适用于影像感测以及额外侦测的多模式影像感测器

摘要

本发明提供一种适用于影像感测以及额外侦测的多模式影像感测器。该多模式影像感测器包含：一光二极管阵列、位于该光二极管阵列上的一混合型彩色滤波器阵列以及一模式控制器。该光二极管阵列可包含多个光二极管。该混合型彩色滤波器阵列可用来为该光二极管阵列进行光学滤波。该模式控制器可在至少两个模式中的任何一个模式中激活该光二极管阵列以输出对应的光侦测结果。例如，除了一影像感测模式之外，该至少两个模式可另包含一环境光感测器模式及/或一接近感测器模式。

说明书

技术领域

本发明关于感测器，尤其关于一种多模式影像感测器，其中该多模式影像感测器适用于影像感测以及额外侦测诸如环境光(ambient light)侦测与接近(proximity)侦测。

背景技术

影像感测器，诸如借由互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，简称CMOS)感测器装置等方式来实现的，已广泛地用于电子装置诸如多功能行动电话中。依据相关技术，一多功能行动电话在其某一部分机械结构(mechanicalstructure)上可能需要多个孔，以供进行多类型的光学感测。尤其，由于该部分机械结构的一或多种材料可以阻挡光，故该多类型的光学感测中的每一类型可能需要一或多个对应的孔，这可导致该部分机械结构的设计以及实施变得复杂。另外，该多类型的光学感测可能导致高功耗。因此，需要一种新颖的架构，以在不引入副作用、或者不太可能引入副作用的情况下增强电子装置的整体效能。

发明内容

因此，本发明的一目的在于提供一种适用于影像感测以及额外侦测(诸如环境光侦测与接近侦测)的多模式影像感测器，以解决上述问题。

本发明的至少一实施例提供一种适用于影像感测以及额外侦测的多模式影像感测器。该多模式影像感测器可包含一光二极管阵列(photodiode array)、位于该光二极管阵列上的一混合型彩色滤波器阵列(hybrid type color filter array)以及一模式控制器。该光二极管阵列可包含多个光二极管。该混合型彩色滤波器阵列可用来为该光二极管阵列进行光学滤波。另外，该混合型彩色滤波器阵列可包含分别对准至该多个光二极管的多个光学滤波器。尤其，该多个光学滤波器可包含分别对应于多个彩色通道(colorchannel)的多类型的彩色滤波器，以及对应于一预定红外线频带(Infrared band,IRband)的多个红外线带通滤波器(IR band-pass filter)，其中，该多类型的彩色滤波器中的每一类型包含对应于该多个彩色通道的其中一个的至少一彩色滤波器。此外，该模式控制器可在至少两个模式中的任何一个模式中激活(activate)该光二极管阵列以输出光侦测结果，其中该至少两个模式包含一影像感测模式以及一环境光感测器(Ambient LightSensor，可简称ALS)模式。例如，在该影像感测模式中，该影像感测器利用该多个光二极管的全部来输出一组主要(primary)光侦测结果，以供进行该影像感测。在该环境光感测器模式中，该影像感测器利用该多个光二极管中的对应于该环境光感测器模式的一部分光二极管来输出一组次要(secondary)光侦测结果，以供进行环境光侦测，其中，该额外侦测包含该环境光侦测。

本发明的至少一实施例提供一种适用于影像感测以及额外侦测的多模式影像感测器。该多模式影像感测器可包含一光二极管阵列、位于该光二极管阵列上的一混合型彩色滤波器阵列以及一模式控制器。该光二极管阵列可包含多个光二极管。该混合型彩色滤波器阵列可用来为该光二极管阵列进行光学滤波。另外，该混合型彩色滤波器阵列可包含分别对准至该多个光二极管的多个光学滤波器。尤其，该多个光学滤波器可包含分别对应于多个彩色通道的多类型的彩色滤波器，以及对应于一预定红外线频带的多个红外线带通滤波器，其中，该多类型的彩色滤波器中的每一类型包含对应于该多个彩色通道的其中一个的至少一彩色滤波器。此外，该模式控制器可在至少两个模式中的任何一个模式中激活该光二极管阵列以输出光侦测结果，其中该至少两个模式包含一影像感测模式以及一接近感测器(Proximity Sensor，可简称PS)模式。例如，在该影像感测模式中，该影像感测器利用该多个光二极管的全部来输出一组主要光侦测结果，以供进行该影像感测。在该接近感测器模式中，该影像感测器利用在该多个光二极管中的对应于该接近感测器模式的一部分光二极管来输出一组次要光侦测结果，以供进行接近侦测，其中，该额外侦测包含该接近侦测，而该多个红外线带通滤波器分别对准在对应于该接近感测器模式的该部分光二极管上。

本发明的设备(apparatus)诸如适用于影像感测以及额外侦测(例如：环境光侦测及/或接近侦测)的影像感测器能最小化在一电子装置(诸如多功能行动电话)的机械结构上的用于多类型的光学感测的孔的数量，并且能在多个读出模式中的一或多个模式中节省电力以及时间。相较于相关技术，本发明的设备能在不引入任何副作用或不太可能引入副作用的情况下增强整体效能。

附图说明

图1是依据本发明一实施例的一种适用于影像感测以及额外侦测的影像感测器的示意图，其中为了更好地理解，还绘示了红外线(Infrared,IR)发光二极管(LightEmitting Diode,LED)以及相关的镜头(lens)模组、支架(holder)等。

图2依据本发明一实施例绘示图1所示影像感测器的一像素阵列。

图3依据本发明一实施例绘示一三模式(triple-mode)感测器，其中图1所示影像感测器可被实施成一多模式感测器诸如该三模式感测器。

图4绘示图1所示影像感测器的多个读出模式中的一影像感测模式的例子。

图5绘示图1所示影像感测器的该多个读出模式中的一接近感测器(ProximitySensor,PS)模式的例子。

图6绘示图1所示影像感测器的该多个读出模式中的一环境光感测器(AmbientLight Sensor,ALS)模式的例子。

图7绘示该环境光感测器模式的另一例子。

图8绘示该环境光感测器模式的又一例子。

图9依据本发明一实施例绘示图1所示影像感测器的一读出电路，其中为了更好的理解，还绘示了一数字模拟转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)。

附图标记列表

100:影像感测器

110:光二极管阵列

120:混合型彩色滤波器阵列

200:像素阵列

300:三模式感测器

301:后处理器

302:IR光源

303:模式控制器

304:ISP电路304

3041:影像感测处理

3042:PS处理

3043:ALS处理。

具体实施方式

图1是依据本发明一实施例的一种适用于影像感测以及额外侦测的影像感测器100的示意图，其中为了更好地理解，还绘示了一红外线(Infrared，简称IR)发光二极管以及相关的镜头模组(标示为「镜头」以求简明)、支架(例如：如图1所示在镜头模组旁边的结构)等。由于该额外侦测可包含环境光侦测以及接近侦测，故影像感测器100可于不同的模式中分别扮演一普通影像感测器(例如：彩色影像感测器)、一接近感测器(ProximitySensor，简称PS)以及一环境光感测器(Ambient Light Sensor，简称ALS)的角色(标示为「影像感测器以及PS与ALS」以求简明)。如图1所示，影像感测器100可包含具备多个读出模式的一光二极管阵列(photodiode array)110以及位于光二极管阵列110上的一混合型彩色滤波器阵列(hybrid type color filter array)120。光二极管阵列110可用来进行光侦测，并且混合型彩色滤波器阵列120可用来为光二极管阵列110进行光学滤波。另外，当影像感测器100扮演该PS的角色时，该IR发光二极管可被用来作为一IR发射源以供照明(illumination)，但本发明不限于此。基于图1所示架构，本发明的设备诸如影像感测器100能最小化在包含影像感测器100的一电子装置(例如：多功能行动电话、平板电脑等)的机械结构上的用于多类型的光学感测的孔的数量，并且能在该多个读出模式中的一或多个模式中节省电力以及时间。

图2依据本发明一实施例绘示图1所示影像感测器100的一像素阵列200，其中像素阵列200可包含光二极管阵列110(标示为「PD阵列」以求简明)以及混合型彩色滤波器阵列120。光二极管阵列110可包含多个光二极管(标示为「PD」以求简明)，并且混合型彩色滤波器阵列120可包含分别对准至该多个光二极管的多个光学滤波器。尤其，该多个滤波器可包含分别对应于多个彩色通道的多类型的彩色滤波器，诸如分别对应于红色(Red，简称R)、绿色(Green，简称G)以及蓝色(Blue，简称B)彩色通道的R彩色滤波器、G彩色滤波器以及B彩色滤波器(分别标示为「「R」、「G」以及「B」以指出其类型)，以及对应于一预定IR频带(IR band)的多个IR带通滤波器(标示为「IR」以求简明)，其中，该多类型的彩色滤波器中的每一类型可包含对应于该多个彩色通道的其中一个的至少一彩色滤波器，诸如对应于上述R/G/B彩色通道的一或多个R/G/B彩色滤波器。例如，该预定IR频带可代表在850奈米(nanometer,nm)左右的一IR频带，但本发明不限于此。

该多个读出模式可包含一影像感测模式、一ALS模式以及一PS模式。例如，当光二极管阵列110在该影像感测模式中操作时，影像感测器100可利用(例如：激活)该多个光二极管的全部来输出一组主要光侦测结果，以供进行影像感测；当光二极管阵列110在该ALS模式中操作时，影像感测器100可利用(例如：激活)该多个光二极管中的对应于该ALS模式的一部分光二极管来输出一第一组次要光侦测结果，以供进行该环境光侦测；以及当光二极管阵列110在该PS模式中操作时，影像感测器100可利用(例如：激活)在该多个光二极管中的、且有该多个IR带通滤波器分别对准在其上的对应于该PS模式的一部分光二极管，来输出一第二组次要光侦测结果，以供进行该接近侦测，其中，该额外侦测包含该接近侦测。另外，光二极管阵列110不同时在该多个读出模式中的任何两个中操作，并且该多个读出模式中的任何两个不同时被激活。

相较于该影像感测模式，异于该影像感测模式的一或多个额外模式，诸如该ALS模式以及该PS模式，不需要该多个光二极管中的所有光二极管来输出光侦测结果。当光二极管阵列110于该一或多个额外模式中的任何一个模式中操作时，影像感测器110可利用一部分光二极管来输出对应的次要光侦测结果，以供进行该额外侦测。例如，当光二极管阵列110于该ALS模式中操作时，对应于该ALS模式的该部分光二极管，而非该多个光二极管中的所有光二极管，可用来输出该第一组次要光侦测结果，从而节省电力以及时间。又例如，当光二极管阵列110于该PS模式中操作时，对应于该PS模式的该部分光二极管，而非该多个光二极管中的所有光二极管，可用来输出该第二组次要光侦测结果，从而节省电力以及时间。因此，影像感测器100可在这些读出模式中节省电力以及时间。

依据某些实施例，混合型彩色滤波器阵列120的排列方式可予以变化。例如，在该多类型的彩色滤波器当中的任何类型的光学滤波器中的光学滤波器的数量及/或其在混合型彩色滤波器阵列120中的相对位置可予以变化。又例如，在混合型彩色滤波器阵列120中IR带通滤波器的数量及/或其相对位置可予以变化。

依据某些实施例，影像感测器100可选择在该多个光二极管中的、且有该多类型的彩色滤波器的至少一部分(例如：一部分或全部)分别对准在其上的一组光二极管，诸如异于对应于该PS模式的该部分光二极管之一组光二极管，作为对应于该ALS模式的该部分光二极管，但本发明不限于此。依据某些实施例，影像感测器100可选择在该多个光二极管中的、且有该多个IR带通滤波器的至少一部分(例如：一部分或全部)分别对准在其上的一组光二极管，诸如对应于该PS模式的该部分光二极管，作为对应于该ALS模式的该部分光二极管。

图3依据本发明一实施例绘示一三模式感测器300，而第4～6图绘示该影像感测模式诸如一彩色影像模式(称为「彩色模式」以求简明)、该PS模式以及该ALS模式的各自的例子，其中图1所示影像感测器100可被实施成一多模式感测器诸如三模式感测器300，但本发明不限于此。该电子装置可包含该多模式感测器诸如三模式感测器300，且可另包含运行着一或多个应用程式(标示为「应用」以求简明)的一后处理器(post-processor)301，并且包含一IR光源302(例如：如图1所示的包含该IR发光二极管及其镜头模组的IR照明模组)。另外，三模式感测器300可包含一模式控制器303以及一系统内编程(In-SystemProgramming，简称ISP)电路304，其中ISP电路304可运行ISP码(ISP code)诸如影像感测处理3041、PS处理3042以及ALS处理3043以供分别用于该影像感测模式、该PS模式以及该ALS模式。此外，模式控制器303可请求像素阵列200以及ISP电路304以于该影像感测模式(诸如该彩色模式)、该PS模式以及该ALS模式中的任何模式中操作，尤其，可激活像素阵列200(例如：其内的光二极管阵列110)以于上述任何模式中输出对应的光侦测结果。例如，模式控制器303可激活该影像感测模式诸如该彩色模式，并且在该影像感测模式中激活相关联的ISP处理诸如影像感测处理3041。又例如，模式控制器303可激活该PS模式，并且在该PS模式中激活相关联的ISP处理诸如PS处理3042以及IR光源302。再例如，模式控制器303可激活该ALS模式，并且在该ALS模式中激活相关联的ISP处理诸如ALS处理3043。请注意，模式控制器303可由一主机(host)或后处理器301来指挥/控制以进行相关操作。在一实施例中，在该主机或后处理器301的指挥/控制下，模式控制器303可每隔预定时间(例如：0.2秒)激活该PS模式或该ALS模式。

针对该影像感测模式，运行着影像感测处理3041的ISP电路304可进行暗阶(darklevel)补偿及/或坏像素(bad pixel)补偿，尤其，可进行彩色去马赛克(color de-mosaicking)，但本发明不限于此。例如，运行着该一或多个应用程式的后处理器301可进行该彩色去马赛克。在一实施例中，ISP电路304可借由分别处理第二组及第一组次要光侦测结果，在该PS模式中输出指出一物体是否在一预定距离内的一侦测数字码(detectiondigital code)、以及在该ALS模式中输出一照明平均值ILLUMINATION

针对该PS模式，若一IR平均值IR

如图4所示，在该影像感测模式诸如该彩色模式中，影像感测器100可利用该多个光二极管的全部，诸如分别有R彩色滤波器、G彩色滤波器以及B彩色滤波器在其上的R光二极管、G光二极管以及B光二极管(分别标示为「R」、「G」以及「B」以求简明)以及有IR带通滤波器在其上的IR光二极管(标示为「IR」以求简明)，以产生对应的像素输出，以作为该组主要光侦测结果。例如，一像素的R像素输出、G像素输出以及B像素输出可分别代表两个R光二极管的各自的光侦测结果的总和减去四个IR光二极管的各自的光侦测结果的平均值的两倍(可写为「(2R-2IR

如图5所示，在该PS模式中，影像感测器100可利用对应于该PS模式的该部分光二极管，诸如IR光二极管，来产生至少一IR平均值，作为该第二组次要光侦测结果，其中该IR发光二极管可在该PS模式中开启。例如，该IR平均值可代表在打开该IR发光二极管的情况下的四个IR光二极管的各自的光侦测结果的平均值(可写为「IR

图9依据本发明一实施例绘示图1所示影像感测器100的一读出电路，其中为了更好的理解，还绘示了一数字模拟转换器(Analog-to-Digital Converter，简称ADC)。该读出电路可在该多个读出模式中的任何模式中被耦接到一或多个R光二极管、一或多个G光二极管、一或多个B光二极管以及一或多个IR光二极管(标示为「R」、「G」、「B」及「IR」以求简明)的至少一部分(例如：一部分或全部)，尤其，可分别在该影像感测模式(诸如该彩色模式)、该PS模式以及该ALS模式中读取该像素输出、该IR平均值以及该照明平均值，如前面所述。以该ALS模式为例，该读出电路可读取该一或多个R光二极管、该一或多个G光二极管以及该一或多个B光二极管的各自的光侦测结果以产生其平均值作为该照明平均值(例如：「ILLUMINATION

请注意，从光二极管读取的方法在CMOS影像感测器(CMOS Image Sensor,CIS)领域中是已知的，因此，在此可省略该读取电路的某些实施细节以求简明。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求书所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。