CN101431618B - 具有行读取电路修补功能的图像传感器及其相关方法 - Google Patents

Abstract

一种具有行读取电路修补功能的图像传感器，包含一像素阵列、一行读取电路阵列、一寻址单元及一修补单元。该行读取电路阵列包含有多个行读取电路群组及一冗余行读取电路群组，该冗余行读取电路群组设置在该多个行读取电路群组的一侧边，由一特定数量的冗余行读取电路所组成。该修补单元用来当该多个行读取电路群组的一第一行读取电路群组中的行读取电路具有缺陷时，根据一修补控制信号，将由该第一行读取电路群组起所耦接的所有行群组，依序平移耦接至下一行读取电路群组起的所有行读取电路群组及该冗余行读取电路群组。

Description

具有行读取电路修补功能的图像传感器及其相关方法

技术领域

本发明涉及一种具有行读取电路修补功能的图像传感器及其相关方法，特别是涉及一种藉由平移方式并以群组为单位，对行读取电路进行修补的图像传感器及其相关方法。

背景技术

随着数字相机、行动电话等电子商品不断的开发与成长，消费市场对图像感测元件的需求亦持续的增加。一般而言，目前常用的图像感测元件，包括了电荷耦合感测元件<Charge Coupled Device，CCD>以及互补式金属氧化物半导体导体图像感测元件<CMOS Image Sensor，CIS>两大类。其中，由于CMOS图像感测元件具有低操作电压、低功率消耗与高操作效率及其可根据需要进行随机存取<Random Access>等特性，再加上其可整合于目前的半导体技术来大量制造，因此受到极广泛的应用。

请参考图1，图1为一现有CMOS图像传感器10的示意图。CMOS图像传感器10包含有一像素阵列11、一行读取电路阵列12、一列解码器13、一行解码器14以及一模拟/数字转换器15。像素阵列11是由设置为矩阵形式的像素单元P11～Pmn所组成，其中，每一像素单元具有一感光区域以及一外围电路区域<未示出在图1中>。感光区域可以感应入射光线，并累积入射光线所产生的光电荷，而外围电路则根据列解码器13及行解码器14所输出的控制信号，依序输出感光区域所产生的信号。行读取电路阵列12设置在像素阵列11的下侧，由行读取电路120_1～120_n所组成，其中，每一行读取电路120耦接于像素阵列11的每一行，用来接收像素阵列11的每一行所输出的信号。模拟/数字转换器15设置在像素阵列11的侧边，用来依序对行读取电路120_1～120_n输出的信号进行信号处理，并转换为数字形式的信号。

如本领域具有通常知识者所知，行读取电路120可以是一简单的电压或电荷放大器，或是更进一步以关联双取样<Correlation Double Sampling，CDS>电路实现图像。然而，在CMOS图像传感器制造的过程中，因微粒掉入或工艺的偏移导致行读取电路阵列12中某一行读取电路或某局部行读取电路产生缺陷<Defect>时，例如短路、开路或电路不匹配，将造成该行读取电路或该局部行读取电路所输出的信号错误或偏移，如此一来，像素阵列11中相对应的整行像素单元将无法正确地输出信号，使得图像品质降低，进而增加后段图像处理的难度，甚至产生芯片失效的情形。

因此，针对上述问题，美国专利公开号第20060261255号「IMAGE SENSOR」中揭露一种图像传感器，其利用一冗余行读取电路作为一具有缺陷的行读取电路的补偿，然而这样的方法需要庞大的解码电路<Decoder>以对该具有缺陷的行读取电路进行定位，导致电路面积的增加及生产成本的提高。另一方面，由于需修补的行读取电路所耦接的行像素单元是切换耦接至位于行读取电路阵列最外侧的该冗余行读取电路，因此该行像素单元的输出负载将大幅地增加，使得像素阵列中行与行之间的差异变大，造成操作的困难。

发明内容

因此，本发明的主要目的即在于提供一种具有行读取电路修补功能的图像传感器及其相关方法。

本发明披露一种具有行读取电路修补功能的图像传感器，包含有一像素阵列，包含有多个行群组；一行读取电路阵列，包含有多个行读取电路群组，沿一第一方向设置在一列，该多个行读取电路群组的每一行读取电路群组依序耦接于该像素阵列的一行群组，由一特定数量的行读取电路所组成，用来读取该行群组的每一行的像素值；以及一冗余行读取电路群组，沿该第一方向设置在该多个行读取电路群组的一第一侧边，由多个冗余行读取电路所组成，该多个冗余行读取电路的数量等于该特定数量；一寻址单元，用来当该多个行读取电路群组的一第一行读取电路群组中的行读取电路具有缺陷时，根据该第一行读取电路群组的位置，产生一修补控制信号；以及一修补单元，设置在该像素阵列及该行读取电路阵列之间，用来根据该修补控制信号，将该第一行读取电路群组起沿该第一方向的所有行读取电路群组所耦接的所有行群组，依序耦接至一第二行读取电路群组起延该第一方向的所有行读取电路群组及该冗余行读取电路群组，其中，该第二行读取电路群组是该多个行读取电路群组中该第一行读取电路群组沿该第一方向的下一行读取电路群组。

本发明另披露一种用来修补一图像传感器的方法，该图像传感器包含有一像素阵列，一行读取电路阵列，该行读取电路阵列包含有多个行读取电路群组，沿一第一方向设置在一列，该多个行读取电路群组的每一行读取电路群组依序耦接于该像素阵列的一行群组，由一特定数量的行读取电路所组成，用来读取该行群组的每一行的像素值，该方法包含有沿该第一方向在该多个行读取电路群组的一第一侧边，形成一冗余行读取电路群组，该冗余行读取电路群组由多个冗余行读取电路所组成，该多个冗余行读取电路的数量等于该特定数量；在该多个行读取电路群组的一第一行读取电路群组中的行读取电路具有缺陷时，根据该第一行读取电路群组的位置，产生一修补控制信号；以及根据该修补控制信号，将该第一行读取电路群组起沿该第一方向的所有行读取电路群组所耦接的所有行群组，依序耦接至一第二行读取电路群组起延该第一方向的所有行读取电路群组及该冗余行读取电路群组，其中，该第二行读取电路群组是该多个行读取电路群组中该第一行读取电路群组沿该第一方向的下一行读取电路群组。

附图说明

图1为一现有CMOS图像传感器的示意图。

图2为本发明一具有行读取电路修补功能的图像传感器的示意图。

图3为本发明用来修补一图像传感器的一流程的示意图。

图4及图5为本发明实施例一具有行读取电路修补功能的图像传感器的示意图。

图6为图2中寻址单元的一实施例示意图。

图7及图8为本发明实施例另一具有行读取电路修补功能的图像传感器的示意图。

附图符号说明

10、20、40、70图像传感器

11、21、41、71像素阵列

12、22、42、72行读取电路阵列

120_1～120_n行读取电路

13列解码器

14行解码器

15模拟/数字转换器

P11～Pmn像素单元

23、43、73寻址单元

24、44、74修补单元

PG_1～PG_n行群组

CG_1～CG_n行读取电路群组

DG_1、DG_2冗余行读取电路群组

D1、D2方向

SW_CTRL修补控制信号

30流程

300、310、320、330、340步骤

231使能端

EN使能信号

A_0～A_2地址输入端

SW_0～SW_7输出端

SEC_1第一部份

SEC_2第二部分。

具体实施方式

请参考图2，图2为本发明一具有行读取电路修补功能的图像传感器20的示意图。图像传感器20包含有一像素阵列21、一行读取电路阵列22、一寻址单元23及一修补单元24。像素阵列21是由设置为矩阵形式的像素单元所组成，其可分成行群组PG_1～PG_n。行读取电路阵列22包含有行读取电路群组CG_1～CG_n及一冗余行读取电路群组DG_1。行读取电路群组CG_1～CG_n是沿一方向D1设置在一列，依序耦接于行群组PG_1～PG_n，其中，每一行读取电路群组由一特定数量的行读取电路所组成，用来读取所耦接的行群组中每一行的像素值。冗余行读取电路群组DG_1设置在行读取电路群组CG_1～CG_n的一侧，由等于该特定数量的冗余行读取电路所组成。寻址单元23用来在行读取电路群组CG_1～CG_n的一行读取电路群组CG_x中的行读取电路具有缺陷时，根据行读取电路群组CG_x的位置，产生一修补控制信号SW_CTRL，其中，x代表介于1～n之间的一数字。修补单元24设置在像素阵列21及行读取电路阵列22之间，用来根据修补控制信号SW_CTRL，将行读取电路群组CG_x所耦接的一行群组PG_x起沿方向D1的所有行群组<亦即行群组PG_x～PG_n>，依序耦接至下一行读取电路群组起延方向D1的所有行读取电路群组<亦即行读取电路群组CG_(x+1)～CG_n>及冗余行读取电路群组DG_1。

请继续参考图3，图3为本发明用来修补一图像传感器的一流程30的示意图。流程30是用来实现图像传感器20，其包含有下列步骤：

步骤300：开始。

步骤310：沿方向D1在行读取电路群组CG_1～CG_n的一侧，形成冗余行读取电路群组DG_1。

步骤320：当行读取电路群组CG_1～CG_n的一行读取电路群组CG_x中的行读取电路具有缺陷时，根据行读取电路群组CG_x的位置，产生修补控制信号SW_CTRL。

步骤330：根据修补控制信号SW_CTRL，将行读取电路群组CG_x所耦接的行群组PG_x起沿方向D1的所有行群组，依序耦接至下一行读取电路群组起延方向D1的所有行读取电路群组及冗余行读取电路群组DG_1。

步骤340：结束。

因此，本发明是藉由形成冗余行读取电路群组DG_1在行读取电路群组CG_1～CG_n的一侧边，并根据存在缺陷行读取电路的行读取电路群组CG_x的位置，产生修补控制信号SW_CTRL，以将行读取电路群组CG_x所耦接的行群组PG_x起沿方向D1的所有行群组，依序耦接至下一行读取电路群组起延方向D1的所有行读取电路群组及冗余行读取电路群组DG_1。也就是说，当图像传感器20存在具有缺陷的行读取电路时，本发明是以群组为单位对图像传感器20的行读取电路进行修补，并藉由平移方式，将需修补的行读取电路群组所耦接的行群组及其后的所有行群组，依序耦接至下一相邻的行读取电路群组及冗余行读取电路群组DG1。如此一来，本发明不但可大幅简化寻址单元23所需的电路，以节省生产成本外，更可避免由于像素阵列21中行与行之间输出负载差异过大，导致操作困难的问题。

较佳地，图像传感器20是一CMOS图像传感器，而每一行读取电路可以是一简单的电压或电荷放大器，或是更进一步以关联双取样<CorrelationDouble Sampling，CDS>电路实现图像。此外，值得注意的是，本发明是将像素阵列的所有行像素单元及所有行读取电路分成若干群组，其较佳地可以是2、4、8、16、32等2的次方，以利寻址单元的实现。因此，在本发明中，每一行读取电路群组所包含行读取电路的数量根据行读取电路群组的数量而改变，而不论同一群组中具有缺陷的行读取电路的数量多少，本发明皆可藉由一冗余行读取电路群组来进行修补。当然，若所分成的行读取电路群组的数量越多，寻址单元23所需的电路面积也越大；相对地，所需冗余行读取电路的数量也越少。

请参考图4，图4为本发明实施例一具有行读取电路修补功能的图像传感器40的示意图。图像传感器40是图像传感器20的一实施例，其中，行读取电路阵列42包含有行读取电路群组CG_1～CG_3及一冗余行读取电路群组DG_1；而修补单元44是由等于像素阵列41中行像素单元的数量的切换开关所组成，用以分别将像素阵列41中对应的行像素单元切换耦接在相邻行读取电路群组的相对应的行读取电路之间。在此情形下，若行读取电路群组CG2中存在一损坏的行读取电路，此时，寻址单元43将会根据行读取电路群组CG2的位置，产生修补控制信号SW_CTRL，以控制修补单元44启动对应于行群组PG_2及PG_3的开关，将行群组PG_2及PG_3中的行像素单元平移耦接至行读取电路群组CG_3及冗余行读取电路群组DG_1中的行读取电路。如此一来，行读取电路群组CG_3及冗余行读取电路群组DG_1将依序取代行读取电路群组CG_2及行读取电路群组CG_3的功能，其修补完成后的连接方式，如图5所示。请注意，本发明实施例仅用来作为一举例说明，本领域具有通常知识者当可根据实际需求做适当的修改，例如行读取电路群组的数量等。

另一方面，由于本发明寻址单元23是用来根据具有缺陷的行读取电路群组的位置，产生修补控制信号SW_CTRL，以控制修补单元24进行相对应的修补操作，因此其较佳地可以一解码器<Decoder>形式实现。举例来说，请参考图6，图6为图2中寻址单元23的一实施例示意图。在图6中，寻址单元23用于一具有8个行读取电路群组的图像传感器，其操作方式简述如下。一使能端231用来接收一使能信号EN，当使能信号EN为高电平时，代表图像传感器20将启动其修补机制；相反地，则代表图像传感器20将关闭行读取电路的修补功能。地址输入端A_0～A_2是用来输入具有缺陷的行读取电路群组相对应的地址，而输出端SW_0～SW_7则用来输出相对应的信号，以形成修补控制信号SW_CTRL。举例来说，当地址输入端A_0～A_2所输入的信号分别为<1，1，0>时，代表图像传感器20中具有缺陷的行读取电路群组是行读取电路阵列中沿方向D1的第4个行读取电路群组，此时输出端SW_0～SW_7将分别输出信号<1，1，1，0，0，0，0，0>，以形成修补控制信号SW_CTRL，进而控制修补单元24将第4个行群组之后的所有行群组，依序耦接至下一相邻行读取电路群组及冗余行读取电路群组DG1。

此外，本发明亦可形成另一冗余行读取电路群组在行读取电路阵列的另一侧，以增加修补时的弹性。请参考图7，图7为本发明实施例另一具有行读取电路修补功能的图像传感器70的示意图。图像传感器70大致与图像传感器40类似，不同的地方在于图像传感器70的行读取阵列72另包含一第二冗余行读取阵列群组DG_2，设置在行读取电路阵列72的另一侧。在实施方式上，本发明可将图像传感器70分成一第一部份SEC_1及一第二部分SEC_2，如图7所示。在此情形下，本发明可藉由冗余行读取电路群组DG_1来对第一部分SEC_1中具有缺陷的行读取电路群组进行修补；相反地，若具有缺陷的行读取电路群组位于第二部分SEC_2时，本发明则藉由冗余行读取电路群组DG_2，沿方向D1的一相反方向D2以平移方式进行修补，其修补后的连接方式如图8所示。如此一来，本发明可分别对两个行读取电路群组进行修补，大幅地增加操作上的弹性。

综上所述，本发明是以群组为单位对图像传感器的行读取电路进行修补，并藉由平移方式，将需修补的行读取电路群组所耦接的行群组及其后的所有行群组，依序耦接至下一相邻行读取电路群组及冗余行读取电路群组。如此一来，本发明不但可大幅节省图像传感器的电路面积，以节省生产成本外，更可避免由于像素阵列中行与行之间输出负载差异过大，导致操作困难的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (14)

1.一种具有行读取电路修补功能的图像传感器，其特征在于，包含有：

一像素阵列，包含有多个行群组；

一行读取电路阵列，包含有：

多个行读取电路群组，沿一第一方向设置在一列，该多个行读取电路群组的每一行读取电路群组依序耦接于该像素阵列的一行群组，由一特定数量的行读取电路所组成，用来读取该行群组的每一行的像素值；以及

一第一冗余行读取电路群组，沿该第一方向设置在该多个行读取电路群组的一第一侧边，由多个第一冗余行读取电路所组成，该多个第一冗余行读取电路的数量等于该特定数量；

一寻址单元，用来当该多个行读取电路群组的一第一行读取电路群组中的行读取电路具有缺陷时，根据该第一行读取电路群组的位置，产生一修补控制信号；以及

一修补单元，设置在该像素阵列及该行读取电路阵列之间，用来根据该修补控制信号，将该第一行读取电路群组起沿该第一方向的所有行读取电路群组所耦接的所有行群组，依序耦接至一第二行读取电路群组起延该第一方向的所有行读取电路群组及该第一冗余行读取电路群组，其中，该第二行读取电路群组是该多个行读取电路群组中该第一行读取电路群组沿该第一方向的下一行读取电路群组。

2.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，该行读取电路阵列另包含一第二冗余行读取电路群组，设置在该多个行读取电路群组的一第二侧边，由多个第二冗余行读取电路所组成，该多个第二冗余行读取电路的数量是等于该特定数量。

3.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，该行读取电路是一关联双取样电路。

4.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，该行读取电路是一放大器。

5.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，该修补单元包含多个修补群组，分别对应于该像素阵列的该多个行群组，该多个修补群组的每一修补群组由多个开关所组成，该多个开关的数量等于该特定数量。

6.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，该寻址单元是一解码器。

7.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，该图像传感器是一互补金属氧化物半导体导体图像传感器。

8.一种用来修补一图像传感器的方法，该图像传感器包含有一像素阵列，一行读取电路阵列，该行读取电路阵列包含有多个行读取电路群组，沿一第一方向设置在一列，该多个行读取电路群组的每一行读取电路群组依序耦接于该像素阵列的一行群组，由一特定数量的行读取电路所组成，用来读取该行群组的每一行的像素值，其特征在于，该方法包含有：

沿该第一方向在该多个行读取电路群组的一第一侧边，形成一第一冗余行读取电路群组，该第一冗余行读取电路群组由多个第一冗余行读取电路所组成，该多个第一冗余行读取电路的数量等于该特定数量；

当该多个行读取电路群组的一第一行读取电路群组中的行读取电路具有缺陷时，根据该第一行读取电路群组的位置，产生一修补控制信号；以及

根据该修补控制信号，将该第一行读取电路群组起沿该第一方向的所有行读取电路群组所耦接的所有行群组，依序耦接至一第二行读取电路群组起延该第一方向的所有行读取电路群组及该第一冗余行读取电路群组，其中，该第二行读取电路群组是该多个行读取电路群组中该第一行读取电路群组沿该第一方向的下一行读取电路群组。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该方法另包含在该多个行读取电路群组的一第二侧边形成一第二冗余行读取电路群组，该第二冗余行读取电路群组由多个第二冗余行读取电路所组成，该多个第二冗余行读取电路的数量等于该特定数量。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该行读取电路是一关联双取样电路。

11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该行读取电路是一放大器。

12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该修补控制信号是由一寻址单元所产生。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，该寻址单元是一解码器。

14.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该图像传感器是一互补金属氧化物半导体导体图像传感器。

Images