TWI756823B

TWI756823B - 光感測裝置

Info

Publication number: TWI756823B
Application number: TW109131441A
Authority: TW
Inventors: 陳志寧
Original assignee: 茂達電子股份有限公司
Priority date: 2020-09-14
Filing date: 2020-09-14
Publication date: 2022-03-01
Also published as: US11307089B2; CN114185104B; TW202211018A; CN114185104A; US20220082433A1

Abstract

本發明公開一種光感測裝置，其包括光電二極體、電容電路及類比數位轉換器。類比數位轉換器包括比較器、計數器、重置開關、邏輯電路及參考電壓切換電路。參考電壓切換電路由邏輯電路控制以提供判斷參考電壓。主要積分時間結束時，第一節點具有未到達參考電壓的殘餘電壓，邏輯電路在次要積分時間內控制參考電壓切換電路向比較器或電容電路提供判斷參考電壓，比較器輸出比較訊號，邏輯電路在次要積分時間內接收比較訊號，並判斷次要數值並輸出至計數器，計數器在主要積分時間內產生主要數值，且結合次要數值以輸出感測結果。

Description

光感測裝置

本發明涉及一種光感測裝置，特別是涉及一種具有高解析度的光感測裝置。

現在觸控式手機越來越流行，但由於手機採用觸控螢幕，用戶在進行通話時，臉部容易觸碰到手機螢幕而造成誤操作。因此，通常在手機上安裝光學趨近感測器。當光學趨近感測器檢測到光線被遮擋後，手機的系統判斷臉部靠近了觸控螢幕時，關閉觸控螢幕，以防止由於臉部貼近而產生的誤操作，並可以在通話過程中節省電量。

現有的光感測器多採用比較器及計數器的配置來偵測光電二極體的感測電流，通過在積分時間內對積分節點反覆進行重置，並通過計數器計算比較器比較積分節點的電壓及參考電壓的輸出結果，藉此來判斷感測電流的大小。

然而，在積分時間結束時，由於積分節點的電壓尚未達到參考電壓，因此會有部分殘餘電壓並未被計數器所計數，導致感測結果與感測電流呈現非線性關係。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種具有高解析度的光感測裝置。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是提供一種光感測裝置，包括光電二極體、電容電路及類比數位轉換器。光電二極體通過一第一開關連接於一第一節點，且經配置以在一主要積分時間內向該第一節點提供一感測電流。電容電路，連接於該第一節點且包括至少一電容。類比數位轉換器，其耦接於該第一節點，且經配置以在該主要積分時間中判斷該感測電流的一主要數值，並在該積分時間結束後的一次要積分時間內判斷該感測電流的一次要數值，其中類比數位轉換器包括比較器、計數器、重置開關、邏輯電路及參考電壓切換電路。比較器，其第一輸入端連接該第一節點，其第二輸入端連接一參考電壓，經配置以將該第一節點的電壓與該參考電壓比較，並於其輸出端輸出一比較訊號。計數器，經配置以在該主要積分時間內依據一時脈訊號對該比較訊號計數，以產生一主要計數結果作為該主要數值。重置開關，連接於該第一節點及接地端之間，經配置以從其之控制端接收該比較訊號，以依據該比較訊號進行切換。邏輯電路，分別連接該計數器及該比較器的輸出端，用於接收該時脈訊號及該比較訊號，且經配置以在該主要積分時間及該次要積分時間內分別控制該第一開關導通及關斷。參考電壓切換電路，連接於該邏輯電路，經配置以由該邏輯電路控制以提供至少一判斷參考電壓。其中該主要積分時間結束時，該第一節點具有未到達該參考電壓的一殘餘電壓，該邏輯電路在該次要積分時間內控制該參考電壓切換電路向該比較器或該電容電路提供該至少一判斷參考電壓，該比較器經配置以依據該至少一判斷參考電壓及該第一節點的電壓輸出該比較訊號，其中該邏輯電路經配置以在該次要積分時間內接收該比較訊號，並依據該比較訊號判斷該次要數值並輸出至該計數器，其中該計數器經配置以結合該主要數值及該次要數值，並輸出一感測結果。

在一些實施例中，該電容電路包括多個電容，且該些電容的數量對應於一預定位元數，該參考電壓切換電路進一步包括多個切換開關，分別連接該些電容，其中該些切換開關係分別經控制以使對應的該電容選擇性的連接該參考電壓或接地端。

在一些實施例中，該邏輯電路經配置以在該次要積分時間內以多個階段分別切換該些切換開關，以使該第一節點的電壓變化，且該比較器在該些階段分別將該第一節點的電壓與該參考電壓比較，以產生多個比較結果，該邏輯電路依據該些比較結果依序決定在該些階段中的控制該些切換開關的一切換順序，且依據該些比較結果對應產生該次要數值。

在一些實施例中，該邏輯電路經配置以將該些比較結果寫入一暫存器。

在一些實施例中，該第一節點的電壓係分別在該些階段中以1/2 ^N倍的該參考電壓進行變化，且N為1至M的正整數，M為該預定位元數。

在一些實施例中，該些切換開關更通過一分壓器連接於該參考電壓，該分壓器係由該邏輯電路控制以提供小於或等於該參考電壓的多個參考分壓。

在一些實施例中，該參考電壓切換電路包括一分壓器，係連接於該比較器及該邏輯電路，其中該分壓器係接收該參考電壓，且經配置以向該比較器提供小於或等於該參考電壓的一參考分壓，其中該邏輯電路經配置以控制該分壓器，以在該次要積分時間內以多個階段控制該分壓器提供不同的多個該參考分壓，該比較器經配置以在該些階段內將該第一節點的電壓分別與該些參考分壓比較以產生多個比較結果，該邏輯電路依據該些比較結果決定在該些階段中該些參考分壓的大小。

在一些實施例中，邏輯電路依據該些比較結果對應產生該次要數值並輸出至該計數器。

在一些實施例中，該些參考分壓的數量係對應於一第一預定位元數。

在一些實施例中，該類比數位轉換器更包括一延遲電路，係連接於該比較器的輸出端及該重置開關的控制端之間。

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的光感測裝置，其能通過偵測主要積分時間結束時的殘餘電壓，並進一步將其轉換為具有對應預定位元數的解析度次要數值，提升感測結果的解析度的同時，還能提升感測結果在感測電流上的線性度。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“光感測裝置”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

圖1、2分別為根據本發明實施例的光感測裝置的電路佈局圖及另一電路佈局圖。參閱圖1、2所示，本發明實施例提供一種光感測裝置1，包括光電二極體PD、電容電路10及類比數位轉換器12。

光電二極體PD通過電晶體T1、T2形成的電流鏡電路以及第一開關SW1連接於第一節點P1，電晶體T1、T2形成的電流鏡電路可將感測電流Ipd放大特定倍率後鏡射至第一開關SW1處，因此，光電二極體PD可在主要積分時間ITTIME1內向第一節點P1提供感測電流Ipd。

電容電路10連接於第一節點P1且包括至少一電容。類比數位轉換器12耦接於第一節點P1，大略來說，類比數位轉換器12可經配置以在主要積分時間ITTIME1中判斷感測電流Ipd的主要數值，並在主要積分時間ITTIME1結束後的次要積分時間ITTIME2內判斷感測電流Ipd的次要數值。

進一步詳細而言，類比數位轉換器12可包括比較器CP、計數器CT、重置開關Tr、邏輯電路120及參考電壓切換電路122。

如圖所示，比較器CP的第一輸入端連接第一節點P1，其第二輸入端連接參考電壓VREF，比較器CP可經配置以將第一節點P1的電壓與參考電壓VREF比較，並於其輸出端輸出比較訊號Scp。

計數器CT經配置以在主要積分時間ITTIME1內依據時脈訊號CLK對比較訊號Scp計數，以產生主要計數結果作為主要數值。

重置開關Tr連接於第一節點P1及接地端之間，經配置以從其之控制端接收比較訊號Scp，以依據比較訊號Scp進行切換。邏輯電路120，分別連接計數器CT及比較器CP的輸出端，用於接收時脈訊號CLK及比較訊號Scp，且經配置以在主要積分時間ITTIME1及次要積分時間ITTIME2內分別控制第一開關SW1導通及關斷。在一些實施例中，類比數位轉換器12更包括延遲電路124，連接於比較器CP的輸出端及重置開關Tr的控制端之間。

參考電壓切換電路122連接邏輯電路120，經配置以由邏輯電路120控制以在次要積分時間ITTIME2中提供至少一判斷參考電壓VREF’。此判斷參考電壓VREF’可如圖1所示提供給電容電路10，或如圖2所示提供給比較器CP。

其中，當主要積分時間ITTIME1結束時，第一節點P1具有未到達該參考電壓VREF的殘餘電壓Vpr，邏輯電路在次要積分時間ITTIME2內控制參考電壓切換電路122如圖1向電容電路10提供至少一判斷參考電壓VREF’，或如圖2所示向比較器CP提供至少一判斷參考電壓VREF’。

接著，比較器CP可經配置以依據至少一判斷參考電壓VREF’及第一節點P1的電壓Vp1輸出比較訊號Scp。邏輯電路120經配置以在次要積分時間ITTIME2內接收比較訊號Scp，並依據比較訊號Scp判斷次要數值並輸出至計數器CT，計數器CT可經配置以結合主要數值及次要數值，並輸出感測結果。

進一步參考圖3，其爲根據本發明實施例的光感測電路的電路佈局圖。如圖所示，電容電路10可包括多個電容C1、C2、C3、C4及C5，且該些電容C1、C2、C3、C4及C5的數量可對應於預定位元數。例如，可預先設定感測結果為16位元，其中次要數值佔用5位元，以[4:0]表示，主要數值則以[15:5]表示，換言之，預定位元數為5，則對應於C1、C2、C3、C4及C5的數量。

在此實施例中，參考電壓切換電路122可包括多個切換開關S1、S2、S3、S4、S5，分別連接電容C1、C2、C3、C4及C5，切換開關S1、S2、S3、S4、S5可分別經控制以使對應的電容C1、C2、C3、C4及C5選擇性的連接參考電壓VREF或接地端。

其中，邏輯電路120經配置以在次要積分時間ITTIME2內以多個階段分別切換該些切換開關S1、S2、S3、S4、S5，以使第一節點P1的電壓Vp1變化，且比較器CP在該些階段分別將第一節點P1的電壓Vp1與參考電壓VREF比較，以產生多個比較結果，邏輯電路120依據該些比較結果依序決定在該些階段中的控制該些切換開關S1、S2、S3、S4、S5的切換順序，且依據該些比較結果對應產生該次要數值。

接著，請進一步參考圖4、5，圖4爲根據本發明實施例的訊號時序圖，圖5為圖4中A1部分的放大圖。

如圖所示，可知第一節點P1的電壓Vp1在感測電流Ipd較爲微弱的情況下，直到主要積分時間ITTIME1結束時，電壓Vp1大於參考電壓VREF的次數僅為1次。而在主要積分時間ITTIME1結束時，由於比較器CP的比較訊號Scp爲低電位，因此計數器CT計數得到的主要數值為1。

接著進入次要積分時間ITTIME2，邏輯電路120經配置以在次要積分時間ITTIME2內以多個階段分別切換該些切換開關S1、S2、S3、S4、S5，以使第一節點P1的電壓Vp1變化。在一些實施例中，第一節點P1的電壓Vp1可分別在該些階段中以1/2 ^N倍的參考電壓VREF進行變化，且N為1至M的正整數，M為該預定位元數。以本實施例而言，N即爲1至5，換言之，電壓Vp1可分別在該些階段中以1/2、1/4、1/8、1/16、1/32倍的參考電壓VREF進行變化。

舉例而言，在次要積分時間ITTIME2開始後接收到時脈訊號CLK的第一個脈衝時，此時定義為第一階段，邏輯電路120可在第一階段中率先控制第一開關SW1關斷，使得此時的殘餘電壓Vpr以電荷的形式保留在電容電路10中，並切換該些切換開關S1、S2、S3、S4、S5，使得電容C1、C2、C3、C4及C5經過電荷平衡後，讓第一節點P1的電壓Vp1增加參考電壓VREF的1/2。而如圖所示，當電壓Vp1增加參考電壓VREF的1/2時，比較器CP會進一步判斷電壓Vp1是大於或小於參考電壓VREF，藉此可得到對應第一階段的第一比較結果。

以本實施例爲例，由於計數器CT的主要數值是從5位元開始，換言之，次要數值具有2 ⁵的解析度，即是32，而32對應於參考電壓VREF。因此，由圖可知，對應第一階段的第一比較結果為電壓Vp1大於參考電壓VREF，等同殘餘電壓Vpr增加參考電壓VREF的1/2後大於參考電壓VREF，可判斷殘餘電壓Vpr大於參考電壓VREF的1/2，對應於次要數值的範圍則爲殘餘電壓Vpr的數值大於16。

接著，由於第一比較結果為電壓Vp1大於參考電壓VREF，邏輯電路120則判斷在第二階段中需要降低電壓Vp1，因此，邏輯電路120切換該些切換開關S1、S2、S3、S4、S5，使得電容C1、C2、C3、C4及C5經過電荷平衡後，讓電壓Vp1減少參考電壓VREF的1/4。

而由圖可知，第二階段的比較結果為殘餘電壓Vpr增加參考電壓VREF的1/4時(由殘餘電壓Vpr+參考電壓VREF的1/2-參考電壓VREF的1/4得到)會小於參考電壓VREF，則可對應得到殘餘電壓Vpr小於參考電壓VREF的3/4，對應於次要數值的範圍則爲殘餘電壓Vpr的數值小於24。

以此類推，由於第二比較結果為電壓Vp1小於參考電壓VREF，邏輯電路120則判斷在第三階段中需要增加電壓Vp1，因此，邏輯電路120切換該些切換開關S1、S2、S3、S4、S5，使得電容C1、C2、C3、C4及C5經過電荷平衡後，讓電壓Vp1增加參考電壓VREF的1/8。第三階段的比較結果為殘餘電壓Vpr增加參考電壓VREF的3/8時(由殘餘電壓Vpr+參考電壓VREF的1/2-參考電壓VREF的1/4+參考電壓VREF的1/8得到)會大於參考電壓VREF，則可對應得到殘餘電壓Vpr大於參考電壓VREF的5/8，對應於次要數值的範圍則爲殘餘電壓Vpr的數值大於20。

由於第三比較結果為電壓Vp1大於參考電壓VREF，邏輯電路120則判斷在第四階段中需要減少電壓Vp1，因此，邏輯電路120切換該些切換開關S1、S2、S3、S4、S5，使得電容C1、C2、C3、C4及C5經過電荷平衡後，讓電壓Vp1減少參考電壓VREF的1/16。第四階段的比較結果為殘餘電壓Vpr增加參考電壓VREF的5/16時(由殘餘電壓Vpr+參考電壓VREF的1/2-參考電壓VREF的1/4+參考電壓VREF的1/8-參考電壓VREF的1/16得到)會大於參考電壓VREF，則可對應得到殘餘電壓Vpr大於參考電壓VREF的11/16，對應於次要數值的範圍則爲殘餘電壓Vpr的數值大於22。

由於第四比較結果為電壓Vp1大於參考電壓VREF，邏輯電路120則判斷在第五階段中需要減少電壓Vp1，因此，邏輯電路120切換該些切換開關S1、S2、S3、S4、S5，使得電容C1、C2、C3、C4及C5經過電荷平衡後，讓電壓Vp1減少參考電壓VREF的1/32。第五階段的比較結果為殘餘電壓Vpr增加參考電壓VREF的9/32時(由殘餘電壓Vpr+參考電壓VREF的1/2-參考電壓VREF的1/4+參考電壓VREF的1/8-參考電壓VREF的1/16-參考電壓VREF的1/32得到)會小於參考電壓VREF，則可對應得到殘餘電壓Vpr小於參考電壓VREF的23/32，對應於次要數值的範圍則爲殘餘電壓Vpr的數值小於23。因此，綜合殘餘電壓Vpr的上下限範圍，可得次要數值約爲23，其意義即爲殘餘電壓Vpr約爲參考電壓VREF的23/32。

接著，邏輯電路120將此次要數值輸出至計數器CT，使計數器CT可將主要數值(此時為1)及次要數值(此時為23)進行結合，並輸出感測結果。在上述各階段中，邏輯電路120可經配置以將該些比較結果寫入暫存器126中，而次要積分時間ITTIME2可大約為時脈訊號CLK的5個脈衝左右即可完成上述計算。也因此，通過偵測主要積分時間ITTIME1結束時的殘餘電壓Vpr，並進一步將其轉換為具有對應預定位元數的解析度次要數值，在提升感測結果的解析度的同時，還能提升感測結果對於感測電流Ipd的線性度。

而可進一步參考圖6A，其爲根據圖3的光感測裝置的電路進行修改的一變化電路佈局圖。如圖所示，電容電路10可包括多個電容C1、C2、…、CI，而參考電壓切換電路122可包括多個切換開關S1、S2、…、SI，其中，I為第一預定位元數，而切換開關S1、S2、…、SI可通過分壓器DIV連接於參考電壓VREF。分壓器DIV可例如為包括R-2R電阻階梯架構的分壓器，且可由邏輯電路120控制以提供小於或等於參考電壓VREF的多個參考分壓VREF/J。其中，參考分壓VREF/J的數量可依據針對感測結果解析度的需求進行設定，J可爲第二預定位元數。因此，可將主要數值與次要數值重新分配在16位元中，次要數值可表示為[I+J-1 : 0]，而主要數值則可知為[15 : I+J]。類似於上述操作，邏輯電路120可切換該些切換開關S1、S2、…、SI，使得電容C1、C2、…、CI經過電荷平衡後，讓電壓Vp1產生對應的變化，來滿足對於更高解析度的需求。

請進一步參考圖6B，其爲對應於圖6A的光感測裝置的訊號時序圖。在此實施例中，由於能夠提供小於或等於參考電壓VREF的多個參考分壓VREF/J，第一節點P1的電壓Vp1可分別在該些階段中以1/2、1/4、1/8、1/16、1/32倍的參考電壓VREF進行變化，而在1/32倍的參考電壓VREF之下，更可以例如1/32*1/J1倍的參考電壓VREF，以及1/32*1/J2倍的參考電壓VREF進行變化，因此，可再進一步增加感測結果的解析度。

另一方面，本發明的概念亦可以另一種電路架構來實現。請參考圖7A，其爲根據本發明另一實施例的光感測裝置的電路佈局圖。如圖所示，圖7A繪示了圖2的光感測裝置的更進一步的電路細節。其中，電容電路10亦可包括連接接地端的多個電容C1、C2、C3、C4及C5，且該些電容C1、C2、C3、C4及C5的數量可對應於預定位元數。例如，可預先設定感測結果為16位元，其中次要數值佔用5位元，以[4:0]表示，主要數值則以[15:5]表示，換言之，預定位元數為5，則對應於C1、C2、C3、C4及C5的數量。

而在本實施例中，參考電壓切換電路10可包括分壓器DIV，係連接於比較器CP及邏輯電路120，其中，分壓器DIV可例如為包括R-2R電阻階梯架構的分壓器，其接收參考電壓VREF，且可由邏輯電路120控制以向比較器CP提供小於或等於參考電壓VREF的參考分壓VREF/N。

類似的，邏輯電路120可控制分壓器DIV，以在次要積分時間ITTIME2內以多個階段控制分壓器DIV提供不同的多個參考分壓VREF/N。

需要說明的是，圖3的實施例中採用的是改變第一節點P1保留的殘餘電壓Vpr而後通過比較器CP反覆比較最後得到殘餘電壓Vpr的準確範圍，而在本實施例中，可通過不斷改變比較器CP的比較基準，再以類似概念反覆比較最終獲得殘餘電壓Vpr的次要數值。

可進一步參考圖7B，其爲對應於圖7A的光感測裝置的訊號時序圖。以此方式，比較器CP可經配置以在該些階段內將第一節點P1的電壓Vpr分別與該些參考分壓VREF/N比較以產生多個比較結果，例如，邏輯電路120可控制分壓器DIV分別在不同階段依序提供1/2、1/4、1/8、1/16、1/32倍的參考電壓VREF，以產生新的參考電壓VREF’來作爲參考分壓VREF/N，接著比較器CP在各階段中，將電壓Vpr分別與1/2、1/4、1/8、16/1、32/1倍的參考電壓VREF進行比較，而對應的比較結果可讓邏輯電路120作爲依據來決定在該些階段中該些參考分壓VREF/N的大小。

而類似的，在邏輯電路120獲得對應於殘餘電壓Vpr的次要數值後，可輸出至計數器CT與主要數值進行結合，最終得到感測結果。

可進一步參考圖8及圖9所示，圖8為現有光感測器電路的計數值對光電流作圖，而圖9為採用本發明實施例的光感測電路的感測結果的計數值對光電流作圖。如圖所示，通過採用本發明的光感測電路，可明顯提升感測結果對於光電流的線性度，並可消除現有光感測器電路的計數值無法於光電流微弱時準確偵測的片段線性缺陷。

[實施例的有益效果]

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

1:光感測裝置 PD:光電二極體 10:電容電路 12:類比數位轉換器 T1、T2:電晶體 SW1:第一開關 P1:第一節點 Ipd:感測電流 ITTIME1:主要積分時間 ITTIME2:次要積分時間 CP:比較器 CT:計數器 Tr:重置開關 120:邏輯電路 122:參考電壓切換電路 VREF:參考電壓 Scp:比較訊號 CT:計數器 CLK:時脈訊號 124:延遲電路 VREF’:判斷參考電壓 Vpr:殘餘電壓 C1、C2、C3、C4、C5、CI:電容 S1、S2、S3、S4、S5、SI:切換開關 Vp1:電壓 A1 :部分 DIV:分壓器 VREF/J、VREF/N:參考分壓 126:暫存器

圖1為根據本發明實施例的光感測裝置的電路佈局圖。

圖2分別為根據本發明實施例的光感測裝置的另一電路佈局圖。

圖3爲根據本發明實施例的光感測電路的電路佈局圖。

圖4爲根據本發明實施例的訊號時序圖。

圖5為圖4中A1部分的放大圖。

圖6A爲根據圖3的光感測裝置的電路進行修改的一變化電路佈局圖。

圖6B爲對應於圖6A的光感測裝置的訊號時序圖。

圖7A爲根據本發明另一實施例的光感測裝置的電路佈局圖。

圖7B爲對應於圖7A的光感測裝置的訊號時序圖。

圖8為現有光感測器電路的計數值對光電流作圖。

圖9為採用本發明實施例的光感測電路的感測結果的計數值對光電流作圖。

1:光感測裝置

PD:光電二極體

10:電容電路

12:類比數位轉換器

T1、T2:電晶體

SW1:第一開關

P1:第一節點

Ipd:感測電流

ITTIME1:主要積分時間

ITTIME2:次要積分時間

CP:比較器

CT:計數器

Tr:重置開關

120:邏輯電路

122:參考電壓切換電路

VREF:參考電壓

Scp:比較訊號

CT:計數器

CLK:時脈訊號

124:延遲電路

VREF’:判斷參考電壓

126:暫存器

Claims

一種光感測裝置，包括：一光電二極體，通過一第一開關連接於一第一節點，且經配置以在一主要積分時間內向該第一節點提供一感測電流；以及一電容電路，連接於該第一節點且包括至少一電容；一類比數位轉換器，其耦接於該第一節點，且經配置以在該主要積分時間中判斷該感測電流的一主要數值，並在該主要積分時間結束後的一次要積分時間內判斷該感測電流的一次要數值，其中類比數位轉換器包括：一比較器，其第一輸入端連接該第一節點，其第二輸入端連接一參考電壓，經配置以將該第一節點的電壓與該參考電壓比較，並於其輸出端輸出一比較訊號；一計數器，經配置以在該主要積分時間內依據一時脈訊號對該比較訊號計數，以產生一主要計數結果作為該主要數值；一重置開關，連接於該第一節點及接地端之間，經配置以從其之控制端接收該比較訊號，以依據該比較訊號進行切換；一邏輯電路，分別連接該計數器及該比較器的輸出端，用於接收該時脈訊號及該比較訊號，且經配置以在該主要積分時間及該次要積分時間內分別控制該第一開關導通及關斷；一參考電壓切換電路，連接於該邏輯電路，經配置以由該邏輯電路控制以提供至少一判斷參考電壓；其中該主要積分時間結束時，該第一節點具有未到達該參考電壓的一殘餘電壓，該邏輯電路在該次要積分時間內控制該參考電壓切換電路向該比較器或該電容電路提供該至少一判斷參考電壓，該比較器經配置以依據該至少一判斷參考電壓及該第一節點的電壓輸出該比較訊號，其中該邏輯電路經配置以在該次要積分時間內接收該比較訊號，並依據該比較訊號判斷該次要數值並輸出至該計數器，其中該計數器經配置以結合該主要數值及該次要數值，並輸出一感測結果。
如請求項1所述的光感測裝置，其中該電容電路包括多個電容，且該些電容的數量對應於一預定位元數，該參考電壓切換電路進一步包括：多個切換開關，分別連接該些電容，其中該些切換開關係分別經控制以使對應的該電容選擇性的連接該參考電壓或接地端。
如請求項2所述的光感測裝置，其中該邏輯電路經配置以在該次要積分時間內以多個階段分別切換該些切換開關，以使該第一節點的電壓變化，且該比較器在該些階段分別將該第一節點的電壓與該參考電壓比較，以產生多個比較結果，該邏輯電路依據該些比較結果依序決定在該些階段中的控制該些切換開關的一切換順序，且依據該些比較結果對應產生該次要數值。
如請求項3所述的光感測裝置，其中該邏輯電路經配置以將該些比較結果寫入一暫存器。
如請求項3所述的光感測裝置，其中該第一節點的電壓係分別在該些階段中以1/2^N倍的該參考電壓進行變化，且N為1至M的正整數，M為該預定位元數。
如請求項3所述的光感測裝置，其中該些切換開關更通過一分壓器連接於該參考電壓，該分壓器係由該邏輯電路控制以提供小於或等於該參考電壓的多個參考分壓。
如請求項1所述的光感測裝置，其中該參考電壓切換電路包括一分壓器，係連接於該比較器及該邏輯電路，其中該分壓器係接收該參考電壓，且經配置以向該比較器提供小於或等於該參考電壓的一參考分壓，其中該邏輯電路經配置以控制該分壓器，以在該次要積分時間內以多個階段控制該分壓器提供不同的多個該參考分壓，該比較器經配置以在該些階段內將該第一節點的電壓分別與該些參考分壓比較以產生多個比較結果，該邏輯電路依據該些比較結果決定在該些階段中該些參考分壓的大小。
如請求項7所述的光感測裝置，該邏輯電路依據該些比較結果對應產生該次要數值並輸出至該計數器。
如請求項7所述的光感測裝置，其中該些參考分壓的數量係對應於一第一預定位元數。
如請求項1所述的光感測裝置，其中該類比數位轉換器更包括一延遲電路，係連接於該比較器的輸出端及該重置開關的控制端之間。