JP6211624B2 - 光センサーのマトリクス中の光強度の時間的変化を検出するための方法およびデバイス - Google Patents

光センサーのマトリクス中の光強度の時間的変化を検出するための方法およびデバイス Download PDF

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Description

本発明は、スイッチトキャパシタのステージの前のステージを一連のトランスインピーダンスおよびトランスコンダクタンス増幅ステージに換え、電流ミラーを有した方法およびデバイスによって従来技術の発明に関連した問題を解決する、光センサーのマトリクス中の光強度の時間的変化を検出するための方法およびデバイスに関する。最初の電流ミラーは可変ゲインから成り、ゲインは全てのピクセルに共通である自動ゲイン制御によって計算される平均周囲ライトに基づき調節される。これにより、ピクセルの面積および消費を低減することができると共に、約1%のコントラスト感度が達成される。
本発明は人工視覚システムの分野の範囲内にあり、特にいわゆる時間差センサー又は“動体視力センサー”(DVS)の概念にある。
DVSセンサーは、ピクセルが前のイベント(又は事象;event)を発生してからピクセルに突き当たる光が固定比でかわるごとに各ピクセルがイベントを発生させるカメラである。光が増加するとイベントは正になり、光が弱まるとイベントは負になる。このようにして、センサーは経時的にイベントの流れを発生させる。各イベントは3つのコンポーネント(x,y,s)により規定され、(x,y)はマトリクス中のピクセル座標であり、‘s’はイベントサインである。イベントのこのフローがセンサーにより保存(又はキャプチャー;capture)される変化する情景を示す。このセンサーの概念は元来クラマーによって導かれている(Jクラマーの2002年9月、アナログおよびデジタル信号処理49巻No9の612〜628頁のパート2の回路およびシステムにおけるIEEEトランサクションの“集積光過渡センサー”)および(JクラマーのISCAS2002の2巻165〜168頁の回路およびシステムにおけるIEEEInt.Sympの“イベント駆動、非同期読取のオン/オフ過渡撮像装置”)。しかし、その態様はピクセル性能にかなりのミスマッチをもたらし、約30%の値に到達し得る最大時間的なコントラスト感度を制限していた(PリッチステインナーらのICECS2004の211〜214頁の回路およびシステム2004、2004年第2回IEEE電子国際学会の会録の“改良ON/OFF時間微分アドレスイベント撮像装置”)。この従来技術を改良するために、リッチステインナーは、ピクセルからピクセルまでの性能に小さなミスマッチを供する2つのキャパシタを有するセルフタイミングスイッチトキャパシタのステージを導き(US5168461)、それによって15%の範囲に時間的コントラストに対する感度を達成可能にすることで、改良センサーをその後提案した(Pリッチステインナーらの2008年2月のIEEEJの固形状態回路43巻No2566〜576頁の“A128×128120dB15μs潜在非同期時間的コントラスト視覚センサー”および米国特許第7728269号)。
しかしながら、スイッチトキャパシタのステージは2つのキャパシタがかなり異なる値を有することを要求した。集積回路のある態様では各ピクセルの領域内にかなりの領域を必要とする。リッチステインナーによって製造されたセンサーでは、ピクセルの全領域の約3分の2を占めていた(Pリッチステインナーらの2008年2月のIEEEJの固形状態Circ43巻No2566〜576頁の“128×128120dB15μs潜在非同期時間的コントラスト視覚センサー” および米国特許第7728269号)。その結果、ピクセルが大きいのでチップが大きな面積を占め、高額となる。この従来技術を改良するために、レネロは、キャパシタの値間の差違を減じると共に、スイッチトキャパシタの導入前に大変小さい面積の電圧増幅ステージの導入をし、それによってピクセルの面積の低減および約10%の値以下まで時間的コントラスト感度のわずかな改善を達成することを提案した(JAレネロ−バーダロらの2011年6月のIEEEJの固形状態回路46巻No61443〜1445頁の“3.6usフレームフリーイベント駆動動的視覚センサー”)しかしながら、この増幅ステージの消費は大きく、ピクセル性能のミスマッチをやや悪化させた。
従来技術に対して本発明によって達成される改良点を説明するために、リッチステインナーのセンサー(米国特許第7728269号)を参照する。当該センサーのピクセルの簡易図を図1に示す。光ダイオードDにより感知される光は光電流Iphに変換される。トランジスタT1〜T4は対数的にIphをノードP1で電圧VP1=Voffset+Vlog(Iph)に変換する。トランジスタT4を通過しマトリクスの全てのピクセルによって共有されるドレインノードP0を出る光電流Iphは、マトリクス中で全てのピクセルから光電流を追加する、電流追加ブロックΣIに加えられる。この合計はピクセルにおいてトランジスタT3のゲートを自動的に調節するためにその後使用されて、増幅器T1〜T3の消費を最小限にして周囲光にトランジスタを適合させる(US2004/065876)。トランジスタT5aおよびT5bはVP1をノードP2に複製する。レネロの改良では、これら2つのトランジスタは電圧増幅ステージによってゲインAvに置き換えられ、P2における電圧がVP2=A(Voffset+Vlog(Iph))となる。リッチステインナーの態様ではA=1であり、レネロの態様ではA>1である。キャパシタC1、C2およびトランジスタT6〜T8を有して成るスイッチトキャパシタ回路は、容量ゲインA=C2/C1により乗じた前のリセット時間からP2〜P3での電圧変化を複製する。従って、VP3(t)=A(VP2(t)−VP2(t))=Alog(Iph(t)/Iph(t))となる。トランジスタT9〜T11はVP3(t)が特定の正の閾値VR+を超えているかどうかを検知し、もし超えている場合には正のイベント(ON)を発生させる。トランジスタT12〜T14はVP3(t)が負の閾値VR−未満に下がっているかどうかを検知し、もし下がっている場合には負のイベント(OFF)を発生させる。ピクセルがイベントを発生させる毎に、キャパシタC1のリセットがリセットトランジスタT7により生じる。このようにして、VP3(t)≧VR+=Alog(Iph(t)/Iph(t))である場合、ピクセルは正のイベントtを即時に発生させ、VP3(t)≦VR−=Alog(Iph(t)/Iph(t))である場合、ピクセルは負のイベントを即時に発生させる。この事は、ΔI/I=exp((VR+/−)/(A))−1=θ+/−として表される。パラメータθ+/−は正又は負のコントラストに対する感度を示している。このコントラスト感度のために調節され得る最小値はパラメータVR+/−、A、A、およびVのピクセルからピクセルまでの拡散により供される。パラメータVは通常物理定数の関数であり、同じチップ内でピクセルからピクセルまでの拡散を受けるものではない。パラメータVR+/−の拡散は、増幅器T6、T8および電圧比較器(トランジスタT9〜T11およびT12〜T14)の性能での拡散により供され、増幅器T6、T8および電圧比較器は全ピクセル面積を減じるために小さく作られているので通常高い。増幅器および電圧比較器の大きなミスマッチの影響は分母Aの積を増やすことで減じられる。A=1のリッチステインナーの従来技術では、Aを可能な限り大きくすることは義務的であった。例えば、リッチステインナーの態様では、値20が供されていた(Pリッチステインナーらの2008年2月のIEEEJの固形状態回路43巻No2566〜576頁の“128×128120dB15μs潜在非同期時間的コントラスト視覚センサー”)。また、パラメータAは、ピクセルからピクセルまで拡散を受けるが、集積回路では、キャパシタンス間の関係は低拡散(典型的には1%未満)になるので減じられる。レネロの態様では、パラメータAは拡散を導く。しかしながら、パラメータAは5に減じられ、Aは約25にセットされる。このようにして、積は125となり、拡散をやや増やすにもかかわらず全てのコントラスト感度を改善する。しかしながら、更なる増幅ステージがピクセルの消費をかなり(10倍よりも多く)増加させる。
その結果、従来技術では、ピクセル面積を増やすことなく又は電力消費を増やすことなくコントラスト感度を改善できないという問題が生じていた。従来技術に関連した問題を解決するために、本発明は、弱反転に分極させ(;polarised in weak inversion)ダイオード形態を有し、直列に接続させた、MOSトランジスタを接続することでトランスインピーダンス増幅器を使用する(ES201130862)。
図1は、米国特許第7728269号に開示されたリッチステインナーの時間に応じた情景を検知するためであって従来技術に関連する光ダイオードマトリクスのセンサーの典型的な態様を示す。 図2は、本発明の光センサーマトリクス対象物における光強度の時間的変化を検出するための集積回路デバイスの典型的な態様を示す。 図3は、図2に示されるセンサーのピクセルのマトリクスを構成するピクセルの特定の態様を示す。 図4は、図2に示されるセンサーのピクセルのマトリクスを構成するピクセルの別の特定の態様を示し、当該ピクセルは更なる増幅ブロックを有する。 図5は、図2に示されるセンサーの自動ゲイン制御回路の典型的な態様を示す。 図6は、図2に示されるセンサーの自動ゲイン制御回路の典型的な態様を示し、当該回路は2つの更なる調節ステージを有する。 図7は、図2に示されるデバイスを使用する本発明の方法の特定の態様のフローチャートを示す。 図8は、本発明において使用される弱反転に分極され、ダイオード形態であり、直列に接続されたNMOSトランジスタを有したトランスインピーダンス増幅器を示す。当該トランジスタはES特許201130862に開示されている。
本発明では、従来技術によって生じていた問題を解決する方法およびデバイスが供される。この目的のために、本発明は、弱反転に分極されダイオード形態を有し、直列に接続させたMOSトランジスタを接続することで、トランスインピーダンス増幅器を用いるセンサーマトリクスのピクセルからピクセルまでの拡散を受けない以前の増幅Aを達成することを提案している。しかしながら、弱反転に分極され、ダイオード形態を有するいくつかのMOSトランジスタが直列に接続されている際、MOSトランジスタにより導かれる浮遊容量により回路操作が遅くならないように操作電流が過度に小さくないことを確保する必要がある。例えば、動体視力センサー(DVS)のピクセルに用いられる典型低なサイズのため、操作電流が約1nA〜約100nAであることを確保する必要がある。これは、各ピクセルにつきミリ秒未満の反応スピードを確保し、高速用途のDVSの使用をすることができる。この事は標準的なフォトグラム系カメラよりも優位にする。更に、そのような電流は、弱反転にもはや分極されないMOSFETトランジスタにするので高くし過ぎるべきではない。弱反転に分極され、ダイオード形態を有する直列接続されたMOSトランジスタが高電流(約1nA〜約100nA)で操作することを確保するために、光ダイオードを発生させ、典型的には1フェムトアンペア〜1ナノアンペアの周囲光の関数として典型的に変化する光電流を用いて当該トランジスタを直接的に操作することができない。その結果、本発明は、各ピクセルで、全てのピクセル<Iph>により検知される平均光に適合するゲインを有した電流増幅のステージを有して成る。これにより、弱反転に分極され、ダイオード形態を有する直列接続のMOSトランジスタに基づき電流を操作するトランスインピーダンス増幅器は、一定であり、予めセットされた基準電流Ib1と同等であり、典型的には1nA〜100nAである全てのピクセルのための平均電流レベル<Aph>に維持される。このために、本発明は、平均<Aph>がユーザーによってセットされた一定基準Ib1と同等であり、典型的には1nA〜100nAであるように、一方では常時ピクセル<Iph>のマトリクス中の平均入射光を検知し、他方では全てのピクセルのための電流増幅ステージのゲインを調節する、ゲインの自動制御のためのメカニズムを有して成る。
これにより、本発明の第1対象物は、少なくとも、1つのピクセルのマトリクス、全てのピクセルで発生する光電流の増幅の自動調節のためのブロック、およびピクセルのマトリクスのアウトプットに接続されているアービトレート型およびイベントエンコード型ブロックを有してなる、光センサーのマトリクス中の光強度の時間的変化を検知するための集積回路デバイスである。順に、各ピクセルマトリクスが、少なくとも
a)表面に突き当たる光量に比例した光電流を発生させる光センサー;
b)調節可能なゲイン電流ミラー;
d)調節可能なゲイン電流ミラーのアウトプットに配置されたトランスインピーダンス増幅器;
e)トランスインピーダンス増幅器のアウトプットに接続された第1キャパシタ、第1キャパシタに接続された第2電圧増幅器、および第1キャパシタに直列に接続され、第2電圧増幅器にフィードバック接続された第2キャパシタを有して成るスイッチトキャパシタ回路;および
g)電圧が高閾値を超えているかを測定(又は決定;determine)するための第1閾値検出器、および電圧が低閾値未満に下がっているかを測定するための第2閾値検出器
を有して成り、
前記光電流は1フェムトアンペア〜1ナノアンペアの本発明を実施するための特定のモードに含まれ、
調節可能なゲイン電流ミラーはインプットブランチおよび2つのアウトプットブランチを有し、第1のアウトプットは調節可能な電流ゲインを有し、第2のアウトプットは固定された電流ゲインを有し、ゲイン電流ミラーは自動調節のためのブロックにより固定される電流ゲインを導き、1nA〜100nAの範囲の値まで本発明を実施するためのより特定のモードで電流を増幅することで電流ミラーアウトプットブランチに光電流を複製(又はコピー;copy)し、
更に、ゲイン電流ミラーは光センサーのノードで浮遊容量の帯電および放電を回避する、光センサーのノードで電圧偏位を最小限にし、
ミラーの電流ゲインはミラーの増幅の自動調節のためのブロックによって調節され、
このようにして、固定されたゲインを有したアウトプットブランチは、インプット光電流をダイオード形態で接続させたコレクター・トランジスタに複製し、ノードはマトリクスから残りのピクセルのコレクター・トランジスタに接続され、調節可能な電流ゲインブランチはインプット電流をトランスインピーダンス増幅器に複製し、
トランスインピーダンス増幅器は弱反転に分極させた少なくとも2つの直列のMOSトランジスタから成り、各MOSトランジスタは光電流を対数電圧に変換するためダイオード形態であり、直列のトランジスタの量は各特定のケースのニーズに応じ、
第2キャパシタは、リセットキーとして作用するMOSトランジスタに平行に接続されており、
第1閾値検出器および第2閾値検出器の両方は第2電圧増幅器のアウトプットに接続されており、前記高閾値および前記低閾値はユーザーによって予めセットされている。
本発明を実施するための特定の態様では、突き当たる光から光電流を供するそれ以外のフォトトランスダクタ・デバイスを使用することができるが、光センサーは光ダイオードである。
本発明の別の特定の態様では、各ピクセルは、第1トランスインピーダンス増幅器のアウトプットとスイッチトキャパシタ回路のインプットとの間に配置された1つの更なる増幅ブロックを少なくとも有して成る。これらブロックは、一方から他方にカスケード又はイテレーションで接続される。更に、第1の更なる増幅ブロックのインプットがピクセルのトランスインピーダンス増幅器のアウトプットに接続されており、最後の更なる増幅ブロックのアウトプットがスイッチトキャパシタ回路の第1キャパシタに接続されており、ブロックの各々が、順に、少なくとも、トランスコンダクタンス増幅器、トランスコンダクタンス増幅器のアウトプットに接続された固定されたゲイン電流ミラー、および弱反転に分極させた少なくとも2つの直列のMOSトランジスタを有した更なるトランスインピーダンス増幅器を有して成り、各MOSトランジスタはダイオード形態である。この更なるトランスインピーダンス増幅器は固定されたゲイン電流ミラーのアウトプットに接続されている。更なる増幅ブロックが1つのみである場合、それはピクセルの第1トランスインピーダンス増幅器のアウトプットに接続されたブロックのインプットであり、また、それはスイッチトキャパシタ回路の第1コンデンサーのインプットに接続されているブロックのアウトプットであると理解される。
本発明の別の特定の態様では、1つよりも多い更なる増幅ブロックが含まれる場合、そのようなブロックは一方から他方にカスケード又はイテレーションで接続される。すぐ前のブロックと第2で次に続くブロックとの接続は、各ブロックのトランスコンダクタンス増幅器のゲート・ターミナルを前のブロックのトランスインピーダンス増幅器のアウトプットと接続することで行われる。このようにして、調節可能なゲイン電流ミラーの対数電圧に供される増幅の増加が達成される。
本発明の特定の態様では、更なる増幅ブロックが使用され、スイッチトキャパシタ回路はピクセルの第1トランスインピーダンス増幅器のアウトプットに直接的に接続されないが、カスケード又はイテレーションで接続される、最後のブロックのトランスインピーダンス増幅器のアウトプットに接続される。
本発明の別の特定の態様では、調節可能なゲイン電流ミラーは少なくとも1つのMOSインプットトランジスタ、1つのMOSアウトプット・トランジスタ、および電圧インバータ増幅器によって形成される。本発明の別の特定の態様では、ゲート・ターミナルがマトリクスの全てのピクセルに共通であるデバイスの外側からユーザーによって予めセットされる電圧Vに接続され、ドレイン・ターミナルが光ダイオードに接続され、およびソース・ターミナルが電圧インバータ増幅器のアウトプットに接続されるように、MOSインプットトランジスタが作製される。本発明の別の特定の態様では、ソース・ターミナルがMOSインプットトランジスタのソース・ターミナルに接続され、ターミナルゲートが自動ゲイン制御回路によりセットされる電圧VGAに接続され、およびドレイン・ターミナルが調節可能なゲイン電流ミラーのアウトプットとして作用し、第1トランスインピーダンス増幅器のインプットに接続されるように、調節可能なゲイン電流ミラーのMOSアウトプット・トランジスタが作製される。
本発明の別の特定の態様では、第1閾値検出器が電圧が高閾値を超えていることを測定し又は第2閾値検出器が電圧が低閾値未満に下がっていることを測定する各ピクセルのため、アービトレート型およびイベントエンコード型ブロックは、マトリクス中のピクセル位置に相当するx座標およびy座標を測定(又は決定;determine)し、サインsを用いてイベントを発生させ、座標(x,y)およびサインsによって形成されるセットを2進コード化するワードを発生させるためのプロセッサを有して成り、サインsは第1および第2閾値検出器によって測定(決定;determine)される。具体的には、高閾値を超えている際には第1検出器は正のサインの信号を発生させ、低閾値未満に下がっている際には第2検出器は負のサインの信号を発生させる。
本発明の別の特定の態様では、光電流の増幅の自動調節のためのブロックが、
少なくとも
a)ピクセルの1つのコレクター・トランジスタの複製;
b)MOSインプットトランジスタが電圧Vに接続されたゲートを有し、アウトプットが第1電流基準Ib1に接続されているピクセルの調節可能なゲイン電流ミラーの複製;
c)負のインプットがミラーのアウトプットおよび電流基準Ib1に接続されており正のインプットが電圧基準に接続されており、およびアウトプットがMOSアウトプット・トランジスタのゲートに接続されており、電圧VGA’を発生させる第1差動電圧増幅器;および
d)ユニティゲイン形態で接続され、ピクセルの調節可能なゲイン電流ミラーのアウトプット・トランジスタのゲート・ターミナルVGAへ電圧VGA’を複製する第2差動電圧増幅器
を有して成る自動ゲイン制御回路である。
本発明の別の特定の態様ではピクセルが、少なくとも、1つの更なる増幅ブロック、第1MOSアウトプット・トランジスタとゲート・ターミナルおよびソース・ターミナルを共有する調節可能なゲイン電流ミラーの第2MOSアウトプット・トランジスタを有して成り、ドレイン・ターミナルが第2ミラーアウトプットを構成するように、光電流の増幅の自動調節のためのブロックが配置されている。ピクセル中の更なる増幅ブロックの調節のためのステージがこのアウトプットへ接続される。ピクセルの更なる増幅ブロックを調節するためのこの更なる調節ステージは、ピクセル中の第1トランスインピーダンス増幅器の複製であるトランスインピーダンス増幅ステージ、ピクセル中の第1トランスコンダクタンス増幅器の複製であるトランスコンダクタンス増幅器、差動電圧増幅器および電流基準Ib2を有して成る。ピクセル中の更なる増幅ブロックの調節のためのステージのこれら要素は次のように接続されている。更なる調節ステージのインプットノードは対数電圧を発生させるトランスインピーダンス増幅ノードであり;トランスコンダクタンス増幅ゲートは当該ノードに接続されており、ソースが全てのピクセルのトランスコンダクタンス増幅器のソースとノードVQ1を共有しており、ドレインが電流基準Ib2に接続されており;当該ドレインは差動電圧増幅器の負のインプットに接続されており、正のインプットが基準電圧に接続されており、アウトプットがノードVQ1に接続されている。
本発明の別の特定の態様では、ピクセルが対数電圧増幅を増やすための第2の更なる増幅ブロックを有する場合、光電流の増幅の自動調節のためのブロックはピクセル中で第2の更なる増幅ブロックを調節するための第2の更なる調節ステージを含んでおり、基準電流Ib2はインプットノードに接続される。
本発明の別の特定の態様では、ピクセルがカスケード又はイテレーションで接続されるより多い更なる増幅ブロックを有する場合、より多い更なる調節ステージは、ピクセル中の“更なる増幅ブロック”の調節のため光電流の増幅の自動調節のためのブロックにカスケード又はイテレーションで同じ数追加される。
本発明の別の特定の態様では、スイッチトキャパシタステージはピクセルに存在する最後の更なるトランスインピーダンス増幅器のアウトプットに接続される。
本発明の別の特定の態様では、スイッチトキャパシタステージは第1キャパシタのアウトプットに接続されており、当該ステージは、電圧増幅器、第2のフィードバック接続されたキャパシタ、更なる電圧増幅器を追加し2つの連続したリセット時間における電圧差を算出するためリセットキーとして作用し、第2キャパシタに平行に接続されたMOSトランジスタから成る。
本発明の第2の対象物は、上記に記載されたデバイスを使用する、光センサーのマトリクス中の光強度の時間的変化を検出するための方法である。当該方法を実施するために、少なくとも下記のステージがマトリクスの各ピクセルで行われる。
1)光ダイオードを用いてピクセルに突き当たる光を電流Iphに変換すること;
2)調節可能なゲイン電流ミラーを用いて電流Iphを値Aphに増幅させること;
3)平均Aphが光電流の自動増幅のためのブロックを用いて全てのピクセルの平均明度の時間的変化に対して一定のままであるように、値Aを適合させること;
4)弱反転に分極させ、および直列に接続された少なくとも2つのMOSトランジスタを有して成り、当該MOSトランジスタの各々がダイオード形態で接続されている、トランスインピーダンス増幅器を用いて適合させた電流Aphを対数電圧に変換すること;
5)スイッチトキャパシタ回路で光強度の時間的変化によって引き起こされる、2つの連続的な時間tとtとの間の電圧差ΔV=V(t)−V(t)を測定(又は決定;determine)し、および、該電圧差と固定された正の基準値VR+および固定された負の基準値VR−とを比較すること(VR+およびVR−はマトリクスの全てのピクセルで同一である);
6)アービトレート型およびイベントエンコード型ブロックに送信されるデジタル信号sを発生させること、
(当該デジタル信号は、
−第1閾値検出器が電圧が高閾値を超えていることを測定するごとに第1閾値検出器で発生する正のイベント;と
−第2閾値検出器が電圧が低閾値未満に下がっていることを測定するごとに第2閾値検出器で発生する負のイベントとから選択される。)
並びに、
ピクセルマトリクスのアウトプットに接続されるアービトレート型およびイベントエンコード型ブロックおいて、下記のステージが実施される、
−デジタル信号を発生したマトリクスのピクセルの空間座標(x,y)を特定すること;
−デバイスの外部要素に空間座標(x,y)およびシグナルを含むデジタルワードを送信すること;および
−光センサーのマトリクスに光強度の時間的変化を示すワード(x,y,s)のフローを発生させること
本発明を実施するための別の特定のモードでは、2つの連続的なリセット時間の間の電圧における差がスイッチトキャパシタステージによって算出される。
本発明を実施するための別の特定のモードでは、予め適合させた電流Aphを電圧に変換した後、スイッチトキャパシタ回路において電圧差ΔV=V(t)−V(t)を測定する前のステージとして、少なくとも1つの更なる増幅ブロックにより電流Aphの変換から得られた電圧を増幅させる。
次に、例示で非限定な説明を、図面に用いた符号を参照して本発明の特定の態様のいくつかの例示から行う。
本発明のデバイスの第1態様において、図2は、光センサーのマトリクス中の光強度の時間的変化を検出するための集積回路デバイスを示している。そのようなデバイスは、順に複数(x,y)のピクセル6、ピクセルの各々および全てに接続された装置の外部へイベントを伝えるアービトレート型およびイベントエンコード型ブロック2、およびマトリクス1に接続された自動電流ゲイン調節AGCのためのブロック3から成るピクセルの2次元マトリクス1から成る(マトリクスは一次元であり得る)。マトリクス1とAGCブロック3との間の接続は、MOSトランジスタ4およびピクセルのマトリクス1に発生した光電流の平均空間時間の表示をセットする電圧Vavgに接続されたキャパシタを介在させることで行われ、それによって、AGCブロック3のアウトプットで電圧VGAおよびVQiが得られる。iは1〜nまで変化し、nはピクセル6により使用されるトランスインピーダンス増幅ブロックの全体数である。
図3および図4は図2のピクセルのマトリクス1を形成する1つのピクセル6の2つの特定の態様を示す。両好ましい態様では、ピクセル6は光ダイオードD、2つのキャパシタCおよびC、および一連のラベルされたトランジスタTを有して成る。印である“i”としては1〜15の数値があり、任意には文字a,b,c又はdが追加されている。光ダイオードDはピクセル6に突き当たる光に比例した光電流Iph1を供する。トランジスタT1〜T3は、PMOSトランジスタT4a、T4bおよびT5のソースに接続されている、インプットVおよびアウトプットVを有した電圧増幅器7を供する。トランジスタT4aと共に電圧増幅器7は、一定値で電圧Vの設定を達成すると共にインプットとしてIph1を受容する光電流ミラー8のインプットブランチを構成する。電流ミラー8はトランジスタT4bおよびT5によって形成される2つのアウトプットブランチを有する。T4bがインプットブランチトランジスタT4aとゲート電圧を共有し、トランジスタT4aとT4bが同じサイズで作製されるのでトランジスタT4bによって形成されるアウトプットブランチはユニティゲインを示す。任意には、デザイン検討に都合よく考えると、T4aとT4a間のサイズ比を変えることで又はそれらを異なるゲート電圧に接続することでユニティゲインを高いもの又は低いものに変えることができる。一般には、ゲインはユニティであると考えられている。その結果、T4bは光電流Iph1の複製を供する。この電流はノードVs1とVavgとの間のダイオード形態で接続されているトランジスタT4C1に送られる。ノードVs1とVavgの両方がマトリクスの全てのピクセルによって共有されている。これにより、共有されたノードVavgでは、全てのピクセルの光電流の平均に応じた電圧が形成される。電流ミラーの第2アウトプットブランチを形成するトランジスタT5は増幅電流Aph1を供する。電流増幅はゲート電圧VとVGAとの差により測定される。ピクセルはこれら2つの電圧を全て共有する際ピクセル6の全てに共通である電圧差は下記に示すように自動ゲイン制御ブロック3によってセットされる。増幅させた光電流Aph1は、各々がダイオード形態であり、弱反転で分極させたトランジスタT6a〜T6dにより形成されたトランスインピーダンス増幅器に接続される。電圧Vo1はトランスインピーダンスステージのアウトプット電圧であり、値Vo1=Nlog(APh1/I)を示す。本発明を実施するためのモードの特定の例では、トランスインピーダンス増幅器中のトランジスタの数はN=4である。図3に示される本発明を実施するためのモードでは、このアウトプット電圧Vo1はキャパシタC3、C4およびトランジスタT10aとT10bおよびT11により形成されるスイッチトキャパシタステージ14のインプットに接続される。
キャパシタC3、C4およびトランジスタT10aとT10bおよびT11を有して成るスイッチトキャパシタ回路14は容量ゲインAc1=C4/C3を乗じた先のリセット時間tからのVo1の電圧変化Vdiff1に複製する。つまりVdiff1=Ac1(Vo1(t) -Vo1(t))=Ac1log(Iph1(t)/Iph1(t))である。この式では、ピクセルからピクセルまでの大きな拡散を受けやすい全てのパラメータがなく、低拡散を示す容量増幅Ac1、拡散のない数Nおよび低拡散を有する物理的パラメータVのみを残している。トランジスタT12〜T13はVdiff1が特定の正の閾値VR+を超えているかを検知し、検知した場合、正のイベントを発生させる(ON)。トランジスタT14〜T15はVdiff1が負の閾値VR−未満に下がっているかを検知し、検知した場合、負のイベントを発生させる(OFF)。ピクセル6がイベントを発生させる毎に、キャパシタC3のリセットがリセットトランジスタT11により生じる。これにより、VR+=Ac1log(Iph1(t)/Iph1(t))である場合、ピクセル6は時間tで正のイベントを発生させ、VR−=Ac1log(Iph1(t)/Iph1(t))である場合、ピクセル6は時間tで負のイベントを発生させる。この事をΔI/I=exp((VR+/−) / (Ac1))−1=θ−/−と表すことができる。
図4に示すピクセルの典型的な態様では、1つの更なる増幅ブロック10を追加することで第2増幅ステージを追加することが選択される。これには、トランスコンダクタンスステージ11、電流ミラー12および第2トランスインピーダンス増幅器13を追加することが要求される。トランスコンダクタンスステージ11は、電流I=Iexp((Vo1−VQ1)/V)を供する弱反転で分極されたMOSトランジスタT7を構成する。電流ミラー12はこの場合概してトランジスタT8a〜T8cから作製され、インプットブランチに存在する電流Iをアウトプットブランチに複製する。この複製工程中のゲイン又は減衰はトランジスタT8bおよびT8cのサイズの相対比により供される。一般的に、トランジスタT8bおよびT8cは同じサイズであり、それによってミラー12のゲインは単一であると考えられている。これにより、ミラー12はIと等しい電流を供する。この場合、この電流は、アウトプット電圧Vo2=Volog(Aph1 /I)を供する、3つのトランジスタT9a、T9bおよびT9cから作製される第2トランスインピーダンスステージ13に入る。この特定の典型的な態様では、第2トランスインピーダンス増幅器13中のトランジスタの数はN=3である。トランジスタT7、T8i、T9jから作製される更なる増幅ブロック10は、最後のトランスインピーダンスステージの最終アウトプット電圧の増幅ファクタを増加させるために必要に応じて何回も繰り返され実行される。このアウトプットはスイッチトキャパシタ回路14に接続される。図4は1つのみの更なる増幅ブロック10があるので増幅インピーダンス増幅器の数はn=2であり、その結果最後のステージのアウトプットがVo2である例を示す。しかしながら、第1の更なる増幅ブロックのアウトプットにカスケード又はイテレーションでより多い更なる増幅ブロックを設けることで、増幅ファクタの増加が最後のトランスインピーダンスステージ13の最終のアウトプット電圧で達成される。これらブロックうち最後のブロックはスイッチトキャパシタ回路14のインプットに接続される。これにより、最後の更なる増幅ブロック10のトランスインピーダンスステージ13のアウトプットで、電圧Vonが得られる(n=カスケード又はイテレーションで位置付けられる更なる増幅ブロックの数−1、又はn=トランスインピーダンス増幅器の数)。この場合、Vdiff1(t)=Ac1(Vo2(t) -Vo2(t))=Ac1log(Iph1(t)/Iph1(t))であり、先で述べた方法と同じようにVR+=Ac1log(Iph1(t)/Iph1(t))である場合、ピクセルは時間tで正のイベントを発生させ、VR−=Ac1log(Iph1(t)/Iph1(t))である場合、ピクセルは負のイベントを発生させる。このようにして、コントラストに対する感度θ+/−=exp((VR+/−)/(Ac1))−1が得られる。 N=Nである。n個のトランスインピーダンス増幅器を用いた態様では、N=N・・・Nである。
この結果、図1で値A=C2/C1=20のC2とC1との比が調節されている場合、図3および4の典型的な回路では、Ac1=24をAc1=2(N=4=3)にすることで達成することができ、集積回路の態様で大変小さな面積を占有するキャパシタを用いて達成される。典型的な態様では、ピクセル6内でわずかな領域の消費に換わるAc1=5がセットされ、これらの状況に基づき約1%にセットされ得るコントラスト感度の生じる顕著な改善でかなり高い全ゲインAc1=60を達成する。
図2に示されるピクセルの2次元のマトリクス1の外側には、2つの典型的な態様が図5および図6に示される自動ゲイン制御回路3がある。この回路は、全てのピクセル6でVavg、V、VGAおよびVQiと呼ばれるノードを共有している。iは1〜kであり、k−1はピクセル6に含まれる更なる増幅ブロック10の数である。k=n−1である。ノードVavgはピクセルのマトリクス1の全ての光ダイオードDにより受容される光電流の空間時間的平均<Iph>を示すものである。この電圧はトランジスタT4cのゲートを制御し、空間時間的平均<Iph>に等しい電流を発生させる。その結果、トランジスタT4cは平均光電流<Iph>を供する光ダイオードとして作用する。トランジスタT1、T2およびT3は各ピクセル内で図3、図4のT1、T2およびT3と同じ作用をする。すなわち、トランジスタT1、T2およびT3は調節可能なゲイン電流ミラー16を形成し、ゲインは電圧VGA’とVとの差に応じる。MOSトランジスタT5に相当する電流ミラー16のアウトプットは値Ib1の電流基準のソースに送られる。
差動電圧増幅器A1は、調節可能なゲイン電流ミラー16のアウトプットの電圧と電圧基準とを比較し、当該アウトプットが調節可能なゲイン電流ミラーのアウトプット・トランジスタT5のゲートを調節する、すなわち当該アウトプットが電圧VGA’を制御するように、接続される。そのように接続される増幅器A1で達成される結果は、トランジスタT4aおよびT5により形成される電流ミラー16のゲインが自己調節され、Ai<Iph>がIb1と等しくなるということである。そのようにして発生したゲート電圧VGA’は、ユニティゲインA2にセットされた差動電圧増幅器を用いて電圧VGAとして全てのピクセルのトランジスタT5のゲートに複製される。ピクセルが単一のトランスインピーダンスステージを含んでいる場合、すなわちn=1の場合、自動ゲイン制御回路はここで終了する(図5)。
ピクセルが第2のトランスインピーダンスステージ、すなわち更なる第1増幅ブロック10を含んでいる場合、すなわちn=2である場合、電流A<Iph>を供する電流調節可能なゲイン電流ミラー(16)のアウトプットの更なる複製を供するトランジスタT5b、および更なる第1調節ステージ17が追加される必要がある。この回路はトランスインピーダンス増幅器18、トランスコンダクタンス増幅器19、電流基準Ib2および差動電圧増幅器A3を有して成る。電流A<Iph>は、ピクセル6で第1トランスインピーダンスステージ9を形成する、図3のトランジスタT6a〜T6dの複製であるトランジスタT6a〜T6dにより形成されるトランスインピーダンス増幅器18に供される。このトランスインピーダンスステージのアウトプットは、全てのピクセル6でトランジスタT7の複製であるトランジスタT7により形成されるトランスコンダクタンス増幅器19に接続される。トランスコンダクタンス増幅器19のアウトプットは電流基準Ib2に接続される。このアウトプットは、基準電圧と比較し、当該アウトプットをトランスコンダクタンス増幅器のノードVQ1に供する差動電圧増幅器のインプットに接続される。この形態の結果は、トランスコンダクタンス増幅器19のT7が電流Ib2を供するように電圧VQ1が自己調節されるということである。電圧VQ1はマトリクス1の全てのピクセル6と共有されるので、全てのピクセル6のトランスコンダクタンス増幅器11のT7がIb2に等しい平均電流で操作するということが達成される。
ピクセルが第3トランスインピーダンスステージを有して成る場合、すなわち、更なる第2の増幅ブロック10が第1の増幅ブロックにカスケード又はイテレーションで接続されている場合、すなわちn=3である場合、更なる第2の調節ステージ20が自動ゲイン制御回路3に追加される必要がある。この典型的な態様は図6に示される。これは、ピクセル6中の対応する電流の平均に等しい電流により供給されるトランジスタT9a2、T9bおよびT9cから作製される第2のトランスインピーダンスステージ21の複製を含んでいる。この特定の例では、ピクセル6中のT8a〜T8cにより形成されるミラーはユニティゲインであるのでこの電流はIb2に等しい。ミラーのゲインがユニティではない場合、この電流Ib2は当該ゲインで乗じられる必要がある。ピクセル内の第3トランスコンダクタンス増幅器を操作することが望まれる平均電流の値を示す電流基準Ib3と共にトランスコンダクタンス増幅器22のT10および増幅器A4が追加される。更なる第1調節ステージ17、更なる第2調節ステージ20では、全てのピクセル6で共有される電圧VQ2が生じるので、ピクセル6中の第2トランスコンダクタンス増幅器13の平均電流が調節される。
ピクセル6がより多い更なる増幅ブロック10を有する場合、カスケード又はイテレーションで配置されるより多い更なる調節ステージ20は自動ゲイン制御回路3において繰り返される。
図7は本発明の方法の典型的な態様を示す。当該方法は2つのパーツを含むフローチャートにより示される。第1のパーツ45は各ピクセル内で行われるステージの順序を示しており、第2のパーツ44は電流ゲインの自動調節を行うためにピクセルのマトリクスの外側で行われるステージを示している。つまり、まずピクセルの各々では、集積光センサーにより各時間でピクセルに突き当たる光に比例した光電流Iphが供される(23)。次に、光電流の複製を自動ゲイン調節(AGC)のためのブロックに送る(24)。この光電流は増幅されてAphになる(25)。電流ゲインAはAGC自体により測定される。得られた電流Aphは、図8に示すようにダイオード形態で弱反転に分極され、直列に接続されたNMOSトランジスタ43の(従来技術に関連する)トランスインピーダンス増幅器により電圧26に変換される。ダイオード形態の各MOSトランジスタは電位差Vlog(Aph/I)を発生させる。Vはピクセルからピクセルまで低拡散を受ける物理的パラメータであり、Iはピクセルからピクセルまで大きな拡散を受ける技術的パラメータである。その結果、トランスインピーダンスステージのアウトプット電圧はVo1=Nlog(Aph/I)となる。
各ケースに応じて、更なる増幅が必要とされない場合にアウトプット電圧Vo1が下記に示すステージ(33)で直接用いられるように、得られる電圧Vo1が十分であるかを測定するため評価される。更なる増幅が必要とされる場合には、アウトプット電圧Vo1がトランスコンダクタンス増幅器により電流I=Io2 exp(Vo1 / V)に変えられる(28)。電流Iは任意の増幅又は減衰Aで複製され(29)、電流Aをもたらす。A=1である場合、増幅又は減衰はない。A>1である場合増幅となり、A<1である場合減衰となる。このゲイン/減衰Aは自動ゲイン調節を要求しない。得られる電流Aは、図8に示すのと同様に、弱反転に分極されダイオード形態であり、直列に接続されたNMOSトランジスタ43のトランスインピーダンス増幅器により電圧30に変換される。このトランスインピーダンスステージのアウトプット電圧はVo=Nlog(A/Is)となる。
アウトプットにおける電圧Vo2が十分ではない場合(31)、ステージ(27〜30)をn−2回再び繰り返すことができる。最終的には、得られるアウトプット電圧はVon=N・・・Nlog (A・・・Aph/I)となる。続いて、得られる電圧アウトプットVon(t)とすぐ前のリセット時間tリセットにおける電圧アウトプットとの間の差を算出する(33)。このようにして、値ΔV(t)=Von(t)−Von(tリセット)=N・・・Nlog(Iph(t)/Iph(tリセット))が得られる。高拡散のAおよびIのパラメータはなくなっている。所定の時間において、ΔV(t)が予めセットした正の電圧基準VR+よりも高い場合(34)、次なるリセット時間が設定されてtリセット=tをアップデートし(35)、ピクセルは正のイベントを出力する(36)。所定の時間において、ΔV(t)が予めセットした負の電圧基準VR−未満に下がる場合(37)、次なるリセット時間が設定されてtリセット=tをアップデートし(38)、ピクセルは負のイベントを出力する(39)。最後に、各ピクセルにより生じた各イベントのため、イベント(40)が、イベントを発生するピクセルの座標(x,y)および発生したイベントのサインsにより形成されたセンサーの外側に送られる。
本発明の第2パーツに関し、全てのピクセルにより供された光電流の複製を用いることでAGCで平均光電流<Iph>を算出する(41)。次いで、商A=Ib1/<Iph>を算出する(42)。Ib1は第1トランスインピーダンス増幅器を操作することが望まれる平均電流レベルである。この得られる値は、AGCで光電流増幅ステージ(25)で説明したようにAphとなる全てのピクセル中の電流増幅ゲインとして使用されるものである。

Claims (13)

  1. 光センサーのマトリクス中の光強度の時間的変化を検出するためのデバイスであって、
    該デバイスが少なくとも
    −ピクセルのマトリクス、
    −光電流の増幅の自動調節のためのブロックであって、マトリクスのピクセルの光電流の平均値を計算するブロック、および
    −ピクセルマトリクスのアウトプットに接続されたアービトレート型およびイベントエンコード型ブロック
    を有して成り、
    各ピクセルが少なくとも
    a)ピクセルの表面に突き当たる光に比例した光電流を発生させる光センサー;
    b)調節可能なゲイン電流ミラー(8);
    c)調節可能なゲイン電流ミラーのアウトプットに配置されたトランスインピーダンス増幅器(T6a〜T6d);
    d)トランスインピーダンス増幅器(T6a〜T6d)のアウトプットに接続された第1キャパシタ(C4)、第1キャパシタ(C4)に接続された電圧増幅器(T10a〜T10b)、および第1キャパシタ(C4)に直列に接続され、電圧増幅器にフィードバック接続された第2キャパシタ(C3)を有して成るスイッチトキャパシタ回路(14);および
    e)電圧が高閾値を超えているかを測定するための第1閾値検出器、および電圧が低閾値未満に下がっているかを測定するための第2閾値検出器
    を有して成り、
    調節可能なゲイン電流ミラー(8)は、インプットブランチ、調節可能な電流ゲインを有した第1アウトプットブランチ、および固定されたゲインを有した第2アウトプットブランチを有して成り、インプット光電流を各アウトプットに複製し、および固定されたゲインを有したアウトプットブランチはダイオード形態で接続されたコレクター・トランジスタ(T4C1)に接続されており、光センサーのノードはマトリクスの他のピクセルのコレクター・トランジスタに接続されており、
    トランスインピーダンス増幅器(T6a〜T6d)は弱反転に分極させ、および直列に配置された少なくとも2つのMOSトランジスタを有して成り、
    各MOSトランジスタは、光電流を対数電圧に変換するためダイオード形態であり、
    第2キャパシタは、リセットキーとして作用するMOSトランジスタ(T11)に平行に接続されており、
    第1閾値検出器および第2閾値検出器は第2電圧増幅器(T10a〜T10b)のアウトプットに接続されており、前記高閾値および前記低閾値はユーザーによって予めセットされていることを特徴とする、光強度の時間的変化を検出するためのデバイス。
  2. トランスインピーダンス増幅器(T6a〜T6d)は、少なくとも1つの更なる増幅ブロック(10)を介在させることによってスイッチトキャパシタ回路(14)に接続されており、
    増幅ブロック(10)がカスケード又はイテレーションで接続されており、
    第1の更なる増幅ブロック(10)のインプットが第1トランスインピーダンス増幅器(T6a〜T6d)のアウトプットに接続されており、最後の更なる増幅ブロック(10)のアウトプットがスイッチトキャパシタ回路(14)の第1キャパシタ(C4)に接続されており、
    各ブロックは、少なくとも1つのトランスコンダクタンス増幅器(11)、トランスコンダクタンス増幅器(11)のアウトプットに接続された固定されたゲイン電流ミラー(12)、および弱反転に分極され、ダイオード形態で接続された少なくとも2つの更なるMOSトランジスタを有した更なるトランスインピーダンス増幅器(T9a〜T9c)を有して成り、
    第2トランスインピーダンス増幅器は固定されたゲイン電流ミラーのアウトプットに接続されていることを特徴とする、請求項1に記載の光強度の時間的変化を検出するためのデバイス。
  3. 1よりも多い更なる増幅ブロック(10)がある際、各ブロックのトランスコンダクタンス増幅器(11)のゲート・ターミナルを先のブロックの更なるトランスインピーダンス増幅器(T9a〜T9c)のアウトプットと接続することによって、一方のブロック(10)が他方のブロック(10)にカスケード又はイテレーションで接続されることを特徴とする、請求項2に記載の光強度の時間的変化を検出するためのデバイス。
  4. 調節可能なゲイン電流ミラーが、少なくとも1つのMOSインプットトランジスタ(T4a)、1つのMOSアウトプット・トランジスタ(T5)および電圧反転増幅器(T1〜T3)によって形成されることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の光強度の時間的変化を検出するためのデバイス。
  5. 調節可能なゲイン電流ミラーのMOSインプットトランジスタ(T4a)が、
    −デバイスの外側からユーザーによって予めセットされる電圧VGに接続されたゲート・ターミナル;
    −光センサーに接続されたドレイン・ターミナル;および
    −電圧反転増幅器(T1〜T3)のアウトプットに接続されたソース・ターミナル
    を有していることを特徴とする、請求項4に記載の光強度の時間的変化を検出するためのデバイス。
  6. 調節可能なゲイン電流ミラーのMOSアウトプット・トランジスタ(T5)が、
    −MOSインプットトランジスタ(T4a1)のソース・ターミナルに接続されたソース・ターミナル;
    −自動ゲイン制御回路AGCによってセットされる電圧VGAに接続されたゲート・ターミナル;および
    −第1トランスインピーダンス増幅器(T6a〜T6d)のインプットに接続されたドレイン・ターミナル
    を有していることを特徴とする、請求項4又は5に記載の光強度の時間的変化を検出するためのデバイス。
  7. 第1閾値検出器が電圧が高閾値を超えていることを測定する際又は第2閾値検出器が電圧が低閾値未満に下がっていることを測定する際において、アービトレート型およびイベントエンコード型ブロックが、マトリクス中のピクセル位置に相当するx座標およびy座標を測定し、サインを用いてイベントを発生させ、座標(x,y)およびサインによって形成されるセットを2進コード化するワードを発生させるためのプロセッサを有して成り、サインが第1閾値検出器および第2閾値検出器によって測定されることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の光強度の時間的変化を検出するためのデバイス。
  8. 光電流の増幅の自動調節のためのブロックが、
    少なくとも
    a)ピクセルのコレクター・トランジスタ(T4C2)の複製;
    b)MOSインプットトランジスタ(T4a)のゲート・ターミナルが電圧Vに接続されており、MOSアウトプット・トランジスタ(T5)が電圧VGA’に接続されており、およびアウトプットが第1電流基準Ib1に接続されているピクセルの調節可能なゲイン電流ミラーの複製;
    c)負のインプットがミラーのアウトプットに接続されており、正のインプットが電圧基準に接続されており、およびアウトプットがMOSトランジスタ(T5)のアウトプットゲートに接続されており、電圧VGA’を発生させる第1差動電圧増幅器(A1);および
    d)ユニティゲイン形態で接続され、電圧がVGAであるピクセルの調節可能なゲイン電流ミラー(8)のアウトプット・トランジスタ(T5)のゲート・ターミナルへ電圧VGA’を複製する第2差動電圧増幅器(A1)
    を有して成る自動ゲイン制御回路AGCであることを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載の光強度の時間的変化を検出するためのデバイス。
  9. 光電流の増幅の自動調節のためのブロックが、第1MOSアウトプット・トランジスタ(T5)のゲート・ターミナルおよびソース・ターミナルを共有する調節可能なゲインミラーの第2MOSアウトプット・トランジスタ(T5b)を有して成り、ドレイン・ターミナルがミラーからの第2アウトプットおよびピクセルの各更なる増幅ブロック(10)のための更なる調節ステージを構成し、
    各更なる調節ステージが、
    −ピクセル中の第1トランスインピーダンス増幅器(T6a〜T6d)の複製であるトランスインピーダンス増幅器(T6a〜T6d)であって、インプットがMOSアウトプット・トランジスタ(T5b)のアウトプットに接続されており、それによって該増幅器(T6a〜T6d)に対数電圧を発生させるトランスインピーダンス増幅器(T6a〜T6d);
    −ピクセル(T7)中の更なる増幅ブロック(10)中のトランスコンダクタンス増幅器(11)の複製であるトランスコンダクタンス増幅器(T7)であって、ゲートがMOSアウトプット・トランジスタ(T5b)のアウトプットに接続されており、ソースが全てのピクセルに共通する電圧VQ1であり、ドレインが電流基準Ib2に接続されているトランスコンダクタンス増幅器(T7);および
    −第3差動電圧増幅器(A3)であって、負のインプットが第2電流基準Ib2に接続されており、正のインプットが電圧基準に接続されており、およびアウトプットがノードVQ1に接続されている第3差動電圧増幅器(A3)
    を有して成ることを特徴とする、請求項8に記載の光強度の時間的変化を検出するためのデバイス。
  10. 光電流の増幅の自動調節のためのブロックが、ピクセルの追加調節の各ブロックのための更なる調節のステージを有して成り、追加調節の各ステージが、追加調節の先のステージにカスケード又はイテレーションで接続されていることを特徴とする、請求項8又は9に記載の光強度の時間的変化を検出するためのデバイス。
  11. 請求項1〜10のいずれかに記載のデバイスを使用する、光センサーのマトリクス中の光強度の時間的変化を検出するための方法であって、
    マトリクスの各ピクセルにおいて、下記のステージが実施され、
    1)光ダイオードを用いてピクセルに突き当たる光を電流Iphに変換すること;
    2)調節可能なゲイン電流ミラーを用いて電流Iphを値Aphに増幅させること;
    3)平均Aphが光電流の自動増幅ブロックを用いて全てのピクセルの平均明度の時間的変化に対して一定に保たれるように、ステージ2で増幅調節する値Aを適合させること;
    4)トランスインピーダンス増幅器(T6a〜T6d)を用いて適合させた電流Aphを電圧に変換すること;
    5)スイッチトキャパシタ回路で光強度の時間的変化によって引き起こされる、2つの連続的な時間tとtとの間の電圧差ΔV=V(t)−V(t)を測定し、および、該電圧差と固定された正の基準値VR+および固定された負の基準値VR−とを比較すること;
    6)アービトレート型およびイベントエンコード型ブロックに送信されるデジタル信号を発生させること、
    並びに、
    ピクセルマトリクスのアウトプットに接続されるアービトレート型およびイベントエンコード型ブロックにおいて、下記のステージが実施され、
    −デジタル信号を発生したマトリクスのピクセルの空間座標(x,y)を特定すること;
    −外部デバイスに空間座標(x,y)およびシグナルを含むイベントを送信すること;および
    −光センサーのマトリクスに光強度の時間的変化を示すイベント(x,y,s)のフローを発生させること
    トランスインピーダンス増幅器(T6a〜T6d)は弱反転に分極させ、および直列に接続された複数のMOSトランジスタを有して成り、複数のMOSトランジスタの各々がダイオード形態で接続されており、
    R+およびVR−はマトリクスの全てのピクセルで同一であり、
    デジタル信号は、
    −第1閾値検出器が電圧が高閾値を超えていることを測定するごとに第1閾値検出器で発生する正のイベント;と
    −第2閾値検出器が電圧が低閾値未満に下がっていることを測定するごとに第2閾値検出器で発生する負のイベントと
    から選択されることを特徴とする、光強度の時間的変化を検出するための方法。
  12. 2つのリセットされた連続的な時間の間の電圧における差がスイッチトキャパシタ回路によって算出されることを特徴とする、請求項11に記載の光強度の時間的変化を検出するための方法。
  13. 適合させた電流Aphを電圧に変換した後、スイッチトキャパシタ回路において電圧差ΔV=V(t)−V(t)を測定する前のステージとして、少なくとも1つの更なる増幅ブロック(10)を用いて電流Aphから変換させた電圧を増幅させることを含むことを特徴とする、請求項11又は12に記載の光強度の時間的変化を検出するための方法。
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