CN206422842U - 图像传感器 - Google Patents

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沈喜成
李成民
黄柱虎
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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。矩阵被分割为复数个群组，且各个群组包含两个以上不同的列，合并采样单元配置成采样各个群组中单位像素的输出并输出合并采样信号，以及模数转换块包含对应于列的第一与第二模数转换单元。第一模数转换单元转换合并采样信号。当第一模数转换单元转换合并采样信号时，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1月27日提交的韩国专利申请No.10-2016-0009874的优先权，该文献的内容在本文通过引用并入。
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 mode)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，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，矩阵被分割为复数个群组，各个群组包含两个以上不同列，合并采样单元配置为采样各个群组中单位像素的输出并输出合并采样信号(如，基于或根据采样的输出)，以及模数转换块包含对应于列的复数个模数转换单元，模数转换单元具有第一与第二模数转换单元，模数转换单元用来转换合并采样信号。当第一模数转换单元转换合并采样信号时，第二模数转换单元被关闭。
各个群组可包含两个以上相邻的列。
复数个群组可包含第一与第二群组，各个第一群组可包含两个以上相邻的奇数列，且各个第二群组可包含两个以上相邻的偶数列。
像素阵列可包含连接于合并采样单元的感测线，且各个感测线连接对应的一列中对应单元像素。
合并采样单元可包含第一开关，配置成连接与各个所述群组中列对应的感测线；以及第二开关，介于所述感测线与所述模数转换单元之间。。
合并采样单元可进一步包含介于接地电压或接地电位与感测线与模数转换单元之间的节点之间的第三开关。
图像传感器可进一步包含选择器，配置成开启第一模数转换单元与关闭第二模数转换单元。
图像传感器可进一步包含存储器，包含配置成存储模数转换单元的输出的复数个锁存器。
图像传感器可进一步包含列扫描器，所述扫描器配置成根据第一模数转换单元选择锁存器中的第一锁存器，并且读取被选择的第一锁存器中的数字数据。
各个模数转换单元可包含相关的双重采样单元，所述相关双重采样单元配置成执行相关的双重采样，以及模数转换器，用来转换相关的双重采样单元的输出，其中各个第二模数转换单元的相关的双重采样单元与模数转换器可被关闭。
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，像素阵列包含复数个位于具有行与列的矩阵中的复数个单位像素，矩阵被分割为复数个群组，且各个群组包含两个以上不同列，合并采样单元配置为采样属于各个群组中单位像素的输出并输出合并采样信号，模数转换块包含对应于列的复数个模数转换单元，模数转换单元具有配置成转换合并采样信号的第一模数转换单元、配置成存储复数个模数转换单元的输出的锁存器，与列扫描器，所述列扫描器配置成选择锁存器中的第一锁存器，以存储第一模数转换单元的输出并读取被选择的第一锁存器中的数字数据。
各个群组可包含两个以上相邻的列。
复数个群组可包含第一与第二群组。各个第一群组可包含两个以上相邻的奇数列，并且各个第二群组可包含两个以上相邻的偶数列。
列扫描器可产生扫描信号，所述扫描信号配置成选择所述第一锁存器，并响应所述扫描信号按顺序读取位于所述第一锁存器中的数据。
各个单元像素可包含光电二极管、浮置扩散区、传输晶体管、重启晶体管、驱动晶体管、以及选择晶体管。
根据本实用新型另一个方面，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、感测线、以及介于所述复数个单位像素与所述感测线之间的读取电路，所述矩阵被分割为复数个群组，且所述多个群组各包含两个以上不同的列；合并采样单元，所述合并采样单元配置成采样属于各个群组的单位像素的输出，并输出合并采样信号；模数转换块，所述模数转换块包含对应于所述列的复数个模数转换单元，所述模数转换单元包括配置成转换合并采样信号的第一模数转换单元。所述单位像素各包含光电二极管、浮置扩散区、以及介于所述光电二极管与所述浮置扩散区之间的传输晶体管。各列中的所述单位像素被分组为复数个子群组。各个子群组中的所述单位像素的浮置扩散区彼此连接与共享，以及所述读取电路将所述共享浮置扩散区连接于所述感测线中对应的一个。
当第一模数转换单元转换合并采样信号时，第二模数转换单元可被关闭。
图像传感器可进一步包含用来存储复数个模数转换单元的输出的锁存器，与列扫描器，所述列扫描器配置成在锁存器中选择第一锁存器以存储该第一模数转换单元的输出的，并读取被选择的第一锁存器中的数字数据。
各个子群组可包含在各列中两个以上邻近的单位像素。
复数个子群组可包含第一与第二子群组。各个第一子群组可包含各列中两个以上邻近的奇数行的单位像素，并且各个第二子群组可包含各列中两个以上邻近的偶数行的单位像素。
根据本实用新型中一个以上实施例，可能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，实施例的上述概述和以下详细说明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是根据本实用新型实施例的示例性图像传感器构造的示意图；
图2是图1中所示像素阵列单元、模数转换块、和存储器的一个以上实施例的示意图；
图3是根据图1中所示图像传感器的一个以上实施例的一个以上操作示意图；
图4是根据图1中所示图像传感器的其他实施例的一个以上操作示意图；
图5是根据图1中所视图像传感器的另一实施例的一个操作示意图；
图6是根据图1中所视图像传感器的又一实施例的一个操作示意图；
图7是图3所示一个说明性列扫描器产生的扫描信号的时序示意图；
图8是图4所示一个说明性列扫描器产生的扫描信号的时序示意图；
图9A是根据图3中合并采样单元的第一说明性处理或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中合并采样单元的第二说明性处理或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中合并采样单元的第一说明性处理或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中合并采样单元的第二说明性处理或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说明性实施例的示意图；
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一个说明性处理或操作的时序示意图；
图13B是图12的像素阵列在第二驱动模式的一个说明性处理或操作的时序示意图；
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一个说明性处理或操作的时序示意图；
图15B是图14的像素阵列在第二驱动模式的一个说明性处理或操作的时序示意图。
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实施例。应当理解，在实施例的描述中，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”，或者间接地在其之间形成有中间元件。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是示出根据一个或多个实施例的说明性图像感测器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149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、合并采样单元130、模数转换块140、选择器150、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输出第一控制信号(如，重启信号RX、传输信号TX、选择信号SX)用来控制像素阵列120、第二控制信号(如，BS)用来控制合并采样单元130、第三控制信号(例如；SC)用来控制选择器150、以及第四控制信号(例如；CS)用来控制列扫描器170。
举例来说，控制器110可包括时间控制器用来产生计时信号及/或控制信号。另外，控制器110可包括行驱动器，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(例如像素阵列中一行)的第一控制信号。
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可排列成具有行与列的矩阵。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P11到Pnm连接。像素阵列120在感测线L1到Lm上输出感测信号a1到am(m是大于1的自然数)。举例来说，感测线L1到Lm中的每一个在对应的列中，可连接单元像素P11到Pnm中的每一个输出终端。
合并采样单元130接收到与感测线L1－Lm连接的单元像素P11－Pnm之间的两个以上单元像素的输出，以及根据第二控制信号BS输出合并采样信号b1－bk(如，1≤k≤m)。同时，合并采样信号b1到bk可为两个以上被选择的单元像素的输出的总和或平均数，但不限于此。
举例来说，合并采样单元130可采样属于两个以上不同列的单元像素的输出，且根据采样到的输出来输出合并采样信号b1到bk(如，1≤k≤m)。
分属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中光电二极管的重启操作到由光电二极管接收的光产生的电荷传输到单位像素的浮置扩散区(floating diffusion area)之间的一段时期。
举例来说，合并采样单元130可从感测线L1到Lm之间采样两个以上感测线的输出，且根据采样到的输出来输出合并采样信号。
像素矩阵可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将模拟的合并采样信号b1到bk转换为数字信号。合并采样信号b1到bk是从合并采样单元130输出的模拟信号，且模数转换块140根据基于选择信号ST的转换，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(如图2)。
复数个模数转换单元140-1到140-m可包含(i)相关的双重采样单元210-1到210-m被配置为执行相关双重采样以减少或消除任何固定模式噪声(如，来自像素的独特固定模式噪声)，以及(ii)模数转换器220-1到220-m将相关双重采样单元210-1到210-m的模拟输出转换为数字信号(如，C1到Ci)。
复数个模数转换单元140-1到140-m可对应感测线L1到Lm(如，以1：1的关系)。举例来说，复数个模数转换单元140-1到140-m中的每一个可与感测线L1到Lm中之一对应。
合并采样信号b1到bk可选择性地提供给m个模数转换单元140-1至140-m中的k个模数转换单元。
选择器150可输出选择信号ST11到ST1m，其配置为基于第三控制信号SC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信号ST11至ST1m来操作。举例来说，基于选择信号ST11至ST1m，第一模数转换单元的一个群组或一组(如，模数转换单元140-1、140-3…140-m-1，其中m是比6大的偶数)可被开启，第二模数转换单元的一个群组或一组(如，模数转换单元140-2、140-4…140-m可被关闭。
当第一模数转换单元转换合并采样信号b1到bk时，第二模数转换单元可被关闭。
举例来说，基于选择信号ST11至ST1m可以向第一模数转换单元提供工作电压开启第一模数转换单元，并且可将工作电压或其互补电压(complement)提供给第二模数转换单元使第二模数转换单元关闭。
在此，供应合并采样信号b1到bk(如，有效合并采样信号)给第一模数转换单元，且不供应合并采样信号b1到bk(如，有效合并采样信号)给第二模数转换单元。
因此，第一模数转换单元可通过在合并采样信号中执行模数转换来输出数字信号C1至Ci。
既然不是全部的模数转换单元140-1到140-m在运行中，且只有供应给第一模数转换单元的(有效)合并采样信号b1到bk在运行中，这些实施例可降低模数转换块的功耗。
存储器160可存储模数转换单元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，读取和/或输出数字信号C1至Ci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-一电容器存储器单元，例如通常存在于动态随机存取存储器[DRAM]中的那些)。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的输出中对应的一个。
另一个实施例中，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来选择和读取存储数字信号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。可响应于来自控制器110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，并且可被传输到数字信号处理器180。
既然列扫描器170不会读取存储器160中全部的复数个锁存器160-1到160-m，而是按顺序地只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中所示的处理或操作，列扫描器170可选择所有锁存器160-1到160-m，且读取存储在锁存器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以上实施例的处理或操作的示意图。
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可显示用于感测灰度图像的单色型图像传感器。
参照图3，合并采样单元130a可采样属于两个邻近列的单元像素的输出，且根据采样到的输出及/或基于第二控制信号BS，输出合并采样信号b1到bk(如，1≤k≤m)。
举例来说，合并采样单元130a可包含复数个开关与复数个电容器。第二控制信号BS可为控制复数个开关的信号。另外，合并采样单元130a可进一步包含至少一个电阻。
合并采样信号b1到bk(如，1≤k≤m)可提供给复数个模数转换单元140-1到140-m之间的第一模数转换单元140-1到140-(m-1)。举例来说，第一模数转换单元可包含对应于奇数感测线的一个以上奇数模数转换单元，但不限于此。
基于由选择器150接收的选择信号ST11到ST1m，提供电压或有效信号给第一(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，该电压或有效信号不提供给剩余的(如，偶数)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，基于由选择器150接收的选择信号ST11到ST1m，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，此可减少功耗。
第一模数转换单元140-1到140-(m-1)的输出可被存储在存储器160中对应于第一模数转换单元140-1到140-(m-1)的锁存器160-1到160-m之中。
列扫描器170可产生扫描信号CS1到CS-(m-1)，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第一锁存器160-1到160-m中的数据。
图7为图3所示的一个说明性列扫描器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。当这样的数据传输完成后，可完成像素阵列120中一行的扫描。
既然只有对应于像素阵列120中一行的存储器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，且对应地增加图像传感器的帧速率。
图4为根据图1所示图像传感器的一个以上实施例的处理或操作的示意图。
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颜色(如，RGB)图像的拜耳型图像传感器。
参照图4，合并采样单元130b可采样属于像素阵列120中两个邻近奇数列的输出，且根据基于第二控制信号BS的采样输出，来输出第一合并采样信号b11到b1(k-1)。此外，合并采样单元130b可采样属于像素阵列120中两个相邻偶数列的单元像素的输出，且根据基于第二控制信号BS的采样输出，来输出第一合并采样信号b12到b1k(如，1≤k≤m)。
可将合并采样信号b11到b1k(如，1≤k≤m)提供给第一模数转换单元140-1、140-2、140-5、140-6…140-m，但不限于此。
基于从选择器150接收的选择信号ST11到ST1m，提供电压或信号给第一模数转换单元140-1、140-2、140-5、140-6等等，以开启第一模数转换单元140-1、140-2、140-5、140-6等等。另一方面，不提供电压或信号给其余的模数转换单元，以关闭其余的模数转换单元140-2到140-m。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等等的输出可存储在对应于第一模数转换单元140-1、140-2、140-5、140-6、140-m的第一锁存器160-1、160-2、160-5、160-6…160-m中。
图8为图4所示的说明性列扫描器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来读取第一锁存器160-1、160-2、160-5、160-6。
响应扫描信号CS1、CS2、CS5、CS6、…，存储在第一锁存器160-1、160-2、160-5、160-6、…的数据D1、D2、D5、D6、…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。
既然只有对应于像素阵列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等等被读取，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所示的合并采样单元130可将属于像素阵列120的各列的单元像素的信号输出到对应于各列的模数转换单元。在这种情况下，可以不透过合并采样单元130执行水平合并处理或操作，而执行正常模式的处理或操作。
图5为根据图1所示的图像传感器的一个以上实施例的处理或操作示意图。
参照图5，合并采样单元130c采样属于像素阵列120的各列的单元像素的输出，且根据基于第二控制信号BS采样的输出，输出采样信号SP1到SPm。图5显示正常处理或操作而非合并处理或操作。
复数个模数转换单元140-1到140-m的每一个将对应的模拟采样信号SP1到SPm转换为数字信号。
复数个锁存器160中的每一个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，且将数据传输到数字信号处理器180。
图6为根据图1所示图像传感器的一个以上实施例的处理或操作示意图。
参照图6，合并采样单元130d采样属于像素阵列120中奇数或偶数列的单元像素的输出，且根据基于第二控制信号BS采样的输出，输出采样信号SP1到SPk。
奇数或偶数模数转换单元可转换对应的模拟采样信号SP1到SPk且将转换后的数字信号输出。
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中的数据，且将数据传输到数字信号处理器180。
合并采样单元130可包含第一开关，用于连接对应于包含在复数个群组中的列的感测线。此外，合并采样单元130可包含介于感测线与模数转换单元之间的第二开关。
此外，合并采样单元130可进一步包含介于接地电压或接地电位与连接感测线和模数转换单元的节点之间的第三开关。
图9A是图3所示合并采样单元130a一个以上实施例的示意图。
参照图9A，合并采样单元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)，以及介于感测线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。此外，合并采样单元130a可包含介于接地电压或接地电位GND与连接节点N1到Nm之间的第三开关134-1到134-m，连接节点N1到Nm介于感测线L1到Lm与模数转换单元140-1到140-m之间。合并采样单元130a可进一步包含介于感测线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中合并采样单元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。
在水平合并处理或操作上，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)为关闭的。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为开启的，防止漏电。
根据图3中合并采样单元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，合并采样单元130a的第二处理或操作可避开或跳过只感测像素阵列120中奇数或偶数列的处理或操作。
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处理或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，因此合并采样单元130a可执行正常的处理或操作。
图10A显示根据图4中合并采样单元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。合并采样单元130b的第一处理或操作可为水平合并处理或操作。
合并采样单元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，同样适用于合并采样单元130b的第一处理或操作。
图10B显示根据图4中合并采样单元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。合并采样单元130b的第二处理或操作可避开或跳过交错列感测的操作。
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，同样适用于合并采样单元130b的正常处理或操作。
图11为图1所示像素阵列120中单元像素的一个以上实施例的示意图。
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，接地电压或接地电位[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。
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可响应感测节点FD上的电压而输出信号，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的一个实施例的示意图。
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的每列中两个不同且相邻的单位像素。
读取电路510将共享的浮置扩散区连接于感应线中对应的一个。
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)执行相关的双重采样(CDS)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，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，本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面积中，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。矩阵中复数个单位像素的布置或配置与图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。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)执行相关的双重采样(CDS)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，且响应传输信号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。
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 (20)

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，所述矩阵被分割为复数个群组，各个群组包含两个以上不同的列；
合并采样单元，所述合并采样单元配置成采样各个群组中单位像素的输出，并输出合并采样信号；以及
模数转换块，包含对应于列的复数个模数转换单元，所述模数转换单元具有第一模数转换单元与第二模数转换单元，所述第一模数转换单元配置成转换所述合并采样信号，
其中当所述第一模数转换单元转换所述合并采样信号时，所述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，其中所述复数个群组各包含两个以上相邻的列。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中：
复数个群组包含第一与第二群组，以及
各个第一群组包含两个以上相邻的奇数列，且各个第二群组包含两个以上相邻的偶数列。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述像素阵列包含连接于所述合并采样单元的感测线，且所述感测线分别连接于所述列的对应一列中对应的单位像素。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中所述合并采样单元包含：
第一开关，所述第一开关配置成连接与各个所述群组中列对应的感测线；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。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中所述合并采样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与所述感测线与所述模数转换单元之间的节点之间。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，进一步包括选择器，所述选择器配置成开启所述第一模数转换单元并关闭所述第二模数转换单元。
8.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所述模数转换单元的输出。
9.根据权利要求8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从所述锁存器中选择对应所述第一模数转换单元的第一锁存器，并读取被选择的第一锁存器中的数字数据。
10.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的双重采样；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，
其中各个第二模数转换单元中的所述相关双重采样单元与所述模数转换器被关闭。
11.一种图像传感器，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，所述矩阵被分割为复数个群组，且各个群组包含两个以上不同的列；
合并采样单元，所述合并采样单元配置成采样属于各个群组的单位像素的输出，并输出合并采样信号；
模数转换块，包含对应于所述列的复数个模数转换单元，所述模数转换单元包括配置成转换合并采样信号的第一模数转换单元；
锁存器，所述锁存器配置成存储所述复数个模数转换单元的输出；以及
列扫描器，所述列扫描器配置成在所述锁存器中选择第一锁存器，来存储所述第一模数转换单元的输出并读取被选择的第一锁存器中的数字数据。
12.根据权利要求11所述的图像传感器，其中所述复数个群组各包含两个以上相邻的列。
13.根据权利要求11所述的图像传感器，其中：
复数个群组包含第一与第二群组，以及
所述第一群组各包含两个以上相邻的奇数列，且所述第二群组各包含两个以上相邻的偶数列。
14.根据权利要求11所述的图像传感器，其中所述列扫描器产生扫描信号，所述扫描信号配置成选择所述第一锁存器，并响应所述扫描信号按顺序读取位于所述第一锁存器中的数据。
15.根据权利要求11所述的图像传感器，其中各个单位像素包含光电二极管、浮置扩散区、传输晶体管、重启晶体管、驱动晶体管、以及选择晶体管。
16.一种图像传感器，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、感测线、以及介于所述复数个单位像素与所述感测线之间的读取电路，所述矩阵被分割为复数个群组，且所述复数个群组各包含两个以上不同的列；
合并采样单元，所述合并采样单元配置成采样属于各个群组的单位像素的输出，并输出合并采样信号；
模数转换块，所述模数转换块包含对应于所述列的复数个模数转换单元，所述模数转换单元包括第一模数转换单元和第二模数转换单元，所述第一模数 转换单元配置成转换合并采样信号的第一模数转换单元，
其中所述单位像素各包含光电二极管、浮置扩散区、以及介于所述光电二极管与所述浮置扩散区之间的传输晶体管，各列中的所述单位像素被分组为复数个子群组，且各个子群组中的所述单位像素的浮置扩散区彼此连接与共享，以及
所述读取电路将共享的所述浮置扩散区连接于所述感测线中对应的一个。
17.根据权利要求16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合并采样信号时，所述第二模数转换单元被关闭。
18.根据权利要求16所述的图像传感器，进一步包括：
锁存器，配置成存储所述复数个模数转换单元的输出；
列扫描器，配置成选择所述锁存器中的第一锁存器来存储所述第一模数转换单元的输出，并读取被选择的第一锁存器中的数字数据。
19.根据权利要求16所述的图像传感器，其中各个子群组包含两个以上相邻的单位像素。
20.根据权利要求16所述的图像传感器，其中：
所述复数个子群组包含第一子群组与第二子群组，各个第一子群组包含各列的两个以上相邻奇数行的单位像素，且各个第二子群组包含各列的两个以上相邻偶数行的单位像素。
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