专利名称：图像传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及图像处理领域，特别涉及一种图像传感器。
背景技术：
CMOS图像传感技术是一种基于CMOS工艺的技术，在近十年来得到了快速的发展。 CMOS图像传感器通过集成的模拟和数字电路对图像进行采集、传输、处理以及输出。这种技 术相比较于其他类型的图像传感技术，具有集成度高、功耗低、成本低、功能强大等优点，是 一种有着广阔前景的技术。现有的一种图像传感器。如图1所示，包括像素阵列10、二次采样电路20和模数 转换电路30。其中，像素阵列10内具有阵列排列的标准像素单元11，所述标准像素单元11 用于采集光信号，并将其转换为电信号，即光转换后电信号。现有技术中通常是采用对所述 像素阵列10逐行扫描的方式获取所述像素阵列10输出的光转换后电信号，然后将每行像 素阵列10输出的所述光转换后电信号并行传输到二次采样电路20，每个二次采样电路20 对应一列标准像素单元11。所述像素阵列10工作的周期包括充电周期和积分周期。所述 二次采样电路20获取标准像素单元11在充电周期和积分周期的采集的光转换后电信号， 也就是第一次在充电周期结束后直接采样，并存储第一次采样结果，由于第一次采样是在 充电周期结束后，因此所述第一次采样结果仅包含了叠加有第一次采样时刻噪声信号的电 源信号，不包括光转换后电信号；第二次在积分周期结束后直接采样，并存储第二次采样结 果，所述第二次采样结果包含了叠加有第二次采样时刻噪声信号的电源信号和光转换后电 信号，然后第二次和第一次采样结果的做差，获得实际的光转换后电信号，但是这样仅在两 次采样时噪声完全相同时才可以完全消除噪声。二次采样电路20将光转换后电信号串行 输入到模数转换电路30，将模拟的电压值转换为数字信号，数字信号再经过后续的处理电 路40的分析和处理之后输出显示图像。例如在公开号“ CN 101494728A”的中国专利文献中公开了 一种用于消除图像传感 器噪声的方法。但是上述方法都仅仅能消除第一次采样和第二次采样时的一些公共的噪 声，而不能彻底解决噪声问题。
实用新型内容本实用新型解决的技术问题提供一种图像传感器，提高图像传感器显示图像的质量。为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种图像传感器，其特征在于，包括像素阵列，所述像素阵列的每一行包括标准像素单元和暗像素单元；噪声采集电路，用于利用暗像素单元在第一次和第二次采集的叠加有电源噪声的 电源信号，得到电源噪声差；像素单元信号输出电路，用于根据标准像素单元在第一次采集的叠加有电源噪声 的电源信号和在第二次采集的叠加有电源噪声、电源信号的光转换后电信号，得到叠加有电源噪声差的光转换后电信号，所述暗像素单元和所述标准像素单元的第一次采集为同时 采集，所述暗像素单元和所述标准像素单元的第二次采集为同时采集；噪声去除电路，用于从所述叠加有电源噪声差的光转换后电信号中去除所述电源
噪声差。优选的，所述像素阵列的每一行包括4至8个所述暗像素单元。优选的，所述暗像素单元包括与标准像素单元相同的结构和不透光层，所述不透 光层覆盖与标准像素单元相同的结构。优选的，所述暗像素单元包括感光二极管，在所述感光二极管上覆盖有不透光层。优选的，所述暗像素单元还包括第一 NMOS管、第二 NMOS管、第三NMOS管、第四 NMOS管和感光二极管，所述感光二极管的正极电连接地，负极电连接所述第一 NMOS管的源 极，所述第一 NMOS管的栅极输入电源信号，所述第一 NMOS管的漏极电连接第二 NMOS管的 源极，所述第二 NMOS管的漏极和栅极输入电源信号，所述第三NMOS管的漏极输入电源信 号，所述第三NMOS管的栅极电连接所述第一 NMOS管的漏极，所述第三NMOS管的源极电连 接第四NMOS管的源极，所述第四NMOS的栅极输入选通信号，所述第四NMOS漏极为输出端。优选的，所述像素阵列中每一行的所述暗像素单元排列在相同的列中；所述噪声采集电路包括采样单元，用于获得第一次和第二次每一列暗像素单元采集的叠加有电源噪声的 电源信号；处理单元，用于对同一行的暗像素单元第一次采集的叠加有电源噪声的电源信号 求平均，对同一行的暗像素单元第二次采集的叠加有电源噪声的电源信号求平均，并以所 述平均后的第二次的叠加有电源噪声的电源信号作为参考信号对所述平均后的第一次的 叠加有电源噪声的电源信号进行差分放大，得到电源噪声差；模数转换单元，用于将处理单元输出的差分的模拟形式的电源噪声差转化为数字 形式的电源噪声差。优选的，所述处理单元包括差分输入差分输出形式的差分放大器，在所述差分放 大器的正向输入端和反向输出端之间并联的第五开关和第三电容以及在差分放大器的反 向输入端和正向输出端之间并联的第六开关和第四电容。优选的，所述采样单元包括电连接在所述暗像素单元的输出端和第一节点之间的第一开关，电连接在所述暗 像素单元的输出端和第二节点之间的第二开关，电连接在第一节点和地之间的第一电容和 电连接在第二节点和地之间的第二电容，电连接在第一节点和差分放大器正向输入端的第 三开关，电连接在第二节点和差分放大器反向输入端的第四开关。优选的，所述像素单元信号输出电路包括二次采样单元，用于获得第一次标准像素单元采集的叠加有电源噪声的电源信号 和第二次标准像素单元采集的叠加有电源噪声、电源信号的光转换后电信号，并输出差分 的模拟形式的叠加有所述电源噪声差的光转换后电信号；模数转换单元，用于将所述二次采样电路输出的模拟形式的光转换后电信号转换 为数字形式的光转换后电信号。[0026]优选的，所述二次采样电路包括采样单元，用于获得第一次标准像素单元采集的叠加有电源噪声的电源信号和第 二次标准像素单元采集的叠加有电源噪声、电源信号的光转换后电信号；差分放大器，用于以第一次的叠加有电源噪声的电源信号作为参考信号对第二次 的叠加有电源噪声、电源信号的光转换后电信号进行差分放大，所述差分放大器为差分输 入差分输出，在差分放大器的正向输入端和反向输出端之间并联有第五开关和第三电容； 在差分放大器的反向输入端和正向输出端之间并联有第六开关和第四电容。优选的，还包括电连接在在所述噪声采集电路和所述噪声去除电路之间的存储 器，用于存储所述电源噪声差，并将存储之后的电源噪声差发送给所述噪声去除电路；还包括电连接在所述像素单元信号输出电路和所述噪声去除电路之间的存储器， 用于存储叠叠加有电源噪声差的光转换后电信号，并将存储之后的叠加有电源噪声差的光 转换后电信号发送给所述噪声去除电路。与现有技术相比，本实用新型主要具有以下优点本实用新型通过在图像传感器中设置噪声采集电路，并且将所述噪声采集电路采 集到的电源噪声差从所述标准像素采集到的叠加有电源噪声差的光转换后电信号中去除， 从而提高了提高了图像传感器的精确度。
通过附图中所示的本实用新型的优选实施例的更具体说明，本实用新型的上述及 其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未 刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。图1是一种现有的图像传感器的结构示意图；图2是本实用新型的图像传感器的结构示意图；图3为图2所示的图像传感器中暗像素单元一实施例的电路图；图4为图2所示的图像传感器中标准像素单元一实施例的电路图；图5为图2所示的图像传感器中噪声采集电路一实施例的示意；图6为图2所示的图像传感器中像素单元信号输出电路的电路图；图6a为另一优选实施例的图像传感器结构示意图；图7为所述图像传感器的工作时序图。
具体实施方式
由背景技术可知，现有的图像传感器当两次采样时噪声不完全相同时就不能完全 消除噪声，而仅仅能够消除一些公共的噪声。而在现有的CMOS图像传感器中，电源通常存 在噪声，而且这种电源噪声一直在变化，在读取每一行像素单元的时候这种电源噪声会叠 加到输出的光转换后电信号上来。由于电源噪声一直在变化，使得在不同时刻的电源噪声 不同，例如在第一次采样和第二次采样时的电源噪声不同，因此在第一次采样和第二次采 样时叠加到像素单元输出的光转换后电信号上的电源噪声就会有差别，然而后续电路没有 办法消除这种电源噪声差，从而造成图像表现为在行方向上存在明显闪烁，因为暗光下光 转换后电信号强度本身就很小，电源噪声差的强度有可能会达到光转换后电信号的强度，甚至在最糟糕的情况下噪声会淹没光转换后电信号，因此上述问题在暗光情况更为明显。虽然一般的像素阵列的电源都是独立供电，这样会减少电源由于受到外围电路的 影响而产生的几十毫伏的噪声，使噪声下降到十几毫伏以下；但即使在这种情况下也很难 避免电源本身的噪声，因为即使是十几毫伏的噪声波动对与暗光下的几十毫伏的信号相 比，也是一个很大的信号损失了。因此所述的噪声问题是人们比较关注的有待解决的重要 问题。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，
以下结合附图对本 实用新型的具体实现方式做详细的说明。图2是本实用新型的图像传感器的结构示意图， 如图2所示，本实用新型的图像传感器包括像素阵列110、噪声采集电路112、像素单元信 号输出电路114和噪声去除电路116，除此之外还可以包括模拟信号处理电路和数字信号 处理电路(为了申请文件的简洁模拟信号处理电路和数字信号处理电路均未图示，未详细 说明)。在图2所示的图像传感器中，所述像素阵列110包括阵列排列的标准像素单元1101 和不采光(即不接收外接光线)的暗像素单元1102，所述像素阵列110工作周期分为充电 周期和积分周期。所述标准像素单元1101用于采集光转换后电信号，其包括第一次采集 和第二次采集，所述第一次采集是在充电周期，第二次采集是在积分周期。所述标准像素单 元1101第一次采集叠加有电源信号的电源噪声，第二次采集叠加有电源信号和电源噪声 的光转换后电信号。所述暗像素单元1102用于采集叠加有电源噪声的电源信号，同样其也 包括第一次采集和第二次采集，所述第一次采集是在充电周期，第二次采集是在积分周期。 所述标准像素单元1101的结构可以为本领域技术人员熟知的像素单元结构。像素阵列的 每一行可以包括1个或多个暗像素单元，每一行的暗像素单元数量越多则采集的电源噪声 在求平均后越精确，但是暗像素单元数量越多占用的面积越大，因此优选的，所述像素阵列 的每一行包括4至8个所述暗像素单元。在图2所示的图像传感器中，仅对像素阵列的每 一行具有2个暗像素单元的情况进行了说明。由于每一个暗像素单元采集的电源噪声通过 噪声采集电路112输出，图2所示的图像传感器中，优选的将所述2个暗像素单元排列为两 列，这样可以将同一列暗像素单元连接到同一个噪声采集电路112，因此简化了电路结构。所述暗像素单元1102不接收外接光线，直接输出叠加有电源噪声的电源信号，因 此可以采集两次叠加有电源噪声的电源信号，第一次在充电周期，第二次在积分周期，由于 电源噪声会发生变化，因此两次输出的结果不同。所述噪声采集电路112可以利用暗像素 单元1102第二次(在积分周期)采集的叠加有电源噪声的电源信号和第一次(即在充电 周期)采集的叠加有电源噪声的电源信号求差，得到像素单元1100的电源噪声差，所述电 源噪声差是指第二次采样时的电源噪声与第一次采样时的电源噪声的差值。由于标准像素单元1101和暗像素单元1102同时进行两次采样，即第一次在充电 周期，第二次在积分周期。在充电周期后，标准像素单元1101直接输出叠加有第一次采样 时刻电源噪声的电源信号，在积分周期后，直接输出叠加有第二次采样时刻电源噪声和电 源信号的光转换后电信号。所述像素单元信号输出电路114利用标准像素单元1101在第 一次和第二次采样的光转换后电信号求差，就得到叠加有电源噪声差的光转换后电信号。由上可知，所述噪声采集电路112可以获得所述电源噪声差，所述像素单元信号 输出电路114可以获得所述叠加有电源噪声差的光转换后电信号，因此噪声去除电路116 可以利用所述噪声采集电路112获得的电源噪声差，将所述像素单元信号输出电路114获得的叠加有电源噪声差的光转换后电信号中的电源噪声差去除，例如用所述像素单元信号 输出电路114输出的叠加有电源噪声差的光转换后电信号减去所述噪声采集电路112输出 的电源噪声差。下面结合图3至图6，对本实用新型的图像传感器一优选实施例进行详细说明。图 3为图2所示的图像传感器中暗像素单元一实施例的电路图；图4为图2所示的图像传感 器中标准像素单元一实施例的电路图；图5为图2所示的图像传感器中噪声采集电路一实 施例的示意；图6为图2所示的图像传感器中像素单元信号输出电路的电路图。在本实施例中图像传感器的结构和上述实施例中相同，具体的，包括像素阵列 110、噪声采集电路112、像素单元信号输出电路114和噪声去除电路116。如图3所示，所述标准像素单元1101包括第一 NMOS管T21、第二 NMOS管T22、第 三NMOS管T23、第四NMOS管T24和感光二极管PD2，所述感光二极管PD2的正极电连接地， 负极电连接所述第一 NMOS管T21的源极，所述第一 NMOS管T21的栅极接收传输信号TX，所 述第一 NMOS管T21的漏极电连接第二 NMOS管T22的源极，所述第二 NMOS管T22的漏极接 收电源信号VDD，所述第二 NMOS管T22的栅极接收复位信号RST，所述第三NMOS管T23的 漏极接收电源信号VDD，所述第三NMOS管T23的栅极电连接所述第一 NMOS管T21的漏极， 所述第三NMOS管T23的源极电连接第四NMOS管T24的源极，所述第四NMOS管T24的栅极 接收选通信号SEL，所述第四NMOS管T24漏极作为输出端0UT2。在充电周期，对标准像素单元进行第一次采样，第一次采样后输出的是叠加有第 一次采样时刻电源噪声的电源信号。在积分周期，对标准像素单元进行第二次采样，第二次 采样后输出的是叠加有第二次采样时刻噪声、电源信号的光信号。例如在一具体实现中，如图4所示，所述暗像素单元1102包括第一 NMOS管Tll、 第二 NMOS管T12、第三NMOS管T13、第四NMOS管T14和感光二极管PD1，所述感光二极管 PDl的正极电连接地，负极电连接所述第一 NMOS管Tll的源极，所述第一 NMOS管T12的栅 极电连接电源信号VDD，所述第一 NMOS管Tll的漏极电连接第二 NMOS管T12的源极，所述 第二 NMOS管T12的漏极和栅极输入电源信号VDD，所述第三NMOS管T13的漏极输入电源 信号VDD，所述第三NMOS管T13的栅极电连接所述第一 NMOS管Tll的漏极，所述第三NMOS 管T13的源极电连接第四NMOS管T14的源极，所述第四NMOS管T14的栅极输入选通信号 SEL，所述第四NMOS漏极为输出端0UT1，并且至少在所述感光二极管PDl上覆盖有不透光 层，例如金属层。在积分周期和充电周期，所述暗像素单元1102的第一 NMOS管Tll的栅极输入电 源信号VDD，所述第二 NMOS管T12的栅极输入电源信号VDD，因此第一 NMOS管Tll和第二 NMOS管T12始终导通，所述感光二极管PDl上覆盖有不透光层，因此感光二极管PDl的反向 电流很小，从而第一 NMOS管Tll源极电压接近于高电平VDD，第三NMOS管T13导通，当选通 信号SEL为高时，则第四NMOS管T14导通，从而在积分周期和充电周期后，暗像素单元可以 输出叠加了电源噪声的电源信号。除此之外，所述标准像素单元和暗像素单元还可以为其他结构，例如包括3个MOS 管或者5个MOS管的结构。如图5所示，所述噪声采集电路112包括一个或多个采样单元1123、模数转换单 元(ADC) 1122和处理单元1124。其中，所述采样单元的数量和像素阵列的每一行中暗像素单元的数量相同，每一个采样单元1123的输入端电连接到一个暗像素单元的输出端上，例 如图5所示的优选方案中，所述暗像素单元排列为两列，具有两个采样单元1123，每一个采 样单元1123的输入端电连接到一列暗像素单元的输出端OUTl上。其中一个采样单元1123 包括电连接在所述暗像素单元的输出端和第一节点a之间的第一开关5，电连接在所述暗 像素单元的输出端和第二节点b之间的第二开关6，电连接在第一节点a和地之间的第一电 容12和电连接在第二节点b和地之间的第二电容13，电连接在第一节点a和差分放大器 1124正向输入端的第三开关1，电连接在第二节点b和差分放大器1124反向输入端的第四 开关2。所述处理单元1124，用于对同一行的暗像素单元第一次采集的叠加有电源噪声 的电源信号求平均，对同一行的暗像素单元第二次采集的叠加有电源噪声的电源信号求平 均，并以所述平均后的第二次的叠加有电源噪声的电源信号作为参考信号对所述平均后的 第一次的叠加有电源噪声的电源信号进行差分放大，得到电源噪声差，所述处理单元为差 分输入差分输出。优选的，所述处理单元包括差分放大器1125，在差分放大器1125的正向输入端 和反向输出端之间并联有第五开关8和第三电容14 ；在差分放大器的反向输入端和正向输 出端之间并联有第六开关9和第四电容15。差分放大器1125的正向输出端减去反向输出 端为差分放大器输出的电源噪声差。所述模数转换单元(ADC) 1122，用于将处理单元输出的差分的模拟形式的电源噪 声差转化为数字形式的电源噪声差。所述模数转换单元(ADC) 1122为差分模数转换单元， 所述差分模数转换单元本领域技术人员熟知的电路，因此不再赘述。上述噪声采集电路的工作原理具体如下当暗像素单元第一次采集叠加有电源噪声的电源信号后，闭合第二开关6和第五 开关8，从而第一列暗像素单元输出的第一次采集的叠加有电源噪声的电源信号给第二电 容13充电，第二列暗像素单元输出的第一次采集的叠加有电源噪声的电源信号给电容11 充电。接着闭合第一开关5和开关7，从而第一列暗像素单元第二次输出的叠加有电源噪声 的电源信号给第一电容12充电，第二列暗像素单元第二次输出的叠加有电源噪声的电源 信号给第一电容10充电。然后接通第五开关11和第六开关9使差分放大器1124进入采 样模式。然后打开第五开关11 10和第六开关9，闭合第三开关1，第四开关2，第三开关3， 第四开关4使得所有采样单元内的第一电容12上的电荷转移到第三电容14上，实现对所 有采样单元内的电容第一电容12和第一电容10上的第一次的叠加有电源噪声的电源信号 求平均，也就是让第一电容12和第一电容10上的电荷进行中和，中和后的电荷转移到第三 电容14上，同时，使得所有采样单元1123内的第二电容13和第二电容11上的电荷转移到 第四电容15上，实现对所有采样单元1123内的第二电容13和第二电容11上的第二次叠 加有电源噪声的电源信号求平均，也就是让第二电容13和第二电容11上的电荷进行中和， 中和后的电荷转移到第四电容15上。接着差分放大器1125正向输出端和反向输出端输出 的信号经过差分的模数转换单元1122之后输出数字形式的电源噪声差信号，即第二次采 集的叠加有电源噪声的电源信号减去第一次采集的叠加有电源噪声的电源信号，得到电源 噪声差(即第二次采样时的电源噪声与第一次采样时的电源噪声的差值)。如图6所示，所述像素单元信号输出电路包括二次采样电路1141，每一列标准像素单元电连接有一个二次采样电路1141，用于获得第一次标准像素单元采集的叠加有电 源噪声的电源信号和第二次标准像素单元采集的叠加有电源噪声、电源信号的光转换后电 信号，并输出差分的模拟形式的叠加有所述电源噪声差的光转换后电信号。所述像素单元信号输出电路还包括模数转换单元(ADC) 1142，用于将所述二次采 样电路输出的光转换后电信号转换为数字形式的光转换后电信号。所述模数转换单元1142 可以和噪声采集电路里的模数转换电路1122相同，不再赘述。具体的，所述二次采样电路1141包括采样单元1143和差分放大器1144，采样单 元1143，用于获得第一次标准像素单元采集的叠加有电源噪声的电源信号和第二次标准像 素单元采集的叠加有电源噪声、电源信号的光转换后电信号。差分放大器1144，用于以第一 次的叠加有电源噪声的电源信号作为参考信号对第二次的叠加有电源噪声、电源信号的光 转换后电信号进行差分放大。所述差分放大器为差分输入差分输出。在差分放大器的正向 输入端和反向输出端之间并联有第五开关和第三电容；在差分放大器的反向输入端和正向 输出端之间并联有第六开关和第四电容。所述采样单元1143的输入电连接到一列标准像 素单元的输出端，所述采样单元1143的输出电连接到差分放大器1144的输入端。差分模 数转换单元1144为本领域技术人员熟知的电路，因此不再赘述。所述采样单元1143可以 和噪声采集电路里的采样单元1123结构相同，因此不再赘述。所述二次采样电路1141结 构为现有技术，其工作原理为本领域公知技术，因此不再赘述。另外，优选的，所述图像传感器还包括存储器113和115，具体的，如图6a所示，在 噪声采集电路112和噪声去除电路116之间电连接有所述存储器113。所述存储器113用 于存储电源噪声差，并将所述电源噪声差发送给所述噪声去除电路116 ；所述像素单元信 号输出电路和所述噪声去除电路之间电连接有存储器115，用于存储叠加有电源噪声差的 光转换后电信号，并将叠加有所述电源噪声差的光转换后电信号发送给所述噪声去除电 路116。所述存储方法为本领域技术人员熟知的方法因此不再赘述。所述电源噪声去除电 路116可以利用本领域技术人员熟知方式实现，例如可以为减法器，减法器的输入端输入 叠加有电源噪声差的光转换后电信号和电源噪声差，输出光转换后电信号。下面结合图7对本实用新型的图像传感器的工作原理进行说明。在下面说明中，可以利用参考信号SHR控制第二开关6和第五开关8，利用参考信 号SHS控制第一开关5和第一开关7。首先执行步骤S10，设置如图2所示的像素阵列，其中每一行具有2个暗像素单元 1102，而且分布在第一列至第二列。其中噪声采集单元的第一输入端、第二输入端依次电连 接第一列暗像素单元的输出，第二列暗像素单元的输出。接着执行步骤S20，具体的，如图8所示，选通信号SEL置高，所述暗像素单元的第 四NMOS管T14开启，从而暗像素单元始终输出叠加有电源噪声的电源信号，即可以进行第 一次采集叠加有电源噪声的电源信号和第二次采集叠加有电源噪声的电源信号，但是第一 次和第二次采集的电源信号中叠加的电源噪声不同。接着在第一时刻(即在充电周期后)参考信号SHR置高，从而使得第二开关6和 第五开关8闭合，从而第一列暗像素单元输出的第一次采集的叠加有电源噪声的电源信号 给第二电容13充电，第二列暗像素单元输出的第一次采集的叠加有电源噪声的给第二电 容11充电。[0070]接着在第二时刻(即在积分周期后)参考信号SHS置高，从而使得第一开关5和 第一开关7闭合，从而第一列暗像素单元输出的第二次采集的叠加有电源噪声的电源信号 给第一电容12充电，第二列暗像素单元输出的第二次采集的叠加有电源噪声的电源信号 给第一电容10充电。然后接通第五开关11和第六开关9使差分放大器进入采样模式。然 后打开第五开关11和第六开关9，闭合第三开关1，第四开关2，第三开关3，第四开关4使 得所有采样单元内的第一电容12上的电荷转移到第三电容14上，实现对所有采样单元内 的第一电容12上的第一次采样的电源信号求平均，同时，使得所有采样单元内的第一电容 12上的电荷转移到第四电容15上，实现对所有采样单元内的第二电容13上的第二次采样 的叠加有电源噪声的电源信号求平均。接着差分放大器1125正向输出端和反向输出端输出的信号经过差分的模数转换 单元1122之后输出数字形式的电源噪声信号，即第二次采集的叠加有电源噪声的电源信 号减去第一次采集的叠加有电源噪声的电源信号，得到电源噪声差。在该步骤后还包括将电源噪声差进行存储。在步骤S20的同时执行步骤S30，RST置高，进行第一次采集，标准像素单元1101 输出叠加有电源噪声的电源信号。然后，TX置高，标准像素单元1101第二次采集叠加有 电源噪声和电源信号的光转换后电信号，虽然本实施例中采用了二次采样电路来输出一个 标准像素单元1101的光转换后电信号，也就是利用第二次采集的叠加有电源噪声和电源 信号的光转换后电信号来减去第一次采集的叠加有电源噪声的电源信号，这样可以消除第 二次与第一次相同的一些噪声，但是并不能去除第二次采样与第一次采样不同的电源噪声 (即第二次与第一次的电源噪声之差)。因此在该步骤输出的第二次和第一次的光转换后 电信号还是包含电源噪声差的。在该步骤后可以将包含电源噪声差的光转换后电信号存 储。接着执行步骤S40，利用去除噪声电路，去除包含噪声的光转换后电信号中的电源 噪声差，例如具体的，利用电源噪声差作为减数，包含电源噪声的光信号作为被减数，从而 可以将包含电源噪声的光转换后电信号中的电源噪声差减掉。所述减的方法为本领域技术 人员所熟知的，因此不再赘述。本实用新型通过在图像传感器中设置噪声采集电路，并且将所述噪声采集电路采 集到的电源噪声差从所述标准像素采集到的光转换后电信号中去除，从而提高了标准像素 单元输出的光转换后电信号，从而提高了图像传感器的精确度。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上 的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用 上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为 等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的 技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术 方案保护的范围内。
权利要求一种图像传感器，其特征在于，包括像素阵列，所述像素阵列的每一行包括标准像素单元和暗像素单元；噪声采集电路，用于利用暗像素单元在第一次和第二次采集的叠加有电源噪声的电源信号，得到电源噪声差；像素单元信号输出电路，用于根据标准像素单元在第一次采集的叠加有电源噪声的电源信号和在第二次采集的叠加有电源噪声、电源信号的光转换后电信号，得到叠加有电源噪声差的光转换后电信号，所述暗像素单元和所述标准像素单元的第一次采集为同时采集，所述暗像素单元和所述标准像素单元的第二次采集为同时采集；噪声去除电路，用于从所述叠加有电源噪声差的光转换后电信号中去除所述电源噪声差。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述像素阵列的每一行包括4至8 个所述暗像素单元。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述暗像素单元包括与标准像素 单元相同的结构和不透光层，所述不透光层覆盖与标准像素单元相同的结构。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述暗像素单元包括感光二极管， 在所述感光二极管上覆盖有不透光层。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述暗像素单元还包括第一NMOS 管、第二 NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管和感光二极管，所述感光二极管的正极电连接 地，负极电连接所述第一 NMOS管的源极，所述第一 NMOS管的栅极输入电源信号，所述第一 NMOS管的漏极电连接第二 NMOS管的源极，所述第二 NMOS管的漏极和栅极输入电源信号， 所述第三NMOS管的漏极输入电源信号，所述第三NMOS管的栅极电连接所述第一 NMOS管的 漏极，所述第三NMOS管的源极电连接第四NMOS管的源极，所述第四NMOS的栅极输入选通 信号，所述第四NMOS漏极为输出端。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述像素阵列中每一行的所述暗像素单元排列在相同的列中；所述噪声采集电路包括采样单元，用于获得第一次和第二次每一列暗像素单元采集的叠加有电源噪声的电源 信号；处理单元，用于对同一行的暗像素单元第一次采集的叠加有电源噪声的电源信号求平 均，对同一行的暗像素单元第二次采集的叠加有电源噪声的电源信号求平均，并以所述平 均后的第二次的叠加有电源噪声的电源信号作为参考信号对所述平均后的第一次的叠加 有电源噪声的电源信号进行差分放大，得到电源噪声差；模数转换单元，用于将处理单元输出的差分的模拟形式的电源噪声差转化为数字形式 的电源噪声差。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述处理单元包括差分输入差分 输出形式的差分放大器，在所述差分放大器的正向输入端和反向输出端之间并联的第五开 关和第三电容以及在差分放大器的反向输入端和正向输出端之间并联的第六开关和第四 电容。
8.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述采样单元包括电连接在所述暗像素单元的输出端和第一节点之间的第一开关，电连接在所述暗像素 单元的输出端和第二节点之间的第二开关，电连接在第一节点和地之间的第一电容和电 连接在第二节点和地之间的第二电容，电连接在第一节点和差分放大器正向输入端的第三 开关，电连接在第二节点和差分放大器反向输入端的第四开关。
9.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述像素单元信号输出电路包括二次采样单元，用于获得第一次标准像素单元采集的叠加有电源噪声的电源信号和第二次标准像素单元采集的叠加有电源噪声、电源信号的光转换后电信号，并输出差分的模 拟形式的叠加有所述电源噪声差的光转换后电信号；模数转换单元，用于将所述二次采样电路输出的模拟形式的光转换后电信号转换为数 字形式的光转换后电信号。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于，所述二次采样电路包括采样单元，用于获得第一次标准像素单元采集的叠加有电源噪声的电源信号和第二次 标准像素单元采集的叠加有电源噪声、电源信号的光转换后电信号；差分放大器，用于以第一次的叠加有电源噪声的电源信号作为参考信号对第二次的叠 加有电源噪声、电源信号的光转换后电信号进行差分放大，所述差分放大器为差分输入差 分输出，在差分放大器的正向输入端和反向输出端之间并联有第五开关和第三电容；在差 分放大器的反向输入端和正向输出端之间并联有第六开关和第四电容。
11.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，还包括电连接在在所述噪声采集 电路和所述噪声去除电路之间的存储器，用于存储所述电源噪声差，并将存储之后的电源 噪声差发送给所述噪声去除电路；还包括电连接在所述像素单元信号输出电路和所述噪声去除电路之间的存储器，用于 存储叠叠加有电源噪声差的光转换后电信号，并将存储之后的叠加有电源噪声差的光转换 后电信号发送给所述噪声去除电路。
专利摘要本实用新型提供了一种图像传感器，包括像素阵列，所述像素阵列的每一行包括标准像素单元和不采光的暗像素单元；噪声采集电路，用于利用暗像素单元在第一次和第二次采集的叠加有电源噪声的电源信号，得到电源噪声差；像素单元信号输出电路，用于根据标准像素单元在第一次采集的叠加有电源噪声的电源信号和在第二次采集的叠加有电源噪声、电源信号的光转换后电信号，得到叠加有电源噪声差的光转换后电信号；噪声去除电路，用于从所述叠加有电源噪声差的光转换后电信号中去除所述电源噪声差，从而提高了图像传感器显示图像的质量。
文档编号H04N5/217GK201742472SQ20102025269
公开日2011年2月9日 申请日期2010年6月30日 优先权日2010年6月30日
发明者乔劲轩, 霍介光 申请人:格科微电子(上海)有限公司