专利名称：具有非常高的动态范围的图像传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及图像传感器，并且更具体地，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图像的传感器。
背景技术：
大多数固态电子传感器对于平均亮度水平操作良好。通过大大増大累积持续时间，它们也能够在低亮度水平操作，损害了提供图像的速率。此外，増大累积持续时间可能与应用不兼容。例如，监视相机典型地必须每秒钟提供30个图像，从而限制了累积持续时间。当亮度水平増大，但传感器饱和的某ー亮度除外时，这些传感器也能够操作。某些传感器已经特别设计为在低亮度水平操作。但是当场景的ー些点较亮时，甚至对于平均亮度，它们也非常迅速地饱和。这些传感器中包括电子倍增传感器。其它传感器已经设计为利用复杂的系统在高亮度水平操作，该复杂的系统使得建立光相关对数(或至少具有两个斜率)响应曲线成为可能。这些传感器不能在低亮度水平良好地操作。存在对具有非常高的向上和向下动态范围的传感器的需求，即甚至在同一具有大的对比的图像中，传感器既能够在非常高的亮度水平，又能够在非常低的亮度水平操作。
发明内容
本发明提出ー种具有有源像素的传感器，每个像素包括至少ー个光电ニ极管、电荷存储节点、电子倍増放大结构、用于将电子从所述光电ニ极管转移至所述放大结构的构件、用于在倍増之后将电子从所述放大结构转移至所述存储节点的构件、用于在电子至所述存储节点中的转移之前重新初始化所述存储节点的电位的晶体管，所述传感器还包括读取电路，用于在重新初始化之后和在电子转移到所述存储节点中之后，对所述电荷存储节点的电位进行采样，并且用于提供对应的照明測量，所述传感器还包括用于在图像帧的过程中在第一持续时间(Til)之后实施电荷从所述光电ニ极管至所述倍增结构的第一转移并用于然后在电荷至所述存储节点中的第一转移之前给予所述放大结构第一电子倍増因子(kl)的构件；用于在相同图像帧的过程中在第二持续时间(Ti2)之后实施电荷从所述光电ニ极管至所述倍增结构的第二转移并用于然后在电荷从所述倍增结构至所述存储节点的第二转移之前给予所述结构不同于所述第一电子倍増因子的第二电子倍増因子(k2)的构件；以及用于基于像素的照明，逐个像素选择对应于所述第一因子或所述第二因子的照明测量的构件实践中，基于电子至所述存储节点中的转移之后所述存储节点的电位电平。换句话说，通过对每个图像帧实施对应于两个累积时间并对应于两个不同倍増因子的连续电荷转移，传感器观察图像场景。如果以两个倍增因子之一关于像素测得的电子量在信号电平中达到顶点，这表示另一因子将更合适，则对此像素废弃此測量并且保留以另ー因子执行的測量。
利用以较高倍増因子进行的测量进行测试是可能的；如果测得的电子量太高(指示像素的可能的饱和)，则废弃此测量并且使用以较小倍増因子进行的測量。但是通过观察用于较低倍増因子的电位电平进行也是可能的；如果测得的电子量太低，则废弃此测量，因为其不显著并且使用以较高因子进行的測量。较小倍増因子大于或等于1，即其能够对应于倍增的存在或准存在，但是电子仍然通过放大结构。较高因子能够在从2至100的范围，或在某些情况下甚至更高。以较小倍増因子进行的照明测量的数值被乘以两个因子的比率，使得以两个因子进行的测量參照相同比例。优选地，不仅倍増因子不同，而且此外，用于两个测量的累积时间也不同。再次优选地，以较短累积时间进行以较低倍増因子执行的測量，并且以较长累积时间执行以 较高倍増因子执行的測量。从以较短时间进行的照明測量得到的数值被乘以较长累积时间与较短累积时间的比率。传感器优选地包括-用于在电荷从所述放大结构至所述存储节点的所述第一转移之前执行所述存储节点的电位的重新初始化，并用于在此第一转移之后对所述存储节点的电位执行采样的构件；-用于在电荷从所述放大结构至所述存储节点的所述第二转移之前在所述读取电路中执行所述存储节点的电位的重新初始化和此电位的采样，并用于在此第二转移之后对所述存储节点的电位执行采样的构件；-用于在所述读取电路中对在电子至所述存储节点的转移之后取得的样本与在所述存储节点的重新初始化与此转移之间取得的样本之间的至少ー个差执行摸-数转换的构件。可以设想实施这三组操作的两个主要可能性。在第一可能性中，利用读取电路中位于摸-数转换器上游的两个采样电容器，ー个电容器备用于对存储节点重新初始化电平进行采样，而另一电容器备用于对电子至存储节点的转移之后的该电平进行采样。在此情况下，在第二电容器中对从至存储节点的第一转移得到的电平进行例行采样；以及然后在所述第二电容器中对从所述第二转移得到的所述电平进行条件采样。第二倍増因子较高，第二累积持续时间也优选地较长。条件是转移之后存储节点的信号电平的条件，目的是仅在不存在像素饱和风险时，执行重新采样。可以基于至存储节点的第一转移之后或第二转移之后存储节点的电位电平来执行对条件的测试。在另ー操作模式中，读取电路包括三个采样电容器，第一个再次备用于对重新初始化电平进行采样；第二个备用于在第一转换之后对该电平进行采样；第三个用于在第二转移之后进行采样。此操作模式使得可能进行真实相关双采样。在每个像素中，在(用于从所述光电ニ极管至所述倍增结构的转移的)第一转移栅极与(用于从所述放大结构至所述存储节点的转移的)第二转移栅极之间插入的所述电子倍増放大结构优选地包括位于所述第一转移栅极与第二转移栅极之间的两个分开的加速栅极，以及位于所述两个加速栅极之间的具有固定表面电位的中间ニ极管区域，以及用于给所述加速栅极施加容许电荷通过所述中间ニ极管区域从ー个加速栅极至另ー个加速栅极连续转移的ー连串交替的高和低电位的构件。放大系数实际上与交替的数量成比例并且因此通过更改交替的数量而被改变。如果不存在或实际上不存在交替，则放大因子等于I。
在參照附图阅读以下详细描述时，本发明的其它特性和优点将变得明显，其中图I描绘具有有源像素的图像传感器的总体结构的竖直截面，该有源像素具有容许像素内的电子倍増的放大结构；图2描绘在将帧分解为两个不同的连续累积时间的过程中采集图像的情况下的操作时序图；图3描绘使得根据图2的时序图来采集图像成为可能的读取电路；
图4描绘具有两个不同累积时间和用于两个累积时间的相关双采样的时序图变形；图5描绘根据图4的时序图操作的读取电路。
具体实施例方式在图I中描绘了范例CMOS技术有源像素的主元件，该有源像素内包括电子倍増放大结构。像素形成在基底10中，基底10优选地包括P型轻掺杂半导体有源层12 (符号P-用于指明此弱掺杂)，该P-型轻掺杂半导体有源层12形成在更重掺杂层(P+)的表面处。通过隔离阻挡层(insulating barrier) 13使像素与相邻像素隔离，隔离阻挡层完全围绕像素。此阻挡层可以是P型井以上的隔离沟槽。像素包括光电ニ极管区域PHD，光电ニ极管区域PHD的周界遵循植入有源层12的深度的部分中的N型半导体区域的轮廓。此植入区域顶上有P+型表面区域16，P+型表面区域16保持在零參考电位。这是所谓的“钉扎”光电ニ极管(意指P+表面区域的表面电位固定)。零參考电位是施加至P-有源层的电位。在最简单的情况下，其是位于有源层以下的P+型基底的电位，并且该P+型基底将其自己的电位施加至有源层；例如通过区域16接触向上与基底10相遇的P+型深扩散部15的事实，实现了将表面区域16保持在此零电位。也能够在此扩散部15上设置电接触部，以通过此接触部施加零电位至区域16。电荷存储区域或电荷存储节点18设置在光电ニ极管区域PHD外部；电荷存储节点18通过ー连串两个转移栅极TRl和TR2以及该两个转移栅极之间的放大结构AMP与光电ニ极管区域PHD分开。电荷存储节点18是有源层12中的N型扩散部。接触部形成在此区域上，使得将此区域的电位施加给跟随器晶体管(未描绘)的栅极成为可能，以便将包含在存储节点中的电荷量变换为电压电平。称作重新初始化栅极的另ー栅极RS使得将电荷从存储节点倒空到排空漏极20中，排空漏极20是连接至正重新初始化电位Vref的N+型区域。为简化，不描绘常规地可以存在于像素中的元件，特别是用于复制存储节点18的电位的跟随器晶体管，以及在数个像素行的矩阵的情况下，行选择晶体管，以容许跟随器晶体管的源极连接至矩阵的列导体。这些元件在任何情况下位于围绕光电ニ极管和放大结构的组件的隔离区域13外部。图I中的截面中也未描绘用于重新初始化光电ニ极管PHD的电位的栅极。此栅极使得在累积持续时间开始时将光电ニ极管的电荷倾倒到漏极(未描绘)中。第一转移栅极TRl使得能够在累积持续时间结束时将电子从光电ニ极管转移至放大器结构。第二转移栅极TR2使得能够在放大阶段结束时将电子从放大结构转移至存储节点18。在此范例中，放大结构包括由间隙分开的两个加速栅极GA和GB。此间隙由中间ニ极管区域DI占据，并且此区域构成所谓的“钉扎”ニ极管，如光电ニ极管。如光电ニ极管(但是不必然具有相同掺杂)，其因此包括有源层12中的N型扩散区域34，此区域由P+型表面区域36覆盖。此区域36例如通过其接触(这在图中不可见)向上与基底相遇的P+型深区域的事实而保持在零參考电位，P+型深区域类似于接触光电ニ极管的区域15。
电位切换构件设计为根据关心的转移或放大阶段，将高或低电位直接施加至加速 栅极GA和GB。在累积时段结束时，电子从光电ニ极管转移至放大结构；它们存储在栅极GA以下。在放大阶段期间，将交替的高和低电位以相反相位(in phase opposition)施加至栅极GA和GB。电子交替地从栅极GA朝向栅极GB加速并且反之亦然。通过碰撞，施加至栅极的电压足够产生电离加速的电子夺走(tear away)其它电子，使电子的数量被乘以取决于施加的电压的稍大于I的系数。此系数被乘以电位的交替数量。交替数量可以是数百或数千。整个放大系数因此取决于施加的电压和交替数量。未描绘切换构件，因为它们未位于像素中。它们是行的像素或列的像素或矩阵的所有像素共用的。在放大阶段结束吋，电子存储在栅极GB以下；电子从该处通过栅极TR2转移至存储节点18。根据本发明，规定放大结构能够以至少两个放大系数操作，即实际上具有至少两个不同的交替数量，施加至栅极的电压实际上恒定并考虑以下技术需要来对其进行选择相当高的电压，以在每个交替甚至稍微增大电子的数量；电压不太高，以便不使放置在栅极GA和GB以下的隔离氧化物退化。第一放大系数可以等于I，即在栅极GA和GB上不存在或实际上不存在相反电位的交替到达栅极GA以下的电子其后仅一次转移至栅极GB，并且从其离开，直接到达存储节点。利用多个交替获得第二放大系数，多个交替可以在从数十至数百或甚至数千的范围中。通常，像素形成成行和列的像素矩阵的部分，同一行的像素由行导体寻址，并且同一列的像素的输出连接至列导体。基于双采样的读取电路放置在列的底部并且使得对在选择像素行时出现在列导体上的电位进行采样成为可能。出现在列导体上的电位对应于存储节点的电位，其可以是对应于所选像素的照明的有用信号电位或重新初始化电位。读取电路对重新初始化电位和有用电位进行采样并将它们保留在存储器中；其确定差并将它转换为数字。针对包括电荷累积的图像帧FR參照图2解释根据本发明的传感器中的像素的操作方式，电荷累积后接着是逐行读取像素。仅描绘对应于行的信号，以便不使图过载。读取以參照图2的时序图解释的以下方式进行。信号GR描绘针对像素行的光电ニ极管的电位的重新初始化，通过例如打开上述光电ニ极管重新初始化栅极来执行重新初始化。
信号RS描绘用于初始化存储节点的电位的脉冲。其在读取的时候对每一行连续地发出。列底部的采样信号由SHR(存储节点的重新初始化电平的采样)和SHS(在倒空放大结构放大的电荷到此节点中之后，存储节点的有用电平的采样)指明。在读取过程中，这些信号连续地逐行发出。线TRl和TR2描绘分别施加至栅极TRl和TR2的脉冲。线GA和GB描绘持续时间，在该持续时间上，多个交替的高和低电位施加至放大结构的栅极GA和GB。这些电位施加至矩阵的期望放大的所有像素(例如矩阵的所有像素或感兴趣的区域的所有像素)。用于帧FR的序列如下进行 -通过信号GR重新初始化光电ニ极管，此重新初始化的结束构成累积时段的开始；信号GR的结束确定第一电荷累积持续时间Til的开始；-光电ニ极管中电荷的累积；-打开第一转移栅极TR1，在累积持续时间Til结束时，将光电ニ极管的电荷转移到放大结构的栅极GA以下；栅极TRl的打开的结束确定持续时间Til的结束；第一累积持续时间优选地短暂，即比帧的总持续时间的一半小或小得多；一旦栅极重新关闭，则光二极管重新开始电荷累积，并且此累积持续第二累积持续时间Ti2 ；-通过施加交替的电位至栅极GA和GB，对现在位于放大结构中的电荷进行第一放大，第一放大具有第一放大系数kl，第一放大系数kl低或甚至为I (无放大)；交替的数量选择为使得以第一倍増系数kl倍增电子的数量。-通过信号RS进行存储节点的电位的重新初始化；-短暂地打开第二转移栅极TR2，以将以系数kl放大的电荷转移至存储节点；重新关闭此栅极；-打开第一转移栅极TRl，定义第二累积持续时间Ti2的结束，持续时间Til和Ti2的和构成帧的总的累积持续时间；对应于第二持续时间的电荷进入放大结构并且将被以不同于第一放大系数的第二放大系数k2放大；-第二放大结束时，且在通过栅极TR2转移放大的电荷至存储节点之前，按以下顺序进行以下操作通过信号shsl在读取电路中对存储节点的以系数kl放大的电平进行第一采样，在此时候，存储节点的电平对应于第一累积；然后重新初始化存储节点(RS);然后，在读取电路中，对重新初始化电平(shr)进行第二采样；-最后，打开第二转移栅极TR2，因此进行以第二放大系数放大的第二累积持续时间的电荷至存储节点的第二转移；最后，条件地且非常规地对存储节点的电平shs2进行第三采样；第三采样，如果进行，则替换第一采样。如果像素测量的照明超过示出測量链的饱和风险的阈值，则不执行第三采样，像素对照明的測量在第一累积持续时间之后或在第二累积持续时间之后。如果不执行第三采样，则然后数字化第一样本与第二样本之间的差。这等于仅保持第一累积的結果。在相反的情况下，如果执行第三采样(无饱和风险)，则第三样本代替第一样本。于是数字化第三样本与第二样本之间的差。这等于仅测量针对第二持续时间的累积的结果。与首先的两个样本之间的差的数字化相对比，此差是通过真实相关双采样得到的測量结果。在第一情况下(无第三采样)获得的数值被乘以为比率(k2 · 2Λ1 · 1)的因子，以关于与第二情况(具有第三采样)相同的比例引用该数值。为执行第三条件采样，在正好在第三条件采样的时候之前的时刻teMp测试第二测量结束时存储节点的电位电平，或者测试第一測量结束时存储节点的电位电平是可能的。读取电路包括用于此目的的测试电路，该测试电路作用以可选地容许信号shs2的产生。此电路此外存储测试的结果，并且此结果用于决定是否必须以倍増因子(k2*Ti2/kl - Til)乘以差分测量的結果。图3的在列底部的读取电路对应于正好在在栅极TR2的第二打开之后的时刻t_p时的第三采样之前进行的测试，因此取决于从第二累积持续时间得到的信号。电路包括阈 值类型的比较器CMP。在电容器Cs中进行第一和第三采样；在电容器Cr中进行第二采样。模-数转换器ADC转换存储在两个电容器中的电位的样本之间的差，并提供測量結果。比较的结果(信号SAT)不影响信号shsl的通过；但是如果结果示出在第二累积持续时间上的照明超过阈值，则禁止信号shs2的通过是可能的。传输具有摸-数转换的信息的比较的结果SAT，以使得在省略采样shs2的情况下，以(k2 · Ti2/kl · Til)进行倍增成为可能。不是测试在第二累积之后获得的电平，设想也测试在第一累积之后，因此在在信号shsl的控制下存储第一样本的时候，获得的电平是可能的。特别是，如果使用斜坡型摸-数转换器，则在信号shr结束时立刻发起第一转换斜坡以执行临时转换是可能的，临时转换后跟着决定性(definitive)转换。在此时候，第一样本和第二样本之间的差可在转换器的端子处获得。这些样本之间的差小，因为累积持续时间Til和放大系数kl小，使得转换器将非常迅速地给出关于测量的信息。短的临时斜坡之后在转换器的输出端获得的电平用于可选地触发第三条件采样。临时转换能够存在于观察转换器的输入比较器的输出中；比较器在其两个输入端接收有用信号和重新初始化电平的样本；预定义持续时间的短的线性电压斜坡施加至有用信号输入端并增加至有用信号；一旦比较器的输入端之间的差分电压变为零，则比较器触发。如果照明低，则比较器在斜坡结束之前触发，如果照明高，则比较器不触发。如果存在太多的光，则将不触发信号shs2，并且将开始第一和第二样本之间的差的决定性转换。如果相反，存在少的光，则将触发第三采样，并且将进行第一和第三样本之间的差的决定性转换。最后，为终结图2的解释，恢复(recall)以每行之间的时间移动进行累积。移动的值是执行三个采样并且执行样本的差的摸-数转换所需的时间AT。于此由控制像素行的选择的信号SEL的持续时间描绘此持续时间Λ Τ。此选择作用于行上，以在列导体上将存储节点的连续的电位电平传递至列底部的读取电路。应当注意到，信号SEL可以比持续时间Λ T短，但是其绝对必须覆盖至少三个采样时刻shr、shsl和shs2 (不必然整个转换持续时间)。結果，图2中针对行描绘的所有信号必须相同地重复，但是对接续行移动至少AT等等(所谓的“滚动快门(rolling shutter) ”操作)。为了能够既在强照明的情况下也在弱照明的情况进行真实相关双采样，能够在列底部使用具有三个采样电容器的装置，并且图2的时序图稍微更改，得到图4的时序图。图5中描绘容许此操作方式的读取电路。对于通过信号GR重新初始化光电ニ极管的行，对于通过栅极TRl在两个累积持续时间结束时转移脉冲，以及对于在这些转移后以系数kl和k2放大电荷，时序图与图2的时序图相同。为读取行，现在进行以下操作，信号SEL用于选择行，采样脉冲施加至该行-通过存储节点的电位的信号RS进行重新初始化；-通过读取电路在第一采样电容器Cr中采样此电位；-通过栅极TR2，将在第一持续时间Til上累积的且以第一系数kl放大的电荷转移至存储节点；在借助于栅极TR2的此第一转移之后，通过栅极TRl进行第二转移，如图2中，以将源自第二累积持续时间的电荷放入放大结构中；
-在第二电容器Csl中进行第二采样shsl(图5);-然后，在备用于以系数k2进行放大的时间结束吋，通过栅极TR2执行至存储节点的第二转移；在持续时间Ti2上累积的且以系数k2放大的电荷进入存储节点，在存储节点，该电荷増加至先前的电荷；-第三采样shs2(其此时不是可选的，而是例行的)；此第三采样在第三电容器Cs2中存储新的电位电平。图5描绘列底部的对应的读取电路。第一差分放大器AMPl測量第一和第二电容器的电平之间的差；此差描绘在第一持续时间Til上累积的且以系数kl放大的电荷的測量。其是通过真实相关双采样进行的測量，因为存储节点已经在倒空之前重置为零。第二差分放大器AMP2测量存储在第三和第二电容器中的电平之间的差；此差描绘仅归因于第二累积持续时间Ti2的以系数k2放大的额外电荷。第二放大器的输出施加至阈值型比较器，阈值型比较器探测超过阈值时的饱和风险。超过阈值吋，S卩如果照明強，则第一放大器的输出朝向摸-数转换器发送，并且然后转换结果将被乘以比率(k2 · Ti2/kl · Til)，以根据与暗点相同的比例定义该結果。如果未超过阈值，S卩如果照明充分弱，则第二放大器的输出朝向摸-数转换器发送。这里，再次，能够对第一测量执行阈值的探測，例如通过进行放大器AMPl的输出的例行临时快速模-数转换，通过基于转换结果可选地切換至放大器AMP2，以及通过其后进行决定性转换。如果转换器是施加有定义照明阈值的固定(短暂)持续时间的临时斜坡的斜坡型转换器，则可将此临时转换简化为非常简单的测试。最后，在一个实施例中，可以规定倍增结构通过施加相反的电位至两个栅极来操作(这是以上描述的情況)。于是通过连接同一行的像素的行导体来控制第一栅极(GA)，并且通过连接同一列的像素的列导体来控制第二栅极(GB)是可能的。仅在同一时间，栅极GA和栅极GB以周期性交替接收相反电位时，借助于电位的交替的放大才发生。可以规定用于选择像素行的仅一部分的构件将交替的电位施加至它们的栅极GA，并且用于选择像素列的仅一部分的构件在与行的阶段相反的阶段将交替的电位施加至它们的栅极GB。在此情况下，仅这些行和列的交叉点处的像素将经历借助于像素中的电子的倍増的放大。因此选择图像中的感兴趣的区域，特别是暗区域，以给感兴趣的区域施加借助于以两个系数倍增电子的放大而不是对其它区域施加放大，是可能的
权利要求
1.ー种具有有源像素的图像传感器，每个像素包括至少ー个光电ニ极管(PHD)、电荷存储节点(18)、电子倍増放大结构(AMP)、用于将电子从所述光电ニ极管转移至所述放大结构的构件(TRl)、用于在倍増之后将电子从所述放大结构转移至所述存储节点的构件(TR2)、用于重新初始化所述存储节点的电位的晶体管(RS)，所述传感器还包括读取电路(Ks，Kr，Cs，Cr，ADC)，用于在重新初始化之后和在电子转移到所述存储节点中之后，对所述电荷存储节点的电位进行采样，并且用于提供对应的照明測量，所述传感器还包括用于在图像帧的过程中在第一持续时间(Til)之后实施电荷从所述光电ニ极管至所述倍增结构的第一转移，并用于然后在电荷从所述倍增结构至所述存储节点中的第一转移之前给予所述放大结构第一电子倍増因子(kl)的构件；用于在相同图像帧的过程中在第二持续时间(Τ 2)之后实施电荷从所述光电ニ极管至所述倍增结构的第二转移，并用于然后在电荷从所述放大结构至所述存储节点的第二转移之前给予所述结构不同于所述第一电子倍増因子(kl)的第二电子倍増因子(k2)的构件；以及用于基于像素的照明，逐个像素选择对应于所述第一因子或所述第二因子的照明测量的构件。
2.根据权利要求I所述的图像传感器，其特征在干，以两个不同的累积时间(Til，Ti2)进行以所述两个不同的倍増因子进行的所述照明測量，并且以较小的累积时间(Til)进行以较小的放大因子(kl)进行的所述照明測量。
3.根据权利要求I和2中的ー项所述的图像传感器，其特征在于，其包括 -用于在电荷从所述放大结构至所述存储节点的所述第一转移之前在所述读取电路中执行所述存储节点的电位的重新初始化，并用于在此第一转移之后对所述存储节点的电位执行采样的构件； -用于在电荷从所述放大结构至所述存储节点的所述第二转移之前在所述读取电路中执行所述存储节点的电位的重新初始化和此电位的采样，并用于在此第二转移之后对所述存储节点的电位执行采样的构件； -用于在所述读取电路中对在电子至所述存储节点的转移之后取得的样本与在所述存储节点的重新初始化与此转移之间取得的样本之间的至少ー个差执行模-数转换的构件。
4.根据权利要求I至3中的一项所述的传感器，其特征在于，所述读取电路包括两个采样电容器，ー个电容器备用于存储节点重新初始化电平的采样，另ー个电容器备用于电子至所述存储节点的转移之后的所述电平的采样，所述传感器包括用于在所述第二电容器中对从至所述存储节点的所述第一转移得到的所述电平进行例行采样的构件，以及用于在所述第二电容器中对从至所述存储节点的所述第二转移得到的所述电平进行条件采样的构件，条件为转移后所述存储节点的信号电平的条件。
5.根据权利要求I和2中的一项所述的传感器，其特征在于，所述读取电路包括三个采样电容器，并且其特征在于，所述传感器还包括 -用于在电荷从所述放大结构至所述存储节点的所述第一转移之前在所述读取电路中执行所述存储节点的电位的重新初始化，并用于在此第一转移之后在所述第一电容器中对所述存储节点的电位执行采样的构件； -以及用于在至所述存储节点的所述第一转移之后在所述第二电容器中对所述存储节点的电位进行采样，并且用于在至所述存储节点的所述第二转移之后在所述第三电容器中对所述存储节点的电位进行采样，而在至所述存储节点的所述第一转移和所述第二转移之间不重新初始化所述存储节点的构件。
6.根据权利要求I至5中的一项所述的传感器，其特征在于，所述放大结构包括在用于从所述光电ニ极管至所述放大结构的转移的第一转移栅极与用于从所述放大结构至所述存储节点的转移的第二转移栅极之间插入的，位于所述第一转移栅极与所述第二转移栅极之间的两个加速栅极(GA，GB)，以及位于所述两个加速栅极之间的具有固定表面电位的中间ニ极管区域(DI)，以及用于给所述加速栅极施加容许电荷通过所述中间ニ极管区域从ー个加速栅极至另ー个加速栅极的连续地转移的ー连串交替的高和低电位的构件。
7.根据权利要求I至6中的一项所述的传感器，其特征在于，选择性地在所述传感器的感兴趣的区域中执行以两个电子倍増因子进行的放大。
全文摘要
本发明涉及具有有源像素的图像传感器，并且更具体地，涉及意在以非常高和非常低的亮度水平采集图像的那些传感器。每个像素包括至少一个光电二极管(PHD)、电荷存储节点(18)、电子倍增放大结构(AMP)、用于将电子从所述光电二极管转移至所述结构的构件(TR1)、用于在倍增之后将电子从放大结构转移至所述存储节点的构件(TR2)、用于重新初始化所述存储节点的电位的晶体管(RS)。所述像素由读取电路读取，在重新初始化之后和在电子转移至所述存储节点中之后，读取电路对所述电荷存储节点的电位进行采样，并且提供对应的照明测量。传感器还包括用于在同一帧的过程中在两个不同持续时间中执行电荷累积，并且用于给予放大结构与在这些持续时间的过程中累积的电荷不同的倍增因子的构件。基于像素的照明，逐个像素选择对应于所述第一因子或所述第二因子的照明测量。
文档编号H04N5/3745GK102695000SQ20121007973
公开日2012年9月26日 申请日期2012年3月23日 优先权日2011年3月23日
发明者F·迈尔, P·弗雷伊 申请人:E2V半导体公司