JP5635595B2 - 画像データ収集装置の動作方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は、画像収集システムの分野に関する。特に、本発明の例示的な実施形態は、画像収集装置からの信号対ノイズを増加する方法及びシステムに関する。

カメラや他のシステムで用いられる、例えば、電荷結合装置又はＣＣＤアレイのようなマルチピクセル画像収集素子は、高価であり、大きな電力を消費する。さらに、ＣＣＤアレイからの出力は、通常、相補型金属酸化膜半導体又はＣＭＯＳと互換性がなく、この出力を用いるために信号処理が要求されうる。したがって、ＣＭＯＳ回路に基づく画像センサは、多くの用途に採用されている。ＣＭＯＳ検出器において、各ピクセルに関連付けられたアナログ回路は、通常、信号を送信する前の光センサから取得した信号を増幅するために用いられる。ピクセル自体と共に、この回路は、アクティブピクセルセンサ又はＡＰＳと呼ばれる。アクティブピクセルセンサに基づく画像化装置は、ＡＰＳイメージャと呼ばれる。しかし、ＡＰＳイメージャは、回路自体からのノイズによって生じる非常に大きな干渉を有しうる。このノイズに対処するために多くの技術が開発されてきた。

例えば、Ｗａｙｎｅによる米国特許第６，７５３，９１２号明細書は、自己補償補正二重サンプリング又はＣＤＳと呼ばれる増幅回路を用いてＣＭＯＳ ＡＰＳイメージャにおけるノイズを低減する回路を開示することを主張している。ピクセルセンサの各列は、共通列信号線に接続されたＣＤＳ増幅器を有している。そして、走査回路は、行セレクトスイッチを用いてＡＰＳを選択することにより、列における各ＡＰＳを増幅器に接触するように順次配置する。増幅器では、増幅器を供給するサンプルアンドホールドキャパシタへの各電圧をセットする各ＡＰＳからの信号で基準電圧が交互に選択される。基準電圧と信号との差分は、その後、増幅器により測定されて、列読み出し回路からのノイズが低くなりうる増幅された信号となる。

Ｈｕａによる米国特許公開第２００２／０１０５０１２号明細書は、また、ＡＰＳから得られた信号を増幅するノイズ低減増幅器を開示することを主張している。ＡＰＳイメージャの各列は、共通列信号線に接続されたノイズ低減増幅器を有する。そして、走査回路は、行セレクトスイッチを用いてＡＰＳを選択することにより、各ＡＰＳをノイズ低減増幅器に順次接続する。２つの信号は、各ＡＰＳからノイズ低減増幅器へ順次提供される。第１の信号は、光信号が測定された後のＡＰＳからの電圧を有する。ＡＰＳは、その後リセットされ、第２の信号が提供されて、リセットの後のセルの電圧に対応する。出力信号は、ＡＰＳからの各信号間の差分として測定される。しかし、これは、ＡＰＳからの１／ｆノイズを補償するが、列読み出し回路によるキャパシタンスによって生じる固定パターンノイズを補償する必要はなく、ＡＰＳリセットノイズが倍になりうる。したがって、電圧基準は、スイッチによりＡＰＳから列信号線に接続されて、この固定パターンノイズの補償を補助してもよい。電圧基準は、ＡＰＳからの電圧と合成されて、Ｖ_ｏｕｔ＝Ｖ_ｄａｒｋ−Ｖ_{ｌｉｇｈｔ}＋Ｖ_ｒｅｆの最終出力値を提供する。

さらに、Ｂｏｒｇらによる米国特許第６，４７６，８６４号明細書は、ＡＰＳからの信号を増幅するノイズ低減増幅器を開示することを主張している。ノイズ低減増幅器は、並列な２つの二重サンプリング回路を含む。第１の二重サンプリング回路は、画像信号と基準電圧との差分を測定する。第２の二重サンプリング回路は、通常アクティブでないピクセルの列により提供された基準信号と基準電圧との差分を測定する。２つの差分信号は、差分画像信号を作成し、アナログ・デジタルコンバータへ提供される。アクティブでないピクセルの列は、ＡＰＳイメージャにより発生するクロストークノイズを補償しうる基準信号を提供しうるが、基準電圧は、列読み出し回路によるキャパシタンスを補償しうる。

米国特許第６，７５３，９１２号明細書 米国特許公開第２００２／０１０５０１２号明細書 米国特許第６，４７６，８６４号明細書

検出器からの画像信号のノイズを低減する、改善された方法及びシステムが望まれている。

本発明に係るアクティブピクセルセンサイメージャを用いた画像を形成する方法は、請求項１に示される。本方法は、列読み出し線に電気的に接触するアクティブピクセルセンサを配置するステップと、列読み出し線に電気的に接触するサンプルアンドホールドキャパシタを配置するステップと、増幅器の入力キャパシタに電気的に接触する前記サンプルアンドホールドキャパシタを配置するステップと、を含む。前記入力キャパシタ、前記サンプルアンドホールドキャパシタ及び前記アクティブピクセルセンサは、重複期間に全て電気的に接触する。前記増幅器からの差動出力は、デジタル化され、画像は、デジタル化された出力から形成される。

本方法の実施形態において、アクティブピクセルセンサは、前記重複期間中に前記サンプルアンドホールドキャパシタ及び前記入力キャパシタを充電する。実施形態において、前記重複期間は、５００ｎｓよりも大きくてもよい。前記列読み出し線に電気的に接触する前記アクティブピクセルセンサを配置するステップは、前記アクティブピクセルセンサと前記列読み出し線との間に動作可能に接続されるＣＭＯＳ ＦＥＴを作動するステップと、前記アクティブピクセルセンサと前記列読み出し線との間に電流を流すことを可能にするステップとを含む。

本方法の実施形態は、画像収集装置に組み込まれるディスプレイに前記画像を表示するステップを含んでもよい。本方法の他の実施形態は、ネットワークインターフェースコントローラを介して外部装置へ前記画像を転送するステップを含んでもよい。

本発明の他の例示的な実施形態は、検出器の画像に焦点合わせするように構成される光学システムを含み、前記検出器は、前記画像を画像データに変換するように構成される。前記光学システムは、また、処理用に前記画像データを記憶するように構成されるメモリと、記憶された前記画像データで演算を行うように構成されるプロセッサと、機械可読命令を含む第２のメモリと、を含む。前記機械可読命令は、列読み出し線に電気的に接触するアクティブピクセルセンサを配置し、列読み出し線に電気的に接触するサンプルアンドホールドキャパシタを配置し、入力キャパシタに電気的に接触する前記サンプルアンドホールドキャパシタを配置することを前記プロセッサに指示するように構成されてもよく、前記入力キャパシタ、前記サンプルアンドホールドキャパシタ及び前記アクティブピクセルセンサは、重複期間に全て電気的に接触する。前記機械可読命令は、また、前記増幅器からの差動出力をデジタル化し、デジタル化された前記出力から画像を形成することを前記プロセッサに指示するように構成される。

実施形態では、前記検出器は、アクティブピクセルイメージャを含んでもよい。さらに、実施形態では、前記画像収集システムは、外部装置へ画像を転送するように構成されるネットワークインターフェースコントローラを含んでもよい。前記画像収集システムは、また、ディスクドライブ、記憶可能な光学ディスク、デジタルテープ、又はそれらの組み合わせを含むデジタル画像ストレージ装置を含んでもよい。

本発明の好ましい実施形態は、添付の図面を参照しながら説明される。この好ましい実施形態は、単に本発明を例示するものである。複数の可能な変形が当業者にとって自明である。本発明の要旨及び範囲は、本願の係属された特許請求の範囲で規定される。

図１は、本発明の例示的な実施形態に係る、画像収集装置のブロック図である。 図２は、本発明の例示的な実施形態に係る、検出器のブロック図である。 図３は、本発明の例示的な実施形態に係る、列（カラム）増幅器の回路図である。 図４は、アクティブピクセルセンサの相関二重サンプリングのための読み出しスキームを示す図である。 図５は、アクティブピクセルセンサのデジタル二重サンプリングのための読み出しスキームを示す図である。 図６は、本発明の例示的な実施形態に係る、長い重複期間に明信号スイッチ及び明サンプルスイッチでセレクトスイッチの起動を重複する、読み出しスキームを示す図である。 図７は、本発明の例示的な実施形態に係る、読み出し動作中にセレクトスイッチ及びサンプリングスイッチの起動を重複することを示す列増幅器の回路図である。 図８は、本発明の例示的な実施形態に係る、画像を形成する方法の処理フロー図である。

本発明の例示的な実施形態によれば、アクティブピクセルセンサ又はＡＰＳにおける画素を表す電圧の信号対ノイズ比を改善する方法及びシステムを提供する。改善された信号対ノイズは、少量の光のような特定の周囲状況下でより良い画像を提供しうる。本方法は、ＡＰＳとサンプルアンドホールドキャパシタと増幅器入力キャパシタとの間の電気的な接続を形成するステップを含む。電気的な接続が時間内に重複すると、ＡＰＳが両方のキャパシタを同時に充電することを可能にする。よって、信号は、キャパシタ間で分割されることにより減衰されない。

本発明の例示的な実施形態によれば、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ又はＣＭＯＳ検出器を用いる電子画像化システムは、画像を収集するために用いられる。例えば、図１は、本発明の例示的な実施形態において用いられうる画像収集装置１００のブロック図である。図１において、風景から反射された光１０２は、光学素子１０４により収集され、かつ焦点合わせされる。

焦点合わせされた光１０６は、例えば、ＣＭＯＳ ＡＰＳイメージャでありうる検出器１０８へ投影される。焦点合わせされた光１０６は、検出器１０８により電気信号に変換され、その後、信号線１１０を介して検出器コントローラ１１２へ転送される。検出器コントローラ１１２において、検出器１０８からの個々の信号は、ＡＤＣを用いてデジタル画像に変換される。デジタル画像は、その後、さらなる処理のために、バス１１６を介してランダムアクセスメモリ又はＲＡＭ１１８へプロセッサ１１４により転送される。ＲＡＭ１１８は、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、フラッシュメモリモジュール、又は他の高速アクセス可能なメモリユニットであってもよい。

光学素子１０４は、プロセッサ１１４が光学素子１０４を制御することを可能にするためにバス１１６に結合されてもよい。例えば、プロセッサ１１４は、バス１１６を介して、焦点、ｆストップ又は他の光学素子１０４の特性を調整してもよい。

プロセッサ１１４は、バス１１６からアクセス可能なリードオンリーメモリ又はＲＯＭ１２０に含まれる画像収集及び処理プログラムにより制御されてもよい。このプログラムは、ＲＯＭ１２０内になくてもよいが、ディスクドライブ、フラッシュカード、又はＥＥＰＲＯＭ等のいずれかの長期メモリユニットに含まれてもよい。ＲＯＭ１２０内のプログラムは、図６〜８で述べる画素読み出しスキームを含んでもよい。

デジタル画像は、デジタルビデオテープ、記録可能な光学ディスク、ハードドライブ等のような別のデジタル画像ストレージ１２２において処理される前又は処理された後に記憶されてもよい。デジタル画像ストレージ１２２は、また、プログラムストレージと組み合わせてもよい。例えば、フラッシュディスクドライブは、プログラム及びデジタル画像の両方を記憶するために用いられてもよい。

画像は、収集中又は収集後に、バス１１６で結合されうるディスプレイユニット１２４上で表示されてもよい。制御部１２６は、また、プロセッサ１１４による画像の収集及び処理を制御するためにバス１１６に接続されてもよい。このような制御部１２６は、ズーム、焦点合わせ及び画像の収集の開始等のような機能のためのキーパッド、選択ノブ及びセパレートしたボタンを含んでもよい。

画像は、ネットワークインターフェース又はＮＩＣ１２８を介して、バス１１６で結合されうる画像収集装置１００から転送されてもよい。ＮＩＣ１２８は、処理前又は処理後のいずれかで、ＬＡＮ１３０に設置される外部装置１３２への画像の転送に用いられうる外部ＬＡＮ１３０に接続されてもよい。

上記に示される機能ブロックの配置は、１つのとりうる配置のみであるが、他の配置も用いてもよい。例えば、ＮＩＣ１２８は、デジタル収集装置のＲＡＭ１１８へ、及びデジタル収集装置のＲＡＭ１１８から直接的にダイレクトメモリアクセス又はＤＭＡ転送を行うことができるようにするために、ＲＡＭ１１８の領域に直接接続されてもよい。これは、高解像度デジタルビデオカメラのような大量のデータが含まれる場合に、データ転送を加速しうる。さらに、他の配置では、制御部１２６及びディスプレイ１２８は、単一のユニットに合成されてもよい。さらに他の組み合わせでは、ディスプレイ１２８は、プロセッサ１１４からディスプレイ機能をオフロードするために検出器コントローラ１１２に直接結合されてもよい。

図２は、本発明の例示的な実施形態に係る、検出器１０８のブロック図である。図２に示される検出器１０８において、ＡＰＳ２０２のアレイは、画像から反射された光を検出するために用いられる。各ＡＰＳ２０２は、列キャパシタ２０６に接続される列読み出し線２０４に接続される。アレイ２０２の読み出し中において、ＡＰＳ２０２の個々の列２０８は、垂直シフトコントローラ２１２からの制御線２１０により、読み出しのために選択されてもよい。各列２１０が選択されると、垂直シフトコントローラ２１２は、その後ＡＰＳ２０２の行を選択する水平シフトコントローラ２１４を作動してもよい。

水平シフトコントローラ２１４は、２つの信号線により各ＡＰＳ２０２に接続されてもよい。水平シフトコントローラ２１４からの選択線２１６は、それぞれの列読み出し線２０４に接続する水平行２１８における全てのＡＰＳ２０２に配置されるスイッチを作動してもよい。選択されたＡＰＳ２０２に対する列キャパシタ２０６は、その後、ＡＰＳ２０２から読み出される画像信号を表す電荷を蓄積してもよい。水平シフトコントローラ２１４からのリセット線２２０は、暗信号に対する、水平行２１８の各ＡＰＳ２０２をリセットするために用いられてもよく、列キャパシタ２０６は、その後、暗信号を記憶するために用いられてもよい。

増幅器２２２では、列キャパシタ２０６からの画像信号は、増幅された画像信号２２４を形成するために用いられてもよい。さらに、列キャパシタ２０６からの暗信号又はリセット信号は、増幅された基準（リファレンス）信号２２６を形成するために用いられてもよい。これと共に、増幅された画像信号２２４及び増幅された基準信号２２６は、ＡＰＳ２０２及び、列読み出し線２０４のような各種のバスラインのキャパシタンスの両方により生じるノイズに対して修正されうる差信号２２８を形成する。

本発明の例示的な実施形態に係る垂直シフトコントローラ２１２及び水平シフトコントローラ２１４は、ＡＰＳ２０２、列キャパシタ２０６及び増幅器２２２の間での電気的な接続を制御するようにプログラムされてもよい。他の実施形態では、図１で説明したＲＯＭ１２０は、周囲状況に応じた垂直シフトコントローラ２１２及び水平シフトコントローラ２１４への異なる作動シーケンスをプロセッサにプログラムするように命令するプログラムを含んでもよい。例えば、プロセッサは、強い光状況でのＡＰＳ２０２の電気的な接続を制御する第１の作動シーケンスと、弱い光状況での第２の作動シーケンスとをプログラムしてもよい。

検出器１０８は、上記に示した構成に制限されない。実際、制御線又は制御ユニットのいずれかの適切な組み合わせは、本発明の実施形態において、個別のＡＰＳ２０２の読み出しを制御するために用いられ、これは本発明の範囲内である。例えば、ＡＰＳ２０２の各列２０８は、個別の列増幅器を有していてもよい。

図３は、列読み出し線２０４から列キャパシタ２０６により接続された単一のＡＰＳ２０２の回路図である。列キャパシタ２０６は、列増幅器２２２に順に接続される。図３に示すように、ＡＰＳ２０２は、一般的にＣＭＯＳ電界効果トランジスタ又はＣＭＯＳ ＦＥＴを含む検出器及び増幅回路を含むアクティブピクセル３０２を有してもよい。単一の増幅回路でありうるバッファ３０４は、アクティブピクセル３０２とセレクトスイッチ３０６と間に接続されてもよい。セレクトスイッチ３０６は、水平シフトコントローラにより、列読み出し線２０４に電気的に接触するＡＰＳ２０２を配置するために用いられてもよい。本明細書で用いられるように、セレクトスイッチ３０６のような各スイッチは、また、ＣＭＯＳ ＦＥＴであってもよい。

列読み出し線２０４は、ＡＰＳ２０２と列キャパシタ２０６とを接続する。列キャパシタ２０６に関連付けられた一連のスイッチは、切り替えられた列増幅器、ＳＣＡ３０８を用いて増幅器２２２へ各種の信号を転送するために用いられて、差動信号２２８を形成してもよい。より具体的には、暗基準スイッチ３１０及び暗信号スイッチ３１２は、暗基準電圧

又は暗信号をそれぞれ暗サンプルアンドホールドキャパシタ３１４へ印加するために用いられてもよい。例えば、スイッチ３１０及び３１２が図３に示す位置にある場合、

は、暗サンプルアンドホールドキャパシタ３１４へ印加される。同様に、明基準スイッチ３１６及び明信号スイッチ３１８は、明基準電圧又は画像信号をそれぞれ明サンプルアンドホールドキャパシタ３２０へ印加するために用いられてもよい。スイッチ３１６及び３１８が図３に示す位置にある場合、画像信号は、明サンプルアンドホールドキャパシタ３２０へ印加される。

暗サンプルアンドホールドキャパシタ３１４は、キャパシタ３１４と３２４との間の信号線３２６に位置するサンプリングスイッチ３２２を介して、ＳＣＡ３０８上の暗入力キャパシタ３２４に電気的に接続されてもよい。信号線３２６は、信号対ノイズを低減しうる付随する寄生容量３２８を有する。同様に、明サンプルアンドホールドキャパシタ３２０と明入力キャパシタ３３４との間の信号線３３２に位置するサンプリングスイッチ３３０は、キャパシタ３２０及び３３４を電気的に接続可能にする。寄生容量３３６は、また、キャパシタ３２０及び３３４を結合する信号線３３２と関連付けられている。従来から一般的に知られているように、フィードバックキャパシタ３３８及び３４０は、増幅処理中のＳＣＡ３０８用にオフセット電圧を蓄積するために用いられる。サンプルアンドホールドキャパシタ３１４及び３２０は、入力キャパシタ３２４及び３３４から離れて示されているが、本発明の例示的な実施形態において、以下に説明するように、２つの機能は、増幅器２２２への各入力線３２６及び３３２に位置する単一のキャパシタに統合されてもよい。

スイッチ３０６，３１０，３１２，３１６，３１８，３２２及び３３０のための異なる動作機構は、ノイズ用の増幅器２２２からの差動出力２２８を補正するために用いられてもよい。例えば、スイッチは、ＡＰＳ２０２及び基準電圧からのサンプリング信号間を交互に行って、ＡＰＳ２０２からのノイズを補償した信号を生成するために用いられてもよい。ノイズ補償に用いられる２つのスキームは、図４及び５で説明される。図４で説明するように、二重サンプリング又はＤＳは、例えばバスライン３２６及び３３２からの寄生容量３２８及び３３６のような寄生容量により生じるノイズを補正するために用いられてもよい。図５で説明するように、相関二重サンプリング又はＣＤＳは、ＡＰＳ２０２により生じるリセットノイズを補正するために用いられる。

図４は、ＡＰＳ２０２の二重サンプリング又はＤＳのための読み出しスキームを示す図である。図３も参照すると、このスキームでは、基準スイッチ３１０及び３１６は、このスキーム中に“ｏｆｆ”又は開位置にあってもよい。サンプリングのために、参照番号４０２で示されるように、明信号スイッチ３１８は、“ｏｎ”に設定され、続いてセレクトスイッチ３０６を“ｏｎ”又は閉位置に設定することにより、ＡＰＳ２０２から明サンプルアンドホールドキャパシタ３２０への画像信号をサンプリングするように設定されてもよい。約１００から５００ナノ秒（ｎｓ）の後、明信号スイッチ３１８は、その後、オフにされ、リセット信号は、ＡＰＳ２０２に対してオンに切り替えられてもよい。暗信号スイッチ３１２は、その後、参照番号４０４で示されるように、暗サンプルアンドホールドキャパシタ３１４への暗信号をサンプリングするようにオンに切り替えられてもよい。約１００から５００ナノ秒の後、リセット信号及び暗信号スイッチ３１２は、画像の別のサンプルをＡＰＳ２０２により収集できるようにオフにされる。この処理は、参照番号４０６で示されるように、繰り返されてもよい。この処理を繰り返すことは、サンプルアンドホールドキャパシタ３１４及び３２０に蓄積された値をＡＰＳ２０２からの実際の値により近づけうる。

一旦、サンプルアンドホールドキャパシタ３１４及び３２０がＡＰＳ２０２から充電されると、サンプリングスイッチ３２２及び３３０は、サンプルアンドホールドキャパシタ３１４及び３２０の電荷を、増幅器２２２の各インレットキャパシタ３２４及び３３４へ転送するようにオンに切り替られる。ＤＳは、図３で説明した寄生容量３２８及び３３６からのノイズのような信号線のキャパシタンスにより発生されるノイズを補償するが、ＡＰＳ２０２からのノイズは補償しない。

ＡＰＳ２０２により生成されるノイズは、基準電圧をサンプリングし、かつ基準電圧の信号値を補正することにより補正されてもよい。図５は、アクティブピクセルセンサの二重サンプリング又はＣＤＳを補正する読み出しスキームを示す図である。このサンプリングスキームは、ＡＰＳ２０２により生成されたノイズを補正するために用いられる。参照番号５０２により通常示されるように、読み出しスキームの２分の１の間には、明信号スイッチ３１８及び暗基準スイッチ３１０は、同時にオンに切り替えられ、約１００から５００ナノ秒後にセレクトスイッチ３０６がオンに切り替えられる。約１００から５００ナノ秒後、セレクトスイッチ３０６は、オフに切り替えられ、そして、明信号スイッチ３１８及び暗基準スイッチ３１０は、その後、オフに切り替えられる。参照番号５０４により示されるように、この処理は、サンプルアンドホールドキャパシタ３１４及び３２０に蓄積される電圧の精度が高くなるように繰り返される。これは、画像信号から明サンプルアンドホールドキャパシタ３２０、及び

から暗サンプルアンドホールドキャパシタ３１４をサンプリングする。この信号は、その後、増幅器２２でサンプリングされてもよい。この処理は、通常、暗基準スイッチ３１０に代わる暗信号スイッチ３１２及び明信号スイッチに代わる明基準スイッチ３１６を用いて繰り返されて、明基準電圧

及び暗信号をサンプリングする。

再度図３を参照すると、上記のモードの両方において、サンプルアンドホールドキャパシタ３１４及び３２０は、列選択のサンプリング時間中、例えば、セレクトスイッチ３０６が閉位置にある約１００から５００ナノ秒中に充電される。図４及び５に示すサンプリングサイクルが完了した後、サンプルアンドホールドキャパシタ３１４及び３２０の値の読み出しは、約１００から５００ナノ秒でサンプリングスイッチ３２２及び３３０をオンに切り替え、増幅器２２２のインレットキャパシタ３２４及び３３４をサンプルアンドホールドキャパシタ３１４及び３２０に接触させるように切り替えることにより行われてもよい。

しかし、読み出し処理は、サンプルアンドホールドキャパシタ３１４及び３２０から測定されうる信号レベルを低減しうる。例えば、明サンプルアンドホールドキャパシタ３２０の読み出しが開始された場合、サンプリングスイッチ３２０は、オンに切り替えられる。明サンプルアンドホールドキャパシタ３２０における充電は、その後、明サンプルアンドホールドキャパシタ３２０及び明入力キャパシタ３３４間に分配されるであろう。その結果、充電は、Ｃ_{Ｂｒｉｇｈｔ}／（Ｃ_２＋Ｃ_{Ｂｒｉｇｈｔ}）により減衰され、初期値の約６０％のみになりうる。暗サンプルアンドホールドキャパシタ３１４の充電は、同様に、暗サンプルアンドホールドキャパシタ３１４及び暗入力キャパシタ３２４間に分配されることにより減衰されるであろう。

充電の減衰は、読み出し処理中の信号対ノイズを低減しうる。より具体的には、数式（１）によってピクセルノイズとＳＣＡからのノイズとが合計される。

よって、ピクセルノイズｎ_ｐｉｘが減衰した場合、ＳＣＡ３０８からのノイズの寄与であるｎ_ＳＣＡは増加する。これは、検出器の全ノイズパフォーマンスを低減する。この減衰は、列キャパシタ２０６を増幅器２２２と接続する信号線３２６及び３３２により生成される寄生容量３２８及び３３６に応じて、さらに大きくなりうる。

本発明の例示的な実施形態において、セレクトスイッチ３０６は、信号スイッチ３１２及び３１８並びにサンプリングスイッチ３２２又は３３０と協調して動作されて、以前のサンプリングスキームからの減衰を抑制してもよい。例えば、図６は、本発明の例示的な実施形態において、より長い期間にセレクトスイッチ３０６の作動が明信号スイッチ３１８及び明サンプリングスイッチ３３０と重複する読み出しスキームを示す図である。図６に示すように、セレクトスイッチ３０６からＡＰＳ２０２は、以前の読み出しスキームよりも長い期間、例えば、約５００から１５００ｎｓにオンの位置で維持されてもよい。明信号スイッチ３１８及び明サンプリングスイッチ３３０は、その後、図６に示すように、セレクトスイッチ３０６により重複期間にオンの位置に維持されてもよい。

よって、図６に示す読み出しスキームでは、ＡＰＳ２０２は、アクティブバッファとして機能し、明サンプルアンドホールドキャパシタ３２０及び明入力キャパシタ３３４の両方を共に充電することとして機能する。ＡＰＳ２０２が両方を共に充電すると、インレットキャパシタ３３４の画像信号は、明サンプルアンドホールドキャパシタ３３０の初期充電から減衰しない。これと同一の期間中に、暗基準スイッチ３１０は、オンにされてもよく、暗基準電圧

を暗サンプルアンドホールドキャパシタ３１４及び暗入力キャパシタ３２４の両方に充電する。上記で説明したように、このスキームは、暗信号スイッチ３１２及びサンプルスイッチ３２２をオンの位置に維持することにより、ＡＰＳ２０２からの暗信号をサンプリングするように繰り返されてもよい。さらに、寄生容量３３６及び３２８は、また、この期間中に充電され、信号上のこれらの効果を低減する。

図６に示すサンプリング期間中のスイッチの位置は、図７においてより明確になりうる。図７は、本発明の例示的な実施形態において、セレクトスイッチ３０６及びサンプリングスイッチ３３０の作動を重複する読み出しスキームを示す列増幅器の回路図である。この図を見てわかるように、各サンプリング処理、例えば、ＡＰＳ２０２からの明信号をサンプリングする処理の２分の１の間、セレクトスイッチ３０６は、明信号スイッチ３１８及び明サンプリングスイッチ３２２と同様に重複期間においてオンになる。この期間の間、ＡＰＳ２０２は、明サンプルアンドホールドキャパシタ３２０及び明入力キャパシタ３３４の両方と同時に電気的に接触する。したがって、ＡＰＳ２０２は、これらのキャパシタ３２０及び３３４の両方を充電して、ＡＰＳ２０２がサンプリングスイッチ３０６によりもはや接続されなくなった後に、キャパシタ３２０及び３３４を互いに接続したことによる充電の減衰を防いでもよい。この実施形態において、サンプルアンドホールドキャパシタ３１４及び３２０は、入力キャパシタ３２４及び３３４で同時に充電され、かつＳＣＡ３０８により同時にサンプリングされる。よって、本発明の例示的な実施形態において、入力キャパシタ３２４又は３３４は、サンプリングキャパシタ及び入力キャパシタの両方のようにサンプルアンドホールドキャパシタを用いることにより、除去されてもよい。

ＡＰＳ２０２と明キャパシタ３２０及び３３４との間、又はＡＰＳ２０２と暗キャパシタ３１４及び３２４との間の接続の重複期間は、同時に開始及び停止する必要はない。例えば、実施形態では、セレクトスイッチ３０６は、先ず閉じられてもよく、続いて信号スイッチ３１８により、ＡＰＳ２０２を明サンプルアンドホールドキャパシタ３２０に接触して配置する。明サンプルスイッチ３３０は、その後、明インレットキャパシタ３３４への信号をサンプリングするように閉じられてもよい。このスイッチは、その後、ＡＰＳ２０２からキャパシタ３２０及び３３４との接続を解除するために開かれてもよい。しかしながら、他の実施形態では、サンプルアンドホールドキャパシタ３２０又は３１４は、ＡＰＳ２０２及び入力キャパシタ３３４又は３２４それぞれに重複して電気的に接触している限り、任意の命令が、これらの接続を行う、又は接続を解除するために用いられてもよい。

図８は、本発明の例示的な実施形態に係る、画像を形成する方法８００の処理フロー図である。本方法８００は、ブロック８０２において、画像収集装置の初期化を開始する。初期化は、画像収集装置の切り替えにより行われてもよい。あるいは、初期化は、本発明の例示的な実施形態に係る画像収集装置を動作する特定のモードを選択することにより行われてもよい。ブロック８０４において、検出器は、画像を収集するために光に露出される。検出器は、例えば、図２及び３で説明したようなＡＰＳを含むＡＰＳイメージャであってもよい。

各ＡＰＳからの信号を読み出すために、ブロック８０６において、セレクトスイッチは、ＡＰＳを列読み出し線に接触して配置するように閉じられる。ブロック８０８において、スイッチは、列読み出し線をサンプルアンドホールドキャパシタに電気的に接触して配置するように閉じられる。ブロック８１０において、サンプリングスイッチは、サンプルアンドホールドキャパシタ及びＡＰＳを増幅器の入力キャパシタに電気的に接触して配置するように閉じられる。入力キャパシタが除去されている場合には、前述したように、ＡＰＳを増幅器に直接接触して配置するようにサンプリングスイッチを閉じる。スイッチを閉じる命令は、上記の命令に限定されない。実際、任意の期間にＡＰＳ、サンプルアンドホールドキャパシタ及び増幅器の入力キャパシタへ同時に電気的な接触をもたらす任意の命令は、本発明の範囲内である。

各サンプルアンドホールドキャパシタ及び各入力キャパシタが、明信号及び暗信号それぞれに対して、ＡＰＳから充電された後に、ブロック８１２において、ＡＤＣは、増幅器からの増幅された差動電圧をデジタル化して、アクティブピクセルセンサにより検出された光を表現するデジタル信号を生成してもよい。ブロック８１４において、サンプリングスイッチ及びセレクトスイッチは、開かれてもよい。ＡＤＣからのデジタル信号は、ＡＰＳイメージャにおける他のＡＰＳで測定されたデジタル信号と合成されて、ブロック８１６における画像のデジタル表現を生成してもよい。このデジタル表現は、例えば、表示、印刷、送信、又は閲覧者に対する他の表現でありうる静止画像又はビデオシーケンスを生成するために用いられてもよい。

当業者は、上記で記載した本発明の特徴を任意に結合することが好ましいことを理解するであろう。

Claims (13)

1. 列読み出し線（２０４）に電気的に接触するアクティブピクセルセンサ（２０２）を配置するステップと、
   前記列読み出し線（２０４）に電気的に接触するサンプルアンドホールドキャパシタ（３１４又は３２０）を配置するステップと、
   増幅器（２２２）に電気的に接触する前記サンプルアンドホールドキャパシタ（３１４又は３２０）を配置するステップであって、前記増幅器（２２２）、前記サンプルアンドホールドキャパシタ（３１４又は３２０）及び前記アクティブピクセルセンサ（２０２）は、重複期間に全て電気的に接触する、ステップと、
   前記増幅器（２２２）から前記サンプルアンドホールドキャパシタ（３１４又は３２０）の接続を解除するステップと、
   前記増幅器（２２２）からの差動出力（２２８）をデジタル化するステップと、
   デジタル化した出力から画像を形成するステップと、を含むアクティブピクセルセンサイメージャ（１０８）を用いて画像を形成する方法（８００）。
2. 前記サンプルアンドホールドキャパシタ（３１４又は３２０）と前記増幅器（２２２）との間に接続され、重複期間に前記サンプルアンドホールドキャパシタ（３１４又は３２０）及び前記アクティブピクセルセンサ（２０２）に電気的に接触する入力キャパシタ（３２４又は３３４）を配置するステップを含む、請求項１に記載のアクティブピクセルセンサイメージャ（１０８）を用いて画像を形成する方法（８００）。
3. 前記アクティブピクセルセンサ（２０２）は、前記重複期間中に前記サンプルアンドホールドキャパシタ（３１４又は３２０）及び前記入力キャパシタ（３２４又は３３４）を充電する、請求項２に記載のアクティブピクセルセンサイメージャ（１０８）を用いて画像を形成する方法（８００）。
4. 前記重複期間は、５００ナノ秒よりも大きい、請求項１から３のいずれか一項に記載のアクティブピクセルセンサイメージャ（１０８）を用いて画像を形成する方法（８００）。
5. 前記列読み出し線（２０４）に電気的に接触する前記アクティブピクセルセンサ（２０２）を配置するステップは、前記アクティブピクセルセンサ（２０２）と前記列読み出し線（２０４）との間に動作可能に接続されるＣＭＯＳ ＦＥＴを作動するステップと、前記アクティブピクセルセンサ（２０２）と前記列読み出し線（２０４）との間に電流を流すことを可能にするステップとを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のアクティブピクセルセンサイメージャ（１０８）を用いて画像を形成する方法（８００）。
6. 画像収集装置（１００）に組み込まれるディスプレイ（１２４）に前記画像を表示するステップを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のアクティブピクセルセンサイメージャ（１０８）を用いて画像を形成する方法（８００）。
7. ネットワークインターフェースコントローラ（１２８）を介して外部装置（１３２）へ前記画像を転送するステップを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載のアクティブピクセルセンサイメージャ（１０８）を用いて画像を形成する方法（８００）。
8. 検出器（１０８）の画像に焦点合わせするように構成される光学システム（１０４）と、
   前記画像を画像データに変換するように構成される前記検出器（１０８）と、
   処理用に前記画像データを記憶するように構成されるメモリ（１１８）と、
   記憶された前記画像データで演算を行うように構成されるプロセッサ（１１４）と、
   列読み出し線（２０４）に電気的に接触するアクティブピクセルセンサ（２０２）を配置し、
   前記列読み出し線（２０４）に電気的に接触するサンプルアンドホールドキャパシタ（３１４又は３２０）を配置し、
   増幅器（２２２）に電気的に接触する前記サンプルアンドホールドキャパシタ（３１４又は３２０）を配置し、前記増幅器（２２２）、前記サンプルアンドホールドキャパシタ（３１４又は３２０）及び前記アクティブピクセルセンサ（２０２）は、重複期間に全て電気的に接触し、
   前記増幅器（２２２）から前記サンプルアンドホールドキャパシタ（３１４又は３２０）の接続を解除し、
   前記増幅器（２２２）からの差動出力（２２８）をデジタル化し、デジタル化した出力から画像を形成することを前記プロセッサ（１１４）に指示するように構成される機械可読命令を含む第２のメモリ（１２０）と、を含む画像収集システム（１００）。
9. 前記サンプルアンドホールドキャパシタ（３１４又は３２０）と前記増幅器（２２２）との間に接続される入力キャパシタ（３２４又は３３４）を含み、前記第２のメモリ（１２０）は、重複期間に前記サンプルアンドホールドキャパシタ（３１４又は３２０）及び前記ＡＰＳ（２０２）に電気的に接触する入力キャパシタ（３２４又は３３４）を配置するように構成される機械可読命令を含む、請求項８に記載の画像収集システム（１００）。
10. 前記検出器（１０８）は、アクティブピクセルイメージャを含む、請求項８又は９に記載の画像収集システム（１００）。
11. 外部装置（１３２）へ画像を転送するように構成されるネットワークインターフェースコントローラ（１２８）を含む、請求項８から１０のいずれか一項に記載の画像収集システム（１００）。
12. デジタル画像ストレージ装置（１２２）を含む、請求項８から１１のいずれか一項に記載の画像収集システム（１００）。
13. 前記デジタル画像ストレージ装置（１２２）は、ディスクドライブ、記憶可能な光学ディスク、デジタルテープ、又はそれらの組み合わせを含む、請求項１２に記載の画像収集システム（１００）。

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