TWI757235B - 具有改善之訊號雜訊比與降低之隨機雜訊的影像感測器以及影像處理系統 - Google Patents

具有改善之訊號雜訊比與降低之隨機雜訊的影像感測器以及影像處理系統 Download PDF

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TWI757235B
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Abstract

本發明提供一種具有改善之訊號雜訊比與降低之隨機雜訊的影像感測器以及一種影像處理系統。所述影像感測器包含：像素陣列，其包含連接至行線且經組態以回應於至少一個列控制訊號而將類比像素訊號提供至所述行線的像素的像素；以及類比/數位轉換器（ADC），其接收所述類比像素訊號並將其轉換成對應數位像素訊號。所述像素包含由所述至少一個列控制訊號同時選定的子像素群組，使得所述子像素群組中的子像素中的每一者提供子像素訊號，且所述類比像素訊號為所述子像素群組提供的所述子像素訊號的平均值。

Description

具有改善之訊號雜訊比與降低之隨機雜訊的影像感測器以及影像處理系統
本發明概念的實施例是有關於影像感測器以及影像處理系統。更特定而言，本發明概念的實施例是有關於具有改善之訊號雜訊比與降低之隨機雜訊的影像感測器，以及包含所述影像感測器的影像處理系統。
[相關申請案的交叉參考]
本申請案主張於2015年5月20日申請的第10-2015-0070652號韓國專利申請案的優先權，所述韓國專利申請案的揭露內容特此以全文引用方式併入。
互補金屬氧化物半導體(Complementary metal oxide semiconductor；CMOS)影像感測器是固態感測裝置。與電荷耦合裝置(charge coupled device；CCD)影像感測器相比，CMOS影像感測器具有相對較低製造成本以及較低功率消耗且可以相對較小 大小產生。另外，與早期開發階段相比，CMOS影像感測器的效能已經改善。因此，CMOS影像感測器通常用於多種應用，且作為包含諸如智慧型電話及數位攝影機的攜帶型裝置的諸多不同電子器具的構成組件。由CMOS影像感測器產生的影像的品質受CMOS影像感測器的訊號雜訊比(signal-to-noise ratio；SNR)與隨機雜訊影響。
本發明概念的實施例提供影像感測器以及包含影像感測器的影像處理系統，所述影像感測器由於改善之訊號雜訊比與降低之隨機雜訊而提供優異影像品質。
根據本發明概念的一些實施例，提供一種影像感測器，其包含：像素陣列，其包含連接至行線且經組態以回應於至少一個列控制訊號而將類比像素訊號提供至所述行線的像素；以及類比/數位轉換器(analog-to-digital converter；ADC)，其接收所述類比像素訊號並將其轉換成對應數位像素訊號。像素包括由所述至少一個列控制訊號同時選定的子像素群組，使得所述子像素群組中的子像素中的每一者提供子像素訊號，且所述類比像素訊號為所述子像素群組提供的所述子像素訊號的平均值。
根據本發明概念的一些其他實施例，提供一種影像處理系統，其包含：影像感測器，其提供輸出訊號；處理器，其控制所述影像感測器的操作，接收所述輸出訊號且自所述輸出訊號產生影像訊號；以及顯示單元，其顯示對應於自所述處理器接收的所述 影像訊號的影像。所述影像感測器包含：像素陣列，其包含連接至行線且經組態以回應於至少一個列控制訊號而將類比像素訊號提供至所述行線的像素；以及類比/數位轉換器(ADC)，其接收所述類比像素訊號並將其轉換成對應數位像素訊號。像素包括由所述至少一個列控制訊號同時選定的子像素群組，使得所述子像素群組中的子像素中的每一者提供子像素訊號，且所述類比像素訊號為所述子像素群組提供的所述子像素訊號的平均值。
根據本發明概念的一些其他實施例，提供一種影像處理系統，其包含：影像感測器，其提供輸出訊號；處理器，其控制所述影像感測器的操作，接收所述輸出訊號且自所述輸出訊號產生影像訊號；以及顯示單元，其顯示對應於自所述處理器接收的所述影像訊號的影像。所述影像感測器包括配置於像素陣列中的多個像素，所述多個像素中的每一者提供類比像素訊號且包括由至少一個列控制訊號同時選定的兩個或大於兩個子像素，使得所述子像素中的每一者提供對應子像素訊號，所述類比像素訊號是自所述兩個或大於兩個子像素提供的所述子像素訊號導出。
10:影像處理系統
100:影像感測器
100a:影像感測器
110:像素陣列
110-1:像素陣列
110-2:像素陣列
110-3:像素陣列
115、115-1:像素
115-1A:像素/第一像素
115-1B:像素/第二像素
115-1C:像素/第三像素
115-1D:像素/第四像素
115-2:像素
115-2A:像素/第一像素
115-2B:像素/第二像素
115-2C:像素/第三像素
115-2D:像素/第四像素
115-3:像素
115-3A:像素/第一像素
115-3B:像素/第二像素
115-2C:像素/第三像素
115-3D:像素/第四像素
121-1:第一子像素
121-2:第二子像素
121-3:第三子像素
121-4:第四子像素
122:微透鏡
130:列驅動器
140:類比/數位轉換器區塊
142-1:第一ADC(ADC1)
142-2:第二ADC(ADC2)
142-m:第m ADC(ADCm)
150:行驅動器
160:斜坡訊號產生器
170:時序產生器
180:控制暫存器區塊
190:緩衝器
192-1:第一記憶體
192-m:第m記憶體
194:感測放大器
200:數位訊號處理器
210:相機控制件
220:影像訊號處理器
230:個人電腦介面
300:顯示單元
400:物件
400-1:像素
410:入射層
412:微透鏡
414:第一平坦層
416:彩色濾光片
418:第二平坦層
450-1:半導體基板
452:P井
470:配線層
472:閘極
474:多層導電線
500:透鏡
1000:電子系統
1010:應用程式處理器
1011:顯示器串列介面(DSI)主機
1012:相機串列介面(CSI)主機
1013:實體層(PHY)
1020:GPS
1030:Wimax
1031:WLAN
1032:UWB
1041:相機串列介面(CSI)裝置
1050:顯示器
1051:顯示器串列介面(DSI)裝置
1060:射頻(RF)晶片
1061:實體層(PHY)
1070:儲存裝置
1080:麥克風
1085:DRAM
1100:WLAN
1110:處理器
1120:記憶體
1130:顯示單元
1140:介面(I/F)
1150:匯流排
A-A'、B-B'、C-C':線
B1:光電二極體/第一光電二極體
B2:光電二極體/第二光電二極體
B3、B4:光電二極體
C1:第一電容器
C2:第二電容器
COL1:行線/第一行線
COL2:行線/第二行線
COLm:行線/第m行線
COL1-1:第一子行線
COL1-2:第二子行線
CSW:開關控制訊號
D1:第一渠溝
D2:第二渠溝
DP1、DP2、DPm:數位像素訊號
DX1:第一驅動電晶體
DX2:第二驅動電晶體
DX3:第三驅動電晶體
DX4:第四驅動電晶體
FD1:第一浮動擴散節點
FD2:第二浮動擴散節點
FD3:第三浮動擴散節點
FD4:第四浮動擴散節點
Gb1、Gb2、Gb3、Gb4:光電二極體
Gr1、Gr2、Gr3、Gr4:光電二極體
IS1、IS2:電流源
P11、P12、P1m、P21、P22、P2m、Pn1、Pn2、Pnm:陣列像素
PD1:第一光電二極體
PD2:第二光電二極體
PD3:第三光電二極體
PD4:第四光電二極體
PS1:像素訊號/類比像素訊號/第一類比像素訊號
PS2:像素訊號/類比像素訊號/第二類比像素訊號
PSm:像素訊號/類比像素訊號/第m類比像素訊號
PS1-1:第一子像素訊號
PS1-2:第二子像素訊號
PS1-3:第三子像素訊號
PS1-4:第四子像素訊號
R1、R2、R3、R4:光電二極體
RCS1、RCS2、RCSn:列控制訊號
SEL1:第一選擇控制訊號
SEL2:第二選擇控制訊號
SX1:第一選擇電晶體
SX2:第二選擇電晶體
SX3:第三選擇電晶體
SX4:第四選擇電晶體
SW1:開關
TG1:第一傳送控制訊號
TG2:第二傳送控制訊號
TG3:第三傳送控制訊號
TG4:第四傳送控制訊號
TX1:第一轉送電晶體
TX2:第二轉送電晶體
TX3:第三轉送電晶體
TX4:第四轉送電晶體
VDD:供電電壓
本發明概念的以上及其他特徵及優勢將藉由參考隨附圖式詳細地描述其例示性實施例而變得更顯而易見，其中：圖1為說明包含根據本發明概念的各種實施例的影像感測器的影像處理系統的方塊圖。
圖2為在一個實例中進一步說明圖1的影像感測器的方塊 圖。
圖3A、圖3B以及圖3C為分別說明圖2的像素元件的圖。
圖4為進一步說明圖3A的像素的電路圖。
圖5為進一步說明圖3B的像素的電路圖。
圖6為進一步說明圖3C的像素的電路圖。
圖7A、圖7B以及圖7C為說明圖2的像素陣列的各別實例的佈局圖。
圖8為可包含於圖7A、圖7B以及圖7C的實施例中的第一像素的橫截面圖。
圖9為包含根據本發明概念的一些實施例的影像感測器的電子系統的方塊圖。
圖10為包含根據本發明概念的一些實施例的影像感測器100的影像處理系統1100的方塊圖。
現將參看隨附圖式以一些額外細節來描述本發明概念的某些實施例。然而，本發明概念可以許多不同形式體現，且不應被解釋為限於本文所闡述的實施例。相反，提供此等實施例以使得本發明將是透徹且完整的，且將把本發明的範疇完整地傳達給熟習此項技術者。貫穿書面描述以及圖式，相同參考數字以及標記用以表示相同或類似元件。
應理解，當元件被稱作「連接」或「耦接」至另一元件時，元件可直接地連接或耦接至另一元件，或可存在介入元件。相比之 下，當元件被稱作「直接連接」或「直接耦接」至另一元件時，不存在介入元件。如本文中所使用，術語「及/或」包含相關聯的所列項目中的任一者及一或多者的所有組合，且可被縮寫為「/」。
應理解，儘管本文中可使用術語第一、第二等以描述各種元件，但此等元件不應受此等術語限制。此等術語僅用於將一個元件與另一個元件區分開來。舉例而言，第一訊號可被稱為第二訊號，且類似地，第二訊號可被稱為第一訊號，而不會脫離本發明的教示。
本文中所使用的術語僅出於描述特定實施例的目的且並不意欲限制本發明。如本文中所使用，除非上下文另有清楚地指示，否則單數形式「一」以及「所述」意欲亦包含複數形式。應進一步理解，術語「包括」及/或「包含」在於此說明書中使用時指定所陳述特徵、區域、整體、步驟、操作、元件及/或組件的存在，且並不排除一或多個其他特徵、區域、整體、步驟、操作、元件、組件及/或其群組的存在或添加。
除非另有定義，否則本文中使用的全部術語(包含技術及科學術語)的意義與一般熟習本發明所屬的技術者通常理解的意義相同。應進一步理解，諸如在普通使用的辭典中所定義的術語應解譯為具有與其在相關技術及/或本申請案的內容脈絡中的意義一致的意義，且不應按理想化或過於形式化的意義來解譯，除非本文中明確地如此定義。
圖1為根據本發明概念的實施例包含影像感測器100的影像處理系統10的方塊圖。圖1的影像處理系統10除了包含影像感測器100以外，亦包含影像處理器(諸如數位訊號處理器 (DSP))200、顯示單元300以及透鏡500。影像感測器100通常包含像素陣列110、列驅動器130、類比/數位轉換器(ADC)區塊140、行驅動器150、斜坡訊號產生器160、時序產生器170、控制暫存器區塊180以及緩衝器190。
受DSP 200控制的影像感測器100能夠感測經由透鏡500俘獲的物件400。回應於由影像感測器100提供的電訊號，DSP 200將所感測的物件400的一或多個對應影像訊號輸出至顯示單元300。此處，顯示單元300可為能夠顯示影像的任何電子裝置，諸如電腦、蜂巢式電話或配備有相機的類似裝置。在圖1的實施例中，假定顯示單元為個人電腦(PC)，但不限於此。
因此，圖1的DSP 200包含相機控制件210、影像訊號處理器(ISP)220以及PC介面(I/F)230。相機控制件210定義儲存於影像感測器100的控制暫存器區塊180中的某些控制資料。以此方式，相機控制件210可用以控制影像感測器100的操作。在一個實例中，相機控制件210及控制暫存器區塊180可實施為內部積體電路(inter-integrated circuit；I2C)，但本發明概念的範疇不限於此。
ISP 220接收輸出訊號(例如，來自緩衝器190的影像資料、輸出資料或對應訊號)，將影像資料處理成對應視覺影像，且經由PC I/F 230將對應影像訊號提供至顯示單元300。因此，ISP 220可安置於DSP 200內，如圖1中所展示。然而，ISP 220可能替代地安置於影像感測器100內。
像素陣列110包含多個像素(例如，參見圖2的元件115)，其分別包含光電轉換元件，諸如光電二極體或釘紮光電二極體。在 其操作中，每一像素115使用光電轉換元件感測光並且將入射光轉換成對應電訊號。由一或多個像素提供的電訊號可共同地用以產生影像訊號。
時序產生器170可用以將一或多個時序控制訊號及/或時脈訊號提供至列驅動器130、斜坡訊號產生器160以及行驅動器150，以便控制列驅動器130、斜坡訊號產生器160以及行驅動器150的時序及操作。控制暫存器區塊180將來自DSP 200的控制資料及/或一或多個時脈訊號傳達至時序產生器170。
列驅動器130以列/行定向的單元為單位驅動像素陣列110。例如，列驅動器130可產生用以控制配置於像素陣列110中的多個像素(例如，一列像素)的操作的列控制訊號(例如，圖2的RCS1至RCSn)。作為回應，像素陣列110將來自由經由列驅動器130提供的列控制訊號RCS1至RCSn選擇的列的多個像素訊號(例如，圖2的PS1至PSm)提供至ADC區塊140。此處，像素訊號PS1至像素訊號PSm為各別類比訊號。
ADC區塊140回應於自斜坡訊號產生器160接收的斜坡訊號(例如，圖2的Ramp訊號)而將自像素陣列110接收的類比像素訊號PS1至類比像素訊號PSm轉換成對應數位像素訊號(例如，圖2的DP1至DPm)。此後，數位像素訊號DP1至數位像素訊號DPm被提供至緩衝器190。
行驅動器150可用以回應於自時序產生器170接收的一或多個控制訊號/時脈而控制ADC區塊140及緩衝器190的操作。換言之，行驅動器150可用以控制像素陣列110的各別像素行的一或多個像素訊號的輸出以及一或多個數位像素訊號的對應產 生。
因此，緩衝器190可用以暫時儲存由ADC區塊140提供的數位像素訊號DP1至數位像素訊號DPm。此外，緩衝器190可包含能夠彙總、感測及/或放大(例如，圖2的感測放大器194)數位像素訊號DP1至數位像素訊號DPm以便將輸出訊號提供至ISP 220的電路。
圖2為在一個實例(100a)中進一步說明圖1的影像感測器100的方塊圖。參考圖1及圖2，影像感測器100a包含像素陣列110、列驅動器130、ADC區塊140、行驅動器150、斜坡訊號產生器160以及緩衝器190。
像素陣列110包含像素115，其經配置為陣列像素P11至Pnm，分別連接於列線及行線COL1至行線COLm間。可回應於由列驅動器130提供的列控制訊號RCS1至列控制訊號RCSn而依序啟動像素115，以便經由各別行線COL1至行線COLm輸出像素訊號PS1至像素訊號PSm。儘管圖2中未展示，但行線COL1至行線COLm中的每一者可連接至電流源(例如，圖4、圖5以及圖6中的IS1或IS2)，其允許預定電流在所連接的行線中流動。
ADC區塊140包含第一ADC 142-1至第m ADC 142-m，其中第一ADC 142-1至第m ADC 142-m分別連接至第一行線COL1至第m行線COLm。第一ADC 142-1至第m ADC 142-m自斜坡訊號產生器160接收斜坡訊號且分別接收第一類比像素訊號PS1至第m類比像素訊號PSm。作為回應，第一ADC 142-1至第m ADC 142-m使用斜坡訊號Ramp分別將第一類比像素訊號PS1至第m類比像素訊號PSm轉換成對應數位像素訊號DP1至數位 像素訊號DPm。因此，在其各別操作中，第一ADC 142-1至第m ADC 142-m中的每一者可比較斜坡訊號與對應類比像素訊號PS，產生所得的比較訊號(未示出)，且回應於所述比較訊號而執行計數操作以便產生對應數位像素訊號DP。
圖2的緩衝器190包含分別連接至第一ADC 142-1至第m ADC 142-m且經組態以儲存數位像素訊號DP1至數位像素訊號DPm的第一記憶體192-1至第m記憶體192-m。因此，第一記憶體192-1至第m記憶體192-m可用以暫時儲存數位像素訊號DP1至數位像素訊號DPm，且接著在行驅動器150的控制下將數位像素訊號DP1至數位像素訊號DPm依序輸出至感測放大器194。感測放大器194可用以感測及放大數位像素訊號DP1至數位像素訊號DPm中的每一者，之後將其依序輸出至ISP 220，其中假定ISP 220進一步處理數位像素訊號DP1至數位像素訊號DPm。
在本發明概念的某些實施例中，配置於像素陣列110中的上述像素115中的每一者可包含兩個或大於兩個子像素。構成特定像素的此兩個或大於兩個子像素可稱作子像素群組。圖3A、圖3B以及圖3C為說明可併入至本發明概念的實施例中的像素115-1、115-2以及115-3的各別實例的方塊圖。參考圖3A，像素115-1至少包含能夠分別產生第一子像素訊號及第二子像素訊號的第一子像素121-1及第二子像素121-2。在圖3A中說明的實施例中，第一子像素121-1及第二子像素121-2沿垂直方向(或行方向)配置，而圖3B的像素115-2的第一子像素121-1及第二子像素121-3沿水平方向(或列方向)配置。在此內容脈絡中，熟習此項技術者將理解，術語水平/垂直以及列/行實際上為任意的且用以 描述相對子像素定向。
本發明概念的一些實施例包含不止具有第一子像素及第二子像素的像素115。舉例而言，在圖3C中說明的實施例展示包含沿垂直及水平方向兩者配置的四個子像素121-1、子像素121-2、子像素121-3以及子像素121-4的像素115-3。
無論如何經配置以形成像素115，皆可同時選擇多個子像素。因此，特定像素的子像素可經組態以同時或回應於共同的一組控制訊號或條件而輸出其對應子像素訊號。此後，可處理(例如，平均化或在當中進行選擇)所得的多個子像素訊號，以便將對應類比像素訊號PS提供至各別ADC。如可自圖3A、圖3B以及圖3C所瞭解，各別行線可適用於恰當地連接子像素。舉例而言，第一行線(COL1)可拆分成第一子行線及第二子行線(COL1-1、COL1-2)，以便連接像素115的一或多個子像素。
圖4為在一個實例中進一步說明圖3A的像素115-1的行線組態與對應ADC1 142-1的電路圖。參考圖1、圖2、圖3A以及圖4，像素115-1包含第一子像素121-1及第二子像素121-2。在本發明概念的某些實施例中，圖2的像素陣列110中的像素115中的每一者可具有相同結構，且可以與關於圖4描述的像素115-1類似的方式操作。
第一子像素121-1包含第一光電二極體PD1、第一轉送電晶體TX1、第一浮動擴散節點FD1、第一驅動電晶體DX1以及第一選擇電晶體SX1。第二子像素121-2類似地包含第二光電二極體PD2、第二轉送電晶體TX2、第二浮動擴散節點FD2、第二驅動電晶體DX2以及第二選擇電晶體SX2。
第一光電二極體PD1及第二光電二極體PD2中的每一者為光電轉換元件的實例且可包含光電晶體、光閘、釘紮光電二極體(pinned photodiode；PPD)以及其組合當中的至少一者。第一傳送控制訊號TG1及第二傳送控制訊號TG2以及第一選擇控制訊號SEL1及第二選擇控制訊號SEL2為可由列驅動器130提供的列控制訊號的實例。屬於像素陣列110中的同一列的像素(例如，P11至P1m)可接收具有相同時序的第一傳送控制訊號TG1及第二傳送控制訊號TG2，以及具有相同時序的第一選擇控制訊號SEL1及第二選擇控制訊號SEL2。
在第一子像素121-1的操作中，第一光電二極體PD1產生與自物件400接收的入射光的強度成比例的光電荷。第一光電二極體PD1的第一端可連接至第一轉送電晶體TX1，且第一光電二極體PD1的第二端可連接至接地電壓VSS或0V。
第一轉送電晶體TX1回應於第一傳送控制訊號TG1而將第一光電二極體PD1產生的光電荷傳遞至第一浮動擴散節點FD1。第一驅動電晶體DX1放大第一浮動擴散節點FD1處累積的光電荷並且根據由光電荷感應的電位來將所述光電荷傳送至第一選擇電晶體SX1。第一選擇電晶體SX1的汲極連接至第一驅動電晶體DX1的源極。第一選擇電晶體SX1回應於第一選擇控制訊號SEL1而將第一子像素訊號PS1-1輸出至連接至像素115-1的行線COL1。
第一子像素121-1亦可包含第一重設電晶體(未示出)，其可用以回應於重設控制訊號(未示出)而將第一浮動擴散節點FD1重設至供電電壓VDD。供電電壓VDD為像素陣列110的工 作電壓且可為在自2.0V至5.0V的範圍內的電壓。
第二子像素121-2的結構及操作類似於第一子像素121-1的結構及操作。因此，第二光電二極體PD2產生與自物件400接收的入射光的強度成比例的光電荷。第二光電二極體PD2的第一端可連接至第二轉送電晶體TX2，且第二光電二極體PD2的第二端可連接至接地電壓VSS。
第二轉送電晶體TX2回應於第二傳送控制訊號TG2而將第二光電二極體PD2產生的光電荷傳遞至第二浮動擴散節點FD2。第二驅動電晶體DX2放大第二浮動擴散節點FD2處累積的光電荷並且根據由光電荷感應的電位而將所述光電荷傳遞至第二選擇電晶體SX2。第二選擇電晶體SX2的汲極連接至第二驅動電晶體DX2的源極。第二選擇電晶體SX2回應於第二選擇控制訊號SEL2而將第二子像素訊號PS1-2輸出至連接至像素115-1的行線COL1。
此處再一次，第二子像素121-2可包含第二重設電晶體(未示出)以回應於重設控制訊號(未示出)而將第二浮動擴散節點FD2重設至供電電壓VDD。
在與像素115-1相關聯的多個操作的時序中，可重設第一浮動擴散節點FD1及第二浮動擴散節點FD2，且接著可同時將對應於重設狀態的重設訊號自第一子像素121-1及第二子像素121-2輸出至行線COL1。此後，第一轉送電晶體TX1將第一光電二極體PD1處累積的光電荷傳遞至第一浮動擴散節點FD1，且藉由第一驅動電晶體DX1及第一選擇電晶體SX1的操作將對應於第一光電二極體PD1處的光電荷的第一子像素訊號PS1-1輸出至行線 COL1。同時，第二轉送電晶體TX2將第二光電二極體PD2處累積的光電荷傳遞至第二浮動擴散節點FD2，且與第一子像素訊號PS1-1同時，藉由第二驅動電晶體DX2及第二選擇電晶體SX2的操作將對應於第二光電二極體PD2處的光電荷的第二子像素訊號PS1-2輸出至行線COL1。
因此，對應於經平均化電壓的類比像素訊號PS1(例如，第一子像素訊號PS1-1及第二子像素訊號PS1-2)可施加至第一ADC 142-1，以便產生對應數位像素訊號。因此，可導出(例如)作為第一子像素訊號PS1-1及第二子像素訊號PS1-2的各別電壓位準的平均位準的由第一ADC 142-1接收的類比像素訊號PS1。
根據在圖4中說明的實施例，單個像素可包含兩個或大於兩個子像素，其中的每一者包含光電二極體PD1或PD2以及浮動擴散節點FD1或FD2，藉此增加滿井容量(full well capacity；FWC)。術語FWC是指可儲存於像素的一或多個構成光電二極體中的電荷的最大量。另外，根據在圖4中說明的實施例，可經由第一驅動電晶體DX1及第一選擇電晶體SX1輸出儲存於第一子像素121-1的第一浮動擴散節點FD1中的光電荷，而可經由第二驅動電晶體DX2及第二選擇電晶體SX2輸出儲存於第二子像素121-2的第二浮動擴散節點FD2中的光電荷。藉由此配置，第一光電二極體PD1產生的光電荷及第二光電二極體PD2產生的光電荷可藉由第一ADC 142-1單獨地轉換成輸入訊號，藉此增加電路的總轉換增益(conversion gain；CG)，轉換增益是表徵ADC的所收集的光電荷轉換成對應電訊號的轉換特性的重要參數。
由於隨機雜訊隨著CG增加而減小，因此本發明概念的 實施例在影像訊號的品質方面為尤其有利的。同時，需要增加FWC以便增加訊號雜訊比(SNR)。因此，當CG及FWC兩者皆增加時，訊號的品質亦增加。當CG及FWC兩者增加時；由FWC與CG的乘積判定的ADC之輸入訊號亦增加。
施加至ADC的輸入訊號的範圍受施加至ADC的供電電壓VDD限制。當ADC的輸入訊號的範圍受到限制時，難以同時增加FWC及CG兩者，且可形成取捨關係，使得隨著FWC增加，需要減小CG，或者隨著CG增加，需要減小FWC。
如上文所描述，根據本發明概念的某些實施例，每一像素包含多個子像素，藉此同時增加FWC及CG兩者。因此，隨機雜訊減小且SNR增加，使得影像訊號的品質改善。
圖5為在一個實例中進一步說明圖3B的像素115-2的行線組態與對應ADC1 142-1的電路圖。參考圖1、圖2、圖3B以及圖5，像素115-2包含第一子像素121-1及第三子像素121-3。在本發明概念的某些實施例中，圖2的像素陣列110中的像素115中的每一者可具有相同結構且可以與關於圖5描述的像素115-2類似的方式操作。圖5的第一子像素121-1可具有與圖4中展示的第一子像素121-1的結構及一般操作相同的結構及一般操作。此外，第三子像素121-3的結構及操作可實質上類似於第一子像素121-1的結構及操作。
圖5中展示的第三子像素121-3包含第三光電二極體PD3、第三轉送電晶體TX3、第三浮動擴散節點FD3、第三驅動電晶體DX3以及第三選擇電晶體SX3。第一傳送控制訊號TG1及第三傳送控制訊號TG3以及第一選擇控制訊號SEL1及第三選擇控 制訊號SEL3為可由列驅動器130提供的列控制訊號的實例。此處再一次，屬於像素陣列110中的同一列的像素可接收具有相同時序的第一傳送控制訊號TG1及第三傳送控制訊號TG3，以及具有相同時序的第一選擇控制訊號SEL1及第三選擇控制訊號SEL3。
第一子像素121-1將對應於第一光電二極體PD1產生的光電荷的第一子像素訊號PS1-1輸出至第一子行線COL1-1。第三子像素121-3將對應於第三光電二極體PD3產生的光電荷的第三子像素訊號PS1-3輸出至第二子行線COL1-2。
第一子行線COL1-1可藉由開關SW1與第二子行線COL1-2連接。開關SW1可總是處於接通狀態或閉合狀態中，或可在特定操作模式(例如，影像感測器100的選定的操作模式)期間選擇性地啟動(例如，接通)。換言之，用於控制開關SW1的開關控制訊號CSW可被設定為固定值(例如，「1」)或隨著模式不同而變化的值。在其他實施例中，第一子行線COL1-1及第二子行線COL1-2可與彼此直接連接而無開關SW1。
第一電容器C1可連接於第一子行線COL1-1與開關SW1的節點之間，且第二電容器C2可連接於第二子行線COL1-2與開關SW1的另一節點之間。輸出至第一子行線COL1-1的第一子像素訊號PS1-1與輸出至第二子行線COL1-2的第三子像素訊號PS1-3可藉由電容器C1及C2平均化。因此，第一子像素訊號PS1-1與第三子像素訊號PS1-3的平均類比像素訊號可提供至第一ADC 142-1。
根據在圖5中說明的實施例，像素可包含兩個或大於兩個子像素，藉此同時增加FWC及CG兩者。因此，隨機雜訊減小 且SNR增加，使得影像訊號的品質最終增加。
圖6為在一個實例中進一步說明圖3C的像素115-3的行線組態與對應ADC1 142-1的電路圖。參考圖1、圖2、圖3C以及圖6，像素115-3包含第一子像素121-1至第四子像素121-4。在本發明概念的某些實施例中，圖2的像素陣列110中的像素115中的每一者可具有相同結構，且可以與關於圖6描述的像素115-3類似的方式操作。此處，各別第一子像素121-1至第四子像素121-4的結構及操作可實質上類似。
因此，與上述實例一致，第一傳送控制訊號TG1至第四傳送控制訊號TG4以及第一選擇控制訊號SEL1至第四選擇控制訊號SEL4為可由列驅動器130提供的列控制訊號的實例。屬於像素陣列110中的一個列的像素可接收具有相同時序的第一傳送控制訊號TG1至第四傳送控制訊號TG4，以及具有相同時序的第一選擇控制訊號SEL1至第四選擇控制訊號SEL4。
第一子像素121-1及第二子像素121-2同時將第一子像素訊號PS1-1及第二子像素訊號PS1-2輸出至第一子行線COL1-1。第三子像素121-3及第四子像素121-4同時將第三子像素訊號PS1-3及第四子像素訊號PS1-4輸出至第二子行線COL1-2。
第一子行線COL1-1可藉由開關SW1與第二子行線COL1-2連接。開關SW1可總是處於接通狀態或閉合狀態中，或可回應於特定操作模式而選擇性地接通。換言之，用於控制開關SW1的開關控制訊號CSW可被設定為固定值(例如，「1」)或隨著模式不同而變化的值。
第一電容器C1可連接於第一子行線COL1-1與開關SW1 的節點之間，且第二電容器C2可連接於第二子行線COL1-2與開關SW1的另一節點之間。根據在圖6中說明的實施例，單個像素可提供沿垂直方向的電壓平均化效應以及沿水平方向使用電容器的平均化效應。因此，第一子像素訊號PS1-1至第四子像素訊號PS1-4的平均訊號可提供至第一ADC 142-1。
根據在圖6中說明的實施例，像素包含沿垂直方向及水平方向兩者配置的多個子像素，藉此同時增加FWC及CG。因此，隨機雜訊減小且SNR增加，使得影像訊號的品質最終增加。
在圖4、圖5以及圖6中說明的實施例中，像素包含可沿垂直及/或水平方向以不同方式配置的兩個或大於兩個子像素。然而，此等實施例為選定實例，且包含於像素中的子像素的數目及/或配置被認為是設計選擇問題。此外，上述實例中的每一子像素包含一個光電二極體以及三個金屬氧化物半導體(metal oxide semiconductor；MOS)電晶體。然而，無需總是所述情形，且本發明範疇內的其他實施例可包含以不同方式組態的子像素。包含至少一個光電二極體或類似元件以及能夠將光電二極體產生的光電荷轉換成對應電訊號的一或多個對應電晶體的任何電路可應用於本發明概念的各種實施例。
圖7A、圖7B以及圖7C為說明圖2中展示的像素陣列110的實例的各別方塊圖。為清楚起見，在圖7A、圖7B以及圖7C中僅展示像素陣列110的部分(亦即，在圖7A中的四(4)個像素115-1A至115-1D)。具有與所說明的四個像素的結構實質上相同的結構的像素可形成於像素陣列110的部分中。
在圖7A中說明的像素陣列110-1包含配置成拜耳 (Bayer)圖案的第一像素115-1A至第四像素115-1D。換言之，第一像素115-1A可為包含藍色濾光片(未示出)的藍色(B)像素，第二像素115-1B可為包含綠色濾光片(未示出)的綠在藍上(green-on-blue；Gb)像素，第三像素115-1C可為包含綠色濾光片(未示出)的綠在紅上(green-on-red；Gr)像素，且第四像素115-1D可為包含紅色濾光片(未示出)的紅色(R)像素。
第一像素115-1A至第四像素115-1D中的每一者可具有微透鏡122，其具有對應於每一像素115-1A、像素115-1B、像素115-1C、或像素115-1D的區域。第一像素115-1A至第四像素115-1D中的每一者的結構及操作可與在圖4中說明的像素115-1或在圖5中說明的像素115-2的結構及操作相同。因此，第一像素115-1A至第四像素115-1D中的每一者可包含兩個光電二極體B1及B2、光電二極體Gb1及Gb2、光電二極體Gr1及Gr2、或光電二極體R1及R2。兩個光電二極體(例如，B1及B2)可在一個像素(例如，115-1A)中沿列方向(亦即，平行於線A-A'的方向)配置。
在圖7B中說明的像素陣列110-2可包含配置成拜耳圖案的第一像素115-2A至第四像素115-2D。除將在下文描述的差異以外，像素陣列110-2與在圖7A中說明的像素陣列110-1實質上相同。
第一像素115-2A至第四像素115-2D中的每一者的結構及操作可與在圖4中說明的像素115-1或在圖5中說明的像素115-2的結構及操作相同。因此，第一像素115-2A至第四像素115-2D中的每一者可包含兩個光電二極體B1及B2、光電二極體Gb1及Gb2、光電二極體Gr1及Gr2、或光電二極體R1及R2。兩個光電 二極體(例如，B1及B2)可在一個像素(例如，115-2A)中沿行方向(亦即，平行於線B-B'的方向)配置。
在圖7C中說明的像素陣列110-3可包含配置成拜耳圖案的第一像素115-3A至第四像素115-3D。除將在下文描述的差異以外，像素陣列110-3與在圖7A中說明的像素陣列110-1實質上相同。
第一像素115-3A至第四像素115-3D中的每一者的結構及操作可與在圖6中說明的像素115-3的結構及操作相同。因此，第一像素115-2A至第四像素115-2D中的每一者可包含四個光電二極體B1至B4、光電二極體Gb1至Gb4、光電二極體Gr1至Gr4、或光電二極體R1至R4。四個光電二極體(例如，B1至B4)可以矩陣形式配置於一個像素(例如，115-3A)中。
第一像素115-3A至第四像素115-3D中的每一者包含多個子像素，其各自包含光電二極體及用於將光電二極體產生的光電荷轉換成ADC輸入訊號且因此產生第一子像素訊號至第四子像素訊號PS1-1、PS1-2、PS1-3以及PS1-4的電晶體。第一子像素訊號至第四子像素訊號PS1-1、PS1-2、PS1-3以及PS1-4是藉由累積在四個不同光電二極體(例如，B1至B4)中自透過每一像素(例如，115-3A)中的微透鏡122接收的光產生的光電荷而產生。同時輸出第一子像素訊號至第四子像素訊號PS1-1、PS1-2、PS1-3以及PS1-4，且接著輸入至一個ADC。
圖8為在圖7A、圖7B以及圖7C中說明的第一像素的橫截面圖。參考圖7A、圖7B、圖7C以及圖8，在圖8中說明的像素400-1為沿著在圖7A中說明的線A-A'、在圖7B中說明的線B- B'或在圖7C中說明的線C-C'所取的垂直橫截面的實例。此處，假定圖8為沿著在圖7A中說明的線A-A'所取的像素400-1的橫截面圖。像素400-1可包含入射層410、半導體基板450-1以及配線層470。
入射層410可包含微透鏡412、第一平坦層414、彩色濾光片416以及第二平坦層418。微透鏡412可形成於像素400-1的頂部處(假定為入射光首先到達的位置)以對應於像素400-1。微透鏡412可用以增加聚光能力且因此增加影像品質。微透鏡412可為在圖7A中說明的微透鏡122。
彩色濾光片416可形成於微透鏡412下面。彩色濾光片416可選擇性地透射具有預定波長的光(例如，紅色、綠色、藍洋、紅色、黃色或藍綠色)。由於像素400-1的橫截面為沿著圖7A中的線A-A'、圖7B中的線B-B'或圖7C中的線C-C'所取，因此彩色濾光片416為選擇性地透射具有藍色波長的光的藍色濾光片。
第一平坦層414與第二平坦層418可分別形成於彩色濾光片416的上面與下面以防止穿過微透鏡412及彩色濾光片416的光被反射。換言之，第一平坦層414及第二平坦層418有效地透射入射光，藉此增加影像感測器100的效能(諸如吸光度及感光性)。
半導體基板450-1可包含第一光電二極體B1、第二光電二極體B2、P井452、第一渠溝D1以及第二渠溝D2。第一光電二極體B1及第二光電二極體B2可儲存根據穿過微透鏡412的光的強度而產生的光電荷。
藉由執行離子植入，第一光電二極體B1及第二光電二極 體B2可形成為P井452內的n型區。第一光電二極體B1及第二光電二極體B2中的每一者可形成於其中堆疊多個摻雜區的結構中。此時，可使用n+型離子植入形成頂部摻雜區，且可使用n-型離子植入形成底部摻雜區。
可形成P井452以包圍第一光電二極體B1及第二光電二極體B2。P井452可使可第一光電二極體B1及第二光電二極體B2與配線層470電絕緣。P井452中的鄰近於電晶體TX1、電晶體TX2、電晶體DX1、電晶體DX2、電晶體SX1以及電晶體SX2中的每一者的閘極472的n++摻雜區(未示出)可作為每一電晶體TX1、電晶體TX2、電晶體DX1、電晶體DX2、電晶體SX1或電晶體SX2的源極/汲極操作。
可使用渠溝製程形成第一渠溝D1及第二渠溝D2。渠溝製程是在半導體基板450-1中形成達特定深度的渠溝的製程。渠溝製程可分成產生相對較深渠溝的深渠溝隔離(deep trench isolation；DTI)製程以及產生相對較淺渠溝的淺渠溝隔離(shallow trench isolation；STI)製程。第一渠溝D1及第二渠溝D2中的每一者可為使用DTI製程形成的DTI或使用STI製程形成的STI。
第一渠溝D1可使多個光電二極體(例如，B1至B4)當中的鄰近光電二極體(例如，B1及B2或B1及B3)彼此電隔離。第二渠溝D2可使第一像素115-1A、第一像素115-2A或第一像素115-3A中的光電二極體(例如B2)與鄰近於第一像素115-1A、第一像素115-2A或第一像素115-3A的另一像素(例如，115-1B、115-2B或115-3B)中的光電二極體(例如Gb1)電隔離。
第一渠溝D1及第二渠溝D2可沿著半導體基板450-1的 全長形成。第一渠溝D1及第二渠溝D2可使用自入射層410的側開始形成渠溝的背面渠溝製程或自配線層470的側開始形成渠溝的正面渠溝製程形成。
半導體基板450-1亦可包含浮動擴散節點(未示出)及接地端子(未示出)。配線層470可包含電晶體TX1、電晶體TX2、電晶體DX1、電晶體DX2、電晶體SX1以及電晶體SX2中的每一者的閘極472以及多層導電線474。閘極472可接收控制訊號或可連接至浮動擴散節點。閘極絕緣層(未示出)可形成於閘極472與半導體基板450-1之間。
閘極絕緣層可由SiO2、SiON、SiN、Al2O3、Si3N4、GexOyNz、GexSiyOz或高介電材料形成。高介電材料可藉由使用HfO2、ZrO2、Al2O3、Ta2O5、矽酸鉿、矽酸鋯或其組合執行原子層沈積而形成。
多層導電線474可在電晶體TX1、電晶體TX2、電晶體DX1、電晶體DX2、電晶體SX1以及電晶體SX2間傳輸訊號或可在像素400-1與外部之間傳輸訊號。可藉由圖案化包含諸如銅或鋁的金屬的導電材料而形成多層導電線474。
圖9為包含根據本發明概念的實施例的一或多個影像感測器的電子系統的方塊圖。電子系統1000可由諸如行動電話、個人數位助理(personal digital assistant；PDA)、攜帶型媒體播放器(portable media player；PMP)、IP TV或可使用或支援MIPI介面的智慧型手機的資料處理設備實施。電子系統1000包含應用程式處理器1010、影像感測器100以及顯示器1050。
包含於應用程式處理器1010中的相機串列介面(camera serial interface；CSI)主機1012經由CSI執行與包含於影像感測 器100中的CSI裝置1041的串列通信。舉例而言，光學解串器(de-serializer；DES)可實施於CSI主機1012中，且光學串列器(serializer；SER)可實施於CSI裝置1041中。
包含於應用程式處理器1010中的顯示器串列介面(display serial interface；DSI)主機1011經由DSI執行與包含於顯示器1050中的DSI裝置1051的串列通信。舉例而言，光學串列器可實施於DSI主機1011中，且光學解串器可實施於DSI裝置1051中。
電子系統1000亦可包含與應用程式處理器1010通信的射頻(radio frequency；RF)晶片1060。電子系統1000的實體層(PHY)1013與RF晶片1060的PHY根據MIPI DigRF標準向彼此傳達資料。電子系統1000可進一步包含GPS 1020、儲存裝置1070、麥克風1080、DRAM 1085以及揚聲器1090當中的至少一個元件。電子系統1000可使用Wimax(全球微波存取互操作性(World Interoperability for Microwave Access))1030、WLAN(無線LAN)1031或USB、UWB(超寬頻(Ultra Wideband))1032等通信。
圖10為包含根據本發明概念的實施例的一或多個影像感測器100的影像處理系統1100的方塊圖。參考圖10，影像處理系統1100可包含處理器1110、記憶體1120、影像感測器100、顯示單元1130以及I/F 1140。
處理器1110可控制影像感測器100的操作。處理器1110可判定相機是否在預定模式(例如，即時檢視(live-view)模式或預覽模式)中，並且控制影像感測器100在跳過模式中操作。
記憶體1120可儲存用於根據處理器1110的控制經由匯流排1150控制影像感測器100的操作的程式且亦可儲存影像。處理器1110可存取記憶體1120並執行程式。記憶體1120可形成為非揮發性記憶體。
影像感測器100可在處理器1110的控制下產生影像資訊。
顯示單元1130可自處理器1110或記憶體1120接收影像並在顯示器(例如，液晶顯示器(LCD)或主動矩陣式有機發光二極體(active-matrix organic light emitting diode；AMOLED)顯示器)上顯示影像。I/F 1140可經形成以用於二維或三維影像的輸入及輸出。I/F 1140可實施為無線I/F。
本發明的一般性發明概念亦可體現為電腦可讀媒體上的電腦可讀程式碼。電腦可讀記錄媒體為可將資料儲存為程式的任何資料儲存裝置，所述程式隨後可由電腦系統讀取。電腦可讀記錄媒體的實例包含唯讀記憶體(read-only memory；ROM)、隨機存取記憶體(random-access memory；RAM)、CD-ROM、磁帶、軟碟及光學資料儲存裝置。
電腦可讀記錄媒體亦可分散於網路耦接的電腦系統上，以使得以分散方式儲存及執行電腦可讀程式碼。此外，程式設計師可易於理解實現本發明的一般性發明概念的功能程式、程式碼以及碼段。
如上文所描述，根據本發明概念的一些實施例，影像感測器同時增加對應於可儲存於像素中的至少一個光電二極體中的最大電荷數目的CG及FWC，藉此減小隨機雜訊且增加SNR。因此， 影像訊號的品質增加。
儘管本發明概念已參考其例示性實施例予以具體展示及描述，但熟習此項技術者將理解，可在不偏離如由以下申請專利範圍所定義的本發明概念的範疇的情況下在其中進行形式及細節的各種改變。
121-1‧‧‧第一子像素
121-2‧‧‧第二子像素
121-3‧‧‧第三子像素
121-4‧‧‧第四子像素
142-1‧‧‧第一ADC(ADC1)
C1‧‧‧第一電容器
C2‧‧‧第二電容器
COL1-1‧‧‧第一子行線
COL1-2‧‧‧第二子行線
CSW‧‧‧開關控制訊號
DX1‧‧‧第一驅動電晶體
DX2‧‧‧第二驅動電晶體
DX3‧‧‧第三驅動電晶體
DX4‧‧‧第四驅動電晶體
FD1‧‧‧第一浮動擴散節點
FD2‧‧‧第二浮動擴散節點
FD3‧‧‧第三浮動擴散節點
FD4‧‧‧第四浮動擴散節點
IS1、IS2‧‧‧電流源
PD1‧‧‧第一光電二極體
PD2‧‧‧第二光電二極體
PD3‧‧‧第三光電二極體
PD4‧‧‧第四光電二極體
PS1‧‧‧像素訊號/類比像素訊號/第一類比像素訊號
PS1-1‧‧‧第一子像素訊號
PS1-2‧‧‧第二子像素訊號
PS1-3‧‧‧第三子像素訊號
PS1-4‧‧‧第四子像素訊號
SEL1‧‧‧第一選擇控制訊號
SEL2‧‧‧第二選擇控制訊號
SX1‧‧‧第一選擇電晶體
SX2‧‧‧第二選擇電晶體
SX3‧‧‧第三選擇電晶體
SX4‧‧‧第四選擇電晶體
SW1‧‧‧開關
TG1‧‧‧第一傳送控制訊號
TG2‧‧‧第二傳送控制訊號
TG3‧‧‧第三傳送控制訊號
TG4‧‧‧第四傳送控制訊號
TX1‧‧‧第一轉送電晶體
TX2‧‧‧第二轉送電晶體
TX3‧‧‧第三轉送電晶體
TX4‧‧‧第四轉送電晶體
VDD‧‧‧供電電壓

Claims (14)

  1. 一種影像感測器，包括：像素陣列，其包含連接至行線且經組態以回應於至少一個列控制訊號而將類比像素訊號提供至所述行線的像素；以及類比/數位轉換器，其接收所述類比像素訊號並將其轉換成對應數位像素訊號，其中所述像素包括由所述至少一個列控制訊號同時選定的子像素群組，使得所述子像素群組中的所述子像素中的每一者提供子像素訊號，其中每一個所述子像素包括自己的浮動擴散節點和自己的光電二極體，所述子像素群組包括第一至第四子像素，用以分別提供第一至第四子像素訊號，以作為所述子像素訊號，屬於所述子像素群組的所述光電二極體接收穿過同一微透鏡的入射光，其中所述行線包括第一子行線與第二子行線，所述第一子行線經由一開關連接到所述第二子行線，其中列線包括第一子列線和第二子列線，其中所述第一子像素與所述第二子像素屬於所述第一子行線，所述第三子像素與所述第四子像素屬於所述第二子行線，所述第一子像素與所述第三子像素屬於所述第一子列線，且所述第二子像素與所述第四子像素屬於所述第二子列線，其中所述第一子行線包括第一電容器，且所述第二子行線包括第二電容器， 所述像素提供沿垂直方向即行方向的電壓平均化效應以及沿水平方向即列方向使用所述第一電容器與所述第二電容器的平均化效應。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器，其中所述第一子像素及所述第二子像素中的每一者包括：所述光電二極體，其累積與入射光的強度成比例的光電荷；以及至少一個電晶體，其將所述累積的光電荷轉換成對應電訊號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的影像感測器，其中所述至少一個列控制訊號包含傳送控制訊號及選擇控制訊號，且所述至少一個電晶體包括：轉送電晶體，其回應於所述傳送控制訊號而將所述累積的光電荷傳遞至浮動擴散節點；以及選擇電晶體，其回應於所述選擇控制訊號而將所述對應電訊號提供至所述行線。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的影像感測器，其中所述第一子像素的所述選擇電晶體及所述第二子像素的所述選擇電晶體由所述選擇控制訊號同時啟動，以將所述第一子像素訊號及所述第二子像素訊號提供至所述行線。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器，其中所述第一子像素及所述第二子像素中的每一者包括：所述光電二極體，其累積與入射光的所述強度成比例的光電荷；以及至少一個電晶體，其將所述累積的光電荷轉換成對應電訊號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的影像感測器，其中所述至少一個列控制訊號包含傳送控制訊號及選擇控制訊號，且所述至少一個電晶體包括：轉送電晶體，其回應於所述傳送控制訊號而將所述累積的光電荷傳送至浮動擴散節點；以及選擇電晶體，其回應於所述選擇控制訊號而將所述對應電訊號提供至所述行線。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的影像感測器，其中所述第一子像素的所述選擇電晶體及所述第二子像素的所述選擇電晶體由所述選擇控制訊號同時啟動，以將所述第一子像素訊號及所述第二子像素訊號提供至所述行線。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的影像感測器，其中所述第一子行線自所述第一子像素的所述轉送電晶體接收所述對應電訊號作為所述第一子像素訊號，以及所述第二子行線自所述第二子像素的所述轉送電晶體接收所述對應電訊號作為所述第二子像素訊號。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器，其中所述開關在所述影像感測器的至少一個操作模式期間被選擇性地啟動。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器，其中所述子像素群組進一步包含提供第三子像素訊號的第三子像素及提供第四子像素訊號的第四子像素，所述第三子像素及所述第四子像素沿所述列方向配置，且相對於所述第一子像素及所述第二子像素的所述列方向配置，所述第三子像素及所述第四子像素的所述列方向配置為沿行 方向安置。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的影像感測器，其中所述第一子像素、所述第二子像素、所述第三子像素以及所述第四子像素中的每一者包括：所述光電二極體，其累積與入射光的所述強度成比例的光電荷；以及至少一個電晶體，其將所述累積的光電荷轉換成對應電訊號。
  12. 一種影像處理系統，包括：影像感測器，其提供輸出訊號；處理器，其控制所述影像感測器的操作，接收所述輸出訊號且自所述輸出訊號產生影像訊號；以及顯示單元，其顯示對應於自所述處理器接收的所述影像訊號的影像，其中所述影像感測器包括：像素陣列，其包含連接至行線且經組態以回應於至少一個列控制訊號而將類比像素訊號提供至所述行線的像素，其中所述像素包括至少兩個子像素；以及類比/數位轉換器，其接收所述類比像素訊號並將其轉換成對應數位像素訊號，所述像素包括由所述至少一個列控制訊號同時選定的子像素群組，使得所述子像素群組中的所述子像素中的每一者提供子像素訊號，其中每一個所述子像素包括自己的浮動擴散節點和自己的光電二極體， 所述子像素群組包括第一至第四子像素，用以分別提供第一至第四子像素訊號，以作為所述子像素訊號，屬於所述子像素群組的所述光電二極體接收穿過同一微透鏡的入射光，其中所述行線包括第一子行線與第二子行線，所述第一子行線經由一開關連接到所述第二子行線，其中列線包括第一子列線和第二子列線，所述第一子像素與所述第二子像素屬於所述第一子行線，所述第三子像素與所述第四子像素屬於所述第二子行線，所述第一子像素與所述第三子像素屬於所述第一子列線，且所述第二子像素與所述第四子像素屬於所述第二子列線，其中所述第一子行線包括第一電容器，且所述第二子行線包括第二電容器，所述像素提供沿垂直方向即行方向的電壓平均化效應以及沿水平方向即列方向使用所述第一電容器與所述第二電容器的平均化效應。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的影像處理系統，其中所述第一子像素、所述第二子像素、所述第三子像素以及所述第四子像素經配置成拜耳圖案。
  14. 一種影像處理系統，包括：影像感測器，其提供輸出訊號；處理器，其控制所述影像感測器的操作，接收所述輸出訊號且自所述輸出訊號產生影像訊號；以及顯示單元，其顯示對應於自所述處理器接收的所述影像訊號的影像， 其中所述影像感測器包括配置於像素陣列中的多個像素，所述多個像素中的每一者提供類比像素訊號且包括由至少一個列控制訊號同時選定的兩個或大於兩個子像素，使得所述子像素中的每一者提供對應子像素訊號，所述類比像素訊號是自所述兩個或大於兩個子像素提供的所述子像素訊號導出，其中每一個所述子像素包括自己的浮動擴散節點和自己的光電二極體，所述子像素群組包括第一至第四子像素，用以分別提供第一至第四子像素訊號，以作為所述子像素訊號，屬於所述子像素群組的所述光電二極體接收穿過同一微透鏡的入射光，其中所述行線包括第一子行線與第二子行線，所述第一子行線經由一開關連接到所述第二子行線，其中列線包括第一子列線和第二子列線，所述第一子像素與所述第二子像素屬於所述第一子行線，所述第三子像素與所述第四子像素屬於所述第二子行線，所述第一子像素與所述第三子像素屬於所述第一子列線，且所述第二子像素與所述第四子像素屬於所述第二子列線，其中所述第一子行線包括第一電容器，且所述第二子行線包括第二電容器，所述像素提供沿垂直方向即行方向的電壓平均化效應以及沿水平方向即列方向使用所述第一電容器與所述第二電容器的平均化效應。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10110840B2 (en) * 2016-10-25 2018-10-23 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensor pixels with overflow capabilities
US11272122B2 (en) * 2017-04-05 2022-03-08 Nikon Corporation Image sensor and imaging device
CN107278329A (zh) * 2017-05-26 2017-10-20 深圳市汇顶科技股份有限公司 像素传感单元及图像撷取装置
JP2019193085A (ja) * 2018-04-24 2019-10-31 キヤノン株式会社 撮像素子及びその制御方法、及び撮像装置
CN109862289B (zh) * 2019-01-09 2021-05-28 宁波大学 像素信息采集相关双采样读取电路
KR20210002966A (ko) * 2019-07-01 2021-01-11 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그것의 구동 방법

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200926756A (en) * 2007-12-06 2009-06-16 Avision Inc Image acquiring apparatus and image aquiring method
CN102595062A (zh) * 2012-03-01 2012-07-18 西北工业大学 Cmos图像传感器黑光噪声抑制方法
US8363142B2 (en) * 2009-06-24 2013-01-29 Canon Kabushiki Kaisha Image pickup apparatus and reading method thereof
US20130141620A1 (en) * 2011-12-01 2013-06-06 Olympus Corporation Solid-state image pickup device, image pickup device, and signal reading method
WO2014057106A1 (de) * 2012-10-12 2014-04-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Bildsensor
US20140368703A1 (en) * 2012-03-05 2014-12-18 Tianjin University Digital domain accumulative cmos-tdi image sensor with low power consumption
US20150062394A1 (en) * 2013-08-28 2015-03-05 Canon Kabushiki Kaisha Imaging apparatus, imaging system, and method for driving imaging apparatus

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002330349A (ja) 2001-04-26 2002-11-15 Fujitsu Ltd Ｘｙアドレス型固体撮像装置
JP2003007995A (ja) 2001-06-20 2003-01-10 Iwate Toshiba Electronics Co Ltd Ｃｍｏｓイメージセンサ
JP5926529B2 (ja) 2011-10-18 2016-05-25 キヤノン株式会社 撮像素子及び撮像装置
JP5895525B2 (ja) 2011-12-28 2016-03-30 株式会社ニコン 撮像素子
JP6004656B2 (ja) 2012-01-31 2016-10-12 キヤノン株式会社 撮像装置、その制御方法、および制御プログラム
JP6164846B2 (ja) 2012-03-01 2017-07-19 キヤノン株式会社 撮像装置、撮像システム、撮像装置の駆動方法
JP6013039B2 (ja) 2012-06-25 2016-10-25 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置およびその制御方法、並びに、電子機器
KR20140047494A (ko) * 2012-10-12 2014-04-22 삼성전자주식회사 서브픽셀, 이를 포함하는 이미지 센서, 및 이미지 센싱 시스템
JP6166562B2 (ja) 2013-03-21 2017-07-19 キヤノン株式会社 撮像素子及びその駆動方法、及び撮像装置
JP6239975B2 (ja) * 2013-12-27 2017-11-29 キヤノン株式会社 固体撮像装置及びそれを用いた撮像システム
US9888198B2 (en) * 2014-06-03 2018-02-06 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging systems having image sensor pixel arrays with sub-pixel resolution capabilities
KR101585978B1 (ko) * 2014-07-29 2016-01-15 주식회사 동부하이텍 이미지 센서
KR101580178B1 (ko) * 2014-07-30 2015-12-24 주식회사 동부하이텍 이미지 센서
US9749556B2 (en) * 2015-03-24 2017-08-29 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging systems having image sensor pixel arrays with phase detection capabilities
JP6598496B2 (ja) * 2015-04-22 2019-10-30 キヤノン株式会社 撮像装置及び信号処理方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200926756A (en) * 2007-12-06 2009-06-16 Avision Inc Image acquiring apparatus and image aquiring method
US8363142B2 (en) * 2009-06-24 2013-01-29 Canon Kabushiki Kaisha Image pickup apparatus and reading method thereof
US20130141620A1 (en) * 2011-12-01 2013-06-06 Olympus Corporation Solid-state image pickup device, image pickup device, and signal reading method
CN102595062A (zh) * 2012-03-01 2012-07-18 西北工业大学 Cmos图像传感器黑光噪声抑制方法
US20140368703A1 (en) * 2012-03-05 2014-12-18 Tianjin University Digital domain accumulative cmos-tdi image sensor with low power consumption
WO2014057106A1 (de) * 2012-10-12 2014-04-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Bildsensor
US20150062394A1 (en) * 2013-08-28 2015-03-05 Canon Kabushiki Kaisha Imaging apparatus, imaging system, and method for driving imaging apparatus

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Publication number Publication date
US20160344963A1 (en) 2016-11-24
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