TW488156B - Image detector - Google Patents

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488156 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（1 ) 發明領遠 本發明關於一種影像感測器；其包含一半導體載體（基 體），特別是使用CMOS技術來組構者，其上製作有畫像 元素的配置；各畫像元素（像素）被設計有一感光檢測器； 把一檢出的光信號光電轉換成一電氣信號的裝置；及儲存 電氣信號的電氣儲存裝置；一儲存控制元件被設置來儲存 關於各像素的電氣信號並以一控制的方式把它們讀出。 發明背景 上述型式的一習知技術裝置係在WO 98/19455，亦 即，PCT/EP97/05978。此為一光影像感測器，例如用在 一相機中，其中各像素可依據入射光以各畫像順序來記錄 所有的彩色資訊並可以電子形式來供應此資訊；以矩陣組 構的感測器結構之各像素具有幾個資訊儲存器來同時緩衝 不同的彩色資訊；另外，感測器含有其光譜敏感度可以改 變的可控制檢測器元件。 存在有以CCD影像感測器之形式的不同設計之技術狀 態影像感測器，例如在1999年6月10-12曰的曰本Karuiza-wa，Nagano之電荷耦合元件和先進影像感測器上的1999 電機電子工程協會專刊中的‘‘用於超高速影像捕捉的cCD_ CMOS影像感測器”第99-102頁。 另一習知技術影像感測器配置被發現在1999年6月10-12曰的日本Karuizawa，Nagano之電荷耦合元件和先進影 像感測器上的1999電機電子工程協會專刊中的‘‘有記憶體 的一被動光二極體像素’’第84-87頁中，其藉由提出在一分 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） •^• — — — — — — — — — 1 — ·1111111 ·1111111· {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 488156 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（2 ) 離電容器之形式上的電荷儲存來發展一習用被動光感器。 存在有使用於以二個晶片：一影像感測器、一儲存器 及指定的儲.存控制元件（控制器）之形式設計的數位相機之 習知技術感測器裝置。據此解決具有三個分離晶片。 在用於數位相機的感測器裝置之另一種中，儲存配置 係在相同晶片上，而對應的儲存控制器在感測器外面。 當它們被使用於數位相機時，習知技術裝置之經量測 值（被感測器記錄並轉換成電氣信號）在各畫像被取出後必 須直接讀出’通常使用如JPEG的一習知技術壓縮程序， 且經量測值被儲存在一外部儲存裝置中；只有在完成這些 步驟後感測器才準備用於次一畫像。 習用感測器之一缺點因此在於由於為讀出程序所需的 傳送時間使極快畫像序列不可能；如果儲存和影像感測器 都在一晶片上，則儲存佔用整個晶片的一大部份。 本發明之概要 由這些事實，本發明係根據發展在開始述及的型式之 影像感測器之問題使得晶片面積被更有效率使用，且影像 感測器可使用在高速相機中。 藉由設計儲存控制裝置使得在單一像素中經順序記 錄、光電轉換的信號可被儲存在不同的儲存裝置中且它們 可在一給予時間從儲存裝置讀出，根據本發明來解決此問 題。 本發明之特徵在於影像感測器裝置允許數個畫像被順 序取出像一“電子膠捲”而影像資訊無需在其間被讀出；指 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公® ) — — — — — — I· · 1111111 β ! — I — II - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 488156 A7 B7 五、發明說明（3 ) 疋予各像素的數個儲存裝置（被儲存控制器控制）允許序列 畫像被儲存在個別儲存裝置中；在取出所有“膠捲”之畫像 後，對應的儲存值可然後不依據晝像取出程序被迅速讀出 和複雜，儲存之長度只依賴於資訊之實際轉移性質；不然 讀出時間可被使用者自由選擇；例如，36個黑/白畫像或24 個衫色畫像（依據使用的黑/白或彩色檢測器）可被儲存； 此允許畫像被高速相機以超快連續來取出。 根據本發明的解決之另一優點係因為在影像感測器表 面上儲存不需要額外或分離的空間故感測器表面被更有效 率使用；因為個別儲存晶胞係直接在檢測器上方或旁邊或 在其内故儲存裝置被逐像素地配置在檢測器中；根據本發 明的配置把檢測器和儲存矩陣聯合在像素位準上。 本發明之較佳實施例被發現在子申請專利範圍中： 由結晶矽或非晶矽做的光檢測器可被使用作為檢測器 裝置，而它們也可由III-V合金、Η·νι合金、或一有機或 任何其他檢測器元件來製作以把光轉換成電氣信號；使用 的感測器可對可見光、υν光、IR光、χ射線或可被轉換 成電氣信號的任何其他射線敏感。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 裝置之一有利發展允許許多彩色畫像被儲存，例如藉 由應用在彩色CCD技術中習用的彩色濾光陣列、或藉由使 用在PCY/EP/97/05978中技術狀態上描述的多頻譜二極 體。 健存裝置可儲存電氣信號如一類比或數位表示，或也 如在多位準數位技術中的混合形式，其中數個數位位元以 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公餐） 6 488156 A7 B7 nr 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（4 一幅度斷續的類比信號來表示；為了儲存信號如一數位表 示，各像素含有諸如一單料、雙斜率、週期的管線或西 個馬代爾它A/D轉換器之一類比數位轉換裝置。 裝置之另一有利發展使用一交互A/D轉換器，其不直 接把電氣信號之強度數位化而是量測信號需要達到一特定 效果的時間，亦即（例如）發光比例光流需要把一電容器再 充電一特定電壓差的時間。 不官是類比或數位，儲存裝置可橫向相鄰或垂直地積 組，或積體之兩個裝置可被使用；垂直積組也稱為31)積 、、且並使用第二維度來增加在一定表面上可達到的電氣元件 之數目和密度。 ， 在另一有利的實施例中，其中儲存裝置被垂直積組， 在相同垂直平面中存在有如需要來儲存及/或從儲存裝置 讀出資訊的電晶體之其他電氣致動組件。 不依賴於類比或數位信號要被儲存，儲存裝置可被設 計為電容器或EPROM、EEPROM或DRAM ;數位信號也 可被儲存在SRAM晶胞中；磁性、光學、有機、生物或其 他種類之儲存晶胞也可被使用；如果電容器被使用，則凹 溝或平面電容器是習知技術，有利的設計。 圖式之簡單描沭 使用例示的實施例之圖式來進一步解說本發明。其 中： 第1圖係根據本發明的一影像感測器裝置之第一例示 \ * 實施例； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 488156 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 Β7 五、發明說明（5 ) 第2圖係根據本發明的一影像感測器裝置之第二例示 實施例； 第3圖係根據本發明的一影像感測器裝置之第三例示 實施例；及 第4圖係說明根據本發明的一影像感測器裝置之操作 的一電路圖。 較佳實施例之詳細控被 第1圖顯示一影像感測器裝置，其係本發明之第一例 示貝％例的主題；此配置包含一基體丨，供用作在習用 CMOS設計中的一載鱧；積組在基體丨之表面中的是一電 子電路裝置2，其用來控制描述於下的電子儲存配置；在 基體1之表面上，沉積有其表面上安置一檢測器層4的一儲 存層5，檢測器層4之底側由一通孔6連接至電子控制裝置 2 ;在儲存層5中係也以其他通孔連接至控制裝置2的數個 分離的電氣儲存裝置3 ;數個儲存裝置C1、C2、CN被設 計為平板電容器。 第1圖中的圖式顯示在兩垂直線間的一個別像素之界 限，亦即形成的距離精密對應於一像素；根據本發明的裝 置之操作如下：取出的畫像從上方落至檢測器層4上，且 對應於受觀察像素的影像資訊被光電地轉換並讀入第一儲 存器c 1作為電氣資訊；讀入程序係由作用為一儲存控制 的像素電極2控制；當次一畫像被取出時，儲存控制器2引 起衫像資訊（轉換成一電氣信號）落在要被讀入第二儲存裝 置C2等的像素上直到所有儲存裝置(：1至(：^4都充滿為止， 本紙張尺度適用中國_標準（CNS)A4規格⑵G χ 297公爱）--- -8 - I · I I ----^--I---I I (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 488156 A7 B7 五、發明說明（6 ) 且它們的數目對應於可被取出的畫像之最大數目。 在畫像被取出後，個別的儲存值C1、C2、CN從儲存 晶胞被讀出到一額外儲存器（未顯示）内，從其中影像資訊 文到進一步處理；特別是，整個畫像被組合；特別的優點 在於影像資料被逐像素地均勻儲存，且個別畫像稍後可從 它來重組，因為在個別晝像被取出後沒有個別的讀出程 序，因此可以達到前所未有的畫像取用速度。 總之，在影像感測器之表面上的像素之對應配置和儲 存控制配置之組織供用作一‘‘電子膠捲，，之功能。 在第2圖中的本發明之第二例示實施例與第丨圖中的圖 式不同在於檢測器4在一層系統中直接在基體丨上方，且它 由通孔層6連接至用作儲存控制單元的像素電極2 ;被指定 予由垂直線界定的個別像素的許多儲存元件3被配置在相 同的水平平面中作為像素控制器2。 第3圖中的第三例示實施例之特徵在於在一共同水平 平面上CMOS基體1具有記憶體控制電子2和許多儲存元件 3以及檢測器裝置4;檢測器裝置4被設計作為一光二極體； 在此配置中，如第1和2圖中的通孔可以佈置。 檢測器層4可如在W0 98/19455中的技術狀態中被進 一步描述的被替換地設計作為一簡單的光二極體以及有一 彩色濾光陣列的光二極體，或一多頻譜二極體。 第4圖顯示一例示電子電路，其在例示實施例1 _3中之 一被使用來控制影像感測器；被此檢測器提供的光流以反 相器M4、M5/電容器Ci的組合來轉換成與光流成比例的電 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 填· Ϊ裝 頁 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 9 488156 A7 B7 五、發明說明（7 ) 壓（請看 W0 98/19455，亦即PCT/EP97/05978);同時地， 反相器提供在檢測器陰極K的一恆定電位。 積組時.間在致動“int”並解除“reset”信號之動作後開 始’且畫像資訊如一電壓值的被儲存在由pic0".pic3選出 並連接至CpO…Cp3的像素之一中；畫像取用藉由解除”im，， 之動作而終止；在一短暫重置時間後，藉由選擇另一儲存 器可取用另一畫像而不讀出前一畫像；在填充所有儲存器 (在例子中，對應於端子Cp0…Cp3的四個儲存元件）後，以 驅動器階段M10來致動信號“read一int”，且藉由致動對鹿 的控制信號Pic〇…Pic3可接著讀出儲存的畫像。 jt件標號對昭 1…基體 2…電子控制裝置 3…電氣儲存裝置 · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4…檢測器層 5…儲存層 6、10 · · ·通孔 C1〜CN…儲存裝置 M0〜Mil···電晶體 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 488156 申請專利範圍 90·ί1·15 修正 年月補无 修煩直辱 變-二 yp ^\K 准Κ 予日 修所 正提 〇之 第89103774號申請案申請專利範圍修正本g〇.ii 15 L 一種影像感測器，其包含一半導體載體（基體）（1)，特別 是採一個CMOS設計者，該載體上設置有像素配置，且 各像素被指定有一感光檢測器，以把一檢出的光传 號光電轉換成一電氣信號，及儲存電氣信號的電氣儲存 裝置（3);藉此，一儲存控制元件（2)被設置來儲存關於 各像素的電氣信號，並以一受控制的方式把它們讀出； 其特徵在於，該儲存控制元件（2)被設計成使得在單一 像素中經順序記錄光電轉換的信號可被儲存在不同的 儲存裝置（3)中，且它們可在一給定時間從儲存裝置（3) 讀出。 2.依據申請專利範圍第丨項的影像感測器 影像感測器具有像素的一線性配置。 3·依據申請專利範圍第丨項的影像感測器 影像感測器具有像素的一平坦配置。 4.依據申請專利範圍第丨項的影像感測器 檢測器（4)係一光二極體，特別是由結晶或非晶矽所做 成者。 5·依據申凊專利範圍第丨項的影像感測器，其特徵在於該 檢測器（4)係由in-v族合金或π-ΐν族合金所做成的光檢 測器。 6·依據申請專利範圍第丨項的影像感測器，其特徵在於該 檢測器（4)具有一彩色過濾器陣列。 7·依據申請專利範圍第I項的影像感測器，其特徵在於該 其特徵在於該 其特徵在於該 其特徵在於該 (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（21〇><297公髮） 488156 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 檢測器⑷係、具有下列序列層體的—多頻譜二極體： a) —個 p型 a-si : η層， b) -純體a-Si: Η層，包含有更多產物的第一 部份層、有比該第-部份層少的㈠產物的一第二部 份層、及含有比該等第一和第二部份層少的Η產物 之一第三部份層， *· C) 一個 η 型 a-Si : η層。 8‘依據申請㈣範圍第1項的影像感測器，其特徵在於該 檢測器⑷係-感光M〇s電容器，特別是一個刪變容 9·依據申請專利範圍第1項的影像感測器 儲存裝置（3)係一類比儲存器。 10. 依據申請專利範圍第丨項的影像感測器 Μ存裝置（3)係一電容器。 11. 依據申請專利範圍第丨項的影像感測器 儲存裝置（3)係一個MOS電容器。 12·依據中請專利範圍第1G項的影像感測器，其特徵在於該 電容器係其平板包含多晶矽的一平板電容器。 13·依據申請專利範圍第1〇項的影像感測器，其特徵在於該 電谷器被設計成一個dram電容器。 14·依據申請專利範圍第丨項的影像感測器，其特徵在於該 儲存裝置（3)係一非依電性儲存器，特別是一個 EPROM、EEPROM、亦即一鐵電 RAM 的 FRAM、或一快 閃記憶體元件。 (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 其特徵在於該 其特徵在於該 其特徵在於該 .、可丨 :線丨 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格⑵狀撕公楚） 12 15·依據申請專利範圍第 儲存裝置⑺係指定有感測器，其特徵在於該 器。 ’ t數位轉換器的一數位儲存 =r 17 ·依據申請專利範圍第丨6 儲存裝置（3)被指定量^乂像感^器’其特徵在於該 充電一特定電壓差所需^門光流要把一電容器再 換器。 *的％間之一往復式類比數位轉 18.依據申請專利範圍第1項的影像感測器，其特徵在於至 少兩個儲存裝置(3)係橫向相鄰。 依據申利粑圍第丨項的影像感測器，其特徵在於至 少兩個儲存裝置（3)被垂直積組。 20.依據申請專利範圍第16項的影像感測器，其特徵在於該 儲存裝置（3)被設計為_個纽趟晶胞。 21·依據申請專利範圍第1項的影像感測器，其特徵在於該 儲存裝置（3)被5史s十為一磁性、光學、有機或生物儲存 晶胞。 22·依據申請專利範圍第卜2、3、4、5、6、7、8、9編爾 U、12、13、14、15、16、17、18、19、2〇或21麟 像感測器，其特徵在於該儲存控制元件（2)係在致 一個CMOS基體的該載體（1)之表面上。 23.依據申請專利範圍第丨項的影像感測器，其特徵在於 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公爱） 488156 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 該電氣儲存裝置（3)係在該載體（1)和該檢測器（4)間的 一層體中，且該儲存裝置（3)和儲存控制元件（2)間的連 接係由一些通孔（6)提供。 14 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐）