CN101904165A - 图像传感器阵列，增强的图像传感器阵列，电子轰击图像传感器阵列装置以及用于这些图像传感器阵列的像素传感器元件 - Google Patents
图像传感器阵列，增强的图像传感器阵列，电子轰击图像传感器阵列装置以及用于这些图像传感器阵列的像素传感器元件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101904165A CN101904165A CN2007801020424A CN200780102042A CN101904165A CN 101904165 A CN101904165 A CN 101904165A CN 2007801020424 A CN2007801020424 A CN 2007801020424A CN 200780102042 A CN200780102042 A CN 200780102042A CN 101904165 A CN101904165 A CN 101904165A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- contact
- image sensor
- sensor array
- transistor
- image
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 claims description 22
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 13
- 230000003760 hair shine Effects 0.000 claims description 6
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 73
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 206010070834 Sensitisation Diseases 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 230000008313 sensitization Effects 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 230000031018 biological processes and functions Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 1
- 230000024241 parasitism Effects 0.000 description 1
- 230000003449 preventive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 210000000352 storage cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
- G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/50—Control of the SSIS exposure
- H04N25/57—Control of the dynamic range
- H04N25/58—Control of the dynamic range involving two or more exposures
- H04N25/587—Control of the dynamic range involving two or more exposures acquired sequentially, e.g. using the combination of odd and even image fields
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/50—Control of the SSIS exposure
- H04N25/57—Control of the dynamic range
- H04N25/59—Control of the dynamic range by controlling the amount of charge storable in the pixel, e.g. modification of the charge conversion ratio of the floating node capacitance
-
- 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
- H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
- H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
- H04N25/771—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising storage means other than floating diffusion
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
本发明涉及一种图像传感器阵列，其具有沿所述图像传感器的表面区域的多个像素传感器元件，并以特定的视频帧速率输出对应于图像的后续视频帧，其特征在于，所述多个像素传感器元件排布为用于生成一个或多于一个的视频帧分段，所述分段每个具有一作为等同于视频帧速率的时间的一小部分的时间区间，并由多个所述的视频帧分段构成单独的视频帧。本发明还涉及到所述像素传感器元件与根据本发明的像增强器共同使用或用于电子轰击图像传感器阵列装置内。
Description
技术领域
本发明涉及一种固态成像装置，特别是具有沿图像传感器表面区域的多个像素传感器元件的图像传感器阵列，所述多个像素传感器元件被排布为以特定视频帧速率，由连续的视频帧时间分段累积并输出，每一分段对应与光子从镜头到达并在传感器阵列上成像的时间有关的信息，这使得对于具有时间特征的事件的成像要比视频帧速率快得多得多。
本发明还涉及一种像增强器和上述固态图像传感器阵列的组合。
本发明还涉及一种电子轰击图像传感器阵列装置，包括一具有光电阴极的真空室，光电阴极能够在当暴露于从图像照到该光电阴极的光照中时，释放电子进入所述真空室，用于将所述从光电阴极释放的电子向上述图像传感器阵列加速的电场装置，该图像传感器阵列与所述光电阴极以对面的关系间隔设置用以接收来自所述光电阴极的电子图像，如此，在使用所述加速了的电子撞击在所述阳极上时，每个都会在所述图像传感器阵列内生成多个电子。
本发明还涉及一种像素传感器元件，其用于本发明的图像传感器阵列，所述像素传感器元件包括一感光元件，其能够生成和输出电信号，该电信号依赖于照射到所述感光元件上的光；或包括一电荷采集元件，其能采集在该像素传感器边界之内生成的电荷，还包括六个晶体管以及一个存储元件，以使能从多个视频帧分段生成视频图像。
背景技术
根据现有技术，无论是对于单个帧(照片)或多个帧的序列(视频)，基于CCD或CMOS技术的图像传感器阵列已经成为数字图像的主要来源。在所有这些应用中，图像信息被构建为像素灰阶值的矩阵(在黑白的情况下，但是彩色信息的表达与此类似)，灰阶值正比于在一帧的曝光时间内，照射到图像传感器阵列上的总的光强。由于这些图像传感器阵列的累积特性，任何在一帧的曝光时间内发生的时变事件或亮度变化的信息将会丢失。
然而，在那些一幅图像的信息中不仅包括空间亮度分布，还包括光子到达时间的应用中，使用快速的电子快门的能力就非常重要。在此类应用中，例如像激光距离选通成像(laser range gated imaging，LIDAR))，或例如分子样本的荧光寿命成像(Fluorescence Lifetime Imaging)中，相对于脉冲激励源的同步，图像中光子的到达时间，对于LIDAR是取决于光在空气中的速度，对于FLI则取决于分子过程(processes)的衰变时间。这意味着，要记录这些现象，必需要几十纳秒数量级的快门时间。
对于这样的应用，传统的技术包括由称为“像增强器光电阴极工作电压选通”的方法实现的快速电子快门，其输出是光耦合到电子图像传感器(基于CCD或CMOS的均可)。使用这种技术，电子图像传感器可以工作在正常的视频帧速率(即，通常每秒20-30帧，但有时甚至更快)，同时将多幅选通的图像(通过将来自像增强器的快门定时为短到5纳秒或更短的方法获得)集成到单一的图像帧(照片或视频序列)。
通过集成多幅选通图像(每幅各自为期极短)的亮度在一帧的曝光之中，信噪比得以显着改善。在这些应用中，像增强器的光放大特性还提供了在选通脉冲的极短时间间隙中只能获得一小部分的信号光子的情况下的信号增强。
另一个在选通的数字图像应用中像增强器的使用的必要特征是，当它被选通为“关”时，没有来自镜头或事件的光线被传输到电子图像传感器。这使得可以在一定距离以外使用高强度的激励脉冲透过反向散射介质(在LIDAR情况下，如灰尘，雨或雾)照亮感兴趣的场景，或者在一段特定延迟时间之后诱导低亮度的荧光图像(FLI)。
对于直接的光传输，像增强器的消光比估计为约为8个十倍程(decades)，并取决于在光电阴极的光吸收，带有具偏转角的狭窄通道的微通道板的使用，以及覆盖在荧光输出屏上的薄的致密铝层。
虽然像增强器在选通成像中的使用众所周知，而且在许多应用中受到赏识，但也有一定缺点。由于它是成像通路上一个额外的步骤，不可避免地将会增加空间和时间上的噪声，并减小MTF。此外，为了操纵电子快门，它需要快速的切换数百伏的阴极电压(取决于像增强器的类型)，这不是平常的，并且最后，这种选通像增强器给电子图像传感器增加了的相当大的成本。
发明内容
本发明是对上文指出的问题的新的解决方案，并且为此，所述多个像素传感器元件排布为用于生成一个或多个视频帧分段，所述分段中每个都具有一为相当于视频帧速率的时间的一小部分的时间区间，并且由多个所述帧分段组成一单个的视频帧。
多个视频帧分段通过在一个视频帧周期内多次切换像素传感器元件的开启和关断得到。因此，在一个视频帧周期内，会产生多个视频帧分段，每个包含一个小的视频信号包，其对整体的视频帧图像信息起一份作用。通过各个像素传感器元件获得的多个视频帧分段被累积并用于在实际读出之前组成一个完整的单独视频帧信号。
上述导致了信号信噪比的相当大的改善。最本质的是，由于像素传感器元件多次开启和关断，根据发明的像素传感器元件不会累积任何不需要的寄生图像信号的信息。因此，所述不需要的寄生图像信号的信息不被处理，且对整个视频帧信号的构建没有影响。
根据本发明的图像传感器阵列进一步的另一方面，所述视频帧分段的时间区间由一施加到所述图像传感器阵列的全部或部分像素传感器的外部控制信号决定。
因此，像素传感器元件的可控定时被实现，得到了像素传感器元件的一系列开启/关断切换状态，得到了一个视频帧周期内的多个视频帧分段，每个分段包括了所希望的小的视频信号包同时减少了不希望的背景或噪声信号。
特别是，所述控制信号是与成像在所述传感器阵列上的外部事件同步地施加到该图像传感器阵列。
根据本发明的图像传感器阵列的进一步的实施例，所述外部事件具有包含于作为所述图像传感器阵列的视频帧速率的一部分的时间区间内的特有的图像信息。
此外，在根据本发明的另一实用的实施例中，所述图像传感器阵列是用光学手段耦合于一像增强器装置的输出面，用于放大成像到所述图像传感器阵列的外部事件。
根据本发明的像素传感器元件进一步的特点是，它是与六个晶体管、感光元件和电荷存储元件一起构建。第一晶体管的第一触点连接到电源电压，第二触点连接到所述感光元件的触点且第三晶体管的栅极节点连接到感光元件的触点，第一触点可操作的连接到电源电压且第二触点可操作的连接到第二晶体管的第一触点，其中像素传感器元件进一步包括至少一存储元件，所述至少一个存储元件的第一触点可操作地连接到第二晶体管元件的第二触点和第四晶体管的第一触点。
根据本发明的像素传感器元件进一步的特征在于，像素传感器元件包括第五晶体管和第六晶体管，第五晶体管的栅极节点可操作地连接到存储元件的第一触点，第一触点可操作地连接到第六晶体管的第一触点，第二触点可操作地连接电源电压；第六晶体管的第二触点可操作地连接到第三晶体管的栅极节点。
因此，像素传感器元件在一个视频帧周期内可以被开启和关断多次，致使感光元件的复位和产生多个视频帧分段。每个视频帧分段包含了所希望的小的视频信号包，以及降低了的噪声信号，该图像信息被保存在存储单元中，直到在视频帧周期结束之时进行整个视频帧的读出。
为了多次开启和关断像素传感器元件，复位电路包含有至少一个脉冲生成装置，其具有至少可操作地连接到第二晶体管的栅极节点的第一触点；和连接到第六晶体管的栅极节点的第二触点。这使得可以对像素传感器元件进行连续复位以生成后续视频帧分段，该图像信息在存储元件内累积。
为了让由后续视频帧分段获得的视频信息能得以累积，该存储元件包括至少一个电容，特别是MOS或MIM电容。由于MOS电容对照射到像素传感器元件上的光是敏感的，根据进一步的改进，其覆有一金属屏蔽层以应对正面照射或背面照射操作。因此，其避免了任何被认为是不需要的，可以扭曲希望的图像信息的，背景噪声信号的图像信息。
附图说明
下面结合附图对本发明详细解说，其中：
图1是根据现有技术的一像素传感器元件的实施例；
图2是根据现有本发明的一像素传感器元件的实施例。
具体实施方式
在图1中，揭露了根据现有技术的一像素传感器元件。该像素传感器元件可用于图像传感器阵列装置中，其包括一感光元件10，比如光电二极管，其能通过输出节点10a产生和输出一依赖于照射到所述感光元件10上的光的电信号。在图1中，所述光记为h，根据现有技术，光电二极管10将照射的光子转换成电信号(电压)，用于生成包含图像信息的视频帧。
根据现有技术的像素传感器元件使用复位电路进行复位，复位电路与图像传感器阵列器件中包含的所有的像素传感器元件相连接。在每个视频帧的开始，进行复位的时刻，一外部电压被同时施加到连接于第一晶体管11(M1)的栅极节点的所有像素传感器元件。晶体管M1是通过第一触点11a连接到电源电压5，通过第二触点11b连接到感光元件10的输出节点10a。
在视频帧周期内，感光元件10接受照射其上的光(光子h)，造成感光元件10两端间的电压下降。经过预定的曝光时间，对应于视频帧速率，感光元件10的剩余电压被通过第二晶体管12(M2)读出。为此，第二晶体管12的第一触点12a与感光元件10的输出节点10a可操作地连接。第二晶体管12的第二触点连接到第三晶体管13(M3)的栅极节点13c。
M3放大来自感光元件10的电压信号，并将该放大了的电压信号施加给第四晶体管14(M4)。第四晶体管14的第一触点14a随之连接到第三晶体管13的第二触点13b。在视频帧周期中，第四晶体管14是处于其“关闭”状态，并将在视频帧周期结束之时“开启”，以通过其第二触点14b将放大了的电压信号输出到像素传感器元件1的输出节点6。
通常，触点6连接到像素传感器阵列的列放大器。
对于后续的每个视频帧周期，感光元件都需要通过在晶体管11(M1)的栅极节点施加复位信号来复位到电源电压5，所述晶体管既通过第一触点11a连接到电源电压5，又通过第二触点11b连接到感光元件的触点10a和第二晶体管12(M2)的第一触点12a。
根据现有技术的这种像素传感器元件1的缺点是在感光元件10的曝光周期内，没有办法在实际希望的图像信息和不希望的图像信息之间做出区分。该后者不希望的图像信息将对信噪比产生不利影响。事实上，在一个视频帧周期内，感光元件10曝光于所有照射其上的光线，包括不希望的光线，因此所有的光子均被采集并转化为电信号在触点10a输出。
本发明的一特定实施例使允许在一外部控制电压施加到传感器上(开启状态)时，一个短时间区间的多个图像帧分段的检测并存储于固态图像传感器中为对应视频帧速率的时间区间的一小部分，而在该控制电压以其它方式施加时(关闭状态)，则不感光。该实施例考虑到在图像传感器的一个曝光帧之内有多个开启-关闭序列。这样，将高速操作保持在像素传感器阵列之内，而在视频帧区间结束时整个图像的读出可以在实际读出速度上进行。该实施例包括由六个晶体管构成的像素结构，如图2所示。
如图2所示的根据本发明的像素传感器元件100考虑到在一个视频帧周期期间合成一个电信号，该电信号只包含所希望的图像信号信息，或者是包含绝大部分所希望的图像信号信息且其中不想要的图像信号信息已经被最大限度的删除。
在图2中，像素传感器元件100是在一个视频帧周期内利用外部同步信号多次开启和关断，该同步信号是通过连接到晶体管120(M2)和160(M4)的栅极节点复位电路施加到像素传感器元件100的。
根据本发明，第三晶体管130(M3)的栅极节点130c目前是直接与感光元件100的输出节点100a可操作地相连。第三晶体管130的第一触点130a是可操作地连接到电源电压50。第二触点130b是与第二晶体管120(M2)第一触点120a可操作地连接。
根据本发明，第二晶体管120(M2)的第二触点120b是与第四晶体管140(M4)的第一触点140a连接。
与图1所示的现有技术的实施例相比，图2的像素传感器元件是提供有一个存储元件170，其第一触点170a可操作地连接到第二晶体管120(M2)的第二触点120b和第四晶体管140的第一触点140a以及第五晶体管150(M5)的栅极节点150c。
根据本发明，为使图2的像素传感器元件在一个视频帧周期期间获得多次复位，通过感光元件100的输出节点100a输出的电压信号被分别通过第三晶体管130和第二晶体管120采集和保存到存储元件170。存储单元170中存储的电信号被作为新的复位电压用于同一视频帧周期内感光元件100的下一次复位。
为此，图2的像素传感器元件具有两个额外的晶体管150和160，其对保存在存储元件170中的电压信号进行放大并将该信号作为新的复位电压施加到感光元件100以生成下一后续视频帧分段。于此，第五晶体管150的第一触点150a可操作地连接到第六晶体管160(M4)的第二触点160b。类似地，第五晶体管150的第二触点150b是连接到电源电压50。第六晶体管160的第一触点160a连接光电二极管的第一触点100a。
在一个视频帧周期期间，像素传感器元件100是通过采用连接到晶体管120(M2)和160(M4)的栅极节点的外部信号而被多次复位。每次复位之间，可视为一小的时间段，例如50纳秒，图像信息由感光元件100获取和并作为所谓的视频帧分段信息信号输出到存储元件170，在那里被存储。
在视频帧周期结束之时，第四个晶体管140被开启，完整的视频帧被读出并输出到像素传感器元件的触点60。
在完整的视频帧信息信号被读出之前，多个视频帧分段(在多次复位之间获取的图像信息信号)的累积会致使信噪比大幅度增加。由于像素传感器元件在一个视频帧期间开启和关断多次，任何不想要的，寄生的图像信号信息将不会在存储元件170之中累积，那些不希望的图像信号信息将在该像素传感器元件关断期间在像素传感器元件中生成。
因此，根据本发明，通过触点60读出的一个单独视频图像帧是由多幅选通图像构建，该选通图像通过与连接到晶体管120和160的栅极节点的外部电路同步而获取和生成。
由此结构，根据本发明的像素传感器元件能使用一个切换电压来开启和关断，该切换电压比根据现有技术操作像增强器或电子轰击有源像素传感器所需的电压低二十或三十倍(two or three decades)。
根据本发明的像素传感器元件可用于将光子直接成像到感光元件100上，该感光元件最好是由硅制成且可以在波长为200到1100nm范围内操作。在另一实施例中，感光元件100可由InGaAs或其它III-V族复合半导体材料制成且可以在波长为700到1900nm范围内操作。
根据本发明的像素传感器元件在低亮度的情况下也可以与提供改善信噪比的像增强器组合使用，以提供光谱灵敏度，这与现今可利用的固态图像传感器是不等同的。在另一实施例中，根据发明的像素传感器元件可用于电子轰击图像传感器阵列装置中。
在另一实施例中，存储元件170可以被构建为电容的形式，特别是MOS电容。由于MOS电容是对感光感的，需要采取预防措施，通过增加光屏蔽层来避免在像素传感器元件被关断期间不希望的或寄生的干扰。该光屏蔽层可以设置在像素传感器阵列的任何一面的任意部分，对应于图像传感器阵列的照射操作模式，所述操作模式既可以是正面照射也可以是背面照射。该光屏蔽层可以是金属光屏蔽层。MIM(Metal Insulator Metal，金属绝缘体金属)电容也可以用作存储元件。
本公开的该传感器的像素结构可以用于各种选通成像的应用中，例如将来自镜头或其它事件的光子直接成像到固态图像传感器上，既可以是正面照射的也可以是背面，固态图像传感器以Si制成用于从200到1100nm波长范围，或以InGaAs或其它III到V族复合半导体材料制成用于700-1900nm波长范围中。特别是选通在-1500纳米的对人眼安全的激光范围是非常合适的选择。
其次，根据此结构制造的传感器也可以与像增强器组合，像增强器供在低亮度或低信号强度的情况下提供额外的信号增益，或者由它提供电子传感器不能实现的光谱灵敏度。在这种情况下，不再需要对像增强器的光电阴极的高电压进行快速选通。
第三，该传感器像素结构可以用于所谓的电子轰击模式，在那里整个电子传感器被构建为一个电子轰击有源像素传感器，一个具有设于真空封装中的固态成像器的半导体图像传感器。在这种装置中，来自镜头的光子在设于固态传感器对面的光电阴极产生光电子。接下来，通过施加典型地为1500伏特的电场，光电子被向着半导体图像传感器加速。
由于这种加速后的高动能，对于每个入射的高速光电子，固态传感器中都会产生数百电子的电荷，从而增加了信号增益。在传统的电子轰击有源像素传感器中，选通操作要求一个非常高的电压必须极快的开启和关断。而本案的新的像素结构不再需要去以高重复率选通高操作电压，而是在适度的TTL水平的电压下完成。
此外，由于该创新的像素结构在关断时对光子不敏感，当高电压被选通关断时，对于传统的电子轰击有源像素传感器的光子的寄生的残余非期望的望灵敏度可以被避免。
Claims (12)
1.一种图像传感器阵列，具有沿所述图像传感器的表面区域的多个像素传感器元件，该多个像素传感器元件以组合方式排布，并以特定的视频帧速率输出对应于图像的后续视频帧，其特征在于，所述多个像素传感器元件排布为用于生成一个或多个视频帧分段，所述分段每个具有一作为等同于视频帧速率的时间的一小部分的时间区间，并由多个所述的视频帧分段构成单独的视频帧。
2.根据权利要求1所述的图像传感器阵列，其特征在于，所述视频帧分段的时间区间由一施加到所述图像传感器阵列的所有或部分像素传感器的外部控制信号决定。
3.根据权利要求2所述的图像传感器阵列，其特征在于，所述控制信号是与成像在所述图像传感器阵列上的外部事件同步地施加到该图像传感器阵列。
4.根据权利要求3所述的图像传感器阵列，其特征在于，所述外部事件具有包含于作为所述图像传感器阵列的视频帧速率的一部分的时间区间内的特有的图像信息。
5.根据上述一项或多项权利要求所述的图像传感器阵列，其特征在于，所述图像传感器阵列是用光学手段耦合于一像增强器装置的输出面，用于放大成像到所述图像传感器阵列的外部事件。
6.一种电子轰击图像传感器阵列装置，包括一具有光电阴极的真空室，光电阴极能够在当暴露于从图像照到该光电阴极的光照中时，释放电子进入所述真空室，用于将所述从光电阴极释放的电子向阳极加速的电场装置，该阳极与所述光电阴极以对面的关系间隔设置用以接收来自所述光电阴极的电子图像，如此，在使用所述加速了的电子撞击在所述阳极上时会在接近所述阳极的表面处生成多个电子-空穴对，其中所述阳极构建为一如权利要求1-5中一项或多项所述的图像传感器阵列。
7.一种像素传感器元件，用于权利要求1-5中一项或多项所述的图像传感器阵列，所述像素传感器元件包括一感光元件，其能够生成和输出依赖于照射到所述感光元件上的光的电信号；或包括一电荷采集元件，其能采集任何在该像素传感器边界之内生成的电子电荷，还包括至少一个存储元件以用来保存像素传感器元件中的信号，以及
第一晶体管，第二晶体管，第三晶体管，第四晶体管，第五晶体管和第六晶体管，其中
第一晶体管的第一触点可操作地连接到电源电压，第二触点可操作地连接到所述感光元件或所述电荷采集元件的一个触点；
第二晶体管的第一触点可操作地连接到第三晶体管的第一触点，第二触点同时可操作地连接到第四晶体管和所述存储元件的第一触点；
第三晶体管的第一触点连接到电源电压，第二触点连接到第二晶体管的第一触点，栅极节点连接到所述感光元件或所述电荷采集元件的第一触点
第四晶体管的第一触点可操作地连接到第二晶体管的第二触点，第二触点可操作地连接到像素传感器元件的一个触点；
所述至少一个存储元件的第一触点可操作地连接到第二晶体管元件的第二触点和第四晶体管的第一触点；
第五晶体管的栅极节点可操作地连接到存储元件的第一触点，第一触点可操作地连接到第六晶体管的第一触点，第二触点可操作地连接电源电压；
第六晶体管的第一触点可操作地连接到第五晶体管的第一触点，第二触点可操作地连接到所述感光元件或所述电荷采集元件的第一触点。
8.根据权利要求7所述的像素传感器元件，其特征在于，第一、第二和第六晶体管的栅极节点每个都分别连接到一复位电路单独的触点以独立地操纵每个所述晶体管，且第四晶体管的栅极节点连接到图像传感器阵列的读取电路。
9.根据权利要求7或8任意一项所述的像素传感器元件，其特征在于，该存储元件包括至少一个电容。
10.根据权利要求9所述的像素传感器元件，其特征在于，该存储元件包括一MOS电容。
11.根据权利要求9所述的像素传感器元件，其特征在于，该存储元件包括一MIM电容。
12.根据权利要求9-11任意一项所述的像素传感器元件，其特征在于，该存储元件包括一光遮蔽层。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/NL2007/000330 WO2009082193A1 (en) | 2007-12-21 | 2007-12-21 | An image sensor array, an intensified image sensor array, an electron bombarded image sensor array device as well as a pixel sensor element for use in such an image sensor array |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101904165A true CN101904165A (zh) | 2010-12-01 |
Family
ID=39745456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2007801020424A Pending CN101904165A (zh) | 2007-12-21 | 2007-12-21 | 图像传感器阵列，增强的图像传感器阵列，电子轰击图像传感器阵列装置以及用于这些图像传感器阵列的像素传感器元件 |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8384810B2 (zh) |
| EP (2) | EP2220862B1 (zh) |
| JP (1) | JP5410444B2 (zh) |
| CN (1) | CN101904165A (zh) |
| BR (1) | BRPI0722359A2 (zh) |
| CA (1) | CA2709969C (zh) |
| ES (1) | ES2708951T3 (zh) |
| IL (1) | IL206335A (zh) |
| PL (1) | PL2763398T3 (zh) |
| PT (1) | PT2763398T (zh) |
| WO (1) | WO2009082193A1 (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102590821A (zh) * | 2010-12-21 | 2012-07-18 | 微软公司 | 多阳极飞行时间传感器 |
| CN106454165A (zh) * | 2015-08-03 | 2017-02-22 | 光子科学研究所 | 具有非局部读出电路的图像传感器以及包括所述图像传感器的光电装置 |
| CN107155073A (zh) * | 2017-05-04 | 2017-09-12 | 西北核技术研究所 | 基于图像传感器多帧曝光的瞬态成像动态范围扩展方法 |
| CN115361506A (zh) * | 2022-08-17 | 2022-11-18 | 中科微机电技术（北京）有限公司 | 有源像素传感器的控制方法、有源像素传感器及电子设备 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL2011905C2 (en) * | 2013-12-06 | 2015-06-09 | Photonis Netherlands B V | Electron-bombarded image sensor device. |
| CN105450948B (zh) * | 2015-12-15 | 2018-06-26 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种电子轰击固态光电倍增管式微光数字图像传感器 |
| US10827135B2 (en) * | 2018-11-26 | 2020-11-03 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. | BDI based pixel for synchronous frame-based and asynchronous event-driven readouts |
Family Cites Families (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3684580B2 (ja) * | 1992-08-31 | 2005-08-17 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置 |
| JPH08294058A (ja) * | 1995-04-24 | 1996-11-05 | Sony Corp | 固体撮像装置及びこれを搭載したビデオカメラ |
| JP4081188B2 (ja) * | 1998-09-16 | 2008-04-23 | オリンパス株式会社 | 増幅型固体撮像素子を用いた撮像装置 |
| JP2002526989A (ja) | 1998-09-28 | 2002-08-20 | スリーディーヴィー システムズ リミテッド | カメラを用いた距離測定 |
| JP2003521836A (ja) * | 1999-03-04 | 2003-07-15 | ビジョン−サイエンシズ・インコーポレイテッド | 個別に制御可能な電子シャッター回路を備えた画像センサユニットセル |
| US6657178B2 (en) * | 1999-07-20 | 2003-12-02 | Intevac, Inc. | Electron bombarded passive pixel sensor imaging |
| US6285018B1 (en) * | 1999-07-20 | 2001-09-04 | Intevac, Inc. | Electron bombarded active pixel sensor |
| EP1574036A2 (en) * | 1999-07-29 | 2005-09-14 | Vision-Sciences Inc. | Image-sensor architecture for per-pixel charge-integration control |
| WO2001081949A2 (en) * | 2000-04-26 | 2001-11-01 | Arete Associates | Very fast time resolved imaging in multiparameter measurement space |
| JP3558589B2 (ja) * | 2000-06-14 | 2004-08-25 | Ｎｅｃエレクトロニクス株式会社 | Ｍｏｓ型イメージセンサ及びその駆動方法 |
| JP2002027303A (ja) * | 2000-07-10 | 2002-01-25 | Hamamatsu Photonics Kk | 撮像装置 |
| AU2003278710A1 (en) | 2002-08-15 | 2004-03-03 | Lc Technologies, Inc. | Motion clutter suppression for image-subtracting cameras |
| US7277129B1 (en) | 2002-10-31 | 2007-10-02 | Sensata Technologies, Inc. | Pixel design including in-pixel correlated double sampling circuit |
| WO2005076037A1 (en) * | 2004-02-04 | 2005-08-18 | Elbit Systems Ltd. | Gated imaging |
| US7102117B2 (en) * | 2004-06-08 | 2006-09-05 | Eastman Kodak Company | Active pixel sensor cell with integrating varactor and method for using such cell |
| KR100597651B1 (ko) * | 2005-01-24 | 2006-07-05 | 한국과학기술원 | 이미지 센서, 실제 이미지를 전기적 신호로 바꾸는 장치 및 그 방법 |
| US7847847B2 (en) * | 2005-01-27 | 2010-12-07 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Structure for CMOS image sensor with a plurality of capacitors |
| KR101257526B1 (ko) | 2005-04-07 | 2013-04-23 | 고쿠리츠다이가쿠호진 도호쿠다이가쿠 | 광 센서, 고체 촬상 장치, 및 고체 촬상 장치의 동작 방법 |
| JP2007006049A (ja) * | 2005-06-23 | 2007-01-11 | Funai Electric Co Ltd | 固体撮像装置 |
| US20070263099A1 (en) | 2006-05-09 | 2007-11-15 | Pixim Inc. | Ambient Light Rejection In Digital Video Images |
| US8243103B2 (en) * | 2009-05-29 | 2012-08-14 | Exelis, Inc. | Laser aiming spot distinguishing methods and apparatus |
-
2007
- 2007-12-21 EP EP07860893.2A patent/EP2220862B1/en active Active
- 2007-12-21 EP EP14166529.9A patent/EP2763398B1/en not_active Revoked
- 2007-12-21 WO PCT/NL2007/000330 patent/WO2009082193A1/en active Application Filing
- 2007-12-21 US US12/809,763 patent/US8384810B2/en active Active
- 2007-12-21 PT PT14166529T patent/PT2763398T/pt unknown
- 2007-12-21 ES ES14166529T patent/ES2708951T3/es active Active
- 2007-12-21 PL PL14166529T patent/PL2763398T3/pl unknown
- 2007-12-21 JP JP2010539320A patent/JP5410444B2/ja active Active
- 2007-12-21 CN CN2007801020424A patent/CN101904165A/zh active Pending
- 2007-12-21 BR BRPI0722359-5A patent/BRPI0722359A2/pt not_active Application Discontinuation
- 2007-12-21 CA CA2709969A patent/CA2709969C/en active Active
-
2010
- 2010-06-13 IL IL206335A patent/IL206335A/en active IP Right Grant
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102590821A (zh) * | 2010-12-21 | 2012-07-18 | 微软公司 | 多阳极飞行时间传感器 |
| CN102590821B (zh) * | 2010-12-21 | 2014-07-30 | 微软公司 | 多阳极飞行时间传感器 |
| US9823339B2 (en) | 2010-12-21 | 2017-11-21 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Plural anode time-of-flight sensor |
| CN106454165A (zh) * | 2015-08-03 | 2017-02-22 | 光子科学研究所 | 具有非局部读出电路的图像传感器以及包括所述图像传感器的光电装置 |
| CN106454165B (zh) * | 2015-08-03 | 2019-04-26 | 光子科学研究所 | 具有非局部读出电路的图像传感器以及包括所述图像传感器的光电装置 |
| CN107155073A (zh) * | 2017-05-04 | 2017-09-12 | 西北核技术研究所 | 基于图像传感器多帧曝光的瞬态成像动态范围扩展方法 |
| CN107155073B (zh) * | 2017-05-04 | 2019-06-07 | 西北核技术研究所 | 基于图像传感器多帧曝光的瞬态成像动态范围扩展方法 |
| CN115361506A (zh) * | 2022-08-17 | 2022-11-18 | 中科微机电技术（北京）有限公司 | 有源像素传感器的控制方法、有源像素传感器及电子设备 |
| CN115361506B (zh) * | 2022-08-17 | 2024-05-24 | 中科微机电技术（北京）有限公司 | 有源像素传感器的控制方法、有源像素传感器及电子设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2009082193A1 (en) | 2009-07-02 |
| JP5410444B2 (ja) | 2014-02-05 |
| PL2763398T3 (pl) | 2019-04-30 |
| IL206335A0 (en) | 2010-12-30 |
| JP2011508504A (ja) | 2011-03-10 |
| CA2709969C (en) | 2015-11-03 |
| IL206335A (en) | 2014-12-31 |
| PT2763398T (pt) | 2019-02-06 |
| EP2763398A3 (en) | 2014-12-10 |
| EP2220862B1 (en) | 2014-07-23 |
| US8384810B2 (en) | 2013-02-26 |
| EP2763398A2 (en) | 2014-08-06 |
| ES2708951T3 (es) | 2019-04-12 |
| CA2709969A1 (en) | 2009-07-02 |
| EP2220862A1 (en) | 2010-08-25 |
| US20100328501A1 (en) | 2010-12-30 |
| BRPI0722359A2 (pt) | 2014-03-18 |
| EP2763398B1 (en) | 2018-10-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE60027569T2 (de) | Kamera mit elektronenbeschossenem aktivem bildpunktsensor und verstärkungsregelung | |
| EP2380038B1 (en) | Cmos imager | |
| Magnan | Detection of visible photons in CCD and CMOS: A comparative view | |
| US6657178B2 (en) | Electron bombarded passive pixel sensor imaging | |
| CN101904165A (zh) | 图像传感器阵列，增强的图像传感器阵列，电子轰击图像传感器阵列装置以及用于这些图像传感器阵列的像素传感器元件 | |
| CA2379956C (en) | Electron bombarded active pixel sensor | |
| JP4571179B2 (ja) | 撮像装置 | |
| US11252348B2 (en) | Imaging device and driving method of imaging device | |
| EP1302986B1 (en) | Photodetector with high dynamic range and increased operating temperature | |
| US11627274B2 (en) | Image sensing pixels with lateral overflow storage | |
| US6628331B1 (en) | Cyan-magenta-yellow-blue color filter array | |
| US20060077269A1 (en) | Pixel binning image sensor | |
| Barrow et al. | A QuantumFilm based quadVGA 1.5 µm pixel image sensor with over 40% QE at 940 nm for actively illuminated applications | |
| US11997408B2 (en) | Image sensor | |
| Spring | Cameras for digital microscopy | |
| YusukeOike et al. | A 121.8 dB dynamic range CMOS image sensor using pixel-variation-free midpoint potential drive and overlapping multiple exposures | |
| US20240196110A1 (en) | Cmos image sensor for rts noise reduction using non-linear statistics and impulsive metrics for signal processing | |
| Jung | Image sensor technology for beam instrumentation | |
| Suyama et al. | Single-photon-sensitive EBCCD with additional multiplication | |
| US11889216B2 (en) | High dynamic range CMOS image sensor having multi-step voltage gain enhancement for low light vision | |
| TWI842373B (zh) | 成像裝置、光電裝置及用於操作成像裝置的方法 | |
| Spring | Cameras for digital microscopy | |
| US20220263996A1 (en) | Dynamic range enhancement in cmos image sensors using charge transfer amplification | |
| Innocent | General introduction to CMOS image sensors | |
| KR20240027831A (ko) | 픽셀 배열체, 이미지 센서, 및 픽셀 배열체를 동작시키는 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20101201 |