提供了一种能够在保持高灵敏度和高分辨率的同时提高处理速度的图像传感器及其控制方法。所述图像传感器包括：像素块，对应一种滤波颜色且包括多个光电转换元件，其中，一个光电转换元件对应构成所述像素块的每个像素；多个电荷/电压转换器，用于将所述像素块包含的光电转换元件输出的电荷转换为电压；信号转换器，与所述多个电荷/电压转换器连接，以共同转换每个像素块包含的多个电荷/电压转换器输出的电压信号。在一实施例中，图像传感器包括至少一个电荷/电压转换器，其中，所述至少一个电荷/电压转换器由与所述至少一个电荷/电压转换器分开排列的像素所对应的至少一个光电转换元件共享。
多个像素块，每一个像素块对应一种滤波颜色且包括多个光电转换元件，其中，所述多个光电转换元件分别对应构成所述像素块的像素；
多个电荷/电压转换器，任意一个所述电荷/电压转换器用于将所述多个像素块中相邻两个像素块中每一个所述像素块包含的多个光电转换元件输出的电荷不同时地转换为电压，所述相邻的两个像素块连接于不同的脉冲信号线并连接于同一个数据线，在所述相邻的两个像素块输出电荷之前，对应所述相邻的两个像素块不同时地分别提供一个复位时间至所述电荷/电压转换器；
信号转换器，与所述多个电荷/电压转换器连接，以共同转换每个像素块包含的多个电荷/电压转换器输出的电压信号；
其中，与所述一种滤波颜色对应的像素块中的每个像素经由所述多个电荷/电压转换器中相关联的一个电荷/电压转换器连接到所述信号转换器，其中，所述相关联的电荷/电压转换器由每个像素共享。
3.根据权利要求1或2所述的图像传感器，其特征在于，
所述电荷/电压转换器仅将一个像素块中的光电转换元件输出的电荷转换为电压。
所述多个电荷/电压转换器至少包括由两个所述光电转换元件共享的第一电荷/电压转换器以及由三个所述光电转换元件共享的第二电荷/电压转换器。
所述多个电荷/电压转换器包括由三个所述光电转换元件共享的第一电荷/电压转换器以及由六个所述光电转换元件共享的第二电荷/电压转换器。
所述多个电荷/电压转换器包括由两个所述光电转换元件共享的第一电荷/电压转换器、由三个所述光电转换元件共享的第二电荷/电压转换器以及由四个所述光电转换元件共享的第三电荷/电压转换器。
所述多个电荷/电压转换器包括三个电荷/电压转换器，其中，每个电荷/电压转换器由三个所述光电转换元件共享。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于，
所述多个电荷/电压转换器包括由四个所述光电转换元件共享的两个电荷/电压转换器。
11.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于，
所述像素块包括八个像素，其纵向为水平方向或垂直方向。
12.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于，
大小为1/8像素块的透镜的阵列叠加在所述像素块上，其中，所述透镜相对所述像素倾斜预定角度θ设置。
13.根据权利要求12所述的图像传感器，其特征在于，
14.根据权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，
一个透镜叠加在所述像素块包含的相邻两个或四个像素上。
多个像素块，每一个像素块对应一种滤波颜色且包括多个光电转换元件，其中，所述多个光电转换元件分别对应构成所述像素块的像素；
至少一个电荷/电压转换器，任意一个所述电荷/电压转换器用于将所述多个像素块中相邻两个像素块中每一个所述像素块包含的多个光电转换元件输出的电荷不同时地转换为电压，所述相邻的两个像素块连接于不同的脉冲信号线并连接于同一个数据线，在所述相邻的两个像素块输出电荷之前，对应所述相邻的两个像素块不同时地分别提供一个复位时间至所述电荷/电压转换器；
信号转换器，与所述至少一个电荷/电压转换器连接，以共同转换每个像素块包含的至少一个电荷/电压转换器输出的电压信号；
其中，与所述一种滤波颜色对应的像素块中的每个像素经由所述至少一个电荷/电压转换器连接到所述信号转换器，其中，所述至少一个电荷/电压转换器由每个像素共享，与所述至少一个电荷/电压转换器相连的光电转换元件包括与所述至少一个电荷/电压转换器分开排列的像素所对应的光电转换元件。
16.根据权利要求15所述的图像传感器，其特征在于，
17.根据权利要求15或16所述的图像传感器，其特征在于，所述至少一个电荷/电压转换器仅将一个像素块包含的光电转换元件输出的电荷转换为电压。
18.根据权利要求17所述的图像传感器，其特征在于，
所述至少一个电荷/电压转换器仅由一个像素块包含的光电转换元件共享。
19.根据权利要求18所述的图像传感器，其特征在于，
20.根据权利要求19所述的图像传感器，其特征在于，
所述像素块的各行分别包括三个像素、两个像素和三个像素。
21.根据权利要求19所述的图像传感器，其特征在于，
所述像素块包括相邻的四个像素和分开排列的四个像素。
22.根据权利要求15所述的图像传感器，其特征在于，
大小为1/9像素块的透镜的阵列叠加在所述像素块上。
多个像素块，每一个像素块对应一种滤波颜色且包括多个光电转换元件，其中，所述多个光电转换元件分别对应构成所述像素块的像素，所述像素块包括八个像素，其纵向为水平方向或垂直方向；
多个电荷/电压转换器，任意一个所述电荷/电压转换器用于将所述多个像素块中相邻两个像素块中每一个所述像素块包含的多个光电转换元件输出的电荷不同时地转换为电压，所述相邻的两个像素块连接于不同的脉冲信号线并连接于同一个数据线，在所述相邻的两个像素块输出电荷之前，对应所述相邻的两个像素块不同时地分别提供一个复位时间至所述电荷/电压转换器。
24.根据权利要求23所述的图像传感器，其特征在于，
25.根据权利要求24所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括多个像素块，其中，所述多个像素块中的一个像素块包括八个纵向为水平方向的像素，所述多个像素块中的另一个像素块包括八个纵向为垂直方向的像素。
26.根据权利要求23至25中任一项所述的图像传感器，其特征在于，大小为1/8像素块的透镜的阵列叠加在所述像素块上，其中，所述透镜相对所述像素倾斜预定角度θ设置。
27.根据权利要求26所述的图像传感器，其特征在于，
28.根据权利要求23至25中任一项所述的图像传感器，其特征在于，一个透镜叠加在所述像素块包含的相邻两个或四个像素上。
多个像素块，每一个像素块对应一种滤波颜色且包括多个光电转换元件，其中，所述多个光电转换元件分别对应构成所述像素块的像素，所述像素块的各行分别包括三个像素、两个像素和三个像素；
多个电荷/电压转换器，任意一个所述电荷/电压转换器用于将所述多个像素块中相邻两个像素块中每一个所述像素块包含的多个光电转换元件输出的电荷不同时地转换为电压，所述相邻的两个像素块连接于不同的脉冲信号线并连接于同一个数据线，在所述相邻的两个像素块输出电荷之前，对应所述相邻的两个像素块不同时地分别提供一个复位时间至所述电荷/电压转换器。
多个像素块，每一个像素块对应一种滤波颜色且包括多个光电转换元件，其中，所述多个光电转换元件分别对应构成所述像素块的像素，所述像素块包括相邻的四个像素和分开排列的四个像素；
多个电荷/电压转换器，任意一个所述电荷/电压转换器用于将所述多个像素块中相邻两个像素块中每一个所述像素块包含的多个光电转换元件输出的电荷不同时地转换为电压，所述相邻的两个像素块连接于不同的脉冲信号线并连接于同一个数据线，在所述相邻的两个像素块输出电荷之前，对应所述相邻的两个像素块不同时地分别提供一个复位时间至所述电荷/电压转换器。
多个像素块，每一个像素块对应一种滤波颜色且包括多个光电转换元件，其中，所述多个光电转换元件分别对应构成所述像素块的像素，所述像素块包括以3×3矩阵形式排列的像素；多个电荷/电压转换器，任意一个所述电荷/电压转换器用于将所述多个像素块中相邻两个像素块中每一个所述像素块包含的多个光电转换元件输出的电荷不同时地转换为电压，所述相邻的两个像素块连接于不同的脉冲信号线并连接于同一个数据线，在所述相邻的两个像素块输出电荷之前，对应所述相邻的两个像素块不同时地分别提供一个复位时间至所述电荷/电压转换器。
32.根据权利要求31所述的图像传感器，其特征在于，
一个透镜叠加在所述像素块包含的相邻两个或四个像素上。
33.一种图像传感器的信号读取方法，其特征在于，所述图像传感器包括：多个像素块，每一个像素块对应一种滤波颜色且包括多个光电转换元件，其中，所述多个光电转换元件分别对应构成所述像素块的像素；
多个电荷/电压转换器，任意一个所述电荷/电压转换器用于将所述多个像素块中相邻两个像素块中每一个所述像素块包含的多个光电转换元件输出的电荷不同时地转换为电压，所述相邻的两个像素块连接于不同的脉冲信号线并连接于同一个数据线，在所述相邻的两个像素块输出电荷之前，对应所述相邻的两个像素块不同时地分别提供一个复位时间至所述电荷/电压转换器；
信号转换器，与所述多个电荷/电压转换器连接，以转换每个像素块包含的多个电荷/电压转换器输出的电压信号；
其中，与所述一种滤波颜色对应的像素块中的每个像素经由所述多个电荷/电压转换器中相关联的一个电荷/电压转换器连接到所述信号转换器，其中，所述相关联的电荷/电压转换器由每个像素共享；所述方法包括以下步骤：将第一像素块包含的多个电荷/电压转换器输出的电压信号共同提供给所述信号转换器；
将第二像素块包含的多个电荷/电压转换器输出的电压信号共同提供给所述信号转换器。
34.一种图像传感器的信号读取方法，其特征在于，所述图像传感器包括：多个像素块，每一个像素块对应一种滤波颜色且包括多个光电转换元件，其中，所述多个光电转换元件对应构成所述像素块的像素；
至少一个电荷/电压转换器，任意一个所述电荷/电压转换器用于将所述多个像素块中相邻两个像素块中每一个所述像素块包含的多个光电转换元件输出的电荷不同时地转换为电压，所述相邻的两个像素块连接于不同的脉冲信号线并连接于同一个数据线，在所述相邻的两个像素块输出电荷之前，对应所述相邻的两个像素块不同时地分别提供一个复位时间至所述电荷/电压转换器；
信号转换器，与所述至少一个电荷/电压转换器连接，以转换每个像素块包含的至少一个电荷/电压转换器输出的电压信号；其中，与所述一种滤波颜色对应的像素块中的每个像素经由所述至少一个电荷/电压转换器连接到所述信号转换器，其中，所述至少一个电荷/电压转换器由每个像素共享，与所述至少一个电荷/电压转换器相连的光电转换元件包括与所述至少一个电荷/电压转换器分开排列的像素所对应的光电转换元件；所述方法包括以下步骤：将第一像素块包含的至少一个电荷/电压转换器输出的电压信号共同提供给所述信号转换器；将第二像素块包含的至少一个电荷/电压转换器输出的电压信号共同提供给所述信号转换器。
35.一种图像传感器的信号读取方法，其特征在于，所述图像传感器包括：多个像素块，每一个像素块对应一种滤波颜色且包括多个光电转换元件，其中，所述多个光电转换元件分别对应构成所述像素块的像素，所述像素块包括八个像素，其纵向为水平方向或垂直方向；
多个电荷/电压转换器，任意一个所述电荷/电压转换器用于将所述多个像素块中相邻两个像素块中每一个所述像素块包含的多个光电转换元件输出的电荷不同时地转换为电压，所述相邻的两个像素块连接于不同的脉冲信号线并连接于同一个数据线，在所述相邻的两个像素块输出电荷之前，对应所述相邻的两个像素块不同时地分别提供一个复位时间至所述电荷/电压转换器；
将第一像素块包含的多个光电转换元件输出的电压信号共同提供给信号转换器；
将第二像素块包含的多个光电转换元件输出的电压信号共同提供给所述信号转换器。
36.一种图像传感器的信号读取方法，其特征在于，所述图像传感器包括：多个像素块，每一个像素块对应一种滤波颜色且包括多个光电转换元件，其中，所述多个光电转换元件分别对应构成所述像素块的像素，所述像素块的各行分别包括三个像素、两个像素和三个像素；多个电荷/电压转换器，任意一个所述电荷/电压转换器用于将所述多个像素块中相邻两个像素块中每一个所述像素块包含的多个光电转换元件输出的电荷不同时地转换为电压，所述相邻的两个像素块连接于不同的脉冲信号线并连接于同一个数据线，在所述相邻的两个像素块输出电荷之前，对应所述相邻的两个像素块不同时地分别提供一个复位时间至所述电荷/电压转换器；
将第一像素块包含的多个光电转换元件输出的电压信号共同提供给信号转换器；
将第二像素块包含的多个光电转换元件输出的电压信号共同提供给所述信号转换器。
37.一种图像传感器的信号读取方法，其特征在于，所述图像传感器包括：多个像素块，每一个像素块对应一种滤波颜色且包括多个光电转换元件，其中，所述多个光电转换元件分别对应构成所述像素块的像素，所述像素块包括相邻的四个像素和分开排列的四个像素；
多个电荷/电压转换器，任意一个所述电荷/电压转换器用于将所述多个像素块中相邻两个像素块中每一个所述像素块包含的多个光电转换元件输出的电荷不同时地转换为电压，所述相邻的两个像素块连接于不同的脉冲信号线并连接于同一个数据线，在所述相邻的两个像素块输出电荷之前，对应所述相邻的两个像素块不同时地分别提供一个复位时间至所述电荷/电压转换器；
将第一像素块包含的多个光电转换元件输出的电压信号共同提供给信号转换器；
将第二像素块包含的多个光电转换元件输出的电压信号共同提供给所述信号转换器。
38.一种图像传感器的信号读取方法，其特征在于，所述图像传感器包括：多个像素块，每一个像素块对应一种滤波颜色且包括多个光电转换元件，其中，所述多个光电转换元件分别对应构成所述像素块的像素，所述像素块包括以3×3矩阵形式排列的像素；
多个电荷/电压转换器，任意一个所述电荷/电压转换器用于将所述多个像素块中相邻两个像素块中每一个所述像素块包含的多个光电转换元件输出的电荷不同时地转换为电压，所述相邻的两个像素块连接于不同的脉冲信号线并连接于同一个数据线，在所述相邻的两个像素块输出电荷之前，对应所述相邻的两个像素块不同时地分别提供一个复位时间至所述电荷/电压转换器；
将第一像素块包含的多个光电转换元件输出的电压信号共同提供给信号转换器；
将第二像素块包含的多个光电转换元件输出的电压信号共同提供给所述信号转换器。
图像传感器及其控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种图像传感器及其控制方法，更具体地，涉及一种用于蜂窝电话的相机功能等的图像传感器及其控制方法。
背景技术
[0002] 将光转换为电信号的如CMOS图像传感器等图像传感器包括针对色彩滤波阵列中每种颜色以矩阵形式的多个光电转换元件。所述光电转换元件例如可以通过光电二极管实现，将入射光转换为与光量对应的电荷并存储所述电荷。所述存储的电荷被转换为电压，所述电压又被转换为与每种颜色对应的数字信号以输出。
[0003] 近来，为了满足对具有高灵敏度和高分辨率的图像传感器的需求，为每种对应颜色设置的光电转换元件的数量正在增加。相应地，每种颜色的光电转换元件对应的多个像素(像素块)的数量也在增加。
[0004] 然而，随着像素块包含的像素的数量增加，模数转换所需的处理步骤(以下称为“ADC步骤”)的数量也会增长。所述处理步骤的数量的增长导致增加了待读取的噪声。
发明内容
[0005] 本发明提供了一种能够在保持高灵敏度和高分辨率的同时提高处理速度的图像传感器及其控制方法。
[0006] 第一方面提供了一种图像传感器，包括：
[0007] 像素块，对应一种滤波颜色且包括多个光电转换元件，其中，所述多个光电转换元件分别对应构成所述像素块的像素；
[0008] 多个电荷/电压转换器，用于将所述像素块中的光电转换元件输出的电荷转换为电压；
[0009] 信号转换器，与所述多个电荷/电压转换器连接，以共同转换每个像素块包含的多个电荷/电压转换器输出的电压信号；
[0010] 其中，与所述一种滤波颜色对应的像素块中的每个像素经由所述多个电荷/电压转换器中相关联的一个电荷/电压转换器连接到所述信号转换器，其中，所述相关联的电荷/电压转换器由每个像素共享。
[0011] 在第一方面的第一种可能的实现方式中，多个像素块以矩阵形式排列。
[0012] 根据第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述电荷/电压转换器仅将一个像素块中的光电转换元件输出的电荷转换为电压。
[0013] 根据第一方面或第一方面的第一种或第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述电荷/电压转换器仅由一个像素块中的光电转换元件共享。
[0014] 根据第一方面或第一方面的第一种至第三种可能的实现方式中任意一种，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述像素块包括以3×3矩阵形式排列的像素。
[0015] 根据第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述多个电荷/电压转换器至少包括由两个所述光电转换元件共享的第一电荷/电压转换器以及由三个所述光电转换元件共享的第二电荷/电压转换器。
[0016] 根据第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述多个电荷/电压转换器包括由三个所述光电转换元件共享的第一电荷/电压转换器以及由六个所述光电转换元件共享的第二电荷/电压转换器。
[0017] 根据第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述多个电荷/电压转换器包括由两个所述光电转换元件共享的第一电荷/电压转换器、由三个所述光电转换元件共享的第二电荷/电压转换器以及由四个所述光电转换元件共享的第三电荷/电压转换器。
[0018] 根据第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，所述多个电荷/电压转换器包括三个电荷/电压转换器，其中，每个电荷/电压转换器由三个所述光电转换元件共享。
[0019] 根据第一方面或第一方面的第一种至第三种可能的实现方式中任意一种，在第一方面的第九种可能的实现方式中，所述像素块包括以2×4矩阵形式排列的像素。
[0020] 根据第一方面的第九种可能的实现方式，在第一方面的第十种可能的实现方式中，所述多个电荷/电压转换器包括由四个所述光电转换元件共享的两个电荷/电压转换器。
[0021] 根据第一方面的第九种或第十种可能的实现方式，在第一方面的第十一种可能的实现方式中，所述像素块包括八个像素，其纵向为水平方向或垂直方向。
[0022] 根据第一方面的第九种至第十一种可能的实现方式中任意一种，在第一方面的第十二种可能的实现方式中，大小为1/8像素块的透镜的阵列叠加在所述像素块上，其中，所述透镜相对所述像素倾斜预定角度θ设置。
[0023] 根据第一方面的第十二种可能的实现方式，在第一方面的第十三种可能的实现方式中，所述预定角度θ为45度。
[0024] 根据第一方面的第四种至第十三种可能的实现方式中任意一种，在第一方面的第十四种可能的实现方式中，一个透镜叠加在所述像素块包含的相邻两个或四个像素上。
[0025] 第二方面提供了一种图像传感器，包括：
[0026] 像素块，对应一种滤波颜色且包括多个光电转换元件，其中，所述多个光电转换元件分别对应构成所述像素块的像素；
[0027] 至少一个电荷/电压转换器，用于将所述像素块中的光电转换元件输出的电荷转换为电压；
[0028] 信号转换器，与所述至少一个电荷/电压转换器连接，以共同转换每个像素块包含的至少一个电荷/电压转换器输出的电压信号；
[0029] 其中，与所述一种滤波颜色对应的像素块中的每个像素经由所述至少一个电荷/电压转换器连接到所述信号转换器，其中，所述至少一个电荷/电压转换器由每个像素共享，与所述至少一个电荷/电压转换器相连的光电转换元件包括与所述至少一个电荷/电压转换器分开排列的像素所对应的光电转换元件。
[0030] 在第二方面的第一种可能的实现方式中，多个像素块以矩阵形式排列。
[0031] 根据第二方面或第二方面的第一种可能的实现方式，在第二方面的第二种可能的实现方式中，所述至少一个电荷/电压转换器仅将一个像素块包含的光电转换元件输出的电荷转换为电压。
[0032] 根据第二方面或第二方面的第一种或第二种可能的实现方式，在第二方面的第三种可能的实现方式中，所述至少一个电荷/电压转换器仅由一个像素块包含的光电转换元件共享。
[0033] 根据第二方面或第二方面的第一种至第三种可能的实现方式中任意一种，在第二方面的第四种可能的实现方式中，所述像素块包括八个像素的阵列。
[0034] 根据第二方面或第二方面的第四种可能的实现方式，在第二方面的第五种可能的实现方式中，所述像素块的各行分别包括三个像素、两个像素和三个像素。
[0035] 根据第二方面或第二方面的第四种可能的实现方式，在第二方面的第六种可能的实现方式中，所述像素块包括相邻的四个像素和分开排列的四个像素。
[0036] 根据第二方面或第二方面的第一种至第五种可能的实现方式中任意一种，在第二方面的第七种可能的实现方式中，大小为1/9像素块的透镜的阵列叠加在所述像素块上。
[0037] 第三方面提供了一种图像传感器，包括：
[0038] 像素块，对应一种滤波颜色且包括多个光电转换元件，其中，所述多个光电转换元件分别对应构成所述像素块的像素，所述像素块包括八个像素，其纵向为水平方向或垂直方向。
[0039] 在第三方面的第一种可能的实现方式中，所述像素块包括以2×4矩阵形式排列的像素。
[0040] 根据第三方面的第一种可能的实现方式，在第三方面的第二种可能的实现方式中，所述图像传感器包括多个像素块，其中，所述多个像素块中的一个像素块包括八个纵向为水平方向的像素，所述多个像素块中的另一个像素块包括八个纵向为垂直方向的像素。
[0041] 根据第三方面或第三方面的第一种或第二种可能的实现方式，在第三方面的第三种可能的实现方式中，大小为1/8像素块的透镜的阵列叠加在所述像素块上，其中，所述透镜相对所述像素倾斜预定角度θ设置。
[0042] 根据第三方面的第三种可能的实现方式，在第三方面的第四种可能的实现方式中，所述预定角度θ为45度。
[0043] 根据第三方面或第三方面的第一种或第二种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，一个透镜叠加在所述像素块包含的相邻两个或四个像素上。
[0044] 第四方面提供了一种图像传感器，包括：
[0045] 像素块，对应一种滤波颜色且包括多个光电转换元件，其中，所述多个光电转换元件分别对应构成所述像素块的像素，所述像素块的各行分别包括三个像素、两个像素和三个像素。
[0046] 第五方面提供了一种图像传感器，包括：
[0047] 像素块，对应一种滤波颜色且包括多个光电转换元件，其中，所述多个光电转换元件分别对应构成所述像素块的像素，所述像素块包括相邻的四个像素和分开排列的四个像素。
[0048] 第六方面提供了一种图像传感器，包括：
[0049] 像素块，对应一种滤波颜色且包括多个光电转换元件，其中，所述多个光电转换元件分别对应构成所述像素块的像素，所述像素块包括以3×3矩阵形式排列的像素。
[0050] 在第六方面的第一种可能的实现方式中，一个透镜叠加在所述像素块包含的相邻两个或四个像素上。
[0051] 第七方面提供了一种图像传感器的信号读取方法，其中，所述图像传感器包括：像素块，对应一种滤波颜色且包括多个光电转换元件，其中，所述多个光电转换元件分别对应构成所述像素块的像素；多个电荷/电压转换器，用于将所述像素块中的光电转换元件输出的电荷转换为电压；信号转换器，与所述多个电荷/电压转换器连接，以转换每个像素块包含的多个电荷/电压转换器输出的电压信号；其中，与所述一种滤波颜色对应的像素块中的每个像素经由所述多个电荷/电压转换器中相关联的一个电荷/电压转换器连接到所述信号转换器，其中，所述相关联的电荷/电压转换器由每个像素共享；所述方法包括以下步骤：
[0052] 将第一像素块包含的多个电荷/电压转换器输出的电压信号共同提供给所述信号转换器；
[0053] 将第二像素块包含的多个电荷/电压转换器输出的电压信号共同提供给所述信号转换器。
[0054] 第八方面提供了一种图像传感器的信号读取方法，其中，所述图像传感器包括：像素块，对应一种滤波颜色且包括多个光电转换元件，其中，所述多个光电转换元件对应构成所述像素块的像素；至少一个电荷/电压转换器，用于将所述像素块中的光电转换元件输出的电荷转换为电压；信号转换器，与所述至少一个电荷/电压转换器连接，以转换每个像素块包含的至少一个电荷/电压转换器输出的电压信号；其中，与所述一种滤波颜色对应的像素块中的每个像素经由所述至少一个电荷/电压转换器连接到所述信号转换器，其中，所述至少一个电荷/电压转换器由每个像素共享，与所述至少一个电荷/电压转换器相连的光电转换元件包括与所述至少一个电荷/电压转换器分开排列的像素所对应的光电转换元件；所述方法包括以下步骤：
[0055] 将第一像素块包含的至少一个电荷/电压转换器输出的电压信号共同提供给所述信号转换器；
[0056] 将第二像素块包含的至少一个电荷/电压转换器输出的电压信号共同提供给所述信号转换器。
[0057] 第九方面提供了一种图像传感器的信号读取方法，其中，所述图像传感器包括：像素块，对应一种滤波颜色且包括多个光电转换元件，其中，所述多个光电转换元件分别对应构成所述像素块的像素，所述像素块包括八个像素，其纵向为水平方向或垂直方向；所述方法包括以下步骤：
[0058] 将第一像素块包含的多个光电转换元件输出的电压信号共同提供给信号转换器；
[0059] 将第二像素块包含的多个光电转换元件输出的电压信号共同提供给所述信号转换器。
[0060] 第十方面提供了一种图像传感器的信号读取方法，其中，所述图像传感器包括：像素块，对应一种滤波颜色且包括多个光电转换元件，其中，所述多个光电转换元件分别对应构成所述像素块的像素，所述像素块的各行分别包括三个像素、两个像素和三个像素；所述方法包括以下步骤：
[0061] 将第一像素块包含的多个光电转换元件输出的电压信号共同提供给信号转换器；
[0062] 将第二像素块包含的多个光电转换元件输出的电压信号共同提供给所述信号转换器。
[0063] 第十一方面提供了一种图像传感器的信号读取方法，其中，所述图像传感器包括：像素块，对应一种滤波颜色且包括多个光电转换元件，其中，所述多个光电转换元件分别对应构成所述像素块的像素，所述像素块包括相邻的四个像素和分开排列的四个像素；所述方法包括以下步骤：
[0064] 将第一像素块包含的多个光电转换元件输出的电压信号共同提供给信号转换器；
[0065] 将第二像素块包含的多个光电转换元件输出的电压信号共同提供给所述信号转换器。
[0066] 第十二方面提供了一种图像传感器的信号读取方法，其中，所述图像传感器包括：像素块，对应一种滤波颜色且包括多个光电转换元件，其中，所述多个光电转换元件分别对应构成所述像素块的像素，所述像素块包括以3×3矩阵形式排列的像素；所述方法包括以下步骤：
[0067] 将第一像素块包含的多个光电转换元件输出的电压信号共同提供给信号转换器；
[0068] 将第二像素块包含的多个光电转换元件输出的电压信号共同提供给所述信号转换器。
[0069] 上述配置能够在保持高灵敏度和高分辨率的同时提高处理速度。
附图说明
[0070] (图1)图1为一实施例提供的包括固态图像传感设备的配置示例的方框图；
[0071] (图2)图2为示出CMOS图像传感器的像素阵列中包含的电路的图；
[0072] (图3A)图3A为示出CMOS图像传感器的信号读取侧的配置的图；
[0073] (图3B)图3B为示出图3A中电路的光接收侧的色彩滤波阵列的图；
[0074] (图4A)图4A为图3A和图3B中沿箭头IVA的像素阵列的截面视图；
[0075] (图4B)图4B为示出图4A所示的像素阵列的电位的图；
[0076] (图4C)图4C为控制信号的脉冲时间图；
[0077] (图5)图5为示出色彩滤波阵列的示例的图；
[0078] (图6)图6为示出色彩滤波阵列的示例的图；
[0079] (图7)图7为示出色彩滤波阵列的示例的图；
[0080] (图8A)图8A为示出一种滤波颜色的像素块包括2×2个像素的像素阵列的图；
[0081] (图8B)图8B为示出ADC步骤中读取的信号的图；
[0082] (图8C)图8C为控制信号的脉冲时间图；
[0083] (图9A)图9A为示出一种滤波颜色的像素块包括3×3个像素的像素阵列的图；
[0084] (图9B)图9B为示出ADC步骤中读取的信号的图；
[0085] (图10A)图10A为示出一实施例提供的像素阵列的信号读取侧的配置的图；
[0086] (图10B)图10B为示出ADC步骤中读取的信号的图；
[0087] (图11A)图11A为示出叠加在像素阵列上的透镜部分的图；
[0088] (图11B)图11B为图11A中沿水平方向箭头XIB的截面视图；
[0089] (图12)图12为示出一实施例提供的像素阵列的信号读取侧的配置的图；
[0090] (图13)图13为示出一实施例提供的像素阵列的信号读取侧的配置的图；
[0091] (图14)图14为示出一实施例提供的像素阵列的信号读取侧的配置的图；
[0092] (图15)图15为示出一实施例提供的色彩滤波阵列的图；
[0093] (图16)图16为示出叠加在像素阵列上的透镜部分的图；
[0094] (图17A)图17A为示出一实施例提供的像素阵列的信号读取侧的配置的图；
[0095] (图17B)图17B为图17A中沿垂直方向箭头XVIIB的截面视图；
[0096] (图17C)图17C为图17A中沿水平方向箭头XVIIC的截面视图；
[0097] (图18)图18为示出一实施例提供的色彩滤波阵列的图；
[0098] (图19A)图19A为示出叠加在像素阵列上的透镜部分的图；
[0099] (图19B)图19B为图19A中沿水平方向箭头XIXB的截面视图；
[0100] (图20)图20为示出一实施例提供的色彩滤波阵列的图；
[0101] (图21A)图21A为示出叠加在像素阵列上的透镜部分的图；
[0102] (图21B)图21B为图21A中沿水平方向箭头XXIB的截面视图；
[0103] (图21C)图21C为图21A中沿垂直方向箭头XXIC的截面视图；
[0104] (图22)图12为示出一实施例提供的像素阵列的信号读取侧的配置的图；
[0105] (图23A)图23A为示出叠加在像素阵列上的透镜部分的图；
[0106] (图23B)图23B为图23A中沿垂直方向箭头XXIIIB的截面视图；
[0107] (图24A)图24A为说明相位差AF的操作的图；
[0108] (图24B)图24B为说明相位差AF的操作的图；
[0109] (图25)图25为示出叠加在像素阵列上的透镜部分的图；
[0110] (图26A)图26A为示出叠加在像素阵列上的透镜部分的图；
[0111] (图26B)图26B为图26A中沿水平方向箭头XXVIB的截面视图；
[0112] (图27)图27为示出叠加在像素阵列上的透镜部分的图；
[0113] (图28)图28为示出一实施例提供的色彩滤波阵列的图；
[0114] (图29)图29为示出一实施例提供的透镜部分的图；
[0115] (图30)图30为像素阵列与透镜部分组合的示例的图；
[0116] (图31)图31为示出一实施例提供的色彩滤波阵列的图；
[0117] (图32)图32为色彩滤波阵列与透镜部分组合的示例的图；
[0118] (图33)图33为色彩滤波阵列与透镜部分组合的示例的图；
[0119] (图34A)图34A为示出图33中像素阵列的信号读取侧的配置的图；
[0120] (图34B)图34B为示出图34A中像素阵列中的晶体管的布局示例的图；
[0121] (图35)图35为一实施例提供的一种信号读取方法的流程图。
具体实施方式
[0122] 为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0123] 显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0124] 实施例1
[0125] 首先，结合图1至图9描述本实施例的工作原理。
[0126] 图1为本实施例提供的一种图像传感器的配置示例的方框图。
[0127] CMOS图像传感器100包括像素阵列104。所述像素阵列104包括以N行×M列的二维形式(矩阵形式)排列的多个像素电路。提供像素驱动信号的垂直扫描电路102设置在所述像素阵列104的一末端(图中左侧)。所述像素阵列104和所述垂直扫描电路102通过传输门(以下简称为“TG”)脉冲信号线114连接在一起。此外，与各列信号线116相连的信号转换器108和水平扫描电路110设置在图像区域的下端(图中下侧)。
[0128] 所述CMOS图像传感器100包括定时控制器106。所述定时控制器106生成并输出主时钟或对所述主时钟进行分频得到的时钟。所述垂直扫描电路102、所述信号转换器108和所述水平扫描电路110与所述定时控制器106输出的时钟同步控制。
[0129] 所述垂直扫描电路102设置地址并控制垂直扫描。所述信号转换器108各自进行信号转换以将例如像素的模拟输出转换为数字输出，并将所述数字输出输出到输出电路112。所述水平扫描电路110与所述定时控制器106输出的时钟同步地依次选择所述信号转换器
108，并从选择的所述信号转换器108中读取信号并将该信号输出到所述输出电路112。
[0130] 所述输出电路112将所述信号转换器108转换得到的数字输出转换为与色彩排列对应的信号并输出该信号。将所述转换后的信号输出到用于显示例如显示器上的图像的显示控制器120以及用于控制自动对焦(autofocus，简称AF)的AF控制器118。所述显示控制器120包括数字信号处理器(digital signal processor，简称DSP)等。所述AF控制器118包括中央处理器(central processing unit，简称CPU)等。
[0131] 图2为示出本实施例提供的所述CMOS图像传感器100的像素阵列104包含的电路的图。在图2，TG脉冲信号线VTG1_n(以下简称为“VTG1_n”等)、VTG2_n、VTG3_n、VTG4_n、VTG1_n+1、VTG2_n+1、VTG3_n+1和VTG4_n+1对应图1中的所述TG脉冲信号线114。此外，图2中的信号线Vsig对应图1中的所述信号线116。
[0132] 由图2中的虚线包围的像素块202包括四个光电二极管PD1_n,m(以下简称为“PD1”等)、PD2_n,m+1、PD3_n,m+1和PD4_n,m，其中m和n分别表示所述像素阵列包含的像素块的列号和行号。需要注意的是，如后面参见图10等所述，尽管本实施例涉及的示例中针对一种滤波颜色具有九个光电二极管以形成一个像素块，但此处为了进行简单说明，包括四个光电二极管。
[0133] 所述光电二极管作为光电转换元件，将入射光转换为与光量对应的电荷。所述PD1_n,m、PD2_n,m+1、PD3_n,m+1和PD4_n,m的阴极分别与传输门TG1_n,m(以下简称为TG1)、TG2_n,m+1、TG3_n,m+1和TG4_n,m连接，所述VTG1_n、VTG2_n、VTG3_n和VTG4_n分别与所述TG1_n,m、TG2_n,m+1、TG3_n,m+1和TG4_n,m的栅极的输入部分连接。当传输信号从所述VTG输入到其栅极时，则导通所述TG。所述TG的漏极与复位晶体管的源极(以下简称为“RS”等)共享扩散层以形成浮动扩散(以下简称为“FD”等)。当导通所述TG时，所述PD的光电转换所存储的电荷转移到所述FD上。
[0134] 当从信号线VRS_n输入复位信号时，则导通所述RS，以将所述FD的电位复位到所述电源线的电位。
[0135] 所述FD用作电荷/电压转换器，将电荷转换为电压。所述FD包括电容Cfd，用于存储所述PD1至PD4中一个关联PD产生的电荷，并连接到放大器晶体管的栅极的输入部分(以下简称为“AMP”)。所述AMP通过选择晶体管(以下简称为“SL”)与所述信号线Vsig连接。当控制信号从信号线VSL_n输入到其栅极时，则导通所述SL。所述信号线与恒流源(未示出)连接，以使在导通所述SL时，所述AMP与所述恒流源形成源极跟随器电路，所述AMP将所述FD的电位对应的低阻信号输出到垂直信号线Vsig。将通过所述垂直信号线Vsig从各个像素输出的电压输出到所述信号转换器108。所述信号转换器108包括CDS(相关双采样)电路(以下简称为“CDS”)和模数转换电路(以下简称为“ADC”)。所述CDS通过采样保持电路(S/H)保持所述FD输出的复位电压和信号电压，并获得这些电压的差值。所述ADC将所述CDS输出的模拟电压信号共同转换为数字信号。
[0136] 图3A为说明图2所示的共享一个FD的PD的图,，其示出了所述像素阵列的信号读取侧的配置。图3A示出相邻的两个像素块，其中，每个像素块包括如上所述的PD1至PD4。所述PD1至PD4通过所述TG1至TG4共享一个FD，该FD可以将所述PD1至PD4的电荷转换为电压。根据本实施例，对于这种单个FD，通过适当地确定共享所述FD的PD的数量和排列(连接关系)可以抑制ADC步骤数量的增长，否则将会随着像素数量(PD)的增加而增长，如后面参见图10等所述。
[0137] 参见图3A，八个PD共享一个电路，包括AMP、SL、RS和FD。
[0138] 图3B示出了图3A中像素阵列的光接收侧的色彩滤波阵列。每个像素块对应一种颜色，即绿(Gr或Gb)、红(R)或蓝(B)。当与绿色像素水平相邻的像素块的颜色为红色时，所述绿色像素清楚地显示为Gr，而当水平相邻的像素块的颜色为蓝色时，所述绿色像素清楚地显示为Gb。
[0139] 图4A为图3A和图3B中沿箭头IVA的像素阵列的截面视图。在图4A中，光从图中的下侧经由透镜部分302以及传递特定颜色光的色彩滤波器310输入到像素阵列200，并且从图中的上侧读出电荷。所述像素阵列200在单个半导体衬底上实现，并且在所述PD1至PD4之间设置P阱306。一个PD包括具有不同杂质浓度的第一PD 302_1和PD 302_2，但组合形成单个扩散层。
[0140] 图4B为示出图4A所示的像素阵列的电位的图。在图中，左侧的PD1和PD4对应第n行的像素块，右侧的PD1和PD4对应第n+1行的像素块，其中，省略了下标m和n。图4C为图4A中像素阵列的控制信号的脉冲时间图。接下来，参见图2至图4描述所述像素阵列的操作。
[0141] 首先，在没有光照的情况下，去除由暗电源等在光电二极管中产生的电荷。在t1时刻，所述VTG1_n至VTG4_n的控制信号变为高电平，导通第n行的TG1、TG2、TG3和TG4。同时，当所述信号线VRS_n的控制信号变为高电平时，则导通所述RS。因此，第n行的PD1、PD2、PD3和PD4的电荷通过所述FD流向所述RS。于是，所述PD1、PD2、PD3和PD4的电压被复位。
[0142] 接下来，当所述VTG1_n至VTG4_n的控制信号变为高电平时，则导通第n+1行的TG1、TG2、TG3和TG4。同时，当所述信号线VRS_n的控制信号变为高电平时，则导通所述RS。因此，第n+1行的PD1、PD2、PD3和PD4的电荷通过所述FD流向所述RS。于是，所述PD1、PD2、PD3和PD4的电压被复位。
[0143] 然后，在时刻t2，根据所述信号线VRS_n的控制信号导通所述RS，使得所述FD的电压与所述复位晶体管的电压相同。
[0144] 在从时刻t1起经过预定电荷积分时间段Tint的时刻t3，当所述信号线VTG1_n至VTG4_4的控制信号变为高电平时，则导通第n行的TG1、TG2、TG3和TG4。因此，所述PD1至PD4的电荷流入第n行的FD。同时，当所述信号线VRS_n的控制信号变为高电平时，则导通所述SL。于是，第n行FD中存储的电荷通过所述AMP和所述SL传输到所述信号线Vsig。将该信号提供给所述ADC。
[0145] 随后，在时刻t4，当所述VTG1_n+1至VTG4_n+1的控制信号变为高电平而所述SL同时保持导通状态时，则导通第n+1行的TG1、TG2、TG3和TG4。因此，所述PD1至PD4的电荷流入第n+1行的FD。同时，当所述信号线VRS_n的控制信号变为高电平时，则导通所述SL。于是，第n+1行FD中存储的电荷通过所述AMP和所述SL传输到所述信号线Vsig。将该信号提供给所述ADC。
[0146] 图5至图7为说明色彩滤波阵列与分辨率之间的关系的图。
[0147] 图5示出了图像传感器的色彩滤波阵列通常采用的拜耳阵列。在所述拜耳阵列中，Gr和R或B和Gb水平方向交替排列。在图5所示的示例中，每种滤波颜色对应的像素块具有一个PD。因此，所述像素块的一侧的长度a1与所述PD对应的一个像素的一侧的长度b1相同。图6示出了每种滤波颜色对应的像素块垂直方向具有两个像素(PD)并且水平方向具有两个像素(2×2)的示例，因此，所述像素块的一侧的长度a2是一个像素的一侧的长度b2的两倍。图
7示出了每种滤波颜色对应的像素块垂直方向具有三个像素(PD)并且水平方向具有三个像素(3×3)的示例，因此，所述像素块的一侧的长度a3是一个像素的一侧的长度b3的三倍。
[0148] 所述图像传感器的灵敏度取决于一种滤波颜色对应的PD的总面积。所述像素块的一侧的长度a1、a2和a3对应所述PD的面积，并且具有a1
[0149] 此外，所述图像传感器的分辨率取决于一种滤波颜色对应的像素的大小。一个像素的一侧的长度b1、b2和b3具有b1>b2>b3的关系，因此图5至图7中分辨率的大小为图5<图6<图7。
[0150] 接下来，参见图8A至8C，将描述本实施例的比较示例中的ADC的操作。图8A所示的像素阵列200包括三种滤波颜色的像素块212。一种滤波颜色的像素块包括2×2或4个像素214，每个像素包括一个PD。Gr像素块212中的四个PD通过所述TG1至TG4共享一个FD。一个FD具有电容Cfd并且可以将共享所述FD的四个PD提供的电荷共同转换为电压。Gr像素块212的FD和B像素块212的FD连接到包括AMP的源极跟随器电路SFC，并通过金属信号线Vsig连接到所述ADC。每个ADC对应一个读取通道，所述像素阵列200可以通过两个读取通道Ch.1和Ch.2分别读取信号。
[0151] 图8B示出了ADC步骤中读取的信号。所述ADC将所有ADC电路从处理开始到处理结束的处理过程视为一个步骤。在图8B中，每一行对应一个ADC步骤，ADC步骤的数量为2。图8C为控制信号的脉冲时间图。ADC步骤1(AD1)从时刻t2复位信号的脉冲上升开始，在下一脉冲下降时结束。在该时长内，Gr的电荷通过所述读取通道Ch.1读取，R的电荷通过所述读取通道Ch.2读取。然后，ADC步骤2(AD2)在AD1时期结束时开始，在所述选择信号VSL_n下降时结束。在该时长内，B的电荷通过所述读取通道Ch.1读取，Gb的电荷通过所述读取通道Ch.2读取。
[0152] 图9A示出了一种滤波颜色的像素块包括3×3个像素的像素阵列的示例。参见像素阵列900中的Gr像素块，与所述TG1、TG2、TG4和TG5相连的PD共享FD1。另外，与所述TG3和TG6相连的PD共享FD3。进一步地，与所述TG7和TG8相连的PD共享FD2。并且，与所述TG9连接的PD共享FD4。与另一种滤波颜色的TG相连的PD共享所述FD2至FD4。此外，所述FD1和FD2通过一个源极跟随器电路SFC连接到所述读取通道Ch.1的ADC。
[0153] 图9B示出了图9A所示的像素阵列中的ADC步骤以及在ADC步骤中读取的信号。一个读取通道可以在单个ADC步骤中对一种颜色进行处理，并且仅处理一个源极跟随器电路SFC的输出。对所述像素阵列900中三种颜色的像素块执行ADC处理需要6个ADC步骤，即AD1至AD6。
[0154] 因此，当所述像素块包含的像素的数量从图8所示的2×2增加到图9所示的3×3时，ADC步骤的数量增加三倍。因此，ADC步骤所需的时间也大大增加了三倍。
[0155] 当划分所述像素块时，噪声会增加。在CMOS图像传感器的情况下，由于放大器晶体管的质量变化等原因会产生噪声。这种噪声随着读取信号频率的增大而增加，并且随着FD电容的增大而增加。对于图8所示的包括2×2像素的像素块，所述像素块提供的电荷被添加到用于ADC的电荷域中，而在图9所示的示例中，所述像素块的电荷被分配到不同读取通道或不同ADC步骤。例如，Gr像素块的信号被分离为Gr1和Gr2，B像素块的信号被分离为B1至B4，并且这些信号按颜色添加到数字域中。因此，与包括2×2像素的像素块相比，包括3×3像素的像素块使得噪声增加了1.4至2倍。本实施例涉及上述ADC步骤数量的增加和噪声的增加。
[0156] 图10A为示出本发明第一实施例提供的像素阵列的信号读取侧的配置的图。在图10A和后续描述中，为避免赘余描述，对于与图8A和图9A中类似或相同的元件提供类似或相同的参考符号。所述图像传感器包含的像素阵列1000包括滤波颜色Gr、R、B和Gb中每一种颜色的像素块，每个像素块具有以3×3矩阵形式排列的像素(PD)。所述像素块中的每个像素对应设置一个PD。
[0157] 参见所述像素阵列1000中的Gr像素块，与所述TG1、TG4和TG5相连的三个PD共享所述FD2。与所述TG2和TG3相连的两个PD共享所述FD1。与所述TG6和TG9相连的两个PD共享所述FD3。与所述TG7和TG8相连的两个PD共享所述FD4。所述FD1至FD4通过一个源极跟随器电路SFC连接到所述读取通道Ch.1的ADC。
[0158] 如上所述，根据本实施例的像素阵列的信号读取配置，一种滤波颜色对应的像素块中的每个像素(PD)通过每个像素共享的相关联的FD连接到一个ADC。相应地，可以在单个步骤中对所述像素块中所有PD的信号执行AD转换。
[0159] 这种配置允许在单个ADC步骤中读取一种滤波颜色的像素块的信号。图10B示出了图10A所示的像素阵列中的ADC步骤以及在ADC步骤中读取的信号。对所述像素阵列1000中三种颜色的像素块执行ADC处理需要2个ADC步骤，即AD1和AD2。因此，ADC步骤中读取的信号与2×2像素的情况相同。
[0160] 图11A为示出叠加在图10中像素阵列1000上的透镜部分1100的图，图11B为图11A中沿水平方向箭头XIB的截面视图。在图11B中，光从下侧进入所述透镜部分1100，并经由色彩滤波器1110进入构成所述像素阵列1000的PD。所述透镜部分1100包括的片上透镜1102基于所述像素阵列1000中像素的大小形成。
[0161] 实施例2
[0162] 在本发明中，为一种滤波颜色的像素块提供了仅由所述像素块中的像素共享的多个FD，以在一个ADC步骤中实现信号读取。以下实施例示出了像素布局的示例。图12示出了本发明另一实施例提供的像素阵列的信号读取侧的配置。参见像素阵列1200中的Gr像素块，与所述TG1至TG6相连的六个PD共享所述FD1。与所述TG7至TG9相连的三个PD共享所述FD2。所述FD1和FD2通过一个源极跟随器电路SFC连接到所述读取通道Ch.1的ADC。
[0163] 实施例3
[0164] 图13示出了本发明另一实施例提供的像素阵列的信号读取侧的配置。参见像素阵列1300中的Gr像素块，与所述TG1至TG3相连的三个PD共享所述FD1。与所述TG4、TG5、TG7和TG8相连的四个PD共享所述FD2。与所述TG6和TG9相连的两个PD共享所述FD3。所述FD1至FD3通过一个源极跟随器电路SFC连接到所述读取通道Ch.1的ADC。
[0165] 实施例4
[0166] 图14示出了本发明另一实施例提供的像素阵列的信号读取侧的配置。参见像素阵列1400中的Gr像素块，与所述TG1、TG2和TG4相连的三个PD共享所述FD1。与所述TG3、TG5和TG6相连的三个PD共享所述FD1。与所述TG7至TG9相连的三个PD共享所述FD3。所述FD1至FD3通过一个源极跟随器电路SFC连接到所述读取通道Ch.1的ADC。
[0167] 实施例5
[0168] 图15示出了本发明另一实施例提供的像素阵列的光接收侧的色彩滤波阵列。参见像素阵列1500中的Gr像素块1502，所述像素块包括三行像素，即上述的三个像素、两个像素和三个像素，共水平排列的八个像素1403。
[0169] 图16为示出叠加在图15中像素阵列上的透镜部分的图。透镜部分1600包括方形片上透镜1602和矩形片上透镜1603，其基于所述像素阵列1500中像素的大小形成。
[0170] 图17A示出了本实施例提供的像素阵列的信号读取侧的配置。所述图像传感器包含的像素阵列1700包括滤波颜色Gr、R、B和Gb中每一种颜色的像素块，每个像素块具有以3×3矩阵形式排列的像素(PD)。像素块1702中的每个像素对应设置一个光电二极管。
[0171] 与FD相邻的两个像素1706和1707对应的光电二极管共享该FD。进一步地，与所述FD相连的光电二极管包括与所述FD分开设置的六个像素1703、1704、1705、1708、1709和1711所对应的光电二极管。
[0172] 图17B为图17A中沿垂直方向箭头XVIIB的截面视图，图17C为图17A中沿水平方向箭头XVIIC的截面视图。在图17B和图17C中，光从图中的下侧进入所述透镜部分1600，并经由色彩滤波器1710进入构成所述像素阵列1700的PD。参见图17A所示的像素阵列1700中的Gr像素块，与所述TG1至TG9相连的光电二极管共享所述FD。所述FD通过一个源极跟随器电路SFC连接到所述读取通道Ch.1的ADC。
[0173] 根据本实施例的像素阵列的信号读取配置，一种滤波颜色对应的像素块中的每个像素(PD)通过每个像素共享的相关联的FD连接到一个ADC。进一步地，与所述FD相连的PD包括与所述FD分开排列的像素所对应的PD。这允许在单个步骤中对所述像素块中所有PD的信号执行AD转换。
[0174] 根据本实施例，八个光电二极管共享一个FD。因此，与3×3像素相比，所述FD的电容可以很小。于是，信号读取产生的噪声可以变得更小。
[0175] 实施例6
[0176] 图18示出了本发明另一实施例提供的像素阵列的光接收侧的色彩滤波阵列。在图18所示的像素阵列1800中，Gr像素块1802包括与FD相邻的四个五边形像素1804、1806、1807和1809。进一步地，所述像素块1802包括与所述FD分开设置的四个方形像素1803、1805、
1808和1811。
[0177] 图19A为示出叠加在图18所示的像素阵列上的透镜部分的图。包含方形片上透镜1902的阵列的透镜部分1900叠加在图19A所示的像素块1800上，其中，所述方形片上透镜
1902的大小是所述像素块的1/9。
[0178] 图19B示出了图19A中沿水平方向箭头XIXB的横截面。在图19B中，光从图中下侧进入所述透镜部分1900，并经由色彩滤波器1910进入构成所述像素阵列1800的PD。
[0179] 所述像素块1802包括相邻的四个像素1804、1806、1807和1809。所述像素块1802还包括分开设置的四个像素1803、1805、1808和1811。
[0180] 实施例7
[0181] 图20示出了一实施例提供的色彩滤波阵列。在像素阵列2000中，Gr像素块2002包括八个纵向为垂直方向的矩形像素1903。
[0182] 图21A为示出叠加在图20所示的像素阵列上的透镜部分的图。包含方形片上透镜2102的阵列的透镜部分2100叠加在所述像素阵列2002上，其中，所述方形片上透镜2102的大小是所述像素块的1/8。需要注意的是，所述透镜部分2100相对所述像素阵列2000倾斜角度θ设置。
[0183] 图21B为图21A中沿水平方向箭头XXIB的截面视图，图21C为图21A中沿垂直方向箭头XXIC的截面视图。在图21B中，光从下侧进入所述透镜部分2100，并经由色彩滤波器1110进入构成所述像素阵列2000的PD。也就是说，进入所述片上透镜2102_1至2102_8的光分别进入PD 2003_1至PD 2003_8。
[0184] 在所述像素阵列2000中，像素2003的纵向为垂直方向，使得垂直方向上的分辨率低于水平方向上的分辨率。然而，由于包含所述方形片上透镜2102的透镜部分2100相对所述像素阵列2000倾斜角度θ设置，因此可以通过将光区域划分为方形区域来对光进行均匀采样。从均匀采样来看，优选将所述角度θ设定为45度。因此，可以减小输出图像水平方向上的分辨率和垂直方向上的分辨率之间差异的影响。
[0185] 图22示出了本实施例提供的像素阵列的信号读取侧的配置。参见所述像素阵列2000中的Gr像素块，与所述TG1、TG2、TG5和TG6相连的PD共享所述FD1。与所述TG3、TG4、TG7和TG8相连的PD共享所述FD2。所述FD1和FD2通过一个源极跟随器电路SFC连接到所述读取通道Ch.1的ADC。
[0186] 实施例8
[0187] 以下各实施例描述了叠加在像素阵列上的透镜部分的各个方面。
[0188] 图23A示出了叠加在图10至图14所示的像素阵列上的透镜部分，图23B示出了图23A中沿垂直方向箭头XXIIIB的横截面。如图23A和23B所示，光进入透镜部分2300，并经由色彩滤波器2310进入构成所述像素阵列1000的PD。
[0189] 在所述透镜部分2300中，为Gr像素块提供的所述透镜部分2300由叠加在水平相邻的两个像素上的矩形片上透镜2304、具有与所述像素相同大小的方形片上透镜2305，以及叠加在垂直相邻的两个像素上的片上透镜2306的组合构成。
[0190] 叠加所述片上透镜2304的像素由两个PD组成，可用于成像和相位差自动对焦(AF)。图24A和图24B为说明相位差AF的操作的图。当水平相邻的PD作为相位差AF传感器工作时，从成像透镜进入的光通量分别被图24A和图24B所示的两个PD接收。例如，图1中的AF控制器118检测来自所述两个PD的信号，并基于所述图像传感器上形成的两个图像之间的间隔测量焦点的偏差。然后，根据测量到的偏差控制光学系统，使所述光学系统聚焦。另一方面，在成像时，相邻的PD与所述像素块中的其他PD组合以形成一种颜色的像素。
[0191] 在图23A所示的示例中，所述片上透镜2304可用于检测水平方向上的相位差，并且所述片上透镜2306可用于检测垂直方向上的相位差。
[0192] 实施例9
[0193] 图25示出了叠加在图10至图14所示的像素阵列上的透镜部分。
[0194] 在透镜部分2500中，GR像素块对应的部分由叠加在2×2或4个像素上的矩形片上透镜2502以及与所述像素具有相同大小的方形片上透镜2503的组合构成。
[0195] 叠加所述片上透镜2502的像素由四个PD组成，可用于成像和相位差自动对焦(AF)。当水平相邻的PD作为相位差AF传感器工作时，从成像透镜进入的光通量分别被图24A和图24B所示的两个PD接收。例如，图1中的AF控制器118检测来自所述两个PD的信号，并基于所述图像传感器上形成的两个图像之间的间隔测量焦点的偏差。然后，根据测量到的偏差控制光学系统，使所述光学系统聚焦。垂直相邻的两个PD同样用于相位差AF控制。另一方面，在成像时，相邻的PD与所述像素块中的其他PD组合以形成一种颜色的像素。
[0196] 实施例10
[0197] 图26A为示出叠加在图20所示的像素阵列2000上的透镜部分的图。包含四个片上透镜2603的阵列的透镜部分2600叠加在像素块2602上，其中，所述片上透镜2603的大小是所述像素块的1/4。
[0198] 图26B示出了图26A中沿水平方向箭头XXVIB的横截面。如图26A和图26B所示，光进入所述透镜部分2600，并经由色彩滤波器2610进入构成所述像素阵列2000的PD。
[0199] 在所述像素阵列2000中，像素2003的纵向为垂直方向，使得垂直方向上的分辨率低于水平方向上的分辨率。然而，将一个片上透镜2603叠加在两个PD上，其优点是使得这些PD可以用作如上所述的相位差AF传感器。在图26A所示的示例中，所述片上透镜2603与两个PD的组合使得能够检测水平方向上的相位差。
[0200] 实施例11
[0201] 图27为示出叠加在图20中像素阵列2000上的透镜部分的图。
[0202] 在透镜部分2700中，为Gr像素块2702提供的两个片上透镜2703叠加在2×2或四个像素上。叠加所述片上透镜2703的像素由四个PD组成，可用于成像和相位差自动对焦(AF)。
[0203] 在所述像素阵列2000中，像素2003的纵向为垂直方向，使得垂直方向上的分辨率低于水平方向上的分辨率。然而，将一个片上透镜2703叠加在四个PD上，其优点是使得这些PD可以用作如上所述的相位差AF传感器。
[0204] 实施例12
[0205] 图28示出了本发明另一实施例提供的像素阵列的光接收侧的色彩滤波阵列。在像素阵列2800中，Gr像素块2802包括八个纵向为水平方向的矩形像素2803。
[0206] 图29示出了叠加在图28所示的像素阵列2800上的透镜部分2900，图30示出了所述像素阵列2800中的透镜部分2900的组合的示例。形成所述透镜部分2900，使得像素块2802包括四个方形片上透镜2902。
[0207] 在所述像素阵列2800中，像素2803的纵向为水平方向，使得水平方向上的分辨率低于垂直方向上的分辨率。然而，将一个片上透镜2902叠加在两个PD上，其优点是使得这些PD可以用作如上所述的相位差AF传感器。在图30所示的示例中，所述片上透镜2902与两个PD的组合使得能够检测垂直方向上的相位差。
[0208] 实施例13
[0209] 图31示出了本发明另一实施例提供的像素阵列的光接收侧的色彩滤波阵列。在像素阵列3000中，Gr像素块3002包括四个纵向为水平方向的矩形像素3003和四个纵向为垂直方向的矩形像素3004。
[0210] 图32示出了图30所示的色彩滤波阵列中的图29所示的透镜部分2900的组合的示例。形成所述透镜部分2900，使得所述像素块3002包括四个方形片上透镜2902。
[0211] 在所述像素阵列3000中，将所述片上透镜2902叠加在纵向为水平方向的两个像素3003上，将所述片上透镜2904叠加在纵向为垂直方向的两个像素3004上。这样做的优点是使得所述片上透镜2902可以用作如上所述的相位差AF传感器。在图32所示的示例中，所述片上透镜2902与两个PD的组合使得能够检测垂直方向上的相位差。另外，所述片上透镜
2904与两个PD的组合使得能够检测水平方向上的相位差。
[0212] 实施例14
[0213] 图33示出了本发明另一实施例提供的像素阵列的光接收侧的色彩滤波阵列与透镜部分的组合。透镜部分3300构成图26A所示的像素与透镜部分的组合2600以及图30所示的像素与透镜部分的组合2900。
[0214] 图34A示出了图33所示的像素阵列的信号读取侧的配置。在像素阵列3400的左上区域3402中，在Gr像素块3406中，与四个TG相连的PD共享一个FD。所述Gr像素块包含的两个FD和所述B像素块包含的两个FD通过一个源极跟随器电路SFC连接到所述读取通道Ch.1的一个ADC。区域3404是具有图28所示的色彩滤波阵列的像素阵列的信号读取侧的配置示例。
[0215] 图34B示出了图34A中像素阵列中的晶体管的布局示例。在图34中，所述Gr像素块包含的两个FD和所述B像素块包含的两个FD连接到所述源极跟随器电路SFC，其中，所述源极跟随器电路SFC包括这两个像素块之间提供的AMP、SL和RS。
[0216] 接下来，参见图35，描述了上述各实施例提供的图像传感器执行的信号读取方法的过程。将变量i初始化为0(S3501)。然后，通过每个读取通道从第i行的FD中读出信号电荷(S3503)。在这个过程中，一种滤波颜色的像素块包含的所有FD存储的信号电荷通过所述SFC电路提供给垂直信号线。然后，对所述读取的信号进行ADC(S3504)。接下来，将i+1设置为i(S3505)。通过所述像素块的行数N重复执行步骤S3503至S3505的处理(S3502至S3506)。
[0217] 尽管在前述过程中通过所有读取通道读取同一行像素的信号，但是对于不同的读取通道，从中读取出像素信号的行可以不同。例如，可以通过以下方式读取像素的信号：所述读取信道Ch.1从第n行的像素读取信号，所述读取通道Ch.2从第n+1行的像素读取信号，依此类推。
[0218] 其他实施例
[0219] 尽管以上实施例以RGB布局为例进行了说明，但本发明可以应用于其他颜色布局，例如黑色和白色。
[0220] 另外，根据一实施例的像素阵列可以与根据另一实施例的片上透镜结合。例如，包含方形片上透镜2102的阵列的透镜部分2100可以叠加在实施例8至实施例13中任一实施例所示的像素阵列上，其中，所述方形透镜部分2100的大小是图21A中像素块的1/8。此时，所述透镜部分2100可以相对所述像素阵列2000倾斜度角θ设置。
[0221] 上述描述仅是本发明的具体实施方式但并非旨在限制本发明的保护范围。本领域技术人员在本发明的技术范围中容易发现的任意变体或替代应落入本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
