[发明专利]一种可降低噪声的光学传感器读出电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学传感器，尤其涉及一种可降低噪声的光学传感器读出电路。

背景技术

随着数字影像技术的发展，图像传感器(imagesensor)得到了越来越广泛的应用。在现有技术中，图像传感器可以采用非晶硅薄膜晶体管(a-SiTFT)技术制作于玻璃基板，以构成平板(flatpanel)图像传感器。因其具有感测面积大、厚度薄等诸多优点，通常应用于图像扫描、指纹检测、无损检测等。一般来说，平板图像传感器的工作原理是，光照射并透过被检测物体，由于被检测物体的不同部分对光的衰减不一样，所以透过被检测物体不同区域的光照射到平板图像传感器的强度是不一样的，最终形成了一个与物体组织相对应的灰阶图。平板图像传感器包括由若干像素单元构成的像素阵列，像素单元将光转换为电荷之后，在驱动电路的作用下，存储在像素单元中的电荷被传输到读出电路(read-outcircuit)，然后由读出电路对电信号进行诸如放大、模数转换等处理，最终获得图像信息。

图1示出现有技术中的一种平板图像传感器的结构示意图。如图1所示，该平板图像传感器包括光学传感器阵列(photosensorarray)100、栅极驱动电路(gatedriver)102、光学传感器读出电路104、模数转换电路(analog/digitalconversioncircuit)106、时序控制器(timingcontroller)108、静态随机存储器(staticrandomaccessmemory，SRAM)110和微处理器(microcontrollerunit，MCU)112。其中，每个像素单元包括一光学传感器、一像素存储电容和一薄膜晶体管，诸如光电二极管的光学传感器接收光照产生光电流，该光电流对像素存储电容进行放电以存储电荷。栅极驱动电路102提供栅极驱动信号，当该栅极驱动信号控制像素单元中的薄膜晶体管导通时，所存储的电荷被传输到光学传感器读出电路104。光学传感器读出电路104将电信号送入模数转换器106进行模数转换而产生数字信号。该数字信号透过微处理器112处理以存放在静态随机存储器110中。

图2示出图1的平板图像传感器中的光学传感器读出电路的结构示意图。参照图2，像素单元包括光学传感器S1(如，无源传感器)、像素存储电容Cst和薄膜晶体管T1，像素存储电容Cst的一端电性耦接至一偏置电压Vbias且另一端电性耦接至薄膜晶体管T1的第一端。薄膜晶体管T1和像素存储电容Cst的连接点电位以Vdiode表示。积分电路包括一运算放大器、并联在放大器输入端与输出端之间的电容Cfb。该运算放大器的一输入端电性耦接至薄膜晶体管T1，另一输入端电性耦接至一参考电压Vref，运算放大器的输出端电压为Vout。复位开关M1与电容Cfb并联，当复位开关M1开通时，电容Cfb上的电荷得以释放。此外，读出电路还可包括一相关双采样(Correlateddoublesampling，CDS)电路，包括并列的两路开关HS和HR，该CDS电路将来自积分电路的输出电压Vout转换为采样电压Vdata。

当光源照亮该光学传感器S1时，它将产生光电流并对存储电容Cst进行放电。当栅极驱动信号G(n)变为高电平且打开薄膜晶体管T1时，存储电容Cst由读出电路进行充电。与此同时，电容Cfb也被充电且运算放大器的输出电压Vout升高。该输出电压Vout将会被CDS电路进行采样，然后数据电压Vdata将被提取。在采样处理后，复位开关M1开通从而复位电容Cfb上的电荷，然后进入下一扫描线的读出流程。

图3示出图2的光学传感器读出电路中的各关键信号的波形和时序示意图。如图3所示，当栅极驱动信号G(n)为高电平时，存储电容Cst充电因而节点电压Vdiode缓慢升高，此时复位开关M1为关断状态，运算放大器的输出电压Vout也将逐渐变大。当栅极驱动信号G(n)为低电平时，存储电容Cst放电，节点电压Vdiode缓慢下降，此时复位开关M1为开通状态，运算放大器的输出电压Vout也将逐渐下降为参考电压Vref。在复位开关M1开通期间，运算放大器输出电压Vout被CDS电路采样，得到采样数据电压Vdata。

然而，上述光学传感器读出电路作为图像传感器工作时，往往会遭受水平方向上的栅极扫描线G(n)的信号噪声困扰，该噪声将使CDS电路的采样数据电压不稳定，进而影响图像传感器的扫描品质或指纹检测精度。有鉴于此，如何对现有光学传感器读出电路进行改进，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。

发明内容