EP2359586A2 - Capteur matriciel - Google Patents

Capteur matriciel

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Publication number
EP2359586A2
EP2359586A2 EP09796459A EP09796459A EP2359586A2 EP 2359586 A2 EP2359586 A2 EP 2359586A2 EP 09796459 A EP09796459 A EP 09796459A EP 09796459 A EP09796459 A EP 09796459A EP 2359586 A2 EP2359586 A2 EP 2359586A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pixels
image
address
matrix
pixel
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09796459A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Yang Ni
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
New Imaging Technologies SAS
Xiroku Inc
Original Assignee
New Imaging Technologies SAS
Xiroku Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by New Imaging Technologies SAS, Xiroku Inc filed Critical New Imaging Technologies SAS
Publication of EP2359586A2 publication Critical patent/EP2359586A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
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    • H04N3/10—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages by means not exclusively optical-mechanical
    • H04N3/14—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages by means not exclusively optical-mechanical by means of electrically scanned solid-state devices
    • H04N3/15—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages by means not exclusively optical-mechanical by means of electrically scanned solid-state devices for picture signal generation
    • H04N3/155—Control of the image-sensor operation, e.g. image processing within the image-sensor
    • H04N3/1562—Control of the image-sensor operation, e.g. image processing within the image-sensor for selective scanning, e.g. windowing, zooming
    • H—ELECTRICITY
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    • H04N25/40—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
    • H04N25/44—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled by partially reading an SSIS array
    • H04N25/443—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled by partially reading an SSIS array by reading pixels from selected 2D regions of the array, e.g. for windowing or digital zooming
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    • H04N25/445—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled by partially reading an SSIS array by skipping some contiguous pixels within the read portion of the array
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    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
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    • H04N25/74—Circuitry for scanning or addressing the pixel array
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    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/745—Circuitry for generating timing or clock signals

Definitions

  • the present invention relates to matrix optical sensors.
  • the invention applies for example to the use of such sensors for the detection of an object in the image of a detection plane on the sensor, for example to locate the position of a pointer in front of a screen touch.
  • the invention can still be applied to video surveillance or telemetry.
  • matrix CCD optical sensors These sensors are relatively expensive and the image formed on the pixels is read en bloc, sequentially. The processing of the image is relatively complex because all the pixels must be memorized.
  • CMOS matrix sensors called "snapshot".
  • the pixels are each associated with an analog memory. The size of the pixels is relatively large and the memory may have a large information leak under strong illumination.
  • touch screens include a screen and a location system of a pointer in the image of a detection plane associated with the screen, for example placed just in front of it.
  • Light sources and sensors are arranged relative to the screen so that the pointer intercepts the light emitted by these sources or reflected by reflective surfaces disposed around the screen and forms an image on the sensors.
  • the analysis of the formed image makes it possible, by triangulation, to determine the position of the object.
  • FIG. 15 shows an example of a touch screen known from application US 2007/0089915.
  • two matrix sensors 101 and 102 are respectively disposed at each corner of the screen.
  • the Cartesian coordinates X and Y of the finger D in the detection plane 103 can be determined from the angles a and ⁇ corresponding to the occlusion induced by the pointer D in the detection plane 103.
  • Touch screens equipped with linear sensors are also known. Unlike touch screens employing matrix sensors, linear sensors must be arranged with great precision relative to the detection plane. A disadvantage of this configuration is the sensitivity of these sensors to games or mechanical deformations encountered during manufacture and during use, which would make the image of the pointer would form out of the sensor.
  • the linear sensors used have pixels of rectangular shape, of large side oriented perpendicularly to the detection plane.
  • a disadvantage related to the use of rectangular pixels is the decrease in the sensitivity of the pixels due to a greater parasitic capacitance of the photodiode. In addition, such pixels collect more stray light.
  • matrix sensors incorporating a windowing function are known.
  • the sensor receives an input window address, for example the address of the upper corner, and outputs the values of the pixels in the window.
  • the size of this window may still be quite large and suddenly greatly increase the number of pixels to be processed.
  • the reading speed of a matrix sensor is not symmetrical in line and in column, the enlargement of the reading window in the vertical direction significantly increases the reading time of an image.
  • the application US 2004/0155175 discloses a matrix sensor associated with a reading means configured to read an image formed on the pixel matrix of the sensor.
  • the reading means sequentially reads the columns of the pixel matrix.
  • Such a sensor does not allow parallel processing of the columns of pixels, and the reading of an image with such a sensor can be relatively long.
  • the object of the invention is, according to one of its aspects, a matrix optical sensor, comprising: a matrix of pixels, each pixel being identified by a line address and a column address and,
  • a programmable electronic circuit comprising a plurality of programmable units for reading pixels, each programmable unit being associated with at least one pixel column address and being configured for:
  • the invention more particularly relates to a matrix optical sensor comprising: a plurality of programmable units for reading the pixels, each connected to at least one column of pixels and each being configured for:
  • At least one line address is for example dedicated to a function other than reading the value of a pixel and the readable programmable unit receiving this line address as read address is for example configured to allow the execution of said function, which can save the number of sensor control signals.
  • the programmable reading unit is capable of delivering the value of the pixel either outside the sensor or to another component of the sensor, for example in view of its storage and / or its treatment within the sensor, for example to undergo a differential treatment.
  • the reading can be done first by line addressing then column addressing.
  • value of the corresponding pixel it is necessary to understand the value of the pixel directly acquired by the sensor, or the value after filtering treatment, for example.
  • the sensor according to the invention makes it possible to program a selection of pixels and to read only the values of the programmed pixels, this reading being performed by means of the programmable reading units, which can work in parallel.
  • the invention makes it possible to avoid reading each of the 256 lines of the image, thus to speed up the processing.
  • pixel line is meant a row of pixels according to the size of the pixel array having the most pixels.
  • column of pixels is meant a row of pixels according to the size of the matrix of pixels having the fewest pixels.
  • the senor has 256 rows of 1600 pixels each and 1600 columns of 256 pixels each.
  • At least one readable readout unit including each readable readout unit, may be associated with only one pixel column address.
  • the programmable read unit is connected to only one column of pixels.
  • the senor can be integrated in a system for locating a pointer in an image of a detection plane formed on the sensor by detecting the occultation by the pointer of the light rays directed towards the sensor.
  • This image can define straight line segments having a relatively low angle of inclination relative to the lines of the sensor.
  • the image read may be in one dimension only, that is, read only for one pixel per column. This reading can be done in parallel, that is to say simultaneously, for all the reading units.
  • At least one readable readout unit in particular each readable readout unit, can be associated with several pixel column addresses, for example at consecutive column addresses or, in other words, be connected to several columns of pixels, for example to consecutive columns of pixels. This further simplifies sensor construction and processing.
  • the number of rows of the pixel array is for example equal to 2 n and each readable readout unit can be associated with n consecutive addresses of columns of pixels.
  • n n consecutive addresses of columns of pixels.
  • eight consecutive column addresses are for example associated with the same programmable read unit.
  • the invention also makes it possible to reduce the reading clock frequency of the sensor, to the benefit of energy consumption and parasitic electromagnetic radiation.
  • the power consumed by a sensor according to the invention is for example less than 100 mW, under a supply voltage of the order of 3.3V.
  • the matrix sensor according to the invention is for example embodied in the form of an integrated electronic chip of reduced size.
  • Each programmable reading unit comprises for example: at least one memory register including in memory the line address programmed in the readable programmable unit, a comparator receiving:
  • the line address programmed in the memory register the line address programmed in the memory register, and at least one buffer memory.
  • the comparator can be configured to compare the addresses on the first and second inputs and, in case of equality, allow the buffer value to be stored in the pixel whose line address has been programmed into the unit. programmable reading.
  • the readable programmable unit When a readable programmable unit is associated with several pixel column addresses or, in other words, is connected to several columns of pixels, the readable programmable unit may comprise a single memory register, a single comparator for the whole said pixel column addresses and a buffer memory per pixel column address. According to a first embodiment of a programmable read unit, the latter comprises only one memory register, a single comparator and at least one buffer memory.
  • the programmable reading unit comprises several buffers associated with the same column address or, in other words, connected to the same column, the latter can make it possible to record successively over time the values of the pixels identified by the same addresses of the column. row and column. This may make it possible to perform a differential treatment between two images successively formed on the sensor, in order to eliminate the contribution of ambient light for example.
  • the sensor may comprise a differential amplifier for delivering a value corresponding to the difference of the values of a pixel at two successive instants, which correspond, for example, to the switching on and off of the light source serving to form the image of the image. detection plan on the sensor.
  • a programmable reading unit comprises several memory registers, a single comparator and one or more buffers.
  • the user can program different line addresses in each memory register, which can read in the buffer or buffers of the readable programmable unit the values of different pixels of the memory. same column of pixels.
  • Each readable programmable unit comprises for example two memory registers, which makes it possible, for example, to read pixels defining an open or closed loop-shaped pattern on the image formed on the sensor.
  • the programmable unit may further comprise memory registers, for example four, in order to read pixels of a more complex shape image formed on the sensor, for example defining a reniform pattern.
  • the sensor comprises a matrix of photodetectors, a pixel being for example associated with a photodetector.
  • a pixel is associated with several photodetectors. These photodetectors can be made according to CMOS technology.
  • the matrix sensor may be configured to perform at least one binomial filtering within a column of the photodetector array, which may make it possible to smooth out, according to the filtered dimension, the distribution of the electric charges acquired by the photodetectors.
  • Binomial filtering may make it possible to compensate for disturbances occurring during the operation of the matrix sensor, for example caused by mechanical stresses exerted on a screen to which the sensor is associated or by ambient temperature. Binomial filtering can be done in two different configurations.
  • two photodetectors of at least one column of the respective coordinate matrix 2k and 2k + 1 are connected according to the filtered column, where k is a natural integer, for example 2k and 2k + 1 line addresses.
  • the binomial filtering is performed by connecting two photodetectors of at least one column of the respective coordinate matrix 2k + 1 and 2k + 2 according to the filtered column, where k is a natural integer, for example lines 2k + l and 2k + 2.
  • the matrix sensor comprises, for example, a plurality of controllable switches, each of these controllable switches connecting two photodetectors adjacent to the photodetector matrix, in particular two neighboring photodetectors of the same column.
  • binomial filtering can be activated by two signals.
  • at least one line address dedicated to a function other than the pixel value reading is dedicated to a configuration described above for binomial filtering, and the reception by the readable programmable unit of said address as an address of For example, reading causes the controllable switches to close according to one of the filtering configurations described above.
  • a pixel line address is for example dedicated to each binomial filter configuration.
  • the subject of the invention is a system for locating a pointer in the image of a detection plane, comprising at least one matrix sensor as defined above.
  • the sensor is for example configured to acquire an image of a detection plane and the pixels whose line address is stored in the programmable reading units are the pixels on which the image of the detection plane is formed.
  • the analysis of the read pixels makes it possible to detect the position of the pointer in the detection plane, the pointer blocking the light arriving at different pixels according to its location.
  • the location system is for example integrated in a screen to form a touch screen and the image of the detection plane formed on the sensor is for example that of one or more light sources distributed around the screen or their reflection by a reflector located on the edge of the screen.
  • the screen to which the location system is integrated comprises one or more LEDs located near the optical axis of the sensors and illuminating the edges of the screen, which are provided with catadioptric reflectors. The light from the LEDs is sent back to each sensor with a given light output. The presence of a pointer near the screen causes a significant decrease in this output and creates an occultation on the sensor.
  • the value of the sensor pixel or pixels may be changed as a function of the position of the pointer in the image of the detection plane and not all the pixels of the sensor, which reduces the processing time and the need for RAM.
  • the set of pixel values of the sensor does not have to be stored. The cost of the location system is reduced.
  • the location system advantageously comprises two matrix sensors according to the invention, and the location can be performed by a triangulation calculation.
  • the readable readout unit may receive as input as a read address only the pixel line addresses where the detection plane image is formed, which may avoid processing the lines of sensor pixels on which the image of the pointer useful to the location of the latter has no chance of forming.
  • the invention further relates to a touch screen, comprising:
  • Another object of the invention is, according to another of its aspects, a method of reading a selection of pixels within a matrix of pixels, each pixel being identified by a column address and a line address, the selected line addresses having been programmed in associated readable programmable units or, in other words, each connected to at least one column of pixels, in which method: at least one read address is provided with programmable read units, for some read address values, the read address thus received as input is compared with at least one programmed line address in each readable readable unit, and in the case of equality, a buffer memory is recorded in value of the pixel having the programmed line address.
  • At least one line address is for example dedicated to a function other than the reading of the pixel value and the readable programmable unit receiving this line address as read address is for example configured to allow the execution of said function .
  • a single line address can be programmed per programmable read unit, for example during a sensor calibration phase.
  • a plurality of line addresses are programmed per programmable read unit and it is compared whether the read address received at the input is equal to any of these addresses programmed in the readable programmable unit.
  • the programmable read unit can have as many buffers as programmed line addresses.
  • the programmable read unit can still be reprogrammed on the fly. Once the value of the pixel corresponding to the line address programmed in the register memory of the readable programmable unit stored in a buffer of this readable programmable unit, the user can program a new line address in the memory register, the value of the pixel identified by this new line address being subsequently stored in the same buffer of the readable programmable unit, after reading and erasing the previous data, or in another buffer of the readable programmable unit. This can read the value of several pixels of the same column associated with a programmable read unit.
  • the matrix of pixels is associated with a matrix of photodetectors and the method may comprise a binomial filtering step of the photodetectors as defined above prior to the step of providing the programmable read units with a read address.
  • At least one line address is for example dedicated to a binomial filter configuration and, during the binomial filtering step, for example sends to at least one readable programmable unit said line address as read address.
  • the subject of the invention is also a method for locating a pointer in the image of a detection plane, in which: the acquisition of the image of the detection plane is allowed with a matrix of photodetectors, each pixel of the image being marked in the image of the detection plane by a line address and a column address and reading is allowed a selection of pixels of the image of the detection plane according to the method above.
  • the method may comprise the steps of: acquiring a first image of at least a part of the detection plane, in particular of the entire detection plane, when the observation field of the photodetector matrix is illuminated by a source artificial light, acquire a second image of said portion of the detection plane, in the absence of illumination of the field of view of the matrix of photodetectors by the artificial source, - perform a differential reading of the images.
  • Such a differential reading reduces the noise due to ambient lighting.
  • To acquire the first and the second image it is carried out for example by iteration by acquiring at each iteration during a lighting / extinction elementary cycle of the artificial light source only part of the image of the detection plane. .
  • At each iteration for example, a single line of pixels is acquired from the image of the detection plane.
  • Such an iterative acquisition method makes it possible, for example, to expose the photodetectors associated with the line to be acquired to the light of the artificial source only for a reduced duration, which may be desirable when the light intensity of the source artificial, is high, and this can avoid to saturate the photodetectors.
  • the artificial light source is acquired, for the first and second images, the entire image of the detection plane, which can reduce the duty cycle of the artificial source, and to obtain light pulses of higher energy.
  • the artificial light source comprises for example at least one light emitting diode.
  • the invention further relates, in another of its aspects, in combination with the foregoing, a matrix optical sensor comprising: a matrix of two-dimensional pixels whose reading is performed first by line addressing and then by addressing of columns, a plurality of read units, each being connected to at least one column of pixels, each read unit storing a reading result selectively for one or more given line addresses the sensor being configured to allow to obtain after scanning all or part of the rows of the pixel array a one-dimensional image corresponding to a given pixel line of the pixel array.
  • FIG. 1 schematically represents an example of a matrix sensor according to the invention
  • FIG. 2 schematically represents a plurality of programmable readout units according to the invention
  • FIG. 3a represents an exemplary image of the detection formed on a part of the matrix sensor in the presence of a pointer
  • FIGS. 3b to 3d represent different steps during the location, by the location system of the pointer in the image of the detection plane
  • FIG. schematic various steps of a method of location of the pointer in the image of the detection plane
  • Figure 5 shows different elements of an exemplary matrix sensor according to the invention
  • Figures 6a to 6e show different steps of an example binomial filtering
  • - Figure 7 shows an example of differential reading
  • Figure 8 shows an example of programming method of a prog unit
  • FIG. 9 is a timing diagram representing an exemplary reading of the buffers
  • FIG. 10a is a timing diagram representing a first example of differential reading according to the invention
  • FIG. 10b is a timing diagram representing a second reading example.
  • FIG. 11 is an example of integration of a location system according to the invention into an apparatus
  • FIG. 12 schematically represents a variant of the matrix sensor shown in FIG. and 14 represent further examples of programmable read units according to the invention
  • - Figure 15 shows an example of detecting the position of a finger on a touch screen according to the prior art.
  • FIG. 1 shows very schematically an example of a matrix sensor 1 according to the invention.
  • the sensor 1 may be incorporated into a positioning system 100 and comprises in the example shown an image acquisition device 2, a programmable electronic circuit 3 having a plurality of sense programmable units 3 J5 and a decoder 5.
  • the matrix sensor 1 according to the invention is for example integrated with a chip of reduced dimensions, for example of size less than 25 mm 2 .
  • the resolution of the sensor 2 is, for example, 256 lines of 1600 pixels and each pixel has for example a size of 5 ⁇ m, but the invention is not limited to a resolution and a particular pixel size.
  • the pixels are for example pixels without respective memories, also called "active pixel”.
  • the sensor 1 exchanges data with a digital processing unit 4 which comprises for example a microprocessor as well as a random access memory.
  • a digital processing unit 4 which comprises for example a microprocessor as well as a random access memory.
  • the decoder 5 is for example made using conventional logic gates, being for example configured to transform a natural binary code into a vector of binary signals of which one and only one is worth “1". This logic "1" makes it possible to select the line of pixels to be read.
  • the decoder 5 receives from the processing unit 4 the address of a line to be read via a bus 11, as illustrated in FIG. 2.
  • a readable programmable unit 3 j is associated with a single pixel column address.
  • Each programmable reading unit 3 j comprises in the example of this figure a programmable memory register 7 ,, a comparator 8, associated with the memory register 7 ,, a buffer memory 9 ,, and an electronic switch 10,.
  • each comparator 8 can comprise two inputs: a first input connected to the bus 11 and a second input connected to the memory register 7 j of the readable programmable unit 3 j .
  • each memory register 7 , each comparator 8, and each buffer memory 9 are associated with a single column of pixels.
  • FIGS. 13 and 14 show further examples of programmable reading units 3 j .
  • a programmable read unit 3 j includes two memory registers 7 and 7 ', a comparator 8 ,, a buffer memory 9, and an electronic switch 1 Y j.
  • the invention is not limited to a particular number of memory registers 7 j per programmable reading unit 3 j . These can each comprise more than two memory registers 7,.
  • each programmable read unit 3 j may also include a memory register 7 a comparator 8 J5 , two buffers 9a, 9b and j and an electronic switch 10 ,.
  • the invention is not limited to a particular number of buffers 9, per programmable read unit. These can each comprise more than two buffers 9,.
  • each programmable read unit comprises a comparator, several memory registers and several buffers.
  • FIG. 5 shows an example of an image acquisition device according to the invention.
  • This acquisition device 2 comprises, for example, a matrix of detection elements, which in the example described are 20 nm photodetectors.
  • the sensor 1 also comprises a plurality of controllable switches 21, for example field effect transistors 21, connecting two neighboring photodetectors along a column of the matrix sensor and a plurality of controllable switches 22 allowing the reading of the charge acquired by the sensors.
  • the sensor 1 comprises for example, as illustrated in FIG. 11, a plurality of inputs 60, 61 to 6x and 70
  • the input 60 is for example connected to a power supply, the inputs 61 to 6x are for example connected to a processor of the apparatus in which the sensor 1 is integrated and the input 70 is for example connected to ground.
  • the inlet 60 and the inlet 70 can be connected by a decoupling capacitor.
  • the system 1 comprises for example two outputs 72 and 73 respectively connected to a transistor 74 and 75 respectively.
  • Application to the location of a pointer in front of a touch screen We will now describe with reference to FIGS. 3a to 3d and in FIG. 4 an example of application of the invention to the location of a pointer in the image of a plan for detecting a touch screen using a locating system 100 comprising a sensor 1 comprising programmable reading units 3 j as represented in FIG. 2.
  • FIG. 3a only six lines and nineteen columns of the pixel array of the sensor have been shown.
  • the columns are numbered from left to right and the lines from bottom to top.
  • the pixels represented in dark color correspond to the occlusion of a light source due to the presence of the pointer.
  • the pixels making it possible to locate the pointer in the image of the detection plane for the columns of address j to j + 2 are all located at the address line i + 2 and are respectively designated 6i + 2j , 6 1+ 2 j + i and 6i + 2j + 2 in the illustrated example.
  • the values of the set of pixels making it possible to locate the pointer in the image of the detection plane can fill a one-dimensional array.
  • the digital processing unit 4 causes the erasure of the information previously recorded in the memory registers 7, each programmable reading unit 3_.
  • the digital processing unit 4 scans each line of the image of the detection plane and determines in step 42 for each pixel column the line address of the pixel corresponding to the image of the detection plan.
  • the row address of the pixel of each column for locating the pointer in the image of the detection plane is programmed in each of the memory registers 7 J + 1 to 7 J + i9.
  • the line address "i + 2" is in the illustrated example recorded in registers 7 J + i, 7 J + 2 and 7 J + 3.
  • FIG. 8 shows an example of programming a line address in a memory register 7, according to step 43.
  • the digital processing unit 4 sends to the memory register 7, associated with the column of column address pixels j via a bus, not represented, an ADR signal [7: 0] corresponding to the line address of the pixel of this column to program.
  • the line address is eight-bit coded and the memory register 7 ⁇ of this line address is bit-by-bit recorded sequentially.
  • the memory register receives each bit of the address coding successively, each of the bits being recorded in the memory register on receipt of a rising edge of the clock signal CLK, as shown in FIG. 8.
  • This recording in FIG. a memory register 7 is for example carried out at a rate greater than 12 MHz.
  • the digital processing unit 4 sends to the step 44 via the bus 11 to the decoder 5 and each readable readout unit 3 j to 3 J + 1 s a pixel reading address of the image, this read address corresponding to a line address.
  • the first read address sent at this step 44 corresponds to the lowest line address associated with one or more pixels on which the image of the detection plane is formed.
  • Each comparator 8 compares this read address received at the first input to the line address programmed in step 43 in the memory register 7, to which it is associated and which it receives as a second input.
  • the comparator 8 j acts on the switch 10, to allow the recording in the buffer memory 9, the value of the corresponding pixel.
  • steps 44 and 45 are performed again, the digital processing unit 4 sending via the bus 11 to the decoder 5 and the reading of programmable units 3 j 3 J + i8 the next reading address by incrementing the number of line.
  • the read address "i + 2" is sent and comparators 8, 8 J + 2 on the one hand, 8 J + 10 to 8 J + 14 on the other hand, having their first and second values With equal input, the values of the corresponding pixels are recorded in the buffers 9, 9 J + 2 and 9 J + 10 to 9 J + 14 .
  • the read address "i + 3" is sent via the bus 11 to the decoder 5 and the readable programmable units 3 j to 3 J + 1 s and is performed in a manner similar to that described above, This leads to the recording in the buffers 9 j + 4 to 9 J + 9 of the values of the pixels 6 1+ 3, J + 4 to 6 1+ 3, J + 9.
  • the invention is not limited to the use of a programmable reading unit 3 j per column of pixels.
  • a programmable reading unit 3 j can thus be associated with several columns of consecutive pixels, especially in the case where the pixels making it possible to locate the pointer in the detection plane define a plurality of segments each having a zero or low inclination angle. relative to the lines of the matrix sensor 2.
  • the combination of a single readable programmable unit 3 j to several columns of consecutive pixels of the image of the detection plane can simplify the realization of the location system. It is possible to program in the memory register of the readable programmable unit associated with these columns of pixels a single line address.
  • the programmable readout units are as shown in FIGS. 13 and 14.
  • the arrangement of the switches 22 in the acquisition device 2 makes it possible to carry out a binomial filtering according to a dimension of the photodetector matrix, for example a filtering according to each column called "vertical filtering".
  • the switches 21 connect neighboring photodetectors 20 nm in the matrix in a column and make it possible to perform vertical filtering.
  • the invention makes it possible to implement binomial filtering, in two configurations, as explained below with reference to FIGS. 6a to 6e.
  • the photodetectors are numbered 20 lm to 2Oio m and two neighboring photodetectors are connected via controllable switches 21k m - the film switches 21, 21 2m,
  • 21 3m ... 21 9m connect respectively the photodetectors 20 lm and 2 ⁇ 2 m , 2 ⁇ 2 m and 2 ⁇ 3 m , 2 ⁇ 3 m and
  • FIG. 6a shows the photodetectors 20 nm after acquisition of an image. As can be seen, only the photodetector 20m has recorded a charge which is set, for the purposes of the example, equal to one.
  • the controllable switches 21,2k + i, m, of coordinate 2k + 1 according to the filtering dimension, k being a natural integer, are controlled in closing so as to connect the photodetectors 2 ⁇ 2k + i, m and 2 ⁇ 2k + 2, m , with coordinates 2k + 1 and 2k + 2 depending on the filtering dimension, for example vertical within a column.
  • the charge acquired by a 20 nm photodetector is calculated by summing the charges acquired by each of the photodetectors connected by a controllable switch and dividing this sum by two. As can be seen in FIG. 6b, at the end of this operation, the photodetectors 20s m and 20m each have a charge equal to 0.5, the charge being no longer only carried by the photodetector 20 m, as before filtering.
  • a second filter configuration can be applied to the photodetectors of the matrix, according to FIG. 6c.
  • the switches controllable 212k, m, coordinated 2k according to the filter size, k is a natural number, are controlled in the closed so as to connect the photodetectors 20 2k, m and 202k + i, m , with 2k and 2k + 1 coordinates depending on the filtering dimension.
  • the charge acquired by a photodetector 20 nm is calculated, as in the first configuration, by summation of the charges acquired by each of the photodetectors connected by a controllable switch and by dividing this sum by two.
  • the photodetectors 2 ⁇ 4 m to 2 ⁇ 7 m both have a load equal to a quarter of the charge initially borne by the single photodetector 206 m .
  • binomial filtering can again be performed according to the first configuration, as shown in FIG. 6d and then in the second configuration, as shown in FIG. 6e, so as to further smooth the distribution of charges.
  • Each of the two filtering configurations is for example coded by an address ⁇ 1, respectively ⁇ 2.
  • ⁇ 1 and ⁇ 2 are in the example described particular pixel line addresses, these addresses being dedicated to binomial filtering.
  • ⁇ l corresponds for example in hexadecimal code to the address 00 and ⁇ 2 to the address FF.
  • the sending by the digital processing unit 4 of one of these addresses to the image acquisition device 2 and to the programmable reading units causes the closing of the controllable switches 2 1 and 2k of index 2k according to the dimension or filter 21 n, i + 2k 2k + l index, according to the filter configuration.
  • Differential reading The invention can also allow the removal of ambient light by implementing a differential reading.
  • FIG. 7 illustrates in the form of a timing diagram an example of differential reading according to which: a first image of a part of the detection plane is acquired when the field of observation of the photodetector matrix is illuminated by an artificial light source; acquires a second image of the same part of the detection plane in the absence of illumination by the light source, and eliminates the noise component related to ambient lighting by subtracting the second image to the first image, by example using a differential amplifier.
  • the ambient lighting even when it is intense, remains largely stationary, so that if the image acquisition speed is high, the influence of the ambient light can be strongly attenuated after subtraction of the first and second images.
  • the differential reading is applied to one line of pixels at a time but it can go differently.
  • the digital processing unit 4 is, for example, configured to send the acquisition device 2 and the programmable electronic circuit 3 the address AD1 of a first pixel line of the image of the detection plane to be processed.
  • the digital processing unit 4 can cause the erasure of the charges that would have previously been acquired by the photodetectors 20, this corresponding charge erasure on the timing chart at the activation of the signal RST.
  • the digital processing unit 4 can then cause the illumination of the field of view of the acquisition device 2 by the artificial light source.
  • the latter is for example a light-emitting diode whose state is represented on the timing diagram of FIG. 7 by the LED signal.
  • the digital processing unit 4 then causes the acquisition by the image acquisition device 2 of a first image of the processed line and the recording of the values of the pixels of the line acquired by the programmable electronic circuit, such as for example shown in one of Figures 3b to 3d, which corresponds in the timing chart to the activation of the RDI signal.
  • the digital processing unit can then cause erasure of the charges acquired by the photodetectors during the previous step and cause the extinction of the artificial light source.
  • the digital processing unit 4 can then cause the acquisition by the image acquisition device of a second image of the processed line and the recording by the programmable electronic circuit 3 of the values of the pixels of the acquired line, which corresponds in the timing diagram to the activation of the signal RD2.
  • the digital processing unit 4 for example sends the address of the next line of pixels to be processed and the steps described above are reproduced.
  • FIG. 9 shows an example of implementation of differential reading in a matrix sensor 1 according to the invention.
  • each readable readout unit 3 j is associated with a column of pixels and is as shown in Figure 14, having a memory register 7 ,, comparator 8, and two buffers 9a, and 9b.
  • the assembly 9a formed by the joining of the buffers 9a of each readable programmable unit 3 j contains, for example, the values of pixels recorded according to the method described above during the processing of the first image acquired with illumination of the artificial light source. .
  • the assembly 9b formed by the meeting of the buffers 9b, of each readable programmable unit 3 j contains for example the values of pixels recorded according to the method described above during the processing of the second image acquired without illumination by the artificial light source. .
  • the invention implements in the example described a sequential reading of the contents of memory sets 9a and 9b by a shift register 15 whose state is represented in FIG. 9 by the signal HD. Zeroing this HD signal causes the previously acquired information to be erased by the shift register.
  • the shift register Upon reception by the shift register of the clock signal HCLK, the shift register reads the contents of a buffer memory 9a, or 9b,.
  • the signal OUTP corresponding to the reading of the set 9a associated with the first image and the signal OUTN corresponding to the reading of the set 9b associated with the second image is also represented in the timing diagram of FIG. 9.
  • the information read in the memory sets 9a and 9b can then be subjected to a subtraction processing, for example by means of a differential amplifier connected to the read buses of the memory assemblies 9a and 9b.
  • the differential reading can be implemented by acquiring, during an on / off cycle of the artificial light source only a line of pixels of the first image and the second image and proceeding by iteration for each row of pixels to acquire.
  • FIG. 10a shows a timing diagram corresponding to such a differential reading example.
  • the digital processing unit 4 firstly causes the erasure of the charges previously acquired by the photodetectors 20 of the acquisition device 2 and the activation of the artificial light source, which causes corresponds respectively to the timing diagram of FIG. 10a at the activation of the signal RST and the signal LED
  • the digital processing unit then sends the acquisition device 2 and the programmable electronic circuit 3 the addresses ⁇ 1 and ⁇ 2 associated with the two vertical binomial filtering configurations.
  • the digital processing unit 4 then sends the acquisition device 2 and the programmable electronic circuit 3 the ADl address of the pixel line to be processed, then activates the RDI signal.
  • the activation of the signal RD 1 successively causes: the acquisition by the acquisition device 2 of the address line AD1 of the first image, the vertical binomial filtering of the electrical charge recorded by the photodetectors of the acquisition device according to the two configurations, according to the addresses ⁇ 1 and ⁇ 2 previously received and - the reading by the programmable electronic circuit 3 of the pixel values of this line for locating the pointer in the image of the detection plane.
  • the values of these pixels are recorded in the buffers 9aj as previously described.
  • the digital processing unit 4 then causes the erasure of the charges previously acquired by the photodetectors and the extinction of the artificial light source, which respectively corresponds in the timing diagram of FIG. 10a to the activation of the RST signal and to the deactivation of the LED signal.
  • the digital processing unit 4 then sends to the sensor 1 and the programmable electronic circuit 3 the addresses ⁇ 1 and ⁇ 2 associated with the two vertical binomial filtering configurations and then activates the signal RD2.
  • the activation of the signal RD2 successively causes: the acquisition by the acquisition device 2 of the address line AD1 of the second image, the vertical binomial filtering of the electric charge recorded by the photodetectors of the acquisition device according to the two configurations, according to the previously received addresses ⁇ 1 and ⁇ 2 and, the reading by the programmable electronic circuit 3 pixel values of this line for locating the pointer in the image of the detection plane.
  • the values of these pixels are recorded in the buffers 9bj, as previously described.
  • the invention is not limited to carrying out binomial filtering according to its two configurations prior to processing the first and second images. As a variant, it could only be previously done according to only one of the binomial filtering configurations. In another variant, no binomial filtering is performed before acquisition of the first and second images.
  • an on / off cycle of the artificial light source corresponds to the acquisition of first and second images only of a single line of pixels.
  • FIG. 10b Another example of implementation of differential filtering according to the invention is shown in FIG. 10b.
  • a single on / off cycle of the artificial light source makes it possible to acquire all the lines of pixels.
  • the charges previously acquired by each photodetector are first erased by sending the address of each line and activating the signal RST for each of these lines.
  • the digital processing unit 4 then fires the artificial light source and then extinguishes it.
  • the addresses ⁇ 1 and ⁇ 2 are sent, similar to what has been described with reference to FIG. 10a.
  • the address AD1 is then sent, which causes the reading of the pixels of the address line AD1 making it possible to locate the pointer in the image of the detection plane, in accordance with what has been described with reference to FIGS. 3a to 3d , then the RST signal is activated, causing the erasure of the electric charges acquired.
  • the first image is thus acquired at the end of a single ignition / extinction cycle of the artificial light source.
  • the addresses ⁇ 1 and ⁇ 2 are then sent again as well as the line addresses, which allows the acquisition of the second image.
  • each readable readout unit 3 j is associated with several successive column addresses, eight in the example described.
  • Each readable readout unit 3 j has a memory register 7 ,, a comparator 8, and eight pairs of buffers 9a, at 9a, J + 7 and 9b, at 9b J + 7
  • a line address is programmed in the memory register 7 J5 this programmed line address being common to the eight columns of column address pixels between j and j + 7.
  • the sending by the digital processing unit 4 via the bus 11 of a read address is received at the input by each readable readable unit 3 j which transmits it to the comparator 8, the latter verifying if this received address is equal to that programmed in the memory register 7, associated with the eight column address columns between j and j + 7.
  • the device represented in FIG. 12 comprises two buffers 9a, and 9b, associated with each column, the buffers 9a, and 9b respectively relating to a first image and to a second image of the detection.
  • the expression "having one” shall be understood as being synonymous with the expression “containing at least one”, except when the opposite is specified.

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Abstract

La présente invention concerne un capteur optique matriciel comportant : - une matrice de pixels (6ij), chaque pixel (6ij) étant repéré par une adresse de ligne et une adresse de colonne et, - une pluralité d'unités programmables de lecture des pixels (6ij), connectées chacune à au moins une colonne de pixels et étant configurée pour : - permettre la mémorisation, lors d'une étape de programmation du capteur d'au moins une adresse de ligne, - recevoir une adresse de ligne et, - pour certaines valeurs d'adresses de lecture, comparer l'adresse de ligne reçue à l'adresse de ligne programmée et en cas d'égalité permettre la lecture de la valeur du pixel correspondant (6ij).

Description

Capteur matriciel
La présente invention est relative aux capteurs optiques matriciels. L'invention s'applique par exemple à l'utilisation de tels capteurs pour la détection d'un objet dans l'image d'un plan de détection sur le capteur, afin par exemple de repérer la position d'un pointeur devant un écran tactile.
L'invention peut encore s'appliquer à la vidéosurveillance ou à la télémétrie. Il existe des capteurs optiques matriciels CCD. Ces capteurs sont relativement coûteux et l'image formée sur les pixels est lue en bloc, de façon séquentielle. Le traitement de l'image est relativement complexe car tous les pixels doivent être mémorisés. II existe par ailleurs des capteurs matriciels CMOS dits « snapshot ». Les pixels sont associés chacun à une mémoire analogique. La taille des pixels est relativement grande et la mémoire peut présenter une fuite d'information importante sous forte illumination.
D'autre part, de nombreuses solutions techniques ont été proposées pour réaliser des écrans tactiles. Ces derniers comportent un écran et un système de localisation d'un pointeur dans l'image d'un plan de détection associé à l'écran, par exemple placé juste devant celui-ci.
Les systèmes de localisation reposant sur l'emploi de composants optiques conviennent particulièrement bien à des écrans de dimensions relativement grandes. Des sources lumineuses et des capteurs sont disposés relativement à l'écran de façon à ce que le pointeur intercepte la lumière émise par ces sources ou réfléchie par des surfaces réfléchissantes disposées sur le pourtour de l'écran et forme une image sur les capteurs.
L'analyse de l'image formée permet, par triangulation, de déterminer la position de l'objet.
On a représenté à la figure 15 un exemple d'écran tactile connu par la demande US 2007/0089915. Pour repérer la position d'un pointeur D dans un plan de détection 103, deux capteurs matriciels 101 et 102 sont disposés respectivement à chaque coin de l'écran.
Les coordonnées cartésiennes X et Y du doigt D dans le plan de détection 103 peuvent être déterminées à partir des angles a et β correspondant à l'occlusion induite par le pointeur D dans le plan de détection 103. Des écrans tactiles équipés de capteurs linéaires sont également connus. A la différence des écrans tactiles employant des capteurs matriciels, les capteurs linéaires doivent être disposés avec une grande précision relativement au plan de détection. Un inconvénient de cette configuration est la sensibilité de ces capteurs à des jeux ou des déformations mécaniques rencontrées lors de la fabrication et pendant l'utilisation, qui feraient que l'image du pointeur se formerait hors du capteur.
Pour pallier ce problème, les capteurs linéaires utilisés ont des pixels de forme rectangulaire, de grand côté orienté perpendiculairement au plan de détection. Un inconvénient lié à l'utilisation de pixels rectangulaires est la diminution de la sensibilité des pixels à cause d'une plus grande capacité parasite de la photodiode. En outre, de tels pixels collectent davantage de lumière parasite.
L'emploi de capteurs matriciels induit dans les systèmes de détection connus un traitement de données plus important que les capteurs linéaires, ce qui rend les écrans tactiles plus coûteux.
On connaît enfin des capteurs matriciels intégrant une fonction de fenêtrage. Le capteur reçoit en entrée une adresse de fenêtre, par exemple l'adresse du coin supérieur, et délivre en sortie les valeurs des pixels dans la fenêtre. En cas d'un mauvais alignement, la taille de cette fenêtre peut rester encore assez conséquente et du coup augmenter considérablement le nombre de pixels à traiter. Par ailleurs, la vitesse de lecture d'un capteur matriciel n'étant pas symétrique en ligne et en colonne, l'agrandissement de la fenêtre de lecture dans le sens vertical augmente signifîcativement le temps de lecture d'une image. La demande US 2004/0155175 divulgue un capteur matriciel associé à un moyen de lecture configuré pour lire une image formée sur la matrice de pixels du capteur.
Le moyen de lecture effectue une lecture séquentielle des colonnes de la matrice de pixels.
Un tel capteur ne permet pas un traitement en parallèle des colonnes de pixels, et la lecture d'une image avec un tel capteur peut être relativement longue. II existe un besoin pour bénéficier d'un nouveau capteur matriciel capable de simplifier le traitement des données provenant de la matrice de pixels pour certaines applications telles que les écrans tactiles, la vidéo surveillance ou la télémétrie.
Il existe également un besoin pour améliorer encore les capteurs existants afin de disposer de capteurs à la fois précis et rapides, tout en étant relativement peu coûteux à fabriquer.
L'invention a pour objet, selon l'un de ses aspects, un capteur optique matriciel, comportant : - une matrice de pixels, chaque pixel étant repéré par une adresse de ligne et une adresse de colonne et,
- un circuit électronique programmable comportant une pluralité d'unités programmables de lecture des pixels, chaque unité programmable étant associée à au moins une adresse de colonne de pixels et étant configurée pour :
- permettre la mémorisation, lors d'une étape de programmation du capteur, d'au moins une adresse de ligne,
- recevoir une adresse de lecture, et - pour certaines valeurs d'adresses de lecture, comparer l'adresse de lecture reçue à l'adresse de ligne programmée et, en cas d'égalité, permettre la lecture de la valeur du pixel correspondant.
L'invention a plus particulièrement pour objet un capteur optique matriciel comportant : - une pluralité d'unités programmables de lecture des pixels, connectées chacune à au moins une colonne de pixels et étant chacune configurée pour :
- permettre la mémorisation, lors d'une étape de programmation du capteur d'au moins une adresse de ligne,
- recevoir une adresse de ligne et, - pour certaines valeurs d'adresses de ligne reçues, comparer ladite adresse de ligne reçue à l'adresse de ligne programmée et, en cas d'égalité, permettre la lecture de la valeur du pixel correspondant. Au moins une adresse de ligne est par exemple dédiée à une fonction autre que la lecture de la valeur d'un pixel et l'unité programmable de lecture recevant cette adresse de ligne comme adresse de lecture est par exemple configurée pour permettre l'exécution de ladite fonction, ce qui peut permettre d'économiser le nombre de signaux de commande du capteur.
Par « permettre la lecture » il faut comprendre que l'unité programmable de lecture est capable de délivrer la valeur du pixel soit à l'extérieur du capteur soit à un autre composant du capteur, en vue par exemple de sa mémorisation et/ou de son traitement au sein du capteur, par exemple pour subir un traitement différentiel. La lecture peut s'effectuer d'abord par adressage de ligne puis adressage de colonne. Par « valeur du pixel correspondant », il faut comprendre la valeur du pixel directement acquise par le capteur, ou la valeur après traitement de filtrage, par exemple.
Le capteur selon l'invention permet de programmer une sélection de pixels et de ne lire que les valeurs des pixels programmés, cette lecture s'effectuant à l'aide des unités programmables de lecture, lesquelles peuvent travailler en parallèle.
Dans le cas par exemple d'une image du plan de détection comportant 256 lignes de 1600 pixels, l'invention permet d'éviter la lecture de chacune des 256 lignes de l'image, donc d'accélérer le traitement.
Par « ligne de pixels » on désigne une rangée de pixels selon la dimension de la matrice de pixels comportant le plus de pixels. Par « colonne de pixels » on désigne une rangée de pixels selon la dimension de la matrice de pixels comportant le moins de pixels.
Par exemple, dans le cas d'un capteur à 256x1600 pixels, on considère que le capteur a 256 lignes de 1600 pixels chacune et 1600 colonne de 256 pixels chacune.
Au moins une unité programmable de lecture, notamment chaque unité programmable de lecture, peut n'être associée qu'à une seule adresse de colonne de pixels. Autrement dit, l'unité programmable de lecture n'est connectée qu'à une seule colonne de pixels.
Comme on le verra par la suite, le capteur peut être intégré à un système de localisation d'un pointeur dans une image d'un plan de détection formée sur le capteur par détection de l'occultation par le pointeur des rayons lumineux dirigés vers le capteur. Cette image peut définir des segments de droite présentant par rapport aux lignes du capteur un angle d'inclinaison relativement faible.
L'image lue peut n'être qu'en une dimension, c'est-à-dire qu'elle n'est lue que pour un seul pixel par colonne. Cette lecture peut s'effectuer en parallèle, c'est-à-dire simultanément, pour toutes les unités de lecture.
Au moins une unité programmable de lecture, notamment chaque unité programmable de lecture, peut être associée à plusieurs adresses de colonnes de pixels, par exemple à des adresses de colonne consécutives ou, autrement dit, être connectée à plusieurs colonnes de pixels, par exemple à des colonnes de pixels consécutives. Cela permet de simplifier encore la construction du capteur et le traitement.
Ainsi, dans un exemple de réalisation, on peut avoir autant d'unités de lecture que de colonnes de pixels. Dans un autre exemple de réalisation, on peut avoir moins d'unités de lecture que de colonnes de pixels, par exemple entre deux et dix fois moins d'unités de lecture que de colonnes de pixels, le nombre d'unités de lecture étant supérieur à un.
Le nombre de lignes de la matrice de pixels est par exemple égal à 2n et chaque unité programmable de lecture peut être associée à n adresses consécutives de colonnes de pixels. Ainsi, dans le cas de 256 lignes de pixels, huit adresses de colonne consécutives sont par exemple associées à une même unité programmable de lecture.
L'invention permet également de réduire la fréquence d'horloge de lecture du capteur, au bénéfice de la consommation d'énergie et du rayonnement électromagnétique parasite. La puissance consommée par un capteur selon l'invention est par exemple inférieure à 100 mW, sous une tension d'alimentation de l'ordre de 3,3V.
Le capteur matriciel selon l'invention est par exemple réalisé sous forme de puce électronique intégrée de taille réduite.
Chaque unité programmable de lecture comporte par exemple : - au moins un registre de mémoire comportant en mémoire l'adresse de ligne programmée dans l'unité programmable de lecture, un comparateur recevant:
- en première entrée l'adresse de lecture et,
- en deuxième entrée l'adresse de ligne programmée dans le registre de mémoire, et au moins une mémoire tampon.
Le comparateur peut être configuré pour comparer les adresses sur les première et deuxième entrées et pour, en cas d'égalité, permettre l'enregistrement dans la mémoire tampon de la valeur du pixel dont l'adresse de ligne a été programmée dans l'unité programmable de lecture.
Lorsqu'une unité programmable de lecture est associée à plusieurs adresses de colonne de pixels ou, autrement dit, est connectée à plusieurs colonnes de pixels, l'unité programmable de lecture peut comporter un seul registre de mémoire, un seul comparateur pour l'ensemble desdites adresses de colonnes de pixels et une mémoire tampon par adresse de colonne de pixels. Selon un premier mode de réalisation d'unité programmable de lecture, cette dernière ne comporte qu'un seul registre de mémoire, un seul comparateur et au moins une mémoire tampon.
Lorsque l'unité programmable de lecture comporte plusieurs mémoires tampons associées à une même adresse de colonne ou, autrement dit, connectées à une même colonne, ces dernières peuvent permettre d'enregistrer successivement dans le temps les valeurs des pixels repérés par les mêmes adresses de ligne et de colonne. Cela peut permettre de réaliser un traitement différentiel entre deux images successivement formées sur le capteur, afin d'éliminer la contribution de la lumière ambiante par exemple. Le capteur peut comporter un amplificateur différentiel pour délivrer une valeur correspondant à la différence des valeurs d'un pixel à deux instants successifs, qui correspondent par exemple à l'allumage et à l'extinction de la source lumineuse servant à former l'image du plan de détection sur le capteur.
Selon un deuxième mode de réalisation d'unité programmable de lecture, cette dernière comporte plusieurs registres de mémoire, un seul comparateur et une ou plusieurs mémoires tampons. Lors de l'étape de programmation, l'utilisateur peut programmer des adresses de ligne différentes dans chaque registre de mémoire, ce qui peut permettre de lire dans la ou les mémoires tampons de l'unité programmable de lecture les valeurs de différents pixels de la même colonne de pixels. Chaque unité programmable de lecture comporte par exemple deux registres de mémoires, ce qui permet de lire par exemple des pixels définissant un motif en forme de boucle ouverte ou fermée sur l'image formée sur le capteur.
L'unité programmable peut comporter davantage encore de registres de mémoire, par exemple quatre, afin de lire des pixels d'une image de forme plus complexe formée sur le capteur, par exemple définissant un motif réniforme.
Le capteur comporte une matrice de photodétecteurs, un pixel étant par exemple associé à un photodétecteur. En variante, un pixel est associé à plusieurs photodétecteurs. Ces photodétecteurs peuvent être réalisés selon la technologie CMOS.
Le capteur matriciel peut être configuré pour effectuer au moins un filtrage binomial au sein d'une colonne de la matrice de photodétecteurs, ce qui peut permettre de lisser selon la dimension filtrée la répartition des charges électriques acquises par les photodétecteurs. Le filtrage binomial peut permettre de compenser les perturbations se produisant lors du fonctionnement du capteur matriciel, par exemple causées par des contraintes mécaniques exercées sur un écran auquel le capteur est associé ou par la température ambiante. Le filtrage binomial peut être réalisé selon deux configurations différentes.
Selon une première configuration on relie deux photodétecteurs d'une colonne au moins de la matrice de coordonnées respectives 2k et 2k+l selon la colonne filtrée, k étant un entier naturel, par exemple d'adresses de lignes 2k et 2k+l.
Selon une deuxième configuration, le filtrage binomial est réalisé en reliant deux photodétecteurs d'au moins une colonne de la matrice de coordonnées respectives 2k+l et 2k+2 selon la colonne filtrée, k étant un entier naturel, par exemple d'adresses de lignes 2k+l et 2k+2.
Pour effectuer le filtrage binomial, on peut procéder selon la première configuration puis selon la deuxième configuration de filtrage, ou inversement. En variante, on peut ne procéder que selon la première configuration ou que selon la deuxième configuration.
En variante encore, on peut procéder à plusieurs filtrages binomiaux en alternant les deux configurations ci-dessus, selon le degré de lissage de la répartition de charges souhaité. Selon le degré de lissage recherché, plusieurs opérations de filtrage peuvent être effectuées sur la matrice de photodétecteurs.
Le capteur matriciel comporte par exemple une pluralité d'interrupteurs commandables, chacun de ces interrupteurs commandables reliant deux photodétecteurs voisins de la matrice de photodétecteurs, notamment deux photodétecteurs voisins d'une même colonne.
Ces opérations du filtrage binomial peuvent être activées par deux signaux. En variante, au moins une adresse de ligne dédiée à une fonction autre que la lecture de valeur de pixels est dédiée à une configuration décrite ci-dessus de filtrage binomial, et la réception par l'unité programmable de lecture de ladite adresse comme adresse de lecture provoque par exemple la fermeture des interrupteurs commandables selon l'une des configurations de filtrage décrites ci-dessus. Une adresse de ligne de pixels est par exemple dédiée à chaque configuration de filtrage binomial.
Selon un autre de ses aspects, l'invention a pour objet un système de localisation d'un pointeur dans l'image d'un plan de détection, comportant au moins un capteur matriciel tel que défini ci-dessus.
Le capteur est par exemple configuré pour acquérir une image d'un plan de détection et les pixels dont l'adresse de ligne est mémorisée dans les unités programmables de lecture sont les pixels sur lesquels se forme l'image du plan de détection.
L'analyse des pixels lus permet de détecter la position du pointeur dans le plan de détection, le pointeur occultant la lumière parvenant à différents pixels selon son emplacement.
Le système de localisation est par exemple intégré à un écran pour former un écran tactile et l'image du plan de détection formée sur le capteur est par exemple celle d'une ou plusieurs sources lumineuses réparties autour de l'écran ou de leur réflexion par un réflecteur situé sur le bord de l'écran.
On peut utiliser par exemple un grand nombre de diodes électroluminescentes (DELs) permettant d'assurer une surface émissive uniforme et continue. La présence d'un pointeur à proximité de l'écran crée une occultation sur cette surface émissive, conduisant à la formation d'une image du pointeur sur certains pixels. De préférence, l'écran auquel le système de localisation est intégré comporte une ou plusieurs DELs situées à proximité de l'axe optique des capteurs et illuminant les bords de l'écran, qui sont munis de réflecteurs catadioptriques. La lumière issue des DELs est renvoyée vers chaque capteur avec un rendement lumineux donné. La présence d'un pointeur à proximité de l'écran provoque une diminution sensible de ce rendement et crée une occultation sur le capteur.
On peut ne lire grâce aux unités programmables de lecture que la valeur du ou des pixels du capteur susceptibles de voir leur valeur changer en fonction de la position du pointeur dans l'image du plan de détection et non tous les pixels du capteur, ce qui réduit le temps de traitement et le besoin en mémoire vive. L'ensemble des valeurs des pixels du capteur n'a pas à être mémorisé. Le coût du système de localisation s'en trouve diminué.
Le système de localisation comporte avantageusement deux capteurs matriciels selon l'invention, et la localisation peut s'effectuer par un calcul de triangulation. L'unité programmable de lecture peut ne recevoir en entrée, en tant qu'adresse de lecture, que les adresses de ligne de pixels où se forme l'image du plan de détection, ce qui peut permettre d'éviter de traiter les lignes de pixels du capteur sur lesquels l'image du pointeur utile à la localisation de ce dernier n'a aucune chance de se former. L'invention a encore pour objet un écran tactile, comportant :
- un écran et,
- un système de localisation tel que défini ci-dessus.
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de lecture d'une sélection de pixels au sein d'une matrice de pixels, chaque pixel étant repéré par une adresse de colonne et une adresse de ligne, les adresses de lignes sélectionnées ayant été programmées dans des unités programmables de lecture associées ou, autrement dit, connectées chacune à au moins une colonne de pixels, procédé, dans lequel : on fournit en entrée des unités programmables de lecture au moins une adresse de lecture, - pour certaines valeurs d'adresses de lecture, on compare l'adresse de lecture ainsi reçue en entrée avec au moins une adresse de ligne programmée dans chaque unité programmable de lecture, et en cas d'égalité, on enregistre dans une mémoire tampon la valeur du pixel ayant l'adresse de ligne programmée. Au moins une adresse de ligne est par exemple dédiée à une fonction autre que la lecture de la valeur de pixels et l'unité programmable de lecture recevant cette adresse de ligne comme adresse de lecture est par exemple configurée pour permettre l'exécution de ladite fonction.
Une seule adresse de ligne peut être programmée par unité programmable de lecture, lors d'une phase de calibrage du capteur par exemple.
En variante, plusieurs adresses de lignes sont programmées par unité programmable de lecture et l'on compare si l'adresse de lecture reçue en entrée est égale à l'une ou l'autre de ces adresses programmées dans l'unité programmable de lecture.
L'unité programmable de lecture peut comporter autant de mémoires tampons que d'adresses de lignes programmées.
L'unité programmable de lecture peut encore être reprogrammée à la volée. Une fois la valeur du pixel correspondant à l'adresse de ligne programmée dans le registre de mémoire de l'unité programmable de lecture enregistrée dans une mémoire tampon de cette unité programmable de lecture, l'utilisateur peut programmer une nouvelle adresse de ligne dans le registre de mémoire, la valeur du pixel repéré par cette nouvelle adresse de ligne étant ultérieurement enregistrée dans la même mémoire tampon de l'unité programmable de lecture, après lecture et effacement des données précédentes, ou dans une autre mémoire tampon de l'unité programmable de lecture. Cela peut permettre de lire la valeur de plusieurs pixels d'une même colonne associée à une unité programmable de lecture.
La matrice de pixels est associée à une matrice de photodétecteurs et le procédé peut comporter une étape de filtrage binomial des photodétecteurs tel que défini plus haut préalablement à l'étape de fourniture aux unités programmables de lecture d'une adresse de lecture.
Au moins une adresse de ligne est par exemple dédiée à une configuration de filtrage binomial et, lors de l'étape de filtrage binomial, on envoie par exemple à au moins une unité programmable de lecture ladite adresse de ligne comme adresse de lecture.
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de localisation d'un pointeur dans l'image d'un plan de détection, dans lequel : on permet l'acquisition de l'image du plan de détection à l'aide d'une matrice de photodétecteurs, chaque pixel de l'image étant repéré dans l'image du plan de détection par une adresse de ligne et une adresse de colonne et, on permet la lecture d'une sélection de pixels de l'image du plan de détection selon le procédé ci-dessus.
Le procédé peut comporter les étapes consistant à : acquérir une première image d'une partie au moins du plan de détection, notamment de l'intégralité du plan de détection, lorsque le champ d'observation de la matrice de photodétecteurs est éclairé par une source artificielle de lumière, acquérir une deuxième image de ladite partie du plan de détection, en l'absence d'éclairage du champ d'observation de la matrice de photodétecteurs par la source artificielle, - effectuer une lecture différentielle des images.
Une telle lecture différentielle permet de réduire le bruit dû à l'éclairage ambiant. Pour acquérir la première et la deuxième image, on procède par exemple par itération en n'acquérant à chaque itération au cours d'un cycle élémentaire éclairage/extinction de la source de lumière artificielle qu'une partie de l'image du plan de détection. On acquiert par exemple à chaque itération une seule ligne de pixels de l'image du plan de détection.
Une telle méthode d'acquisition itérative permet par exemple de n'exposer à la lumière de la source artificielle les photodétecteurs associés à la ligne à acquérir que pendant une durée réduite, ce qui peut s'avérer souhaitable lorsque l'intensité lumineuse de la source artificielle est élevée, et cela peut permettre d'éviter de saturer les photodétecteurs.
En variante, on acquiert à chaque itération plusieurs lignes de pixels de l'image du plan de détection.
Selon une autre variante, on acquiert au cours d'un seul cycle élémentaire éclairage/extinction de la source artificielle de lumière, pour les première et deuxième images, l'intégralité de l'image du plan de détection, ce qui peut permettre de réduire le rapport cyclique d'alimentation de la source artificielle, et d'obtenir des impulsions lumineuses d'énergie plus élevée.
La source de lumière artificielle comporte par exemple au moins une diode électroluminescente. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, en combinaison avec ce qui précède, un capteur optique matriciel comprenant : une matrice de pixels en deux dimensions dont la lecture est effectuée d'abord par adressage de ligne puis par adressage de colonnes, une pluralité d'unités de lecture, étant chacune connectée à au moins une colonne de pixels, chaque unité de lecture mémorisant un résultat de lecture sélectivement pour une ou plusieurs adresses de lignes données le capteur étant configuré pour permettre d'obtenir après un balayage de tout ou partie des lignes de la matrice de pixels une image à une dimension, correspondant à une ligne de pixels donnée de la matrice de pixels. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, d'exemples non limitatifs de mise en œuvre de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : la figure 1 représente de façon schématique un exemple de capteur matriciel selon l'invention, la figure 2 représente de façon schématique une pluralité d'unités programmables de lecture selon l'invention, - la figure 3a représente un exemple d'image du plan de détection formée sur une partie du capteur matriciel en présence d'un pointeur, les figures 3b à 3d représentent différentes étapes lors de la localisation, par le système de localisation du pointeur dans l'image du plan de détection, la figure 4 représente de façon schématique différentes étapes d'un procédé de localisation du pointeur dans l'image du plan de détection, la figure 5 représente différents éléments d'un exemple de capteur matriciel selon l'invention, les figures 6a à 6e représentent différentes étapes d'un exemple de filtrage binomial, - la figure 7 représente un exemple de lecture différentielle, la figure 8 représente un exemple de procédé de programmation d'une unité programmable de lecture, la figure 9 est un chronogramme représentant un exemple de lecture des mémoires tampons, - la figure 10a est un chronogramme représentant un premier exemple de lecture différentielle selon l'invention, la figure 10b est un chronogramme représentant un deuxième exemple de lecture différentielle selon l'invention, la figure 11 est un exemple d'intégration d'un système de localisation selon l'invention dans un appareil, la figure 12 représente de façon schématique une variante du capteur matriciel représenté à la figure 5, les figures 13 et 14 représentent d'autres exemples d'unités programmable de lecture selon l'invention et, - la figure 15 représente un exemple de détection de la position d'un doigt sur un écran tactile selon l'art antérieur. Capteur matriciel
On a représenté à la figure 1 de façon très schématique un exemple de capteur matriciel 1 selon l'invention.
Ce capteur 1 peut être intégré dans un système de localisation 100 et comporte dans l'exemple illustré un dispositif d'acquisition d'images 2, un circuit électronique programmable 3 comportant une pluralité d'unités programmables de lecture 3J5 et un décodeur 5.
Le capteur matriciel 1 selon l'invention est par exemple intégré à une puce de dimensions réduites, par exemple de taille inférieure à 25 mm2. La résolution du capteur 2 est par exemple de 256 lignes de 1600 pixels et chaque pixel a par exemple une taille de 5μm, mais l'invention n'est pas limitée à une résolution et à une taille de pixel particulière. Les pixels sont par exemple des pixels dépourvus de mémoires respectives, encore appelés « active pixel».
Le capteur 1 échange des données avec une unité de traitement numérique 4 laquelle comporte par exemple un microprocesseur ainsi qu'une mémoire vive.
Le décodeur 5 est par exemple réalisé à l'aide de portes logiques classiques, étant par exemple configuré pour transformer un code binaire naturel en un vecteur de signaux binaires dont un et seulement un vaut « 1 ». Ce « 1 » logique permet de sélectionner la ligne de pixels à lire. Le décodeur 5 reçoit de l'unité de traitement 4 l'adresse d'une ligne à lire via un bus 11, comme illustré à la figure 2.
Dans l'exemple de la figure 2, une unité programmable de lecture 3j est associée à une seule adresse de colonne de pixels.
Chaque unité programmable de lecture 3j comporte dans l'exemple de cette figure un registre de mémoire programmable 7,, un comparateur 8, associé au registre de mémoire 7,, une mémoire tampon 9,, ainsi qu'un interrupteur électronique 10,.
Comme on peut le voir, chaque comparateur 8, peut comporter deux entrées : une première entrée reliée au bus 11 et une deuxième entrée reliée au registre de mémoire 7j de l'unité programmable de lecture 3j.
Dans l'exemple décrit, chaque registre de mémoire 7,, chaque comparateur 8, et chaque mémoire tampon 9, sont associés à une seule colonne de pixels.
On a représenté aux figures 13 et 14 d'autres exemples d'unités programmables de lecture 3j. Selon l'exemple de la figure 13, une unité programmable de lecture 3j comporte deux registres de mémoires 7, et 7,', un comparateur 8,, une mémoire tampon 9, et un interrupteur électronique 1 Oj.
L'invention n'est pas limitée à un nombre particulier de registres de mémoires 7j par unité programmable de lecture 3j. Ces dernières peuvent comporter chacune plus de deux registres de mémoire 7,.
Comme représenté figure 14, chaque unité de lecture programmable 3j peut aussi comporter un registre de mémoire 7J5 un comparateur 8,, deux mémoires tampons 9a, et 9bj et un interrupteur électronique 10,. L'invention n'est pas limitée à un nombre particulier de mémoires tampons 9, par unité programmable de lecture. Ces dernières peuvent comporter chacune plus de deux mémoires tampons 9,.
Dans une autre variante non représentée, chaque unité programmable de lecture comporte un comparateur, plusieurs registres de mémoire et plusieurs mémoires tampons.
On a représenté à la figure 5 un exemple de dispositif d'acquisition d'images selon l'invention.
Ce dispositif d'acquisition 2 comporte par exemple une matrice d'éléments de détection, qui sont dans l'exemple décrit des photodétecteurs 20nm.
Le capteur 1 comporte également une pluralité d'interrupteurs commandables 21, par exemple des transistors à effet de champ 21, reliant deux photodétecteurs voisins selon une colonne du capteur matriciel et une pluralité d'interrupteurs commandables 22 permettant la lecture de la charge acquise par les photodétecteurs 20nm.
Le capteur 1 comporte par exemple comme illustré à la figure 11 une pluralité d'entrées 60, 61 à 6x et 70
L'entrée 60 est par exemple reliée à une alimentation, les entrées 61 à 6x sont par exemple reliées à un processeur de l'appareil dans lequel est intégré le capteur 1 et l'entrée 70 est par exemple reliée à la masse.
Comme on peut le voir sur la figure 11, l'entrée 60 et l'entrée 70 peuvent être reliées par une capacité de découplage.
Le système 1 comporte par exemple deux sorties 72 et 73 respectivement reliée chacune à un transistor 74 et 75. Application à la localisation d'un pointeur devant un écran tactile On va maintenant décrire en référence aux figures 3a à 3d et à la figure 4 un exemple d'application de l'invention à la localisation d'un pointeur dans l'image d'un plan de détection d'un écran tactile à l'aide d'un système de localisation 100 comportant un capteur 1 comportant des unités programmables de lecture 3j telles que représentées à la figure 2.
Sur la figure 3a, on n'a représenté que six lignes et dix-neuf colonnes de la matrice de pixels du capteur. Dans cet exemple, les colonnes sont numérotées de la gauche vers la droite et les lignes de bas en haut. Les pixels représentés en couleur sombre correspondent à l'occlusion d'une source de lumière du fait de la présence du pointeur. Les pixels permettant de localiser le pointeur dans l'image du plan de détection pour les colonnes d'adresse j à j+2 sont tous situés à la ligne d'adresse i+2 et sont respectivement désignés 6i+2j, 61+2j+i et 6i+2j+2 dans l'exemple illustré. Comme on peut le voir sur la figure 3a, les valeurs de l'ensemble des pixels permettant de localiser le pointeur dans l'image du plan de détection peuvent remplir un tableau à une dimension.
Programmation des unités de lecture préalable à la localisation du pointeur Au cours d'une étape 40 d'initialisation illustrée à la figure 4, l'unité de traitement numérique 4 provoque l'effacement des informations précédemment enregistrées dans les registres de mémoires 7, de chaque unité programmable de lecture 3_,. Lors de l'étape 41, l'unité de traitement numérique 4 procède à un balayage de chaque ligne de l'image du plan de détection et détermine à l'étape 42 pour chaque colonne de pixel l'adresse de ligne du pixel correspondant à l'image du plan de détection. A l'étape 43, on programme dans chacun des registres de mémoire 7J+i à 7J+i9 l'adresse de ligne du pixel de chaque colonne permettant de localiser le pointeur dans l'image du plan de détection. L'adresse de ligne « i+2 » est dans l'exemple illustré enregistrée dans les registres 7J+i, 7J+2 et 7J+3.
On a représenté à la figure 8 un exemple de programmation d'une adresse de ligne dans un registre de mémoire 7, selon l'étape 43. L'unité de traitement numérique 4 envoie au registre de mémoire 7, associé à la colonne de pixels d'adresse de colonne j via un bus non représenté un signal ADR [7 :0] correspondant à l'adresse de ligne du pixel de cette colonne à programmer.
Dans le cas d'une image de 256 lignes, l'adresse de ligne est codée sur huit bits et l'enregistrement par le registre de mémoire 7} de cette adresse de ligne est effectué bit par bit de façon séquentielle. Le registre de mémoire reçoit chaque bit du codage de l'adresse successivement, chacun des bits étant enregistré dans le registre de mémoire à la réception d'un front montant du signal d'horloge CLK, comme représenté à la figure 8. Cet enregistrement dans un registre de mémoire 7, est par exemple effectué à une cadence supérieure à 12MHz.
Enregistrement des valeurs de pixels pour localiser le pointeur dans l'image du plan de détection
Une fois l'adresse de ligne de chacun des pixels 6y permettant de localiser le pointeur dans l'image du plan de détection programmée dans chaque registre de mémoire 7, à 7J+i8, l'unité de traitement numérique 4 envoie à l'étape 44 via le bus 11 au décodeur 5 et à chaque unité programmable de lecture 3j à 3J+1s une adresse de lecture de pixels de l'image, cette adresse de lecture correspondant à une adresse de ligne.
Dans l'exemple décrit, la première adresse de lecture envoyée à cette étape 44 correspond à l'adresse de ligne la moins élevée associée à un ou plusieurs pixels sur lesquels se forme l'image du plan de détection.
Chaque comparateur 8, compare cette adresse de lecture reçue en première entrée à l'adresse de ligne programmée à l'étape 43 dans le registre de mémoire 7, auquel il est associé et qu'il reçoit en deuxième entrée.
Dans le cas où les deux valeurs comparées sont égales, le comparateur 8j agit sur l'interrupteur 10, pour permettre l'enregistrement dans la mémoire tampon 9, de la valeur du pixel correspondant.
Dans l'exemple de la figure 3b, lorsque l'adresse de lecture « i+1 » est reçue par les unités programmables de lecture 3j à 3J+1s et ainsi par les comparateurs 8j à 8J+1s, chaque comparateur 8j compare cette valeur avec l'adresse de ligne programmée dans le registre de mémoire 7,. Dans cet exemple, les comparateurs des colonnes numérotées j+15 à j+18 vont déterminer qu'il y a égalité entre les valeurs reçues sur les première et deuxième entrées. Les valeurs des pixels 61+lj+15, 61+lj+16, 61+lj+17 et 61+lj+18 sont alors enregistrées dans les mémoires tampons 915 à 918 à l'étape 45.
Ensuite, les étapes 44 et 45 sont à nouveau effectuées, l'unité de traitement numérique 4 envoyant via le bus 11 au décodeur 5 et aux unités programmables de lecture 3j à 3J+i8 l'adresse de lecture suivante par incrémentation du numéro de ligne.
Dans l'exemple décrit, l'adresse de lecture « i+2 » est envoyée et les comparateurs 8, à 8J+2 d'une part, 8J+io à 8J+i4 d'autre part, ayant leur première et deuxième valeurs d'entrée égales, il est procédé à l'enregistrement des valeurs des pixels correspondant dans les mémoires tampons 9, à 9 J+2 et 9J+io à 9J+14. Ensuite, l'adresse de lecture « i+3 » est envoyée via le bus 11 au décodeur 5 et aux unités programmables de lecture 3j à 3J+1s et il est procédé de façon similaire à ce qui est décrit plus haut, ce qui conduit à l'enregistrement dans les mémoires tampons 9j+4 à 9J+9 des valeurs des pixels 61+3,J+4 à61+3,J+9.
On lit ainsi dans l'ensemble 9 des mémoires tampon 9, à 9j+18 les valeurs des pixels permettant de localiser le pointeur dans l'image du plan de détection.
L'invention n'est pas limitée à l'emploi d'une unité programmable de lecture 3j par colonne de pixels. Une unité programmable de lecture 3j peut ainsi être associée à plusieurs colonnes de pixels consécutives, notamment dans le cas où les pixels permettant de localiser le pointeur dans le plan de détection définissent une pluralité de segments présentant chacun un angle d'inclinaison nul ou faible par rapport aux lignes du capteur matriciel 2. L'association d'une seule unité programmable de lecture 3j à plusieurs colonnes de pixels consécutives de l'image du plan de détection peut permettre de simplifier la réalisation du système de localisation. On peut programmer dans le registre de mémoire de l'unité programmable de lecture associée à ces colonnes de pixels une seule adresse de ligne.
Dans d'autres variantes, les unités programmables de lecture sont telles que représentées aux figures 13 et 14.
Filtrage binomial selon une dimension du capteur matriciel
L'agencement des interrupteurs 22 au sein du dispositif d'acquisition 2 permet de réaliser un filtrage binomial selon une dimension de la matrice de photodétecteurs, par exemple un filtrage selon chaque colonne appelé « filtrage vertical ». Dans l'exemple de la figure 5, les interrupteurs 21 relient des photodétecteurs 20nm voisins dans la matrice selon une colonne et permettent de réaliser un filtrage vertical.
L'invention permet de mettre en œuvre un filtrage binomial, selon deux configurations, comme expliqué ci-après en référence aux figures 6a à 6e. Les photodétecteurs sont numérotés 20lm à 2Oiom et deux photodétecteurs voisins sont reliés par des interrupteurs commandables 21km- Les interrupteurs 21 lm, 212m,
213m ... 219m relient respectivement les photodétecteurs 20lm et 2Û2m, 2Û2m et 2Û3m, 2Û3m et
La figure 6a représente les photodétecteurs 20nm après acquisition d'une image. Comme on peut le voir, seul le photodétecteur 2Û6m a enregistré une charge qui est posée, pour les besoins de l'exemple, égale à un.
Selon une première configuration de filtrage représentée à la figure 6b, les interrupteurs commandables 21,2k+i,m, de coordonnée 2k+l selon la dimension de filtrage, k étant un entier naturel, sont commandés en fermeture de façon à relier les photodétecteurs 2Û2k+i, m et 2θ2k+2,m, de coordonnées 2k+l et 2k+2 selon la dimension de filtrage, par exemple verticale au sein d'une colonne.
La charge acquise par un photodétecteur 20nm est calculée par sommation des charges acquises par chacun des photodétecteurs reliés par un interrupteur commandable et division de cette somme par deux. Comme on peut le voir sur la figure 6b, à l'issue de cette opération, les photodétecteurs 20sm et 2Û6m possèdent tous deux une charge égale à 0,5, la charge n'étant plus seulement portée par le photodétecteur 2Û6m, comme avant filtrage.
Selon le degré de lissage de la répartition de charges recherché, on peut appliquer aux photodétecteurs de la matrice une deuxième configuration de filtrage, selon la figure 6c.
Selon cette deuxième configuration de filtrage, les interrupteurs commandables 212k, m, de coordonnée 2k selon la dimension de filtrage, k étant un entier naturel, sont commandés en fermeture de façon à relier les photodétecteurs 202k, m et 202k+i,m, de coordonnée 2k et 2k+l selon la dimension de filtrage. La charge acquise par un photodétecteur 20nm est calculée, comme selon la première configuration, par sommation des charges acquises par chacun des photodétecteurs reliés par un interrupteur commandable et par division de cette somme par deux.
Comme on peut le voir sur la figure 6c, à l'issue de cette opération, les photodétecteurs 2θ4m à 2θ7m possèdent tous deux une charge égale au quart de la charge initialement portée par le seul photodétecteur 206m-
On peut encore, le cas échéant, effectuer à nouveau un filtrage binomial selon la première configuration, comme représenté à la figure 6d puis selon la deuxième configuration, comme représenté à la figure 6e, de façon à lisser encore davantage la répartition de charges. Chacune des deux configurations de filtrage est par exemple codée par une adresse φl, respectivement φ2. φl et φ2 sont dans l'exemple décrit des adresses particulières de ligne de pixels, ces adresses étant dédiées au filtrage binomial. Dans le cas d'une image de 256 lignes, φl correspond par exemple en code hexadécimal à l'adresse 00 et φ2 à l'adresse FF. L'envoi par l'unité de traitement numérique 4 de l'une de ces adresses au dispositif d'acquisition d'images 2 et aux unités programmable de lecture provoque la fermeture des interrupteurs commandables 2 lni2k d'indice 2k selon la dimension de filtrage ou 21n,2k+i d'indice 2k+l, selon la configuration de filtrage.
Lecture différentielle L'invention peut également permettre la suppression de la lumière ambiante par mise en œuvre d'une lecture différentielle.
La figure 7 illustre sous forme de chronogramme un exemple de lecture différentielle selon laquelle : on acquiert une première image d'une partie du plan de détection lorsque le champ d'observation de la matrice de photodéteceurs est éclairé par une source de lumière artificielle, on acquiert une deuxième image de la même partie du plan de détection en l'absence d'éclairage par la source de lumière, et on élimine la composante de bruit liée à l'éclairage ambiant par soustraction de la deuxième image à la première image, par exemple à l'aide d'un amplificateur différentiel. L'éclairage ambiant, même lorsqu'il est intense, demeure largement stationnaire, de telle sorte que si la vitesse d'acquisition d'image est élevée, l'influence de la lumière ambiante peut être fortement atténuée après soustraction des première et deuxième images. Dans le cas représenté à la figure 7, la lecture différentielle est appliquée à une ligne de pixels à la fois mais il peut en aller différemment.
L'unité de traitement numérique 4 est par exemple configurée pour envoyer au dispositif d'acquisition 2 et au circuit électronique programmable 3 l'adresse ADl d'une première ligne de pixels de l'image du plan de détection à traiter. L'unité de traitement numérique 4 peut provoquer l'effacement des charges qui auraient été précédemment acquises par les photodétecteurs 20, cet effacement de charges correspondant sur le chronogramme à l'activation du signal RST.
L'unité de traitement numérique 4 peut ensuite provoquer l'éclairage du champ d'observation du dispositif d'acquisition 2 par la source de lumière artificielle. Cette dernière est par exemple une diode électroluminescente dont l'état est représenté sur le chronogramme de la figure 7 par le signal LED.
L'unité de traitement numérique 4 provoque ensuite l'acquisition par le dispositif d'acquisition d'images 2 d'une première image de la ligne traitée et l'enregistrement des valeurs des pixels de la ligne acquise par le circuit électronique programmable, comme par exemple représenté à l'une des figures 3b à 3d, ce qui correspond dans le chronogramme à l'activation du signal RDI.
L'unité de traitement numérique peut ensuite provoquer l'effacement des charges acquises par les photodétecteurs lors de l'étape précédente et provoquer l'extinction de la source de lumière artificielle. L'unité de traitement numérique 4 peut ensuite provoquer l'acquisition par le dispositif d'acquisition d'images d'une deuxième image de la ligne traitée et l'enregistrement par le circuit électronique programmable 3 des valeurs des pixels de la ligne acquise, ce qui correspond dans le chronogramme à l'activation du signal RD2.
L'unité de traitement numérique 4 envoie par exemple ensuite l'adresse de la ligne suivante de pixels à traiter et les étapes précédemment décrites sont reproduites.
On a représenté sous forme de chronogramme à la figure 9 un exemple de mise en œuvre de lecture différentielle dans un capteur matriciel 1 selon l'invention. Dans cet exemple, chaque unité programmable de lecture 3j est associée à une colonne de pixels et elle est telle que représentée à la figure 14, comportant un registre de mémoire 7,, comparateur 8, et deux mémoires tampons 9a, et 9b,.
L'ensemble 9a formé par la réunion des mémoires tampons 9a, de chaque unité programmable de lecture 3j contient par exemple les valeurs de pixels enregistrées selon le procédé décrit précédemment lors du traitement de la première image acquise avec éclairage de la source de lumière artificielle.
L'ensemble 9b formé par la réunion des mémoires tampons 9b, de chaque unité programmable de lecture 3j contient par exemple les valeurs de pixels enregistrées selon le procédé décrit précédemment lors du traitement de la deuxième image acquise sans éclairage par la source de lumière artificielle.
L'invention met en œuvre dans l'exemple décrit une lecture séquentielle du contenu des ensembles de mémoire 9a et 9b par un registre à décalage 15 dont l'état est représenté sur la figure 9 par le signal HD. La mise à zéro de ce signal HD provoque l'effacement des informations précédemment acquises par le registre à décalage.
A la réception par le registre à décalage du signal d'horloge HCLK, le registre à décalage procède à la lecture du contenu d'une mémoire tampon 9a, ou 9b,.
On a encore représenté dans le chronogramme de la figure 9 le signal OUTP qui correspond à la lecture de l'ensemble 9a associé à la première image et le signal OUTN qui correspond à la lecture de l'ensemble 9b associé à la deuxième image,
Les informations lues dans les ensembles de mémoires 9a et 9b peuvent ensuite être soumises à un traitement de soustraction, par exemple grâce à un amplificateur différentiel connecté sur les bus de lecture des ensembles de mémoire 9a et 9b.
Selon l'invention, la lecture différentielle peut être mise en œuvre en n'acquérant au cours d'un cycle allumage/extinction de la source de lumière artificielle qu'une ligne de pixels de la première image et de la deuxième image et en procédant par itération pour chaque ligne de pixels à acquérir.
On a représenté à la figure 10a un chronogramme correspondant à un tel exemple de lecture différentielle. Dans l'exemple considéré, l'unité de traitement numérique 4 provoque tout d'abord l'effacement des charges précédemment acquises par les photodétecteurs 20 du dispositif d'acquisition 2 et l'activation de la source de lumière artificielle, ce qui correspond respectivement sur le chronogramme de la figure 10a à l'activation du signal RST et du signal LED
L'unité de traitement numérique envoie ensuite au dispositif d'acquisition 2 et au circuit électronique programmable 3 les adresses φl et φ2 associées aux deux configurations de filtrage binomial vertical.
L'unité de traitement numérique 4 envoie ensuite au dispositif d'acquisition 2 et au circuit électronique programmable 3 l'adresse ADl de la ligne de pixels à traiter, puis active le signal RDI.
L'activation du signal RD 1 provoque successivement: - l'acquisition par le dispositif d'acquisition 2 de la ligne d'adresse ADl de la première image, le filtrage binomial vertical de la charge électrique enregistrée par les photodétecteurs du dispositif d'acquisition selon les deux configurations, conformément aux adresses φl et φ2 précédemment reçues et, - la lecture par le circuit électronique programmable 3 des valeurs des pixels de cette ligne permettant la localisation du pointeur dans l'image du plan de détection. Les valeurs de ces pixels sont enregistrées dans les mémoires tampons 9aj comme décrit précédemment.
L'unité de traitement numérique 4 provoque ensuite l'effacement des charges précédemment acquises par les photodétecteurs et l'extinction de la source de lumière artificielle, ce qui correspond respectivement dans le chronogramme de la figure 10a à l'activation du signal RST et à la désactivation du signal LED.
L'unité de traitement numérique 4 envoie ensuite au capteur 1 et au circuit électronique programmable 3 les adresses φl et φ2 associées aux deux configurations de filtrage binomial vertical et active ensuite le signal RD2.
L'activation du signal RD2 provoque successivement : l'acquisition par le dispositif d'acquisition 2 de la ligne d'adresse ADl de la deuxième image, le filtrage binomial vertical de la charge électrique enregistrée par les photodétecteurs du dispositif d'acquisition selon les deux configurations, conformément aux adresses φl et φ2 précédemment reçues et, la lecture par le circuit électronique programmable 3 des valeurs des pixels de cette ligne permettant la localisation du pointeur dans l'image du plan de détection. Les valeurs de ces pixels sont enregistrées dans les mémoires tampons 9bj, comme décrit précédemment. Une fois l'acquisition des deux images de la ligne de pixels d'adresse ADl reçue, l'unité de traitement numérique procède par itération pour les lignes de pixels d'adresse AD2, AD3...
L'invention n'est pas limitée à la réalisation du filtrage binomial selon ses deux configurations préalablement au traitement des première et deuxième images. En variante, il pourrait n'être préalablement procédé que selon une seule des configurations du filtrage binomial. En variante encore, aucun filtrage binomial n'est réalisé avant acquisition des première et deuxième images.
Dans l'exemple représenté à la figure 10a, un cycle allumage/extinction de la source de lumière artificielle ne correspond à l'acquisition de première et deuxième images que d'une seule ligne de pixels.
On a représenté un autre exemple de mise en œuvre de filtrage différentiel selon l'invention à la figure 10b. Selon cet exemple, un seul cycle allumage/extinction de la source de lumière artificielle permet l'acquisition de toutes les lignes de pixels.
Comme représenté à la figure 10b, il est tout d'abord procédé à l'effacement des charges précédemment acquises par chaque photodétecteur via l'envoi de l'adresse de chaque ligne et l'activation du signal RST pour chacune de ces lignes.
L'unité de traitement numérique 4 provoque ensuite l'allumage de la source de lumière artificielle puis l'extinction de celle-ci. Une fois la source éteinte, les adresses φl et φ2 sont envoyées, similairement à ce qui a été décrit en référence à la figure 10a. L'adresse ADl est ensuite envoyée, ce qui provoque la lecture des pixels de la ligne d'adresse ADl permettant de localiser le pointeur dans l'image du plan de détection, conformément à ce qui a été décrit en référence aux figures 3a à 3d, puis le signal RST est activé, provoquant l'effacement des charges électriques acquises.
Les autres adresses de ligne sont ensuite envoyées successivement et les étapes décrites au paragraphe précédent sont répétées pour chaque adresse de ligne envoyée.
On acquiert ainsi la première image à l'issue d'un seul cycle d'allumage/extinction de la source de lumière artificielle. Les adresses φl et φ2 sont ensuite à nouveau envoyées ainsi que les adresses de ligne, ce qui permet l'acquisition de la deuxième image.
Autre mode de réalisation d'un système de localisation
L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits. On peut par exemple combiner entre elles différentes caractéristiques de l'invention, comme selon l'exemple de la figure 12.
Dans cet exemple, chaque unité programmable de lecture 3j est associée à plusieurs adresses de colonnes successives, huit dans l'exemple décrit.
Chaque unité programmable de lecture 3j comporte un registre de mémoire 7,, un comparateur 8, et huit couples de mémoires tampons 9a, à 9aJ+7 et 9b, à 9bJ+7
Une adresse de ligne est programmée dans le registre de mémoire 7J5 cette adresse de ligne programmée étant commune aux huit colonnes de pixels d'adresse de colonne comprise entre j etj+7.
L'envoi par l'unité de traitement numérique 4 via le bus 11 d'une adresse de lecture est reçu en entrée par chaque unité programmable de lecture 3j qui la transmet au comparateur 8,, ce dernier vérifiant si cette adresse reçue est égale à celle programmée dans le registre de mémoire 7, associé aux huit colonnes d'adresse de colonne comprise entre j etj+7.
Comme on peut le voir, le dispositif représenté à la figure 12 comporte deux mémoires tampons 9a, et 9b, associées à chaque colonne, les mémoires tampons 9a, et 9b, se rapportant respectivement à une première image et à une deuxième image du plan de détection. L'expression « comportant un » doit être comprise comme étant synonyme de l'expression « comportant au moins un », sauf lorsque le contraire est spécifié.

Claims

REVENDICATIONS
1. Capteur optique matriciel (1) comportant :
- une matrice de pixels (6y), chaque pixel (6y) étant repéré par une adresse de ligne et une adresse de colonne et,
- une pluralité d'unités programmables de lecture (3_,) des pixels (6U), connectées chacune à au moins une colonne de pixels et étant chacune configurée pour :
- permettre la mémorisation, lors d'une étape de programmation du capteur (1) d'au moins une adresse de ligne, - recevoir une adresse de ligne et,
- pour certaines valeurs d'adresses de ligne reçue, comparer ladite adresse de ligne reçue à l'adresse de ligne programmée et en cas d'égalité permettre la lecture de la valeur du pixel correspondant (6y).
2. Capteur selon la revendication 1, au moins une adresse de ligne étant dédiée à une fonction autre que la lecture de la valeur d'un pixel et l'unité programmable de lecture (3_,) recevant cette adresse de ligne comme adresse de lecture étant configurée pour permettre l'exécution de ladite fonction.
3. Capteur selon l'une des revendications précédentes, au moins une unité programmable de lecture (3_,), notamment chaque unité programmable de lecture (3_,), n'étant connectée qu'à une seule adresse de colonne de pixels.
4. Capteur selon la revendication 1 ou 2, au moins une unité programmable de lecture (3_,), notamment chaque unité programmable de lecture (3_,), étant connectée à plusieurs adresses de colonnes de pixels, notamment à des adresses de colonnes consécutives, notamment à huit adresses de colonnes consécutives.
5. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, chaque unité programmable de lecture (3_,) comportant :
- au moins un registre de mémoire (7j) comportant en mémoire l'adresse de ligne programmée dans l'unité programmable de lecture (3j),
- un comparateur (8j) recevant: - en première entrée l'adresse de lecture et,
- en deuxième entrée l'adresse de ligne programmée dans le ou les registres de mémoire (7j), et - au moins une mémoire tampon (9j).
6. Capteur selon la revendication précédente, le comparateur (8,) étant configuré pour comparer les adresses sur les première et deuxième entrées et pour, en cas d'égalité, permettre l'enregistrement dans la ou les mémoires tampons (9,) des valeurs du ou des pixels (6y) dont l'adresse de ligne a été programmée dans l'unité programmable de lecture (3_,).
7. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant une pluralité de photodétecteurs (20nm) et une pluralité d'interrupteurs commandables (21), chacun de ces interrupteurs commandables (21) reliant deux photodétecteurs voisins (20nm).
8. Système (100) de localisation d'un pointeur dans l'image d'un plan de détection, comportant au moins deux capteurs selon l'une quelconque des revendications précédentes.
9. Ecran tactile, comportant :
- un écran et - un système de localisation (100) selon la revendication précédente.
10. Procédé de lecture d'une sélection de pixels (6U) au sein d'une matrice de pixels, notamment d'un capteur optique matriciel selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, chaque pixel (6y) étant repéré par une adresse de ligne et une adresse de colonne, les adresses de ligne des pixels sélectionnés ayant été programmées dans des unités programmables de lecture (3_,) connectées chacune à au moins une colonne de pixels, procédé dans lequel :
- on fournit en entrée des unités programmable de lecture (3j) au moins une adresse de ligne,
- pour certaines valeurs d'adresses de ligne reçues en entrée, on compare ladite adresse de ligne ainsi reçue en entrée avec au moins une adresse de ligne programmée dans chaque unité programmable de lecture (3j), et
- en cas d'égalité, on enregistre dans une mémoire tampon (9j) la valeur du pixel ayant l'adresse de ligne programmée.
11. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la matrice de pixels est associée à une matrice de photodétecteurs (20nm) et dans lequel on effectue un filtrage binomial de ladite matrice de photodétecteurs selon une dimension de ladite matrice de photodétecteurs, préalablement à l'étape de fourniture d'adresse de lecture aux unités programmables de lecture (3_,).
12. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel :
- le filtrage binomial est réalisable selon deux configurations différentes, deux photodétecteurs (20nm) du capteur matriciel de coordonnées respectives 2k et 2k+l selon la dimension filtrée étant reliés selon la première configuration de filtrage et deux photodétecteurs (20nm) du capteur matriciel de coordonnées respectives 2k+l et 2k+2 selon la dimension filtrée étant reliés selon la deuxième configuration de filtrage, k étant un entier naturel et, - on procède selon l'une au moins des configurations de filtrage.
13. Procédé de localisation d'un pointeur dans l'image d'un plan de détection, dans lequel :
- on permet l'acquisition de l'image du plan de détection à l'aide d'une matrice de photodétecteurs, chaque pixel de l'image étant repéré dans l'image du plan de détection par une adresse de ligne et une adresse de colonne et,
- on permet la lecture d'une sélection de pixels de l'image du plan de détection selon le procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 12.
14. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel:
- on acquiert une première image d'au moins une partie du plan de détection lorsque le champ d'observation de la matrice de photodétecteurs est éclairé par une source artificielle de lumière,
- on acquiert une deuxième image d'au moins une partie du plan de détection ne différant de la première image que par l'absence d'éclairage du champ d'observation de la matrice de photodétecteurs par la source artificielle, et - on effectue une lecture différentielle des première et deuxième images.
15. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel on procède par itération pour acquérir la première et la deuxième image du plan de détection en n'acquérant à chaque itération au cours d'un cycle élémentaire éclairage/extinction de la source de lumière artificielle qu'une partie de l'image du plan de détection, notamment des pixels (6y) associés à une même adresse de ligne dans l'image du plan de détection.
16. Procédé selon la revendication 14, dans lequel on acquiert au cours d'un seul cycle élémentaire éclairage/extinction de la source artificielle de lumière une première et une deuxième image de l'intégralité du plan de détection.
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