TWI228916B - Image sensor module having fast transmission signal and method thereof - Google Patents

Description

1228916 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明係一種具有快速傳輪訊號之影像感測模組及方 法’特別係關於以光訊號感測影像的影像感測模組。 【先前技術】 接觸式影像感測器（contact image sensor)簡稱為 C I S ’其係為一種感测光訊號再將其換成可判讀之電氣訊 號的裴置。其應用範圍包含了所有需要以光電元件來讀取 文字、圖形、資料的影像處理裝置，例如掃描器、影印機 等。

而前述影像處理裝置内部主要結合有C I S模組，以第 一圖所示，係為習知c丨s模組之切面示意圖。當文稿（圖 略）由轉動軸7 1饋入至透明玻璃7 3上時，光源7 9照射於文 稿，其反射光經過柱狀透鏡75，以等比例的大小將反射的 影像投射於CIS模組70的CIS晶片77上，CIS晶片77再將此 感應到光訊號，依序的以電氣訊號輸出。 而現行C I S模組7 0係由數個c I S晶片7 7相互串接而成， ^ ί的用意在於適用於讀取文稿紙張的大小，也就是說文

個Cli曰愈Η大CISi莫組70上所使用的CIS晶片77就需串接愈多 咖择曰曰片，且該數個串接的晶片長度大於該文稿紙張之 ，係為係習知：傻V 1的架構而言，可爹閱第二所示 包括t i 〜像感測模組之架構示意圖。影像感測模: 匕括有—光感測元件組81、一開關陣列83、一移位陣列、

第5頁 1228916 五、發明說明（2) 及一放大電路8 7。光感測元件έ 〇ππ , . . ^ 7 x 千、、且81在弟—圖中所示係以 6〇〇dpi ( dot per inch)為舉例 i 係以 光感測元件Dl〜D6 0 0，光感測元侔伤夯、^ l有600個 體。開關陣列83係由600個開關元件組成，並以_ ^= 式連接於光感測兀件的輸出端，其係用來控制光測 所累積電荷訊號之傳送，亦即光感測元件累積収 荷能量之後，相對應的開關源元件將開啟。而移位 ^ 係包括有相對應開關元件數目的移位暫存器，其係 應時脈訊號CK輸入，而依序控制相對應連接每個開 的開啟，使得光感測元件内的訊號能依照像素的位 Z 輸出。 夏佤序 放大電路8 7則連接於移位陣列8 5的輸出端，其係包 有運算放大器（0P一AMP)、開關元件SW1、SW2、電容^L， 用以對移位陣列8 5輸出的訊號提供放大，以供後續判讀广 理’如使便可得到所要的掃描影像訊號。 貝处 _ 、因此現行C I S的訊號讀取皆是將感應光的訊號以電荷 形式累積於光感測元件中，待輸出像素時才將累積電^寺仃豕 一輸出。而，第二圖所提供之架構而言，所產生的；二二 ，可參閱第三圖所示，係藉由開關SW1、SW2的開啟時間二 制’使得移位陣列8 5所輸出的每一電荷訊號得以依序輪^ 放大，且每一電荷相鄰輸出之間係提供有重置時間 2 關SW2控制）’待重置完之後才緊接輸出移位陣列8 $ 一個電荷訊號。 、卜 因此現行C I S在訊號讀取時，皆是採取逐一輸出光感

1228916 五、發明說明（3) 測元件感測光的電荷訊號，且隨著解析度增加，光感測元 件使用數目就愈多，因此要完全輸出所有光感測元件的電 荷訊號所花的時間也就拉長。而以目前影像感測模組的架 構，若要加快訊號輸出的速度，可藉由提高移位陣列使用 的時脈訊號，以達成快速切換每一光感測元件輸出電荷訊 號的導通時間。 雖然藉由縮短每一光感測元件輸出電荷訊號的導通時 間，可讓整體影像感測模組之訊號輸出速度變快，但要在 這麼短的時間内，將光感測元件所累積的電荷訊號完全輸 出，仍有其瓶頸存在，因會受限於電容的充放電時間之影 響，且電容的充放電時間又受限於光感測元件面積大小及 單位時間内之感測能力。 因此現有技術藉由提高移位陣列使用的時脈訊號以加 快訊號輸出速度，仍會受限於光感測元件面積大小及單位 時間内之感測能力的瓶頸存在，而如何加以克服解決現有 技術缺失，則是本發明重要的課題。 【發明内容】 本發明之主要目的，在於可提供一種具有快速傳輸訊 號之影像感測模組及方法，係可同時擷取多個光感測元件 的電荷訊號，以期達成快速傳輸訊號。 為了達成上述目的，本發明提供一種具有快速傳輸訊 號之影像感測模組，包括：一光感測元件組，具有複數個 光感測元件，該些光感測元件係用以接收一光訊號並分別

1228916_ 五、發明說明（4) 產生相對應之複數個電荷訊號；複數組讀取電路，係分別 具有連接該些部分光感測元件的複數輸入端與一輸出端， 而該些讀取電路的每一組之該輸出端係依序輸出該些輸入 端接收到的該些電荷訊號；及複數組放大電路，係分別具 有一輸入端及一輸出端，該些放大電路的每一組之該輸入 端係獨立對應連接該些讀取電路的該些輸出端之其中之一 ;其中該些放大電路的每一組之該輸入端係接收對應該些 讀取電路其中一組的該輸出端所依序輸出的每一電荷訊號 並予以放大之後，再依序由該些放大電路每一組之該輸出 端逐一輸出放大的每一電荷訊號。 為了達成上述目的，本發明又提供一種具有快速傳輸 訊號之影像感測方法，包括下列步驟：提供m個感應光的 電荷訊號；將該些m個電荷訊號以非連續的排列順序分成η 組輸出；抓取該每一組輸出電荷訊號在同一時間；及分時 依序輸出該每一組所抓取到的電荷訊號。 為了使 貴審查委員能更進一步暸解本發明特徵及技 術内容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，然而 所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限 制。 【實施方式】 請參閱第四圖，其所繪示係為本發明影像感測模組之 架構示意圖，本發明係一種具有快速傳輸訊號之影像感測 模組，包括一光感應元件組1 1、4組讀取電路1 3、1 5、1 7

第8頁 1228916 五、發明說明（5) 、^及4組放大電路21、23、25、n。光感測元件組丨泣 本，施例係以6 0 0 dp 1為舉例說明，其係包括有6 〇 〇個光感 測兀件1H a〜D6 0 0 a，光感測元件係為光二極體或光電晶體 ，該些光感測元件係用以接收感測影像的一光訊號並分 產生相對應之複數個電荷訊號。 山另外4組讀取電路1 3、1 5、1 7、丨g係分別具有複數輪 ^端及一輸出端，且内部均具有相同的組成元件及連接關 係。而以讀取電路13為例係具有開關陣列131及移位陣列 、開關陣列1 3 1係由1 5 0個開關元件組成，並以一對— 方式連接於光感測元件的輸出端，而所連接光感測元件 排列順序係為D1、D5、D9、…D5 97，開關陣列13丨的該些、 開關=件係用來控制對應連接光感測元件所累積電荷訊號 之傳运’亦即光感測元件累積到足夠之電荷能量之後，相° ^ 2 =開關源元件將開啟。移位陣列1 3 3係為具有1 5 0個移 ]q 成，並以一對一的連接方式對應連接開關陣列 ~開關元件，並由移位陣列133根據輸入的時脈1 移^車列133的該些移位暫存器所對應連接開關 i列i31的該些開關元件開啟，使得開關陣列m的該此n =件所對應連接的該些光感測元件（M、D5、D9、：開 D59?)之電，訊號能依序輸出。 電路^由Si電路15、& 19的内部組成皆相同於讀取 取兩腺〗2 Ϊ 對其組成加以詳細介紹。所不同的是讀 4 D2^ D6 Mo'*"1 u 1 u、··· D 5 9 8 ;讀取電路1 7的開關陣列丄7丨所連

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五、發明說明（6) 接光感測元件的排列順序係為D3、D7、Du、… 取電路19的開關陣列191所連接光_ ； .nQ nl9 ^ 疋设尤4，則兀件的排列順序係 為 D4、D8、D12、··· D6 0 0。藉此讀取電路 13、丨5、η、 係將光感測70件組1 1的輸出分成四等份各別連接，且一 等份所連接的光感測元件之排列順序係為非連 發明的重要特徵。 ' ' ^ 復參閱第四圖，放大電路2卜2 3、2 5、2 7係 一輸入端及一輸出端，且内部均具有相同的組成元件&連 接關係。而放大電路21、23、25、27的輸入端係分別對應 連接於讀取電路13、15、17、19之輸出端。

在此以放大電路21作解說，其餘放大電路23、25、27 内部組成均與放大電路2 1相同故不再詳述。放大電路2 1係 包括有一第一開關SW1卜一第二開關SW1 2、一第三開關 SW13、一第四開關SW14、一運算放大器0P卜一第一電容 C11及一第二電容C12，其中第一開關SW1的第一端及第二 端係分別連接於移位陣列1 3 3的輸出端及第二開關S 1 2的第 一端，第二開關S 1 2的第二端接地，第一電容C 1 1的第一端 及第二端分別連接於第二開關SW丨2的第一端及運算放大器 0P1的負輸入端，運算放大器0P1的正輸入端接地，第二電 容C1 2的第一端及第二端係分別連接於運算放大器0P1的負 輸入端及輸出端，第三開關SW1 3的第一端與第二端分別連 接於第二電容C 1 2的第一端及第二端，第四開關SW1 4的第 一端係連接於運算放大器0P1的輸出端。 另外，放大電路23的第一開關SW31之第一端係連接於

第10頁 1228916 五、發明說明（7) 移位陣列153的輸出端，放大電路25的第一開關SW51之第 一端係連接於移位陣列1 7 3的輸出端，放大電路2 7的第一 開關SW 7 1之第一端係連接於移位陣列1 9 3的輸出端。而放 大電路21、23、25、27的第四開關8114、3界34、8?54、 SW7 1的第二端係相互連接。 本發明所使用的放大電路2卜2 3、2 5、2 7係為切換式 電容放大器’其中第一開關SW1卜SW3卜SW5卜SW71係 作為取樣使用，提供傳導路經使得移位陣列1 3 3、1 5 3、 1 7 3、1 9 3輸出訊號能儲存於串接路徑的第一電容c 1 1、C 3 1 、C 5 1、C 7 1，而由於移位陣列1 3 1、1 5 3、1 7 3、1 9 3四組輸 出的路徑係不相同，彼此之間的直流準位有可能產生偏移 現象，因此第一電容Cll、C31、C51、C71在本發明中也具 有將移位陣列1 3 1、1 5 3、1 7 3、1 9 3輸出的直流準位拉到同 一準位能力，以避免輸出訊號產生準位漂移。另放大電路 2 1、2 3、2 5、2 7所提供的放大倍率係由第一電容/第二電 容的比值決定。 而本發明第一電容Cll、C31、C51、C71的電容值係大 於第二電容C12、C32、C52、C7 2的電容值時，以提供大於 1的放大倍率，如此可彌補移位陣列1 3、1 5、1 7、1 9在高 速傳輸時輸出訊號值的不足，並經由放大之後可更方便判 讀。而放大電路21、23、25、2 7在訊號讀出過程中，由於 電路特性將會對第一電容C 1 1、C 3 1、C 5 1、C 7 1進行破壞性 讀取，使得第一電容C 1 1、C 3 1、C 5 1、C 7 1能獲得重置效果 ，因此放大電路2卜2 3、2 5、2 7接收移位陣列1 3、1 5、1 7

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五、發明說明（8) 、1 9下一筆訊號輸出時不會有殘餘電荷訊號累積於第一電 容C1卜C3卜C5卜C71。 此外每一放大電路2 1、2 3、2 5、2 7的第一開關SW11、 SW31、SW51、SW71及弟二開關 SW13、SW33、SW53、SW73的 切換頻率係相同且同步，如此可同時將移位陣列1 3 3、1 5 3 、173、19 3輸出的訊號同步取樣至第一電容（：11、〇31、 C51、C71。而每一放大電路21、23、25、27的第二開關 SW12、 SW32、 SW52、 SW72及第四開關 SW14、 SW34、 SW54、

S W 7 4的切換頻率係相同且同步，但各放大電路2 1、2 3、2 5 、27彼此之間的第二開關SW12、SW32、SW52及第四開關 SW14、SW3 4、SW5 4、SW74的切換頻率雖然相同但卻不同步 ’如此可讓，放大電路2卜2 3、2 5、2 7之間以分時方式逐一 輸出放大後的訊號。 、 經由以上介紹當可對本發明具有快速傳輸訊號之影像 感別权組的整體架構有更進一步了解，而至於如何達成快 速訊就傳輸，以下將有詳細說明。 首先’本發明的讀取電路1 3、i 5、1 7、1 9係分成4組 二但不以此為限可視實際需求有所改變，如此設計可將光 感f元件組11所輸出的複數個感應光的電荷訊號分成4邱

且—别出，而母一部分所能輸出的電荷訊號將有1 5 〇個 的排的讀取電路13、15、17、19所連接光感測元件 感測元件t ΐ非連續，因此讀取電路13將會依序輪出光 會依序於I D9、…D5 9 7的電荷訊號，讀取電路15將 曰 則出光感測元件D 2、D 6、D 1 〇、·.· D 5 9 8的電荷訊號

1228916 五、發明說明（9) ’讀取電路1 7將會依序輸出光感測元件〇 3、〇 7、d 11、… D5 9 9的電荷訊號，讀取電路19將會依序輸出光感測元件D4 、D8、D12、…D6〇〇的電荷訊號。 而當頌取i路1 3、1 5、1 7、1 9的移位陣列1 3 3、1 5 3、 173、193輸入同步的時脈訊號後，讀取電路13、15、17、 1 9即可同日守輸出所連接對應接收光感測元件的電荷訊號。 也就是說在同一時間讀取電路13、15、17、19係分別輸出 光感測π件D卜])2、D3、D4的電荷訊號，讀取電路13、15 、1 7、1 9下一-人則分別再輸出光感測元件ρ 5、d 6、d 7、D 8 的電荷訊號，如此循環下去直到讀取電路13、15、17、19 將所有光感測元件的電荷訊號輸出為止。 此外對應連接讀取電路i 3、i 5、i 7、i 9輸出端的放大 電路2 1、2 3、2 5、2 7係提供取樣及放大的功效，並經由放 大電路2 1、2 3、2 5、2 7内部開關的控制，放大電路2卜2 3 、2 5、2 7可分別同時將移位陣列丨3 3、i 5 3、i 7 3、i 9 3所輸 出的電荷訊號作取樣並各別儲存於第一電容C丨丨、c 3 1、 C51、C71之後，再依序由各放大電路2卜23、25、2 7將儲 存於第一電容Cll、C31、C51' C71的取樣訊號以分時方式 逐一輸出經過放大的訊號值。 請參閱第五圖’其所繪示係為本發明影像感測模組之 時序圖。其中CK係為同步輪入各移位陣列1 33、1 53、1 73 、1 9 3的時脈訊號’ SW1、SW 2係為習知影像感測模組的開 關切換頻率，Vout為習知輸出波形圖。 我們以該些讀取電路1 3、1 5、1 7、1 9的每一組在輸出

第13頁 1228916 五、發明說明（10) 一電荷訊號的時間範圍内，即在時脈訊號CK的一個工作週 期内，來解說本發明如何快速輸出電荷訊號。首先第一開 關 SWU、SW3 卜 SW5 卜 SW71及第三開關 SW1 3、SW33、SW53 、SW 7 3在導通一段時間之後，係先由放大電路2 1的第二開 關SW1 2及第四開關sw 1 4同時導通一段時間以輸出移位陣列 1 33的放大訊號之後，再由放大電路23的第二開關SW32及 第四開關SW34同時導通一段時間以輸出移位陣列1 的放 大訊號之後，再由放大電路2 5的第二開關SW5 2及第四開關 SW5 4,時導通一段時間以輸出移位陣列m的放大訊號之 ^二最後由放大電路27的第二開關SW72及第四開關⑽ 時導通=段時間以輸出移位陣列1 9 3的放大訊號。 ° 復參閱第五圖，因此本發明訊號輸出係 的-個工作週期為單位時間，如此循環下去由： = 21、23、25、27逐一輸出所有光感測元件的電 兔路 且在時脈訊號CK的一個工作週期内， 而 ，出四個訊號，而習知的一只能輸出 2明所揭露架構在單位時間的傳輸 “：然 更快。 ^ &知枝術 因此放大電路21、23、25、27在本發明 =取由^位陣列133、153、1?3、⑴輸出的四同時 25 : Ϊ广快近4倍的時間’依序送*各放大電Ϊ i 7的輪出訊號，相較於習知技術一 21 移位陣列的一個帑铼至％ 仏山A 』 次係先擷取 位陣列的四個：if再逐一輸出的方式，習知技術輸出Ϊ 個矾唬值將會耗費4次的訊號擷取 出移 τ间，而本

1228916 五、發明說明（π) 發明則只有一次的訊號擷取時間，本發明的確可達成快速 傳輸感測影像訊號的效果，且具有高輸出的影像訊號，以 克服訊號高速傳輸時受限於光感測元件面積大小及單位時 間内之感測能力的瓶頸。 綜上所述，本發明完全符合專利申請之要件，故爰依 專利法提出申請，請詳查並請早日惠准專利，實感德便， 以保障發明者之權益，若 鈞局之貴審查委員有任何的稽 疑，請不吝來函指示。 惟，以上所述，僅為本發明最佳之一的具體實施例之 詳細說明與圖式，讀取電路及放大電路可採用多組輸出， 而不限定於4組，且本發明影像感測模組所揭露之架構可 應用於C I S模組或CCD模組的影像感測裝置，惟本發明之特 徵並不侷限於此，上述任何熟悉該項技藝者在本發明之領 域内，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專 利範圍。

第15頁 1228916 圖式簡單說明 (1) 圖示說明 第一圖係習知C I S模組之切面示意圖； 第二圖係習知影像感測模組之架構示意圖； 第三圖係習知影像感測模組之時序圖； 第四圖係本發明影像感測模組之架構示意圖；及 第五圖係本發明影像感測模組之時序圖。 (2) 圖號說明 習知 70 CI S模組 71 轉動轴 7 3 透明玻璃 7 5 柱狀透鏡 77 CIS晶片 81 光感測元件組 83 開關陣列 8 5 移位陣列 8 7放大電路 〔本發明〕： 光感測元件組 讀取電路 開關陣列 11 13^ 15> 17> 19 131、 151、 m、 191

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Claims (1)

1228916 六、申請專利範圍 1、 一種具有 一光感測 感測元 複數個 複數組讀 件的複 一組之 些電荷 複數組放 該些放 該些讀 其中該些 些讀取電 荷訊號並 組之該輸 2、 如申請專 像感測模 晶體。 3、 如申請專 像感測模 續方式與 4、 如申請專 快速傳輸訊 元件組，包 件係用以接 電荷訊號； 取電路，係 數輸入端與 該輸出端係 訊號；及 大電路，係 大電路的每 取電路的該 放大電路的 路其中一組 予以放大之 號之影像感測模組，包括： 括有複數個光感測元件，該些光 收一光訊號並分別產生相對應之 分別具有連接該些部分光感測元 一輸出端，而該些讀取電路的每 依序輸出該些輸入端接收到的該 分別具有一輸入端及一輸出端， 一組之 些輸出 每一組 的該輸 後，再 出端逐一輸出放大 項所述 光感測 利範圍第1 組，其中該 該輸入端係獨立對應連接 端之其中之一； 之該輸入端係接收對應該 出端所依序輸出的每一電 依序由該些放大電路每一 的每一電荷訊號。 之具有快速傳輸訊號之影 元件係為光二極體或光電 利範圍第1項所述之具有快速傳輸訊號之影 組，其中該讀取電路之該些輸入端係以非連 該些部分光感測元件連接。 利範圍第1項所述之具有快速傳輸訊號之影 像感測模組，其中該讀取電路係包括： 一開關陣列，係包括有對應連接該些部分光感測元件

第18頁 1228916 六、申請專利範圍 的複數個開關元件；及 移位陣列，係包括有對麇 個移位暫存器，· …連接該些開關元件的複數 〆、中该移位陣列係根攄輸 位暫存器所對應連接= 脈：：依序將該些移 關元件所對應連接的該些部：=開：，使得該開 能依序輸出。 先感測疋件之電荷訊號 丨、如申請專利範圍第1項所述之且 像感測模組，其中該放大電輸訊號之影 -運算放大器’具有接地的—第一輸入端、一 入端及一輸出端； 一第一開關，具有一第一端連接於該些讀取電路1中 之一的該輸出端，以及一第二端； 、 一第二開關，具有一第一端連;於該第一開關的該第 二端，以及接地的一第二端； 一，三開關，具有一第一端連接於該運算放大器的該 第二輸入端，以及一第二端連接於該運算放大器的 該輸出端； 一第四開關，具有一第一端連接於該運算放大器的該 輪出端’以及一第二端； —第一電容，具有一第一端連接於該第—開關的該第 二端，以及一第二端連接於該運算放大器的該第二 輪入端；及 第二電容’具有一第一端連接於該運算放大器的該

第19頁 1228916 六、申請專利範圍 第二輸入端，以及一第二端連接於該運算放大器的 該輸出端。 6、 如申請專利範圍第5項所述之具有快速傳輸訊號之影 像感測模組，其中該些放大電路彼此之間的每一該第 四開關的該第二端係相互連接。 7、 如申請專利範圍第5項所述之具有快速傳輸訊號之影 像感測模組，其中該些放大電路的每一組之該第一電 容的電容值係大於該第二電容的電容值。 8、 如申請專利範圍第5項所述之具有快速傳輸訊號之影 像感測模組，其中該些放大電路彼此之間的每一該第 一開關及該第三開關的切換頻率係相同且同步。 9、 如申請專利範圍第5項所述之具有快速傳輸訊號之影 像感測模組，其中該些放大電路的每一組之該第二開 關及該第四開關的切換頻率係相同且同步。 1 0、如申請專利範圍第9項所述之具有快速傳輸訊號之 影像感測模組，其中該些放大電路彼此之間的每一該 第二開關的切換頻率係相同但不同步。 1 1 、如申請專利範圍第9項所述之具有快速傳輸訊號之 影像感測模組，其中該些讀取電路的每一組在輸出一 電荷訊號的時間範圍内，該些放大電路的每一組之該 第二開關係會依序導通一次。 1 2、一種具有快速傳輸訊號之影像感測方法，包括下列 步驟： 提供m個感應光的電荷訊號；

第20頁 1228916 六、申請專利範圍 將該些m個電荷訊號以非連續的排列順序分成η組輸 出； 抓取該每一組輸出電荷訊號在同一時間；及 分時依序輸出該每一組所抓取到的電荷訊號。 1 3、如申請專利範圍第1 2項所述之具有快速傳輸訊號 之影像感測方法，其中該些η組輸出係由η個讀取電路 作劃分。 1 4、如申請專利範圍第1 2項所述之具有快速傳輸訊號 之影像感測方法，其中該讀取電路係將（m/n)個的 電荷訊號依序輸出。 1 5、如申請專利範圍第1 2項所述之具有快速傳輸訊號 之影像感測方法，其中該抓取每一組輸出電荷訊號所 得到的η個電荷訊號之排列順序係為連續。 1 6、如申請專利範圍第1 2項所述之具有快速傳輸訊號 之影像感測方法，其中該分時依序輸出每一組所抓取 到的電荷訊號係經過放大處理。

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