JP2022516672A - フラッシュ防止回路アセンブリ及び画像センサ - Google Patents

フラッシュ防止回路アセンブリ及び画像センサ Download PDF

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Abstract

Figure 2022516672000001
本発明は、フラッシュ防止回路アセンブリ及び画像センサを開示する。フラッシュ防止回路アセンブリは複数のフラッシュ検出ユニットを含み、フラッシュ検出ユニットは、照射された光信号をリアルタイムで監視して、対応する電気信号を出力することに適している第1の光検知モジュールと、第1の入力端子が第1の光検知モジュールに結合され、第1の出力端子が第1のインターフェースロジックモジュールに結合され、該電気信号が設定された閾値を上回る場合、第1のトリガー生成信号を生成して第1のインターフェースロジックモジュールに送ることに適している第1のトリガー生成モジュールと、第1の入力端子が到第1のトリガー生成モジュールに結合され、第2の入力端子がフラッシュ検出リフレッシュ信号線を介してフラッシュ検出制御ユニットに結合され、第1の出力端子がフラッシュ検出トリガー信号線を介してフラッシュ検出制御ユニットに結合され、第1のトリガー生成信号を受信するとトリガー状態信号を出力することに適している第1のインターフェースロジックモジュールとを含む。

Description

関連出願の相互参照
本願は2019年1月9日に中国に提出された中国特許出願番号No. 201910020952.2の優先権を主張しており、その全内容は引用によりここに組み込まれている。
本発明は画像収集の技術分野に関し、特に、フラッシュ防止回路アセンブリを備える動き検出用の画像センサに関する。
動き検出、特に高速動き検出は、自動化制御、工業用監視、科学研究や軍事産業など、多くの分野において重要で広範に利用されている。現在のビジョン処理システムでは、動き検出は、主に、バックエンド処理チップ上で運行する関連アルゴリズムによってフロントエンド画像センサが出力した原画像データを分析して演算することにより実現される。
アクティブ画素センサが動き検出において出力する画像フレームに大量の冗長情報(これらの冗長情報は、通常、視界内の静的背景情報又は変化が緩やかな背景情報である)が含まれており、これらの冗長情報の伝送が多くの出力帯域幅を占め、且つこれらに対する分析演算もバックエンド処理システムの記憶や計算能力に対して高い要件を求める。このため、高速動き検出の場合、アクティブ画素センサを使用すると、高速カメラのコストが増加する。
近年、視野内の動的情報だけを感知する動的ビジョン画像センサは、動き検出分野で優れた優位性を示すことから重視化されている。動的ビジョン画像センサは、画像フレームの概念を省略し、視野のうち光強度変化を引き起こす動的成分だけに注目し、無用な背景情報を自動的にフィルタリングする。具体的には、センサの各々の画素ユニットは、外界の光強度の大きさを受動的に感知する代わりに、光強度変化を能動的且つリアルタイムで監視して、光強度変化が一定の条件を満たすと自体の位置情報を出力する。このような作動方式によれば、無用な背景情報がセンサのレベルで自動的にフィルタリングされ、動的ビジョン画像センサが有用な画素ユニットのデータフロー情報を出力するようになり、それにより、出力帯域幅を節約する。このように、バックエンドの画像処理システムは、視野内の有用な動的情報を直接取得して処理することができ、その記憶や計算能力に対する要件を大幅に低減させ、優れたリアルタイム性を可能とする。
一方、視野内に存在するフラッシュ現象も画素ユニットの対応する領域の光強度変化を引き起こし、動的ビジョン画像センサにデータを出力させることもある。このようなフラッシュは物体の動きと全く無関係であり、視野のうちある位置の一瞬又は周期的な光強度変化に過ぎない。
例えば、視界内にグローバルフラッシュ現象が発生すると、光強度変化が全ての画素ユニットにより検出され、センサにより出力され、例えば自動車がトンネルから出入りする一瞬や室内の照明灯具が急に点灯又は消灯する一瞬などがこのような場面に該当する。このような場合、センサは全ての画素ユニットの情報を出力するが、これらの情報は全て無用なものであるのに、多くの出力帯域幅を占めてしまう。より深刻なことは、これらの無用な出力が全て出力されるまでに、センサが視界内の後続の動き情報に応答できず、その結果、動的ビジョン画像センサの優位性が失われる。
上記の難問に鑑み、グローバルフラッシュ現象による従来の動的ビジョン画像センサへの影響を解決するために、改良技術案が期待される。
本発明は、上記した少なくとも1つの問題を解決又は少なくとも緩和することを図るために、フラッシュ防止回路アセンブリ及び画像センサを提供する。
本発明の一態様によれば、照射された光信号をリアルタイムで監視して、対応する電気信号を出力することに適している第1の光検知モジュールと、第1の入力端子が第1の光検知モジュールに結合され、第1の出力端子が第1のインターフェースロジックモジュールに結合され、該電気信号が設定された閾値を上回る場合、第1のトリガー生成信号を生成して第1のインターフェースロジックモジュールに送ることに適している第1のトリガー生成モジュールと、第1の入力端子が前記第1のトリガー生成モジュールに結合され、第2の入力端子がフラッシュ検出リフレッシュ信号線を介してフラッシュ検出制御ユニットに結合され、第1の出力端子がフラッシュ検出トリガー信号線を介してフラッシュ検出制御ユニットに結合され、第1のトリガー生成信号を受信するとトリガー状態信号を出力することに適している第1のインターフェースロジックモジュールとを含む、フラッシュ検出ユニットを提供する。
選択的に、本発明に係るフラッシュ検出ユニットにおいて、第1のトリガー生成モジュールの第2の入力端子がフラッシュ検出リフレッシュ信号線を介してフラッシュ検出制御ユニットに結合され、フラッシュ検出制御ユニットからのフラッシュ検出リフレッシュ信号を受信することに適しており、フラッシュ検出リフレッシュ信号を受信すると、第1のトリガー生成信号を生成しない。
選択的に、本発明に係るフラッシュ検出ユニットにおいて、第1のトリガー生成モジュールは、入力端子が第1の光検知モジュールの出力端子に結合され、電気信号を前処理して、処理済みの電気信号を生成することに適している第1の前処理サブモジュールと、入力端子が第1の前処理サブモジュールの出力端子に結合され、処理済みの電気信号の変化が予め設定された条件を満たすか否かを判断することに適している第1の閾値比較サブモジュールとを含む。
選択的に、本発明に係るフラッシュ検出ユニットにおいて、第1のインターフェースロジックモジュールは、現在の作動状態を記憶して特徴付けることに適しており、そのリセット信号がフラッシュ検出制御ユニットによって生成されるフラッシュ検出リフレッシュ信号に由来し、そのセット信号が第1のトリガー生成モジュールによって生成される第1のトリガー生成信号に由来する第1のラッチをさらに含む。
本発明の別の態様によれば、複数の前記したフラッシュ検出ユニットを含み、視界内の光強度変化に応答し、光強度変化が一定の閾値を上回る場合、トリガー状態信号をフラッシュ検出制御ユニットに出力することに適しているフラッシュ検出画素アレイと、フラッシュ検出画素アレイに結合され、トリガー状態に従って信号視界内にグローバルフラッシュが発生したか否かを判断することに適しているとともに、グローバルフラッシュが発生したと決定した場合、フラッシュ検出強制リセット信号をコア回路アセンブリに送信することに適しているフラッシュ検出制御ユニットとを含む、フラッシュ防止回路アセンブリを提供する。
選択的に、本発明に係るフラッシュ防止回路アセンブリにおいて、フラッシュ検出制御ユニットはまた、フラッシュ検出リフレッシュ信号を前記フラッシュ検出画素アレイに周期的に出力することに適している。
選択的に、本発明に係るフラッシュ防止回路アセンブリにおいて、フラッシュ検出制御ユニットは、フラッシュ検出リフレッシュ信号線を介してフラッシュ検出画素アレイに結合され、フラッシュ検出リフレッシュ信号をフラッシュ検出画素アレイに出力することに適しているリフレッシュサブユニットと、フラッシュ検出トリガー信号線を介してフラッシュ検出画素アレイに結合され、フラッシュ検出画素アレイからのトリガー状態信号を受信することに適しているとともに、フラッシュ検出強制リセット信号線を介してコア回路アセンブリに結合され、グローバルフラッシュが発生したと決定した場合、フラッシュ検出強制リセット信号をコア回路アセンブリに出力することに適している判定サブユニットとを含む。
本発明のさらなる態様によれば、
複数の主画素ユニットを含み、視界内の光強度変化が閾値に達すると、対応する主画素ユニットをトリガーして、トリガーした主画素ユニットのアドレス情報を出力することに適しているコア回路アセンブリを含み、
前記したフラッシュ防止回路アセンブリはコア回路アセンブリの周辺に配置され、視界内のグローバルフラッシュを検出し、グローバルフラッシュが発生した場合、前記コア回路アセンブリをリセットして、フラッシュに対する前記コア回路アセンブリの応答及び出力をブロックすることに適している画像センサを提供する。
選択的に、本発明に係る画像センサにおいて、フラッシュ防止回路アセンブリは、複数のフラッシュ検出ユニットを含み、フラッシュ検出周期内に視界内の光強度変化を検出し、視界内の光強度変化に従って、視界内にグローバルフラッシュが発生したか否かを判断することに適している。
選択的に、本発明に係る画像センサにおいて、コア回路アセンブリは、複数の主画素ユニットを含み、視界内の光強度変化を監視し、光強度変化が一定の条件を満たす場合、トリガー状態に入る主画素アレイと、トリガー状態である主画素ユニットに応答して、対応するアドレス情報を出力することに適している読み出しユニットと、グローバルリセット信号を各々の主画素ユニットに送信して、各主画素ユニットの作動状態を制御することに適している主画素アレイ制御ユニットとを含む。
選択的に、本発明に係る画像センサにおいて、主画素アレイ制御ユニットはまた、初期化する際に、グローバルリセット信号線を通じて主画素アレイのうちのそれぞれの主画素ユニットにグローバルリセット信号を送信することで、主画素ユニットをオフにすること、フラッシュ防止回路アセンブリからのフラッシュ検出強制リセット信号を受信すると、グローバルリセット信号線を通じて主画素アレイのうちのそれぞれの主画素ユニットにグローバルリセット信号を送信することで、主画素ユニットをオフにすることに適している。
選択的に、本発明に係る画像センサにおいて、読み出しユニットは、主画素アレイからの行要求信号に応答することに適しているとともに、行応答が得られた行アドレス情報を出力することに適している行選択モジュールと、主画素アレイからの列要求信号に応答することに適しているとともに、列応答が得られた列アドレス情報を出力することに適している列選択モジュールと、行アドレス情報及び列アドレス情報の出力を制御することに適している読み出し制御モジュールとを含む。
前記のように、本発明の技術案によれば、コア回路アセンブリの周辺にフラッシュ防止回路アセンブリを増設することにより、画像センサ(例えば動的ビジョンセンサ)の受けるグローバルフラッシュ現象からの影響を大幅に低減させる。具体的には、フラッシュ防止回路アセンブリは、フラッシュ検出画素アレイとフラッシュ検出制御ユニットを含み、フラッシュ検出画素アレイはコア回路アセンブリの主画素ユニットを取り囲む複数のフラッシュ検出ユニットを含む。フラッシュ検出ユニットによって視界内の光強度変化を検出し、光強度変化が閾値を上回ると検出した場合、トリガー状態信号をフラッシュ検出制御ユニットに出力する。本発明の技術案によれば、グローバルフラッシュに起因する画像センサの故障時間を大幅に短縮させ、それにより、グローバルフラッシュ干渉に対する抵抗能力を向上させることができる。
上記及び関連の目的を達成するために、本明細書では、以下の記述及び図面を組み合わせて一部の説明的な態様を記述し、これらの態様は、本明細書で開示された原理を実現し得る様々な形態を示し、そして、全ての態様及びその等価態様は特許する主題の範囲に含まれることを意図している。図面を参照して以下の詳細な記載を読むと、本開示の上記及び他の目的、特徴及び優位性が明らかになる。本開示を通じて、同じ図面の符号は通常、同じ部材又は要素を表す。
本発明のいくつかの実施例に係る画像センサ100の模式図を示す。 本発明のいくつかの実施例に係る主画素ユニット200の模式図を示す。 本発明のいくつかの実施例に係るフラッシュ検出ユニット300の模式図を示す。 本発明のいくつかの実施例に係るフラッシュ検出制御ユニット124の模式図を示す。 本発明のいくつかの実施例の判定サブユニット1244の模式図を示す。 本発明のいくつかの実施例の判定サブユニット1244の模式図を示す。 本発明のいくつかの実施例に係る画像センサ100の作動原理模式図を示す。 本発明の別のいくつかの実施例の画像センサ100の適用場面の模式図を示す。 図7Aの適用場面における各画像センサの故障時間の比較の模式図を示す。
以下、図面を参照して本開示の例示的な実施例をさらに詳細に記述する。なお、図面には本開示の示例性実施例が示されているが、様々な形態で本開示を実現することが可能であり、ここで記載の実施例に制限されない。もしろ、これらの実施例は本開示をより徹底的に理解できるようにし、本開示の範囲を完全に当業者に伝えるために提供されるものである。
前記したとおり、動的ビジョン画像センサ(以下、動的ビジョンセンサと略称)では、視界内の動的情報に対する検出が画素レベルで行われる。センサの各々の画素ユニットが光強度変化をリアルタイムで監視し、該変化が一定の閾値に達すると、該画素ユニットの位置情報を出力する。物体の動きが対応する画素ユニットにより感知された視界内の対応する領域の光強度の変化を引き起こすため、視界内の動き物体が検出され得る。一方、視界内に存在するフラッシュ現象も画素ユニットの光強度変化を引き起こし、このような場合、動的ビジョンセンサによって出力されるデータが物体の動きと全く無関係であり、視界内のある位置の一瞬又は周期的な光強度変化を示すものに過ぎない。本発明の実施例によれば、このような視界内のフラッシュ現象はローカルフラッシュ現象とグローバルフラッシュ現象に分けられる。
ローカルなフラッシュ現象に関しては、例えば視野内に固定の周波数で明滅するLED灯があり、動的ビジョンセンサは灯の位置を検出して報告することができ、このような使用は多くの場合、必要でありながら有利である。まず、ローカル動的情報の出力は多くの出力帯域幅を示しておらず、次に、このようなローカルな明滅物体(例えば灯)の検出は一部の適用場面において非常に必要であり、例えば自動車支援運転ン場合信号機の検出である。しかし、グローバルなフラッシュ現象に関しては、動的ビジョンセンサの使用は非常に不利な影響をもたらす。したがって、本発明の実施例では、主に、グローバルフラッシュ現象について、画像センサのグローバルフラッシュ干渉に対する抵抗能力をどのように向上させるかについて検討する。
図1は本発明のいくつかの実施例に係る画像センサ100の模式図を示す。
該画像センサ100は、動的ビジョンセンサの既存の構造を基に、フラッシュ防止機能を有する回路を増設することにより、高速動き物体の検出と跟踪の場面に適用できるとともに、グローバルフラッシュ干渉に対する高い抵抗能力を有する。1つの実現形態によれば、該画像センサ100は、外部の画像収集システムと組み合わせて、出力したデータを外部の画像収集システムに伝達し、次のステップの計算を行わせる。本発明の実施例では、これを制限しない。
図1に示すように、該画像センサ100は、少なくとも、コア回路アセンブリ110とフラッシュ防止回路アセンブリ120を含む。これらのうち、コア回路アセンブリ110は画像センサ100のコア機能を担当し、主に複数の主画素ユニットを含み、視界内の光強度変化が閾値に達すると、対応する領域の主画素ユニットがトリガーされ、コア回路アセンブリ110はトリガーされた主画素ユニットのアドレス情報を出力する。フラッシュ防止回路アセンブリ120はコア回路アセンブリ110の周囲に配置され、視界内のグローバルフラッシュ検出及び判定の機能を担当し、また、フラッシュ防止回路アセンブリ120は、グローバルフラッシュが発生した場合、コア回路アセンブリ110をリセットすることで、グローバルフラッシュに対するコア回路アセンブリ110の応答及び出力をブロックする。
本発明の実施形態によれば、コア回路アセンブリ110は、視界内の動的情報を検出して出力する。さらに、コア回路アセンブリ110は、さらに、主画素アレイ112、読み出しユニット114、及び主画素アレイ制御ユニット116を含む。図1を参照すると、主画素アレイ112は、一次元又は二次元の複数の同じ画素収集回路(又は、「主画素ユニット」という)からなり、主画素ユニット200の構造について図2を参照すればよい。図1には3×3の主画素アレイが示されているが、これに制限されない。各々の主画素ユニット200は独立しており、視界内の対応する領域の光強度変化をリアルタイムで監視し、光強度変化が一定の条件(例えば、光強度変化が一定の閾値を上回る)を満たすと感知すると、トリガー状態に入る。選択的に、主画素ユニット200により決定され得る光強度変化の閾値は、特定の閾値に達する光強度変化だけが「動き」として監視されることを確保するように、主画素ユニットに配置されたフィルタ(例えばハイパスフィルタ)によって適用の場合に応じて調整されてもよい。主画素ユニット200は、トリガー状態に入るときに、外周の読み出しユニット114に要求信号を送信し、読み出しユニット114によって選定されると、読み出しユニット114は該主画素ユニット200のアドレス情報(行アドレスと列アドレスを含む)を符号化して出力する。主画素アレイ制御ユニット116は、グローバルリセット信号線を通じて各々の主画素ユニット200に結合され、グローバルリセット信号を主画素ユニット200に送信することで、各主画素ユニット200の状態を制御する。
本発明の実施形態によれば、コア回路アセンブリ110の作動状態は主画素アレイ制御ユニット116から送信されたグローバルリセット信号により決まる。初期化する際に、主画素アレイ制御ユニット116は、グローバルリセット信号線を通じて主画素アレイ112のうちの主画素ユニット200のそれぞれにグローバルリセット信号を送信して、主画素ユニット200をオフにし、主画素ユニット200が視界内の光強度変化に応答しないようにし、主画素アレイ112全体を初期化する。また、グローバルリセット信号が有効である期間において、読み出しユニット114もリセットされ、コア回路アセンブリ110は光強度検出リセット状態に入り、視界内の光強度変化に応答せず、データを出力しない。グローバルリセット信号が取り外されると、画像センサ100のコア回路アセンブリ110は光強度検出イネーブル状態に入り、正常に作動し始める。上記初期化されたリセット操作に加えて、主画素アレイ制御ユニット116はフラッシュ防止回路アセンブリ120からのフラッシュ検出強制リセット信号を受信し、該信号を受信すると、グローバルリセット信号線を通じて主画素アレイ112の主画素ユニット200のそれぞれにグローバルリセット信号を送信して、主画素ユニット200をオフにし、主画素ユニット200が視界内の光強度変化に応答しないようにしてもよい。
本発明の実施形態によれば、コア回路アセンブリ110の外周に配置されたフラッシュ防止回路アセンブリ120は、主に、グローバルフラッシュに対する画像センサ100の干渉抵抗能力を向上させるものである。図1を参照すると、フラッシュ防止回路アセンブリ120は、さらに、フラッシュ検出画素アレイ122とフラッシュ検出制御ユニット124を含む。
フラッシュ検出画素アレイ122は、一次元又は二次元の複数の同じフラッシュ検出回路(又は「フラッシュ検出ユニット」という)からなり、より具体的には、フラッシュ検出画素アレイ122は、少なくとも1つのフラッシュ検出画素行1221及び/又は少なくとも1つのフラッシュ検出画素列1222に分けることができる。これらのフラッシュ検出ユニット300からなるフラッシュ検出画素行及びフラッシュ検出画素列は、主画素アレイ112の周りに分布している。フラッシュ検出ユニット300の具体的な構造について図3を参照すればよい。記述を容易にするために、図1には、3つのフラッシュ検出ユニットからなるフラッシュ検出画素行1221は、主画素アレイ112の上方に分布し、3つのフラッシュ検出ユニットからなるフラッシュ検出画素列1222は、主画素アレイ112の右方に分布しているが、これに制限されない。主画素アレイ112の上方(右方)に分布しているフラッシュ検出画素行(列)は1行(列)以上であってもよく、同様に、フラッシュ検出ユニット300は他のフラッシュ検出画素行とフラッシュ検出画素列を構成して、主画素アレイ112の下方と左側に分布してもよく、本発明の実施例では、これをそれ以上制限しない。フラッシュ検出ユニット300の基本的な機能は主画素ユニット200とほぼ同様であり、いずれも視界内の対応する領域の光強度を検出することであり、即ち、フラッシュ検出ユニット300は、視界内の光強度変化に応答し、光強度変化が一定の閾値を上回る場合、トリガー状態信号をフラッシュ検出制御ユニット124に出力する。ただし、フラッシュ検出ユニット300は主画素アレイ112の周りに分布し、視界内の最外周の領域の光強度変化の検出を担当する。フラッシュ検出制御ユニット124はフラッシュ検出画素アレイ122に結合され、フラッシュ検出画素アレイ122を管理するものである。一実施例によれば、フラッシュ検出制御ユニット124は、トリガー状態に従って信号視界内にグローバルフラッシュが発生したか否かを判断し、例えば、短時間内にフラッシュ検出画素アレイ122の全てのフラッシュ検出ユニット300がトリガー状態信号をフラッシュ検出制御ユニット124に送信すると、フラッシュ検出制御ユニット124は、グローバルフラッシュが発生したと決定する。いくつかの好適な実施例では、フラッシュ検出制御ユニット124は、フラッシュ検出周期(一般には短い)を予め設定しておき、この周期内にフラッシュ検出画素アレイ122の全てのフラッシュ検出ユニット300がトリガー状態信号をフラッシュ検出制御ユニット124に送信すると、グローバルフラッシュが発生したと決定する。グローバルフラッシュが発生したと決定した場合、フラッシュ検出制御ユニット124は、フラッシュ検出強制リセット信号をコア回路アセンブリ110に送信する(例えば、主画素アレイ制御ユニット116に送信する)ことで、主画素アレイ112をオフにする(選択的に、主画素アレイ112の時間が一般には短い)。
なお、本発明に係る実施形態では、フラッシュ検出画素アレイ122によるグローバルフラッシュ現象の検出について短い検出周期が設定される必要があり、長期間にわたって検出することはできない。主に以下の2つの要因を考慮するためである。第一には、フラッシュ現象は一般に瞬間的に発生するため、短時間内に全ての主画素ユニット200及びフラッシュ検出ユニット300をトリガーし、第二には、検出時間が長すぎると、最終的な結果として、全てのフラッシュ検出ユニット300が、騒音、視界内に緩やかに変化する背景情報や正常な動的情報によりトリガーされて、トリガー状態に入り、このようにすると、間違ったグローバルフラッシュ検出結果となる。したがって、フラッシュ検出画素アレイ122は周期的にリフレッシュされなければならない。本発明に係る別のいくつかの実施例では、フラッシュ検出制御ユニット124は、フラッシュ検出リフレッシュ信号をフラッシュ検出画素アレイ122に周期的に出力することで、フラッシュ検出画素アレイ122を定時的にリフレッシュする。
以上のように、本発明に係る画像センサ100では、コア回路アセンブリ110の外部に専用のフラッシュ防止回路アセンブリ120を追加することによって、画像センサの受けるグローバルフラッシュ現象の影響を大幅に低減できる。具体的には、フラッシュ検出ユニットによって視界内の光強度変化を検出し、フラッシュ検出制御ユニット124によって制御する。フラッシュ検出制御ユニット124は、フラッシュ検出の周期を設定し、この周期内にフラッシュ検出画素アレイ122の全てのフラッシュ検出ユニットが閾値を上回る光強度変化を検出すると、視界内にグローバルフラッシュ現象が発生したと決定する。このような場合、フラッシュ検出制御ユニット124は、所定の方式によって主画素アレイ112を暫く強制的にリセットし、フラッシュに対する前記コア回路アセンブリの応答及び出力をブロックする。なお、リセット時間は画像センサ100が画素全体を出力するのに必要な時間よりもはるかに短い。このようにして、グローバルフラッシュに起因する画像センサの故障時間を大幅に短縮させ、それにより、グローバルフラッシュ干渉に対する抵抗能力を向上させる。
以下、図示を参照して、画像センサ100のコア回路アセンブリ110及びフラッシュ防止回路アセンブリ120について、それぞれさらに説明する。
図2は、本発明に係る一実施例のコア回路アセンブリ110の主画素ユニット200の一例の模式図を示す。図2に示すように、主画素ユニット200は、少なくとも、第2の光検知モジュール210、第2のトリガー生成モジュール220、及び第2のインターフェースロジックモジュール230の3つの部分を含む。
これらのうち、第2のトリガー生成モジュール220は、第1の入力端子が第2の光検知モジュール210に結合され、第2の入力端子がグローバルリセット信号線を介して主画素アレイ制御ユニット116に結合され、第1の出力端子が第2のインターフェースロジックモジュール230に結合される。第2のインターフェースロジックモジュール230は、第1の入力端子が第2のトリガー生成モジュール220に結合され、第2の入力端子がグローバルリセット信号線を介して主画素アレイ制御ユニット116に結合され、第3の入力端子と第4の入力端子がそれぞれ行列要求線(即ち、行要求線と列要求線)を介して読み出しユニット114に結合され、第1の出力端子と第2の出力端子がそれぞれ行列選択線(即ち、行選択線と列選択線)を介して読み出しユニット114に結合される。
第2の光検知モジュール210は、照射された光信号をリアルタイムで監視して、対応する電気信号を第2のトリガー生成モジュール220に出力する。選択的に、第2の光検知モジュール210によって出力される電気信号は電圧信号であってもよいし、電流信号であってもよく、該信号は、一般には、照射在される光信号強度と対数関係を示す。
第2の光検知モジュール210は様々な実現形態が可能であり、ここでその1種だけを示しているが、これらに制限されない。本例に記載の第2の光検知モジュール210は対数光検知器であり、図2に示すように、第2の光検知モジュール210は、陽極が接地するフォトダイオードPD1、第1のトランジスタT1、及び第1の増幅器A1を含む。これらのうち、第1のトランジスタT1はソースがフォトダイオードPD1の陰極に接続され、ドレインが電源VDDに接続される。第1の増幅器A1はフォトダイオードPD1の陰極と第1のトランジスタT1のゲートとの間に接続される。ここでは、第1の増幅器A1はT1のソースとゲートとの間で電圧変化を発生させる応答速度を向上できる。
第2のトリガー生成モジュール220は、該電気信号が設定された閾値を上回る場合、第2のトリガー生成信号を生成して第2のインターフェースロジックモジュール230に送る。
一実施例によれば、第2のトリガー生成モジュール220は、第2の前処理サブモジュール222と第2の閾値比較サブモジュール224を含む。これらのうち、第2の前処理サブモジュール222は、入力端子が第2の光検知モジュール210の出力端子に結合され、第2の閾値比較サブモジュール224は、入力端子が第2の前処理サブモジュール222の出力端子に結合され、且つ、第2の前処理サブモジュール222はグローバルリセット信号線に結合される。
第2の前処理サブモジュール222は、まず、電気信号を前処理して、処理済みの電気信号を生成する。ここでの前処理とは主に増幅処理及び/又はフィルタリング処理であるが、これらに制限されない。本発明の実施例によれば、電気信号に一定の増幅処理を行うと、主画素ユニットによる光強度変化検出の感度を向上させ、電気信号にフィルタリング処理を行うと、電気信号中の低周波成分をフィルタリングにより除去し、変化が非常に緩やかな背景情報を主画素ユニットが検出しないことを確保する。第2の閾値比較サブモジュール224は、処理済みの電気信号の変化が予め設定された条件を満たすか否かを判断する。具体的には、第2の閾値比較サブモジュール224は、前処理後の電気信号について閾値判定を行い、該電気信号の振幅が設定された閾値を上回る場合、第2のトリガー生成信号を出力して、第2の閾値比較サブモジュール224に結合された第2のインターフェースロジックモジュール230に送る。本発明の実施形態によれば、第2のトリガー生成モジュール220は、主画素アレイ制御ユニット116からのグローバルリセット信号により制御され、グローバルリセット信号が有効である場合、第2のトリガー生成モジュール220の第2の前処理サブモジュール222はオフになり、第2の光検知モジュール210によって出力された電気信号に応答しなくなる。
同様に、第2の前処理サブモジュール222及び第2の閾値比較サブモジュール224も様々な実現形態が可能であり、ここで1種を挙げるが、本発明の実施例では、それを制限しない。
図2に示すように、第2の前処理サブモジュール222は、第1のコンデンサC1、第2の増幅器A2、第2のコンデンサC2、調整可能な抵抗R1、及び第1のスイッチK1を含む。第1のコンデンサC1の第1の端は第2の光検知モジュール210の出力端子に接続され、第2の増幅器A2の入力負極は第1のコンデンサC1の第2の端に接続され、第2の増幅器A2の入力正極は固定電位に接続される。第2のコンデンサC2、調整可能な抵抗R1及び第1のスイッチK1は、全て第2の増幅器A2の入力負極と出力端子との間に並列接続される。ここでは、第1のコンデンサC1は、第2の光検知モジュール210によって出力される電気信号中の直流成分を隔離することができ、第1のコンデンサC1と第2のコンデンサC2との比により第2の前処理サブモジュール222の利得が決定され、第2のコンデンサC2及び調整可能な抵抗R1からなるRCネットワークは、前段出力の信号の交流成分のうち周波数閾値よりも低い信号成分をフィルタリングにより除去することができ、且つ、周波数閾値は異なる調整可能な抵抗R1の抵抗値を選択することにより調整できる。
次に、第2の閾値比較サブモジュール224は、第1の電圧比較器VC1、第2の電圧比較器VC2、及びORロジックユニットを含む。これらのうち、第1の電圧比較器VC1の反転入力端子は第1の閾値特を徴付ける固定レベルに接続され、第1の電圧比較器VC1の非反転入力端子は第2の前処理サブユニット222の出力端子に接続される。第2の電圧比較器VC2の非反転入力端子は第2の閾値を特徴付ける別の固定レベルに接続され、第2の電圧比較器VC2の反転入力端子は第2の前処理サブユニット222の出力端子に接続される。又は、ロジックユニットは第1の電圧比較器VC1と第2の電圧比較器VC2の出力端子に接続されて、第1の電圧比較器と第2の電圧比較器の出力にORロジック操作を行う。第2の前処理サブユニット222の出力信号が第1の閾値よりも大きい又は第2の閾値未満である場合、ORロジックユニットは有効な第2のトリガー生成信号を出力して、バックエンドの第2のインターフェースロジックモジュール230に送る。
第2のインターフェースロジックモジュール230は、第2のトリガー生成信号を受信すると、行要求信号を読み出しユニット114に送信し、読み出しユニット114からの行選択信号を受信すると、列要求信号を読み出しユニット114に送信し、行選択信号と列選択信号を受信した後、第2のトリガー生成モジュール220をオンにする。
一実施例によれば、第2のインターフェースロジックモジュール230はさらに、第2のラッチ232とハンドシェイクプロトコル制御ロジック234を含む。これらのうち、第2のラッチ232は、現在の主画素ユニット200の作動状態を記憶して特徴付けるものであり、ハンドシェイクプロトコル制御ロジック234は主画素ユニット200と読み出しユニット114とのインタラクションを処理するものである。本発明の実施例によれば、第2のインターフェースロジックモジュール230が受け付けた第1のリセット信号は、主画素アレイ制御ユニット116からのグローバルリセット信号であり、このとき、第2のラッチ232はリセットされる。第2のインターフェースロジックモジュール230が受け付けたセット信号は第2のトリガー生成モジュール220からの第2のトリガー生成信号であり、このとき、第2のラッチ232はセットされ、主画素ユニット200がトリガー状態に入ることを示す。第2のラッチ232がセットされると、ハンドシェイクプロトコル制御ロジック234は活性化され、まず、周辺読み出しユニット114に行要求信号を送信する。該行要求信号が読み出しユニット114により応答されると、読み出しユニット114は、対応する行選択信号を供給し、次に、該主画素ユニット200のハンドシェイクプロトコル制御ロジック234は列要求信号を有効とし、読み出しユニット114は列方向において該列要求信号に応答し、対応する列選択信号を供給する。ハンドシェイクプロトコル制御ロジック234は、行選択信号と列選択信号の両方を受け付けると、第2のリセット信号を第2のラッチ232に出力するとともに、第2のトリガー生成モジュール220をオンにし、このようにして、主画素ユニット200は視界内の光強度変化を再度検出できる。
また、図2に示すように、主画素ユニット200の第2のラッチ232がセットされると、該主画素ユニット200の第2のトリガー生成モジュール220もオフにされ(主に第2の前処理サブモジュール222のスイッチK1が閉じられることを意味し、このようにして、第2の前処理サブモジュール222は第2の光検知モジュール210の出力に応答しなくなる)、したがって、外界の光強度変化に応答しなくなる。
主画素ユニット200からなる主画素アレイ112に加えて、コア回路アセンブリ110はさらに、読み出しユニット114と主画素アレイ制御ユニット116を含む。
本発明の実施例によれば、読み出しユニット114は、少なくとも、行選択モジュール、列選択モジュール、及び1つの読み出し制御モジュールを含む。読み出しユニット114は、主画素アレイ112のトリガー状態である主画素ユニットに応答して処理を行い、その行列アドレス情報を符号化して外部のプロセッサに出力することを担当する。読み出し操作において、行選択モジュールは行方向において主画素ユニットによって送信された行要求信号を管理し、ある行選択線を有効とすることで1行を選定する。特定の行が選定されると、それに対応する行アドレス情報は読み出しユニット114によって符号化されて画像センサの外部に送られる。これと同様に、列選択モジュールは列方向において管理主画素ユニットによって送信された列要求信号を管理し、ある列選択線を有効とすることで1列を選定する。特定の列が選定されると、それに対応する列アドレス情報は被読み出しユニット114によって符号化されて画像センサの外部に送られる。選定行におけるトリガー状態である全ての主画素ユニットが列選択モジュールによって読みだされると、読み出し制御モジュールは、次の行に切り替わり以上の読み出し操作を繰り返すよう、行選択モジュールに通知する。
本発明の一実施形態によれば、行選択モジュールは、主画素アレイ112の少なくとも1つの主画素ユニットからの行要求信号を受信する可能性があるが、行応答信号をこれらのうちの行要求信号のみに出力する。選択的に、行選択モジュールは、スキャナーを用いて複数の行要求信号に順次応答してもいが、勿論、複数の行要求信号にランダムに応答してもよく、どの種類の応答であっても、矛盾を避けるために、1回に1つの行要求信号にしか応答しない。これと同様に、列選択モジュールは主画素アレイ112の少なくとも1つの主画素ユニットからの列要求信号を受信する可能性があるが、列応答信号をこれらの1つの列要求信号のみに出力する。選択的に、列選択モジュールは、スキャナーによって複数の列要求信号に順次応答してもよく、複数の列要求信号にランダムに応答してもよく、どの形態の応答であっても、矛盾を避けるために、1回に1つの列要求信号にしか応答しない。
主画素アレイ制御ユニット116は、グローバルリセット信号線を通じて主画素アレイ112のそれぞれの主画素ユニットにグローバルリセット信号を送信する。グローバルリセット信号が有効である期間に、主画素ユニットの第2のトリガー生成モジュール220はオフにされ、また、第2のインターフェースロジックモジュール230の第2のラッチ232はリセットされ、このとき、画像センサ100は視界内の光強度変化に応答しない。
本発明の実施形態によれば、以下の2種の場合においてグローバルリセット信号が有効であり、1つは、主画素アレイ112全体を初期化するために、画像センサ100が正常に作動し始める前に、グローバルリセット信号が有効である。もう1つは、主画素アレイ112全体をリセットして、グローバルフラッシュに対する主画素アレイ112の検出及び応答をブロックするために、フラッシュ検出制御ユニット124がフラッシュ検出強制リセット信号を与えた後にも、グローバルリセット信号が暫く有効のままである。
図3は、本発明の一実施例に係るフラッシュ検出ユニット300の模式図を示す。
図3に示すように、主画素ユニット200と同様に、フラッシュ検出ユニット300は、少なくとも、第1の光検知モジュール310、第1のトリガー生成モジュール320、及び第1のインターフェースロジックモジュール330を含む。これらのうち、第1のトリガー生成モジュール320の第1の入力端子が第1の光検知モジュール310に結合され、第1のトリガー生成モジュール320の第1の出力端子が第1のインターフェースロジックモジュール330の第1の入力端子に結合され、また、第1のインターフェースロジックモジュール330の第2の入力端子がフラッシュ検出リフレッシュ信号線を介してフラッシュ検出制御ユニット124に結合され、第1のインターフェースロジックモジュール330の第1の出力端子がフラッシュ検出トリガー信号線を介してフラッシュ検出制御ユニット124に結合される。
一実施例によれば、第1の光検知モジュール310は、照射された光信号をリアルタイムで監視して、対応する電気信号を第1のトリガー生成モジュール320に出力する。第1の光検知モジュール310は様々な実現形態が可能であり、図3の例において、第1の光検知モジュール310は、主画素ユニット200の対応する第2の光検知モジュール210と完全に一致する。第1の光検知モジュール310は、陽極が接地しているフォトダイオードPD1、第1のトランジスタT1、及び第1の増幅器A1を含む。これらのうち、第1のトランジスタT1は、ソースがフォトダイオードPD1の陰極に接続され、ドレインが電源VDDに接続される。第1の増幅器A1はフォトダイオードPD1の陰極と第1のトランジスタT1とのゲートの間に接続される。より具体的な内容については、第2の光検知モジュール210に関する以上の関連記述を参照すればよく、ここでは詳しく説明しない。
第1のトリガー生成モジュール320は、受信した電気信号が設定された閾値を上回る場合、第1のトリガー生成信号を生成して第1のインターフェースロジックモジュール330に送る。第1のインターフェースロジックモジュール330は、第1のトリガー生成信号を受信すると、トリガー状態信号を出力し、フラッシュ検出トリガー信号線を介してフラッシュ検出制御ユニット124に伝達する。
さらなる実施例によれば、第1のトリガー生成モジュール320の第2の入力端子がフラッシュ検出リフレッシュ信号線を介してフラッシュ検出制御ユニット124に結合され、フラッシュ検出制御ユニット124からのフラッシュ検出リフレッシュ信号を受信することに適しており、フラッシュ検出リフレッシュ信号を受信すると、第1のトリガー生成モジュール320はオフとされ、第1のトリガー生成信号を生成しなくなる。
本発明の一実施形態によれば、第1のトリガー生成モジュール320の構造及び機能は主画素ユニット200の第2のトリガー生成モジュール220と完全に一致してもよい。例えば、第1のトリガー生成モジュール320は、第1の前処理サブモジュール322と第1の閾値比較サブモジュール324を含む。第1の前処理サブモジュール322は、入力端子が第1の光検知モジュール310の出力端子に結合され、受信した電気信号を前処理し、処理済みの電気信号を生成するものである。第1の閾値比較サブモジュール324は、入力端子が第1の前処理サブモジュール322の出力端子に結合され、処理済みの電気信号の変化が予め設定された条件を満たすか否かを判断するものである。図3に示すように、第1の前処理サブモジュール322は、第1の端が前記第1の光検知モジュールの出力端子に接続される第1のコンデンサC1と、入力負極が第1のコンデンサC1の第2の端に接続され、入力正極が固定電位に接続される第2の増幅器A2とを含み、第2のコンデンサC2、調整可能な抵抗R1、及び第1のスイッチK1は全て第2の増幅器A2の入力負極と出力端子との間に並列接続される。次に、第1の閾値比較サブモジュール324は、反転入力端子が第1の閾値を特徴付ける固定レベルに接続され、非反転入力端子が第1の前処理サブユニットの出力端子に接続される第1の電圧比較器VC1と、非反転入力端子が第2の閾値を特徴付ける固定レベルに接続され、反転入力端子が第1の前処理サブユニットの出力端子に接続される第2の電圧比較器VC2と、第1の電圧比較器と第2の電圧比較器の出力端子に接続され、第1の電圧比較器と第2の電圧比較器の出力にORロジック操作を行うことに適しているORロジックユニットとを含む。
第1のトリガー生成モジュール320(第1の前処理サブモジュール322と第1の閾値比較サブモジュール324を含む)のさらなる内容については、第2の前処理サブモジュール222と第2の閾値比較サブモジュール224についての以上の関連記述を参照すればよく、ここでは詳しく説明しない。
第1のインターフェースロジックモジュール330は第1のラッチ332だけを含む。第1のラッチ332は、フラッシュ検出ユニット300の現在の作動状態を記憶して特徴付け、そのリセット信号がフラッシュ検出制御ユニット124によって生成されるフラッシュ検出リフレッシュ信号に由来し、そのセット信号が第1のトリガー生成モジュール320によって生成される第1のトリガー生成信号に由来する。第1のラッチ332の出力はフラッシュ検出トリガー信号線を介してフラッシュ検出制御ユニット124に結合される。
フラッシュ防止回路アセンブリ120に対し、その作動状態はフラッシュ検出制御ユニット124によって出力されるフラッシュ検出リフレッシュ信号によるものである。フラッシュ検出リフレッシュ信号が有効である場合、フラッシュ防止回路アセンブリ120はフラッシュ検出リフレッシュ状態であり、このとき、フラッシュ検出ユニット300の第1のトリガー生成モジュール320はオフにされ、また、第1のインターフェースロジックモジュール330の第1のラッチ332はリセットされ、フラッシュ検出ユニット300は外界の光強度変化に応答しない。フラッシュ検出リフレッシュ信号が取り外されると、フラッシュ防止回路アセンブリ120はフラッシュ検出イネーブル状態であり、このとき、フラッシュ検出ユニット300は視界内の光強度変化に応答し始め、該変化が一定の閾値を上回ると、第1のラッチ332をセットする。各々のフラッシュ検出ユニット300の第1のラッチ332の出力はフラッシュ検出トリガー信号線を介してフラッシュ検出制御ユニット124に結合され、フラッシュ検出制御ユニット124が視界内にグローバルフラッシュ現象が発生したか否かを判断することに供する。
本発明の実施形態によれば、フラッシュ検出制御ユニット124は、対応するバスを介してトリガー状態であるフラッシュ検出ユニット300の数を判定し、全てのフラッシュ検出ユニット300がトリガーされたときに、フラッシュ検出制御ユニット124は、グローバルフラッシュが発生したと判定する。このとき、フラッシュ検出制御ユニット124は主画素アレイ制御ユニット116にフラッシュ検出強制リセット信号を出力し、主画素アレイ制御ユニット116は、これに基づいてグローバルリセット信号を有効とし、それにより、コア回路アセンブリ110全体が一時的にオフにされ、グローバルフラッシュに対する、コア回路アセンブリ110の応答が避けられる。フラッシュ検出強制リセット信号が取り外されると、主画素アレイ制御ユニット116はグローバルリセット信号を取り外し、主画素アレイ112は再び視界内の光強度変化に応答するようになる。さらに、フラッシュ検出制御ユニット124は、長時間にわたって視界内の物体動き又は背景ドリフトによりフラッシュの誤検出が生じることを避けるために、フラッシュ検出画素アレイ122を周期的にリフレッシュする必要がある。つまり、本格的なグローバルフラッシュの発生時間が極めて短いことから、フラッシュ検出制御ユニット124がフラッシュ検出強制リセット信号を与える条件として、短時間内に全てのフラッシュ検出ユニット300がトリガー状態に入る。
フラッシュ検出ユニット300からなるフラッシュ検出画素アレイ122に加えて、フラッシュ防止回路アセンブリはフラッシュ検出制御ユニット124をさらに含む。
図4は、本発明の一実施例に係るフラッシュ検出制御ユニット124の模式図を示す。図4に示すように、フラッシュ検出制御ユニット124はリフレッシュサブユニット1242と判定サブユニット1244を含む。
本発明の一実施例によれば、リフレッシュサブユニット1242は、フラッシュ検出リフレッシュ信号線を介してフラッシュ検出画素アレイ122に結合され、より具体的には、リフレッシュサブユニット1242は、フラッシュ検出リフレッシュ信号線を介して全てのフラッシュ検出ユニット300に結合され、フラッシュ検出リフレッシュ信号をフラッシュ検出画素アレイ122に出力することに適している。フラッシュ検出リフレッシュ信号が有効である場合、全てのフラッシュ検出ユニット300はリセットされる。フラッシュ検出リフレッシュ信号が取り外されると、全てのフラッシュ検出ユニット300は外界の光強度変化に応答し始める。
本発明の実施例によれば、リフレッシュサブユニット1242は、フラッシュ検出リフレッシュ信号をフラッシュ検出画素アレイ122に周期的に出力し、前記のとおり、フラッシュ検出ユニット300が視界内の正常な動き物体又は緩やかに変化する背景情報にも応答できるため、長時間にわたってフラッシュ検出ユニット300をリフレッシュ操作しないと、全てのフラッシュ検出ユニット300は最終的にトリガーされ、主画素ユニット200の強制的なリセット操作が誤って引き起こされる。したがって、フラッシュ検出ユニットを周期的にリフレッシュすることは画像センサにとって不可欠なものである。
リフレッシュサブユニット1242に加えて、判定サブユニット1244は、フラッシュ検出トリガー信号線を介してフラッシュ検出画素アレイ122に結合され、フラッシュ検出画素アレイ122からのトリガー状態信号を受信し、グローバルフラッシュが存在したか否かを判断することに適している。一方、判定サブユニット1244は、また、フラッシュ検出強制リセット信号線を介してコア回路アセンブリ110に結合され(好ましくは、図1を参照すると、判定サブユニット1244はフラッシュ検出強制リセット信号を主画素アレイ制御ユニット116に出力する)、このようにして、グローバルフラッシュ(全てのフラッシュ検出ユニットはトリガーされた)が発生したと決定する場合、フラッシュ検出強制リセット信号をコア回路アセンブリ110に出力することで、主画素アレイ112を暫く強制的にリセットする。本発明の実施例では、リセット時間の長さは、一定に設定されてもよいし、ユーザにより調整されてもよい。一般には、グローバルフラッシュ現象の持続時間が極めて短いため、数十マイクロ秒のリセット時間は、後続の動きへの主画素ユニットの検出に影響を与えることなく、グローバルフラッシュに対する主画素ユニットの応答をブロックすることができる。
本発明の実施形態によれば、判定サブユニット1244は、様々な構造で表わすことができる。図5A及び図5Bは判定サブユニット1244の2種の例示的な構造を示す。これらのうち、図5Aはチェーン形構造であり、図5Bはツリー形構造である。
図5Aに示すように、判定サブユニット1244は、チェーン形構造として結合される少なくとも1つの2入力ANDゲートを含み、判定サブユニット1244がN個のフラッシュ検出ユニット300によって出力されたトリガー状態信号を受信するとすれば、判定サブユニット1244は、N-1個の2入力ANDゲートを直列接続したものである。これらのうち、一番目のANDゲートの入力は一番目のフラッシュ検出ユニット<0>と二番目のフラッシュ検出ユニット<1>によって出力されたトリガー状態信号(即ち、図5Aにおけるトリガー状態信号<0>とトリガー状態信号<1>)であり、二番目のANDゲートの入力は一番目のANDゲートの出力と三番目のフラッシュ検出ユニット<2>によって出力されたトリガー状態信号<2>に由来し、…、このように類推すると、二番目のANDゲート~最後のANDゲートの入力は全て、それぞれ前のANDゲートの出力と三番目のフラッシュ検出ユニット~最後のフラッシュ検出ユニットによって出力されたトリガー状態信号に由来し、このように、二入力ANDゲートのチェン形構造が構成され、最後のANDゲートはフラッシュ検出強制リセット信号を出力して、コア回路アセンブリ110の主画素アレイ制御ユニット116に送る。
図5Bに示すツリー形構造では、判定サブユニット1244は、ツリー形構造として結合される少なくとも1つの2入力ANDゲートを含む。図5Bには深度3のツリー形構造が示されているが、これに制限されない。以上と同様に、判定サブユニット1244がN個のフラッシュ検出ユニット300によって出力されたトリガー状態信号を受信するとすれば、判定サブユニット1244において、最下層のANDゲート(即ち、子ノード)は全てのフラッシュ検出ユニット300によって出力されたトリガー状態信号に多重化され(即ち、最下層には少なくともN/2個の2入力ANDゲートが配置されて、N個のトリガー状態信号を受信することに用いられる)、ツリー形構造に従って下層から最上層のANDゲート(即ち、ルートノード)に送信し、最上層のANDゲートはフラッシュ検出強制リセット信号を出力する。
図5Aに示すチェン形構造及び図5Bに示すツリー形構造では、全てのトリガー状態信号が有効である場合にのみ、判定サブユニット1244は有効なフラッシュ検出強制リセット信号を供給する。
本発明の実施例に係る画像センサ100の作動原理をさらに説明するために、図6は画像センサ100の作動原理の模式図を示す。
図6に示す場面では、本発明の実施例に係る画像センサ100を1台の電灯を有する部屋に置き、最初に電灯が点灯されておらず、部屋が暗く(場面601及び602参照)、その後、電灯が点灯されて、部屋が明るくなる(場面603及び604参照)。ここで、フラッシュ防止回路アセンブリ120はフラッシュ検出イネーブル状態とフラッシュ検出リフレッシュ状態とに切り替えて作動する。図6には合計4つの周期が示されており、コア回路アセンブリ110は、最初に光強度検出イネーブル状態である。なお、表示しやすくするために、図6において、フラッシュ防止回路アセンブリ120とコア回路アセンブリ110の経時的に変化している作動状態が長方形バーで表わされ、ここで、フラッシュ防止回路アセンブリ120に対しては、「/」で埋められた領域は現在フラッシュ検出イネーブル状態であることを示し、埋められていない領域は現在フラッシュ検出リフレッシュ状態であることを示す。コア回路アセンブリ110に対しては、「/」で埋められた領域は現在光強度検出イネーブル状態であることを示し、埋められていない領域は現在光強度検出リセット状態であることを示す。
一番目の周期において、フラッシュ防止回路アセンブリ120は視界内にグローバルフラッシュを検出しておらず、したがって一番目の周期の最後に、フラッシュ検出リフレッシュ状態に入り、このとき、フラッシュ検出制御ユニット124によって出力されたフラッシュ検出リフレッシュ信号が有効であり、全てのフラッシュ検出ユニット300がリセットされ、次に、フラッシュ検出リフレッシュ信号が取り外されて、二番目の周期に入る。
二番目の周期においても、フラッシュ防止回路アセンブリ120は視界内にグローバルフラッシュを検出しておらず、二番目の周期は一番目の周期と同様である。
図6に示すように、三番目の周期において、部屋内の電灯が急に点灯し、フラッシュ防止回路アセンブリ120は視界内にグローバルフラッシュを検出し、即ち、全てのフラッシュ検出ユニット300は全て十分の光強度変化を検出することによりトリガー状態に入り、このとき、フラッシュ検出制御ユニット124は主画素アレイ制御ユニット116にフラッシュ検出強制リセット信号を出力する。それ以降、コア回路アセンブリ110は一時的に光強度検出リセット状態に入り、グローバルフラッシュに対する主画素ユニット200の応答をブロックする。暫く後、フラッシュ検出強制リセット信号が取り外されて、コア回路アセンブリ110は光強度検出イネーブル状態に戻り、視界内の光強度変化に応答し続ける。フラッシュ防止回路アセンブリ120の場合、三番目の周期の最後に、前の2つの周期と同様に、フラッシュ検出制御ユニット124はフラッシュ検出画素アレイ122をリセットし、フラッシュ防止回路アセンブリ120はフラッシュ検出リフレッシュ状態に入り、その後、フラッシュ検出リフレッシュ信号が取り外されて、次の検出周期に入る。
四番目の周期においても、フラッシュ防止回路アセンブリ120は視界内にグローバルフラッシュを検出しておらず、したがって、四番目の周期の最後に、フラッシュ防止回路アセンブリ120はフラッシュ検出リフレッシュ状態に入り、このとき、フラッシュ検出制御ユニット124によって出力されたフラッシュ検出リフレッシュ信号が有効であり、全てのフラッシュ検出ユニット300がリセットされる。
本発明の実施例に係る画像センサ100の作動原理をさらに説明するために、図7Aはより具体的な別の適用場面を示す。
画像センサ100は、高速動きの物体を捕捉できるため、特別な軍事産業の分野に適用できる。図7Aに示す場面は、画像センサ100によって弾丸が手銃から撃たされる一瞬の画像を捕捉するものであり、図7Aには、点線は弾丸が撃たれた後の動き軌跡を表す。画像センサ100に対応する視界領域の長さが60cmであるとすれば、撃たれる一瞬に弾丸の速度が極めて高く、ここで500m/sであると仮設し、このため、弾丸が撃たれてから視界領域の境界に動くまでの時間が1.2msである。撃たれる時に、弾丸ケース内の火薬が燃焼して爆発し、生じた推力が弾頭を弾丸ケースから分離し、弾頭が腔線付き銃身に押されて起動する。弾頭が銃身から射撃される一瞬に、銃口付近で火光が現れて煙が伴う。該火光により視界全体の明滅が発生し、このため、これをグローバルフラッシュ現象とみなすことができ、以下、説明の便宜上、弾丸が銃身から射撃される一瞬を0sと定義する。
比較のため、まず、一般的な画像センサ(即ち、動的ビジョンセンサ)の作動について説明する。常に視界内の光強度変化に応答するため、全ての画素ユニットは0時刻にトリガーされ、このため、このとき、銃口付近での火光がグローバルなフラッシュ現象を引き起こす。その後、動的ビジョンセンサはトリガーされた全ての画素ユニットを読み出し、既にトリガーされた画素ユニットは読み出される前に外界の光強度変化に応答しなくなり、つまり、読み出す時間内に、動的ビジョンセンサはそれ以降の弾丸の動き軌跡を捕捉できず、すなわち、動的ビジョンセンサは故障している。故障時間を計算するために、動的ビジョンセンサに1Mの画素ユニット(即ち、解像度1Mの画素)が含まれており、センサの読み出し速度が1秒あたり100M画素であるとすれば、既にトリガーされた全ての画素ユニットを読み出す時間が0.01sであり、即ち、0時刻でのグローバルフラッシュに起因する動的ビジョンセンサの故障時間が10msである。この10ms内に、動的ビジョンセンサはグローバルフラッシュによりトリガーされた全ての画素ユニットを読み出すことによって、この時間内の弾丸の動きを捕捉できない。しかし、読み出しが終了した後、弾丸がすでに視界領域外に動かしており、即ち、動的ビジョンセンサは故障時間内に物体動きを検出できず、その結果、弾丸の動き軌跡を捕捉できず、このことから、動的ビジョンセンサに対するグローバルフラッシュ現象の影響が明らかになる。
比較のため、以下、本発明の実施例に係る画像センサ100の上記場面での作動を説明する。0時刻に、グローバルフラッシュは主画素アレイ112とフラッシュ検出画素アレイ122の全ての画素ユニット(即ち、主画素ユニット200とフラッシュ検出ユニット300)をトリガーする。よって、フラッシュ防止回路アセンブリ120のフラッシュ検出制御ユニット124は、視界内にグローバルフラッシュが存在すると決定し、フラッシュ検出強制リセット信号を主画素アレイ制御ユニット116に送り、主画素アレイ制御ユニット116によって主画素アレイを暫く強制的にリセットし、このリセット時間としては、主画素ユニット200が確実にリセットされることを確保できればよく、このため、極めて短く設定してもよく、一般には、数十マイクロ秒のスケールであり、ここでは50マイクロ秒とする。この50マイクロ秒内に、コア回路アセンブリ110はリセットされて、視界内の光強度変化に応答しなくなり、言い換えれば、本発明の実施形態に係る画像センサ100のグローバルフラッシュに起因する故障時間は50マイクロ秒である。50マイクロ秒後、コア回路アセンブリ110は視界内の光強度変化を改めて検出し、それにより、弾丸が銃身から射撃された後の動き軌跡が捕捉できる。
以上の比較から分かるように、一般的な動的ビジョンセンサに比べて、本発明に係る画像センサ100では、フラッシュ防止回路アセンブリ120を増設することによって、グローバルフラッシュに起因するコア回路アセンブリ110の故障時間を大幅に短縮させる。それにより、フラッシュ干渉に対するセンサの抵抗能力を向上させる。
図7Bに示すように、「/」で埋められた領域はセンサが正常に作動することを示し、埋められていない領域はセンサに故障が生じることを示し、横座標軸が時間を示す。図7Aに示す場面では、一般的な動的ビジョンセンサのグローバルフラッシュに起因する故障時間は10msであり、一方、本発明の実施例に係る画像センサ100の故障時間は50マイクロ秒しかない。このため、故障時間の大幅な短縮化によりグローバルフラッシュ環境に適用される画像センサの動き検出の連続性及び一致性が確保され、それにより、視界内のグローバルフラッシュに対する干渉抵抗能力が向上する。
ここでの明細書において、大量の細部が提供されている。ただし、本発明の実施例はこれらの細部がなくても実践されてもいことが理解できる。いくつかの例では、本明細書に対する理解の曖昧さを引き起こさないように、公知の方法、構造及び技術が詳細に開示されていない。
同様に、本開示を簡素化させ、各発明の態様のうちの1つ又は複数を理解しやすくするために、本発明の例示的な実施例の以上の記述において、本発明の各特徴が一体として単一の実施例、図やこれらの記述に記載される場合があることが理解できる。ただし、この開示された方法は、特許する本発明が個別の請求項において明記されている特徴よりも多くの特徴を求めることを意図するものとして解釈できない。より明確に言えば、下記の特許請求の範囲に示すように、発明の態様が以上で開示された単一の実施例の全ての特徴よりも少ない。したがって、特定実施形態に従う特許請求の範囲はこの特定実施形態に明確に組み込まれ、ここで各々の請求項自体は本発明の単独の実施例として取り扱う。
当業者が理解できるように、本明細書で開示された例における機器のモジュール又はユニット又はアセンブリは、該実施例に記載の機器に配置されてもよく、又は、この例における機器と異なる1つ又は複数の機器に交換可能に固定されてもよい。前述の例におけるモジュールは、組み合わせられて1つのモジュールとしてもよく、複数のサブモジュールに分割されてもよい。
当業者が理解できるように、実施例における機器のモジュールを適応的に変えて、該実施例と異なる1つ又は複数の機器に設けてもよい。実施例におけるモジュール又はユニット又はアセンブリを組み合わせて1つのモジュール又はユニット又はアセンブリとしたり、これらを複数のサブモジュール又はサブユニット又は子アセンブリに分割したりすることができる。このような特徴及び/又は過程又は者ユニットの少なくとも一部が互いに矛盾しない限り、任意の組み合わせで本明細書(添付の請求項、要約及び図面を含む)で開示された全ての特徴及びこのように開示された任意の方法や機器の全ての過程又はユニットを組み合わせることができる。別に明記されていない限り、本明細書(添付の請求項、要約及び図面を含む)で開示された各々の特徴は、同一、等同又は類似の目的を提供する替代特徴で代わってもよい。
本発明は以下のものも開示する。
A5、A1~4のいずれか1項に記載のフラッシュ検出ユニットであって、第1の光検知モジュールは、陽極が接地しているフォトダイオード(PD1)と、ソースがフォトダイオードの陰極に接続され、ドレインが電源(VDD)に接続される第1のトランジスタ(T1)と、フォトダイオード(PD1)の陰極と第1のトランジスタ(T1)のゲートとの間に接続される第1の増幅器(A1)とを含む。
A6、A3に記載のフラッシュ検出ユニットであって、第1の前処理サブモジュールは、第1の端が第1の光検知モジュールの出力端子に接続される第1のコンデンサ(C1)と、入力負極が第1のコンデンサ(C1)の第2の端に接続され、入力正極が固定電位に接続される第2の増幅器(A2)とを含み、第2のコンデンサ(C2)、調整可能な抵抗(R1)、及び第1のスイッチ(K1)は、全て第2の増幅器(A2)の入力負極と出力端子との間に並列接続される。
A7、A3又は6に記載のフラッシュ検出ユニットであって、第1の閾値比較サブモジュールは、反転入力端子が第1の閾値を特徴付ける固定レベルに接続され、非反転入力端子が第1の前処理サブユニットの出力端子に接続される第1の電圧比較器(VC1)と、非反転入力端子が第2の閾値を特徴付ける固定レベルに接続され、反転入力端子が第1の前処理サブユニットの出力端子に接続される第2の電圧比較器(VC2)と、第1の電圧比較器と第2の電圧比較器の出力端子に接続され、第1の電圧比較器と第2の電圧比較器の出力にORロジック操作を行うことに適しているORロジックユニットとを含む。
B10、B8又は9に記載のフラッシュ防止回路アセンブリであって、フラッシュ検出制御ユニットは、フラッシュ検出リフレッシュ信号線を介して前記フラッシュ検出画素アレイに結合され、フラッシュ検出リフレッシュ信号をフラッシュ検出画素アレイに出力することに適しているリフレッシュサブユニットと、フラッシュ検出トリガー信号線を介してフラッシュ検出画素アレイに結合され、フラッシュ検出画素アレイからのトリガー状態信号を受信することに適しているとともに、フラッシュ検出強制リセット信号線を介してコア回路アセンブリに結合され、グローバルフラッシュが発生したと決定した場合、フラッシュ検出強制リセット信号を前記コア回路アセンブリに出力することに適している判定サブユニットとを含む。
B11、B10に記載のフラッシュ防止回路アセンブリであって、判定サブユニットはチェン形構造として結合される少なくとも1つの2入力ANDゲートを含み、一番目のANDゲートの入力は一番目のフラッシュ検出ユニット及び二番目のフラッシュ検出ユニットによって出力されたトリガー状態信号に由来し、二番目のANDゲート~最後のANDゲートの入力は全て、それぞれ前のANDゲートの出力及び三番目のフラッシュ検出ユニット~最後のフラッシュ検出ユニットによって出力されたトリガー状態信号に由来し、最後のANDゲートはフラッシュ検出強制リセット信号を出力する。
B12、B10に記載のフラッシュ防止回路アセンブリであって、判定サブユニットはツリー形構造として結合される少なくとも1つの2入力ANDゲートを含み、最下層のANDゲートは全てのフラッシュ検出ユニットによって出力されたトリガー状態信号に多重化され、ツリー形構造に従って下層から最上層のANDゲートに伝送され、最上層のANDゲートはフラッシュ検出強制リセット信号を出力する。
C17、C15又は16に記載の画像センサであって、コア回路アセンブリにおいて、主画素ユニットは、照射された光信号をリアルタイムで監視して、対応する電気信号を出力することに適している第2の光検知モジュールと、第1の入力端子が第2の光検知モジュールに結合され、第2の入力端子がグローバルリセット信号線を介して主画素アレイ制御ユニットに結合され、第1の出力端子が第2のインターフェースロジックモジュールに結合され、電気信号が設定された閾値を上回る場合、第2のトリガー生成信号を生成して第2のインターフェースロジックモジュールに送ることに適している第2のトリガー生成モジュールと、第1の入力端子が前記第2のトリガー生成モジュールに結合され、第2の入力端子がグローバルリセット信号線を介して主画素アレイ制御ユニットに結合され、第3の入力端子と第4の入力端子がそれぞれ行列要求線を介して読み出しユニットに結合され、第1の出力端子と第2の出力端子がそれぞれ行列選択線を介して読み出しユニットに結合され、第2のトリガー生成信号を受信すると行要求信号を読み出しユニットに送信し、読み出しユニットからの行選択信号を受信すると列要求信号を読み出しユニットに送信し、行選択信号と列選択信号を受信すると、第2のトリガー生成モジュールをオンにすることに適している第2のインターフェースロジックモジュールとを含む。
C18、C17に記載の画像センサであって、コア回路アセンブリにおいて、第2のトリガー生成モジュールは、入力端子が第2の光検知モジュールの出力端子に結合され、電気信号を前処理し、処理済みの電気信号を生成することに適している第2の前処理サブモジュールと、入力端子が第2の前処理サブモジュールの出力端子に結合され、処理済みの電気信号の変化が予め設定された条件を満たすか否かを判断することに適している第2の閾値比較サブモジュールとを含む。
C19、C18に記載の画像センサであって、コア回路アセンブリにおいて、第2のインターフェースロジックモジュールは第2のラッチと、ハンドシェイクプロトコル制御ロジックとを含む。
C20、C19に記載の画像センサであって、コア回路アセンブリにおいて、第2のラッチは、現在の主画素ユニットの作動状態を記憶して特徴付けることに適しており、第1のリセット信号が、前記主画素アレイ制御ユニットによって生成されるグローバルリセット信号に由来し、第2のリセット信号が前記ハンドシェイクプロトコル制御ロジックからの出力信号であり、セット信号が前記第2のトリガー生成モジュールによって生成される第2のトリガー生成信号に由来する。
C21、C19又は20に記載の画像センサであって、コア回路アセンブリにおいて、ハンドシェイクプロトコル制御ロジックは、処理主画素ユニットと読み出しユニットとのインタラクションことに適している。
C22、C21に記載の画像センサであって、コア回路アセンブリにおいて、ハンドシェイクプロトコル制御ロジックはまた、主画素ユニットが読み出しユニットからの行選択信号と列選択信号の両方を受信すると、第2のリセット信号を前記第2のラッチに出力することに適している。
C23、C15~22のいずれか1項に記載の画像センサであって、コア回路アセンブリにおいて、読み出しユニットは、主画素アレイからの行要求信号に応答することに適しているとともに、行応答が得られた行アドレス情報を出力することに適している行選択モジュールと、主画素アレイからの列要求信号に応答することに適しているとともに、列応答が得られた列アドレス情報を出力することに適している列選択モジュールと、行アドレス情報及び列アドレス情報の出力を制御することに適している読み出し制御モジュールとを含む。
さらに、当業者が理解できるように、前述したいくつかの実施例は、他の特徴ではなく、他の実施例に含まれるいくつかの特徴を含むが、異なる実施例の特徴の組み合わせは、本発明の範囲に含まれ、かつ異なる実施例を構成することを意味する。例えば、以下の特許請求の範囲において、特許する実施例のいずれも任意の組み合わせとして使用され得る。
さらに、前記実施例のいくつかは、ここでは、コンピュータシステムのプロセッサ又は前記機能を実行する他の装置によって実施され得る方法又は方法の要素の組み合わせとして記述してもよい。したがって、前記方法又は方法の要素を実施するのに必要な命令を有するプロセッサは、該方法又は方法の要素を実施するための装置を構成する。さらに、ここで装置の実施例の前記要素は、該発明の目的を実施するための要素により実行される機能を実施する装置の例である。
ここで使用される場合、別に規定しない限り、序数詞「第1の」、「第2の」、「第3の」などを用いて一般的な対象を記述する場合、類似の対象に係る異なる例を示すに過ぎず、このように記述された対象が、必ずしも時間的、空間的、順番又は任意の他の形態の所定の順序を有することを示唆することを意図していない。
限られる数の実施例にて本発明を記述しているが、以上の記述に基づいて、当業者が分かるように、ここで記述された本発明の範囲内で、他の実施例が考えられる。さらに、なお、本明細書で使用される用語は主に読みやすさや示教の目的で選択されるものであり、本発明の主題を解釈又は限定するために選択されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲及び主旨を逸脱しない限り、当業者にとっては多くの修正や変更が明らかなことである。本発明の範囲については、本発明で行われる開示は説明的なものであり、限定的なものではなく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲により限定される。

Claims (10)

  1. フラッシュ検出ユニットであって、
    照射された光信号をリアルタイムで監視して、対応する電気信号を出力することに適している第1の光検知モジュールと、
    第1の入力端子が前記第1の光検知モジュールに結合され、第1の出力端子が第1のインターフェースロジックモジュールに結合され、前記電気信号が設定された閾値を上回る場合、第1のトリガー生成信号を生成して第1のインターフェースロジックモジュールに送ることに適している第1のトリガー生成モジュールと、
    第1の入力端子が前記第1のトリガー生成モジュールに結合され、第2の入力端子がフラッシュ検出リフレッシュ信号線を介してフラッシュ検出制御ユニットに結合され、第1の出力端子がフラッシュ検出トリガー信号線を介してフラッシュ検出制御ユニットに結合され、第1のトリガー生成信号を受信するとトリガー状態信号を出力することに適している第1のインターフェースロジックモジュールとを含む、フラッシュ検出ユニット。
  2. 前記第1のトリガー生成モジュールの第2の入力端子がフラッシュ検出リフレッシュ信号線を介してフラッシュ検出制御ユニットに結合され、前記フラッシュ検出制御ユニットからのフラッシュ検出リフレッシュ信号を受信することに適しており、前記フラッシュ検出リフレッシュ信号を受信すると、第1のトリガー生成信号を生成しない、請求項1に記載のフラッシュ検出ユニット。
  3. 前記第1のトリガー生成モジュールは、
    入力端子が前記第1の光検知モジュールの出力端子に結合され、前記電気信号を前処理して、処理済みの電気信号を生成することに適している第1の前処理サブモジュールと、
    入力端子が前記第1の前処理サブモジュールの出力端子に結合され、前記処理済みの電気信号の変化が予め設定された条件を満たすか否かを判断することに適している第1の閾値比較サブモジュールとを含む、請求項1又は2に記載のフラッシュ検出ユニット。
  4. 前記第1のインターフェースロジックモジュールは、
    現在の作動状態を記憶して特徴付けることに適しており、リセット信号が前記フラッシュ検出制御ユニットによって生成されるフラッシュ検出リフレッシュ信号に由来し、セット信号が前記第1のトリガー生成モジュールによって生成される第1のトリガー生成信号に由来する第1のラッチをさらに含む、請求項1又は2に記載のフラッシュ検出ユニット。
  5. フラッシュ防止回路アセンブリであって、
    複数の請求項1~4のいずれか1項に記載のフラッシュ検出ユニットを含み、視界内の光強度変化に応答し、光強度変化が一定の閾値を上回る場合、トリガー状態信号をフラッシュ検出制御ユニットに出力することに適しているフラッシュ検出画素アレイと、
    前記フラッシュ検出画素アレイに結合され、前記トリガー状態信号に従って視界内にグローバルフラッシュが発生したか否かを判断することに適しているとともに、グローバルフラッシュが発生したと決定した場合、フラッシュ検出強制リセット信号をコア回路アセンブリに送信することに適しているフラッシュ検出制御ユニットとを含む、フラッシュ防止回路アセンブリ。
  6. 前記フラッシュ検出制御ユニットはまた、フラッシュ検出リフレッシュ信号を前記フラッシュ検出画素アレイに周期的に出力することに適している、請求項5に記載のフラッシュ防止回路アセンブリ。
  7. 画像センサであって、
    複数の主画素ユニットを含み、視界内の光強度変化が閾値に達すると、対応する主画素ユニットをトリガーして、トリガーした主画素ユニットのアドレス情報を出力することに適しているコア回路アセンブリと、
    前記コア回路アセンブリの周辺に配置され、視界内のグローバルフラッシュを検出し、グローバルフラッシュが発生した場合、前記コア回路アセンブリをリセットして、フラッシュに対する前記コア回路アセンブリの応答及び出力をブロックすることに適している請求項5又は6に記載のフラッシュ防止回路アセンブリと、を含む画像センサ。
  8. 前記フラッシュ防止回路アセンブリは複数のフラッシュ検出ユニットを含み、前記フラッシュ検出ユニットは、フラッシュ検出周期内に視界内の光強度変化を検出することに適しており、前記フラッシュ防止回路アセンブリはまた、視界内の光強度変化に従って、視界内にグローバルフラッシュが発生したか否かを判断することに適している、請求項7に記載の画像センサ。
  9. 前記コア回路アセンブリは、
    複数の主画素ユニットを含み、視界内の光強度変化を監視し、光強度変化が一定の条件を満たす場合、トリガー状態に入ることに適している主画素アレイと、
    トリガー状態である主画素ユニットに応答して、対応するアドレス情報を出力することに適している読み出しユニットと、
    グローバルリセット信号を各々の主画素ユニットに送信して、各主画素ユニットの作動状態を制御することに適している主画素アレイ制御ユニットとを含む、請求項7又は8に記載の画像センサ。
  10. 前記主画素アレイ制御ユニットはまた、
    初期化する際に、グローバルリセット信号線を通じて主画素アレイのうちのそれぞれの主画素ユニットにグローバルリセット信号を送信することで、主画素ユニットをオフにすること、及び
    フラッシュ防止回路アセンブリからのフラッシュ検出強制リセット信号を受信すると、グローバルリセット信号線を通じて主画素アレイのうちのそれぞれの主画素ユニットにグローバルリセット信号を送信することで、主画素ユニットをオフにすることに適している、請求項9に記載の画像センサ。
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