CN207947850U - 一种图像传感器及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例公开了一种图像传感器，包括由像素单元组成的像素阵列；所述像素阵列包括多个像素块，每个所述像素块包含复数个像素单元，每个所述像素块中或者每个所述像素块的一侧设置有与该像素块中各个像素单元连接的运算放大器，所述运算放大器接收并放大该像素块中每个像素单元所产生的电信号。本实用新型实施例提供了一种图像传感器，该图像传感器中的像素阵列可以设计成大面积的像素阵列，并且每个像素单元生成的电信号能够较准确地传输至运算放大器进行信号放大，从而保证图像采集的准确性。
Description
技术领域
本实用新型实施例涉及图像采集技术领域，尤其涉及一种图像传感器。
背景技术
图像传感器是一种将光学图像转换成电子信号，以实现图像采集的设备，它被广泛地应用于摄像、指纹识别、扫描仪以及工业测量等领域。金属氧化物半导体元件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)图像传感器是一种常用的图像传感器。
如图1所示，CMOS图像传感器通常包括由像素单元10组成的像素阵列1、行驱动器2、运算放大器3以及模数转换器。同一行的像素连接行驱动器2的同一个端口。同一列的像素连接同一个运算放大器3，运算放大器3连接模数转换器(图中未画出)。CMOS 图像传感器的基本工作原理为：首先，光照射像素阵列1，发生光电效应，在像素单元 10内产生相应的电荷，即电信号，行驱动器2选通一行像素单元10，选通后的各个像素单元10将各自的电信号传输至与各自相连的运算放大器3，进行信号放大，并且提高信噪比，各个运算放大器3再将放大后的电信号传输至模数转换器，从而将该电信号转换成数字信号，并输出进行进一步地分析处理，从而采集到图像。由于信号是一行一行读出的，这种信号读出方式也被称作行扫描。
CMOS图像传感器的像素阵列面积一般很小，通常为7×7mm，并且价格较高昂。现在有需求制造具有大面积像素阵列的图像传感器，如100×100mm面积的像素阵列。如果只是简单地增大现有的CMOS图像传感器中像素阵列的面积，以得到具有大面积像素阵列的图像传感器，那么在利用该图像传感器进行图像采集时，会出现信号干扰强的问题，并且该图像传感器的制造成本也较高。为实现具有大面积像素阵列的图像传感器，以及解决其成本较高的问题，可以采用薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)图像传感器，或者薄膜半导体图像传感器，但是信号干扰问题仍无法解决。
实用新型内容
本实用新型实施例提供了一种图像传感器，以解决现有的具有大面积像素阵列的图像传感器在进行图像采集时信号干扰过大的问题。
本实用新型实施例提供了一种图像传感器，包括由像素单元组成的像素阵列；所述像素阵列包括多个像素块，每个所述像素块包含复数个像素单元，每个所述像素块中或者每个所述像素块的一侧设置有与该像素块中各个像素单元连接的运算放大器，所述运算放大器接收并放大该像素块中每个像素单元所产生的电信号。
进一步地，所述像素块为m×n矩阵排列的像素单元或包含m×n矩阵排列的像素单元，其中m，n均为大于一的正整数。
进一步地，所述图像传感器为薄膜晶体管图像传感器或薄膜半导体图像传感器。
进一步地，所述像素阵列包括感光层以及与所述感光层进行线路连接的驱动层；每个所述像素块对应的运算放大器设置于该像素块对应的驱动层中，或者设置于该像素块对应的驱动层的一侧。
进一步地，所述驱动层上设置有所述像素单元的驱动电路，所述驱动层还包括多个单元区域，每个所述驱动电路设置于不同的单元区域内，每个所述像素块对应的运算放大器也设置于该像素块对应的一个单元区域内，或者设置于组合区域中的中间位置上，所述组合区域为该像素块对应的四个单元区域组成的区域，所述四个单元区域有一个公共点。
进一步地，所述感光层上设置有所述像素单元的光敏元件，所述感光层中与所述运算放大器相对的位置上没有设置有光敏元件。
进一步地，位于所述像素阵列中同一行的像素单元均与行驱动器的同一个端口相连接，位于所述像素阵列中同一列的像素单元均与列驱动器的同一个端口相连接。
本实用新型实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的图像传感器。
本实用新型实施例提供了一种图像传感器，该图像传感器中的像素阵列可以设计成大面积的像素阵列，并且每个像素单元生成的电信号能够较准确地传输至运算放大器进行信号放大，从而保证图像采集的准确性。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术的一种图像传感器的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的一种图像传感器的结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的一种像素块的结构示意图；
图4为本实用新型实施例提供的一种像素阵列的结构分解示意图；
图5为本实用新型实施例提供的另一种像素块的结构分解示意图；
图6为本实用新型实施例提供的另一种像素块的结构分解示意图；
图7为本实用新型实施例提供的另一种像素块的结构分解示意图；
图8为本实用新型实施例提供的另一种像素块的结构分解示意图；
图9为本实用新型实施例提供的一种图像传感器的控制方法的流程图。
其中，1、像素阵列；10、像素单元；11、像素块；12、感光层；120、光敏元件；13、驱动层；130、单元区域；131、第一子区域；132、第二子区域；2、行驱动器；3、运算放大器；4、列驱动器。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
本实用新型实施例的发明构思为，将大面积的像素阵列划分为多个像素块，每个像素块中或者每个像素块的一侧设置有与该像素块中各个像素单元连接的运算放大器，由于运算放大器均设置于靠近像素块的位置，所以可以将像素块中各个像素单元生成的电信号的传输距离，即各个像素单元与运算放大器之间的线路距离限制在合理的范围内，以避免由于传输距离过长对电信号带来的干扰。例如，对一个100×100mm的像素阵列而言，如果仍采取传统CMOS工艺，行扫描读出信号，那么对一些远离运算放大器的像素单元而言，其产生的电信号需要经过至少100mm的电线才能到达运算放大器，在这一过程中非常容易受到干扰。而如果把像素阵列分解为5×5mm的像素块，为每个像素块设置运算放大器，并且将该运算放大器设置于对应的像素块附近，则每个像素单元产生的电信号只需要经过大约3mm的电线就能到达运算放大器。经过运算放大器放大后的电信号抗干扰能力就强得多，可以传播较长的距离而无需考虑干扰了。假设一个像素单元大小为50×50微米，则一个5×5mm的像素块大约包含100×100个像素单元。像素块的形状可以根据实际需求略作调整，比如可以是矩形，梯形或三角形，但是应当使得像素块中的所有像素单元与运算放大器距离尽可能接近，以降低干扰。
参见图2，为本实用新型实施例提供的一种图像传感器的结构示意图，该图像传感器包括由像素单元10组成的像素阵列1。所述像素阵列1包括多个像素块11，如图3所示，每个所述像素块1包含复数个像素单元10，每个所述像素块11中或者每个所述像素块11的一侧设置有与该像素块11中各个像素单元10连接的运算放大器3，所述运算放大器3接收并放大该像素块11中每个像素单元10所产生的电信号。需要说明的是，所述复数个像素单元是指像素单元的数量大于一。
像素块11为m×n矩阵排列的像素单元10或包含m×n矩阵排列的像素单元10，其中m，n均为大于一的正整数。像素块11的形状可以为矩形、梯形或三角形等等，本实用新型实施例不对像素块的形状进行具体限定。
本实用新型实施例提供的图像传感器可以为TFT图像传感器或者薄膜半导体图像传感器。TFT图像传感器以及薄膜半导体图像传感器是一种新兴的大面积图像传感器技术，采用薄膜喷漆技术或其他薄膜半导体制作技术制成。
如图4所示，所述像素阵列1包括感光层12以及与所述感光层12进行线路连接的驱动层13；每个所述像素块11对应的运算放大器3设置于该像素块11对应的驱动层13 中，或者如图5所示，设置于该像素块11对应的驱动层13的一侧。当运算放大器3设置于像素块11的一侧时，可以将运算放大器3设置在与像素块11的一侧相连的板上。优选地，用于设置运算放大器3的板与像素块11上距离感光层12较远的一侧相连。
所述驱动层13上设置有所述像素单元10的驱动电路，所述驱动层13还包括多个单元区域130，每个所述驱动电路设置于不同的单元区域130内，每个所述像素块11对应的运算放大器3也设置于该像素块11对应的一个单元区域130内，或者如图6所示，设置于组合区域中的中间位置上，该组合区域为该像素块11对应的四个单元区域130组成的区域，所述四个单元区域130有一个公共点。驱动层13上驱动电路与感光层12上的光敏元件相连，驱动电路用于驱动光敏元件正常工作，例如可以为光敏元件提供电源。
所述感光层12上设置有所述像素单元10的光敏元件120，所述感光层12中与所述运算放大器3相对的位置上没有设置有光敏元件。本实用新型实施例中的光敏元件120 可以采用光敏二极管。光敏元件受到光照后能够产成电信号，即图像信号。
当运算放大器3设置于单元区域130内时，该单元区域内可以不设置驱动电路，相应地，感光层12中该单元区域对应的位置A上也可以不设置光敏元件120。
如图7所示，当运算放大器3设置于单元区域130内时，该单元区域内也可以设置驱动电路，也就是说，该单元区域包括用于设置驱动电路的第一子区域131，以及用于设置运算放大器3的第二子区域132。在该种情况下，感光层12中该单元区域对应的位置上也可以设置完整的光敏元件120，也可以如图8所示，只在第一子区域131对应的位置上设置光敏元件120，而第二子区域132对应的位置B上不设置光敏元件120，从而防止与运算放大器3相对设置的光敏元件对该运算放大器3的干扰。
如图6所示，当运算放大器3设置于组合区域的中间位置上时，运算放大器3位于四个单元区域130的边角上，不仅节约空间，而且可以不影响在这四个单元区域130中设置驱动电路。在该种情况下，感光层12上组合区域对应的位置上可以正常设置光敏元件120，也可以进一步进行限定如下：感光层12上组合区域对应的位置上的光敏元件120 所在位置，不与感光层12上运算放大器3对应的位置相重合，以防止光敏元件120对该运算放大器3的干扰。
如图2所示，位于所述像素阵列1中同一行的像素单元均与行驱动器2的同一个端口相连接，位于所述像素阵列1中同一列的像素单元均与列驱动器4的同一个端口相连接。
本实用新型实施例中的像素阵列1的大小可以根据感应区域大小的需求进行自定义设置，该感应区域为在采集物体图像时，物体所在的区域，例如手机屏幕上的指纹感应区域。像素阵列1的大小可以根据需要进行自定义设置，比如，可以将像素阵列1设置为手机屏幕的大小，从而可以实现当手指位于屏幕的任一位置时，均可采集到指纹图像，以用于指纹解锁的技术中。
其中，行驱动器2用于控制同一行的像素单元的信号传输，列驱动器4用于控制同一列的像素单元的信号传输。当行驱动器2以及列驱动器4驱动同一个像素单元时，即控制同一个像素单元进行信号传输时，该像素单元便可以向与之连接的运算放大器3发送电信号。也就是说，当需要像素单元a向与之连接的运算放大器3发送电信号时，行驱动器2以及列驱动器4可以同时驱动像素单元a所在的行像素单元以及列像素单元，从而驱动像素单元a向与之连接的运算放大器3发送电信号。
所述行驱动器2以及所述列驱动器4均可以设置于所述像素阵列1的一侧。行驱动器2以及列驱动器4均位于一侧，可以实现在设备的全面屏设计中，整个屏幕均可以为感应区域。运算放大器3、行驱动器2以及列驱动器4可以位于同一层，也可以不位于同一层，本实用新型实施例不对运算放大器3、行驱动器2以及列驱动器4所在的位置进行具体限定。
在具体实现中，与各个运算放大器3连接的模数转换器可以设置于像素阵列1所在的平面上，并与像素阵列1并排设置，模数转换器也可以设置于像素阵列1的一侧。由于图像信号经过运算放大器3放大后，信号传输较稳定，所以对运算放大器3与模数转换器之间的信号传输距离限制相对较少，也就对模数转换器所在的位置限制相对较少，所以本实用新型实施例不对模数转换器的所在位置进行具体限定。
在本实用新型实施例中，每个像素单元的大小可以为10×10微米～100×100微米，例如为50×50微米。当运算放大器3设置于像素块11中时，运算放大器3的大小可以小于单元区域，或者与单元区域近似。当运算放大器3设置于像素块11的任一侧时，运算放大器3的大小也可以大于单元区域。
参见图9，为本实用新型实施例提供的一种图像传感器的控制方法的流程图，该方法可以包括以下步骤。
步骤901，获取采集控制信号。
当设备感应到有物体置于感应区域，可以向图像传感器发送采集控制信号。或者，当检测到预设按钮被触动时，也可以向图像传感器发送采集控制信号。
步骤902，基于所述采集控制信号，通过控制行驱动器以及列驱动器，使每个像素块中各个像素单元依次向该像素块对应的运算放大器发送电信号。
通过控制行驱动器以及列驱动器，可以控制像素阵列中每个像素单元将各自生成的电信号发送给与之相连的运算放大器，从而采集到完整的图像。
在具体实现中，各个像素块可以同时向相应的运算放大器发送电信号，也可以轮番向相应的运算放大器发送电信号。例如，两个像素块分别为像素块A以及像素块B，像素块A所包括的像素单元为A1、A2、A3以及A4，像素块B所包括的像素单元为B1、B2、B3以及B4。当两个像素块同时向运算放大器发送电信号时，首先像素单元A1以及像素单元B1同时向相应的运算放大器发送电信号，然后像素单元A2以及像素单元B2 同时向相应的运算放大器发送电信号，直至像素单元A4以及像素单元B4同时向相应的运算放大器发送电信号，像素块A以及像素块B同时完成图像的采集。
在上述举例中，当两个像素块轮番向相应的运算放大器发送电信号时，首先像素单元A1、像素单元A2、像素单元A3以及像素单元A4依次向运算放大器发送电信号，然后像素单元B1、像素单元B2、像素单元B3以及像素单元B4再依次向运算放大器发送电信号，像素块A以及像素块B轮番完成图像的采集。
当像素阵列面积较大，而需要进行图像采集的物体所占面积较小时，例如，在指纹图像采集的应用下，指纹面积相较于像素阵列较小时，可以只让与物体(指纹)相对应的像素块工作，也就是说使像素块中的各个像素单元向其相应的运算放大器发送电信号，而其他像素块可以不工作，具体的过程可以包括：首先基于所述采集控制信号从像素阵列中确定用于采集图像的目标像素块，然后通过控制行驱动器以及列驱动器，只启动目标像素块所在的行和列，使每个所述目标像素块中各个像素单元依次向该目标像素块对应的运算放大器发送电信号，不包含目标像素块所在的行和列不启动。从而，图像传感器在采集图像时，只有一部分像素块工作，这样能够降低能源消耗，以及加快图像采集速度。
本实用新型实施例可以应用于指纹采集技术中，还可以应用于其他领域中，例如照相机以及扫描仪，本实用新型实施例不对其可以应用的领域进行具体限制。
本实用新型实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的图像传感器。该电子设备可以为任一可以采用该图像传感器用于图像采集的设备，例如可以为手机、计算机、平板电脑、照相机、摄像机、扫描仪等等。
本实用新型实施例提供了一种图像传感器，图像传感器中的像素阵列可以设计成大面积的像素阵列，并且每个像素单元生成的电信号能够较准确地传输至运算放大器进行信号放大，从而保证图像采集的准确性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种图像传感器，其特征在于，包括由像素单元(10)组成的像素阵列(1)；
所述像素阵列(1)包括多个像素块(11)，每个所述像素块(11)包含复数个像素单元(10)，每个所述像素块(11)中或者每个所述像素块(11)的一侧设置有与该像素块(11)中各个像素单元(10)连接的运算放大器(3)，所述运算放大器(3)接收并放大该像素块(11)中每个像素单元(10)所产生的电信号。
2.如权利要求1所述图像传感器，其特征在于，所述像素块(11)为m×n矩阵排列的像素单元(10)或包含m×n矩阵排列的像素单元(10)，其中m，n均为大于一的正整数。
3.如权利要求1所述图像传感器，其特征在于，所述图像传感器为薄膜晶体管图像传感器或薄膜半导体图像传感器。
4.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述像素阵列(1)包括感光层(12)以及与所述感光层(12)进行线路连接的驱动层(13)；每个所述像素块(11)对应的运算放大器(3)设置于该像素块(11)对应的驱动层(13)中，或者设置于该像素块(11)对应的驱动层(13)的一侧。
5.如权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，所述驱动层(13)上设置有所述像素单元(10)的驱动电路，所述驱动层(13)还包括多个单元区域(130)，每个所述驱动电路设置于不同的单元区域(130)内，每个所述像素块(11)对应的运算放大器(3)也设置于该像素块(11)对应的一个单元区域(130)内，或者设置于组合区域中的中间位置上，所述组合区域为该像素块(11)对应的四个单元区域(130)组成的区域，所述四个单元区域(130)有一个公共点。
6.如权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，所述感光层(12)上设置有所述像素单元(10)的光敏元件(120)，所述感光层(12)中与所述运算放大器(3)相对的位置上没有设置有光敏元件。
7.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，位于所述像素阵列(1)中同一行的像素单元(10)均与行驱动器(2)的同一个端口相连接，位于所述像素阵列(1)中同一列的像素单元(10)均与列驱动器(4)的同一个端口相连接。
8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1-7中任一项所述的图像传感器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201820495241.1U CN207947850U (zh) | 2018-04-09 | 2018-04-09 | 一种图像传感器及电子设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201820495241.1U CN207947850U (zh) | 2018-04-09 | 2018-04-09 | 一种图像传感器及电子设备 |
Publications (1)
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| CN207947850U true CN207947850U (zh) | 2018-10-09 |
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ID=63698571
Family Applications (1)
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| CN201820495241.1U Active CN207947850U (zh) | 2018-04-09 | 2018-04-09 | 一种图像传感器及电子设备 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN207947850U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110365923A (zh) * | 2018-04-09 | 2019-10-22 | 印象认知（北京）科技有限公司 | 一种图像传感器 |
-
2018
- 2018-04-09 CN CN201820495241.1U patent/CN207947850U/zh active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110365923A (zh) * | 2018-04-09 | 2019-10-22 | 印象认知（北京）科技有限公司 | 一种图像传感器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of utility model: An image sensor and electronic equipment Effective date of registration: 20200826 Granted publication date: 20181009 Pledgee: Zhang Jinfang Pledgor: Vkansee (Beijing) Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2020990001028 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |