TWI511556B - 畫素、畫素陣列、包含其之影像感測器以及影像感測器之操作方法 - Google Patents

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Description

畫素、畫素陣列、包含其之影像感測器以及影像感測器之操作方法
本發明係主張關於2011年08月16日申請之韓國專利案號NO. 10-2011-0081126之優先權。藉以引用的方式併入本文用作參考。
本發明係關於一種畫素、畫素陣列、包含其之影像感測器以及影像感測器之操作方法。更具體而言，本發明係關於一種畫素、畫素陣列、包含其之影像感測器以及影像感測器之操作方法，其係可使用4T畫素結構來檢測自低亮度至高亮度的光強度。
一動態範圍(dynamic range)係為決定一影像感測器品質的重要因子之一。一般而言，動態範圍係指在不使輸入信號失真的情況下，用以處理信號的最大範圍。在影像感測器的情況下，當動態範圍變寬時，不需考慮亮度變化，即可獲得高品質的影像。
然而，根據習知技藝之色彩影像感測器，其動態範圍甚窄，乃至於在紅、綠、藍色其中一者為飽和時，無法良好地顯示出影像的原始色彩。為求解決過窄動態範圍所造成之上述的問題，提出一寬動態範圍(wide dynamic range，WDR)畫素。
一種實現WDR之方法係被提出，其係由調整習知影像感測器中的光照射時間(irradiation time)來實現之。
另一種實現WDR之方法係被提出，其係提供一額外的電容器，以改變浮動擴散(floating diffusion，FD)電容；其中一畫素結構係包括一電晶體(transistor)，用以調整外加的電容器，以使在光強度增加時，光的高照度下，一光電二極體(photodiode，PD)所產生之電荷溢出(overflow charges)能被儲存於該外加的電容器中。
又一種實現WDR之方法係被提出，其係提供一WDR畫素，其中兩光電二極體係被安裝於一畫素中，以使自該二光電二極體所產生之電荷彼此結合。
然而，根據該一方法，不論光強度如何變化(亦即高光照度與低光照度)，感測度(sensitivity)均為恆定；故，影像在低光照度下可能會變暗。另外，當操作畫素時，在高光照度下，其時序調整(timing adjustment)可能會受到限制。
又，藉由使用外加的電容器以及電晶體Tr來改善根據光強度之感測性質之方法，以及分別驅動兩光電二極體於一畫素中的方法，可能會造成畫素中填充因子(fill factor)的減少。
為解決上述問題，根據本發明實施例，係個別地將電荷積分段(charge integration sections)設給具有高照度(high intensity of illumination)和低照度(low intensity of illumination)之光，藉此以對電荷進行積分；其中產生電荷之一電荷轉換單元(charge conversion unit)，以及一電荷儲存單元(charge storage unit)，係在光具有高照度時共享(shared)，以使一畫素之動態範圍可在光具有高照度時變寬。
一種包含有至少一根據本發明一實施例之畫素的影像感測器，其操作方法係包括下列步驟：在一電荷轉換單元中開始一電荷積分；於一第一積分段(first integration section)期間，將在該電荷轉換單元中被積分的電荷傳遞至一電荷儲存單元；於該第一積分段期間，讀取一信號位準(signal level)；於相繼在該第一積分段後之一第二積分段期間，將在該電荷轉換單元中被積分的電荷傳遞至該電荷儲存單元；在於該第二積分段期間將在該電荷轉換單元中被積分的電荷傳遞至該電荷儲存單元的同時，讀取一信號位準；以及使用該第一及第二積分段之信號位準來計算一光強度。
一種包含有至少一根據本發明另一實施例之畫素的影像感測器，其操作方法係包括下列步驟：在一電荷轉換單元中開始一電荷積分；將於一第二積分段期間在該電荷轉換單元中被積分的電荷傳遞至一電荷儲存單元；於該第二積分段期間，在傳遞電荷的同時，讀取一信號位準；將於相繼在該第二積分段後之一第一積分段期間在該電荷轉換單元中被積分的電荷傳遞至該電荷儲存單元；在於該第一積分段期間在該電荷轉換單元中被積分的該電荷被傳遞至該電荷儲存單元之後，於該第一積分段期間讀取一信號位準；以及使用該第一及第二積分段之信號位準來計算一光強度。
根據本發明一實施例之一畫素係包括：一電荷轉換單元，其係可感測一光，並將該光轉換為電荷，以在彼此不同的第一及第二積分段期間對其進行積分；一電荷儲存單元，其係可儲存由該電荷轉換單元所轉換而來之電荷；一傳遞開關單元(transfer switching unit)，其係可在被施以工作電壓(operating voltage)時，將電荷自該電荷轉換單元傳遞至該電荷儲存單元；一重置開關單元(reset switching unit)，其係可在被施以工作電壓時，汲出儲存在至少一該電荷轉換單元與至少一該電荷儲存單元之內的電荷；以及一輸出單元，其係可輸出儲存在至少一該電荷轉換單元與至少一該電荷儲存單元之內的電荷。其中，該傳遞開關單元係在第一積分段之一起始點或第一積分段之後，或者在第二積分段的一起始點或第二積分段之後，將電荷自該電荷轉換單元傳遞至該電荷儲存單元。
根據本發明另一實施例之一畫素係包括：一電荷轉換單元，其係可感測一光，並將該光轉換為電荷，以在彼此不同的第一及第二積分段期間對其進行積分；一電荷儲存單元，其係可儲存由該電荷轉換單元所轉換而來之電荷；一傳遞開關單元(transfer switching unit)，其係可在被施以工作電壓(operating voltage)時，將電荷自該電荷轉換單元傳遞至該電荷儲存單元；一重置開關單元(reset switching unit)，其係可在被施以工作電壓時，汲出儲存在該電荷轉換單元與該電荷儲存單元內的電荷；以及一輸出單元，其係可輸出儲存在該電荷儲存單元內的電荷。其中，該傳遞開關單元係在電荷積分之第一積分段之一起始點或第一積分段之後，或者在電荷積分之第二積分段的一起始點或第二積分段之後，將電荷自該電荷轉換單元傳遞至該電荷儲存單元。
根據本發明實施例，具有高照度之光的電荷積分時間可被減少，且電荷儲存容量可立即增加；藉此，畫素可同樣地感測到具有高照度與低照度之光。
圖1係根據本發明一實施例，繪示有一畫素陣列100之一電路圖。雖然圖1繪示了之畫素陣列100包括了一單位畫素電路10(unit pixel circuit)以及一電源VDD，但其僅為繪示所需。畫素陣列100可被提供為包含有複數個畫素之一電路，僅有單位畫素10被繪示於圖1中。
參閱圖1，本實施例之畫素陣列100係包括：一電荷轉換單元PD，其係其係可感測光，並將該光轉換為電荷，以在彼此不同的第一及第二積分段期間對其進行積分；一電荷儲存單元FD，其係可儲存由電荷轉換單元PD所轉換而來之電荷；一傳遞開關單元TX，其係可在被施以工作電壓時，將電荷自電荷轉換單元PD傳遞至電荷儲存單元FD；一重置開關單元RX，其係可在被施以工作電壓時，汲出儲存在至少一電荷轉換單元PD與至少一電荷儲存單元FD之內的電荷；以及一輸出單元，其係可輸出儲存在至少一電荷轉換單元PD與至少一電荷儲存單元FD之內的電荷。該輸出單元係可包括至少一驅動開關單元DX(drive switching unit)、至少一選擇開關單元SX(select switching unit)、以及至少一輸出電壓端Vout(output voltage terminal)如圖1所示。
圖1所示之開關單元TX、RX、DX、SX可為CMOS電晶體，而電荷儲存單元可為浮動擴散區域如一電容器。另外，畫素陣列100可進一步地包括一電源VDD。若存在複數個畫素電路，則各畫素電路可共享電源VDD。
電荷轉換單元PD係匯集光，並將其轉換為電荷，以對其進行積分，且可為一光電二極體。在電荷轉換單元PD被積分之電荷係在工作電壓施於傳遞開關單元TX時，經傳遞開關單元TX被傳遞至電荷儲存單元FD。
同時，根據本發明一實施例之電荷轉換單元PD可在各積分段期間，如第一及第二積分段期間，個別地對電荷進行積分。
另外，當讀取在第二積分段期間所被積分的電荷之信號時，電荷轉換單元PD係經由傳遞開關單元TX而與電荷儲存單元FD相連結，以使對於高照度之光的感測範圍變寬。據此，對於高照度之光的感測範圍可依據電荷轉換單元PD之電荷儲存容量而變寬。舉例而言，若電荷轉換單元PD之電荷儲存容量係為1，且電荷儲存單元FD之電荷儲存容量係為1，則當在第二積分段期間讀取信號時，可根據電荷轉換單元PD與電荷儲存單元FD之總電荷儲存容量，來儲存具高光照度之光學電荷(photo-charges)。也就是說，可依據電荷轉換單元PD之電荷儲存容量與電荷儲存單元FD之電荷儲存容量間的比例，來擴大動態範圍。
第一積分段係用以感測具有中等照度以及低照度之光。與第二積分段不同的是，在第一積分段期間電荷轉換單元PD所溢出的電荷並不重要。在高光照度之下，電荷轉換單元PD中可能會有電荷溢出的情形。在此情況下，光強度可依據於第二積分段期間所感測到的電荷量來決定。
同時，在中等和低光照度之下，電荷轉換單元PD中可不發生電荷溢出的情形。在此情況下，光強度可依據於第一積分段期間所感測到的電荷量來決定。這是因為在中等和低光照度之下，第一積分段期間極少產生電荷，或是產生電荷的量很小之故。
另外，第二積分段係用以感測具高照度之光，且可較第一積分段為短。第二積分段之長度的設定係使得在第二積分段期間，就算具高照度之光入射，也不會發生電荷溢出(亦即模糊現象(blooming phenomenon))。第二積分段之設定係依據電荷轉換單元PD與電荷儲存單元FD之電荷儲存容量(也就是將在下文詳述之電荷轉換單元PD與電荷儲存單元FD之電容)而定。
傳遞開關單元TX可依據施加之工作電壓，將電荷轉換單元PD之電荷傳遞至電荷儲存單元FD。傳遞開關單元TX可運作於第一積分段之起始點或終點。另外，傳遞開關單元TX可在第二積分段之起始點或終點將電荷傳遞至電荷儲存單元FD。
同時，當傳遞開關單元TX在第二積分段期間將電荷傳遞至電荷儲存單元FD時，該輸出單元係同步地將儲存在電荷儲存單元FD與電荷轉換單元PD中的電荷輸出。在此情況下，傳遞開關單元TX在第二積分段期間之操作時序(operation timing)可比傳遞開關單元TX在第一積分段期間之操作時序稍長一些。
另外，傳遞開關單元TX係在第一積分段之起始點或之後將電荷自電荷轉換單元PD傳遞至電荷儲存單元FD。又，傳遞開關單元TX可在第二積分段之起始點或之後將電荷自電荷轉換單元PD傳遞至電荷儲存單元FD。傳遞開關單元TX係在施加工作電壓的情況下將電荷自電荷轉換單元PD傳遞至電荷儲存單元FD。此時，傳遞開關單元TX可將部分的電荷儲存在其電晶體閘(transistor gate)。
電荷儲存單元FD可為一電容器之形式，其一端與傳遞開關單元TX相連接，另一端連接至一接地端子。另外，儲存在電荷儲存單元FD中的電荷係被重置開關單元RX所汲出，以將電荷儲存單元FD重置為初始狀態。
重置開關單元RX係在重置控制信號施於閘極時去除儲存在電荷儲存單元FD中的光學電荷。
同時，在第一積分段期間讀取信號位準後、第二積分段期間讀取信號位準前，重置開關單元RX汲出儲存在電荷儲存單元FD中的電荷，以在第二信號位準讀取之前去除儲存在電荷儲存單元FD中的多餘電荷。
根據本實施例，重置開關單元RX可在讀取第一積分段期間所被積分之電荷之信號位準之前，汲出儲存在電荷儲存單元FD中的電荷。
驅動開關單元DX可於選擇開關單元之操作下，將儲存在電荷儲存單元FD中的電荷傳遞至輸出端子Vout。驅動開關單元DX係運作為一放大器(amplifier)，例如一源極隨耦器(source follower)。
關於信號位準讀取之時間點與目標，該輸出單元可在第一積分段後讀取儲存在電荷儲存單元FD中的電荷之信號位準，且可於第二積分段期間對電荷進行積分之時，讀取儲存在電荷儲存單元FD與電荷轉換單元PD中的電荷之信號位準。
同時，雖然圖1中未顯示，但根據本實施例之畫素陣列100可進一步包括一計算單元(calculation unit)，以使用在輸出端子Vout中被讀取之電荷量相關資訊來計算光的強度。該計算單元可包含有一積分電路(integrated circuit)，其係基於第一及第二積分段之大小，個別地計算在低、中、高光照度之下被積分的電荷之信號位準。
圖2係根據本發明一實施例，繪示有畫素之驅動時序。以下將配合圖3a、3b中所示之電荷遷移(migration of charges)來說明圖2所示之驅動時序。
在步驟(a)中，重置開關單元RX與傳遞開關單元TX係被開啟，以汲出並去除儲存在電荷儲存單元FD與電荷轉換單元PD中的電荷(PD、FD清空)。
在步驟(b)中，電荷在第一積分段被積分(積分)。在第一積分段中進行的電荷積分可自重置開關單元RX與傳遞開關單元TX被同步關閉之時間點開始。
在步驟(c)中，傳遞開關單元TX係在第一積分段之起始點及終點運作，以將電荷自電荷轉換單元PD傳遞至電荷儲存單元FD(自PD至FD的信號傳遞)。
在步驟(d)中，關於在第一積分段期間被儲存之電荷量資訊係被輸出並讀取。
在步驟(e)中，重置開關單元RX係運作以汲出在第一積分段期間被積分並儲存於電荷儲存單元FD之電荷，且在第二積分段期間，在電荷轉換單元PD開始電荷積分。
在步驟(f)中，讀取重置信號位準。
在步驟(g)中，傳遞開關單元TX係運作以將在第二積分段期間於電荷轉換單元PD被積分之電荷傳遞至電荷儲存單元FD。參閱圖3b(g)，當傳遞開關單元TX之電位變高時，電荷轉換單元PD之電荷可被儲存於傳遞開關單元TX內。更詳細來說，在高光照度之下被積分的電荷，在傳遞開關單元TX之操作時序期間，可被儲存於傳遞開關單元TX與電荷儲存單元FD內，而如果電荷量很大的話，亦可被儲存於電荷轉換單元PD中。
在步驟(h)中，讀取在第二積分段期間被積分之電荷之信號位準。在此情形下，該信號位準可於傳遞開關單元TX之開啟狀態期間被讀取。也就是說，除電荷儲存單元FD外，電荷轉換單元PD與傳遞開關單元TX之電荷儲存空間亦可被使用，以感測具有高照度之光，進而藉此拓寬動態範圍。
同時，根據本發明一實施例之該計算單元可根據步驟(d)、(h)所讀取之電荷量資訊來計算光強度。舉例而言，在第二積分段之大小為第一積分段大小的1/10時，若在第二積分段期間感測到的信號位準係為0.1V，且在第一積分段感測到的電荷量資訊為5V，則光強度為μ(0.1 x 10+5)，其中μ為一畫素常數，代表根據讀取電壓數值之光強度(V/lux)。
更詳細來說，若第二積分段的大小對應於第一積分段之大小為m，則在第一積分段期間被讀取之電荷量資訊為k1，且在第二積分段期間被讀取之電荷量資訊為k2，則在畫素中實際被感測之電荷量資訊為『k1 x m+k2』，且光強度係由上述數值成比例地決定之。
圖4係根據本發明另一實施例，繪示有畫素之驅動時序。以下將配合圖5a、5b中所示之電荷遷移來說明圖4所示之驅動時序。圖4中所示之驅動時序，除了藉由在第一積分段讀取信號位準之前操作重置開關單元RX以讀取重置信號位準之步驟外，其餘均與圖2中所示之驅動時序相同。
在步驟(a)中，重置開關單元RX與傳遞開關單元TX係被開啟，以汲出並去除儲存在電荷儲存單元FD與電荷轉換單元PD中的電荷(PD、FD清空)。
在步驟(b)中，電荷在第一積分段被積分(積分)。在第一積分段中進行的電荷積分可自重置開關單元RX與傳遞開關單元TX被同步關閉之時點開始。
在步驟(b)中，重置開關單元RX係在信號位準於第一積分段被讀取或者傳遞開關單元TX之操作時序之前、電荷積分在第一積分段開始之時運作，以汲出電荷儲存單元FD之電荷。據此，在第一積分段期間(中等及低照度)信號位準讀取之前去除儲存在電荷儲存單元FD中的多餘電荷，以使信號可以被精準地讀取(積分與FD重置)。
在步驟(c)中，讀取重置信號位準(重置信號位準之讀取)。
在步驟(d)中，傳遞開關單元TX係在第一積分段之起始點及終點運作，以將電荷自電荷轉換單元PD傳遞至電荷儲存單元FD(自PD至FD的信號傳遞)。
在步驟(e)中，關於在第一積分段期間被儲存之電荷量資訊係被輸出並讀取。
在步驟(f)中，重置開關單元RX係運作以汲出在第一積分段期間被積分並儲存於電荷儲存單元FD之電荷，且在第二積分段期間，在電荷轉換單元PD開始電荷積分。
在步驟(g)中，讀取重置信號位準。
在步驟(h)中，傳遞開關單元TX係運作以將在第二積分段期間於電荷轉換單元PD被積分之電荷傳遞至電荷儲存單元FD。與圖3相似，參閱圖5b(h)，當傳遞開關單元RX之電位變高時，電荷轉換單元PD之電荷可被儲存於傳遞開關單元RX內。
在步驟(i)中，讀取在第二積分段期間被積分之電荷之信號位準。在此情形下，該信號位準可於傳遞開關單元TX之開啟狀態期間被讀取。
圖6係根據本發明又一實施例，繪示有畫素之驅動時序。圖6中所示之驅動時序，除了第一及第二積分段之次序外，其餘均與圖2、4中所示之驅動時序相同。
在步驟(a)中，重置開關單元PX與傳遞開關單元TX係被開啟，以汲出並去除儲存在電荷儲存單元FD與電荷轉換單元PD中的電荷。
然後，第二積分段(高照度光之區段)中之電荷積分開始。在第二積分段中之電荷積分可在重置開關單元RX與傳遞開關單元TX同步關閉之時點開始。
在步驟(b)中，傳遞開關單元TX係被開啟，以將電荷自電荷轉換單元PD傳遞至電荷儲存單元FD。在第二積分段中被積分之電荷之信號位準係在傳遞開關單元TX被開啟時讀取。
在步驟(c)中，讀取第二積分段中之信號位準以後，重置開關單元RX係於傳遞開關單元TX開啟時運作，藉此以汲出電荷儲存單元FD之電荷。
步驟(c)之進行係用以精確地讀取第一積分段之信號，藉此感測中等及低照度之光。與圖2、4不同的是，第一、第二積分段係依序地排列，若第二積分段係排列於第一積分段之前，則因高照度之光在電荷儲存單元FD與電荷轉換單元PD中積分之電荷需被確實去除，以精確地執行電荷積分於第一積分段中。
步驟(c)中重置開關單元RX之操作時序可被包含於傳遞開關單元TX之操作時序內。重置開關單元RX之操作時序可設在信號位準於第二積分段期間被讀取之後、信號位準於第一積分段被讀取之前。
然後，電荷在第一積分段期間被積分。
在步驟(d)中，重置開關單元RX在電荷於第一積分段中被積分時再次運作，以汲出電荷儲存單元FD之電荷。
在步驟(e)中，傳遞開關單元TX係被開啟然後關閉，以讀取第一積分段中之信號位準。
如圖6所示，第一及第二積分段之次序係可互換。另外，在第二積分段(針對具高兆度之光之區段)中讀取信號位準之操作可與傳遞開關單元TX之操作時序同步，以拓寬針對具高照度之光的光感測範圍。
圖7係繪示有當根據本發明一實施例之畫素被驅動時，作為光強度作用之一信號輸出之圖表。參閱圖7，L0係指繪示了在一4T影像感測器中，作為光強度讀取之作用之一信號輸出的圖表；而L1係指一圖表，其中額外地設一第二積分段以感測具高照度之光，且傳遞開關單元之操作時序係與根據本發明一實施例之信號讀取時序同步。如圖7所示，根據本發明一實施例，針對具高照度之光的光感測範圍係被拓寬。同時，如果電荷轉換單元PD之電荷儲存容量被改善，則光感測範圍可從L1被拓寬至L2。也就是說，針對具高照度之光的光感測範圍不僅可取決於電荷儲存單元FD之電荷儲存容量，亦可取決於電荷轉換單元PD之電荷儲存容量。
另外，若電荷轉換單元PD之電荷儲存容量係為1，且電荷儲存單元FD之電荷儲存容量係為1，則具有高照度之光學電荷可於第二積分段期間讀取信號時，以電荷轉換單元PD與電荷儲存單元FD之總電荷儲存容量為準來儲存。在此情況下，在高照度之下，信號輸出與光強度之斜率為1/2，故而使高照度之下的光感測範圍可變得更寬。也就是說，動態範圍可根據電荷轉換單元PD之電荷儲存容量與電荷儲存單元FD之電荷儲存容量間的比例來拓寬之。
圖8係根據本發明另一實施例，繪示有一畫素陣列之一電路圖。參閱圖8，畫素陣列200係進一步包括一重置電源RXVDD(reset power supply)，與重置開關單元RX電性連接，藉此以獨立地控制重置開關單元RX之電源。當電壓自重置電源RXVDD而施於重置開關單元RX時，電荷係被汲出。據此，可藉由選擇一特定畫素來讀取信號，而無須使用選擇開關單元SX。也就是說，選擇開關單元SX可被省略，以獲取高填充因子，且可獨立地驅動重置開關單元RX於其他電晶體之外。
圖9係根據本發明又一實施例，繪示有一畫素陣列之一電路圖。參閱圖9，畫素陣列300係包括：一電路31，其係具有一電荷轉換單元PD1與一傳遞開關單元TX1；以及一電路32，其係具有一電荷轉換單元PD2與一傳遞開關單元TX2。電路31、32可共享一電荷儲存單元FD、至少一重置開關單元RX、與至少一輸出單元。
電路31、32可組成彼此各自獨立之單位畫素(unit pixels)。
另外，電路31、32可分別感測具有低、中照度的光，以及具有高照度的光。舉例而言，電路31之電荷轉換單元PD1係在第一積分段期間感測光，而電路32之電荷轉換單元PD2係在第二積分段期間感測光。信號可在各積分段之各時序中，藉由選擇開關單元SX之運作來輸出、讀取。
圖10係根據本發明一實施例，繪示有一影像感測器驅動方法之一流程圖。圖10所示之流程圖係可適用於圖2、4所示之操作時序。當與圖6所示之操作時序比較時，在第一及第二積分段中之電荷積分與信號位準讀取之次序可改變。
在步驟S11中，電荷係在第一積分段期間被積分。在電荷積分之前，重置開關單元與傳遞開關單元係被開啟，以藉由汲出電荷轉換單元與電荷儲存單元中之電荷，來去除電荷。在第一積分段期間所進行之電荷積分可自重置開關單元與傳遞開關單元被關閉之時點開始。
在步驟S12中，傳遞開關單元係運作以將在第一積分段期間被積分之電荷傳遞至電荷儲存單元。該第一積分段可結束於傳遞開關單元被開啟之時點。同時，參閱圖4中所示之實施例，重置開關單元RX係運作於步驟S12之前，以汲出電荷儲存單元FD中之電荷。
在步驟S13中，讀取在第一積分段期間被積分之電荷的信號位準。
然後，在第一積分段之後的第二積分段期間進行電荷積分。
在步驟S14中，傳遞在第二積分段期間所被積分之電荷。在步驟S14之前，電荷可在第二積分段期間，於電荷轉換單元中被積分。該第二積分段之範圍係落在：自因傳遞開關單元被關閉而造成之電荷傳遞終止之時點，至步驟S12中傳遞開關單元被再度開啟之時點。
在步驟S15中，當傳遞開關單元TX被開啟，在第二積分段期間被積分且被傳遞至電荷儲存單元之電荷的信號位準係被讀取。
在步驟S16中，係藉由使用在步驟13、15中被讀取之信號位準，來計算總光強度。更詳細而言，在第一積分段期間被積分之具有高照度之光與在第二積分段期間被積分之具有中/低照度之光係被運作以計算總光強度。
如上所述，根據本發明實施例之WDR畫素、畫素陣列、包含其之影像感測器以及影像感測器之操作方法，將傳統4T影像感測器修正為其驅動時序係被調整，且其電荷轉換單元被用作為具有高照度之光的電荷儲存區域，以使具有中/低照度之光在高照度下可被感測。
在本說明書中所提到的“一實施例”、“實施例”、“範例實施例”等任何的引用，代表本發明之至少一實施例中包括關於該實施例的一特定特徵、結構或特性。此類用語出現在文中多處但不盡然要參考相同的實施例。此外，在特定特徵、結構或特性的描述關係到任何實施例中，皆認為在熟習此技藝者之智識範圍內其利用如此的其他特徵、結構或特徵來實現其它實施例。
雖然參考實施例之許多說明性實施例來描述實施例，但應理解，熟習此項技藝者可想出將落入本發明之原理的精神及範疇內的眾多其他修改及實施例。更特定言之，在本發明、圖式及所附申請專利範圍之範疇內，所主張組合配置之零部件及/或配置的各種變化及修改為可能的。對於熟悉此項技術者而言，除了零部件及/或配置之變化及修改外，替代用途亦將顯而易見。
100、200、300．．．畫素陣列
10．．．畫素
31、32．．．電路
a~i．．．步驟
L0~L2．．．圖表
S11~S16．．．步驟
RXVDD．．．重置電源
PD、PD1、PD2．．．電荷轉換單元
RX．．．重置開關單元
TX、TX1、TX2．．．傳遞開關單元
FD．．．電荷儲存單元
DX．．．驅動開關單元
VDD．．．電源
SX．．．選擇開關單元
Vout．．．輸出電壓端
圖1係根據本發明一實施例，繪示有一畫素陣列之一電路圖；
圖2係根據本發明一實施例，繪示有一畫素之驅動時序；
圖3a、3b係繪示有圖2中各驅動時序之一電荷之運作說明圖；
圖4係根據本發明另一實施例，繪示有一畫素之驅動時序；
圖5a、5b係繪示有圖4中各驅動時序之一電荷之運作說明圖；
圖6係根據本發明又一實施例，繪示有一畫素之驅動時序；
圖7係繪示有當根據本發明一實施例之一畫素被驅動時，作為光強度作用之一信號輸出之圖表；
圖8係根據本發明另一實施例，繪示有一畫素陣列之一電路圖；
圖9係根據本發明又一實施例，繪示有一畫素陣列之一電路圖；以及
圖10係根據本發明一實施例，繪示有一影像感測器驅動方法之一流程圖。
S11~S16．．．步驟

Claims (22)

  1. 一種包含有至少一畫素之影像感測器之操作方法，包括：在一電荷轉換單元中開始一電荷積分；於一第一積分段期間，將在該電荷轉換單元中被積分的該電荷傳遞至一電荷儲存單元；讀取於該第一積分段期間被積分之電荷之一信號位準；將於相繼在該第一積分段後之一第二積分段期間，在該電荷轉換單元中被積分的電荷傳遞至該電荷儲存單元；在傳遞於該第二積分段期間，在該電荷轉換單元中被積分之電荷至該電荷儲存單元的同時，讀取於該第二積分段期間被積分之電荷之一信號位準；以及使用該第一及第二積分段之該些信號位準來計算一光強度，其中，該第二積分段之該信號位準之讀取係以該影像感測器之該電荷轉換單元之一電荷儲存容量與該影像感測器之該電荷儲存單元之一電荷儲存容量間之一比例為準。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之操作方法，其中該第一積分段係為一具有一中等照度或一低照度的光之一電荷積分段，且其係較該第二積分段為長。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之操作方法，其進一步包括在該信號位準 被讀取於該第一積分段期間之前，讀取一重置信號位準。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之操作方法，其進一步包括在該信號位準被讀取於該第二積分段期間之前，讀取一重置信號位準。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之操作方法，其中該第二積分段之該信號位準之讀取係以儲存在該影像感測器之電荷轉換單元與電荷儲存單元中之電荷量為準。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之操作方法，其中該第二積分段係基於該電荷轉換單元之至少一光敏感度與至少一終端電容而建立。
  7. 一種包含有至少一畫素之影像感測器之操作方法，包括：在一電荷轉換單元中開始一電荷積分；將於一第二積分段期間在該電荷轉換單元中被積分的電荷傳遞至一電荷儲存單元；於該第二積分段期間，在傳遞電荷的同時，讀取一信號位準；將於相繼在該第二積分段後之一第一積分段期間在該電荷轉換單元中被積分的電荷傳遞至該電荷儲存單元；在於該第一積分段期間在該電荷轉換單元中被積分的該電荷被傳遞至該電荷儲存單元之後，於該第一積分段期間讀取一信號位準；以及使用該第一及第二積分段之該些信號位準來計算一光強度， 其中該第二積分段係基於該電荷轉換單元之至少一光敏感度與至少一終端電容而建立。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之操作方法，其中該第二積分段係為一具有一高照度的光之一電荷積分段，且其係較該第一積分段為短。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之操作方法，其進一步包括在該第二積分段期間讀取該信號位準後、該第一積分段讀取該信號位準前，汲出儲存在該電荷儲存單元中的電荷。
  10. 如申請專利範圍第1至9項其中任一項所述之操作方法，其進一步包括汲出該電荷轉換單元與該電荷儲存單元之電荷；其中該畫素係包含有一重置電源，以獨立地操作一重置開關單元。
  11. 如申請專利範圍第1至9項其中任一項所述之操作方法，其中該畫素係包含有：一第二電荷轉換單元，其係可感測光，以對電荷進行積分；以及一第二傳遞開關單元，以將電荷自該第二電荷轉換單元傳遞至該電荷儲存單元，且該第二電荷轉換單元與該第二傳遞開關單元共享該電荷儲存單元與一重置開關單元。
  12. 一種畫素結構，包括：一電荷轉換單元，其係感測一光，並將該光轉換為電荷，以在彼此不同的第一及第二積分段期間對其進行積分；一電荷儲存單元，其係儲存由該電荷轉換單元所轉換而來之電 荷；一傳遞開關單元，其係在被施以工作電壓時，將電荷自該電荷轉換單元傳遞至該電荷儲存單元；一重置開關單元，其係在被施以工作電壓時，汲出儲存在至少一該電荷轉換單元與至少一該電荷儲存單元的電荷；以及一輸出單元，其係輸出儲存在至少一該電荷轉換單元與至少一該電荷儲存單元之內的電荷；其中，該傳遞開關單元係在該第一積分段之一起始點或該第一積分段之後，或者在該第二積分段的一起始點或該第二積分段之後，將電荷自該電荷轉換單元傳遞至該電荷儲存單元，其中該第二積分段係基於該電荷轉換單元之至少一光敏感度與至少一終端電容而建立。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之畫素結構，其中該第一積分段係為一具有一低照度的光之一電荷積分段，且其係較該第二積分段為長。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之畫素結構，其中該輸出單元係以一影像感測器之該電荷轉換單元與該電荷儲存單元中儲存之一電荷量為準，來讀取該第二積分段之一信號位準。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之畫素結構，其中該輸出單元係以一影像感測器之該電荷轉換單元之一電荷儲存容量與該影像感測器之該 電荷儲存單元之一電荷儲存容量間之一比例為準，來讀取該第二積分段之一信號位準。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之畫素結構，其中該輸出單元係在該第一積分段之後輸出儲存在該電荷儲存單元之電荷，並在電荷積分開始於該第二積分段時輸出儲存在至少一該電荷轉換單元與至少一該電荷儲存單元的電荷。
  17. 一種畫素結構，包括：一電荷轉換單元，其係感測一光，並將該光轉換為電荷，以在彼此不同的第一及第二積分段期間對其進行積分；一電荷儲存單元，其係儲存由該電荷轉換單元所轉換而來之電荷；一傳遞開關單元，其係在被施以工作電壓時，將電荷自該電荷轉換單元傳遞至該電荷儲存單元；一重置開關單元，其係在被施以工作電壓時，汲出儲存在該電荷轉換單元與該電荷儲存單元內的電荷；以及一輸出單元，其係輸出儲存在該電荷儲存單元內的電荷；其中，該傳遞開關單元係在該第一積分段之電荷積分之一起始點或該第一積分段之後，或者在該第二積分段之電荷積分之一起始點或該第二積分段之後，將電荷自該電荷轉換單元傳遞至該電荷儲存單 元，以及其中，該輸出單元係以一影像感測器之該電荷轉換單元之一電荷儲存容量與該影像感測器之該電荷儲存單元之一電荷儲存容量間之一比例為準，來讀取該第二積分段之一信號位準。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之畫素結構，其中該重置開關單元係在一信號位準於該第二積分段期間被讀取後、一信號位準於該第一積分段被讀取前，汲出儲存在該電荷轉換單元內之電荷。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之畫素結構，其中該輸出單元係在電荷積分開始於該第二積分段時輸出儲存在至少一該電荷轉換單元與至少一該電荷儲存單元的電荷，並在電荷於該第一積分段期間被積分之後輸出儲存在該電荷儲存單元中的電荷。
  20. 如申請專利範圍第12至19項其中任一項所述之畫素結構，其進一步包括：一第二電荷轉換單元，其係可感測光，以對電荷進行積分；以及一第二傳遞開關單元，以將電荷自該第二電荷轉換單元傳遞至該電荷儲存單元；其中該第二電荷轉換單元與該第二傳遞開關單元共享該電荷儲存單元與該重置開關單元。
  21. 一種包括如申請專利範圍第12至20項所述之畫素結構的畫素陣列。
  22. 一種包括如申請專利範圍第21項所述之畫素陣列之影像感測器。
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