(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれのピクセルに関連する複数の個別検出機構（１ij）を含むマトリックスイメージセンサであって、各個別検出機構（１ij）は、
太陽電池モードでの動作範囲を少なくとも１つ有するフォトダイオード（３ij）と、
前記フォトダイオード（３ij）の短絡を選択的に生じさせて、前記フォトダイオード（３ij）の暗状態をシミュレートするための制御スイッチ（８ij）と
永続的に電力供給されて、前記範囲に含まれる、前記フォトダイオード（３ij）の電圧に依存する電圧を入力として受け取る第一増幅段（４ij）と、
前記第一増幅段（４ij）の出力に接続され、前記第一増幅段の出力が読み込まれるか否かに従って、異なる方法で電力供給される第二増幅段（５ij）と
を含み、
前記第一増幅段（４ij）の出力は、前記第二増幅段（５ij）の入力で直接受け取られ、当該第二増幅段（５ij）の出力は、読み込みバス（７j）において読み込まれ、前記読み込みバス（７j）は、複数の検出機構を含むマトリックスの同一カラムのピクセルに関連するいくつかの検出機構（１ij）に共通することを特徴とするマトリックスイメージセンサ。
【請求項２】
前記第二増幅段（５ij）は、前記第一増幅段（４ij）の出力が読み込まれるときのみに、電力供給されることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記第一増幅段（４ij）は、１００ｎＡ未満、特に、１０から５０ｎＡの間のバイアス電流によって、永続的に電力供給されることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ。
【請求項４】
前記第一増幅段（４ij）は、少なくとも２つの電界効果トランジスタ（４１ij，４２ij）を含み、前記第二増幅段（５ij）は、選択トランジスタ（５２ij）を含み、
前記第一増幅段のトランジスタと、前記選択トランジスタとは、同じ種類であることを特徴とする請求項１から３いずれか１項に記載のセンサ。
【請求項５】
前記第一増幅段（４ij）の前記少なくとも２つの電界効果トランジスタ（４１ij，４２ij）と、前記第二増幅段（５ij）の選択トランジスタ（５２ij）は、ＰチャネルＭＯＳトランジスタであり、フォトダイオード（３ij）は、Ｎ型拡散が行われるＰ型半導体基板を含む接合部を用いて生成されることを特徴とする請求項４に記載のセンサ。
【請求項６】
各個別検出機構（１ij）は、前記第一増幅段（４ij）の出力における信号、特に、電圧を記憶するためのストレージシステム（２０ij）を含み、
前記ストレージシステム（２０ij）は、第一増幅段と第二増幅段の間に配置されたサンプリングスイッチ（２１ij）と、
前記第一増幅段（４ij）の出力の信号を記憶するための手段（２２ij）と
を含むことを特徴とする請求項１から５いずれか１項に記載のセンサ。
【請求項７】
前記サンプリングスイッチ（２１ij）は、ＭＯＳ電界効果トランジスタであり、記憶手段（２２ij）は、コンデンサであることを特徴とする請求項６に記載のセンサ。
【請求項８】
前記スイッチ（８ij）開時にフォトダイオード（３ij）の読み込み、および、前記スイッチ（８ij）閉時にフォトダイオード（３ij）の読み込みを行うための手段を含むことを特徴とする請求項１から７いずれか１項に記載のセンサ。
【請求項９】
２つの読み込みのうち少なくとも１つを記憶するための記憶手段を含むことを特徴とする請求項８に記載のセンサ。
【請求項１０】
マトリックスイメージセンサのピクセルに関連する個別検出機構（１ij）によって得られる信号を読み込むための方法において、
前記個別検出機構は、太陽電池モードでの動作範囲を少なくとも１つ有するフォトダイオード（３ij）と、
前記フォトダイオード（３ij）の短絡を選択的に生じさせて、前記フォトダイオード（３ij）の暗状態をシミュレートするための制御スイッチ（８ij）と、
前記範囲に含まれる、前記フォトダイオードの電圧に依存する電圧を入力として受け取る第一増幅段（４ij）と、
前記第一増幅段の出力と接続される第二増幅段と
を含み、
前記第一増幅段（４ij）の出力は、前記第二増幅段（５ij）の入力で直接受け取られ、当該第二増幅段（５ij）の出力は、読み込みバス（７j）において読み込まれ、前記読み込みバス（７j）は、複数の検出機構を含むマトリックスの同一カラムのピクセルに関連するいくつかの検出機構（１ij）に共通し、
前記第一増幅段（４ij）は、永続的に電力供給され、前記第二増幅段（５ij）に供給される電力は、前記第一増幅段の出力が読み込まれるか否かにより調整され、
前記スイッチ（８ij）が開くときに、前記個別検出機構（１ij）によって得られる前記信号の読み込みが行われ、そして、前記スイッチ（８ij）が閉じるときに、前記個別検出機構（１ij）によって得られる前記信号の読み込みが行われることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の対象は、それぞれのピクセルと関連した、複数の個別検出機構（individual detection structure）を含むマトリックスイメージセンサである。
【背景技術】
【０００２】
そのようなセンサのダイナミックレンジは、光景の全ての情報を保存することに関して疑う余地がない。可視スペクトルにおいて、輝度の時空的な分布は、１２０ｄＢよりも大きいかもしれない。このように、従来のイメージセンサで利用できる、非常に並外れたダイナミックレンジであるかもしれない。
【０００３】
これらは、線形光電変換則（a linear photoelectric conversion law）を使用し、そのダイナミックレンジの操作は、ビデオ信号の最大振幅とセンサの出力でのノイズのレベルによって、１回かつ同時に限られる。
【０００４】
欧州特許出願公開第１２７１９３０号は、解像度が改善され得るセンサを開示する。フォトダイオードの太陽電池モードでは動作しない。
【０００５】
多くの解決策は、イメージセンサの動作ダイナミックレンジを拡大することで知られている。
【０００６】
欧州特許第１３５４３６０号は、例えば、対数応答および良い画像品質を有するピクセルに関連したＣＭＯＳ個別検出機構を開示する。この個別検出機構は、それでもなお、２つの構造上の欠陥を露呈する。すなわち、多くのこれらの機構が、センサを生成するために、マトリックス内に集められたときの大量の電力消費量と、注目すべき光景の強い点別（point-wise）照明や局部照明の場合に、センサで形成される画像上の黒カラム（黒い列、black columns）の出現である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１２７１９３０号明細書
【特許文献２】欧州特許第１３５４３６０号明細書
【特許文献３】仏国特許出願公開第２９２０５９０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
欧州特許第１３５４３６０号による個別検出機構１ijは、図１に示される。この機構１ijは、無限の連続的インピーダンスを有する増幅段（amplifier stage）４ijによって読み込まれる、光起電モード（photovoltaic mode）（すなわち、フォトダイオードが照明のもとで電圧を生じさせる太陽電池モードに相当する。）のフォトダイオード３ijを含み、増幅段４ijは、２つのＭＯＳトランジスタ４１ijと４２ijを含み、該増幅段４ijの出力は、選択ＭＯＳトランジスタ６ijを介して、読み込みバス７jに接続される。また、この機構は、欧州特許第１３５４３６０号に記載されているように、スイッチ８ijも含み、スイッチが閉じられたときに、フォトダイオード３ijを短絡させることを可能にする。
【０００９】
光起電モードでのフォトダイオードの動作の安定性を保証するために、増幅段４ijは、高インピーダンスの状態にあるフォトダイオード３ijにおいて許容できないスイッチングノイズを生成する該増幅段の稼働中の動的電力を永久的に維持しなければならない。
【００１０】
図１によると、検出機構１ijが、例えば、欧州における標準的なテレビの解像度である７６８×５７６ピクセルよりも大きいサイズのマトリックスに従って組み合わされている場合に、マトリックスの各個別検出機構１ijの増幅段４ijに永続的にバイアスをかけるために必要な電力消費量は、そのようなマトリックスを用いて生成されるイメージセンサの動作に関して、不利益な結果をもたらす値を得ることになる。
【００１１】
図２に示されるように、多数の検出機構１ijを含むマトリックスは、重要な値の読み込みバス７j上の浮遊容量７１を示すことができる。そして、これは、各個別検出機構１ijの増幅段４ijにおいて、より大きなバイアス電流を必要とし得る。このバイアス電流は、例えば、ほぼ１μＡ程度であり、１０００×１０００ピクセルのマトリックスで、全体の電流の１Ａに相当する。そのような電力消費量は、センサの設計に困難をもたらし、センサが集積されるマイクロチップの過熱を生じさせるかもしれない。それゆえに、フォトダイオードにおける暗電流を増加させ、センサの光電性能（photoelectric performance）を劣化させる。
【００１２】
図１によると、機構を用いて生成されたイメージセンサの別の欠点は、非常に強烈な点光源のある光景の画像を取得するときに、このセンサ上で形成された画像に出現する黒カラムの危険性によって明らかにされ、これら黒カラムは、信号を読み取ことができないピクセルに対応する。
【００１３】
図３に示されるように、点光源が、図１による検出機構１ijのサブセット上に投射されるとき、該光源は、増幅段４ijの出力と読み取りバスとの間の選択トランジスタ６ijのドレインやソースにおいて、著しい光電電流Ｉppの発生を引き起こし、この電流Ｉppは、トランジスタ６ijのドレインとアース間およびトランジスタ６ijのソースとアース間の漂遊フォトダイオード６１の出現に相当する。この光電電流Ｉppが、増幅段４ijのバイアス電流に対して、十分に大きいとき、個別検出機構１ijに関連するどの信号の読み取りも、読み取りバス７ij上において行うことができない。それゆえに、形成された画像上に、黒斑点（black patch）の出現を引き起こす。読み取りバス７jは、全く同一のカラムのピクセルに関連する検出機構の全体集合によって共有されていると分かっているので、これは、センサ上に形成される画像において黒カラムを引き起こす。
【００１４】
さらに、欧州特許第１３５４３６０号によって開示された個別検出機構は、増幅段４ijのトランジスタ４１ijと４２ij、一方で、異なるタイプの選択トランジスタ６ij、例えば、ＰチャネルＭＯＳトランジスタである、増幅段４ijのトランジスタ４１ijと４２ijと、ＮチャネルＭＯＳトランジスタである選択トランジスタ６ijを必要とするので、密集度（compactness）に関して最適でないかもしれない。図１による機構を用いると、増幅段４ijからの出力信号は、本当に、選択トランジスタとして用いられ得るＰチャネルＭＯＳトランジスタに対して、無視することができるような、非常に低い電圧を示す。
【００１５】
さらに、欧州特許第１３５４３６０号によって開示された個別検出機構は、画像を格納するための任意の手段を備えていない。現在、これらのような個別検出機構を含むマトリックスにおける連続的読み取り（progressive reading）は、読み取り開始と読み取り終了の間の時間シフト（temporal shift）を生じ、そして、これは、オブジェクトがそのようなマトリックスを含むセンサによって観測されるときに、オブジェクトの変形を動作中に生じさせるかもしれない。
【００１６】
本発明の目的は、全部または一部のこれらの欠陥を改善することであり、マトリックスイメージセンサによってその目的を達成する。マトリックスイメージセンサは、それぞれのピクセルに関連する複数の検出機構を含み、各個別検出機構は、
・太陽電池モードでの動作範囲を少なくとも１つ有するフォトダイオードと、
・永続的に電力供給されて、前記範囲に含まれる、前記フォトダイオードの電圧に依存する電圧を入力として受け取る第一増幅段と、
・前記第一増幅段の出力と接続され、前記第一増幅段の出力が読み込まれるか否かに依存する異なる方法で電力供給される第二増幅段と、を含む。
【００１７】
用語「永続的に電源供給される（powered permanently）」や「継続的に電源供給される（powered continuously）」は、同義であるとして理解される。
【００１８】
上述の用語「接続された（linked）」は、任意の結合コンデンサあるいはスイッチなしに、すなわち、間接的な中継、例えば、スイッチを経由することなしに、直接接続することを意味することを理解する必要がある。
【００１９】
フォトダイオードは、光起電モードのセンサ内で動作し、センサのダイナミックレンジは、光起電モードを利用しない従来のセンサのそれよりも大きい。
【００２０】
本発明により、第一増幅段は、永続的な動作が維持されるように、永続的に電力供給され、一方、第二増幅段は、動的バイアス（dynamic bias）を受ける。
【００２１】
それにより、第二増幅段は、与えられた期間の間でのみ、第一増幅段から情報を受け取ることができる。
【００２２】
本発明により、永続的に電力供給される必要がある第一増幅段は、負荷として第二増幅段のみを備え、それによって、比較的微弱なバイアス電流のみを、この第一増幅段に供給することを可能にする。さらに、本発明は、第二増幅段に対して、第一増幅段の出力の読み込みが動作しているときにのみ電力供給すること、または、そのような読み込みが動作しているときのみに、大きく電力供給することを可能にする。
【００２３】
各個別検出機構は、例えば、フォトダイオードの短絡を選択的に生じさせて、フォトダイオードの暗状態（darkness condition）をシミュレートするための制御スイッチ、あるいは、それが閉じているときに、予め定められた一定または可変の電圧でフォトダイオードを維持するための制御スイッチを含む。第一および第二増幅段（「緩衝増幅器」とも呼ばれる）に供給される電力は、例えば、これら第一および第二増幅段へのバッファ電流の送電に対応する。
【００２４】
第一増幅段のバイアス電流の値は、１００ｎＡよりも小さくなり得る。例えば、１０ｎＡから５０ｎＡの間となり得る。１０００×１０００の検出機構のマトリックスを含むセンサに対して、このバイアスレベルは、欧州特許第１３５４３６０号によるセンサに対するほぼ１Ａ程度の消費に比べて、たった１０から５０ｍＡの総消費量を生じる。
【００２５】
さらに、比較的高い値の第二増幅段のバイアス電流でも、動的な方法でバイアスがかけられる第二増幅段は、センサや、読み込み中に選択されるマトリックス検出機構の単一の行（row）に対する過大な総消費量を引き起こさない。
【００２６】
例えば、１０００×１０００の検出機構のマトリックスに対して、各第二増幅段は、ほぼ１μＡ程度のバイアス電流でバイアスをかけられ、これは、行読み込み期間中において、１ｍＡのセンサによる総消費量に相当する。このバイアスレベルは、点光源により生じる露光過度（over-exposure）に対する耐性のしきい値を顕著に高めることを可能にする。
【００２７】
各個別検出機構は、第一増幅段の出力における信号、特に、電圧を格納するためのシステムを含み、そのストレージシステムは、第一増幅段と第二増幅段間のサンプリングスイッチ、例えば、トランジスタと、第一増幅段の出力の信号を格納するための手段、例えば、コンデンサ（capacitor）を含む。
【００２８】
サンプリングスイッチは、ＰチャネルまたはＮチャネルのＭＯＳ電界効果トランジスタとすることができる。
【００２９】
サンプリングスイッチは、キャパシタにおける第一増幅段の出力信号からサンプルを抜き取ることを可能にできる。
【００３０】
各個別検出機構に対するサンプリングスイッチは、サンプリングが全ての個別検出機構に対して同時に行われるように、同時に制御され得る。
【００３１】
コンデンサは、例えば、第二増幅段の入力コンデンサである。
【００３２】
第一増幅段の出力におけるフォトダイオードによって生じる電圧を、ストレージシステムのコンデンサに格納することによって、連続的読み取りによって引き起こされる時間シフトを減らし、本センサを用いて観測された、動いているオブジェクトの変形を回避すること、または、少なくとも変形を和らげることを可能にする。
【００３３】
そのようなストレージシステムは、さらに、本センサを用いて、例えば、フラッシュランプから生じる短期間の照明を観測することを可能にする。
【００３４】
検出機構は、例えば、センサに割り当てられた用途が、動いているオブジェクトの変形を許容する場合には、上記のようなストレージシステムがない変形バージョンでもよい。第一増幅段の出力は、さらに、例えば、第二増幅段の入力に直接接続され、これは、より密集した個別検出機構を得ることが可能になる。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
本発明の第一実施形態によると、第二増幅段は、第一増幅段の出力が読み込まれるときのみに、電力供給され、その結果としてフォトダイオードによって信号が得られる。
【００３６】
本発明の第二実施形態によると、第二増幅段は、第一増幅段の出力の読み込みを行わない場合は、第一バイアス電流により電力供給され、第一増幅段の出力の読み込み中では、第二バイアス電流により電源供給される。第一バイアス電流は、第二バイアス電流よりも小さい。これらの第一および第二バイアス電流の比率は、例えば、１０から１００００の間である。
【００３７】
センサは、いくつかの検出機構、とりわけ、マトリックスの同一カラムのピクセルに関連する検出機構を共通にする少なくとも１つのトランジスタを含むことができ、このトランジスタは、それぞれの前記検出機構の第二増幅段にバイアスをかけるように設計されている。
【００３８】
第一増幅段は、少なくとも２つの電界効果トランジスタを含むことができ、第二増幅段は１つの電界効果選択トランジスタを含むことができ、第一増幅段の電界効果トランジスタは、第二増幅段の電界効果選択トランジスタと同じタイプのものとすることができ、これは、より簡単に製造できる個別検出機構からの恩恵を受けることができる。
【００３９】
本発明は、例えば、第一および第二増幅段を生産するために同じタイプのトランジスタを使うことができる。２つの増幅段の個別検出機構に存在することは、ゼロボルトの選択信号、増幅段の他方のトランジスタと同じタイプの選択トランジスタを介して、電源オン状態に戻すために十分な電圧を得ることができる。
【００４０】
第一増幅段の２つの電界効果トランジスタと、第二増幅段の選択トランジスタは、例えば、Ｐチャネルトランジスタであり、フォトダイオードは、例えば、Ｎ型拡散が行われるＰ型半導体基板を含む接合部を用いて生成される。
【００４１】
単一型のトランジスタが使用されているとき、例えば、ＮチャネルＭＯＳトランジスタとＰチャネルＭＯＳトランジスタを共に含む機構の場合と対比して、絶縁を十分に用いる必要はない。それゆえに、個別検出機構内のスペースの節約を可能にし、光電性能を高めるために、フォトダイオードを減らさないことを可能にする。
【００４２】
サンプリングスイッチが、第一および第二増幅段のトランジスタと同じタイプのトランジスタを使用するとき、このサンプリングトランジスタは、それらと同じウェルに配置され、光信号の漏れから保護され得る。
【００４３】
第二増幅段の選択トランジスタを生成するために、ＰチャネルＭＯＳ型のトランジスタを使用することは、ストレイフォトダイオード（stray photodiode）によって、選択トランジスタのドレインおよびソースにおいて光電流Ｉppを誘導することができ、バイアス電流と同じ方向に流れる。さらに、バイアス電流を増加させ、とりわけ、強烈な点光源に対する露光過度の場合に、センサで形成される画像に出現する黒ピクセルのカラムの危険性を減らすことを可能とする。
【００４４】
第一増幅段は、永続的に電力供給される場合、ＭＯＳトランジスタのゲートのそれと同等の入力インピーダンスを示すように設計され得る。
【００４５】
さらに、センサは、フォトダイオードの短絡を選択的に作り出すため、または、それを予め定められた電圧に維持するための制御スイッチが開いているときに、フォトダイオードの読み込みを行うための手段、および、制御スイッチが閉じているときに、フォトダイオードの読み込みを行うための手段を含むことができ、これは、第一および第二増幅段によって引き起こされる固定空間雑音（fixed spatial noise）を取り除くことができる。
【００４６】
センサは、例えば、上述の２つの読み込み値のうち少なくとも１つを格納するための記憶手段を含むことができる。
【００４７】
発明の対象は、さらに、もう１つの態様によると、マトリックスイメージセンサのピクセルに関連する個別検出機構によって獲得される信号を読み込むための方法において、前記個別検出機構は、
・太陽電池モードでの動作範囲を少なくとも１つ有するフォトダイオードと、
・前記範囲に含まれる、前記フォトダイオードの電圧に依存する電圧を入力として受け取る第一増幅段と、
・前記第一増幅段の出力と接続される第二増幅段と
を含み、当該方法において、前記第一増幅段は永続的に電力供給され、前記第二増幅段に供給される電力は、前記第一増幅段の出力が読み込まれるか否かに依存して調整される。
【００４８】
第一増幅段の電力供給と、第二増幅段の電源供給は、例えば、これら増幅段のバイアス電流の送電に相当する。
【００４９】
第二増幅段は、例えば、第一増幅段の出力、その結果としてフォトダイオードによって得られる信号を読み込むときにのみ、バイアス電流を受け取る。
【００５０】
変形として、第二増幅段は、第一増幅段の出力の読み込みがない場合には、第一バイアス電流を受け取り、第一増幅段の出力の読み取り中には第二バイアス電流を受け取る。第一バイアス電流は、第二バイアス電流よりも小さく、これら第一および第二バイアス電流間の比率は、例えば、１０から１００００の間である。
【００５１】
各個別検出機構は、フォトダイオードの短絡を選択的に作り出し、フォトダイオードの暗状態をシミュレートするため制御スイッチ、または、それが閉じているときに、予め定められた一定または可変の電圧でフォトダイオードを維持するための制御スイッチを含むことができ、前記スイッチが開くときに個別検出機構によって得られる信号の読み込みが行われ、そして、前記スイッチが閉じるときに個別検出機構によって得られる信号の読み込みが行われ得る。
【００５２】
各個別検出機構は、第一増幅段の出力における信号を格納するためのシステムを含むことができ、該システムはサンプリングスイッチと記憶手段を含み、方法は、記憶手段における第一増幅段の出力信号が、例えば、個別検出機構ごとに、サンプル抽出されることに従ったステップを含むことができる。このサンプリングは、全ての個別検出機構に対して同時に行うことができる。
【００５３】
本発明は、以下、限定されない実施例を記載した明細書を考慮し、添付の図面を確認することでより理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は、欧州特許第１３５４３６０号の教示に従った個別検出機構の例を示す。
【図２】図２は、欧州特許第１３５４３６０号の教示に従った個別検出機構の例を示す。
【図３】図３は、欧州特許第１３５４３６０号の教示に従った個別検出機構の例を示す。
【図４】図４は、本発明の模範的な実施形態に従った個別検出機構を示す。
【図５】図５は、図４の例に従った個別検出機構のマトリックスを含むセンサを示す。
【図６】図６は、図５によるセンサによって獲得した画像の線の読み込み中のステップを表すタイムチャートである。
【図７】図７は、本発明の別の模範的な実施形態に従った個別検出機構の例を示す。
【図８】図８は、図７の例に従った個別検出機構のマトリックスを含むセンサを示す。
【図９】図９は、図８によるセンサによって獲得した画像の読み込み中のステップを表すタイムチャートである。
【図１０】図１０は、フォトダイオードと、個別検出機構におけるスイッチの別の模範的な実施形態を示す。
【図１１】図１１は、サンプリングスイッチに対する模範的な駆動回路を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
本発明の第一の模範的な実施形態によると、個別検出機構１ijは、図４に示されている。
【００５６】
当該個別検出機構１ijは、少なくとも１つの、太陽電池モードで動作する期間を有するフォトダイオードと、「緩衝増幅器」とも呼ばれる第一増幅段４ijおよび第二増幅段５ijと、スイッチ８ijとを含む。
【００５７】
図４に見られるように、第一増幅段４ijは、フォトダイオード３ijが照明にさらされ、フォトダイオードの太陽電池モードの動作範囲に含まれるとき、フォトダイオード３ijに誘導される電圧を入力として受け取る。第一増幅段４ijの出力は、第二増幅段５ijの入力で直接受け取られ、当該第二増幅段５ijの出力は、読み込みバス７jにおいて読み込まれ、読み取りバス７jは、複数の検出機構を含むマトリックスの同一カラムのピクセルに関連するいくつかの検出機構１ijに共通する。
【００５８】
記載された例では、フォトダイオード３ijは、Ｎ型拡散が行われるＰ型半導体基板を含む接合部を用いて生成される。これら２種類の半導体材料間の接合は、光電変換を可能にするＰＮ接合を形成する。
【００５９】
図示された例において、スイッチ８ijは、ＮチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタであり、欧州特許第１３５４３６０号に記載されているように、短絡させることを可能にし、または、フォトダイオード３ijを、完全な暗状態をシミュレートするようにできる。
【００６０】
トランジスタ８ijのゲートは、帰零バス（reset-to-zero bus）１０iＲＴＺに接続され、それによって、当該スイッチ８ijの状態を制御することを可能とする。
【００６１】
第一増幅段４ijは、記載される例では、連続する２つのＰチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタ４１ijと４２ijを含み、それらは電圧Ｖccによって電力供給される。バイアス電流Ｉbias1は第一増幅段４ijに送電される。
【００６２】
図４に見られるように、トランジスタ４２ijは、第一増幅段４ijのバイアス電流を調節することを可能にする電圧Ｖbias1に接続される。
【００６３】
当該第一増幅段４ijは、例えば、ＭＯＳトランジスタのゲートの入力インピーダンスと等しい、直流の入力インピーダンスを示す。
【００６４】
第二増幅段５ijは、図示された例では、第一および第二電界効果トランジスタ５１ijと５２ijを含み、それらはＰチャネルＭＯＳトランジスタである。
【００６５】
記載された例では、第一増幅段４ijの出力は、任意の結合コンデンサなしに、第一トランジスタ５１ijのゲートに直接接続される。
【００６６】
トランジスタ５２ijは、選択トランジスタの役割を果たし、そのゲートは、コントロールバスＳＥＬ１１iに接続される。
【００６７】
図４に示される個別検出機構１ijは、個別検出機構１ijの外側に配置され、電源Ｖcc’に接続された、第二増幅段５ijの負荷トランジスタ９iをさらに含む。
【００６８】
当該負荷トランジスタ９jのゲートは、電圧Ｖbias2に接続され、供給したい付加的な電圧利得を第一増幅段４ijの出力の電圧に調節することができる。
【００６９】
図４に見られるように、第二増幅段５ijのバイアス電流Ｉbias2は、当該第二増幅段に送電される。
【００７０】
図４に示された個別検出機構１ijの動作の仕方の例は、これから記載されるでしょう。
【００７１】
フォトダイオード３ijが照明２にさらされるとき、電圧がＰＮ接合の終端間で発生し、この電圧は第一増幅段４ijによって読み込まれる。該第一増幅段４ijは、バイアス電流Ｉbias1によって動作を永続的に維持される。第一増幅段４ijは、第二増幅段５ijのみによって負荷がかけられ、バイアス電流Ｉbias1は、非常に低い値、例えば、１０から５０ｎＡをとなる。
【００７２】
そして、第一増幅段４ijの出力の電圧は、トランジスタ５１ijのゲートの位置における、第二増幅段５ijの入力で、受け取られる。
【００７３】
個別検出機構１ijと関連するピクセルの読み込みは、第二増幅段５ijを介して行われる。
【００７４】
第一実施形態によると、第二増幅段５ijは、個別検出機構１ijが関連付けられるピクセルが、その読み込みを目的として選択されるときのみバイアスがかけられる。そのような選択がない場合、バイアス電流Ｉbias2は、ほぼゼロになり、選択トランジスタ５２ijはオンにならない。
【００７５】
ピクセルが選択されたとき、選択トランジスタ５２ijは、ＳＥＬバス１１iを介して、活性化信号（activation signal）の送出という目的で活性化され、ピクセルを読み込むように、このトランジスタ５２ijをオンにすることができるバイアス電流Ｉbias2は、第二増幅段５ijに送電される。
【００７６】
第二実施形態によると、第二増幅段５ijは、個別検出機構が関連付けられるピクセルが、選択されないとき、第一バイアス電流Ｉbias2’によって電力供給される。このバイアス電流は、トランジスタ５２ijをオンにするには不十分である。
【００７７】
ピクセルが選択されたとき、選択トランジスタ５２ijは、第二バイアス電流Ｉbias2”によってバイアスがかけられ、ピクセルの読み込みを可能にし、
0005791523.tif 000002
は、１０から１００００の間となる。
【００７８】
図４の例では、選択トランジスタ５２ijおよびトランジスタ４１ij，４２ijと５１ijは、ＰチャネルＭＯＳトランジスタである。この場合では、選択トランジスタ５２ijのドレインおよびソースの位置における、ストレイフォトダイオードで誘導される光電流Ｉppは、バイアス電流Ｉbias2と同じ方向に向けられ、それによって、このバイアス電流をわずかに増加させることができる。
【００７９】
本発明は、上述したような個別検出機構に限定されることはない。
【００８０】
第一増幅段のトランジスタと第二増幅段の選択トランジスタとは、異なるタイプとすることができ、例えば、選択トランジスタ５２ijは、ＮチャネルＭＯＳトランジスタとし、トランジスタ４１ijおよび４２ijは、ＰチャネルＭＯＳトランジスタとすることができる。
【００８１】
さらに、変形として、トランジスタ８ijのソースのＮ拡散は、図１０に示されるように、フォトダイオード３ijのＮ拡散と融合することができる。
【００８２】
フォトダイオード３ijの極性は、逆にすることもでき、その場合には、Ｐ型拡散が行われるＮ型半導体基板を用いて生成される。
【００８３】
本発明に従う個別検出機構１ijは、仏国特許出願公開第２９２０５９０号の教示のように、露光中のフォトダイオードの漸進的な変化段階（photodiode evolution phase）において、任意の極性の電圧を読み込むことを可能にする手段を含むこともできる。
【００８４】
スイッチ８ijは、予め定められた電位と関連があり、当該スイッチ８ijがオンであるとき、フォトダイオード３ijに、スナップ撮影前に予め定められた電圧を課することができる。画像取得中に、スイッチ８ijは、照らされたフォトダイオード３ijにおいて誘導される光電流が、段々とこの電圧を放電するように開いている。それは、仏国特許出願公開第２９２０５９０号の図３ａと図３ｂを参照して記載されたものに基づいている。
【００８５】
個別検出機構１ijは、仏国特許出願公開第２９２０５９０号の図５に示された実施形態によると、例えば、フォトダイオード３ijのカスケードと第一増幅段４ijとにつながれた容量結合コンデンサを含むことができる。仏国特許出願公開第２９２０５９０号の図６ａから図６ｅで言及されているように、適切な電圧は、例えば、トランジスタ４１ijのゲートを、時定数Ｒ＊Ｃが予め定められた基準を満たすように決定された値のレジスタを介して、当該トランジスタのしきい値電圧よりも大きい値の正電圧につなぐことによって、結合コンデンサの両端で発生する。
【００８６】
変形型として、仏国特許出願公開第２９２０５９０号の図７ａから図７ｂを参照して記載されているように、この適切な電圧は、例えば、電離放射線から、低温電子のトンネル効果から、あるいは、高温電子のトンネル効果から発する電気絶縁物内の点別の導電性を用いることで、コンデンサの両端で発生し得る。
【００８７】
さらに、フォトダイオード３ijのカソードは、結合コンデンサの電極のうちの１つを構成することができる。
【００８８】
イメージセンサ１００は、図４の例によると、検出機構１ijのＭ＋１行、Ｎ＋１列のマトリックス１０１を含み、そして、そのようなセンサによって獲得された画像のラインｉの読み込みは、図５および６を参照してこれから説明される。画像の完全な読み込みは、各ラインの継続的な読み込みから構成することができる。
【００８９】
記載された例によると、さらに、センサ１００は、また、
・ライン選択回路１０２と、
・スイッチ８ijが開いているときや、スイッチ８ijが閉じられ、ストレージの情報読み込み時に、各個別検出機構１ijのフォトダイオード３ijの読み込みを許す回路１０３と、
・その出力がセンサの画像出力に相当する微分回路１０４と
を含む。
【００９０】
図５に見られるように、ライン選択回路１０２は、シフトレジスタ１０６を含み、それは、ＲＴＺバス１０iとＳＥＬバス１１iの活性化を制御するように設計され、それらバスは、マトリックス１０１の各行ｉに固有のものである。
【００９１】
マトリックスの各個別検出機構１ijは、バス１０iと１１iに接続される。マトリックスの同じｊ列の検出機構１ijは、同じ読み込みバス７jを共有するだけでなく、第二増幅段５ijの同じ負荷トランジスタ５２jも共有する。負荷トランジスタ５２jは、図５には示されていない。
【００９２】
図５に見られるように、各読み込みバス７jは、並列に取り付けられた回路１０３の２つのスイッチ１０７jおよび１０８jに接続され、これらのスイッチは、バス１０９および１１０によって、それぞれ制御される。これらスイッチ１０７j、１０８jの反対側は、それぞれ、第一アナログメモリ１１１j、第二アナログメモリ１１２jに接続される。
【００９３】
図６に示される信号“Ｌ１”が活性化したとき、スイッチ８ijが開いている場合に、個別検出機構１ijのフォトダイオード３ijの両端の電圧のイメージが、各メモリ１１１jに記録されるように、スイッチ１０７jを丸ごと全部オンにする。欧州特許第１３５４３６０号に記載されるように、この記録した値は、フォトダイオード３ijによって得られる信号、および、出力の固定空間雑音に相当する。
【００９４】
図６に示される信号“Ｌ２”が活性化したとき、スイッチ８ijが閉じている場合に、個別検出機構１ijのフォトダイオード３ijの両端の電圧のイメージが、各メモリ１１２jに記録されるように、スイッチ１０８jを丸ごと全部オンにする。メモリに記録された値は、空間雑音だけに相当する。
【００９５】
さらに、回路１０３は、シフトレジスタ１１３と、アナログメモリ１１１jと１１２jにそれぞれ接続されるスイッチ１１４jおよび１１５jとを含み、それらスイッチがオンであるとき、２つのバス１１６および１１７におけるステップ２００jにより、ピクセルの同じｊ列に関連するメモリ１１１jおよび１１２jの内容を読み込むことができる。スイッチ１１４jおよび１１５jは、シフトレジスタ１１３によって制御される。
【００９６】
２つのバス１１６および１１７は、この例では、差動増幅器である微分回路１０４の入力において受け入れられる。
【００９７】
回路１０４によって成された差分は、固定空間雑音のない出力信号を得ることができる。
【００９８】
図７から９は、図４から６を参照して記載されるものとは異なる発明の実施例に関係し、各個別検出機構１ijは、第一増幅段４ijの出力における信号を記憶するためのシステム２０ijを含む。
【００９９】
ストレージシステム２０ijは、記載された例において、第一増幅段４ijの出力における電圧を記憶することができ、第一増幅段４ijの出力と第二増幅段５ijの入力の間に配置されるサンプリングスイッチ２１ijと、コンデンサ２２ijを含む。
【０１００】
記載された例では、サンプリングスイッチ２１ijは、ＮチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタであり、第一および第二増幅段のＭＯＳトランジスタとは異なるタイプのものである。このトランジスタ２１ijのゲートは、バスＳＡＭＰ１２jに接続され、バスＳＡＭＰ１２jは、第一増幅段４ijの出力における電圧値の、コンデンサ２２ijでのサンプリングを制御する。このトランジスタ２１ijのドレインおよびソースは、第一増幅段４ijの出力および第二増幅段５ijの入力に接続される。
【０１０１】
例えば、コンデンサ２２ijは、第二増幅段５ijの入力コンデンサからなる。
【０１０２】
図８に示されるセンサ１００は、図５に示されたものとは異なり、シフトレジスタ１０６の出力と信号ＳＡＭＰおよびＳＡＭＰ＿Ｇとの間の論理結合を実行するように設計されるコンポーネント１５iを使用し、それぞれのバスＳＡＭＰ１２iを介して、サンプリングを作動させる。サンプリングは、
・シフトレジスタ１０６によって選択された一連（１ライン）のピクセルの中からか、
・あるいは、マトリックスにおけるピクセル全部から
行う。すなわち、論理式：
ＳＡＭＰi＝ＳＡＭＰ＊ＳＥＬi＋ＳＡＭＰ＿Ｇ
に従う。ただし、＊と＋は、論理演算子“ａｎｄ”と“ｏｒ”を示す。
【０１０３】
図９に見られるように、図７に従う個別検出機構を含むセンサによって得られる画像の読み込み中に、各機構１ijのストレージシステム２０ijのコンデンサ２２ijでの、前記機構１ijの第一増幅段４ijの出力の信号のサンプリングは、個別検出機構１ijの出力における画像の読み込みより前に行われ、それによって、信号ＳＡＭＰの活性化に対応する。
【０１０４】
本発明は、記載されている例だけに限定されることはない。
【０１０５】
変形型としては、第一および第二メモリ１１１jおよび１１２jは、デジタルメモリに出力を接続できるアナログ／デジタル変換器に置き換えることも可能である。
【０１０６】
各個別検出機構１ijのサンプリングトランジスタ２１ijは、ＰチャネルＭＯＳトランジスタとすることもできる。この場合で、トランジスタ４１ij，４２ij，５１ijおよび５２ijも、ＰチャネルＭＯＳトランジスタであるとき、サンプリングトランジスタ２１ijは、これらのトランジスタと同じウェルに配置され、光による信号漏れ（signal leakage）から保護され得る。
【０１０７】
なお、この例によると、サンプリングトランジスタ２１ijは、負電圧を供給することのできる駆動回路２５ijを介さずに、ゼロボルトで活性化される信号ＳＡＭＰによっては制御されない。その模範的な実施形態は、図１１に示されている。
【０１０８】
トランジスタ２１ijは、ＰチャネルまたはＮチャネルＭＯＳトランジスタであり、金属層によって、光から保護される。
【０１０９】
本発明のその他の例示的な実施態様についても可能性がある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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