JP6321182B2 - 一定の電圧でバイアスされたフォトダイオードを有する画素回路及び関連する撮像方法 - Google Patents
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Description
本出願は、参照により明細書に組込まれる、2013年9月11日に出願された米国仮出願番号第61/876,226号(代理人整理番号124‐0015‐US‐PRO)の利益を主張するものである。
Claims (14)
- 複数の画素回路を備える画素アレイを有する画像システムであって、各画素回路が、
光または放射線に応答して電荷を発生させるように構成されるフォトダイオードと、
前記フォトダイオードにより発生される前記電荷を排出するように、バイアス信号によって変調されるバイアス回路のバイアス電流によって前記フォトダイオードの両端に一定のバイアス電圧を提供するように構成されるバイアス回路と、
前記バイアス回路により排出された前記電荷を蓄積し、当該蓄積された電荷を対応する出力電圧に変換するように構成される第1の電荷‐電圧変換器と
を含む、画像システム。 - 請求項1に記載の画像システムであって、前記各画素回路が、
前記出力電圧を検出し、前記出力電圧が閾値電圧を超えることに応答して、前記フォトダイオードにより発生される前記電荷を蓄積するように、第2の電荷‐電圧変換器を提供するように構成される利得スイッチング回路をさらに含む、前記画像システム。 - 請求項2に記載の画像システムであって、
前記利得スイッチング回路が、
前記出力電圧と前記閾値電圧の差に従って選択信号を発生させるように構成される電圧比較器と、
前記選択信号の論理レベルと関連したラッチ信号を発生させるように構成される選択回路と
を含み、
前記第2の電荷‐電圧変換器が、前記ラッチ信号に基づいて、選択的に前記第1の電荷‐電圧変換器と並列に結合される、前記画像システム。 - 請求項1に記載の画像システムであって、
前記第1の電荷‐電圧変換器が、
前記フォトダイオードのカソードに結合された第1の端部と、
前記出力電圧を出力するための第2の端部と
を含み、
前記バイアス回路が、
演算増幅器であって、
非反転入力端部と、
前記フォトダイオードの前記カソードに結合された反転入力端部と、
前記第1の電荷‐電圧変換器の前記第2の端部に結合された出力端部と、を備える、前記演算増幅器と、
前記一定のバイアス電圧を提供するように、前記フォトダイオードのアノードと前記演算増幅器の前記非反転入力端部との間に結合された電圧源と、
を含む、前記画像システム。 - 請求項1に記載の画像システムであって、
前記第1の電荷‐電圧変換器が、
前記フォトダイオードのアノードに結合された第1の端部と、
前記出力電圧を出力するための第2の端部と、を含み、
前記バイアス回路が、
第1のトランジスタであって、
前記フォトダイオードのカソードに結合された第1の端部と、
第2の端部と、
制御端部と、を備える、前記第1のトランジスタと、
第2のトランジスタであって、
第1の端部と、
前記第1のトランジスタの前記制御端部に結合された第2の端部と、
前記第1のトランジスタの前記制御端部に結合された制御端部と、を備える、前記第2のトランジスタと、
第3のトランジスタであって、
第1の端部と、
前記第1のトランジスタの前記第2の端部に結合された第2の端部と、
前記第1のトランジスタの前記第2の端部に結合された制御端部と、を備える、前記第3のトランジスタと、
第4のトランジスタであって、
前記第3のトランジスタの前記第1の端部に結合された第1の端部と、
前記第1のトランジスタの前記制御端部に結合された第2の端部と、
前記第1のトランジスタの前記第2の端部に結合された制御端部と、を備える、前記第4のトランジスタと、
第5のトランジスタであって、
前記第3のトランジスタの前記第1の端部に結合された第1の端部と、
前記第1の電荷‐電圧変換器の前記第2の端部に結合された第2の端部と、
前記第1のトランジスタの前記第2の端部に結合された制御端部と、を備える、前記第5のトランジスタと、
前記一定のバイアス電圧を提供するように、前記フォトダイオードの前記アノードと前記第2のトランジスタの前記第1の端部との間に結合された電圧源と、
を含む、前記画像システム。 - 請求項1に記載の画像システムであって、前記各画素回路が、
前記第1の電荷‐電圧変換器の第2の端部をデータラインに選択的に結合する第1のスイッチと、
前記第1の電荷‐電圧変換器をリセットする第2のスイッチと
をさらに含む、前記画像システム。 - 請求項1に記載の画像システムであって、
第1の処理回路であって、
第1の画素回路における前記第1の電荷‐電圧変換器をリセットする前に、前記複数の前記画素回路の中の第1の画素回路における第1の電荷‐電圧変換器により発生される出力電圧を読み出すことにより、第1の信号サンプルを取得し、
第2の画素回路における前記第1の電荷‐電圧変換器をリセットする前に、前記複数の前記画素回路の中の第2の画素回路における第1の電荷‐電圧変換器により発生される出力電圧を読み出すことにより、第2の信号サンプルを取得するように構成される、前記第1の処理回路と、
第2の処理回路であって、
前記第1の画素回路における前記第1の電荷‐電圧変換器をリセットした後に、前記第1の画素回路における前記第1の電荷‐電圧変換器により発生される前記出力電圧を読み出すことにより、第1のリセットサンプルを取得し、
前記第2の画素回路における前記第1の電荷‐電圧変換器をリセットした後に、前記第2の画素回路における前記第1の電荷‐電圧変換器により発生される前記出力電圧を読み出すことにより、第2のリセットサンプルを取得するように構成される、前記第2の処理回路と
をさらに含み、
前記第1の画素回路が、前記画素アレイのm番目の行及びn番目の列に配列され、m及びnは正の整数であり、
前記第2の画素回路が、前記画素アレイの(m+1)番目の行及び前記n番目の列に配列される、前記画像システム。 - 請求項7に記載の画像システムであって、前記第1のリセットサンプル及び前記第2の信号サンプルが同時に取得される、前記画像システム。
- 請求項1に記載の画像システムであって、前記第1の電荷‐電圧変換器が線形平板コンデンサである、前記画像システム。
- 請求項1に記載の画像システムであって、前記一定のバイアス電圧がゼロである、前記画像システム。
- 撮像方法であって、
リセット期間、画像取得期間または読み出し期間の間に、光または放射線に応答してフォトダイオードにより発生される電荷を排出するように、前記フォトダイオードの両端に確立される電圧を、バイアス回路を用いて一定の値に維持することと、
バイアス信号を用いて前記画像取得期間及び前記読み出し期間又は前記リセット期間の間に2つのバイアス電流間で変調することと、
前記画像取得期間の間に、第1の電荷‐電圧変換器における前記フォトダイオードから排出された前記電荷を蓄積して、前記蓄積された電荷を対応する出力電圧に変換することと、
前記画像取得期間の後の前記読み出し期間の間に、前記出力電圧を読み出すことにより信号サンプルを取得すること、を含み、前記信号サンプルの電圧が、前記画像取得期間の間に前記第1の電荷‐電圧変換器内に蓄積される前記電荷と関連する、撮像方法。 - 請求項11に記載の撮像方法であって、
前記リセット期間の間であり、且つ前記画像取得期間の前に、前記第1の電荷‐電圧変換器をリセットすることと、
前記リセット期間の間に、前記第1の電荷‐電圧変換器内に蓄積される電荷と関連したリセットサンプルを取得することと、
前記画像取得期間の間に、前記信号サンプルの電圧及び前記リセットサンプルの電圧に基づいて、前記フォトダイオードにより発生される前記電荷と関連した映像信号を発生させること
をさらに含む、前記撮像方法。 - 請求項12に記載の撮像方法であって、前記映像信号が、前記リセットサンプルにより減算された前記信号サンプルと関連する、前記撮像方法。
- 請求項11に記載の撮像方法であって、
前記画像取得期間の間に、前記フォトダイオードの両端に確立される前記電圧を前記一定の値に維持するように、第1のバイアス電流を使用して前記バイアス回路を動作させることと、
前記リセット期間または前記読み出し期間の間に、前記フォトダイオードの両端に確立される前記電圧を前記一定の値に維持するように、第2のバイアス電流を使用して前記バイアス回路を動作させること、をさらに含み、前記第1のバイアス電流が前記第2のバイアス電流よりも小さい、前記撮像方法。
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