一种暗电流实时校准的图像传感器及校准方法技术

本发明专利技术公开了一种暗电流实时校准的图像传感器，包括至少一个像素单元组成的像素阵列，所述像素单元包括像素感光部分、像素遮光部分和减法电路，所述像素感光部分和像素遮光部分中的光电管被深隔离槽隔离，所述像素遮光部分表面覆盖遮光层；所述像素感光部分和像素遮光部分都采用相同的电压和时序控制，产生的有光环境电压信号和无光环境电压信号，同时接入到减法电路的两端，来实现上述有光环境电压信号和无光环境电压信号之间的减法和暗电流校准。本发明专利技术提供的一种暗电流实时校准的图像传感器可以使得暗电流校准在像素内直接完成，还可以更好地遮蔽暗像素部分，使得暗电流和暗噪声校准数值更加准确。

【技术实现步骤摘要】
一种暗电流实时校准的图像传感器及校准方法
本专利技术涉及集成电路领域，具体涉及一种暗电流实时校准的图像传感器及校准方法。
技术介绍
图像传感器是一种通过感知光照强弱并输出一幅强度图的探测器。因此，准确得输出每个像素点上用于表达光线绝对强弱的信号是图像传感器的一个关键指标。图像传感器的像素阵列中，一般通过在整个传感器芯片的上下两侧，添加几行暗像素阵列，即用一些不透光材料来遮蔽部分像素阵列并使其接收不到光照，来用于校准感光像素阵列部分所探测到的光信号绝对值，如附图1所示。因为，一般感光像素的输出中，既包括了光生信号，也包括了由各种漏电导致的暗信号以及暗噪声，两者以互相叠加的形式输出。但能实际反映光照强度的部分，仅仅是光生信号部分。因此，图像传感器阵列，通常由一整块感光像素阵列和分布在芯片四周的几行或者几列暗像素阵列组成，并通过这些暗像素行或者列来进行暗电流，暗噪声的校准。然而，芯片在工作时，芯片上各个区域的温度分布并不均匀，因此当芯片的暗电流恰恰是一个随温度而变化的量时，仅仅依靠芯片边缘区域的几行暗像素进行暗电流校准显然不够准确，图像传感器芯片范围内暗电流的非均匀分布，首先来源于整块芯片上不同位置的工作温度的差异，而暗电流与温度成正比例关系。图像传感器中模拟电路是芯片上最大的发热源，目前的产品中，模拟电路模块一般平均的分布在芯片的上下两侧边缘。因此，整块芯片上的温度变化，也会从上下两侧依次往中心点，从高到低的变化，如附图2所示，基于此，假设均匀的工艺参数分布，暗电流因此也随着芯片边缘往中心位置的过渡，而呈现从高到底的变化。所以，传统地采用摆放在芯片边缘或者像素阵列边缘的固定位置的几行或者几列被遮光的暗像素阵列来校准整个感光像素阵列的暗电流会面临准确性上的挑战。因为暗像素的阵列的暗电流大小和感光像素阵列上暗电流大小可能存在较大的差距。同时，即使在一个感光像素阵列上，每个像素点的暗电流也因为温度的波动而存在很大的偏差。同时，暗电流或者漏电流的产生，也决定于工艺制程的均匀性，即每平方微米内的各种工艺缺陷和器件偏差都可能存在一定的数值波动，要求在整个像素阵列上都满足一定的工艺制程均匀性也相当困难，基于几行暗像素的校准也因此会面临工艺均匀性的挑战。图像传感器也多采用逐行读出的方式，在整个读出的过程中，每个像素经历的读出环境不一样，因此传统的，采用固定位置的几行或者几列暗像素进行信号校准缺乏实时性。并且，采用芯片边缘的暗像素阵列的方法，需要把整个像素阵列的信号全部读出，然后再进行信号校准，操作上既不便利也不具备实时性而引入校准误差。最后，芯片边缘的暗像素阵列，也需要用金属等遮光层掩盖，以避免接收光照，由于像素内的金属互联以及外部控制信号线连接方式的限制，一般都采用第三层金属以上的遮光层，意味着遮挡层与光电管之间存在着一定的高度差，导致还是会有一部分光线会漏过去，导致暗像素的暗电流电位高于真正的暗环境下的输出。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题为提供一种暗电流实时校准的图像传感器及校准方法，可以使得暗电流校准在像素内直接完成，而且操作上更具备简洁性，通过采用本专利技术的结构还可以更好地遮蔽暗像素部分，使得暗电流和暗噪声校准数值更加准确。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种暗电流实时校准的图像传感器，包括至少一个像素单元组成的像素阵列，所述像素单元包括像素感光部分、像素遮光部分和减法电路，所述像素感光部分和像素遮光部分均包含光电管、传输晶体管、悬浮点FD、复位晶体管和源跟随晶体管，所述像素感光部分和像素遮光部分中的光电管被深隔离槽隔离，所述像素遮光部分表面覆盖遮光层，用来屏蔽外界入射光；所述像素感光部分和像素遮光部分都采用相同的电压和时序控制，产生的有光环境电压信号和无光环境电压信号，同时接入到减法电路的两端，来实现上述有光环境电压信号和无光环境电压信号之间的减法和暗电流校准。进一步地，所述遮光层包括金属遮光层。进一步地，所述遮光层还包括依次覆盖字所述金属遮光层上的红色滤波片、绿色滤波片和蓝色滤光片。进一步地，所述红色滤波片、绿色滤波片和蓝色滤光片的上下位置可以互换。进一步地，所述光电管的上方为平坦化层，所述平坦化层中含有多个金属隔栅，所述金属隔栅位于所述深隔离槽的上方。进一步地，所述像素遮光部分中光电管的面积小于所述像素感光部分中光电管的面积。进一步地，所述深隔离沟槽中填充金属氧化物形式的高介电材料。进一步地，所述像素感光部分包括感光光电管、感光传输晶体管、感光复位晶体管和感光源跟随晶体管；所述像素遮光部分包括遮光光电管、遮光传输晶体管、遮光复位晶体管和遮光源跟随晶体管；所述减法电路包括感光开关晶体管、遮光开关晶体管、复位开关晶体管、电容和输出晶体管；具体电路连接关系为：所述感光光电管连接所述感光传输晶体管的源极，所述感光传输晶体管的栅极连接传输管TX信号，所述感光传输晶体管的漏极同时连接所述感光复位晶体管的源极和所述感光源跟随晶体管的栅极，形成悬浮点FD1，所述感光复位晶体管的栅极连接复位晶体管RST信号，所述感光复位晶体管的漏极连接电源VDD；所述感光源跟随晶体管的源极连接电源VDD，漏极同时连接偏置电流和所述感光开关晶体管的源极；所述感光开关晶体管的栅极连接第一开关信号，所述感光开关晶体管的漏极连接电容的一端，电容的另一端同时连接所述复位开关晶体管的源极和所述输出晶体管的源极，所述输出晶体管的漏极用于输出信号，所述输出晶体管的栅极连接行选信号ROW；所述复位开关晶体管的漏极接地，栅极连接复位开关信号SET；所述遮光光电管连接所述遮光传输晶体管的源极，所述遮光传输晶体管的栅极连接传输管TX信号，所述遮光传输晶体管的漏极同时连接遮光复位晶体管的源极和所述遮光源跟随晶体管的栅极，形成悬浮点FD2，所述遮光复位晶体管的栅极连接复位晶体管RST信号，所述遮光复位晶体管的漏极连接电源VDD；所述遮光源跟随晶体管的源极连接电源VDD，所述遮光源跟随晶体管的漏极同时连接偏置电流和遮光开关晶体管的源极；所述遮光开关晶体管的栅极连接第二开关信号，漏极与所述感光开光晶体管的漏极一起连接电容的一端。进一步地，晶体管中的源极和漏极可以互换。本专利技术提供的一种采用暗电流实时校准的图像传感器进行暗电流校正的方法，包括如下步骤：S01：在t1时刻，行选信号ROW由低变高，随后保持高电平，同时在t1时刻复位开关信号SET信号由低变高，打开复位开关晶体管，在t2时刻复位开关信号SET变低；S02：在t3时刻，复位晶体管RST信号由低变高，将FD1点和FD2复位，在t4时刻复位晶体管RST信号变低；S03：在t5时刻，第一开关信号由低变高，感光开关晶体管导通，在t6时刻，第一开关信号变低；S04：在t7时刻，第二开关信号由低变高，遮光开关晶体管导通，在t8时刻，第二开关信号变低；S05：在t9时刻，复位开关信号SET由低变高，在t10时刻，复位开关信号SET变低；S06：在t11时刻传输管TX信号由低变高，在t12时刻，传输管TX信号变低；S07：在t13时刻，第一开关信号由低变高，感光开关晶体管导通，在t14时刻，第一开关信号变低；S08：在t15时刻，第二开关信号由低变高，遮光开关晶体管导通，在t16时刻，第二开关信号变低，在t1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种暗电流实时校准的图像传感器，包括至少一个像素单元组成的像素阵列，其特征在于，所述像素单元包括像素感光部分、像素遮光部分和减法电路，所述像素感光部分和像素遮光部分均包含光电管、传输晶体管、悬浮点FD、复位晶体管和源跟随晶体管，所述像素感光部分和像素遮光部分中的光电管被深隔离槽隔离，所述像素遮光部分表面覆盖遮光层，用来屏蔽外界入射光；所述像素感光部分和像素遮光部分都采用相同的电压和时序控制，产生的有光环境电压信号和无光环境电压信号，同时接入到减法电路的两端，来实现上述有光环境电压信号和无光环境电压信号之间的减法和暗电流校准。

【技术特征摘要】
1.一种暗电流实时校准的图像传感器，包括至少一个像素单元组成的像素阵列，其特征在于，所述像素单元包括像素感光部分、像素遮光部分和减法电路，所述像素感光部分和像素遮光部分均包含光电管、传输晶体管、悬浮点FD、复位晶体管和源跟随晶体管，所述像素感光部分和像素遮光部分中的光电管被深隔离槽隔离，所述像素遮光部分表面覆盖遮光层，用来屏蔽外界入射光；所述像素感光部分和像素遮光部分都采用相同的电压和时序控制，产生的有光环境电压信号和无光环境电压信号，同时接入到减法电路的两端，来实现上述有光环境电压信号和无光环境电压信号之间的减法和暗电流校准。2.根据权利要求1所述的一种暗电流实时校准的图像传感器，其特征在于，所述遮光层包括金属遮光层。3.根据权利要求2所述的一种暗电流实时校准的图像传感器，其特征在于，所述遮光层还包括依次覆盖字所述金属遮光层上的红色滤波片、绿色滤波片和蓝色滤光片。4.根据权利要求3所述的一种暗电流实时校准的图像传感器，其特征在于，所述红色滤波片、绿色滤波片和蓝色滤光片的上下位置可以互换。5.根据权利要求1所述的一种暗电流实时校准的图像传感器，其特征在于，所述光电管的上方为平坦化层，所述平坦化层中含有多个金属隔栅，所述金属隔栅位于所述深隔离槽的上方。6.根据权利要求1所述的一种暗电流实时校准的图像传感器，其特征在于，所述像素遮光部分中光电管的面积小于所述像素感光部分中光电管的面积。7.根据权利要求1所述的一种暗电流实时校准的图像传感器，其特征在于，所述深隔离沟槽中填充金属氧化物形式的高介电材料。8.根据权利要求1所述的一种暗电流实时校准的图像传感器，其特征在于，所述像素感光部分包括感光光电管、感光传输晶体管、感光复位晶体管和感光源跟随晶体管；所述像素遮光部分包括遮光光电管、遮光传输晶体管、遮光复位晶体管和遮光源跟随晶体管；所述减法电路包括感光开关晶体管、遮光开关晶体管、复位开关晶体管、电容和输出晶体管；具体电路连接关系为：所述感光光电管连接所述感光传输晶体管的源极，所述感光传输晶体管的栅极连接传输管TX信号，所述感光传输晶体管的漏极同时连接所述感光复位晶体管的源极和所述感光源跟随晶体管的栅极，形成悬浮点FD1，所述感光复位晶体管的栅极连接复位晶体管RST信号，所述感光复位晶体管的漏极连接电源V...

【专利技术属性】
技术研发人员：段杰斌，李琛，王鹏飞，周涛，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，成都微光集电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31