图像感测器及成像系统的运作方法与流程

本发明关于一种图像感测器，特别关于一种运用模拟差分以消除环境光干扰的图像感测器及其运作方法。

背景技术

已知图像感测器通常具有多个阵列排列的感测像素，其中所述图像感测器的一种运作方法可使用滚动快门(rollingshutter)，例如以控制信号依次启动所述图像感测器中每一列的所述感测像素以获取图像。由于每一列的所述感测像素为依次启动而非同时启动(也即每一列的所述感测像素开始曝光的时间不同)，获取快速移动的物件图像时，使用滚动快门所获取的图像可能会有失真(distortion)的问题。

另一种图像感测器的运作方法可使用全域快门(globalshutter)，例如以控制信号同时启动所述图像感测器中全部感测像素以至于每一列的所述感测像素可在同一时间开始曝光以获取图像，因此，使用全域快门的图像感测器可避免所述图像失真的问题。

然而，使用全域快门的图像感测器在获取图像时，为了消除环境光的干扰或降低图像噪声，已知一种解决方式是通过图像后处理的方式将两张数字图像帧直接相减以获得差分图像帧。例如，请参照图1a和1b，图1a为已知使用全域快门的图像感测器91的图像获取的时序图。假设所述图像感测器91具有4个感测像素列r1-r4，在第一期间p1，光源开启预设时间且所述感测像素列r1-r4同时曝光，接着关闭所述光源并依次读取所述感测像素列r1至r4以输出第一图像信号；在第二期间p2，所述光源关闭并以所述预设时间同时曝光所述感测像素列r1-r4并依次读取所述感测像素列r1至r4以输出第二图像信号。

接着，请参照图1b，所述图像感测器91所输出的所述第一图像信号先通过模拟数字转换器93转换成第一数字信号9a并储存在数字缓冲区95。接着，将所述第二图像信号通过所述模拟数字转换器93转换成第二数字信号9b。最后，再将所述第一数字信号9a减去所述第二数字信号9b以获得消除环境光的第三数字信号9c。然而，此种方法中，包含所述图像感测器91的系统需设置所述数字缓冲区95且所述图像感测器91必须连续输出两张图像帧(例如根据所述第一数字信号9a和所述第二数字信号9b所形成的图像帧)才能获得一张处理后的图像帧(例如根据所述第三数字信号9c所形成的图像帧)。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出一种运用模拟差分以消除环境光干扰的方法及使用该方法的图像感测器。

本发明的目的在提供一种图像感测器，其所输出的每一张模拟图像已消除环境光的干扰。

本发明另一目的在提供一种图像感测器，其可降低接近一倍的功率消耗且不需使用数字缓冲器用以储存图像帧供进行两张数字图像帧的差分运算。

为达上述目的，本发明提供一种图像感测器的运作方法。所述图像感测器包含驱动电路、阵列排列的多个感测像素及输出电路。所述输出电路包含第一储存电路、第二储存电路及差分单元。所述运作方法包含：以所述驱动电路产生高电平信号和低电平信号；相对所述高电平信号期间，同时曝光全部的所述多个感测像素以储存多个第一电荷量；相对所述低电平信号期间，转移第一列的所述感测像素的所述第一电荷量至所述第一储存电路；相对所述低电平信号期间，曝光所述第一列的所述感测像素以储存多个第二电荷量；相对所述低电平信号期间，转移所述第一列的所述感测像素的所述第二电荷量至所述第二储存电路；以及以所述差分单元对所述第一储存电路中的所述第一电荷量和所述第二储存电路中的所述第二电荷量进行模拟差分，以输出对应第一列的模拟图像信号。

本发明还提供一种成像系统的运作方法。所述成像系统包含光源、阵列排列的多个感测像素及输出电路。所述输出电路包含第一储存电路、第二储存电路及差分单元。所述运作方法包含：开启所述光源并同时曝光全部的所述多个感测像素以储存多个第一电荷量；关闭所述光源并转移第一列的所述感测像素的所述第一电荷量至所述第一储存电路；曝光所述第一列的所述感测像素以储存多个第二电荷量；转移所述第一列的所述感测像素的所述第二电荷量至所述第二储存电路；以及以所述差分单元对所述第一储存电路中的所述第一电荷量和所述第二储存电路中的所述第二电荷量进行模拟差分，以输出对应第一列的模拟图像信号。

为了让本发明的上述和其他目的、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，在本发明的说明中，相同的构件以相同的符号表示，在此先述明。

附图说明

图1a为已知使用全域快门的图像感测器的图像获取的时序图；

图1b为已知两张图像帧在数字端进行差分运算的方块图；

图2为本发明某些实施例的图像感测器的电路图；

图3为本发明某些实施例的图像感测器的运作方法的流程图；

图4为对应图2和3的多个开关元件的时序图；

图5为本发明某些实施例的图像感测器的方块图；

图6为本发明某些实施例包含多个感测像素的成像系统的示意图；

图7为对应图6的时序图。

附图标记说明

s1-s5步骤

具体实施方式

图2为本发明某些实施例的图像感测器1的电路图。所述图像感测器1用以感测光能量并转换成电信号。所述图像感测器1包含至少一光电转换电路10和输出电路20，其中所述光电转换电路10的输出端与所述输出电路20的输入端之间以位元线70连接。图像感测器可具有多个阵列排列的光电转换电路以作为感测像素，且每一行的所述光电转换电路的输出端可通过位元线电性连接至输出电路的输入端。例如，包含m×n个像素的图像感测器通常具有m×n个光电转换电路以及m个或n个输出电路和位元线。为简化图式，图2仅例示性地绘示所述图像感测器1中两个光电转换电路10、10'、一个输出电路20和一条位元线70。可以了解的是，所述光电转换电路10和所述光电转换电路10'虽然具有不同标号，但两者具有相同结构，用以表示所述图像感测器1其中一行的两个感测像素(例如第一行第一列的感测像素和第一行第二列的感测像素)。

必须说明的是，在获取图像帧时，所述图像感测器10可搭配至少一光源(未绘示)用以提供图像获取时所需的光，故所述光源可称为补光灯(例如发光二极体)。所述图像感测器10包含信号产生器或时序控制器(未绘示)用以依次发出高电平信号和低电平信号以驱动所述光源的启闭，但不限在此。其他实施例中，所述高电平信号和所述低电平信号可由包含所述图像感测器10的成像系统提供，例如由所述成像系统的控制电路提供，且被提供至所述图像感测器10。某些实施例中，光源与图像感测器可包含在同一图像感测器封装中而由时序控制器同时控制光源与图像感测器的运作。某些实施例中，光源位于图像感测器外部，而所述图像感测器可产生所述高电平信号和所述低电平信号以控制所述光源。必须说明的是，虽然此处分别以高电平信号和低电平信号进行说明，然上述信号产生器、时序控制器或控制电路可仅产生高电平信号，而所述低电平信号表示未产生信号，例如信号值为零。

所述光电转换电路10用以相对高电平信号期间储存第一电荷量q1和相对低电平信号期间储存第二电荷量q2，其中所述高电平信号驱动所述光源开启而所述低电平信号控制所述光源关闭。也就是说，所述光电转换电路10储存所述第一电荷量q1的同时所述光源为开启，而所述光电转换电路10储存所述第二电荷量q2的同时所述光源为关闭。

所述光电转换电路10包含光电元件101、像素电容102和转移电路103。所述光电元件101例如可为光电二极体(photodiode)用以转换入射光li为光电流il；其中，所述光电流il与所述入射光li的强度相关。所述像素电容102则用以储存所述光电流il为所述第一电荷量q1或所述第二电荷量q2。可以了解的是，当所述光源开启时，所述入射光li包含所述光源所发出的光和环境光，所述光电元件101转换所述光源所发出的光和所述环境光为所述光电流il并据以在所述像素电容102储存电荷量(也即所述第一电荷量q1)。当所述光源关闭时，所述入射光li仅包含所述环境光，所述光电元件101则转换所述环境光为光电流il并据以在所述像素电容102储存另一电荷量(也即所述第二电荷量q2)。必须说明的是，所述转移电路103耦接在所述像素电容102与所述输出电路20之间，而在所述像素电容102储存所述第二电荷量q2之前，所述转移电路103先从所述像素电容102转移所述第一电荷量q1至所述输出电路20，接着所述第二电荷量q2被储存至所述像素电容102。

某些实施例中，所述转移电路103包含开关元件用以根据开关元件的启闭控制电荷转移，例如图2显示第一栅极103a和第二栅极103b。当所述第一电荷量q1或所述第二电荷量q2储存在所述像素电容102时，图2的节点n具有对应所述第一电荷量q1或所述第二电荷量q2的电位(v＝q/c)。为了将电荷转移至所述输出电路20，所述转移电路103的所述第一栅极103a例如可为源极随耦器晶体管(sourcefollowertransistor)并耦接所述节点n以输出电荷至所述输出电路20。另一方面，由在所述光电转换电路10和光电转换电路10'同时耦接至相同的输出电路(也即所述输出电路20)，所述光电转换电路10的所述第二栅极103b和所述光电转换电路10'的所述第二栅极103b可不同时开启，以至于所述输出电路20可依次接收所述光电转换电路10和所述光电转换电路10'的电荷。

此外，某些实施例中，所述光电转换电路10还包含第三栅极106、第四栅极107和第五栅极108。所述第三栅极106耦接至所述节点n并用以对所述像素电容102充电或放电到预设电量，故所述第三栅极106可称为重设晶体管(resettransistor)。所述第四栅极107耦接在所述光电元件101和所述像素电容102之间并用以控制所述光电元件101所转换的所述光电流输出至所述像素电容102以在所述像素电容102暂存所述第一电荷量q1或所述第二电荷量q2。所述第五栅极108耦接所述光电元件101的输出端并用以在非曝光期间(也即快门关闭期间)释放所述光电元件101内累积的电荷。

请继续参照图2，所述输出电路20包含第一储存电路201和第二储存电路202分别用以储存转移自所述光电转换电路10(或所述光电转换电路10')的所述第一电荷量q1和所述第二电荷量q2。某些实施例中，所述第一储存电路201和所述第二储存电路202分别包含开关元件和储存电容，如图2所述第一储存电路201包含开关元件201s和储存电容201c，所述第二储存电路202包含开关元件202s和储存电容202c。当所述转移电路103的所述第二栅极103b开启时，所述开关元件201s或所述开关元件202s也被开启以从所述像素电容102转移所述第一电荷量q1至所述第一储存电路201的所述储存电容201c或转移所述第二电荷量q2至所述第二储存电路202的所述储存电容202c。也就是说，所述开关元件201s、202s可用以控制所述光电转换电路10的所述第一电荷量q1和所述第二电荷量q2转移至所述储存电容201c、202c进行储存。

因此，在所述光电转换电路10的所述转移电路103相对所述低电平信号期间从所述像素电容102转换所述第一电荷量q1至所述第一储存电路201之后，所述光电转换电路10储存所述第二电荷量q2至所述像素电容102。接着，所述转移电路103再转移所述第二电荷量q2至所述第二储存电路202，如图2所示。

所述输出电路20还包含差分单元205用以比较所述第一储存电路201中的所述第一电荷量q1和所述第二储存电路202中的所述第二电荷量q2以输出所述模拟图像信号，其中所述第一储存电路201和所述第二储存电路202分别耦接所述差分单元205的两输入端。所述差分单元205例如可为差动放大器(differentialamplifier)。藉此，所述输出电路20可利用所述差分单元205对所述第一储存电路201中的所述第一电荷量q1和所述第二储存电路202中的所述第二电荷量q2进行模拟差分以输出所述模拟图像信号。更详细的说，储存在所述储存电容201c的所述第一电荷量q1和储存在所述储存电容202c的所述第二电荷量q2分别在所述差分单元205的所述两输入端形成两输入电压，例如对应所述第一电荷量q1的第一电压v1和对应所述第二电荷量q2的第二电压v2。接着，所述差分单元205的输出电压vout可由已知差动放大器的公式求得，例如vout＝ad×(v1-v2)+ac×(v1+v2)÷2，其中ad表示为差模增益(differential-modegain)，ac表示为共模增益(common-modegain)。

可以了解的是，所述输出电路20的输出端可耦接至模拟数字转换器(未绘示)，以转换所述模拟图像信号为数字图像信号以供数字信号处理器(digitalsignalprocessor)进行数字图像处理，但本发明不限于此。其他实施例中，所述输出电路20的所述输出端可耦接至逻辑电路(例如用以调整图像亮度、旋转图像、裁剪图像、去除红眼…等功能)或存储单元(例如用以储存为图像数据)，视实际应用而定。

由于所述第一电荷量q1相对所述高电平信号期间(所述光源开启故所述入射光li包含所述光源所发出的光和所述环境光)被储存且所述第二电荷量q2相对所述低电平信号期间(所述光源关闭故所述入射光li仅包含所述环境光)被储存，在所述输出电路20的所述差分单元205比较所述第一电荷量q1和所述第二电荷量q2之后，所述图像感测器1所输出的所述模拟图像信号已去除环境光的干扰(所述数字图像信号也同)。因此，在所述模拟图像信号转换成所述数字图像信号之后，在数字端(例如包含所述数字信号处理器)可直接处理所述数字图像信号并据以产生一张数字图像帧，并不需要对两张数字图像帧进行差分处理。

此外，自动曝光(autoexposure)机制考量入射光的强弱以相应地调整曝光时间，例如当所述入射光li较强时，所述图像感测器1可减少曝光时间(或调整光圈大小、白平衡…等)以避免所输出的图像过曝。某些实施例中，为了实现所述自动曝光机制，所述图像感测器1的所述第一储存电路201另包含比较器201a用以比较所述储存电容201c的电压(也即所述第一电压v1)与参考电压vref以判断是否施行所述自动曝光机制，如图2所示。例如，当所述参考电压vref大于所述第一电压v1时，所述比较器201a输出数值为0而包含所述图像感测器1的所述成像系统不调整所述图像感测器1的曝光时间；当所述参考电压vref等于或小于所述第一电压v1时，所述比较器201a则输出数值为1以至于所述成像系统可减少所述图像感测器1的曝光时间。

图3为本发明某些实施例的图像感测器的运作方法的流程图，所述图像感测器包含光电元件、像素缓冲电路、第一储存电路、第二储存电路和差分单元。所述第一储存电路和所述第二储存电路分别耦接在所述差分单元的两输入端。所述光电元件用以相对高电平信号和低电平信号产生光电流储存至所述像素缓冲电路，其中所述高电平信号和所述低电平信号用以驱动光源的启闭。所述运作方法包含：在所述高电平信号期间从所述光电元件储存第一电荷量至所述像素缓冲电路(步骤s1)；在所述低电平信号期间将所述像素缓冲电路的所述第一电荷量转移至所述第一储存电路(步骤s2)；所述第一电荷量转移后，在所述低电平信号期间从所述光电元件储存第二电荷量至所述像素缓冲电路(步骤s3)；将所述像素缓冲电路的所述第二电荷量转移至所述第二储存电路(步骤s4)；以及以所述差分单元比较所述第一储存电路和所述第二储存电路中的储存电荷量以输出模拟图像信号(步骤s5)。

一实施例中，图3的图像感测器的运作方法可对应至图2的所述图像感测器1，其中，所述光电元件可为所述光电转换电路10(或所述光电转换电路10')的所述光电元件101，所述像素缓冲电路可包含所述像素电容102和所述转移电路103。请同时参照图2-4，其中图4为对应图2和3的多个开关元件的时序图，接着将说明所述图像感测器的运作方法。

步骤s1：首先，在所述高电平信号期间(例如以驱动电路驱动光源开启)，关闭所述第五栅极108预设时间以至于所述光电元件101所产生的光电流不会经过所述第五栅极108而被释放，因此关闭所述第五栅极108的期间(也即所述预设时间)可定义为所述光电元件101的有效曝光期间。接着，开启所述第三栅极106以对所述像素电容102充电或放电到预设电量。在所述像素电容102具有所述预设电量时，关闭所述第三栅极106并开启所述第四栅极107，所述光电元件101可在所述高电平信号期间储存所述第一电荷量q1至所述像素缓冲电路(例如所述像素电容102)。

相同地，所述光电转换电路10'的所述光电元件101在所述高电平信号期间也储存所述第一电荷量q1至所述光电转换电路10'的所述像素电容102。必须说明的是，所述光电转换电路10所储存的所述第一电荷量q1和所述光电转换电路10'所储存的所述第一电荷量q1仅用以表示相对所述高电平信号期间所储存的电荷。由在所述光电转换电路10和所述光电转换电路10'设置在所述图像感测器1的不同位置，所述光电转换电路10与所述光电转换电路10'所接收的光能量不一定相同，故所述光电转换电路10的所述第一电荷量q1与所述光电转换电路10'的所述第一电荷量q1不一定具有相同的电荷量。

必须说明的是，所述光电元件101全时转换入射光为光电流，故所述第五栅极108的关闭时间(也即所述预设时间)可视为所述图像感测器1的曝光时间，但本发明不限于此。其他实施例中，包含所述图像感测器1的所述成像系统可发出快门信号控制所述光电元件101开始或停止产生光电流，此时所述图像感测器1可以不设置有所述第五栅极108。

步骤s2：接着，在所述低电平信号期间(例如以所述控制电路驱动所述光源关闭或不驱动所述光源点亮)，关闭所述光电转换电路10的所述第五栅极108以至于所述光电元件101所产生的光电流不会经过所述第五栅极108而被释放。所述低电平信号期间与所述高电平信号期间不同之处在于，在所述低电平信号期间开启所述第三栅极106以重设所述像素电容102之前，须同时开启所述第二栅极103b和所述第一储存电路201的所述第一开关201s以将所述像素电容102的所述第一电荷量q1转移至所述第一储存电路201的所述储存电容201c。

如前所述，某些实施例中，在所述第一电荷量q1转移之后(也即步骤s2之后)，所述第一储存电路201所包含的所述比较器201a比较所述储存电容的电压与所述参考电压vref以判断是否施行自动曝光机制。

步骤s3：在所述第一电荷量q1从所述像素电容102转移至所述第一储存电路201之后，关闭所述第二栅极103b和所述第一开关201s并开启所述第三栅极106以对所述像素电容102充电或放电到所述预设电量。在所述像素电容102具有所述预设电量时，关闭所述第三栅极106并开启所述第四栅极107，所述光电元件101即可储存所述第二电荷量q2至所述像素缓冲电路(例如所述像素电容102)。

步骤s4：在所述第二电荷量q2储存至所述像素电容102之后，同时开启所述第二栅极103b和所述第二开关202s以将所述光电转换电路10中所述像素电容102的所述第二电荷量q2转移至所述第二储存电路202。可以了解的是，所述图像感测器1通过所述转移电路103从所述像素缓冲电路转移所述第一电荷量q1至所述第一储存电路201并转移所述第二电荷量q2至所述第二储存电路202。此时，所述第一储存电路201的所述储存电容201c和所述第二储存电路202的所述储存电容202c分别储存有所述第一电荷量q1和所述第二电荷量q2，并在所述差分单元205的所述两输入端形成所述第一电压v1和所述第二电压v2。

步骤s5：最后，以所述差分单元205比较所述第一储存电路201的所述第一电压v1和所述第二储存电路202的所述第二电压v2以输出模拟图像信号。藉此，可在所述模拟图像信号通过模拟数字转换器转换成数字图像信号的前消除环境光的干扰。

某些实施例中，所述第一储存单元201储存所述第一电荷量q1与所述第二储存单元202储存所述第二电荷量q2间的间隔时间须越短越好，以防止储存在所述储存电容201c的所述第一电荷量q1在所述储存电容202c储存所述第二电荷量q2的前衰减以致在所述差分单元205可准确根据所述第一电压v1和所述第二电压v2输出所述模拟图像信号，例如所述间隔时间可小于或等于所述第五栅极108的关闭时间(也即所述预设时间或所述高电平信号期间)。

必须说明的是，由在所述光电转换电路10和所述光电转换电路10'耦接至相同的输出电路(也即所述输出电路20)，当所述光电转换电路10转移所述第一电荷量q1或所述第二电荷量q2至所述输出电路20时，所述光电转换电路10'并不能同时转移所述第一电荷量q1或所述第二电荷量q2至所述输出电路20。因此，所述图像感测器1依次开启所述光电转换电路10的所述第二栅极103b和所述第一开关201s、所述光电转换电路10的所述第二栅极103b和所述第二开关201s、所述光电转换电路10'的所述第二栅极103b和所述第一开关201s以及所述光电转换电路10'的所述第二栅极103b和所述第二开关201s，以至于所述光电转换电路10的所述第一电荷量q1和所述第二电荷量q2与所述光电转换电路10'的所述第一电荷量q1和所述第二电荷量q2可依次被转移，如图4所示。

可以了解的是，所述光电转换电路10'相对所述高电平信号期间(也即所述第五栅极108第一次关闭的期间)所储存的所述第一电荷量q1在所述第五栅极108第二次关闭的期间才转移至所述输出电路20，因此，在所述光电转换电路10转移所述第二电荷量q2至所述输出电路20之前，所述光电转换电路10'的所述第二栅极103b皆保持关闭的状态。某些实施例中，在所述高电平信号期间控制信号(例如由所述图像感测器1或所述成像系统所发出)控制所述光电转换电路10和所述光电转换电路10'的所述第五栅极108同时关闭，接着在所述低电平信号期间，所述控制信号依次关闭所述光电转换电路10的所述第五栅极108和所述光电转换电路10'的所述第五栅极108。如前所述，关闭所述第五栅极108的期间可定义为所述光电元件101的所述有效曝光期间；换句话说，所述图像感测器1在所述高电平信号期间同时曝光所述光电转换电路10和所述光电转换电路10'，接着在所述低电平信号期间依次曝光所述光电转换电路10和所述光电转换电路10'。

图5为本发明某些实施例的图像感测器3的方块图。所述图像感测器3包含驱动电路30、光电转换电路31、第一储存电路321、第二储存电路322和差分单元325，其中所述驱动电路30与所述光电转换电路31电性连接、所述第一驱动电路321和所述第二驱动电路322的输入端同时耦接至所述光电转换电路31的输出端以及所述差分单元325包含两输入端分别耦接所述第一储存电路321和所述第二储存电路322。

所述驱动电路30例如可为信号产生器或时序控制器，用以依次产生高电平信号sh和低电平信号sl，其中所述高电平信号sh和所述低电平信号sl分别用以控制光源5在第一期间开启且在第二期间关闭。此外，所述驱动电路30同时产生至少一控制信号sc以控制所述光电转换电路31、所述第一储存电路321和所述第二储存电路322中多个开关元件的启闭，例如可控制图2和4中所述第二栅极103b、所述第三栅极106、所述第四栅极107、所述第五栅极108、所述第一开关201s和所述第二开关202s的启闭。其他实施例中，包含所述图像感测器3的成像系统还提供控制电路控制所述光源5的启闭，且所述光源5的控制信号被传送至所述图像感测器3的所述驱动电路30，以使所述驱动电路30相应控制所述开关元件。

当所述光源5在所述第一期间开启时，所述光电转换电路31同时接收所述光源5的光源强度i5和环境光强度iab；当所述光源5在所述第二期间关闭时，所述光电转换电路31则仅接收所述环境光强度iab。据此，所述光电转换电路31在所述第一期间可产生对应所述光源5和环境光的光电流且在所述第二期间产生对应所述环境光的光电流。必须说明的是，所述光源强度i5是来自被检测物件的反射光，也即本实施例中所述光源5用以照明被检测物件。

接着，所述第一储存电路321在所述第二期间储存对应所述第一期间的所述光电流的第一电荷量；在所述第一电荷量被储存之后，所述第二储存电路322储存对应所述第二期间的所述光电流的第二电荷量。可以了解的是，所述第一电荷量关联所述光源强度i5和所述环境光强度iab，所述第二电荷量仅关联所述环境光强度iab。

最后，所述差分单元325比较所述第一储存电路321和所述第二储存电路322中的储存电荷量(例如图2的所述第一电荷量q1和所述第二电荷量q2)以消除所述环境光的干扰，并输出模拟图像信号sa。某些实施例中，所述差分单元325对所述第一储存电路321和所述第二储存电路322中的储存电荷量直接进行模拟差分并输出所述模拟图像信号sa。

相同地，某些实施例中，为了实现自动曝光机制，所述第一储存电路321可另包含比较器321a用以比较所述第一储存电路321中储存电容的电压与参考电压以判断是否施行自动曝光机制。必须说明的是，虽然图5绘示所述比较器321a耦接在所述第一储存电路321与所述差分单元325之间，只要能够耦接至所述第一储存电路321中所述储存电容的电压即可，其连接位置并无特定限制。

如前所述，本发明某些实施例的图像感测器具有多个阵列排列的光电转换电路以作为感测像素。请参照图6和7，其中图6为本发明某些实施例包含多个光电转换电路的成像系统4的示意图，图7为对应图6的时序图。所述成像系统4包含光源5、驱动电路30(或控制电路)、以6×8阵列排列的多个光电转换电路31、输出电路32、模拟数字转换器35、处理器37，其中第一列的所述光电转换电路31可定义为感测像素列r1、第二列的所述光电转换电路31可定义为感测像素列r2…依此类推。

当所述驱动电路30在第一期间p1控制所述光源5开启时，所述驱动电路30同时控制全部的所述光电转换电路31同时曝光以储存多个第一电荷量。

当所述驱动电路30在第二期间p2控制所述光源5关闭时，所述驱动电路30先控制第一列的所述光电转换电路31(也即所述感测像素列r1)转移所述第一电荷量至所述输出电路32、再次曝光以储存多个第二电荷量以及转移所述第二电荷量至所述输出电路32以至于所述输出电路32可比较每一所述第一电荷量和每一所述第二电荷量以输出对应第一列的模拟图像信号sa。接着，所述驱动电路30依次控制第二列至第六列的所述光电转移电路31以输出对应第二列至第六列的所述模拟图像信号sa，如图7所示。

某些实施例中，所述成像系统4可在所述模拟数字转换器的输入端设置放大器用以放大所述模拟图像信号sa。最后，通过所述模拟数字转换器35，所述处理器37可根据对应所述感测像素(也即所述光电转换电路31)的数字图像信号sd输出图像。可以了解的是，所述成像系统4所输出的图像已消除环境光的干扰，可直接进行图像处理。

某些实施例中，所述第一储存电路和所述第二储存电路分别包含开关元件和储存电容，所述开关元件用以控制所述光电转换电路的所述第一电荷量和所述第二电荷量转移至所述储存电容。

某些实施例中，所述第一储存电路还包含比较器用以比较所述储存电容的电压与参考电压以判断是否施行自动曝光机制。

某些实施例中所述图像感测器还包含驱动电路用以依次产生所述高电平信号和所述低电平信号。

本发明实施例的图像感测器可在藉由时序控制以直接比较关联光源和环境光的第一电荷量和仅关联所述环境光的第二电荷量，而非对所述第一电荷量和所述第二电荷量分别形成的数字图像帧进行差分运算，藉以在不降低功率消耗的同时消除所述环境光的干扰。

如上所述，已知图像感测器使用两张数字图像帧(一张对应光源和环境光、另一张仅对应所述环境光)以进行差分运算以消除环境光的干扰，因而具有较高的功率消耗。因此，本发明提出一种图像感测器(图2、3)和其运作方法(图3、7)，其可藉由时序控制以直接比较关联所述光源和所述环境光的第一电荷量和仅关联所述环境光的第二电荷量，以在不降低功率消耗的同时消除环境光的干扰。

虽然本发明已通过前述实施例披露，但是其并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域中具有通常知识的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定的范围为准。