CN1602621A - 时间积分像素传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时间积分的像素传感器(100)，其具有光检测器(102)、电容元件(104)、比较器(110)和像素数据缓冲器(114)。在操作中，来自光检测器的光电流对电容进行充电并且产生光电压。利用比较器对电容器感测到的光电压和参考电压(108)进行比较。如果光电压超过参考电压，将全局代码数值锁存到像素数据缓冲器中。从锁存的代码数值中确定落在光检测器上的光功率。传感器阵列与电路(116)一起被集成到半导体器件中，以读出并且解码像素数据缓冲器。参考电压可随时间变化，以增加传感器的动态范围。

Description

时间积分像素传感器

技术领域

本发明总的来说涉及用于图像传感的技术和设备，更具体地涉及一种用于获得光电流的数字测量值的方法和设备。

背景技术

在成像中的一个主要问题是图像传感器阵列的动态范围受到限制。因此，图像的一些部分就可能饱和而其他部分则感光不足。一种典型的光电二极管光检测器，诸如电荷耦合装置(CCD)，由一个pn结光电二极管阵列组成。每个光电二极管具有一个与其相关联的电容，并且当光线落在检测器上时，所得到的光电流对该电容充电。充电就是落在检测器上的光强度的时间积分。CCD周期性地并且顺序地把电荷转换为视频线，从而得到一系列脉冲，其可以被转换为代表入射在该阵列上的光线图案的电压信号。如果积分时间太长，那么该装置将饱和。如果积分时间太短，那么该电压信号将会淹没在装置的噪声中。

因此，一种调整灵敏度的方法是根据落在该阵列上的光强度来调整积分时间。这例如可以通过调整转换速率来对整个阵列全局进行。这使得该阵列可以对各种亮度级进行调整(如调整模拟照相机的曝光时间一样)，但是不会增加一个单独图像内的动态范围。

另一种方法是测量电容电压达到一个参考电平所花费的时间。这样系统的一个例子在Anders strm，Robert Forchheimer和Per-erikDanielsson的文章“Intensity Mappings Within The Context Of Near-Sensor Image Processing”，IEEE Transactions on Image Processing，Vol.1，No.12，December 1998进行了描述。时间长说明落在阵列上的光强度低，而时间短说明强度高。电压参考电平对于整个阵列是通用的，但是可以根据落在阵列上的整体强度来调整。该方法计算密集，因为积分时间是通过以预定间隔询问一个比较器的输出来测量的。为了精确测量，这些间隔需要彼此非常接近。该方法还要求每个像素有一个读出电路。此外，每个传感器元件需要一个预充电晶体管。

一个另外称为“Locally Autoadaptive TFA Sensor(局部自适应TFA传感器)”的装置在“High Dynamic Range Image Sensors In Thin Film OnAsic Technology For Automotive Applications”，by M.Bhm et al.，inAvanced Microsytems for Automotive Applications，D.E.Ricken，W.Gessner(Eds)，Springer Verlag，Berlin，pp157-172，1998中描述了。在该装置中，积分时间根据局部光照时间适应于各个像素。在一个初始积分时间之后，比较电容器电压与稍低于饱和电压一半的参考电压。如果该电压低于参考电压，积分时间就加倍。重复该过程，直到超过参考电压。这样，避免电容器饱和并且延长积分时间以避免感光不足。最后电压和积分时间一起用于确定光照强度。该方法需要电路来比较和调整积分时间并且需要电路来测量在积分时间终点的电压。

根据前面的讨论，可以看出，在本领域中需要使图像传感器阵列得到代表一个对象的强度分布的图像，以便该图像的部分不会饱和或不会感光不足。

附图说明

在附加的权利要求中具体阐明了本发明的特点，其被认为是新颖的。但是本发明本身，关于操作的结构和方法，以及其目的和优点，通过参考下面结合附图对本发明的详细描述可能最好理解，在详细描述中说明了本发明的某些示例性实施例，其中：

图1是根据本发明的一方面的光电二极管传感器的框图；

图2是表示根据本发明的一方面，作为用于光电二极管传感器的积分时间的函数的光电压的曲线图；

图3是根据本发明的一方面，利用一个光电二极管阵列的系统的框图；

图4是表示一种根据本发明的感测光功率的方法的流程图；

图5是表示根据本发明的感测光功率的另外一种方法的流程图；

图6是表示根据本发明的一方面，作为用于光电二极管传感器的积分时间的函数的光电压的曲线图。

具体实施方式

本发明能够以许多不同形式实施，在附图中示出并且在此详细描述了具体实施例，应该理解，当前的公开应该认为是本发明的原理的实例而并不意味着本法明限制于所示出和描述的具体实施例。在下面的描述中，类似的参考数字用于说明在附图的几个视图中相同、类似或相应的部分。

现在参照图1，示出了本发明的一个优选实施例的时间积分像素结构100。像素结构100包括一个光检测器102和一个电容为C_fd的漂移扩散电容器104。在操作中，光电流对漂移扩散电容器充电并且产生光电压106。电荷可以直接从光检测器移到扩散电容器，而不需使用传输门(transfer gate)。漂移扩散电容器感测的光电压106和参考电压108作为输入送到比较器110。如果系统在时间t＝0复位，在时间t电容两端的电压V是光电流i的时间积分，其由下式给出：

$V=\frac{1}{C_{\mathrm{fd}}}\underset{0}{\overset{t}{\∫}}i\left(\mathrm{\τ}\right)\mathrm{dt}=\frac{\mathrm{it}}{C_{\mathrm{fd}}},$

这里C_fd是漂移扩散电容器的电容，t是电容器的积分时间。光电流由下式给出

$i=\frac{\mathrm{PeQE\λ}}{\mathrm{hc}},$

这里，P是光照强度，q是一个电子上的电量，λ是光的波长，c是光速，h是普朗克常量并且QE是光检测器的量子效率。因此在电容两端的电压与积分时间有关

$V=\frac{\mathrm{PqQE\λt}}{C_{\mathrm{fd}}\mathrm{thc}}=\frac{P}{K}t,$

这里， $K=\frac{C_{\mathrm{fd}}\mathrm{hc}}{\mathrm{qQE\λ}}$ 是常量。对于光照强度P_i，到达参考电压V_ref的时间是

$t_i=K\frac{V_{\mathrm{ref}}}{P_i}$

也就是，在积分时间t_i后，漂移扩散电容器所感测的光电压106和参考电压108相等。在图1所示的像素结构中，一个全局计数器或代码产生器118在时间t＝0复位。对于一个特定的像素，当光电压106超过参考电压108时，比较器110的输出就会改变数值。在那个时间，全局计数器数值或代码数值被锁存并且存储在相关联的像素数据缓冲器114中。锁存计数器或代码数值可以避免询问比较器输出。在优选实施例中，计数器或代码数值作为一个10位的数值存储在像素数据缓冲器114中。但是，可以使用不同大小的缓冲器。通常，越大的缓冲器越贵，但是可以提供更大的精确度。缓冲器中的每一位使用一个锁存器，并且在图中假定锁存器为缓冲器的一个组成部分。

在图1中所示的设备提供了与光照强度相关的直接数字数值(计数器或代码数值)。这与现有系统形成对比，在现有系统中感测一个模拟电压然后使用模数转换器转换为数字数值。与现有技术相比，本发明的系统的简化考虑到了传感器更小更便宜。

在图1中，只示出了一个单独的像素传感器。但是，可以想到，一个像素传感器阵列也可以集成在一个单独的装置中，例如结合本发明可以利用CMOS装置。像素数据存储检测器116用于对来自各个像素传感器的数据解码并且把它发送到一个处理器中(未示出)。

图2是表示根据本发明的一方面，作为用于光电二极管传感器的积分时间的函数的光电压的曲线图。在该实施例中，参考电压作为时间的函数变化。在图2中示出了参考电压随时间变化的两个例子。第一个由标有“线性映射”的虚线表示，第二个由标有“非线性映射”的线表示。可以选择“线性映射”提供在所存储的数字代码和功率之间的线性关系。当使用非线性映射时，可以最大化传感器的动态范围。在下面描述的例子中使用非线性映射。标有P₁的线表示对于具有光功率P₁的光线，积分时间和光电压之间的关系。在优选实施例中，全局计数器或代码产生器(图1中的118)在时间t＝0设置为零。在时间t₁，光电压达到参考电压V_ref，并且比较器(图1中的110)的输出改变数值。在该时间，全局计数器锁存到像素数据缓冲器(图1中的114)。在稍后的时间，光电压将达到饱和电平V_sat。标有P₂的线表示对于具有光功率P₂的光线，积分时间和光电压之间的关系，功率P₂小于P₁。在时间t₂，光电压达到参考电压V_ref，并且比较器(图1中的110)的输出改变数值。在该时间，全局计数器锁存到像素数据缓冲器(图1中的114)。这样，当具有较低光功率的光线落在光检测器上时，达到参考电压所花费的时间就会增加。因此，达到参考电压所花费的积分时间与强度或光功率成反比。类似地，标有P₃的线表示对于具有光功率P₃的光线，积分时间和光电压之间的关系，功率P₃小于P₁或P₂。在时间t₃，光电压达到参考电压V_ref，全局计数器锁存到像素数据缓冲器。如果电压参考升高，那么就需要更长的积分时间。如果电压参考降低，就需要较短的积分时间。即使没有光线入射在光检测器上，在传感器中也将存在小的电流和电压，因为有电噪声。低于电压噪声最低限度的电压电平将不能检测到，因此最小电压参考电平由噪声最低限度确定。上限为电容器可以存储的电荷量。相应于该最大电荷量的电压称为饱和电压。最大电压参考电平V_max由饱和电压确定。

积分时间与强度成反比，光功率或强度由下式给出：

$P_i=K\frac{V_{\mathrm{ref}}}{t_i}.$

如果全局计数器数值在积分时间开始时设置为零，那么积分时间t_i可以直接从全局计数器数值确定。否则，积分时间从积分终点处的计数器数值N_i和积分开始处的计数器数值N₀之间的差值来确定。光功率由下式给出：

$P_i=C\frac{V_{\mathrm{ref}}}{N_i-N_0},$

这里C＝K×f_counter是一个常量，f_counter是计数器频率。该计算由处理器执行。像素数据存储解码器116还用于把全局计数器或代码产生器118耦合到各个像素传感器。

最小强度可以通过下式测量：

$P_{\min }=K\frac{V_{\mathrm{ref}}}{T_{\mathrm{frame}}},$

这里T_frame是连续的视频帧之间的时间，或最大容许积分时间。低于该强度，在该帧周期内计数器将不会被锁存。

饱和强度是

$P_{\max }=K\frac{V_{\mathrm{ref}}}{T_{\mathrm{clock}}},$

这里，T_clock是计数器周期或最小容许积分时间。高于该强度，在一个单个计数器周期内计数器将被锁存。因此，如果电压恒定，在一个单个图像内的动态范围是

$\mathrm{DR}=20.{\log }_{10}\left(\frac{T_{\mathrm{frame}}}{T_{\mathrm{clock}}}\right)\mathrm{dB}.$

一个图像的帧内(intraframe)动态范围可以通过在一个单个帧期间改变参考电压进行调整。如图2所示，为了得到最大的可能动态范围，V_ref可以改变，以便在等于T_clock的时间等于V_max，并且在等于T_frame的时间等于V_min。可以使用模数转换器(DAC)改变电压V_ref来提供参考电压108。如果最大参考电压是M_max并且最小是V_min，那么整个动态范围是

${\mathrm{DR}=20.\log }_{10}\left(\frac{V_{\max }{T}_{\mathrm{frame}}}{V_{\min }{T}_{\mathrm{clock}}}\right)\mathrm{dB}.$

例如，对于50Hz的帧速率和10MHz的时钟，如果V_ref恒定，那么最大动态范围是106dB。另外，如果参考电压在300μV-1.5V的范围内变化，那么就会另外增加74dB的动态范围，因此总的范围就是180dB。

传感器的精确度通过光电压在一个计数器周期内可以变化的程度来确定。如果在时间t＝(n-γ)T_cloek，第n个计数器周期之前超过电压参考，这里γ＝1，计数器数值就锁定在数值n，并且在强度中的误差由下式给出：

$\mathrm{error}=K\frac{V_{\mathrm{ref}}}{(n-\mathrm{\γ})T_{\mathrm{clock}}}-K\frac{V_{\mathrm{ref}}}{n{T}_{\mathrm{clock}}}=K\frac{\mathrm{\γ}{V}_{\mathrm{ref}}}{n(n-\mathrm{\γ})T_{\mathrm{clock}}}=\frac{\mathrm{\γ}{P}_i}{n}.$

因此相对误差与n成反比。大的强度将会有最大的相对误差。可以通过使n较大来降低误差。这又可以通过增大时钟(计数器)速度或通过提高参考电压来实现。

参考图3，最好各个像素传感器布置在阵列302中。阵列的每个元件包括一个光检测器，一个电耦合到该光检测器的漂移扩散电容器，以及一个比较器。比较器具有一个用于接收参考电压的第一输入，一个电耦合到该漂移扩散电容器的第二输入，和一个输出。每个元件还包括一个像素数据缓冲器，其可以是随机访问存储器(RAM)。以类似于访问标准存储器(DRAM，SRAM等)的方式来访问像素阵列。每一列像素最好连接到它自己的数据总线。一个行地址被发送到一个像素行地址解码器304，解码器304使用字线314来选择一个特定像素行。像素列地址解码器306还包括一个数据解码器，其可以用于根据所选行收发来自或去往所选像素列的数据。这使得各个像素都可以被访问，从而数据可以经位线316“写入”像素或从像素“读出”。一个全局序列发生器312耦合到系统控制器310。全局序列发生器产生查找表地址324和334，这些地址被送往查找表326和334。查找表1即326用于把查找表地址324转换为电压参考值，然后送往一个数模转换器(DAC)328。然后DAC328产生参考电压108，并送往像素阵列302。查找表2即334用于把实际的计数器数值转换为系统相应的数字代码数值，并经像素列解码器306将其送往像素。数字代码数值不需要相对于实际的计数器数值是线性的。对于一个给定的电压参考，数字代码数值可以相应于与每个计数器数值相关联的光功率电平。这可以避免对随后计算光功率电平的需要。此外，一个像素定时控制器308耦合到行和列解码器，以控制访问该阵列的各个元件的定时。像素位数据由列解码器305经位线316感测，并且该数据作为一个复用数据流332送往图像处理器和系统控制器310。图像处理器对每个像素传感器执行从积分时间到光功率的转换并且可以执行其他图像处理功能，例如颜色处理或压缩。代表所处理的图像的数据在318从图像处理器输出。该转换可以经一个查找表或经计算或经他们的组合来执行。包含在310中的系统控制器提供像素阵列定时以及传送到一个像素定时和控制单元308的控制信号320。像素定时和控制单元308控制像素行解码器304和像素列解码器306。包含在310中的系统控制器还提供对全局计数器或代码产生器312的控制。

图4示出了说明本发明的方法的一个实施例的流程图。操作在框402开始，在框404传感器复位，例如通过对漂移扩散电容器放电进行。在框406对光检测器的输出积分。如果使用漂移扩散电容器，光检测器的输出电流通过电容器积分，从而产生一个光电压。在判定框408，比较光电压和一个参考电压。如果如框408的肯定分支所说明的那样，该光电压小于参考电压，那么在框410全局计数器或代码产生器的当前值(其提供给像素传感器)被存储在一个像素数据缓冲器中。然后流程进行到判定框412。如果如框408的否定分支所说明的那样，该光电压小于参考电压，那么该流程进行到框412。判定框408可以作为一个比较器来实现。这样，存储在像素数据缓冲器中的最后值将是光电压达到参考电压时的计数器数值。因此，该数值被锁存到像素数据缓冲器。在判定框412，进行一个检查，以确定是否超过积分的最大时间。如果如框412的肯定分支所说明的那样，已经超过最大时间，那么读取像素数据缓冲器。如果如框412的否定分支所说明的那样，还没有超过最大时间，那么系统等待，直到已经超过最大时间。在框414，无论是否已经超过参考电压都读取像素数据缓冲器。在框416，由从像素缓冲器读取的计数器数值中确定光功率(如果没有达到参考电压则为零)。该确定可以在一个集成的处理器或在传感器外部的一个处理器中执行。该确定可以如上所述使用下式计算：

$P_i=C\frac{V_{\mathrm{ref}}}{N_i-N_0}.$

图5示出了本发明的方法的替换实施例。操作在框402开始，在框404传感器复位，例如通过对漂移扩散电容器放电进行。在框406对光检测器的输出积分。如果使用漂移扩散电容器，那么光检测器的输出电流通过电容器积分，从而产生一个光电压。在判定框422，比较光电压和一个参考电压。如果如框422的肯定分支所说明的那样，该光电压大于参考电压，那么在框410全局计数器的当前值(其被提供给像素传感器)被存储在一个像素数据缓冲器中。在判定框424，进行检查，以确定是否已经超过积分的最大时间。如果如框424的肯定分支所说明的那样已经超过最大时间，那么在框414读取像素数据缓冲器。如果如框424的否定分支所说明的那样，还没有超过最大时间，那么系统等待，直到已经超过最大时间。如果如框422的否定分支所说明的那样该光电压小于参考电压，那么该流程进行到框412。判定框408可以作为一个比较器来实现。这样，存储在像素数据缓冲器中的数值将是光电压达到参考电压时的计数器数值。在判定框412，进行一个检查，来确定是否超过积分的最大时间。如果如框412的肯定分支所说明的那样已经超过最大时间，那么在框414读取像素数据缓冲器。如果如框412的否定分支所说明的那样还没有超过最大时间，那么系统等待，直到已经超过最大时间。在框414，无论是否已经超过参考电压都读取像素数据缓冲器。在框416，由从像素缓冲器读取的计数器数值中确定光功率(如果没有达到参考电压则为零)。该计算可以通过使用计数器差值N_i-N₀索引的或从计数器差值计算的积分时间索引的查找表来执行。

在帧期间改变V_ref的另一个好处是能够改变光强度电平的范围，其中强度电平可以由代表积分时间的一组特定的连续数字代码得到。这可以改变传感器的灵敏度。这可以通过对那组代码降低或增加V_ref的平均倾斜度以分别增加或降低可达到的强度电平的范围来实现。这在图6中进行了描述。图6示出了作为积分时间的函数的电压的曲线图。积分时间由变量n标出的数字代码来表示。强度为P₀的光线在数字代码m标出的时间达到参考电压V_ref1或V_ref2。如果参考电压作为时间的函数根据曲线V_ref1(n)变化，那么强度为P₁的光线在数字代码m+k所标出的时间达到参考电压V_ref1(m+k)。另一方面，如果电压参考作为时间的函数根据曲线V_ref2(n)改变，那么强度为P₂的光线在数字代码m+k所标出的时间达到参考电压V_ref2(m+k)。因此，如果电压参考作为时间的函数根据曲线V_ref1(n)改变，那么数字代码m到m+k代表强度从P₁到P₀的光线，而如果电压参考作为时间的函数根据曲线V_ref2(n)改变，那么数字代码m到m+k代表强度从P₂到P₀的光线。曲线V_ref1(n)的平均倾斜度大于V_ref2(n)的，因此使用电压参考函数V_ref1(n)的传感器的灵敏度将更高。

本领域普通技术人员应该认识到，虽然按照基于使用电容器来对光检测器输出积分并且使用比较器来把全局计数器数值锁存到一个像素数据缓冲器这样的实施例来描述本发明。但是，本发明并不应该限制于此，因为本发明可以使用等效于所描述和阐述的方式的硬件或软件部件来实现。对于本领域普通技术人员来说，许多其他的变形也是显而易见的。

已经结合具体实施例描述了本发明，很显然根据前面的描述，对于本领域普通技术人员来说，许多替换、修改、置换和变形都是显而易见的。因此，这意味着本发明包括所有这样落在附加的权利要求的范围内的替换、修改和变形。

Claims (37)

1.一种时间积分的像素传感器，其包括：

光检测器；

电耦合到该光检测器的电容元件；

比较元件，具有用于接收参考电压的第一输入、电耦合到该电容元件的第二输入、和一个输出；以及

像素数据缓冲器，响应该比较器的输出、并且可操作地存储数字代码数值。

2.根据权利要求1的时间积分像素传感器，进一步包括：

电压参考电源元件，电耦合到所述比较器的第一输入、并且可操作地为其提供参考电压；以及

全局代码产生器，耦合到所述像素数据缓冲器、并且可操作地为其提供该数字代码数值。

3.根据权利要求2的时间积分像素传感器，其中，所述电压参考电源元件包括一个数模转换器。

4.根据权利要求2的时间积分像素传感器，进一步包括一个处理器，其可操作地耦合到所述像素数据缓冲器、并且可操作地把所述数字代码数值转换为光功率电平。

5.根据权利要求4的时间积分像素传感器，其中，所述的处理器使用存储在一个存储器中的查找表。

6.根据权利要求4的时间积分像素传感器，其中，所述处理器根据 $P=C\frac{V_{\mathrm{ref}}}{N-N_0}$ 计算所述光功率电平P，这里C是常量，V_ref是参考电压，N是存储在所述像素数据缓冲器中的数字代码数值，N₀是一个初始数字代码数值。

7.根据权利要求4的时间积分像素传感器，进一步包括：

耦合到所述像素数据缓冲器的像素数据存储解码器。

8.根据权利要求2的时间积分像素传感器，其中，所述参考电压随时间变化。

9.根据权利要求8的时间积分像素传感器，进一步包括一个查找表存储器，用于存储具有电压参考数值的查找表，其中，所述具有电压参考数值的查找表被根据所述全局代码产生器产生的一个查找表地址来进行访问，并且可操作地提供一个电压参考数值给所述电压参考电源元件。

10.根据权利要求2的时间积分像素传感器，进一步包括一个查找表存储器，用于存储具有数字代码数值的查找表，其中，所述具有数字代码数值的查找表被根据所述全局代码产生器产生的一个查找表地址来进行访问，并且可操作地提供所述数字代码数值给所述像素数据缓冲器。

11.根据权利要求1的时间积分像素传感器，其中，所述像素数据缓冲器包括用于所述缓冲器中的每一位的一个锁存器。

12.一种时间积分像素传感器，其包括：

(a)像素元件阵列，其具有多行和多列，每个像素元件包括：

光检测器；

电耦合到所述光检测器的电容元件；

比较元件，具有用于接收一个参考电压的第一输入、电耦合到所述电容元件的第二输入、和一个输出；以及

像素数据缓冲器，响应所述比较器的输出、并且可操作地存储一个数字代码数值；

(b)电压参考电源元件，电耦合到所述比较器的第一输入、并且可操作地为其提供参考电压；

(c)全局代码产生器，耦合到所述像素数据缓冲器、并且可操作为其提供该数字代码数值；

(d)像素行解码器，可操作地在所述像素元件阵列中选择像素元件行；

(e)像素列解码器，可操作地在所述像素元件阵列中选择像素元件列、并且从中接收数据；以及

(f)控制器，用于控制所述像素行解码器、所述像素列解码器和所述全局代码产生器。

13.根据权利要求12的时间积分像素传感器，其中，所述全局代码产生器产生一个全局代码数值，从所述全局代码数值确定所述数字代码数值。

14.根据权利要求13的时间积分像素传感器，其中，从由所述全局代码数值访问的查找表中确定所述数字代码数值。

15.根据权利要求12的时间积分像素传感器，其中，所述全局代码产生器产生一个全局代码数值，从所述全局代码数值中确定所述参考电压。

16.根据权利要求15的时间积分像素传感器，其中，从由所述全局代码数值访问的查找表中确定所述参考电压。

17.根据权利要求12的时间积分像素传感器，进一步包括：

(g)图像处理器，可操作地从所述像素列解码器接收数据。

18.根据权利要求12的时间积分像素传感器，其中，所述时间积分像素传感器构成为一个集成电路半导体器件。

19.一种用于感测落在光检测器上的光线的光功率的方法，所述检测器具有一个用于接收光线的输入和一个电输出，该方法包括：

操作一个全局代码产生器；

对所述光检测器的电输出积分，以得到一个光电压；

将所述光电压和一个参考电压进行比较；

当所述光电压超过所述参考电压时，把所述全局代码产生器的数值存储到像素数据缓冲器中；并且

从存储到所述像素数据缓冲器中的全局代码产生器的数值中确定所述光功率。

20.根据权利要求19的方法，其中，所述确定进一步包括：

读取存储到所述像素数据缓冲器中的全局代码产生器的数值；并且

通过该全局代码产生器的数值来索引查找表。

21.根据权利要求19的方法，其中，所述确定进一步包括：

读取存储到所述像素数据缓冲器中的全局代码产生器的数值；并且

根据 $P=K\frac{V_{\mathrm{ref}}}{t}$ 来计算光功率P，这里K是常量，V_ref是参考电压，t是从所述全局代码产生器的数值中确定的积分时间。

22.一种用于感测落在光检测器上的光线的光功率的方法，该检测器具有用于接收光线的输入和一个电输出，该方法包括：

操作全局代码产生器，以得到全局代码数值；

对该光检测器的电输出进行积分，得到一光电压；

从所述全局代码数值中确定一参考电压数值；

根据所述参考电压数值产生参考电压；

从所述全局代码数值中确定一数字代码数值；

将所述光电压和所述参考电压进行比较；

如果所述光电压大于所述参考电压，把所述数字代码数值存储到像素数据缓冲器中；并且

从存储到所述像素数据缓冲器中的数字代码数值中确定光功率。

23.根据权利要求22的方法，其中，所述参考电压是所述全局计数器数值的单调递减函数。

24.根据权利要求22的方法，其中，选择所述参考电压，以便落在所述光检测器上的光线的光功率与存储到所述像素数据缓冲器中的数字代码数值成正比。

25.根据权利要求22的方法，其中，从所述全局代码数值中确定一参考电压数值包括：从具有由所述全局代码数值索引的参考电压值的查找表中找到所述参考电压数值。

26.根据权利要求22的方法，其中，从所述全局代码数值确定一参考电压数值包括：从具有由所述全局代码数值索引的数字代码数值的查找表中找到所述数字代码电压数值。

27.根据权利要求22的方法，其中，存储到所述像素数据缓冲器中的所述数字代码数值与落在所述光检测器上的光线的光功率成正比。

28.根据权利要求22的方法，其中，所述数字代码数值等于所述全局代码数值。

29.一种用于感测落在像素传感器阵列上的光线的光功率的方法，其中，每个传感器具有一个像素数据缓冲器和一个光检测器，该光检测器具有用于接收光线的输入和电输出，所述方法包括：

对于所述像素传感器阵列的每个像素传感器：

对所述光检测器的电输出进行积分，以得到一光电压；

测量作为所述光电压达到一个参考电压所花费的时间的一积分时间，并且

从所述积分时间中确定所述光功率。

30.根据权利要求29的方法，其中，所述参考电压随时间变化。

31.根据权利要求29的方法，其中，对于所述像素传感器阵列的每个像素传感器，所述积分包括：对在电容元件中的光检测器的电输出进行积分。

32.根据权利要求29的方法，进一步包括：根据落在所述像素传感器阵列上的光功率的最大值来设置所述参考电压电平。

33.根据权利要求29的方法，进一步包括：根据落在所述像素传感器阵列上的光功率的最小值来设置所述参考电压电平。

34.根据权利要求29的方法，进一步包括：

用数模转换器来产生所述参考电压。

35.根据权利要求29的方法，其中，所述测量包括：

运行一全局代码产生器；并且

对于所述像素传感器阵列的每个像素传感器：

将所述光电压和一个参考电压进行比较；并且

如果所述光电压大于所述参考电压，把所述全局代码产生器的数值存储到像素数据缓冲器中。

36.根据权利要求35的方法，其中，所述确定进一步包括：

对在所述阵列中的一个像素数据缓冲器的行和列地址进行解码；

从在所述行和列地址的像素数据缓冲器中读取所存储的全局代码产生器的数值；并且

通过所存储的全局代码产生器的数值和该全局代码产生器的初始值之间的差值来索引查找表。

37.根据权利要求35的方法，其中，所述确定进一步包括：

对在所述阵列中的一像素数据缓冲器的行和列地址进行解码；

从所述像素数据缓冲器中读取所存储的全局代码产生器的数值；并且

根据 $P=C\frac{V_{\mathrm{ref}}}{N-N_0}$ 来计算光功率电平P，这里C是常量，V_ref是参考电压，N是所存储的全局计数器数值，N₀是全局代码产生器的初始值。

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