CN206313891U - 图像传感器 - Google Patents

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Abstract

一种图像传感器包括像素阵列，其包括位于具有行与列的矩阵中的复数个单位像素；选择单元，其配置成选择像素阵列的列中的一些的输出并输出选择输出信号；以及模数转换块，其包括对应于像素阵列的列的复数个模数转换单元。复数个模数转换单元中的第一模数转换单元，配置成转换选择输出信号并输出数字数据。当第一模数转换单元转换选择输出信号时，第二模数转换单元被关闭。

Description

图像传感器
相关申请的交叉引用
本申请要求了2016年4月27日提交的韩国专利申请No.
10-2016-0051338的优先权，该文献的内容通过引用将其全文并入。
技术领域
本实用新型的实施例关于一种图像传感器。
背景技术
在图像传感器中，更具体地，在互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器中，一个帧可以包括N×M个单位像素的阵列。
如果需要增加数据处理速度(例如，运动图像模式)，则图像传感器可以使用低分辨率模式。在低分辨率模式下，不是所有单位像素都输出信号，但一些单位像素可以输出信号。可以使用子采样模式(subsampling)和合并模式(binning mode)来实现图像传感器的低分辨率模式。
实用新型内容
因此，本实用新型的实施例涉及一种能够减少模数转换块的功耗并且提高帧速率的图像传感器。
本实用新型附加的优点、目的和特征，一部份将在下面的描述中阐述，且一部份对于本领域技术人员在研究以下内容时将是显而易见的，或可从本实用新型的实践中获知。本实用新型的目的和其它优点，可通过文字描述与权利要求及其附图中具体指出的结构来实现和获得。
为了实现这些目的和其他优点，并且根据本实用新型实施例的目的，如同在此的具体实施和广泛描述，一种图像传感器可包含像素阵列，所述像素阵列包含位于具有行与列的矩阵中的复数个单位像素；选择单元，所述选择单元配置成选择所述像素阵列的列中的一些的输出并将选择输出信号输出；以及模数转换块，所述模数转换块包含对应于所述像素阵列的列的复数个模数转换单元，所述模数转换单元中的第一模数转换单元配置成转换所述选择输出信号并输出数字数据。当所述第一模数转换单元转换所述选择输出信号时，在所述复数个模数转换单元中有别于所述第一模数转换单元的第二模数转换单元被关闭。
所述的图像传感器可进一步包括控制器，所述控制器配置成选择并驱动所述像素阵列的行中的一些。
图像传感器可进一步包括存储器，所述存储器包含复数个锁存器，所述锁存器配置成存储对应于所述模数转换单元的输出的数字数据。
图像传感器可进一步包括列扫描器，所述列扫描器配置成选择所述复数个锁存器中对应于所述第一模数转换单元的第一锁存器，并读取所述第一锁存器中存储的数字数据。
各个模数转换单元可包含相关双重采样单元，所述相关双重采样单元配置成执行相关双重采样；以及模数转换器，所述模数转换器配置成转换所述相关双重采样单元的输出。当各个第一模数转换单元的相关双重采样单元与模数转换器开启时，各个第二模数转换单元的相关双重采样单元与模数转换器被关闭。
根据本实用新型的另一方面，一种图像传感器包含像素阵列，所述像素阵列包含位于具有行与列的矩阵中的复数个单位像素；控制器，所述控制器配置成设定具有行与列的感兴趣区域并驱动所述感兴趣区域的行；选择单元，所述选择单元配置成选择对应于所述感兴趣区域的列的输出，并输出选择输出信号；模数转换块，所述模数转换块包含第一模数转换单元，所述第一模数转换单元配置成转换所述选择输出信号，以及与所述感兴趣区域的列之外的至少一列对应的至少一个第二模数转换单元；锁存单元，包含第一锁存器，所述第一锁存器配置成存储所述第一模数转换单元的输出，以及第二锁存器，所述第二锁存器配置成存储所述第二模数转换单元的输出；以及列扫描器，所述列扫描器配置成选择所述第一锁存器并读取存储于所选择的第一锁存器中的数据。
像素阵列可包含复数个行区，所述复数个行区各可包含两个以上不同的列，以及所述感兴趣区域的列可匹配所述复数个行区的至少一个列。
当所述第一模数转换单元转换所述选择输出信号时，所述第二模数转换单元可被关闭。
所述感兴趣区域可包括或被分割为复数个群组，并且各群组包含两个以上不同列。所述选择单元可在各个群组里的列中选择输出并输出所述选择输出信号。
所述复数个群组各可包含所述感兴趣区域中两个以上相邻列。
所述复数个群组可包含第一群组与第二群组，并且各个第一群组可包含两个以上相邻奇数列，以及各个第二群组可包含两个以上相邻偶数列。
像素阵列可包含连接于所述选择单元的感测线，以及各个感测线可连接于在所述像素阵列里对应一列中的单位像素。
选择单元可包含第一开关，所述第一开关配置成连接对应于各群组中列的感测线；以及第二开关，所述第二开关介于所述感测线与所述模数转换单元之间。
选择单元可进一步包含第三开关，所述第三开关介于所述感测线与所述模数转换单元之间的连接节点，和/或接地电压或接地电位之间。
根据本实用新型中一个以上实施例，可以降低模数转换块的功耗，并增加图像传感器的帧速率。
应当理解，实施例的以上概述与以下详述均为示例性与说明性的，且旨在提供对于本发明所主张的进一步解释。
附图说明
附图提供对本实用新型的进一步理解，且并入并构成本实用新型的一部分，其示出了本实用新型的实施例，并与说明书一同用于解释本实用新型的原理。在附图中：
图1是根据本实用新型中一个实施例的图像传感器组态的示意图；
图2是图1中所示像素阵列、模数转换块、和存储器的一个实施例的示意图；
图3是根据图1中所示图像传感器的一个实施例的操作的示意图；
图4是根据图1中所示图像传感器的另一实施例的操作的示意图；
图5是根据图1中所视图像传感器的另一实施例的操作的示意图；
图6是根据图1中所视图像传感器的另一实施例的操作的示意图；
图7是图3所示列扫描器产生的扫描信号的时序示意图；
图8是图4所示列扫描器产生的扫描信号的时序示意图；
图9A是根据图3中选择单元的第一操作的第一到第三开关的开启及/或关闭状态与模数转换单元的开启及/或关闭状态的示意图；
图9B是根据图3中选择单元的第二操作的第一到第三开关的开启及/或关闭状态与模数转换单元的开启及/或关闭状态的示意图；
图10A是根据图4中选择单元的第一操作的第一到第三开关的开启及/或关闭状态与模数转换单元的开启及/或关闭状态的示意图；
图10B是根据图4中选择单元的第二操作的第一到第三开关的开启及/或关闭状态与模数转换单元的开启及/或关闭状态的示意图；
图11是图1所示的像素阵列中单位像素的一个实施例的示意图；
图12是图1所示的像素阵列的另一实施例的示意图；
图13A是图12的像素阵列在第一驱动模式的操作的时序示意图；
图13B是图12的像素阵列在第二驱动模式的操作的时序示意图；
图14为图1所示的像素阵列的另一实施例的示意图；
图15A是图14的像素阵列在第一驱动模式的操作的时序示意图；
图15B是图14的像素阵列在第二驱动模式的操作的时序示意图；
图16是图1中所示图像传感器的感兴趣区域的示意图；
图17是图16中感兴趣区域的实施例的示意图；
图18是根据本实用新型的实施例示出的选择单元、模数转换块、存储器、以及列扫描器用以执行感兴趣区域操作模式的操作示意图；
图19是包含复数个行区的像素阵列的一帧长度的示意图；
图20是图16中感兴趣区域的多种操作示意图；
图21是图16中像素阵列的第一区与第二区的示意图；
图22A是用于单色型像素阵列的第一区和第二区的选择单元和模数转换块的操作的一实施例的示意图；
图22B是用于单色型像素阵列的第一区和第二区的选择单元和模数转换块的操作的另一实施例的示意图。
具体实施方式
在下文中，通过附图及其以下描述将清楚地理解本实用新型的实施例。应当理解，在实施例的各种描述中，被称为诸如层，膜，区域，图案或结构的一种元件形成在另一元件，例如结构、层、膜、区域、垫或图案，之上或之下时，可以直接形成在所述另一元件“之上”或“之下”，或者间接地形成，在其之间具有中间元件。还应当理解，元件的“之上”和“之下”是根据附图来描述。另外，在附图的描述中，相同的附图标记表示相同的组成元件。
图1是示出根据本实用新型一个以上实施例的图像传感器100之构造的示意图，以及图2是图1中像素阵列120、模数转换块140和存储器160的一个以上实施例的示意图。
参照图1与图2，说明性图像传感器100包括控制器110、像素阵列120、选择单元130、模数转换块140、存储器160、以及列扫描器170。另外，图像传感器100可进一步包括数字信号处理器180。
控制器110输出一个以上配置成控制像素阵列120的第一控制信号(如重启信号RX、传动信号TX、及/或选择信号SX)、配置成控制选择单元130的第二控制信号BS、配置成控制选择器150的第三控制信号SC、以及配置成控制列扫描器170的第四控制信号CS。
举例来说，控制器110可包括用来产生计时信号或控制信号的时间控制器，以及根据时间控制器提供的计时信号来产生驱动复数个单元像素的第一控制信号的行驱动器。
像素阵列120可包括复数个单元像素P11到Pnm(n和m是大于1的自然数)，且复数个单元像素P11到Pnm可排列成具有行R_1到R_n(n是大于1的自然数)与列CO_1到CO_m的矩阵。单元像素P11到Pnm中的每一个可具备光电转换元件，用来感测光并将感测到的光转换成电信号。
像素阵列120可包括感测线L1到Lm(m是大于1的自然数)与单元像素连接，并通过感测线L1到Lm输出感测信号a1到am(m是大于1的自然数)。举例来说，感测线L1到Lm中的每一个可与单元像素的各个输出终端连接，各个输出终端与一个对应的列连接。
选择单元130由像素阵列120的列CO_1到CO_m中选择至少一个，并基于第二控制信号BS输出单位像素的输出到选择的至少一列中。
举例来说，选择单元130可接收被选择列的输出，且输出选择输出信号b1到bk(1≤k≤m)。选择输出信号b1到bk(1≤k≤m)可为两个以上被选择的单元像素输出的总和或平均数，但不限于此。
举例来说，选择单元130可由两个以上不同列中单位像素的输出中选择，并输出选择输出信号b1到bk(1≤k≤m)。
两个以上不同列的单元像素可具有相同的曝光时间。在此，“曝光时间”可为从单位像素的光电二极管中的重启操作结束到电荷从单位像素的光电二极管传输到单位像素的浮置扩散区域(floating diffusion area)的一段时期。。
举例来说，选择单元130可从感测线L1到Lm之间选择两个以上感测线的输出，并输出选择输出信号b1－bk。
像素矩阵可包括或被分割为复数个群组，且各个群组可包含两个以上不同列。每个群组中的列可不相互交叠。
举例来说，该些群组可包含两个以上相邻的列。可选的是，该些群组可包含第一群组与第二群组。
第一群组可包含两个以上相邻奇数列，且第二群组可包含两个以上相邻偶数列。
模数转换块140，基于选择信号ST，将来自选择单元130的模拟选择输出信号b1到bk转换，并输出数字信号C1到Ci(i为比1大的自然数)。
模数转换块140可包含复数个模数转换单元140-1到140-m。
复数个模数转换单元140-1到140-m可包含相关的双重采样单元210-1到210-m，其被配置为执行相关双重采样以消除像素的独特固定模式噪声，以及模数转换器220-1到220-m用来转换相关双重采样单元210-1到210-m的输出。
复数个模数转换单元140-1到140-m可对应感测线L1到Lm。举例来说，复数个模数转换单元140-1到140-m中的每一个可对应于感测线L1到Lm中之一(如特定的或对应的一个)。
可将选择输出信号b1到bk选择性地提供给m个模数转换单元140-1至140-m之中的k个模数转换单元(1≤k≤m)。
选择器150可输出选择信号ST11到ST1m，用来控制复数个模数转换单元140-1到140-m。
复数个模数转换单元140-1到140-m可选择性地响应于选择的信号ST11至ST1m来操作。举例来说，基于选择的信号ST11至ST1m，第一模数转换单元可被开启，且第二模数转换单元可被关闭。
当第一模数转换单元转换选择输出信号b1到bk时，第二模数转换单元可被关闭。
举例来说，基于选择的信号ST11至ST1m可以向第一模数转换单元提供操作电压开启第一模数转换单元，并不提供操作电压给第二模数转换单元使其关闭。
在此，被供应选择输出信号b1到bk的模数转换单元140-1到140-m是第一模数转换单元，且不被供应选择输出信号b1到bk的模数转换单元140-1到140-m是第二模数转换单元。
因此，第一模数转换单元可输出通过转换选择输出信号获得的数字信号C1至Ci。
由于不是全部m个模数转换单元140-1到140-m在运行中，且只有被供应选择输出信号b1到bk的第一模数转换单元在运行中，本实用新型的实施例可降低模数转换块的功耗。
存储器160存储模数转换单元140-1到140-m的输出，并响应于列扫描器170的控制信号CS1至CSm，仅读取和/或输出数字信号C1至Ci由模数转换单元140-1到140-m至数字信号处理器180。
存储器160可包含复数个锁存器(latch)160-1到160-m或复数个电容器(如一晶体管-一电容器随机存取存储器单元，例如通常存在于动态随机存取存储器[DRAM]中)。复数个锁存器160-1到160-m或复数个电容器对应复数个模数转换单元140-1到140-m。
举例来说，复数个锁存器160-1到160-m中的每一个可存储复数个模数转换单元140-1到140-m的输出信号中对应的一个。
此外，举例来说复数个锁存器160-1到160-m中的第一锁存器可以对应于第一模数转换单元，且复数个锁存器160-1到160-m中的第二锁存器可以对应于第二模数转换单元。
列扫描器170可输出控制信号CS1至CSm，其配置为基于由控制器110接收的第四控制信号CS来控制存储器160。
列扫描器170可产生控制信号CS1至CSm，被配置为仅选择和/或读取存储数字信号C1至Ci的第一锁存器。
可通过第一控制信号CS1至CSm，由存储器160的复数个锁存器160-1到160-m之中选择存储数字信号C1至Ci的第一锁存器，并响应于从控制器110中收到的时钟信号CLK(参见，如图7)而按顺序读取存储在第一锁存器的数据，并被发送到数字信号处理器180。
由于列扫描器170不会读取存储器160的复数个锁存器160-1到160-m中的全部数据，而是只按顺序地读取存储在第一锁存器中的数字信号C1至Ci，本实用新型的实施例可改进读取存储在存储器160中数据的速度，因此可缩短扫描像素阵列120中一行的时间。
图5所示的操作中，列扫描器170可选择复数个锁存器160-1到160-m的全部，并读取存储在复数个锁存器160-1到160-m中的数据。
数字信号处理器180处理从存储器160接收的数字信号C1至Ci。
图3是根据图1所示图像传感器的一个实施例的操作示意图。
在图3中，与图2相同的元件具有相同的标号，将简要描述或省略。
举例来说，图3涉及用于感测灰度图像的单色型图像传感器。
参照图3，基于第二控制信号BS，选择单元130a可选择两个邻近列中单元像素的输出，并输出选择输出信号b1到bk(1≤k≤m)。
举例来说，选择单元130a可包含复数个开关与复数个电容器，且第二控制信号BS可为控制复数个开关的信号。另外，选择单元130a可进一步包含至少一个电阻。
选择输出信号b1到bk(1≤k≤m)可提供给第一模数转换单元140-1到140-(m-1)。举例来说，第一模数转换单元可为对应于奇数感测线的奇数模数转换单元，但不限于此。
基于选择信号ST11到ST1m，提供电压给第一(如奇数)模数转换单元140-1到140-(m-1)，以开启第一模数转换单元140-1到140-(m-1)，反之，不提供该电压给剩余的模数转换单元140-2到140-m，以关闭剩余的模数转换单元140-2到140-m。
可选的是，基于选择信号ST11到ST1m，可提供偏置电流给第一模数转换单元140-1到140-(m-1)，以开启第一模数转换单元140-1到140-(m-1)，反之不提供偏置电流给第二模数转换单元140-2到140-m，以开启第二模数转换单元140-2到140-m。
举例来说，基于选择信号ST11到ST1m，第一相关双重采样单元210-1到210-(m-1)以及第一模数转换单元140-1到140-(m-1)中的第一模数转换单元220-1到220-(m-1)可全部被开启。此外，第二相关双重采样单元210-2到210-m以及第二模数转换单元140-2到140-m中的第二模数转换单元220-2到220-m可全部被关闭。因此，根据一个以上实施例，此可减少图像传感器的功耗。
第一模数转换单元140-1到140-(m-1)的输出可被存储于对应于第一模数转换单元140-1到140-(m-1)的第一锁存器160-1到160-(m-1)中。
列扫描器170可产生扫描信号CS1到CS-(m-1)，用来从存储器160的锁存器160-1到160-m之中选择要读取的第一锁存器。
响应于扫描信号CS1到CS-(m-1)，可连续地读取存储在存储器160的第一锁存器160-1到160-m中的数据。
图7为图3所示的一个列扫描器170产生的扫描信号CS1到CS-(m-1)的时序示意图。
参照图7，响应时钟信号CLK，列扫描器170可产生扫描信号CS1到CS-(m-1)用来读取第一锁存器160-1到160-(m-1)(如奇数锁存器)。响应扫描信号CS1到CS-(m-1)，将存储在第一锁存器中的数据D1到Dm-1连续地传输至数字信号处理器180。当这样的数据发送完成后，可完成像素阵列120中一行的扫描。
由于只有对应于像素阵列120中的单一行的存储器160中的奇数锁存器被读取，这可以降低扫描一行一半的时间，且增加图像传感器的帧速率。
图4为根据图1所示图像传感器的另一实施例的操作示意图。
在图4中，与图2相同的元件具有相同的标号，将简要描述或省略。
举例来说，图4中的实施例可涉及用于感测一种颜色(如RGB颜色)图像的拜耳型图像传感器。
参照图4，选择单元130b可选择像素阵列120的奇数列之间两个邻近奇数列中单位像素的输出，且根据基于第二控制信号BS的采样输出，输出第一选择输出信号b11到b1(k-1)，选择像素阵列120的偶数列之中两个邻近偶数列中单位像素的输出，并输出第一选择输出信号b12到b1k(1≤k≤m)。
可将选择输出信号b11到b1k(1≤k≤m)提供给复数个模数转换单元140-1到140-m之中的第一模数转换单元140-1、140-2、140-5、140-6…，但不限于此。
基于选择信号ST11到ST1m，提供电压给第一模数转换单元140-1、140-2、140-5、140-6…，以开启第一模数转换单元140-1、140-2、140-5、140-6…，然而，不提供电压给第一模数转换单元140-1、140-2、140-5、140-6…之外其余的模数转换单元，以关闭其余的模数转换单元。因此，根据本实用新型的实施例，可以降低模数转换块140的功耗。
第一模数转换单元140-1、140-2、140-5、140-6…的输出可存储在的存储器160的锁存器160-1－160-m之中对应于第一模数转换单元140-1、140-2、140-5、140-6…的第一锁存器160-1、160-2、160-5、160-6…中。
图8为图4所示的一个列扫描器170产生的扫描信号的时序示意图。
参照图8，列扫描器170可响应时钟信号CLK产生扫描信号CS1、CS2、CS5、CS6…以及CSq来读取存储在第一锁存器160-1、160-2、160-5、160-6…中的数据。
响应扫描信号CS1、CS2、CS5、CS6、…CSq，存储在第一锁存器160-1、160-2、160-5、160-6、…的数据D1、D2、D5、D6、…Dq被连续地传输到数字信号处理器180。当这样的数据传输完成后，也可结束像素阵列120一行的扫描。
由于只有存储在对应于像素阵列120一行的存储器160的锁存器之间的第一锁存器160-1、160-2、160-5、160-6…的数据被读取，这可以降低扫描一行一半的时间，且对应地增加图像传感器的帧速率。
图2所示的选择单元130可将属于像素阵列120的各列的单元像素的输出输出到对应于各列的模数转换单元。在这种情况下，可以不透过选择单元130执行水平合并操作，而执行正常模式操作。
图5为根据图1所示的图像传感器的又一实施例的操作示意图。
参照图5，基于第二控制信号BS，选择单元130c选择像素阵列120的各列中单元像素的输出，且根据基于第二控制信号BS选择的输出信号，并输出选择信号SP1到SPm。图5显示不需合并操作的图像传感器的正常操作。
复数个模数转换单元140-1到140-m的每一个转换选择信号SP1到SPm中对应的一个，并输出转换后的信号。
复数个锁存器160存储复数个模数转换单元140-1到140-m的输出中对应的一个。
列扫描器170读取存储于复数个锁存器160中的数据，且将读取到的数据输送到数字信号处理器180。
图6为根据图1所示图像传感器的另一实施例的操作示意图。
参照图6，选择单元130d选择像素阵列120中奇数或偶数列的单元像素的输出信号，且基于第二控制信号BS输出选择信号SP1到SPk。图5显示一种跳过操作。
复数个模数转换单元140-1到140-m中奇数或偶数模数转换单元转换选择信号SP1到SPk中对应的一个，并输出转换后的信号。
复数个锁存器的奇数或偶数锁存器存储奇数或偶数模数转换单元的输出。
列扫描器170读取存储在奇数或偶数锁存器160中的数据，且将数据发送到数字信号处理器180。
选择单元130可包含第一开关，其配置成连接对应于包含在复数个群组中的列的感测线，且第二开关连接于感测线与模数转换单元之间。
此外，选择单元130可进一步包含介于接地电压或接地电位与感测线和模数转换单元之间的连接节点之间的第三开关。
图9A是适合用于图3中实施例的选择单元130a的一个实施例的示意图。
参照图9A，选择单元130a可包含介于两个相邻感测线L1与L2、L3与L4、Lm-1与Lm之间的第一开关131a-1到131a-j(j为比1大的自然数)，介于感测线L1到Lm与模数转换单元140-1到140-m之间的第二开关132-1到132-m、介于连接节点N1到Nm(即，介于感测线L1到Lm与模数转换单元140-1到140-m之间)与接地电压或接地电位GND之间的第三开关134-1到134-m，以及介于感测线L1到Lm与接地电压或接地电位GND之间的恒流源133。
举例来说，第一开关131a-1到131a-j(j为比1大的自然数)中的每一个可介于感测线L1到Lm中两个不同及/或相邻的感测线(如L1与L2、L3与L4…Lm-1与Lm)之间。
举例来说，第二开关132-1到132-m中的每一个可介于感测线L1到Lm中对应的一个与模数转换单元140-1到140-m中对应的一个之间(如介于感测线L1与模数转换单元140-1之间、感测线L2与模数转换单元140-2之间，等等)。
举例来说，第三开关134-1到134-m中的每一个可介于连接节点N1到Nm中之一与接地电压或接地电位GND之间。
举例来说，恒流源133可介于感测线L1到Lm与接地电压或接地电位GND之间。
根据图3中选择单元130a的第一处理或操作，图9A显示第一到第三开关的开启或关闭状态以及模数转换单元140-1到140-m的开启或关闭状态。选择单元130a的第一处理或操作可为一种水平合并操作。
在水平合并操作上，连接于开启的模数转换单元140-1到140-(m-1)的第三开关134-1到134-(m-1)被关闭，然而，连接于关闭的模数转换单元140-2到140-m的第三开关134-2到134-m被开启，以防止漏电。
根据图3中选择单元130a的第二处理或操作，图9B显示为第一到第三开关的开启及/或关闭状态以及模数转换单元140-1到140-m的开启及/或关闭状态的示意图。在此，选择单元130a的第二处理或操作可为只感测像素阵列120中奇数或偶数列的跳过操作。
连接于关闭的第二开关132-2到132-m的恒流源133为关闭的。根据图像传感器的实施例，此可降低功耗。
反之，为了只感测奇数列，与开启或关闭图9B所示的第二与第三开关、恒流源与模数转换单元的操作相反的一种处理或操作可被执行。
此外，可关闭全部的第一开关131a-1到131a-j，可开启全部的第二开关132-1到132-m，可关闭全部的第三开关134-1到134-m，可开启恒流源133，且可开启全部的模数转换单元，因此选择单元130a可执行正常的处理或操作。
图10A显示根据图4中选择单元130b的第一处理或操作，第一到第三开关的开启及/或关闭状态，以及模数转换单元140-1到140-m的开启及/或关闭状态。在图10A中，与图9相同的元件具有相同的标号，将简要描述或省略。选择单元130b的第一操作可为水平合并处理或操作。
选择单元130b可包含第一开关131b-1到131b-j(j为大于1的自然数)、第二开关132-1到132-m、恒流源133、以及第三开关134-1到134-m。
第一开关131b-1到131b-j(j为大于1的自然数)中的每一个介于邻近的奇数感测线之间，或介于邻近的偶数个感测线之间。
参照图9A描述的第一到第三开关、恒流源、以及模数转换单元的开启与关闭状态的描述，同样适用于选择单元130b的第一处理或操作。
图10B显示根据图4中选择单元130b的第二处理或操作，第一到第三开关的开启及/或关闭状态以及模数转换单元140-1到140-m的开启或关闭状态。选择单元130b的第二处理或操作可为一种跳过处理或操作。
参照图9B描述的第一到第三开关、恒流源、以及模数转换单元的开启与关闭状态的描述，同样适用于选择单元130b的正常处理或操作。
图11为图1所示像素阵列120中单元像素的一个实施例的示意图。
参照图11，阵列像素120的单元像素P11到Pnm中的每一个可包含光电二极管410、感测节点FD、以及第一到第四晶体管420到450。
举例来说，第一晶体管420可以是传输晶体管，第二晶体管430可以是重启晶体管，第三晶体管440可以是驱动晶体管，第四晶体管450可以是选择晶体管。单位像素P11至Pnm中的每一个可进一步包括介于选择晶体管450和第一电源GND之间的恒流源460。
光电二极管410可介于第一电源供应(如接地[GND])与传输晶体管420之间，且可吸收光并产生与吸收的光量相对应的电荷。
传输晶体管420可介于感测节点FD与光电二极管410之间，并可响应传输信号TX，传输由光电二极管410产生的电荷到感测节点FD。在此，感测节点FD可为浮置扩散区。
重启晶体管430可介于第二电源供应PVDD之间，并可响应重启信号RX，将单位像素重启。
驱动晶体管440可介于第二电源供应PVDD与选择晶体管450的一端(如源极或漏极)之间，以及驱动晶体管440的栅极可连接于感测节点FD。驱动晶体管440可输出信号响应感测节点FD上的电压，且可配置为与恒流源450组合的源极随耦器。
选择晶体管450可介于驱动晶体管440与感测线之间，且可响应选择信号SE输出感测信号Va至连接于感测线的输出终端。感测信号Va可为根据从光电二极管410感测到的电荷在输出终端上的输出。
图12为图1所示像素阵列120a的另一实施例的示意图。
参照图12，像素阵列120a包含复数个单元像素(如Pix11到Pix44)与读取电路510。
复数个单元像素(如Pix11到Pix44)可位于包含行与列的矩阵中。各个单位像素(如Pix11到Pix44)可具有相同的结构。
举例来说，单位像素(如Pix11)可包含光电二极管PD11、浮置扩散区FD11、以及介于光电二极管和浮置扩散区FD11之间的传输晶体管501，将电荷从光电二极管PD11传输到浮置扩散区FD11。
像素阵列120a的每列中两个以上不同的单位像素的浮置扩散区可彼此连接。将彼此连接和共享的浮动扩散区称为“共享感测节点SN1和SN2”。
也就是说，每列中的单位像素可以被分组成复数个子群组，并且各个子群组可包括两个以上不同的单位像素。复数个子组可被连续地驱动。
复数个子群组中的单位像素的浮置扩散区FD1与FD12、FD13与FD14彼此连接和共享。
举例来说，各个子群组可包含位于像素阵列120a的每列中两个相邻的单位像素。
读取电路510将共享的浮置扩散区连接于感测线中对应的一个。
读取电路510可包含重启晶体管512、驱动晶体管514、以及选择晶体管516。
重启晶体管512可介于第二电源供应PVDD与共享感测节点之间，以响应重启信号RX将单位像素重启。
驱动晶体管514可介于第二电源供应PVDD与选择晶体管516的一端(如源极或漏极)之间，且具有连接于感测节点FD的栅极。
选择晶体管516介于驱动晶体管514与感测线之间，以响应选择信号SE输出感测信号至感测线。
图13A显示图12中像素阵列120a在第一驱动模式的处理或操作的时序示意图。在此，第一驱动模式可为垂直合并模式。
参照图13A，分享共享感测节点(如SN1或SN2)的单位像素(如Pix11与Pix12、或Pix13与Pix44)同时刷新，如虚线框11a与11b所示。
完成刷新操作后，可参照分享共享感测节点(如SN1或SN2)的单位像素(如Pix11和Pix12、Pix13和Pix14等等)执行CDS采样处理或操作，如虚线框12a和12b所示。
将重启晶体管512重启后，同时开启单位像素(如Pix11与Pix12)的传输晶体管(如501与502)。
举例来说，当响应重启信号RX[1]而开启读取电路510的重启晶体管512后，可响应选择信号SX[1]开启选择晶体管516，当选择晶体管516开启时，且可响应第一与第二传动信号TX[1]与TX[2]同时开启第一与第二传输晶体管501与502。
在图13A中，由于同时感测两行，图像传感器的实施例可改进图像传感器的读取速度。由于两个单位像素共享一个读取电路，在像素阵列的相同布局区域中，与图11的单一像素结构相比，可以增加光电二极管的面积。
单位像素Pix11与Pix12及/或其处理或操作的描述，同样适用于分享不同共享感测节点的单位像素的刷新处理或操作以及CDS采样处理或操作。
图13B显示图12中像素阵列120a在第二驱动模式的处理或程序或操作的时序示意图。在此，第二驱动模式可为正常模式，不进行垂直合并处理或操作。
参照图13B，响应于第二传动信号TX[1]和TX[2]，其中的浮动扩散区(例如，FD11和FD12)彼此连接的单位像素Pix11和Pix12的传输晶体管501和502可被连续地开启。
图14为图1所示像素阵列120的另一个实施例120b的示意图。在图14中，与图12相同的元件具有相同的标号，将简要描述或省略。
参照图14，像素阵列120b包含复数个单位像素(如Pix11到Pix44)与读取电路510。复数个单位像素(如在矩阵中)的布置或配置与图12的相同。
各列的单位像素可分组为复数个子群组，且各个子群组可含两个以上不同的单位像素。可连续地驱动复数个子群组。特定的子群组中单位像素的浮置扩散区FD11与FD13或FD12与FD14彼此连接与共享。
举例来说复数个子群组可包含第一子群组与第二子群组。
各个第一子群组可包含各列中两个以上不同奇数行的单位像素，以及各个第二子群组可包含各列中两个以上不同的偶数行的单位像素。
举例来说，各个第一子群组可包含各列中两个不同且相邻的奇数行的单位像素，以及各个第二子群组可包含各列中两个不同且相邻的偶数行的单位像素。
在各个第一子群组中单位像素的浮置扩散区可彼此连结与共享，以及各个第二子群组中单位像素的浮置扩散区可彼此连结与共享。将彼此连接和共享的浮动扩散区称为“共享感测节点SN1和SN2”。
读取电路510可介于共享感测节点(如SN1或SN2)与感测线(如L1)之间。
图15A显示图14所示，在第一驱动模式中，像素阵列120b的说明性处理或操作的时序示意图，以及图15B显示图14所示，在第二驱动模式中，像素阵列120b的说明性处理或操作的时序示意图。第一驱动模式可为垂直合并模式，以及第二驱动模式可为正常模式。
参照图15A与15B，分享共享感测节点(如SN1或SN2)的单位像素(如Pix11与Pix13，或Pix12与Pix14)同时刷新，如虚线框13a与13b所示。
完成刷新操作后，可参照分享共享感测节点(如SN1或SN2)的单位像素(如Pix11和Pix12、Pix13和Pix14等等)执行CDS采样处理或操作，如虚线框14a和14b所示。
第一驱动模式中，响应传输信号TX[1]与TX[3]，同时开启奇数行的单位像素Pix11与Pix13的传输晶体管501与503，且响应传动信号TX[2]与TX[4]，同时开启偶数行的单位像素Pix12与Pix14的传输晶体管502与504。
如上所述，根据此实施例，可降低模数转换块的功耗，且便利地增加图像传感器的帧速率。
图16是图1所示图像传感器120的感兴趣区域操作模式的示意图。图16中，与图1相同的元件具有相同的标号，将简要描述或省略。
参照图16藉由读取像素阵列120的感兴趣区域(ROI)，可以降低功耗并增加图像传感器的帧速率。在此，ROI可为像素阵列120的一部份，并具有一个位置及/或一个区域。
举例来说，ROI的位置可由像素阵列120的行与列定义，且其尺寸可由ROI的长与宽或ROI的像素数量定义。
可编程或预定ROI的位置与尺寸。举例来说，ROI可由使用者输入来设定(如透过触控传感器的可选择区域或数值输入)。
图17是图16所示感兴趣区域的一个实施例的示意图。参照图17，像素阵列120可具备或被分割为复数个行区1到8。
行区1到8中的每一个，可包含两个以上不同列。ROI的列可匹配或对应于复数个行区中至少一列。
举例来说，当像素阵列120包含800列，像素阵列120可包含8个行区1-8。各行区可包含10个不同列，以及ROI可包含或至少为八个行区1到8。此外，各行区可包含来自像素阵列120中一个以上行中的像素。
图18是显示选择单元130、模数转换块140、存储器160、以及列扫描器170的一个以上实施例的示意图，它们配置成执行一个感兴趣区域的处理或操作(如在ROI模式中操作时)。
参照图18，首先，(例如，从像素阵列120)确定、识别、选择、或获取要感测的ROI。举例來說，ROI可以是由用户输入选择的一个以上行区。
图18中，例如可以假定ROI包括第三到第五行R_3到R_5以及第三到第五列CO_3到CO_5(或，如其交叉点)。
控制器110驱动ROI的行(如R_3到R_5)。控制器110可在ROI中连续地将第一行(如R_3)驱动到最后一行R_5。
首先，控制器110可驱动ROI中第一行里的单位像素。
接着，选择单元130仅由像素阵列之中选择ROI的列，并输出选择输出信号。
举例来说选择单元130可由ROI的行(如R_3到R_5)中的单位像素的输出信号之中选择对应于ROI的列(如CO_3到CO_5)的输出(如a3到a6)，并输出选择输出信号(如b3到b6)至模数转换块140。
也就是说，来自ROI的数据，可藉由控制器110选择性驱动一个行区，以及藉由选择单元130选择像素阵列的列而获得。
接着，使用对应于选择输出信号的第一模数转换单元将模拟选择输出信号转换以输出数字数据。
举例来说，可开启对应于ROI的列(如CO_3到CO_5)的模数转换单元(如140-3到140-5)，且可关闭对应其余列(如CO_1到CO_2以及CO_6到CO_m)的模数转换单元(如140-1到140-2以及140-6到140-m)。
并非操作所有m个模数转换单元140-1到140-m，而是只操作用来接收选择输出信号(如b3到b5)以及对应于ROI的第一模数转换单元(如140-3到140-5)。第二模数转换单元(模数转换单元140-1到140-m中有别于第一模数转换单元的那些)被关闭。因此，根据本图像传感器，可以降低模数转换块140的功耗。
接着存储器160存储对应于ROI而选择性地操作的第一模数转换单元(如140-3到140-5)的输出(如C3到C5)。
对应于ROI的第一模数转换单元(如140-3到140-5)的输出可被存储于存储器160中复数个锁存器160-1到160-m之中对应的锁存器(如160-3到160-5)。
只有存储于存储器160中第一模数转换单元(如140-3到140-5)的输出(如C3到C5)被列扫描器170的控制信号CS3到CS5读取，并输出至数字信号处理器180。
列扫描器170可产生配置成选择性地只读取存储在存储器160的第一模数转换单元(如140-3到140-5)的输出(如C3到C5)的控制信号(如CS3到CS5)。
列扫描器170并非读取存储器160中复数个锁存器160-1到160-m中所有的数据，而是响应控制信号CS3到CS5，依序地仅读取存储在对应于ROI的复数个锁存器(如160-3到160-5)中的数据。因此，根据图像传感器的实施例，读取存储在存储器160中数据的速度可以得到改进，并缩短扫描像素阵列中一行的时间。因此，可增加图像传感器的帧速率。
接着，控制器110驱动ROI中第二行里的单位像素并读取且仅输出对应于ROI第二行的第一模数转换单元(如140-3到140-5)的输(如C3到C5)至数字信号处理器180。
根据这种方法，ROI的所有行中都可执行图像感测处理或操作。
图19是显示包含复数个行区的一个像素阵列的一帧的长度的示意图。
参照图19，一帧的长度可包含用以驱动复数个行区的周期V有效(Vactive)()和用以区分帧的空白周期V空白(Vblank)。
若ROI位于第二行区2，ROI操作模式的时间可为仅驱动第二行区2所经过的时间。因此，可以缩短感测处理或操作的时间。
图20是图16中感兴趣区域(ROI)的多种处理或操作示意图。
参照图20，ROI可包含复数个单位像素P11’到Pnm’，并可为具有行与列的矩阵。
图3到图15的描述同样适用于图20所示ROI中复数个单位像素P11’到Pnm’。举例来说，图16所示的实施例可为或可具备图3所示的单色型图像传感器。单色型图像传感器中，选择单元130的电路构造可与图9A与9B中所示的那些相同或大致上相同。
可选的是，举例来说，图16所示的实施例可以是或具备图4所示的拜耳型图像传感器，在拜耳型图像传感器中，选择单元130的电路构造可与图10A与10B中所示的那些相同或大致上相同。
图21是图16中像素阵列120的第一区R1与第二区R2的示意图。第一与第二区被分割或被配置在像素阵列120的列方向上。第一区R1可为感兴趣区域(ROI)，且第二区R2可为像素阵列120上ROI之外的区域(如其余的)。
图22A是显示对应于单色型像素阵列120的第一和第二区R1和R2的选择单元130与模数转换块的处理或操作的一个实施例的示意图。图22A示出正常模式的处理或操作，不进行合并采样处理或操作。
参照图22A，对于正常模式操作，对应于第一与第二区R1与R2的第一开关(如131a-1与131a-2)全部被关闭。
对应于第一区R1(其为ROI)以及相关双重采样单元(如210-1与210-2)的第二开关(如132-1与132-2)以及对应于第一区R1的模数转换单元(如140-1与140-2)的模数转换器(如220-1与220-2)全部被开启，以及对应于第一区R1的第三开关(如134-1与134-2)全部被关闭。
反之，对应于第二区R2的第二开关(如132-3与132-4)、相关双重采样单元(如210-3与210-4)、以及模数转换单元(如140-3与140-4)的模数转换器(220-3与220-4)全部被关闭，以及对应于第二区R2的第三开关(如134-3与134-4)全部被开启。
图22B是显示配置成单色型像素阵列120的第一区R1和第二区R2的选择单元和模数转换块的处理或操作的另一实施例的示意图。图22B示出合并模式的处理或操作。
参照图22B，根据图9A描述的水平合并处理或操作同样适用于涉及第一区R1的合并模式处理或操作。
图9B描述的跳过处理或操作同样适用于涉及第一区R1的跳过处理或操作。
进行了涉及第一区R1的合并处理或操作，或是跳过处理或操作之后，对于第二区R2来说，可继续进行与参考图22A所描述的涉及第二区R2的正常模式处理或操作相同的处理或操作，以便降低功耗并且增加图像传感器的帧速率。
此外，在拜耳型像素阵列(见图10A)的状况下，正常模式的处理或操作中，对应第一与第二区R1与R2的第一开关全部被关闭，对应于第一区R1的第二开关、相关双重采样单元、以及模数转换器全部被开启，以及对应于第一区R1的第三开关全部被关闭。对应于第二区R2的第二开关、相关双重采样单元、以及模数转换器全部被关闭，以及对应于第二区R2的第三开关全部被关闭。
在拜耳型像素阵列的状况下，图10A的描述同样适用于涉及第一区R1的水平合并处理或操作。图10B的描述同样适用于涉及第一区R1的跳过处理或操作在进行了涉及第一区R1的水平合并处理或操作，或是跳过处理或操作之后，对于第二区R2来说，可进行涉及拜耳型像素阵列的正常模式处理或操作。
图12到15B描述的垂直合并处理或操作同样适用于涉及ROI的垂直合并处理或操作。
举例来说ROI可包括或被分割为复数个群组。各群组可包含两个以上不同列，且选择单元可选择各群组中列的输出，并对应选择的列输出来输出选择输出信号。
各群组可包含ROI中两个以上相邻的列。
另一实施例中，复数个群组包含第一群组与第二群组。各第一群组可包含ROI奇数列中两个以上相邻奇数列，以及各第二群组可包含ROI偶数列中两个以上相邻偶数列。
藉由涉及ROI的单位像素的水平合并处理或操作，或垂直合并处理或操作，只有与选定用于合并处理或操作的ROI的单位像素相对应的第一模数转换单元会被开启，没有被选定用于合并处理或操作的ROI的第二模数转换单元就被关闭。因此，根据图像传感器的实施例，可进一步降低模数转换块的功耗。
此外，由于只有存储在被选定用于合并处理或操作的第一模数转换单元与ROI的单位像素相对应的存储器160的锁存器中的数字数据会被读取，可进一步改进存储器160中存储数据的读取速度，并缩短扫描像素阵列120中一行的速度。
在上述实施例中描述的特征、结构、效果等包括在本实用新型的至少一个实施例中，且不应仅限于单一个实施例。此外，本领域技术人员可以组合或修改各个实施例中描述的特征，结构，效果等，甚至于其他相关的实施例。因此，与这些组合和修改相关的内容应当被解释为落在本实用新型的范围内。

Claims (14)

1.一种图像传感器，包括：
像素阵列，所述像素阵列包含位于具有行与列的矩阵中的复数个单位像素；
选择单元，所述选择单元配置成选择所述像素阵列的列中的一些的输出并将选择输出信号输出；以及
模数转换块，所述模数转换块包含对应于所述像素阵列的列的复数个模数转换单元，所述复数个模数转换单元中的第一模数转换单元配置成转换所述选择输出信号并输出数字数据，
其中当所述第一模数转换单元转换所述选择输出信号时，在所述复数个模数转换单元中有别于所述第一模数转换单元的第二模数转换单元被关闭。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，进一步包括控制器，所述控制器配置成选择并驱动所述像素阵列的行中的一些。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，进一步包括存储器，所述存储器包含复数个锁存器，所述锁存器配置成存储对应于所述模数转换单元的输出的数字数据。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，进一步包括列扫描器，所述列扫描器配置成选择所述复数个锁存器中对应于所述第一模数转换单元的第一锁存器，并读取所述第一锁存器中存储的数字数据。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中各个模数转换单元包含：
相关双重采样单元，所述相关双重采样单元配置成执行相关双重采样；以及
模数转换器，所述模数转换器配置成转换所述相关双重采样单元的输出，
其中，当各个第一模数转换单元的相关双重采样单元与模数转换器开启时，各个第二模数转换单元的相关双重采样单元与模数转换器被关闭。
6.一种图像传感器，包括：
像素阵列，所述像素阵列包含位于具有行与列的矩阵中的复数个单位像素；
控制器，所述控制器配置成设定具有行与列的感兴趣区域并驱动所述感兴趣区域的行；
选择单元，所述选择单元配置成选择对应于所述感兴趣区域的列的输出，并输出选择输出信号；
模数转换块，所述模数转换块包含第一模数转换单元，所述第一模数转换单元配置成转换所述选择输出信号，以及与所述感兴趣区域的列之外的至少一列对应的至少一个第二模数转换单元；
锁存单元，包含第一锁存器，所述第一锁存器配置成存储所述第一模数转 换单元的输出，以及第二锁存器，所述第二锁存器配置成存储所述至少一个第二模数转换单元的输出；以及
列扫描器，所述列扫描器配置成选择所述第一锁存器并读取存储于所选择的第一锁存器中的数据。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中：
所述像素阵列，包含复数个行区，
所述复数个行区各包含两个以上不同的列，以及
所述感兴趣区域的列匹配所述复数个行区的至少一个列。
8.根据权利要求6所述的图像传感器，其中，
当所述第一模数转换单元转换所述选择输出信号时，所述第二模数转换单元被关闭。
9.根据权利要求6所述的图像传感器，其中：
所述感兴趣区域包括或被分割为复数个群组，并且各群组包含两个以上不同列，以及
所述选择单元在各个群组里的列中选择输出并输出所述选择输出信号。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，其中所述复数个群组各包含所述感兴趣区域中两个以上相邻列。
11.根据权利要求9所述的图像传感器，其中
所述复数个群组包含第一群组与第二群组，并且
各个第一群组包含两个以上相邻奇数列，以及各个第二群组包含两个以上相邻偶数列。
12.根据权利要求9所述的图像传感器，其中：
所述像素阵列包含连接于所述选择单元的感测线，以及
各个感测线连接于在所述像素阵列里对应一列中的单位像素。
13.根据权利要求12所述的图像传感器，其中所述选择单元包含：
第一开关，所述第一开关配置成连接对应于各群组中列的感测线；以及
第二开关，所述第二开关介于所述感测线与所述模数转换单元之间。
14.根据权利要求13所述的图像传感器，其中所述选择单元进一步包含第三开关，所述第三开关介于接地电压或接地电位以及所述感测线与所述模数转换单元之间的连接节点之间。
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