圖像傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種圖像傳感器，該圖像傳感器包含一感測矩陣和多條快門控制線。感測矩陣具有多個感測單元，各感測單元具有一個電子快門及一光檢測元件，其中該電子快門控制該光檢測元件的曝光時間。每一條快門控制線耦接該感測矩陣中同一列或同一行的電子快門，借此獨(dú)立地控制相異列或相異行的光檢測元件的曝光時間，且使耦接同一條的該快門控制線的所述光檢測元件具有相同曝光時間。
【專利說明】圖像傳感器
[0001]本發(fā)明是一件分案申請，原申請的申請日為2011年03月03日，申請?zhí)枮?01110050503.6，發(fā)明名稱為:圖像傳感器。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種圖像傳感器，特別涉及具光源變異補(bǔ)償功能的圖像傳感器。

【背景技術(shù)】
[0003]圖像傳感器可將光轉(zhuǎn)換成電荷(electrical charges),并將電荷經(jīng)處理后,輸出構(gòu)成圖像的數(shù)字電信號。數(shù)字電信號可存儲在存儲媒體上，或輸出至圖像顯示裝置，以在顯示屏上呈現(xiàn)由其所構(gòu)成的圖像，因此使用上甚為方便。由于其方便性，圖像傳感器業(yè)已運(yùn)用在許多的電子裝置，例如:數(shù)字相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z影機(jī)、手機(jī)或鼠標(biāo)等等。
[0004]一般圖像傳感器包含一半導(dǎo)體裝置，其可為電荷稱合元件(charge-coupleddevice ；CCD)或互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(complementary metal oxide semiconductor ；CMOS)。圖像傳感器通常為以矩陣排列的像素(pixel)所構(gòu)成。受光照射時，像素產(chǎn)生代表圖像信息的電荷或電壓。存儲在像素中的電荷或電壓可通過耦接所述像素的位移寄存器(shift register)依序地輸出處理。
[0005]圖像傳感器亦可被應(yīng)用在觸控技術(shù)上。圖1顯示一光學(xué)觸控系統(tǒng)I。參照圖1所示，光學(xué)觸控系統(tǒng)I包含兩條狀導(dǎo)光件11、多個發(fā)光二極管12，以及一圖像傳感器13。導(dǎo)光件11設(shè)置于感測區(qū)域14的相鄰兩側(cè)。多個發(fā)光二極管12鄰置于導(dǎo)光件11的末端，通過導(dǎo)光件11將其向發(fā)光感測區(qū)域14投射。圖像傳感器13則相對導(dǎo)光件11設(shè)置。
[0006]圖2顯示圖像傳感器13所提取的一背景光圖像中，其亮度分布圖。參照圖1與圖2所示，在光學(xué)觸控系統(tǒng)I中，投射在圖像傳感器13上的背景光，其亮度分布不易均勻。不均勻的亮度分布會造成以下的缺點(diǎn):受光強(qiáng)的像素，其電荷累積較快，容易造成像素飽和，進(jìn)而影響到物件的辨識；在亮度較弱的區(qū)域，由于信噪比(signal-to-noise rat1 ；SNR)較低，因此容易產(chǎn)生大的物件圖像重心計算誤差；以及若物件圖像落在圖2曲線斜率較大之處，其重心計算不易準(zhǔn)確。
[0007]以軟件計算的方式，將圖2的亮度曲線正規(guī)化，以獲得較均勻的亮度分布，是現(xiàn)今常采用的方法。此種方法雖然可讓物件圖像的重心計算，不再受不均勻的亮度分布所影響，但是仍無法改進(jìn)物件在亮度較弱的區(qū)域產(chǎn)生的圖像，其重心計算誤差的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對上述問題，本發(fā)明的一目的為提供一種可提供背景光亮度分布均勻的圖像的圖像傳感器。
[0009]根據(jù)上述目的，本發(fā)明一實(shí)施例揭示一種圖像傳感器，其包含一感測矩陣和多條快門控制線。感測矩陣具有多個感測單元，各感測單元具有一個電子快門及一光檢測元件，其中該電子快門控制該光檢測元件的曝光時間。每一條快門控制線耦接該感測矩陣中同一列或同一行的電子快門，借此獨(dú)立地控制相異列或相異行的光檢測元件的曝光時間，且使耦接同一條的該快門控制線的所述光檢測元件具有相同曝光時間。
[0010]本發(fā)明另一實(shí)施例揭示一種圖像傳感器，其包含至少一列或行的多個感測單元、多個電子快門，以及一存儲裝置。每一個感測單元包含一光檢測元件。多個電子快門分別耦接相對應(yīng)的光檢測元件。存儲裝置存儲有與所述電子快門相對應(yīng)的多個時序指令，其中所述時序指令對應(yīng)產(chǎn)生快門控制信號，以分別用于控制所述電子快門。
[0011]本發(fā)明再一實(shí)施例揭示一種圖像傳感器，其包含至少一行或列的多個感測單元、多個電子快門，以及一圖像處理單元。每一個感測單元包含一光檢測元件。多個電子快門分別耦接相對應(yīng)的光檢測元件。圖像處理單元電性連接所述多個感測單元并取得所述多個感測單元的輸出信號，并產(chǎn)生對應(yīng)的感測信號，其中所述多個電子快門的快門開啟時間根據(jù)所對應(yīng)所述感測信號而分別控制。
[0012]上文已經(jīng)概略地敘述本揭示的技術(shù)特征及優(yōu)點(diǎn)，以使下文的本發(fā)明詳細(xì)描述得以獲得較佳了解。構(gòu)成本發(fā)明權(quán)利要求標(biāo)的的其它技術(shù)特征及優(yōu)點(diǎn)將描述于下文。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員應(yīng)可了解，下文揭示的概念與特定實(shí)施例可作為基礎(chǔ)而相當(dāng)輕易地予以修改或設(shè)計其它結(jié)構(gòu)或工藝而實(shí)現(xiàn)與本發(fā)明相同的目的。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員亦應(yīng)可了解，這類等同的建構(gòu)并無法脫離權(quán)利要求所提出的本發(fā)明的精神和范圍。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明所提供的圖像傳感器可提供背景光亮度分布均勻的圖像。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1顯不一光學(xué)觸控系統(tǒng)；
[0015]圖2顯示圖像傳感器上的亮度分布圖；
[0016]圖3顯示本發(fā)明一實(shí)施例的圖像傳感器的功能方框示意圖；
[0017]圖4顯示本發(fā)明一實(shí)施例的圖像傳感器內(nèi)的部分感測單元及其控制電路的示意圖；
[0018]圖5顯示操作圖4的圖像傳感器的時序圖；
[0019]圖6顯示圖像傳感器上的補(bǔ)償前與補(bǔ)償后的亮度分布圖；以及
[0020]圖7顯示本發(fā)明另一實(shí)施例的圖像傳感器的部分電路示意圖。
[0021]其中，附圖標(biāo)記說明如下:
[0022]I 光學(xué)觸控系統(tǒng)
[0023]2 圖像傳感器
[0024]3 圖像傳感器
[0025]5 曲線
[0026]6 曲線
[0027]7 預(yù)定亮度區(qū)間
[0028]11 導(dǎo)光件
[0029]12 發(fā)光二極管
[0030]13 圖像傳感器
[0031]14 感測區(qū)域
[0032]21感測矩陣
[0033]22時序產(chǎn)生器
[0034]23存儲裝置
[0035]24圖像處理單元
[0036]211感測單元
[0037]212電子快門
[0038]213光檢測元件
[0039]214晶體管
[0040]215晶體管
[0041]216定電流
[0042]217晶體管
[0043]218晶體管
[0044]219行解碼器
[0045]220讀取電路
[0046]221快門控制線
[0047]222快門控制線
[0048]223快門控制線
[0049]224快門控制線
[0050]225時序控制電路
[0051]226位元線
[0052]T1曝光時間
[0053]T2曝光時間

【具體實(shí)施方式】
[0054]圖3顯示本發(fā)明一實(shí)施例的圖像傳感器2的功能方框示意圖。圖4顯示本發(fā)明一實(shí)施例的圖像傳感器2內(nèi)的部分感測單元211及其控制電路的示意圖。參照圖3所示，圖像傳感器2包含一感測矩陣(sensor matrix) 21、一時序產(chǎn)生器22、一存儲裝置23,多個電子快門212，以及一圖像處理單元24。感測矩陣21包含多個感測單元211，多個感測單元211在水平與垂直方向上排列成一矩陣。多個電子快門212與多個感測單元211對應(yīng)設(shè)置。如圖4所示,各感測單元211包含一光檢測元件(photodetector) 213,電子快門212 f禹接相應(yīng)的光檢測元件213，以調(diào)控光檢測元件213的曝光時間。在本實(shí)施例中，各電子快門212包含于于對應(yīng)的感測單元211內(nèi)。如圖3所示，時序產(chǎn)生器22提供用于在感測單元211上提取光圖像所需的時序信號(clock signals)，其包含快門控制信號。存儲裝置23耦接時序產(chǎn)生器22，存儲裝置23可存儲時序指令，時序產(chǎn)生器22根據(jù)時序指令產(chǎn)生快門控制信號，其中時序指令可修改，使該快門控制信號可調(diào)整，借此控制相應(yīng)的電子快門212的開啟時間。圖像處理單元24耦接感測矩陣21。圖像處理單元24可電性連接所述多個感測單元211，借此取得所述多個感測單元211的輸出信號，以產(chǎn)生對應(yīng)的感測信號。圖像傳感器2可根據(jù)與所述多個感測單元211對應(yīng)的所述感測信號的強(qiáng)弱，控制電子快門212的開啟時間，以使所述多個感測單元211輸出背景亮度較為一致的輸出信號。
[0055]在另一實(shí)施例中，存儲裝置23可設(shè)置在時序產(chǎn)生器22內(nèi)。
[0056]參照圖4所示，圖像傳感器2內(nèi)的感測單元211可排列成矩陣。在各感測單元211中，光檢測元件213根據(jù)接收的亮度，相應(yīng)地產(chǎn)生電荷。晶體管214控制電荷自光檢測元件213轉(zhuǎn)移至浮動擴(kuò)散輸出區(qū)(floating diffus1n (FD) output node)。晶體管215與定電流216構(gòu)成一源極隨稱器(source follower),源極隨稱器可放大光檢測元件213產(chǎn)生的光電轉(zhuǎn)換電壓。晶體管217是用于輸出數(shù)據(jù)至位元線226上。當(dāng)RSTl或RST2和TGl或TG2在高電平時，可開啟晶體管218與晶體管214，如此供應(yīng)電壓VDDAY可重置光檢測元件213至其光電轉(zhuǎn)換初始狀態(tài)(photo-electric convers1n initiat1n state)。當(dāng)開啟晶體管214時，可將電荷自光檢測元件213轉(zhuǎn)移至浮動擴(kuò)散輸出區(qū)。當(dāng)輸入高電平的RSTl或RST2信號時，可利用供應(yīng)電壓VDDAY將浮動擴(kuò)散輸出區(qū)重置。
[0057]在另一實(shí)施例中，各感測單元211可包含多個光檢測元件213及多個對應(yīng)的電子快門212。所述多個電子快門212分別控制每一個光檢測元件213的曝光時間。
[0058]在另一實(shí)施例中，電子快門212為一晶體管。電子快門212串聯(lián)于供應(yīng)電壓VDDAY與光檢測元件213之間。當(dāng)快門控制信號ABl或AB2在高電平時，供應(yīng)電壓VDDAY重置光檢測元件213，使其維持在光電轉(zhuǎn)換初始狀態(tài)。當(dāng)光檢測元件213開始進(jìn)行曝光時，快門控制信號ABl或AB2降至低電平，讓光檢測元件213開始進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。利用調(diào)整電子快門212開啟或關(guān)閉的時間，即可調(diào)控光檢測元件213的曝光時間的長短。
[0059]行解碼器219提供重置信號(RST1?RST2)、信號TGl?TG2、信號ABl?AB2及字兀線讀取控制信號(word-line readout control signals) WLl?WL2。讀取電路220從各感測單元211讀取圖像數(shù)據(jù)。讀取電路220可耦接一解碼器(圖中未示出)，以接收列選取信號。時序產(chǎn)生器22提供行解碼器219與讀取電路220所需的時序信號。
[0060]特別地，圖像傳感器2包含多條快門控制線221和222。如圖4所示，各快門控制線221或222耦接感測矩陣21中，位在同一橫向(行方向)上排列的感測單元211的電子快門212，如此位在同一橫向上排列的光檢測元件213可以相同的曝光時間進(jìn)行曝光。再者，多條快門控制線221和222可彼此獨(dú)立，因此可在多條快門控制線221和222上，分別提供不同的快門控制信號，而使連接不同控制線221和222的光檢測元件213可以不同的曝光時間進(jìn)行曝光。
[0061]圖5顯示操作圖4的圖像傳感器2的時序圖(timing chart),其顯示同步信號Vsync、字元線讀取控制信號WL?WLn，以及快門控制信號ABl?AB2。參照圖1、圖4與圖5所示，存儲裝置23可存儲與快門控制線221和222對應(yīng)的時序指令，以在不同快門控制線221或222上，產(chǎn)生具有不同脈波寬度(pulse width)的快門控制信號ABl或AB2，如圖所示。在本實(shí)施例中，所有光檢測元件213的曝光同時開始，并終止在一同步信號Vsync的下降邊緣。因此，調(diào)整快門控制信號ABl或AB2的脈波寬度，可讓排列在不同橫向上的光檢測元件213以不同的曝光時間進(jìn)行曝光。在圖5的實(shí)施例中，由于快門控制信號ABl的脈波寬度較快門控制信號AB2的脈波寬度為小，因此連接在快門控制線221上的光檢測元件213所歷經(jīng)的曝光時間T1較連接在快門控制線222的光檢測元件213所歷經(jīng)的曝光時間T2為長。
[0062]圖6顯示本發(fā)明一實(shí)施例的光檢測元件213曝光時間調(diào)整前、后的亮度分布示意圖。利用圖4揭示的電路架構(gòu)，可將圖像傳感器2所提取的圖像中，其背景光的亮度分布的變異加以補(bǔ)償。參照圖4與圖6所示，在一系統(tǒng)中，在圖像傳感器2原依一預(yù)定曝光時間所提取的圖像中，其背景光的亮度分布為曲線5。亮度分布曲線5表示沿橫向(或垂直)于控制線221和222的方向上的平均亮度分布，在本實(shí)施例中為列方向上?？s短受較強(qiáng)背景光照射的光檢測元件213的曝光時間，即將脈波寬度較寬的快門控制信號施加在連接受較強(qiáng)背景光照射的光檢測元件213的控制線221或222 ;而增加受較弱背景光照射的光檢測元件213的曝光時間，即將脈波寬度較小的快門控制信號施加在連接受較弱背景光照射的光檢測元件213的控制線221或222上。通過前述曝光時間的改變，可得到背景亮度分布(如曲線6所示)較均勻的圖像，而達(dá)到補(bǔ)償光源變異的效果。
[0063]在另一實(shí)施例中，連接各控制線221或222的光檢測元件213的曝光時間可以根據(jù)一預(yù)定亮度區(qū)間7所決定。如圖6所示，根據(jù)構(gòu)成亮度分布曲線5的原亮度值和預(yù)定亮度區(qū)間7，圖像傳感器2可計算出每一控制線221或222上連接的光檢測元件213的曝光時間。例如，曝光時間可利用依原曝光時間所獲得的原亮度值與預(yù)定亮度區(qū)間7內(nèi)的一數(shù)值(例如中間值)，依比例計算而得。利用計算的曝光時間曝光，即可使圖像傳感器2可獲得亮度值分布在預(yù)定亮度區(qū)間內(nèi)的背景圖像。
[0064]在一實(shí)施例中，如圖3所示，圖像處理單元24電性連接感測單元211，故可取得感測單元211的輸出信號。圖像處理單元24并可處理所述輸出信號，以產(chǎn)生對應(yīng)的感測信號。該感測信號即代表相應(yīng)的感測單元211所感測的亮度值。
[0065]圖7顯示本發(fā)明另一實(shí)施例的圖像傳感器3的部分電路示意圖。參照圖7所示，圖像傳感器3類似圖4揭示的圖像傳感器2，惟在圖像傳感器3中，其在列方向上排列的感測單元211的電子快門212，以相應(yīng)的快門控制線223和224連接。如此，同一列的感測單元211的電子快門212可以同樣的曝光時間曝光，而相異列的感測單元211的電子快門212可以不同曝光時間曝光。圖像傳感器3的電路設(shè)計可對感測矩陣21行方向上的光源變異進(jìn)行補(bǔ)償，使提取的圖像的亮度分布值均勻或在一預(yù)定亮度區(qū)間內(nèi)?？扉T控制線223和224可耦接一時序控制電路225，通過時序控制電路225，時序產(chǎn)生器22可提供各快門控制線223或224對應(yīng)的快門控制信號。
[0066]將圖像傳感器內(nèi)同一行或列的電子快門以快門控制線連接，再根據(jù)圖像傳感器提取圖像中的背景光亮度分布，對不同快門控制線施以不同的快門控制信號，使得受較強(qiáng)光照的光檢測元件，以較短的時間曝光；而受較弱光照的光檢測元件，以較長的時間曝光，如此便可解決受光強(qiáng)的光檢測元件，其電荷累積較快，容易造成飽和，以及在亮度較弱的區(qū)域，容易產(chǎn)生大的物件圖像重心計算誤差等問題，以及避免亮度分布曲線上出現(xiàn)斜率較大的部分，造成重心計算不易準(zhǔn)確的問題。
[0067]本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點(diǎn)已揭示如上，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員仍可能基于本發(fā)明的教示及揭示而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)不限于實(shí)施例所揭示者，而應(yīng)包括各種不背離本發(fā)明的替換及修飾，并為以下的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種圖像傳感器,包含: 一感測矩陣，具有多個感測單元，每一感測單元具有一個電子快門及一光檢測元件，其中該電子快門控制該光檢測元件的曝光時間； 多條快門控制線，每一條快門控制線耦接該感測矩陣中同一列或同一行的所述電子快門，借此獨(dú)立地控制相異列或相異行的所述光檢測元件的曝光時間，且使耦接同一條的該快門控制線的所述光檢測元件具有相同曝光時間；以及 一時序產(chǎn)生器，與所述多條快門控制線耦接，其中該時序產(chǎn)生器通過所述多條快門控制線使相異列或相異行的電子快門開啟時間不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，該電子快門為一晶體管，設(shè)置于相應(yīng)的該光檢測元件與一供應(yīng)電壓之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，該時序產(chǎn)生器產(chǎn)生與所述多條快門控制線對應(yīng)的多個快門控制信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像傳感器，其特征在于，該圖像傳感器還包括一存儲裝置，該存儲體裝置存儲多個時序指令，其中多個快門控制信號依所述多個時序指令產(chǎn)生。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像傳感器，其特征在于，該圖像傳感器接受一背景光，其中每一列或行的所述光檢測元件的該曝光時間增加時，每一列或行的所述光檢測元件所接受的該背景光的亮度亦會增加。
6.—種圖像傳感器,包含: 一感測矩陣，具有多個感測單元，每一感測單元具有一個電子快門及一光檢測元件，其中該電子快門控制該光檢測元件的曝光時間；以及 多條快門控制線，每一條快門控制線耦接該感測矩陣中同一列或同一行的所述電子快門，借此獨(dú)立地控制相異列或相異行的所述光檢測元件的曝光時間，且使耦接同一條的該快門控制線的所述光檢測元件具有相同曝光時間； 所述多條快門控制線彼此獨(dú)立，在所述條快門控制線上，分別提供不同的快門控制信號，縮短受較強(qiáng)背景光照的光檢測元件的曝光時間，增加受較弱背景光照射的光檢測元件的曝光時間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像傳感器，其特征在于，該電子快門為一晶體管，設(shè)置于相應(yīng)的該光檢測元件與一供應(yīng)電壓之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像傳感器，其特征在于，該圖像傳感器還包括一時序產(chǎn)生器，與所述多條快門控制線耦接，該時序產(chǎn)生器產(chǎn)生與所述多條快門控制線對應(yīng)的多個快門控制信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的圖像傳感器，其特征在于，該圖像傳感器還包括一存儲裝置，該存儲體裝置存儲多個時序指令，其中多個快門控制信號依所述多個時序指令產(chǎn)生。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的圖像傳感器，其特征在于，該圖像傳感器接受一背景光，其中每一列或行的所述光檢測元件的該曝光時間增加時，每一列或行的所述光檢測元件所接受的該背景光的亮度亦會增加。
【文檔編號】H04N5/351GK104270582SQ201410545408
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2011年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月3日
【發(fā)明者】古人豪, 林志新, 姚文翰, 賴鴻慶, 楊恕先, 黃昱豪, 呂志宏, 許恩峯, 廖祈杰 申請人:原相科技股份有限公司