CN104184966A

CN104184966A - 影像传感器

Info

Publication number: CN104184966A
Application number: CN201310204100.1A
Authority: CN
Inventors: 温文燊; 孟昭宇
Original assignee: Novatek Microelectronics Corp
Current assignee: Novatek Microelectronics Corp
Priority date: 2013-05-28
Filing date: 2013-05-28
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2033-05-28
Also published as: CN104184966B

Abstract

本发明公开一种影像传感器，包括有一画素单元以及一画素读取电路。该画素单元包括一影像画素数组，其包括多个影像画素行；一第一参考画素数组，其包括多个第一参考画素行；以及一偏压电路，耦接该多个影像画素行并产生多个行感测信号，以及耦接该多个第一参考画素行并产生多个第一参考信号，以及更根据该多个第一参考信号产生一第一平均参考电压信号。该画素读取电路依据该多个行感测信号与该第一平均参考电压信号来产生多个重置值及多个取样值，其中该多个第一参考画素列少于该多个影像画素列。

Description

影像传感器

技术领域

本发明涉及一种影像传感器，尤其涉及一种可共享一至多个参考画素列消除不同影像画素列的列噪声，以减少参考画素面积，并在数字形式消除列噪声时避免降低图框率（frame rate），或在模拟形式消除列噪声时避免额外噪声并减少电路面积的影像传感器。

背景技术

一般来说，在影像传感器（image sensor）中，以一画素读取电路，如关联双取样器（correlation double sampling，CDS），逐列读取影像画素列而产生重置值及取样值，因此在读取不同影像画素列时，若系统电压、接地电位、偏压参考电压等外部电位因随机噪声发生扰动，即使实际上不同影像画素列图案相同，画素读取电路仅会因随机噪声而读出不同重置值及取样值。在此情况下，公知影像传感器通常设置参考画素数组以消除随机噪声所造成的列噪声。

请参考图1，图1为公知一影像传感器10的示意图。如图1所示，影像传感器10包括有一画素单元100、一画素读取电路102、一控制电路104、一列控制电路106、一栏译码器108、一差动放大器110、一模拟数字转换器（analog to digital converter，ADC）112以及一影像信号处理器（image signalprocessor）114，其中，画素单元100还包括有一影像画素数组116以及一遮光区画素数组118，并选择性包括一参考画素数组120，参考画素数组120设置在影像画素数组116每一列末端（也可为前端）。

简单来说，在进行影像感测时，影像画素数组116中各画素的感光二极管感光后产生电荷储存在相对应感测电容中，接着控制电路104控制列控制电路106、栏译码器108以及画素读取电路102，使得画素读取电路102对影像画素数组102逐列取样而产生各画素的重置值及取样值后，再由差动放大器110、模拟数字转换器112以及影像信号处理器114将重置值与取样值的差进行放大、模拟数字转换以及影像信号处理。其中，在进行影像感测时，遮光区画素数组118及参考画素数组120中并不照光，以分别提供暗电流及画素读取电路102取样时随机噪声的信息，使得画素读取电路102或影像信号处理器114可分别以模拟或数字形式消除暗电流及随机噪声。

详细来说，请参考图2A至图2C，图2A为公知用来实现图1所示的影像传感器10的一影像传感器20的示意图，图2B为图2A中一画素202的示意图，图2C为图2A及图2B中信号的时序示意图。简单来说，如图2A至图2C所示，影像画素数组116包括有影像画素列R₁～R_n、影像画素行C₁～C_m，画素202可为影像画素数组116中任一画素（如位在影像画素列R₁～R_n、影像画素行C₁～C_m任一交点的画素），画素读取电路200包括取样保存电路SHC₁～SHC_m分别对应于影像画素行C₁～C_m。

在此结构下，在进行影像感测时，一感光二极管204感光后产生电荷储存在一感测电容206中做为一感测信号，当一偏压参考电压BIAS为高准位且一列选择信号选择画素202所在的影像画素列而导通一列开关RS后，一画素重置开关RST与一重置开关SHR先依序开启，根据一系统电压VDD（非感测电容206所储存感测信号）导通一晶体管208以储存电荷在一重置电容CR做为一重置值，接着一画素传送开关TX与一取样开关SHS再依序开启以根据感测信号导通晶体管208储存电荷在一取样电容CS做为一取样值，其中，在读取重置值及取样值时，一平均参考电压信号切换开关组ARVS可分别通过开关SW2、SW1控制重置电容CR及取样电容CS的一端连接一参考电压V_REF以消除非理想因素（如暗电流等）。最后，一切换开关CB导通且相对应一行选取电路CSC控制相对应字段的开关导通，以将相对应重置电容CR及取样电容CS所储存的重置值及取样值的差值送至差动放大器110进行后续处理。

然而，由于影像传感器20未包括参考画素数组120供画素读取电路200或影像信号处理器114补偿随机噪声，仅在画素读取电路200增设一电容CB在一偏压电路210中偏压参考电压BIAS的输入端点避免随机噪声由偏压电路210进入画素读取电路200，因此仍会因其它外部电位具有随机噪声使影像具有列噪声。

此外，请参考图3，图3为公知用来实现影像传感器10的一影像传感器30的示意图。影像传感器30与影像传感器20部分相同，因此功能相同的组件与信号以相同符号表示，影像传感器30与影像传感器20的主要差别在于，影像传感器30包括参考画素数组120（包括参考画素列RR₁～RR_n及参考画素行C_m+1～C_m+k），且一画素读取电路300还包括取样保存电路SHC_m+1～SHC_m+k分别对应于参考画素数组120中参考画素行C_m+1～C_m+k，其中，参考画素行C_m+1～C_m+k设置在影像画素行C₁～C_m后端（参考画素列RR₁～RR_n延续影像画素列R₁～R_n进行设置），画素202也可为参考画素数组120中任一参考画素，唯参考画素在进行影像感测时不照光或不感光，其中取样保存电路SHC_m+1～SHC_m+k与取样保存电路SHC₁～SHC_m具有相同结构。

在此结构下，在进行影像感测时，影像画素数组116照光而遮光区画素数组118及参考画素数组120不照光（或设置为非感光型画素），画素读取电路300再利用与上述画素读取电路200相似方式，利用取样保存电路SHC₁～SHC_m及SHC_m+1～SHC_m+k分别逐列读取影像画素列R₁～R_n及参考画素列RR₁～RR_n得到相对应重置值与取样值及相对应参考重置值与参考取样值，再由差动放大器110、模拟数字转换器112以及影像信号处理器114将重置值与取样值的差及参考重置值与参考取样值的差进行放大、模拟数字转换以及影像信号处理。在此情况下，影像信号处理器114进行影像信号处理时，会在数字形式下将影像画素列R₁～R_n中特定影像画素列的画素的重置值与取样值的差减去相对应参考画素列RR₁～RR_n中相对应特定参考画素列的画素的参考重置值与参考取样值的差的平均值，以消除外部电位因随机噪声扰动的影响。

再者，在美国专利号8310569中，各取样保存电路还包括放大器，且以相对应平均电容取代相对应取样保存电路参考画素行的取样保存电路，其中平均电容可如前述读取重置值及取样值的操作储存电荷并进行平均产生一平均参考电压予各放大器，以直接以模拟形式提供平均参考电压在重置电容及取样电容另一端消除外部电位因随机噪声扰动的影响。

除此之外，在美国专利号8310569中，参考画素数组仅还包括各一参考画素分别对应于各影像画素行，然后由画素读取电路如前述读取重置值及取样值的操作直接产生各参考电压，以直接以模拟形式提供各参考电压在重置电容及取样电容另一端消除外部电位因随机噪声扰动的影响。

发明内容

本发明的主要目的即在于提供一种可共享一至多个参考画素列消除不同影像画素列的列噪声，以减少参考画素面积，并在数字形式消除列噪声时避免降低图框率，或在模拟形式消除列噪声时避免额外噪声并减少电路面积的影像传感器。

本发明公开一种影像传感器，该影像传感器包括有一画素单元以及一画素读取电路。该画素单元包括一影像画素数组，包括多个影像画素，排列为多个影像画素列与多个影像画素行；一第一参考画素数组，包括多个第一参考画素，排列为一至多个第一参考画素列与多个第一参考画素行；以及一偏压电路，耦接于该影像画素数组、该第一参考画素数组与该画素读取电路之间，用来依据一偏压电压，而在与该多个影像画素行相耦接的多个节点产生多个行感测信号，在与该多个第一参考画素行相耦接的多个节点产生多个第一参考信号，以及更将该多个第一参考信号转换为一第一平均参考电压信号。该画素读取电路，耦合至该画素单元中的该偏压电路，以依据该多个行感测信号与该第一平均参考电压信号来产生多个重置值及多个取样值，其中该多个影像画素列包括多个第一影像画素列，该多个第一影像画素列的总列数为M1，该多个第一参考画素列的总列数为N1，M1>N1。

本发明还公开一种影像传感器，该影像传感器包括有一画素单元以及一画素读取电路。该画素单元包括一影像画素数组，包括多个影像画素，排列为多个影像画素列与多个影像画素行；一第一参考画素数组，包括多个第一参考画素，排列为一至多个第一参考画素列与多个第一参考画素行；以及一偏压电路，耦接于该影像画素数组、该第一参考画素数组与该画素读取电路之间，用来依据一偏压电压，而在与该多个影像画素行相耦接的多个节点产生多个行感测信号，在与该多个第一参考画素行相耦接的多个节点产生多个第一参考信号，以及更将该多个第一参考信号转换为一第一平均参考电压信号；以及一画素读取电路，耦合至该画素单元中的该偏压电路，以依据该多个行感测信号与该第一平均参考电压信号来产生多个重置值及多个取样值，其中当该画素读取电路读取该多个第一影像画素列当中的一影像画素列时，该一至多个第一参考画素列当中的一第一组参考画素列开启，当该画素读取电路读取该多个第一影像画素列当中的另一影像画素列时，该一至多个第一参考画素列当中的一第二组参考画素列开启，其中该第一组参考画素列与该第二组参考画素列但包括一至多个相同的参考画素列。

在此配合下列图示、实施例的详细说明及权利要求书，将上述及本发明的其它目的与优点详述于后。

附图说明

图1为公知一影像传感器的示意图。

图2A为公知用来实现图1所示的影像传感器的一影像传感器的示意图。

图2B为图2A中一画素的示意图。

图2C为图2A及图2B中信号的时序示意图。

图3为公知用来实现图1所示的影像传感器的一影像传感器的示意图。

图4为实施例一影像传感器的部分电路示意图。

图5为实施例另一影像传感器的部分电路示意图。

图6为实施例另一影像传感器的部分电路示意图。

图7为实施例另一影像传感器的部分电路示意图。

图8为实施例另一影像传感器的部分电路示意图。

图9为实施例另一影像传感器的部分电路示意图。

图10为实施例另一影像传感器的部分电路示意图。

其中，附图标记说明如下：

具体实施方式

在本案说明书全文（包括申请专利范围）中所使用的「耦接」一词可指任何直接或间接的连接手段。举例而言，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则应该被解释成该第一装置可以直接连接在该第二装置，或者该第一装置可以通过其它装置或某种连接手段而间接地连接至该第二装置。

请参考图4，图4为实施例一影像传感器60的部分电路示意图。如图4所示，影像传感器60包括有一画素单元600以及一画素读取电路602，画素单元600包括有一影像画素数组604、一参考画素数组606以及一偏压电路608。影像传感器60与上述影像传感器10～50部分相似，因此功能相同的组件及信号以相同符号表示。在此示意图中，虽然画素单元600以及画素读取电路602绘示为相邻的位置，以及影像画素数组604、参考画素数组606以及偏压电路608也绘示为相邻的位置，但实体结构中均可依照设计需求而依所需距离与位置来结合或分离设置。

简单来说，影像画素数组604包括多个影像画素，排列为影像画素列R₁～R_n与影像画素行C₁～C_m(其中n与m均为正整数)。参考画素数组606包括多个参考画素，排列为参考画素列FRR₀～FRR_N1与参考画素行FRC₁～FRC_k(其中N1与k均为正整数)。此外，参考画素数组606所包括的参考画素可设置在一遮光区（如图1所示遮光区画素数组118、参考画素数组120的位置）或设置为非感光型画素。

偏压电路608耦接于影像画素数组604、参考画素数组606与画素读取电路602之间，用来依据偏压电压BIAS，而在与该多个影像画素行相耦接的多个节点产生多个行感测信号IMS₁～IMS_m（参考回图2B，即进行影像感测时，影像画素数组604照光，各影像画素的感测电容206会储存电荷，这些储存的电荷所致使开关RS输出的信号），以及在与该多个第一参考画素行相耦接的多个节点产生参考信号FRS₁～FRS_k(即进行影像感测时，参考画素数组606不照光，图2B中各参考画素的感测电容206会储存电荷，这些储存的电荷所致使开关RS所输出的信号)，以及偏压电路608更将参考信号FRS₁～FRS_k转换为一平均参考电压信号AV_REF1（即将参考信号FRS₁～FRS_k连结平均产生平均参考电压信号AV_REF1）。此外，画素读取电路602耦合至画素单元600中的偏压电路608，以依据行感测信号IMS₁～IMS_m与平均参考电压信号AV_REF1来产生多个重置值及多个取样值。

在此实施例中，影像画素列的总列数安排为大于参考画素列的总列数。更具体言之，若影像画素列R₁～R_n由影像画素列FR₁～FR_M1组成，即影像画素列FR₁～FR_M1的总列数为M1，而参考画素列FRR₁～FRR_N1的总列数为N1，则M1>N1。由于影像画素列的总列数安排为大于参考画素列的总列数，因此可连带地更安排当中至少两影像画素列分别被读取时，有相同的一或多个参考画素列被参考而开启。换言之，不需要将影像画素列的总列数安排为刚好等于参考画素列的总列数，也不需要安排每一影像画素列被读取时，必须有各自的不同的对应参考画素列被参考而开启。相对的，在此实施例中，将影像画素列的总列数安排为大于参考画素列的总列数，并可更安排至少两个影像画素列共享/对应相同的一或多个参考画素列。

现举每一影像画素列均共享相同且全部的参考画素列为例来做具体说明。当画素读取电路602读取影像画素列FR₁～FR_M1中当中任一影像画素列以产生重置值及取样值时，参考画素列FRR₁～FRR_N1当中每一者均开启，使得画素读取电路602可同时读取参考画素列FRR₁～FRR_N1产生平均参考电压信号AV_REF1予重置电容CR及取样电容CS另一端以模拟形式消除外部电位因随机噪声扰动的影响。

由于画素读取电路602读取影像画素列FR₁～FR_M1中每一影像画素列都以相同参考画素列FRR₁～FRR_N1产生平均参考电压信号AV_REF1，不需如图3在影像画素列R₁～R_M1每一列末端都设置大量参考画素，而仅需在特定区域设置少量共享的参考画素列FRR₁～FRR_N1进而大幅减少参考画素面积。如此一来，影像传感器60可共享相同参考画素列FRR₁～FRR_N1消除不同影像画素列的列噪声，以减少参考画素面积。在一特定实施例中，可设计参考画素列FRR₁～FRR_N1的总列数N1=1，使得影像传感器60可共享相同的单一参考画素列FRR₁而消除不同影像画素列的列噪声。

值得注意的是，上述实施例主要在于可共享一至多个参考画素列消除不同影像画素列的列噪声，以减少参考画素面积，本领域普通技术人员当可据以进行修饰或变化，而不限于此。举例来说，在上述实施例中，当画素读取电路602读取影像画素列FR₁～FR_M1中当中每一影像画素列时，参考画素列FRR₁～FRR_N1当中每一者均开启，但在其它实施例中，当画素读取电路602读取影像画素列FR₁～FR_M1中当中第一影像画素列时，仅参考画素列FRR₁～FRR_N1当中的一第一组参考画素列开启，而当画素读取电路602读取影像画素列FR₁～FR_M1中当中第二影像画素列时，仅参考画素列FRR₁～FRR_N1当中的一第二组参考画素列开启，其中该第一组参考画素列与该第二组参考画素列包括一至多个相同的参考画素列。换言之，在消除第一影像画素列及第二影像画素列的列噪声时，仅共享参考画素列FRR₁～FRR_N1部分参考画素列（即该第一组参考画素列与该第二组参考画素列所包括相同的参考画素列）。

另外，值得注意的是，在上述实施例中，由于影像画素列的总列数安排为大于参考画素列的总列数，因此可连带地安排当中至少两影像画素列分别被读取时，有相同的一或多个参考画素列被参考而开启。然而，在其它实施例中，即使将影像画素列的总列数安排为等于或大于参考画素列的总列数，亦即不需限定影像画素列的总列数与参考画素列的总列数两者间的关系，但仍可安排至少两个影像画素列共享/对应相同的一或多个参考画素列，且仍属于本公开的范畴。

此外，请参考图5，图5为实施例另一影像传感器70的部分电路示意图。影像传感器70与影像传感器60部分相似，因此功能相同的组件及信号以相同符号表示，影像传感器70与影像传感器60的主要差别在于，影像传感器70中一画素单元700，影像画素数组604还包括多个影像画素列SR₁～SR_M2。另外，画素单元700还包括一参考画素数组710以及一平均参考电压信号选择单元704，参考画素数组710包括多个参考画素，排列为参考画素列SRR₁～SRR_N2与参考画素行SRC₁～SRC_k。一偏压电路708除与偏压电路608具有相同操作外，更耦接于参考画素数组710以及更依据偏压电压BIAS，而与参考画素行SRC₁～SRC_k耦接的多个节点产生参考信号SRS₁～SRS_k，以及将参考信号SRS₁～SRS_k转换为一平均参考电压信号AV_REF2，而一画素读取电路702更耦合至参考画素数组710，以依据行感测信号IMS₁～IMS_m以及平均参考电压信号AV_REF1及平均参考电压信号AV_REF2当中的一者来产生多个重置值及多个取样值，平均参考电压信号选择单元704耦接于参考画素数组606与参考画素数组710之间。

与图4的实施例相似，影像画素数组604中多个影像画素列FR₁～FR_M1的总列数M1安排为大于参考画素数组606中参考画素列的总列数N1，以及影像画素数组604中多个影像画素列SR₁～SR_M2的总列数M2也大于参考画素数组710中参考画素列的总列数N2。更具体而言，影像画素列R₁～R_n由影像画素列FR₁～FR_M1与影像画素列SR₁～SR_M2组成，影像画素列FR₁～FR_M1的总列数为M1，影像画素列SR₁～SR_M2的总列数为M2，参考画素数组606中参考画素列FRR₁～FRR_N1的总列数为N1，以及参考画素数组710中参考画素列SRR₁～SRR_N2的总列数为N2，则可安排M1>N1且M2>N2。值得注意的是，在此实施例中，安排M1>N1且M2>N2；然在还在一些实施例中，可安排M1>N1或M2>N2，也属于本公开的范畴。

在此结构下，当画素读取电路602读取影像画素列FR₁～FR_M1当中任一者时，平均参考电压信号选择单元704选择参考电压信号AV_REF1至画素读取电路602，而当画素读取电路602读取其它的影像画素列SR₁～SR_M2当中任一者时，平均参考电压信号选择单元704选择平均参考电压信号AV_REF2至画素读取电路画素读取电路602。如此一来，影像传感器70可分别对影像画素列FR₁～FR_M1及影像画素列SR₁～SR_M2共享参考画素数组606及参考画素数组710以消除列噪声。较佳地，参考画素列FRR₁～FRR_N1的总列数为N1可设计为N1=1，及/或参考画素列SRR₁～SRR_N2的总列数为N2也可设计为N2=1，以减少参考画素面积。

值得注意的是，在一些实施例中，可设计参考画素数组606中参考画素列FRR₁～FRR_N1与参考画素数组710中参考画素列SRR₁～SRR_N2有特定对应关系，且彼此对应的参考画素列可共享相同的列开启信号。譬如参考画素列FRR₁～FRR_N1分别与参考画素列SRR₁～SRR_N2相对应，且参考画素列FRR₁与SRR₁使用相同的列开启信号、参考画素列FRR₂与SRR₂使用相同的列开启信号，依此类推。原因在于平均参考电压信号选择单元704的配置可以适当地挑选出所需的平均参考电压信号。譬如当画素读取电路602读取影像画素列FR₁～FR_M1当中任一者而非影像画素列SR₁～SR_M2当中任一者时，即使参考画素数组606与710当中均有对应的参考画素列因共享相同的列开启信号而被同时开启，但仍可利用平均参考电压信号选择单元704适当地选择出平均参考电压信号AV_REF1。

另外，在一些其它的实施例中，也可设计参考画素数组606中参考画素列FRR₁～FRR_N1与参考画素数组710中参考画素列SRR₁～SRR_N2没有特定对应关系，及/或彼此对应的参考画素列不共享相同的列开启信号，而有各自不同且独立开启/关闭的列开启信号。

此外，当画素读取电路602读取影像画素列FR₁～FR_M1与影像画素列SR₁～SR_M2当中任一者时时，参考画素数组606与参考画素数组710当中一者中对应的参考画素列开启而其它参考画素列关闭，以及平均参考电压信号选择单元704选择出平均参考电压信号AV_REF1或AV_REF2当中一对应者。至于参考画素数组606与参考画素数组710当中另一者当中的参考画素列则可全体关闭，或仍可部分开启，原因在于平均参考电压信号选择单元704不会选择出对应的另一个平均参考电压信号。

综合言之，只要画素读取电路602读取影像画素列FR₁～FR_M1与影像画素列SR₁～SR_M2当中任一者时时，对应的参考画素数组当中对应的数组开启而其它关闭，且平均参考电压信号选择单元704可以适当地选择出对应的平均参考电压信号AV_REF1或AV_REF2即可。

另一方面，请参考图6，图6为实施例另一影像传感器80的部分电路示意图。影像传感器80与影像传感器60部分相似，因此功能相同的组件及信号以相同符号表示，影像传感器80与影像传感器60的主要差别在于，影像传感器70中一画素单元800中，影像画素数组604还包括多个影像画素列SR₁～SR_M2。另外，画素单元800的一参考画素数组806除在一区域808具有参考画素列FRR₁～FRR_N1与参考画素行FRC₁～FRC_k外，更在一区域810包括多个参考画素，排列参考画素列SRR₁＇～SRR_N2＇与参考画素行SRC₁＇～SRC_k＇，参考画素行SRC₁＇～SRC_k＇耦接至参考画素行FRC₁～FRC_k，而与区域808的参考画素共同提供该多个第一参考电压信号。

与图4的实施例相似，影像画素数组604的区域808中多个影像画素列FR₁～FR_M1的总列数M1安排为大于参考画素数组806中参考画素列FRR₁～FRR_N1的总列数N1，以及影像画素数组604中多个影像画素列SR₁～SR_M2的总列数也大于参考画素数组806的区域810中参考画素列SRR₁＇～SRR_N2＇的总列数N2。更具体而言，影像画素列R₁～R_n由影像画素列FR₁～FR_M1与影像画素列SR₁～SR_M2组成，其中影像画素列FR₁～FR_M1的总列数为M1，影像画素列SR₁～SR_M2的总列数为M2，参考画素数组806由参考画素列FRR₁～FRR_N1与SRR₁＇～SRR_N2＇组成，其中参考画素列FRR₁～FRR_N1的总列数N1，参考画素列SRR₁＇～SRR_N2＇的总列数为N2，则可安排M1>N1且M2>N2。值得注意的是，在此实施例中，安排M1>N1且M2>N2；然而在一些实施例中，可安排M1>N1或M2>N2，也属于本公开的范畴。

在此结构下，当画素读取电路602读取影像画素列FR₁～FR_M1时，区域808中对应的参考画素列开启而区域810中对应的参考画素列关闭，而当画素读取电路602读取影像画素列SR₁～SR_M2时，区域808中对应的参考画素列关闭而区域810中对应的参考画素列开启，以输出一相对应平均参考电压信号AV_REF1＇。较佳地，参考画素列SRR₁＇～SRR_N＇₂的总列数为N2也可设计为N2=1以减少参考画素面积。如此一来，影像传感器70可分别对影像画素列FR₁～FR_M1及影像画素列SR₁～SR_M2共享区域808的参考画素及区域810的参考画素以消除列噪声。

此外，上述参考画素列FRR₁～FRR_N1、SRR₁～SRR_N2、SRR₁＇～SRR_N2＇及710可布局在影像画素列R₁～R_n中的首列或末列的其中一侧，且与平行于影像画素列R₁～R_n（即影像画素数组604左侧或右侧），或布局为垂直在影像画素行C₁～C_m（即影像画素数组604上方或下方）。另外，较佳地，参考画素列FRR₁～FRR_N1、SRR₁～SRR_N2、SRR₁＇～SRR_N2当中每一者所包括的参考画素的数量小于等于影像画素列R₁～R_n每一者所包括的影像画素的数量。由参考画素数组606、710、806所得的平均参考电压信号AV_REF1、AV_REF2、AV_REF1＇由各参考画素列所提供，在设计各参考画素列中参考画素的数量接近各影像画素列中影像画素的数量的情况下，可不需设置放大器而能在模拟形式消除列噪声时避免额外噪声并减少电路面积。

另一方面，请返回参考图4。当画素读取电路602读取影像画素列R₁～R_n当中任一者时，利用平均参考电压信号AV_REF1做为一参考电压对行感测信号IMS₁～IMS_m进行取样保存，以产生多个重置值与多个取样值，其中，画素读取电路602包括有取样保存电路SHC_a1～SHC_am分别对应于行感测信号IMS₁～IMS_m，各取样保存电路分别对行感测信号IMS₁～IMS_m进行取样与保存，以产生该多个重置值当中的一者及该多个取样值当中的一者。

图4也显示依据一特定实施例取样保存电路SHC_a1～SHC_am的细部结构。详细来说，取样保存电路SHC_a1～SHC_am中各取样保存电路包括有取样开关SHS、取样电容CS、重置开关SHR、重置电容CR、切换开关CB以及平均参考电压信号切换开关组ARVS，其结构如图4所示，即：取样开关SHS具有第一端耦接于行感测信号IMS₁～IMS_m当中的一对应者，以及具有第二端；取样电容CS具有第一端耦接于取样开关SHS的该第二端，以及具有第二端；重置开关SHR具有第一端耦接于行感测信号IMS₁～IMS_m当中的一对应者，以及具有第二端；重置电容CR具有第一端耦接于重置开关SHR的该第二端，以及具有第二端；切换开关CB耦接于取样电容CS的该第一端与重置电容CR的该第一端之间；平均参考电压信号切换开关组ARVS包括一开关SW1，耦接平均参考电压信号AV_REF1与取样电容CS的该第二端之间，以及一开关SW2耦接于平均参考电压信号AV_REF1与重置电容CR的该第二端之间，其中取样电容CS的该第二端与重置电容CR的该第二端分别提供该多个取样值当中的一者与该多个重置值当中的一者。取样保存电路SHC_a1～SHC_am中各取样保存电路可参考图2A至图2C及其相关叙述，在此不再赘述。

另一方面，请参考图7，图7为实施例另一影像传感器90的部分电路示意图，也显示依据另一特定实施例取样保存电路的细部结构。影像传感器90与影像传感器60部分相似，因此功能相同的组件及信号以相同符号表示，影像传感器90与影像传感器60的主要差别在于，影像传感器90中一画素读取电路902所包括的取样保存电路SHC_b1～SHC_bm与画素读取电路602所包括的取样保存电路SHC_a1～SHC_am具有不同的细部结构。

更具体言之，取样保存电路SHC_b1～SHC_bm中各取样保存电路包括有取样开关SHS、一取样电容CS＇、重置开关SHR以及一重置电容CR＇，其结构如图7所示，即：取样开关SHS具有第一端耦接于行感测信号IMS₁～IMS_m当中的一对应者，以及具有第二端；取样电容CS＇具有第一端耦接于取样开关SHS的该第二端，以及具有第二端耦接至平均参考电压信号AV_REF1；重置开关SHR具有第一端耦接于行感测信号IMS₁～IMS_m当中的一对应者，以及具有第二端；重置电容CR＇具有第一端耦接于重置开关SHR的该第二端，以及具有第二端耦接至平均参考电压信号AV_REF1，其中，取样电容CS＇的该第一端与重置电容CR＇的该第一端分别提供该多个取样值当中的一者与该多个重置值当中的一者。在此结构下，平均参考电压信号AV_REF1直接提供在取样电容CS＇及重置电容CR＇的第二端而不需由平均参考电压信号切换开关组ARVS进行选取，因此可由取样电容CS＇及重置电容CR＇的第一端直接提供取样值及重置值的差值。

再者，请参考图8，图8为实施例另一影像传感器1000的部分电路示意图。影像传感器1000与影像传感器70、90部分相似，因此功能相同的组件及信号以相同符号表示，影像传感器1000与影像传感器70、90的主要差别在于，影像传感器1000通过画素单元700的架构提供平均参考电压信号AV_REF1及平均参考电压信号AV_REF2当中的一者予画素读取电路902中取样保存电路SHC_b1～SHC_bm的架构，以产生多个重置值及多个取样值。画素单元700及画素读取电路902中取样保存电路SHC_b1～SHC_bm的操作可参考以上叙述，在此不再赘述。

另一方面，请参考图9，图9为实施例另一影像传感器1100的部分电路示意图。影像传感器1100与影像传感器80、90部分相似，因此功能相同的组件及信号以相同符号表示，影像传感器1100与影像传感器80、90的主要差别在于，影像传感器1000通过参考画素数组806的架构提供平均参考电压信号AV_REF1＇予画素读取电路902中取样保存电路SHC_b1～SHC_bm的架构，以产生多个重置值及多个取样值。参考画素数组806及画素读取电路902中取样保存电路SHC_b1～SHC_bm的操作可参考以上叙述，在此不再赘述。

除此之外，请参考图10，图10为实施例另一影像传感器1200的部分电路示意图。影像传感器1200与影像传感器90部分相似，因此功能相同的组件及信号以相同符号表示，影像传感器1200与影像传感器90的主要差别在于，画素读取电路1202除包括有取样保存电路SHC_b1～SHC_bm分别对应于行感测信号IMS₁～IMS_m外，还包括一取样保存电路RSHC对应于平均参考电压信号AV_REF1，各取样保存电路分别对行感测信号IMS₁～IMS_m与平均参考电压信号AV_REF1进行取样与保存，以产生该多个重置值当中的一者及该多个取样值当中的一者或至少一参考重置值及至少一参考取样值当中的一者，且取样保存电路SHC_b1～SHC_bm、RSHC中取样电容CS＇及重置电容CR＇的第二端耦接于外部参考电压V_REF（非由参考画素数组606提供）。值得注意的是，可依照影像传感器90变化为影像传感器1200的方式，分别对影像传感器1000与1100做类似的改变。

详细来说，取样保存电路SHC_b1～SHC_bm、RSHC中各取样保存电路包括有取样开关SHS、一取样电容CS＇、重置开关SHR以及一重置电容CR＇，其结构如图10所示，即：取样开关SHS具有第一端耦接于行感测信号IMS₁～IMS_m与平均参考电压信号AV_REF1当中的一对应者（即取样保存电路SHC_b1～SHC_bm、RSHC的取样开关SHS分别对应于行感测信号IMS₁～IMS_m及平均参考电压信号AV_REF1），以及具有第二端；取样电容CS＇具有第一端耦接于取样开关SHS的该第二端，以及具有第二端耦接至参考电压V_REF；重置开关SHR具有第一端耦接于行感测信号IMS₁～IMS_m与平均参考电压信号AV_REF1当中的一对应者（即取样保存电路SHC_b1～SHC_bm、RSHC的重置开关SHR分别对应于行感测信号IMS₁～IMS_m及平均参考电压信号AV_REF1），以及具有第二端；重置电容CR＇具有第一端耦接于重置开关SHR的该第二端，以及具有第二端耦接至参考电压V_REF，其中，取样电容CS＇的该第一端与重置电容CR＇的该第一端分别提供该多个取样值当中的一者与该多个重置值当中的一者或至少一参考重置值及至少一参考取样值当中的一者。在此结构下，外部参考电压V_REF直接提供在取样电容CS＇及重置电容CR＇的第二端而不需由平均参考电压信号切换开关组ARVS进行选取，因此可由取样电容CS＇及重置电容CR＇的第一端直接提供取样值及重置值的差值或参考重置值及参考取样值的差值。

在此结构下，影像传感器1200除将由行感测信号IMS₁～IMS_m所得取样值及重置值的差值送至后端电路外，可仅将由平均参考电压信号AV_REF1所得参考取样值及参考重置值的差值送至后端电路，在数字形式下根据平均参考电压信号AV_REF1所得参考取样值及参考重置值的差值消除列噪声，因此相较于图3所示的影像传感器30需将参考画素行C_m+1～C_m+k的参考重置值与参考取样值的差值都送至后端电路可避免降低图框率。

此外，上述影像传感器60～90、1000～1200可还包括行选取电路CSC耦接至画素读取电路602、902、1202，用以选择多个重置值当中的一者及多个取样值当中的一者进行输出，而影像传感器60～90、1000～1200也可还包括如图1所示的差动放大器110、模拟数字转换器（analog to digital converter，ADC）112以及影像信号处理器（image signal processor）114（未绘示在图4至图10）。

在以模拟形式消除列噪声的影像传感器60～90、1000、1100的架构中，差动放大器110根据已消除列噪声的该多个重置值及该多个取样值的差（已将列噪声耦接于取样电容CS、CS＇及重置电容CR、CR＇另一端进行消除），产生相对应多个类比画素值，模拟数字转换器112可将该多个类比画素值转换为多个数字画素值，影像信号处理器114可将该多个数字画素值进行显示。

另一方面，在以数字形式消除列噪声的影像传感器1200的架构中，差动放大器110除根据未消除列噪声的该多个重置值及该多个取样值的差，产生相对应多个类比画素值外，还根据该至少一参考重置值及该至少一参考取样值的差，产生一模拟列噪声值，模拟数字转换器112再将该多个类比画素值及该模拟列噪声值转换为多个数字画素值及一数字列噪声值，影像信号处理器114可将该多个数字画素值减去该数字列噪声值以进行显示（即在数字形式消除列噪声）。

值得注意的是，在一些实施例中，影像画素列彼此共享完全相同的一至多个参考画素列，意思是当画素读取电路读取多个影像画素列当中的任一影像画素列时，都是相同的一或多个甚至全部参考画素列被参考而开启。然而本公开不限于此。在其它一些实施例中，每一个影像画素列或至少两个影像画素列可以参考不同(数目或/及位置)的一或多个参考画素列，只要所参考的影像画素列，当中有相同的一或多个参考画素列即可。以下将以其中两影像画素列的读取过程为例说明，然而可以推广更多列的情况。当该画素读取电路读取多个影像画素列当中的某一影像画素列时，某一或多个参考画素列(在此称为一第一组参考画素列)被参考而开启。而当画素读取电路读取另一影像画素列时，另外的一或多个参考画素列(在此称为一第二组参考画素列)被参考而开启。第一组参考画素列与第二组参考画素列不见得要完全相同而可以部分相同，亦即第一组参考画素列与该第二组参考画素列包括一至多个相同的参考画素列。

在公知技术中，以参考画素消除列噪声的方式，需在影像画素行后端设置大量参考画素行而需要大量面积，且在数字形式消除列噪声时会降低图框率，而在模拟形式消除列噪声时会具有额外噪声。相较之下，上述实施例可共享一至多个参考画素列消除不同影像画素列的列噪声，以减少参考画素面积，且在数字形式消除列噪声时避免降低图框率，而在模拟形式消除列噪声时避免额外噪声并减少电路面积。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种影像传感器，其特征在于，包括有：

一画素单元，包括：

一影像画素数组，包括多个影像画素，排列为多个影像画素列与多个影像画素行；

一第一参考画素数组，包括多个第一参考画素，排列为一至多个第一参考画素列与多个第一参考画素行；以及

一偏压电路，耦接于该影像画素数组、该第一参考画素数组与一画素读取电路之间，该偏压电路依据一偏压电压，而在与该多个影像画素行相耦接的多个节点产生多个行感测信号，在与该多个第一参考画素行相耦接的多个节点产生多个第一参考信号，以及更将该多个第一参考信号转换为一第一平均参考电压信号；以及

该画素读取电路，耦合至该画素单元中的该偏压电路，以依据该多个行感测信号与该第一平均参考电压信号来产生多个重置值及多个取样值，

其中该多个影像画素列包括多个第一影像画素列，该多个第一影像画素列的总列数为M1，该一至多个第一参考画素列的总列数为N1，M1>N1。

2.如权利要求1所述的影像传感器，其特征在于，该多个第一参考画素设置在一遮光区或设置为非感光型画素。

3.如权利要求1所述的影像传感器，其特征在于，N1=1。

4.如权利要求1所述的影像传感器，其特征在于，当该画素读取电路读取该多个第一影像画素列当中每一影像画素列时，该一至多个第一参考画素列当中每一者均开启。

5.如权利要求1所述的影像传感器，其特征在于，

当该画素读取电路读取该多个第一影像画素列当中的一影像画素列时，该一至多个第一参考画素列当中的一第一组参考画素列开启，

当该画素读取电路读取该多个第一影像画素列当中的另一影像画素列时，该一至多个第一参考画素列当中的一第二组参考画素列开启，其中该第一组参考画素列与该第二组参考画素列包括一至多个相同的参考画素列。

6.如权利要求1所述的影像传感器，其特征在于，该画素单元更包括：

一第二参考画素数组，包括多个第二参考画素，排列为一至多个第二参考画素列与多个第二参考画素行，其中

该偏压电路，更耦接至该第二参考画素数组，该偏压电路依据该偏压电压，而在与该多个第二参考画素行相耦接的多个节点产生多个第二参考信号，以及更将该多个第二参考信号转换为一第二平均参考电压信号，

该画素读取电路，更耦合至该第二参考画素数组，以依据该多个行感测信号以及该第一平均参考电压信号及该第二平均参考电压信号当中的一者来产生该多个重置值及该多个取样值，以及

该多个影像画素列更包括多个第二影像画素列，其中该多个第二影像画素列的总列数为M2，该多个第二参考画素列的总列数为N2，M2>N2。

7.如权利要求6所述的影像传感器，其特征在于，该画素单元更包括一平均参考电压信号选择单元，耦接于该第一参考画素数组与该第二参考画素数组之间，用来当该画素读取电路读取该第一影像画素列当中任一者时，选择该第一平均参考电压信号至该画素读取电路，以及当该画素读取电路读取该第二影像画素列当中任一者时，选择该第二平均参考电压信号至该画素读取电路。

8.如权利要求6所述的影像传感器，其特征在于，N2=1。

9.如权利要求1所述的影像传感器，其特征在于，

该第一参考画素数组更包括多个第二参考画素，排列为一至多个第二参考画素列与多个第二参考画素行，该多个第二参考画素行耦接至该多个第一参考画素行，而与该多个第一参考画素共同提供该多个第一参考电压信号，以及

该多个影像画素列更包括多个第二影像画素列，该多个第二影像画素列的总列数为M2，该多个第二参考画素列的总列数为N2，M2>N2。

10.如权利要求9所述的影像传感器，其特征在于，

当该画素读取电路读取该多个第一影像画素列时，该多个第一参考画素开启以及该多个第二参考画素关闭，以及

当该画素读取电路读取该多个第二影像画素列时，该多个第一参考画素关闭以及该多个第一参考画素开启。

11.如权利要求9所述的影像传感器，其特征在于，N2=1。

12.如权利要求1所述的影像传感器，其特征在于，该一至多个参考画素列布局在该多个影像画素列中的首列或末列的其中一侧，且与平行于该多个影像画素列。

13.如权利要求1所述的影像传感器，其特征在于，该一至多个参考画素列布局为垂直于该多个影像画素行。

14.如权利要求1所述的影像传感器，其特征在于，该一至多个第一参考画素列当中每一者所包括的参考画素的数量小于等于该多个影像画素列当中每一者所包括的影像画素的数量。

15.如权利要求1所述的影像传感器，其特征在于，当该画素读取电路读取该多个影像画素列当中任一者时，该第一平均参考电压信号做为一参考电压对该多个行感测信号进行取样保存，以产生该多个重置值与该多个取样值。

16.如权利要求1所述的影像传感器，其特征在于，该画素读取电路包括有多个取样保存电路分别对应于该多个行感测信号，各取样保存电路分别对该多个行感测信号进行取样与保存，以产生该多个重置值当中的一者及该多个取样值当中的一者。

17.如权利要求1所述的影像传感器，其特征在于，该画素读取电路包括有多个取样保存电路分别对应于该多个行感测信号与该第一平均参考电压信号，各取样保存电路分别对该多个行感测信号与该第一平均参考电压信号进行取样与保存，以产生该多个重置值当中的一者及该多个取样值当中的一者或至少一参考重置值及至少一参考取样值当中的一者。

18.如权利要求16所述的影像传感器，其特征在于，各该取样保存电路包括有：

一取样开关，其具有第一端耦接于该多个行感测信号当中的一对应者，以及具有第二端；

一取样电容，其具有第一端耦接于该取样开关的该第二端，以及具有第二端；

一重置开关，其具有第一端耦接于该多个行感测信号当中的一对应者，以及具有第二端；

一重置电容，其具有第一端耦接于该重置开关的该第二端，以及具有第二端；

一切换开关，耦接于该取样电容的该第一端与该重置电容的该第一端之间；以及

一平均参考电压信号切换开关组，包括一第一开关，耦接于该第一平均参考电压信号与该取样电容的该第二端之间，以及一第二开关耦接于该第一平均参考电压信号与该重置电容的该第二端之间，

其中该取样电容的该第二端与该重置电容的该第二端分别提供该多个取样值当中的一者与该多个重置值当中的一者。

19.如权利要求16所述的影像传感器，其特征在于，各该取样保存电路包括有：

一取样电容，其具有第一端耦接于该取样开关的该第二端，以及具有第二端耦接至该第一平均参考电压信号；

一重置开关，其具有第一端耦接于该多个行感测信号当中的一对应者，以及具有第二端；以及

一重置电容，其具有第一端耦接于该重置开关的该第二端，以及具有第二端耦接至该第一平均参考电压信号，

其中该取样电容的该第一端与该重置电容的该第一端分别提供该多个取样值当中的一者与该多个重置值当中的一者。

20.如权利要求17所述的影像传感器，其特征在于，各该取样保存电路包括有：

一取样开关，其具有第一端耦接于该多个行感测信号与该第一平均参考电压信号当中的一对应者，以及具有第二端；

一重置开关，其具有第一端耦接于该多个行感测信号与该第一平均参考电压信号当中的一对应者，以及具有第二端耦接至一参考电压；以及

一重置电容，其具有第一端耦接于该重置开关的该第二端，以及具有第二端耦接至该参考电压，

其中该取样电容的该第一端与该重置电容的该第一端分别提供该多个取样值当中的一者与该多个重置值当中的一者或至少一参考重置值及至少一参考取样值当中的一者。

21.如权利要求1所述的影像传感器，其特征在于，更包括一行选取电路，耦接至该画素读取电路，用以选择该多个重置值当中的一者及该多个取样值当中的一者。

22.如权利要求16所述的影像传感器，其特征在于，还包括有：

一差动放大器，用来根据该多个重置值及该多个取样值的差，产生相对应多个类比画素值；

一模拟数字转换器，用来将该多个类比画素值转换为多个数字画素值；以及

一影像信号处理器，用来将该多个数字画素值进行显示。

23.如权利要求17所述的影像传感器，其特征在于，还包括有：

一差动放大器，用来根据该多个重置值及该多个取样值的差，产生相对应多个类比画素值，并根据该至少一参考重置值及该至少一参考取样值的差，产生一模拟列噪声值；

一模拟数字转换器，用来将该多个类比画素值及该模拟列噪声值转换为多个数字画素值及一数字列噪声值；以及

一影像信号处理器，用来将该多个数字画素值减去该数字列噪声值以进行显示。

24.一种影像传感器，其特征在于，包括有：

一画素单元，包括：

该画素读取电路，耦合至该画素单元中的该偏压电路，以依据该多个行感测信号与该第一平均参考电压信号来产生多个重置值及多个取样值，其中

25.如权利要求24所述的影像传感器，其特征在于，当该画素读取电路读取该多个第一影像画素列当中每一影像画素列时，该一至多个第一参考画素列当中每一者均开启。

26.如权利要求24所述的影像传感器，其特征在于，该一至多个第一参考画素列的总列数为1。