专利名称：具环境光感测的数字摄像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种数字摄像装置，特別是涉及ー种整合环境光传感器(Ambient Light Sensor)的电路的数字摄像装置，用以调整显示器的亮度。
背景技术：
影像传感器，如CMOS传感器(CMOS Sensor)，已应用于许多产品上，例如照相手机。參考图1，为现有技术的照相手机的架构示意图。如图1所示，照相手机1具有影像传感器(Image knsor) 11、环境光传感器(AmbientLight Sensor) 13以及显示面板15。影像传感器11用来撷取外界入射光来获得数字影像；环境光传感器13用来感测周边光线的强弱，以适当地调整显示面板15的亮度，例如，若环境光传感器13感测四周光线充足，即可关闭显示面板15的背光功能，反之同理，以达到节省功率消耗的目的。为了节能省电，除了一般用来照相的影像传感器11タト，仍需要使用分离的环境光传感器13，才能控制显示面板随着周边光线作适应性(adaptively)的调整。如此增加了成本、使用空间及装置设计的复杂度。因此，亟需提出一种新颖的方法及电路设计，其在不增加额外的光传感器的前提下，仍能根据周边光线来自动调整显示亮度。
发明内容
鉴于上述，本发明实施例的目的之ー在于提出一种调整显示亮度的方法，其通过简单的电路设计来将现有影像传感器感测的光信号转换成光线强弱信息，进而能在不增设额外的光传感器的前提下，仍能根据周边光线来自动调整显示亮度。本发明公开了ー种数字摄像装置，包括光传感器阵列以及环境光读取电路。光传感器阵列包括至少ー个光电ニ极管(photo diode)、浮动扩散节点(Floating Diffusion) 以及重置晶体管。浮动扩散节点用以接收光电ニ极管的电荷来降低浮动扩散节点上的浮动电压；重置晶体管根据重置信号来将浮动电压重置为电源电压。环境光读取电路耦接于光传感器阵列，包括比较器以及脉宽计算单元。比较器耦接于浮动扩散节点，当判断浮动电压小于參考电压时，则输出重置信号。脉宽计算单元根据重置信号的周期以输出环境光強度值。
图1为现有技术的照相手机的架构示意图；图2为本发明实施例的照相手机的架构示意图；图3为本发明实施例的数字摄像装置的功能方块图；图4为本发明实施例的数字摄像装置的架构示意图；以及图5为本发明实施例中信号的波形图。主要元件符号说明
现有技术
照相手机1
影像传感器11
环境光传感器13
显示面板15
本发明
照相手机2
影像传感器21
显示面板25
数字摄像装置3
光传感器阵列31
影像读取电路32
环境光读取电路33
脉宽计算单元35
方波Pq
频率宽度值PW
数字摄像装置4
浮动扩散节点FD
浮动电压Vfd
光电ニ极管311
重置晶体管Rx
重置信号Vrst
比较器41
延迟单元43
D型正反器45
电源电压VDD
參考电压Vref
频率产生器351
计数器353
内部频率CLK具体实施例方式首先，參考图2，为本发明实施例的照相手机的架构示意图。如图2所示，照相手机2具有影像传感器(Image Sensor) 21以及显示面板25。照相手机2亦可为数字相机、 移动通讯装置、个人数字助理(Personal DigitalAssistant,PDA)、或任何电子影像传感器 (electronic image sensors)等数字摄像装置。显示面板所使用的发光元件包括发光二极管(LED)、冷阴极管(CCFL)或电致发光面板(electroluminescence panel)。影像传感器21具有光传感器阵列(Sensor Array)，用来感测外界入射光来转成数字影像，具体来说，光传感器阵列包括感光耦合元件(ChargeCoupled Device，CCD)、互补
4金属氧化物半导体(Complementary Metal-OxideSemiconductor, CMOS)、或互补金属氧化 - ^ΜΜΜ ^^^- (Complimentary Metal-Oxide Semiconductor-Active Pixel Sensors,CM0S-APS)等感光元件。为了能利用影像传感器21来控制显示面板25随着周边光线的强弱而调整，本发明提出一种具环境光感测的电路的数字摄像装置3，如图3所示， 其包括光传感器阵列31、影像读取电路32、环境光读取电路33。为了保持成像质量，通常会在光传感器阵列31的四周最外围保留至少一列、至少一行或一整圈的空像素312 (dummy pixel)，如斜线区域，而影像读取电路32所输出的数字影像并不会參考到空像素接收的信号。环境光读取电路33读取空像素感测到的光信号来判断环境光线强弱。具体的电路设计，请參考图4，为本发明实施例的数字摄像装置的架构示意图。数字摄像装置4包括光传感器阵列31中的空像素312 (以ー个空像素312代表)及环境光读取电路33，影像读取电路32由于为本领域已知的技木，在图4中并未示出。空像素312包括浮动扩散节点(FloatingDiffusion)FD、重置晶体管Rx、及光电ニ极管(photo diode)311。 光电ニ极管311用以感测光信号，依据光信号产生电荷并传输到浮动扩散节点FD，因此累积的电荷会降低浮动扩散节点FD上的浮动电压VFD。图4的光传感器阵列31仅示出ー个光电ニ极管311来做说明，当然亦可串联其中一列、一行、或全部的空像素312的光电ニ极管311来让浮动扩散节点FD读取，故本发明不限于此。环境光读取电路33包括比较器41、延迟单元43以及D型正反器(Dflip-flop)45。 最初，先输入重置信号Vrst至重置晶体管，使浮动扩散节点FD上的浮动电压Vfd重置为电源电压VDD电平。而一旦浮动扩散节点FD接收光电ニ极管311累积的电荷，浮动电压Vfd 便逐渐下降。当比较器41判断浮动电压Vfd小于參考电压Vref，便再输出重置信号Vrst来重置浮动电压Vfd，如此形成ー个回路。在实施例中，可在比较器41的输出端设置延迟单元 43，使比较器41输出的重置信号Vrst延迟一段时间才打开重置晶体管Rx，以确保成功重置。D型正反器45耦接于延迟单元43的输出端，用来依据重置信号Vrst而产生方波 Pq，并传至脉宽计算单元35，其中方波Pq的工作周期对应到重置信号Vrst的周期。在实施例中，D型正反器45亦可使用SR正反器、JK正反器、T型正反器或其它电路替代。环境光读取电路33还包括脉宽计算单元35，其包括频率产生器351以及计数器 353。频率产生器351用来产生内部频率CLK2，而计数器353接收D型正反器45传来的方波Pq后，会以内部频率CLK2为基数来计算方波Pq的宽度，进而获得频率宽度值PW。频率宽度值PW与外界光线亮度成反比，因此根据运算出的频率宽度值PW便可获得环境光強度。 依据环境光的強度可以例如是适当地调整显示面板25的亮度、判断折叠式手机是否打开或关闭或是判断手机是否贴近耳朵等等，另外也可以应用于监视器，判断使用者打开电灯后唤醒录像功能，关灯时关闭监视器等。在具体实施例中，频率产生器351可根据光线強弱来产生内部频率CLK2，若外界光线强，频率宽度值PW较小，则调整较高的内部频率CLK2，反之，若外界光线弱，频率宽度值PW较长，则调整较低的内部频率CLK2，如此便达到省电的功效。接下来，请ー并參考图5，为本发明实施例中信号的波形图。ー开始先输入(pull high)重置信号Vrst，以将浮动电压Vfd重置为电源电压VDD，之后浮动电压Vfd便会随着浮动扩散节点FD上累积的电荷而逐渐下降，直到降至參考电压Vref吋，便又重新输出重置信号Vrst来重置浮动电压VFD。经过D型正反器45的处理后，可依据重置信号Vrst而产生方波Pq，以方便脉宽计算单元35取样来计算每个方波Pq的宽度。当环境光的強度越强时， 浮动电压Vfd下降的速度越快，因此斜率较大，重置信号Vrst的频率就会比较高，导致每个脉冲Pq的宽度较窄。因此依据方波Pq的宽度就可以得知重置信号Vrst的间隔时间，并据以得知环境光的強弱。图4中的电容C可控制浮动电压Vfd下降的斜率；而每个重置信号 Vrst的脉冲(pulse)亦可由延迟单元43产生的延迟时间控制，若延迟时间愈长，则脉冲宽度愈大。由以上实例详述，可知本发明的调整显示亮度的方法，是根据现有影像传感器四周的空像素所感测的信号，通过本发明提出的具环境光感测的电路的数字摄像装置来转换成脉冲宽度信息，并由运算出的脉冲宽度来作为调整显示面板亮度的依据。通过本发明的实施例所提出的方法及电路设计，可达到以下优点1、光传感器阵列可同时用来成像并利用周遭空像素来感测环境光线强弱，无需额外装设环境光传感器。2、依据环境光的強度可以例如是适当地调整显示面板的亮度、判断折叠式手机是否打开或关闭或是判断手机是否贴近耳朵等等。另外也可以应用于监视器，判断使用者打开电灯后唤醒录像功能，关灯时关闭监视器等。亦可作为自动曝光(AE)及自动白平衡 (AffB)的调整參数。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用以限定本发明的范围；凡其它未脱离发明所掲示的精神下所完成的等效修改或变型，均应包括在权利要求书的范围。
权利要求
1.ー种数字摄像装置，包括 光传感器阵列，包括影像感测区；至少ー个空像素，位于所述影像感测区的外围，包括 至少ー个光电ニ极管；浮动扩散节点，用以接收所述光电ニ极管的电荷来降低所述浮动扩散节点上的浮动电压；及重置晶体管，根据重置信号来将所述浮动电压重置为电源电压；以及环境光读取电路，耦接于所述光传感器阵列，包括比较器，耦接于所述浮动扩散节点，当判断所述浮动电压小于參考电压，则输出所述重置信号；及脉宽计算单元，用来依据所述重置信号的周期以输出环境光強度值。
2.如权利要求1所述的数字摄像装置，其中所述环境光读取电路还包括正反器，依据所述重置信号产生方波，所述方波的工作周期对应至所述重置信号的周期；其中，所述脉宽计算单元根据所述方波计算出其宽度值，并据以得知所述环境光強度值。
3.如权利要求2所述的数字摄像装置，其中所述环境光读取电路还包括 延迟单元，耦接于所述比较器的输出端，用来延长所述重置信号的脉冲宽度。
4.如权利要求2所述的数字摄像装置，其中所述脉宽计算单元包括 频率产生器，用来产生内部频率；及计数器，接收所述方波，井根据所述内部频率来计算所述方波的宽度，以产生所述方波的宽度值。
5.如权利要求4所述的数字摄像装置，其中所述频率产生器根据所述环境光强度值来产生所述内部频率。
6.如权利要求1所述的数字摄像装置，其中所述空像素排列于所述影像感测区的至少ー边。
7.如权利要求1所述的数字摄像装置，包括数字相机、移动通讯装置、个人数字助理、 或任何电子影像传感器。
8.如权利要求6所述的数字摄像装置，其中所述光传感器阵列包括感光耦合元件、互补金属氧化物半导体、或互补金属氧化物半导体-有源像素传感器。
9.如权利要求1所述的数字摄像装置，其中使用所述频率宽度值作为自动曝光(AE)及自动白平衡(AWB)的调整參数。
全文摘要
本发明公开了一种数字摄像装置，包括光传感器阵列以及环境光读取电路。光传感器阵列包括至少一个光电二极管、浮动扩散节点以及重置晶体管。浮动扩散节点用以接收光电二极管的电荷来降低浮动扩散节点上的浮动电压；重置晶体管根据重置信号来将浮动电压重置为电源电压。环境光读取电路耦接于光传感器阵列，包括比较器以及脉宽计算单元。比较器耦接于浮动扩散节点，当判断浮动电压小于参考电压时，则输出重置信号。脉宽计算单元根据重置信号的周期以输出环境光强度值。
文档编号H04N5/225GK102595030SQ20111000808
公开日2012年7月18日 申请日期2011年1月12日 优先权日2011年1月12日
发明者刘智民, 米塔艾民 申请人:英属开曼群岛商恒景科技股份有限公司