專利名稱：線性互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體感測(cè)器的黑度校正裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種黑度校正(dark calibration)裝置與方法，特別是有關(guān)線性感測(cè)器內(nèi)建曝光控制元件，以執(zhí)行黑度校正步驟的裝置與方法。
固態(tài)攝像元件(image sensor)基本上分成兩類電荷耦合元件(chargedcoup1ed device)及金屬氧化物半導(dǎo)體二極管陣列(MOS diode array)。兩者皆需要特別的制作過程，以配合其影像感測(cè)目的；兩者也皆需基本的外在電路連接至感測(cè)芯片，以驅(qū)動(dòng)陣列及處理輸出信號(hào)。因此，一完整的感測(cè)從屬系統(tǒng)需要從元件與其伴隨、牽連到的高成本、電力消耗及實(shí)體尺寸作整體的考慮。
傳統(tǒng)上，作為掃描器的固態(tài)攝像元件為電荷耦合元件。但不幸的是，對(duì)于發(fā)展攜帶式掃描器而言，電荷耦合元件的技術(shù)無法與標(biāo)準(zhǔn)直流電處理相容；此外，電荷耦合元件需要高伏特計(jì)時(shí)信號(hào)(clock signal)，此種需求隱含需要較高的電力消耗。因此，將標(biāo)準(zhǔn)的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體制造過程應(yīng)用到掃描器上，可提升整合性及降低電力消耗。
線性二極管感測(cè)器通常是一維列的光二極管，由金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的源極及漏極以反偏壓(reverse-bias)半導(dǎo)體連接的型態(tài)來執(zhí)行。應(yīng)用一高反偏壓使二極管被電性上隔離后，暴露在被檢測(cè)的光線或其他輻射線之下。入射輻射線可增加反偏壓漏電流至二極管中，此漏電流能有效地被并入到隔離連接的反偏壓電容上，造成反偏壓電位的降低。如此為人所知且利用的技術(shù)可將輻射能轉(zhuǎn)為電子電荷及電位，特別是也可以使用在線性二極管型態(tài)感測(cè)器。在這些感測(cè)器中，單一的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管控制光二極管的通路，是為了寫入像素胞(cell)(也就是歸零至高反偏壓)及藉由連接二極管至一比特線(bit-line)及從比特線連接至電荷感測(cè)電路將之讀取的目的；此電荷感測(cè)電路可將儲(chǔ)存于晶胞的電荷轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲭妷骸?br> 基本上線性感測(cè)器與陣列感測(cè)器相同，藉由一掃描線(scan line)作為通路，將之以連續(xù)的像素讀取。這種的處理形式藉由一字元線(wordline)使一列的像素胞得以連續(xù)的像素讀??；所謂的字元線是將一列中所有像素胞的柵極共同連接至一通路晶體管。數(shù)字電路是用來產(chǎn)生及驅(qū)動(dòng)字元線信號(hào)的必要因素，且一般會(huì)采取移動(dòng)域(Shift register)的形式。當(dāng)字元線發(fā)生作用時(shí)，一列上的像素胞會(huì)被連接至比特線，藉此再連接至感測(cè)器頂部的表面電路上。再者，數(shù)字電路可產(chǎn)生動(dòng)作信號(hào)，此動(dòng)作信號(hào)控制模擬開關(guān)或感測(cè)器電路，使信號(hào)能在連續(xù)的比特線上傳遞輸出。如

圖1所示為一以被動(dòng)像素胞110為基本的主動(dòng)感測(cè)器的一列。每一個(gè)被動(dòng)像素胞110都有一個(gè)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，包括光二極管PD與其相配合的電容Cd及一晶體管開關(guān)MR。這些光二極管經(jīng)過位于像素胞內(nèi)的開關(guān)MR1、MR2...MRX與一列總線120(column bus)相連接；列總線120與一電荷放大器相連接，并提供一信號(hào)電位Vo顯示一光二極管PD所收集的照光準(zhǔn)位(level of illumination)。然而，感測(cè)器陣列共有的問題之一是空間雜訊(spatial noise)；所謂空間雜訊是源自于在一陣列中的像素胞空間位置的不同，在影像上會(huì)以圖案雜訊顯示出來?？臻g雜訊在攝像陣列的表現(xiàn)上是退化的主要根源，當(dāng)光感測(cè)器被照光時(shí)，列放大器與光胞間的增益(gain)差異會(huì)導(dǎo)致空間雜訊的產(chǎn)生，此種空間雜訊的大小視信號(hào)而定。另一種空間雜訊是固定圖案雜訊(fixedpattern noise，F(xiàn)PN)，用來作為當(dāng)光感測(cè)器在黑暗中時(shí)，一陣列中像素間差異的測(cè)量；和暗電流中不合適的配合一樣，固定圖案雜訊起因于電位下降中計(jì)時(shí)喂進(jìn)(feedthrough)與電荷注入間的不合適配合。
對(duì)于一般掃描器而言，通常有兩種黑色校正的方法。如圖2所示為第一種黑色校正的方法，首先在需關(guān)閉燈源以取得背景黑色影像(步驟210)，此時(shí)會(huì)有外界環(huán)境背景對(duì)背景黑色影像造成雜訊的缺點(diǎn)存在。接著進(jìn)行背景黑色影像的掃描動(dòng)作(步驟220)取得影像數(shù)據(jù)。根據(jù)這背景黑色影像的數(shù)據(jù)計(jì)算黑度修正參數(shù)(步驟230)；然后再將光源打開(步驟240)以準(zhǔn)備進(jìn)行一般影像的掃描；可想而知，需要費(fèi)時(shí)進(jìn)行光源的熱機(jī)動(dòng)作(Warm-up) 。
第二種方法的流程圖如圖3所示，為了作黑度補(bǔ)償，首先需將影響感測(cè)器移至一校正圖的黑色圖塊(步驟310)，然后掃描此黑色圖塊影像(步驟320)，以此黑色圖塊作為參考以計(jì)算黑度修正參數(shù)(步驟330)。這樣的方法需花費(fèi)高成本于精準(zhǔn)的校正圖及費(fèi)時(shí)于掃描黑色圖塊影像的動(dòng)作。
本發(fā)明的主要目的是提供一種可以克服上述傳統(tǒng)掃描器的黑度校正所產(chǎn)生的諸多缺點(diǎn)的線性互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體感測(cè)器的黑度校正裝置與方法，其不需有光源開關(guān)(on/off)的狀態(tài)來進(jìn)行黑度校正的步驟，可減少光源熱機(jī)所需花費(fèi)的時(shí)間。
本發(fā)明的另一目的是提供一種線性互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體感測(cè)器的黑度校正裝置與方法，其不需校正圖來進(jìn)行黑度校正的步驟，可節(jié)省黑度校正所需的時(shí)間及成本花費(fèi)。
本發(fā)明的線性互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體感測(cè)器的黑度校正裝置是這樣實(shí)現(xiàn)的至少包括多個(gè)曝光控制元件，每個(gè)該曝光控制元件用來控制至一感光胞的一第一電信通路，并位于該相對(duì)應(yīng)感光胞及一共同(in common)電壓線之間。
更包含多個(gè)讀取控制元件介于這些感光胞及一共同傳輸總線(transferring bus)之間，這些讀取控制元件用來控制從這些感光胞至該傳輸總線的一第二電信通路上；以及多個(gè)歸零(reset)控制元件位于多個(gè)旁路(bypass)上，每個(gè)該旁路連接到一相對(duì)應(yīng)該感光胞與該讀取控制元件的通路上。
上述的讀取控制元件連接至一相對(duì)應(yīng)外部控制讀取的電路上。
上述的旁路更連接至一偏壓電壓供應(yīng)電路上。
上述的曝光控制元件連接至一相對(duì)應(yīng)外部控制曝光的電路上。
上述的曝光控制元件至少包括多個(gè)開/關(guān)(on/off)開關(guān)。
上述的感光胞至少包括多個(gè)光二極管。
本發(fā)明的線性互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體感測(cè)器的黑度校正的裝置也可以是這樣實(shí)現(xiàn)的至少包括多個(gè)曝光控制元件，每個(gè)該曝光控制元件用來控制至一感光胞的一第一電信通路，并位于該相對(duì)應(yīng)感光胞及一共同(incommon)電壓線之間；多個(gè)讀取控制元件介于這些感光胞及一共同傳輸總線(transferring bus)之間，這些讀取控制元件用來控制從這些感光胞至該傳輸總線的一第二電信通路上；以及多個(gè)歸零(reset)控制元件位于多個(gè)旁路(bypass)上，每個(gè)該旁路連接到一相對(duì)應(yīng)該感光胞與該讀取控制元件的通路上。
上述的每個(gè)讀取控制元件連接至一相對(duì)應(yīng)外部控制讀取的電路上。
上述的每個(gè)旁路更連接至一偏壓電壓供應(yīng)電路上。
上述的每個(gè)曝光控制元件連接至一相對(duì)應(yīng)外部控制曝光的電路上。
上述的每個(gè)曝光控制元件至少包括一開/關(guān)(on/off)開關(guān)。
上述的每個(gè)感光胞至少包括一光二極管。
本發(fā)明的具有線性感測(cè)器(linear sensor)的掃描器黑度校正的方法是這樣實(shí)現(xiàn)的該方法至少包含下列步驟使多個(gè)電信連接不能作用，這些電信連接位于該線性感測(cè)器中的一共同電壓線與這些電信連接相對(duì)應(yīng)的感光胞之間；以及曝光這些感光胞。
更包含以多個(gè)偏壓電壓供應(yīng)經(jīng)由多個(gè)歸零控制模組歸零這些感光胞；從這些感光胞中讀取數(shù)據(jù)；以及根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算多個(gè)黑度校正參數(shù)。
其中的使這些電信連接不能作用的步驟由多個(gè)曝光控制元件執(zhí)行，每個(gè)該曝光控制元件相對(duì)應(yīng)于每個(gè)該感光胞。
上述的曝光控制元件至少包含多個(gè)開關(guān)元件，用以控制這些電信連接。
上述的曝光控制元件更可以使這些電信連接有作用(enable)。
本發(fā)明的具有線性感測(cè)器(linear sensor)的掃描器掃描一影像的方法也可以這樣實(shí)現(xiàn)的該方法至少包含使多個(gè)電信連接不能作用，這些電信連接位于該線性感測(cè)器中的一共同電壓線與這些電信連接相對(duì)應(yīng)的感光胞之間；曝光這些感光胞；以多個(gè)偏壓電壓供應(yīng)經(jīng)由多個(gè)歸零控制模組歸零這些感光胞；從這些感光胞中讀取，以得到一黑度影像數(shù)據(jù)；根據(jù)這些黑度影像數(shù)據(jù)計(jì)算多個(gè)黑度校正參數(shù)；以及使這些電信連接有作用(enable)。
上述的使這些電信連接有作用及不能作用的步驟由多個(gè)開關(guān)元件執(zhí)行，每個(gè)該開關(guān)元件對(duì)應(yīng)于每個(gè)該感光胞。
本發(fā)明是一種線性互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體感測(cè)器黑度校正(darkcalibration)的裝置至少包括多個(gè)曝光控制元件，每個(gè)曝光控制元件用來控制至一感光胞的一第一電信通路，并位于相對(duì)應(yīng)感光胞及一共同(incommon)電壓線之間。而一具有線性感測(cè)器的掃描器黑度校正的方法，該方法至少包含使多個(gè)電信連接不能作用，這些電信連接位于線性感測(cè)器中的一共同電壓線與電信連接相對(duì)應(yīng)的感光胞之間，然后曝光感光胞即可得到黑度校正所需的參考數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的一些實(shí)施例會(huì)詳細(xì)描述如下。然而，除了詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以廣泛地在其他的實(shí)施例施行，且本發(fā)明的范圍不受限定，以其權(quán)利要求的范圍為準(zhǔn)。
圖1為傳統(tǒng)主動(dòng)光感測(cè)器的被動(dòng)光二極管感光胞結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為掃描器傳統(tǒng)黑度校正的方法之一的流程示意圖；圖3為掃描器傳統(tǒng)黑度校正的方法之二的流程示意圖；圖4為本發(fā)明應(yīng)用在掃描器黑度校正的方法的流程示意圖；及圖5為根據(jù)本發(fā)明應(yīng)用在掃描器的像素感測(cè)器的感光胞結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明的掃描器的不同部分并沒有依照尺寸繪圖。某些尺度與其他相關(guān)尺度相比已經(jīng)被夸張，以提供更清楚的描述和本發(fā)明的理解。另外，雖然在此所畫的實(shí)施例是以具有寬度與深度在不同階段的二維中顯示，應(yīng)該很清楚地了解到所顯示的區(qū)域只是掃描器的一部份，其中可能包含許多在三維空間中排列的元件。相對(duì)地，在制造實(shí)際的元件時(shí)，圖示的區(qū)域具有三維的長(zhǎng)度、寬度與高度。
本發(fā)明主要的目的是提供一掃描器的線性互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體感測(cè)器的黑度校正的裝置，其至少包括多個(gè)曝光控制元件，每個(gè)曝光控制元件用來控制至一感光胞的一第一電信通路，并位于相對(duì)應(yīng)感光胞及一共同電壓線之間。其次，多個(gè)讀取控制元件介于感光胞及一共同傳輸總線之間，這些讀取控制元件用來控制從感光胞至傳輸總線的一第二電信通路上。還有多個(gè)歸零控制元件位于旁路(bypass)上，每個(gè)旁路連接到一相對(duì)應(yīng)感光胞與讀取控制元件的通路上。而一具有線性感測(cè)器(linear sensor)的掃描器掃描一影像的方法，其至少包含使電信連接不能作用，這些電信連接位于線性感測(cè)器中的一共同電壓線與電信連接相對(duì)應(yīng)的感光胞之間；其次曝光感光胞，以偏壓電壓供應(yīng)經(jīng)由歸零控制模組歸零感光胞。再?gòu)母泄獍凶x取以得到一黑度影像數(shù)據(jù)，根據(jù)黑度影像數(shù)據(jù)計(jì)算黑度校正參數(shù)后再使電信連接有作用以掃描一般的影像。
圖4所示的為本發(fā)明應(yīng)用在掃描器上黑度校正(dark calibration)的流程圖。首先，在光感測(cè)器的感光胞中有許多曝光控制元件，為了要進(jìn)行黑度校正，關(guān)閉(turn off)曝光控制元件以阻斷感光胞的電性通路(步驟10)。感光胞因電性通路被阻斷而無作用時(shí)，開始掃描一黑度影像，而所謂的黑度影像，事實(shí)上代表在一光感測(cè)器中每一個(gè)像素的偏壓(步驟20)。這樣做的優(yōu)點(diǎn)在于黑度影像中每一個(gè)像素都可用來代表該光感測(cè)器中每個(gè)相對(duì)應(yīng)的像素的偏壓。接著，根據(jù)這些黑度影像進(jìn)行計(jì)算黑度修正參數(shù)(步驟30)；然后打開(turn on)曝光控制元件，進(jìn)行一般影像的掃描(步驟40)。
圖5為本發(fā)明可應(yīng)用在掃描器的像素感測(cè)器的感光胞示意圖。每個(gè)線性感測(cè)器的感光胞包括一光二極管PD、一讀取開關(guān)R-SW、一偏壓開關(guān)B-SW及一曝光控制開關(guān)E-SW。所有的光二極管PD(x-1)、PD(x)、PD(x+1)...，共同連接至一總線(bus)80及連接至一飽和電壓(saturated voltage)線40。而所有讀取開關(guān)R-SW(x-1)、R-SW(x)、R-SW(x+1)...，則連接至其各個(gè)相對(duì)應(yīng)的外部控制電路。再者，偏壓開關(guān)B-SW(x-1)、B-SW(x)、B-SW(x+1)...，通至其相對(duì)應(yīng)的電壓供應(yīng)及外部的歸零元件(resetdevices)。特別的是曝光控制開關(guān)E-SW(x-1)、E-SW(x)、E-SW(x+1)...，負(fù)責(zé)控制飽和電壓線40與光二極管PD之間的電性連接。
當(dāng)掃描器要執(zhí)行黑度校正時(shí)，曝光控制開關(guān)E-SW先阻斷光二極管PD與飽和電壓線40之間的通路；則對(duì)應(yīng)于每個(gè)感光胞的偏壓可作為每個(gè)感光胞的黑度影像而被讀取，以進(jìn)一步作為計(jì)算黑度校正參數(shù)的依據(jù)。當(dāng)掃描器要進(jìn)行一般影像的掃描時(shí)，只要，曝光控制開關(guān)E-SW建立光二極管PD與飽和電壓線40之間的通路即可。再者，在本較佳實(shí)施例雖以開關(guān)元件(switch devices)作為本發(fā)明的曝光控制。但任何可做為控制光二極管PD電性通路的控制元件皆可作為本發(fā)明的曝光控制。另一方面，在本較佳實(shí)施例中的光二極管也可以相似的感光元件取代。
權(quán)利要求
1.一種線性互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體感測(cè)器的黑度校正的裝置，其特征在于至少包括多個(gè)曝光控制元件，每個(gè)該曝光控制元件用來控制至一感光胞的一第一電信通路，并位于該相對(duì)應(yīng)感光胞及一共同電壓線之間。
2.如權(quán)利要求1所述的黑度校正的裝置，其特征在于更包含多個(gè)讀取控制元件介于這些感光胞及一共同傳輸總線之間，這些讀取控制元件用來控制從這些感光胞至該傳輸總線的一第二電信通路上；以及多個(gè)歸零控制元件位于多個(gè)旁路上，每個(gè)該旁路連接到一相對(duì)應(yīng)該感光胞與該讀取控制元件的通路上。
3.如權(quán)利要求2所述的黑度校正的裝置，其特征在于上述的讀取控制元件連接至一相對(duì)應(yīng)外部控制讀取的電路上。
4.如權(quán)利要求2所述的黑度校正的裝置，其特征在于上述的旁路更連接至一偏壓電壓供應(yīng)電路上。
5.如權(quán)利要求1所述的黑度校正的裝置，其特征在于上述的曝光控制元件連接至一相對(duì)應(yīng)外部控制曝光的電路上。
6.如權(quán)利要求1所述的黑度校正的裝置，其特征在于上述的曝光控制元件至少包括多個(gè)開/關(guān)開關(guān)。
7.如權(quán)利要求1所述的黑度校正的裝置，其特征在于上述的感光胞至少包括多個(gè)光二極管。
8.一種線性互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體感測(cè)器的黑度校正的裝置，其特征在于至少包括多個(gè)曝光控制元件，每個(gè)該曝光控制元件用來控制至一感光胞的一第一電信通路，并位于該相對(duì)應(yīng)感光胞及一共同(in common)電壓線之間；多個(gè)讀取控制元件介于這些感光胞及一共同傳輸總線(transferring bus)之間，這些讀取控制元件用來控制從這些感光胞至該傳輸總線的一第二電信通路上；以及多個(gè)歸零(reset)控制元件位于多個(gè)旁路(bypass)上，每個(gè)該旁路連接到一相對(duì)應(yīng)該感光胞與該讀取控制元件的通路上。
9.如權(quán)利要求8所述的黑度校正的裝置，其特征在于上述的每個(gè)讀取控制元件連接至一相對(duì)應(yīng)外部控制讀取的電路上。
10.如權(quán)利要求8所述的黑度校正的裝置，其特征在于上述的每個(gè)旁路更連接至一偏壓電壓供應(yīng)電路上。
11.如權(quán)利要求8所述的黑度校正的裝置，其特征在于上述的每個(gè)曝光控制元件連接至一相對(duì)應(yīng)外部控制曝光的電路上。
12.如權(quán)利要求8所述的黑度校正的裝置，其特征在于上述的每個(gè)曝光控制元件至少包括一開/關(guān)開關(guān)。
13.如權(quán)利要求8所述的黑度校正的裝置，其特征在于上述的每個(gè)感光胞至少包括一光二極管。
14.一種具有線性感測(cè)器的掃描器黑度校正的方法，其特征在于該方法至少包含下列步驟使多個(gè)電信連接不能作用，這些電信連接位于該線性感測(cè)器中的一共同電壓線與這些電信連接相對(duì)應(yīng)的感光胞之間；以及曝光這些感光胞。
15.如權(quán)利要求14所述的黑度校正的方法，其特征在于更包含以多個(gè)偏壓電壓供應(yīng)經(jīng)由多個(gè)歸零控制模組歸零這些感光胞；從這些感光胞中讀取數(shù)據(jù)；以及根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算多個(gè)黑度校正參數(shù)。
16.如權(quán)利要求14所述的黑度校正的方法，其特征在于其中的使這些電信連接不能作用的步驟由多個(gè)曝光控制元件執(zhí)行，每個(gè)該曝光控制元件相對(duì)應(yīng)于每個(gè)該感光胞。
17.如權(quán)利要求16所述的黑度校正的方法，其特征在于上述的曝光控制元件至少包含多個(gè)開關(guān)元件，用以控制這些電信連接。
18.如權(quán)利要求14所述的黑度校正的方法，其特征在于上述的曝光控制元件更可以使這些電信連接有作用。
19.一種具有線性感測(cè)器的掃描器掃描一影像的方法，其特征在于該方法至少包含使多個(gè)電信連接不能作用，這些電信連接位于該線性感測(cè)器中的一共同電壓線與這些電信連接相對(duì)應(yīng)的感光胞之間；曝光這些感光胞；以多個(gè)偏壓電壓供應(yīng)經(jīng)由多個(gè)歸零控制模組歸零這些感光胞；從這些感光胞中讀取，以得到一黑度影像數(shù)據(jù)；根據(jù)這些黑度影像數(shù)據(jù)計(jì)算多個(gè)黑度校正參數(shù)；以及使這些電信連接有作用。
20.如權(quán)利要求19所述的黑度校正的方法，其特征在于上述的使這些電信連接有作用及不能作用的步驟由多個(gè)開關(guān)元件執(zhí)行，每個(gè)該開關(guān)元件對(duì)應(yīng)于每個(gè)該感光胞。
全文摘要
一種線性互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體感測(cè)器的黑度校正(darkcalibration)裝置,至少包括多個(gè)曝光控制元件,每個(gè)曝光控制元件用來控制至一感光胞的一第一電信通路,并位于相對(duì)應(yīng)感光胞及一共同(incommon)電壓線之間。而一具有線性感測(cè)器的掃描器黑度校正的方法,該方法至少包含使多個(gè)電信連接不能作用,此些電信連接位于線性感測(cè)器中的一共同電壓線與電信連接相對(duì)應(yīng)的感光胞之間,然后曝光感光胞即可得到黑度校正所需的參考數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)H04N1/40GK1384659SQ0111612
公開日2002年12月11日 申請(qǐng)日期2001年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月9日
發(fā)明者李鎮(zhèn)河 申請(qǐng)人:力捷電腦股份有限公司