JP2012510203A - 不均一な遮光体を有するイメージセンサ - Google Patents

Abstract

イメージセンサは、２以上の対応するサブアレイに分割される画素アレイを含む。画素アレイは、複数の画素を有する画像形成領域と、複数の基準画素を有する基準領域とを含む。連続する不均一の遮光体、又は個別の不均一の遮光体は、基準画素からなる行又は列におけるそれぞれの基準画素を覆う。イメージセンサは、基準画素からなる１以上の行又は列を含む。出力チャネルは、それぞれのサブアレイに電気的に接続され、それぞれのサブアレイにおける複数の画素及び基準画素により生成される信号を受ける。対応するサブアレイにおける１以上の行又は列における基準画素のペアにより生成される画素信号は、出力チャネル間の違い又はミスマッチを補償する１以上の補正係数を決定するために使用される。

Description

本発明は、デジタルカメラ及び他の対応の画像捕捉装置で使用されるイメージセンサに関し、より詳細には、多数の出力チャネルを有するイメージセンサに関する。さらに、より詳細には、本発明は、出力チャネルにおける差を補償する補正係数を決定するために使用される１以上の不均一な遮光体を有するイメージセンサに関する。

高速且つ高解像度のイメージセンサの需要が増加し続けるにつれて、多数の出力チャネルを有するイメージセンサが益々普及している。これは、画素からの信号を読み取るために２以上の出力チャネルが使用されるときに達成することができるフレームレートが増加したことによる。しかし、それぞれ個々の出力チャネルのパフォーマンスにおける違い又はミスマッチは、イメージセンサの動作において不均一な作用を導入する可能性がある。これらの違い又はミスマッチは、出力チャネルの製造の間に形成されるか、違いは、イメージセンサの読み取られる信号を処理する回路に引き起こされる可能性がある。

米国特許第6,072,603号は、多数の出力間のミスマッチを較正する既知のテストターゲットを使用することで出力パフォーマンスにおけるミスマッチに対処する。較正は、カメラの製造の間に典型的に行われる。較正が終了したとき、イメージセンサを含めてカメラエレクトロニクスの全てのゲイン及びオフセット設定が決定され、カメラにおける不揮発性メモリに保存される。残念なことに、イメージセンサは温度、電源のバイアス、又はクロックタイミングといった周囲環境又は動作環境に敏感であるので、較正の精度は、望まれる精度を満たさない。

米国特許第7,423,668号は、画素の行と逆バイアスされた注入型ダイオードを含む電子注入構造の使用を通して多数の出力を有するイメージセンサを較正する。注入構造における１つのフェーズの信号容量は、注入構造における画素における１つの障壁領域のサイズを変えることで変化される。画素信号は、注入型ダイオードをクロックすることで注入構造のその１つのフェーズに注入される。注入された信号は、出力チャネルを較正するために使用される。

注入構造に対する制限は、カメラエレクトロニクスによりオン及びオフにされる更なるDC電源の必要を含む。障壁領域は、注入構造におけるそれぞれの画素において製造される必要があり、これにより製造プロセスのコスト及び複雑度が増加する。そして最終的に、較正の精度は、電子注入プロセスそれ自身により導入される雑音により妥協される可能性がある。

米国特許第6,803,960号は、CCDイメージセンサのリーディングエッジ及びトレイリングエッジに配置される垂直方向の光注入構造を例示する。垂直方向の光注入構造から１つの水平方向のレジスタに電荷が注入される。注入された電荷は、CCDイメージセンサの電荷転送効率をテストするために使用される。これら垂直方向の光注入構造は、出力チャネル間の違い又はミスマッチを補償するために多数の出力チャネルを較正するために使用することができない。

イメージセンサは、２以上の対応するサブアレイに分割される画素アレイを含む。画素アレイは、複数の画素を有する画像形成領域と、それぞれが複数の基準画素を有する１以上の基準領域とを含む。基準画素により生成される画素信号は、出力チャネル間の違い又はミスマッチを補償する１以上の補正係数を決定するために使用される。本発明に係る実施の形態において、連続的な不均一の遮光体は、基準画素からなる行又は列におけるそれぞれの基準画素を覆う。本発明に係る別の実施の形態では、個々の不均一の遮光体は、基準画素からなる行又は列におけるそれぞれの基準画素を覆う。１又は複数の不均一の遮光体は、たとえば四角形、三角形又は曲線の形状といった任意の形状及び幾何学的配置で構成される。用語「不均一“non-uniform”」は、遮光体が基準画素にわたるか又は基準画素を覆うときの、遮光体（又は複数の遮光体）の様々な形状のことを示す。一般に、連続する不均一の遮光体又は個々の不均一の遮光体により、対応するサブアレイにおける基準画素のペアは、同じ、又は実質的に同じ基準画素の信号を有する。

出力チャネルは、それぞれのサブアレイにおける複数の画素及び複数の基準画素により生成される信号を受けるため、それぞれのサブアレイに電気的に接続される。対応するサブアレイにおける基準画素のペアの読み取られた基準画素信号は、互いに比較される。任意の従来のカーブフィッティングアルゴリズムを使用して、２以上の出力チャネルにおける差を補正又は補償する補正係数は、出力チャネルの一部又は全部について決定される。次いで、補正係数は、イメージセンサの読み取られた画素信号の値の全てに加えられ、出力チャネルにおける差による作用が除去、又は実質的に除去される。

連続的な不均一の遮光体又は個別の不均一の遮光体は、水平及び垂直の両方向における出力チャネルの違い又はミスマッチを補償する補正係数を決定するため、基準画素からなる行又は列におけるそれおれの基準画素にわたり構成される。連続的な不均一の遮光体又は個別の不均一の遮光体が２以上の行又は列のそれぞれにわたり位置されるとき、それぞれの補正係数は、より高い統計的な精度のために平均化することができる。補正ポイントの数は、大きくすることができ、イメージセンサの全体のダイナミックレンジに及ぶ。そして最後に、余分のDC電源バイアス及びタイミングが必要とされず、これにより、イメージセンサ及びカメラのコスト及び複雑度が低減される。

本発明に係る実施の形態における画像捕捉装置の簡略化されたブロック図である。 本発明に係る第一の実施の形態におけるイメージセンサの簡略化された上面図である。 本発明に係る実施の形態における基準画素の簡略化された図である。 本発明に係る実施の形態における、図２に示されるイメージセンサ２００の更に詳細な上面図である。 本発明に係る実施の形態における、行２３６におけるそれぞれの基準画素の信号の量を計算するために使用される図３におけるイメージセンサ２００のグラフィカルな例を示す図である。 本発明に係る実施の形態における、イメージセンサにおける２つの対応するサブアレイにおける基準画素から出力されるそれぞれの信号のペア間の理想的な相関のグラフである。 本発明に係る実施の形態における、イメージセンサにおける２つの対応するサブアレイにおける基準画素から出力される信号のそれぞれのペア間の実際の相関のグラフである。 本発明に係る第二の実施の形態における、イメージセンサの簡略化された上面図である。 本発明に係る第三の実施の形態における、イメージセンサの簡略化された上面図である。 本発明に係る第四の実施の形態における、イメージセンサの簡略化された上面図である。 本発明に係る第五の実施の形態における、イメージセンサの簡略化された上面図である。 本発明に係る第六の実施の形態における、イメージセンサの上面図である。 本発明に係る実施の形態における、イメージセンサ１１００における２つの対応するサブアレイにおける基準画素から出力される信号のそれぞれのペア間の理想的な相関のグラフである。 本発明に係る実施の形態における、行２３６におけるそれぞれの基準画素の信号の両を計算するために使用される、図１１におけるイメージセンサ１１００のグラフである。 本発明に係る第七に実施の形態における、イメージセッサの簡略化された上面図である。 本発明に係る実施の形態における、出力チャネルにおける差を補償する補正係数を決定する方法のフローチャートである。

明細書及び請求項を通して、以下の用語は、文脈的に特に断りが無い限り、本実施の形態で明示的に関連される意味を取る。用語「接続される“connected”」は、接続されるアイテム間の直接的な電気接続、又は１以上の受動又は能動的な中間デバイスを通した間接的な接続の何れかを意味する。用語「回路“circuit”」は、所望の機能を提供するために互いに接続される、能動的又は受動的の何れかである１つのコンポーネント又は多数のコンポーネントの何れかを意味する。用語「信号“signal”」は、少なくとも１つの電流、電圧又はデータ信号を意味する。
図面を参照して、同じ参照符号は図面を通して同じ部材を示す。

図１は、本発明に係る実施の形態における、画像捕捉装置の簡略化されたブロック図である。画像捕捉装置１００は、図１におけるデジタルカメラとして実現される。当業者であれば、デジタルカメラは本発明を取り入れたイメージセンサを利用する画像捕捉装置のほんの１例であることを認識されるであろう。たとえば携帯電話のカメラ及びデジタルビデオカムコーダのような他のタイプの画像捕捉装置を本発明と共に使用することもできる。

デジタルカメラ１００において、対象となるシーンからの光１０２は、画像形成ステージ１０４に入力される。画像形成ステージ１０４は、レンズ、減光フィルタ、アイリス及びシャッターのような従来のエレメントを含む。光１０２は、イメージセンサ１０６で画像を形成するために画像形成ステージ１０４により焦点を合わされる。イメージセンサ１０６は、入射する光を電気信号に変換することで１以上の画像を捕捉する。デジタルカメラ１００は、プロセッサ１０８、メモリ１１０、ディスプレイ１１２及び１以上の更なる入力／出力エレメント１１４を更に含む。図１の実施の形態における個別のエレメントとして図示されていないが、画像形成ステージ１０４は、イメージセンサ１０６、及びおそらくデジタルカメラ１００の１以上の更なるエレメントと統合され、カメラモジュールを形成する場合がある。たとえば、プロセッサ又はメモリは、本発明に係る実施の形態においてカメラモジュールにおいてイメージセンサ１０６と統合される場合がある。

プロセッサ１０８は、たとえばマイクロプロセッサ、中央処理装置（CPU）、特定用途向け集積回路（ASIC）、デジタルシグナルプロセッサ（DSP）、又は他の処理装置、或いは多数の係る装置の組み合わせとして実現される。画像形成ステージ１０４及びイメージセンサ１０６の様々なエレメントは、プロセッサ１０８から供給されるタイミング信号又は他の信号により制御される。

メモリ１１０は、たとえばランダムアクセスメモリ（RAM）、リードオンリメモリ（ROM）、フラッシュメモリ、ディスクに基づくメモリ、取り外し可能なメモリ、又は他のタイプのストレージエレメント、或いはこれらの組み合わせのような任意のタイプのメモリとして構成される。イメージセンサ１０６により捕捉される所与の画像は、プロセッサ１０８によりメモリ１１０に記憶され、ディスプレイ１１２で表示される。ディスプレイ１１２は、典型的にアクティブマトリクス型液晶ディスプレイ（LCD）であるが、他のタイプのディスプレイが使用される場合もある。更なるI/Oエレメント１１４は、たとえば様々なオンスクリーンコントロール、ボタン又は他のユーザインタフェース、ネットワークインタフェース、又はメモリカードインタフェースを含む。

本実施の形態で詳細に記載されるように、イメージセンサ１０６における出力チャネルにおける違い又はミスマッチを補償する補正係数が決定され、イメージセンサ１０６の読み出された画素信号の値の一部又は全部に適用される。プロセッサ１０８は、本発明に係る実施の形態において、補正係数を計算するために使用される。さらに、補正係数は、本発明に係る実施の形態において、メモリ１１０に記憶される。本発明に係る別の実施の形態において、補正係数を計算するために使用される式又は計算は、メモリ１１０に記憶される。図１に示されるデジタルカメラは、当業者にとって知られているタイプの付加的又は代替的なエレメントを有する場合がある。本実施の形態において特に図示又は記載されないエレメントは、当業者から選択される場合がある。先に述べたように、本発明は、様々な画像捕捉装置において実現される場合がある。また、本明細書で記載される実施の形態の所定の態様は、画像捕捉装置の１以上の処理エレメントにより実行されるソフトウェアの形式で少なくとも部分的に実現される場合がある。係るソフトウェアは、当業者により理解されるように、本実施の形態で提供される教示が与えられれば、簡単なやり方で実現することができる。

ここで図２を参照して、本発明に係る第一の実施の形態におけるイメージセンサの簡略化された上面図が示される。イメージセンサ２００は、画素アレイ２０４を形成するため、行及び列に配列される多数の画素２０２を含む。簡単さのため、ほんの３百の同様に設計された画素（すなわち３０列×１０行）を有する画素アレイをもつイメージセンサ２００が示される。当業者であれば、イメージセンサの画素アレイは、非常に多くの数の画素を典型的に含むことを認識されるであろう。

画素アレイ２０４は、２つの対応するサブアレイ２０６，２０８に等しく分割される。継ぎ目２１０は、サブアレイ２０６とサブアレイ２０８との間の境界を表す。画素アレイ２０４は、画像形成領域２１２（破線内の領域）を含む。画像形成領域２１２内の画素は、画像を捕捉するために使用される。画像が捕捉されたとき、画像形成領域２１２におけるそれぞれの画素における感光性の位置は、入射下光に応答して電荷を蓄積する。次いで、蓄積された電荷又は画素信号は、画素から出力チャネル２１４，２１６にイメージセンサ２００の読み取りの間に転送される。図における矢印は、読み取り動作の間の画素信号の転送方向を示す。サブアレイ２０６における電荷は、出力チャネル２１４に転送され、サブアレイ２０８における電荷は、出力チャネル２１６に転送される。

出力チャネル２１４は、水平方向のシフトレジスタ２１８及び出力増幅器２２０を含む。出力チャネル２１６は、水平方向のシフトレジスタ２２２及び出力増幅器２２４を含む。先に記載されたように、多数の出力チャネルは、それぞれの個々の出力チャネルの製造又は動作における違い又はミスマッチのために、イメージセンサにおいて不均一なパフォーマンスを生成する可能性がある。違い又はミスマッチの作用は、継ぎ目２１０の境界に沿って位置される画素から出力される画素信号において典型的に最も顕著である。

画像形成領域２１２の外にある画素は、画像を捕捉するために使用されない。代わりに、これらの画素は、１以上の基準領域を形成するために使用される。基準領域における画素は、ダークピクセル（dark pixel）、バッファピクセル（buffer pixel）、又は他の目的のために使用される。記載「基準画素“reference pixel”」は、補正係数を決定するために使用される１以上の基準領域における画素を示すために使用される。

図２に示される実施の形態では、イメージセンサ２００は、４つの基準領域２２６，２２８，２３０，２３２を含む。基準領域２２６は、画素からなる２行を含み、基準領域２２８，２３０は、画素からなる１列を含み、基準領域２３２は、画素からなる１行を含む。本発明に係る他の実施の形態は、画像形成領域２１２の外にある画素からなる１以上の行、画像形成領域２１２の外にある画素からなる１以上の列、又は１以上の行及び列の両者を使用して基準領域を形成する。

連続する不均一な遮光体２３４は、図２に示される実施の形態では、基準領域２２６における行２３６におけるそれぞれの基準画素にわたり位置され、三角形の形状で構成される。連続する不均一な遮光体２３４は、たとえばタングステン金属のよな不透明な金属で形成される。以下に更に詳細に記載されるように、行２３６における基準画素により生成される画素信号は、出力チャネル２１４，２１６における違いを補償する補正係数を決定するために使用される。

本発明に係る他の実施の形態では、連続する不均一な遮光体２３４は、たとえば四角形又は曲線の形状のような代替的な形状及び幾何学的な配置で構成することができる。用語「不均一」とは、遮光体が基準画素にわたり又は遮光体をカバーするときの遮光体の形状が様々なであることを示す。不均一の遮光体により覆われるそれぞれの基準画素の領域は、画素毎に変えることができるか、基準画素のグループにより変えることができる。例示を通して、不均一な遮光体は、その形状を１画素おきに、又は２画素おきにその形状を変えることができる。一般に、不均一の遮光体の形状又は幾何学的配置に係らず、不均一の遮光体により、対応するサブアレイにおける基準画素のペアは、同じ、又は実質的に同じ基準画素の信号を有する。

図３は、本発明に係る実施の形態における、基準画素の簡略化された図である。イメージセンサ２００は、図２に示される実施の形態において、２相CCD（Charge Coupled Device）として実現される。CCDイメージセンサが多相垂直CCDを含むとき、CCDのそれぞれは、この構造を通して電荷の転送を容易にするため、多数の部分又は「フェーズ」に分けられる。従って、２相CCDにおいて、垂直CCDにおけるそれぞれのシフトエレメントは、第一の位相シフトエレメント３００及び第二の位相シフトエレメント３０２を有する。図３における実施の形態では、画素アレイ２０４におけるそれぞれの画素及び基準画素３０４は、２相垂直CCDにおける感光性領域及びシフトエレメントの両者として機能する。

基準画素３０４は、画素を隣接する画素から分離して、垂直CCDを通した電荷の転送を容易にする２つの障壁領域３０６，３０８を更に含む。第一の位相シフトエレメント３００及び第二の位相シフトエレメント３０２の結合された領域は、基準画素３０４について最大の電荷容量を定義する。しかし、基準画素の３０４が収集することができる電荷の量は、第二の位相シフトエレメント３０２の領域と収集領域３１０の領域（破線３１２に定義される）とにより決定される。図２に示される実施の形態では、行２３６における基準画素の収集領域は、画素毎に変わる可能性がある。それぞれの基準画素の収集領域は、第一の位相シフトエレメント３００の全体の領域から、不均一の遮光体２３４によりカバーされる第一の位相シフトエレメント３００の領域を引くことで決定される。

図４は、本発明に係る実施の形態における、図２に示されるイメージセンサ２００の更に詳細な上面図である。連続する不均一の遮光体２３４は、画素アレイ２０４における画素２３６の上の行にわたり位置される。連続する不均一の遮光体２３４は、継ぎ目２１０で最大の幅を有し、行２３６の２つの端で最小の幅を有する。当業者は、連続する不均一の遮光体２３４の位置は、画素アレイ２０４における画素２３６の上の行に限定されないことを理解されるであろう。１以上の連続する不均一の遮光体を画素の任意の行又は列にわたり配置するか、又は、画素アレイ２０４における任意の基準領域において、画素からなる複数の行又は列にわたり配置することができる。

それぞれの画素２０２は、チャネルストップ４００により隣接する画素から分離される。連続する不均一の遮光体２３４の対照的な設計のため、サブアレイ２０６における行２３６におけるそれぞれの基準画素（たとえばA1，A2，…，An）は、他のサブアレイ２０８におけるその対応する基準画素（たとえばB1，B2，…，Bn）と同じサイズである収集領域３１０を有する。更に、継ぎ目２１０で開始し、行２３６の端に移動して、収集領域３１０のサイズは、線形に増加する。たとえば、基準画素のペアA1及びB1は、同じサイズの収集領域を有する。基準画素A1及びB1の収集領域は、行２３６における全ての他の基準画素に比較して最小の領域を有する。基準画素のペアAn及びBnは、同じサイズの収集領域を有し、行２３６における他の基準画素に比較して最大の収集領域を有する。

垂直方向のクロックフェーズ４０２，４０４は、それぞれの垂直CCDにおける第一及び第二の位相シフトエレメントを通して、水平方向のシフトレジスタ１８，２２２に電荷をシフトするために使用される。画素からなる行からの電荷がひとたび水平方向のシフトレジスタ２１８，２２２に転送されると、電荷は、出力増幅器２２０，２２４に順次にシフトされ、画素アレイ２０４から読み取られる。行２３６における基準画素における電荷の量は、その収集領域３１０のサイズに直接に比例する。従って、全ての画素が同じ光量を受けるように、画素アレイ２０４における全ての画素が一様な光源で照明された場合、行２３６における基準画素から読み取られた画素信号の値は、行２３６の中央から行２３６の端に線形に増加する。理想的に、信号が出力チャネル２１４，２１６に転送され、画素アレイ２０４から読み取られた後、基準画素からの画素信号は、それらの線形に増加する値を維持する。出力チャネル間に違いが存在するとき、画素信号の値は、それらの線形に増加する値を維持しない。

ここで図５を参照して、本発明に係る実施の形態における、行２３６におけるそれぞれの基準画素の信号量を計算するために使用される、図３に示されるイメージセンサ２００のグラフィカルな例が示される。先に説明されたように、行２３６における画素におけるそれぞれの収集領域のエリアは、不均一の遮光体２３４のために変化する。行２３６における画素から読み取られる画素信号は、継ぎ目２１０から行２３６の端に線形に増加するので、それぞれの画素信号の値は、以下の式により定義されるように、その収集領域のエリアに比例する。

変数“ｗ”は、列の幅を表し、W_Aは、行２３６の幅を表し、L₂は、行２３６の長さを表す。長さL₂及び幅W_Aは、イメージセンサ２００の設計がひとたび終了すると定数である。隣接する画素における収集領域間の違いは、w²tanθであり、ここでtan=L₂/W_Aである。

図６Ａは、本発明に係る実施の形態における、イメージセンサにおける２つの対応するサブアレイにおける基準画素のペアから出力される信号のそれぞれのペア間の理想的な相関を示すグラフである。図２〜図６の実施の形態では、基準画素信号の値は、行２３６のそれぞれの端から継ぎ目２１０に線形に増加するため、値は、傾き‘１’を有する４５°のライン６００上に位置する。出力チャネル２１４と出力チャネル２１６との間に違い又はミスマッチが存在するとき、出力チャネル２１４，１６から読み取られる実際の画素信号値は、ライン６００から逸脱する可能性がある。図６Ｂは、ライン６００から逸脱する例示的な基準画素信号の値を示す。

たとえば最小自乗アルゴリズムのような既知のカーブフィッティングアルゴリズムを使用して、出力チャネル２１４，２１６における違いを補正又は補償する補正係数は、出力チャネル２１４，２１６の一方又は両方について決定することができる。次いで、補正係数は、出力チャネルにおける違いの作用を除去又は実質的に除去するため、イメージセンサ２００から読み取られる全ての画素信号値に加えられる。

図６に示される実施の形態は相関曲線を示すが、相関は、ハードウェアで実現されるか、カメラ又はコンピュータのような任意の適切な電子装置上のソフトウェアプログラムにより実現することができる。補正係数を決定するために使用されるカーブフィットアルゴリズムは、本発明に係る実施の形態では、電子装置におけるメモリに保存される。代替的に、本発明に係る別の実施の形態では、補正係数は、メモリに記憶される。例示を通して、補正係数は、メモリにおけるルックアップテーブルで記憶される。

図７を参照して、本発明に係る第二の実施の形態における、イメージセンサの簡略化された上面図が示される。イメージセンサ７００は、画素アレイ７０４を形成する行及び列で配列される多数の画素７０２を含む。画素アレイ７０４は、対応するサブアレイ７０６，７０８に分割される。継ぎ目７１０は、サブアレイ７０６，７０８間の境界を表す。

画素アレイ７０４は、画像形成領域７１２（破線における領域）を含む。画像形成領域７１２における画素は、画像を捕捉するために使用される。画像形成領域７１２の外にある画素は、画像形成領域７１２における画素と同じであるが、画像を捕捉するために使用されない。代わりに、画像形成領域７１２の外にある画素は、４つの基準領域７１４，７１６，７１８，７２０を形成するために使用される。連続する不均一の遮光体２３４は、本発明に係る実施の形態において、基準領域７２０における列７２２にわたり位置される。

出力チャネル２１４は、サブアレイ７０４の下に沿って配置され、サブアレイ７０６からの画素信号を受ける。出力チャネル２１６は、画素アレイ７０４の上に沿って位置され、サブアレイ７０８からの画素信号を受ける。列７２２における基準画素により生成された画素信号は、出力チャネル２１４，１６における違いを補償する補正係数を決定するために使用される。

図８は、本発明に係る第三の実施の形態における、イメージセンサの簡略化された上面図である。イメージセンサ８００は、図7に示されるイメージセンサと同じエレメント及び機能を含む。また、イメージセンサ８００は、基準領域７２０における列８０２にわたり位置される連続する不均一の遮光体２３４を含む。２以上の連続する不均一の遮光体２３４を使用することで、より高い統計的な精度のために補正用を平均することができる。

ここで図９を参照して、本発明に係る第四の実施の形態における、イメージセンサの簡略化された上面図が示される。イメージセンサ９００は、図８に示されるイメージセンサと同じエレメント及び特徴を含む。また、イメージセンサ９００は、基準領域７１８における列９０２にわたり位置される第三の連続する不均一の遮光体２３４を含む。

図１０は、本発明に係る第五の実施の形態における、イメージセンサの簡略化された上面図である。イメージセンサ１０００は、４つのサブアレイ１００２，１００４，１００６，１００８を有する。結合されるサブアレイ１００２，１００４は、継ぎ目１０１０により対応する結合されたサブアレイ１００６，１００８から分離される。結合された上のサブアレイ１００２，１００８は、継ぎ目１０１２により対応する結合された下のサブアレイ１００４，１００６から分離される。連続する不均一の遮光体１０１４は、左の出力チャネル１０１６、０１８と右の出力チャネル１０２０，１０２２との間の違い又はミスマッチを補償する補正係数を決定するために使用される。連続する不均一の遮光体１０２４は、上の出力チャネル１０１６，１０２０と下の出力チャネル１０１８、１０２０との間の違い又はミスマッチを補償する補正係数を決定するために使用される。従って、図１０に示される実施の形態は、水平方向の出力チャネルと垂直方向の出力チャネルの両者の間の違い又はミスマッチを補償する補正係数を同時に決定することができる。

図１１を参照して、本発明に係る第六の実施の形態における、イメージセンサの上面図が示される。イメージセンサ１１００は、連続する不均一の遮光体１１０２を除いて、図４に示されるイメージセンサと同じエレメント及び特徴を含む。図１１の実施の形態では、連続する不均一の遮光体は、行２３６の２つの端で最大を有し、継ぎ目２１０で最小の幅を有する。従って、図１２に示されるように、行２３６における画素から読み取られる画素信号は、継ぎ目２１０から行２３６の端に理想的に線形に減少する。画素信号の値は、傾き‘１’を有する４５°のライン１２００上に位置する。出力チャネル２１４と出力チャネル２１６との間に違い又はミスマッチが存在するとき、出力チャネル２１４，１６から読み取られる実際の画素信号は、ライン１２００から逸脱する可能性がある。

行２３６における基準画素のそれぞれの画素信号の値は、以下の式により定義されるように、その収集領域のエリアに比例する（図１３参照）。

変数“ｗ”は、画素の幅を表し、W_Aは、行２３６の幅を表し、L₂は、行２３６の長さを表す。長さL₂及び幅W_Aは、イメージセンサ２００の設計がひとたび終了すると定数である。隣接する画素における収集領域間の違いは、w²tanθであり、ここでtan=L₂/W_Aである。

図１４は、本発明に係る第七の実施の形態におけるイメージセンサの上面図である。イメージセンサ１４００は、個々の不均一の遮光体１４０２を除いて、図７に示されるイメージセンサと同じエレメント及び特徴を含む。（たとえばサブアレイ７０６といった）サブアレイにおけるそれぞれの基準画素は、そのサブアレイにおける他の個別の不均一の遮光体とは異なるサイズを有する個別の不均一の遮光体を有する。図１４の実施の形態では、基準画素から読み取られる画素信号は、列１４０４の中央から列１４０４の端に線形に増加する。

個別の不均一の遮光体１４０２は、本発明に係る実施の形態において、任意の形状又は幾何学的形状で構築することができる。さらに、１つの基準画素は、１つの個別の不均一の遮光体により覆うか、又は２以上の基準画素からなるサブセットは、同じサブアレイにおける他の個別の不均一の遮光体とは異なるサイズを有する１つの個別の不均一の遮光体により覆うことができる。一般に、個別の不均一の遮光体１４０２により、対応するサブアレイにおける基準画素のペアは、同じ又は実質的に同じ基準画素信号を有する。たとえば、基準画素のペア１４０６，１４０８は、同じサイズの個別の不均一の遮光体を有し、同じ、又は実質的に同じ基準画素の信号を生成する。

ここで図１５を参照して、本発明に係る実施の形態における、出力チャネルにおける違いを補償する補正係数を決定する方法のフローチャートが示される。はじめに、画素アレイにおける全ての画素は、ブロック１５００に示されるように、一様な光により照射される。これにより、全ての画素が同じ量の光を受けることが保証される。

次いで、画素信号は、２つの対応するサブアレイにおける基準画素から読み取られる（ブロック１５０２）。たとえば、図２に示される実施の形態では、画素信号は、対応するサブアレイ２０６，２０８における行２３６における基準画素から読み取られる。図１０に示される実施の形態では、画素信号は、（出力チャネル１０２０，１０２２について）対応するサブアレイ１００６，１００８、又は（出力チャネル１０１８，１０２２について）対応するサブアレイ１００４，１００６における基準画素から読み取られる。

対応するサブアレイにおける様々な基準画素ペアから読み取られた実際の画素信号は、ブロック１５０４に示されるように、互いに比較される。ブロック１５０６で、１以上の基準画素のペアから読み取られる信号が互いに逸脱するか否かに関する判定が行われる。逸脱する場合、出力チャネルにおける違い又はミスマッチを補償する補正係数が決定される（ブロック１５０８）。先に記載されたように、補正係数を決定するために、任意の従来の知られているカーブフィッティングアルゴリズムを使用することができる。

ブロック１５１０で、同じ２つの対応するサブアレイからの基準画素信号で決定された２以上の補正係数が互いに平均されるべきかに関する判定が行われる。たとえば、図８における実施の形態では、列７２２及び８０２における基準画素からなるそれぞれの行から読み取られた基準画素信号を使用して決定された対応する補正係数は、互いに平均することができる。別の例として、図１０における基準画素からなる上の行と基準画素からなる下の行（不均一の遮光体１０１４により覆われている行）から読み取られた信号を使用して決定された対応する補正係数は、互いに平均することができる。それぞれの列における２つの画素からの画素信号で決定された補正係数は、対応する補正係数である。

補正係数が平均化される場合、本方法はブロック１５１２に進み、ここで（多数のレン即する又は個別の不均一の遮光体の幾何学的な配置に依存して）それぞれの行又は列の対応する補正係数は、互いに平均化される。次いで、補正係数又は平均化された補正係数は、ブロック１５１４に示されるように、メモリに記憶される。本発明に係る別の実施の形態では、補正係数を計算するために使用されるアルゴリズム、式又は計算がメモリに記憶される。アルゴリズム、式又は計算をメモリに記憶することで、補正係数を周期的に更新するか又は計算し直すことができる。

イメージセンサの後続する画像捕捉動作の間、補正係数又は平均される補正係数は、画像形成領域における画素から読み取られた適切な画素信号に適用される（ブロック１５１６）。補正係数又は平均された補正係数は、適切な画素信号に加えられるか、利得係数と同様に、適切な画素信号に適用することができる。たとえば補正係数又は平均された補正係数及び適切な画素信号は、互いに乗算することができる。

本発明の本発明の所定の好適な実施の形態を参照して詳細に説明されたが、本発明の精神及び範囲において変形及び変更を行うことができることを理解されたい。

１００：画像形成装置
１０２：光
１０４：画像形成ステージ
１０６：イメージセンサ
１０８：プロセッサ
１１０：メモリ
１１２：ディスプレイ
１１４：他の入力／出力装置
２００：イメージセンサ
２０２：画素
２０４：画素アレイ
２０６：サブアレイ
２０８：サブアレイ
２１０；破線（サブアレイ間の境界）
２１２：画像形成領域
２１４：出力チャネル
２１６：出力チャネル
２１８：水平方向シフトレジスタ
２２０：出力増幅器
２２２：水平方向シフトレジスタ
２２４：出力増幅器
２２６：基準領域
２２８：基準領域
２３０：基準領域
２３２：基準領域
２３４：連続する不均一の遮光体
２３６：基準画素からなる行
３００：第一の位相シフトエレメント
３０２：第二の位相シフトエレメント
３０４：基準画素
３０６：障壁領域
３０８：障壁領域
３１０：収集領域
３１２：収集領域を囲んでいる破線
４００：チャネルストップ
４０２：垂直クロックフェーズ
４０４：垂直クロックフェーズ
６００：ライン
７００：イメージセンサ
７０２：画素
７０４：画素アレイ
７０６：サブアレイ
７０８：サブアレイ
７１０：破線（サブアレイ間の境界）
７１２：画像形成領域
７１４：基準領域
７１６：基準領域
７１８：基準領域
７２０：基準領域
７２２：基準画素からなる列
８００：イメージセンサ
８０２：基準画素からなる列
９００：イメージセンサ
９０２：基準画素からなる列
１０００：イメージセンサ
１００２：サブアレイ
１００４：サブアレイ
１００６：サブアレイ
１００８：サブアレイ
１０１０：破線（サブアレイ間の境界）
１０１２：破線（サブアレイ間の境界）
１０１４：連続する不均一の遮光体
１０１６：出力チャネル
１０１８：出力チャネル
１０２０：出力チャネル
１０２２：出力チャネル
１０２４：連続する不均一の遮光体
１１００：イメージセンサ
１１０２：不均一の遮光体
１４００：イメージセンサ
１４０２：個別の不均一の遮光体
１４０４：基準画素からなる列
１４０６：基準画素のペアのうちの１つの画素
１４０８：基準画素のペアのうちの１つの画素

Claims (16)

1. ２以上の対応するサブアレイに分割される画素アレイであって、複数の画素を有する画像形成領域と、複数の基準画素を有する基準領域とを含む画素アレイと、
   基準画素からなる行又は列におけるそれぞれの基準画素を覆う少なくとも２つの不均一の遮光体と、
   それぞれのサブアレイに電気的に接続され、それぞれのサブアレイにおける画素及び基準画素により生成される信号を受ける出力チャネルと、
   を備えることを特徴とするイメージセンサ。
2. 前記少なくとも１つの不均一の遮光体は、基準画素からなる行又は列におけるそれぞれの基準画素を覆う少なくとも１つの連続する不均一の遮光体を有する、
   請求項１記載のイメージセンサ。
3. 前記少なくとも１つの不均一の遮光体は、それぞれが基準画素からなる行又は列におけるそれぞれの基準画素を覆う複数の個別の不均一の遮光体を有する、
   請求項１記載のイメージセンサ。
4. 前記少なくとも１つの不均一の遮光体は、基準画素からなる１以上の行を覆う、
   請求項１記載のイメージセンサ。
5. 前記少なくとも１つの不均一の遮光体は、基準画素からなる１以上の列を覆う、
   請求項１記載のイメージセンサ。
6. ２以上の対応するサブアレイに分割される画素アレイであって、複数の画素を有する画像形成領域と、複数の基準画素を有する基準領域とを含む画素アレイ、基準画素からなる行又は列におけるそれぞれの基準画素を覆う少なくとも２つの不均一の遮光体、及び、それぞれのサブアレイに電気的に接続され、それぞれのサブアレイにおける複数の画素及び基準画素により生成される信号を受ける出力チャネルを有するイメージセンサと、
   基準画素からなる行又は列から出力される信号を受け、前記出力チャネルにおける差を補償する１以上の補正係数を決定するプロセッサと、
   を備えることを特徴とする画像捕捉装置。
7. 前記少なくとも１つの不均一の遮光体は、基準画素からなる行又は列におけるそれぞれの基準画素を覆う少なくとも１つの連続する不均一の遮光体を有する、
   請求項６記載の画像捕捉装置。
8. 前記少なくとも１つの不均一の遮光体は、それぞれが基準画素からなる行又は列におけるそれぞれの基準画素を覆う複数の個別の不均一の遮光体を有する、
   請求項６記載の画像捕捉装置。
9. 前記１以上の補正係数を記憶するメモリを更に備える、
   請求項６記載の画像捕捉装置。
10. 前記１以上の補正係数は、前記メモリに記憶されるカーブフィッティングアルゴリズムにより決定される、
    請求項９記載の画像捕捉装置。
11. 前記１以上の補正係数は、前記メモリにおけるルックアップテーブルに記憶される複数の補正係数を有する、
    請求項９記載の画像捕捉装置。
12. イメージセンサにおける２以上の出力チャネルから出力される信号の値の間の差を補償する方法であって、
    前記イメージセンサは、少なくとも２つの対応するサブアレイに分割される画素アレイであって、複数の画素を有する画像形成領域と、複数の基準画素を有する基準領域とを含む画素アレイと、基準画素からなる行又は列におけるそれぞれの基準画素を覆う少なくとも２つの不均一の遮光体と、それぞれのサブアレイに電気的に接続され、それぞれのサブアレイにおける複数の画素及び基準画素により生成される信号を受ける出力チャネルとを備えており、
    当該方法は、
    前記画素アレイを一様な光で照射するステップと、
    前記基準画素により生成される基準画素信号を読み取るステップと、
    ２つの対応するサブアレイにおける基準画素からなる行又は列におけるそれぞれの基準画素のペアから読み取られた基準画素信号を互いに比較して、少なくとも１つの基準画素のペアからの基準画素信号が互いに偏位するかを判定するステップと、
    前記少なくとも１つの基準画素のペアからの前記基準画素信号が互いに偏位する場合に、前記出力チャネル間の差を補償する１以上の第一の補正係数を決定するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
13. 前記出力チャネル間の差を補償する１以上の第一の補正係数を決定するステップは、カーブフィティングアルゴリズムを使用して、前記出力チャネル間の差を補償する１以上の第一の補正係数を決定する、
    請求項１２記載の方法。
14. 前記出力チャネル間の差を補償する１以上の第一の補正係数を決定するステップは、前記出力チャネル間の差を補償する第一の補正係数からなるルックアップテーブルを生成するステップを含む、
    請求項１２記載の方法。
15. ２つの対応するサブアレイにおける基準画素からなる別の行又は列におけるそれぞれの基準画素のペアから読み取られた基準画素信号を互いに比較して、少なくとも１つの基準画素のペアからの基準画素信号が互いに偏位するかを判定するステップと、
    前記少なくとも１つの基準画素のペアからの前記基準画素信号が互いに偏位する場合に、前記出力チャネル間の差を補償する１以上の第二の補正係数を決定するステップと、
    前記第一の補正係数と前記第二の補正係数とを平均して、平均された補正係数を生成するステップと、
    を更に含む請求項１２記載の方法。
16. 前記平均された補正係数をメモリに記憶するステップを更に含む、
    請求項１５記載の方法。

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