[发明专利]图像传感器的读出电路

说明书

技术领域

本发明涉及图像传感器，特别是涉及一种具有水平组合(binning)功能的图像传感器的读出(readout)结构。

背景技术

半导体图像传感器(例如电荷耦合组件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器)普遍使用于照相机或摄影机中，用于将可见光的图像转换为电子信号，便于后续的存储、传输或显示。

对于当今的图像传感器，其使用行放大器(column amplifier，CA)以读出每一行的图像信号。之所以在模拟通路(analog chain)的前级即对信号给予增益，理由之一是为了获取较佳的信号噪声比(SNR)。图1显示传统图像传感器的读出结构，其中，每一行(col1、col2...)分别连接至对应的行放大器(CA1、CA2...)。接下来，信号通过切换装置而依序传送至可编程增益放大器(programmable gain amplifier，PGA)。其中，位于每一行的采样-保持-重置(sample-and-hold-reset，SHR)电容C_SHRn(n＝1，2...)的重置信号被依序传送至可编程增益放大器(PGA)，而位于每一行的采样-保持-(图像)信号(sample-and-hold-signal，SHS)电容C_SHSn(n＝1，2...)的图像信号也依序被传送至可编程增益放大器(PGA)。

当图像传感器内制作愈来愈多的像素(或光二极管)时，每一像素的面积及其图像强度会相对的变小。为了增强图像强度以得到更佳的信号噪声比(SNR)，通常需要将多个像素的信号予以相加(或称为像素组合)。图2显示传统具组合功能的图像传感器的读出结构，其中，每一行(col1、col2...)分别连接至对应的行放大器(CA1、CA2...)。在信号被传送至可编程增益放大器(PGA)之前，多行的信号通过复用器(MUX)予以相加(或组合)。接着，复用器(MUX)的输出经由切换装置而依序传送至可编程增益放大器(PGA)。由于是将行与行的信号予以组合，因此图2所示的组合通成称为水平组合技术。

图1所示的传统图像传感器读出结构中，需要使用多个行放大器CA。当行的数目增加时，行放大器CA所占用的芯片面积就变得相当可观。图2所示的传统具组合功能的图像传感器的读出结构中，于行放大器CA之后进行信号组合，会不利于其信号噪声比(SNR)。

鉴于上述传统图像传感器读出结构的诸多缺点，因此亟需提出一种图像传感器的新颖读出结构，用于增进信号噪声比并降低芯片面积。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的之一在于提供一种图像传感器的读出结构，特别是针对具水平组合(horizontal binning)功能的图像传感器，用于增进信号噪声比(SNR)并降低芯片面积。

根据本发明实施例，图像传感器的读出电路包含行放大器(CA)；及多个电容/开关组，每一组包含电容及开关，其连接至图像传感器的多个行节点之一。读出电路还包含复用器，其耦接于多个电容/开关组与行放大器的输入之间；及相关双采样(CDS)电路，用于接收行放大器的输出。读出电路还包含切换装置，用于将CDS电路的输出依序传送出来；及放大器，用于接收切换装置的输出。

附图说明

图1显示传统图像传感器的读出结构；

图2显示传统具组合功能的图像传感器的读出结构；

图3显示本发明实施例的具水平组合功能的图像传感器的读出结构；

图4A显示本发明实施例图像传感器第一行的像素电路，而图4B则显示第二行的像素电路；

图5显示图3和图4A/B于组合操作模式(binning mode)时的相关信号时序图；

图6显示图3和图4A/B于正常操作模式(normal mode)时的相关信号时序图。

具体实施方式

图3显示本发明实施例的具水平组合功能的图像传感器的读出结构。图像传感器可以是(但不限定为)电荷耦合组件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器，用于将可见光的图像转换为电子信号。本实施例的读出结构可应用于数字图像处理装置中，例如(但不限定为)照相机或摄影机。