CN1190945C - 线性互补金属氧化物半导体感测器的黑度校正装置与方法 - Google Patents
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Abstract
一种线性互补金属氧化物半导体感测器的黑度校正装置，包括多个读取控制元件、多个曝光控制元件、多个归零控制元件和多个感光胞，每个感光胞都通过一个曝光控制元件连接至一共同饱和电压线，形成一第一连接，还通过一个读取控制元件连接至一共同传输总线，形成一第二连接，在感光胞与读取控制元件的连接间有一旁路连接一个归零控制元件。及一种具有线性感测器的扫描器黑度校正的方法，至少包括感光胞不能作用，扫描黑度影像，感光胞偏压归零，读取黑度影像数据并计算黑度校正所需的参考数据，感光胞恢复作用，扫描正常影像的步骤。本发明不需有光源开关的状态来进行黑度校正，可减少光源热机所需花费的时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种黑度校正(dark calibration)装置与方法，特别是有关线性感测器内建曝光控制元件，以执行黑度校正步骤的装置与方法。
背景技术
固态摄像元件(image sensor)基本上分成两类：电荷耦合元件(charged coupled device)及金属氧化物半导体二极管阵列(MOS diodearray)。两者皆需要特别的制作过程，以配合其影像感测目的；两者也皆需基本的外在电路连接至感测芯片，以驱动阵列及处理输出信号。因此，一完整的感测从属系统需要从元件与其伴随、牵连到的高成本、电力消耗及实体尺寸作整体的考虑。
传统上，作为扫描器的固态摄像元件为电荷耦合元件。但不幸的是，对于发展携带式扫描器而言，电荷耦合元件的技术无法与标准直流电处理相容；此外，电荷耦合元件需要高伏特计时信号(clock signal)，此种需求隐含需要较高的电力消耗。因此，将标准的互补金属氧化物半导体制造过程应用到扫描器上，可提升整合性及降低电力消耗。
线性二极管感测器通常是一维列的光二极管，由金属氧化物半导体晶体管的源极及漏极以反偏压(reverse-bias)半导体连接的型态来执行。应用一高反偏压使二极管被电性上隔离后，暴露在被检测的光线或其他辐射线之下。入射辐射线可增加反偏压漏电流至二极管中，此漏电流能有效地被并入到隔离连接的反偏压电容上，造成反偏压电位的降低。如此为人所知且利用的技术可将辐射能转为电子电荷及电位，特别是也可以使用在线性二极管型态感测器。在这些感测器中，单一的金属氧化物半导体晶体管控制光二极管的通路，是为了写入像素胞(cell)(也就是归零至高反偏压)及藉由连接二极管至一比特线(bit-line)及从比特线连接至电荷感测电路将之读取的目的；此电荷感测电路可将储存于晶胞的电荷转变为输出电压。
基本上线性感测器与阵列感测器相同，藉由一扫描线(scan line)作为通路，将之以连续的像素读取。这种的处理形式藉由一字元线(wordline)使一列的像素胞得以连续的像素读取；所谓的字元线是将一列中所有像素胞的栅极共同连接至一通路晶体管。数字电路是用来产生及驱动字元线信号的必要因素，且一般会采取移动域(Shift register)的形式。当字元线发生作用时，一列上的像素胞会被连接至比特线，藉此再连接至感测器顶部的表面电路上。再者，数字电路可产生动作信号，此动作信号控制模拟开关或感测器电路，使信号能在连续的比特线上传递输出。如图1所示为一以被动像素胞110为基本的主动感测器的一列。每一个被动像素胞110都有一个简单的结构，包括光二极管PD与其相配合的电容Cd及一晶体管开关MR。这些光二极管经过位于像素胞内的开关MRI、MR2...MRX与一列总线120(column bus)相连接；列总线120与一电荷放大器相连接，并提供一信号电位Vo显示一光二极管PD所收集的照光准位(level ofillumination)。然而，感测器阵列共有的问题之一是空间杂讯(spatialnoise)；所谓空间杂讯是源自于在一阵列中的像素胞空间位置的不同，在影像上会以图案杂讯显示出来。空间杂讯在摄像阵列的表现上是退化的主要根源，当光感测器被照光时，列放大器与光胞间的增益(gain)差异会导致空间杂讯的产生，此种空间杂讯的大小视信号而定。另一种空间杂讯是固定图案杂讯(fixed pattern noise，FPN)，用来作为当光感测器在黑暗中时，一阵列中像素间差异的测量；和暗电流中不合适的配合一样，固定图案杂讯起因于电位下降中计时喂进(feedthrough)与电荷注入间的不合适配合。
对于一般扫描器而言，通常有两种黑色校正的方法。如图2所示为第一种黑色校正的方法，首先在需关闭灯源以取得背景黑色影像(步骤210)，此时会有外界环境背景对背景黑色影像造成杂讯的缺点存在。接着进行背景黑色影像的扫描动作(步骤220)取得影像数据。根据这背景黑色影像的数据计算黑度修正参数(步骤230)；然后再将光源打开(步骤240)以准备进行一般影像的扫描；可想而知，需要费时进行光源的热机动作(Warm-up)。
第二种方法的流程图如图3所示，为了作黑度补偿，首先需将影响感测器移至一校正图的黑色图块(步骤310)，然后扫描此黑色图块影像(步骤320)，以此黑色图块作为参考以计算黑度修正参数(步骤330)。这样的方法需花费高成本于精准的校正图及费时于扫描黑色图块影像的动作。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种可以克服上述传统扫描器的黑度校正所产生的诸多缺点的线性互补金属氧化物半导体感测器的黑度校正装置与方法，其不需有光源开关(on/off)的状态来进行黑度校正的步骤，可减少光源热机所需花费的时间。
本发明的另一目的是提供一种线性互补金属氧化物半导体感测器的黑度校正装置与方法，其不需校正图来进行黑度校正的步骤，可节省黑度校正所需的时间及成本花费。
一种线性互补金属氧化物半导体感测器的黑度校正装置，其特征在于：包括多个读取控制元件、多个曝光控制元件、多个归零控制元件和多个感光胞，每个感光胞都通过一个曝光控制元件连接至一共同饱和电压线，形成一第一连接，还通过一个读取控制元件连接至一共同传输总线，形成一第二连接，在感光胞与读取控制元件的连接之间有一旁路连接一个归零控制元件；曝光控制单元在进行黑度校正时，控制感光胞与饱和电压线断开，在进行正常扫描时，控制感光胞与饱和电压线相连接；读取控制单元用于在扫描影像后，控制从感光胞中读取影像数据；归零控制元件用于在读取影像数据前，将感光胞的偏压归零。
上述的读取控制元件连接至一相对应外部控制读取的电路上。
上述的每个归零控制单元分别连接至一偏压电压供应电路上。
上述的曝光控制元件连接至一相对应外部控制曝光的电路上。
上述的曝光控制元件至少包括多个开关。
上述的感光胞至少包括多个光二极管。
一种具有线性感测器的扫描器黑度校正的方法，至少包含下列步骤：
a.进行曝光断开控制，断开感光胞与共同饱和电压线间的连接，使感光胞不能作用；
b.扫描一黑度影像；
c.进行归零控制，将感光胞的偏压归零；
d.进行读取控制，从感光胞中读取黑度影像数据；
e.根据黑度影像数据，计算黑度修正参数；
f.进行曝光连通控制，连通感光胞与共同饱和电压线之间的连接，使感光胞能够作用；
g.扫描正常的影像；
h.进行归零控制，将感光胞的偏压归零；
i.进行读取控制，从感光胞中读取正常影像数据。
上述的使感光胞有作用及不能作用的步骤由多个开关元件执行，每个该开关元件对应于每个该感光胞。
本发明的一种线性互补金属氧化物半导体感测器黑度校正装置和方法不需有光源开关(on/off)的状态来进行黑度校正，也不需校正图来进行黑度校正的步骤，可节省黑度校正所需的时间及成本花费。
附图说明
本发明的一些实施例会详细描述如下。然而，除了详细描述外，本发明还可以广泛地在其他的实施例施行，且本发明的范围不受限定，以其权利要求的范围为准。
图1为传统主动光感测器的被动光二极管感光胞结构示意图；
图2为扫描器传统黑度校正的方法之一的流程示意图；
图3为扫描器传统黑度校正的方法之二的流程示意图；
图4为本发明应用在扫描器黑度校正的方法的流程示意图；及
图5为根据本发明应用在扫描器的像素感测器的感光胞结构示意图。
本发明的扫描器的不同部分并没有依照尺寸绘图。某些尺度与其他相关尺度相比已经被夸张，以提供更清楚的描述和本发明的理解。另外，虽然在此所画的实施例是以具有宽度与深度在不同阶段的二维中显示，应该很清楚地了解到所显示的区域只是扫描器的一部份，其中可能包含许多在三维空间中排列的元件。相对地，在制造实际的元件时，图示的区域具有三维的长度、宽度与高度。
具体实施方式
本发明主要的目的是提供一扫描器的线性互补金属氧化物半导体感测器的黑度校正的装置，其至少包括多个曝光控制元件，每个曝光控制元件用来控制至一感光胞的一第一电信通路，并位于相对应感光胞及一共同饱和电压线之间。其次，多个读取控制元件介于感光胞及一共同传输总线之间，这些读取控制元件用来控制从感光胞至传输总线的一第二电信通路上。还有多个归零控制元件位于旁路(bypass)上，每个旁路连接到一相对应感光胞与读取控制元件的通路上。而一具有线性感测器(linear sensor)的扫描器扫描一影像的方法，其至少包含使电信连接不能作用，这些电信连接位于线性感测器中的一共同饱和电压线与电信连接相对应的感光胞之间；其次曝光感光胞，以偏压电压供应经由归零控制模组归零感光胞。再从感光胞中读取以得到一黑度影像数据，根据黑度影像数据计算黑度校正参数后再使电信连接有作用以扫描一般的影像。
图4所示的为本发明应用在扫描器上黑度校正(dark calibration)的流程图。首先，在光感测器的感光胞中有许多曝光控制元件，为了要进行黑度校正，关闭(turn off)曝光控制元件以阻断感光胞的电性通路(步骤10)。感光胞因电性通路被阻断而无作用时，开始扫描一黑度影像，而所谓的黑度影像，事实上代表在一光感测器中每一个像素的偏压(步骤20)。这样做的优点在于黑度影像中每一个像素都可用来代表该光感测器中每个相对应的像素的偏压。接着，根据这些黑度影像进行计算黑度修正参数(步骤30)；然后打开(turn on)曝光控制元件，进行一般影像的扫描(步骤40)。
图5为本发明可应用在扫描器的像素感测器的感光胞示意图。每个线性感测器的感光胞包括一光二极管PD、一读取开关R-SW、一偏压开关B-SW及一曝光控制开关E-SW。所有的光二极管PD(x-1)、PD(x)、PD(x+1)...，共同连接至一总线(bus)80及连接至一饱和电压(saturatedVoltage)线40。而所有读取开关R-SW(x-1)、R-SW(x)、R-SW(x+1)...，则连接至其各个相对应的外部控制电路。再者，偏压开关B-SW(x-1)、B-SW(x)、B-SW(x+1)...，通至其相对应的电压供应及外部的归零元件(reset devices)。特别的是曝光控制开关E-SW(x-1)、E-SW(x)、E-SW(x+1)...，负责控制饱和电压线40与光二极管PD之间的电性连接。
当扫描器要执行黑度校正时，曝光控制开关E-SW先阻断光二极管PD与饱和电压线40之间的通路；则对应于每个感光胞的偏压可作为每个感光胞的黑度影像而被读取，以进一步作为计算黑度校正参数的依据。当扫描器要进行一般影像的扫描时，只要，曝光控制开关E-SW建立光二极管PD与饱和电压线40之间的通路即可。再者，在本较佳实施例虽以开关元件(switch devices)作为本发明的曝光控制。但任何可做为控制光二极管PD电性通路的控制元件皆可作为本发明的曝光控制。另一方面，在本较佳实施例中的光二极管也可以相似的感光元件取代。
Claims (8)
1、一种线性互补金属氧化物半导体感测器的黑度校正装置，其特征在于：包括多个读取控制元件、多个曝光控制元件、多个归零控制元件和多个感光胞，每个感光胞都通过一个曝光控制元件连接至一共同饱和电压线，形成一第一连接，还通过一个读取控制元件连接至一共同传输总线，形成一第二连接，在感光胞与读取控制元件的连接间有一旁路连接一个归零控制元件；
曝光控制单元在进行黑度校正时，控制感光胞与共同饱和电压线断开，在进行正常扫描时，控制感光胞与共同饱和电压线相连接；
读取控制单元用于在扫描影像后，控制从感光胞中读取影像数据；
归零控制元件用于在读取影像数据前，将感光胞的偏压归零。
2、如权利要求1所述的黑度校正的装置，其特征在于：上述的读取控制元件连接至一相对应外部控制读取的电路上。
3、如权利要求1所述的黑度校正的装置，其特征在于：上述的每个归零控制单元分别连接至一偏压电压供应电路上。
4、如权利要求1所述的黑度校正的装置，其特征在于：上述的曝光控制元件连接至一相对应外部控制曝光的电路上。
5、如权利要求1所述的黑度校正的装置，其特征在于：上述的曝光控制元件至少包括多个开关。
6、如权利要求1所述的黑度校正的装置，其特征在于：上述的感光胞至少包括多个光二极管。
7、一种具有线性感测器的扫描器黑度校正的方法，至少包含下列步骤：
a.进行曝光断开控制，断开感光胞与共同饱和电压线间的连接，使感光胞不能作用；
b.扫描一黑度影像；
c.进行归零控制，将感光胞偏压归零；
d.进行读取控制，从感光胞中读取黑度影像数据；
e.根据黑度影像数据，计算黑度修正参数；
f.进行曝光连通控制，连通感光胞与共同饱和电压线间的连接，使感光胞能够作用；
g.扫描正常的影像；
h.进行归零控制，将感光胞偏压归零；
i.进行读取控制，从感光胞中读取正常影像数据。
8、如权利要求7所述的黑度校正的方法，其特征在于：上述的使感光胞有作用及不能作用的步骤由多个开关元件执行，每个该开关元件对应于每个该感光胞。
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