CMOS图像传感器包括多个有源像素行和一光学黑像素行。该光学黑像素行根据至少两个有源像素行每一个的激活而激发产生各自的光学黑信号。这样共用光学黑像素行减小了CMOS图像传感器的光学黑区。
1.一种CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器中以具有行和列的矩形阵列排列了多个有源像素，包括：多个有源像素行，依次被激活以产生各自的图像信号；和
一光学黑像素行，通过有源像素行的每一个的激活而被同时激活以产生各自的光学黑信号，其中，在第一时间段期间，激活施加于所述光学黑像素行和所述有源像素行中的第一个有源像素行的第一行选择脉冲，同时产生来自所述光学黑像素的所述各自的光学黑信号和来自所述有源像素行中的第一个有源像素行的所述各自的图像信号，其中，在第一时间段之后的第二时间段期间，激活施加于相同的所述光学黑像素行和所述有源像素行中的第二个有源像素行的第二行选择脉冲，同时产生来自相同的所述光学黑像素的所述各自的光学黑信号和来自所述有源像素行中的第二个有源像素行的所述各自的图像信号，以及其中，属于所述有源像素行的第n个有源像素行的所述光学黑像素行以及所述第一和第二有源像素行是不同的像素行，其中n＞3。
2.如权利要求1的CMOS图像传感器，进一步包括：
图像信号处理器，其从各自的图像信号中减去各自的光学黑信号，从而对于有源像素行的每一个而产生各自的修正的图像信号。
3.如权利要求2的CMOS图像传感器，其中该图像信号处理器包括：模拟数字转换器，其根据斜坡信号和该各自的图像信号产生各自的数字图像信号，并根据斜坡信号和各自的光学黑信号产生各自的数字光学黑信号；和偏移消除单元，对于至少两个有源像素行的每一个来说，其通过从各自的数字图像信号中减去该各自的数字光学黑信号来产生各自的数字修正信号。
4.如权利要求3的CMOS图像传感器，进一步包括：
5.如权利要求1的CMOS图像传感器，其中仅仅激活一个光学黑像素行，从而对于所有源像素行每一个产生各自的光学黑信号。
6.如权利要求1的CMOS图像传感器，进一步包括：
用于产生依次激活至少两个有源像素行每一个的行选择控制信号的行解码器，其中当至少两个有源像素行任意一个被激活时，该行选择控制信号激活该光学黑像素行。
7.如权利要求6的CMOS图像传感器，其中在至少两个有源像素行的任意一个输出各自的图像信号的同时，光学黑像素行输出各自的光学黑信号。
8.如权利要求1的CMOS图像传感器，其中光学黑像素行包括至少一个形成光学黑区中的具有在其上形成的金属层的光学黑像素行。
9.一种CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器中以具有行和列的矩形阵列排列了多个有源像素，包括：多个有源像素行，依次被激活以产生各自的图像信号；和
其中，通过至少两个有源像素行的每一个的激活而同时激活至少一个光学黑像素行，其中，在通过至少两个有源像素行的每一个的激活而同时激活至少一个光学黑像素行中，在第一时间段期间，激活施加于所述光学黑像素行和所述有源像素行中的第一个有源像素行的第一行选择脉冲，同时产生来自所述光学黑像素的所述各自的光学黑信号和来自所述有源像素行中的第一个有源像素行的所述各自的图像信号，以及其中，在第一时间段之后的第二时间段期间，激活施加于相同的所述光学黑像素行和所述有源像素行中的第二个有源像素行的第二行选择脉冲，同时产生来自相同的所述光学黑像素的所述各自的光学黑信号和来自所述有源像素行中的第二个有源像素行的所述各自的图像信号，以及其中，属于所述有源像素行的从第n-k+1个有源像素行到第n个有源像素行的所述光学黑像素行以及所述第一和第二有源像素行是不同的像素行，其中n＞k＞2。
10.如权利要求9的CMOS图像传感器，进一步包括：
图像信号处理器，其从各自的图像信号中减去各自的光学黑信号，从而对于至少两个有源像素行的每一个而产生各自的修正的图像信号。
11.如权利要求10的CMOS图像传感器，其中该图像信号处理器包括：模拟数字转换器，其根据斜坡信号和该各自的图像信号产生各自的数字图像信号，并根据斜坡信号和各自的光学黑信号产生各自的数字光学黑信号；和偏移消除单元，对于至少两个有源像素行的每一个来说，其通过从各自的数字图像信号中减去该各自的数字光学黑信号来产生各自的数字修正信号。
12.如权利要求11的CMOS图像传感器，进一步包括：
13.如权利要求9的CMOS图像传感器，进一步包括：
用于产生依次激活至少两个有源像素行每一个的行选择控制信号的行解码器，其中当至少两个主动像素行任意一个被激活时，该行选择控制信号激活该光学黑像素行。
14.如权利要求13的CMOS图像传感器，其中在至少两个有源像素行的任意一个输出各自的图像信号的同时，光学黑像素行输出各自的光学黑信号。
15.如权利要求9的CMOS图像传感器，其中每个光学黑像素行都包括至少一个形成光学黑区中的具有在其上形成的金属层的光学黑像素行。
16.一种在CMOS图像传感器中感应图像的方法，所述CMOS图像传感器中以具有行和列的矩形阵列排列了多个有源像素，所述方法包括：依次激活多个有源像素行以产生各自的图像信号；和
对于有源像素行的每一个激活一光学黑像素行，从而产生各自的光学黑信号，其中，通过有源像素行的每一个的激活而同时激活所述光学黑像素行，其中，在第一时间段期间，激活施加于所述光学黑像素行和所述有源像素行中的第一个有源像素行的第一行选择脉冲，同时产生来自所述光学黑像素的所述各自的光学黑信号和来自所述有源像素行中的第一个有源像素行的所述各自的图像信号，其中，在第一时间段之后的第二时间段期间，激活施加于相同的所述光学黑像素行和所述有源像素行中的第二个有源像素行的第二行选择脉冲，同时产生来自相同的所述光学黑像素的所述各自的光学黑信号和来自所述有源像素行中的第二个有源像素行的所述各自的图像信号，以及其中，属于所述有源像素行的第n个有源像素行的所述光学黑像素行以及所述第一和第二有源像素行是不同的像素行，其中n＞3。
从各自的图像信号中减去各自的光学黑信号，从而对于有源像素行的每一个而产生各自的修正的图像信号。
根据斜坡信号和该各自的图像信号产生各自的数字图像信号；
根据斜坡信号和各自的光学黑信号产生各自的数字光学黑信号；和
对于至少两个有源像素行的每一个来说，通过从各自的数字图像信号中减去该各自的数字光学黑信号来产生各自的数字修正信号。
19.如权利要求16的方法，其中仅仅激活一个光学黑像素行，从而对于所有源像素行的每一个产生各自的光学黑信号。
20.如权利要求16的方法，其中在至少两个有源像素行的任意一个输出各自的图像信号的同时，该光学黑像素行输出各自的光学黑信号。
具有小尺寸光学黑区的互 补金属氧化物半导体图像传感
器
技术领域
[0001] 本发明一般涉及互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，特别是，涉及对于较小尺寸的光学黑区，具有数量减小的光学黑色像素行的CMOS图像传感器。
背景技术
[0002] CMOS图像传感器是把图像转换成电信号的光电转换装置。传统的CMOS图像传感器包括有源像素阵列和响应于斜坡信号用于把投射到有源像素阵列上的图像转换成数字信号的光学黑区。
[0003] 当CMOS图像传感器输出图像信号时，热产生的电子和从图像光电转换来的电子都从有源像素阵列输出。为了确定仅由光电转换来的电子的数量，从测量的总电荷数量中减去热产生的电子的数量。
[0004] CMOS图像传感器的光学黑区产生用于表示热产生的电子数量的信号。光学黑区覆盖一金属层以阻止到达这一区域的外部的光。因此，从光学黑区输出的光学黑信号表示仅由热产生的电子数量，并且光学黑信号也称之为暗信号。
[0005] 从有源像素阵列输出的图像信号表示光电转换的电子和热产生的电子二者的数量。因此，从这样的一个图像信号中减去光学黑信号以产生修正的图像信号，该修正的图像信号正好反映了来自图像的光电转换的电子数量。
[0006] 另外，在CDS(correlated double sampling相关双采样)方法中使用斜坡信号把来自有源像素阵列的图像信号和来自光学黑区的光学黑信号转换成数字信号。但是，这样的斜坡信号还包括通常影响数字图像信号和数字光学黑信号的噪声成分。当从数字图像信号减去数字光学黑信号时，可以移除斜坡信号的噪声成分。
[0007] 传统的CMOS图像传感器具有与有源像素行的数量相同数量的光学黑像素行。因此，具有相应光学黑像素行的有源像素行依次被行选择信号激活，用于产生相应的图像信号和光学黑信号。
[0008] 在传统的CMOS图像传感器中对于每个有源像素行形成的各自分离的光学黑像素行导致了相对大的光学黑区。这样一个大的光学黑区不利地降低了有源像素行区域的有效性。因此，希望得到具有减少光学黑区尺寸的CMOS图像传感器。
发明内容
[0009] 因此，在本发明的CMOS图像传感器中，对于较小的光学黑区，在至少两个用于产生来自图像的电信号的有源像素行中间共用一光学黑像素行。
[0010] 根据本发明实施例的CMOS图像传感器包括多个有源像素行和一光学黑像素行。该光学黑像素行根据至少两个有源像素行每一个的激活而激发产生各自的光学黑信号。
[0011] 在本发明的另一个实施例中，CMOS图像传感器进一步包括图像信号处理器，该处理器从各自的图像信号中减去各自的光学黑信号，从而对于至少两个有源像素行的每一个而产生各自的修正信号。
[0012] 例如，图像信号处理器包括一个模拟数字转换器，其从斜坡信号和各自的图像信号而产生各自的数字图像信号，并从斜坡信号和各自的光学黑信号产生各自的数字光学黑信号。此外，偏移消除单元通过从用于至少两个有源像素行每一个的各自的数字图像信号中减去各自的数字光学黑信号而产生各自的数字修正信号。
[0013] 在本发明进一步的实施例中，仅仅激活一个光学黑像素行，从而对于全部有源像素行每一个产生各自的光学黑信号。
[0014] 在本发明的另一个实施例中，CMOS图像传感器还包括用于产生依次激活至少两个有源像素行每一个的行选择控制信号的行解码器。在该情形中，当至少两个有源像素行任意一个被激活时，该行选择控制信号激活该光学黑像素行。
[0015] 在本发明的另一个实施例中，在至少两个有源像素行任意一个输出各自的图像信号的同时，光学黑像素行输出各自的光学黑信号。
[0016] 在本发明进一步的实施例中，光学黑像素行包括至少一个形成光学黑区中的具有在其上形成的金属层的光学黑像素行。
[0017] 在本发明的另一方面中，CMOS图像传感器包括多个有源像素行，和多个光学黑像素行。至少一个光学黑像素行根据至少两个有源像素行每一个的激活而被激活，从而产生各自的光学黑信号。有源像素行的数目大于光学黑像素行的数目。
[0018] 这样，一个光学黑像素行被至少两个用于根据图像产生电信号的有源像素行共用。因此，CMOS图像传感器可以通过光学黑像素行数量的减小而具有较小的光学黑区。
附图说明
[0019] 当参照附图详细描述其典型实施例时，本发明的上述和其它特征将变得更加清楚，其中：
[0020] 图1是根据本发明第一个实施例的具有小尺寸光学黑区的CMOS图像传感器的方块图；
[0021] 图2是根据本发明一个实施例的时序图，其示出了响应于行选择信号从图1中的有源像素阵列和光学黑区域产生信号；
[0022] 图3是根据本发明第二个实施例的具有小尺寸光学黑区的CMOS图像传感器的方块图；和
[0023] 图4是根据本发明另一个实施例的时序图，其示出了响应于行选择信号从图3中的有源像素阵列和光学黑区域产生信号。
[0024] 在此提到的附图是为了显示清晰而画出的，不必按比例画出。在图1、2、3和4中具有相同参考标记的元件指的是具有相似的结构和/或功能的元件。
具体实施方式
[0025] 光学黑像素行覆盖有用于阻隔光的一金属层。因此，从这样的表示热产生电荷载流子数量的光学黑像素行输出的光学黑信号基本相同。另外，不考虑光学黑像素行，这样的暗信号包括在CDS(相关双采样)中使用的斜坡信号的相同的噪声成分。因此，在本发明的一个方面中，在多个有源像素行中共用一光学黑像素行。
[0026] 图1是根据本发明第一个实施例的具有小尺寸光学黑区的CMOS图像传感器100的方块图。参照图1，MOS图像传感器100包括行解码器150、有源像素阵列110、光学黑区120、斜坡信号发生器130，和图像信号处理器140。
[0027] 行解码器150产生依次激活的行选择信号Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln。有源像素阵列110包括多个有源像素行APR1、APR2、......、和APRn，每行都具有多个有源像素。在行选择信号Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln分别激活期间，有源像素行APR1、APR2、......、和APRn分别依次输出图像信号APSl、APS2、......、和APSn。
[0028] 在本发明的第一实施例中，光学黑区120具有包含一个或多个光学黑像素的单个光学黑像素行OBR。在本发明的一个实施例中，在光学黑区120的光学黑像素上形成一金属层以阻隔外部分的光。根据行选择信号Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln每一个的激活，光学黑像素行OBR从光学黑像素输出各自的光学黑信号OBS。
[0029] 通过分别从每个图像信号APS1、APS2、......、和APSn中减去各自的光学黑信号OBS，图像信号处理器140产生修正的图像信号Img1、Img2、......、和Imgn。图像信号处理器140包括模拟数字转换器142和偏移消除单元144。
[0030] 在相关双采样方法中利用来自斜坡信号发生器130的斜坡信号，模拟数字转换器142分别把图像信号APS1、APS2、......、和APSn转换成数字图像信号APS1_dig、APS2_dig、......、和APSn_dig。在MOS图像传感器中的模拟数字转换器中使用斜坡信号的相关双采样的方法对于图像传感器领域的普通技术人员来说一般是公知的。
[0031] 另外，对于每个图像信号APS1、APS2、......、和APSn，模拟数字转换器142利用斜坡信号把各自的光学黑信号OBS转换成各自的数字光学黑信号OBS_dig。偏移消除单元144分别从每个数字图像信号APS1_dig、APS2_dig、......、和APSn_dig中减去各自的数字光学黑信号OBS_dig，从而产生修正的图像信号Img1、Img2、......、和Imgn。
[0032] 这样修正的图像信号Img1、Img2、......、和Imgn表示在有源像素阵列110的图像中热产生电荷载流子成分和斜坡信号的噪声成分。
[0033] 图2是一个时序图，其示出了随着在图1的CMOS图像传感器100中的行选择信号Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln依次激活，从有源像素行APR1、APR2、......、和APRn和光学黑像素行OBR产生的信号。在图2中，如每个脉冲上边标注的，每个脉冲都表示各自的行选择信号Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln的激活。
[0034] 当行选择信号Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln之一激活时，选择了一个相应的有源像素行以输出相应的图像信号。另外，光学黑像素行OBR也随着每一个行选择信号Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln的激活而激活。因此，光学黑像素行OBR产生各自的光学黑信号OBS，用于从有源像素行APR1、APR2、......、和APRn依次产生每个图像信号APS1、APS2、......、和APSn。在本发明的一个实施例中，随着每个行选择信号Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln的激活而在每一个图像信号APS1、APS2、......、和APSn的产生期间，从光学黑像素行OBR同时产生各自的光学黑信号OBS。
[0035] 图3是根据本发明第二个实施例的具有小尺寸光学黑区的CMOS图像传感器300的方块图。参照图3，CMOS图像传感器300包括行解码器350、有源像素阵列110、光学黑区320、斜坡信号发生器130，和图像信号处理器340。在图1和3中具有相同参考标记的元件指的是具有相似的结构和/或功能的元件。
[0036] 图3的CMOS图像传感器300是一个比图1的CMOS图像传感器100更加一般化的实施例。因此，在图3中光学黑区320具有一个或多个光学黑像素行OBR1、OBR2、......、和OBRk，每个都有一个或多个光学黑像素。一般地，光学黑像素行OBR1、OBR2、......、和OBRk的数目k要小于在图3中的有源像素行APR1、APR2、......、和APRn的数目n。
[0037] 在本发明的一个方面中，光学黑像素行OBR1、OBR2、......、和OBRk的至少一个被有源像素行APR1、APR2、......、和APRn的至少两个共用，用于产生各自的光学黑信号OBS。行解码器350输出行选择信号Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln，它们依次激活有源像素阵列110和光学黑区320。
[0038] 一般地，通过行选择信号Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln的任一子集的各自的逻辑组合，激活每个光学黑像素行OBR1、OBR2、......、和OBRk，以产生光学黑信号OBS。当被这样的行选择信号Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln的子集的各自的逻辑组合激活时，光学黑像素行OBR1、OBR2、......、或OBRk分别产生各自的光学黑信号OBS1、OBS2、......、或OBSk。因此，对于来自有源像素行的每一个图像信号APS1、APS2、......、和APSn，产生各自的光学黑信号OBS1、OBS2、......、或OBSk。
[0039] 图像信号处理器340包括模拟数字转换器342和偏移消除单元344。模拟数字转换器342响应于来自斜坡信号发生器130的斜坡信号分别把图像信号APS1、APS2、......、和APSn转换成数字图像信号APS1_dig、APS2_dig、......、和APSn_dig。另外，模拟数字转换器342响应于斜坡信号把各自的光学黑信号OBS1、OBS2、......、或OBSk转换成各自的数字光学黑信号OBS1_dig、OBS2_dig、......、或OBSk_dig。
[0040] 偏移消除单元344分别从每个数字图像信号APS1_dig、APS2_dig、......、和APSn_dig中减去各自的数字光学黑信号OBS1_dig、OBS2_dig、......、和OBSk_dig，从而产生修正的图像信号Img1、Img1、......、和Imgn。这样修正的图像信号Img1、Img1、......、和Imgn表示在图3中的有源像素阵列110的图像中没有热产生电荷载流子成分和斜坡信号的噪声成分。
[0041] 图4是一个时序图，其示出了随着在图3的CMOS图像传感器300中的行选择信号Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln依次激活，从有源像素行APR1、APR2、......、和APRn和光学黑像素行OBR1、OBR2、......、和OBRk产生信号。在图4中，如每个脉冲上边标注的，每个脉冲都表示各自的行选择信号Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln的激活。
[0042] 根据行选择信号Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln之一的激活，选择一个相应的有源像素行以输出相应的图像信号。另外，在行选择信号Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln每一个的激活时，光学黑像素行OBR1、OBR2、......、和OBRk之一也被激活，从而产生各自的OBS1、OBS2、......、和OBSk。
[0043] 图4显示了第一和第二有源像素行APR1和APR2共用第一光学黑像素行OBR1的例子。因此，当Rowsel1信号激活时，第一主动像素行APR1产生第一图像信号APS1。另外，在Rowsel1信号激活期间，第一光学黑像素行OBS1被激活，从而产生对应于第一图像信号APS1的各自的光学黑信号OBR1。
[0044] 接着，当Rowsel2信号激活时，第二有源像素行APR2产生第二图像信号APS2。此外，在随后的Rowsel2信号激活期间，第一光学黑像素行OBR1再次被激活，从而产生对应于第二图像信号APS2的各自的光学黑信号OBS1。图4还显示了在Rowseln信号激活期间，第k个光学黑像素行OBR1被激活，从而产生对应于第n个图像信号APSn的各自的光学黑信号OBSk。
[0045] 在每个行选择信号Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln的激活期间，在产生每一个图像信号APS1、APS2、......、和APSn的同时，从光学黑像素行OBR1、OBR2、......、和OBRk产生各自的光学黑信号OBS1、OBS2、......、和OBSk。
[0046] 这样，一个光学黑像素行至少被两个用于产生对应于图像的电信号的有源像素行共用。因此，CMOS图像传感器可以通过减小光学黑像素行的数目而具有较小的光学黑区。
[0047] 上述内容仅仅是作为示例性的而不是要限制性的。例如，在此描述和示出的元件的数目仅仅是作为示例。另外，在此描述和示出的任何形式的器件和任何形式的材料仅仅是作为示例。
[0048] 本发明仅由所附的权利要求和它们的等同物限定。
[0049] 本申请要求2005年8月30日向韩国知识产权局递交的第2005-79949号韩国专利申请的权益，作为参考文献在此引用其全文。
