專利名稱：小型影像感測(cè)裝置及其影像感測(cè)元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種影像感測(cè)裝置，特別是關(guān)于一種可微小化的小型CMOS影像感測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
隨著影音多媒體的盛行及數(shù)字影像設(shè)備的相繼推出，影像傳感器的地位也日益重要，影像傳感器系負(fù)責(zé)將光的影像訊號(hào)轉(zhuǎn)換成電的訊號(hào)，依感測(cè)組件類型主要分為光電耦合組件(Charge Coupled Device，CCD)及互補(bǔ)式金屬氧化半導(dǎo)體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)，其中以CCD影像傳感器的品質(zhì)較穩(wěn)定，為高階數(shù)字相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z影機(jī)的最佳選擇；CMOS影像傳感器的技術(shù)近幾年逐漸進(jìn)入應(yīng)用期，由于具有低耗電、低成本及高整合性的優(yōu)點(diǎn)，故廣泛應(yīng)用在低階影像產(chǎn)品，如低階數(shù)字相機(jī)、計(jì)算機(jī)相機(jī)、影像電話、視訊會(huì)議、PDA等產(chǎn)品。
像素(pixel cell)是影像傳感器中將光轉(zhuǎn)換成電荷的基本單位，習(xí)知CMOS影像傳感器中的像素結(jié)構(gòu)如圖1所示，一像素1包括一重置訊號(hào)線10、三個(gè)晶體管12、14、16、一光二極管18及一連接晶體管16的讀出訊號(hào)線20，其中，讀出訊號(hào)線20連接至一訊號(hào)輸出端22(Bus)，晶體管12連接至一參考電位端23。藉由此安排，使得在每次曝光前，經(jīng)由重置訊號(hào)線10透過(guò)晶體管12對(duì)光二極管18充電，以便將光二極管18重置到初始電位，重置時(shí)的參考電壓則由參考電位端23提供；接著，在曝光時(shí)，光二極管18感光而產(chǎn)生電位變化，此電位變化的訊號(hào)透過(guò)具有放大作用的晶體管14傳送到晶體管16以儲(chǔ)存的；當(dāng)感光完成后，晶體管16已儲(chǔ)存有所感測(cè)影像的訊號(hào)，藉由讀出訊號(hào)線20選擇晶體管16而將影像資料讀出傳輸?shù)阶x出訊號(hào)輸出端22，以便進(jìn)一步傳送至影像處理電路以進(jìn)行后續(xù)的影像處理，而后于每一次曝光時(shí)，即重復(fù)重置、曝光、讀出的作動(dòng)。
然而，上述習(xí)知CMOS影像感測(cè)裝置的控制電路設(shè)計(jì)，在每一像素單元內(nèi)皆設(shè)有重置及讀出二條訊號(hào)控制線，不但電路控制較復(fù)雜，且在布局(layout)上使得像素尺寸(pixel cell size)較大，造成芯片尺寸(chip size)較大，相對(duì)地光學(xué)透鏡亦較大，而無(wú)法達(dá)到低成本及微小化的要求，故無(wú)法和CCD的較小像素競(jìng)爭(zhēng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種小型影像感測(cè)裝置，藉由使其影像感測(cè)元內(nèi)的重置訊號(hào)與讀出訊號(hào)共享一條訊號(hào)線，以便利用同一條訊號(hào)線即可達(dá)成在讀出一像素資料之際，可重置上一像素的功效，以在不影響感光能力的前提下，有效降低化像素尺寸。
本發(fā)明的另一目是提供一種小型影像感測(cè)裝置，其影像感測(cè)元的布局設(shè)計(jì)系可充分利用空間，不但節(jié)省線路，且使整體裝置的尺寸達(dá)到微小化的目的，同時(shí)兼具有制程成本低及結(jié)構(gòu)成本低的優(yōu)點(diǎn)。
為達(dá)到上述的目的，本發(fā)明一種小型影像感測(cè)裝置由多個(gè)影像感測(cè)元連接組成，每一該影像感測(cè)元包括一感光單元，其系具有一初始電位，用以感測(cè)光源且將所感測(cè)的光能轉(zhuǎn)換為電訊號(hào)輸出，而產(chǎn)生一電位差；一重置電路，用以對(duì)該感光單元充電，以將其重置到未感光前的該初始電位；以及一讀出電路，連接至該感光單元及一訊號(hào)輸出端，用以儲(chǔ)存該電訊號(hào)，且用以讀出該電訊號(hào)至該訊號(hào)輸出端；其中，第一影像感測(cè)元的重置電路系連接至第二影像感測(cè)元的讀出電路，第三影像感測(cè)元以后的影像感測(cè)元，則重復(fù)該第一至第二影像感測(cè)元間的連接關(guān)系，藉以在后一影像感測(cè)元的讀出電路進(jìn)行讀出作動(dòng)之際，前一影像感測(cè)元的重置電路進(jìn)行重置作動(dòng)，而依序每二個(gè)影像感測(cè)元同時(shí)進(jìn)行讀出及重置作動(dòng)。
通過(guò)以下結(jié)合附圖以具體實(shí)例的詳細(xì)說(shuō)明，可以清楚地了解本發(fā)明的目的、技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及其所達(dá)成的功效。


圖1為習(xí)知影像感測(cè)裝置中像素的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明小型影像感測(cè)裝置中二個(gè)影像感測(cè)元的電路連接結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明的影像感測(cè)元的布局示意圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明1像素；10重置訊號(hào)線；12、14、16晶體管；18光二極管；20讀出訊號(hào)線；22訊號(hào)輸出端；23參考電位端；30第一影像感測(cè)元；32感光單元；34參考電位端；36重置電路；38晶體管；39晶體管；40重置訊號(hào)線；42讀出電路；44訊號(hào)輸出端；30’第二影像感測(cè)元；42’讀出電路；46像素。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明小型影像感測(cè)裝置由復(fù)數(shù)相同的影像感測(cè)元連接組成，而連接至一訊號(hào)輸出端。圖2示出了其中二個(gè)影像感測(cè)元的電路連接結(jié)構(gòu)，在此，一影像感測(cè)元為一像素，如圖所示，第一影像感測(cè)元30包括一感光單元32，通常為一光電二極管，具有一初始電位，用以感測(cè)光源且將所感測(cè)的光能轉(zhuǎn)換為電荷訊號(hào)輸出，而產(chǎn)生一電位差；感光單元32連接有一重置電路36，由一晶體管38及一重置訊號(hào)線40組成，且重置電路36連接至一參考電位端34，以便在曝光前先藉由重置電路36的晶體管38對(duì)感光單元32充電，將其重置到未感光前的該初始電位，而重置電路36將感光單元32的電位重置回復(fù)至其初始電位的電位參考依據(jù)，則由參考電位端34提供；感光單元32連接至一晶體管39，用以放大感光單元32輸出的電荷訊號(hào)，且將其轉(zhuǎn)換成電壓訊號(hào)后再傳輸至一讀出電路42；讀出電路42連接至一訊號(hào)輸出端(Bus)44，讀出電路42為一晶體管，以儲(chǔ)存由晶體管39輸入的電壓訊號(hào)，且用以讀出該電壓訊號(hào)至訊號(hào)輸出端44，以便再進(jìn)一步將影像訊號(hào)由訊號(hào)輸出端44傳輸至后續(xù)的影像處理電路。
第二影像感測(cè)元30’內(nèi)的結(jié)構(gòu)與第一影像感測(cè)元30相同，此二感測(cè)元30、30’間的連接關(guān)系為第一影像感測(cè)元30的重置電路36連接到第二影像感測(cè)元30’的讀出電路42’，亦即第一影像感測(cè)元30的重置訊號(hào)線40連接至第二影像感測(cè)元30’的晶體管讀出電路42’，使得第一影像感測(cè)元30的重置訊號(hào)與第二影像感測(cè)元30’的讀出訊號(hào)共享同一訊號(hào)線，而第三影像感測(cè)元(圖中未示)以后的影像感測(cè)元，則重復(fù)該第一至第二影像感測(cè)元30、30’間的連接關(guān)系。
當(dāng)本發(fā)明的影像感測(cè)裝置運(yùn)作時(shí)，藉由上述的電路設(shè)計(jì)，在第二影像感測(cè)元30’的讀出電路42’透過(guò)重置訊號(hào)線40進(jìn)行讀出電壓訊號(hào)至訊號(hào)輸出端44之際，同時(shí)第一影像感測(cè)元30的重置電路36亦通過(guò)重置訊號(hào)線40進(jìn)行重置感光單元32的作動(dòng)，而依序每二個(gè)影像感測(cè)元通過(guò)同一訊號(hào)線，同時(shí)進(jìn)行讀出及重置作動(dòng)。因此，本發(fā)明藉由使每二個(gè)影像感測(cè)元的重置訊號(hào)與讀出訊號(hào)共享一條訊號(hào)線的設(shè)計(jì)，可利用同一條訊號(hào)線即能達(dá)成在讀出一影像感測(cè)元內(nèi)影像資料之際，同時(shí)可重置上一影像感測(cè)元的功效。
此外，由于每一影像感測(cè)元皆減少一條訊號(hào)線，故影像感測(cè)裝置內(nèi)的像素在布局時(shí)可減少訊號(hào)線布局所浪費(fèi)的空間，不但單一像素的尺寸較小，且如圖3所示，在電路布局上，可設(shè)計(jì)為如圖中以粗實(shí)線A包圍的像素46為一單位的設(shè)計(jì)，而習(xí)知影像感測(cè)裝置在電路布局上局限于像素本身控制訊號(hào)線繁多而只能設(shè)計(jì)為虛線B所示的布局，因此本發(fā)明可改善習(xí)知無(wú)法充分利用空間的缺點(diǎn)。故，本發(fā)明在不影響感光能力的前提下，不但具有節(jié)省線路、有效降低化像素尺寸的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而可達(dá)到整個(gè)影像感測(cè)裝置尺寸微小化的目的，且具有制程成本低及結(jié)構(gòu)成本低的優(yōu)點(diǎn)。
上述實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明的特點(diǎn)，其目的在使本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并非限定本發(fā)明的范圍，故，凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神所完成的等效修飾或修改，仍應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求所定義的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種小型影像感測(cè)裝置，由多個(gè)影像感測(cè)元連接組成而連接至一訊號(hào)輸出端，每一該影像感測(cè)元包括一感光單元，具有一初始電位，用以感測(cè)光源且將所感測(cè)的光能轉(zhuǎn)換為電訊號(hào)輸出，而產(chǎn)生一電位差；一重置電路，用以對(duì)該感光單元充電，以將其重置到未感光前的所述初始電位；以及一讀出電路，連接至該感光單元及該訊號(hào)輸出端，用以儲(chǔ)存所述電訊號(hào)，將讀出的電訊號(hào)輸出至該訊號(hào)輸出端；其中，在多個(gè)影像感測(cè)元中，前一影像感測(cè)元的重置電路連接至后一影像感測(cè)元的讀出電路，藉以在后一影像感測(cè)元的讀出電路進(jìn)行讀出作動(dòng)之際，前一影像感測(cè)元的重置電路進(jìn)行重置作動(dòng)，而依序每二個(gè)影像感測(cè)元同時(shí)進(jìn)行讀出及重置作動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的小型影像感測(cè)裝置，其中，該感光單元為一光電二極管。
3.如權(quán)利要求1所述的小型影像感測(cè)裝置，其中，該重置電路由一晶體管及一重置訊號(hào)線組成。
4.如權(quán)利要求1所述的小型影像感測(cè)裝置，其中，該讀出電路為一第一晶體管，以儲(chǔ)存電壓訊號(hào)。
5.如權(quán)利要求4所述的小型影像感測(cè)裝置，其中，還包括有一第二晶體管，其連接在該第一晶體管與該感光單元之間，以放大該感光單元輸出的電的訊號(hào)后再傳輸至該第一晶體管。
6.如權(quán)利要求1所述的小型影像感測(cè)裝置，其中，該重置電路連接至一參考電位端，以藉由該參考電位端提供該重置電路重置該感光單元時(shí)的電位參考依據(jù)。
7.一種影像感測(cè)元，包括一感光單元，用以感測(cè)光源且將所感測(cè)的光能轉(zhuǎn)換為電訊號(hào)輸出，而產(chǎn)生一電位差；一重置電路，用以對(duì)該感光單元充電，以將其重置到未感光前的初始電位；以及一讀出電路，用以儲(chǔ)存所述電訊號(hào)，且讀出所述電訊號(hào)至一與其連接的訊號(hào)輸出端。
8.如權(quán)利要求7所述的影像感測(cè)元，其中，該感光單元為一光電二極管。
9.如權(quán)利要求7所述的影像感測(cè)元，其中，該重置電路由一晶體管及一重置訊號(hào)線組成。
10.如權(quán)利要求7所述的影像感測(cè)元，其中，該讀出電路為一第一晶體管，以儲(chǔ)存所述電訊號(hào)。
11.如權(quán)利要求10所述的影像感測(cè)元，其中，還包括有一第二晶體管，連接在所述第一晶體管與所述感光單元之間，以放大所述感光單元輸出的電訊號(hào)后再傳輸至該第一晶體管。
12.如權(quán)利要求7所述的影像感測(cè)元，其中，該重置電路連接至一參考電位端，以藉由該參考電位端提供該重置電路重置該感光單元時(shí)的電位參考依據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種小型影像感測(cè)裝置及其影像感測(cè)元，一小型影像感測(cè)裝置由復(fù)數(shù)影像感測(cè)元連接組成而連接至一訊號(hào)輸出端，每一該影像感測(cè)元包括一感光單元，以感測(cè)光源且轉(zhuǎn)換為電訊號(hào)輸出而產(chǎn)生一電位差；一重置電路對(duì)該感光單元充電，以將其重置到未感光前的初始電位；另有一讀出電路用以儲(chǔ)存該電訊號(hào)，且讀出該電訊號(hào)至一訊號(hào)輸出端；其中前一影像感測(cè)元的重置電路連接至后一影像感測(cè)元的讀出電路，藉以使每二個(gè)影像感測(cè)元利用同一條訊號(hào)線同時(shí)進(jìn)行讀出及重置作動(dòng)。故本發(fā)明可達(dá)成體積微小化的功效，同時(shí)兼具有成本低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04N5/30GK1534997SQ0312153
公開(kāi)日2004年10月6日 申請(qǐng)日期2003年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月1日
發(fā)明者倪揚(yáng), 吳明昇, 倪 揚(yáng) 申請(qǐng)人:宜霖科技股份有限公司