專利名稱：圖像傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及圖像處理領域，特別涉及一種圖像傳感器。
背景技術：
CMOS圖像傳感技術是一種基于CMOS工藝的技術，在近十年來得到了快速的發(fā)展。 CMOS圖像傳感器通過集成的模擬和數(shù)字電路對圖像進行采集、傳輸、處理以及輸出。這種技 術相比較于其他類型的圖像傳感技術，具有集成度高、功耗低、成本低、功能強大等優(yōu)點，是 一種有著廣闊前景的技術。現(xiàn)有的一種圖像傳感器。如圖1所示，包括像素陣列10、二次采樣電路20和模數(shù) 轉換電路30。其中，像素陣列10內(nèi)具有陣列排列的標準像素單元11，所述標準像素單元11 用于采集光信號，并將其轉換為電信號，即光轉換后電信號?，F(xiàn)有技術中通常是采用對所述 像素陣列10逐行掃描的方式獲取所述像素陣列10輸出的光轉換后電信號，然后將每行像 素陣列10輸出的所述光轉換后電信號并行傳輸?shù)蕉尾蓸与娐?0，每個二次采樣電路20 對應一列標準像素單元11。所述像素陣列10工作的周期包括充電周期和積分周期。所述 二次采樣電路20獲取標準像素單元11在充電周期和積分周期的采集的光轉換后電信號， 也就是第一次在充電周期結束后直接采樣，并存儲第一次采樣結果，由于第一次采樣是在 充電周期結束后，因此所述第一次采樣結果僅包含了疊加有第一次采樣時刻噪聲信號的電 源信號，不包括光轉換后電信號；第二次在積分周期結束后直接采樣，并存儲第二次采樣結 果，所述第二次采樣結果包含了疊加有第二次采樣時刻噪聲信號的電源信號和光轉換后電 信號，然后第二次和第一次采樣結果的做差，獲得實際的光轉換后電信號，但是這樣僅在兩 次采樣時噪聲完全相同時才可以完全消除噪聲。二次采樣電路20將光轉換后電信號串行 輸入到模數(shù)轉換電路30，將模擬的電壓值轉換為數(shù)字信號，數(shù)字信號再經(jīng)過后續(xù)的處理電 路40的分析和處理之后輸出顯示圖像。例如在公開號“ CN 101494728A”的中國專利文獻中公開了 一種用于消除圖像傳感 器噪聲的方法。但是上述方法都僅僅能消除第一次采樣和第二次采樣時的一些公共的噪 聲，而不能徹底解決噪聲問題。

實用新型內(nèi)容本實用新型解決的技術問題提供一種圖像傳感器，提高圖像傳感器顯示圖像的質量。為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種圖像傳感器，其特征在于，包括像素陣列，所述像素陣列的每一行包括標準像素單元和暗像素單元；噪聲采集電路，用于利用暗像素單元在第一次和第二次采集的疊加有電源噪聲的 電源信號，得到電源噪聲差；像素單元信號輸出電路，用于根據(jù)標準像素單元在第一次采集的疊加有電源噪聲 的電源信號和在第二次采集的疊加有電源噪聲、電源信號的光轉換后電信號，得到疊加有電源噪聲差的光轉換后電信號，所述暗像素單元和所述標準像素單元的第一次采集為同時 采集，所述暗像素單元和所述標準像素單元的第二次采集為同時采集；噪聲去除電路，用于從所述疊加有電源噪聲差的光轉換后電信號中去除所述電源
噪聲差。優(yōu)選的，所述像素陣列的每一行包括4至8個所述暗像素單元。優(yōu)選的，所述暗像素單元包括與標準像素單元相同的結構和不透光層，所述不透 光層覆蓋與標準像素單元相同的結構。優(yōu)選的，所述暗像素單元包括感光二極管，在所述感光二極管上覆蓋有不透光層。優(yōu)選的，所述暗像素單元還包括第一 NMOS管、第二 NMOS管、第三NMOS管、第四 NMOS管和感光二極管，所述感光二極管的正極電連接地，負極電連接所述第一 NMOS管的源 極，所述第一 NMOS管的柵極輸入電源信號，所述第一 NMOS管的漏極電連接第二 NMOS管的 源極，所述第二 NMOS管的漏極和柵極輸入電源信號，所述第三NMOS管的漏極輸入電源信 號，所述第三NMOS管的柵極電連接所述第一 NMOS管的漏極，所述第三NMOS管的源極電連 接第四NMOS管的源極，所述第四NMOS的柵極輸入選通信號，所述第四NMOS漏極為輸出端。優(yōu)選的，所述像素陣列中每一行的所述暗像素單元排列在相同的列中；所述噪聲采集電路包括采樣單元，用于獲得第一次和第二次每一列暗像素單元采集的疊加有電源噪聲的 電源信號；處理單元，用于對同一行的暗像素單元第一次采集的疊加有電源噪聲的電源信號 求平均，對同一行的暗像素單元第二次采集的疊加有電源噪聲的電源信號求平均，并以所 述平均后的第二次的疊加有電源噪聲的電源信號作為參考信號對所述平均后的第一次的 疊加有電源噪聲的電源信號進行差分放大，得到電源噪聲差；模數(shù)轉換單元，用于將處理單元輸出的差分的模擬形式的電源噪聲差轉化為數(shù)字 形式的電源噪聲差。優(yōu)選的，所述處理單元包括差分輸入差分輸出形式的差分放大器，在所述差分放 大器的正向輸入端和反向輸出端之間并聯(lián)的第五開關和第三電容以及在差分放大器的反 向輸入端和正向輸出端之間并聯(lián)的第六開關和第四電容。優(yōu)選的，所述采樣單元包括電連接在所述暗像素單元的輸出端和第一節(jié)點之間的第一開關，電連接在所述暗 像素單元的輸出端和第二節(jié)點之間的第二開關，電連接在第一節(jié)點和地之間的第一電容和 電連接在第二節(jié)點和地之間的第二電容，電連接在第一節(jié)點和差分放大器正向輸入端的第 三開關，電連接在第二節(jié)點和差分放大器反向輸入端的第四開關。優(yōu)選的，所述像素單元信號輸出電路包括二次采樣單元，用于獲得第一次標準像素單元采集的疊加有電源噪聲的電源信號 和第二次標準像素單元采集的疊加有電源噪聲、電源信號的光轉換后電信號，并輸出差分 的模擬形式的疊加有所述電源噪聲差的光轉換后電信號；模數(shù)轉換單元，用于將所述二次采樣電路輸出的模擬形式的光轉換后電信號轉換 為數(shù)字形式的光轉換后電信號。[0026]優(yōu)選的，所述二次采樣電路包括采樣單元，用于獲得第一次標準像素單元采集的疊加有電源噪聲的電源信號和第 二次標準像素單元采集的疊加有電源噪聲、電源信號的光轉換后電信號；差分放大器，用于以第一次的疊加有電源噪聲的電源信號作為參考信號對第二次 的疊加有電源噪聲、電源信號的光轉換后電信號進行差分放大，所述差分放大器為差分輸 入差分輸出，在差分放大器的正向輸入端和反向輸出端之間并聯(lián)有第五開關和第三電容； 在差分放大器的反向輸入端和正向輸出端之間并聯(lián)有第六開關和第四電容。優(yōu)選的，還包括電連接在在所述噪聲采集電路和所述噪聲去除電路之間的存儲 器，用于存儲所述電源噪聲差，并將存儲之后的電源噪聲差發(fā)送給所述噪聲去除電路；還包括電連接在所述像素單元信號輸出電路和所述噪聲去除電路之間的存儲器， 用于存儲疊疊加有電源噪聲差的光轉換后電信號，并將存儲之后的疊加有電源噪聲差的光 轉換后電信號發(fā)送給所述噪聲去除電路。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型主要具有以下優(yōu)點本實用新型通過在圖像傳感器中設置噪聲采集電路，并且將所述噪聲采集電路采 集到的電源噪聲差從所述標準像素采集到的疊加有電源噪聲差的光轉換后電信號中去除， 從而提高了提高了圖像傳感器的精確度。

通過附圖中所示的本實用新型的優(yōu)選實施例的更具體說明，本實用新型的上述及 其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。并未 刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本實用新型的主旨。圖1是一種現(xiàn)有的圖像傳感器的結構示意圖；圖2是本實用新型的圖像傳感器的結構示意圖；圖3為圖2所示的圖像傳感器中暗像素單元一實施例的電路圖；圖4為圖2所示的圖像傳感器中標準像素單元一實施例的電路圖；圖5為圖2所示的圖像傳感器中噪聲采集電路一實施例的示意；圖6為圖2所示的圖像傳感器中像素單元信號輸出電路的電路圖；圖6a為另一優(yōu)選實施例的圖像傳感器結構示意圖；圖7為所述圖像傳感器的工作時序圖。
具體實施方式
由背景技術可知，現(xiàn)有的圖像傳感器當兩次采樣時噪聲不完全相同時就不能完全 消除噪聲，而僅僅能夠消除一些公共的噪聲。而在現(xiàn)有的CMOS圖像傳感器中，電源通常存 在噪聲，而且這種電源噪聲一直在變化，在讀取每一行像素單元的時候這種電源噪聲會疊 加到輸出的光轉換后電信號上來。由于電源噪聲一直在變化，使得在不同時刻的電源噪聲 不同，例如在第一次采樣和第二次采樣時的電源噪聲不同，因此在第一次采樣和第二次采 樣時疊加到像素單元輸出的光轉換后電信號上的電源噪聲就會有差別，然而后續(xù)電路沒有 辦法消除這種電源噪聲差，從而造成圖像表現(xiàn)為在行方向上存在明顯閃爍，因為暗光下光 轉換后電信號強度本身就很小，電源噪聲差的強度有可能會達到光轉換后電信號的強度，甚至在最糟糕的情況下噪聲會淹沒光轉換后電信號，因此上述問題在暗光情況更為明顯。雖然一般的像素陣列的電源都是獨立供電，這樣會減少電源由于受到外圍電路的 影響而產(chǎn)生的幾十毫伏的噪聲，使噪聲下降到十幾毫伏以下；但即使在這種情況下也很難 避免電源本身的噪聲，因為即使是十幾毫伏的噪聲波動對與暗光下的幾十毫伏的信號相 比，也是一個很大的信號損失了。因此所述的噪聲問題是人們比較關注的有待解決的重要 問題。為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，
以下結合附圖對本 實用新型的具體實現(xiàn)方式做詳細的說明。圖2是本實用新型的圖像傳感器的結構示意圖， 如圖2所示，本實用新型的圖像傳感器包括像素陣列110、噪聲采集電路112、像素單元信 號輸出電路114和噪聲去除電路116，除此之外還可以包括模擬信號處理電路和數(shù)字信號 處理電路(為了申請文件的簡潔模擬信號處理電路和數(shù)字信號處理電路均未圖示，未詳細 說明)。在圖2所示的圖像傳感器中，所述像素陣列110包括陣列排列的標準像素單元1101 和不采光(即不接收外接光線)的暗像素單元1102，所述像素陣列110工作周期分為充電 周期和積分周期。所述標準像素單元1101用于采集光轉換后電信號，其包括第一次采集 和第二次采集，所述第一次采集是在充電周期，第二次采集是在積分周期。所述標準像素單 元1101第一次采集疊加有電源信號的電源噪聲，第二次采集疊加有電源信號和電源噪聲 的光轉換后電信號。所述暗像素單元1102用于采集疊加有電源噪聲的電源信號，同樣其也 包括第一次采集和第二次采集，所述第一次采集是在充電周期，第二次采集是在積分周期。 所述標準像素單元1101的結構可以為本領域技術人員熟知的像素單元結構。像素陣列的 每一行可以包括1個或多個暗像素單元，每一行的暗像素單元數(shù)量越多則采集的電源噪聲 在求平均后越精確，但是暗像素單元數(shù)量越多占用的面積越大，因此優(yōu)選的，所述像素陣列 的每一行包括4至8個所述暗像素單元。在圖2所示的圖像傳感器中，僅對像素陣列的每 一行具有2個暗像素單元的情況進行了說明。由于每一個暗像素單元采集的電源噪聲通過 噪聲采集電路112輸出，圖2所示的圖像傳感器中，優(yōu)選的將所述2個暗像素單元排列為兩 列，這樣可以將同一列暗像素單元連接到同一個噪聲采集電路112，因此簡化了電路結構。所述暗像素單元1102不接收外接光線，直接輸出疊加有電源噪聲的電源信號，因 此可以采集兩次疊加有電源噪聲的電源信號，第一次在充電周期，第二次在積分周期，由于 電源噪聲會發(fā)生變化，因此兩次輸出的結果不同。所述噪聲采集電路112可以利用暗像素 單元1102第二次(在積分周期)采集的疊加有電源噪聲的電源信號和第一次(即在充電 周期)采集的疊加有電源噪聲的電源信號求差，得到像素單元1100的電源噪聲差，所述電 源噪聲差是指第二次采樣時的電源噪聲與第一次采樣時的電源噪聲的差值。由于標準像素單元1101和暗像素單元1102同時進行兩次采樣，即第一次在充電 周期，第二次在積分周期。在充電周期后，標準像素單元1101直接輸出疊加有第一次采樣 時刻電源噪聲的電源信號，在積分周期后，直接輸出疊加有第二次采樣時刻電源噪聲和電 源信號的光轉換后電信號。所述像素單元信號輸出電路114利用標準像素單元1101在第 一次和第二次采樣的光轉換后電信號求差，就得到疊加有電源噪聲差的光轉換后電信號。由上可知，所述噪聲采集電路112可以獲得所述電源噪聲差，所述像素單元信號 輸出電路114可以獲得所述疊加有電源噪聲差的光轉換后電信號，因此噪聲去除電路116 可以利用所述噪聲采集電路112獲得的電源噪聲差，將所述像素單元信號輸出電路114獲得的疊加有電源噪聲差的光轉換后電信號中的電源噪聲差去除，例如用所述像素單元信號 輸出電路114輸出的疊加有電源噪聲差的光轉換后電信號減去所述噪聲采集電路112輸出 的電源噪聲差。下面結合圖3至圖6，對本實用新型的圖像傳感器一優(yōu)選實施例進行詳細說明。圖 3為圖2所示的圖像傳感器中暗像素單元一實施例的電路圖；圖4為圖2所示的圖像傳感 器中標準像素單元一實施例的電路圖；圖5為圖2所示的圖像傳感器中噪聲采集電路一實 施例的示意；圖6為圖2所示的圖像傳感器中像素單元信號輸出電路的電路圖。在本實施例中圖像傳感器的結構和上述實施例中相同，具體的，包括像素陣列 110、噪聲采集電路112、像素單元信號輸出電路114和噪聲去除電路116。如圖3所示，所述標準像素單元1101包括第一 NMOS管T21、第二 NMOS管T22、第 三NMOS管T23、第四NMOS管T24和感光二極管PD2，所述感光二極管PD2的正極電連接地， 負極電連接所述第一 NMOS管T21的源極，所述第一 NMOS管T21的柵極接收傳輸信號TX，所 述第一 NMOS管T21的漏極電連接第二 NMOS管T22的源極，所述第二 NMOS管T22的漏極接 收電源信號VDD，所述第二 NMOS管T22的柵極接收復位信號RST，所述第三NMOS管T23的 漏極接收電源信號VDD，所述第三NMOS管T23的柵極電連接所述第一 NMOS管T21的漏極， 所述第三NMOS管T23的源極電連接第四NMOS管T24的源極，所述第四NMOS管T24的柵極 接收選通信號SEL，所述第四NMOS管T24漏極作為輸出端0UT2。在充電周期，對標準像素單元進行第一次采樣，第一次采樣后輸出的是疊加有第 一次采樣時刻電源噪聲的電源信號。在積分周期，對標準像素單元進行第二次采樣，第二次 采樣后輸出的是疊加有第二次采樣時刻噪聲、電源信號的光信號。例如在一具體實現(xiàn)中，如圖4所示，所述暗像素單元1102包括第一 NMOS管Tll、 第二 NMOS管T12、第三NMOS管T13、第四NMOS管T14和感光二極管PD1，所述感光二極管 PDl的正極電連接地，負極電連接所述第一 NMOS管Tll的源極，所述第一 NMOS管T12的柵 極電連接電源信號VDD，所述第一 NMOS管Tll的漏極電連接第二 NMOS管T12的源極，所述 第二 NMOS管T12的漏極和柵極輸入電源信號VDD，所述第三NMOS管T13的漏極輸入電源 信號VDD，所述第三NMOS管T13的柵極電連接所述第一 NMOS管Tll的漏極，所述第三NMOS 管T13的源極電連接第四NMOS管T14的源極，所述第四NMOS管T14的柵極輸入選通信號 SEL，所述第四NMOS漏極為輸出端0UT1，并且至少在所述感光二極管PDl上覆蓋有不透光 層，例如金屬層。在積分周期和充電周期，所述暗像素單元1102的第一 NMOS管Tll的柵極輸入電 源信號VDD，所述第二 NMOS管T12的柵極輸入電源信號VDD，因此第一 NMOS管Tll和第二 NMOS管T12始終導通，所述感光二極管PDl上覆蓋有不透光層，因此感光二極管PDl的反向 電流很小，從而第一 NMOS管Tll源極電壓接近于高電平VDD，第三NMOS管T13導通，當選通 信號SEL為高時，則第四NMOS管T14導通，從而在積分周期和充電周期后，暗像素單元可以 輸出疊加了電源噪聲的電源信號。除此之外，所述標準像素單元和暗像素單元還可以為其他結構，例如包括3個MOS 管或者5個MOS管的結構。如圖5所示，所述噪聲采集電路112包括一個或多個采樣單元1123、模數(shù)轉換單 元(ADC) 1122和處理單元1124。其中，所述采樣單元的數(shù)量和像素陣列的每一行中暗像素單元的數(shù)量相同，每一個采樣單元1123的輸入端電連接到一個暗像素單元的輸出端上，例 如圖5所示的優(yōu)選方案中，所述暗像素單元排列為兩列，具有兩個采樣單元1123，每一個采 樣單元1123的輸入端電連接到一列暗像素單元的輸出端OUTl上。其中一個采樣單元1123 包括電連接在所述暗像素單元的輸出端和第一節(jié)點a之間的第一開關5，電連接在所述暗 像素單元的輸出端和第二節(jié)點b之間的第二開關6，電連接在第一節(jié)點a和地之間的第一電 容12和電連接在第二節(jié)點b和地之間的第二電容13，電連接在第一節(jié)點a和差分放大器 1124正向輸入端的第三開關1，電連接在第二節(jié)點b和差分放大器1124反向輸入端的第四 開關2。所述處理單元1124，用于對同一行的暗像素單元第一次采集的疊加有電源噪聲 的電源信號求平均，對同一行的暗像素單元第二次采集的疊加有電源噪聲的電源信號求平 均，并以所述平均后的第二次的疊加有電源噪聲的電源信號作為參考信號對所述平均后的 第一次的疊加有電源噪聲的電源信號進行差分放大，得到電源噪聲差，所述處理單元為差 分輸入差分輸出。優(yōu)選的，所述處理單元包括差分放大器1125，在差分放大器1125的正向輸入端 和反向輸出端之間并聯(lián)有第五開關8和第三電容14 ；在差分放大器的反向輸入端和正向輸 出端之間并聯(lián)有第六開關9和第四電容15。差分放大器1125的正向輸出端減去反向輸出 端為差分放大器輸出的電源噪聲差。所述模數(shù)轉換單元(ADC) 1122，用于將處理單元輸出的差分的模擬形式的電源噪 聲差轉化為數(shù)字形式的電源噪聲差。所述模數(shù)轉換單元(ADC) 1122為差分模數(shù)轉換單元， 所述差分模數(shù)轉換單元本領域技術人員熟知的電路，因此不再贅述。上述噪聲采集電路的工作原理具體如下當暗像素單元第一次采集疊加有電源噪聲的電源信號后，閉合第二開關6和第五 開關8，從而第一列暗像素單元輸出的第一次采集的疊加有電源噪聲的電源信號給第二電 容13充電，第二列暗像素單元輸出的第一次采集的疊加有電源噪聲的電源信號給電容11 充電。接著閉合第一開關5和開關7，從而第一列暗像素單元第二次輸出的疊加有電源噪聲 的電源信號給第一電容12充電，第二列暗像素單元第二次輸出的疊加有電源噪聲的電源 信號給第一電容10充電。然后接通第五開關11和第六開關9使差分放大器1124進入采 樣模式。然后打開第五開關11 10和第六開關9，閉合第三開關1，第四開關2，第三開關3， 第四開關4使得所有采樣單元內(nèi)的第一電容12上的電荷轉移到第三電容14上，實現(xiàn)對所 有采樣單元內(nèi)的電容第一電容12和第一電容10上的第一次的疊加有電源噪聲的電源信號 求平均，也就是讓第一電容12和第一電容10上的電荷進行中和，中和后的電荷轉移到第三 電容14上，同時，使得所有采樣單元1123內(nèi)的第二電容13和第二電容11上的電荷轉移到 第四電容15上，實現(xiàn)對所有采樣單元1123內(nèi)的第二電容13和第二電容11上的第二次疊 加有電源噪聲的電源信號求平均，也就是讓第二電容13和第二電容11上的電荷進行中和， 中和后的電荷轉移到第四電容15上。接著差分放大器1125正向輸出端和反向輸出端輸出 的信號經(jīng)過差分的模數(shù)轉換單元1122之后輸出數(shù)字形式的電源噪聲差信號，即第二次采 集的疊加有電源噪聲的電源信號減去第一次采集的疊加有電源噪聲的電源信號，得到電源 噪聲差(即第二次采樣時的電源噪聲與第一次采樣時的電源噪聲的差值)。如圖6所示，所述像素單元信號輸出電路包括二次采樣電路1141，每一列標準像素單元電連接有一個二次采樣電路1141，用于獲得第一次標準像素單元采集的疊加有電 源噪聲的電源信號和第二次標準像素單元采集的疊加有電源噪聲、電源信號的光轉換后電 信號，并輸出差分的模擬形式的疊加有所述電源噪聲差的光轉換后電信號。所述像素單元信號輸出電路還包括模數(shù)轉換單元(ADC) 1142，用于將所述二次采 樣電路輸出的光轉換后電信號轉換為數(shù)字形式的光轉換后電信號。所述模數(shù)轉換單元1142 可以和噪聲采集電路里的模數(shù)轉換電路1122相同，不再贅述。具體的，所述二次采樣電路1141包括采樣單元1143和差分放大器1144，采樣單 元1143，用于獲得第一次標準像素單元采集的疊加有電源噪聲的電源信號和第二次標準像 素單元采集的疊加有電源噪聲、電源信號的光轉換后電信號。差分放大器1144，用于以第一 次的疊加有電源噪聲的電源信號作為參考信號對第二次的疊加有電源噪聲、電源信號的光 轉換后電信號進行差分放大。所述差分放大器為差分輸入差分輸出。在差分放大器的正向 輸入端和反向輸出端之間并聯(lián)有第五開關和第三電容；在差分放大器的反向輸入端和正向 輸出端之間并聯(lián)有第六開關和第四電容。所述采樣單元1143的輸入電連接到一列標準像 素單元的輸出端，所述采樣單元1143的輸出電連接到差分放大器1144的輸入端。差分模 數(shù)轉換單元1144為本領域技術人員熟知的電路，因此不再贅述。所述采樣單元1143可以 和噪聲采集電路里的采樣單元1123結構相同，因此不再贅述。所述二次采樣電路1141結 構為現(xiàn)有技術，其工作原理為本領域公知技術，因此不再贅述。另外，優(yōu)選的，所述圖像傳感器還包括存儲器113和115，具體的，如圖6a所示，在 噪聲采集電路112和噪聲去除電路116之間電連接有所述存儲器113。所述存儲器113用 于存儲電源噪聲差，并將所述電源噪聲差發(fā)送給所述噪聲去除電路116 ；所述像素單元信 號輸出電路和所述噪聲去除電路之間電連接有存儲器115，用于存儲疊加有電源噪聲差的 光轉換后電信號，并將疊加有所述電源噪聲差的光轉換后電信號發(fā)送給所述噪聲去除電 路116。所述存儲方法為本領域技術人員熟知的方法因此不再贅述。所述電源噪聲去除電 路116可以利用本領域技術人員熟知方式實現(xiàn)，例如可以為減法器，減法器的輸入端輸入 疊加有電源噪聲差的光轉換后電信號和電源噪聲差，輸出光轉換后電信號。下面結合圖7對本實用新型的圖像傳感器的工作原理進行說明。在下面說明中，可以利用參考信號SHR控制第二開關6和第五開關8，利用參考信 號SHS控制第一開關5和第一開關7。首先執(zhí)行步驟S10，設置如圖2所示的像素陣列，其中每一行具有2個暗像素單元 1102，而且分布在第一列至第二列。其中噪聲采集單元的第一輸入端、第二輸入端依次電連 接第一列暗像素單元的輸出，第二列暗像素單元的輸出。接著執(zhí)行步驟S20，具體的，如圖8所示，選通信號SEL置高，所述暗像素單元的第 四NMOS管T14開啟，從而暗像素單元始終輸出疊加有電源噪聲的電源信號，即可以進行第 一次采集疊加有電源噪聲的電源信號和第二次采集疊加有電源噪聲的電源信號，但是第一 次和第二次采集的電源信號中疊加的電源噪聲不同。接著在第一時刻(即在充電周期后)參考信號SHR置高，從而使得第二開關6和 第五開關8閉合，從而第一列暗像素單元輸出的第一次采集的疊加有電源噪聲的電源信號 給第二電容13充電，第二列暗像素單元輸出的第一次采集的疊加有電源噪聲的給第二電 容11充電。[0070]接著在第二時刻(即在積分周期后)參考信號SHS置高，從而使得第一開關5和 第一開關7閉合，從而第一列暗像素單元輸出的第二次采集的疊加有電源噪聲的電源信號 給第一電容12充電，第二列暗像素單元輸出的第二次采集的疊加有電源噪聲的電源信號 給第一電容10充電。然后接通第五開關11和第六開關9使差分放大器進入采樣模式。然 后打開第五開關11和第六開關9，閉合第三開關1，第四開關2，第三開關3，第四開關4使 得所有采樣單元內(nèi)的第一電容12上的電荷轉移到第三電容14上，實現(xiàn)對所有采樣單元內(nèi) 的第一電容12上的第一次采樣的電源信號求平均，同時，使得所有采樣單元內(nèi)的第一電容 12上的電荷轉移到第四電容15上，實現(xiàn)對所有采樣單元內(nèi)的第二電容13上的第二次采樣 的疊加有電源噪聲的電源信號求平均。接著差分放大器1125正向輸出端和反向輸出端輸出的信號經(jīng)過差分的模數(shù)轉換 單元1122之后輸出數(shù)字形式的電源噪聲信號，即第二次采集的疊加有電源噪聲的電源信 號減去第一次采集的疊加有電源噪聲的電源信號，得到電源噪聲差。在該步驟后還包括將電源噪聲差進行存儲。在步驟S20的同時執(zhí)行步驟S30，RST置高，進行第一次采集，標準像素單元1101 輸出疊加有電源噪聲的電源信號。然后，TX置高，標準像素單元1101第二次采集疊加有 電源噪聲和電源信號的光轉換后電信號，雖然本實施例中采用了二次采樣電路來輸出一個 標準像素單元1101的光轉換后電信號，也就是利用第二次采集的疊加有電源噪聲和電源 信號的光轉換后電信號來減去第一次采集的疊加有電源噪聲的電源信號，這樣可以消除第 二次與第一次相同的一些噪聲，但是并不能去除第二次采樣與第一次采樣不同的電源噪聲 (即第二次與第一次的電源噪聲之差)。因此在該步驟輸出的第二次和第一次的光轉換后 電信號還是包含電源噪聲差的。在該步驟后可以將包含電源噪聲差的光轉換后電信號存 儲。接著執(zhí)行步驟S40，利用去除噪聲電路，去除包含噪聲的光轉換后電信號中的電源 噪聲差，例如具體的，利用電源噪聲差作為減數(shù)，包含電源噪聲的光信號作為被減數(shù)，從而 可以將包含電源噪聲的光轉換后電信號中的電源噪聲差減掉。所述減的方法為本領域技術 人員所熟知的，因此不再贅述。本實用新型通過在圖像傳感器中設置噪聲采集電路，并且將所述噪聲采集電路采 集到的電源噪聲差從所述標準像素采集到的光轉換后電信號中去除，從而提高了標準像素 單元輸出的光轉換后電信號，從而提高了圖像傳感器的精確度。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上 的限制。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本實用新型技術方案范圍情況下，都可利用 上述揭示的方法和技術內(nèi)容對本實用新型技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為 等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本實用新型技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本實用新型的 技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本實用新型技術 方案保護的范圍內(nèi)。
權利要求一種圖像傳感器，其特征在于，包括像素陣列，所述像素陣列的每一行包括標準像素單元和暗像素單元；噪聲采集電路，用于利用暗像素單元在第一次和第二次采集的疊加有電源噪聲的電源信號，得到電源噪聲差；像素單元信號輸出電路，用于根據(jù)標準像素單元在第一次采集的疊加有電源噪聲的電源信號和在第二次采集的疊加有電源噪聲、電源信號的光轉換后電信號，得到疊加有電源噪聲差的光轉換后電信號，所述暗像素單元和所述標準像素單元的第一次采集為同時采集，所述暗像素單元和所述標準像素單元的第二次采集為同時采集；噪聲去除電路，用于從所述疊加有電源噪聲差的光轉換后電信號中去除所述電源噪聲差。
2.根據(jù)權利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述像素陣列的每一行包括4至8 個所述暗像素單元。
3.根據(jù)權利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述暗像素單元包括與標準像素 單元相同的結構和不透光層，所述不透光層覆蓋與標準像素單元相同的結構。
4.根據(jù)權利要求3所述的圖像傳感器，其特征在于，所述暗像素單元包括感光二極管， 在所述感光二極管上覆蓋有不透光層。
5.根據(jù)權利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述暗像素單元還包括第一NMOS 管、第二 NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管和感光二極管，所述感光二極管的正極電連接 地，負極電連接所述第一 NMOS管的源極，所述第一 NMOS管的柵極輸入電源信號，所述第一 NMOS管的漏極電連接第二 NMOS管的源極，所述第二 NMOS管的漏極和柵極輸入電源信號， 所述第三NMOS管的漏極輸入電源信號，所述第三NMOS管的柵極電連接所述第一 NMOS管的 漏極，所述第三NMOS管的源極電連接第四NMOS管的源極，所述第四NMOS的柵極輸入選通 信號，所述第四NMOS漏極為輸出端。
6.根據(jù)權利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述像素陣列中每一行的所述暗像素單元排列在相同的列中；所述噪聲采集電路包括采樣單元，用于獲得第一次和第二次每一列暗像素單元采集的疊加有電源噪聲的電源 信號；處理單元，用于對同一行的暗像素單元第一次采集的疊加有電源噪聲的電源信號求平 均，對同一行的暗像素單元第二次采集的疊加有電源噪聲的電源信號求平均，并以所述平 均后的第二次的疊加有電源噪聲的電源信號作為參考信號對所述平均后的第一次的疊加 有電源噪聲的電源信號進行差分放大，得到電源噪聲差；模數(shù)轉換單元，用于將處理單元輸出的差分的模擬形式的電源噪聲差轉化為數(shù)字形式 的電源噪聲差。
7.根據(jù)權利要求6所述的圖像傳感器，其特征在于，所述處理單元包括差分輸入差分 輸出形式的差分放大器，在所述差分放大器的正向輸入端和反向輸出端之間并聯(lián)的第五開 關和第三電容以及在差分放大器的反向輸入端和正向輸出端之間并聯(lián)的第六開關和第四 電容。
8.根據(jù)權利要求6所述的圖像傳感器，其特征在于，所述采樣單元包括電連接在所述暗像素單元的輸出端和第一節(jié)點之間的第一開關，電連接在所述暗像素 單元的輸出端和第二節(jié)點之間的第二開關，電連接在第一節(jié)點和地之間的第一電容和電 連接在第二節(jié)點和地之間的第二電容，電連接在第一節(jié)點和差分放大器正向輸入端的第三 開關，電連接在第二節(jié)點和差分放大器反向輸入端的第四開關。
9.根據(jù)權利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述像素單元信號輸出電路包括二次采樣單元，用于獲得第一次標準像素單元采集的疊加有電源噪聲的電源信號和第二次標準像素單元采集的疊加有電源噪聲、電源信號的光轉換后電信號，并輸出差分的模 擬形式的疊加有所述電源噪聲差的光轉換后電信號；模數(shù)轉換單元，用于將所述二次采樣電路輸出的模擬形式的光轉換后電信號轉換為數(shù) 字形式的光轉換后電信號。
10.根據(jù)權利要求9所述的圖像傳感器，其特征在于，所述二次采樣電路包括采樣單元，用于獲得第一次標準像素單元采集的疊加有電源噪聲的電源信號和第二次 標準像素單元采集的疊加有電源噪聲、電源信號的光轉換后電信號；差分放大器，用于以第一次的疊加有電源噪聲的電源信號作為參考信號對第二次的疊 加有電源噪聲、電源信號的光轉換后電信號進行差分放大，所述差分放大器為差分輸入差 分輸出，在差分放大器的正向輸入端和反向輸出端之間并聯(lián)有第五開關和第三電容；在差 分放大器的反向輸入端和正向輸出端之間并聯(lián)有第六開關和第四電容。
11.根據(jù)權利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，還包括電連接在在所述噪聲采集 電路和所述噪聲去除電路之間的存儲器，用于存儲所述電源噪聲差，并將存儲之后的電源 噪聲差發(fā)送給所述噪聲去除電路；還包括電連接在所述像素單元信號輸出電路和所述噪聲去除電路之間的存儲器，用于 存儲疊疊加有電源噪聲差的光轉換后電信號，并將存儲之后的疊加有電源噪聲差的光轉換 后電信號發(fā)送給所述噪聲去除電路。
專利摘要本實用新型提供了一種圖像傳感器，包括像素陣列，所述像素陣列的每一行包括標準像素單元和不采光的暗像素單元；噪聲采集電路，用于利用暗像素單元在第一次和第二次采集的疊加有電源噪聲的電源信號，得到電源噪聲差；像素單元信號輸出電路，用于根據(jù)標準像素單元在第一次采集的疊加有電源噪聲的電源信號和在第二次采集的疊加有電源噪聲、電源信號的光轉換后電信號，得到疊加有電源噪聲差的光轉換后電信號；噪聲去除電路，用于從所述疊加有電源噪聲差的光轉換后電信號中去除所述電源噪聲差，從而提高了圖像傳感器顯示圖像的質量。
文檔編號H04N5/217GK201742472SQ20102025269
公開日2011年2月9日 申請日期2010年6月30日 優(yōu)先權日2010年6月30日
發(fā)明者喬勁軒, 霍介光 申請人:格科微電子(上海)有限公司