CN105373764A - 可分区感测的像素感测装置及其操作方法 - Google Patents

可分区感测的像素感测装置及其操作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105373764A
CN105373764A CN201410507541.3A CN201410507541A CN105373764A CN 105373764 A CN105373764 A CN 105373764A CN 201410507541 A CN201410507541 A CN 201410507541A CN 105373764 A CN105373764 A CN 105373764A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sensor pixel
sensing
sensor
signal
pixel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201410507541.3A
Other languages
English (en)
Inventor
吴伯豪
刘醇铠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Elan Microelectronics Corp
Original Assignee
Elan Microelectronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Elan Microelectronics Corp filed Critical Elan Microelectronics Corp
Publication of CN105373764A publication Critical patent/CN105373764A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/12—Fingerprints or palmprints
    • G06V40/13—Sensors therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/40—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
    • H04N25/42—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled by switching between different modes of operation using different resolutions or aspect ratios, e.g. switching between interlaced and non-interlaced mode
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/702—SSIS architectures characterised by non-identical, non-equidistant or non-planar pixel layout
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/78—Readout circuits for addressed sensors, e.g. output amplifiers or A/D converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Image Input (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

本发明为一种可分区感测的像素感测装置及其操作方法，所述像素感测装置包括一第一感测单元、一第二感测单元、一第一控制和读取单元及一第二控制和读取单元；其中该第一感测单元与第二感测单元呈同心配置，而该第一及第二控制和读取单元则分别连接至第一及第二感测单元，以分别或同时控制该第一及第二感测单元进行感测。由于本发明的第一及第二感测单元可同时存在于单一像素感测阵列元件上且呈同心配置，在制作时只需利用单一个对焦元件对准第一感测单元及第二感测单元的中心，便能够实现精确对焦，提高辨识的精准度。在实现手指指纹识别及脉搏测量双应用时，使用者仅以单一手指进行感测，避免因分次移动手指测量不易对焦而有测量不准确的问题。

Description

可分区感测的像素感测装置及其操作方法
技术领域
本发明涉及一种主动式像素感测装置及其操作方法，尤其涉及一种可分区感测的像素感测装置及其操作方法。
背景技术
目前应用于手指指纹识别的光学式感测装置概分为两种，其一为被动式像素感测装置(PassivePixelSensor,PPS)，其二为主动式像素感测装置(ActivePixelSensor,APS)。不论是被动式或主动式像素感测装置，在感测该手指指纹时均是分别重置各感测像素后进行曝光，再读取其感测电流并加以转换为对应的感测电压。然而，目前除指纹识别功能外，亦衍生许多光学感测的应用，例如：环境光线的感测或脉搏检测用，其中脉搏检测是检测该微血管收缩舒张变化而得，如此应用所需要的解析度较感测手指指纹的解析度为低。
目前能够提供整合有上述两种应用的电子装置，通常采用一主动式像素感测装置及一光线感测装置，如图7所示，该主动式像素感测装置60包括一主动式像素感测阵列元件601、一重置和选择电路61及一信号读取电路62。当主动式像素感测阵列元件601曝光前，该重置和选择电路61会依序分别重置该主动式像素感测阵列元件601上的各感测像素P11～Pmn，而后曝光。曝光完成后，重置和选择电路61依序选取欲读取的该列像素，经由信号读取电路62读取各像素的感测电压。至于该光线感测装置70包括一光感测元件701、及一信号读取电路72；其中该光感测元件701的感测像素具有较大光感面积，故在被重置且被曝光时，该信号读取电路72所检测出的感测电流转换为对应的感测电压，在不同的应用中，可通过感测电压判断目前环境光线强弱或手指微血管的收缩舒张变化。
上述整合两种以上不同光学应用的电子装置来说，必须采用两种不同感测元件，如该主动式像素感测阵列元件601及该光感测元件701，加上两种感测元件使用不同的电路设计，不论在成本上及尺寸上均非理想，况且以手指指纹识别及脉搏测量的双应用来看，使用者需将手指放置于不同感测元件上，使用上并不方便。
此外，此一双应用的光学感测装置因为其主动式像素感测阵列元件601与光感测元件701分别形成于不同区域，若仅使用单一对焦元件，当要对该主动式像素感测阵列元件601或者是对该光感测元件701进行对焦时，因为非直接瞄准单一区域，会产生不易对焦而有测量不准确的问题；若是利用两对焦元件分别为该主动式像素感测阵列元件601与光感测元件701进行对焦，如此一来将使得成本更高，控制电路变得更为复杂。
发明内容
为了解决上述问题，本发明主要目的在于：提供一种可分区感测的像素感测装置，以单一像素感测阵列元件提供数种不同功能应用。
为了达到上述目的所使用的主要技术手段是使所述主动式像素感测装置包括：
一第一感测单元，其包括多个第一感测像素；
一第二感测单元，其包括多个第二感测像素，所述所有第一感测像素环状排列于所述第二感测单元的外周缘，所述第一感测单元与所述第二感测单元之间呈同心配置；
一第一信号读取单元，其连接至所述所有第一感测像素以检测流经所述所有第一感测像素的一电流总和；及
一第二控制和读取单元，其连接至各所述第二感测像素以读取各所述第二感测像素的各个感测电压。
优选地，各所述第二感测像素为一主动式感测像素，包括一电源端、一重置端、一选择端及一电压输出端，其中各第二感测像素的所述电源端连接至一工作电源；
所述第二控制和读取单元包括：
一第二重置和选择单元，其连接至各所述第二感测像素的重置端，以输出一重置信号给各所述第二感测像素的重置端，并输出一选择信号给各所述第二感测像素的选择端；及
一第二信号读取单元，其连接至各所述第二感测像素的电压输出端，以读取各所述第二感测像素的感测信号。
优选地，各所述第一感测像素为一主动式感测像素，并包括一电源端及一重置端，其中所述电源端连接所述第一信号读取单元；及
所述像素感测装置更进一步包括：
一第一重置和选择单元，其连接至各所述第一感测像素的重置端，以同时输出一重置信号给所述所有第一感测像素的重置端。
优选地，各所述第一感测像素为一被动式感测像素，并包括一电源端及一重置端，其中所述电源端连接所述第一信号读取单元；及
所述像素感测装置更进一步包括：
一第一重置和选择单元，其连接至各所述第一感测像素的重置端，以同时输出一重置信号给各所述第一感测像素的重置端。
优选地，所述第一及第二重置和选择单元整合为单一个重置和选择单元。
优选地，所述第一信号读取单元包括：
一运算放大器，其具有一反相输入端、一非反相输入端及一输出端，所述反相输入端连接至各第一感测像素的电源端，所述非反相输入端连接一参考电压；及
一电阻器，其连接在所述运算放大器的反相输入端及输出端之间。
优选地，所述第一信号读取单元包括：
一运算放大器，其具有一反相输入端、一非反相输入端及一输出端，所述反相输入端连接至各第一感测像素的电源端，所述非反相输入端连接一参考电压；
一电容器，其连接在所述运算放大器的反相输入端及输出端之间；及
一开关，其并联所述电容器。
优选地，各第二感测像素包括：
一重置开关元件，其包括所述第二感测像素的电源端、所述第二感测像素的重置端及一信号端；
一源极跟随器，其连接至所述工作电源及所述第二感测像素其重置开关元件的信号端；
一选择开关元件，其连接至所述第二感测像素其源极跟随器，并包括所述第二感测像素的选择端及所述第二感测像素的电压输出端；及
一光传感器，其连接至所述第二感测像素其重置开关元件，由所述重置开关元件的导通获得储存电荷，所述光传感器的电荷量下降速率与光源强度成正相关。
优选地，各所述第一感测像素为一光传感器，其阴极作为一电源端，所述电源端连接至所述第一信号读取单元。
优选地，各所述第一感测像素包括：
一重置开关元件，其包括所述第一感测像素的电源端、所述第一感测像素的重置端及一信号端；
一源极跟随器，其连接至所述工作电源及所述重置开关元件的信号端；
一选择开关元件，其连接至所述源极跟随器，并包括所述第一感测像素的一选择端及所述第一感测像素的一电压输出端，所述电压输出端为空接或连接至第二控制和读取单元；及
一光传感器，其连接至所述重置开关元件的信号端，由所述重置开关元件的启闭获得储存电荷，所述光传感器的电荷量下降速率与光源强度成正相关。
优选地，各第一感测像素包括：
一重置开关元件，其包括所述第一感测像素的重置端及所述第一感测像素的电源端；及
一光传感器，其连接至所述重置开关元件，由所述重置开关元件的启闭获得储存电荷，所述光传感器的电荷量下降速率与光源强度成正相关。
优选地，所述第一感测单元用以感测环境光线以判断环境光线强弱。
优选地，所述第一感测单元用以感测手指微血管收缩舒张变化，以检测脉搏。
优选地，所述第二感测单元用以感测手指表面纹路，以撷取手指指纹影像。
本发明的另一目的在于提供一种像素感测装置的操作方法，其中所述像素感测装置包括一第一感测单元及一第二感测单元，所述第一、第二感测单元分别包括多个第一感测像素及多个第二感测像素，其中，第一感测像素环状排列于所述第二感测单元的外周缘，所述第一感测单元与所述第二感测单元之间呈同心配置，各所述第一感测像素经由一测量端耦接至一工作电源，所述操作方法包括：
在第一模式下操作，包括以下步骤：
驱动各所述第一感测像素；
测量所述测量端，获得一代表通过所有所述第一感测像素的一电流总和的输出信号；
在第二模式下操作，包括以下步骤：
驱动各所述第二感测像素；
分别测量各个所述第二感测像素的感测信号。
优选地，在所述第一模式下进行环境光感测。
优选地，在所述第一模式下感测手指微血管收缩舒张变化，以检测脉搏。
优选地，在第二模式下进行指纹辨识。
本发明的有益效果在于：本发明像素感测装置的第一及第二感测单元可同时存在于单一像素感测阵列元件上，并可分别或同时由该第一信号读取单元及第二控制和读取单元进行感测，而可实现两种不同的应用；再加上第一及第二感测单元呈同心配置，在制作时只需利用单一个对焦元件对准第一感测单元及第二感测单元的中心，便能够达成精确对焦，提高辨识的精准度。当实现手指指纹识别及脉搏测量双应用时，使用者仅以单一手指进行感测，避免因分次移动手指测量不易对焦而有测量不准确的问题。
附图说明
图1A为本发明一像素感测装置的一电路框图。
图1B为本发明一像素感测装置的另一电路框图。
图2A为本发明第一实施例的部分第一感测单元及第一信号读取单元的一详细电路图。
图2B为本发明第一实施例的部分第一感测单元及第一信号读取单元的另一详细电路图。
图3为本发明第一实施例的部分第二感测单元的详细电路图。
图4A为本发明第二实施例的部分第一感测单元及第一信号读取单元的一详细电路图。
图4B为本发明第二实施例的部分第一感测单元及第一信号读取单元的另一详细电路图。
图5为本发明一像素感测装置的又一电路框图。
图6为本发明像素感测装置的操作模式流程图。
图7为一整合两种应用的既有光学感测装置的电路框图。
主要符号说明：
10像素感测阵列元件11第一感测单元
111第一感测像素
12第二感测单元121第二感测像素
20第一控制和读取单元21第一重置和选择单元
22、22’第一信号读取单元30第二控制和读取单元
31第二重置和选择单元32第二信号读取单元
40重置和选择单元60主动式像素感测装置
601主动式像素感测阵列元件61重置和选择电路
62信号读取电路70光线感测装置
701光感测元件
72信号读取电路。
具体实施方式
本发明提出一可分区感测的像素感测装置，其使用单一像素感测阵列元件加以设计，使其可分别或同时支持不同应用，以下以多个实施例加以说明的。
首先请参阅图1A所示，本发明可分区感测的像素感测装置包括一第一感测单元11、一第二感测单元12、一第一控制和读取单元20及一第二控制和读取单元30。
上述第一及第二感测单元11、12是由单一像素感测阵列元件10所组成，其中第一感测单元11包括呈环状排列的多个第一感测像素111(如白色方格所示)，而该第二感测单元12同样包括多个第二感测像素121(灰色方格所示)，该所有第一感测像素111环状排列于该第二感测单元12的外周缘，使得该第一感测单元11与该第二感测单元12之间呈同心配置，可如图1A所示，该第一感测单元11为方形环状，该第二感测单元12的多个第二感测像素121以矩阵排列呈矩形形状；亦或可如图1B所示，该第一感测单元11的环状为外方内圆，故该第二感测单元12则对应检测物件的形状排列设计为近圆形的排列，因此第一及第二感测单元11、12均为同心配置。在本实施例中，该像素感测阵列元件10包括m列n行，第二感测单元12包括第3列到第(m-2)列，以及第3行到第(n-2)行的像素。其他的像素则属于第一感测单元11。
上述第一控制和读取单元20连接至该第一感测单元11的所有感测像素111，以检测流经该第一感测单元11的所有第一感测像素111的电流总和Isum，并可进一步将该电流总和Isum转换为一输出信号，该输出信号可以是一输出电压或一输出电流。
上述第二控制和读取单元30连接至该第二感测单元12的各该第二感测像素121，以各别读取该第二感测单元12的各该第二感测像素121的感测信号，例如感测电压。
以下进一步以两个采用不同感测像素的像素感测阵列元件10的实施例，说明其配合使用的第一及第二控制和读取单元20、30的详细电路图及电路动作。
图1A为一像素感测装置的一电路框图，图2A为图1A中的部分第一感测单元11及第一信号读取单元22的一详细电路图。图3为第图1A中的部分第二感测单元12的详细电路图。请参阅图1A、图2A及图3所示，第一及第二感测单元11、12的第一及第二感测像素111、121均为主动式感测像素。该主动式感测像素的可为3T-APS(activepixelsensor)架构，例如像素P11、P33所示，P11与P33分别表示第一及第二感测像素111、121的电路架构，第一与第二感测像素111、121各自包括一电源端P、一重置端R、一选择端S及一输出端O，每一感测像素均分别包括一重置开关元件M11a、M33a、一源极跟随器M11b、M33b、一选择开关元件M11c、M33c、一光传感器PD。该重置开关元件M11a、M33a可为一MOSFET，其包括一漏极连接电源端P、一栅极连接至重置端R，以及一源极连接光传感器PD。该源极跟随器M11b、M33b同样可为一MOSFET，其一漏极连接至一操作电源Va，其一栅极则连接至该重置开关元件M11a、M33a的源极，又其一源极则连接至该选择开关元件M11c、M33c。该选择开关元件M11c、M33c亦可为一MOSFET，其一漏极连接至该源极跟随器M11b、M33b的源极，其一栅极连接一选择端S，而其一源极连接至输出端O，该第一感测像素111的该选择开关元件M11c其源极可为空接NC(nocontact)(如图2A、2B所示)或连接至该第二控制和读取单元30，两种接法皆不影响第一感测像素111的功能。该第二感测像素121的该选择开关元件M33c输出端(如图3所示)连接至该第二控制和读取单元30的电压输出端Vo3。光传感器PD的阴极连接至该重置开关元件M11a、M33a的源极，而阳极则连接至一接地端，其中该光传感器PD于该重置开关元件M11a、M33a导通后获得储存电荷，此时如因曝光而受光，其电荷量会下降，且下降速率与光源强度成正相关。此外，各该主动式感测像素亦可为4T-APS架构，故不以前述3T-APS架构为限。在上述第一感测单元11与第二感测单元12中，同一列的各个像素的重置端R连接在一起，同一列的各个像素的选择端S连接在一起。在第二感测感单元中，同一行的各个像素的输出端O连接在一起，并且连接至该第二控制和读取单元30中对应的电压输出端(即Vo3～Vo(n-2))。
请一并参考图1A与图2A，第一感测单元11中所有像素的电源端P连接至一测量端M。该第一控制和读取单元20包括一第一重置和选择单元21，第一重置和选择单元21包括多个重置端R1….Rm，各重置端分别连接至各该第一感测像素111的开关元件，以同时输出一重置信号给该所有第一感测像素111的开关元件，之后当该所有第一感测像素111曝光而受光，该第一控制和读取单元20从测量端M检测流经所有该第一感测像素111的电流的总和Isum。更详言之，该第一控制和读取单元20可进一步包括一第一信号读取单元22，其通过该测量端M连接所有第一感测像素111的该电源端P，将检测的电流总和Isum转换为一输出信号后，输出该输出信号，以作为光感测信息，输出信号的形式可以是一输出电压或是一输出电流。在不同的实施例中，第一重置和选择单元21亦可以仅提供一重置端R，通过外部的布线连接至所有第一感测像素111的重置端R。
如图2A所示，该第一信号读取单元22包括一运算放大器OP及一电阻器R；其中该运算放大器OP的所需的工作电压可来自于该操作电源Va或其它直流电源，其非反相输入端(+)连接一参考电压Vref，其反相输入端(-)通过该测量端M连接各个第一感测像素111(即P11，P12，P13)的电源端P。该电阻器R连接在该运算放大器OP的反相输入端(-)及输出端Vout_op之间。再如图2B所示，在另一实施例中，该第一信号读取单元22’亦可包括一运算放大器OP、一电容器C及一开关SW，其中该运算放大器OP所需的工作电压可来自于该操作电源Va或其它直流电源，其非反相输入端(+)连接一参考电压Vref，其反相输入端(-)通过该测量端M连接第一感测像素111的电源端P。该电容器C连接在该运算放大器OP的反相输入端(-)及输出端Vout_op之间。该开关SW与该电容器C并联。各第一感测像素111所需的工作电源可与该运算放大器OP的参考电压Vref相同，通过该运算放大器OP虚接地的特性，运算放大器OP的反相输入端(-)的电压准位相当于是非反相输入端(+)的参考电压Vref。
当本实施例的第一感测单元11进行如环境光检测或脉搏检测的应用时，所有第一感测像素111的电源端P与该第一信号读取单元22的运算放大器OP的反相输入端(-)连接，该第一重置和选择单元21会由各重置端R1～Rm输出重置信号使所有第一感测像素111的开关元件导通，将光传感器PD逆偏在Vref电压，再进行曝光或受光，此时所有的第一感测像素111的光传感器PD会产生感测电流，该第一信号读取单元22的运算放大器OP会经由该测量端M获得该感测电流的电流总和Isum，并将该电流总和Isum转换为一输出电压，由该运算放大器OP的输出端Vout_op输出该输出电压以作为光感测信息；由于所有第一感测像素111是同时充电及受光，故可提供大感光面积，实现如环境光检测或脉搏检测的应用。
请同时参见图1A与图3。该第二控制和读取单元30包括一第二重置和选择单元31及一第二信号读取单元32。在本实施例中，第二感测像素121亦为主动式感测像素，第二重置和选择单元31具有多个重置端(R3～Rm-2)分别连接连接至各该第二感测像素121(即图3的P33，P34，P35)的开关元件，以分别输出一重置信号给各该第二感测像素121的开关元件，以及输出一选择信号给各该第二感测像素121的选择端S3。至于该第二信号读取单元32内的电压输出端Vo3～Vo(n-2)则分别连接至各行第二感测像素121的输出端O，以读取每一行各第二感测像素121中的光传感器PD的储存电荷因受光而产生的感测电流，或感测电流所对应的感测电压。
同一列的该多个第二感测像素121的重置端为一同连接，且同一列的该多个第二感测像素121的选择端亦一同连接，因此，同一列的该多个第二感测像素121可以被同时重置及选择，当同一列的该多个感测像素121的感测数据被读取出来后，仍可以经由后续的解码动作而解码出每一个该第二感测像素121的各别感测数据，该解码技术非本案特征，在此不予赘述。但是除了上述同列共接的作法之外，也可以将每一个第二感测像素121的重置端与选择端独立连接至该第二重置和选择单元31，使该第二重置和选择单元31可对独立的第二感测像素121进行重置及选择。除此之外，另一种可行的作法是将所有的第二感测像素121共同连接之后，再连接至第二重置和选择单元31，因此全体的第二感测像素121将被同时重置及选择，全部第二感测像素121的全体感测数据被读取出来后，亦是经由后续的解码动作而解码出各该感测像素的各别感测数据。
当本实施例的第二感测单元12进行如手指指纹感测的应用时，该第二重置和选择单元31会再分别输出重置信号给各该第二感测像素的重置端R(以P33第二感测像素为例)，重置光传感器PD电压，再进行曝光，此时该光传感器PD会产生感测电流；因此，该第二重置和选择单元31会再输出该选择信号给被重置的该第二感测像素121的选择端S导通选择开关元件，第二信号读取单元32分别读取电压输出端Vo3～Vo(n-2)的感测电压；如此即可获得各该第二感测像素121分别感测手指指纹的感测电压，进行指纹识别应用。
以下再进一步介绍本发明第二实施例，如图1A、图3及图4A所示，其中该第一感测单元11的各第一感测像素111为被动式感测像素，而第二感测单元12的各第二感测像素121为主动式感测像素(同第一实施例，故在此不再赘述)。该被动式感测像素包括一电源端P，一重置端S，一重置开关元件M11及一光传感器PD；其中该重置开关元件M11可为一MOSFET，其包括一作为漏极连接电源端S、一栅极连接重置端R(以P11第一感测像素为例)以及一与该光传感器PD的阴极相连接的源极，而该光传感器PD的阳极连接至接地端，因此，该光传感器PD可由该重置开关元件M11的导通获得储存电荷，且其电荷量下降速率与光源强度成正相关。该第一感测单元11的各第一感测像素111除了以一被动式感测像素构成之外，在另一实施例中，各第一感测像素111亦可以单独以一光传感器PD构成，而无该重置开关元件M11，光传感器PD的阴极连接至第一感测像素111的电源端P以连接至第一信号读取单元22。在这种架构下，便不需要图1A中的第一重置和选择单元21。
该第一控制和读取单元20与第一实施例相同，其包括一第一重置和选择单元21或进一步包括第一信号读取单元22、22’，其中该第一信号读取单元22、22’为如图4A及图4B所示，其与图2A及图2B相同，在此亦不再赘述。
当本实施例的第一感测单元11进行如环境光检测或脉搏检测的应用时，所有第一感测像素111的电源端P与该第一信号读取单元22的运算放大器OP的反相输入端(-)连接，第一重置和选择单元20会输出该重置信号给所有该第一感测像素111的重置端R，使其光传感器PD逆偏在Vref电压，再进行曝光或受光，此时各第一感测像素111的光传感器PD会产生感测电流，该第一信号读取单元22的该运算放大器OP会获得所有感测电流的电流总和Isum，并将该电流总和转换为一输出电压后，自该运算放大器OP的输出端Vout_op输出该输出电压以作为光感测信息；由于所有第一感测像素111是同时充电及受光，故可提供大感光面积以感测环境光线来判断环境光线强弱，或以感测手指微血管收缩舒张变化来检测脉搏。至于该第二感测单元12进行如手指指纹识别应用则同于第一实施例。
由上述说明可知，不论第一或第二实施例的第一及第二重置和选择单元21、31均分别与第一及第二感测像素111、121连接，且功能相同，故如图5所示，该第一及第二重置和选择单元21、31可进一步整合成单一重置和选择单元40。
请参考图6，综合上述本发明各实施例的介绍说明，该像素感测装置的操作方法可归纳出操作于第一模式(S10)、操作于第二模式(S20)两种模式，其中：
在第一模式下操作，包括以下步骤：
驱动各该第一感测像素(S11)；
测量该测量端，获得一代表通过所有该第一感测像素的一电流总和的输出信号(S12)；
在第二模式下操作，包括以下步骤：
驱动各该第二感测像素(S21)；
分别测量各该第二感测像素的感测信号(S22)。
本发明的第一感测单元11及第二感测单元12因为是采同心配置，在制作时不仅更加节省面积，而且只需利用单一个对焦元件对准第一感测单元11及第二感测单元12的中心，便能够达成精确对焦，提高辨识的精准度。
由于在实际制作用以感测指纹的感测像素时，如第二感测单元12的第二感测像素121，会在所述感测像素之外围亦一并制作出多个虚设(dummy)像素，以确保用以感测指纹的感测像素在元件特性方面具有的对称性，因此本发明可直接将所述虚设像素作为该第一感测像素111使用，将原本无作用的像素加以有效利用并赋予感测功能，在不刻意制作额外感测像素下支持不同应用，例如上述的环境光感测或脉博检测。
综上所述，本发明将像素感测阵列元件区分为同心配置的第一及第二感测单元，以分别由第一及第二控制和读取单元进行感测；其中该第一控制和读取单元为连接该所有第一感测像素，故可检测流经该所有感测像素的电流总和，实现大面积的感测功能，而第二控制和读取单元则各别读取第二感测单元的各该第二感测像素，可实现高解析度的手指指纹影像撷取之用；因此，本发明只需要单一像素感测阵列元件，即可提供高解析度的手指指纹识别整合环境光线或脉搏检测的应用，制作成本低、电路简化、尺寸小型化，且使用者仅需将手指放置于该像素感测阵列元件，使用上亦相对便利，且第一及第二感测单元同心配置，使用者仅以单一手指进行感测时，能避免因分次移动手指测量不易对焦而有测量不准确的问题。
以上所述仅是本发明的实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明权利要求的范围内。

Claims (18)

1.一种可分区感测的像素感测装置，其中，包括：
一第一感测单元，其包括多个第一感测像素；
一第二感测单元，其包括多个第二感测像素，所有所述第一感测像素环状排列于所述第二感测单元的外周缘，所述第一感测单元与所述第二感测单元呈同心配置；
一第一信号读取单元，其连接至所述所有第一感测像素以检测流经所述所有第一感测像素的一电流总和；及
一第二控制和读取单元，其连接至各所述第二感测像素以读取各所述第二感测像素的各个感测电压。
2.根据权利要求1所述的可分区感测的像素感测装置，其中：
各所述第二感测像素为一主动式感测像素，包括一电源端、一重置端、一选择端及一电压输出端，其中各第二感测像素的所述电源端连接至一工作电源；
所述第二控制和读取单元包括：
一第二重置和选择单元，其连接至各所述第二感测像素的重置端，以输出一重置信号给各所述第二感测像素的重置端，并输出一选择信号给各所述第二感测像素的选择端；及
一第二信号读取单元，其连接至各所述第二感测像素的电压输出端，以读取各所述第二感测像素的感测信号。
3.根据权利要求2所述的可分区感测的像素感测装置，其中：
各所述第一感测像素为一主动式感测像素，并包括一电源端及一重置端，其中所述电源端连接所述第一信号读取单元；及
所述像素感测装置更进一步包括：
一第一重置和选择单元，其连接至各所述第一感测像素的重置端，以同时输出一重置信号给所述所有第一感测像素的重置端。
4.根据权利要求2所述的可分区感测的像素感测装置，其中：
各所述第一感测像素为一被动式感测像素，并包括一电源端及一重置端，其中所述电源端连接所述第一信号读取单元；及
所述像素感测装置更进一步包括：
一第一重置和选择单元，其连接至各所述第一感测像素的重置端，以同时输出一重置信号给各所述第一感测像素的重置端。
5.根据权利要求3或4所述的可分区感测的像素感测装置，其中所述第一及第二重置和选择单元整合为单一个重置和选择单元。
6.根据权利要求1所述的可分区感测的像素感测装置，其中所述第一信号读取单元包括：
一运算放大器，其具有一反相输入端、一非反相输入端及一输出端，所述反相输入端连接至各第一感测像素的电源端，所述非反相输入端连接一参考电压；及
一电阻器，其连接在所述运算放大器的反相输入端及输出端之间。
7.根据权利要求1所述的可分区感测的像素感测装置，其中所述第一信号读取单元包括：
一运算放大器，其具有一反相输入端、一非反相输入端及一输出端，所述反相输入端连接至各第一感测像素的电源端，所述非反相输入端连接一参考电压；
一电容器，其连接在所述运算放大器的反相输入端及输出端之间；及
一开关，其并联所述电容器。
8.根据权利要求2所述的可分区感测的像素感测装置，其中各第二感测像素包括：
一重置开关元件，其包括所述第二感测像素的电源端、所述第二感测像素的重置端及一信号端；
一源极跟随器，其连接至所述工作电源及所述第二感测像素其重置开关元件的信号端；
一选择开关元件，其连接至所述第二感测像素其源极跟随器，并包括所述第二感测像素的选择端及所述第二感测像素的电压输出端；及
一光传感器，其连接至所述第二感测像素其重置开关元件，由所述重置开关元件的导通获得储存电荷，所述光传感器的电荷量下降速率与光源强度成正相关。
9.根据权利要求2所述的可分区感测的像素感测装置，其中各所述第一感测像素为一光传感器，其阴极作为一电源端，所述电源端连接至所述第一信号读取单元。
10.根据权利要求2或3所述的可分区感测的像素感测装置，其中，各所述第一感测像素包括：
一重置开关元件，其包括所述第一感测像素的电源端、所述第一感测像素的重置端及一信号端；
一源极跟随器，其连接至所述工作电源及所述重置开关元件的信号端；
一选择开关元件，其连接至所述源极跟随器，并包括所述第一感测像素的一选择端及所述第一感测像素的一电压输出端，所述电压输出端为空接或连接至第二控制和读取单元；及
一光传感器，其连接至所述重置开关元件的信号端，由所述重置开关元件的启闭获得储存电荷，所述光传感器的电荷量下降速率与光源强度成正相关。
11.根据权利要求4所述的可分区感测的像素感测装置，其中，各第一感测像素包括：
一重置开关元件，其包括所述第一感测像素的重置端及所述第一感测像素的电源端；及
一光传感器，其连接至所述重置开关元件，由所述重置开关元件的启闭获得储存电荷，所述光传感器的电荷量下降速率与光源强度成正相关。
12.根据权利要求1所述的可分区感测的像素感测装置，其中所述第一感测单元用以感测环境光线以判断环境光线强弱。
13.根据权利要求1所述的可分区感测的像素感测装置，其中所述第一感测单元用以感测手指微血管收缩舒张变化，以检测脉搏。
14.根据权利要求1所述的可分区感测的像素感测装置，其中所述第二感测单元用以感测手指表面纹路，以撷取手指指纹影像。
15.一种像素感测装置的操作方法，其中所述像素感测装置包括一第一感测单元及一第二感测单元，所述第一、第二感测单元分别包括多个第一感测像素及多个第二感测像素，其中，第一感测像素环状排列于所述第二感测单元的外周缘，所述第一感测单元与所述第二感测单元之间呈同心配置，各所述第一感测像素经由一测量端耦接至一工作电源，所述操作方法包括：
在第一模式下操作，包括以下步骤：
驱动各所述第一感测像素；
测量所述测量端，获得一代表通过所有所述第一感测像素的一电流总和的输出信号；
在第二模式下操作，包括以下步骤：
驱动各所述第二感测像素；
分别测量各个所述第二感测像素的感测信号。
16.根据权利要求15所述像素感测装置的操作方法，其中在所述第一模式下进行环境光感测。
17.根据权利要求15所述像素感测装置的操作方法，其中在所述第一模式下感测手指微血管收缩舒张变化，以检测脉搏。
18.根据权利要求15所述像素感测装置的操作方法，其中在第二模式下进行指纹辨识。
CN201410507541.3A 2014-08-14 2014-09-28 可分区感测的像素感测装置及其操作方法 Pending CN105373764A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW103127955A TWI559767B (zh) 2014-08-14 2014-08-14 可分區感測的像素感測裝置及其操作方法
TW103127955 2014-08-14

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105373764A true CN105373764A (zh) 2016-03-02

Family

ID=55303098

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410507541.3A Pending CN105373764A (zh) 2014-08-14 2014-09-28 可分区感测的像素感测装置及其操作方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20160050378A1 (zh)
CN (1) CN105373764A (zh)
TW (1) TWI559767B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107609532A (zh) * 2017-09-27 2018-01-19 敦捷光电股份有限公司 一种具有生医感测功能的光学指纹感测装置
CN110324537A (zh) * 2018-03-29 2019-10-11 爱思开海力士有限公司 图像感测装置及其操作方法
CN113691699A (zh) * 2021-08-02 2021-11-23 维沃移动通信有限公司 成像芯片组件、摄像模组及其对焦方法和电子设备
CN113869094A (zh) * 2020-06-30 2021-12-31 敦泰电子股份有限公司 指纹显示设备及驱动其之整合集成电路及方法
US11906355B1 (en) 2023-01-31 2024-02-20 Novatek Microelectronics Corp. In-cell optical sensing display panel

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6643871B2 (ja) * 2015-11-13 2020-02-12 キヤノン株式会社 放射線撮像装置およびフォトンカウンティングの方法
US9342733B2 (en) * 2015-11-24 2016-05-17 Secugen Corporation Fingerprint sensing and calibration apparatus
CN106682640B (zh) * 2017-01-04 2019-04-05 京东方科技集团股份有限公司 指纹识别电路及其驱动方法、显示装置
TWI646471B (zh) * 2017-02-06 2019-01-01 茂丞科技股份有限公司 指紋感測裝置及指紋辨識方法
KR102331464B1 (ko) 2017-04-18 2021-11-29 삼성전자주식회사 디스플레이 영역에 형성된 생체 정보 센싱 영역을 이용한 생체 정보 획득 방법 및 이를 지원하는 전자 장치
CN111201768B (zh) * 2017-10-10 2022-03-22 深圳传音通讯有限公司 一种拍摄对焦方法、装置
US10827090B1 (en) * 2019-09-16 2020-11-03 Innolux Corporation Electronic device and method for operating electronic device
TWI816397B (zh) * 2021-12-30 2023-09-21 仟融科技股份有限公司 膚紋控制系統、膚紋控制方法、膚紋取樣裝置及電腦可讀媒體

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101090083A (zh) * 2006-06-12 2007-12-19 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 晶片检测方法
CN101364262A (zh) * 2007-08-10 2009-02-11 统宝光电股份有限公司 显示装置以及电子装置
CN101825986A (zh) * 2009-03-06 2010-09-08 Lg电子株式会社 移动终端与控制移动终端的方法
US20130301930A1 (en) * 2012-04-24 2013-11-14 Stmicroelectronics S.R.I. Hardware coprocessor for stripe-based interest point detection
US20130322753A1 (en) * 2012-05-31 2013-12-05 Apple Inc. Systems and methods for local tone mapping

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI264086B (en) * 2004-06-04 2006-10-11 Via Tech Inc Method and apparatus for image sensor
CN101889866B (zh) * 2010-07-30 2012-02-08 西安理工大学 用于生物特征识别的手掌生物电阻抗频谱测量装置
TW201427418A (zh) * 2012-12-17 2014-07-01 Eminent Electronic Technology Corp Ltd 感測裝置以及感測方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101090083A (zh) * 2006-06-12 2007-12-19 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 晶片检测方法
CN101364262A (zh) * 2007-08-10 2009-02-11 统宝光电股份有限公司 显示装置以及电子装置
CN101825986A (zh) * 2009-03-06 2010-09-08 Lg电子株式会社 移动终端与控制移动终端的方法
US20130301930A1 (en) * 2012-04-24 2013-11-14 Stmicroelectronics S.R.I. Hardware coprocessor for stripe-based interest point detection
US20130322753A1 (en) * 2012-05-31 2013-12-05 Apple Inc. Systems and methods for local tone mapping

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107609532A (zh) * 2017-09-27 2018-01-19 敦捷光电股份有限公司 一种具有生医感测功能的光学指纹感测装置
CN107609532B (zh) * 2017-09-27 2020-09-04 敦捷光电股份有限公司 一种具有生医感测功能的光学指纹感测装置
CN110324537A (zh) * 2018-03-29 2019-10-11 爱思开海力士有限公司 图像感测装置及其操作方法
CN110324537B (zh) * 2018-03-29 2021-07-09 爱思开海力士有限公司 图像感测装置及其操作方法
CN113869094A (zh) * 2020-06-30 2021-12-31 敦泰电子股份有限公司 指纹显示设备及驱动其之整合集成电路及方法
CN113691699A (zh) * 2021-08-02 2021-11-23 维沃移动通信有限公司 成像芯片组件、摄像模组及其对焦方法和电子设备
CN113691699B (zh) * 2021-08-02 2023-06-20 维沃移动通信有限公司 成像芯片组件、摄像模组及其对焦方法和电子设备
US11906355B1 (en) 2023-01-31 2024-02-20 Novatek Microelectronics Corp. In-cell optical sensing display panel

Also Published As

Publication number Publication date
TWI559767B (zh) 2016-11-21
TW201607316A (zh) 2016-02-16
US20160050378A1 (en) 2016-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105373764A (zh) 可分区感测的像素感测装置及其操作方法
CN105303154A (zh) 主动式像素感测装置及其操作方法
CN107314813B (zh) 光强检测单元、光强检测方法和显示装置
CN113809108B (zh) 光电传感器及其驱动方法、显示模组和显示装置
CN101644587A (zh) 传感器元件、感光矩阵、触控面板及触控感测方法
US20200175245A1 (en) Fingerprint Detection Device and Fingerprint Detection Method
CN109298804B (zh) 触控电路及其驱动方法、触控基板及显示装置
CN107039001A (zh) 灰阶补偿电路以及灰阶补偿方法
CN101140366A (zh) 感测一对象触碰的像素单元、方法及其显示装置
CN110411483A (zh) 新型大尺寸传感阵列的读出电路及其传感器阵列
CN114034411B (zh) 图像传感器温度测量系统及方法
CN108802961A (zh) 焦点检测设备和成像系统
TWI698007B (zh) 光偵測裝置
CN106959384B (zh) 一种光电检测电路、显示面板及显示装置
CN111052730B (zh) 薄膜半导体结构、图像传感器及手持装置
CN107330409B (zh) 一种电流放大电路、指纹检测装置及其控制方法
US20210165989A1 (en) Display panel and display device
CN112198703B (zh) 显示面板以及目标物色彩判断方法
CN112462978B (zh) 感光面板和显示面板
CN209879313U (zh) 一种激光同轴度测量仪的控制系统
JP6700732B2 (ja) ピクセルイメージに含まれる不良画素の処理方法とその方法を用いたイメージセンサー及びアプリケーションプロセッサ
CN112599060A (zh) Vt测试电路、系统、方法、显示面板及显示装置
CN208509090U (zh) 一种感光芯片、摄像头模组及电子设备
CN111918003B (zh) 图像传感器及其信号采集方法和电路、存储介质、终端
CN113544695B (zh) 光敏检测电路、光信号检测方法、装置及系统、显示装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20160302