專利名稱：用于cmos圖像傳感器的輸出選路結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及具有多個取樣和保持處理通道的CMOS圖像傳感 器的領(lǐng)域，并且更特別地，涉及這種具有將信號從像素陣列選路(route) 至每個取樣和保持處理通道的選路矩陣的CMOS圖像傳感器，其中每個 通道僅包括一種顏色。
背景技術(shù)：
隨著CMOS圖像傳感器的圖像大小及速度持續(xù)增加，正使用多通道 輸出體系結(jié)構(gòu)。然而，在多通道輸出的情況下，必須使視頻信號返回到 它們適當(dāng)?shù)拇涡颉＿@個任務(wù)變得越來越困難并且在最終的視頻信號串中 導(dǎo)致噪聲問題。雖然現(xiàn)有技術(shù)令人滿意，但其包括上述缺點。因此，需要具有其中 消除信號重組的多通道輸出的CMOS圖像傳感器。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在克服上文列舉問題中的一個或多個。簡單概括而言，根 據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明在于一種CMOS圖像傳感器，該CMOS 圖像傳感器具有多個以陣列排列的像素、多個取樣和保持陣列、以及以 預(yù)定次序?qū)⑿盘枏拿總€像素選路至該多個取樣和保持陣列的其中之一 的選路矩陣。根據(jù)下文對優(yōu)選實施例的詳細說明及所附權(quán)利要求書并且參考附 圖，將更清晰地了解及領(lǐng)會本發(fā)明的這些及其他方面、目的、特征及優(yōu)勢。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明具有以下優(yōu)勢消除讀出時的信號重組、通過減小取樣和保 持電路輸出處的負載來增加操作速度、及增加具有大物理表面面積的像 素陣列的有效可用性。


圖1是本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的俯視圖； 圖2是本發(fā)明的典型CMOS主動像素的示意圖； 圖3是說明從像素選路至四個取樣和保持陣列的示意圖；及 圖4是包含本發(fā)明的圖像傳感器的數(shù)字照相機的透視圖，用于說明 本發(fā)明的典型商業(yè)實施例。
具體實施方式
參照圖1,其示出了本發(fā)明的CMOS圖像傳感器10的俯視圖。傳 感器10包括排列成列及行的兩維像素陣列20;濾色器陣列(CFA) (未示出)，其橫跨像素定位以使每個像素接收特定的顏色。在優(yōu)選實 施例中，該CFA是本領(lǐng)域中眾所周知的貝爾濾色器。行解碼器30電連 接到像素陣列20且用于選擇性地將預(yù)定行的像素讀出至選路矩陣40。 優(yōu)選地， 一次一行地將這些行選路至選路矩陣。然后，選路矩陣40將 信號從像素陣列20選路至多個取樣和保持陣列50中的其中之一。進一 步注意，像素被選路到取樣和保持陣列50以便只有一種顏色被選路至 任何一個特定的取樣和保持陣列50。取樣和保持陣列50的數(shù)量取決于 所期望的速度可改變至四個或更多。在圖3所示的低速布置中，存在四 個取樣和保持陣列50且每一個陣列僅接收一種顏色。為使該速度加倍， 應(yīng)具有8個取樣和保持陣列50，且為使速度增加至三倍，應(yīng)具有12個 陣列50。為清晰起見，應(yīng)注意，在每一布置中，每一通道將只接收一種 顏色，如下文所詳細描述的。信號從取樣和保持陣列50被選路至如本 領(lǐng)域中眾所周知的其他處理電路(未示出)用于產(chǎn)生圖像的電子表示。參照圖2，示出了 CMOS圖像傳感器10的典型像素60的示意圖。 像素60包括接收轉(zhuǎn)換成電荷的入射光的光電二極管70。傳輸門(TG) 80將電荷轉(zhuǎn)移至將電荷轉(zhuǎn)換為電壓的浮置擴散90。該電壓被發(fā)送至用 于緩沖信號幅度的放大器晶體管100。在優(yōu)選實施例中，放大器100的 增益是一，或1,然而可根據(jù)所期望的設(shè)計使用其他增益因子。行選擇 晶體管110從行解碼器陣列30 (參見圖1)接收信號，用于使特定行的 像素能夠傳送至選路矩陣40。復(fù)位門晶體管120用于在將另一個圖像信 號傳送至浮置擴散90之前復(fù)位并清除浮置擴散90的任何殘余電荷。參照圖3,示出了像素陣列20至選路矩陣40且隨后至取樣和保持 陣列50之間的連接的示意圖。圖3僅示出四個取樣和保持陣列，雖然如上所述，為增加速度，可增加取樣和保持陣列的數(shù)量。概括而言，四 保持陣列。例如，通過啟動四組開關(guān)中的其中一個首先讀出顏色1。每一組中的開關(guān)數(shù)量由N/4所決定，其中N是每一行中的像素數(shù)量。在傳 輸顏色1中，包括開關(guān)Sl、 S5、 S9及S13等的第一組開關(guān)都被閉合(為 圖示清晰起見，所有開關(guān)都沒有示出)。在這個實施例中，跳過三個開 關(guān)使得每第4個開關(guān)被閉合。對應(yīng)的第二組開關(guān)被連接至該第一組開關(guān)， 并且在傳輸顏色1中，該組開關(guān)也基本上同時^皮關(guān)閉(S，l、 S'5、 S'9 及S，13等)以便將顏色1傳輸至那個特定的取樣和保持電路50。第二 組中的開關(guān)數(shù)量也是N/4,其中N是一行中像素的總數(shù)量。在完成至取 樣和保持電路50的傳輸后，這兩組開關(guān)都一皮斷開(Sl、 S5、 S9、 S13、 S，l、 S,5、 S，9、 S，13等等)。然后，通過使用其對應(yīng)的第一及第二組開關(guān)(S2、 S6、 S10及S14 與S'2、 S'6、 S，IO、 S，14)重復(fù)以上序列將第二顏色傳輸至取樣和保持 陣列50。該過程被同步使得在傳輸?shù)诙伾皞鬏數(shù)谝活伾ｎ愃频兀?也以這種同步的方式重復(fù)顏色3 (使用開關(guān)S3、 S7、 Sll、 S15及S，3、 S'7、 S，ll、 S，15等)及顏色4 (使用開關(guān)S4、 S8、 S12、 S16等及S，4、 S，8、 S，12、 S，16等)以便傳輸其特定的顏色。應(yīng)注意，對于貝爾圖案， 取樣和保持通道1(50)中的顏色是綠色1;取樣和保持通道2(50)包含綠 色2;取樣和保持通道3(50)包含紅色；并且取樣和保持通道4(50)包含 藍色。應(yīng)注意，對于四個通道而言，來自取樣和保持通道50的顏色信 息基本上是同時輸出的，以便隨后附接的芯片外信號處理電路在基本相 同的時間接收每個像素的所有顏色信息(四個顏色通道)。應(yīng)注意，若 存在8個通道，則在每個時鐘周期將兩個順序的顏色信息信號發(fā)送至該 芯片外處理電路。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，隨著增加通道數(shù)量，顏色 信息信號的數(shù)量也相應(yīng)增加，如上文所述。參照圖4,示出了包含本發(fā)明的圖像傳感器10的數(shù)字照相機130, 以用于說明普通消費者所熟知的本發(fā)明的典型商業(yè)實施例。主要元件符號說明10CMOS圖像傳感器20像素陣列30行解碼器40選路矩陣50取樣和保持陣列60典型像素70光電二極管80傳輸門90浮置擴散100像素放大器晶體管110行選擇晶體管120復(fù)位門晶體管130數(shù)字照相才幾
權(quán)利要求
1.一種CMOS圖像傳感器，包括(a)多個排列成陣列的像素；(b)多個取樣和保持陣列；以及(c)以預(yù)定次序?qū)⑿盘枏拿總€像素選路至該多個取樣和保持陣列的其中之一的選路矩陣。
2. 如權(quán)利要求1的CMOS傳感器，其中像素被選路矩陣電子地分 為多個組并且來自每一組的第 一信號被選路至相同的取樣和保持陣列。
3. 如權(quán)利要求2的CMOS傳感器，其中來自每一組的第二信號被 選路至相同的取樣和保持陣列。
4. 如權(quán)利要求1的CMOS傳感器，其中像素被選路矩陣電子地連接 成組并且選路矩陣以重復(fù)模式或基本上重復(fù)的模式將信號發(fā)送至該多 個取樣和保持電路。
5. 如權(quán)利要求4的CMOS傳感器，其中確定該重復(fù)模式使得從選路 矩陣至每 一 個取樣保持電路的信號包含相同的彩色信號。
6. 如權(quán)利要求3的CMOS傳感器，其中第一和第二信號分別通過選 路矩陣中的 一組在時間上基本同步的開關(guān)來選路。
7. 如權(quán)利要求6的CMOS傳感器，其中該同步發(fā)生使得第一信號被 首先發(fā)送出選路矩陣且第二信號被第二發(fā)送出選路矩陣。
8. 如權(quán)利要求4的CMOS傳感器，其中該重復(fù)模式在時間上被同步 以便在基本相同的時間從選路矩陣發(fā)出特定的信號。
9. 一種數(shù)字照相機，包括 CMOS圖像傳感器，其包括(a) 多個排列成陣列的像素；(b) 多個取樣和保持陣列；以及(c )以預(yù)定次序?qū)⑿盘枏拿總€像素選路至該多個取樣和保持陣列 的其中之一的選路矩陣。
10. 如權(quán)利要求9的數(shù)字照相機，其中像素被選路矩陣電子地分成 組并且來自每一組的第 一信號被選路至相同的取樣和保持陣列。
11. 如權(quán)利要求10的數(shù)字照相機，其中來自每一組的第二信號被選 路至相同的取樣和保持矩陣。
12. 如權(quán)利要求9的數(shù)字照相機，其中像素被選路矩陣電子地連接成組并且選路矩陣以重復(fù)模式或基本重復(fù)的模式將信號發(fā)送至該多個 取樣和保持電路。
13. 如權(quán)利要求12的數(shù)字照相機，其中確定重復(fù)模式使得從選路矩 陣至每一取樣保持電路的信號包含相同的彩色信號。
14. 如權(quán)利要求11的數(shù)字照相機，其中第一和第二信號分別通過選路矩陣中 一組在時間上基本同步的開關(guān)來選路。
15. 如權(quán)利要求14的數(shù)字照相機，其中該同步發(fā)生以使第一信號被 首先發(fā)送出選路矩陣且第二信號被第二發(fā)送出選路矩陣。
16. 如權(quán)利要求12的數(shù)字照相機，其中重復(fù)模式在時間上同步以便 在基本相同的時間從選路矩陣發(fā)出特定的信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種CMOS圖像傳感器，該CMOS圖像傳感器包括多個布置成陣列的像素、多個取樣和保持陣列、及以預(yù)定次序?qū)⑿盘枏拿總€像素選路至取樣和保持陣列的其中之一的選路矩陣。
文檔編號H04N5/225GK101273642SQ200680035740
公開日2008年9月24日 申請日期2006年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日
發(fā)明者徐偉澤 申請人:伊斯曼柯達公司