專利名稱：具有非常高的動態范圍的圖像傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及圖像傳感器，并且更具體地，涉及意在既在非常低的亮度水平又在非常高的亮度水平采集圖像的傳感器。
背景技術：
大多數固態電子傳感器對于平均亮度水平操作良好。通過大大増大累積持續時間，它們也能夠在低亮度水平操作，損害了提供圖像的速率。此外，増大累積持續時間可能與應用不兼容。例如，監視相機典型地必須每秒鐘提供30個圖像，從而限制了累積持續時間。當亮度水平増大，但傳感器飽和的某ー亮度除外時，這些傳感器也能夠操作。某些傳感器已經特別設計為在低亮度水平操作。但是當場景的ー些點較亮時，甚至對于平均亮度，它們也非常迅速地飽和。這些傳感器中包括電子倍增傳感器。其它傳感器已經設計為利用復雜的系統在高亮度水平操作，該復雜的系統使得建立光相關對數(或至少具有兩個斜率)響應曲線成為可能。這些傳感器不能在低亮度水平良好地操作。存在對具有非常高的向上和向下動態范圍的傳感器的需求，即甚至在同一具有大的對比的圖像中，傳感器既能夠在非常高的亮度水平，又能夠在非常低的亮度水平操作。
發明內容
本發明提出ー種具有有源像素的傳感器，每個像素包括至少ー個光電ニ極管、電荷存儲節點、電子倍増放大結構、用于將電子從所述光電ニ極管轉移至所述放大結構的構件、用于在倍増之后將電子從所述放大結構轉移至所述存儲節點的構件、用于在電子至所述存儲節點中的轉移之前重新初始化所述存儲節點的電位的晶體管，所述傳感器還包括讀取電路，用于在重新初始化之后和在電子轉移到所述存儲節點中之后，對所述電荷存儲節點的電位進行采樣，并且用于提供對應的照明測量，所述傳感器還包括用于在圖像幀的過程中在第一持續時間(Til)之后實施電荷從所述光電ニ極管至所述倍增結構的第一轉移并用于然后在電荷至所述存儲節點中的第一轉移之前給予所述放大結構第一電子倍増因子(kl)的構件；用于在相同圖像幀的過程中在第二持續時間(Ti2)之后實施電荷從所述光電ニ極管至所述倍增結構的第二轉移并用于然后在電荷從所述倍增結構至所述存儲節點的第二轉移之前給予所述結構不同于所述第一電子倍増因子的第二電子倍増因子(k2)的構件；以及用于基于像素的照明，逐個像素選擇對應于所述第一因子或所述第二因子的照明測量的構件實踐中，基于電子至所述存儲節點中的轉移之后所述存儲節點的電位電平。換句話說，通過對每個圖像幀實施對應于兩個累積時間并對應于兩個不同倍増因子的連續電荷轉移，傳感器觀察圖像場景。如果以兩個倍增因子之一關于像素測得的電子量在信號電平中達到頂點，這表示另一因子將更合適，則對此像素廢棄此測量并且保留以另ー因子執行的測量。
利用以較高倍増因子進行的測量進行測試是可能的；如果測得的電子量太高(指示像素的可能的飽和)，則廢棄此測量并且使用以較小倍増因子進行的測量。但是通過觀察用于較低倍増因子的電位電平進行也是可能的；如果測得的電子量太低，則廢棄此測量，因為其不顯著并且使用以較高因子進行的測量。較小倍増因子大于或等于1，即其能夠對應于倍增的存在或準存在，但是電子仍然通過放大結構。較高因子能夠在從2至100的范圍，或在某些情況下甚至更高。以較小倍増因子進行的照明測量的數值被乘以兩個因子的比率，使得以兩個因子進行的測量參照相同比例。優選地，不僅倍増因子不同，而且此外，用于兩個測量的累積時間也不同。再次優選地，以較短累積時間進行以較低倍増因子執行的測量，并且以較長累積時間執行以 較高倍増因子執行的測量。從以較短時間進行的照明測量得到的數值被乘以較長累積時間與較短累積時間的比率。傳感器優選地包括-用于在電荷從所述放大結構至所述存儲節點的所述第一轉移之前執行所述存儲節點的電位的重新初始化，并用于在此第一轉移之后對所述存儲節點的電位執行采樣的構件；-用于在電荷從所述放大結構至所述存儲節點的所述第二轉移之前在所述讀取電路中執行所述存儲節點的電位的重新初始化和此電位的采樣，并用于在此第二轉移之后對所述存儲節點的電位執行采樣的構件；-用于在所述讀取電路中對在電子至所述存儲節點的轉移之后取得的樣本與在所述存儲節點的重新初始化與此轉移之間取得的樣本之間的至少ー個差執行摸-數轉換的構件。可以設想實施這三組操作的兩個主要可能性。在第一可能性中，利用讀取電路中位于摸-數轉換器上游的兩個采樣電容器，ー個電容器備用于對存儲節點重新初始化電平進行采樣，而另一電容器備用于對電子至存儲節點的轉移之后的該電平進行采樣。在此情況下，在第二電容器中對從至存儲節點的第一轉移得到的電平進行例行采樣；以及然后在所述第二電容器中對從所述第二轉移得到的所述電平進行條件采樣。第二倍増因子較高，第二累積持續時間也優選地較長。條件是轉移之后存儲節點的信號電平的條件，目的是僅在不存在像素飽和風險時，執行重新采樣。可以基于至存儲節點的第一轉移之后或第二轉移之后存儲節點的電位電平來執行對條件的測試。在另ー操作模式中，讀取電路包括三個采樣電容器，第一個再次備用于對重新初始化電平進行采樣；第二個備用于在第一轉換之后對該電平進行采樣；第三個用于在第二轉移之后進行采樣。此操作模式使得可能進行真實相關雙采樣。在每個像素中，在(用于從所述光電ニ極管至所述倍增結構的轉移的)第一轉移柵極與(用于從所述放大結構至所述存儲節點的轉移的)第二轉移柵極之間插入的所述電子倍増放大結構優選地包括位于所述第一轉移柵極與第二轉移柵極之間的兩個分開的加速柵極，以及位于所述兩個加速柵極之間的具有固定表面電位的中間ニ極管區域，以及用于給所述加速柵極施加容許電荷通過所述中間ニ極管區域從ー個加速柵極至另ー個加速柵極連續轉移的ー連串交替的高和低電位的構件。放大系數實際上與交替的數量成比例并且因此通過更改交替的數量而被改變。如果不存在或實際上不存在交替，則放大因子等于I。
在參照附圖閱讀以下詳細描述時，本發明的其它特性和優點將變得明顯，其中圖I描繪具有有源像素的圖像傳感器的總體結構的豎直截面，該有源像素具有容許像素內的電子倍増的放大結構；圖2描繪在將幀分解為兩個不同的連續累積時間的過程中采集圖像的情況下的操作時序圖；圖3描繪使得根據圖2的時序圖來采集圖像成為可能的讀取電路；
圖4描繪具有兩個不同累積時間和用于兩個累積時間的相關雙采樣的時序圖變形；圖5描繪根據圖4的時序圖操作的讀取電路。
具體實施例方式在圖I中描繪了范例CMOS技術有源像素的主元件，該有源像素內包括電子倍増放大結構。像素形成在基底10中，基底10優選地包括P型輕摻雜半導體有源層12 (符號P-用于指明此弱摻雜)，該P-型輕摻雜半導體有源層12形成在更重摻雜層(P+)的表面處。通過隔離阻擋層(insulating barrier) 13使像素與相鄰像素隔離，隔離阻擋層完全圍繞像素。此阻擋層可以是P型井以上的隔離溝槽。像素包括光電ニ極管區域PHD，光電ニ極管區域PHD的周界遵循植入有源層12的深度的部分中的N型半導體區域的輪廓。此植入區域頂上有P+型表面區域16，P+型表面區域16保持在零參考電位。這是所謂的“釘扎”光電ニ極管(意指P+表面區域的表面電位固定)。零參考電位是施加至P-有源層的電位。在最簡單的情況下，其是位于有源層以下的P+型基底的電位，并且該P+型基底將其自己的電位施加至有源層；例如通過區域16接觸向上與基底10相遇的P+型深擴散部15的事實，實現了將表面區域16保持在此零電位。也能夠在此擴散部15上設置電接觸部，以通過此接觸部施加零電位至區域16。電荷存儲區域或電荷存儲節點18設置在光電ニ極管區域PHD外部；電荷存儲節點18通過ー連串兩個轉移柵極TRl和TR2以及該兩個轉移柵極之間的放大結構AMP與光電ニ極管區域PHD分開。電荷存儲節點18是有源層12中的N型擴散部。接觸部形成在此區域上，使得將此區域的電位施加給跟隨器晶體管(未描繪)的柵極成為可能，以便將包含在存儲節點中的電荷量變換為電壓電平。稱作重新初始化柵極的另ー柵極RS使得將電荷從存儲節點倒空到排空漏極20中，排空漏極20是連接至正重新初始化電位Vref的N+型區域。為簡化，不描繪常規地可以存在于像素中的元件，特別是用于復制存儲節點18的電位的跟隨器晶體管，以及在數個像素行的矩陣的情況下，行選擇晶體管，以容許跟隨器晶體管的源極連接至矩陣的列導體。這些元件在任何情況下位于圍繞光電ニ極管和放大結構的組件的隔離區域13外部。圖I中的截面中也未描繪用于重新初始化光電ニ極管PHD的電位的柵極。此柵極使得在累積持續時間開始時將光電ニ極管的電荷傾倒到漏極(未描繪)中。第一轉移柵極TRl使得能夠在累積持續時間結束時將電子從光電ニ極管轉移至放大器結構。第二轉移柵極TR2使得能夠在放大階段結束時將電子從放大結構轉移至存儲節點18。在此范例中，放大結構包括由間隙分開的兩個加速柵極GA和GB。此間隙由中間ニ極管區域DI占據，并且此區域構成所謂的“釘扎”ニ極管，如光電ニ極管。如光電ニ極管(但是不必然具有相同摻雜)，其因此包括有源層12中的N型擴散區域34，此區域由P+型表面區域36覆蓋。此區域36例如通過其接觸(這在圖中不可見)向上與基底相遇的P+型深區域的事實而保持在零參考電位，P+型深區域類似于接觸光電ニ極管的區域15。
電位切換構件設計為根據關心的轉移或放大階段，將高或低電位直接施加至加速 柵極GA和GB。在累積時段結束時，電子從光電ニ極管轉移至放大結構；它們存儲在柵極GA以下。在放大階段期間，將交替的高和低電位以相反相位(in phase opposition)施加至柵極GA和GB。電子交替地從柵極GA朝向柵極GB加速并且反之亦然。通過碰撞，施加至柵極的電壓足夠產生電離加速的電子奪走(tear away)其它電子，使電子的數量被乘以取決于施加的電壓的稍大于I的系數。此系數被乘以電位的交替數量。交替數量可以是數百或數千。整個放大系數因此取決于施加的電壓和交替數量。未描繪切換構件，因為它們未位于像素中。它們是行的像素或列的像素或矩陣的所有像素共用的。在放大階段結束吋，電子存儲在柵極GB以下；電子從該處通過柵極TR2轉移至存儲節點18。根據本發明，規定放大結構能夠以至少兩個放大系數操作，即實際上具有至少兩個不同的交替數量，施加至柵極的電壓實際上恒定并考慮以下技術需要來對其進行選擇相當高的電壓，以在每個交替甚至稍微增大電子的數量；電壓不太高，以便不使放置在柵極GA和GB以下的隔離氧化物退化。第一放大系數可以等于I，即在柵極GA和GB上不存在或實際上不存在相反電位的交替到達柵極GA以下的電子其后僅一次轉移至柵極GB，并且從其離開，直接到達存儲節點。利用多個交替獲得第二放大系數，多個交替可以在從數十至數百或甚至數千的范圍中。通常，像素形成成行和列的像素矩陣的部分，同一行的像素由行導體尋址，并且同一列的像素的輸出連接至列導體。基于雙采樣的讀取電路放置在列的底部并且使得對在選擇像素行時出現在列導體上的電位進行采樣成為可能。出現在列導體上的電位對應于存儲節點的電位，其可以是對應于所選像素的照明的有用信號電位或重新初始化電位。讀取電路對重新初始化電位和有用電位進行采樣并將它們保留在存儲器中；其確定差并將它轉換為數字。針對包括電荷累積的圖像幀FR參照圖2解釋根據本發明的傳感器中的像素的操作方式，電荷累積后接著是逐行讀取像素。僅描繪對應于行的信號，以便不使圖過載。讀取以參照圖2的時序圖解釋的以下方式進行。信號GR描繪針對像素行的光電ニ極管的電位的重新初始化，通過例如打開上述光電ニ極管重新初始化柵極來執行重新初始化。
信號RS描繪用于初始化存儲節點的電位的脈沖。其在讀取的時候對每一行連續地發出。列底部的采樣信號由SHR(存儲節點的重新初始化電平的采樣)和SHS(在倒空放大結構放大的電荷到此節點中之后，存儲節點的有用電平的采樣)指明。在讀取過程中，這些信號連續地逐行發出。線TRl和TR2描繪分別施加至柵極TRl和TR2的脈沖。線GA和GB描繪持續時間，在該持續時間上，多個交替的高和低電位施加至放大結構的柵極GA和GB。這些電位施加至矩陣的期望放大的所有像素(例如矩陣的所有像素或感興趣的區域的所有像素)。用于幀FR的序列如下進行 -通過信號GR重新初始化光電ニ極管，此重新初始化的結束構成累積時段的開始；信號GR的結束確定第一電荷累積持續時間Til的開始；-光電ニ極管中電荷的累積；-打開第一轉移柵極TR1，在累積持續時間Til結束時，將光電ニ極管的電荷轉移到放大結構的柵極GA以下；柵極TRl的打開的結束確定持續時間Til的結束；第一累積持續時間優選地短暫，即比幀的總持續時間的一半小或小得多；一旦柵極重新關閉，則光二極管重新開始電荷累積，并且此累積持續第二累積持續時間Ti2 ；-通過施加交替的電位至柵極GA和GB，對現在位于放大結構中的電荷進行第一放大，第一放大具有第一放大系數kl，第一放大系數kl低或甚至為I (無放大)；交替的數量選擇為使得以第一倍増系數kl倍增電子的數量。-通過信號RS進行存儲節點的電位的重新初始化；-短暫地打開第二轉移柵極TR2，以將以系數kl放大的電荷轉移至存儲節點；重新關閉此柵極；-打開第一轉移柵極TRl，定義第二累積持續時間Ti2的結束，持續時間Til和Ti2的和構成幀的總的累積持續時間；對應于第二持續時間的電荷進入放大結構并且將被以不同于第一放大系數的第二放大系數k2放大；-第二放大結束時，且在通過柵極TR2轉移放大的電荷至存儲節點之前，按以下順序進行以下操作通過信號shsl在讀取電路中對存儲節點的以系數kl放大的電平進行第一采樣，在此時候，存儲節點的電平對應于第一累積；然后重新初始化存儲節點(RS);然后，在讀取電路中，對重新初始化電平(shr)進行第二采樣；-最后，打開第二轉移柵極TR2，因此進行以第二放大系數放大的第二累積持續時間的電荷至存儲節點的第二轉移；最后，條件地且非常規地對存儲節點的電平shs2進行第三采樣；第三采樣，如果進行，則替換第一采樣。如果像素測量的照明超過示出測量鏈的飽和風險的閾值，則不執行第三采樣，像素對照明的測量在第一累積持續時間之后或在第二累積持續時間之后。如果不執行第三采樣，則然后數字化第一樣本與第二樣本之間的差。這等于僅保持第一累積的結果。在相反的情況下，如果執行第三采樣(無飽和風險)，則第三樣本代替第一樣本。于是數字化第三樣本與第二樣本之間的差。這等于僅測量針對第二持續時間的累積的結果。與首先的兩個樣本之間的差的數字化相對比，此差是通過真實相關雙采樣得到的測量結果。在第一情況下(無第三采樣)獲得的數值被乘以為比率(k2 · 2Λ1 · 1)的因子，以關于與第二情況(具有第三采樣)相同的比例引用該數值。為執行第三條件采樣，在正好在第三條件采樣的時候之前的時刻teMp測試第二測量結束時存儲節點的電位電平，或者測試第一測量結束時存儲節點的電位電平是可能的。讀取電路包括用于此目的的測試電路，該測試電路作用以可選地容許信號shs2的產生。此電路此外存儲測試的結果，并且此結果用于決定是否必須以倍増因子(k2*Ti2/kl - Til)乘以差分測量的結果。圖3的在列底部的讀取電路對應于正好在在柵極TR2的第二打開之后的時刻t_p時的第三采樣之前進行的測試，因此取決于從第二累積持續時間得到的信號。電路包括閾 值類型的比較器CMP。在電容器Cs中進行第一和第三采樣；在電容器Cr中進行第二采樣。模-數轉換器ADC轉換存儲在兩個電容器中的電位的樣本之間的差，并提供測量結果。比較的結果(信號SAT)不影響信號shsl的通過；但是如果結果示出在第二累積持續時間上的照明超過閾值，則禁止信號shs2的通過是可能的。傳輸具有摸-數轉換的信息的比較的結果SAT，以使得在省略采樣shs2的情況下，以(k2 · Ti2/kl · Til)進行倍增成為可能。不是測試在第二累積之后獲得的電平，設想也測試在第一累積之后，因此在在信號shsl的控制下存儲第一樣本的時候，獲得的電平是可能的。特別是，如果使用斜坡型摸-數轉換器，則在信號shr結束時立刻發起第一轉換斜坡以執行臨時轉換是可能的，臨時轉換后跟著決定性(definitive)轉換。在此時候，第一樣本和第二樣本之間的差可在轉換器的端子處獲得。這些樣本之間的差小，因為累積持續時間Til和放大系數kl小，使得轉換器將非常迅速地給出關于測量的信息。短的臨時斜坡之后在轉換器的輸出端獲得的電平用于可選地觸發第三條件采樣。臨時轉換能夠存在于觀察轉換器的輸入比較器的輸出中；比較器在其兩個輸入端接收有用信號和重新初始化電平的樣本；預定義持續時間的短的線性電壓斜坡施加至有用信號輸入端并增加至有用信號；一旦比較器的輸入端之間的差分電壓變為零，則比較器觸發。如果照明低，則比較器在斜坡結束之前觸發，如果照明高，則比較器不觸發。如果存在太多的光，則將不觸發信號shs2，并且將開始第一和第二樣本之間的差的決定性轉換。如果相反，存在少的光，則將觸發第三采樣，并且將進行第一和第三樣本之間的差的決定性轉換。最后，為終結圖2的解釋，恢復(recall)以每行之間的時間移動進行累積。移動的值是執行三個采樣并且執行樣本的差的摸-數轉換所需的時間AT。于此由控制像素行的選擇的信號SEL的持續時間描繪此持續時間Λ Τ。此選擇作用于行上，以在列導體上將存儲節點的連續的電位電平傳遞至列底部的讀取電路。應當注意到，信號SEL可以比持續時間Λ T短，但是其絕對必須覆蓋至少三個采樣時刻shr、shsl和shs2 (不必然整個轉換持續時間)。結果，圖2中針對行描繪的所有信號必須相同地重復，但是對接續行移動至少AT等等(所謂的“滾動快門(rolling shutter) ”操作)。為了能夠既在強照明的情況下也在弱照明的情況進行真實相關雙采樣，能夠在列底部使用具有三個采樣電容器的裝置，并且圖2的時序圖稍微更改，得到圖4的時序圖。圖5中描繪容許此操作方式的讀取電路。對于通過信號GR重新初始化光電ニ極管的行，對于通過柵極TRl在兩個累積持續時間結束時轉移脈沖，以及對于在這些轉移后以系數kl和k2放大電荷，時序圖與圖2的時序圖相同。為讀取行，現在進行以下操作，信號SEL用于選擇行，采樣脈沖施加至該行-通過存儲節點的電位的信號RS進行重新初始化；-通過讀取電路在第一采樣電容器Cr中采樣此電位；-通過柵極TR2，將在第一持續時間Til上累積的且以第一系數kl放大的電荷轉移至存儲節點；在借助于柵極TR2的此第一轉移之后，通過柵極TRl進行第二轉移，如圖2中，以將源自第二累積持續時間的電荷放入放大結構中；
-在第二電容器Csl中進行第二采樣shsl(圖5);-然后，在備用于以系數k2進行放大的時間結束吋，通過柵極TR2執行至存儲節點的第二轉移；在持續時間Ti2上累積的且以系數k2放大的電荷進入存儲節點，在存儲節點，該電荷増加至先前的電荷；-第三采樣shs2(其此時不是可選的，而是例行的)；此第三采樣在第三電容器Cs2中存儲新的電位電平。圖5描繪列底部的對應的讀取電路。第一差分放大器AMPl測量第一和第二電容器的電平之間的差；此差描繪在第一持續時間Til上累積的且以系數kl放大的電荷的測量。其是通過真實相關雙采樣進行的測量，因為存儲節點已經在倒空之前重置為零。第二差分放大器AMP2測量存儲在第三和第二電容器中的電平之間的差；此差描繪僅歸因于第二累積持續時間Ti2的以系數k2放大的額外電荷。第二放大器的輸出施加至閾值型比較器，閾值型比較器探測超過閾值時的飽和風險。超過閾值吋，S卩如果照明強，則第一放大器的輸出朝向摸-數轉換器發送，并且然后轉換結果將被乘以比率(k2 · Ti2/kl · Til)，以根據與暗點相同的比例定義該結果。如果未超過閾值，S卩如果照明充分弱，則第二放大器的輸出朝向摸-數轉換器發送。這里，再次，能夠對第一測量執行閾值的探測，例如通過進行放大器AMPl的輸出的例行臨時快速模-數轉換，通過基于轉換結果可選地切換至放大器AMP2，以及通過其后進行決定性轉換。如果轉換器是施加有定義照明閾值的固定(短暫)持續時間的臨時斜坡的斜坡型轉換器，則可將此臨時轉換簡化為非常簡單的測試。最后，在一個實施例中，可以規定倍增結構通過施加相反的電位至兩個柵極來操作(這是以上描述的情況)。于是通過連接同一行的像素的行導體來控制第一柵極(GA)，并且通過連接同一列的像素的列導體來控制第二柵極(GB)是可能的。僅在同一時間，柵極GA和柵極GB以周期性交替接收相反電位時，借助于電位的交替的放大才發生。可以規定用于選擇像素行的僅一部分的構件將交替的電位施加至它們的柵極GA，并且用于選擇像素列的僅一部分的構件在與行的階段相反的階段將交替的電位施加至它們的柵極GB。在此情況下，僅這些行和列的交叉點處的像素將經歷借助于像素中的電子的倍増的放大。因此選擇圖像中的感興趣的區域，特別是暗區域，以給感興趣的區域施加借助于以兩個系數倍增電子的放大而不是對其它區域施加放大，是可能的
權利要求
1.ー種具有有源像素的圖像傳感器，每個像素包括至少ー個光電ニ極管(PHD)、電荷存儲節點(18)、電子倍増放大結構(AMP)、用于將電子從所述光電ニ極管轉移至所述放大結構的構件(TRl)、用于在倍増之后將電子從所述放大結構轉移至所述存儲節點的構件(TR2)、用于重新初始化所述存儲節點的電位的晶體管(RS)，所述傳感器還包括讀取電路(Ks，Kr，Cs，Cr，ADC)，用于在重新初始化之后和在電子轉移到所述存儲節點中之后，對所述電荷存儲節點的電位進行采樣，并且用于提供對應的照明測量，所述傳感器還包括用于在圖像幀的過程中在第一持續時間(Til)之后實施電荷從所述光電ニ極管至所述倍增結構的第一轉移，并用于然后在電荷從所述倍增結構至所述存儲節點中的第一轉移之前給予所述放大結構第一電子倍増因子(kl)的構件；用于在相同圖像幀的過程中在第二持續時間(Τ 2)之后實施電荷從所述光電ニ極管至所述倍增結構的第二轉移，并用于然后在電荷從所述放大結構至所述存儲節點的第二轉移之前給予所述結構不同于所述第一電子倍増因子(kl)的第二電子倍増因子(k2)的構件；以及用于基于像素的照明，逐個像素選擇對應于所述第一因子或所述第二因子的照明測量的構件。
2.根據權利要求I所述的圖像傳感器，其特征在干，以兩個不同的累積時間(Til，Ti2)進行以所述兩個不同的倍増因子進行的所述照明測量，并且以較小的累積時間(Til)進行以較小的放大因子(kl)進行的所述照明測量。
3.根據權利要求I和2中的ー項所述的圖像傳感器，其特征在于，其包括 -用于在電荷從所述放大結構至所述存儲節點的所述第一轉移之前在所述讀取電路中執行所述存儲節點的電位的重新初始化，并用于在此第一轉移之后對所述存儲節點的電位執行采樣的構件； -用于在電荷從所述放大結構至所述存儲節點的所述第二轉移之前在所述讀取電路中執行所述存儲節點的電位的重新初始化和此電位的采樣，并用于在此第二轉移之后對所述存儲節點的電位執行采樣的構件； -用于在所述讀取電路中對在電子至所述存儲節點的轉移之后取得的樣本與在所述存儲節點的重新初始化與此轉移之間取得的樣本之間的至少ー個差執行模-數轉換的構件。
4.根據權利要求I至3中的一項所述的傳感器，其特征在于，所述讀取電路包括兩個采樣電容器，ー個電容器備用于存儲節點重新初始化電平的采樣，另ー個電容器備用于電子至所述存儲節點的轉移之后的所述電平的采樣，所述傳感器包括用于在所述第二電容器中對從至所述存儲節點的所述第一轉移得到的所述電平進行例行采樣的構件，以及用于在所述第二電容器中對從至所述存儲節點的所述第二轉移得到的所述電平進行條件采樣的構件，條件為轉移后所述存儲節點的信號電平的條件。
5.根據權利要求I和2中的一項所述的傳感器，其特征在于，所述讀取電路包括三個采樣電容器，并且其特征在于，所述傳感器還包括 -用于在電荷從所述放大結構至所述存儲節點的所述第一轉移之前在所述讀取電路中執行所述存儲節點的電位的重新初始化，并用于在此第一轉移之后在所述第一電容器中對所述存儲節點的電位執行采樣的構件； -以及用于在至所述存儲節點的所述第一轉移之后在所述第二電容器中對所述存儲節點的電位進行采樣，并且用于在至所述存儲節點的所述第二轉移之后在所述第三電容器中對所述存儲節點的電位進行采樣，而在至所述存儲節點的所述第一轉移和所述第二轉移之間不重新初始化所述存儲節點的構件。
6.根據權利要求I至5中的一項所述的傳感器，其特征在于，所述放大結構包括在用于從所述光電ニ極管至所述放大結構的轉移的第一轉移柵極與用于從所述放大結構至所述存儲節點的轉移的第二轉移柵極之間插入的，位于所述第一轉移柵極與所述第二轉移柵極之間的兩個加速柵極(GA，GB)，以及位于所述兩個加速柵極之間的具有固定表面電位的中間ニ極管區域(DI)，以及用于給所述加速柵極施加容許電荷通過所述中間ニ極管區域從ー個加速柵極至另ー個加速柵極的連續地轉移的ー連串交替的高和低電位的構件。
7.根據權利要求I至6中的一項所述的傳感器，其特征在于，選擇性地在所述傳感器的感興趣的區域中執行以兩個電子倍増因子進行的放大。
全文摘要
本發明涉及具有有源像素的圖像傳感器，并且更具體地，涉及意在以非常高和非常低的亮度水平采集圖像的那些傳感器。每個像素包括至少一個光電二極管(PHD)、電荷存儲節點(18)、電子倍增放大結構(AMP)、用于將電子從所述光電二極管轉移至所述結構的構件(TR1)、用于在倍增之后將電子從放大結構轉移至所述存儲節點的構件(TR2)、用于重新初始化所述存儲節點的電位的晶體管(RS)。所述像素由讀取電路讀取，在重新初始化之后和在電子轉移至所述存儲節點中之后，讀取電路對所述電荷存儲節點的電位進行采樣，并且提供對應的照明測量。傳感器還包括用于在同一幀的過程中在兩個不同持續時間中執行電荷累積，并且用于給予放大結構與在這些持續時間的過程中累積的電荷不同的倍增因子的構件。基于像素的照明，逐個像素選擇對應于所述第一因子或所述第二因子的照明測量。
文檔編號H04N5/3745GK102695000SQ20121007973
公開日2012年9月26日 申請日期2012年3月23日 優先權日2011年3月23日
發明者F·邁爾, P·弗雷伊 申請人:E2V半導體公司