[发明专利]一种抑制太阳黑子效应的图像传感器读出电路及读出方法

说明书

本发明公开了一种抑制太阳黑子效应的图像传感器读出电路，包括检测单元，比较器和计数器，所述检测单元包括两个输入端、一个使能控制端和一个输出端，其中，所述检测单元的两个输入端分别连接像素单元输出端和参考电压，所述检测单元的使能控制端连接使能信号，所述检测单元输出端连接所述计数器输入端，所述比较器的一端连接所述像素单元输出端，另一端连接斜波信号，所述比较器的输出端连接所述计数器输入端，所述计数器输出端输出所述像素单元的曝光数字量。本发明提供的一种抑制太阳黑子效应的图像传感器读出电路，可以确保在强光照射发生太阳黑子效应时，图像不会出现异常的黑点，且不影响图像质量。

技术领域

本发明涉及图像传感器读出电路领域，具体涉及一种抑制太阳黑子效应的图像传感器读出电路及读出方法。

背景技术

强光照下，CIS(CMOS图像传感器)中像素单元的光电二极管会产生多余的光电子，这些光电子积累在像素单元的浮空节点FD，使得像素单元复位电压大大降低，进而导致后续读出电路中相关双采样(CDS)失效，这些像素单元所对应的复位电压值比实际值偏小，CIS图像上将出现黑点，这就是太阳黑子效应。为了避免这种情况，传统的CIS设计中会加入像素输出钳位电路，在复位电压读出阶段，该钳位电路能将像素输出保持在一个不太低的电压，以保证读出电路CDS功能的正常。但钳位电路输出的钳位电压会受温度、工艺等因素的影响发生波动。钳位电压过低达不到完全抑制太阳黑子的效果，过高会导致CDS出现误差而使图像质量变差。

请参阅附图1和附图3，在一个行曝光CIS的读周期中，首先像素单元输出复位电压VRST，也即像素单元输出端PIX_OUT电压为VRST。之后，像素单元输出曝光电压VSIG，也即像素单元输出端PIX_OUT电压为曝光电压VSIG。ΔV＝VRST-VSIG为与实际光照强度成比例的电压量。读出电路则是将ΔV转换为二进制数字量，再给系统进行下一步处理。读出电路一般采用的是单斜ADC(模数转换器)，其模数转换主要分为两个阶段，首先像素单元输出端PIX_OUT的复位电压VRST会与第一个斜波信号RAMP进行比较，第一个斜波信号RAMP由初始值开始降低时，计数器CNT开始计数，当RAMP低于像素单元输出端PIX_OUT的复位电压VRST时，比较器CMP输出会发生由低跳高的翻转，这时CNT停止计数，有效计数时间为t1，t1计数时间对应的二进制数码D1会被存储，如附图3所示，该阶段标记为VR；其次，像素单元输出端PIX_OUT输出的曝光电压VSIG会与第二个斜波进行比较，当RAMP低于像素单元输出端PIX_OUT输出的曝光电压VSIG时，CMP翻转，CNT停止计数，有效计数时间为t2，如附图3所示，该阶段标记为VS。VS结束后，计数器CNT中t2对应的二进制数码D2会减去t1对应的D1，D2-D1＝ΔD＝DOUT，则为经模数转换后的与光照强度成比例的数字量，也即ΔD为ΔV的数字量。D2-D1也同时实现了将像素单元输出的固定噪声减去的作用，因为像素单元引入的固定噪声是不随时间而变化的，这一减去固定噪声的过程称为CDS。

CIS在强光照射时，像素单元中的感光二极管PD会产生额外的光电子，这些光电子会溢出到浮空节点FD，使得像素单元复位电压偏低，如图3所示，正常的PIX_OUT输出为PIX_OUT_N，太阳黑子效应下，实际输出为PIX_OUT_E，导致VR的计数值明显过大，也即D1偏大，最终使得D2-D1<ΔD，那么该像素单元在图像上呈现为偏暗。