[发明专利]图像传感装置及其操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像传感技术，特别是涉及图像传感装置及其操作方法。

背景技术

众所周知，图像传感器是一种能将光学图像转换成电信号的半导体器件。图像传感器大体上可以分为电荷耦合元件（Charge-Coupled Device，简称CCD）和互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor，简称CMOS）图像传感器。

无论是CCD还是CMOS图像传感器，都是通过逐个扫描每个像素的方式读出感光信号，当光照射到一个像素单元上时，诸如光电二极管之类的光敏装置被充电到一个对应于入射到该像素上的光量的电平。一旦电荷被存储在该光敏装置上，该电荷可用来产生表示相应光级（light level）的电脉冲。该电脉冲通常表示为电压，可根据已知的模拟和数字处理方法进行处理和存储。

但是图像传感器在感光阶段，由光和电的基本性质所引起的噪声，如电流，是由电子或空穴粒子的集合，定向运动所形成。因这些粒子运动的随机性而形成的噪声叫做散粒噪声，CCD或CMOS图像传感器的读出方法对于那些存在噪声信号的像素单元，在读出阶段会同时将噪声信号读出，从而降低了图像的质量。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一图像传感装置及其操作方法，用于解决现有技术中像素单元曝光时间不均匀，图像传感时散粒噪声较大，从而影响图像真实性的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一图像传感装置及其操作方法，所述图像传感装置至少包括：像素阵列和读出电路，其中，

所述像素阵列包括多个子阵列，每个子阵列包括i×j个像素单元，其中，i为行数，j为列数，i≥2，j≥2，所述像素单元除了包括控制栅、源极和漏极，还包括半浮栅，所述半浮栅的掺杂类型与源极、漏极的掺杂类型相反；所述半浮栅以栅氧化层为间隔的覆盖所述像素单元沟道区表面，并部分延伸至漏极表面，且与漏极接触并形成一嵌入式感光元件，所述感光元件通过感光采集发光器件的发光信号；

同一行像素单元的控制栅极接同一条字线，漏极接同一条控制线，同一列像素单元的源极接位线，每个子阵列中的像素单元在预定的字线和控制线电压作用下同时感光，并产生i×j个像素单元的输出电流I，由位线输出至所述读出电路；

所述读出电路用于汇集并平均化所述输出电流I，并将平均化后的电流I/(i×j)转换为电压输出至外部电路。

优选地，每条位线的末端设有一开关晶体管，连接所述读出电路。

优选地，所述读出电路包括一电流镜、一电压产生器和一模数转换器，其中，

所述电流镜用于将子阵列中i×j个像素单元的输出电流I平均化为I/(i×j)；

所述电压产生器连接所述电流镜和模数转换器，用于将所述电流镜的输出电流I/(i×j)转换为电压，并输出至所述模数转换器；

所述模数转换器用于将电压信号转换为数字信号，并输出至外部电路。

优选地，所述电压产生器包括一运算放大器和一电阻，其中，

所述运算放大器的同相输入端连接所述电流镜，反相输入端连接公共接地端，输出端连接所述模数转换器；

所述电阻连接所述运算放大器的同相输入端和输出端。

优选地，所述电流镜包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管的沟道宽长比为第二晶体管的沟道宽长比为的i×j倍。

优选地，所述子阵列为方阵，i和j满足i=j。

相应地，本发明还提供了一种图像传感装置的读出方法，所述方法包括：

步骤1：导通第m、m+1…m+i-1行和第n、n+1…n+j-1列的像素单元，截断像素阵列中的其他像素单元，所述读出电路将所述导通的像素单元的读出电流汇集并平均化，作为第m+1行和第n+1列的像素单元的读出电流，转换为电压输出至外部电路；

步骤2：按照步骤1读出第m+1行和第n+2列的像素单元，直至读出第m+1行所有像素单元；

步骤3：按照步骤1和2读出第m+2行所有像素单元，直至读完所述像素阵列中的所有像素单元。

优选地，所述像素阵列边缘的像素单元不读出。

优选地，所述像素单元的操作时序为：

复位阶段：所述像素单元的控制栅极置于高电平，漏极置于低电平，所述像素单元的嵌入式感光元件正偏，半浮栅中的电荷排出，电压恢复到初始值；

曝光阶段：所述像素单元的控制栅极置于低电平，漏极置于高电平，嵌入式感光元件反向击穿，所述像素单元的阈值电压降低；