JPH08181920A - 差分モードを持つ能動画素センサ及び画像化システム - Google Patents
差分モードを持つ能動画素センサ及び画像化システムInfo
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- JPH08181920A JPH08181920A JP7265046A JP26504695A JPH08181920A JP H08181920 A JPH08181920 A JP H08181920A JP 7265046 A JP7265046 A JP 7265046A JP 26504695 A JP26504695 A JP 26504695A JP H08181920 A JPH08181920 A JP H08181920A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/703—SSIS architectures incorporating pixels for producing signals other than image signals
- H04N25/707—Pixels for event detection
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 観察される画像内の隣接する検出されたフレ
ーム間の差から成る差分出力信号を生成するための能動
画素画像化システム及び方法を提供する。 【解決手段】 能動画素センサの電荷を緩衝（隔離）し
て蓄積する能力が、低減された複雑さ及びハードウエア
要件を持つシステムを実現するために活用される。この
画像化システムにおいては、ある特定の能動画素センサ
が起動されると、これは前のフレームに対して検出され
た光の強度に対応する電圧信号を生成し、その後、その
能動画素センサが、現フレームに対して検出される光の
強度に対応する電圧信号を生成するためのリセットされ
る。差分出力回路がこれら二つの生成された電圧信号に
基づいて差分出力信号を生成するために使用される。
ーム間の差から成る差分出力信号を生成するための能動
画素画像化システム及び方法を提供する。 【解決手段】 能動画素センサの電荷を緩衝（隔離）し
て蓄積する能力が、低減された複雑さ及びハードウエア
要件を持つシステムを実現するために活用される。この
画像化システムにおいては、ある特定の能動画素センサ
が起動されると、これは前のフレームに対して検出され
た光の強度に対応する電圧信号を生成し、その後、その
能動画素センサが、現フレームに対して検出される光の
強度に対応する電圧信号を生成するためのリセットされ
る。差分出力回路がこれら二つの生成された電圧信号に
基づいて差分出力信号を生成するために使用される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的には、電子画像
センサの改良、より詳細には、差分出力信号を生成する
能力を持つ能動画素センサ及び画像化システムに関す
る。
センサの改良、より詳細には、差分出力信号を生成する
能力を持つ能動画素センサ及び画像化システムに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の電子ビデオカメラは、電荷結合デ
バイス（“ＣＣＤ”）から成る画像化装置（イメージ
ャ）を使用して光画像を対応する電子信号に変換する。
典型的なＣＣＤ画像化装置は、自由電子を集める能力を
持つ光サイトのマトリックス（行列）を含み、これによ
ってその光サイトに当る光子の放射量に正比例する電荷
パケットが形成される。従って、配列の表面に画像がフ
ォーカスされたときにその配列の各光サイトの所に得ら
れる電荷パケットは、ある一つの完全な画像のおのおの
の画素（ピクセル）に対応する。こうして生成された光
サイト電荷パケットは、並列にて、ＣＣＤシフトレジス
タ内に転送され、ここからこれらは、ＣＣＤ画像化装置
の出力信号として、直列に、転送される。ＣＣＤ画像化
装置の出力信号は、その振幅が単一の画像フレームに対
する各画素の所の画像の光の強度を表わす一連の電子信
号である。このプロセスが秒当り数個の画像フレームに
対応する出力信号を生成するために継続的に反復され
る。結果として、生成された出力信号内の各フレーム
は、各光サイトの所の検出された光の強度に関する情報
を含む。
バイス（“ＣＣＤ”）から成る画像化装置（イメージ
ャ）を使用して光画像を対応する電子信号に変換する。
典型的なＣＣＤ画像化装置は、自由電子を集める能力を
持つ光サイトのマトリックス（行列）を含み、これによ
ってその光サイトに当る光子の放射量に正比例する電荷
パケットが形成される。従って、配列の表面に画像がフ
ォーカスされたときにその配列の各光サイトの所に得ら
れる電荷パケットは、ある一つの完全な画像のおのおの
の画素（ピクセル）に対応する。こうして生成された光
サイト電荷パケットは、並列にて、ＣＣＤシフトレジス
タ内に転送され、ここからこれらは、ＣＣＤ画像化装置
の出力信号として、直列に、転送される。ＣＣＤ画像化
装置の出力信号は、その振幅が単一の画像フレームに対
する各画素の所の画像の光の強度を表わす一連の電子信
号である。このプロセスが秒当り数個の画像フレームに
対応する出力信号を生成するために継続的に反復され
る。結果として、生成された出力信号内の各フレーム
は、各光サイトの所の検出された光の強度に関する情報
を含む。
【０００３】典型的なＣＣＤ画像化装置の一つの欠点
は、これらが電荷を半導体材料を通じて数センチメート
ルというオーダの長い距離間をほぼ完全に転送すること
を要求することである。このために、ＣＣＤ画像化装置
は、大きなパワーを要求し、光の強度が低い状態では使
用が困難である。また、大きな配列サイズにて製造する
ことや、オンチップ電子素子と統合することが困難であ
る。これらの理由から、能動画素センサをビデオ装置内
のＣＣＤ画像化装置の代替として使用する傾向がますま
す増している。能動画素センサは、配列内の各画素光サ
イトの所に一つ或はそれ以上のオンチップトランジスタ
を使用する。これらトランジスタは、光サイトによって
生成された電荷パケットに対応する光信号を緩衝し、出
力信号ラインを駆動することによってＣＣＤ画像化装置
の短所を回避する。ただし、典型的な能動画素センサ配
列は、依然として、各フレーム毎に、各光サイトの所で
検出された光の強度に関する情報を含む出力信号を生成
する。
は、これらが電荷を半導体材料を通じて数センチメート
ルというオーダの長い距離間をほぼ完全に転送すること
を要求することである。このために、ＣＣＤ画像化装置
は、大きなパワーを要求し、光の強度が低い状態では使
用が困難である。また、大きな配列サイズにて製造する
ことや、オンチップ電子素子と統合することが困難であ
る。これらの理由から、能動画素センサをビデオ装置内
のＣＣＤ画像化装置の代替として使用する傾向がますま
す増している。能動画素センサは、配列内の各画素光サ
イトの所に一つ或はそれ以上のオンチップトランジスタ
を使用する。これらトランジスタは、光サイトによって
生成された電荷パケットに対応する光信号を緩衝し、出
力信号ラインを駆動することによってＣＣＤ画像化装置
の短所を回避する。ただし、典型的な能動画素センサ配
列は、依然として、各フレーム毎に、各光サイトの所で
検出された光の強度に関する情報を含む出力信号を生成
する。
【０００４】幾つかの用途、例えば、保安カメラ、及び
高精細度テレビ（“HDTV”）のためのデータ圧縮の場合
のように、運動（変化）の検出を目的とする用途におい
ては、各フレームに対する画素の所で検出された、実際
の光の強度そのものではなく、二つの隣接するフレーム
の差、のみに対応するビデオ信号を生成することが要望
される。つまり、システムによって監視されるシーン内
に運動或は変化が見られない場合は、出力信号の生成は
行なわず、シーン内の運動或は変化に起因してフレーム
間に変化が見られたときにのみ対応する差分出力信号を
生成するようなシステムが要望される。従来のＣＣＤ画
像化装置及び周知の能動画素センサ配列は、差分出力信
号を生成するためには、追加の装置を必要とする。つま
り、このためのシステムは、Ａ／Ｄコンバータ、フレー
ムバッファメモリ及びシステムコントローラを含むこと
が予想されるが、これは、システムの複雑さ、コスト、
パワー消費、及びサイズを増大させる。
高精細度テレビ（“HDTV”）のためのデータ圧縮の場合
のように、運動（変化）の検出を目的とする用途におい
ては、各フレームに対する画素の所で検出された、実際
の光の強度そのものではなく、二つの隣接するフレーム
の差、のみに対応するビデオ信号を生成することが要望
される。つまり、システムによって監視されるシーン内
に運動或は変化が見られない場合は、出力信号の生成は
行なわず、シーン内の運動或は変化に起因してフレーム
間に変化が見られたときにのみ対応する差分出力信号を
生成するようなシステムが要望される。従来のＣＣＤ画
像化装置及び周知の能動画素センサ配列は、差分出力信
号を生成するためには、追加の装置を必要とする。つま
り、このためのシステムは、Ａ／Ｄコンバータ、フレー
ムバッファメモリ及びシステムコントローラを含むこと
が予想されるが、これは、システムの複雑さ、コスト、
パワー消費、及びサイズを増大させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上の説明から差分出力
信号を持つ低パワーでコンパクトな画像化システムに対
する需要が存在することが明らかである。
信号を持つ低パワーでコンパクトな画像化システムに対
する需要が存在することが明らかである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】一つの実施例によると、
本発明による差分出力信号を持つ画像化システムは、セ
ンサの行と列に整合された能動画素センサの配列を使用
する。各センサは、光ゲートの所にあるフレーム間隔を
通じてそのセンサによって検出された光の強度に対応す
る電荷を集める。こうして生成された電荷が次にそのセ
ンサ内の緩衝（隔離）された拡散ノードに転送される。
つまり、拡散ノードの所の電圧は、そのセンサの外部で
生成された他の電圧信号から緩衝（隔離）される。本発
明の一面によると、各能動画素センサは、前に検出され
たフレームに対応する拡散ノード電圧を維持しながら、
他方で、光ゲート内に現フレームに対応する電荷を集め
る。
本発明による差分出力信号を持つ画像化システムは、セ
ンサの行と列に整合された能動画素センサの配列を使用
する。各センサは、光ゲートの所にあるフレーム間隔を
通じてそのセンサによって検出された光の強度に対応す
る電荷を集める。こうして生成された電荷が次にそのセ
ンサ内の緩衝（隔離）された拡散ノードに転送される。
つまり、拡散ノードの所の電圧は、そのセンサの外部で
生成された他の電圧信号から緩衝（隔離）される。本発
明の一面によると、各能動画素センサは、前に検出され
たフレームに対応する拡散ノード電圧を維持しながら、
他方で、光ゲート内に現フレームに対応する電荷を集め
る。
【０００７】行デコーダが、センサ配列に接続され、お
のおのの行内のセンサが光を検出し、得られた拡散ノー
ド電圧に対応する出力電圧信号を生成するために同時的
に起動される。こうして、おのおのの列のセンサに対す
るセンサ出力が複数の差分出力回路の対応する一つに接
続される。他方、これら差分出力回路は、一つの共通の
出力ラインに接続される。これら差分出力回路は、ま
た、接続されたセンサから受信される前のフレームと現
フレームに対する拡散ノード電圧に対応する第一と第二
の電圧信号を一時的に蓄積する能力を持つ。これら差分
出力回路は、さらに、一時的に蓄積された電圧に対応す
る差信号の生成を行ない、共通出力ラインに供給する。
のおのの行内のセンサが光を検出し、得られた拡散ノー
ド電圧に対応する出力電圧信号を生成するために同時的
に起動される。こうして、おのおのの列のセンサに対す
るセンサ出力が複数の差分出力回路の対応する一つに接
続される。他方、これら差分出力回路は、一つの共通の
出力ラインに接続される。これら差分出力回路は、ま
た、接続されたセンサから受信される前のフレームと現
フレームに対する拡散ノード電圧に対応する第一と第二
の電圧信号を一時的に蓄積する能力を持つ。これら差分
出力回路は、さらに、一時的に蓄積された電圧に対応す
る差信号の生成を行ない、共通出力ラインに供給する。
【０００８】タイミングコントローラが、行デコーダ及
び各差分出力回路にシステムのタイミングを制御するた
めに接続される。タイミングコントローラは、各センサ
行を、フレーム当り所定の積分期間を通じて、光の強度
を検出するために順番に起動する。現フレームに対する
積分期間のほぼ終端付近において、行センサが出力電圧
信号を生成するように起動される。起動されると、各セ
ンサは、前のフレームに対して検出された光の強度に対
して存在する拡散ノード電圧に対応する第一の電圧信号
を差分出力回路に供給する。センサは、次に、リセット
し、現フレームに対して検出された光の強度に対応する
新たな拡散ノード電圧の生成を行なう。次に、これら新
たなノード電圧に対応する第二の電圧信号が差分出力回
路に供給される。タイミングコントローラによって差分
出力回路が制御され、受信された第一と第二の電圧信号
が一時的に蓄積され、対応する差分出力信号が生成され
る。タイミングコントローラは、また、差分出力回路
を、差出力信号が共通出力ラインに順番に供給され、差
分出力信号が形成できるように制御する。
び各差分出力回路にシステムのタイミングを制御するた
めに接続される。タイミングコントローラは、各センサ
行を、フレーム当り所定の積分期間を通じて、光の強度
を検出するために順番に起動する。現フレームに対する
積分期間のほぼ終端付近において、行センサが出力電圧
信号を生成するように起動される。起動されると、各セ
ンサは、前のフレームに対して検出された光の強度に対
して存在する拡散ノード電圧に対応する第一の電圧信号
を差分出力回路に供給する。センサは、次に、リセット
し、現フレームに対して検出された光の強度に対応する
新たな拡散ノード電圧の生成を行なう。次に、これら新
たなノード電圧に対応する第二の電圧信号が差分出力回
路に供給される。タイミングコントローラによって差分
出力回路が制御され、受信された第一と第二の電圧信号
が一時的に蓄積され、対応する差分出力信号が生成され
る。タイミングコントローラは、また、差分出力回路
を、差出力信号が共通出力ラインに順番に供給され、差
分出力信号が形成できるように制御する。
【０００９】本発明は、現フレームに対する光の強度の
検出を行なっている間に、前のフレームに対して検出さ
れた光の強度を維持するために、緩衝された拡散ノード
を持つセンサを利用する。本発明の技法は、差分出力信
号を、各センサに対する値を維持するための大きなメモ
リデバイス或はアナログデジタルコンバータを必要とす
ることなしに、生成する能力を提供する。結果として、
本発明は、パワー消費及び複雑さの低減に寄与する。さ
らに、本発明は、従来の技術による差分画像化システム
では、想像も付かなかったような機能の遂行を可能にす
るコンパクトな寸法を持つシステム、例えば、隠し保安
カメラとして実現することも可能である。本発明の追加
の特徴及び長所が、以下の詳細な説明及び付録の図面か
ら明らかとなるものである。
検出を行なっている間に、前のフレームに対して検出さ
れた光の強度を維持するために、緩衝された拡散ノード
を持つセンサを利用する。本発明の技法は、差分出力信
号を、各センサに対する値を維持するための大きなメモ
リデバイス或はアナログデジタルコンバータを必要とす
ることなしに、生成する能力を提供する。結果として、
本発明は、パワー消費及び複雑さの低減に寄与する。さ
らに、本発明は、従来の技術による差分画像化システム
では、想像も付かなかったような機能の遂行を可能にす
るコンパクトな寸法を持つシステム、例えば、隠し保安
カメラとして実現することも可能である。本発明の追加
の特徴及び長所が、以下の詳細な説明及び付録の図面か
ら明らかとなるものである。
【００１０】
【実施例】図１は、能動画素センサの配列５、行デコー
ダ１０、複数の差分出力回路１８及びタイミングコント
ローラ２０を持つ本発明に従う能動画素センサ画像化シ
ステム１を示す。能動画素センサ配列５は、密集された
能動画素センサの１０個の行２５及び１０個の列３０を
含む。能動画素センサ配列５は、単に解説の目的のため
に１０×１０個のセンサ配列として示されているもので
あり、これは、本発明に対する制限を意味するものでは
ない。本発明に従う能動画素センサ配列は、任意の数の
能動画素センサの行及び列から構成できるものであり、
多くの用途に対しては、典型的には、これより多数の画
素の配列から構成される。
ダ１０、複数の差分出力回路１８及びタイミングコント
ローラ２０を持つ本発明に従う能動画素センサ画像化シ
ステム１を示す。能動画素センサ配列５は、密集された
能動画素センサの１０個の行２５及び１０個の列３０を
含む。能動画素センサ配列５は、単に解説の目的のため
に１０×１０個のセンサ配列として示されているもので
あり、これは、本発明に対する制限を意味するものでは
ない。本発明に従う能動画素センサ配列は、任意の数の
能動画素センサの行及び列から構成できるものであり、
多くの用途に対しては、典型的には、これより多数の画
素の配列から構成される。
【００１１】各能動画素センサ３５は、検出された光の
量を出力５０の所の対応する電気信号に変換する能力を
持つ。複数の制御ライン５５が行デコーダ１０から伸
び、おのおののセンサ行２５内の各画素センサ３５に接
続される。各センサ３５に接続される制御ライン５５
は、図２に示されるように、光ゲート制御ライン１８
０、リセット制御ライン１８４及び選択制御ライン１８
６から構成される。対応するセンサ列３０内の各能動画
素センサ出力５０は、列出力ライン６５によって特定の
差分出力回路１８に接続される。複数の差分出力回路１
８のおのおのは、さらに、共通の画像化システム出力ラ
イン１５に接続される。差分出力信号DIFFが、差分出力
回路１８によって出力ライン１５上に生成される。差分
出力信号DIFFは、出力ライン１５によって、例えば、観
察された画像に関しての運動の検出或はビデオデータの
圧縮を遂行するために他の処理回路７０に提供されるこ
とも考えられる。
量を出力５０の所の対応する電気信号に変換する能力を
持つ。複数の制御ライン５５が行デコーダ１０から伸
び、おのおののセンサ行２５内の各画素センサ３５に接
続される。各センサ３５に接続される制御ライン５５
は、図２に示されるように、光ゲート制御ライン１８
０、リセット制御ライン１８４及び選択制御ライン１８
６から構成される。対応するセンサ列３０内の各能動画
素センサ出力５０は、列出力ライン６５によって特定の
差分出力回路１８に接続される。複数の差分出力回路１
８のおのおのは、さらに、共通の画像化システム出力ラ
イン１５に接続される。差分出力信号DIFFが、差分出力
回路１８によって出力ライン１５上に生成される。差分
出力信号DIFFは、出力ライン１５によって、例えば、観
察された画像に関しての運動の検出或はビデオデータの
圧縮を遂行するために他の処理回路７０に提供されるこ
とも考えられる。
【００１２】動作において、タイミングコントローラ２
０はタイミング信号を行デコーダ１０に提供する。行デ
コーダ１０は、各フレーム期間において光の強度を検出
し、対応する出力電圧信号を生成するために、制御ライ
ン５５を介して能動画素センサ３５の各行２５を順番に
起動する。ここで使用されるフレームという用語は、所
定のフレーム時間期間を通じての単一時間内で、配列５
内の各センサ３５を起動し、これからの出力を検出する
ための単一の完全なサイクルを意味する。画像化システ
ムのタイミングは、要求されるフレーム速度、例えば、
３０フレーム／秒が達成されるように制御される。
０はタイミング信号を行デコーダ１０に提供する。行デ
コーダ１０は、各フレーム期間において光の強度を検出
し、対応する出力電圧信号を生成するために、制御ライ
ン５５を介して能動画素センサ３５の各行２５を順番に
起動する。ここで使用されるフレームという用語は、所
定のフレーム時間期間を通じての単一時間内で、配列５
内の各センサ３５を起動し、これからの出力を検出する
ための単一の完全なサイクルを意味する。画像化システ
ムのタイミングは、要求されるフレーム速度、例えば、
３０フレーム／秒が達成されるように制御される。
【００１３】特定のフレームが検出されると、各センサ
行２５がそのフレーム期間の大部分を通じて光の強度を
検出するために起動される。センサ行２５がそのフレー
ムに対する光の強度の検出を終えた残りの時間におい
て、おのおののセンサは、その画素センサ３５によって
検出された光の量に対応する出力電圧信号を同時的に生
成する。ある画像がそのセンサ配列５上に、例えば、従
来のカメラレンズによってフォーカスされる場合は、各
画素センサ３５は、その画素センサ３５上にフォーカス
された画像の部分の光の強度に対応する出力電圧を生成
する。起動されたセンサ行２５によって生成された出力
電圧信号は、列出力ライン６５を介して対応する差分出
力回路１８に同時的に提供される。
行２５がそのフレーム期間の大部分を通じて光の強度を
検出するために起動される。センサ行２５がそのフレー
ムに対する光の強度の検出を終えた残りの時間におい
て、おのおののセンサは、その画素センサ３５によって
検出された光の量に対応する出力電圧信号を同時的に生
成する。ある画像がそのセンサ配列５上に、例えば、従
来のカメラレンズによってフォーカスされる場合は、各
画素センサ３５は、その画素センサ３５上にフォーカス
された画像の部分の光の強度に対応する出力電圧を生成
する。起動されたセンサ行２５によって生成された出力
電圧信号は、列出力ライン６５を介して対応する差分出
力回路１８に同時的に提供される。
【００１４】差分出力回路１８は、対応する受信された
センサ出力信号に基づいて差出力信号を生成する。こう
して生成された差出力信号は、タイミングコントローラ
２０からのタイミング制御信号に基づいて、差分出力信
号DIFFを形成するために、出力ライン１５に直列に提供
される。差分出力信号DIFFは、検出された画像の隣接す
るフレーム間の差に対応する情報から構成される。画像
化システム１によって観察されたシーン内に運動或は変
動がない場合は、システム１は、出力信号を生成しな
い。一方、一続きのフレーム読み値の間に、観察された
画像の運動或は変動に起因する変化が現われた場合は、
画像化システム１は対応する差分出力信号を生成する。
センサ出力信号に基づいて差出力信号を生成する。こう
して生成された差出力信号は、タイミングコントローラ
２０からのタイミング制御信号に基づいて、差分出力信
号DIFFを形成するために、出力ライン１５に直列に提供
される。差分出力信号DIFFは、検出された画像の隣接す
るフレーム間の差に対応する情報から構成される。画像
化システム１によって観察されたシーン内に運動或は変
動がない場合は、システム１は、出力信号を生成しな
い。一方、一続きのフレーム読み値の間に、観察された
画像の運動或は変動に起因する変化が現われた場合は、
画像化システム１は対応する差分出力信号を生成する。
【００１５】画像化システム１の動作の際に、タイミン
グコントローラ２０は、所定のフレーム速度にて一続き
のフレームに対する差分出力信号DIFFを継続して生成す
るために、行デコーダ１０及び複数の差分出力回路１８
を制御する。適当なタイミング制御回路２０としては、
マイロクプロセッサコントローラ、有限状態マシンの実
現、例えば、用途向き集積回路、組合わせ論理回路、或
は行デコーダ１０及び差分出力回路１８に供給するため
の必要なタイミング信号を生成する能力を持つ任意の他
の回路が含まれる。行デコーダ１０としては、カウン
タ、デマルチプレクサ、或は各センサ行２５を個別に起
動する能力を持つ任意の回路或はデバイスが考えられ
る。行デコーダ１０が、タイミングコントローラ２０と
別個に示されているが、これら二つの要素の機能を遂行
するために、本発明から逸脱することなしに、単一のデ
バイス或は回路を採用することも可能である。
グコントローラ２０は、所定のフレーム速度にて一続き
のフレームに対する差分出力信号DIFFを継続して生成す
るために、行デコーダ１０及び複数の差分出力回路１８
を制御する。適当なタイミング制御回路２０としては、
マイロクプロセッサコントローラ、有限状態マシンの実
現、例えば、用途向き集積回路、組合わせ論理回路、或
は行デコーダ１０及び差分出力回路１８に供給するため
の必要なタイミング信号を生成する能力を持つ任意の他
の回路が含まれる。行デコーダ１０としては、カウン
タ、デマルチプレクサ、或は各センサ行２５を個別に起
動する能力を持つ任意の回路或はデバイスが考えられ
る。行デコーダ１０が、タイミングコントローラ２０と
別個に示されているが、これら二つの要素の機能を遂行
するために、本発明から逸脱することなしに、単一のデ
バイス或は回路を採用することも可能である。
【００１６】配列５内の各能動画素センサ３５は、各セ
ンサ３５内に位置する一つの光サイト及び一つ或はそれ
以上のオンチップトランジスタを含み、利得及びバッフ
ァ機能の両方を提供する。ここで使用される能動画素セ
ンサという用語は、当分野において一般的に能動画素セ
ンサとして知られているデバイス、並びに、検出された
光の強度に比例する電荷を集めて蓄積し、また、こうし
て蓄積された電荷を緩衝する任意の他のデバイス或はセ
ンサ構成を意味する。ダブルポリシリコン構造を持つ能
動画素センサを含む一例としての能動画素センサ３５の
一般的な説明が、例えば、Fossum、E.R. 『Active Pixel
Sensors: Are CCD's Dinosaurs?』、Proceedings of S
PIE: Charge-Coupled Device and Solid State Optical
SensorsIII、Vol.1900、pp.2-14 (1993) 、（以降“Fos
sumの文献”と称される）において与えられているの
で、これを参照されたい。
ンサ３５内に位置する一つの光サイト及び一つ或はそれ
以上のオンチップトランジスタを含み、利得及びバッフ
ァ機能の両方を提供する。ここで使用される能動画素セ
ンサという用語は、当分野において一般的に能動画素セ
ンサとして知られているデバイス、並びに、検出された
光の強度に比例する電荷を集めて蓄積し、また、こうし
て蓄積された電荷を緩衝する任意の他のデバイス或はセ
ンサ構成を意味する。ダブルポリシリコン構造を持つ能
動画素センサを含む一例としての能動画素センサ３５の
一般的な説明が、例えば、Fossum、E.R. 『Active Pixel
Sensors: Are CCD's Dinosaurs?』、Proceedings of S
PIE: Charge-Coupled Device and Solid State Optical
SensorsIII、Vol.1900、pp.2-14 (1993) 、（以降“Fos
sumの文献”と称される）において与えられているの
で、これを参照されたい。
【００１７】図２には、本発明に従う一例としての能動
画素センサ３５及び対応する差分出力回路１８の略図が
示される。図２に示されるように、能動画素センサ３５
は、差分出力回路１８に対応する列出力ライン６５によ
って接続される。他の能動画素センサ３５も同様に列出
力ライン６５に接続されているために、図２において
は、明確にするためにライン６５が省略記号６７によっ
て破られて示される。他の能動画素センサ３５も、好ま
しくは、図２に示される能動画素センサ３５と実質的に
同一な方法にて動作する。図２は、図解を簡単にするた
めに、差分出力回路１８が一つのみ示される。他の差分
出力回路１８も、好ましくは、図２に図解される回路と
実質的に同一な方法にて動作する。
画素センサ３５及び対応する差分出力回路１８の略図が
示される。図２に示されるように、能動画素センサ３５
は、差分出力回路１８に対応する列出力ライン６５によ
って接続される。他の能動画素センサ３５も同様に列出
力ライン６５に接続されているために、図２において
は、明確にするためにライン６５が省略記号６７によっ
て破られて示される。他の能動画素センサ３５も、好ま
しくは、図２に示される能動画素センサ３５と実質的に
同一な方法にて動作する。図２は、図解を簡単にするた
めに、差分出力回路１８が一つのみ示される。他の差分
出力回路１８も、好ましくは、図２に図解される回路と
実質的に同一な方法にて動作する。
【００１８】図２において、能動画素センサ３５は、転
送ゲート１０５に電荷結合された光ゲート１００として
表わされ、転送ゲート１０５は、さらに、拡散井戸１１
０に電荷結合される。ゲート１００と１０５は、それぞ
れ、ゲート電極１０１と１０７を持つ。光ゲート電極１
０１は、光ゲート制御ライン１８０に接続される。転送
ゲート電極１０７は、後に説明されるように、光ゲート
１００から拡散井戸１１０への電荷の転送ができるよう
に適当な固定電圧に接続される。光ゲート１００の下の
電子１０２、電子転送矢印１０６、及び拡散井戸１１０
内の転送された電子１１１は、当分野において周知の電
子井戸表現であり、電荷の光ゲート１００からの、転送
ゲート１０５を通じての拡散井戸１１０への転送を図解
する。
送ゲート１０５に電荷結合された光ゲート１００として
表わされ、転送ゲート１０５は、さらに、拡散井戸１１
０に電荷結合される。ゲート１００と１０５は、それぞ
れ、ゲート電極１０１と１０７を持つ。光ゲート電極１
０１は、光ゲート制御ライン１８０に接続される。転送
ゲート電極１０７は、後に説明されるように、光ゲート
１００から拡散井戸１１０への電荷の転送ができるよう
に適当な固定電圧に接続される。光ゲート１００の下の
電子１０２、電子転送矢印１０６、及び拡散井戸１１０
内の転送された電子１１１は、当分野において周知の電
子井戸表現であり、電荷の光ゲート１００からの、転送
ゲート１０５を通じての拡散井戸１１０への転送を図解
する。
【００１９】能動画素センサ３５は、さらに、リセット
トランジスタ１２０、電圧ホロワトランジスタ１２５、
選択トランジスタ１３０、及び負荷、例えば、適当にバ
イアスされた負荷トランジスタ１３５を含む。拡散ノー
ド１１５は、拡散井戸１１０をリセットトランジスタ１
２０及び電圧ホロワトランジスタ１２５に接続する。リ
セットトランジスタ１２０及び電圧ホロワトランジスタ
１２５は、さらに、固定電圧ＶＤＤに接続される。固定
電圧は、能動画素センサ３５がＣＭＯＳデバイスとして
実現される場合は、好ましくは、５ボルトとされる。リ
セットトランジスタ１２０は、また、図１に示される行
デコーダ１０から伸びる制御ライン５５のリセット制御
ライン１８４にも接続される。電圧ホロワトランジスタ
１２５の出力１２６は、さらに、選択トランジスタ１３
０に接続され、選択トランジスタ１３０は負荷トランジ
スタ１３５に接続される。
トランジスタ１２０、電圧ホロワトランジスタ１２５、
選択トランジスタ１３０、及び負荷、例えば、適当にバ
イアスされた負荷トランジスタ１３５を含む。拡散ノー
ド１１５は、拡散井戸１１０をリセットトランジスタ１
２０及び電圧ホロワトランジスタ１２５に接続する。リ
セットトランジスタ１２０及び電圧ホロワトランジスタ
１２５は、さらに、固定電圧ＶＤＤに接続される。固定
電圧は、能動画素センサ３５がＣＭＯＳデバイスとして
実現される場合は、好ましくは、５ボルトとされる。リ
セットトランジスタ１２０は、また、図１に示される行
デコーダ１０から伸びる制御ライン５５のリセット制御
ライン１８４にも接続される。電圧ホロワトランジスタ
１２５の出力１２６は、さらに、選択トランジスタ１３
０に接続され、選択トランジスタ１３０は負荷トランジ
スタ１３５に接続される。
【００２０】負荷トランジスタ１３５は、また、固定負
荷電圧VLOAD 及び固定電圧ＶＳＳにも接続される。固定
電圧ＶＳＳは、能動画素センサ３５がＣＭＯＳデバイス
として実現される場合は、好ましくは、ゼロボルトとさ
れる。選択トランジスタ１３０は、さらに、図１に示さ
れる制御ライン５５の選択制御ライン１８６に接続され
る。負荷電圧VLOAD は、列出力ライン６５と固定電圧Ｖ
ＳＳとの間の負荷トランジスタ１３５を横断して要求さ
れる抵抗値が達成されるように調節されるべきである。
この要求される抵抗値は、選択トランジスタ１３０が飽
和状態にて動作し、結果として、トランジスタ１２５と
１３５との間の閉じたスイッチとして機能するとき、ト
ランジスタ１２５が電圧ホロワモードにて動作するよう
にすべきである。負荷トランジスタ１３５に対する適当
な代替としては、オンチップ或は表面搭載抵抗体、或は
列出力ライン６５と固定電圧ＶＳＳとの間に挿入された
とき要求される電気抵抗を提供することができる任意の
他の受動或は能動デバイスが含まれる。
荷電圧VLOAD 及び固定電圧ＶＳＳにも接続される。固定
電圧ＶＳＳは、能動画素センサ３５がＣＭＯＳデバイス
として実現される場合は、好ましくは、ゼロボルトとさ
れる。選択トランジスタ１３０は、さらに、図１に示さ
れる制御ライン５５の選択制御ライン１８６に接続され
る。負荷電圧VLOAD は、列出力ライン６５と固定電圧Ｖ
ＳＳとの間の負荷トランジスタ１３５を横断して要求さ
れる抵抗値が達成されるように調節されるべきである。
この要求される抵抗値は、選択トランジスタ１３０が飽
和状態にて動作し、結果として、トランジスタ１２５と
１３５との間の閉じたスイッチとして機能するとき、ト
ランジスタ１２５が電圧ホロワモードにて動作するよう
にすべきである。負荷トランジスタ１３５に対する適当
な代替としては、オンチップ或は表面搭載抵抗体、或は
列出力ライン６５と固定電圧ＶＳＳとの間に挿入された
とき要求される電気抵抗を提供することができる任意の
他の受動或は能動デバイスが含まれる。
【００２１】図１に示される能動画素センサ５０が、図
２においては、簡素化のために、選択トランジスタ１３
０と負荷トランジスタ１３５との間の同一の参照番号を
持つ接続ノードによって示される。列出力ライン６５は
センサ出力５０を対応する差分出力回路１８に接続す
る。差分出力回路１８内において、センサ出力信号が第
一及び第二の単極単投スイッチ１４０、１４５に提供さ
れるが、これらは、例えば、トランジスタスイッチ或は
固体リレーであり得る。スイッチ１４０、１４５は、個
々に、開いた或は閉じた位置にて動作する。閉じた位置
においては、スイッチ１４０、１４５は、対応する第一
及び第二の電荷蓄積デバイス、例えば、コンデンサ１５
０及び１５５にセンサ出力信号を提供する。コンデンサ
１５０及び１５５は、固定電圧ＶＳＳ、並びに、減算信
号結合器、例えば、差分増幅器１６０のおのおのの入力
１６１及び１６２に接続される。スイッチ１４０及び１
４５は、タイミング制御回路２０によって生成される制
御信号Ｓ１及びＳ２によって制御される。
２においては、簡素化のために、選択トランジスタ１３
０と負荷トランジスタ１３５との間の同一の参照番号を
持つ接続ノードによって示される。列出力ライン６５は
センサ出力５０を対応する差分出力回路１８に接続す
る。差分出力回路１８内において、センサ出力信号が第
一及び第二の単極単投スイッチ１４０、１４５に提供さ
れるが、これらは、例えば、トランジスタスイッチ或は
固体リレーであり得る。スイッチ１４０、１４５は、個
々に、開いた或は閉じた位置にて動作する。閉じた位置
においては、スイッチ１４０、１４５は、対応する第一
及び第二の電荷蓄積デバイス、例えば、コンデンサ１５
０及び１５５にセンサ出力信号を提供する。コンデンサ
１５０及び１５５は、固定電圧ＶＳＳ、並びに、減算信
号結合器、例えば、差分増幅器１６０のおのおのの入力
１６１及び１６２に接続される。スイッチ１４０及び１
４５は、タイミング制御回路２０によって生成される制
御信号Ｓ１及びＳ２によって制御される。
【００２２】差分増幅器１６０の出力１６３は、差出力
信号を生成するが、これは第三の単極単投スイッチ１７
０に提供される。スイッチ１７０は、さらに、画像化出
力出力ライン１５に接続される。スイッチ１７０は、タ
イミングコントローラ２０によって生成されるスイッチ
制御信号Ｓ３に従って開いた或は閉じた状態にて動作す
る。閉じた状態においては、スイッチ１７０は、差出力
信号を共通出力ライン１５に提供する。
信号を生成するが、これは第三の単極単投スイッチ１７
０に提供される。スイッチ１７０は、さらに、画像化出
力出力ライン１５に接続される。スイッチ１７０は、タ
イミングコントローラ２０によって生成されるスイッチ
制御信号Ｓ３に従って開いた或は閉じた状態にて動作す
る。閉じた状態においては、スイッチ１７０は、差出力
信号を共通出力ライン１５に提供する。
【００２３】動作において、行デコーダ１０が、光ゲー
ト制御ライン１８０上に適当な光ゲート制御信号を生成
し、これに従って、対応する行内の各センサ３５の光ゲ
ート１００は、検出された光の強度に基づいて電荷を集
める。光ゲート１００は、積分期間を通じて電荷を集め
ることが許されるが、この積分期間は、そのフレーム期
間の大部分に当る。例えば、フレーム期間が、３０フレ
ーム／秒に対応する３３ｍ秒とされた場合、積分期間
は、センサ３５がＣＭＯＳデバイスとして実現される場
合、３３ｍ秒から約１マイクロ秒を引いた期間とされ
る。
ト制御ライン１８０上に適当な光ゲート制御信号を生成
し、これに従って、対応する行内の各センサ３５の光ゲ
ート１００は、検出された光の強度に基づいて電荷を集
める。光ゲート１００は、積分期間を通じて電荷を集め
ることが許されるが、この積分期間は、そのフレーム期
間の大部分に当る。例えば、フレーム期間が、３０フレ
ーム／秒に対応する３３ｍ秒とされた場合、積分期間
は、センサ３５がＣＭＯＳデバイスとして実現される場
合、３３ｍ秒から約１マイクロ秒を引いた期間とされ
る。
【００２４】積分期間が終了した時点で、行デコーダ１
０が、光ゲート制御信号内に適当なパルスを生成するこ
とによって、転送ゲート１０５を、集められた電荷が光
ゲート１００から拡散井戸１１０に転送されるようにバ
イアスする。電荷を転送するこの方法は当分野において
周知であり、例えば、上に引用のFossumの文献に説明さ
れている。転送ゲート１０５に集められた電荷を転送さ
せるための光ゲート制御信号パルスのための適当な継続
期間は、１マイクロ秒のオーダとされる。さらに、固定
転送ゲートバイアシング電圧は、センサ３５がＣＭＯＳ
デバイスとして実現される場合は、２．５ボルトのオー
ダとされる。
０が、光ゲート制御信号内に適当なパルスを生成するこ
とによって、転送ゲート１０５を、集められた電荷が光
ゲート１００から拡散井戸１１０に転送されるようにバ
イアスする。電荷を転送するこの方法は当分野において
周知であり、例えば、上に引用のFossumの文献に説明さ
れている。転送ゲート１０５に集められた電荷を転送さ
せるための光ゲート制御信号パルスのための適当な継続
期間は、１マイクロ秒のオーダとされる。さらに、固定
転送ゲートバイアシング電圧は、センサ３５がＣＭＯＳ
デバイスとして実現される場合は、２．５ボルトのオー
ダとされる。
【００２５】能動画素センサ内で電荷を転送するための
もう一つの良く知られた方法は、転送が要求されるとき
に、転送ゲート電極にクロック或はパルス信号を与える
方法である。これらバイアシング及びクロッキング技法
は、両者とも、転送ゲート１０５の下の電位を光ゲート
１００の下の電位よりも大きくさせる。電荷は低い電位
の領域から高い電位の領域に向かって移動するために、
光ゲート１００内の集められた電荷は、転送ゲート１０
５に向かって移動し、次に、拡散井戸１１０へと移動す
る。
もう一つの良く知られた方法は、転送が要求されるとき
に、転送ゲート電極にクロック或はパルス信号を与える
方法である。これらバイアシング及びクロッキング技法
は、両者とも、転送ゲート１０５の下の電位を光ゲート
１００の下の電位よりも大きくさせる。電荷は低い電位
の領域から高い電位の領域に向かって移動するために、
光ゲート１００内の集められた電荷は、転送ゲート１０
５に向かって移動し、次に、拡散井戸１１０へと移動す
る。
【００２６】能動画素センサ３５においては、拡散井戸
１１０内に維持される電荷は、トランジスタ１２５及び
１３０によって、列３０内の他のセンサ３５によって対
応する列出力ライン６５上に生成される信号から緩衝
（隔離）される。転送ゲート１０５は、さらに、拡散井
戸１１０内に維持される電荷を、全時間において光ゲー
ト１００によって集められた電荷から、電荷が光ゲート
１００から拡散井戸１１０に転送される時点を除いて緩
衝（隔離）する。本発明は、緩衝された拡散ノード１１
０が、センサ３５が電圧出力信号を生成してない期間及
びセンサ３５の光ゲート１００が現フレームに対して電
荷を集めている期間において、前のフレームに対して検
出された光の強度に対する電荷を維持することに依存す
る。
１１０内に維持される電荷は、トランジスタ１２５及び
１３０によって、列３０内の他のセンサ３５によって対
応する列出力ライン６５上に生成される信号から緩衝
（隔離）される。転送ゲート１０５は、さらに、拡散井
戸１１０内に維持される電荷を、全時間において光ゲー
ト１００によって集められた電荷から、電荷が光ゲート
１００から拡散井戸１１０に転送される時点を除いて緩
衝（隔離）する。本発明は、緩衝された拡散ノード１１
０が、センサ３５が電圧出力信号を生成してない期間及
びセンサ３５の光ゲート１００が現フレームに対して電
荷を集めている期間において、前のフレームに対して検
出された光の強度に対する電荷を維持することに依存す
る。
【００２７】結果として、本発明においては、差分出力
信号DIFFを生成するためにセンサ列３０当り二つの電荷
蓄積デバイス１５０、１５５及び一つの減算信号結合器
１６０のみが使用される。これとは対象的に、典型的な
従来の技術による画像化システムにおいては、このよう
な差分出力信号を生成するために一つの配列内の各光強
度検出器に対して一つのＡ／Ｄデジタルコンバータ及び
一つの外部メモリが必要とされる。従って、本発明は、
このような従来の技術による画像化システムと比較して
低減された複雑さ、パワー消費及びサイズを持つという
実質的な長所を達成する。
信号DIFFを生成するためにセンサ列３０当り二つの電荷
蓄積デバイス１５０、１５５及び一つの減算信号結合器
１６０のみが使用される。これとは対象的に、典型的な
従来の技術による画像化システムにおいては、このよう
な差分出力信号を生成するために一つの配列内の各光強
度検出器に対して一つのＡ／Ｄデジタルコンバータ及び
一つの外部メモリが必要とされる。従って、本発明は、
このような従来の技術による画像化システムと比較して
低減された複雑さ、パワー消費及びサイズを持つという
実質的な長所を達成する。
【００２８】配列内の各能動画素センサ３５は、一つの
フレーム時間間隔において、二つの異なる期間に分かれ
て動作する。これら二つの期間は、積分期間に対応する
光検出期間と、読み出し期間から成る。ある与えられた
検出されたフレーム間隔に対して、各センサ行２５が、
光検出期間において、光を検出するために順番に起動さ
れ、次に、読み出し期間において、対応する出力信号を
生成するように選択される。これら光検出期間と読み出
し期間は、図３との関連で以下に詳細に説明されるよう
に重複する。
フレーム時間間隔において、二つの異なる期間に分かれ
て動作する。これら二つの期間は、積分期間に対応する
光検出期間と、読み出し期間から成る。ある与えられた
検出されたフレーム間隔に対して、各センサ行２５が、
光検出期間において、光を検出するために順番に起動さ
れ、次に、読み出し期間において、対応する出力信号を
生成するように選択される。これら光検出期間と読み出
し期間は、図３との関連で以下に詳細に説明されるよう
に重複する。
【００２９】例えば、３３ｍ秒のフレーム間隔が要求さ
れる場合は、光検出期間がその間隔の大部分から成り、
読み出し期間は、光検出期間の後の１０μ秒のオーダの
期間とされる。行デコーダ１０は、隣接するセンサ行２
５に対する光検出期間を、要求されるフレーム速度を達
成するために、読み出し期間と重複させる。このような
重複技法は、画像化システムの分野において周知であ
る。
れる場合は、光検出期間がその間隔の大部分から成り、
読み出し期間は、光検出期間の後の１０μ秒のオーダの
期間とされる。行デコーダ１０は、隣接するセンサ行２
５に対する光検出期間を、要求されるフレーム速度を達
成するために、読み出し期間と重複させる。このような
重複技法は、画像化システムの分野において周知であ
る。
【００３０】図３は、本発明に従う図２のセンサ３５及
び出力回路１８の一つの適当な動作を図解するタイミン
グ図である。図３には、現フレーム間隔に対するセンサ
３５の重複する光検出期間２０２と、読み出し期間２０
４とに対する波形２００の詳細が示される。光積分期間
２０２は、読み出し期間２０４と比較して非常に長いた
めに、これを明らかにするために、波形２００は、光検
出期間の中にこれを示すための省略記号（・・・）を持
つ。波形２００の“ドントケア”領域は、波形２９０の
領域２０５のように斜めの影線によって示される。
び出力回路１８の一つの適当な動作を図解するタイミン
グ図である。図３には、現フレーム間隔に対するセンサ
３５の重複する光検出期間２０２と、読み出し期間２０
４とに対する波形２００の詳細が示される。光積分期間
２０２は、読み出し期間２０４と比較して非常に長いた
めに、これを明らかにするために、波形２００は、光検
出期間の中にこれを示すための省略記号（・・・）を持
つ。波形２００の“ドントケア”領域は、波形２９０の
領域２０５のように斜めの影線によって示される。
【００３１】時間Ｔ０からＴ５の間の光検出期間２０２
の最中に、図１に示される行デコーダ１０は、波形２７
０によって示される高電圧状態の光ゲート制御信号を光
ゲート電極１０１に提供する。高電圧状態の光ゲート制
御信号が与えられると、センサ光ゲート１０は、現フレ
ームに対してそのセンサ３５上にフォーカスされた光の
強度に基づいて電荷を集める。さらに、時間Ｔ０からＴ
５の間の光検出期間２０２の間は、高電圧状態の光ゲー
ト制御信号２７０によって、ゲート１０５が集められた
電荷を拡散井戸１１０に転送することが阻止される。
の最中に、図１に示される行デコーダ１０は、波形２７
０によって示される高電圧状態の光ゲート制御信号を光
ゲート電極１０１に提供する。高電圧状態の光ゲート制
御信号が与えられると、センサ光ゲート１０は、現フレ
ームに対してそのセンサ３５上にフォーカスされた光の
強度に基づいて電荷を集める。さらに、時間Ｔ０からＴ
５の間の光検出期間２０２の間は、高電圧状態の光ゲー
ト制御信号２７０によって、ゲート１０５が集められた
電荷を拡散井戸１１０に転送することが阻止される。
【００３２】結果として、拡散井戸１１０内に維持され
ている電荷は、現フレームに対する光検出期間２０２の
間は光ゲート１００から緩衝（隔離）され、従って、前
のフレームに対して検出された光の強度に対応する。波
形２１５によって示される拡散ノード１１５の所の電位
は、拡散井戸１１０によって維持されている電荷に対応
するために、これは、同様にして、光検出期間２０２に
おける前のフレームに対して検出された光の強度に対応
する。この期間２０２における前のフレームに対する検
出された光の強度が、図３の電圧規模Ａによって表わさ
れる。
ている電荷は、現フレームに対する光検出期間２０２の
間は光ゲート１００から緩衝（隔離）され、従って、前
のフレームに対して検出された光の強度に対応する。波
形２１５によって示される拡散ノード１１５の所の電位
は、拡散井戸１１０によって維持されている電荷に対応
するために、これは、同様にして、光検出期間２０２に
おける前のフレームに対して検出された光の強度に対応
する。この期間２０２における前のフレームに対する検
出された光の強度が、図３の電圧規模Ａによって表わさ
れる。
【００３３】光検出期間２０２のほぼ終端付近、例え
ば、時間Ｔ１において、行デコーダ１０が、波形２２０
によって示されるような高電圧状態の選択制御信号を生
成することによって読み出し期間を開始させる。この選
択制御信号２２０は、読み出し期間２０４を通じて高電
圧状態に保たれ、他の全ての時間においては低電圧状態
に保たれる。高電圧状態の選択制御信号２２０が与えら
れると、図２の通常は“オフ”状態にある選択トランジ
スタ１３０が、飽和或は“オン”状態にて動作するよう
にされる。
ば、時間Ｔ１において、行デコーダ１０が、波形２２０
によって示されるような高電圧状態の選択制御信号を生
成することによって読み出し期間を開始させる。この選
択制御信号２２０は、読み出し期間２０４を通じて高電
圧状態に保たれ、他の全ての時間においては低電圧状態
に保たれる。高電圧状態の選択制御信号２２０が与えら
れると、図２の通常は“オフ”状態にある選択トランジ
スタ１３０が、飽和或は“オン”状態にて動作するよう
にされる。
【００３４】オン状態にて動作されると、選択トランジ
スタ１３０は、結果として、閉じられたスイッチとして
機能し、トランジスタ１２５を電圧ホロワとして動作す
るように起動する。トランジスタ１２５が電圧ホロワと
して動作している間、これは、その出力１２６の所にあ
る値の電圧を生成し、また、センサ出力５０の所に、拡
散ノード１１５の所の電位２１５に対応する電圧信号を
生成する。拡散ノード電位２１５は、時間Ｔ１における
振幅Ａの電圧であるために、波形２３０として示される
出力電圧信号２３０も、時間Ｔ１において、Ａボルトの
振幅を持つ。時間Ｔ１の以前は、選択トランジスタは、
“オフ”状態にあり、“ドントケア”領域２０６によっ
て示されるように、出力電圧信号は生成されない。さら
に、時間Ｔ１における拡散ノード電位３１５は、前のフ
レームに対して検出された光の強度に対応するために、
時間Ｔ１の直後に生成される出力信号２３０も前のフレ
ームに対して検出された光の強度に対応する。
スタ１３０は、結果として、閉じられたスイッチとして
機能し、トランジスタ１２５を電圧ホロワとして動作す
るように起動する。トランジスタ１２５が電圧ホロワと
して動作している間、これは、その出力１２６の所にあ
る値の電圧を生成し、また、センサ出力５０の所に、拡
散ノード１１５の所の電位２１５に対応する電圧信号を
生成する。拡散ノード電位２１５は、時間Ｔ１における
振幅Ａの電圧であるために、波形２３０として示される
出力電圧信号２３０も、時間Ｔ１において、Ａボルトの
振幅を持つ。時間Ｔ１の以前は、選択トランジスタは、
“オフ”状態にあり、“ドントケア”領域２０６によっ
て示されるように、出力電圧信号は生成されない。さら
に、時間Ｔ１における拡散ノード電位３１５は、前のフ
レームに対して検出された光の強度に対応するために、
時間Ｔ１の直後に生成される出力信号２３０も前のフレ
ームに対して検出された光の強度に対応する。
【００３５】選択信号が生成された短時間の後、例え
ば、時間Ｔ２において、タイミングコントローラ２０
が、スイッチ１４０を閉じるために、波形２４０によっ
て示されるような高電圧状態のスイッチ制御信号Ｓ１を
生成する。スイッチ１４０が閉じられると、センサ出力
電圧信号がコンデンサ１５０を充電することが許され
る。コンデンサ１５０が充電するための充分な時間を持
った後に、例えば、時間Ｔ３において、低電圧状態のス
イッチ制御信号Ｓ１２４０が生成され、結果として、ス
イッチ１４０が開いた状態にされる。時間Ｔ２からＴ３
の間の時間間隔は、コンデンサ１５０が電圧Ａを持つ受
信されたセンサ出力電圧信号２３０に対応する電位に充
分に充電できるように選択されるべきである。コンデン
サ１５０に対する適当な充電時間は、１マイクロ秒のオ
ーダである。時間Ｔ３において、コンデンサ１５０内に
蓄積された電荷は、前のフレームに対してセンサ３５に
よって検出された光の量に対応する。
ば、時間Ｔ２において、タイミングコントローラ２０
が、スイッチ１４０を閉じるために、波形２４０によっ
て示されるような高電圧状態のスイッチ制御信号Ｓ１を
生成する。スイッチ１４０が閉じられると、センサ出力
電圧信号がコンデンサ１５０を充電することが許され
る。コンデンサ１５０が充電するための充分な時間を持
った後に、例えば、時間Ｔ３において、低電圧状態のス
イッチ制御信号Ｓ１２４０が生成され、結果として、ス
イッチ１４０が開いた状態にされる。時間Ｔ２からＴ３
の間の時間間隔は、コンデンサ１５０が電圧Ａを持つ受
信されたセンサ出力電圧信号２３０に対応する電位に充
分に充電できるように選択されるべきである。コンデン
サ１５０に対する適当な充電時間は、１マイクロ秒のオ
ーダである。時間Ｔ３において、コンデンサ１５０内に
蓄積された電荷は、前のフレームに対してセンサ３５に
よって検出された光の量に対応する。
【００３６】電圧Ａが第一のコンデンサ１５０内に蓄積
された後に、例えば、時間Ｔ４において、行デコーダ１
０が、波形２６０によって示されるように、リセット制
御ライン５５上に高電圧状態のリセット信号パルスを生
成する。このリセット信号パルス２６０は、リセットト
ランジスタ１２０をオン状態にて動作するようにさせ、
これは、拡散ノード１１５を電圧ＶＤＤに増加させる。
結果として、対応するセンサ出力信号２３０も、同様
に、電圧ＶＤＤに対応する電圧に増加する。図３に示さ
れるように、光検出期間２０２と読み出し期間２０４
は、時間Ｔ１からＴ５の間で重複する。リセットパルス
が終了してしばらくの後に、例えば、時間Ｔ５におい
て、光検出期間２０２が終了し、低電圧パルス２７５が
光ゲート制御信号２７０として生成される。時間Ｔ５か
らＴ６の間の低電圧パルス２７５の結果として、図２と
の関連で上に説明されたような方法にて、光ゲート１０
０内に集められた電荷が拡散井戸１１０に転送される。
された後に、例えば、時間Ｔ４において、行デコーダ１
０が、波形２６０によって示されるように、リセット制
御ライン５５上に高電圧状態のリセット信号パルスを生
成する。このリセット信号パルス２６０は、リセットト
ランジスタ１２０をオン状態にて動作するようにさせ、
これは、拡散ノード１１５を電圧ＶＤＤに増加させる。
結果として、対応するセンサ出力信号２３０も、同様
に、電圧ＶＤＤに対応する電圧に増加する。図３に示さ
れるように、光検出期間２０２と読み出し期間２０４
は、時間Ｔ１からＴ５の間で重複する。リセットパルス
が終了してしばらくの後に、例えば、時間Ｔ５におい
て、光検出期間２０２が終了し、低電圧パルス２７５が
光ゲート制御信号２７０として生成される。時間Ｔ５か
らＴ６の間の低電圧パルス２７５の結果として、図２と
の関連で上に説明されたような方法にて、光ゲート１０
０内に集められた電荷が拡散井戸１１０に転送される。
【００３７】この電荷の転送の結果として、拡散ノード
電圧２１５と対応する出力電圧信号２３０が、現フレー
ムに対して集められた電荷の量、つまり、検出された光
の強度に比例とて低下する。光の強度が大きいほど集め
られる電荷の量が大きくなり、対応する拡散ノード電圧
２１５が低下する量も大きくなる。Ｔ５のしばらく後
に、出力回路１８に提供される出力電圧信号２３０は、
現フレームに対して検出された光の強度に対応すること
となる。Ｔ５のしばらく後のセンサ出力信号２３０の規
模が図３において電圧Ｂとして示される。
電圧２１５と対応する出力電圧信号２３０が、現フレー
ムに対して集められた電荷の量、つまり、検出された光
の強度に比例とて低下する。光の強度が大きいほど集め
られる電荷の量が大きくなり、対応する拡散ノード電圧
２１５が低下する量も大きくなる。Ｔ５のしばらく後
に、出力回路１８に提供される出力電圧信号２３０は、
現フレームに対して検出された光の強度に対応すること
となる。Ｔ５のしばらく後のセンサ出力信号２３０の規
模が図３において電圧Ｂとして示される。
【００３８】電荷が拡散井戸１１０に転送された後に、
例えば、時間Ｔ７において、タイミング制御デバイス２
０が、波形２８０によって示されるような高電圧状態の
スイッチ制御信号Ｓ２を生成することによって、第二の
スイッチ１５０を閉じる。スイッチ１４５が閉じられる
と、第二のコンデンサ１５５が、おおむねセンサ出力電
圧信号２３０に、換言すれば、電圧Ｂに比例する値に充
電される。時間Ｔ８において、コンデンサ１５５が充電
するための充分な時間を持った後に、タイミング制御ユ
ニット２０が、低電圧状態の制御信号Ｓ２を生成し、ス
イッチ１４５を開く。
例えば、時間Ｔ７において、タイミング制御デバイス２
０が、波形２８０によって示されるような高電圧状態の
スイッチ制御信号Ｓ２を生成することによって、第二の
スイッチ１５０を閉じる。スイッチ１４５が閉じられる
と、第二のコンデンサ１５５が、おおむねセンサ出力電
圧信号２３０に、換言すれば、電圧Ｂに比例する値に充
電される。時間Ｔ８において、コンデンサ１５５が充電
するための充分な時間を持った後に、タイミング制御ユ
ニット２０が、低電圧状態の制御信号Ｓ２を生成し、ス
イッチ１４５を開く。
【００３９】時間Ｔ８の後に、コンデンサ１５０と１５
５の間の電圧は、それぞれ、電圧Ａと電圧Ｂに対応する
値になる。結果として、時間Ｔの後に、差分増幅器が電
圧ＡとＢとの間の差に対応する電圧である差出力信号２
９０を生成する。時間Ｔ８の前は、波形２９０は、“ド
ントケア”領域２０５から成る。コンデンサ１５０と１
５５の間の電圧は、前のフレームと現フレームに対して
センサ３５によって検出された光の強度を表わすため
に、生成されたセンサの差信号は、センサ３５によって
検出されたこれらフレーム間の光の強度の差を表わす。
適当な時点で、タイミングコントローラ２０が、スイッ
チ１７０を閉じするためにスイッチ制御信号Ｓ３を生成
し、スイッチ１７０は、結果として、差出力信号を画像
化システムの出力ライン１５に提供する。スイッチ１７
０は、センサ差分出力信号を画像化システムの差分出力
信号DIFFに挿入するために、特定の時間に、適当な継続
期間だけのみ閉じられる。
５の間の電圧は、それぞれ、電圧Ａと電圧Ｂに対応する
値になる。結果として、時間Ｔの後に、差分増幅器が電
圧ＡとＢとの間の差に対応する電圧である差出力信号２
９０を生成する。時間Ｔ８の前は、波形２９０は、“ド
ントケア”領域２０５から成る。コンデンサ１５０と１
５５の間の電圧は、前のフレームと現フレームに対して
センサ３５によって検出された光の強度を表わすため
に、生成されたセンサの差信号は、センサ３５によって
検出されたこれらフレーム間の光の強度の差を表わす。
適当な時点で、タイミングコントローラ２０が、スイッ
チ１７０を閉じするためにスイッチ制御信号Ｓ３を生成
し、スイッチ１７０は、結果として、差出力信号を画像
化システムの出力ライン１５に提供する。スイッチ１７
０は、センサ差分出力信号を画像化システムの差分出力
信号DIFFに挿入するために、特定の時間に、適当な継続
期間だけのみ閉じられる。
【００４０】配列の各行２５内の各画素センサ３５は、
好ましくは、図３との関連で上に説明されたのと同一の
方法にて動作し、検出された画像のフレームに対して一
つの差分出力信号を生成する。各センサ３５の拡散ノー
ド１１５の所に存在する電位は、対応する光ゲート１０
０及び列出力ライン６５から緩衝（隔離）されるため
に、これは、フレーム毎の、検出された光の量に基づく
電位を維持する。結果として、拡散ノード１１５の所の
電位は、電圧Ｂに対応する電圧に、そのセンサ３５が、
図３の時間Ｔ９に示されるように、次の検出されたフレ
ームに対する読み出し期間に再び入るまでとどまる。こ
うして、時間Ｔ９における次のフレームに対するセンサ
３５の読み出しにおいて、前のフレームに対応するセン
サ出力電圧信号２３０は、電圧Ｂとなる。
好ましくは、図３との関連で上に説明されたのと同一の
方法にて動作し、検出された画像のフレームに対して一
つの差分出力信号を生成する。各センサ３５の拡散ノー
ド１１５の所に存在する電位は、対応する光ゲート１０
０及び列出力ライン６５から緩衝（隔離）されるため
に、これは、フレーム毎の、検出された光の量に基づく
電位を維持する。結果として、拡散ノード１１５の所の
電位は、電圧Ｂに対応する電圧に、そのセンサ３５が、
図３の時間Ｔ９に示されるように、次の検出されたフレ
ームに対する読み出し期間に再び入るまでとどまる。こ
うして、時間Ｔ９における次のフレームに対するセンサ
３５の読み出しにおいて、前のフレームに対応するセン
サ出力電圧信号２３０は、電圧Ｂとなる。
【００４１】光ゲート１００は、そのゲート電極１０１
に加えられる電圧信号が低電圧状態である間、例えば、
Ｔ５からＴ６の間は、電荷を集めない。さらに、次のフ
レームに対する光検出期間は、時間Ｔ６において、光ゲ
ート制御信号２７０としての低電圧パルス２７５が終了
した時点で開始される。このようにして、各画素センサ
３５が各フレームに対して光を検出してない時間の量が
最小にされる。次のフレームに対する光検出期間は、光
制御信号２７０としての低電圧パルスの次の生成の所で
終了するが、これは、時間Ｔ９のしばらく後の適当な時
間に発生する。タイミングコントローラ２０は、この動
作を継続的に、要求されるフレーム速度を持つ差分出力
信号DIFFを達成するのに適当なタイミングにて反復す
る。
に加えられる電圧信号が低電圧状態である間、例えば、
Ｔ５からＴ６の間は、電荷を集めない。さらに、次のフ
レームに対する光検出期間は、時間Ｔ６において、光ゲ
ート制御信号２７０としての低電圧パルス２７５が終了
した時点で開始される。このようにして、各画素センサ
３５が各フレームに対して光を検出してない時間の量が
最小にされる。次のフレームに対する光検出期間は、光
制御信号２７０としての低電圧パルスの次の生成の所で
終了するが、これは、時間Ｔ９のしばらく後の適当な時
間に発生する。タイミングコントローラ２０は、この動
作を継続的に、要求されるフレーム速度を持つ差分出力
信号DIFFを達成するのに適当なタイミングにて反復す
る。
【００４２】図４は、本発明に従がう差分出力信号DFII
を生成するための一例としての画像検出方法を要約する
流れ図である。図４のステップ３００−３８０は、各能
動画素センサ３５の読み出し期間の際の事象に関して示
す。対応する光ゲート制御信号の生成と対応する光検出
期間とは、図４に示されるステップ３００−３８０の遂
行が可能になるようなタイミングにされる。
を生成するための一例としての画像検出方法を要約する
流れ図である。図４のステップ３００−３８０は、各能
動画素センサ３５の読み出し期間の際の事象に関して示
す。対応する光ゲート制御信号の生成と対応する光検出
期間とは、図４に示されるステップ３００−３８０の遂
行が可能になるようなタイミングにされる。
【００４３】図４に示されるように、最初に、ステップ
３００において、配列５内のある能動画素センサ行２５
が、対応する選択制御ライン１８６上に適当な選択制御
信号を生成することによって読み出し動作のために起動
される。読み出し動作のために起動されると、各センサ
３５は、そのおのおのの出力５０の所にその拡散ノード
１１５の所に存在する電位を表わす電圧信号を生成す
る。起動されたセンサ３５はリセットされていないため
に、拡散ノードの電圧及びセンサ５０の所の対応する出
力電圧信号は、前のフレームに対してセンサ３５によっ
て検出された光の強度に対応する。
３００において、配列５内のある能動画素センサ行２５
が、対応する選択制御ライン１８６上に適当な選択制御
信号を生成することによって読み出し動作のために起動
される。読み出し動作のために起動されると、各センサ
３５は、そのおのおのの出力５０の所にその拡散ノード
１１５の所に存在する電位を表わす電圧信号を生成す
る。起動されたセンサ３５はリセットされていないため
に、拡散ノードの電圧及びセンサ５０の所の対応する出
力電圧信号は、前のフレームに対してセンサ３５によっ
て検出された光の強度に対応する。
【００４４】次に、ステップ３１０において、センサ出
力電圧信号がおのおのの差分出力回路１８によって、読
み出され、蓄積される。ステップ３１０において、セン
サ出力電圧信号によって、第一のスイッチ１４０が閉じ
られ、結果として、図２と３との関連で上に説明された
ように、第一のコンデンサ１５０が充電される。前のフ
レームに対応する電圧信号が読み出され、蓄積された後
に、ステップ３２０に示されるように、起動されたセン
サ３５の拡散ノード１１５が、リセット電圧にリセット
される。拡散ノード１１５のリセットは、図２及び３と
の関連で上に説明されたように、高電圧パルスを対応す
るリセットトランジスタ１２０に提供することによって
達成される。
力電圧信号がおのおのの差分出力回路１８によって、読
み出され、蓄積される。ステップ３１０において、セン
サ出力電圧信号によって、第一のスイッチ１４０が閉じ
られ、結果として、図２と３との関連で上に説明された
ように、第一のコンデンサ１５０が充電される。前のフ
レームに対応する電圧信号が読み出され、蓄積された後
に、ステップ３２０に示されるように、起動されたセン
サ３５の拡散ノード１１５が、リセット電圧にリセット
される。拡散ノード１１５のリセットは、図２及び３と
の関連で上に説明されたように、高電圧パルスを対応す
るリセットトランジスタ１２０に提供することによって
達成される。
【００４５】次に、ステップ３４０において、起動され
たセンサ行２５内の光ゲート１００によって集められた
電荷がおのおのの拡散井戸１１０に転送される。図２及
び３との関連で上に説明されたように、集められた電荷
が対応する拡散井戸１１０に転送されると、結果とし
て、拡散ノード１１５の電圧がそれらのリセット電圧か
ら低下する。結果として、起動された拡散ノード１１５
の所に存在する電圧及び差分出力回路１８に提供される
対応する出力電圧信号は、現フレームに対して検出され
た光の強度を表わす。
たセンサ行２５内の光ゲート１００によって集められた
電荷がおのおのの拡散井戸１１０に転送される。図２及
び３との関連で上に説明されたように、集められた電荷
が対応する拡散井戸１１０に転送されると、結果とし
て、拡散ノード１１５の電圧がそれらのリセット電圧か
ら低下する。結果として、起動された拡散ノード１１５
の所に存在する電圧及び差分出力回路１８に提供される
対応する出力電圧信号は、現フレームに対して検出され
た光の強度を表わす。
【００４６】ステップ３５０において、現フレームに対
する電圧出力信号が対応する差分出力回路１８によっ
て、読み出され、蓄積される。図２の差分出力回路１８
の動作によると、図３との関連で上で説明されたよう
に、これらセンサ出力電圧信号は、第二の電荷蓄積デバ
イス１５５を充電することによって、読み出し及び蓄積
が行なわれる。ステップ３５０における現フレームに対
する電圧出力信号の読み出し及び蓄積が終了した時点
で、差分出力回路１８は、現フレームと前のフレームに
対する検出された光の強さに対する電位を維持する。
する電圧出力信号が対応する差分出力回路１８によっ
て、読み出され、蓄積される。図２の差分出力回路１８
の動作によると、図３との関連で上で説明されたよう
に、これらセンサ出力電圧信号は、第二の電荷蓄積デバ
イス１５５を充電することによって、読み出し及び蓄積
が行なわれる。ステップ３５０における現フレームに対
する電圧出力信号の読み出し及び蓄積が終了した時点
で、差分出力回路１８は、現フレームと前のフレームに
対する検出された光の強さに対する電位を維持する。
【００４７】次に、ステップ３６０において、各出力回
路内で蓄積されている電圧の差が取られ、差出力信号が
得られる。このステップは、図２の差分増幅器１６０を
使用して達成される。この差出力信号は、各起動された
画素センサ３５によって検出された光の強さの量の、前
のフレームと現フレーム間の差に対応する。
路内で蓄積されている電圧の差が取られ、差出力信号が
得られる。このステップは、図２の差分増幅器１６０を
使用して達成される。この差出力信号は、各起動された
画素センサ３５によって検出された光の強さの量の、前
のフレームと現フレーム間の差に対応する。
【００４８】次に、ステップ３７０において、図３の波
形２９０によって示されるような差出力信号が、図１に
示される画像化システム出力ライン１５に順番に提供さ
れ、差分出力信号DIFFが形成される。従って、出力信号
DIFFは、起動された行２５のセンサ３５に対する差出力
信号の直列に伝送された集成である。次に、ステップ３
８０において、次のセンサ行２５が、読み出しのために
適当な対応する選択制御ライン６０によって起動され
る。
形２９０によって示されるような差出力信号が、図１に
示される画像化システム出力ライン１５に順番に提供さ
れ、差分出力信号DIFFが形成される。従って、出力信号
DIFFは、起動された行２５のセンサ３５に対する差出力
信号の直列に伝送された集成である。次に、ステップ３
８０において、次のセンサ行２５が、読み出しのために
適当な対応する選択制御ライン６０によって起動され
る。
【００４９】次に、ステップ３１０−３７０が新たに起
動されたセンサ行２５に対して、おのおのの差出力信号
を生成するために反復され、差分出力信号DIFFの対応す
る部分が形成される。このようにして、図４の画像検出
方法は、各センサ行２５に対して連続的に差出力信号を
生成し、結果として、その画像化システムが動作してい
る間、検出されたフレームに対する一連の差分出力信号
DIFFが生成される。
動されたセンサ行２５に対して、おのおのの差出力信号
を生成するために反復され、差分出力信号DIFFの対応す
る部分が形成される。このようにして、図４の画像検出
方法は、各センサ行２５に対して連続的に差出力信号を
生成し、結果として、その画像化システムが動作してい
る間、検出されたフレームに対する一連の差分出力信号
DIFFが生成される。
【００５０】上の説明においては、異なる差分モードを
持つ能動画素センサ及び配列の一つの実施例について詳
細に説明されたが、当業者においては、本発明の教示か
ら逸脱することなしに、説明の実施例に対する多くの修
正が可能であることを容易に理解できるものである。こ
れらの全ての修正は、請求の特許によって包含されるも
のと見なされるべきである。
持つ能動画素センサ及び配列の一つの実施例について詳
細に説明されたが、当業者においては、本発明の教示か
ら逸脱することなしに、説明の実施例に対する多くの修
正が可能であることを容易に理解できるものである。こ
れらの全ての修正は、請求の特許によって包含されるも
のと見なされるべきである。
【００５１】例えば、差分出力回路１８は、二つのスイ
ッチ１４０、１４５の替わりに、一つの単投双極スイッ
チを使用することも、或は、二つの直列に受信された電
圧信号を信号結合器に並列に提供し、これら二つの電圧
信号に基づいて差信号を生成する能力を持つ要素の任意
の構成を使用することも可能である。異なる電圧を持つ
他の能動画素センサの実現を採用することも容易に可能
である。加えて、図１の配列は、行が起動され、列が読
み出しされるように構成されたが、本発明は、任意の配
列位置の任意の数の能動画素センサを対応する差分出力
回路に接続するように構成することが可能である。
ッチ１４０、１４５の替わりに、一つの単投双極スイッ
チを使用することも、或は、二つの直列に受信された電
圧信号を信号結合器に並列に提供し、これら二つの電圧
信号に基づいて差信号を生成する能力を持つ要素の任意
の構成を使用することも可能である。異なる電圧を持つ
他の能動画素センサの実現を採用することも容易に可能
である。加えて、図１の配列は、行が起動され、列が読
み出しされるように構成されたが、本発明は、任意の配
列位置の任意の数の能動画素センサを対応する差分出力
回路に接続するように構成することが可能である。
【図１】本発明に従う一例としての能動画素センサ画像
化システムの略図である。
化システムの略図である。
【図２】図１のシステム内で使用することができる一例
としての能動画素センサと出力回路の略図である。
としての能動画素センサと出力回路の略図である。
【図３】図２の回路の一例としての動作を説明するタイ
ミング図である。
ミング図である。
【図４】本発明に従って能動画素センサ配列から差分出
力信号を生成するための一例としての方法の流れ図であ
る。 ５ 配列 １０ 行デコーダ １８ 差分出力回路 ２０ タイミングコントローラ
力信号を生成するための一例としての方法の流れ図であ
る。 ５ 配列 １０ 行デコーダ １８ 差分出力回路 ２０ タイミングコントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エル−セイド イブラーヒム エイド エジプト国 21544 アレキサンドリア ファキリティ オブ エンジニアリング, エレクトリカル エンジニアリング デパ ートメント （番地なし) (72)発明者 ディヴィッド アンドリュー イングリス アメリカ合衆国 07733 ニュージャーシ ィ，ホルムデル，カーディナル ロード 12
Claims (24)
- 【請求項１】 能動画素センサの行及び列を持つセンサ
配列上にフォーカスされた画像に対応する差分出力ビデ
オ信号を生成するための方法であって、各センサが検出
された光の強度に基づいて電荷を集める能力を持ち、か
つ、電荷量を保持する能力を持つ拡散井戸を持ち、各拡
散井戸がそのセンサの外部で生成された電気信号から緩
衝（隔離）されており、この方法が、 センサの各行を検出されたフレームに要求されるフレー
ム間隔が達成される時間期間だけ順番に起動するステッ
プ、及び各起動されたセンサの拡散井戸の所の第一の電
位を検出するステップを含み、ここで、第一の電位のお
のおのが対応する直前のフレームの所で検出された画像
に対しておのおのの拡散井戸によって保持されている集
められた電荷に対応し、この方法がさらに、 起動されたセンサのおのおのの拡散ノードの電位をあら
かじめ決定された電位にリセットするステップ、及び各
起動されたセンサによって画像から現在のフレームに対
して検出された光の強度に対して集められた電荷をおの
おののセンサ内の対応する拡散井戸に転送するステップ
を含み、ここで、結果として、起動されたセンサの拡散
ノードの所の電位があらかじめ決定された電位から転送
されたおのおのの電荷量に対応する第二の電位に変化
し、この方法がさらに、 起動されたセンサの拡散ノードの所の第二の電位を検出
するステップ、及び起動されたセンサの検出された第一
と第二の電位の差を順番に決定することに基づいて出力
信号を生成するステップを含み、ここで、センサの各行
の逐次起動の結果として、対応する画素センサの所で検
出された画像内の前のフレームと現フレームとの間の差
を表わす出力信号の逐次セグメントが生成されることを
特徴とする方法。 - 【請求項２】 前記出力信号を生成するステップが、さ
らに、各列内の能動画素センサに接続されたおのおのの
差分出力回路を使用して起動されたセンサ行内の検出さ
れた第一と第二の電位の間の差を決定するステップを含
むことを特徴とする請求項１の方法。 - 【請求項３】 各起動されたセンサの第一の電位を第一
の複数の電荷蓄積デバイスの対応する一つの中に蓄積す
るステップ、及び各起動されたセンサの第二の電位を第
二の複数の電荷蓄積デバイスの対応する一つの中に蓄積
するステップがさらに含まれ、ここで、前記出力信号を
生成するステップが第一及び第二の複数の電荷蓄積デバ
イスの中のおのおのの電位を同数の複数の減算信号結合
器に加えるステップを含み、これら減算信号結合器が差
分出力信号の対応する部分を順番に生成することを特徴
とする請求項１の方法。 - 【請求項４】 前記出力信号を生成するステップがさら
に対応する起動されたセンサの検出された第一と第二の
電位の間の差を対応する列内の各センサに対する電荷蓄
積デバイス及び減算信号結合器を含むおのおのの差分出
力回路を使用して決定するステップを含むことを特徴と
する請求項３の方法。 - 【請求項５】 前記拡散ノードの所の電位を決定するス
テップがおのおのの拡散ノードに接続された電圧ホロワ
トランジスタの対応する出力を検出するステップを含む
ことを特徴とする請求項１の方法。 - 【請求項６】 前記生成された出力信号に基づいて運動
の検出を遂行するステップがさらに含まれることを特徴
とする請求項１の方法。 - 【請求項７】 前記生成された出力信号に基づいてデー
タ圧縮を遂行するステップがさらに含まれることを特徴
とする請求項１の方法。 - 【請求項８】 能動画素センサ配列上にフォーカスされ
た画像に対応する差分出力ビデオ信号を生成するための
方法であって、各センサが検出された光の強度に対応す
る電荷を集める能力を持ち、かつ、電荷量を保持する能
力を持つ拡散井戸を持ち、各拡散井戸がそのセンサの外
部の電気信号から緩衝（隔離）されており、この方法
が、 配列内の異なる部分内のセンサを検出されたフレームの
要求されるフレーム間隔が達成される時間期間だけ順番
に起動するステップ、及び各起動されたセンサの拡散井
戸の所の第一の電位を検出するステップを含み、ここ
で、第一の電位のおのおのが対応する直前のフレームの
所で検出された画像に対しておのおのの拡散井戸によっ
て保持されている集められた電荷に対応し、この方法が
さらに、 起動されたセンサのおのおのの拡散ノードの電位をあら
かじめ決定された電位にリセットするステップ、及び各
起動されたセンサによって画像から現在のフレームに対
して検出された光の強度に対して集められた電荷をおの
おののセンサ内の対応する拡散井戸に転送するステップ
を含み、ここで、結果として、起動されたセンサの拡散
ノードの所の電位があらかじめ決定された電位から転送
されたおのおのの電荷量に対応する第二の電位に変化
し、この方法がさらに、 起動されたセンサの拡散ノードの所の第二の電位を検出
するステップ；及び起動されたセンサの検出された第一
と第二の電位の差を順番に決定することに基づいて出力
信号を生成するステップを含み、ここで、配列の各部分
内のセンサの逐次起動の結果として、対応する画素セン
サの所で検出された画像内の前のフレームと現フレーム
との間の差を表わす出力信号の逐次セグメントが生成さ
れることを特徴とする方法。 - 【請求項９】 前記配列の異なる部分内のセンサを順番
に起動するステップが対応するセンサ行内のセンサを起
動するステップを含むことを特徴とする請求項８の方
法。 - 【請求項１０】 前記出力信号を生成するステップが前
記起動されたセンサ行内の検出された第一と第二の電位
の間の差を前記配列の各部分内の対応する能動画素セン
サに接続されたおのおのの差分出力回路を使用して決定
するステップを含むことを特徴とする請求項８の方法。 - 【請求項１１】 各起動されたセンサの第一の電位を第
一の複数の電荷蓄積デバイスの対応する一つの中に蓄積
するステップ、及び各起動されたセンサの第二の電位を
第二の複数の電荷蓄積デバイスの対応する一つの中に蓄
積するステップがさらに含まれ、ここで、前記出力信号
を生成するステップが第一及び第二の複数の電荷蓄積デ
バイスの中のおのおのの電位を同数の複数の減算信号結
合器に加えるステップを含み、これら減算信号結合器が
差分出力信号の対応する部分を順番に生成することを特
徴とする請求項８の方法。 - 【請求項１２】 前記出力信号を生成するステップがさ
らに対応する起動されたセンサの検出された第一と第二
の電位の間の差を前記の配列の対応する部分内の各セン
サに対する電荷蓄積デバイス及び減算信号結合器を含む
おのおのの差分出力回路を使用して決定するステップを
含むことを特徴とする請求項１１の方法。 - 【請求項１３】 前記拡散ノードの所の電位を決定する
ステップがおのおのの拡散ノードに接続された電圧ホロ
ワトランジスタの対応する出力を検出するステップを含
むことを特徴とする請求項８の方法。 - 【請求項１４】 前記生成された出力信号に基づいて運
動の検出を遂行するステップがさらに含まれることを特
徴とする請求項８の方法。 - 【請求項１５】 前記生成された出力信号に基づいてデ
ータ圧縮を遂行するステップがさらに含まれることを特
徴とする請求項８の方法。 - 【請求項１６】 能動画素センサから第一と第二の積分
時間期間を通じて得られた画像の検出された光の強度の
差に対応する差分出力信号を生成するための方法であっ
て、このセンサがそのセンサによって検出された光の強
度の量に基づいて電荷量を保持する能力を持つ拡散井戸
を持ち、この拡散井戸がそのセンサの外部の電気信号か
ら緩衝（隔離）されており、この方法が、 能動画素センサの拡散ノードの所の第一の積分期間にお
いて検出された光の強度に対して拡散井戸内に保持され
ている集められた電荷に対応する第一の電位を検出する
ステップ、 拡散ノードの電位をあらかじめ決定された電位にリセッ
トするステップ、及び前記能動画素センサによって現在
のフレームに対してその画像から検出された光の強度に
対して集められた電荷を拡散井戸に転送するステップを
含み、ここで、この転送の結果として、拡散ノードの所
の電位が前記のあらかじめ定められた電位から転送され
た電荷の量に基づく第二の電位に変化し、この方法がさ
らに、 拡散ノードの所のこの第二の電位を検出するステップ、
及び拡散ノードの所で第一と第二の積分期間に対して取
られた検出された第一と第二の電位の間の差に基づく出
力信号を生成するステップを含むことを特徴とする方
法。 - 【請求項１７】 第一の電位が検出された後に第一の電
位を第一の電荷蓄積デバイス内に蓄積するステップ、及
び第二の電位が検出された後に第二の電位を第二の電荷
蓄積デバイスに蓄積するステップがさらに含まれ、ここ
で、前記の出力信号を生成するステップがこれら蓄積デ
バイス内に蓄積された電位を差分出力信号を生成する減
算結合器に加えるステップを含むことを特徴とする請求
項１６の方法。 - 【請求項１８】 前記拡散ノードの所で電位を検出する
ステップが拡散ノードに接続された電圧ホロワトランジ
スタの出力を検出するステップを含むことを特徴とする
請求項１６の方法。 - 【請求項１９】 画像化システムにフォーカスされた画
像に基づいて差分出力ビデオ信号を生成するための画像
化システムであって、このシステムが、 行と列の配列に整合された複数の能動画素センサを含
み、ここで、各能動画素センサが拡散ノードの所にその
センサによって検出された光の強度に対応する電圧を生
成するように動作可能であり、かつ、各能動画素センサ
が拡散ノードの所に存在する電位をそのセンサの外部で
生成された他の信号から緩衝（隔離）するように動作可
能であり、このシステムがさらに、 センサ配列に接続された複数の制御ラインを持つ行デコ
ーダを含み、各制御ラインがおのおのの列内のセンサに
接続され、ここで、行デコーダが行内のセンサを起動す
るように動作可能であり、このシステムがさらに、 複数の差分出力回路を含み、各差分出力回路が列内のお
のおののセンサに接続され、ここで、各差分回路が接続
されたセンサから受信された第一と第二の電圧信号を蓄
積し、差分センサ出力信号を共通の出力ラインに選択的
に提供するように動作可能であり、このシステムがさら
に、 行デコーダ及び各差分出力回路に接続されたタイミング
コントローラを含み、ここで、このタイミングコントロ
ーラが、各センサ行を順番に起動し、起動されたセンサ
に検出された前のフレームに対応する電圧信号を出力回
路に提供させ、次に、検出された現在のフレームに対応
する電圧信号を出力回路に提供させるように動作可能で
あり、このタイミングコントローラが、さらに、差分出
力回路に画像化システム差分出力信号を生成するために
差出力信号を共通出力ラインに順番に提供させるように
動作可能であることを特徴とするシステム。 - 【請求項２０】 前記差分出力回路が、 センサに接続された第一及び第二のスイッチ、及びおの
おのの第一及び第二のスイッチに接続された第一及び第
二の電荷蓄積デバイスを含み、ここで、これらスイッチ
がタイミングコントローラによって第一及び第二の電位
を電荷蓄積デバイスに提供するように制御され、差分出
力回路がさらに、 第一と第二の入力及び一つの差分出力を持つ減算信号結
合器を含み、ここで、これら電荷蓄積デバイスが前のフ
レーム及び現在のフレームに対する電圧信号を格納し、
これら電圧信号が差分出力信号を生成するために減算信
号結合器に提供されることを特徴とする請求項１９のシ
ステム。 - 【請求項２１】 前記差分出力回路がさらに、 前記信号結合器及び共通出力ラインに接続された第三の
スイッチを含み、ここで、タイミングコントローラが、
第三のスイッチを対応するセンサ差分出力信号を出力ラ
インに提供したい期間を通じて閉じさせることを特徴と
する請求項２０のシステム。 - 【請求項２２】 前記電荷蓄積デバイスがコンデンサで
あることを特徴とする請求項２０のシステム。 - 【請求項２３】 前記能動画素センサが二重ポリシリコ
ン構造を採用することを特徴とする請求項２０のシステ
ム。 - 【請求項２４】 前記タイミングコントローラと行デコ
ーダが単一のデバイスであることを特徴とする請求項１
９のシステム。
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