CN117367579A - 探测器的像素电路、探测器和设备 - Google Patents

探测器的像素电路、探测器和设备 Download PDF

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CN117367579A CN202311114353.XA CN202311114353A CN117367579A CN 117367579 A CN117367579 A CN 117367579A CN 202311114353 A CN202311114353 A CN 202311114353A CN 117367579 A CN117367579 A CN 117367579A
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
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Abstract

本公开实施例公开了一种探测器的像素电路、探测器和设备,其中,像素电路包括:光生电荷收集模块,用于在曝光状态下存储光生电荷;光生电荷收集模块还用于在曝光阶段,根据存储的光生电荷输出第一电压,第一电压随着曝光时间变化;脉冲产生模块,与光生电荷收集模块连接,用于响应于第一电压小于或等于参考阈值电压,输出脉冲信号;复位模块,分别与脉冲产生模块和光生电荷收集模块连接,用于基于脉冲信号,向光生电荷收集模块输出复位信号,以将光生电荷收集模块存储的光生电荷复位预设电荷量。本公开实施例可以避免产生死区时间,大大提高探测器的时间灵敏度。

Description

探测器的像素电路、探测器和设备
技术领域
本公开涉及传感器技术,尤其是一种探测器的像素电路、探测器和设备。
背景技术
目前,红外探测器、可见光探测器等探测器已广泛应用于各种领域,例如医学领域、车载领域、消费电子、军事领域、安防领域等,探测器在工作时通常分为两个阶段,曝光阶段和复位阶段,曝光阶段收集光生电荷,当光生电荷累积到一定阈值时产生脉冲信号,随后进入复位阶段,清空曝光阶段累积的光生电荷后重新进入下一曝光阶段。相关技术中,通常通过将光电二极管的电压复位到固定的复位电压实现光生电荷的复位,但是,在复位阶段,外界的光信号不会中断,会一直产生光生电荷,由于电压被固定在复位电压,导致复位阶段的光生电荷无法被收集,从而产生死区时间,导致探测器的时间灵敏度较差。
发明内容
本公开实施例提供一种探测器的像素电路、探测器和设备,以有效去除或降低死区时间,大大提高探测器的时间灵敏度。
本公开实施例的一个方面,提供一种探测器的像素电路,包括:光生电荷收集模块,用于在曝光状态下存储光生电荷;所述光生电荷收集模块还用于在曝光阶段,根据存储的光生电荷输出第一电压,所述第一电压随着曝光时间变化;
脉冲产生模块,与所述光生电荷收集模块连接,用于响应于所述第一电压小于或等于参考阈值电压,输出脉冲信号;
复位模块,分别与所述脉冲产生模块和所述光生电荷收集模块连接,用于基于所述脉冲信号,向所述光生电荷收集模块输出复位信号,以将所述光生电荷收集模块存储的光生电荷复位预设电荷量。
本公开实施例的另一个方面,提供一种探测器,包括:
预设数量的像素分别对应的上述任一实施例所述的探测器的像素电路;
读出电路,用于控制各像素分别对应的所述的探测器的像素电路输出所述脉冲信号。
本公开实施例的再一个方面,提供一种设备,包括:上述任一实施例提供的探测器的像素电路,和/或上述任一实施例提供的探测器。
本公开实施例提供的探测器的像素电路、探测器和设备,通过光生电荷收集模块可以在曝光阶段和复位阶段任意的曝光状态下存储光生电荷,在曝光阶段,当累积的光生电荷量达到一定量,使脉冲产生模块产生脉冲信号,进入复位阶段,在复位阶段,复位模块将光生电荷收集模块存储的光生电荷复位部分电荷量,且在复位阶段,光生电荷收集模块可以继续收集光生电荷,当复位结束后,收集的复位阶段的光生电荷在下一曝光阶段一起作为积累的光生电荷,用于第一电压的输出,从而有效避免了复位阶段的死区时间,进而大大提高探测器的时间灵敏度。
下面通过附图和实施例,对本公开的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例,并且连同描述一起用于解释本公开的原理。
参照附图,根据下面的详细描述,可以更加清楚地理解本公开,其中:
图1是本公开一示例性实施例提供的探测器的像素电路的结构示意图;
图2是本公开另一示例性实施例提供的探测器的像素电路的结构示意图;
图3是本公开再一示例性实施例提供的探测器的像素电路的结构示意图;
图4是本公开又一示例性实施例提供的探测器的像素电路的结构示意图;
图5是本公开再一示例性实施例提供的探测器的像素电路的结构示意图;
图6是本公开又一示例性实施例提供的探测器的像素电路的结构示意图;
图7是本公开再一示例性实施例提供的探测器的像素电路的结构示意图;
图8是本公开又一示例性实施例提供的探测器的像素电路的结构示意图;
图9是本公开再一示例性实施例提供的探测器的像素电路的结构示意图;
图10是本公开又一示例性实施例提供的探测器的像素电路的结构示意图;
图11是本公开一示例性实施例提供的探测器的像素电路的一种示例性实施方式的结构示意图;
图12是本公开一示例性实施例提供的探测器的结构示意图;
图13是本公开一示例性实施例提供的一种脉冲相机的结构示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到:除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
本领域技术人员可以理解,本公开实施例中的“第一”、“第二”等术语仅用于区别不同步骤、设备或模块等,既不代表任何特定技术含义,也不表示它们之间的必然逻辑顺序。
还应理解,在本公开实施例中,“多个”可以指两个或两个以上,“至少一个”可以指一个、两个或两个以上。
还应理解,对于本公开实施例中提及的任一部件、数据或结构,在没有明确限定或者在前后文给出相反启示的情况下,一般可以理解为一个或多个。
另外,本公开中术语“和/或”,仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。另外,本公开中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
还应理解,本公开对各个实施例的描述着重强调各个实施例之间的不同之处,其相同或相似之处可以相互参考,为了简洁,不再一一赘述。
同时,应当明白,为了便于描述,附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
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讨论。
本公开概述
在实现本公开的过程中,发明人发现,目前,红外探测器、可见光探测器等探测器已广泛应用于各种领域,例如医学领域、军事领域、安防领域等,探测器在工作时通常分为两个阶段,曝光阶段和复位阶段,曝光阶段收集光生电荷,当光生电荷累积到一定阈值时产生脉冲信号,随后进入复位阶段,清空曝光阶段累积的光生电荷后重新进入下一曝光阶段。相关技术中,通常通过将光电二极管的电压复位到固定的复位电压实现光生电荷的复位,但是,在复位阶段,外界的光信号不会中断,会一直产生光生电荷,由于电压被固定在复位电压,导致复位阶段的光生电荷无法被收集,从而产生死区时间,导致探测器的时间灵敏度较差。
示例性概述
在探测器的各种应用场景中,利用本公开的探测器的像素电路,可以通过光生电荷收集模块收集并存储曝光阶段和复位阶段中任意阶段的曝光状态下的光生电荷,并且可以在曝光阶段,根据存储的光生电荷输出第一电压,在曝光阶段第一电压随着曝光时间而变化;进而当第一电压小于或等于参考阈值电压时,可以通过脉冲产生模块产生脉冲信号,以进入复位阶段,通过复位模块,在脉冲信号的作用下向光生电荷收集模块输出复位信号,以将光生电荷收集模块存储的光生电荷复位预设电荷量,在复位阶段,只要还是处于曝光状态下,光生电荷收集模块还可以继续收集并存储复位阶段的曝光状态下的光生电荷,复位后进入下一曝光阶段,光生电荷收集模块则可以根据存储的光生电荷输出第一电压,如此循环曝光阶段和复位阶段。由于在复位阶段复位了固定的电荷量,且会继续存储光生电荷,在复位结束后,复位阶段收集的光生电荷同样作为积累的光生电荷,用于确定输出的第一电压,因此在下一曝光阶段,脉冲信号的输出是综合了复位阶段的光生电荷和曝光阶段的光生电荷,从而避免了死区时间的产生,大大提高探测器的时间灵敏度。本公开提供的探测器的像素电路可以应用于探测器,该探测器可以为红外探测器、可见光探测器等光探测器。
图1是本公开一示例性实施例提供的探测器的像素电路的结构示意图。该探测器的像素电路(以下简称像素电路或电路)20可以应用于探测器。如图1所示,该像素电路20包括:光生电荷收集模块21、脉冲产生模块22和复位模块23。
光生电荷收集模块21,用于在曝光状态下存储光生电荷;光生电荷收集模块21还用于在曝光阶段,根据存储的光生电荷输出第一电压,第一电压随着曝光时间变化。
脉冲产生模块22,与光生电荷收集模块21连接,用于响应于第一电压小于或等于参考阈值电压,输出脉冲信号。
复位模块23,分别与脉冲产生模块22和光生电荷收集模块21连接,用于基于脉冲信号,向光生电荷收集模块21输出复位信号,以将光生电荷收集模块21存储的光生电荷复位预设电荷量。
在一些可选的实施例中,光生电荷收集模块21可以采用任意可实施的电路结构实现,例如,光生电荷收集模块21可以包括光电二极管、能够存储光生电荷的存储器件,等等。能够存储光生电荷的存储器件例如可以为电容或其他可能的器件,本实施例不作限定。曝光状态可以为曝光阶段的曝光状态也可以为复位阶段的曝光状态,也即光生电荷收集模块21可以在曝光阶段和复位阶段中的任意阶段收集存储光生电荷。在曝光阶段,第一电压是由光生电荷收集模块21所存储的光生电荷确定,因此,随着曝光时间变化,存储的光生电荷不断增加,第一电压则不断减小,直至第一电压减小到参考阈值电压,表示光生电荷积累量达到一定量,需要输出脉冲信号。脉冲信号可以根据实际需求设置,例如脉冲信号可以为低电平信号或高电平信号,具体不作限定。
在本公开的一些可选的实施例中,脉冲产生模块22可以采用任意可实施的逻辑器件实现。例如,脉冲产生模块22可以采用比较器或具有相应功能的逻辑电路实现。
在本公开的一些可选的实施例中,复位模块23可以采用任意可实施的电路结构实现。例如,复位模块23可以基于任意可实施的开关电路实现。开关电路例如可以采用晶体管,具体比如MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金属-氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)等,具体可以根据实际需求设置。复位信号可以根据实际需求设置,例如可以为复位电压。预设电荷量可以根据复位信号和参考阈值电压确定。例如当通过电容存储光生电荷时,可以通过将电容一端的电压进行复位实现将存储的光生电荷复位预设电荷量。
本公开实施例提供的探测器的像素电路,通过光生电荷收集模块可以在曝光阶段和复位阶段任意的曝光状态下存储光生电荷,在曝光阶段,当累积的光生电荷量达到一定量,使脉冲产生模块产生脉冲信号,进入复位阶段,在复位阶段,复位模块将光生电荷收集模块存储的光生电荷复位部分电荷量,且在复位阶段,光生电荷收集模块可以继续收集光生电荷,当复位结束后,收集的复位阶段的光生电荷在下一曝光阶段一起作为积累的光生电荷,用于第一电压的输出,从而有效避免了复位阶段的死区时间,进而大大提高探测器的时间灵敏度。
图2是本公开另一示例性实施例提供的探测器的像素电路的结构示意图。
在本公开的一些可选的实施例中,复位模块23包括:时延单元231和复位开关组件232。
时延单元231,包括输入端和输出端;时延单元231的输入端与脉冲产生模块22连接;复位开关组件232分别与时延单元231的输出端和光生电荷收集模块21连接。
时延单元231用于将脉冲信号延迟预设时长,输出延迟后的脉冲信号。
复位开关组件232用于基于延迟后的脉冲信号,向光生电荷收集模块21输出复位信号,以将光生电荷收集模块21存储的光生电荷复位预设电荷量。
在本公开的一些可选的实施例中,时延单元231可以采用任意具有时间延迟作用的电路实现。例如时延单元231可以采用反相器时延链实现。复位开关组件可以包括至少一个复位开关,各复位开关通过相互之间的连接关系和/或与脉冲产生模块22、光生电荷收集模块21之间相应的连接关系实现输出复位信号的功能,具体可以根据实际需求设置。
本实施例通过时延单元将脉冲信号延迟后,通过复位开关组件实现复位信号的输出,以保证脉冲信号能够成功被读出,提高探测器的准确性。
图3是本公开再一示例性实施例提供的探测器的像素电路的结构示意图。
在本公开的一些可选的实施例中,光生电荷收集模块21包括:光电二极管211、至少一个第一电容212和至少一个第二电容213。
光电二极管211的第一端d1连接参考电压,光电二极管22的第二端d2与复位模块23连接;光电二极管211用于将光信号转换为光生电荷;第一电容212的第一端c11与光电二极管211的第一端d1连接,第一电容212的第二端c12与光电二极管211的第二端d2连接;第二电容213的第一端c21与光电二极管211的第一端d1连接,第二电容213的第二端c22分别与复位模块23和脉冲产生模块22的输入端连接。
复位模块23还用于在曝光阶段,将第二电容213的第二端c22与光电二极管211的第二端d2导通,以使光电二极管211的第二端d2的电压与第二电容213的第二端c22的电压以及脉冲产生模块22的输入端的电压相等。
在第二电容213的第二端c22与光电二极管211的第二端d2导通的情况下,第一电容212和第二电容213用于在曝光阶段存储光生电荷,以根据存储的光生电荷向脉冲产生模块22输出第一电压。
在本公开的一些可选的实施例中,光电二极管211在曝光时感受光强,将光信号转换为电信号,使得光电二极管211一端的电压变化。
在本公开的一些可选的实施例中,在曝光阶段,第二电容213的第二端c22与光电二极管211的第二端d2处于导通状态,也即第二电容213的第二端、光电二极管211的第二端、第一电容212的第二端电压相等,因此,随着光电二极管211在曝光状态下不断产生光生电荷,第一电容212和第二电容213一起存储光生电荷。随着第一电容212和第二电容213存储的光生电荷的电荷量不断增加,光电二极管211的第二端电压Vpd不断减小,Vpd作为第一电压输出至脉冲产生模块22,即,脉冲产生模块22的输入端电压Vc=Vpd。
在本公开的一些可选的实施例中,第一电容212和第二电容213的数量及大小可以根据实际需求设置,例如,可以设置并联的2个第一电容212以及并联的3个第二电容213,具体不作限定。
本实施例通过第一电容和第二电容可以在曝光阶段存储光生电荷,以便于复位阶段能够将存储的光生电荷复位预设电荷量。
在本公开的一些可选的实施例中,复位模块23还用于基于脉冲信号将第二电容213的第二端c22与光电二极管211的第二端d2断开,以使第二电容213的第二端的电压保持为参考阈值电压。在第二电容213的第二端与光电二极管211的第二端断开的情况下,第一电容212还用于在复位阶段的曝光状态下存储光生电荷。第二电容213还用于在复位信号的作用下,第二电容213的第二端c22的电压从参考阈值电压被复位为复位电压,以使第二电容213存储的光生电荷被复位预设电荷量,被复位掉的预设电荷量Qr为Qr=(Vr-Vth)×C2,Vr表示复位电压,Vth表示参考阈值电压,C2表示第二电容213的电容大小。
在本公开的一些可选的实施例中,在第二电容213的第二端的电压被复位为复位电压的情况下,脉冲产生模块22还用于在复位电压的作用下,输出与脉冲信号相反的第一电平信号;复位模块23还用于在第一电平信号的作用下,使光电二极管211的第二端与第二电容213的第二端保持断开状态;
复位模块23还用于将第一电平信号延迟预设时长,获得延迟后的第二电平信号,在第二电平信号的作用下,将第二电容213的第二端与连接的复位模块23的复位电压断开,并将光电二极管211的第二端与第二电容213的第二端导通,以根据第一电容212和第二电容213存储的光生电荷向脉冲产生模块输出第一电压。
在本公开的一些可选的实施例中,在第二电容213的第二端的电压从参考阈值电压Vth被复位为复位电压Vr的情况下,脉冲产生模块22的输入端电压为Vr,大于参考阈值电压,脉冲产生模块22输出与脉冲信号相反的第一电平信号,例如脉冲信号为高电平信号,则第一信号为低电平信号,第一电平信号传输至复位模块23,复位模块23在第一电平信号的作用下将光电二极管211的第二端与第二电容213的第二端保持断开状态,避免第一电容212的第二端的电压被复位至复位电压,从而可以避免存储的光生电荷被复位部分电荷量,同时,复位模块23将第一电平信号延迟预设时长后,获得延迟后的第二电平信号,在第二电平信号的作用下,将第二电容213的第二端与复位电压断开,并将第二电容213的第二端与光电二极管211的第二端导通,从而可以使第一电容212在第二电容213的第二端与光电二极管211的第二端断开的时间段(可以称为复位阶段)所收集的光生电荷与第二电容213共享,根据存储的光生电荷向脉冲产生模块22输出第一电压,使得脉冲产生模块22的输入端的电压Vc为:
Vc=Vpd=(C2×Vr+C1×Vth-Q1)/(C1+C2)
其中,Q1表示第一电容212在复位阶段收集的光生电荷的电荷量,将此时的Vc作为新的曝光阶段的第一电压的起始电压,进入新的曝光阶段,进而第一电压随着曝光时间不断变化。则在新的曝光阶段,只需要再收集(Vr-Vth)×C2-Q1的电荷量,即可使得第一电压减小到Vth,触发脉冲信号的产生。曝光阶段与复位阶段循环进行,实现了无死区时间的脉冲信号的产生。
本实施例通过在复位阶段脉冲产生模块产生的第一电平信号的作用下,复位模块实现在避免第一电容存储的电荷量被复位的情况下使第二电容第二端与光电二极管第二端导通,有效进入曝光阶段,从而实现了无死区时间的脉冲信号的产生,可以大大提高探测器的时间灵敏度。
图4是本公开又一示例性实施例提供的探测器的像素电路的结构示意图。
在本公开的一些可选的实施例中,复位模块23包括:时延单元231、第一复位开关组件233和第二复位开关组件234。
时延单元231,包括输入端和输出端;时延单元231的输入端与脉冲产生模块22连接。
第一复位开关组件233的第一端D11与时延单元的输出端连接,第一复位开关组件233的第二端D12连接复位电压Vr,第一复位开关组件233的第三端D13与第二电容213的第二端c22连接。
第二复位开关组件234的第一端D21与脉冲产生模块22的输出端vo连接,第二复位开关组件234的第二端D22与时延单元的输出端连接,第二复位开关组件234的第三端D23与光电二极管211的第二端连接,第二复位开关组件的第四端D24与脉冲产生模块22的输入端和第二电容213的第二端c22连接。
时延单元231用于将脉冲信号延迟预设时长,输出延迟后的脉冲信号。
第二复位开关组件234用于在脉冲信号的作用下关断,以使第二电容213的第二端的电压保持为参考阈值电压Vth;第二复位开关组件234还用于在延迟后的脉冲信号的作用下关断,以使第二电容213的第二端c22与光电二极管211的第二端d2保持断开状态。
第一复位开关组件233用于在延迟后的脉冲信号的作用下导通,将复位电压Vr作为复位信号,通过第一复位开关组件233的第三端D13输出至第二电容213的第二端c22,以将第二电容c22的第二端的电压从参考阈值电压复位至复位电压,使得第二电容213存储的光生电荷被复位预设电荷量。
在本公开的一些可选的实施例中,第一复位开关组件233可以采用任意可实施的开关组件实现。例如,第一复位开关组件233可以采用晶体管实现。具体采用的晶体管的类型可以根据实际需求设置,例如可以为MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金属-氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor,绝缘栅双极型晶体管)等晶体管,只要能够实现第一复位开关组件233相应的开关功能即可。
在本公开的一些可选的实施例中,第二复位开关组件234可以包括一个或多个复位开关,使得第二复位开关组件234能够实现其相应的开关功能。
在本公开的一些可选的实施例中,在脉冲产生模块22输出脉冲信号的情况下,第二复位开关组件234在脉冲信号作用下关断,将第二电容213的第二端的电压保持在触发产生脉冲信号的参考阈值电压Vth,时延单元231将脉冲信号延迟预设时长后输出延迟后的脉冲信号,延迟后的脉冲信号到达第一复位开关组件233和第二复位开关组件234,第一复位开关组件233在延迟后的脉冲信号作用下导通,将复位电压Vr传输至第二电容213的第二端,从而将第二电容213的第二端的电压从参考阈值电压Vth复位至Vr,从而使第二电容213存储的光生电荷被复位掉预设电荷量Qr,由于第二复位开关组件234在延迟后的脉冲信号作用下仍保持关断状态,因此,第一电容212的第二端电压不会被复位至复位电压,因此可以避免第一电容212收集的复位阶段的光生电荷被复位掉。
本实施例通过第一复位开关组件和第二复位开关组件的通断实现了曝光阶段和复位阶段的有效切换,有助于实现无死区时间的脉冲信号的产生。
图5是本公开再一示例性实施例提供的探测器的像素电路的结构示意图。
在本公开的一些可选的实施例中,第二复位开关组件234包括第一开关2341和第二开关2342。
第一开关2341的第一端d11与时延单元231的输出端连接,第一开关2341的第二端d12与光电二极管211的第二端d2连接;第一开关2341的第一端d11作为第二复位开关组件234的第二端D22,第一开关2341的第二端d12作为第二复位开关组件的第三端D23。
第二开关2342的第一端d21与脉冲产生模块22的输出端vo连接,第二开关2342的第二端d22与第一开关的第三端d13连接,第二开关2342的第三端d23与脉冲产生模块22的输入端和第二电容213的第二端c22连接;第二开关2342的第一端d21作为第二复位开关组件234的第一端D21,第二开关2342的第三端d232作为第二复位开关组件234的第四端D24。
第二开关2342用于在脉冲信号作用下关断,以将第二电容213的第二端c22与光电二极管211的第二端d2断开。
第一开关2341用于在延迟后的脉冲信号作用下关断。
在本公开的一些可选的实施例中,第一开关2341和第二开关2342可以根据实际需求设置,例如,可以采用MOSFET,可以根据脉冲信号的类型采用P沟道型MOSFET或N沟通型MOSFET,例如,当脉冲信号为高电平信号时,为了使第二开关2342在脉冲信号作用下关断,第二开关2342可以采用P沟道型MOSFET,同理,第一开关2341可以采用P沟道型MOSFET。当脉冲信号为低电平时,第一开关2341和第二开关2342可以采用N沟道型MOSFET。第一开关2341和第二开关2342也可以采用其他类型的晶体管实现,比如IGBT,不限于MOSFET。
在本公开的一些可选的实施例中,在脉冲产生模块22输出脉冲信号的情况下,第二开关2342在脉冲信号作用下关断,使得第二电容213的第二端c22与光电二极管211的第二端d2断开。时延单元231将脉冲信号延迟预设时长后输出延迟后的脉冲信号,第一开关2341在延迟后的脉冲信号的作用下关断,为后续阶段做准备,第一复位开关组件233在延迟后的脉冲信号的作用下导通,将复位电压Vr传输至第二电容213的第二端c22,从而将第二电容213的第二端c22的电压从参考阈值电压复位至复位电压,以将第二电容213存储的光生电荷复位预设电荷量。
在本公开的一些可选的实施例中,在第二电容213的第二端的电压从参考阈值电压Vth复位至复位电压Vr的情况下,脉冲产生模块22在复位电压Vr的作用下输出与脉冲信号相反的第一电平信号。
第二开关2342在第一电平信号的作用下导通,以将第一开关的第三端与第二电容的第二端导通。
时延单元231还用于将第一电平信号延迟预设时长,输出延迟后的第二电平信号。
第一复位开关组件233在第二电平信号的作用下关断,第一开关2341在第二电平信号的作用下导通,将第二电容213的第二端c22与光电二极管211的第二端d2导通,以根据第一电容212和第二电容213存储的光生电荷向脉冲产生模块22输出第一电压。
在本公开的一些可选的实施例中,在第二电容213的第二端的电压从参考阈值电压Vth复位至复位电压Vr的情况下,脉冲产生模块22的输入端的电压Vc=Vr>Vth,使得脉冲产生模块2输出与脉冲信号相反的第一电平信号,例如脉冲信号为高电平信号,则第一电平信号为低电平信号。第一电平信号到达第二开关2342的第一端,使第二开关2342导通,此时由于时延单元231的时间延迟作用,第一开关2341仍处于关断状态,从而使得第二电容213的第二端c22与光电二极管的第二端d2仍保持断开状态。时延单元231对第一电平信号延迟预设时长,输出延迟后的第二电平信号,第二电平信号与第一电平信号一致,只是时间延迟了预设时长,例如均为低电平信号,第二电平信号到达第一复位开关组件233的第一端D11和第一开关2341的第一端d11。第一开关2341在第二电平信号的作用下导通,同时第一复位开关组件233在第二电平信号的作用下关断,从而将第二电容213的第二端c22与Vr断开,避免第一开关2341在第二电平信号的作用下导通后将第一电容212的第二端c12复位至复位电压Vr。
本实施例通过第一开关和第二开关可以有效实现在第一电容存储的光生电荷不被复位的情况下,将第二电容的第二端与光电二极管的第二端导通,从而进入新的曝光阶段。
图6是本公开又一示例性实施例提供的探测器的像素电路的结构示意图。
在本公开的一些可选的实施例中,时延单元231包括反相器时延链2311,反相器时延链2311包括至少两个反相器;反相器时延链2311的输入端与脉冲产生模块22的输出端vo连接,反相器时延链231的输出端与第一复位开关组件233的第一端D11和第二复位开关组件234的第二端D22连接;反相器时延链231用于将脉冲产生模块22输出的信号延迟预设时长,输出延迟后的信号。
在本公开的一些可选的实施例中,反相器时延链2311包括的反相器数量可以根据实际需求设置。为了达到时延而不反相的目的,反相器时延链2311包括的反相器数量为偶数。
在本公开的一些可选的实施例中,反相器时延链2311还可以包括奇数个反相器,从而可以将脉冲产生模块22输出的信号进行延迟并反相后输出延迟后的反相信号,用于复位模块23中各复位开关组件的通断控制,以达到本公开的通过复位预设电荷量的光生电荷实现无死区时间的脉冲信号的产生。
图7是本公开再一示例性实施例提供的探测器的像素电路的结构示意图。
在本公开的一些可选的实施例中,本公开的像素电路20还包括:
初始复位控制模块24,与初始复位控制端Vrst和复位模块23连接,用于在初始复位控制端Vrst输出的第一控制信号的作用下,向复位模块23输出初始复位电压。
复位模块23还用于在初始复位电压的作用下,将脉冲产生模块22的输入端的电压和光生电荷收集模块21中的光电二极管的第二端的电压Vpd复位至复位电压Vr。
在本公开的一些可选的实施例中,探测器开始工作时,首先进行初始复位,将Vrst置为第一控制信号,第一控制信号可以为高电平信号,也可以为低电平信号,具体可以根据实际需求设置。初始复位控制模块24在第一控制信号的作用下,向复位模块23输出初始复位电压,复位模块23在初始复位电压的作用下,将脉冲产生模块22的输入端的电压和光生电荷收集模块21中的光电二极管的第二端的电压Vpd复位至复位电压Vr。
本实施例通过初始复位将脉冲产生模块的输入端的电压和光生电荷收集模块中的光电二极管的第二端的电压Vpd复位至复位电压,使得像素电路能够进入第1个曝光阶段,开始工作。
图8是本公开又一示例性实施例提供的探测器的像素电路的结构示意图。
在本公开的一些可选的实施例中,初始复位控制模块24包括:第三复位开关组件241和第四复位开关组件242。
第三复位开关组件241的第一端D31与初始复位控制端Vrst连接,第三复位开关组件241的第二端D32连接初始复位电压VDD,第三复位开关组件241的第三端D33与复位模块23连接。
第四复位开关组件242的第一端D41与初始复位控制端Vrst连接,第四复位开关组件242的第二端D42与第三复位开关组件241的第三端D33和复位模块23连接,第四复位开关组件242的第三端D45与复位模块连接。
第四复位开关组件242用于在第一控制信号作用下关断,第三复位开关组件241用于在第一控制信号的作用下导通,以将初始复位电压VDD传输至复位模块23。
在本公开的一些可选的实施例中,第三复位开关组件241和第四复位开关组件242可以根据实际需求设置。例如可以采用MOSFET、IGBT等晶体管,以实现其相应的开关功能。
在本公开的一些可选的实施例中,第三复位开关组件241的第一端D31在第一控制信号下,满足D32和D33的导通条件,使得D32与D33导通,将初始复位电压VDD传输至复位模块23,复位模块23在初始复位电压VDD的作用下,将将脉冲产生模块22的输入端的电压和光生电荷收集模块21中的光电二极管的第二端的电压Vpd复位至复位电压Vr。光生电荷收集模块21的电路结构可以参见前述实施例。
图9是本公开再一示例性实施例提供的探测器的像素电路的结构示意图。
在本公开的一些可选的实施例中,第三复位开关组件241的第三端D33与复位模块23的第一复位开关组件233的第一端D11连接;
第四复位开关组件242的第二端与第一复位开关组件233的第一端D11连接,第四复位开关组件242的第三端D43与复位模块23的时延单元231的输出端连接。
时延单元231的输入端与脉冲产生模块22的输出端连接,时延单元231的输出端还与复位模块23中的第一开关2341的第一端d11连接。
脉冲产生模块22的输出端还与复位模块23中的第二开关2342的第一端d21连接。
第一开关2341的第二端d12与光生电荷收集模块21的光电二极管211的第二端d2连接,第一开关2341的第三端d13与第二开关2342的第二端d22连接,第二开关2342的第三端d23与脉冲产生模块22的输入端连接。
第一复位开关组件233的第二端D12连接复位电压Vr,第一复位开关组件233的第三端D13与脉冲产生模块22的输入端、光生电荷收集模块21的第二电容213的第二端c22、第二开关2342的第三端d23连接。
第四复位开关组件242用于在第一控制信号作用下关断,以将第一复位开关组件233的第一端D11与时延单元231的输出端断开。
第三复位开关组件241用于在第一控制信号的作用下导通,将初始复位电压VDD传输至第一复位开关组件233的第一端D11,使得第一复位开关组件D11导通,将复位电压Vr传输至第二电容213的第二端c22、脉冲产生模块22的输入端,以将第二电容213的第二端c22的电压和脉冲产生模块22的输入端的电压Vc复位至复位电压。
脉冲产生模块22在复位电压Vr作用下输出与脉冲信号相反的第一电平信号;第二开关2342在第一电平信号的作用下导通;时延单元231用于将第一电平信号延迟预设时长,输出延迟后的第二电平信号;第一开关2341在第二电平信号的作用下导通,以将光电二极管211的第二端d2的电压Vpd复位至复位电压Vr。
在本公开的一些可选的实施例中,第一开关2341和第二开关2342是复位模块23中的第二复位开关组件234中的开关,具体复位模块23的结构可以参见前述实施例。
在本公开的一些可选的实施例中,在Vrst输出第一控制信号的情况下,第四复位开关组件242关断,将时延单元231的输出端与第一复位开关组件233的第一端D11断开,使得在第三复位开关组件241在第一控制信号作用下导通的情况下,能够将VDD传输至第一复位开关组件233的第一端D11,第一复位开关组件233在VDD的作用下导通,将复位电压Vr传输至第二电容213的第二端c22,脉冲产生模块22的输入端电压Vc与第二电容213的第二端c22的电压相同,因此第二电容213的第二端c22和脉冲产生模块22的输入端的电压均被复位至复位电压,此时,脉冲产生模块22在复位电压的作用下,输出第一电平信号,第二开关2342在第一电平信号作用下导通,使得第一开关2341的第三端d13与第二电容213的第二端c22导通,时延单元231将第一电平信号延迟后输出延迟后的第二电平信号,第一开关2341在第二电平信号的作用下也导通,此时第一开关2341和第二开关2342均处于导通状态,使得光电二极管211的第二端d2与第二电容213的第二端c22导通,从而将光电二极管211的第二端d2的电压Vpd复位至复位电压Vr。由于第一电容212的第二端c12是与光电二极管211的第二端d2连接,因此第一电容212的第二端c12的电压始终等于Vpd。初始复位结束。
在本公开的一些可选的实施例中,第三复位开关组件241还用于在初始复位控制端输出的第二控制信号的作用下关断,第四复位开关组件242还用于在第二控制信号的作用下导通,使得第一复位开关组件233的第一端D11与时延单元231的输出端导通。
在本公开的一些可选的实施例中,在第三复位开关组件241关断、第四复位开关组件242导通后,脉冲产生模块22继续输出第一电平信号,第一电平信号经时延单元231延迟预设时长后输出延迟后的第二电平信号,第二电平信号通过导通的第四复位开关组件242传输至第一复位开关组件233的第一端D11,使得第一复位开关组件233关断,进入第1次曝光阶段。在第1次曝光阶段,第二开关2342在第一电平信号作用下处于导通状态,第一开关2341在第二电平信号的作用下处于导通状态,从而使得第一电容212和第二电容213一起存储光生电荷,随着曝光时间的增长,存储的光生电荷不断积累,Vc=Vpd从复位电压Vr开始下降,当光生电荷的积累量达到(Vr-Vth)×(C1+C2)时,Vc=Vpd下降至参考阈值电压Vth,C1、C2分别表示第一电容212和第二电容213的电容大小,光脉冲产生模块22输出脉冲信号,进入复位阶段。第二开关2342在脉冲信号作用下关断,将第二电容213的第二端c22的电压保持在参考阈值电压Vth,时延单元231将脉冲信号延迟后输出延迟后的脉冲信号,第一开关2341在延迟后的脉冲信号的作用下关断,第一复位开关组件233在延迟后的脉冲信号的作用下导通,将第二电容213的第二端c22电压从Vth复位至复位电压Vr,由于第二开关2342处于关断状态,第一电容212第二端的电压不会被复位,由于复位阶段曝光不会停止,光电二极管211继续在曝光状态下产生光生电荷,第一电容212继续存储复位阶段产生的光生电荷,使得Vpd从Vth继续下降。第二电容213的第二端c22电压复位至Vr后,使得脉冲产生模块22的输入端电压大于Vth,无法产生脉冲,而是输出与脉冲信号相反的第一电平信号,第二开关2342在第一电平信号作用下导通,此时,第一开关2341还处于关断状态。第一电平信号经时延单元231延迟后作为第二电平信号,第一复位开关组件233在第二电平信号作用下关断,第一开关2341在第二电平信号作用下导通,使得第二电容213的第二端c22与光电二极管211的第二端d2导通,进入第2次曝光阶段。在第一开关2341导通前的复位阶段,若第一电容212收集的光生电荷的电荷量为Q1,复位阶段结束时Vpd=Vth-(Q1/C1),在第一开关2341导通后,第一电容212收集的复位阶段的光生电荷Q1由第一电容212和第二电容213共享,从而使得Vc=Vpd=(C2×Vr+C1×Vth-Q1)/(C1+C2),作为第2次曝光阶段的第一电压的起始电压,随着曝光时间的增长,Vc=Vpd从(C2×Vr+C1×Vth-Q1)/(C1+C2)开始下降,直至光生电荷的积累量达到(Vr-Vth)×(C1+C2)时,Vc=Vpd下降至参考阈值电压Vth,光脉冲产生模块22输出脉冲信号,进入复位阶段。可见,在第2次曝光阶段只需要再积累(Vr-Vth)×C2-Q1的光生电荷即可触发脉冲信号的产生,因此,在复位阶段收集的光生电荷Q1被作为积累的电荷量,作用于脉冲信号的产生,从而实现了无死区时间的脉冲信号的采集。
图10是本公开又一示例性实施例提供的探测器的像素电路的结构示意图。
在本公开的一些可选的实施例中,脉冲产生模块22包括比较单元221;比较单元221的第一输入端连接参考阈值电压Vth,比较单元221的第二输入端与光生电荷收集模块21的输出端连接。
比较单元221用于将光生电荷收集模块21输出的电压与参考阈值电压Vth进行比较,根据比较结果输出脉冲信号或与脉冲信号相反的第一电平信号。
在本公开的一些可选的实施例中,第二电容213的第二端c22作为光生电荷收集模块21的输出端,在曝光阶段向脉冲产生模块22输出第一电压,在复位阶段向脉冲产生模块22输出参考阈值电压或复位后的复位电压。
在本公开的一些可选的实施例中,图10中的复位模块23和光生电荷收集模块21的电路结构可以参见前述任一实施例中的结构,在此不作赘述。
在本公开的一些可选的示例中,图11是本公开一示例性实施例提供的探测器的像素电路的一种示例性实施方式的结构示意图。其中,光电二极管211的第一端d1连接的参考电压为接地点(GND),Vc表示脉冲产生模块的输入电压,T1表示第一复位开关组件233,T2表示第二复位开关组件234中的第二开关2342,T3表示第二复位开关组件234中的第一开关2341,T4表示第三复位开关组件241,T5表示第四复位开关组件242。V1表示脉冲产生模块输出的信号,可以为脉冲信号、第一电平信号中的任一种,V2表示反相器时延链对V1延迟预设时长后的信号,与V1相应地,若V1为脉冲信号,则V2为延迟后的脉冲信号,若V1为第一电平信号,则V2为延迟后的第二电平信号。在本示例中,脉冲产生模块22产生的脉冲信号为高电平信号,相应的第一电平信号为低电平信号。T1和T4采用N沟道型MOSFET,T2、T3和T5采用P沟道型MOS管,这里仅为一种示例,在实际应用中,每个开关可以根据实际需求设置为N沟道型MOS管和P沟道型MOS管中的任一种,或者,每个复位开关组件还可以采用其他类型的开关管,例如IGBT等,只要能够实现本公开的相应功能即可。图11所示的像素电路的具体工作过程参见前述实施例,在此不再赘述。
需要说明的是,本公开上述各实施例可以单独实施,也可以在不冲突的情况下以任意组合方式结合实施,具体可以根据实际需求设置。
图12是本公开一示例性实施例提供的探测器的结构示意图。该探测器包括:预设数量的像素分别对应的上述任一实施例提供的探测器的像素电路20;读出电路30,用于控制各像素分别对应的探测器的像素电路输出脉冲信号。
在本公开的一些可选的实施例中,探测器的像素电路20的具体结构参见前述实施例。各探测器的像素电路20形成像素阵列,读出电路可以通过控制选择像素阵列的行、列,控制需要的像素电路输出脉冲信号。
在实际应用中,探测器还可以包括其他可能的组成部分,本公开不作限定。
本公开的另一个实施例中,还提供一种设备,该设备包括:上述任一实施例提供的探测器的像素电路,和/或上述任一实施例提供的探测器,和/或具有上述探测器的像素电路的芯片。
具体地说,该设备至少包括如下之一者:相机、摄像头、娱乐设备、遥感设备、军事设备、工业设备、智能手机、交通工具或设施、医疗设备、环境监测设备、安防设备、飞行设备、家电设备。
在本公开实施例中,相机包括但不限于脉冲相机、高速相机、工业检测相机等。摄像头包括但不限于:车载摄像头、手机摄像头、交通摄像头、安装在可飞行物体上的摄像头、医疗摄像头、安防摄像头或家电摄像头。
以脉冲相机为例,对本公开实施例提供的设备进行详细说明。图13是本公开一示例性实施例提供的一种脉冲相机的结构示意图。如图13所示,该脉冲相机包括:透镜1201、脉冲信号电路1202、数据处理电路1203、非易失性存储器1204、电源电路1205、易失性存储器1206、控制电路1207和I/O接口1208。
其中,透镜1201,用于接收来自被摄物体的入射光,即光信号。
脉冲信号电路1202,用于将通过透镜1201接收的光信号转换为电信号,根据电信号生成脉冲信号。该脉冲信号电路1202例如包括上述的探测器的像素电路,和/或上述的探测器,和/或具有上述的探测器的像素电路的芯片。
数据处理电路1203,用于对脉冲信号读出过程进行控制,数据处理电路1203例如包括:运算处理单元(例如,CPU)和/或图像处理单元(GPU),例如,对脉冲信号读出电路的脉冲信号读出过程进行控制,控制其中的读出行选择器发送行读出信号,复位行选择器发送列复位信号等。
1206为易失性存储器,例如随机存取存储器(RAM),1204为非易失性存储器件,例如固态硬盘(Solid State Disk,SSD)、混合硬盘(Hybrid Hard Disk,HHD)、安全数码(Secure Digital,SD)卡、mini SD卡等。
在本公开一实施例中,该脉冲相机还进一步包括:显示单元,用于对脉冲信号/图像信息进行实时/回放显示。本公开实施例的脉冲相机还可以进一步包括至少如下之一者:有线/无线传输接口,例如WiFi接口、蓝牙接口、usb接口、RJ45接口,移动产业处理器接口(MIPI)接口,低电压差分信号(LVDS)接口及其他具有有线或无线传输功能的接口。
本公开实施例提供的脉冲相机能够用于对可见光、红外光、紫外光、X射线等进行检测,并可应用于各种场景,常用的场景包括但不限于:
可用作车载摄像头安装在各类交通工具或设施中,例如用于车路协同、智慧交通、自动驾驶的信息获取及控制。举例而言,安装在高铁等轨道交通工具中或轨道交通线上,作为高铁行车记录仪;还可以安装在自动驾驶车辆或安装有高级驾驶辅助系统(ADAS)的车辆中,例如进行车辆、行人、车道、驾驶员等信息的检测和报警。
可用作交通摄像头安装在交通信号杆上,进行城市道路、高速公路上车辆和行人的拍摄、预警、及协同控制等。
可用作工业检测相机,例如安装在高铁轨道交通线上用于高铁巡线,以及用于高铁安全的检测;还可以用于煤矿输送带断裂检测、变电站电弧检测、风力发电叶片的实时检测、高速轮机不停机检测等特定工业场景的检测、预警等。
安装在可飞行物体上,例如,安装在飞机、卫星等物体上,用作物体在高速飞行、甚至高速旋转场景下的高清晰成像。
工业(智能制造中的机器视觉等)、民用(司法取证、体育判罚等)和消费电子(相机、影视媒体等)。
可用作医疗摄像头,在医疗、美容、保健等临床诊疗中进行高清晰的医疗成像。
可用作运动相机或可穿戴式相机,例如,头戴式相机或嵌入在腕表中的相机,可进行各类体育竞技赛场、日常休闲运动等场景的拍摄。
还可用作安防摄像头、手机摄像头或家电摄像头等。
本公开附图中的流程图和框图,示出了按照本公开公开的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上,流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或者代码的一部分,上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应该注意,在有些作为替换的实现中,方框中所标注的功能也可以以不同附图中所标准的顺序发生。例如,两个连接地表示的方框实际上可以基本并行地执行,它们有时也可以按照相反的顺序执行,这依所涉及的功能而定。也要注意的是,框图或流程图中的每个方框、以及框图或者流程图中的方框的组合,可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现,或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
除了上述方法和设备以外,本公开的实施例还可以是计算机程序产品,其包括计算机程序指令,所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述部分中描述的根据本公开各种实施例的期望功能中的步骤。
所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开实施例操作的程序代码,所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言,诸如Java、C++等,还包括常规的过程式程序设计语言,诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。
此外,本公开的实施例还可以是计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序指令,所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述部分中描述的根据本公开实施例的期望功能中的步骤。
所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件,或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括:具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
本领域普通技术人员可以理解:实现上述期望功能的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成,前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,执行包括上述期望功能的步骤;而前述的存储介质包括:ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理,但是,需要指出的是,在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制,不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外,上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用,而非限制,上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。
本说明书中各个实施例均采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处,各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。对于系统实施例而言,由于其与方法实施例基本对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的,可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇,指“包括但不限于”,且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”,且可与其互换使用,除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”,且可与其互换使用。
可能以许多方式来实现本公开的方法和装置。例如,可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本公开的电路及期望功能。用于所述期望功能的步骤的上述顺序仅是为了进行说明,本公开的期望功能的步骤不限于以上具体描述的顺序,除非以其它方式特别说明。此外,在一些实施例中,还可将本公开实施为记录在记录介质中的程序,这些程序包括用于实现根据本公开的期望功能的机器可读指令。因而,本公开还覆盖存储用于执行根据本公开的方法的程序的记录介质。
还需要指出的是,在本公开的装置、设备和方法中,各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本公开的等效方案。
提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的,并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本公开的范围。因此,本公开不意图被限制到在此示出的方面,而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外,此描述不意图将本公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例,但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (15)

1.一种探测器的像素电路,其特征在于,包括:
光生电荷收集模块,用于在曝光状态下存储光生电荷;所述光生电荷收集模块还用于在曝光阶段,根据存储的光生电荷输出第一电压,所述第一电压随着曝光时间变化;
脉冲产生模块,与所述光生电荷收集模块连接,用于响应于所述第一电压小于或等于参考阈值电压,输出脉冲信号;
复位模块,分别与所述脉冲产生模块和所述光生电荷收集模块连接,用于基于所述脉冲信号,向所述光生电荷收集模块输出复位信号,以将所述光生电荷收集模块存储的光生电荷复位预设电荷量。
2.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,所述复位模块包括:
时延单元,包括输入端和输出端;所述时延单元的输入端与所述脉冲产生模块连接;
复位开关组件,所述复位开关组件分别与所述时延单元的输出端和所述光生电荷收集模块连接;
所述时延单元用于将所述脉冲信号延迟预设时长,输出延迟后的脉冲信号;
所述复位开关组件用于基于所述延迟后的脉冲信号,向所述光生电荷收集模块输出所述复位信号。
3.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,所述光生电荷收集模块包括:
光电二极管,所述光电二极管的第一端连接参考电压,所述光电二极管的第二端与所述复位模块连接;所述光电二极管用于将光信号转换为光生电荷;
至少一个第一电容,所述第一电容的第一端与所述光电二极管的第一端连接,所述第一电容的第二端与所述光电二极管的第二端连接;
至少一个第二电容,所述第二电容的第一端与所述光电二极管的第一端连接,所述第二电容的第二端分别与所述复位模块和所述脉冲产生模块的输入端连接;
所述复位模块还用于在曝光阶段,将所述第二电容的第二端与所述光电二极管的第二端导通;
在所述第二电容的第二端与所述光电二极管的第二端导通的情况下,所述第一电容和所述第二电容用于在所述曝光阶段存储光生电荷,以根据存储的光生电荷向所述脉冲产生模块输出所述第一电压。
4.根据权利要求3所述的电路,其特征在于,所述复位模块还用于基于所述脉冲信号将所述第二电容的第二端与所述光电二极管的第二端断开,以使所述第二电容的第二端的电压保持为所述参考阈值电压;
在所述第二电容的第二端与所述光电二极管的第二端断开的情况下,所述第一电容还用于在复位阶段的曝光状态下存储光生电荷;
所述第二电容还用于在所述复位信号的作用下,所述第二电容的第二端的电压从所述参考阈值电压被复位为复位电压,以使所述第二电容存储的光生电荷被复位所述预设电荷量。
5.根据权利要求4所述的电路,其特征在于,在所述第二电容的第二端的电压被复位为复位电压的情况下,所述脉冲产生模块还用于在所述复位电压的作用下,输出与所述脉冲信号相反的第一电平信号;
所述复位模块还用于在所述第一电平信号的作用下,使所述光电二极管的第二端与所述第二电容的第二端保持断开状态;
所述复位模块还用于将所述第一电平信号延迟预设时长,获得延迟后的第二电平信号,在所述第二电平信号的作用下,将所述第二电容的第二端与连接的复位模块的复位电压断开,并将所述光电二极管的第二端与所述第二电容的第二端导通,以根据所述第一电容和所述第二电容存储的光生电荷向所述脉冲产生模块输出所述第一电压。
6.根据权利要求3所述的电路,其特征在于,所述复位模块包括:
时延单元,包括输入端和输出端;所述时延单元的输入端与所述脉冲产生模块连接;
第一复位开关组件,所述第一复位开关组件的第一端与所述时延单元的输出端连接,所述第一复位开关组件的第二端连接复位电压,所述第一复位开关组件的第三端与所述第二电容的第二端连接;
第二复位开关组件,所述第二复位开关组件的第一端与所述脉冲产生模块的输出端连接,所述第二复位开关组件的第二端与所述时延单元的输出端连接,所述第二复位开关组件的第三端与所述光电二极管的第二端连接,所述第二复位开关组件的第四端与所述脉冲产生模块的输入端和所述第二电容的第二端连接;
所述时延单元用于将所述脉冲信号延迟预设时长,输出延迟后的脉冲信号;
所述第二复位开关组件用于在所述脉冲信号的作用下关断,以使所述第二电容的第二端的电压保持为所述参考阈值电压;
所述第二复位开关组件还用于在所述延迟后的脉冲信号的作用下关断,以使所述第二电容的第二端与所述光电二极管的第二端保持断开状态;
所述第一复位开关组件用于在所述延迟后的脉冲信号的作用下导通,将所述复位电压作为所述复位信号,通过所述第一复位开关组件的第三端输出至所述第二电容的第二端,以将所述第二电容的第二端的电压从参考阈值电压复位至所述复位电压,使得所述第二电容存储的光生电荷被复位所述预设电荷量。
7.根据权利要求6所述的电路,其特征在于,所述第二复位开关组件包括:
第一开关,所述第一开关的第一端与所述时延单元的输出端连接,所述第一开关的第二端与所述光电二极管的第二端连接;所述第一开关的第一端作为所述第二复位开关组件的第二端,所述第一开关的第二端作为所述第二复位开关组件的第三端;
第二开关,所述第二开关的第一端与所述脉冲产生模块的输出端连接,所述第二开关的第二端与所述第一开关的第三端连接,所述第二开关的第三端与所述脉冲产生模块的输入端和所述第二电容的第二端连接;所述第二开关的第一端作为所述第二复位开关组件的第一端,所述第二开关的第三端作为所述第二复位开关组件的第四端;
所述第二开关用于在所述脉冲信号作用下关断,以将所述第二电容的第二端与所述光电二极管的第二端断开;
所述第一开关用于在所述延迟后的脉冲信号作用下关断。
8.根据权利要求7所述的电路,其特征在于,在所述第二电容的第二端的电压从所述参考阈值电压复位至所述复位电压的情况下,所述脉冲产生模块在所述复位电压的作用下输出与所述脉冲信号相反的第一电平信号;
所述第二开关在所述第一电平信号的作用下导通,以将所述第一开关的第三端与所述第二电容的第二端导通;
所述时延单元还用于将所述第一电平信号延迟预设时长,输出延迟后的第二电平信号;
所述第一复位开关组件在所述第二电平信号的作用下关断,所述第一开关在所述第二电平信号的作用下导通,将所述第二电容的第二端与所述光电二极管的第二端导通,以根据所述第一电容和所述第二电容存储的光生电荷向所述脉冲产生模块输出所述第一电压。
9.根据权利要求6所述的电路,其特征在于,所述时延单元包括反相器时延链,所述反相器时延链包括至少两个反相器;
所述反相器时延链的输入端与所述脉冲产生模块的输出端连接,所述反相器时延链的输出端与所述第一复位开关组件的第一端和所述第二复位开关组件的第二端连接;
所述反相器时延链用于将所述脉冲产生模块输出的信号延迟预设时长,输出延迟后的信号。
10.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,还包括:
初始复位控制模块,与初始复位控制端和所述复位模块连接,用于在所述初始复位控制端输出的第一控制信号的作用下,向所述复位模块输出初始复位电压;
所述复位模块还用于在所述初始复位电压的作用下,将所述脉冲产生模块的输入端的电压和所述光生电荷收集模块中的光电二极管的第二端的电压复位至复位电压。
11.根据权利要求10所述电路,其特征在于,所述初始复位控制模块包括:
第三复位开关组件,所述第三复位开关组件的第一端与所述初始复位控制端连接,所述第三复位开关组件的第二端连接初始复位电压,所述第三复位开关组件的第三端与所述复位模块连接;
第四复位开关组件,所述第四复位开关组件的第一端与所述初始复位控制端连接,所述第四复位开关组件的第二端与所述第三复位开关组件的第三端和所述复位模块连接,所述第四复位开关组件的第三端与所述复位模块连接;
所述第四复位开关组件用于在所述第一控制信号作用下关断,所述第三复位开关组件用于在所述第一控制信号的作用下导通,以将所述初始复位电压传输至所述复位模块。
12.根据权利要求11所述的电路,其特征在于,所述第三复位开关组件的第三端与所述复位模块的第一复位开关组件的第一端连接;
所述第四复位开关组件的第二端与所述第一复位开关组件的第一端连接,所述第四复位开关组件的第三端与所述复位模块的时延单元的输出端连接;
所述时延单元的输入端与所述脉冲产生模块的输出端连接,所述时延单元的输出端还与所述复位模块中的第一开关的第一端连接;
所述脉冲产生模块的输出端还与所述复位模块中的第二开关的第一端连接;
所述第一开关的第二端与所述光生电荷收集模块的光电二极管的第二端连接,所述第一开关的第三端与所述第二开关的第二端连接,所述第二开关的第三端与所述脉冲产生模块的输入端连接;
所述第一复位开关组件的第二端连接所述复位电压,所述第一复位开关组件的第三端与所述脉冲产生模块的输入端、所述光生电荷收集模块的第二电容的第二端、所述第二开关的第三端连接;
所述第四复位开关组件用于在所述第一控制信号作用下关断,以将所述第一复位开关组件的第一端与所述时延单元的输出端断开;
所述第三复位开关组件用于在所述第一控制信号的作用下导通,将所述初始复位电压传输至所述第一复位开关组件的第一端,使得所述第一复位开关组件导通,将所述复位电压传输至所述第二电容的第二端、所述脉冲产生模块的输入端,以将所述第二电容的第二端的电压和所述脉冲产生模块的输入端的电压复位至所述复位电压;
所述脉冲产生模块在所述复位电压作用下输出与所述脉冲信号相反的第一电平信号;
所述第二开关在所述第一电平信号的作用下导通;
所述时延单元用于将所述第一电平信号延迟预设时长,输出延迟后的第二电平信号;
所述第一开关在所述第二电平信号的作用下导通,以将所述光电二极管的第二端电压复位至所述复位电压;
所述第三复位开关组件还用于在所述初始复位控制端输出的第二控制信号的作用下关断,所述第四复位开关组件还用于在所述第二控制信号的作用下导通,以使所述第一复位开关组件的第一端与所述时延单元的输出端导通。
13.根据权利要求1-12任一项所述的电路,其特征在于,所述脉冲产生模块包括比较单元;所述比较单元的第一输入端连接所述参考阈值电压,所述比较单元的第二输入端与所述光生电荷收集模块的输出端连接;
所述比较单元用于将所述光生电荷收集模块输出的电压与所述参考阈值电压进行比较,根据比较结果输出所述脉冲信号或与所述脉冲信号相反的第一电平信号。
14.一种探测器,其特征在于,包括:
预设数量的像素分别对应的如权利要求1-13任一所述的探测器的像素电路;
读出电路,用于控制各像素分别对应的所述的探测器的像素电路输出所述脉冲信号。
15.一种设备,其特征在于,所述设备包括:权利要求1-13任一项所述的探测器的像素电路,和/或权利要求14所述的探测器。
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