特許 7175051 時間的および空間的コントラストを画像化するための画像センサおよびセンサデバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-10

(45)【発行日】2022-11-18

(54)【発明の名称】時間的および空間的コントラストを画像化するための画像センサおよびセンサデバイス

(51)【国際特許分類】

   H04N 5/374 20110101AFI20221111BHJP

   H04N 5/3745 20110101ALI20221111BHJP

【ＦＩ】

H04N5/374

H04N5/3745 500

H04N5/3745 700

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2021538897

(86)(22)【出願日】2019-08-02

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-04

(86)【国際出願番号】 EP2019070919

(87)【国際公開番号】W WO2020057846

(87)【国際公開日】2020-03-26

【審査請求日】2021-05-14

(31)【優先権主張番号】18195192.2

(32)【優先日】2018-09-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】520417403

【氏名又は名称】イニベーション・アー・ゲー

(74)【代理人】

【識別番号】110001173

【氏名又は名称】弁理士法人川口國際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】リー，チュンハン

【審査官】鈴木 明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１８３５８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００９－５０８０８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／００９９４４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｎ ５／３０－５／３７８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

時間に依存する画像データを検出するための画像センサであって、多数の光電コンバータ（１）と、アレイに配置され、スイッチング素子（ｔｘ１、ｔｘ２、．．．）によってリンクされた多数の電子コンバータ（２）とを備え、前記光電コンバータ（１）の各々および前記電子コンバータ（２）のうちの１つが、前記光電コンバータ（１）上の光強度に応じてディジタル情報を発生する対を形成し、前記スイッチング素子（ｔｘ１、ｔｘ２、．．．）が、前記光電コンバータ（１）のうちの少なくとも２つを前記電子コンバータ（２）のうちの１つに選択的に接続し、前記電子コンバータ（２）のうちの少なくとも２つを前記光電コンバータ（１）のうちの１つに選択的に接続するように構成され、３つ、４つまたはそれ以上の光電コンバータ（１）が、適切な数のスイッチング素子（ｔｘ１、ｔｘ２、．．．）によって１つの電子コンバータ（２）にリンクされ、光電コンバータ（１）が電子コンバータ（２）に次から次へと切り替えられるように駆動される時間多重のために構成される、画像センサ。

【請求項2】

前記スイッチング素子（ｔｘ１、ｔｘ２、．．．）が、光電コンバータ（１）からの信号が電子コンバータ（２）の一方または他方に向けられるような方法で前記電子コンバータ（２）の少なくとも２つが前記光電コンバータ（１）の１つに選択的に接続するように配置されることを特徴とする、請求項１に記載の画像センサ。

【請求項3】

前記スイッチング素子（ｔｘ１、ｔｘ２、．．．）が、第１の期間中に、一方の光電コンバータの出力信号が電子コンバータの入力部に送られ、引き続く第２の期間中に、他方の光電コンバータの出力信号が電子コンバータの入力部に送られるように、前記光電コンバータ（１）を前記電子コンバータ（２）の入力に対して時間多重化するように構成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の画像センサ。

【請求項4】

各電子コンバータの視野が、経時的に見たときに互いにオーバーラップし、各電子コンバータの視野が、経時的に信号を受信する異なる光電コンバータであることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の画像センサ。

【請求項5】

前記スイッチング素子（ｔｘ１、ｔｘ２、．．．）が、光電コンバータのうちの１つだけが、電子コンバータのうちの１つに接続され、他の光電コンバータが、他の電子コンバータに接続されるように構成されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の画像センサ。

【請求項6】

前記対の前記電子コンバータ（２）が、前記対の前記光電コンバータ（１）と組み合わせて前記光電コンバータ（１）上の光強度に応じてアナログ電子信号を発生するように構成される電子信号コンバータ（３）を備え、前記電子信号コンバータ（３）が、前記発生されたアナログ電子信号が光電コンバータ（１）上の光強度に対数的に依存するように構成されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の画像センサ。

【請求項7】

前記電子コンバータ（２）が、前記光電コンバータ（１）のうちの２つの上の光強度の間の相対的な差異または不均衡に応じて、ディジタル情報を発生するように構成されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の画像センサ。

【請求項8】

前記電子コンバータ（２）に隣接して設置された隣接する電子コンバータ（２）が、前記スイッチング素子（ｔｘ１、ｔｘ２、．．．）により前記電子コンバータ（２）および前記隣接する電子コンバータ（２）の両方にリンクされた同じ２つの光電コンバータ（１）上の光強度の間の相対的な差異または不均衡に応じて、少なくとも１つのディジタル情報を発生するように構成されることを特徴とする、請求項７に記載の画像センサ。

【請求項9】

２対のスイッチング素子（ｔｘ１、ｔｘ２、．．．）は、スイッチングイベントの前に、前記光電コンバータ（１）が前記電子コンバータ（２）に接続され、隣接する光電コンバータ（１）が前記隣接する電子コンバータ（２）に接続され、前記スイッチングイベントの後で、前記光電コンバータ（１）が前記隣接する電子コンバータ（２）に接続され、前記隣接する光電コンバータ（１）が前記電子コンバータ（２）に接続されるように、前記光電コンバータ（１）および前記隣接する光電コンバータ（１）を前記電子コンバータ（２）および前記隣接する電子コンバータ（２）に選択的に接続するように配置され構成されることを特徴とする、請求項８に記載の画像センサ。

【請求項10】

前記光電コンバータ（１）のアレイ、前記電子コンバータ（２）のアレイおよび前記スイッチング素子（ｔｘ１、ｔｘ２、．．．）は、第１の光電コンバータ（１）が第１のアクティブなスイッチング素子（ｔｘ１、ｔｘ２、．．．）を介して第１の電子コンバータ（２）に接続され、第２の光電コンバータ（１）が第２のアクティブなスイッチング素子（ｔｘ１、ｔｘ２、．．．）を介して第２の電子コンバータ（２）に接続されるときにはいつでも、第１の光電コンバータ（１）および第２の光電コンバータ（１）が第１の電子コンバータ（２）および第２の電子コンバータ（２）と同じ相対的な距離を有するように構成されることを特徴とする、請求項７または８に記載の画像センサ。

【請求項11】

光電コンバータ（１）の数が、電子コンバータ（２）の数に等しいまたは倍数であることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の画像センサ。

【請求項12】

時間に依存する画像データを検出するためのセンサデバイスであって、請求項１から１１のいずれか一項に記載の画像センサと、前記画像センサの前記スイッチング素子（ｔｘ１、ｔｘ２、．．．）に接続され、スイッチング信号を発生して前記スイッチング素子（ｔｘ１、ｔｘ２、．．．）を制御するように構成されたスイッチコントローラとを備える、センサデバイス。

【請求項13】

時間に依存する画像データを検出するための画像センサを制御する方法であって、画像センサが、多数の光電コンバータ（１）と、アレイに配置され、スイッチング素子（ｔｘ１、ｔｘ２、．．．）によってリンクされた多数の電子コンバータ（２）とを備え、前記光電コンバータ（１）の各々および前記電子コンバータ（２）のうちの１つが、前記光電コンバータ（１）上の光強度に応じてディジタル情報を発生する対を形成し、前記スイッチング素子（ｔｘ１、ｔｘ２、．．．）が、光電コンバータ（１）の一方からのまたは他方からの信号が、電子コンバータ（２）に達するような方法で、前記光電コンバータ（１）のうちの少なくとも２つを前記電子コンバータ（２）のうちの１つに選択的に接続し、前記電子コンバータ（２）のうちの少なくとも２つを前記光電コンバータ（１）のうちの１つに選択的に接続し、３つ、４つまたはそれ以上の光電コンバータ（１）が、適切な数のスイッチング素子（ｔｘ１、ｔｘ２、．．．）によって１つの電子コンバータ（２）にリンクされ、光電コンバータ（１）が時間多重により電子コンバータ（２）に次から次へと切り替えられるように駆動される、方法。

【請求項14】

ゲインミスマッチが補償された画像データを得るための請求項１３に記載の方法であって、以下のステップ、
－ 光電コンバータ（１）の前記アレイの２つの光電コンバータ（１）上の光強度の相対的な差異に応じた第１の基準情報を含む第１のディジタル情報を、電子コンバータ（２）の前記アレイの中の第１の電子コンバータ（２）から得るステップ、
－ 前記２つの光電コンバータ（１）上の光強度の相対的な差異に応じた第２の基準情報を含む第２のディジタル情報を、電子コンバータ（２）の前記アレイの中の第２の電子コンバータ（２）から得るステップ、
－ 前記第１および第２のディジタル情報において、前記第１の基準情報および前記第２の基準情報から得られた調節係数を用いて、前記第１のディジタル情報および／または前記第２のディジタル情報を調節することにより、前記第１の電子コンバータ（２）と前記第２の電子コンバータ（２）との間のゲインミスマッチを補償するステップ
を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、時間に依存する画像データを検出するための画像センサおよびセンサデバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

現代の画像センサは、一般に、電子コンバータに接続された光電コンバータのアレイから構成される。光電コンバータが入射光を対応するアナログ電気信号へと変換する一方で、電子コンバータは、これらのアナログ信号をアナログ－ディジタルコンバータ、下記ではエンコーダとも呼ばれる、の助けを借りてさらにディジタル信号へと変換する。

【0003】

画像センサのフォトセンサによってキャプチャされたシーンの時間的な視覚コントラストをエンコードする画像センサの１つのタイプが、米国特許第７，７２８，２６９（Ｂ２）号に提案されている。時間的コントラストをエンコードすることにより、画像センサの出力データの時間的冗長性がほとんど取り除かれ、これによりＯＮ／ＯＦＦイベントの形式でアクティビティ駆動型スパースデータを生成する。このことは、各イベントが記号ＯＮ／ＯＦＦおよびピクセル座標から構成されることを意味する。しかしながら、米国特許第７，７２８，２６９（Ｂ２）号に提案されたデバイスは、いかなる時間的に静止したシーン情報をもキャプチャすることが不可能である。

【0004】

時間的に静止したシーン情報をキャプチャする課題に取り組むために、静止シーンを線形にエンコードする出力の第２のストリームを生成する２次的な専用の強度測定用回路によってキャプチャされる静止シーン情報を記述する米国特許第９６３１９７４号またはＡｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｔｉｍｅ－Ｂａｓｅｄ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ（ＡＴＩＳ）（Ｐｏｓｃｈ他、２０１０年）に注意を向けることができる。この２ストリーム手法は、センサに複雑さを加え、互いにほとんど類似性のない２つの出力をもたらす：一方の出力が入射光強度の対数値での時間的差異、これゆえ時間的視覚コントラスト、をエンコードし、一方で他方の出力が、絶対的な入射光強度を線形にエンコードする。

【0005】

対数的にエンコードされる静止シーンを記述する知られた技術がある。例えば、「Ａ Ｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ＣＭＯＳ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ ｗｉｔｈ Ｏｎ－Ｃｈｉｐ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ」（Ｋａｖｉｄｉａｓ他、２０００年）によれば、各フォトダイオードにより発生された光電流は、サブスレショルドトランジスタ物理を活用することにより電圧へと対数的に変換される。対数電圧が、次いで測定される。しかし対数変換精度は、較正の後でさえトランジスタミスマッチに悩まされる。米国特許第８３６３１４０号によれば、対数変換は、対数ディジタルカウンタをピクセル内シングルスロープアナログ－ディジタルコンバータと組み合わせることによって実現される。しかしながら、この設計では、ピクセルは、時間的コントラストピクセルへと集積するためには複雑すぎる。

【0006】

局所的な空間的コントラストにより静止シーンをエンコードする概念が、米国特許第６８２８５４０号に提案されてきており、そこには、シーンの空間的コントラストをピクセルへの入射光の時間的相違へと変換するために機械的に振動する光学デバイスを使用し、パルス密度変調ベースのスキームを使用してこのような時間的相違をエンコードする画像センサシステムが説明されている。しかしながら、機械的に振動する光学系は、今日の最先端の画像センサシステムでは広くは使用されていない追加の機械的部品を要求する。機械的に振動する光学系は、精細な位置決めおよびタイミング制御を提供するために追加の構成要素が必要である。機械的振動はまた、直交ピクセル配置とは合わない円形のスキャニングパターンを各ピクセルが有するという結果をもたらし、これゆえ、画像の後処理を低い精度にさせる。

【0007】

局所的な空間的コントラストを検知することは、米国特許第７１７００４３号および「Ａ １００，０００ｆｐｓ Ｖｉｓｉｏｎ Ｓｅｎｓｏｒ ｗｉｔｈ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ ５３５ ＧＯＰＳ／Ｗ ２５６ｘ２５６ ＳＩＭＤ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ａｒｒａｙ」（Ｃａｒｅｙ他、２０１３年）に説明されているセンサによって実現されることもある。しかし、これら２つのピクセル設計の両方は、局所的な空間的コントラストを計算するために比較的複雑なピクセル内回路を要求し、これゆえ、時間的コントラストピクセルへと集積されるためには適していない。

【0008】

最後に、米国特許出願公開第２０１６／００９３２７３（Ａ１）号は、画像センサを説明し、そこでは各々がフォトダイオードおよびトランスデューサを備えるＮ×Ｎ個のフォトレセプターのクラスタが、アナログ－ディジタルエンコーディング回路であるクラスタ固有の微分器を共有する。米国特許出願公開第２０１６／００９３２７３（Ａ１）号の目的は、異なるフォトレセプターとエンコーダとの間の接続を時間多重化することを通してエンコーダ回路面積を増加させることなくチップ上のフォトダイオード密度を増加させることである。米国特許出願公開第２０１６／００９３２７３号に説明されたセンサは、静止シーンをエンコードしない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】米国特許第７７２８２６９号明細書

【文献】米国特許第９６３１９７４号明細書

【文献】米国特許第８３６３１４０号明細書

【文献】米国特許第６８２８５４０号明細書

【文献】米国特許第７１７００４３号明細書

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００９３２７３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

リソース、特にチップ面積の使用を減少させながら、シーンの時間的視覚コントラストおよび空間的視覚コントラストの両方を得ることが可能であるデバイスを提案することが本発明の目的である。画像信号の後処理においてゲインミスマッチおよびオフセットミスマッチ除去をサポートするために、より精細な位置決めおよびタイミング制御を提供することが、本発明のさらなる目的である。

【課題を解決するための手段】

【0011】

この目的は、請求項１に記載の特徴を有する画像センサ、請求項１４に記載の特徴を有するセンサデバイス、および請求項１５に記載の特徴を有する方法を提供することにより本発明にしたがって満足される。本発明のさらに有利な実施形態が、従属請求項の主題である。

【0012】

本発明の１つの態様によれば、画像センサは、多数の光電コンバータと、多数の電子コンバータとを備える。光電コンバータがアレイに配置され、電子コンバータがアレイに配置される。これらのアレイの各々は、例えば１次元アレイ、または任意の形態の２次元アレイ、特に正方形アレイ、六角形アレイ、または三角形アレイであるかもしれない。光電コンバータおよび電子コンバータは、光電コンバータを電子コンバータと選択的に接続するように構成されたスイッチング素子によりリンクされる。

【0013】

下記では、スイッチング素子が特定の光電コンバータを特定の電子コンバータに選択的に接続するように配置され構成されるという事実は、特定の光電コンバータが特定の電子コンバータにスイッチング素子によってリンクされる、またはスイッチング素子を介して接続されることが可能であるもしくは接続可能であると表現されることがある。したがって、本発明によれば、各光電コンバータは、スイッチング素子により電子コンバータにリンクされ、前記光電コンバータに当たる光の強度に応じてディジタル情報を発生する対を形成する。この画像センサでは、光電コンバータのうちの少なくとも２つが、前記電子コンバータのうちの１つにスイッチング素子によってリンクされる。さらにその上、前記電子コンバータのうちの少なくとも２つが、前記光電コンバータのうちの１つにスイッチング素子によってリンクされる。スイッチング素子によって、電子コンバータが光電コンバータにリンクされる、または光電コンバータが電子コンバータにリンクされるという事実は、スイッチング素子のスイッチング状態に応じて、光電コンバータによって発生された信号が、電子コンバータに達するまたは達しないことのいずれかを意味する。達するケースでは、光電コンバータは、スイッチング素子を経由して電子コンバータに接続されると言われる。

【0014】

このコンテキストにおける接続は、導電性接続があることを意味することに注意すべきである。２つの光電コンバータが１つの電子コンバータにスイッチング素子を介して接続され得るまたは接続可能であるということは、スイッチング素子の構成に応じて、２つの光電コンバータのうちの一方からのまたは他方からの信号が電子コンバータに達することを意味する。同様に、電子コンバータのうちの２つが１つの光電コンバータにスイッチング素子を介して接続され得るまたは接続可能であるということは、スイッチング素子の構成に応じて、光電コンバータからの信号が２つの電子コンバータのうちの一方または他方に向けられることを意味する。

【0015】

上に説明したように、米国特許第７，７２８，２６９（Ｂ２）号に説明された画像センサは、視認した画像の時間的コントラストをエンコードすることが可能である。スイッチング素子を適切に駆動することにより、例えば、異なる光電コンバータからの信号が１つの単一の電子コンバータに連続して達することを可能にすることにより、空間的コントラストを時間的コントラストへと変換することが可能であり、したがって画像の空間的コントラストが得られることを可能にする。言い換えると、スイッチング素子の正確な制御に応じて、画像センサは、時間的画像コントラストまたは空間的画像コントラストのいずれかを出力することができる。

【0016】

上に説明したように、米国特許出願公開第２０１６／００９３２７３（Ａ１）号に説明された画像センサは、クラスタ固有のエンコーディング回路を共有するＮ×Ｎ個のフォトレセプターのクラスタを備える。これゆえ、フォトレセプターとエンコーダとの間にＮ×Ｎ対１のマッピングがある。エンコーダは、クラスタ固有であり、このことはクラスタがエンコーダへのそれらの接続に関してオーバーラップしないことを意味する。どんなときでも、フォトダイオードの全数のうちの一部分だけが機能している、すなわち、エンコードされている。対照的に、本発明による画像センサでは、多数の光電コンバータが、スイッチング素子により多数の電子コンバータにリンクされる。目的は、移行中に、電子コンバータが空間的コントラストをエンコードできるように、すべての電子コンバータが異なる光電コンバータからの信号を「見る」ことまたは受けとることを可能にすることである。一方で多数の光電コンバータのうちの１つだけが、電子コンバータのうちの１つにアクティブに接続されることがあり、他の光電コンバータは、他の電子コンバータに接続されることがある。さらに重要なことに、各電子コンバータの「視野」は、全体のシーンの空間的コントラストが隙間なく連続的にエンコードされ得るように、経時的に見たときに互いにオーバーラップする。この連続性の仮定はまた、半導体製造プロセスの回避できない物理的な限界に起因する、コンバータ対の何らかの不均一性を識別し補償するためにも使用され、これにより画像化したシーンのより良い復元を可能にする。

【0017】

光電コンバータは、フォトン－電子変換を実行するコンバータである。光電コンバータは、フォトダイオード、特にピンドフォトダイオード（ＰＰＤ）であってもよい。光電コンバータは、光電コンバータ上に当たっている光の強度に依存する、特に線形に依存するまたは比例する電流、光電流を発生するように構成されることがある。対照的に、電子コンバータは、電子コンバータが異なる電子信号の間の変換、または電子－電子変換を単独で実行するという理由でそのように名付けられる。下記の説明では、光電コンバータよりはむしろ電子コンバータがピクセルと呼ばれることがある。特に、電子コンバータが信号コンバータおよびエンコーダを備える場合には、各信号コンバータ／エンコーダ対は、画像センサのピクセルとみなされることがある。

【0018】

光電コンバータはまた、さらなる電子信号コンバータを備えることができ、これは電流－電流コンバータ、電流－電圧コンバータ、電圧－電流コンバータ、または電圧－電圧コンバータであってもよい。信号コンバータの出力は、その入力信号の出力に線形に、対数的に、またはいくつかの他の関数にしたがって、依存することがある。これゆえ、このケースでは、光電コンバータの出力は、光強度入力信号に線形に、対数的に、またはいくつかの他の関数にしたがって、依存するはずである。関数は、特に、（例えば、光強度の６桁に対応する）入力のはるかに広い範囲を比較的小さな電子信号範囲（例えば、１００ｍＶ）へと圧縮することを可能にするために、対数関数などの圧縮関数（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）であってもよい。

【0019】

代わりにまたは累積的に、電子信号コンバータまたは追加の電子信号コンバータは、電子コンバータの一部であってもよい。この実施形態では、電子信号コンバータの出力は、光電コンバータの出力に線形に、対数的に、またはいくつかの他の関数にしたがって依存している。このように、有利な実施形態では、前記対の前記電子コンバータは、電子信号コンバータを備え、これは前記対の前記光電コンバータと組み合わせて、前記光電コンバータ上の光強度に応じてアナログ電子信号を発生するように構成される。例として、光電コンバータは、フォトン－電子変換を実行し、電流を発生する。この電流は、電子コンバータの一部である対数電流－電圧コンバータ内で電圧に変換される。次いで、入射光に対数的に依存しているこのアナログ電圧信号は、電子コンバータの一部でもあるエンコーダを使用して、ディジタル信号へと変換される。

【0020】

２つの光電コンバータの一部である２つの信号コンバータを、エンコーダ（すなわち、アナログ－ディジタルコンバータ）を含む単一の電子コンバータに連続的に接続することが可能である一方で、この実施形態は、下記の欠点を有する：各信号コンバータが雑音を導入する。信号コンバータは、通常同一ではなく、ゲインミスマッチおよびオフセットミスマッチを示す。これゆえ、異なる信号コンバータが１つのエンコーダに連続的に接続される場合には、ディジタルエンコーダ信号内でエンコードされた空間的コントラストは、ゲインミスマッチおよびオフセットミスマッチを含むはずであり、これらはもはやディジタル信号から除去できない。電子コンバータの内部に信号コンバータを設置することの利点は、今や２つの光電コンバータからの２つの信号が、信号コンバータおよびエンコーダの両方を含んでいる単一の電子コンバータへ連続的に送られることである。今や、エンコードされた空間的コントラストが信号コンバータのゲインミスマッチを依然として含むとはいえ、ゲインミスマッチは、２つの隣り合う信号コンバータが共通の相対的な空間的差異を変換したという理由で、後に補償され得る。さらにその上、２つの光電コンバータの間の相対的な空間的差異が同じ信号コンバータに由来するという理由で、もはやオフセットミスマッチがない。

【0021】

有利な実施形態によれば、電子コンバータ内の前記エンコーダは、パルス密度変調を使用して、前記アナログ電子信号を前記ディジタル信号へ変換するように構成される。パルス密度変調ベースのアナログ－ディジタルエンコーダは、各ピクセルが１つのそのようなアナログ－ディジタルエンコーダ素子を含むように、ピクセル並列方式でアナログ－ディジタルエンコーダが実現され得るように十分に小型であるという利点を有する。

【0022】

好ましい実施形態によれば、画像センサは、別々に製造され、インターコネクションを介してつながれる２つの半導体ダイから作られる。特に、光電コンバータの一部であってもまたは電子コンバータの一部であってもよい信号コンバータ、および電子コンバータの一部であるエンコーダは、製造中には２つの別々の半導体ダイ上に配置されることがあり、次いで前記２つの半導体ダイの間のインターコネクトを介して電気的に接続されることがある。

【0023】

好ましくは、前記スイッチング素子は、前記光電コンバータを前記電子コンバータの入力に対して時間多重化するように配置され構成される。このことは、第１の期間中に、一方の光電コンバータの出力信号が電子コンバータの入力部に送られ、引き続く第２の期間中に、他方の光電コンバータの出力信号が電子コンバータの入力部に送られることを意味する。３つ以上の光電コンバータが３つ、４つまたはそれ以上などの適切な数のスイッチング素子により１つの電子コンバータにリンクされる場合には、時間多重化は、光電コンバータが次々と電子コンバータに切り替えられるようにスイッチング素子を駆動させることによって、機能する。スイッチング素子を介して時間多重化が周期的に実行されることがある。

【0024】

好ましくは、同じ数の第１の光電コンバータを対応する電子コンバータに接続するいくつかの第１のスイッチング素子、同じ数の第２の光電コンバータを対応する電子コンバータに接続するいくつかの第２のスイッチング素子、等がある。すべての第１のスイッチング素子は、第１の光電コンバータからの出力信号が対応する電子コンバータに達することを可能にするために同時に駆動されることがあり、次いですべての第２のスイッチング素子が同時に駆動されることがある、等。

【0025】

スイッチング素子用の駆動信号は、画像センサに接続されたスイッチコントローラにより発生されることがある。これゆえ、本発明のさらなる態様では、本明細書において説明したような画像センサ、および前記画像センサの前記スイッチング素子に接続され、前記スイッチング素子を制御するためにスイッチング信号を発生するように構成されたスイッチコントローラを備える、時間に依存する画像データを検出するためのセンサデバイスが提案される。スイッチング信号を発生するスイッチコントローラは、マイクロコントローラ、または画像センサと同じチップに実現された論理ブロックであってもよい。しかしながら、スイッチコントローラは、光電コンバータのアレイの外部に設置される。

【0026】

画像センサに関連して述べたすべての特徴は、センサデバイスに関連して同等に有利である。言い換えると、画像センサまたはその構成要素が特定の方法で作用するようにまたは特定の信号を発生するように構成されることが述べられる場合には、このことは、これが起きることを可能にするまたは確実にするために、スイッチコントローラが適切にプログラムされることも意味することがある。例えば、前記スイッチング素子が前記光電コンバータを前記電子コンバータの入力に対して時間多重化するように配置され構成されるという特徴は、スイッチコントローラがその時間多重化を実行するためにスイッチング素子を駆動するための適切なスイッチング信号を発生するように構成されるときにはセンサデバイスに同等に当てはまることがある。

【0027】

有利な実施形態によれば、前記電子コンバータは、前記スイッチング素子により前記電子コンバータにリンクされた前記光電コンバータのうちの２つの上の光強度の間の相対的な差異または不均衡に応じて、ディジタル情報を発生するように構成される。言い換えると、ディジタル情報は、第１の強度と第２の強度との間の相対的な差異に依存し、ここでは第１の強度が第１の光電コンバータにおける光の強度であり、第２の強度が第２の光電コンバータにおける光の強度である。このように、画像センサは、検知した画像の空間的コントラスト情報を得ることが可能である。電子コンバータの入力が第１の光電コンバータから第２の光電コンバータに切り替えられると、そのときには、エンコーダ出力は、第２の強度に対応する信号コンバータ出力と第１の強度に対応する信号コンバータ出力との間の差異のディジタル信号になる。さらに下に説明されるように、信号コンバータ出力が入射光に対数的に依存する場合には、強度差が絶対強度に対して小さければ、この信号コンバータ出力差は、コントラストまたは相対的な強度差に比例する。

【0028】

有利には、前記スイッチング素子によって前記電子コンバータのうちの１つにリンクされた少なくとも２つの光電コンバータは、アレイ内で互いに隣接して配置される。このことはまた、２つ以上の光電コンバータが前記スイッチング素子によってその１つの電子コンバータにリンクされるときにも当てはまることがある。特に、２次元正方形アレイでは、正方形内の４つの隣接する光電コンバータは、スイッチング素子によってその１つの電子コンバータにリンクされる。したがって、六角形アレイまたは三角形アレイでは、スイッチング素子によって電子コンバータにリンクされた隣接する光電コンバータが、六角形または三角形にそれら自体配置されることがある。

【0029】

有利には、前記電子コンバータに隣接して設置された隣接する電子コンバータは、スイッチング素子により前記電子コンバータおよび前記隣接する電子コンバータの両方にリンクされる同じ２つの光電コンバータ上の光強度の間の相対的な差異または不均衡に応じて、少なくとも１つのディジタル情報を発生するように構成される。

【0030】

スイッチング素子を介した光電コンバータと電子コンバータとの間の時間多重化の空間的な順序が、異なるスキームで実現されることがある。２つのこのようなスキームが、ここで、さらに下記でより詳細に論じられる、その一方は、同時ダブルエンコーディングスキームと呼ばれ、他方は、空間的に構成されるスキームと呼ばれる。画像センサがいずれかのこのようなスキームをサポートするように構成されなければならないが、スイッチコントローラは、それに応じて画像センサのスイッチング素子を駆動するために適切なスイッチング信号を発生するように構成されなければならない。しかしながら、画像センサが別々に製造され販売され得ることに留意すべきである。

【0031】

同時ダブルエンコーディングスキームによれば、前記電子コンバータおよび前記隣接する電子コンバータは、２対のスイッチング素子によって前記２つの光電コンバータにリンクされ、これにより、各前記スイッチング素子の対が同じ方法で切り替えられるように構成される。言い換えると、２つの隣接する光電コンバータにおける光の間の相対的な強度差、およびしたがってこれらの間の相対的な空間的差異が、同時に２つの隣接するエンコーダによってエンコードされる。このスキームを用いて、モーションアーチファクトの効果が、エンコードされたディジタル情報の後処理中に減少され得る。より具体的に、２対のスイッチング素子は、スイッチングイベントの前に、前記光電コンバータが前記電子コンバータに接続され、前記隣接する光電コンバータが前記隣接する電子コンバータに接続され、前記スイッチングイベントの後で、前記光電コンバータが前記隣接する電子コンバータに接続され、前記隣接する光電コンバータが前記電子コンバータに接続されるように、前記光電コンバータおよび前記隣接する光電コンバータを前記電子コンバータおよび前記隣接する電子コンバータに選択的に接続するように配置され構成される。

【0032】

空間的に構成されるスキームによれば、前記光電コンバータのアレイ、前記電子コンバータのアレイおよび前記スイッチング素子は、第１の光電コンバータが第１のアクティブなスイッチング素子を介して第１の電子コンバータに接続され、第２の光電コンバータが第２のアクティブなスイッチング素子を介して第２の電子コンバータに接続されるときには、どんなときにでも第１の光電コンバータおよび第２の光電コンバータが第１の電子コンバータおよび第２の電子コンバータと同じ相対的な距離を有するように構成される。このスキームは、空間的に相関するエンコーディングを可能にし、このことは、すべての電子コンバータ、またはピクセル、およびそれらの接続された光電コンバータが、すべてのスイッチングモダス（ｍｏｄｕｓ）の全体を通して同じ相対的な空間的位置を有することを意味する。このスキームは、画像センサ出力への空間的相関ベースの後処理をサポートすることが可能である。

【0033】

有利には、光電コンバータの数は、電子コンバータの数に実質的に等しい。このことは、２つ以上の光電コンバータがスイッチング素子により１つの電子コンバータにリンクされる一方で、これら２つ以上の光電コンバータの各々が同じ数の電子コンバータに順にリンクされることを意味する。言い換えると、１つの電子コンバータの視野が、もう１つの、特に隣接する電子コンバータの視野にオーバーラップすることがある。好ましくは、任意の所与の時間に、各光電コンバータの出力信号が、１つの対応する電子コンバータに送られる。アレイの端部のところにおいてのみ、これは正しくないかもしれない。

【0034】

ここで、「実質的に」という修飾語は、光電コンバータの数および電子コンバータの数が、画像センサの幾何学的制限または他の理由に起因して、少量だけ変わり得ることを意味する。特に、不一致は、２％未満、５％未満または１０％未満であってもよい。このような不一致についての理由は、アレイの端部のところの光電コンバータが、アレイ内部の光電コンバータと同じ数の、接続されるべき電子コンバータを持たなくてもよいことであり得る。特に、光電コンバータの数がＮ^２である場合には、不一致は、２／Ｎのオーダーであり得る。

【0035】

あるいは、光電コンバータの数は、電子コンバータの数の倍数であってもよい。例えば、Ｎ^２個の光電コンバータが単一の電子コンバータと関連付けられることがある。このケースでは、本明細書において説明するスイッチングスキームおよびゲインミスマッチ補償を実現することを可能にするために、隣接する電子コンバータが共有された光電コンバータのうちの１つ以上の対を共有することが必要である。そのことは、共有された光電コンバータが、隣接する電子コンバータの両方にスイッチング素子によってリンクされることを意味する。２つの隣接する電子コンバータの視野が少なくとも１対の光電コンバータ分、オーバーラップすると言うことができる。

【0036】

本発明のさらなる態様によれば、ゲインミスマッチが補償された画像データを得るための方法が提供される。この補償方法は、以下のステップを有する：第１のステップでは、第１のディジタル情報が第１の電子コンバータから得られる。この第１のディジタル情報は、特に、スイッチング素子により第１の電子コンバータにリンクされた２つの光電コンバータからのエンコードされた画像データであり得る。第１のディジタル情報は、前記２つの光電コンバータ上の光強度の相対的な差異または不均衡に応じた第１の基準情報を含む。さらにその上、第２のディジタル情報が第２の電子コンバータから得られる。第１のディジタル情報と同様に、第２のディジタル情報は、特に、スイッチング素子により第２の電子コンバータにリンクされた前記２つの光電コンバータからのエンコードされた画像データであってもよい。この第２のディジタル情報は、前記２つの光電コンバータ上の光強度の差異にやはり依存する第２の基準情報を含む。

【0037】

上に説明した同時ダブルエンコーディングスキームでは、第１のディジタル情報および第２のディジタル情報が同時に得られることができ、一方で空間的に構成されるスキームでは、第２のディジタル情報は、第１のディジタル情報と比較して異なる時刻において得られる。

【0038】

第１の基準情報および第２の基準情報が、おそらく異なる符号を有する同じ２つの光電コンバータ上の光強度の相対的な差異をエンコードすることから両方とも得られる一方で、それらは、第１の電子コンバータと第２の電子コンバータとの間のゲインミスマッチのために異なるかもしれない。これゆえ、前記第１の基準情報および前記第２の基準情報から調節係数を得ることができ、前記第１のディジタル情報および第２のディジタル情報のこのようなゲインミスマッチを補償するために調節係数を使用することができる。これは、基準として第１の電子コンバータを取り、調節係数で前記第２のディジタル情報を調節することによって、または基準として第２の電子コンバータを取り、調節係数で前記第１のディジタル情報を調節することによってのいずれかで行われることがある。

【0039】

特に、調節係数は、第１の基準情報と第２の基準情報との割合として取られることがある。この補償方法に関するケース例は、下記に図７に関連して説明される。

【0040】

本発明の実施形態のいくつかの例が、添付の模式的図面を参照して下記の説明ではより詳細に説明される。

【図面の簡単な説明】

【0041】

【図1】１つの好ましい実施形態による、電子コンバータおよび光電コンバータを備えている画像センサ内のピクセルの模式的断面図を示す。

【図2】１つの好ましい実施形態による、対応するスイッチング素子により４つの光電コンバータにリンクされた信号コンバータの模式図を示す。

【図3】１つの好ましい実施形態による、信号コンバータおよびエンコーダの模式的回路図を示す。

【図4】１つの好ましい実施形態による、一連のスイッチング信号に応じた例示的なエンコーダ出力のタイミング図を示す。

【図5】１つの好ましい実施形態による、光電コンバータアレイ、および半導体ダイ上でスイッチング素子によって光電コンバータにリンクされた信号コンバータのアレイの模式的レイアウトの図を示す。

【図6】図５に示したダイにインターコネクトを介して接続可能であるさらなる半導体ダイ上の電子コンバータアレイの模式的レイアウトの図を示す。

【図7】１つの好ましい実施形態による、ゲインミスマッチを補償するための、画像センサによって発生された信号の後処理を図説するための図を示す。

【図8】半導体ダイ上で同時ダブルエンコーディングスキームにしたがって配置され駆動される、信号コンバータ、およびこれらを接続しているスイッチング素子とともに、光電コンバータアレイの模式的レイアウトの図を示す。

【図9】半導体ダイ上で空間的に構成されるエンコーディングスキームにしたがって配置され駆動される、信号コンバータ、およびこれらを接続しているスイッチング素子とともに、光電コンバータアレイの模式的レイアウトの図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0042】

下記に説明する実施形態による画像センサは、フォトダイオードの２次元長方形アレイおよび入射光強度を対数的にアナログ電圧信号へと変換するトランスデューサ素子、ならびにディジタル信号としてアナログ電圧信号をエンコードするアナログ－ディジタルエンコーダ素子の２次元長方形アレイを備える。各光電コンバータは、これゆえフォトダイオードとして、特にＰＰＤとして形成され、一方で各電子コンバータは、下記ではトランスデューサと呼ばれる対数的電流－電圧信号コンバータ、および、エンコーダと呼ばれる、アナログ電圧レベルをディジタル情報へと変換するためのアナログ－ディジタルコンバータを有する。

【0043】

画像センサは、４つの隣接するフォトダイオードを１つのトランスデューサの入力に対して電子的に時間多重化することより静止シーン空間的コントラストをエンコードし、したがって静止シーン空間的コントラストをトランスデューサ素子入力部における時間的変動、これゆえ変換されたアナログ信号における時間的変動へと変換する。エンコーダは、次いで、パルス密度変調ベースのスキームを使用して、前記時間的変動をエンコードする。

【0044】

入射光強度の対数差異と空間的コントラストとの間の数学的関係は、式

【数1】

により説明され、ここで、Ｉが入射光強度であり、ｋがコントラストゲインである。この式は、入射光強度における小さな空間的差異ΔＩに関して、空間的コントラストΔＩ／Ｉは、入射光強度の対数値ｌｏｇ（Ｉ）における空間的差異により近似され得ることを示す。

【0045】

センサがフォトダイオードとトランスデューサとの間の時間多重化動作を停止する場合には、変換されたアナログ信号内の時間的変動は、シーンの時間的コントラストに直接対応する。これゆえ、時間多重化を伴わず、センサは、シーンの時間的コントラストだけをエンコードする。

【0046】

図１は、フォトダイオード１、トランスデューサ３およびエンコーダ４の要約した断面図を図示している。図１では「３」とラベルを付けた参照符号括弧が同様にフォトダイオード１を包含するとはいえ、フォトダイオード１がトランスデューサ３の一部でないことに留意すること。センサは、ピンドフォトダイオード（ＰＰＤ）を利用する。ＰＰＤの使用は、異なる多重化時間ウィンドウの間のトランスデューサ３およびエンコーダ４への入力の暗信号の差異を最小にする。ＰＰＤ１およびトランスデューサ３のアレイは、画像センサプロセスシリコンダイ上に製造される。エンコーダ４アレイは、ミックスドシグナルプロセスシリコンダイ上に製造される。２つのダイは、トランスデューサ－エンコーダ対当たり１つのインターコネクト５０を介して結合される。前に述べたように、下記では、１つのトランスデューサ－エンコーダ対が、１つのピクセルと呼ばれ、これは、時間多重化プロセス中の異なる瞬間に、異なるＰＰＤが同じピクセルに接続されるという理由で、ＰＰＤを含まない。現在示され論じられている実施形態では、２つのダイの間のインターコネクトは、トランスデューサをエンコーダに接続しているとはいえ、１つまたは２つのダイ上に回路を分散させる他の方法がある。例として、インターコネクトは、エンコーダ用の回路の内部に設置されてもよい。

【0047】

また図１に示したものは、画像センサプロセスシリコンダイのシリコン基板５１および金属層５２ならびにミックスドシグナルセンサプロセスシリコンダイのシリコン基板５４および金属層５３である。

【0048】

図２は、１つのトランスデューサ３および４つのＰＰＤ１の回路模式図を示し、それはスイッチング素子ｔｘ１、ｔｘ２、ｔｘ３、ｔｘ４によってリンクされる。各ＰＰＤ１は、前記スイッチング素子により、図２には示されていない３つの他の電子コンバータにさらにリンクされる。

【0049】

トランスデューサ３の出力、アナログ電圧信号ｖｓｆは、１対１インターコネクト５０を介して、積層されたミックスドシグナルダイ上の対応するエンコーダの入力部へ送られる。各トランスデューサ３は、４つのスイッチング素子によって４つの隣り合うＰＰＤ１にリンクされ、これらはスイッチング信号によって制御されるトランスファゲートとして実現され、各ＰＰＤ１が、同じ方法で４つの隣り合うトランスデューサ３にリンクされる。スイッチング信号は、図には示されていないスイッチコントローラによって提供されなければならない。これらのスイッチング信号は、下記にさらに図４と関連して説明される。同じ参照番号を有するスイッチング素子は、同じスイッチング信号を受け取るまたは同じスイッチング信号により駆動されることが留意されるべきである。例えば、「ｔｘ１」とラベルを付けられたスイッチング素子は、同じスイッチング信号をすべてが受け取り、この信号もまたｔｘ１とラベルを付けられることがある。

【0050】

エンコーダは、次いでトランスデューサ３出力、すなわちアナログ信号ｖｓｆをディジタル信号へと変換する。エンコーダ素子がピクセル並列方式（すなわち、各ピクセルが１つのそのようなアナログ－ディジタルエンコーダ素子を含む）で実現され得るように十分に小型である必要があることを考えると、パルス密度変調ベースのアナログ－ディジタルエンコーダは、適切な選択である。パルス密度変調（デルタ変調）ベースのエンコーダは、先行技術米国特許第７，７２８，２６９（Ｂ２）号、米国特許第９６３１９７４号およびＡＴＩＳ（Ｐｏｓｃｈ他。２０１０年）で実現されている。図３は、米国特許第７，７２８，２６９（Ｂ２）号に説明されたデバイスを変更することによって得られるエンコーダの模式図例を示す。図３の上部の回路図は、米国特許第７，７２８，２６９（Ｂ２）号から取ったフォトアレイのセルの回路図である。それは、フォトダイオードＤ、２つのトランジスタＴ５ａ、Ｔ５ｂから作られた電圧バッファを通してエンコーダに接続された対数増幅器を形成する４つのトランジスタＴ１－Ｔ４を備える。図３の下部の回路は、（破線のボックスＡで表示された）フォトダイオードＤ、増幅器Ｔ１－Ｔ４、および電圧バッファＴ５ａ、Ｔ５ｂを、図２ではトランスデューサ３内のｖｆｄに接続されたトランジスタ６を用いて電圧バッファを形成する（破線のボックスＢで表示された）トランジスタで置き換えながら、エンコーダ４を保つことにより、米国特許第７，７２８，２６９（Ｂ２）号から取った回路を単純化したものを示す。

【0051】

どんなときでも、ただ１つのスイッチング素子ｔｘ１、．．．、ｔｘ４が、オンに切り替えられるまたはアクティブである。この１つのスイッチング素子ｔｘ１、．．．、ｔｘ４を介して、１つのトランスデューサ－エンコーダ対３、４がただ１つのＰＰＤに接続され、ただ１つのＰＰＤが1つのトランスデューサ－エンコーダ対３、４に接続される。２Ｄアレイの端部のところのＰＰＤに関して例外であるはずであり、これはある時点でトランスデューサ－エンコーダ対に接続されないことがある。これゆえ、スイッチング信号ｔｘ１、．．．、ｔｘ４が一定に保たれているときには、画像センサは、米国特許第７，７２８，２６９（Ｂ２）号に説明されたデバイスと同様に、シーンの時間的コントラストをエンコードしているだけである。

【0052】

図４は、時間多重化を実行するためのスイッチング信号ｔｘ１、．．．、ｔｗ４のタイミング図を示す。時間多重化の全体を通して、ＰＰＤ１とトランスデューサ－エンコーダ対３、４との間の１対１接続が維持される。時間多重化中に、エンコーダ４出力は、隣接するＰＰＤ１の間の光電流の対数の差異、これゆえ空間的コントラストを表す対数の電圧ｖｓｆの変化のエンコードされた信号である。言い換えると、１つのスイッチングイベントの後で、第２のスイッチング素子がオフに切り替えられ、第１のスイッチング素子がオンに切り替えられると、エンコーダ出力は、第２のスイッチング素子を介して接続されたＰＰＤからの対数の信号と第１のスイッチング素子を介して接続されたＰＰＤからの対数の信号との間の差異に対応する。

【0053】

１つのスイッチング素子から次のスイッチング素子へのスイッチングのためのスイッチング間隔は調節可能であり、これがエンコードされた空間的コントラストのビット深さを決定する。例えば、最大でピクセル当たり１パルスを可能にする短いスイッチング間隔が選ばれる場合には、エンコードされた空間的コントラストは、ただ１つの勾配レベルを有する。他方で、スイッチング間隔が最大でピクセル当たり１００パルスを可能にする場合には、エンコードされた空間的コントラストは、１００個の可能な勾配レベルを有する。

【0054】

アクティブなまたはオンモードのスイッチング素子ｔｘ１、．．．、ｔｘ４が４回シフトする１つの時間多重化サイクル内で、２つの隣接するフォトダイオード１毎の間の相対的な空間的差異が、２つの隣接するトランスデューサ－エンコーダ対によって変換されエンコードされ、２つの隣接するトランスデューサ－エンコーダ対毎に、同じ２つの隣接するフォトダイオード１の間の１つの相対的な空間差異をエンコードしている。

【0055】

図５は、半導体ダイ、すなわち画像センサプロセスダイ上のＰＰＤ１のアレイおよびスイッチング素子ｔｘ１、．．．、ｔｘ４によりＰＰＤ１にリンクされたトランスデューサ３のアレイの一部分の模式的レイアウトを示す。トランスデューサ３回路によって導入されるジャンクションリーク電流は、時間多重化期間の全体を通して一定のままである。そしてＰＰＤ１の低い暗電流のために、異なるＰＰＤ１の間の多重化は、それらの暗信号の差異により引き起こされる最小のオフセット雑音を導入する。これゆえ、各トランスデューサ３の出力の時間的変動は、時間多重化プロセス中に最小のオフセット雑音を伴いＰＰＤ１アレイ内の正確な空間的コントラストを表すことが可能である。ＰＰＤ１アレイの空間的コントラストだけが、絶対信号レベルの代わりにエンコードされるという理由で、いずれのトランスデューサ３段においてもオフセットミスマッチがない。

【0056】

図６は、さらなる半導体ダイ、すなわちミックスドシグナルプロセスダイ上の電子コンバータアレイの模式的レイアウトを示す。エンコーダ４は、図５に示した画像センサプロセスダイ上のトランスデューサ３のピッチとマッチングする２Ｄアレイに設置される。図５および図６の破線の円は、２つのダイの間のインターコネクトの位置を示している。典型的には、ミックスドシグナルプロセスダイは、ミックスドシグナルプロセスダイ上の同じ面積がより多くの回路を含むことができるように、画像センサプロセスダイよりもはるかに小さなノードサイズを採用する。エンコーダ４からの最終ピクセル出力は、トランスデューサ対数変換におけるゲインミスマッチ、およびエンコーダ量子化しきい値変動に起因するゲインミスマッチにより引き起こされる固定パターン雑音を含む。これらのゲインミスマッチは、後処理で除去され得る。

【0057】

図７は、ゲインミスマッチを補償するための、画像センサによって発生された信号の後処理を図説するための図を示している。この単純化した例は、たった２行で３列のＰＰＤ１および２つの隣接するピクセル、すなわち、トランスデューサ－エンコーダ対に基づいている。図７の、およびまた、続く図８および図９の個々のＰＰＤおよびピクセルは、それらそれぞれのアレイ内のそれらの座標（行、列）により識別される。これゆえ、これまでに使用した参照番号は、視覚的な明確さのために省略される。

【0058】

１つの完全な時間多重化サイクルの後で、ＰＰＤ（０，１）とＰＰＤ（１，１）との間の同じ空間的コントラストが－１としてピクセル（０，０）により、および２としてピクセル（０，１）によりエンコードされる（符号はスイッチング方向を示す）。これゆえ、ＰＰＤ（０，１）とＰＰＤ（１，１）との間のゲインミスマッチは、１：２として導出され得る。この情報を用いて、ピクセル（０，０）が基準として取られる場合には、ピクセル（０，１）からの空間的コントラスト出力は、０．５倍に縮尺され、これゆえ、全アレイにわたる空間的コントラストが、ピクセル（０，１）を基準にして計算され得る。そしてＰＰＤ（０，０）が値０をとる場合には、全アレイの値は、縮尺された空間的コントラストに基づいて計算され得、これがシーンの対数的に圧縮された画像を生成する。

【0059】

ＰＰＤとトランスデューサとの間の時間多重化中にスイッチング素子ｔｘ１、．．．、ｔｘ４の空間的順番を構成するための２つの可能なスキーム：図８に示した同時ダブルエンコーディングスキームおよび図９に示した空間的に構成されるエンコーディングスキーム、がある。

【0060】

図８は、半導体ダイ上に同時ダブルエンコーディングスキームにしたがって配置され駆動される、信号コンバータ、およびこれらに接続されるスイッチング素子とともに、光電コンバータアレイの模式的レイアウトを示す。これは、図５に示したものと同じスキームである。１ｓｔ、２ｎｄ、３ｒｄおよび４ｔｈとラベルを付けられた矢印が導入され、これらはスイッチング素子のオン－モードのシフトの順番を示す。図８および図９の両方で、スイッチング順は、図４に示した図にしたがう。すなわち、最初に、ｔｘ１とラベルを付けられたスイッチング素子がオンモダスであり、次いでｔｘ２とラベルを付けられたもの、等である。

【0061】

同時ダブルエンコーディングは、同じ２つの隣接するＰＰＤの間の相対的な空間的差異が、反対方向に同時に２つのピクセルによってエンコードされることを意味する。例えば、（ｔｘ４からｔｘ１への）オンモードシフトの４番目のスイッチング素子のところでは、ピクセル（ｘ，ｙ）はＰＰＤ（ｘ，ｙ－１）からＰＰＤ（ｘ，ｙ）へ空間的コントラストをエンコードし、ピクセル（ｘ－１，ｙ）はＰＰＤ（ｘ，ｙ）からＰＰＤ（ｘ，ｙ－１）へ空間的コントラストをエンコードする。このスキームは、後処理ゲインミスマッチ除去におけるモーションアーチファクトの効果を減少させる。

【0062】

図８の点から見て、同時ダブルエンコーディングモードのスイッチングプロセスを説明するもう１つの方法は、２つのＰＰＤと２つのトランスデューサおよび選択的にこれらを接続するスイッチング素子の対に焦点を当てることである。例えば、ＰＰＤ（ＰＰＤ（ｘ，ｙ））ならびに（ｔｘ１とｔｘ２とラベルを付けられた）スイッチング素子の２つの対によりトランスデューサ（ピクセル（ｘ，ｙ））および隣接するトランスデューサ（ピクセル（ｘ，ｙ＋１））にリンクされた隣接するＰＰＤ（ＰＰＤ（ｘ＋１，ｙ）を見ることができる。これらのスイッチング素子の各対は、（「１ｓｔ」とラベルを付けられた）矢印で示され、１番目（「１ｓｔ」）のスイッチングイベントを表し、１番目のスイッチングイベントの前ではｔｘ１とラベルを付けられたスイッチング素子がオンであり、一方でｔｘ２とラベルを付けられたスイッチング素子がオフであり、１番目のスイッチングイベントの後では、ｔｘ２とラベルを付けられたスイッチング素子がオンであり、一方でｔｘ１とラベルを付けられたスイッチング素子がオフであることを示している。これゆえ、１番目のスイッチングイベントの前では、ＰＰＤ（ＰＰＤ（ｘ，ｙ））がトランスデューサ（ピクセル（ｘ，ｙ））に接続され、隣接するＰＰＤ（ＰＰＤ（ｘ＋１，ｙ）が隣接するトランスデューサ（ピクセル（ｘ，ｙ＋１））に接続される。次いで、１番目のスイッチングイベントの後では、接続が逆にされる：今やＰＰＤ（ＰＰＤ（ｘ，ｙ））が隣接するトランスデューサ（ピクセル（ｘ，ｙ＋１））に接続され、隣接するＰＰＤ（ＰＰＤ（ｘ＋１，ｙ）がトランスデューサ（ピクセル（ｘ，ｙ））に接続される。

【0063】

図９は、半導体ダイ上に空間的に構成されるエンコーディングスキームにしたがって配置され駆動される、信号コンバータ、およびこれらに接続されているスイッチング素子とともに、光電コンバータアレイの模式的レイアウトを示している。空間的に構成されるエンコーディングは、すべてのピクセルおよびそれらの接続されたＰＰＤが時間多重化の全体を通して同じ相対的な空間的位置を有することを意味する。例えば、第１のスイッチング素子の（ｔｘ１からｔｘ２への）オンモードシフトの前では、ピクセル（ｘ－１，ｙ）がＰＰＤ（ｘ－１，ｙ）に接続され、ピクセル（ｘ，ｙ）がＰＰＤ（ｘ，ｙ）に接続され、ここではピクセル（ｘ－１，ｙ）はピクセル（ｘ，ｙ）の左の隣接するピクセルであり、ＰＰＤ（ｘ－１，ｙ）はＰＰＤ（ｘ，ｙ）の左の隣接するＰＰＤである。第１のスイッチング素子のオンモードシフトの後では、ピクセル（ｘ－１，ｙ）がＰＰＤ（ｘ，ｙ）に接続され、ピクセル（ｘ，ｙ）がＰＰＤ（ｘ＋１，ｙ）に接続され、ここではＰＰＤ（ｘ，ｙ）は依然としてＰＰＤ（ｘ＋１，ｙ）の左の隣接するＰＰＤであり、ピクセル（ｘ－１，ｙ）およびピクセル（ｘ，ｙ）と同じ相対的な空間的位置を維持している。ピクセルアレイによってエンコードされた空間的コントラストの相対的な空間的位置が時間多重化の全体を通して一定であるという理由で、このスキームは、ピクセルアレイ出力への空間的相関ベースの後処理をサポートすることが可能である。

【符号の説明】

【0064】

１ 光電コンバータ、フォトダイオード、ＰＰＤ
２ 電子コンバータ
３ 信号コンバータ、トランスデューサ
４ アナログ－ディジタルコンバータ、エンコーダ
５ インターコネクト
６ 出力トランジスタ
５１、５４ シリコン基板
５２、５３ 金属層
ｔｘ１、ｔｘ２、ｔｘ３、ｔｘ４ スイッチング素子、トランファゲート、スイッチング信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】