多信道圖像感測模塊及其感測方法
2023-08-08 19:27:41
專利名稱：多信道圖像感測模塊及其感測方法
技術領域：
本發明涉及一種圖像感測裝置，特別涉及一種多信道圖像感測模塊及其 感測方法。
背景技術：
隨著科技的進步，圖像感測裝置的使用越來越普遍，例如數字相機、數 字攝影機等，都已成為人類生活中常見的電子消費性產品。然而， 一個圖像 感測裝置最重要的就是它的解析度、運行效率及耗電量。
請參考圖1所示，其為公知技術的圖像感測裝置中單一圖像感測晶片的
方框圖。圖像感測晶片包含多個像素單元1U至113、第一緩衝電路121、 第二緩衝電路122、第三緩衝電路123、第一輸出端131、第二輸出端132及 第三輸出端133。而對第一像素單元111而言，更進一步包含紅光感測電路 11、綠光感測電路12、藍光感測電路13、第一取樣電路21、第二取樣電路 22及第三取樣電路23。
首先，每一像素單元內的紅光感測電路會感測圖像源中的紅色部分，以 產生紅色的感應信號；綠光感測電路會感測圖像源中的綠色部分，以產生綠 色的感應信號；藍光感測電路會感測圖像源中的藍色部分，以產生藍色的感 應信號。這些感應電路所感測出來的信號，將分別傳送至各個感測電路所對 應的取樣電路。
每一像素單元中，第一取樣電路會由紅光感測電路提取感應信號，產生 紅色的像素，即共有N個紅色像素；第二取樣電路會由綠光感測電路提取感 應信號，產生綠色的像素，即共有N個綠色像素；第三取樣電路會由藍光感 測電路提取感應信號，產生藍色的像素，即共有N個藍色像素。這些紅色、 綠色及藍色像素，此三種顏色信號由同步的開關控制，按順序分別被傳送至 第一緩衝電路121、第二緩衝電路122及第三緩衝電路123。
接著，第一緩衝電路121會將每個像素單元所傳送來的紅色像素，緩衝
或放大至第一輸出端131;第二緩衝電路122會將每個像素單元所傳送來的 綠色像素，緩衝或放大至第二輸出端132;第三緩衝電路123會將每個像素 單元所傳送來的藍色像素，緩衝或放大至第三輸出端133。
因此，為了提取圖像源的RGB感應光，在圖像感測晶片內部將信號路 徑(取樣電路21至23,緩衝電路121至123)所有的電路都重置三份，不僅功 率的消耗會增加，圖像感測晶片的面積變大，成本變高，更是使圖像感測裝 置的解析度不易提升。
發明內容
本發明為一多信道圖像感測裝置及其感測方法，將彩色圖像傳感器與黑 白圖像傳感器整合於同一個晶片中，並利用取樣時間點與輸出信號時間點的 不同，使得每個圖像感測晶片內的信號可以共享一組電路，以減少電路的復 雜性，縮小晶片的面積，降低運行時的功率消耗，以達到節省成本及電力的 目的。
根據本發明所提出的一種多信道圖像感測模塊，具有多個圖像感測芯
片，而每一圖像感測晶片進一步包含多個列像素開關；多個像素單元，分
別對應於列像素開關，且每一像素單元包含多個感測電路及一取樣電路，取
樣電路用以取樣其中一個感測電路所感測到的感應光，以產生一像素；緩衝 電路，用以緩衝或放大每行像素信號；以及多個輸出端，用以通過多個輸出 切換開關的控制，按順序輸出各顏色的行像素。
如上所述的圖像感測晶片，所述多個像素單元更進一步包含多個輸入切 換開關，所述多個輸入切換開關分別對應於所述多個感測電路，用以確定該 取樣電路的取樣路徑。
如上所述的圖像感測晶片，所述多個感光電路為感光二極體。
如上所述的圖像感測晶片，所述多個感光電路包含一紅光感測電路、一 綠光感測電路及一藍光感測電路。
如上所述的圖像感測晶片，所述多個感測電路更進一步包含一白光感測 電路。
如上所述的圖像感測晶片，該圖像感測模塊更進一步包含多個輸出切換 開關，所述多個輸出切換開關分別對應於所述多個輸出端，用以確定該行像
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素的輸出路徑。
如上所述的圖像感測晶片，所述多個輸出端包含一第一輸出端，用以輸
出紅色的該行像素； 一第二輸出端，用以輸出綠色的該行像素； 一第三輸出 端，用以輸出藍色的該行像素。
如上所述的圖像感測晶片，所述多個輸出端進一步包含一第四輸出端， 用以輸出該行像素，且該行像素為黑、白或灰色。
如上所述的圖像感測晶片，該感測晶片更進一步包含一彩色模式開關及 一單一模式開關，該彩色模式開關用以切換進入彩色模式，使該像素及該行 像素都為紅色、藍色或綠色，該單一模式開關用以切換進入黑白模式，使該 像素及該行像素都為黑、白或灰色。
本發明還提供一種圖像感測模塊，包含如上所述的圖像感測晶片，且所 述多個圖像感測晶片中的所述多個輸出端分別通過一信號線對應連接。
本發明還提供一種應用如上所述的圖像感測晶片的圖像感測方法，包 含每一像素單元的該取樣電路分別取樣所述多個感測電路的其中之一且分 別輸出該像素；所述多個列像素開關分別關閉；該緩衝電路分別根據所述多 個列像素開關的關閉而按順序來接收該行像素並緩衝或放大到輸出端；關閉 連接於該緩衝電路及所述多個輸出端之間的多個輸出切換開關的其中之一； 以及由該已關閉的切換開關來輸出該行像素。
如上所述的圖像感測方法，更進一步包含根據一彩色模式開關及一黑 白模式開關的控制，來確定進入一彩色模式或一黑白模式；根據該彩色模式， 確定該像素及該行像素都為紅色、藍色或綠色；以及根據該黑白模式，確定 該像素及該行像素都為黑、灰或白色。
本發明還提供一種多信道圖像感測方法，包含感測一圖像源，利用每 一像素電路中的多個感測電路產生多個感應光，其中所述多個感應光包含 紅、綠和藍三原色；根據不同的取樣時間，由每一像素電路中取樣其中一個 感測電路產生的感應光，以產生該色的像素；此感測光經由按順序開關而組 成一行像素，再經過緩衝放大至輸出端；以及根據不同的輸出信號時間點， 利用開關逐一輸出該行像素。
如上所述的多信道圖像感測方法，該像素是根據所述多個感應光所對應 的多個輸入切換開關的控制，來取樣其中一種感應光所產生。
如上所述的多信道圖像感測方法，該行像素是根據多個輸出切換開關的 控制，來確定由所述多個輸出切換開關所對應的多個輸出端的其中一個輸出 端來輸出。
如上所述的多信道圖像感測方法，更進一步包含根據一彩色模式開關 及一黑白模式開關的控制，來確定進入一彩色模式或一黑白模式；根據該彩 色模式，確定該像素及該行像素都為紅色、藍色或綠色；以及根據該黑白模 式，確定該像素及該行像素都為黑、白或灰色。
圖1為公知技術的圖像感測裝置中單一圖像感測晶片的方框圖2為本發明內容的單一圖像感測晶片的方框示意圖3為本發明內容的彩色模式下圖像感測晶片運行的時序圖4為本發明內容的圖像感測裝置的方框示意圖；以及
圖5為本發明內容的在彩色模式下圖像感測裝置的時序圖。
其中，附圖標記說明如下-
C1，C2，C3，CK:圖像感測晶片
111,211:第一像素單元
M1，M2，MN:白光感測電路
11，R1,R2，RN:紅光感測電路
12，G1,G2，GN:綠光感測電路
13，B1,B2,BN:藍光感測電路
RR，GR，BR:重置信號
40:取樣電路 21:第一取樣電路 22:第二取樣電路 23:第三取樣電路 MS:黑白模式開關 CS:彩色模式開關
IS1,IS2，IS3:輸入切換開關 OSl，OS2，OS3:輸出切換開關
112,212:第二像素單元 113,213:第N像素單元 121:第一緩衝電路 122:第二緩衝電路 123:第三緩衝電路 220:緩衝電路 131,231:第一輸出端 132,232:第二輸出端 133,233:第三輸出端 234:第四輸出端 RS1，RS2,RSN:列像素開關 RO，GO,BO,MO:信號線
具體實施例方式
請參考圖2所示，其為本發明內容的單一圖像感測晶片的方框示意圖。 圖像感測裝置包含K個圖像感測晶片，每一圖像感測晶片用以感測一圖像 源。單一圖像感測晶片包含多個像素單元(pixel unit)、緩衝電路(buffer circuit)220及多個輸出端。
多個像素單元分別為第一像素單元211至第N像素單元213，每一像素 單元用以產生一像素。以第一像素單元211為例，其中更進一步包含一白光 感測電路(photo-detector)Ml、紅光感測電路R1、綠光感測電路G1、藍光感 測電路B1及取樣電路(samplingcircuit)40，紅光感測電路R1、綠光感測電路 Gl及藍光感測電路B1 —般稱為RGB感測電路。在彩色模式下，紅光感測 電路R1用以根據重置信號(resetsignal)RR，來感測圖像源(image source)的紅 色感應光。綠光感測電路G1用以根據重置信號GR，來感測圖像源的綠色感 應光。藍光感測電路B1用以根據重置信號BR，來感測圖像源的藍色感應光。 而在黑白模式下，白光感測電路M1用以根據重置信號MR,來感測圖像源 的黑、白或灰色感應光。首先由彩色模式選擇開關(colormode switch)CS與 黑白模式選擇開關MS(Mono mode switch)的控制，來確定由RGB感測電路 提取紅色、綠色或藍色的感應光(即為彩色模式)，或由白光感測電路M1提
取黑、白或灰色的感應光，以產生像素。其中，在彩色模式下，利用RGB 感測電路所對應的輸入切換開關IS1、 IS2及IS3的控制，來確定紅、綠、藍 三色的取樣時間(sample time)。感測電路可以為光電二極體(photodiode)或光 電電晶體(phototransistor)。
每一像素單元輸出端各有相對應的列像素開關(row—pixel switch)RSl至 RSN，由開關按順序的操作，來產生一行像素(columnpixel)。緩衝電路220， 連接在此開關的後端，用來作為信號緩衝或放大的功能。其中，緩衝電路220 可以以內建的方式，設置於圖像感測晶片內。
多個輸出端分別為第一輸出端231、第二輸出端232、第三輸出端233 及第四輸出端234，用以輸出行像素。其中，緩衝電路220根據單一模式開 關MS及彩色模式開關CS來確定行像素的輸出路徑，即由第一輸出端231 至第三輸出端233輸出(彩色模式)，或由第四輸出端234來輸出(黑白模式)。 在彩色模式下，再根據輸出切換開關0S1、 OS2及OS3的控制，來確定由第 一輸出端231 、第二輸出端232或第三輸出端233來輸出行像素。
為了更清楚地闡述本發明的內容，請參考圖3所示，其為本發明內容的 彩色模式下圖像感測晶片運行的時序圖。當彩色模式開關CS關閉(close)與 黑白模式開關MS打開(open)時，圖像感測裝置進入彩色模式，即每一像素 單元將會由RGB感測電路來提取感應光。
首先，每一像素單元內的白光感測電路會感測到圖像源，以產生一黑、 白或灰色的感應光；紅光感測電路會感測圖像源，以產生一紅色的感應光； 綠光感測電路會感測圖像源，以產生一綠色的感應光；藍光感測電路會感測 圖像源，以產生一藍色的感應光。接著，輸入切換開關IS1、 IS2及IS3會陸 續關閉，列像素開關RS1至RSN也會跟著陸續關閉，如圖中SW1、 SW2、 SW3、 RS1及RS2的時序所示。
當輸入切換開關IS1關閉時，每一像素單元中，取樣電路40會由紅光感 光電路提取紅色的感應光，產生紅色的像素，即共有N個紅色像素。當取樣 電路40取樣完後，列像素開關RS1會跟著關閉，使第一像素單元211內的 紅色像素能傳送至緩衝電路220。隨著列像素開關RS1至RSN陸續的關閉， 緩衝電路220便能陸續地接收到每個像素單元所傳送來的紅色行像素，再由 緩衝器緩衝或放大至輸出端。因此，在輸出切換開關OSl關閉的情況下，紅
色的行像素便能由第一輸出端231輸出，如圖中231的時序所示。
當輸入切換開關IS2關閉時，每一像素單元中，取樣電路40會由綠光感 光電路提取綠色的感應光，產生綠色的像素，即共有N個綠色像素。當取樣 電路40取樣完後，列像素開關RS1會跟著關閉，使第一像素單元211內的 綠色像素能傳送至緩衝電路220。隨著列像素開關RS2至RSN陸續的關閉， 緩衝電路220便能陸續地接收到每個像素單元所傳送來的綠色行像素，再由 緩衝器緩衝或放大至輸出端。因此，在輸出切換開關OS2關'閉的情況下，綠 色的行像素便能由第二輸出端232輸出，如圖中232的時序所示。
當輸入切換開關IS3關閉時，每一像素單元中，取樣電路40會由藍光感 光電路提取藍色的感應光，產生藍色的像素，即共有N個藍色像素。當取樣 電路40取樣完後，列像素開關RS1會跟著關閉，使第一像素單元211內的 藍色像素能傳送至緩衝電路220。隨著列像素開關RS2至RSN陸續的關閉， 緩衝電路220便能陸續地接收到每個像素單元所傳送來的藍色行像素，再由 緩衝器緩衝或放大至輸出端。因此，在輸出切換開關OS3關閉的情況下，藍 色的行像素便能由第三輸出端233輸出，如圖中233的時序所示。
此外，當取樣電路40完成第一次取樣紅色感應光後，利用一重置信號 RR來重置每一像素單元內的紅光感測電路，以準備進行第二次取樣動作。 當取樣電路40完成第一次取樣綠色感應光後，利用一重置信號GR來重置每 一像素單元內的綠光感測電路，以準備進行第二次取樣動作。當取樣電路40 完成第一次取樣藍色感應光後，利用一重置信號BR來重置每一像素單元內 的藍光感測電路，以準備進行第二次取樣動作。
如圖4所示，其為本發明內容的圖像感測模塊的方框示意圖。由於圖像 感測裝置內共設有K個圖像感測晶片，分別為Cl至CK。每一圖像感測芯 片都包含N個紅光感光電路、N個綠光感光電路、N個藍光感光電路、N個 白光感測電路、 一第一輸出端231、 一第二輸出端232、 一第三輸出端233 及一第四輸出端234。
每個圖像感測晶片中的第一輸出端231都連接於信號線RO，用以傳輸 每個圖像感測晶片所感測到的紅色行像素。每個圖像感測晶片中的第二輸出 端232都連接於信號線GO，用以傳輸每個圖像感測晶片所感測到的綠色行 像素。每個圖像感測晶片中的第三輸出端233都連接於信號線BO，用以傳
輸每個圖像感測晶片所感測到的藍色行像素。每個圖像感測晶片中的第四輸
出端234都連接於信號線MO，用以傳輸每個圖像感測晶片所感測到的黑白 行像素。
如圖5所示，其為本發明內容的在彩色模式下圖像感測模塊的時序圖。 首先，每個圖像感測晶片內的第一輸出端231會先陸續輸出紅色行像素至信 號線RO。也就是說，圖像感測晶片Cl中的第一輸出端231會先輸出紅色行 像素至信號線RO，圖像感測晶片C2至CN才會陸續輸出紅色行像素至信號 線RO。
當圖像感測晶片Cl中的第一輸出端231輸出紅色行像素至信號線RO 時，圖像感測晶片C1中的第二輸出端232也準備開始輸出綠色行像素至信 號線G0。直到圖像感測晶片C2中的第一輸出端231也開始輸出紅色行像素 至信號線RO時，圖像感測晶片Cl中的第二輸出端232才開始輸出綠色行 像素至信號線GO。當圖像感測晶片Cl中的第二輸出端232完成輸出綠色行 像素至信號線GO後，圖像感測晶片C2中的第二輸出端232才開始輸出綠 色行像素至信號線GO。
同理，當圖像感測晶片C1中的第二輸出端232輸出綠色行像素至信號 線GO時，圖像感測晶片Cl中的第三輸出端233也準備開始輸出藍色行像 素至信號線B0。直到圖像感測晶片C2中的第二輸出端232也開始輸出綠色 行像素至信號線GO時，圖像感測晶片Cl中的第三輸出端233才開始輸出 藍色行像素至信號線BO。當圖像感測晶片Cl中的第三輸出端233完成輸出 藍色行像素至信號線BO後，圖像感測晶片C2中的第三輸出端233才開始 輸出藍色行像素至信號線BO。
本發明所提供的優點在於，將彩色圖像感測裝置與黑白圖像感測裝置合 並，並利用彩色模式開關與黑白模式開關來進行切換。
本發明所提供的另一優點在於，利用輸入切換開關的控制，使得每一取 樣電路在彩色模式下可以選擇RGB感光電路中的其中一個感光電路來提取 感應光。
本發明所提供的另一優點在於，利用取樣時間點與輸出信號時間點的不 同，使得每個圖像感測晶片內的信號可以共享一組電路，以減少電路的複雜 性，縮小晶片的面積，降低運行時的功率消耗，以達到節省成本及電力的目 的。
本發明所提供的另一優點在於，利用不同的輸出端來輸出行像素，可以 使後端裝置更容易處理信號。
所附圖示僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制。以上所述 僅為本發明的較佳可行實施例，並非局限本發明的專利範圍，因此凡運用本 發明說明書及圖示內容所做的等效結構變化，均同理包含於本發明的範圍 內。
權利要求
1.一種圖像感測晶片，其特徵在於包含多個像素單元，每一像素單元包含多個感測電路及一取樣電路，而該取樣電路用以逐一取樣每一感光電路所感測到的一感應光，以逐一產生一像素；多個列像素開關，用以逐一允許所述多個像素單元所輸出的該像素通過；一緩衝電路，將行像素信號緩衝或放大至輸出；以及多個輸出端，用以逐一輸出該行像素；其中，該取樣電路由所述多個感測電路中取樣該感應光的取樣時間不同，且每一輸出端輸出該行像素的輸出信號時間不同。
2. 如權利要求1所述的圖像感測晶片，其特徵在於所述多個像素單元更 進一步包含多個輸入切換開關，所述多個輸入切換開關分別對應於所述多個 感測電路，用以確定該取樣電路的取樣路徑。
3. 如權利要求1所述的圖像感測晶片，其特徵在於所述多個感光電路為 感光二極體。
4. 如權利要求1所述的圖像感測晶片，其特徵在於所述多個感光電路包 含一紅光感測電路、 一綠光感測電路及一藍光感測電路。
5. 如權利要求4所述的圖像感測晶片，其特徵在於所述多個感測電路還 包含一白光感測電路。
6. 如權利要求1所述的圖像感測晶片，其特徵在於該圖像感測模塊更進 一步包含多個輸出切換開關，所述多個輸出切換開關分別對應於所述多個輸 出端，用以確定該行像秦的輸出路徑。
7. 如權利要求1所述的圖像感測晶片，其特徵在於所述多個輸出端包含 一第一輸出端，用以輸出紅色的該行像素； 一第二輸出端，用以輸出綠色的 該行像素； 一第三輸出端，用以輸出藍色的該行像素。
8. 如權利要求7所述的圖像感測晶片，其特徵在於所述多個輸出端進一 步包含一第四輸出端，用以輸出該行像素，且該行像素為黑、白或灰色。
9. 如權利要求1所述的圖像感測晶片，其特徵在於該感測晶片更進一步 包含一彩色模式開關及一單一模式開關，該彩色模式開關用以切換進入彩色 模式，使該像素及該行像素都為紅色、藍色或綠色，該單一模式開關用以切 換進入黑白模式，使該像素及該行像素都為黑、白或灰色。
10. —種圖像感測模塊，包含多個如權利要求1所述的圖像感測晶片，且其特徵在於所述多個圖像感測晶片中的所述多個輸出端分別通過一信號線 對應連接。
11. 一種應用如權利要求1所述的圖像感測晶片的圖像感測方法，其特徵在於包含每一像素單元的該取樣電路分別取樣所述多個感測電路的其中之一且 分別輸出該像素；所述多個列像素開關分別關閉；該緩衝電路分別根據所述多個列像素開關的關閉而按順序來接收該行 像素並緩衝或放大到輸出端；關閉連接於該緩衝電路及所述多個輸出端之間的多個輸出切換開關的 其中之一；以及由該已關閉的切換開關來輸出該行像素。
12. 如權利要求11所述的圖像感測方法，其特徵在於更進一步包含-根據一彩色模式開關及一黑白模式開關的控制，來確定進入一彩色模式或一黑白模式；根據該彩色模式，確定該像素及該行像素都為紅色、藍色或綠色；以及 根據該黑白模式，確定該像素及該行像素都為黑、灰或白色。
13. —種多信道圖像感測方法，其特徵在於包含感測一圖像源，利用每一像素電路中的多個感測電路產生多個感應光， 其中所述多個感應光包含紅、綠和藍三原色；根據不同的取樣時間，由每一像素電路中取樣其中一個感測電路產生的 感應光，以產生該色的像素；此感測光經由按順序開關而組成一行像素，再經過緩衝放大至輸出端；以及根據不同的輸出信號時間點，利用開關逐一輸出該行像素。
14. 如權利要求13所述的多信道圖像感測方法，其特徵在於該像素是根 據所述多個感應光所對應的多個輸入切換開關的控制，來取樣其中一種感應 光所產生。
15. 如權利要求13所述的多信道圖像感測方法，其特徵在於該行像素是 根據多個輸出切換開關的控制，來確定由所述多個輸出切換開關所對應的多 個輸出端的其中一個輸出端來輸出。
16. 如權利要求13所述的多信道圖像感測方法，其特徵在於更進一步包含根據一彩色模式開關及一黑白模式開關的控制，來確定進入一彩色模式或一黑白模式；根據該彩色模式，確定該像素及該行像素都為紅色、藍色或綠色；以及 根據該黑白模式，確定該像素及該行像素都為黑、白或灰色。
全文摘要
一種多信道圖像感測模塊及其感測方法，將彩色圖像傳感器與黑白圖像傳感器整合於同一個圖像感測晶片中，並利用取樣時間點與輸出信號時間點的不同，使得圖像感測晶片內部信號可以共享一組電路，以減少電路的複雜性，縮小晶片的面積，降低運行時的功率消耗，以達到節省成本及電力的目的。其中所述圖像感測晶片包含多個像素單元，每一像素單元包含多個感測電路及一取樣電路，而該取樣電路用以逐一取樣每一感光電路所感測到的一感應光，以逐一產生一像素；多個列像素開關，用以逐一允許所述多個像素單元所輸出的該像素通過；一緩衝電路，將行像素信號緩衝或放大至輸出；以及多個輸出端，用以逐一輸出該行像素。
文檔編號H04N3/15GK101115152SQ20061010750
公開日2008年1月30日 申請日期2006年7月27日 優先權日2006年7月27日
發明者葉肇宇 申請人:敦南科技股份有限公司