[发明专利]利用用于大动态范围的双电荷传输的图像传感器以及读取方法

权利要求书

1.一种用于读取从图像捕获矩阵的像素获取的电荷的方法，其中对于同一行的所述像素中的每一个像素进行同时寻址，以在链接到读取电路的相应列导体(CC)上建立代表通过该像素的光照生成的电荷的电势电平，并且其中像素包括至少一个光电二极管(PD)、电荷存储节点(ND)、位于所述光电二极管与所述存储节点之间的传输晶体管(T1)、以及用于将所述存储节点链接到所述列导体或者将所述存储节点与所述列导体隔离的行选择晶体管(T5)，根据下面的操作顺序进行所述光电二极管中电荷的累积以及所述电荷的读取：在第一累积时段Ti1期间在所述光电二极管中进行电荷的累积，在将脉冲施加在所述传输晶体管的控制栅极后，在所述第一累积时段结束时进行将这样累积的电荷从所述光电二极管传输到所述存储节点的第一电荷传输，在比所述第一累积时段长的第二累积时段Ti2期间在所述光电二极管中进行电荷的累积，使所述行选择晶体管导通以将所述存储节点(ND)的电势引导到所述列导体(CC)上，在所述读取电路的电容器(C1)中对在此时存在于所述列导体上并且由所述第一电荷传输产生的、并且表示在所述第一累积时段期间所述像素的亮度的第一电势电平进行第一采样，在将脉冲施加在所述传输晶体管的所述控制栅极后，在所述第二累积时段结束时进行从所述光电二极管到所述存储节点的第二电荷传输，并且随后，对所述电容器中的所采样的电势电平进行模拟-数字转换，所述方法的特征在于，在所述模拟-数字转换之前，在相同的电容器中，对存在于所述列导体上并且由所述第二电荷传输产生的第二电势电平有条件地进行第二采样，所述第二采样以存在于所述列导体上的所述第二电势电平与预定阈值电平之间的比较的结果为条件进行，传输所述比较的结果以确定要应用到所述模拟-数字转换的结果上的乘法因数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述比较的结果表明超出在所述时段中的较长时段期间放电到所述存储节点的电荷量的阈值的情况下，通过将所述模拟-数字转换的输出与较长累积时段和较短累积时段之间的比值相乘来建立表示所述像素的光照的信号。

3.如权利要求1和2中的任意一项所述的方法，其特征在于，所述像素包括用于复位所述存储节点的电平的晶体管，使得能够将所述存储节点的电势复位到预定电平，其特征在于，通过在所述第一采样之后短暂地使所述晶体管导通来进行所述电平复位，并且其特征在于，在所述电平复位和所述第二采样之间、在所述读取电路的另一电容器(C2)中执行中间采样。

4.如权利要求1和2中的任意一项所述的方法，其特征在于，利用存在于所述列导体上并且由从所述光电二极管到所述存储节点的第二电荷传输产生的第二电势电平执行与所述阈值的比较。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，利用存在于所述列导体上并且由从所述光电二极管到所述存储节点的第二电荷传输产生的第二电势电平执行与所述阈值的比较。

6.一种使用MOS技术的图像传感器，包括以行和列组织的像素矩阵，同一列的像素链接到列导体，所述列导体顺次链接到读取电路，每一个像素包括通过传输晶体管链接到存储节点的光电二极管，以及用于将所述存储节点的电势引导到所述列导体上或者将所述存储节点与所述列导体隔离的行选择晶体管(T5)，所述传感器包括用于在像素的电荷的累积和读取的同一个周期期间执行第一电荷传输和第二电荷传输的装置，所述第一电荷传输和所述第二电荷传输是从所述光电二极管经过所述传输晶体管到所述存储节点的，所述第一电荷传输发生在第一累积时段(Ti1)之后，所述第二电荷传输发生在比所述第一累积时段长的第二累积时段(Ti2)之后，以及用于在所述读取电路的采样电容器中对在所述第一电荷传输之后由所述列导体提取的电势电平进行采样的装置，其特征在于，所述图像传感器包括用于对在两个时段中的较长时段之后由所述列导体提取的所述电势和阈值进行比较的比较器(CMP)，用于根据所述比较的结果而使用在所述第二电荷传输之后由所述列导体提取的所述电势电平代替或者不代替所述采样电容器的内容的装置，以及用于供应数字输出信号的装置，取决于所述比较的结果，所述数字输出信号是：

-代表在所述两个时段中的较长时段之后由所述列导体提取的电势电平的数字值，

-或者代表在所述两个时段中的较短时段之后由所述列导体提取的电势电平的数字值，

-以及关于所述比较的结果的信息比特，

用于供应数字输出信号的所述装置包括模拟-数字转换器，所述模拟-数字转换器被配置为在条件采样的时刻之后提供数字转换。