CN105391947B - 图像传感器及其操作方法、包含该图像传感器的动作传感器 - Google Patents
图像传感器及其操作方法、包含该图像传感器的动作传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105391947B CN105391947B CN201510429201.8A CN201510429201A CN105391947B CN 105391947 B CN105391947 B CN 105391947B CN 201510429201 A CN201510429201 A CN 201510429201A CN 105391947 B CN105391947 B CN 105391947B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- circuit
- electric charge
- during
- storage
- 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.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 6
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 219
- 239000000872 buffer Substances 0.000 claims abstract description 63
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 84
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 34
- 238000011017 operating method Methods 0.000 claims description 34
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 28
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 17
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 claims description 9
- 235000006508 Nelumbo nucifera Nutrition 0.000 claims description 8
- 240000002853 Nelumbo nucifera Species 0.000 claims description 8
- 235000006510 Nelumbo pentapetala Nutrition 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 7
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 7
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 6
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 21
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 238000003491 array Methods 0.000 description 4
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 108010076504 Protein Sorting Signals Proteins 0.000 description 1
- 208000024754 bloodshot eye Diseases 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 201000005111 ocular hyperemia Diseases 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
一种图像传感器的操作方法，包含：在第一曝光期间从光电元件储存第一电荷量至像素缓冲电路；在第二曝光期间将所述像素缓冲电路的所述第一电荷量转移至第一储存电路；所述第一电荷量转移后，在所述第二曝光期间从所述光电元件储存第二电荷量至所述像素缓冲电路；将所述像素缓冲电路的所述第二电荷量转移至第二储存电路；以及比较所述第一储存电路与所述第二储存电路中的储存电荷量以输出模拟图像信号。
Description
技术领域
本发明涉及一种图像传感器，具体地，涉及一种运用模拟差分以消除环境光干扰的图像传感器及其操作方法以及包含该图像传感器的动作传感器。
背景技术
公知图像传感器通常具有多个阵列排列的感测像素，其中该图像传感器的一种操作方法可使用滚动快门(Rolling Shutter)，例如利用控制信号依序启动该图像传感器中每一列的所述多个感测像素以获取图像。由于每一列的所述多个感测像素为依序启动而非同时启动(亦即每一列的所述多个感测像素开始曝光的时间不同)，获取快速移动的对象图像时，使用滚动快门所获取的图像可能会有失真(distortion)的问题。
另一种图像传感器的操作方法可使用全域快门(Global Shutter)，例如利用控制信号同时启动所述图像传感器中全部感测像素以使得每一列的所述多个感测像素可在同一时间开始曝光以获取图像，因此，使用全域快门的图像传感器可避免所述图像失真的问题。
然而，使用全域快门的图像传感器在获取图像时，为了消除环境光的干扰或降低图像噪音，公知的一种解决方式是通过图像后处理的方式将两张数字图像帧直接相减以获得差分图像帧。例如，请参照图1A及1B，图1A为公知的使用全域快门的图像传感器91的图像获取的时序图。假设该图像传感器91具有4个感测像素列R1～R4，在第一期间P1，光源开启预设时间且所述多个感测像素列R1～R4同时曝光，接着关闭所述光源并依序读取所述感测像素列R1至R4以输出第一图像信号；在第二期间P2，所述光源关闭并以所述预设时间同时曝光所述多个感测像素列R1～R4并依序读取所述感测像素列R1至R4以输出第二图像信号。
接着，请参照图1B，所述图像传感器91所输出的所述第一图像信号先通过模拟数字转换器93转换成第一数字信号9a并储存在数字缓冲区95。接着，将所述第二图像信号通过所述模拟数字转换器93转换成第二数字信号9b。最后，再将所述第一数字信号9a减去所述第二数字信号9b以获得消除环境光的第三数字信号9c。然而，此种方法中，包含所述图像传感器91的系统需设置所述数字缓冲区95且所述图像传感器91必须连续输出两张图像帧(例如根据所述第一数字信号9a及所述第二数字信号9b所形成的图像帧)才能获得一张处理后的图像帧(例如根据所述第三数字信号9c所形成的图像帧)。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种运用模拟差分以消除环境光干扰的图像传感器及其操作方法。
本发明的目的在于提供一种图像传感器及其操作方法，其所输出的每一张模拟图像已消除环境光的干扰。
本发明另一目的在于提供一种图像传感器及其操作方法，其可降低接近一倍的功率消耗且不需使用数字缓冲器来储存图像并进行两张数字图像的差分运算。
本发明另一目的在于提供一种图像传感器及其操作方法以及包含该图像传感器的动作传感器，其可根据一张图像探测对象动作。
为达上述目的，本发明提供一种图像传感器。该图像传感器包含光电转换电路及输出电路。所述光电转换电路用于相对高电平信号期间储存第一电荷量及相对低电平信号期间储存第二电荷量。所述输出电路包含第一储存电路及第二储存电路分别用于储存转移自所述光电转换电路的所述第一电荷量及所述第二电荷量，并用于比较所述第一储存电路中的所述第一电荷量及所述第二储存电路中的所述第二电荷量以输出模拟图像信号，其中，所述高电平信号及所述低电平信号分别用于驱动光源的启闭，所述光电转换电路相对所述低电平信号期间依序转移所述第一电荷量至所述第一储存电路、储存所述第二电荷量及转移所述第二电荷量至所述第二储存电路。
本发明还提供一种图像传感器的操作方法。所述图像传感器包含光电元件、像素缓冲电路、第一储存电路、第二储存电路及差分单元。所述第一储存电路及所述第二储存电路分别耦接于所述差分单元的两输入端。所述光电元件用于相对高电平信号及低电平信号产生光电流，并将该光电流储存至所述像素缓冲电路，其中所述高电平信号及所述低电平信号用于驱动光源的启闭。所述操作方法包含：在所述高电平信号期间从所述光电元件储存第一电荷量至所述像素缓冲电路；在所述低电平信号期间将所述像素缓冲电路的所述第一电荷量转移至所述第一储存电路；所述第一电荷量转移后，在所述低电平信号期间从所述光电元件储存第二电荷量至所述像素缓冲电路；将所述像素缓冲电路的所述第二电荷量转移至所述第二储存电路；以及利用所述差分单元比较所述第一储存电路及所述第二储存电路中的储存电荷量以输出模拟图像信号。
本发明还提供一种图像传感器。该图像传感器包含光电转换电路、第一储存电路、第二储存电路及差分单元。所述光电转换电路用于在第一期间产生与光源及环境光相关的光电流且在第二期间产生与所述环境光的相关光电流。所述第一储存电路用于在所述第二期间储存对应所述第一期间的所述光电流的第一电荷量。所述第二储存电路用于在所述第一电荷量被储存后，储存对应所述第二期间的所述光电流的第二电荷量。所述差分单元包含分别耦接所述第一储存电路及所述第二储存电路的两输入端，并用于比较所述第一储存电路及所述第二储存电路中的所述第一电荷量及所述第二电荷量以消除所述环境光的干扰。
本发明还提供一种图像传感器，包含多个感测像素、多个光电转换电路以及多个输出电路。所述多个感测像素以阵列排列。所述多个光电转换电路中的每一者用于相对第一曝光期间储存第一电荷量并在暂存期间保持储存所述第一电荷量，相对第二曝光期间依序输出所述第一电荷量及储存第二电荷量以及输出该第二电荷量，其中，所述该暂存期间介于所述第一曝光期间与该第二曝光期间之间。所述多个输出电路中每一者包含第一储存电路及第二储存电路分别用于储存输出自所述多个光电转换电路的所述第一电荷量及所述第二电荷量，并用于比较所述第一储存电路中的所述第一电荷量与所述第二储存电路中的所述第二电荷量以输出模拟图像信号，其中，所述多个感测像素中每一者包含一个所述光电转换电路且每一感测像素行耦接一个所述输出电路。
本发明还提供一种图像传感器的操作方法。所述图像传感器包含多个光电元件、多个像素缓冲电路、多个第一储存电路、多个第二储存电路及多个差分单元。所述多个第一储存电路及所述多个第二储存电路分别耦接于所述多个差分单元。所述多个光电元件用于产生光电流至所述多个像素缓冲电路。所述操作方法包含下列步骤：在第一曝光期间从所述光电元件储存第一电荷量至所述像素缓冲电路；在暂存期间保持将所述第一电荷量储存于所述像素缓冲电路；在第二曝光期间将所述像素缓冲电路的所述第一电荷量转移至所述第一储存电路；所述第一电荷量转移后，在所述第二曝光期间从所述光电元件储存第二电荷量至所述像素缓冲电路；将所述像素缓冲电路的所述第二电荷量转移至所述第二储存电路；以及利用所述差分单元比较所述第一储存电路与所述第二储存电路中的储存电荷量以输出模拟图像信号。
本发明还提供一种动作传感器。所述动作传感器包含图像传感器、模拟数字转换器以及处理器。所述图像传感器用于输出相对多个感测像素的多个模拟图像信号。所述模拟数字转换器用于将所述多个模拟图像信号转换为多个数字图像信号。所述处理器用于计算图像的所述多个数字图像信号中亮度不为零的像素位置，并据此判断动作位置。
为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显，下文将配合所附图示，详细说明如下。此外，在本发明说明中，相同的构件以相同的符号表示，于此先述明。
附图说明
图1A为公知图像传感器使用全域快门获取图像的时序图。
图1B为公知两张数字图像帧进行差分运算的方框示意图。
图2为本发明某些实施例的图像传感器的电路图。
图3为本发明第一实施例的图像传感器的操作方法的流程图。
图4为本发明第一实施例的图像传感器的时序图。
图5为本发明某些实施例的图像传感器的框图。
图6为本发明某些实施例的包含多个感测像素的成像系统的示意图。
图7为本发明第一实施例的图像传感器的另一时序图。
图8为本发明第二实施例的图像传感器的时序图。
图9为本发明第二实施例的图像传感器的操作方法的流程图。
图10为本发明第二实施例的图像传感器的另一时序图。
图11A～11B为本发明第二实施例的图像传感器连续获取图像的时序图。
具体实施方式
图2为本发明某些实施例的图像传感器1的电路图。所述图像传感器1用于感测光能量并转换成电信号。所述图像传感器1包含至少一个光电转换电路10及输出电路20，其中所述光电转换电路10的输出端与所述输出电路20的输入端之间以位元线70连接。该图像传感器1具有多个阵列排列的感测像素分别包含光电转换电路10，且每一行的多个光电转换电路10的输出端可通过位元线70电性连接至输出电路20的输入端。例如，包含M×N个感测像素的图像传感器具有M×N个光电转换电路以及M个或N个输出电路及位元线。为简化图式，图2仅示例性地绘示所述图像传感器1中的两个光电转换电路10、10'、一个输出电路20及一条位元线70。可以理解的是，所述光电转换电路10及所述光电转换电路10'虽然以不同标号表示所述图像传感器1其中一行的两个感测像素(例如第一行第一列的感测像素及第一行第二列的感测像素)，但两者具有相同结构。
必须说明的是，在获取图像时，所述图像传感器1可搭配至少一个光源(未绘示于图2)用于提供图像获取时所需的光，故所述光源可称为补光灯(例如发光二极管)。所述图像传感器1还包含信号产生器或时序控制器(未绘示)用于依序发出高电平信号及低电平信号以驱动所述光源的启闭，但不限于此。其他实施例中，所述高电平信号及所述低电平信号可由包含所述图像传感器1的成像系统提供至所述图像传感器1，例如由所述成像系统的控制电路提供。某些实施例中，光源与图像传感器可包含在同一图像传感器封装中而由一时序控制器同时控制光源与图像传感器的操作。某些实施例中，光源位于图像传感器外部，而所述图像传感器可产生所述高电平信号及所述低电平信号以控制所述光源。必须说明的是，虽然此处分别以高电平信号及低电平信号进行说明，然而上述信号产生器、时序控制器或控制电路可仅产生高电平信号，而所述低电平信号表示未产生信号，例如信号值为零。
所述光电转换电路10用于相对高电平信号期间储存第一电荷量Q1及相对低电平信号期间储存第二电荷量Q2，其中所述高电平信号驱动所述光源开启而所述低电平信号控制所述光源关闭。也就是说，所述光电转换电路10储存所述第一电荷量Q1的同时所述光源为开启，而所述光电转换电路10储存所述第二电荷量Q2的同时所述光源为关闭。
所述光电转换电路10包含光电元件101、像素电容102及转移电路103。所述光电元件101例如可为光电二极管(photodiode)用于将入射光Li转换为光电流IL；其中，所述光电流IL与所述入射光Li的强度相关。所述像素电容102则作为像素缓冲器(pixel buffer)用于储存所述光电流IL为所述第一电荷量Q1或所述第二电荷量Q2。可以理解的是，当所述光源开启时，所述入射光Li包含所述光源所发出的光及环境光，所述光电元件101将所述光源所发出的光及所述环境光转换为所述光电流IL并据此在所述像素电容102储存电荷量(例如所述第一电荷量Q1)。当所述光源关闭时，所述入射光Li仅包含环境光，所述光电元件101则将所述环境光转换为光电流IL并据此在所述像素电容102储存另一电荷量(例如所述第二电荷量Q2)。必须说明的是，所述转移电路103耦接在所述像素电容102与所述输出电路20之间，而在所述像素电容102储存所述第二电荷量Q2之前，所述转移电路103先从所述像素电容102转移所述第一电荷量Q1至所述输出电路20，接着所述第二电荷量Q2才被储存至所述像素电容102。
某些实施例中，所述转移电路103包含开关元件用于根据所述开关元件的启闭控制电荷转移，例如图2所示第一栅极103a及第二栅极103b。当所述第一电荷量Q1或所述第二电荷量Q2储存在所述像素电容102时，图2的节点N具有对应所述第一电荷量Q1或所述第二电荷量Q2的电位(V＝Q/C)。为了将电荷转移至所述输出电路20，所述转移电路103的所述第一栅极103a例如可为源极跟随晶体管(source follower transistor)并耦接所述节点N以输出电荷至所述输出电路20。另一方面，由于所述光电转换电路10及光电转换电路10'同时耦接至相同的输出电路(亦即所述输出电路20)，所述光电转换电路10的所述第二栅极103b及所述光电转换电路10'的所述第二栅极103b不同时开启，以致于所述输出电路20可依序分别接收所述光电转换电路10及所述光电转换电路10'的电荷。
此外，某些实施例中，所述光电转换电路10还包含第三栅极106、第四栅极107及第五栅极108。所述第三栅极106耦接至所述节点N并用于对所述像素电容102充电或放电到预设电量，故所述第三栅极106可称为重设晶体管(reset transistor)。所述第四栅极107耦接在所述光电元件101及所述像素电容102之间并用于控制所述光电元件101所转换的所述光电流IL输出至所述像素电容102以在所述像素电容102暂存所述第一电荷量Q1或所述第二电荷量Q2。所述第五栅极108耦接所述光电元件101的输出端并用于在非曝光期间(亦即快门关闭期间)释放所述光电元件101内累积的电荷。
请继续参照图2，所述输出电路20包含第一储存电路201及第二储存电路202分别用于储存转移自所述光电转换电路10(或所述光电转换电路10')的所述第一电荷量Q1及所述第二电荷量Q2。某些实施例中，所述第一储存电路201及所述第二储存电路202分别包含开关元件及储存电容。例如，图2所示所述第一储存电路201包含开关元件201s及储存电容201c，所述第二储存电路202包含开关元件202s及储存电容202c。当所述转移电路103的所述第二栅极103b开启时，所述开关元件201s或所述开关元件202s亦被开启以从所述像素电容102转移所述第一电荷量Q1至所述第一储存电路201的所述储存电容201c或转移所述第二电荷量Q2至所述第二储存电路202的所述储存电容202c。也就是说，所述多个开关元件201s、202s用于分别控制所述光电转换电路10的所述第一电荷量Q1及所述第二电荷量Q2分别转移至所述多个储存电容201c、202c进行储存。
因此，在所述光电转换电路10的所述转移电路103相对所述低电平信号期间从所述像素电容102将所述第一电荷量Q1转移至所述第一储存电路201之后，所述光电转换电路10将所述第二电荷量Q2储存至所述像素电容102。接着，所述转移电路103再将所述第二电荷量Q2转移至所述第二储存电路202。
所述输出电路20还包含差分单元205用于比较所述第一储存电路201中的所述第一电荷量Q1及所述第二储存电路202中的所述第二电荷量Q2以输出模拟图像信号，其中所述第一储存电路201及所述第二储存电路202分别耦接所述差分单元205的两输入端。所述差分单元205例如可为差分放大器(differential amplifier)。藉此，所述输出电路20可利用所述差分单元205对所述第一储存电路201中的所述第一电荷量Q1及所述第二储存电路202中的所述第二电荷量Q2进行模拟差分以输出所述模拟图像信号。更详细的说，储存在所述储存电容201c的所述第一电荷量Q1及储存在所述储存电容202c的所述第二电荷量Q2分别在所述差分单元205的两输入端形成两输入电压，例如对应所述第一电荷量Q1的第一电压V1及对应所述第二电荷量Q2的第二电压V2。接着，所述差分单元205的输出电压Vout可由公知差动放大器的公式求得，例如Vout＝Ad×(V1-V2)+Ac×(V1+V2)÷2，其中Ad表示为差模增益(differential-mode gain)，Ac表示为共模增益(common-mode gain)。
可以理解的是，所述输出电路20的输出端可耦接至模拟数字转换器(未绘示于图2)，以将所述模拟图像信号转换为数字图像信号以供数字信号处理器(digital signalprocessor)进行数字图像处理，但本发明并不限于此。其他实施例中，所述输出电路20的所述输出端可耦接至逻辑电路(例如用于调整图像亮度、旋转图像、裁剪图像、去除红眼等)或记忆单元(例如用于储存为图像资料)，视不同应用而定。
由于所述第一电荷量Q1相对所述高电平信号期间(亦即所述光源开启，故所述入射光Li包含所述光源所发出的光及环境光)被储存且所述第二电荷量Q2相对所述低电平信号期间(亦即所述光源关闭，故所述入射光Li仅包含环境光)被储存，在所述输出电路20的所述差分单元205比较所述第一电荷量Q1及所述第二电荷量Q2之后，所述图像传感器1所输出的所述模拟图像信号已去除环境光的干扰(所述数字图像信号亦同)。因此，在所述模拟图像信号转换成所述数字图像信号之后，在数字后端(例如包含所述数字信号处理器)可直接处理所述数字图像信号并据此产生一张数字图像，且不需要对两张数字图像进行差分处理以消除环境光干扰。
此外，自动曝光(auto exposure)机制考量入射光Li的强弱以相应地调整曝光期间，例如当所述入射光Li较强时，所述图像传感器1可减少曝光期间(或调整光圈大小、白平衡等)以避免所输出的图像过曝。某些实施例中，为了实现所述自动曝光机制，所述图像传感器1的所述第一储存电路201还包含比较器201a用于比较所述储存电容201c的电压(亦即所述第一电压V1)与参考电压Vref以判断是否施行所述自动曝光机制，如图2所示。例如，当所述参考电压Vref大于所述第一电压V1时，所述比较器201a输出数值为0而所述图像传感器1的曝光期间不被调整；当所述参考电压Vref等于或小于所述第一电压V1时，所述比较器201a则输出数值为1以使得所述图像传感器1的曝光期间可被减少；也可反向为之。
图3为本发明第一实施例的图像传感器的操作方法的流程图，所述图像传感器包含光电元件、像素缓冲电路、第一储存电路、第二储存电路以及差分单元。所述第一储存电路及所述第二储存电路分别耦接于所述差分单元的两输入端。所述光电元件用于相对高电平信号及低电平信号产生光电流储存至所述像素缓冲电路，其中所述高电平信号及所述低电平信号用于驱动光源的启闭。所述操作方法包含：在所述高电平信号期间从所述光电元件储存第一电荷量至所述像素缓冲电路(步骤S1)；在所述低电平信号期间将所述像素缓冲电路的所述第一电荷量转移至所述第一储存电路(步骤S2)；所述第一电荷量转移后，在所述低电平信号期间从所述光电元件储存第二电荷量至所述像素缓冲电路(步骤S3)；将所述像素缓冲电路的所述第二电荷量转移至所述第二储存电路(步骤S4)；以及以所述差分单元比较所述第一储存电路及所述第二储存电路中的储存电荷量以输出模拟图像信号(步骤S5)。
在一实施例中，图3的图像传感器的操作方法可应用于图2的所述图像传感器1，其中，所述光电元件可为所述光电转换电路10(或所述光电转换电路10')的所述光电元件101，所述像素缓冲电路可包含所述像素电容102及所述转移电路103。请同时参照图2～4，图4为对应图2及图3的多个开关元件的时序图，接着将说明本实施例的图像传感器的操作方法。
步骤S1：首先，在所述高电平信号期间(例如以利用驱动电路驱动光源开启)，以预设时间关闭所述第五栅极108以使得所述光电元件101所产生的光电流IL不会经过所述第五栅极108而被释放，因此关闭所述第五栅极108的期间(亦即所述预设时间)可称为所述光电元件101的有效曝光期间。接着，开启所述第三栅极106以对所述像素电容102充电或放电到预设电量。在所述像素电容102具有所述预设电量时，关闭所述第三栅极106并开启所述第四栅极107，所述光电元件101可在所述高电平信号期间储存所述第一电荷量Q1至所述像素缓冲电路(例如所述像素电容102)。
相同地，所述光电转换电路10'的所述光电元件101在所述高电平信号期间亦储存所述第一电荷量Q1至所述光电转换电路10'的所述像素电容102。必须说明的是，所述光电转换电路10所储存的所述第一电荷量Q1及所述光电转换电路10'所储存的所述第一电荷量Q1仅用于表示相对所述高电平信号期间所储存的电荷。由于所述光电转换电路10及所述光电转换电路10'设置在所述图像传感器1的不同位置，所述光电转换电路10与所述光电转换电路10'所接收的光能量不一定相同，故所述光电转换电路10的所述第一电荷量Q1与所述光电转换电路10'的所述第一电荷量Q1不一定具有相同的电荷量。
必须说明的是，所述光电元件101可全时转换入射光为光电流，故所述第五栅极108的关闭时间(亦即所述预设时间)可视为所述图像传感器1的曝光期间，但本发明说明并不限于此。其他实施例中，包含所述图像传感器1的成像系统可发出快门信号控制所述光电元件101开始或停止产生光电流，此时所述图像传感器1可以不设置有所述第五栅极108。
步骤S2：接着，在所述低电平信号期间(例如以所述驱动电路驱动所述光源关闭或不驱动所述光源点亮)，关闭所述光电转换电路10的所述第五栅极108以致于所述光电元件101所产生的光电流IL不会经过所述第五栅极108而被释放。所述低电平信号期间与所述高电平信号期间不同之处在于，在所述低电平信号期间开启所述第三栅极106以重设所述像素电容102之前，先同时开启所述第二栅极103b及所述第一储存电路201的所述第一开关201s以将所述像素电容102的所述第一电荷量Q1转移至所述第一储存电路201的所述储存电容201c。
如前所述，某些实施例中，在所述第一电荷量Q1转移之后(亦即步骤S2之后)，所述第一储存电路201所包含的所述比较器201a比较所述储存电容201c的电压与所述参考电压Vref以判断是否施行自动曝光机制。
步骤S3：在所述第一电荷量Q1从所述像素电容102转移至所述第一储存电路201后，关闭所述第二栅极103b及所述第一开关201s并开启所述第三栅极106以对所述像素电容102充电或放电到所述预设电量。在所述像素电容102具有所述预设电量时，关闭所述第三栅极106并开启所述第四栅极107，所述光电元件101即可储存所述第二电荷量Q2至所述像素缓冲电路(例如所述像素电容102)。
步骤S4：在所述第二电荷量Q2储存至所述像素电容102之后，同时开启所述第二栅极103b及所述第二开关202s以将所述光电转换电路10中所述像素电容102的所述第二电荷量Q2转移至所述第二储存电路202。可以理解的是，所述图像传感器1通过所述转移电路103及所述第一开关201s从所述像素缓冲电路转移所述第一电荷量Q1至所述第一储存电路201并通过所述转移电路103及所述第二开关202s转移所述第二电荷量Q2至所述第二储存电路202。此时，所述第一储存电路201的所述储存电容201c及所述第二储存电路202的所述储存电容202c分别储存有所述第一电荷量Q1及所述第二电荷量Q2，并于所述差分单元205的所述两输入端形成所述第一电压V1及所述第二电压V2。
步骤S5：最后，利用所述差分单元205比较所述第一储存电路201的所述第一电压V1及所述第二储存电路202的所述第二电压V2以输出模拟图像信号。藉此，可在所述模拟图像信号通过模拟数字转换器转换成数字图像信号之前消除环境光的干扰。
某些实施例中，所述第一储存电路201储存所述第一电荷量Q1与所述第二储存电路202储存所述第二电荷量Q2间的间隔时间愈短愈好，以防止储存在所述储存电容201c的所述第一电荷量Q1在所述储存电容202c储存所述第二电荷量Q2之前衰减，以使得所述差分单元205可根据所述第一电压V1及所述第二电压V2输出正确的所述模拟图像信号。例如，所述间隔时间可小于或等于所述第五栅极108的关闭时间(亦即所述预设时间或所述高电平信号期间)。
必须说明的是，由于所述光电转换电路10及所述光电转换电路10'耦接至相同的输出电路(亦即所述输出电路20)，当所述光电转换电路10转移所述第一电荷量Q1或所述第二电荷量Q2至所述输出电路20时，所述光电转换电路10'并不同时转移所述第一电荷量Q1或所述第二电荷量Q2至所述输出电路20。因此，所述图像传感器1依序开启所述光电转换电路10的所述第二栅极103b及所述第一开关201s、所述光电转换电路10的所述第二栅极103b及所述第二开关202s、所述光电转换电路10'的所述第二栅极103b及所述第一开关201s以及所述光电转换电路10'的所述第二栅极103b及所述第二开关202s，以使得所述光电转换电路10的所述第一电荷量Q1及所述第二电荷量Q2与所述光电转换电路10'的所述第一电荷量Q1及所述第二电荷量Q2可依序被转移，如图4所示。当感测像素列包含多个感测像素耦接输出电路20时，所述图像传感器1依序开启光电转换电路10中每一者的第二栅极103b、所述第一开关201s及所述第二开关202s。
可以理解的是，所述光电转换电路10'相对所述高电平信号期间(亦即所述第五栅极108第一次关闭的期间)所储存的所述第一电荷量Q1在所述第五栅极108第二次关闭的期间才转移至所述输出电路20。因此，在所述光电转换电路10转移所述第二电荷量Q2至所述输出电路20前，所述光电转换电路10'的所述第二栅极103b皆保持关闭的状态。某些实施例中，在所述高电平信号期间控制信号(例如由所述图像传感器1或成像系统所发出)控制所述光电转换电路10及所述光电转换电路10'的所述第五栅极108同时关闭。接着，在所述低电平信号期间，所述控制信号依序关闭所述光电转换电路10的所述第五栅极108及所述光电转换电路10'的所述第五栅极108。如前所述，关闭所述第五栅极108的期间可称为所述光电元件101的有效曝光期间。换句话说，所述图像传感器1在所述高电平信号期间同时曝光所述光电转换电路10及所述光电转换电路10'，接着在所述低电平信号期间依序曝光所述光电转换电路10及所述光电转换电路10'。
图5为本发明某些实施例的图像传感器1的方框示意图。所述图像传感器1包含驱动电路30、光电转换电路10、第一储存电路201、第二储存电路202及差分单元205，其中所述驱动电路30与所述光电转换电路10电性连接，所述第一储存电路201及所述第二储存电路202的输入端同时耦接至所述光电转换电路10的输出端，及所述差分单元205包含分别耦接所述第一储存电路201及所述第二储存电路202的两输入端。
所述驱动电路30例如可为信号产生器或时序控制器，用于依序产生高电平信号SH及低电平信号SL，其中所述高电平信号SH及所述低电平信号SL分别用于控制光源5在第一期间开启且在第二期间关闭。此外，所述驱动电路30同时产生至少一个控制信号Sc以控制所述光电转换电路10、所述第一储存电路201及所述第二储存电路202中多个开关元件的启闭，例如可控制图2及4中所述第二栅极103b、所述第三栅极106、所述第四栅极107、所述第五栅极108、所述第一开关201s及所述第二开关202s的启闭。其他实施例中，包含所述图像传感器1的成像系统还提供控制电路来控制所述光源5的启闭，且所述光源5的控制信号被传送至所述图像传感器1的所述驱动电路30，以使所述驱动电路30相应控制所述多个开关元件。
当所述光源5在所述第一期间开启时，所述光电转换电路10同时接收所述光源5的光源强度I5及环境光强度IAB；当所述光源5在所述第二期间关闭时，所述光电转换电路10则仅接收所述环境光强度IAB。据此，所述光电转换电路10在所述第一期间可产生对应所述光源5及环境光的光电流且在所述第二期间产生对应所述环境光的光电流。必须说明的是，所述光源强度I5是来自被侦测对象的反射光，亦即本实施例中所述光源5用于照明被探测对象。
接着，所述第一储存电路201在所述第二期间储存对应所述第一期间的所述光电流的第一电荷量；在所述第一电荷量被储存之后，所述第二储存电路202储存对应所述第二期间的所述光电流的第二电荷量。可以理解的是，所述第一电荷量与所述光源强度I5及所述环境光强度IAB相关，所述第二电荷量仅与所述环境光强度IAB相关。
最后，所述差分单元205比较所述第一储存电路201及所述第二储存电路202中的储存电荷量(例如图2的所述第一电荷量Q1及所述第二电荷量Q2)以消除环境光的干扰，并输出模拟图像信号Sa。某些实施例中，所述差分单元205对所述第一储存电路201及所述第二储存电路202中的储存电荷量直接进行模拟差分并输出所述模拟图像信号Sa。
相同地，某些实施例中，为了实现自动曝光机制，所述第一储存电路201还可包含比较器201a，用于比较所述第一储存电路201中储存电容的电压与参考电压以判断是否施行自动曝光机制。必须说明的是，虽然图5绘示所述比较器201a耦接在所述第一储存电路201与所述差分单元205之间，只要能够耦接至所述第一储存电路201中所述储存电容的电压即可，其连接位置并无特定限制。
如前所述，本发明某些实施例的图像传感器具有分别包含光电转换电路的多个阵列排列的感测像素。请参照图6及7，图6为本发明某些实施例的包含多个感测像素的成像系统4的示意图，图7为图6对应的时序图。所述成像系统4包含光源5、驱动电路30(或控制电路)、以6×8阵列排列的多个感测像素P10、多个输出电路20、模拟数字转换器35以及处理器37，其中第一列的所述多个感测像素P10可定义为感测像素列R1、第二列的所述多个感测像素P10可定义为感测像素列R2…依此类推；第一行的所述多个感测像素P10可定义为感测像素行C1、第二行的所述多个感测像素P10可定义为感测像素行C2…依此类推。
当所述驱动电路30在第一期间P1控制所述光源5开启时，所述驱动电路30同时控制全部的所述光电转换电路10同时曝光(即关闭第五栅极108)以储存多个第一电荷量。
当所述驱动电路30在第二期间P2控制所述光源5关闭时，所述驱动电路30先控制第一列的所述多个光电转换电路10(亦即所述感测像素列R1)转移所述多个第一电荷量至所述多个输出电路20、再次曝光以储存多个第二电荷量以及转移所述多个第二电荷量至所述多个输出电路20以使得所述多个输出电路20可比较所述第一电荷量中的每一者及所述第二电荷量中的每一者以输出与感测像素列R1对应的模拟图像信号Sa。接着，所述驱动电路30依序控制第二列至第六列的所述多个光电转移电路10以输出感测像素列R2至感测像素列R6对应的所述模拟图像信号Sa，如图7所示。
某些实施例中，所述成像系统4可在所述模拟数字转换器35的输入端设置放大器，用于放大所述多个模拟图像信号Sa。最后，所述多个模拟图像信号Sa经过所述模拟数字转换器35后，所述处理器37可根据对应所述多个感测像素P10(亦即所述多个光电转换电路10)的数字图像信号Sd输出图像。可以理解的是，所述成像系统4所输出的图像已消除环境光的干扰。
某些实施例中，所述第一储存电路201及所述第二储存电路202分别包含开关元件及储存电容，所述开关元件用于控制所述光电转换电路10的所述第一电荷量及所述第二电荷量转移至所述储存电容。
某些实施例中，所述第一储存电路201还包含比较器，用于比较所述储存电容的电压与参考电压以实现自动曝光机制。
某些实施例中所述图像传感器1还包含驱动电路，用于依序产生所述高电平信号及所述低电平信号。
上述的第一实施例中，所述图像传感器1为全域快门图像传感器并搭配光源5操作。以下的第二实施例中，所述图像传感器1为滚动快门图像传感器且无须配合光源操作。例如，第二实施例的图像传感器1可应用于动作传感器(motion sensor)。
请同时参照图2、5～6及8所示，图8为本发明第二实施例的图像传感器的时序图。第二实施例的图像传感器的电路架构与第一实施例相同，其差别在于驱动电路30所送出的信号时序不同，以使第一实施例的图像传感器适用于全域快门的操作而第二实施例的图像传感器适用于滚动快门的操作。因此，第一实施例与第二实施例的图像传感器1以相同的标号表示。
如图5～6所示，所述图像传感器1包含多个感测像素P10、多个光电转换电路10以及多个输出电路20。所述多个感测像素P10以阵列排列，以形成多个感测像素列(例如R1～R6)以及多个感测像素行(例如C1～C8)；其中，所述多个感测像素P10中的每一者包含一个光电转换电路10且每一感测像素行C1～C8耦接一个输出电路20。
所述光电转换电路10包含光电元件101、像素电容102以及转移电路103，如图2所示。如前所述，所述像素电容102及所述转移电路103形成像素缓冲电路。所述光电元件101用于输出光电流IL。所述像素电容102用于储存所述光电流IL为所述第一电荷量Q1或所述第二电荷量Q2；本实施例中，所述第一电荷量Q1在暂存期间储存在所述像素电容102。所述转移电路103耦接在所述像素电容102与所述输出电路20之间，用于控制从所述像素电容102输出所述第一电荷量Q1及所述第二电荷量Q2至位元线70。
所述输出电路20包含第一储存电路201及第二储存电路202，故每一感测像素行C1～C8例如通过所述位元线70耦接一个第一储存电路201及一个第二储存电路202。所述第一储存电路201及所述第二储存电路202用于在差分运算前暂时储存从所述光电转换电路10转移的所述第一电荷量Q1及所述第二电荷量Q2。
第二实施例中，所述多个光电转换电路10中的每一者用于相对第一曝光期间储存第一电荷量Q1并储存所述第一电荷量Q1经过暂存期间，相对第二曝光期间依序输出所述第一电荷量Q1(例如至所述位元线70)及储存第二电荷量Q2，及输出所述第二电荷量Q2(例如至所述位元线70)；其中，所述暂存期间介于所述第一曝光期间与所述第二曝光期间之间，如图8所示。
本实施例中，因所述图像传感器1为滚动快门图像传感器，每一感测像素列(例如图8的R1～R4)的所述第一曝光期间的起始时间(例如所述第五栅极108关闭的时间)彼此相差列延迟时间，除了所述列延迟时间，每一感测像素列的操作均相同。因此，每一感测像素列的所述暂存期间彼此相等。因第二实施例应用于动作传感器，所述第一曝光期间与所述第二曝光期间的时间间隔不为零，亦即所述暂存期间大于零。此外，根据不同探测灵敏度，所述暂存期间优选为可调；例如，当需要较高灵敏度时，缩短所述暂存期间，而当需要较低灵敏度时，延长所述暂存期间，但并不以此为限。
如前所述，所述多个输出电路20中的每一者包含第一储存电路201及第二储存电路202分别用于储存转移自所述光电转换电路10的所述第一电荷量Q1及所述第二电荷量Q2。所述多个输出电路20并用于比较所述第一储存电路201中的第一电荷量Q1及所述第二储存电路202中的第二电荷量Q2以输出模拟图像信号Sa。例如，所述输出电路20还包含差分单元205，用于比较所述第一储存电路201中的第一电荷量Q1及所述第二储存电路202中的第二电荷量Q2；其中，所述第一储存电路201及所述第二储存电路202例如耦接至所述差分单元205的两输入端。
所述第一储存电路201及所述第二储存电路202分别包含开关元件201s、202s以及储存电容201c、202c。所述开关元件201s、202s用于控制所述光电转换电路10的所述第一电荷量Q1及所述第二电荷量Q2转移(例如通过所述位元线70)至所述储存电容201c、202c，以供所述差分单元205读取其电压进行差分运算。
此外，如前所述，为了实现自动曝光机制，所述第一储存电路201或所述第二储存电路202还包含比较器201a用于比较所述储存电容201c或202c的电压与参考电压Vref。由于本实施例并未搭配光源进行操作，因此所述比较器201a可耦接于所述第一储存电路201及所述第二储存电路202其中之一，并无特定限制。
所述输出电路20的输出端耦接至模拟数字转换器35，以将所述模拟图像信号Sa转换为数字图像信号Sd。所述数字图像信号Sd被提供至处理器37进行后处理；其中，所述处理器37例如为数字处理器(DSP)、微控制器(MCU)或中央处理器(CPU)等可处理数字信号的装置。
请参照图9所示，其为本发明第二实施例的图像传感器的操作方法的流程图。同时参照图2及5～6，本实施例的图像传感器1包含多个光电元件101、多个像素缓冲电路、多个第一储存电路201、多个第二储存电路202以及多个差分单元205。所述多个第一储存电路201及所述多个第二储存电路202分别耦接于所述多个差分单元205。所述多个光电元件101用于产生光电流IL至所述多个像素缓冲电路；其中，所述多个像素缓冲电路中的每一者包含像素电容102及转移电路103。
本实施例的操作方法包含下列步骤：在第一曝光期间从光电元件储存第一电荷量至像素缓冲电路(步骤S91)；在暂存期间保持储存所述第一电荷量在所述像素缓冲电路(步骤S911)；在第二曝光期间将所述像素缓冲电路的所述第一电荷量转移至第一储存电路(步骤S92)；所述第一电荷量转移后，在所述第二曝光期间从所述光电元件储存第二电荷量至所述像素缓冲电路(步骤S93)；将所述像素缓冲电路的所述第二电荷量转移至第二储存电路(步骤S94)；以及利用差分单元比较所述第一储存电路及所述第二储存电路中的储存电荷量以输出模拟图像信号(步骤S95)。
请同时参照图2、5～6及9～10所示，图10为本发明第二实施例的图像传感器的另一时序图。接着说明本实施例的详细实施方式，其中，本实施例中两相邻感测像素列，例如显示于图10的两感测像素列R1及R2，之间除了具有一列延迟时间以外，其他操作均相同。同时，每一感测像素列的所有感测像素的操作相同。因此，本说明中，以一个感测像素P10(其包含光电转换电路10)以及一个输出电路20来进行说明。此外，本实施例中的控制信号(例如图10中的信号等)，例如可由图5～6所示的驱动电路30产生。
步骤S91：首先，在第一曝光期间，关闭所述第五栅极108预设时间以使得所述光电元件101所产生的光电流IL不经过所述第五栅极108而被释放，因此关闭所述第五栅极108的期间(亦即所述第一曝光期间)可称为所述光电元件101的有效曝光期间。接着，开启所述第三栅极106以重设所述像素电容102至预设电位或经过预设时间。接着，关闭所述第三栅极106并开启所述第四栅极107，因此所述光电元件101可在所述第一曝光期间储存第一电荷量Q1至所述像素缓冲电路的像素电容102。
步骤S911：由于本实施例的图像传感器1应用于动作传感器，故在下一次曝光前，所述第一电荷量Q1储存于所述像素缓冲电路的像素电容102经过暂存期间；其中，所述暂存期间优选根据不同应用而可调且所述暂存期间中所述第五栅极108是被开启的。
步骤S92：所述第一电荷量Q1储存于所述像素缓冲电路经过所述暂存期间后，在第二曝光期间，关闭所述光电转换电路10的第五栅极108以使得所述光电元件101所产生的光电流IL不经过所述第五栅极108而被释放。所述第二曝光期间内，在开启所述第三栅极106以重设所述像素电容102之前，先同时开启所述第二栅极103b及所述第一储存电路201的第一开关201s，以将所述像素电容102的第一电荷量Q1转移至所述第一储存电路201的储存电容201c。换句话说，此步骤中，所述像素缓冲电路的转移电路103控制所述像素缓冲电路的第一电荷量Q1输出至位元线70；同时所述第一储存电路201的开关元件201s控制所述像素缓冲电路的第一电荷量Q1通过所述位元线70转移至所述储存电容201c。
步骤S93：在所述第一电荷量Q1从所述像素电容102转移至所述第一储存电路201之后，关闭所述第二栅极103b及所述第一开关201s并开启所述第三栅极106以重设所述像素电容102至预设电位或经过预设时间。接着，关闭所述第三栅极106并开启所述第四栅极107，所述光电元件101即可储存第二电荷量Q2至所述像素缓冲电路的像素电容102。
步骤S94：在所述第二电荷量Q2储存至所述像素电容102之后，同时开启所述第二栅极103b及所述第二开关202s以将所述像素缓冲电路的像素电容102的第二电荷量Q2转移至所述第二储存电路202；其中，所述图像传感器1从所述像素缓冲电路转移所述第二电荷量Q2至所述第二储存电路202的方式类似于转移所述第一电荷量Q1至所述第一储存电路201。亦即，此步骤中，所述像素缓冲电路的转移电路103控制所述像素缓冲电路的第二电荷量Q2输出至位元线70；同时所述第二储存电路202的开关元件202s控制所述像素缓冲电路的第二电荷量Q2通过所述位元线70转移至所述储存电容202c。然而，较佳在所述像素电容102已储存所述第二电荷量Q2时(例如开启所述第四栅极107预设时间)立即开始转移，例如图10所示所述第二栅极103b及所述第二开关202s的开启时间与所述第四栅极107的关闭时间大致相同，以尽量缩短所述第一电荷量Q1储存于所述第一储存电路201和所述第二电荷量Q2储存于所述像素电容102的时间，以减少电荷泄漏(charge leakage)。
此时，所述第一储存电路201的储存电容201c及所述第二储存电路202的储存电容202c分别储存有所述第一电荷量Q1及所述第二电荷量Q2，并在所述差分单元205的两输入端形成第一电压V1及第二电压V2。
步骤S95：最后，利用所述差分单元205比较所述第一储存电路201的第一电压V1与所述第二储存电路202的第二电压V2以输出模拟图像信号Sa。同理，优选地，所述第二电荷量Q2转移至所述储存电容202c时立即开始进行差分运算，以尽量缩短所述第一电荷量Q1储存于所述第一储存电路201和所述第二电荷量Q2储存于所述第二储存电路202的时间，以减少电荷泄漏。
最后，所述模拟图像信号Sa被输入至模拟数字转换器35以将所述模拟图像信号Sa转换为数字图像信号Sd。
此外，本实施例的输出电路20还可包含比较器201a耦接于所述差分单元205的两输入端其中之一，用于比较所述第一储存电路201的储存电容201c的电压V1或所述第二储存电路202的储存电容202c的电压V2与参考电压Vref，以进行曝光期间的调整。
在连续获取图像时，所述图像传感器1以图8及10的操作方式输出一张图像，而获取所述图像后的其他图像具有两种方式。请参照图11A及11B所示，其为本发明第二实施例的图像传感器连续获取图像的时序图。
第一种方式中，所述图像传感器1以图8及10的操作方式输出每一张图像，如图11A所示。例如，转移所述第二电荷量Q2及比较所述储存电荷量Q1、Q2是在比较期间内进行，所述图像传感器1所获取的每一张图像均包含所述第一曝光期间、所述暂存期间、所述第二曝光期间及所述比较期间；其中，控制信号则如同图10所示，故于此不再赘述。
第二种方式中，所述图像传感器1获取的第一图像包含所述第一曝光期间、所述暂存期间、所述第二曝光期间及所述比较期间，而所述图像传感器1所获取的所述第一图像之后的图像(例如第二图像)包含所述暂存期间、所述第二曝光期间及所述比较期间而不包含所述第一曝光期间，如图11B所示。藉此，可提高帧率。更详而言之，本实施例中，所述第一图像的所述第二曝光期间所储存的第二电荷量Q2并未于所述第一图像产生后被重设，因而可继续作为所述第二图像的新的第一电荷量，故所述图像传感器1仅需在另一第二曝光期间储存新的第二电荷量即可，其中，所述第二图像的所述暂存期间、所述第二曝光期间及所述比较期间与第一图像相同，例如参照图10，故于此不再赘述。
本发明还提供一种动作传感器(motion sensor)，其包含上述第二实施例的图像传感器1、所述模拟数字转换器35以及处理器37；例如，图6的图像系统4可作为本实施例的动作传感器。所述图像传感器1例如为滚动快门图像传感器，并经过图9的步骤S91～S95而输出相对所述多个感测像素的多个模拟图像信号Sa。所述模拟数字转换器35用于将所述多个模拟图像信号Sa转换为多个数字图像信号Sd。所述处理器37用于计算图像的多个数字图像信号Sd中亮度(即灰度值)不为零的像素位置(例如重心位置)，并据此判断动作位置。另一实施例中，所述处理器37用于计算相对图像的所述多个感测像素的数字图像信号Sd中亮度不为零的像素个数，并据以判断对象动作。例如，所述处理器37用于比较所述像素个数与至少一个数目阈值以判断是否发生对象动作。某些实施例中，所述数目域值可为固定的预设阈值。其他实施例中，所述数目阈值可根据所获取的图像动态地调整，例如根据前一张图像的平均值或所述平均值的比例动态地调整。
另一实施例中，为了排除噪声的干扰，所述处理器37用于计算相对图像的所述多个感测像素的数字图像信号Sd中亮度不为零且大于亮度阈值的像素个数和/或像素位置，并据此判断对象动作和/或动作位置。同理，所述亮度阈值可为固定值或根据所获取的图像动态地调整。
可以理解的是，上述实施例中的各数值(例如感测像素个数)仅为示例而并非用于限定本发明。此外，利用控制信号上升沿或下降沿控制开关元件的启闭并不限于图4及10所示，视所使用的开关元件而定。
本发明第一实施例的图像传感器可藉由时序控制以直接比较与光源及环境光相关的第一电荷量及仅与所述环境光相关的第二电荷量，而非对所述第一电荷量及所述第二电荷量分别形成的数字图像进行差分运算，藉以消除所述环境光的干扰。
如上所述，公知图像传感器使用两张数字图像(一张对应光源及环境光、另一张仅对应所述环境光)进行差分运算以消除环境光的干扰，因而具有较高的功率消耗。因此，本发明提出一种图像传感器(图2、5)及其操作方法(图3、9)以及包含所述图像传感器的动作传感器，其可藉由时序控制以直接在模拟前端比较第一电荷量及第二电荷量，以消除环境光的干扰或进行动作侦测。
虽然本发明已通过上述实施例公开，然其并非用于限定本发明说明，任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明说明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所限定者为准。
Claims (17)
1.一种图像传感器，包含：
多个感测像素，以阵列排列；
多个光电转换电路，所述多个光电转换电路中的每一者用于：
相对第一曝光期间储存第一电荷量并在暂存期间保持储存所述第一电荷量，
相对第二曝光期间依序输出所述第一电荷量，并储存第二电荷量，及输出所述第二电荷量，
其中，所述暂存期间介于所述第一曝光期间与所述第二曝光期间之间且每一感测像素列的所述暂存期间大于零且彼此相等；以及
多个输出电路，所述多个输出电路中的每一者包含分别用于储存输出自所述多个光电转换电路的所述第一电荷量及所述第二电荷量的第一储存电路及第二储存电路，并用于对所述第一储存电路中的所述第一电荷量与所述第二储存电路中的所述第二电荷量进行差分运算以输出模拟图像信号，
其中，所述多个感测像素中的每一者包含一个所述光电转换电路且每一感测像素行耦接一个所述输出电路，
其中，所述多个光电转换电路中的每一者包含用于输出光电流的光电元件、用于将所述光电流储存为所述第一电荷量或所述第二电荷量的像素电容以及耦接在所述像素电容与所述输出电路之间，用于控制从所述像素电容输出的所述第一电荷量及所述第二电荷量的转移电路。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中每一感测像素列的所述第一曝光期间的起始时间相差列延迟时间。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述多个输出电路中的每一者还包含差分单元用于进行所述差分运算。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一储存电路及所述第二储存电路分别包含开关元件及储存电容，所述开关元件用于控制所述光电转换电路的所述第一电荷量及所述第二电荷量转移至所述储存电容进行储存。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中所述第一储存电路或所述第二储存电路还包含比较器，该比较器用于比较所述储存电容的电压与参考电压。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述多个输出电路的输出端耦接至模拟数字转换器以将所述模拟图像信号转换为数字图像信号。
7.一种图像传感器的操作方法，所述图像传感器包含多个光电元件、多个像素缓冲电路、多个第一储存电路、多个第二储存电路及多个差分单元，所述第一储存电路及所述第二储存电路分别耦接于所述差分单元，所述光电元件用于产生光电流至所述像素缓冲电路，所述图像传感器包含阵列排列的多个感测像素，所述多个感测像素中的每一者包含一个所述光电元件及一个所述像素缓冲电路，每一感测像素行耦接一个所述第一储存电路及一个所述第二储存电路，所述操作方法包含：
在第一曝光期间从所述光电元件储存第一电荷量至所述像素缓冲电路；
在暂存期间保持将所述第一电荷量储存在所述像素缓冲电路；
在第二曝光期间将所述像素缓冲电路的所述第一电荷量转移至所述第一储存电路；
所述第一电荷量转移后，在所述第二曝光期间从所述光电元件储存第二电荷量至所述像素缓冲电路；
将所述像素缓冲电路的所述第二电荷量转移至所述第二储存电路；以及
利用所述差分单元比较所述第一储存电路与所述第二储存电路中的储存电荷量以输出模拟图像信号，
其中所述暂存期间介于所述第一曝光期间与所述第二曝光期间之间且每一感测像素列的所述暂存期间大于零且彼此相等。
8.根据权利要求7所述的操作方法，其中两相邻感测像素列的所述第一曝光期间的起始时间相差列延迟时间。
9.根据权利要求7所述的操作方法，所述操作方法还包含：
通过转移电路控制所述像素缓冲电路输出所述第一电荷量及所述第二电荷量。
10.根据权利要求7所述的操作方法，其中所述第一储存电路及所述第二储存电路分别包含开关元件及储存电容，所述操作方法还包含：
通过所述开关元件控制所述像素缓冲电路的所述第一电荷量及所述第二电荷量转移至所述储存电容进行储存。
11.根据权利要求10所述的操作方法，所述操作方法还包含：
比较所述第一储存电路或所述第二储存电路的所述储存电容的电压与参考电压。
12.根据权利要求7所述的操作方法，所述操作方法还包含：
将所述模拟图像信号转换为数字图像信号。
13.根据权利要求7所述的操作方法，其中转移所述第二电荷量及比较所述储存电荷量是在比较期间内进行的，且所述操作方法所获取的每一张图像的期间均包含所述第一曝光期间、所述暂存期间、所述第二曝光期间及所述比较期间。
14.根据权利要求7所述的操作方法，其中转移所述第二电荷量及比较所述储存电荷量是在比较期间内进行的，所述操作方法所获取的第一图像的期间包含所述第一曝光期间、所述暂存期间、所述第二曝光期间及所述比较期间；所述操作方法所获取的所述第一图像之后的图像的期间包含所述暂存期间、所述第二曝光期间及所述比较期间。
15.一种动作传感器，包含：
根据权利要求1所述的图像传感器，用于输出相对所述多个感测像素的多个模拟图像信号；
模拟数字转换器，用于将所述多个模拟图像信号转换为多个数字图像信号；以及
处理器，用于计算图像的所述多个数字图像信号中亮度不为零的像素位置，并据此判断动作位置。
16.根据权利要求15所述的动作传感器，其中所述暂存期间大于零且可调。
17.根据权利要求15所述的动作传感器，其中所述图像传感器为滚动快门图像传感器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW103129797 | 2014-08-28 | ||
| TW103129797A TWI540899B (zh) | 2014-08-28 | 2014-08-28 | 影像感測器及其運作方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105391947A CN105391947A (zh) | 2016-03-09 |
| CN105391947B true CN105391947B (zh) | 2018-06-22 |
Family
ID=55423731
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510429201.8A Active CN105391947B (zh) | 2014-08-28 | 2015-07-21 | 图像传感器及其操作方法、包含该图像传感器的动作传感器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105391947B (zh) |
| TW (1) | TWI540899B (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7100439B2 (ja) * | 2017-10-20 | 2022-07-13 | ブリルニクス シンガポール プライベート リミテッド | 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、および電子機器 |
| CN108445499A (zh) * | 2018-02-07 | 2018-08-24 | 余晓智 | 一种tof传感器的环境光抑制系统及方法 |
| CN108445500A (zh) * | 2018-02-07 | 2018-08-24 | 余晓智 | 一种tof传感器的距离计算方法及系统 |
| CN111623810A (zh) * | 2019-02-27 | 2020-09-04 | 多方科技(广州)有限公司 | 移动侦测方法及其电路 |
| US11317040B2 (en) * | 2019-06-25 | 2022-04-26 | Shanghai Harvest Intelligence Technology Co., Ltd. | Image sensing apparatus |
| CN110381239B (zh) * | 2019-07-12 | 2021-03-09 | Oppo广东移动通信有限公司 | 图像传感器、图像采集器、深度相机、电子设备及信号处理方法 |
| US11087656B2 (en) * | 2019-08-15 | 2021-08-10 | Samsung Display Co., Ltd. | Fully differential front end for sensing |
| JP6923240B1 (ja) * | 2021-02-12 | 2021-08-18 | 株式会社ＳｅｎｓＡＩ | 固体撮像装置、及び固体撮像装置の駆動方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201742472U (zh) * | 2010-06-30 | 2011-02-09 | 格科微电子（上海）有限公司 | 图像传感器 |
| CN102157533A (zh) * | 2011-01-18 | 2011-08-17 | 江苏康众数字医疗设备有限公司 | 具有存储电容结构的非晶硅图像传感器 |
| EP2503775A1 (fr) * | 2011-03-23 | 2012-09-26 | E2V Semiconductors | Capteur d'image a double temps d'intégration et sélection conditionnelle |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008017176A (ja) * | 2006-07-06 | 2008-01-24 | Sony Corp | 画像処理装置および方法、並びにプログラム |
| JP5430380B2 (ja) * | 2009-12-11 | 2014-02-26 | キヤノン株式会社 | 固体撮像装置及び固体撮像装置の駆動方法 |
-
2014
- 2014-08-28 TW TW103129797A patent/TWI540899B/zh active
-
2015
- 2015-07-21 CN CN201510429201.8A patent/CN105391947B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201742472U (zh) * | 2010-06-30 | 2011-02-09 | 格科微电子（上海）有限公司 | 图像传感器 |
| CN102157533A (zh) * | 2011-01-18 | 2011-08-17 | 江苏康众数字医疗设备有限公司 | 具有存储电容结构的非晶硅图像传感器 |
| EP2503775A1 (fr) * | 2011-03-23 | 2012-09-26 | E2V Semiconductors | Capteur d'image a double temps d'intégration et sélection conditionnelle |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105391947A (zh) | 2016-03-09 |
| TW201608889A (zh) | 2016-03-01 |
| TWI540899B (zh) | 2016-07-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105391947B (zh) | 图像传感器及其操作方法、包含该图像传感器的动作传感器 | |
| CN105407300B (zh) | 图像感测器及其运作方法 | |
| Kitchen et al. | A digital pixel sensor array with programmable dynamic range | |
| CN104427265B (zh) | 成像装置、成像系统以及用于驱动成像装置的方法 | |
| US9661250B2 (en) | Image sensor and operating method thereof, motion sensor including the same | |
| CN103533267B (zh) | 基于列级adc的像素分裂与合并图像传感器及数据传输方法 | |
| CN111510651B (zh) | 一种图像传感电路、图像传感器及终端设备 | |
| US20090059044A1 (en) | Wide dynamic range cmos image sensor | |
| CN111602386B (zh) | 缓解运动图片的led频闪 | |
| JP2002232787A (ja) | Ｃｍｏｓイメージセンサ | |
| CN106454156B (zh) | 图像传感器及其运作方法 | |
| CN110351500A (zh) | 一种兼容两种曝光模式的cmos图像传感器读出电路 | |
| CN100573547C (zh) | 用于目标成像的单芯片抗噪声一维cmos传感器 | |
| TW201703511A (zh) | 影像感測器及其運作方法、包含該影像感測器之動作感測器 | |
| CN106973245A (zh) | 影像感测器及使用其的影像撷取装置 | |
| TW201724848A (zh) | 圖像感測器及終端與成像方法 | |
| US9686489B2 (en) | Image sensor and imaging system adopting analog buffer | |
| CN219592537U (zh) | 线阵图像传感器芯片和图像传感器 | |
| US8614767B2 (en) | Preview image display compensation based on environmental lighting conditions | |
| EP1944967B1 (en) | System and method for flicker DC offset detection and correction | |
| JP4389347B2 (ja) | 演算機能付き撮像素子 | |
| CN110324547A (zh) | 有源像素图像传感器 | |
| US20090127434A1 (en) | Image sensor with expanding dynamic range | |
| CN107787580A (zh) | 采用相关双取样的光传感器 | |
| WO2024188243A1 (zh) | 图像传感器、图像处理方法、及电子设备 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240911 Address after: Gyeonggi Do, South Korea Patentee after: SAMSUNG ELECTRONICS Co.,Ltd. Country or region after: Republic of Korea Address before: Taiwan, Hsinchu, China Science and Technology Industrial Park, Hsinchu County Road, building 5, No. 5 Patentee before: PixArt Imaging Inc. Country or region before: TaiWan, China |
|
| TR01 | Transfer of patent right |