TWI618412B - 雜訊消除影像感測器 - Google Patents

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TWI618412B
TWI618412B TW104124471A TW104124471A TWI618412B TW I618412 B TWI618412 B TW I618412B TW 104124471 A TW104124471 A TW 104124471A TW 104124471 A TW104124471 A TW 104124471A TW I618412 B TWI618412 B TW I618412B
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Abstract

本文揭示一種影像感測器，其具有一像素陣列內之一或多個像素。該像素陣列可耦合至一控制電路且耦合至一或多個減法電路。該控制電路可使一像素提供一第一參考輸出信號、一共同重設輸出信號及一第一感測節點重設輸出信號。該控制電路可接著使該像素提供一第二感測節點重設輸出信號、一光響應輸出信號及一第二參考輸出信號。該光響應輸出信號對應於將由該感測器擷取之影像。該減法電路可形成該共同重設輸出信號、該第一感測節點重設輸出信號及該第一參考輸出信號之間的一加權差以產生一雜訊信號，該雜訊信號儲存於記憶體中。該減法電路亦可形成該第二感測節點重設輸出信號、該第二參考輸出信號及該光響應輸出信號之間的一加權差以產生一經正規化之光響應信號。可自該經正規化之光響應信號減去該雜訊信號以產生一經去雜訊之信號。可進一步減去一直流偏移以形成該經去雜訊之信號。一影像擷取系統可包括該影像感測器及一外部處理器，其組合該等信號中之兩者或兩者以上。可在該處理器上執行形成該雜訊信號及/或該經正規化之光響應信號的步驟中之一或多者。

Description

雜訊消除影像感測器
所揭示之標的物大體上係關於固態影像感測器。
本申請案主張於2008年12月16日申請之美國臨時專利申請案第61/138,085號及於2009年11月03日申請之美國臨時專利申請案第61/257,825號的優先權。
攝影設備(諸如，數位相機及數位攝錄影機)可包含電子影像感測器，其擷取光以供處理成靜止影像或視訊影像。電子影像感測器通常包含上百萬個光擷取元件，諸如，光電二極體。固態影像感測器可為電荷耦合元件(CCD)類型或互補金屬氧化物半導體(CMOS)類型。在任一類型之影像感測器中，光感測器由一基底支撐且配置成二維陣列。影像感測器通常包含上百萬個像素以提供一高解析度影像。本發明所欲解決之問題是如何從影像感測器產生一經去雜訊之信號。
為解決上述問題，本發明提供一種影像感測器，可自該經正規化之光響應信號減去該雜訊信號以產生一經去雜訊之信號。一種影像感測器，其包括一控制電路，該控制電路使一像素提供一第一參考輸出信號、一共同重設輸出信號及一第一感測節點重設輸出信號。
10‧‧‧影像感測器
10’‧‧‧影像感測器
10”‧‧‧影像感測器
11‧‧‧影像感測器
11’‧‧‧影像感測器
12‧‧‧像素陣列
14‧‧‧像素
14’‧‧‧像素對
16‧‧‧光讀取器
16’‧‧‧光讀取器
16”‧‧‧三重取樣光讀取器
17‧‧‧驅動器
17‧‧‧類比減法器
18‧‧‧垂直信號
19a‧‧‧信號
19b‧‧‧信號
20‧‧‧列解碼器
21‧‧‧增益電路
22‧‧‧控制線
24‧‧‧類比至數位轉換器
26‧‧‧輸出線
28‧‧‧第一影像緩衝器
30‧‧‧第一影像緩衝器
32‧‧‧第二影像緩衝器
34‧‧‧第二影像緩衝器
36‧‧‧線
38‧‧‧開關
40‧‧‧開關
42‧‧‧開關
44‧‧‧記憶體控制器
46‧‧‧線
48‧‧‧開關
50‧‧‧資料組合器
52‧‧‧線
54‧‧‧開關
56‧‧‧讀回緩衝器
58‧‧‧線
60‧‧‧線
62‧‧‧線
64‧‧‧線
66‧‧‧線
68‧‧‧外部匯流排
70‧‧‧控制器匯流排
72‧‧‧外部處理器
74‧‧‧外部記憶體
78‧‧‧電可程式化唯讀記憶體
100‧‧‧光電二極體
100a‧‧‧光偵測器
100b‧‧‧光偵測器
111‧‧‧感測節點
112‧‧‧重設開關
114‧‧‧選擇開關
115‧‧‧儲存節點
116‧‧‧輸出電晶體
117‧‧‧轉接開關
117a‧‧‧轉接開關
117b‧‧‧轉接開關
118‧‧‧RST(n)線
120‧‧‧IN線
121‧‧‧TF(n)線
121a‧‧‧水平信號TF(n+1)
121b‧‧‧水平信號TF(n)
122‧‧‧SEL(n)線
124‧‧‧OUT線
126‧‧‧金屬至金屬電容器
150”‧‧‧三重取樣電路
150‧‧‧取樣電路
152‧‧‧第一電容器
153‧‧‧第三電容器
154‧‧‧第四電容器
154‧‧‧第二電容器
156‧‧‧虛擬接地信號GND1
158‧‧‧開關
160‧‧‧開關
162‧‧‧開關
164‧‧‧開關
166‧‧‧SAM1控制線
167‧‧‧SAM3線
168‧‧‧SAM2控制線
169‧‧‧SAM4線
170‧‧‧開關
172‧‧‧控制線SUB
180‧‧‧運算放大器
182‧‧‧第一開關
184‧‧‧第二開關
186‧‧‧輸出線
188‧‧‧輸出線
190‧‧‧回饋電容器
192‧‧‧開關
350‧‧‧比較器
352‧‧‧計數器
358‧‧‧或閘
360‧‧‧鎖存器
374‧‧‧三態緩衝器
907‧‧‧上拉電晶體MN3
圖1為一影像感測器及一影像擷取系統之第一實施例的示意圖；圖2為用於將一影像之像素資料輸出至一外部記憶體或處理器之方法的說明；圖3為用於擷取且組合一影像之像素資料之方法的說明；圖4為圖3之像素電路中之一電容器的說明；圖5為圖14C之光讀取器電路中之一可變電容器的第一實施例之示意圖；圖6為圖14C之光讀取器電路中之一可變電容器的第二實施例之示意圖；圖7為圖14C之光讀取器電路中之一可變電容器的第三實施例之示意圖；圖8為用於擷取且組合一影像之像素資料之另一種方法的說明；圖9為一說明，其展示圖8之用於儲存並組合一影像之像素資料之方法的影像資料之定序；圖10為一陣列中具有兩個不同布局定向之像素的布局配置；圖11為一陣列中具有兩個不同布局定向之像素的另一布局配置；圖12為共用一重設開關、一輸出電晶體及一選擇開關之一對像素及一IN線驅動器之一實施例的示意圖；圖13為該影像感測器之一像素及一IN線驅動器之一實施例的示意圖；圖14A為一光讀取器電路之一實施例的示意圖；圖14B為一光讀取器電路之另一實施例的示意圖；圖14C為三重取樣光讀取器電路之一實施例的示意圖；圖15A為根據第二雜訊及正規化方法的該影像感測器之操作的流程圖；圖15B為根據第一雜訊及正規化方法的該影像感測器之替代操作的流 程圖；圖15C為根據第三雜訊及正規化方法的該影像感測器之替代操作的流程圖；圖15D為根據第四雜訊及正規化方法的該影像感測器之操作的流程圖；圖16為圖15D中之影像感測器操作的時序圖；圖17A為一說明，其展示在一儲存節點處及在一相應感測節點處之電壓信號的電平且說明可用於第二雜訊及正規化方法之取樣序列；圖17B為一說明，其展示在一儲存節點處及在一相應感測節點處之電壓信號的電平且說明可用於第一雜訊及正規化方法之取樣序列；圖17C為一說明，其展示在一儲存節點處及在一相應感測節點處之電壓信號的電平且說明可用於第三雜訊及正規化方法之取樣序列；圖17D為一說明，其展示在一儲存節點處及在一相應感測節點處之電壓信號的電平且說明可用於混合第三雜訊方法與第二正規化方法之取樣序列；圖17E為一說明，其展示在一儲存節點處及在一相應感測節點處之電壓信號的電平且說明可用於混合第三雜訊方法與第一正規化方法之取樣序列；圖17F為一說明，其關於第二雜訊及正規化方法的自圖17A修改且說明一參考偏移；圖17G為一說明，其關於第二雜訊及正規化方法的自圖17A修改且說明在第二感測節點重設之前的一第二參考；圖17H為一說明，其關於第二雜訊及正規化方法的自圖17A修改且說明一第一跳板偏移；圖17I為一說明，其關於第二雜訊及正規化方法的自圖17A修改且說明 一GND1階；圖17J為一說明，其關於第一雜訊及正規化方法的自圖17B修改且說明一第三參考及一第四參考；圖17K為一說明，其自圖17J修改以描述依據第一雜訊及正規化方法的第四實施例之操作；圖17L為一圖式，其自圖17A修改以描述依據第二雜訊及正規化方法的第四實施例之操作；圖17M為一圖式，其自圖17J修改以描述依據第三雜訊及正規化方法的第四實施例之操作；圖18A至圖18C為用於產生控制信號之邏輯電路的示意圖；圖18D為用於產生圖17B之SAM3、SAM4及TF信號的邏輯電路之示意圖；圖19為列解碼器之單元的示意圖，該列解碼器用於將全域RST、TF及SEL信號作為列信號RST(n)、TF(n)及SEL(n)自圖18A至圖18C之邏輯電路導引至一列像素中；圖20為圖19中所展示之列解碼器之單元的時序圖；圖21為一影像感測器及一影像擷取系統之第二實施例的示意圖；圖22為一影像感測器及一影像擷取系統之第三實施例的示意圖；圖23為一影像感測器及一影像擷取系統之第四實施例的示意圖；圖24為一影像感測器及一影像擷取系統之第五實施例的示意圖；圖25為一方法之流程圖，該方法用於校準一組特定之有正負號的縮放因數之殘餘雜訊，該組縮放因數用於具有類似布局及定向之一群像素；圖26為一方法之流程圖，該方法用於校準跨多群像素之複數組有正負號之縮放因數的殘餘雜訊； 圖27為用於驅動一列像素之TF[n]與RST[n]信號之驅動器電路的示意圖。
本文揭示一種影像感測器，其具有一像素陣列內之一或多個像素，每一像素包括一光偵測器及一轉接開關，該轉接開關將該光偵測器連接至一感測節點。該感測節點經由一重設開關連接至一垂直信號線。一輸出電晶體被連接至以將一輸出信號從該感測節點耦合至一垂直OUT線。該像素陣列可耦合至一控制電路且耦合至一或多個減法電路。該控制電路可使該輸出電晶體提供一第一參考輸出信號、一共同重設輸出信號及一第一感測節點重設輸出信號。在提供該共同重設輸出信號時，該轉接開關處於一三極體區中。在提供該第一參考輸出信號時，該重設開關處於一三極體區中。在提供該第一感測節點重設輸出信號時，該重設開關及該轉接開關兩者被切斷。一減法電路可對該共同重設輸出信號、該第一感測節點重設輸出信號及該第一參考輸出信號取樣。一減法電路可形成該經取樣之共同重設輸出信號、該經取樣之第一感測節點重設輸出信號及該經取樣之第一參考輸出信號之間的一加權差以產生一雜訊信號。該控制電路可使該像素提供一第二感測節點重設輸出信號、一光響應輸出信號及一第二參考輸出信號。在提供該光響應輸出信號時，該轉接開關處於一三極體區中。在提供該第二參考輸出信號時，該重設開關處於一三極體區中。在提供該第二感測節點重設輸出信號時，該重設開關及該轉接開關兩者被切斷。一減法電路可對該第二感測節點重設輸出信號、該光響應輸出信號及該第二參考輸出信號取樣。該光響應輸出信號對應於一將由該感測器擷取之影像。一減法電路可形成該經取樣之第二感測節點重設輸出信號、該經 取樣之第二參考輸出信號及該經取樣之光響應輸出信號之間的一加權差以產生一經正規化之光響應信號。可自該經正規化之光響應信號減去該雜訊信號以產生該感測器之一經去雜訊之信號。可進一步減去一直流偏移以形成該經去雜訊之信號。一影像擷取系統可包括該影像感測器及一處理器，該兩者形成該經去雜訊之信號。可在該處理器上執行該等步驟中之一或多者。
一減法電路可藉由以下方式提供一雜訊信號：對該共同重設輸出信號、該第一感測節點重設輸出信號及該第一參考輸出信號取樣且自該第一參考輸出信號減去該共同重設輸出信號及該第一感測節點重設輸出信號，該等信號各自藉由一各別有正負號之縮放因數來縮放。該減法電路可藉由以下方式提供一經正規化之光響應信號：對該光響應輸出信號、該第二感測節點重設輸出信號及該第二參考輸出信號取樣且自該第二參考輸出信號減去該光響應輸出信號及該第二感測節點重設輸出信號，該等信號各自已藉由一各別有正負號之縮放因數來縮放。可在該影像感測器上自該經正規化之光響應信號減去該雜訊信號以形成一經去雜訊之信號。或者，該雜訊信號及該經正規化之光響應信號可傳送至一外部處理器，在該外部處理器中，自該經正規化之光響應信號減去該雜訊信號。
或者，該雜訊信號及/或該經正規化之光響應信號可部分地形成於該影像感測器上之該減法電路中且部分地形成於該處理器上。該雜訊信號可儲存於一記憶體中，且隨後自該記憶體擷取以供自該經正規化之光響應信號減去。
可進一步自該經正規化之光響應信號減去一經預校準之偏移信號以形成該經去雜訊之影像信號。可自一記憶體(例如，諸如快閃記憶體之 非揮發性記憶體)擷取該經預校準之偏移信號。
可以若干相互等效之方法(在下文被稱作雜訊方法)中之一者來形成該雜訊信號。該等方法中之一者可完全在該影像感測器上執行，或部分在該影像感測器上且部分在該處理器上執行。
在一第一雜訊方法中，自一第一雜訊差減去一第二雜訊差，該等雜訊差各自已藉由一各別有正負號之縮放因數縮放。該第一雜訊差為自該經取樣之第一參考輸出信號減去該經取樣之共同重設輸出信號的結果。該第二雜訊差為自該經取樣之第一參考輸出信號減去該經取樣之第一感測節點重設輸出信號的結果。
在一第二雜訊方法中，自該第一雜訊差減去一第三雜訊差，該等雜訊差各自已藉由一各別有正負號之縮放因數縮放。該第一雜訊差係如上文所描述。該第三雜訊差為自該共同重設輸出信號減去該第一感測節點重設輸出信號的結果。
在一第三雜訊方法中，自該第二雜訊差減去該第三雜訊差，該等雜訊差各自已藉由一各別有正負號之縮放因數縮放。該第二雜訊差及該第三雜訊差係如上文所描述。
在一第四雜訊方法中，自該第一參考輸出信號、該第一感測節點輸出信號及該共同重設輸出信號直接形成該雜訊信號，該等輸出信號各自已藉由一有正負號之縮放因數縮放，而未形成該第一、第二或第三雜訊差。
存在其他可能之方法，該等方法用以藉由根據代數規則操縱若干項而自該共同重設輸出信號、該第一感測節點重設輸出信號及該第一參考輸出信號形成該雜訊信號，熟習此項技術者可將該等方法視為等效的或根據一乘法因數及/或一加法常數而等效。
該雜訊方法可部分在類比領域中且部分在數位領域中執行，或完全在類比領域或完全在數位領域中執行。該雜訊方法之部分可在一影像擷取系統中之外部處理器上執行，該影像擷取系統包括該影像感測器及該處理器。該影像擷取系統可包括一非揮發性記憶體，該非揮發性記憶體包含電腦指令，該等電腦指令在被執行時使該處理器或該影像感測器以該等雜訊方法中之一或多者來執行該等計算中之一或多者。
類似地，該經正規化之光響應信號可以若干相互等效之方法(在下文被稱作正規化方法)中之一者來形成。該等方法中之一者可完全在該影像感測器上執行，或部分在該影像感測器上且部分在該處理器上執行。
每一正規化方法具有一相應配對雜訊方法，該配對方法具有一組類似的有正負號之縮放因數。
在一第一正規化方法中，自一第一正規化差減去一第二正規化差，該等正規化差各自已藉由一各別有正負號之縮放因數縮放。該第一正規化差為自該第二參考輸出信號減去該光響應輸出信號的結果。該第二正規化差為自該第二參考輸出信號減去該第二感測節點重設輸出信號的結果。
在一第二正規化方法中，自該第一正規化差減去一第三正規化差，該等正規化差各自已藉由一各別有正負號之縮放因數縮放。該第一正規化差係如上文所描述。該第三正規化差為自該光響應輸出信號減去該第二感測節點重設輸出信號的結果。
在一第三正規化方法中，自該第二正規化差減去該第三正規化差，該等正規化差各自已藉由一各別有正負號之縮放因數縮放。該第二正規化差及該第三正規化差係如上文所描述。
在一第四正規化方法中，自該光響應輸出信號、該第二感測節點重設輸出信號及該第二參考輸出信號直接形成該經正規化之光響應信號，而未形成該第一、第二或第三差。
存在其他可能之方法，該等方法用以藉由根據代數規則操縱若干項而自該光響應輸出信號、該第二感測節點重設輸出信號及該第二參考輸出信號形成該經正規化之光響應信號，熟習此項技術者可將該等方法視為等效的或根據一乘法因數及/或一加法常數而等效。
該正規化方法可部分在類比領域中且部分在數位領域中執行，或完全在類比領域或完全在數位領域中執行。該正規化方法之部分可在一影像擷取系統中之外部處理器上執行，該影像擷取系統包括該影像感測器及該處理器。
該影像擷取系統可包括一非揮發性記憶體，該非揮發性記憶體包含電腦指令，該等電腦指令在被執行時使該處理器或該影像感測器以該等雜訊方法及/或正規化方法中之一或多者來執行該等計算中之一或多者。
第一雜訊方法可與第一正規化方法共用同一組有正負號之縮放因數或偏差在10%內的一組有正負號之縮放因數，且可共用執行該等方法之至少一部分(例如，該等縮放因數)的電路。同樣，第二雜訊方法可與第二正規化方法、第三雜訊方法與第三正規化方法，及第四雜訊方法與第四正規化方法共用同一組有正負號之縮放因數。
此程序增加經去雜訊之影像之訊雜比(SNR)。
參看圖13，一像素14包括一轉接開關117及一光偵側器100(例如，光電二極體)。該轉接開關117具有一連接至該光電二極體100之源極及一耦合至一輸出電晶體116(例如，源極隨耦器電晶體)之一閘極的汲 極。該源極在下文被稱作光電二極體節點(或儲存節點)115，且該汲極被稱為感測節點111。一重設開關112具有一連接至該感測節點111之源極及一連接至一IN線120之汲極。該重設開關112可將該感測節點111重設至一可變偏壓電壓，該可變偏壓電壓藉由一驅動器17提供至該像素陣列12，該驅動器17可在一控制信號DIN之控制下將該IN線120驅動至若干個電壓電平中之一者。一選擇開關114可與該輸出電晶體116串聯，以使得如圖13中所展示，來自該輸出電晶體116之一輸出信號經連接以傳輸至一OUT線124。OUT線124為將該像素陣列12連接至光讀取器16、16'之垂直信號18的一部分。或者，各自包括一光偵測器及一轉接開關之多個像素可聚集在一起以共用一重設開關112、一選擇開關114及一輸出電晶體116以達成較高面密度，如圖12中所展示。該影像感測器10較佳以CMOS製造方法及電路來構造。該CMOS影像感測器具有以下特性：高速、低功率消耗、小像素間距及高SNR。
第一實施例
更特定地藉由參考數字參看圖式，圖1展示本發明之影像感測器10的第一實施例。該影像感測器10包括一像素陣列12，該像素陣列12包括複數個個別光偵測像素14。該等像素14配置成列與行之二維陣列。
該像素陣列12藉由一匯流排18耦合至光讀取器電路16、16'且藉由控制線22耦合至一列解碼器20。該列解碼器20可選擇該像素陣列12之一個別列。該等光讀取器16、16'可接著讀取選定列內之特定離散行。列解碼器20及光讀取器16、16'共同實現陣列12中之一個別像素14之讀取。光讀取器16、16'之輸出19a、19b可各自分別在信號COEF1及COEF2之控制下經由兩個增益電路21經受一各別增益及正負號反轉，接著在耦合至該等增益電路21之類比減法器17處互減。
該類比減法器17可藉由輸出線26耦合至一類比至數位轉換器24(ADC)。該ADC 24產生一數位位元串，其對應於由類比減法器17提供之信號的振幅。
該ADC 24可藉由線36及開關38、40及42耦合至一對第一影像緩衝器28及30及一對第二影像緩衝器32及34。該等第一影像緩衝器28及30藉由線46及開關48耦合至一記憶體控制器44。該等第二影像緩衝器32及34藉由線52及開關54耦合至一資料組合器50。該記憶體控制器44及該資料組合器50分別藉由線58及60連接至一讀回緩衝器56。該讀回緩衝器56之輸出藉由線62連接至該控制器44。該資料組合器50藉由線64連接至該記憶體控制器44。另外，該控制器44藉由線66連接至該ADC 24。該記憶體控制器44藉由一控制器匯流排70耦合至一外部匯流排68。該外部匯流排68可耦合至一外部處理器72、一外部記憶體74及/或一電可程式化唯讀記憶體(EPROM)78，其可為快閃記憶體。匯流排70、處理器72、記憶體74及EPROM 78在現有數位相機、相機及蜂巢式電話中很常見。
資料訊務
為擷取一靜止圖像影像，該等光讀取器16、16'自像素陣列12逐行擷取該等經取樣之第一參考輸出信號、該等經取樣之共同重設輸出信號及該等經取樣之第一感測節點重設輸出信號，以用於形成該圖像之雜訊資料(一第一影像)。該開關38處於將該ADC 24連接至該第一影像緩衝器28及30之狀態。開關40及48經設定以使得資料進入一緩衝器28或30中且藉由記憶體控制器44自另一緩衝器30或28擷取。舉例而言，該像素之第二行可儲存於緩衝器30中，而像素資料之第一行藉由記憶體控制器44自緩衝器28擷取且儲存於外部記憶體74中。
在該圖像之第二影像(經正規化之光響應資料)的第一行可獲得時，開關38經選擇以交替地將第一影像資料及第二影像資料分別儲存於第一影像緩衝器28及30及第二影像緩衝器32及34中。開關48及54可經選擇以按交錯方式交替地將第一及第二影像資料輸出至該外部記憶體74或處理器72。該組合器50在通過模式(pass-through mode)下配置以將來自第二影像緩衝器32及34之資料傳遞至記憶體控制器44。此過程描繪於圖2中。
存在用以擷取且組合該第一影像資料及該第二影像資料之多種方法。如圖3中所展示，在一種方法中，自外部記憶體74以記憶體資料速率擷取該第一影像及該第二影像之每一行、將其儲存於該讀回緩衝器56中、在資料組合器50中組合且以處理器資料速率傳輸至該處理器72。圖8及圖9說明一替代方法。該圖像之第一影像的像素資料行可儲存於外部記憶體74中。如圖8及圖9中所展示，在該圖像之第二影像之第一行可獲得時，自記憶體74以該記憶體資料速率擷取該第一影像之第一行且將其在資料組合器50中組合。將該經組合之資料以該處理器資料速率傳送至該外部處理器72。如圖9中所展示，該外部記憶體均以該記憶體資料速率來輸出及輸入來自第一影像之像素資料行。圖8亦展示一可選校準資料可輸入至該影像感測器以在資料組合器50中組合而形成經組合之資料。該校準資料可儲存於該外部記憶體74或獨立EPROM 78中。
為減少影像中之雜訊，控制器44較佳在光讀取器16非擷取輸出信號時傳送資料。
在另一方法中，遵照圖2中所展示之序列時序，可將該第一影像及該第二影像輸出至該處理器72。該處理器72可將在相機之起動期間自 EPROM 78擷取之校準資料影像儲存於第二記憶體(未圖示)中。該處理器72可將該第一影像之行儲存於一第三記憶體(未圖示)中。在該第二影像之第一行到達該處理器72時，該處理器72可自該第二記憶體擷取該校準資料影像之第一行且自該第三記憶體擷取該第一影像之第一行，且將其與該第二影像之第一行組合以形成該圖像之第一行。該處理器對該圖像之第二行、第三行及後續行同樣地執行諸操作。
像素
圖13展示像素陣列12之像素14之一實施例的示意圖。像素14可包含一光偵測器100。舉例而言，該光偵測器100可為光電二極體。該光偵測器100可經由轉接電晶體(開關)117連接至一重設電晶體(開關)112。該光偵測器100亦可經由一輸出(亦即，源極隨耦器)電晶體16耦合至一選擇電晶體(開關)114。電晶體112、114、116、117可為場效電晶體(FET)。
轉接開關112之閘極可連接至一TF(n)線121。重設電晶體112之閘極可連接至一RST(n)線118。重設電晶體112之汲極節點可連接至一IN線120。選擇電晶體114之閘極可連接至一SEL線122。選擇電晶體114之源極節點可連接至一OUT線124。RST(n)線118、SEL(n)線122及TF(n)線126可為像素陣列12中之一整列像素所共有。同樣，IN線120及OUT線124可為像素陣列12中之一整行像素所共有。RST(n)線118、SEL(n)線122及TF(n)線121連接至列解碼器20且為控制線22之一部分。
參看圖13，藉由三態緩衝器374來驅動RST(n)線118及TF(n)線121。圖27展示三態緩衝器374之示意圖。三態緩衝器374具有一輸入A及一輸出Y。該輸出Y可經由上拉電晶體MN3 907連接至一電源電壓VDD。在輸入A處於邏輯低位準時，該輸出Y處於低電平，例如，0伏。在輸入A升 高至一邏輯高位準(例如，3.3伏)時，該輸出Y升高至一電壓電平，其大致為比該上拉電晶體MN3之一閘極電壓(在此實施例中，該輸入A之邏輯高位準)低一個臨限電壓降，接著上拉電流快速減少直至基本上變為零，在該種狀態下，該輸出Y變成三態的。被驅動至此三態之RST(n)線118及TF(n)線121可藉由在三態期間進行低至高轉變的信號經由一電容器而電容耦合至更高之電壓電平。在此實施例中，該IN線120上的低至高之轉變分別經由重設開關112之閘極至溝道、閘極至源極、閘極至汲極電容及一金屬至金屬電容器126之電容來電容耦合至該RST(n)線118及TF(n)線121中。
該金屬至金屬電容器126說明於圖4中。該IN線120可承載於metal3電線中。該TF(n)線121可承載於meta12電線中。一延伸之metal2區形成電容器126之底板。藉由絕緣體(諸如，1000埃厚之氮化矽)與該底板絕緣的獨立金屬頂板置於該底板之頂部上且經由稱作via2之管洞連接至metal3線。
該IN線可由一IN驅動電路17驅動至四個電壓電平中之一者，其自最高至最低分別為VPH0、VPH1、VPH2及0伏，該等電壓電平可藉由控制輸入DIN(1：0)選擇。DIN=「11」選擇VPH0，「10」選擇VPH1，「01」選擇VPH2，且「00」選擇0伏。
圖12展示兩個像素14之替代實施例的示意圖，該兩個像素14各自來自該像素陣列12之兩個相鄰列中之一者。該兩個像素14形成一像素對14'。該像素對14'包括兩個光偵測器100a、100b，其分別經由轉接開關117a、117b連接至共用感測節點111。轉接開關117a、117b分別藉由連接至其各別閘極之水平信號TF(n+1)121a及TF(n)121b控制。一共用重設開關112在一共用水平信號RST(n)118之控制下將感測節點111連接 至垂直IN線120，該共用水平信號RST(n)118連接至重設開關112之閘極。重設開關112及轉接開關117a，在一起被開啟且藉由將信號RST(n)118及信號TF(n+1)121a驅動至高而各自進入三極體區中時，可將光偵測器100a重設至藉由垂直IN信號120傳輸之電壓。同樣，重設開關112及轉接開關117b，在一起被開啟且藉由將信號RST(n)118及信號TF(n+1)121b驅動至高而各自進入三極體區中時，可將光偵測器100b重設至藉由垂直IN信號120傳輸之電壓。
參看圖12，一輸出電晶體116經由一選擇電晶體114連接至一垂直OUT線124，選擇電晶體114係藉由水平信號SEL(n)122開啟。該輸出電晶體116及該選擇電晶體114係在兩對光偵測器及轉接開關間共用。一信號可藉由驅動水平信號TF(n+1)121a及SEL(n)122而自光偵測器100a傳輸至垂直OUT線124。同樣，一信號可藉由驅動水平信號TF(n+1)121b及SEL(n)122而自光偵測器100b傳輸至垂直OUT線124。
以類似方式，三對或更多對之光偵測器及轉接開關可共用一重設開關、一輸出電晶體及一選擇開關。每一對可駐留於一群相鄰列中的不同列中。一共同選擇信號及一共同重設信號可由該等相鄰列共用。
像素信號擷取：光讀取器
圖14A展示一光讀取器電路16之一實施例。該光讀取器16可包括複數個取樣電路150，其各自連接至該像素陣列12之一OUT線124。每一取樣電路150可包括一第一電容器152及一第二電容器154。該第一電容器152分別藉由開關158及160耦合至該OUT線124及一虛擬接地信號GND1 156。該第二電容器154分別藉由開關162及164耦合至該OUT線124及虛擬接地GND1信號。開關158及160藉由一控制線SAM1 166控制。開關162及164藉由一控制線SAM2 168控制。電容器152與154可連 接在一起以藉由閉合開關170來執行一電壓(及/或電荷)減法運算。開關170藉由一控制線SUB 172控制。
該等取樣電路150藉由複數個第一開關182及複數個第二開關184連接至一運算放大器180。該放大器180具有：一負端子「-」，其藉由該等第一開關182耦合至該等第一電容器152；及一正端子「+」，其藉由該等第二開關184耦合至該等第二電容器154。該運算放大器180具有一連接至一輸出線OP 188之正輸出「+」及一連接至一輸出線OM 186之負輸出「-」。參看圖1，舉例而言，對於光讀取器16，該等輸出線186及188經由信號19a連接至一增益電路21，而對於光讀取器16'，該等輸出線186及188經由信號19b連接至另一增益電路21。
該運算放大器180提供一經放大之信號，該信號為一儲存於該第一電容器152中之電壓與一儲存於該第二電容器154中之電壓之間的差，該第一電容器150及該第二電容器154屬於連接至該放大器180之一取樣電路150。該放大器180之增益可藉由調整可變電容器190來改變。該等可變電容器190可藉由閉合一對開關192而放電。該等開關192可連接至一相應控制線(未圖示)。儘管展示並描述一單一放大器，但應理解在該光讀取器電路160中可使用一個以上之放大器。
圖14B展示另一光讀取器16'。該光讀取器16'與圖14A中所展示之光讀取器16不同，在於該第一電容器152用一SAM3信號167替代該SAM1信號166來取樣，且該第二電容器154用一SAM4信號169替代該SAM2信號168來取樣。參看圖1，光讀取器16'之輸出線186、188經由信號19b連接至一增益電路17。
操作--第一實施例
圖1中所展示之第一實施例可依據第一、第二及第三雜訊方法中之任一 者與第一、第二及第三正規化方法中之任一者的任何組合來操作。圖15A展示根據第二雜訊方法及第二正規化方法的第一實施例之操作的流程圖；圖15B展示根據第一雜訊方法及第二雜訊方法之操作的流程圖；且圖15C展示根據第三雜訊方法與第三正規化方法之操作的流程圖。然而，一雜訊方法(例如，第三雜訊方法)可與一非相應之正規化方法(例如，第二正規化方法)一起使用。舉例而言，可藉由用圖15A之步驟316a替換圖15C之步驟316c來組合用於成對之第三雜訊方法與該第二正規化方法的流程圖。同樣，可藉由用圖15C之步驟316c替換圖15B之步驟306b來組合用於成對之第三雜訊方法與第一正規化方法的流程圖。
分別對應於圖15A至圖15C，圖17A至圖17C說明在產生該雜訊信號及該經正規化之光響應信號之過程中一像素14之儲存節點115及一相應感測節點111的電壓電平的改變，其尤其指示該第一參考輸出信號、該共同重設輸出信號、該第一感測節點重設輸出信號中之哪一者係依據不同雜訊方法分別藉由該SAM1信號、該SAM2信號、該SAM3信號及該SAM4信號來取樣，且指示該第二參考輸出信號、該第二感測節點重設輸出信號及該光響應輸出信號中之哪一者係依據不同正規化方法分別藉由該SAM1信號、該SAM2信號、該SAM3信號及該SAM4信號來取樣。不同於圖17A至圖17C(其各自說明一雜訊方法與一相應正規化方法一起使用)，圖17D及圖17E說明非相應雜訊及正規化方法。圖17D說明第三雜訊方法與第二正規化方法一起使用。圖17E說明第三雜訊方法與第一正規化方法一起使用。此等圖式說明一雜訊方法可與一非相應正規化方法一起使用。
圖17A至圖17E亦可各自用以描述依據第四雜訊方法及第四正規化方法 的本發明之影像感測器的一替代實施例之操作，其不形成雜訊與正規化差之中間信號。
圖15A展示根據該第二雜訊方法及該第二正規化方法的該影像感測器10之第一實施例的操作之流程圖。在步驟300中，經由該IN線120將一第一參考信號驅動至該感測節點111上，且接著藉由該輸出電晶體116輸出一第一參考輸出信號並將其作為一經取樣之第一參考輸出信號儲存於該光讀取器16中。參看圖13中之示意圖及圖16中之時序圖，此舉可藉由以下方式實現：將該RST(n)線118、TF(n)線121及IN線120自一低電壓切換至一高電壓以開啟該重設開關112並進入一三極體區中。同時可接通該轉接開關117以藉由將該TF(n)線121驅動至高來將該第一參考信號傳輸至該光偵測器100。針對一整列，將該RST(n)線118及該TF(n)線121驅動至高。針對一整行，將該IN線120驅動至高。在該IN線120最初為低時，首先將該RST(n)線118及該TF(n)線121驅動至高。
該RST[n]線118及該TF[n]線121可各自經連接以由該三態緩衝器374驅動，該三態緩衝器374之輸出在自0伏驅動至一高電平後進入一三態。隨後，在該IN線120自一低狀態切換至一高狀態時，電容耦合(歸因於重設開關112之閘極至溝道電容及電容器126之電容)使該重設開關112及該轉接開關117之閘極電壓各自進一步升高以分別將該重設開關112及該轉接開關117保持在一三極體區中。在該重設開關112及該轉接開關177處於其各別三極體區中之情況下，該儲存節點115及該感測節點111處之電壓被驅動至該IN線120上之電壓電平。提供一較高閘極電壓(該閘極電壓高得足以將該重設開關112及該轉接開關117同時維持在三極體區中)允許該光偵測器重設至一較高電平，因此准許該OUT線124上之一較大電壓擺動範圍支援自該像素14輸出之輸出信號的一較 大動態範圍。
該SEL[n]線122亦切換至一高電壓電平，該電壓電平接通選擇開關114。該感測節點111之電壓在該輸出電晶體116處之電平移位後經由輸出電晶體116及選擇電晶體114耦合至該OUT線124。選擇該光讀取器16之SAM1控制線166(見圖14A)，以使得該OUT線124上之電壓作為一經取樣之第一參考輸出信號儲存於該第一電容器152中。
參看圖15A，在步驟302中，該感測節點111及該儲存節點115接著重設，且一共同重設輸出信號作為一經取樣之共同重設輸出信號儲存於該光讀取器16中。參看圖13及圖16，此舉可藉由以下方式實現：將該RST[n]線118驅動至低以關斷該重設開關112並重設該像素14，同時保持該TF[n]線121處於高電平，以使得該轉接開關117保持於三極體區中。關斷該重設開關112歸因於重設雜訊、電荷注入及時脈饋通而在該光偵測器100上產生一誤差信號。如圖17A中所展示，在該重設開關112切斷時，該誤差信號將該儲存節點115及該感測節點111處之共同電壓降低至VB。將該SAM2線168及該SAM3線167驅動至高，將該SEL線122先驅動至低且接著再次驅動至高，以使得該感測節點111之電壓的經電平移位之版本作為一經取樣之共同重設輸出信號儲存於該光讀取器16之第二電容器154(見圖14A)中及該光讀取器電路16'之第一電容器152(見圖14B)中。
參看圖15A，在步驟304中，該轉接開關117接著關斷，且接著一第一感測節點重設輸出信號作為一經取樣之第一感測節點重設輸出信號儲存於該光讀取器16'中。參看圖13及圖16，此舉可藉由將該TF[n]線121驅動至低以關斷該轉接開關117實現。關斷該轉接開關117歸因於重設雜訊、電荷注入及時脈饋通而在該儲存節點115及該感測節點111處產生 一誤差信號。如圖17A中所展示，在該轉接開關112關斷時，該誤差信號分別將該儲存節點115處之電壓降低至VC1且將該感測節點111處之電壓降低至VC2。將該SAM4線169驅動至高，將該SEL線122驅動至低且接著再次驅動至高，以使得該感測節點111之電壓的一經電平移位之版本儲存於該光讀取器電路16'之第二電容器154中作為該經取樣之第一感測節點重設輸出信號。
參看圖15A，在步驟306a中，接著自該經取樣之第一參考輸出信號減去該經取樣之共同重設輸出信號以給出一第一雜訊差信號，且自該經取樣之共同重設輸出信號減去該經取樣之第一感測節點重設輸出信號以給出一第三雜訊差信號。接著自該第一雜訊差信號減去該第三雜訊差信號以各自在一各別增益下給出該雜訊信號、該第一雜訊差信號及該第三雜訊差信號。由ADC 24將該雜訊信號轉換至數位位元串。根據圖2、圖3、圖8或圖9中所描述之技術中之一者來將該數位輸出資料儲存於該外部記憶體74內。該雜訊資料對應於該第一影像。參看圖1、圖13、圖14A及圖14B，該等用以產生該第一差及該第三差之減法運算可藉由以下方式實現：閉合該等光讀取器16、16'之開關170、171、182、183、184及185以自該第一電容器152上之電壓減去該第二電容器154上之電壓。分別代表該第一雜訊差及該第三雜訊差的光讀取器16、16'之輸出信號19a、19b分別依據有正負號之縮放因數COEF1及COEF2由類比增益電路21來縮放，接著在該類比減法器17處互減以給出該雜訊差。一耦合至該類比減法器17之ADC 24將該雜訊信號數位化成雜訊資料，其隨後儲存於該記憶體74中。
該等有正負號之縮放因數COEF1及COEF2可由該外部處理器72或一板載校準電路(未圖示)選擇或提供或自該影像感測器上或該影像感測 器外部之一非揮發性記憶體選擇或提供。可根據稍後在本說明書中描述的幾種校準方法中之一者來判定或預判定該等有正負號之縮放因數。該等縮放因數COEF1及COEF2中之每一者可具有一各別正負號。在使用非相應雜訊及正規化方法時，該等縮放因數COEF1及COEF2可在產生該第一影像與產生該第二影像之間改變。
參看圖15A，在步驟308中，TF[n]線、RST[n]線、SEL[n]線保持為低歷時一曝光時間之持續時間，同時該光電二極體積聚電荷。
參看圖15A，在步驟310中，重設該感測節點111，且接著將該第二感測節點重設輸出信號作為一經取樣之第二感測節點重設輸出信號儲存於該光讀取器16中。參看圖13及圖16，此舉可藉由以下方式實現：將該RST[n]線118驅動至高使之進入三態，接著藉由將該IN線120自一低電平驅動至一高電平(下文稱作「第二跳板電平」)而使該RST[n]線118電容耦合至一較高電壓電平，接著將該RST[n]線118驅動至低以關斷該重設開關112且重設該感測節點111。如圖17A中所展示，該感測節點電壓現為VD2，而該儲存節點為VD1。該TF[n]線121保持為低。將該SAM4線169驅動至高，將該SEL[n]線122驅動至高，以使得該感測節點電壓之一經電平移位之版本作為一經取樣之第二感測節點重設輸出信號儲存於該光讀取器電路16'之第二電容器154(見圖14B)中。該第二跳板電平為剛好在針對該第二感測節點重設而切斷該重設開關112之前的一感測節點電壓電平。該第二跳板電平可能與該第一參考電平相同或不同。
參看圖15A，在區塊312中，自該輸出電晶體116對該光響應輸出信號取樣，且將其作為一經取樣之光響應輸出信號儲存於該光讀取器電路16、16'中。該光響應輸出信號對應於正由該影像感測器10偵測之光學 影像。參看圖13、圖14A、圖14B及圖16，此舉可藉由以下方式實現：使該等TF[n]線121、SEL[n]線122、SAM3線167及SAM2線168處於一高狀態，該RST[n]線118處於一低狀態且將該轉接開關117驅動至一三極體區中。圖17A展示VE作為該儲存節點115及該感測節點111之一共同電壓。該等光讀取器16、16'之各別第二電容器154及第一電容器152將該儲存節點115及該感測節點111之共同電壓的一經電平移位之版本作為該經取樣之光響應輸出信號儲存。
參看圖15A，在區塊314中，自該感測節點111及該輸出電晶體116產生該第二參考輸出信號且將其儲存於該光讀取器16中。參看圖13、圖14A及圖16，首先將該RST[n]線118驅動至高且接著驅動至三態。該重設開關112進入一三極體區。將該IN線120驅動至高，進而將該重設開關112之閘極節點118電容耦合至一較高電壓電平以使該重設開關112維持在該三極體區中，以使得該感測節點111處之電壓電平被驅動至提供於該IN線120上之電壓電平。如圖17A中所展示，該感測節點電壓現為VG。接著將該SEL[n]線122及該SAM1線166驅動至高以將該第二參考輸出電壓作為一經取樣之第二參考輸出信號儲存於該光讀取器16之第一電容器152中。
參看圖15A，在區塊316a中，自該經取樣之第二參考輸出信號減去該經取樣之光響應輸出信號以形成一第一正規化差，自該經取樣之光響應輸出信號減去該經取樣之第二感測節點重設輸出信號以形成一第三正規化差，且自該第一正規化差減去該第三正規化差以形成一經正規化之光響應信號。將該經正規化之光響應信號轉換成一數位位元串以產生一經正規化之光輸出資料，其儲存於該等第二影像緩衝器32及34中。該經正規化之光響應信號對應於該第二影像。參看圖13、圖14及 圖16，該減法過程可藉由閉合該等光讀取器16、16'之開關170、182、183、184及185實現。分別代表該第一正規化差及該第三正規化差的光讀取器16、16'之輸出信號19a、19b分別依據有正負號之縮放因數COEF1及COEF2由類比增益電路21縮放，接著在該類比減法器17處互減以給出該經正規化之光響應信號。該等COEF1及COEF2值可與產生該雜訊信號過程中之COEF1及COEF2值相同，或具有在其10%之內之比率。接著由該ADC 24將該經正規化之光響應信號轉換成一數位位元串作為一經正規化之光響應資料。
參看圖15A，在區塊318中，自外部記憶體擷取該雜訊資料(且亦可為校準資料)。在區塊320中，由該組合器50或在圖2中由該處理器72在該影像感測器中根據圖8中所展示之技術中之一者將該雜訊資料(及校準資料)與該經正規化之光輸出資料組合。該雜訊資料對應於該第一影像，且該經正規化之光輸出資料對應於該第二影像。因此，移除該經正規化之光響應資料中之一重設雜訊以形成一經去雜訊之影像。該影像感測器用一具有僅四個電晶體之像素來執行此雜訊消除，進而藉由使用該轉接開關117使該儲存節點115與該感測節點111分離來使該儲存節點115上之暗電流減少。使用在鄰近光偵測器間共用該選擇開關114及該輸出電晶體116可達成每像素少於兩個電晶體。此影像感測器因此提供雜訊消除，同時維持相對小之像素間距。
圖17A說明依據圖15A之流程圖來使用圖1之影像感測器之第一實施例。在該光讀取器16中形成該等第一雜訊及正規化差，該光讀取器16對於圖15A中之流程圖的步驟300用該SAM1信號166對該第一參考輸出信號取樣，且對於圖15A中之流程圖的步驟302用該SAM2信號168對該共同重設輸出信號取樣，且在一曝光後，對於該流程圖之步驟314用 該SAM1信號166對該第二參考輸出信號取樣，且對於該流程圖之步驟312用該SAM2信號168對該光響應輸出信號取樣。在該光讀取器16'中形成該第三雜訊及正規化差，該光讀取器16'對於圖15A中之流程圖的步驟302用該SAM3信號167對該共同重設輸出信號取樣，且對於圖15A中之流程圖的步驟304用該SAM4信號169對該第一感測節點重設輸出信號取樣，且在該曝光後，對於該流程圖之步驟314用該SAM3信號167對該光響應輸出信號取樣，且對於該流程圖之步驟312用該SAM4信號169對該第二重設輸出信號取樣。
因此，圖17A展示SAM1信號166對該第一參考輸出信號取樣、SAM2信號168及SAM3信號167對該共同重設輸出信號取樣且SAM4信號169對該第一感測節點重設輸出信號取樣以形成該雜訊信號。圖17A亦展示SAM1信號166對該第二參考輸出信號取樣、SAM2信號168及SAM3信號167對該光響應輸出信號取樣且SAM4信號169對該第二感測節點重設輸出信號取樣以在該曝光後形成該經正規化之光響應信號。該光讀取器16形成該等第一雜訊及正規化差。該光讀取器16'形成該等第三雜訊及正規化差。該類比減法器17在該第一雜訊差與該第三雜訊差(其各自用一各別有正負號之縮放因數來縮放)之間進行減法運算，以根據該第二雜訊方法形成該雜訊信號。該類比減法器17在該第一正規化差與該第三正規化差(其各自用一各別有正負號之縮放因數來縮放)之間進行減法運算，以根據該第二正規化方法形成該經正規化之光響應信號。
所描述之過程係跨該像素陣列12中之複數個列像素按一序列來執行。如圖16中所展示，雜訊信號可產生自該像素陣列中之第n列，而經正規化之光響應信號產生自第n-l列，其中l為多倍線週期的曝光持續時間。 如上文所提及，圖15A中之流程圖的步驟306a可用圖15B之步驟306b或圖15C之步驟306c來替換。且，圖15A中之步驟316a可用圖15B之步驟316b或圖15C之步驟316c來替換。
圖17B說明依據圖15B之流程圖來使用圖1之影像感測器之第一實施例。在圖15B中，圖15A之步驟306a、316a分別用步驟306b、316b來替換，其中該第二雜訊差替換該第三雜訊差，且該第二正規化差替換該第三正規化差。在該光讀取器16'中形成該等第二雜訊及正規化差，該光讀取器16'對於圖15B中之流程圖的步驟300用該SAM3信號167對該第一參考輸出信號取樣，且對於圖15B中之流程圖的步驟304用該SAM4信號169對該第一感測節點重設輸出信號取樣，且在該曝光後，對於該流程圖之步驟314用該SAM3信號167對該第二參考輸出信號取樣，且對於該流程圖之步驟310用該SAM4信號169對該第二感測節點重設輸出信號取樣。因此，圖17B展示SAM1信號166及SAM3信號167對該第一參考輸出信號取樣、SAM2信號168對該共同重設輸出信號取樣，且SAM4信號169對該第一感測節點重設輸出信號取樣以形成該雜訊信號。圖17B亦展示SAM1信號166及SAM3信號167對該第二參考輸出信號取樣、SAM2信號168對該光響應輸出信號取樣，且SAM4信號169對該第二感測節點重設輸出信號取樣以形成該經正規化之光響應信號。該光讀取器16形成該等第一雜訊及正規化差。該光讀取器16'形成該等第二雜訊及正規化差。該類比減法器17在該第一雜訊差與該第二雜訊差(其各自用一各別有正負號之縮放因數來縮放)之間進行減法運算，以根據該第一雜訊方法形成該雜訊信號。該類比減法器17在該第一正規化差與該第二正規化差(其各自用一各別有正負號之縮放因數來縮放)之間進行減法運算，以根據該第一正規化方法形成該經正規化之 光響應信號。
圖17C說明依據圖15C之流程圖來使用圖1之影像感測器之第一實施例。在圖15C中，圖15A之步驟306a、316a分別用步驟306c、316c來替換，其中該第二雜訊差替換該第一雜訊差，且該第二正規化差替換該第一正規化差。在該光讀取器16中形成該等第二雜訊及正規化差，該光讀取器16對於圖15C中之流程圖的步驟300用該SAM1信號166對該第一參考輸出信號取樣，且對於圖15C中之流程圖的步驟304用該SAM2信號168對該第一感測節點重設輸出信號取樣，且在一曝光後，對於該流程圖之步驟314用該SAM1信號166對該第二參考輸出信號取樣，且對於該流程圖之步驟310用該SAM2信號168對該第二感測節點重設輸出信號取樣。因此，圖17C展示SAM1信號166對該第一參考輸出信號取樣、SAM3信號167對該共同重設輸出信號取樣，且SAM2信號168及SAM4信號169對該第一感測節點重設輸出信號取以形成該雜訊信號。圖17C亦展示SAM1信號166對該第二參考輸出信號取樣、SAM3信號167對該光響應輸出信號取樣，且SAM2信號168及SAM4信號169對該第二感測節點重設輸出信號取樣以形成該經正規化之光響應信號。該光讀取器16形成該等第二雜訊及正規化差。該光讀取器16'形成該等第三雜訊及正規化差。該類比減法器17在該第二雜訊差與該第三雜訊差(其各自用一各別有正負號之縮放因數來縮放)之間進行減法運算，以根據該第三雜訊方法形成該雜訊信號。該類比減法器17在該第二正規化差與該第三正規化差(其各自用一各別有正負號之縮放因數來縮放)之間進行減法運算，以根據該第三正規化方法來形成該經正規化之光響應信號，該縮放因數可與用於該第三雜訊方法之縮放因數相同。
圖17D說明依據混合成對之第三雜訊方法與第二正規化方法來使用圖1 之影像感測器的第一實施例。因此，圖17D展示SAM1信號166對該第一參考輸出信號取樣、SAM3信號167對該共同重設輸出信號取樣，且SAM2信號168及SAM4信號169對該第一感測節點重設輸出信號取樣以形成該雜訊信號。圖17D亦展示SAM1信號166對該第二參考輸出信號取樣、SAM2信號168及SAM3信號167對該光響應輸出信號取樣，且SAM4信號169對該第二感測節點重設輸出信號取樣以形成該經正規化之光響應信號。該光讀取器16形成該第二雜訊差及該第一正規化差。該光讀取器16'形成該第三雜訊差及該第三正規化差。該類比減法器17在該第二雜訊差與該第三雜訊差(其各自用一各別有正負號之縮放因數來縮放)之間進行減法運算，以根據該第三雜訊方法形成一雜訊信號。該類比減法器17在該第一正規化差與該第三正規化差(其各自用一各別有正負號之縮放因數來縮放)之間進行減法運算，以根據該第二正規化方法形成一經正規化之光響應信號。
圖17E說明依據混合成對之第三雜訊方法與第一正規化方法來使用圖1之影像感測器的第一實施例。該光讀取器16形成該第二雜訊及該第一正規化差。該光讀取器16'形成該第三雜訊差及該第二正規化差。該類比減法器17在該第二雜訊差與該第三雜訊差(其各自用一各別有正負號之縮放因數來縮放)之間進行減法運算，以根據第三雜訊方法形成一雜訊信號。該類比減法器17在該第一正規化差與該第二正規化差(其各自用一各別有正負號之縮放因數來縮放)之間進行減法運算，以根據第一正規化方法形成一經正規化之光響應信號。
一額外之第三參考電平可應用於第一雜訊方法。圖17J展示對該第一實施例實施第一雜訊方法的一個此種實例，吾人可藉由以下方式將圖17B修改成圖17J：添加一第三參考電平，以在步驟304後立即施加至該感 測節點111，且改變SAM3以在此第三參考電平期間取樣並儲存一經取樣之第三參考輸出信號，而非在步驟300中在該第一參考電平期間取樣。在此種情況下，該第二雜訊差為該經取樣之第三參考輸出信號減去該經取樣之第一感測節點重設信號。
同樣地，對於在曝光後進行之取樣，在步驟310中該第二感測節點重設之前可將一第四參考電平施加至該感測節點111，且自步驟314移來SAM3以對此時產生之第四參考輸出信號取樣以儲存一經取樣之第四參考輸出信號。在此種情況下，該第二正規化差為該經取樣之第四參考輸出信號減去該經取樣之第二感測節點重設信號。應注意，在此處，該第四參考電平亦充當該第二跳板電平。然而，如熟習此項技術者可易於認識到，一不同於該第四參考電平之第二跳板電平可提供於該IN線120上且在介於該第四參考電平與該第二感測節點重設之際跨越重設開關112驅動至該感測節點111上，以調整該第二感測節點重設電平且隨之調整該光響應電平。
如熟習此項技術者將易於知道執行的，自該第一實施例的圖16之時序圖改變相應控制信號，且自圖18A至圖18D之示意圖改變相應邏輯電路。該等第三及第四參考電平可與該等第一及第二參考電平相同或不相同。在其不同之情況下，如熟習此項技術者將易於知道執行的，可在一類比電路中或在一數位電路中或在該外部處理器72上減去一直流偏移。
依據該等第二雜訊及正規化方法來操作之第一實施例為最佳模式。
第二實施例
圖21說明該影像感測器之一第二實施例。在此替代實施例中，圖1中之第一實施例的類比增益電路21及類比減法器17分別用位於該ADC 24後 之數位增益電路21'及數位減法器17'來替換。或者，該等類比增益電路21及類比減法器17之功能可由一數位電路或一機載可程式化處理器來替換且執行，該數位電路或該板載可程式化處理器執行電腦指令，即，包括在被執行時使該可程式化處理器執行此等功能之指令的電腦程式。該第二實施例可如同該第一實施例一樣操作。
第三實施例
圖22說明一第三實施例。在該第三實施例中，圖1中之第一實施例的光讀取器16、16'、類比增益電路21及類比減法器17用圖14C中所展示之一三重取樣光讀取器16"來替換。
圖14C展示該三重取樣光讀取器16"之示意圖。該三重取樣光讀取器16"包括複數個三重取樣電路150"，其各自包括一第一對電容器及一第二對電容器。該第一對電容器包括一第一電容器152及一第二電容器154，其各自具有一第一電容。該第二對電容器包括一第三電容器153及一第四電容器155，其各自具有一第二電容。該第一電容與該第二電容之間的一比率可改變。舉例而言，該比率可根據在影像感測器10"上或在一外部處理器72上執行之校準程序(諸如，稍後在本說明書中描述之校準程序中之一者)來改變。在每一對內，一電容器電耦合至一放大器180之一正端子「+」，而另一電容器電耦合至該放大器180之一負端子「-」。每一對電容器、放大器180及連接於該放大器180之輸出端子與輸入端子之間的一對回饋電容器190可一起在取樣至該對電容器內之電容器上的兩個電壓信號之間執行一減法運算。該光讀取器150"可藉由閉合開關170、171及182至184且斷開開關190來執行一第一減法運算以自該第一電容器上之一第一電壓減去該第二電容器上之一第二電壓，執行一第二減法運算以自該第三電容器上之一第三電壓減 去該第四電容器上之一第四電壓，且執行一第三減法運算以自來自該第一減法運算之一第一差減去來自該第二減法運算之一第二差，該等第一及第二差中之每一者分別被給予一等於第一及第二電容之權重。在開關170、170均閉合時，該三重取樣光讀取器16"有效地一次全部執行該第一減法運算至該第三減法運算，而未必形成該等第一或第二差之中間信號。因此，該三重取樣光讀取器16"能夠執行該等第一至第三雜訊方法中之任一者，而無需依據各別雜訊方法來形成所有該等第一至第三雜訊差。同樣，該三重取樣光讀取器16"能夠執行第一至第三正規化方法中之任一者，而無需依據各別正規化方法來形成所有該等第一至第三正規化差。因此，清楚看出，該光讀取器16"能夠執行：第四雜訊方法，其要求在該雜訊信號之三個構成分量信號間的一減法運算；及該第四正規化方法，其要求該經正規化之光響應信號之三個構成分量信號間的一減法運算。在組合以形成該雜訊信號之三個構成信號中，一第一信號(其由來自該第一對電容器之僅一電容器取樣)具有為該第一電容之一權重，一第二信號(其由來自該第一對電容器之一電容器及來自該第二對電容器之一電容器取樣)具有為該第一電容與該第二電容之間的和或差的一權重，且一第三信號(其由來自該第二對電容器之僅一電容器取樣)具有為該第二電容之一權重。組合以形成該經正規化之光響應信號的三個構成信號同樣如此。
儘管展示並描述一單一放大器180，但應理解在該光讀取器電路16"中可使用一個以上之放大器。
為擷取一像素14之一雜訊信號及一經正規化之光響應信號，根據流程圖15D及時序圖16，該三重取樣電路150"可對該第一參考輸出信號、該共同重設輸出信號及該第一感測節點重設輸出信號取樣以用於形成該 雜訊信號，且對該第二參考輸出信號、該光響應輸出信號及該第二感測節點重設輸出信號取樣以用於形成該經正規化之光響應信號。該三重取樣電路150"可將該第一參考輸出信號取樣至該第一電容器152上、將該第一感測節點重設信號取樣至該第四電容器155上且將該共同重設輸出信號取樣至該第二電容器154及該第三電容器153上。在開關170、171及182至185閉合且開關158至165及190斷開時，來自該等第一至第四電容器之電荷轉移至該放大器180周圍之電容器190。此舉有效地執行儲存於該第一電容器上之電荷與儲存於該第二電容器上之電荷之間的一第一減法運算、儲存於該第三電容器上之電荷與儲存於該第四電容器上之電荷之間的一第二減法運算，及該第一減法與該第二減法之結果之間的一第三減法運算，該第一減法運算及該第二減法運算之結果被給予分別為該第一電容及該第二電容的無正負號之縮放因數(或權重)，其如同圖15A之流程圖，除了無需形成中間第一及第三雜訊及正規化差外。因此，圖15D展示一流程圖，其適當地描述該第三實施例之一操作。
圖17A展示一實例，其說明可如何給該等SAM1至SAM4信號排序以依據圖15A之流程圖來操作該第三實施例(除了形成該等雜訊及正規化差外)。
或者，該三重取樣電路150"可將該第一參考輸出信號取樣至該第一電容器152及該第三電容器153上、將該共同重設輸出信號取樣至該第二電容器154上及將該第一感測節點重設信號取樣至該第四電容器155上。在開關170、171及182至185閉合且開關158至165及190斷開時，來自該等第一至第四電容器之電荷轉移至該放大器180周圍之電容器190。此舉有效地執行儲存於該第一電容器上之電荷與儲存於該第二電 容器上之電荷之間的一第一減法運算、儲存於該第三電容器上之電荷與儲存於該第四電容器上之電荷之間的一第二減法運算，及該第一減法與該第二減法之結果之間的一第三減法運算，該第一減法運算及該第二減法運算之結果被給予分別為該第一電容及該第二電容的無正負號之縮放因數(或權重)，其如同圖15B之流程圖，除了無需形成中間第一及第二雜訊及正規化差外。圖17B展示一實例，其說明可如何對該等SAM1至SAM4信號排序。
如圖17J中已展示，一額外第三參考電平可應用於該第一雜訊方法，如同在該第一雜訊方法應用於該第一實施例時。如在該第一實施例中，為實施該第一雜訊方法，吾人可藉由以下方式將圖17B修改成圖17J：添加一第三參考電平，以在步驟304後立即施加至該感測節點111，且改變SAM3以在此第三參考電平期間取樣並儲存一經取樣之第三參考輸出信號，而非在步驟300中在該第一參考電平期間取樣。在此種情況下，該第二雜訊差為該經取樣之第三參考輸出信號減去該經取樣之第一感測節點重設信號。
同樣，對於在曝光後進行之取樣，在步驟310中該第二感測節點重設之前可將一第四參考電平施加至該感測節點111，且自步驟314移來SAM3以對此時產生之第四參考輸出信號取樣以儲存一經取樣之第四參考輸出信號。在此種情況下，該第二正規化差為該經取樣之第四參考輸出信號減去該經取樣之第二感測節點重設信號。
如熟習此項技術者將易於知道執行的，自該第一實施例的圖16之時序圖改變相應控制信號，且自圖18A至圖18D之示意圖改變相應邏輯電路。該等第三及第四參考電平可與該等第一及第二參考電平相同或不相同。在其不同之情況下，如熟習此項技術者將易於知道執行的，可 在一類比電路中或在一數位電路中或在該外部處理器72上減去一直流偏移。
對於該光讀取器16"，儘管該等第一及第二電容給出無正負號之縮放因數，但可經由若干種方式中之一者來應用一正負號反轉。以一種方式，自該第一電容器152及該第二電容器154至該放大器之「+」及「-」輸入的連接可交換以對該第一電容進行一正負號反轉，且同樣自該第三電容器153及該第四電容器155至該放大器之「+」及「-」輸入的連接可交換以對該第二電容應用一正負號反轉。以另一種方式，第一電容器152及第二電容器154之取樣SAM1信號166及SAM2信號168可交換以對該第一電容應用一正負號反轉，且同樣該第三電容器153及該第四電容器155之取樣SAM3信號167及SAM4信號169可交換以對該第二電容應用一正負號反轉。
藉由該等第一及第二電容供應的無正負號之縮放因數可與在電路中應用正負號反轉之一或多種方式組合以提供有正負號之縮放因數。熟習此項技術者清楚，本申請案中之發明不限於示意圖中所展示或本說明書中所描述之連接，而是涵蓋藉由此等方式而變得可能的各種修改、組合及排列。
熟習此項技術者亦清楚，類似正負號反轉可應用於光讀取器16、16'中。熟習此項技術者清楚，本申請案中使用光讀取器16、16'之發明不限於示意圖中所展示或本說明書中所描述之連接，而是涵蓋藉由此等方式而變得可能的各種修改、組合及排列。
或者，該三重取樣電路150"可將該第一參考輸出信號取樣至該第一電容器152上、將該第一感測節點重設信號取樣至該第二電容器154及該第四電容器155上且將該共同重設輸出信號取樣至該第三電容器153 上。在開關170、171及182至185閉合且開關158至165及190斷開時，來自該等第一至第四電容器之電荷轉移至該放大器180周圍之電容器190。此舉有效地執行儲存於該第一電容器上之電荷與儲存於該第二電容器上之電荷之間的一第一減法運算、儲存於該第三電容器上之電荷與儲存於該第四電容器上之電荷之間的一第二減法運算，及該第一減法與該第二減法之結果之間的一第三減法運算，該第一減法運算及該第二減法運算之結果被給予分別為該第一電容及該第二電容的無正負號之縮放因數(或權重)，其如同圖15C之流程圖，除了無需形成中間第二及第三雜訊及正規化差外。圖17C展示一實例，其說明可如何對該等SAM1至SAM4信號排序。
該第三電容器153及該第四電容器155可為可變電容器，其第二電容藉由一控制信號CVAL(未圖示)選擇。圖5至圖7說明此可變電容器之三個可能實施例。儘管圖5至圖7中所展示之實例僅支援兩個電容值，但如熟習此項技術者所易於理解，藉由對所展示之電路進行修改使更多電容值為可能的。此外，該第一電容器152及該第二電容器154亦可為可變電容器，以為該第一電容與該第二電容之間的比率提供更多選擇。圖5說明一可變電容器之一實施例。三個電容器CS、C0及C1並聯地連接於端子PIX與AMP之間。電容器C0及C1分別與開關S0及S1串聯以控制連接性。在CVAL=0時，該開關S0閉合，而該開關S1斷開，從而使該電容器C0連接，而該電容器C1斷開連接，假定端子PIX與AMP之間的一總電容C0+CS。在CVAL=1時，該開關S1閉合，而該開關S0斷開，從而使該電容器C1連接，而該電容器C0斷開連接，假定端子PIX與AMP之間的一總電容C1+CS。
圖6說明一可變電容器之另一實施例。兩個電容器C0及C1並聯地連接於 端子PIX與AMP之間。電容器C0及C1進一步分別與開關S0及S1串聯以控制連接性。在CVAL=0時，該開關S0閉合，而該開關S1斷開，從而使該電容器C0連接，而該電容器C1斷開連接，假定端子PIX與AMP之間的一總電容C0。在CVAL=1時，開關S1閉合，而開關S0斷開，從而使電容器C1連接，而電容器C0斷開連接，假定端子PIX與AMP之間的一總電容C1。
圖7說明一可變電容器之又一實施例。兩個電容器CS及C1並聯地連接於端子PIX與AMP之間。該電容器C1與一開關S1串聯以控制連接性。在CVAL=0時，該開關S1斷開，從而使該電容器C1斷開連接，假定端子PIX與AMP之間的一總電容CS。在CVAL=1時，該開關S1閉合，從而使該電容器C1連接，假定端子PIX與AMP之間的一總電容C1+CS。
第四實施例
圖23說明一影像感測器之一第四實施例。舉例而言，下文描述根據第二雜訊及正規化方法的該第四實施例之操作。該光讀取器16可將該第一參考輸出信號取樣至該第一電容器152上且將該共同重設輸出信號取樣至該第二電容器154上，將來自放大器180之第一雜訊差輸出至該ADC 24，接著將該共同重設輸出信號取樣至該第一電容器152上且將該第一感測節點重設輸出信號取樣至該第二電容器154上，且將該第三雜訊差輸出至該ADC 24。該ADC 24數位化該第一雜訊差及該第三雜訊差，其可接著傳輸至該外部處理器72，該外部處理器72根據該第二雜訊方法形成該雜訊信號。或者，該雜訊信號可形成於該影像感測器11上。以一類似方式，該光讀取器16可自該像素14將該第二感測節點重設輸出信號取樣至該第一電容器152上且將該光響應輸出信號取樣至該第二電容器154上，將來自放大器180之一負的第三正規化差輸出至 該ADC 24，接著將該第二參考輸出信號取樣至該第一電容器152上且將該光響應輸出信號取樣至該第二電容器154上，且將該第一正規化差輸出至該ADC 24。數位化該等第三及第一正規化差且可將其傳輸至該外部處理器72以供組合以根據該第一正規化方法來形成該經正規化之光響應信號。或者，該經正規化之光響應信號可形成於該影像感測器11上。
應注意，如熟習此項技術者所熟知，藉由交換由該第一電容器152及該第二電容器154取樣之信號，可將該負的第三正規化差而非該非負的第三正規化差提供至該ADC 24(或反之亦然)，以提供更佳地適於該ADC 24之輸入範圍的一信號極性。
在該第四實施例中，該光讀取器16可形成在該等第一至第三雜訊差中的任何兩個雜訊差及該等第一至第三正規化差中的兩個正規化差，且將所形成之差傳輸至該ADC 24以供數位化，接著傳輸至該外部處理器72或供在該影像感測器11上處理以根據適當之雜訊及正規化方法來形成該雜訊信號及該正規化信號，接著自該經正規化之光響應信號減去該雜訊信號以形成經去雜訊之信號或直接用彼等兩對雜訊及正規化差來形成經去雜訊之信號。
如熟習此項技術者將易於認識到，圖17A至圖17E中之SAM1至SAM4信號間的序列可藉由用該SAM1信號替換該SAM3信號且用該SAM2信號替換該SAM4信號來加以修改以適合該第四實施例。舉例而言，為如上文所描述對該第四實施例實施該等第二雜訊及正規化方法，如圖17L中所展示，吾人可藉由用SAM1及SAM2取樣替換SAM3及SAM4取樣來將圖17B修改成圖17L。在每一對連續之SAM1及SAM2取樣後，該光讀取器16輸出相應雜訊或正規化差，接著前進至下一對。
作為另一實例，為對該第四實施例實施該等第一雜訊及正規化方法，吾人可藉由以下方式將圖17B修改成圖17J：添加一第三參考電平，以在步驟304後立即施加至該感測節點111，且改變SAM3以在此第三參考電平期間取樣並儲存一經取樣之第三參考輸出信號而非在步驟300中在該第一參考電平期間取樣，接著藉由用另一對SAM1及SAM2取樣替換SAM3及SAM4取樣來進一步修改成圖17K。同樣，對於在曝光後進行之取樣，在步驟310中該第二感測節點重設之前可將一第四參考電平施加至該感測節點111，且自步驟314移動SAM3取樣以對此時之第四參考輸出信號取樣以儲存一經取樣之第四參考輸出信號。同樣，自圖17J至圖17K之進一步改變用另一對SAM1及SAM2取樣替換SAM3及SAM4取樣。如熟習此項技術者將易於知道執行的，自該第一實施例的圖16之時序圖改變相應控制信號，且自圖18A至圖18D之示意圖改變相應邏輯電路。
作為又一實例，為對該第四實施例實施該等第三雜訊及正規化方法，吾人可藉由以下方式將圖17C修改成圖17M：引入該第一參考電平以在該第一感測節點重設後立即施加至該感測節點111，保持SAM1以在此第一參考電平期間取樣，接著用另一對SAM1及SAM2取樣來替換該等SAM3及SAM4取樣。同樣，對於在曝光後進行之取樣，可引入該第二參考電平以在該第二感測節點重設之前施加至該感測節點111，保持SAM1以對此第二參考電平取樣，接著用另一對SAM1及SAM2取樣替換該等SAM3及SAM4取樣。應注意，該SAM4取樣可用SAM1取樣替換，而該SAM3取樣用SAM2取樣替換。如熟習此項技術者將易於知道執行的，可自該第一實施例的圖16之時序圖改變相應控制信號，且可自圖18A至圖18D之示意圖改變相應邏輯電路。應注意，在此處，該第 二參考電平亦充當該第二跳板電平。然而，如熟習此項技術者可易於認識到，一不同於該第二參考電平之第二跳板電平可提供於該IN線120上且在介於該第二參考電平與該第二感測節點重設之際跨越重設開關112驅動至該感測節點111上，以調整該第二感測節點重設電平且隨之調整該光響應電平。
第五實施例
圖24說明一第五實施例。在該第五實施例中，圖1中的第一實施例之類比增益電路21及類比減法器17係用一類比多工器23替換，該類比多工器23具有一耦合至該ADC 24的輸出。光讀取器輸出信號19a、19b各自傳輸一雜訊或正規化差，其由該類比多工器23多工以由該ADC 24數位化。可根據該等第一至第四雜訊及正規化方法中之任一者在該影像感測器11'上或在該外部處理器72上組合該等經數位化之雜訊及正規化差。
或者，可使用兩個(或兩個以上)ADC，每一ADC分別數位化光讀取器16、16'之輸出。
第六實施例
在一第六實施例(圖中未展示)中，可對該第一參考輸出信號、該第一感測節點重設輸出信號、該共同重設輸出信號、該第二參考輸出信號、該第二感測節點重設輸出信號及該光響應輸出信號中之每一者取樣且直接由一或多個ADC依序或同時地數位化，接著隨後根據該等雜訊方法及/或正規化方法中之任一者在該影像感測器上或於外部在處理器72上在數位領域中以算術方式組合，或甚至形成減去該雜訊信號的正規化差的結果(其各自在一各別增益下)，而未形成該等雜訊及正規化差中之一者或兩者。
其他替代實施例及操作
該影像感測器之其他替代實施例為可能的。舉例而言，該等第一至第六實施例中之每一者中的ADC可位於該影像感測器外部，例如，在與支撐該影像感測器之半導體基底不同的半導體基底上。該等光讀取器16、16'、16"、該等類比增益電路17及該等類比減法器21可同樣位於該影像感測器外。
其他替代操作模式為可能的。一第一變化為，該第二參考電平可具有一偏移(下文稱作「參考偏移」)，該偏移係自緊接於該重設開關112自一三極體區切換至該共同重設之關斷狀態之前的一IN線電平(下文稱作「第一跳板電平」)(例如，圖17A中之第一參考電平，其中該第一跳板電平為該第一參考電平)向下偏移。舉例而言，如圖17F中所展示，第二參考電平可處於VPH2電平，藉由將DIN(1：0)切換至「01」來選擇，而該第一參考電平採用VPH0電平，藉由將DIN(1：0)切換至「11」來選擇。該參考偏移之方向可與該共同重設電平自該第一跳板電平偏移之方向相同且偏移了類似量，例如，偏差在該共同重設電平之50mV內。具有一非零參考偏移具有一益處，即，最小化該光響應輸出信號之直流偏移，此係因為在高增益下之此直流偏移可使該光讀取器中之放大器180飽和。該參考偏移可經選擇以介於50mV至300mV之間，較佳為150mV。隨後可在數位領域中在該組合器50內或在該外部處理器72中減少該雜訊信號之一獨立直流偏移，該直流偏移係歸因於該第一參考電平與該第二參考電平之間的差。或者，該雜訊信號之獨立直流偏移，在藉由此項技術中所知之類比直流信號減法方法及電路中的任一者由該ADC 24數位化之前，可在類比領域中移除。對陣列12中之每一像素14重複處理區塊306及308。
如下文所描述，又一些其他變化為可能的。
在一第二變化中，將該IN線120驅動至一比該第一參考電平高之第一跳板電平。舉例而言，圖17H展示在步驟300中及在步驟302之前對該第一參考輸出信號取樣後的一較高之第一跳板電平。舉例而言，可藉由將DIN(1：0)切換至「11」來提供該第一跳板電平以選擇該VPH0電平，而可藉由將DIN(1：0)切換至「10」來提供該第一參考電平以選擇該VPH1電平。該第一跳板電平偏移到該第一參考電平以上(下文稱作「第一跳板偏移」)可在步驟302中之共同重設期間部分消除該儲存節點及感測節點的電壓降，以致減少該第一參考電平與該共同重設電平之間的一偏移(下文稱作「重設偏移」)且隨之減少該雜訊信號之一直流偏移。該第一跳板偏移可介於50mV至300mV之間，較佳為150mV。以此方法，該第二參考電平可與該第一參考電平相同，因為使該儲存節點重設電平基本上接近於該第一參考電平(諸如，偏差在100mV內)，以致在將該第二參考電平選擇為等於該第一參考電平時，同樣減少該經正規化之光響應信號的一直流偏移。
在一第三變化中，光讀取器中連接至該等電容器152至154的虛擬接地GND1信號156具有一電壓，其在對該第一參考輸出信號取樣時的一第一GND1電平與在對該共同重設輸出信號取樣時的一第二GND1電平之間變化，其差(下文稱作「GND1階」)介於50mV與300mV之間，較佳為150mV。舉例而言，圖17I展示該儲存節點及該GND1信號之電壓改變。該第二GND1電平之偏移方向與該共同重設電平自該第一參考電平偏移之方向相同，該第一參考電平在此實例中亦為該第一跳板電平。該GND1信號156在該共同重設輸出信號、該等第一及第二感測節點重設輸出信號及該光響應輸出信號之取樣期間採用該第二GND1電 平，而在該等第一及第二參考輸出信號之取樣期間，該GND1信號156採用該第一GND1電平。該GND1間距因此部分消除該共同重設電平與該第一參考電平之間的一直流偏移，且隨之亦消除該光響應電平與該第二參考電平之間的一直流偏移。該第二參考電平可與該第一參考電平相同，例如藉由DIN(1：0)=「10」選擇之VPH1電平。該GND1信號156之一類比信號驅動器可具有兩個或兩個以上之輸出電平，其可藉由一數位輸入選擇(類似於IN線驅動器17之輸出電平)，且可藉由一邏輯電路來控制，該邏輯電路係根據與用於產生該等DIN(1：0)信號之邏輯電路類似的構造技術來構造。
該第三變化基本上在該光讀取器中使用類比偏移消除或直流減法之技術。如此項技術中所知，此技術之不同替代為可能的。在一替代例中，替代改變該GND1信號156，可將一對偏移消除電容器(未圖示)連接至該放大器180之「+」及「-」輸入以執行偏移消除。可將此等偏移消除電容器充電至給定電壓，其電容可與該等取樣電容器152、154相同或不同。每次該光讀取器之一取樣電路連接至該放大器180以轉移電荷時，亦將該等偏移消除電容器充電至該等給定電壓，接著加以連接以將電荷轉移至該等回饋電容器190以實現該偏移消除。
此技術之另一替代為在電荷自一取樣電路150、150'或150"之每一次轉移之前將該等回饋電容器190預充電至一合適之差分電壓(下文稱作「預充電電壓」)。在該預充電電壓部分地消除該放大器180之歸因於該重設偏移而出現的輸出改變的意義上，該預充電電壓具有與該重設偏移相反之方向。在該等回饋電容器190採用一較小之電容值時，該預充電電壓的量值可隨放大器270(亦即，該放大器180以及該等回饋電容器190)之增益增加而增加。
在第四變化中，提供該第二參考電平，且並非在對該光響應輸出信號取樣之後而是在步驟310中該重設開關112之切斷之前對該相應之第二參考輸出信號取樣，該第二參考輸出信號先於該第二感測節點重設輸出信號。舉例而言，圖17G展示相應感測節點及儲存節點電壓電平。將一步驟309***於緊接該流程圖之步驟310之前。在步驟309中，該重設開關112處於一三極體區中，該轉接開關117處於一關斷狀態，且該IN線120驅動至該第二參考電平。藉由一SAM1信號對該OUT線124上之相應第二參考輸出信號取樣且將其作為經取樣之第二參考輸出信號儲存。儘管圖17G展示一獨立第二跳板電平在介於該第二參考電平與該感測節點重設之際驅動至該感測節點111上，但熟習此項技術者可認識到，該第二跳板電平可採用與該第二參考電平相同或不同之電壓電平。如使熟習此項技術者能夠易於執行的，上述實施例之各種組合及排列、變化及技術為可能的。如熟習此項技術者將能夠易於執行的，每一組合及排列具有用於全域控制信號之相應時序圖及邏輯電路，該等全域控制信號可藉由自圖16之時序圖及圖18A至圖18D之邏輯電路示意圖的修改來構造(下文所描述)。
產生控制信號
可在通稱為列解碼器20之電路中產生各種全域控制信號RST、SEL、TF、DIN(1)、DIN(0)、SAM1、SAM2、SAM3、SAM4及SUB。圖18A及圖18B展示根據圖16之時序圖產生該等DIN(1)、DIN(0)、SEL、TF、SAM1、SAM2、SAM3、SAM4及RST信號的邏輯之一實施例。該邏輯可包括複數個比較器350，其一輸入連接至一計數器352且另一輸出連接至固線式信號，該等固線式信號包含一計數值下限及一計數值上限。該計數器352依序產生一計數。該等比較器350將當前計數與計數 值下限及計數值上限比較。若該當前計數介於該計數值下限與該計數值上限之間，則該等比較器350輸出一邏輯1。如熟習此項技術者將易於認識到的，該等控制信號中之每一者的計數值下限及計數值上限可經修改以支援與圖16中所展示之時序不同的時序。舉例而言，為支援圖17B中所展示之SAM1、SAM2、SAM3及SAM4信號的時序序列(其與圖17A不同之處在於該SAM3信號與該SAM1信號一起取樣，而非與該SAM2信號一起取樣)，可修改圖18C中之邏輯電路，以使得驅動該SAM3信號之緩衝器自該SAM1信號而非該SAM2信號得到輸入。
該等比較器350連接至複數個或(OR)閘358。該等或閘358連接至鎖存器360。該等鎖存器360提供相應之DIN(1)、DIN(0)、SEL、TF、SAM1、SAM2、SAM3、SAM4及RST信號。
該等鎖存器360根據藉由或閘358、比較器350及計數器352之當前計數建立的邏輯來在邏輯0與邏輯1之間切換。舉例而言，耦合至DIN(1)鎖存器之比較器的固線式信號可含有一計數值1及一計數值22。若來自該計數器之計數大於或等於1但小於22，則該比較器350將提供一邏輯1，此將使該DIN(1)鎖存器360輸出一邏輯1。計數值下限及計數值上限確定圖16中所展示之脈衝的序列及持續時間。
感測器10、10'、10"、11、11'可具有複數個重設RST(n)及轉接TF(n)驅動器374，每一驅動器374連接至一列像素且連接至一及(AND)閘375之輸出。圖19展示圖18A至圖18D中所展示的一列像素與一電路之間的列解碼器之輸出電路的一單元。圖20說明圖19之電路的操作。信號RSTEN(n)、SELEN(n)、TFEN(n)係由列解碼器20產生且各自每次可採用一邏輯值「1」或「0」。一「1」使相應RST(n)、SEL(n)、TF(n)信號能夠傳輸一分別自全域控制信號RST、SEL及TF接收到之脈衝信號。另 外，如圖20中所展示，在三態緩衝器374分別將RST(n)及TF(n)驅動至一高電平且進入一三態後，在該IN信號之上升邊緣處，該等RST(n)及TF(n)信號各自電容耦合至一較高電壓電平。
操作理論
在下文，參考圖17A中所展示之取樣序列且使用第一雜訊方法來解釋藉由該等影像感測器10、10'、10"、11、11'提供之一雜訊消除效應，且解釋第一正規化方法。等第二至第四雜訊及正規化方法展示為分別等效於第一雜訊及正規化方法。
令ΔnQB表示步驟302處該共同節點上該儲存節點、該感測節點與該開關之溝道之間的臨時雜訊電荷，ΔnQC2表示步驟304處該感測節點上之臨時雜訊電荷，且ΔnQC1表示步驟304處該儲存節點上之臨時雜訊電荷。此等臨時雜訊電荷為進入該第一影像(亦即，雜訊信號)之臨時雜訊電荷。
令ΔnQD1表示步驟310處該儲存節點上之臨時雜訊電荷，ΔnQD2表示步驟310處該感測節點上之臨時雜訊電荷，且ΔnQE表示步驟312處該共同節點上該儲存節點、該感測節點與該開關之溝道之間的臨時雜訊電荷。此等臨時雜訊電荷為進入該第二影像(亦即，經正規化之光響應信號)之臨時雜訊電荷。
在該第一影像中，臨時雜訊電荷如下所述般相關：ΔnQB-ΔnQC2=ΔnQC1，此係歸因於電荷之守恆。在該第二影像中，臨時雜訊電荷如下所述相關：ΔnQC1+ΔnQD2=ΔnQE，此係歸因於電荷之守恆。根據該兩個關係式替換ΔnQC1，ΔnQE-ΔnQD2-ΔnQB+ΔnQC2=0。
臨時雜訊電荷ΔnQE、ΔnQD2、ΔnQB及ΔnQC2分別導致臨時雜訊電壓ΔnVGE,ΔnVGD2、ΔnVAB及ΔnVAC2，其分別藉由ΔnQE=CTotal. ΔnVGE、ΔnQD2=CSense.ΔnVGD2、1 ΔnQB=CTotal.ΔnVAB及ΔnQC2=CSense.ΔnVAC2來與該等臨時雜訊電荷相關。CSense為該感測節點上之電容。CTotal為該儲存節點、該感測節點及該轉接開關之溝道至閘極、汲極至閘極及源極至閘極電容的總電容。此處，VGE=VG-VE，VGD2=VG-VD2，VAB=VA-VB且VAC2=VA-VC2。依據該等第一雜訊及正規化方法，形成V AB & V AC2 ，其分別為該第一雜訊差及該第二雜訊差，且形成V GE & V GD2 ，其分別為該第一正規化差及該第二正規化差。該第三影像(亦即，經去雜訊之信號)，I3=I2-I1=[CTotal.VGE-CSense.VGD2]-[CTotal.VAB-CSense.VAC2]，其中I1=CTotal.VAB-CSense.VAC2 and I2=CTotal.VGE-CSense.VGD2。臨時雜訊ΔnI3=[CTotal.ΔnVGE-CSense.ΔnVGD2]-[CTotal.ΔnVAB-CSense.ΔnVAC2]=ΔnQE-ΔnQD2-ΔnQB+ΔnQC2=0。在I3中，CTotal.VGE為僅有的隨曝光量變化之項。因此，I3取決於VGE且不包含臨時開關雜訊，該等開關雜訊係歸因於重設電晶體及轉接電晶體之切換而出現。
等效地，依據該等第二雜訊及正規化方法，形成V AB & V BC2 ，其分別為該第一雜訊差及該第三雜訊差，且形成V GE & V ED2 ，其分別為該第一正規化差及該第三正規化差。此處，VBC2=VB-VC2且VED2=VE-VD2。第三影像，I3=[CTotal.VGE-CSense.VGE-CSense.VGD2+CSense.VGE]-[CTotal.VAB-CSense.VAB-CSense.VAC2+CSense.VAB]=[(CTotal-CSense).VGE-CSense.(VGD2-VGE)]-[(CTotal-CSense).VAB-CSense.(VAC2-VAB)]=[(CTotal-CSense).VGE-CSense.VED2]-[(CTotal-CSense).VAB-CSense.VBC2]=I2-I1。
此處，I1=[(CTotal-CSense).VAB-CSense.VBC2]且I2=[(CTotal-CSense).VGE-CSense.VED2]。
等效地，依據該等第三雜訊及正規化方法，形成V BC2 & V AC2 ，其分別為該第三雜訊差及該第二雜訊差，且形成V ED2 & V GD2 ，其分別為該第三正規化差及該第二正規化差。替換VGE=VGD2-VED2，I2=CTotal.VGE-CSense.VGD2=(CTotal-CSense).VGD2-CTotal.VED2。
僅I2中之第二項取決於曝光量。替換VAB=VAC2-VBC2，I1=(CTotal-CSense).VAC2-CTotal.VBC2。
該第三影像，I3=I2-I1=[(CTotal-CSense).VGD2-CTotal.VED2]-[(CTotal-CSense).VAC2-CTotal.VBC2]。
校準
可執行校準以為所選擇的雜訊及正規化方法找到一組合適的有正負號之縮放因數，例如圖1或圖21中有正負號之縮放因數COEF1、COEF2，或為圖22之影像感測器10"的三重取樣光讀取器16"找到該三重取樣電路150"的第一及第二電容，或為其他實施例找到其等效物。下文描述找到一組合適的有正負號之縮放因數的校準程序。
對於共用一布局及定向之複數個像素中之每一像素而言，形成一對經去雜訊之信號之間的一差，每一經去雜訊之信號產生自形成一雜訊信號、接著形成一經正規化之光響應信號，接著自該經正規化之光響應信號減去該雜訊信號。該差具有一殘餘臨時雜訊，但不具有該經去雜訊之信號之平均值。形成該複數個像素間之差的平方及該等平方之和。由於不同像素之殘餘臨時雜訊為獨立的，因此該等平方之和為每一像素之殘餘雜訊之方 差的多倍的良好近似值，即，2N 84 19，其中N為像素數目且84 2為方差。
對於該複數個像素，為兩組不同的有正負號之縮放因數中之每一者找到該等平分之和。藉由將每一和除以一數值之平方來對每一和正規化，該數值與一經去雜訊之信號成正比，該經去雜訊之信號將依據一組相應的有正負號之縮放因數得到，假定一預定曝光持續時間及對該等像素之照明。給出該等平方之較小經正規化之和的該組正負號之縮放因數為較佳的。可對兩組以上的有正負號之縮放因數執行此程序以識別一組合適的有正負號之縮放因數以用於形成該複數個像素之經去雜訊之信號。
舉例而言，圖10展示一陣列中具有兩個不同布局定向之像素的布局配置。在奇數行中，該等光電二極體及轉接開關採取一個定向，而在偶數行中，其採取一不同定向。歸因於此等兩群不同之像素之間的不對稱性，一系統性的失配傾向於存在於電容中或該等群之間的其他電特性中。另一方面，在每一群內，像素間之對稱性有助於最小化失配。因此，應當對每一群執行校準以產生適合於每一群的一組有正負號之縮放因數，且每一群可使用在該等雜訊及正規化方法中適合其自身的有正負號之縮放因數組。
圖11展示一陣列中具有兩個不同布局定向之像素的布局配置之另一實例。圖11對應於與圖12之示意圖相對應的光電二極體100a、100b及轉接開關117a、117b之三乘二陣列，其中兩個光電二極體100a、100b分別經由轉接開關117a、117b共用一感測節點111。每一像素包括一光電二極體100a或100b及一轉接開關117a或117b，且兩個像素共用一重設開關112、一輸出電晶體116及一選擇開關114。在交替列中，該等光電二極體及轉接 開關採取一個定向，而在其他列中，其採取一不同定向。由於與上述原因相同之原因，可對每一群執行校準以產生適合於每一群的一組有正負號之縮放因數，且每一群可使用在該等雜訊及正規化方法中適合其自身的該組有正負號之縮放因數。
或者，自同一像素可形成兩個以上之經去雜訊之信號，對該等經去雜訊之信號中的複數對經去雜訊之信號求差並進行平方，將該等平方加總在一起以形成一平方和。複數個類似像素間的此等平方和可進一步加總在一起以形成一最終平方和。此程序說明於圖25及圖26中。參看圖26，每一q表示一組不同的有正負號之縮放因數，每一p表示一群不同之類似像素，存在Z組不同的有正負號之縮放因數及P個不同的像素布局。對於p與q之每一組合而言，執行圖25之流程圖所說明之過程。在圖25之流程圖中，為像素群p中之每一像素形成N+1個經去雜訊之信號。對來自該群中之每一像素的每一對相繼之經去雜訊之信號求差及求平方。將該N個平方加總，且可在該群內之像素間進一步加總。
下文描述一替代程序。
為比較兩組不同的有正負號之縮放因數，重複擷取第一及第二影像，該影像感測器保持在黑暗中或在足夠黯淡之採光下，以使得曝光產生與來自像素陣列12中之一像素14的一重設雜訊相比為可忽略的光響應輸出信號，或產生與該重設雜訊相比為可忽略的該光響應輸出信號之改變(例如，歸因於一散粒雜訊)。對於一或多個像素中之每一者，自許多對第一及第二影像(較佳9對或9對以上)中之每一對形成一經去雜訊之信號。藉由將每一經去雜訊之信號除以一數值來對每一經去雜訊之信號正規化，該數值與一經去雜訊之信號成正比，該經去雜訊之信號 無直流偏移，該直流偏移係在假定一預定的不可忽視之像素照明時在同一組有正負號之縮放因數下產生。在該經正規化之經去雜訊之信號間找到一方差。給出一較小方差的該組有正負號之縮放因數為較佳的。可對兩組以上的有正負號之縮放因數重複此程序以找到適合用於形成一經去雜訊之信號的一組有正負號之縮放因數。
該影像感測器可具有一電路以控制第一及第二影像之重複擷取及應用於該等雜訊及正規化方法的有正負號之縮放因數的調整。或者，可在來自一外部控制器(未圖示)或電腦(未圖示)之一控制下調整該等有正負號之縮放因數。
此等校準程序中之任一者可完全在該影像感測器上執行，或部分在該影像感測器上且部分在該外部處理器上執行。或者，此程序之一部分可在一獨立電腦上執行及/或在該獨立電腦之一控制下執行。
一對應於一組增益因數的資料可寫入至一非揮發性記憶體中或作為該影像感測器或一獨立裝置中的熔絲或反熔絲之配置，該獨立裝置包括或將包括於影像擷取系統中，例如為該外部處理器72或一記憶體卡(諸如，普遍熟知之快閃記憶體卡)。
結尾
雖然已在附圖中描述並展示某些例示性實施例，但應理解，此等實施例僅說明而非限制廣義之本發明，且本發明不限於所展示並描述之具體構造及配置，此係因為一般熟習此項技術者可進行各種其他修改。
舉例而言，儘管展示並描述涉及一影像之全體行的交錯技術，但應理解，可以涉及小於一整行或多於一行的方式來交錯資料。舉例而言，可轉移影像A之第一行的一半，接著轉移影像B之 第一行的一半，接著轉移影像A之第一行的另一半等等。同樣，可轉移影像A開頭的兩行，接著轉移影像B開頭的兩行，接著轉移影像A的第三行及第四行，等等。
102‧‧‧光電轉換單元
10‧‧‧影像感測器
12‧‧‧像素陣列
14‧‧‧像素
16‧‧‧光讀取器
16’‧‧‧光讀取器
17‧‧‧類比減法器
18‧‧‧垂直信號
19a‧‧‧信號
19b‧‧‧信號
20‧‧‧列解碼器
21‧‧‧增益電路
22‧‧‧控制線
24‧‧‧類比至數位轉換器
26‧‧‧輸出線
28‧‧‧第一影像緩衝器
30‧‧‧第一影像緩衝器
32‧‧‧第二影像緩衝器
34‧‧‧第二影像緩衝器
36‧‧‧線
38‧‧‧開關
40‧‧‧開關
42‧‧‧開關
44‧‧‧記憶體控制器
46‧‧‧線
52‧‧‧線
54‧‧‧開關
56‧‧‧讀回緩衝器
58‧‧‧線
60‧‧‧線
62‧‧‧線
64‧‧‧線
66‧‧‧線
68‧‧‧外部匯流排
70‧‧‧控制器匯流排
72‧‧‧外部處理器
74‧‧‧外部記憶體
78‧‧‧電可程式化唯讀記 憶體

Claims (10)

  1. 一種影像感測器，其包含：一光偵測器；一輸出電晶體，其一閘極經耦合以自所述光偵測器接收一信號；一重設電晶體，其一汲極經耦合以重設所述輸出電晶體之一閘極；一轉接電晶體，其經耦合以將所述信號自所述光偵測器傳送至所述閘極；一取樣電路，其經耦合以自所述輸出電晶體接收一輸出信號；及一控制電路，其經配置以按以下方式來控制所述轉接電晶體、所述重設電晶體及所述取樣電路將所述重設電晶體切換至三極體區狀態且當所述重設電晶體仍處於三極體區狀態時切換所述取樣電路以對所述輸出信號取樣以作成一經取樣之第一參考輸出信號；切換所述轉接電晶體至三極體區狀態且切換所述重設電晶體至關斷狀態，接著當所述重設電晶體仍處於關斷狀態及所述轉接電晶體仍處於三極體區狀態時切換所述取樣電路以對所述輸出信號取樣以作成一經取樣之共同重設輸出信號；自作成該經取樣之共同重設輸出信號後，當所述重設電晶體仍處於關斷狀態時切換所述轉接電晶體至關斷狀態，接著當所述轉接電晶體及所述重設電晶體皆保持於關斷狀態時切換所述取樣電路以對所述輸出信號取樣以作成一經取樣之第一感測節點重設輸出信號；自作成該經取樣之第一感測節點重設輸出信號之後，當所述轉接電晶體仍保持於關斷狀態時將所述重設電晶體自通電狀態切換至關斷狀態且當該對電晶體仍處於關斷狀態期間切換所述取樣電路以對所述輸出信號取樣以作成一經取樣之第二感測節點重設輸出信號；當所述重設電晶體仍保持於作成該經取樣之第二感測點重設輸出信號之時之關斷狀態時將所述轉接電晶體自關斷狀態切換回三極體 區狀態，接著當所述重設電晶體及所述轉接電晶體繼續分別處於關斷狀態及三極體區狀態時切換所述取樣電路以對所述輸出信號取樣以作成一經取樣之光響應輸出信號；及於作成所述經取樣之第一感測節點重設輸出信號之後及接著之所述重設電晶體之前述之關斷狀態之前或之後切換所述重設電晶體至三極體區狀態，接著當所述重設電晶體仍處於三極體區狀態時切換所述取樣電路以對所述輸出信號取樣以作成一經取樣之第二參考輸出信號，其中所述影像感測器經配置成提供所述經取樣之第一參考輸出信號、所述經取樣之共同重設輸出信號、所述經取樣之第一感測節點重設輸出信號、所述經取樣之第二參考輸出信號、所述經取樣之光響應輸出信號及所述經取樣之第二參考輸出信號至所述影像感測器外部之一處理器及/或所述影像感測器之一個或多個電路用於使用一加權和來產生一去雜訊信號，其中所述六個經取樣信號中的各個信號乘以相應的帶符號縮放因數，所述去雜訊信號是消除了重設雜訊信號之一信號。
  2. 如申請專利範圍第1項之影像感測器，其包括經配置以執行以下操作的構件：接收所述經取樣之第一參考輸出信號、所述經取樣之共同重設輸出信號及所述經取樣之第一感測節點重設輸出信號且產生一雜訊信號以作為所述經取樣之第一參考輸出信號、所述經取樣之共同重設輸出信號與所述經取樣之第一感測節點重設輸出信號之間的一加權差。
  3. 如申請專利範圍第2項之影像感測器，其中所述構件經進一步配置以：接收所述經取樣之第二參考輸出信號、所述經取樣之光響應輸出信號及所述經取樣之第二感測節點重設輸出信號且產生一經正規化之光響應信號以作為所述經取樣之第二參考輸出信號、所述經取樣之光 響應輸出信號與所述經取樣之第二感測節點重設輸出信號之間的一加權差；及將所述雜訊信號及所述經正規化之光響應信號傳送至所述影像感測器中之一構件或所述影像感測器之外之一處理器以產生一經去雜訊之信號以作為所述經正規化之光響應信號與所述雜訊信號之間的一差。
  4. 如申請專利範圍第1項之影像感測器，其包括經配置以形成第一對所述經取樣之輸出信號之間的一第一差之構件。
  5. 如申請專利範圍第4項之影像感測器，其中所述第一差為所述經取樣之第一參考輸出信號與所述經取樣之共同重設輸出信號之間的一差。
  6. 如申請專利範圍第4項之影像感測器，其中所述第一差為所述經取樣之第一參考輸出信號與所述經取樣之第一感測節點重設輸出信號之間的一差。
  7. 如申請專利範圍第4項之影像感測器，其中所述第一差為所述經取樣之共同重設輸出信號與所述第一感測節點重設輸出信號之間的一差。
  8. 如申請專利範圍第4項之影像感測器，其包括形成第二對所述經取樣之輸出信號之間的一第二差之構件，及形成所述第一差與所述第二差之間的一差之構件。
  9. 一種影像擷取系統，其包含：如申請專利範圍第1項之一影像感測器；及一或多個處理器，其經配置以接收所述經取樣之第一參考輸出信號、所述經取樣之共同重設輸出信號、所述經取樣之第一感測節點重設輸出信號、所述經取樣之第二參考輸出信號、所述經取樣之光響應輸出信號及所述經取樣之第二感測節點重設輸出信號且產生經去雜訊 之信號。
  10. 如申請專利範圍第9項之影像擷取系統，其中所述處理器經配置以：接收所述經取樣之第一參考輸出信號、所述經取樣之共同重設輸出信號及所述經取樣之第一感測節點重設輸出信號且產生一雜訊信號以作為所述經取樣之第一參考輸出信號、所述經取樣之共同重設輸出信號與所述經取樣之第一感測節點重設輸出信號之間的一加權差；接收所述經取樣之第二參考輸出信號、所述經取樣之光響應輸出信號及所述經取樣之第二感測節點重設輸出信號且產生一經正規化之光響應信號以作為所述經取樣之第二參考輸出信號、所述經取樣之光響應輸出信號與所述經取樣之第二感測節點重設輸出信號之間的一加權差；及產生一經去雜訊之信號以作為所述經正規化之光響應信號與所述雜訊信號之間的一差。
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