本發(fā)明關(guān)于一種圖像傳感器，特別關(guān)于一種運(yùn)用模擬差分的圖像傳感器及其運(yùn)作方法。

背景技術(shù)：

已知圖像傳感器通常具有多個(gè)陣列排列的感測像素，其中所述圖像傳感器的一種運(yùn)作方法可使用滾動快門(Rolling Shutter)，例如以控制信號依序啟動所述圖像傳感器中每一列感測像素以獲取圖像。由于每一列感測像素為依序啟動而非同時(shí)啟動(也即每一列感測像素開始曝光的時(shí)間不同)，獲取快速移動的對象圖像時(shí)，使用滾動快門所獲取的圖像可能會有失真(distortion)的問題。

另一種圖像傳感器的運(yùn)作方法可使用全局快門(Global Shutter)，例如以控制信號同時(shí)啟動所述圖像傳感器中全部的感測像素以至于每一列感測像素可在同一時(shí)間開始曝光以獲取圖像，因此，使用全局快門的圖像傳感器可避免所述圖像失真的問題。

然而，使用全局快門的圖像傳感器在獲取圖像時(shí)，為了消除環(huán)境光的干擾或降低圖像噪聲，已知一種解決方式是通過圖像后處理的方式將兩張數(shù)字圖像幀直接相減以獲得差分圖像幀。例如，請參照圖1A及1B，圖1A為已知使用全局快門的圖像傳感器91的圖像獲取的時(shí)序圖。假設(shè)所述圖像傳感器91具有4個(gè)感測像素列R1-R4，在第一期間P1，光源開啟預(yù)設(shè)時(shí)間且所述多個(gè)感測像素列R1-R4同時(shí)曝光，接著關(guān)閉所述光源并依序讀取所述多個(gè)感測像素列R1至R4以輸出第一圖像信號；在第二期間P2，所述光源關(guān)閉并以所述預(yù)設(shè)時(shí)間同時(shí)曝光所述多個(gè)感測像素列R1-R4并依序讀取所述多 個(gè)感測像素列R1至R4以輸出第二圖像信號。

接著，請參照圖1B，所述圖像傳感器91所輸出的所述第一圖像信號先通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器93轉(zhuǎn)換成第一數(shù)字信號9a并儲存在數(shù)字緩沖區(qū)95。接著，將所述第二圖像信號通過所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器93轉(zhuǎn)換成第二數(shù)字信號9b。最后，再將所述第一數(shù)字信號9a減去所述第二數(shù)字信號9b以獲得消除環(huán)境光的第三數(shù)字信號9c。然而，此種方法中，包含所述圖像傳感器91的系統(tǒng)需設(shè)置所述數(shù)字緩沖區(qū)95且所述圖像傳感器91必須連續(xù)輸出兩張圖像幀(例如根據(jù)多個(gè)第一數(shù)字信號9a及多個(gè)第二數(shù)字信號9b所形成的圖像幀)才能獲得一張?zhí)幚砗蟮膱D像幀(例如根據(jù)多個(gè)第三數(shù)字信號9c所形成的圖像幀)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提出一種運(yùn)用模擬差分的圖像傳感器及其運(yùn)作方法，其中所述模擬差分在像素電路外部的輸出電路內(nèi)進(jìn)行。

本發(fā)明另一目的在于提供一種圖像傳感器及其運(yùn)作方法，其不需使用數(shù)字緩沖器儲存整張數(shù)字圖像幀供進(jìn)行兩張數(shù)字圖像幀的差分運(yùn)算。

本發(fā)明另一目的在提供一種圖像傳感器及其運(yùn)作方法，其可有效提高圖像信號的信噪比。

本發(fā)明提供一種圖像傳感器。所述圖像傳感器包含以陣列排列的多個(gè)像素電路以及多個(gè)輸出電路，其中每一所述輸出電路通過讀取線耦接像素電路行。每一所述像素電路包含光電轉(zhuǎn)換電路、浮動擴(kuò)散區(qū)及儲存節(jié)點(diǎn)。所述光電轉(zhuǎn)換電路用于產(chǎn)生光電流。所述浮動擴(kuò)散區(qū)用于在第一曝光期間接收所述光電流以儲存第一電荷量，并儲存所述第一電荷量經(jīng)過一段暫存期間。所述儲存節(jié)點(diǎn)用于在第二曝光期間接收所述光電流以儲存第二電荷量，其中所述暫存期間介于所述第一曝光期間與所述第二曝光期間之間。每一所述輸出電 路包含第一儲存電路、第二儲存電路及差分單元。所述第一儲存電路用于在讀出期間儲存讀取所述浮動擴(kuò)散區(qū)的所述第一電荷量所形成的第一輸出電壓。所述第二儲存電路用于在所述讀出期間儲存讀取所述儲存節(jié)點(diǎn)的所述第二電荷量所形成的第二輸出電壓。所述差分單元用于比較所述第一輸出電壓與所述第二輸出電壓以輸出模擬圖像信號。

本發(fā)明還提供一種圖像傳感器。所述圖像傳感器包含以陣列排列的多個(gè)像素電路以及多個(gè)輸出電路，其中每一所述輸出電路通過讀取線耦接像素電路行。每一所述像素電路包含光電轉(zhuǎn)換電路、浮動擴(kuò)散區(qū)及儲存節(jié)點(diǎn)。所述光電轉(zhuǎn)換電路用于產(chǎn)生光電流。所述浮動擴(kuò)散區(qū)用于在第二曝光期間依序儲存第一重置電荷量及累積第一電荷量與所述第一重置電荷量而產(chǎn)生的第一累積電荷量，在讀出期間依序儲存第二重置電荷量及累積第二電荷量與所述第二重置電荷量而產(chǎn)生的第二累積電荷量。所述儲存節(jié)點(diǎn)用于在第一曝光期間接收所述光電流以儲存所述第一電荷量經(jīng)過一段暫存期間，在所述第二曝光期間依序轉(zhuǎn)移所述第一電荷量至所述浮動擴(kuò)散區(qū)以產(chǎn)生所述第一累積電荷量及接收所述光電流以儲存所述第二電荷量，在所述讀出期間轉(zhuǎn)移所述第二電荷量至所述浮動擴(kuò)散區(qū)以產(chǎn)生所述第二累積電荷量，其中所述暫存期間介于所述第一曝光期間與所述第二曝光期間之間。每一所述輸出電路包含第一儲存電路、第二儲存電路、第三儲存電路、第四儲存電路、第一差分單元、第二差分單元及第三差分單元。所述第一儲存電路用于在所述第二曝光期間儲存讀取所述浮動擴(kuò)散區(qū)的所述第一重置電荷量所形成的第一重置電壓。所述第二儲存電路用于在所述第二曝光期間儲存讀取所述浮動擴(kuò)散區(qū)的所述第一累積電荷量所形成的第一輸出電壓。所述第三儲存電路用于在所述讀出期間儲存讀取所述浮動擴(kuò)散區(qū)的所述第二重置電荷量所形成的第二重置電壓。所述第四儲存電路用于在所述讀出期間儲存讀取所述浮動擴(kuò)散區(qū)的所述第二累積電荷量所形成的第二輸出電壓。所述第一差分單元用于比較所述第 一重置電壓與所述第一輸出電壓，以輸出第一差分信號。所述第二差分單元用于比較所述第二重置電壓與所述第二輸出電壓，以輸出第二差分信號。所述第三差分單元用于比較所述第一差分信號與所述第二差分信號，以輸出模擬圖像信號。

本發(fā)明還提供一種圖像傳感器的運(yùn)作方法。所述圖像傳感器包含以陣列排列的多個(gè)像素電路以及多個(gè)輸出電路。每一所述像素電路包含光電轉(zhuǎn)換電路及像素緩沖電路。每一所述輸出電路耦接像素電路行并包含第一儲存電路及第二儲存電路。所述運(yùn)作方法包含：在第一曝光期間從所述光電轉(zhuǎn)換電路儲存第一電荷量至所述像素緩沖電路；在第二曝光期間從所述光電轉(zhuǎn)換電路儲存第二電荷量至所述像素緩沖電路；讀取所述像素緩沖電路的所述第一電荷量以在所述第一儲存電路儲存第一輸出電壓；讀取所述像素緩沖電路的所述第二電荷量以在所述第二儲存電路儲存第二輸出電壓；以及比較所述第一輸出電壓與所述第二輸出電壓以輸出模擬圖像信號。

本發(fā)明還提供一種圖像傳感器的運(yùn)作方法。所述圖像傳感器包含以陣列排列的多個(gè)像素電路以及多個(gè)輸出電路。每一所述像素電路包含光電轉(zhuǎn)換電路及像素緩沖電路。每一所述輸出電路耦接像素電路行并包含第一儲存電路、第二儲存電路、第三儲存電路及第四儲存電路。所述運(yùn)作方法包含：在第一曝光期間從所述光電轉(zhuǎn)換電路儲存第一電荷量至所述像素緩沖電路；讀取所述像素緩沖電路的第一重置電荷量以在所述第一儲存電路儲存第一重置電壓；讀取所述像素緩沖電路的累積所述第一電荷量與所述第一重置電荷量而產(chǎn)生的第一累積電荷量以在所述第二儲存電路儲存第一輸出電壓；在第二曝光期間從所述光電轉(zhuǎn)換電路儲存第二電荷量至所述像素緩沖電路；讀取所述像素緩沖電路的第二重置電荷量以在所述第三儲存電路儲存第二重置電壓；讀取所述像素緩沖電路的累積所述第二電荷量與所述第二重置電荷量而產(chǎn)生的第二累積電荷量以在所述第四儲存電路儲存第二輸出電壓；比較所 述第一輸出電壓與所述第一重置電壓以產(chǎn)生第一差分信號；比較所述第二輸出電壓與所述第二重置電壓以產(chǎn)生第二差分信號；以及比較所述第一差分信號與所述第二差分信號以產(chǎn)生模擬圖像信號。

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，在本發(fā)明中，相同的構(gòu)件以相同的符號表示，在此先述明。

附圖說明

圖1A為已知圖像傳感器使用全局快門獲取圖像的時(shí)序圖；

圖1B為已知兩張數(shù)字圖像幀進(jìn)行差分運(yùn)算的方塊示意圖；

圖2為本發(fā)明某些實(shí)施例的成像系統(tǒng)的方塊圖；

圖3為本發(fā)明第一實(shí)施例的圖像傳感器的方塊圖；

圖4為本發(fā)明第一實(shí)施例的圖像傳感器的運(yùn)作時(shí)序圖；

圖5為本發(fā)明第一實(shí)施例的圖像傳感器的電路圖；

圖6為本發(fā)明第一實(shí)施例的圖像傳感器的信號時(shí)序圖；

圖7為本發(fā)明第一實(shí)施例的圖像傳感器的運(yùn)作方法的流程圖；

圖8為本發(fā)明第二實(shí)施例的圖像傳感器的方塊圖；

圖9為本發(fā)明第二實(shí)施例的圖像傳感器的運(yùn)作時(shí)序圖；

圖10為本發(fā)明第二實(shí)施例的圖像傳感器的電路圖；

圖11為本發(fā)明第二實(shí)施例的圖像傳感器的信號時(shí)序圖；

圖12為本發(fā)明第二實(shí)施例的圖像傳感器的運(yùn)作方法的流程圖。

附圖標(biāo)記說明

100 成像系統(tǒng)

10 像素電路

20 輸出電路

30 驅(qū)動電路

35 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器

37 處理器

70 讀取線

Sa 模擬圖像信號

Sd 數(shù)字圖像信號

具體實(shí)施方式

請參照圖2所示，其為本發(fā)明某些實(shí)施例的成像系統(tǒng)100的方塊示意圖。所述成像系統(tǒng)100包含多個(gè)像素電路10、多個(gè)輸出電路20、驅(qū)動電路30、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)35以及處理器37。所述成像系統(tǒng)100例如應(yīng)用在動作傳感器(motion sensor)，并可在模擬前端進(jìn)行差分運(yùn)算以產(chǎn)生模擬圖像信號Sa。所述模擬圖像信號Sa被所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器35轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號Sd后，由所述處理器37根據(jù)所述數(shù)字圖像信號Sd進(jìn)行后處理，例如判斷對象動作(object motion)以及動作位置(motion position)等，但并不以此為限。所述處理器37例如可為數(shù)字處理器(DSP)、微控制器(MCU)或中央處理器(CPU)等，但并不以此為限。

所述多個(gè)像素電路10以陣列排列，例如包含多個(gè)像素電路列R1-R6以及多個(gè)像素電路行C1-C8。每一所述輸出電路20通過讀取線70耦接像素電路行C1-C8的每一像素電路10，以讀取電壓信號并進(jìn)行差分運(yùn)算。其他實(shí)施例中，每一所述輸出電路20通過讀取線70耦接像素電路列的每一像素電路10。所述多個(gè)像素電路10與所述多個(gè)輸出電路20形成本發(fā)明的圖像傳感器1(如圖2所示)。某些實(shí)施例中，所述圖像傳感器1包含所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器35，此時(shí)所述圖像傳感器1輸出數(shù)字圖像信號Sd。

所述驅(qū)動電路30例如，但不限于，可為信號產(chǎn)生器(signal generator) 或時(shí)序控制器(timing controller)，用于產(chǎn)生多個(gè)控制信號Sc以控制所述多個(gè)像素電路10及所述多個(gè)輸出電路20中多個(gè)開關(guān)組件的啟閉(舉例詳述于后)。所述驅(qū)動電路30可位于圖像傳感器之內(nèi)或之外，并無特定限制。

請參照圖3所示，其為本發(fā)明第一實(shí)施例的圖像傳感器1的方塊示意圖。圖像傳感器1例如應(yīng)用在如圖2的成像系統(tǒng)100。如前所述，所述圖像傳感器1包含以陣列排列的多個(gè)像素電路10以及多個(gè)輸出電路20。每一所述像素電路10包含光電轉(zhuǎn)換電路OE、像素緩沖電路PB以及轉(zhuǎn)移電路103。每一所述輸出電路20耦接像素電路行(例如C1-C8)的每一像素電路10并包含第一儲存電路201、第二儲存電路202及差分單元205；其中，所述第一儲存電路201及所述第二儲存電路202例如包含至少一個(gè)電容器(capacitor)，所述差分單元205例如可為差動放大器(differential amplifier)。某些實(shí)施例中，每一所述輸出電路20還包含比較器201a用于實(shí)現(xiàn)自動曝光(auto exposure)控制。如前所述，所述多個(gè)像素電路10及所述多個(gè)輸出電路20根據(jù)來自所述驅(qū)動電路30的控制信號Sc運(yùn)作。

所述光電轉(zhuǎn)換電路OE用于產(chǎn)生光電流I_L至所述像素緩沖電路PB；其中，所述光電流I_L與所述光電轉(zhuǎn)換電路OE所接收的光強(qiáng)度成正相關(guān)。所述像素緩沖電路PB接收所述光電流I_L并據(jù)以儲存電荷量。所述轉(zhuǎn)移電路103用于將所述像素緩沖電路PB的儲存電荷量轉(zhuǎn)換成電壓信號并輸出至所述輸出電路20。所述第一儲存電路201及所述第二儲存電路202用于在差分運(yùn)算前暫存輸出電壓信號，供所述差分單元205進(jìn)行差分運(yùn)算后輸出模擬圖像信號Sa。

所述多個(gè)輸出電路20的輸出端(例如差分單元205的輸出端)耦接至模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器35(如圖2所示)，以轉(zhuǎn)換所述模擬圖像信號Sa為數(shù)字圖像信號Sd。本實(shí)施例中，所述處理器37例如根據(jù)一張數(shù)字圖像(由相對所述多個(gè)像素電路10的多個(gè)數(shù)字圖像信號Sd所組成)中，灰階值不為零的像素 個(gè)數(shù)判斷對象動作，并根據(jù)灰階值不為零的像素位置判斷動作位置等。所述處理單元37還可根據(jù)多個(gè)數(shù)字圖像中，動作位置的變化進(jìn)行手勢識別等。藉此，差分運(yùn)算在模擬前端進(jìn)行并位于所述多個(gè)像素電路10以外，且并非位于數(shù)字后端進(jìn)行，故無需使用數(shù)字緩沖器來儲存整張數(shù)字圖像。

例如參照圖4所示，其為本發(fā)明第一實(shí)施例的圖像傳感器1的運(yùn)作時(shí)序圖。第一實(shí)施例的圖像傳感器1為全局快門圖像傳感器(global shutter image sensor)。獲取一張圖像(例如第一圖像)期間，每一像素電路10的運(yùn)作包含第一曝光期間、暫存期間、第二曝光期間以及讀出期間。所述第一曝光期間及所述第二曝光期間用于儲存相對兩個(gè)不同時(shí)間的電荷量，由于本實(shí)施例無須搭配系統(tǒng)光源運(yùn)作，因此所述電荷量與環(huán)境光強(qiáng)度成正相關(guān)。所述暫存期間介于所述第一曝光期間及所述第二曝光期間之間，以決定所述第一曝光期間與所述第二曝光期間的時(shí)間差，由于所述時(shí)間差允許對象在所述時(shí)間差內(nèi)改變位置或狀態(tài)，故所述暫存期間大于零且彼此相等。所述暫存期間的長短可根據(jù)不同應(yīng)用而定；例如，當(dāng)圖像傳感器1用于檢測快速移動或近距離對象時(shí)，所述暫存期間可選擇為較短，而當(dāng)圖像傳感器1用于檢測緩慢移動或遠(yuǎn)距離對象時(shí)，所述暫存期間可選擇為較長，并無特定限制。所述讀出期間則用于通過所述轉(zhuǎn)移電路103從所述像素緩沖電路PB讀取儲存電荷量相關(guān)的電壓信號至所述輸出電路20，并進(jìn)行輸出電壓的差分運(yùn)算。如圖4所示，每一像素電路列(例如R1-R4)的所述第一曝光期間、所述暫存期間及所述第二曝光期間同步，而兩相鄰像素電路列的所述讀出期間具有延遲讀出期間；其中，所述延遲讀出期間允許耦接同一像素電路行(例如圖2的C1-C8)的輸出電路20能夠依序讀取每一像素電路10的儲存電荷量，其時(shí)間長短由電路組件參數(shù)所決定。所述圖像傳感器1獲取其他圖像(例如第二圖像)的方式則相同于獲取所述第一圖像，故在此不再贅述。

請參照圖5及圖6所示，圖5為本發(fā)明第一實(shí)施例的圖像傳感器1的電 路圖，而圖6為圖5的圖像傳感器1的信號時(shí)序圖。必須說明的是，圖5及圖6僅顯示一個(gè)像素電路行中的兩像素電路10及10'(例如對應(yīng)像素電路列R1及R2的像素電路)。由于所述圖像傳感器1的所有像素電路10具有相同電路架構(gòu)，因此本發(fā)明中以所述像素電路10進(jìn)行說明。

如前所述，所述像素電路10包含光電轉(zhuǎn)換電路OE、像素緩沖電路PB以及轉(zhuǎn)移電路103。所述光電轉(zhuǎn)換電路OE包含光電組件101及開關(guān)組件108；其中所述光電組件101例如為光二極管(photodiode)。所述像素緩沖電路PB包含浮動擴(kuò)散區(qū)(floating diffusion,FD)1021、儲存節(jié)點(diǎn)(storage node,SN)1022以及三個(gè)開關(guān)組件106、107、109。所述轉(zhuǎn)移電路103包含源極跟隨器晶體管(source follower transistor)103a以及一個(gè)開關(guān)組件103b。本發(fā)明中，上述開關(guān)組件例如為晶體管組件或模擬開關(guān)等。

所述光電轉(zhuǎn)換電路OE中，所述光電組件101接收入射光Li后，產(chǎn)生光電流I_L。所述開關(guān)組件108用于控制所述光電組件101內(nèi)累積電荷的釋放。當(dāng)所述開關(guān)組件108導(dǎo)通時(shí)，所述光電組件101耦接至電壓源V_DD，其所產(chǎn)生的光電流I_L通過所述開關(guān)組件108釋放而不會無限制地累積。因此，所述開關(guān)組件108可稱為防溢出(anti-blooming)晶體管。當(dāng)所述開關(guān)組件108未導(dǎo)通(關(guān)閉)時(shí)稱為像素電路10的有效曝光期間，此時(shí)所述光電組件101開始累積電荷。

所述像素緩沖電路PB中，所述開關(guān)組件109耦接在所述光電轉(zhuǎn)換電路OE(例如所述開關(guān)組件108與所述光電組件101之間的節(jié)點(diǎn))與所述儲存節(jié)點(diǎn)1022之間，用于控制所述光電轉(zhuǎn)換電路OE所產(chǎn)生的光電流I_L儲存至所述儲存節(jié)點(diǎn)1022；因此，所述開關(guān)組件109可稱為儲存閘極(storage gate)晶體管。所述開關(guān)組件107耦接在所述儲存節(jié)點(diǎn)1022與所述浮動擴(kuò)散區(qū)1021之間，用于控制所述儲存節(jié)點(diǎn)1022內(nèi)的電荷量轉(zhuǎn)移至所述浮動擴(kuò)散區(qū)1021；因此，所述開關(guān)組件107可稱為轉(zhuǎn)移閘極(transfer gate)晶體管。所述開關(guān) 組件106耦接在所述浮動擴(kuò)散區(qū)1021與所述電壓源V_DD之間，用于重置所述浮動擴(kuò)散區(qū)1021內(nèi)的儲存電荷量；因此，所述開關(guān)組件106有時(shí)稱為重置(reset)晶體管。

所述轉(zhuǎn)移電路103耦接在所述浮動擴(kuò)散區(qū)1021與讀取線70之間。所述源極跟隨器晶體管103a用于將所述浮動擴(kuò)散區(qū)1021的儲存電荷量轉(zhuǎn)換為電壓信號。所述開關(guān)組件103b用于控制所述浮動擴(kuò)散區(qū)1021耦接至所述讀取線70，以通過所述讀取線70輸出所述電壓信號至所述輸出電路20進(jìn)行儲存。例如，當(dāng)所述開關(guān)組件103b接收列選擇信號(row select signal)時(shí)，則導(dǎo)通以將所述源極跟隨器晶體管103a產(chǎn)生的電壓信號輸出至所述讀取線70；因此，所述開關(guān)組件103b可稱為列選擇(row select)晶體管。

如前所述，每一所述輸出電路20包含第一儲存電路201、第二儲存電路202及差分單元205。所述第一儲存電路201及所述第二儲存電路202分別包含開關(guān)組件(例如晶體管組件)及儲存電容(例如電容器)，所述多個(gè)開關(guān)組件用于控制所述第一儲存電路201及所述第二儲存電路202耦接至所述讀取線70。例如，所述第一儲存電路201包含第一開關(guān)組件201s及第一儲存電容201c；所述第二儲存電路202包含第二開關(guān)組件202s及第二儲存電容202c。當(dāng)所述第一開關(guān)組件201s導(dǎo)通時(shí)，所述第一儲存電容201c則通過所述讀取線70儲存來自所述像素電路20的第一輸出電壓V₁(由所述源極跟隨器晶體管103a根據(jù)第一電荷量Q1所輸出)；當(dāng)所述第二開關(guān)組件202s導(dǎo)通時(shí)，所述第二儲存電容202c則通過所述讀取線70儲存來自所述像素電路20的第二輸出電壓V₂(由所述源極跟隨器晶體管103a根據(jù)第二電荷量Q2所輸出)?？梢粤私獾氖牵龅谝婚_關(guān)組件201s及所述第二開關(guān)組件202s并不同時(shí)導(dǎo)通，以使所述第一輸出電壓V₁及所述第二輸出電壓V₂可分別被儲存。

某些實(shí)施例中，所述第一儲存電路201或所述第二儲存電路202還包含 比較器201a，用于比較所述第一輸出電壓V₁或所述第二輸出電壓V₂與參考電壓Vref；其中，所述比較器201a的輸出端例如耦接至所述處理器37(如圖1所示)。所述處理器37則根據(jù)所述比較器201a的輸出結(jié)果判斷是否實(shí)施自動曝光控制，其考慮入射光Li的強(qiáng)弱以相應(yīng)地調(diào)整曝光時(shí)間。例如，當(dāng)所述入射光Li較強(qiáng)時(shí)，可減少曝光時(shí)間(或調(diào)整光圈大小、白平衡…等)以避免所輸出的圖像過曝。例如，當(dāng)所述參考電壓Vref大于所述第一電壓V₁或所述第二輸出電壓V₂時(shí)，所述比較器201a輸出數(shù)字?jǐn)?shù)值“0”而使得曝光時(shí)間不被調(diào)整；當(dāng)所述參考電壓Vref等于或小于所述第一輸出電壓V₁或所述第二輸出電壓V₂時(shí)，所述比較器201a則輸出數(shù)字?jǐn)?shù)值“1”以減少曝光時(shí)間，但也可反向?yàn)橹?/p>

請同時(shí)參照圖5及圖6所示，在獲取一張圖像時(shí)，首先關(guān)閉所述防溢出晶體管108以進(jìn)入第一曝光期間，因此所述光電組件101開始累積電荷量。在所述第一曝光期間，先同時(shí)導(dǎo)通所述重置晶體管106及所述轉(zhuǎn)移閘極晶體管107以重置所述像素緩沖電路PB內(nèi)的殘余電荷。接著，依序?qū)ɑ蛲瑫r(shí)導(dǎo)通(圖6顯示為同時(shí)導(dǎo)通)所述儲存閘極晶體管109及所述轉(zhuǎn)移閘極晶體管107，以使得所述浮動擴(kuò)散區(qū)1021在所述第一曝光期間接收所述光電流I_L以儲存第一電荷量Q1。如前所述，由于所述圖像傳感器1應(yīng)用于動作傳感器，所述第一電荷量Q1儲存在所述浮動擴(kuò)散區(qū)1021經(jīng)過一段暫存期間以允許被檢測對象發(fā)生變化。所述暫存期間中，所述防溢出晶體管108被導(dǎo)通，以使所述光電組件101所產(chǎn)生的光電流I_L經(jīng)由所述防溢出晶體管108被釋放。

所述暫存期間后，再度關(guān)閉所述防溢出晶體管108以進(jìn)入第二曝光期間。所述第二曝光期間中，導(dǎo)通所述儲存閘極晶體管109，以使得所述儲存節(jié)點(diǎn)1022在所述第二曝光期間接收所述光電流I_L以儲存第二電荷量Q2。

在所述像素緩沖電路PB儲存所述第二電荷量Q2后，則關(guān)閉所述防溢 出晶體管108并進(jìn)入讀出期間。所述讀出期間中，首先同時(shí)導(dǎo)通所述列選擇晶體管103b及所述第一開關(guān)組件201s，以使得所述第一儲存電路201的第一儲存電容201c在所述讀出期間儲存讀取所述浮動擴(kuò)散區(qū)1021的所述第一電荷量Q1所形成的第一輸出電壓V₁。接著，導(dǎo)通所述重置晶體管106以重置所述浮動擴(kuò)散區(qū)1021的殘余電荷。接著，導(dǎo)通所述轉(zhuǎn)移閘極晶體管107以將所述儲存節(jié)點(diǎn)1022中的第二電荷量Q2轉(zhuǎn)移至所述浮動擴(kuò)散區(qū)1021。接著，同時(shí)導(dǎo)通所述列選擇晶體管103b及所述第二開關(guān)組件202s，以使得所述第二儲存電路202的第二儲存電容202c在所述讀出期間儲存讀取所述浮動擴(kuò)散區(qū)1021的所述第二電荷量Q2所形成的第二輸出電壓V₂。最后，所述差分單元205在所述讀出期間比較所述第一輸出電壓V₁與所述第二輸出電壓V₂以輸出模擬圖像信號Sa。

必須說明的是，雖然本發(fā)明中以差分運(yùn)算在所述讀出期間內(nèi)進(jìn)行為例進(jìn)行說明，以表示當(dāng)所述第二輸出電壓V₂被儲存后立即進(jìn)行差分運(yùn)算，以盡量減少電荷泄漏(charge leakage)。其他實(shí)施例中，讀出期間與差分運(yùn)算可為不同的兩個(gè)期間。

如圖6所示，像素電路列R2(例如像素電路10')的運(yùn)作與像素電路列R1(例如所述像素電路10)的運(yùn)作類似，例如所述像素電路列R1與所述像素電路列R2的所述第一曝光時(shí)間、所述暫存期間、所述第二曝光期間及所述讀出期間的運(yùn)作均相同，僅所述像素電路列R2的讀出期間與所述像素電路列R1的讀出期間相差延遲讀出期間，其用于允許所述輸出電路20依序讀取同一像素電路行中每一像素電路10的電壓信號。同理，像素電路列R3的讀出期間與所述像素電路列R2的讀出期間相差延遲讀出期間，并以此類推。

請參照圖7所示，其為本發(fā)明第一實(shí)施例的圖像傳感器的運(yùn)作方法，包含下列步驟：在第一曝光期間從光電轉(zhuǎn)換電路儲存第一電荷量至像素緩沖電路(步驟S71)；在第二曝光期間從所述光電轉(zhuǎn)換電路儲存第二電荷量至所 述像素緩沖電路(步驟S72)；讀取所述像素緩沖電路的所述第一電荷量以在第一儲存電路儲存第一輸出電壓(步驟S73)；讀取所述像素緩沖電路的所述第二電荷量以在第二儲存電路儲存第二輸出電壓(步驟S74)；以及比較所述第一輸出電壓與所述第二輸出電壓以輸出模擬圖像信號(步驟S75)。

請同時(shí)參照圖5-7所示，步驟S71中，當(dāng)所述防溢出晶體管108關(guān)閉時(shí)進(jìn)入第一曝光期間。所述第一曝光期間中，同時(shí)或依序?qū)ㄋ鰞Υ骈l極晶體管109及所述轉(zhuǎn)移閘極晶體管107以從所述光電轉(zhuǎn)換電路OE儲存第一電荷量Q1至所述像素緩沖電路PB。所述第一電荷量Q1儲存在所述像素緩沖電路PB經(jīng)過一段暫存期間。所述暫存期間中，所述防溢出晶體管108導(dǎo)通以釋放所述光電組件101的累積電荷。

步驟S72中，所述防溢出晶體管108再度關(guān)閉時(shí)以進(jìn)入第二曝光期間。所述第二曝光期間中，導(dǎo)通所述儲存閘極晶體管109以從所述光電轉(zhuǎn)換電路OE儲存第二電荷量Q2至所述像素緩沖電路PB。當(dāng)所述防溢出晶體管108再度被導(dǎo)通時(shí)結(jié)束所述第二曝光期間。

步驟S73-S74中，為了縮短所述第一電荷量Q1與所述第二電荷量Q2儲存在所述像素緩沖電路PB的時(shí)間，當(dāng)所述第二曝光期間結(jié)束時(shí)較佳立即進(jìn)入讀出期間。所述讀出期間中，同時(shí)導(dǎo)通所述列選擇晶體管103b及所述第一開關(guān)組件201s，以使得所述像素緩沖電路PB內(nèi)的第一電荷量Q1被所述輸出電路20讀取以在第一儲存電路201儲存第一輸出電壓V₁；接著，同時(shí)導(dǎo)通所述列選擇晶體管103b及所述第二開關(guān)組件202s，以使得所述像素緩沖電路PB內(nèi)的第二電荷量Q2被所述輸出電路20讀取以在第二儲存電路202儲存第二輸出電壓V₂。本實(shí)施例中，所述第一輸出電壓V₁及所述第二輸出電壓V₂由所述源極跟隨器晶體管103a根據(jù)所述第一電荷量Q1及所述第二電荷量Q2所產(chǎn)生。

步驟S75中，最后，所述輸出電路20的差分單元205比較所述第一輸 出電壓V₁與所述第二輸出電壓V₂以輸出模擬圖像信號Sa，例如，將所述第一輸出電壓V₁與所述第二輸出電壓V₂相減。

必說明的是，圖6中各開關(guān)組件的啟閉及時(shí)間關(guān)系僅為例示性，并非用于限定本發(fā)明。第一實(shí)施例用于在兩曝光期間中分別儲存兩電荷量在所述像素緩沖電路PB，并在讀取期間將所述像素緩沖電路PB的兩電荷量分別讀出為兩輸出電壓至所述輸出電路20以進(jìn)行差分運(yùn)算。

請參照圖8所示，其為本發(fā)明第二實(shí)施例的圖像傳感器1'的方塊示意圖。圖像傳感器1'例如應(yīng)用在如圖2的成像系統(tǒng)100。所述圖像傳感器1'同樣包含以陣列排列的多個(gè)像素電路10以及多個(gè)輸出電路20。每一所述像素電路10同樣包含光電轉(zhuǎn)換電路OE、像素緩沖電路PB以及轉(zhuǎn)移電路103。每一所述輸出電路20耦接像素電路行的每一像素電路10并包含第一儲存電路201、第二儲存電路202、第三儲存電路203、第四儲存電路204、第一差分單元205、第二差分單元206及第三差分單元207；其中，所述第一儲存電路201至所述第四儲存電路204例如包含至少一電容器，所述第一差分單元205至所述第三差分單元207例如可為差動放大器。某些實(shí)施例中，每一所述輸出電路20還包含比較器204a用于實(shí)現(xiàn)自動曝光控制。如第一實(shí)施例所述，所述多個(gè)像素電路10及所述多個(gè)輸出電路20根據(jù)來自驅(qū)動電路30的控制信號Sc運(yùn)作。

所述光電轉(zhuǎn)換電路OE用于產(chǎn)生光電流I_L至所述像素緩沖電路PB。所述像素緩沖電路PB接收所述光電流I_L并據(jù)以儲存電荷量。所述轉(zhuǎn)移電路103用于將所述像素緩沖電路PB的儲存電荷量轉(zhuǎn)換成電壓信號并輸出至所述輸出電路20。所述第一儲存電路201至所述第四儲存電路204用于在差分運(yùn)算前暫存輸出電壓，以供所述第一差分單元205至所述第三差分單元207進(jìn)行差分運(yùn)算并輸出模擬圖像信號Sa。

所述第三差分單元207的輸出端耦接至模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器35(如圖2所 示)，以轉(zhuǎn)換所述模擬圖像信號Sa為數(shù)字圖像信號Sd。第二實(shí)施例與第一實(shí)施例的差異在于，所述輸出電路20還包含所述第三儲存電路203、所述第四儲存電路204、所述第二差分單元206及所述第三差分單元207；所述多個(gè)像素電路20則相同。第二實(shí)施例中，所述圖像傳感器1'同樣用于判斷對象動作、動作位置及進(jìn)行手勢識別等。

例如參照圖9所示，其為本發(fā)明第二實(shí)施例的圖像傳感器1'的運(yùn)作時(shí)序圖。第二實(shí)施例的圖像傳感器1'為滾動快門圖像傳感器(rolling shutter image sensor)。獲取一張圖像(例如第一圖像)期間，每一像素電路10的運(yùn)作包含第一曝光期間、暫存期間、第二曝光期間以及讀出期間。所述第一曝光期間及所述第二曝光期間用于儲存相對兩個(gè)不同時(shí)間的電荷量，由于本實(shí)施例無須搭配系統(tǒng)光源，因此所述電荷量與環(huán)境光強(qiáng)度成正相關(guān)。所述暫存期間介于所述第一曝光期間及所述第二曝光期間之間，以決定所述第一曝光期間及所述第二曝光期間的時(shí)間差，由在所述時(shí)間差允許對象在所述時(shí)間差內(nèi)改變位置或狀態(tài)，故所述暫存期間大于零且彼此相等。所述暫存期間的長短可根據(jù)不同應(yīng)用而定，因其已在前描述，故在此不再重復(fù)。所述讀出期間則用于從所述像素緩沖電路PB讀取儲存電荷量相關(guān)的電壓信號至所述輸出電路20，并進(jìn)行輸出電壓的差分運(yùn)算。如圖9所示，每一像素電路列(例如R1-R4)的運(yùn)作均相等，惟兩相鄰像素電路列的所述第一曝光期間的起始時(shí)間相差列延遲時(shí)間，其時(shí)間長短由電路組件參數(shù)所決定。所述圖像傳感器1'獲取其他圖像(例如第二圖像)的方式則相同在獲取所述第一圖像，故在此不再贅述。

請參照圖10及圖11所示，圖10為本發(fā)明第二實(shí)施例的圖像傳感器1'的電路圖，而圖11為圖10的圖像傳感器1'的信號時(shí)序圖。必須說明的是，圖10及圖11僅顯示像素電路行中的兩像素電路10及10'(例如對應(yīng)像素電路列R1及R2的像素電路)。同理，所述圖像傳感器1'的所有像素電路10均具有相同電路架構(gòu)。

所述光電轉(zhuǎn)換電路OE包含光電組件101及開關(guān)組件108。所述光電組件101接收入射光Li后，產(chǎn)生光電流I_L。所述開關(guān)組件108用于控制所述光電組件101內(nèi)的累積電荷的釋放。

所述像素緩沖電路PB包含浮動擴(kuò)散區(qū)1021、儲存節(jié)點(diǎn)1022以及三個(gè)開關(guān)組件106、107、109。所述開關(guān)組件109耦接在所述光電轉(zhuǎn)換電路OE與所述儲存節(jié)點(diǎn)1022之間，用于控制所述光電轉(zhuǎn)換電路OE所產(chǎn)生的光電流I_L儲存至所述儲存節(jié)點(diǎn)1022。所述開關(guān)組件107耦接在所述儲存節(jié)點(diǎn)1022與所述浮動擴(kuò)散區(qū)1021之間，用于控制所述浮動擴(kuò)散區(qū)1021從所述儲存節(jié)點(diǎn)1022接收第一電荷量Q1及第二電荷量Q2。所述開關(guān)組件106耦接在所述浮動擴(kuò)散區(qū)1021與電壓源V_DD之間，用于控制所述像素緩沖電路PB的電荷重置。

所述轉(zhuǎn)移電路103耦接在所述浮動擴(kuò)散區(qū)1021與讀取線70之間，用于控制所述浮動擴(kuò)散區(qū)1021耦接至所述讀取線70。源極跟隨器晶體管103a用于將所述浮動擴(kuò)散區(qū)1021的儲存電荷量轉(zhuǎn)換為電壓信號。開關(guān)組件103b用于控制所述浮動擴(kuò)散區(qū)1021耦接至所述讀取線70，以通過所述讀取線70輸出所述電壓信號至所述輸出電路20。

第二實(shí)施例的所述多個(gè)像素電路10相同于第一實(shí)施例的所述多個(gè)像素電路10，故其他關(guān)于所述多個(gè)像素電路10的說明如前所述，在此不再重復(fù)。

每一所述輸出電路20包含第一儲存電路201、第二儲存電路202、第三儲存電路203、第四儲存電路204、第一差分單元205、第二差分單元206及第三差分單元207。所述第一儲存電路201至所述第四儲存電路204分別包含開關(guān)組件(例如晶體管組件)及儲存電容(例如電容器)，所述開關(guān)組件用于控制所述第一儲存電路201至所述第四儲存電路204耦接至所述讀取線70。例如，所述第一儲存電路201包含第一開關(guān)組件201s及第一儲存電容201c；所述第二儲存電路202包含第二開關(guān)組件202s及第二儲存電容 202c；所述第三儲存電路203包含第三開關(guān)組件203s及第三儲存電容203c；所述第四儲存電路204包含第四開關(guān)組件204s及第四儲存電容204c。當(dāng)所述第一開關(guān)組件201s導(dǎo)通時(shí)，所述第一儲存電容201c則通過所述讀取線70儲存來自所述像素電路20的第一重置電壓V₁；當(dāng)所述第二開關(guān)組件202s導(dǎo)通時(shí)，所述第二儲存電容202c則通過所述讀取線70儲存來自所述像素電路20的第一輸出電壓V₂；當(dāng)所述第三開關(guān)組件203s導(dǎo)通時(shí)，所述第三儲存電容203c則通過所述讀取線70儲存來自所述像素電路20的第二重置電壓V₃；當(dāng)所述第四開關(guān)組件204s導(dǎo)通時(shí)，所述第四儲存電容204c則通過所述讀取線70儲存來自所述像素電路20的第二輸出電壓V₄?？梢粤私獾氖?，所述第一開關(guān)組件201s至所述第四開關(guān)組件204s并不同時(shí)導(dǎo)通，以使所述第一重置電壓V₁、所述第一輸出電壓V₂、所述第二重置電壓V₃、所述第二輸出電壓V₄可分別被儲存。此外，所述第一開關(guān)組件201s至所述第四開關(guān)組件204s的導(dǎo)通順序并不限于上述方式，只要所述第一重置電壓V₁、所述第一輸出電壓V₂、所述第二重置電壓V₃、所述第二輸出電壓V₄能夠被依序儲存即可。

某些實(shí)施例中，所述第二儲存電路202或所述第四儲存電路204其中之一還包含比較器202a(例如圖10顯示包含在第二儲存電路202)用于比較所述第一輸出電壓V₂或所述第二輸出電壓V₄與參考電壓Vref，以實(shí)現(xiàn)自動曝光控制。設(shè)置所述比較器202a的目的與第一實(shí)施例相同，故在此不再贅述。

請?jiān)偻瑫r(shí)參照圖10及圖11所示，在獲取圖像時(shí)，首先關(guān)閉所述防溢出晶體管108以進(jìn)入第一曝光期間，因此所述光電組件101開始累積電荷量。在所述第一曝光期間，先同時(shí)導(dǎo)通所述重置晶體管106及所述轉(zhuǎn)移柵極晶體管107以重置所述像素緩沖電路PB內(nèi)的殘余電荷。接著，導(dǎo)通所述儲存閘極晶體管109，以使得所述儲存節(jié)點(diǎn)1022在所述第一曝光期間接收所述光電 流I_L以儲存第一電荷量Q1經(jīng)過一段暫存期間。如前所述，所述暫存期間用于分隔所述第一曝光期間及其后的第二曝光期間以允許對象發(fā)生變化。同理，所述暫存期間中，所述防溢出晶體管108導(dǎo)通，以使所述光電組件101所產(chǎn)生的光電流I_L經(jīng)由所述防溢出晶體管108釋放。

接著，所述暫存期間后，再度關(guān)閉所述防溢出晶體管108以進(jìn)入第二曝光期間。所述第二曝光期間中，導(dǎo)通所述重置晶體管106以使得所述浮動擴(kuò)散區(qū)1021在所述第二曝光期間儲存第一重置電荷量Qres1；其中，所述第一重置電荷量Qres1為重置所述浮動擴(kuò)散區(qū)1021后的殘留電荷量，若不消除，則會降低圖像信號的信噪比(signal to noise ratio,SNR)。接著，同時(shí)導(dǎo)通所述列選擇晶體管103b及所述第一開關(guān)組件201s，以使得所述第一儲存電路201的第一儲存電容201c在所述第二曝光期間儲存讀取所述浮動擴(kuò)散區(qū)1021內(nèi)的第一重置電荷量Qres1所形成的第一重置電壓V₁(由所述源極跟隨器晶體管103a根據(jù)所述第一重置電荷量Qres1所輸出)。接著，導(dǎo)通所述轉(zhuǎn)移柵極晶體管107，以使得所述儲存節(jié)點(diǎn)1022轉(zhuǎn)移所述第一電荷量Q1至所述浮動擴(kuò)散區(qū)1021進(jìn)行累積，并儲存累積所述第一電荷量Q1與所述第一重置電荷量Qres1而產(chǎn)生的第一累積電荷量Qacc1。接著，同時(shí)導(dǎo)通所述列選擇晶體管103b及所述第二開關(guān)組件202s，以使得所述第二儲存電路202的第二儲存電容202c在所述第二曝光期間儲存讀取所述浮動擴(kuò)散區(qū)1021內(nèi)的第一累積電荷量Qacc1所形成的第一輸出電壓V₂(由所述源極跟隨器晶體管103a根據(jù)所述第一累積電荷量Qacc1所輸出)。接著，導(dǎo)通所述儲存柵極晶體管109，以使得所述儲存節(jié)點(diǎn)1022在所述第二曝光期間接收所述光電流I_L以儲存第二電荷量Q2。

在所述像素緩沖電路PB儲存所述第二電荷量Q2后，則關(guān)閉所述防溢出晶體管108并進(jìn)入讀出期間。所述讀出期間中，導(dǎo)通所述重置晶體管106以使得所述浮動擴(kuò)散區(qū)1021在所述第二曝光期間儲存第二重置電荷量 Qres2；其中，所述第二重置電荷量Qres2為重置所述浮動擴(kuò)散區(qū)1021后的殘留電荷量。接著，同時(shí)導(dǎo)通所述列選擇晶體管103b及所述第三開關(guān)組件203s，以使得所述第三儲存電路203的第三儲存電容203c在所述讀出期間儲存讀取所述浮動擴(kuò)散區(qū)1021內(nèi)的第二重置電荷量Qres2所形成的第二重置電壓V₃(由所述源極跟隨器晶體管103a根據(jù)所述第二重置電荷量Qres2所輸出)。接著，導(dǎo)通所述轉(zhuǎn)移柵極晶體管107，以使得所述儲存節(jié)點(diǎn)1022轉(zhuǎn)移所述第二電荷量Q2至所述浮動擴(kuò)散區(qū)1021進(jìn)行累積，以使得所述浮動擴(kuò)散區(qū)1021儲存累積所述第二電荷量Q2與所述第二重置電荷量Qres2而產(chǎn)生的第二累積電荷量Qacc2。接著，同時(shí)導(dǎo)通所述列選擇晶體管103b及所述第四開關(guān)組件204s，以使得所述第四儲存電路204的第四儲存電容204c在所述讀出期間儲存讀取所述浮動擴(kuò)散區(qū)1021內(nèi)的第二累積電荷量Qacc2所形成的第二輸出電壓V₄(由所述源極跟隨器晶體管103a根據(jù)所述第二累積電荷量Qacc2所輸出)。最后，所述第一差分單元205比較所述第一重置電壓V₁與所述第一輸出電壓V₂，例如進(jìn)行減法運(yùn)算，以輸出第一差分信號V_diff1；其中，所述第一差分單元205用于消除所述第一輸出電壓V₂中未在重置期間移除的殘余電荷，藉以增加信噪比。所述第二差分單元206比較所述第二重置電壓V₃與所述第二輸出電壓V₄，例如進(jìn)行減法運(yùn)算，以輸出第二差分信號V_diff2；其中，所述第二差分單元206用于消除所述第二輸出電壓V₄中未在重置期間移除的殘余電荷，藉以增加信噪比。所述第三差分單元207用于比較所述第一差分信號V_diff1與所述第二差分信號V_diff2，以輸出模擬圖像信號Sa。

第二實(shí)施例相較于第一實(shí)施例，所述模擬圖像信號Sa的信噪比可大幅提升，藉以有效提升數(shù)字后端的運(yùn)作精確度。

如圖11所示，像素電路列R2(例如像素電路10')的運(yùn)作與像素電路列R1(例如所述像素電路10)的運(yùn)作相同，例如像素電路列R1及像素電 路列R2的所述第一曝光時(shí)間、所述暫存期間、所述第二曝光期間及所述讀出期間的運(yùn)作均相同，僅所述像素電路列R2的第一曝光期間的起始時(shí)間與所述像素電路列R1的第一曝光期間的起始時(shí)間相差列延遲時(shí)間。同理，像素電路列R3的第一曝光期間的起始時(shí)間與所述像素電路列R2的第一曝光期間的起始時(shí)間相差列延遲時(shí)間，并以此類推。

請參照圖12所示，其為本發(fā)明第二實(shí)施例的圖像傳感器的運(yùn)作方法，包含下列步驟：在第一曝光期間從光電轉(zhuǎn)換電路儲存第一電荷量至像素緩沖電路(步驟S121)；讀取所述像素緩沖電路的第一重置電荷量以在第一儲存電路儲存第一重置電壓(步驟S122)；讀取所述像素緩沖電路的累積所述第一電荷量與所述第一重置電荷量而產(chǎn)生的第一累積電荷量以在第二儲存電路儲存第一輸出電壓(步驟S123)；在第二曝光期間從所述光電轉(zhuǎn)換電路儲存第二電荷量至所述像素緩沖電路(步驟S124)；讀取所述像素緩沖電路的第二重置電荷量以在第三儲存電路儲存第二重置電壓(步驟S125)；讀取所述像素緩沖電路的累積所述第二電荷量與所述第二重置電荷量而產(chǎn)生的第二累積電荷量以在第四儲存電路儲存第二輸出電壓(步驟S126)；比較所述第一輸出電壓與所述第一重置電壓以產(chǎn)生第一差分信號(步驟S127)；比較所述第二輸出電壓與所述第二重置電壓以產(chǎn)生第二差分信號(步驟S128)；以及比較所述第一差分信號與所述第二差分信號以產(chǎn)生模擬圖像信號(步驟S129)。

請同時(shí)參照圖8-12所示，步驟S121中，當(dāng)所述防溢出晶體管108關(guān)閉時(shí)進(jìn)入第一曝光期間。所述第一曝光期間中，導(dǎo)通所述儲存柵極晶體管109以從所述光電轉(zhuǎn)換電路OE儲存第一電荷量Q1至所述像素緩沖電路PB。所述第一電荷量Q1儲存在所述像素緩沖電路PB經(jīng)過一段暫存期間。所述暫存期間中，所述防溢出晶體管108導(dǎo)通以釋放所述光電組件101的累積電荷。

步驟S122中，所述防溢出晶體管108再度關(guān)閉時(shí)以進(jìn)入第二曝光期間。 所述第二曝光期間中，導(dǎo)通所述重置晶體管106以重置所述像素緩沖電路PB。為了消除所述像素緩沖電路PB在重置期間的殘余電荷，所述像素緩沖電路PB被重置后，同時(shí)導(dǎo)通所述列選擇晶體管103b及所述第一開關(guān)組件201s，所述輸出電路20先讀取所述像素緩沖電路PB的第一重置電荷量Qres1以在第一儲存電路201儲存第一重置電壓V₁；其中，所述第一重置電壓V₁不為零時(shí)表示存在噪聲信號。

步驟S123中，導(dǎo)通所述轉(zhuǎn)移柵極晶體管107以使得所述像素緩沖電路PB中的所述第一電荷量Q1被累積在所述第一重置電荷量Qres1以產(chǎn)生第一累積電荷量Qacc1。接著，同時(shí)導(dǎo)通所述列選擇晶體管103b及所述第二開關(guān)組件202s，所述輸出電路20讀取所述像素緩沖電路PB的所述第一電荷量Q1與所述第一重置電荷量Qres1的所述第一累積電荷量Qacc1以在第二儲存電路202儲存第一輸出電壓V₂。

步驟S124中，導(dǎo)通所述儲存柵極晶體管109以從所述光電轉(zhuǎn)換電路OE儲存第二電荷量Q2至所述像素緩沖電路PB。當(dāng)所述防溢出晶體管108再度被導(dǎo)通時(shí)結(jié)束所述第二曝光期間。

步驟S125中，當(dāng)所述第二曝光期間結(jié)束時(shí)較佳立即進(jìn)入讀出期間。所述讀出期間中，導(dǎo)通所述重置晶體管106以重置所述像素緩沖電路PB。同樣為了消除所述像素緩沖電路PB在重置期間的殘余電荷，所述像素緩沖電路PB被重置后，同時(shí)導(dǎo)通所述列選擇晶體管103b及所述第三開關(guān)組件203s，所述輸出電路20先讀取所述像素緩沖電路PB的第二重置電荷量Qres2以在第三儲存電路203儲存第二重置電壓V₃；其中，所述第二重置電壓V₃不為零時(shí)表示存在噪聲信號。

步驟S126中，導(dǎo)通所述轉(zhuǎn)移柵極晶體管107以使得所述像素緩沖電路PB中的所述第二電荷量Q2被累積在所述第二重置電荷量Qres2以產(chǎn)生第二累積電荷量Qacc2。接著，同時(shí)導(dǎo)通所述列選擇晶體管103b及所述第四開 關(guān)組件204s，所述輸出電路20讀取所述像素緩沖電路PB的所述第二電荷量Q2與所述第二重置電荷量Qres2的所述第二累積電荷量Qacc2以在第四儲存電路204儲存第二輸出電壓V₄。

步驟S127中，所述第一差分單元205比較所述第一重置電壓V₁與所述第一輸出電壓V₂以產(chǎn)生第一差分信號V_diff1，以消除所述第一輸出電壓V₂中的噪聲。

步驟S128中，所述第二差分單元206比較所述第二重置電壓V₃與所述第二輸出電壓V₄以產(chǎn)生第二差分信號V_diff2，以消除所述第二輸出電壓V₄中的噪聲。

最后，步驟S129中，所述第三差分單元207比較所述第一差分信號_Vdiff1與所述第二差分信號V_diff2以產(chǎn)生模擬圖像信號Sa。

必說明的是，圖11中各開關(guān)組件的啟閉及時(shí)間關(guān)系僅為例示性，并非用于限定本發(fā)明。第二實(shí)施例用于在兩個(gè)曝光期間中分別儲存兩個(gè)累積電荷量及兩重置電荷量在所述像素緩沖電路PB，并將所述像素緩沖電路PB的兩個(gè)累積電荷量及兩個(gè)重置電荷量分別輸出為兩個(gè)輸出電壓及兩個(gè)重置電壓至所述輸出電路20以進(jìn)行差分運(yùn)算，藉以消除噪聲以提升信噪比。

如前所述，圖6及圖11中各開關(guān)組件的導(dǎo)通與關(guān)閉例如接收來自所述驅(qū)動電路30的控制信號Sc來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明實(shí)施例中，以耦接像素電路行的輸出電路20來進(jìn)行模擬差分并輸出模擬圖像信號Sa，并非在每一像素電路內(nèi)進(jìn)行差分運(yùn)算，故可降低電路復(fù)雜度。待模擬圖像信號Sa被轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號Sd后，處理器37可僅根據(jù)一張數(shù)字圖像直接判斷對象動作或動作位置，而無須計(jì)算兩張數(shù)字圖像的差分圖像，因此無須設(shè)置數(shù)字緩沖器儲存整張數(shù)字圖像。

必須說明的是，上述實(shí)施例中的數(shù)值，例如像素電路10及輸出電路20的個(gè)數(shù)以及各期間的比例關(guān)系僅為例示性，并非用于限定本發(fā)明。

某些實(shí)施例中，本發(fā)明的第一實(shí)施例的圖像傳感器1可用于搭配系統(tǒng)光源的啟閉以消除環(huán)境光，僅須在所述第一曝光期間點(diǎn)亮所述系統(tǒng)光源默認(rèn)期間并在所述第二曝光期間關(guān)閉所述系統(tǒng)光源即可；其中，所述系統(tǒng)光源同樣受控于所述驅(qū)動電路30所輸出的光源信號。此外，由于此實(shí)施例中圖像傳感器1可不用于檢測對象動作，因此所述第一電荷量Q1儲存在所述像素緩沖電路PB的時(shí)間越短越好，較佳所述暫存期間設(shè)為零，所述驅(qū)動電路30送出的其他信號時(shí)序則相同，故在此不再贅述。

如上所述，已知圖像傳感器使用兩張數(shù)字圖像進(jìn)行差分運(yùn)算，因而具有較高的功率消耗。因此，本發(fā)明提出一種圖像傳感器(圖3、圖8)及其運(yùn)作方法(圖7、圖12)，其可藉由時(shí)序控制以直接在模擬前端比較第一電荷量及第二電荷量相對應(yīng)的電壓值，藉以進(jìn)行動作檢測。

雖然本發(fā)明已通過前述實(shí)施例披露，但是其并非用于限定本發(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)。