JP4261361B2 - 時間積分型画素センサ - Google Patents
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Description
1998年12月、IEEE画像処理議事録Vol.1、No.12、アンダース・アストレム(Anders_Astroem)、ロバート・フォルヒハイマ(Robert_Forchheimer)、及びペルエリク・ダニエルソン(Per−Erik_Danielsson)による"近接センサ画像処理の背景内での強度マッピング" 1998年、ベルリン、シュプリンガーフェアラーク(Springer_Verlag)社、D.E.リッケン(Ricken)、W.ゲスナ(Gessner)(編集)、自動車用途のための先進マイクロシステム、157〜172頁における、M.ベーム(Boehm)らによる"自動車用途のための薄膜・オン・エイシック(特定用途向けIC)技術における高ダイナミックレンジ画像センサ"
i=PeQEλ/hc
によって与えられる。ここで、Pは、照明強度であり、qは、電子の電荷であり、λは、光の波長であり、cは、光の速度であり、hは、プランクの定数であり、QEは、光検出器の量子効率である。従って、コンデンサ両端の電圧は、積分時間に関係する。
であり、ここで、K=Cfdhc/qQEλは定数である。照明強度Piの場合、基準電圧Vrefに達する時間は、
ti=K・Vref/Pi
である。
即ち、積分時間t1後、浮動拡散コンデンサによって検出される光電圧106と基準電圧108とは、等しい。図1に示した画素構造において、グローバルカウンタ/コード発生
器118が、時間t=0でリセットされる。光電圧106が、特定の画素に対して基準電圧108を超える時、比較器110からの出力112は、値が変化する。その時、グローバルカウンタ値又はコード値は、ラッチされ、また、関連する画素データバッファ114に記憶される。カウンタ又はコード値をラッチすることにより、比較器出力を問い合わせる必要がなくなる。好適な実施形態において、カウンタ又はコード値は、画素データバッファ114に10ビット値として記憶される。しかしながら、大きさが異なるバッファを用いてもよい。一般的に、大きいバッファは、高価であるが、精度が良くなる。一つのラッチが、バッファの各ビットに対して用いられ、また、図においてバッファの一体化部分であると仮定する。
Pi=K・Vref/ti
によって与えられる。
Pi=C・Vref/(Ni−N0)
によって与えられる。ここで、C=K×fcounterは、定数であり、fcounterは、カウンタ周波数である。この計算は、プロセッサによって行われる。また画素データメモリ復号器116を用いて、グローバルカウンタ/コード発生器118を個々の画素センサに接続する。
Pmin=K・Vref/Tframe
である。ここで、Tframeは、連続する映像フレーム間の時間又は最大許容積分時間である。この強度未満では、カウンタは、フレーム周期内でラッチされない。
Pmax=K・Vref/Tclock
である。ここで、Tclockは、カウンタ周期又は最小許容積分時間である。この強度を越えると、カウンタは、単一のカウンタサイクルでラッチされる。従って、電圧が一定であれば、単一画像内のダイナミックレンジは、
DR=20.log10(Tframe/Tclock)dB
である。
DR=20.log10(VmaxTframe/VminTclock)dB
である。
誤差=K・Vref/{(n−γ)Tclock}−K・Vref/(nTclock)=K・γVref/{n(n−γ)Tclock}=γPi/n
によって与えられる。
従って、相対誤差は、nに逆比例する。強度が大きいと、相対誤差が最も大きくなる。誤差は、nを大きくすることによって低減し得る。このことは、クロック(カウンタ)速度を大きくすることによって又は基準電圧を上げることによって実現し得る。
各部品には、光検出器と、光検出器に電気的に接続する浮動拡散コンデンサと、比較器と、が含まれる。比較器は、基準電圧を受け取るための第1入力部、浮動拡散コンデンサに電気的に接続する第2入力部、及び出力部を有する。また各部品には、画素データバッファも含まれるが、画素データバッファは、ランダムアクセスメモリ(RAM)であってもよい。画素アレイは、標準メモリ(DRAM、SRAM等)にアドレス指定するために用いられる方法と同様の方法でアドレス指定される。各画素列は、好適にはそれ自体のデータバスに接続する。行アドレスは、ワード線314を用いて特定の画素行を選択する画素行アドレス復号器304に送信される。また画素列アドレス復号器306には、選択された行に応じて、選択された画素列からデータを受信するために又は選択された画素列にデータを送信するために用い得るデータ復号器も含まれる。これによって、個々の画素のアドレス指定が可能になり、その結果、データは、画素ビット線316を介して、画素に“書き込む”又は画素を“読み出す”ことができる。グローバルシーケンサ312が、システム制御装置310に接続する。グローバルシーケンサは、ルックアップテーブル326及び334に渡されるルックアップテーブルアドレス324及び334を生成する。ルックアップテーブル1、326を用いて、デジタル−アナログ変換器(DAC)328に渡される電圧基準値にルックアップテーブルアドレス324を変換する。DAC328は、画素アレイ302に渡される基準電圧108を生成する。ルックアップテーブル2、334を用いて、画素列復号器306を介して画素に渡されるシステム適合デジタルコード値に実際のカウンタ値を変換する。デジタルコード値は、実際のカウンタ値に線形的に関連付ける必要はない。デジタルコード値は、所定の電圧基準に対する各カウンタ値に関連する光パワーレベルに対応し得る。これによって、後で光パワーレベルを計算する必要がなくなる。更に、画素タイミング制御装置308は、行及び列復号器に接続して、アレイの個々の部品にアクセスするタイミングを制御する。画素ビットデータは、ビット線316を介して列復号器306によって検出され、また、データは、多重化データストリーム322として画像プロセッサ及びシステム制御装置310に送信される。画像プロセッサは、積分時間から各画素センサに対する光パワーへの変換を行い、また、色処理又は圧縮等、他の画像処理機能を実行し得る。処理された画像を表すデータは、318で画像プロセッサから出力される。変換は、ルックアップテーブルを介して、又は計算によって、又はその組み合せによって行ない得る。310に含まれるシステム制御装置は、画素タイミング&制御装置308に渡される画素アレイタイミング&制御信号320を供給する。画素タイミング&制御装置308は、画素行復号器304及び画素列復号器306を制御する。また310に含まれるシステム制御装置は、グローバルカウンタ/コード発生器312の制御も行なう。
ロック414で、基準電圧に達したか否かに関わらず、画素データバッファを読み出す。ブロック416で、光パワーは、画素データバッファから読み出されたカウンタ値から決定される(即ち、基準電圧に達しなかった場合ゼロである)。この決定は、一体化されたプロセッサ又はセンサアレイ外部のプロセッサにおいて行なってよい。この決定は、上述したように、計算
Pi=C・Vref/(Ni−N0)
を用い得る。
サの感度は高くなる。
Claims (2)
- 受光のための入力部及び電気的出力部を有する光検出器に入射する光の光パワーを検出するための方法であって、
グローバルコード値を得るためにグローバルコード発生器を動作する工程と、
光電圧を得るために光検出器の電気的出力を積分する工程と、
前記グローバルコード値から基準電圧値を決定する工程と、
前記基準電圧値に基づき基準電圧を生成する工程と、
前記グローバルコード値からデジタルコード値を決定する工程と、
前記光電圧を前記基準電圧と比較する工程と、
前記光電圧が、前記基準電圧よりも大きい場合、画素データバッファに前記デジタルコード値を記憶する工程と、
前記画素データバッファに記憶されたデジタルコード値から光パワーを決定する工程と、からなり、
前記基準電圧値は、光検出器に入射する光の光パワーが、前記画素データバッファに記憶されたデジタルコード値に線形的に関係するように選択される、方法。 - 受光のための入力部及び電気的出力部を有する光検出器に入射する光の光パワーを検出するための方法であって、
グローバルコード値を得るためにグローバルコード発生器を動作する工程と、
光電圧を得るために光検出器の電気的出力を積分する工程と、
前記グローバルコード値から基準電圧値を決定する工程と、
前記基準電圧値に基づき基準電圧を生成する工程と、
前記グローバルコード値からデジタルコード値を決定する工程と、
前記光電圧を前記基準電圧と比較する工程と、
前記光電圧が、前記基準電圧よりも大きい場合、画素データバッファに前記デジタルコード値を記憶する工程と、
前記画素データバッファに記憶されたデジタルコード値から光パワーを決定する工程と、からなり、
前記画素データバッファに記憶された前記デジタルコード値は、光検出器に入射する光の光パワーに線形的に関係する、方法。
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