CN106960649B - 像素电路、具有该像素电路的影像系统及其运作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种像素电路、具有该像素电路的影像系统及其运作方法，该像素电路包含一光电二极管、一第一储存电容以及一第二储存电容。该第一储存电容于一第一曝光时间内放电至一第一输出电压并于一第三曝光时间内放电至一第三输出电压。该第二储存电容于一第二曝光时间内放电至一第二输出电压并于一第四曝光时间内放电至一第四输出电压。该第一曝光时间及该第二曝光时间包含于一第一图框期间内。该第三曝光时间及该第四曝光时间包含于一第二图框期间内。该第二图框期间为该第一图框期间的下一个图框期间。该第一图框期间中该第一曝光时间晚于该第二曝光时间。该第二图框期间中该第三曝光时间早于该第四曝光时间。

Description

像素电路、具有该像素电路的影像系统及其运作方法
技术领域
本发明说明是有关一种影像系统，更特别有关一种低功率消耗的像素电路、具有该像素电路的影像系统及其运作方法。
背景技术
请参照图1所示，其为现有双极结型晶体管(BJT)像素电路100的示意图。BJT像素电路100包含一光电二极管11、一双极结型晶体管13、一像素电容Cp、一电源端VDD、多个开关元件SWres、SWshut、SW0、SW0d以及两源极随耦器SF、SFd(source follower)。
图2为包含图1的BJT像素电路100的影像感测器的运作时序图，此处以包含3个像素电路P1、P2及P3的一感测阵列为例进行说明。
该BJT像素电路100可通过控制该等开关元件而操作于两个阶段，包含一重置阶段(reset phase)以及一光闸阶段(shutter phase)；其中，该重置阶段下该等开关元件SWres导通，而该光闸阶段下该开关元件SWshut导通。该重置阶段是用以释放该光电二极管11中留存的电荷并将该像素电容Cp充电至一初始电位Vint。该光闸阶段则使该BJT像素电路100放电该初始电位Vint且放电速率为光强度的函数。图1显示该光闸阶段的状态，其是配合一系统光源20而运作。该系统光源20相对一第一图框frame A点亮并相对一第二图框frame B关闭(参照图2)；其中，该第二图框frame B有时可称为一环境影像图框。
该第一图框frame A中，该系统光源20开启后(例如时间t1)至该开关元件SWshut导通(例如时间t2)的一段期间可称为初照明期间(pre-flash time)，其是为了使该双极结型晶体管13达到一稳定输出。该开关元件SWshut导通后，保存于该像素电容Cp的电荷于一曝光时间(例如时间t2～t3)通过该双极结型晶体管13放电而降低该初始电位Vint，其中该初始电位Vint的一降低量相对于该光电二极管11所接收的光强度。
然而，该初照明期间中，该系统光源20预先点亮，因而增加了系统的整体耗能。
发明内容
有鉴于此，本发明说明另提出一种低功率消耗的像素电路、具有该像素电路的影像系统及其运作方法。
本发明说明提供一种像素电路用以相对一光源信号产生电压信号。该光源信号包含一点灯电平及一熄灯电平。该像素电路包含一光电二极管、一第一光阀、一第二光阀、一第一储存电容及一第二储存电容。该第一光阀用以在一第一图框期间根据一第一光阀信号相对该点灯电平控制该光电二极管的一第一曝光时间并在一第二图框期间根据该第一光阀信号相对该点灯电平控制该光电二极管的一第三曝光时间。该第二光阀用以在该第一图框期间根据一第二光阀信号相对该熄灯电平控制该光电二极管的一第二曝光时间并在该第二图框期间根据该第二光阀信号相对该熄灯电平控制该光电二极管的一第四曝光时间，其中该第一图框期间中该第一曝光时间晚于该第二曝光时间而该第二图框期间中该第三曝光时间早于该第四曝光时间。该第一储存电容具有一第一端通过该第一光阀耦接该光电二极管及一第二端耦接一接地端，该第一储存电容用以于该第一曝光时间前保存一第一预设电位并于该第一曝光时间内放电至一第一输出电压，并于该第三曝光时间前保存一第三预设电位并于该第三曝光时间内放电至一第三输出电压。该第二储存电容具有一第一端通过该第二光阀耦接该光电二极管及一第二端耦接该接地端，该第二储存电容用以于该第二曝光时间前保存一第二预设电位并于该第二曝光时间内放电至一第二输出电压，并于该第四曝光时间前保存一第四预设电位并于该第四曝光时间内放电至一第四输出电压。该第二图框期间为该第一图框期间的下一个图框期间，该光源信号于该第一曝光时间至该第三曝光时间维持该点灯电平。
本发明说明另提供一种影像系统，包含一系统光源及一影像感测器。该影像感测器包含多个像素电路及一积分器。每一该等像素电路包含一光电二极管、一第一光阀、一第二光阀、一第一储存电容及一第二储存电容。该第一光阀用以在一第一图框期间根据一第一光阀信号相对该系统光源点亮时控制该光电二极管的一第一曝光时间并在一第二图框期间根据该第一光阀信号相对该系统光源点亮时控制该光电二极管的一第三曝光时间。该第二光阀用以在该第一图框期间根据一第二光阀信号相对该系统光源熄灭时控制该光电二极管的一第二曝光时间并在该第二图框期间根据该第二光阀信号相对该系统光源熄灭时控制该光电二极管的一第四曝光时间，其中该第一图框期间中该第一曝光时间晚于该第二曝光时间而该第二图框期间中该第三曝光时间早于该第四曝光时间。该第一储存电容具有一第一端通过该第一光阀耦接该光电二极管及一第二端耦接一接地端，该第一储存电容用以于该第一曝光时间前保存一第一预设电位并于该第一曝光时间内放电至一第一输出电压，并于该第三曝光时间前保存一第三预设电位并于该第三曝光时间内放电至一第三输出电压。该第二储存电容具有一第一端通过该第二光阀耦接该光电二极管及一第二端耦接该接地端，该第二储存电容用以于该第二曝光时间前保存一第二预设电位并于该第二曝光时间内放电至一第二输出电压，并于该第四曝光时间前保存一第四预设电位并于该第四曝光时间内放电至一第四输出电压。该积分器用以将每一该等像素电路输出的该第一输出电压及该第二输出电压进行差分运算以相对每一该等像素电路产生差分信号，并将每一该等像素电路输出的该第三输出电压及该第四输出电压进行差分运算以相对每一该等像素电路产生差分信号。该第二图框期间为该第一图框期间的下一个图框期间，该系统光源于该第一曝光时间至该第三曝光时间持续点亮。
本发明说明另提供一种影像系统的运作方法。该影像系统包含一系统光源及一影像感测器。该影像感测器包含多个像素电路，每一该等像素电路包含一光电二极管、一第一光阀、一第二光阀、一第一储存电容及一第二储存电容。该运作方法包含下列步骤：在一第一图框期间，以一第一光阀信号控制该第一光阀，以相对该系统光源点亮时控制该光电二极管的一第一曝光时间以使该第一储存电容放电至一第一输出电压；在该第一图框期间，以一第二光阀信号控制该第二光阀，以相对该系统光源熄灭时控制该光电二极管的一第二曝光时间以使该第二储存电容放电至一第二输出电压，其中该第一曝光时间晚于该第二曝光时间；在一第二图框期间，以该第一光阀信号控制该第一光阀，以相对该系统光源点亮时控制该光电二极管的一第三曝光时间以使该第一储存电容放电至一第三输出电压；以及在该第二图框期间，以该第二光阀信号控制该第二光阀，以相对该系统光源熄灭时控制该光电二极管的一第四曝光时间以使该第二储存电容放电至一第四输出电压，其中该第三曝光时间早于该第四曝光时间。该第二图框期间为该第一图框期间的下一个图框期间，该系统光源于该第一曝光时间至该第三曝光时间持续点亮。
一实施方式中，本发明说明的影像系统可适用于一近接感测器及一手势辨识系统在强环境光下的操作。
另一实施方式中，本发明说明的影像系统可在弱环境光下降低功率消耗，且无须改变电路架构。
为了让本发明说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，于本发明说明中，相同的构件是以相同的符号表示，于此先述明。
附图说明
图1为现有双极结型晶体管像素电路的示意图。
图2为包含图1的双极结型晶体管像素电路的影像感测器的运作时序图。
图3为本发明说明实施例的影像系统的运作示意图。
图4为本发明说明实施例的双极结型晶体管像素电路的示意图。
图5为包含图4的双极结型晶体管像素电路的影像感测器的运作时序图。
图6为包含图4的双极结型晶体管像素电路的影像感测器的方块示意图。
图7为包含图4的双极结型晶体管像素电路的影像感测器的另一方块示意图。
图8为本发明说明实施例的影像系统的运作方法的流程图。
图9为本发明说明实施例的影像系统连续撷取两张图框的运作时序图。
图10为本发明说明另一实施例的影像系统连续撷取两张图框的运作时序图。
图11为本发明说明另一实施例的影像系统的运作方法的流程图。
附图标记说明：
3 影像系统
30 影像感测器
30A 像素阵列
100、300 像素电路
11、31 光电二极管
13、33 双极结型晶体管
35 时序控制器
37 积分器
18、38 模拟数字转换器
19、39 处理器
20、40 系统光源
9 物件
VDD 电源端
GRD 接地端
S1 重置信号
S21 第一光阀信号
S31 第二光阀信号
Sr 读取信号
S4 光源信号
Con 第一储存电容
Coff 第二储存电容
OUTon 第一输出电压
OUToff 第二输出电压
SWres 重置开关
SWshuton 第一光阀
SWshutoff 第二光阀
SWron 第一读取开关
SWroff 第二读取开关
SFon 第一源极随耦器
SFoff 第二源极随耦器
Vinton 第一初始电位
Vintoff 第二初始电位
N 节点
La 环境光
Ls 系统光
TAP、TAN 差分信号
Rd1、Rd2 读取线
Sd、SdPA1～SdPA4 数字信号
PA1～PA4 像素区域
P1～P3 像素电路
具体实施方式
请参照图3所示，其为本发明说明实施例的影像系统3的运作示意图。影像系统3包含一影像感测器30以及一系统光源40。该影像系统3可适用于一近接感测系统或一手势辨识系统，用以侦测一物件9(例如手指)的近接操作(proximity operation)及/或手势(gesture)。该影像感测器30较佳为一主动式影像感测器，例如CMOS影像感测器。于操作时，该影像感测器30侦测到该系统光源40所发射并被该物件9反射的系统光Ls以及外界的环境光La。当环境光La(例如太阳光)太强时，该影像感测器30所感测的系统光Ls的光强度与感测的环境光La相比非常小，因此该系统光源40的功能不明显而导致失效。
请同时参照图3至5所示，图4为本发明说明实施例的双极结型晶体管(BJT)像素电路300的示意图，图5为包含图4的BJT像素电路300的影像感测器的运作时序图。该影像感测器30包含多个阵列排列的BJT像素电路300(例如图3显示9个BJT像素电路300)。该等BJT像素电路300用以相对一光源信号S4产生输出电压信号OUTon及OUToff；其中，该光源信号S4具有一点灯电平及一熄灯电平(如图5所示)。该影像感测器30另包含一时序控制器35用以提供该光源信号S4至该系统光源40并提供其他控制信号S1,S21,Sr,S31(举例详述于后)至该BJT像素电路300。某些实施例中，该时序控制器35例如位于一处理器39(参照图6～7)内；其中，该处理器例如为一数字信号处理器(DSP)、一中央处理器(CPU)或一微控制器(MCU)等，但并不以此为限。
该BJT像素电路300包含一光电二极管31、一双极结型(BJT)晶体管33、一第一储存电容Con、一第二储存电容Coff、一第一光阀SWshuton、一第二光阀SWshutoff、一第一读取开关SWron、一第二读取开关SWroff、一第一源极随耦器SFon、一第二源极随耦器SFoff以及三个重置开关SWres；其中，该第一储存电容Con及该第一光阀SWshuton是相对该系统光源40点灯时(即点灯电平)运作，该第二储存电容Coff及该第二光阀SWshutoff是相对该系统光源40熄灯时(即该熄灯电平)运作。
一实施例中，该光电二极管31内建于该双极结型晶体管33。该BJT晶体管33例如为一PNP双极结型晶体管且该光电二极管31形成于该BJT晶体管33的基极与集电极的PN接面(PN junction)。该BJT晶体管33的发射极连接至一节点N。
另一实施例中，该BJT晶体管33不为必要，仅包含该光电二极管31即可。该光电二极管31具有一阴极及一阳极。该阴极耦接该节点N。
亦即，本发明说明中，该BJT晶体管33的发射极或该光电二极管31的阴极耦接该节点N。
该光电二极管31相对该系统光源40点灯时同时感测系统光Ls及环境光La以产生光电流，而该光电二极管31相对该系统光源40熄灯时仅感测环境光La以产生光电流；其中，该光电流与感测的光强度呈正相关。
该第一储存电容Con具有一第一端通过该第一光阀SWshuton耦接该光BJT晶体管33的发射极(或该光电二极管31的阴极)及一第二端耦接该接地端GRD。一重置开关SWres耦接于该第一储存电容Con的第一端与一电源端VDD间。该第一光阀SWshuton用以根据一第一光阀信号S21相对该光源信号S4的点灯电平控制该光电二极管31的一第一曝光时间(例如图5所示T2～T3)。该第一储存电容Con用以于该第一曝光时间前保存一第一预设电位Vinton(例如于一重置阶段由该电源端VDD通过该重置开关SWres所充电)并于该第一曝光时间内通过该光电二极管31放电至一第一输出电压OUTon；其中，该第一输出电压OUTon的电压值取决于该光电二极管31于该第一曝光时间内的曝光量。
该第二储存电容Coff具有一第一端通过该第二光阀SWshuton耦接该BJT晶体管33的发射极(或该光电二极管31的阴极)及一第二端耦接该接地端GRD。一重置开关SWres耦接于该第二储存电容Coff的第一端与该电源端VDD间。该第二光阀SWshuton用以根据一第二光阀信号S31相对该光源信号S4的熄灯电平控制该光电二极管31的一第二曝光时间(例如图5所示T4～T5)。该第二储存电容Coff用以于该第二曝光时间前保存一第二预设电位Vintoff(例如于一重置阶段由该电源端VDD通过该重置开关SWres所充电)并于该第二曝光时间内通过该光电二极管31放电至一第二输出电压OUToff；其中，该第二输出电压OUToff的电压值取决于该光电二极管31于该第二曝光时间内的曝光量。
该第一读取开关SWron耦接于该第一储存电容Con的第一端(即该节点N)与一读取线Rd1间，用以根据一读取信号Sr将该第一储存电容Con耦接至该读取线Rd1，以输出该第一输出电压OUTon；其中，该读取信号Sr例如为列扫描信号。该读取线Rd1用以连接一行BJT像素电路300并耦接一电流源，用以传送连接的每一BJT像素电路300的输出电压。
该第一源极随耦器SFon具有一栅极(Gate)、一源极(Source)及一漏极(Drain)，用以无损耗地将该第一储存电容Con上的第一输出电压OUTon缓冲至该读取线Rd1。该第一源极随耦器SFon的栅极耦接该第一储存电容Con的第一端(即该节点N)。该第一源极随耦器SFon的源极通过该第一读取开关SWron耦接该读取线Rd1。该第一源极随耦器SFon的漏极耦接该电源端VDD。
该第二读取开关SWroff耦接于该第二储存电容Coff的第一端(即该节点N)与一读取线Rd2间，用以根据一读取信号Sr将该第二储存电容Coff耦接至该读取线Rd2，以输出该第二输出电压OUToff；其中，该读取信号Sr例如为列扫描信号。该读取线Rd2用以连接一行BJT像素电路300并耦接一电流源，用以传送连接的每一BJT像素电路300的输出电压。
该第二源极随耦器SFoff具有一栅极、一源极及一漏极，用以无损耗地将该第二储存电容Coff上的第二输出电压OUToff缓冲至该读取线Rd2。该第二源极随耦器SFoff的栅极耦接该第二储存电容Coff的第一端(即该节点N)。该第二源极随耦器SFoff的源极通过该第二读取开关SWroff耦接该读取线Rd2。该第二源极随耦器SFoff的漏极耦接该电源端VDD。
必须说明的是，虽然图4显示连接该第一读取开关SWron的读取线Rd1与连接该第二读取开关SWroff的读取线Rd2为两不同读取线，但本发明说明并不以此为限。某些实施例中，该第一读取开关SWron及该第二读取开关SWroff可耦接相同读取线以输出电压信号从该第一储存电容Con及该第二储存电容Coff读取的电压信号。
两重置开关SWres分别耦接于该电源端VDD与该第一储存电容Con及该第二储存电容Coff间，用以根据一重置信号S1耦接该第一储存电容Con及该第二储存电容Coff至该电源端VDD，以分别充电该第一储存电容Con及该第二储存电容Coff至该第一预设电位Vinton及该第二预设电位Vintoff；其中，该第一预设电位Vinton及该第二预设电位Vintoff的值可视不同应用而定，并无特定限制。另一重置开关SWres耦接于该电源端VDD与该节点N(例如该双极结型晶体管33的发射极或该光电二极管31的阴极)间，用以根据一重置信号S1耦接该双极结型晶体管33的发射极或该光电二极管31的阴极至该电源端VDD，以释放重置阶段中该光电二极管31内的累积电荷。因此，于该第一曝光时间内，该第一储存电容Con从该第一预设电位Vinton通过光电流放电至该第一输出电压OUTon；并于该第二曝光时间内，该第二储存电容Coff从该第二预设电位Vintoff通过光电流放电至该第二输出电压OUToff。
本实施例中，该第一光阀SWshuton、第二光阀SWshutoff、第一读取开关SWron、第二读取开关SWroff及重置开关SWres例如为N型金氧半场效晶体管，但并不以此为限，亦可为其他模拟开关。
此外，如图5所示，该第一曝光时间前，该系统光源40另点亮一初照明期间(例如T1～T2)，以使该BJT晶体管33达到稳定输出。
请参照图6所示，其为包含图4的双极结型晶体管像素电路300的影像感测器30的方块示意图。该影像感测器30另包含一积分器38以及一模拟数字转换器(ADC)39；其中，该积分器37例如为具有两输入端的一差分积分器(differential integrator)而该模拟数字转换器39例如为具有两输入端的一差分模拟数字转换器(differential ADC)。该积分器37的两输入端通过读取线(例如Rd1、Rd2)被耦接至该等BJT像素电路300，以分别接收该第一输出电压OUTon及该第二输出电压OUToff。该影像感测器30包含两电容器Cs分别用以取样该第一输出电压OUTon及该第二输出电压OUToff。该影像感测器30包含两电容器Cf耦接于该积分器37的输入及输出端间，供该积分器37进行积分/累积过程时保存积分电压数据。
请参照图4及6所示，当该第一读取开关SWron及该第二读取开关SWroff导通时，该积分器37读取例如三个像素电路P1～P3的第一输出电压OUTon及第二输出电压OUToff；其中，为便于说明该等像素电路P1～P3此处假设为产生相同的输出电压。如前所述，由于该第一输出电压OUTon反映系统光Ls及环境光La(参照图3)而该第二输出电压OUToff反映环境光La，该第一输出电压OUTon的电压值低于该第二输出电压OUToff的电压值。该积分器37用以将每一该等BJT像素电路300输出的该第一输出电压OUTon及该第二输出电压OUToff进行差分运算以产生差分信号TAP及TAN，例如TAP-TAN＝(OUToff-OUTon)。某些实施例中，该积分器37可另以一增益值G放大该差分信号TAP及TAN，例如TAP-TAN＝G×(OUToff-OUTon)。该模拟数字转换器38则用以将差分信号(OUToff-OUTon)或放大后差分信号G×(OUToff-OUTon)转换为一数字信号Sd；其中，该数字信号Sd包含系统光Ls的效应而不包含环境光La的效应。
某些实施例中，强环境光La下，系统光Ls与环境光La相较非常地小，该积分器37积分/累积较多的差分信号TAP及TAN以产生积分/累积后差分信号。例如图5中，该积分器37于时间期间T6～T7分别放大及积分/累积该等像素电路P1～P3所输出的该差分信号TAP及TAN。更详言之，该积分器37放大及积分/累积相对该影像感测器30的一感测阵列的所有BJT像素电路300的差分信号TAP及TAN以相对每一图框(frame)输出积分/累积及放大后差分信号，例如TAP-TAN＝NP×G×(OUToff-OUTon)；其中，NP表示被积分/累积的BJT像素电路300的数目且G表示增益值，此处同样假设每一BJT像素电路300的输出大致相同。如前所述，强环境光La下，系统光Ls相较于环境光La非常地小，通过使用该积分器37，可有效增加信噪比(SNR)，以增加进行近接侦测(proximity detection)的精确度。某些实施例中，当该影像感测器30不位于强光模式下，该积分器37放大及积分相对较少数目的BJT像素电路300的差分信号TAP及TAN。更详而言之，本发明说明中，累积该等BJT像素电路300的差分信号的累积数目是可调的(亦即NP为可调)。最后，该模拟数字转换器38取样放大及累积后的差分信号NP×G×(TAP-TAN)以产生一数字信号Sd，例如图5所示编码0x09，但不以此为限。因此，由于该模拟数字转换器38是取样累积后的差分信号而并非对每一BJT像素电路300输出的信号取样，因此可减少该模拟数字转换器38的取样数目。
某些实施例中，该积分器37可累积相对该影像感测器30的一感测阵列的部分BJT像素电路300的差分信号TAP及TAN而并非累积相对所有BJT像素电路300的差分信号TAP及TAN。请参照图7所示，该影像感测器30包含一感测阵列30A，其区分为一第一像素区域PA1、一第二像素区域PA2、一第三像素区域PA3及一第四像素区域PA4；其中，每一像素区域PA1～PA4均包含如图4所示的多个BJT像素电路300。该积分器37则放大及积分相对该第一像素区域PA1包含的该等BJT像素电路300的差分信号TAP及TAN以产生放大及累积后差分信号NP×G×(TAP-TAN)，该模拟数字转换器38则数字化该放大及累积后差分信号NP×G×(TAP-TAN)以产生一数字信号SdPA1；同理，该模拟数字转换器38分别相对该第二像素区域PA2、第三像素区域PA3及第四像素区域PA4产生数字信号SdPA2、SdPA3及SdPA4。一处理器39则可根据该等数字信号SdPA1～SdPA4分别判断一物件相对各像素区域PA1～PA4的近接操作(proximityoperation)，以根据各像素区域PA1～PA4的数字信号SdPA1～SdPA4的变化实现手势辨识的功能，例如判断手势/物件的移动方向。必须说明的是，虽然图7显示该等像素区域PA1～PA4耦接至同一积分器37及模拟数字转换器38，其仅用以说明而并非用以限定本发明说明。其他实施例中，该等像素区域PA1～PA4可各自分别耦接独自的一组积分器37及模拟数字转换器38；亦即，积分器37及模拟数字转换器38的数目相等于像素区域的数目。
请参照图8所示，其为本发明说明实施例的影像系统3的运作方法的流程图，包含下列步骤：以一重置信号控制三重置开关，以使一光电二极管、一第一储存电容及一第二储存电容经由该等重置开关耦接至一电源端，以分别重置该光电二极管、充电该第一储存电容及该第二储存电容至一预设电位(步骤S81)；以一第一光阀信号控制一第一光阀，以相对一系统光源点亮时控制该光电二极管的一第一曝光时间以使该第一储存电容放电至一第一输出电压(步骤S82)；以一第二光阀信号控制一第二光阀，以相对该系统光源熄灭时控制该光电二极管的一第二曝光时间以使该第二储存电容放电至一第二输出电压(步骤S83)；以一读取信号控制一第一读取开关，以使该第一储存电容经由该第一读取开关输出该第一输出电压(步骤S84)；以该读取信号控制一第二读取开关，以使该第二储存电容经由该第二读取开关输出该第二输出电压(步骤S85)；以一积分器累积该第一输出电压及该第二输出电压的差分信号以产生累积后差分信号(步骤S86)；以及将该累积后差分信号转换为一数字信号(步骤S87)；其中，当该影像系统3运作于强光下，该累积后差分信号的累积数目较高；而当该影像系统3运作于若光下，该累积后差分信号的累积数目较低，藉以增加信噪比(SNR)。
请同时参照第4～6及8图所示，接着说明所述运作方法的实施方式。
步骤S81：首先，一时序控制器35(或处理器39)于一重置阶段(reset phase)发出一重置信号S1控制三个重置开关SWres导通。因此，一第一储存电容Con、一第二储存电容Coff及一光电二极管31(或一BJT晶体管31的发射极，若包含该BJT晶体管31)分别经由该等重置开关SWres耦接至一电源端VDD。电源端VDD提供一电流，以分别充电该第一储存电容Con及该第二储存电容Coff至一第一预设电位Vinton及一第二预设电位Vintoff，并重置该光电二极管31。
步骤S82：该时序控制器35发出一第一光阀信号S21控制一第一光阀SWshuton，以相对一系统光源40点亮(例如以一光源信号S4点亮)时控制该光电二极管31的一第一曝光时间(例如T2～T3)，以使该第一储存电容Con经由该BJT晶体管33或该光电二极管31放电至一第一输出电压OUTon；其中，该第一输出电压OUTon是根据该光电二极管31的受光量决定。
步骤S83：该时序控制器35发出一第二光阀信号S31控制一第二光阀SWshutoff，以相对该系统光源40熄灭时控制该光电二极管31的一第二曝光时间(例如T4～T5)，以使该第二储存电容Coff经由该BJT晶体管33或该光电二极管31放电至一第二输出电压OUToff；其中，该第二输出电压OUToff是根据该光电二极管31的受光量决定。
步骤S84：该时序控制器35接着发出一读取信号Sr控制一第一读取开关SWron导通，以使该第一储存电容Con经由该第一读取开关SWron输出该第一输出电压OUTon至一读取线Rd1。如前所述，为了无损耗地将该第一储存电容Con上的该第一输出电压OUTon缓冲至该读取线Rd1，一第一源极随耦器SFon是连接于该第一读取开关SWron与该第一储存电容Con间。
步骤S85：同时，该时序控制器35发出该读取信号Sr控制一第二读取开关SWroff导通，以使该第二储存电容Coff经由该第二读取开关SWroff输出该第二输出电压OUToff至一读取线Rd2。同理，为了无损耗地将该第二储存电容Coff上的该第二输出电压OUToff缓冲至该读取线Rd2，一第二源极随耦器SFoff是连接于该第二读取开关SWroff与该第二储存电容Coff间。
必须说明的是，虽然图5显示该读取信号Sr同步导通该第一读取开关SWron及该第二读取开关SWroff(亦即图8中步骤S84及S85可合并为同一步骤)以同步读出该第一输出电压OUTon及该第二输出电压OUToff，然而本发明说明并不以此为限。某些实施例中，该读取信号Sr亦可不同步地导通该第一读取开关SWron及该第二读取开关SWroff，只要耦接于读取线后的一积分器37能够对该第一输出电压OUTon及该第二输出电压OUToff进行差分、放大及积分/累积运算即可，例如可包含一延迟电路或包含储存元件。
步骤S86：接着，该积分器37通过读取线(例如Rd1、Rd2)接收该第一输出电压OUTon及该第二输出电压OUToff，并对该第一输出电压OUTon及该第二输出电压OUToff进行差分运算以产生差分信号TAP及TAN。该积分器37并放大及积分/累积该第一输出电压OUTon及该第二输出电压OUToff的差分信号TAP及TAN以产生放大及积分后差分信号，例如NP×G×(TAP-TAN)，其中本发明说明中NP为可调。
步骤S87：最后，一模拟数字转换器38将该放大及积分后差分信号转换为一数字信号Sd；其中，该数字信号Sd被输出至一处理器39进行后处理，例如近接侦测或手势判断等。
必须说明的是，图5仅用以显示各信号的时序关系，而信号的持续期间及间隔时间并不限于图5所示者。
必须说明的是，虽然上述各实施例中是以一差分模拟数字转换器为例来说明，而本发明说明并不以此为限。差分模拟数字转换器具有可降低噪声的优点而得到较精确的侦测结果。其他实施例中，可使用具有单一输入端的一模拟数字转换器。
如前所述，在曝光该光电二极管31前，该系统光源40会先点亮一初照明期间(例如图5的T1～T2)，以使该BJT晶体管300达到稳定输出。然而，该影像系统3中，该系统光源40的耗能远高于该影像感测器30的耗能，且该初照明期间是通过点亮该系统光源40实现。因此，该初照明期间增加了该影像系统3的整体耗能。
例如，参照图9所示，其为本发明说明实施例的影像系统3连续撷取两张图框(例如frame A和frame B)的运作时序图；其中，每一图框期间的运作均相同于图5。图9例如适用于正常或强环境光下的操作。从图9中可清楚看出，第一图框期间frame A及第二图框期间frame B分别包含一初照明期间，例如T1～T2及T1’～T2’。更详细而言，每一图框期间均包含一初照明期间。
因此，本发明说明的另一实施例中，通过使两相邻的图框期间(frame period)仅使用一个初照明期间(pre-flash time)，以降低该影像系统3的整体耗能并提升侦测速度。
参照图10所示，其为本发明说明另一实施例的影像系统3连续撷取两张图框(例如frame A和frame B)的运作时序图；其中，该时序图同样适用于图4的BJT像素电路300。假设每一图框期间输出三个像素电路P1～P3的电压信号。图10例如适用于弱环境光下的操作。
如前所述，该影像系统3包含一系统光源40以及多个阵列排列的BJT像素电路300。每一该等BJT像素电路300包含一光电二极管31、一第一光阀SWshuton、一第二光阀SWshutoff、一第一储存电容Con、一第二储存电容Coff、三个重置开关SWres、一第一读取开关SWron、一第二读取开关SWroff、一第一源极随耦器SFon及一第二源极随耦器SFoff。一BJT晶体管33可选择性地设置于该影像系统3。
该BJT像素电路300用以相对一光源信号S4产生电压信号。该光源信号S4包含一点灯电平(light-on)及一熄灯电平(light-off)。该点灯电平用以驱动该系统光源40点亮，该熄灯电平时该系统光源40不点亮。
请同时参照图4及10所示，该第一光阀SWshuton用以在一第一图框期间frame A根据一第一光阀信号S21相对该点灯电平(即该系统光源40点亮时)控制该光电二极管31的一第一曝光时间(例如T4～T5)，并在一第二图框期间frame B根据该第一光阀信号S21相对该点灯电平控制该光电二极管31的一第三曝光时间(例如T2’～T3’)。该第二光阀SWshutoff用以在该第一图框期间frame A根据一第二光阀信号S31相对该熄灯电平控制该光电二极管31的一第二曝光时间(例如T1～T2)，并在该第二图框期间frame B根据该第二光阀信号S31相对该熄灯电平控制该光电二极管31的一第四曝光时间(例如T4’～T5’)。
本实施例中，该第一图框期间frame A中该第一曝光时间(例如T4～T5)晚于该第二曝光时间(例如T1～T2)，而该第二图框期间frame B中该第三曝光时间(例如T2’～T3’)早于该第四曝光时间(例如T4’～T5’)。
更详言之，该第一图框期间frame A中，该光电二极管31先相对该系统光源40熄灭时曝光再相对该系统光源40点亮时曝光。该第二图框期间frame B中，该光电二极管31先相对该系统光源40点亮时曝光再相对该系统光源40熄灭时曝光。
该第一储存电容Con具有一第一端通过该第一光阀SWshuton耦接该光电二极管31(例如通过节点N)及一第二端耦接一接地端GRD。本实施例中，该第一储存电容Con用以于该第一曝光时间(例如T4～T5)前保存一第一预设电位并于该第一曝光时间内放电至一第一输出电压，并于该第三曝光时间(例如T2’～T3’)前保存一第三预设电位并于该第三曝光时间内放电至一第三输出电压。必须说明的是，为便于说明，该第一图框期间frame A的该第一输出电压及该第二图框期间frame B的该第三输出电压显示为相同(例如OUTon)，本发明说明并不以此为限。该第一输出电压及该第三输出电压是根据该光电二极管31的受光量而定。该第一预设电位与该第三预设电位大致相同(例如Vinton)。
该第二储存电容Coff具有一第一端通过该第二光阀SWshutoff耦接该光电二极管31(例如通过节点N)及一第二端耦接该接地端GRD。该第二储存电容Coff用以于该第二曝光时间(例如T1～T2)前保存一第二预设电位并于该第二曝光时间内放电至一第二输出电压，并于该第四曝光时间(例如T4’～T5’)前保存一第四预设电位并于该第四曝光时间内放电至一第四输出电压。同理，该第一图框期间frame A的该第二输出电压及该第二图框期间frame B的该第四输出电压显示为相同(例如OUToff)，但本发明说明并不以此为限。该第二输出电压及该第四输出电压是根据该光电二极管31的受光量而定。该第二预设电位与该第四预设电位大致相同(例如Vintoff)。
本实施例中，该第二图框期间frame B为该第一图框期间frame A的下一个图框期间。该光源信号S4于该第一曝光时间(例如T4～T5)至该第三曝光时间(例如T2’～T3’)维持该点灯电平，即该系统光源40于该第一曝光时间至该第三曝光时间持续点亮而不熄灭。该第一图框期间frame A中，该光源信号S4的该点灯电平早于该第一曝光时间点亮该系统光源40以形成一初照明期间(例如T3～T4)。当该第三曝光时间(例如T2’～T3’)结束时，该点灯电平转变为熄灯电平。
例如，在弱环境光下，该初照明期间通常会大于100微秒(microsecond)，其是根据不同应用而定。本发明说明中，该第一曝光时间至该第三曝光时间(例如T5～T2’)仅约为5微秒，其远小于初照明期间，故可有效减少整体耗能。此外，由于该第二图框期间frame B不另包含一初照明期间，撷取两个连续影像图框的时间间隔缩短了，因此可提升平均取样速度而提升侦测速度。必须说明的是，图10中各时间的比例关系仅用以说明，并非用以限定本发明说明。
请再参照图6所示，该影像感测器30另包含一积分器37。由于图10与图9的差异在于第一曝光时间与第二曝光时间的先后顺序而非电路架构，该积分器37相对每一图框期间的运作并未改变。亦即，在该第一图框期间frame A该积分器37用以将每一该等BJT像素电路300输出的该第一输出电压OUTon及该第二输出电压OUToff进行差分运算以相对每一该等BJT像素电路300产生差分信号TAP及TAN，并在该第二图框期间frame B将每一该等BJT像素电路300输出的该第三输出电压OUTon及该第四输出电压OUToff进行差分运算以相对每一该等BJT像素电路300产生差分信号TAP及TAN。该积分器37另用以分别在该第一图框期间frame A及该第二图框期间frame B累积相对多BJT像素电路300的差分信号TAP及TAN以产生累积后差分信号。该积分器37对每一该等BJT像素电路300的输出电压进行差分、放大及累积运算的方式已详述于前，故于此不再赘述。最后，一模拟数字转换器38将放大及累计后差分信号转换为一数字信号Sd并提供至一处理器39进行后处理。
如前所述，一重置阶段中，两重置开关SWres用以根据一重置信号S1耦接该第一储存电容Con及该第二储存电容Coff至一电源端VDD，以充电该第一储存电容Con至该第一预设电位或该第三预设电位(例如Vinton)，并充电该第二储存电容Coff至该第二预设电位或该第四预设电位(例如Vintoff)。该重置阶段中，一重置开关SWres用以根据一重置信号S1耦接该光电二极管31至一电源端VDD，以重置该光电二极管31。
如前所述，该第一读取开关SWron用以根据一读取信号Sr将该第一储存电容Con耦接至一读取线Rd1，以输出该第一输出电压或该第三输出电压(例如OUTon)。该第一源极随耦器SFon用以无损耗地将该第一储存电容Con上的第一输出电压及第三输出电压(例如OUTon)缓冲至该读取线Rd1。
如前所述，该第二读取开关SWoff用以根据一读取信号Sr将该第二储存电容Coff耦接至一读取线Rd2，以输出该第二输出电压或该第四输出电压(例如OUToff)。该第二源极随耦器SFoff用以无损耗地将该第二储存电容Coff上的第二输出电压及第四输出电压(例如OUToff)缓冲至该读取线Rd2。
此外，本发明说明中，该影像系统30另包含一控制器(例如包含于该处理器39中，以软件及/或硬件实现)用以根据环境光强度改变该第一图框期间frame A中该第一曝光时间及该第二曝光时间的顺序。例如，当该控制器判定相对该第二曝光时间及/或该第四曝光时间的输出电压大于一亮度门槛值或该差分信号TAP及/或TAN小于一差分门槛值，表示环境光La的强度较低，则控制该时序控制器35产生图10的控制信号；反之，当该控制器判定相对该第二曝光时间及/或该第四曝光时间的输出电压小于该亮度门槛值或该差分信号TAP及/或TAN大于该差分门槛值，表示环境光La的强度较高，则控制该时序控制器35产生图9的控制信号。可以了解的是，当所述顺序改变时，该光源信号40亦改变。因此，可同时实现强环境光时提升信噪比并在弱环境光时降低耗能并提升侦测速度的技术效果。必须说明的是，判断环境光强度的方式并不限于本发明说明中所举出者，还可利用现有其他方式，本发明说明可根据环境光强度改变曝光顺序。
请参照图10，第一图框期间frame A，该第二储存电容Coff先储存第二输出电压后该第一储存电容Con再储存第一输出电压，因此该第二储存电容Coff具有较多的电荷泄漏；第二图框期间frame B，该第一储存电容Con先储存第三输出电压后该第二储存电容Coff再储存第四输出电压，因此该第一储存电容Con具有较多的电荷泄漏。通过将图10的控制时序应用于图4的BJT像素电路300，可平衡此电荷泄漏的情形，以增加侦测精度。
请参照图10，第一图框期间frame A，该第二光阀信号S31的布局耦合效应(layoutcoupling effect)会影响该第一储存电容Con的第一预设电位Vinton。第二图框期间frameB，该第一光阀信号S21的布局耦合效应会影响该第二储存电容Coff的第四预设电位Vintoff。通过将图10的控制时序应用于图4的BJT像素电路300，可平衡此布局耦合效应的情形，以增加侦测精度。
请参照图11所示，其为本发明说明另一实施例的影像系统的运作方法的流程图，其相对图10的运作时序图。本运作方法包含下列步骤：在一第一图框期间frame A，以一第一光阀信号S21控制一第一光阀SWshuton，以相对一系统光源40点亮时控制一光电二极管31的一第一曝光时间T4～T5以使一第一储存电容Con放电至一第一输出电压(步骤S111)；在该第一图框期间frame A，以一第二光阀信号S31控制一第二光阀SWshutoff，以相对该系统光源40熄灭时控制该光电二极管31的一第二曝光时间T1～T2以使一第二储存电容Coff放电至一第二输出电压(步骤S113)，其中该第一曝光时间T4～T5晚于该第二曝光时间T1～T2；在一第二图框期间frame B，以该第一光阀信号S21控制该第一光阀SWshuton，以相对该系统光源40点亮时控制该光电二极管31的一第三曝光时间T2’～T3’以使该第一储存电容Con放电至一第三输出电压(步骤S115)；以及在该第二图框期间frame B，以该第二光阀信号S31控制该第二光阀SWshutoff，以相对该系统光源40熄灭时控制该光电二极管31的一第四曝光时间T4’～T5’以使该第二储存电容Coff放电至一第四输出电压(步骤S117)，其中该第三曝光时间T2’～T3’早于该第四曝光时间T4’～T5’。本实施例中，该第二图框期间frameB为该第一图框期间frame A的下一个图框期间，该系统光源40于该第一曝光时间T4～T5至该第三曝光时间T2’～T3’持续点亮而不熄灭。本运作方法的详细实施方式已说明于前，故于此不再赘述。
为了能够同时应用于强光及弱光环境，该运作方法另包含下列步骤：侦测环境光强度，并据以改变该第一图框期间frame A中该第一曝光时间T4～T5及该第二曝光时间T1～T2的顺序。该第二图框期间frame B的时序则不改变。
综上所述，现有BJT像素电路于每一图框期间包含一初照明时间，其增加了耗能。因此，本发明说明另提供一种低功率消耗的像素电路(图4)及具有该像素电路的影像系统(图6-7)及其运作方法(图10-11)，其可根据环境光强弱改变亮曝光及暗曝光的顺序，以同时实现在强环境光下增加信号信噪比并在弱环境光下减低耗能的技术效果。
虽然本发明说明已以前述实例公开，然其并非用以限定本发明说明，任何本发明说明所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明说明的精神和范围内，当可作各种的变动与修改。因此本发明说明的保护范围当视后附的权利要求所界定范围为准。

Claims (20)

1.一种像素电路，用以相对一光源信号产生电压信号，该光源信号包含一点灯电平及一熄灯电平，该像素电路包含：
一光电二极管；
一第一光阀，用以在一第一图框期间根据一第一光阀信号相对该点灯电平控制该光电二极管的一第一曝光时间并在一第二图框期间根据该第一光阀信号相对该点灯电平控制该光电二极管的一第三曝光时间；
一第二光阀，用以在该第一图框期间根据一第二光阀信号相对该熄灯电平控制该光电二极管的一第二曝光时间并在该第二图框期间根据该第二光阀信号相对该熄灯电平控制该光电二极管的一第四曝光时间，其中该第一图框期间中该第一曝光时间晚于该第二曝光时间而该第二图框期间中该第三曝光时间早于该第四曝光时间；
一第一储存电容，具有一第一端通过该第一光阀耦接该光电二极管及一第二端耦接一接地端，该第一储存电容用以于该第一曝光时间前保存一第一预设电位并于该第一曝光时间内放电至一第一输出电压，并于该第三曝光时间前保存一第三预设电位并于该第三曝光时间内放电至一第三输出电压；以及
一第二储存电容，具有一第一端通过该第二光阀耦接该光电二极管及一第二端耦接该接地端，该第二储存电容用以于该第二曝光时间前保存一第二预设电位并于该第二曝光时间内放电至一第二输出电压，并于该第四曝光时间前保存一第四预设电位并于该第四曝光时间内放电至一第四输出电压，
其中，该第二图框期间为该第一图框期间的下一个图框期间，该光源信号于该第一曝光时间至该第三曝光时间维持该点灯电平。
2.如权利要求1所述的像素电路，其中该第一图框期间中该光源信号的该点灯电平早于该第一曝光时间以形成一初照明期间。
3.如权利要求1所述的像素电路，其中该像素电路另包含两重置开关用以根据一重置信号耦接该第一储存电容及该第二储存电容至一电源端，以充电该第一储存电容至该第一预设电位或该第三预设电位，充电该第二储存电容至该第二预设电位或该第四预设电位。
4.如权利要求1所述的像素电路，其中该像素电路另包含一重置开关用以根据一重置信号耦接该光电二极管至一电源端，以重置该光电二极管。
5.如权利要求4所述的像素电路，其中该像素电路另包含一第一读取开关，该第一读取开关用以根据一读取信号将该第一储存电容耦接至一读取线，以输出该第一输出电压或该第三输出电压。
6.如权利要求5所述的像素电路，其中该像素电路另包含一第一源极随耦器具有一栅极耦接该第一储存电容的该第一端，一源极通过该第一读取开关耦接该读取线以及一漏极耦接该电源端。
7.如权利要求4所述的像素电路，其中该像素电路另包含一第二读取开关，该第二读取开关用以根据一读取信号将该第二储存电容耦接至一读取线，以输出该第二输出电压或该第四输出电压。
8.如权利要求7所述的像素电路，其中该像素电路另包含一第二源极随耦器具有一栅极耦接该第二储存电容的该第一端，一源极通过该第二读取开关耦接该读取线以及一漏极耦接该电源端。
9.权利要求1所述的像素电路，其中该光电二极管内建于一双极结型晶体管。
10.一种影像系统，包含：
一系统光源；以及
一影像感测器，该影像感测器包含：
多个像素电路，每一该像素电路包含：
一光电二极管；
一第一光阀，用以在一第一图框期间根据一第一光阀信号相对该系统光源点亮时控制该光电二极管的一第一曝光时间并在一第二图框期间根据该第一光阀信号相对该系统光源点亮时控制该光电二极管的一第三曝光时间；
一第二光阀，用以在该第一图框期间根据一第二光阀信号相对该系统光源熄灭时控制该光电二极管的一第二曝光时间并在该第二图框期间根据该第二光阀信号相对该系统光源熄灭时控制该光电二极管的一第四曝光时间，其中该第一图框期间中该第一曝光时间晚于该第二曝光时间而该第二图框期间中该第三曝光时间早于该第四曝光时间；
一第一储存电容，具有一第一端通过该第一光阀耦接该光电二极管及一第二端耦接一接地端，该第一储存电容用以于该第一曝光时间前保存一第一预设电位并于该第一曝光时间内放电至一第一输出电压，并于该第三曝光时间前保存一第三预设电位并于该第三曝光时间内放电至一第三输出电压；
一第二储存电容，具有一第一端通过该第二光阀耦接该光电二极管及一第二端耦接该接地端，该第二储存电容用以于该第二曝光时间前保存一第二预设电位并于该第二曝光时间内放电至一第二输出电压，并于该第四曝光时间前保存一第四预设电位并于该第四曝光时间内放电至一第四输出电压；以及
一积分器，用以将每一该像素电路输出的该第一输出电压及该第二输出电压进行差分运算以相对每一该像素电路产生差分信号，并将每一该像素电路输出的该第三输出电压及该第四输出电压进行差分运算以相对每一该像素电路产生差分信号，
其中，该第二图框期间为该第一图框期间的下一个图框期间，该系统光源于该第一曝光时间至该第三曝光时间持续点亮。
11.如权利要求10所述的影像系统，其中该第一图框期间中该系统光源于该第一曝光时间前点亮以形成一初照明期间。
12.如权利要求10所述的影像系统，其中该积分器另用以分别在该第一图框期间及该第二图框期间累积相对多个像素电路的该差分信号以产生累积后差分信号。
13.如权利要求10所述的影像系统，其中每一该像素电路另包含两重置开关用以根据一重置信号耦接该第一储存电容及该第二储存电容至一电源端，以充电该第一储存电容至该第一预设电位或该第三预设电位，充电该第二储存电容至该第二预设电位或该第四预设电位。
14.如权利要求13所述的影像系统，其中每一该像素电路另包含一第一读取开关，该第一读取开关用以根据一读取信号将该第一储存电容耦接至一读取线，以输出该第一输出电压或该第三输出电压。
15.如权利要求14所述的影像系统，其中每一该像素电路另包含一第一源极随耦器具有一栅极耦接该第一储存电容的该第一端，一源极通过该第一读取开关耦接该读取线以及一漏极耦接该电源端。
16.如权利要求13所述的影像系统，其中每一该像素电路另包含一第二读取开关，该第二读取开关用以根据一读取信号将该第二储存电容耦接至一读取线，以输出该第二输出电压或该第四输出电压。
17.如权利要求16所述的影像系统，其中每一该像素电路另包含一第二源极随耦器具有一栅极耦接该第二储存电容的该第一端，一源极通过该第二读取开关耦接该读取线以及一漏极耦接该电源端。
18.如权利要求10所述的影像系统，其中该影像系统另包含一控制器用以根据环境光强度改变该第一图框期间中该第一曝光时间及该第二曝光时间的顺序。
19.一种影像系统的运作方法，该影像系统包含一系统光源及一影像感测器，该影像感测器包含多个像素电路，每一该像素电路包含一光电二极管、一第一光阀、一第二光阀、一第一储存电容及一第二储存电容，该运作方法包含：
在一第一图框期间，以一第一光阀信号控制该第一光阀，以相对该系统光源点亮时控制该光电二极管的一第一曝光时间以使该第一储存电容放电至一第一输出电压；
在该第一图框期间，以一第二光阀信号控制该第二光阀，以相对该系统光源熄灭时控制该光电二极管的一第二曝光时间以使该第二储存电容放电至一第二输出电压，其中该第一曝光时间晚于该第二曝光时间；
在一第二图框期间，以该第一光阀信号控制该第一光阀，以相对该系统光源点亮时控制该光电二极管的一第三曝光时间以使该第一储存电容放电至一第三输出电压；以及
在该第二图框期间，以该第二光阀信号控制该第二光阀，以相对该系统光源熄灭时控制该光电二极管的一第四曝光时间以使该第二储存电容放电至一第四输出电压，其中该第三曝光时间早于该第四曝光时间，
其中，该第二图框期间为该第一图框期间的下一个图框期间，该系统光源于该第一曝光时间至该第三曝光时间持续点亮。
20.如权利要求19所述的运作方法，另包含：
侦测环境光强度，并据以改变该第一图框期间中该第一曝光时间及该第二曝光时间的顺序。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI716377B (zh) * 2016-01-27 2021-01-21 原相科技股份有限公司 自供電式光學滑鼠裝置及其運作方法
WO2019010707A1 (zh) 2017-07-14 2019-01-17 深圳市汇顶科技股份有限公司 像素电路以及图像传感系统
CN107314813B (zh) * 2017-08-14 2018-12-21 京东方科技集团股份有限公司 光强检测单元、光强检测方法和显示装置
US10431623B2 (en) * 2017-10-22 2019-10-01 Pixart Imaging Inc. Method applied to BJT pixel of image sensor apparatus and image sensor apparatus
CN111580117A (zh) * 2019-02-19 2020-08-25 光宝电子(广州)有限公司 飞时测距感测系统的控制方法
US11812176B2 (en) * 2020-09-01 2023-11-07 Pixart Imaging Inc. Pixel circuit selecting to output time difference data or image data
US11223779B2 (en) * 2020-06-12 2022-01-11 Novatek Microelectronics Corp. Image sensing device and operating method thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1965410A (zh) * 2004-06-08 2007-05-16 伊斯曼柯达公司 具有集成变容二极管的有源像素传感器单元
CN101739180A (zh) * 2008-11-20 2010-06-16 精工爱普生株式会社 感测电路、显示装置及电子设备
CN102667687A (zh) * 2010-02-26 2012-09-12 夏普株式会社 带光传感器的显示装置
CN104345865A (zh) * 2013-08-07 2015-02-11 原相科技股份有限公司 双极性晶体管像素电路、其驱动方法以及影像传感器
US9118883B2 (en) * 2011-11-28 2015-08-25 Semiconductor Components Industries, Llc High dynamic range imaging with multi-storage pixels

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2296368B1 (en) * 2008-06-04 2017-01-04 Shizuoka University Imaging device
US9165960B2 (en) * 2013-01-04 2015-10-20 Industrial Technology Research Institute Pixel circuit, active sensing array, sensing device and driving method thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1965410A (zh) * 2004-06-08 2007-05-16 伊斯曼柯达公司 具有集成变容二极管的有源像素传感器单元
CN101739180A (zh) * 2008-11-20 2010-06-16 精工爱普生株式会社 感测电路、显示装置及电子设备
CN102667687A (zh) * 2010-02-26 2012-09-12 夏普株式会社 带光传感器的显示装置
US9118883B2 (en) * 2011-11-28 2015-08-25 Semiconductor Components Industries, Llc High dynamic range imaging with multi-storage pixels
CN104345865A (zh) * 2013-08-07 2015-02-11 原相科技股份有限公司 双极性晶体管像素电路、其驱动方法以及影像传感器

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