JP6078841B2 - 二重の集積時間および条件付選択を備えるイメージセンサ - Google Patents
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Description
−列導体上にある電位の第1のサンプルを読取回路の第1のコンデンサCs内に集めるために、読取回路内のスイッチKsに制御ノッチパルスshs1を印加し、この電位は第1の電荷の転送に由来し、よって第1の集積期間Ti1にわたるピクセルの照度に依拠する。
−ピクセルの行のトランジスタT2のゲートに第2の再初期化ノッチパルスRSTbを印加し、蓄積ノードの電位を固定値に再初期化し、次いで再初期化済み列電位を表す第2のサンプルを取るために読取回路内のスイッチKrに制御ノッチパルスshrを印加し、そのサンプルを読取回路の第2のサンプリングコンデンサCr内に蓄積する。
−ノッチパルスshrの終了後、仮変換(provisional conversion)と呼ぶことができるランプ型アナログ−デジタル変換器による操作が開始し、この時点ではデジタル値を集める必要はなく、第1の集積期間にわたり受け取る照度の閾値を超えることまたは超えないことを検証するための情報ビットだけを集めればよいので、この操作は部分的な変換操作しか伴わず、コンデンサのうちの1つ、例えばコンデンサCsの端子に第1の線形電圧ランプまたは仮ランプRMP1を適用し、その仮ランプは時点tconv1から時点t’conv1までの固定期間を有し、ランプの傾斜は固定されており(仮ランプの傾斜は、最終的なアナログ−デジタル変換中に役目を果たすランプの傾斜よりも急勾配とすることができ、より急な傾斜は、ランプの終了時に増幅器の入力上の電位レベルによって定められる閾値をより速く得ることを可能にする)、この固定期間の後、変換器の入力増幅器AMPはトグル式に切り換わっているか、またはトグル式に切り換わっておらず、トグル式に切り換わっている場合、照度レベルは低く、閾値を下回り、トグル式に切り換わっていない場合はレベルが閾値を上回っており、トグリングまたは非トグリングに関する情報はメモリ内、例えば信号SATを提供するフリップフロップ内に保持される。
−増幅器のトグリングに関するこの情報は、第3のサンプリングコマンドである制御shs2をその後適用することを可能にしまたは不能にする論理回路(ここではANDゲートおよびORゲート)への入力になり、照度レベルが高い(時点t’conv1より前に比較器がトグル式に切り換わっていない)場合、その後のサンプリングshs2を有効にせず、増幅器がトグル式に切り換わっている場合、サンプリングshs2を有効にする。
−その後、行のすべてのピクセルに関して第2の転送ノッチパルスTRbを転送トランジスタT1のゲートに印加し、フォトダイオードの中で期間Ti2にわたり集積される電荷が蓄積ノードNDまで波及し、期間Ti2はノッチパルスTRbの終わりに終了し、この第2の電荷転送の後、列導体の電位は蓄積ノードの新たな電位を(ゲート・ソース間電圧まで)たどる。
−時点t’conv1よりも後の第3のサンプリングコマンドshs2が、列導体の電位のサンプルをコンデンサCsの現在のコンテンツに代えてコンデンサCs内に入れ、この電位は、第2の集積期間Ti2の終了時における、フォトダイオードの電荷が波及した後の蓄積ノードのレベルに相当する。
−最後に、コンデンサCrのコンテンツとコンデンサCsのコンテンツとの差の最終的なアナログ−デジタル変換を実行し、後者のコンテンツは、信号shs2が生成されたかどうかに応じて第2の集積期間または第1の集積期間に由来する有用な信号に相当し、この最終的な変換ステップは時点tconv2においてゼロから再び始まり、コンデンサ内に蓄積された差動電圧を変換することを可能にするのに十分な期間を有する、最終的な線形電圧ランプRMP2を使って実行する。
Claims (8)
- 行および列単位で編成されるピクセル行列を含むアクティブピクセルを用いたイメージセンサであって、同一列の前記ピクセルは、それ自体が読取回路に連結される列導体(COL)に連結し、各ピクセルは、転送トランジスタ(T1)により蓄積ノードに連結されるフォトダイオード、および前記蓄積ノードを前記列導体に連結しまたは前記蓄積ノードを前記列導体から絶縁するための行選択トランジスタ(T5)から構成され、前記イメージセンサが、同一集積サイクル中におよびピクセルの電荷の読取中に、前記フォトダイオードから前記蓄積ノードへの2度の電荷転送を実行するための手段であって、第1の電荷転送は第1の集積期間(Ti1)の後に行い、第2の電荷転送は前記第1の集積期間とは異なる第2の集積期間(Ti2)の後に行う、電荷転送を実行するための手段と、前記第1の電荷転送後に前記列導体によって取られる電位レベルの第1のサンプリングを、前記読取回路の第1のサンプリングコンデンサ(Cs)内で行うための手段と、前記蓄積ノードを再初期化した後に前記列導体によって取られる前記電位レベルの第2のサンプリングを、前記読取回路の第2のコンデンサ(Cr)内で行うための手段と、前記第2の電荷転送後に前記列導体によって取られる電位レベルの第3の条件付サンプリングを第1のコンデンサ(Cs)内で行うための手段とを含み、前記読取回路は、前記2つのコンデンサに連結される差動増幅器と、前記2つのコンデンサの1つに線形電圧ランプを適用するための手段とを含むランプ型アナログ−デジタル変換器を含み、前記ランプの効果は、前記2つのコンデンサ内でサンプリングした電位に依拠する可変期間の後で前記増幅器をトグル式に切り換えさせるものである、イメージセンサにおいて、前記第1の電荷転送後に仮ランプ(RMP1)をまず適用し、前記第3の条件付サンプリングを有効にまたは無効にするために前記仮ランプの終了時における前記増幅器の出力の状態を使用し、その後、前記2つのコンデンサ内でサンプリングした電位間の差の最終的なアナログ−デジタル変換を行うために、前記第2の電荷転送後に最終的ランプ(RMP2)を適用するための手段を含むことを特徴とする、センサ。
- 前記最終的なアナログ−デジタル変換の結果に、前記より長い集積期間の前記より短い期間に対する比を乗算する必要性についての情報項目を提供するために、前記仮ランプの終了時における前記増幅器の前記出力の前記状態をメモリ内に保持することを特徴とする、請求項1に記載のセンサ。
- 前記仮ランプが前記最終的ランプよりも急な傾斜を有することを特徴とする、請求項1または2のいずれか一項に記載のセンサ。
- 前記第1の集積期間が前記第2の集積期間よりも短く、前記ランプが終了する前に前記増幅器がトグル式に切り換わることは、第3のサンプリングを施すことを可能にすることを特徴とする、請求項1に記載のセンサ。
- 前記仮ランプの開始時と終了時との間の電位変化が、前記最終的ランプの開始時と終了時との間の変化の小部分であるように前記仮ランプの前記期間を選択し、前記小部分は前記第1および第2の集積期間の前記比よりも低いかまたは前記比に等しいことを特徴とする、請求項4に記載のセンサ。
- 前記第1の集積期間が前記第2の集積期間よりも長く、前記増幅器のトグリングは、前記第3の条件付サンプリングを施すことを不能にす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センサ。
- 前記第1の電荷転送後の前記蓄積ノードの前記再初期化を、2つの異なる再初期化電位レベルを用いて、かつ前記第2のコンデンサ内で前記再初期化電位を都度サンプリングしながら2つのステップで行い、前記再初期化電位を2度サンプリングする間に前記仮ランプを適用することを特徴とする、請求項6に記載のセンサ。
- 前記列導体上の信号を条件付で増幅する増幅手段(PGA)を含み、前記条件は前記第3の条件付サンプリングの使用条件と同じであ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センサ。
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