｕ^w）の整数値に従って選択されることが好ましい。Ｕを２
とし、時空多重化に必要な、Ｔ−（Ｔ／２¹），Ｔ−（Ｔ／２²），．．．，Ｔ−
（Ｔ／２^w）とｎ−（Ｎ／２¹），ｎ−（Ｎ／２²），．．．，ｎ−（Ｎ／２^w）の
間の一致を簡略化することが好ましい。また、行シフトの下降級数は、シリーズ
（Ｎ／Ｘ₁）（Ｎ／Ｘ₂），．．．，（Ｎ／Ｘ_w）の整数値として選択することが
でき、ここで、Ｘ_i＞１、ｉ＝１，２，．．．，Ｗであることが好ましい。時点
の下降シリーズは、Ｔ−（Ｔ／Ｘ₁），Ｔ−（Ｔ／Ｘ₂），．．．，Ｔ−（Ｔ／Ｘ _w ）であることが好ましい。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】 また、本発明は、画素アレイを用い拡張されたダイナミック・レンジを有する
光学撮像装置に関する。この光学撮像装置は、画素から出力される信号に対して
設定され超えた場合に該画素をリセットするのしきい値と比較する動作を、必要
とされる拡張レベルに従って所定の時点で行う行を選択する手段であって、選択
された行の間の間隔は前記所定の時点に関連づけられている手段と、各画素の積
分時間を受光した光の強度の関数として個々に制御する手段と、前記信号を前記
しきい値レベルと比較する手段と、前記しきい値に達する度に各画素をリセット
する手段と、実行されたリセットの回数を表すデータを蓄積し、この蓄積された
データを用いて、前記各独立画素の電気出力についての対応する倍率を出力する
手段とを含む。

Claims (48)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学撮像装置のダイナミック・レンジを拡張する方法であっ
   て、センサ・アレイの各画素の積分時間を個別に制御する段階と、フレーム時間
   の間、各独立画素の電気出力についての倍率を提供する段階とを含む方法。
2. 【請求項２】 出力信号が所定のしきい値に達した後で画素をリセットする
   ことによって、各画素の積分時間を、前記各独立画素が受け取った光強度の関数
   として制御することをさらに含む請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 ａ）それぞれの独立画素が、光を受け取る光センサと、リセ
   ット入力と、受けた照明を表す電気出力とを含み、半導体基板上に製造されたＭ
   （整数）列とＮ（整数）行の能動画素アレイで構成された２次元撮像装置を提供
   する段階と、 ｂ）選択した行の出力を複写するためのＭ個のキャパシタから成る上側列並列信
   号チェーン（upper column-parallel signal chain）を提供し、それにより前記
   出力を１組の対応するしきい値と比較する段階と、 ｃ）それぞれの選択した行の電気的読出し値を複写するＭ個のキャパシタの下側
   列並列信号チェーン（lower column-parallel signal chain）を提供する段階と
   、 ｄ）各画素に関して、画素をリセットするしきい値レベルを決定する段階と、 ｅ）各画素の電気出力を対応するデジタル・ワードで表すアナログ・デジタル変
   換器のアレイを提供する段階と、 ｆ）各画素の出力の１組のしきい値レベルとの比較結果を記憶するデジタル・メ
   モリを提供する段階と、 ｇ）各画素の読取り動作と、各画素について１組の対応するしきい値との比較を
   行うタイミング、および各画素についての対応するリセット信号を制御する制御
   回路を提供する段階と、 ｈ）一連のＷ個のビットによってダイナミック・レンジの必要な拡張を決定する
   段階と、 ｉ）各画素出力の対応するしきい値との比較を行う１組のＷ個の時点（任意の２
   つの連続した比較時点の間隔は予め固定されている）を決定する段階と、 ｊ）読出しの行（ｎ）を選択する段階と、 ｋ）選択した行ｎと他の行ｎ−Δ₁（ｔ＝１，２，．．．，Ｗ）の間の、Ｗ個の
   予め固定された値を有する１組の行オフセット（Δ₁，Δ₂，．．．，Δ_w）を決
   定する段階と、 １）選択した行ｎのすべての画素出力値を下側キャパシタ・チェーンに複写して
   、前記出力値のそれぞれをデジタル・ワードに変換し、前記デジタル・ワードを
   出力する段階と、 ｍ）行ｎをリセットする段階と、 ｎ）行ｎ−Δ₁のすべての画素出力値を上側キャパシタ・チェーンに複写する段
   階と、 ｏ）行ｎ−Δ₁内の各画素の電気出力を、その行に対応した時点で、対応するし
   きい値と比較する段階と、 ｐ）行ｎ−Δ₁のすべての画素出力値の比較結果を表す一連のＭビットを出力す
   る段階と、 ｑ）前記段階ｐ）の比較結果をメモリに記憶する段階と、 ｒ）記憶した比較結果に従って、飽和すると予想される行ｎ−Δ₁内の画素のリ
   セット・パルスを適用する段階と、 ｓ）、他のすべての残りの行オフセットに対して、それらに対応する時点で、前
   記段階ｎ）〜ｑ）をＷ−１回連続的に繰り返し、各画素に対し、その画素が前の
   比較時点でリセットされた場合のみリセット・パルスを加える段階と、 ｔ）選択した行の各画素について、Ｗビットの数字の組合せ（digital combinat
   ion）としてメモリに記憶された倍率を獲得して出力する段階であって、倍率が
   、前記段階ｉ）の各時点における１組Ｗ個の比較結果から得た各画素の全積分時
   間と有効積分時間との比率を表す段階と、 ｕ）選択した行の各画素に関して、ｔ＝０のタイミングで、画素の電気出力値に
   対応するデジタル・ワードを獲得し出力する段階と、 ｖ）画素アレイのすべての残りの行に関して段階ｍ）〜ｖ）を繰り返す段階と、 を含む請求項１または２に記載の方法。
4. 【請求項４】 Ｗビットの数字の組合せが符号化されてメモリに記憶される
   請求項３に記載の方法。
5. 【請求項５】 任意の２つの連続した比較時点の間隔が、下降級数に従って
   短くなる請求項３に記載の方法。
6. 【請求項６】 下降級数が、Ｔ−（Ｔ／Ｘ₁），Ｔ−（Ｔ／Ｘ₂），．．．，
   Ｔ−（Ｔ／Ｘ_w）であり、Ｔがフレーム時間（全積分時間）を表し、Ｘ_i＞１、お
   よびｉ＝１，２，．．．，Ｗである請求項５に記載の方法。
7. 【請求項７】 下降級数が等比級数である請求項５に記載の方法。
8. 【請求項８】 下降等比級数が、Ｔ−（Ｔ／Ｕ¹），Ｔ−（Ｔ／Ｕ²），．．
   ．，Ｔ−（Ｔ／Ｕ^w）であり、Ｕ＞１である請求項７に記載の方法。
9. 【請求項９】 １組の行オフセット（Δ₁，Δ₂，．．．，Δ_w）が、下降級
   数を定義する請求項３に記載の方法。
10. 【請求項１０】 行オフセットの下降級数（Δ₁，Δ₂，．．．，Δ_w）が、
    下降級数（Ｎ／Ｘ₁），（Ｎ／Ｘ₂），．．．，（Ｎ／Ｘ_w）の整数値によって構
    成され、Ｘ_i＞１、ｉ＝１，２，．．．，Ｗである請求項８または９に記載の方
    法。
11. 【請求項１１】 行オフセットの下降級数（Δ₁，Δ₂，．．．，Δ_w）が、
    下降等比級数（Ｎ／Ｕ¹），（Ｎ／Ｕ²），．．．，（Ｎ／Ｕ^w）の整数値によっ
    て構成され、Ｕ＞１である請求項８または９に記載の方法。
12. 【請求項１２】 各行ｎ−Δ_iが、時点Ｔ−（Ｔ／Ｕⁱ）（ｉ＝１，２，．．
    ．，Ｗ）において読み取られる請求項３から１１のいずれかに記載の方法。
13. 【請求項１３】 Ｕ＝２である請求項８から１２のいずれかに記載の方法。
14. 【請求項１４】 各画素の電気出力値が、アナログ値として直接出力される
    請求項３に記載の方法。
15. 【請求項１５】 制御回路がさらに、条件付きリセット回路を含み、前記条
    件付きリセット回路が、 ａ）一定の所定の周波数およびデューティ・サイクルの一連のリセット・パルス
    を外部回路によって生成し、 ｂ）所定のデューティ・サイクルを有すると共にリセット・パルスと同じ周波数
    を有する一連のサンプリング・パルスを外部回路によって生成し、前記一連のサ
    ンプリング・パルスが、リセット・パルスに対して一定の遅延で発生し、連続す
    るサンプリング・パルスの時間間隔が全積分時間を表し、 ｃ）連続するリセット・パルスの時間間隔よりも短い連続するパルスの時間間隔
    の一連のリセット・イネーブル・パルスを生成し、 ｄ）画素の電気出力がしきい値を超えたときに制御信号を生成し、 ｅ）リセット・イネーブル・パルスと制御信号の間に一致があるときに条件付き
    リセット信号を生成し、 ｆ）リセット・パルスまたは条件付きリセット・パルスの生成時に積分を開始し
    、 ｇ）サンプリング・パルス生成時に積分を終了する、 動作を実行する請求項３に記載の方法。
16. 【請求項１６】 各画素の電気出力値が、浮動小数点表示によって表され、
    通常値（regular value）を表す仮数部が、画素のアナログ・デジタル変換器か
    ら得られ、指数が倍率を表す請求項３に記載の方法。
17. 【請求項１７】 任意の連続した行の積分開始点の間の遅延が、時間領域と
    空間領域の多重化のために活用される請求項３に記載の方法。
18. 【請求項１８】 フレーム内のすべての画素の倍率変更が、フレーム時間中
    に本質的にフレーム時間を長くすることなく実行され、それにより後処理がなく
    なる請求項３と１５に記載の方法。
19. 【請求項１９】 各画素が、能動画素である請求項３に記載の方法。
20. 【請求項２０】 前記光センサが、フォトダイオードまたはフォトトランジ
    スタである請求項３に記載の方法。
21. 【請求項２１】 行および／または列の数が、２の整数乗である請求項３に
    記載の方法。
22. 【請求項２２】 制御および／またはメモリ回路が、外部回路である請求項
    ３から１７のいずれかに記載の方法。
23. 【請求項２３】 制御回路とメモリ回路が、撮像装置半導体基板上に製造さ
    れる請求項３に記載の方法。
24. 【請求項２４】 画素アレイが、等しい数の行と列を有する正方行列である
    請求項３に記載の方法。
25. 【請求項２５】 キャパシタの下側列並列信号チェーンが、しきい値と比較
    する読出し値を記憶するために使用され、キャパシタの上側列並列信号チェーン
    が、選択した各行の電気的読出し値を複写するために使用される請求項３に記載
    の方法。
26. 【請求項２６】 撮像装置は、関連するＡ／Ｄ変換器を備えたキャパシタの
    列並列信号チェーンを１つだけ含み、このキャパシタの列並列信号チェーンが、
    しきい値との比較のために読出し値を複写するためと、選択した各行の電気的読
    出し値を複写するための両方に使用される請求項３に記載の方法。
27. 【請求項２７】 比較が、少なくともいつくかの時点でしきい値と比較する
    ことによって行なわれる請求項３に記載の方法。
28. 【請求項２８】 拡張されたダイナミック・レンジを有し、センサ・アレイ
    の各画素の積分時間を個別に制御する手段と、フレーム時間の間、各前記独立画
    素の電気出力に対応する倍率を提供する手段とを含む光学撮像装置。
29. 【請求項２９】 出力信号が所定のしきい値に達した後で画素をリセットす
    ることによって、前記各独立画素が受け取った光の強度の関数として各画素の積
    分時間を制御する手段をさらに含む請求項２８に記載の光学撮像装置。
30. 【請求項３０】 ａ）それぞれの独立画素が、光を受け取る光センサと、リ
    セット入力と、受け取った照明を表す電気出力とを含み、半導体基板上に製造さ
    れたＭ（整数）列とＮ（整数）行の能動画素アレイと、 ｂ）前記出力を１組の対応するしきい値と比較するために、選択した行の出力を
    複写するためのＭ個のキャパシタの上側列並列信号チェーンと、 ｃ）選択した各行の電気的読出し値を複写するためのＭ個のキャパシタの下側列
    並列信号チェーンと、 ｄ）対応するデジタル・ワード内の各画素の電気出力を表すアナログ・デジタル
    変換器のアレイと、 ｅ）各画素の出力のしきい値レベルとの比較結果と、各画素の読出し値に対応す
    るデジタル・ワードとを記憶するデジタル・メモリと、 ｆ）各画素の読込み動作と、各画素の比較タイミングと、各画素の対応するリセ
    ット信号とを制御する制御回路と、 ｇ）読出しの行を選択する手段と、 ｈ）選択した行のすべての画素出力値を下側キャパシタ・チェーンに複写する手
    段と、 ｉ）出力値のそれぞれをデジタル・ワードに変換する手段と、 ｊ）選択した行をリセットする手段と、 ｋ）行のすべての画素出力値を上側キャパシタ・チェーンに複写する手段と、 ｌ）行内の各画素の電気出力を、その行に対応する時点で対応するしきい値と比
    較する手段と、 ｍ）各行のすべての画素出力値の比較結果を表す一連のＭビットを出力する手段
    と、 ｎ）すべての比較結果をメモリに記憶する手段と、 ｏ）記憶した比較結果に従って飽和すると予想される各画素にリセット・パルス
    を印加する手段と、 ｐ）Ｗビットの数字の組合せまたは前記Ｗビットの符号化した組合せとしてメモ
    リに記憶された倍率を出力する手段と、 ｑ）ｔ＝０のタイミングにおいて、画素の電気出力値に対応するデジタル・ワー
    ドを出力する手段と、 を含む請求項２８または２９に記載の光学撮像装置。
31. 【請求項３１】 Ｗビットの数字の組合せを符号化する手段をさらに含む請
    求項３０に記載の光学撮像装置。
32. 【請求項３２】 制御回路が、条件付きリセット信号を生成する回路を含む
    請求項３０に記載の光学撮像装置。
33. 【請求項３３】 各画素の電気出力値が、アナログ値として直接出力される
    請求項３０に記載の光学撮像装置。
34. 【請求項３４】 条件付きリセットを生成する回路が、 ａ）一定の所定の周波数およびデューティ・サイクルの一連のリセット・パルス
    を外部回路によって生成する手段と、 ｂ）所定のデューティ・サイクルを有すると共にリセット・パルスと同じ周波数
    を有する一連のサンプリング・パルスを外部回路によって生成し、前記一連のサ
    ンプリング・パルスが、リセット・パルスに対して一定の遅延で発生し、連続す
    るサンプリング・パルスの時間間隔が全積分時間を表する手段と、 ｃ）連続するパルスの時間間隔が、連続するリセット・パルスの時間間隔よりも
    短い一連のリセット・イネーブル・パルスを生成する手段と、 ｄ）画素の電気出力がしきい値を超えたときに制御信号を生成する手段と、 ｅ）リセット・イネーブル・パルスと制御信号の間に一致があるときに条件付き
    リセット信号を生成する手段と、 ｆ）リセット・パルスと条件付きリセット・パルスのどちらかの生成時に積分を
    開始する回路と、 ｇ）サンプリング・パルス生成時に積分を終了する回路と、 を含む請求項３２に記載の光学撮像装置。
35. 【請求項３５】 各画素の電気出力値が、浮動小数点表示で表され、仮数部
    が、画素のアナログ・デジタル変換器から得られた通常値を表し、指数部が倍率
    を表す請求項３０に記載の光学撮像装置。
36. 【請求項３６】 任意の連続する行の積分開始点間の遅延が、時間領域と空
    間領域の多重化に活用される請求項３０に記載の光学撮像装置。
37. 【請求項３７】 フレーム内のすべての画素の倍率変更が、フレーム時間中
    に自動的に実行される請求項３０に記載の光学撮像装置。
38. 【請求項３８】 各画素が、能動画素である請求項３０に記載の光学撮像装
    置。
39. 【請求項３９】 光センサが、フォトダイオードまたはフォトトランジスタ
    である請求項３０に記載の光学撮像装置。
40. 【請求項４０】 行および／または列の数が、２の整数乗である請求項３０
    に記載の光学撮像装置。
41. 【請求項４１】 自動倍率調整操作が、本質的に任意の照明レベルに同じ精
    度を有する請求項３０から４０のいずれか１項に記載の光学撮像装置。
42. 【請求項４２】 制御回路とメモリ回路が、撮像装置半導体基板上に製造さ
    れる請求項３０に記載の光学撮像装置。
43. 【請求項４３】 画素アレイが、等しい数の行と列を有する正方行列である
    請求項３０に記載の光学撮像装置。
44. 【請求項４４】 キャパシタの下側列並列信号チェーンが、しきい値と比較
    するための読出し値を記憶するために使用され、キャパシタの上側列並列信号チ
    ェーンが、選択した各行の電気的読出しを複写するために使用される請求項３０
    に記載の光学撮像装置。
45. 【請求項４５】 前記撮像装置は、関連するＡ／Ｄ変換器を備えたキャパシ
    タの列並列信号チェーンを１つだけ含み、このキャパシタの列並列信号チェーン
    がしきい値との比較のために読出し値を複写するためと、選択した各行の電気的
    読出し値を複写するための両方に使用される請求項３０に記載の光学撮像装置。
46. 【請求項４６】 比較が、少なくともいくつかの時点で異なるしきい値と比
    較することによって行なわれる請求項３０に記載の光学撮像装置。
47. 【請求項４７】 実質的に説明しかつ図示したような光学撮像装置のダイナ
    ミック・レンジを拡張する方法。
48. 【請求項４８】 実質的に説明しかつ図示したような拡張されたダイナミッ
    ク・レンジを有する光学撮像装置。