[發明專利]用于具多重數據讀出機制的影像感測器的處理器

有效

• 申請號: 201010180438.4
• 申請日: 2010-05-10
• 公開（公告）號: CN101888492A
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發明（設計）人: 林積劭
• 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: H04N5/335
• 分類號: H04N5/335;H04N5/225
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 劉瑜;王英

技術領域

本發明與影像感測器有關，尤指可提供具有較佳動態范圍的影像系統的方法以及其相關裝置，其中這些影像系統是具有內建有模擬數字轉換器的處理器。

背景技術

數字相機逐步取代了傳統的底片相機。一般而言，數字相機內具有至少一影像感測器以將入射(incident)光轉換成電荷，其中影像感測器是由以偵測器(detector)組成的陣列所構成，而在陣列中的各個偵測器依據入射光的強度來各自產生一電子信號。

在數字相機的技術領域中，互補金屬氧化物半導體(Complementarymetal-oxide-semiconductor，CMOS)影像感測器為一種被廣泛使用的感測器。對于一互補金屬氧化物半導體影像感測器而言，經由光偵測器(photodetector)得到的信號會以行讀出線(column?read?line)的方式，每次讀出一列，而在每一數據讀出流程當中，像素與像素之間并不會有電荷傳遞的情況發生。由于互補金屬氧化物半導體影像感測器相容于一般的互補金屬氧化物半導體制程，這使得在設計上可在配置有感測器陣列的同一基底(substrate)上加設額外的信號處理電路。

普遍來說，傳統的互補金屬氧化物半導體影像感測器可具有一主動像素感測器(active-pixel?sensor，APS)，而所謂像素是指在影像感測器中用以隨著不同入射光強度來產生不同強度的輸出信號的元件。影像感測器中的每個像素用以對信號進行偵測、儲存以及采樣。

然而，傳統的影像感測器存在一些令人詬病的缺陷，比方說，對傳統的互補金屬氧化物半導體影像感測器而言，其動態范圍并不佳；而所謂的動態范圍意指一影像感測器對于一單一影像中所能捕捉到的最大光強度與噪聲基準(noise?floor)間的范圍。動態范圍可以下列等式表示：

DR=HLLL---(1)]]>

在前述等式(1)中，HL表示最大的未飽和光通量(optical?flux)，而LL則表示最低的可測得知光通量(也即噪聲基準)。

請參閱圖1，圖1所示為現有影像感測器的一像素陣列中五個不同的像素P1-P5其分別在不同光線強度下的轉換曲線的示意圖。如圖1所示，像素陣列以一幀積分時間(frame?integration?time)t₀的一全積分時間(fullintegration?time)來感測一影像，其中P_n表示一像素n，而I_n表示像素n所感測到的光線強度。而像素P₁-P₅所分別對應到的光線強度I₁-I₅彼此并不相同，且可以下列算式(2)來加以表示：

I₅＞I₄＞I₃＞I₂＞I₁???????????????????????????????(2)

積分時間表示影像感測器內的像素搜集光致(photo-generated)電荷的時間長度。如圖1所示，若像素P₁-P₅都在一全積分時間t₀之后進行讀出處理，則此時除了像素P₁輸出一非飽和的輸出V_o1之外，其余的像素P₂-P₅都將輸出相同強度的飽和輸出值Vsat，而此時像素P₁-P₅所輸出的電壓強度可表示如下：

V_out1＝V_o1???????????????????????????????????????(3)

V_out2＝V_out3＝V_out4＝V_out5＝V_sat?????????????????(4)