TWM612610U - 影像感測裝置 - Google Patents

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Abstract

一種影像感測裝置。光感測單元接收包括影像資訊的光信號，而產生感測信號。積分器電路於積分期間對感測信號進行積分運算，以累計感測信號而產生落於預設範圍內的累計感測值。

Description

影像感測裝置
本新型創作是有關於一種感測裝置，且特別是有關於一種影像感測裝置。
常見的影像感測裝置可包括由多個感測像素構成的感測像素陣列，各個感測像素可將入射光轉換為感測信號，藉由分析各個感測像素所提供的感測信號，即可獲得影像感測裝置所感測到的影像。進一步來說，各個感測像素可包括光電二極體，其將光轉換為電信號，光電二極體的持續曝光將造成感測像素輸出的感測信號的電壓值持續下降，藉由讀取各個感測像素所提供的感測信號的電壓值即可獲得影像感測裝置所感測到的影像。然在曝光量過小(例如曝光時間過短時)，亦即感測信號的電壓值過小時，將可能出現讀取電路的解析度不足，而無法正確讀取感測信號的情形。一般可透過拉長取樣感測信號的間隔，等待感測信號的電壓值隨時間變大後再進行取樣，又或者可選用解析度較高的讀取電路，以確保讀取電路可正確地讀取感測信號。此兩種方式雖可改善感測像素的曝光量不足時無法正確讀取感測信號的問題，然卻衍生出降低影像感測裝置的感測效率或提高生產成本的問題。
本新型創作提供一種影像感測裝置，可有效提高影像感測品質。
本新型創作的影像感測裝置包括光感測單元以及積分器電路。光感測單元接收包括影像資訊的光信號，而產生感測信號。積分器電路耦接光感測單元，於積分期間對感測信號進行積分運算，以累計感測信號而產生落於預設範圍內的累計感測值。
基于上述，本新型創作實施例的積分器電路可於積分期間對感測信號進行積分運算，累計感測信號而產生落於預設範圍內的累計感測值。如此藉由在積分期間內累計於不同時間點光感測單元所提供的感測信號，可避免感測信號的信號值過小而使得後續的信號處理電路因解析度不足，而無法正確讀取感測信號的情形，因此可有效大幅地提高影像感測品質。
圖1是依照本新型創作的實施例的一種影像感測裝置的示意圖，請參照圖1。影像感測裝置可包括光感測單元102以及積分器電路104，光感測單元102耦接積分器電路104，影像感測裝置可例如為指紋感測器或X光平板感測器，然不以此為限。光感測單元102可接收包括影像資訊的光信號而產生感測信號。積分器電路104可於積分期間對光感測單元102產生的感測信號進行積分運算，以累計感測信號而產生落於預設範圍內的累計感測值S1。也就是說，積分器電路104可在積分期間連續地對感測信號進行多次取樣，並透過累計此些取樣值來放大感測信號。如此在光感測單元102的曝光量較小的情形下，積分器電路104仍可提供足夠大的累計感測值S1給後級電路(例如類比數位轉換電路、數位信號處理電路等)，而可有效避免後級電路因解析度不足而無法正確地讀取感測信號，且不會降低影像感測裝置的感測效率或提高生產成本。
在部份實施例中，積分器電路104也可在光感測單元102的曝光量過大的情形下降低感測信號的取樣數，從而降低累計感測值S1，避免累計感測值S1超出後級電路的動態範圍而無法正確地讀取感測信號。
圖2是依照本新型創作另一實施例的一種影像感測裝置的示意圖。進一步來說，光感測單元102可包括重置開關SW1、光電轉換單元D1以及寄生電容C1，其中重置開關SW1的一端耦接重置電壓VRST，光電轉換單元D1耦接於重置開關SW1與接地之間，寄生電容C1產生於光電轉換單元D1與重置開關SW1的共同接點與接地之間，光電轉換單元D1可例如為光電二極體，然不以此為限。此外，相較於圖1實施例，本實施例的影像感測裝置還包括緩衝放大器電路202，緩衝放大器電路202耦接於光感測單元102與積分器電路104之間。
當重置開關SW1受控於重置信號SR1而處於導通狀態時，重置電壓VRST可透過重置開關SW1重置光電轉換單元D1與重置開關SW1的共同接點上的電壓VX。而在進入積分期間後，重置開關SW1受控於重置信號SR1進入斷開狀態，光電轉換單元D1將光信號轉換為電信號(感測信號)，此時電壓VX將隨著光電轉換單元D1的曝光時間拉長而下降。緩衝放大器電路202可例如為單位增益放大器，緩衝放大器電路202可作為信號中繼電路，將光感測單元102提供的感測信號傳送給積分器電路104，以確保積分器電路104可接收到未失真的感測信號進行積分運算。積分器電路104的進行積分運算的方式已於上述實施例說明，在此不再贅述。
圖3是依照本新型創作另一實施例的一種影像感測裝置的示意圖。在本實施例中，緩衝放大器電路202可包括運算放大器A1以及取樣電容CS，運算放大器A1的正輸入端耦接參考電壓VR，運算放大器A1的負輸入端耦接光感測單元102的輸出端，運算放大器A1的輸出端耦接積分器電路104，取樣電容CS則耦接於運算放大器A1的負輸入端與輸出端之間。其中透過改變參考電壓VR的電壓值可調整緩衝放大器電路202提供給積分器電路104的感測信號的電壓值，而使得積分器電路104的累計感測值的調整更具有彈性。
在上述實施例中，光感測單元102可配置於光感測面板上，而緩衝放大器電路202與積分器電路104則可被整合於光感測面板外的IC晶片中，如此可使光感測面板空出更多的面積來配置光感測單元102，而可提高光感測面板的光感測效率。在部份實施例中，也可將緩衝放大器電路202配置於光感測面板上，亦即使光感測單元102也包括緩衝放大器電路202。舉例來說，圖4是依照本新型創作另一實施例的一種影像感測裝置的示意圖。在本實施例中，光感測單元102中的緩衝放大器電路202可包括由電晶體M1以及電流源I1構成的源極隨耦器，電晶體M1耦接於光感測單元102的輸出端與電源電壓VDD之間，電晶體M1的閘極端耦接重置開關SW1與光電轉換單元D1的共同接點，電流源I1耦接於電晶體M1與接地之間。電晶體M1可反應光電轉換單元D1與重置開關SW1的共同接點上的電壓VX輸出感測信號給積分器電路104，以確保積分器電路104可接收到未失真的感測信號進行積分運算。積分器電路104的進行積分運算的方式已於上述實施例說明，在此不再贅述。
圖5是依照本新型創作另一實施例的一種影像感測裝置的示意圖。與圖3實施例相比，本實施例的影像感測裝置還包括開關SW2、SW3以及取樣電容CS，緩衝放大器電路202則僅包括運算放大器A1。運算放大器A1的正輸入端耦接光感測單元102的輸出端，運算放大器A1的負輸入端與其輸出端相耦接。開關SW2耦接於運算放大器A1的輸出端與取樣電容CS的一端之間，取樣電容CS的另一端耦接積分器電路104，開關SW3則耦接於開關SW2與取樣電容CS的共同接點與參考電壓VR之間。開關SW2與開關SW3可分別受控於對應的控制信號CK1與CK2而交替地導通。
進一步來說，如圖6所示的重置信號SR1與控制信號CK1、CK2的信號波形，在積分器電路104的積分期間，重置信號SR1為低電壓準位，而使得重置開關SW1處於斷開狀態。在積分器電路104的積分期間，控制信號CK1與CK2可交替地進入高電壓準位，亦即當控制信號CK1處於高電壓準位時，控制信號CK2處於低電壓準位，而使開關SW2與開關SW3交替地導通。其中當開關SW2導通而開關SW3斷開時，緩衝放大器電路202可透過開關SW2將感測信號儲存於取樣電容CS中。而當開關SW2斷開而開關SW3導通時，開關SW3將參考電壓VR連接至取樣電容，進而將儲存於取樣電容CS中的感測信號傳送給積分器電路104進行積分運算。
假設參考電壓VR與重置電壓VRST的電壓值相等，且電壓VX為線性地下降，例如在控制信號CK1與CK2的每一個週期時間T內下降的電壓差為dV，而緩衝放大器電路202所輸出的電壓也對應地下降dV。在開關SW2與開關SW3完成第一次交替導通後，取樣電容CS可輸出電壓差dV給積分器電路104。由於光感測單元102的持續曝光將使得緩衝放大器電路202所輸出的電壓也持續地下降，在開關SW2與開關SW3完成第二次交替導通後，取樣電容CS可輸出電壓差2dV給積分器電路104，以此類推。積分器電路104可累計來自取樣電容CS的電壓差值，並據以輸出累計感測值S1。舉例來說，假設開關SW2與開關SW3完成了n次的交替導通，則積分器電路104輸出的累計感測值S1可如下式(1)所示。 dV+ 2×dV + 3×dV + … + n×dV = n(n+1)/2×dV   (1)
相較於習知的影像感測裝置僅對感測信號進行一次取樣，而至多僅能得到電壓值等於n×dV的感測值(亦即經過n個週期時間T後才進行取樣)，本實施例的影像感測裝置可有效地放大感測信號，避免後級電路因解析度不足而無法正確地讀取感測信號，且不會降低影像感測裝置的感測效率或提高生產成本。
類似地，圖6實施例中的緩衝放大器電路202也可如圖4實施例般配置於感測單元102中。如圖7所示，緩衝放大器電路202中的電晶體M1與電流源I1的共同接點可耦接至開關SW2。本實施例的影像感測裝置也可透過交替地導通開關SW2與SW3，而使取樣電容CS對應地輸出電壓差至積分器電路104進行積分運算。由於包括電晶體M1與電流源I1的緩衝放大器電路202、開關SW2、SW3、取樣電容以及積分器電路104的運作方式已於上述實施例中說明，在此不再贅述。
綜上所述，本新型創作實施例的積分器電路可於積分期間對感測信號進行積分運算，累計感測信號而產生落於預設範圍內的累計感測值。如此藉由在積分期間內累計於不同時間點光感測單元所提供的感測信號，可避免感測信號的信號值過小而使得後續的信號處理電路因解析度不足，而無法正確讀取感測信號的情形，因此可有效大幅地提高影像感測品質，且不會降低影像感測裝置的感測效率或提高生產成本。
102:光感測單元 104:積分器電路 202:緩衝放大器電路 S1:累計感測值 SW1:重置開關 SW2、SW3:開關 SR1:重置信號 C1:寄生電容 CS:取樣電容 CK1、CK2:控制信號 D1:光電轉換單元 VX:電壓 VR:參考電壓 VDD:電源電壓 VRST:重置電壓 M1:電晶體 I1:電流源 T:週期時間
圖1是依照本新型創作的實施例的一種影像感測裝置的示意圖。 圖2是依照本新型創作另一實施例的一種影像感測裝置的示意圖。 圖3是依照本新型創作另一實施例的一種影像感測裝置的示意圖。 圖4是依照本新型創作另一實施例的一種影像感測裝置的示意圖。 圖5是依照本新型創作另一實施例的一種影像感測裝置的示意圖。 圖6是依照本新型創作的實施例的重置信號與控制信號的波形示意圖。 圖7是依照本新型創作另一實施例的一種影像感測裝置的示意圖。
102:光感測單元
104:積分器電路
S1:累計感測值

Claims (8)

  1. 一種影像感測裝置，包括：一光感測單元，接收包括一影像資訊的光信號，而產生一感測信號；以及一積分器電路，耦接該光感測單元，於一積分期間對該感測信號進行積分運算，以累計該感測信號而產生落於一預設範圍內的一累計感測值。
  2. 如請求項1所述的影像感測裝置，其中該光感測單元包括：一重置開關，其一端耦接一重置電壓，其中該積分期間為該重置開關處於斷開狀態的期間；一光電轉換單元，耦接於該重置開關的另一端與接地之間，基於該光信號產生該感測信號；以及一寄生電容，產生於該光電轉換單元與該重置開關的共同接點與該接地之間，該光感測單元於該共同接點上產生該感測信號。
  3. 如請求項1所述的影像感測裝置，還包括：一緩衝放大器電路，耦接該積分器電路，該光感測單元透過該緩衝放大器電路將該感測信號輸出至該積分器電路。
  4. 如請求項3所述的影像感測裝置，還包括：一第一開關；一取樣電容，與該第一開關串接於該緩衝放大器電路的輸出端與該積分器電路之間；以及 一第二開關，耦接於該第一開關與該取樣電容的共同接點與一參考電壓之間，該第一開關與該第二開關分別受控於一第一控制信號與一第二控制信號而交替地導通。
  5. 如請求項4所述的影像感測裝置，其中該緩衝放大器電路包括：一運算放大器，其正輸入端耦接該光電轉換單元與該重置開關的共同接點，該運算放大器的負輸入端與輸出端相耦接，該運算放大器的輸出端做為該緩衝放大器電路的輸出端。
  6. 如請求項3所述的影像感測裝置，其中該緩衝放大器電路包括：一電晶體，其第一端耦接一電源電壓，該電晶體的第二端耦接該緩衝放大器電路的輸出端，該電晶體的控制端耦接該光電轉換單元與該重置開關的共同接點；以及一電流源，耦接於該電晶體的第二端。
  7. 如請求項3所述的影像感測裝置，其中該緩衝放大器電路包括：一運算放大器，其正輸入端耦接一參考電壓，該運算放大器的負輸入端耦接該光電轉換單元與該重置開關的共同接點，該運算放大器的輸出端做為該緩衝放大器電路的輸出端；以及一取樣電容，耦接於該運算放大器的負輸入端與輸出端之間。
  8. 如請求項3所述的影像感測裝置，其中該緩衝放大器 電路配置於該光感測單元中或與該積分器電路整合於一IC晶片中。
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