CN112511770A - 图像感测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种图像感测装置。光感测单元接收包括图像信息的光信号，而产生感测信号。积分器电路于积分期间对感测信号进行积分运算，以累计感测信号而产生落于默认范围内的累计感测值。

Description

图像感测装置
技术领域
本发明涉及一种感测装置，尤其涉及一种图像感测装置。
背景技术
常见的图像感测装置可包括由多个感测像素构成的感测像素阵列，各个感测像素可将入射光转换为感测信号，通过分析各个感测像素所提供的感测信号，即可获得图像感测装置所感测到的图像。进一步来说，各个感测像素可包括光电二极管，其将光转换为电信号，光电二极管的持续曝光将造成感测像素输出的感测信号的电压值持续下降，通过读取各个感测像素所提供的感测信号的电压值即可获得图像感测装置所感测到的图像。然在曝光量过小(例如曝光时间过短时)，亦即感测信号的电压值过小时，将可能出现读取电路的分辨率不足，而无法正确读取感测信号的情形。一般可通过拉长取样感测信号的间隔，等待感测信号的电压值随时间变大后再进行取样，又或者可选用分辨率较高的读取电路，以确保读取电路可正确地读取感测信号。此两种方式虽可改善感测像素的曝光量不足时无法正确读取感测信号的问题，然却衍生出降低图像感测装置的感测效率或提高生产成本的问题。
发明内容
本发明提供一种图像感测装置，可有效提高图像感测质量。
本发明的图像感测装置包括光感测单元以及积分器电路。光感测单元接收包括图像信息的光信号，而产生感测信号。积分器电路耦接光感测单元，于积分期间对感测信号进行积分运算，以累计感测信号而产生落于默认范围内的累计感测值。
基于上述，本发明实施例的积分器电路可于积分期间对感测信号进行积分运算，累计感测信号而产生落于默认范围内的累计感测值。如此通过在积分期间内累计于不同时间点光感测单元所提供的感测信号，可避免感测信号的信号值过小而使得后续的信号处理电路因分辨率不足，而无法正确读取感测信号的情形，因此可有效大幅地提高图像感测质量。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明的实施例的一种图像感测装置的示意图；
图2是依照本发明另一实施例的一种图像感测装置的示意图；
图3是依照本发明另一实施例的一种图像感测装置的示意图；
图4是依照本发明另一实施例的一种图像感测装置的示意图；
图5是依照本发明另一实施例的一种图像感测装置的示意图；
图6是依照本发明的实施例的重置信号与控制信号的波形示意图；
图7是依照本发明另一实施例的一种图像感测装置的示意图。
具体实施方式
图1是依照本发明的实施例的一种图像感测装置的示意图，请参照图1。图像感测装置可包括光感测单元102以及积分器电路104，光感测单元102耦接积分器电路104，图像感测装置可例如为指纹传感器或X光平板传感器，然不以此为限。光感测单元102可接收包括图像信息的光信号而产生感测信号。积分器电路104可于积分期间对光感测单元102产生的感测信号进行积分运算，以累计感测信号而产生落于默认范围内的累计感测值S1。也就是说，积分器电路104可在积分期间连续地对感测信号进行多次取样，并通过累计此些取样值来放大感测信号。如此在光感测单元102的曝光量较小的情形下，积分器电路104仍可提供足够大的累计感测值S1给后级电路(例如模拟数字转换电路、数字信号处理电路等)，而可有效避免后级电路因分辨率不足而无法正确地读取感测信号，且不会降低图像感测装置的感测效率或提高生产成本。
在部分实施例中，积分器电路104也可在光感测单元102的曝光量过大的情形下降低感测信号的取样数，从而降低累计感测值S1，避免累计感测值S1超出后级电路的动态范围而无法正确地读取感测信号。
图2是依照本发明另一实施例的一种图像感测装置的示意图。进一步来说，光感测单元102可包括重置开关SW1、光电转换单元D1以及寄生电容C1，其中重置开关SW1的一端耦接重置电压VRST，光电转换单元D1耦接于重置开关SW1与接地之间，寄生电容C1产生于光电转换单元D1与重置开关SW1的共同接点与接地之间，光电转换单元D1可例如为光电二极管，然不以此为限。此外，相较于图1实施例，本实施例的图像感测装置还包括缓冲放大器电路202，缓冲放大器电路202耦接于光感测单元102与积分器电路104之间。
当重置开关SW1受控于重置信号SR1而处于导通状态时，重置电压VRST可通过重置开关SW1重置光电转换单元D1与重置开关SW1的共同接点上的电压VX。而在进入积分期间后，重置开关SW1受控于重置信号SR1进入断开状态，光电转换单元D1将光信号转换为电信号(感测信号)，此时电压VX将随着光电转换单元D1的曝光时间拉长而下降。缓冲放大器电路202可例如为单位增益放大器，缓冲放大器电路202可作为信号中继电路，将光感测单元102提供的感测信号传送给积分器电路104，以确保积分器电路104可接收到未失真的感测信号进行积分运算。积分器电路104的进行积分运算的方式已于上述实施例说明，在此不再赘述。
图3是依照本发明另一实施例的一种图像感测装置的示意图。在本实施例中，缓冲放大器电路202可包括运算放大器A1以及取样电容CS，运算放大器A1的正输入端耦接参考电压VR，运算放大器A1的负输入端耦接光感测单元102的输出端，运算放大器A1的输出端耦接积分器电路104，取样电容CS则耦接于运算放大器A1的负输入端与输出端之间。其中通过改变参考电压VR的电压值可调整缓冲放大器电路202提供给积分器电路104的感测信号的电压值，而使得积分器电路104的累计感测值的调整更具有弹性。
在上述实施例中，光感测单元102可配置于光感测面板上，而缓冲放大器电路202与积分器电路104则可被整合于光感测面板外的IC芯片中，如此可使光感测面板空出更多的面积来配置光感测单元102，而可提高光感测面板的光感测效率。在部分实施例中，也可将缓冲放大器电路202配置于光感测面板上，亦即使光感测单元102也包括缓冲放大器电路202。举例来说，图4是依照本发明另一实施例的一种图像感测装置的示意图。在本实施例中，光感测单元102中的缓冲放大器电路202可包括由晶体管M1以及电流源I1构成的源极随耦器，晶体管M1耦接于光感测单元102的输出端与电源电压VDD之间，晶体管M1的栅极端耦接重置开关SW1与光电转换单元D1的共同接点，电流源I1耦接于晶体管M1与接地之间。晶体管M1可反应光电转换单元D1与重置开关SW1的共同接点上的电压VX输出感测信号给积分器电路104，以确保积分器电路104可接收到未失真的感测信号进行积分运算。积分器电路104的进行积分运算的方式已于上述实施例说明，在此不再赘述。
图5是依照本发明另一实施例的一种图像感测装置的示意图。与图3实施例相比，本实施例的图像感测装置还包括开关SW2、SW3以及取样电容CS，缓冲放大器电路202则仅包括运算放大器A1。运算放大器A1的正输入端耦接光感测单元102的输出端，运算放大器A1的负输入端与其输出端相耦接。开关SW2耦接于运算放大器A1的输出端与取样电容CS的一端之间，取样电容CS的另一端耦接积分器电路104，开关SW3则耦接于开关SW2与取样电容CS的共同接点与参考电压VR之间。开关SW2与开关SW3可分别受控于对应的控制信号CK1与CK2而交替地导通。
进一步来说，如图6所示的重置信号SR1与控制信号CK1、CK2的信号波形，在积分器电路104的积分期间，重置信号SR1为低电压水平，而使得重置开关SW1处于断开状态。在积分器电路104的积分期间，控制信号CK1与CK2可交替地进入高电压水平，亦即当控制信号CK1处于高电压水平时，控制信号CK2处于低电压水平，而使开关SW2与开关SW3交替地导通。其中当开关SW2导通而开关SW3断开时，缓冲放大器电路202可通过开关SW2将感测信号储存于取样电容CS中。而当开关SW2断开而开关SW3导通时，开关SW3将参考电压VR连接至取样电容，进而将储存于取样电容CS中的感测信号传送给积分器电路104进行积分运算。
假设参考电压VR与重置电压VRST的电压值相等，且电压VX为线性地下降，例如在控制信号CK1与CK2的每一个周期时间T内下降的电压差为dV，而缓冲放大器电路202所输出的电压也对应地下降dV。在开关SW2与开关SW3完成第一次交替导通后，取样电容CS可输出电压差dV给积分器电路104。由于光感测单元102的持续曝光将使得缓冲放大器电路202所输出的电压也持续地下降，在开关SW2与开关SW3完成第二次交替导通后，取样电容CS可输出电压差2dV给积分器电路104，以此类推。积分器电路104可累计来自取样电容CS的电压差值，并据以输出累计感测值S1。举例来说，假设开关SW2与开关SW3完成了n次的交替导通，则积分器电路104输出的累计感测值S1可如下式(1)所示。
dV+2×dV+3×dV+…+n×dV＝n(n+1)/2×dV (1)
相较于现有的图像感测装置仅对感测信号进行一次取样，而至多仅能得到电压值等于n×dV的感测值(亦即经过n个周期时间T后才进行取样)，本实施例的图像感测装置可有效地放大感测信号，避免后级电路因分辨率不足而无法正确地读取感测信号，且不会降低图像感测装置的感测效率或提高生产成本。
类似地，图6实施例中的缓冲放大器电路202也可如图4实施例般配置于感测单元102中。如图7所示，缓冲放大器电路202中的晶体管M1与电流源I1的共同接点可耦接至开关SW2。本实施例的图像感测装置也可通过交替地导通开关SW2与SW3，而使取样电容CS对应地输出电压差至积分器电路104进行积分运算。由于包括晶体管M1与电流源I1的缓冲放大器电路202、开关SW2、SW3、取样电容以及积分器电路104的运作方式已于上述实施例中说明，在此不再赘述。
综上所述，本发明实施例的积分器电路可于积分期间对感测信号进行积分运算，累计感测信号而产生落于默认范围内的累计感测值。如此通过在积分期间内累计于不同时间点光感测单元所提供的感测信号，可避免感测信号的信号值过小而使得后续的信号处理电路因分辨率不足，而无法正确读取感测信号的情形，因此可有效大幅地提高图像感测质量，且不会降低图像感测装置的感测效率或提高生产成本。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (8)

1.一种图像感测装置，其特征在于，包括：
光感测单元，接收包括图像信息的光信号，而产生感测信号；以及
积分器电路，耦接所述光感测单元，于积分期间对所述感测信号进行积分运算，以累计所述感测信号而产生落于默认范围内的累计感测值。
2.根据权利要求1所述的图像感测装置，其特征在于，所述光感测单元包括：
重置开关，其一端耦接重置电压，其中所述积分期间为所述重置开关处于断开状态的期间；
光电转换单元，耦接于所述重置开关的另一端与接地之间，基于所述光信号产生所述感测信号；以及
寄生电容，产生于所述光电转换单元与所述重置开关的共同接点与所述接地之间，所述光感测单元于所述共同接点上产生所述感测信号。
3.根据权利要求2所述的图像感测装置，其特征在于，还包括：
缓冲放大器电路，耦接所述积分器电路，所述光感测单元通过所述缓冲放大器将所述感测信号输出至所述积分器电路。
4.根据权利要求3所述的图像感测装置，其特征在于，还包括：
第一开关；
取样电容，与所述第一开关串接于所述缓冲放大器电路的输出端与所述积分器电路之间；以及
第二开关，耦接于所述第一开关与所述取样电容的共同接点与参考电压之间，所述第一开关与所述第二开关分别受控于第一控制信号与第二控制信号而交替地导通。
5.根据权利要求4所述的图像感测装置，其特征在于，所述缓冲放大器电路包括：
运算放大器，其正输入端耦接所述光电转换单元与所述重置开关的共同接点，所述运算放大器的负输入端与输出端相耦接，所述运算放大器的输出端作为所述缓冲放大器电路的输出端。
6.根据权利要求3所述的图像感测装置，其特征在于，所述缓冲放大器电路包括：
晶体管，其第一端耦接电源电压，所述晶体管的第二端耦接所述缓冲放大器电路的输出端，所述晶体管的控制端耦接所述光电转换单元与所述重置开关的共同接点；以及
电流源，耦接于所述晶体管的第二端。
7.根据权利要求3所述的图像感测装置，其特征在于，所述缓冲放大器电路包括：
运算放大器，其正输入端耦接参考电压，所述运算放大器的负输入端耦接所述光电转换单元与所述重置开关的共同接点，所述运算放大器的输出端作为所述缓冲放大器电路的输出端；以及
取样电容，耦接于所述运算放大器的负输入端与输出端之间。
8.根据权利要求3所述的图像感测装置，其特征在于，所述缓冲放大器电路配置于所述光感测单元中或与所述积分器电路整合于IC芯片中。
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