KR20220023821A - 이미지 센서, 지문 검출 장치 및 전자 장치 - Google Patents

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Abstract

이미지 센서, 지문 검출 장치 및 전자 장치를 제공하고, 상기 이미지 센서는 픽셀 회로 어레이와 출력 회로를 포함하고, 각 픽셀 회로는 수신된 광 신호에 따라 출력 신호를 생성하고; 상기 출력 회로는 상기 픽셀 회로 어레이 중의 다수의 픽셀 회로의 출력 신호를 동시에 수신하고 상기 다수의 픽셀 회로의 출력 신호의 신호 평균치를 출력한다. 상기 이미지 센서는 비교적 작은 면적과 전력 소모를 갖는다.

Description

이미지 센서, 지문 검출 장치 및 전자 장치
본 출원의 실시예는 이미지 센서 분야에 관한 것으로, 더 구체적으로 이미지 센서, 지문 검출 장치 및 전자 장치에 관한 것이다.
이미지 센서는 광 신호를 전기 신호로 전환하는 장치이다. 이미지 센서는 일반적으로 픽셀 회로, 출력 회로 등을 포함하고, 픽셀 회로는 수신된 광 신호를 전기 신호로 전환하여 출력 회로에 입력할 수 있고, 출력 회로는 픽셀 회로가 출력한 전기 신호를 판독할 수 있다. 이미지 센서의 면적과 전력 소모는 이미지 센서의 발전에 영향을 주는 요소 중의 하나이다. 따라서 이미지 센서의 면적과 전력 소모를 어떻게 줄이는 가는 시급히 해결해야 하는 문제가 되었다.
본 출원의 실시예는 비교적 작은 면적 및 전력 소모를 구비하는 이미지 센서, 지문 검출 장치 및 전자 장치를 제공한다.
제1 양태로, 픽셀 회로 어레이, 출력 회로를 포함하고, 상기 픽셀 회로 어레이 중 각 픽셀 회로는 수신된 광 신호에 따라 출력 신호를 생성하고; 상기 출력 회로는, 상기 픽셀 회로 어레이 중의 다수의 픽셀 회로의 출력 신호를 동시에 수신하고, 상기 다수의 픽셀 회로의 출력 신호의 신호 평균치를 출력하는, 이미지 센서를 제공한다.
상기 방안에서, 이미지 센서 중의 출력 회로는, 픽셀 회로 어레이 중의 다수의 픽셀 회로의 출력 신호를 동시에 수신하고, 상기 다수의 픽셀 회로의 출력 신호의 신호 평균치를 출력할 수 있어, 출력 회로에서 다수의 픽셀 회로의 출력 신호의 병합 및 평균을 실현한다. 신호의 병합 및 평균을 진행해야 하는 신(SCENE)에서 출력 회로의 수량을 대폭 줄이고 이미지 센서의 면적과 전력 소모를 감소시킨다.
실현 가능한 실시방식에서, 상기 이미지 센서는 상기 출력 회로가 출력한 상기 신호 평균치를 샘플링하는 샘플링 회로를 더 포함한다.
각각의 출력 회로는 그것이 출력한 신호 평균치에 대해 샘플링을 진행하는 단 하나의 샘플링 회로만 필요하므로, 이미지 센서 중 샘플링 회로의 수량도 적어지고, 이미지 센서의 면적과 전력 소모는 추가로 줄어들게 된다.
실현 가능한 실시방식에서, 상기 픽셀 회로 어레이는 다수의 서브 어레이로 이루어지고, 상기 다수의 픽셀 회로는 상기 다수의 서브 어레이 중 번호가 동일한 픽셀 회로를 포함하고, 상기 각 서브 어레이 중 번호가 동일한 픽셀 회로는 각자 대응되는 서브 어레이 내의 동일한 행과 열에 위치한다.
픽셀 회로 구조 중의 신호 병합 및 평균을 진행해야 하는 다수의 픽셀 회로에 대한 선택의 편의를 위하여, 상기 다수의 픽셀 회로의 분포는 상기 다수의 픽셀 회로가 그것이 소재하고 있는 픽셀 회로 서브 어레이 중에서 동일한 행과 열에 위치하여, 행 스캔 및 열 스캔의 방식을 통해 현재 신호의 병합 및 평균을 진행해야 하는 상기 다수의 픽셀 회로를 스트로빙할 수 있다.
실현 가능한 실시방식에서, 상기 출력 회로는 연산 증폭기를 포함하고, 상기 연산 증폭기는 제1 입력단 및 제2 입력단을 포함하고, 상기 다수의 픽셀 회로의 제1 출력단은 상기 연산 증폭기의 제1 입력단과 연결되고 상기 다수의 픽셀 회로의 제2 출력단은 상기 연산 증폭기의 제2 입력단과 연결된다.
실현 가능한 실시방식에서, 상기 연산 증폭기는 연산 증폭기의 출력단과 연결되는 다수 그룹의 트랜지스터를 더 포함하고, 각 그룹의 트랜지스터는 직렬 연결된 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터를 포함한다. 상기 다수 그룹의 트랜지스터의 수량은 상기 다수 픽셀 회로의 수량과 동일하고, 상기 제1 트랜지스터와 상기 픽셀 회로의 소스 팔로워 입력관의 트랜스컨덕턴스는 동일하고, 상기 제2 트랜지스터는 상기 픽셀 회로의 스트로브 스위치 관과 동일한 스트로브 스위치 관이고, 상기 소스 팔로워 입력관과 상기 스트로브 스위치 관은 상기 픽셀 회로의 제1 출력단과 제2 출력단 사이에 직렬 연결된다.
실현 가능한 실시방식에서, 상기 연산 증폭기는 전류 미러를 더 포함하고, 상기 전류 미러의 일단은 각 픽셀 회로의 소스 팔로워 입력관과 연결되고, 상기 전류 미러의 타단은 각 그룹의 트랜지스터의 제1 트랜지스터와 연결된다.
실현 가능한 실시방식에서, 상기 연산 증폭기는 전류 소스를 더 포함하고, 상기 전류 소스의 일단은 각 픽셀 회로의 스트로브 스위치 관과 연결되고, 각 그룹의 트랜지스터 중의 제2 트랜지스터와 연결되고 상기 전류 소스의 타단은 접지된다.
실현 가능한 실시방식에서, 상기 연산 증폭기는 전류 미러를 더 포함하고, 상기 전류 미러의 일단은 각 픽셀 회로의 스트로브 스위치 관과 연결되고, 상기 전류 미러의 타단은 각 그룹의 트랜지스터 중의 제2 트랜지스터와 연결된다.
실현 가능한 실시방식에서, 상기 연산 증폭기는 전류 소스를 더 포함하고, 상기 전류 소스의 일단은 각 픽셀 회로의 소스 팔로워 입력관과 연결되고, 각 그룹의 트랜지스터 중의 제1 트랜지스터와 연결된다.
실현 가능한 실시방식에서, 상기 픽셀 회로는 포토 다이오드, 기생 커패시터, 리셋 스위치 관 및 전송관을 더 포함한다. 상기 포토 다이오드의 양극은 접지되고, 상기 포토 다이오드의 음극은 상기 전송관의 소스 전극과 연결되고, 상기 전송관의 그리드 전극은 전송 신호에 의해 제어되고, 상기 전송관의 드레인 전극은 상기 기생 커패시터의 일단, 상기 소스 팔로워 입력관의 그리드 전극, 및 상기 리셋 스위치 관의 소스 전극과 연결되고, 상기 기생 커패시터의 타단은 접지되고, 상기 리셋 스위치 관의 드레인 전극은 리셋 전압에 연결되고, 상기 리셋 스위치 관의 그리드 전극은 리셋 신호에 의해 제어되고, 상기 스트로브 스위치 관의 그리드 전극은 스트로브 신호에 의해 제어되고, 상기 소스 팔로워 입력관의 소스 전극은 상기 스트로브 스위치 관의 드레인 전극과 연결되고, 상기 소스 팔로워 입력관의 드레인 전극의 일단 및 상기 스트로브 스위치 관의 소스 전극의 일단은 각각 상기 픽셀 회로의 제1 출력단과 제2 출력단이 된다.
실현 가능한 실시방식에서, 상기 샘플링 회로는 제1 샘플링 커패시터와 제2 샘플링 커패시터를 포함하고, 상기 제1 샘플링 커패시터와 상기 제2 샘플링 커패시터는 상기 픽셀 회로 노출 전후에 각각 상기 신호의 평균치를 2회 샘플링하여 관련 더블 샘플링을 실현한다.
상관 더블 샘플링을 사용하면, 픽셀 회로 중의 리셋 소음의 간섭을 제거하여 이미지 센서의 성능을 향상시킬 수 있다.
실현 가능한 실시방식에서, 상기 이미지 센서는 지문 검출 장치에 사용되고, 상기 다수의 픽셀 회로가 수신한 상기 광 신호는 손가락이 리턴한 광과 동일한 방향의 광 신호이다.
제2 양태로, 상술한 제1 양태 및 제1 양태의 어느 하나의 실현 가능한 실시방식의 이미지 센서를 포함하는 지문 검출 장치를 제공한다.
실현 가능한 실시방식에서, 상기 지문 검출 장치는 상기 각 서브 어레이 상측에 설치된 광 경로 가이드 구조를 더 포함하고, 상기 광 경로 가이드 구조는 마이크로 렌즈와 상기 마이크로 렌즈 하측에 설치된 다수의 차광층을 포함하고, 상기 다수의 차광층 중의 최상측의 차광층에 적어도 하나의 광투과홀이 설치되고 그 외 차광층 중의 각 차광층 상에 다수의 광투과홀이 설치되어 상기 다수 방향의 광 가이드 통로를 형성하고, 상기 마이크로 렌즈는 상기 디스플레이 스크린 상측의 손가락이 리턴한 광 신호를 수렴하고, 상기 다수 방향의 광 가이드 통로는 대응 방향의 상기 광 신호를 대응하는 픽셀 회로로 가이드한다.
제3의 양태로, 전술한 제2의 양태 및 제2의 양태의 어느 하나의 실현 가능한 실시방식 중의 지문 검출 장치를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
도 1은 전통적인 이미지 센서의 구조 개략도이다.
도 2는 도 1의 이미지 센서에 기초한 작업 원리의 개략도이다.
도 3은 본 출원의 실시예의 이미지 센서의 개략도이다.
도 4는 도 3의 이미지 센서에 기초한 작업 원리의 개략도이다.
도 5는 본 출원의 실시예의 가능한 픽셀 회로의 구조 개략도이다.
도 6은 본 출원의 실시예의 가능한 출력 회로의 구조 개략도이다.
도 7은 도 5 및 도 6의 이미지 센서에 기초한 실시 가능한 구조 개략도이다.
도 8은 본 출원의 실시예의 다수의 수신 방향의 광 경로를 실현하는 개략도이다.
도 9는 본 출원의 실시예의 다수의 수신 방향을 실현하는 광 경로의 개략도이다.
이하 도면을 결합하여 본 출원 중의 기술 방안에 대해 서술한다.
본 출원의 실시예의 이미지 센서는 임의의 신호 병합 및 평균을 진행해야 하는 신(scene)에 사용될 수 있다. 예를 들면 상기 이미지 센서는 지문 검출 장치에 응용되어 손가락이 리턴한 신호를 채집하여 상기 손가락의 지문 이미지를 얻을 수 있다.
도 1은 전통적인 이미지 센서의 구조 개략도이다. 도 1에 도시된 이미지 센서는 픽셀 회로 어레이(110), 출력 회로(120), 샘플링 회로(130), 행 스캔 제어기(140), 열 스캔 제어기(150), 다경로 선택 스위치(160), 프로그램 가능 이득 증폭기(Programmable Gain Amplifier, PGA)(170)와 아날로그 디지털 컨버터(Analog-to-Digital Cnonverter, ADC)(180) 등을 포함한다. 픽셀 회로 어레이(110) 중의 스트로빙된 픽셀 회로는 각자 수신한 광 신호를 전기 신호로 전환하여 출력 회로(120)로 입력하고, 출력 회로(120)에 의해 상기 전기 신호를 판독한다. 출력 회로(120)은 다양한 형식을 구비할 수 있고 전통적인 4T 픽셀 회로 구조의 소스 팔로워를 포함하나 이에 한정되지 않는다. 샘플링 회로(130)은 출력 회로(120)가 출력한 신호에 대해 샘플링 및 홀딩을 진행하여 상관 더블 샘플링(Correlated Double Sampling，CDS)을 진행한 다음 다경로 선택 스위치의 제어로 순차대로 GPA회로(170) 및 ADC회로(180)로 출력하고 각각 증폭 및 아날로그 디지털 컨버젼 등 조작을 진행하여 최종 데이터를 얻게 된다.
도 2는 도 1에 도시된 이미지 센서에 기초한 작업 원리 개략도이다. 도 2의 Row는 행을 표시하고, Col은 열을 표시한다. 도 2에 도시된 픽셀 회로 어레이(110)와 같이, 번호가 1인 픽셀 회로의 출력 신호는 신호 병합 및 평균을 진행해야 하고, 번호가 2인 픽셀 회로의 출력 신호는 신호 병합 및 평균을 진행해야 하고, 번호가 3인 픽셀 회로의 출력 신호는 신호 병합 및 평균을 진행해야 하고, 번호가 4인 픽셀 회로의 출력 신호는 신호 병합 및 평균을 진행해야 한다.
도 2는 4개의 서브 어레이를 나타내고, 각각은, 좌상측 코너의 4개의 픽셀 회로로 이루어진 서브 어레이, 우상측 코너의 4개의 픽셀 회로로 이루어진 서브 어레이, 좌하측 코너의 4개의 픽셀 회로로 이루어진 서브 어레이 및 우하측 코너의 4개의 픽셀 회로로 이루어진 서브 어레이이다. 각 4개의 서브 어레이 중의 번호가 동일한 픽셀 회로의 출력 신호가 대응하는 신호 평균치는 후속 처리를 진행 후, 이미지 센서(300)가 채집한 한 폭의 이미지 중의 한 픽셀 포인트의 픽셀 데이터로 할 수 있다. 예를 들면 4개의 픽셀 회로(1)의 출력 신호가 대응하는 신호 평균 값은 후속 처리를 진행 후 픽셀 회로(1)의 픽셀 데이터로 할 수 있고, 4개의 픽셀 회로(2)의 출력 신호가 대응하는 신호 평균치는 후속 처리를 진행한 후 픽셀 회로(2)의 픽셀 데이터로 할 수 있다.
4개의 픽셀 회로(1)를 예로 하면, 제i행 및 제i+2행이 스트로빙 된 경우, 제i행 제j열의 픽셀 회로(1)의 출력 신호는 OUT1<j>이고, 상기 출력 신호 OUT1<j>는 대응되는 출력 회로(120)에 의해 판독되어 신호 B1<j>를 얻고, 신호 B1<j>는 샘플링 회로 중의 신호 B1<j>에 대응되는 샘플링 커패시터어 의해 샘플링 및 홀딩이 진행되고; 제i+2행 제j열의 픽셀 회로(1)의 출력 신호는 OUT2<j>이고, 상기 출력 신호 OUT2<j>는 대응되는 출력 회로(120)에 의해 판독되어 신호 B2<j>를 얻고, 신호 B2<j>는 샘플링 회로 중의 신호 B2<j>에 대응되는 샘플링 커패시터에 의해 샘플링 및 홀딩이 진행되고; 제i행 제j+2열의 픽셀 회로(1)의 출력 신호는 OUT1<j+2>이고, 상기 출력 신호 OUT1<j+2>는 대응되는 출력 회로(120)에 의해 판독되어 신호 B1<j+2>를 얻고, 신호 B1<j+2>는 샘플링 회로 중의 신호 B1<j+2>에 대응되는 샘플링 커패시터에 의해 샘플링 및 홀딩이 진행되고; 제i+2행 제j열의 픽셀 회로(1)의 출력 신호는 OUT2<j+2>이고, 상기 출력 신호 OUT2<j+2>는 대응하는 출력 회로(120)에 의해 판독되어 신호 B2<j+2>를 얻고, 신호 B2<j+2>는 샘플링 회로 중의 신호 B2<j+2>에 대응되는 샘플링 커패시터에 의해 샘플링 및 홀딩이 진행된다. 픽셀 회로 어레이(110) 중의 4개 픽셀 회로(1)가 각자 대응하는 출력 회로(120)을 거쳐 최종적으로 얻어진 각각의 신호는 B1<j>, B2<j>, B1<j+2> 및 B2<j+2>이고, 다음 각자 대응하는 샘플링 회로(130)을 거친 후 병합 평균 후의 데이터를 얻고, 각각 VRST 및 VSIG로 기록한다. 그중 VRST 및 VSIG 각각은 노출 전후 2회 채집한 신호이고 이 2개 신호에 대해 상관 더블 샘플링을 진행한 후 노이즈 신호를 제거할 수 있고, 이어서 상관 더블 샘플링 후의 신호를 PGA 회로(170)과 ADC 회로(180)에 입력하고 증폭 및 아날로그 디지털 컨버젼을 진행하여 픽셀 회로(1)의 픽셀 데이터를 얻게 된다.
제i행과 제i+2행이 스트로빙 된 경우, 4개 픽셀 회로(2)는 유사한 과정을 거쳐 최종적으로 픽셀 회로(2)에 대응하는 VRST 및 VSIG을 얻을 수 있으며, 이 2개의 신호에 대해 상관 더블 샘플링을 진행 후 PGA 회로(170)과 ADC 회로(180)에 입력하고 증폭 및 아날로그 디지털 컨버젼을 진행하여 픽셀 회로(2)의 픽셀 데이터를 얻게 된다.
이어서 제i+1행과 제i+3행이 스트로빙 된 경우, 4개의 픽셀 회로(3)와 4개의 픽셀 회로(4)에 대해 유사한 조작을 진행하여 최종적으로 각자의 픽셀 데이터를 얻게 된다.
알 수 있듯이, 도 2에서 신호 병합 및 평균을 진행해야 하는 다수의 픽셀 회로는 각각 다수의 출력 회로(120)을 통해 판독되고, 계속하여 각각 다수의 샘플링 커패시터를 통해 샘플링 및 홀딩을 진행하고 마지막에 신호 병합 및 평균을 계속 진행한다. 구체적으로 만약 신호 병합 및 평균을 진행해야 하는 다수의 서브 픽셀이 N행에 배열되고 픽셀 어레이(110)이 Y열을 포함하면, N×Y개 출력 회로(120)과 N×Y개 샘플링 회로(130)을 필요로 한다. 따라서 이미지 센서 중에 대량의 출력 회로(120)과 샘플링 회로(130)을 설치해야 하며 이미지 센서의 면적과 에너지 소모가 비교적 높게 된다.
따라서, 본 출원의 실시예는 비교적 작은 면적과 전력 소모를 가지는 이미지 센서를 제공하였다.
도 3은 본 출원의 실시예의 이미지 센서의 개략도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(300)는 픽셀 회로 어레이(310)과 출력 회로(320)을 포함한다. 상기 출력 회로(320)는 판독 회로(320)로 칭할 수도 있다.
픽셀 회로 어레이(310) 중의 각 픽셀 회로는 수신된 광 신호에 따라 출력 신호를 생성한다.
출력 회로(320)는 픽셀 회로 어레이(310) 중의 다수의 픽셀 회로의 출력 신호를 동시에 수신하고, 다수의 픽셀 회로의 출력 신호의 신호 평균치를 출력한다.
상기 실시예에서, 이미지 센서(300) 중의 출력 회로(320)는 픽셀 회로 어레이(310) 중의 다수의 픽셀 회로의 출력 신호를 동시에 수신하고 상기 다수의 픽셀 회로의 출력 신호의 신호 평균치를 출력할 수 있어, 출력 회로(320) 중에서 다수의 픽셀 회로의 출력 신호에 대한 병합 및 평균을 실현한다. 신호의 병합 및 평균을 진행해야 하는 신에서, 출력 회로의 수량을 대폭 줄였고 이미지 센서의 면적과 전력 소모를 감소시키고 원가를 낮추었다.
추가로, 선택적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(300)는 출력 회로(320)가 출력한 상기 신호 평균치를 샘플링하는 샘플링 회로(330)을 더 포함할 수 있다.
각각의 출력 회로는 출력 회로가 출력한 신호 평균치에 대해 샘플링을 진행하는 단 하나의 샘플링 회로만 필요하므로, 이미지 센서 중 샘플링 회로의 수량도 적어지고 이미지 센서의 면적과 전력 소모는 추가로 줄어들게 된다.
추가로, 선택적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(300)는, 다경로 중 임의의 하나의 경로가 출력하는 신호 평균치를 스트로빙하여, 다경로 출력의 상기 신호 평균치가 순차적으로 후속의 공공의 처리 회로를 통해 처리가 진행되도록, 다경로 선택 스위치(360)을 더 포함할 수 있다.
추가로, 선택적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(300)는, 픽셀 회로 어레이(310) 중의 행과 열의 스트로빙을 각각 제어하는 행 스캔 제어기(340)와 열 스캔 제어기(350)를 더 포함할 수 있다.
추가로, 선택적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(300)는, 수신된 신호를 증폭하는 PGA 회로(370)를 더 포함할 수 있다.
추가로, 선택적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(300)는 증폭 후의 신호에 대해 아날로그 디지털 컨버젼을 진행하는 ADC 회로(370)를 더 포함할 수 있다.
본 출원 실시예에서, 이미지 센서(300)는 동시에 픽셀 회로 어레이(310) 중의 임의의 위치의 다수의 픽셀 회로에 대해 신호 병합 및 평균을 진행할 수 있다. 픽셀 회로 어레이(310) 중의 신호의 병합 및 평균을 진행해야 하는 상기 다수의 픽셀 회로에 대해 선택하기 편하도록, 바람직하게, 일 실시 방식에서 픽셀 회로 어레이(310)는 다수의 서브 어레이로 이루어지고, 상기 다수의 픽셀 회로는 상기 다수의 서브 어레이 중 번호가 동일한 픽셀 회로를 포함하고, 각 서브 어레이 중 번호가 동일한 픽셀 회로는 각자 대응되는 서브 어레이 내의 동일한 행과 열에 위치한다. 예를 들면, 각 서브 어레이 중 번호가 1인 픽셀 회로는 모두 대응 서브 어레이 중의 제1행 제1열에 위치하고, 각 서브 어레이에서 번호가 2인 픽셀 회로는 모두 대응 서브 어레이 중의 제1행 제2열에 위치한다. 이러면 아주 편하게 행 스캔 및 열 스캔 방식을 통해 현재에 신호 병합 및 평균을 진행해야 하는 상기 다수의 픽셀 회로를 스트로빙할 수 있고, 예를 들면 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같다.
선택적으로, 일 실시 방식에서, 출력 회로(320)는 연산 증폭기를 포함하고, 상기 연산 증폭기는 제1 입력단 및 제2 입력단을 포함한다. 상기 다수의 픽셀 회로의 제1 출력단은 연산 증폭기의 제1 입력단과 연결되고, 상기 다수의 픽셀 회로의 제2 출력단은 연산 증폭기의 제2 입력단과 연결된다.
도 2에 도시된 방식에서, 먼저 상기 다수의 픽셀 회로의 출력 신호를 각 다수의 출력 회로(320)를 통해 판독하고, 다수의 샘플링 회로(330)를 통해 각각 샘플링 및 홀딩을 진행한 다음, 신호 병합 및 평균을 진행한다. 상기 실시예에서, 신호의 병합 및 평균을 진행해야 하는 상기 다수의 픽셀 회로의 2개의 출력은 각각 출력 회로(320)의 2개의 입력으로 함으로써, 상기 다수의 픽셀 회로의 출력 신호가 출력 회로(320) 내에서 병합 및 평균을 완성하게 하여 출력 회로(320)의 수량과 샘플링 회로(330)의 수량을 대폭 줄이고, 이미지 센서의 면적과 전력 소모를 최대한으로 줄이고 원가를 낮춘다.
상기 실시예 중의 이미지 센서(300)에 대해 더욱 명확하게 설명하기 위하여, 아래에서 도 4를 예로 이미지 센서(300)의 작업 원리를 상세히 서술한다. 그중, 도 4에서 Row는 행을 표시하고 Col은 열을 표시한다. 도 4는 단지 픽셀 회로 어레이(310) 중의 4개의 서브 어레이를 나타내고, 각각의 서브 어레이는 2×2개 픽셀 회로를 포함하고 번호는 각각 1, 2, 3 및 4이다. 각각의 서브 어레이는 기타 수량의 픽셀 회로를 포함할 수도 있고, 예를 들면, 각각의 서브 어레이는 R×R개 픽셀 회로를 포함하고, 그중 R>1이다. 도 4에 도시된 것은 단지 예시일 뿐, 본 출원의 보호 범위에 대해 제한하지 않아야 한다. 그 밖에, 상기 픽셀 회로 어레이(310)에 포함된 서브 어레이도 기타 수량을 가질 수 있다. 예를 들면, 픽셀 회로 어레이(310)는 P×Q×M개 서브 어레이를 포함할 수 있고, P 및 Q는 양의 정수이고, 그중 M은 몇개의 픽셀 회로의 출력 신호에 대해 신호 병합 및 평균을 진행해야 하는지 나타내고, 예를 들면 M=4이다.
도 4에서 표시된 픽셀 회로 어레이(110)와 같이, 4개의 서브 어레이 중 번호가 1인 픽셀 회로의 출력 신호는 병합 및 평균을 진행해야 하고, 번호가 2인 픽셀 회로의 출력 신호는 병합 및 평균을 진행해야 하며, 번호가 3 픽셀 회로의 출력 신호는 병합 및 평균을 진행하고, 번호가 4인 픽셀회로의 출력 신호는 병합 및 평균을 진행해야 한다.
이해해야 할 것은, 각각의 4개의 서브 어레이 중의 번호가 동일한 픽셀 회로의 출력 신호에 대응하는 상기 신호 평균치는 이미지 센서(300)가 샘플링한 한 폭의 이미지 중의 하나의 픽셀 포인트의 픽셀 데이터로 할 수 있다. 그중, 픽셀 회로 어레이(310)가 P×Q×M개 서브 어레이를 포함하는 경우, 이미지 센서(300)가 샘플링한 한 폭의 이미지는 P×Q개 픽셀 포인트를 포함하고, 그중 M개 픽셀 회로의 출력 신호에 대해 신호 병합 및 평균을 진행해야 한다. 예를 들면, M=4인 경우, 4개 픽셀 회로(1)의 출력 신호가 대응하는 신호 평균치는 픽셀 회로(1)의 픽셀 데이터로 하고, 4개 픽셀 회로(2)의 출력 신호가 대응하는 신호 평균치는 픽셀 회로(2)의 픽셀 데이터로 하고, 4개 픽셀 회로(2)의 출력 신호가 대응하는 신호 평균치는 픽셀 회로(2)의 픽셀 데이터로 하고, 4개 픽셀 회로(4)의 출력 신호가 대응하는 신호 평균치는 픽셀 회로(4)의 픽셀 데이터로 하는 등등이다.
4개의 픽셀 회로(1)를 예로 하면, 제i행과 제i+2행이 스트로빙시, 제i행 제j열의 픽셀 회로(1), 제i+2행 제j열의 픽셀 회로(1), 제i행 제j+2열의 픽셀 회로(1), 및 제i+2행 제j+2열의 픽셀 회로(1)는 모두 스트로빙 된다.
4개의 픽셀 회로(1)의 출력 신호 OUTN은 대응하는 출력 회로(320)의 동일 입력단에 입력되고, 4개의 픽셀 회로(1)의 출력 신호 OUTP는 대응하는 출력 회로(320)의 다른 한 입력단에 입력된다. 다시 말하면, 제i행 제j열의 픽셀 회로(1)와 제i+2행 제j열의 픽셀 회로(1)가 출력한 OUTN<j> 및 제i행 제j+2열과 제i+2행 제j+2열의 픽셀 회로(1)가 출력한 OUTN<j+2>는 대응하는 출력 회로(320)의 동일한 입력단에 입력된다. 또한, 제i행 제j열의 픽셀 회로(1)와 제i+2행 제j열의 픽셀 회로(1)가 출력한 OUTP<j> 및 제i행 제j+2열과 제i+2행 제j+2열의 픽셀 회로(1)가 출력한 OUTP<j+2>은 상기 출력 회로(320)의 다른 입력단에 입력된다.
상기 출력 회로(320)는 4개의 픽셀 회로(1)의 출력 신호 OUTN과 OUTP를 수신하고 OUT1을 출력하고, 그중 OUT1은 바로 병합 및 평균 후의 4개의 픽셀 회로(1)의 출력 신호이다. 신호 OUT1은 대응되는 샘플링 회로(330)에 의해 샘플링 및 홀딩되어, 최종적으로 병합 및 평균 후의 데이터를 출력하여 각각 VRST 및 VSIG로 표기한다. VRST 및 VSIG은 각각 노출 전후에 2회 샘플링한 신호이고, 이 두개의 신호에 대해 상관 더블 샘플링을 진행한 후, 일정한 소음 신호를 제거할 수 있고, 이어서 상관 더블 샘플링 후의 신호를 PGA 회로(370)와 ADC회로(380)에 입력하고 증폭 및 아날로그 디지털 건버젼을 진행하여, 픽셀 회로(1)의 픽셀 데이터를 얻는다.
제i행과 제i+2행 스트로빙 시，제i행 제j+1열의 픽셀 회로(2), 제i+2행 제j+1열의 픽셀 회로(1), 제i행 제j+3열의 픽셀 회로(1), 및 제i+2행 제j+3열의 픽셀 회로(2)는 모두 스트로빙 된다. 이 4개의 픽셀 회로(2)는 유사한 과정을 거쳐 최종적으로 픽셀 회로(2)에 대응되는 VRST과 VSIG를 얻을 수 있고, 이 2개 신호에 대해 상관 더블 샘플링을 진행 후, PGA 회로(170)와 ADC 회로(180)에 입력하고 증폭 및 아날로그 디지털 컨버젼을 진행하여, 픽셀 회로(2)의 픽셀 데이터를 얻게 된다.
이어서 제i+1행과 제i+3행 스트로빙 시，4개의 픽셀 회로(3)와 4개의 픽셀 회로(4)에 대해 유사한 조작을 진행하여 최종적으로 각자의 픽셀 데이터를 얻게 된다.
알 수 있듯이, 도 3에서, 번호가 동일한 다수의 픽셀 회로의 출력 신호는 대응하는 출력 회로(320) 내부 회로에서 병합 및 평균을 완성하여 출력 회로(320)의 수량과 샘플링 회로(330)의 수량을 대폭 감소시키고 이미지 센서의 면적과 전력 손실을 크게 줄인다.
본 출원의 실시예는 픽셀 회로 어레이(310) 중의 각 픽셀 회로의 구조에 대해 한정하지 않는다.
선택적으로, 일 실시 방식에서 상기 픽셀 회로는 포토 다이오드, 기생 커패시터, 리셋 스위치 관 및 전송관을 더 포함한다.
상기 포토 다이오드의 양극은 접지되고, 상기 포토 다이오드의 음극은 상기 전송관의 소스 전극에 연결되고, 상기 전송관의 그리드 전극은 전송 신호에 의해 제어되고, 상기 전송관의 드레인 전극은 상기 기생 커패시터의 일단, 상기 소스 팔로워 입력관의 그리드 전극, 및 상기 리셋 스위치 관의 소스 전극과 연결되고, 상기 기생 커패시터의 타단은 접지되고, 상기 리셋 스위치 관의 드레인 전극은 리셋 전압에 연결되고, 상기 리셋 스위치 관의 그리드 전극은 리셋 신호에 의해 제어되고, 상기 스트로브 스위치 관의 그리드 전극은 스트로브 신호에 의해 제어되고, 상기 소스 팔로워 입력관의 소스 전극은 상기 스트로브 스위치 관의 드레인 전극과 연결되고, 상기 소스 팔로워 입력관의 드레인 전극의 일단 및 상기 스트로브 스위치 관의 소스 전극의 일단은 각각 상기 픽셀 회로의 제1 출력단과 제2 출력단이 된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 픽셀 회로는 포토 다이오드（Photodiode，PD）, 기생 커패시터(CFD), 전송관(M1), 리셋 스위치 관(M2), 소스 팔로워 입력관(M3) 및 스트로브 스위치 관(M4)을 포함한다. 상기 리셋 스위치 관(M2)은 포토 다이오드(PD)에 대해 리셋을 진행한다. 상기 스트로브 스위치 관(M4)이 오픈되는 경우, 상기 픽셀 회로는 현재 스트로빙되어 신호의 병합 및 평균을 진행하는 것을 표명한다.
그중, 포토 다이오드(PD)의 양극은 접지되고, 포토 다이오드(PD)의 음극은 전송관(M1)의 소스 전극을 연결하고, 전송관(M1)의 그리드 전극은 전송 신호(TX)에 의해 제어되고, 전송관(M1)의 드레인 전극은 기생 커패시터(CFD)의 일단, 소스 팔로워 입력관(M3)의 그리드 전극 및 리셋 스위치 관(M2)의 소스 전극과 연결되고, 기생 커패시터(CFD)의 타단은 접지되고, 리셋 스위치 관의 드레인 전극은 리셋 전압(VRST)에 연결되고, 리셋 스위치 관의 그리드 전극은 리셋 신호(RST)에 의해 제어되고, 소스 팔로워 입력관(M3)의 소스 전극은 스트로브 스위치 관(M4)의 드레인 전극과 연결되고, 팔로워 입력관(M3)의 드레인 전극은 전원 전압(VCCP)에 연결되고, 스트로브 스위치 관(M4)의 그리드 전극은 스트로브 신호(RSEL)에 의해 제어된다.
광선이 포토 다이오드(PD) 상에 조사되어 전하를 생성하면, 상기 전하는 전송관(M1)이 오픈되는 경우, 기생 커패시터(CFD)에 의해 수집되므로, FD 포인트 상에 상응한 전압을 발생시키고, 광 신호를 전기 신호로 전환하는 과정을 실현한다. FD포인트의 전압의 영향을 받아, 소스 팔로워 입력관(M3)의 드레인 전극과 스트로브 스위치 관(M4)의 소스 전극은 각각 전압 신호 OUTN 및 OUTP, 즉 상기 픽셀 회로의 2개 출력 신호를 생성한다.
각 행의 픽셀 회로의 리셋 신호 RST<i>는 서로 연결되고, 각 행의 픽셀 회로의 스트로브 신호 RSEL<i>는 서로 연결되고, i는 행수이다. 그중 RSEL<i>=1인 경우, 상기 행 픽셀은 스트로빙된다.
이해해야 할 것은, 도 5에 도시된 픽셀 회로는 단지 예시일 뿐이고, 본 출원 실시예는 기타 구조의 픽셀 회로를 이용할 수도 있고, 4T픽셀 구조를 포함하나 이에 한정되지 않는다.
본 출원 실시예는 출력 회로(320)의 구조에 대해서도 한정하지 않는다.
선택적으로, 일 실시 방식에서 출력 회로(320) 중의 연산 증폭기는 연산 증폭기의 출력단과 연결되는 다수 그룹의 트랜지스터를 더 포함한다. 그중 각 그룹의 트랜지스터는 직렬 연결된 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터를 포함한다. 상기 다수 그룹의 트랜지스터의 수량(즉 그룹 수)는 신호의 병합 및 평균을 진행해야 하는 상기 다수의 픽셀 회로의 수량과 동일하다.
추가로, 상기 제1 트랜지스터와 상기 픽셀 회로의 소스 팔로워 입력관의 트랜스 컨덕턴스는 동일하거나, 또는 상기 제1 트랜지스터와 상기 픽셀 회로의 소스 팔로워 입력관의 것은 동일한 트랜지스터이다.
또한, 상기 제2 트랜지스터는 상기 픽셀 회로의 스트로브 스위치 관과 동일한 스트로브 스위치 관이다.
바람직하게, 상기 제1 트랜지스터, 상기 소스 팔로워 입력관, 상기 제2 트랜지스터, 상기 스트로브 스위치 관은 모두 동일한 트랜지스터일 수 있다.
예를 들면, 일 실시 방식에서, 상기 연산 증폭기는 전류 미러를 더 포함하고, 상기 전류 미러의 일단은 각 픽셀 회로의 소스 팔로워 입력관과 연결되고 상기 전류 미러의 타단은 각 그룹의 트랜지스터의 제1 트랜지스터와 연결된다.
추가로, 선택적으로, 상기 연산 증폭기는 전류 소스를 더 포함하고, 상기 전류 소스의 일단은 각 픽셀 회로의 스트로브 스위치 관과 연결되고, 또한 각 그룹의 트랜지스터 중의 제2 트랜지스터와 연결되고 상기 전류 소스의 타단은 접지된다.
또 예를 들면, 다른 한 실시 방식에서 연산 증폭기는 전류 미러를 더 포함하고, 상기 전류 미러의 일단은 각 픽셀 회로의 스트로브 스위치 관과 연결되고, 상기 전류 미러의 타단은 각 그룹의 트랜지스터 중의 제2 트랜지스터와 연결된다.
추가로, 선택적으로, 상기 연산 증폭기는 전류 소스를 더 포함하고, 상기 전류 소스의 일단은 각 픽셀 회로의 소스 팔로워 입력관과 연결되고, 또한 각 그룹의 트랜지스터 중의 제1 트랜지스터와 연결되고, 상기 전류 소스의 타단은 접지된다.
예를 들면, 도 6에 도시된 출력 회로(320)는 연산 증폭기(321)를 포함한다. 도 5에 도시된 픽셀 회로를 이용한다고 가설하면, FD<1> 내지 FD<N> 각각은 신호의 병합 및 평균을 진행해야 하는 픽셀 회로의 소스 팔로워 입력관(M3)의 그리드 전극 전압이다. POUT, 예를 들면 도 4 중의 OUT1은 출력 회로(320)의 출력단의 출력 신호이다. 상기 출력단은 N그룹 트랜지스터(3212)와 연결되고, N그룹 트랜지스터(3212) 사이는 서로 병렬 연결되고, 그중 각 그룹의 트랜지스터(3212)는 직렬 연결된 트랜지스터(M5)와 트랜지스터(M6)을 포함한다. 구체적으로, 상기 출력단은 각 그룹의 트랜지스터(3212) 중의 트랜지스터(M5)의 그리드 전극과 연결된다.
출력 회로(320)의 2개 입력단에서, 그중 하나의 입력단은 각 픽셀 회로의 출력 OUTP와 연결되고, 다른 하나의 입력단은 각 픽셀 회로의 출력 OUTN과 연결된다. 또한, 출력 회로(320) 중의 트랜지스터(M5)의 트랜스컨덕턴스와 트랜지스터(M3)의 트랜스컨덕턴스는 동일하거나, 또는 출력 회로(320) 중의 트랜지스터(M5)와 픽셀 회로 중의 트랜지스터(M3)은 서로 동일한 트랜지스터이다. 또한, 트랜지스터(M6)과 트랜지스터(M4)는 동일한 스트로브 스위치 관이다. 출력 회로(320)가 신호의 병합 및 평균을 진행 시, 트랜지스터(M6)와 트랜지스터(M4)는 스위치로써 모두 도통 상태이고, 이하 이해의 편의를 위하여 트랜지스터(M6)과 트랜지스터(M4)를 도선으로 볼 수 있다.
도 6에서 볼 수 있듯이, 연산 증폭기(321)는 전류 미러(3211)를 포함하고, 전류 미러(3211)의 입력단 전류와 출력단 전류는 각각 I1 및 I2이고, I1=I2이다.
픽셀 회로 어레이(310) 중 각각의 픽셀 회로의 FD포인트의 전압은 일반적으로 상호 차이가 크지 않다. 즉 작은 신호 가설이 성립된다. 따라서 FD<1> 내지 FD<N> 중의 임의의 하나는 FD<k>=VCM+△V<k>로 표시할 수 있고, 그중, VCM은 동상 모드 신호이고, △V<k>는 작은 신호 즉 FD<k>는 VCM에 상대적으로 미세한 변화이다. 그러면 입력 단 전류 I1은,
I1=I(CM)+gm(1)Х△V(1)+gm(2)Х△V(2)+.....gm(k)Х△V(k)+.....+gm(N)Х△V(N) 이고,
그중 gm(1)=gm(2)=.....=gm(k)=.....=gm(N)=gm 이고,
따라서 I1=I(CM)+gmХ△V(1)+gmХ△V(2)+.....gmХ△V(k)+.....+gmХ△V(N) 이다.
전류 미러(3211)의 작용으로 출력단의 전류I2=I1이고, 또한 다수 그룹의 트랜지스터(3212) 중의 트랜지스터(M5)의 트랜스 컨덕턴스는 N×gm 과 같다. 따라서 출력 회로(320)의 출력 POUT는,
POUT=VCM+[gmХ△V(1)+gmХ△V(2)+.....+gmХ△V(k)+.....+gmХ△V(N)]/（N×gm）
=VCM+[△V(1)+△V(2)+.....+△V(k)+.....+△V(N)]/N
=（FD<1>+FD<2>+.....+FD<k>+.....+FD<N>）/N 이다.
출력 회로(320)는 멀티 입력 트랜스컨덕턴스 전류에 기초하여 합을 구하는 상기 연산 증폭기(321)를 사용하여 FD<1>, FD<2>, ....., FD<k>, .....FD<N>에 대응하는 출력 신호의 병합 및 평균을 실현하는 것을 알 수 있다.
전제적으로 보면, 도 6중의 출력 회로(320)의 연산 증폭기(321)는 파이브 튜브 연산 증폭기의 기본 구조를 사용하고, 연산 증폭기(321)의 입력단은 신호 병합 및 평균을 진행해야 하는 N개 픽셀 회로를 연결하고, 연산 증폭기의 출력단은 N개 픽셀 회로 중의 소스 팔로워 입력관(M3) 및 스트로브 스위치 관(M4)과 각각 동일한 N개 트랜지스터(M5)와 N개 트랜지스터(M6)를 연결하여, N개 픽셀 회로의 출력 신호의 병합 및 평균을 실현하였다.
도 6에서 도시한 소스 팔로워 입력관(M3)와 스트로브 스위치 관(M4)의 위치는 교환할 수 있고, 동시에 트랜지스터(M5)와 트랜지스터(M6)의 위치도 교환할 수 있다.
도 6에 도시된 출력 회로는 예시일 뿐이고, 본 출원의 실시예도 기타 구조의 출력 회로를 사용할 수 있고, 파이브 튜브 연산 증폭기를 포함하나 이에 한정되지 않는다.
도 7은 도 5의 픽셀 회로와 도 6의 출력 회로(320)에 기초한 이미지 센서의 개략도이다. 그중, 도 7은 현재 스트로빙된 4개의 픽셀 회로(1)만 나타낸다. 즉 N=4이다. 4개 픽셀 회로(1)의 출력 신호 OUTP와 OUTN을 출력 회로(320)의 2개 입력단에 각각 입력하고, 출력 회로(320)는 다수의 픽셀 회로의 출력 신호 OUTP와 OUTN을 수신 후, 합병 및 평균 후의 신호 POUT를 출력한다.
선택적으로, 일 실시 방식에서, 샘플링 회로(330)은 제1 샘플링 커패시터와 제2 샘플링 커패시터를 포함하고, 상기 제1 샘플링 커패시터와 상기 제2 샘플링 커패시터는 상기 픽셀 회로 노출 전후에 각각 상기 신호의 평균치를 2회 샘플링하여 관련 더블 샘플링을 실현한다.
예를 들면 도 7에 도시된 바와 같이, 샘플링 회로(330)와 출력 회로(320)는 서로 연결되고, 그중 제1 샘플링 커패시터(C1)는 스위치(K1)를 통해 출력 회로(320)의 출력단과 연결되고, 제2 샘플링 커패시터(C2)는 스위치(K2)를 통해 출력 회로(320)의 출력단과 연결된다. 스위치(K1)와 스위치(K2)를 제어하여, 픽셀 회로 노출 전후에 각각 제1 샘플링 커패시터(C1)와 제2 샘플링(C2)를 통해 2회의 신호 평균치를 샘플링하고, 전 1회는 리셋 레벨(VRST)에 대한 샘플링이고, 후 1회는 노출 신호 레벨 VSIG에 대한 샘플링이고, 2회 샘플링한 신호는 디퍼렌셜(differential) 후 리셋 소음을 제거할 수 있고, 이미지 센서의 성능을 향상한다.
본 출원 실시예는 지문 검출 장치를 더 제공하고, 상기 지문 검출 장치는 상술한 본 출원의 각종 실시예 중의 이미지 센서를 포함한다. 상기 지문 검출 장치는 디스플레이 하방에 설치되어, 디스플레이 스크린 아래에 있는 지문을 검출할 수 있다.
상기 이미지 센서는 지문 검출 장치에 응용되고, 신호의 병합 및 평균을 진행해야 하는 상기 다수의 픽셀 회로가 예를 들면 손가락이 리턴한 광과 동일 방향의 광 신호를 수신한다. 또는, 상기 다수의 픽셀 회로 어레이의 각 서브 어레이 중의 다수의 픽셀 회로는 각각 다수 방향의 광 신호를 수신한다.
상기 지문 검출측 장치의 구조는, 예를 들면 마이크로 렌즈와 한 개 이상의 차광층을 사용하여 서로 다른 방향의 광 신호의 접수를 실현할 수 있다.
선택적으로, 일 실시 방식에서, 상기 지문 검출 장치는 상기 각 서브 어레이 상측에 설치된 광 경로 가이드 구조를 더 포함하고, 상기 광 경로 가이드 구조는 마이크로 렌즈와 상기 마이크로 렌즈 하측에 설치된 다수의 차광층을 포함하고, 그중 상기 다수의 차광층 중의 최상측의 차광층에 적어도 하나의 광투과홀이 설치되고, 그 외 차광층 중의 각 차광층 상에 다수의 광투과홀이 설치되어, 상기 다수 방향의 광 가이드 통로를 형성하고, 상기 마이크로 렌즈는 상기 디스플레이 스크린 상측의 손가락이 리턴한 광 신호를 수렴하고, 상기 다수 방향의 광 가이드 통로는 대응 방향의 상기 광신호를 대응하는 픽셀 회로로 가이드 한다.
도 8과 도 9를 예로 하면, 상기 번호가 동일한 픽셀 회로는 동일한 방향의 광선을 수신할 수 있고, 상술한 픽셀 회로(1), 픽셀 회로(2), 픽셀 회로(3) 및 픽셀 회로(4)는 각각 4개 서로 다른 방향의 광선을 수신할 수 있다. 그중, 도 8은 픽셀 회로 어레이(310) 중의 3개 서브 어레이 상측의 광 경로 가이드 구조의 개략도이고, 도 9는 픽셀 회로 어레이(310) 중의 4개 서브 어레이 상측의 광 경로 가이드 구조의 사시도이다.
이미지 센서(300)의 픽셀 회로 어레이(310)의 상측에 3개의 차광층 및 마이크로 렌즈층이 설치되어 있고, 최상측의 차광층 상에 광투과홀이 설치되어 있고, 그 외 차광층 중의 각 차광층 상에 4개의 광투과홀이 설치되어 서로 다른 방향의 4개의 광 가이드 통로를 형성하고, 마이크로 렌즈를 거쳐 수렴된 광 신호는 각각 이 4개의 광 가이드 통로를 거쳐 각각 4개의 픽셀 회로에 도달한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈 어레이(210)는 다수의 마이크로 렌즈(211)를 포함하고, 각 마이크로 렌즈는 하나의 픽셀 유닛에 대응하고, 각 픽셀 유닛은 4개의 픽셀을 포함한다. 차광층(211) 상의 개공(2211), 차광층(222) 상의 개공(2221), 및 차광층(223) 상의 개공(2231)은 하나의 광 수신 방향을 형성하고, 상기 방향의 광 신호는 픽셀 회로(331)에 의해 수신되고; 차광층(211) 상의 개공(2211), 차광층(222) 상의 개공(2222) 및 차광층(223) 상의 개공(2232)은 다른 하나의 광 수신 방향을 형성하고, 상기 방향의 광 신호는 픽셀 회로(332)에 의해 수신될 수 있고; 유사하게 도 9의 사시도는 4개의 광 수신 방향을 나타낸다.
이해해야 할 것은, 도 8 및 도 9는 예시를 나타낼 뿐이고, 기타의 다수의 수신 방향을 실현할 수 있는 광 경로 구조도 상기 지문 검출 장치에 응용될 수 있다. 예를 들면 각 픽셀 회로에 대해 마이크로 렌즈를 설치할 수도 있다. 즉 한 마이크로 렌즈는 한 픽셀 회로에 대응한다.
또한, 이상은 4개 방향의 광선을 예로 하는 것이고, 이때 픽셀 회로 어레이 중의 한 서브 어레이가 포함하는 픽셀 회로는 2X2개 번호가 다른 픽셀 회로이다. 실제 응용에서도 기타 수량의 광선 방향을 사용할 수 있으며, 예를 들면 서브 어레이 중에 번호가 다른 2개의 픽셀 회로를 포함하고 각각 2개의 서로 다른 방향의 광선을 수신한다.
본 출원 실시예는 전자 장치를 더 포함하고 상기 전자 장치는 스크린 및 상술한 본 출원의 각종 실시예의 지문 검출 장치를 포함한다. 선택적으로, 상기 지문 검출 장치는 상기 스크린 하측에 설치되어, 스크린 아래의 광학 지문 검출을 실현한다.
예시적이지만 한정이 아니고, 본 출원의 실시예 중의 전자 장치는 단말 장치, 휴대폰, 플랫 컴퓨터, 노트북, 데스크톱, 게임 장치, 차량 탑재 전자 장치 또는 웨어러블 스마트 장치 등 휴대식 또는 모바일 컴퓨팅 장치 및 전자 데이터 베이스, 자동차, 현금 자동 입출금기(Automated Teller Machine, ATM) 등 기타 전자 장치일 수 있다. 상기 웨어러블 스마트 장치는 기능이 완비되고 크기가 크고 스마트폰에 의지하지 않고 완전 또는 일부 기능을 실현할 수 있는 장치, 예를 들면 스마트 워치 또는 스마트 글라스 및 모 하나의 유형의 응용 기능에 집중하는 예를 들면 휴대폰과 같은 기타 장치에 결합하여 사용하는 장치, 예를 들면 각 유형의 병증 모니터링을 진행하는 스마트 밴드, 스마트 장신구 등을 포함한다.
설명해야 하는 것은, 충돌하지 않는 전제 하에, 본 출원에서 묘사한 각 실시예 및/또는 각 실시예 중의 구성요소들을 임의로 서로 조합할 수 있고, 조합 후에 얻은 기술방안도 본 출원의 보호 범위 내에 속한다.
본 출원의 실시예 중의 구체적인 예는 단지 당업자가 본 출원의 실시예를 더 잘 이해하도록 돕기 위한 것이지 본 출원의 실시예의 범위를 한정하는 것이 아니고 당업자는 상기 실시예의 기초에 각종 개선 및 변형을 진행할 수 있으나 이런 개선 또는 변형은 모두 본 출원의 보호 범위 내에 속한다.
상술한 내용은 본 발명의 구체적 실시 방식에 불과하며, 본 발명의 보호범위는 이에 한정되지 않고, 당업자가 본 발명에 의해 공개된 기술 범위 내에서 다양한 등가 변경 또는 대체를 쉽게 생각해 낼 수 있고, 이러한 변경 또는 대체는 모두 본 발명의 보호범위에 포함되어야 한다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 청구범위를 기준으로 해야 한다.

Claims (15)

  1. 픽셀 회로 어레이, 출력 회로를 포함하는 이미지 센서에 있어서,
    상기 픽셀 회로 어레이 중 각 픽셀 회로는 수신된 광 신호에 따라 출력 신호를 생성하고;
    상기 출력 회로는, 상기 픽셀 회로 어레이 중의 다수의 픽셀 회로의 출력 신호를 동시에 수신하고, 상기 다수의 픽셀 회로의 출력 신호의 신호 평균치를 출력하는,
    이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 출력 회로가 출력한 상기 신호 평균치를 샘플링하는 샘플링 회로를 더 포함하는, 이미지 센서.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 픽셀 회로 어레이는 다수의 서브 어레이로 이루어지고, 상기 다수의 픽셀 회로는 상기 다수의 서브 어레이 중 번호가 동일한 픽셀 회로를 포함하고 상기 각 서브 어레이 중 번호가 동일한 픽셀 회로는 각자 대응되는 서브 어레이 내의 동일한 행과 열에 위치하는, 이미지 센서.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출력 회로는 연산 증폭기를 포함하고, 상기 연산 증폭기는 제1 입력단 및 제2 입력단을 포함하고, 상기 다수의 픽셀 회로의 제1 출력단은 상기 연산 증폭기의 제1 입력단과 연결되고 상기 다수의 픽셀 회로의 제2 출력단은 상기 연산 증폭기의 제2 입력단과 연결되는, 이미지 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연산 증폭기는 연산 증폭기의 출력단과 연결되는 다수 그룹의 트랜지스터를 더 포함하고, 각 그룹의 트랜지스터는 직렬 연결된 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터를 포함하고,
    상기 다수 그룹의 트랜지스터의 수량은 상기 다수 픽셀 회로의 수량과 동일하고, 상기 제1 트랜지스터와 상기 픽셀 회로의 소스 팔로워 입력관의 트랜스컨덕턴스는 동일하고, 상기 제2 트랜지스터는 상기 픽셀 회로의 스트로브 스위치 관과 동일한 스트로브 스위치 관이고, 상기 소스 팔로워 입력관과 상기 스트로브 스위치 관은 상기 픽셀 회로의 제1 출력단과 제2 출력단 사이에 직렬 연결되는, 이미지 센서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연산 증폭기는 전류 미러를 더 포함하고, 상기 전류 미러의 일단은 각 픽셀 회로의 소스 팔로워 입력관과 연결되고, 상기 전류 미러의 타단은 각 그룹의 트랜지스터의 제1 트랜지스터와 연결되는, 이미지 센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연산 증폭기는 전류 소스를 더 포함하고, 상기 전류 소스의 일단은 각 픽셀 회로의 스트로브 스위치 관과 연결되고, 또한 각 그룹의 트랜지스터 중의 제2 트랜지스터와 연결되고, 상기 전류 소스의 타단은 접지되는, 이미지 센서.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 연산 증폭기는 전류 미러를 더 포함하고, 상기 전류 미러의 일단은 각 픽셀 회로의 스트로브 스위치 관과 연결되고, 상기 전류 미러의 타단은 각 그룹의 트랜지스터 중의 제2 트랜지스터와 연결되는, 이미지 센서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 연산 증폭기는 전류 소스를 더 포함하고, 상기 전류 소스의 일단은 각 픽셀 회로의 소스 팔로워 입력관과 연결되고, 또한 각 그룹의 트랜지스터 중의 제1 트랜지스터와 연결되고, 상기 전류 소스의 타단은 접지되는, 이미지 센서.
  10. 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 픽셀 회로는 포토 다이오드, 기생 커패시터, 리셋 스위치 관 및 전송관을 더 포함하고,
    상기 포토 다이오드의 양극은 접지되고, 상기 포토 다이오드의 음극은 상기 전송관의 소스 전극과 연결되고, 상기 전송관의 그리드 전극은 전송 신호에 의해 제어되고, 상기 전송관의 드레인 전극은 상기 기생 커패시터의 일단, 상기 소스 팔로워 입력관의 그리드 전극, 및 상기 리셋 스위치 관의 소스 전극과 연결되고, 상기 기생 커패시터의 타단은 접지되고, 상기 리셋 스위치 관의 드레인 전극은 리셋 전압에 연결되고, 상기 리셋 스위치 관의 그리드 전극은 리셋 신호에 의해 제어되고, 상기 스트로브 스위치 관의 그리드 전극은 스트로브 신호에 의해 제어되고, 상기 소스 팔로워 입력관의 소스 전극은 상기 스트로브 스위치 관의 드레인 전극과 연결되고, 상기 소스 팔로워 입력관의 드레인 전극의 일단 및 상기 스트로브 스위치 관의 소스 전극의 일단은 각각 상기 픽셀 회로의 제1 출력단과 제2 출력단이 되는, 이미지 센서.
  11. 제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 샘플링 회로는 제1 샘플링 커패시터와 제2 샘플링 커패시터를 포함하고, 상기 제1 샘플링 커패시터와 상기 제2 샘플링 커패시터는 상기 픽셀 회로의 노출 전후에 각각 상기 신호의 평균치를 2회 샘플링하여 관련 더블 샘플링을 실현하는, 이미지 센서.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 이미지 센서는 지문 검출측 장치에 사용되고, 상기 다수의 픽셀 회로가 수신한 상기 광 신호는 손가락 리턴 광과 동일한 방향의 광 신호인, 이미지 센서.
  13. 전자 장치의 디스플레이 스크린 하측에 설치되고, 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 상기 이미지 센서를 포함하는 지문 검출 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 이미지 센서 중의 픽셀 회로 어레이의 각 서브 어레이 중의 다수의 픽셀 회로는 각각 다수 방향의 광 신호를 수신하고,
    상기 지문 검측 장치는 상기 각 서브 어레이 상측에 설치된 광 경로 가이드 구조를 더 포함하고, 상기 광 경로 가이드 구조는 마이크로 렌즈와 상기 마이크로 렌즈 하측에 설치된 다수의 차광층을 포함하고, 상기 다수의 차광층 중의 최상측의 차광층에 적어도 하나의 광투과홀이 설치되고, 그 외 차광층 중의 각 차광층 상에 다수의 광투과홀이 설치되어 상기 다수 방향의 광 가이드 통로를 형성하고, 상기 마이크로 렌즈는 상기 디스플레이 스크린 상측의 손가락이 리턴한 광 신호를 수렴하고, 상기 다수 방향의 광 가이드 통로는 대응 방향의 상기 광 신호를 대응하는 픽셀 회로로 가이드 하는, 지문 검출 장치.
  15. 제13항 또는 제14항에 따른 지문 검출 장치를 포함하는 전자 장치.
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