低功耗矩陣傳感器的製作方法

2023-09-14 12:51:45

專利名稱：低功耗矩陣傳感器的製作方法
技術領域：
本發明的目的是一種包括多個與各自的像素關聯的單個檢測結構的矩陣式圖像傳感器。
背景技術：
對於保存待觀察的場景的所有信息，這樣的傳感器的動態範圍是決定性的。在可見光譜中，亮度的時空分布可以大於120dB，因此遠遠超過傳統的圖像傳感器上能夠得到的動態範圍。這些傳統的傳感器採用線性光電轉換定律，其工作動態範圍由該傳感器輸出端的視頻信號的最大幅度和噪聲級同時限制。EP1271930公開了其解析度可以改變的傳感器。在光電二極體的太陽能電池模式中，無操作。已知用於提高圖像傳感器的工作動態範圍的大量解決方法。例如，專利EP1354360公開了與具有對數響應和良好圖像質量的像素關聯的CMOS 單個檢測結構。但是該單個檢測結構表現出兩個結構缺陷當大量該結構組裝在一矩陣內以製造傳感器時，電功耗大；以及在強烈地逐點並局部照射待觀察的場景時，在該傳感器上形成的圖像上出現黑列。根據專利EP1354360的單個檢測結構Iij示在圖1中。該結構Iij包括光伏模式 (即對應於光電二極體在光照下產生電壓的太陽能電池模式)的光電二極體，該光伏模式由具有無限連續阻抗的放大器級讀取，該放大器級包括兩個MOS電晶體和 42…放大器級的輸出通過選擇MOS電晶體連接到讀取總線7」。該結構還包括開關 Sij,其閉合時能夠使光電二極體短路，如專利EP1354360中所述。為了確保光電二極體在光伏模式下工作穩定，放大器級必須保持可持久操作， 該放大器級的動態供電在高阻抗狀態的光電二極體上產生不可接受的開關噪聲。當根據圖1的檢測結構Iij根據尺寸例如大於768x576像素(這是歐洲的標準TV 解析度)的矩陣組裝時，對該矩陣的每一單個檢測結構Iu的放大器級持久加偏壓所需的電功耗可能達到這樣的值對藉助於這樣的矩陣產生的圖像傳感器的操作有不良後果。如圖2中所示，包括大量檢測結構Iu的矩陣能夠在讀取總線7j上呈現出大值的寄生電容71，且這可能在每一單個檢測結構Iu的放大器級中需要較大的偏置電流。例如，該偏置電流約為1 μ A，對於1000x1000像素的矩陣而言，其對應於IA的全局電流。這樣的電功耗可以引起傳感器製造困難並導致集成有傳感器的微晶片過熱，因此增大了光電二極體中的無照電流並使傳感器的光電性能降低。 利用根據圖1的結構製造的圖像傳感器的另一缺點由以下證實當傳感器獲得其中存在非常密集的點光源的場景的圖像時，在該傳感器上形成的圖像中有出現黑列的風險，這些黑列對應於信號無法被讀取的像素。如圖3中所示，當點光源照射到根據圖1的檢測結構Iu的子集上時，該光源使放大器級的輸出和讀取總線之間的選擇電晶體的漏極和源極中出現很大的光電電流 Ipp,該電流Ipp對應於在電晶體的漏極和接地端之間以及電晶體的源極和接地端之間出現寄生光電二極體61。當該光電電流Ipp相對於放大器級的偏置電流足夠大時，在讀取總線7]上無法進行讀取與單個檢測結構Iu的關聯的任何信號，因此導致在形成的圖像上出現黑斑點。了解到，讀取總線7」由與同一列的像素關聯的整組檢測結構共用，這在該傳感器上形成的圖像中產生黑列。 而且，專利EP1354360中公開的單個檢測結構在緊湊度方面可能不是最優的，因為其一方面需要放大器級的電晶體4、和42u以及選擇電晶體為不同的類型，例如， 放大器級的電晶體和42u為P溝道MOS電晶體，選擇電晶體是N溝道MOS電晶體。利用根據圖1的結構，來自放大器級的輸出信號實際上表現出對於P溝道MOS電晶體(其可能用作選擇電晶體)而言過低的電壓，以不能夠使其導通。而且，專利EP1354360公開的單個檢測結構不具有用於存儲圖像的任何部件。現在，在包括比如檢測結構Iu的單個檢測結構的矩陣上進行逐步讀取在讀取開始和讀取結束之間產生時移，且包括這樣的矩陣的傳感器在觀察運動中的物體時，所述時移可能導致運動中的物體形變。

發明內容
本發明的目的是改善這些缺點的所有或部分缺點且通過一種包括多個與各自像素關聯的檢測結構的矩陣式圖像傳感器來實現該目的，每一單個檢測結構包括-光電二極體，所述光電二極體在太陽能電池模式下具有至少一個工作範圍，-第一放大器級，所述第一放大器級被持久供電且將電壓作為輸入接收，該電壓取決於包括在所述範圍中的所述光電二極體的電壓，以及-第二放大器級，所述第二放大器級連接到所述第一放大器級的輸出，且根據所述第一放大器級的所述輸出是否被讀取而以不同的方式被供電。術語「持久供電」和「連續供電」應當理解為含義相同。上文中的術語「連接」必須理解為意味著直接連接，不經任何耦合電容器或任何開關，或者意味著非直接連接，例如通過開關。光電二極體在傳感器內以光伏模式工作，且該傳感器的動態範圍比未利用光伏模式的傳統傳感器的動態範圍大。通過本發明，第一放大器級被持久供電以便保持持久運行，而第二放大器級處於動態偏置下。因此，所述第二放大器級僅在給定時間段期間能夠接收到來自所述第一放大器級的信息項。通過本發明，必須被持久供電的所述第一放大器級僅使所述第二放大器級為負載，由此使得可能僅將相對弱的偏置電流傳輸給該第一放大器級。而且，本發明能夠使以下成為可能該第二放大器級僅在進行讀取所述第一放大器級的輸出時被供電或者僅在進行這樣的讀取時被有效供電。例如，每一單個檢測結構包括受控開關，所述受控開關用於選擇性地引起光電二極體短路和模擬所述光電二極體的黑暗條件或者當其閉合時將所述光電二極體保持在恆定的或變化的預定電壓。供至所述第一放大器級和所述第二放大器級(也稱為「緩衝放大器」)的電力例如對應於將偏置電流分配給所述第一放大器級和所述第二放大器級。所述第一放大器級的偏置電流的值可以小於ΙΟΟηΑ，例如位於IOnA和50nA之間。 對於包括1000x1000個檢測結構的矩陣的傳感器，該偏置級產生僅10-50mA的總消耗，和根據專利EP1354360的傳感器的約IA的消耗形成對比。而且，所述第二放大器級以動態形式偏置，即使該第二級的偏置電流的值相對高也不引起傳感器的總消耗過量，在讀取期間可以選擇單行矩陣檢測結構。例如，對於1000x1000個檢測結構的矩陣，每一個第二放大器級可以由約為1 μ A 的偏置電流偏置，在行讀取時段期間，這對應於傳感器的總消耗為1mA。該偏置級能夠使得可能將耐受閾明顯地提高到由點光源引起的過度照射。每一單個檢測結構可以包括用於存儲所述第一放大器級的輸出的信號、尤其是電壓的系統，所述存儲系統能夠包括位於所述第一放大器級和所述第二放大器級之間的採樣開關以及用於存儲所述第一放大器級的輸出處的所述信號的部件，該採樣開關例如為電晶體，該部件例如為電容器。採樣開關可以是P溝道或N溝道MOS場效應電晶體。所述採樣開關可以使得能夠採樣出所述電容器中的所述第一放大器級的輸出信號。用於每一單個檢測結構的採樣開關可以以一方式同時被控制，使得對於所有單個檢測結構，採樣在相同時刻發生。該電容器例如為第二放大器級的輸入電容器。通過將所述第一放大器級的輸出處的由光電二極體提供的電壓存儲在存儲系統的電容器中，可以能夠降低逐步讀取引起的時移並避免或至少減弱藉助於該傳感器觀察的運動中的物體的形變。這樣的存儲系統還可能使得藉助於該傳感器可以觀察例如源於閃光燈的短時間的光照。作為變型，該檢測結構可以不具有比如上文所述的任何存儲部件，例如當指定給傳感器的應用容許運動中的物體的形變時。因此，例如，該第一放大器級的輸出直接連接到第二放大器級的輸入，且這可以使得能夠獲得更緊湊的單個檢測結構。根據本發明的第一實施方式，該第二放大器級僅在讀取該第一放大器級的輸出且因此讀取該光電二極體獲得的信號時被供電。根據本發明的第二實施方式，在未讀取該第一放大器級的輸出中，根據第一偏置電流對該第二放大器級供電，在讀取該第一放大器級的輸出期間，根據第二偏置電流對該第二放大器級供電，該第一偏置電流小於該第二偏置電流。該第一偏置電流和該第二偏置電流之間的比率例如在10和10000之間。

該傳感器可以包括若干檢測結構所共用的至少一個電晶體，尤其是與矩陣的同一列像素關聯的多個檢測結構所共用的至少一個電晶體，該電晶體被設計成使每一個所述檢測結構的第二放大器級偏置。所述第一放大器級可以包括至少兩個場效應電晶體，所述第二放大器級可以包括一個場效應選擇電晶體，且所述第一放大器級的場效應電晶體和所述第二放大器級的場效應選擇電晶體可以類型相同，這使得可能從製造更簡單的單個檢測結構中受益。例如，本發明使得可能利用相同類型的電晶體來製造第一放大器級和第二放大器級。單個檢測結構中存在兩個放大器級可以使得能夠獲得足以通過零伏選擇信號使與所述放大器級的其他電晶體相同類型的選擇電晶體導通的電壓。所述第一放大器級的兩個場效應電晶體和所述第二放大器級的選擇電晶體例如為P溝道MOS電晶體，且光電二極體例如是藉助於包括在其上進行N型擴散的P型半導體基板的結製造的。 當使用單一類型的電晶體時，完全不需要採用隔離，與結構要同時包括例如N溝道MOS電晶體和P溝道MOS電晶體的情況截然不同，因此允許節省單個檢測結構內的空間， 使得可能不減少光電二極體且因此增強光電性能。當採樣開關利用和所述第一放大器級以及所述第二放大器級的電晶體相同類型的電晶體時，該採樣電晶體可以和它們完全相同地放置且被保護以免光信號洩露。利用P溝道MOS型電晶體來製造所述第二放大器級的選擇電晶體可以使由所述寄生光電二極體在所述選擇電晶體的漏極和源極中產生的光電電流Ipp沿著和偏置電流相同的方向，使得可能進一步增大偏置電流並降低傳感器上形成的圖像中出現黑象素列的風險，尤其是在過度暴露於密集的點光源下的情況下。所述第一放大器級設計成在被持久供電時表現出和MOS電晶體的門電路的輸入阻抗等值的輸入阻抗。該傳感器還可包括用於執行讀取光電二極體的部件，該部件在用於選擇性地引起光電二極體短路或用於將該光電二極體保持在預定電壓的受控開關斷開時進行讀取光電二極體並在所述開關閉合時進行讀取該光電二極體，且這可以使得能夠抵消所述第一放大器級和所述第二放大器級引起的固定空間噪聲。例如，該傳感器可以包括用於存儲上文的兩個讀取中的至少一個的存儲部件。根據本發明的另一方面，本發明的目的還是一種用於讀取由與矩陣式圖像傳感器的像素關聯的單個檢測結構獲得的信號的方法，所述單個檢測結構包括_光電二極體，所述光電二極體在太陽能電池模式下具有至少一個工作範圍，-第一放大器級，所述第一放大器級將電壓作為輸入接收，該電壓取決於包括在所述範圍內的所述光電二極體的電壓，以及_第二放大器級，所述第二放大器級連接到所述第一放大器級的輸出，在所述方法中，所述第一放大器級被持久供電且根據所述第一放大器級的輸出是否被讀取而調整供應至所述第二放大器級的電壓。所述第一放大器級和所述第二放大器級的供電例如對應於將偏置電流分配給這些級。例如，所述第二放大器級僅在所述第一放大器級的輸出且因此由所述光電二極體獲得的信號被讀取時接收偏置電流。作為變型，在未讀取該第一放大器級的輸出中，該第二放大器級接收第一偏置電流，在讀取該第一放大器級的輸出期間，該第二放大器級接收第二偏置電流，該第一偏置電流小於該第二偏置電流。該第一偏置電流和該第二偏置電流之間的比率例如在10和10000 之間。
每一單個檢測結構可以包括受控開關，所述受控開關用於選擇性地引起所述光電二極體短路和模擬所述光電二極體的黑暗條件或者用於在其閉合時將光電二極體保持在恆定或變化的預定電壓，且其中當所述開關斷開時，可以執行讀取由所述單個檢測結構獲得的所述信號，且當所述開關閉合時，可以執行讀取由所述單個檢測結構獲得的信號。每一單個檢測結構可以包括用於存儲所述第一放大器級的輸出的信號的系統，所述系統包括採樣開關和存儲部件，該方法可以包括這樣的步驟根據該步驟，例如針對每一單個檢測結構，在該存儲部件中的所述第一放大器級的輸出信號被採樣。對於所有單個檢測結構，該採樣可以同時發生。


鑑於伴隨著實現方式的非限制性示例的描述和研究附圖之後，可以更好地理解本發明，其中

圖1到圖3示出了根據專利EP1354360的教導的單個檢測結構的示例，圖4示出了根據本發明的示例性實現方式的單個檢測結構，圖5示出了包括根據圖4的示例的單個檢測結構的矩陣的傳感器，圖6是示出讀取由根據圖5的傳感器獲得的圖像的一行期間的步驟的時序圖，圖7示出了根據本發明的另一示例性實現方式的單個檢測結構，圖8示出了包括根據圖7的示例的單個檢測結構的矩陣的傳感器，圖9是示出讀取由根據圖8的傳感器獲得的圖像的一行期間的步驟的時序圖，圖10示出了單個檢測結構中的光電二極體和開關的另一示例性實施方式，以及圖11示出了用於採樣開關的示例性驅動電路。
具體實施例方式圖4示出了根據本發明的第一示例性實現方式的單個檢測結構該單個檢測結構Iu包括在太陽能電池模式中具有至少一個工作範圍的光電二極體、第一放大器級和第二放大器級也稱為「緩衝放大器」)以及開關Sijtl可以在圖4中看到，第一放大器級將光電二極體經受光照2時產生的電壓作為輸入接收，該產生的電壓包括在太陽能電池模式中的光電二極體的工作範圍中。在第二放大器級的輸入處第一放大器級的輸出被直接接收，在讀取總線7]上讀取該第二放大器級的輸出，該讀取總線7]是與包括多個檢測結構的矩陣的同一列的像素關聯的若干檢測結構Iu所共用的。在所描述的示例中，光電二極體是藉助於包括在其上進行N型擴散的P型半導體基板的結製造的。這兩種類型的半導體材料之間的結形成了允許光電轉換的PN結。在該示例中示出的開關8。.是N溝道MOS場效應電晶體，如專利EP1354360中所述，其可以能夠使光電二極體短路以便模擬完全黑暗。電晶體Sij的門電路連接到復零總線IOij RTZ,由此使得可能控制該開關Sij的狀態。在該示例中，第一放大器級包括由電壓V。。供電的兩個串聯的P溝道MOS場效應電晶體和42ijt)偏置電流Ibias1分配到第一放大器級中。
可以在圖4中看到，電晶體42u連接到電壓Vbias1，這使得可能調整第一放大器級 4^·的偏置電流。例如，第一放大器級『表現出和MOS電晶體門電路的直流輸入阻抗等量的直流輸入阻抗。在該示例中示出的第二放大 器級包括第一場效應電晶體和第二場效應電晶體52ij;它們是P溝道MOS電晶體。在所描述的示例中，第一放大器級的輸出直接連接到第一電晶體的門電路，而不需要任何耦合電容器。電晶體52u起到選擇電晶體的作用，其門電路連接到控制總線SEL Ili0圖4中示出的單個檢測結構Iu還包括第二放大器級的負載電晶體％，負載電晶體％位於單個檢測結構Iu外並連接到電壓源V。。』。該負載電晶體9」的門電路連接到電壓Vbias2,使得能夠調整人們希望為第一放大器級的輸出電壓提供的附加電壓增益。可以從圖4中看到，第二放大器級的偏置電流Ibias2分配給該第二放大器級。現在將描述圖4中示出的單個檢測結構Iu的操作方式的示例。當光電二極體經受光照2時，在PN結的端子之間產生電壓且該電壓被第一放大器級讀取，第一放大器級通過偏置電流Ibias1而保持在持久運行中。第一放大器級僅負載有第二放大器級，偏置電流Ibias1具有例如IOnA與50nA之間的極低值。該第一放大器級的輸出處的電壓接著在電晶體的門級電路處被第二放大器級的輸入接收。通過第二放大器級進行與單個檢測結構Iij關聯的像素的讀取。根據第一實施方式，第二放大器級僅在以下情況偏置當為了讀取與單個檢測結構Iij關聯的像素而選擇該像素時。在不存在這樣的選擇時，偏置電流Ibias2幾乎為零且選擇電晶體52。_不導通。當像素被選擇時，通過經由SEL總線Ili分配啟動信號來啟動選擇電晶體52u，且使得能夠使該電晶體52u導通以便讀取該像素的偏置電流Ibias2被分配給第二放大器級
5ij0根據第二實施方式，當與該單個檢測結構關聯的像素未被選擇時，第二放大器級 Sij由第一偏置電流Ibias2'供電，此偏置電流不足以使電晶體52。_導通。當該像素被選擇時，選擇電晶體52u由允許像素讀取的第二偏置電流Ibias2"偏
Ibias,『『
置，且使得唚，位於10和10000之間。 Ibias2在圖4的示例中，選擇電晶體52。_和電晶體41。_、42。_和51。_是？溝道肌5電晶體。 在該情況下，在選擇電晶體52u的漏極級和源極級的寄生光電二極體55u中產生的光電電流Ipp的方向定成和偏置電流Ibias2的方向相同，由此使得可能略微提高該偏置電流。本發明不局限於比如上文所述的單個檢測結構。第一放大器級的電晶體和第二放大器級的選擇電晶體可以類型不同，例如，選擇電晶體52。.為N溝道MOS電晶體，電晶體4、和42。.為P溝道MOS電晶體。作為另一變型，電晶體的源極的N擴散區可以和光電二極體的N擴散區融合，如圖10所示。光電二極體的極 性也可以顛倒，光電二極體藉助於在其上進行P型擴散的 N型半導體基板形成。根據本發明的單個檢測結構Iij還可以包括如根據申請FR2920590的教導的使得能夠在照射期間讀取光電二極體演變階段中的任何極性的電壓的部件。開關可以連接到預定的電勢，這使得當該開關導通時能夠在快照之前將預定電壓加於光電二極體上。在圖像獲得期間，開關斷開，則使得被照射的光電二極體
中產生的光電電流使該電壓逐漸放電，與參照申請FR2920590的圖3a和圖3b所描述的內容一致。根據專利申請FR2920590的圖5中所述的實施方式，例如，單個檢測結構Iij能夠包括電容耦合電容器，該電容耦合電容器將光電二極體」的陰極和第一放大器級t」連接。 例如，如專利申請FR2920590的圖6a到圖6e中所提到的，通過將電晶體的門電路經由具有確定值的電阻器連接到電壓值比該電晶體的閾電壓的值大的正電壓使得時間常數R*C 滿足預定標準，在所述耦合電容器的端子之間產生恰當的電壓。作為變型，可以通過電絕緣材料內的源自例如電離輻射、冷電子的隧道效應或熱電子效應的逐點傳導性，在所述電容器的端子間產生該適當電壓，如參照申請FR2920590 的圖7a和7b所述的內容。而且，光電二極體的陰極可以構成耦合電容器的一個板。現在將參照圖5和圖6描述示例性圖像傳感器100，其包括具有M+1行且N+1列的根據圖4的示例的檢測結構Iu的矩陣101以及讀取通過這樣的傳感器獲得的圖像的i行， 圖像的完整讀取能夠由連續讀取每一行構成。根據所描述的示例，傳感器100還包括-行選擇電路102，-電路103，其允許在開關Sij斷開時和開關Sij閉合時讀取每一單個檢測結構Iij 的光電二極體3…且儲存所讀取的信息，以及-差分電路104，其輸出對應於傳感器的圖像輸出。可以看到，行選擇電路102包括移位寄存器106並設計成控制矩陣101的每一行 i所專用的RTZ總線IOi和SEL總線Ilj的啟動。該矩陣的每一單個檢測結構Iu連接到總線IOi和Ilit5矩陣的同一列j的檢測結構Iu共用同一讀取總線7j和第二放大器級的同一負載電晶體52p圖5中未示出負載電晶體52」。可以看到，每一讀取總線7」連接到電路103中的兩個並聯安裝的開關107」_和 108」，這些開關分別由總線109和110控制。這些開關107」和IOSj的另一端分別連接到第一模擬存儲器Il^和第二模擬存儲器112」。當圖6中示出的信號「Li」被啟動時，整組開關107」導通，使得當開關Sij斷開時，單個檢測結構Iu的光電二極體的端子兩端的電壓的圖像被記錄在每一存儲器 Illj中，該記錄的值對應於光電二極體獲得的信號以及輸出處的固定空間噪聲，如專利 EP1354360 中所述。當圖6中示出的信號「L2」被啟動時，整組開關IOSj導通，使得當開關Sij閉合時，單個檢測結構Iu的光電二極體的端子兩端的電壓的圖像被記錄在每一存儲器112」中， 較後記錄的值僅對應於固定空間噪聲。電路103還包括移位寄存器113和開關114」和115」，開關114」和115」分別連接到模擬存儲器111和112」且當它們導通時使得可能根據階段在兩個總線116和117 上讀取與像素的同一列j關聯的存儲器Illj和112」的內容。開關IHj和115」分別由移位寄存器113控制。差分電路104的輸入接收兩個總線116和117，差分電路104在該示例中是差分放 大器。電路104執行的差分使得可能獲得不具有固定空間噪聲的輸出信號。由於以下事實，圖7到圖9屬於與參照圖4到圖6所描述的實現方式不同的本發明的變型實現方式每一單個檢測結構Iu包括用於存儲第一放大器級的輸出處的信號的系統20iJt)在所描述的示例中，存儲系統20u使得能夠存儲第一放大器級的輸出處的電壓，並包括位於第一放大器級的輸出和第二放大器級的輸入之間的採樣開關以及電容器22u。在所描述的示例中，採樣開關是與第一放大器級和第二放大器級的MOS電晶體的類型不同的N溝道MOS場效應電晶體。該電晶體的門電路連接到總線SAMP 12,, 總線SAMP 12,控制在電容器22u中對第一放大器級的輸出的電壓值的採樣，該電晶體
的漏極和源極連接到第一放大器級的輸出和第二放大器級的輸入。例如，電容器22u由第二放大器級的輸入電容器構成。圖8中示出的傳感器100和圖5中示出的傳感器不同之處在於，圖8中的傳感器使用了元件ISi，其設計成在移位寄存器106的輸出和信號SAMP、SAMP_G之間進行邏輯組合以便經過若干總線SAMP 121啟動採樣-從移位寄存器106選擇的一行像素中-或者在矩陣的整組像素上，SP，根據邏輯方程式SAMPi = SAMP*SELi+SAMP_G其中，*和+表示邏輯運算符「與」和「或」。可從圖9看到，在讀取由包括根據圖7的單個檢測結構的傳感器獲得的圖像期間， 在讀取單個檢測結構Iu的輸出的圖像之前，進行在每一結構Iu的存儲系統20u的電容器 22.J中對所述結構Iu的第一放大器級的輸出處的信號進行採樣，由此對應於啟動信號 SAMP0本發明不局限於剛剛描述的示例。在一變型中，第一存儲器Illj和第二存儲器112」可以被模擬/數字轉換器替換， 該模擬/數字轉化器的輸出連接到數字存儲器。每一單個檢測結構Iij的採樣電晶體2、可以是P溝道MOS電晶體。在該情況下且當電晶體4、、42。.、51『52。.也是P溝道MOS電晶體時，採樣電晶體2、可以和這些電晶體完全相同地放置且被保護以免光產生的信號洩露。而且根據該示例，採樣電晶體不受在零電壓下啟動的信號SAMP控制，而受能夠傳遞負電壓的驅動電路25。_控制，驅動電路25u的示例性實施方式已在圖11中示出。不論電晶體是否是P溝道還是N溝道電晶體，其可以由金屬層保護以免受光照。本發明的其他示例性 實現方式是可能的。
權利要求
1.一種矩陣式圖像傳感器(100)，所述傳感器包括多個與各自像素關聯的單個檢測結構(Iij),每一單個檢測結構(Iij)包括-光電二極體(3U)，所述光電二極體在太陽能電池模式下具有至少一個工作範圍，-第一放大器級(4U)，所述第一放大器級被持久供電並將電壓作為輸入接收，該電壓取決於包括在所述範圍內的所述光電二極體(3U)的電壓，以及-第二放大器級(5U)，所述第二放大器級連接到所述第一放大器級(4U)的輸出，且根據所述第一放大器級的所述輸出是否被讀取而以不同的方式被供電。
2.如權利要求1所示的傳感器，每一單個檢測結構(Iu)包括受控開關(8U)，所述受控開關(8U)用於選擇性地引起光電二極體(3U)短路和模擬所述光電二極體(3U)的黑暗條件或者當其閉合時將所述光電二極體(3U)保持在恆定的或變化的預定電壓下。
3.如權利要求1或2所述的傳感器，所述第二放大器級(5U)僅在所述第一放大器級 (4U)的輸出被讀取時被供電。
4.如權利要求1到3中任一項所述的傳感器，所述第一放大器級(4U)由小於ΙΟΟηΑ、 尤其是位於IOnA和50nA之間的偏置電流持久供電。
5.如前述權利要求中任一項所述的傳感器，所述第一放大器級(4U)包括至少兩個場效應電晶體(4、，42〃)，且所述第二放大器級包括選擇電晶體(52u)，所述第一放大器級的電晶體和所述選擇電晶體是相同的類型。
6.如前一權利要求所述的傳感器，所述第一放大器級(4U)的所述兩個場效應電晶體和所述第二放大器級(5U)的所述選擇電晶體(52u)是P溝道MOS電晶體，以及所述光電二極體(3U)是藉助於包括P型半導體基板並在該P型半導體基板上進行了 N型擴散的結製造的。
7.如前述權利要求中任一項所述的傳感器，所述第一放大器級(4U)被設計成在被持久供電時表現出和MOS電晶體的門電路的輸入阻抗等值的輸入阻抗。
8.如前述權利要求中任一項所述的傳感器，每一單個檢測結構(Iu)包括用於存儲所述第一放大器級(4U)的輸出的信號、尤其是電壓的系統(20u)，所述存儲系統(20u)包括位於所述第一放大器級和所述第二放大器級之間的採樣開關(2、)以及用於存儲所述第一放大器級(4U)的輸出的所述信號的部件(22。.)。
9.如前一權利要求中所述的傳感器，所述採樣開關(21u)是MOS場效應電晶體且所述存儲部件(22u)是電容器。
10.如前述權利要求中任一項所述的傳感器，所述傳感器包括用於在開關斷開時執行讀取所述光電二極體(3U)和在開關閉合時讀取所述光電二極體(3U)的部件。
11.如前一權利要求中所述的傳感器，所述傳感器包括用於存儲所述兩個讀取的至少一個讀取的存儲部件。
12.一種用於讀取由與矩陣式圖像傳感器的像素關聯的單個檢測結構(Iij)獲得的信號的方法，所述單個檢測結構包括-光電二極體(3U)，所述光電二極體在太陽能電池模式下具有至少一個工作範圍，-第一放大器級(4U)，所述第一放大器級將電壓作為輸入接收，該電壓取決於包括在所述範圍中的所述光電二極體的電壓，以及-第二放大器級(5U)，所述第二放大器級連接到所述第一放大器級(4U)的輸出，在所述方法中，所述第一放大器級(4U)被持久供電，且根據所述第一放大器級的輸出是否被讀取而調整供應至所述第二放大器級(5U)的電力。
13.如前一權利要求所述的方法，其中所述單個檢測結構(Iu)包括受控開關(8U)，所述受控開關(8U)用於選擇性地引起所述光電二極體(3U)短路和模擬所述光電二極體的黑暗條件或者用於在其閉合時將光電二極體保持在恆定或變化的預定電壓下，且其中當所述開關(8U)斷開時，執行讀取由所述單個檢測結構(Iu)獲得的所述信號，以及當所述開關 (Sij)閉合時，執行讀取由所述單個檢測結構(Iu)獲得的信號。
全文摘要
本發明涉及一種包括多個與各自像素關聯的單個檢測結構(1ij)的圖像矩陣傳感器，每一單個檢測結構(1ij)包括光電二極體(3ij)，所述光電二極體在太陽能電池模式下具有至少一個工作範圍；第一放大器級(4ij)，所述第一放大器級被持久供電並將取決於落入所述範圍內的所述光電二極體(3ij)的電壓的電壓作為輸入接收；以及第二放大器級(5ij)，所述第二放大器級連接到所述第一放大器級(4ij)的輸出，且根據所述第一放大器級的所述輸出是否被讀取而以不同的方式被供電。
文檔編號H04N5/3745GK102379120SQ201080011880
公開日2012年3月14日 申請日期2010年3月10日 優先權日2009年3月13日
發明者Y·尼 申請人:新成像技術公司