图像传感器、非晶硅tft像素单元的读取电路及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及图像传感器技术领域，特别涉及一种图像传感器、非晶硅TFT像素单元的读取电路及方法。
【背景技术】
[0002]指纹识别作为非常古老的生物识别方式最近引起了广泛的关注，尤其是在移动支付上的应用更为其带来了广阔的发展前景。指纹图像传感器作为指纹自动采集的关键器件，其主要分为两大类:光学指纹图像传感器和半导体指纹图像传感器。
[0003]图1是采用光学指纹图像传感器采集指纹的感光线路示意图。进行指纹采集时，手指11贴附于光学镜片12上，光源13发射出的光线经过第一棱镜14折射在手指11上。手指11接受折射光线的照射，并将折射光线反射出来，反射出来的光线经过第二棱镜15和透镜16折射到图像传感器17上。由于手指11表面因具有指纹而凹凸不平，折射光线在手指11表面的反射角度会不一样，最终折射到图像传感器17上的光线明暗程度也会不一样。因此，图像传感器17能够收集到不同明暗程度的图片信息，从而完成指纹的采集。
[0004]图像传感器17通常为CMOS图像传感器或者CXD图像传感器。CMOS图像传感器由于其像素可以实现很灵敏的光响应，在光强很弱的时候仍然能够产生远大于系统噪声的光电信号，因而得到了广泛的应用。当CMOS图像传感器的感光面积增大时，其成本相应升高。为了降低光学指纹图像传感器的成本，现有技术中开始采用非晶硅TFT图像传感器采集指纹。
[0005]图2是采用非晶硅TFT图像传感器采集指纹的示意图，所述非晶硅TFT图像传感器包括非晶硅TFT感光面板21和读取电路22。进行指纹采集时，手指23贴附于所述非晶硅TFT感光面板21，光源发出的光照射在手指23上。手指23接受入射光线的照射，并将入射光线反射出来，反射光线进入所述非晶硅TFT感光面板21。所述非晶硅TFT感光面板21感知反射光线的强度分布，所述反射光线的强度分布被所述读取电路22读取，最终获得有效的指纹图像。
[0006]所述非晶硅TFT感光面板21包括多个如图3所示的非晶硅TFT像素单元，所述非晶硅TFT像素单元包括非晶硅TFT30和光电二极管31。所述非晶硅TFT30的漏极连接数据线31，所述非晶硅TFT30的栅极连接扫描线32，所述非晶硅TFT30的源极连接所述光电二极管31的阴极；所述光电二极管31的阳极适于输入负电压Vss。
[0007]由于非晶硅TFT工艺的局限性，无法在所述非晶硅TFT感光面板21上制造像CMOS像素单元那样复杂的像素结构，将部分读取电路集成于像素单元中。因此，所述非晶硅TFT感光面板21需要外接所述读取电路22来读取光电荷。所述读取电路22是获得清晰指纹的关键部件，如何提高所述读取电路22输出信号的信噪比仍是一个亟待解决的问题。
【发明内容】
[0008]本发明解决的问题是:如何提高非晶硅TFT像素单元的读取电路输出信号的信噪比。
[0009]为解决上述问题，本发明提供一种非晶硅TFT像素单元的读取电路，所述非晶硅TFT像素单元包括非晶硅TFT和光电二极管，所述非晶硅TFT像素单元的读取电路包括运算放大器、第一电容、第一开关、第二开关、第三开关以及采样保持单元；其中，所述运算放大器的第一输入端适于输入第一参考电压，所述运算放大器的第二输入端连接所述非晶石圭TFT的漏极、所述第一电容的一端以及所述第一开关的第一端，所述运算放大器的输出端连接所述第一开关的第二端、所述第三开关的第一端以及所述采样保持单元；所述第一电容的另一端连接所述第二开关的第一端和所述第三开关的第二端；所述第二开关的第二端适于输入第二参考电压；所述第一开关的控制端和所述第二开关的控制端适于输入第一控制信号，所述第三开关的控制端适于输入第二控制信号，所述第二控制信号为所述第一控制信号的反相信号；所述采样保持单元适于对所述运算放大器的输出端的信号进行采样保持处理。
[0010]可选的，所述采样保持单元包括第四开关、第五开关、第二电容以及第三电容；其中，所述第四开关的第一端连接所述第五开关的第一端和所述运算放大器的输出端，所述第四开关的第二端连接所述第二电容的一端，所述第四开关的控制端适于输入第三控制信号；所述第五开关的第二端连接所述第三电容的一端，所述第五开关的控制端适于输入第四控制信号；所述第二电容的另一端和所述第三电容的另一端适于输入参考电位。
[0011]可选的，所述参考电位为地电位。
[0012]可选的，所述第一电容为多晶硅-绝缘体-多晶硅型电容、金属-绝缘体-金属型电容或者金属-氧化物-金属型电容。
[0013]可选的，所述第一电容为金属-绝缘体-金属型电容。
[0014]可选的，所述第一电容的电容值为I皮法至8皮法。
[0015]可选的，所述非晶硅TFT的读取电路还包括差分放大器和模数转换器；其中，所述差分放大器适于对所述第二电容上的电压和所述第三电容上的电压进行差分放大处理；所述模数转换器适于对所述差分放大器输出的信号进行模数转换处理。
[0016]基于上述非晶硅TFT像素单元的读取电路，本发明还提供一种非晶硅TFT像素单元的读取方法，包括:
[0017]在第一时刻与第二时刻之间，控制所述第一开关和所述第二开关导通，控制所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关以及所述非晶硅TFT截止，所述第二时刻滞后于所述第一时刻；
[0018]在所述第二时刻与第三时刻之间，控制所述第三开关导通，控制所述第一开关、所述第二开关、所述第四开关、所述第五开关以及所述非晶硅TFT截止，所述第三时刻滞后于所述第二时刻；
[0019]在所述第三时刻与第四时刻之间，控制所述第三开关和所述第四开关导通，控制所述第一开关、所述第二开关、所述第五开关以及所述非晶硅TFT截止，所述第四时刻滞后于所述第三时刻；
[0020]在所述第四时刻与第五时刻之间，控制所述第三开关导通，控制所述第一开关、所述第二开关、所述第四开关、所述第五开关以及所述非晶硅TFT截止，所述第五时刻滞后于所述第四时刻；
[0021]在所述第五时刻与第六时刻之间，控制所述第三开关和所述非晶硅TFT导通，控制所述第一开关、所述第二开关、所述第四开关以及所述第五开关截止，所述第六时刻滞后于所述第五时刻；
[0022]在所述第六时刻与第七时刻之间，控制所述第三开关导通，控制所述第一开关、所述第二开关、所述第四开关、所述第五开关以及所述非晶硅TFT截止，所述第七时刻滞后于所述第六时刻；
[0023]在所述第七时刻与第八时刻之间，控制所述第三开关和所述第五开关导通，控制所述第一开关、所述第二开关、所述第四开关以及所述非晶硅TFT截止，所述第八时刻滞后于所述第七时刻。
[0024]基于上述非晶硅TFT像素单元的读取电路，本发明还提供一种图像传感器，包括N条扫描线、M条数据线、像素阵列以及M个上述非晶硅TFT像素单元的读取电路；
[0025]所述像素阵列包括N行、M列呈阵列排布的非晶硅TFT像素单元，所述非晶硅TFT像素单元包括非晶硅TFT和光电二极管；
[0026]第η行非晶硅TFT像素单元的非晶硅TFT的栅极通过第η条扫描线输入扫描信号，第m列非晶硅TFT像素单元的非晶硅TFT的漏极通过第m条数据线连接至第m个非晶硅TFT像素单元的读取电路，I彡η彡N，I彡m彡M。
[0027]本发明的技术方案具有以下优点:
[0028]本发明提供的非晶硅TFT像素单元的读取电路包括运算放大器、第一电容、采样保持单元以及数个开关，通过所述采样保持单元两次对所述运算放大器的输出信号进行采样，获得所述非晶硅TFT像素单元感应的光电荷，并消除了整个电路系统的低频噪声。因此，提高了所述非晶硅TFT像素单元的读取电路输出信号的信噪比。
[0029]本发明的可选方案中，所述第一电容为多晶硅-绝缘体-多晶硅型电容、金属-绝缘体-金属型电容或者金属-氧化物-金属型电容。由于多晶硅-绝缘体-多晶硅型电容、金属-绝缘体-金属型电容以及金属-氧化物-金属型电容具有良好的线性度，所述运算放大器的输出信号不易饱和且容易被所述采样保持单元识别，因而提高了所述非晶硅TFT像素单元的读取电路输出信号的线性度。
[0030]本发明的可选方案中，所述第一电容为金属-绝缘体-金属型电容。由于金属-绝缘体-金属型电容所占电路面积小、制造成本低，降低了所述非晶硅TFT像素单元的读取电路的成本。
[0031]本发明的可选方案中，所述第一电容的电容值为I皮法至8皮法。采用所述非晶硅TFT像素单元及其读取电路检测指纹时，所成图像的空间解析度可以达到50 μ m，清晰度可达508点/英寸，使用像素小于等于50umX50um，提高了所成图像的清晰度。
【附图说明】
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