JP6911128B2 - 拡張されたダイナミックレンジを備えたイメージングアレイ - Google Patents
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Description
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
[1] ビット線に接続された複数の画素センサを備える装置であって、各画素センサが光検出器を備え、前記光検出器が、
フォトダイオードと、
浮遊拡散ノードと、
前記浮遊拡散ノードにおける電圧の単調関数である電圧を有する画素出力信号を生み出す前記浮遊拡散ノードに接続されたバッファと、
行選択信号に応答して、前記画素出力信号を前記ビット線に接続するビット線ゲートと、
リセット信号に応答して、前記浮遊拡散ノードを第1のリセット電圧源に接続するリセットゲートと、
第1の転送信号に応答して、前記フォトダイオードを前記浮遊拡散ノードに接続する第1の転送ゲートと、
第2の転送信号に応答して、オーバーフローキャパシタを前記浮遊拡散ノードに接続する第2の転送ゲートを介して前記浮遊拡散ノードに接続された前記オーバーフローキャパシタと、
オーバーフロー転送ゲート信号に応答して、前記フォトダイオードを前記オーバーフローキャパシタに接続するオーバーフロー転送ゲートと、
を備える、装置。
[2] 前記フォトダイオードによって生成される電荷がオーバーフローしきい値を超えるとき、前記浮遊拡散ノードではなく前記オーバーフローキャパシタに電荷が流れるようにするレベルに前記オーバーフロー転送ゲート信号が調整される、[1]に記載の装置。
[3] 前記バッファが前記浮遊拡散ノードに接続されたゲートを有するソースフォロワを備える、[1]に記載の装置。
[4] 第1のサンプリング信号及び第2のサンプリング信号、前記リセット信号、前記第1の転送信号及び第2の転送信号、並びに前記オーバーフロー転送ゲート信号を生成するコントローラをさらに備える、[1]に記載の装置。
[5] 前記コントローラが、前記画素センサの各々における前記フォトダイオード及び前記オーバーフローキャパシタがリセット電圧にリセットされるようにする、[4]に記載の装置。
[6] 前記コントローラが、前記フォトダイオードに当たる光によって生成される光電荷が、前記フォトダイオードが所定のレベルの記憶された光電荷に到達するまで最初に前記フォトダイオードに蓄積し、この所定のレベルを超えた如何なる超過した光電荷も前記オーバーフローキャパシタに記憶されるように、前記画素センサの各々中の前記フォトダイオードを前記浮遊拡散ノードから絶縁する、[5]に記載の装置。
[7] 前記コントローラが、前記画素センサの各々について、露光期間の後に前記オーバーフローキャパシタに記憶された第1の光電荷と、前記フォトダイオードに記憶された第2の光電荷とを決定し、前記コントローラが、露光の間に各画素センサによって受光された光の量の測定を提供するために、前記第1の及び第2の光電荷を組み合わせる、[6]に記載の装置。
[8] 複数の画素センサを備えるイメージングアレイを動作させる方法であって、各画素センサが露光の間にその画素センサ中のフォトダイオードに入射する光の強度を測定する前記フォトダイオードを備え、前記フォトダイオードが、露光の間に各フォトダイオードに記憶されることができる最大光電荷によって特徴付けられ、前記方法が、
前記画素センサの各々中にオーバーフロー経路を設けることと、ここで、前記オーバーフロー経路は、前記最大光電荷を超過した光電荷を収集するものであり、
前記露光の間に前記オーバーフロー経路を通過した前記収集された電荷を測定すること及び前記露光の後に前記フォトダイオードに記憶された前記光電荷を測定することと、 前記画素センサに対応する前記露光についての画素強度の測定値に達するために、前記測定された収集された電荷と前記露光の後に前記フォトダイオードに記憶された前記光電荷とを組み合わせることと、
を備える、方法。
[9] 前記画素センサの各々中の前記オーバーフロー経路を測定することは、前記露光に先立ってリセット電圧に事前充電されており、且つ前記フォトダイオードにおける電圧がしきい値より低いときに電荷を通すオーバーフローゲートによって前記フォトダイオードに接続された、前記画素センサの各々中のキャパシタを備え、前記露光の後に前記収集された電荷を測定することは、前記露光の後に前記キャパシタにおける電圧を測定することを備える、[8]に記載の方法。
Claims (7)
- ビット線(43,19)に接続された複数の画素センサ(41)を備える装置であって、各画素センサが光検出器(60)を備え、前記光検出器が、
フォトダイオード(11)と、
浮遊拡散ノード(13)と、
前記浮遊拡散ノードにおける電圧の単調関数である電圧を有する画素出力信号を生み出す前記浮遊拡散ノードに接続されたバッファ(17)と、
行選択信号に応答して、前記画素出力信号をビット線に接続するビット線ゲート(18)と、
リセット信号に応答して、前記浮遊拡散ノードを第1のリセット電圧源に接続するリセットゲート(16)と、
第1の転送信号に応答して、前記フォトダイオードを前記浮遊拡散ノードに接続する第1の転送ゲート(12)と、
前記浮遊拡散ノードに接続された第2の転送ゲート(62)と、
第2の転送信号に応答して、前記第2の転送ゲート(62)を介して前記浮遊拡散ノードに接続されるオーバーフローキャパシタ(61)と、
オーバーフロー転送ゲート信号に応答して、前記フォトダイオードを前記オーバーフローキャパシタに接続するオーバーフロー転送ゲート(15)と、
第1のサンプリング信号及び第2のサンプリング信号、前記リセット信号、前記第1の転送信号及び第2の転送信号、並びに前記オーバーフロー転送ゲート信号を生成するように構成されたコントローラ(30)と、
を備え、
前記コントローラ(30)が、前記画素センサ(41)の各々における前記フォトダイオード(11)、前記浮遊拡散ノード(13)、及び前記オーバーフローキャパシタ(61)を、露光に先立ってリセット電圧にリセットさせるようにさらに構成されている、装置。 - 前記フォトダイオード(11)によって生成される電荷がオーバーフローしきい値を超えるとき、前記浮遊拡散ノード(13)ではなく前記オーバーフローキャパシタ(61)に電荷が流れるようにするレベルに前記オーバーフロー転送ゲート信号が調整される、請求項1に記載の装置。
- 前記バッファ(17)が前記浮遊拡散ノード(13)に接続されたゲートを有するソースフォロワを備える、請求項1に記載の装置。
- 前記コントローラ(30)が、前記フォトダイオード(11)に当たる光によって生成される光電荷が、前記フォトダイオードが所定のレベルの記憶された光電荷に到達するまで最初に前記フォトダイオードに蓄積し、この所定のレベルを超えた如何なる超過した光電荷も前記オーバーフローキャパシタ(61)に記憶されるように、前記画素センサ(41)の各々中の前記フォトダイオードを前記浮遊拡散ノード(13)から絶縁する、請求項1に記載の装置。
- 前記コントローラ(30)が、前記画素センサ(41)の各々について、露光期間の後に前記オーバーフローキャパシタ(61)に記憶された第1の光電荷と、前記フォトダイオード(11)に記憶された第2の光電荷とを決定し、前記コントローラが、露光の間に各画素センサによって受光された光の量の測定を提供するために、前記第1の及び第2の光電荷を組み合わせる、請求項4に記載の装置。
- 複数の画素センサ(41)を備えるイメージングアレイを動作させる方法であって、各画素センサが露光の間にその画素センサ中のフォトダイオード(11)に入射する光の強度を測定する前記フォトダイオードと浮遊拡散ノード(13)とを備え、前記フォトダイオードが、露光の間に各フォトダイオードに記憶されることができる最大光電荷によって特徴付けられ、前記方法が、
前記画素センサの各々中にオーバーフロー経路を設けることと、ここで、前記オーバーフロー経路は、前記最大光電荷を超過した光電荷を収集するものであり、前記オーバーフロー経路は、前記フォトダイオードにオーバーフローゲートによって接続されたキャパシタを備え、
前記露光に先立って前記フォトダイオード、前記浮遊拡散ノード、及び前記キャパシタをリセット電圧にセットすることと、
前記フォトダイオードにおける電圧がしきい値より低いとき、前記オーバーフローゲートを介して電荷を通すことと、
前記露光の間に前記オーバーフロー経路を通過した前記収集された電荷を測定すること及び前記露光の後に前記フォトダイオードに記憶された前記光電荷を測定することと、
前記画素センサに対応する前記露光についての画素強度の測定値に達するために、前記測定された収集された電荷と前記露光の後に前記フォトダイオードに記憶された前記光電荷とを組み合わせることと、
を備える、方法。 - 前記オーバーフローゲート(15)は前記フォトダイオードにおける電圧がしきい値より低いときに電荷を通し、前記露光の後に前記収集された電荷を測定することは、前記露光の後に前記キャパシタにおける電圧を測定することを備える、請求項6に記載の方法。
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