CN112218011A - 一种图像传感器 - Google Patents
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Abstract
一种图像传感器，包括：基板，所述基板包括并列分布于同一面的第一区域和第二区域；阵列排布的多个像素，其中，所述多个像素位于所述第一区域，每一所述像素包括串联连接的第一感光元件和像素开关，所述第一感光元件适于生成第一电信号，所述第一电信号由信号光和环境光转换获得；m个第二感光元件，其中，所述m个第二感光元件位于所述第二区域，所述第二感光元件适于生成第二电信号，所述第二电信号由所述环境光转换获得，m为正整数。通过本发明提供的方案能够有效消除环境光对图像采集结果的影响，提高成像质量。
Description
技术领域
本发明涉及图像传感器技术领域，具体地涉及一种图像传感器。
背景技术
图像传感器(image sensor)是一种利用光电器件的光电转换功能，将感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号的传感器件。
以光学指纹传感器为例，通常由像素阵列构成，像素阵列中的每一像素均具有感光元件，以实现光信号到电信号的转换。
目前，图像传感器正朝向大尺寸、高分辨率、高成像质量及低成本等方向持续发展。并且，近几年间，因人工智能的蓬勃发展使得影像所获取的信息显得更加重要，这就对图像传感器的分辨率和成像质量提出了更高要求。
现有应用于图像传感器的光电器件通常为光电二极管(Photo-Diode)，在工作时不可避免地会受到环境光等干扰因素的影响，导致成像质量差。
发明内容
本发明解决的技术问题是如何消除环境光对图像采集结果的影响，提高成像质量。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种图像传感器，包括：基板，所述基板包括并列分布于同一面的第一区域和第二区域；阵列排布的多个像素，其中，所述多个像素位于所述第一区域，每一所述像素包括串联连接的第一感光元件和像素开关，所述第一感光元件适于生成第一电信号，所述第一电信号由信号光和环境光转换获得；m个第二感光元件，其中，所述m个第二感光元件位于所述第二区域，所述第二感光元件适于生成第二电信号，所述第二电信号由所述环境光转换获得，m为正整数。
可选的，所述图像传感器还包括：n条数据线，其中，在每行像素中，每一像素连接同一条所述数据线，各像素中的第一感光元件产生的第一电信号经由所述像素开关传输至所述数据线，n为正整数且m≤n。
可选的，每一数据线与对应的第二感光元件连接至外部控制单元的同一端口，所述外部控制单元的同一端口接收到的信号为所述第一电信号以及第二电信号的至少一部分的叠加信号。
可选的，所述第二感光元件与所述数据线一一对应，所述外部控制单元的同一端口接收到的信号为所述第一电信号以及第二电信号的叠加信号。
可选的，所述第一感光元件的感光面积与所述第二感光元件的感光面积相同。
可选的，对于每一第二感光元件，所述第二感光元件与x条数据线相对应，x为正整数且x≤n，所述外部控制单元的同一端口接收到的信号为所述第一电信号以及第二电信号的x分之一的叠加信号。
可选的，对应每一第二感光元件，所述第二感光元件的感光面积为所述第一感光元件的感光面积与所述第二感光元件所对应的数据线的数量之积。
可选的，所述第二区域位于所述第一区域的同一侧。
可选的，所述像素还包括第一缓冲器和第一放大器。
可选的，所述图像传感器还包括：与所述数据线一一对应的第二放大器，每一数据线与对应的第二放大器的第一端连接至外部控制单元的同一端口，所述第二放大器的第二端连接至对应的第二感光元件。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
本发明实施例提供一种图像传感器，包括：基板，所述基板包括并列分布于同一面的第一区域和第二区域；阵列排布的多个像素，其中，所述多个像素位于所述第一区域，每一所述像素包括串联连接的第一感光元件和像素开关，所述第一感光元件适于生成第一电信号，所述第一电信号由信号光和环境光转换获得；m个第二感光元件，其中，所述m个第二感光元件位于所述第二区域，所述第二感光元件适于生成第二电信号，所述第二电信号由所述环境光转换获得，m为正整数。较之现有的图像传感器，本发明实施例所述图像传感器能够有效消除环境光对图像采集结果的影响，提高成像质量。具体而言，充分利用基板上除像素阵列之外的空置区域，通过在空置区域布置用于单独采集环境光的第二感光元件，对像素阵列的成像结果进行修正，以有效抑制环境光对像素阵列的成像结果的影响。
进一步，每一数据线与对应的第二感光元件连接至外部控制单元的同一端口，所述外部控制单元的同一端口接收到的信号为所述第一电信号以及第二电信号的至少一部分的叠加信号。由此，图像传感器的输出信号即为所述叠加信号，外部控制单元无需作任何调整即可直接得到修正后的成像信号，利于提高图像传感器的兼容性。
附图说明
图1是本发明第一实施例的一种图像传感器的示意图；
图2是本发明第二实施例的一种图像传感器的示意图。
具体实施方式
如背景技术所言，现有应用于图像传感器的光电器件通常为光电二极管(Photo-Diode)，在工作时不可避免地会受到环境光等干扰因素的影响，导致成像质量差。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种图像传感器，包括：基板，所述基板包括并列分布于同一面的第一区域和第二区域；阵列排布的多个像素，其中，所述多个像素位于所述第一区域，每一所述像素包括串联连接的第一感光元件和像素开关，所述第一感光元件适于生成第一电信号，所述第一电信号由信号光和环境光转换获得；m个第二感光元件，其中，所述m个第二感光元件位于所述第二区域，所述第二感光元件适于生成第二电信号，所述第二电信号由所述环境光转换获得，m为正整数。
本领域技术人员理解，本发明实施例所述图像传感器能够有效消除环境光对图像采集结果的影响，提高成像质量。具体而言，充分利用基板上除像素阵列之外的空置区域，通过在空置区域布置用于单独采集环境光的第二感光元件，对像素阵列的成像结果进行修正，以有效抑制环境光对像素阵列的成像结果的影响。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图1是本发明第一实施例的一种图像传感器的示意图。
本实施例所述图像传感器1可以应用于图像采集场景，如应用于光学指纹采集场景。例如，所述图像传感器1可以为光学指纹传感器。
为更清楚地展示器件结构，图1是以像素阵列中单个像素的具体结构为例进行展示的。
具体地，本实施例所述图像传感器1可以包括：基板10，所述基板10可以包括并列分布于同一面的第一区域10a和第二区域10b；阵列排布的多个像素11，其中，所述多个像素11位于所述第一区域10a，每一所述像素11可以包括串联连接的第一感光元件111和像素开关112，所述第一感光元件111适于生成第一电信号，所述第一电信号由信号光和环境光转换获得；m个第二感光元件12，其中，所述m个第二感光元件12位于所述第二区域10b，所述第二感光元件12适于生成第二电信号，所述第二电信号由所述环境光转换获得，m为正整数。
在具体实施中，所述同一面可以指进行图像采集时面向被采集物体的一面。
在具体实施中，所述像素开关112通常为薄膜晶体管(Thin Film Transistor，简称TFT)器件，感光元件用于收集外部输入的光信号并转化为电信号，然后存储在对应的像素中。在本实施例中，所述第一感光元件111收集的光信号包括环境光信号和信号光信号，并且，收集到的光信号转换为第一电信号存储于对应的像素11中；所述第二感光元件12收集的光信号包括所述环境光信号，并且，收集到的光信号转换为第二电信号并输出。在光学指纹采集场景中，所述信号光信号携带有指纹信息。
在具体实施中，所述第一感光元件111和第二感光元件12可以为光电二极管。所述光电二极管可以包括PIN结非晶硅光电二极管，PN结非晶硅光电二极管，PIN结低温多晶硅光电二极管，PN结低温多晶硅光电二极管，PIN结有机物光电二极管，或PN结有机物光电二极管等。
在具体实施中，所述图像传感器1还可以包括：n条数据线(图中以c1至cn标记)，其中，在每行像素11中，每一像素11连接同一条所述数据线ci，各像素11中的第一感光元件111产生的第一电信号经由所述像素开关112传输至所述数据线ci，n为正整数且m≤n，1≤i≤n，i为正整数。
在具体实施中，每一数据线ci与对应的第二感光元件12连接至外部控制单元2的同一端口，所述外部控制单元2的同一端口接收到的信号为所述第一电信号以及第二电信号的至少一部分的叠加信号，其中，叠加是指带正负号的累加。
例如，对于每一数据线ci，可以将第一感光元件111的阴极和对应的第二感光元件12的阳极连接至所述外部控制单元2的同一端口，或者，可以将第一感光元件111的阳极和对应的第二感光元件12的阴极连接至所述外部控制单元2的同一端口，由此，所述叠加信号为所述第一电信号和第二电信号的至少一部分的差值。换言之，所述图像传感器1输出至外部控制单元2的输出信号即为过滤掉环境光信号后的成像结果，外部控制单元2无需作任何调整即可直接得到修正后的成像信号，利于提高图像传感器1的兼容性。
在具体实施中，所述第二感光元件12与所述数据线ci可以一一对应，所述外部控制单元2的同一端口接收到的信号为所述第一电信号以及第二电信号的叠加信号。
例如，参考图1，每一数据线ci均增设一对应的第二感光元件12，换言之，所述第二感光元件12的数量与所述数据线ci的数量相同，也即，m＝n。由此，对于所述外部控制单元2的每一端口，所述端口接收到的叠加信号为耦接至该端口的像素11的第一电信号与耦接至同一端口的第二感光元件12的第二电信号的差值。
在具体实施中，所述第一感光元件111的感光面积与所述第二感光元件12的感光面积相同。换言之，所述第一感光元件111与第二感光元件12可以采用同样规格的光电二极管，确保对外部输入的光信号的光电转换效率保持一致，以使第二感光元件12采集到的环境光信号能够基本抵消第一感光元件111采集到的光信号中的环境光信号部分。
在具体实施中，所述第二区域10b可以位于所述第一区域10a的同一侧。例如，参考图1，所述第二区域10b可以位于所述第一区域10a靠近所述外部控制单元2的一侧，以优化基板10上的线路布图设计，节省走线，降低成本。
由上，采用本实施例的方案，能够有效消除环境光对图像采集结果的影响，提高成像质量。具体而言，充分利用基板上除像素阵列之外的空置区域，通过在空置区域布置用于单独采集环境光的第二感光元件，对像素阵列的成像结果进行修正，以有效抑制环境光对像素阵列的成像结果的影响。
在本实施例的一个变化例中，对于每一第二感光元件12，所述第二感光元件12可以与x条数据线ci相对应，x为正整数且x≤n，所述外部控制单元2的同一端口接收到的信号为所述第一电信号以及第二电信号的x分之一的叠加信号。
以x＝2为例，对于每一第二感光元件12，所述第二感光元件12可以分别与2条数据线ci连接至外部控制单元2的同一端口。相应的，对于所述外部控制单元2的每一端口，所述端口接收到的叠加信号为I1-1/2I2，其中，I1为耦接至该端口的第一感光元件111采集到的第一电信号，I2为耦接至同一端口的第二感光元件12采集到的第二电信号。
在具体实施中，对应每一第二感光元件12，所述第二感光元件12的感光面积为所述第一感光元件111的感光面积与所述第二感光元件12所对应的数据线ci的数量之积。也即，在本实施例中，由于同一第二感光元件12分别耦接至x个数据线ci所耦接的外部控制单元2的端口，使得所述第二感光元件12采集到的第二电信号分流，为确保在每一端口处分流后的第二电信号能够基本抵消该端口接收到的第一电信号中的环境光信号部分，可以适当增大所述第二感光元件12的感光面积，以起到增大所述第二感光元件12的第二电信号的效果。
在具体实施中，x可以为1，也即，所述第二感光元件12的数量可以为1个，且所述第二感光元件12的感光面积为所述第一感光元件111的数量的n倍。
在具体实施中，不同的第二感光元件12所对应的数据线ci的数量可以不相同，以更合理地利用基板10上处第一区域10a外的空置区域，利于图像传感器1的小型化设计。
图2是本发明第二实施例的一种图像传感器的示意图。在接下来的具体阐述中，省略关于与图1所示第一实施例共同的事项和特征的描述，仅针对不同点进行说明。尤其，针对同样的结构所产生的同样的作用效果，不再按每个实施例逐一提及。各图中对同一部分标注同一标号。
接下来仅针对第二实施例与上述图1所示实施例的不同之处进行详细阐述。
在本实施例中，与上述图1所示图像传感器1的主要区别在于：本实施例所示图像传感器3中，所述像素11还可以包括第一缓冲器113和第一放大器114。其中，所述第一缓冲器113可以为电容，以存储对应的第一感光元件111所转化得到的第一电信号；所述第一放大器114可以为TFT。由此，所述像素11为主动式像素，所述图像传感器3为主动式图像传感器。
在具体实施中，所述图像传感器3还可以包括：与所述数据线ci一一对应的第二放大器13，每一数据线ci与对应的第二放大器13的第一端13a连接至外部控制单元2的同一端口，所述第二放大器13的第二端13b连接至对应的第二感光元件12。
以所述第二感光元件12的数量为1个为例，参考图2，对于每一第二放大器13，所述第二放大器13的源极(或漏极)与对应的数据线ci连接至所述外部控制单元2的同一端口，所述第二放大器13的栅极连接至所述第二感光元件12。
在具体实施中，所述图像传感器3还可以包括：第二缓冲器14，所述第二缓冲器14与所述第二感光元件12耦接，以存储所述第二感光元件12采集到的第二电信号。
在具体实施中，所述第二缓冲器14与所述第二感光元件12一一对应。
在具体实施中，所述第二感光元件12的数量可以为多个，对于每一第二感光元件12，所述第二感光元件12分别与x条数据线ci连接至同一端口。
在具体实施中，通过选择合适的第二放大器13，如使所述第二放大器13的电压和尺寸与对应的像素11相配合，以及调节第二感光元件12和第一感光元件11的感光面积的比例关系，可以确保同一端口接收到的第二电信号能够基本抵消第一电信号中的环境光信号部分。
虽然上述实施例是以行为单位连接数据线ci的，但在实际应用中，对于所述多个像素11组成的像素阵列而言，行和列的概念是可以互换的。也即，对于每一数据线ci，所述数据线ci可以耦接对应列的多个像素11。
在具体实施中，所述外部控制单元2可以为集成电路芯片(Integrated Circuit，简称IC)，用于获取所述图像传感器1或图像传感器3采集到的电信号，并进行数据处理以得到信号光的成像。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (10)
1.一种图像传感器，其特征在于，包括：
基板，所述基板包括并列分布于同一面的第一区域和第二区域；
阵列排布的多个像素，其中，所述多个像素位于所述第一区域，每一所述像素包括串联连接的第一感光元件和像素开关，所述第一感光元件适于生成第一电信号，所述第一电信号由信号光和环境光转换获得；
m个第二感光元件，其中，所述m个第二感光元件位于所述第二区域，所述第二感光元件适于生成第二电信号，所述第二电信号由所述环境光转换获得，m为正整数。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，还包括：
n条数据线，其中，在每行像素中，每一像素连接同一条所述数据线，各像素中的第一感光元件产生的第一电信号经由所述像素开关传输至所述数据线，n为正整数且m≤n。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，每一数据线与对应的第二感光元件连接至外部控制单元的同一端口，所述外部控制单元的同一端口接收到的信号为所述第一电信号以及第二电信号的至少一部分的叠加信号。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述第二感光元件与所述数据线一一对应，所述外部控制单元的同一端口接收到的信号为所述第一电信号以及第二电信号的叠加信号。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，所述第一感光元件的感光面积与所述第二感光元件的感光面积相同。
6.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，对于每一第二感光元件，所述第二感光元件与x条数据线相对应，x为正整数且x≤n，所述外部控制单元的同一端口接收到的信号为所述第一电信号以及第二电信号的x分之一的叠加信号。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，对应每一第二感光元件，所述第二感光元件的感光面积为所述第一感光元件的感光面积与所述第二感光元件所对应的数据线的数量之积。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述第二区域位于所述第一区域的同一侧。
9.根据权利要求2至7中任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述像素还包括第一缓冲器和第一放大器。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于，还包括：
与所述数据线一一对应的第二放大器，每一数据线与对应的第二放大器的第一端连接至外部控制单元的同一端口，所述第二放大器的第二端连接至对应的第二感光元件。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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