JP2022530478A - デルタビジョンセンサ - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像センサおよび画像センサを操作する方法に関する。特に、本発明は、デルタビジョンセンサおよびそれぞれの方法に関する。
従来のビデオカメラでは、感光性要素のアレイ(すなわち、ピクセルのアレイ)は、所与のフレームレートでの画像のキャプチャを可能にする。新しいビデオ規格は、8メガピクセル、33メガピクセルなど、および120フレーム/秒(fps)、240fps、300fpsなどのフレームレートをサポートしているため、比較的高いデータレートのビデオストリームを生成する。多くのシーンでは、たとえばテニスの試合のビデオストリームをキャプチャする場合、連続するフレーム間の差は比較的小さいだけである可能性があり、たとえば、差は、移動するラケットまたは飛んでいるテニスボールの変位にのみ関連する可能性がある一方で、テニスコートなどのシーンの残りは、基本的に変わらないままである場合がある。したがって、シーンの一部が変更されないままであるため、ビデオストリームは非常に冗長なデータを含む可能性がある。ビデオストリームの処理には、たとえばテニスコートに対する飛んでいるテニスボールの軌道を決定するために、非常に強力なビデオ処理デバイスが必要になる場合がある。
改良された画像センサおよび画像センサを操作する方法が必要になる場合がある。特に、改良されたデルタビジョンセンサが必要になる場合がある。特に、信号経路内のオフセット残差が改善された画像センサが必要になる場合がある。特に、コンデンサの実装に関して要件が低減された、特に、たとえば、直線性、アースへの寄生効果などに関して要件が低減された画像センサが必要になる場合があり、それにより、従来技術で使用されている金属コンデンサよりも高密度のCMOSコンデンサを使用できる。特に、ドリフト率が低減された画像センサが必要になる場合がある。特に、比較器の数を減らした画像センサが必要になる場合がある。特に、改善されたピクセル密度を有する画像センサが必要になる場合がある。
いくつかの実施形態では、記憶期間は、リセット期間またはリフレッシュ期間である。記憶期間中にセンサ信号に比例する記憶信号を記憶し、記憶期間後にセンサ信号を記憶信号と比較することにより、デルタビジョンセンサを提供することができる。
いくつかの実施形態では、コンデンサは、高密度コンデンサ、好ましくはMOSコンデンサまたはポリ-ポリコンデンサであり、より好ましくは、コンデンサは、アース、基板、または他の共通電位に短絡された底板を有する。
方法のいくつかの実施形態では、記憶するステップは、記憶期間中に少なくとも1つの増幅器の出力において記憶信号を提供するステップを含む。
以下では、本発明の有利な実施形態を、同封の図面を参照して説明する。しかしながら、図面も説明も本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。
発明を実施するための形態
図1は、たとえば米国特許第9961291号明細書に開示されているような、従来技術による画像センサの単一セルの概略ブロック図である。米国特許第7728269号明細書は、同じ機能を有効にする。セルは、フォトダイオードD1、増幅器A1を含む第1の増幅器段、増幅器A2を含む第2の増幅器段、閾値VH、VLを有する閾値検出段、要求線Row_Req、Col_Reqおよび確認応答線Row_Ack、Col_Ackを有するハンドシェーク段、およびアナログバス線Col_analog_busを含む。増幅器A1を有する第1の増幅器段は、フォトダイオードD1における入射光強度に関連する電圧を提供する。フォトダイオードD1の光強度に関連する電圧は、増幅器A2を有する第2の増幅器段に供給される。増幅器A2を有する第2の増幅器段は、コンデンサCACおよびコンデンサC1を含むスイッチトキャパシタ増幅器を含む。増幅器A2を有する第2の増幅器段の出力は、閾値段に接続され、閾値VHおよびVLを備えた出力の比較に従って、オフ信号およびオン信号を提供する。オフ信号およびオン信号は論理ゲートG1に供給され、その出力は要求/確認応答線Row_Req、Col_Req、Row_Ack、Col_Ackを使用してハンドシェーク段H1に供給される。アナログバス線Col_analog_busは、トランジスタM2、M3を介してコンデンサCACの一端に接続されている。図1による回路の動作は、米国特許第9961291号明細書に詳細に記載されている。米国特許第7728269号明細書は、同じ機能を有効にする。回路の動作は、第2の増幅器段のスイッチSWの状態の変更を含む。有利なことに、比CAC/C1は、かなり高く、たとえばCAC/C1=10に設定されている。
ステップ1。特定の時間に信号を感知し、C1に記憶する。
ステップ3。状態が変化した場合は、そのイベントをメモリに記憶し、ステータスを報告(出力)する。
第1の利点は、オフセットに関するものである。従来技術では、図1を参照すると、信号経路におけるオフセット残差、または入力基準オフセットは、VOS=(VOS_Amp)/(1+A)+Vchであり、ここで、VOSは、入力基準オフセットの合計であり、VOS_Ampは、増幅器の入力基準オフセットであり、Aは増幅器の利得であり、VchはスイッチSWの状態が変化したときに発生する電荷注入エラーである。図1に示すように、寄生容量Cparは、増幅器の入力とアースとの間に含まれている。寄生容量Cparは、利得を考慮して最小化されるように設計されている。これは、CACとCparが容量性分周器を形成し、Cparが大きいほどVAの減衰が大きくなるという効果があるためである。図1に示すように、△VA=Vch=QCH/Cparであり、ここで、QCHは、スイッチSWの状態が変化したときに注入される電荷である。したがって、Vchは大きくなる可能性がある。
Claims (27)
- ピクセルの配置を含む画像センサであって、前記ピクセルはそれぞれ取得回路(1)を含み、前記取得回路(1)は、
前記ピクセルの光センサを照らす光信号に応じてセンサ信号(VLOG)を生成するように構成されたセンサ回路(11)と、
記憶期間中に前記センサ信号(VLOG)に比例する記憶信号(VSTORE)を記憶するように構成された記憶回路(12)と、
リフレッシュ期間後に、前記センサ信号(VLOG)および前記記憶信号(VSTORE)に応じて比較器信号(VCOMP)を生成するように構成された比較器回路(13)と、を含む、画像センサ。 - ピクセルの配置を含む画像センサであって、前記ピクセルはそれぞれ取得回路(1)を含み、前記取得回路(1)は、
前記ピクセルの光センサを照らす光信号に応じてセンサ信号(VLOG)を生成するように構成されたセンサ回路(11)と、
記憶期間中に前記センサ信号(VLOG)に比例する記憶信号(VSTORE)を記憶するように構成された記憶回路(12)と、
リフレッシュ期間後に、前記センサ信号(VLOG)および前記記憶信号(VSTORE)に応じて比較器信号(VCOMP)を生成するように構成された比較器回路(13)と、を含み、
前記記憶回路(12)は、少なくとも1つの増幅器(A1、A2)を含み、前記比較器回路(13)は、同じ少なくとも1つの増幅器(A1、A2)を含み、
前記センサ信号(VLOG)は、前記少なくとも1つの増幅器(A1、A2)の入力に接続され、前記少なくとも1つの増幅器(A1、A2)の他の入力は、コンデンサ(C1)を介してアース、基板、または他の共通電位に接続される、画像センサ。 - 前記記憶信号(VSTORE)は、コンデンサ(C1)を介してアース、基板、または他の共通電位に接続される、請求項1または2に記載の画像センサ。
- 前記記憶回路(12)は、少なくとも1つの増幅器(A1、A2)または高利得増幅段を含み、前記少なくとも1つの増幅器(A1、A2)の出力または高利得増幅段の出力は、前記記憶期間中に前記記憶信号(VSTORE)を提供する、先行する請求項のいずれか1項に記載の画像センサ。
- 前記記憶回路(12)は、第1の増幅器(A1)および第2の増幅器(A2)を含み、前記第1の増幅器(A1)は、前記センサ信号(VLOG)および前記記憶信号(VSTORE)に接続され、前記第2の増幅器(A2)は、前記第1の増幅器(A1)の前記出力、および前記記憶期間中に所定の信号レベルを有するヒステリシス信号(VHYS)に接続され、スイッチ(SW)は、前記記憶期間中に前記第2の増幅器(A2)の前記出力を前記記憶信号(VSTORE)に接続し、前記スイッチ(SW)は、前記記憶期間後に前記第2の増幅器(A2)の前記出力を前記記憶信号(VSTORE)から切り離す、先行する請求項のいずれか1項に記載の画像センサ。
- 前記比較器回路(13)は、少なくとも1つの増幅器(A1、A2)または高利得増幅段を含み、前記比較器信号(VCOMP)は、前記記憶期間後に、第1の期間(ф1)中の第1のオフセット信号(VHYS_PLUS)と、第2の期間(ф2)中の第2のオフセット信号(VHYS_MINUS)にさらに依存して生成される、先行する請求項のいずれか1項に記載の画像センサ。
- 前記比較器回路(13)は、第1の増幅器(A1)および第2の増幅器(A2)を含み、前記第1の増幅器は、前記センサ信号(VLOG)および前記記憶信号(VSTORE)に接続され、前記第2の増幅器は、前記第1の増幅器(A1)の前記出力、および前記記憶期間後に第1の期間(ф1)中の所定の第1のオフセット信号(VHYS_PLUS)と第2の期間(ф2)中の所定の第2のオフセット信号(VHYS_MINUS)とを有するヒステリシス信号(VHYS)に接続され、前記第2の増幅器(A2)の前記出力は、前記比較器信号(VCOMP)に接続される、先行する請求項のいずれか1項に記載の画像センサ。
- 前記記憶回路(12)は、少なくとも1つの増幅器(A1、A2)または高利得増幅段を含み、前記比較器回路(13)は、同じ少なくとも1つの増幅器(A1、A2)または高利得増幅段を含む、請求項1または請求項3から7のいずれか1項に記載の画像センサ。
- 前記記憶回路(12)は、第1の増幅器(A1)および第2の増幅器(A2)を含み、前記比較器回路(13)は、同じ第1の増幅器(A1)および同じ第2の増幅器(A2)を含む、先行する請求項のいずれか1項に記載の画像センサ。
- 前記取得回路(1)は、第1の期間(ф1)中に前記比較器信号(VCOMP)に接続可能な第1の1ビット記憶ブロックと、第2の期間(ф2)中に前記比較器信号(VCOMP)に接続可能な第2の1ビット記憶ブロックとをさらに含む、先行する請求項のいずれか1項に記載の画像センサ。
- 前記取得回路(1)は、第1の信号線(Stronger)および第2の信号線(Weaker)をさらに含み、前記第1の信号線および前記第2の信号線は、それぞれ前記第1および第2の1ビット記憶ブロックに関連付けられ、前記それぞれの1ビット記憶ブロックに記憶されている前記ビットに応じて、および行線(RowSel)の状態に応じて、ソース電圧(VDD)に接続されるか、浮遊状態になっている、請求項10に記載の画像センサ。
- 前記取得回路(1)は、前記記憶信号(VSTORE)をリフレッシュするための信号線(Refresh)をさらに含む、先行する請求項のいずれか1項に記載の画像センサ。
- 前記取得回路(1)は、前記比較器信号(VCOMP)の処理に応じて前記記憶信号(VSTORE)をリフレッシュするための論理ゲート(G3、G4、G5)をさらに含む、先行する請求項のいずれか1項に記載の画像センサ。
- 前記取得回路(1)は、前記センサ信号(VLOG)に関連するダイオード信号(VPD)を読み出すための読み出し回路(APS)をさらに含む、先行する請求項のいずれか1項に記載の画像センサ。
- 前記画像センサは金属酸化物半導体である、先行する請求項のいずれか1項に記載の画像センサ。
- 前記コンデンサ(C1)は、高密度コンデンサ、好ましくはMOSコンデンサまたはポリ-ポリコンデンサであり、より好ましくは前記コンデンサ(C1)は、アース、基板、または他の共通電位に短絡された底板を有する、先行する請求項のいずれか1項に記載の画像センサ。
- ピクセルの配置を含む画像センサを動作させる方法であって、前記ピクセルは、それぞれ好ましくは、請求項1から16のいずれか1項に記載の取得回路(1)を含み、前記方法は、
センサ回路(11)を使用して、前記ピクセルの光センサを照らす光信号に応じてセンサ信号(VLOG)を生成するステップと、
記憶期間中に前記センサ信号(VLOG)に比例する記憶信号(VSTORE)を記憶回路(12)に記憶するステップと、
リフレッシュ期間後に、比較器回路(13)を使用して、前記センサ信号(VLOG)および前記記憶信号(VSTORE)に応じて比較器信号(VCOMP)を生成するステップと、を含む、方法。 - ピクセルの配置を含む画像センサを動作させる方法であって、前記ピクセルは、それぞれ好ましくは、請求項1から16のいずれか1項に記載の画像センサを動作させる取得回路(1)を含み、前記方法は、
センサ回路(11)を使用して、前記ピクセルの光センサを照らす光信号に応じてセンサ信号(VLOG)を生成するステップと、
記憶期間中に前記センサ信号(VLOG)に比例する記憶信号(VSTORE)を記憶回路(12)に記憶するステップと、
リフレッシュ期間後に、比較器回路(13)を使用して、前記センサ信号(VLOG)および前記記憶信号(VSTORE)に応じて比較器信号(VCOMP)を生成するステップと、を含み、
前記記憶回路(12)は、少なくとも1つの増幅器(A1、A2)を含み、前記比較器回路(13)は、同じ少なくとも1つの増幅器(A1、A2)を含み、
前記センサ信号(VLOG)は、少なくとも1つの増幅器(A1、A2)の入力に接続され、前記少なくとも1つの増幅器(A1、A2)の他の入力は、コンデンサ(C1)を介して、アース、基板、または他の共通電位に接続される、方法。 - 前記記憶するステップは、前記記憶期間中に前記少なくとも1つの増幅器(A1、A2)の出力において前記記憶信号(VSTORE)を提供するステップを含む、請求項17または18に記載の方法。
- 前記記憶回路(12)は、第1の増幅器(A1)および第2の増幅器(A2)を含み、前記第1の増幅器(A1)は、前記センサ信号(VLOG)および前記記憶信号(VSTORE)に接続され、
前記方法は、前記記憶期間中に所定の信号レベルを有するヒステリシス信号(VHYS)を提供するステップと、前記第2の増幅器(A2)を前記第1の増幅器(A1)の前記出力および前記ヒステリシス信号(VHYS)に接続するステップと、
前記記憶期間中に前記第2の増幅器(A2)の前記出力をスイッチ(SW)を介して前記記憶信号(VSTORE)に接続するステップと、
前記記憶期間後に前記スイッチ(SW)を制御して前記第2の増幅器(A2)の前記出力を前記記憶信号(VSTORE)から切断するステップと、をさらに含む、請求項17から19のいずれか1項に記載の方法。 - 前記比較器回路(13)は、少なくとも1つの増幅器(A1、A2)を含み、
前記方法は、前記記憶期間後に、第1の期間(ф1)中の第1のオフセット信号(VHYS_PLUS)にさらに依存し、第2の期間(ф2)中の第2のオフセット信号(VHYS_MINUS)にさらに依存して、前記比較器信号(VCOMP)を生成するステップをさらに含む、請求項17から20のいずれか1項に記載の方法。 - 前記比較器回路(13)は、第1の増幅器(A1)および第2の増幅器(A2)を含み、
前記方法は、前記第1の増幅器を前記センサ信号(VLOG)および前記記憶信号(VSTORE)に接続するステップと、
前記記憶期間後に、第1の期間(ф1)中の所定の第1のオフセット信号(VHYS_PLUS)および第2の期間(ф2)中の所定の第2のオフセット信号(VHYS_MINUS)を有するヒステリシス信号(VHYS)を提供するステップと、前記第2の増幅器を前記第1の増幅器(A1)の前記出力および前記ヒステリシス信号(VHYS)に接続するステップと、
前記第2の増幅器(A2)の前記出力を前記比較器信号(VCOMP)に接続するステップと、をさらに含む、請求項17から21のいずれか1項に記載の方法。 - 前記取得回路(1)の第1の1ビット記憶ブロックを第1の期間(ф1)中に前記比較器信号(VCOMP)に接続するステップと、前記取得回路(1)の第2の1ビット記憶ブロックを第2の期間(ф2)中に前記比較器信号(VCOMP)に接続するステップと、をさらに含む、請求項17から22のいずれか1項に記載の方法。
- 前記取得回路(1)の第1の信号線(強)および前記取得回路(1)の第2の信号線(Weaker)をそれぞれ前記第1および第2の1ビット記憶ブロックに関連付けるステップと、前記それぞれの1ビット記憶ブロックに記憶された前記ビットに応じて、および行線(RowSel)の状態に応じて、前記第1および第2の信号線をソース電圧(VDD)に接続するか浮遊状態にするステップと、をさらに含む、請求項23に記載の方法。
- 前記取得回路(1)の信号線(Refresh)で前記記憶信号(VSTORE)をリフレッシュするステップをさらに含む、請求項17から24のいずれか1項に記載の方法。
- 論理ゲート(G3、G4、G5)を介した前記比較器信号(VCOMP)の処理に応じて、前記記憶信号(VSTORE)をリフレッシュするステップをさらに含む、請求項17から25のいずれか1項に記載の方法。
- 前記取得回路(1)は、読み出し回路(APS)をさらに含み、
前記方法は、前記読み出し回路(APS)を介して前記センサ信号(VLOG)に関連するダイオード信号(VPD)を読み出すステップをさらに含む、請求項17から26のいずれか1項に記載の方法。
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