JPH09172645A

JPH09172645A - カラースナップ写真カメラ用の電子イメージセンサ

Info

Publication number: JPH09172645A
Application number: JP8296142A
Authority: JP
Inventors: Hamman Elabd; エラブドハンマム
Original assignee: Loral Fairchild Corp; Lockheed Martin Fairchild Corp
Current assignee: Lockheed Martin Corp
Priority date: 1995-11-14
Filing date: 1996-11-08
Publication date: 1997-06-30
Also published as: CA2184021A1; EP0774870A3; US5754229A; EP0774870A2

Abstract

(57)【要約】【課題】スナップカラー写真を撮ることができるイメ
ージセンサ装置を提供する。【解決手段】イメージセンサ装置は、連続画像フレー
ム露光からの光を変換してチャージパケットにするイメ
ージレジスタのアレイと、イメージレジスタのアレイの
間に規則的に散在して複数画像フレーム露光にかかる隣
接イメージレジスタからのチャージパケットの転送を受
け入れる遮光された蓄積レジスタのアレイとを有する。
故に、例えば、赤、緑、青のカラーイメージフレーム
が、フラッシュ露光シャッタが開くと直ちに高速で得ら
れ、次に蓄積レジスタに並行に高速で転送され、シャッ
タが閉じると蓄積レジスタから３色フレームがカラー画
像として読み出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子イメージセン
サに関し、特に、例えば高速描画が可能なカラースナッ
プ写真タイプの電子イメージセンサに関する。

【０００２】

【背景技術】現在、電子イメージ検出の分野において、
大抵の電子イメージセンサは、インターレースタイプま
たはノンインターレースタイプのいずれかである。これ
は、全ての検出器が、(1) １／６０から１／３０秒毎に
リセットされるか、または、(2) ２つの重複統合時間で
１／６０毎に１フィールドが同時にリセットされるか、
のいずれかであることを意味している。読出しは、通常
画像の獲得中に生じ、全フレーム時間を使用する。大抵
のスナップ写真タイプの電子イメージセンサは、ノンイ
ンターレースタイプであり、すなわち、全検出器は、露
光毎にリセットされ、次にセンサへの入射光の無い暗
（dark）状態で読み出される。場面のカラー画像を生成
するために、大抵は、３つのセンサが使用されて、同時
に様々な色で場面を描画し、放送業務の場合は、検出さ
れた３つの画像信号が並行して読み出される。または、
モザイクのカラーフィルタを検出器にて使用することが
でき、次に、色度信号や照度信号が、イメージセンサア
レイの電子出力から作られて、画像を再生するために使
用することができる。この点に関して周知の他の技術
は、カラーフィルタホイールを使用し、３つの連続露光
の間に同時に１つの画像フレームを読み出す。この最後
の方法は、最初のカラー画像、例えば赤を読み出して次
のフレーム、例えば緑を描画するまでの凍結時間や、緑
の画像を読み出して青のフレームを描画するまでの凍結
時間が非常に長くて、秒単位で必要となるので、動きの
ある場面やビデオでの使用などにはあまり実用的ではな
い。

【０００３】飛行機などの動いているプラットホームか
らの対象物の描画や、多色帯域を伴う場面の描画など
の、動作中の対象物の高速描画において、例えば１／１
００から１／６０秒毎に数回の露光を迅速に積分して、
読み出しやさらなる画像処理に備えて３つの露光に相当
する画像フレームをチップ上に保存することが必要であ
る。チップでのさらなる処理は、例えば、時間遅延、積
分（integration）、カラー処理、フレーム平均化、空
間フィルタ処理などを含む。このように、これらの様々
な機能に対するチップでの使用可能面積が重要になって
いる。

【０００４】バスバイ（BUSBY）によるアメリカ特許第
4,821,103号及びタケムラ（TAKEMURA）によるアメリカ
特許第 4,831,453号に示されたセンサ装置は、イメージ
フレーム（この場合は２つ）の別々の露光の検出と高速
蓄積とを含み、次に蓄積された露光を順次読み出して画
像を形成する構成の一例を示している。特に、タケムラ
特許は、一端部で２つの蓄積レジスタを使用して、ビデ
オ業務用に２つの異なる露光を処理している。

【０００５】コバヤシ（KOBAYASHI）によるアメリカ特
許第 4,924,316号は、ビデオカラー描画に関し、この特
許において、カラー画像は別々のカラーフィルタ光感度
検出器に供給され、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のフ
ィールドが別々に保存される。従来の装置はそれなりの
効果を呈するが、これらの装置はビデオシステムを狙い
としたものであり、スナップ写真タイプの検出装置を対
象としたものではないので、蓄積用のチップ領域を余分
に必要とするという欠点を有する。

【０００６】

【発明の目的】本発明の目的は、複数の露光を蓄積する
のに十分な大きさのメモリやフレーム蓄積装置を備えた
イメージセンサ装置を提供することである。本発明の他
の目的は、高速シーケンスで生成される露光から得られ
る複数のイメージフレームを蓄積し、全ての露光の終了
後に蓄積されたイメージフレームを順次読み出すのに十
分大きなメモリやフレーム蓄積装置を備えたイメージセ
ンサ装置を提供することである。

【０００７】本発明のさらなる目的は、フラッシュ露光
シャッタが開いたときに例えば赤、緑、青のカラー画像
フレームが高速で得られ、蓄積レジスタに対して非常に
高速で並行に転送され、シャッタが閉じたときに蓄積レ
ジスタから３つのフレームが読み出されるカラースナッ
プ写真を撮ることのできるイメージセンサ装置を提供す
ることである。

【０００８】

【発明の概要】本発明は、イメージセンサ装置を狙いと
し、特に、フラッシュまたはノンフラッシュのスナップ
写真タイプの装置に関し、複数イメージフレーム露光
（或いは露出）からのチャージ（電荷）パケット（或い
は信号電荷群）を蓄積するのに十分大きなメモリやフレ
ーム貯蔵部（store）を描画面上に備え、かかるセンサ
装置及びクロッキング機構を組み込んでイメージセンサ
装置を駆動する様々な構成を備えたものである。本発明
によって、例えばフラッシュ露光中の高速シーケンスに
おいて生成された複数のイメージフレームを保存し、さ
らに、全フレーム露光が終了した後でイメージフレーム
を順次読み出すことが可能になる。このように、本発明
によるイメージセンサ装置がスナップ写真カラー用途に
おいて使用されるとき、赤、緑、青のカラー画像フレー
ムが、シャッタが開くと直ちに高速で得られ、次に蓄積
レジスタへと高速で並行に転送され、シャッタが閉じた
ときに蓄積レジスタから３色フレームがカラー画像とし
て読み出される。不透明部を備えたフィルタホイール
を、フレーム転送（ＦＴ）の実施例とともに使用するこ
とができ、連続するカラー露光の間の視野をブロックし
て、色の汚れの無い並行読出しを容易にしている。ま
た、インターライン転送（ＩＴ）イメージレジスタの実
施例は、垂直ＣＣＤレジスタを被覆する光シールドを備
えて使用されて、得られた画像の蓄積レジスタへの汚れ
の無い高速並行転送を可能とし、ホイールの不透明部分
の必要性を不要にしている。この実施例において、垂直
レジスタの各々は、イメージレジスタの検出器が挿入さ
れたメモリ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）部を有するか、或いは、イメ
ージレジスタの下方に大きなフレーム蓄積部を有する。

【０００９】高解像度のスナップ写真センサに対して、
大抵は、イメージレジスタの下方に大きなアナログ蓄積
レジスタを構成することが必要である。何となれば、蓄
積レジスタは、通常大きな物理的空間、例えばイメージ
レジスタの空間の５０％を占め、センサのチップサイズ
は大型化する傾向があるからである。本発明は、大きな
フォーマットのセンサを形成する際に、カラー分離セン
サの形を採るイメージレジスタ内部のアナログ電荷蓄積
を行う。イメージレジスタは、２〜３ライン毎に遮光部
や不透明部を有し、例えば、３色スナップ写真カメラの
最初の２色の露光を保存する。かかる構成は、高解像度
には十分である。何となれば、低空間解像度で彩度をサ
ンプルして許容可能なカラー画像を生成することができ
るからである。不透明部は、フレーム転送（ＦＴ）セン
サアーキテクチャ、またはインターライン転送（ＩＴ）
センサアーキテクチャのいずれにも設けることができ
る。

【００１０】

【実施例】本発明によるラージフォーマットセンサが、
カラー分離センサの形でイメージレジスタの内側にアナ
ログ電荷蓄積装置（storage）を配列することによって
組み立てられる。イメージレジスタは、２〜３ライン毎
に遮光された、または不透明部分を備えて形成され、３
色スナップ写真カメラの例えば最初の２色露光などのイ
メージフレーム露光によって生成されるチャージ（電
荷）パケット（或いは信号電荷群）を蓄積する。この構
成は、高解像度カラー描画には適切である。何となれ
ば、彩度は低い空間解像度でサンプルすることができ
て、許容可能なカラー画像を生成し、チップ面積を描画
領域よりもかなり大きくすることが不要となり、蓄積の
ために必要な領域を小さくできるからである。また、露
光の最後の色は、前の２色よりも高解像度でサンプルす
るように選択される。

【００１１】図１に、本発明によるセンサ装置の一実施
例の構成図を示す。センサ装置４５０は、感光性描画領
域、すなわちイメージレジスタ４５２を含む。このイメ
ージレジスタ４５２は、カラー画像からの光を受光し、
連続するｎ回のカラー露光によって生成されたチャージ
パケットを積分し、チャージパケットを同時の１の露光
として、遮光されたメモリ部、すなわち蓄積レジスタ４
５４に送る。この蓄積レジスタ４５４は、構造上、イメ
ージレジスタ４５２の受光ラインの間に分散している。
連続するカラー露光は、同一の、または別々のカラーフ
ィルタを使用して得ることができる。横断フィルタ（tr
ansversal filter）４５６、または再帰フィルタ（recu
rsive filter）が使用されて、アナログ画像信号を並列
処理し、パターン認識フラグや他の制御動作を生成し
て、処理された信号が、読み出し領域、すなわちレジス
タ４５８によって電荷検出増幅器４５９に向けて読み出
される。フィルタ４５６は、画像の時間遅延及び積分
（ＴＤＩ）や簡単なフレーム平均処理を行う際に使用す
ることができる。

【００１２】または、横断フィルタ４５６を除去して、
画像を簡単に順次読み出すことができる。かかるフィル
タを使用しない様々な実施例が、図２、図３、図４に示
され、カラーフィルタホイール４６０と協働して動作し
て別々の色の画像を積分する。ホイール４６０のフィル
タ４６２は、画像融合業務や他のノンカラー画像捕捉用
の可視光フィルタやＩＲフィルタとすることもできる。

【００１３】図２に示す実施例において、フレーム転送
（ＦＴ）の装置やアーキテクチャが使用され、ホイール
４６０のフィルタ４６２は、不透明領域によって分離さ
れて、画像フレーム転送中の汚れを防止する。特に、図
２のセンサ装置４７０は、本発明による構成を有し、こ
の構成によって、後述する方法で彩度信号のリアルタイ
ムの解像度調整を行うことができる。センサ装置４７０
は、５００×５００のアレイの感光性チャージパケット
形成領域の形式を採るイメージレジスタ４７２を有し、
イメージレジスタの４本のライン毎に、図８に詳細を示
すように、遮光されたミニ蓄積レジスタ４７６が続いて
いる。蓄積レジスタを作る不透明蓄積領域は、センサの
表面に金属層を半永久的に積層することによって形成さ
れたり、または、画像の露光前にセンサの前に予め設計
された不透明領域を有するガラス製のフィルタを配置す
ることによって形成される。また、不透明蓄積領域は、
イメージレジスタのライン上に、不透明層や電気的に制
御される液晶（Ｘ−ｔａｌ）シャッタ層を積層すること
によっても、作製することができる。

【００１４】動作時において、例えば、装置４７０は、
最初に、画像の青（Ｂ）の部分に露光され、次に緑
（Ｇ）の部分、その次に赤（Ｒ）の部分が続く。異なる
色の３つの画像フレームは、カメラのシャッタの開閉
と、高速動作カラーフィルタ装置の使用とによって、フ
ラッシュ露光の間に形成される。このように、３色露光
は、例えば２００μ秒間隔の高速で行われる。しかし、
イメージレジスタ４７２の全（full）解像度は、各色に
対して必要ではなく、露光の色が異なると必要な解像度
が異なることがある。各露光フレームで隣接する列の電
荷は、イメージレジスタ４７２と蓄積レジスタ４７６と
の間の界面４７４で合成される。何となれば、各露光フ
レームが蓄積レジスタ４７６へと転送されるからであ
る。各カラー露光に対して界面４７４で電荷の列を合成
する方法は、特定の色に対して必要な解像度に依存して
変化する。例えば、イメージレジスタの解像度の５分の
１のみが、青の露光に対しては必要であり、青の露光フ
レームの５つのラインが、界面４７４で１つに合成され
て蓄積レジスタ４７６で蓄積される。緑の露光に対して
高解像度や全解像度が必要であれば、緑の露光フレーム
が蓄積レジスタ４７６へとダウンロードされるので、２
つのラインが界面４７４で合成される。最後に、赤の露
光にして必要な解像度は、青の解像度と緑の解像度との
中間であり、電荷の４つのラインが合成されて蓄積され
る。再び、処理信号が、読み出し領域、すなわちレジス
タ４７８によって電荷検知増幅器４７９に向けて読み出
される。

【００１５】図３及び図４に示す実施例において、垂直
インターライン（interline）転送（ＩＴ）構造が使用
されて、３つの色を蓄積する。装置４８０において、図
３に示すように、感光性電荷形成素子４８４のカラム４
８２は、イメージレジスタ４８６において、垂直ＣＣＤ
レジスタ４８８と互い違いに配列されている。垂直ＣＣ
Ｄレジスタ４８８は、電荷形成素子４８４の対応するカ
ラム４８２から蓄積レジスタ４９０へと電荷を迅速に転
送する。連続するカラー露光からのチャージパケット
は、図３に示すように順次蓄積レジスタ４９０に蓄積さ
れる。処理信号は、読み出し領域、すなわちレジスタ４
８７によって、電荷検知増幅器４８９へと読み出され
る。

【００１６】または、３色の露光における各カラムから
のチャージパケットは、図４の装置４８０’に示すよう
に、平行隣接領域に蓄積される。すなわち、蓄積レジス
タ４９２の第１カラムは、イメージレジスタ４８６’の
第１カラムと赤のみの露光からとのチャージパケット
（１Ｒ，２Ｒ，３Ｒで示す）を受け取り、蓄積レジスタ
４９２の第２カラムは、イメージレジスタ４８６’の第
１カラムと緑のみの露光からとのチャージパケット（１
Ｇ，２Ｇ，３Ｇで示す）を含む。平行隣接領域の蓄積レ
ジスタ４９２でのイメージチャージパケットのメモリ蓄
積装置によって、例えばマルチカラー空間フィルタ処理
を実行するなどのオンチップフィルタを備えたアナログ
信号処理が容易になる。このＦＩＴ構成の長所は、不透
明領域がカラーホイールのフィルタの間で使用されない
場合に、垂直ＣＣＤレジスタが光シールドによって被覆
されているので画像の汚れを防ぐことである。いずれの
場合も、蓄積部への画像の垂直転送が、高速で、すなわ
ち、２００−２５０μ秒以下（＜２００−２５０μ秒）
で行われる。図３及び図４に実施例において、インター
ラインセンサの垂直レジスタが例えばＲ，Ｇの２色の蓄
積装置とともに指定されながらも、３番目の色Ｂが、読
み出しの順番を待っている検知ノードに蓄積されていれ
ば、イメージレジスタの下方の蓄積レジスタは必要では
ない。イメージレジスタ４８６’は、第２画像を積分す
る前にダンプドレインにリセットしても良いが、これは
必要ではない。画像は、アレイの全検出器によって形成
され、またはこれら検出器のサブサンプリングによって
形成することができる。何となれば、通常彩度信号に全
解像度を備えることが必要ではないからである。後者の
技術によって蓄積レジスタの大きさを軽減することがで
きる。

【００１７】図５乃至図７に、アナログ電荷蓄積が、様
々な蓄積機構や装置を使用してイメージレジスタの内部
で行われる様子を示す。これら３つの実施例において、
イメージレジスタ５００，５０６，５１２は、カラー画
像から光を受光し、連続するｎカラー露光によって生成
されるチャージパケットを積分し、これらのチャージパ
ケットを遮光されたり不透明なメモリ部、すなわち蓄積
レジスタ５０２，５０８，５０９に一度に送る。図５
に、イメージレジスタ５００において、描画ラインのブ
ロック５０４と垂直方向に互い違いになっている蓄積ラ
イン５０３の連続横配列蓄積装置ブロック５０２で電荷
蓄積が行われる実施例を示す。ブロックはラインのグル
ープを画定し、ラインはゲート電極によって画定され
る。ＩＴアーキテクチャにおいて、これらのラインは、
水平方向に描画検出器と互い違いになっている。図６
に、イメージレジスタ５０６において、描画ブロック５
１０と互い違いになっている不連続蓄積ライン５０７の
ブロック５０８において電荷蓄積が行われる実施例を示
す。図７に、イメージレジスタ５１２において、スタガ
形（staggered）の蓄積機構が使用され、蓄積ブロック
５０９がレジスタラインにおいて描画ブロック５１１と
互い違いになっている実施例を示す。不透明蓄積部の数
は、描画領域の数以下である。このように、電荷結合、
すなわち１つの蓄積領域での複数の画像サンプルの合成
が、画像または蓄積領域内で行われて蓄積される。蓄積
ブロックは、表示される画像の加工（artifacts ）を避
けるために、イメージフィールドにおいて、連続してい
たりまたはランダムに分散されている。

【００１８】図５乃至図７に示す構成は、「３」または
「ｎ」色の画像を生成するために使用される。または、
図５乃至図７に示す構成は、例えば１つの領域での局所
の色をより良く評価するために各々が異なる空間周波数
で撮られる３つの青の画像を作成するために使用するこ
とができる。すなわち、フロント照射ＣＣＤのような低
量子効率の場合に、青をより正確に測定するために使用
することができる。

【００１９】図８に、異なるカラー画像の積分を容易に
する３色フィルタホイール５１４を備えた図５の装置の
実施例の構成の一例を詳細に示す。フィルタホイールを
使用する他の実施例については、フィルタ５１５は、例
えば、カラー描画用の可視光フィルタ、画像融合業務用
の赤外線フィルタなどの様々なタイプのフィルタとする
ことができる。図８の実施例において、イメージレジス
タ５００は、描画ブロック５０４から構成されたものと
して示され、描画ブロック５０４の各々は、４つのライ
ン５１６において横方向に配列され、複数の感光性チャ
ージパケット形成素子からなり、はめ込みバリア５２２
によって分離された２つの蓄積装置レジスタライン５１
８，５２０によって分離されている。蓄積レジスタライ
ンの各々は、複数の不透明蓄積素子と、２つのライン５
１８，５２０とからなり、バリア５２２とともに図５の
ブロック５０２を形成する。ブロック５０４のライン５
１６の画像副画素と、ライン５１８−５２２のメモリ位
置との組合せは、スーパー（super）画素として扱わ
れ、すなわち、スーパー（super）画素は、例えば駆動
電極５２４に印加される３相（φ_V1−φ_V3）の読出しク
ロックから適切なタイミングと制御パルスとを使用する
電荷の結合や分離または電荷のダンプによる、画像クロ
ストーク電荷の電荷操作の領域である。これらのスーパ
ー画素は、カラーサンプルとクロストーク電荷サンプル
とを蓄積する複数の副画素及びメモリを含み、空間フィ
ルタ処理と時間遅延と積分とを行うことができ且つ遅延
及び蓄積のために別々の平行ＣＣＤレジスタを使用する
横方向フィルタと一緒に配置されている。

【００２０】１の動作実施例では、赤−青−緑カラー露
光シーケンス（Ｒ，Ｂ，Ｇ）が、画像を捕らえるために
使用される。赤の露光後、４つの赤画素、すなわち４つ
のラインや列５１６の各グループのチャージパケット形
成素子における電荷が、不透明蓄積ライン５１８に加え
られて蓄積される。この不透明蓄積ライン５１８は、反
転または非反転ゲート、すなわち埋め込みチャネルやマ
ルチピンドフェーズ（multi pinned phase：ＭＰＰ）モ
ードを有する。同一の操作が、青の露光後に繰り返さ
れ、蓄積ライン５１８に蓄積された赤の電荷を移動させ
ずに、それを１のステージから他の不透明ステージに進
めることによって、ライン５１６に蓄積された電荷が蓄
積ライン５２０の対応する不透明蓄積素子に蓄積され
る。緑の露光が続き、緑の露光によって生じた電荷がラ
イン５１６を占める。図９に、上記露光後のスーパー画
素におけるチャージパケットの蓄積の様子を示す。図９
において、赤及び青のチャージパケットがメモリライン
５１８，５２０に蓄積され、緑のチャージパケットが４
つのライン５１６を占める。次に、装置５００に集めら
れて蓄積された電荷は、適切なシーケンスで読み出され
る。蓄積ライン５１８，５２０とともに通常使用される
２つの蓄積コンデンサと分離ゲートとは、前述のような
電荷の結合及び蓄積の間に別々にクロックされたり、ま
たはイメージレジスタのライン５１６の描画素子を制御
する３相（φ_V1−φ_V3）や４相の読出しクロックと並行
に同調する。クロッキング（clocking）は、非反転、反
転、または混合モードで行われる。読出しの間、４つの
画像画素グループと蓄積ゲートとは、３色（フィルタ処
理）画像データを読み出すために使用される。この方法
によって、複数の色を分離するブランク画素の包含が可
能となり、故に色成分のダイナミックレンジが改善され
る。上記実施例において、最後の、すなわち緑の露光
は、イメージセンサの全解像度を有する。ブランク画素
について、図１０に、読出し中の図９に示すスーパー画
素のチャージパケットの様子の一例を示す。２つのブラ
ンク副画素Ｅ１，Ｅ２が設けられ、隣接メモリに蓄積さ
れた赤の電荷が読出し中の井戸の電荷容量よりもダイナ
ミックレンジにおいてかなり多い場合に、Ｅ１は、過剰
な赤信号を受け入れるＥ２及びＣＴＥによって占有され
るカラークロストーク信号を含む。

【００２１】図２に示す実施例では、フレーム転送（Ｆ
Ｔ）構造が使用され、ホイールのカラーフィルタが不透
明領域によって分離されて、画像転送中のシミを防止し
たり修正したりする。しかしながら、図３及び図４の実
施例では、垂直インターライン転送（ＩＴ）構造が使用
されて３色を蓄積し、上述のように、この構造の効果
は、垂直ＣＣＤレジスタが光シールドによって覆われて
いることである。この光シールドは、カラーホイールの
フィルタの間で不透明領域が使用されない場合の画像の
汚れを防止するので、不透明領域をフィルタの間で使用
する必要が無い。

【００２２】いずれの場合も、蓄積部への画像の垂直転
送が、高速、すなわち２５０マイクロ秒以下（＜２５０
マイクロ秒）で行われ、複数の露光が、露光の間で装置
をダウンロードせずに積分されて蓄積される。イメージ
レジスタは、例えばイメージレジスタの上方や下方で、
または基板への垂直オーバフロー構造において、ダンプ
ドレインにリセットされて第２画像を積分するが、これ
は必ずしも必要ではない。画像は、全ての検出器によっ
て、またはこれら検出器のサブサンプリングによって形
成することができる。何となれば、上記のように、通常
彩度信号には全解像度を有することが必要ではないから
である。サブサンプリング法によって、蓄積レジスタの
寸法を小さくできる。

【００２３】図８の画像捕捉方法に対する強化が用いら
れて、カラークロストークを減らし、１の色に対する蓄
積のダイナミックレンジを強化する。例えば、図１１に
示すように、赤及び青の露光が続き、緑の露光によって
ライン５１６のグループに蓄積された電荷は、例えば第
３ラインなどの１つのラインに合成される。また、カラ
ークロストークチャージＣＴは、例えばフラッシュがオ
ンでありながらも液晶シャッタフィルタの色の交換中な
どの露光及び蓄積中に、メモリに形成される。露光中の
メモリ（５１８，５２０）での電荷蓄積は、高ポジティ
ブバイアス（埋め込みチャネル）モードの下で行われて
電荷蓄積密度を高くするので、故に必要な不透明領域や
メモリ領域を小さくする。このように、高充填因子（fi
ll factor）が得られる。画像の暗電流電荷を減らすた
めに、読出しはＭＰＰモードで行われる。装置５００の
電荷がこれらの条件下で読み出されるとき、図１２に示
すように、緑の情報を含む列と赤及び青の情報を含む列
との間に「バッファ」列が存在する。この「バッファ」
列（ＣＴ，ＥＴ）によって、２つの重要な効果がもたら
される。第１に、列ＣＴにより、青の情報及び緑の情報
の間のクロストークが減少する。何となれば、これらの
タイプの異なる２つの情報に相当する列はもはや互いに
隣合わないからである。第２に、緑の情報用の装置のダ
イナミックレンジは、緑の蓄積ラインに隣接したり背後
にある空の列ＥＲによって形成されるさらなる蓄積領域
により増加する。このように、読出し中に「バッファ」
へと溢れる緑の露光の電荷は、損なわれたり、青の露光
による電荷と混合しない。これは、フィルタホイールが
回転し且つ最初の色が単一のフラッシュ時間内に不透明
領域に蓄積されるとき、特に重要である。よって、明ら
かに、一瞬の期間が不正確に存在し、これは、液晶シャ
ッタフィルタが使用されるとき特に真実である。何とな
れば、最初の色から２番目の色に切り替わるとき若干の
色及び空間のクロストークが存在するからである。クロ
ストーク期間の間に生成したこのクロストーク電荷は、
図１３のタイミングチャートに示すように、バッファス
テージにおいて分離されたり、または別に読み出されて
無視されたり、または読出し中にダンプドレインにダン
プされる。図１３において、チャージパケットの蓄積と
処理とが、高速３色スナップ写真カメラにおいて時間を
切り替えるフィルタホイールや液晶シャッタフィルタに
対して示されている。Ｑ₁，Ｑ₂，Ｑ₃ は、間に切り替
え期間を挟む別々の露光期間の間に、３色画像の連続カ
ラー画像フレーム露光の間に現れる電荷の量を示す。Ｑ
_s は、バッファステージに蓄積されてダンプされたり無
視されるカラークロストーク電荷を表す。Ｑ₂ とＱ₃ と
の間の電荷Ｑ_sは、液晶シャッタフィルタが色＃１と色
＃２との間で切り替わるときに集められる。次に、Ｑ_s
は、メモリ（不透明）領域に蓄積され、ソフトウェアを
使用して色を修正するために使用される。図１４に、図
１３のタイミングチャートで維持するときのスーパー画
素電荷シーケンスを示す。この方法の変形例が様々な露
光シーケンスとともに使用されて、クロストークを減ら
し、複数フレーム業務での露光の電荷に対するダイナミ
ックレンジを改善する。

【００２４】場面の照度条件は変化し且つ目標の色のコ
ントラストは異なるので、特徴を編集するリアルタイム
の彩度が提供され、タイミング、クロッキング、画像シ
ーケンスが、様々なタイミングシーケンスを本発明のセ
ンサに適用することによって、カラースナップ写真カメ
ラに記憶される。従って、撮影者やユーザに、様々な色
の露光時間やサンプリング解像度を調整する能力を与え
ることができる。これらの調整の目的は、生成される画
像において得られる色のコントラストを最良の品質にす
ることである。ユーザは、複数のリアルタイム彩度編集
プログラム及び復調アルゴリズムで実験した後、最適露
光条件を設定する。これらの彩度編集プログラム及び復
調アルゴリズムは、カメラの電子回路に予め記憶され、
イメージセンサ内の蓄積領域に対する画像の大きさによ
ってサポートされている。

【００２５】図１５に、本発明によるリアルタイム彩度
編集のために調節自在なスナップ写真イメージャ（imag
er）を組み込んだカメラの一実施例の構成図を示す。図
１５に見られるように、フラッシュ露光のカラー画像
は、描画レンズ８１によってフィルタホイールや液晶フ
ィルタシャッタ８２を介して本発明のイメージセンサ８
３に送られる。センサ８３の出力は、アナログ・ディジ
タルコンバータ８４においてディジタル化されて、ａ）
算術論理ユニット（加算／減算器）８５の一方の入力部
に直接送られ、さらに、ｂ）黒応答（black response）
及びフラットフィールド照度情報を有する外部ディジタ
ルメモリ８６に送られる。メモリ８６の内容は、ディジ
タル算術論理ユニット（ＡＬＵ）の形式を採る素子８７
内で、または適宜のソフトウェアによって、処理され
て、異なる彩度編集機構の下に画像修正フラットフィー
ルドをフィルタ処理する。素子８７の出力は、加算／減
算器８５の他方の入力部に接続され、加算／減算器８５
は、高解像度ＴＶモニタ８９やフィルムレーザプリンタ
９９において、フラッシュ入力画像に基づいて、適切な
画像を表示する際のスキャンコンバータ８８を制御す
る。リアルタイム彩度編集を行うために、撮影者の制御
パネル９０が設けられて、ＡＬＵ８７の出力によって異
なるクロック機構を選択する制御装置９１を操作し、イ
ンターフェース装置９２からフィルタホイール８２及び
イメージセンサ８３のタイミング制御部までの信号によ
って、所望の駆動及び制御タイミングを選択する。電子
回路は、不透明メモリ領域上の表示画像の画素を訂正す
る。

【００２６】上記実施例は、センサ内の異なる色の露光
から蓄積される電荷を混合せずに改良された結果を獲得
し、故に、非線形性、ＣＴＥ、暗電流、量子化、及び固
定パターンノイズによって生じるカラー復調エラーを防
止する。さらに、不透明蓄積領域に必要とされる面積が
小さいために、図４乃至図８の実施例は、全画像活性領
域において７０から８０％のオーダの高い充填因子（fi
ll factors）を有することができる。また、前述の如
く、これらの実施例は、反転、非反転、または混合モー
ドでクロックされて、蓄積能力を強化し、充填因子を改
善し、暗電流を低減する。

【００２７】本発明のカラーセンサアーキテクチャの重
要な特徴及び効果を以下にまとめる。１．色を混合せずに、非線形性、ＣＴＥ、暗電流、量
子化、固定パターンノイズ、カラークロストークによっ
て生じるカラー復調エラーを防止するカラー分離センサ
を提供する。

【００２８】２．センサに金属層を半永久的に積層し
たり、または画像の露光前にセンサの前面に予め寸法が
決められた不透明領域を有するガラスフィルタを配置し
たり、または、バイアス制御によって不透明または透明
を切り替える液晶部材や不透明誘電部材を蓄積装置の上
に積層することによって、形成される不透明蓄積領域を
画像領域間に有する。

【００２９】３．大面積ＣＣＤ装置の製造歩留まりを
下げるカラーフィルタマトリックスの積層を防止するた
めに寸法が大きいＭＰＰＣＣＤと互換性を有する。４．７０−８０％の高い充填因子（fill factor）を
可能にする。５．反転、非反転、または混合モードでクロックでき
る。６．彩度信号のリアルタイムの解像度調整を可能にす
る。

【００３０】７．分離領域での色の切り替え中に生じ
るカラークロストーク電荷を分離することによってカラ
ークロストーク修正が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるセンサ装置の一実施例の構成図で
ある。

【図２】フレーム転送（ＦＴ）装置とカラーフィルタホ
イールとを使用する本発明によるセンサ装置の他の実施
例の構成図である。

【図３】カラーフィルタホイールとともに垂直インター
ライン転送（ＩＴ）装置を使用する本発明によるセンサ
装置の他の実施例の構成図である。

【図４】垂直フィールドＩＴ（ＦＩＴ）装置とカラー液
晶シャッタまたはフィルタホイールとを使用する本発明
によるセンサ装置のさらなる実施例の構成図である。

【図５】ＦＴＣＣＤアーキテクチャのイメージレジスタ
内の装置でアナログ電荷蓄積が行われ、同様な構成がＩ
ＴＣＣＤアーキテクチャの垂直レジスタでも可能となる
本発明の実施例の構成図である。

【図６】ＦＴＣＣＤアーキテクチャのイメージレジスタ
内の装置でアナログ電荷蓄積が行われ、同様な構成がＩ
ＴＣＣＤアーキテクチャの垂直レジスタでも可能となる
本発明の実施例の構成図である。

【図７】ＦＴＣＣＤアーキテクチャのイメージレジスタ
内の装置でアナログ電荷蓄積が行われ、同様な構成がＩ
ＴＣＣＤアーキテクチャの垂直レジスタで可能となる本
発明の実施例の構成図である。

【図８】異なる色の画像の統合を容易とするカラーフィ
ルタホイールを備えた図５の装置の実施例の動作構造を
詳細に示す図である。

【図９】赤・青・緑（Ｒ，Ｂ，Ｇ）露光シーケンスの後
のスーパー画素のチャージパケットの蓄積を説明する図
である。

【図１０】読出し中の図９に示すスーパー画素のチャー
ジパケットを説明する図である。

【図１１】高ポジティブバイアス（埋め込みチャネル）
の下で行われて高電荷蓄積密度を得る赤・青・緑（Ｒ，
Ｂ，Ｇ）露光シーケンスの後のスーパー画素のチャージ
パケットの蓄積を説明する図である。

【図１２】読出し中の図１１に示すスーパー画素のチャ
ージパケットを説明する図である。

【図１３】本発明による高速３色スナップ写真カメラで
のフラッシュ露光の間にフィルタホイールや液晶シャッ
タフィルタの動作の結果生じる切り替え時間を備えた、
カラー画像フレームチャージパケットを蓄積するための
クロック機構を説明する図である。

【図１４】図１３の充電タイミングを伴うスーパー画素
電荷シーケンスを示す図である。

【図１５】本発明によるスナップ写真イメージャ（imag
er）を組み込んだカメラの一実施例の構成図である。

【符号の説明】

４５０イメージセンサ装置４５２イメージレジスタ手段４５４蓄積レジスタ手段４５９チャージパケットを読み出す手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スナップ写真タイプのイメージセンサ装
置であって、画像フレーム露光からの光を受光して受光した光に応じ
たチャージパケットを生成するイメージレジスタ手段の
アレイと、前記イメージレジスタ手段のアレイの間の規則的に散在
して隣接するイメージレジスタ手段からの前記チャージ
パケットの転送を受け入れて蓄積する遮光された蓄積レ
ジスタ手段のアレイであって、複数イメージフレーム露
光を蓄積する手段を有する前記蓄積レジスタ手段のアレ
イと、前記蓄積レジスタ手段に蓄積されたチャージパケットを
読み出す手段と、を有することを特徴とするイメージセ
ンサ装置。
【請求項２】複数イメージフレーム露光を蓄積する前
記手段は、前記露光を高速シーケンスで受光して蓄積す
る手段を有し、チャージパケットを読み出す前記手段は、複数画像露光
の全てが終了した後で前記蓄積された複数の露光を順次
読み出す手段を有することを特徴とする請求項１記載の
イメージセンサ装置。
【請求項３】複数イメージフレーム露光を蓄積する前
記手段を反転、非反転または混合モードのうちの１つで
クロックする手段をさらに有することを特徴とする請求
項２記載のイメージセンサ装置。
【請求項４】イメージレジスタ手段の前記アレイは、
イメージレジスタの複数のラインからなり、前記蓄積レジスタ手段のアレイの各々は、イメージレジ
スタの４ラインの間に散在する蓄積レジスタの２ライン
からなることを特徴とする請求項１記載のイメージセン
サ装置。
【請求項５】イメージレジスタ手段の前記アレイは、
イメージレジスタの複数のラインからなり、ブランクラ
インがイメージレジスタのラインの間に散在しているこ
とを特徴とする請求項１記載のイメージセンサ装置。
【請求項６】蓄積レジスタ手段の前記アレイは、埋め
込みバリアラインによって分離されている蓄積レジスタ
のラインからなることを特徴とする請求項１記載のイメ
ージセンサ装置。
【請求項７】イメージレジスタ手段の前記アレイは、
イメージレジスタの複数のラインからなり、蓄積レジスタ手段の前記アレイは、前記イメージレジス
タの複数のラインの間に散在する蓄積ブロックの連続ラ
インからなることを特徴とする請求項１記載のイメージ
センサ装置。
【請求項８】イメージレジスタ手段の前記アレイは、
イメージブロックの不連続ラインからなり、蓄積レジスタ手段の前記アレイは、前記イメージブロッ
クの不連続ラインの間に散在する蓄積ブロックの不連続
ラインからなることを特徴とする請求項１記載のイメー
ジセンサ装置。
【請求項９】イメージレジスタ手段の前記アレイは、
イメージブロックのスタガ形ラインからなり、蓄積レジスタ手段の前記アレイは、前記イメージブロッ
クの各ラインと交互になる蓄積ラインのスタガ形ライン
からなることを特徴とする請求項１記載のイメージセン
サ装置。
【請求項１０】イメージレジスタ手段の前記アレイと
蓄積レジスタ手段の前記アレイとは、垂直インターライ
ン転送（ＩＴ）形式に配置されていることを特徴とする
請求項１記載のイメージセンサ装置。
【請求項１１】前記複数イメージフレーム露光を生成
するカラーフィルタ手段をさらに有することを特徴とす
る請求項１０記載のイメージセンサ装置。
【請求項１２】スナップ写真タイプのイメージセンサ
を使用して画像を生成する画像生成方法であって、イメージフレーム露光からの光を受光して受光した光に
応じたチャージパケットを生成するイメージレジスタの
アレイを配置する行程と、遮光された蓄積レジスタのアレイをイメージレジスタの
前記アレイの間に規則的に散在するように配置し、複数
イメージフレームの露光中に前記チャージパケットを隣
接イメージレジスタから転送して前記蓄積レジスタに蓄
積する行程と、前記蓄積レジスタに蓄積されたチャージパケットを読み
出す行程と、を有することを特徴とする画像生成方法。
【請求項１３】チャージパケットを生成して転送する
行程は、複数イメージフレーム露光のために高速シーケ
ンスで行われ、チャージパケットを読み出す行程は、全複数画像露光が
終了した後で順次行われることを特徴とする請求項１２
記載の画像生成方法。
【請求項１４】３色画像は、次の行程、すなわち、シャッタを開いてカラー画像のフラッシュ露光を生成す
る行程と、イメージレジスタの前記アレイにおいて第１、第２、第
３カラー画像フレームを順次受光することによって前記
カラー画像を高速で獲得して前記第１、第２、第３カラ
ーイメージフレームをそれぞれ表すチャージパケットを
生成し、前記イメージフレームを表すチャージパケット
を順次イメージレジスタの前記アレイから前記隣接蓄積
レジスタへと高速で転送する行程と、前記シャッタを閉じる行程と、前記隣接蓄積レジスタに蓄積されたチャージパケットを
電荷検知増幅器に対して読出して３色画像を得る行程
と、によって得られることを特徴とする請求項１２記載
の画像生成方法。
【請求項１５】前記行程は、反転、非反転、混合モー
ドのうちのいずれかでクロックされることを特徴とする
請求項１２記載の画像生成方法。
【請求項１６】スナップ写真タイプのイメージセンサ
を使用して画像を生成する画像生成装置であって、カラー画像のフラッシュ露光を生成するシャッタ手段
と、前記フラッシュ露光から複数カラー画像フレーム露光を
生成するカラーフィルタ手段と、前記複数カラー画像フレーム露光を検知するイメージセ
ンサ手段と、前記画像信号に応答して異なる彩度編集機構を画像信号
に適用して対応する編集信号を生成する編集手段と、前記画像信号及び前記編集信号を受け入れて前記カラー
画像を表すビデオ画像を表示するときの使用のために前
記画像信号及び前記編集信号に基づいた出力を生成する
算術論理ユニット（ＡＬＵ）手段と、前記カラーフィルタ手段及び前記イメージセンサ手段に
接続されて前記複数カラー画像フレーム露光の生成及び
検知のタイミングを制御する制御信号を出力する制御手
段であって、前記編集手段に接続されて前記画像信号に
適用される異なる編集機構の間で彩度編集機構を選択す
る選択信号を出力する前記制御手段とを有し、前記イメージセンサ手段は、前記複数カラー画像フレーム露光を受光して受光したカ
ラー画像フレーム露光に応じてチャージパケットを生成
するイメージレジスタ手段のアレイと、イメージレジスタ手段の前記アレイの間に規則的に散在
して隣接イメージレジスタ手段からの前記チャージパケ
ットの転送を受け入れて蓄積する遮光された蓄積レジス
タ手段のアレイであって、複数イメージフレーム露光を
蓄積する手段を有する前記蓄積レジスタ手段のアレイ
と、前記蓄積レジスタ手段に蓄積されたチャージパケットを
読出して読みだしたチャージパケットを表す画像信号を
生成する手段と、を有することを特徴とする画像生成装
置。
【請求項１７】イメージレジスタ手段の前記アレイと
蓄積レジスタ手段のアレイとは、垂直インターライン転
送（ＩＴ）装置の内部に配置されていることを特徴とす
る請求項１６記載の画像生成装置。
【請求項１８】前記編集手段は算術論理ユニット（Ａ
ＬＵ）からなることを特徴とする請求項１６記載の画像
生成装置。
【請求項１９】前記イメージセンサ手段は、前記チャ
ージパケットをディジタル画像信号に変換するアナログ
・ディジタルコンバータをさらに有することを特徴とす
る請求項１６記載の画像生成装置。
【請求項２０】ビデオ画像を表示する際に前記算術論
理ユニット（ＡＬＵ）手段の前記出力を変換して使用す
るスキャン変換手段をさらに有することを特徴とする請
求項１６記載の画像生成装置。