JP6661841B2 - 撮像用途のための拡張高ダイナミックレンジ直接注入回路 - Google Patents
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- 受光に応答して光電流を生成するよう構成される光検出器と、
前記光検出器へ結合され、前記光電流に対応する電荷を蓄えるよう構成される第1積分キャパシタと、
前記光電流に対応する電荷を蓄えるよう構成される第2積分キャパシタと、
前記光検出器へ結合され、前記第1積分キャパシタを前記第2積分キャパシタへ選択的に結合し、前記第1積分キャパシタにかかる電圧が閾電圧レベルを超えることに応答して前記光電流を前記第2積分キャパシタへ迂回させるよう構成される電荷迂回スイッチと、
前記第1積分キャパシタ及び前記電荷迂回スイッチへ結合され、前記第1積分キャパシタに蓄えられている電荷に対応する前記第1積分キャパシタからの第1電圧サンプルを読み出し、前記第2積分キャパシタに蓄えられている電荷に対応する前記第2積分キャパシタからの第2電圧サンプルを読み出すよう構成されるリードアウト回路と、
前記電荷迂回スイッチ及び前記リードアウト回路へ結合される画像プロセッサと
を有し、
第1動作モードで、前記画像プロセッサは、前記第1電圧サンプルを前記画像プロセッサへ供給するように前記リードアウト回路を動作させるよう構成され、
第2動作モードで、前記画像プロセッサは、前記電荷迂回スイッチを閉じるよう動作させて前記第1積分キャパシタを前記第2積分キャパシタへ結合するよう、且つ、前記第2電圧サンプルを前記画像プロセッサへ供給するように前記リードアウト回路を動作させるよう構成され、
前記画像プロセッサは、前記第1電圧サンプル及び前記第2電圧サンプルを解析して、前記第1電圧サンプル及び前記第2電圧サンプルのうちのいずれか一方が無効であるかどうかを判定するよう更に構成される、ユニットセル回路。 - 前記電荷迂回スイッチはMOSFETであり、前記閾電圧レベルは、前記電荷迂回スイッチのゲートが受けるバイアス電圧によって定義される、
請求項1に記載のユニットセル回路。 - 前記第2積分キャパシタのキャパシタンス値は、前記第1積分キャパシタのキャパシタンス値よりも少なくとも20倍大きい、
請求項1に記載のユニットセル回路。 - 前記光検出器と前記第1積分キャパシタとの間に結合され、前記リードアウト回路が前記第1電圧サンプル及び前記第2電圧サンプルを読み出しているときに開くよう構成されるシャッタースイッチを更に有する
請求項1に記載のユニットセル回路。 - 前記画像プロセッサは、前記第1電圧サンプルが飽和した第1積分キャパシタを示すと特定することに応答して、前記第1電圧サンプルが無効であると決定するよう更に構成される、
請求項1に記載のユニットセル回路。 - 前記画像プロセッサは、前記第2電圧サンプルが実質的にリセットレベルにあると特定することに応答して、前記第2電圧サンプルが無効であると決定するよう更に構成される、
請求項1に記載のユニットセル回路。 - 前記リードアウト回路は、
前記第1積分キャパシタへ結合されるバッファと、
前記バッファ及び前記画像プロセッサへ結合される行イネーブルスイッチと
を有し、
前記第1動作モード及び前記第2動作モードで、前記画像プロセッサは、前記バッファを前記画像プロセッサへ結合するように前記行イネーブルスイッチを動作させるよう更に構成される、
請求項1に記載のユニットセル回路。 - 前記リードアウト回路は、
前記第1積分キャパシタへ結合される第1シャッタースイッチと、
前記第1シャッタースイッチへ選択的に結合される第1シャッターキャパシタと、
前記第1シャッターキャパシタへ結合される第1バッファと、
前記第1バッファへ結合される第1行イネーブルスイッチと
を有し、
前記第1動作モードで、前記画像プロセッサは、前記第1電圧サンプルが前記第1シャッターキャパシタで保持されるように前記第1シャッタースイッチを開くよう動作させるよう更に構成される、
請求項1に記載のユニットセル回路。 - 前記リードアウト回路は、
前記第1積分キャパシタへ結合される第2シャッタースイッチと、
前記第2シャッタースイッチへ選択的に結合される第2シャッターキャパシタと、
前記第2シャッターキャパシタへ結合される第2バッファと、
前記第2バッファへ結合される第2行イネーブルスイッチと
を有し、
前記第2動作モードで、前記画像プロセッサは、前記第2電圧サンプルが前記第2シャッターキャパシタで保持されるように前記第2シャッタースイッチを開くよう動作させるよう更に構成される、
請求項8に記載のユニットセル回路。 - 前記第1動作モードで、前記画像プロセッサは、前記第1バッファを前記画像プロセッサへ結合するように前記第1行イネーブルスイッチを動作させるよう更に構成され、
前記第2動作モードで、前記画像プロセッサは、前記第2バッファを前記画像プロセッサへ結合するように前記第2行イネーブルスイッチを動作させるよう更に構成される、
請求項9に記載のユニットセル回路。 - 光検出器と、該光検出器へ結合される第1積分キャパシタと、前記光検出器へ結合される電荷迂回スイッチと、該電荷迂回スイッチへ結合される第2積分キャパシタと、前記第1積分キャパシタ及び前記電荷迂回スイッチへ結合されるリードアウト回路とを有するユニットセル回路の作動方法であって、
前記光検出器によって、受光に応答して光電流を生成することと、
前記光電流に対応する電荷を前記第1積分キャパシタで蓄えることと、
前記電荷迂回スイッチにより、前記第1積分キャパシタにかかる電圧が閾電圧レベルを超えることに応答して前記光電流を前記第2積分キャパシタへ迂回させることと、
第1動作モードで、前記第1積分キャパシタに蓄えられている電荷に対応する前記第1積分キャパシタからの第1電圧サンプルを読み出すことと、
第2動作モードで、前記第2積分キャパシタと並列に前記第1積分キャパシタを結合することと、
前記第2動作モードで、前記第2積分キャパシタに蓄えられている電荷に対応する前記第2積分キャパシタからの第2電圧サンプルを読み出すことと、
前記第1電圧サンプル及び前記第2電圧サンプルのうちのいずれか一方が無効であるかどうかを判定するよう前記第1電圧サンプル及び前記第2電圧サンプルを解析することと
を有する方法。 - 前記電荷迂回スイッチによりバイアス電圧を受けることを更に有し、
前記第1積分キャパシタにかかる電圧が閾電圧レベルを超えることに応答して前記光電流を前記第1積分キャパシタから前記第2積分キャパシタへ迂回させることは、前記第1積分キャパシタにかかる前記電圧が前記バイアス電圧を超えることに応答して前記光電流を前記第1積分キャパシタから前記第2積分キャパシタへ迂回させることを含む、
請求項11に記載の方法。 - シャッタースイッチにより、前記第1動作モード及び前記第2動作モードで、前記光検出器を前記第1積分キャパシタ及び前記電荷迂回スイッチから切り離すことを更に有する
請求項11に記載の方法。 - 解析することは、
前記第1電圧サンプルが飽和した第1積分キャパシタを示すと特定することに応答して、前記第1電圧サンプルが無効であると決定することと、
前記第2電圧サンプルが実質的にリセットレベルにあると特定することに応答して、前記第2電圧サンプルが無効であると決定することと
を有する、
請求項11に記載の方法。 - 画像プロセッサと、
前記画像プロセッサへ結合され、アレイにおいて構成される複数のユニットセルと
を有し、
夫々のユニットセルは、
受光に応答して光電流を生成するよう構成される光検出器と、
前記光検出器へ結合され、前記光電流に対応する電荷を蓄えるよう構成される第1積分キャパシタと、
前記光電流に対応する電荷を蓄えるよう構成される第2積分キャパシタと、
前記光検出器へ結合され、前記第1積分キャパシタを前記第2積分キャパシタへ選択的に結合し、前記第1積分キャパシタにかかる電圧が閾電圧レベルを超えることに応答して前記光電流を前記第2積分キャパシタへ迂回させるよう構成される電荷迂回スイッチと、
第1動作モードで前記第1積分キャパシタから前記画像プロセッサへスモールウェル電圧サンプルを読み出し、第2動作モードで前記第2積分キャパシタから前記画像プロセッサへラージウェル電圧サンプルを読み出す手段と
を有し、
前記画像プロセッサは、夫々のユニットセルからの前記スモールウェル電圧サンプル及び前記ラージウェル電圧サンプルを解析して、夫々のユニットセルからの前記スモールウェル電圧サンプル及び前記ラージウェル電圧サンプルのうちのいずれか一方が無効であるかどうかを判定するよう更に構成される、
画像センサ。 - 前記画像プロセッサは、夫々のユニットセルの前記スモールウェル電圧サンプル及び前記ラージウェル電圧サンプルの前記解析に基づき、夫々のユニットセルからの前記スモールウェル電圧サンプル及び前記ラージウェル電圧サンプルのうちの少なくとも一方に基づくデジタル画像を生成するよう更に構成される、
請求項15に記載の画像センサ。
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