TWI544746B - 預閃時間調整電路及使用其的影像感測器 - Google Patents

預閃時間調整電路及使用其的影像感測器 Download PDF

Info

Publication number
TWI544746B
TWI544746B TW104144448A TW104144448A TWI544746B TW I544746 B TWI544746 B TW I544746B TW 104144448 A TW104144448 A TW 104144448A TW 104144448 A TW104144448 A TW 104144448A TW I544746 B TWI544746 B TW I544746B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
storage capacitor
pixel
flash time
pixel units
time adjustment
Prior art date
Application number
TW104144448A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201714408A (zh
Inventor
煒績 林
Original Assignee
原相科技（檳城）有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 原相科技（檳城）有限公司 filed Critical 原相科技（檳城）有限公司
Application granted granted Critical
Publication of TWI544746B publication Critical patent/TWI544746B/zh
Publication of TW201714408A publication Critical patent/TW201714408A/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14681—Bipolar transistor imagers
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/0304—Detection arrangements using opto-electronic means
    • G06F3/0317—Detection arrangements using opto-electronic means in co-operation with a patterned surface, e.g. absolute position or relative movement detection for an optical mouse or pen positioned with respect to a coded surface
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/038—Control and interface arrangements therefor, e.g. drivers or device-embedded control circuitry
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0354—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of 2D relative movements between the device, or an operating part thereof, and a plane or surface, e.g. 2D mice, trackballs, pens or pucks
    • G06F3/03543—Mice or pucks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Description

預閃時間調整電路及使用其的影像感測器
本發明係關於一種預閃時間調整電路，且特別是一種可自適性地調整影像感測陣列之預閃時間的預閃時間調整電路，及使用其的影像感測器。
光學滑鼠通常包括用以照射一光學導航裝置的工作平面的一光源以及具微型數位相機功能的影像感測器。影像感測器可用以連續擷取對應被光學導航裝置照亮的工作平面的多個影像以於光學滑鼠因操作而於工作平面上移動時，透過依序比較擷取的該些影像判斷光學滑鼠的移動速度與方向，藉以控制一顯示螢幕上游標的運作。
影像感測器包括了影像感測陣列。影像感測陣列中包括了複數個畫素單元，以擷取光學導航裝置所照射的工作表面的影像。請參閱圖1以及圖2。圖1是傳統之畫素單元的電路示意圖。圖2是傳統之畫素單元的運作波形示意圖。
畫素單元15包括P型金氧半場效電晶體MP1、N型金氧半場效電晶體MN1、N型金氧半場效電晶體MN2、N型金氧半場效電晶體MN3、P型金氧半場效電晶體MP2、雙極性電晶體Q、感光元件PD以及電容C。P型金氧半場效電晶體MP1、N型金氧半場效電晶體MN1以及N型金氧半場效電晶體MN2共同組成迴授放大電路150。N型金氧半場效電晶體MN3以及P型金氧半場效電 晶體MP2共同組成快門電路151。迴授放大電路150、快門電路151以及感光元件PD分別耦接於雙極性電晶體Q。電容C耦接於快門電路151與接地端。電容C係用以儲存感光元件PD所擷取影像資料。
畫素單元15的操作方式如下。在每一禎(Frame)的開始，發光單元(圖1未繪示)提供光束照射工作平面，使得工作平面反射該光束並產生反射光束。感光元件PD根據感測到的反射光線的光強度產生基極電流IB。接著，迴授放大電路150開始建立雙極性電晶體Q的基極-射極電壓VBE，以增加雙極性電晶體Q的電流增益值(beta)至達穩態，例如約30。電流增益值為雙極性電晶體Q的集極電流IC與基極電流IB之間的比值。當雙極性電晶體Q的基極-射極電壓VBE達穩態，雙極性電晶體Q已操作在穩定的電流增益值並穩定產生射極電流IE。快門電路151接著會被快門信號SHUTTER觸發，使得電容C藉由射極電流IE進行放電，以擷取影像資訊。據此，於快門電路151被觸發時，電容C的跨壓會因電容C透過射極電流IE經雙極性電晶體Q的射極進行放電，而隨之降低。
自發光單元開始提供光束至雙極性電晶體Q的基極-射極電壓VBE達穩態所需時間被定義為畫素單元15的預閃(Pre-Flash)時間。而從快門電路被觸發的時間至完成擷取影像所需時間則被定義為曝光時間。傳統的影像感測器係將預閃時間設定為約為220微秒，而曝光時間為10微秒。
然而，傳統的影像感測器存在一個問題。根據影像資料的亮度不同，畫素單元15需要的預閃時間也會不同。為了達到良好的影像品質，亮度較暗的影像資料需要足夠的預閃時間。換言之，亮度越暗的影像資料需要更長的預閃時間。另一方面，亮度較亮的影像資料則不需要太長的預閃時間。目前傳統的影像感測器係將設定為固定值。當畫素單元15在擷取亮度較亮的影像資料時， 雙極性電晶體Q的基極-射極電壓VBE達穩態後，預閃時間並不會馬上結束。簡而言之，若配合亮度較暗的影像資料將預閃時間設定的太長，則發光單元會浪費一部份功率。
本發明實施例提供一種預閃時間調整電路。所述預閃時間調整電路包括第一預閃時間調整單元。第一預閃時間調整單元耦接於影像感測陣列。該影像感測陣列包括複數個畫素單元。所述第一預閃時間調整單元包括連結切換模組以及儲能電容。連結切換模組之第一開關耦接於影像感測陣列之第一畫素群，且連結切換模組之第二開關耦接於電壓源。儲能電容之第一端耦接於連結切換模組，且儲能電容之第二端接地。第一畫素群包括該些畫素單元的複數個第一畫素單元。當影像感測陣列感測到光束時，連結切換模組選擇性地導通其第一開關與儲能電容，使儲能電容開始向第一畫素群中的該些第一畫素單元充電，直至該些第一畫素單元之多個雙極性電晶體之基極-射極電壓達穩態。
本發明實施例提供一種影像感測器。所述影像感測器包括影像感測陣列以及預閃時間調整電路。預閃時間調整電路包括第一預閃時間調整單元。第一預閃時間調整單元耦接於影像感測陣列。影像感測陣列包括複數個畫素單元。所述第一預閃時間調整單元包括連結切換模組以及儲能電容。連結切換模組之第一開關耦接於影像感測陣列之第一畫素群，且連結切換模組之第二開關耦接於電壓源。儲能電容之第一端耦接於連結切換模組，且儲能電容之第二端接地。第一畫素群包括該些畫素單元的複數個第一畫素單元。當影像感測陣列感測到光束時，連結切換模組選擇性地導通其第一開關與儲能電容，使儲能電容開始向第一畫素群中的該些第一畫素單元充電，直至該些第一畫素單元之多個雙極性電晶體之基極-射極電壓達穩態。
綜上所述，本發明實施例所提供之預閃時間調整電路以及影像感測器，可以根據工作平面的影像資料的亮度來自適性地調整影像感測陣列中畫素單元的預閃時間，以調整影像感測器之發光單元的工作時間。相較於傳統的影像感測器將畫素單元的預閃時間設為固定值，本發明實施例所提供之預閃時間調整電路以及影像感測器可以有效地減少發光單元所耗費的能量。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。
3、6、7‧‧‧影像感測器
15‧‧‧畫素單元
30、60、70‧‧‧影像感測陣列
31、61、71‧‧‧預閃時間調整電路
150‧‧‧迴授放大電路
151‧‧‧快門電路
300‧‧‧畫素群
310、610‧‧‧預閃時間調整單元
311‧‧‧比較器
600、700‧‧‧第一畫素群
601、701‧‧‧第二畫素群
710_1‧‧‧第一預閃時間調整單元
710_2‧‧‧第二預閃時間調整單元
SW、SW1、SW2、SW’‧‧‧連結切換模組
SW_1、SW_1’、SW1_1、SW2_1‧‧‧第一開關
SW_2、SW_2’、SW1_2、SW2_2‧‧‧第二開關
SW_3’‧‧‧第三開關
VDD‧‧‧供應電壓
VBIAS‧‧‧偏壓電壓
VRST1、VRSTn‧‧‧控制電壓
SHUTTER‧‧‧快門信號
Q、Q1、Qn‧‧‧雙極性電晶體
C‧‧‧電容
C1‧‧‧第一電容
Cn‧‧‧第n電容
CS、CS’、CS1、CS2‧‧‧儲能電容
PD、PD1、PDn‧‧‧感光元件
MN1、MN2、MN3、MN1_1、MN2_1、MN3_1、MN1_n、MN2_n、MN3_n‧‧‧N型金氧半場效電晶體
MP1、MP2、MP1_1、MP2_1、MP1_n、MP2_n‧‧‧P型金氧半場效電晶體
IB、IB1、IBn‧‧‧基極電流
IE、IE1、IE2、IEn‧‧‧射極電流
IETOL‧‧‧充電電流
VBE‧‧‧基極-射極電壓
VC‧‧‧電壓準位
Vo‧‧‧比較信號
VTH‧‧‧門檻電壓
S1‧‧‧第一切換信號
S2‧‧‧第二切換信號
LED‧‧‧發光單元
圖1是傳統之畫素單元的電路示意圖。
圖2是傳統之畫素單元的運作波形示意圖。
圖3是本發明實施例提供之影像感測器的示意圖。
圖4是本發明實施例提供之影像感測器的電路示意圖。
圖5是本發明實施例提供之影像感測器的運作波形示意圖。
圖6是本發明其他實施例提供之影像感測器的示意圖。
圖7是本發明其他實施例提供之影像感測器的示意圖。
在下文將參看隨附圖式更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。在諸圖式中，可為了清楚而誇示層及區之大小及相對大小。類似數字始終指示類似元件。
應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描 述各種元件或信號等，但此等元件或信號不應受此等術語限制。此等術語乃用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，如本文中所使用，術語「或」視實際情況可能包括相關聯之列出項目中之任一者或者多者之所有組合。
請參閱圖3，圖3是本發明實施例提供之影像感測器的示意圖。影像感測器3適用於光學導航裝置(圖3未繪示)，光學導航裝置運作於工作平面上。光學導航裝置包括發光單元LED(圖3未繪示)，例如為發光二極體或雷射二極體。發光單元LED用以提供光束照射工作平面。影像感測器3可用以擷取影像資料。於本實施例中，光學導航裝置包括光學滑鼠、觸控板(track pad)或是搖桿(joystick)，但本發明不加以限制。影像感測器3包括影像感測陣列30與預閃(Pre-Flash)時間調整電路31。影像感測陣列30耦接於預閃時間調整電路31。
影像感測陣列30包含適當的邏輯、電路和/或編碼，用以擷取相關於工作平面的影像。具體來說，影像感測陣列30包括複數個畫素單元(圖3未繪示)並形成至少一畫素群。畫素單元用以接收入射光束並對應擷取影像，以產生影像資料。於本實施例中，影像感測陣列30僅包括一個畫素群。
影像感測陣列30例如為互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)影像感測陣列，或係電荷耦合元件(Charge-Coupled Device，CCD)影像感測陣列，本發明並不對此做限制。
預閃時間調整電路31包括至少一預閃時間調整單元310。預閃時間調整單元310包括連結切換模組SW與儲能電容CS。連結切換模組SW的第一開關SW_1耦接於影像感測陣列30。連結切換模組SW的第二開關SW_2耦接於電壓源，以接收供應電壓VDD。連結切換模組SW還耦接於儲能電容CS的第一端。儲能電容CS的第二端則接地。連結切換模組SW用以選擇性地導通其第 一開關SW_1與儲能電容CS，或是導通其第二開關SW_2與儲能電容CS。
預閃時間調整電路31可以根據影像的亮度自適性地調整影像感測陣列30的預閃時間，使得影像感測陣列30擷取對應的影像資料。透過設置預閃時間調整電路31於影像感測器3中，發光單元LED可以減少功率浪費。
為進一步說明影像感測器3的結構與作動，請參閱圖4，圖4是本發明實施例提供之影像感測器的電路示意圖。如同前述，影像感測器3包括影像感測陣列30與預閃時間調整電路31。影像感測陣列30包括了畫素群300，且畫素群300係由N個畫素單元並聯所組成，N為大於1的正整數。
該些畫素單元中的第一畫素單元包括P型金氧半場效電晶體MP1_1、N型金氧半場效電晶體MN1_1、N型金氧半場效電晶體MN2_1、N型金氧半場效電晶體MN3_1、P型金氧半場效電晶體MP2_1、雙極性電晶體Q1、感光元件PD1以及第一電容C1。於本實施例中，雙極性電晶體Q1為PNP型雙極性電晶體。P型金氧半場效電晶體MP1_1、N型金氧半場效電晶體MN1_1以及N型金氧半場效電晶體MN2_1共同組成迴授放大電路。N型金氧半場效電晶體MN3_1以及P型金氧半場效電晶體MP2_1共同組成快門電路。
P型金氧半場效電晶體MP1_1的源極耦接於電壓源，以接收供應電壓VDD。P型金氧半場效電晶體MP1_1的閘極耦接於偏壓端，以接收偏壓電壓VBIAS。P型金氧半場效電晶體MP1_1的汲極耦接於N型金氧半場效電晶體MN2_1的汲極。N型金氧半場效電晶體MN2_1的閘極耦接於雙極性電晶體Q1的基極。N型金氧半場效電晶體MN2_1的源極接地。N型金氧半場效電晶體MN1_1的閘極耦接於P型金氧半場效電晶體MP1_1的汲極。N型金氧半場效電晶體MN1_1的汲極耦接於N型金氧半場效電晶體MN3_1 的源極。N型金氧半場效電晶體MN1_1的源極耦接於雙極性電晶體Q1的射極。
N型金氧半場效電晶體MN3_1的汲極耦接於控制端，以接收控制電壓VRST1。此外，N型金氧半場效電晶體MN3_1的汲極還耦接於連結切換模組SW的第一開關SW_1。N型金氧半場效電晶體MN3_1的閘極耦接於P型金氧半場效電晶體MP2_1的閘極。P型金氧半場效電晶體MP2_1的汲極耦接於N型金氧半場效電晶體MN3_1的源極。P型金氧半場效電晶體MP2_1的閘極耦接於快門端，用以接收快門信號SHUTTER。P型金氧半場效電晶體MP2_1的源極耦接於第一電容C1的第一端。雙極性電晶體Q1的集極與第一電容C1的第二端接地。上述之偏壓端、控制端以及快門端分別耦接於控制電路(圖4未繪示)。
感光元件PD1的陰極耦接於雙極性電晶體Q1的基極。感光元件PD1的陽極接地。感光元件PD1的陰極並耦接於雙極性電晶體Q1的基極。換句話說，感光元件PD1耦接於雙極性電晶體Q1的基極與接地端之間。感光元件PD1例如為光二極體或是任何一種可將光強度對應轉換成電壓值的感光元件或是電路，故本發明並不加以限制。
畫素群300中的其他畫素單元的結構類似於第一畫素單元，於此不再多加冗述。附帶一提，上述畫素單元的結構僅為舉例說明。畫素單元可以是任何一種可擷取影像的電路，故本發明並不加以限制。
預閃時間調整電路31包括預閃時間調整單元310與比較器311。預閃時間調整單元310的結構與連接關係如同前述。比較器311之非反向輸入端耦接於預閃時間調整單元310之儲能電容CS的第一端，比較器311之反向輸入端接收門檻電壓VTH。
在每一禎(Frame)開始的時候，預閃時間調整單元310之連結切換模組SW的第一開關SW_1與儲能電容CS導通，使得儲能電 容CS提供充電電流IETOL至該些畫素單元。充電電流IETOL的電流大小相關於該些畫素單元之雙極性電晶體Q1~Qn的射極電流。以數學式來表示，則充電電流IETOL=IE1+IE2+…+IEn，其中IE1係第一畫素單元之雙極性電晶體Q1的射極電流，IE2係第二畫素單元之雙極性電晶體Q2的射極電流，IEn係第二畫素單元之雙極性電晶體Qn的射極電流。
為方便說明，請配合參閱圖5，圖5是本發明實施例提供之影像感測器的運作波形示意圖。在每一禎開始的時候，控制電路會先開啟發光單元LED，以提供光束照射光學導航裝置運作的工作平面。感光元件PD1根據感測到的反射光束的光強度產生基極電流IB1，其中反射光束是由工作平面反射該光束而產生。
同時，控制電路輸出邏輯高準位的第一切換信號S1至連結切換模組SW，使得連結切換模組SW的第一開關SW_1與儲能電容CS導通。此時，連結切換模組SW的第二端SW_2與儲能電容CS不導通。
接著儲能電容CS提供充電電流IETOL至該些畫素單元。以第一畫素單元來說，第一畫素單元透過N型金氧半場效電晶體MN3_1接收充電電流IETOL後，P型金氧半場效電晶體MP1_1、N型金氧半場效電晶體MN1_1以及N型金氧半場效電晶體MN2_1開始建立雙極性電晶體Q1的基極-射極電壓VBE，以增加雙極性電晶體Q1的電流增益值(beta)至達穩態，例如約30。電流增益值為雙極性電晶體Q1的集極電流IC1與基極電流IB1之間的比值。當雙極性電晶體Q1的電流增益值達穩態，代表雙極性電晶體Q1工作於穩定的基極-射極電壓VBE並產生穩定的射極電流IE1。
同理，第二畫素單元至第N畫素單元之雙極性電晶體Q2~Qn的基極-射極電壓VBE同樣會開始升高並達穩態。該些畫素單元之雙極性電晶體的基極-射極電壓VBE自開始升高至達穩態所花費的時間即為預閃時間。
儲能電容CS所儲存的電荷量會隨著提供充電電流IETOL至該些畫素單元而下降，即儲能電容CS之第一端的電壓準位VC會慢慢下降。進一步說，儲能電容CS之第一端的電壓準位VC相關於該些畫素單元之基極-射極電壓VBE。當儲能電容CS之第一端的電壓準位VC尚未低於門檻電壓VTH時，比較器311輸出邏輯高準位的比較信號Vo至控制電路。
在該些畫素單元之雙極性電晶體的基極-射極電壓VBE皆達穩態後，儲能電容CS之第一端的電壓準位VC將低於門檻電壓VTH。屆時，比較器311輸出邏輯低準位的比較信號Vo至控制電路。
感測到比較信號Vo的邏輯準位由邏輯高準位變化為邏輯低準位後，控制電路輸出邏輯低準位的第一切換信號S1，使得連結切換模組SW的第一開關SW_1與儲能電容CS停止導通，以結束該些畫素單元的預閃時間。此外，控制電路還輸出邏輯高準位的第二切換信號S2，使得連結切換模組SW的第二開關SW_2與儲能電容CS開始導通，以將儲能電容CS之第一端的電壓準位VC重置為起始電壓。
另一方面，控制電路還輸出快門信號SHUTTER至該些畫素單元之快門端，以啟動該些感光元件PD1…PDn的曝光時間，使得該些畫素單元之第一電容C1…第n電容Cn可經雙極性電晶體Q1…Qn的射極與集極，以穩定的射極電流IE1…IEn進行放電。據此，該些畫素單元可準確地擷取於工作平面的影像資料。
由圖5可知，預閃時間與曝光時間之間還有一段間隔時間。於間隔時間，控制電路接收比較器311輸出的比較信號Vo，並根據比較信號Vo輸出第一切換信號S1、第二切換信號S2以及快門信號SHUTTER。本發明並不限制間隔時間的長度。於較佳實施例中，間隔時間被設定為趨近於零。
總而言之，本發明實施例所提供之預閃時間調整電路31可以根據工作平面的影像資料的亮度來自適性地調整該些畫素單元的 預閃時間。當影像資料的亮度較暗，則預閃時間調整電路31透過連結切模組SW將該些畫素單元的預閃時間調長。反之，當影像資料的亮度較亮，預閃時間調整電路31透過連結切模組SW將該些畫素單元的預閃時間調短。如此一來，發光單元LED便不會在雙極性電晶體Q1…Qn的基極-射極電壓VBE皆達穩態後還繼續提供光束，以節省發光單元LED消耗的電量。
舉例來說，當影像資料的亮度較亮時，雙極性電晶體Q1…Qn的基極-射極電壓VBE僅需要30微秒即可達到穩態。發光單元LED便只需要提供光束30微秒即可。相較於傳統的影像感測器將預閃時間固定為220微秒，本發明實施例所提供之影像感測器3可以節省發光單元LED 86%的能量消耗。
附帶一提，曝光時間的長短相關於預閃時間的長短，即曝光時間的長短會因影像資料的亮度有所變化。預閃時間越長代表影像資料的亮度越低，則該些畫素單元需要越長的曝光時間來擷取影像資料。
當影像感測陣列30中某一個的畫素單元(例如為第N畫素單元)因毀損或其他因素而無法精準地擷取影像資料時，控制電路可停止提供電流至第N畫素單元，以減少能量消耗。
請參閱圖6，圖6是本發明其他實施例提供之影像感測器的示意圖。圖6之影像感測器6的結構類似於圖3之影像感測器3，以下僅針對不同處進行描述。
影像感測器6同樣包括影像感測陣列60與預閃時間調整電路61。與影像感測器3不同的地方在於，預閃時間調整電路61之預閃時間調整單元610之連結切換模組SW’除了第一開關SW_1’以及第二開關SW_2’外，更包括第三開關SW_3’。此外，影像感測陣列60被劃分為第一畫素群600與第二畫素群601。第一畫素群600與第二畫素群601分別包括複數個畫素單元。
連結切換模組SW’之第一開關SW_1’耦接於第一畫素群 600。連結切換模組SW’的第二開關SW_2’耦接於電壓源，以接收供應電壓VDD。連結切換模組SW’還耦接於儲能電容CS’的第一端。儲能電容CS’的第二端接地。連結切換模組SW’之第三開關SW_3’耦接於第二畫素群601。
預閃時間調整電路61的工作原理類似於前述之預閃時間調整電路31。當影像感測器6欲使用第一畫素群600擷取影像資料時，控制電路(圖6未繪示)輸出第一切換信號S1’以導通連結切換模組SW’之第一開關SW_1’與儲能電容CS’。儲能電容CS’接著開始提供充電電流至第一畫素群600。預閃時間調整單元610根據影像資料的亮度對應地調整第一畫素群600的第一預閃時間。
當第一畫素群600內的所有雙極性電晶體(圖6未繪示)均達穩態後，連結切換模組SW’導通其第二開關SW_2’與儲能電容CS’，並停止導通其第二開關SW_1’與儲能電容CS’，使得儲能電容CS’儲存的電荷量被重置。接著，第一畫素群600開始曝光並擷取影像資料。
或者，當影像感測器6欲使用第二畫素群601擷取影像資料時，控制電路輸出第四切換信號S4’導通連結切換模組SW’之第三開關SW_3’與儲能電容CS’。儲能電容CS’接著開始提供充電電流至第二畫素群601。預閃時間調整單元610根據影像資料的亮度對應地調整第二畫素群601的第二預閃時間。
第一畫素群600內的該些畫素單元受控於連結切換模組SW’之第一開關SW_1’，且第二畫素群601內的該些畫素單元受控於連結切換模組SW’之第三開關SW_3’。對連結切換模組SW’而言，第一畫素群600內的該些畫素單元具有相同的第一預閃時間，且第二畫素群601內的該些畫素單元具有相同的第二預閃時間。根據影像資料的亮度，第一畫素群600的第一預閃時間可能與第二畫素群601的第二預閃時間相同，亦可能與第二畫素群601的第二預閃時間不同。
根據影像感測器6之應用，預閃時間調整電路61可以同時提供充電電流至第一畫素群600與第二畫素群601，也可以是交替地提供充電電流至第一畫素群600與第二畫素群601。
附帶一提，於本實施例中，影像感測陣列60被劃分為兩個畫素群。然而，本發明並不限定於此。於其他實施例中，影像感測陣列60可以被劃分為M個畫素群(M為大於1之正整數)，且連結切換模組SW’根據該些畫素群的數量對應地增加接腳數量，以自適性地調整該些畫素群的預閃時間。
請參閱圖7，圖7是本發明其他實施例提供之影像感測器的示意圖。圖7之影像感測器7的結構類似於圖3之影像感測器3以及圖6之影像感測器6，以下僅針對不同處進行描述。
影像感測器7同樣包括影像感測陣列70與預閃時間調整電路71。與影像感測器3、6不同的地方在於，預閃時間調整電路71包括第一預閃時間調整單元710_1以及第二預閃時間調整單元710_2。此外，影像感測陣列70被劃分為第一畫素群700與第二畫素群701。第一畫素群700與第二畫素群701分別包括複數個畫素單元。
第一預閃時間調整單元710_1包括連結切換模組SW1。連結切換模組SW1包括第一開關SW1_1以及第二開關SW1_2。連結切換模組SW1之第一開關SW1_1耦接於第一畫素群700。連結切換模組SW1的第二開關SW1_2耦接於電壓源，以接收供應電壓VDD。連結切換模組SW1還耦接於儲能電容CS1的第一端。儲能電容CS1的第二端接地。
第一預閃時間調整單元710_1的工作原理類似於前述之預閃時間調整電路310，於此不再多加冗述。預閃時間調整電路71可透過第一預閃時間調整單元710_1對應地調整第一畫素群700的第一預閃時間。
另一方面，第二預閃時間調整單元710_2包括連結切換模組 SW2。連結切換模組SW2包括第一開關SW2_1以及第二開關SW2_2。連結切換模組SW2之第一開關SW2_1耦接於第二畫素群701。連結切換模組SW2的第二開關SW2_2耦接於電壓源，以接收供應電壓VDD。連結切換模組SW2還耦接於儲能電容CS2的第一端。儲能電容CS2的第二端接地。
第二預閃時間調整單元710_2的工作原理類似於前述之預閃時間調整電路310，於此不再多加冗述。預閃時間調整電路71可透過第二預閃時間調整單元710_2對應地調整第二畫素群701的第二預閃時間。
第一預閃時間調整單元710_1與第二預閃時間調整單元710_2為彼此獨立的元件。根據影像感測器7之應用，預閃時間調整電路71可以同時提供充電電流至第一畫素群700與第二畫素群701，也可以是交替地提供充電電流至第一畫素群700與第二畫素群701。另外，根據影像資料的亮度，第一畫素群700的第一預閃時間可能與第二畫素群701的第二預閃時間相同，亦可能與第二畫素群701的第二預閃時間不同。
附帶一提，於本實施例中，預閃時間調整電路71僅包括第一預閃時間調整單元710_1以及第二預閃時間調整單元710_2。然而，本發明並不以此為限。於其他實施例中，預閃時間調整電路71可以包括X個預閃時間調整單元(X為大於1之正整數)，且影像感測陣列70依據預閃時間調整單元的數量被劃分為X個畫素群。如此一來，預閃時間調整電路71便可自適性地調整該些畫素群的預閃時間。
綜上所述，本發明實施例所提供之預閃時間調整電路以及影像感測器，可以根據工作平面的影像資料的亮度來自適性地調整影像感測陣列中畫素單元的預閃時間，以調整影像感測器之發光單元的工作時間。相較於傳統的影像感測器將畫素單元的預閃時間設為固定值，本發明實施例所提供之預閃時間調整電路以及影 像感測器可以有效地減少發光單元所耗費的能量。
以上所述，僅為本發明最佳之具體實施例，惟本發明之特徵並不侷限於此，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾，皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。
3‧‧‧影像感測器
30‧‧‧影像感測陣列
31‧‧‧預閃時間調整電路
310‧‧‧預閃時間調整單元
SW‧‧‧連結切換模組
SW_1‧‧‧第一開關
SW_2‧‧‧第二開關
VDD‧‧‧供應電壓
CS‧‧‧儲能電容

Claims (20)

  1. 一種預閃(Pre-Flash)時間調整電路，包括一第一預閃時間調整單元，該第一預閃時間調整單元耦接於一影像感測陣列，其中該影像感測陣列包括複數個畫素單元，該第一預閃時間調整單元包括：一連結切換模組，其中該連結切換模組之第一開關耦接於該影像感測陣列之一第一畫素群，且該連結切換模組之第二開關耦接於一電壓源，其中該第一畫素群包括該些畫素單元的複數個第一畫素單元；以及一儲能電容，其中該儲能電容之第一端耦接於該連結切換模組，且該儲能電容之第二端接地；其中，當該影像感測陣列感測到一光束時，該連結切換模組選擇性地導通其第一開關與該儲能電容，使該儲能電容開始向該第一畫素群中的該些第一畫素單元充電，直至該些第一畫素單元之多個雙極性電晶體(bipolar junction transistor，BJT)之一基極-射極電壓達穩態。
  2. 如請求項第1項所述之預閃時間調整電路，其中該些第一畫素單元之該些雙極性電晶體之基極-射極電壓自開始升高至穩態間所花費的時間係一第一預閃時間。
  3. 如請求項第1項所述之預閃時間調整電路，其中當該連結切換模組選擇性地導通其第一開關與該儲能電容時，該連結切換模組之該第二開關與該儲能電容不導通。
  4. 如請求項第1項所述之預閃時間調整電路，其中該儲能電容之第一端還耦接於一比較器之一非反向輸入端，且該比較器之一反向輸入端接收一門檻電壓，當該儲能電容之第一端的電壓準位高於該門檻電壓，該比較器輸出一邏輯高準位的比較信號；其中，該儲能電容之第一端的電壓準位相關於該第一畫素群中該些第一畫素單元之基極-射極電壓。
  5. 如請求項第4項所述之預閃時間調整電路，其中該儲能電容所儲存的電荷量隨著時間而下降，使得該儲能電容之第一端的電壓準位下降，接著該些第一畫素群中該些第一畫素單元之基極-射極電壓上升，直到該儲能電容之第一端的電壓準位低於該門檻電壓，該比較器輸出一邏輯低準位的比較信號，以結束該些第一畫素單元的預閃。
  6. 如請求項第5項所述之預閃時間調整電路，其中當該比較器輸出該邏輯低準位的比較信號時，一控制電路輸出一切換信號至該預閃時間調整單元，使得該連結切換模組之第一開關與該儲能電容停止導通，且該連結切換模組之第二開關與該儲能電容導通，接著該儲能電容之第一端的電壓準位被重置為一起始電壓。
  7. 如請求項第5項所述之預閃時間調整電路，其中當該比較器輸出該邏輯低準位的比較信號時，一控制電路輸出一快門信號至該影像感測陣列，使得該些畫素單元擷取一影像資料。
  8. 如請求項第1項所述之預閃時間調整電路，其中該連結切換模組更包括：一第三開關，耦接於該影像感測陣列之一第二畫素群，其中該第二畫素群包括該些畫素單元的複數個第二畫素單元；其中該預閃時間調整單元根據一切換信號選擇性地導通其第三開關與該儲能電容，使得該儲能電容開始向該第二畫素群中的該些第二畫素單元充電，直至該些第二畫素單元之多個雙極性電晶體之一基極-射極電壓達穩態。
  9. 如請求項第1項所述之預閃時間調整電路，其中該預閃時間調整電路更包括：一第二預閃時間調整單元，該第二預閃時間調整單元耦接於該影像感測陣列之一第二畫素群，其中該第二畫素群包括該些畫素單元的複數個第二畫素單元； 其中該第一畫素群中的該些第一畫素單元具有相同的一第一預閃時間，且該第二畫素群中的該些第二畫素單元具有相同的一第二預閃時間。
  10. 如請求項第1項所述之預閃時間調整電路，其中該影像感測陣列係一互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)影像感測陣列，或係一電荷耦合元件(Charge-Coupled Device，CCD)影像感測陣列。
  11. 一種影像感測器，包括：一影像感測陣列，包括複數個畫素單元；以及一預閃時間調整電路，包括一第一預閃時間調整單元，耦接於該影像感測陣列，其中該第一預閃時間調整單元包括：一連結切換模組，其中該連結切換模組之第一開關耦接於該影像感測陣列之一第一畫素群，且該連結切換模組之第二開關耦接於一電壓源，其中該第一畫素群包括該些畫素單元的複數個第一畫素單元；以及一儲能電容，其中該儲能電容之第一端耦接於該連結切換模組，且該儲能電容之第二端接地；其中，當該影像感測陣列感測到一光束時，該連結切換模組選擇性地導通其第一開關與該儲能電容，使該儲能電容開始向該第一畫素群中的該些第一畫素單元充電，直至該些第一畫素單元之多個雙極性電晶體之一基極-射極電壓達穩態。
  12. 如請求項第11項所述之影像感測器，其中該些第一畫素單元之該些雙極性電晶體之基極-射極電壓自開始升高至穩態間所花費的時間係一第一預閃時間。
  13. 如請求項第11項所述之影像感測器，其中當該連結切換模組選擇性地導通其第一開關與該儲能電容時，該連結切換模組之該第二開關與該儲能電容不導通。
  14. 如請求項第11項所述之影像感測器，其中該儲能電容之第一端還耦接於一比較器之一非反向輸入端，且該比較器之一反向輸入端接收一門檻電壓，當該儲能電容之第一端的電壓準位高於該門檻電壓，該比較器輸出一邏輯高準位的比較信號；其中，該儲能電容之第一端的電壓準位相關於該第一畫素群中該些第一畫素單元之基極-射極電壓。
  15. 如請求項第14項所述之影像感測器，其中該儲能電容所儲存的電荷量隨著時間而下降，使得該儲能電容之第一端的電壓準位下降，接著該些第一畫素群中該些第一畫素單元之基極-射極電壓上升，直到該儲能電容之第一端的電壓準位低於該門檻電壓，該比較器輸出一邏輯低準位的比較信號，以結束該些第一畫素單元的預閃。
  16. 如請求項第15項所述之影像感測器，其中當該比較器輸出邏輯低準位的比較信號時，一控制電路輸出一切換信號至該預閃時間調整單元，使得該連結切換模組之第一開關與該儲能電容停止導通，且該連結切換模組之第二開關與該儲能電容導通，接著該儲能電容之第一端的電壓準位被重置為一起始電壓。
  17. 如請求項第15項所述之影像感測器，其中當該比較器輸出邏輯低準位的比較信號時，一控制電路輸出一快門信號至該影像感測陣列，使得該些畫素單元擷取一影像資料。
  18. 如請求項第11項所述之影像感測器，其中該連結切換模組更包括：一第三開關，耦接於該影像感測陣列之一第二畫素群，其中該第二畫素群包括該些畫素單元的複數個第二畫素單元；其中當該預閃時間調整單元根據一切換信號選擇性地導通其第三開關與該儲能電容，使得該儲能電容開始向該第二畫素群中的該些第二畫素單元充電，直至該些第二畫素單元之多個雙極性電晶體之一基極-射極電壓達穩態。
  19. 如請求項第11項所述之影像感測器，其中該預閃時間調整電路更包括：一第二預閃時間調整單元，該第二預閃時間調整單元耦接於該影像感測陣列之一第二畫素群，其中該第二畫素群包括該些畫素單元的複數個第二畫素單元；其中該第一畫素群中的該些第一畫素單元具有相同的一第一預閃時間，且該第二畫素群中的該些第二畫素單元具有相同的一第二預閃時間。
  20. 如請求項第11項所述之影像感測器，其中該影像感測陣列係一互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)影像感測陣列，或係一電荷耦合元件(Charge-Coupled Device，CCD)影像感測陣列。
TW104144448A 2015-10-02 2015-12-30 預閃時間調整電路及使用其的影像感測器 TWI544746B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/873,607 US9412784B1 (en) 2015-10-02 2015-10-02 Pre-flash time adjusting circuit and image sensor using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI544746B true TWI544746B (zh) 2016-08-01
TW201714408A TW201714408A (zh) 2017-04-16

Family

ID=56556454

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104144448A TWI544746B (zh) 2015-10-02 2015-12-30 預閃時間調整電路及使用其的影像感測器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9412784B1 (zh)
CN (1) CN106561048B (zh)
TW (1) TWI544746B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9864437B2 (en) * 2016-03-22 2018-01-09 Pixart Imaging (Penang) Sdn. Bhd. Circuit and method for detecting working and resting states for optical mouse
US10431623B2 (en) * 2017-10-22 2019-10-01 Pixart Imaging Inc. Method applied to BJT pixel of image sensor apparatus and image sensor apparatus

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2329287A1 (en) * 2000-01-21 2001-07-21 Symagery Microsystems Inc. Host interface for imaging arrays
CN100365542C (zh) * 2002-11-18 2008-01-30 英群企业股份有限公司 转换不省电处理器电子装置为省电的节电方法及节电电路
TWI238358B (en) * 2004-05-12 2005-08-21 Sunplus Technology Co Ltd Optical mouse with shielding compensation, and the method for shielding compensation
GB2480621A (en) * 2010-05-25 2011-11-30 St Microelectronics Calibration of optical navigation devices in ambient light conditions
DE102010047157B4 (de) * 2010-09-30 2013-05-08 Austriamicrosystems Ag Verfahren zur Strombegrenzung eines Laststroms und Schaltung mit Strombegrenzung eines Laststromes eines Blitzmittels
US9385158B2 (en) * 2013-08-07 2016-07-05 Pixart Imaging Inc. Bipolar junction transistor pixel circuit, driving method thereof, and image sensor

Also Published As

Publication number Publication date
CN106561048A (zh) 2017-04-12
US9412784B1 (en) 2016-08-09
TW201714408A (zh) 2017-04-16
CN106561048B (zh) 2019-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4055722B2 (ja) アクティブマトリクス型有機ｅｌ表示装置
JP4683436B2 (ja) 光検出装置
US11620848B2 (en) Detection circuit, skin print recognition device and driving method
TWI716453B (zh) 低功率消耗的畫素電路、具有該畫素電路之影像系統及其運作方法
US20110260038A1 (en) Solid-state image pickup element and method for controlling the same
US9385158B2 (en) Bipolar junction transistor pixel circuit, driving method thereof, and image sensor
WO2015014147A1 (zh) 像素电路、有机电致发光显示面板及显示装置
TW201720138A (zh) 固態影像擷取裝置，用於一固態影像擷取裝置之信號處理方法及電子裝置
US11825227B2 (en) CDS circuit, operating method thereof, and image sensor including CDS circuit
CN108337457B (zh) 图像传感器
US20100110256A1 (en) Pixel sensor array and image sensor including the same
US11483498B2 (en) Solid imaging element, control method for solid imaging element, and electronic apparatus
JP2000162041A (ja) 光検出装置
JP2001119063A (ja) 発光兼受光回路並びにカメラ及び光学装置
JP2021193760A (ja) 撮像素子及び光検出素子
JP2010271194A (ja) 光検出装置
TWI544746B (zh) 預閃時間調整電路及使用其的影像感測器
TW201703511A (zh) 影像感測器及其運作方法、包含該影像感測器之動作感測器
KR20200118657A (ko) 이미지 센서 및 이의 구동방법
JP2020025249A (ja) 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、および電子機器
KR101158811B1 (ko) 이미지 센서
US7491927B2 (en) Color sensing circuit employing charge storage device
KR100849509B1 (ko) 글로벌 셔터 구동 방식의 이미지 센서를 이용한 입력 장치
US11057579B2 (en) Anti-overexposure circuit structure and electronic device using the same
CN210405496U (zh) 涌入电流控制电路