像素电路、其计算实际强度值的方法及像素阵列技术

一种包含第一电路及第二电路的像素电路。所述第一电路用于输出曝光强度相关的第一电压值。所述第二电路用于输出曝光时间相关的第二电压值。处理器将所述第一电压值乘上参考电压值与所述第二电压值的比值以得到实际光强度值，其中，所述参考电压值为假像素的第二电路输出的电压值。路输出的电压值。路输出的电压值。

【技术实现步骤摘要】
像素电路、其计算实际强度值的方法及像素阵列


[0001]本专利技术涉及一种像素结构，更特别涉及一种即使发生过曝光也能够输出实际曝光信息的像素电路及包含该像素电路的像素阵列及其运行方法。

技术介绍

[0002]像素电路是使用光二极管在曝光期间接收入射光，以输出与入射光强度相关的电压值来表示环境光强度。然而，当环境光过强而使得像素电路累积电荷在曝光期间结束前即已到达全井容量(full well capacity,FWC)时，像素输出则无法反映真实的入射光强度。
[0003]例如参照图1所示，在时间T1之前，像素电路正常的累积光能量。当像素电路在时间T1时到达全井容量而发生饱和时，在时间T1之后的光能量无法继续被像素电路累积。此时，处理器仅能接收模拟数字转换器输出的满阶数字值，并无法得知真实的入射光强度。
[0004]有鉴于此，本专利技术另提供一种即使发生过曝光也能够输出实际曝光信息的像素电路及包含该像素电路的像素阵列及其运行方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种包含曝光电路及计时电路的像素电路。所述曝光电路用于输出曝光强度相关的第一电压值而所述计时电路用于输出曝光时间相关的第二电压值。
[0006]本专利技术还提供一种包含多个正常像素及假像素的像素阵列。每个正常像素用于输出曝光强度相关的第一电压值及曝光时间相关的第二电压值。假像素用于输出参考电压值。处理器使用所述第一电压值、所述第二电压值及所述参考电压值计算实际光强度。
[0007]本专利技术提供一种包含第一电路及第二电路的像素电路。所述第一电路包含光二极管、转移晶体管及第一电容。所述光二极管用于在曝光期间进行曝光。所述第一电容用于通过所述转移晶体管储存所述光二极管产生的电荷以产生第一电压值。所述二电路包含控制电路及计时电路。所述控制电路连接所述第一电容，用于在所述转移晶体管被导通以将所述光二极管产生的所述电荷转移至所述第一电容之前，根据所述第一电容上的电压降产生控制信号。所述计时电路连接所述控制电路，用于根据所述控制信号决定所述计时电路内的第二电容的放电时间，以产生第二电压值。所述第一电压值与光强度相关，而所述第二电压值与溢位时间相关。
[0008]本专利技术还提供一种包含多个正常像素及至少一个假像素的像素阵列。所述多个正常像素的每一者包含第一电路及第二电路。所述第一电路包含光二极管、转移晶体管及第一电容。所述光二极管用于在曝光期间进行曝光。所述第一电容用于通过所述转移晶体管储存所述光二极管产生的电荷以产生第一电压值。所述二电路包含控制电路及计时电路。所述控制电路连接所述第一电容，用于在所述转移晶体管被导通以将所述光二极管产生的所述电荷转移至所述第一电容之前，根据所述第一电容上的电压降产生控制信号。所述计时电路连接所述控制电路，用于根据所述控制信号决定所述计时电路内的第二电容的放电
时间，以产生第二电压值。所述至少一个假像素与所述正常像素具有相同电路结构，且所述至少一个假像素的第二电容用于产生参考电压值。所述第一电压值与所述参考电压值及所述第二电压值的比值的乘积用作为实际强度值。
[0009]本专利技术还提供一种像素电路的实际强度值的計算方法，包含下列步骤：重置所述像素电路；在曝光期间内曝光所述像素电路；在所述曝光期间结束前，读取所述像素电路的第一电容产生电压降的时间点及在所述电压降之后的所述第一电容的第一电压；以及基于所述曝光期间与从所述曝光的开始至所述时间点的时间间隔的比值计算所述实际强度值。
[0010]本专利技术实施例中，假像素(dummy pixel)又可称为黑像素(dark pixel)，其与正常像素具有相同结构并配置于相同像素阵列中。假像素与正常像素的差异在于假像素上覆盖有不透光层，以使得其内的光二极管在曝光期间无法进行曝光。由于假像素的光二极管不会发生溢位，故其第二电容的输出电压值可用作为计算正常像素检测的实际光强度的参考电压值。
[0011]本专利技术实施例中，实际光强度是超过模拟数字转换器的分辨率且被处理器用来进行判断，例如动作检测或位移量，的灰阶值。
[0012]为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显，下文将配合所附图示，详细说明如下。此外，于本专利技术的说明中，相同的构件以相同的符号表示，于此合先述明。
附图说明
[0013]图1是当发生过曝光时的电荷累积的示意图；
[0014]图2是本专利技术实施例的光传感器计算实际光强度的示意图；
[0015]图3是本专利技术实施例的光传感器的方框示意图；
[0016]图4是本专利技术实施例的光传感器的另一方框示意图；
[0017]图5是本专利技术实施例的像素电路的电路图；
[0018]图6是图5的像素电路未发生过曝光时的运行时序图；
[0019]图7是图5的像素电路发生过曝光时的运行时序图；及
[0020]图8是本专利技术实施例的像素阵列的运行方法的流程图。
[0021]附图标记说明
[0022]300
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光传感器
[0023]31
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像素阵列
[0024]31d
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假像素
[0025]31n
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正常像素
[0026]35
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读取电路
[0027]37
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模拟数字转换器
[0028]39
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处理器
具体实施方式
[0029]本专利技术的光传感器即使在曝光期间发生过曝光而导致光二极管发生溢位(overflow)时，仍可通过后处理计算像素电路检测的实际光强度。如图2所示，假设曝光期间为Ep，当光二极管在曝光期间Ep内没有发生溢位时，则电荷累积显示为线段A，像素电路
输出的检测电位表示实际光强度I(本说明有时称为实际强度值)；而当光二极管刚好在曝光期间Ep结束时累积电荷到全井容量(FWC)时，像素电路依据线段B输出光强度If。然而，如线段C所示，若光二极管在曝光期间Ep内(例如在时间Tof)即累积电荷至全井容量，则光二极管发生溢位。只要Tof小于Ep，像素电路只能输出相对光强度If的电位值，同时连接于其后的模拟数字转换器只能输出满阶数字值，例如255，但不限于此。本专利技术中，If等于FWC或为FWC的分数(例如，但不限于，80％
‑
90％)。
[0030]本专利技术通过检测溢位时间Tof，并将光强度If乘上曝光期间Ep与溢位时间Tof的比值，则可求得像素电路实际检测的光能量nI＝If
×
(Ep/Tof)。藉此，本专利技术的光传感器可得到高于满阶数字值的数字值。
[0031]请参照图3所示，其为本专利技术实施例的光传感器300的方框示意图。光传感器300包含像素阵列31、时序控制电路33、读取电路3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种像素电路，该像素电路包含：第一电路，该第一电路包含：光二极管，该光二极管用于在曝光期间进行曝光；转移晶体管；及第一电容，该第一电容用于通过所述转移晶体管储存所述光二极管产生的电荷以产生第一电压值；以及第二电路，该第二电路包含：控制电路，该控制电路连接所述第一电容，用于在所述转移晶体管被导通以将所述光二极管产生的所述电荷转移至所述第一电容之前，根据所述第一电容上的电压降产生控制信号；及计时电路，该计时电路连接所述控制电路，用于根据所述控制信号决定所述计时电路内的第二电容的放电时间，以产生第二电压值，其中，所述第一电压值与光强度相关，而所述第二电压值与溢位时间相关。2.根据权利要求1所述的像素电路，其中所述计时电路包含：所述第二电容；定电流源；及控制晶体管，该控制晶体管连接于所述定电流源及所述第二电容之间，用于根据所述控制信号关闭所述定电流源对所述第二电容的放电。3.根据权利要求2所述的像素电路，其中，当所述光二极管在所述曝光期间中发生溢位时，所述控制电路根据所述控制信号控制所述控制晶体管相对所述溢位关闭所述定电流源对所述第二电容的所述放电，及当所述光二极管在所述曝光期间中未发生所述溢位时，所述定电流源对所述第二电容放电至所述曝光期间结束。4.根据权利要求2所述的像素电路，其中所述计时电路还包含：重置晶体管，该重置晶体管用于在读取期间重置所述第二电容的电位；及读取晶体管，该读取晶体管用于在所述读取期间读出所述第二电容的所述第二电压值，其中，所述重置晶体管用于在所述读取期间重置所述第二电容的所述电位，以在所述读取期间中所述第二电容的所述重置的前后分别读出电压值来对所述第二电容进行相关性双重取样。5.根据权利要求1所述的像素电路，其中所述第一电路还包含：重置晶体管，该重置晶体管用于在重置期间重置所述第一电容的电位；及读取晶体管，该读取晶体管用于在读取期间读出所述第一电容的所述第一电压值，其中，所述转移晶体管用于在所述读取期间转移所述光二极管的所述电荷至所述第一电容，以在所述读取期间中转移电荷至所述第一电容的前后分别读出电压值来对所述第一电容进行相关性双重取样。6.根据权利要求1所述的像素电路，其中所述第一电容及所述第二电容连接至相同的读取线，且该读取线依序读出所述第二电压值及所述第一电压值。7.一种像素阵列，该像素阵列包含：
多个正常像素及至少一个假像素，其中所述多个正常像素的每一者包含：第一电路，该第一电路包含：光二极管，该光二极管用于在曝光期间进行曝光；转移晶体管；及第一电容，该第一电容用于通过所述转移晶体管储存所述光二极管产生的电荷以产生第一电压值；以及第二电路，该第二电路包含：控制电路，该控制电路连接所述第一电容，用于在所述转移晶体管被导通以将所述光二极管产生的所述电荷转移至所述第一电容之前，根据所述第一电容上的电压降产生控制信号；及计时电路，该计时电路连接所述控制电路，用于根据所述控制信号决定所述计时电路内的第二电容的放电时间，以产生第二电压值；其中，所述至少一个假像素与所述正常像素具有相同电路结构，且所述至少一个假像素的第二电容用于产生参考电压值；及其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚文翰，
申请(专利权)人：原相科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：