專利名稱：線性感測器伴隨感光胞對應(yīng)偏壓的輸出信號的裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種線性互補金屬氧化物半導(dǎo)體感測器的輸出信號的裝置與方法，特別是有關(guān)應(yīng)用在掃描器的線性互補金屬氧化物半導(dǎo)體感測器的輸出信號結(jié)合圖像數(shù)據(jù)信號及每個感光胞對應(yīng)的偏壓信號。
固態(tài)攝像元件(image sensor)基本上分成兩類電荷耦合元件(charged coupled device)及金屬氧化物半導(dǎo)體二極管陣列(MOS diodearray)。兩者都需要特別的制作制造過程以配合其圖像感測目的；兩者也都需基本的外在電路連接至感測芯片以驅(qū)動陣列及處理輸出信號。因此，一完整的感測從屬系統(tǒng)需要從元件與其伴隨、牽連到的高成本、電力消耗及實體尺寸作整體的考慮。
傳統(tǒng)上，作為掃描器的固態(tài)攝像元件為電荷耦合元件。但不幸的是，對于發(fā)展攜帶式掃描器而言，電荷耦合元件的技術(shù)無法與標(biāo)準(zhǔn)直流電處理相容；此外，電荷耦合元件需要高伏特計時信號(clock signal)，此種需求隱含需要較高的電力消耗。因此，將標(biāo)準(zhǔn)的互補金屬氧化物半導(dǎo)體制造過程應(yīng)用到掃描器上，可提升整合性及降低電力消耗。
線性二極管感測器通常是一維列的光二極管，由金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的源極及漏極以反偏壓(reverse-bias)半導(dǎo)體連接的型態(tài)來執(zhí)行。應(yīng)用一高反偏壓使二極管被電性上隔離后，暴露在被檢測的光線或其他輻射線之下。入射輻射線可增加反偏壓漏電流至二極管中，此漏電流能有效地被并入到隔離連接的反偏壓電容上，造成反偏壓電位的降低。如此為人所知且利用的技術(shù)可將輻射能轉(zhuǎn)換為電子電荷及電位，特別是也可以使用在線性二極管型態(tài)感測器。在這些感測器中，單一的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管控制光二極管的通路，是為了寫入像素胞(cell)(也就是歸零至高反偏壓)及藉由連接二極管至一比特線(bit-line)，以及從比特線連接至電荷感測電路將之讀取的目的；此電荷感測電路可將儲存于晶胞的電荷轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲭妷骸?br> 基本上線性感測器與陣列感測器相同，藉由一掃描線(scan line)作為通路，將之以連續(xù)的像素讀取。這種的處理形式藉由一字元線(wordline)使一列的像素胞得以連續(xù)的像素讀??；所謂的字元線是將一列中所有像素胞的柵極共同連接至一通路晶體管。數(shù)字電路是用來產(chǎn)生及驅(qū)動字元線信號的必要因素，且一般會采取移動域(Shift register)的形式。當(dāng)字元線發(fā)生作用時，一列上的像素胞會被連接至比特線，藉此再連接至感測器頂部的表面電路上。再者，數(shù)字電路可產(chǎn)生動作信號，此動作信號控制模擬開關(guān)或感測器電路，使信號能在連續(xù)的比特線上傳遞輸出。如

圖1所示為一以被動像素胞110為基本的主動感測器的一列。每一個被動像素胞110都有一個簡單的結(jié)構(gòu)。包括光二極管PD與其相配合的電容Cd及一晶體管開關(guān)MR。這些光二極管經(jīng)過位于像素胞內(nèi)的開關(guān)MR1、MR2...MRx與一列總線120(column bus)相連接；列總線120與一電荷放大器相連接，并提供一信號電位Vo顯示一光二極管PD所收集的照光準(zhǔn)位(level of illumination)。然而，感測器陣列共有的問題之一是空間雜訊(spatial noise)；所謂空間雜訊是源自于在一陣列中的像素胞空間位置的不同，在圖像上會以圖案雜訊顯示出來。空間雜訊在攝像陣列的表現(xiàn)上是退化的主要根源，當(dāng)光感測器被照光時，列放大器與光胞間的增益(gain)差異會導(dǎo)致空間雜訊的產(chǎn)生，此種空間雜訊的大小視信號而定。
本發(fā)明的主要目的是提供一種能夠克服上述傳統(tǒng)的CMOS感測器所產(chǎn)生的諸多缺點的線性互補金屬氧化物半導(dǎo)體感測器結(jié)合圖像數(shù)據(jù)信號及每個感光胞對應(yīng)的偏壓信號的輸出的裝置與方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種應(yīng)用在掃描器的線性互補金屬氧化物半導(dǎo)體感測器的輸出信號的裝置及方法；該輸出信號為交流輸出信號，可防止感光胞之間偏壓的差異過大。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種線性互補金屬氧化物半導(dǎo)體感測器結(jié)合一圖像數(shù)據(jù)信號及一相對應(yīng)的偏壓信號的輸出的裝置，其特征在于該裝置中有多個感光胞(photocell)，且至少包括使這些感光胞的多個第一開關(guān)元件有作用的多個作用電路，每個該第一開關(guān)元件位于從該感光胞至一第二開關(guān)元件通路的一旁路(bypass)上，以及該第二開關(guān)元件位于該感光胞至一共同總線(common bus)的通路上。
上述的每個該作用電路相對應(yīng)于該感光胞，并至少包含一與門(ANDgate)，用來將相對應(yīng)的一像素選擇線與一共同歸零線作與運算。
上述的第二開關(guān)元件由該相對應(yīng)的像素選擇線所控制。
本發(fā)明的目的也可以是這樣實現(xiàn)的一種線性互補金屬氧化物半導(dǎo)體感測器結(jié)合一圖像數(shù)據(jù)信號及一相對應(yīng)的偏壓信號的輸出的裝置，其特征在于該裝置至少包括多個感光胞(photocell)在該線性互補金屬氧化物半導(dǎo)體感測器的一列中多個第一開關(guān)元件，該第一開關(guān)元件位于連接至該感光胞的一第一通路上，且與一電壓供應(yīng)電路相連接；多個第二開關(guān)元件，該第二開關(guān)元件位于連接至該感光胞的一第二通路上，且與一共同的總線相連接；以及使這些感光胞的這些第一開關(guān)元件有作用的多個作用電路，至少包含一與門(AND gate)，用來將相對應(yīng)的一像素選擇線與一共同歸零線作與運算。
上述的感光胞至少包括多個光二極管。
上述的電壓供應(yīng)電路是供應(yīng)一偏壓電壓。
本發(fā)明在掃描器的線性互補金屬氧化物半導(dǎo)體感測器中結(jié)合一圖像數(shù)據(jù)信號及一相對應(yīng)的偏壓信號的輸出的方法是這樣實現(xiàn)的該方法至少包括下列步驟提供在一列中多個感光胞，該每個感光胞有一連接至一共同總線的通路由一相對應(yīng)的第一開關(guān)元件，且有一該通路的一旁路由一相對應(yīng)的一第二開關(guān)元件所控制；以及以多個控制電路使這些第一開關(guān)元件有作用，每個該控制電路從一相對應(yīng)與門(AND gate)而來，該與門(AND gate)用來將相對應(yīng)的一像素選擇線與一共同歸零線作與運算。
更包含曝光在該線性感測器中的該感光胞；及由這些像素選擇線使這些第二開關(guān)元件作用。
上述的旁路更與一偏壓電壓供應(yīng)電路相連接。
上述的使這些第一開關(guān)元件有作用的步驟至少包括這些感光胞歸零；及讀取這些感光胞。
上述的這些感光胞至少包括多個光二極管。
本發(fā)明在掃描器的線性互補金屬氧化物半導(dǎo)體感測器中結(jié)合一圖像數(shù)據(jù)信號及一相對應(yīng)的偏壓信號的輸出的方法也可以是這樣實現(xiàn)的該方法至少包括下列步驟提供在一列中多個感光胞，該每個感光胞有一連接至一共同總線的通路由一相對應(yīng)的第一開關(guān)元件，且有一該通路的一旁路由一相對應(yīng)的一第二開關(guān)元件所控制；曝光該線性感測器中的這些感光胞；以多個控制電路使這些第一開關(guān)元件有作用，每個該控制電路從一相對應(yīng)與門(ANDgate)而來，該與門(AND gate)用來將相對應(yīng)的一像素選擇線與一共同歸零線作與運算；以及由這些像素選擇線使這些第二開關(guān)元件作用。
上述的使這些第一開關(guān)元件有作用的步驟至少包括這些感光胞歸零；及讀取這些感光胞。
上述的這些感光胞至少包括多個光二極管。
本發(fā)明提供了在一線性互補金屬氧化物半導(dǎo)體感測器中結(jié)合一圖像數(shù)據(jù)信號及一相對應(yīng)的偏壓信號的輸出的裝置，其中有多個感光胞(photocell)，且至少包括使感光胞的第一開關(guān)元件有作用的作用電路，每個第一開關(guān)元件位于從感光胞至一第二開關(guān)元件通路的一旁路(bypass)上，及第二開關(guān)元件位于感光胞至一共同總線(common bus)的通路上。而在一掃描器的線性互補金屬氧化物半導(dǎo)體感測器中結(jié)合一圖像數(shù)據(jù)信號及一相對應(yīng)的偏壓信號的輸出的方法，至少包括提供在一列中感光胞，每個感光胞有一連接至一共同總線的通路由一相對應(yīng)的第一開關(guān)元件，且有一通路的一旁路由一相對應(yīng)的一第二開關(guān)元件所控制。以控制電路使第一開關(guān)元件有作用，每個控制電路從一相對應(yīng)與門(AND gate)而來，與門(AND gate)是用來將相對應(yīng)的一像素選擇線與一共同歸零線作與運算(AND)。
本發(fā)明的一些實施例會詳細(xì)描述如下。然而，除了詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以廣泛地在其他的實施例施行，且本發(fā)明的范圍不受限定，以其的權(quán)利要求范圍為準(zhǔn)。
圖1為傳統(tǒng)主動感測器中以光二極管為主的被動感光胞的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明應(yīng)用在掃描器的像素感測器的感光胞結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實施例所進(jìn)行掃描時，時間對電壓的信號部分示意圖；圖4為本發(fā)明實施例所使用的一模擬前端的修正雙重取樣的電路示意圖；圖5為本發(fā)明實施例所輸出電壓與修正雙重取樣的時間對電壓的信號部分示意圖。
本發(fā)明的掃描器的不同部分并沒有依照尺寸繪圖。某些尺度與其他相關(guān)尺度相比已經(jīng)被夸張，以提供更清楚的描述和本發(fā)明的理解。另外，雖然在此所畫的實施例是以具有寬度與深度在不同階段的二維中顯示，應(yīng)該很清楚地了解到所顯示的區(qū)域只是掃描器的一部分，其中可能包含許多在三維空間中排列的元件。相對地，在制造實際的元件時，圖示的區(qū)域具有三維的長度，寬度與高度。
本發(fā)明主要的目的是提供一種在線性互補金屬氧化物半導(dǎo)體感測器中結(jié)合一圖像數(shù)據(jù)信號及一相對應(yīng)的偏壓信號的輸出的裝置，其至少包括多個感光胞(photocell)在線性互補金屬氧化物半導(dǎo)體感測器。多個第一開關(guān)元件位于連接至感先胞的一第一通路上，且與一電壓供應(yīng)電路相連接。多個第二開關(guān)元件位于連接至感光胞的一第二通路上，且與一共同的總線相連接。使感光胞的第一開關(guān)元件有作用的多個作用電路，至少包含一與門(ANDgate)，用來將相對應(yīng)的一像素選擇線與一共同歸零線作與運算。而一在掃描器的線性互補金屬氧化物半導(dǎo)體感測器中結(jié)合一圖像數(shù)據(jù)信號及一相對應(yīng)的偏壓信號的輸出的方法至少包括提供在一列感光胞，每個感光胞有一連接至一共同總線的通路由一相對應(yīng)的第一開關(guān)元件，且有一通路的一旁路由一相對應(yīng)的一第二開關(guān)元件所控制。曝光線性感測器中的感光胞，以控制電路使第一開關(guān)元件有作用，每個控制電路從一相對應(yīng)與門(AND gate)而來，與門(AND gate)用來將相對應(yīng)的一像素選擇線與一共同歸零線作與運算。再由像素選擇線使第二開關(guān)元件作用。
本發(fā)明實施例將參照附圖加以說明，如圖2所示為根據(jù)本發(fā)明可應(yīng)用在掃描器中的像素感測器的感光胞示意圖。每一個線性感測器的感光胞包括一光二極管PD、一開關(guān)SW、一偏壓開關(guān)B-SW及一像素選擇線PS。所有的感光胞會共同接至一總線(bus)20，再連接至外部控制電路(圖上未示)。每個光二極管PD(x-1)、PD(x)、PD(x+1)...都有其相對應(yīng)的開關(guān)SW(x-1)、SW(x)、SW(x+1)...、偏壓開關(guān)B-SW(x-1)、B-SW(x)、B-SW(x+1)...及像素選擇線PS(x-1)、PS(x)、PS(x+1)...。在本較佳實施例中，一共同歸零線(reset line)與相對應(yīng)的像素選擇線PS(x)可以用來控制相對應(yīng)的偏壓開關(guān)B-SW(x)。另一方面，像素選擇線PS(x)控制相對應(yīng)的開關(guān)SW(x)，使光二極管PD(x)至總線20為一通路。
當(dāng)共同歸零線10與像素選擇線PS(x)使偏壓電壓為一通路的同時，光二極管PD(x)到總線20的通路也可作用。也就是說，所讀取出的數(shù)據(jù)包括被掃描圖像本身及所有感光胞所相對應(yīng)的偏壓值。本發(fā)明在此有許多的好處，首先不使用傳統(tǒng)對于所有感光胞PD供應(yīng)一固定的偏壓值(直流壓)，在本發(fā)明中，每一個模擬信號輸出都考慮到其每一個感光胞所對應(yīng)的偏壓。每一個讀取信號以一交流輸出信號輸出；每個隨后在一模擬前端(analogfront end)的修正雙重取樣(correlated double sampling)處理的交流輸出信號可以防止過大的偏壓差異，過大的偏壓差異將導(dǎo)致每個偏壓無法完全被減去。其次，本發(fā)明的電路設(shè)計可以簡化移除偏壓的外部電路設(shè)計。再者，歸零與讀取的步驟可利用本發(fā)明的加法電路來同時執(zhí)行。
圖3所示為應(yīng)用于此較佳實施例的線性像素感測器的時間與電壓關(guān)系示意圖。時鐘線(clock)為讀取光二極管PD的計時控制信號；而歸零時鐘線(reset clock line)輸出控制信號用以要求每個偏壓起作用。在本較佳實施例中，在時間t(x)時，像素選擇線select(x)可起作用，圖像數(shù)據(jù)的輸出電壓提升至一高電壓狀態(tài)，此表示數(shù)據(jù)信號電壓。當(dāng)歸零時鐘線在時間t(y)送出下一個信號時，歸零線reset(x)根據(jù)歸零時鐘線也送出歸零信號，并且輸出電壓Vout降至一參考電位表示偏壓電壓。當(dāng)歸零線reset(x)在時間t(x+1)結(jié)束其歸零信號時，下一個像素選擇線select(x+1)則開始起作用。如果沒有本發(fā)明的附加電路。則圖像數(shù)據(jù)的輸出電壓會維持在一較高電壓狀態(tài)，此狀態(tài)可能導(dǎo)致每個光二極管信號的混淆。
圖4為本發(fā)明所應(yīng)用的修正雙重取樣電路示意圖。由第一修正雙重取樣線CDS1控制的開關(guān)SW1控制輸出電壓Vout至模擬前端AFE的通路。由第二修正雙重取樣線CDS2控制的開關(guān)SW2也控制輸出電壓Vout至模擬前端AFE的通路。如圖5所示，參考輸出電壓Vout，CDS1的信號在時間t1開始，在時間t2結(jié)束，對應(yīng)到輸出電壓Vout為圖像數(shù)據(jù)信號；CDS2的信號在時間ta開始，在時間tb結(jié)束，對應(yīng)到輸出電壓Vout為偏壓電壓信號。根據(jù)上述，圖像數(shù)據(jù)的輸出電壓有一可分辨每個感光胞的參考電位。
權(quán)利要求
1.一種線性互補金屬氧化物半導(dǎo)體感測器結(jié)合一圖像數(shù)據(jù)信號及一相對應(yīng)的偏壓信號的輸出的裝置，其特征在于該裝置中有多個感光胞(photocell)，且至少包括使這些感光胞的多個第一開關(guān)元件有作用的多個作用電路，每個該第一開關(guān)元件位于從該感光胞至一第二開關(guān)元件通路的一旁路(bypass)上，以及該第二開關(guān)元件位于該感光胞至一共同總線(common bus)的通路上。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于上述的每個該作用電路相對應(yīng)于該感光胞，并至少包含一與門(AND gate)，用來將相對應(yīng)的一像素選擇線與一共同歸零線作與運算。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于上述的第二開關(guān)元件由該相對應(yīng)的像素選擇線所控制。
4.一種線性互補金屬氧化物半導(dǎo)體感測器結(jié)合一圖像數(shù)據(jù)信號及一相對應(yīng)的偏壓信號的輸出的裝置，其特征在于該裝置至少包括多個感光胞(photocell)在該線性互補金屬氧化物半導(dǎo)體感測器的一列中多個第一開關(guān)元件，該第一開關(guān)元件位于連接至該感光胞的一第一通路上，且與一電壓供應(yīng)電路相連接；多個第二開關(guān)元件，該第二開關(guān)元件位于連接至該感光胞的一第二通路上，且與一共同的總線相連接；以及使這些感光胞的這些第一開關(guān)元件有作用的多個作用電路，至少包含一與門(AND gate)，用來將相對應(yīng)的一像素選擇線與一共同歸零線作與運算。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于上述的感光胞至少包括多個光二極管。
6.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于上述的電壓供應(yīng)電路是供應(yīng)一偏壓電壓。
7.一種在掃描器的線性互補金屬氧化物半導(dǎo)體感測器中結(jié)合一圖像數(shù)據(jù)信號及一相對應(yīng)的偏壓信號的輸出的方法，其特征在于該方法至少包括下列步驟提供在一列中多個感光胞，該每個感光胞有一連接至一共同總線的通路由一相對應(yīng)的第一開關(guān)元件，且有一該通路的一旁路由一相對應(yīng)的一第二開關(guān)元件所控制；以及以多個控制電路使這些第一開關(guān)元件有作用，每個該控制電路從一相對應(yīng)與門(AND gate)而來，該與門(AND gate)用來將相對應(yīng)的一像素選擇線與一共同歸零線作與運算。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于更包含曝光在該線性感測器中的該感光胞；及由這些像素選擇線使這些第二開關(guān)元件作用。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于上述的旁路更與一偏壓電壓供應(yīng)電路相連接。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于上述的使這些第一開關(guān)元件有作用的步驟至少包括這些感光胞歸零；及讀取這些感光胞。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于上述的這些感光胞至少包括多個光二極管。
12.一種在掃描器的線性互補金屬氧化物半導(dǎo)體感測器中結(jié)合一圖像數(shù)據(jù)信號及一相對應(yīng)的偏壓信號的輸出的方法，其特征在于該方法至少包括下列步驟提供在一列中多個感光胞，該每個感光胞有一連接至一共同總線的通路由一相對應(yīng)的第一開關(guān)元件，且有一該通路的一旁路由一相對應(yīng)的一第二開關(guān)元件所控制；曝光該線性感測器中的這些感光胞；以多個控制電路使這些第一開關(guān)元件有作用，每個該控制電路從一相對應(yīng)與門(AND gate)而來，該與門(AND gate)用來將相對應(yīng)的一像素選擇線與一共同歸零線作與運算；以及由這些像素選擇線使這些第二開關(guān)元件作用。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于上述的使這些第一開關(guān)元件有作用的步驟至少包括這些感光胞歸零；及讀取這些感光胞。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于上述的這些感光胞至少包括多個光二極管。
全文摘要
一種線性感測器伴隨感光胞對應(yīng)偏壓的輸出信號的裝置,有多個感光胞且至少包括使感光胞的第一開關(guān)元件有作用的作用電路,每個第一開關(guān)元件位于從感光胞至一第二開關(guān)元件通路的一旁路上,及第二開關(guān)元件位于感光胞至一共同總線的通路上。其輸出方法至少包括:提供在一列中感光胞,每個感光胞有一連接至一共同總線的通路由一相對應(yīng)的第一開關(guān)元件,且有一通路的一旁路由一相對應(yīng)的一第二開關(guān)元件所控制,以控制電路使第一開關(guān)元件有作用,每個控制電路從一用來將相對應(yīng)的一像素選擇線與一共同歸零線作與運算的與門而來。
文檔編號H04N5/335GK1384660SQ0111612
公開日2002年12月11日 申請日期2001年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月9日
發(fā)明者李鎮(zhèn)河 申請人:力捷電腦股份有限公司