CN110708480B - 可见光通信传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种可见光通信传感器。可见光通信传感器包括感测模块、图像数据读出电路以及可见光通信数据读出电路。感测模块包括阵列排列的多个像素单元。当感测模块执行图像感测操作时，所述多个像素单元的第一部分进行图像感测，并且图像数据读出电路为闲置。当感测模块执行可见光通信操作时，所述多个像素单元的第二部分接收可见光通信信号，以使可见光通信数据读出电路输出可见光通信数据，并且图像数据读出电路对所述多个像素单元在经由图像感测操作所输出的多个图像感测信号执行模拟至数字转换，以输出图像感测数据。

Description

可见光通信传感器
技术领域
本发明涉及一种通信技术，尤其涉及一种可见光通信传感器。
背景技术
随着无线通信技术的演进，利用可见光来进行信息的传递是无线通信产业目前重要的研发方向之一。可见光通信(Visible Light Communication,VLC)技术可例如应用于光照上网、可见光点播电视业务、可见光无线广播或可见光定位等应用领域，并且具有高能源效率、低电磁波干扰以及开发新频谱的优点。然而，如何将可见光通信技术整合至当前的电子产品的现有的特定功能元件中，以增加可见光通信的可应用性是目前仍待解决的问题。因此，如何使整合有可见光通信功能的电子产品的特定功能元件除了可正常执行其既有功能，同时亦可有效且准确地感测可见光信号，以下将提出几个实施例的解决方案。
发明内容
本发明提供一种可见光通信传感器，可整合图像传感器，以提供图像感测功能以及可见光通信功能。
本发明的可见光通信传感器包括感测模块、图像数据读出电路以及可见光通信数据读出电路。感测模块包括阵列排列的多个像素单元。图像数据读出电路耦接所述多个像素单元的第一部分。可见光通信数据读出电路耦接所述多个像素单元的第二部分。当感测模块执行图像感测操作时，所述多个像素单元的第一部分进行图像感测，并且图像数据读出电路为闲置。当感测模块执行可见光通信操作时，所述多个像素单元的第二部分接收可见光通信信号，以使可见光通信数据读出电路输出可见光通信数据，并且图像数据读出电路对所述多个像素单元在经由图像感测操作所输出的多个图像感测信号执行模拟至数字转换，以输出图像感测数据。
在本发明的一实施例中，上述的可见光通信数据读出电路包括比较器以及同步电路。同步电路耦接比较器的输出端。所述多个像素单元的第二部分耦接比较器的第一输入端。当感测模块执行可见光通信操作时，所述多个像素单元的第二部分依据可见光通信信号输出多个可见光感测信号至比较器，以使比较器以及同步电路读出可见光通信数据。
在本发明的一实施例中，上述的所述多个像素单元的第一部分包括所述多个像素单元的第二部分。感测模块交替执行图像感测操作以及可见光通信操作。
在本发明的一实施例中，上述的感测模块在同一帧时间内交替执行图像感测操作以及可见光通信操作。
在本发明的一实施例中，上述的可见光通信传感器同步输出可见光通信数据以及图像感测数据。
在本发明的一实施例中，上述的所述多个像素单元的第一部分为多个第一颜色类型像素。所述多个像素单元的第二部分为所述多个第一颜色类型像素的一部分。
在本发明的一实施例中，上述的所述多个像素单元的第一部分与所述多个像素单元的第二部分各自独立运作。感测模块执行图像感测操作的周期重叠于执行可见光通信操作的周期。
在本发明的一实施例中，上述的所述多个像素单元的第一部分为多个第一颜色类型像素的一部分。所述多个像素单元的第二部分为所述多个第一颜色类型像素的另一部分。
基于上述，本发明的可见光通信传感器可利用图像传感器的多个像素单元来同时或分时提供图像感测功能以及可见光通信功能，并且可有效且准确地感测可见光信号。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明的一实施例的可见光通信传感器的功能方块图；
图2是依照本发明的图1实施例的可见光通信传感器的架构示意图；
图3是依照本发明的第一实施例的执行图像感测操作以及可见光通信操作的时序图；
图4是依照本发明的第二实施例的执行图像感测操作以及可见光通信操作的时序图；
图5是依照本发明的一实施例的可见光通信数据读出电路的电路示意图。
附图标号说明：
100：可见光通信传感器
110、510：感测模块
111：重复单元
120：图像数据读出电路
130、530：可见光通信数据读出电路
531：比较器
534：同步电路
535、536：电容
CDS：双相关取样
ADC：模拟至数字转换操作
VLC：可见光通信操作
Idle：闲置状态
T1、T2、T3、T4、T5：周期长度
OP1、OP1’、OP2、OP2’：操作时序
VLCD：可见光通信数据
具体实施方式
为了使本发明的内容可以被更容易明了，以下特举实施例做为本发明确实能够据以实施的范例。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件/步骤，代表相同或类似部件。
图1是依照本发明的一实施例的可见光通信传感器的功能方块图。参考图1，可见光通信传感器100包括感测模块110、图像数据读出电路120以及可见光通信数据读出电路130。在本实施例中，可见光通信传感器100为应用图像传感器来实现可见光通信功能以及图像感测功能。感测模块110可包括多个像素单元，并且所述多个像素单元用于图像感测操作。在一实施例中，所述图像传感器可为互补式金氧半图像传感器(CMOS Image Sensor,CIS)，并且包括阵列排列的多个像素感测单元，但本发明并不限于此。
在本实施例中，图像数据读出电路120耦接感测模块110的所述多个像素单元的至少一部份，并且可见光通信数据读出电路130耦接感测模块110的所述多个像素单元的其中一部份。因此，当感测模块110执行图像感测操作时，所述多个像素单元的所述至少一部份进行图像感测，并且图像数据读出电路120以及可见光通信数据读出电路130为闲置。然而，当感测模块110执行可见光通信操作时，所述多个像素单元的其中一部分接收可见光通信信号，以使可见光通信数据读出电路130输出可见光通信数据，并且图像数据读出电路120对所述多个像素单元在经由图像感测操作所输出的多个图像感测信号执行模拟至数字转换，以输出图像感测数据。换言之，本实施例的可见光通信传感器100可分时执行图像感测功能以及可见光通信信号感测功能，并且可同时输出图像感测数据以及可见光通信数据。
图2是依照本发明的图1实施例的可见光通信传感器的架构示意图。参考图2，可见光通信传感器100的感测模块110可包括如图2所示的阵列排列的多个像素单元。所述多个像素单元包括多个红色像素单元R、多个第一绿色像素单元G1、多个第二绿色像素单元G2以及多个蓝色像素单元B。在本实施例中，所述多个红色像素单元R、所述多个第一绿色像素单元G1、所述多个第二绿色像素单元G2以及所述多个蓝色像素单元B交错排列。一个红色像素单元R、一个第一绿色像素单元G1、一个第二绿色像素单元G2以及一个蓝色像素单元B以正方形的形式排列，以形成一个重复单元111，并且感测感测模块110的像素单元阵列可由多个重复单元111重复排列而形成。
在第一实施例中，感测模块110的所述多个像素单元的每一个可分别耦接至图像数据读出电路120。图像数据读出电路120可例如包括由放大器、电容元件以及开关元件等相关电路元件所组成，本发明并不加以限制。图像数据读出电路120可用以读出感测模块110的所述多个像素单元的每一个的图像感测结果。在第一实施例中，感测模块110的所述多个像素单元的一部分可分别耦接至可见光通信数据读出电路130。可见光通信数据读出电路130可用以读出感测模块110的所述多个像素单元的所述一部分的可见光通信信号感测结果。
进一步而言，图3是依照本发明的第一实施例的执行图像感测操作以及可见光通信操作的时序图。同时参考图2以及图3，在第一实施例中，所述多个红色像素单元R、所述多个第一绿色像素单元G1、所述多个第二绿色像素单元G2以及所述多个蓝色像素单元B皆用于图像感测，并且所述多个红色像素单元R、所述多个第一绿色像素单元G1、所述多个第二绿色像素单元G2以及所述多个蓝色像素单元B皆可更进一步用于可见光通信信号感测。因此，当感测模块110执行图像感测操作时，所述多个红色像素单元R、所述多个第一绿色像素单元G1、所述多个第二绿色像素单元G2以及所述多个蓝色像素单元B为进行操作时序OP1当中的双相关取样CDS的图像感测操作，并且图像数据读出电路120以及可见光通信数据读出电路130为闲置状态Idle(操作时序OP2)。然而，当感测模块110执行可见光通信操作时，所述多个红色像素单元R、所述多个第一绿色像素单元G1、所述多个第二绿色像素单元G2以及所述多个蓝色像素单元B以及可见光通信数据读出电路130为进行操作时序OP2当中的可见光通信操作VLC，并且图像数据读出电路120为进行操作时序OP1当中的模拟至数字转换操作ADC。
换言之，图像感测数据的读出需要花费较多时间来转换像素单元提供的感测结果，但是像素单元可直接感测可见光通信数据，并由可见光通信数据读出电路130快速地读出。因此，本实施例的感测模块110在同一帧(frame)时间内交替执行双相关取样CDS以及可见光通信操作VLC，并且可见光通信传感器100可同步输出可见光通信数据以及图像感测数据。举例而言，在一实施例中，感测模块110执行双相关取样CDS的图像感测操作的周期长度T1可为6微秒(us)，并且图像数据读出电路120执行模拟至数字转换操作ADC以及感测模块110执行可见光通信操作VLC的周期长度T2可同样为6微秒。并且，图像数据读出电路120执行模拟至数字转换操作ADC的周期重叠于感测模块110执行可见光通信操作VLC的周期，并且感测模块110交替执行(例如在同一帧时间内交替)双相关取样CDS的图像感测操作以及可见光通信操作VLC。因此，本实施例的可见光通信传感器100可同步输出可见光通信数据以及图像感测数据。
再参考图2，在第二实施例中，感测模块110的所述多个像素单元的一部分可分别耦接至图像数据读出电路120。图像数据读出电路120可用以读出感测模块110的所述多个像素单元的所述一部分的图像感测结果。在第二实施例中，感测模块110的所述多个像素单元的另一部分可分别耦接至可见光通信数据读出电路130。可见光通信数据读出电路130可用以读出感测模块110的所述多个像素单元的所述另一部分的可见光通信信号感测结果。
进一步而言，图4是依照本发明的第二实施例的执行图像感测操作以及可见光通信操作的时序图。同时参考图2以及图4，在第二实施例中，所述多个红色像素单元R、所述多个第一绿色像素单元G1以及所述多个蓝色像素单元B用于图像感测，并且所述多个第二绿色像素单元G2用于可见光通信信号感测。因此，感测模块110可同时执行图像感测操作以及可见光通信操作。当感测模块110的所述多个红色像素单元R、所述多个第一绿色像素单元G1以及所述多个蓝色像素单元B为进行操作时序OP1’当中的双相关取样CDS的图像感测操作时，所述多个第二绿色像素单元G2以及可见光通信数据读出电路130为进行操作时序OP2’当中的可见光通信操作VLC。然而，当双相关取样CDS的图像感测操作结束时，图像数据读出电路120为进行操作时序OP1当中的模拟至数字转换操作ADC，并且所述多个第二绿色像素单元G2以及可见光通信数据读出电路130可持续进行操作时序OP2’当中的可见光通信操作VLC。此外，所述多个红色像素单元R、所述多个第一绿色像素单元G1以及所述多个蓝色像素单元B可为闲置状态。
换言之，由于图像感测以及执行可见光通信信号感测分别由感测模块110当中的不同的像素单元来执行，因此感测模块110的一部分像素单元执行双相关取样CDS的图像感测操作的周期长度T3重叠于感测模块110的另一部分的像素单元执行可见光通信操作VLC的周期长度T5，并且图像数据读出电路120执行模拟至数字转换操作ADC的周期长度T4也重叠于感测模块110的另一部分的像素单元执行可见光通信操作VLC的周期长度T5。举例而言，在一实施例中，双相关取样CDS的图像感测操作的周期长度T3以及模拟至数字转换操作ADC的周期长度T4可为6微秒，并且可见光通信操作VLC可为12微秒。并且，图像数据读出电路120执行模拟至数字转换操作ADC的周期重叠于感测模块110执行可见光通信操作VLC的周期。因此，本实施例的可见光通信传感器100可同步输出可见光通信数据以及图像感测数据。
图5是依照本发明的一实施例的可见光通信数据读出电路的电路示意图。参考图5，可见光通信数据读出电路530包括比较器531、同步电路534以及电容535、536。在本实施例中，可见光通信数据读出电路530耦接感测模块510的多个像素单元的其中一部份。当感测模块510执行可见光通信操作时，比较器531的第一输入端经由电容535接收由感测模块510的所述多个像素单元的其中一部份提供的可见光通信信号。比较器531的第二输入端经由电容536接收一参考电压。在本实施例中，比较器531依据第一输入端以及第二输入端的电压值输出一比较结果信号至同步电路534。同步电路534接收时脉信号clk，以依据比较结果信号以及时脉信号clk来产生可见光通信数据VLCD。因此，本实施例的可见光通信数据读出电路530可正确地读出对应于感测模块510所感测的可见光通信信号的可见光通信数据VLCD。
综上所述，本发明的可见光通信传感器可利用图像传感器的多个像素单元的一部分来接收可见光通信信号，并且将所述多个像素单元的另一部分来接收图像感测信号，以同时或分时提供图像感测功能以及可见光通信功能。因此，本发明的可见光通信传感器可有效且准确地感测可见光信号。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (6)

1.一种可见光通信传感器，其特征在于，包括：
感测模块，包括阵列排列的多个像素单元；
图像数据读出电路，耦接所述多个像素单元的第一部分；及
可见光通信数据读出电路，耦接所述多个像素单元的第二部分，其中
当所述感测模块执行图像感测操作时，所述多个像素单元的所述第一部分进行图像感测，并且所述图像数据读出电路为闲置，
当所述感测模块执行可见光通信操作时，所述多个像素单元的所述第二部分接收可见光通信信号，以使所述可见光通信数据读出电路输出可见光通信数据，并且所述图像数据读出电路对所述多个像素单元在经由所述图像感测操作所输出的多个图像感测信号执行模拟至数字转换，以输出图像感测数据，
其中所述可见光通信数据读出电路包括比较器以及同步电路，并且所述同步电路耦接所述比较器的输出端，
其中所述多个像素单元的所述第二部分耦接所述比较器的第一输入端，并且当所述感测模块执行所述可见光通信操作时，所述多个像素单元的所述第二部分依据所述可见光通信信号输出多个可见光感测信号至所述比较器，以使所述同步电路基于所述比较器输出的数字信号与所述同步电路所接收的时脉信号来读出所述可见光通信数据，
其中所述图像数据读出电路执行所述模拟至数字转换的周期与所述感测模组执行所述可见光通信操作的周期在同一帧时间内相互重叠，以同步输出所述可见光通信数据与所述图像感测数据。
2.根据权利要求1所述的可见光通信传感器，其中所述多个像素单元的所述第一部分包括所述多个像素单元的所述第二部分，并且所述感测模块交替执行所述图像感测操作以及所述可见光通信操作。
3.根据权利要求2所述的可见光通信传感器，其中所述感测模块在所述同一帧时间内交替执行所述图像感测操作以及所述可见光通信操作。
4.根据权利要求2所述的可见光通信传感器，其中所述多个像素单元的所述第一部分为多个第一颜色类型像素，并且所述多个像素单元的所述第二部分为所述多个第一颜色类型像素的一部分。
5.根据权利要求1所述的可见光通信传感器，其中所述多个像素单元的所述第一部分与所述多个像素单元的所述第二部分各自独立运作，并且所述感测模块执行所述图像感测操作的周期重叠于执行所述可见光通信操作的周期。
6.根据权利要求5所述的可见光通信传感器，其中所述多个像素单元的所述第一部分为多个第一颜色类型像素的一部分，并且所述多个像素单元的所述第二部分为所述多个第一颜色类型像素的另一部分。
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