[发明专利]一种图像传感器中像元输出非线性响应的校正装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于CMOS图像传感器技术领域，涉及一种图像传感器中像元输出非线性响应的校正装置及方法。

背景技术

图像传感器是现代电子成像系统的核心，包括摄像机、数码相机、复印机、扫描器等。图像传感器主要基于两种工艺实现，互补型金属-氧化物-半导体（CMOS）工艺和电荷耦合器件（CCD）工艺。

互补型金属-氧化物-半导体（CMOS）图像传感器技术随着摩尔定律快速发展，尤其是近几年在市场的推动下，关键技术不断取得突破，信噪比及动态范围不断接近CCD，且由于其集成度高、体积小、功耗低等优点，使得CMOS图像传感器占图像传感器80%以上的市场。N型有源像元电路以其较高的填充率被广泛用作CMOS图像传感器的像元阵列，然而，由于多数工艺为P衬N阱，N型有源像元电路中的源跟随器的体电位接地，使得源跟随器的阈值电压在不同光强下发生变化，导致源跟随器输入输出电压之间产生较大的非线性，严重降低了成像质量。

为了提高图像传感器的成像质量，需要对像元电路中源跟随器引入的非线性进行校正。专利“IMAGING SYSTEM WITH GAIN AND ERROR CORRECTION CIRCUITY,US006111242A”提出了一种校正方法，通过增加一个运放、一个电流源、两个电流沉和两个匹配管实现对每列像元输出的非线性响应进行校正，该方法实现了对非线性进行校正的目的，同时也带来较大的问题。首先，该方法需要电流沉中的电流和电流源中的电流精确匹配，这在工程上很难实现；其次，该方法需要增加两条从像元阵列到校正电路的信号线，对于大面阵的图像传感器，该方法给版图实现带来了很大的麻烦。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种图像传感器中像元输出非线性响应的校正装置及方法，增加暗像元和线性化电路，抑制了由体效应导致的像元输出电压的非线性，同时不给版图的布局布线带来麻烦。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种图像传感器中像元输出非线性响应的校正装置，包括感光像元阵列、暗像元和线性化电路；

感光像元阵列中的感光像元电路，包括光电二极管、传输管、复位开关和源跟随器输入管；不同强度的光照在光电二极管中产生不同量的电荷，并通过传输管传输到FD点将电荷转换为电压信号，像元输出端的电压跟随FD点的电压变化并将电压信号发出；

暗像元包括感光二极管、暗传输管、复位管和暗源跟随器输入管，其电路连接与感光像元电路相对应，其中，感光二极管遮光覆盖，暗传输管和复位管断开，暗像元输出端的电压跟随暗像元FD点的电压变化；

线性化电路包括运算放大器，运算放大器的正输入端与感光像元电路的像元输出端通过列线相连接，运算放大器的负输入端连接暗像元输出端，运算放大器的输出端连暗像元FD点；

列读出电路的输入信号由运算放大器的输出端提供。

所述感光像元阵列通过复位和曝光控制，将不同强度的光信号转换为模拟的电信号，该电信号连接至列线；

感光像元电路输出端接行选开关的漏极，行选开关的栅极由行选及曝光控制译码器控制，体电位接地，源极连接感光像元偏置电流源的漏极；感光像元偏置电流源的栅极由偏置电压控制，源极、体电位均接地。

所述感光像元电路中，感光二极管正极接地，负极接传输管的漏极；传输管的栅极由TX信号控制，体电位接地，源极接源跟随器管的栅极；复位管的漏极接电源，栅极由复位信号控制，源极接源跟随器管的栅极；源跟随器管的漏极接电源，源极为像元输出端。

所述的暗像元中，感光二极管由金属遮光覆盖，正极接地，负极接暗传输管的漏极；暗传输管的栅极接地，体电位接地，源极接暗源跟随器管的栅极；复位管的漏极接电源，栅极接地，源极接暗源跟随器管的栅极；暗源跟随器管的漏极电源，源极为暗像元输出端。

所述运算放大器强制正输入端和负输入端电压相等，源跟随器输入管与暗像元源跟随器输入管的过驱动电压也相同；暗像元FD点的电压跟随FD点的电压变化，抑制衬偏效应引入的非线性。

所述的线性化电路还包括电容、第二开关、第三开关和第四开关；

电容的上极板接运算放大器的正输入端；

第二开关的栅极由控制信号S1控制，源极接电容的下极板，漏极接暗像元行选开关的源极，体电位接地；

第三开关的栅极由控制信号S2控制，源极接电容的下极板，漏极接行选开关的源极，体电位接地；

第四开关的栅极由控制信号S1控制，源极接电容的上极板，漏极接行选开关的源极，体电位接地；