JP2021528898A - 画像センサ - Google Patents
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Abstract
Description
国際公開第2008/138543号は、ピクセルが複数のインターリーブされたピクセルサブセットにグループ化されている画像キャプチャデバイスを記載している。デバイスは、各ピクセルサブセットを順番に使用することによって、複数の時間的に分離された低解像度画像をキャプチャするように構成され、ピクセルサブセットは、例えば、連続的に動画として見ることができる。この技法は、一般的にG.Bub et al.,Nature Methods 7,209−211(2010)により記載されており、当該文献において、これは時間ピクセル多重化と呼ばれている。
したがって、本発明は、転送が実行されるために列サンプル信号と行サンプル信号の両方がアクティブである必要があるように構成されている、露光信号をピクセルのストレージノードに読み出すために列サンプル信号と行サンプル信号の両方を各ピクセルに提供することができる、アクティブピクセル画像センサデバイスを提供する。これは、ストレージノードの前に、例えば、センスノード、緩衝増幅器、および/またはストレージノードに露光信号を提供するために使用される他の要素の後に、直列の行サンプルスイッチと列サンプルスイッチを使用して実装することができる。好ましくは、直列においてストレージノードに最も近いサンプルスイッチは、転送の終わりに、対応する信号を非アクティブ状態に設定することによって最初にオフにされ、それによって、直列においてストレージノードから最も遠いサンプルスイッチがオフにされる前に、ストレージノードへの信号の書き込みが終了する。その結果、列サンプル信号および行サンプル信号以上にさらなるシャッタ信号は必要ない。
次に、本発明の実施形態が、例としてのみ、添付の図面を参照しながら説明される。
ここで図2を参照すると、本発明を具体化する複数のピクセル12を備えるアクティブピクセル画像センサデバイス10が概略的に示されている。特に、デバイスは、少なくとも部分的にCMOSプロセスを使用して製造されたCMOSデバイスまたは集積回路であり得る。
Claims (23)
- 装置であって、
行および列に構成されている複数のピクセル、各々が異なる列のピクセルに接続されている複数の列サンプルライン、ならびに、各々が異なる行のピクセルに接続された複数の行サンプルラインを備え、
各ピクセルは、
積分期間中に前記ピクセルに入射する放射を表す露光信号を生成するように構成されているフォトセンサと、
前記フォトダイオードから前記露光信号を受信するように構成されているセンスノードと、
前記センスノードから前記露光信号を受信するように構成されている緩衝増幅器と、
前記緩衝増幅器から出力される前記露光信号を記憶するように構成されているストレージノードと、
前記緩衝増幅器と前記ストレージノードとの間に配置され、前記露光信号が前記ストレージノードに渡されるか否かを選択するように構成されているサンプル段と、
前記ピクセルからの前記露光信号の読み出しを可能にするように構成されている読み出し段とを備え、
各ピクセルの前記サンプル段は、
前記ピクセルの前記緩衝増幅器と前記ストレージノードとの間で直列にされる第1のサンプルスイッチおよび第2のサンプルスイッチを備え、前記第1のサンプルスイッチは、前記ピクセルの前記列サンプルラインに接続されており、前記第2のサンプルスイッチは、前記ピクセルの前記行サンプルラインに接続されており、これにより、前記露光信号は、前記列サンプルラインの列選択信号と前記行サンプルラインの行選択信号の両方がアクティブであるときにのみ前記ストレージノードに渡される、装置。 - 各ピクセルは、前記センスノードに接続されたリセット構造をさらに備え、前記リセット構造は、前記ピクセルへのリセット信号がアクティブであるときに前記フォトセンサおよび前記センスノードをリセットするように構成されている、請求項1に記載の装置。
- 複数のリセットラインをさらに備え、各リセットラインは異なる行のピクセルに接続されており、各ピクセルについて、直列において前記ストレージノードに最も近いサンプルスイッチが前記行サンプルラインに接続され、直列において前記緩衝増幅器に最も近いサンプルスイッチが、前記列サンプルラインに接続されている、請求項2に記載の装置。
- 各ピクセルの前記フォトセンサが、部分的にピン留めされたフォトダイオードである、先行する請求項のいずれか1項に記載の装置。
- 各ピクセルの前記緩衝増幅器は、前記センスノードにおける前記露光信号に応答するソースフォロワとして構成されているトランジスタを備え、前記第1のサンプルスイッチおよび前記第2のサンプルスイッチは、前記緩衝増幅器の出力と前記ストレージノードとの間にある直列のトランジスタである、先行する請求項のいずれか1項に記載の装置。
- 各ピクセルの前記緩衝増幅器は、前記ピクセル内のバイアス構造によってバイアス電流を与えられ、前記バイアス構造は、前記ピクセルの外部からのバイアスオン信号によってアクティブ化されたときに前記緩衝増幅器への前記バイアス電流をオンにするように構成されているバイアススイッチを含む、先行する請求項のいずれか1項に記載の装置。
- 各ピクセルの前記バイアス構造が、前記ピクセルの前記緩衝増幅器に前記バイアス電流を提供するために、前記ピクセルの外部の対応するトランジスタに接続されたカレントミラーを形成するバイアストランジスタを含む、請求項6に記載の装置。
- 各ピクセルの前記ストレージノードはNMOSキャパシタ、MIMキャパシタ、および金属フリンジキャパシタのうちの1つまたは複数を含む、先行する請求項のいずれか1項に記載の装置。
- 前記緩衝増幅器から出力される前記露光信号を記憶するように構成されている第2のストレージノードと、前記緩衝増幅器と前記第2のストレージノードの間に配置され、前記露光信号が前記第2のストレージノードに渡されるか否かを選択するように構成されている第2のサンプル段とをさらに備え、前記読み出し段は、前記ストレージノードと前記第2のストレージノードの両方からの前記露光信号を前記ピクセルから読み出すことを可能にするように構成されている、先行する請求項のいずれか1項に記載の装置。
- 前記装置は、前記ピクセルが前記ピクセルの複数の相互に排他的なサブセットを含むように構成されており、前記列選択信号および前記行選択信号を生成し、ならびに、請求項2に従属する場合は前記リセット信号をも生成するように構成されており、これにより、前記ストレージノードからの読み出しに関して前記露光信号が各サブセットの前記ピクセルについて異なる積分期間を表す、先行する請求項のいずれか1項に記載の装置。
- 前記緩衝増幅器から前記ストレージノードへの前記露光信号の転送が、前記サブセットの各々のすべてのピクセルについて実質的に同時に、しかしサブセットごとに異なる時間に停止するように、前記列選択信号および前記行選択信号を生成するように構成されている、請求項10に記載の装置。
- 前記ピクセルのサブセットの積分期間が重複しないように構成されている、請求項10または11に記載の装置。
- ピクセルの各サブセットが他のサブセットの各々とインターリーブされるように構成されている、請求項10〜12のいずれか1項に記載の装置。
- ピクセルの各サブセットが、実質的に前記複数のピクセルの全体にわたって延在する、請求項10〜13のいずれか1項に記載の装置。
- 前記緩衝増幅器から前記ストレージノードへの各ピクセルの前記露光信号の転送が、前記列選択信号が非アクティブになる前に前記行選択信号が非アクティブになることによって停止するように構成されている、請求項10〜14のいずれか1項に記載の装置。
- 前記露光信号の前記ピクセルからの読み出しが、前記ピクセルのすべてのサブセットの前記露光信号がそれぞれの前記ストレージノードに転送されるまで延期されるように構成されている、請求項10〜15のいずれか1項に記載の装置。
- 少なくとも、ピクセルを選択するための前記列選択および前記行選択信号がアクティブであるときに、ピクセルの前記バイアスオン信号が前記ピクセルに対してアクティブになるように構成されている、請求項5〜16のいずれか1項に記載の装置。
- 前記装置の動作中に、前記バイアスオン信号が前記ピクセルの少なくとも3分の1に対して、常に非アクティブであるように構成されている、請求項17に記載の装置。
- 行および列に構成されている複数のピクセルを含むアクティブピクセルセンサを動作させる方法であって、各ピクセルは、フォトセンサから露光信号を受信するように構成されているセンスノードと、前記露光信号を記憶するためのストレージノードとの間の直列の第1のスイッチおよび第2のスイッチを備え、前記方法は、
前記ピクセルの複数の相互に排他的なサブセットを規定することと、
各サブセットについて、前記サブセットのすべてのピクセルからの前記露光信号が、実質的に同じ積分期間終了時点において前記ピクセルのそれぞれの前記ストレージノードに転送されるように、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチを制御することであって、各サブセットの前記積分期間終了時点は異なる、制御することと、
すべての前記サブセットの前記積分期間終了時点の後にのみ、各前記サブセットの前記露光信号を読み出すこととを含む、方法。 - ピクセルの各列の前記第1のスイッチは、制御のために対応する列サンプルラインに共通に接続されており、ピクセルの各行の前記第2のスイッチは、制御のために対応する行サンプルラインに共通に接続されている、請求項19に記載の方法。
- 前記アクティブピクセルセンサが複数のリセットラインをさらに含み、ピクセルの各行がリセットのために対応するリセットラインに共通に接続されており、直列において前記ストレージノードに最も近い各ピクセルの直列スイッチが前記ピクセルの前記行サンプルラインに接続され、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチを制御することは、前記ストレージノードから最も遠い直列スイッチをオフにする前に、直列において前記ストレージノードに最も近い直列スイッチをオフにすることによって、各ピクセルの前記積分終了時間を規定することを含む、請求項20に記載の方法。
- 前記ピクセルの前記サブセットがインターリーブされている、請求項19〜21のいずれか1項に記載の方法。
- 一連の連続する画像フレームを形成することをさらに含み、各画像フレームは、前記ピクセルのサブセットのうちの異なる1つから前記読み出される露光信号を使用して形成される、請求項19〜22のいずれか1項に記載の方法。
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