[发明专利]影像传感器的读出系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种影像传感器，特别涉及一种具有增强动态范围的影像传感器的读出系统及方法。

背景技术

半导体影像传感器(例如电荷耦合元件(CCD)或互补金属氧化半导体(CMOS)传感器)普遍使用于照相机或摄影机中，用以将可见光的影像转换为电子信号，便于后续的储存、传输或显示。

对于影像传感器的读出(readout)系统，其动态范围(dynamic range)通常会受到模拟至数字转换器(ADC)的线性比例(linear scale)的限制。传统解决方法之一是藉由增加ADC的解析度来增强其动态范围。然而，此方法会增加成本及等待时间(latency)。另一种传统解决方法是结合长曝光影像(以得到较暗信号)及短曝光影像(以得到较亮信号)来增强其动态范围。然而，此方法复杂且耗时。

鉴于传统影像传感器的读出系统无法有效且经济地增强其动态范围，因此亟需提出一种快速且不复杂的影像传感器读出系统。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的之一在于提出一种具增强动态范围的影像传感器读出电路，具有简单架构且操作快速。

根据本发明实施例，像素电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(例如源极随耦器)，用于放大影像传感器的信号。读出电路包含至少第一读出次电路(例如第一CDS电路)及第二读出次电路(例如第二CDS电路)，用于分别读出第一放大器的输出及第二放大器的输出。在实施例中，使用一个加法器将第一读出次电路的输出及第二读出次电路的输出予以相加。

附图说明

图1显示本发明实施例的具有增强动态范围的影像传感器读出系统。

图2显示本发明实施例读出系统(图1)的细部电路图。

图3显示图2相关信号的时序图。

图4显示本发明实施例的操作步骤流程图。

具体实施方式

图1显示本发明实施例的具有增强动态范围的影像传感器读出系统。影像传感器可以是(但不限定为)电荷耦合元件(CCD)或互补金属氧化半导体(CMOS)传感器，用于将可见光的影像转换为电子信号。本实施例的读出系统可应用于数字影像处理装置中，例如(但不限定为)照相机或摄影机。

在本实施例的像素电路10中，光二极管100的信号于像素电路10中被至少两个放大器所放大，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异于第二增益g2。例如，本实施例中的第一增益g1大于第二增益g2。第一放大器102A的输出S1及第二放大器102B的输出S2藉由一读出电路12被读出。该读出电路12包含至少两个读出次电路，亦即：第一读出次电路120A及第二读出次电路120B，其分别接收输出S1及S2。第一读出次电路120A的输出A及第二读出次电路120B的输出B可以经由加法器14相加，其分别具有权重w1及w2，因而得到相加结果为w1A+w2B。根据图1所示的实施例，由于光二极管100的信号是由不同路径以不同增益被读出，因此其操作会类似于传统结合长曝光影像及短曝光影像的效果，但是架构远较传统技术来得简单。藉此，读出系统的动态范围可以有效地增进且较为经济。

图2显示本发明实施例读出系统(图1)的细部电路图。在本实施例中，像素电路10主要包含重置晶体管RST、源极随耦器SF及传输晶体管TX。为简化起见，图式中的晶体管及其控制信号则使用相同的符号。在图式中，当重置晶体管RST被开启时，可用于将光二极管D重置到一个重置参考电压。当源极随耦器SF被开启时，可用于缓冲光二极管D的影像信号。当传输晶体管TX被开启时，可用于传送光二极管D的像素影像信号。

像素电路10还包含RSTD晶体管，连接在参考电压VCMO与反馈电容Cf一个极板之间。反馈电容Cf的另一极板则连接至源极随耦器SF的栅极。NRSTD晶体管连接在第一输出S1与反馈电容Cf/RSTD晶体管接点之间。

在本实施例中，对晶体管Bias_n1、Bias_n2、Bias_p1、Bias_p2施以适当的偏压或者调整其适当的元件尺寸，用于提供两个电压输出，亦即：第一输出S1及第二输出S2。其中，第一输出S1由像素电路10的像素放大器所提供，而第二输出S2则是由像素电路10的源极随耦器SF所提供。在本实施例中，像素放大器具有增益g1，大于源极随耦器SF的增益g2。