CN1312906C - 光电传感器系统及其驱动控制方法 - Google Patents

Abstract

在同时对光电传感器阵列的每行或其特定行逐步改变图象读取灵敏度的时候，光电传感器系统对对象图像执行灵敏度调节读取操作。检查关于被读取的对象图像的亮度数据的动态范围来了解它们关于图象读取灵敏度如何分布。根据该分布，有助于最佳图象读取状态的图象读取灵敏度被提取作为最佳图象读取灵敏度。

Description

光电传感器系统及其驱动控制方法

                      技术领域

本发明涉及一种具有通过二维排列多个光电传感器而构成的光电传感器阵列的光电传感器系统，和其驱动控制方法。

                      背景技术

成像装置，例如电子静像照相机、视频摄像机等已经被非常广泛地使用。这些成像装置采用固体成像装置，例如CCD(电荷耦合器件)，CCD用作将被摄物体的图象转换为图象信号的光电转换装置。如公知的，CCD具有这样的结构，其中光电传感器(光接收元件)例如光电二极管或薄膜晶体管(TFT：薄膜晶体管)排列成一个矩阵，并且相应于进入每个传感器的光接收部分的光量而产生的电子空穴对量(电荷量)由水平扫描电路和垂直扫描电路检测，来检测辐射辉度。

在使用这种CCD的光电传感器系统中，有必要分别向被扫描的光电传感器提供选择晶体管，用于使该被扫描的光电传感器呈现被选择的状态。代替该光电传感器和该选择晶体管的结合，现在正研制一种由具有所谓的双控制极(double-gate)结构并同时具有光电传感功能及选择功能的薄膜晶体管形成的光电传感器(在下文中称为双栅极光电传感器)。

图11A是示出双栅极光电传感器10的结构的截面图。图11B是示出双栅极光电传感器10的等效电路的电路图。

双栅极光电传感器10包括由非晶硅等形成的半导体薄膜11，n-硅层17和18，分别形成在n+硅层17和18上的源极和漏极12和13，经阻塞绝缘膜(block insulating film)14和上部栅极绝缘膜15形成在半导体薄膜11之上的顶栅极21，设置在顶栅极21上的保护绝缘膜20，和经下部栅极绝缘膜16位于半导体薄膜11之下的底栅极22。双栅极光电传感器10位于玻璃等形成的透明绝缘衬底19上。

换句话说，双栅极光电传感器10包括由半导体薄膜11、源极12、漏极13和顶栅极21组成的上部MOS晶体管，和由半导体薄膜11、源极12、漏极13和底栅极22组成的下部MOS晶体管。如图11B的等效电路所示，双栅极光电传感器10被认为包括两个MOS晶体管，该两个MOS晶体管具有由半导体薄膜11所形成的共同沟道区、TG(顶栅极端)、BG(底栅极端)、S(源极端)和D(漏极端)。

保护绝缘膜20、顶栅极21、上部栅极绝缘膜15、阻塞绝缘膜14和下部栅极绝缘膜16都由具有对可见光高透射比的材料形成，用于激活半导体薄膜11。从顶栅极21侧进入传感器的光穿过顶栅极21、上部栅极绝缘膜15和阻塞绝缘膜14，然后进入半导体薄膜11，从而在沟道区产生并积累电荷(正空穴)。

图12是示出由二维排列的双栅极光电传感器10所构成的光电传感器系统的示意图。如该图所示，光电传感器系统包括由排列在nxm矩阵中的大量双栅极光电传感器10构成的传感器阵列100，沿行方向分别连接双栅极光电传感器10的顶栅极端TG和底栅极端BG的顶和底栅极线101和102，分别连接顶和底栅极线101和102的顶和底栅极驱动器111和112，沿列方向分别连接双栅极光电传感器10的漏极端D的数据线103，以及连接到数据线103的输出电路部分113。

φtg和φbg表示分别用于产生复位脉冲φTi和读出脉冲φBi的控制信号，这将在下面说明，φpg表示用于控制在何时施加预充电电压Vpg的定时的预充电脉冲。

在上述结构中，如下所述，光电传感功能通过从顶栅极驱动器111向顶栅极端TG施加预定电压来实现，同时，读出功能通过从底栅极驱动器112向底栅极端BG施加预定电压，然后经数据线103将光电传感器10的输出电压送给输出电路部分113，并输出串行数据Vout来实现。

图13A至13D是示出控制光电传感器系统的方法并示出传感器阵列100的第i行中的检测周期(第i行处理周期)的时间图。首先，图13A所示的高电平脉冲电压(复位脉冲；例如，Vtg＝+15V)φTi被施加到第i行的顶栅极线101，并且在复位周期T_reset期间，执行复位操作，用于对第i行的双栅极光电传感器10的放电。

随后，低电平(例如，Vtg＝-15V)的偏压φTi被施加到第i行的顶栅极线101，从而结束复位周期T_reset，并启动电荷积累周期Ta，在该电荷积累周期Ta，沟道区被充电。在电荷积累周期Ta期间，相应于从顶栅极侧进入每个传感器的光量的电荷(正空穴)积累在沟道区中。

然后，和预充电电压Vpg一起在图13C中示出的预充电脉冲φpg在电荷积累周期Ta期间被施加到数据线103，并且在使漏极13保持充电的预充电期T_prch之后，图13B所示的高电平(例如，Vbg＝+10V)偏压(读出脉冲φBi)被施加到第i行的底栅极线102，此时，第i行的双栅极光电传感器10被打开，来启动读出周期T_rcad。

在读出周期T_read期间，积累在沟道区中的电荷用来使低电平电压(例如，Vtg＝-15V)缓和适中，该低电平电压具有与积累在沟道区中的电荷极性相反的电荷并且被施加到每个顶栅极端TG。因此，n型沟道由每个底栅极端BG的电压Vbg形成，在预充电电压Vpg被施加以后，数据线103的电压VD随时间的逝去根据漏极电流逐渐降低。更详细地，在电荷积累周期Ta恒定的情况中，数据线103的电压VD中的变化趋势取决于所接收的光量。如图13D所示，当入射光暗淡即少量的光被接收时，电压VD趋向于逐渐降低，因此仅少量电荷被积累，然而当入射光明亮即大量的光被接收时，电压VD趋向于突然降低，因此大量电荷被积累。可以理解，辐射量能够通过在读出周期T_read开始以后检测数据线103的电压VD一个预定周期，或通过检测一个所需的周期直到电压VD达到预定门限电压为止来计算。图象读取灵敏度对应于电荷积累周期Ta。假定光量恒定，随着电荷积累周期Ta的增加，积累的电荷量增加并且图象读取灵敏度增强。同样地，随着电荷积累周期Ta的减少，积累的电荷量减少并且图象读取灵敏度降低。

图象读取通过顺序地对传感器阵列100的每一行执行上述驱动控制，通过在驱动脉冲不重叠的不同定时以并行方式对每一行执行控制来完成。

虽然以上已经说明了使用双栅极光电传感器作为光电传感器的情况，但是连使用光电二极管或光电晶体管作为光电传感器的光电传感器系统也具有操作步骤：复位操作→电荷积累操作→预充电操作→读取操作，并使用类似的驱动顺序。以上的传统光电传感器系统具有以下问题。

(1)为了在使用上述光电传感器的光电传感器系统中读取各种使用环境中的对象图像(subject image)，图象读取灵敏度(电荷积累周期)必须被适当地设置。适当的图象读取灵敏度随周围条件例如使用环境中的外部光的辉度(illuminance)的变化而变化，并且还在光电传感器的特性变化时变化。因此，在现有技术中，用于检测外部光的辉度的电路必须被另外配置。换句话说，例如对象图像在该对象图像的正常读取操作开始以前以不同的图象读取灵敏度被读取，并且最佳图象读取灵敏度必须根据读取的结果来确定。但是，还没有研究出来基于对每个图象读取灵敏度的这种读取结果，无条件地并自动地设置适当的图象读取灵敏度的读取灵敏度设置方法，该读取结果是通过以不同图象读取灵敏度执行的操作而获得的。

(2)如果在基于灵敏度调节读取操作的结果设置读取灵敏度过程中，杂质粘附在光电传感器的传感表面或在光电传感元件中产生缺陷，并且对每个图象读取灵敏度而得到的读取结果被直接使用，所述的每个图象读取灵敏度在读取操作中所获得，那么异常值就会被包含在读取结果中，导致不能设置适当的图象读取灵敏度，并阻碍了对象图像的精确读取操作。例如，当该光电传感器系统被应用于指纹读取装置时，该装置可能在指纹识别处理中发生故障。

                      发明内容

本发明的目的是提供一种读取灵敏度设置方法，为了在各种使用环境中精确地读取对象图像，在光电传感器系统中无条件地、自动地设置适当的图象读取灵敏度。本发明的优点在于，设置图象读取灵敏度中的任何故障都被防止，即使杂质粘附在光电传感器的传感表面，或者是光电传感元件变得有缺陷。

为了实现上述优点，按照本发明的光电传感器系统包括：光电传感器阵列，通过二维排列多个光电传感器而构成；图象读取装置，用于使用光电传感器阵列读取对象图像；灵敏度调节读取装置，用于改变光电传感器阵列的特定行部分的光电传感器的图象读取灵敏度，并逐步读取对象图像；最佳图象读取灵敏度提取装置，根据关于对象图像的图案的预定测量量，提取适合图象读取操作的最佳图象读取灵敏度，该对象图像由灵敏度调节读取装置读取；以及读取灵敏度设置装置，用于设置最佳图象读取灵敏度作为图象读取装置的读取灵敏度。

在系统中，最佳图象读取灵敏度提取装置提取每个图象读取灵敏度的测量量的动态允许范围内的图象读取灵敏度。读取灵敏度设置装置设置所提取的图象灵敏度为最佳图象读取灵敏度。因此，灵敏度调节读取操作所需的时间可以减少，并且须经最佳图象读取灵敏度的提取处理的数据量可以减少，从而所需的时间可以减少。

在该情况下，装有异常像素确定装置，用于通过在图象读取灵敏度逐个切换时检查关于特定行部分并对应于每列的测量量是否变化，来确定在特定行部分是否存在任何异常像素。还装有灵敏度调节读取控制装置，用于对除确定异常像素存在的特定行部分以外的特定行部分执行灵敏度调节读取操作。通过该结构，即使在对其执行灵敏度调节读取操作的特定行部分中存在异常像素，另一个特定行部分也被选择来避免该异常像素可能具有的不利影响。

本发明的另外的目的和优点将在以下的说明中提出，并且将通过说明而部分地明显，或者可以通过发明的实践而了解。本发明的目的和优点可以通过在下文中特别指出的手段和合并来实现和获得。

                      附图说明

结合于说明书中并构成说明书一部分的相应附图说明了本发明的实施例，并和以上给出的一般说明及下面给出的实施例的详细说明一起，用于解释本发明的原理。

图1是示出按照本发明的光电传感器系统的配置的框图；

图2是示出按照本发明应用于光电传感器系统的控制器的配置的框图；

图3是示出第一实施例的操作的流程图；

图4示出了按照第一实施例对其执行灵敏度调节读取操作的光电传感器阵列的特定行部分，该特定行部分相对于一个对象而被说明；

图5A-5E是各自示出相对于读取操作所执行的次数，在第一实施例中通过灵敏度调节读取操作而获得的特定行部分中的亮度数据方面的变化的图；

图6是示出第一实施例中动态范围相对于读取操作所执行的次数如何变化的图；

图7是示出第二实施例的操作的流程图；

图8示出了按照第二实施例对其执行灵敏度调节读取操作的光电传感器阵列的特定行部分，该特定行部分相对于一对象图像被说明；

图9A-9E是示出相对于读取操作所执行的次数，在第二实施例中特定行部分上的亮度数据如何变化的图；

图10A-10L是示出应用于在第一和第二每个实施例中所执行的灵敏度调节读取操作的图象读取灵敏度设置方法的实施例的时间图；

图11A是示出传统双栅极光电传感器结构的截面图；

图11B是示出双栅极光电传感器的等效电路图；

图12是示出通过二维排列的双栅极光电传感器构成的光电传感器系统的示意图；

图13A-13D是示出双栅极光电传感器系统的传统驱动方法的时间图。

                    具体实施方式

将参考附图的几个图详细说明根据本发明的控制光电传感器系统的方法。虽然在下述实施例中，双栅极光电传感器被用作光电传感器，但是本发明不限于双栅极光电传感器，而是还可使用其它类型的光电传感器而用于光电传感器系统。

图1是示出按照本发明的光电传感器系统的配置的框图。使用了图11A所示的双栅极光电传感器，并且如果必要，将参考图12所示的光电传感器系统的配置。与图12所示的光电传感器系统中相同的参考号表示相同的部分。

如图1所示，按照实施例的光电传感器系统包括光电传感器阵列100，该光电传感器阵列100包括图11A所示的二维排列的双栅极光电传感器10，顶栅极驱动器111，用于在预定定时将预定复位脉冲施加到每个双栅极光电传感器10的顶栅极端TG，底栅极驱动器112，用于在预定定时将预定读出脉冲施加到每个双栅极光电传感器10的底栅极端BG，输出电路部分113，它由放大器116、列开关114和预充电开关115构成，该列开关114和预充电开关115分别用于读取数据线电压和将预充电电压施加到每个双栅极光电传感器10，模拟/数字转换器(在下文中称为A/D转换器)117，用于将作为模拟信号的读取数据电压转换为作为数字信号的图象数据，控制器120，用于控制由光电传感器阵列100读取对象图像的操作并且与外部功能部分200交换数据，而且该控制器120控制在本发明中设置的灵敏度，以及RAM130，它存储例如读取图象数据、与后面描述的读取灵敏度的设置有关的数据。

包括光电传感器阵列100、顶栅极驱动器111、底栅极驱动器112和输出电路部分113的结构和图12所示的光电传感器系统相同且具有相同的功能。除该结构外，这个实施例采用A/D转换器117、控制器120和RAM130来实现如下所述的各种类型的控制。

控制器120将控制信号φtg和φbg分别输出给顶和底栅极驱动器111和112，它们依次分别向光电传感器阵列100的每个双栅极光电传感器10的顶栅极端TG和底栅极端BG输出预定电压(复位脉冲和读出脉冲)。控制器120还向预充电开关115输出控制信号φpg来控制读取对象图像操作的执行。经列开关114和放大器116从光电传感器阵列100读取的数据线电压被A/D转换器117转换为数字信号并作为图象数据提供。控制器120还具有对图象数据执行预图象处理、将图象数据写入或读出RAM130的功能。控制器120用作与外部功能部分200连接的接口，该外部功能部分200执行预处理，例如图象数据识别、修改等。

控制器120具有另一种功能：控制将要输出给顶和底栅极驱动器111和112的控制信号，以根据周围环境例如外部光的辉度，设置用于读取对象图像的最佳读取灵敏度，即对每个双栅极光电传感器10的最佳电荷积累周期。

如将在下面所述的，按照本发明实施例的光电传感器系统驱动控制方法是基于该光电传感器系统的配置。

<第一实施例>

按照本发明的光电传感器系统驱动控制方法的第一实施例将参考附图的几个图进行描述。

第一实施例的特征在于，它相对于光电传感器阵列的特定行部分中的光电传感器以多级(stage)改变图象读取灵敏度，并相对于特定行部分读取对象图像。

图2是示出应用于第一实施例的控制器120的配置的框图。如该图所示，控制器120包括装置控制器121，用于控制顶栅极驱动器111、底栅极驱动器112和输出电路部分113；数据控制器122，用于管理各种数据例如给RAM130的图象数据、写数据和读出数据；以及主控制器123，用于监督控制器121和122和与外部功能部分连接的接口。

控制器120进一步包括数据比较器124，用于根据经A/D转换器117从光电传感器阵列100作为数字信号输入的图象数据，比较特定测量数据的大小来提取最大和最小值；加法器125，它具有计算例如测量数据之间的差值的功能；数据选择器126，用于经A/D转换器117、数据比较器124和加法器125接收处理过的图象数据，并根据所接收的数据切换写入RAM/从RAM读出、再输入数据比较器124和加法器125，然后经数据控制器122输出给外部功能部分；以及灵敏度设置寄存器127，用于改变从装置控制器121将要输出给顶和底栅极驱动器111和112的控制信号，以便根据来自数据控制器122的控制信号最佳化光电传感器阵列的读取灵敏度。

使用上述控制器120的光电传感器系统的操作控制方法中的第一实施例的操作将参考图3说明。图3是示出直到最佳图象读取灵敏度设置为止所执行的操作的流程图，而图4示出了按照该实施例对其执行灵敏度调节读取操作的光电传感器阵列的特定行部分，该特定行部分相对于对象图像被图示说明。该操作将通过适当参考图1和2所示光电传感器系统的配置来说明。

在图3的S11(灵敏度调节读取操作)中，主控制器123进行控制，经数据控制器122在灵敏度设置寄存器127中为灵敏度调节读取操作设置图象读取灵敏度，并且在对对象图像的各特定行部分逐步改变图象读取灵敏度的同时，执行以多个不同灵敏度读取对象图像的灵敏度调节读取操作。这些操作在对象图像的正常读取操作之前执行。应当注意，应用于第一实施例的灵敏度调节方法的灵敏度调节读取操作使用光电传感器阵列100来执行，在该光电传感器阵列100中，如图4所示，光电传感器以256行×196列的矩阵模式为单位来排列。在该光电传感器阵列中，中间行(即，第n/2行)或其附近的几行被看作特定行部分，并且与特定行部分相应的光电传感器10被复位。此后，预充电操作和读出操作以这样的方式在预定定时被重复执行，使得电荷积累周期(图象读取灵敏度)逐步改变。换句话说，使图象读取灵敏度与读取操作执行的次数相对应地变化。数据被存储在RAM130中，例如以(读取操作的次数)对(图象读取灵敏度对应表)的表的形式。用于设置图象读取灵敏度的特定方法将在下面说明。

在图3的S12(图象数据转换步骤)中，由灵敏度调节读取操作所读取的图象数据经放大器116和A/D转换器117转换为数字信号。数字信号被提供给控制器120的数据比较器124作为与对象图像的明/暗图案相应的亮度数据。该亮度数据由例如256灰度级来表示。相应于每个读取操作的图象数据被转换为在0-255的范围内的亮度数据值并存储在数据比较器124中。特定示例在图5A-5E中示出。图5A-5E示出了读取操作已经在特定行部分的一行中执行了预定次数时所获得的亮度数据，并且其中图象读取灵敏度随读取操作所执行的次数的增加而增加。例如，图5A-5E示出了当读取操作已经被执行了16次(图5A)，32次(图5B)，64次(图5C)，96次(图5D)和128次(图5E)时亮度数据在列中如何变化。当读取操作已经执行了16次和32次时所获得的亮度数据是其中图象读取灵敏度低的数据。由于灵敏度这样不足，所以其中有些列数据值为“0”(下限)。另一方面，读取操作已经执行了96次和128次时所获得的亮度数据是其中图象读取灵敏度高的数据。由于灵敏度非常高，所以其中有些列数据值为“255”(上限)。

在图3的S13(提取相对于读取操作被执行的次数的最大值和最小值的步骤)中，相对于读取操作被执行的次数的最大值和最小值从提供给数据比较器124的亮度数据提取。被提取的最大和最小值输出给加法器125。换句话说，表示最大值的亮度数据值(即最亮像素的灰度级)和表示最小值的亮度数据值(即最暗像素的灰度级)每当读取操作执行时被提取。

接下来，在图3的S14(计算相对于读取操作所执行的次数的动态范围的步骤)中，加法器125计算相对于读取操作所执行次数的亮度数据的最大和最小值之间的差值作为动态范围。该计算的结果通过使用数据选择器126存储在RAM130中。该动态范围计算步骤每当进行读取操作时被执行。

在图3的S15(提取呈现最大动态范围的读取操作的步骤)中，数据选择器126相对于读取操作所执行的次数从RAM130读出读取操作的动态范围，并且读出的动态范围被提供给数据比较器124。在相对于读取操作所执行次数的动态范围变化趋势(图6)的基础上，动态范围的最大值DLmax相对于读取操作所执行的次数而被确定，并且相应于所确定的最大值的次数Rca而被提取。在图5A-5E所示的示例中，在第16和第32次读取操作中所获得的亮度数据具有在下限(＝0)饱和的最小值，而在第96和第128次读取操作中所获得的亮度数据具有在上限(＝255)饱和的最大值。相反，在第64次读取操作中所获得的亮度数据没有在上或下限饱和的值。结果，在第64次读取操作中所获得的亮度数据的动态范围大于其它亮度数据的动态范围。因此，最大值是DLmax，相应于该最大值的读取操作数RCa是64。

接下来，图3的S16(参照和提取灵敏度的步骤)根据读取操作的被提取数Rca来执行。在该步骤中，相应于读取操作数RCa的图象读取灵敏度(即电荷积累周期)通过参照存储在RAM130中的表来提取，即[读取操作次数RCa]对[图象读取灵敏度对应表]的表。

在图3的S17(设置被提取的灵敏度的步骤)中，主控制器123使数据控制器122在灵敏度设置寄存器127中重写数据，以便灵敏度设置寄存器127的图象读取灵敏度被设置为被提取的图象读取灵敏度。这样就结束了基于灵敏度调节读取操作的最佳图象读取灵敏度设置。

按照第一实施例的灵敏度设置方法，光电传感器阵列的一个或多个特定行(特定行部分)被选择，并且灵敏度调节读取操作(以预定间隔重复地读取对象图像)在复位操作以后在选择的特定行部分中执行。从而，对象图像能够以图象读取灵敏度(电荷积累周期)逐步改变的方式被读取，从而灵敏度调节读取操作所需的时间能够尽可能地短。

与根据相应于一帧的传统读取图象数据来提取最佳图象读取灵敏度相比，第一实施例使用相应于一个或几个特定行(特定行部分)的图象数据。从而用于最佳图象读取灵敏度的提取的数据量能够被极大地减少，带来处理负载的显著降低。此外，最佳图象读取灵敏度设置所需的时间能够被极大地缩短。

再有，灵敏度调节读取操作限于特定行部分。与对光电传感器阵列的整个光接收区执行灵敏度调节读取操作的传统情况相比，第一实施例极大地降低了可能由粘附在目标区的杂质、光电传感器的缺陷元件等造成的异常像素(丢失点或闪烁点)混入的可能性。从而极大地降低了因这种异常像素的存在而会设置不适当图象读取灵敏度的可能性。因此，防止了指纹识别处理中的故障。

在第一实施例中，特定行部分是n行×m列(n＝256，m＝196)的矩阵中的中间行(第n/2行)和位于其附近的几行。不用说，本发明不限于此。特定行部分可以从任何区域选择，只要该区域显示对象图像的清晰亮度图案(对比度)。例如，特定行部分可以是位于中间行附近的行，或者可以从另一个区域选择。

<第二实施例>

按照本发明的光电传感器系统驱动控制方法的第二实施例将参考附图被说明。

在上述的第一实施例中，灵敏度调节读取操作对特定行部分的一行或几行执行。与对光电传感器阵列的整个光接收区或其被选择区须经读取操作的情况相比，这极大地降低了异常像素存在于目标特定行部分中的可能性。然而，异常像素存在于特定行部分中的可能性绝不是“零”。

和第一实施例一样，第二实施例旨在可靠地防止灵敏度调节读取操作对特定行部分的一行或几行执行时异常像素可能具有的不利影响。应用于第二实施例的控制器在结构上类似于第一实施例中采用的控制器120并由图2所示的结构框图来表示。

图7是说明在本发明的第二实施例中控制器120如何控制光电传感器系统的操作的流程图。在该流程图中，图示说明了直到最佳图象读取灵敏度设置为止所执行的操作。图8示出了按照第二实施例对其执行灵敏度调节读取操作的光电传感器阵列的特定行部分，该特定行部分相对于对象图像而被图示说明为Rp。在以下说明中，如果需要，将对图1和2所示的光电传感器系统的结构进行参考。类似或相应的结构元件将由与第一实施例的说明中所用的相同的参考标号来表示，并且将对这样的结构元件给予简化的说明。

应用于第二实施例的灵敏度调节方法的灵敏度调节读取操作对光电传感器阵列100的特定行部分Rp执行，其中光电传感器以256行×196列的矩阵模式为单元排列，如图8所示。在以下说明中，假定异常像素IL3存在于特定行部分Rp和列Lp的位置，并且假定由于粘附在光电传感器阵列的传感表面的杂质、光电传感器的缺陷元件等原因，该位置的亮度数据值为“0”。

图7的步骤S21(灵敏度调节读取操作)以类似于第一实施例的S11的方式被执行。即，相应于图8所示的光电传感器阵列100的特定行部分Rp的光电传感器以这样的方式被控制，在该方式中电荷积累周期(即图象读取灵敏度)以预定间隔逐步改变。以多个图象读取灵敏度对对象图像进行灵敏度调节读取操作，所述的多个图象读取灵敏度对应于读取操作已经被执行的次数。这些操作在对象图像的正常读取之前被执行。

图7的步骤S22(图象数据转换步骤)以类似于第一实施例的S12的方式被执行。由灵敏度调节读取操作所读取的图象数据被转换为亮度数据。亮度数据被提供给控制器120并存储在RAM130中。一个特别的例子显示在图9A-9E中。象图5A-5E一样，图9A-9E示出了当读取操作在特定行部分(例如在此情况下是一行)中已被执行了16次(图9A)，32次(图9B)，64次(图9C)，96次(图9D)和128次(图9E)时亮度数据在列中如何变化。如图8所示，亮度数据包括由异常像素IL表示在列数Lq处的最小值“零”的亮度数据。当读取操作已经被执行16次和32次时所获得的亮度数据是其中图象读取灵敏度低的数据。由于灵敏度这样不足，所以其中有些数据值为“0”(下限)的列。另一方面，读取操作已经被执行了96次和128次时所获得的亮度数据是其中图象读取灵敏度高的数据。由于灵敏度非常高，所以其中有些数据值为“255”(上限)的列。

接下来，图7所示的步骤S23(从每个读取操作的数据中提取并比较相同列数据的步骤)被执行。在该步骤中，数据选择器126从存储在RAM130中的相应于每个读取操作的亮度数据中提取该相同列的亮度数据。被提取的亮度数据提供给数据比较器124，以便比较该相同列的亮度数据。

然后，图7所示的步骤S24(确定相同列数据中的变化的步骤)被执行。该步骤用于确定在每个读取操作之后是否有亮度数据保持相同的列。

如果有亮度数据不变的列，那么相应于该列的像素被看作异常像素，而且对其执行灵敏度调节读取操作的特定行部分被确定为包含异常像素。

如果没有亮度数据保持相同的列，对其执行灵敏度调节读取操作的特定行部分被确定为不包含异常像素。

该确定的结果从数据比较器124提供给主控制器123。在图9A-9E所示的例子中，出现异常像素IL，并且相应于列数Lq的亮度数据为“0”而无论读取操作被执行的次数为多少。换句话说，在每个读取操作之后有亮度数据保持相同的列，并且行Rq被确定为包含异常像素。

将给出一种特定方法的说明，该特定方法通过检测在每个读取操作之前和之后是否有亮度数据没有改变的列来检验异常像素的有/无。例如，灵敏度调节读取操作可以被控制如下：根据由第一次读取操作所获得的列上的亮度数据对各列分别设置标记。将由随后的读取操作所获得的亮度数据与第一次读取操作所获得的亮度数据比较。对每一列执行该比较。如果列上的亮度数据和原始的亮度数据不同，那么相应于该列的标记被复位。只要像素是正常的，像素上的亮度数据就随着图象读取灵敏度的变化而变化。因此，像素的标记被复位。另一方面，如果像素是异常的，在包含异常像素的列上的亮度数据甚至在图象读取灵敏度变化时也不改变。亮度数据的值是上限值、下限值或二者之间的一恒定值。因此，标记连续处于设置状态中。由此可见，在要对其执行灵敏度调节读取操作的特定行部分中出现的异常像素能够通过监视标记的状态来检测。

如果步骤S24(确定相同列数据的变化的步骤)确定存在异常像素，那么图7所示的步骤S25(改变要对其执行灵敏度调节读取操作的特定行部分的步骤)就被执行。在该步骤中，主控制器123使装置控制器121改变要对其执行灵敏度调节读取操作的特定行部分。此后，从S21(灵敏度调节读取操作)开始的操作被再次执行。仅要求对其新执行的灵敏度调节读取操作的特定行部分是除了检测到异常像素IL的特定行部分以外的另一特定行部分。例如，另一特定行部分可以是在上部或下部区域中邻近行Rp的部分，或者可以是远离该行部分预定行数的部分。步骤S21-S24中的处理被重复执行，直到要对其执行灵敏度调节读取操作的特定行部分被确定为不包含异常像素为止。

如果步骤S24(确定相同列数据的变化的步骤)确定要对其执行灵敏度调节读取操作的特定行部分中不存在异常像素，那么图7所示的步骤S26(提取每个读取操作中的最大值和最小值的步骤)就被执行。在该步骤中，最大和最小值从每个读取操作中所获得的亮度数据中提取并提供给数据比较器124，并且输出给加法器125，如第一实施例的步骤S13。

随后，图7所示的步骤S27(计算每个读取操作中的动态范围的步骤)、步骤S28(提取呈现最大动态范围的读取操作的步骤)、步骤S29(参照和提取灵敏度的步骤)和步骤S30(设置所提取的灵敏度的步骤)被顺序执行。这些步骤类似于上述第一实施例的步骤S14-S17。即，每个读取操作中所获得的亮度数据的动态范围被加法器计算，然后，数据比较器124检验相对于读取操作被执行的次数的动态范围变化趋势(图31)，并检测动态范围最大的读取操作。相应于该读取操作的图象读取灵敏度(电荷积累周期)被设置在灵敏度设置寄存器127中，从而结束了基于灵敏度调节读取操作的最佳图象读取灵敏度设置。

在第二实施例的灵敏度设置方法中，如果由粘附在光电传感器阵列的传感表面的杂质、光电传感器的任何缺陷元件等造成的异常像素存在于要对其执行灵敏度调节读取操作的特定行部分中，那么这样的异常像素能够被容易地检测到。在该检测的基础上，对不存在异常像素的另一特定行部分执行灵敏度调节读取操作。这样，与不包含异常像素的特定行部分相应的亮度数据被获得作为灵敏度调节的亮度数据。即使原先为灵敏度调节读取操作选择的特定行部分包含异常像素，也能够消除由该异常像素产生的不利影响。

此外，根据由灵敏度调节读取操作所获取的亮度数据的动态范围，最佳图象读取灵敏度被无条件地确定。因此，甚至在灵敏度调节读取操作要对与原先选择的特定行部分不同的特定行部分执行时，图象读取灵敏度也保持最佳。对对象图像的正常读取操作能够以可靠的方式被执行，而不管周围条件例如环境的照明状态如何。因此，防止了指纹识别处理等中的故障。

在上述的第一和第二实施例中，要对其执行灵敏度调节读取操作的特定行部分被预先确定，例如在光电传感器的中央。本发明不限于此。即，特定行部分不必预先指定。例如对象图像的整个区域或其预定区域可以以任意图象读取灵敏度被读取。在这种情况下，最适于图象读取的特定行部分或区域被提取，并且根据所提取的数据可以确定一个特定行部分或几个特定行部分。

适用于上述实施例中的灵敏度调节读取操作的图象读取灵敏度(电荷积累周期)设置方法将参考附图中的几个图来说明。在下面的说明中，如果需要，将对图1和2所示的光电传感器系统的结构和图11和12所示的光电传感器系统的结构进行参考。

图10A-10L是说明灵敏度调节读取操作的实施例的定时图，该灵敏度调节读取操作适用于第一和第二实施例的灵敏度调节读取操作。在以下说明中，假定要对其执行灵敏度调节读取操作的一个特定行部分是位于中心的行。

如图10A-10E所示，该实施例的图象读取灵敏度设置方法仅初始化图12所示的光电传感器阵列的中间行(第n/2行)即特定行的双栅极光电传感器。更详细地，应用于第一至第(n/2-1)行和第(n/2+1)至第n行的波φT1至φTn/2-1和φTn/2+1至φTn被设置为低电平，所述的第一至第(n/2-1)行和第(n/2+1)至第n行在顶栅极线101之中，该顶栅极线101在行方向上被连接到双栅极光电传感器10的顶栅极端TG，并且单个复位脉冲φTn/2仅应用于第n/2行。这样，复位周期T_reset开始，并且仅第(n/2)行的双栅极光电传感器10被初始化。

然后，复位脉冲φTn/2下降并且复位周期T_reset结束。此后，电荷积累周期开始，并且电荷(空穴)根据从它们的顶栅极端(21)侧进入第n/2行的双栅极光电传感器10的光量而在沟道区中产生并积累。

随后，如图10F-10K所示，为第n/2行的底栅极线102预定的预充电信号φpg和读出脉冲φBn/2以预定间隔Tint交替施加多次(x次，x：大于1的整数)。施加于第一至第(n/2-1)行和第(n/2+1)至第n行的底栅极线102的波形φB1至φBn/2-1和φBn/2+1至φBn被设置为低电平。

因此，如图10L所示，与复位周期T_reset的结束和读出时间T_read的开始(即读出脉冲φBn/2的施加)之间的电荷积累周期TB1、TB2、…、TBx中所积累的电荷一致地变化的漏极电压VD1、VD2、…、VDm被顺序读出。

通过该灵敏度调节读取操作，特定行部分的电荷积累周期以预定时间间隔Tint逐步增加。从而，通过以多个不同的图象读取灵敏度读取相应于特定行部分的图象的方式，图象数据被从对象图像中读取。

在上述灵敏度调节读取操作中，与一个特定行部分相应的光电传感器每次被复位，并且对它们重复执行读取操作。在此方面，应当注意，每个光电传感器中积累的电荷量可能被读出操作改变。为了解决这个问题，可以基于所执行的读取操作的次数和所积累的电荷量之间的对应按照实际的电荷积累周期校正每个读取操作的电荷积累周期。

如上所述，按照上述实施例的灵敏度设置方法，在同时逐步改变图象读取灵敏度的时候，对对象图像执行灵敏度调节读取操作。根据在每个图象读取灵敏度所获得的亮度数据的动态范围分布，保证最佳图象读取状态的图象读取灵敏度很容易被确定。该图象读取灵敏度(电荷积累周期)能够被用作最佳灵敏度，以便灵敏度设置能够自动地进行。而且，由于灵敏度设置处理能够使用实际对象来执行，所以没必要使用标准样品等。甚至当对象图像的亮度响应环境光的变化而改变时，最佳图象读取灵敏度也能够按照环境光的变化来设置。这就排除了使用为传感环境光特别设计的电路的需要。而且，即使光电传感器特性改变，从这些光电传感器所获得的图象数据也被用于确定最佳灵敏度。因此，由特性变化产生的不利影响能够被显著地抑制。

仅光电传感器阵列的特定行部分在灵敏度调节读取操作中被使用。可选地，异常像素的存在被确定，并且不包含异常像素的特定行部分被用于灵敏度调节读取操作。因此，图象读取灵敏度能够被设置在最佳值，而没有由于粘附在光电传感器阵列的传感表面的杂质、光电传感器元件的缺陷等而形成的异常像素所带来的不利影响。

在上述的每个实施例中，灵敏度调节读取操作在正常读取操作之前执行。本发明不限于此。例如，灵敏度调节读取操作可以在备用状态中执行，所述的备用状态，即，光电传感器系统工作但是对象还没有放置的状态。

此外，只要在对对象图像执行正常读取操作时，灵敏度调节读取操作就被描述为正在执行。本发明不限于此。例如，灵敏度调节读取操作可以仅在使用环境变化的时候或预定长度的时间已经过去的时候执行。

按照本发明应用于灵敏度设置处理的图象读取灵敏度(电荷积累周期)设置方法不限于以上的实施例。只要对象图像的图象数据能够以不同的读取灵敏度被获得，例如现有技术中描述的一系列过程：复位操作→电荷积累操作→预充电操作→读出操作能够以不同的读取灵敏度重复多次，从而以不同读取灵敏度获得图象数据。可选地，其它的方法也可以被使用。

Claims (18)

1.一种光电传感器系统，其特征在于包括

光电传感器阵列(100)，它通过二维排列多个光电传感器(10)而构成，

图象读取装置，用于通过光电传感器阵列(100)以预定读取灵敏度读取对象图像：

灵敏度调节读取装置，用于仅使用位于所述光电传感器阵列的所述多个光电传感器(10)中的一部分的特定行的光电传感器(10)，以多个不同的图象读取灵敏度，多次读取对应于所述特定行的位置的光电传感器的所述对象图像的一部分的相同位置的图像；

最佳图象读取灵敏度提取装置，用于根据与灵敏度调节读取装置所读取的所述多个不同图象读取灵敏度中的每一个的所述对象图像的一部分图像的相同位置的多个图像的图案相关的预定测量量，提取适于图象读取操作的最佳图象读取灵敏度；和

读取灵敏度设置装置，用于将该最佳图象读取灵敏度设置为图象读取装置的读取灵敏度。

2.按照权利要求1的系统，光电传感器阵列(100)的特定行部分的光电传感器(10)是光电传感器阵列(100)的几行的光电传感器(10)。

3.按照权利要求1的系统，光电传感器阵列(100)特定行部分的光电传感器(10)是光电传感器阵列(100)的一个特定行的光电传感器(10)。

4.按照权利要求1的系统，其特征在于进一步包括异常像素确定装置，用于每当图象读取灵敏度逐个切换时，通过检验与该特定行部分的一列相对应的测量量是否已经改变，来确定该特定行部分是否包含异常像素。

5.按照权利要求4的系统，其特征在于进一步包括灵敏度调节读取控制装置，用于如果异常像素确定装置确定该特定行部分中存在异常像素，对除该特定行部分以外的一特定行部分执行灵敏度调节读取操作。

6.按照权利要求1的系统，其特征在于最佳读取灵敏度提取装置中的预定测量量是与灵敏度调节读取装置所读取的对象图像的图案相对应的亮度数据。

7.按照权利要求1的系统，其特征在于光电传感器阵列(100)的图象读取灵敏度通过调节光电传感器(10)的电荷积累周期来设置。

8.按照权利要求1的系统，其特征在于最佳读取灵敏度提取装置包括：

测量量比较装置，根据灵敏度调节读取装置所读取的对象图像，对每个图象读取灵敏度提取与对象图像的图案的测量量的最大和最小值；

动态范围计算装置，用于根据为每个图象读取灵敏度所提取的测量量的最大和最小值，计算测量量的动态范围；和

最大动态范围提取装置，用于提取具有为每个图象读取灵敏度所计算的测量量的动态范围中最大动态范围的图象读取灵敏度。

9.按照权利要求1的系统，其特征在于每个光电传感器(10)具有经沟道区(14)形成的源极(12)和漏极(13)，和经绝缘膜至少在该沟道区之上和之下形成的顶栅极(21)和底栅极(22)，所述沟道区(14)由一半导体层制成，

顶栅极和底栅极的任何一个被用作光辐照侧，和

与从该光辐照侧辐射的光量相对应的电荷在该沟道区中产生并积累。

10.一种光电传感器系统的驱动控制方法，该系统具有通过二维排列多个光电传感器(10)而构成的光电传感器阵列(100)，其特征在于包括步骤：

执行一灵敏度调整读取操作：仅使用位于所述光电传感器阵列的所述多个光电传感器(10)中的一部分的特定行的光电传感器(10)，以多个不同的图象读取灵敏度，多次读取与该特定行的位置的光电传感器相对应的所述对象图像的一部分的相同位置的图像；

根据与由灵敏度调节读取操作所读取的、所述多个不同的图像读取灵敏度的每一个的对象图像的一部分图像的相同位置的多个图像的图案相关的预定测量量，提取适于对象图像读取操作的图象读取灵敏度；

设置该被提取的图象读取灵敏度为对象图像的读取操作中的读取灵敏度；和

执行图象读取操作：以设置的读取灵敏度执行读取对象图像。

11.按照权利要求10的方法，该特定行部分的光电传感器(10)是几行的光电传感器(10)。

12.按照权利要求10的方法，该特定行部分的光电传感器(10)是一行的光电传感器(10)。

13.按照权利要求10的方法，其特征在于进一步包括一个步骤：每当图象读取灵敏度逐个切换时，通过检验与该特定行部分的一列相对应的测量量是否已经改变，来确定该特定行部分是否包含异常像素。

14.按照权利要求13的方法，其特征在于进一步包括一个步骤：如果异常像素确定步骤确定该特定行部分中存在异常像素，对除该特定行部分以外的一特定行部分执行灵敏度调节读取操作。

15.按照权利要求10的方法，其特征在于该预定测量量是与灵敏度调节读取操作所读取的对象图像的图案相对应的亮度数据。

16.按照权利要求10的方法，其特征在于光电传感器阵列(100)的图象读取灵敏度通过调节光电传感器(10)的电荷积累周期来设置。

17.按照权利要求10的方法，其特征在于提取图象读取灵敏度包括一个步骤：

根据由灵敏度调节读取操作所读取的对象图像，对每个图象读取灵敏度提取与对象图像的图案相关的该测量量的最大和最小值；

根据为每个图象读取灵敏度所提取的该测量量的最大和最小值，计算该测量量的动态范围；和

提取具有在为每个图象读取灵敏度所计算的测量量的若干动态范围中的最大动态范围的图象读取灵敏度。

18.按照权利要求10的方法，其特征在于

每个光电传感器(10)具有经沟道区(14)形成的源极(12)和漏极(13)，和经绝缘膜至少在该沟道区之上和之下形成的顶栅极(21)和底栅极(22)，所述沟道区(14)由半导体层制成，

顶栅极和底栅极中的任何一个被用作光辐照侧，和

与从该光辐照侧辐射的光量相对应的电荷在该沟道区中产生并积累。

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