TWI424746B - 影像感測器及其感測方法 - Google Patents

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Description

影像感測器及其感測方法
本揭露是有關於一種光學感測裝置，且特別是有關於一種影像感測裝置。
由於電腦與通訊產品的迅速發展，各式各樣的電子產品也不斷推陳出新，而近年來半導體相關產業為了滿足消費者對於電子產品低功耗與輕薄短小的多重需求，使得晶片封裝製程業逐漸脫離傳統的技術，朝向高功率、高密度及低成本的製程發展。
為了順應此潮流，進而發展出三維堆疊式晶片(3 Dimension Stacked IC,3DIC)技術，是未來半導體產業發展之主流趨勢，更成為全球關注之焦點。3DIC技術是將個別的二維晶片堆疊成一個三維晶片，再利用矽導通孔來進行電性連接，訊號傳輸由原本的平面改為立體方向做傳輸，可大幅減少訊號傳輸路徑，並有效地減少傳輸訊號延遲及能量損耗，且可分別進行每一層二維晶片的技術優化與製程選擇，如此一來便可達到產品對於外觀、品質及成本的要求。
其中，互補金氧半導體影像感測器(CMOS Image Sensor)便是一個很適合應用3DIC技術的產品，CMOS影像感測器可利用三維影像感測晶片，其架構可分成：最上層的像素陣列、第二層的讀取電路與類比數位轉換器以及第三層的影像處理器。若使用傳統的CMOS影像感測器讀取方式，同一行(column)上的所有像素共用一個行讀取電路，當最上層的像素陣列要將訊號傳送到第二層的行讀取電路時，因電路佈局的考量，會使得像素的間距(Pitch)必須大於或等於晶片堆疊元件的間距例如是矽導通孔(Through Silicon Via,TSV)的間距。如此一來，晶片堆疊元件的間距會限制住像素的間距，若像素的間距無法微縮，則CMOS影像感測器在高解析度的應用上，可能會使得感光晶片的面積過大，造成成本的增加及良率的下降。
根據一影像感測器實施範例，其包括像素陣列，像素陣列包括R×S個子像素陣列SP(i,j)，每一子像素陣列包括P×Q個像素PI(x,y)，其中R,S為大於1的整數，P,Q,i,j,x,y皆為大於等於1的整數，且i小於等於R，j小於等於S，x小於等於P，y小於等於Q。每一像素PI(x,y)包括感光二極體、第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體、第四電晶體以及第五電晶體。
感光二極體用以感測光源以獲得感測訊號。第一電晶體包括第一源/汲極、第二源/汲極以及閘極，其中第一電晶體之第一源/汲極耦接於感光二極體，第一電晶體之第二源/汲極耦接於結點。第二電晶體包括第一源/汲極、第二源/汲極以及閘極，第二電晶體之第一源/汲極耦接至第一電晶體之閘極，第二電晶體之閘極耦接至列控制訊號Rtg[n]，第二電晶體之第二源/汲極耦接至行控制訊號Ctg[m]，其中n,m皆為大於等於1的整數，且n小於等於P，m小於等於Q。第三電晶體包括第一源/汲極、第二源/汲極以及閘極，第三電晶體之第一源/汲極耦接至該結點，第三電晶體之閘極耦接至重置訊號Rreset[n]，第三電晶體之第二源/汲極耦接至行電壓重置訊號Cvrst[m]。第四電晶體包括第一源/汲極、第二源/汲極以及閘極，第四電晶體之閘極耦接至結點，第四電晶體之第二源/汲極耦接至電源電壓。第五電晶體包括第一源/汲極、第二源/汲極以及閘極，第五電晶體之第一源/汲極耦接至訊號輸出端，第五電晶體之閘極耦接至列選擇訊號Rsel[n]，第五電晶體之第二源/汲極耦接至第四電晶體之第一源/汲極。其中，子像素陣列SP(i,j)利用列控制訊號Rtg[n]、行控制訊號Ctg[m]、行電壓重置訊號Cvrst[m]及列選擇訊號Rsel[n]以選擇輸出像素PI(n,m)之感測訊號。
另根據一影像感測器之感測方法實施範例，其中CMOS影像感測器包括像素陣列，像素陣列包括R×S個子像素陣列SP(i,j)，每一子像素陣列包括P×Q個像素PI(x,y)，每一像素包括：感光二極體、結點以及訊號輸出端。每一像素連接至列選擇訊號Rsel[n]、列控制訊號Rtg[n]、重置訊號Rreset[n]、行控制訊號Ctg[m]以及行電壓重置訊號Cvrst[m]，其中R,S為大於1的整數，P,Q,i,j,n,m,x,y皆為大於等於1的整數，且i小於等於R，j小於等於S，n,x小於等於P，m,y小於等於Q。
感測方法包括下列步驟。步驟之一為致能列選擇訊號Rsel[n]後，重置訊號Rreset[n]送出一個脈衝波，以將行電壓重置訊號Cvrst[m]的第一電位提供至結點，並使訊號輸出端的電壓追隨結點的電壓。步驟之另一為致能列控制訊號Rtg[n]後，行控制訊號Ctg[m]送出一個脈衝波時，導通感光二極體與結點，使感光二極體的感測訊號呈現在訊號輸出端。步驟之再一為重置訊號Rreset[n]再送出一個脈衝波，以將行電壓重置訊號Cvrst[m]的第二電位提供至結點，並使訊號輸出端的電壓不再與感光二極體的感測訊號相關。
另根據一影像感測器之感測方法實施範例，包括提供像素陣列，像素陣列包括R×S個子像素陣列SP(i,j)，每一子像素陣列包括P×Q個像素PI(x,y)，每一像素連接至列選擇訊號Rsel[n]、列控制訊號Rtg[n]、重置訊號Rreset[n]、行控制訊號Ctg[m]以及行電壓重置訊號Cvrst[m]，其中R,S為大於1的整數，P,Q,i,j,n,m,x,y皆為大於等於1的整數，且i小於等於R，j小於等於S，n,x小於等於P，m,y小於等於Q。此外，將子像素陣列SP(i,j)中之每一像素PI(x,y)連接至同一訊號輸出端。另外，致能列選擇訊號Rse1[n]後，致能列控制訊號Rtg[n]及行電壓重置訊號Cvrst[m]設為第一電位。重置訊號Rreset[n]送出一脈衝波，像素PI(n,m)之重置訊號輸出至訊號輸出端。最後，行控制訊號Ctg[m]送出另一脈衝波，像素PI(n,m)之感測訊號輸出至訊號輸出端。
另根據一影像感測器之感測方法實施範例。影像感測器包括像素陣列，像素陣列包括多個子像素陣列，每一子像素陣列包括多個像素。感測方法包括將每一像素連接至所屬子像素陣列中之同一訊號輸出端。產生列選擇訊號、列控制訊號及行電壓重置訊號。並且利用重置訊號進行重置感測。此外，感測光源之感測訊號。並利用行控制訊號以將前述感測訊號輸出至訊號輸出端。其中，子像素陣列利用列選擇訊號、列控制訊號、行電壓重置訊號及行控制訊號以選擇輸出其中之一像素之感測訊號。
基於上述，本揭露提出一種影像感測器及其感測方法，可充分發揮出三維影像感測晶片小體積、高頻寬，且可解決像素間距受限於晶片間堆疊元件的間距，因此更可應用於高解析度的影像感測器。
為讓本揭露之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施範例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
三維影像感測晶片適用於CMOS影像感測器，係將傳統的CMOS影像感測器晶片中的各個子電路，包括像素陣列(Pixel Array)、類比前端電路(Analog Front End,AFE)與類比數位轉換器(ADC)以及影像處理器(Image Signal Processor,ISP)等，分別使用最適當的半導體製程個別完成後，再利用三維晶片堆疊元件，將這些個別的二維晶片堆疊成一個三維影像感測晶片。
在此揭露一種新的CMOS影像感測器，如圖1所示，圖1是一CMOS影像感測器實施範例的示意圖，請參照圖1。CMOS影像感測器包括像素陣列100、類比數位轉換器陣列200、影像處理器300以及三維晶片堆疊元件400。其中，像素陣列100包括R×S個子像素陣列(sub-pixel array)，子像素陣列可標示為SP(i,j)，每一個子像素陣列SP(i,j)包括P×Q個像素，像素可標示為PI(x,y)，類比數位轉換器陣列200包括R×S個類比數位轉換器ADC(i,j)，其中R,S為大於1的整數，P,Q,i,j,x,y皆為大於等於1的整數，且i小於等於R，j小於等於S，x小於等於P，y小於等於Q。
此CMOS影像感測器於每一個子像素陣列SP(i,j)皆平行運作，為達平行運作，子像素陣列SP(i,j)皆連接至列控制電路以及行控制電路，列控制電路及行控制電路會產生訊號以控制子像素陣列SP(i,j)，如圖2所示。圖2是一子像素陣列之控制電路實施範例的示意圖，請同時參照圖1與圖2。每一個子像素陣列SP(i,j)皆連接至列控制電路110與行控制電路120，因此在同一時序中，每一個子像素陣列SP(i,j)接收到相同的訊號並同時配合運作，如此可發揮三維影像感測晶片高頻寬的優點。
除此之外，列控制電路110與行控制電路120可更進一步地控制子像素陣列SP(i,j)，將子像素陣列SP(i,j)中的每一像素PI(x,y)的訊號依序讀出，使每一個子像素陣列SP(i,j)一次只送出其中之一個像素PI(x,y)的訊號，透過三維晶片堆疊元件400例如是矽導通孔(Through Silicon Via,TSV)、重佈層(Redistribution Layer,RDL)接線、微凸塊(Micro-bump)等，傳送到下一層類比數位轉換器陣列200之類比數位轉換器ADC(i,j)。
為了更進一步地說明子像素陣列SP(i,j)如何依序輸出每一像素PI(x,y)的訊號，以下特舉一實施範例來對此進行詳細說明。圖3是一子像素陣列SP(i,j)之實施範例的示意圖。子像素陣列SP(i,j)包括2×2個像素PI(x,y)(P=2,Q=2,x小於等於2,y小於等於2)。但本揭露並不以此為限，在其他的實施範例中，可依實際情況定義P,Q的大小。
請參照圖3，子像素陣列SP(i,j)中之每一像素PI(x,y)連接至同一訊號輸出端VOUT，列控制電路(例如是圖2中之列控制電路110)產生重置訊號Rreset[n]、列控制訊號Rtg[n]及列選擇訊號Rsel[n]，用以傳送到子像素陣列SP(i,j)中第n列像素。行控制電路(例如是圖2中之行控制電路120)產生行控制訊號Ctg[m]及行電壓重置訊號Cvrst[m]，用以傳送到子像素陣列SP(i,j)中第m行像素。其中n,m皆為大於等於1的整數，且n小於等於P，m小於等於Q。在本實施範例中，Rreset[1]、Rtg[1]及Rsel[1]為傳送到像素PI(1,1)及像素PI(1,2)的訊號，Rreset[2]、Rtg[2]及Rsel[2]為傳送到像素PI(2,1)及像素PI(2,2)的訊號，Ctg[1]及Cvrst[1]為傳送到像素PI(1,1)及像素PI(2,1)的訊號，Ctg[2]及Cvrst[2]為傳送到像素PI(1,2)及像素PI(2,2)的訊號。
圖4是圖3中任一像素PI(x,y)之電路架構示意圖，請合併參照圖3與圖4。像素PI(x,y)包括感光二極體PD、第一電晶體M1、第二電晶體M2、第三電晶體M3、第四電晶體M4以及第五電晶體M5。第一電晶體M1、第二電晶體M2、第三電晶體M3、第四電晶體M4及第五電晶體M5皆包括第一源/汲極、第二源/汲極以及閘極。
其中，感光二極體PD用以感測光源以獲得感測訊號。第一電晶體M1之第一源/汲極耦接於感光二極體PD，第一電晶體M1之第二源/汲極耦接於結點fd。第二電晶體M2之第一源/汲極耦接至第一電晶體M1之閘極，第二電晶體M2之閘極耦接至列控制訊號Rtg[n]，第二電晶體M2之第二源/汲極耦接至行控制訊號Ctg[m]。第三電晶體M3之第一源/汲極耦接至結點fd，第三電晶體M3之閘極耦接至重置訊號Rreset[n]，第三電晶體M3之第二源/汲極耦接至行電壓重置訊號Cvrst[m]。第四電晶體M4之閘極耦接至結點fd，第四電晶體M4之第二源/汲極耦接至電源電壓VDD。第五電晶體M5之第一源/汲極耦接至訊號輸出端VOUT，第五電晶體M5之閘極耦接至列選擇訊號Rsel[n]，第五電晶體M5之第二源/汲極耦接至第四電晶體M4之第一源/汲極。
舉例而言，第一、第二、第三、第四及第五電晶體可為N型金氧半電晶體，但本揭露並不以此為限。在一實施範例中，上述之結點fd等效可視為連接至寄生之浮動電容，用以儲存電荷，並隨著感光二極體PD感光的電荷流動，而呈現出感光二極體PD所產生的感測訊號，且第四電晶體M4可為一源極隨耦(source follower)電晶體，意即，當第四電晶體M4正常作動時，第四電晶體M4之第一源/汲極的電壓追隨結點fd之電壓。
承接上述，圖5是圖3中子像素陣列SP(i,j)之時序操作訊號波形圖。以下將分8個時序以詳細說明子像素陣列SP(i,j)如何依序輸出每一像素PI(x,y)的訊號，請合併參照圖3、圖4與圖5。
第一時序T1：致能(本實施例舉例為高電位)列選擇訊號Rsel[1]後，致能列控制訊號Rtg[1]並將行電壓重置訊號Cvrst[1]設為第一電位，本實施例舉例為高電位，且將行電壓重置訊號Cvrst[2]設為第二電位，本實施例舉例為低電位。重置訊號Rreset[1]送出一個脈衝波(pulse)，以將行電壓重置訊號Cvrst[1]的第一電位提供至PI(1,1)之結點fd，將行電壓重置訊號Cvrst[2]的第二電位提供至PI(1,2)之結點fd，因此，PI(1,1)之結點fd電壓遠高於PI(1,2)之結點fd電壓，且因為列選擇訊號Rsel[2]為禁能，所以PI(2,1)與PI(2,2)的第五電晶體不導通，故訊號輸出端VOUT的電壓追隨PI(1,1)之結點fd的電壓，電流Ibias流經PI(1,1)。因此，PI(1,1)之重置訊號輸出至訊號輸出端VOUT。
第二時序T2：列控制訊號Rtg[1]、行電壓重置訊號Cvrst[1]及列選擇訊號Rsel[1]保持不變，而行控制訊號Ctg[1]送出一個脈衝波，導通感光二極體PD與結點fd。因此，PI(1,1)之感測訊號輸出至訊號輸出端VOUT。
第三時序T3：列選擇訊號Rsel[1]與列控制訊號Rtg[1]保持不變及行電壓重置訊號Cvrst[1]設為第二電位，且行電壓重置訊號Cvrst[2]設為第一電位。重置訊號Rreset[1]送出一個脈衝波，以將行電壓重置訊號Cvrst[2]的第一電位提供至PI(1,2)之結點fd，並使訊號輸出端VOUT的電壓追隨PI(1,2)之結點fd的電壓。此時，因為行電壓重置訊號Cvrst[1]設為第二電位，隨著重置訊號Rreset[1]所送出的脈衝波，行電壓重置訊號Cvrst[1]的第二電位提供至PI(1,1)之結點，並使訊號輸出端的電壓不再與PI(1,1)之感光二極體的感測訊號相關。因此，PI(1,2)之結點fd電壓遠高於PI(1,1)之結點fd電壓，電流Ibias流經PI(1,2)。因此，PI(1,2)之重置訊號輸出至訊號輸出端VOUT。
第四時序T4：列控制訊號Rtg[1]、行電壓重置訊號Cvrst[2]及列選擇訊號Rsel[1]保持不變，而行控制訊號Ctg[2]送出一個脈衝波，導通感光二極體PD與結點fd。因此，PI(1,2)之感測訊號輸出至訊號輸出端VOUT。
第五時序T5：致能列選擇訊號Rsel[2]後，致能列控制訊號Rtg[2]並將行電壓重置訊號Cvrst[1]設為第一電位，且將行電壓重置訊號Cvrst[2]設為第二電位。重置訊號Rreset[2]送出一個脈衝波，以將行電壓重置訊號Cvrst[1]的第一電位提供至PI(2,1)之結點fd，將行電壓重置訊號Cvrst[2]的第二電位提供至PI(2,2)之結點fd，因此，PI(2,1)之結點fd電壓遠高於PI(2,2)之結點fd電壓，且因為列選擇訊號Rsel[1]為禁能，所以PI(1,1)與PI(1,2)的第五電晶體不導通，故訊號輸出端VOUT的電壓追隨PI(2,1)之結點fd的電壓，電流Ibias流經PI(2,1)。因此，PI(2,1)之重置訊號輸出至訊號輸出端VOUT。
第六時序T6：列控制訊號Rtg[2]、行電壓重置訊號Cvrst[1]及列選擇訊號Rse1[2]保持不變，而行控制訊號Ctg[1]送出一個脈衝波，導通感光二極體PD與結點fd。因此，PI(2,1)之感測訊號輸出至訊號輸出端VOUT。
第七時序T7：列選擇訊號Rsel[2]與列控制訊號Rtg[2]保持不變及行電壓重置訊號Cvrst[1]設為第二電位，且行電壓重置訊號Cvrst[2]設為第一電位。重置訊號Rreset[2]送出一個脈衝波，以將行電壓重置訊號Cvrst[2]的第一電位提供至PI(2,2)之結點fd，並使訊號輸出端VOUT的電壓追隨PI(2,2)之結點fd的電壓。此時，因為行電壓重置訊號Cvrst[1]設為第二電位，隨著重置訊號Rreset[2]所送出的脈衝波，行電壓重置訊號Cvrst[1]的第二電位提供至PI(2,1)之結點，並使訊號輸出端的電壓不再與PI(2,1)之感光二極體的感測訊號相關。因此，PI(2,2)之結點fd電壓遠高於PI(2,1)之結點fd電壓，電流Ibias流經PI(2,2)。PI(2,2)之重置訊號輸出至訊號輸出端VOUT。
第八時序T8：列控制訊號Rtg[2]、行電壓重置訊號Cvrst[2]及列選擇訊號Rsel[2]保持不變，而行控制訊號Ctg[2]送出一個脈衝波，導通感光二極體PD與結點fd。因此，PI(2,2)之感測訊號輸出至訊號輸出端VOUT。
如上所述，子像素陣列SP(i,j)依序輸出每一像素PI(x,y)的重置訊號與感測訊號，也就是說，子像素陣列SP(i,j)利用列控制訊號Rtg[n]、行控制訊號Ctg[m]、行電壓重置訊號Cvrst[m]及列選擇訊號Rsel[n]以選擇輸出像素PI(n,m)之感測訊號。
為了更進一步地說明圖4中像素PI(x,y)之電路架構的運作方式，以下則另舉一實施範例來對此進行詳細說明。搭配圖6之流程圖的各項步驟，圖6是一CMOS影像感測器之感測方法實施範例的流程圖。其中，CMOS影像感測器與前述實施範例中的CMOS影像感測器相同，故在此不予贅述。
請合併參照圖4與圖6，如步驟S610所示，致能列選擇訊號Rsel[n]後，重置訊號Rreset[n]送出一個脈衝波，以將行電壓重置訊號Cvrst[m]的第一電位提供至結點fd，在本實施例中，結點fd等效可視為連接至寄生之浮動電容，且第四電晶體M4可為一源極隨耦電晶體，意即，當第四電晶體M4正常作動時，第四電晶體M4之第一源/汲極的電壓追隨結點fd之電壓，因此，訊號輸出端VOUT的電壓呈現結點fd的電壓。在步驟S620中，致能列控制訊號Rtg[n]後，行控制訊號Ctg[m]送出一個脈衝波時，導通感光二極體PD與結點fd，並經由源極隨耦電晶體使感光二極體PD的感測訊號呈現在訊號輸出端VOUT。如步驟S630所示，重置訊號Rreset[n]再送出一個脈衝波，以將行電壓重置訊號Cvrst[m]的第二電位提供至結點fd，並使訊號輸出端VOUT的電壓不再與感光二極體PD的感測訊號相關。以上即為像素PI(x,y)之電路架構的運作方式。
從又一觀點來看，圖7是一CMOS影像感測器之感測方法實施範例的流程圖，請參照圖7。如步驟S710所示，提供像素陣列，像素陣列包括R×S個子像素陣列SP(i,j)，每一子像素陣列包括P×Q個像素PI(x,y)，每一像素連接至列選擇訊號Rsel[n]、列控制訊號Rtg[n]、重置訊號Rreset[n]、行控制訊號Ctg[m]以及行電壓重置訊號Cvrst[m]，其中R,S為大於1的整數，P,Q,i,j,n,m,x,y皆為大於等於1的整數，且i小於等於R，j小於等於S，n,x小於等於P，m,y小於等於Q。在步驟S720中，將子像素陣列SP(i,j)中之每一像素PI(x,y)連接至同一訊號輸出端。如步驟S730所示，致能列選擇訊號Rsel[n]後，致能列控制訊號Rtg[n]及行電壓重置訊號Cvrst[m]。於步驟S740，重置訊號Rreset[n]送出一脈衝波，像素PI(n,m)之重置訊號輸出至訊號輸出端。如步驟S750所示，行控制訊號Ctg[m]送出另一脈衝波，像素PI(n,m)之感測訊號輸出至訊號輸出端。
從再一觀點來看，圖8是一CMOS影像感測器之感測方法實施範例的流程圖。其中CMOS影像感測器包括像素陣列，像素陣列包括多個子像素陣列，每一子像素陣列包括多個像素。請參照圖8，此感測方法包括下列步驟：如步驟S810所示，每一像素連接至所屬子像素陣列中之同一訊號輸出端。於步驟S820，產生列選擇訊號、列控制訊號及行電壓重置訊號。步驟S830則利用重置訊號進行重置感測。於步驟S840中，感測一光源之感測訊號。並且如步驟S850所示，利用行控制訊號以將前述感測訊號輸出至訊號輸出端。
換言之，子像素陣列利用列選擇訊號、列控制訊號、行電壓重置訊號及行控制訊號以選擇輸出其中之一像素之感測訊號。並且每一子像素陣列在同一時序中接收相同的列選擇訊號、列控制訊號、行電壓重置訊號及該行控制訊號。
綜上所述，本揭露提出一種新的CMOS影像感測器之電路架構及其感測方法，藉由將最頂層之像素陣列劃分成多個子像素陣列，每個子像素陣列具有相同數目的像素，每個子像素陣列共用一個讀取電路及類比數位轉換器，藉由列控制電路與行控制電路的訊號操作，使得每一個子像素陣列皆能平行運作，如此可發揮三維影像感測晶片高頻寬的優點。再者，子像素陣列的間距並不會受限於三維晶片堆疊元件的間距例如是矽導通孔的間距，對於高解析度的CMOS影像感測器之應用，不會產生感光晶片面積過大的問題。
雖然本揭露已以實施範例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100．．．像素陣列
200．．．類比數位轉換器陣列
300．．．影像處理器
400．．．三維晶片堆疊元件
110．．．列控制電路
120．．．行控制電路
SP(i,j)．．．子像素陣列
PI(x,y)．．．像素
ADC(i,j)．．．類比數位轉換器
Rreset[n]．．．重置訊號
Rsel[n]．．．列選擇訊號
Rtg[n]．．．列控制訊號
Ctg[m]．．．行控制訊號
Cvrst[m]．．．行電壓重置訊號
M1~M5．．．第一~第五電晶體
PD．．．感光二極體
fd．．．結點
VDD．．．電源電壓
VOUT．．．訊號輸出端
T1~T8．．．第一~第八時序
S610~S640．．．用以說明圖6實施範例之各步驟
S710~S750．．．用以說明圖7實施範例之各步驟
S810~S850．．．用以說明圖8實施範例之各步驟
圖1是一CMOS影像感測器實施範例的示意圖。
圖2是一子像素陣列之控制電路實施範例的示意圖。
圖3是一子像素陣列SP(i,j)之實施範例的示意圖。
圖4是圖3中任一像素PI(x,y)之電路架構示意圖。
圖5是圖3中子像素陣列SP(i,j)之時序操作訊號波形圖。
圖6是一CMOS影像感測器之感測方法實施範例之流程圖。
圖7是一CMOS影像感測器之感測方法實施範例之流程圖。
圖8是一CMOS影像感測器之感測方法實施範例之流程圖。
M1~M5．．．第一~第五電晶體
PD．．．感光二極體
fd．．．結點
Rreset[n]．．．重置訊號
Rsel[n]．．．列選擇訊號
Rtg[n]．．．列控制訊號
Ctg[m]．．．行控制訊號
Cvrst[m]．．．行電壓重置訊號
VDD．．．電源電壓
VOUT．．．訊號輸出端

Claims (15)

  1. 一種影像感測器，包括：一像素陣列，該像素陣列包括R×S個子像素陣列SP(i,j)，每一子像素陣列包括P×Q個像素PI(x,y)，其中R,S為大於1的整數，P,Q,i,j,x,y皆為大於等於1的整數，且i小於等於R，j小於等於S，x小於等於P，y小於等於Q，每一像素PI(x,y)包括：一感光二極體，用以感測一光源以獲得一感測訊號；一第一電晶體，其包括第一源/汲極、第二源/汲極以及閘極，其中該第一電晶體之第一源/汲極耦接於該感光二極體，該第一電晶體之第二源/汲極耦接於一結點；一第二電晶體，其包括第一源/汲極、第二源/汲極以及閘極，該第二電晶體之第一源/汲極耦接至該第一電晶體之閘極，該第二電晶體之閘極耦接至一列控制訊號Rtg[n]，該第二電晶體之第二源/汲極耦接至一行控制訊號Ctg[m]，其中n,m皆為大於等於1的整數，且n小於等於P，m小於等於Q；一第三電晶體，其包括第一源/汲極、第二源/汲極以及閘極，該第三電晶體之第一源/汲極耦接至該結點，該第三電晶體之閘極耦接至一重置訊號Rreset[n]，該第三電晶體之第二源/汲極耦接至一行電壓重置訊號Cvrst[m]；一第四電晶體，其包括第一源/汲極、第二源/汲極以及閘極，該第四電晶體之閘極耦接至該結點，該第四電晶體之第二源/汲極耦接至一電源電壓；以及一第五電晶體，其包括第一源/汲極、第二源/汲極以及閘極，該第五電晶體之第一源/汲極耦接至一訊號輸出端，該第五電晶體之閘極耦接至一列選擇訊號Rse1[n]，該第五電晶體之第二源/汲極耦接至該第四電晶體之第一源/汲極，其中，子像素陣列SP(i,j)利用列控制訊號Rtg[n]、行控制訊號Ctg[m]、行電壓重置訊號Cvrst[m]及列選擇訊號Rse1[n]以選擇輸出像素PI(n,m)之該感測訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，其中重置訊號Rreset[n]、列控制訊號Rtg[n]及列選擇訊號Rse1[n]由一列控制電路產生，用以傳送到子像素陣列SP(i,j)中第n列像素的訊號，行控制訊號Ctg[m]及行電壓重置訊號Cvrst[m]由一行控制電路產生，用以傳送到子像素陣列SP(i,j)中第m行像素的訊號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之影像感測器，其中每一子像素陣列SP(i,j)在同一時序中接收相同的重置訊號Rreset[n]、列控制訊號Rtg[n]、行控制訊號Ctg[m]、行電壓重置訊號Cvrst[m]及列選擇訊號Rse1[n]。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，其中該結點連接至寄生之一浮動電容，用以儲存該感光二極體所產生的該感測訊號。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，其中該第四電晶體為一源極隨耦電晶體。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，其中該第一、第二、第三、第四及第五電晶體為N型金氧半電晶體。
  7. 一種影像感測器之感測方法，該影像感測器包括一像素陣列，該像素陣列包括R×S個子像素陣列SP(i,j)，每一子像素陣列包括P×Q個像素PI(x,y)，每一像素包括：一感光二極體、一結點以及一訊號輸出端，每一像素連接至列選擇訊號Rsel[n]、列控制訊號Rtg[n]、重置訊號Rreset[n]、行控制訊號Ctg[m]以及行電壓重置訊號Cvrst[m]，其中R,S為大於1的整數，P,Q,i,j,n,m,x,y皆為大於等於1的整數，且i小於等於R，j小於等於S，n,x小於等於P，m,y小於等於Q，該感測方法包括下列步驟：致能列選擇訊號Rsel[n]後，重置訊號Rreset[n]送出一個脈衝波，以將行電壓重置訊號Cvrst[m]的一第一電位提供至該結點，並使該訊號輸出端的電壓追隨該結點的電壓；致能列控制訊號Rtg[n]後，行控制訊號Ctg[m]送出一個脈衝波時，導通該感光二極體與該結點，使該感光二極體的感測訊號呈現在該訊號輸出端；以及重置訊號Rreset[n]再送出一個脈衝波，以將行電壓重置訊號Cvrst[m]的一第二電位提供至該結點，並使該訊號輸出端的電壓不再與該感光二極體的感測訊號相關，其中，該第一電位不等於該第二電位。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之影像感測器之感測方法，其中列選擇訊號Rsel[n]、重置訊號Rreset[n]及列控制訊號Rtg[n]由一列控制電路產生，行電壓重置訊號 Cvrst[m]及行控制訊號Ctg[m]由一行控制電路產生。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之影像感測器之感測方法，其中每一子像素陣列SP(i,j)在同一時序中接收相同的列選擇訊號Rsel[n]、重置訊號Rreset[n]、列控制訊號Rtg[n]、行電壓重置訊號Cvrst[m]及行控制訊號Ctg[m]。
  10. 一種影像感測器之感測方法，該方法包括下列步驟：提供一像素陣列，該像素陣列包括R×S個子像素陣列SP(i,j)，每一子像素陣列包括P×Q個像素PI(x,y)，每一像素連接至列選擇訊號Rsel[n]、列控制訊號Rtg[n]、重置訊號Rreset[n]、行控制訊號Ctg[m]以及行電壓重置訊號Cvrst[m]，其中R,S為大於1的整數，P,Q,i,j,n,m,x,y皆為大於等於1的整數，且i小於等於R，j小於等於S，n,x小於等於P，m,y小於等於Q，子像素陣列SP(i,j)中之每一像素PI(x,y)連接至同一訊號輸出端；致能列選擇訊號Rsel[n]後，致能列控制訊號Rtg[n]及行電壓重置訊號Cvrst[m]；重置訊號Rreset[n]送出一脈衝波，像素PI(n,m)之重置訊號輸出至該訊號輸出端；以及行控制訊號Ctg[m]送出另一脈衝波，像素PI(n,m)之感測訊號輸出至該訊號輸出端。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之影像感測器之感測方法，其中列選擇訊號Rsel[n]、列控制訊號Rtg[n]及重置訊號Rreset[n]由一列控制電路產生，行電壓重置訊號Cvrst[m]及行控制訊號Ctg[m]由一行控制電路產生。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之影像感測器之感測方法，其中每一子像素陣列在同一時序中接收相同的列選擇訊號Rsel[n]、列控制訊號Rtg[n]、重置訊號Rreset[n]、行電壓重置訊號Cvrst[m]及行控制訊號Ctg[m]。
  13. 一種影像感測器之感測方法，該影像感測器包括一像素陣列，該像素陣列包括多個子像素陣列，每一子像素陣列包括多個像素，該感測方法包括下列步驟：每一像素連接至所屬子像素陣列中之同一訊號輸出端；產生一列選擇訊號、一列控制訊號及一行電壓重置訊號；利用一重置訊號進行重置感測；感測一光源之一感測訊號；以及利用一行控制訊號以將該感測訊號輸出至該訊號輸出端，其中，子像素陣列利用該列選擇訊號、該列控制訊號、該行電壓重置訊號及該行控制訊號以選擇輸出其中之一像素之該感測訊號。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之影像感測器之感測方法，其中該列選擇訊號、該列控制訊號及該重置訊號由一列控制電路產生，該行電壓重置訊號及該行控制訊號由一行控制電路產生。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之影像感測器之感測方法，其中每一子像素陣列在同一時序中接收相同的該列選擇訊號、該列控制訊號、該行電壓重置訊號及該行控制訊號。
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