TWI768581B

TWI768581B - 影像感測方法、系統及電路

Info

Publication number: TWI768581B
Application number: TW109143164A
Authority: TW
Inventors: 洪挺軒; 施偉倫; 林吳維
Original assignee: 聯詠科技股份有限公司
Priority date: 2020-03-24
Filing date: 2020-12-08
Publication date: 2022-06-21
Also published as: TW202137167A; CN113449579A; CN113449579B; US11030435B1

Abstract

一種感測來自於一面板的影像之方法，用於一影像感測電路，該方法包含有下列步驟：傳送一第一電壓或電流至該面板；從該面板接收複數個感測訊號，該複數個感測訊號對應於該第一電壓或電流；判斷該複數個感測訊號是否符合該影像感測電路之一操作範圍；以及當判斷該複數個感測訊號不符合該影像感測電路之該操作範圍時，調整該第一電壓或電流。

Description

影像感測方法、系統及電路

本發明係指一種影像感測方法、系統及電路，尤指一種可用於指紋影像感測的影像感測方法、系統及電路。

指紋辨識技術已被廣泛用於各式各樣的電子產品，例如行動電話、筆記型電腦、平板電腦、個人數位助理、及可攜式電子裝置等，用來實現身分識別。通過指紋感測能夠方便地對使用者進行身分識別，使用者只須將手指放置在指紋感測面板或區域上，即可登入電子裝置，而無須輸入冗長且繁瑣的用戶名稱及密碼。

近年來，光學式指紋辨識已成為最普及的指紋辨識方案之一。光學式指紋感測畫素可遍布在整面螢幕下方，因此，可於顯示期間內在螢幕的任何位置上對指紋影像進行感測，以實現屏下指紋感測(in-display fingerprint sensing)。在進行曝光之後，感測畫素所包含的感光元件可產生用來反映曝光強度的指紋感測訊號，關於指紋感測訊號的資訊可透過感測線傳送至指紋感測電路，以藉由指紋感測電路進行接收及偵測。

然而，指紋感測電路往往存在操作範圍的限制，若接收到的指紋感測訊號超出指紋感測電路之操作範圍時，則無法正確地偵測和判斷指紋影像。需注意的是，光學式指紋感測器的指紋感測訊號受到環境光線及曝光時間的強烈影響。傳統的方法通常藉由控制曝光時間來因應感光元件接收的環境光線，但此方式需要主機裝置判定完整指紋影像之後再調整曝光時間並再次進行曝光，主機裝置的重複曝光及處理操作耗費大量時間，導致指紋辨識的用戶體驗下降。有鑑於此，習知技術實有改進之必要。

因此，本發明之主要目的即在於提供一種新式的影像感測方法、系統及電路，以解決上述問題。

本發明之一實施例揭露一種感測來自於一面板的影像之方法，用於一影像感測電路。該方法包含有下列步驟：傳送一第一電壓或電流至該面板；從該面板接收複數個感測訊號，該複數個感測訊號對應於該第一電壓或電流；判斷該複數個感測訊號是否符合該影像感測電路之一操作範圍；以及當判斷該複數個感測訊號不符合該影像感測電路之該操作範圍時，調整該第一電壓或電流。

本發明之另一實施例揭露一種影像感測系統，該影像感測系統包含有一面板及一影像感測電路。該面板包含有複數個感測畫素。該影像感測電路耦接於該面板，其包含有一電壓或電流源、一接收器及一控制電路。該電壓或電流源可用來傳送一第一電壓或電流至該面板。該接收器可用來從該面板接收複數個感測訊號，該複數個感測訊號對應於該第一電壓或電流。該控制電路耦接於該電壓或電流源及該接收器，可用來判斷該複數個感測訊號是否符合該影像感測電路之一操作範圍，並於判斷該複數個感測訊號不符合該影像感測電路之該操作範圍時，調整該第一電壓或電流。

本發明之另一實施例揭露一種影像感測電路，其包含有一電壓或電流源、一接收器及一控制電路。該電壓或電流源可用來傳送一第一電壓或電流至一面板。該接收器可用來從該面板接收複數個感測訊號，該複數個感測訊號對應於該第一電壓或電流。該控制電路耦接於該電壓或電流源及該接收器，可用來判斷該複數個感測訊號是否符合該影像感測電路之一操作範圍，並於判斷該複數個感測訊號不符合該影像感測電路之該操作範圍時，調整該第一電壓或電流。

10:影像感測系統

102:影像感測電路

104:面板

112:電壓產生器

114:接收器

RST:重置開關器

MFPS:控制電晶體

FPS:光學式指紋感測器

VFPS,VFPS_1,VFPS_2:感測電壓

VCOM:共同電壓

VRST:重置電壓

Ibias:偏置電流

Vs,Vs_1,Vs_2:感測電壓

Ids:汲極對源極電流

μ₀:平均載子遷移率

C_ox:閘極氧化層的電容

W/L:通道寬長比

Vt:臨界電壓

Vgs,Vgs_1,Vgs_2:閘極對源極電壓

Vbias:偏置電壓

Is,Is_1,Is_2:感測電流

40,60:影像感測流程

400~416,600~620:步驟

702:電壓或電流源

706:控制電路

VCTRL:控制訊號

第1圖為本發明實施例一影像感測系統之示意圖。

第2圖為曝光過程中感測電壓之波形圖。

第3A及3B圖分別為電壓模式感測及電流模式感測之示意圖。

第4圖為一般影像感測流程之流程圖。

第5圖繪示曝光時間過長使得主機裝置降低曝光時間。

第6圖為本發明實施例一影像感測流程之流程圖。

第7圖為影像感測電路的一種詳細實施方式之示意圖。

第8圖為調整共同電壓使感測電壓符合操作範圍之示意圖。

第9及10圖為調整偏置電流使感測電壓符合操作範圍之示意圖。

第11圖為調整共同電壓使感測電流符合操作範圍之示意圖。

第12圖為調整偏置電壓使感測電流符合操作範圍之示意圖。

請參考第1圖，第1圖為本發明實施例一影像感測系統10之示意圖。如第1圖所示，影像感測系統10包含有一影像感測電路102及一面板104。影像感測電路102可以是一積體電路(Integrated Circuit，IC)，可用來從面板104接收並處理影像感測訊號。影像感測電路102可包含一電壓產生器112及一接收器114。電壓產生器112可以是一穩壓器(voltage regulator)，可用來產生並輸出一共同電壓VCOM至面板104。接收器114可透過複數條感測線耦接至面板104，用來從面板104接收影像感測訊號，如電壓或電流訊號。在一實施例中，面板104具有指紋影像感測的功能，因而從面板104接收的影像感測訊號是指紋影像訊號。

在一實施例中，影像感測系統10另可包含一主機裝置(未繪示)，其耦接於影像感測電路102。主機裝置可以是系統的核心處理器，例如中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)、微處理器(Microprocessor)、微控制器(Microcontroller Unit，MCU)等類似元件，可用來接收來自於面板104的影像感測訊號之相關資訊，以進行後續的判讀及辨識。舉例來說，當影像感測訊號為指紋影像訊號時，主機裝置可根據指紋影像訊號所攜帶的波峰及波谷資訊來進行指紋辨識。

面板104包含有複數個以陣列方式配置的感測畫素。若面板104具有屏下指紋感測(in-display fingerprint sensing)之功能，則感測畫素遍布在整面螢幕下方，使得指紋影像可在螢幕的任何位置上進行感測。如第1圖所示，每一感測畫素可包含一影像感測元件、一重置開關器RST及一控制電晶體MFPS。影像感測元件可以是一光學式的指紋感測器(FPS)，其可以是任何類型的感光元件，如光電二極體(photodiode)。重置開關器RST可由一電晶體來實現，用來將影像感測元件之一感測電壓VFPS重置為一重置電壓VRST。控制電晶體MFPS可將感測電壓VFPS轉換為一電壓或電流訊號，以通過感測線由影像感測電路102進行接收。

由於本發明的影像感測系統10屬於光學式影像感測系統，因此可藉由影像感測元件的曝光來取得影像感測訊號。就指紋影像感測而言，面板104(如液晶顯示面板(Liquid Crystal Display，LCD))可透過背光模組傳送光線。當手指放置於面板104上的一特定區域時，由手指反射的光線可被影像感測元件接收，以改變影像感測元件上的感測電壓VFPS的準位，此運作稱為「曝光」。由手指反射的光線攜帶有指紋波峰及波谷的資訊，使得不同畫素的感測訊號存在對應於波峰或波谷的微小差異，即可據以判斷指紋影像。

詳細來說，請參考第2圖，第2圖為曝光過程中感測電壓VFPS之波形圖。首先，重置開關器RST導通以對感測電壓VFPS進行預充電而到達重置電壓VRST，接著曝光流程開始，影像感測元件根據感測到的光線強度，對感測電壓VFPS進行放電，使感測電壓VFPS以對應於感光強度的速率持續下降。當影像感測元件感測到光線較強的情況下，感測電壓VFPS會下降至較低的準位。當曝光期間結束之後，影像感測電路102可接收每一感測畫素中的感測電壓VFPS準位，而得到每一感測畫素位置上的反射光強度。在取得手指觸碰區域的感測畫素中的感測訊號之後，主機裝置即可產生完整的指紋影像並進行指紋辨識。

影像感測電路102取得感測電壓VFPS資訊的方式有兩種：電壓模式感測及電流模式感測。第3A及3B圖分別繪示電壓模式感測及電流模式感測。如第3A圖所示，影像感測電路102可發送一固定的偏置電流Ibias至感測線，並透過感測線從控制電晶體MFPS的源極端接收一感測電壓Vs。詳細來說，偏置電流Ibias等於耦接至感測線的控制電晶體MFPS之汲極對源極電流(drain-to-source current)Ids。根據第3A圖所示的金氧半場效電晶體(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)公式，在固定的偏置電流Ibias之下(同時平均載子遷移率(average carrier mobility)μ₀、閘極氧化層(gate oxide)的電容C_ox、通道寬長比W/L、及臨界電壓(threshold voltage)Vt等參數皆恆定)，控制電晶體MFPS的閘極對源極電壓(gate-to-source voltage) Vgs亦為定值。因此，位於控制電晶體MFPS閘極端的感測電壓VFPS以及位於控制電晶體MFPS源極端的感測電壓Vs可維持恆定的電位差。如第3A圖所示，當感測到的光線強度較弱時，曝光期間結束後可得到較高的感測電壓VFPS(如VFPS_1)，因此影像感測電路102所接收到的感測電壓Vs準位亦較高(如Vs_1)；當感測到的光線強度較強時，曝光期間結束後可得到較低的感測電壓VFPS(如VFPS_2)，因此影像感測電路102所接收到的感測電壓Vs準位亦較低(如Vs_2)。

第3B圖繪示電流模式感測。如第3B圖所示，影像感測電路102可發送一固定的偏置電壓Vbias至感測線，並透過感測線從控制電晶體MFPS的源極端接收一感測電流Is。詳細來說，偏置電壓Vbias可被耦合至控制電晶體MFPS的源極端。根據第3B圖所示的金氧半場效電晶體公式，在固定的偏置電壓Vbias之下(同時平均載子遷移率μ₀、閘極氧化層的電容C_ox、通道寬長比W/L、及臨界電壓Vt等參數皆恆定)，感測電流Is正相關於感測電壓VFPS。如第3B圖所示，當感測到的光線強度較弱時，曝光期間結束後可得到較高的感測電壓VFPS(如VFPS_1)，因而在控制電晶體MFPS形成較高的閘極對源極電壓Vgs(如Vgs_1)，因此影像感測電路102所接收到的感測電流Is亦較大(如Is_1)；當感測到的光線強度較強時，曝光期間結束後可得到較低的感測電壓VFPS(如VFPS_2)，因而在控制電晶體MFPS形成較低的閘極對源極電壓Vgs(如Vgs_2)，因此影像感測電路102所接收到的感測電流Is亦較小(如Is_2)。

值得注意的是，感測畫素所產生的電壓或電流感測訊號(Vs或Is)係用來反映影像感測元件感測到的光線強度，感測光線強度受到環境光的強烈影響，造成電壓或電流感測訊號可能超出影像感測電路102之操作範圍。以電壓模式感測為例，如第3A圖所示，感測電壓Vs_1及Vs_2皆位於影像感測電路102之操作範圍內。若指紋感測係在戶外進行，則曝光期間內影像感測元件感測到高亮度的環境光線，使得感測電壓VFPS快速下降，可能造成感測電壓Vs的準位下降至低於影像感測電路102之操作範圍。另一方面，若指紋感測在暗室中進行，則感測電壓Vs的準位亦可能過高而超出影像感測電路102之操作範圍。

影像感測電路102之操作範圍可以是影像感測電路102可辨識或可接收的一輸入電壓或電流範圍。在一實施例中，接收器114可由一類比前端電路(Analog Front-End Circuit，AFE Circuit)來實現或包含在類比前端電路中，而影像感測電路102之操作範圍可以是類比前端電路的輸入範圍，例如類比前端電路可接收的輸入電壓範圍或輸入電流範圍。舉例來說，類比前端電路可透過接收一電源供應電壓(如5V)及一接地電壓(如0V)來進行運作，因此類比前端電路的最大輸入電壓範圍可位於0V至5V之間。若影像感測元件在戶外進行操作並感測到較亮的環境光時，將使得產生的電壓或電流訊號極低，甚至低於類比前端電路的輸入電壓範圍(如低於0V)，在此情形下，類比前端電路無法順利處理和接收訊號，且/或從手指反射的光線強度無法正確進行判斷。

在一實施例中，影像感測電路102另可包含一類比數位轉換器 (Analog-to-Digital Converter，ADC)，類比數位轉換器耦接於類比前端電路，用以將來自於類比前端電路的類比訊號轉換為數位資料。因此，影像感測電路102之操作範圍可以是類比數位轉換器的輸入範圍，即類比數位轉換器可辨識的輸入電壓或電流範圍。舉例來說，若因環境光較強使得來自於每一感測畫素的感測電壓或電流訊號極低時，類比數位轉換器所接收到的電壓或電流訊號可能低於其輸入範圍，造成類比數位轉換器針對每一感測畫素的輸出資料皆為最小的數位碼，在此情形下，指紋波峰及波谷資訊將無法正確反映在類比數位轉換器的輸出資料上。

為了滿足大範圍的感光強度以同時因應室內及戶外的應用，可設計類比前端電路及類比數位轉換器具有較大輸入範圍，然而，這樣的設計將大幅提高影像感測電路102的電路成本和設計難度。因此，影像感測通常可採用調整曝光時間的方法來解決此問題。請參考第4圖，第4圖為調整曝光時間的一般影像感測流程40之流程圖。影像感測流程40包含有下列步驟：

步驟400：開始。

步驟402：影像感測電路102從主機裝置接收曝光時間的設定，並據以設定曝光時間。

步驟404：影像感測電路102重置面板104上的複數個感測畫素。

步驟406：由複數個感測畫素執行曝光。

步驟408：影像感測電路102從複數個感測畫素接收複數個感測訊號。

步驟410：影像感測電路102將對應於複數個感測訊號的影像資料傳送至主機裝置。

步驟412：主機裝置根據影像資料來判斷曝光時間是否合適。若是，則執行步驟414；若否，則執行步驟402。

步驟414：主機裝置根據影像資料來進行指紋辨識。

步驟416：結束。

根據影像感測流程40，在曝光開始之前，主機裝置可發送指紋感測的請求至影像感測電路102，抑或影像感測電路102可在偵測到手指置於面板104上之後啟用指紋感測功能。接著，主機裝置可傳送曝光時間的相關設定至影像感測電路102，影像感測電路102並據以設定曝光時間。影像感測電路102接著對感測畫素進行重置，在重置步驟中，影像感測元件之電壓(如感測電壓VFPS)被預充電至一預設準位。基於屏下指紋感測功能，只需要利用手指位置下的感測畫素來進行指紋影像感測，並在曝光完成之後產生這些感測畫素的感測訊號即可。接著，影像感測電路102可透過連接於影像感測電路102與這些感測畫素之間的感測線來接收感測訊號，感測訊號可以是電壓或電流訊號，可分別依上述電壓模式感測及電流模式感測的方式取得。當影像感測電路102接收到感測訊號之後，可產生對應的影像資料，並將影像資料傳送至主機裝置。主機裝置設置有用來進行影像資料辨識的演算法，可判斷曝光時間是否合適並判斷影像資料是否和先前儲存的一指紋影像匹配。

一般來說，影像感測電路102無法預先得知環境光強度，因而須將曝光時間設為一預定值。舉例來說，指紋辨識可在整合指紋及顯示功能的系統中搭配面板104的顯示來進行，因此，可利用分時機制以在不同時間區間進行指紋感測操作及顯示操作。在一實施例中，一影像圖框的顯示需佔用16毫秒(millisecond)的時間，影像感測電路102可在每2個圖框的顯示時間上接收指紋感測訊號，因此，預定的曝光時間等於32毫秒。

如上所述，若感測畫素中的影像感測元件感測到較強的環境光時，感測電壓VFPS將下降至極低的準位使得感測電壓或電流無法順利地或正確地被影像感測電路102接收，如第5圖所示。因此，當主機裝置從影像感測電路102接收影像資料之後，可判斷曝光時間過長，進而減少曝光時間(如減少至16毫秒)，並接著指示影像感測電路102再次執行步驟404至410，以上流程可持續到主機裝置判斷曝光時間合適時結束。舉例來說，在較低的曝光時間之下，影像感測電路102所接收的感測電壓VFPS可在曝光之後到達合適的準位，使得對應的感測訊號可順利被影像感測電路102接收，如第5圖所示。

根據影像感測流程40，在曝光時間不合適的情況下，曝光流程至少須重複二次，其中，第一次取得的影像感測資料圖框係透過不合適的曝光時間取得的，應被丟棄。重複的曝光時間以及影像感測電路102與主機裝置之間的通訊時間造成指紋感測的速度下降，在此情況下，當環境光具有大幅度變化時，使用者容易感到指紋辨識的運作不流暢。

因此，本發明提供了一種新式的影像感測方法，以提升指紋感測的速度，進而改善用戶體驗。根據本發明的實施例，針對同一個感測畫素不需重新起始曝光操作，影像感測電路102可自發性地判斷其接收的感測訊號是否位於正常操作範圍，進而調整影像感測電路102施加於面板上的電壓或電流以改變感測訊號的準位。

請參考第6圖，第6圖為本發明實施例一影像感測流程60之流程圖。影像感測流程60可實現於一影像感測系統，如第1圖中的影像感測系統10。如第 6圖所示，影像感測流程60包含有下列步驟：

步驟600：開始。

步驟602：影像感測電路102從主機裝置接收曝光時間的設定，並據以設定曝光時間。

步驟604：影像感測電路102重置面板104上的複數個感測畫素。

步驟606：由複數個感測畫素執行曝光。

步驟608：影像感測電路102藉由傳送一電壓或電流至一列感測畫素，以從該列感測畫素接收複數個感測訊號。

步驟610：影像感測電路102判斷複數個感測訊號是否符合影像感測電路102之一操作範圍。若是，則執行步驟614；若否，則執行步驟612。

步驟612：影像感測電路102調整傳送至該列感測畫素的電壓或電流。接著回到步驟608。

步驟614：影像感測電路102藉由傳送調整後的電壓或電流至其它列感測畫素，以從其它列感測畫素接收複數個感測訊號。

步驟616：影像感測電路102傳送對應於複數個感測訊號的影像資料至主機裝置。

步驟618：主機裝置根據影像資料來進行指紋辨識。

步驟620：結束。

根據影像感測流程60，步驟600至606相同於影像感測流程40中的步驟400至406，其詳細操作方式可參考上述段落的說明。當曝光期間結束之後，影像感測電路102可傳送一輸出電壓或電流至面板104上的一列感測畫素，並從該列感測畫素接收感測訊號，因此，所接收的感測訊號對應於所傳送的電壓或電流。

請回頭參考第1圖，面板104上的感測畫素係以陣列方式配置，影像感測電路102可透過複數條感測線接收感測訊號，而每一感測線皆耦接於一行感測畫素。因此，在影像感測過程中，感測訊號可依序傳送至影像感測電路102，亦即，感測畫素中的感測訊號係以一列一列的方式輸出。詳細來說，第1列感測畫素可先被啟用，以將第1列感測畫素的感測訊號輸出至影像感測電路102，接著第2列感測畫素被啟用，以將第2列感測畫素的感測訊號輸出至影像感測電路102，並以此類推。當偵測到手指時，手指觸碰的區域可能包含數列及數行的感測畫素，這些感測畫素的感測訊號可一列一列依序產生並且被影像感測電路102接收。

根據影像感測流程60，影像感測電路102可從一列感測畫素接收感測訊號，並判斷該列感測畫素相對應的感測訊號是否符合其操作範圍。一列感測畫素可以是手指觸碰的區域上位於同一列的感測畫素。在另一實施例中，亦可掃描一預定列數的感測畫素，並取得對應於該預定列數的感測畫素中的感測訊號，以判斷其是否符合操作範圍。舉例來說，為了獲得更可靠的判斷結果，影像感測電路102可接收2列或3列的感測畫素相對應的感測訊號，接著判斷這些感測訊號的準位是否位於合適的範圍內。在此情況下，無須掃描完整的指紋感測目標區域，即可進行關於是否調整輸出電壓或電流的判斷。換言之，只有少於完整列數的部分列感測畫素需進行掃描，以採用相對應的感測訊號來進行判斷。

當影像感測電路102判斷感測訊號過高或過低因而無法順利地或正確地被影像感測電路102接收時，可調整傳送至面板104上感測畫素的輸出電壓或電流，使感測訊號回復到合適的準位，即位於影像感測電路102之操作範圍內。在影像感測系統10中，影像感測電路102可傳送共同電壓VCOM至面板104上感測畫素的共同節點(如耦接於每一感測畫素中的影像感測元件之節點)，同時傳送一偏置電壓Vbias或偏置電流Ibias至感測線，以透過感測線從每一感測畫素接收感測電流或電壓，如第3A及3B圖所示。為了調整感測訊號Vs或Is以符合影像感測電路102之操作範圍，可對共同電壓VCOM及/或偏置電壓Vbias或偏置電流Ibias進行調整。

請參考第7圖，第7圖為影像感測電路102的一種詳細實施方式之示意圖。如第7圖所示，影像感測電路102包含有一電壓或電流源702、一控制電路706、以及接收器114。電壓或電流源702可用來傳送一電壓或電流至面板104。詳細來說，電壓或電流源702可包含一電壓產生器(如第1圖所示的電壓產生器112)，用來傳送共同電壓VCOM至面板104。可替換地或額外地，電壓或電流源702耦接於面板104上的感測線，可用來傳送偏置電流Ibias或偏置電壓Vbias至感測線。接收器114可用來接收來自於面板104的影像感測訊號，其中，影像感測訊號可對應於偏置電流Ibias或偏置電壓Vbias，亦對應於共同電壓VCOM。所接收的影像感測訊號可以是如第3A及3B圖所示的感測電壓Vs或感測電流Is。控制電路706耦接於電壓或電流源702及接收器114，可用來判斷影像感測訊號是否符合影像感測電路102之操作範圍。若控制電路706判斷影像感測訊號不符合影像感測電路102之操作範圍時，可調整傳送至面板104的電壓或電流，所調整的電壓或電流可包含共同電壓VCOM、偏置電流Ibias及偏置電壓Vbias當中的至少一者。

在一實施例中，可對傳送至感測畫素的共同節點之共同電壓VCOM進行調整。請參考第8圖，第8圖為調整共同電壓VCOM使感測電壓Vs符合操作範圍之示意圖。如第8圖所示，由於環境光太強使得感測電壓VFPS下降至極低的準位，因此，影像感測電路102的接收器114實際接收到的電壓Vs亦位於極低的準位。當曝光期間結束之後，控制電路706可偵測到感測電壓Vs過低，進而提高共同電壓VCOM的準位，共同電壓VCOM可被耦合至影像感測元件之一節點，因此，位於影像感測元件之另一節點的感測電壓VFPS亦可被推升至較高準位。根據金氧半場效電晶體公式，感測電壓VFPS及感測電壓Vs具有固定的電壓差，因此上升的感測電壓VFPS同時提升了感測電壓Vs。若控制電路706偵測到感測電壓Vs到達其操作範圍內時，即可完成調整的動作。如此一來，感測電壓Vs可順利被影像感測電路102接收。

不同於影像感測流程40，在影像感測流程60中不需要額外的曝光程序，可在一次曝光的時間內取得合適的指紋感測訊號，以降低指紋感測所耗費的時間，進而改善用戶體驗。需注意的是，曝光時間通常等於數十或數百毫秒，而傳送至面板104的輸出電壓或電流之調整可在微秒(microsecond)等級的時間內完成。除此之外，影像感測電路102的控制電路706可判斷接收到的電壓或電流訊號是否位於合適的準位，並據以調整輸出電壓或電流(例如共同電壓VCOM、偏置電壓Vbias或偏置電流Ibias)，此調整可在未從主機裝置接收任何調整指示的情況下進行，可減少影像感測電路102與主機裝置通訊所需的時間和電路資源。

值得注意的是，輸出電壓或電流可根據對應於一列感測畫素(或一預定列數的感測畫素)的感測訊號是否位於操作範圍內的判斷結果來進行調整。舉例來說，若一部分的感測訊號低於影像感測電路102之操作範圍時，控制電路706可調整輸出電壓或電流以提高此部分的感測訊號使其位於操作範圍內；或者，若一部分的感測訊號高於影像感測電路102之操作範圍時，控制電路706可調整輸出電壓或電流以降低此部分的感測訊號使其位於操作範圍內。若感測訊號中沒有位於操作範圍內的部分超出從該預定列感測畫素接收的所有感測訊號之一特定比例時，即可觸發調整之操作。也就是說，若超過一特定比例的感測訊號不位於操作範圍內時，即需對輸出電壓或電流進行調整。

當輸出電壓或電流被調整至合適的準位之後，影像感測電路102可開始感測其它列的感測畫素，亦即，影像感測電路102的接收器114可藉由傳送調整後的電壓或電流至其它列感測畫素，以從其它列感測畫素接收感測訊號。舉例來說，若控制電路706藉由傳送一第一電壓或電流值至第一列感測畫素，並判斷所接收的對應於第一列感測畫素的感測訊號不位於合適的操作範圍內時，控制電路706可決定調整第一電壓或電流值。接著，當第一電壓或電流值被調整至能夠使感測訊號符合操作範圍的一第二電壓或電流值之後，控制電路706可判斷第二電壓或電流值是否可行，進而傳送第二電壓或電流值以接收感測訊號。

在第6圖所示的實施例中，當預定列數的感測畫素完成掃描並接收到對應的感測訊號，且輸出電壓或電流從第一數值調整為第二數值之後，影像感測電路102亦可重新開始掃描第1列感測畫素，然後依序掃描每一列感測畫素，以藉由傳送具有合適數值(即第二數值)的輸出電壓或電流來取得所有指紋感測訊號。需注意本發明的實施方式不限於此，在另一實施例中，當輸出電壓或電流從第一數值調整為第二數值之後，影像感測電路102可藉由傳送具有第二數值的輸出電壓或電流，直接繼續掃描其它列感測畫素以接收其對應的感測訊號。

當輸出電壓或電流調整為合適的數值之後，影像感測電路102可取得位於合適準位的感測訊號，感測訊號所對應的影像資料即可傳送至主機裝置，以供主機裝置執行指紋辨識。

值得注意的是，本發明之目的在於提供一種可藉由調整輸出至面板的共同電壓或偏置電壓或電流來接收影像感測訊號的影像感測方法及系統。本領域具通常知識者當可據以進行修飾或變化，而不限於此。舉例來說，本發明之影像感測方法可應用於各種類型的面板，如液晶顯示面板、有機發光二極體面板(Organic Light-Emitting Diode Panel，OLED Panel)、或其它結構相似的面板。實際上，任何能夠與光學式指紋感測功能整合的顯示面板皆可使用本發明提供的影像感測方法。除此之外，第1圖所示的畫素結構僅為本發明眾多實施例的其中一種，本領域具通常知識者應了解，感測畫素亦可透過另一種結構來實現。另外，在上述如第8圖所示的實施例中，控制電路706係調整感測畫素之共同電壓以推動感測訊號到達合適的準位。在另一實施例中，控制電路706亦可藉由調整傳送至感測線的偏置電壓或電流，將感測訊號調整至合適的準位。指紋辨識可用來實現快速解鎖、身分識別、網路付費或任何其它可行的功能，其不應用以限制本發明的範疇。

請參考第9圖，第9圖為調整偏置電流Ibias使感測電壓Vs符合操作範圍之示意圖。如第9圖所示，影像感測電路102可包含複數個電流源(其可包含在電壓或電流源702中)，其中，每一電流源可提供一偏置電流Ibias予一感測線，感測線則耦接至面板104上的一行感測畫素。在此例中，由於環境光太強使得感測電壓VFPS下降至極低的準位，因此，影像感測電路102的接收器114實際接收到的電壓Vs亦位於極低的準位。當曝光期間結束之後，控制電路706可偵測到感測電壓Vs過低，進而降低偏置電流Ibias的準位。根據金氧半場效電晶體公式，偏置電流Ibias正相關於控制電晶體MFPS的閘極對源極電壓Vgs，因此降低的偏置電流Ibias同時降低了閘極對源極電壓Vgs。在感測電壓VFPS的數值恆定的情況下，位於控制電晶體MFPS源極端的感測電壓Vs提升。若控制電路706偵測到感測電壓Vs到達其操作範圍內時，即可完成調整的動作。如此一來，感測電壓Vs可順利被影像感測電路102接收。

值得注意的是，用於每一行感測畫素的偏置電流Ibias應同步調整為相同數值。這是因為最終取得的指紋影像應能夠反映手指的波峰及波谷資訊，其在相鄰感測畫素的感測訊號之間僅存在微小差異，因此，每一感測畫素皆應具有相同的電壓或電流參數(如偏置電流Ibias)，以正確產生感測訊號。

在另一實施例中，偏置電流Ibias可透過另一種方式實現，如第10圖所示。第10圖的影像感測系統與第9圖的影像感測系統之間的差異在於，在第10圖的影像感測系統中，偏置電流Ibias係實現於面板104上，而非包含在影像感測電路102中。影像感測電路102另可傳送一控制訊號VCTRL至面板104以控制偏置電流Ibias的大小。第10圖採用的影像感測方法為電壓模式感測，類似於第9圖的方法，其相關運作可參考前述段落的說明，在此不贅述。

如上所述，電流模式感測亦可採用本發明的方法來處理曝光後根據感測光強度而產生的感測電流位於不合適準位的情況。請參考第11圖，第11圖為調整共同電壓VCOM使感測電流Is符合操作範圍之示意圖。如第11圖所示，由於環境光太強使得感測電壓VFPS下降至極低的準位，因此，影像感測電路102的接收器114實際接收到的電流Is亦位於極低的準位。當曝光期間結束之後，控制電路706可偵測到感測電流Is過低，進而提高共同電壓VCOM的準位，共同電壓VCOM可被耦合至影像感測元件之一節點，因此，位於影像感測元件之另一節點的感測電壓VFPS亦可被推升至較高準位。根據金氧半場效電晶體公式，感測電壓VFPS正相關於感測電流Is，因此上升的感測電壓VFPS同時提升了感測電流Is。若控制電路706偵測到感測電流Is到達其操作範圍內時，即可完成調整的動作。如此一來，感測電流Is可順利被影像感測電路102接收。

請參考第12圖，第12圖為調整偏置電壓Vbias使感測電流符合操作範圍之示意圖。如第12圖所示，影像感測電路102的電壓或電流源702可輸出偏置電壓Vbias至耦接於面板104上每一行感測畫素的感測線，而影像感測電路102的接收器114可透過感測線對應接收感測電流Is。在此例中，由於環境光太強使得感測電壓VFPS下降至極低的準位，因此，影像感測電路102的接收器114實際接收到的電流亦位於極低的準位。當曝光期間結束之後，控制電路706可偵測到感測電流Is過低，進而降低偏置電壓Vbias的準位。根據金氧半場效電晶體公式，偏置電壓Vbias耦合至控制電晶體MFPS的源極端，因此降低的偏置電壓Vbias提升了控制電晶體MFPS的閘極對源極電壓Vgs。在感測電壓VFPS的數值恆定的情況下，感測電流Is會隨著偏置電壓Vbias的下降而上升。若控制電路706偵測到感測電流Is到達其操作範圍內時，即可完成調整的動作。如此一來，感測電流Is可順利被影像感測電路102接收。

根據本發明的影像感測方法，藉由調整傳送至面板上感測畫素的輸出電壓或電流，可將感測訊號調整至合適的準位，因此不需要額外的曝光時間或重複的曝光。雖然本發明的影像感測方法可能無法在各種曝光條件之下皆順利執行(例如環境光強度極高或極低的情況)，但仍可使影像感測電路102的控制電路706能夠辨識或調整較大範圍內的感測訊號。本發明的實施例具有提升指紋感測速度的功效，可改善指紋辨識的用戶體驗。同時，若感測訊號可順利地調整到影像感測電路102可接收的合適準位，則不會浪費任何影像感測訊號或影像資料。除此之外，透過本發明的影像感測方法，接收器114所包含的類比前端電路及/或類比數位轉換器不需設計過大的操作範圍或輸入範圍，可降低影像感測電路102的電路成本及設計複雜度。

綜上所述，本發明提供了一種影像感測方法，影像感測電路可藉由傳送並調整輸出至面板上感測畫素的電壓或電流，來取得具有合適準位的感測訊號。感測訊號可以是使用電壓模式感測或電流模式感測方式取得的電壓訊號或電流訊號。當感測畫素進行曝光之後，影像感測電路可判斷所接收的感測訊號是否符合其操作範圍，例如類比前端電路及/或類比數位轉換器的輸入範圍。接著，影像感測電路可調整輸出電壓或電流，以將感測訊號調整至合適的準位，以符合影像感測電路之操作範圍。在一實施例中，可對傳送至各感測畫素的共同節點之共同電壓進行調整。可替換地或額外地，可對傳送至耦接於感測畫素的感測線之偏置電壓或電流進行調整。需注意的是，關於輸出電壓或電流的調整方式不應以此為限，只要電壓或電流的調整能夠使影像感測電路所接收的感測訊號進入合適的範圍，皆為可行的調整方式且皆屬於本發明的範疇。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

60:影像感測流程

600~620:步驟

Claims

一種感測來自於一面板的影像之方法，用於一影像感測電路，該方法包含有：傳送一第一電壓或電流至該面板；從該面板接收複數個感測訊號，該複數個感測訊號對應於該第一電壓或電流；判斷該複數個感測訊號是否符合該影像感測電路之一操作範圍；以及當判斷該複數個感測訊號不符合該影像感測電路之該操作範圍時，調整該第一電壓或電流，使該複數個感測訊號進入該影像感測電路之該操作範圍；其中，該影像感測電路之該操作範圍包含有該影像感測電路中一類比前端電路(Analog Front-End Circuit，AFE Circuit)的一輸入範圍以及該影像感測電路中一類比數位轉換器(Analog-to-Digital Converter，ADC)的一輸入範圍當中至少一者。
如請求項1所述之方法，其中當判斷該複數個感測訊號不符合該影像感測電路之該操作範圍時，調整該第一電壓或電流之步驟包含有：當該複數個感測訊號之一第一部分低於該影像感測電路之該操作範圍時，調整該第一電壓或電流以提高該複數個感測訊號之該第一部分使其位於該影像感測電路之該操作範圍內；或當該複數個感測訊號之一第二部分高於該影像感測電路之該操作範圍時，調整該第一電壓或電流以降低該複數個感測訊號之該第二部分使其位於該影像感測電路之該操作範圍內。
如請求項1所述之方法，其中該第一電壓或電流為傳送至該面板上的一感測線之一偏置電壓或電流。
如請求項1所述之方法，其中該第一電壓或電流為傳送至該面板上的複數個感測畫素的一共同節點之一共同電壓。
如請求項1所述之方法，其中該複數個感測訊號另對應於該面板上的複數個感測畫素當中至少一者所感測到的光線強度。
如請求項1所述之方法，其中該影像感測電路係用來感測該面板上複數列的感測畫素，以接收該複數列的感測畫素中每一列感測畫素相對應的該複數個感測訊號，且該方法另包含有：當接收到該複數列的感測畫素中一預定列數的感測畫素相對應的該複數個感測訊號之後，判斷該預定列數的感測畫素相對應的該複數個感測訊號是否符合該影像感測電路之該操作範圍。
如請求項6所述之方法，其中當判斷該複數個感測訊號不符合該影像感測電路之該操作範圍時，調整該第一電壓或電流之步驟包含有：當判斷該複數個感測訊號不符合該影像感測電路之該操作範圍，且該複數個感測訊號係藉由傳送該第一電壓或電流來取得且該複數個感測訊號對應於該預定列數的感測畫素時，將該第一電壓或電流調整為一第二電壓或電流；其中，該第二電壓或電流使得該複數個感測訊號符合該影像感測電路之該操作範圍。
如請求項7所述之方法，另包含有：藉由傳送該第二電壓或電流至該面板，以接收該複數列的感測畫素中該預定列數以外的至少一列感測畫素相對應的該複數個感測訊號。
如請求項7所述之方法，另包含有：藉由傳送該第二電壓或電流至該面板，以接收該複數列的感測畫素中每一列感測畫素相對應的該複數個感測訊號。
如請求項6所述之方法，其中該預定列數少於該複數列的感測畫素的一完整列數。
如請求項1所述之方法，其中該第一電壓或電流係由該影像感測電路在未從耦接於該影像感測電路的一主機裝置接收一調整指示的情況下進行調整。
一種影像感測系統，包含有：一面板，包含有複數個感測畫素；以及一影像感測電路，耦接於該面板，該影像感測電路包含有：一電壓或電流源，用來傳送一第一電壓或電流至該面板；一接收器，用來從該面板接收複數個感測訊號，該複數個感測訊號對應於該第一電壓或電流；以及一控制電路，耦接於該電壓或電流源及該接收器，用來判斷該複數個感測訊號是否符合該影像感測電路之一操作範圍，並於判斷該複數個感測訊號不符合該影像感測電路之該操作範圍時，調整該第一電壓或電流，使該複數個感測訊號進入該影像感測電路之該操作範圍；其中，該接收器包含有一類比前端電路(Analog Front-End Circuit，AFE Circuit)及一類比數位轉換器(Analog-to-Digital Converter，ADC)，且該影像感測電路之該操作範圍包含有該類比前端電路的一輸入範圍以及該類比數位轉換器的一輸入範圍當中至少一者。
如請求項12所述之影像感測系統，其中該控制電路用來執行下列步驟，以於判斷該複數個感測訊號不符合該影像感測電路之該操作範圍時，調整該第一電壓或電流：當該複數個感測訊號之一第一部分低於該影像感測電路之該操作範圍時，調整該第一電壓或電流以提高該複數個感測訊號之該第一部分使其位於該影像感測電路之該操作範圍內；或當該複數個感測訊號之一第二部分高於該影像感測電路之該操作範圍時，調整該第一電壓或電流以降低該複數個感測訊號之該第二部分使其位於該影像感測電路之該操作範圍內。
如請求項12所述之影像感測系統，其中該第一電壓或電流為傳送至該面板上的一感測線之一偏置電壓或電流。
如請求項12所述之影像感測系統，其中該第一電壓或電流為傳送至該面板上的該複數個感測畫素的一共同節點之一共同電壓。
如請求項12所述之影像感測系統，其中該複數個感測訊號另對應於該面板上的該複數個感測畫素當中至少一者所感測到的光線強度。
如請求項12所述之影像感測系統，其中該複數個感測畫素包含有複數列的感測畫素，該影像感測電路係用來感測該複數列的感測畫素，以接收該複數列的感測畫素中每一列感測畫素相對應的該複數個感測訊號，且該控制電路用來執行下列步驟，以判斷該複數個感測訊號是否符合該影像感測電路之該操作範圍：當接收到該複數列的感測畫素中一預定列數的感測畫素相對應的該複數個感測訊號之後，判斷該預定列數的感測畫素相對應的該複數個感測訊號是否符合該影像感測電路之該操作範圍。
如請求項17所述之影像感測系統，其中該控制電路用來執行下列步驟，以於判斷該複數個感測訊號不符合該影像感測電路之該操作範圍時，調整該第一電壓或電流：當判斷該複數個感測訊號不符合該影像感測電路之該操作範圍，且該複數個感測訊號係藉由該電壓或電流源傳送該第一電壓或電流來取得且該複數個感測訊號對應於該預定列數的感測畫素時，將該第一電壓或電流調整為一第二電壓或電流；其中，該第二電壓或電流使得該複數個感測訊號符合該影像感測電路之該操作範圍。
如請求項18所述之影像感測系統，其中該影像感測電路另用來執行下列步驟：當該電壓或電流源傳送該第二電壓或電流至該面板時，該接收器接收該複數列的感測畫素中該預定列數以外的至少一列感測畫素相對應的該複數個感測訊號。
如請求項18所述之影像感測系統，其中該影像感測電路另用來執行下列步驟：當該電壓或電流源傳送該第二電壓或電流至該面板時，該接收器接收該複數列的感測畫素中每一列感測畫素相對應的該複數個感測訊號。
如請求項17所述之影像感測系統，其中該預定列數少於該複數列的感測畫素的一完整列數。
如請求項12所述之影像感測系統，另包含有一主機裝置，耦接於該影像感測電路，其中，該控制電路用來在未從該主機裝置接收一調整指示的情況下調整該第一電壓或電流。
一種影像感測電路，包含有：一電壓或電流源，用來傳送一第一電壓或電流至一面板；一接收器，用來從該面板接收複數個感測訊號，該複數個感測訊號對應於該第一電壓或電流；以及一控制電路，耦接於該電壓或電流源及該接收器，用來判斷該複數個感測訊號是否符合該影像感測電路之一操作範圍，並於判斷該複數個感測訊號不符合該影像感測電路之該操作範圍時，調整該第一電壓或電流，使該複數個感測訊號進入該影像感測電路之該操作範圍；其中，該接收器包含有一類比前端電路(Analog Front-End Circuit，AFE Circuit)及一類比數位轉換器(Analog-to-Digital Converter，ADC)，且該影像感測電路之該操作範圍包含有該類比前端電路的一輸入範圍以及該類比數位轉換器的一輸入範圍當中至少一者。
如請求項23所述之影像感測電路，其中該控制電路用來執行下列步驟，以於判斷該複數個感測訊號不符合該影像感測電路之該操作範圍時，調整該第一電壓或電流：當該複數個感測訊號之一第一部分低於該影像感測電路之該操作範圍時，調整該第一電壓或電流以提高該複數個感測訊號之該第一部分使其位於該影像感測電路之該操作範圍內；或當該複數個感測訊號之一第二部分高於該影像感測電路之該操作範圍時，調整該第一電壓或電流以降低該複數個感測訊號之該第二部分使其位於該影像感測電路之該操作範圍內。
如請求項23所述之影像感測電路，其中該第一電壓或電流為傳送至該面板上的一感測線之一偏置電壓或電流。
如請求項23所述之影像感測電路，其中該第一電壓或電流為傳送至該面板上的複數個感測畫素的一共同節點之一共同電壓。
如請求項23所述之影像感測電路，其中該複數個感測訊號另對應於該面板上的複數個感測畫素當中至少一者所感測到的光線強度。
如請求項23所述之影像感測電路，其中該面板包含有複數列的感測畫素，該影像感測電路係用來感測該複數列的感測畫素，以接收該複數列的感測畫素中每一列感測畫素相對應的該複數個感測訊號，且該控制電路用來執行下列步驟，以判斷該複數個感測訊號是否符合該影像感測電路之該操作範圍：當接收到該複數列的感測畫素中一預定列數的感測畫素相對應的該複數個感測訊號之後，判斷該預定列數的感測畫素相對應的該複數個感測訊號是否符合該影像感測電路之該操作範圍。
如請求項28所述之影像感測電路，其中該控制電路用來執行下列步驟，以於判斷該複數個感測訊號不符合該影像感測電路之該操作範圍時，調整該第一電壓或電流：當判斷該複數個感測訊號不符合該影像感測電路之該操作範圍，且該複數個感測訊號係藉由該電壓或電流源傳送該第一電壓或電流來取得且該複數個感測訊號對應於該預定列數的感測畫素時，將該第一電壓或電流調整為一第二電壓或電流；其中，該第二電壓或電流使得該複數個感測訊號符合該影像感測電路之該操作範圍。
如請求項29所述之影像感測電路，另用來執行下列步驟：當該電壓或電流源傳送該第二電壓或電流至該面板時，該接收器接收該複數列的感測畫素中該預定列數以外的至少一列感測畫素相對應的該複數個感測訊號。
如請求項29所述之影像感測電路，另用來執行下列步驟：當該電壓或電流源傳送該第二電壓或電流至該面板時，該接收器接收該複數列的感測畫素中每一列感測畫素相對應的該複數個感測訊號。
如請求項28所述之影像感測電路，其中該預定列數少於該複數列的感測畫素的一完整列數。
如請求項23所述之影像感測電路，其中該控制電路用來在未從耦接於該影像感測電路的一主機裝置接收一調整指示的情況下調整該第一電壓或電流。