本發(fā)明有關(guān)一種圖像系統(tǒng)，更特別有關(guān)一種可消除環(huán)境光影響的雙極結(jié)晶體管像素電路、具有所述像素電路的圖像系統(tǒng)及其運(yùn)作方法。

背景技術(shù)：

請參照圖1所示，其為已知雙極結(jié)晶體管(BJT)像素電路100的示意圖。所述BJT像素電路100包含光電二極管11、雙極結(jié)晶體管13、像素電容Cp、電源端V_DD、多個開關(guān)元件SWres、SWshut、SW0、SW0d以及兩源極隨耦器(source follower)SF、SFd。

圖2為具有圖1的BJT像素電路100的圖像感測器的運(yùn)作時序圖，此處以感測陣列包含3個像素電路P1、P2及P3為例進(jìn)行說明。

所述BJT像素電路100可通過控制所述多個開關(guān)元件而操作于兩個階段，包含重置階段(reset phase)以及光閘階段(shutter phase)；其中，所述重置階段下所述多個開關(guān)元件SWres導(dǎo)通，而所述光閘階段下所述開關(guān)元件SWshut導(dǎo)通。所述重置階段用以釋放所述光電二極管11中留存的電荷并將所述像素電容Cp充電至初始電位Vint。所述光閘階段可使所述BJT像素電路100放電所述初始電位Vint且放電率為光強(qiáng)度的函數(shù)。圖1顯示所述光閘階段的狀態(tài)，其配合系統(tǒng)光源20而運(yùn)作。所述系統(tǒng)光源20相對第一幀frame A點(diǎn)亮并相對第二幀frame B關(guān)閉(參照圖2)；其中，所述第二幀frame B有時可稱為環(huán)境光圖像幀。

所述第一幀frame A中，所述系統(tǒng)光源20開啟(例如時間t1)后至所述開關(guān)元件SWshut導(dǎo)通(例如時間t2)的一段期間可稱為初照明期間(pre-flash time)，其為了使所述雙極結(jié)晶體管13達(dá)到一穩(wěn)定輸出。所述開關(guān)元件SWshut導(dǎo)通后，保存于所述像素電容Cp的電荷于曝光期間(例如時間t2-t3)通過所述雙極結(jié)晶體管13放電而使得所述初始電位Vint降低，其中所述初始電位Vint的降低量相關(guān)于所述光電二極管11所接收的光強(qiáng)度。

接著，通過所述開關(guān)元件SW0，所述像素電路100輸出輸出信號OUT。此外，所述像素電路100還通過所述開關(guān)元件SW0d輸出參考信號OUTd。所述參考信號OUTd用以消除切換注入(switch injection)以及電壓降(IR drop)。例如，所述第一幀frame A中，所述像素電路100分別相對所述多個像素電路P1-P3產(chǎn)生一組輸出信號OUTon與參考信號OUTdon，也即三組信號。同理，所述第二幀frame B中，所述像素電路100分別相對所述多個像素電路P1-P3產(chǎn)生另一組輸出信號OUToff與參考信號OUTdoff，也即另三組信號。

所述輸出信號OUT及所述參考信號OUTd接著被輸入至電荷轉(zhuǎn)移放大器17進(jìn)行差分運(yùn)算。所述輸出信號OUT及所述參考信號OUTd的差分信號(例如OUTdon-OUTon及OUTdoff-OUToff)通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)18轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后由處理器19進(jìn)行后處理；其中，所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器18的取樣次數(shù)正相關(guān)于感測陣列的尺寸，如圖2所示每一個幀為3次。已知像素電路100中，為了消除環(huán)境光的影響，所述處理器19于數(shù)字后端對所述多個差分信號進(jìn)行減法運(yùn)算，也即(點(diǎn)燈時的ADC值的和)-(熄燈時的ADC值的和)。

然而，所述光電二極管11所接收的光強(qiáng)度同時包含了系統(tǒng)光以及環(huán)境光。當(dāng)環(huán)境光較強(qiáng)時(例如位于太陽光下)，所述差分信號(OUTdon-OUTon)與所述差分信號(OUTdoff-OUToff)間的差異變的很小，甚至可能小于所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器18的解析度，因而導(dǎo)致所述處理器19無法區(qū)分所述系統(tǒng)光源20開啟與關(guān)閉之間的差異。因此，當(dāng)所述像素電路100應(yīng)用于近接感測器(proximity sensor)時，則無法于強(qiáng)光下檢測接近物體。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明還提出一種可消除環(huán)境光影響的雙極結(jié)晶體管像素電路、具有所述像素電路的圖像系統(tǒng)及其運(yùn)作方法。

本發(fā)明提供一種雙極結(jié)晶體管像素電路，用以相對光源信號產(chǎn)生電壓信號，其中所述光源信號包含點(diǎn)燈準(zhǔn)位及熄燈準(zhǔn)位。所述像素電路包含光電二極管、第一光開關(guān)、第二光開關(guān)、第一儲存電容以及第二儲存電容。所述第一光開關(guān)用以根據(jù)第一光開關(guān)信號相對所述點(diǎn)燈準(zhǔn)位控制所述光電二極管的第一曝光時間。所述第二光開關(guān)用以根據(jù)第二光開關(guān)信號相對所述熄燈準(zhǔn)位控制所述光電二極管的第二曝光時間。所述第一儲存電容具有通過所述第一光開關(guān)耦接所述光電二極管的第一端及耦接接地端的第二端，所述第一儲存電容用以于所述第一曝光時間前保存第一預(yù)設(shè)電位并于所述第一曝光時間內(nèi)經(jīng)由所述二極體放電至第一輸出電壓。所述第二儲存電容具有通過所述第二光開關(guān)耦接所述光電二極管的第一端及耦接所述接地端的第二端，所述第二儲存電容用以于所述第二曝光時間前保存第二預(yù)設(shè)電位并于所述第二曝光時間內(nèi)經(jīng)由所述二極體放電至第二輸出電壓。

本發(fā)明還提供一種圖像系統(tǒng)，包含系統(tǒng)光源以及圖像感測器。所述圖像感測器包含多個像素電路以及積分器。每一所述多個像素電路包含光電二極管、第一光開關(guān)、第二光開關(guān)、第一儲存電容以及第二儲存電容。所述第一光開關(guān)用以根據(jù)第一光開關(guān)信號相對所述系統(tǒng)光源點(diǎn)亮?xí)r控制所述光電二極管的第一曝光時間。所述第二光開關(guān)用以根據(jù)第二光開關(guān)信號相對所述系統(tǒng)光源熄滅時控制所述光電二極管的第二曝光時間。所述第一儲存電容具有通過所述第一光開關(guān)耦接所述光電二極管的第一端及耦接接地端的第二端，所述第一儲存電容用以于所述第一曝光時間前保存第一預(yù)設(shè)電位并于所述第一曝光時間內(nèi)經(jīng)由所述光電二極管放電至第一輸出電壓。所述第二儲存電容具有通過所述第二光開關(guān)耦接所述光電二極管的第一端及耦接所述接地端的第二端，所述第二儲存電容用以于所述第二曝光時間前保存第二預(yù)設(shè)電位并于所述第二曝光時間內(nèi)經(jīng)由所述光電二極管放電至第二輸出電壓。所述積分器用以將每一所述多個像素電路輸出的所述第一輸出電壓及所述第二輸出電壓進(jìn)行差分運(yùn)算以相對每一所述多個像素電路產(chǎn)生一對差分信號。

本發(fā)明還提供一種圖像系統(tǒng)的運(yùn)作方法。所述圖像系統(tǒng)包含系統(tǒng)光源及圖像感測器。所述圖像感測器包含積分器以及多個像素電路。每一所述多個像素電路包含光電二極管、第一光開關(guān)、第二光開關(guān)、第一儲存電容、第二儲存電容、第一讀取開關(guān)以及第二讀取開關(guān)。所述運(yùn)作方法包含下列步驟：以第一光開關(guān)信號控制所述第一光開關(guān)，以相對所述系統(tǒng)光源點(diǎn)亮?xí)r控制所述光電二極管的第一曝光時間以使所述第一儲存電容放電至第一輸出電壓；以第二光開關(guān)信號控制所述第二光開關(guān)，以相對所述系統(tǒng)光源熄滅時控制所述光電二極管的第二曝光時間以使所述第二儲存電容放電至第二輸出電壓；以讀取信號控制所述第一讀取開關(guān)及所述第二讀取開關(guān)，以同時讀出所述第一輸出電壓及所述第二輸出電壓；以及以所述積分器對所述第一輸出電壓及所述第二輸出電壓進(jìn)行差分運(yùn)算以產(chǎn)生一對差分信號。

本發(fā)明的圖像系統(tǒng)可適用于近接感測器及手勢識別系統(tǒng)，尤其適用于強(qiáng)環(huán)境光下的操作。

本發(fā)明的圖像感測器無須于系統(tǒng)光源熄滅時另獲取一張環(huán)境光圖像幀，并可減少輸出電壓取樣及模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的取樣次數(shù)。

為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯，下文將配合所附圖示，詳細(xì)說明如下。此外，于本發(fā)明的說明中，相同的構(gòu)件以相同的符號表示，于此先述明。

附圖說明

圖1為已知雙極結(jié)晶體管像素電路的示意圖；

圖2為具有圖1的雙極結(jié)晶體管像素電路的圖像感測器的運(yùn)作時序圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的圖像系統(tǒng)的運(yùn)作示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的雙極結(jié)晶體管像素電路的示意圖；

圖5為具有圖4的雙極結(jié)晶體管像素電路的圖像感測器的運(yùn)作時序圖；

圖6為具有圖4的雙極結(jié)晶體管像素電路的圖像感測器的方塊示意圖；

圖7為具有圖4的雙極結(jié)晶體管像素電路的圖像感測器的另一方塊示意圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例的圖像系統(tǒng)的運(yùn)作方法的流程圖。

附圖標(biāo)記說明

17 電荷轉(zhuǎn)移放大器

3 圖像系統(tǒng)

30 圖像感測器

30A 像素陣列

100、300 BJT像素電路

11、31 光電二極管

13、33 雙極結(jié)晶體管

35 時序控制器

37 積分器

18、38 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器

19、39 處理器

40 系統(tǒng)光源

9 手指

V_DD 電源端

GRD 接地端

S1 重置信號

S21 第一光開關(guān)信號

S31 第二光開關(guān)信號

Sr 讀取信號

S4 光源信號

Con 第一儲存電容

Coff 第二儲存電容

OUTon 第一輸出電壓

OUToff 第二輸出電壓

SWres 重置開關(guān)

SWshuton 第一光開關(guān)

SWshutoff 第二光開關(guān)

SWron 第一讀取開關(guān)

SWroff 第二讀取開關(guān)

SFon 第一源極隨耦器

SFoff 第二源極隨耦器

Vinton 第一初始電位

Vintoff 第二初始電位

N 節(jié)點(diǎn)

La 環(huán)境光

Ls 系統(tǒng)光

TAP、TAN 差分信號

Rd1、Rd2 讀取線

Sd 數(shù)字信號。

具體實(shí)施方式

請參照圖3所示，其為本發(fā)明實(shí)施例的圖像系統(tǒng)3的運(yùn)作示意圖。所述圖像系統(tǒng)3包含圖像感測器30以及系統(tǒng)光源40。所述圖像系統(tǒng)3可應(yīng)用于近接感測系統(tǒng)或手勢識別系統(tǒng)，用以檢測物體9(例如手指)的近接操作(proximity operation)及/或手勢(gesture)。所述圖像感測器30較佳為主動式圖像感測器，例如互補(bǔ)式金氧半場效電晶體(CMOS)圖像感測器。于操作時，所述圖像感測器30同時會檢測到來自所述系統(tǒng)光源40并被所述物體9反射的系統(tǒng)光Ls以及外界的環(huán)境光La。當(dāng)環(huán)境光La(例如太陽光)太強(qiáng)時，所述圖像感測器30所感測的系統(tǒng)光Ls的光強(qiáng)度與感測的環(huán)境光La相比非常小，因此所述系統(tǒng)光源40的功能不明顯而可能導(dǎo)致失效。

請同時參照圖3至5所示，圖4為本發(fā)明實(shí)施例的雙極結(jié)晶體管(BJT)像素電路300的示意圖，圖5為具有圖4的BJT像素電路300的圖像感測器的運(yùn)作時序圖。所述圖像感測器30包含多個陣列排列的BJT像素電路300(例如圖3顯示9個BJT像素電路300)。所述多個BJT像素電路300用以相對光源信號S4產(chǎn)生輸出電壓信號OUTon及OUToff；其中，所述光源信號S4包含(如圖5所示)點(diǎn)燈準(zhǔn)位(light-on)及熄燈準(zhǔn)位(light-off)。所述圖像感測器30還包含時序控制器35用以提供所述光源信號S4至所述系統(tǒng)光源40并提供其他控制信號S1,S21,Sr,S31(舉例詳述于后)至所述BJT像素電路300。某些實(shí)施例中，所述時序控制器35例如位于處理器39(參照第6-7圖)內(nèi)；其中，所述處理器例如為數(shù)字信號處理器(DSP)、中央處理器(CPU)、微控制器(MCU)等，但并不以此為限。

所述BJT像素電路300包含光電二極管31、雙極結(jié)晶體管(BJT)33、第一儲存電容Con、第二儲存電容Coff、第一光開關(guān)SWshuton、第二光開關(guān)SWshutoff、第一讀取開關(guān)SWron、第二讀取開關(guān)SWroff、第一源極隨耦器SFon、第二源極隨耦器SFoff以及三個重置開關(guān)SWres；其中，所述第一儲存電容Con及所述第一光開關(guān)SWshuton相對所述系統(tǒng)光源40點(diǎn)燈時(即點(diǎn)燈準(zhǔn)位)運(yùn)作，所述第二儲存電容Coff及所述第二光開關(guān)SWshutoff相對所述系統(tǒng)光源40熄燈時(即熄燈準(zhǔn)位)運(yùn)作。

一實(shí)施例中，所述光電二極管31內(nèi)建于所述雙極結(jié)晶體管33。所述BJT電晶體33例如為PNP雙極結(jié)晶體管且所述光電二極管31形成于所述BJT電晶體33的基極(Base)與集極(Collector)的PN接面(PN junction)。所述BJT電晶體33的射極(Emitter)連接至節(jié)點(diǎn)N。

另一實(shí)施例中，所述BJT電晶體33可不予實(shí)施，而僅包含所述光電二極管31。所述光電二極管31具有陰極和陽極。所述陰極連接至所述節(jié)點(diǎn)N。

也即，本發(fā)明中，所述BJT電晶體33的射極或所述光電二極管31的陰極耦接至所述節(jié)點(diǎn)N。

所述光電二極管31相對所述系統(tǒng)光源40點(diǎn)燈時同時感測系統(tǒng)光Ls及環(huán)境光La以產(chǎn)生光電流，而所述光電二極管31相對所述系統(tǒng)光源40熄燈時僅感測環(huán)境光La以產(chǎn)生光電流；其中，所述光電流與所感測的光強(qiáng)度呈正相關(guān)。

所述第一儲存電容Con具有第一端通過所述第一光開關(guān)SWshuton耦接所述BJT電晶體33的射極(或所述光電二極管31的陰極)及第二端耦接所述接地端GRD。重置開關(guān)SWres耦接于所述第一儲存電容Con的第一端與電源端V_DD間。所述第一光開關(guān)SWshuton用以根據(jù)第一光開關(guān)信號S21相對所述光源信號S4的點(diǎn)燈準(zhǔn)位控制所述光電二極管31的第一曝光時間(例如圖5所示T2-T3)。所述第一儲存電容Con用以于所述第一曝光時間前保存第一預(yù)設(shè)電位Vinton(例如于重置階段由所述電源端V_DD通過所述重置開關(guān)SWres所充電)并于所述第一曝光時間內(nèi)經(jīng)由所述光電二極管31放電至第一輸出電壓OUTon；其中，所述第一輸出電壓OUTon的電壓值取決于所述光電二極管31于所述第一曝光時間內(nèi)的曝光量。

所述第二儲存電容Coff具有通過所述第二光開關(guān)SWshuton耦接所述BJT電晶體33的射極(或所述光電二極管31的陰極)的第一端及耦接所述接地端GRD的第二端。重置開關(guān)SWres耦接于所述第二儲存電容Coff的第一端與所述電源端V_DD間。所述第二光開關(guān)SWshuton用以根據(jù)第二光開關(guān)信號S31相對所述光源信號S4的熄燈準(zhǔn)位控制所述光電二極管31的第二曝光時間(例如圖5所示T4-T5)。所述第二儲存電容Coff用以于所述第二曝光時間前保存第二預(yù)設(shè)電位Vintoff(例如于重置階段由所述電源端V_DD通過所述重置開關(guān)SWres所產(chǎn)生)并于所述第二曝光時間內(nèi)經(jīng)由所述光電二極管31放電至第二輸出電壓OUToff；其中，所述第二輸出電壓OUToff的電壓值取決于所述光電二極管31于所述第二曝光時間內(nèi)的曝光量。

所述第一讀取開關(guān)SWron耦接于所述第一儲存電容Con的第一端(即所述節(jié)點(diǎn)N)與讀取線Rd1間，用以根據(jù)讀取信號Sr將所述第一儲存電容Con耦接至所述讀取線Rd1，以輸出所述第一輸出電壓OUTon；其中，所述讀取信號Sr例如為一列掃描信號。所述讀取線Rd1用以連接一行BJT像素電路300并耦接電流源，用以傳送所連接的每一BJT像素電路300的輸出電壓。

所述第一源極隨耦器SFon具有閘極(Gate)、源極(Source)及汲極(Drain)，用以將所述第一儲存電容Con上的所述第一輸出電壓OUTon無損耗地緩沖至所述讀取線Rd1。所述第一源極隨耦器SFon的閘極耦接所述第一儲存電容Con的第一端(即所述節(jié)點(diǎn)N)。所述第一源極隨耦器SFon的源極通過所述第一讀取開關(guān)SWron耦接至所述讀取線Rd1。所述第一源極隨耦器SFon的汲極耦接至所述電源端V_DD。

所述第二讀取開關(guān)SWroff耦接于所述第二儲存電容Coff的第一端(即所述節(jié)點(diǎn)N)與讀取線Rd2間，用以根據(jù)讀取信號Sr將所述第二儲存電容Coff耦接至所述讀取線Rd2，以輸出所述第二輸出電壓OUToff；其中，所述讀取信號Sr例如為一列掃描信號。所述讀取線Rd2用以連接一行BJT像素電路300并耦接電流源，用以傳送所連接的每一BJT像素電路300的輸出電壓。

所述第二源極隨耦器SFoff具有閘極、源極及汲極，用以將所述第二儲存電容Coff上的所述第二輸出電壓OUToff無損耗地緩沖至所述讀取線Rd2。所述第二源極隨耦器SFoff的閘極耦接所述第二儲存電容Coff的第一端(即所述節(jié)點(diǎn)N)。所述第二源極隨耦器SFoff的源極通過所述第二讀取開關(guān)SWroff耦接至所述讀取線Rd2。所述第二源極隨耦器SFoff的汲極耦接至所述電源端V_DD。

必須說明的是，雖然圖4顯示連接所述第一讀取開關(guān)SWron的讀取線Rd1與連接所述第二讀取開關(guān)SWroff的讀取線Rd2為兩不同讀取線，但本發(fā)明并不以此為限。某些實(shí)施例中，所述第一讀取開關(guān)SWron及所述第二讀取開關(guān)SWroff可耦接相同讀取線以輸出讀取所述第一儲存電容Con及所述第二儲存電容Coff的電壓信號。

兩重置開關(guān)SWres分別耦接于所述電源端V_DD與所述第一儲存電容Con及所述第二儲存電容Coff間，用以根據(jù)重置信號S1耦接所述第一儲存電容Con及所述第二儲存電容Coff至所述電源端V_DD，以分別充電所述第一儲存電容Con及所述第二儲存電容Coff至所述第一預(yù)設(shè)電位Vinton及所述第二預(yù)設(shè)電位Vintoff；其中，所述第一預(yù)設(shè)電位Vinton及所述第二預(yù)設(shè)電位Vintoff的值可視不同應(yīng)用而定，并無特定限制。另一重置開關(guān)SWres耦接于所述電源端V_DD與所述節(jié)點(diǎn)N(例如所述雙極結(jié)晶體管33的射極或所述光電二極管31的陰極)間，用以根據(jù)重置信號S1耦接所述雙極結(jié)晶體管33的射極或所述光電二極管31的陰極至所述電源端V_DD，以釋放重置階段中所述光電二極管31內(nèi)的累積電荷。藉此，于所述第一曝光時間內(nèi)，所述第一儲存電容Con從所述第一預(yù)設(shè)電位Vinton通過光電流放電至所述第一輸出電壓OUTon；于所述第二曝光時間內(nèi)，所述第二儲存電容Coff從所述第二預(yù)設(shè)電位Vintoff通過光電流放電至所述第二輸出電壓OUToff。

本實(shí)施例中，所述第一光開關(guān)SWshuton、所述第二光開關(guān)SWshutoff、所述第一讀取開關(guān)SWron、所述第二讀取開關(guān)SWroff及所述多個重置開關(guān)SWres例如為N型金氧半(N-type MOS)電晶體，但并不以此為限，也可為其他模擬開關(guān)。

此外，如圖5所示，所述第一曝光時間前，所述系統(tǒng)光源40還點(diǎn)亮初照明期間(例如T1-T2)，以使所述BJT電晶體33達(dá)到穩(wěn)定輸出。

請參照圖6所示，其為具有圖4的雙極結(jié)晶體管像素電路300的圖像感測器30的方塊示意圖。所述圖像感測器30還包含積分器38以及模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)38；其中，所述積分器37例如為具有兩輸入端的差分積分器(differential integrator)而所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器38例如為具有兩輸入端的差分模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(differential ADC)。所述積分器37的兩輸入端通過讀取線(例如Rd1、Rd2)被耦接至所述多個BJT像素電路300，以分別接收所述第一輸出電壓OUTon及所述第二輸出電壓OUToff。所述圖像感測器30包含兩電容器Cs分別用以取樣所述第一輸出電壓OUTon及所述第二輸出電壓OUToff。所述圖像感測器30包含兩電容器Cf耦接于所述積分器37的輸入輸出端間，以供所述積分器37進(jìn)行積分/累積運(yùn)算時保存積分電壓資料。

請?jiān)賲⒄請D4至6所示，當(dāng)所述第一讀取開關(guān)SWron及所述第二讀取開關(guān)SWroff導(dǎo)通時，所述積分器37讀取例如三個像素電路P1-P3的第一輸出電壓OUTon及第二輸出電壓OUToff；其中，為便于說明，所述多個像素電路P1-P3此處假設(shè)為產(chǎn)生相同的輸出電壓。如前所述，由于所述第一輸出電壓OUTon同時反映系統(tǒng)光Ls及環(huán)境光La(參照圖3)而所述第二輸出電壓OUToff僅反映環(huán)境光La，所述第一輸出電壓OUTon的電壓值低于所述第二輸出電壓OUToff的電壓值。所述積分器37用以將每一所述多個BJT像素電路300輸出的所述第一輸出電壓OUTon及所述第二輸出電壓OUToff進(jìn)行差分運(yùn)算以產(chǎn)生差分信號TAP及TAN，例如TAP-TAN＝(OUToff-OUTon)。某些實(shí)施例中，所述積分器37可另以增益值G放大所述差分信號TAP及TAN，例如TAP-TAN＝G×(OUToff-OUTon)。所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器38則用以將所述差分信號(OUToff-OUTon)或放大后差分信號G×(OUToff-OUTon)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號Sd；其中，所述數(shù)字信號Sd包含系統(tǒng)光Ls的效應(yīng)而不包含環(huán)境光La的效應(yīng)。

某些實(shí)施例中，強(qiáng)環(huán)境光La下，系統(tǒng)光Ls相較于環(huán)境光La非常小，所述積分器37可進(jìn)一步用以積分/累積更多差分信號TAP及TAN以產(chǎn)生積分后/累積差分信號。例如圖5中，所述積分器37于時間期間T6-T7相對所述多個像素電路P1-P3分別放大及積分/累積差分信號TAP及TAN。更詳言之，所述積分器37可將所述圖像感測器30的感測陣列的所有BJT像素電路300的差分信號TAP及TAN進(jìn)行放大、積分/累積以相對每一幀(frame)輸出積分后/累積的放大后差分信號，例如TAP-TAN＝NP×G×(OUToff-OUTon)；其中，NP表示被積分/累積的BJT像素電路300的數(shù)目且G表示增益值，此處同樣假設(shè)每一BJT像素電路300的輸出大致相同。如前所述，強(qiáng)環(huán)境光La下，系統(tǒng)光Ls相較于環(huán)境光La非常地小，通過使用所述積分器37，可有效增加信噪比(SNR)，以增進(jìn)近接檢測(proximity detection)的精確度。某些實(shí)施例中，當(dāng)所述圖像感測器30不位于強(qiáng)光下，所述積分器37例如可相對較少數(shù)目的BJT像素電路300的差分信號TAP及TAN進(jìn)行放大及累積。更詳言之，本發(fā)明中，被累積的所述多個BJT像素電路300的數(shù)目是可調(diào)的(即NP為可調(diào))。最后，所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器38例如對放大及累積差分信號NP×G×(TAP-TAN)進(jìn)行取樣并產(chǎn)生數(shù)字信號Sd，例如圖5所示編碼0x09，但不以此為限。因此，由于所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器38取樣累積差分信號而非取樣每一BJT像素電路300的輸出信號，所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器38的取樣數(shù)目因而降低了。

某些實(shí)施例中，所述積分器37可用以對所述圖像感測器30的感測陣列的部分BJT像素電路300輸出的差分信號TAP及TAN進(jìn)行累積而非對所有BJT像素電路300進(jìn)行累積。請參照圖7所示，所述圖像感測器30包含感測陣列30A，其區(qū)分為第一像素區(qū)域PA1、第二像素區(qū)域PA2、第三像素區(qū)域PA3及第四像素區(qū)域PA4；其中，每一像素區(qū)域PA1-PA4均包含如圖4所示的多個BJT像素電路300。所述積分器37則放大及累積所述第一像素區(qū)域PA1包含的所述多個BJT像素電路300的差分信號TAP及TAN以產(chǎn)生放大及累積差分信號NP×G×(TAP-TAN)，所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器38則數(shù)字化所述放大及累積差分信號NP×G×(TAP-TAN)以產(chǎn)生數(shù)字信號SdPA1；同理，所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器38分別相對所述第二像素區(qū)域PA2、第三像素區(qū)域PA3及第四像素區(qū)域PA4產(chǎn)生數(shù)字信號SdPA2、SdPA3及SdPA4。處理器39則可根據(jù)所述多個數(shù)字信號SdPA1-SdPA4分別判斷物體相對各像素區(qū)域PA1-PA4的近接操作(proximity operation)，以根據(jù)各像素區(qū)域PA1-PA4的數(shù)字信號SdPA1-SdPA4的變化實(shí)現(xiàn)手勢識別的功能，例如判斷手勢/物體的移動方向。必須說明的是，雖然圖7顯示所述多個像素區(qū)域PA1-PA4耦接至同一積分器37及模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器38，其僅用以說明而并非用以限定本發(fā)明。其他實(shí)施例中，所述多個像素區(qū)域PA1-PA4可各自分別耦接獨(dú)自的一組積分器37及模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器38；也即，所述積分器37及模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器38的數(shù)目相等于像素區(qū)域的數(shù)目。

請參照圖8所示，其為本發(fā)明實(shí)施例的圖像系統(tǒng)3的運(yùn)作方法的流程圖，包含下列步驟：以重置信號控制三個重置開關(guān)，以使光電二極管、第一儲存電容及第二儲存電容分別經(jīng)由所述多個重置開關(guān)耦接至電源端，以重置所述光電二極管并充電所述第一儲存電容及所述第二儲存電容至預(yù)設(shè)電位(步驟S81)；以第一光開關(guān)信號控制第一光開關(guān)，以相對系統(tǒng)光源點(diǎn)亮?xí)r控制所述光電二極管的第一曝光時間以使所述第一儲存電容放電至第一輸出電壓(步驟S82)；以第二光開關(guān)信號控制第二光開關(guān)，以相對所述系統(tǒng)光源熄滅時控制所述光電二極管的第二曝光時間以使所述第二儲存電容放電至第二輸出電壓(步驟S83)；以讀取信號控制第一讀取開關(guān)，以使所述第一儲存電容經(jīng)由所述第一讀取開關(guān)輸出所述第一輸出電壓(步驟S84)；以所述讀取信號控制第二讀取開關(guān)，以使所述第二儲存電容經(jīng)由所述第二讀取開關(guān)輸出所述第二輸出電壓(步驟S85)；以積分器累積所述第一輸出電壓及所述第二輸出電壓的差分信號以產(chǎn)生累積差分信號(步驟S86)；以及將所述累積差分信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(步驟S87)；其中，當(dāng)圖像系統(tǒng)3運(yùn)作于強(qiáng)環(huán)境光下時，被累積的差分信號的數(shù)目較高而當(dāng)圖像系統(tǒng)3運(yùn)作于弱環(huán)境光下時，被累積的差分信號的數(shù)目較低，藉以增加信噪比(SNR)。

請同時參照圖4-6及8所示，接著說明所述運(yùn)作方法的實(shí)施方式。

步驟S81：首先，時序控制器35(或處理器39)于重置階段(reset phase)發(fā)出重置信號S1控制三個重置開關(guān)SWres導(dǎo)通。因此，第一儲存電容Con、第二儲存電容Coff及光電二極管31(或BJT電晶體的射極，若包含所述BJT電晶體)分別經(jīng)由所述多個重置開關(guān)SWres耦接至電源端V_DD。所述電源端V_DD提供電流，以分別充電所述第一儲存電容Con及所述第二儲存電容Coff至第一預(yù)設(shè)電位Vinton及第二預(yù)設(shè)電位Vintoff，并重置所述光電二極管31。

步驟S82：所述時序控制器35發(fā)出第一光開關(guān)信號S21控制第一光開關(guān)SWshuton，以相對系統(tǒng)光源40點(diǎn)亮?xí)r(例如以光源信號S4點(diǎn)亮)控制所述光電二極管31的第一曝光時間(例如T2-T3)，以使所述第一儲存電容Con經(jīng)由BJT電晶體33或光電二極管31放電至第一輸出電壓OUTon；其中，所述第一輸出電壓OUTon根據(jù)所述光電二極管31的受光量決定。

步驟S83：所述時序控制器35發(fā)出第二光開關(guān)信號S31控制第二光開關(guān)SWshutoff，以相對所述系統(tǒng)光源40熄滅時控制所述光電二極管31的第二曝光時間(例如T4-T5)，以使所述第二儲存電容Coff經(jīng)由所述BJT電晶體33或光電二極管31放電至第二輸出電壓OUToff；其中，所述第二輸出電壓OUToff系根據(jù)所述光電二極管31的受光量決定。

步驟S84：所述時序控制器35接著發(fā)出讀取信號Sr控制第一讀取開關(guān)SWron導(dǎo)通，以使所述第一儲存電容Con經(jīng)由所述第一讀取開關(guān)SWron輸出所述第一輸出電壓OUTon至讀取線Rd1。如前所述，為了無損耗地將所述第一儲存電容Con上的所述第一輸出電壓OUTon緩沖至所述讀取線Rd1，第一源極隨耦器SFon連接于所述第一讀取開關(guān)SWron與所述第一儲存電容Con間。

步驟S85：同時，所述時序控制器35發(fā)出所述讀取信號Sr控制第二讀取開關(guān)SWroff導(dǎo)通，以使所述第二儲存電容Coff經(jīng)由所述第二讀取開關(guān)SWroff輸出所述第二輸出電壓OUToff至讀取線Rd2。同理，為了無損耗地將所述第二儲存電容Coff上的所述第二輸出電壓OUToff緩沖至所述讀取線Rd2，第二源極隨耦器SFoff連接于所述第二讀取開關(guān)SWroff與所述第二儲存電容Coff之間。

必須說明的是，雖然圖5顯示所述讀取信號Sr同步導(dǎo)通所述第一讀取開關(guān)SWron及所述第二讀取開關(guān)SWroff(也即圖8中步驟S84及S85可合并為同一步驟)以同時讀出所述第一讀取開關(guān)SWron及所述第二輸出電壓OUToff，然而本發(fā)明并不以此為限。某些實(shí)施例中，所述讀取信號Sr也可不同步地分別導(dǎo)通所述第一讀取開關(guān)SWron及所述第二讀取開關(guān)SWroff，只要耦接于讀取線后的積分器37能夠?qū)λ龅谝惠敵鲭妷篛UTon及所述第二輸出電壓OUToff進(jìn)行差分、放大及積分(或累積)運(yùn)算即可，例如可包含一延遲電路或包含儲存元件。

步驟S86：接著，所述積分器37通過讀取線(例如Rd1、Rd2)接收所述第一輸出電壓OUTon及所述第二輸出電壓OUToff，并對所述第一輸出電壓OUTon及所述第二輸出電壓OUToff進(jìn)行差分運(yùn)算以產(chǎn)生一對差分信號TAP及TAN。所述積分器37還對所述第一輸出電壓OUTon及所述第二輸出電壓OUToff的差分信號TAP及TAN進(jìn)行放大及積分/累積等運(yùn)算以產(chǎn)生放大及累積差分信號TAP及TAN，例如NP×G×(TAP-TAN)，其中，本發(fā)明中NP可調(diào)整。

步驟S87：最后，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器38將所述放大及累積差分信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號Sd；其中，所述數(shù)字信號Sd被輸出至處理器39進(jìn)行后處理，例如近接檢測或手勢判斷等。

必須說明的是，圖5僅用以顯示各信號的時序關(guān)系，而信號的持續(xù)期間及間隔時間并不限于圖5所示者。

必須說明的是，雖然上述各實(shí)施例中以差分模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器為例來說明，然而本發(fā)明并不以此為限。差分模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器具有可降低噪聲的優(yōu)點(diǎn)而得到較精確的檢測結(jié)果。其他實(shí)施例中，可使用具有單一輸入端的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，此時所述積分器可僅將所述對差分信號或所述積分后差分信號其中之一(例如TAP或TAN)輸出至所述單一輸入端即可。

綜上所述，已知BJT像素電路無法有效消除環(huán)境光的影響。尤其應(yīng)用于近接感測器時，已知BJT像素電路于強(qiáng)環(huán)境光下可能無法正常操作。因此，本發(fā)明另提供一種雙極結(jié)晶體管像素電路(圖4)及具有所述像素電路的圖像系統(tǒng)及其運(yùn)作方法(圖8)，其于模擬前端即已消除環(huán)境光的影響。本實(shí)施例中，光源點(diǎn)亮?xí)r的第一輸出電壓與光源熄滅時的第二輸出電壓間的差異通過使用積分器累積被增加了。所述積分器用以累積至少一部分像素電路的差分信號，以適用于強(qiáng)光環(huán)境下的近接感測器及手勢識別系統(tǒng)。

雖然本發(fā)明已通過前述實(shí)例披露，但是其并非用以限定本發(fā)明，任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與修改。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。