JP5791523B2 - 低消費マトリックスセンサ - Google Patents

Description

本発明の対象は、それぞれのピクセルと関連した、複数の個別検出機構（individual detection structure）を含むマトリックスイメージセンサである。

そのようなセンサのダイナミックレンジは、光景の全ての情報を保存することに関して疑う余地がない。可視スペクトルにおいて、輝度の時空的な分布は、１２０ｄＢよりも大きいかもしれない。このように、従来のイメージセンサで利用できる、非常に並外れたダイナミックレンジであるかもしれない。

これらは、線形光電変換則（a linear photoelectric conversion law）を使用し、そのダイナミックレンジの操作は、ビデオ信号の最大振幅とセンサの出力でのノイズのレベルによって、１回かつ同時に限られる。

欧州特許出願公開第１２７１９３０号は、解像度が改善され得るセンサを開示する。フォトダイオードの太陽電池モードでは動作しない。

多くの解決策は、イメージセンサの動作ダイナミックレンジを拡大することで知られている。

欧州特許第１３５４３６０号は、例えば、対数応答および良い画像品質を有するピクセルに関連したＣＭＯＳ個別検出機構を開示する。この個別検出機構は、それでもなお、２つの構造上の欠陥を露呈する。すなわち、多くのこれらの機構が、センサを生成するために、マトリックス内に集められたときの大量の電力消費量と、注目すべき光景の強い点別（point-wise）照明や局部照明の場合に、センサで形成される画像上の黒カラム（黒い列、black columns）の出現である。

欧州特許出願公開第１２７１９３０号明細書 欧州特許第１３５４３６０号明細書 仏国特許出願公開第２９２０５９０号明細書

欧州特許第１３５４３６０号による個別検出機構１_ijは、図１に示される。この機構１_ijは、無限の連続的インピーダンスを有する増幅段（amplifier stage）４_ijによって読み込まれる、光起電モード（photovoltaic mode）（すなわち、フォトダイオードが照明のもとで電圧を生じさせる太陽電池モードに相当する。）のフォトダイオード３_ijを含み、増幅段４_ijは、２つのＭＯＳトランジスタ４１_ijと４２_ijを含み、該増幅段４_ijの出力は、選択ＭＯＳトランジスタ６_ijを介して、読み込みバス７_jに接続される。また、この機構は、欧州特許第１３５４３６０号に記載されているように、スイッチ８_ijも含み、スイッチが閉じられたときに、フォトダイオード３_ijを短絡させることを可能にする。

光起電モードでのフォトダイオードの動作の安定性を保証するために、増幅段４_ijは、高インピーダンスの状態にあるフォトダイオード３_ijにおいて許容できないスイッチングノイズを生成する該増幅段の稼働中の動的電力を永久的に維持しなければならない。

図１によると、検出機構１_ijが、例えば、欧州における標準的なテレビの解像度である７６８×５７６ピクセルよりも大きいサイズのマトリックスに従って組み合わされている場合に、マトリックスの各個別検出機構１_ijの増幅段４_ijに永続的にバイアスをかけるために必要な電力消費量は、そのようなマトリックスを用いて生成されるイメージセンサの動作に関して、不利益な結果をもたらす値を得ることになる。

図２に示されるように、多数の検出機構１_ijを含むマトリックスは、重要な値の読み込みバス７_j上の浮遊容量７１を示すことができる。そして、これは、各個別検出機構１_ijの増幅段４_ijにおいて、より大きなバイアス電流を必要とし得る。このバイアス電流は、例えば、ほぼ１μＡ程度であり、１０００×１０００ピクセルのマトリックスで、全体の電流の１Ａに相当する。そのような電力消費量は、センサの設計に困難をもたらし、センサが集積されるマイクロチップの過熱を生じさせるかもしれない。それゆえに、フォトダイオードにおける暗電流を増加させ、センサの光電性能（photoelectric performance）を劣化させる。

図１によると、機構を用いて生成されたイメージセンサの別の欠点は、非常に強烈な点光源のある光景の画像を取得するときに、このセンサ上で形成された画像に出現する黒カラムの危険性によって明らかにされ、これら黒カラムは、信号を読み取ことができないピクセルに対応する。

図３に示されるように、点光源が、図１による検出機構１_ijのサブセット上に投射されるとき、該光源は、増幅段４_ijの出力と読み取りバスとの間の選択トランジスタ６_ijのドレインやソースにおいて、著しい光電電流Ｉ_ppの発生を引き起こし、この電流Ｉ_ppは、トランジスタ６_ijのドレインとアース間およびトランジスタ６_ijのソースとアース間の漂遊フォトダイオード６１の出現に相当する。この光電電流Ｉ_ppが、増幅段４_ijのバイアス電流に対して、十分に大きいとき、個別検出機構１_ijに関連するどの信号の読み取りも、読み取りバス７_ij上において行うことができない。それゆえに、形成された画像上に、黒斑点（black patch）の出現を引き起こす。読み取りバス７_jは、全く同一のカラムのピクセルに関連する検出機構の全体集合によって共有されていると分かっているので、これは、センサ上に形成される画像において黒カラムを引き起こす。

さらに、欧州特許第１３５４３６０号によって開示された個別検出機構は、増幅段４_ijのトランジスタ４１_ijと４２_ij、一方で、異なるタイプの選択トランジスタ６_ij、例えば、ＰチャネルＭＯＳトランジスタである、増幅段４_ijのトランジスタ４１_ijと４２_ijと、ＮチャネルＭＯＳトランジスタである選択トランジスタ６_ijを必要とするので、密集度（compactness）に関して最適でないかもしれない。図１による機構を用いると、増幅段４_ijからの出力信号は、本当に、選択トランジスタとして用いられ得るＰチャネルＭＯＳトランジスタに対して、無視することができるような、非常に低い電圧を示す。

さらに、欧州特許第１３５４３６０号によって開示された個別検出機構は、画像を格納するための任意の手段を備えていない。現在、これらのような個別検出機構を含むマトリックスにおける連続的読み取り（progressive reading）は、読み取り開始と読み取り終了の間の時間シフト（temporal shift）を生じ、そして、これは、オブジェクトがそのようなマトリックスを含むセンサによって観測されるときに、オブジェクトの変形を動作中に生じさせるかもしれない。

本発明の目的は、全部または一部のこれらの欠陥を改善することであり、マトリックスイメージセンサによってその目的を達成する。マトリックスイメージセンサは、それぞれのピクセルに関連する複数の検出機構を含み、各個別検出機構は、
・太陽電池モードでの動作範囲を少なくとも１つ有するフォトダイオードと、
・永続的に電力供給されて、前記範囲に含まれる、前記フォトダイオードの電圧に依存する電圧を入力として受け取る第一増幅段と、
・前記第一増幅段の出力と接続され、前記第一増幅段の出力が読み込まれるか否かに依存する異なる方法で電力供給される第二増幅段と、を含む。

用語「永続的に電源供給される（powered permanently）」や「継続的に電源供給される（powered continuously）」は、同義であるとして理解される。

上述の用語「接続された（linked）」は、任意の結合コンデンサあるいはスイッチなしに、すなわち、間接的な中継、例えば、スイッチを経由することなしに、直接接続することを意味することを理解する必要がある。

フォトダイオードは、光起電モードのセンサ内で動作し、センサのダイナミックレンジは、光起電モードを利用しない従来のセンサのそれよりも大きい。

本発明により、第一増幅段は、永続的な動作が維持されるように、永続的に電力供給され、一方、第二増幅段は、動的バイアス（dynamic bias）を受ける。

それにより、第二増幅段は、与えられた期間の間でのみ、第一増幅段から情報を受け取ることができる。

本発明により、永続的に電力供給される必要がある第一増幅段は、負荷として第二増幅段のみを備え、それによって、比較的微弱なバイアス電流のみを、この第一増幅段に供給することを可能にする。さらに、本発明は、第二増幅段に対して、第一増幅段の出力の読み込みが動作しているときにのみ電力供給すること、または、そのような読み込みが動作しているときのみに、大きく電力供給することを可能にする。

各個別検出機構は、例えば、フォトダイオードの短絡を選択的に生じさせて、フォトダイオードの暗状態（darkness condition）をシミュレートするための制御スイッチ、あるいは、それが閉じているときに、予め定められた一定または可変の電圧でフォトダイオードを維持するための制御スイッチを含む。第一および第二増幅段（「緩衝増幅器」とも呼ばれる）に供給される電力は、例えば、これら第一および第二増幅段へのバッファ電流の送電に対応する。

第一増幅段のバイアス電流の値は、１００ｎＡよりも小さくなり得る。例えば、１０ｎＡから５０ｎＡの間となり得る。１０００×１０００の検出機構のマトリックスを含むセンサに対して、このバイアスレベルは、欧州特許第１３５４３６０号によるセンサに対するほぼ１Ａ程度の消費に比べて、たった１０から５０ｍＡの総消費量を生じる。

さらに、比較的高い値の第二増幅段のバイアス電流でも、動的な方法でバイアスがかけられる第二増幅段は、センサや、読み込み中に選択されるマトリックス検出機構の単一の行（row）に対する過大な総消費量を引き起こさない。

例えば、１０００×１０００の検出機構のマトリックスに対して、各第二増幅段は、ほぼ１μＡ程度のバイアス電流でバイアスをかけられ、これは、行読み込み期間中において、１ｍＡのセンサによる総消費量に相当する。このバイアスレベルは、点光源により生じる露光過度（over-exposure）に対する耐性のしきい値を顕著に高めることを可能にする。

各個別検出機構は、第一増幅段の出力における信号、特に、電圧を格納するためのシステムを含み、そのストレージシステムは、第一増幅段と第二増幅段間のサンプリングスイッチ、例えば、トランジスタと、第一増幅段の出力の信号を格納するための手段、例えば、コンデンサ（capacitor）を含む。

サンプリングスイッチは、ＰチャネルまたはＮチャネルのＭＯＳ電界効果トランジスタとすることができる。

サンプリングスイッチは、キャパシタにおける第一増幅段の出力信号からサンプルを抜き取ることを可能にできる。

各個別検出機構に対するサンプリングスイッチは、サンプリングが全ての個別検出機構に対して同時に行われるように、同時に制御され得る。

コンデンサは、例えば、第二増幅段の入力コンデンサである。

第一増幅段の出力におけるフォトダイオードによって生じる電圧を、ストレージシステムのコンデンサに格納することによって、連続的読み取りによって引き起こされる時間シフトを減らし、本センサを用いて観測された、動いているオブジェクトの変形を回避すること、または、少なくとも変形を和らげることを可能にする。

そのようなストレージシステムは、さらに、本センサを用いて、例えば、フラッシュランプから生じる短期間の照明を観測することを可能にする。

検出機構は、例えば、センサに割り当てられた用途が、動いているオブジェクトの変形を許容する場合には、上記のようなストレージシステムがない変形バージョンでもよい。第一増幅段の出力は、さらに、例えば、第二増幅段の入力に直接接続され、これは、より密集した個別検出機構を得ることが可能になる。

本発明の第一実施形態によると、第二増幅段は、第一増幅段の出力が読み込まれるときのみに、電力供給され、その結果としてフォトダイオードによって信号が得られる。

本発明の第二実施形態によると、第二増幅段は、第一増幅段の出力の読み込みを行わない場合は、第一バイアス電流により電力供給され、第一増幅段の出力の読み込み中では、第二バイアス電流により電源供給される。第一バイアス電流は、第二バイアス電流よりも小さい。これらの第一および第二バイアス電流の比率は、例えば、１０から１００００の間である。

センサは、いくつかの検出機構、とりわけ、マトリックスの同一カラムのピクセルに関連する検出機構を共通にする少なくとも１つのトランジスタを含むことができ、このトランジスタは、それぞれの前記検出機構の第二増幅段にバイアスをかけるように設計されている。

第一増幅段は、少なくとも２つの電界効果トランジスタを含むことができ、第二増幅段は１つの電界効果選択トランジスタを含むことができ、第一増幅段の電界効果トランジスタは、第二増幅段の電界効果選択トランジスタと同じタイプのものとすることができ、これは、より簡単に製造できる個別検出機構からの恩恵を受けることができる。

本発明は、例えば、第一および第二増幅段を生産するために同じタイプのトランジスタを使うことができる。２つの増幅段の個別検出機構に存在することは、ゼロボルトの選択信号、増幅段の他方のトランジスタと同じタイプの選択トランジスタを介して、電源オン状態に戻すために十分な電圧を得ることができる。

第一増幅段の２つの電界効果トランジスタと、第二増幅段の選択トランジスタは、例えば、Ｐチャネルトランジスタであり、フォトダイオードは、例えば、Ｎ型拡散が行われるＰ型半導体基板を含む接合部を用いて生成される。

単一型のトランジスタが使用されているとき、例えば、ＮチャネルＭＯＳトランジスタとＰチャネルＭＯＳトランジスタを共に含む機構の場合と対比して、絶縁を十分に用いる必要はない。それゆえに、個別検出機構内のスペースの節約を可能にし、光電性能を高めるために、フォトダイオードを減らさないことを可能にする。

サンプリングスイッチが、第一および第二増幅段のトランジスタと同じタイプのトランジスタを使用するとき、このサンプリングトランジスタは、それらと同じウェルに配置され、光信号の漏れから保護され得る。

第二増幅段の選択トランジスタを生成するために、ＰチャネルＭＯＳ型のトランジスタを使用することは、ストレイフォトダイオード（stray photodiode）によって、選択トランジスタのドレインおよびソースにおいて光電流Ｉ_ppを誘導することができ、バイアス電流と同じ方向に流れる。さらに、バイアス電流を増加させ、とりわけ、強烈な点光源に対する露光過度の場合に、センサで形成される画像に出現する黒ピクセルのカラムの危険性を減らすことを可能とする。

第一増幅段は、永続的に電力供給される場合、ＭＯＳトランジスタのゲートのそれと同等の入力インピーダンスを示すように設計され得る。

さらに、センサは、フォトダイオードの短絡を選択的に作り出すため、または、それを予め定められた電圧に維持するための制御スイッチが開いているときに、フォトダイオードの読み込みを行うための手段、および、制御スイッチが閉じているときに、フォトダイオードの読み込みを行うための手段を含むことができ、これは、第一および第二増幅段によって引き起こされる固定空間雑音（fixed spatial noise）を取り除くことができる。

センサは、例えば、上述の２つの読み込み値のうち少なくとも１つを格納するための記憶手段を含むことができる。

発明の対象は、さらに、もう１つの態様によると、マトリックスイメージセンサのピクセルに関連する個別検出機構によって獲得される信号を読み込むための方法において、前記個別検出機構は、
・太陽電池モードでの動作範囲を少なくとも１つ有するフォトダイオードと、
・前記範囲に含まれる、前記フォトダイオードの電圧に依存する電圧を入力として受け取る第一増幅段と、
・前記第一増幅段の出力と接続される第二増幅段と
を含み、当該方法において、前記第一増幅段は永続的に電力供給され、前記第二増幅段に供給される電力は、前記第一増幅段の出力が読み込まれるか否かに依存して調整される。

第一増幅段の電力供給と、第二増幅段の電源供給は、例えば、これら増幅段のバイアス電流の送電に相当する。

第二増幅段は、例えば、第一増幅段の出力、その結果としてフォトダイオードによって得られる信号を読み込むときにのみ、バイアス電流を受け取る。

変形として、第二増幅段は、第一増幅段の出力の読み込みがない場合には、第一バイアス電流を受け取り、第一増幅段の出力の読み取り中には第二バイアス電流を受け取る。第一バイアス電流は、第二バイアス電流よりも小さく、これら第一および第二バイアス電流間の比率は、例えば、１０から１００００の間である。

各個別検出機構は、フォトダイオードの短絡を選択的に作り出し、フォトダイオードの暗状態をシミュレートするため制御スイッチ、または、それが閉じているときに、予め定められた一定または可変の電圧でフォトダイオードを維持するための制御スイッチを含むことができ、前記スイッチが開くときに個別検出機構によって得られる信号の読み込みが行われ、そして、前記スイッチが閉じるときに個別検出機構によって得られる信号の読み込みが行われ得る。

各個別検出機構は、第一増幅段の出力における信号を格納するためのシステムを含むことができ、該システムはサンプリングスイッチと記憶手段を含み、方法は、記憶手段における第一増幅段の出力信号が、例えば、個別検出機構ごとに、サンプル抽出されることに従ったステップを含むことができる。このサンプリングは、全ての個別検出機構に対して同時に行うことができる。

本発明は、以下、限定されない実施例を記載した明細書を考慮し、添付の図面を確認することでより理解することができる。

図１は、欧州特許第１３５４３６０号の教示に従った個別検出機構の例を示す。 図２は、欧州特許第１３５４３６０号の教示に従った個別検出機構の例を示す。 図３は、欧州特許第１３５４３６０号の教示に従った個別検出機構の例を示す。 図４は、本発明の模範的な実施形態に従った個別検出機構を示す。 図５は、図４の例に従った個別検出機構のマトリックスを含むセンサを示す。 図６は、図５によるセンサによって獲得した画像の線の読み込み中のステップを表すタイムチャートである。 図７は、本発明の別の模範的な実施形態に従った個別検出機構の例を示す。 図８は、図７の例に従った個別検出機構のマトリックスを含むセンサを示す。 図９は、図８によるセンサによって獲得した画像の読み込み中のステップを表すタイムチャートである。 図１０は、フォトダイオードと、個別検出機構におけるスイッチの別の模範的な実施形態を示す。 図１１は、サンプリングスイッチに対する模範的な駆動回路を示す。

本発明の第一の模範的な実施形態によると、個別検出機構１_ijは、図４に示されている。

当該個別検出機構１_ijは、少なくとも１つの、太陽電池モードで動作する期間を有するフォトダイオードと、「緩衝増幅器」とも呼ばれる第一増幅段４_ijおよび第二増幅段５_ijと、スイッチ８_ijとを含む。

図４に見られるように、第一増幅段４_ijは、フォトダイオード３_ijが照明にさらされ、フォトダイオードの太陽電池モードの動作範囲に含まれるとき、フォトダイオード３_ijに誘導される電圧を入力として受け取る。第一増幅段４_ijの出力は、第二増幅段５_ijの入力で直接受け取られ、当該第二増幅段５_ijの出力は、読み込みバス７_jにおいて読み込まれ、読み取りバス７_jは、複数の検出機構を含むマトリックスの同一カラムのピクセルに関連するいくつかの検出機構１_ijに共通する。

記載された例では、フォトダイオード３_ijは、Ｎ型拡散が行われるＰ型半導体基板を含む接合部を用いて生成される。これら２種類の半導体材料間の接合は、光電変換を可能にするＰＮ接合を形成する。

図示された例において、スイッチ８_ijは、ＮチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタであり、欧州特許第１３５４３６０号に記載されているように、短絡させることを可能にし、または、フォトダイオード３_ijを、完全な暗状態をシミュレートするようにできる。

トランジスタ８_ijのゲートは、帰零バス（reset-to-zero bus）１０_iＲＴＺに接続され、それによって、当該スイッチ８_ijの状態を制御することを可能とする。

第一増幅段４_ijは、記載される例では、連続する２つのＰチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタ４１_ijと４２_ijを含み、それらは電圧Ｖ_ccによって電力供給される。バイアス電流Ｉbias₁は第一増幅段４_ijに送電される。

図４に見られるように、トランジスタ４２_ijは、第一増幅段４_ijのバイアス電流を調節することを可能にする電圧Ｖbias₁に接続される。

当該第一増幅段４_ijは、例えば、ＭＯＳトランジスタのゲートの入力インピーダンスと等しい、直流の入力インピーダンスを示す。

第二増幅段５_ijは、図示された例では、第一および第二電界効果トランジスタ５１_ijと５２_ijを含み、それらはＰチャネルＭＯＳトランジスタである。

記載された例では、第一増幅段４_ijの出力は、任意の結合コンデンサなしに、第一トランジスタ５１_ijのゲートに直接接続される。

トランジスタ５２_ijは、選択トランジスタの役割を果たし、そのゲートは、コントロールバスＳＥＬ１１_iに接続される。

図４に示される個別検出機構１_ijは、個別検出機構１_ijの外側に配置され、電源Ｖ_cc’に接続された、第二増幅段５_ijの負荷トランジスタ９_iをさらに含む。

当該負荷トランジスタ９_jのゲートは、電圧Ｖbias₂に接続され、供給したい付加的な電圧利得を第一増幅段４_ijの出力の電圧に調節することができる。

図４に見られるように、第二増幅段５_ijのバイアス電流Ｉbias₂は、当該第二増幅段に送電される。

図４に示された個別検出機構１_ijの動作の仕方の例は、これから記載されるでしょう。

フォトダイオード３_ijが照明２にさらされるとき、電圧がＰＮ接合の終端間で発生し、この電圧は第一増幅段４_ijによって読み込まれる。該第一増幅段４_ijは、バイアス電流Ｉbias₁によって動作を永続的に維持される。第一増幅段４_ijは、第二増幅段５_ijのみによって負荷がかけられ、バイアス電流Ｉbias₁は、非常に低い値、例えば、１０から５０ｎＡをとなる。

そして、第一増幅段４_ijの出力の電圧は、トランジスタ５１_ijのゲートの位置における、第二増幅段５_ijの入力で、受け取られる。

個別検出機構１_ijと関連するピクセルの読み込みは、第二増幅段５_ijを介して行われる。

第一実施形態によると、第二増幅段５_ijは、個別検出機構１_ijが関連付けられるピクセルが、その読み込みを目的として選択されるときのみバイアスがかけられる。そのような選択がない場合、バイアス電流Ｉbias₂は、ほぼゼロになり、選択トランジスタ５２_ijはオンにならない。

ピクセルが選択されたとき、選択トランジスタ５２_ijは、ＳＥＬバス１１_iを介して、活性化信号（activation signal）の送出という目的で活性化され、ピクセルを読み込むように、このトランジスタ５２_ijをオンにすることができるバイアス電流Ｉbias₂は、第二増幅段５_ijに送電される。

第二実施形態によると、第二増幅段５_ijは、個別検出機構が関連付けられるピクセルが、選択されないとき、第一バイアス電流Ｉbias₂’によって電力供給される。このバイアス電流は、トランジスタ５２_ijをオンにするには不十分である。

ピクセルが選択されたとき、選択トランジスタ５２_ijは、第二バイアス電流Ｉbias₂”によってバイアスがかけられ、ピクセルの読み込みを可能にし、

は、１０から１００００の間となる。

図４の例では、選択トランジスタ５２_ijおよびトランジスタ４１_ij，４２_ijと５１_ijは、ＰチャネルＭＯＳトランジスタである。この場合では、選択トランジスタ５２_ijのドレインおよびソースの位置における、ストレイフォトダイオードで誘導される光電流Ｉ_ppは、バイアス電流Ｉbias₂と同じ方向に向けられ、それによって、このバイアス電流をわずかに増加させることができる。

本発明は、上述したような個別検出機構に限定されることはない。

第一増幅段のトランジスタと第二増幅段の選択トランジスタとは、異なるタイプとすることができ、例えば、選択トランジスタ５２_ijは、ＮチャネルＭＯＳトランジスタとし、トランジスタ４１_ijおよび４２_ijは、ＰチャネルＭＯＳトランジスタとすることができる。

さらに、変形として、トランジスタ８_ijのソースのＮ拡散は、図１０に示されるように、フォトダイオード３_ijのＮ拡散と融合することができる。

フォトダイオード３_ijの極性は、逆にすることもでき、その場合には、Ｐ型拡散が行われるＮ型半導体基板を用いて生成される。

本発明に従う個別検出機構１_ijは、仏国特許出願公開第２９２０５９０号の教示のように、露光中のフォトダイオードの漸進的な変化段階（photodiode evolution phase）において、任意の極性の電圧を読み込むことを可能にする手段を含むこともできる。

スイッチ８_ijは、予め定められた電位と関連があり、当該スイッチ８_ijがオンであるとき、フォトダイオード３_ijに、スナップ撮影前に予め定められた電圧を課することができる。画像取得中に、スイッチ８_ijは、照らされたフォトダイオード３_ijにおいて誘導される光電流が、段々とこの電圧を放電するように開いている。それは、仏国特許出願公開第２９２０５９０号の図３ａと図３ｂを参照して記載されたものに基づいている。

個別検出機構１_ijは、仏国特許出願公開第２９２０５９０号の図５に示された実施形態によると、例えば、フォトダイオード３_ijのカスケードと第一増幅段４_ijとにつながれた容量結合コンデンサを含むことができる。仏国特許出願公開第２９２０５９０号の図６ａから図６ｅで言及されているように、適切な電圧は、例えば、トランジスタ４１_ijのゲートを、時定数Ｒ＊Ｃが予め定められた基準を満たすように決定された値のレジスタを介して、当該トランジスタのしきい値電圧よりも大きい値の正電圧につなぐことによって、結合コンデンサの両端で発生する。

変形型として、仏国特許出願公開第２９２０５９０号の図７ａから図７ｂを参照して記載されているように、この適切な電圧は、例えば、電離放射線から、低温電子のトンネル効果から、あるいは、高温電子のトンネル効果から発する電気絶縁物内の点別の導電性を用いることで、コンデンサの両端で発生し得る。

さらに、フォトダイオード３_ijのカソードは、結合コンデンサの電極のうちの１つを構成することができる。

イメージセンサ１００は、図４の例によると、検出機構１_ijのＭ＋１行、Ｎ＋１列のマトリックス１０１を含み、そして、そのようなセンサによって獲得された画像のラインｉの読み込みは、図５および６を参照してこれから説明される。画像の完全な読み込みは、各ラインの継続的な読み込みから構成することができる。

記載された例によると、さらに、センサ１００は、また、
・ライン選択回路１０２と、
・スイッチ８_ijが開いているときや、スイッチ８_ijが閉じられ、ストレージの情報読み込み時に、各個別検出機構１_ijのフォトダイオード３_ijの読み込みを許す回路１０３と、
・その出力がセンサの画像出力に相当する微分回路１０４と
を含む。

図５に見られるように、ライン選択回路１０２は、シフトレジスタ１０６を含み、それは、ＲＴＺバス１０_iとＳＥＬバス１１_iの活性化を制御するように設計され、それらバスは、マトリックス１０１の各行ｉに固有のものである。

マトリックスの各個別検出機構１_ijは、バス１０_iと１１_iに接続される。マトリックスの同じｊ列の検出機構１_ijは、同じ読み込みバス７_jを共有するだけでなく、第二増幅段５_ijの同じ負荷トランジスタ５２_jも共有する。負荷トランジスタ５２_jは、図５には示されていない。

図５に見られるように、各読み込みバス７_jは、並列に取り付けられた回路１０３の２つのスイッチ１０７_jおよび１０８_jに接続され、これらのスイッチは、バス１０９および１１０によって、それぞれ制御される。これらスイッチ１０７_j、１０８_jの反対側は、それぞれ、第一アナログメモリ１１１_j、第二アナログメモリ１１２_jに接続される。

図６に示される信号“Ｌ１”が活性化したとき、スイッチ８_ijが開いている場合に、個別検出機構１_ijのフォトダイオード３_ijの両端の電圧のイメージが、各メモリ１１１_jに記録されるように、スイッチ１０７_jを丸ごと全部オンにする。欧州特許第１３５４３６０号に記載されるように、この記録した値は、フォトダイオード３_ijによって得られる信号、および、出力の固定空間雑音に相当する。

図６に示される信号“Ｌ２”が活性化したとき、スイッチ８_ijが閉じている場合に、個別検出機構１_ijのフォトダイオード３_ijの両端の電圧のイメージが、各メモリ１１２_jに記録されるように、スイッチ１０８_jを丸ごと全部オンにする。メモリに記録された値は、空間雑音だけに相当する。

さらに、回路１０３は、シフトレジスタ１１３と、アナログメモリ１１１_jと１１２_jにそれぞれ接続されるスイッチ１１４_jおよび１１５_jとを含み、それらスイッチがオンであるとき、２つのバス１１６および１１７におけるステップ２００_jにより、ピクセルの同じｊ列に関連するメモリ１１１_jおよび１１２_jの内容を読み込むことができる。スイッチ１１４_jおよび１１５_jは、シフトレジスタ１１３によって制御される。

２つのバス１１６および１１７は、この例では、差動増幅器である微分回路１０４の入力において受け入れられる。

回路１０４によって成された差分は、固定空間雑音のない出力信号を得ることができる。

図７から９は、図４から６を参照して記載されるものとは異なる発明の実施例に関係し、各個別検出機構１_ijは、第一増幅段４_ijの出力における信号を記憶するためのシステム２０_ijを含む。

ストレージシステム２０_ijは、記載された例において、第一増幅段４_ijの出力における電圧を記憶することができ、第一増幅段４_ijの出力と第二増幅段５_ijの入力の間に配置されるサンプリングスイッチ２１_ijと、コンデンサ２２_ijを含む。

記載された例では、サンプリングスイッチ２１_ijは、ＮチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタであり、第一および第二増幅段のＭＯＳトランジスタとは異なるタイプのものである。このトランジスタ２１_ijのゲートは、バスＳＡＭＰ１２_jに接続され、バスＳＡＭＰ１２_jは、第一増幅段４_ijの出力における電圧値の、コンデンサ２２_ijでのサンプリングを制御する。このトランジスタ２１_ijのドレインおよびソースは、第一増幅段４_ijの出力および第二増幅段５_ijの入力に接続される。

例えば、コンデンサ２２_ijは、第二増幅段５_ijの入力コンデンサからなる。

図８に示されるセンサ１００は、図５に示されたものとは異なり、シフトレジスタ１０６の出力と信号ＳＡＭＰおよびＳＡＭＰ＿Ｇとの間の論理結合を実行するように設計されるコンポーネント１５_iを使用し、それぞれのバスＳＡＭＰ１２_iを介して、サンプリングを作動させる。サンプリングは、
・シフトレジスタ１０６によって選択された一連（１ライン）のピクセルの中からか、
・あるいは、マトリックスにおけるピクセル全部から
行う。すなわち、論理式：
ＳＡＭＰ_i＝ＳＡＭＰ＊ＳＥＬ_i＋ＳＡＭＰ＿Ｇ
に従う。ただし、＊と＋は、論理演算子“ａｎｄ”と“ｏｒ”を示す。

図９に見られるように、図７に従う個別検出機構を含むセンサによって得られる画像の読み込み中に、各機構１_ijのストレージシステム２０_ijのコンデンサ２２_ijでの、前記機構１_ijの第一増幅段４_ijの出力の信号のサンプリングは、個別検出機構１_ijの出力における画像の読み込みより前に行われ、それによって、信号ＳＡＭＰの活性化に対応する。

本発明は、記載されている例だけに限定されることはない。

変形型としては、第一および第二メモリ１１１_jおよび１１２_jは、デジタルメモリに出力を接続できるアナログ／デジタル変換器に置き換えることも可能である。

各個別検出機構１_ijのサンプリングトランジスタ２１_ijは、ＰチャネルＭＯＳトランジスタとすることもできる。この場合で、トランジスタ４１_ij，４２_ij，５１_ijおよび５２_ijも、ＰチャネルＭＯＳトランジスタであるとき、サンプリングトランジスタ２１_ijは、これらのトランジスタと同じウェルに配置され、光による信号漏れ（signal leakage）から保護され得る。

なお、この例によると、サンプリングトランジスタ２１_ijは、負電圧を供給することのできる駆動回路２５_ijを介さずに、ゼロボルトで活性化される信号ＳＡＭＰによっては制御されない。その模範的な実施形態は、図１１に示されている。

トランジスタ２１_ijは、ＰチャネルまたはＮチャネルＭＯＳトランジスタであり、金属層によって、光から保護される。

本発明のその他の例示的な実施態様についても可能性がある。

Claims (10)

1. それぞれのピクセルに関連する複数の個別検出機構（１_ij）を含むマトリックスイメージセンサであって、各個別検出機構（１_ij）は、
   太陽電池モードでの動作範囲を少なくとも１つ有するフォトダイオード（３_ij）と、
   前記フォトダイオード（３_ij）の短絡を選択的に生じさせて、前記フォトダイオード（３_ij）の暗状態をシミュレートするための制御スイッチ（８_ij）と
   永続的に電力供給されて、前記範囲に含まれる、前記フォトダイオード（３_ij）の電圧に依存する電圧を入力として受け取る第一増幅段（４_ij）と、
   前記第一増幅段（４_ij）の出力に接続され、前記第一増幅段の出力が読み込まれるか否かに従って、異なる方法で電力供給される第二増幅段（５_ij）と
   を含み、
   前記第一増幅段（４_ij）の出力は、前記第二増幅段（５_ij）の入力で直接受け取られ、当該第二増幅段（５_ij）の出力は、読み込みバス（７_j）において読み込まれ、前記読み込みバス（７_j）は、複数の検出機構を含むマトリックスの同一カラムのピクセルに関連するいくつかの検出機構（１_ij）に共通することを特徴とするマトリックスイメージセンサ。
2. 前記第二増幅段（５_ij）は、前記第一増幅段（４_ij）の出力が読み込まれるときのみに、電力供給されることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
3. 前記第一増幅段（４_ij）は、１００ｎＡ未満、特に、１０から５０ｎＡの間のバイアス電流によって、永続的に電力供給されることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ。
4. 前記第一増幅段（４_ij）は、少なくとも２つの電界効果トランジスタ（４１_ij，４２_ij）を含み、前記第二増幅段（５_ij）は、選択トランジスタ（５２_ij）を含み、
   前記第一増幅段のトランジスタと、前記選択トランジスタとは、同じ種類であることを特徴とする請求項１から３いずれか１項に記載のセンサ。
5. 前記第一増幅段（４_ij）の前記少なくとも２つの電界効果トランジスタ（４１_ij，４２_ij）と、前記第二増幅段（５_ij）の選択トランジスタ（５２_ij）は、ＰチャネルＭＯＳトランジスタであり、フォトダイオード（３_ij）は、Ｎ型拡散が行われるＰ型半導体基板を含む接合部を用いて生成されることを特徴とする請求項４に記載のセンサ。
6. 各個別検出機構（１_ij）は、前記第一増幅段（４_ij）の出力における信号、特に、電圧を記憶するためのストレージシステム（２０_ij）を含み、
   前記ストレージシステム（２０_ij）は、第一増幅段と第二増幅段の間に配置されたサンプリングスイッチ（２１_ij）と、
   前記第一増幅段（４_ij）の出力の信号を記憶するための手段（２２_ij）と
   を含むことを特徴とする請求項１から５いずれか１項に記載のセンサ。
7. 前記サンプリングスイッチ（２１_ij）は、ＭＯＳ電界効果トランジスタであり、記憶手段（２２_ij）は、コンデンサであることを特徴とする請求項６に記載のセンサ。
8. 前記スイッチ（８_ij）開時にフォトダイオード（３_ij）の読み込み、および、前記スイッチ（８_ij）閉時にフォトダイオード（３_ij）の読み込みを行うための手段を含むことを特徴とする請求項１から７いずれか１項に記載のセンサ。
9. ２つの読み込みのうち少なくとも１つを記憶するための記憶手段を含むことを特徴とする請求項８に記載のセンサ。
10. マトリックスイメージセンサのピクセルに関連する個別検出機構（１_ij）によって得られる信号を読み込むための方法において、
    前記個別検出機構は、太陽電池モードでの動作範囲を少なくとも１つ有するフォトダイオード（３_ij）と、
    前記フォトダイオード（３_ij）の短絡を選択的に生じさせて、前記フォトダイオード（３_ij）の暗状態をシミュレートするための制御スイッチ（８_ij）と、
    前記範囲に含まれる、前記フォトダイオードの電圧に依存する電圧を入力として受け取る第一増幅段（４_ij）と、
    前記第一増幅段の出力と接続される第二増幅段と
    を含み、
    前記第一増幅段（４_ij）の出力は、前記第二増幅段（５_ij）の入力で直接受け取られ、当該第二増幅段（５_ij）の出力は、読み込みバス（７_j）において読み込まれ、前記読み込みバス（７_j）は、複数の検出機構を含むマトリックスの同一カラムのピクセルに関連するいくつかの検出機構（１_ij）に共通し、
    前記第一増幅段（４_ij）は、永続的に電力供給され、前記第二増幅段（５_ij）に供給される電力は、前記第一増幅段の出力が読み込まれるか否かにより調整され、
    前記スイッチ（８_ij）が開くときに、前記個別検出機構（１_ij）によって得られる前記信号の読み込みが行われ、そして、前記スイッチ（８_ij）が閉じるときに、前記個別検出機構（１_ij）によって得られる前記信号の読み込みが行われることを特徴とする方法。

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