JP2007509580A - 置換回路分布を有するイメージセンサアレイ - Google Patents

Abstract

本発明はイメージセンサに係る。該イメージセンサは、アクティブイメージング画素の境界のあるアレイを形成するよう入射光を電荷へと変換する複数の感光位置と、所定の場所において配置されてアクティブイメージング画素のアレイの境界の間に組み入れられた１つ又はそれ以上の置換画素位置とを有する。置換画素は、アクティブイメージング画素とは異なる設計であり、イメージセンサの性能、動作、製造、及び／又は組立体を向上するよう、アクティブイメージング画素とは異なるデータ、情報、又は機能を与える。

Description

本発明は、一般的には、アクティブイメージング画素のアレイを有するイメージセンサの分野に係り、特には、情報、又は機能を与え且つ性能を向上する画素のアレイにおいてイメージング画素とは設計において大きく異なる置換画素を組み入れることに係る。

典型的には、イメージセンサは、複数の画素が何らかの所望されない特性を有する一定の許容範囲の規格内で製造される。これらの画素は、使用可能なものではあるが他の画素と同一の所望される性能特性を有さないため、「欠陥画素」と通常称される。これらの欠陥画素は、十分に低密度を前提とすると、典型的には算出された置換値によって置き換えられるためとらえられた画像の質を大きくは低下させず、画素が欠陥ではなかった場合に値を非常に近似させる。

かかる一技術は、欠陥画素を所定の複数の最近隣値の平均と置き換えるものである。この所定の複数の最近隣は、２つの直接隣接する画素又は４つの直接隣接する画素であり得る。

イメージセンサは、また、（典型的には４つの直接隣接する画素である）同一のセルのアレイから形成されることが留意されることも有益であり、センサのイメージング特性は、アレイをわたって略均一となる。これらのセルの設計は、しばしばトレードオフであるか、あるいは、読出し速度、感光性、及び光電不均一性等の複数の矛盾するイメージング性能パラメータを有する。

その結果、技術又は方法は、他の面を大きく低下することなく、特定のイメージング性能パラメータにおいて向上を与えることが必要とされる。かかる向上は、欠陥画素は他のイメージングパラメータを高めるよう画質を大きくは低下させない、という知識を使用するものである。

本発明は、上述された１つ又はそれ以上の問題を克服することを目的とする。

簡潔に要約すると、本発明の１つの面によれば、本発明は、イメージセンサに係る。該イメージセンサは、（ａ）アクティブイメージング画素の境界のあるアレイを形成するよう入射光を電荷へと変換する複数の感光位置、及び、（ｂ）所定の場所において配置され、アクティブイメージング画素のアレイの境界の間に組み入れられた、１つ又はそれ以上の置換画素位置を有する。置換画素は、アクティブイメージング画素とは異なる設計であり、アクティブイメージング画素とは異なる設計であり、イメージセンサの性能、動作、製造、及び／又は組立体を向上するようアクティブ画素とは異なるデータ、情報、又は機能を与える。

本発明のこれらの及び他の面、目的、特徴、及び利点は、以下の望ましい実施例及び添付の請求項の詳細な説明並びに添付の図面の参照から、より明らかに理解され且つ認識される。

本発明は、全ての画素の他の性能面を低下させることなく、イメージセンサの性能、動作、製造、及び／又は組立体の特定の面を向上させる以下の利点を有する。

本発明を論じる前に、完全に異なる質を説明する他の用語を有して使用又は一致される「アクティブ」等のイメージセンサの専門用語に関して、共通の理解を有することが有益である。この点においては、イメージセンサは、ＣＣＤ（電荷結合素子）技術を使用して、あるいはＣＭＯＳ（相補型ＭＯＳ）技術を使用して形成され得る。ＣＭＯＳ技術で作られたイメージセンサは、各画素においてトランジスタ等の「アクティブ素子」を使用する。これは、典型的には「アクティブＣＭＯＳ」イメージセンサとして称される。アクティブＣＭＯＳイメージャにおいて、画素における１つ又はそれ以上のアクティブ素子は、信号電荷を電圧へと変換し、したがって光度を現す電圧を該画素上へと与える。技術にかかわらず、入射光を電荷に変換するよう実際にとらえる画素のアレイは、「アクティブイメージング画素」と称される。イメージセンサはまた、アクティブイメージング画素から間隔をあけられた関係で典型的には配列される「オプティカルブラック画素（ｄａｒｋ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｐｉｘｅｌｓ)」を有する。これらの画素は、較正を目的に使用され、アクティブイメージング画素が明確に区別されるようここでは言及される。

図１を参照すると、本発明のイメージセンサ１０の平面図が示される。この点においては、複数の画素２０は、境界のあるアクティブイメージング・アレイ又は範囲を形成するよう、Ｎ掛けるＭ画素のアレイにおいて配置される。Ｎ及びＭは、例えば２００乃至４，０００である所定の数の画素である。各画素２０は、入射光の強度を現す電荷へと変換される入射光をとらえる。明確にするよう、これらの画素は、アクティブイメージング画素を集合的に形成する。かかる装置においては、アクティブイメージング画素２０は、従来技術において周知である通り所定の電圧レベルに電圧を印加される複数の供給バス３０を介して動作に対して電圧を印加される。

再度図１を参照すると、所定の数のアクティブイメージング画素２０は、アクティブイメージング画素とは完全に又は大きく異なる目的で使用される画素４０によって置き換えられる。これらの画素４０は、下文では置換画素と称される。これらの置換画素４０は、イメージセンサ１０の性能、動作、製造、及び／又は組立体を向上させるようアクティブ画素とは異なるデータ、情報、及び／又は機能を与えるよう使用される。例えば、置換画素４０は、アクティブイメージング画素のアレイにわたって電流又は電圧の分布を向上するよう増幅回路又はバッファ回路として使用され得る。かかる増幅回路及びバッファ回路は、従来技術において周知であり、ここでは詳細には説明されない。かかる増幅回路又はバッファ回路はまた、画素のアレイ内又は画素のアレイにわたって、信号インテグリティを向上させるよう使用され得る。例えば、大きなアレイにおいては、画素におけるアクティブ素子によって与えられた電圧は、何らかの抵抗及び電気容量を有する長い金属の出力線の全体に与えられなければならない。大きなアレイに対しては、金属線の抵抗及び電気容量は、全体の線に沿って電圧を確立するよう求められる時間を増加し得る。かかる場合においては、イメージャの動作速度が障害を受けるか、あるいは、光電応答における不均一性が長い金属線の電気容量及び抵抗の結果として発生し得る。この場合においては、バッファ増幅器は、全体の線に沿って電圧を確立するよう求められる時間を低減するよう、置換画素において使用され得る。

加えて、これらの置換画素は、他の色、赤外線構成要素又は他の測光パラメータを有する他の画像パラメータを確定するよう使用され得る。例えば、画素の感光性の領域に赤外線光のみが通ることを可能にするフィルタは、画素に全体を覆っておかれ得、入射放射線の赤外線構成要素のサンプリングが得られるようにする。ＣＣＤイメージセンサにおいては、画素アレイが基板に対向する導電型のウェルにおいて形成されるものに対しては特に、複数の画素の最大電荷対応容量の低下は、ウェル内でその抵抗性により均一なグラウンド電位を維持することが出来ないため、低下され得る。置換画素位置は、ウェルにおいてグラウンド電位をより均一に維持するようイメージセンサにおいて接地接触を与えるよう使用され得る。置換画素はまた、基準素子として使用されてよく、イメージセンサを整列する機構に対して使用され得る。最後に、かかる置換画素は、画像処理に対してオプティカルブラック画素を与え得る。オプティカルブラック信号は、光に露出されないよう、何らかの手法において覆われた画素でとられる。この「暗（ｄａｒｋ）」露出からの値は、続いて、画像処理中の較正に対して使用される。置換画素からのこのオプティカルブラック信号は、通常のオプティカルブラック画素値の代わりであり得るか、あるいは、該値に加えられる。

図２を参照すると、典型的な商業用実施例において本発明のイメージセンサ１０を実行し、一般的な消費者が慣れている、デジタルカメラ５０が図示される。カメラ５０はまた、置換画素の場所での画像位置に対して信号レベルを与えることによって複数のアクティブイメージング画素によって作られる画像を修正する機構、望ましくはアルゴリズムを有する。カメラ５０のプロセッサ６０は、周知のプログラム技術によってこの修正値を演算する。このアルゴリズムは、例えば、所定の数の最近隣の平均を演算することによるものであり得る。図３を参照すると、最近隣は、対象である画素（Ｘ）の２つの直接隣接する最近隣（ＡとＢ）であり得るか、あるいは、対象である画素（Ｙ）の４つの直接隣接する最近隣（Ｃ，Ｄ，Ｅ及びＦ）であり得る。

カラーのイメージセンサに対しては、カラーフィルタは、バイヤーパターンとして既知である交互性のＲＧＢＧパターンにおいてアクティブ画素の上部上に典型的には配置される。該パターンでは、図４ａ中に図示する通り、Ｒは赤色フィルタ、Ｂは青色フィルタ、及びＧは緑色フィルタを示す。この場合、修正値は、最近隣のカラー画素を使用し得る。図４ｂを参照すると、最近隣は、対象であるＸの青色画素に対してはＡ及びＢであり得、対象であるＹの緑色画素に対しては近隣のＣ，Ｄ，Ｅ，Ｆであり得る。対象であるＺの青色画素に対して、最近隣は、Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊであり得る。同様の算出は、適切な座標変換を有して赤色画素に対して行われ得る。他のより複雑な修正アルゴリズムも使用され得る、ことが留意される。

本発明は、望ましい実施例を参照して説明されてきた。しかしながら、変形及び修正は、本発明の範囲を逸脱せず当業者によって達成され得る。

本発明のイメージセンサの平面図である。 図１のイメージセンサに対する望ましい商業的実施例を実行するカメラである。 置換画素に対する画素値として使用され得る最近隣の平均を演算する技術を例示する。

Claims (16)

1. イメージセンサであって、
   （ａ） アクティブイメージング画素の境界のあるアレイを形成するよう入射光を電荷へと変換する複数の感光位置と、
   （ｂ） 所定の場所において配置され、前記アクティブイメージング画素のアレイの前記境界の間に組み入れられた、１つ又はそれ以上の置換画素位置と、
   を有し、
   前記置換画素は、前記アクティブイメージング画素とは異なる設計であり、
   前記置換画素は、前記イメージセンサの性能、動作、製造、及び／又は組立体を向上するよう、前記アクティブイメージング画素とは異なるデータ、情報、又は機能を与える、
   イメージセンサ。
2. 前記置換画素は、前記画素のアレイにわたって電流又は電圧の分布を向上させる増幅回路又はバッファ回路である、
   請求項１記載のイメージセンサ。
3. 前記置換画素は、前記画素内又は前記画素にわたって信号のインテグリティを向上させる増幅回路又はバッファ回路である、
   請求項１記載のイメージセンサ。
4. 前記置換画素は、他の色、赤外線構成要素、又は他の測光パラメータを有する他の画像パラメータを確定する反応特性を有する、
   請求項１記載のイメージセンサ。
5. 前記置換画素は、前記イメージセンサを整列するよう機構に対して使用され得る基準素子である、
   請求項１記載のイメージセンサ。
6. 前記置換画素は、接地接触を与える、
   請求項１記載のイメージセンサ。
7. 前記置換画素は、画像処理に対してオプティカルブラックレベルを与える、
   請求項１記載のイメージセンサ。
8. カメラであって：
   （ａ） イメージセンサと：
   （ｂ） 置換画素においてイメージ位置に対して信号レベルを与えることによって複数の画素が作った画像を修正する機構と、
   を有し、
   前記（ａ）イメージセンサは、
   （ａ１） アクティブイメージング画素の境界のあるアレイを形成するよう入射光を電荷へと変換する複数の感光位置と；
   （ａ２） 所定の場所において配置され、前記アクティブイメージング画素のアレイの前記境界の間に組み入れられた、１つ又はそれ以上の置換画素位置と；
   を有し、
   前記置換画素は、前記アクティブイメージング画素とは異なる設計であり、前記置換画素は、イメージング系の性能、動作、製造、及び／又は組立体を向上するよう、前記アクティブ画素とは異なるデータ、情報、及び／又は機能を与える、
   カメラ。
9. 前記置換画素の場所で前記信号レベルを修正して与える前記機構は、最近隣接内挿法を使用して行われる、
   請求項８記載のイメージセンサ。
10. カメラであって：
    （ａ） イメージセンサを有し、
    前記（ａ）イメージセンサは、
    （ａ１） アクティブイメージング画素の境界のあるアレイを形成するよう入射光を電荷へと変換する複数の感光位置と；
    （ａ２） 所定の場所において配置され、前記アクティブイメージング画素のアレイの前記境界の間に組み入れられた、１つ又はそれ以上の置換画素位置と；
    を有し、
    前記置換画素は、前記アクティブイメージング画素とは異なる設計であり、前記置換画素は、イメージング系の性能、動作、製造、及び／又は組立体を向上するよう、前記アクティブ画素とは異なるデータ、情報、及び／又は機能を与える、
    カメラ。
11. 前記置換画素は、前記画素のアレイにわたる電流又は電圧の分布を向上するよう増幅回路又はバッファ回路である、
    請求項１０記載のカメラ。
12. 前記置換画素は、前記画素内又は前記画素にわたって信号のインテグリティを向上させる増幅回路又はバッファ回路である、
    請求項１０記載のカメラ。
13. 前記置換画素は、他の色、赤外線構成要素、又は他の測光パラメータを有する他の画像パラメータを確定する反応特性を有する、
    請求項１０記載のカメラ。
14. 前記置換画素は、前記イメージセンサを整列するよう機構に対して使用され得る基準素子である、
    請求項１０記載のカメラ。
15. 前記置換画素は、接地接触を与える、
    請求項１０記載のカメラ。
16. 前記置換画素は、画像処理に対してオプティカルブラックレベルを与える、
    請求項１０記載のカメラ。

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