基于互補式金氧半導體的影像感測系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于互補式金氧半導體的影像感測系統(tǒng)及其方法，通過產生控制信號使輸入端持續(xù)在高電位及低電位之間反復切換，以便將影像信號調變于特定頻率避免直流電壓差異影響影像品質，用以達成提高影像品質的技術功效。
【專利說明】基于互補式金氧半導體的影像感測系統(tǒng)及其方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種影像感測系統(tǒng)，特別是指一種以互補式金氧半導體作為主動式像素影像感測器的基于互補式金氧半導體的影像感測系統(tǒng)及其方法。

【背景技術】
[0002]近年來，隨著半導體技術的普及與蓬勃發(fā)展，互補式金氧半導體161:81-0^1(16-8611110011(11101:01-, 0108)影像感測器已逐漸能夠與電荷|禹合元件00111)16(1 1)6^106, 030)感測器分庭抗禮,特別是在低階市場中，由于(3103影像感測器不需要特殊制程導致成本較低，所以￠^03影像感測器早已成為低階市場中的主流。
[0003]一般而言，0108影像感測器所產生的影像品質不如冗0影像感測器來得好，但由于(:103成本較低且較省電，這對于可攜式裝置而言具有相當大的吸引力，因此，如何改善0103的影像品質變成為各家廠商亟欲解決的問題的一。
[0004]有鑒于此，便有人提出通過改進制程及封裝的方式來提升影像品質，例如:利用背照式1111111111181:1011, 881)與娃穿孔11(3011 ^13,, 187)整合技術來提升影像品質。然而，上述方式無法適用于傳統(tǒng)制程及封裝的(:103影像感測器，而且新制程及架構也會造成良率下降及成本提高的問題。因此，上述方式仍然無法有效解決0103影像品質不佳的問題。
[0005]綜上所述，可知現(xiàn)有技術中長期以來一直存在0103影像品質不佳的問題，因此實有必要提出改進的技術手段，來解決此一問題。


【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明揭露一種基于互補式金氧半導體的影像感測系統(tǒng)及其方法。
[0007]首先，本發(fā)明揭露一種基于互補式金氧半導體的影像感測系統(tǒng)，此系統(tǒng)包含:控制單元、感測陣列及信號處理模塊。其中，控制單元用以產生控制信號使輸入端持續(xù)在高低電位間反復切換；感測陣列包含至少一個主動式像素感測單元，每一主動式像素感測單元感光產生電荷后，根據(jù)輸入端的高低電位產生直流信號及交流信號，并且將直流信號及交流信號輸出至行輸出端(￠011111111 011如此)；信號處理模塊與感測陣列電性連接，用以過濾直流信號僅自行輸出端接收交流信號以避免直流電壓差異與噪聲干擾，以及對交流信號進行信號處理以產生影像信號。
[0008]另外，本發(fā)明揭露一種基于互補式金氧半導體的影像感測方法，其步驟包括:產生控制信號使輸入端持續(xù)在高低電位間反復切換；感光產生電荷后，根據(jù)輸入端的高低電位產生直流信號及交流信號，并且將直流信號及交流信號輸出至行輸出端；過濾行輸出端的直流信號僅自行輸出端接收交流信號以避免直流電壓差異與噪聲干擾，以及對交流信號進行信號處理以產生影像信號。
[0009]本發(fā)明所揭露的系統(tǒng)與方法如上，與現(xiàn)有技術的差異在于本發(fā)明是通過產生控制信號使輸入端持續(xù)在高電位及低電位之間反復切換，以便將影像信號調變于特定頻率避免直流電壓差異與噪聲干擾影響影像品質。
[0010]通過上述的技術手段，本發(fā)明可以達成提高影像品質的技術功效。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明基于互補式金氧半導體的影像感測系統(tǒng)的系統(tǒng)方塊圖。
[0012]圖2A及圖2B為本發(fā)明基于互補式金氧半導體的影像感測方法的方法流程圖。
[0013]圖3A及圖3B為本發(fā)明信號處理模塊的示意圖。
[0014]圖4為本發(fā)明各端點信號的波形圖。
[0015]圖5為傳統(tǒng)CMOS影像感測器的各端點信號的波形圖。
[0016]【符號說明】
[0017]10控制單元
[0018]11感測陣列
[0019]20信號處理模塊
[0020]IlOa?IlOn主動式像素感測單元
[0021]111光二極管
[0022]112a?112c 電晶體開關
[0023]113電容
[0024]114輸入端
[0025]115列選擇端
[0026]116行輸出端
[0027]201高通濾波器
[0028]202放大器
[0029]203a整流器
[0030]203b解調器
[0031]204低通濾波器

【具體實施方式】
[0032]以下將配合圖式及實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，藉此對本發(fā)明如何應用技術手段來解決技術問題并達成技術功效的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。
[0033]在說明本發(fā)明所揭露的基于互補式金氧半導體的影像感測系統(tǒng)及其方法的前，先對本發(fā)明的架構作說明，本發(fā)明與公知技術的差異在于主動式像素感測單元中，本發(fā)明在輸入端以持續(xù)在高低電位之間反復切換的方式獲得直流信號與交流信號，并且過濾掉直流信號僅偵測交流信號來進行成像，相較于以往僅能獲得及利用直流信號的方式，更能夠避免因電氣特性的差異造成直流信號位移，導致影像信號出現(xiàn)誤差而影響影像品質。本發(fā)明可以適用于公知的感測陣列并達到改善影像品質的目的。另外，由于半導體在低頻與直流信號上具有較高的噪聲干擾(Flicker noise)，因此將影像信號調變在特定頻率可以降低此一干擾，進而使得影像品質能夠有所提升，所述特定頻率隨感測陣列感測到的光強度調整，光強度越高頻率越高；所述特定頻率的責任周期隨感測陣列感測到的光強度而調整，光強度越強則責任周期越長，反之光強度越弱責任周期越短；除了上述方法外，還可以藉由調整頻率范圍，藉此適應不同的光強度，光強度越強則頻率范圍越高。
[0034]以下配合圖式對本發(fā)明基于互補式金氧半導體的影像感測系統(tǒng)及其方法做進一步說明，請參閱「圖1」，「圖1」為本發(fā)明基于互補式金氧半導體的影像感測系統(tǒng)的系統(tǒng)方塊圖，其系統(tǒng)包含:控制單元10、感測陣列11及信號處理模塊20。其中，控制單元10用以產生控制信號使輸入端114持續(xù)在高電位及低電位之間反復切換。在實際實施上，其反復切換是指依序以高電位、低電位、高電位、低電位......，并以此類推的方式循環(huán)切換，而切換的次數(shù)是以輸出的影像信號達到穩(wěn)態(tài)為準，例如:假設高低電位反復切換五次可使影像信號達到穩(wěn)態(tài)，那么控制單元10產生的控制信號可使輸入端114持續(xù)在高低電位之間反復切換至少五次即可。稍后將配合圖式對輸入端114在高低電位間反復切換的波形作詳細說明。
[0035]感測陣列11包含至少一個主動式像素感測單元(1103?110=)，每一個主動式像素感測單元?1104感光產生電荷后，根據(jù)輸入端114的高低電位產生直流信號及交流信號，并且將直流信號及交流信號輸出至行輸出端116(0)11111111，在一個實施例中，每一個主動式像素感測單元(1103?110=)分別包含光二極管111、電晶體開關(1123?1120、電容113、輸入端114、列選擇端115(%? 86160^)及行輸出端116。其中，光二極管111與電容113相互并聯(lián)，光二極管可以根據(jù)照射的光線產生電荷。至于列選擇端115則控制電晶體開關112。使光二極管111產生的電荷輸出至行輸出端116。在實際實施上，每一個主動式像素感測單元(1103?110=)可以是三顆電晶體開關的主動式像素感測單元^01:1^6 ？1^61 8611801-, 31八?3)或是四顆電晶體開關的主動式像素感測單元八？匕61 8611801-, 41八?3)，然而，本發(fā)明并未對主動式像素感測單元(1103?1104作限定，任何可進行像素感測的元件皆不脫離本發(fā)明的應用范疇。
[0036]信號處理模塊20與感測陣列11電性連接，用以過濾直流信號僅自行輸出端116接收交流信號以避免直流電壓差異與噪聲干擾，以及對交流信號進行信號處理以產生影像信號。所述信號處理可先通過高通濾波器僅允許行輸出端116的交流信號通過，接著以放大器放大從高通濾波器通過的交流信號，再以整流器或解調器對這些交流信號進行全波整流或解調信號，此整流器或解調器會將交流信號轉換為更高頻率信號與直流信號，最后利用低通濾波器對全波整流或解調信號后的交流信號平滑化后進行輸出。稍后將配合圖式對信號處理模塊20作詳細說明。
[0037]接著，請參閱「圖2幻及「圖28」，「圖2幻及「圖28」為本發(fā)明基于互補式金氧半導體的影像感測方法，其步驟包括:產生控制信號使輸入端114持續(xù)在高低電位間反復切換(步驟210)；感光產生電荷后，根據(jù)輸入端114的高低電位產生直流信號及交流信號，并且將此直流信號及交流信號輸出至行輸出端116(步驟220)；過濾行輸出端116的直流信號僅自行輸出端116接收交流信號以避免直流電壓差異與噪聲干擾，以及對此交流信號進行信號處理以產生影像信號(步驟230)。通過上述步驟，即可通過產生控制信號使輸入端114持續(xù)在高低電位之間反復切換，以便將影像信號調變于特定頻率避免直流電壓差異與噪聲干擾影響影像品質。在實際實施上，步驟230中產生影像信號所進行的信號處理可以由下列步驟完成:允許行輸出端的交流信號通過(步驟231)；放大通過的交流信號(步驟232)；對放大后的交流信號進行半、全波整流或解調信號(步驟233)；及將半、全波整流或解調信號后的交流信號平滑化后進行輸出(步驟234)。
[0038]以下配合「圖3幻至「圖5」以實施例的方式進行如下說明，請先參閱「圖3幻及「圖3B」，「圖3A」及「圖3B」為本發(fā)明信號處理模塊的示意圖。前面提到，信號處理模塊20會過濾行輸出端的直流信號，在實際實施上，信號處理模塊20可如「圖3A」所示意包含高通濾波器201、放大器202、整流器203a及低通濾波器204。其中，高通濾波器201與感測模塊11的行輸出端116電性連接，用以允許行輸出端116的交流信號通過，也就是過濾掉直流信號僅允許交流信號通過；放大器202與高通濾波器201電性連接，用以允許放大自高通濾波器201通過的交流信號；整流器203a與放大器202電性連接，用以對通過的交流信號進行半、全波整流，此時交流信號將轉換成更高頻率信號與直流信號；低通濾波器204與整流器203a電性連接，用以將全波整流后的交流信號平滑化后進行輸出。另外，信號處理模塊20也可如「圖3B」所示意以解調器203b取代整流器203a，至于其余元件則維持不變，此解調器203b用以對通過的交流信號進行解調信號，并且由低通濾波器204將解調信號后的交流信號平滑化后進行輸出，上述以半、全波整流或解調信號的方式其目的皆在于將原本的交流信號提高至更高的頻率，兩者的差異僅在于電子電路的實現(xiàn)方式不同。特別要說明的是，為了方便后續(xù)對各端點的波形進行示意及說明，高通濾波器201與放大器202之間以端點“N3”表示；整流器203a或解調器203b與放大器202之間以端點“N4”表示；低通濾波器204與整流器203a或解調器203b之間以端點“N5”表示；低通濾波器204的輸出端以端點“N6”表示。
[0039]如「圖4」所示意，「圖4」為本發(fā)明各端點信號的波形圖。首先，請同時參閱「圖1」及「圖3」，控制單元10產生的控制信號會使輸入端114的信號波形如「圖4」所示意在高電位及低電位之間快速地反復切換，其中高電位為“Vdd”、低電位為“Vss”。以「圖1」的主動式像素感測單元IlOa為例，由于輸入端114在高電位及低電位之間反復切換，而且輸入端114與電晶體開關112a的柵極(Gate)電性連接、電晶體開關112a的漏極(Drain)電性連接至高電位“Vref”、電晶體開關112a的源極(Soruce)與光二極管111電性連接，因此，端點“NI”的波形會由低電位“Vss”切換至高電位“Vref”，且由于輸入端114在高低電位間的切換時間非常短暫，所以端點“NI”的波形將如「圖4」所示意，在輸入端114持續(xù)切換的期間維持在高電位“Vref”。另外，電晶體開關112b的柵極與端點“NI”電性連接、電晶體開關112b的漏極與高電位“Vdd”電性連接、電晶體開關112b的源極與電晶體開關112c的漏極電性連接，電晶體開關112c的柵極與列選擇端115電性連接、電晶體開關112c的源極與行輸出端116(即端點“N2”)電性連接，所以端點“N2”會如「圖4」所示意在交流的部分呈現(xiàn)三角波，而此波形經由高通濾波器201處理后，S卩如「圖4」所示意的端點“N3”的波形，并且經過放大器202放大端點“N3”的波形后產生端點“N4”的波形，接著將端點“N4”的波形由整流器203a或解調器203b全波整流或解調信號后產生端點“N5”的波形，最后由低通濾波器204將端點“N5”的波形平滑化后輸出成端點“N6”的波形。經由上述處理即可將影像信號調變于特定頻率(例如:高頻)上，避開直流電壓差異造成影像不齊的問題，而且因為將影像信號調變于高頻，所以還可以降低半導體在低頻及直流信號上具有較高的噪聲干擾的問題。特別要說明的是，端點“NI”與端點“N2”的波形會因為電氣特性的不同而有高度上的差異，但是經過高通濾波器201處理后，端點“N3”至端點“N6”的波形便不會因電氣特性的不同而有高度上的差異。
[0040]最后，請參閱「圖5」，「圖5」為傳統(tǒng)CMOS影像感測器的各端點信號的波形圖。與上述本發(fā)明使輸入端114持續(xù)在高低電位間反復切換的方式不同，在傳統(tǒng)方式中，輸入端由低電位切換至高電位后，端點“附”會被拉至高電位“V即？”，當列選擇端仍為低電位188”時信號不進行輸出，而輸入端由高電位切換至低電位且直到列選擇端由低電位切換至高電位的這一段時間稱之為光二極管的積分時間，在這段時間中，端點“附”的電位會隨著時間往下降，直到列選擇端由低電位切換至高電位進行信號輸出。
[0041]綜上所述，可知本發(fā)明與現(xiàn)有技術之間的差異在于通過產生控制信號使輸入端持續(xù)在高電位及低電位之間反復切換，以便將影像信號調變于特定頻率避免直流電壓差異影響影像品質，藉由此一技術手段可以解決現(xiàn)有技術所存在的問題，進而達成提高影像品質的技術功效。
[0042]雖然本發(fā)明以前述的實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領域技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的專利保護范圍須視本說明書所附的權利要求書所界定者為準。
【權利要求】
1.一種基于互補式金氧半導體的影像感測系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包含: 一控制單元，用以產生一控制信號使一輸入端持續(xù)在高低電位間反復切換； 一感測陣列，該感測陣列包含至少一主動式像素感測單元，每一主動式像素感測單元感光產生電荷后，根據(jù)該輸入端的高低電位產生一直流信號及一交流信號，并且將該直流信號及該交流信號輸出至一行輸出端；及 一信號處理模塊，該信號處理模塊與該感測陣列電性連接，用以過濾該直流信號僅自該行輸出端接收該交流信號以避免直流電壓差異與噪聲干擾，以及對該交流信號進行信號處理以產生影像信號。
2.根據(jù)權利要求1的基于互補式金氧半導體的影像感測系統(tǒng)，其特征在于，該信號處理模塊更包含: 一高通濾波器，該高通濾波器與該行輸出端電性連接，用以允許該行輸出端的交流信號通過； 一放大器，該放大器與該高通濾波器電性連接，用以允許放大自該高通濾波器通過的交流信號； 一解調器，該解調器與該放大器電性連接，用以對放大后的該交流信號進行解調信號；及 一低通濾波器，該低通濾波器與該解調器電性連接，用以將解調信號后的交流信號平滑化后進行輸出。
3.根據(jù)權利要求1的基于互補式金氧半導體的影像感測系統(tǒng)，其特征在于，該信號處理模塊更包含: 一高通濾波器，該高通濾波器與該行輸出端電性連接，用以允許該行輸出端的交流信號通過； 一放大器，該放大器與該高通濾波器電性連接，用以允許放大自該高通濾波器通過的交流信號； 一整流器，該整流器與該放大器電性連接，用以對放大后的該交流信號進行半、全波整流；及 一低通濾波器，該低通濾波器與該整流器電性連接，用以將半、全波整流后的交流信號平滑化后進行輸出。
4.根據(jù)權利要求1的基于互補式金氧半導體的影像感測系統(tǒng)，其特征在于，該輸入端持續(xù)在高低電位間反復切換時，影像信號調變在一特定頻率，該特定頻率依照該感測陣列感測到的光強度而調整，光強度越強頻率越高。
5.根據(jù)權利要求4的基于互補式金氧半導體的影像感測系統(tǒng)，其特征在于，該特定頻率為具有抗噪聲干擾的交流信號。
6.根據(jù)權利要求1的基于互補式金氧半導體的影像感測系統(tǒng)，其特征在于，該輸入端持續(xù)在高低電位間反復切換時，影像信號調變在一特定頻率，該特定頻率的責任周期依照該感測陣列感測到的光強度而調整，光強度越強責任周期越長，反之光強度越弱責任周期越短。
7.根據(jù)權利要求6的基于互補式金氧半導體的影像感測系統(tǒng)，其特征在于，該特定頻率為具有抗噪聲干擾的交流信號。
8.一種基于互補式金氧半導體的影像感測方法，其特征在于，步驟包括: 產生一控制信號使一輸入端持續(xù)在高低電位間反復切換； 感光產生電荷后，根據(jù)該輸入端的高低電位產生一直流信號及一交流信號，并且將該直流信號及該交流信號輸出至一行輸出端；及 過濾該行輸出端的直流信號僅自該行輸出端接收該交流信號以避免直流電壓差異與噪聲干擾，以及對該交流信號進行信號處理以產生影像信號。
9.根據(jù)權利要求8的基于互補式金氧半導體的影像感測方法，其特征在于，該進行信號處理的步驟包含: 允許該行輸出端的交流信號通過； 放大通過的交流信號； 對放大后的該交流信號進行半、全波整流或解調信號；及 將半、全波整流或解調信號后的交流信號平滑化后進行輸出。
10.根據(jù)權利要求8的基于互補式金氧半導體的影像感測方法，其特征在于，該輸入端持續(xù)在高低電位間反復切換時，影像信號調變在一特定頻率，該特定頻率依照感測到的光強度而調整，光強度越強頻率越高。
11.根據(jù)權利要求10的基于互補式金氧半導體的影像感測方法，其特征在于，該特定頻率為具有抗噪聲干擾的交流信號。
12.根據(jù)權利要求8的基于互補式金氧半導體的影像感測方法，其特征在于，該輸入端持續(xù)在高低電位間反復切換時，影像信號調變在一特定頻率，該特定頻率的責任周期依照該感測陣列感測到的光強度而調整，光強度越強責任周期越長，反之光強度越弱責任周期越短。
13.根據(jù)權利要求12的基于互補式金氧半導體的影像感測方法，其特征在于，該特定頻率為具有抗噪聲干擾的交流信號。
【文檔編號】H04N5/357GK104349086SQ201410259068
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年6月11日 優(yōu)先權日:2013年7月29日
【發(fā)明者】張志聰, 謝竣杰 申請人:宇阡科技有限公司