CN1256469A - 具线转移及像素读出结构的硅对接触式图像传感器芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用线转移及像素读出结构的硅对接触式图像传感芯片,包括一用于产生操作芯片所需脉冲的时钟脉冲发生器;一用于应答脉冲发生器所产生的脉冲的实设光电元件阵列;一虚设元件阵列;一确保虚设元件无法接收到光线的遮蔽元件;一输出线路和一缓冲器。其整合与讯号读出步骤是分开进行的,可提供更精确的文件,避免文件变形、垂直解析度降低及扫描速度降低等问题。所有芯片可成一列地头尾对接在单一芯片上,具有高灵敏度、低重置噪音、高讯号噪声比等优点。
Description
本发明涉及一种用于扫瞄及数字化文件的接触式图像传感(contact imagesensor，CIS)系统领域，特别涉及一种具线转移及像素读出(1ine transfer and pixelreadout，LTPR)结构的接触式图像传感芯片。
扫瞄及数字化文件所要求的技术已经出现近二十年，早期的扫瞄装置是由电荷耦合装置或自我扫瞄光电二极管阵列(或金氧半导体(metal-oxide-semiconductor，MOS))所组成，接触式图像传感系统利用杆状透镜系统取代所有的光学系统来改善这些装置，这种安排可缩短图像传感器及待扫瞄文件间的距离，剩下大约2公分。图1为传统接触式图像传感系统的示意图，这个系统包括三个主要元件：(1)发光二极管(light emitted diode，LED)光源阵列1、(2)杆状透镜阵列3、(3)长形图像传感阵列4。发光二极管光源阵列1照射文件2，反射的光线通过玻璃罩7到达杆状透镜阵列3，杆状透镜阵列3是由一排的玻璃棒所构成，每一根玻璃棒会覆盖到差不多16个光电检波器4b，杆状透镜阵列3将反射的图像聚焦至图像传感阵列4，图像传感阵列4是由数个图像传感光电元件4a所组成，每一个图像传感光电元件4a都包含若干光电检波器4b，图像传感阵列4原则上是设置在能够将图像转换成电子讯号的并合图像传感板5上。
所有的元件和光学路径都被并入一个小型的模块，称做接触式图像传感模块6，图2就是其截面图。除了上述的元件以外，接触式图像传感模块6还包括一输出线路8和塑胶壳9，输出线路8会将并合图像传感板5产生的讯号传输到外部电路，塑胶壳9内则放置所有上述元件而组成一小型模块。
有关这个系统我们可以举一例子，就是馈纸式图像扫瞄装置，如传真机，接触式图像传感模块6(包括玻璃罩7)相对于滚轮10被固定住，文件2被夹入滚轮10和玻璃罩7而与滚轮10和玻璃罩7接触，当步进马达10a使滚轮10转动，滚轮10会推进文件2直到文件2的第一条线进入接触式图像传感模块6的读取区，然后打开光源阵列1，反射式文件的光学讯号会被聚焦至连续的光学元件4a上，这些光电元件4a将光学讯号转换成电荷或电压形式的电子讯号，并将其储存在相关的持留电容器中。
接着，接触式图像传感模块6整合文件2的第一条线，在接触式图像传感模块6读出了文件2的第一条线之后，接触式图像传感模块6会送出讯号给步进马达10a，步进马达10a在收到讯号后会开始驱动滚轮10，直到文件2的第二条线进入接触式图像传感模块6的读取区，然后接触式图像传感模块6会读取文件2的第二条线，这些步骤会一直重复直到读取了文件上所有的线，然后步进马达10a最后一次推进文件2，将文件2从滚轮10及玻璃罩7间推出。
图3为已有技术并合图像传感板5的电路图，并合图像传感板5是一个长形印刷电路板，包括了数个硅接触式图像传感芯片11，在单一基板上头尾对接成一直线排列，相邻的检波器间的距离大致相等，传感板5还包括周边电路，周边电路包括有讯号处理装置12和运算放大器13，讯号处理装置12可连续起动个别芯片，运算放大器13可以结合并放大接触式图像传感芯片11产生的所有类比讯号。图像传感芯片11的数目是由扫瞄宽度所决定，如果用了27个芯片，所得到的总和宽度跟标准用纸宽度差不多，像A4纸张的宽度约8.5英寸。
并合图像传感板5产生类比图像讯号输出，讯号处理装置12产生的两个输入脉冲触发接触式图像传感模块6的操作，这两个触发输入脉冲分别是起动脉冲φSP14和时钟脉冲φCP15，如图3所示，起动脉冲φSP14触发第一芯片11产生输入脉冲φIP16，第一芯片11还会产生结束脉冲φEP17，用以触发第二芯片产生输入脉冲φIP16，这个步骤会一直重复直到所有的芯片11都已被触发，所有芯片11的时钟脉冲φCP15输入位置是接在一起的，所以大家的时钟脉冲φCP15是同步的，图像传感板5产生的所有类比讯号都被结合在一起，然后由运算放大器13放大。
图4为已有技术并合图像传感板5的时序图，说明元件间的时序关系，起动步进马达10a以推进文件2使下一条线定位、时钟脉冲φCP15的传输、起动脉冲φSP14的传输、每一芯片11读取文件2特定线的所需时间、读出待扫瞄文件2中一条线所需要的时间、整合时间(即特定光电二极管在两个连续读出步骤之间的时间)等等。
图5是说明使用光晶体管传感元件4a的已知接触式图像传感模块6的功能的方块图(芯片的结构和功能在1994年3月29日公告的美国专利号5,299,013中有详细说明)，图像传感芯片11包括一列的光晶体管传感元件111、一列的多路转换开关112、有n个相同阶段113b的n阶数字扫瞄移位寄存器113、内建缓冲器113a和实设芯片选择器114。
操作时，起动脉冲触发图像传感芯片11上的第一个实设光电元件111，这会连续起动第一光电元件111上的光电检波器4b，当第一图像传感芯片11上最后一个光晶体管传感元件111所产生的讯号已经被读取后，就会产生结束扫瞄脉冲，好触发下一个图像传感芯片，每一个多路转换开关112会耦合一个光电元件111及输出线路。
输入脉冲φIP16依次触发每一个光晶体管传感元件111读取文件2的特定线，输入脉冲φIP16同时触发产生时钟脉冲φCP15，将输入脉冲φIP16传送到移位寄存器113的第一阶段113b，然后起动实设芯片选择器114，移位寄存器113的每一阶段113b会一个接着一个开启，移位寄存器113的每一个阶段113b输出端会与一个多路转换开关112的控制输入端连接，当一个多路转换开关112被起动，就会将讯号传输至图像线路115，当移位寄存器113的所有阶段113b都已扫瞄过，移位寄存器113就会产生结束脉冲φEP17，结束脉冲φEP17中断实设芯片选择器114，显示已经完成此芯片的扫瞄动作。在这个装置里，读出机制是利用图像线路115内的电流流动来传输，光晶体管111将电子讯号转移至图像线路115，而图像线路11则5同步从光晶体管111读出电子讯号，这种转移及读取结构就是像素转移及像素读出(pixel transfer and pixel readout，PTPR)结构。
图6为已有技术利用光电二极管传感元件4a及微分电压拾出(differentialvoltage pickoff)的图像传感芯片11的方块图(芯片的结构和功能在1998年3月3日公告的美国专利号5,724,094中有详细说明)，移位寄存器113第n阶113b的输出会被传输到对应的第n个多路转换开关117，然后传输到第n-1个重置晶体管118。开启多路转换开关117开始读出机制，而开启重置晶体管118则开始重置机制，这个装置同步读出第n个像素讯号并重置第n-1个像素讯号，电荷读出及电荷转移中间隔了一个时钟脉冲周期，这种转移及读出结构是属于另外一种像素转移及像素读出结构。
已有即时的困难处在于牵涉到图像变形，图像变形出现在接触式图像传感模块6利用像素转移及像素读出图像传感板5和固定光源进行图像讯号输出的像素读出时(如使用于传真机)，变形的出现起因于扫瞄文件上每一像素的整合时间不同，读出之后，图像讯号的每一个像素组合了从这条线及上一条线所得到的文件，除了讨厌的变形之外，也会使垂直解析度从最佳值减少一半。
请参阅图7A中已简化的数字化文件，其中，原始的数字化文件上有四列方格，当文件的第一列放置在接触式图像传感模块的玻璃面上，第一传感元件读取文件上的第一像素，这时在第一像素18侦测不到讯号，因为光源还没有照到第一像素18。读出第一像素18之后，第一传感元件整合第一像素18，此时，第二传感元件读取文件上的第二像素19，第二传感元件的输出端读出文件上第二像素19的10％，读出之后，第二传感元件整合第二像素19，这个过程会一直重复到这一列的尾端。然后移动接触式图像传感模块使第二列就读取位置，读取文件上第二列的图像讯号，接触式图像传感模块读出第二列的第一像素20，这时，接触式图像传感模块上的第一传感元件传输约100％的第一列第一像素18讯号，以及0％的第二列第一像素20讯号。同样地，接触式图像传感模块上的第二传感元件传输90％的第一列第二像素19讯号，以及10％的第二列第二像素21讯号，如此接触式图像传感模块的图像讯号输出已经被扭曲，因为每一像素的整合时间不同，整合时间内的讯号成分差异从0％到100％，接触式图像传感模块上的传感元件已经传输了大量的前一列资讯，读出之后，图像讯号的每一像素包含一部份的当前列及一部份的前一列，图7B显示具有像素转移及像素读出结构的图像传感芯片所读出的图像文件，这个图像文件包含部份的第n列图像讯号及部份的第n-1列图像讯号。
在已有技术中已知利用接触式图像传感模块6的频闪灯光照射技术来避免这种问题，如这种技术已使用于彩色扫瞄器，但是扫描速度却比不用这种技术减慢了一半，图8为已有技术使用频闪灯光照射的时序图，闪光会被定时以一特定的频率开关，只照射要取样的特定线上像素，好让接触式图像传感模块6不会如前述产生变形问题，然而，读取一条线的扫瞄时间是整合时间22(包括打开光源阵列1)加上像素读出时间23(包括关掉光源阵列1)的总和，在这种情况下，图像文件不会扭曲变形，但是扫瞄速度会降低一半。
本发明的目的是为了克服现有图像传感芯片的缺点而体出的一种可以避免变形、降低垂直解析度、降低扫瞄速度等问题，而制造出一种将时钟脉冲和运算放大器形成在单一芯片上、以减少必须的周边电路的一种具有高讯号噪声比、精确而灵敏的接触式图像传感芯片。
实现本发明目的的技术方案是：一种具线转移及像素读出结构的硅对接触式图像传感芯片，其中，包括：一时钟脉冲发生器，用于产生操作所述芯片所需的脉冲，该脉冲包括转移脉冲φT、重置脉冲φR以及帧脉冲φF；一实设光电元件阵列，用于应答所述脉冲发生器所产生的脉冲，该实设光电元件阵列包括数个实设光电元件，该实设光电元件阵列用于将一光学讯号转换成一电子讯号；一虚设元件阵列，其包括数个虚设元件，每一个虚设元件与对应的实设传感元件的位置大致相同，该虚设元件阵列用于提供一光学黑阶参考值；一遮蔽元件，以确保虚设元件无法接收到光线，而使虚设元件产生一参考输出讯号；一输出线路，用于将接触式图像传感芯片所产生的讯号传输至一外部电路；以及一缓冲器，用于隔离所述芯片与外部电路，并驱动芯片的一图像线路电容。
一种并合硅对接触式图像传感板，其中，包括数个硅接触式图像传感芯片，成一列头尾对接在一基板上，使相邻检波器的间距大致相同。
本发明提供一种用于接触式图像传感模块的图像传感芯片，可以最佳速度精确地扫瞄文件，避免变形问题，还可保持最佳的垂直解析度。这个电路包括数个传感光电元件及同样数目的虚设元件，以提供基线讯号，运算放大器再结合虚设元件产生的讯号与实设光电元件产生的讯号，然后输出一个已消除暗色固定图样噪声及所有直流补偿电压的讯号。
本发明利用线转移及像素读出结构，用一排光电检波器扫瞄文件的每一条线，接着产生一个讯号，其中每一条线的文件都被隔开，然后经由一排的转移闸极将其一个接着一个平行转移至光电检波器的对应持留电容器。再，数字扫瞄移位寄存器读出图像讯号的一条线，在这个情况下，整合及读出步骤是分开的，这种结构不只是提供更精确的文件及较高的垂直解析度，同时还能增加扫瞄速度，将芯片成一列头对尾对接在单一基板上而制成一个接触式图像传感板，相邻的检波器间距离大致相等，这种接触式图像传感模块具有较高的灵敏度、低重置噪声及高讯号噪声比。
虚设元件的功能与实设光电元件一样，不过他们被阻挡元件遮住，所以无法接收光线，因此虚设传感器的输出不会随着文件图像的不同而改变，该虚设传感器提供了一基线讯号，可以消除传感器产生的暗色固定图样噪声或直流补偿电压，这种消除输出讯号噪声是由运算放大器完成的，光学黑阶参考值也有助于色彩重建，图像传感芯片内部产生两个外部输入时钟脉冲(时钟脉冲φCP15和输入脉冲φIP16)以驱动其操作。
本发明的优点在于转移闸极可以分开传感元件和持留电容器，所以传感元件可以整合讯号，而移位寄存器则同步读出持留电容器内的前一讯号，因为所有的电荷都是平行转移，所以精确度和垂直解析度都保持的很好，这种结构还可改善扫瞄速度。
本发明的另一优点是持留电容器的低电容值CH会增加装置的灵敏度、降低重置噪声、改善讯号噪声比。
本发明的另一优点是所有必须的时钟脉冲和运算放大器都可建立在同一芯片上，可减少必要的周边电路。
本发明的另一优点是光学黑阶参考有利于光电应答的线性，可促进精确的色彩重建。
本发明的另一优点在于虚设元件阵列和实设光电元件阵列的操作无关，可增进不同结构接触式图像传感模块的设计弹性。
为使更深入了解本发明的优点、性能、特征，现借由以下附图及较佳实施例作进一步详细说明。
图1为已有技术接触式图像传感系统的示意图；
图2为已有技术接触式图像传感模块的截面图；
图3为已有技术并合图像传感板的电路图；
图4为已有技术并合图像传感板的时序图；
图5为已有技术使用光晶体管传感元件的硅对接触式图像传感模块的方块图；
图6为已有技术使用光电二极管传感元件的硅对接触式图像传感模块的方块图；
图7A为已简化的数字化原始文件的示意图；
图7B为使用具有像素转移及像素读出结构的已有技术硅对图像传感芯片的检测范围讯号示意图；
图8为具频闪照射的已有技术技艺的时序图；
图9为具线转移及像素读出结构的硅对接触式图像传感芯片的时序图；
图10A为已简化的数字化原始文件的示意图；
图10B为根据本发明的检测范围讯号的示意图；
图11为具线转移及像素读出结构的硅对接触式图像传感芯片的方块图；
图12A为具线转移及像素读出结构的图像传感芯片中图像传感光电元件、转移闸极、持留电容器的截面图；
图12B为具线转移及像素读出结构的图像传感芯片于一整合周期内的电位图；
图12C为具线转移及像素读出结构的硅对接触式图像传感芯片于一转移周期内的电位图；
图12D为具线转移及像素读出结构的硅对接触式图像传感芯片于转移后的电位图；
图13为具线转移及像素读出结构的硅对接触式图像传感芯片的时序图；
图14为具线转移及像素读出结构的硅对接触式图像传感芯片的芯片配置平面图；
图15为具线转移及像素读出结构的并合硅对接触式图像传感板的方块图；
图16为具线转移及像素读出结构的并合硅对接触式图像传感板的时序图；
图17为光晶体管主动式像素传感器(active pixel sensor，APS)图像传感光电元件的简化示意图；
图18为图像传感芯片及作为图像传感光电元件的主动式像素传感器的方块图；
图19为具线转移及像素读出结构的接触式图像传感芯片、主动式像素传感器图像传感光电元件、相关式双取样(correlated double sampling，CDS)电路等的方块图；
图20为具线转移及像素读出结构的接触式图像传感芯片、主动式像素传感器图像传感光电元件、相关式双取样电路等的时序图。
具线转移及像素读出结构的硅对接触式图像传感芯片的优点在于能精确而快速地扫瞄文件，而且能避免变形，并且保持最佳的垂直解析度。
请参阅图9，其显示具线转移及像素读出结构的硅对接触式图像传感板5的时序图，一排光电检波器4b扫瞄文件2的第一条线，产生电子讯号，这个电子讯号是个别分开的。当转移闸极是开启时，电子讯号会被平行转移至光电检波器4b相关持留晶体管，触发传输转移脉冲φT24；转移之后，利用重置脉冲φR25重置所有的光电检波器4b，使其具一重置电压。输入脉冲φIP16触发移位寄存器读出图像讯号，输入脉冲φIP16同时打开步进马达10a，以驱动滚轮10推进文件2使下一条线就读取位置，接触式图像传感板5开始读出文件2的下一条线，如所见，所有像素的整合时间是相同的，因此本发明可避免在已有技术中因为扫瞄文件2的每一像素整合时间不同而造成的变形问题，也可得到最佳的垂直解析度，提供比已知传统的像素转移及像素读出图像传感器的精确度要高，一条线的扫瞄周期与读出时间23相同，不像已有技术系统中使用频闪照射以消除变形，本发明不需再延长整合时间22去完成一个扫瞄周期(请参阅图10A和图10B)，与已有技术相比，本发明大大地改善扫瞄速度。
图11显示具线转移及像素读出结构的硅对接触式图像传感板5的简单方块图，主要元件有：(1)缓冲器26、(2)时钟脉冲发生器27、(3)实设光电元件阵列28以及(4)虚设元件阵列29。缓冲器26是用来分隔装置与外部电路，并提供足够的电力以驱动时钟脉冲发生器27、实设光电元件阵列28以及虚设元件阵列29，当接收到时钟脉冲φCP15和输入脉冲φIP16这两个脉冲，时钟脉冲发生器27就会产生转移脉冲φT24、重置脉冲φR25以及帧脉冲25b。
实设光电元件阵列28包括数个元件：(1)数个实设光电元件30、(2)数个转移闸极31、(3)数个持留电容器32、(4)数个重置晶体管33、(5)数个射极跟随器33a、(6)数个多路转换开关37、(7)n阶数字扫瞄移位寄存器38、(8)实设芯片选择器39以及(9)图像缓冲器40，每一个射极跟随器33a包括一个金氧半导体晶体管34、一个空虚层晶体管35以及一个省电晶体管36。
虚设元件阵列29包含的同种元件数量比实设光电元件阵列28的少，将数个实设光电元件30换成数个虚设元件41，虚设元件41的大小和实设光电元件30一样，每一个虚设元件41都放在接近实设光电元件30的对应位置，相异处为被一些阻挡元件遮住以遮断光线，阻挡元件的材质多为铝，虚设元件41只会产生暗色固定图样噪声，光电元件30所产生的暗色固定图样噪声跟虚设元件41产生的一样，借由比较实设光电元件30及虚设元件41的输出，可以消除输出讯号中的暗色固定图样噪声及直流补偿电压，所以使用虚设元件41就可以消除光电元件30的暗色固定图样噪声。
实设元件阵列28的操作在虚设元件阵列29之前或之后都可以，实设元件阵列28和虚设元件阵列29可以单独操作或停止作用，而与其他的阵列是否在操作中或停止作用无关。
图12A显示图像传感光电元件30、转移闸极31及持留电容器32的截面图，光电元件30由光电二极管301和VOG闸极302所组成，VOG闸极302的电压经调整介于转移脉冲φT24的高电位(高阶位准)及低电位(低阶位准)之间，因而设定了光电二极管301的阈电压(Threshold level)，所以VOG闸极302可用来设定光电二极管301的阈电压，在一较佳实施例中，VOG闸极302的材质是复晶硅，VOG闸极302也可以借由离子植入法植入电动势与VOG闸极302电动势相同的离子而形成。
如位能图图12B、图12C和图12D所示，转移闸极31是用于将光电元件301的光电荷303转移至持留电容器32。图12B是整合周期时的位能图，其显示在整合周期内转移闸极31关闭，而发光二极管光源阵列1照亮文件2，光电元件301产生光电荷303，并将其储存于光电元件301。图12C是转移周期时的位能图，其显示在转移周期内转移闸极31开启，而发光二极管光源阵列1关闭，储存在光电元件301的光电荷303被转移至持留电容器32。
图12D是转移之后的位能图，其显示当所有的光电荷303都被转移至持留电容器32之后，转移闸极31会再次关闭，此时，光电元件301所产生的所有光电荷303都被转移至持留电容器32，然后光电元件301会准备整合文件2的下一条线，因为转移闸极31分隔光电元件301与持留电容器32，所以光电元件301上的电荷与持留电容器32上的不同，持留电容器32上的电荷表示前一条线(第n-1条线)的讯号，而光电元件301上的电荷表示所在线(第n条线)的讯号，因此，可以从持留电容器32读取讯号，而同步整合光电元件301上的讯号。读取文件2上一条线的时间和整合时间22或读出时间23长度一样，如此大大地增加线扫瞄速度。使用持留电容器32不只是能增加线扫瞄速度，同时可以增加装置灵敏度、降低重置噪声、改善讯号噪声比。持留电容器32的电压差等于光电荷除以电容值，如果光电元件301所产生的光电荷303是ΔQ，而持留电容器32的电容值是CH，那么讯号ΔVH＝ΔQ/CH，通常光电元件301的电容值比较大，因为其尺寸比较大(在一较佳实施例中，200dpi使用面积大约125μm×125μm，光电元件301的电压差为ΔVD＝ΔQ/CD，因为图像讯号从经过光电元件301时的ΔVD增加到经过持留电容器32的ΔVH，所以装置以一个G的倍率放大了讯号。
G＝CD/CH 式(1)
其中，CD是光电元件301的电容值、CH是持留电容器32的电容值。
如式(1)所示，持留电容器32的低电容值CH可以增加装置灵敏度G。
小型持留电容器32的另一优点是可降低重置噪声，因为在持留电容器32上的电荷在读出后必须重置，重置机制在重置持留电容器32使其具一直流电压时会产生重置噪声，重置噪声跟持留电容器32电容值的平方根成正比，减少持留电容器32的电容值就可以K的比率降低重置噪声。
K＝(CD/CH)1/2 式(2)
给定一持留电容器32电容CH，重置噪声NR会是：
NR＝[(k×T)/q]×(CH)1/2
＝400(CH)1/2电子于25℃ 式(3)
如果CH等于0.1pF，重置噪声于室温下是126电子，与光电元件301上有一百万电子相比，这个重置噪声小到可以被忽略，因此大大地改善了讯号噪声比，持留电容器32上的电荷被射极跟随器33a转换成电压讯号，如上所述，射极跟随器33a是由金氧半导体晶体管34、空虚层晶体管35及省电晶体管36所构成，空虚层晶体管35的作用类似一载入电阻，当电压改变时提供一固定电流以稳定讯号；省电晶体管36的闸极触发时钟脉冲发生器27产生帧脉冲φF，射极跟随器33a只有在帧脉冲φF被起动后才会打开，然后在持留周期时关闭，这可减少能量消耗，这个功能减少了射极跟随器33a的能量消耗，射极跟随器33a产生的电压讯号ΔV输出等于射极跟随器33a的增益A乘上持留电容器32的电压差。
ΔV＝(ΔQ/CH)×A 式(4)
其中，A是射极跟随器33a的增益。
然后n阶移位寄存器38控制多路转换开关37读取讯号，当n阶移位寄存器38读取讯号的后，开启重置晶体管33重置持留电容器32，使其具一重置电压，到此，持留电容器32准备好要从实设光电元件30的第二线接收讯号。
如上所述，当接收到时钟脉冲φCP15和输入脉冲φIP16这两个脉冲时，时钟脉冲发生器27产生转移脉冲φT24、重置脉冲φR25和帧脉冲φF25b，n阶移位寄存器38和虚设元件阵列29内的m阶数字扫瞄移位寄存器42因应时钟脉冲φCP15而操作，因为这两个移位寄存器的起动脉冲是分开设计的，所以可以分别读取实设像素和虚设像素，实设起动脉冲φASP43是用来起动n阶移位寄存器38，而虚设起动脉冲φDSP46是用来触发m阶移位寄存器42，m阶移位寄存器42内的阶段数目少于n阶移位寄存器38内的阶段数目，如此m阶移位寄存器42的两个连续起动时间间隔就会比产生转移脉冲φT24、重置脉冲φR25和帧脉冲φF25b所需要的时间间隔长。
图13为具线转移及像素读出结构的图像传感芯片的时序图，虚设元件阵列29的虚设起动脉冲φDSP46与用以起动m阶移位寄存器42的输入脉冲φIP16相连，在第m个时钟脉冲周期的后，虚设元件阵列29产生虚设结束脉冲φDEP47。输入脉冲φIP16及转移脉冲φT24间的虚设输出讯号VDO48片段在重置及转移过程中会产生变形，而不能作为黑阶参考值，开始于转移脉冲φT24落下边缘以及与虚设结束脉冲φDEP47一起结束的虚设输出讯号VDO48片段就可表示从虚设元件阵列29输出的暗色固定图样噪声，这个虚设输出讯号VDO48是用来提供黑阶参考值，以消除实设光电元件阵列28产生的暗色固定图样噪声，虚设元件阵列29的虚设结束脉冲φDEP47与实设光电元件阵列28的实设起动脉冲φASP43相连，引发实设光电元件阵列28去起动实设光电元件30及依次读取实设图像讯号。
使用虚设元件41消除光电元件30产生的暗色固定图样噪声可以解释如下，当时间位在整合时间22内，与每一实设光电元件30相关的电容器上的电荷逐渐被相关实设光电元件30的反相电流带走，反相电流包含两个部份：光电流及暗色固定图样噪声，光电流等于光电检波器的应答乘上光强度。在线扫瞄时，从每一光电检波器整合的电荷是光电流与暗色固定图样噪声(暗色漏电流)的总和乘上整合时间22的乘积，电荷被储存在实设光电元件30，然后产生一电动势，式(5)描述光电元件位置上累积的电荷：
ΔQA＝(IL+ID)×Tint 式(5)
其中，IL是光电流、ID是暗色漏电流、Tint是图像传感器的整合时间22。
假设虚设元件41的尺寸和实设光电元件30相同，累积在虚设元件41上的电流会等于暗色漏电流乘上整合时间Tint22的乘积。
ΔQD＝ID×Tint 式(6)
射极跟随器33a将持留电容器32上的电荷转换成上述的相关电压位准，实设光电元件阵列的实设输出电压(QAO)会线性正比于实设光电元件30上的电荷。
ΔQAO＝(ΔQA/CH)×A 式(7)
其中，CH是持留电容器32的电容值、A是射极跟随器33a的增益。
虚设元件阵列29的虚设输出电压ΔQDO会线性正比于虚设元件阵列29上的电荷。
ΔQDO＝(ΔQD/CH)×A 式(8)
实设光电元件阵列28中持留电容器32的电容值和虚设元件阵列29中虚设持留电容器相同，如同两个阵列中射极跟随器33a的增益相同，为了消除暗色固定图样噪声，将系统设计成净输出讯号ΔV等于实设光电元件阵列28的实设输出讯号45减去虚设元件阵列29的虚设输出讯号48。
ΔV＝ΔVAO-ΔVDO＝[(IL+ID)-ID]×Tint＝IL×Tint 式(9)
整合时间Tint22在所有的实设光电元件30及虚设元件41是定值，因此，净输出讯号ΔV线性正比于光电流，如式(9)所示，光电流是光电应答R乘上光强度λ1的乘积，实设光电元件30的光电应答R跟每一个实设光电元件30和虚设元件41相同，因此净输出讯号ΔV线性正比于文件2的反射图像光强度λ1。
ΔVαλ1 式(10)
光电应答的线性定义是净输出讯号ΔV除以光强度λ1，所以是一个定值，光电应答的线性是本发明实施例中使用接触式图像传感模块6扫瞄黑白文件2的重要观念，这个特征在牵涉到彩色接触式图像传感模块6的实施例中尤其重要，在使用彩色接触式图像传感模块6的应用情况下，彩色文件2每一像素的数字化表示法是由三种颜色：红、绿、蓝所组成，传统的彩色扫瞄器对每一颜色提供至少八位元的记录方式，或说成对每一颜色至少有28＝256种选择，因此如果每一像素是由这三种颜色的组合而构成，总计可重建224＝16,777,216种不同的颜色。给定像素的颜色C是由下式决定：
C＝A％×R+B％×G+C％×B 式(11)
其中，A％是像素三色表示法中红色的百分表现、B％是绿色的百分表现、C％是蓝色的百分表现、R表示红色、G表示绿色、B表示蓝色。
注意A+B+C＝100，上述说明的光电应答线性原理可以增进文件2彩色图像的精确重建。
图14显示具线转移及像素读出结构的硅对接触式图像传感芯片的芯片配置平面图，如图所示，实设光电元件阵列28排列在图像传感芯片11的上半部，而虚设元件阵列29排列在芯片11的下半部，总共n个实设光电元件30排成一列，之间的间距相等，可以很容易地将一个很长的实设光电元件30(如A4尺寸)或是一列的光电元件30对接在芯片上11。
图15是具线转移及像素读出结构的硅对接触式图像传感板的方块图，其包括(1)数个硅对接触式图像传感芯片11、(2)触发器电路67以及(3)运算放大器68a，当第一芯片49上的虚设元件阵列29接收到起动脉冲φSP14，就会发出虚设起动脉冲φDSP52，触发输入脉冲φIP16，虚设元件阵列29再发出虚设结束脉冲φDEP53，虚设结束脉冲φDEP53与实设起动脉冲φASP54耦合。这种设计拥有更大的弹性，连接虚设元件阵列29可以比连接实设光电元件阵列28早先安排，以提供更长的时间测定黑阶参考值，虚设元件阵列29产生虚设输出讯号VDO55，与实设光电元件阵列28产生的实设输出讯号VAO56结合，第一芯片49的实设光电元件阵列28发出实设结束脉冲φAEP58，与第二芯片51上的第二芯片实设起动脉冲φASP59连接，以此类推，最后一个芯片50连接最后芯片实设起动脉冲φASP及前一个芯片的实设结束脉冲，并且连接输出端60及倒数第二个芯片的实设结束脉冲φAEP61。实设光电元件阵列28触发最后芯片50输出实设结束脉冲φAEP62，最后芯片50依次连向虚设元件阵列29的虚设起动脉冲φDSP63，从虚设元件阵列29输出的虚设输出讯号VDO64与实设光电元件阵列28产生的实设输出讯号VAO65结合，实设光电元件阵列28有三个接合片，分别对应实设起动脉冲φASP54、实设结束脉冲φAEP58和实设输出讯号VAO65；虚设元件阵列29也有三个接合片，分别对应虚设起动脉冲φDSP52、虚设结束脉冲φDEP53和虚设输出讯号VDO55。虚设结束脉冲φDEP53和起动脉冲φSP14连接至触发器电路67的不同端，触发器电路67产生发光二极管输出脉冲φLED68，这个脉冲可让装置自动照射文件2。除了第一芯片49跟最后芯片50的外，所有芯片51上的虚设元件阵列29可借由中断虚设起动脉冲φDSP52a、虚设结束脉冲φDEP53a和虚设输出讯号VDO55a使其停止作用，芯片11产生的所有类比讯号会结合在一起，然后由运算放大器68放大。
图16是具线转移及像素读出结构的并合硅对接触式图像传感板的时序图，实设像素70会传输图像讯号，在实设像素70之前的是虚设讯号的m1个前方虚设像素69，在实设像素70之后的是m2个后方虚设像素71，如上所述，前方虚设像素69及后方虚设像素71可以消除暗色固定图样噪声，操作时，当接触式图像传感模块6接收到起动脉冲φSP，时钟脉冲发生器27同步产生重置脉冲φR25、帧脉冲φF25b及转移脉冲φT24，借由重置脉冲φR25重置持留电容器32的电容值，使其具一重置电压，转移脉冲φT24触发整列的实设光电元件30，分开电子讯号然后平行转移至实设光电元件30相关的持留电容器32。
整列的实设光电元件30继续整合文件2的下一条线，如式(4)所述，实设持留电容器32上的电荷被射极跟随器33a转换成电压讯号，然后借n阶移位寄存器38控制多路转换开关37读取讯号，n阶移位寄存器38读取讯号的后，打开重置晶体管33重置持留电容器32，使其具有一重置电压，然后持留电容器32准备好要接收实设光电元件30的第二线讯号，这个机制一再重复以读取文件2的下一条线。
在一较佳实施例中，可用被动式像素传感器(passive pixel sensor，PPS)制造实设光电元件。
图12显示一实设光电二极管被动式像素传感器，其包括光电二极管301和VOG闸极302。调整VOG闸极302的电压位准，使其介于转移脉冲φT24的高电位(高阶位准)和低电位(低阶位准)之间，以设定光电二极管的定限位准，光电二极管会累积电荷，然后将电荷讯号转换成电压讯号。在一较佳实施例中，实设光电二极管是实设pn结二极管，可以将电荷讯号转换成电压讯号。在另一较佳实施例中，二极管是p-i-n光电二极管，其暗色固定图样噪声大概是传统pn结光电二极管的十分的一。在一较佳实施例中，VOG闸极是利用离子植入法所形成的闸极，这里也可以使用单一复晶硅圆片程序形成闸极。
在一较佳实施例中，具有光电二极管的图像传感芯片原则上包括：(1)缓冲器、(2)时钟脉冲发生器、(3)实设光电元件阵列、(4)虚设元件阵列。实设光电元件阵列本身包括数个元件：(1)数个实设被动式像素传感器、(2)数个实设持留电容器、(3)数个重置晶体管、(4)数个射极跟随器、(5)数个多路转换开关、(6)n阶移位寄存器、(7)实设芯片选择器、(8)图像缓冲器及(9)数个转移闸极，可以分开实设被动式像素传感器上的电荷与实设持留电容器上的电荷，并可将实设被动式像素传感器上的电荷转移到实设持留电容器，这种排列可以同步读取实设持留电容器上的电荷及整合光电元件上的电荷。
虚设元件阵列包括的同种元件数量少于实设光电元件阵列，将数个实设被动式像素传感器换成数个虚设被动式像素传感器，同样地，可以将选择的元件与其他的虚设阵列分开以简化虚设元件阵列，举例来说，如果m阶移位寄存器42被隔开，那就会产生定电压的虚设输出讯号VDO。
每一个射极跟随器33a是由一个金氧半导体晶体管34、一个空虚层晶体管35及一个省电晶体管36所组成，空虚层晶体管35的作用类似一载入电阻，当电压改变时提供一固定电流以稳定讯号；省电晶体管36的闸极触发一取样脉冲，射极跟随器33a只有在取样周期时才会开启，然后在持留周期时关闭，这可减少能量消耗。在整合期间内，光电二极管产生光电荷，并且将其储存在相关的持留电容器，然后射极跟随器将持留电容器上的电荷转换成电压讯号。
在另一较佳实施例中，可使用主动式像素传感器制造接触式图像传感芯片11，芯片原则上包括：(1)缓冲器、(2)时钟脉冲发生器、(3)实设光电元件阵列以及(4)虚设元件阵列。实设光电元件阵列28本身包括数个元件：(1)数个实设主动式像素传感器、(2)数个取样/持留开关、(3)数个持留电容器、(4)数个多路转换开关、(5)n阶移位寄存器、(6)实设芯片选择器及(7)图像缓冲器。虚设元件阵列包括的同种元件数量少于实设光电元件阵列，将数个实设主动式像素传感器换成数个虚设主动式像素传感器。虚设元件与实设光电元件的尺寸大小相同，但是以铝遮断光线，同样地，可以分开选择元件与其他的虚设阵列以简化虚设元件阵列，举例来说，如果m阶移位寄存器被隔开，那就会产生定电压的虚设输出讯号VDO64。
图17显示光晶体管主动式像素传感器的简化示意图，光晶体管主动式像素传感器包括(1)光晶体管85、(2)pn结光电二极管86、(3)基极重置晶体管87、(4)主动式像素传感器电容器88和(5)射极重置晶体管89，光晶体管85将光学讯号转换成电子讯号，当基极电压超过一个固定的非零射极电压，如0.7V，则光晶体管85开启。为了避免低光阶的问题，在光晶体管85的基极和基极重置晶体管87间插入pn结光电二极管86，基极电压会重置成一固定非零电压，如0.7V，而不像传统光晶体管结构是以接地方式重置电压，pn结二极管86的另一好处是可以快速平衡光电二极管86和光晶体管基极一射极的温度，重置时，以接地重置射极重置晶体管89，而基极重置晶体管87重置光晶体管基极的电压，使其具一非零值，如0.7V，同一时间重置光晶体管的基极和射极。主动式像素传感器电容器88储存对应转换讯号的电荷，光晶体管85和主动式像素传感器电容器88的组合作用类似射极跟随器，这种设计提供了一种结构简单而便宜的传感板。
图18显示图像传感芯片11及作为实设图像传感光电元件30的实设主动式像素传感器74的方块图，每一个光电二极管主动式像素传感器74是由一个光电二极管301、一个重置晶体管33以及一个射极跟随器33a所组成。光电二极管301将每个像素上的电荷讯号转换成电压讯号。每一个射极跟随器33a是由一个金氧半导体晶体管34、一个空虚层晶体管35及一个省电晶体管36所组成，空虚层晶体管35的作用类似一载入电阻，当电压改变时提供一固定电流以稳定讯号，省电晶体管36的闸极触发一取样脉冲，主动式像素传感器只有在取样周期时因应芯片选择器脉冲才会打开，然后在持留周期时关闭，这可减少能量消耗，在整合期间内，光电二极管产生光电荷，并且将其储存在相关的电容器32中，然后射极跟随器33a将光电荷转换成电压讯号。在一较佳实施例中，实设光电二极管是使用实设pn结光电二极管，可以将每一像素上的电荷讯号转换成电压讯号。在另一较佳实施例中，二极管采用p-i-n光电二极管，其暗色固定图样噪声只有传统pn结光电二极管的十分之一。
在被动式像素传感器及主动式像素传感器的实施例中，射极跟随器33a产生的电压讯号可由下式求得：
ΔV＝(ΔQ/CD)×A 式(12)
其中，ΔQ是光电荷、CD是光电二极管电容值、A是射极跟随器33a的增益。
在主动式像素传感器系统中，取样/持留开关75在转移周期内会产生取样/持留脉冲φS/H，触发取样电压讯号ΔV，然后持留讯号于持留电容器32。取样及持留步骤的后，重置晶体管33重置光电二极管301上的电荷，使得电压讯号φV重置，光电二极管301接着准备整合文件2因扫瞄下一条线所得的电荷，持留电容器32的电压差ΔVC代表从文件2前一条线所得的图像讯号，持留电容器32的电压ΔVC(t)放电是时间的函数，以下式表示：
ΔVC(t)＝ΔV×exp(φt/RCH) 式(13)
其中，R是系统的有效电阻、CH是持留电容器32的电容值。
所以持留电容器32的电容值CH必须够大，才能保存电压讯号ΔV持续一个转移周期的时间，然后n阶移位寄存器38控制多路转换开关37一个接着一个依次读取持留电容器32的电压讯号。
当n阶移位寄存器38读取了一个讯号的后，重置晶体管33重置电压讯号ΔV，kTC噪声形式的重置噪声会出现在实设光电元件30的大表面上，因此，一较佳实施例利用相关式双取样电路消除重置噪声，所以要有数量超过一列的实设取样/持留开关、实设持留电容器及实设多路转换开关，相对地，还要有数量超过一列的虚设取样/持留开关、虚设持留电容器及虚设多路转换开关。同样地，可以将选择的元件与其他的虚设阵列部份分开以简化虚设元件阵列。图19显示具线转移及像素读出结构的接触式图像传感芯片、主动式像素传感器图像传感光电元件及相关式双取样电路的方块图。
图20是同样芯片的时序图，有别于先前实施例仅使用一个取样/持留脉冲，这个实施例则利用两个取样/持留脉冲φS/H193和φS/H294消除重置噪声。
Claims (29)
1.一种具线转移及像素读出结构的硅对接触式图像传感芯片，其特征在于，包括：
一时钟脉冲发生器，用于产生操作所述芯片所需的脉冲，该脉冲包括转移脉冲φT、重置脉冲φR以及帧脉冲φF；
一实设光电元件阵列，用于应答所述脉冲发生器所产生的脉冲，该实设光电元件阵列包括数个实设光电元件，该实设光电元件阵列用于将一光学讯号转换成一电子讯号；
一虚设元件阵列，其包括数个虚设元件，每一个虚设元件与对应的实设传感元件的位置大致相同，该虚设元件阵列用于提供一光学黑阶参考值；
一遮蔽元件，以确保虚设元件无法接收到光线，而使虚设元件产生一参考输出讯号；
一输出线路，用于将接触式图像传感芯片所产生的讯号传输至一外部电路；以及
一缓冲器，用于隔离所述芯片与外部电路，并驱动芯片的一图像线路电容。
2.如权利要求1所述的接触式图像传感芯片，其特征在于：
所述实设元件阵列包括一实设时钟脉冲接合片，连向一时钟脉冲φCP；
所述虚设元件阵列包括一虚设时钟脉冲接合片，连向该时钟脉冲φCP；以及
虚设时钟脉冲接合片可以是实设时钟脉冲接合片，或是为另一接合片。
3.如权利要求1所述的接触式图像传感芯片，其特征在于：
所述实设元件阵列包括一实设起动脉冲接合片，连向一实设起动脉冲φASP；一实设结束脉冲接合片，连向一实设结束脉冲φAEP；以及一实设输出讯号接合片，连向一实设输出讯号φVAO；以及
所述虚设元件阵列包括一虚设起动脉冲接合片，连向一虚设起动脉冲φDSP；一虚设结束脉冲接合片，连向一虚设结束脉冲φDEP；以及一虚设输出讯号接合片，连向一虚设输出讯号VDO。
4.如权利要求1所述的接触式图像传感芯片，其特征在于：
所述实设元件阵列的操作及停止作用与所述虚设元件阵列的操作及停止作用无关；以及
所述虚设元件阵列的操作及停止作用与所述实设元件阵列的操作及停止作用无关。
5.一种并合硅对接触式图像传感板，其特征在于，包括数个硅接触式图像传感芯片，成一列头尾对接在一基板上，使相邻检波器的间距大致相同。
6.如权利要求5所述的接触式图像传感板，其特征在于，还包括：
一触发器电路，用于产生一发光二极管输出脉冲φLED，该输出脉冲φLED促成文件的自动照射；以及
一运算放大器，用于结合并放大所有接触式图像传感芯片所产生的类比讯号。
7.如权利要求6项所述的接触式图像传感板，其特征在于，所述的数个硅接触式图像传感芯片包括：
虚设元件阵列的第一芯片上的第一芯片虚设起动脉冲φDSP，该第一芯片虚设起动脉冲φDSP被一外部电路产生的一起动脉冲φSP触发，该虚设起动脉冲φDSP接着触发一输入脉冲φIP传输至外部电路；
输入至每一个芯片的一虚设结束脉冲φDEP；
输入至每一个芯片的一实设起动脉冲φASP，除了最后芯片的实设起动脉冲，每一个实设起动脉冲均连向每一个虚设结束脉冲接合片；
所有芯片的实设起动脉冲φASP的接合片连接至前一芯片的实设结束脉冲φAEP的接合片，而最后芯片除外；
该最后芯片的实设起动脉冲φASP接合片连接至倒数第二芯片的一实设结束脉冲φAEP接合片；以及
实设元件阵列的实设结束脉冲φAEP的接合片连接至用于虚设元件阵列上的虚设起动脉冲φDSP的接合片。
8.如权利要求7所述的并合硅对接触式图像传感板，其特征在于，所述的一个或多个实设元件阵列及一个或多个虚设元件阵列可以被弹性地设计在所述硅对接触式图像传感板上。
9.如权利要求6所述的并合硅对接触式图像传感板，其特征在于，所述传感板包括一频闪光源发生器，用于产生发光二极管频闪光的输出脉冲，以照亮该文件，而运算放大器用于放大该讯号，以建立一电压参考值。
10.如权利要求9所述的并合硅对接触式图像传感板，其特征在于，所述运算放大器构建在芯片上，该运算放大器包括一增益以及补偿调整，以帮助所述电压参考值的建立。
11.如权利要求9所述的并合硅对接触式图像传感板，其特征在于，所述运算放大器构建在芯片上；
该运算放大器保持固定的增益；以及
该运算放大器借由调整发光二极管电流或改变整合时间以建立所述电压参考值。
12.如权利要求1所述的接触式图像传感芯片，其特征在于，所述的实设元件阵列包括：
数个实设光电元件被动式像素传感器，用于收集每一像素上的一电荷，并将其转换成一电压；
数个实设持留电容器，用于接收并储存实设光电元件被动式像素传感器所收集的电荷；
数个实设重置晶体管，用于重置实设持留电容器，使其具有一固定重置电压；
数个实设射极跟随器，用于将实设持留电容器上的电荷转换成电压讯号；
数个实设多路转换开关，每一个开关耦合一个实设光电元件及输出线路；
一n阶数字扫瞄移位寄存器，其具有数个输出端，每一个输出端耦合一个实设多路转换开关的一控制输入端；
一实设芯片选择器，用于发出一实设芯片选择器脉冲，以起动射极跟随器；
一实设图像缓冲器；以及
数个实设转移闸极，用于分离实设被动式像素传感器上的电荷及持留电容器上的电荷，并将实设被动式像素传感器上的电荷转移至实设持留电容器，
所述n阶移位寄存器依次起动每一个实设光电元件被动式像素传感器，每一个光电元件被动式像素传感器因而产生一实设输出讯号，实设图像缓冲器接收实设输出讯号，当n阶移位寄存器依次起动每一个连续的实设光电元件被动式像素传感器，该n阶移位寄存器依次重置每一个前方的实设光电元件被动式像素传感器，使其具一黑阶位准。
13.如权利要求12所述的接触式图像传感芯片，其特征在于，所述实设转移闸极为复晶硅闸极、实设持留电容器为扩散电容器或复晶硅电容器、而实设光电二极管为一pn结光电二极管或一p-i-n光电二极管。
14.如权利要求12所述的接触式图像传感芯片，其特征在于，其中：
每一个实设被动式像素传感器包括一实设光电二极管及一实设VOG闸极，该实设光电二极管用于累积光电荷；
实设VOG闸极具有一电压位准，经调整介于转移脉冲φT的高电位(高阶位准)和低电位(低阶位准)之间，因而设定了实设光电元件的一定限位准。
15.如权利要求14所述的接触式图像传感芯片，其特征在于，所述的实设VOG闸极为一离子植入闸极，而实设光电二极管为一pn结光电二极管或一p-i-n光电二极管。
16.如权利要求12所述的接触式图像传感芯片，其特征在于，所述的虚设元件阵列包括：
数个虚设被动式像素传感器，用于收集每一像素上的一电荷，并将其转换成一电压；
数个虚设持留电容器，用于接收并储存该虚设被动式像素传感器所收集的该电荷；
数个虚设重置晶体管，用于重置该虚设持留电容器，使其具一固定重置电压；
数个虚设射极跟随器，用于将该虚设持留电容器上的该电荷转换成电压讯号；
数个实设多路转换开关，每一个该开关耦合一个虚设元件及该输出线路；
一m阶数字扫瞄移位寄存器，其具有数个输出端，每一个该输出端耦合一个虚设多路转换开关的一控制输入端；
一虚设芯片选择器，用于发出一虚设芯片选择器脉冲，以起动射极跟随器；
一虚设图像缓冲器；以及
数个虚设转移闸极，用于分离虚设被动式像素传感器上的电荷及虚设持留电容器上的电荷，并将虚设被动式像素传感器上的电荷转移至虚设持留电容器，
所述m阶移位寄存器依次起动每一个虚设被动式像素传感器，每一个虚设被动式像素传感器因而产生一虚设输出讯号，虚设图像缓冲器接收该虚设输出讯号，当该m阶移位寄存器依次起动每一个连续的虚设被动式像素传感器，该m阶移位寄存器依次重置每一个前方的虚设被动式像素传感器，使其具一黑阶位准；
比较所述实设光电元件产生的实设输出讯号与所述虚设元件产生的虚设输出讯号，以消除实设输出讯号内的暗色固定图样噪声和直流补偿电压，因而产生一合成图像输出讯号。
17.如权利要求16所述的接触式图像传感芯片，其特征在于，所述的虚设持留电容器为扩散电容器、虚设转移闸极为复晶硅闸极，而虚设射极跟随器包括：
一自我扫瞄光电二极管阵列(金氧半导体)晶体管；
一空虚层晶体管，用于当作一载入电阻，当电压改变时提供一固定电流，以稳定该讯号；以及
一省电晶体管，用于触发一帧脉冲，所述虚设射极跟随器因该帧脉冲而开启。
18.如权利要求16所述的接触式图像传感芯片，其特征在于，其中：
每一个虚设被动式像素传感器包括一pn结二极管及一虚设VOG闸极，pn结二极管用于累积光电荷；
所述pn结二极管可将一电荷讯号转换成一电压讯号，并提供一黑阶参考值；
所述虚设VOG闸极具有一电压位准，经调整介于所述转移脉冲φT的高电位(高阶位准)和低电位(低阶位准)之间，因而设定了该光电二极管的一定限位准，其中虚设VOG闸极为一离子植入闸极。
19.如权利要求1所述的接触式图像传感芯片，其特征在于，所述实设元件阵列包括：
数个主动式像素传感器，用于收集每一像素上的一电荷，并将其转换成一电压讯号；
数个实设持留电容器，用于接收并储存所述实设光电元件主动式像素传感器所收集的电荷；
数个实设取样/持留开关，每一个该开关用于产生一取样/持留脉冲φS/H，以触发取样一电压讯号φV，然后实设持留电容器将持留该电压讯号；
数个实设多路转换开关，每一个该开关耦合一个实设光电元件及输出线路；
一n阶数字扫瞄移位寄存器，其具有数个输出端，每一个输出端耦合一个实设多路转换开关的一控制输入端；
一实设芯片选择器，用于发出一实设芯片选择器脉冲，以起动实设主动式像素传感器；以及
至少一实设图像缓冲器。
20.如权利要求19所述的接触式图像传感芯片，其特征在于，每一个该实设主动式像素传感器是一实设光晶体管主动式像素传感器，其包括：
一实设光晶体管，用于将一光学讯号转换成一电子讯号；
一实设pn结光电二极管，用于避免实设光晶体管的低亮度问题；
一实设基极重置晶体管，用于重置该实设光晶体管的基极电压，使其具有一固定非零值；
一实设电容器，用于储存转换讯号所对应的电荷；以及
一实设射极重置晶体管，用于以接地方式重置所述光晶体管的射极。
21.如权利要求19所述的接触式图像传感芯片，其特征在于，每一个实设主动式像素传感器是一光电二极管主动式像素传感器，其包括：
一实设光电二极管，用于将每一像素上的一电荷讯号转换成一电压讯号；
一实设重置晶体管，用于重置实设持留电容器，使其具一固定重置电压；以及
一实设射极跟随器，用于将实设持留电容器上的电荷转换成电压讯号。
22.如权利要求21所述的接触式图像传感芯片，其特征在于，所述的实设射极跟随器包括：
一实设金氧半导体晶体管；
一实设空虚层晶体管，用于当作一载入电阻，当电压改变时提供一固定电流，以稳定该讯号；以及
一实设省电晶体管，用于触发一帧脉冲，所述实设射极跟随器因应该帧脉冲而开启。
23.如权利要求21所述的接触式图像传感芯片，其特征在于，所述实设光电二极管为一pn结光电二极管或一p-i-n光电二极管。
24.如权利要求19所述的接触式图像传感芯片，其特征在于，所述的虚设元件阵列包括：
数个虚设主动式像素传感器，用于收集每一像素上的一电荷，并将其转换成一电压讯号；
数个虚设取样/持留开关，每一个该开关用于产生一取样/持留脉冲φS/H，以触发取样一电压讯号φV，然后虚设持留电容器将持留该电压讯号；
数个虚设持留电容器，用于储存该虚设主动式像素传感器所收集的电荷；
数个虚设多路转换开关，每一个开关耦合一个虚设元件及输出线路；
一m阶数字扫瞄移位寄存器，其具有数个输出端，每一个输出端耦合一个虚设多路转换开关的一控制输入端；
一虚设芯片选择器，用于发出一虚设芯片选择器脉冲，以起动虚设主动式像素传感器；以及
至少一虚设图像缓冲器。
25.如权利要求24所述的接触式图像传感芯片，其特征在于，每一个所述虚设主动式像素传感器是一虚设光晶体管主动式像素传感器，其包括：
一虚设光晶体管，用于将一光学讯号转换成一电子讯号；
一虚设pn结二极管，用于避免该虚设光晶体管的低亮度问题；
一虚设基极重置晶体管，用于重置该虚设晶体管的基极电压，使其具有一固定非零值；
一虚设电容器，用于储存所述转换讯号对应的电荷；以及
一虚设射极重置晶体管，用于以接地方式重置该虚设晶体管的射极。
26.如权利要求24所述的接触式图像传感芯片，其特征在于，
所述的数个实设主动式像素传感器包括至少两个实设列的实设取样/持留开关、实设持留电容器以及实设多路转换开关；
所述数个虚设主动式像素传感器包括至少两个虚设列的虚设取样/持留开关、虚设持留电容器以及虚设多路转换开关；以及
至少两个实设列及至少两个虚设列作为相关式双取样电路，以消除实设光电二极管的重置噪声。
27.如权利要求24所述的接触式图像传感芯片，其特征在于，每一个该虚设主动式像素传感器包括：
一虚设二极管，其与该实设光电元件的尺寸大小一致，该虚设二极管被铝所遮盖以阻挡光线进入，该虚设二极管用于将每一像素上的一电荷讯号转换成一电压讯号；
一虚设重置晶体管，用于重置该虚设持留电容器，使其具一固定重置电压；以及
一虚设射极跟随器，用于将所述虚设持留电容器上的电荷转换成电压讯号。
28.如权利要求27所述的接触式图像传感芯片，其特征在于，所述虚设二极管为一pn结二极管或一p-i-n二极管。
29.如权利要求1所述的接触式图像传感芯片，其特征在于，所述遮蔽元件为铝材质。
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