JP7149616B2 - 変調画像取り込みのためのシステム及び方法 - Google Patents
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Description
第1又は第2の導電型の半導体基板を有し、前記半導体基板は表側と裏側とを備え、前記半導体基板は光子束に露光するように構成され、前記光子束を第1及び第2の導電型可動電荷に変換し、
前記半導体基板の前記表側に配置され、第1の導電型半導体材料の第1の一次電荷収集ノードを有し、
前記半導体基板の前記表側に配置され、第2の導電型半導体材料の少なくとも1つの周辺ノードを有し、前記少なくとも1つの周辺ノードは前記第1の一次電荷収集ノードを少なくとも部分的に囲み、
前記第1の一次電荷収集ノードと前記少なくとも1つの周辺ノードとに直接接続された回路を有し、
前記回路は、前記第1の一次電荷収集ノードへの/からの、第1のリセット電圧を接続及び遮断する第1のスイッチと、前記少なくとも1つの周辺ノードに周辺ノード電圧を供給する手段と、前記第1の一次電荷収集ノードによって収集された前記第1の導電型可動電荷の量を測定する第1の測定手段とを備え、
前記半導体基板の前記裏側に配置され、前記第2の導電型可動電荷を収集して導電するように構成され、バイアス電圧に電気的に接続されるように構成された裏側導電層を有し、
前記第2の導電型半導体材料の第1の変調ノードを有し、
前記第1の変調ノードは、前記半導体基板の前記表側に配置され、前記第1の一次電荷収集ノードによって少なくとも部分的に囲まれ、前記第1の一次電荷収集ノードは、前記第1の変調ノードと前記少なくとも1つの周辺ノードとの間を電気的に絶縁するように構成され、そして前記第1の変調ノードは第1の変調電圧源に電気的に接続され、前記第1の変調電圧源は、前記周辺ノード電圧から独立している、画素素子を提供する。
(i)前記半導体基板の体積を少なくとも50%まで空乏化させる値にバイアス電圧(Vbs)を設定することによって、前記半導体基板内の体積を空乏化させ、
(ii)第1のリセット電圧(Vr_a)を供給し、
(iii)第2のリセット電圧(Vr_b)を供給し、
(iv)前記第1のスイッチをオンにすることにより前記第1の一次電荷収集ノードを前記第1のリセット電圧(Vr_a)に接続し、
前記第1のスイッチをオフにすることにより前記第1の一次電荷収集ノードを前記第1のリセット電圧(Vr_a)から遮断し、
これにより前記第1の一次電荷収集ノードをリセットし、
(v)第2のスイッチをオンにすることにより前記第2の一次電荷収集ノードを前記第2のリセット電圧(Vr_b)に接続し、
前記第2のスイッチをオフにすることにより前記第2の一次電荷収集ノードを前記第2のリセット電圧(Vr_b)から遮断し、
これにより第2の一次電荷収集ノードをリセットし、
(vi)前記第1の一次電荷収集ノードと前記第1の変調ノードの間の第1の逆バイアス電圧を上昇させる値に第1の変調電圧(Vm_a)を設定することにより第1の電荷収集体積を縮小させ、前記第2の一次電荷収集ノードと前記第2の変調ノードの間の第2の逆バイアス電圧を低下させる値に第2の変調電圧(Vm_b)を設定することにより第2の電荷収集体積を拡大させ、
第1の期間を待ち、
前記第1の期間の後、前記第1の一次電荷収集ノードと前記第1の変調ノードの間の第1の逆バイアス電圧を低下させる値に前記第1の変調電圧(Vm_a)を設定することにより前記第1の電荷収集体積を拡大させ、前記第2の一次電荷収集ノードと前記第2の変調ノードの間の第2の逆バイアス電圧を上昇させる値に第2の変調電圧(Vm_b)を設定することにより前記第2の電荷収集体積を縮小させ、
第2の期間待つ、
というサイクルの間、前記第1及び第2の一次電荷収集ノードに前記第1の導電型可動電荷を蓄積し、
(vii)前記第1の一次電荷収集ノード及び前記第2の一次電荷収集ノードの電圧レベル(Vc_a、Vc_b)を特定することによりステップ(vi)のサイクル中に蓄積された前記第1の導電型可動電荷の量を測定する。
(a)前記半導体基板の体積を少なくとも50%まで空乏化させる値にバイアス電圧(Vbs)を設定することにより前記半導体基板内の体積を空乏化し、
(b)第1のリセット電圧(Vr)を供給し、
(c)第3の電圧(Vx)を供給し、
(d)前記第1のスイッチをオンにすることにより前記第1の一次電荷収集ノードを前記第1のリセット電圧(Vr)に接続し、
前記第1のスイッチをオフにすることにより前記第1の一次電荷収集ノードを前記第1のリセット電圧(Vr)から遮断し、
これにより前記第1の一次電荷収集ノードをリセットし、
(e)前記第1の一次電荷収集ノードと前記第1の変調ノードの間の第1の逆バイアス電圧を上昇させる値に第1の変調電圧(Vm)を設定することにより第1の電荷収集体積を縮小させ、前記二次電荷収集ノードと前記周辺ノードの間の第3の逆バイアス電圧を上昇させる値に前記第3の電圧(Vx)を設定することにより第2の電荷収集体積を拡大させ、
第3の期間を待ち、
前記第3の期間の後、前記第1の一次電荷収集ノードと前記第1の変調ノードの間の第1の逆バイアス電圧を低下させる値に前記第1の変調電圧(Vm、Vm)を設定することにより前記第1の電荷収集体積を拡大させ、前記2次電荷収集ノードと前記周辺ノードとの間の前記第3の逆バイアス電圧を低下させる値に前記第3の電圧(Vx)を設定することにより前記第2の電荷収集体積を縮小させ、
第4の期間を待つ、
というサイクルの間に前記第1の一次電荷収集ノードと前記2次電荷収集ノードに第1の導電型可動電荷を蓄積し、
(f)前記第1の一次電荷収集ノードの電圧レベル(Vc)を特定することによりステップ(e)のサイクルの間に蓄積された前記第1の導電型可動電荷の量を測定する。
第1又は第2の導電型の半導体基板を有し、前記半導体基板は表側と裏側とを備え、前記半導体基板は光子束に露光し、前記光子束を第1及び第2の導電型可動電荷に変換するように構成され、
前記半導体基板の前記表側に配置され、第1の導電型半導体材料の第1の一次電荷収集ノードを有し、
前記半導体基板の前記表側に配置され、第2の導電型半導体材料の少なくとも1つの周辺ノードを有し、前記少なくとも1つの周辺ノードは前記第1の一次電荷収集ノードを少なくとも部分的に囲み、
前記第1の一次電荷収集ノードと前記少なくとも1つの周辺ノードとに直接接続された回路を有し、前記回路は、
前記第1の一次電荷収集ノードへの/からの、第1のリセット電圧を接続及び遮断する第1のスイッチと、
前記少なくとも1つの周辺ノードに周辺ノード電圧を供給する手段と、
前記第1の一次電荷収集ノードによって収集された前記第1の導電型可動電荷の量を測定する第1の測定手段とを備え、
前記半導体基板の前記裏側に配置され、前記第2の導電型可動電荷を収集して導電するように構成され、バイアス電圧に電気的に接続されるように構成された裏側導電層を有し、
前記第2の導電型半導体材料の第1の変調ノードを有し、前記第1の変調ノードは、
前記半導体基板の前記表側に配置され、
前記第1の一次電荷収集ノードによって少なくとも部分的に囲まれ、前記第1の一次電荷収集ノードは、前記第1の変調ノードと前記少なくとも1つの周辺ノードとの間を電気的に絶縁するように構成され、
第1の変調電圧源に電気的に接続され、前記第1の変調電圧源は、前記周辺ノード電圧から独立している画素素子を提供する。
前記半導体基板の前記表側に配置され、
前記第2の一次電荷収集ノードによって少なくとも部分的に囲まれ、前記第2の一次電荷収集ノードは、前記第2の変調ノードと前記少なくとも1つの周辺ノードとの間を電気的に絶縁するように構成され、
第2の変調電圧源に電気的に接続され、前記第2の変調電圧源は前記周辺ノード電圧から独立しており、
前記回路は、
前記第2の一次電荷収集ノードへの/からの第2のリセット電圧を接続及び遮断する第2のスイッチと、
前記第2の一次電荷収集ノードによって収集された前記第1の導電型可動電荷の量を測定する第2の測定手段と、をさらに備える。
前記半導体基板の前記表側に配置され、
対応する一次電荷収集ノードによって少なくとも部分的に囲まれ、前記一次電荷収集ノードは、前記変調ノードと前記少なくとも1つの周辺ノードとの間の電気的絶縁を供給するように構成され、
対応する変調電圧源に電気的に接続され、前記変調電圧源は前記周辺ノード電圧から独立している。
前記一次電荷収集ノードへの/からの対応するリセット電圧を接続及び遮断するスイッチと、
前記一次電荷収集ノードによって収集された前記第1の導電型可動電荷の量を測定するための測定手段とを更に有する。
n型高抵抗シリコン基板上で、アルミナ又は酸化ハフニウムは酸化物基板界面におけるシリコン内の正孔反転層を誘発し、正孔反転層は、裏側導電層として機能することができ、半導体基板の表側からバイアスをかけることができ、
p型高抵抗シリコン基板上では、アルミナ又は酸化ハフニウムは、酸化物-基板界面においてシリコン内の正孔蓄積層を誘導し、正孔蓄積層は、裏側導電層として機能することができ、半導体基板の表側からバイアスをかけることができる。
n型高抵抗シリコン基板上で、二酸化シリコンは、酸化物-基板界面におけるシリコン内の電子蓄積層を誘発し、電子蓄積層は、裏側導電層として機能することができ、半導体基板の表側からバイアスをかけることができ、
p型高抵抗シリコン基板上では、二酸化シリコンは酸化物-基板界面でシリコン内部に電子反転層を誘導し、電子反転層は、裏側導電層として機能することができ、半導体基板の表側からバイアスをかけることができる。
(i)前記半導体基板の体積を少なくとも50%まで空乏化させる値にバイアス電圧(Vbs)を設定することによって、前記半導体基板内の体積を空乏化させ、
(ii)第1のリセット電圧(Vr_a)を供給し、
(iii)第2のリセット電圧(Vr_b)を供給し、
(iv)前記第1のスイッチをオンにすることにより前記第1の一次電荷収集ノードを前記第1のリセット電圧(Vr_a)に接続し、
前記第1のスイッチをオフにすることにより前記第1の一次電荷収集ノードを前記第1のリセット電圧(Vr_a)から遮断し、
これにより前記第1の一次電荷収集ノードをリセットし、
(v)第2のスイッチをオンにすることにより前記第2の一次電荷収集ノードを前記第2のリセット電圧(Vr_b)に接続し、
前記第2のスイッチをオフにすることにより前記第2の一次電荷収集ノードを前記第2のリセット電圧(Vr_b)から遮断し、
これにより第2の一次電荷収集ノードをリセットし、
(vi)前記第1の一次電荷収集ノードと前記第1の変調ノードの間の第1の逆バイアス電圧を上昇させる値に第1の変調電圧(Vm_a)を設定することにより第1の電荷収集体積を縮小させ、前記第2の一次電荷収集ノードと前記第2の変調ノードの間の第2の逆バイアス電圧を低下させる値に第2の変調電圧(Vm_b)を設定することにより第2の電荷収集体積を拡大させ、
第1の期間を待ち、
前記第1の期間の後、前記第1の一次電荷収集ノードと前記第1の変調ノードの間の第1の逆バイアス電圧を低下させる値に前記第1の変調電圧(Vm_a)を設定することにより前記第1の電荷収集体積を拡大させ、前記第2の一次電荷収集ノードと前記第2の変調ノードの間の第2の逆バイアス電圧を上昇させる値に第2の変調電圧(Vm_b)を設定することにより前記第2の電荷収集体積を縮小させ、
第2の期間待つ、
というサイクルの間、前記第1及び第2の一次電荷収集ノードに前記第1の導電型可動電荷を蓄積し、
(vii)前記第1の一次電荷収集ノード及び前記第2の一次電荷収集ノードの電圧レベル(Vc_a、Vc_b)を特定することによりステップ(vi)のサイクル中に蓄積した前記第1の導電型可動電荷の量を測定する。
(a)前記半導体基板の体積を少なくとも50%まで空乏化させる値にバイアス電圧(Vbs)を設定することにより前記半導体基板内の体積を空乏化し、
(b)第1のリセット電圧(Vr)を供給し、
(c)第3の電圧(Vx)を供給し、
(d)前記第1のスイッチをオンにすることにより前記第1の一次電荷収集ノードを前記第1のリセット電圧(Vr)に接続し、
前記第1のスイッチをオフにすることにより前記第1の一次電荷収集ノードを前記第1のリセット電圧(Vr)から遮断し、
これにより前記第1の一次電荷収集ノードをリセットし、
(e)前記第1の一次電荷収集ノードと前記第1の変調ノードの間の第1の逆バイアス電圧を上昇させる値に第1の変調電圧(Vm)を設定することにより第1の電荷収集体積を縮小させ、前記二次電荷収集ノードと前記周辺ノードの間の第3の逆バイアス電圧を上昇させる値に前記第3の電圧(Vx)を設定することにより第2の電荷収集体積を拡大させ、
第3の期間を待ち、
前記第3の期間の後、前記第1の一次電荷収集ノードと前記第1の変調ノードの間の第1の逆バイアス電圧を低下させる値に前記第1の変調電圧(Vm、Vm)を設定することにより前記第1の電荷収集体積を拡大させ、前記2次電荷収集ノードと前記周辺ノードとの間の前記第3の逆バイアス電圧を低下させる値に前記第3の電圧(Vx)を設定することにより前記第2の電荷収集体積を縮小させ、
第4の期間を待つ、
というサイクルの間に前記第1の一次電荷収集ノードと前記2次電荷収集ノードに第1の導電型可動電荷を蓄積し、
(f)前記第1の一次電荷収集ノードの電圧レベル(Vc)を特定することによりステップ(e)のサイクルの間に蓄積された前記第1の導電型可動電荷の量を測定する。
前記発光体に制御信号を供給し、第1の時点で光子のパルスを放射させ、
第2の時点で前記画素素子のマトリクスの第1の画素素子により前記ターゲットからの光子の反射パルスを検出する測定を開始し、
第3の時点で前記第1の画素素子による前記測定を停止し
第4の時点で前記画素素子のマトリクスの第2の画素素子により前記ターゲットからの前記光子の反射パルスを検出する測定を開始し、
第5の時点で前記第2の画素素子による前記測定を停止し、
前記第1の画素素子内の前記光子の反射パルスに関連する蓄積された第1の導電型可動電荷の量と、前記第2の画素素子内の前記光子の反射パルスに関連する蓄積された第1の導電型可動電荷の量を比較することによって前記光子パルスの飛行時間を計算するように構成される。
第1のパルス幅のための第1のサイズの第1の電荷収集体積を構成し、
第2のパルス幅のための第2のサイズの第2の電荷収集体積を構成するように構成され、ここで、
前記第1のサイズは前記第2のサイズよりも大きく、前記第1のパルス幅は前記第2のパルス幅よりも小さい。
二次電荷収集ノード180は、第1の導電型半導体材料から作られる。
画素素子100(i、1)は、Vm=Vhqを有し、
画素素子100(i、2)は、Vm=Vlqを有し、
画素素子100(i、3)は、Vm=Vhqを有し、
画素素子100(i、4)は、Vm=Vhqを有し、
画素素子100(i、5)は、Vm=Vint_Hを有し、
画素素子100(i、6)は、Vm=Vhqを有する。
画素素子100(i、1)はVm=Vhqを有し、
画素素子100(i、2)はVm=Vhqを有し、
画素素子100(i、3)はVm=Vint_Hを有し、
画素素子100(i、4)はVm=Vhqを有し、
画素素子100(i、5)はVm=Vhqを有し、
画素素子100(i、6)はVm=Vlqを有し、
画素素子100(i、7)はVm=Vhqを有し、
画素素子100(i、8)はVm=Vhqを有し、
画素素子100(i、9)はVm=Vhqを有し、
画素素子100(i、10)はVm=Vhqを有する。
ケースA: 全ての画素素子がVm=Vhqを有する、
ケースB: mod(j、3)=1を満たす画素素子がVm=Vint_Hを有する、
ケースC: mod(j、3)=2を満たす画素素子がVm=Vint_Hを有する、
ケースD: mod(j、3)=0を満たす画素素子がVm=Vint_Hを有する、
は、各画素素子を垂直方向に3つの部分に分割するために使用することができる。したがって、これら4つの測定により、マトリクスの垂直方向の解像度は、行内の画素素子の数の3倍になり得る。上記のケースは、変調電圧及びそれらのパターンの背後にある原理を説明するための単なる例であることが理解されよう。変調電圧及びそれらのパターンの異なる組み合わせを使用して、画素素子を部分に分割することができ、その結果、解像度が向上する。
S3=(A1×S1-A2×S2)/A3
Pic1: mod(2×(i-1)+j+1、5)=0であればVm=Vint_
H、それ以外はVm=Vhq
Pic2: mod(2×(i-1)+j+1、5)=1であればVm=Vint_H、それ以外はVm=Vhq
Pic3: mod(2×(i-1)+j+1、5)=2であればVm=Vint_H、それ以外はVm=Vhq
Pic4: mod(2×(i-1)+j+1、5)=3であればVm=Vint_H、それ以外はVm=Vhq
Pic5: mod(2×(i-1)+j+1、5)=4であればVm=Vint_H、それ以外はVm=Vhq
Pic6: Vm=Vhq
まず、トランジスタゲート111で電圧をアサートし、スイッチ110を介してVcをリセット電圧Vrに引くことによって、すべての画素素子の一次電荷収集ノードの電圧Vcが初期化される。この例では、Vrは5Vであり得る。
次に、トランジスタゲート111の電圧がアサート解除され、これにより、一次電荷収集ノードはフローティングのままにされる。光生成電荷は、ほぼVrである初期値から一次電荷収集ノードでの電圧Vcを低下させ始める。変調電圧Vmは、対応する一次電荷収集ノードの量子効率を変えるために使用することができる。
最後に、所定の積分時間の後、キャパシタ109は読み出しに利用可能な信号Vr-Vcを保持する。信号範囲は、例えば、2Vとすることができ、これにより一次電荷収集ノード104が少なくとも周辺ノード102よりも3V高い電位になる。
x2-x3/((x1-x3)+(x2-x3))
これは通常の強度画像と共に焦点面処理に使用される。
Claims (16)
- 第1又は第2の導電型の半導体基板(101)を有し、前記半導体基板(101)は表側と裏側とを備え、前記半導体基板(101)は光子束に露光し、前記光子束を第1及び第2の導電型可動電荷に変換するように構成され、
前記半導体基板(101)の前記表側に配置され、第1の導電型半導体材料の第1の一次電荷収集ノード(104、104a)を有し、
前記半導体基板(101)の前記表側に配置され、第2の導電型半導体材料の少なくとも1つの周辺ノード(102)を有し、前記少なくとも1つの周辺ノード(102)は前記第1の一次電荷収集ノード(104、104a)を少なくとも部分的に囲み、
前記第1の一次電荷収集ノード(104、104a)と前記少なくとも1つの周辺ノード(102)とに直接接続された回路(107)を有し、
前記回路(107)は、前記第1の一次電荷収集ノード(104、104a)への/からの、第1のリセット電圧(Vr、Vr_a)を接続及び遮断する第1のスイッチ(110a、122a)と、前記少なくとも1つの周辺ノード(102)に周辺ノード電圧を供給する手段と、前記第1の一次電荷収集ノード(104、104a)によって収集された前記第1の導電型可動電荷の量を測定する第1の測定手段とを備え、
前記半導体基板(101)の前記裏側に配置され、前記第2の導電型可動電荷を収集して導電するように構成され、バイアス電圧(Vbs)に電気的に接続されるように構成された裏側導電層(108)を有し、
前記第2の導電型半導体材料の第1の変調ノード(105、105a)を有し、
前記第1の変調ノード(105、105a)は:
- 前記半導体基板(101)の前記表側に配置され;
- 前記第1の一次電荷収集ノード(104、104a)によって少なくとも部分的に囲まれ、前記第1の一次電荷収集ノードは、前記第1の変調ノード(105、105a)と前記少なくとも1つの周辺ノード(102)との間を電気的に絶縁するように構成されており;そして
- 第1の変調電圧(Vm、Vm_a)源に電気的に接続され、前記第1の変調電圧源は、前記周辺ノード電圧から独立している、
画素素子(100)。 - 前記半導体基板(101)の前記表側に配置された、前記第1の導電型半導体材料の第2の一次電荷収集ノード(104b)又は二次電荷収集ノード(180)をさらに有する請求項1に記載の画素素子(100)。
- 前記第2の導電型半導体材料の第2の変調ノード(105b)をさらに有し、
前記第2の変調ノード(105b)は、前記半導体基板(101)の前記表側に配置され、前記第2の一次電荷収集ノード(104b)によって少なくとも部分的に囲まれ、前記第2の一次電荷収集ノードは、前記第2の変調ノード(105b)と前記少なくとも1つの周辺ノード(102)との間を電気的に絶縁するように構成され、
第2の変調電圧(Vm_b)源に電気的に接続され、前記第2の変調電圧源は前記周辺ノード電圧から独立しており、
前記回路(107)は、前記第2の一次電荷収集ノード(104b)への/からの第2のリセット電圧(Vr_b)を接続及び遮断する第2のスイッチ(122b、110b)と、前記第2の一次電荷収集ノード(104b)によって収集された前記第1の導電型可動電荷の量を測定する第2の測定手段と、をさらに備える請求項2に記載の画素素子(100)。 - 前記半導体基板(101)が、最大1e14原子/cm3のドーピング濃度を有する高抵抗率基板である請求項1から3のいずれか一項に記載の画素素子(100)。
- 前記半導体基板(101)が、最大5el3原子/cm3のドーピング濃度を有する高抵抗率基板である請求項4に記載の画素素子(100)。
- 前記半導体基板(101)の裏側から光子束を受けるように構成されている請求項1から5のいずれか一項に記載の画素素子(100)。
- 画素素子(100)が受けた光子束に関連する第1の導電型可動電荷の量を測定する方法であって、前記画素素子(100)は、半導体基板(101)と、第1の一次電荷収集ノード(104a)と、第2の一次電荷収集ノード(104b)と、第1の変調ノード(105a)と、第2の変調ノード(105b)と、第1のスイッチ(110a)及び第2のスイッチ(110b)を備えた回路(107)と、を有し、前記方法は、
(i)前記半導体基板(101)の体積を少なくとも50%まで空乏化させる値にバイアス電圧(Vbs)を設定することによって、前記半導体基板(101)内の体積を空乏化させ、
(ii)第1のリセット電圧(Vr_a)を供給し、
(iii)第2のリセット電圧(Vr_b)を供給し、
(iv)前記第1のスイッチ(110a)をオンにすることにより前記第1の一次電荷収集ノード(104a)を前記第1のリセット電圧(Vr_a)に接続し、
前記第1のスイッチ(110a)をオフにすることにより前記第1の一次電荷収集ノード(104a)を前記第1のリセット電圧(Vr_a)から遮断し、
これにより前記第1の一次電荷収集ノード(104a)をリセットし、
(v)第2のスイッチ(110b)をオンにすることにより前記第2の一次電荷収集ノード(104b)を前記第2のリセット電圧(Vr_b)に接続し、
前記第2のスイッチ(110b)をオフにすることにより前記第2の一次電荷収集ノード(104b)を前記第2のリセット電圧(Vr_b)から遮断し、
これにより第2の一次電荷収集ノード(104b)をリセットし、
(vi)前記第1の一次電荷収集ノード(104a)と前記第1の変調ノード(105a)の間の第1の逆バイアス電圧を上昇させる値に第1の変調電圧(Vm_a)を設定することにより第1の電荷収集体積を縮小させ、前記第2の一次電荷収集ノード(104b)と前記第2の変調ノード(105b)の間の第2の逆バイアス電圧を低下させる値に第2の変調電圧(Vm_b)を設定することにより第2の電荷収集体積を拡大させ、
第1の期間を待ち、
前記第1の期間の後、前記第1の一次電荷収集ノード(104a)と前記第1の変調ノード(105a)の間の第1の逆バイアス電圧を低下させる値に前記第1の変調電圧(Vm_a)を設定することにより前記第1の電荷収集体積を拡大させ、前記第2の一次電荷収集ノード(104b)と前記第2の変調ノード(105b)の間の第2の逆バイアス電圧を上昇させる値に第2の変調電圧(Vm_b)を設定することにより前記第2の電荷収集体積を縮小させ、
第2の期間待つ、
というサイクルの間、前記第1及び第2の一次電荷収集ノードに前記第1の導電型可動電荷を蓄積し、
(vii)前記第1の一次電荷収集ノード(104a)及び前記第2の一次電荷収集ノード(104b)の電圧レベル(Vc_a、Vc_b)を特定することによりステップ(vi)のサイクル中に蓄積された前記第1の導電型可動電荷の量を測定する。 - 前記画素素子(100)が周辺ノード(102)をさらに有し、前記方法は、さらに、前記第1及び第2の一次電荷収集ノードが前記第1及び第2のリセット電圧にあるとき、前記第1及び第2の一次電荷収集ノード間で第1の導電型電荷キャリアに少なくとも0.6ボルトの電位障壁を供給するのに十分な電位を有するように前記周辺ノード(102)を構成する請求項7に記載の方法。
- 画素素子(100)が受けた光子束に関連する第1の導電型可動電荷の量を測定する方法であって、前記画素素子(100)は、半導体基板(101)と、第1の一次電荷収集ノード(104)と、二次電荷収集ノード(180)と、第1の変調ノード(105)と、周辺ノード(102)と、第1のスイッチ(110)を備える回路(107)と、を有し、前記方法は、
(a)前記半導体基板(101)の体積を少なくとも50%まで空乏化させる値にバイアス電圧(Vbs)を設定することにより前記半導体基板(101)内の体積を空乏化し、
(b)第1のリセット電圧(Vr)を供給し、
(c)第3の電圧(Vx)を供給し、
(d)前記第1のスイッチ(110)をオンにすることにより前記第1の一次電荷収集ノード(104)を前記第1のリセット電圧(Vr)に接続し、
前記第1のスイッチ(110)をオフにすることにより前記第1の一次電荷収集ノード(104)を前記第1のリセット電圧(Vr)から遮断し、
これにより前記第1の一次電荷収集ノード(104)をリセットし、
(e)前記第1の一次電荷収集ノード(104)と前記第1の変調ノード(105)の間の第1の逆バイアス電圧を上昇させる値に第1の変調電圧(Vm)を設定することにより第1の電荷収集体積を縮小させ、前記二次電荷収集ノード(180)と前記周辺ノード(102)の間の第3の逆バイアス電圧を上昇させる値に前記第3の電圧(Vx)を設定することにより第2の電荷収集体積を拡大させ、
第3の期間を待ち、
前記第3の期間の後、前記第1の一次電荷収集ノード(104)と前記第1の変調ノード(105)の間の第1の逆バイアス電圧を低下させる値に前記第1の変調電圧(Vm、Vm)を設定することにより前記第1の電荷収集体積を拡大させ、前記2次電荷収集ノード(180)と前記周辺ノード(102)との間の前記第3の逆バイアス電圧を低下させる値に前記第3の電圧(Vx)を設定することにより前記第2の電荷収集体積を縮小させ、
第4の期間を待つ、
というサイクルの間に前記第1の一次電荷収集ノード(104)と前記2次電荷収集ノード(180)に第1の導電型可動電荷を蓄積し、
(f)前記第1の一次電荷収集ノード(104)の電圧レベル(Vc)を特定することによりステップ(e)のサイクルの間に蓄積された前記第1の導電型可動電荷の量を測定する。 - さらに、前記第1の一次電荷収集ノード(104)と前記二次電荷収集ノード(180)が前記第1のリセット電圧(Vr)及び前記第3の電圧(Vx)にあるとき、前記第1の一次電荷収集ノード(104)と前記二次電荷収集ノード(180)の間で第1の導電型電荷キャリアに少なくとも0.6ボルトの電位障壁を供給するのに十分な電位を有するように前記周辺ノード(102)を構成する請求項9に記載の方法。
- 画像を取り込むためのシステムであって、イメージセンサを有し、前記イメージセンサは、請求項1から6のいずれか一項に記載の画素素子(100)のマトリクスと、コントローラとを備え、前記画素素子(100)は前記コントローラに接続されているシステム。
- さらに、ターゲットに向けられるように構成された発光体を有し、前記コントローラが、
前記発光体に制御信号を供給し、第1の時点で光子のパルスを放射させ、
第2の時点で前記画素素子のマトリクスの第1の画素素子により前記ターゲットからの光子の反射パルスを検出する測定を開始し、
第3の時点で前記第1の画素素子による前記測定を停止し、
第4の時点で前記画素素子のマトリクスの第2の画素素子により前記ターゲットからの前記光子の反射パルスを検出する測定を開始し、
第5の時点で前記第2の画素素子による前記測定を停止し、
前記第1の画素素子内の前記光子の反射パルスに関連する蓄積された第1の導電型可動電荷の量と、前記第2の画素素子内の前記光子の反射パルスに関連する蓄積された第1の導電型可動電荷の量を比較することによって前記光子パルスの飛行時間を計算するように構成された請求項11に記載のシステム。 - 複数の波長で光パルスを放射するように構成された発光体をさらに有し、前記コントローラが所与の時点で前記発光体によって放射された所与の波長に基づいて前記画素素子のマトリクスの個々の画素素子の変調ノードの変調電圧(Vm)を調整するように更に構成された請求項11又は12に記載のシステム。
- 前記コントローラが、前記放射された光パルスのパルス幅に基づいて前記変調電圧(Vm)を制御し、
第1のパルス幅のための第1のサイズの第1の電荷収集体積を構成し、
第2のパルス幅のための第2のサイズの第2の電荷収集体積を構成するように構成され、
前記第1のサイズは前記第2のサイズよりも大きく、前記第1のパルス幅は前記第2のパルス幅よりも小さい請求項13に記載のシステム。 - 前記システムがカメラである請求項11に記載のシステム。
- 前記システムがライダーである請求項11から14のいずれか一項に記載のシステム。
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