CN102379120A - 低功耗矩阵传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种包括多个与各自像素关联的单个检测结构(1ij)的图像矩阵传感器，每一单个检测结构(1ij)包括：光电二极管(3ij)，所述光电二极管在太阳能电池模式下具有至少一个工作范围；第一放大器级(4ij)，所述第一放大器级被持久供电并将取决于落入所述范围内的所述光电二极管(3ij)的电压的电压作为输入接收；以及第二放大器级(5ij)，所述第二放大器级连接到所述第一放大器级(4ij)的输出，且根据所述第一放大器级的所述输出是否被读取而以不同的方式被供电。
Description
技术领域
本发明的目的是一种包括多个与各自的像素关联的单个检测结构的矩阵式图像传感器。
背景技术
对于保存待观察的场景的所有信息，这样的传感器的动态范围是决定性的。在可见光谱中，亮度的时空分布可以大于120dB，因此远远超过传统的图像传感器上能够得到的动态范围。
这些传统的传感器采用线性光电转换定律，其工作动态范围由该传感器输出端的视频信号的最大幅度和噪声级同时限制。
EP1271930公开了其分辨率可以改变的传感器。在光电二极管的太阳能电池模式中，无操作。
已知用于提高图像传感器的工作动态范围的大量解决方法。
例如，专利EP1354360公开了与具有对数响应和良好图像质量的像素关联的CMOS单个检测结构。但是该单个检测结构表现出两个结构缺陷：当大量该结构组装在一矩阵内以制造传感器时，电功耗大；以及在强烈地逐点并局部照射待观察的场景时，在该传感器上形成的图像上出现黑列。
根据专利EP1354360的单个检测结构1ij示在图1中。该结构1ij包括光伏模式(即对应于光电二极管在光照下产生电压的太阳能电池模式)的光电二极管3ij，该光伏模式由具有无限连续阻抗的放大器级4ij读取，该放大器级4ij包括两个MOS晶体管41ij和42ij，放大器级4ij的输出通过选择MOS晶体管6ij连接到读取总线7j。该结构还包括开关8ij，其闭合时能够使光电二极管3ij短路，如专利EP1354360中所述。
为了确保光电二极管在光伏模式下工作稳定，放大器级4ij必须保持可持久操作，该放大器级的动态供电在高阻抗状态的光电二极管3ij上产生不可接受的开关噪声。
当根据图1的检测结构1ij根据尺寸例如大于768x576像素(这是欧洲的标准TV分辨率)的矩阵组装时，对该矩阵的每一单个检测结构1ij的放大器级4ij持久加偏压所需的电功耗可能达到这样的值：对借助于这样的矩阵产生的图像传感器的操作有不良后果。
如图2中所示，包括大量检测结构1ij的矩阵能够在读取总线7j上呈现出大值的寄生电容71，且这可能在每一单个检测结构1ij的放大器级4ij中需要较大的偏置电流。例如，该偏置电流约为1μA，对于1000x1000像素的矩阵而言，其对应于1A的全局电流。这样的电功耗可以引起传感器制造困难并导致集成有传感器的微芯片过热，因此增大了光电二极管中的无照电流并使传感器的光电性能降低。
利用根据图1的结构制造的图像传感器的另一缺点由以下证实：当传感器获得其中存在非常密集的点光源的场景的图像时，在该传感器上形成的图像中有出现黑列的风险，这些黑列对应于信号无法被读取的像素。
如图3中所示，当点光源照射到根据图1的检测结构1ij的子集上时，该光源使放大器级4ij的输出和读取总线之间的选择晶体管6ij的漏极和源极中出现很大的光电电流Ipp，该电流Ipp对应于在晶体管6ij的漏极和接地端之间以及晶体管6ij的源极和接地端之间出现寄生光电二极管61。当该光电电流Ipp相对于放大器级4ij的偏置电流足够大时，在读取总线7j上无法进行读取与单个检测结构1ij的关联的任何信号，因此导致在形成的图像上出现黑斑点。了解到，读取总线7j由与同一列的像素关联的整组检测结构共用，这在该传感器上形成的图像中产生黑列。
而且，专利EP1354360中公开的单个检测结构在紧凑度方面可能不是最优的，因为其一方面需要放大器级4ij的晶体管41ij和42ij以及选择晶体管6ij为不同的类型，例如，放大器级4ij的晶体管41ij和42ij为P沟道MOS晶体管，选择晶体管6ij是N沟道MOS晶体管。利用根据图1的结构，来自放大器级4ij的输出信号实际上表现出对于P沟道MOS晶体管(其可能用作选择晶体管)而言过低的电压，以不能够使其导通。
而且，专利EP1354360公开的单个检测结构不具有用于存储图像的任何部件。现在，在包括比如检测结构1ij的单个检测结构的矩阵上进行逐步读取在读取开始和读取结束之间产生时移，且包括这样的矩阵的传感器在观察运动中的物体时，所述时移可能导致运动中的物体形变。
发明内容
本发明的目的是改善这些缺点的所有或部分缺点且通过一种包括多个与各自像素关联的检测结构的矩阵式图像传感器来实现该目的，每一单个检测结构包括：
-光电二极管，所述光电二极管在太阳能电池模式下具有至少一个工作范围，
-第一放大器级，所述第一放大器级被持久供电且将电压作为输入接收，该电压取决于包括在所述范围中的所述光电二极管的电压，以及
-第二放大器级，所述第二放大器级连接到所述第一放大器级的输出，且根据所述第一放大器级的所述输出是否被读取而以不同的方式被供电。
术语“持久供电”和“连续供电”应当理解为含义相同。
上文中的术语“连接”必须理解为意味着直接连接，不经任何耦合电容器或任何开关，或者意味着非直接连接，例如通过开关。
光电二极管在传感器内以光伏模式工作，且该传感器的动态范围比未利用光伏模式的传统传感器的动态范围大。
通过本发明，第一放大器级被持久供电以便保持持久运行，而第二放大器级处于动态偏置下。
因此，所述第二放大器级仅在给定时间段期间能够接收到来自所述第一放大器级的信息项。
通过本发明，必须被持久供电的所述第一放大器级仅使所述第二放大器级为负载，由此使得可能仅将相对弱的偏置电流传输给该第一放大器级。而且，本发明能够使以下成为可能：该第二放大器级仅在进行读取所述第一放大器级的输出时被供电或者仅在进行这样的读取时被有效供电。
例如，每一单个检测结构包括受控开关，所述受控开关用于选择性地引起光电二极管短路和模拟所述光电二极管的黑暗条件或者当其闭合时将所述光电二极管保持在恒定的或变化的预定电压。供至所述第一放大器级和所述第二放大器级(也称为“缓冲放大器”)的电力例如对应于将偏置电流分配给所述第一放大器级和所述第二放大器级。
所述第一放大器级的偏置电流的值可以小于100nA，例如位于10nA和50nA之间。对于包括1000x1000个检测结构的矩阵的传感器，该偏置级产生仅10-50mA的总消耗，和根据专利EP1354360的传感器的约1A的消耗形成对比。
而且，所述第二放大器级以动态形式偏置，即使该第二级的偏置电流的值相对高也不引起传感器的总消耗过量，在读取期间可以选择单行矩阵检测结构。
例如，对于1000x1000个检测结构的矩阵，每一个第二放大器级可以由约为1μA的偏置电流偏置，在行读取时段期间，这对应于传感器的总消耗为1mA。该偏置级能够使得可能将耐受阈明显地提高到由点光源引起的过度照射。
每一单个检测结构可以包括用于存储所述第一放大器级的输出的信号、尤其是电压的***，所述存储***能够包括位于所述第一放大器级和所述第二放大器级之间的采样开关以及用于存储所述第一放大器级的输出处的所述信号的部件，该采样开关例如为晶体管，该部件例如为电容器。
采样开关可以是P沟道或N沟道MOS场效应晶体管。
所述采样开关可以使得能够采样出所述电容器中的所述第一放大器级的输出信号。
用于每一单个检测结构的采样开关可以以一方式同时被控制，使得对于所有单个检测结构，采样在相同时刻发生。
该电容器例如为第二放大器级的输入电容器。
通过将所述第一放大器级的输出处的由光电二极管提供的电压存储在存储***的电容器中，可以能够降低逐步读取引起的时移并避免或至少减弱借助于该传感器观察的运动中的物体的形变。
这样的存储***还可能使得借助于该传感器可以观察例如源于闪光灯的短时间的光照。
作为变型，该检测结构可以不具有比如上文所述的任何存储部件，例如当指定给传感器的应用容许运动中的物体的形变时。因此，例如，该第一放大器级的输出直接连接到第二放大器级的输入，且这可以使得能够获得更紧凑的单个检测结构。
根据本发明的第一实施方式，该第二放大器级仅在读取该第一放大器级的输出且因此读取该光电二极管获得的信号时被供电。
根据本发明的第二实施方式，在未读取该第一放大器级的输出中，根据第一偏置电流对该第二放大器级供电，在读取该第一放大器级的输出期间，根据第二偏置电流对该第二放大器级供电，该第一偏置电流小于该第二偏置电流。该第一偏置电流和该第二偏置电流之间的比率例如在10和10000之间。
该传感器可以包括若干检测结构所共用的至少一个晶体管，尤其是与矩阵的同一列像素关联的多个检测结构所共用的至少一个晶体管，该晶体管被设计成使每一个所述检测结构的第二放大器级偏置。
所述第一放大器级可以包括至少两个场效应晶体管，所述第二放大器级可以包括一个场效应选择晶体管，且所述第一放大器级的场效应晶体管和所述第二放大器级的场效应选择晶体管可以类型相同，这使得可能从制造更简单的单个检测结构中受益。
例如，本发明使得可能利用相同类型的晶体管来制造第一放大器级和第二放大器级。单个检测结构中存在两个放大器级可以使得能够获得足以通过零伏选择信号使与所述放大器级的其他晶体管相同类型的选择晶体管导通的电压。
所述第一放大器级的两个场效应晶体管和所述第二放大器级的选择晶体管例如为P沟道MOS晶体管，且光电二极管例如是借助于包括在其上进行N型扩散的P型半导体基板的结制造的。
当使用单一类型的晶体管时，完全不需要采用隔离，与结构要同时包括例如N沟道MOS晶体管和P沟道MOS晶体管的情况截然不同，因此允许节省单个检测结构内的空间，使得可能不减少光电二极管且因此增强光电性能。
当采样开关利用和所述第一放大器级以及所述第二放大器级的晶体管相同类型的晶体管时，该采样晶体管可以和它们完全相同地放置且被保护以免光信号泄露。
利用P沟道MOS型晶体管来制造所述第二放大器级的选择晶体管可以使由所述寄生光电二极管在所述选择晶体管的漏极和源极中产生的光电电流Ipp沿着和偏置电流相同的方向，使得可能进一步增大偏置电流并降低传感器上形成的图像中出现黑象素列的风险，尤其是在过度暴露于密集的点光源下的情况下。
所述第一放大器级设计成在被持久供电时表现出和MOS晶体管的门电路的输入阻抗等值的输入阻抗。
该传感器还可包括用于执行读取光电二极管的部件，该部件在用于选择性地引起光电二极管短路或用于将该光电二极管保持在预定电压的受控开关断开时进行读取光电二极管并在所述开关闭合时进行读取该光电二极管，且这可以使得能够抵消所述第一放大器级和所述第二放大器级引起的固定空间噪声。
例如，该传感器可以包括用于存储上文的两个读取中的至少一个的存储部件。
根据本发明的另一方面，本发明的目的还是一种用于读取由与矩阵式图像传感器的像素关联的单个检测结构获得的信号的方法，所述单个检测结构包括：
-光电二极管，所述光电二极管在太阳能电池模式下具有至少一个工作范围，
-第一放大器级，所述第一放大器级将电压作为输入接收，该电压取决于包括在所述范围内的所述光电二极管的电压，以及
-第二放大器级，所述第二放大器级连接到所述第一放大器级的输出，
在所述方法中，所述第一放大器级被持久供电且根据所述第一放大器级的输出是否被读取而调整供应至所述第二放大器级的电压。
所述第一放大器级和所述第二放大器级的供电例如对应于将偏置电流分配给这些级。
例如，所述第二放大器级仅在所述第一放大器级的输出且因此由所述光电二极管获得的信号被读取时接收偏置电流。
作为变型，在未读取该第一放大器级的输出中，该第二放大器级接收第一偏置电流，在读取该第一放大器级的输出期间，该第二放大器级接收第二偏置电流，该第一偏置电流小于该第二偏置电流。该第一偏置电流和该第二偏置电流之间的比率例如在10和10000之间。
每一单个检测结构可以包括受控开关，所述受控开关用于选择性地引起所述光电二极管短路和模拟所述光电二极管的黑暗条件或者用于在其闭合时将光电二极管保持在恒定或变化的预定电压，且其中当所述开关断开时，可以执行读取由所述单个检测结构获得的所述信号，且当所述开关闭合时，可以执行读取由所述单个检测结构获得的信号。
每一单个检测结构可以包括用于存储所述第一放大器级的输出的信号的***，所述***包括采样开关和存储部件，该方法可以包括这样的步骤：根据该步骤，例如针对每一单个检测结构，在该存储部件中的所述第一放大器级的输出信号被采样。对于所有单个检测结构，该采样可以同时发生。
附图说明
鉴于伴随着实现方式的非限制性示例的描述和研究附图之后，可以更好地理解本发明，其中：
图1到图3示出了根据专利EP1354360的教导的单个检测结构的示例，
图4示出了根据本发明的示例性实现方式的单个检测结构，
图5示出了包括根据图4的示例的单个检测结构的矩阵的传感器，
图6是示出读取由根据图5的传感器获得的图像的一行期间的步骤的时序图，
图7示出了根据本发明的另一示例性实现方式的单个检测结构，
图8示出了包括根据图7的示例的单个检测结构的矩阵的传感器，
图9是示出读取由根据图8的传感器获得的图像的一行期间的步骤的时序图，
图10示出了单个检测结构中的光电二极管和开关的另一示例性实施方式，以及
图11示出了用于采样开关的示例性驱动电路。
具体实施方式
图4示出了根据本发明的第一示例性实现方式的单个检测结构1ij。
该单个检测结构1ij包括在太阳能电池模式中具有至少一个工作范围的光电二极管3ij、第一放大器级4ij和第二放大器级5ij(也称为“缓冲放大器”)以及开关8ij。
可以在图4中看到，第一放大器级4ij将光电二极管3ij经受光照2时产生的电压作为输入接收，该产生的电压包括在太阳能电池模式中的光电二极管的工作范围中。在第二放大器级5ij的输入处第一放大器级4ij的输出被直接接收，在读取总线7j上读取该第二放大器级5ij的输出，该读取总线7j是与包括多个检测结构的矩阵的同一列的像素关联的若干检测结构1ij所共用的。
在所描述的示例中，光电二极管3ij是借助于包括在其上进行N型扩散的P型半导体基板的结制造的。这两种类型的半导体材料之间的结形成了允许光电转换的PN结。
在该示例中示出的开关8ij是N沟道MOS场效应晶体管，如专利EP1354360中所述，其可以能够使光电二极管3ij短路以便模拟完全黑暗。
晶体管8ij的门电路连接到复零总线10ij RTZ，由此使得可能控制该开关8ij的状态。
在该示例中，第一放大器级4ij包括由电压Vcc供电的两个串联的P沟道MOS场效应晶体管41ij和42ij。偏置电流Ibias1分配到第一放大器级4ij中。
可以在图4中看到，晶体管42ij连接到电压Vbias1，这使得可能调整第一放大器级4ij的偏置电流。
例如，第一放大器级4ij表现出和MOS晶体管门电路的直流输入阻抗等量的直流输入阻抗。
在该示例中示出的第二放大器级5ij包括第一场效应晶体管51ij和第二场效应晶体管52ij，它们是P沟道MOS晶体管。
在所描述的示例中，第一放大器级4ij的输出直接连接到第一晶体管51ij的门电路，而不需要任何耦合电容器。
晶体管52ij起到选择晶体管的作用，其门电路连接到控制总线SEL 11i。
图4中示出的单个检测结构1ij还包括第二放大器级5ij的负载晶体管9j，负载晶体管9j位于单个检测结构1ij外并连接到电压源Vcc’。
该负载晶体管9j的门电路连接到电压Vbias2，使得能够调整人们希望为第一放大器级4ij的输出电压提供的附加电压增益。
可以从图4中看到，第二放大器级5ij的偏置电流Ibias2分配给该第二放大器级。
现在将描述图4中示出的单个检测结构1ij的操作方式的示例。
当光电二极管3ij经受光照2时，在PN结的端子之间产生电压且该电压被第一放大器级4ij读取，第一放大器级4ij通过偏置电流Ibias1而保持在持久运行中。第一放大器级4ij仅负载有第二放大器级5ij，偏置电流Ibias1具有例如10nA与50nA之间的极低值。
该第一放大器级4ij的输出处的电压接着在晶体管51ij的门级电路处被第二放大器级5ij的输入接收。
通过第二放大器级5ij进行与单个检测结构1ij关联的像素的读取。
根据第一实施方式，第二放大器级5ij仅在以下情况偏置：当为了读取与单个检测结构1ij关联的像素而选择该像素时。在不存在这样的选择时，偏置电流Ibias2几乎为零且选择晶体管52ij不导通。
当像素被选择时，通过经由SEL总线11i分配启动信号来启动选择晶体管52ij，且使得能够使该晶体管52ij导通以便读取该像素的偏置电流Ibias2被分配给第二放大器级5ij。
根据第二实施方式，当与该单个检测结构关联的像素未被选择时，第二放大器级5ij由第一偏置电流Ibias2′供电，此偏置电流不足以使晶体管52ij导通。
当该像素被选择时，选择晶体管52ij由允许像素读取的第二偏置电流Ibias2″偏置，且使得位于10和10000之间。
在图4的示例中，选择晶体管52ij和晶体管41ij、42ij和51ij是P沟道MOS晶体管。在该情况下，在选择晶体管52ij的漏极级和源极级的寄生光电二极管55ij中产生的光电电流Ipp的方向定成和偏置电流Ibias2的方向相同，由此使得可能略微提高该偏置电流。
本发明不局限于比如上文所述的单个检测结构。
第一放大器级的晶体管和第二放大器级的选择晶体管可以类型不同，例如，选择晶体管52ij为N沟道MOS晶体管，晶体管41ij和42ij为P沟道MOS晶体管。
作为另一变型，晶体管8ij的源极的N扩散区可以和光电二极管3ij的N扩散区融合，如图10所示。
光电二极管3ij的极性也可以颠倒，光电二极管3ij借助于在其上进行P型扩散的N型半导体基板形成。
根据本发明的单个检测结构1ij还可以包括如根据申请FR2920590的教导的使得能够在照射期间读取光电二极管演变阶段中的任何极性的电压的部件。
开关8ij可以连接到预定的电势，这使得当该开关8ij导通时能够在快照之前将预定电压加于光电二极管3ij上。在图像获得期间，开关8ij断开，则使得被照射的光电二极管3ij中产生的光电电流使该电压逐渐放电，与参照申请FR2920590的图3a和图3b所描述的内容一致。
根据专利申请FR2920590的图5中所述的实施方式，例如，单个检测结构1ij能够包括电容耦合电容器，该电容耦合电容器将光电二极管3ij的阴极和第一放大器级4ij连接。例如，如专利申请FR2920590的图6a到图6e中所提到的，通过将晶体管41ij的门电路经由具有确定值的电阻器连接到电压值比该晶体管的阈电压的值大的正电压使得时间常数R*C满足预定标准，在所述耦合电容器的端子之间产生恰当的电压。
作为变型，可以通过电绝缘材料内的源自例如电离辐射、冷电子的隧道效应或热电子效应的逐点传导性，在所述电容器的端子间产生该适当电压，如参照申请FR2920590的图7a和7b所述的内容。
而且，光电二极管3ij的阴极可以构成耦合电容器的一个板。
现在将参照图5和图6描述示例性图像传感器100，其包括具有M+1行且N+1列的根据图4的示例的检测结构1ij的矩阵101以及读取通过这样的传感器获得的图像的i行，图像的完整读取能够由连续读取每一行构成。
根据所描述的示例，传感器100还包括：
-行选择电路102，
-电路103，其允许在开关8ij断开时和开关8ij闭合时读取每一单个检测结构1ij的光电二极管3ij，且储存所读取的信息，以及
-差分电路104，其输出对应于传感器的图像输出。
可以看到，行选择电路102包括移位寄存器106并设计成控制矩阵101的每一行i所专用的RTZ总线10i和SEL总线11j的启动。
该矩阵的每一单个检测结构1ij连接到总线10i和11i。矩阵的同一列j的检测结构1ij共用同一读取总线7j和第二放大器级5ij的同一负载晶体管52j，图5中未示出负载晶体管52j。
可以看到，每一读取总线7j连接到电路103中的两个并联安装的开关107j和108j，这些开关分别由总线109和110控制。这些开关107j和108j的另一端分别连接到第一模拟存储器111j和第二模拟存储器112j。
当图6中示出的信号“L1”被启动时，整组开关107j导通，使得当开关8ij断开时，单个检测结构1ij的光电二极管3ij的端子两端的电压的图像被记录在每一存储器111j中，该记录的值对应于光电二极管3ij获得的信号以及输出处的固定空间噪声，如专利EP1354360中所述。
当图6中示出的信号“L2”被启动时，整组开关108j导通，使得当开关8ij闭合时，单个检测结构1ij的光电二极管3ij的端子两端的电压的图像被记录在每一存储器112j中，较后记录的值仅对应于固定空间噪声。
电路103还包括移位寄存器113和开关114j和115j，开关114j和115j分别连接到模拟存储器111j和112j且当它们导通时使得可能根据阶段200j在两个总线116和117上读取与像素的同一列j关联的存储器111j和112j的内容。开关114j和115j分别由移位寄存器113控制。
差分电路104的输入接收两个总线116和117，差分电路104在该示例中是差分放大器。
电路104执行的差分使得可能获得不具有固定空间噪声的输出信号。
由于以下事实，图7到图9属于与参照图4到图6所描述的实现方式不同的本发明的变型实现方式：每一单个检测结构1ij包括用于存储第一放大器级4ij的输出处的信号的***20ij。
在所描述的示例中，存储***20ij使得能够存储第一放大器级4ij的输出处的电压，并包括位于第一放大器级4ij的输出和第二放大器级5ij的输入之间的采样开关21ij以及电容器22ij。
在所描述的示例中，采样开关21ij是与第一放大器级和第二放大器级的MOS晶体管的类型不同的N沟道MOS场效应晶体管。该晶体管21ij的门电路连接到总线SAMP 12i，总线SAMP 12i控制在电容器22ij中对第一放大器级4ij的输出的电压值的采样，该晶体管21ij的漏极和源极连接到第一放大器级4ij的输出和第二放大器级5ij的输入。
例如，电容器22ij由第二放大器级5ij的输入电容器构成。
图8中示出的传感器100和图5中示出的传感器不同之处在于，图8中的传感器使用了元件15i，其设计成在移位寄存器106的输出和信号SAMP、SAMP_G之间进行逻辑组合以便经过若干总线SAMP 12i启动采样：
-从移位寄存器106选择的一行像素中
-或者在矩阵的整组像素上，
即，根据逻辑方程式：
SAMPi＝SAMP*SELi+SAMP_G
其中，*和+表示逻辑运算符“与”和“或”。
可从图9看到，在读取由包括根据图7的单个检测结构的传感器获得的图像期间，在读取单个检测结构1ij的输出的图像之前，进行在每一结构1ij的存储***20ij的电容器22ij中对所述结构1ij的第一放大器级4ij的输出处的信号进行采样，由此对应于启动信号SAMP。
本发明不局限于刚刚描述的示例。
在一变型中，第一存储器111j和第二存储器112j可以被模拟/数字转换器替换，该模拟/数字转化器的输出连接到数字存储器。
每一单个检测结构1ij的采样晶体管21ij可以是P沟道MOS晶体管。在该情况下且当晶体管41ij、42ij、51ij、52ij也是P沟道MOS晶体管时，采样晶体管21ij可以和这些晶体管完全相同地放置且被保护以免光产生的信号泄露。
而且根据该示例，采样晶体管21ij不受在零电压下启动的信号SAMP控制，而受能够传递负电压的驱动电路25ij控制，驱动电路25ij的示例性实施方式已在图11中示出。
不论晶体管21ij是否是P沟道还是N沟道晶体管，其可以由金属层保护以免受光照。
本发明的其他示例性实现方式是可能的。
Claims (13)
1.一种矩阵式图像传感器(100)，所述传感器包括多个与各自像素关联的单个检测结构(1ij)，每一单个检测结构(1ij)包括：
-光电二极管(3ij)，所述光电二极管在太阳能电池模式下具有至少一个工作范围，
-第一放大器级(4ij)，所述第一放大器级被持久供电并将电压作为输入接收，该电压取决于包括在所述范围内的所述光电二极管(3ij)的电压，以及
-第二放大器级(5ij)，所述第二放大器级连接到所述第一放大器级(4ij)的输出，且根据所述第一放大器级的所述输出是否被读取而以不同的方式被供电。
2.如权利要求1所示的传感器，每一单个检测结构(1ij)包括受控开关(8ij)，所述受控开关(8ij)用于选择性地引起光电二极管(3ij)短路和模拟所述光电二极管(3ij)的黑暗条件或者当其闭合时将所述光电二极管(3ij)保持在恒定的或变化的预定电压下。
3.如权利要求1或2所述的传感器，所述第二放大器级(5ij)仅在所述第一放大器级(4ij)的输出被读取时被供电。
4.如权利要求1到3中任一项所述的传感器，所述第一放大器级(4ij)由小于100nA、尤其是位于10nA和50nA之间的偏置电流持久供电。
5.如前述权利要求中任一项所述的传感器，所述第一放大器级(4ij)包括至少两个场效应晶体管(41ij，42ij)，且所述第二放大器级包括选择晶体管(52ij)，所述第一放大器级的晶体管和所述选择晶体管是相同的类型。
6.如前一权利要求所述的传感器，所述第一放大器级(4ij)的所述两个场效应晶体管(41ij，42ij)和所述第二放大器级(5ij)的所述选择晶体管(52ij)是P沟道MOS晶体管，以及所述光电二极管(3ij)是借助于包括P型半导体基板并在该P型半导体基板上进行了N型扩散的结制造的。
7.如前述权利要求中任一项所述的传感器，所述第一放大器级(4ij)被设计成在被持久供电时表现出和MOS晶体管的门电路的输入阻抗等值的输入阻抗。
8.如前述权利要求中任一项所述的传感器，每一单个检测结构(1ij)包括用于存储所述第一放大器级(4ij)的输出的信号、尤其是电压的***(20ij)，所述存储***(20ij)包括位于所述第一放大器级和所述第二放大器级之间的采样开关(21ij)以及用于存储所述第一放大器级(4ij)的输出的所述信号的部件(22ij)。
9.如前一权利要求中所述的传感器，所述采样开关(21ij)是MOS场效应晶体管且所述存储部件(22ij)是电容器。
10.如前述权利要求中任一项所述的传感器，所述传感器包括用于在开关断开时执行读取所述光电二极管(3ij)和在开关闭合时读取所述光电二极管(3ij)的部件。
11.如前一权利要求中所述的传感器，所述传感器包括用于存储所述两个读取的至少一个读取的存储部件。
12.一种用于读取由与矩阵式图像传感器的像素关联的单个检测结构(1ij)获得的信号的方法，所述单个检测结构包括：
-光电二极管(3ij)，所述光电二极管在太阳能电池模式下具有至少一个工作范围，
-第一放大器级(4ij)，所述第一放大器级将电压作为输入接收，该电压取决于包括在所述范围中的所述光电二极管的电压，以及
-第二放大器级(5ij)，所述第二放大器级连接到所述第一放大器级(4ij)的输出，
在所述方法中，所述第一放大器级(4ij)被持久供电，且根据所述第一放大器级的输出是否被读取而调整供应至所述第二放大器级(5ij)的电力。
13.如前一权利要求所述的方法，其中所述单个检测结构(1ij)包括受控开关(8ij)，所述受控开关(8ij)用于选择性地引起所述光电二极管(3ij)短路和模拟所述光电二极管的黑暗条件或者用于在其闭合时将光电二极管保持在恒定或变化的预定电压下，且其中当所述开关(8ij)断开时，执行读取由所述单个检测结构(1ij)获得的所述信号，以及当所述开关(8ij)闭合时，执行读取由所述单个检测结构(1ij)获得的信号。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140723 Termination date: 20190310 |