专利名称：：影像传感器的读出系统及方法
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(dynamicrange)通常会受到模拟至数字转换器(ADC)的线性比例(linearscale)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⑶S电路)及第二读出次电路(例如第二⑶S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。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。具体实施例方式图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异于第二增益g2。例如，本实施例中的第一增益gl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wl及w2，因而得到相加结果为wlA+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VCM0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_nl、Bias_n2、Bias_pl、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gl，大于源极随耦器SF的增益g2。继续参阅图2，第一关联双重取样(correlateddoublesampling，CDS)电路120A接收第一输出S1，而第二⑶S电路120B则接收第二输出S2。第一⑶S电路120A包含第一取样_保持_重置信号(sample-and-hold-resetsignal，SHR)，晶体管SHR_1及第一取样-保持-影像信号(sample-and-hold-image_signal,SHS)晶体管SHR_1。第一SHR晶体管SHR_1及第一SHS晶体管SHS_1分别连接至第一SHR电容CSHR_1及第一SHS电容CSHS_1。其中，在重置期间，第一SHR晶体管SHR_1被开启以进行取样并保持重置信号于第一SHR电容CSHR_1；在积分期间，第一SHS晶体管SHS_1被开启以进行取样并保持影像信号于第一SHS电容CSHS_1。类似的情形，第二⑶S电路120B包含第二SHR晶体管SHR_2及第二SHS晶体管SHS_2。第二SHR晶体管SHR_2及第二SHS晶体管SHS_2分别连接至第二SHR电容CSHR_2及第二SHS电容CSHS_2。其中，在重置期间，第二SHR晶体管SHR_2被开启以进行取样并保持重置信号于第二SHR电容CSHR_2；在积分期间，第二SHS晶体管SHS_2被开启以进行取样并保持影像信号于第二SHS电容CSHS_2。在本实施例中，第一SHR电容CSHR_1的输出Qrl于节点14A处电性耦接于第二SHS电容CSHS_2的输出Qs2，且第一SHS电容CSHS_1的输出Qsl于节点14B处电性耦接于第二SHR电容CSHR_2的输出Qr2。藉由加法器14将节点14B的输出(亦即，Qsl+Qr2)减去节点14A的输出(亦即，Qrl+Qs2)。加法器14的输出可以表示如下(Qsl+Qr2)-(Qrl+Qs2)=(Qsl-Qrl)+(Qr2-Qs2)=[-(Qrl-Qsl)]+[+(Qr2-Qs2)]上述表示式的第一项相关于第一⑶S电路120A，而第二项则相关于第二⑶S电路120B。第一项的负号(“_”)是因为像素电路10的像素放大器的第一输出S1与其输入为反相，而第二项的正号(“+”)则是因为源极随耦器SF的第二输出S2与其输入为同相。图3显示图2相关信号的时序图。图4则显示本发明实施例的操作步骤流程图。在操作时，重置晶体管RST首先在步骤41中被开启(30)。在此同时，控制信号RSTD(其系延长重置控制信号RST)也同时变为主动(active)。接下来，在步骤42中，以主动第二SHR信号SHR_2(31)及第二SHR晶体管来取样第二输出节点S2的第二重置信号，并接着使其保持于第二SHR电容CSHR_2中。同样，以主动第一SHR信号SHR_1(32)及第一SHR晶体管来取样第一输出节点S1的第一重置信号，并接着使其保持于第一SHR电容CSHR_1中。接着，在步骤43中，开启传输晶体管TX(33)。接下来，在步骤44中，以主动第二SHS信号SHS_2(34)及第二SHS晶体管来取样第二输出节点S2的第二影像信号，并接着使其保持于第二SHS电容CSHS_2中。同样，以主动第一SHS信号SHS_1(35)及第一SHS晶体管来取样第一输出节点S1的第一影像信号，并接着使其保持于第一SHS电容CSHS_1中。第一SHR电容CSHR_1的输出Qrl和第二SHS电容CSHS_2的输出Qs2于节点14A处各依其权重(weightings)作电性耦接。上述的权重可藉由调整可调(adjustable)SHR或SHS电容而得到。类似的情形，第一SHS电容CSHS_1的输出Qsl和第二SHR电容CSHR_2的输出Qr2于节点14B处各依其权重作电性耦接。接着，藉由加法器14将节点14B的输出(亦即，Qsl+Qr2)减去节点14A的输出(亦即，Qrl+Qs2)(步骤45)。根据图2至图4所示的本发明实施例，由于光二极管D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。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下完成的等效改变或修饰，均应包含在下述的权利要求书内。权利要求一种影像传感器的读出系统，包含像素电路，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，用于放大该影像传感器的信号；以及读出电路，包含至少第一读出次电路及第二读出次电路，用于分别读出该第一放大器的输出及该第二放大器的输出。2.根据权利要求1所述的影像传感器的读出系统，其中上述第一增益异于该第二增frff.o3.根据权利要求1所述的影像传感器的读出系统，还包含至少一个加法器，用以将该第一读出次电路的输出及该第二读出次电路的输出予以相加。4.根据权利要求3所述的影像传感器的读出系统，其中上述第一读出次电路的输出及该第二读出次电路的输出使用个别的权重进行相加。5.一种影像传感器的读出系统，包含像素电路，用于产生第一输出及第二输出；第一关联双重取样(CDS)电路，用于读出该像素电路的第一输出；及第二关联双重取样(CDS)电路，用于读出该像素电路的第二输出。6.根据权利要求5所述的影像传感器的读出系统，其中上述像素电路包含重置晶体管，用以将光二极管重置到一个重置参考电压；源极随耦器，用于缓冲该光二极管的影像信号；及传输晶体管，用于传送该光二极管的影像信号。7.根据权利要求5所述的影像传感器的读出系统，其中上述像素电路包含像素放大器及源极随耦器。8.根据权利要求7所述的影像传感器的读出系统，其中上述像素电路的第一输出由该像素放大器所产生，上述像素电路的第二输出由该源极随耦器所产生，其中，该像素放大器的增益大于该源极随耦器。9.根据权利要求5所述的影像传感器的读出系统，其中上述第一⑶S电路包含第一取样-保持-重置信号(SHR)晶体管，用于自该像素电路的第一输出中取样出一重置信号；第一取样-保持-影像信号(SHS)晶体管，用于自该像素电路的第一输出中取样出一影像信号；及第一SHR电容及一第一SHS电容，分别耦接至该第一SHR晶体管及该第一SHS晶体管。10.根据权利要求9所述的影像传感器的读出系统，其中上述第二⑶S电路包含第二取样-保持-重置信号(SHR)晶体管，用于自该像素电路的第二输出中取样出一重置信号；第二取样-保持-影像信号(SHS)晶体管，用于自该像素电路的第二输出中取样出一影像信号；及第二SHR电容及一第二SHS电容，分别耦接至该第二SHR晶体管及该第二SHS晶体管。11.根据权利要求10所述的影像传感器的读出系统，还包含至少一个第一加法器，用于将该第一⑶S电路的输出重置信号及该第二⑶S电路的输出影像信号予以相加，及包含一个第二加法器，用于将该第一⑶S电路的输出影像信号及该第二⑶S电路的输出重置信号予以相加。12.根据权利要求11所述的影像传感器的读出系统，其中上述第一CDS电路的输出重置信号及该第二⑶S电路的输出影像信号依权重作电性耦接，且该第一⑶S电路的输出影像信号及该第二⑶S电路的输出重置信号依权重作电性耦接。13.根据权利要求12所述的影像传感器的读出系统，其中上述权重是藉由调整该第一及第二SHR电容、该第一及第二SHS电容而得到。14.一种影像传感器的读出方法，包含经由第一路径及第一增益将该影像传感器的信号予以放大；经由第二路径及第二增益将该影像传感器的信号予以放大；自该第一路径读出该放大信号；及自该第二路径读出该放大信号。15.根据权利要求14所述的影像传感器的读出方法，其中上述第一增益异于该第二增益。16.根据权利要求14所述的影像传感器的读出方法，还包含一个步骤，用于将该第一路径的读出输出和该第二路径的读出输出予以相加。17.根据权利要求16所述的影像传感器的读出方法，其中上述读出输出使用个别的权重进行相加。18.一种影像传感器的读出方法，包含开启像素电路的重置晶体管；在该像素电路的第一输出节点取样及保持第一重置信号，且于该像素电路的第二输出节点取样及保持第二重置信号；开启传输晶体管；及在该像素电路的第一输出节点取样及保持第一影像信号，且于该像素电路的第二输出节点取样及保持第二重影像信号。19.根据权利要求18所述的影像传感器的读出方法，还包含一个步骤，用于将该第一重置信号及第二影像信号予以电性耦接，且将该第一影像信号及第二重置信号予以电性耦接。20.根据权利要求19所述的影像传感器的读出方法，在上述耦接步骤中，使用个别的权重进行电性耦接。全文摘要一种具有增强动态范围的影像传感器读出系统。像素电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，用以放大影像传感器的信号。读出电路包含至少第一读出次电路及第二读出次电路，用以分别读出第一放大器的输出及第二放大器的输出。文档编号H04N5/235GK101877758SQ20091013221公开日2010年11月3日申请日期2009年4月28日优先权日2009年4月28日发明者印秉宏申请人:英属开曼群岛商恒景科技股份有限公司