TW453109B - CMOS image sensor with pixel level gain control - Google Patents

Description

^53109 A7 B7 五、發明說明（1 ) 背景 發明之範圍 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明關於影像感應器供轉換一光影像爲電信號，特 別關於一具有圖素位準信號放大與類比至數位轉換之影像 感應器。 發明之背景 一影像感應器用以將聚焦在感應器上之光影像轉換爲 電信號。此影像感應器包括光偵測元件陣列，其每一元件 ’在一影像聚焦在陣列上時，產生一與撞擊在元件上之光 強度對應之信號。此等信號可用以顯示對應影像於監示器 ，或用於提供光影像之資訊。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 影像感應器之一目標爲提供最大可能之動態範圍。動 態範圍係律定感應器可偵測之光之最大與最小強度之比値 。動態範圍典型由分貝（d B )表示，但亦可由影像感應 器可用之位元準確度律定，其中由位元代表之最低與最高 二進位値指出最暗與最亮之可偵測光，中間値對應其間之 濃淡度。具有寬動態範圍之影像感應器可準確影像一具有 廣泛變化之光條件之一幕’而不致受到飽和及其他感應缺 點。 影像感應器之常見型式爲電荷耦合裝置（C C D ) > C C D爲在一固態表面上之典型密集金氧半導體（MO s )電容器及光電二極體之一陣列。每一光電二極體稱爲光 場並通過電荷以響應入射光強度。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公Θ ' -4 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（2 ) 例如，圖1爲說明以往技術C C D影像感應器1 0 〇 之方塊圖。其中說明影像感應器1 1 0之―維陣列，其中 之感應器1 1 2爲一範例。每一垂直感應器陣列，如陣列 1 1 3 ，耦合至垂直C CD移位暫存器之一輸入，其中之 移位暫存器1 1 4爲一範例。每一垂直C CD移位暫存器 1 1 4之輸出耦合至水平C CD移位暫存器1 1 6之一輸 入。水平CC D移位暫存器1 1 6之輸出耦合至放大器 1 1 8 |其輸出耦合至類比至數位（A/D )轉換器 1 2 0之輸入。 使用時，垂直陣列中1 1 3之影像感應器1 1 2之電 荷並聯漂移至各別垂直C CD移位暫存器1 1 4。之後， 自每一垂直C CD移位暫存器1 1 4之一電荷包封移位進 入水平C C D移位暫存器1 1 6中。水平C CD移位暫存 器1 1 6中之電荷包封每次移出一個，由放大器1 1 8由 電荷轉換爲電壓，並由A/D轉換器1 2 0轉換爲系列數 位位元。 C C D基影像感應器之動態範圍典型在8 — 1 4位元 之範圍。由於分享之像素信號路徑及晶片外A/D轉換器 1 2 0 ’很難擴展C C D基影像感應器之動態範圍。此外 ’由於長類比信號路徑’影像信號易受雜音及失真影響。 此外’ C C D技術之市場較小，並未受到大量生產及成本 降低之利益。 爲部份響應上述之C C D基影像感應器之問題，最近 已出現互補金氧半導體（CM〇 S )基之影像感應器之興 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公爱） --------------L--------訂---------線— (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) -5- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4531 Ο 9 Α7 ___ _Β7 五、發明說明（3 ) 趣。在C Μ 0 S型影像感應器中，光電二級體或光敏電晶 體（或其他適當裝置）用以作光偵測元件，其中’元件之 傳導率與撞擊在元件上之光強度對應。光偵測元件所產生 之可變信號爲一類比信號，其大小與光撞撃在圖素上之量 大致成比例（在某一範圍內）。CMOS影像感應器以積 體電路形式形成，通常較C CD價廉。 圖2爲說明以往技術CM〇 S影像感應器2 0 ◦之方 塊圖。其中說明圖素影像感應器2 1 0之二維陣列’其中 感應器212爲一範例。每一影像感應器212耦合至一 固定增益放大器之一輸入，其中放大器2 1 4爲一範例。 固定增益放大器2 1 4提供最小之放大量，其主要目的爲 緩衝器。固定增益放大器2 1 4之輸出通話一開關如開關 216 ，輸入至一類比堆工器（MUX) 218。每一垂 直陣列如陣列2 2 1中開關之輸出耦合至M U X 2 1 8之 同一輸入線1行解碼器2 1 7稱合至每一開關之水平陣列 ，如陣列2 1 9。至MUX2 1 8之選擇輸入被送至輸出 放大器2 2 0。輸出放大器2 2 0之輸出輸至A/D轉換 器 2 2 2。 使用時，輸出行解碼器2 1 7選擇性啓動開關2 1 6 之水平陣列2 1 9 ，促使陣列2 1 9中之固定增益放大器 2 4之輸出電壓通過至類比MUX 2 1 8之輸入。MUX 2 1 8選擇性通過輸入電壓至輸出放大器2 2 0及A/D 轉換器2 2 2。 但以大圖素陣列而言，每一光偵測元件產生之類比信 本紙張尺度適用中國囷家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------' t -------—訂 — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -6 - 4 53 1 Ο 9

經濟部智慧財產局員工消費合作社印别^ 五、發明說明（4 ) 號受到可變程度之寄生效應影響，如寄生電容及電阻。此 等寄生效應很難控制而導致影像資訊之信號雜波比退化。 此外，C Μ ◦ S基影像感應器提供之動態範圍較C C D基 感應器爲小》 爲此目的，C Μ 0 S基影像感應器’如美國專利號碼 5 ，46 1 ，425 ( 425專利）揭示之感應器已由本 發明之發明人發展出，其以參考方式倂入此文。‘425 專利中之C Μ ◦ S影像感應器與圖2所示者相似，除 ’ 425專利在每一圖素有一A/D轉換器，因此可減輕 其他CMO S影像感應器之類比寄生效應。 但即使‘ 4 2 5專利之C Μ 0 S影像感應器僅提供八 位元之動態範圍。因此，較現有之影像感應器能提供較大 動態範圍之C Μ 0 S基影像感應器，實有其必要° 本發明之槪述 上述之需求可由一影像感應器及感應影像之方法達成 ，其可在每一像素提供一可變放大器。由各別及可變地自 圖素放大信號，本發明之一實施例可提供1 7位元之動態 範圍。 本發明之一較佳實施例包含利用互補金氧半導體（ C ιΜ 0 S )程序製造之電腦晶片之影像感應器核心（ 5 0 0 )。此影像感應器核心包含影像感應元件（5 1 0 )陣列=每一元件包含一光子偵測器（3 1 〇 ) ’亦稱爲 光偵測器，可變放大器（3 1 2 )類比至數位（A / D ) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------^--------訂---------線 I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 453 1 Ο 9 Α7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Β7_____五、發明說明（5 ) 轉換器（3 1 4 )。 光子偵測器（3 1_ 0 )爲光敏元件如光電二極體1其 產生光電荷以響應撞撃在偵測器（3 1 0 )上之光。光電 荷由可變放大器（3 1 2 )放大。在本發明之一實施例中 ，可變放大器（312)放大之量可由一5—位元控制信 號可控制選擇在3 2放大位準。 放大器（312)之電壓輸出提供至A/D轉換器 3 1 4，其產生一說明光電流之數位値。在本發明—實施 例中，A/D轉換器（3 1 4)產生一 1 2 -位元値’於 是儲存在記憶體中。5 -位元放大位準及1 2 -位元値說 明以動態範圍之1 7 —位元之光撞擊在偵測器（3 1 0 ) 上。 A/D轉換器（3 1 4 )最好包含一比較器（5 1 2 )耦合至17 -位元鎖存器/移位寄存器（5 14)。比 較器（5 1 2 )接收可變放大器（3 1 2 )之輸出及一單 調傾斜信號，及一輸出親合至鎖存器/7移位寄存器（ 514)。鎖存器/移位寄存器（514)接收一 12 -位元計數信號與傾斜信號同步，及有一並聯輸出將移位寄 存器（5 1 4 )之五個最有效位元耦合至可變放大器（ 3 12)，及一系列輸出，經由該輸出，所有1 7位元均 可移位。當比較器（5 1 2 )決定斜率信號已超過可變放 大器（3 1 2)之輸出時，比較器（5 1 2)即觸發鎖存 器/移位寄存器（5 1 4 )以鎖住計數信號。計數信號可 控制地鎖存在移位寄存器（5 1 4 )之五最高有效位元或 ---------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -8 - 4 53 1 〇 9 A7 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 B7___五、發明說明（6 ) 1 2最低有效位元中。鎖存在移位寄存器（5 1 4 )中之 5最高有效位元構成可變放大器（3 1 2 )之控制信號。 本發明利用二階段方法以提供動態範圍之1 7個位元 。在第一階段期間，光敏元件（3 1 〇 )曝於光中一第一 整合期間。在本發明之較佳實施例中，第一整合期間爲正 常整合期間之1 / 3 2 »可變放大器（3 2 )以最大放大 設定將合成之光電荷放大。之後，放大之光電流由A/D 轉換器（3 1 4 )自類比轉換爲數位。在轉換期間，斜率 信號較正常增加快3 2倍。5計數信號之最大有效位元乃 鎖存在1 7位元鎖存器/移位暫存器（5 1 4 )中。 在第二階段期間，光敏元件（3 1 0 )曝於光中一正 常整合期間，之後，可變放大器（3 1 2 )將合成之光電 荷放大一量，該量係依照鎖存器/移位暫存器（5 1 4 ) 鎖存之5位元所決定。合成之光電流通過A / D轉換器（ 314)，對應之12計數位元被鎖存在鎖存器/移位暫 存器（5 1 4 )之1 2最小有效位元中。 在第二階段之終止時，鎖存器/移位暫存器（5 1 4 )之全部1 7位元內容均被移出。5最有效位元說明指數 ，1 2最小有效位元說明數位値之尾數，其對應在整合期 間撞擊在感應器元件上之光之強度。準此，本發明之影像 感應器之動態範圍爲1 7位原之準確度。 圖式之簡略說明 圖1爲一方塊圖說明前技之C C D影像感應器； -------------1'-------訂-------I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -9- 53 1 0 9 Α7 Β7 經濟邨智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（7 ) 圖2爲一方塊圖說明前技之CMO S影像感應器； 圖3爲一方塊圖說明根據本發明較佳實施例之 CMO S基礎影像感應器之單一圖素； 圖4爲一方瑰圖說明本發明另一實施例之C Μ 0 S基 礎影像感應器之多個圖素； 圖5爲本發明之具有多個圖素感應器之影像感應器晶 片之高位準方塊圖；及 圖6爲一時序圖，說明圖5之影像感應器在實施二階 段影像感應器時之作業。 主要元件對照表 110 影像感應器 112 感應器 114 移位暫存器 113 垂直陣列 116 水平CCD移位暫存器 118 放大器 120 A/D轉換器 100 前技影像感應器 2 0 0 C Μ 0 S影像感應器 210 圖素影像感應器 212 感應器 214 放大器 2 4 6 開關 ----------------I----訂·-------- (請先閱讀背面之沒意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公a ) -10 - 4 53 1 〇9 A7 _B7_五、發明說明（8 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2 1 7 行偵測器 2 18 多工器 2 19 陣列 2 2 0 輸出放大器 2 2 1 陣列 222 A/D轉換器 3 10 光子偵測器 312 可變放大器 314 A/D轉換器 3 16 移位暫存器 4 0 0 影像感應器 410 光子偵測器 4 1 2 放大器 4 13 多工器 414 A/D轉換器 416 移位暫存器 4 18 解多工器 5 0 0 影像感應器核心 5 12 比較器 514 17位元移位暫存器 6 10 信號 6 12 信號 6 13 Ρ Η I 1 信號 6 14 Ρ Η Ϊ 2 信號 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -11 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 53 1 0 9 A7 B7 五、發明說明（9 ) 6 16 斜率信號 6 18 X F E R 1 信號 620 XFPR2信號 6 2 2 Ρ Η I 1 信號 624 ΡΗΙ2信號 626 移位暫存器再設定 較佳實施例之詳細說明 圖3爲一方塊圖說明本發明較佳實施例之互補金氧半 導體（CMOS)基礎影像感應器300。圖3說明一光 子偵測器3 1 0耦合至一可變放大器3 1 2。光子偵測器 3 1 0宜爲光電二極體。但一CMOS基礎光敏元件亦可 取代，但感應器須作適當之調整。如此技藝中爲人所熟知 ，流過光電二極體之光電流與入射在光電二極體之PN接 點光能之量成正比。 光電流輸入至可變放大器3 1 2。放大器3 1 2宜爲 互阻放大器並有數位可程式回授電容。放大器3 1 2之增 益最好能步進至二次方，及最好接收說明增益之冪數之5 位元輸入。放大器3 1 2之輸出通過至A/D轉換器 3 14。

A/D轉換器314將自放大器312接收之類比電 壓轉換爲代表性數位値，最好爲一 1 2位元單一斜率位準 轉換器。A/D轉換器3 1 4宜含一抽樣及保持電路’一 自動爲零比較器，及一格雷碼二進位轉換器電路。A/D 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 -------------1 --------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -12- 4531〇9 A7 B7 五、發明說明（1〇) 轉換器314之作業詳述如下》 A / D轉換器3 1 4輸出之5最有效位元宜耦合至 1 7位元栘位暫存器之5位元3 1 6 A。移位暫存器 3 i 6之5位元3 1 6 A並聯耦合至可變放大器3 1 2。 如上所述，可變放大器3 1 2利用5位元値決定增益設定 。此外，A/D轉換器3 1 4之所有1 2位元均耦合至移 位暫存器3 1 6之其他1 2位元3 1 6A。二控制信號 XF ER 1及XF ER 2分別控制資料是否已載入移位暫 存器316之5位元316A或12位元316B部份。 移位暫存器3 1 6有一1位元輸出，所有1 7位元資料可 自其串列移位。雖然本發明之較佳實施例利用5位元及 1 2位元部份之1 7位元移位暫存器，但重要的是本發明 另一實施例可利用一儲存實際數目位元之記憶體。因此， 利用較多或較少位元以代表增益設定及光強度値之實施例 ，均在本發明之範圍之內。此外，移位暫存器3 1 6內之 二資料部份之相對位置可以改變。 圖3影像感應器之作業可以二順序階段說明。第一階 段決定圖素之適當增益。第二階段決定圖素之輸出電壓。 增益及輸出電壓利用科學記號結合成爲單一二進位値以說 明撞擊圖素之光強度，而增益設定爲指數，輸出電壓爲尾 數。 圖素之增益設定由設定放大器312至最大增益設定 及圖素曝光至一固定値一短整合期間之方式測量。由於放 大器3 1 2最初設定爲2之5次方=3 2增益設定，短整 ------1-------Jud^ --- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -5°

T 經濟部智慧时產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） -13- 4 53 ϊ Ο 9 經濟郤智慧財產局員工消f合作社印製 Α7 Β7____ 五、發明.說明（11 ) 合期間宜爲正常整合期間4 · 7ms之1/3 2。在另一 實施例中，可用最初增益設定及整合期間。 合成之光電流通入至A/D轉換器3 1 4。A/D轉 換器3 1 4在光電荷實施1 2位元A/D轉換，合成之5 最有效位元儲存在移位暫存器316之5位元316A中 ，該暫存器耦合至放大器3 1 2 ，因而設定第二階段之可 變放大器312之增益。 第二階段開始時，決定圖素之輸出電壓，光電荷整合 至可變放大器3 1 2 —正常整合期間。在整合期間終止時 ，放大器3 1 2之輸出電壓，利用A/D轉換器3 1 4提 供之1 2位元析像度，自類比轉換爲數位信號。1 2位元 輸出通過至移位暫存器3 1 6之1 2位元部份3 1 6 B。 在第二階段之終止時，1 7位元圖素資料可自移位暫存器 3 1 6串列讀出。資料之5位元代表圖素增益（指數）， 12位元代表圖素之輸出電壓（尾數）。 圖4說明本發明影像感應器4 0 0之另一實施例。此 實施例中，多光子偵測器4 1 0 A _ C /可變放大器 4 1 2A — C對耦合至一多工器（MUX) 4 1 4。 MUX4 1 3選擇何一放大器4 1 2之輸出通過至A/D 轉換器4 1 4。同理，解多工器（DMUX) 4 1 8選擇 何一可變放大器412接收保持在移位暫存器416中之 5位元增益設定資料。此實施例可利用圖3說明之降低A /D轉換器數目之方法，以降低晶片上之CMO S感應器 晶片之複雜性s 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 >=297公釐） ---丨 — — — — — —--*---- I I -111111 丨· (靖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -14- ^ 53 ί 〇 g 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（12) 在此實施例之一實施中，影像感應器4 0 0利用 M U X 4 1 3及D M U X 4 1 8自每一光子偵測器4 1 〇 以串列方式收集1 7位元資料。影像感應器4 0 〇之其他 作業方法對精於此技藝人士甚爲明顯。例如，如耦合至A / D轉換器4 1 4之光子偵測器4 1 0群在地理上非常接 近，此組中之放大器4 1 2利用單一增益設定亦屬適當。 圖5爲本發明較佳實施例之C Μ 0 S影像感應器之高 位準方塊圖。晶片之影像感應核心5 0 0宜包含多數個影 像感應器，該影像感應器5 1 0爲代表a圖5中僅說明四 個：影像感應器核心5 0 0之實施例可有以一維或多維陣 列校正之許多影像感應器。在本發明之一實施例中，影像 感應器核心5 0 0具有以一維陣列安排之2 7 0 0個影像 感應器=每一影像感應器5 1 0在功能上與圖3之感應器 等値，並含一光子偵測器3 1 0，一放大器3 1 2，及A /D轉換器314。 作業時，一影像聚焦在影像感應器5 0 0上，故有聚 焦影像之不同部份撞擊在每一圖素感應器5 1 0之上。每 一光子偵測器3 1 0產生之光電荷對應撞擊在光子偵測器 3 1 0上之光強度°自核心5 0 0之所有圖素感應器 5 1 0之類比信號被同時可變地放大’並根據上述之二階 段程序轉換爲串列位元流。此串列位元流於是被處理後以 導出代表撞擊在光子偵測器3 1 0上之光強度之信號。 如圖5所示，A/D轉換器3 1 4包含一·位元比較器 5 1 2，其具有一抽樣及保持電路，利用相關雙抽樣（ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -15- ---------------------訂·-------- (請先閱諸背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 453 1 〇 9 A7 B7 五、發明說明（13) CDS)以自放大器312接收光電流。比較器512有 二個控制輸入，分別接收信號'' S 1 〃及A r a m p 〃 。 S 1信號使比較器5 1 2將自放大器3 1 2之輸出留住。 當斜率信號之電壓超過抽樣輸出電壓，比較器5 1 2之輸 出自轉爲低。 A/D轉換器314亦含17位元鎖存/移位暫存器 5 1 4以接收比較器5 1 2之輸出，並實施圖3所示之 1 7位元移位暫存器之功能。鎖存器/移位暫存器5 1 4 接收12位元輸入 ''計數〃，其中含與斜率信號同步之增 量格雷編碼計數，一 1位元輸入w移位暫存器再設定〃， 其將鎖存器/移位暫存器5 1 4之內容爲零，及有一 1位 元輸出，經由該輸出，其內容可移出。鎖存器/移位暫存 器5 1 4亦有一 5位元輸出耦合至放大器3 1 2之一輸入 0 A/D轉換器亦有一5位元格雷一二進位編碼轉換器 電路5 1 6。電路5 1 6將鎖存器/移位暫存器5 1 4所 捕捉之5位元格雷編碼指數信號轉換爲供可變放大器 5 1 2之二進位控制信號。 圖6顯示一時序圖說明圖5 (及圖3中之實施例）之 影像感應器晶片實施二階段之影像感應之作業。圖6說明 信號 areset, S1612 comp. PHI1613，comp. PHI2 614 ’ 斜率 6 16 ' X F E R 6 1 8 - X F E R 620， P H 1 1 622 ，PHI2 ，624及移位暫存器再設 定6 2 6。控制信號6 1 6宜爲類比’其他信號宜爲數位 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公笼） -16- .-------------1·-------訂---------線 (請先閱讀背*之注意事項再填寫本頁) Α7 4 53 1 0 g __Β7__ 五、發明.說明（14) 〇 在第一階段之開始，areset 6 1 0爲高脈波，因而使將圖 素放大器3 1 2再設定爲最高增益設定。幾乎同時，比較 器5 1 2自動爲零。在areset降低時，每一像素放大器 3 1 0可獲穩定，自每一圖素之再設定電壓均已抽樣至各 比較器5 1 2中。比較器5 1 2利用comp. PHI 1 163及 PHI2 614信號實施偏移補償/ C D S。當comp. PHI1 163 爲高時，自圖素放大器3 1 2之類比再設定電壓及比較器 5 1 2之第一階段之偏移均被抽樣。之後’當comp. PHI2 614爲高時，偏移自動被圖素放大器3 1 0輸出抽樣中減除 〇 幾乎在同時，areset 610爲高’ S 1 6 1 〇亦爲高以顯 示整合期間之開始。因爲此爲第一階段，整合期間爲正常 整合期間4 . 7 ms之1/32。在整合期間之末’ 5 1 6 1 2降低，使比較器5 1 2將圖素放大器3 1 2之 輸出電壓抽樣。 在抽樣至斜率再設定時間之後1其在一實施例中爲 1 0 0 n S ，斜率信號6 1 4脈波爲高，使斜率信號 6 1 6變低。在本發明之一較佳實施例中’斜率信號 6 1 6在一段時間單調上升。但任何單調波型均可使用以 取代斜率信號。由於爲第一階段，在第一實施例中’斜率 信號6 1 6在正常斜率時間5 m s之1 / 3 2中由最小升 至最大。當斜率信號6 1 6上升，鎖存器/移位暫存器計 數輸入上之1 2位元格雷編碼計數增加。當斜率信號超過 ^ TJ Hi ^^1 ^^1 id u— .^11 ^^1 ^^1 ί^ι [ ^^1 I « I ϋ·· » · ϋ ϋ n n I 1 I (請先閱讀背面之汰意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格（210 X 297公釐） -17- 453 彳 0 9 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（15) 圖素放大圖3 1 2之抽樣輸出電壓時，XF ER 1信號 6 1 8被觸發，使在鎖存器/移位暫存器5 1 4之計數輸 入之格雷碼，轉移至鎖存器/移位暫存器5 1 4之5位元 部份3 1 6 A »轉移之5位元之二進位等値被轉換爲二進 位，並設定可變放大器5 1 2之增益位準。 在第二階段之開始，areset 610再度爲高，此次其設定 圖素放大器3 1 2至高位準，如鎖存器/移位暫存器 5 1 4保持之5位元所指定。此外，比較器5 1 2自動爲 零’ comp. ΡΗΠ6Ι3及comp. PHI2614信號實施偏移補償/ CDS。在同時，信號S 1 6 1 2再度上升，並在正常整 合期間一直保持爲高。 在抽樣-斜率再設定時間之後，斜率再設定信號 6 1 4之脈波再度爲高，使斜率信號6 1 6變低。之後， 斜率信號漸漸升高，1 2位元計數信號亦對應增加。因此 時爲第二階段|在一實施例中之斜率信號在0.5ms中 自最小升至最大。當斜率信號超過圖素放大器3 1 2之稱 樣輸出電壓時，XFER2信號620被觸發，而使在鎖 存器/移位暫存器514之計數輸入上之格雷碼被轉移至 鎖存器/移位暫存器5 1 4之1 2位元部份3 1 6 B。 第二階段之後，鎖存器/移位暫存器5 1 4包含5位 元指數及1 2位元尾數，其代表撞擊在圖素放大器3 1 〇 上之光強度。其次，在PHI 1622及PHI 2624 上之串列脈波，供移位暫存器之二相位時脈，將鎖存&胃 料移位至鎖存器/移位暫存器5 1 4之外。雖然僅顯#^ -----------I---304,---丨 — — 丨訂----------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -18- A7 B7 4 53109 五、發明說明（16) 脈波，在一實施例中，需要1 7個移位以讀出所有資料。 一旦資料均已讀出，移位暫存器中之內容由一在移位暫存 器再設定信號6 2 6上之一脈波再設定。 移出鎖存器/移位暫存器5 1 4之5位元指數及1 2 位元尾數代表以17位元之精確度入射在圖素310上之 人射光之強度。準此；圖素感應器3 0 0之動態範圍 '或 圖素感應器可偵測之光之最大至最小強度較傳統之影像感 應器大許多》 v一 > illlli — 11 ί 111111 言1111111 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -19-

Claims (1)

1. 453 彳 〇 9 A8 BS C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 「 1 · 一種影像感應器電路^^含： 位於一'積體電路晶片上之，影像感應益核心中之光子偵 I 1 測器陣列’每一光子偵測器供產生一信號以響應撞擊在光 子偵測器上之光；及 複數個可變放大器位於影像感應器核心’每一可變放 大器耦合至至少一光子偵測器以可變放大自耦合至光子偵 測器之信號。 2 .如申請專利範圍第1項之影像感應器電路.尙包 含： 複數個類比至數位轉換器位於賴合至至少一複數個可 變放大器，以將耦合之可變放大器之放大信號，轉換爲信 號之數位代表3 3 .如申請專利範圍第2項之影像感應器電路，其中 自每一類比至數位轉換器之信號之數位代表包含； 一控制信號以決定耦合至可變放大器放大信號之量。 4 .如申請專利範圍第1項之影像感應器電路，其中 每一光子偵測器含一光電二極體= 5 .如申請專利範圍第3項之影像感應器電路，其中 每一複數個類比至數位轉換器含； 一記憶體以儲存信號之數位代表。 6 ·如申請專利範圍第5項之影像感應器電路，其中 之記憶體含； 一第一輸出以輸出控制信號至耦合之可變放大器，及 —第二輸出以輸出信號之數位代表。 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---^----；-------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -20- 453 1 Ο 9 Α8 Β8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製. 六、申請專利範圍 7 .如申請專利範圍第1項之影像感應器電路，其每 一可變放大器包含； 一可步進放大器以由許多步進放大該信號。 8 · —種產生說明一光影像之電信號之方法，含以下 步驟； 產生一對應撞擊在一感應元件上之光之第一信號； 以第一放大位準放大第一信號，以產生第一放大之信 號； 自第一放大之信號決定地二放大位準； 產生對應撞擊在感應器元件上之光之第二信號； 以第二放大位準放大第二信號以產生第二放大之信號 ;及 自第二放大之信號及第二放大位準，決定說明光影像 之數位値。 9 .如申請專利範圍第8項之方法，其中以第一放大 位準放大第一信號之步驟含； 以最大放大位準放大第一信號。 1 0 ·如申請專利範圍第8項之方法，其中以自第— 放大信號決定第二放大位準之步驟含以下步驟； I 轉換第一放大之信號爲第一數位代表； 在第一記憶體中儲存至少第一數位代表之一部份。 1 1 ，如申請專利範圍第1 〇項之方法，尙含以下# 驟’ 自第一記憶體讀出第一數位代表。 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 Χ 297公釐） ---^----^-------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -21 - 4 53 1 0 9 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 1 2 .如申請專利範圍第1 0項之方法，其中決定數 位値之步驟含； 轉換第二放大之信號爲第二數位代表；及 在第二記憶體中儲存第二數位代表^ 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項之方法，尙含以下步 驟： 系列讀出儲存第一及第二記憶體中之第一及第二數位 代表。 \· 1 4 . 一影像感應器電路^1含； —光偵測器陣列，每一光..:偷測器具有電特性，其響應 撞擊在光偵測器上之光而改變’，=¾ 複數個可變放大器，每一放大器耦合至至少一光偵測 器，以放大光偵測器之電特性。 1 5 .如申請專利範圍第1 4項之影像感應器電:路’ 尙包含； 複數個類比至數位轉換器，每一耦合至至少一可變放 大器以轉換放大之電特性爲數位値。 1 6 .如申請專利範圍第1 4項之影犛感應器電路’ 其中陣列中至少一光偵測器包含； 一光電二極體以產生響應撞擊在光電二極體之光信號 5 7，如申請專利範圍第1 5項之影像感應器電路， 其中至少一可變放大器包含； 一可變放大器以選擇之一複數個放大位準放大電特性 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂·' -線_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） -22- 4 3 1 Ο 9 蔻 C8 D3 ___ 六、申請專利範圍 ，其中之放大位準係由許多類比至數位轉換器之一所選擇 ΰ 1 8 .如申請專利範圍第1 5項之影像感應器電路’ 其中至少一類比至數位轉換器包含； 一記億體以儲存說明放大之電特性之一數位値；及 一輸出提洪至少一儲存數位値之一部汾至至少一可變 放大器； 其中提供至放大器之數位値之一部份，決定由可變大 器實施之放大量。 1 9 .如申請專利範圍第1 8項之影像感應器電路’ 其中之類比至數位轉換器尙包含： 一並聯輸出以提供儲存之數位値之一部份至並聯之可 變放大器；及 一系列輸出以提供系列進接至存儲之數位顧。 \ 2 0 1 —種轉換一光影像爲電信號之方法^^以下步驟 1 *： » V- . » V'、 在第一階段； ~ 爲第一時間期間產生一第一電信號，其中之第一電信 號對應一光強度： 以第一增益選擇之決定之第一增益量放大第一電信號 * 分析放大之第一電信號以決定第二增益選擇； 在第二階段： 爲第二時間期間產生第二電信號；第二電信號對應光 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） I H I 4 m I n n n I n fi —I— t 《請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財1局員工消費合作社印製 -23- 4 53 1 Ο 9 as C8 __D8______- 六、申請專利範圍 強度：/ 以第二增益選擇決定之第二增益量放大第二電信號· 分析第二放大之第二電信號以決定一値； 其中之光影像係自第二增益選擇及該値決定。 2 1 如申請專利範圍第2 0項之方法，其中之第 時間期間實際上較第二時間其間爲短。 2 2 .如申請專利範圍第2 0項之方法，其中之弟一 增益選擇包含許多位元，及第一階段尙含以下步驟： 儲存第二增益選擇之多個位元； 讀出儲存之第二增益選擇之多個位元。 2 3，如申請專利範圍第2 2項之方法，其中之値包 含多個位元，及第二階段尙含以下步驟； 儲存多個具有第二增益選擇之多個位元之値之多個位 元；及 讀出値之多個位元及串聯之第二增益選擇之多個位兀 I-----^---------------訂--------—線 C請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公t ) -24-