BE1023688A1 - Pixel de detection d'impulsion et d'imagerie numerique - Google Patents

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BE1023688A1 BE20165222A BE201605222A BE1023688A1 BE 1023688 A1 BE1023688 A1 BE 1023688A1 BE 20165222 A BE20165222 A BE 20165222A BE 201605222 A BE201605222 A BE 201605222A BE 1023688 A1 BE1023688 A1 BE 1023688A1
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Abstract

Réseau de détection d'impulsion et d'imagerie comprenant: une pluralité de pixels connectés à un contrôleur, le contrôleur étant configuré pour générer une image sur la base d'un signal d'image provenant de chaque pixel dans la pluralité de pixels et configuré pour détecter une impulsion sur au moins un des pixels dans la pluralité de pixels, et chacun des pixels dans la pluralité de pixels comprenant un circuit d'imagerie et un circuit de détection d'impulsion, le circuit d'imagerie et le circuit de détection d'impulsion comprenant une architecture à circuit partagé, et dans lequel le circuit d'imagerie et le circuit de détection d'impulsion comprennent une portion partagée.

Description

PIXEL DE DÉTECTION D'IMPULSION ET D'IMAGERIE NUMÉRIQUE
Domaine technique
La présente invention concerne en général des circuits de détection d'image et de détection d'impulsion, et plus particulièrement une mise en œuvre d'un pixel d'imagerie comprenant une détection d'image et une détection d'impulsion sur une unique puce.
Arrière-plan
Des systèmes de détection infrarouge, des systèmes LIDAR (détection et télémétrie à illumination par laser} et des systèmes d'imagerie dans des processus industriels utilisent des réseaux de pixels d'imagerie et des réseaux de pixels de détection d'impulsion pour détecter la présence d'une impulsion laser dans une image. Les propriétés de l'impulsion laser peuvent être ensuite analysées par un contrôleur pour déterminer des informations pertinentes telles qu'une distance de l'impulsion laser, la période de temps de l'impulsion laser, ou n'importe quelles autres informations nécessaires pour le contrôleur.
Des systèmes d'imagerie et de détection d'impulsion existants utilisent des circuits d'imagerie et des circuits de détection d'impulsion distincts, avec chacun des circuits ayant des architectures différentes. En raison des architectures distinctes, la portion d'imagerie et la portion de détection d'impulsion n'interagissent pas et nécessitent l'utilisation de deux circuits distincts à l'intérieur de chaque pixel, un pour chaque fonction. La configuration à double puce de pixels existants entraîne des tailles de pixel supérieures et augmente le poids du réseau de pixels. Résumé de l'invention
Il est proposé un réseau de détection d'impulsion et d'imagerie comprenant : une pluralité de pixels connectés à un contrôleur, le contrôleur étant configuré pour générer une image sur la base d'un signal d'image provenant de chaque pixel dans la pluralité de pixels et configuré pour détecter une impulsion sur au moins un des pixels dans la pluralité de pixels, et chacun des pixels dans la pluralité de pixels comprenant un circuit d'imagerie et un circuit de détection d'impulsion, le circuit d'imagerie et le circuit de détection d'impulsion comprenant une architecture à circuit partagé, et dans lequel le circuit d'imagerie et le circuit de détection d'impulsion comprennent une portion partagée.
Il est également proposé un procédé de fonctionnement d'un pixel pour un réseau de détection d'impulsion et d'imagerie comprenant : la détection d'une entrée de lumière au niveau d'une entrée de détection optique partagée et la transmission de l'entrée de lumière à travers au moins un élément de circuit partagé additionnel, la fourniture d'une sortie de l'au moins un élément de circuit partagé à un circuit d'imagerie et à un circuit de détection d'impulsion, dans lequel le circuit d'imagerie et le circuit de détection d'impulsion partagent une architecture de circuit, et la fourniture en sortie d'un signal d'imagerie du circuit d'imagerie à un contrôleur, et la fourniture en sortie d'un signal de détection d'impulsion du circuit de détection d'impulsion à un circuit de traitement d'impulsion.
Ces caractéristiques et d'autres caractéristiques de la présente invention peuvent être mieux comprises à la lecture de la description ci-après et des dessins dont une brève description est fournie ci-dessous.
Brève description des dessine '
La Figure 1 illustre schématiquement un pixel d'imagerie et de détection d'impulsion selon un exemple.
La Figure 2 illustre schématiquement un exemple de topologie pour le pixel d'imagerie et de détection d'impulsion de la Figure 1.
La Figure 3 illustre schématiquement un élément de traitement d'impulsion du pixel des Figures 1 et 2.
Description détaillée d'un mode de réalisation Des systèmes d'imagerie, comprenant des systèmes d'imagerie avec des caractéristiques de détection d'impulsion laser, utilisent un réseau de pixels pour capturer et analyser une image. Généralement, à l'intérieur de chaque réseau, tous les pixels sont approximativement identiques. Dans certains exemples de réseaux de pixels, chaque pixel comprend un système de détection d'impulsion et un système d'imagerie.
La Figure 1 illustre schématiquement un pixel 10 pour l'utilisation dans un système d'imagerie avec détection d'impulsion laser. Le pixel 10 comprend un circuit de détection d'impulsion 20 et un circuit d'imagerie 30. Dans le pixel 10 est également compris un circuit de traitement d'impulsion 50 connecté à un ou aux deux du circuit d'imagerie 30 et du circuit de détection d'impulsion 20. Dans l'exemple de pixel 10 de Figure 1, le circuit de détection d'impulsion 20 et le circuit d'imagerie 30 utilisent la même architecture de circuit et sont montés sur une puce de circuit intégré unique. Dans certains exemples, la puce de circuit intégré unique peut être une puce de circuit intégré de lecture (ROIC) . Dans des variantes d'exemple, le circuit intégré unique peut être un type différent de puce de circuit intégré, comme nécessaire pour un système donné.
Le circuit de traitement d'impulsion 50 est un circuit logique numérique et est connecté de manière à permettre au circuit logique numérique de recevoir un signal de détection d'impulsion à partir du circuit de détection d'impulsion 20. Quand le circuit de traitement d'impulsion 50 reçoit une détection d'impulsion, le circuit de traitement d'impulsion 50 applique une logique numérique et un traitement au signal de détection d'impulsion pour générer une sortie de détection d'impulsion pour un contrôleur. Dans certains exemples, la sortie peut comprendre un signal codé d'adresse de coordonnée et d'horodatage identifiant le pixel où l'impulsion est détectée. Dans d'autres exemples, la sortie peut être n'importe quel autre signal détecté par impulsion traité. Le signal détecté par impulsion est fourni à un contrôleur externe qui analyse des données provenant de tous les pixels dans le réseau de pixels.
Une sortie d'image 60 s'étend à partir du circuit d'imagerie 30 et connecte le circuit d'image 30 au contrôleur. Le contrôleur utilise le signal d'image provenant du pixel 10, en combinaison avec le signal d'image provenant de chaque autre pixel dans le réseau de pixels, pour construire une image. La construction de l'image par le contrôleur peut être effectuée de n'importe quelle manière connue et en utilisant n'importe quelle technique d'imagerie connue.
Le circuit d'imagerie 30 et le circuit de détection d'impulsion 20 utilisent tous deux la même architecture, il est possible d'utiliser une unique instance de portions redondantes du circuit d'image 30 et du circuit de détection d'impulsion 20. En conséquence, des portions du circuit sont partagées entre le circuit d'imagerie 30 et le circuit de détection d'impulsion 20. Les portions partagées 40 sont illustrées comme une portion de circuit se chevauchant dans l'exemple de la Figure 1.
Dans une mise en œuvre pratique, le circuit d'imagerie 30 et le circuit de détection d'impulsion 20 comprennent de multiples entrées et sorties additionnelles, comme cela est habituellement connu dans les techniques de l'imagerie. Les entrées et sorties additionnelles fournissent des tensions et des courants de référence, des connexions de masse et similaires.
Toujours en référence à la Figure 1, et avec des numéros identiques indiquant des éléments identiques, la Figure 2 illustre schématiquement un exemple de topologie pour le pixel d'imagerie et de détection d'impulsion 10 de la Figure 1. La topologie de circuit comprend le circuit de détection d'impulsion 20 et le circuit d'imagerie 30, avec une portion partagée se chevauchant 40 comme décrit ci-dessus.
Dans la portion partagée se chevauchant 40 est disposé un dispositif de détection optique 121, tel qu'une diode de détection de lumière. Dans des exemples alternatifs, des variantes de dispositifs de détection optique peuvent être utilisées pour le même effet. Le dispositif de détection optique 121 dans l'exemple illustré est polarisé en inverse. Dans un tel exemple, le dispositif de détection optique 121 conduit un courant quand une lumière frappe le dispositif de détection optique, en fournissant la portion de détection de lumière à la fois du circuit d'imagerie 30 et du circuit de détection d'impulsion 20. À l'anode du dispositif de détection optique 121 est connecté un amplificateur 122. Dans l'exemple illustré, l'amplificateur est sous la forme d'un commutateur commandé en tension. Dans un exemple, le commutateur commandé en tension est un transistor FET. Dans des exemples de variantes, un autre type de commutateurs commandés en tension ou d'autres types d'amplificateurs peuvent être utilisés. Dans la portion partagée 40 est présent en outre un élément de commutation 131 et une source de courant 132. L'élément de commutation 131 et la source de courant 132 régulent la polarisation inverse du dispositif de détection optique 121.
Un FET cascode 123 comprenant un dispositif de commutation, tel qu'un FET à canal P utilisé dans la région de saturation, connecte l'amplificateur 142 à une sortie 101. La sortie 101 est connectée à son tour au circuit de traitement d'impulsion 50. Dans des exemples de variantes, des variantes de sources de courant comprenant un dispositif de commutation peuvent être utilisées à la place du FET à canal P illustré, utilisé dans la région de saturation. Dans certains modes de réalisation, le FET cascode 143 nécessite une correspondance avec un FET cascode 123 dans le circuit de détection d'impulsion 20. Le FET cascode 143 peut augmenter sensiblement l'impédance au niveau du nœud 101 avec le circuit de traitement d'impulsion 50 et établir les propriétés d'amplification désirées pour le circuit de détection d'impulsion 20.
Le circuit de détection d'impulsion 20 utilise une configuration d'éléments de commutation 131, 142, 143, de sources de courant 132, 144, et de tensions de référence 141 en liaison avec les composants de circuit partagés (l'amplificateur 122 et le FET cascode 123) pour former un circuit complet de détection d'impulsion 20 qui fournit une sortie de détection d'impulsion sur une sortie 101. Des circuits de détection d'impulsion similaires sont compris dans la technique et la topologie de détection d'impulsions spécifique illustrée sur la Figure 2 peut être modifiée en fonction des besoins spécifiques d'un système de détection d'impulsion donnée. Le FET cascode 123 dans la portion partagée 40 est inclus dans un circuit d'imagerie 30 comprenant des commutateurs commandés en tension 171, 172, 173, 174, une source de courant 180, et des entrées de référence 191, 192, 193. La sortie du FET cascode 123 commande l'état d'un premier commutateur commandé en tension 171. Les commutateurs commandés en tension 171 et 172 forment un miroir de courant avec un gain de courant commandé par la différence entre les tensions de référence 191, 192. Le commutateur commandé en tension 171 et la source de courant 180 forment un circuit d'atténuation de retard qui fournit des effets bénéfiques d'accélération de la réponse de signal lors d'une imagerie avec un arrière-plan sombre. L'inclusion de la tension de référence 192 introduit un gain dans le système. Une sortie 60 fournit des données d'imagerie à un contrôleur (non représenté). Le contrôleur interprète les données d'imagerie provenant du pixel illustré, et de chaque autre pixel dans le réseau de pixels, pour générer une image globale. Une tension de référence 193 fournit un signal de réinitialisation pour réinitialiser le circuit d'imagerie 30 quand des données d'imagerie ont été reçues au niveau du contrôleur 190. La tension de référence 193 est connectée au reste du circuit d'imagerie 30 via un commutateur commandé en tension 174 quand le commutateur commandé en tension 174 est à l'état passant. L'état passant/bloqué du commutateur commandé en tension 174 est commandé par le contrôleur externe.
Dans certains exemples, la sortie 60 est connectée à un condensateur d'intégration facultatif 70, qui se connecte à son tour au contrôleur. Dans un tel exemple, le condensateur d'intégration fournit un filtrage à la sortie d'imagerie.
Dans l'exemple ci-dessus, les commutateurs et les sources de courant du circuit d'imagerie 30 et du circuit de détection d'impulsion 20 utilisent la même architecture, et sont en mesure d'être intégrés dans un unique circuit global, comme il est illustré sur la Figure 2. Alors qu'une topologie spécifique du circuit d'imagerie 30 et du circuit de détection d'impulsion 20 est illustrée dans l'exemple de la Figure 2, l'homme du métier, avec le bénéfice de cette description, comprendra que d'autres topologies de l'un ou l'autre ou des deux, avec les autres topologies partageant une architecture, pourraient être utilisées de manière similaire. L'homme du métier, avec le bénéfice de cette description, comprendra en outre que les gains, les résistances, les tensions spécifiques et similaires, de chaque composant de circuit dans le circuit d'imagerie 30 et le circuit de détection d'impulsion 20 peuvent être réglées ou modifiées pour obtenir des modifications reconnues pour les gains et les impédances des circuits correspondants.
Comme décrit ci-dessus, en référence à la Figure 1, le circuit de détection d'impulsion 20 fournit une sortie à un circuit de traitement d'impulsion à base de logique numérique 50. Le circuit de traitement d'impulsion numérique 50 comprend de multiples éléments de traitement numérique, tels que des circuits logiques numériques, qui préparent une impulsion détectée pour une utilisation par le contrôleur. La Figure 3 illustre schématiquement les caractéristiques de traitement d'impulsion numérique décrites dans le pixel des Figures 1 et 2. Le circuit de traitement numérique 50 comprend au moins trois composants, un processus de filtrage passe-haut et de couplage AC 210, un processus de génération d'impulsion asynchrone 220 et un processus logique de détection d'impulsion numérique 230. Une variante de circuits de traitement d'impulsion numériques peut comprendre des processus additionnels.
Initialement, le signal de détection d'impulsion numérique est reçu au niveau du circuit de traitement d'impulsion numérique 50 à partir de la sortie 101 du circuit de détection d'impulsion 20. Le signal est transmis au processus de filtrage passe-haut et de couplage AC 210, qui prétraite le signal pour mettre le signal dans une condition pour une analyse numérique à partir des deux processus restants 220, 230. Le processus de filtrage passe-haut et de couplage AC 210 élimine des basses fréquences du signal et n'effectue aucune analyse du signal pour des impulsions.
Une fois que le prétraitement a été terminé, le signal de détection d'impulsion est transmis au processus de logique de génération d'impulsion asynchrone 220. La logique de génération d'impulsion asynchrone utilise un processus de logique numérique pour analyser la sortie du circuit de détection d'impulsion de manière asynchrone avec (indépendamment du) processus d'imagerie utilisé par le contrôleur connexe. À titre d'exemple, le processus de génération d'impulsion asynchrone 220 peut comprendre l'identification du fait qu'une impulsion est survenue, du fait que le pixel est un sous-ensemble de pixels où une impulsion était supposée se produire, ou n'importe quel moyen similaire de limitation ou de réduction du nombre de pixels destinés à être analysés par un contrôleur pour un signal d'impulsion.
La sortie de la logique de génération d'impulsion asynchrone est fournie au processus de logique de détection d'impulsion numérique 230. La logique de détection d'impulsion numérique applique l'impulsion générée provenant du processus de génération d'impulsion asynchrone 220 à un circuit logique numérique. Le circuit logique numérique détermine si une impulsion est détectée au niveau de l'élément de détection de lumière 121. Quand une impulsion est détectée, la logique de détection d'impulsion numérique 230 délivre en sortie un signal d'impulsion à un contrôleur à travers une sortie 102. Comme conséquence du traitement numérique compris dans le circuit de traitement d'impulsion 50, la puce d'imagerie et de détection d'impulsion délivre seulement en sortie des données d'impulsion au contrôleur quand une impulsion est détectée par l'élément de détection de lumière 50. De cette manière, le besoin de traitement du contrôleur est réduit.
En outre, bien que décrit et illustré ci-dessus comme seulement un unique mode de réalisation d'un unique type de circuit d'imagerie et de détection d'impulsion, l'homme du métier avec le bénéfice de cette description reconnaîtra que n'importe quel autre type de circuit d'imagerie et de détection d'impulsion pourrait être utilisé en relation avec l'enseignement ci-dessus pour former un circuit d'imagerie et de détection d'impulsion à puce unique similaire pour l'utilisation dans un unique pixel.
Il est entendu en outre que n'importe lequel des concepts décrits ci-dessus peut être utilisé seul ou en combinaison avec n'importe lequel ou la totalité des autres concepts décrits ci-dessus. Bien qu'un mode de réalisation de cette invention ait été décrit, l'homme du métier reconnaîtra que certaines modifications rentreraient dans l'étendue de cette invention. Pour cette raison, les revendications suivantes doivent être étudiées pour déterminer la véritable portée et le contenu de cette invention.

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS
    1. Réseau de détection d'impulsion et d'imagerie comprenant : une pluralité de pixels connectés à un contrôleur, le contrôleur étant configuré pour générer une image sur la base d'un signal d'image provenant de chaque pixel dans ladite pluralité de pixels et configuré pour détecter une impulsion sur au moins un desdits pixels dans ladite pluralité de pixels ; et chacun desdits pixels dans ladite pluralité de pixels comprenant un circuit d'imagerie et un circuit de détection d'impulsion, le circuit d'imagerie et le circuit de détection d'impulsion comprenant une architecture à circuit partagé, et dans lequel ledit circuit d'imagerie et ledit circuit de détection d'impulsion comprennent une portion partagée.
  2. 2. Réseau de détection d'impulsion et d'imagerie selon la revendication 1, dans lequel la portion partagée comprend un dispositif de détection optique configuré pour fournir une entrée de détection optique à chacun dudit circuit d'imagerie et dudit circuit de détection d'impulsion.
  3. 3. Réseau de détection d'impulsion et d'imagerie selon la revendication 2, dans lequel la portion partagée comprend au moins un parmi un amplificateur et une source de courant connectant l'entrée de détection optique à chacun dudit circuit d'imagerie et dudit circuit de détection d'impulsion.
  4. 4. Réseau de détection d'impulsion et d'imagerie selon la revendication 2, dans lequel ladite entrée de détection optique est une diode de détection de lumière polarisée en inverse.
  5. 5. Réseau de détection d'impulsion et d'imagerie selon la revendication 2, dans lequel ladite portion partagée comprend en outre une sortie de détection d'impulsion.
  6. 6. Réseau de détection d'impulsion et d'imagerie selon la revendication 5, dans lequel ladite sortie de détection d'impulsion est connectée à un circuit de traitement d'impulsion à l'intérieur de chaque pixel de ladite pluralité de pixels.
  7. 7. Réseau de détection d'impulsion et d'imagerie selon la revendication 6, dans lequel ledit circuit de traitement d'impulsion est un circuit de traitement de largeur de bande comprenant un processus de filtrage passe-haut et de couplage AC, un processus de génération d'impulsion asynchrone et un processus de détection d'impulsion numérique.
  8. 8. Réseau de détection d'impulsion et d'imagerie selon la revendication 7, dans lequel ledit processus de filtrage passe-haut et de couplage AC est un processus de traitement de largeur de bande configuré pour éliminer des fréquences au-dessous d'un seuil passant de la sortie de détection d'impulsion.
  9. 9. Réseau de détection d'impulsion et d'imagerie selon la revendication 7, dans lequel ledit processus de détection df impulsion numérique est un processus de traitement de largeur de bande configuré pour identifier une présence d'une impulsion sur la sortie de détection d'impulsion.
  10. 10. Réseau de détection d'impulsion et d'imagerie selon la revendication 7, dans lequel le processus de génération d'impulsion asynchrone est un processus de traitement de largeur de bande configuré pour réduire un nombre de sorties de détection d'impulsion transmises au contrôleur par le circuit de traitement d'impulsion.
  11. 11. Réseau de détection d'impulsion et d'imagerie selon la revendication 1, dans lequel chacun dudit circuit d'imagerie et ledit circuit de détection d'impulsion sont des circuits sur une puce intégrée unique,
  12. 12. Réseau de détection d'impulsion et d'imagerie selon la revendication 11, dans lequel la puce intégrée unique est un circuit intégré de lecture (ROIC).
  13. 13. Réseau de détection d'impulsion et d'imagerie selon la revendication 1, dans lequel chacun desdits pixels comprend une sortie d'image connectée au contrôleur à travers un filtre capacitif.
  14. 14. Procédé de fonctionnement d'un pixel pour un réseau de détection d'impulsion et d'imagerie comprenant : la détection d'une entrée de lumière au niveau d'une entrée de détection optique partagée et la transmission de ladite entrée de lumière à travers au moins un élément de circuit partagé additionnel ; la fourniture d'une sortie d'au moins un élément de circuit partagé à un circuit d'imagerie et à un circuit de détection d'impulsion, dans lequel le circuit d'imagerie et le circuit de détection d'impulsion partagent une architecture de circuit ; et la fourniture en sortie d'un signal d'imagerie du circuit d'imagerie à un contrôleur, et la fourniture en sortie d'un signal de détection d'impulsion du circuit de détection d'impulsion à un circuit de traitement d'impulsion.
  15. 15. Procédé selon la revendication 14, comprenant en outre le traitement d'un signal de détection d'impulsion provenant dudit circuit de détection d'impulsion et la transmission d'un signal détecté par impulsion à un contrôleur quand une impulsion est détectée au niveau de ladite entrée de détection optique partagée.
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