JP2005039268A

JP2005039268A - 露光中に可変解像度を有する画素

Info

Publication number: JP2005039268A
Application number: JP2004202843A
Authority: JP
Inventors: Nathaniel Joseph Mccaffrey; ナサニエル・ジョセフ・マッカフェリー
Original assignee: Dialog Semiconductor GmbH
Current assignee: Dialog Semiconductor GmbH
Priority date: 2003-07-14
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2005-02-10
Also published as: CN1578389A; US20050012968A1; EP1499112A2; KR20050008520A

Abstract

【課題】可変解像度イメージャおよび可変解像度イメージャから出力信号を形成する方法を提供する。
【解決手段】複数の画素を有するイメージャ２００が提供される。可変解像度イメージャは、イメージャの様々なセクション中の画素１００の選択グループを相互ビニングし、それによって可変解像度領域を形成することによって実現される。相互ビニングされる画素の数が多ければ多いほど、それだけイメージャの当該セクションの解像度が低下する。ビニングは、解像度がフレーム内部またはフレーム間で変更可能なようにイメージャへの信号をプログラムすることによって制御される。解像度はコンピュータ処理装置または演算子によって制御可能である。イメージャの出力の帰還を使用してイメージャの様々なセクションの解像度を決定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、画像の異なるセクションに対して異なる解像度を有し、かつフレーム露光時間内にイメージャ全体の解像度を変更することができる可変解像度イメージャに関する。

Ｃｏｍｐｔｏｎの米国特許第５，４５２，１０９号明細書が、撮像解像度および画像処理のフォーマットを変更するために、画素毎およびライン毎のベースで動的に制御されている電荷結合デバイス（ＣＣＤ）イメージャ信号処理装置を説明する。

Ｃａｒｌｓｏｎの米国特許第４，５５４，５８５号明細書では、イメージャの高めの解像度領域におけるよりもイメージャの低めの解像度領域において、より大きなブラーリングを引き起こすためにイメージャから可変的に離間されかつ投影画像光の経路中に配置された拡散面が説明されている。遮断空間周波数が、システムの可変解像度にしたがって連続的に変化する。
米国特許第５，４５２，１０９号米国特許第４，５５４，５８５号

イメージャは、物体、写真等のような画像から、出力信号に復号しかつ変換するべき光エネルギーのような入力信号を受け取る。次いで、この出力信号を表示ユニットに供給し、画像を表示することができる。多くの場合に、イメージャが受け取る、画像を表す入力信号は大幅に均一性に欠ける。例として、イメージャが物体またはシーンの出力信号を形成するために使用され、その物体またはシーンの一部が相対的に明るく照射され、その物体またはシーンの他のセクションでは非常に照度が低ければ、イメージャの一部が飽和し、他方では他のセクションが十分に照射を受けない恐れがある。他の理由でも、物体またはシーンの異なるセクションに対して異なる解像度を使用することが望ましい場合がある。

本発明の１つの主目的は、シーンの異なるセクションに対して異なる解像度を有し得るイメージャから画像信号を形成する方法を提供することである。
本発明の別の一目的は、フレーム露光時間内にイメージャ全体に対して異なる解像度を有し得るイメージャから画像信号を形成する方法を提供することである。

本発明の別の一目的は、シーンの異なるセクションに対して異なる解像度を有し得る可変解像度イメージャを提供することである。
本発明の別の一目的は、フレーム露光時間内にイメージャ全体に対して異なる解像度を有し得る可変解像度イメージャを提供することである。

これらの目的を、画素のグループを形成し、それによって可変解像度を実現できるように、相互ビニング可能な画素を有するイメージャを使用して実現する。複数の画素を相互にビニングすると、より低い解像度が備わり得る、より大きな有効画素が作成される。相互ビニングされる画素が多ければ多いほど、それだけ解像度が低下する。イメージャ中の画素を個別画素として使用すると、イメージャが与え得る最高の解像度が備わる。イメージャの解像度は、フレームの前に設定可能であり、かつ異なるフレームに対して変更可能である。イメージャの解像度をフレーム内で同様に変更して、フレーム画像の異なるセクションに対して異なる解像度を与えることもできる。

ここで本発明の方法とイメージャの好ましい実施形態を説明する図面の図１〜６を参照されたい。図１Ａは、Ｐ型シリコン基板中に形成された第１の画素１８および第２の画素２０を示すイメージャの一部の断面を示す。この例では、第１の画素１８が基板１０の中に形成されている第１のＮウェル１２を備え、第２の画素２０が基板１０の中に形成されている第２のＮウェル１４を備える。イメージャの電荷集積周期中に、電荷が、第１のＮウェル１２とＰ型基板の間のＰＮ接合に蓄積され、かつ第２のＮウェル１４とＰ^-型基板の間のＰＮ接合に蓄積される。これらの２つのＮウェルが、第１のＮウェル１２と第２のＮウェル１４の間の電気接続１６によって相互ビニングされると、第１のＮウェル１２および第２のＮウェル１４が同じ電位を有し、電荷が第１のＮウェル１２と第２のＮウェル１４の間で等しく共有され、第１の画素１８および第２の画素が単一画素として動作し、この結合画素によって生成された信号が集積周期中に結合画素全体にわたって入射光のために平均化され、そして結合画素によって形成された有効画素の解像度が低下することになる。このような方式で、イメージャ中の結合画素の解像度は、個別画素のグループを相互ビニングすることによって変更可能である。画素のグループのビニングは、フレーム中またはフレーム間で可能である。低下した解像度を有する画素結合は、画素が相互ビニングされているので雑音が低減している。雑音の低減は、相互ビニングされた画素の数に正比例して変化する。解像度は相互ビニングされた画素の数に反比例して変化する。

図１Ｂは、電気接続１０２によって相互ビニングされて結合画素１１０を形成する４個の画素１００の一例を示す。図１Ｃは、図１Ａに示したイメージャの一部の断面図であり、画素を互いにビニングするために使用するプログラム可能な電気接続の一例を示す。この例では、図１Ｃに示すように、第１のＮ^-ウェル１２および第２のＮ^-ウェルが、Ｐ^-型基板１０の中に形成されている。Ｎ⁺領域２２が、第１のＮ^-ウェル１２と第２のＮ^-ウェル１４の間のＰ^-基板１０の中に形成されている。酸化ゲート２４がＮ⁺領域２２の上に形成され、かつゲート電極２６が酸化ゲート２４の上に形成されている。次いで、第１のＮ^-ウェル１２、Ｎ⁺領域２２、および第２のＮ^-ウェル１４が、２個の画素の相互ビニングまたは２個の画素の分離を行うためにオンまたはオフに切換え可能であるＮチャネル電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を形成する。このようなビニング法は、イメージャへの信号をプログラムすることによって解像度を変更できるように、選択画素のプログラム可能なビニングを行うことができる。イメージャの解像度は、フレーム内部またフレーム間で所望通りに変更可能である。このようなビニング法が、参照により本明細書に組み込まれている、２００３年１月９日に出願された、ＴａｎｅｒＤｏｓｌｕｏｇｌｕによる「ＡＰＳＰＩＸＥＬＷＩＴＨＲＥＳＥＴＮＯＩＳＥＳＵＰＲＥＳＳＩＯＮＡＮＤＰＲＯＧＲＡＭＭＡＢＬＥＢＩＮＮＩＮＧＣＡＰＡＢＩＬＩＴＹ（リセットノイズ抑制およびプログラム可能能力をもつＡＰＳ画素）」と題する、特許出願第１の０／３３９，１８９号明細書に説明されている。

図２は、個別画素１００のアレイを有するイメージャ２００を示すが、このようなアレイによってイメージャ２００の最大解像度が備わる。図３は、ビニング接続１０２を使用して個別画素１００を４個の画素からなるグループに相互ビニングし、いくつかの結合画素１１０を形成するイメージャ２００を示す。図３のイメージャ２００は、図２のイメージャ２００よりも低い解像度を有することになる。図４は、最高の解像度のための個別画素１００と、より低い解像度部分のために４個の画素からなるグループ１１０に相互ビニングされた画素とを有するイメージャ２００を示す。図５は、２つより大きい解像度水準を有するイメージャ２００を示す。図５のイメージャは、このイメージャのセクション中の個別画素１００、４個の個別画素からなるグループを有する第１の拡張画素１１０、および９個の画素からなるグループを有する第２の拡張画素１１２を示す。このイメージャの解像度は、シーンの選択部分で望ましい解像度を有するイメージャ出力信号を供給するために、イメージャの望ましい場所で変更可能である。シーンの望ましい場所でイメージャの解像度を変更するいくつかの理由は、シーン中の物体の広範な照度変化の補償、イメージャの信号対雑音比の改善、チップ速度の限界の克服、および可変解像度によるより高いフレーム率の実現である。

ビニング、したがってイメージャの解像度は、コンピュータ処理装置のような手段または演算子によって制御可能である。図６は、イメージャ２００への処理装置２１０または演算子２２０の入力を示す構成図であり、イメージャの出力は検出ユニット２３０に送られる。イメージャの解像度は、いくつかの解像度水準を含むことが可能であり、フレーム内部で変更可能であり、かつフレーム間で変更可能である。図６の構成図に示すように、検出ユニットからの信号は処理装置２１０へ帰還可能であり、画像の様々なセクションの、照度水準、望ましい信号対雑音比、画像中の物体の動き、画像の特定セクションにおける対象等のような画像特徴を使用してイメージャの様々なセクションの解像度を決定することができる。イメージャの高い照度部分の解像度を増大し、このようなイメージャ領域における飽和を回避することができる。複数の画素を互いにビニングすると結合画素によって形成される有効画素の雑音が低減するので、イメージャのセクションの解像度を低下させて信号対雑音比を改善することができる。

可変解像度イメージャを使用して、高度に可変の照度水準を有するシーン中の飽和効果を回避したり、シーン中のセクションにおける動きをより綿密に観察したり、または特に重要なシーンのセクションをより綿密に観察したりできる。可変解像度イメージャは、大がかりな画像処理を必要とせずに解像度をフレーム内部または１つ１つのフレームごとのベースで変更可能であるので、より高いフレーム率で可変解像度を実現することができる。可変解像度イメージャは、画素を相互ビニングすると結合画素の雑音が低減するので、イメージャの信号対雑音比を改善することができる。

可変解像度イメージャの動作に関しては図６を参照されたい。第１に、複数の画素を選択してフレームを構成する。このフレーム中の画素数は、イメージャ中で利用可能な画素の全部であるか、またはこれらの画素の選択数であり得る。イメージャの解像度は、演算子２２０またはコンピュータ処理装置２１０によって決定可能である。イメージャの解像度はフレーム内部で変更可能であるし、またはフレーム間でも変更可能である。イメージャは、画像信号を決定し、これらの信号を検出ユニット２３０に送る。検出ユニット２３０から処理装置２１０への帰還を使用してイメージャの解像度を調整することができる。

本発明の画素をＰまたはＰ^-型シリコン基板中に形成したＮまたはＮ^-型シリコンウェルに関して説明してきた。一例では、ビニング接続のためにＮ⁺型シリコン領域がＰ^-型基板中に形成されている。本発明は、Ｎ領域をＰ領域によって、Ｐ領域をＮ領域によって、Ｎ^-領域をＰ^-領域によって、Ｐ^-領域をＮ^-領域によって、Ｎ⁺領域をＰ⁺領域によって、さらにＰ⁺領域をＮ⁺領域によって置き換えても等しく適切に有効であることを当業者なら容易に認識しよう。

本発明をその好ましい実施形態を参照して具体的に示しかつ説明してきたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態および細部に様々な変更がなされ得ることは当業者には理解されよう。

シリコン基板中に形成された２つの画素を示すイメージャの一部を示す断面図である。単一の、より低い解像度の画素に相互ビニングされた４個の個別画素を示す図である。シリコン基板中に形成された２個の画素を示すイメージャの一部を示す断面図であり、画素をビニングする方法を示す図である。高い解像度のイメージャを形成する、いくつかの個別画素を有するイメージャを示す図である。より低い解像度のイメージャを形成する、４個の画素からなるグループに相互ビニングされた個別画素を有するイメージャを示す図である。イメージャの異なるセクション中に可変解像度を有するイメージャを示す図である。イメージャの異なるセクション中に３つの解像度水準を有するイメージャを示す図である。演算子または処理装置の入力と、検出ユニットへの出力を有する画素を示す構成図である。

符号の説明

１０基板
１２第１のＮウェル
１４第２のＮウェル
１６電気接続
１８第１の画素
２０第２の画素
２２Ｎ⁺領域
２４酸化ゲート
２６ゲート電極
１００個別画素
１０２電気接続
１１０第１の拡張画素
１１２第２の拡張画素
２００イメージャ
２１０コンピュータ処理装置
２２０演算子
２３０検出ユニット

Claims

画素のそれぞれが集積周期中に、その前記画素を照射する光量に関する出力信号を供給する、いくつかの前記画素を提供するステップと、
前記複数の画素の一部または全部のフレームを形成するステップと、
前記フレームが、前記画素の個別画素および１つまたは複数のグループを備え、前記画素の前記グループのそれぞれが、前記集積周期中に、その画素グループの中の前記画素を照射する光量に関する出力信号を供給し、それによって前記フレーム内部の前記イメージャの異なるセクションに対して異なる解像度を与える、前記フレームにおける前記画素の１つまたは複数のグループを相互ビニングするステップと、
前記フレームにおける前記個別画素および前記画素グループを読み出すことによって画像信号を形成するステップと、
を含むイメージャにおいて可変解像度画像信号を形成する方法。
前記フレームが幾本かのラインから構成され、前記ラインのそれぞれが、個別画素、相互ビニングされた画素のグループ、または個別画素と相互ビニングされた前記画素のグループの両方を含み、さらに前記フレームが一度に１本のラインごとに読み出される、請求項１に記載の方法。
前記画素の前記グループのそれぞれが、前記集積周期中に、その画素グループ中の前記画素を照射する光の平均量に関する出力信号を供給する、請求項１に記載の方法。
コンピュータ処理装置をさらに備え、前記処理装置が、前記画素のグループを形成するために前記画素のうちのどの画素を相互にビニングするかを制御する、請求項１に記載の方法。
より高い解像度を有する前記フレームの当該領域がより低い解像度を有する前記フレームの当該領域よりもより大きな照射を受ける、請求項１に記載の方法。
前記画像信号が画像を表し、前記イメージャの異なるセクションに対する解像度が前記画像の特徴に基づいて選択される、請求項１に記載の方法。
前記フレームにおける前記画素の１つまたは複数のグループを前記相互ビニングするステップが、前記集積周期の前に実現される、請求項１に記載の方法。
前記画像信号の帰還を使用して前記イメージャの異なるセクションに対する解像度を決定する、請求項１に記載の方法。
画素のそれぞれが集積周期中に、その前記画素を照射する光量に関する出力信号を供給する、複数の画素を提供するステップと、
前記複数の画素の一部または全部のフレームを形成するステップと、
前記フレームが、相互ビニングされた前記画素の前記グループを備え、前記画素の前記グループのそれぞれが、前記集積周期中に、その画素グループの中の前記画素を照射する光量に関する出力信号を供給し、さらに前記イメージャの解像度が、それぞれのグループに相互ビニングされた画素数によって決定される、前記フレーム中の前記画素のグループを相互ビニングするステップと、
前記フレーム中の前記個別画素および前記画素グループを読み出すことによって画像信号を形成するステップと、
を含むイメージャにおいて可変解像度画像信号を形成する方法。
前記フレームが幾本かのラインから構成され、前記ラインのそれぞれが、相互ビニングされた前記画素の前記グループを含み、さらに前記フレームが一度に１本のラインごとに読み出される、請求項９に記載の方法。
前記画素の前記グループのそれぞれが、前記集積周期中に、その画素グループ中の前記画素を照射する光の平均量に関する出力信号を供給する、請求項９に記載の方法。
処理装置をさらに備え、前記処理装置が、前記画素の前記グループを形成するために前記画素のうちのどの画素を相互ビニングするかを制御し、それによって前記イメージャの解像度を制御する、請求項９に記載の方法。
前記イメージャの解像度が、前記イメージャの動作時に演算子によって制御される、請求項９に記載の方法。
前記画素の各前記グループの画素数が同じである、請求項９に記載の方法。
前記フレームにおける前記第２の画素数からなるグループを前記ビニングするステップが前記集積周期の前に実現される、請求項９に記載の方法。
前記画像信号の帰還を使用して前記イメージャの解像度を決定する、請求項９に記載の方法。
前記画像信号が画像を表し、さらに相互ビニングされた画素の前記グループの大きさが前記画像の特徴に基づいて選択される、請求項９に記載の方法。
各画素が、集積周期中に、その前記画素を照射する光量に関する出力信号を供給する、前記画素と、
前記複数の画素の一部または全部のフレームと、
前記フレームが、前記画素の個別画素および１つまたは複数のグループを備え、前記画素の前記グループのそれぞれが、前記集積周期中に、その画素グループの中の前記画素を照射する光量に関する出力信号を供給し、それによって前記フレーム内部の前記イメージャの異なるセクションに対して異なる解像度を与える、前記フレーム中の相互ビニングされた前記画素の１つまたは複数のグループと、
前記フレーム中の前記個別画素および前記画素グループを読み出すことによって形成された画像信号と、
を備える可変解像度イメージャ。
前記フレームが幾本かのラインから構成され、前記ラインのそれぞれが、個別画素、相互ビニングされた画素のグループ、または個別画素と相互ビニングされた前記画素のグループの両方を含み、さらに前記フレームが一度に１本のラインごとに読み出される、請求項１８に記載の可変解像度イメージャ。
前記画素の前記グループのそれぞれが、前記集積周期中に、その画素グループ中の前記画素を照射する光の平均量に関する出力信号を供給する、請求項１８に記載の可変解像度イメージャ。
処理装置をさらに備え、前記処理装置が、前記画素のグループを形成するために前記画素のうちのどの画素を相互ビニングするかを制御する、請求項１８に記載の可変解像度イメージャ。
より高い解像度を有する前記フレームの当該領域が、より低い解像度を有する前記フレームの当該領域よりもより大きな照射を受ける、請求項１８に記載の可変解像度イメージャ。
前記画像信号が画像を表し、前記イメージャの異なるセクションに対する解像度が前記画像の特徴に基づいて選択される、請求項１８に記載の可変解像度イメージャ。
前記フレーム中の前記画素の１つまたは複数のグループの前記相互ビニングが、前記集積周期の前に実現される、請求項１８に記載の可変解像度イメージャ。
前記画像信号の帰還を使用して前記フレーム内部の前記イメージャの異なるセクションに対する解像度を決定する、請求項１８に記載の可変解像度イメージャ。
前記画素のそれぞれが、集積周期中に、その前記画素を照射する光量に関する出力信号を供給する、複数の画素と、
前記複数の画素の一部または全部のフレームと、
前記フレームが、相互ビニングされた前記画素のグループを備え、前記画素の前記グループのそれぞれが、前記集積周期中に、その画素グループの中の前記画素を照射する光量に関する出力信号を供給し、さらに前記イメージャの解像度がそれぞれのグループに相互ビニングされる画素数によって決定される、前記フレーム中の相互ビニングされた前記画素のグループと、
前記フレームにおける前記個別画素および前記画素グループを読み出すことによって形成された画像信号と、
を備える可変解像度イメージャ。
前記フレームが幾本かのラインから構成され、前記ラインのそれぞれが相互ビニングされた前記画素の前記グループを含み、さらに前記フレームが一度に１本のラインごとに読み出される、請求項２６に記載の可変解像度イメージャ。
前記画素の前記グループのそれぞれが、前記集積周期中に、その画素グループ中の前記画素を照射する光の平均量に関する出力信号を供給する、請求項２６に記載の可変解像度イメージャ。
処理装置をさらに備え、前記処理装置が、前記画素の前記グループを形成するために前記画素のうちのどの画素を相互ビニングするかを制御し、それによって前記イメージャの解像度を制御する、請求項２６に記載の可変解像度イメージャ。
前記イメージャの解像度が、前記イメージャの動作時に演算子によって制御される、請求項２６に記載の可変解像度イメージャ。
前記画素の前記グループのそれぞれの中の画素数が同じである、請求項２６に記載の可変解像度イメージャ。
前記フレーム中の前記第２のの画素数からなるグループの前記ビニングが前記集積周期の前に実現される、請求項２６に記載の可変解像度イメージャ。
前記画像信号の帰還を使用して前記イメージャの解像度を決定する、請求項２６に記載の可変解像度イメージャ。
前記画像信号が画像を表し、さらに相互ビニングされた画素の前記グループの大きさが前記画像の特徴に基づいて選択される、請求項２６に記載の可変解像度イメージャ。