CN106716517B

CN106716517B - 用于运行双向显示器的方法

Info

Publication number: CN106716517B
Application number: CN201580050224.6A
Authority: CN
Inventors: B.里希特; P.瓦滕贝格
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2015-09-15
Publication date: 2021-03-09
Anticipated expiration: 2035-09-15
Also published as: EP3195299A1; CN106716517A; KR102326464B1; WO2016041978A1; US20170294158A1; KR20170062479A; US10319287B2

Abstract

本发明涉及一种用于运行双向显示器的方法，所述双向显示器包括基底，在所述基底上构成有显示阵列和传感器阵列，所述显示阵列由多个产生光的图像元件构成，所述传感器阵列由多个检测光的元件构成，其中每个检测光的元件分配有至少一个产生光的图像元件，并且其中每个检测光的元件具有至少一个光电检测器（PD）、复位开关（T1）、转换开关（T2）、存储器（T3）和选择开关（T4）。在此，将检测光的元件在检测光的元件的两个依次相随的读取阶段之间的曝光阶段细分成至少两个时间上彼此间隔开的曝光子阶段，并且将分配给检测光的元件的至少一个产生光的图像元件至少暂时地在检测光的元件的两个曝光子阶段之间激活。

Description

用于运行双向显示器的方法

技术领域

本发明涉及一种用于运行双向显示器的方法，在所述双向显示器上不仅布置有产生光的图像元件的阵列而且布置有检测光的元件的阵列。双向器件的检测光的元件也称作为主动式像素传感器（简称APS）或也称作为像素单元。特别是，本发明涉及一种用于控制APS的方法。

背景技术

基于CMOS技术的图像传感装置除了CCD（电荷耦合器件）之外为图像传感器的一种流行的变型形式。基于CMOS技术的传感器相对于CCD具有以下优点：能够将电子电路极其简单地共同集成在一个芯片上，由此实现复杂的片上系统解决方案。

DE 10 2006 030 541 A1描述如下装置，其中发射电磁辐射的元件和检测电磁辐射的元件共同地处于一个芯片上。在此，两种元件类型能够以矩阵布置在芯片上。在此，不利的是：发射电磁辐射的元件和检测电磁辐射的元件的直接邻接的布置引起过耦合。

从WO 2012/163312A1中已知双向显示器，在所述双向显示器上以阵列形式布置多个发射光的图像元件和多个检测光的元件。在此，产生光的图像元件例如整体上能够用作为显示器的显示面并且检测光的元件例如整体上用作为照相机的传感器。WO2012/163312A1还描述如下元件的不同的控制变型形式，所述元件应当通过如下方式解决产生光的图像元件对邻接的检测光的元件的直接串扰的问题：即产生光的图像元件和邻接的检测光的元件依次被控制。由此，产生光的图像元件和邻接的检测光的元件仅交替地依次被激活。

如果激活检测光的元件，那么该检测光的元件的读取阶段总是跟在单个的完整的曝光阶段之后。全部检测光的元件以相同的方式控制。因此，关于检测光的元件的整体性进而关于作为照相机的功能，仅改变照相机的快门功能。不仅描述对于全局快门（globalshutter）的控制而且描述了对于卷帘快门（rolling shutter）的控制。

如果双向设备的产生光的图像元件用作为显示器，那么在WO2012/163312A1中公开的控制变型形式触及其极限。特别地，产生光的图像元件在检测光的元件的曝光时间期间的非活跃性能够引起可察觉的图像干扰，但是至少引起可见的亮度损失，其中该曝光时间针对好的信号质量需要确定的长度。检测元件的灵敏度又不能够随意提高，因为在显示器应用中总是需要更高的分辨率，其中所应用的芯片面积出于成本的原因应保持尽可能小，使得因此强烈地限制检测元件的空间或用于提高其灵敏度的电路方面的措施。

发明内容

因此，本发明所基于的技术问题是：实现一种用于控制双向显示器的方法，借助所述方法能够克服现有技术中的缺点。特别地，借助根据本发明的方法应当控制产生光的图像元件和检测光的元件，使得至少降低相互影响，其中应尽可能不降低人眼可察觉的性能。

该技术问题的解决方案通过以下所述的根据本发明的方法来得出。本发明的其他有利的设计方案在下文中根据实施例来进一步予以阐述。

在根据本发明的方法中，运行双向显示器，使得将每个检测光的元件在检测光的元件的两个依次相随的读取阶段之间的曝光阶段细分成至少两个时间上彼此间隔开的曝光子阶段，并且将分配给检测光的元件的至少一个产生光的图像元件至少暂时地在检测光的元件的两个曝光子阶段之间激活，其中所述双向显示器包括基底，在所述基底上构造有二维的显示阵列和二维的传感器阵列，所述显示阵列由多个产生光的图像元件构成，所述传感器阵列由多个检测光的元件构成，其中每个检测光的元件分配有至少一个产生光的图像元件，其中每个检测光的元件具有至少一个光电检测器、复位开关、转换开关、存储器和选择开关。优选地，将检测光的元件的曝光阶段细分成多于仅两个的曝光子阶段，并且产生光的图像元件分别至少暂时在两个依次跟随的曝光子阶段之间被激活。根据本发明的方法特征在于，在闭合所述复位开关和所述转换开关且断开所述选择开关的初始时间点之后，依次实施如下方法步骤：

a）复位阶段，所述复位阶段随着断开所述复位开关而终止；

b）曝光子阶段，所述曝光子阶段随着断开所述复位开关而开始并且随着断开所述转换开关而终止；

c）发射阶段，在所述发射阶段中激活所述产生光的图像元件；

d）复位阶段，所述复位阶段随着闭合所述复位开关而开始并且随着断开所述复位开关而终止；

e）曝光子阶段，所述曝光子阶段随着闭合所述转换开关而开始并且随着断开所述转换开关而终止；

f）发射阶段，在所述发射阶段中激活所述产生光的图像元件；

g）读取阶段，所述读取阶段随着闭合所述选择开关而开始并且随着断开所述选择开关而终止。

因此，根据本发明的方法本身包含如下优点：产生光的图像元件的非活跃时间不再连续地在检测光的元件的完整的曝光阶段的总持续时间之上延伸，而是仅还在曝光阶段的一小部分之上延伸。以相对于现有技术更短的时间间隔激活产生光的图像元件引起改进的图像质量。附加地，也在根据本发明的方法中依次执行检测光的元件的曝光子阶段和产生光的图像元件的发射阶段，由此防止产生光的和检测光的元件的过耦合。在此，能够将术语发射阶段理解为产生光的图像元件的活跃阶段，即以下那些阶段，在所述阶段期间产生光的图像元件发光。

在将曝光阶段以根据本发明的方式细分成曝光子阶段的情况下，曝光子阶段优选选择成相同长的，但是替代地也能够以不同长度来设定。同样地，依次跟随的曝光子阶段之间的时间间隔能够设定为相同长的或替代地以不同长度来设定。

附图说明

下面，根据实施例详细阐述本发明。其中：

图1示出发射光的元件的结构的示意图；

图2示出发射光的元件的概览电路图；

图3示出用于根据现有技术控制发光元件的阶段顺序的示意图；

图4以两种变型形式示出用于根据本发明运行检测光的元件和所属的产生光的图像元件的阶段顺序的示意图；

图5以变型形式示出多个布置成行的检测光的元件的阶段顺序的示意图。

具体实施方式

能够应用根据本发明的方法的双向显示器例如在WO 2012/163312 A1中描述。

这种双向显示器不仅包括多个产生光的图像元件而且包括多个检测光的元件，所述产生光的图像元件和检测光的元件通常彼此交错地以具有多个行和列的阵列形式来布置。

检测光的元件的结构在图1中示意地示出，并且在图2中作为概览电路图示出。这种检测光的元件包括至少如下器件：光电检测器PD、复位开关T1、转换开关T2、存储器T3和选择开关T4，其经由节点n0、n1、n2和n3彼此电互联。可选地，也还能够将电容器元件C1与节点n1互联。

在图3中示意地示出一种阶段顺序，根据现有技术以所述阶段顺序控制双向显示器的检测光的元件。在此，借助信号“res”控制复位开关T1、借助信号“tr”控制转换开关T2并且借助信号“sel”控制选择开关T4。对于全部下面描述的开关控制信号，出于理解的原因以高电平有信号为基础，即当信号状态达到高或“1”时，闭合开关-即连接，并且当控制信号达到低电平或“0”时，就断开，即不连接。但是，如从电路技术中已知，开关替代地也能够借助低电平信号闭合并且借助高电平信号断开。

在初始时间点，根据现有技术，根据图3，通过在选择开关T4断开的情况下通过信号输入端“res”及“tr”处的相应的高电平信号闭合复位开关T1和转换开关T2，启动复位阶段。因此，在节点n0和n1处，接通复位基准电压“V_ref，res”。随着由于信号输入端“res”处的低电平信号而断开复位开关T1，复位阶段终止，并且同时开始曝光阶段。由于流经光电检测器PD的电流，节点n0和n1上的电压降低，直至借助于信号输入端“tr”处的低电平信号断开转换开关T2并且因此结束完整的曝光阶段。现在，相应的电压值存储在存储器T3中，并且在读取阶段期间，通过借助于信号输入端“sel”处的高电平信号闭合选择开关T4的方式，经由数据线路“data”读出。在借助于信号输入端“sel”处的低电平信号断开选择开关之后，在重新的初始时间点重新以另一复位阶段开始整个循环。根据现有技术，分配给检测光的元件的产生光的图像元件在检测光的元件的整个曝光阶段期间保持不活跃。

根据本发明，检测光的元件的完整的曝光阶段细分成多个时间上间隔开的曝光子阶段，并且此外，分配给检测光的元件的产生光的图像元件在曝光子阶段之间至少暂时地被激活。分配给检测光的元件的图像元件适当地为产生光的图像元件，所述产生光的图像元件邻接于所述检测光的元件，这适用于：防止两种元件类型的特别是相邻的元件的过耦合。在最小情况下，仅仅一个产生光的图像元件也被分配给一个检测光的元件。在另一实施方式中，也能够是多个检测光的元件，同一产生光的图像元件被分配给所述多个检测光的元件。

图4以示意图示出以根据本发明的方式运行双向显示器上的如图1和2中示例性示出的检测光的元件和分配给检测光的元件的产生光的图像元件的阶段顺序。对于这种阶段顺序，在图4中示出两个变型形式，即变型形式V1a和变型形式V1b。在此，也借助信号“res”控制复位开关T1，借助信号“tr”控制转换开关T2，并且借助信号“sel”控制选择开关T4。

在变型形式V1a中，在初始时间点，通过如下方式启动始于重复周期的初始的复位阶段：即在选择开关T4断开的情况下通过信号输入端“res”及“tr”处的相应的高电平信号闭合转换开关T2和复位开关T1。因此，在节点n0和n1上接通复位基准电压“V_ref，res”。随着复位开关T1的断开，该复位阶段终止，并且同时开始曝光子阶段1，所述曝光子阶段仅持续完整的曝光阶段的一小部分。曝光子阶段1通过断开转换开关T2来结束。紧随其后的是发射阶段，在所述发射阶段中，分配给检测光的元件的图像元件发射光。随着闭合复位开关T1，另一复位阶段开始。因为在此，转换开关T2保持断开，所以仅节点n0复位到复位基准电压“V_ref，res”上。随着断开复位开关T1，复位阶段阶段终止并且同时随着闭合转换开关T2来启动曝光子阶段2。因为现在复位开关T1断开并且转换开关T2闭合，所以在节点n0（光电检测器PD的节点）和节点n1（最后的曝光子阶段的存储节点）之间进行电荷平衡。同时，光电检测器PD引起现在短路的节点n0和n1上的电荷变化。随着断开转换开关，曝光子阶段2终止，在所述曝光子阶段2之后重新开始发射阶段，在该发射阶段期间，分配给检测光的元件的产生光的图像元件发射光。复位阶段、曝光子阶段和发射阶段的顺序随后延续至曝光子阶段N，借助所述曝光子阶段N最后达到曝光的期望的信号水平，并且因此结束完整的曝光阶段。可选地，可以再一次将发射阶段连接于曝光阶段N之后，或者可以直接在曝光子阶段N之后相同地开始随着闭合选择开关T4的读取阶段。随着断开选择开关T4，读取阶段终止，在所述读取阶段中通过数据线路“del”读出存储在存储器T3中的值。紧随其后，以初始的复位阶段开始新的曝光周期。

变型形式V1b与变型形式V1a的区别仅在于：在变型形式V1b中，自曝光子阶段2起，在曝光子阶段和之前的复位阶段之间插进时间间隙。由此，能够防止复位阶段对曝光阶段的过耦合，这可能引起影响之前的曝光部段的所存储的值。在根据图4的示意示出的阶段顺序中，特别在曝光子阶段和复位阶段之间存在发射阶段，在所述发射阶段中激活产生光的图像元件。在此明确地提及：本发明的保护范围不限制于：产生光的图像元件必须随着曝光子阶段的结束立即地并且因此从用于发射光的发射阶段开始起激活。在发射阶段期间，激活产生光的图像元件也能够以相对于之前的曝光子阶段的时间间隙进行。同样地，本发明的保护范围包括以下实施方式，在所述实施方式中产生光的图像元件的激活超过示意示出的发射阶段而延伸到随后的复位阶段中。对于避免反馈重要的仅是：产生光的图像元件的激活不与所属的检测光的元件的曝光子阶段同时发生。

双向显示器的根据本发明的运行在前仅根据一个检测光的元件和所分配的产生光的图像元件来描述。然而，双向显示器通常由多个检测光的元件和多个产生光的图像元件构成，所述多个检测光的元件和多个产生光的图像元件优选彼此交错地以阵列的多个行和列的方式布置在双向显示器上。替代地，显示阵列和传感器阵列也可以并排地布置。根据本发明，每个检测光的元件和分别分配给所述元件的图像元件中的每个根据之前描述的阶段顺序来控制。在此，通过例如根据已知的方法步骤经由行线对像素单元寻址并且经由列线将期望的像素单元的值转达至外部的信号处理装置的方式，进行各个像素单元的读取。

图5示出用于以根据本发明的方式控制双向显示器的阶段顺序的三个变型形式的示意图，在该双向显示器中多个检测光的元件和产生光的图像元件以像素矩阵的形式布置。在变型形式V2a中，同时地实施全部行的检测光的元件的各个阶段。仅行的读取阶段时间上依次错开地进行。如果将双向显示器的全部检测光的元件整体上视作为照相机的传感器，那么像素行的在变型形式V2a中示出的阶段顺序对应于所谓的全局快门，这也称作为全局快门原理。而在变型形式V2b和V2c中示出的、具有行与行之间的时间错位的阶段顺序对应于所谓的卷帘快门的原理，也称作为卷帘快门原理。变型形式V2b和V2c的区别仅在于：在变型形式V2b中在最终的曝光子阶段之后，在行中的读取阶段开始之前，还执行一个发射阶段。而在变型形式V2c中，直接在最终的曝光子阶段之后进行读取。

Claims

1.用于运行双向显示器的方法，所述双向显示器包括基底，在所述基底上构造有显示阵列和传感器阵列，所述显示阵列由多个产生光的图像元件构成，所述传感器阵列由多个检测光的元件构成，其中每个检测光的元件分配有至少一个产生光的图像元件，并且其中每个检测光的元件具有至少一个光电检测器（PD）、复位开关（T1）、转换开关（T2）、存储器（T3）和选择开关（T4），其特征在于，在闭合所述复位开关（T1）和所述转换开关（T2）且断开所述选择开关（T4）的初始时间点之后，依次实施如下方法步骤：

a）复位阶段，所述复位阶段随着断开所述复位开关（T1）而终止；

b）曝光子阶段，所述曝光子阶段随着断开所述复位开关（T1）而开始并且随着断开所述转换开关（T2）而终止；

d）复位阶段，所述复位阶段随着闭合所述复位开关（T1）而开始并且随着断开所述复位开关（T1）而终止；

e）曝光子阶段，所述曝光子阶段随着闭合所述转换开关（T2）而开始并且随着断开所述转换开关（T2）而终止；

g）读取阶段，所述读取阶段随着闭合所述选择开关（T4）而开始并且随着断开所述选择开关（T4）而终止。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述曝光子阶段设定为相同长的或不同长的。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述方法步骤g）之前多次地实施所述方法步骤d）至f）的序列。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以没有时间间隙的方式依次执行所述方法步骤d）和e）。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述方法步骤d）和e）之间插入时间间隙。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据全局快门原理控制多个以行和列布置在所述双向显示器上的检测光的元件。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据卷帘快门原理控制多个以行和列布置在所述双向显示器上的检测光的元件。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述显示阵列和所述传感器阵列彼此交错地或者并排地构造在所述基底上。