[發明專利]影像傳感器的讀出系統及方法

有效

• 申請號: 200910132212.4
• 申請日: 2009-04-28
• 公開（公告）號: CN101877758A
• 公開（公告）日: 2010-11-03
• 發明（設計）人: 印秉宏
• 申請（專利權）人: 英屬開曼群島商恒景科技股份有限公司
• 主分類號: H04N3/15
• 分類號: H04N3/15;H04N5/235;H04N5/243
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 陳松濤;王英

技術領域

本發明涉及一種影像傳感器，特別涉及一種具有增強動態范圍的影像傳感器的讀出系統及方法。

背景技術

半導體影像傳感器(例如電荷耦合元件(CCD)或互補金屬氧化半導體(CMOS)傳感器)普遍使用于照相機或攝影機中，用以將可見光的影像轉換為電子信號，便于后續的儲存、傳輸或顯示。

對于影像傳感器的讀出(readout)系統，其動態范圍(dynamic?range)通常會受到模擬至數字轉換器(ADC)的線性比例(linear?scale)的限制。傳統解決方法之一是藉由增加ADC的解析度來增強其動態范圍。然而，此方法會增加成本及等待時間(latency)。另一種傳統解決方法是結合長曝光影像(以得到較暗信號)及短曝光影像(以得到較亮信號)來增強其動態范圍。然而，此方法復雜且耗時。

鑒于傳統影像傳感器的讀出系統無法有效且經濟地增強其動態范圍，因此亟需提出一種快速且不復雜的影像傳感器讀出系統。

發明內容

鑒于上述，本發明的目的之一在于提出一種具增強動態范圍的影像傳感器讀出電路，具有簡單架構且操作快速。

根據本發明實施例，像素電路包含至少具有第一增益的第一放大器(例如像素放大器)及具有第二增益的第二放大器(例如源極隨耦器)，用于放大影像傳感器的信號。讀出電路包含至少第一讀出次電路(例如第一CDS電路)及第二讀出次電路(例如第二CDS電路)，用于分別讀出第一放大器的輸出及第二放大器的輸出。在實施例中，使用一個加法器將第一讀出次電路的輸出及第二讀出次電路的輸出予以相加。

附圖說明

圖1顯示本發明實施例的具有增強動態范圍的影像傳感器讀出系統。

圖2顯示本發明實施例讀出系統(圖1)的細部電路圖。

圖3顯示圖2相關信號的時序圖。

圖4顯示本發明實施例的操作步驟流程圖。

具體實施方式

圖1顯示本發明實施例的具有增強動態范圍的影像傳感器讀出系統。影像傳感器可以是(但不限定為)電荷耦合元件(CCD)或互補金屬氧化半導體(CMOS)傳感器，用于將可見光的影像轉換為電子信號。本實施例的讀出系統可應用于數字影像處理裝置中，例如(但不限定為)照相機或攝影機。

在本實施例的像素電路10中，光二極管100的信號于像素電路10中被至少兩個放大器所放大，亦即：具有第一增益g1的第一放大器102A及具有第二增益g2的第二放大器102B。其中，第一增益g1異于第二增益g2。例如，本實施例中的第一增益g1大于第二增益g2。第一放大器102A的輸出S1及第二放大器102B的輸出S2藉由一讀出電路12被讀出。該讀出電路12包含至少兩個讀出次電路，亦即：第一讀出次電路120A及第二讀出次電路120B，其分別接收輸出S1及S2。第一讀出次電路120A的輸出A及第二讀出次電路120B的輸出B可以經由加法器14相加，其分別具有權重w1及w2，因而得到相加結果為w1A+w2B。根據圖1所示的實施例，由于光二極管100的信號是由不同路徑以不同增益被讀出，因此其操作會類似于傳統結合長曝光影像及短曝光影像的效果，但是架構遠較傳統技術來得簡單。藉此，讀出系統的動態范圍可以有效地增進且較為經濟。

圖2顯示本發明實施例讀出系統(圖1)的細部電路圖。在本實施例中，像素電路10主要包含重置晶體管RST、源極隨耦器SF及傳輸晶體管TX。為簡化起見，圖式中的晶體管及其控制信號則使用相同的符號。在圖式中，當重置晶體管RST被開啟時，可用于將光二極管D重置到一個重置參考電壓。當源極隨耦器SF被開啟時，可用于緩沖光二極管D的影像信號。當傳輸晶體管TX被開啟時，可用于傳送光二極管D的像素影像信號。

像素電路10還包含RSTD晶體管，連接在參考電壓VCMO與反饋電容Cf一個極板之間。反饋電容Cf的另一極板則連接至源極隨耦器SF的柵極。NRSTD晶體管連接在第一輸出S1與反饋電容Cf/RSTD晶體管接點之間。

在本實施例中，對晶體管Bias_n1、Bias_n2、Bias_p1、Bias_p2施以適當的偏壓或者調整其適當的元件尺寸，用于提供兩個電壓輸出，亦即：第一輸出S1及第二輸出S2。其中，第一輸出S1由像素電路10的像素放大器所提供，而第二輸出S2則是由像素電路10的源極隨耦器SF所提供。在本實施例中，像素放大器具有增益g1，大于源極隨耦器SF的增益g2。