TW548962B

TW548962B - X-Y address type solid-state image pickup device

Info

Publication number: TW548962B
Application number: TW091101354A
Authority: TW
Inventors: Masatoshi Kokubun; Katsuyosi Yamamoto; Shinya Udo; Jun Funakoshi; Chikara Tsuchiya
Original assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2001-04-26
Filing date: 2002-01-28
Publication date: 2003-08-21
Also published as: KR20020083421A; EP1253776A2; JP2002330349A; US20020158982A1; EP1253776B1; CN1233153C; US7242427B2; KR100813344B1; CN1383322A; EP1253776A3

Description

548962 A7 五、發明説明（本發明之背景 1 ·本發明之領域本發明是有關於一種由半導體元件所構成的實體影像拾取裝置’及更特別地是有關於一種由CMOS程序所製造而成的X-Y位址型實體影像拾取裝置。 2 ·相關技術之描述實體影像拾取裝置大體上可以分類成一種由一充電轉換型影像感應器構成的電耦合元件（CCD，Charge Coupled Device) H體狀恶影像拾取裝置，及一種位址型實體狀悲影像拾取裝置，其影像感應器可以由如互補金氧半導體 (CMOS)私晶體所構成。使用一 cM〇s影像感測器（此後簡稱為CMOS衫像感測器）該χ_γ位址型實體狀態影像拾取裝置可以與一金氧半場效電晶體（MOSFET)之製造程序來被加以衣Xe，及其可以由一單一電源裝置來驅動及其具有低電源扣耗，及更進一步，不同的信號處理電路可以被安裝在相同的曰曰片上。因此，該CM〇s影像感測器被視為合適地取代该CCD實體影像拾取裝置。 .亥CMOS衫像感測器包括有成矩陣型式的多數個垂直選擇線與水平選擇線所定義的多數個像素區域，及一光電傳導體，像疋-光二極體形成在每一像素區域。入射在每光電傳導體上的光接收表面的光線被予以光電轉換，及 -電荷儲存在該傳導體中。該儲存電荷被設置在該像素之 7源極從動放大器被轉換成—電壓及被予以放大，及該電 [在預疋日寸間被碩出作為一像素之影像資料。當該本紙張尺度翻中國國家標準⑽）A4規; (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 548962

發明説明（2 CMOS影像感測器的使用模式時，例如，為了特意地獲得 -粗略的顯示解析度，有—種藉由執行在相鄰像素之影像資料的-平均料㈣子。在該影像平均程序中，由該 CMOS影像感測器所輸出的個別像素之類比影像資料藉由使用一類比至數位（A/D)轉換器，該相鄰像素之影像資料可以使用一邏輯程序被加以平均。而在上述傳統的影像平均程序中ϋ 了問題如後述：第11圖概要地顯示該⑽⑽影像感測器之一接收表面之-像素矩陣。每_像素被製成相關於三原色R(紅）， =(綠）’及B(藍）。例如，在第u圖所示之像素矩陣中，在可數線（在水平方向）上，像素是連續地由左至右如及，〇，之女排及在偶數線上，類似地，像素是連續地由左至右如G，B，G，B，...之安排。據此，如果_方法是被用來藉由平均來自在®巾被-破折線所環繞的4x4 = 像素之R G ’及B之影像信號來獲的每一尺，〇，及b之影像信號，該邏輯程序變得相#複雜，及再者，用來儲存該影像f料的容量變得很大。因&，如果-方法用來在相同晶片上使用一影像平均電路如該CMOS影像感測器，其將產生晶片面積要大幅的增加，及製造成本變得很高。本發明之摘要本發明之目的是提供一種X-Y位址型實體影像拾取裝置/、中衫像區域不會增加，製造成本被降低，及一影像平均程序可以被執行。上这目的是藉由具有包括有配置成矩陣形式的多數個本紙張尺度適财關家鮮（⑽）_格（2歌297公楚） (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) # :#· 五、發明説明（3 ) 像素區域特性的-X-Y位址型實體影像拾取裝置所達成，纟巾每-像素區域包括有用來執行人射光的光電轉換之一《電料體，用來轉換儲存在該光電傳導體之電荷成為影像資料之放大器，及用來輸出該影像資料至在由被輸出該 #水平選擇線之-預定水平選擇線之—水平選擇信號基準上的該等垂直選擇線之一預定垂選擇線之一水平選擇開關，及用來執行由該多數個像素區域之至少二個所輸出的〜像資料之一平均程序之一影像平均電路。圖式之間要描述第1圖是根據本發明之第一實施例之一CM0S影像感測器之4x4像素之一圖式。第2圖是根據本發明之第一實施例之一取樣保持電路及該CMOS影像感測器之一相關雙取樣電路。第3圖是根據本發明之第一實施例之該CM〇s影像感測器之一影像平均電路之一圖式。第4圖是根據本發明之第二實施例之該CM〇s影像感測器之一影像平均電路之一圖式。第5圖是根據本發明之第三實施例之該CMOS影像感測為之一影像平均電路之一圖式。第6圖是根據本發明之第四實施例之該CMOS影像感測器之一影像平均電路之一圖式。第7圖是根據本發明之第五實施例之該CMOS影像感測器之一影像平均電路之一圖式。第8圖是根據本發明之第五實施例之該CMOS影像感 548962 A7 ' ------- B7 五、發明説明（4 ) '~一~- 心之影像平均電路之-特定電路範例之-圖式。第9圖疋根據本發明之第五實施例之該CMOS影像感 /則為，影像平均電路之另一特定電路範例之一圖式。第10圖是根據本發明之第五實施例之一平均程序開關 2’3’21a，或21b之另—結構範例；及第11圖是一 CMOS影像感測器之一光接收表面之一像素陣列之一概要視圖。較佳實施例之詳細說明第一實施例：根據本發明之第一實施例之一種X-Y位址型實體狀態影像拾取裝置將參考第1至3圖被加以描述。首先，根據本貝施例的一種如χ_γ位址型實體狀態影像拾取裝置之 CMOS影像感測器將參考第1圖被加以描述。第1圖顯示4χ4 像素的一C〇MS影像感測器1之電路範例包括有m列及η行之像素陣列。由多數條垂直選擇線(：：1^至(：：]：4所定義Ρ44及由多數條水平選擇線RW1至RW4所定義的像素區域ρη至 P44被安排成矩陣形。作為一光電傳感器之一光二極體ι〇是被形成在每一像素區P11至P44。當作為該光電傳感器，例如’一光閘極可以被使用來替代該光二極體1 〇 Ο 该CM0S影像感應器1在每一像素區域PI 1至P44具有主動像素感測器（APS，Active Pixel Sensor)結構，其中例如由一M0SEFT(在本實施例中是舉η型通道M0SEFT為例）所構成之一源極從動放大器丨4，一水平選擇電晶體16，及類似者被設置。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉μ規格（210X297公釐） 7 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、可丨 ·_ 548962 A7 B7 五、發明説明（5 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 此後’列數被作為m，行數被作為n，及一像素區域Pmn 之電路結構將被描述。在該像素區域Ρηιη之該光二極體1〇的負極側被連接至如一 n型通道M〇SEFT之一重置電晶體 12之一源極電極及該源極從動放大器14之閘極電極。該重置電晶體12之汲極被連至一重置電壓供應線 VRm，一重置電壓VR被施加在其上，及其閘極電極被連接至一重置信號線RSTm。一源極從動放大器14之汲極電極被連接至該重置電壓供應線VRm，及其源極電極被連接至如一 η型通道MOSEFT之水平選擇電晶體16之汲極。該水平選擇電晶體16被連接至該水平選擇線RWm，其中一選擇信、訂| 號被施加在其上。該水平選擇電晶體16之源極被連接至該垂直選擇線CLn。該重置電壓供應線VRm及該水平選擇線RWm被連接至一垂直掃猫移位暫存器/重置控制電路4。該選擇信號在一預定時間被提供在該垂直掃瞄移位暫存器/重置控制電路4之一未示於圖中的移位暫存器被連續地輸出至該水平選擇線RWm。該垂直選擇線CLn經由一放大器/雜訊消除電路6及一如η型通道MOSEFT之行選擇暫存器20被連接至一信號共同輸出線3 0。δ亥放大态/雜訊消除電路6之結構將隨後灸考第2圖被加以描述。一行選擇信號在一預定時間被由一水平掃瞄移位暫存器8被連續地輸出至該行選擇電晶體2〇之間極電極，及一固定型式雜訊被該放大器/雜訊消除電路6消除之影像資料被連縯地輸出該信號共同輸出導線3 〇及辦由

548962 A7 B7_ 五、發明説明（6 ) 一放大器32被傳送到一外部系統。其次，該CMOS影像感測器1之操作將被簡要地描述。首先’該重置電晶體12在一預定時間被一重置信號rst接通，該光二極體被充電至該重置位能VR。其次，當光入射時，該光二極體10開始放電，及該位能由重置位能VR起被降低。當在一預定時間過去而一水平選擇信號RW被輸出至該水平選擇信號時，該水平選擇信號RW被輸出至被連接至該水平選擇線RWm之該水平選擇電晶體16閘極電極，及該水平選擇電晶體16被接通。藉此，來自該源極從動放大器14之輸出電壓被輸出作為該像素區域pmn之影像資料至該水平選擇線CLn。藉此，在該APS結構中，像是該光二極體之該充電儲存電容及像是該源極從動放大器14被安裝在其上，而在一直流輸出位準因臨界電壓（VT)的變動所產生的一定型雜訊 (fixed pattern noise，FPN)及相對於相同信號之類似者之問題被產生及影像品質被破壞。為了降低此定型雜訊，當如一相關雙取樣（Current Double Sampling，CDS)電路之一雜訊消除電路被使用在該影像資料被取樣之後的一信號電壓之後，該光電二極體被重置成該重置位能VR，該重置電壓被取樣，及在該信號電壓及該重置電壓之間的差被獲得，使得該定型雜訊被消除。在此，一相關雙取樣電路將被簡要地描述。第2圖顯示一取樣保持電路及一相關雙取樣電路被連接至該垂直選擇線CL 1之一結構。在第2圖中’在圖中左側破折線所指示之本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格U10X297公爱） 9 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

548962 A7 B7 五、發明説明（7 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 一塊顯示在第1圖左上方上作為多數個像素之範例的該像素區域P11被連接至該垂直選擇線CL1。在圖中右側由破折線所示之一區域顯示該取樣保持電路及該相關雙取樣電路。該取樣保持電路設置有一取樣保持開關42用來控制輸出至該垂直選擇線CL1之一信號的輸入。一定電流源4〇被連接至在4取樣保持開關4 2之一輸入側與該垂直選擇線 CL1之間的一連接點。用來保持輸出至該垂直選擇信號線 CL1之一取樣保持電容44之一電極側被連接至該取樣保持開關42之一輸出側。一參考電壓源46被連接至該取樣保持電容44的另一電極側。、可| 構成該雙取樣電路之一放大器48之一輸入端被連接至在該取樣保持開關42與該取樣保持電容44之間的一連接點。該放大器48之一輸出端被連接至該相關雙取樣電壓之一 CDS電容50之一電極側，及該CDS電容5〇之另一電極側被連接至一放大器54之一輸入端。該CDS電容50之另一電極側經由一箝位開關（clamp switch)52被連接至該取樣保持電容之另一電極側。該cds 電容50之另一電極側可以藉由該箝位開關52被固定至該參考電壓源牝之參考電壓，及該CDS電容⑽可以藉由打開該箝位開關52被製成具有浮動狀態。該放大器M之一輸出端經由該行選擇電晶體20被連接至該信號共用輸出線3〇。其次，該取樣保持電路及該相關雙取樣電路之操作將參考第2圖被加以描述。首先，由該像素區域pn所輸出之信號流將被簡要地描述。當該水平選擇信號RW1被輸入至

548962 五、發明説明（8 ) 該水平選擇電晶體16之閘極電搞士电極日守，相關於儲存在該像素區域P11之光二極體10之電荷詈订里之该源極從動放大器14之一電壓變化被輸出作為一信梦带厥^ ^ 1口疏，其包括有至該垂直選擇線⑴之影像資料。其二欠，該重置信號rst被輸出至該重置電晶體12之閘極電極，而該水平選擇電晶㈣維持在接通狀態，使得該重置電體12被帶人至㈣狀態及該光二極體1G被重置至該重置位能VR，及該重置電壓卿皮輸出至該垂直選擇線CL1。上述操作被實施在一水平空白期間。在上述#唬的流動中，例如，在該水平選擇信rw 1被輸入及該水平選擇電晶體16被帶入至接通狀態時，該取樣保持開關42及該箝位開關52被帶入至接通狀態。藉此，該信號電壓VS被施加在該取樣保持電路之輸入端。因為該箝位開關52是在接通狀態，該信號電壓VS充電該取樣保持電路之取樣保持電容44及也對該CDS電容50充電。其次’在該箝位開關52被關閉之後，該重置信號RST 被輸入來將該重置電晶體12帶入至接通狀態。藉此，該光二極體10被重置至該重置位能VR，及該重置電壓VR被輸出至該垂直選擇線CL1。該重置電壓VR被輸入至該取樣保持電路之輸入端及被該取樣保持電容44被保持著。其結果，相關於在該信號電壓VS與該重置信號从尺之間的差別之差異信號（VS — VR)被產生在該CDS電容50之輪出側。該信號是被該CDS電容50所保持著。藉由如此執行’其可以獲得該類比影像資料，其中重疊在該信號電壓本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210 X 297公釐） -11 548962 A7 ------ B7 _ 五、發明説明（9 ) vs及該重置電壓VR上的定型雜訊成份被消除。該類比影像貧料由該放大器54之輸出端經該行選擇電晶體2〇被輸出至該信號共用輸出線3 〇。在本實施例中的放大/雜訊消除電路中，該取樣保持電路及該相關雙取樣電路（此後，該等電路的組合稱之為cds 電路）6CLn被提供至每一垂直選擇線(：：1^。再者，在本實施例之CDS電路6CLn中，其提供一種使用在該相關雙取樣電路中的CDS電容50之電路來平均在配置在該水平選擇線 RWm延伸方向上中至少二像素之類比影像資料。此後’根據本貫施例之一影像平均電路將參考第3圖被加以描述。首先，如第丨圖及第丨丨圖所述，一描述將作為一範例說明，其中例如相關於R(紅色）的像素區域是pn及 P13，及此等像素區域P11及pi3之影像資料受制於一平均程序。在第3圖中，該電路的上半階顯示連接至該第一行垂直選擇線CL1之該CDS電路6CL1，其包括有該像素區域Pn，及該電路的下半階顯示連接至該第一行垂直選擇線CL3之該CDS電路6CL3，其包括有該像素區域P13。雖然該cds 電路6CL1及6CL3之電路結構與第2圖所示者相同，為了說明起見，一下標號“a”被加在該CDS電路6CL1之結構元件上及一下標號“b”被加在該CDS電路6CL3之結構元件上。如第3圖所示，在該CDS電路6CL1之一 CDS電容50a與一放大器54a之間的連接點可以經由一平均程序開關2被電性短路或切斷至該CDS電路6CL3之一 CDS電容50b與一放 12 (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公爱) 548962 A7 B7 五、發明説明（10 ) 大器54b之間的連接點。像這樣，根據本實施例之該cm〇s 感應器1具有一預定數目之CDS電路6CLn經由該平均程序開關2被相互連接之結構。其次’根據此實施例之該類比影像資料之平均程序操作將被加以描述。因為在該像素區域Pmn中的光電轉換操作，該信號電壓VS及該重置電壓VR之後續取樣及消除該定型雜訊之操作與參考第2圖所作的描述相同，該描述被予以省略。首先’該平均程序開關2被設定為斷路狀態。在該雜訊消除操作結束之後’該相關於該像素區域P 1 1之影像資料之電荷被儲存在該CDS電路6CL1之CDS電容50a中。另一方面，該相關於該像素區域P13之影像資料之電荷被儲存在該CDS電路6CL3之CDS電容50b中。 °亥衫像資料之平均程序沒有被執行的例子中，而該平均程序開關2維持在斷路狀態，該行選擇電晶體2〇藉由接收來自水平移位暫存器8之選擇信號而被接著帶入接通狀態，及一列之η單位的類比像素資料被連續地輸出至該信號共用輸出線30。該影像資料之平均程序被執行的例子中，該平均程序開關2在來自該水平移位暫存器8之行選擇信號之輸出開始之前被改變成該接通狀態。藉此，在該CDS電路6CL1之CDS 電谷50a及放大器54a之間的連接點被電性地短路至在該 CDS電路6CL3之CDS電容50b及放大器54b之間的連接點，及儲存在該CDS電容50a之電荷及儲存在該cds電容50b之本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 13 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、tr— 548962 A7 _________B7 五、發明f兑明（11 ) "~' 電荷被平均。附帶地，該CDS電路6CI^6C13之相對結構元件具有幾乎相同的特性，及特別地，該二CDs電容及50b幾乎被製成相互相同。藉此，該像素區域⑴之影像 I料與該像素區域Pl3之影像資料之精確平均值可以被獲得。 t本實施例之影像平均電路藉由連續地準備—組相同彥員色的X像素區域P而被建構而成，例如，該水平選擇線 Rwm之延伸方向，如第n圖中所示設置有該光接收表面之像素矩陣之該C Μ 0 S影像感測器i之影像資料數目可以被以降低至l/χ之倍數。因為在第3圖中所示的實施例之結構中的X等於2,該影象資料之數目可以被降低至1/2。在此例子中，該水平掃瞄 | 私位暫存為8可以操作在常態操作的1/2時脈頻率。除次之卜-在第3圖中，已經強制被平均處理及被輸出至該信號共用輸出線30之影像資料可以接通該二垂直選擇線1及中的任一個的行選擇電晶體20，或同時接通該等行選擇電晶體20二者。弟一貫施例：其次’根據本發明之第二實施例之一χ_γ位址型固態〜像杧取装置將參考第4圖被加以描述。根據本實施例之 Χ-Υ位址型固態影像拾取裝置除了一影像平均電路之結構之外，其他的結構與在第一實施例的CMOS影像感測器結 #類似。與第_實施例之結構元件具有相同操作及功能者被賦予相同的標號及其等描述予以省略。 ---

.........---- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂— 548962 A7 五、發明説明（12 ) 第4圖顯示根據本實施例之影像平均電路。根據本實施例之CDS電路6CLn設置有用來平均安排在一垂直選擇線 C L η之延伸方向上至少二像素之類比影像資料之一電路。百先，一描述將被例說明，例如，安置在該垂直選擇線cu 之延伸方向上及相關於R(紅色）之像素區域是ρι丨及pi3，及此等像素P11及P13之影像資料被進行該平均程序。在第4圖中所示之CDS電路6CU被特性化成為一第二 CDS電容51與-簡電容5〇平行設置，及一平均程序開關 21被没置在該第二CDS電容51與一放大器54之間的一連接點。根據本實施例在該CDS電路6CL1之一影像平均程序操作將被加以描述。首先，該平均程序開關21被設定在該接通狀態。在該雜訊消除操作結束之後，相應於該像素區域P11之影像貧料之電荷被同時儲存在該CDS電路6CL32 該CDS電容50及該第二CDS電容51。其次，該平均程序開關21被斷路來將該第二cDS電容 51帶入該浮動狀態，以保持該像素區域pu之電荷，而後，相應於該像素區域P3 1之影像資料之電荷被儲存在該CDS 電谷中。順帶一提，在本實施例中，影像資料之平均程序並不實施於存在於該像素區域P11及p31之間的像素區域 P21(對於G)，及該像素區域P21之電荷被儲存在該CDS電容 50，而後，經由該放大器54及該行選擇電晶體2〇被輸出至該信號共用輸出線30。現在’當該像素區域P3i之電荷被儲存在該cds電容50 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 15 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、可| A7

548962 中時，在來自該水平掃瞄移位暫存器8被啟動前，該平均程序開關21被改變成該接通狀態。藉此，儲存在該CDs電容之該像素區域31之電荷及儲存在該第二cds電容5 1之該像素區域pii之電荷被加以平均。順帶一提，該CDS電容5〇與該第二CDS電容51之電容值是幾乎相互一致。藉此，該像素區域P11之影像資料與該像素區域p 3丨之影像資料之平均值可以被獲得。在第4圖所顯示之結構中，雖然只有一對（用於R)之第一 C D S電谷5 1及该平均程序開關21被使用，平行連接於該 CDS電容50及該第二CDS電容51及設置在該第三cds電容及該放大54之間的一平均開關（圖中未示）之一對（用於〇) 之一第三電容（圖中未示）可以更被加至於該Cds電路 6CL1。藉由如此實施，相關於在該垂直選擇線CL1上的所有的（R)及（G)，每一其他像素之影像資料被加以平均，及顯示解析度可以被降低1 /2之倍數。順帶一提，在該影像資料之平均程序沒有被執行的例子中，如果該平均程序開關21—直是在該關閉狀態，實質上地，與在第2圖中所示之CDS電路6CLn之相同的結構及操作可以被獲得，使得一行的η單位類比像素資料可以藉由接收來自該垂直掃瞄移位暫存器/重置控制電路4在一時間區間内被輸出至該信號共用輸出線30。第三實施例：其次，根據本發明之第三實施例之一 χ·γ位址型固態影像拾取裝置將參考第5圖被加以描述。根據本實施例之本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

16 548%2 A7 ---- —____B7_ 五、發明説明（Μ ) X-Y位址型固態影像拾取裝置除了一影像平均電路之結構之外，其他的結構與在第一實施例的CMOS影像感測器結構類似。與第一實施例之結構元件具有相同操作及功能者被賦予相同的標號及其等描述予以省略。第5圖顯示根據本實施例之影像平均電路。顯示在第$ 圖中之一 CDS電路6CL1被特性成一平均程序開關22被加至在第4圖所示之第二實施例的結構中的一 cds電容50及放大^§ 5 4之間的一連接點。根據本實施例在該CDS電路6CL1中的一影像平均操作將被加以描述。首先，只有該平均程序開關22可以由該等平均程開關21及22二者皆在該關閉狀態被帶至該接通狀態。藉此，在該雜訊消除操作結束之後，相應於該像素區域P11之影像資料之電荷被儲存在該CDS電路6CL1之CDS 電容50中。其次’該平均程序開關22被關閉，及該CDS電容50被帶至該浮動狀態以保持該像素區域p丨丨之電荷。其次，該平均程序該關21被帶至該接通狀態。藉此，在該雜訊消除才呆作結束之後’相關於該像素區域p3丨之像素資料之電荷被儲存在該CDS電路6CL1之一第二CDS電容51。順帶一提，在本實施例，影像資料之平均程序並不實施於存在於該像素區域P11及P31之間的像素區域p21(用於G)，及該像素區域P21之電荷被儲存在該CDS電容5〇，而後，經由該放大器54及該行選擇電晶體2〇被輸出至該信號共用輸出線 30 〇本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公董） 17 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、發明説明（15 ) 在違影像資料之平均程序被執行的例子中，在來自該水平掃瞄移位暫存器之行選擇信號之輸出被開始之前，該專平均私序開關21及22二者被改變成為該接通狀態。藉此，儲存在該CDS電容50之該像素區域p丨丨之電荷及儲存在該第二CDS電容51之該像素區域P31之電荷被加以平均，及該像素區域P11之影像資料及該像素區域P31之影像資料的一精確平均值可以被獲得。再者，在此實施例中，類似於第二實施例，一對（用於 G)之第三CDS電容及一平均程序開關（二者皆未示於圖中）可以自然地被加在該CDS電路6CL1，及在當該影像資料之平均程序未被執行的例子中，該等平均程序開關21或是22 之一必需一直被設定為該關閉狀態。根據此實施例，因為具有幾乎相同切換特性之該平均程序開關21及22被設置在該CDS電容5〇之側邊及該第二 CDS電容51之側邊二者，而與在第4圖中所示該平均程序開關/、被。又置在其一側加以比較，因為切換雜訊或其他類似者所產生的影像平均信號的失真可以被避免。第四實施例：其次，根據本發明之第四實施例之一 χ-γ位址型固態影像拾取裝置將參考第6圖被加以描述。根據本實施例之 X Υ位址型固恶影像拾取裝置除了一影像平均電路之結構之外，其他的結構與在第一實施例的CM0S影像感測器結構類似。與第-實施例之結構元件具有相同操作及功能者被賦予相同的標號及其等描述予以省略。 548%2 A7 ------ 五、發明説明（l6 ) ~~ ' 第6圖顯示根據本實施例之影像平均電路。在第6圖中，該電路之上半階顯示作為一範例之連接至一第一行垂直選擇線CL1之一 CDS電路6CL1，其包括有一像素區域 P11，及該電路之下半階顯示作為一範例之連接至該垂直選擇線CL3之一 CDS電路6CL3，其包括有一像素區域pn。雖然該CDS電路6CL1及6CL3之電路結構與第4圖中所示者相同，為了方便說明起見，一下標號“ a，，被加在該CDS電路 6CL1之結構元件上及一下標號“ b，，被加在該CDs電路π。之結構元件上。如第6圖所示，在該CDS電路6CL1之一 CDS電容5〇a與放大為54a之間的連接點可以經由一平均程序開關2被電性連接至該CDS電路6CL3之一 CDS電容50b與一放大器54a 之間的連接點。像這樣，根據本實施例之該CM〇s感應器夏基本上具有與第3圖所示之結構相同，及該CDS電容之部份可以被第4圖之結構所取代。其_人，根據此貫施例之該類比影像資料之平均程序操作將被加以描述。首先，該平均程序開關2被設定為斷路狀態，及平均程序開關21a及21b被設定為接通狀態。在該雜訊消除操作結束之後，該相關於該像素驅域P11之影像資料之電荷被儲存在該CDS電路6CL1之第二CDS電容51a 中。另一方面，該相關於該像素驅域P13之影像資料之電荷被儲存在該CDS電路6CL3之CDS電容51b中。其次’該平均程序開關21 a及21 b被設定為該斷路狀態，及該第二CDS電容51a與51b被帶入至該浮動狀態以分 19 (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（21〇χ297公楚） 548962 A7 ---—-— __B7____ 五、發明説明（I7 ) 別保持該像素區域P 1 1及p 1 3之電荷。其次，當對於該第三水平選擇線RW3之像素信號之該雜Λ /肖除操作被結束，接續地對該第二水平選擇線Rw〕之像素信號之該雜訊消除操作時，相應於該像素區域p3丨之影像貧料之電荷被儲存在該CDS電容50a中。另一方面，相應於该像素P33之影像資料之電荷被儲存在該CDS電容5〇b 中。其次’遠平均程序開關2ia與21b被帶入至該接通狀恶。當該平均程序開關21 a被接通時，儲存在該cDS電路 6CL1之CDS電容50a之像素區域P31之電荷及儲存在該第一 CDS電谷5 lb之該像素區域ρ η之電荷被加以平均，及該像素區域P11之影像資料與該像素區域P3 1之影像資料之一精確的平均值α可以被獲得。另一方面，當該平均程序開關21 b被接通時，儲存在該 CDS電路6CL3之CDS電容50b之像素區域P33之電荷及儲存在忒第一 CDS電容5 1 b之該像素區域ρ 13之電荷被加以平均’及該像素區域P13之影像資料與該像素區域P33之影像資料之一精確的平均值々可以被獲得。其次，當該平均程序開關2被帶至該接通狀態時，該平均值α及該平均值/3之平均可以被獲得。藉此，該（R)像素區域Pll，Ρ13，Ρ31，及Ρ33之四個影像資料可以被平均。上述影像平均操作在來自該水平掃瞄移位暫存器8被啟動别被加以執行。順帶一提，上述中，雖然一時間差被提供在在該等平均程序開關2，21a，及21b之切換操作中及其描本紙張尺度適用中國國家標準（) A4規格（21〇><297公釐） _ 90 _ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 面以 548962 五、發明説明（ ==續地完成1並不―定要提供時間差，及四影像 …以糟由將該等平均程序開關2,21a，及加同時帶入至該接通狀態而同時被執行該平均程序。除此之外，已經被強制作該平均程序及被輸出至該作號共用輸出線3〇之影像資料可以接通該二垂直選擇線⑴ ^ 之其的列遥擇電晶體20，或可以同時接通該等行 &擇線電晶體2G。順帶_提地，在該影像資料之平均程序未被執行的例子中，該平均程序開關2, 21a，及21b只必需作到維持該斷路狀態。根據本實施例，當該影像平均電路以連續地準備如在 ^水平選擇線RWm之延伸方向上的相同顏色的一組X像素區域而被建構而成時，設置有如在第1圖所示之光接收表之像素矩陣之遠CMOS影像感測器1之影像資料數目可在该水平選擇線汉貿《1上被降低1/χ倍數。除此之外，顯示在第6圖之每一 CDS電路6CL1及6CL3 中，雖然只有一對該第二CDS電容51a，51b及該平均程序開關21a，2 lb(用於R)被使用，一對（用於g或用於B)第三 CDS電容及一平均程序開關（二者皆未示於圖中）可以進一步被加入。藉此實施，關於在該垂直選擇線CLn上的（R)， (G)，及（B)的所有像素，其他的每一像素之影像資料被加以平均’及該影像資料之數目可以在該垂直選擇線CLn之延伸方向上降低1/2倍數。據此，在第11圖中所作範例的所有光接收表面的顯示解析度可以被降低1/2χ倍數。在此例中，該水平掃瞄平移暫存器8可以適於操作在一常態操作的本紙張尺度適用中國國家標準（〇〖S) Α4規格（210X297公釐）

、τ. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) * 21 548962 A7 B7 五、發明説明（19 ) l/2x之時脈頻率。第五實施例：其次，根據本發明之第五實施例之一X-Y位址型固態影像拾取裝置將參考第7至9圖被加以描述。根據本實施例之X-Y位址型固態影像拾取裝置除了一影像平均電路之結構之外，其他的結構與在第6圖中所示之第四實施例的 CMOS影像感測器1結構類似。與前述實施例之結構元件具有相同操作及功能者被賦予相同的標號及其等描述予以省略。第7圖顯示根據本實施例之一影像平均電路。如在第7 圖中所示，一放大器55a之一輸入端被連接在一 CDS電路 6CL1之一第二CDS電容51a與一平均程序開關21a之間的一連接點。除此之外，一放大器55b之一輸入端被連接在一 CDS電路6CL3之一第二CDS電容5 lb與一平均程序開關21b 之間的一連接點。該放大器55a及55b之輸出端經由設置在個別輸出端上的行遙擇電晶體2 0被連接至一信號共用輸出線30。相應於設置在介於一CDS電容50a及一放大器54a之間的一連接點與没在一 CDS電容50b及一放大器54b之間的一連接點的一平均程序開關2，一平均程序開關3也形成在介於一第一 CDS電容5 1 a及一放大器55a之間的一連接點與設在一 CDS電容5 lb及一放大器55b之間的一連接點之間。根據本實施例，具有幾乎相同元件特性之該等放大器 54a，54b，55a，及55b及該等行選擇電晶體2〇分別設置在該CDS電容50及50b之側邊與該第二CDS電容51a及51b 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

22 548962 A7 ____________B7___ 五、發明説明（2〇 ) 側邊。藉由採用這樣的電路結構，被加至該開關元件及該等放大益的連接點之所有寄生電容可以被製成具有相同的數值。為了精確地平均儲存在該CDS電容50a及50b與該第二 CDS電容51a及51b之電荷’多數個信號傳輸系統之電容值需要變得在任一系統都幾乎相等。根據本實施例，不僅是该CDS電容50a及50b與該第二CDS電容51a及51b具有相同的電容，加至於其等之上之所有寄生電容也可以變得相同，使得其變得可以高精確度來平均該電容電荷。其次，根據本實施例之類比影像的平均程序將被加以描述。首先，该平均程序開關2及3被設定為關閉狀態，及該平均程序開關21a及21b被設定為接通狀態。在該雜訊消除操作結束之後，該像素區域P11之電荷被儲存在該CDs 電路6CL1之第二CDS電容51a*。另一方面，該像素區域 P13之電荷被儲存在該CDS電路6CL3之第二CDS電容51b 中。其次，所有的平均程序開關2，3，2 1 a，及21 b同時被 f入接通狀悲。藉此，儲存在該CDS電路6CL1之CDS電容 50a的该像素區域P31之電荷，儲存在該第二CDS電容的该像素區域P11之電荷，儲存在該CDS電路6匸匕3之^^8 電容50b的該像素區域P33之電荷，儲存在該第二CDS電容 5 lb的該像素區域P13之電荷被加以平均，及該（幻像素區域 Pll，P13，P31，及P33的四個影像資料被加以平均。上述影像平均操作在來自該水平掃瞒移位暫存器8的該行選擇本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂| 23 548962 A7 _ B7 五、發明説明（21 ) 信號之輸出開始之前被加以執行。順帶一提，在該影像資料之平均程序未被執行的例子中，該平均程序開關2，3， 21a，及21b只有必需被設定為維持在關閉狀態。再者，在此實施例中，類似於該第四實施例，設置有如在第11圖中所示之該光接收表面之像素矩陣之該CM〇s 影像感測為1的影像資料數目可以在該水平選擇線RWm之延伸方向上被降低1/2倍數。除此之外，藉由加入一對（用於G或用於R)的第二CDS電容及一平均程序開關，該影像資料的數目可以在該垂直選擇線CLn的延伸方向上被降低 1/2倍數。據此，其變得可以降低整個光接收表面的顯示解析度l/(2x)倍數。第8圖更為詳細地顯示第7圖之影像平均電路。在第8 圖中，每一放大器54a，54b，5 5a，及55b是使用一定電流源40及一 η型通道MOSEFT 60之一源極從動放大器，及該行選擇電晶體20是由一 η型通道MOSEFT架構而成。

除此之外，用來平均該電容電荷之個別開關是只由ρ 型通道MOSEFTs架構而成。在第8圖中，每一平均程序開關2，3，21a，21b包括有一 ρ型通道MOSEFT之一類比開關電路62。由一 ρ型通道MOSEFT製成的一雜訊消除電路64 被連至該類比開關電路62之每一 ρ型通道MOSEFT的源極電極與汲極電極。在該雜訊消除電路64之ρ型通道MOSEFT 中，其源極/汲極電極被短路，及其元件尺寸是形成約為該類比開關62之ρ型通道MOSEFT之1/2大小。一預定電壓之控制信號0被施加在該類比開關電路62之ρ通道MOSEFT 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公董） 24 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •、可丨 548962 A7 ___B7 五、發明説明（22 ) 之一閘極，及反轉該控制信號0之一極性之一控制作號/ 0 (/”定義為反向極性）被施加至該雜訊消除電路料之卩型通道MOSEFT之一閘極電極。藉此，由該類比開關之p型通道1^〇8奸丁之輪入端子側之閘極輸入電容所引起的一雜訊成份被連接至該類比開關 62之輸入端子侧的該雜訊消除電路64ip型通道的一電容成份所消除。除此之外，由該類比開關之p型通道 MOSEFT之輸出端子側之閘極輸入電容所引起的一雜訊成份被連接至該類比開關62之輸出端子側的該雜訊消除電路 64之p型通道MOSEFT的一電容成份所消除。第9圖顯示在第8圖中所示之影像平均電路之一變化範例。除了該雜訊取消電路64由在第8圖中所示的該平均程序開關2及3被移除只留下該類比開關62之外，在第9圖中所示的影像平均電路具有相同的結構。在第9圖中所示的影像平均電路中，當四個像素的影像貢料強制予該平均程序如所描述者，所有的平均程序開關 2’ 3 ’ 21a’及21b被同時接通。據此，由該平均程序開關2 之一類比開關電路62之p型通道河〇8;^丁之一端子側之閘極輸入電容所引起的一雜訊成份可以被連接至該平均程序開關21a之類比開關62之_端子側的該雜訊消除電路型通道MOSEFT的一電容成份所消除。類似地，由該平均程序開關2之一類比開關電路62之？型通道MOSEFT之另一端子側之問極輪入電容所引起的一雜訊成份可以被連接至該平均程序開關m之類比開關& 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐1

.、τ· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 548962 A7 B7 五、發明説明（23 ) 之一端子側的該雜訊消除電路64所消除。除此之外，由該平均程序開關3之一類比開關電路Μ 之P型通道MOSEFT之一端子側之閘極輸人電容所引起的雜Λ成伤可以被連接至該平均程序開關2ib之類比開關 62之另‘子側的该雜訊消除電路64之p型通道MOSEFT 的一電容成份所消除。類似地，由該平均程序開關3之一類比開關電路以之^ 型通迢MOSEFT之另一端子側之閘極輸入電容所引起的一雜訊成份可以被連接至該平均程序開關2U之另一端子側的5亥雜aft消除電路6 4所消除。據此，其可以由該平均程序電路2及3中移除該雜訊消除電路而只留下該類比開關電路62。藉此，其更可以進一步地降低元件區域。如上述，根據上述實施例，該影像資料可以被平均作為該CMOS影像感測器中的類比信號。因此，因為它變得不需要準備一數位處理系統及一儲存裝置來作為一外部，設計效能可以被改善。除此之外，如使用在該影像平均之該第二CDS電容 51，一已經存在於一晶片之電容可以被使用。例如，該輸入側之私谷或该CDS電路6CLn之第一階放大器48，48a，及48b之輸入側或輸出側之電容可以被使用。據此，根據上述貫施例包括有該影像平均電路之該CM〇s影像感測器，在其區域上的增加只是該平均程序開關2，3，2丨的尺寸而已。因此，與需要一邏輯部份及一儲存份之一傳統的本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公楚) 26 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

548962 A7 B7 五、發明説明（24 ) CMOS影像感測器加以比較，該晶片面積被大幅地降低，製造成本也被壓抑，及該影像平均程序可以被實行。再者，與平均不予以執行的例子比較，因為影像資料之平均增加1/，2倍數的S/N(信號對雜訊）比，其貢獻於畫面品質的改善。本發明並不受限於前述實施例，不同的變化修改可以被完成。例如，在該實施例中，雖然該像素區域P具有由一光電傳導體及三個電晶體所構成的APS結構，本發明並受限於此，其也可以應用另一 APS結構，例如，一CMOS影像感測器，其中一傳輸閘及一浮動擴散（FD，Floating Diffusion) 區域被設置及四或五個電晶體被設置。除此之外’在上述實施例中，雖然每一平均程序開關 2，3，21a，及21b被製成使用該p型通道MOSEFT之類比開關電路62及該p型通道MOSEFT之二雜訊消除電路的結構以消除該開關雜訊，但本發明並受限於此。例如，如第1 〇圖中所示，一類比開關電路70，其中一p型通道MOSEFT及一 η型通道MOSEFT之源極電極互相連接在一起及其等汲極電極互相連接在一起可以很自然地被加以使用。在此例子中，為了消除該類比開關之輸入側的開關雜訊’ 一雜訊消除電路被連接至該類比開關電路7〇之輸入側。除此之外’為了消除該類比開關電路70之輸出側之開關雜訊’一雜訊消除電路74被連接至該類比開關電路7〇之輸出侧。每一雜訊消除電路72及74被建構組合分別具有該 (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) Μ規格（210X297公釐） 27 548962 A7 ^- 五、發明説明（25 ) 類比開關電路70之P型通道MOSEFT及η型通道MOSEFT之一半的元件規格的一 Ρ型通道M0SEFT及η型通道 MOSEFT。該雜訊消除電路72之ρ型通道MOSEFT及η型通道M0SEFT之源極電極與汲極電極被連接在一起，及再者，該源極被短路至該汲極。該雜訊消除電路74具有類似的連接結構。一預定電壓之一控制信號必被施加在該類比開關7 0之 Ρ型通道M0SEFT之一閘極電極，及一控制信號被施加在該類比開關70之η型通道M0SEFT之一閘極電極。該雜訊消除電路72及74之ρ型通道MOSEFTs之閘極電極被一起連接至該類比開關70之ρ型通道M0SEFT之一閘極電極，及該雜訊消除電路72及74之η型通道MOSEFTs之閘極電極被一起連接至該類比開關70之ρ型通道M0SEFT之一閘極電極。藉此，在該類比開關電路70切換時所產生的開關雜訊中，由該類比開關70之η型通道M0SEFT之一輸入端側之一閘極輸入電容所引起的雜訊程份可以藉由該雜訊消除電路 72之ρ型通道M0SEFT之一電容成份所消除。除此之外，由該類比開關70之ρ型通道M0SEFT之一輸入端側之一閘極輸入電容所引起的雜訊成份可以藉由該雜訊消除電路72之 η型通道M0SEFT之一電容成份所消除。類似地，由該類比開關70之η型通道M0SEFT之一輸出端側之一閘極輸入電容所引起的雜訊程份可以藉由該雜訊消除電路74之ρ型通道M0SEFT之一電容成份所消除。除此之外，由該類比開關70之ρ型通道M0SEFT之一輸出端側之 28 (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) Α4规格（210X297公釐） 548962 A7 B7 五、發明説明（26 -閘極輸人電容所引起的純成份心藉由該雜訊消除電路74之η型通道MOSEFT之一電容成份所消除。如上述，根據本發明，其可以實施— χ_γ位址型實體影像拾取裝置，其中-晶片區域不會增加，製造成本可以被降低，及一影像平均程序可以被實施。元件標號對照 CL1〜CL4···垂直選擇線 RSTm…重置信號線 RW1〜RW4···水平選擇線 P11〜P44…像素區域 VRm…重置電壓供應線 1…COMS影像感測器 4···垂直掃瞄移位暫存器/重置控制電路 6…放大器/雜訊消除電路 8…水平掃瞄移位暫存器 10…光二極體 12…重置電晶體 14…源極從動放大器 16…水平選擇電晶體 20…行選擇暫存器 30…信號共同輸出線 40…定電流源 42…取樣保持開關 44…取樣保持電容 46…參考電壓源 52…箝位開關 253’21521a,21b，22 ^··平均程序開關 62,70…類比開關電路 50,50a，50b…CDS 電容 51，51a，51b···第二CDS電容 64,72,74…雜訊消除電路 32,48,48a，48b，54,54a，54b，5 5a，55b···放大器 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

29 本紙張尺度適用中國國家標準（⑶幻A4規格（21〇χ297公釐）

Claims

一種X-Y位址型實體影像拾取裝置，包括有：夕數個像素區域，S由多數個水平選擇、線與多數個垂直選擇線所定義的區域中配置矩陣型式，其中每一像素區域包括有用來執行人射光的光電轉換之-光電傳 «’用來轉換儲存在該光電傳導體中的電荷成為影像貝料之放大為，用來輸出該影像資料至在由被輸出該等水平選擇線之m平選擇線之—水平選擇信號基準上的該等垂直選擇線之一預定垂選擇線之一水平選擇開關；及衫像轉換電路，執行由該多數個像素區域之至少二個像素區域所輸出的影像資料之-平均程序。如申請專利範圍第i項所述之Xm型實體影像拾取裝置’其中該影像平均電路執行在該等水平選擇線之一預定水平選擇線上的多數個像素區域中的影像資料之平均程序。如申請專利範圍第項所述之χ_γ定址型實體影像拾取裝置’其巾該影像平均電路執行在料垂直選擇線之一預定轉線±的乡油像素區射的影像資料之平均程序。 ' =申請專利範㈣3項所述之Xm型實體影像拾取裝置’更包括有用來移除重疊在該影像資料上之一雜訊之一雜訊消除電路，本σ 其中該影像平均電路被設置在該雜訊消除電路中。如申請專利範圍第4項所述之Xm型實體影像拾取申明專利範園褒置’其中該雜訊消除電路包括有，對於每—垂直選擇 6. 9. 線’―相關雙取樣電路’其中在雜訊移除之後與該影像貝科相關之—電荷被保持在-第-電容中。 ^申請專·圍第5項所述之χ_γ定址型實體影像拾取 :置’其/該影像平均電路包括有連接多數的電一電容谷之一第—平均程序以平均多數個電荷。如申請專圍第6項所述之χ·γ定址型實體影像拾取裝置’其中该影像平均電路包括有平行插人在該相關雙取樣電路中的該第—電容之―第二電容。 =申請專圍第7項所述之χ_γ定址型實體影像拾取衣置其中该第二電容是設置在該相關雙取樣電路中的一放大器之一輸入側或一輸出側之電容。 ^申請專㈣圍第7項所述之χ.γ定址型實體影像拾取裝置’其中該影像平均電路包括有—第二平均程序開關’用以電性連接/切斷該第二電容與該相關雙取樣電 10.如申明專利補第9項所述之χ_γ定址型實體影像拾取裝置，其中該影像平均電路包括有一第三平均程序電路，用Μ電性連接/切斷該第一電容與該相關雙取樣電路0 11. 如申明專利範圍第7項所述之χ_γ定址型實體影像拾取裝置，其中該等第一平均程序開關連接多數個第一及第一電容來平均該多數個電荷。 12. 如申明專利範圍第丨丨項所述之χ_γ定址型實體影像拾 548962 A8 B8 C8 —---------- 六、申請專利範圍取裝置，其中至少該第一及該第二平均程序開關幾乎同時操來平均該多數個電荷。 13. 如申請專利範圍第12項所述之χ_γ定址型實體影像拾取裝置，其中該第一及第二平均程序開關包括有一類比開關，其中—η型通道MOSEFT及一 ρ型通道MOSEFT被組合。 14. 如申請專利範圍第12項所述之χ_γ定址型實體影像拾取裝置，其中該第一及該第二平均程序開關包括有由一 η型通道MOSEFT或者ρ型通道MOSEFT之任一所製成的一類比開關。 15. 如申請專利範圍第13項所述之χ-γ定址型實體影像拾取裝置，更包括有開關雜訊消除電路，被連接該類比開該關電路之一輸入側及一數出側，以降低該類比開關之切換雜訊，該電路是由M0SEFTs所製成，其中源極電極被短路至汲極電極。 16·如申請專利範圍第14項所述之χ_γ定址型實體影像拾取裝置，更包括有開關雜訊消除電路，被連接該類比開該關電路之一輸入侧及一數出側，以降低該類比開關之切換雜訊，該電路是由M0SEFTs所製成，其中源極電極被短路至；:及極電極。 17·如申請專利範圍第15項所述之χ-γ定址型實體影像拾取衣置’其中该類比雜訊消除電路之一具有該類比開關電路接近一半的尺寸。 18·如申請專利範圍第16項所述之χ-γ定址型實體影像拾本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210X297公釐） 32

(請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 548962 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍取裝置，其中該類比雜訊消除電路之一具有該類比開關電路接近一半的尺寸。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 33 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐）