[發明專利]矩陣圖像傳感器以及讀取矩陣圖像傳感器中的像素的方法

有效

• 申請號: 201480056419.7
• 申請日: 2014-10-09
• 公開（公告）號: CN105637858B
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發明（設計）人: S·戈塞特
• 申請（專利權）人: 特利丹E2V半導體簡化股份公司
• 主分類號: H04N5/378
• 分類號: H04N5/378;H04N5/357
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;王錦陽

在矩陣圖像傳感器中，讀取列中像素的方法允許對由列提供的電壓電平進行兩種模?數轉換模式：第一種模式是在具有標稱持續時間d_n的標稱轉換時間槽F_CONV中執行單次模?數轉換，并且計數開始于標稱持續時間d_n的斜坡且在比較器的輸出S_CMP的切換時停止；第二種模式通過在相同標稱轉換時間槽中與縮短的斜坡d_r進行比較而提供多次轉換。要應用的轉換模式的選擇基于在斜坡開始時刻t之后的預定持續時間之后，比較器的輸出S_CMP的狀態觀察：如果輸出被切換，則要轉換的有用電平表示低光水平，將對其應用第二多次轉換模式；如果輸出未被觸發，則要轉換的有用電平表示高光水平，并且將應用第一傳統的單次轉換模式。本發明能夠通過降低由于轉換鏈的電路所引起的高斯噪聲部分來對低光水平改善傳感器的輸出處的信噪比。

技術領域

本發明涉及一種讀取圖像傳感器中的像素的方法，并且更具體地涉及具有大動態范圍的圖像傳感器，其旨在聚集處于低亮度級和高亮度級的圖像。

背景技術

圖像傳感器包括被組織成行和列的像素矩陣。同一列的像素連接至本身連接至讀取電路的列導體，從而將通過用于讀取而選擇的像素而施加至列導體的電壓電平轉換成數字。該電壓電平表示由像素接收的光水平。該轉換通過包括比較器和計數器的斜坡型模-數轉換器來執行，所述比較器用于將要轉換的電壓電平與線性電壓斜坡進行比較，所述計數器從斜坡開始的時刻起以高頻進行計數直到比較器觸發為止。計數器在觸發時刻的內容表示要轉換的電壓電平的數值。

該像素主要包括光電二極管和MOS晶體管(例如，四個晶體管)，使得能夠驅動光電二極管中的光所產生的電荷的讀取。具有四個晶體管的像素通過將電荷從光電二極管傳送至之前被初始化至重新初始化電位的電容性存儲節點來操作；像素的讀取通常包括：在重新初始化電位的列導體上執行，然后在表示由像素接收的光水平的存儲節點的電位的列導體上執行。

采用已知的方式，為了避免與像素的電容性存儲節點相關的噪聲，可以執行兩個電平(重新初始化電平和有用電平)中的每一個的模-數轉換，并且在兩個數值之間執行減法，因而消除了這個相關的噪聲成分，其中所述噪聲為相關噪聲，其對于存儲節點的重新初始化電平以及對于在接收的電荷傳送之后的有用電平是同樣的。還可以在將差值轉換之前對模擬電壓執行減法。在這種情況下，在執行差值轉換之前，使用兩個采樣電容器來對由列提供的電信號進行采樣，一次是在重新初始化之后，另一次是在電荷傳送之后。

讀取電路根據傳感器的動態范圍(也就是說，期望測量的照度范圍)來限定尺寸。尤其地，考慮到計數頻率、計數器的位數量以及期望的轉換速率來確定斜坡的持續時間，以允許測量期望的最高照度水平的轉換。

這些圖像傳感器的動態范圍實際上受限于轉換鏈的各種噪聲源的低照度水平，所述轉換鏈包括：像素中安裝為跟隨器的晶體管，以將存儲節點的電位復制至列導體上；為全部的列所共用的電流源；形成比較器的大增益放大器等。該鏈噪聲完全是隨機的，并且不依賴于要測量的信號的電平。其對增加傳感器對于低照度水平的動態范圍的能力構成障礙。

更具體地，本發明涉及讀取電路，其直接地對由列提供的兩個電壓電平中的每一個執行模-數轉換，以及所獲得的兩個數值之間的減法。實際上，在上下文中，理論上已知如何通過對該信號執行n次轉換并且對該n次轉換進行平均來降低n的根比率(rapportracine de n)、存在于信號中的高斯噪聲的量。

但執行n次轉換增加了用于讀取所確定的像素，以針對這些傳感器獲得寬的動態范圍和良好的分辨率所需的時間，該時間主要由斜坡的標稱持續時間來確定。

發明內容

為了解決這個問題，本發明提出了在由列提供的電壓電平的模-數轉換階段中，確定這個電平表示低照度水平還是高照度水平，從而在低照度水平的情況下通過利用對于n次轉換中的每一次降低的持續時間的斜坡，在用于單次轉換所正常分配的時間中執行n次轉換并進行平均。