JP2006340358A

JP2006340358A - ピクセルアレイの読み出しノイズを低減するためのシステム及び方法

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Publication number: JP2006340358A
Application number: JP2006149390A
Authority: JP
Inventors: Charles Grant Myers; チャールズ・グラント・マイヤーズ
Original assignee: Avago Technologies General IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2006-12-14
Also published as: GB2426883A; KR20060125552A; TWI333368B; TW200711457A; GB2426883B; CN1909596A; GB0610771D0; US20060268137A1

Abstract

【課題】ピクセルアレイの読み出しノイズを低減すること
【解決手段】捕捉されたイメージのピクセル信号の読み出し経路(375a-375n)を分散することができるイメジーングデバイス(300)を利用するシステム及び方法。デバイスは、ピクセルの複数のセット(351a-351n)に構成されたピクセルアレイ(340)を含み、ピクセルの各セットにおける各ピクセルは、個々の光のレベルに対応する信号を蓄えるように動作可能である。デバイスは、ピクセルアレイに結合された複数の読み出し経路を有する読み出し回路(375)をさらに含み、読み出し段階毎に、ピクセルの各セット(351a-351n)の１つのピクセルに１つの読み出し経路(375a-375n)を一致させるためのパターンを設定するように動作可能な読み出し経路選択回路をさらに含む。このパターンはセット毎に異なっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ピクセルアレイの読み出しノイズを低減することに関する。

デジタルカメラ及びデジタルイメージング装置は一般に、ＣＭＯＳ（相補形金属酸化膜半導体）アレイ又はＣＣＤ（電荷結合デバイス）アレイのようなピクセルアレイを使用して、ピクセル毎に光を取り込んでデジタルイメージを形成する。光が典型的なピクセルに当たる場合、フォトダイオードのような感光デバイスがそのピクセル上に入射する光の量に対応するレベルまで帯電する。ひとたび電荷が感光デバイスに蓄えられると、電荷を用いて、対応する光のレベルを表す電気パルスが生成される。一般に電圧として表されるこの電気パルスは、既知のアナログ及びデジタル処理方法に従って、操作されて格納され得る。係る既知の方法の１つが、図１の従来のイメジーングシステムに関連して説明され得る。

図１は、イメージとして入射光を収集して蓄えるための従来のイメジーングシステム１００の一部を示す。システムは、この例の目的でＣＭＯＳアレイとすることができるピクセルアレイ１４０を含む。ピクセルアレイ１４０は一般に、行制御回路１５０が行毎にピクセルを操作するために使用され、列読み出し回路１６０が列毎にピクセルをサンプリングするために使用され得るように、行１５１ａ〜１５１ｎ、及び列１６１ａ〜１６１ｎに構成される。

イメージ捕捉方法の典型的な「読み出し」段階中に、各ピクセルの対応する電圧信号が読み出されて蓄えられ得る。行制御回路１５０は、蓄えられた電荷が各列１６１ａ〜１６１ｎに対応する読み出し回路１６２ａ〜１６２ｎを介して、列読み出し回路１６０を通じて伝わる電圧信号に変換される得るように、第１の行１５１ａをイネーブルにする。即ち、第１の行１５１ａの読み出し段階中に、第１の列１６１ａのピクセルから生成された電圧信号は、第１の読み出し回路１６２ａを介して読み出され、第２の列１６１ｂのピクセルは第２の読み出し回路１６２ｂを介して読み出され、第３の列のピクセルは第３の読み出し回路１６２ｃを介して読み出される等である。

このように、所与の行１５１ａ〜１５１ｎの各ピクセルは、列読み出し回路１６０を介して同時に読み出され得る。全ての行が読み出されるまで、このプロセスは、次の行１５１ｂ、及びその次の行１５１ｃに関して繰り返す。列読み出し回路１６０の読み出し回路１６２ａ〜１６２ｎは一般に、ピクセルから収集されたデータがサンプリングされてメモリ（図示せず）に格納され得るように、マルチプレクサ（同様に図示せず）に結合される。次いで、収集されたデータは、各ピクセルによって取り込まれた光を表すイメージを形成するように再構成され得る。

しかしながら、専用の各読み出し回路１６２ａ〜１６２ｎを介してピクセルの各列１６１ａ〜１６１ｎの各ピクセルを読み出す場合に、問題が生じる可能性がある。読み出し回路１６２ａ〜１６２ｎは一般に、製造上のばらつき、性能のばらつき、及びまとめて「エラー」と呼ばれる他の現象を受けやすいＭＯＳＦＥＴトランジスタ等のような固体デバイスからなる。エラーは任意の所与のデバイスにおいて非常に問題が多いので、デバイスが製造される目的を実現できない。しかしながら、ほとんどのエラーはわずかであり、製造プロセス中に補修、及び／又は取り除くためにコスト効率がよくない場合が多い。従って、ほとんどの電子装置において、許容誤差、及びエラー範囲が設けられ、予想され、対処され、及び／又は概して結果として生じるシステムのために設計される。ピクセルアレイ１４０の読み出し回路１６２ａ〜１６２ｎ（一般に１つの集積回路上の全て）の製造において極度に不経済な許容誤差を避けるために、エラーを有する製造が一般に予想されるが、図２に示されるように著しいノイズ源になる可能がある。

図２は、１つの列読み出し回路が著しいエラーを有する、図１の従来のイメジーングシステム１００により収集されたデータから構成されたデジタル画像２００を示す。一般に、ピクセル自体で生じる可能性のあるエラーは、さほど問題にならない。例えば、数百万個のピクセルを有するピクセルアレイにおいて、人間の目が、そのピクセルアレイにより収集されたデータから再構成された画像において少数の「不良のピクセル」に気づくことは非常に困難である。しかしながら、エラーが１つ又は複数の読み出し回路１６２ａ〜１６２ｎにおいて生じる場合、エラーを起こしやすい読み出し回路を介して伝わる、全ての行の各ピクセルに対応する電圧信号毎にエラーが繰り返されるので、ノイズがもたらされる。従って、１つの特定の読み出し回路がノイズをもたらすエラーを有する場合、実際には、イメージの結果としてのノイズは、人間の目にわかるようになる。さらに、取り込まれた光を表す信号のより高い増幅を必要とする低輝度状態では、１つ又は複数の読み出し回路のエラーはなおさら悪化する。

図２で看取され得るように、デジタルイメージ２００は、非常に望ましくない暗線２１０（説明のために誇張されている）を生じる単一の行毎に繰り返された単一の列におけるエラーから生じたノイズを示す。従って、単一の読み出し回路における単一のエラーですら、イメジーングシステム１００により収集された結果としてのイメージに顕著な影響が生じる。

一般に、これらのタイプの問題を生じる可能性があるエラーは、列の不整合のエラー、製造上のばらつきに起因してデバイスのサイズが異なること、ＭＯＳＦＥＴのしきい値電圧範囲のオフセット等を含む。これらのタイプのエラーは、多くの場合、製造プロセスにおいて完全に取り除くことは困難である。従って、たとえ列の読み出し回路１６０に１つのエラーが生じたとしても、読み出し回路１６２ａ〜１６２ｎを介したデータ収集の繰り返しの特徴により、全体のＩＣが使用できなくされる可能性がある。

従って、本発明の課題は、上述した技術的な問題を克服、又は少なくとも緩和することにある。

本発明の一実施形態は、捕捉されたイメージのピクセル信号の読み出し経路を分散することができるイメジーングデバイスを利用するシステム及び方法を対象とする。デバイスは、ピクセルの複数のセットに構成されたピクセルアレイを含み、ピクセルの各セットにおける各ピクセルは、個々の光のレベルに対応する信号を蓄えるように動作可能である。デバイスは、ピクセルアレイに結合された複数の読み出し経路を有する読み出し回路をさらに含み、各読み出し経路は、ピクセルの１つのセットにおける対応するピクセルに蓄えられた信号を読み出すように動作可能であり、各読み出し経路は、ピクセルの各セットに対する読み出し段階中の１つのピクセルに対応する。デバイスは、読み出し回路に結合され、読み出し段階毎に、ピクセルの各セットの１つのピクセルに１つの読み出し経路を一致させるためのパターンを設定するように動作可能な読み出し経路選択回路をさらに含み、このパターンはセット毎に異なっている。

イメージ捕捉デバイス内で読み出し経路分散システムを利用することにより、エラーを起こしやすい読み出し回路を介して伝わる任意の信号にノイズがもたらされるようなエラーを有する可能性がある任意の特定の読み出し回路が存在しても、任意の再構成されて格納されたイメージにおける結果としての影響が低減される。従来のイメジーングシステムの場合のように全てを１つに整列する代わりに、ノイズがいくつかのイメージの列にわたって分散される。この結果、分散されたノイズは、各行の読み出し経路がランダムにパターン化されることにより、エラーを起こしやすい読み出し回路により影響を受けるピクセルの信号が異なる列に対応するので、人間の目にはあまりわからない。

本発明によれば、読み出し経路をランダム化する、又は体系的に変更することにより、エラーを起こしやすい読み出し回路からのノイズが、目に見えにくいように分散されて、最終的な画像でのノイズの影響が低減される。従って、イメジーングデバイスの歩留まりを向上させることが可能になる。

上述の態様、及び本発明の付随する多くの利点は、添付図面に関連して参酌された場合に、より容易に理解されるようになり、同様に以下の詳細な説明を参照することによってより良く理解されるようになる。

以下の説明は、当業者が本発明を行って使用することを可能にするために提供される。本明細書で説明される一般的原理は、本発明の思想、及び範囲から逸脱せずに、上述したもの以外の実施形態、及び用途に適用され得る。本発明は、図示された実施形態に限定することは意図されていないが、本明細書で開示、又は示唆される原理及び特徴と一致する最も広い範囲を与えられるべきである。

図３は、本発明の実施形態に従って、ピクセルアレイ３４０を用いて入射光を収集して蓄えるためのイメジーングシステム３００の一部を示す。この実施形態において、各ピクセルの読み出し経路は、読み出し経路回路３７０を介して行毎に操作される。システム３００は、この実施形態の目的でＣＭＯＳアレイとすることができるピクセルアレイ３４０を含む。当業者には理解されるように、ＣＣＤアレイのような任意のピクセルアレイも使用することができる。慣例により、ピクセルアレイ３４０は一般に、行制御回路３５０を用いて行毎にピクセルを操作することができ、列読み出し回路３７５を用いて列毎にピクセルをサンプリングできるように、行３５１ａ〜３５１ｎ及び列３６１ａ〜３６１ｎに構成される。

また、当業者には理解されるように、行と列の制御は、制御回路３５０と３７５が行と列に必ずしも関連付けられる必要がない場合、正反対にすることができる。むしろ、本明細書で使用される基準と概念は、グループ選択回路（行制御回路３５０）及びピクセル選択回路（列読み出し回路３７５）を簡単に参照することができる。しかしながら、本開示の残りの部分の全体にわたって、行制御回路３５０及び列制御回路３７５はこれらのコンポーネントを参照するために使用される。

典型的なイメージ捕捉手順において、ピクセルアレイ３４０に当たる光は、例えば、カメラにおいてシャッタが迅速に開いて閉じた場合のように、光にさらされた場合に入射光のレベルに対応する電荷を、各ピクセルにおいて誘起することができる。各ピクセルにおいて誘起された電荷は、ピクセルアレイ３４０上に一時的に入射したイメージを表す。次いで、イメジーングシステム３００は、誘起された電荷のレベルに対応する生成された電圧信号として、各ピクセルの電荷を読み出すことができる。次いで、電圧信号が測定されて、メモリに格納されるべきデジタル値を割り当てられ得る。

イメージ捕捉手順の読み出し段階中に、ピクセルアレイ３４０の各ピクセルは、対応する電圧信号が大きさに関して個々に測定され得るように、サンプリングされ得る。従って、行選択回路３５０（グループ選択）は、各ピクセルにおける行トランジスタ（詳細に図示されない）をオンする、行制御線上に高の電圧信号を生じさせることにより、読み出しのためにピクセルの全行（グループ）を分離する。次いで、イネーブルにされた行の各ピクセルは、列線が列読み出し回路３７５から高の電圧信号（列トランジスタをオンにし、やはり詳細に図示されない）で起動された場合に、蓄えられた電圧信号を求めるためにサンプリングされる。従って、各列３６１ａ〜３６１ｎは、クロックドシーケンスに従って列毎にサンプリングされることができ、活性化された行の各信号における各電圧信号が読み出され得る。このプロセスは、ピクセルアレイ３４０の各ピクセルが読み出されて、イメージがメモリ（図示せず）に格納されるまで、行毎に繰り返される。

上記の背景技術において説明されたように、各列３６１ａ〜３６１ｎの各ピクセルは読み出し回路３７５ａ〜３７５ｎに関連付けられ得る。しかしながら、従来技術とは異なり、各列が行毎に追従する特定の読み出し経路が変更され得る。この実施形態において、読み出し経路選択回路３７０が、列読み出し回路３７５とピクセルアレイ３４０の各列３６１ａ〜３６１ｎとの間に結合される。読み出し経路選択回路３７０は、個々の列３６１ａ〜３６１ｎが異なる読み出し回路３７５ａ〜３７５ｎに関連付けられ得る（即ち、読み出し経路選択回路３７０を介して電気的に結合される）ように、読み出し経路制御回路３８０により制御される。

従って、ピクセルの任意の所与の列３６１ａ〜３６１ｎに対する特定の読み出し経路は、列読み出し回路３７５ａ〜３７５ｎ間でランダム化される、又は体系的に入れ換えられ得る。即ち、所与の行のピクセルが読み出されるパターンは、行毎にシャッフルされ得る。１つの特定の読み出し回路３７５ａ〜３７５ｎがエラーを起こしやすい場合、そのエラーを起こしやすい読み出し回路を介して読み出される列３６１ａ〜３６１ｎは、行毎に異なる。次いで、不良の読み出し経路に起因した結果としてのノイズは、結果として格納されたイメージにおけるいくつかのイメージ列にわたって分散される。その適切な形式でイメージを格納するために、やはり読み出し経路制御回路３８０によって制御される読み出し経路再構築回路３９０が、それらの元の順序に戻すように列信号を再配分する。即ち、読み出し経路再構築回路３９０は、マルチプレクサ（図示せず）を介してメモリ（同様に図示せず）に最終的に格納するための既に読み出されたピクセル信号を逆にシャッフルする。

例えば、読み出し段階中に、第１の行３５１ａが第１の行パターンに従って読み出され得る。従って、第１の行３５１ａの第１の列３６１ａにおけるピクセルは、第１の読み出し経路３７５ａを介して読み出され、第１の行３５１ａの第２の列３６１ｂのピクセルは、第２の読み出し経路３７５ｂを介して読み出され、第１の行３５１ａの第３の列３６１ｃのピクセルは、第３の読み出し経路３７５ｃを介して読み出され得る等である。次いで、第１の行が読み出された後、第２の行３５１ｂが同様に読み出され得るが、それは異なる読み出しパターンによる。従って、第２の行３５１ｂの読み出しにおいて、第２の行３５１ｂの第１の列３６１ａにおけるピクセルは、第２の読み出し経路３７５ｂを介して読み出され、第２の行３５１ｂの第２の列３６１ｂにおけるピクセルは、第３の読み出し経路３７５ｃを介して読み出され、第２の行３５１ｂの第３の列３６１ｃにおけるピクセルは、第４の読み出し経路（詳細に図示せず）を介して読み出され得る等である。また、残りの行３５１ｃ〜３５１ｎも同様に、ランダムに、又は所定のパターンで読み出され得る。

このように、読み出し回路３７５ａ〜３７５ｎの１つ、例えば第２の読み出し回路３７５ｂがエラーを起こしやすい場合、エラーを起こしやすい読み出し回路３７５ｂからの結果としてのノイズは、異なる列３６１ａ〜３６１ｎからの異なるピクセル信号間に分散される。上記の例において、第１の行３５１ａは、第２の列３６１ｂのピクセルにノイズ（エラーを起こしやすい読み出し回路３７５ｂからのノイズ）を有するが、第２の行３５１ｂは第３の列３６１ｃからのピクセル信号にノイズを有する等である。読み出し経路をランダム化する、又は体系的に変更することの効果は、図４の結果としてのイメージにおいてより容易に看取され得る。

図４は、本発明の実施形態に従って、４つの列にわたって体系的に分散された読み出し経路を有する、図３のイメジーングシステム３００により収集されたデータから構成されたデジタル画像４００を示す。看取されるように、１つの特定の読み出し経路に関連したノイズは、ノイズが図２の画像よりも目に見えにくいように、分散されている。当然のことながら、ノイズの影響は、図２において、説明のために通常よりもより詳細に示されている。一般に、数百万個のピクセルを扱う場合の単一のピクセルは、人間の目にはわからない。

図３及び図４に関連して説明された実施形態は、読み出し経路を分散させるために、４つの列のグループ化を利用する。即ち、１，０００〜１００，０００の範囲に達することができる列３６１ａ〜３６１ｎの全ては、それぞれ４つの列のグループ又はサブセットに分けられ、各サブセットが同様に４つの関連する読み出し回路に関連付けられるようになっている。従って、列の各サブセット内では、特定の読み出し経路は、列のグループ化に関連した４つの読み出し回路の１つとすることができる。列の読み出し経路を４つからなるサブセット間に分散させるためのパターンは、読み出し経路制御回路３８０内の無作為抽出装置（図示せず）により指定されるように、本当にランダムにすることができる。例えば、無作為抽出装置は、パターンに対応する乱数を提供することができる。次いで、行毎に、各サブセット内のそれぞれの特定の列は、４つの列のそれぞれが専用の読み出し回路を介して一意に読み出されるように、４つの関連した読み出し経路の１つから読み出され得る。例えば、４つの列の各サブセットにおいて、（適切に列１、２、３、４と命名されると）第１の行の読み出し経路のランダムパターンは、読み出し回路３、２、１、４とすることができ、第２の行の読み出し経路のランダムパターンは、１、３、２、４とすることができ、第３の読み出し経路のパターンは、４、３、２、１とすることができる等である。従って、４つからなるグループの各列の関連した読み出し回路は、ランダムに、４つの読み出し回路の任意の１つとすることができる。

代案として、読み出し経路制御回路３８０は、各行に対する列のそれぞれのグループ化に対して、規定された所定のパターン（即ち、ランダムではない）を提供してもよい。従って、第１の行において、１、２、３、４と付番された列のパターンは、読み出し経路１、２、３、４とすることができる。次の行において、読み出しパターンは、２、３、４、１となるようにシフトすることができ、次の行は３、４、１、２となるように再びシフトすることができる等である。このように、エラーを起こしやすい列に関連した任意のノイズは、人間の目にランダムパターンとして見えるだけ、やはり分散され得るが、読み出し経路の制御回路に格納された所定のパターンに従って、読み出し経路間で体系的に入れ換えられる。

どんな読み出し経路パターンが図３のイメジーングシステム３００に使用されても、それは、イメージがメモリに格納される場合にイメージを再構成するために同様に使用される。読み出し経路制御回路３８０は、読み出し経路回路３７０に結合されるだけでなく、読み出し経路再構築回路３９０にも結合される。そういうものだから、特定の列信号を伝えるのがどの読み出し経路であるかを決定するために、読み出し経路回路３７０の読み出し経路制御回路３８０により指定されたパターンは、読み出し経路再構築回路３９０をピクセルの所与の行に適切な読み出し経路に設定するためにも使用される。例えば、読み出し経路制御回路が、４つの列からなる各サブセット用の１、４、３、２のパターンを読み出し経路回路３７０に提供することができる。次いで、このパターンは、１、４、３、２の同じパターンで各サブセットから読み出すために読み出し経路再構築回路３９０にも提供され、そのため、結果としてのデータはその適切な前後関係で格納される。

図３及び図４の実施形態は、読み出し経路の分散のために４つからなるサブセットに指定された列を有するように説明された。他の実施形態において、列は、８個又は１６個からなるサブセットに指定されてもよい。上述したのと同様に、読み出し経路は、８個又は１６個の列のサブセットにわたって同様にランダムに、又は体系的に分散され得る。さらに、サブセットは、全ての列からなる単一のグループ化さえも含む、任意の数の列とすることができる。しかしながら、より大きな列のグループ化に関連する回路は、非常に複雑であるので、限られた空間を有する用途において実現できない可能性がある。

さらに別の実施形態において、それぞれの列読み出し経路は、１行毎に１つ又は２つだけシフトされ得る。例えば、第１の行の第１の列は、第１の読み出し経路を介して読み出され、第２の行の第２の列は、第２の読み出し経路（又は、２つだけシフトされている場合には第３の読み出し経路）で読み出され、第３の行の第３の列は、第３の読み出し経路（又は、２つだけシフトされた第５の読み出し経路）により読み出され得る等である。１つ又は２つの列だけ読み出し経路をシフトすることは、ランダムな経路分散、又は所定のパターンの分散とほぼ同じ態様で読み出し経路制御回路３８０により制御され得る。

さらに別の実施形態において、読み出し経路の分散の第２の層が実現されてもよい。この実施形態において、各列は、上述したように、４つの列からなるサブセット、及び４つの読み出し経路に関連付けられ得る。さらに、第２の読み出し経路回路（図示せず）が、経路分散の第２の段（層）における列の各サブセットに第２の読み出し経路分散を提供することができる。従って、エラーを起こしやすい読み出し経路が、４つの第１のレベルの列の１つ、及び追加の４つの列のサブセットの１つにわたって分散され得る。２つの段の読み出し経路の分散の結果は、読み出し経路のエラーに起因した目に見えるノイズがさらに少なくなったイメージである。この場合も、任意の数の列、及び列のサブセットが実現され得る。さらに、任意の数の段が、よりランダムに見える分散のパターンを達成するために実現され得る。

図５は、本発明の実施形態に従って、図３のイメジーングデバイス３００を含むイメジーングシステム５００のブロック図を示す。システム５００は、デジタルカメラ、デジタルカメラ付き携帯電話、又はデジタルイメージ捕捉装置を利用する他の電子デバイスとすることができる。係る装置は、任意のサイズと任意の数のピクセルからなることができ、ピクセルのそれぞれは、個々のフォトダイオード又は他の光検出デバイスを含む。イメジーングシステム５００は、光子収集の主なタスクの向こうにある多数の処理及び制御機能を直接的に単一のシェル状ケースパッケージ上へ組み込むことができる。これらの機能は一般に、タイミングロジック、露光制御、アナログ／デジタル変換、シャッタ動作（shuttering）、ホワイトバランス、利得調整、及び初期イメージ処理アルゴリズムを含む。

１つの一般的なピクセルアレイ３４０は、フォトダイオード（図示せず）及び読み出し増幅器（同様に図示せず）の双方が各ピクセルに組み込まれているアクティブピクセルセンサ（active pixel sensor：ＡＰＳ）技術を中心に構築される。これにより、フォトダイオードにより蓄積された電荷がピクセルの内部で増幅された電圧信号に変換され、順次的な行及び列でチップのアナログ信号処理部分に伝達されることが可能になる。

このように、各ピクセルは、フォトダイオードに加えて、蓄積された電子電荷を測定可能な電圧に変換し、フォトダイオードをリセットし、及び電圧を縦の列バスに伝達する三つ組のトランジスタを含む。結果としてのアレイ３４０は、各交点、即ち各ピクセルにフォトダイオード及び関連した信号準備回路を含む、金属の読み出しバスからなる組織的なチェッカーボード（市松模様）である。バスは、タイミング信号をフォトダイオードに適用し、アレイ３４０から離れて収容されたアナログ復号及び処理回路に読み出し情報を戻す。この設計により、アレイ３４０の各ピクセルからの信号が、単純なｘ、ｙアドレス指定技術を用いて読み出されることが可能になる。

ピクセルは一般に、１２８×１２８ピクセル（１６ｋピクセル）からより一般的な１２８０×１０２４ピクセル（百万ピクセルより多い）までのサイズの範囲を有することができる直交格子に構成される。高精細度テレビ（ＨＤＴＶ）用に設計されたもののような最新のアレイ３４０のいくつかは、２０００平方ピクセルを越える非常に大きなアレイに構成された数百万ピクセルを含む。アレイの各行と各列を構成する全ピクセルからの信号は、ピクセルの電荷蓄積データからイメージを組み立てるために、正確に検出されて測定（読み出し）されなければならない。ピクセルアレイ３４０の他の用途として、次に図５の完全なイメジーングシステム５００は、手持ち式のデジタルカメラ、携帯電話のカメラ、パーソナルデータアシスタントのカメラシステム、及びパーソナルコンピュータのカメラシステムを含む。

図５のシステムは、バス５２０に結合された中央処理ユニット（ＣＰＵ）５１５を含む。また、バス５２０には、ピクセルアレイ３４０により捕捉されたデジタルイメージを格納するためのメモリ５２５も結合される。ＣＰＵ５１５は、バス５２５を介してピクセルアレイ３４０を制御することにより、イメージの捕捉（キャプチャ）を容易にし、ひとたびイメージが捕捉されると、メモリに５２５にデジタル形式でイメージが格納される。

イメジーングシステム５００は、図３に関連して上述したようなイメージの捕捉及びデジタル化を容易にするためのいくつかのコンポーネントを含み、係るコンポーネントは、イメージキャプチャの電子回路に関連した技術においてよく知られている。ピクセルアレイ３４０の各ピクセルは、行制御回路３５０に結合され、読み出し経路選択回路３８０により制御されるように、読み出し経路回路３７０を介して列読み出し回路３７５に結合される。次いで、読み出し経路は、読み出し経路再構築回路３９０によって逆にシャッフルされて、最終的にマルチプレクサ５８５に渡され得る。代替の実施形態において、読み出し経路再構築回路３９０及びマルチプレクサ５８５は、双方のタスクを扱う１つのコンポーネントとすることができる。一括して、これらのコンポーネントは、上述したようにイメージを取り込む（キャプチャする）ための制御信号を容易にする。さらに、ＣＭＯＳアレイ３４０の各ピクセルは一般に、Ｖｄｄ５１１及び接地５１２（個々の接続は図示されない）に結合される。

典型的なイメージ捕捉手順の間、各ピクセルの電圧信号は、読み出し経路回路３７０及び読み出し経路再構築回路３９０のために読み出し経路制御回路３８０により決定された特定のパターンを経由して、列読み出し回路３７５により読み出され、マルチプレクサ５８５に送られる。マルチプレクサ５８５は、各ピクセルにおいて捕捉された電圧信号を表す単一の多重化信号に各電圧信号を組み合わせる。増幅段（図示せず）の後で、この信号はアナログ／デジタル変換器５９０によりデジタル信号に変換されて、バス５２０に伝達される。次いで、ＣＰＵは、多重化デジタル信号をメモリ５２５に格納することを容易にする。

本発明は、種々の修正形態及び代替の構成が可能であるが、それらの特定の例示的な実施形態が図面に示され詳細に上述された。しかしながら、理解されるべきは、本発明を開示された特定の形態に限定する意図はなく、それどころか全ての修正形態、代替の構成、及び本発明の思想と範囲内に入る等価物を網羅することが意図されている。

以下においては、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施形態を示す。
１．ピクセルの複数のセットに構成されたピクセルアレイであって、ピクセルの各セットにおける各ピクセルが、個々の光のレベルに対応する信号を蓄えるように動作可能である、ピクセルアレイと、
前記ピクセルアレイに結合された複数の読み出し経路を有する読み出し回路であって、各読み出し経路が、ピクセルの１つのセットにおける対応するピクセルに蓄えられた信号を読み出すように動作可能であり、各読み出し経路が、ピクセルの各セットに対する読み出し段階中の１つのピクセルに対応する、読み出し回路と、
前記読み出し回路に結合され、読み出し段階毎に、ピクセルの各セットの１つのピクセルに１つの読み出し経路を一致させるためのパターンを設定するように動作可能な読み出し経路選択回路とを含み、
前記パターンがセット毎に異なっている、イメジーングデバイス。
２．ピクセルの各セットが、ピクセルの行に対応し、ピクセルの各行の各ピクセルが、ピクセルの列に対応する読み出し経路を介して読み出される、上記１に記載のイメジーングデバイス。
３．前記ピクセルアレイに結合され、前記ピクセルの複数のセットの中からどのピクセルのセットが読み出されているかを制御するように動作可能なセット制御回路をさらに含む、上記１に記載のイメジーングデバイス。
４．前記ピクセルアレイが、相補形金属酸化膜半導体のアレイ、及び電荷結合デバイスのアレイを含むグループの１つからなる、上記１に記載のイメジーングデバイス。
５．前記読み出し経路選択回路が、ピクセルの個々のセットのそれぞれに対する読み出し経路のパターンに対応する乱数を提供するように動作可能な無作為抽出装置をさらに含む、上記１に記載のイメジーングデバイス。
６．前記読み出し経路選択回路が、ピクセルの個々のセットのそれぞれに対する読み出し経路のパターンに対応する数の所定のパターンを提供するように動作可能なパターン生成器をさらに含む、上記１に記載のイメジーングデバイス。
７．マルチプレクサをさらに含み、前記マルチプレクサが、
各読み出し経路からの信号を受信し、
前記読み出し経路選択回路からのパターン信号を受信し、
各読み出し経路がピクセルの各セットにおけるピクセルの元の順序に対応するパターンで読み出されるように、前記パターン信号を解釈し、
前記ピクセルアレイの蓄えられた値に対応する多重化信号を生成するように動作可能である、上記１に記載のイメジーングデバイス。
８．ピクセルの各セットがピクセルのサブセットにさらに細分化され、ピクセルの各サブセットは、前記読み出し経路選択回路がピクセルの各サブセットに対応するパターンを設定するように、読み出し経路のサブセットに対応する、上記１に記載のイメジーングデバイス。
９．ピクセルの各サブセットが、４ピクセル、８ピクセル、及び１６ピクセルからなるグループから選択された数のピクセルからなる、上記８に記載のイメジーングデバイス。
１０．前記第１の読み出し選択回路に結合され、読み出し段階毎に、第２の読み出し経路の１つに第１の読み出し経路の１つのセットを一致させるためのパターンを設定するように動作可能な第２の読み出し経路選択回路をさらに含み、前記パターンがセット毎に異なっている、上記１に記載のイメジーングデバイス。
１１．システムバスを介してイメージ捕捉システムのコンポーネントを制御するように動作可能な処理ユニットと、
前記システムバスに結合された集積回路とを含み、その集積回路が、
ピクセルの複数のセットに構成されたピクセルアレイであって、ピクセルの各セットにおける各ピクセルが、個々の光のレベルに対応する信号を蓄えるように動作可能である、ピクセルアレイと、
前記ピクセルアレイに結合された複数の読み出し経路を有する読み出し回路であって、各読み出し経路が、ピクセルの１つのセットにおける対応するピクセルに蓄えられた信号を読み出すように動作可能であり、各読み出し経路が、ピクセルの各セットに対する読み出し段階中の１つのピクセルに対応する、読み出し回路と、
前記読み出し回路に結合された読み出し経路選択回路であって、読み出し段階毎に、ピクセルの各セットの１つのピクセルに１つの読み出し経路を一致させるためのパターンを設定するように動作可能であり、前記パターンがセット毎に異なっている、読み出し経路選択回路と、
ピクセルに蓄えられた信号に対応する多重化信号を生成するように動作可能なマルチプレクサと、
前記バスに結合され、前記多重化信号を格納するように動作可能なメモリデバイスとを含む、イメージ捕捉システム。
１２．前記マルチプレクサと前記システムバスとの間に結合されたデジタル／アナログ変換器をさらに含む、上記１１に記載のイメージ捕捉システム。
１３．前記集積回路が、手持ち式デジタルカメラ、携帯電話のカメラ、パーソナルデータアシスタントのカメラシステム、及びパーソナルコンピュータのカメラシステムからなるグループの１つに配置される、上記１１に記載のイメージ捕捉システム。
１４．ピクセルアレイ内にイメージデータを収集し、前記ピクセルアレイがピクセルの複数のセットに構成され、
ピクセルの各セットにおける各ピクセルに蓄えられた信号を読み出し、各ピクセルが、前記ピクセルアレイに結合された読み出し回路における個々の読み出し回路経路を介して、各セットに対する読み出しパターンに従って読み出され、
前記読み出しパターンをピクセルのセット毎に異ならせることを含む、方法。
１５．前記読み出しパターンをセット毎にランダム化することをさらに含む、上記１４に記載の方法。
１６．前記読み出しパターンを、所定のセット読み出しパターンに従ってセット毎に異ならせることをさらに含む、上記１４に記載の方法。
１７．前記読み出された信号をイメージデータストリームへ多重化し、前記イメージデータストリームをメモリに格納することをさらに含む、上記１４に記載の方法。
１８．各ピクセルに蓄えられた信号を読み出すことが、
ピクセルのサブセットにさらに細分化されたピクセルから信号を読み出すことをさらに含み、ピクセルの各サブセットは、前記読み出し経路選択回路がピクセルの各サブセットに対応するパターンを設定するように、読み出し経路のサブセットに対応する、上記１４に記載の方法。
１９．ピクセルのサブセットを４つのセットに細分化することをさらに含む、上記１４に記載の方法。
２０．第２段の読み出し経路回路のために読み出し経路のセットをグループ化し、
読み出し経路の各グループを通過する信号を読み出し、各経路が、前記読み出し回路に結合された第２段の読み出し回路における第２段の読み出し回路の個々の経路を介して、経路の各グループに対する第２段の読み出しパターンに従って、読み出され、
読み出し経路のグループ毎に前記第２段の読み出しパターンを異ならせることをさらに含む、上記１４に記載の方法。

デジタルイメージとして入射光を収集して蓄えるための従来のイメジーングシステムの一部を示す図である。１つの列読み出し回路が顕著なエラーを有する、図１の従来のイメジーングシステムにより収集されたデータから構成されたデジタル画像を示す図である。本発明の実施形態に従って、ピクセルアレイを用いて入射光を収集して蓄えるためのイメジーングシステム３００の一部を示す図である。本発明の実施形態に従って、顕著なエラーを有する読み出し回路に関連した４つの列にわたって分散された読み出し経路を有する、図３のイメジーングシステムにより収集されたデータから構成されたデジタル画像を示す図である。本発明の実施形態に従って、図３のイメジーングデバイスを含むイメジーングシステムのブロック図である。

符号の説明

300 イメジーングデバイス
340 ピクセルアレイ
350 行制御回路
351a〜351n 行
361a〜361n 列
370 読み出し経路選択回路
375、375a〜375n 列読み出し回路
380 読み出し経路制御回路
390 読み出し経路再構築回路
500 イメジーングシステム
515 ＣＰＵ
520 バス
525 メモリ
585 マルチプレクサ

Claims

ピクセルの複数のセット（351a〜351n）に構成されたピクセルアレイであって、ピクセルの各セット（351a〜351n）における各ピクセルが、個々の光のレベルに対応する信号を蓄えるように動作可能である、ピクセルアレイと、
ピクセルアレイ（340）に結合された複数の読み出し経路（375a〜375n）を有する読み出し回路（375）であって、各読み出し経路（375a〜375n）が、ピクセルの１つのセット（351a〜351n）における対応するピクセルに蓄えられた信号を読み出すように動作可能であり、各読み出し経路（375a〜375n）が、ピクセルの各セット（351a〜351n）に対する読み出し段階中の１つのピクセルに対応する、読み出し回路（375）と、
前記読み出し回路（375）に結合され、読み出し段階毎に、ピクセルの各セット（351a〜351n）の１つのピクセルに１つの読み出し経路（375a〜375n）を一致させるためのパターンを設定するように動作可能な読み出し経路選択回路（370）とを含み、
前記パターンがセット毎に異なっている、イメジーングデバイス（300）。
ピクセルの各セット（351a〜351n）が、ピクセルの行に対応し、ピクセルの各行の各ピクセルが、ピクセルの列に対応する読み出し経路（375a〜375n）を介して読み出される、請求項１に記載のイメジーングデバイス（300）。
前記ピクセルアレイ（340）に結合され、前記ピクセルの複数のセット（351a〜351n）の中からどのピクセルのセット（351a〜351n）が読み出されているかを制御するように動作可能なセット制御回路（350）をさらに含む、請求項１に記載のイメジーングデバイス（300）。
前記読み出し経路選択回路（370）が、ピクセルの個々のセット（351a〜351n）のそれぞれに対する読み出し経路（375a〜375n）のパターンに対応する乱数を提供するように動作可能な無作為抽出装置をさらに含む、請求項１に記載のイメジーングデバイス（300）。
前記読み出し経路選択回路（370）が、ピクセルの個々のセット（351a〜351n）のそれぞれに対する読み出し経路（375a〜375n）のパターンに対応する数の所定のパターンを提供するように動作可能なパターン生成器をさらに含む、請求項１に記載のイメジーングデバイス（300）。
マルチプレクサ（390）をさらに含み、前記マルチプレクサ（390）が、
各読み出し経路（375a〜375n）からの信号を受信し、
前記読み出し経路選択回路（370）からのパターン信号を受信し、
各読み出し経路（375a〜375n）がピクセルの各セット（351a〜351n）におけるピクセルの元の順序に対応するパターンで読み出されるように、前記パターン信号を解釈し、
前記ピクセルアレイ（340）の蓄えられた値に対応する多重化信号を生成するように動作可能である、請求項１に記載のイメジーングデバイス（300）。
ピクセルの各セット（351a〜351n）がピクセルのサブセットにさらに細分化され、ピクセルの各サブセットは、前記読み出し経路選択回路（370）がピクセルの各サブセットに対応するパターンを設定するように、読み出し経路のサブセットに対応する、請求項１に記載のイメジーングデバイス（300）。
ピクセルアレイ（340）内にイメージデータを収集し、前記ピクセルアレイがピクセルの複数のセット（351a〜351n）に構成され、
ピクセルの各セットにおける各ピクセルに蓄えられた信号を読み出し、各ピクセルが、前記ピクセルアレイに結合された読み出し回路における個々の読み出し回路経路を介して、各セットに対する読み出しパターンに従って読み出され、
前記読み出しパターンをピクセルのセット毎に異ならせることを含む、方法。
前記読み出された信号をイメージデータストリームへ多重化し、前記イメージデータストリームをメモリ（525）に格納することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
第２段の読み出し経路回路のために読み出し経路（375a〜375n）のセット（351a〜351n）をグループ化し、
読み出し経路の各グループを通過する信号を読み出し、各経路が、前記読み出し回路に結合された第２段の読み出し回路における第２段の読み出し回路の個々の経路を介して、経路の各グループに対する第２段の読み出しパターンに従って、読み出され、
読み出し経路のグループ毎に前記第２段の読み出しパターンを異ならせることをさらに含む、請求項８に記載の方法。