TWI692979B - 線性-對數型主動式像素感測器 - Google Patents

線性-對數型主動式像素感測器 Download PDF

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Abstract

一種線性-對數型主動式像素感測器包含一重置電晶體、一開關電晶體、一光電二極體、一第一輸出電晶體及一對數電晶體，該重置電晶體電性連接一電源端及一積分節點，該開關電晶體電性連接積分節點，且該開關電晶體受該積分節點之電位控制，該光電二極體電性連接該積分節點及一接地端，該第一輸出電晶體電性連接該積分節點、該電源端及一輸出節點，且該第一輸出電晶體受該積分節點之電位控制，該對數電晶體電性連接該電源端，且該對數電晶體經由該開關電晶體耦接該積分節點，其中，該對數電晶體為一PMOS電晶體，且該對數電晶體受該輸出節點之電位控制。

Description

線性-對數型主動式像素感測器
本發明是關於一種主動式像素感測器，特別是關於一種線性-對數型主動式像素感測器。
請參閱第1圖，其為習知之一種主動式線性像素感測器200，該主動式線性感測器200具有一重置電晶體210、一光電二極體220、一第一輸出電晶體230、一選擇電晶體240及一第二輸出電晶體250，該重置電晶體210電性連接一電源端VDD及一積分節點Nn，該光電二極體220電性連接該積分節點Nn及一接地端，該第一輸出電晶體230電性連接該積分節點Nn、該電源端VDD及該選擇電晶體240，該選擇電晶體240電性連接一輸出節點No及該第二輸出電晶體250。
其中該重置電晶體210為NMOS電晶體，且該重置電晶體210之閘極接收一重置訊號re並受其控制，當該重置訊號re為高電位使該重置電晶體210導通時，該積分節點Nn的電位被該電源端VDD拉高至高電位，接著，該重置訊號re為降為低電位使該重置電晶體210截止，此時進入積分時間。由於該光電二極體220被光照時會產生一光電流，令積分節點Nn的電位下降，該第一輸出電晶體230及該第二輸出電晶體250構成一源極隨耦器，將該積分節點之電位轉為一輸出電壓Vo，該選擇電晶體240受一選擇訊號S控制，以開啟或關閉該主動式線性像素感測器200。由於光的強度會讓該光電二極體220產生之該光電流大小不同，使得在相同積分時間中，不同的光強度會讓該積分節點Nn的電位下降幅度相異，進而可由偵測該輸出電壓Vo的電位大小測得光強度。
本發明的主要目的在於藉由對數電晶體增加主動式像素感測器的動態範圍，使該主動式像素感測器可達成高動態範圍成像(High dynamic range imaging)。
本發明之一種線性-對數型主動式像素感測器包含一重置電晶體、一開關電晶體、一光電二極體、一第一輸出電晶體及一對數電晶體，該重置電晶體電性連接一電源端及一積分節點，該開關電晶體電性連接積分節點，且該開關電晶體受該積分節點之電位控制，該光電二極體電性連接該積分節點及一接地端，該第一輸出電晶體電性連接該積分節點、該電源端及一輸出節點，且該第一輸出電晶體受該積分節點之電位控制，該對數電晶體電性連接該電源端，且該對數電晶體經由該開關電晶體耦接該積分節點，其中，該對數電晶體為一PMOS電晶體，且該對數電晶體受該輸出節點之電位控制。
本發明藉由該開關電晶體在該積分節點下降至一位準時導通，以透過該對數電晶體減緩該積分節點之電位於積分時間中的下降時間，而可增加該線性-對數型主動式像素感測器的動態範圍。
100:線性-對數型主動式像素感測器
110:重置電晶體
120:開關電晶體
130:對數電晶體
140:光電二極體
150:第一輸出電晶體
160:第二輸出電晶體
170:放電電晶體
180:選擇電晶體
200:主動式線性像素感測器
210:重置電晶體
220:光電二極體
230:第一輸出電晶體
240:選擇電晶體
250:第二輸出電晶體
VDD:電源端
Nn:積分節點
No:輸出節點
G:接地端
re:重置訊號
S:選擇訊號
Bi1:第一偏壓
Bi2:第二偏壓
Bi3:第三偏壓
第1圖：習知一種主動式線性像素感測器的電路圖。
第2圖：依據本發明之一實施例，一種線性-對數型主動式像素感測器的電路圖。
請參閱第2圖，其為本發明之一實施例，一種線性-對數型主動式像素感測器100之電路圖，該線性-對數型主動式像素感測器100具有一重置電晶體110、一開關電晶體120、一對數電晶體130、一光電二極體140、一第一輸出電晶體150、一第二輸出電晶體160、一放電電晶體170及一選擇電晶體180。
請參閱第2圖，該重置電晶體110為一PMOS電晶體，該重置電晶體110之一源極電性連接一電源端VDD，該重置電晶體110之一閘極接收一重置訊號re，該重置電晶體110之一汲極電性連接一積分節點Nn。當該重置訊號re為低電位時，該重置電晶體110導通，使該積分節點Nn被拉高至高電位，此時稱為重置時間，相對地，當該重置訊號re為高電位時，該重置電晶體110截止，此時稱為積分時間。較佳的，由於該重置電晶體110為PMOS電晶體，可提高該積分節點Nn於該重置電晶體110導通時被拉高之電位位準，能提高該線性-對數型主動式像素感測器100的動態範圍。
請參閱第2圖，該光電二極體140電性連接該積分節點Nn及一接地端，其中，於該積分時間中若該光電二極體140接收光照而產生光電流時，該積分節點Nn之電位會線性下降，且不同的光照強度令該光電二極體140產生之光電流的大小產生差異，而改變該積分節點Nn之電位的下降速率。
請參閱第2圖，該第一輸出電晶體150及該第二輸出電晶體160皆為NMOS電晶體，基中，該第一輸出電晶體150之一汲極電性連接該電源端VDD， 該第一輸出電晶體150之一閘極電性連接該積分節點Nn而受該積分節點Nn之電位控制，該第一輸出電晶體150之一源極電性連接該輸出節點No，該第二輸出電晶體160之一汲極電性連接該輸出節點No，該第二輸出電晶體160之一閘極接收一偏壓Bi3，該第二輸出電晶體160之一源極電性連接該接地端，其中該第一輸出電晶體150及該第二輸出電晶體160構成一源極隨耦器，並由該輸出節點No輸出一輸出電壓Vo，其中該輸出電壓Vo的電位大小依該積分節點Nn的電位大小而定。
請參閱第2圖，該開關電晶體120及該對數電晶體130皆為PMOS電晶體，該開關電晶體120之一閘極及一汲極電性連接該積分節點Nn，因此，該開關電晶體120的導通或截止由該積分節點Nn的電位控制，該開關電晶體120之一源極電性連接該對數電晶體130之一汲極，該對數電晶體130之一源極電性連接該電源端VDD，該對數電晶體130之一閘極電性連接該輸出節點No，其中當該積分節點Nn的電位下降至一位準時，該開關電晶體120導通，使得一電流經由該對數電晶體130及該開關電晶體120流至該積分節點Nn而減緩該積分節點Nn之電位的下降，此時該積分節點Nn之電位就會呈非線性的下降。
較佳的，由於該對數電晶體130為PMOS電晶體，且該對數電晶體130是由輸出節點No之該輸出電壓Vo控制，可增加該對數電晶體130的過趨電壓(Overdrive voltage)，使得該對數電晶體130在導通時產生較大的電流，藉此能平衡該光電二極體140產生的光電流，以延緩該積分節點Nn電位的下降速度，而能夠增加該線性-對數型主動式像素感測器100的動態範圍。
請參閱第2圖，該放電電晶體170為一NMOS電晶體，其中，該放電電晶體170之一汲極電性連接該積分節點Nn，該放電電晶體170之一閘極接收一 第一偏壓Bi1，該放電電晶體170之一源極接收一第二偏壓Bi2，較佳的，本實施例藉由該第一偏壓Bi1及該第二偏壓Bi2的調整讓該放電電晶體170操作於亞臨界區而產生一弱電流，使得該積分節點Nn可經由該放電電晶體170進行放電，以減少所需的積分時間，而提高該線性-對數型主動式像素感測器100的幀率(Frame Rate)。
請參閱第2圖，由於在實際使用上會以多個該線性-對數型主動式像素感測器100構成一感測陣列，以感測整個範圍的光強度，因此須藉由該選擇電晶體180選擇性地導通各該線性-對數型主動式像素感測器100，以接收各該線性-對數型主動式像素感測器100的輸出電壓Vo，其中，該選擇電晶體180之一汲極及一源極電性連接該輸出節點No，該選擇電晶體180之一閘極接收一選擇訊號S，當該選擇訊號S為高電位而導通該選擇電晶體180時，該線性-對數型主動式像素感測器100輸出該輸出電壓Vo。
請參閱第2圖，該線性-對數型主動式像素感測器100的電路作動為：該重置訊號re為低電位使該重置電晶體110導通而進入重置時間，此時該積分節點Nn經由該重置電晶體110耦接至該電源端VDD而上升至高電位。接著，該重置訊號re為高電位使該重置電晶體110截止而進入積分時間，該積分節點Nn的電位隨著該光電二極體140的光電流而下降，此時，該選擇電晶體180亦導通而輸出該輸出電壓Vo。當該積分節點Nn的電位下降至一位準時，該開關電晶體120導通，使得一電流由該對數電晶體130及該開關電晶體120流至該積分節點Nn，而可減緩該積分節點Nn之電位的下降，積分時間結束後該重置訊號re再降為低電位使該重置電晶體110導通而進入重置時間。而一外部電路(圖未繪出)則在積分時間中藉由感測該輸出電壓Vo的大小，測得照射於該線性-對數型主動式像素感測器 100之該光電二極體140的光強度。
本發明藉由該開關電晶體120在該積分節點下降至一位準時導通，以透過該對數電晶體130減緩該積分節點Nn之電位於積分時間中的下降時間，而可增加該線性-對數型主動式像素感測器100的動態範圍。
本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。
100  線性-對數型主動式像素感測器      110  重置電晶體 120  開關電晶體                                      130  對數電晶體 140  光電二極體                                      150  第一輸出電晶體 160  第二輸出電晶體                              170  放電電晶體 180  選擇電晶體                                      VDD  電源端 Nn  積分節點                                           No  輸出節點 re  重置訊號                                             S  選擇訊號 Bi1  第一偏壓                                          Bi2  第二偏壓 Bi3  第三偏壓                                          Vo  輸出電壓

Claims (7)

  1. 一種線性-對數型主動式像素感測器，其包含：一重置電晶體，電性連接一電源端及一積分節點，其中該重置電晶體為一PMOS電晶體，且該重置電晶體之一源極電性連接該電源端，該重置電晶體之一閘極接收一重置訊號，該重置電晶體之一汲極電性連接該積分節點；一開關電晶體，電性連接積分節點，且該開關電晶體受該積分節點之電位控制；一光電二極體，電性連接該積分節點及一接地端；一第一輸出電晶體，電性連接該積分節點、該電源端及一輸出節點，且該第一輸出電晶體受該積分節點之電位控制；以及一對數電晶體，電性連接該電源端，且該對數電晶體經由該開關電晶體耦接該積分節點，其中，該對數電晶體為一PMOS電晶體，且該對數電晶體受該輸出節點之電位控制，其中該對數電晶體之一源極電性連接該電源端，該對數電晶體之一閘極電性連接該輸出節點，該對數電晶體之一汲極電性連接該開關電晶體之一源極，該開關電晶體之一閘極及一汲極電性連接該積分節點。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之線性-對數型主動式像素感測器，其包含有一放電電晶體，該放電電晶體電性連接該積分節點，且該積分節點可經由該放電電晶體放電。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之線性-對數型主動式像素感測器，其中該放電電晶體操作於亞臨界區。
  4. 如申請專利範圍第2或3項所述之線性-對數型主動式像素感測器，其中該放電電晶體之一汲極電性連接該積分節點，該放電電晶體之一閘極接收 一第一偏壓，該放電電晶體之一源極接收一第二偏壓。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之線性-對數型主動式像素感測器，其中該第一輸出電晶體之一汲極電性連接該電源端，該第一輸出電晶體之一閘極電性連接該積分節點，該第一輸出電晶體之一源極電性連接該輸出節點。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之線性-對數型主動式像素感測器，其包含有一第二輸出電晶體，該第二輸出電晶體之一汲極電性連接該輸出節點，該第二輸出電晶體之一閘極接收一偏壓，該第二輸出電晶體之一源極電性連接該接地端。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之線性-對數型主動式像素感測器，其包含有一選擇電晶體，該選擇電晶體之一汲極及一源極電性連接該輸出節點，該選擇電晶體之一閘極接收一選擇訊號。
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Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050117042A1 (en) * 2003-10-30 2005-06-02 Fusayoshi Hirotsu Semiconductor image pickup device capable of sensing light over wider range
WO2006073875A2 (en) * 2005-01-06 2006-07-13 Recon/Optical, Inc. Cmos active pixel sensor with improved dynamic range and method of operation, method for identifying moving objects and hybrid array with ir detector
WO2009136285A2 (en) * 2008-04-16 2009-11-12 Quantum Semiconductor Llc Pixel circuitry for ultra wide dynamic range
WO2014118561A1 (en) * 2013-01-31 2014-08-07 The Science And Technology Facilities Council Imaging sensor
US9478582B2 (en) * 2007-02-24 2016-10-25 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Pixel cell and its method for applying voltage generated in a photosensor to a gate capacitance and alternately resetting the applied voltage
WO2016183091A1 (en) * 2015-05-11 2016-11-17 Quantum Semiconductor Llc Pixel for use with light having wide intensity range
US20170024868A1 (en) * 2015-07-22 2017-01-26 Semiconductor Components Industries, Llc High dynamic range imaging pixels with logarithmic response
WO2017134969A1 (en) * 2016-02-03 2017-08-10 Sony Corporation Image sensor and electronic device with active reset circuit, and method of operating the same
WO2017216027A1 (en) * 2016-06-13 2017-12-21 Ams Ag Image sensor and method for operating an image sensor
TW201832548A (zh) * 2017-02-21 2018-09-01 原相科技股份有限公司 逐一輸出不同感測像素單元之感測訊號電荷及重置訊號電荷之影像感測器及感測像素陣列
TW201834226A (zh) * 2017-03-06 2018-09-16 韓商愛思開海力士有限公司 影像感測器

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050117042A1 (en) * 2003-10-30 2005-06-02 Fusayoshi Hirotsu Semiconductor image pickup device capable of sensing light over wider range
WO2006073875A2 (en) * 2005-01-06 2006-07-13 Recon/Optical, Inc. Cmos active pixel sensor with improved dynamic range and method of operation, method for identifying moving objects and hybrid array with ir detector
US9478582B2 (en) * 2007-02-24 2016-10-25 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Pixel cell and its method for applying voltage generated in a photosensor to a gate capacitance and alternately resetting the applied voltage
WO2009136285A2 (en) * 2008-04-16 2009-11-12 Quantum Semiconductor Llc Pixel circuitry for ultra wide dynamic range
WO2014118561A1 (en) * 2013-01-31 2014-08-07 The Science And Technology Facilities Council Imaging sensor
WO2016183091A1 (en) * 2015-05-11 2016-11-17 Quantum Semiconductor Llc Pixel for use with light having wide intensity range
US20170024868A1 (en) * 2015-07-22 2017-01-26 Semiconductor Components Industries, Llc High dynamic range imaging pixels with logarithmic response
WO2017134969A1 (en) * 2016-02-03 2017-08-10 Sony Corporation Image sensor and electronic device with active reset circuit, and method of operating the same
WO2017216027A1 (en) * 2016-06-13 2017-12-21 Ams Ag Image sensor and method for operating an image sensor
TW201832548A (zh) * 2017-02-21 2018-09-01 原相科技股份有限公司 逐一輸出不同感測像素單元之感測訊號電荷及重置訊號電荷之影像感測器及感測像素陣列
TW201834226A (zh) * 2017-03-06 2018-09-16 韓商愛思開海力士有限公司 影像感測器

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