TWI569645B - 用於黑階校準之影像感測器及ｃｍｏｓ影像感測器 - Google Patents

用於黑階校準之影像感測器及ｃｍｏｓ影像感測器 Download PDF

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Description

用於黑階校準之影像感測器及CMOS影像感測器
本發明大體係關於影像感測器，且特定而言(但非排他地)係關於用於CMOS影像感測器之黑階校準。
互補金氧半導體(「CMOS」)影像感測器(「CIS」)可歸因於像素本身中之暗電流及像素間之暗電流位準變化而產生不準確的影像資料。CIS陣列之每一像素提供隨入射在像素上之光而變化之輸出電壓。遺憾地，暗電流增加輸出電壓且使成像系統提供之圖像降級。為了產生準確的影像資料，需要估計暗電流且對其進行位準校正。
大多數影像感測器在使用之前需要某一形式之校準，以使得自影像感測器獲得之資料可用於產生忠實地再現所俘獲場景或物件之光學特性(強度、色彩等)之數位影像。一些校準可實行一次，且保持對於影像感測器之每次後續使用有效，但其他校準必須針對影像感測器之每一單次使用而實行。黑階校準為通常針對影像感測器之每一單次使用所執行之校準中之一者。顧名思義，黑階校準之目的為判定影像感測器之黑階。黑階校準有效地設定臨限值，低於該臨限值，自影像感測器獲得之數位資料值將被認為表示顏色黑色，或換言之，表示不存在或實質上不存在光。該臨限值接著用於調整自陣列中之其他像素獲得之值。準確之黑階校準有助於達成具有暗陰影區中之完全對比度 及精細細節之數位圖像。若黑階過低，則暗區域中之資訊可能丟失；若黑階過高，則可能犧牲信號範圍。
黑階校準傳統上以當前圖框至全域暗列信號之逐圖框減法而進行。此方法移除暗電流以及讀出之通道偏移，從而僅留下影像資料。然而，在暗電流跨越整個像素陣列不均勻之情形中，此方法在實現黑階校準方面不太有效。
在圖框曝光模式中，跨越整個像素陣列同時進行像素陣列之遮光及積分。然而，讀出一次進行一列，因此像素陣列之頂部至底部存在積分時間差。圖框曝光模式中之暗電流之不均勻性可導致垂直陰影。垂直陰影之其他原因包含溫度梯度、製程梯度及像素輸出安定化。
習知黑階校準技術在數位域中執行。數位黑階校正之一缺點係，影像資料在數位減法操作之後損失其動態範圍。
105‧‧‧像素陣列
106‧‧‧影像像素陣列
107‧‧‧暗像素陣列
110‧‧‧讀出電路
115‧‧‧功能邏輯
120‧‧‧控制電路
200‧‧‧像素電路
300‧‧‧讀出電路
308‧‧‧資料位元線
309‧‧‧參考位元線
340‧‧‧多工器
350‧‧‧行放大器
351‧‧‧類比影像信號
355‧‧‧行放大器
356‧‧‧類比黑色參考信號
360‧‧‧斜坡比較器
365‧‧‧斜坡信號產生器
366‧‧‧斜坡信號
370‧‧‧驅動器
371‧‧‧輸出信號
380‧‧‧計數器
381‧‧‧控制信號
390‧‧‧記憶體
391‧‧‧讀取信號
392‧‧‧寫入信號
400‧‧‧讀出電路
500‧‧‧讀出電路
505‧‧‧晶片外黑色參考讀出電路
600‧‧‧讀出電路
640‧‧‧多工器
650‧‧‧行放大器
700‧‧‧讀出電路
705‧‧‧晶片外黑色參考讀出電路
800‧‧‧斜坡比較器
805‧‧‧類比差分比較器
810‧‧‧數位輸出比較器
815‧‧‧第一級差分放大器
820‧‧‧第二級差分放大器
825‧‧‧電壓源
AP1-APn‧‧‧用於俘獲影像信號之像素單元
BP0-BPn‧‧‧用於俘獲黑階信號之黑色參考像素單元
C1-Cx‧‧‧行
C1-C4‧‧‧輸入電容器
FD‧‧‧浮動擴散節點
PD‧‧‧光電二極體
R1-Ry‧‧‧列
SF‧‧‧源極隨耦器
SW1‧‧‧開關
SW2‧‧‧開關
T1‧‧‧傳送電晶體
T2‧‧‧重設電晶體
T3‧‧‧源極隨耦器(「SF」)電晶體
T4‧‧‧選擇電晶體
VDD‧‧‧電力軌
圖1為說明根據本發明之一實施例之影像感測器之功能方塊圖。
圖2為說明像素陣列之一實施例內之兩個四電晶體(「4T」)像素之像素電路的電路圖。
圖3為說明根據本發明之一實施例之執行類比黑階校準之讀出電路的功能方塊圖。
圖4為說明根據本發明之一實施例之執行類比黑階校準同時省略行放大器之讀出電路的功能方塊圖。
圖5為說明根據本發明之實施例之執行類比黑階校準且包含晶片外黑色參考讀出電路之讀出電路的功能方塊圖。
圖6為說明根據本發明之一實施例之執行類比黑階校準且具有減少數目之行放大器之讀出電路的功能方塊圖。
圖7為說明根據本發明之一實施例之執行類比黑階校準且具有減 少數目之行放大器及晶片外黑色參考讀出電路的讀出電路之功能方塊圖。
圖8為說明根據本發明之一實施例之斜坡比較器之功能方塊圖。
參看下圖描述本發明之非限制性及非詳盡實施例，在圖中，除非另有指定，否則相同參考數字在各視圖中表示相同零件。
本文描述用於影像感測器之類比黑階校準之系統及方法的實施例。在以下描述中，陳述眾多特定細節以提供對實施例之澈底理解。然而，熟習此項技術者將認識到，本文描述之技術可在無特定細節中之一或多者之情況下實踐，或以其他方法、組件、材料等來實踐。在其他例子中，未詳細展示或描述眾所周知之結構、材料或操作以避免混淆某些態樣。
貫穿本說明書對「一實施例」之提及意謂結合實施例描述之特定特徵、結構或特性包含在本發明之至少一實施例中。因此，片語「在一實施例中」在本說明書中各處之出現不一定全部指代同一實施例。此外，特定特徵、結構或特性可以任何適宜之方式在一或多個實施例中加以組合。
圖1為說明根據本發明之一實施例之互補金氧半導體(「CMOS」)影像感測器100之功能方塊圖。CMOS影像感測器100之所說明之實施例包含像素陣列105、讀出電路110、功能邏輯115及控制電路120。
像素陣列105之所說明之實施例包含二維(「2D」)影像像素陣列106及暗像素陣列107。影像像素陣列106包含用於俘獲影像信號之像素單元(AP1、AP2、...、APn)，且暗像素陣列107包含用於俘獲黑階信號之黑色參考像素單元(例如，BP0、BP1、...、BPn)。在一實施例中，每一像素單元為一主動像素感測器(「APS」)，諸如CMOS成像像素。在一實施例中，黑色參考像素包含與其主動像素對等物類似或 相同之結構，至少一例外為其被光阻擋層(例如，以金屬覆蓋之感光區)遮蔽而不能接收光。當然，黑色參考像素可使用其他技術來實施。
如所說明，每一主動像素以列(例如，列R1至Ry)及行(例如，行C1至Cx)配置以獲取人、地點或物件之影像資料，該影像資料可接著用於顯現該人、地點或物件之影像。像素陣列105包含用於輸出類比黑色參考信號之(暗像素陣列107之)一或多個黑色參考像素，該等類比黑色參考信號可用於校準影像像素陣列106之像素之黑階設定點。
在所說明之實施例中，像素陣列105包含在影像像素陣列106之邊緣處排列在兩行中之黑色參考像素BP0至BPn。當然，暗像素陣列107可包含顯著更大數目之行。影像像素陣列106與暗像素陣列107可共用共同列。在當前實施例中，暗像素陣列107包含沿著影像像素陣列106之一側形成之兩行黑色參考像素。在其他實施例中，暗像素陣列107可形成於像素陣列105之其他區中，諸如像素陣列105之中心，或甚至沿著影像像素陣列106之兩個相對側延伸。
讀出電路110可包含放大電路、類比轉數位轉換(「ADC」)電路、黑階校準電路、影像緩衝器或其他電路。功能邏輯115可簡單地儲存影像資料或甚至藉由應用後影像效果(例如，裁剪、旋轉、移除紅眼、調整亮度、調整對比度，或其他效果)而操縱影像資料。控制電路120耦合至像素陣列105以控制影像像素陣列106且甚至控制暗像素陣列107之操作特性。
圖2為說明根據本發明之一實施例之兩個四電晶體(「4T」)像素單元之像素電路200之一實施例的電路圖。像素電路200為用於實施圖1之像素陣列105內之每一像素之一種可能的像素電路架構，但應瞭解，本發明之實施例不限於4T像素架構；實情為，受益於本發明之熟習此項技術者將理解，本發明教示亦可適用於3T設計、5T設計，及 各種其他像素架構。
在圖2中，像素單元Pa及Pb以兩列及一行配置。每一像素電路200之所說明之實施例包含光電二極體PD、傳送電晶體T1、重設電晶體T2、源極隨耦器(「SF」)電晶體T3及選擇電晶體T4。在操作期間，傳送電晶體T1接收傳送信號TX，其回應於入射光而將光電二極體PD中累積之電荷傳送至浮動擴散節點FD。在一實施例中，浮動擴散節點FD可耦合至用於臨時儲存影像電荷之儲存電容器(未說明)。重設電晶體T2耦合在電力軌VDD與浮動擴散節點FD之間以在重設信號RST之控制下重設(例如，使FD放電或充電至預先設定之電壓)。浮動擴散節點FD經耦合以控制SF電晶體T3之閘極。SF電晶體T3耦合在電力軌VDD與選擇電晶體T4之間。SF電晶體T3作為源極隨耦器操作，從而自像素單元提供高阻抗輸出。最後，選擇電晶體T4在選擇信號SEL之控制下選擇性地將像素電路200之輸出耦合至行讀出線(亦稱為位元線或資料位元線)。自像素單元讀出至位元線上之資料為類比信號。在一實施例中，TX信號、RST信號及SEL信號由控制電路120產生。
圖3為說明根據本發明之一實施例之執行類比黑階校準之讀出電路300的功能方塊圖。讀出電路300之所說明之實施例包含資料位元線308、參考位元線309、多工器340、行放大器350及355、斜坡比較器360、斜坡信號產生器365、驅動器370、計數器380及記憶體390。
影像像素陣列106中之影像像素之每一行(或所說明之圖式中之行)耦合至行讀出線或資料位元線308以讀出所俘獲之類比影像信號。類似地，暗像素陣列107中之黑色參考像素之每一行(或所說明之圖式中之行)耦合至行讀出線或參考位元線309以讀出類比黑色參考信號。像素陣列105之每一位元線可藉由發佈至行重設電晶體(未圖示)之重設信號來重設。在所說明之實施例中，兩個資料位元線308可使用多工器340多工至單一行放大器350中。在其他實施例中，每一資料位元 線308可耦合至其自身之行放大器350(未說明)，或兩個以上資料位元線308可一起多工(未說明)。
在所說明之實施例中，自暗像素陣列107輸出之參考位元線309短路在一起。在習知黑階校準電路中，使用單一黑色參考像素來校準影像像素陣列之整個列。因而，暗像素列中之單一有缺陷像素或熱像素可致使整個列與像素陣列之其餘部分相比具有偏移，從而導致列固定型樣雜訊。為了減少此雜訊之發生，本發明之實施例使暗像素陣列之參考位元線309短路在一起。此形成過濾熱像素及有缺陷像素之最小選擇器電路。由於一次讀出整列之黑色參考像素，且此等類比黑色參考信號短路在一起，所以作為驅動器370之非反相輸入處之平均化而達成過濾。在一實施例中，暗像素陣列107之每一列對應於影像像素陣列106之一列。在一實施例中，暗像素陣列107之每一列之位置與影像像素陣列106之對應列對準。因此，當自影像像素陣列106讀出類比影像信號之每一列時，其偏移自暗像素陣列107之對應列輸出之類比黑色參考信號之平均值(或經過濾版本)。
由於參考位元線309短路在一起，所以此等線可稱為暗像素陣列107之共同輸出。在圖3之實施例中，該共同輸出耦合至驅動器370之非反相輸入。驅動器370經提供以驅動與行放大器355相關聯之電容性負載。在一實施例中，驅動器370實施為單位增益緩衝器，其具有耦合至暗像素陣列107之共同輸出的非反相輸入及經由反饋路徑耦合至其輸出之反相輸入。驅動器370之大小由影像像素陣列106中之行數目及每一行像素(或行驅動器355)之電容性負載判定，以確保驅動器370之輸出信號371在指定時間內(例如，200ns內)安定下來。
自資料位元線308多工至各別行放大器350之類比影像信號經放大並耦合至斜坡比較器360之非反相輸入。類似地，類比黑色參考信號由驅動器370驅動作為輸出信號371，由行放大器355放大作為類比 黑色參考信號356，該等類比黑色參考信號356耦合至斜坡比較器360之反相輸入。在一實施例中，用於放大類比影像信號之行放大器350與用於放大類比黑色參考信號(輸出信號371)之行放大器355相同。
在操作期間，斜坡比較器360操作以在類比域中使類比影像信號351與類比黑色參考信號356偏移，且接著將經偏移之類比影像信號與自斜坡信號產生器365輸出之斜坡信號366進行比較。斜坡信號產生器365產生耦合至斜坡比較器360之斜坡信號366。在每一斜坡比較器360之操作期間，當斜坡信號366之電壓與經偏移之類比影像信號匹配時，斜坡比較器360之輸出雙態切換，藉此通知對應之計數器380。在一實施例中，計數器380在斜坡信號366開始自其重設值上升(或下降)之同時自重設值起進行計數。因此，每一計數器380對斜坡信號366花費多長時間來匹配每一經偏移之類比影像信號進行計數。此計數接著儲存至記憶體390中作為數位偏移影像值。因此，計數器380與斜坡信號產生器365及斜坡比較器360之輸出級協作共同地作為行類比轉數位轉換器(「ADC」)而操作。計數器380經耦合以接收一或多個控制信號381(例如，時脈信號、重設)，該等控制信號381可在控制電路120中產生。
斜坡比較器360操作以自類比影像信號減掉暗電流以及如類比黑色參考信號所傳達之列雜訊。由於類比黑色參考信號類似於類比影像信號之讀出而以逐列方式讀出，所以暗電流之垂直陰影得以減掉。可接著在計數器380處執行數位相關雙取樣(「CDS」)以消除剩餘雜訊。計數器380之輸出耦合至記憶體390(例如，靜態隨機存取記憶體)。行解碼器可接著經由讀取信號391及寫入信號392耦合至記憶體390以用於自影像感測器在晶片外最終讀出。
在所說明之實施例中，暗像素陣列107包含沿著像素陣列106之一側形成之四行黑色參考像素。在其他實施例中，暗像素陣列107可 包含更多或更少行之黑色參考像素，且可在像素陣列305之其他區(諸如，像素陣列106之中心)中形成或沿著像素陣列106之兩側形成。
圖4為說明根據本發明之一實施例之執行類比黑階校準同時省略行放大器之讀出電路400的功能方塊圖。讀出電路400之所說明之實施例類似於讀出電路300，只是省略了行放大器350及355。在所說明之實施例中，多工器340之輸出直接耦合至斜坡比較器360之非反相輸入，且驅動器370之輸出耦合至斜坡比較器360之反相輸入。可出於多種原因而移除行放大器350及355，包含低端應用以節省空間及功率消耗。
圖5為說明根據本發明之實施例之執行類比黑階校準且包含晶片外黑色參考讀出電路之讀出電路500的功能方塊圖。讀出電路500類似於讀出電路300，但具有至少以下差異。讀出電路500包含晶片外黑色參考讀出電路505，晶片外黑色參考讀出電路505耦合至參考位元線309以在晶片外讀出個別黑色參考信號。該等個別黑色參考信號可用於在晶片外數位信號處理(「DSP」)中對所獲取之影像應用數位校正演算法之應用。
晶片外黑色參考讀出電路505可以用於實施耦合至影像像素陣列106之讀出電路之相同電路來實施，只是參考位元線309在至多工器340之輸入處短路在一起。當然，在其他實施例中，晶片外黑色參考讀出電路505內之行放大器350及355亦可以與如圖4中說明之方式類似之方式省略。此讀出架構相對於圖3及圖4之實施例需要較多空間且增加功率消耗，此係因為多工器340、行放大器350及355、斜坡比較器360、計數器380及儲存器390之數目增加。然而，此實施例促進數位黑色參考信號之晶片外讀出。
圖6為說明根據本發明之一實施例之執行類比黑階校準且具有減少數目之行放大器之讀出電路600的功能方塊圖。讀出電路600類似於 讀出電路300，但具有至少以下例外。省略行放大器355，且改為將驅動器370之輸出直接耦合至斜坡比較器360之反相輸入。省略行放大器355節省了空間及功率。在所說明之實施例中，參考位元線309短路在一起，且使用多工器640多工。自多工器640輸出之類比黑色參考信號亦在耦合至行放大器650中之前短路在一起。在一實施例中，行放大器650使用稱為「併接(binning)」之技術耦合在一起。併接將行放大器650上之共同節點連結在一起或使其短路在一起。舉例而言，輸入、輸出以及一或多個內部節點分別在行放大器650間互相連結。併接操作以將行放大器較緊密地繫結在一起，使得其共同產生一致且平均之輸出，該一致且平均之輸出耦合至驅動器370之非反相輸入。儘管圖6說明僅六條資料位元線及四條參考位元線，但應瞭解，在實踐中，可使用數百條資料位元線及更多之參考位元線。
圖7為說明根據本發明之一實施例之執行類比黑階校準且具有減少數目之行放大器及晶片外黑色參考讀出電路的讀出電路700之功能方塊圖。讀出電路700類似於讀出電路600，但添加了晶片外黑色參考讀出電路705。晶片外黑色參考讀出電路705以與晶片外黑色參考讀出電路505類似之方式操作，但具有以下例外。省略行放大器355，且改為使用上文結合圖6描述之併接技術將行放大器650繫結在一起。此外，驅動器370之非反相輸入耦合至行放大器650之輸出，而非直接耦合至參考位元線309。
圖8為說明根據本發明之一實施例之斜坡比較器800之功能方塊圖。斜坡比較器800為圖3至圖7中說明之斜坡比較器360之一可能實施。斜坡比較器800之所說明實施例包含類比差分比較器805、數位輸出比較器810、輸入電容器C1-C4以及開關SW1及SW2。類比差分比較器805之所說明實施例包含第一級差分放大器815及第二級差分放大器820。
斜坡比較器800為具有完全差分類比輸入(差分放大器815)及單端數位輸出位準移位器(數位輸出比較器810)之多級比較器。第一級差分放大器815之非反相輸入經由電容器C1耦合以自影像像素陣列106接收類比影像信號，且經由電容器C2耦合以自電壓源825接收電壓參考。第一級差分放大器815之反相輸入經由電容器C3耦合以自斜坡信號產生器365接收斜坡信號366，且經由電容器C4耦合以自暗像素陣列107接收類比黑色參考信號
至第一級(包含電容器C1-C4)之輸入提供自動歸零功能以消除輸入偏移。由於類比資料信號及類比黑色參考信號分別連接至第一級之正輸入及負輸入，所以在類比域中在兩個輸入信號之間執行減法操作。此減法操作在類比域中經由第一級之輸入處的電容耦合而進行，且對類比差分比較器805之共模輸入及輸出電壓具有極少影響或無影響。因此，對斜坡比較器800之輸出擺幅(output swing)且因此對影像感測器之動態範圍存在極少影響或無影響。此外，完全差分放大器815及820之使用抑制了共同節點雜訊，此防止減法操作期間之額外雜訊注入。自電壓源825輸出之參考電壓提供亦使用第一級之差分特性消除電壓源雜訊之機制。
自斜坡信號產生器365輸出之斜坡信號VRAMP與VIMAGE-VBLK REF之偏移組合進行比較，且當其交叉時，類比差分比較器805之輸出改變正負號，從而致使數位輸出比較器雙態切換或進行位準移位。在位準移位時儲存在計數器380中之值用作對應於類比影像信號之數位值。在正常操作期間，控制信號Ctrl1操作以使開關SW1及SW2形成斷路。在數位轉類比轉換之間，藉由在Ctrl1之控制下臨時使開關SW1及SW2形成閉合電路而針對下一循環將類比差分比較器805重設。類似地，在信號Ctrl2之控制下將計數器380重設。
雖然圖8說明差分放大器之兩個級，但類比差分比較器805之其 他實施例可包含差分放大器之僅單一級或三個或三個以上級以達成所要增益位準。
本發明之實施例以逐列方式自動消除來自類比影像資料之暗電流分量。此消除在類比差分比較器805內之增益級之前發生。此等特性可產生若干優點，包含：預先增益校正提供非常廣之校正範圍(例如，甚至可能高於完全ADC範圍)，數位反饋並非必需，且逐列校正促進垂直陰影(例如，由圖框曝光模式、晶粒內之溫度梯度等引起)之校正。應用於參考位元線之以上過濾技術亦有助於減小對黑色像素雜訊之易感性。
本發明之所說明實施例之以上描述(包含摘要中所描述之內容)不希望為詳盡的或將本發明限於所揭示之精確形式。雖然本文出於說明性目的而描述本發明之特定實施例及實例，但如熟習此項技術者將認識到，在本發明之範疇內各種修改係可能的。
可鑒於以上詳細描述對本發明作出此等修改。所附申請專利範圍中使用之術語不應解釋為將本發明限於說明書中揭示之特定實施例。實情為，本發明之範疇應完全由所附申請專利範圍判定，應如申請專利範圍解釋之既定原則來理解所附申請專利範圍。
105‧‧‧像素陣列
106‧‧‧影像像素陣列
107‧‧‧暗像素陣列
300‧‧‧讀出電路
308‧‧‧資料位元線
309‧‧‧參考位元線
340‧‧‧多工器
350‧‧‧行放大器
351‧‧‧類比影像信號
355‧‧‧行放大器
356‧‧‧類比黑色參考信號
360‧‧‧斜坡比較器
365‧‧‧斜坡信號產生器
366‧‧‧斜坡信號
370‧‧‧驅動器
371‧‧‧輸出信號
380‧‧‧計數器
381‧‧‧控制信號
390‧‧‧記憶體
391‧‧‧讀取信號
392‧‧‧寫入信號

Claims (20)

  1. 一種影像感測器，其包括：一影像像素陣列，其用以回應於入射光而產生多個類比影像信號；一暗像素陣列，其用以產生多個類比黑色參考信號以用於對該等類比影像信號進行類比黑階校準；一資料位元線，其耦合至該影像像素陣列內之一行影像像素以自該行影像像素中傳送出該等類比影像信號；複數個參考位元線，其耦合至該暗像素陣列內之對應的複數個行黑色參考像素以自該等行黑色參考像素中傳送出該等類比黑色參考信號；一驅動器，其耦合至該等參考位元線以接收該等類比黑色參考信號；一比較器，其經耦合以自該資料位元線接收該等類比影像信號，且經耦合以接收自該驅動器輸出之該等類比黑色參考信號，該比較器經耦合以在一類比域中使該等類比影像信號與該等類比黑色參考信號偏移；及一類比轉數位轉換器(「ADC」)電路，其耦合至該比較器之一輸出，其中該驅動器包括一單位增益緩衝器，該單位增益緩衝器包含：一非反相輸入，其耦合至該等參考位元線；一反相輸入；及一反饋路徑，其將該單位增益緩衝器之一輸出耦合至該反相輸入。
  2. 如請求項1之影像感測器，其進一步包括：複數條資料位元線，其耦合至該影像像素陣列內之對應的複數行影像像素；及複數個比較器及對應之ADC電路，其各自耦合至該等資料位元線中之至少一者且耦合至該驅動器以接收自該驅動器輸出之該等類比黑色參考信號。
  3. 如請求項2之影像感測器，其中該等影像像素在該影像像素陣列內配置為行及列，且該等黑色參考像素在該暗像素陣列內配置為行及列，其中該暗像素陣列之該等列與該影像像素陣列之該等列對準。
  4. 如請求項1之影像感測器，其中該複數條參考位元線短路在一起且耦合至該驅動器之一輸入。
  5. 如請求項2之影像感測器，其進一步包括：多個多工器，其各自經耦合以將該等資料位元線中之兩者或兩者以上多工至該等比較器中之一單一者上。
  6. 如請求項5之影像感測器，其進一步包括：複數個第一線路放大器，其各自耦合在該等多工器中之每一者與該等比較器中之對應者之間。
  7. 如請求項6之影像感測器，其進一步包括：複數個第二線路放大器，其各自耦合在該驅動器之該輸出與該等比較器中之一對應者之間。
  8. 如請求項2之影像感測器，其進一步包括：複數個線路放大器，其各自耦合在該等參考位元線與該驅動器之間，其中該等線路放大器併接在一起，使得其輸入及輸出短路在一起，且該等線路放大器中之每一者內之至少一共同內部節點短路在一起。
  9. 如請求項2之影像感測器，其進一步包括：晶片外黑色參考讀出電路，其經耦合以將該等類比黑色參考信號轉換為多個數位黑色參考信號，且以一逐行方式自該暗像素陣列選擇性地輸出該等數位黑色參考信號。
  10. 如請求項1之影像感測器，其中該比較器包括一類比差分放大器，該類比差分放大器具有經耦合以接收該等類比影像信號之一非反相輸入及經耦合以接收該等類比黑色參考信號之一反相輸入。
  11. 如請求項10之影像感測器，其中該比較器進一步包括一單端輸出比較器，該單端輸出比較器具有耦合至該類比差分放大器之差分輸出之兩個輸入。
  12. 如請求項11之影像感測器，其中該ADC電路包含耦合至該單端輸出比較器之一輸出的一計數器。
  13. 如請求項10之影像感測器，其進一步包括一斜坡信號產生器，該斜坡信號產生器經耦合以將一斜坡信號提供至該類比差分放大器之該反相輸入。
  14. 一種CMOS影像感測器，其包括：一影像像素陣列，其用以回應於入射光而產生多個類比影像信號；一暗像素陣列，其安置在鄰近於該影像像素陣列處以產生多個類比黑色參考信號以用於對該等類比影像信號進行類比黑階校準；複數條資料位元線，其各自耦合至該影像像素陣列內之一不同行之影像像素以傳送出該等類比影像信號；複數條參考位元線，其各自耦合至該暗像素陣列內之一不同行之黑色參考像素以傳送出該等類比黑色參考信號，其中該等 參考位元線短路在一起；一驅動器，其耦合至該等參考位元線以產生一平均類比黑色參考信號；複數個比較器，其各自耦合至該等資料位元線中之一者且各自耦合至該驅動器之一輸出，該等比較器經耦合以在一類比域中使該等類比影像信號與該平均類比黑色參考信號偏移；及複數個類比轉數位轉換器(「ADC」)電路，其各自耦合至該等比較器中之一對應者的一輸出；其中該驅動器包括一單位增益緩衝器，該單位增益緩衝器包含：一非反相輸入，其耦合至該等參考位元線；一反相輸入；及一反饋路徑，其將該單位增益緩衝器之一輸出耦合至該反相輸入。
  15. 如請求項14之CMOS影像感測器，其進一步包括：多個多工器，其各自經耦合以將該等資料位元線中之兩者或兩者以上多工至該等比較器中之一單一者上；及複數個線路放大器，其耦合在該等多工器中之一對應者與該等比較器中之一對應者之間。
  16. 如請求項14之CMOS影像感測器，其進一步包括：複數個線路放大器，其耦合在該等參考位元線與該驅動器之間，其中該等線路放大器併接在一起，使得其輸入及輸出短路在一起，且該等線路放大器中之每一者內之至少一共同內部節點短路在一起。
  17. 如請求項14之CMOS影像感測器，其進一步包括：晶片外黑色參考讀出電路，其經耦合以將該等類比黑色參考 信號轉換為多個數位黑色參考信號，且以一逐行方式自該暗像素陣列選擇性地輸出該等數位黑色參考信號。
  18. 如請求項14之CMOS影像感測器，其中該等比較器中之每一者包括一類比差分比較器，該類比差分比較器具有經耦合以接收該等類比影像信號之一部分的一非反相輸入及經耦合以接收該平均類比黑色參考信號之一反相輸入。
  19. 如請求項18之CMOS影像感測器，其中該比較器進一步包括一單端輸出比較器，該單端輸出比較器具有耦合至該類比差分比較器之差分輸出之兩個輸入。
  20. 如請求項19之CMOS影像感測器，其進一步包括：一斜坡信號產生器，其經耦合以將一斜坡信號提供至該類比差分放大器之該反相輸入；一電壓源，其經耦合以將一參考電壓提供至該類比差分放大器之該非反相輸入；多個電容器，其耦合在該類比差分放大器之該反相輸入及該非反相輸入與該等類比影像信號、該電壓源、該斜坡信號產生器以及該等黑色參考信號之間；一第一開關，其耦合在該類比差分比較器之該非反相輸入與一第一級之一第一輸出之間；以及一第二開關，其耦合在該類比差分比較器之該反相輸入與該第一級之一第二輸出之間。
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