CN102695010A - 具有双累积时间和条件选择的图像传感器 - Google Patents

具有双累积时间和条件选择的图像传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN102695010A
CN102695010A CN2012100792675A CN201210079267A CN102695010A CN 102695010 A CN102695010 A CN 102695010A CN 2012100792675 A CN2012100792675 A CN 2012100792675A CN 201210079267 A CN201210079267 A CN 201210079267A CN 102695010 A CN102695010 A CN 102695010A
Authority
CN
China
Prior art keywords
slope
duration
sampling
electric charge
capacitor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2012100792675A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102695010B (zh
Inventor
A·努瓦雷
T·莱戈扎特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Spy encourages Da Yituwei semiconductors limited liability company
Original Assignee
e2v Semiconductors SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by e2v Semiconductors SAS filed Critical e2v Semiconductors SAS
Publication of CN102695010A publication Critical patent/CN102695010A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102695010B publication Critical patent/CN102695010B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57—Control of the dynamic range
    • H04N25/58—Control of the dynamic range involving two or more exposures
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57—Control of the dynamic range
    • H04N25/58—Control of the dynamic range involving two or more exposures
    • H04N25/581—Control of the dynamic range involving two or more exposures acquired simultaneously
    • H04N25/583—Control of the dynamic range involving two or more exposures acquired simultaneously with different integration times
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57—Control of the dynamic range
    • H04N25/58—Control of the dynamic range involving two or more exposures
    • H04N25/587—Control of the dynamic range involving two or more exposures acquired sequentially, e.g. using the combination of odd and even image fields
    • H04N25/589—Control of the dynamic range involving two or more exposures acquired sequentially, e.g. using the combination of odd and even image fields with different integration times, e.g. short and long exposures

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

本发明涉及图像传感器，并且更具体地，涉及意在同时以低亮度水平和高亮度水平采集图像的那些图像传感器。传感器以在每一帧以双累积时间(Ti1，Ti2)操作。执行从光电二极管值存储节点的两个相继的电荷转移(TRa，TRb)，第一电荷转移在第一持续时间(Ti1)之后，第二电荷转移在不同于所述第一持续时间(Ti1)的第二持续时间(Ti2)之后。在所述读取电路的第一电容器中对第一电荷转移之后所述存储节点的电位进行采样(shs1)。在第二电容器中对存储节点的重新初始化之后的电位进行采样(shr)。并且在第一电容器中对第二转移后取得的电位电平进行条件重采样(shs2)。重采样条件是第一转移后的信号电平的条件。此电平施加至斜坡型转换器的差分放大器达短的斜坡持续时间(RMP1)。根据在临时斜坡结束时放大器的输出状态，决定是否执行重采样(shs2)，并且然后进行与在电容器中采样的差分信号电平的决定性斜坡(RMP2)的完整的模-数转换。

Description

具有双累积时间和条件选择的图像传感器
技术领域
本发明涉及图像传感器，并且更具体地，涉及意在同时以低亮度水平和高亮度水平采集图像的那些图像传感器。
背景技术
通常，有源像素包括光电二极管和三、四或五个MOS晶体管，该MOS晶体管使得对光在光电二极管中生成的电荷的读取进行控制成为可能。具有四个晶体管的像素如下操作：首先，将通过光生成的电荷从光电二极管转移至电容存储节点；然后，将存储节点的电位传递(carry over)至列导体；一个晶体管用于在电荷从光电二极管转移至存储节点之前，重新初始化存储节点的电位。具有五个晶体管的像素还包括用于重新初始化光电二极管的电位的晶体管。
专利公开WO2010/066850中描述了在每个图像帧具有双累积(integration)持续时间的传感器的操作模式。在第一持续时间Ti1之后，光电二极管生成的电荷转移至存储节点中。接下来，稍微在比第一持续时间Ti1长的第二持续时间Ti2结束之前，将存储节点的电位采样到读取电路的电容器中，重新初始化存储节点的电位，将重新初始化的电位采样到另一电容器中，并且将从第二累积持续时间得到的电荷从光电二极管转移至存储节点。于是，测试存储节点的电位电平。如果其指示存在像素饱和风险，则使用已经存储的样本来基于它们的差异执行描绘像素接收的照明水平的模-数转换。如果相反地，存储节点的电位的电平示出了不存在饱和风险，则进行第三采样来替换第一电容器中先前存储的电平，并且采用此新样本来进行第三样本和第二样本之间的差异的模-数转换。
因此，作为在第二累积持续时间期间采集的电荷的水平的函数，进行第三条件采样。在读取像素行的时候逐个像素进行选择。
也可以规定第二累积持续时间比第一累积持续时间短。在此情况下，在至存储节点的第二转移之前，对存储节点的电位电平执行测试；这是从较长累积得到的电位。此时，如果存在饱和风险，则在进行模-数转换之前，将进行第三采样；如果不存在饱和风险，则将不进行第三采样，并且将基于第一和第二样本进行模-数转换。
在将从较短累积持续时间得到的电平转换为数字的情况下，将转换结果乘以较长持续时间与较短持续时间的比率，以便以与源自较长累积的电荷水平的转换结果相同的比例引用该值。
已经注意到，用于决定第三采样的此测试呈现缺点。
首先，比较器(庞大的)对每一列是必须的。于是，对在选择像素行的时候接收存储节点的电位电平的列导体的电位的绝对值进行测试。将此电位与定义饱和风险的阈值进行比较。测试因此涉及电位电平的绝对值，而不是差值(有用电位电平减重新初始化的电平)。这在待使用的阈值的选择中产生不确定性。此外，在必须施加于比较器以探测饱和风险的阈值的值中存在其它不确定性。这些不确定性与以下各项相关：制造方法的变化、温度变化、各像素中的读取晶体管的偏移电压的差异、对应于像素矩阵的各列的比较器的偏移电压的差异。因此强制采取相当大的容限(margin)来确定阈值，该阈值使得知道是否存在饱和风险成为可能。这招致了动态范围的损失，即对于给定的累积持续时间，传感器实际能够测量的照明间隔的减小。最后，在除对列导体的电位电平进行采样的时候以外的时候进行电压比较的必要性招致附加的电流消耗。实际上，仅在必须复制存储节点的电位电平的阶段期间对列导体进行通电。这里，必须在测试期间以及在此比较之后的第三采样期间对其进行通电。
发明内容
为了避免这些缺点，本发明提出了使用模-数转换器的部分来在第一和第二样本存储后并且在预定进行第三采样的时刻之前，测试第一和第二样本之间的差分电压。所述模-数转换器是斜坡型转换器，该转换器使用线性电压斜坡和具有大增益的差分放大器，在所述放大器的两个输入端上的电压差由于电压斜坡而变为零时，该差分放大器触发。根据本发明，将施加具有固定持续时间和已知斜率的短线性电压斜坡；如果放大器在斜坡结束之前，放大器触发，则认为照明保持在阈值以下并且将从其得出要在第一电容器中进行新采样的结论。当执行第三采样时，第三采样替代第一采样。不管是否已经存在第三采样，对在被用于第三采样的时刻后存储的样本进行决定性模-数转换。
结果，本发明处理一种具有有源像素的图像传感器，所述有源像素包括以行和列组织的像素的矩阵，同一列的像素连接至列导体，所述列导体自身连接至读取电路，每个像素包括通过转移晶体管连接至存储节点的光电二极管以及用于将所述存储节点连接至所述列导体或将所述存储节点与此导体隔离的行选择晶体管，所述传感器包括：用于在像素的电荷的累积和读取的同一周期期间执行电荷从所述光电二极管至所述存储节点的两次转移的构件，第一电荷转移在第一累积持续时间之后，第二电荷转移在不同于所述第一累积持续时间的第二累积持续时间之后；用于在所述读取电路的第一采样电容器中进行第一电荷转移之后由所述列导体取得的电位电平的第一采样的构件；用于在所述读取电路的第二电容器中进行所述存储节点的重新初始化之后由所述列导体取得的电位电平的第二采样的构件；以及用于在所述第一电容器中进行所述第二电荷转移之后取得的电位电平的第三条件采样的构件，所述读取电路包括斜坡型模-数转换器，所述斜坡型模-数转换器包括连接至所述两个电容器的差分放大器和用于将线性电压斜坡施加至所述电容器之一的构件，斜坡的效果是使得所述放大器根据所述电容器中采样的电位，在可变持续时间之后触发，其特征在于，所述传感器包括：用于在所述第一电荷转移后首先施加临时斜坡的构件，在所述临时斜坡结束时所述放大器的输出的状态被存储以启用或禁用所述第三条件采样，所述构件其后在所述第二电荷转移之后施加决定性斜坡，以执行在所述两个电容器中采样的电压之间的差的决定性模-数转换。
所述临时斜坡的斜率可以比决定性斜坡的斜率陡，以加速比较阶段。斜坡的持续时间是固定的。
在所述临时斜坡结束时，所述放大器的输出状态不仅用于触发或不触发第三采样，而且用于保存关于其后以较长累积持续时间与较短持续时间的比乘或不乘所述决定性转换的值的决定的信息项。
在一个实施例中，第一累积持续时间短。斜坡结束之前所述放大器的触发表示由所述斜坡结束时的电平确定的阈值以下的照明，并且启用第三采样的施加；不存在触发表示阈值以上的照明并且禁用第三采样。
优选地，所述临时斜坡的持续时间选择为使得所述临时斜坡的开始和结束之间的电位变化是所述决定性斜坡的开始和结束之间的变化的分数，此分数小于或等于(优选地：稍微低于)所述两个累积持续时间的比。
在另一实施例中，第一持续时间较长。放大器的触发禁用第三采样的施加。在此情况下，优选地，规定在两步中以两个不同重新初始化电位电平来进行所述第一电荷转移之后所述存储节点的重新初始化，并且在每种情况下，在所述第二电容器中采样所述重新初始化电位；并且所述临时测试斜坡施加在所述重新初始化电平的所述两个采样之间。
附图说明
在阅读以下参照附图给出的详细描述后，本发明的其它特征和优点将变得明显，其中：
图1描绘根据本发明的传感器的像素和读取电路的结构；
图2描绘用于像素和读取电路的操作时序图；
图3描绘操作时序图变形；
图4描绘具有放大器的读取电路变形，放大器具有可编程增益。
具体实施方式
图1中描绘了根据本发明的传感器的读取电路和具有五个晶体管的有源像素。像素的结构是常规的。其包括光电二极管PD、电容存储节点ND(图1中由简单的点描绘，并且在实践中通过P型层中的N型扩散来具体化)、用于光电二极管的阴极与存储节点之间的电荷转移的晶体管T1、用于重新初始化存储节点的电位的晶体管T2、用于重新初始化光电二极管的电位的晶体管T3、跟随器(follower)晶体管T4、行选择晶体管T5。对于具有四个晶体管的像素，将省去晶体管T3。
转移晶体管T1受到转移信号TR的控制。晶体管T2的漏极连接至参考电位VREF并且晶体管T2受到重新初始化控制信号RST的控制。晶体管T3连接在光电二极管的阴极与参考电位之间，参考电位可以是电源电位Vdd。晶体管T3受到重新初始化信号Rph的控制。跟随器晶体管T4的漏极连接至可以是电源Vdd的固定电位，其源极连接至行选择晶体管T5，并且其栅极连接至存储节点ND。最后，行选择晶体管T5的栅极连接至行选择导体，行选择导体连接同一像素行的所有行选择晶体管；此导体受到特定于此行的行选择信号SEL的控制；T5的漏极连接至跟随器晶体管的源极，并且其源极连接至同一像素列的所有像素共用的列导体COL。
列导体在列底部连接至读取电路。列导体还通过晶体管T6连接至电流源。当通过信号EN_PIX开启晶体管T6时，选择的像素的晶体管T4如电压跟随器那样运转，并且存储节点将其电位传递至列导体。信号EN_PIX用于将电流源与列导体隔离，以限制对列导体的电位进行采样的阶段(phase)外的消耗。
读取电路包括采样构件，采样构件用于在用于读取源自选择的像素的照明信息的序列的不同时刻，对列导体的电位的值进行采样并保存该值。这些采样构件包括电容器Cr和电容器Cs，以及用于使得能够将列电位施加至这些电容器的开关Kr和Ks。开关Kr和Ks分别由通过SHR和SHS全局标注的信号控制。
读取电路还包括模-数转换器，模-数转换器用于将电容器Cr上采样的电位与电容器Cs上采样的电位之间的差电压转换为数字，电容器Cr上采样的电位为用于重新初始化存储节点ND的电位电平，电容器Cs上采样的电位为电荷从光电二极管转移至存储节点后，有用电位电平。
转换器是斜坡型转换器。斜坡型转换器本质上包括线性电压斜坡生成器、具有自动调零和大增益的差分放大器AMP、以及计数器CPT，当该放大器的两个输入端上的电压在斜坡的演变过程中变为相等时，放大器触发(toggle)，计数器CPT与斜坡生成器同步且从斜坡的开始直至放大器触发以高频率进行计数。线性斜坡生成器由连接至电容器Cs的简单的点描绘。
该转换器如下操作：为转换电容器之间的差分电压，电容器连接至差分放大器的输入端，并且在初始时刻(标记转换的开始)，将线性电压斜坡施加至电容器的另一端字并且将启动脉冲施加至计数器。当连接至放大器的电容器的两个端子上的电压变得相等时，差分放大器的输出触发并且定义计数结束。计数器的内容于是描绘为了达到此相等性所需的时间；电压斜坡是线性的，此时间与斜坡的初始启动时刻存在于输入端上的电位的差成比例。斜坡结束后计数器的内容放置在存储器中，并描绘通过电容器中的双采样获得的照明值。
斜坡可以是所有读取电路共用的，也就是说矩阵的所有列。
计数器可以独立设置在每个读取电路中；或者给所有列设置单个计数器也是可能的，并且在此情况下，与列关联的读取电路包括存储器，存储器能够在触发此列的差分放大器的时候存储计数器的内容。
以下，通过范例方式考虑在每个读取电路中存在计数器。
现在将参照图2的时序图来描述用于测量在图像帧的过程中由像素接收的照明的序列的细节，并且同时将解释图1的其它元件。
在相同帧的过程中使用不同值Ti1和Ti2的两个连续的累积持续时间逐帧进行图像的捕获。对较短持续时间采集的信号用于接收大量光的像素，对较长持续时间采集的信号用于接收较长持续时间的像素。逐个像素且逐帧地进行选择。在图2的情况下，第一持续时间Ti1较短。
测量序列如下。假定在像素中提供用于重新初始化光电二极管的晶体管T3，但是这不是强制性的。如果不提供该晶体管，则将通过同时开启晶体管T1和T2来重新初始化光电二极管。
将重新初始化时间标记脉冲(notch pulse)Rph施加于整个像素行的晶体管T3的栅极。此标记脉冲起作用以倒空存储在光电二极管PD中的电荷达电源电位Vdd。只要此标记脉冲持续，就防止了二极管中的电荷的累积。对每行独立地提供标记脉冲Rph，并且标记脉冲从一行到另一行偏移。仅描绘对应于行的时序图。
光电二极管PD中的第一电荷累积发生持续时间Ti1。
在此持续时间的过程中的中间时刻，在行的所有像素的晶体管T2的栅极上产生开通这些晶体管的简短的标记脉冲RSTa。对行的所有晶体管，将存储节点ND的电位重新初始化为与电位VREF相关的固定值。
接下来，将第一电荷转移标记脉冲TRa施加至行的转移晶体管T1的控制栅极。由光电二极管中的光生成的电荷溢出到存储节点中。所述电荷更改此节点的电位。电荷累积的第一持续时间Ti1的结束由第一转移标记脉冲TRa的结束定义。
然后第二累积持续时间Ti2开始。光电二极管已经在标记脉冲TRa期间倒空了其电荷并且现在将对其它电荷进行累积。
在持续时间Ti2结束之前，建立用于选择像素行的标记脉冲SEL，以着手用于读取此行的像素的处理。此标记脉冲开启行选择晶体管T5。这激活跟随器晶体管T4并且将存储节点ND的电位传递至列导体COL(以在晶体管栅极-源极电压内)。列导体于是采取第一电位电平。在读取考虑的行的像素的整个持续时间期间，标记脉冲SEL保持激活，然后，其中断，并且仅在此中断之后，可以将类似的标记脉冲施加至另一行。然而，可以设想在跟随的各种操作期间，信号SEL不是连续的，而是仅在采样SHR和SHS的时候偶发地激活。为简化，已经描绘连续的标记脉冲包含所有信号SHR和SHS的持续时间。在标记脉冲SEL期间执行以下操作：
-将控制标记脉冲shs1施加至读取电路中的开关Ks，以便在读取电路的第一电容器Cs中对存在于列导体上的电位的第一采样进行采样；此电位由第一电荷转移产生并且因此取决于第一累积持续时间Ti1上像素的照明；
-将第二重新初始化标记脉冲RSTb施加至像素行的晶体管T2的栅极；存储节点的电位被重新初始化为固定值；然后将控制标记脉冲shr施加至读取电路中的开关Kr，以取得描绘重新初始化的列电位的第二样本；将此样本存储在读取电路的第二采样电容器Cr中；
-在标记脉冲shr结束后，开始斜坡型模-数转换器的可以称为临时转换的操作；这招致了仅部分转换操作，因为在此结合点，无需采集数字值，而仅采集用于验证在第一累积持续时间上接收的照明的阈值的超越或未超越的信息位；将第一线性电压斜坡或临时斜坡RMP1施加至电容器之一的端子，例如电容器Cs的端子；其具有从时刻tconv1至时刻t’conv1的固定持续时间并且斜坡的斜率固定(其可以比决定性(definitive)模-数转换期间起作用的斜坡的斜率陡，较陡的斜率使得在斜坡结束时更快达到由放大器的输入端上的电位电平定义的阈值成为可能)；在此固定持续时间后，转换器的输入放大器AMP已经触发或未触发；如果已经触发，则照明水平低，在阈值以下；如果未触发，则该水平在阈值以上；关于触发或未触发的信息保存在存储器中，例如在提供信号SAT的触发器中；
-关于放大器的触发的此信息用作至逻辑电路(这里为与门和或门)的输入，其启用或禁用控制shs2的随后的施加，随后的施加是第三采样命令；在照明水平高的情况下(比较器在时间t’conv1之前未触发)，不启用随后的采样shs2；在放大器已经触发的情况下，启用采样shs2；
-其后对行的所有像素，将第二转移标记脉冲TRb施加至转移晶体管T1的栅极；在光电二极管中在持续时间Ti2上累积的电荷溢出到存储节点ND中；持续时间Ti2在标记脉冲TRb结束时终止；列导体的电位跟随(以在栅极-源极电压内)此第二电荷转移后存储节点的新电位；
-在时间t’conv1之后，第三采样命令shs2在电容器Cs中放置列导体的电位的样本来代替电容器Cs的当前内容；此电位描绘在第二累积持续时间Ti2结束时光电二极管的电荷溢出之后，存储节点的电平；
-最后，进行电容器Cr的内容与电容器Cs的内容之间的差异的决定性模-数转换；取决于已经产生或尚未产生信号shs2，后一内容表示由第二或第一累积持续时间产生的有用信号；利用决定性线性电压斜坡PMP2来进行此决定性转换步骤，决定性线性电压斜坡PMP2在时刻tconv2从零重新开始，并且具有足够允许存储在电容器中的差分电压的转换的持续时间。
第一转换斜坡RMP1的斜率和持续时间选择为使得在此持续时间结束时，比较器的触发对应于照明极限，如果使用第二累积持续时间，此照明极限将引起使像素饱和的风险。临时斜坡结束时在差分放大器的输入端上达到的电位电平等于在决定性斜坡结束时达到的电位电平的分数。此分数优选地稍微小于持续时间Ti1与持续时间Ti2的比率。
在放大器AMP在时刻t’conv1之前未触发的情况下，转换器转换源自第一累积持续时间的电位电平，但是转换结果必须被比率Ti2/Ti1相乘，以便以与在转换与第二累积持续时间的结果相关时相同的比例来引用它。
可以在传感器外部做乘法。
在像素构成有用于执行像素内的电子与乘法器系数的乘法的构件的情况下，决定性转换的值类似地被用于较长持续时间的乘法因子与用于较短持续时间的乘法因子的比率相乘。
应当理解，测试的持续时间可以极短，并且，因此其不显著减慢像素的读取过程。实际上，如果持续时间Ti2和Ti1的比率为例如10，则比较器必须触发的照明阈值低(利用第一累积时间可测量的照明的间隔的十分之一)。因此比较器在斜坡开始之后将迅速地触发，以达到此阈值，特别是如果斜坡的斜率陡的时候。斜坡可以陡，因为照明阈值的此检测无需很高精度(仅需恒定性)。
在变形实施例中，可以规定第一累积持续时间Ti1是两个持续时间中的较长的。也基于第一电荷转移的结果进行第三采样shs2的条件的测试，但是待提供的阈值不同，并且条件的意义反转：如果照明超越阈值，则进行第三采样shs2，否则不进行第三采样shs2。
执行与图2中相同的序列是可能的。缺点是，如果不期望临时斜坡RMP1的持续时间几乎与决定性斜坡RMP2的持续时间相同，则必须相当大地增大斜坡的斜率。实际上，待检测的饱和的阈值是由较长持续时间Ti1的照明产生的。
替代地，为了避免此缺陷，可以以以下方式更改存储节点的电位的重新初始化。代替进行简单的重新初始化(RSTb)后对存储电位进行采样，可以借助于两个采样信号shr1和shr2，利用电容器Cr中的两个连续采样来进行两个连续的重新初始化RSTb1和RSTb2；第一重新初始化在存储节点中建立一电位，该电位根本不是定义测量的零的高电位VREF，而是接近将用于调节第三采样的阈值的低电位VREFB，即接近像素的饱和水平的低电位。对在shs1期间采样的有用电平以及由VREFB定义的此低的重新初始化电平之间的差异执行第三采样shs2的条件的测试。短的临时斜坡RMP1将足够用于确定是否一个在饱和阈值以下或以上，并且在饱和阈值以上时，是否施加第三采样shs2。
利用标准重新初始化电平VREF来进行第二重新初始化RSTb2。在斜坡RMP1结束后，将结果采样在电容器Cr中。接下来，在累积时间Ti2期间获得的有用电荷通过标记脉冲TRb转移到存储节点中，并且取决于测试的结果，执行或不执行采样shs2。
在备用于采样脉冲shs2的时刻之后的时刻tconv2，不管是否已经启用此脉冲，施加决定性斜坡。此转换与脉冲shr2和shs1建立的样本之间的差异相关(照明在阈值以下的情况)，或者与脉冲shr2和shs2建立的样本之间的差异相关(照明在阈值以上的情况)。仅在第二种情况中，测量是具有真实相关的双采样的测量。
在列的底部的读取电路的可能的改善在于提供列导体上的信号的条件放大。条件与使用第三采样shs2的条件相同。在此情况下，如图4中描绘的，将低噪声可编程增益放大器PGA***列导体和采样电路(电容器Cr、Cs以及开关Kr、Ks)之间。在照明在固定持续时间的临时斜坡检测的阈值以下的情况下，不仅进行关于第三采样的决定，而且进行关于施加增益G(大于1)给信号的决定，例如增益为32。在照明在阈值以上的情况下，放大器PGA控制为使得其具有单位增益。
此改善要求具有第一累积持续时间的时序图，第一累积持续时间比第二累积持续时间短(图2)。
此放大器的可能的偏移不扰乱读取，因为放大器存在于重新初始化电平的测量中和电荷溢出之后有用电平的测量中。在弱照明的情况下，双采样保持真实相关双采样。
通过施加该增益，减小长累积持续时间以加速图像捕获的步伐是可能的。
在条件增益未使用的情况下，即在强照明的情况下，如果希望以与弱照明相同的比例来引用对强照明进行的测量的话，施加等于条件增益G的乘法器系数给对强照明进行的测量是可能的。

Claims (8)

1.一种具有有源像素的图像传感器，所述有源像素包括以行和列组织的像素的矩阵，同一列的所述像素连接至列导体(COL)，所述列导体自身连接至读取电路，每个像素包括通过转移晶体管(T1)连接至存储节点的光电二极管以及用于将所述存储节点连接至所述列导体或将所述存储节点与此导体隔离的行选择晶体管(T5)，所述传感器包括：用于在像素的电荷的累积和读取的同一周期期间执行从所述光电二极管至所述存储节点的两次电荷转移的构件，第一电荷转移在第一累积持续时间(Ti1)之后，第二电荷转移在不同于所述第一累积持续时间(Ti1)的第二累积持续时间(Ti2)之后；用于在所述读取电路的第一采样电容器(Cs)中进行第一电荷转移之后由所述列导体取得的电位电平的第一采样的构件；用于在所述读取电路的第二电容器(Cr)中进行所述存储节点的重新初始化之后由所述列导体取得的电位电平的第二采样的构件；以及用于在所述第一电容器中进行所述第二电荷转移之后取得的电位电平的第三条件采样的构件，所述读取电路包括斜坡型模-数转换器，所述斜坡型模-数转换器包括连接至所述两个电容器的差分放大器和用于将线性电压斜坡施加至所述电容器之一的构件，斜坡的效果是使得所述放大器根据所述电容器中采样的电位，在可变持续时间之后触发，其特征在于，所述传感器包括：用于在所述第一电荷转移之后首先施加临时斜坡(RMP1)的构件，所述放大器在所述临时斜坡结束时的输出状态用于启用或禁用所述第三条件采样，所述构件其后在所述第二电荷转移之后施加决定性斜坡(RMP2)，用于执行在所述两个电容器中采样的电压之间的差的决定性模-数转换。
2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，在所述临时斜坡结束时，所述放大器的输出状态保存在存储器中，以便提供关于以较长累积持续时间与较短持续时间的比率乘所述决定性模-数转换的结果的必要性的信息项。
3.如权利要求1和2之一所述的传感器，其特征在于，所述临时斜坡具有比所述决定性斜坡陡的斜率。
4.如权利要求1至3之一所述的传感器，其特征在于，所述第一累积持续时间比所述第二累积持续时间短，并且其特征在于，所述斜坡结束之前所述放大器的触发启用第三采样的施加。
5.如权利要求4所述的传感器，其特征在于，所述临时斜坡的持续时间选择为使得所述决定性斜坡的开始和结束之间的电位变化是所述临时斜坡的开始和结束之间的变化的分数，此分数小于或等于所述两个累积持续时间的比率。
6.如权利要求1至3之一所述的传感器，其特征在于，所述第一持续时间比所述第二持续时间长，并且其特征在于，所述放大器的触发禁用第三采样的施加。
7.如权利要求6所述的传感器，其特征在于，在两个步骤中以两个不同的重新初始化电位电平来进行所述第一电荷转移之后所述存储节点的重新初始化，并且在每种情况下，在所述第二电容器中采样所述重新初始化电位，并且所述临时测试斜坡施加在所述重新初始化电位的所述两个采样之间。
8.如权利要求1至5之一所述的传感器，其特征在于，其包括对所述列导体上的信号进行条件放大(PGA)的构件，所述条件与所述第三采样的使用条件相同。
CN201210079267.5A 2011-03-23 2012-03-23 具有双累积时间和条件选择的图像传感器 Active CN102695010B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1152415 2011-03-23
FR1152415A FR2973161B1 (fr) 2011-03-23 2011-03-23 Capteur d'image a double temps d'integration et selection conditionnelle

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102695010A true CN102695010A (zh) 2012-09-26
CN102695010B CN102695010B (zh) 2016-12-14

Family

ID=45814433

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210079267.5A Active CN102695010B (zh) 2011-03-23 2012-03-23 具有双累积时间和条件选择的图像传感器

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8686341B2 (zh)
EP (1) EP2503775B1 (zh)
JP (1) JP6078841B2 (zh)
KR (1) KR101864899B1 (zh)
CN (1) CN102695010B (zh)
FR (1) FR2973161B1 (zh)
TW (1) TWI536834B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014183311A1 (zh) * 2013-05-17 2014-11-20 昆山锐芯微电子有限公司 Cmos图像传感器、像素单元及其控制方法
CN105637858A (zh) * 2013-10-14 2016-06-01 E2V半导体公司 具有根据像素接收的光水平的多次转换或单次转换的斜坡型模-数转换
CN108605103A (zh) * 2016-01-19 2018-09-28 特利丹E2V半导体简化股份公司 有源像素图像传感器的控制方法

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9319612B2 (en) * 2013-07-08 2016-04-19 Semiconductor Components Industries, Llc Imagers with improved analog-to-digital circuitry
JP5886806B2 (ja) * 2013-09-17 2016-03-16 キヤノン株式会社 固体撮像装置
US9440805B2 (en) * 2014-05-06 2016-09-13 Mathew G. Carlson Seed container rack system
KR101689665B1 (ko) 2014-07-04 2016-12-26 삼성전자 주식회사 이미지 센서, 이미지 센싱 방법, 그리고 이미지 센서를 포함하는 이미지 촬영 장치
TWI540899B (zh) * 2014-08-28 2016-07-01 原相科技股份有限公司 影像感測器及其運作方法
US9325335B1 (en) * 2014-10-24 2016-04-26 Teledyne Scientific & Imaging, Llc Comparator circuits with local ramp buffering for a column-parallel single slope ADC
KR102261587B1 (ko) 2014-12-05 2021-06-04 삼성전자주식회사 로우 코드 영역의 비선형성을 개선할 수 있는 이미지 센서, 이의 작동 방법, 및 이를 포함하는 장치
JP2017046259A (ja) 2015-08-28 2017-03-02 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
US11212467B2 (en) 2019-07-18 2021-12-28 Omnivision Technologies, Inc. Sample and hold switch driver circuitry with slope control
CN112788259A (zh) * 2020-12-31 2021-05-11 长春长光辰芯光电技术有限公司 一种高动态图像传感器
US12033703B2 (en) * 2021-10-09 2024-07-09 Infineon Technologies LLC Multibit memory device and method of operating the same

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6757018B1 (en) * 1998-12-18 2004-06-29 Agilent Technologies, Inc. CMOS image sensor with pixel level gain control
US7119317B2 (en) * 2004-07-13 2006-10-10 Micron Technology, Inc. Wide dynamic range imager with selective readout
CN101573960A (zh) * 2006-12-27 2009-11-04 索尼株式会社 固态成像设备、用于驱动固态成像设备的方法和成像设备
CA2746019A1 (en) * 2008-12-12 2010-06-17 E2V Semiconductors Image sensor with double charge transfer for large dynamic range and method of reading
US8159587B2 (en) * 2007-12-13 2012-04-17 Stmicroelectronics S.A. Pixel read circuitry

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7362365B1 (en) * 2002-06-26 2008-04-22 Pixim, Inc. Digital image capture having an ultra-high dynamic range
JP5074297B2 (ja) * 2008-05-29 2012-11-14 シャープ株式会社 固体撮像装置およびその駆動方法、並びに電子情報機器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6757018B1 (en) * 1998-12-18 2004-06-29 Agilent Technologies, Inc. CMOS image sensor with pixel level gain control
US7119317B2 (en) * 2004-07-13 2006-10-10 Micron Technology, Inc. Wide dynamic range imager with selective readout
CN101573960A (zh) * 2006-12-27 2009-11-04 索尼株式会社 固态成像设备、用于驱动固态成像设备的方法和成像设备
US8159587B2 (en) * 2007-12-13 2012-04-17 Stmicroelectronics S.A. Pixel read circuitry
CA2746019A1 (en) * 2008-12-12 2010-06-17 E2V Semiconductors Image sensor with double charge transfer for large dynamic range and method of reading

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014183311A1 (zh) * 2013-05-17 2014-11-20 昆山锐芯微电子有限公司 Cmos图像传感器、像素单元及其控制方法
US9756271B2 (en) 2013-05-17 2017-09-05 Brigates Microelectronics (Kunshan) Co., Ltd CMOS image sensor, pixel unit and control method thereof
CN105637858A (zh) * 2013-10-14 2016-06-01 E2V半导体公司 具有根据像素接收的光水平的多次转换或单次转换的斜坡型模-数转换
CN105637858B (zh) * 2013-10-14 2019-05-07 特利丹E2V半导体简化股份公司 矩阵图像传感器以及读取矩阵图像传感器中的像素的方法
CN108605103A (zh) * 2016-01-19 2018-09-28 特利丹E2V半导体简化股份公司 有源像素图像传感器的控制方法
CN108605103B (zh) * 2016-01-19 2021-05-04 特利丹E2V半导体简化股份公司 有源像素图像传感器的控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
FR2973161A1 (fr) 2012-09-28
KR101864899B1 (ko) 2018-06-05
US20120241594A1 (en) 2012-09-27
TW201301885A (zh) 2013-01-01
KR20120108948A (ko) 2012-10-05
JP6078841B2 (ja) 2017-02-15
US8686341B2 (en) 2014-04-01
FR2973161B1 (fr) 2013-03-29
CN102695010B (zh) 2016-12-14
EP2503775A1 (fr) 2012-09-26
EP2503775B1 (fr) 2014-08-20
TWI536834B (zh) 2016-06-01
JP2012205308A (ja) 2012-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102695010A (zh) 具有双累积时间和条件选择的图像传感器
CA2746019C (en) Image sensor with double charge transfer for large dynamic range and method of reading
KR100718404B1 (ko) 능동 픽셀 센서
EP2890117B1 (en) Improvements in or relating to imaging sensors
US11258977B2 (en) Image sensor readout method and architecture
US6307195B1 (en) Variable collection of blooming charge to extend dynamic range
JP6093115B2 (ja) イメージ・センサのピクセルおよびそのイメージ・センサを動作させる方法
KR20180036969A (ko) 액티브 화소 이미지 센서를 제어하기 위한 방법
US9736411B2 (en) Image sensor pixel having multiple sensing node gains
EP2863627A1 (en) An image sensor
EP2063632A1 (en) Image sensor with multiple integration periods
US10200644B2 (en) Global shutter scheme that reduces the effects of dark current
EP2071825A1 (en) Pixel read circuitry
CN111447384B (zh) 高动态范围全局快门像素结构及其信号采样读取方法
WO2011064532A1 (en) High dynamic range pixel
CN111447385B (zh) 全局快门图像传感器像素结构及其信号采样读取方法
US9584747B2 (en) Gain-ranging charge amplifier
US20140103197A1 (en) Pixel read method
EP1708268A1 (en) Solid-state image-sensing device with logarithmic converter
US10798323B1 (en) Control method for an active pixel image sensor
US7932947B2 (en) Output-compensating device and method of an image sensor
CN105009565B (zh) 产生图像的方法和线性传感器照相机
WO2014017127A1 (ja) 固体撮像装置

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
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: French St aygulf

Patentee after: Spy encourages Da Yituwei semiconductors limited liability company

Address before: French St aygulf

Patentee before: E2V semiconductor company

CP01 Change in the name or title of a patent holder