专利名称：多信道图像感测模块及其感测方法
技术领域：
本发明涉及一种图像感测装置，特别涉及一种多信道图像感测模块及其 感测方法。
背景技术：
随着科技的进步，图像感测装置的使用越来越普遍，例如数字相机、数 字摄影机等，都已成为人类生活中常见的电子消费性产品。然而， 一个图像 感测装置最重要的就是它的分辨率、运行效率及耗电量。
请参考图1所示，其为公知技术的图像感测装置中单一图像感测芯片的
方框图。图像感测芯片包含多个像素单元1U至113、第一缓冲电路121、 第二缓冲电路122、第三缓冲电路123、第一输出端131、第二输出端132及 第三输出端133。而对第一像素单元111而言，更进一步包含红光感测电路 11、绿光感测电路12、蓝光感测电路13、第一取样电路21、第二取样电路 22及第三取样电路23。
首先，每一像素单元内的红光感测电路会感测图像源中的红色部分，以 产生红色的感应信号；绿光感测电路会感测图像源中的绿色部分，以产生绿 色的感应信号；蓝光感测电路会感测图像源中的蓝色部分，以产生蓝色的感 应信号。这些感应电路所感测出来的信号，将分别传送至各个感测电路所对 应的取样电路。
每一像素单元中，第一取样电路会由红光感测电路提取感应信号，产生 红色的像素，即共有N个红色像素；第二取样电路会由绿光感测电路提取感 应信号，产生绿色的像素，即共有N个绿色像素；第三取样电路会由蓝光感 测电路提取感应信号，产生蓝色的像素，即共有N个蓝色像素。这些红色、 绿色及蓝色像素，此三种颜色信号由同步的开关控制，按顺序分别被传送至 第一缓冲电路121、第二缓冲电路122及第三缓冲电路123。
接着，第一缓冲电路121会将每个像素单元所传送来的红色像素，缓冲
或放大至第一输出端131;第二缓冲电路122会将每个像素单元所传送来的 绿色像素，缓冲或放大至第二输出端132;第三缓冲电路123会将每个像素 单元所传送来的蓝色像素，缓冲或放大至第三输出端133。
因此，为了提取图像源的RGB感应光，在图像感测芯片内部将信号路 径(取样电路21至23,缓冲电路121至123)所有的电路都重置三份，不仅功 率的消耗会增加，图像感测芯片的面积变大，成本变高，更是使图像感测装 置的分辨率不易提升。
发明内容
本发明为一多信道图像感测装置及其感测方法，将彩色图像传感器与黑 白图像传感器整合于同一个芯片中，并利用取样时间点与输出信号时间点的 不同，使得每个图像感测芯片内的信号可以共享一组电路，以减少电路的复 杂性，縮小芯片的面积，降低运行时的功率消耗，以达到节省成本及电力的 目的。
根据本发明所提出的一种多信道图像感测模块，具有多个图像感测芯
片，而每一图像感测芯片进一步包含多个列像素开关；多个像素单元，分
别对应于列像素开关，且每一像素单元包含多个感测电路及一取样电路，取
样电路用以取样其中一个感测电路所感测到的感应光，以产生一像素；缓冲 电路，用以缓冲或放大每行像素信号；以及多个输出端，用以通过多个输出 切换开关的控制，按顺序输出各颜色的行像素。
如上所述的图像感测芯片，所述多个像素单元更进一步包含多个输入切 换开关，所述多个输入切换开关分别对应于所述多个感测电路，用以确定该 取样电路的取样路径。
如上所述的图像感测芯片，所述多个感光电路为感光二极管。
如上所述的图像感测芯片，所述多个感光电路包含一红光感测电路、一 绿光感测电路及一蓝光感测电路。
如上所述的图像感测芯片，所述多个感测电路更进一步包含一白光感测 电路。
如上所述的图像感测芯片，该图像感测模块更进一步包含多个输出切换 开关，所述多个输出切换开关分别对应于所述多个输出端，用以确定该行像
6
素的输出路径。
如上所述的图像感测芯片，所述多个输出端包含一第一输出端，用以输
出红色的该行像素； 一第二输出端，用以输出绿色的该行像素； 一第三输出 端，用以输出蓝色的该行像素。
如上所述的图像感测芯片，所述多个输出端进一步包含一第四输出端， 用以输出该行像素，且该行像素为黑、白或灰色。
如上所述的图像感测芯片，该感测芯片更进一步包含一彩色模式开关及 一单一模式开关，该彩色模式开关用以切换进入彩色模式，使该像素及该行 像素都为红色、蓝色或绿色，该单一模式开关用以切换进入黑白模式，使该 像素及该行像素都为黑、白或灰色。
本发明还提供一种图像感测模块，包含如上所述的图像感测芯片，且所 述多个图像感测芯片中的所述多个输出端分别通过一信号线对应连接。
本发明还提供一种应用如上所述的图像感测芯片的图像感测方法，包 含每一像素单元的该取样电路分别取样所述多个感测电路的其中之一且分 别输出该像素；所述多个列像素开关分别关闭；该缓冲电路分别根据所述多 个列像素开关的关闭而按顺序来接收该行像素并缓冲或放大到输出端；关闭 连接于该缓冲电路及所述多个输出端之间的多个输出切换开关的其中之一； 以及由该已关闭的切换开关来输出该行像素。
如上所述的图像感测方法，更进一步包含根据一彩色模式开关及一黑 白模式开关的控制，来确定进入一彩色模式或一黑白模式；根据该彩色模式， 确定该像素及该行像素都为红色、蓝色或绿色；以及根据该黑白模式，确定 该像素及该行像素都为黑、灰或白色。
本发明还提供一种多信道图像感测方法，包含感测一图像源，利用每 一像素电路中的多个感测电路产生多个感应光，其中所述多个感应光包含 红、绿和蓝三原色；根据不同的取样时间，由每一像素电路中取样其中一个 感测电路产生的感应光，以产生该色的像素；此感测光经由按顺序开关而组 成一行像素，再经过缓冲放大至输出端；以及根据不同的输出信号时间点， 利用开关逐一输出该行像素。
如上所述的多信道图像感测方法，该像素是根据所述多个感应光所对应 的多个输入切换开关的控制，来取样其中一种感应光所产生。
如上所述的多信道图像感测方法，该行像素是根据多个输出切换开关的 控制，来确定由所述多个输出切换开关所对应的多个输出端的其中一个输出 端来输出。
如上所述的多信道图像感测方法，更进一步包含根据一彩色模式开关 及一黑白模式开关的控制，来确定进入一彩色模式或一黑白模式；根据该彩 色模式，确定该像素及该行像素都为红色、蓝色或绿色；以及根据该黑白模 式，确定该像素及该行像素都为黑、白或灰色。
图1为公知技术的图像感测装置中单一图像感测芯片的方框图2为本发明内容的单一图像感测芯片的方框示意图3为本发明内容的彩色模式下图像感测芯片运行的时序图4为本发明内容的图像感测装置的方框示意图；以及
图5为本发明内容的在彩色模式下图像感测装置的时序图。
其中，附图标记说明如下-
C1，C2，C3，CK:图像感测芯片
111,211:第一像素单元
M1，M2，MN:白光感测电路
11，R1,R2，RN:红光感测电路
12，G1,G2，GN:绿光感测电路
13，B1,B2,BN:蓝光感测电路
RR，GR，BR:重置信号
40:取样电路 21:第一取样电路 22:第二取样电路 23:第三取样电路 MS:黑白模式开关 CS:彩色模式开关
IS1,IS2，IS3:输入切换开关 OSl，OS2，OS3:输出切换开关
112,212:第二像素单元 113,213:第N像素单元 121:第一缓冲电路 122:第二缓冲电路 123:第三缓冲电路 220:缓冲电路 131,231:第一输出端 132,232:第二输出端 133,233:第三输出端 234:第四输出端 RS1，RS2,RSN:列像素开关 RO，GO,BO,MO:信号线
具体实施例方式
请参考图2所示，其为本发明内容的单一图像感测芯片的方框示意图。 图像感测装置包含K个图像感测芯片，每一图像感测芯片用以感测一图像 源。单一图像感测芯片包含多个像素单元(pixel unit)、缓冲电路(buffer circuit)220及多个输出端。
多个像素单元分别为第一像素单元211至第N像素单元213，每一像素 单元用以产生一像素。以第一像素单元211为例，其中更进一步包含一白光 感测电路(photo-detector)Ml、红光感测电路R1、绿光感测电路G1、蓝光感 测电路B1及取样电路(samplingcircuit)40，红光感测电路R1、绿光感测电路 Gl及蓝光感测电路B1 —般称为RGB感测电路。在彩色模式下，红光感测 电路R1用以根据重置信号(resetsignal)RR，来感测图像源(image source)的红 色感应光。绿光感测电路G1用以根据重置信号GR，来感测图像源的绿色感 应光。蓝光感测电路B1用以根据重置信号BR，来感测图像源的蓝色感应光。 而在黑白模式下，白光感测电路M1用以根据重置信号MR,来感测图像源 的黑、白或灰色感应光。首先由彩色模式选择开关(colormode switch)CS与 黑白模式选择开关MS(Mono mode switch)的控制，来确定由RGB感测电路 提取红色、绿色或蓝色的感应光(即为彩色模式)，或由白光感测电路M1提
取黑、白或灰色的感应光，以产生像素。其中，在彩色模式下，利用RGB 感测电路所对应的输入切换开关IS1、 IS2及IS3的控制，来确定红、绿、蓝 三色的取样时间(sample time)。感测电路可以为光电二极管(photodiode)或光 电晶体管(phototransistor)。
每一像素单元输出端各有相对应的列像素开关(row—pixel switch)RSl至 RSN，由开关按顺序的操作，来产生一行像素(columnpixel)。缓冲电路220， 连接在此开关的后端，用来作为信号缓冲或放大的功能。其中，缓冲电路220 可以以内建的方式，设置于图像感测芯片内。
多个输出端分别为第一输出端231、第二输出端232、第三输出端233 及第四输出端234，用以输出行像素。其中，缓冲电路220根据单一模式开 关MS及彩色模式开关CS来确定行像素的输出路径，即由第一输出端231 至第三输出端233输出(彩色模式)，或由第四输出端234来输出(黑白模式)。 在彩色模式下，再根据输出切换开关0S1、 OS2及OS3的控制，来确定由第 一输出端231 、第二输出端232或第三输出端233来输出行像素。
为了更清楚地阐述本发明的内容，请参考图3所示，其为本发明内容的 彩色模式下图像感测芯片运行的时序图。当彩色模式开关CS关闭(close)与 黑白模式开关MS打开(open)时，图像感测装置进入彩色模式，即每一像素 单元将会由RGB感测电路来提取感应光。
首先，每一像素单元内的白光感测电路会感测到图像源，以产生一黑、 白或灰色的感应光；红光感测电路会感测图像源，以产生一红色的感应光； 绿光感测电路会感测图像源，以产生一绿色的感应光；蓝光感测电路会感测 图像源，以产生一蓝色的感应光。接着，输入切换开关IS1、 IS2及IS3会陆 续关闭，列像素开关RS1至RSN也会跟着陆续关闭，如图中SW1、 SW2、 SW3、 RS1及RS2的时序所示。
当输入切换开关IS1关闭时，每一像素单元中，取样电路40会由红光感 光电路提取红色的感应光，产生红色的像素，即共有N个红色像素。当取样 电路40取样完后，列像素开关RS1会跟着关闭，使第一像素单元211内的 红色像素能传送至缓冲电路220。随着列像素开关RS1至RSN陆续的关闭， 缓冲电路220便能陆续地接收到每个像素单元所传送来的红色行像素，再由 缓冲器缓冲或放大至输出端。因此，在输出切换开关OSl关闭的情况下，红
色的行像素便能由第一输出端231输出，如图中231的时序所示。
当输入切换开关IS2关闭时，每一像素单元中，取样电路40会由绿光感 光电路提取绿色的感应光，产生绿色的像素，即共有N个绿色像素。当取样 电路40取样完后，列像素开关RS1会跟着关闭，使第一像素单元211内的 绿色像素能传送至缓冲电路220。随着列像素开关RS2至RSN陆续的关闭， 缓冲电路220便能陆续地接收到每个像素单元所传送来的绿色行像素，再由 缓冲器缓冲或放大至输出端。因此，在输出切换开关OS2关'闭的情况下，绿 色的行像素便能由第二输出端232输出，如图中232的时序所示。
当输入切换开关IS3关闭时，每一像素单元中，取样电路40会由蓝光感 光电路提取蓝色的感应光，产生蓝色的像素，即共有N个蓝色像素。当取样 电路40取样完后，列像素开关RS1会跟着关闭，使第一像素单元211内的 蓝色像素能传送至缓冲电路220。随着列像素开关RS2至RSN陆续的关闭， 缓冲电路220便能陆续地接收到每个像素单元所传送来的蓝色行像素，再由 缓冲器缓冲或放大至输出端。因此，在输出切换开关OS3关闭的情况下，蓝 色的行像素便能由第三输出端233输出，如图中233的时序所示。
此外，当取样电路40完成第一次取样红色感应光后，利用一重置信号 RR来重置每一像素单元内的红光感测电路，以准备进行第二次取样动作。 当取样电路40完成第一次取样绿色感应光后，利用一重置信号GR来重置每 一像素单元内的绿光感测电路，以准备进行第二次取样动作。当取样电路40 完成第一次取样蓝色感应光后，利用一重置信号BR来重置每一像素单元内 的蓝光感测电路，以准备进行第二次取样动作。
如图4所示，其为本发明内容的图像感测模块的方框示意图。由于图像 感测装置内共设有K个图像感测芯片，分别为Cl至CK。每一图像感测芯 片都包含N个红光感光电路、N个绿光感光电路、N个蓝光感光电路、N个 白光感测电路、 一第一输出端231、 一第二输出端232、 一第三输出端233 及一第四输出端234。
每个图像感测芯片中的第一输出端231都连接于信号线RO，用以传输 每个图像感测芯片所感测到的红色行像素。每个图像感测芯片中的第二输出 端232都连接于信号线GO，用以传输每个图像感测芯片所感测到的绿色行 像素。每个图像感测芯片中的第三输出端233都连接于信号线BO，用以传
输每个图像感测芯片所感测到的蓝色行像素。每个图像感测芯片中的第四输
出端234都连接于信号线MO，用以传输每个图像感测芯片所感测到的黑白 行像素。
如图5所示，其为本发明内容的在彩色模式下图像感测模块的时序图。 首先，每个图像感测芯片内的第一输出端231会先陆续输出红色行像素至信 号线RO。也就是说，图像感测芯片Cl中的第一输出端231会先输出红色行 像素至信号线RO，图像感测芯片C2至CN才会陆续输出红色行像素至信号 线RO。
当图像感测芯片Cl中的第一输出端231输出红色行像素至信号线RO 时，图像感测芯片C1中的第二输出端232也准备开始输出绿色行像素至信 号线G0。直到图像感测芯片C2中的第一输出端231也开始输出红色行像素 至信号线RO时，图像感测芯片Cl中的第二输出端232才开始输出绿色行 像素至信号线GO。当图像感测芯片Cl中的第二输出端232完成输出绿色行 像素至信号线GO后，图像感测芯片C2中的第二输出端232才开始输出绿 色行像素至信号线GO。
同理，当图像感测芯片C1中的第二输出端232输出绿色行像素至信号 线GO时，图像感测芯片Cl中的第三输出端233也准备开始输出蓝色行像 素至信号线B0。直到图像感测芯片C2中的第二输出端232也开始输出绿色 行像素至信号线GO时，图像感测芯片Cl中的第三输出端233才开始输出 蓝色行像素至信号线BO。当图像感测芯片Cl中的第三输出端233完成输出 蓝色行像素至信号线BO后，图像感测芯片C2中的第三输出端233才开始 输出蓝色行像素至信号线BO。
本发明所提供的优点在于，将彩色图像感测装置与黑白图像感测装置合 并，并利用彩色模式开关与黑白模式开关来进行切换。
本发明所提供的另一优点在于，利用输入切换开关的控制，使得每一取 样电路在彩色模式下可以选择RGB感光电路中的其中一个感光电路来提取 感应光。
本发明所提供的另一优点在于，利用取样时间点与输出信号时间点的不 同，使得每个图像感测芯片内的信号可以共享一组电路，以减少电路的复杂 性，縮小芯片的面积，降低运行时的功率消耗，以达到节省成本及电力的目 的。
本发明所提供的另一优点在于，利用不同的输出端来输出行像素，可以 使后端装置更容易处理信号。
所附图示仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。以上所述 仅为本发明的较佳可行实施例，并非局限本发明的专利范围，因此凡运用本 发明说明书及图示内容所做的等效结构变化，均同理包含于本发明的范围 内。
权利要求
1.一种图像感测芯片，其特征在于包含多个像素单元，每一像素单元包含多个感测电路及一取样电路，而该取样电路用以逐一取样每一感光电路所感测到的一感应光，以逐一产生一像素；多个列像素开关，用以逐一允许所述多个像素单元所输出的该像素通过；一缓冲电路，将行像素信号缓冲或放大至输出；以及多个输出端，用以逐一输出该行像素；其中，该取样电路由所述多个感测电路中取样该感应光的取样时间不同，且每一输出端输出该行像素的输出信号时间不同。
2. 如权利要求1所述的图像感测芯片，其特征在于所述多个像素单元更 进一步包含多个输入切换开关，所述多个输入切换开关分别对应于所述多个 感测电路，用以确定该取样电路的取样路径。
3. 如权利要求1所述的图像感测芯片，其特征在于所述多个感光电路为 感光二极管。
4. 如权利要求1所述的图像感测芯片，其特征在于所述多个感光电路包 含一红光感测电路、 一绿光感测电路及一蓝光感测电路。
5. 如权利要求4所述的图像感测芯片，其特征在于所述多个感测电路还 包含一白光感测电路。
6. 如权利要求1所述的图像感测芯片，其特征在于该图像感测模块更进 一步包含多个输出切换开关，所述多个输出切换开关分别对应于所述多个输 出端，用以确定该行像秦的输出路径。
7. 如权利要求1所述的图像感测芯片，其特征在于所述多个输出端包含 一第一输出端，用以输出红色的该行像素； 一第二输出端，用以输出绿色的 该行像素； 一第三输出端，用以输出蓝色的该行像素。
8. 如权利要求7所述的图像感测芯片，其特征在于所述多个输出端进一 步包含一第四输出端，用以输出该行像素，且该行像素为黑、白或灰色。
9. 如权利要求1所述的图像感测芯片，其特征在于该感测芯片更进一步 包含一彩色模式开关及一单一模式开关，该彩色模式开关用以切换进入彩色 模式，使该像素及该行像素都为红色、蓝色或绿色，该单一模式开关用以切 换进入黑白模式，使该像素及该行像素都为黑、白或灰色。
10. —种图像感测模块，包含多个如权利要求1所述的图像感测芯片，且其特征在于所述多个图像感测芯片中的所述多个输出端分别通过一信号线 对应连接。
11. 一种应用如权利要求1所述的图像感测芯片的图像感测方法，其特征在于包含每一像素单元的该取样电路分别取样所述多个感测电路的其中之一且 分别输出该像素；所述多个列像素开关分别关闭；该缓冲电路分别根据所述多个列像素开关的关闭而按顺序来接收该行 像素并缓冲或放大到输出端；关闭连接于该缓冲电路及所述多个输出端之间的多个输出切换开关的 其中之一；以及由该已关闭的切换开关来输出该行像素。
12. 如权利要求11所述的图像感测方法，其特征在于更进一步包含-根据一彩色模式开关及一黑白模式开关的控制，来确定进入一彩色模式或一黑白模式；根据该彩色模式，确定该像素及该行像素都为红色、蓝色或绿色；以及 根据该黑白模式，确定该像素及该行像素都为黑、灰或白色。
13. —种多信道图像感测方法，其特征在于包含感测一图像源，利用每一像素电路中的多个感测电路产生多个感应光， 其中所述多个感应光包含红、绿和蓝三原色；根据不同的取样时间，由每一像素电路中取样其中一个感测电路产生的 感应光，以产生该色的像素；此感测光经由按顺序开关而组成一行像素，再经过缓冲放大至输出端；以及根据不同的输出信号时间点，利用开关逐一输出该行像素。
14. 如权利要求13所述的多信道图像感测方法，其特征在于该像素是根 据所述多个感应光所对应的多个输入切换开关的控制，来取样其中一种感应 光所产生。
15. 如权利要求13所述的多信道图像感测方法，其特征在于该行像素是 根据多个输出切换开关的控制，来确定由所述多个输出切换开关所对应的多 个输出端的其中一个输出端来输出。
16. 如权利要求13所述的多信道图像感测方法，其特征在于更进一步包含根据一彩色模式开关及一黑白模式开关的控制，来确定进入一彩色模式或一黑白模式；根据该彩色模式，确定该像素及该行像素都为红色、蓝色或绿色；以及 根据该黑白模式，确定该像素及该行像素都为黑、白或灰色。
全文摘要
一种多信道图像感测模块及其感测方法，将彩色图像传感器与黑白图像传感器整合于同一个图像感测芯片中，并利用取样时间点与输出信号时间点的不同，使得图像感测芯片内部信号可以共享一组电路，以减少电路的复杂性，缩小芯片的面积，降低运行时的功率消耗，以达到节省成本及电力的目的。其中所述图像感测芯片包含多个像素单元，每一像素单元包含多个感测电路及一取样电路，而该取样电路用以逐一取样每一感光电路所感测到的一感应光，以逐一产生一像素；多个列像素开关，用以逐一允许所述多个像素单元所输出的该像素通过；一缓冲电路，将行像素信号缓冲或放大至输出；以及多个输出端，用以逐一输出该行像素。
文档编号H04N3/15GK101115152SQ20061010750
公开日2008年1月30日 申请日期2006年7月27日 优先权日2006年7月27日
发明者叶肇宇 申请人:敦南科技股份有限公司