一种图像传感器转让专利
申请号 : CN202010340899.7
文献号 : CN111510650B
文献日 : 2021-06-04
发明人 : 陈守顺 , 郭梦晗
申请人 : 豪威芯仑传感器(上海)有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种图像传感器,包括:
由多个像素采集电路组成的像素采集电路阵列,所述像素采集电路适于监测视场中的光强变化,并在光强变化满足一定条件时进入触发状态;
全局控制单元,与所述像素采集电路阵列耦接,适于在所述图像传感器上电时,复位所述像素采集电路阵列,以及,在像素采集电路阵列保持稳定的初始状态时,解除复位,使得所述像素采集电路阵列开始工作;
光电流检测单元,与所述像素采集电路阵列耦接,适于检测所述像素采集电路阵列中是否存在光强变化、并根据所检测到的光强变化来控制至少一个像素采集电路的工作状态,其中,所述光电流检测单元包括至少一个光电流检测模块,且一个光电流检测模块与至少一行像素采集电路相耦接,所述光电流检测模块适于检测与其耦接的像素采集电路对应的视场区域是否存在光强变化,并在检测到存在光强变化时,控制该行像素采集电路处于工作状态,在检测到不存在光强变化时,控制该行像素采集电路处于关闭状态;
读出单元,适于响应处于触发状态的像素采集电路,并输出其对应的地址信息。
2.如权利要求1所述的图像传感器,其中,所述像素采集电路阵列经由像素采集电路使能信号线和光电流检测信号线与所述光电流检测单元相耦接,以及,经由全局复位信号线与所述全局控制单元相耦接,以及,经由行请求线、行选择线、列请求线和列选择线与所述读出单元相耦接。
3.如权利要求2所述的图像传感器,其中,所述光电流检测模块包括:光电探测子模块,适于实时监测由光电流检测信号线传输的对应像素采集电路的总光电流,并根据所述总光电流生成第一电信号;
触发生成子模块,耦接到所述光电探测子模块,适于在所述第一电信号满足阈值条件时,生成触发信号;
使能控制生成子模块,耦接到所述触发生成子模块,适于在接收到所述触发信号时,通过像素采集电路使能信号线输出使能信号。
4.如权利要求3所述的图像传感器,其中,所述触发生成子模块包括:滤波放大器,其输入端与所述光电探测子模块的输出端耦接,适于对所述第一电信号进行滤波放大处理,输出处理后的第一电信号;
阈值比较子单元,其输入端与所述滤波放大器的输出端耦接,适于判断所述处理后的第一电信号是否满足阈值条件,并在满足阈值条件时,生成触发信号。
5.如权利要求2所述的图像传感器,其中,所述光电流检测模块包括:电流转接子模块,适于将由光电流检测信号线传输的对应像素采集电路的总光电流,输出给触发生成子模块;
触发生成子模块,耦接到所述电流转接子模块,适于根据所述总光电流生成触发信号;
使能控制生成子模块,耦接到所述触发生成子模块,适于在接收到所述触发信号时,通过像素采集电路使能信号线输出使能信号。
6.如权利要求5所述的图像传感器,其中,所述电流转接子模块包括:第一放大器和第一晶体管,其中,第一放大器的输入端与第一晶体管的源极连接、输出端与第一晶体管的栅极连接,第一放大器与第一晶体管组成负反馈电路,来将光电流检测信号线钳位于固定电压;
第二晶体管,其源极与第一晶体管的漏极连接,其漏极和栅极分别与第三晶体管的漏极和栅极连接;
第三晶体管,其源极连接至所述触发生成子模块,以将光电流检测信号线传输的光电流送至所述触发生成子模块。
7.如权利要求6所述的图像传感器,其中,所述触发生成子模块包括:电流模式转换子单元,适于对所接收到的总光电流进行量化,并将量化后的量化值输出给差值判断子单元;
差值判断子单元,适于在所接收到的相邻两次量化值的差值超出预设值时,生成触发信号。
8.如权利要求2所述的图像传感器,其中,所述光电流检测模块包括:电压转接子模块,适于将由光电流检测信号线传输的对应像素采集电路的总光电流,转换为电压信号并输出给触发生成子模块;
触发生成子模块,耦接到所述电压转接子模块,适于根据所述电压信号生成触发信号;
使能控制生成子模块,耦接到所述触发生成子模块,适于在接收到所述触发信号时,通过像素采集电路使能信号线输出使能信号。
9.如权利要求8所述的图像传感器,其中,所述电压转接子模块包括:第二放大器,其输入端接所述光电流检测信号线,其输出端连接至所述触发生成子模块;
第一电容和第一开关,均并联在第二放大器的输入端和输出端之间。
10.如权利要求9所述的图像传感器,其中,所述触发生成子模块包括:电压模式转换子单元,适于对所接收到的电压信号进行量化,并将量化后的量化值输出给差值判断子单元;
差值判断子单元,适于在所接收到的相邻两次量化值的差值超出阈值时,生成触发信号。
11.如权利要求10所述的图像传感器,其中,所述使能控制生成子模块包括:定时器,适于在接收到触发信号时开始计时,当计时时段达到预设时长且在所述计时时段内对应视场内没有像素采集电路被触发时,生成复位信号至锁存器;
锁存器,适于在接收到所述触发信号时被置位,并通过像素采集电路使能信号线输出有效的使能信号,还适于在接收到复位信号时,通过像素采集电路使能信号线输出无效的使能信号。
12.如权利要求11所述的图像传感器,其中,所述读出单元包括:行选择模块,适于在行方向上管理所述像素采集电路阵列;
列选择模块,适于在列方向上管理所述像素采集电路阵列;
读出控制模块,分别与所述行选择模块和所述列选择模块相耦接,适于控制所述行选择模块与所述列选择模块的输出。
13.如权利要求1‑12中任一项所述的图像传感器,其中,所述像素采集电路包括:光电探测模块,适于实时监测照射在其上的光信号,并输出第二电信号;
触发生成模块,其第一输入端耦接到所述光电探测模块,其第一输出端耦接到接口逻辑模块,所述触发生成模块适于在所述第二电信号满足预定触发条件时,生成触发生成信号给接口逻辑模块;以及
接口逻辑模块,耦接到所述触发生成模块,适于通过行请求线、行选择线、列请求线和列选择线与所述读出单元进行通信。
14.如权利要求13所述的图像传感器,其中,所述光电探测模块包括:阳极接地的光电二极管;
第四晶体管,其源极与光电二极管的阴极连接,其漏极接至光流检测信号线;
第三放大器,连接在所述光电二极管的阴极与第四晶体管的栅极之间。
15.如权利要求14所述的图像传感器,其中,所述触发生成模块还适于通过使能端接至所述像素采集电路使能信号线,以接收来自像素采集电路使能信号线的使能信号,来调整所述像素采集电路的工作状态。
说明书 :
一种图像传感器
技术领域
背景技术
(以下简称为,动态视觉传感器)因其独特的优势而逐渐受到人们的重视。
高速运动物体。此外,由于动态视觉传感器仅响应并输出视野中光强变化的区域所对应的
像素单元的位置信息、并自动屏蔽掉无用的背景信息,使得它还具有输出数据量小、占用带
宽低等优点。动态视觉传感器的上述特点,使得后端的图像处理系统可以直接获取并处理
视野中有用的动态信息,从而大大降低了对其存储和算力的要求,并可以做到较好的实时
性。
否存在运动,动态视觉传感器都会消耗一定的静态功耗。并且,这部分功耗会随着传感器分
辨率的增大而增大,这对于那些对传感器功耗十分敏感的系统以及应用场合是非常不利
的。
一些应用场景中,例如手势识别,运动仅存在于视场的局部区域而在其余区域没有运动发
生。如前文所述,一般动态视觉传感器的像素单元是全时段无条件开启工作的,因而它无法
根据不同的应用场合来降低自身的功耗,这就限制了其在低功耗系统中的应用。
发明内容
条件时进入触发状态;全局控制单元,与像素采集电路阵列耦接,适于在图像传感器上电
时,复位像素采集电路阵列,以及,在像素采集电路阵列保持稳定的初始状态时,解除复位,
使得像素采集电路阵列开始工作;光电流检测单元,与像素采集电路阵列耦接,适于检测像
素采集电路阵列中是否存在光强变化、并根据所检测到的光强变化来控制至少一个像素采
集电路的工作状态;读出单元,适于响应处于触发状态的像素采集电路,并输出其对应的地
址信息。
测与其耦接的像素采集电路对应的视场区域是否存在光强变化,并在检测到存在光强变化
时,控制该行像素采集电路处于工作状态,在检测到不存在光强变化时,控制该行像素采集
电路处于关闭状态。
局控制单元相耦接,以及,经由行请求线、行选择线、列请求线和列选择线与读出单元相耦
接。
生成第一电信号;触发生成子模块,耦接到光电探测子模块,适于在第一电信号满足阈值条
件时,生成触发信号;使能控制生成子模块,耦接到触发生成子模块,适于在接收到触发信
号时,通过像素采集电路使能信号线输出使能信号。
的第一电信号;阈值比较子单元,其输入端与滤波放大器的输出端耦接,适于判断处理后的
第一电信号是否满足阈值条件,并在满足阈值条件时,生成触发信号。
块;触发生成子模块,耦接到电流转接子模块,适于根据总光电流生成触发信号;使能控制
生成子模块,耦接到触发生成子模块,适于在接收到触发信号时,通过像素采集电路使能信
号线输出使能信号。
连接,第一放大器与第一晶体管组成负反馈电路,来将光电流检测信号线钳位于固定电压;
第二晶体管,其源极与第一晶体管的漏极连接,其漏极和栅极分别与第三晶体管的漏极和
栅极连接;第三晶体管,其源极连接至触发生成子模块,以将光电流检测信号线传输的光电
流送至触发生成子模块。
值判断子单元,适于在所接收到的相邻两次量化值的差值超出预设值时,生成触发信号。
给触发生成子模块;触发生成子模块,耦接到电压转接子模块,适于根据电压信号生成触发
信号;使能控制生成子模块,耦接到触发生成子模块,适于在接收到触发信号时,通过像素
采集电路使能信号线输出使能信号。
在第二放大器的输入端和输出端之间。
值判断子单元,适于在所接收到的相邻两次量化值的差值超出阈值时,生成触发信号。
像素采集电路被触发时,生成复位信号至锁存器;锁存器,适于在接收到触发信号时被置
位,并通过像素采集电路使能信号线输出有效的使能信号,还适于在接收到复位信号时,通
过像素采集电路使能信号线输出无效的使能信号。
像素采集电路被触发时,生成复位信号至锁存器;锁存器,适于在接收到触发信号时被置
位,并通过像素采集电路使能信号线输出有效的使能信号,还适于在接收到复位信号时,通
过像素采集电路使能信号线输出无效的使能信号。
述光电探测模块,其第一输出端耦接到接口逻辑模块,触发生成模块适于在第二电信号满
足预定触发条件时,生成触发生成信号给接口逻辑模块;以及接口逻辑模块,耦接到触发生
成模块,适于通过行请求线、行选择线、列请求线和列选择线与读出单元进行通信。
器,连接在光电二极管的阴极与第四晶体管的栅极之间。
集电路的工作状态。
检测到该区域存在光强变化时开启该区域对应的像素采集电路,而在未检测到光强变化的
区域维持像素采集电路的关闭状态,从而达到降低图像传感器功耗的目的。
附图说明
旨在落入所要求保护的主题的范围内。通过结合附图阅读下面的详细描述,本公开的上述
以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。遍及本公开,相同的附图标记通常指代相同的
部件或元素。
具体实施方式
所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公开的范围
完整的传达给本领域的技术人员。
处理器相耦接,将输出的事件数据流传送给外部的图像处理器,以进行下一步的计算和应
用。本发明的实施例对此不作限制。
光强变化,对于检测到光强变化的区域,令其对应的像素采集电路处于正常工作状态,以进
一步监测视场中光强变化,来确定是否进入触发状态;而对于未检测到光强变化的区域,令
其对应的像素采集电路处于关闭状态,从而降低图像传感器100的功耗。
由在行列方向上均匀分布的多个像素采集电路200组成(如图1示出了一个3×3大小的像素
采集电路阵列,不限于此)。像素采集电路阵列110分别与全局控制单元120、光电流检测单
元130和读出单元140相耦接。更具体地,在一种实施例中,像素采集电路阵列110经由像素
采集电路使能信号线和光电流检测信号线与光电流检测单元130相耦接,同时,像素采集电
路阵列110还经由全局复位信号线与全局控制单元120相耦接,以及,经由行请求线、行选择
线、列请求线和列选择线与读出单元140相耦接。
以确保每个像素采集电路200均保持稳定的初始状态。随后,全局控制单元120解除复位,使
得像素采集电路阵列110开始正常工作。
的像素采集电路200开始响应外界光强变化。具体地,像素采集电路阵列110监测视场中的
光强变化,并在光强变化满足一定条件(可选地,此处的条件可以设置为光强变化超出设定
值范围,不限于此)时进入触发状态(在一种实施例中,进入触发状态的像素采集电路,或称
之为触发像素事件或事件)。
行选择模块142在行方向上管理像素采集电路阵列110。列选择模块144在列方向上管理像
素采集电路阵列110。读出控制模块146分别与行选择模块142和列选择模块144相耦接,用
来协调行选择模块142和列选择模块144,以控制行选择模块142与列选择模块144的输出。
可选地,行选择模块142和列选择模块144可以实现为随机扫描的判决器、或者是顺序扫描
的选择扫描电路,在此不再赘述。
接。光电流检测模块检测与其耦接的像素采集电路200对应的视场区域中是否存在光强变
化。在一种实施例中,当光电流检测单元130在检测到某行或某几行像素采集电路200存在
光强变化时,就控制这些存在光强变化的像素采集电路200处于工作状态;同样,当光电流
检测单元130检测到某行或某几行像素采集电路不存在光强变化时,就控制这些不存在光
强变化的像素采集电路200处于关闭状态。
110的功耗。与此同时,光电流检测单元130通过一个或者若干个光电流检测模块由光电流
检测信号线检测对应区域内是否存在光强变化。如果在该区域内未检测到光强变化,那么
维持该区域内所有像素采集电路的关闭状态;反之,如果在该区域内检测到光强变化,则开
启该区域内所有像素采集电路以进行细节的运动检测。
成模块220的第一输入端耦接到光电探测模块210,触发生成模块220的第一输出端耦接到
接口逻辑模块230。根据本发明的实施方式,触发生成模块220又包括预处理子单元222和阈
值比较子单元224。
模块230。接口逻辑模块230通过行请求线、行选择线、列请求线和列选择线与读出单元140
进行通信。
信号线。第三放大器A3连接在光电二极管PD1的阴极与第四晶体管(T4)的栅极之间。
中,对信号进行一定的放大可以增强像素采集电路检测光强变化的灵敏度,对信号进行滤
波可以滤除信号中的低频成分,从而确保像素采集电路不会检测到一些变化非常缓慢的背
景信息。
号。
电压比较器(VC2)和或门。其中,VC1的反相输入端与提供第一阈值的信号线连接,VC1的同相
输入端连接预处理子单元222的输出端。VC2的正相输入端与提供第二阈值的信号线连接,
VC2的反相输入端连接预处理子单元222的输出端。或门连接VC1和VC2的输出端,对VC1和VC2
的输出进行或逻辑操作。这样,当判断出第二电信号大于第一阈值或小于第二阈值时,就确
定满足预定条件。
收到触发生成模块220给出的触发生成信号后,该锁存器232被置位,表明像素采集电路进
入触发状态。
采集电路内的握手协议控制逻辑234将列请求信号置为有效,读出单元140在列方向上响应
该列请求信号后,将给出对应的列选择信号。握手协议控制逻辑234在同时收到行选择信号
与列选择信号后复位锁存器232,同时打开触发生成模块220,由此像素采集电路可以再次
检测外界光强的变化。
路200的工作状态。如图2,在预处理子单元222以及阈值比较子单元224中的比较器VC1和VC2
上均添加了额外的使能端(可选地,通常预处理子单元222中会包含一个放大器,用于实现
放大功能,在该放大器上添加使能端,作为预处理子单元222的使能端),该使能端外接至像
素采集电路使能信号线。当经由像素采集电路使能信号线给出的使能信号无效时,预处理
子单元222(即,放大器)以及阈值比较子单元224(即,比较器VC1和VC2)均处于关闭状态,从
而不消耗电流;当经由像素采集电路使能信号线给出的使能信号有效时,预处理子单元222
(即,放大器)以及阈值比较子单元224(即,比较器VC1和VC2)处于正常工作状态。
测信号线检测某特定区域内是否存在光强变化,并根据检测的结果,通过像素采集电路使
能信号线控制该区域内像素采集电路的工作状态。
不再赘述。
检测信号线短接于一起,像素采集电路使能信号线也短接于一起,光电流检测信号线与像
素采集电路使能信号线耦接至一个光电流检测模块,该光电流检测模块负责检测该行像素
采集电路对应的视场区域是否存在光强变化并据此控制该行像素采集电路的工作状态。初
始时,经由像素采集电路使能信号线给出的使能信号无效,关闭该行所有像素采集电路的
触发生成单元。光电流检测模块将光电流检测信号线置于一个固定电位,由于每个像素采
集电路由光电二极管PD1生成的本地光电流都会流经光电流检测信号线,由此光电流检测
模块通过光电流检测信号线便可获取该行所有像素采集电路的总的光电流。
素采集电路或者是整个像素采集电路阵列。
连接方式。为了叙述的方便,图中示出的像素采集电路阵列仅包含4行2列、共8个像素采集
电路200(为描述简便,在图3A‑图3C中,将这8个像素采集电路200标记为像素电路<0>、像素
电路<1>、…、像素电路<7>)。应当了解,本发明实施例对此不作限制。
模块对应于一行像素采集电路,例如光电流检测模块<0>通过光电流检测信号线<0>和像素
采集电路使能信号线<0>与第一行的所有像素采集电路(即,图3A中的像素电路<0>和像素
电路<1>)耦接,以此类推。这种连接方式使得光电流检测单元130可以按行来检测光电流并
控制对应的像素采集电路。
流检测模块<0>通过光电流检测信号线<0>、光电流检测信号线<1>、像素采集电路使能信号
线<0>和像素采集电路使能信号线<1>,与第一行和第二行的所有像素采集电路(即,图3B中
的像素电路<0>、像素电路<1>、像素电路<2>和像素电路<3>)耦接,以此类推。这种连接方式
使得光电流检测单元130可以按每两行(像素采集电路)来检测光电流并控制对应的像素采
集电路。
电路阵列110(包括图3C中的像素电路<0>、像素电路<1>、…、像素电路<6>、像素电路<7>)的
控制。
第一电信号送至后端的触发生成子模块134。触发生成子模块134又包括滤波放大器1342以
及阈值比较子单元1344。其中,滤波放大器1342以及阈值比较子单元1344实现对第一电信
号的滤波放大等处理,并判定处理后的第一电信号是否满足阈值条件(可参考像素采集电
路中的触发生成模块的相关描述)。当判断该第一电信号满足阈值条件时,即特定区域内的
总光电流发生变化时,触发生成子模块134给出触发信号至后端的使能控制生成子模块
136。使能控制生成子模块136在接收到触发信号时,通过像素采集电路使能信号线输出使
能信号。
光电流检测模块所控制的像素采集电路中)没有像素采集电路被触发时,生成复位信号至
锁存器1364。锁存器1364在接收到触发信号时被置位,并通过像素采集电路使能信号线输
出有效的使能信号。同时,锁存器1364还可以在接收到复位信号时,通过像素采集电路使能
信号线输出无效的使能信号。例如,初始时,锁存器1364被复位,其通过像素采集电路使能
信号线给出的使能信号无效,当触发生成子模块134给出触发信号后,锁存器1364被置位,
像素采集电路使能信号线给出的使能信号有效,对应区域的像素采集电路开始正常工作并
可以生成事件。使能控制生成子模块136中的定时器1362在触发信号有效时开始计时,当达
到预设时长并且这段时间内其负责的特定区域内没有事件被检测到时生成复位信号至锁
存器1364。此时,像素采集电路使能信号线给出的使能信号再次被置位无效,对应区域的像
素采集电路再次进入关闭状态。
测信号线传输的对应像素采集电路的总光电流,输出给触发生成子模块134。根据一种实施
例,电流转接子模块132包括第一放大器A1、第一晶体管T1、第二晶体管T2和第三晶体管T3。
其中,第一放大器A1的输入端与第一晶体管T1的源极连接、输出端与第一晶体管T1的栅极连
接,且第一放大器A1与第一晶体管T1组成负反馈电路,来将光电流检测信号线钳位于一个固
定电压。第二晶体管T2的源极与第一晶体管T1的漏极连接,且其漏极和栅极分别与第三晶体
管T3的漏极和栅极连接。第三晶体管T3的源极连接至触发生成子模块134,以将光电流检测
信号线传输的光电流送至触发生成子模块134。
般量化后的量化值为数字比特)输出给差值判断子单元1344。差值判断子单元1344在所接
收到的相邻两次量化值的差值超出预设值时,生成触发信号。图4B中的使能控制生成子模
块136与图4A中对应的使能控制生成子模块136完全相同,故此处不再赘述。此外,电流模式
转换子单元1342可以基于多种公知的方式实现,在此不再赘述,差值判断子单元1344可以
由简单的数字加法器和比较器实现,在此亦不再赘述。
134分别耦接到电压转接子模块132和使能控制生成子模块136。
个实施例中,电压转接子模块132包括第二放大器A2、第一电容C1和第一开关K1。如图4C所
示,第二放大器A2的输入端接光电流检测信号线,其输出端连接至触发生成子模块134。第
一电容C1和第一开关K1均并联在第二放大器A2的输入端和输出端之间。
次量化值的差值超出阈值时,生成触发信号。
全相同,故此处不再赘述。此外,电压模式转换子模块1342可以基于多种公知的方式实现,
在此不再赘述,差值判断子单元1344可以由简单的数字加法器和比较器实现,在此亦不再
赘述。
体实现上,在一般的动态视觉传感器的基础上,添加了额外的光电流检测单元,光电流检测
单元可以以较低的功耗检测一个特定区域内是否存在光强变化、并仅在检测到该区域存在
光强变化时开启相对应的像素采集电路,在未检测到光强变化的区域维持像素采集电路的
关闭状态,从而降低系统的功耗。
构和技术,以便不模糊对本说明书的理解。
例、图、或者对其的描述中。然而,并不应将该公开的方法解释成反映如下意图:即所要求保
护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说,如下面的
权利要求书所反映的那样,发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此,遵
循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式,其中每个权利要求本身都
作为本发明的单独实施例。
不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个
子模块。
元或组件组合成一个模块或单元或组件,以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或
子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外,可以采用任何
组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任
何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述,本说明书(包括伴随的权
利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代
替。
范围之内并且形成不同的实施例。例如,在下面的权利要求书中,所要求保护的实施例的任
意之一都可以以任意的组合方式来使用。
元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外,装置实施例的在
此所述的元素是如下装置的例子:该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行
的功能。
须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。
本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的,而不是为了解释或者限
定本发明的主题而选择的。因此,在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下,对于本
技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围,对本
发明所做的公开是说明性的,而非限制性的,本发明的范围由所附权利要求书限定。