TWI705711B

TWI705711B - 主動像素影像感測器的控制方法

Info

Publication number: TWI705711B
Application number: TW105124338A
Authority: TW
Inventors: 費德瑞克梅爾; 費德瑞克巴比爾; 斯特凡吉賽特
Original assignee: 法商泰勒岱ｅ２ｖ半導體公司
Priority date: 2015-08-03
Filing date: 2016-08-01
Publication date: 2020-09-21
Also published as: KR20180036969A; US10587830B2; FR3039928A1; FR3039928B1; CA2993732A1; CN107852473B; CA2993732C; EP3332548B1; EP3332548A1; JP2018523945A; US20180367748A1; WO2017021328A1; CN107852473A; TW201720137A

Abstract

在包括包含光電二極體(PHD)、記憶體節點(MN)、和讀出節點(SN)之主動像素的感測器中，記憶體節點被設置來固持在致能全域快門模式中之累積和相關雙取樣讀出的累積周期的結束時由光電二極體所產生之電荷，提供了記憶體節點的電荷儲存容量為至少高於光電二極體的電荷儲存容量的N倍(N為大於或等於2的整數)，並且提供了在各累積和讀出循環中，於累積持續時間Tint(i)的期間，進行電荷從光電二極體至記憶體節點的N次轉移Tri₁、Tri₂及Tri₃，該N次轉移被規律地隔開於整個累積期間。該感測器的動態範圍在高的亮度級之下被改善。

Description

主動像素影像感測器的控制方法

本發明係有關一種在MOS技術中其操作使用主動像素之電子影像感測器，更明確地說，本發明係有關一種構成主動像素之各種電晶體的控制方法。

主動像素最常包括將所接收到之光子轉變成電荷的光電二極體，以及讓此電荷的讀出和其轉變成電壓的轉變能夠被控制的多個MOS電晶體。在矩陣陣列感測器中，諸列的像素被個別地定址(addressed)，並且由該等像素所輸出的電壓被施加於為給定行之像素所共用的行導體(column conductor)。在該行的底部處之讀出電路讓出現在該等行上之電壓能夠被讀出而且被轉變成數位形式，例如，對於各定址列的像素來說，出現在該等行上之電壓被取樣，該等樣本被儲存於讀出電路的電容器中。然後，該等樣本藉由類比至數位轉換器而被轉換成數位形式(例如，對於每一行的像素而言有一個轉換器)。

使用光電二極體的主動像素通常包括至少四個電晶體：用來將來自光電二極體的電荷轉移至所謂的讀出節點(為電容電荷儲存節點)之轉移電晶體；讀出電晶體，其被連接成電壓隨耦器組態而且其閘極被連接至該讀出節點以便將其源極帶到表示此節點之電壓的電壓；受列導體(row conductor)所控制的列選擇電晶體，用以選擇整列的像素並且使各像素之隨耦器電晶體的輸出連接至對應於此像素之行導體，從而連接至在該行的底部處之讀出電路；以及重設電晶體，其讓該讀出節點的電位能夠被重設為參考值。

藉由計算介於在該轉移後所獲得之讀出節點的電位位準與在該讀出節點被重設後所獲得的參考值之間的差值來測量由光子所產生之電荷的量。

主動像素結構可以用各種方式來予以控制，特別是，影像可以使用所謂的全域快門(global shutter)技術來予以拍攝(capture)，其中，所有的像素求在對所有像素而言皆相同的累積周期(integration period)期間所產生之電荷的累積。然後，所有的像素被一列接著一列地讀出。在被稱為滾動快門技術的技術中，累積周期在時間上從一列的像素轉移到下一列。

全域快門技術特別是使得當拍攝移動物體的影像時避免失真(distortion)效應成為可能。

在包括四或五個電晶體的主動像素結構中，為所有像素所共用之累積階段的順序如下：- 對於初始化控制脈波的時間而言，電荷被迫使離開所有的光電二極體之外。此脈波的結束設定該等光電二極體之累積期間(integration duration)的開始：它們可再一次累積在使它們曝露於其之該光的效應下所產生的電荷。電荷可藉由，對於初始化控制脈波的時間而言，同時使讀出節點之轉移電晶體和重設電晶體導通而被搬移，電荷然後被搬移到重設電晶體的汲極。然而，通常較佳使用特定的第五電晶體，其源極被連接至像素的光電二極體，電荷被搬移到此電晶體的汲極。

- 所有的轉移電晶體同時被導通，對於控制脈波被施加於轉移電晶體之閘極的時間而言：由各光電二極體從目前累積期間的開始所產生和累積的電荷被轉移至相關聯的讀出節點，是此轉移控制脈波的結束設定所有像素之累積期間的結束。

在各累積期間之後，該等像素之讀出階段可開始，讀出被一列接著一列依序地實施。對於一列的該等像素之各者而言，像素之選擇電晶體被導通，對於選擇控制脈波的時間而言，而且在此時間期間：- 被施加於行導體的訊號位準藉由位於像素之該行的底部處之讀出電路來予以取樣；然後- 讀出節點之重設電晶體被導通，對於重設控制脈波的時間而言，並且施加於該行導體的參考位準被讀出電路所取樣。

然後，讀出電路可將該訊號位準與該參考位準間之差值的量測輸送做為輸出。然而，因為被稱為kTC雜訊的隨機雜訊未被去除，所以此位準不是在光電二極體中所產生之電荷量的準確量測。實際上，此雜訊係因為讀出節點藉由重設電晶體的重設所產生，而且意謂著施加於讀出節點的電位並非是絕對確定的。

如果此不確定性為可去除的，目的在於增加感測器的動態範圍以包含低的亮度級(light level)，則在訊號位準被重設之後該訊號位準必須能夠被施加於讀出節點，使得此訊號位準將此不確定性納入考量。換言之，首先必須初始化該讀出節點，接著取樣該對應之參考電位位準，然後施加該訊號位準(轉移)而後取樣該訊號位準。相關雙取樣(CDS)讀出被談到，有了如上所述之四或五個電晶體的結構，CDS讀出僅在滾動快門累積模式中才有可能，CDS讀出在全域快門累積模式中係不可能的。

因此，在先前技術中，包含介於光電二極體與讀出節點間之記憶體的結構已被提出，記憶體節點使其可能在為所有像素所共用之累積期間的各者之後儲存由光電二極體所產生之電荷一段其花費的時間於各列的像素中，以初始化該等像素之各者的讀出節點，並且以該列之該等像素之各者的讀出電路來取樣相對應的參考位準，然後將電荷從記憶體節點轉移至讀出節點，以及用該讀出電路來取樣信號位準。包括中間的記憶體階段的這些結構因而使其可能運用全域快門拍攝技術和相關雙取樣兩者，讓在所討論之累積持續時間的期間於該等像素之各者的光電二極體中所產生之電荷的量能夠被準確地量測出。實際上，然後提供兩個轉移電晶體(或閘極)，第一者在光電二極體與記憶體節點之間，第二者在記憶體節點與讀出節點之間。在光電二極體與記憶體節點之間的第一個轉移電晶體那時為同時控制所有像素之各累積期間結束的電晶體，此結束與記憶體節點中之轉移控制脈波的結束重合，第二個轉移電晶體被使用於該列像素的讀出階段中。

公開US 2014/0247378號案提出記憶體節點之像素結構的另一使用，用以例如基於像素的顏色和光的強度來調整光電二極體之曝光持續期間，其為在各取得循環的持續時間期間控制光電二極體之曝光的一或多個子周期之問題，各子周期的持續期間為該循環之持續期間的分數，並且像素累積電荷於其期間之真正的曝光持續期間等於像素之子周期的持續期間的和，而且短於該循環的持續期間。

在本發明中，強調包含在光電二極體與讀出節點間之記憶體節點的這些主動像素結構，該等結構適合用來提供相關雙取樣讀出功能。其範例可在公開FR2961631和JP20063115150號案中找到的這些結構讓影像能夠同時在像素之相同的累積期間(全域快門功能)和CDS讀出兩者中一列接著一列地被所有的像素所拍攝。

這些結構具有被最佳化於低端處的動態範圍，因為它們為低讀出雜訊結構(CDS讀出)。

在亮光的情況下，還是會有光電二極體之飽和的風險，此限制了高端處的動態範圍。現在，光電二極體的最大儲存容量取決於由光電二極體所佔的面積，這對其部分而言決定了像素的尺寸。當然不希望增加此尺寸；反而更傾向減少此尺寸，而且藉由使用微透鏡而使光線集中在該等像素的光電二極體上來補償孔徑損耗(失真)。

依據本發明，為了改善這些感測器的高端(high-end)動態範圍，提出了採取下面的兩種措施：- 一方面，提供了記憶體節點的電荷儲存容量為至少高於光電二極體的電荷儲存容量的N倍(N為大於或等於2的整數)；以及- 另一方面，提供了進行電荷從光電二極體至記憶體節點N次的轉移，該等轉移被規律地隔開於整個累積期間。

通常容易提供一種記憶體節點，其具有高於光電二極體之儲存容量多倍的儲存容量，但這不會導致像素之光學孔徑上太大的縮小。明確地說，該記憶體節點可以由絕緣的閘極所形成，其每一單位面積的電容遠高於光電二極體之每一單位面積的電容。

因此，本發明係有關以主動像素感測器來拍攝影像的方法，該主動像素感測器包括至少一列的主動像素，在該感測器中，該等主動像素各自包括感光元件、讀出節點、和在該感光元件與該讀出節點之間的記憶體節點，以及在該感光元件與該記憶體節點之間的至少一個第一電荷轉移電晶體、在該記憶體節點與該讀出節點之間的一個第二電荷轉移電晶體、用以重設該讀出節點的一個電晶體、具有其閘極連接至該讀出節點的一個隨耦器電晶體、和連接在該隨耦器電晶體的源極與行導體之間的一個像素選擇電晶體，該顯示方法為如此而使得累積和讀出循環各自包括為所有該等像素所共用的累積期間，在各像素中，其讓由該像素之感光元件所光產生的電荷能夠累積於整個累積期間，還有各列之該等像素被連續讀出於其中的相關雙取樣讀出階段。對於各累積和讀出循環，該影像拍攝方法藉由施加初始化控制脈波來同時命令所有感光元件的重設，並且該脈波的結束設定為所有該等像素所共用之該累積期間的開始，在各像素中，讓由該像素之該感光元件所光產生之電荷能夠累積於整個該累積期間，以及，在該共用的累積期間，該影像拍攝方法同時在所有該等像素中命令電荷從該感光元件到該記憶體節點N次規律間隔的轉移，N為大於或等於2的整數，該記憶體節點被組構成具有為該感光元件之電荷儲存容量至少N倍的電荷儲存容量，該N次轉移係藉由在該累積期間以規律的間隔將N個控制脈波施加於該第一電荷轉移電晶體的該閘極，而且該第N次轉移的結束設定該共用的累積期間的結束。

較佳地，該讀出節點具有至少N倍於該感光元件之該電荷儲存容量。

較佳地，N被選為等於2或3。

PIX‧‧‧像素

PHD‧‧‧光電二極體

MN‧‧‧記憶體節點

SN‧‧‧讀出節點

TRA₁‧‧‧第一轉移電晶體

TRA₂‧‧‧第二轉移電晶體

RST‧‧‧電晶體

SF‧‧‧隨耦器電晶體

SEL‧‧‧選擇電晶體

Col‧‧‧行導體

CL‧‧‧讀出電路

AB‧‧‧第六個電晶體

本發明之其他特徵和優點參考附圖而被提出於下面的說明中，在附圖中：圖1繪示可應用本發明於其中之一般的主動像素結構；圖2繪示依據本發明施行影像拍攝方法之主動像素控制訊號的時序圖；圖3a至3d顯示像素結構中對應於累積期間之步驟a)至d)之電位的圖形；以及圖4a至4c顯示像素結構中對應於讀出階段之步驟a’)至c’)之電位的圖形。

主動像素被產生於CMOS技術中，在經摻雜(例如，p-摻雜)之主動半導體層中，並且除了包括光電二極體之外，其原則上為所謂的接腳連接式(pinned)光電二極體、電容性儲存節點和電晶體。其實施例使用習於此技藝者所熟知之各種的CMOS技術。

在此說明中，具有p-摻雜之主動半導體層的基板被說明，該基板被偏壓於零參考電位，並且其電路係供應以表示為Vdd的正供應電壓。習於此技藝者將會知道如果使用具有n-摻雜之主動半導體層的基板，則必須將該偏壓倒反。

圖1為包括感光元件、記憶體節點和讀出節點之主動像素的一般結構之等效電路，本發明可被應用於該結構。在此範例中，像素PIX包括光電二極體PHD、被稱為記憶體節點且以MN來予以表示的第一電容性儲存節點、被稱為讀出節點且以SN來予以表示的第二電容性儲存節點和至少5個電晶體，其為：- 第一轉移電晶體TRA₁(實際上為簡單的電晶體閘極)，其讓電荷能夠從光電二極體PHD被轉移至記憶體節點MN。

- 第二轉移電晶體TRA₂(實際上為簡單的電晶體閘極)，其讓記憶體節點MN能夠匯入讀出節點SN。

- 用來重設讀出節點SN的電晶體RST，其源極係電連接至讀出節點SN且其汲極係電連接至正供應電壓Vdd。

- 隨耦器電晶體SF，其閘極係電連接至讀出節點SF，且其汲極係偏壓至正供應電壓Vdd。

- 選擇電晶體SEL，其閘極接收像素列選擇命令，其汲極係電連接至隨耦器電晶體的源極，且其源極係連接至矩陣陣列的行導體(Col)(該等像素被排成像素列和像素行的矩陣陣列)，各個行導體在該行的底部被連接至為該行之所有像素所共用的讀出電路CL。

其可包括第六電晶體AB，該第六電晶體AB讓光電二極體能夠藉由讓電荷能夠經由其汲極而被去除來予以初始化。此第六電晶體的一個優點為其能夠藉由使其閘極偏壓至在電晶體之臨界電壓以下的設定電壓來致使所謂的抗模糊(anti-blooming)功能，所以有可能將半導體區域在閘極之下的障壁之電位調整至讓過多的電荷能夠經由電晶體的汲極而從光電二極體中被去除的位準。當其未被提供時，該等光電二極體藉由在各像素中一起啟動電晶體TRA₁、TRA₂和RST而被初始化。

將注意到，該像素的某些電晶體實際上可被共用於至少兩個像素之間，當試圖製造具有高填充因素(fill factor)之小的像素時，這有可能是有利的。舉例來說，隨耦器電晶體和列選擇電晶體被共用於給定行的兩個或四個像素之間。光電二極體-初始化電晶體也可被共用於至少兩個像素之間，主動層需要來控制該等像素的面積因而減小。本發明也應用到這些共享電晶體的像素結構。

光電二極體PHD通常為被接腳連接至以V_pin來予以表示並且由該技術來予以定義之電壓的接腳連接式光電二極體，亦即，在n型擴散區域中，其包含表面p型擴散區域和，並且該表面區域被引到基板的(零)參考電位。

讀出節點SN，其等同於電容器，實際上由浮置式n-摻雜之半導體區域組成，讀出節點SN的電荷儲存容量至少相當於光電二極體的電荷儲存容量，此容量特別取決於摻雜劑濃度和記憶體節點的幾何。

記憶體節點MN等同於電容器，用以儲存在累積周期的結束時由光電二極體所產生和累積的電荷。實際上，此記憶體節點不是像讀出節點一樣的浮置擴散。明確地說，一定有可能將其電位設定於給定位準，至少在電荷從光電二極體轉移至記憶體節點的階段中，該給定位準必須高於光電二極體電壓V_pin；而至少在電荷從記憶體節點轉移至讀出節點的階段中，該給定位準必須低於供應電壓Vdd。其電位可因此改變，取決於所提及的階段，亦即，視記憶體節點是否為所轉移之電荷的來源或目的地而定。但是，它也可以被設定，在剩下的說明中，以及在附圖中，為了更加簡潔而僅顯示此選項(設定電位)。

舉例來說，記憶體節點為由閘極所覆蓋的半導體區域，並且此閘極被偏壓至一個讓光電二極體的位準V_pin與Vdd之間的給定電位位準能夠被施加至在閘極之下的記憶體節點半導體區域的電位。在此閘極之下的電荷儲存容量然後取決於閘極電容(且因此其幾何)、取決於摻雜劑濃度等等。記憶體節點的其他代表性實施例可被發現於被成為(至少)六個電晶體之像素的先前技術中；例如，專利公告WO2006130443，US598629和FR2961631。

在基板為p型的範例中，這些各種的電晶體將會是nMOS電晶體，亦即，它們將具有為n型擴散的源極和汲極區域，其在閘極之下的p型通道的任一側上。

用語「電晶體」被用來協助有關等效電路圖形(諸如，圖1中的圖形)的理解。然而，在像素的實際組成中，這些電晶體不一定都需要用習知的方式、與像素的其他元件無關地而被形成有源極區域、汲極區域、使源極和汲極分開的通道區域以及在通道之頂部上的絕緣閘極。在像素之真正的實際組成中，某些電晶體實際上實質由控制電位可被施加於其之絕緣閘極組成。因此，例如，第一轉移電晶體TRA₁將由簡單的轉移閘極組成，TRA_1-g與基板絕緣，覆蓋p型通道區域之上，p型通道區域係位於記憶體節點NM的n型光電二極體PHD區域(TRA₁的源極)與n型區域(TRA₁的汲極)之間。同樣地，第二轉移電晶體TRA₂的源極可為記憶體節點NM的n型區域，且此電晶體TRA₂的汲極可為讀出節點SN的n型區域。此外，初始化電晶體AB的源極可為累積由光所產生之電荷的光電二極體的n型區域；且電晶體RST的源極可為讀出節點的n型區域。

本發明並非與特定的主動像素技術有關，而確實與主動像素結構的使用有關，該主動像素結構包括光電二極體、讀出節點以及在光電二極體與讀出節點之間的記憶體節點，並且例如與諸如上述者之結構有關，其具有或沒有抗模糊電晶體AB。此外，主動像素結構可包括與至少一其他像素共享的一或多個電晶體。

在本發明中，關於主動像素的控制，提供下面兩種措施：- 記憶體節點的電荷儲存容量為至少高於光電二極體的電荷儲存容量的N倍(N為大於或等於2的整數)；以及- 電荷從光電二極體被轉移至記憶體節點N次，這些轉移在周期性電荷累積和讀出循環之各個累積持續時間的期間被規律地隔開。

因此，如同由圖2中之時序圖所繪示者，例如，其中，N等於3，在第i次累積和讀出循環的累積期間 Tint(i)的開始之後，而開始係藉由光電二極體-初始化電晶體AB之閘極控制脈波AB-g的下降邊緣來予以設定，N=3控制脈波Tri₁、Tri₂及Tri₃以規律的間隔而被連續施加於第一轉移電晶體TRA₁的閘極TRA_1-g，最後一個(第N個)脈波Tri₃的下降邊緣標示目前的累積期間Tint(i)的結束。

照這樣，如果高的亮度級(light level)，隨著電荷在累積周期期間被轉移多次，光電二極體將能夠持續來累積電荷於整個累積期間；電荷在每次轉移時被添加於記憶體節點中。以均等地分佈於整個累積期間Tint之規律的間隔來實施轉移。換言之，在此N=3的範例中，介於累積的開始與第一個轉移之間、介於第一個轉移與第二個轉移之間、及介於第二個轉移與第三個轉移之間的時間間隔實質上相同。

本發明的兩種措施讓控制像素的方法能夠被施行，該方法具有在整個累積周期期間，對於給定的光電二極體容量，將各像素中之電荷累積容量乘以N的技術效果。然而，此累積並未發生於光電二極體中。在本發明中，因為電荷在整個累積期間以規律的間隔從光電二極體被轉移至記憶體節點，所以此累積並未發生於記憶體節點中。如同上面所指出者，記憶體節點並未受到和光電二極體一樣的技術限制：因此，有可能製造具有所想要之儲存容量(其至少等於光電二極體之容量的N倍)的記憶體節點，但對像素的尺寸沒有不利的影響。

讀出節點對於其部件而言也較佳具有至少等於光電二極體之容量N倍的容量。

較佳地，N等於2或3。

圖1中具有一般(電氣)結構的主動像素感測器特別適合一種影像拍攝方法，該方法使用為所有像素所共用的累積期間(全域快門)和在各行的底部處藉由讀出電路之一列接著一列的相關雙取樣(CDS)讀出。

依據本發明的控制方法，其使用記憶體節點，記憶體節點的容量為至少光電二極體之容量的N倍，係特別適合且有利於此種影像拍攝方法。

現在參照電晶體之控制訊號的時序圖來說明此種影像拍攝方法，其圖形係顯示於圖2中，並且電位的圖形係顯示於圖3及圖4中。在圖3及圖4中，各個閘極之電位的值(以長方形來表示)係由各長方形的填充顏色(fill colour)來予以表示：白色=零；黑色=Vdd；灰色=中間電位。此外，為有助於理解，該等步驟和對應於這些步驟的圖3或圖4被參考為一個且相同的字母。最後，將會注意到，圖2至圖4中的時序圖和電位障壁表示相當於其中之感測器被製造於p型主動層中的情境(context)，習於此技藝者將能夠做出其中之主動層為n型的情境之轉變。

從其中電晶體的狀態皆處於關斷(off)狀態而開始初始狀態(未顯示於圖3及圖4中)。

各個周期性的累積和讀出循環包括到該等像素的累積期間Tint，然後該等像素之一列接著一列的CDS讀出。

如同圖2中所繪示者，各個累積和讀出循環開始於步驟a)使所有的光電二極體同時初始化，結構中之電位的對應圖形被繪示於圖3a中。

在此步驟中，初始化控制脈波AB(G)被同時施加至所有初始化電晶體AB的閘極AB-g：這些電晶體然後全部被導通，並且相關光電二極體的所有電荷經由相關電晶體的汲極D_AB而變空。在沒有抗模糊電晶體AB的結構中，該等光電二極體將會藉由在初始化脈波的時間使讀出節點的第一及第二轉移電晶體和重設電晶體同時導通而被初始化，然後電荷會被排空至重設電晶體的汲極。

共同之初始化脈波AB(G)的結束致使該等電晶體AB返回到關斷狀態，並且對所有的光電二極體PHD同時設定累積期間Tint(i)的開始Start-INT：該等光電二極體從時間上的此刻起再次累積在使它們曝露於其之該光的效應下所產生的電荷。此為圖2和圖3b中所繪示的步驟b)。

下面的步驟c)(圖2和圖3c)在於經由施加至像素之所有閘極TRA_1-g的控制訊號TRA1(G)來施加第一控制脈波Tri₁：第一轉移電晶體TRA₁在此刻完全被導通，並且從目前之累積期間的開始Start-INT起由各光電二極體所產生和累積的電荷被轉移至相關的記憶體節點。在此範例中，對應於控制脈波Tri₁的作用(active)狀態之電壓位準為居於0與Vdd之間中間的位準V1，以便使在閘極TRA_1-g之下的半導體區域之電位障壁降低至讓電荷能夠從光電二極體轉移至記憶體節點的位準。

在控制脈波Tri₁的結束時，光電二極體再度開始累積電荷：此為步驟d)(圖2和圖3d)，直到下一個控制脈波Tri₂為止。

因此，步驟c)和步驟d)同時被施加於所有的像素，並且連續重複直到第N個控制脈波為止，在圖2中所繪示之範例中為第三個脈波Tri₃：此第N個脈波的結束標示目前之累積期間Tint(i)的結束Stop-INT。

(累積然後讀出的)新周期性循環之新的累積期間Tint(i+1)然後可開始，重複如上所述的步驟a，b，c和d。

隨著目前之累積期間Tint(i)的結束Stop-INT，像素之讀出的下面階段可以開始，其為依序一列接著一列的讀出，一列的像素藉由將選擇控制脈波施加於各像素之選擇電晶體SEL的閘極SEL-g而被選擇到(圖2：對於秩0的第一列而言為訊號SEL(0))，對所選擇到之列的各像素而言，此致使該像素之隨耦器電晶體SF的源極能夠被電連接至相對應的行導體，且因此在此選擇脈波的時間被電連接至相對應的讀出電路CL，所選擇到之列之該等像素CDS讀出被實施於此選擇時間期間，並且包括一系統的下列步驟a’)到d’)：

-a’)所選擇列之該等像素各者的讀出節點之重設電晶體的閘極RST-g逼近於零電位(圖2：對於秩0的該列而言控制訊號RST(0)在零處)，否則此閘極被維持在Vdd，行導體上的電位然後到達在該行的底部處由讀出電路所取樣的參考位準，此取樣在圖2和圖4a中被表示為訊號SHR。

-b’)所選擇列之各像素的第二轉移電晶體TRA₂在位準Vdd之控制脈波的時間被導通，位準Vdd之控制脈波被施加於它們的閘極TRA_2-g(對於圖2之秩0的該所選擇列而言為訊號TRA₂(0))，其讓電荷能夠從記憶體節點轉移至讀出節點(圖2和圖4b)。

-c’)在轉移脈波的結束時，該行導體的電位到達代表讀出節點上之電荷量的訊號位準，並且在該行的底部處藉由讀出電路來取樣此訊號位準(SHS，圖2和圖4c)。

-d’)該電晶體的閘極RST-g返回到電位Vdd(RST(0)=Vdd)，然後該列被取消選擇(deselect)(選擇脈波SEL(0)的結束-圖2)。

步驟a’到d’被同時施加於所選擇到之列的所有像素。

對於秩1的後續列，以相對應的控制訊號SEL(1)、RST(1)和TRA₂(1)，針對該等列之像素的各者連續重複讀出步驟a’)到d’)的順序，如同圖2所繪示者。

在和下面的讀出階段的同時，累積期間Tint(i)持續著，接著的累積和讀出循環之新的累積期間Tint(i+1)可開始。

然而，所有該等列的讀出必須終止於在接著的累積期間Tint(i+1)的開始之後的期間Tint(i+1)/N之後所產生的第一轉移脈波Tri1之前。

剛剛上述的本發明讓包括在感光元件與讀出節點間之中間的記憶體節點之主動效素的動態範圍能夠藉由排除技術的限制而被改善，但不需增加感光元件的面積，其甚至可被設想藉由在像素上使用微透鏡以使光線集中朝向該像素的感光面積來減小此感光元件的面積，且同時補償填充因素的損失。

本發明係特別有利於使感測器小型化，如果其被進一步設想以記憶體節點技術來將其施行，記憶體節點技術提供每一單元面積的電容從本質上來講高於以接腳連接式光電二極體技術所達成者。

TRA₁‧‧‧第一轉移電晶體

TRA₂‧‧‧第二轉移電晶體

RST‧‧‧電晶體

SEL‧‧‧選擇電晶體

AB‧‧‧第六個電晶體

Claims

一種以包括至少一列主動像素之主動像素感測器來拍攝影像的方法，其中，該等主動像素各自包括感光元件(PHD)、讀出節點(SN)、和在該感光元件與該讀出節點之間的記憶體節點(MN)，以及在該感光元件與該記憶體節點之間的至少一個第一電荷轉移電晶體(TRA₁)、在該記憶體節點與該讀出節點之間的一個第二電荷轉移電晶體(TRA₂)、用以重設該讀出節點的一個電晶體(RST)、具有其閘極連接至該讀出節點的一個隨耦器電晶體(SF)、和連接在該隨耦器電晶體的源極與行導體(Col)之間的一個像素選擇電晶體(SEL)，該影像拍攝方法為如此而使得累積和讀出循環各自包括藉由使從該等感光元件至去除汲極的電荷變空而同時使所有的該等感光元件初始化，在所有之該等感光元件的初始化結束時才開始的共用累積期間累積電荷於該等感光元件中，在該共用累積期間結束之後將電荷從該記憶體節點轉移至該讀出節點，以及對於連續的各列來說，在該共用累積期間結束之後，經由相關雙取樣來讀出該記憶體節點中所含有的電荷，其中，對於各累積和讀出循環來說，該影像拍攝方法包括，在該共用的累積期間，從該感光元件到該記憶體節點的N次規律間隔的電荷轉移，N為大於或等於2的整數，該感光元件在整個該累積期間累積電荷，該記憶體節點被組構成具有為該感光元件之電荷儲存容量至少N倍的電荷儲存容量，藉由在該共用的累積期間以規律的間隔將N個控制脈波(Tri₁，Tri₂，Tri₃)施加於該第一電荷轉移電晶體的該閘極(TRA_1-g)而命令該N次轉移，而且該第N次轉移的結束設定該共用的累積期間的結束。
如請求項1的方法，其中，該讀出節點具有至少N倍於該感光元件之該電荷儲存容量。
如請求項1或2的方法，其中，N等於2或3。