JP2017534212A - ピクセル感度及びダイナミックレンジを高める方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (20)
- 単位セルであって、
電源電圧に結合されるように構成されたフォトダイオードと、
入力ノードが前記フォトダイオードに結合されたMOSCapと、
前記MOSCapとリセット電圧との間に選択的に結合されるリセットスイッチと、
前記MOSCapの前記入力ノードに結合されたトランジスタと
を有し、
当該単位セルの第1の動作モードにおいて、前記リセットスイッチが開状態にあるように構成され、前記フォトダイオードに入射する光によって生成される電荷が、前記入力ノードにおける電圧が閾値電圧よりも低いことに応答して、前記MOSCapの前記入力ノードにて蓄積し、
当該単位セルの第2の動作モードにおいて、前記リセットスイッチが前記開状態にあるように構成され、前記フォトダイオードに入射する前記光によって生成される前記電荷が、前記入力ノードにおける前記電圧が前記閾値電圧よりも高いことに応答して、前記MOSCap上に蓄積する、
単位セル。 - 当該単位セルは更に、
出力と、
前記トランジスタと前記出力との間に選択的に結合される出力スイッチと
を有し、
当該単位セルの第3の動作モードにおいて、前記出力スイッチが前記出力を前記トランジスタに結合するように構成され、前記リセットスイッチが前記開状態にあるように構成され、前記MOSCapの前記入力ノードにて蓄積した前記電荷に対応する高感度信号が前記出力に提供される、
請求項1に記載の単位セル。 - 当該単位セルの第4の動作モードにおいて、前記出力スイッチが前記出力を前記トランジスタに結合するように構成され、前記リセットスイッチが前記開状態にあるように構成され、前記MOSCap上に蓄積した前記電荷に対応する低感度信号が前記出力に提供される、請求項2に記載の単位セル。
- 前記MOSCapに結合されたMOSCapゲートバイアス制御モジュールであり、前記閾値電圧のレベルを制御するために、MOSCapゲートバイアス電圧信号を前記MOSCapに提供するように構成されたMOSCapゲートバイアス制御モジュール、を更に有する請求項3に記載の単位セル。
- 前記リセットスイッチはトランジスタである、請求項3に記載の単位セル。
- 前記リセットスイッチに結合されたリセットスイッチゲートバイアス制御モジュールであり、前記リセットスイッチの動作状態を制御するために、リセットスイッチゲートバイアス電圧信号を前記リセットスイッチに提供するように構成されたリセットスイッチゲートバイアス制御モジュール、を更に有する請求項5に記載の単位セル。
- 当該単位セルの第5の動作モードにおいて、前記リセットスイッチが前記MOSCapを前記リセット電圧に結合するように構成され、前記MOSCap上に蓄積した前記電荷が放電される、請求項3に記載の単位セル。
- 単位セルを動作させる方法であって、前記単位セルは、フォトダイオードと、入力ノードが前記フォトダイオードに結合されたMOSCapと、前記MOSCapとリセット電圧との間に選択的に結合されるリセットスイッチと、前記入力ノードに結合されたトランジスタと、前記トランジスタと出力との間に選択的に結合される出力スイッチとを有し、当該方法は、
前記単位セルの第1及び第2の動作モードのため、前記リセットスイッチを開状態に設定し、
前記第1及び第2の動作モードのため、前記出力スイッチを開状態に設定し、
前記フォトダイオードに入射する光に応答して電荷を生成し、
前記第1の動作モードにおいて、前記入力ノードにおける電圧が閾値電圧よりも低いことに応答して、前記電荷を前記MOSCapの前記入力ノードにて蓄え、
前記第2の動作モードにおいて、前記入力ノードにおける前記電圧が前記閾値電圧よりも高いことに応答して、前記電荷を前記MOSCap上に蓄える
ことを有する、方法。 - 前記単位セルの第3の動作モードのため、前記リセットスイッチを前記開状態に設定し、
前記第3の動作モードのため、前記出力スイッチを用いて前記出力を前記トランジスタに結合し、
前記第3の動作モードにおいて、前記MOSCapの前記入力ノードにて蓄えた前記電荷を、高感度信号として前記出力から読み出す、
ことを更に有する請求項8に記載の方法。 - 前記単位セルの第4の動作モードのため、前記リセットスイッチを前記開状態に設定し、
前記第4の動作モードのため、前記出力スイッチを用いて前記出力を前記トランジスタに結合し、
前記第4の動作モードにおいて、前記MOSCap上に蓄えた前記電荷を、低感度信号として前記出力から読み出す、
ことを更に有する請求項9に記載の方法。 - 前記低感度信号及び前記高感度信号のうちの何れの一方が、前記フォトダイオードに入射する前記光の強度を正確に表すかを決定し、
前記低感度信号及び前記高感度信号のうちの前記一方を使用して、画像の一画素を生成する、
ことを更に有する請求項10に記載の方法。 - 前記決定することは、
前記高感度信号を高感度信号閾値と比較し、
前記高感度信号が前記高感度信号閾値よりも低いとの決定に応答して、前記高感度信号を、前記フォトダイオードに入射する前記光の前記強度を正確に表すものとして特定し、
前記高感度信号が前記高感度信号閾値よりも高いとの決定に応答して、前記低感度信号を、前記フォトダイオードに入射する前記光の前記強度を正確に表すものとして特定する
ことを有する、請求項11に記載の方法。 - 前記決定することは、
或る期間にわたって複数の前記高感度信号を記録し、
前記複数の高感度信号に基づく高感度信号カーブを生成し、
前記高感度信号カーブの傾きを分析し、
前記高感度信号カーブが線形であるとの決定に応答して、前記高感度信号を、前記フォトダイオードに入射する前記光の前記強度を正確に表すものとして特定し、
前記高感度信号カーブが非線形であるとの決定に応答して、前記低感度信号を、前記フォトダイオードに入射する前記光の前記強度を正確に表すものとして特定する
ことを有する、請求項11に記載の方法。 - 前記単位セルの第5の動作モードのため、前記リセットスイッチを用いて前記MOSCapを前記リセット電圧に結合し、
前記第5の動作モードにおいて、前記MOSCap上に蓄えた前記電荷を放電する、
ことを更に有する請求項10に記載の方法。 - 前記閾値電圧のレベルを制御するために、MOSCapゲートバイアス電圧信号を前記MOSCapに提供する、ことを更に有する請求項8に記載の方法。
- 画像処理ユニットと、
アレイに構成されて前記画像処理ユニットに結合された複数の単位セルであり、各単位セルが、
電源電圧に結合されるフォトダイオードと、
入力ノードが前記フォトダイオードに結合されたMOSCapと、
前記MOSCapとリセット電圧との間に選択的に結合されるリセットスイッチと、
前記MOSCapの前記入力ノードに結合されたトランジスタと
を有する、複数の単位セルと
を有し、
各単位セルの第1の動作モードにおいて、前記リセットスイッチが開状態にあるように構成され、前記フォトダイオードに入射する光によって生成される電荷が、前記入力ノードにおける電圧が閾値電圧よりも低いことに応答して、前記MOSCapの前記入力ノードにて蓄積し、
各単位セルの第2の動作モードにおいて、前記リセットスイッチが前記開状態にあるように構成され、前記フォトダイオードに入射する前記光によって生成される前記電荷が、前記入力ノードにおける前記電圧が前記閾値電圧よりも高いことに応答して、前記MOSCap上に蓄積する、
イメージセンサ。 - 各単位セルが更に、
前記MOSCapに結合されたMOSCapゲートバイアス制御モジュールであり、前記閾値電圧のレベルを制御するために、MOSCapゲートバイアス電圧信号を前記MOSCapに提供するように構成されたMOSCapゲートバイアス制御モジュールと、
前記リセットスイッチに結合されたリセットスイッチゲートバイアス制御モジュールであり、前記リセットスイッチの動作状態を制御するために、リセットスイッチゲートバイアス電圧信号を前記リセットスイッチに提供するように構成されたリセットスイッチゲートバイアス制御モジュールと、
を有する、請求項16に記載のイメージセンサ。 - 前記リセットスイッチゲートバイアス制御モジュールのうちの少なくとも1つに結合された外部クロック、を更に有する請求項17に記載のイメージセンサ。
- 各単位セルが更に、
前記画像処理ユニットに結合された出力と、
前記トランジスタと前記出力との間に選択的に結合される出力スイッチと
を有し、
各単位セルの第3の動作モードにおいて、前記出力スイッチが前記出力を前記トランジスタに結合するように構成され、前記リセットスイッチが前記開状態にあるように構成され、前記画像処理ユニットが、前記MOSCapの前記入力ノードにて蓄積した前記電荷を、高感度信号として前記出力から読み出すように構成され、
各単位セルの第4の動作モードにおいて、前記出力スイッチが前記出力を前記トランジスタに結合するように構成され、前記リセットスイッチが前記開状態にあるように構成され、前記画像処理ユニットが、前記MOSCap上に蓄積した前記電荷を、低感度信号として前記出力から読み出すように構成され、
各単位セルの第5の動作モードにおいて、前記リセットスイッチが前記MOSCapを前記リセット電圧に結合するように構成され、前記MOSCap上に蓄積した前記電荷が放電される、
請求項16に記載のイメージセンサ。 - 前記画像処理ユニットは、各単位セルから前記高感度信号及び前記低感度信号を受け取り、各単位セルからの前記低感度信号及び前記高感度信号のうちの何れの一方が、前記フォトダイオードに入射する前記光の強度を正確に表すかを決定し、且つ各単位セルからの前記低感度信号及び前記高感度信号のうちの前記一方に基づいて画像を生成する、ように構成される、請求項19に記載のイメージセンサ。
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