[发明专利]影像传感器、对其进行相关双取样及同步电子快门的方法

说明书

本申请是申请日为2009年9月30日、申请号为200910204001.7、发明名称为“影像传感器、对其进行相关双取样及同步电子快门的方法”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及互补金氧半导体(CMOS)影像传感器(以下简称为CMOS影像传感器)，尤指可提供CMOS影像传感器电子同步快门(simultaneous electronic shutter action，SESA)帧储存(frame storage)功能以及相关性双取样(correlated double sampling)功能的装置及其相关方法。

背景技术

数字相机为现今所广泛使用的电子产品，而在数字相机内，具有用以将光线转换为电荷的影像传感器；影像传感器可依据其采用的原理而区分为电荷耦合装置(charge-coupled device)影像传感器(亦即俗称CCD影像传感器)以及CMOS影像传感器，其中CMOS影像传感器即基于互补金氧半导体技术而制造。

对于CMOS影像传感器而言，像素(pixel)是一个在影像传感器中可产生不同输出强度的输出信号的元件，而像素所产生的输出信号的强度正比于入射光的光线强度，此外，影像传感器中的每个像素更用来检测、储存以及输出信号之用。一般而论，CMOS影像传感器通常会使用有源(active)像素而非无源(passive)像素来进行影像传感；而简略来说，其内具有放大器(amplifier)或信号缓冲器的像素即可称之为有源像素，而其内仅包含光检测器以及开关的像素则被称之为无源像素。针对一个典型由有源像素构成的CMOS影像传感器而言，其内的每个有源像素分别包含有用以传感光线的光二极管以及用以维持所测得的信号的寄生电容。

请参阅图1，图1所示为公知有源像素的结构示意图。如图1所示，有源像素100包含有三个节点101、103以及105，其中节点101为用来检测信号的传感节点，节点103为用以储存信号的储存点，而节点105则为用以输出信号的取样点。在不同的设计中，传感点(亦即节点101)、储存点(亦即节点103)以及取样点(亦即节点105)可彼此重叠(overlapped)或分离；也就是说，可随着不同的设计需求来选择使用单一节点或使用彼此相互区隔的三个节点来执行前述影像传感器的检测、储存以及取样运作。

在图1中，有源像素100还包含有放大器106，放大器106用以对由取样点(节点105)输出的取样信号进行信号放大，以进而产生输出107，输出107之后将被传送至数字相机的其他电路(未显示于图中)以进行后续的信号处理。另外，有源像素100亦可具有闸道(gateway)102以及104，闸道102位于节点101与节点103中间，而闸道104位于节点103与节点105之间。由于有源像素的闸道为本领域技术任意所知，故在此便不赘述。

对于采用有源像素的CMOS影像传感器而言，相关性双取样(correlated double sampling)运作常会被采用来消除CMOS影像传感器的低频噪声，而关于相关性双取样的运作原理则说明如下：

在相关性双取样的运作流程中，在时间t₁时，可先得到第一读出电压信号(voltage signal readout)v_out1＝v_n1，其中V_n1为此时存在于取样点(节点105)的噪声。在时间t₂时，(t＝t₂＝t₁+Δt)，信号传送至取样点，而后得到第二信号读出：v_out2＝v_n2+v_sig。换句话说，在相关性双取样运作中，第一次的读出运作用以读取噪声，而第二次的读出运作则是用以读取噪声(V_n2)与所需的信号(V_sig)。

因此，相关性双取样的运作通过将由第二次读出运作中读取的第二取样值中减去了从第一次读出运作中取得的第一取样值，以从而取得所需的信号，而所撷取出的信号ΔV_out表示如下：

Δv_out＝v_out2-v_out1＝(v_n2+v_sig)-(v_n1)＝(v_n2-v_n1)+v_sig