TWI524763B - 具有整合周圍光偵測之影像感測器 - Google Patents

具有整合周圍光偵測之影像感測器 Download PDF

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TWI524763B
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Description

具有整合周圍光偵測之影像感測器
本發明大體而言係關於影像感測器，且特定而言但非排他地，係關於周圍光偵測器。
影像感測器已變得普遍存在。其廣泛用於數位相機、蜂巢式電話、安全攝影機、醫療裝置、汽車、可攜式電子裝置及其他應用中。用以製造影像感測器且特定而言CMOS影像感測器(「CIS」)之技術已不斷快速地發展。現代影像感測器應用提出了對較快處理速度及較佳影像品質之需求，而同時期望影像感測器之實體大小之小型化。
某些電子裝置(諸如蜂巢式電話及相機)包含多個影像感測器以執行不同之功能，諸如擷取影像及監視用於量測一環境之照度之周圍光位準。在某些情形下，一單個影像感測器可包含兩個分開且不同之像素胞陣列，一個陣列專用於影像獲取之唯一目的且另一陣列專用於周圍光偵測之唯一目的。此等獨立裝置或單一目的像素胞陣列增加了包含用於影像擷取之一影像感測器陣列及用於周圍光偵測之一影像感測器陣列兩者之消費型電子裝置之複雜度、費用及電力消耗。
參考以下各圖闡述本發明之非限制性及非窮盡性實施例，其中除非另有說明，否則貫穿各個視圖相似元件符號指代相似部件。該等圖式未必係按比例繪製，而重點放在 圖解說明正闡述之原理。
本文闡述具有分時一單個像素陣列之整合之影像獲取及周圍光偵測功能之一影像感測器之實施例。在以下說明中，列述眾多特定細節以提供對該等實施例之一透徹理解。然而，熟習此項技術者將認識到，本文中所闡述之技術可在不具有該等特定細節中之一或多者之情形下實踐，或者藉助其他方法、組件、材料等來實踐。在其他例項中，未詳細展示或闡述眾所周知之結構、材料或操作以避免使某些態樣模糊。
此說明書通篇所提及之「一項實施例」或「一實施例」意指連同一實施例一起闡述之一特定特徵、結構、過程、區塊或特性包含於本發明之至少一項實施例中。因此，此說明書通篇中多處出現之片語「在一項實施例中」或「在一實施例中」未必意指該等片語全部係指同一實施例。特定特徵、結構或特性可以任何適合方式組合在一或多項實施例中。
圖1係圖解說明根據本發明之一實施例具有經整合以分時一單個像素陣列之影像獲取及周圍光偵測(「ALD」)之一成像系統100之一功能性方塊圖。所圖解說明之實施例成像系統100包含像素陣列105、讀出電路110、功能邏輯115、控制電路120及一ALD電路125。
像素陣列105係成像感測器胞或像素胞(例如，像素P1、P2、...、Pn)之一個二維(2D)陣列。在另一實施例中，每一像素胞係一電荷耦合裝置(CCD)成像像素。像素陣列105 可實施為一前側照明式影像感測器或一背側照明式影像感測器。如所圖解說明，每一像素胞配置於一列(例如，列R1至Ry)及一行(例如，行C1至Cx)中以獲取一人、地方或物件之影像資料，然後可使用該影像資料來再現該人、地方或物件之一影像。
在每一像素已獲取其影像資料或影像電荷之後，該影像資料由讀出電路110讀出且傳送至功能邏輯115。讀出電路110可包含行放大電路、類比轉數位(ADC)轉換電路或其他。功能邏輯115可簡單地儲存該影像資料或甚至藉由應用後影像效應(例如，剪裁、旋轉、移除紅眼、調整亮度、調整對比或其他)來操縱該影像資料。在一項實施例中，讀出電路110可沿讀出行線一次讀出一列影像資料或可使用多種其他技術同時讀出該影像資料(未圖解說明)，諸如串列讀出、沿讀出列線之行讀出或所有像素之一全並列讀出。應瞭解，將像素陣列105內之一排像素胞指定為一列或一行係任意的且係旋轉透視中之一者。如此，術語「列」及「行」之使用僅意欲將兩個軸相對於彼此區分開。
控制電路120耦合至像素陣列105且包含用於控制像素陣列105之操作特性之邏輯與驅動器電路。舉例而言，可由控制電路120產生重設、列選擇、傳送及全域快門信號。控制電路120可包含一列驅動器、一全域快門驅動器，以及其他控制邏輯。控制電路120可產生用於控制影像獲取之快門信號。在一項實施例中，該快門信號係用於同時啟 用像素陣列105內之所有像素以在一單個獲取窗期間同時擷取其各別影像資料之一全域快門信號。在一替代實施例中，該快門信號係藉以在連續滾動獲取窗期間依序啟用每一像素列、行或群組之一滾動快門信號。
在一項實施例中，成像系統100係包含於一較大電子系統內之一子系統。該電子系統可係一行動電話、一電腦、一數位相機、一醫療裝置或其他，且可進一步包含用於該電子系統之系統層級作業或其他功能之一計算或處理單元。舉例而言，該電子系統可係亦包含一中央處理器單元及用於無線通信之射頻或微波電子裝置之一行動電話。
成像系統100在兩種操作模式中操作：1)影像獲取模式，及2)周圍光感測模式(亦稱為ALD模式)。在影像獲取模式期間，像素陣列105由控制電路120操作以獲取用於產生一圖片之影像資料且經由讀出電路110讀出該影像資料。在周圍光感測模式期間，控制電路120操作像素陣列105以獲取周圍光資料，將該影像資料讀取至ALD電路125中以用於產生一或多個周圍光信號130之目的。因此，分時像素陣列105及相同像素胞之ALD電路125及讀出電路110係用於影像獲取及周圍光感測兩者。分時像素陣列105在不犧牲影像解析度或像素陣列105內之晶粒面積(real estate)之情形下達成若干個可能應用，此乃因個別像素胞係經分時而非單獨地指派給單一目的功能。在一個應用中，用以獲取影像資料(圖片)之相同像素陣列105亦可用於運動或接近偵測。舉例而言，可將一平板電腦置於一休眠 模式中，而ALD電路125保持作用。當一使用者在像素陣列105前方揮動手時，偵測到運動且發出一中斷信號以喚醒該平板電腦。在一蜂巢電話中，ALD電路125可在電話被握持抵靠一耳朵時基於所感測之周圍亮度或照明發出中斷信號以關斷螢幕，且在使用者將電話自耳朵移開時喚醒螢幕。ALD電路125可進一步達成安全攝影機中之運動偵測，可實施於一蜂巢電話中以作為一種攝影師測光表來量測照度及色彩，且可在一電視機中整合至用於視訊會議或一人類示意動作介面之一內建式攝影機模組中，其亦用以監視背光之周圍亮度及/或色彩控制及運動感測以接通電視。可藉由分時用於影像獲取及周圍光感測兩者之一單個像素陣列來促進此等及其他應用。
藉由分時用於影像獲取及周圍光偵測兩者之一單個像素陣列105，具有一單個像素陣列之一影像感測器能夠實施兩個功能，此減少了總體裝置複雜度、成本及電力消耗。可藉由在周圍光感測期間停用讀出電路110及甚至像素中電路之一部分(例如，源極隨耦器電晶體)進一步改良成像系統100之電力消耗，此乃因此等組件可在此操作模式期間空閒。因此，不僅成像系統100提供用於影像獲取及ALD兩者之一具成本效益解決方案，而且ALD功能係非常適合於具有受限電力預算之可攜式電子裝置之一低電力解決方案。
圖2圖解說明根據本發明之一實施例具有經分時用於影像獲取及ALD功能兩者之一滾動快門像素陣列之一成像系 統200之電路。成像系統200係成像系統100之一個可能實施方案，但圖2僅圖解說明有效闡述實施例所必需之彼等組件。圖2圖解說明一給定列內之兩個像素胞205、一列驅動器210、切換器215A及215B(統稱為切換器215)、ALD電路125、一全域感測線225及區域感測線230。每一像素胞205包含一光電感測器PD(例如，光電二極體)、一傳送電晶體T1、一重設電晶體T2、一源極隨耦器(SF)電晶體T3及列選擇(RS)電晶體T4。
成像系統200在兩種模式中操作：一影像獲取模式及一周圍光感測模式。在影像獲取模式期間，傳送電晶體T1自列驅動器210接收一傳送信號TX，該傳送信號TX將光電感測器PD中所累積之電荷傳送至一浮動擴散(FD)節點。在影像獲取模式期間，確證控制信號CTRL1以將區域感測線230耦合至RSVDD。因此，重設電晶體T2耦合於一電力軌RSVDD與該FD節點之間以在一重設信號RST之控制下對像素胞205進行重設(例如，將該FD節點及該光電感測器PD放電或充電至一預設定電壓)。
FD節點經耦合以控制源極隨耦器電晶體T3之閘極端子，該閘極端子將一高阻抗輸出提供至FD節點。源極隨耦器電晶體T3耦合於電力軌VDD與RS電晶體T4之間且產生穿過其通道的指示FD節點處之電荷之一電流。RS電晶體T4在列選擇信號RS之控制下將像素胞之輸出選擇性地耦合至讀出線或行位元線240。
在影像獲取模式中，藉由暫時確證重設信號RST及傳送 信號TX來對光電感測器PD及FD節點進行重設。藉由去確證傳送信號TX並准許入射光將光電感測器PD充電而開始影像獲取窗(例如，曝光週期)。由於傳送信號TX係在一逐列基礎上控制，因此稱成像系統200具有經由傳送信號TX之確證來促進之一滾動快門。隨著光生電子在光電感測器PD內累積，其電壓降低(電子係負電荷載子)。光電感測器PD上之電壓或電荷指示在曝光週期期間入射於光電感測器PD上之光之強度。在曝光週期結束時，去確證重設信號RST以隔離FD節點且確證傳送信號TX以將光電感測器PD耦合至FD節點。電荷傳送致使FD節點之電壓下降與曝光週期期間在光電感測器PD內所累積之光生電子之成比例之一量。
在周圍光感測模式期間，列驅動器210確證重設信號RST及傳送信號TX以使電晶體T1與T2兩者閉合電路且建立自光電感測器PD穿過電晶體T1及T2之通道至區域感測線230之一傳導路徑。另外，控制信號CTRL1致使切換器215將區域感測線230耦合至全域感測線225及ALD電路125。在周圍光感測模式期間，准許入射周圍光將光電感測器PD充電；然而，在某些情形下，在影像擷取模式期間周圍光之強度可小於入射影像光之強度。每一列中之光電感測器PD上所累積之電荷透過傳送電晶體T1及重設電晶體T2在區域感測線230上相加且然後在全域感測線225上在列當中相加。相加之電荷然後耦合至ALD電路125中。
圖3係圖解說明根據本發明之一實施例用於在用於影像 獲取之讀出電路110與用於周圍光偵測之ALD電路125之間分時一像素陣列(例如，像素陣列105)之一程序300之一流程圖。程序方塊中之某些或所有製程方塊在程序300中出現之次序不應認為係限制性的。而是，受益於本發明之熟習此項技術者將理解可以未圖解說明之多種次序或甚至並行地執行該等程序方塊中之某些程序方塊。
在一程序方塊305中，成像系統100進入一影像獲取模式。可經由控制電路120內之邏輯(例如，狀態機)來控制此轉變。當在影像獲取模式中時，完全啟用讀出電路110及像素中電路且控制信號CTRL1組態切換器215以將RSVDD耦合至區域感測線230上。在程序方塊310中，像素陣列105內之像素胞(例如，像素胞205)基於入射影像光累積電荷，且經由行位元線240將指示所累積之電荷之影像資料讀出至讀出電路110中(程序方塊315)。影像獲取模式可持續足夠長以擷取一單個影像或可根據設計選擇而繼續數個影像獲取循環。若欲獲取額外影像(決策方塊320)，則程序300返回至程序方塊310。否則，程序300繼續進行至一程序方塊325且退出影像獲取模式。在一項實施例中，退出影像獲取模式包含去供電或以其他方式停用讀出電路110中之某些或全部以當未在使用中時減少其電力消耗。舉例而言，行放大器及ADC可經由一電力切換器使其供應電壓停用或減少。在一項實施例中，退出影像獲取模式亦致使停用像素中電路中之某些以便保存電力。舉例而言，可減少或停用施加至源極隨耦器電晶體T3之高側通道之VDD以 保存電力。
在一程序方塊330中，成像系統100進入周圍光感測模式(ALD模式)。同樣，可經由控制電路120內之邏輯來控制此轉變。在ALD模式中，控制信號CTRL1組態切換器215以將區域感測線230耦合至全域感測線225。藉助此組態，ALD電路125係透過重設電晶體T2且在重設信號RST之控制下選擇性地耦合至像素胞205中。在一程序方塊335中，藉由將像素陣列105曝露於入射周圍光來獲取周圍光資料。經由傳送信號TX之確證將周圍光資料傳送至FD節點且經由重設信號RST之確證將其耦合至區域感測線230上。在一項實施例中，當在周圍光感測模式中時傳送信號TX及重設信號RST保持確證(例如，耦合至VDD)。以此方式，藉由一給定區域感測線230將由一列中之每一像素胞205獲取之周圍光資料相加且將區域感測線230相加至全域感測線225上，藉此將整個像素陣列105之一相加之周圍光值提供至ALD電路125(程序方塊340)。在一程序方塊345中，ALD電路125分析周圍光資料以產生指示入射於像素陣列105上之周圍光之一周圍光信號。連同圖5及圖6一起更詳細地論述ALD電路125之操作。ALD模式可持續足夠長以擷取相加之周圍光資料之一單個集合或可根據設計選擇繼續數個循環。若欲執行額外循環(決策方塊350)，則程序300返回至程序方塊335。否則，程序300繼續進行至一程序方塊355且退出ALD模式。
圖4圖解說明根據本發明之一實施例具有整合有影像獲 取及ALD功能之一全域快門像素陣列之一成像系統400之電路。成像系統400係成像系統100之一個可能實施方案，但圖4僅圖解說明有效地闡述實施例所必需之彼等組件。圖4圖解說明一單個像素胞405之內部組件。
像素胞405類似於像素胞205，但亦包含一全域快門電晶體T5，全域快門電晶體T5具有耦合於區域感測線430與光電感測器PD之間的通道及經耦合以自全域快門驅動器440接收一全域快門信號GS之一閘極端子。區域感測線430回應於控制信號CTRL2而經由切換器415將像素胞405之行耦合至全域感測線425。在此實施例中，經由全域快門信號GS之確證透過全域快門電晶體T5自像素陣列105讀出周圍光資料。此外，重設電晶體T2之高通道側係永久地耦合至RSVDD電力軌。
在影像獲取操作模式期間，切換器415經組態以將來自全域快門驅動器440之電壓VGS耦合至全域快門電晶體T5之通道。全域快門係藉由以下方式來實施：將光電感測器PD保持至VGS直到影像獲取窗為止，此時藉由全域快門驅動器440對像素陣列105全域地去確證全域快門信號GS，且光電感測器PD開始影像獲取。全域快門電晶體T5之存在允許像素陣列之所有像素胞405同時整合光。對於高速度影像或視訊應用，一全域快門可係較佳的以最小化原本由滾動快門實施方案所形成之運動失真。分別藉由傳送信號TX及重設信號RST控制影像資料傳送及FD節點重設。
在周圍光感測模式期間，准許入射周圍光將光電感測器 PD充電。同樣，由於在影像獲取模式期間周圍光之強度可小於入射影像光之強度，因此每一行中之光電感測器PD上所累積之電荷係在區域感測線430上相加且然後透過切換器415在全域感測線425上在行當中相加。全域快門電晶體T5在ALD模式期間經由全域快門信號GS之確證將光電感測器PD耦合至區域感測線430。在ALD模式期間，停用或以其他方式將讀出電路110及在某些情形下源極隨耦器電晶體T3置於一低電力狀態中。
圖5係圖解說明根據本發明之一實施例之一ALD單元500之一功能性方塊圖。ALD單元500係ALD電路125之一個可能實施方案。ALD單元500之所圖解說明實施例包含一調變電路505、總和邏輯510、邏輯單元515及偏壓控制邏輯520。調變器電路505之所圖解說明實施例包含一充電源525、一切換器530、一比較器535及一鎖存器540。邏輯單元515之所圖解說明實施例包含計算邏輯545及比較邏輯550。
在一項實施例中，ALD單元500作為一階△-δ類比轉數位轉換器(「ADC」)操作，其將全域感測線560上之一可變類比信號轉換成由比較器535輸出之一經調變信號。然後藉由鎖存器540使經調變信號與時脈信號CLK同步且作為經調變信號541在樣本輸出Q上予以輸出。將經調變信號541回饋至切換器530(例如，電晶體切換器)之一控制端子以選擇性地啟用/停用切換器530。當使切換器530閉合電路時，節點N1耦合至充電源525。可藉助用於比較節點N1處 之電壓與一參考電壓VREF之一類比比較器來實施比較器535。鎖存器540可實施為一正反器，諸如具有一樣本輸入D、一樣本輸出Q及一時脈輸入CLK之一D正反器。下文連同圖6一起詳細地論述調變電路505之操作。
在一項實施例中，充電源525係一電流源。在一項實施例中，充電源525係能夠以由偏壓控制邏輯520選擇之一可變速率將節點N1充電之一可變充電源。偏壓控制邏輯520補償周圍光之強度且適當地調整充電源525之充電速率。藉由調整充電源525之充電速率，可調整ALD單元500之照度範圍以補償自像素陣列輸出之一較強/較弱信號。
總和邏輯510經耦合以接收經調變信號541及時脈信號CLK。基於經調變信號541及時脈信號CLK，總和邏輯510隨著時間將經調變信號541相加或積分以產生一數位值542。換言之，數位值542係與在一段時間內相加之經調變信號541之雙態觸變頻率成比例，該雙態觸變頻率與入射於像素陣列上之周圍光之強度成比例，如連同圖6一起所論述。在一項實施例中，使用數位信號處理(「DSP」)技術在硬體中實施總和邏輯510。將數位值542回饋至偏壓控制邏輯520以藉由增加充電源525之偏壓電流來補償較大值(亦即，較高強度周圍照明)。
進一步將數位值542提供至邏輯單元515以用於產生一或多個周圍光信號130。舉例而言，比較邏輯550可包含一數位比較器及緩衝器(例如，鎖存器)。該緩衝器可儲存來自先前循環之數位值542且該比較器用以定限當前數位值542 與一先前數位值542之間的改變。若改變足夠大，則比較邏輯550可產生周圍光信號作為一運動或接近中斷信號。在一項實施例中，切換器215或415可經選擇性地應用以自像素陣列105之不同區(例如，四分之一或二分之一)單獨地讀出周圍光資料，且可比較及定限自此等區所獲得之數位值542以實施另一運動感測功能。在此情形下，輸出周圍光信號作為指示所感測的像素陣列105之視域內之一運動臨限位準之一運動中斷信號。在一替代實施例中，像素陣列105之每一區可耦合至一獨立ALD電路，該獨立ALD電路耦合至與區域感測線、全域感測線及切換器之一獨立集合相關聯之區，以促進自每一區並行讀出周圍光資料。
計算邏輯545可包含一乘法器電路(例如，換算器)以將數位值542轉換成像素陣列之一總照度值。在一項實施例中，區域感測線230或430可各自耦合至僅一既定色彩之像素。藉由切換器215或415之色彩選擇性確證，可將色彩特定周圍光資料單獨地讀取至ALD單元500及計算邏輯545中，用以將周圍光信號產生為一系列色彩信號(例如，紅色、綠色、藍色強度值)。在一項實施例中，成像系統100可包含多個ALD電路125(例如，三個)，每一像素色彩群組(例如，紅色、綠色、藍色色彩群組)一個ALD電路。此多個ALD電路125可藉助其自身的重複全域感測線、區域感測線及切換器之集合耦合至像素陣列內之其對應像素色彩群組。
圖6係圖解說明根據本發明之一實施例的調變電路505之 一操作程序600之一流程圖。程序方塊中之某些或所有程序方塊出現在程序600中之次序不應認為係限制性的。而是，受益於本發明之熟習此項技術者將理解可以未圖解說明之多種次序執行該等程序方塊中之某些程序方塊。
在一程序方塊605中，將ALD單元500通電且將周圍光資料自像素陣列105內之光電感測器傳送至全域感測線560。在一程序方塊610中，周圍光資料(例如，光生電子電荷)具有將耦合至比較器535之正輸入之節點N1朝向接地(GND)下拉之效應。應瞭解，可修改圖5之電路以代替地使用正光生電荷載子(亦即，電洞)將節點N1朝向高供應電壓VCC拉動。
在一決策方塊615中，當節點N1上之電壓被拉至低於耦合至比較器535之負端子之參考電壓VREF時，將來自比較器535之經調變信號雙態觸變為低態「0」(程序方塊620)。藉由鎖存器540使由比較器535輸出之經調變信號與時脈信號CLK同步。在一程序方塊625中，鎖存器540將其樣本輸入D上之「0」值鎖存至其樣本輸出Q。
經調變信號541(自比較器535輸出之經調變信號之經同步版本)係回饋至控制切換器530且選擇性地啟用/停用節點N1之充電。在一程序方塊630中，經調變信號541之「0」值致使切換器530閉合電路，藉此將充電源525耦合至節點N1。在一程序方塊635中，充電源525開始將節點N1充電直到節點N1上之電壓(VN1)被拉至高於VREF(決策方塊640)。一旦VN1大於VREF，比較器535即將其輸出雙態觸 變為高態「1」(程序方塊645)，其然後由鎖存器540自其樣本輸入D鎖存至其樣本輸出Q(程序方塊650)。因此，鎖存器540操作以根據節點N1上之電壓VN1產生一「0」脈衝或一「1」脈衝。該等脈衝具有由時脈信號CLK之寬度判定之一脈衝寬度。最後，在程序方塊655中，在經調變信號541之控制下使切換器530斷開電路。然後程序600返回至程序方塊610且重複以產生經調變信號541。
包含發明摘要中所闡述之內容的本發明之所圖解說明實施例之以上說明並非意欲為窮盡性的或將本發明限定於所揭示之精確形式。雖然出於說明性目的而在本文中闡述本發明之特定實施例及實例，但如熟習此項技術者將認識到，可在本發明之範疇內做出各種修改。舉例而言，在一項實施例中，可自像素胞省略RS電晶體T4。省略RS電晶體T4將不會影響像素胞在周圍光偵測模式期間之操作。在一項實施例中，兩個或兩個以上光電二極體共用一像素胞之像素電路，諸如重設電晶體、源極隨耦器電晶體或列選擇電晶體。
可根據以上詳細說明對本發明做出修改。以下申請專利範圍中所使用之術語不應理解為將本發明限定於說明書中所揭示之特定實施例。而是，本發明之範疇將完全由以下申請專利範圍來判定，該申請專利範圍將根據請求項解釋之所建立原則來加以理解。
100‧‧‧成像系統
105‧‧‧像素陣列
110‧‧‧讀出電路
115‧‧‧功能邏輯
120‧‧‧控制電路
125‧‧‧周圍光偵測電路
130‧‧‧周圍光信號
200‧‧‧成像系統
205‧‧‧像素胞
210‧‧‧列驅動器
215A‧‧‧切換器
215B‧‧‧切換器
225‧‧‧全域感測線
230‧‧‧區域感測線
240‧‧‧行位元線
300‧‧‧程序
405‧‧‧像素胞
415‧‧‧切換器
425‧‧‧全域感測線
430‧‧‧區域感測線
440‧‧‧全域快門驅動器
500‧‧‧周圍光偵測單元
505‧‧‧調變電路
510‧‧‧總和邏輯
515‧‧‧邏輯單元
520‧‧‧偏壓控制邏輯
525‧‧‧充電源
530‧‧‧切換器
535‧‧‧比較器
540‧‧‧鎖存器
541‧‧‧經調變信號
542‧‧‧數位值
545‧‧‧計算邏輯
550‧‧‧比較邏輯
560‧‧‧全域感測線
C1‧‧‧行
C2‧‧‧行
C3‧‧‧行
C4‧‧‧行
C5‧‧‧行
CLK‧‧‧時脈信號/時脈輸入
CTRL1‧‧‧控制信號
CTRL2‧‧‧控制信號
Cx‧‧‧行
D‧‧‧樣本輸入
FD‧‧‧浮動擴散
GS‧‧‧全域快門信號
N1‧‧‧節點
P1‧‧‧像素
P2‧‧‧像素
P3‧‧‧像素
PD‧‧‧光電感測器
Pn‧‧‧像素
Q‧‧‧樣本輸出
R1‧‧‧列
R2‧‧‧列
R3‧‧‧列
R4‧‧‧列
R5‧‧‧列
RS‧‧‧列選擇信號
RST‧‧‧重設信號
RSVDD‧‧‧電力軌
Ry‧‧‧列
T1‧‧‧傳送電晶體
T2‧‧‧重設電晶體
T3‧‧‧源極隨耦器(SF)電晶體
T4‧‧‧列選擇(RS)電晶體
T5‧‧‧全域快門電晶體
TX‧‧‧傳送信號
VCC‧‧‧高供應電壓
VDD‧‧‧電力軌
VERF‧‧‧參考電壓
VGS‧‧‧來自全域快門驅動器之電壓
圖1係圖解說明根據本發明之一實施例具有經整合以分 時一單個像素陣列之影像獲取及周圍光偵測之一成像系統之一功能性方塊圖。
圖2圖解說明根據本發明之一實施例具有整合有影像獲取及周圍光偵測(「ALD」)功能之一滾動快門像素陣列之一成像系統之電路。
圖3係圖解說明根據本發明之一實施例用於在用於影像獲取之讀出電路與用於周圍光偵測之一ALD電路之間分時一像素陣列之一程序之一流程圖。
圖4圖解說明根據本發明之一實施例具有整合有影像獲取及ALD功能之一全域快門像素陣列之一成像系統之電路。
圖5係圖解說明根據本發明之一實施例之一ALD單元之一功能性方塊圖。
圖6係圖解說明根據本發明之一實施例的ALD單元內之一調變電路之一操作程序之一流程圖。

Claims (18)

  1. 一種影像感測器，其包括：一像素陣列，其包含組織成若干列及若干行之複數個像素胞，該像素陣列用於擷取影像資料及周圍光資料；讀出電路，其經由行位元線耦合至該等像素胞以沿該等行位元線讀出該影像資料；一周圍光偵測(「ALD」)單元，其選擇性地耦合至該像素陣列以讀出該周圍光資料且基於入射於該像素陣列上之周圍光產生一周圍光信號；控制電路，其耦合至該像素陣列以控制該等像素胞在該影像感測器之一影像獲取操作模式期間之該讀出電路與該影像感測器之一周圍光感測操作模式期間之該ALD單元之間的分時；若干區域感測線，其各自耦合至該等像素胞之一對應群組以組合來自該等像素胞之該對應群組之該周圍光資料；一全域感測線，其耦合至該ALD單元且選擇性地耦合至該等區域感測線以用於組合自該等區域感測線所接收之該周圍光資料；及複數個切換器，其各自耦合於該全域感測線與該等區域感測線中之一對應者之間，其中該控制電路經耦合以控制該等切換器。
  2. 如請求項1之影像感測器，其中該控制電路耦合至該讀出電路以在該影像感測器之該影像獲取操作模式期間啟 用該讀出電路並在該周圍光感測操作模式期間停用該讀出電路，且在該影像獲取操作模式期間將該ALD單元與該像素陣列解耦並在該周圍光感測操作模式期間將該ALD單元耦合至該像素陣列。
  3. 如請求項1之影像感測器，其中該等區域感測線中之每一者係各自耦合至該等像素胞之一對應列以在經由該等行讀出線沿該等行讀出該影像資料時沿該等列讀出該周圍光資料。
  4. 如請求項1之影像感測器，其中該等區域感測線耦合至該等像素胞內之一重設電晶體之一通道端子，且該等切換器將該等區域感測線選擇性地耦合至用於在該影像獲取操作模式期間重設該等像素胞之一重設電壓及用於在該周圍光感測操作模式期間讀出該周圍光資料之該全域感測線。
  5. 如請求項1之影像感測器，其中該等區域感測線中之每一者係各自耦合至該等像素胞之一對應行以沿該等行讀出該周圍光資料，且經由該等行讀出線沿該等行讀出該影像資料。
  6. 如請求項1之影像感測器，其中該像素陣列之該等像素胞中之每一者包含兩者皆耦合至一光敏元件之一全域快門電晶體及一傳送電晶體，且其中該全域快門電晶體之一通道係耦合於該光敏元件與一既定區域感測線之間。
  7. 如請求項6之影像感測器，其中在該影像獲取操作模式期間，該全域快門電晶體經耦合以提供一全域快門且該 傳送電晶體經耦合以將該影像資料傳出至該讀出電路，其中在該周圍光感測操作模式期間，該周圍光資料係透過該全域快門電晶體之該通道耦合至該ALD單元。
  8. 如請求項1之影像感測器，其中該ALD單元包括：一調變器電路，其耦合至該全域感測線以基於該周圍光資料產生一經調變信號，該經調變信號以與入射於該像素陣列上之該周圍光之一強度實質上成比例之一速率雙態觸變；一總和邏輯，其耦合至該調變器電路以將該經調變信號之一雙態觸變速率轉換成指示該周圍光之該強度之一數位值；及一邏輯單元，其經耦合以接收該數位值且若該數位值滿足一預定條件則產生該周圍光信號。
  9. 如請求項8之影像感測器，其中該邏輯單元包括比較該數位值之一當前值與一先前值且若該當前值與該先前值之間的一差滿足一臨限差則產生該周圍光信號作為一中斷信號之比較邏輯。
  10. 如請求項8之影像感測器，其中該邏輯單元包括將該數位值轉換成一照度值且輸出該周圍光信號作為該照度值之計算邏輯。
  11. 如請求項8之影像感測器，其中該邏輯單元包括將該數位值轉換成一色彩值且輸出該周圍光信號作為該色彩值之計算邏輯。
  12. 如請求項1之影像感測器，其進一步包括： 複數個ALD單元；及複數個區域感測線集合，其中該等區域感測線集合中之每一者耦合至該等像素胞之一不同色彩群組；及複數個全域感測線，其各自將該等ALD單元中之一對應者選擇性地耦合至該等區域感測線之一對應集合以使得該等ALD單元中之每一者量測一單個色彩之周圍光。
  13. 一種在影像獲取與周圍光偵測(「ALD」)功能之間分時一影像感測器內之一像素陣列之像素胞之方法，該方法包括：在該影像感測器之一影像獲取模式期間藉助該等像素胞獲取影像資料；沿行位元線將來自該等像素胞之該影像資料讀出至讀出電路中；將該影像感測器自該影像獲取模式轉變至一ALD模式；在該ALD模式期間藉助該等像素胞獲取周圍光資料；及將該周圍光資料自該等像素胞讀取至一ALD電路中以基於入射於該等像素胞上之周圍光產生一周圍光信號，其中將該影像感測器自該影像獲取模式轉變至該ALD模式包括將該等像素胞內之全域快門電晶體之通道耦合至該ALD電路；其中將該周圍光資料自該等像素胞讀取至該ALD電路中包括透過該等全域快門電晶體之該等通道讀取該周圍光資料。
  14. 如請求項13之方法，其中將該影像感測器自該影像獲取模式轉變至該ALD模式包括：在該ALD模式期間停用該讀出電路以減少該影像感測器之電力消耗。
  15. 如請求項14之方法，其中將該影像感測器自該影像獲取模式轉變至該ALD模式進一步包括：在該ALD模式期間停用該等像素胞內之一源極隨耦器電晶體以減少該影像感測器之電力消耗。
  16. 如請求項13之方法，其中該周圍光信號包括指示入射於該像素陣列上之該周圍光之一總強度之一照度值。
  17. 如請求項13之方法，其中該周圍光信號包括單獨色彩強度信號，其中基於色彩像素胞之單獨色彩群組自該像素陣列單獨地讀出該周圍光資料。
  18. 如請求項13之方法，其中該周圍光信號包括一運動中斷信號，其中自該像素陣列之不同區單獨地讀出該周圍光資料且比較來自該等不同區之該周圍光資料以產生該運動中斷信號。
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