專利名稱：：影像傳感器的讀出系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種影像傳感器，特別涉及一種具有增強(qiáng)動(dòng)態(tài)范圍的影像傳感器的讀出系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
：半導(dǎo)體影像傳感器(例如電荷耦合元件(CCD)或互補(bǔ)金屬氧化半導(dǎo)體(CMOS)傳感器)普遍使用于照相機(jī)或攝影機(jī)中，用以將可見(jiàn)光的影像轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)，便于后續(xù)的儲(chǔ)存、傳輸或顯示。對(duì)于影像傳感器的讀出(readout)系統(tǒng)，其動(dòng)態(tài)范圍(dynamicrange)通常會(huì)受到模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)的線性比例(linearscale)的限制。傳統(tǒng)解決方法之一是藉由增加ADC的解析度來(lái)增強(qiáng)其動(dòng)態(tài)范圍。然而，此方法會(huì)增加成本及等待時(shí)間(latency)。另一種傳統(tǒng)解決方法是結(jié)合長(zhǎng)曝光影像(以得到較暗信號(hào))及短曝光影像(以得到較亮信號(hào))來(lái)增強(qiáng)其動(dòng)態(tài)范圍。然而，此方法復(fù)雜且耗時(shí)。鑒于傳統(tǒng)影像傳感器的讀出系統(tǒng)無(wú)法有效且經(jīng)濟(jì)地增強(qiáng)其動(dòng)態(tài)范圍，因此亟需提出一種快速且不復(fù)雜的影像傳感器讀出系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容鑒于上述，本發(fā)明的目的之一在于提出一種具增強(qiáng)動(dòng)態(tài)范圍的影像傳感器讀出電路，具有簡(jiǎn)單架構(gòu)且操作快速。根據(jù)本發(fā)明實(shí)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(hào)。讀出電路包含至少第一讀出次電路(例如第一⑶S電路)及第二讀出次電路(例如第二⑶S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(shí)施例中，使用一個(gè)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。圖1顯示本發(fā)明實(shí)施例的具有增強(qiáng)動(dòng)態(tài)范圍的影像傳感器讀出系統(tǒng)。圖2顯示本發(fā)明實(shí)施例讀出系統(tǒng)(圖1)的細(xì)部電路圖。圖3顯示圖2相關(guān)信號(hào)的時(shí)序圖。圖4顯示本發(fā)明實(shí)施例的操作步驟流程圖。具體實(shí)施例方式圖1顯示本發(fā)明實(shí)施例的具有增強(qiáng)動(dòng)態(tài)范圍的影像傳感器讀出系統(tǒng)。影像傳感器可以是(但不限定為)電荷耦合元件(CCD)或互補(bǔ)金屬氧化半導(dǎo)體(CMOS)傳感器，用于將可見(jiàn)光的影像轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)。本實(shí)施例的讀出系統(tǒng)可應(yīng)用于數(shù)字影像處理裝置中，例如(但不限定為)照相機(jī)或攝影機(jī)。在本實(shí)施例的像素電路10中，光二極管100的信號(hào)于像素電路10中被至少兩個(gè)放大器所放大，亦即具有第一增益gl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gl異于第二增益g2。例如，本實(shí)施例中的第一增益gl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(gè)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(jīng)由加法器14相加，其分別具有權(quán)重wl及w2，因而得到相加結(jié)果為wlA+w2B。根據(jù)圖1所示的實(shí)施例，由于光二極管100的信號(hào)是由不同路徑以不同增益被讀出，因此其操作會(huì)類似于傳統(tǒng)結(jié)合長(zhǎng)曝光影像及短曝光影像的效果，但是架構(gòu)遠(yuǎn)較傳統(tǒng)技術(shù)來(lái)得簡(jiǎn)單。藉此，讀出系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍可以有效地增進(jìn)且較為經(jīng)濟(jì)。圖2顯示本發(fā)明實(shí)施例讀出系統(tǒng)(圖1)的細(xì)部電路圖。在本實(shí)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(jiǎn)化起見(jiàn)，圖式中的晶體管及其控制信號(hào)則使用相同的符號(hào)。在圖式中，當(dāng)重置晶體管RST被開(kāi)啟時(shí)，可用于將光二極管D重置到一個(gè)重置參考電壓。當(dāng)源極隨耦器SF被開(kāi)啟時(shí)，可用于緩沖光二極管D的影像信號(hào)。當(dāng)傳輸晶體管TX被開(kāi)啟時(shí)，可用于傳送光二極管D的像素影像信號(hào)。像素電路10還包含RSTD晶體管，連接在參考電壓VCM0與反饋電容Cf一個(gè)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(diǎn)之間。在本實(shí)施例中，對(duì)晶體管Bias_nl、Bias_n2、Bias_pl、Bias_p2施以適當(dāng)?shù)钠珘夯蛘哒{(diào)整其適當(dāng)?shù)脑叽纾糜谔峁﹥蓚€(gè)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(shí)施例中，像素放大器具有增益gl，大于源極隨耦器SF的增益g2。繼續(xù)參閱圖2，第一關(guān)聯(lián)雙重取樣(correlateddoublesampling，CDS)電路120A接收第一輸出S1，而第二⑶S電路120B則接收第二輸出S2。第一⑶S電路120A包含第一取樣_保持_重置信號(hào)(sample-and-hold-resetsignal，SHR)，晶體管SHR_1及第一取樣-保持-影像信號(hào)(sample-and-hold-image_signal,SHS)晶體管SHR_1。第一SHR晶體管SHR_1及第一SHS晶體管SHS_1分別連接至第一SHR電容CSHR_1及第一SHS電容CSHS_1。其中，在重置期間，第一SHR晶體管SHR_1被開(kāi)啟以進(jìn)行取樣并保持重置信號(hào)于第一SHR電容CSHR_1；在積分期間，第一SHS晶體管SHS_1被開(kāi)啟以進(jìn)行取樣并保持影像信號(hào)于第一SHS電容CSHS_1。類似的情形，第二⑶S電路120B包含第二SHR晶體管SHR_2及第二SHS晶體管SHS_2。第二SHR晶體管SHR_2及第二SHS晶體管SHS_2分別連接至第二SHR電容CSHR_2及第二SHS電容CSHS_2。其中，在重置期間，第二SHR晶體管SHR_2被開(kāi)啟以進(jìn)行取樣并保持重置信號(hào)于第二SHR電容CSHR_2；在積分期間，第二SHS晶體管SHS_2被開(kāi)啟以進(jìn)行取樣并保持影像信號(hào)于第二SHS電容CSHS_2。在本實(shí)施例中，第一SHR電容CSHR_1的輸出Qrl于節(jié)點(diǎn)14A處電性耦接于第二SHS電容CSHS_2的輸出Qs2，且第一SHS電容CSHS_1的輸出Qsl于節(jié)點(diǎn)14B處電性耦接于第二SHR電容CSHR_2的輸出Qr2。藉由加法器14將節(jié)點(diǎn)14B的輸出(亦即，Qsl+Qr2)減去節(jié)點(diǎn)14A的輸出(亦即，Qrl+Qs2)。加法器14的輸出可以表示如下(Qsl+Qr2)-(Qrl+Qs2)=(Qsl-Qrl)+(Qr2-Qs2)=[-(Qrl-Qsl)]+[+(Qr2-Qs2)]上述表示式的第一項(xiàng)相關(guān)于第一⑶S電路120A，而第二項(xiàng)則相關(guān)于第二⑶S電路120B。第一項(xiàng)的負(fù)號(hào)(“_”)是因?yàn)橄袼仉娐?0的像素放大器的第一輸出S1與其輸入為反相，而第二項(xiàng)的正號(hào)(“+”)則是因?yàn)樵礃O隨耦器SF的第二輸出S2與其輸入為同相。圖3顯示圖2相關(guān)信號(hào)的時(shí)序圖。圖4則顯示本發(fā)明實(shí)施例的操作步驟流程圖。在操作時(shí)，重置晶體管RST首先在步驟41中被開(kāi)啟(30)。在此同時(shí)，控制信號(hào)RSTD(其系延長(zhǎng)重置控制信號(hào)RST)也同時(shí)變?yōu)橹鲃?dòng)(active)。接下來(lái)，在步驟42中，以主動(dòng)第二SHR信號(hào)SHR_2(31)及第二SHR晶體管來(lái)取樣第二輸出節(jié)點(diǎn)S2的第二重置信號(hào)，并接著使其保持于第二SHR電容CSHR_2中。同樣，以主動(dòng)第一SHR信號(hào)SHR_1(32)及第一SHR晶體管來(lái)取樣第一輸出節(jié)點(diǎn)S1的第一重置信號(hào)，并接著使其保持于第一SHR電容CSHR_1中。接著，在步驟43中，開(kāi)啟傳輸晶體管TX(33)。接下來(lái)，在步驟44中，以主動(dòng)第二SHS信號(hào)SHS_2(34)及第二SHS晶體管來(lái)取樣第二輸出節(jié)點(diǎn)S2的第二影像信號(hào)，并接著使其保持于第二SHS電容CSHS_2中。同樣，以主動(dòng)第一SHS信號(hào)SHS_1(35)及第一SHS晶體管來(lái)取樣第一輸出節(jié)點(diǎn)S1的第一影像信號(hào)，并接著使其保持于第一SHS電容CSHS_1中。第一SHR電容CSHR_1的輸出Qrl和第二SHS電容CSHS_2的輸出Qs2于節(jié)點(diǎn)14A處各依其權(quán)重(weightings)作電性耦接。上述的權(quán)重可藉由調(diào)整可調(diào)(adjustable)SHR或SHS電容而得到。類似的情形，第一SHS電容CSHS_1的輸出Qsl和第二SHR電容CSHR_2的輸出Qr2于節(jié)點(diǎn)14B處各依其權(quán)重作電性耦接。接著，藉由加法器14將節(jié)點(diǎn)14B的輸出(亦即，Qsl+Qr2)減去節(jié)點(diǎn)14A的輸出(亦即，Qrl+Qs2)(步驟45)。根據(jù)圖2至圖4所示的本發(fā)明實(shí)施例，由于光二極管D的信號(hào)是由不同路徑以不同增益被讀出，因此其操作會(huì)類似于傳統(tǒng)結(jié)合長(zhǎng)曝光影像及短曝光影像的效果，但是架構(gòu)較傳統(tǒng)技術(shù)來(lái)得簡(jiǎn)單。藉此，讀出系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍可以有效地增進(jìn)且較為經(jīng)濟(jì)。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并非用以限定本發(fā)明的申請(qǐng)專利范圍；凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包含在下述的權(quán)利要求書內(nèi)。權(quán)利要求一種影像傳感器的讀出系統(tǒng)，包含像素電路，包含至少具有第一增益的第一放大器及具有第二增益的第二放大器，用于放大該影像傳感器的信號(hào)；以及讀出電路，包含至少第一讀出次電路及第二讀出次電路，用于分別讀出該第一放大器的輸出及該第二放大器的輸出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影像傳感器的讀出系統(tǒng)，其中上述第一增益異于該第二增frff.o3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影像傳感器的讀出系統(tǒng)，還包含至少一個(gè)加法器，用以將該第一讀出次電路的輸出及該第二讀出次電路的輸出予以相加。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的影像傳感器的讀出系統(tǒng)，其中上述第一讀出次電路的輸出及該第二讀出次電路的輸出使用個(gè)別的權(quán)重進(jìn)行相加。5.一種影像傳感器的讀出系統(tǒng)，包含像素電路，用于產(chǎn)生第一輸出及第二輸出；第一關(guān)聯(lián)雙重取樣(CDS)電路，用于讀出該像素電路的第一輸出；及第二關(guān)聯(lián)雙重取樣(CDS)電路，用于讀出該像素電路的第二輸出。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的影像傳感器的讀出系統(tǒng)，其中上述像素電路包含重置晶體管，用以將光二極管重置到一個(gè)重置參考電壓；源極隨耦器，用于緩沖該光二極管的影像信號(hào)；及傳輸晶體管，用于傳送該光二極管的影像信號(hào)。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的影像傳感器的讀出系統(tǒng)，其中上述像素電路包含像素放大器及源極隨耦器。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的影像傳感器的讀出系統(tǒng)，其中上述像素電路的第一輸出由該像素放大器所產(chǎn)生，上述像素電路的第二輸出由該源極隨耦器所產(chǎn)生，其中，該像素放大器的增益大于該源極隨耦器。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的影像傳感器的讀出系統(tǒng)，其中上述第一⑶S電路包含第一取樣-保持-重置信號(hào)(SHR)晶體管，用于自該像素電路的第一輸出中取樣出一重置信號(hào)；第一取樣-保持-影像信號(hào)(SHS)晶體管，用于自該像素電路的第一輸出中取樣出一影像信號(hào)；及第一SHR電容及一第一SHS電容，分別耦接至該第一SHR晶體管及該第一SHS晶體管。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的影像傳感器的讀出系統(tǒng)，其中上述第二⑶S電路包含第二取樣-保持-重置信號(hào)(SHR)晶體管，用于自該像素電路的第二輸出中取樣出一重置信號(hào)；第二取樣-保持-影像信號(hào)(SHS)晶體管，用于自該像素電路的第二輸出中取樣出一影像信號(hào)；及第二SHR電容及一第二SHS電容，分別耦接至該第二SHR晶體管及該第二SHS晶體管。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的影像傳感器的讀出系統(tǒng)，還包含至少一個(gè)第一加法器，用于將該第一⑶S電路的輸出重置信號(hào)及該第二⑶S電路的輸出影像信號(hào)予以相加，及包含一個(gè)第二加法器，用于將該第一⑶S電路的輸出影像信號(hào)及該第二⑶S電路的輸出重置信號(hào)予以相加。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的影像傳感器的讀出系統(tǒng)，其中上述第一CDS電路的輸出重置信號(hào)及該第二⑶S電路的輸出影像信號(hào)依權(quán)重作電性耦接，且該第一⑶S電路的輸出影像信號(hào)及該第二⑶S電路的輸出重置信號(hào)依權(quán)重作電性耦接。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的影像傳感器的讀出系統(tǒng)，其中上述權(quán)重是藉由調(diào)整該第一及第二SHR電容、該第一及第二SHS電容而得到。14.一種影像傳感器的讀出方法，包含經(jīng)由第一路徑及第一增益將該影像傳感器的信號(hào)予以放大；經(jīng)由第二路徑及第二增益將該影像傳感器的信號(hào)予以放大；自該第一路徑讀出該放大信號(hào)；及自該第二路徑讀出該放大信號(hào)。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的影像傳感器的讀出方法，其中上述第一增益異于該第二增益。16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的影像傳感器的讀出方法，還包含一個(gè)步驟，用于將該第一路徑的讀出輸出和該第二路徑的讀出輸出予以相加。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的影像傳感器的讀出方法，其中上述讀出輸出使用個(gè)別的權(quán)重進(jìn)行相加。18.一種影像傳感器的讀出方法，包含開(kāi)啟像素電路的重置晶體管；在該像素電路的第一輸出節(jié)點(diǎn)取樣及保持第一重置信號(hào)，且于該像素電路的第二輸出節(jié)點(diǎn)取樣及保持第二重置信號(hào)；開(kāi)啟傳輸晶體管；及在該像素電路的第一輸出節(jié)點(diǎn)取樣及保持第一影像信號(hào)，且于該像素電路的第二輸出節(jié)點(diǎn)取樣及保持第二重影像信號(hào)。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的影像傳感器的讀出方法，還包含一個(gè)步驟，用于將該第一重置信號(hào)及第二影像信號(hào)予以電性耦接，且將該第一影像信號(hào)及第二重置信號(hào)予以電性耦接。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的影像傳感器的讀出方法，在上述耦接步驟中，使用個(gè)別的權(quán)重進(jìn)行電性耦接。全文摘要一種具有增強(qiáng)動(dòng)態(tài)范圍的影像傳感器讀出系統(tǒng)。像素電路包含至少具有第一增益的第一放大器及具有第二增益的第二放大器，用以放大影像傳感器的信號(hào)。讀出電路包含至少第一讀出次電路及第二讀出次電路，用以分別讀出第一放大器的輸出及第二放大器的輸出。文檔編號(hào)H04N5/235GK101877758SQ20091013221公開(kāi)日2010年11月3日申請(qǐng)日期2009年4月28日優(yōu)先權(quán)日2009年4月28日發(fā)明者印秉宏申請(qǐng)人:英屬開(kāi)曼群島商恒景科技股份有限公司