Brevet FR3039319A1 (20170127)
REVENDICATIONS1. Capteur d'images à pixels actifs comportant une matrice 5 (M) de pixels (P) organisés par lignes et colonnes ainsi qu'un circuit de lecture (CL) comportant une voie de lecture (VL) distincte pour chaque colonne de pixels, dans lequel chaque pixel comprend : o une photodiode (PPD), o un noeud de stockage (FD) des charges électriques 10 intégrées par ladite photodiode, o un transistor de transfert (Ti) pour autoriser sélectivement le transfert desdites charges électrique de la photodiode au noeud de stockage, o un transistor de réinitialisation du noeud de stockage (T3) 15 pour relier sélectivement ledit noeud de stockage à une source (VSps-r) de tension de réinitialisation (VRs-r), o un transistor de sélection de ligne (T4) pour connecter sélectivement ledit pixel à la voie de lecture de la colonne à laquelle il appartient, et 20 o un transistor (T5) monté en suiveur de tension pour transférer à ladite voie de lecture la tension aux bornes du noeud de stockage par l'intermédiaire dudit transistor de sélection de ligne ; caractérisé en ce que chaque voie de lecture comprend un bloc de soustraction (CND) ayant deux entrées et une sortie, ledit bloc de 25 soustraction étant connecté pour recevoir sur une première entrée la tension (Vp) aux bornes du noeud de stockage de l'un des pixels de la colonne correspondante par l'intermédiaire du transistor monté en suiveur de tension et du transistor de sélection de ligne dudit pixel et sur une seconde entrée une tension de référence (VREF) de valeur sensiblement égale à la tension de 30 réinitialisation des pixels de la matrice vue à l'entrée de la voie de lecture, et pour fournir à sa sortie un signal représentatif d'une différence des niveaux de tension présents à ses entrées ; 3039319 20 et en ce que ledit capteur comprend également un contrôleur (CTR) configuré pour piloter les transistors des pixels et le circuit de lecture pour : - effectuer une réinitialisation globale des photodiodes ; - effectuer une réinitialisation des noeuds de stockage des pixels de la matrice et acquérir une première image numérique, dite image noire (DIM) ; puis - réaliser un transfert global de charge des photodiodes vers les noeuds de stockage desdits pixels ; puis - acquérir une deuxième image numérique dite image d'intégration (IIM) ; de manière à réaliser une acquisition d'image en mode d'obturateur global avec soustraction du bruit de réinitialisation et lecture des pixels non destructrice des charges intégrées.\n<CLM>\1\tCapteur d'image selon la revendication 1 comprenant également au moins un générateur (VSREF) de ladite tension de référence (VREF), extérieur à ladite matrice de pixels.\n<CLM>\1\tCapteur d'image selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque dit bloc soustracteur est une chaîne ne numérisation différentielle configurée pour fournir à sa sortie un signal numérique représentatif de la différence des niveaux de tension analogiques présents à ses entrées.\n<CLM>\1\tCapteur d'image selon l'une des revendications précédentes dans lequel ledit contrôleur (CTR) est configuré pour piloter les transistors des pixels et le circuit de lecture pour réinitialiser les noeuds de stockage des pixels ligne par ligne.\n<CLM>\1\tCapteur d'image selon l'une des revendications précédentes dans lequel un premier et un second échantillonneur - bloqueur 3039319 21 (SH1 , SH2) sont présents aux premières et secondes entrées de chaque dit bloc de soustraction, respectivement, et ledit contrôleur est configuré pour : a) activer le ou les transistors de réinitialisation de tous les pixels pour réinitialiser leurs photodiodes et leur noeuds de stockage ; 5 b) activer les premiers échantillonneurs - bloqueurs de chaque voie de lecture, de telle sorte qu'un échantillon de la tension de référence soit présent sur la première entrée de chaque bloc de soustraction (CND) ; c) pour chaque colonne de pixel, et après réinitialisation des 10 noeuds de stockage correspondants : cl ) activer successivement les transistors de sélection de ligne, c2) en correspondance de chaque activation d'un transistor de sélection de ligne, activer le second échantillonneur - 15 bloqueur de la voie de lecture correspondant à ladite colonne de telle sorte qu'un échantillon de tension soit présent sur la seconde entrée du bloc de soustraction correspondant ; puis c3) piloter le convertisseur analogique - numérique de ladite voie de lecture, moyennant quoi une première image numérique dite 20 image noire (DIM) est acquise ligne par ligne ; et ensuite : d) activer les transistors de transfert de tous les pixels, de façon à réaliser un transfert de charge global des photodiodes vers les noeuds de stockage desdits pixels ; 25 e) activer les premiers échantillonneurs - bloqueurs de chaque voie de lecture, de telle sorte qu'un échantillon de la tension de référence soit présent sur la première entrée de chaque bloc soustracteur ; f) pour chaque colonne de pixel, et après transfert de charge vers les noeuds de stockage correspondants : 30 f1) activer successivement les transistors de sélection de ligne, 3039319 22 f2) en correspondance de chaque activation d'un transistor de sélection de ligne, activer le second échantillonneur - bloqueur de la voie de lecture correspondant à ladite colonne, puis f3) piloter le convertisseur analogique - numérique de 5 ladite voie de lecture, moyennant quoi une deuxième image numérique dite image d'intégration (IIM) est acquise ligne par ligne ; aucune réinitialisation des photodiodes ou des noeuds de stockage n'étant effectuée entre les opérations b) et f3). 10\n<CLM>\1\tCapteur d'image selon la revendication 5 dans lequel ledit contrôleur est également configuré pour répéter les opérations d) à f3) une ou plusieurs fois, en fonction d'un niveau de signal (IMAX) de ladite ou desdites images d'intégration, avant d'effectuer à nouveau les opérations a) à c), de telle sorte qu'une ou plusieurs images d'intégration (IIM, IIM2, IIM3) soient 15 acquises pour une même image noire.\n<CLM>\1\tCapteur d'image selon l'une des revendications 5 ou 6 comportant également un processeur numérique d'images (DIP) configuré pour soustraire de ladite ou d'une dite image d'intégration l'image noire 20 correspondante.\n<CLM>\1\tCapteur d'image selon l'une des revendications précédentes dans lequel lesdits pixels comprennent un transistor de réinitialisation de la photodiode (T2) et un transistor de réinitialisation du 25 noeud de stockage (T3) distincts.\n<CLM>\1\tCapteur d'image selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque pixel comprend également un transistor de réinitialisation de la photodiode (T2) pour relier sélectivement la photodiode à 30 une source (VSRsT) de tension de réinitialisation (\Me). 3039319 23\n<CLM>\1\tProcédé d'acquisition d'images au moyen d'un capteur d'images à pixels actifs comportant une matrice (M) de pixels (P) organisés par lignes et colonnes ainsi qu'un circuit de lecture (CL) comportant une voie de lecture (VL) distincte pour chaque colonne de pixels, dans lequel chaque 5 pixel comprend : o une photodiode (PPD), o un noeud de stockage (FD) des charges électriques générées par ladite photodiode lorsqu'elle est éclairée, o un transistor de transfert (T1) pour autoriser sélectivement 10 le transfert desdites charges électrique de la photodiode au noeud de stockage, o au moins un transistor de réinitialisation (T2, T3) pour relier sélectivement la photodiode et le noeud de stockage à une source (VSRsT) de tension de réinitialisation (VRs-r), 15 o un transistor de sélection de ligne (T4) pour connecter sélectivement ledit pixel à la voie de lecture de la colonne à laquelle il appartient, et o un transistor (T5) monté en suiveur de tension pour transférer à ladite voie de lecture la tension aux bornes du noeud de stockage 20 par l'intermédiaire dudit transistor de sélection de ligne ; le procédé comportant les étapes suivantes ; A) activer le ou les transistors de réinitialisation de tous les pixels pour réinitialiser leurs photodiodes et leur noeuds de stockage ; 25 B) échantillonner une tension de référence, générée à l'intérieur dudit circuit de lecture et de valeur sensiblement égale à la tension de réinitialisation des pixels de la matrice ; C) pour chaque colonne de pixel, et après réinitialisation des noeuds de stockage correspondants : activer 30 successivement les transistors de sélection de ligne, échantillonner la tension aux bornes du noeud de stockage du pixel correspondant, soustraire la tension de référence échantillonnée lors de l'étape B) de la 3039319 24 tension ainsi échantillonnée et numériser le résultat, de manière à acquérir ligne par ligne une première image numérique dite image noire ; et ensuite : D) activer les transistors de transfert de tous les 5 pixels, de façon à réaliser un transfert global de charge des photodiodes vers les noeuds de stockage desdits pixels ; E) échantillonner une tension de référence, générée à l'intérieur dudit circuit de lecture et de valeur sensiblement égale à la tension de réinitialisation des pixels de la matrice ; 10 F) pour chaque colonne de pixel, et après transfert de charge vers les noeuds de stockage correspondants : activer successivement les transistors de sélection de ligne, échantillonner la tension aux bornes du noeud de stockage du pixel correspondant, soustraire la tension de référence échantillonnée lors de l'étape E) de la 15 tension ainsi échantillonnée et numériser le résultat, de manière à acquérir ligne par ligne une deuxième image numérique dite image d'intégration.\n<CLM>\1\tProcédé selon la revendication 10 dans lequel les étapes D) à F) sont répétées une ou plusieurs fois, en fonction d'un niveau U de signal de ladite ou desdites images d'intégration, avant d'effectuer à nouveau lesdites étapes A) à C), de telle sorte qu'une ou plusieurs images d'intégration (IIM, IIM2, I IM3) soient acquises pour une même image noire.\n<CLM>\1\tProcédé selon l'une des revendications 10 ou 11 comportant également une étape consistant à soustraire de ladite ou d'une dite image d'intégration l'image noire correspondante.