[发明专利]应用于影像传感器的处理器以及影像系统

说明书

技术领域

本发明与影像传感器有关，尤其涉及可提供具有较佳动态范围的影像系统的方法及其相关装置，其中这些影像系统具有内建有模拟数字转换器的处理器。

背景技术

数字相机逐步取代了传统的底片相机。一般而言，数字相机内具有至少一个影像传感器以将入射(incident)光转换成电荷，其中影像传感器由以检测器(detector)组成的阵列所构成，而在阵列中的各个检测器依据入射光的强度来各自产生电子信号。

在数字相机的技术领域中，互补金属氧化物半导体(Complementarymetal-oxide-semiconductor，CMOS)影像传感器是一种被广泛使用的传感器。对于互补金属氧化物半导体影像传感器而言，经由光检测器(photodetector)得到的信号会以列读出线(column read line)的方式，每次读出一行，而在每一数据读出流程当中，像素与像素之间并不会有电荷递移的情况发生。由于互补金属氧化物半导体影像传感器兼容于一般的互补金属氧化物半导体制程，这使得在设计上可在配置有传感器阵列的同一基底(substrate)上加设额外的信号处理电路。

普遍来说，传统的互补金属氧化物半导体影像传感器可具有主动像素传感器(active-pixel sensor，APS)，而所谓像素是指在影像传感器中用以随着不同入射光强度来产生不同强度的输出信号的元件。影像传感器中的每个像素用以对信号进行检测、储存以及取样。

然而，传统的影像传感器存在一些令人诟病的缺陷，比方说，对传统的互补金属氧化物半导体影像传感器而言，其动态范围并不佳；而所谓的动态范围意指影像传感器对于单一影像中所能捕捉到的最大光强度与噪声基准(noise floor)间的范围。动态范围可以下列等式表示：

DR=HLLL---(1)]]>

在前述等式(1)中，HL表示最大的未饱和光通量(optical flux)，而LL则表示最低的可测得知光通量(亦即噪声基准)。

参阅图1，图1所示为现有技术的影像传感器的像素阵列中五个不同的像素P1-P5分别在不同光线强度下的转换曲线的示意图。如图1所示，像素阵列以帧积分时间(frame integration time)t₀的全积分时间(full integrationtime)来感测影像，其中P_n表示像素n，而I_n表示像素n所感测到的光线强度。而像素P₁-P₅所分别对应到的光线强度I₁-I₅彼此并不相同，且可以下列算式(2)来表示；

I₅＞I₄＞I₃＞I₂＞I₁    (2)

积分时间表示影像传感器内的像素搜集光致(photo-generated)电荷的时间长度。如图1所示，如果像素P₁-P₅都在全积分时间t₀之后进行读出操作，则此时除了像素P₁输出非饱和的输出V_o1之外，其余的像素P₂-P₅都将输出相同强度的饱和输出值Vsat，而此时像素P₁-P₅所输出的电压强度可表示如下；

V_out1＝V_o1                        (3)

V_out2＝V_out3＝V_out4＝V_out5＝V_sat  (4)