可分区感测的像素感测装置及其操作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种主动式像素感测装置及其操作方法，尤其涉及一种可分区感测的像素感测装置及其操作方法。
【背景技术】
[0002]目前应用于手指指纹识别的光学式感测装置概分为两种，其一为被动式像素感测装置(Passive Pixel Sensor, PPS),其二为主动式像素感测装置(Active PixelSensor, APS)。不论是被动式或主动式像素感测装置，在感测该手指指纹时均是分别重置各感测像素后进行曝光，再读取其感测电流并加以转换为对应的感测电压。然而，目前除指纹识别功能外，亦衍生许多光学感测的应用，例如:环境光线的感测或脉搏检测用，其中脉搏检测是检测该微血管收缩舒张变化而得，如此应用所需要的解析度较感测手指指纹的解析度为低。
[0003]目前能够提供整合有上述两种应用的电子装置，通常采用一主动式像素感测装置及一光线感测装置，如图7所示，该主动式像素感测装置60包括一主动式像素感测阵列元件601、一重置和选择电路61及一信号读取电路62。当主动式像素感测阵列元件601曝光前，该重置和选择电路61会依序分别重置该主动式像素感测阵列元件601上的各感测像素P11?Pmn，而后曝光。曝光完成后，重置和选择电路61依序选取欲读取的该列像素，经由信号读取电路62读取各像素的感测电压。至于该光线感测装置70包括一光感测元件701、及一信号读取电路72 ;其中该光感测元件701的感测像素具有较大光感面积，故在被重置且被曝光时，该信号读取电路72所检测出的感测电流转换为对应的感测电压，在不同的应用中，可通过感测电压判断目前环境光线强弱或手指微血管的收缩舒张变化。
[0004]上述整合两种以上不同光学应用的电子装置来说，必须采用两种不同感测元件，如该主动式像素感测阵列元件601及该光感测元件701，加上两种感测元件使用不同的电路设计，不论在成本上及尺寸上均非理想，况且以手指指纹识别及脉搏测量的双应用来看，使用者需将手指放置于不同感测元件上，使用上并不方便。
[0005]此外，此一双应用的光学感测装置因为其主动式像素感测阵列元件601与光感测元件701分别形成于不同区域，若仅使用单一对焦元件，当要对该主动式像素感测阵列元件601或者是对该光感测元件701进行对焦时，因为非直接瞄准单一区域，会产生不易对焦而有测量不准确的问题；若是利用两对焦元件分别为该主动式像素感测阵列元件601与光感测元件701进行对焦，如此一来将使得成本更高，控制电路变得更为复杂。
【发明内容】
[0006]为了解决上述问题，本发明主要目的在于:提供一种可分区感测的像素感测装置，以单一像素感测阵列元件提供数种不同功能应用。
[0007]为了达到上述目的所使用的主要技术手段是使所述主动式像素感测装置包括:
[0008]一第一感测单元，其包括多个第一感测像素；
[0009]一第二感测单元，其包括多个第二感测像素，所述所有第一感测像素环状排列于所述第二感测单元的外周缘，所述第一感测单元与所述第二感测单元之间呈同心配置；
[0010]一第一信号读取单元，其连接至所述所有第一感测像素以检测流经所述所有第一感测像素的一电流总和；及
[0011 ] 一第二控制和读取单元，其连接至各所述第二感测像素以读取各所述第二感测像素的各个感测电压。
[0012]优选地，各所述第二感测像素为一主动式感测像素，包括一电源端、一重置端、一选择端及一电压输出端，其中各第二感测像素的所述电源端连接至一工作电源；
[0013]所述第二控制和读取单元包括:
[0014]一第二重置和选择单元，其连接至各所述第二感测像素的重置端，以输出一重置信号给各所述第二感测像素的重置端，并输出一选择信号给各所述第二感测像素的选择端；及
[0015]一第二信号读取单元，其连接至各所述第二感测像素的电压输出端，以读取各所述第二感测像素的感测信号。
[0016]优选地，各所述第一感测像素为一主动式感测像素，并包括一电源端及一重置端，其中所述电源端连接所述第一信号读取单元；及
[0017]所述像素感测装置更进一步包括:
[0018]一第一重置和选择单元，其连接至各所述第一感测像素的重置端，以同时输出一重置信号给所述所有第一感测像素的重置端。
[0019]优选地，各所述第一感测像素为一被动式感测像素，并包括一电源端及一重置端，其中所述电源端连接所述第一信号读取单元；及
[0020]所述像素感测装置更进一步包括:
[0021]一第一重置和选择单元，其连接至各所述第一感测像素的重置端，以同时输出一重置信号给各所述第一感测像素的重置端。
[0022]优选地，所述第一及第二重置和选择单元整合为单一个重置和选择单元。
[0023]优选地，所述第一信号读取单元包括:
[0024]—运算放大器，其具有一反相输入端、一非反相输入端及一输出端，所述反相输入端连接至各第一感测像素的电源端，所述非反相输入端连接一参考电压；及
[0025]一电阻器，其连接在所述运算放大器的反相输入端及输出端之间。
[0026]优选地，所述第一信号读取单元包括:
[0027]—运算放大器，其具有一反相输入端、一非反相输入端及一输出端，所述反相输入端连接至各第一感测像素的电源端，所述非反相输入端连接一参考电压；
[0028]一电容器，其连接在所述运算放大器的反相输入端及输出端之间；及
[0029]一开关，其并联所述电容器。
[0030]优选地，各第二感测像素包括:
[0031]一重置开关元件，其包括所述第二感测像素的电源端、所述第二感测像素的重置端及一信号端；
[0032]一源极跟随器，其连接至所述工作电源及所述第二感测像素其重置开关元件的信号端;
[0033]一选择开关元件，其连接至所述第二感测像素其源极跟随器，并包括所述第二感测像素的选择端及所述第二感测像素的电压输出端；及
[0034]一光传感器，其连接至所述第二感测像素其重置开关元件，由所述重置开关元件的导通获得储存电荷，所述光传感器的电荷量下降速率与光源强度成正相关。
[0035]优选地，各所述第一感测像素为一光传感器，其阴极作为一电源端，所述电源端连接至所述第一信号读取单元。
[0036]优选地，各所述第一感测像素包括:
[0037]—重置开关元件，其包括所述第一感测像素的电源端、所述第一感测像素的重置端及一信号端；
[0038]一源极跟随器，其连接至所述工作电源及所述重置开关元件的信号端；
[0039]一选择开关元件，其连接至所述源极跟随器，并包括所述第一感测像素的一选择端及所述第一感测像素的一电压输出端，所述电压输出端为空接或连接至第二控制和读取单元；及
[0040]一光传感器，其连接至所述重置开关元件的信号端，由所述重置开关元件的启闭获得储存电荷，所述光传感器的电荷量下降速率与光源强度成正相关。
[0041]优选地，各第一感测像素包括:
[0042]一重置开关元件，其包括所述第一感测像素的重置端及所述第一感测像素的电源端；及
[0043]一光传感器，其连接至所述重置开关元件，由所述重置开关元件的启闭获得储存电荷，所述光传感器的电荷量下降速率与光源强度成正相关。
[0044]优选地，所述第一感测单元用以感测环境光线以判断环境光线强弱。
[0045]优选地，所述第一感测单元用以感测手指微血管收缩舒张变化，以检测脉搏。
[0046]优选地，所述第二感测单元用以感测手指表面纹路，以擷取手指指纹影像。
[0047]本发明的另一目的在于提供一种像素感测装置的操作方法，其中所述像素感测装置包括一第一感测单元及一第二感测单元，所述第一、第二感测单元分别包括多个第一感测像素及多个第二感测像素，其中，第一感测像素环状排列于所述第二感测单元的外周缘，所述第一感测单元与所述第二感测单元之间呈同心配置，各所述第一感测像素经由一测量端耦接至一工作电源，所述操作方法包括: