JP2021526326A - 構成可能な画像センサー - Google Patents
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Abstract
Description
本特許出願は、その全体がすべての目的のために参照により本明細書に組み込まれる、2018年6月11日に出願された、「SINGLE FRAME MULTIPLE SAMPLING WITH MULTI−MODE DIGITAL PIXEL SENSOR」と題する米国仮特許出願第62/683,563号、および2019年6月10日に出願された、「CONFIGURABLE IMAGE SENSOR」と題する米国特許出願第16/436,137号の優先権を主張する。
Claims (20)
- フォトダイオードと、
フローティングドレインを含む電荷貯蔵ユニットと、
量子化器と、
コントローラと
を備える装置であって、前記コントローラは、
プログラミングデータを受け取ることと、
前記プログラミングデータに基づいて、フローティングドレインを含む前記電荷貯蔵ユニットが前記フォトダイオードから受け取られた電荷を蓄積する積分期間、または前記フォトダイオードから受け取られた前記電荷をサンプリングする回数のうちの少なくとも1つを決定することと、
前記フォトダイオードが、残留電荷を蓄積し、前記フォトダイオードが飽和した後に前記電荷貯蔵ユニットにオーバーフロー電荷を送ることを可能にすることと、
前記積分期間内に前記フォトダイオードから受け取られた前記オーバーフロー電荷の少なくとも一部を蓄積するように前記電荷貯蔵ユニットを制御することと、
前記量子化器を制御することであって、
前記回数、前記オーバーフロー電荷の前記少なくとも一部または前記残留電荷をサンプリングして前記回数の数のサンプルを取得することと、
前記数のサンプルを量子化して前記数の量子化結果を生成することと
を行うように、前記量子化器を制御することと
を行うように構成された、
装置。 - 前記コントローラは、
第1の時間において、前記フォトダイオードが前記残留電荷を蓄積することを開始することを可能にすることと、
リセット状態から前記電荷貯蔵ユニットを解放することを前記第1の時間の後の第2の時間において開始することと、
前記第2の時間の後の第3の時間において前記電荷貯蔵ユニットをリセットすることと
を行うように構成され、
前記コントローラが、前記プログラミングデータに基づいて前記第2の時間または前記第3の時間のうちの少なくとも1つを設定するように構成された、
請求項1に記載の装置。 - 前記積分期間が、第1の積分期間であり、前記第2の時間において開始し、
前記フォトダイオードの第2の積分期間が前記第1の時間において開始する、
請求項2に記載の装置。 - 前記フォトダイオードと第1の電荷シンクとの間に結合されたシャッタースイッチと、
前記電荷貯蔵ユニットと第2の電荷シンクとの間に結合されたリセットスイッチと
をさらに備える、請求項3に記載の装置。 - 前記コントローラが、
前記第1の時間において、前記第2の積分期間を開始するために前記シャッタースイッチを無効化することと、
前記第2の時間において、前記第1の積分期間を開始するために前記リセットスイッチを無効化することと、
前記第3の時間において、前記第1の積分期間を停止するために前記リセットスイッチを有効化することと
を行うように構成された、
請求項4に記載の装置。 - 前記フォトダイオードと前記電荷貯蔵ユニットとの間に結合された転送スイッチをさらに備え、前記転送スイッチが、ゲートと、前記電荷貯蔵ユニットのフローティングドレイン領域とを備え、
前記コントローラは、前記フォトダイオードが前記残留電荷を貯蔵することを可能にするために、前記第1の積分期間および前記第2の積分期間内に、前記転送スイッチのゲートに第1の制御信号を送ることと、
前記第1の積分期間内に、前記電荷貯蔵ユニットにおいて蓄積された前記オーバーフロー電荷の前記少なくとも一部の第1の数のサンプルを量子化するように前記量子化器を制御することとを行うように構成された、
請求項5に記載の装置。 - 前記コントローラは、前記第3の時間の後に、
前記リセットスイッチを無効化することと、
前記残留電荷を前記フォトダイオードから前記電荷貯蔵ユニットに転送するために、前記転送スイッチの前記ゲートに第2の制御信号を送ることと、
前記第1の積分期間と前記第2の積分期間の両方を停止するために、前記シャッタースイッチを有効化することと、
前記第1の積分期間および前記第2の積分期間が終了した後に、前記電荷貯蔵ユニットにおいて蓄積された前記残留電荷を量子化するように前記量子化器を制御することと
を行うように構成された、請求項6に記載の装置。 - 前記量子化器が、比較器と、カウンタと、メモリとを備え、
前記コントローラが、
開始カウント値からカウントすることを開始するように前記カウンタを制御することと、
前記電荷貯蔵ユニットにおける電圧を1つまたは複数のしきい値と比較して、比較結果を生成するように前記比較器を制御することと、
前記比較結果に基づいて、前記電圧のサンプルの量子化結果として前記カウンタからのカウント値を記憶するように前記メモリを制御することと
を含む量子化動作を実施するように構成された、請求項1に記載の装置。 - 前記コントローラが、前記数の前記量子化結果を生成するために前記プログラミングデータに基づいて前記数の量子化動作を実施するように構成された、請求項8に記載の装置。
- 前記コントローラが、前記数の量子化動作の各々において、前記電圧をランピングしきい値と比較して、前記電荷貯蔵ユニットにおいて貯蔵された前記オーバーフロー電荷の量または前記残留電荷の量を決定するように前記比較器を制御するように構成された、請求項9に記載の装置。
- 前記コントローラが、前記数の量子化結果の間の変化レートに基づいて、前記フォトダイオードによって受け取られた入射光の強度を表す出力を生成するように構成された、請求項10に記載の装置。
- 前記コントローラが、
前記数の量子化結果の第1のサブセットの間の第1の変化レートを決定することと、
前記数の量子化結果の第2のサブセットの間の第2の変化レートを決定することと、
前記第1の変化レートと前記第2の変化レートとの間の関係に基づいて、前記第1の変化レートに基づく前記出力を生成することと
を行うように構成された、請求項11に記載の装置。 - 前記コントローラは、
前記関係に基づいて、前記数の量子化結果の前記第2のサブセットによって表された前記電圧の前記サンプルが取得されたとき、前記電荷貯蔵ユニットが飽和されたと決定することと、
前記決定に基づいて、前記第1の変化レートに基づく前記出力を生成することと
を行うように構成された、請求項12に記載の装置。 - 前記コントローラが、
前記数の量子化動作の各々において、前記電荷貯蔵ユニットをリセットすることと、
前記数の量子化結果の平均に基づいて、前記フォトダイオードによって受け取られた入射光の強度を表す出力を生成することと
を行うように構成された、請求項10に記載の装置。 - 前記コントローラが、前記数の量子化動作の各々において、前記電圧を静的しきい値と比較するように前記比較器を制御するように構成され、
前記数の量子化結果の各々は、前記電荷貯蔵ユニットが前記オーバーフロー電荷によって飽和される時間を表す、請求項14に記載の装置。 - 前記コントローラが、前記オーバーフロー電荷の前記少なくとも一部を量子化するために前記第1の積分期間内に前記数の量子化動作を実施するように構成された、請求項10に記載の装置。
- 前記コントローラが、前記残留電荷を量子化するために前記第2の積分期間内に前記数の量子化動作を実施するように構成された、請求項10に記載の装置。
- プログラミングデータを受け取ることと、
前記プログラミングデータに基づいて、フローティングドレインを含む電荷貯蔵ユニットがフォトダイオードから受け取られた電荷を蓄積する積分期間、または前記電荷をサンプリングする回数のうちの少なくとも1つを決定することと、
前記フォトダイオードが、残留電荷を蓄積し、前記フォトダイオードが飽和した後に前記電荷貯蔵ユニットにオーバーフロー電荷を送ることを可能にすることと、
前記積分期間内に前記フォトダイオードから受け取られた前記オーバーフロー電荷の少なくとも一部を蓄積するように前記電荷貯蔵ユニットを制御することと、
前記回数、前記オーバーフロー電荷の前記少なくとも一部または前記残留電荷をサンプリングして前記回数の数のサンプルを取得するように量子化器を制御することと、
前記数のサンプルを量子化して前記数の量子化結果を生成するように前記量子化器を制御することと
を含む、方法。 - 第1の時間において、前記フォトダイオードが前記オーバーフロー電荷を蓄積することを開始することを可能にすることと、
リセット状態から前記電荷貯蔵ユニットを解放することを前記第1の時間の後の第2の時間において開始することと、
前記第2の時間の後の第3の時間において前記電荷貯蔵ユニットをリセットすることと
をさらに含み、
前記積分期間の持続時間が、前記第2の時間または前記第3の時間のうちの少なくとも1つに基づいて設定される、
請求項18に記載の方法。 - 前記数の量子化プロセスを実施することであって、前記量子化プロセスの各々が、
開始カウント値からカウントすることを開始するようにカウンタを制御することと、
前記電荷貯蔵ユニットにおける電圧を1つまたは複数のしきい値と比較して、比較結果を生成するように比較器を制御することと、
前記比較結果に基づいて、前記電圧のサンプルの量子化結果として前記カウンタからのカウント値を記憶するようにメモリを制御することと
を含む、前記数の量子化プロセスを実施すること
をさらに含む、請求項18に記載の方法。
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