CN113163087B - 影像感测装置及其曝光时间调整方法 - Google Patents

影像感测装置及其曝光时间调整方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种影像感测装置及其曝光时间调整方法。光感测单元感测包括影像信息的光信号，而产生感测信号。曝光时间调整电路整合于芯片内，依据感测信号调整光感测单元的曝光时间。

Description

影像感测装置及其曝光时间调整方法
技术领域
本发明涉及一种感测装置，尤其涉及一种光学影像感测装置及其曝光时间调整方法。
背景技术
常见的影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，藉由分析各个感测像素所提供的感测信号，即可获得感测像素阵列所感测到的影像。进一步来说，各个感测像素可包括光电二极管，其可将光转换为电信号，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，藉由读取感测信号的电压值即可获得各个感测像素所感测到的影像。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，因此适当的曝光时间对于影像感测装置的感测质量影像甚巨。
一般影像感测装置的曝光时间调整需将影像感测装置中感测像素提供的感测信号透过系统板以及串行外围接口传输到外部主机，以利用外部主机判断是否需修改影像感测装置的韧体设定，而将影像感测装置的曝光时间调整至适当的时间长度。此种方式虽可使影像感测装置拥有适当的曝光时间，而可提供清晰的感测影像，然有着效率不佳、提高生产成本的问题，以及信号转换处理过程中出现错误而导致曝光时间调整失败的风险。
发明内容
本发明提供一种影像感测装置的曝光时间调整方法，可大幅提高调整影像感测装置的曝光时间的效率，有效降低影像感测装置的生产成本以及曝光时间调整的失败率。
本发明的影像感测装置包括至少一光感测单元以及曝光时间调整电路。光感测单元感测包括影像信息的光信号，而产生感测信号。曝光时间调整电路耦接光感测单元，曝光时间调整电路整合于芯片内，依据感测信号调整光感测单元的曝光时间。
本发明还提供一种影像感测装置的曝光时间调整方法，包括下列步骤。提供整合于芯片内的曝光时间调整电路。曝光时间调整电路接收至少一光感测单元感测包括影像信息的光信号而产生的感测信号。曝光时间调整电路依据感测信号调整光感测单元的曝光时间。
基于上述，本发明的实施例将曝光时间调整电路整合至与光感测单元连接的芯片内，可直接依据光感测单元提供的感测信号来调整光感测单元的曝光时间，而不需藉由外部主机来进行曝光时间调整，因此可大幅提高调整影像感测装置的曝光时间的效率，有效降低影像感测装置的生产成本。此外，由于曝光时间调整电路可直接依据光感测单元提供的感测信号来进行曝光调整，而不需经由其它装置再对感测信号进行信号转换等前置处理，因此可避免信号转换错误的情形发生，有效降低曝光时间调整的失败率。
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影像感测装置的示意图。
图2是依照本发明另一实施例的影像感测装置的示意图。
图3是依照本发明的实施例的一种影像感测装置的曝光时间调整方法流程图。
具体实施方式
图1是依照本发明的实施例的一种影像感测装置的示意图，请参照图1。影像感测装置可包括光感测单元102以及曝光时间调整电路104，光感测单元102耦接曝光时间调整电路104。影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可接收包括影像信息的光信号而产生感测信号S1，影像信息可包括指纹信息或掌纹信息。曝光时间调整电路104为整合至与光感测单元102连接的芯片内，例如软性电路板上与光感测单元102连接的指纹影像读取芯片、指纹识别算法芯片等，然不以此为限。
曝光时间调整电路104可依据光感测单元102提供的感测信号S1调整光感测单元102的曝光时间，举例来说，曝光时间调整电路104可依据感测信号S1的讯杂比来调整光感测单元102的曝光时间，例如当光感测单元102的曝光时间不足时，将可能造成感测信号S1的讯杂比偏低，曝光时间调整电路104可控制光感测单元102增加曝光时间长度，将感测信号S1的讯杂比提高至预设范围内，藉此将光感测单元102的曝光时间调整至适当的时间长度。值得注意的是，影像感测装置所包括的光感测单元102的数量并不以本实施例为限，在部分实施例中，影像感测装置可包括多个光感测单元102，曝光时间调整电路104可依据多个光感测单元102的多个感测信号调整多个光感测单元102的曝光时间，例如可依据多个感测信号的讯杂比的平均值调整各光感测单元102的曝光时间。
在部份实施例中，曝光时间调整电路104也可依据感测信号S1包括的影像信息所对应的电压值来调整光感测单元102的曝光时间。举例来说，光感测单元102可在不同时间点产生的对应指纹波峰的感测信号S1以及对应指纹波谷的的感测信号S1，曝光时间调整电路104可依据感测信号S1判断对应指纹波峰的电压与对应指纹波谷的电压的电压差，由于当光感测单元102的曝光时间恰当时，此电压差将大于默认电压差，因此曝光时间调整电路104可依据此电压差来调整光感测单元102的曝光时间，使此电压差大于默认电压差，藉此将光感测单元102的曝光时间调整至适当的时间长度。此外，在影像感测装置包括多个光感测单元102的实施例中，在不同位置的多个光感测单元102可分别产生对应指纹波峰的感测信号S1或对应指纹波谷的的感测信号S1，曝光时间调整电路104可依据多个光感测单元102产生的感测信号S1判断对应多个指纹波峰的平均电压与对应多个指纹波谷的平均电压的电压差，并依据此电压差调整各光感测单元102的曝光时间。
在其它实施例中，曝光时间调整电路104还可依据感测信号S1与默认电压阀值的比较结果调整光感测单元102的曝光时间。由于在光感测单元102的曝光时间过短时，将造成感测信号S1的电压值过小，因此曝光时间调整电路104可依据感测信号S1是否大于默认电压阀值来调整光感测单元102的曝光时间，使感测信号S1的电压值大于默认电压阀值，藉此将光感测单元102的曝光时间调整至适当的时间长度。值得注意的是，在部份实施例中，曝光时间调整电路104可将感测信号S1与多个不同的默认电压阀值进行比较，例如当感测信号S1的电压介于不同的默认电压阀值区间时，曝光时间调整电路104可对应地将光感测单元102的曝光时间调整至对应的时间长度，如此可更细致地调整光感测单元102的曝光时间。在影像感测装置包括多个光感测单元102的实施例中，曝光时间调整电路104可依据多个光感测单元102产生的感测信号S1的平均电压值与一个默认电压阀值或多个默认电压阀值的比较结果调整各光感测单元102的曝光时间。
如此藉由整合至与光感测单元102连接的芯片内的曝光时间调整电路104来调整光感测单元102的曝光时间，可不需如先前技术般藉由其它的外部装置来进行曝光时间调整，因此可大幅提高影像感测装置的曝光时间调整效率，有效降低影像感测装置的生产成本。此外，由于曝光时间调整电路104可直接依据光感测单元102提供的感测信号S1来进行曝光调整，而不需经由其它的外部装置再对感测信号S1进行信号转换等前置处理，因此可避免信号转换处理过程中出现错误的情形发生，进而有效降低曝光时间调整的失败率。
图2是依照本发明另一实施例的影像感测装置的示意图，请参照图2。在本实施例中，光感测单元102可包括光电转换单元D1、寄生电容C1、重置晶体管M1、放大晶体管M2以及选择晶体管M3。重置晶体管M1的第一端耦接重置电压Vrst，重置晶体管M1的控制端耦接曝光时间调整电路104。光电转换单元D1可例如为光电二极管，然不以此为限，其阴极与阳极分别耦接重置晶体管M1的第二端与基准电压VB(在本实施例基准电压VB为接地，然不以此为限)，寄生电容C1产生于光电转换单元D1与重置晶体管M1的共同接点与基准电压VB之间。放大晶体管M2的第一端与第二端分别耦接电源电压Vdd与选择晶体管M3的第一端，选择晶体管M3的第二端耦接曝光时间调整电路104，选择晶体管M3的控制端则耦接选择控制信号SEL。此外，在本实施例中曝光时间调整电路104可包括读出电路202以及控制电路204，读出电路202耦接选择晶体管M3的第二端以及控制电路204，控制电路204还耦接重置晶体管M1的控制端。
重置晶体管M1可受控于控制电路204输出的重置控制信号RST而于重置期间被导通，并于曝光期间被断开，藉由调整重置晶体管M1的导通状态可控制曝光期间的时间长度。其中在重置期间，重置电压Vrst可透过重置晶体管M1重置放大晶体管M2的控制端的电压。而在曝光期间，重置电压Vrst被进入断开状态的重置晶体管M1隔离而无法影响放大晶体管M2的控制端的电压。此时光电转换单元D1转换光信号转换产生的光电转换信号将使得放大晶体管M2的控制端的电压下降电压差ΔV，此电压差ΔV可经放大晶体管M2转换为感测信号S1而传送至选择晶体管M3的第一端。选择晶体管M3可受控于选择控制信号SEL将感测信号S1传送至读出电路202。
读出电路202可依据感测信号S1产生读出信号给控制电路204，控制电路204则可依据读出信号控制光感测单元的曝光时间。进一步来说，控制电路204可依据读出信号判断感测信号S1的讯杂比、对应指纹波峰的电压与对应指纹波谷的电压的电压差以及感测信号S1的电压值等信息，并依据图1实施例说明的方式调整光感测单元102的曝光时间，由于图1实施例已详细说明其调整方式，因此在此不再赘述。
图3是依照本发明的实施例的一种影像感测装置的曝光时间调整方法流程图，请参照图3。由上述实施例可知，影像感测装置的曝光时间调整方法可至少包括下列步骤。首先，提供整合于芯片内的曝光时间调整电路(步骤S302)，其中芯片可例如为软性电路板上与光感测单元连接的指纹影像读取芯片、指纹识别算法芯片等，然不以此为限。接着，曝光时间调整电路接收光感测单元感测包括影像信息的光信号而产生的感测信号(步骤S304)，其中影像信息可包括指纹信息或掌纹信息。然后再依据感测信号调整光感测单元的曝光时间(步骤S306)。举例来说，曝光时间调整电路可依据感测信号的讯杂比调整光感测单元的曝光时间，或依据对应指纹波峰的电压与对应指纹波谷的电压的电压差调整光感测单元的曝光时间，亦或是依据感测信号与至少一默认电压阀值的比较结果调整光感测单元的曝光时间。在影像感测装置包括多个光感测单元的实施例中，曝光时间调整电路可依据多个光感测单元的多个感测信号调整各光感测单元的曝光时间，例如依据多个感测信号的讯杂比的平均值调整各光感测单元的曝光时间，或依据多个感测信号判断对应多个指纹波峰的平均电压与对应多个指纹波谷的平均电压的电压差，并依据此电压差调整各光感测单元的曝光时间，或依据多个感测信号的平均电压值与至少一默认电压阀值的比较结果调整各光感测单元的曝光时间。
综上所述，本发明的实施例将曝光时间调整电路整合至与光感测单元连接的芯片内，可直接依据光感测单元提供的感测信号来调整光感测单元的曝光时间，而不需藉由外部主机来进行曝光时间调整，因此可大幅提高调整影像感测装置的曝光时间的效率，有效降低影像感测装置的生产成本。此外，由于曝光时间调整电路可直接依据光感测单元提供的感测信号来进行曝光调整，而不需经由其它装置再对感测信号进行信号转换等前置处理，因此可避免信号转换错误的情形发生，有效降低曝光时间调整的失败率。
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 (18)

1.一种影像感测装置，其特征在于，包括：
至少一光感测单元，感测包括影像信息的光信号，而产生感测信号；以及
曝光时间调整电路，耦接所述光感测单元，所述曝光时间调整电路整合于与所述光感测单元连接的芯片内，依据所述感测信号调整所述光感测单元的曝光时间，
其中所述光感测单元包括：
重置晶体管，其第一端耦接重置电压，受控于所述曝光时间调整电路而于重置期间被导通，并于曝光期间被断开；
光电转换单元，耦接于所述重置晶体管的第二端与基准电压之间，将所述光信号转换为光电转换信号；
放大晶体管，其第一端耦接电源电压，所述放大晶体管的控制端耦接所述重置晶体管的第二端，反应所述光电转换信号的电压值而产生所述感测信号；以及
选择晶体管，耦接于所述放大晶体管的第二端与所述曝光时间调整电路之间，受控于选择控制信号而将所述感测信号输出至所述曝光时间调整电路。
2.根据权利要求1所述的影像感测装置，其特征在于，所述曝光时间调整电路依据所述感测信号的讯杂比调整所述光感测单元的曝光时间。
3.根据权利要求1所述的影像感测装置，其特征在于，所述影像信息包括指纹信息或掌纹信息，所述曝光时间调整电路依据所述感测信号判断对应指纹波峰的电压与对应指纹波谷的电压的电压差，依据所述电压差调整所述光感测单元的曝光时间。
4.根据权利要求1所述的影像感测装置，其特征在于，所述曝光时间调整电路依据所述感测信号与至少一预设电压阀值的比较结果调整所述光感测单元的曝光时间。
5.根据权利要求1所述的影像感测装置，其特征在于，所述光感测单元还包括：
寄生电容，产生于所述光电转换单元与所述重置晶体管的共同接点与所述基准电压之间，所述光电转换信号产生于所述光电转换单元与所述重置晶体管的共同接点上。
6.根据权利要求1所述的影像感测装置，其特征在于，所述影像感测装置包括多个光感测单元，所述曝光时间调整电路依据所述多个光感测单元的多个感测信号调整所述多个光感测单元的曝光时间。
7.根据权利要求6所述的影像感测装置，其特征在于，所述曝光时间调整电路依据所述多个感测信号的讯杂比的平均值调整所述多个光感测单元的曝光时间。
8.根据权利要求6所述的影像感测装置，其特征在于，所述影像信息包括指纹信息或掌纹信息，所述曝光时间调整电路依据所述多个感测信号判断对应多个指纹波峰的平均电压与对应多个指纹波谷的平均电压的电压差，依据所述电压差调整所述光感测单元的曝光时间。
9.根据权利要求6所述的影像感测装置，其特征在于，所述曝光时间调整电路依据所述多个感测信号的平均电压值与至少一预设电压阀值的比较结果调整所述多个光感测单元的曝光时间。
10.根据权利要求1所述的影像感测装置，其特征在于，所述曝光时间调整电路包括：
读出电路，耦接所述光感测单元，依据所述感测信号产生读出信号；以及
控制电路，耦接所述光感测单元以及所述读出电路，依据所述读出信号控制所述光感测单元的曝光时间。
11.一种影像感测装置的曝光时间调整方法，其特征在于，包括：
提供整合于与光感测单元连接的芯片内的曝光时间调整电路；
所述曝光时间调整电路接收所述光感测单元感测包括影像信息的光信号而产生的感测信号；以及
所述曝光时间调整电路依据所述感测信号调整所述光感测单元的曝光时间，
其中所述光感测单元包括：
重置晶体管，其第一端耦接重置电压，受控于所述曝光时间调整电路而于重置期间被导通，并于曝光期间被断开；
光电转换单元，耦接于所述重置晶体管的第二端与基准电压之间，将所述光信号转换为光电转换信号；
放大晶体管，其第一端耦接电源电压，所述放大晶体管的控制端耦接所述重置晶体管的第二端，反应所述光电转换信号的电压值而产生所述感测信号；以及
选择晶体管，耦接于所述放大晶体管的第二端与所述曝光时间调整电路之间，受控于选择控制信号而将所述感测信号输出至所述曝光时间调整电路。
12.根据权利要求11所述的影像感测装置的曝光时间调整方法，其特征在于，所述曝光时间调整电路依据所述感测信号的讯杂比调整所述光感测单元的曝光时间。
13.根据权利要求11所述的影像感测装置的曝光时间调整方法，其特征在于，所述影像信息包括指纹信息或掌纹信息，所述曝光时间调整电路依据所述感测信号判断对应指纹波峰的电压与对应指纹波谷的电压的电压差，并依据所述电压差调整所述光感测单元的曝光时间。
14.根据权利要求11所述的影像感测装置的曝光时间调整方法，其特征在于，所述曝光时间调整电路依据所述感测信号与至少一预设电压阀值的比较结果调整所述光感测单元的曝光时间。
15.根据权利要求11所述的影像感测装置的曝光时间调整方法，其特征在于，所述影像感测装置包括多个光感测单元，所述曝光时间调整电路依据所述多个光感测单元的多个感测信号调整所述多个光感测单元的曝光时间。
16.根据权利要求15所述的影像感测装置的曝光时间调整方法，其特征在于，所述影像信息包括指纹信息或掌纹信息，所述曝光时间调整电路依据所述多个感测信号的讯杂比的平均值调整所述多个光感测单元的曝光时间。
17.根据权利要求15所述的影像感测装置的曝光时间调整方法，其特征在于，所述影像信息包括指纹信息或掌纹信息，所述曝光时间调整电路依据所述多个感测信号判断对应多个指纹波峰的平均电压与对应多个指纹波谷的平均电压的电压差，依据所述电压差调整所述多个光感测单元的曝光时间。
18.根据权利要求15所述的影像感测装置的曝光时间调整方法，其特征在于，所述曝光时间调整电路依据所述多个感测信号的平均电压值与至少一预设电压阀值的比较结果调整所述多个光感测单元的曝光时间。
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