TWI467134B - 感測裝置與感測方法 - Google Patents

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Description

感測裝置與感測方法
本發明是有關於一種感測裝置及感測方法。
隨著感測技術的演進，平板式感測單元陣列已被廣泛地應用於許多不同的領域中，例如應用於光學影像感測器、數位X光照相感測器(digital radiography sensor,DRS)、觸控螢幕感測器…等。平板式感測單元陣列的主要元件─主動陣列基板─之結構類似於平面顯示器中的結構，例如類似於薄膜電晶體液晶顯示器(thin film transistor liquid crystal display,TFT-LCD)中的薄膜電晶體陣列基板。
為了進一步提升感測效果，目前的感測技術乃朝向大面積感測、低能量感測能力的提升及高解析度發展。然而，提高解析度將會縮小感測器的畫素面積，進而降低了感測器對於入射能量的感測靈敏度。此外，低入射能量會降低感測器將此能量所轉換而成的電訊號之強度。再者，大面積感測容易因感測器的電阻電容耦合(RC coupling)而產生雜訊。
一般而言，在習知主動陣列基板上的一個畫素僅包含單一的薄膜電晶體以作為讀取與重置的開關，如此之結構無法達到訊號的增益以改善雜訊問題。習知具有畫素放大器的設計則只能解決上述這些問題的一部分，但無法解決全部的問題。
本發明之一實施例提出一種感測裝置，其包括一第一掃描線、一第二掃描線、一讀取線、一第一感測單元及一第二感測單元。第一感測單元耦接至第一掃描線、第二掃描線及讀取線，且用以感測一第一能量。第一感測單元反應於第一掃描線上的一第一掃描訊號而輸出對應於第一能量的一第一讀取訊號至讀取線。第二感測單元耦接至第二掃描線及讀取線，且用以感測一第二能量。第二感測單元反應於第二掃描線上的一第二掃描訊號而輸出對應於第二能量的一第二讀取訊號至讀取線。第二掃描訊號協同第一掃描訊號以重置第一感測單元。
本發明之另一實施例提出一種感測方法，其包括下列步驟。提供一第一感測單元與一第二感測單元以分別感測一第一能量與一第二能量。致使第一感測單元反應於一第一掃描訊號而輸出對應於第一能量的一第一讀取訊號。致使第二感測單元反應於一第二掃描訊號而輸出對應於第二能量的一第二讀取訊號。第二掃描訊號協同第一掃描訊號以重置第一感測單元。
為讓本發明之上述特徵能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1為本發明之一實施例之感測裝置的電路示意圖，而圖2為圖1之感測裝置的波形圖。請參照圖1與圖2，本實施例之感測裝置100包括多條掃描線110、多條讀取線120及多個感測單元200。在圖1中繪示三條掃描線110a、110b及110c、三條讀取線120a、120b及120c及四個感測單元200a、200b、200c及200d為例，而在本實施例中，感測單元200、掃描線110與讀取線120之電路結構可往圖1的上方、下方、左方與右方重複出現。舉例而言，掃描線110從圖1的上方至下方依序從第1條掃描線110、第2條掃描線110排列至第K條掃描線110，其中K為大於或等於3的正整數。圖1中的掃描線110a、110b與110c分別為第N條掃描線110、第N+1條掃描線110及第N+2條掃描線110，且N為小於或等於K-2的正整數。讀取線120從圖1的左方至右方依序從第1條讀取線排列至第J條讀取線，其中J為大於或等於2的正整數。圖1中的讀取線120a、120b與120c分別為第M-1條讀取線120、第M條讀取線及第M+1條讀取線，其中M為小於或等於J-1的正整數。當J=2時，則可去掉讀取線120a。每一感測單元200耦接至兩相鄰之二掃描線110，且耦接至相鄰的一讀取線120。舉例而言，感測單元200a耦接至掃描線110a、掃描線110b及讀取線120b，而感測單元200b耦接至掃描線110b、掃描線110c及讀取線120b。此外，每一感測單元200用以感測施加於其上的一能量E。舉例而言，感測單元200a用以感測能量E1，而感測單元200b用以感測能量E2。
感測單元200a反應於掃描線110a上的一掃描訊號112a而輸出對應於能量E1的一讀取訊號R1至讀取線120b。感測單元200b反應於掃描線110b上的一掃描訊號112b而輸出對應於能量E2的一讀取訊號R2至讀取線120b。此外，掃描訊號112b協同掃描訊號112a以重置感測單元200a。另外，掃描線110c上的一掃描訊號112c協同掃描訊號112b重置感測單元200b。
在本實施例中，每一感測單元200(如感測單元200a、200b、200c或200d)包括一感測元件210、一儲存元件220、一放大元件230及一重置元件240。感測元件210用以感測能量E，並將所感測到的能量E轉換為一資料訊號。儲存元件220耦接至相鄰的一掃描線110與感測元件210，且用以儲存資料訊號。舉例而言，感測單元200a的感測元件210用以感測能量E1，並將所感測到的能量E1轉換為資料訊號，而感測單元200a的儲存元件220耦接掃描線110a與感測單元200a的感測元件210，且用以儲存從能量E1轉換而來的資料訊號。
放大元件230耦接至儲存元件220、上述相鄰的掃描線110及相鄰的一讀取線120，其中放大元件230反應於來自上述相鄰的掃描線110的掃描訊號112而輸出對應於上述資料訊號的讀取訊號R至讀取線120。此外，重置元件240耦接至儲存元件220、上述相鄰的掃描線110及另一相鄰的掃描線110(即下一級掃描線110)，且重置元件240用以反應於來自上述相鄰的掃描線110(如重置元件240之在圖中的上方的掃描線110)的掃描訊號112及上述另一相鄰的掃描線110(即下一級掃描線110，亦即重置元件240之在圖中的下方的掃描線110)的掃描訊號112而重置儲存元件220。
舉例而言，感測單元200a的放大元件230耦接至感測單元200a的儲存元件220、掃描線110a及讀取線120b，其中感測單元200a的放大元件230反應於來自掃描線110a的掃描訊號112a而輸出對應於感測單元200a的儲存元件220所儲存的資料訊號的讀取訊號R至讀取線120b。此外，感測單元200a的重置元件240耦接至感測單元200a的儲存元件220、掃描線110a及掃描線110b，且感測單元200a的重置元件240用以反應於來自掃描線110b的掃描訊號112b及來自掃描線110a的掃描訊號112a而重置感測單元200a的儲存元件220。
在本實施例中，在每一感測單元200中，能量E為光能或電磁能，而感測元件210為電磁波感測元件，例如為光電二極體(photodiode)。然而，在另一實施例中，此電磁波感測元件亦可以是光電阻(photoresistor)、光導體(photoconductor)或光電晶體(phototransistor)或其他適當的電磁波感測元件。此外，在其他實施例中，能量E亦可以是機械能，例如彈性位能、動能等，而感測元件210例如為壓力感測元件。壓力感測元件例如為壓電感測元件(piezoelectric sensor)或其他適當的壓力感測元件。另外，能量E亦可以是熱能，而感測元件210例如是溫度感測元件。再者，能量E亦可以是電能，而感測元件210例如為觸碰感測元件，以感測手指或其他觸碰物體觸碰時所造成的電容變化。在其他實施例中，能量E亦可以是可被偵測的其他形式之能量，而感測元件210可以是可偵測此能量之感測器。
在本實施例中，感測單元200a的放大元件230的一電流輸入端T1耦接至掃描線110a與感測單元200a的儲存元件220的一第一端T4，感測單元200a的放大元件230的一控制端T2耦接至感測單元200a的儲存元件220的一第二端T5，且感測單元200a的放大元件230的一電流輸出端T3耦接至讀取線120b。放大元件230例如為一電晶體。在本實施例中，每一感測單元200中的放大元件230例如為一場效電晶體，而電流輸入端T1、控制端T2及電流輸出端T3例如分別為此場效電晶體的源極、閘極及汲極。然而，在其他實施例中，放大元件230亦可以是雙極性電晶體或其他電晶體。在本實施例中，每一感測單元200中的儲存元件220例如為一電容器，且此電容器的電容值遠大於放大元件230之電流輸入端T1與控制端T2之間的寄生電容值(typically about or more than 0.055pF)，在一實施例中，此電容器的電容值大於或約等於0.55pF，或者此電容器的電容值大於或約等於放大元件230的電流輸入端T1與控制端T2之間的寄生電容值的10倍。
在本實施例中，感測單元200a的重置元件240的一第一端T6耦接至掃描線110a，感測單元200a的重置元件240的一控制端T7耦接至掃描線110b，且感測單元200a的重置元件240的一第二端T8耦接至感測單元200a的放大元件230的控制端T2。在本實施例中，每一感測單元200中的重置元件240例如為一場效電晶體，而第一端T6、控制端T7及第二端T8例如分別為此場效電晶體的源極、閘極及汲極。然而，在其他實施例中，重置元件240亦可以是雙極性電晶體、其他電晶體或其他開關元件。
在本實施例中，感測單元200b的感測元件210用以感測能量E2，並將所感測到的能量E2轉換為一資料訊號。感測單元200b的儲存元件220耦接至掃描線110b與感測單元200b的感測元件210，且用以儲存從能量E2轉換而來的資料訊號。感測單元200b的放大元件230耦接至感測單元200b的儲存元件220、掃描線110b及讀取線120b，其中放大元件230反應於來自掃描線110b的掃描訊號112b而輸出對應於從能量E2轉換而來的資料訊號的讀取訊號R2至讀取線120b。
此外，在本實施例中，感測單元200b的重置元件240耦接至感測單元200b的儲存元件220、掃描線110b及掃描線110c，且感測單元200b的重置元件240用以反應於來自掃描線110c的掃描訊號112c及來自掃描線110b的掃描訊號112b而重置感測單元200b的儲存元件220。
具體而言，在本實施例中，感測單元200b的放大元件230的電流輸入端T1耦接至掃描線110b與感測單元200b的儲存元件220的第一端T4，感測單元200b的放大元件230的控制端T2耦接至感測單元200b的儲存元件220的第二端T5，且感測單元200b的放大元件230的電流輸出端T3耦接至讀取線120b。另外，感測單元200b的重置元件240的第一端T6耦接至掃描線110b，感測單元200b的重置元件240的控制端T7耦接至掃描線110c，且感測單元200b的重置元件240的第二端T8耦接至感測單元200b的放大元件230的控制端T2。
在本實施例中，這些掃描訊號112依序致能這些感測單元200。舉例而言，掃描訊號112a、掃描訊號112b與掃描訊號112c依序致能感測單元200a、感測單元200b與感測單元200b的下一級感測單元(圖中未繪示)。在本實施例中，這些掃描訊號112是由一驅動單元300所發出，而驅動單元300電性連接至這些掃描線110。驅動單元300例如是驅動電路。
在本實施例中，當一掃描線110的掃描訊號112處於高電位(high voltage)VH 時，此掃描訊號112使此掃描線110的上一級感測單元200的重置元件240的第一端T6與第二端T8導通，且此時上一級掃描線110的掃描訊號112處於低電位(low voltage)VL 而使此上一級感測單元200的儲存元件220的第一端T4及第二端T5皆處於低電位VL ，以重置此儲存元件220。舉例而言，在圖2之時間P3中，掃描線110a上的掃描訊號112a處於低電位VL ，且掃描線110b上的掃描訊號112b處於高電位VH ，此時掃描訊號112b會傳遞至重置元件240的控制端T7而使重置元件240處於導通狀態，進而使接點205a與掃描訊號112a同樣處於低電位VL 。如此一來，掃描線110a與接點205a皆處於低電位VL ，故儲存元件220上實質上沒有電荷的累積，因此達到掃描訊號112b協同掃描訊號112a重置儲存元件220的效果。此時，放大元件230的控制端T2亦處於低電位VL ，故放大元件230處於截止狀態，因而放大元件230的電流輸出端T3不會輸出電流訊號至讀取線120b。
在時間P3之後，例如於時間P4中，掃描訊號112a與掃描訊號112b皆處於低電位VL ，因此重置元件240處於截止狀態。此時，接點205a仍維持在時間P3的最終狀態，即處於低電位VL 。
圖3繪示圖1中之感測元件的一個實例。請參照圖1至圖3，圖3中之感測元件210是以光電二極體為例，此光電二極體的N極耦接至接點205，其中接點205耦接於重置元件240的第二端T8與放大元件230的控制端T2之間，且耦接於儲存元件220的第二端T5與此光電二極體的N極之間。此外，此光電二極體的P極耦接至一端點206。在圖2的時間P4之後的時間P1中，端點206上施加有負壓。此時，掃描線110a上的掃描訊號112a與掃描線110b上的掃描訊號112b均仍處於低電位(low voltage)VL ，故端點205a仍處於低電位。因此，感測單元200a的感測元件210(即光電二極體)承受一逆向偏壓。此時，若有光照射於感測單元200a的感測元件210時(即感測元件210接收能量E時)，會產生流經感測元件210的逆向電流，亦即從接點205(即接點205a)流向端點206的電流，進而導致電荷累積於感測單元200a的儲存元件220上。換言之，時間P1即為感測單元200的感測時問。如此一來，感測單元200a的儲存元件220的第二端T5相對於第一端T4之間便會存在一壓差ΔV1。由於此時掃描線110a仍維持於低電位VL ，因此在時間P1終了，接點205a的電位會維持於VL +ΔV1。在本實施例中，ΔV1例如為負值。
在時間P1之後的時間P2中，掃描線110a的掃描訊號112a處於高電位VH ，而掃描線110b的掃描訊號112b處於低電位VL 。此時，掃描訊號112b使感測單元200a的重置元件240的控制端T7處於低電位VL ，因此重置元件240處於截止狀態。另一方面，掃描訊號112a藉由感測單元200a的儲存元件220之電容耦合效應而使接點205a的電位上升至略低於高電位VH 的電位VH ’。在理想狀態下，藉由電容耦合效應，掃描訊號112a從低電位VL 提升至高電位VH 的電壓變化ΔV2實質上等於接點205a從電位VL +ΔV1提升至電位VH ’的電壓變化ΔV2’。然而，在實際狀態下，電壓變化ΔV2’會略小於電壓變化ΔV2，ΔV2’與ΔV2例如有以下的關係：
其中，Cst 為儲存元件220的電容值，Cg 為放大元件230的閘極電容值(包括閘極氧化物或絕緣層的電容值Cox 、閘極至源極的寄生電容值Cgs 及閘極至汲極的寄生電容值Cgd )，而K為無單位常數，用以表示其他耦合損失(coupling loss)，且K1，其中K=1代表無耦合損失。
在理想狀態下，由於ΔV2實質上等於ΔV2’，因此電位VH ’與高電位VH 的壓差ΔV1’實質上等於壓差ΔV1。然而，在實際狀態下，壓差ΔV1’的絕對值會略大於壓差ΔV1的絕對值，而兩者的關係可從上列ΔV2’與ΔV2的關係式推知。
當感測單元200a的感測元件210在時間P1中沒有感測到能量E時，便不會產生通過感測元件210的電流，因此不會累積電荷於儲存元件220上。換言之，儲存元件220上的跨壓為0，亦即此時接點205a的電位亦處於低電位VL 。因此，在時間P1之後的時間P2中，於理想狀態下，處於高電位VH 的掃描訊號112a經由儲存元件220的電容耦合效應會使接點205a的電位亦處於高電位VH 。此時，感測單元200a的放大元件230的放大作用會將接點205a的高電位VH 轉換成從放大元件230的電流輸入端T1流向電流輸出端T3的電流I。然而，當感測單元200a的感測元件210在時間P1中感測到能量E時，隨著所感測到的能量E的大小的不同，會對應在感測單元200a的儲存元件220兩端產生不同的壓差ΔV1。如此一來，在時間P1後之時間P2中，便會對應產生不同的壓差ΔV1’。經由感測單元200a的放大元件230的放大作用，接點205a之VH +ΔV1’的電位被轉換成從放大元件230的電流輸入端T1流向電流輸出端T3的電流I+ΔI，其中ΔI的值對應於ΔV1’的值，因此不同的壓差ΔV1’便會對應產生不同的ΔI。
電流I或電流I+ΔI在時間P2中會流向讀取線120b，然後接著流向判讀單元400。判讀單元400電性連接至這些讀取線120，以判讀來自讀取線120的電流訊號(即讀取訊號R)。當來自讀取線120的電流為I時，判讀單元400判斷輸出此電流的感測單元200的感測元件210沒有感測到能量E。當來自讀取線120的電流為I+ΔI時，判讀單元400根據ΔI的絕對值來判斷輸出此電流的感測單元200的感測元件210所感測到的能量E之大小，其中當ΔI的絕對值越大時，代表感測元件210所感測到的能量E越大。由於這些掃描線110的掃描訊號112是依序致能這些感測單元200，因此不同列之感測單元200(如感測單元200a與感測單元200b)會依序輸出電流訊號至判讀單元400。因此，判讀單元400根據接收到電流訊號的時間便可判斷出這是來自哪一列的感測單元200的電流訊號。另一方面，同一列的感測單元200(如感測單元200a與感測單元200c)同時被同一條掃描線110的掃描訊號112所驅動，但此同一列的感測單元同時將電流訊號輸出至不同條讀取線120。因此，判讀單元400根據電流訊號是來自哪一條讀取線120，便能夠判斷出這是來自哪一行的感測單元200的電流訊號。如此一來，一個感測單元200便能夠視為一個畫素，且當經過時間P1、時間P2、時間P3、時間P4，或再經過時間P1與時間P2之間的其他掃描訊號112的致能時間及時間P4與下一個時間P1之間的其他掃描訊號112的致能時間後，感測裝置100便能夠擷取一個畫格(frame)的影像。此外，當上述這些時間反覆出現後，感測裝置100便能夠擷取多個畫格，因而能夠擷取動態影像。
感測單元200b的其他詳細的作動方式可參考上述對感測單元200a的作動方式之描述，感測單元200a接收到的掃描訊號112a所產生的作用相當於感測單元200b接收到掃描訊號112b所產生的作用，而感測單元200a接收到掃描訊號112b所產生的作用相對於感測單元200b接收到掃描訊號112c的作用。感測單元200b的接點205b的訊號及其下一級感測單元200的接點205之訊號可參照圖2所繪示者。因此，時間P2除了是感測單元200a的讀取時間(即輸出讀取訊號R1的時間)之外，亦同時是上一級感測單元200的重置時間。時間P3除了是感測單元200b的讀取時間(即輸出讀取訊號R2的時間)之外，亦同時是感測單元200a的重置時間。時間P4除了是感測單元200b的重置時間之外，亦是下一級感測單元200的讀取時間。其他細節在比對上述對感測單元200a的描述即可得知，在此不再重述。
以上對感測單元200a與感測單元200b的電路結構與作動方式所作詳細的說明可類推感測單元200c、感測單元200d及其他感測單元200的電路結構與作動方式，在此不再重述。
此外，以上感測元件210是以光偵測器為例，且所偵測的能量E是以光能或電磁能為例，但本發明不以此為限。此外，本發明亦不限制ΔV1與ΔI為負值，當採用不同的感測元件210或不同的配置方式時，ΔV1與ΔI亦可以是正值或負值。
圖4為圖1中之判讀單元的局部電路示意圖。請參照圖1、圖2及圖4，在本實施例中，判讀單元400包括複數個運算放大器410、複數個電容器420、複數個開關元件430及複數個類比數位轉換器440。每一讀取線120可耦接至一運算放大器410的倒相輸入端，而此運算放大器410的同相輸入端則施加一參考電壓Vref 。此外，一電容器420的兩端則分別耦接至此運算放大器410的倒相輸入端與輸出端。此外，一開關元件430(例如電晶體)的兩端(例如源極與汲極)則分別耦接至此電容器420的兩端。再者，放算放大器410的輸出端則耦接至一類比數位轉換器440。運算放大器410與電容器420是藉由累積於電容器420上的電荷來將來自讀取線120的電流訊號轉換為電壓訊號，而類比數位轉換器440則將此類比的電壓訊號轉換為數位的電壓訊號。此外，開關元件430則是用來重置電容器420。每當要進入下一個掃描訊號的致能時間之前(例如要進入時間P2、時間P3及時間P4之前)，開關元件430則導通而使電容器420的兩端短路，進而釋放電容器420上的電荷以達到重置電容器420。接著，開關元件430便截止，以使運算放大器410與電容器420在下一個掃描訊號的致能時間時能夠將電流訊號轉換為電壓訊號。
值得注意的是，判讀單元400的電路設計不限於圖4所繪示之形式，其亦可採用其他之電路架構，只要能將ΔI的大小判讀出來即可。
在本實施例中，接點205的電壓訊號至運算放大器410所輸出的電壓訊號的電壓增益可以下列關係式計算而得：當放大元件230為金屬氧化物半導體場效電晶體時，可得到下列公式：
其中，Vamp 為接點205的電壓，VT 為電晶體的臨界電壓，C為電晶體之閘極氧化層的單位電容大小，μ為載子遷移率，W為電晶體的閘極寬度，L為電晶體的閘極長度，而Iamp 是從電晶體的源極流向汲極的電流。將(1)式對Vamp 作偏微分可得轉導係數gm ：
此外，電容器420的公式為：
其中，Cf 為電容器420的電容值，Vout 為運算放大器410的輸出端所輸出的電壓，Qf 是電容器420在相鄰兩次重置時間之間所累積的電荷，而Ts 是電容器420在相鄰兩次重置時間之間的充電時間。
接點205至運算放大器410的輸出端之電壓增益AV 為：
其中Vamp1 與Vamp2 為接點205的兩個不同的電壓，其分別對應產生Vout1 與Vout2 ，其中ΔVamp =Vamp2 -Vamp1 ，而ΔVout =Vout2 -Vout1 。將(4)式中的gm 以(2)式等號最右邊的式子代入，將(4)式中的Cf 以(3)式等號最右邊的式子式入，且將其中之Iamp 以等號右邊的式子代入後，整理可得下式：
因此，根據(5)式便可計算出電壓增益AV 。
以下舉出感測裝置100的一實施例之參數值，但本發明不以此為限：在一實施例中，AV ≧5，ΔAV ≦10%，此時Vout1 =10 V，ΔVout =2 V，Cf =1 pF，且電晶體的參數例如為：μ=0.5 cm2 /Vs，VT =2V，C=20 nF/cm2 ，且W/L=10。具體而言，在一實施例中，各項實驗參數如下表所列：
亦即，在此實施例中，可得電壓增益AV 約為5.3。由此可知，本實施例之感測裝置100具有較高的電壓增益。
在本實施例之感測裝置100中，由於放大元件230的電流I或I+ΔI是由掃描線110的掃描訊號112所提供，因此感測裝置100可以不採用額外的偏壓線(bias line)來施加偏壓至放大元件230。此外，在本實施例中，由於感測單元200的重置是藉由兩相鄰掃描線110的掃描訊號112之協同作用來達成，因此感測裝置100可以不採用額外的重置線(reset line)來重置感測單元200。少了偏壓線與重置線的配置，便可將感測單元200、掃描線110與讀取線120的結構作的更為精細。或者，從另一方面來看，少了偏壓線與重置線的配置可提升感測單元200的填充因數(fill factor)，亦即提升感測元件210所佔的面積比例，進而提升感測裝置100的感測靈敏度(例如感光度)。當感測裝置100作為X光照相感測器時，由於感測裝置100具有高感光度，當受檢查者被作X光檢查時，便可降低X光源的幅射量，進而使受檢查者之X光的曝露量下降，以提升受檢查者的安全。此外，當感測裝置100作為影像感測裝置時，由於感測裝置100具有高感光度，因此在弱光環境下仍能有效偵測到物體的影像。
另外，在本實施例中，當儲存元件220被重置後，對應的放大元件230的電流輸入端T1與控制端T2皆處於低電位VL ，如此可使放大元件230的電流輸入端T1與控制端T2的跨壓及電流輸入端T1與電流輸出端T3的跨壓都很小(例如趨近於0)。這樣的話，放大元件230的臨界電壓便會比較穩定，且放大元件230於截止狀態的漏電流也會被有效抑制。因此，本實施例之感測裝置100可有效降低雜訊。另外，如上文的分析及實驗數據可知，藉由放大元件230的放大作用，本實施例之感測裝置100具有較大的電壓增益AV ，因此亦可進一步有效提升感測裝置100的感測靈敏度。
圖5為本發明之一實施例之感測方法的流程圖。請參照圖1、圖2及圖5，本實施例之感測方法可用圖1之感測裝置100來實現。本實施例之感測方法包括下列步驟。首先，在步驟S110中，提供多個感測單元200。舉例而言，可提供圖1之感測單元200a、200b、200c及200d及其他感測單元200。接著，在步驟S120中，利用這些感測單元200分別感測多個能量E。舉例而言，可利用感測單元200a與感測單元200b分別感測能量E1與能量E2。然後，在步驟S130中，致使這些感測單元200分別反應於多個掃描訊號112而輸出分別對應於這些能量E的讀取訊號R。在本實施例中，這些掃描訊號112依序致能這些感測單元200，且每一掃描訊號112協同下一級掃描訊號112以重置對應的感測單元200。舉例而言，致使感測單元200a反應於掃描訊號112a而輸出對應於能量E1的讀取訊號R1，且致使感測單元200b反應於掃描訊號112b而輸出對應於能量E2的讀取訊號R2。掃描訊號112a與掃描訊號112b依序致能感測單元200a與感測單元200b，且掃描訊號112b協同第一掃描訊號112a以重置感測單元200a。
上述致使感測單元200a反應於掃描訊號112a而輸出對應於能量E1的R1讀取訊號的步驟包括下列步驟。首先，將所感測到的能量E1轉換為資料訊號。接著，儲存此資料訊號，例如是利用感測單元200a的儲存元件220以儲存此資料訊號，亦即以壓差ΔV1的形式儲存此資料訊號。然後，反應於掃描訊號112a而輸出對應於此資料訊號的讀取訊號R1，例如是以感測單元200a的放大元件230來完成。
同理，上述致使感測單元200b反應於掃描訊號112b而輸出對應於能量E2的R2讀取訊號的步驟包括下列步驟。首先，將所感測到的能量E2轉換為資料訊號。接著，儲存此資料訊號，例如是利用感測單元200b的儲存元件220以儲存此資料訊號，亦即以壓差ΔV1的形式儲存此資料訊號。然後，反應於掃描訊號112b而輸出對應於此資料訊號的讀取訊號R2，例如是以感測單元200b的放大元件230來完成。
再者，上述掃描訊號112b協同掃描訊號112a以重置感測單元200a的步驟為，當掃描訊號112a處於低電位時，使掃描訊號112b處於高電位，並藉由掃描訊號112b的致能而使掃描訊號112a將所儲存的資料訊號重置，例如是利用掃描訊號112b的致能而使感測單元200a的重置元件240導通，進而重置感測單元200a的儲存元件220。
同理，掃描訊號112c亦可協同掃描訊號112b以重置感測單元200c。亦即當掃描訊號112b處於低電位時，使掃描訊號112c處於高電位，並藉由掃描訊號112c的致能而使掃描訊號112b將所儲存的資料訊號重置。
本實施例之感測方法的其他細節可參照上述對圖1之感測裝置100的作動之描述，在此不再重述。另外，本實施例之感測方法可反覆執行步驟S120與步驟S130，以達到即時(real time)感測的效果。舉例而言，當能量E為光能或電磁能時，且當執行一次步驟S120與步驟S130時，則此感測方法可擷取一個靜態影像。此外，當反覆執行步驟S120與步驟S130時，則此感測方法可用以擷取動態影像。
由於本實施例之感測方法可利用掃描訊號來驅動及重置感測單元，且可以不採用額外的重置訊號來重置感測單元，因此本實施例之感測方法較為簡易。如此一來，便可簡化實施此感測方法的電路結構，進而降低成本。另外，當此感測方法利用上述感測裝置100來實施時，亦可達到上述感測裝置100的功效，在此不再重述。
綜上所述，在本發明之實施例之感測裝置中，由於放大元件的電流是由掃描線的掃描訊號所提供，因此感測裝置可以不採用額外的偏壓線來施加偏壓至放大元件。此外，在本發明之實施例中，由於感測單元的重置是藉由兩相鄰掃描線的掃描訊號之協同作用來達成，因此感測裝置可以不採用額外的重置線來重置感測單元。少了偏壓線與重置線的配置，便可將感測單元、掃描線與讀取線的結構作的更為精細。或者，從另一方面來看，少了偏壓線與重置線的配置可提升感測單元的填充因素，進而提升感測裝置的感測靈敏度。
另外，在本發明之實施例之感測裝置中，當儲存元件被重置後，對應的放大元件的電流輸入端與控制端皆處於低電位，如此可使放大元件的電流輸入端與控制端的跨壓及電流輸入端與電流輸出端的跨壓都很小。這樣的話，放大元件的臨界電壓便會比較穩定，且放大元件於截止狀態的漏電流也會被有效抑制。因此，本發明之實施例之感測裝置可有效降低雜訊。另外，藉由放大元件的放大作用，本發明之實施例之感測裝置具有較大的電壓增益，因此亦可進一步有效提升感測裝置的感測靈敏度。
再者，由於本發明之實施例之感測方法可利用掃描訊號來驅動及重置感測單元，且可以不採用額外的重置訊號來重置感測單元，因此本發明之實施例之感測方法較為簡易。如此一來，便可簡化實施此感測方法的電路結構，進而降低成本。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故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。
100．．．感測裝置
110、110a、110b、110c．．．掃描線
112、112a、112b、112c．．．掃描訊號
120、120a、120b、120c．．．讀取線
200、200a、200b、200c、200d．．．感測單元
205、205a、205b．．．接點
206．．．端點
210．．．感測元件
220．．．儲存元件
230．．．放大元件
240．．．重置元件
300．．．驅動單元
400．．．判讀單元
410．．．運算放大器
420．．．電容器
430．．．開關元件
440．．．類比數位轉換器
E、E1、E2．．．能量
P1、P2、P3、P4．．．時間
R、R1、R2．．．讀取訊號
S110～S130．．．步驟
T1．．．電流輸入端
T2、T7．．．控制端
T3．．．電流輸出端
T4、T6．．．第一端
T5、T8．．．第二端
VH ．．．高電位
VH ’．．．電位
VL ．．．低電位
Vref ．．．參考電壓
ΔV1、ΔV1’．．．壓差
ΔV2、ΔV2’．．．電壓變化
圖1為本發明之一實施例之感測裝置的電路示意圖。
圖2為圖1之感測裝置的波形圖。
圖3繪示圖1中之感測元件的一個實例。
圖4為圖1中之判讀單元的局部電路示意圖。
圖5為本發明之一實施例之感測方法的流程圖。
100．．．感測裝置
110、110a、110b、110c．．．掃描線
112、112a、112b、112c．．．掃描訊號
120、120a、120b、120c．．．讀取線
200、200a、200b、200c、200d．．．感測單元
205、205a、205b．．．接點
210．．．感測元件
220．．．儲存元件
230．．．放大元件
240．．．重置元件
300．．．驅動單元
400．．．判讀單元
E、E1、E2．．．能量
R、R1、R2．．．讀取訊號
T1．．．電流輸入端
T2、T7．．．控制端
T3．．．電流輸出端
T4、T6．．．第一端
T5、T8．．．第二端

Claims (19)

  1. 一種感測裝置，包括：一第一掃描線；一第二掃描線；一讀取線；一第一感測單元，耦接至該第一掃描線、該第二掃描線及該讀取線，且用以感測一第一能量，其中該第一感測單元反應於該第一掃描線上的一第一掃描訊號而輸出對應於該第一能量的一第一讀取訊號至該讀取線；以及一第二感測單元，耦接至該第二掃描線及該讀取線，且用以感測一第二能量，其中該第二感測單元反應於該第二掃描線上的一第二掃描訊號而輸出對應於該第二能量的一第二讀取訊號至該讀取線，且該第二掃描訊號協同該第一掃描訊號以重置該第一感測單元，該第一掃描訊號與該第二掃描訊號依序致能該第一感測單元與該第二感測單元，在一週期性圖框時間中，該第一掃描訊號致能該第一感測單元的時間早於該第二掃描訊號致能該第二感測單元的時間，且該第一感測單元與該第二感測單元分別感測該第一能量與該第二能量的時間是在一時段之外，其中該時段是從該第一掃描訊號致能該第一感測單元的時間至該第二掃描訊號致能該第二感測單元的時間的時段。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置，其中該第一感測單元包括：一第一感測元件，用以感測該第一能量，並將所感測 到的該第一能量轉換為一第一資料訊號；一第一儲存元件，耦接至該第一掃描線與該第一感測元件，且用以儲存該第一資料訊號；一第一放大元件，耦接至該第一儲存元件、該第一掃描線及該讀取線，其中該第一放大元件反應於來自該第一掃描線的該第一掃描訊號而輸出對應於該第一資料訊號的該第一讀取訊號至該讀取線；以及一重置元件，耦接至該第一儲存元件、該第一掃描線及一第二掃描線，其中該重置元件用以反應於該第二掃描訊號及該第一掃描訊號而重置該第一儲存元件。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之感測裝置，其中該第一放大元件的一電流輸入端耦接至該第一掃描線與該第一儲存元件的一端，該第一放大元件的一控制端耦接至該第一儲存元件的另一端，且該第一放大元件的一電流輸出端耦接至該讀取線。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之感測裝置，其中該重置元件的一第一端耦接至該第一掃描線，該重置元件的一控制端耦接至該第二掃描線，且該重置元件的一第二端耦接至該第一放大元件的該控制端。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之感測裝置，其中當該第二掃描訊號處於高電位時，該第二掃描訊號使該重置元件的該第一端與該第二端導通，且該第一掃描訊號處於低電位而使該第一儲存元件的該端及該另一端皆處於該低電位，以重置該第一儲存元件。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之感測裝置，其中該第一儲存元件為一電容器，且該電容器的電容值大於或約等於該第一放大元件的該電流輸入端與該控制端之間的寄生電容值的10倍。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之感測裝置，其中該第一感測元件為電磁波感測元件、壓力感測元件、溫度感測元件或觸碰感測元件。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之感測裝置，其中該電磁波感測元件為光電二極體、光電阻、光導體或光電晶體。
  9. 如申請專利範圍第2項所述之感測裝置，其中該第一儲存元件為一電容器，且該電容器的電容值大於或約等於0.55pF。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置，其中該第二感測單元包括：一第二感測元件，用以感測該第二能量，並將所感測到的該第二能量轉換為一第二資料訊號；一第二儲存元件，耦接至該第二掃描線與該第二感測元件，且用以儲存該第二資料訊號；以及一第二放大元件，耦接至該第二儲存元件、該第二掃描線及該讀取線，其中該第二放大元件反應於來自該第二掃描線的該第二掃描訊號而輸出對應於該第二資料訊號的該第二讀取訊號至該讀取線。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之感測裝置，其中該 第二放大元件的一電流輸入端耦接至該第二掃描線與該第二儲存元件的一端，該第二放大元件的一控制端耦接至該第二儲存元件的另一端，且該第二放大元件的一電流輸出端耦接至該讀取線。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之感測裝置，其中該第二儲存元件為一電容器，且該電容器的電容值大於或約等於該第二放大元件的該電流輸入端與該控制端之間的寄生電容值的10倍。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之感測裝置，其中該第二儲存元件為一電容器，且該電容器的電容值大於或約等於0.55pF。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置，其中該第一能量與該第二能量為光能、電磁能、機械能、熱能或電能。
  15. 一種感測方法，包括：提供一第一感測單元與一第二感測單元以分別感測一第一能量與一第二能量；致使該第一感測單元反應於一第一掃描訊號而輸出對應於該第一能量的一第一讀取訊號；以及致使該第二感測單元反應於一第二掃描訊號而輸出對應於該第二能量的一第二讀取訊號，其中，該第二掃描訊號協同該第一掃描訊號以重置該第一感測單元，該第一掃描訊號與該第二掃描訊號依序致能該第一感測單元與該第二感測單元，在一週期性圖框時 間中，該第一掃描訊號致能該第一感測單元的時間早於該第二掃描訊號致能該第二感測單元的時間，且該第一感測單元與該第二感測單元分別感測該第一能量與該第二能量的時間是在一時段之外，其中該時段是從該第一掃描訊號致能該第一感測單元的時間至該第二掃描訊號致能該第二感測單元的時間的時段。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之感測方法，其中致使該第一感測單元反應於該第一掃描訊號而輸出對應於該第一能量的該第一讀取訊號的步驟包括：將所感測到的該第一能量轉換為一第一資料訊號；儲存該第一資料訊號；以及反應於該第一掃描訊號而輸出對應於該第一資料訊號的該第一讀取訊號。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之感測方法，其中該第二掃描訊號協同該第一掃描訊號以重置該第一感測單元的步驟包括：當該第一掃描訊號處於低電位時，使該第二掃描訊號處於高電位，並藉由該第二掃描訊號的致能而使該第一掃描訊號將所儲存的該第一資料訊號重置。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之感測方法，其中該第一能量與該第二能量為光能、電磁能、機械能、熱能或電能。
  19. 如申請專利範圍第15項所述之感測方法，其中致使該第二感測單元反應於該第二掃描訊號而輸出對應於該 第二能量的該第二讀取訊號的步驟包括：將所感測到的該第二能量轉換為一第二資料訊號；儲存該第二資料訊號；以及反應於該第二掃描訊號而輸出對應於該第二資料訊號的該第二讀取訊號。
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