本发明涉及光电领域，尤其涉及一种光学式的图像传感器、生物特征检测系统、电子设备和图像传感器的驱动方法。
背景技术：
指纹检测和识别作为身份验证的手段已经得到了广泛应用，在手机、平板电脑等电子设备上几乎是必备的功能之一。常见的指纹检测方式有电容式指纹检测、光学式指纹检测和超声波检测等，其中光学式指纹检测是目前的主流趋势。目前，市场上对于屏下的光学式指纹检测需求较大。所述屏下指纹检测，就是将指纹检测系统放置在电子设备的显示屏的下方，在满足高屏占比的同时具有屏下的指纹检测功能。光学式指纹成像需要提供一个光源用于发射检测光束到手指，以及一个感光元件用于感测从手指返回的检测光束。由于感光元件的感光面的不同区域和光源距离不同或光路不同，感光元件在感测检测光束时感光面的不同区域的光强不同，普通的感测方式下生成的指纹光学图像可能会出现图像亮度严重不均匀，要么暗区过暗、要么亮区过曝，无法完整获得清楚指纹光学图像等问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供一种效果较好的图像传感器、生物特征检测系统、电子设备和图像传感器的驱动方法。
本申请的一个方面提供一种图像传感器，包括像素阵列，所述像素阵列包括多个像素电路，所述多个像素电路排列为具有多个行与多个列，所述像素阵列划分为多个曝光区域，每个曝光区域包括一行或多行的像素电路，所述多个曝光区域的部分曝光区域或全部曝光区域的曝光时间不相同。
某些实施例中，所述图像传感器的一侧设有光源，和所述光源距离较近的曝光区域的曝光时间小于和所述光源距离较远的曝光区域的曝光时间。
某些实施例中，所述光源用于发射光束，所述光束能够到达一个外部对象后从外部对象返回，所述图像传感器在所述曝光区域进行曝光时接收外部对象返回的所述光束并转换为电信号，以获取外部对象的生物特征信息。
某些实施例中，所述光源设置在所述像素阵列的第一行像素电路和/或最后一行像素电路的外侧。
某些实施例中，所述像素阵列包括m行的像素电路，所述m行的像素电路被划分为k个曝光区域，1＜k≤m，m＞1，m、k为正整数。
某些实施例中，对于同一曝光区域，所述曝光区域的每一行像素电路的曝光时间长度相同，或所述曝光区域的部分行的像素电路的曝光时间长度和其余行的曝光时间长度不相同。
某些实施例中，所述像素阵列的每一行的像素电路的曝光结束时间点不相同，同一曝光区域的不同行的像素电路的曝光开始时间点不相同，划分在不同曝光区域的两行像素电路的曝光开始时间点相同或不相同。
某些实施例中，所述图像传感器进一步包括行控制电路和读出电路，所述行控制电路和读出电路连接所述像素电路，所述行控制电路用于控制所述像素电路的曝光时间，所述读出电路用于读取所述像素电路的电信号。
某些实施例中，所述像素电路包括光电二极管、第一mos管、第二mos管、第三mos管n3及第四mos管，所述第一mos管的控制端连接所述行控制电路以接收行控制电路输出的控制信号，所述第一mos管的第一端与光电二极管的阴极连接、所述第一mos管的第二端与第二mos管的第一端连接，第二mos管的控制端连接行控制电路以接收行控制电路输出的复位控制信号，第二mos管的第二端连接电源电压，第三mos管的控制端连接所述第二mos管的第一端，用于跟随所述第二mos管第一端的输出信号的变化并从第三mos管的第一端输出，第三mos管的第二端连接电源电压，第四mos管的第二端与第三mos管的第一端连接、第四mos管的控制端连接行控制电路以接收行控制电路输出的行选通信号、第四mos管的第一端作为所述像素电路的输出端与读出电路连接。
某些实施例中，所述像素阵列的像素电路采用滚动曝光方式或全局曝光方式。
本申请的一个方面提供一种生物特征检测系统，包括光源和图像传感器，所述图像传感器为上述的图像传感器，所述光源用于发射检测光束到外部对象，所述图像传感器用于接收外部对象返回的检测光束并用于生成相应的生物特征图像。
某些实施例中，所述生物特征检测系统用于指纹检测。
本申请的一个方面提供一种电子设备，包括如上述的图像传感器，或包括如上述的生物特征检测系统。
某些实施例中，所述电子设备还包括显示屏，所述生物特征检测系统位于所述显示屏的全部或部分的下方，所述生物特征检测系统能够透过所述显示屏的全部或部分发射检测光束到外部对象以及接收外部对象返回的检测光束。
本申请的一个方面提供一种图像传感器的驱动方法，包括：
提供一个光源，用于发射检测光束到外部对象；
提供一个图像传感器，用于感测外部对象返回的检测光束以获取外部对象的生物特征信息；所述图像传感器包括像素阵列，所述像素阵列包括呈阵列排布的多个像素电路；
将所述像素阵列划分为多个曝光区域并进行曝光，每个曝光区域包括一行或多行的像素电路，所述多个曝光区域的部分或全部具有不同的曝光时间，所述多个曝光区域和所述光源的距离不相同，其中，距离所述光源较近的曝光区域的曝光时间小于距离所述光源较远的曝光区域的曝光时间。
某些实施例中，所述图像传感器为上述的图像传感器。
本申请的有益效果在于，所述图像传感器的像素阵列具有不同的曝光区域，根据和光源之间的距离远近不同，所述不同的曝光区域可以具有不同的曝光时间，且距离光源较近的曝光区域的曝光时间小于距离光源较远的曝光区域的曝光时间。进一步地，所述曝光区域可以包括多行的像素电路，也可以所述曝光区域仅包括一行的像素电路。通过对不同曝光区域进行不同时间长度的曝光，能够获得亮度较为均匀的生物特征图像。本申请图像传感器的驱动方法通过将像素阵列划分为曝光时间不同的多个曝光区域，并进行曝光，能够获得亮度较为均匀的生物特征图像。本申请图像传感器、生物特征检测系统、电子设备和图像传感器的驱动方法能够获得亮度较为均匀的生物特征图像和较大有效成像范围，从而具有较好的生物特征检测效果。
附图说明
图1是本申请图像传感器的一个实施例的方框示意图；
图2是图1中一个像素电路的示意图；
图3是图2中像素电路的驱动信号时序示意图；
图4是滚动曝光示意图；
图5是本申请生物特征检测系统的一个实施例的示意图；
图6是图5中像素阵列感光点的光功率和第一边缘距离的示意图；
图7是图5中像素阵列的一个实施例的部分曝光区域的部分信号时序图；
图8至图9是图5中像素阵列的一个实施例的曝光区域和曝光时间的示意图。
具体实施方式
在对本发明实施例的具体描述中，应当理解，当基板、片、层或图案被称为在另一个基板、另一个片、另一个层或另一个图案“上”或“下”时，它可以“直接地”或“间接地”在另一个基板、另一个片、另一个层或另一个图案上，或者还可以存在一个或多个中间层。为了清楚的目的，可以夸大、省略或者示意性地表示说明书附图中的每一个层的厚度和大小。此外，附图中元件的大小并非完全反映实际大小。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。进一步地，所描述的特征、结构可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
在下文的描述中，提供许多具体细节以便能够充分理解本申请的实施方式。然而，本领域技术人员应意识到，即使没有所述特定细节中的一个或更多，或者采用其它的结构、组元等，也可以实践本申请的技术方案。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构或者操作以避免模糊本申请之重点。
互补金属氧化物半导体(complementarymetaloxidesemiconductor，cmos)图像传感器是一种将光信号转化为电信号的半导体器件。随着cmos图像传感器(cmosimagesensors，cis)制造工艺的不断改善，cmos图像传感器在功耗、可集成性、随机寻址等方面相比ccd图像传感器具有相对优势，成为固态图像传感器领域的主流器件。
通常，cmos图像传感器包含像素阵列，与像素阵列耦接的读出电路，以及数字处理电路。其中，像素阵列由若干呈阵列方式分布的像素电路构成。同一列的像素电路由同一列的信号线输出，并与一读出电路耦接。像素阵列将接收到的光信号转换为模拟电信号，读出电路将模拟电信号转换为数字电信号，进而输出至数字处理电路进行后续处理。
cmos图像传感器的像素单元阵列的曝光方式主要分为全局曝光和滚动曝光(rollingshutter)。全局曝光的cmos图像传感器像素同时开始曝光同时曝光结束，再进行读出工作。滚动曝光是指每列像素都共用一个读出电路，逐行曝光且逐行读出到读出电路。所以先由第一行的像素读出，再进行第二行的读出，以此类推。对于滚动曝光的cmos图像传感器，通常每一行的曝光时间相等，而且每一行的读出时间相等的。可以理解，相邻两行之间的曝光结束时间有一定的时间差，这个时间差可以看作大于或等于上一行的读出时间。本申请下述实施例描述基于滚动曝光方式，但应当理解，本申请并不局限于滚动曝光或全局曝光。
请参阅图1，是本申请一种图像传感器10的方框示意图。所述图像传感器10包括像素阵列11、行控制电路12、读出电路13。所述像素阵列11包括多个呈阵列排布的像素电路111。多个像素电路111排列为具有多个行与多个列。例如但不限于，所述像素电路111沿图1中的行方向配置为具有多行，所述像素电路111沿图1中的列方向配置为具有多列。所述行方向和列方向大致垂直。像素阵列11用采集带有外部对象生物特征信息的光束并转换为电信号。所述行控制电路12用于控制所述像素电路111进入重置、曝光和读出等不同阶段，所述读出电路13可以用于在所述像素电路111处于读出阶段时将像素电路111通过光感测生成的电信号读取出来。所述行控制电路12、读出电路13可以包括一个或多个集成电路(例如：图像处理电路、微处理器、随机存取存储器等)。并且可以包括与所述图像传感器10分开的和/或形成在所述图像传感器10上的一部分的部件。所述图像传感器10可以是前照式(fsi)图像传感器或背照式(bsi)图像传感器。所述像素电路111可以包括一个或多个光电转换元件，例如但不限于：光电二极管或其他任意合适的能够响应于光而生成电荷的光敏元器件。
请参阅图2，是所述像素电路111的电路结构示意图。图2示出了一种由4个cmos管构成的4t结构的像素电路111。所述像素电路111可以包括：光电二极管pd、第一mos管n1、第二mos管n2、第三mos管n3及第四mos管n4。所述第一mos管n1的控制端(未标号)连接所述行控制电路12以接收行控制电路12输出的转换控制信号tx。所述第一mos管n1的第一端(未标号)与光电二极管pd的阴极连接、所述第一mos管n1的第二端(未标号)与第二mos管n2的第一端(未标号)连接。第二mos管n2的控制端(未标号)连接行控制电路12以接收行控制电路12输出的复位控制信号rx，第二mos管n2的第二端(未标号)连接工作电压vdd。第三mos管n3的控制端(未标号)连接所述第二mos管n2的第一端，用于跟随所述第二mos管n2第一端的输出信号的变化，并从第三mos管n3的第一端(未标号)输出。第三mos管的第二端(未标号)连接工作电压vdd。第四mos管n4的第二端(未标号)与第三mos管n3的第一端连接、第四mos管的控制端(未标号)连接行控制电路以接收行控制电路输出的行选通信号sel、第四mos管的第一端(未标号)作为所述像素电路111的输出端与读出电路12连接。当行选通信号sel为高电平时，该行的像素电路均接入对应的读出电路13，所述行的电压数据被读出电路13并行读出。可选地，所述第一mos管n1，第二mos管n2，第三mos管n3及第四mos管n4为nmos晶体管，所述第一端可以为nmos晶体管的源极，第二端可以为nmos晶体管的漏极，控制端可以为nmos晶体管的栅极。可选地，在一些实施例中，第一mos管n1，第二mos管n2，第三mos管n3及第四mos管n4可以为pmos晶体管。可选地，在一些实施例中，所述像素电路111可以为三管有源像素(3t-aps)、四管有源像素(4t-aps)、五管有源像素(5t-aps)等类型，本申请对此不作限定。
本发明的实施例中，为了便于描述，将第二mos管n2的源极与第一mos管n1的漏极相连接的节点记为节点fd(节点fd又称为浮动扩散区)。由光电效应可知，光电二极管pd产生的电流信号强度与入射光强度成正比。当第一mos管n1打开后，电流信号流入节点fd转变成电压信号，电压信号经第三mos管n3、第四mos管n4输出到列信号线15，由读出电路12对该电压信号进行量化。所述像素阵列10还包括多条行信号线14和列信号线15，每条行信号线14对应连接一行的像素电路111，每条列信号线15对应连接一列的像素电路111。所述行控制电路12通过行信号线14提供行选通信号sel到一行的像素电路111。当行选通信号sel为高电平时，该行的像素电路111均接入读出电路13，所述行的像素电路111的光生电信号被读出电路13并行地同时读出。具体地，所述行控制电路12提供行选通信号sel，首先会将第一行的像素选中，第一行的所有像素电路111感测光束所生成的电信号经过读出电路13读出后，行控制电路12会将第二行的像素选中，第二行的所有像素电路111感测光束所生成的电信号经过读出电路13读出后，行控制电路12会将第三行的像素选中……以此类推，从而实现逐行曝光逐行读出的滚动曝光方式。当然，其他实施例中，所述读出电路13可以具有不同的配置，以不同方式读出所述光生电信号，本申请对此不作限定。
请参阅图3，是提供到图2所示像素电路111的部分信号时序示意图。在曝光开始之前，复位控制信号rx和转换控制信号tx生效(变为高电平)，第一mos管和第二mos管导通，工作电压vdd经由第一mos管和第二mos被提供到光电二极管pd。然后复位控制信号rx和转换控制信号tx可被失效(变为低电平)。第一mos管和第二mos管截止。光电二极管pd开始感测光束并积聚电荷。行选通信号sel生效(变为高电平)，第四mos管导通。第三mos管作为源跟随器，将节点fd上的电压作为vout输出。复位控制信号rx生效，将节点fd处电压复位为工作电压vdd。然后转换控制信号tx生效，第一mos管导通，光电二极管pd经由第一mos管放电，并从第四mos管输出电压信号vout。所述电压信号vout可以看作所述像素电路111曝光时感测光束生成的电信号。所述电压信号vout经由所述列信号线15提供到所述读出电路13。
请参阅图4，是图1所示像素阵列11进行常规地滚动曝光的工作时序示意图。每一行的像素电路111的曝光时间te和读取时间tr保持一致。tf为图像传感器10输出一帧(frame)的时间，te为一行的像素电路111的曝光时间，tr为一行的像素电路111的电信号数据的读出时间。一般地，读出时间tr需要达到一定时间长度以满足读出电路13读取像素电路111的电信号。所述实施例中每一行的像素电路111的读出时间tr保持一致。
图4中，i为正整数，第i行像素电路111曝光结束后进入读出阶段，此时第i 1行的像素电路111处于曝光期间。当第i行的像素电路111读出完成，第i 1行的像素电路111进入读出阶段。第i 2行的像素电路111进入曝光期间。图4中示出连续的3行像素按照此方式工作的时序示意图。然而，图像传感器10用于生成生物特征图像时，这种滚动曝光方式会造成生成的图像效果较差。
请参阅图5，是所述图像传感器10应用在一个生物特征检测系统1时的示意图。所述生物特征检测系统1包括所述图像传感器10和光源20。所述生物特征检测系统1通常还可以包括位于图像传感器10的上方的镜头(图未示)。在曝光期间，光束能够通过所述镜头聚焦到所述图像传感器10上。所述光源20用于发射检测光束201到外部对象1000(例如：手指)。所述检测光束201能够进入外部对象1000后透射出来，或所述检测光束201能够被外部对象1000反射。为描述方便，将外部对象1000反射和从外部对象1000内部透射出来的检测光束201统称为外部对象1000返回的检测光束。作为示例地，图5中示出了检测光束201进入外部对象1000后透射出来的情形。所述图像传感器10能够感测外部对象1000返回的检测光束201，并转换为相应的电信号。像素电路111感测检测光束201并转换为电信号的具体过程前面已经描述，本申请实施例不再赘述。
所述光源20设置在所述图像传感器10的一侧。具体地，所述像素阵列11包括依次首尾相连的第一边缘101、第二边缘102、第三边缘103、第四边缘104。所述光源20和所述第一边缘101距离较近，和所述第二边缘102、第三边缘103、第四边缘104的距离较远。图5中，所述第一边缘101、第三边缘103平行于所述行方向，所述第二边缘102、第四边缘104平行于列方向。所述像素阵列11的第一行的像素电路111距离所述光源20较远，所述像素阵列11的最后一行的像素电路111距离所述光源20较近。所述光源20可以看作设置在所述最后一行的像素电路111的外侧。可选地，所述光源20可以设置在第一行像素电路111的外侧或最后一行像素电路111的外侧。
需要说明的是，“第一边缘101、第二边缘102、第三边缘103、第四边缘104”、“第一行”、“最后一行”、“行”以及“列”等描述只是为了方便理解，而并非对结构或功能的限定。可以理解地，第一行在某些实施例中也可以是最后一行，最后一行在某些实施例中也可以是第一行。“行”在某些实施例中可以为“列”，“列”在某些实施例中可以为“行”。
在所述像素阵列11上任取一感光点s，所述感光点s处检测光束的光功率用p表示，所述感光点s和所述第一边缘101的垂直距离用d表示。可以理解，当距离d越大时，感光点s处的光功率p越小。请参阅图6，是所述感光点s和第一边缘101的垂直距离d关于所述感光点s处的光功率p大小的关系示意图。
所述第一边缘101是所述像素阵列11靠近所述光源20的一个侧边，所述光源20设置在所述第一边缘101的外侧。所述像素阵列11上的像素电路111越靠近所述第一边缘101，则距离所述光源20越近，可以理解地，所述像素电路111能够接收到的检测光束201的光功率越大。所述像素阵列11采用滚动曝光方式感测外部对象1000返回的检测光束201。如果每一行的像素电路111曝光时间相同，那么和第一边缘101距离不同的像素电路111通过光电转换得到的电信号大小不同。可以理解，相对而言，靠近所述光源20的像素电路111曝光后生成的电信号对应的图像亮度较高，而远离光源20的像素电路111曝光后生成的电信号对应的图像亮度较低。和光源20距离远近不同的像素电路111曝光后生成的电信号生成对应的光学图像时会出现亮度不均匀，甚至部分过曝或欠曝。而过曝或欠曝的部分通常无法用于正常生物特征检测和识别，导致实际上有效的成像区域面积缩小，无法完整取得清楚的生物特征图像(例如：指纹图像)，从而导致获取的外部对象1000的生物特征信息较少，生物特征检测的效果较差。
本申请的图像传感器10中，所述像素阵列11可以划分为多个曝光区域，每个曝光区域包括一行或多行的像素电路111，所述多个曝光区域的部分或全部具有不同的曝光时间。和所述光源20距离较近的曝光区域的曝光时间不大于和所述光源20距离较远的曝光区域的曝光时间。对于一个像素电路111来说，可以认为：曝光时间*单位时间接收的光功率＝该像素电路111对应成像的亮度。需要说明的是，为描述方便，本申请中的一个曝光区域的曝光时间为所述曝光区域内的像素电路111的曝光时间。
通过控制不同曝光区域具有不同的曝光时间，尤其是使得距离光源20较远的曝光区域的曝光时间不小于距离光源20较近的曝光区域的曝光时间。因此，相较于现有的每一行的像素电路111具有相同曝光时间，本申请实施例的图像传感器10能够使得所述像素阵列11的位于不同曝光区域的像素电路111的具有较为接近或大致相同的亮度。
请参阅图7，示出了所述像素阵列11的部分曝光区域的部分工作信号时序图。图7中时序图以3个连续曝光区域为例，每个曝光区域包括3行的像素电路111。其中，ea1、ea2、ea3分别表示3个连续的第一曝光区域、第二曝光区域和第三曝光区域，其中，所述第一曝光区域e1、第二曝光区域ea2和第三曝光区域ea3分别具有3行的像素电路111。不同曝光区域的曝光时间长度可以不同。同一曝光区域内的每一行的像素电路111的曝光时间长度可以相等，但同一曝光区域内的每一行的像素电路111的曝光开始时间点和曝光结束时间点具有依次的先后顺序。某一行的像素电路111的曝光时间长度可以通过施加到该行的控制信号tx的两个脉冲间隔得到，那么，通过控制所述转换控制信号tx的脉冲间隔，能够实现对改行的像素电路111的曝光时间长度的控制。
所述第一曝光区域ea1可以是像素阵列11距离光源20距离较近的区域。所述第二曝光区域ea2是较所述第一曝光区域ea1远离光源20的区域。所述第三曝光区域ea3是较所述第二曝光区域ea2远离光源20的区域。
所述第一曝光区域ea1包括第1行、第2行和第3行的像素电路111，对应的行选通信号分别为sel1、sel2、sel3、复位控制信号分别为rx1、rx2、rx3、转换控制信号分别为tx1、tx2、tx3。所述第1行、第2行和第3行的像素电路111具有曝光时间长度t1。
所述第二曝光区域ea2包括第4行、第5行和第6行的像素电路111，对应的行选通信号分别为sel4、sel5、sel6、复位控制信号分别为rx4、rx5、rx6、转换控制信号分别为tx4、tx5、tx6。所述第4行、第5行和第6行的像素电路111具有曝光时间长度t2。
所述第三曝光区域ea3包括第7行、第8行和第9行的像素电路111，对应的行选通信号分别为sel7、sel8、sel9、复位控制信号分别为rx7、rx8、rx9、转换控制信号分别为tx7、tx8、tx9。所述第7行、第8行和第9行的像素电路111具有曝光时间长度t3。其中，0＜t1≤t2≤t3。另外，可以看到，第4行和第1行的曝光开始时间点相同，曝光结束时间点不同。
可选地，在一些实施例中，划分在不同曝光区域的两行像素电路的曝光开始时间点可以相同或不相同。所述像素阵列的每一行的像素电路的曝光结束时间点可以不相同，同一曝光区域的不同行的像素电路的曝光开始时间点可以不相同。
具体到图7所示的例子中，第1行、第4行和第7行的曝光开始时间可以在一帧的时间内的任意合适的时间点。对于第一曝光区域ea1，第2行的曝光开始时间点较第1行的曝光开始时间点延迟大约一个读出时间的长度，第3行的曝光开始时间点较第2行的曝光开始时间点延迟大约一个读出时间的长度。对于第二曝光区域ea2，第5行的曝光开始时间点较第4行的曝光开始时间点延迟大约一个读出时间的长度，第6行的曝光开始时间点较第5行的曝光开始时间点延迟大约一个读出时间的长度。对于第三曝光区域ea3，第8行的曝光开始时间点较第7行的曝光开始时间点延迟大约一个读出时间的长度，第9行的曝光开始时间点较第8行的曝光开始时间点延迟大约一个读出时间的长度。
事实上，在一帧的时间内，对于每个曝光区域最早开始曝光的那一行的像素电路111而言，曝光开始时间点可以不作限定，曝光结束时间点也可以不作限定，只需满足距离光源20的较远的曝光区域的曝光时间长度大于或等于距离光源20较近的曝光区域的曝光时间长度，且读出电路在任意时间点只读取所述像素阵列11中的某一行的像素电路111。
因此，所述像素阵列11的每一行的像素电路111的曝光结束时间点不相同，同一曝光区域的不同行的像素电路111的曝光开始时间点不相同，划分在不同曝光区域的两行像素电路11的曝光开始时间点相同或不相同。
应当理解，图7中所示3个曝光区域的信号时序仅为方便理解，而非对本申请实施例中的限定。所述像素阵列111可以包括任意数量的多个曝光区域，所述曝光区域也可以包括一行或多行的像素电路111。所述曝光区域包括多行像素电路111时，所述多行像素电路111可以是连续的多行像素电路111，或存在间隔的多行像素电路111。
下面再通过图8和图9以所述像素阵列11包括8个不同的曝光区域为例进行说明。请参阅图8和图9，图8中横坐标表示不同曝光区域和所述第一边缘101的距离d，纵坐标表示不同曝光区域对应的曝光时间长度te。作为示例而非限定地，图8和图9中示出所述像素阵列11具有第一曝光区域ea1至第八曝光区域ea8，且所述第一曝光区域ea1至第八曝光区域ea8和所述光源20的距离依次减小，所述第一曝光区域ea1至第八曝光区域ea8对应分别具有的曝光时间分别为t1至t8，可以看到，所述第一曝光区域ea1至第八曝光区域ea8的曝光时间长度t1至t8依次减小。
可选地，在一个示例性的实施例中，所述像素阵列11可以包括128行*128列的像素电路111。所述m行像素电路111的每一行沿图1中行方向排列，所述n列像素电路111的每一列沿图1中的列方向排列。从第一行至第128行的像素电路111依次顺序划分在所述第一曝光区域ea1至第八曝光区域ea8内。所述第一曝光区域ea1包括第一行至第16行的像素电路111。所述第二曝光区域ea2包括第17行至第32行的像素电路111。所述第三曝光区域ea3包括第33行至第48行的像素电路111。所述第四曝光区域ea4包括第49行至第64行的像素电路111。所述第五曝光区域ea5包括第65行至第80行的像素电路111。所述第六曝光区域ea6包括第81行至第96行的像素电路111。所述第七曝光区域ea7包括第97行至第112行的像素电路111。所述第八曝光区域ea8包括第113行至第128行的像素电路111。
所述像素阵列11的曝光工作过程如下：
所述第一曝光区域ea1的像素电路111从第一行至第16行进行逐行曝光。对于第一曝光区域内的相邻两行像素电路111，后一行的曝光开始时间和曝光结束时间分别比前一行的曝光开始时间和曝光结束时间延迟一个读出时间长度tr，其中每一行的曝光时间长度为t1。
所述第二曝光区域ea2的像素电路111从第17行至第32行进行逐行曝光。对于第二曝光区域内的相邻两行像素电路111，后一行的曝光开始时间和曝光结束时间分别比前一行的曝光开始时间和曝光结束时间延迟一个读出时间长度tr，其中每一行的曝光时间长度为t2。并且，第17行的像素电路111的曝光开始时间比第16行的像素电路111的曝光开始时间延迟t1-t2 tr，第17行的像素电路111的曝光结束时间比第16行的像素电路111的曝光结束时间延迟一个读出时间tr。
所述第三曝光区域ea3的像素电路111从第33行至第48行进行逐行曝光。对于第三曝光区域内的相邻两行像素电路111，后一行的曝光开始时间和曝光结束时间分别比前一行的曝光开始时间和曝光结束时间延迟一个读出时间长度tr，其中每一行的曝光时间长度为t3。并且，第33行的像素电路111的曝光开始时间比第32行的像素电路111的曝光开始时间延迟t2-t3 tr，且，第33行的像素电路111的曝光结束时间比第32行的像素电路111的曝光结束时间延迟一个读出时间tr。
所述第四曝光区域ea4的像素电路111从第49行至第64行进行逐行曝光。对于第四曝光区域内的相邻两行像素电路111，后一行的曝光开始时间和曝光结束时间分别比前一行的曝光开始时间和曝光结束时间延迟一个读出时间长度tr，其中每一行的曝光时间长度为t4。并且，第49行的像素电路111的曝光开始时间比第48行的像素电路111的曝光开始时间延迟：t3-t4 tr，第49行的像素电路111的曝光结束时间比第48行的像素电路111的曝光结束时间延迟一个读出时间tr。
所述第五曝光区域ea5的像素电路111从第65行至第80行进行逐行曝光。对于第五曝光区域内的相邻两行像素电路111，后一行的曝光开始时间和曝光结束时间分别比前一行的曝光开始时间和曝光结束时间延迟一个读出时间长度tr，其中每一行的曝光时间长度为t5。并且，第65行的像素电路111的曝光开始时间比第64行的像素电路111的曝光开始时间延迟：t4-t5 tr，第65行的像素电路111的曝光结束时间比第64行的像素电路111的曝光结束时间延迟一个读出时间tr。
所述第六曝光区域ea6的像素电路111从第81行至第96行进行逐行曝光。对于第六曝光区域内的相邻两行像素电路111，后一行的曝光开始时间和曝光结束时间分别比前一行的曝光开始时间和曝光结束时间延迟一个读出时间长度tr，其中每一行的曝光时间长度为t6。并且，第81行的像素电路111的曝光开始时间比第80行的像素电路111的曝光开始时间延迟：t5-t6 tr，第81行的像素电路111的曝光结束时间比第80行的像素电路111的曝光结束时间延迟一个读出时间tr。
所述第七曝光区域ea7的像素电路111从第97行至第112行进行逐行曝光。对于第七曝光区域内的相邻两行像素电路111，后一行的曝光开始时间和曝光结束时间分别比前一行的曝光开始时间和曝光结束时间延迟一个读出时间长度tr，其中每一行的曝光时间长度为t7。并且，第97行的像素电路111的曝光开始时间比第96行的像素电路111的曝光开始时间延迟：t6-t7 tr，第97行的像素电路111的曝光结束时间比第96行的像素电路111的曝光结束时间延迟一个读出时间tr。
所述第八曝光区域ea8的像素电路111从第113行至第128行进行逐行曝光。对于第八曝光区域内的相邻两行像素电路111，后一行的曝光开始时间和曝光结束时间分别比前一行的曝光开始时间和曝光结束时间延迟一个读出时间长度tr，其中每一行的曝光时间长度为t8。并且，第113行的像素电路111的曝光开始时间比第112行的像素电路111的曝光开始时间延迟：t7-t8 tr，第113行的像素电路111的曝光结束时间比第112行的像素电路111的曝光结束时间延迟一个读出时间tr。
由上可知，对于同一曝光区域的相邻两行像素电路111，后一行的曝光开始时间和曝光结束时间分别比前一行的曝光开始时间和曝光结束时间延迟一个读出时间tr。对于相邻的曝光区域，后一个曝光区域的第一行像素电路111的曝光开始时间比前一个曝光区域的最后一行像素电路111的曝光开始时间延迟大于一个读出时间tr。
至此，所述像素阵列11的128行像素电路111完成了一帧的图像数据的生成和读出。通常地，图像传感器10可以在一秒钟时间内可以实现若干帧的图像数据的生成和读出。像素阵列11的行数、列数、以及帧率(framerate)都可能影响曝光时间长度te和读出时间长度tr的大小。本领域技术人员可以知晓，本申请不再赘述。
上述实施例中，所述读出电路13在每个时刻只需要读出一行像素电路111的电信号数据，不在同一行的像素电路111的电信号不会被同时读取。前一行像素电路111的电信号被读出电路13读取结束后，后一行像素电路111的电信号开始被读出电路13读取。每一行像素电路111在读出阶段的时间长度相同，均为读出时间tr。这样的话，能够保证读出电路13读取的电信号数据准确性较高。当然，在一些实施例中，不同行的像素电路111也可以被读出电路13同时读取电信号，或者不同行的像素电路111也可以具有不同的读出时间。本申请并不以此为限。在一个变更实施例中，所述像素阵列11也可以按照从第八至第一曝光区域ea8至ea1的顺序依次进行曝光。
可选地，在一些实施例中，所述像素阵列11可以划分为不同的曝光区域，所述像素阵列11进行曝光时，位于同一个曝光区域内的像素电路111可以具有相同的曝光时间长度，位于不同的曝光区域内的像素电路111可以具有不相同的曝光时间长度。
可选地，在一些实施例中，所述像素阵列11的同一个曝光区域的不同行可以具有相同的或不同的曝光时间长度，不同区域的一些行可以具有相同的或不同的曝光时间长度，但整体上，距离光源20较远的曝光区域接收到的光束能量和距离光源20较近的曝光区域接收到的光束能量大致相等，以使得曝光成像后得到的图像的亮度整体较为平均，不会出现明显的亮部过曝或暗部欠曝。这里所述的光束主要指的是由光源20发射的检测光束，例如但不限于，所述检测光束可以为可见光和/或近红外光。
可选地，在一些实施例中，所述像素阵列11可以从第一行开始逐行曝光，或者可以从最后一行开始逐行曝光，或者可以隔行进行曝光、或者间隔不同的曝光区域进行曝光、或者间隔不同行数的像素电路111的方式进行曝光、或者每次从未曝光的像素电路111中选取不特定的一行或多行像素电路111进行曝光等等。本申请对此不作限定。
可选地，在一些实施例中，所述像素阵列11包括m行*n列的像素电路111，所述m行的像素电路111被划分为k个曝光区域，其中：1＜k≤m，m＞1，m、k为正整数。所述k个曝光区域中，和所述光源20距离较近的曝光区域的曝光时间不大于和所述光源20距离较远的曝光区域的曝光时间。可以理解，当所述曝光区域的个数越多且每个曝光区域的曝光时间彼此不同时，所述像素阵列11获取的光学成像的效果越好。进一步地，当每一行的像素电路111都成为一个曝光区域时，即k＝m，此时每行的像素电路111的曝光时间不相同，所述像素阵列11的光学成像的效果较好。
尽管在以上实施例中，所述曝光区域包括一行或多行的像素电路111，可以看作所述曝光区域是按行来分区，但应当理解，在一些可能的实施例中，所述曝光区域也可以按列来分区，即一个曝光区域可以包括一列或多列的像素电路111。本申请对此不作限定。
可选地，在一些实施例中，所述光源20可以包括或为发光二极管(light-emittingdiode，led)、垂直腔面发射激光器(vertical-cavitysurface-emittinglaser，vcsel)、激光二极管(laserdiode，ld)中的一种或多种，或其组成的发光阵列。所述光源20发射的检测光束201可以为可见光和/或不可见光。一些实施例中，例如但不限于，所述检测光束201可以为波长范围为780纳米至2000纳米的近红外光。
可选地，在一些实施例中，所述光源20用于发射近红外光的光束，近红外光透过一个显示屏的至少部分照射到手指上。照射到手指的近红外光能够在手指上发生反射，和/或进入手指内部后透射出来。为方便描述，从手指透射出来的近红外光和反射的近红外光统称为从手指返回的光束。像素阵列11能够透过所述显示屏的至少部分接收从手指返回的光束，并转换为相应的电信号，以获取手指的指纹特征信息。当然，本申请并不局限于指纹检测。本申请对于生物特征的检测可以包括但不限于指纹、掌纹、趾纹、其他生物纹路、脸部特征等。所述手指也可以为手掌、脚趾、脸部或其他任何具有可识别的生物特征的外部对象。可选地，所述近红外光可以为波长范围780纳米至2000纳米的光束。当然，本申请其他可能的实施例中，所述光源20可以用于发射可见光和/或不可见光以用于获取指纹或其他生物特征的信息，例如但不限于，指纹或其他生物特征的光学图像信息。
本申请还提供一种图像传感器的驱动方法，包括：
步骤s01，提供一个光源，用于发射检测光束到外部对象；
步骤s02，提供一个图像传感器，用于感测外部对象返回的检测光束以获取外部对象的生物特征信息；所述图像传感器包括像素阵列，所述像素阵列包括呈阵列排布的多个像素电路；
步骤s03，将所述像素阵列划分为多个曝光区域进行曝光，每个曝光区域包括一行或多行的像素电路，所述多个曝光区域的部分或全部具有不同的曝光时间，其中，和所述光源距离较近的曝光区域的曝光时间小于和所述光源距离较远的曝光区域的曝光时间；
步骤s04，所述像素阵列进行曝光并读取感测检测光束生成的电信号；
步骤s05，根据读取的电信号生成对应的图像。
所述图像传感器的驱动方法中，光源可以为本申请实施例中的光源20，图像传感器可以为本申请实施例中的图像传感器10，像素阵列可以为本申请实施例中的像素阵列11，像素电路可以为本申请实施例中的像素电路111。
相较于现有技术，本申请的图像传感器10的像素阵列11具有不同的曝光区域，根据和光源20之间的距离远近不同，所述不同的曝光区域可以具有不同的曝光时间，且距离光源20较近的曝光区域的曝光时间小于距离光源20较远的曝光区域的曝光时间。进一步地，所述曝光区域可以包括多行的像素电路111，也可以所述曝光区域仅包括一行的像素电路。通过对不同曝光区域进行不同时间长度的曝光能够获得亮度较为均匀的生物特征图像。本申请图像传感器的驱动方法通过将像素阵列划分为曝光时间不同的多个曝光区域，并进行曝光，能够获得亮度较为均匀的生物特征图像。因此，本申请能够获得亮度较为均匀的光学成像和较大有效成像范围，从而具有较好的生物特征检测效果。
需要说明的是，本领域技术人员可以理解，在不付出创造性劳动的前提下，本发明实施例的部分或全部，以及对于实施例的部分或全部的变形、替换、变更、拆分、组合、扩展等均应认为被本发明的发明创造思想所涵盖，属于本发明的保护范围。
在本申请中对于“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的任何引用表示结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书中不同位置出现的这种短语并不一定全部指相同的实施例。另外，当结合任何实施例描述特定的特征或结构时，所主张的是，结合这些实施例的其它实施例来实现这种特征或结构在本领域技术人员的技术范围内。
本发明说明书中可能出现的“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“背面”、“正面”、“竖直”、“水平”、“顶部”、“底部”、“内部”、“外部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。相似的标号和字母在附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，“多种”或“多个”的含义是至少两种或两个，除非另有明确具体的限定。本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。权利要求书中所使用的术语不应理解为将发明限制于本说明书中所公开的特定实施例。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
1.一种图像传感器，其特征在于，包括像素阵列，所述像素阵列包括多个像素电路，所述多个像素电路排列为具有多个行与多个列，所述像素阵列划分为多个曝光区域，每个曝光区域包括一行或多行的像素电路，所述多个曝光区域中的部分曝光区域或全部曝光区域的曝光时间彼此不相同。
2.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器的一侧设有光源，和所述光源距离较近的曝光区域的曝光时间小于和所述光源距离较远的曝光区域的曝光时间。
3.如权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述光源用于发射光束，所述光束能够到达一个外部对象后从外部对象返回，所述图像传感器在所述曝光区域进行曝光时接收外部对象返回的所述光束并转换为电信号，以获取外部对象的生物特征信息。
4.如权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述光源设置在所述像素阵列的第一行像素电路和/或最后一行像素电路的外侧。
5.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述像素阵列包括m行的像素电路，所述m行的像素电路被划分为k个曝光区域，1＜k≤m，m＞1，m、k为正整数。
6.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，对于同一曝光区域，所述曝光区域的每一行像素电路的曝光时间长度相同，或所述曝光区域的部分行的像素电路的曝光时间长度和其余行的曝光时间长度不相同。
7.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述像素阵列的每一行的像素电路的曝光结束时间点不相同，同一曝光区域的不同行的像素电路的曝光开始时间点不相同，划分在不同曝光区域的两行像素电路的曝光开始时间点相同或不相同。
8.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器进一步包括行控制电路和读出电路，所述行控制电路和读出电路连接所述像素电路，所述行控制电路用于控制所述像素电路的曝光时间，所述读出电路用于读取所述像素电路的电信号。
9.如权利要求8所述的图像传感器，其特征在于，所述像素电路包括光电二极管、第一mos管、第二mos管、第三mos管及第四mos管，所述第一mos管的控制端连接所述行控制电路以接收行控制电路输出的控制信号，所述第一mos管的第一端与光电二极管的阴极连接、所述第一mos管的第二端与第二mos管的第一端连接，第二mos管的控制端连接行控制电路以接收行控制电路输出的复位控制信号，第二mos管的第二端连接电源电压，第三mos管的控制端连接所述第二mos管的第一端，用于跟随所述第二mos管第一端的输出信号的变化并从第三mos管的第一端输出，第三mos管的第二端连接电源电压，第四mos管的第二端与第三mos管的第一端连接、第四mos管的控制端连接行控制电路以接收行控制电路输出的行选通信号、第四mos管的第一端作为所述像素电路的输出端与读出电路连接。
10.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述像素阵列的像素电路采用滚动曝光方式或全局曝光方式。
11.一种生物特征检测系统，其特征在于，包括光源和图像传感器，所述图像传感器为权利要求1至10中任意一项所述的图像传感器，所述光源用于发射检测光束到外部对象，所述图像传感器用于接收外部对象返回的检测光束并用于生成相应的生物特征图像。
12.如权利要求11所述的生物特征检测系统，其特征在于，所述生物特征检测系统用于指纹检测。
13.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至10中任意一项所述的图像传感器，或包括如权利要求11或12所述的生物特征检测系统。
14.如权利要求13所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括显示屏，所述生物特征检测系统位于所述显示屏的全部或部分的下方，所述生物特征检测系统能够透过所述显示屏的全部或部分发射检测光束到外部对象以及接收外部对象返回的检测光束。
15.一种图像传感器的驱动方法，其特征在于，包括：
提供一个光源，用于发射检测光束到外部对象；
提供一个图像传感器，用于感测外部对象返回的检测光束以获取外部对象的生物特征信息；所述图像传感器包括像素阵列，所述像素阵列包括呈阵列排布的多个像素电路；
将所述像素阵列划分为多个曝光区域并进行曝光，每个曝光区域包括一行或多行的像素电路，所述多个曝光区域的部分或全部具有不同的曝光时间，所述多个曝光区域和所述光源的距离不相同，其中，距离所述光源较近的曝光区域的曝光时间小于距离所述光源较远的曝光区域的曝光时间。
16.如权利要求15所述的图像传感器的驱动方法，其特征在于，所述图像传感器为权利要求1至10中任意一项所述的图像传感器。
技术总结