[发明专利]光感应像素电路与影像传感器

说明书

本发明提供一种光感应像素电路与影像传感器。光感应像素电路包括光感应部位、传输晶体管、多个调整晶体管、输出电路、行控制晶体管以及控制单元。传输晶体管具有浮动节点，将光感应部位所产生的电子转换为电压信号。调整晶体管的第一端耦接至第一电源，第二端经由浮动节点耦接至传输晶体管。输出电路根据电压信号输出感应信号。感应信号对应所感应的光源的亮度。行控制晶体管将放大后电压信号传输至输出电路。调整晶体管包括至少两操作模式。在不同的操作模式下，调整晶体管被开启的数目不同。调整晶体管是串联耦接在第一端及第二端之间。控制单元根据感应信号对应的光亮度来调整调整晶体管被开启的数目。

本发明是一件分案申请，原申请的申请日为：2012年2月23日；原申请号为：201210042102.0；原发明创造名称为：光感测像素电路与影像感测器。

技术领域

本发明涉及一种感应电路，尤其涉及一种光感应像素电路以及一种影像传感器。

背景技术

一般而言，互补式金氧半导体影像传感器(CMOS image sensor)通常制作于硅、砷化镓、碳化硅或硅锗基板上。为了进行影像感应，CMOS影像传感器通常包括光感应部位、信号转换电路及输出电路(output circuit)。光感应部位用以感应光源，并将所感应到的光信号传递至传输电路。接着，光信号再由信号转换电路转换为电信号，并将其传递至输出电路。

在上述操作模式中，CMOS影像传感器的转换增益是由信号转换电路内部节点的等效电容值来决定。若光感应部位的最大储存量(full well capacity，FWC)高于CMOS影像传感器的转换增益，光感应部位所产生的电子经由信号转换电路转换为电信号后，可能导致电信号输入至输出电路的电压过低，进而导致CMOS影像传感器的电路整体无法操作。或者，过低的电信号电压可能导致光感应部位所产生的电子无法在信号转换电路内部顺利地传输，进而导致影像延迟(image lag)。

此种情况发生时，一般是采取调降光感应部位的最大储存量的措施来解决此一问题。然而，由于CMOS影像传感器的动态范围与最大储存量及读取噪音(read noise)有关，因此一旦调降光感应部位的最大储存量，在相同的读取噪音的条件下，为了得到信号转换电路内部信号的高灵敏度，势必需要牺牲动态范围。换句话说，现有高转换增益的CMOS影像传感器虽然具有高灵敏度的优点，但其信号范围过大时将限制后端电路的操作，除了无法得到大的动态范围以外，也容易造成影像延迟。

另一种解决方式是设计转换增益较低的CMOS影像传感器。此种方式虽可满足光感应部位较高的最大储存量的需求并取得高动态范围，但是信号转换电路内部信号的灵敏度较低。若CMOS影像传感器操作在低亮度的环境时，需要以较高的增益进行调整，容易使得后方的电路导入额外的噪音，进而降低信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)。换句话说，现有低转换增益的CMOS影像传感器虽然具有高动态范围，但在低亮度操作时需要较大的后端增益，将导致电路的信噪比下降。

发明内容

本发明提供一种光感应像素电路，采用此光感应像素电路的影像传感器可兼顾高灵敏度与高动态范围。