JP7207638B2 - 画素収集回路及び画像センサ - Google Patents

Description

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本願は２０１９年１月２９日に中国に提出された中国特許出願番号Ｎｏ．２０１９１００８７０２６．７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、特に画素収集回路、及び該画素収集回路を備えた動き検出用の画像センサに関する。

動き物体の検出は、画像センサの多くの適用分野のうち、特にマシンビジョン画像処理システムにとって、重要な方面である。この適用分野では、従来の画像センサ（例えばアクティブ画素センサ）に比べて、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）は、特有の優位性により注目されている。バイオニック原理に基づいて設計された画素ユニット（即ち、画素収集回路）は、動的ビジョンセンサが露光時間を一切必要とせず応答視野中の光強度変化にリアルタイムで連続的に応答することを可能とする。さらに、動的ビジョンセンサは、視野のうち光強度が変化した領域に対応する画素ユニットの位置情報のみに応答してこれを出力し、無用な背景情報を自動的にフィルタリングするため、出力データ量が少なく、占有する帯域幅が低く、消費電力が低いという利点を有する。これらの特徴により、バックエンドの画像処理システムが視野中の有用な動的情報を直接取得して処理することが可能になり、それにより、このシステム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達成できる。

以上のように、視野中の光強度変化のみに応答することは動的ビジョンセンサの主な特徴である。具体的に実現する際には、従来の動的ビジョンセンサは、実際の場面における非常に高速の動きを検出できるだけでなく、非常に緩やかな光強度の変化や動きをキャプチャすることができる。言い換えれば、動的ビジョンセンシングでは、低速動きに対する応答が非常に低い周波数まで拡張することができ、即ち、動き物体の速度特性に対して選択性を持っておらず、動きの速度の大きさを区別できない。物体の全ての動きの状況を検出して出力するものに過ぎない。

しかしながら、変化が緩やかな光強度変化に対する応答は、動的ビジョンセンサを実際に適用する場合には、いくつかの問題をもたらす。一方では、実際に適用する際には、高速動きに対する関心が高い場合は多く、低速光強度変化又は緩速動きに対する動的ビジョンセンサの応答により、ビジョンシステムは速度の異なる動き物体を区別するにはバックエンドのアルゴリズムに依存するしかなく、その結果、バックエンド処理システムの演算及び記憶の負担が増大する。例えば車両の赤信号無視を監視する場面では、高速で走行する車両だけを検出することが期待されるが、実際には、従来の動的ビジョンセンサは他の低速動き（例えば、歩行中の歩行者、減速して走行している車両など）も検出する。このような適用では、所定の低速動きを遮断して関心のある高速動きだけを検出して出力できれば、動的ビジョンセンサの出力帯域幅をさらに低下させ、バックエンドシステムの計算能力に対する要件を低減させ、システムのリアルタイム性をさらに向上させることができる。したがって、実際に動きを検出する際には、速度の異なる動きを区別して異なる応答を行えることは、動的ビジョンセンサにとって非常に有利なことである。他方では、動的ビジョンセンサは、低周波光強度変化に応答する特性のため、周囲光強度の緩やかなドリフトやセンサ内部の低周波ノイズによる影響を受けやすく、これらの干渉によって、センサが動き検出と無関係なスプリアスノイズデータを出力してしまう。上記記述に基づいて、従来の動的ビジョンセンサが物体の動き速度を検出するときの選択性の問題を解決するために、新しい画像センサが必要とされる。

本発明は、以上の少なくとも１つの問題を解決又は少なくとも緩和することを図る画素収集回路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光検知モジュールと、第１の入力端子が光検知モジュールに結合され、第１の出力端子がインターフェースロジックモジュールに結合され、電気信号の変化周波数が予め設定された周波数閾値を上回るとともに電気信号の振幅が予め設定された条件を満たす場合、トリガー生成信号を生成して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トリガー生成モジュールと、第１の入力端子が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グローバルリセット信号ユニットに結合され、第１の出力端子がトリガー生成モジュールに結合され、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インターフェースロジックモジュールとを含む、画素収集回路を提供する。

選択的に、本発明に係る画素収集回路では、トリガー生成モジュールは、入力端子が光検知モジュールの出力端子に結合され、電気信号を前処理することに適している前処理サブモジュールと、入力端子が前処理サブモジュールの出力端子に結合され、前処理サブモジュールからの電気信号を受信し、且つ該電気信号の振幅が予め設定された条件を満たす場合、トリガー生成信号を生成することに適している閾値比較サブモジュールとを含む。

選択的に、本発明に係る画素収集回路では、前処理サブモジュールは、電気信号に対して予備処理を行うことに適している一次増幅サブユニットと、第１のクロック制御信号線と第２のクロック制御信号線を介してグローバル速度閾値制御ユニットに結合されることにより、受信した第１のクロック制御信号と第２のクロック制御信号に従って、予め設定された周波数閾値を生成し、前記電気信号の変化周波数がこの予め設定された周波数閾値を上回るか否かを判断することに適している速度閾値調整サブユニットとを含む。

本発明のさらなる態様によれば、複数の前記した画素収集回路を含み、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画素収集回路アレイと、グローバルリセット信号を各画素収集回路に送信することにより、画素収集回路アレイを初期化することに適しているグローバルリセット制御ユニットと、第１のクロック制御信号と第２のクロック制御信号を各画素収集回路に送信することに適しているグローバル速度閾値制御ユニットと、トリガー状態である画素収集回路に応答して、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を含む、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、グローバル速度閾値制御ユニットは、第１のクロック制御信号線と第２のクロック制御信号線を介して前記画素収集回路に結合されることに適しており、前記第１のクロック制御信号及び前記第２のクロック制御信号は、位相が反対の１組のクロック制御信号である。

選択的に、本発明に係る画像センサにおいて、グローバル速度閾値制御ユニットは、固定周波数の基準クロックを受信し、基準クロックに対して周波数分割又は周波数逓倍処理を行うことにより、予め設定された周波数のクロック信号を生成することに適している周波数調整モジュールと、クロック信号を受信し、位相が反対の２つのクロック信号を生成することに適している位相調整モジュールと、位相が反対の２つのクロック信号の振幅を調整し、第１のクロック制御信号及び第２のクロック制御信号を生成することに適している振幅調整モジュールとを含む。

本発明の技術案によれば、画像センサの各々の画素収集回路は、視界のうち対応する位置の光強度変化をリアルタイムで監視し、該光強度変化の周波数が予め設定された周波数閾値を上回るとともに、光強度変化の値が一定の条件を満たす場合、トリガー状態に入ることにより、バックエンドの読み出しユニットが該画素収集回路のアドレス情報を出力する。よって、該画像センサは、対応する予め設定された周波数閾値よりも高い有用な情報だけを出力する。このようにして、場面によって予め設定された周波数閾値を設定し、ユーザが関心を持っている高速動きを検出することができる。

さらに、画素収集回路に加えて、画像センサにグローバル速度閾値制御ユニットがさらに導入されており、それにより、さまざまな適用場面では、該グローバル速度閾値制御ユニットを変えることで周波数の異なる作動クロックを生成することにより、予め設定された周波数閾値をリアルタイムで正確に調整する。

上記及び関連する目的を達成させるために、本明細書では、以下の記述及び図面を参照していくつか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の各種の形態を示し、且つ全ての態様及びこれらの等効態様は特許する主題の範囲内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述を閲覧すると、本開示の上記及び他の目的、特徴及び優位性がより明らかになる。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示す。
本発明のいくつかの実施例に係る画像センサの典型的な適用場面の一例の模式図を示す。 本発明のいくつかの実施例に係る画像センサ２００の模式図を示す。 本発明のいくつかの実施例に係る画素収集回路３００の模式図を示す。 本発明の一実施例に係る前処理サブモジュール３２２の作動のタイミング図を示す。 本発明の別のいくつかの実施例に係る前処理サブモジュール３２２の模式図を示す。 本発明の別のいくつかの実施例に係る前処理サブモジュール３２２の模式図を示す。 本発明の別のいくつかの実施例に係る前処理サブモジュール３２２の模式図を示す。 光検知モジュールの出力に対する元の前処理ユニットの出力の周波数応答曲線を示す。 本発明のいくつかの実施例に係るグローバル速度閾値制御ユニット２３０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詳細に記述する。図面には本開示の例示的な実施例が示されており、ただし、本開示は各種の形態で実施可能であり、ここで述べられた実施例により制限されないことを理解すべきである。むしろ、これらの実施例は本開示をより徹底的に理解し、且つ本開示の範囲を当業者に完全に伝えるために提供される。

前述したとおり、動的ビジョンセンサでは、視界のうち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収集回路（又は、画素ユニットという）は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、該画素収集回路のアドレス情報を出力する。物体の動きにより対応する画素収集回路で感知された視界のうち対応する領域の光強度が変わるため、視界内の動き物体が検出され得る。

図１は本発明のいくつかの実施例に係る画像センサ（動的ビジョンセンサを例とする）の典型的な適用場面の一例の模式図を示す。

図１に示す場面は、監視とセキュリティにおける動的ビジョンセンサの適用であり、より具体的には、車両の赤信号無視に対する監視の場面（なお、高速で動いている物体だけに対して関心のある適用に関する場合、例えば高速道路でのスピード違反車両を監視するなどの適用場面は、全て本発明に係る画像センサの典型的な適用場面である）である。図１に示すように、歩道の前に歩いている又は駐車して持っている車両があり、道路の両側に歩道へ歩いている歩行者がある。運転者が通信号灯の指示を無視して赤信号の状態でも高速で歩道を通り抜けると、歩行者や正常に走行しているほかの車両へ大きな害を与え、したがって、一般には、歩道の付近にカメラ（例えば動的ビジョンセンサ）が配置されてこのような車両を重点として監視する。

従来の動的ビジョンセンサは、様々な速度の動き及び低周波干渉に応答するので、出力するデータに各種の有用な情報や無用な情報が含まれている。さらに、赤信号無視車両が現れる確率が低いため、多くの場合、出力する情報が全て無用な情報である。例えば、歩道を正常に通過する歩行者が検出され、歩道前で正常に減速して走行している車両も検出され、さらに周囲光強度の緩やかな変化も検出され、このような情報は全て動的ビジョンセンサから出力され、これらはバックエンドのアルゴリズムを通じてフィルタリングするしかない。このように、システムの帯域幅及びバックエンド処理システムの記憶や計算能力への要件が高まる。

適用場面において、本格的に関心のある目標、即ち赤信号無視の車両が、一般に高速で歩道を通過することを考慮して、動いている他の物体（例えば正常に減速している車両、歩行者、自転車ライト）の速度がはるかに低く、したがって、合理的な速度閾値を設定することにより、センサレベルでこれらを区別することができる。

以上に鑑み、本発明の実施例で提案された画像センサによれば、従来の動的ビジョンセンサについていくつかの改良を行うことで、上記問題を解決する。要するに、速度閾値よりも低い低速で動いている車両や歩行者については、自動的にフィルタリングして出力せず、速度閾値よりも高い赤信号無視の車両については、センサは一意な有効データとして出力される。このようにして、バックエンド処理システムへの要件を大幅に向上させ、システムのリアルタイム性を高め、システムコストを削減させる。

以下、本発明の実施例に係る画像センサについて具体的に説明する。

図２は、本発明のいくつかの実施例に係る画像センサ２００の模式図を示す。

該画像センサ２００は、従来の動的ビジョンセンサの構造を基に、画素収集回路に回路モジュールを増設することにより、光強度変化速度に対する画素収集回路の応答にハイパス特性を持たせ、すなわち、一定の速度閾値を超える中高速動きのみに検出及び応答を行い、該速度閾値よりも低い動きを自動的にフィルタリングして出力しない。いくつかの実施例では、該回路モジュールは、スイッチコンデンサ回路（抵抗値が極めて大きい連続時間抵抗器に相当）によって実現されてもよく、動き速度に対する画像センサ２００の応答速度の閾値が該回路モジュールにより决定される。該等価抵抗の抵抗値がスイッチコンデンサモジュールの静電容量値及び作動クロック周波数だけにより决定され、且つ静電容量値もクロック周波数も、環境に応じて変化しない、正確に制御可能なパラメータであるため、該抵抗値及び動き速度の応答速度閾値は両方ともに正確に制御可能である。

また、画素収集回路に加えて、グローバルな速度閾値制御ユニットが導入されて、画素収集回路内部の作動クロックを生成する。様々な適用場面では、該速度閾値制御ユニットを変えることで周波数の異なるクロックを生成することにより、速度閾値をリアルタイムで正確に調整する。

上記の改良により、該画像センサ２００は、適用場面に応じて動き速度検出の下限閾値（即ち、上記の速度閾値）を正確かつ確実に調整し、速度が下限閾値よりも低い緩速動きを自動的にフィルタリングし、それにより、検出対象となる動き速度への画像センサ２００の選択性を可能とする。また、画像センサ２００によって出力されたデータに含まれる低周波スプリアスノイズデータを効果的に減少できる。さらに、該画像センサ２００は外部の画像収集システムと連携して、出力したデータを画像収集システムに伝達し、画像収集システムにより次の計算が行われる。したがって、本発明に係る画像センサ２００は、センサの出力帯域幅を低下させるだけでなく、バックエンド画像収集システムへの計算能力の要件を低下させる。

図２に示すように、該画像センサ２００は、少なくとも、画素収集回路アレイ２１０、グローバルリセット制御ユニット２２０、グローバル速度閾値制御ユニット２３０、及び読み出しユニット２４０を含む。これらのうち、グローバルリセット制御ユニット２２０、グローバル速度閾値制御ユニット２３０、及び読み出しユニット２４０は、それぞれのバスを介して画素収集回路アレイ２１０の各画素収集回路に結合される。具体的には、グローバルリセット制御ユニット２２０は、グローバルリセット信号線を介して画素収集回路アレイ２１０の各画素収集回路に結合され、グローバル速度閾値制御ユニット２３０は、第１のクロック制御信号線と第２のクロック制御信号線を介して画素収集回路アレイ２１０の各画素収集回路に結合され、読み出しユニットは、行要求線、行選択線、列要求線、列選択線を介して画素収集回路アレイ２１０の各画素収集回路に結合される。

画素収集回路アレイ２１０は複数の画素収集回路を含み、図２に示すように、画素収集回路アレイ２１０は、一次元又は二次元の複数の同じ画素収集回路（又は「画素ユニット」という）から構成され、画素収集回路３００の構造については図３を参照する。図２は３×３の画素収集回路アレイを示しているが、これに制限されない。各々の画素収集回路３００は、視界のうち対応する領域の光強度変化を独立してリアルタイムで監視し、光強度変化が一定の条件（例えば、光強度変化の程度が特定の閾値を上回り、光強度変化の速度が特定の閾値を上回る）を満たすと検知すると、トリガー状態に入る。

また、画素収集回路３００は、トリガー状態に入った後、要求信号を読み出しユニット２４０に送信し、読み出しユニット２４０はトリガー状態である画素収集回路に応答して、応答が得られた画素収集回路に対応するアドレス情報（行アドレスと列アドレスを含む）を出力する。

本発明の一実施例によれば、読み出しユニット２４０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。読み出し操作においては、行選択モジュールは、行方向に画素収集回路３００から送信される行要求信号を管理し、ある行選択線を有効にすることで１行を選定する。ある行が選定されると、当該行に対応する行アドレス情報も読み出しユニット２４０で符号化され、画像センサ２００の外部に送られる。このような場合、列選択モジュールは、列方向に画素収集回路から送信される列要求信号を管理し、ある列選択線を有効にすることで１列を選定する。ある列が選定されると、当該列に対応する列アドレス情報も読み出しユニット２４０で符号化され、画像センサの外部に送られる。選定行のうちトリガー状態である全ての画素収集回路が列選択モジュールにより読み出された後、読み出し制御モジュールは、次の行に切り替えて上記の読み出し操作を繰り返すように行選択モジュールに通知する。

本発明のいくつかの実施例では、行選択モジュールは、画素収集回路アレイ２１０の少なくとも１つの画素収集回路からの行要求信号を受信するが、行応答信号をこれらのうちの１つだけの行要求信号に出力することがある。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よく、勿論、複数の行要求信号にランダムに応答してもよく、いずれの応答であっても、矛盾を避けるために、１回に１つだけの行要求信号に応答する。それと同様に、列選択モジュールは、画素収集回路アレイ２１０の少なくとも１つの画素収集回路からの列要求信号を受信するが、列応答信号をこれらのうちの１つだけの列要求信号に出力することがある。選択的に、列選択モジュールは、スキャナーを用い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、どの形態の列応答を取っても、矛盾を避けるために、１回に１つだけの列要求信号に応答する。

さらに、グローバルリセット制御ユニット２２０はグローバルリセット信号線を介してグローバルリセット信号を各画素収集回路３００に送信することにより、画素収集回路アレイ２１０を初期化し、それにより、画像センサ２００の作動開始時に、全ての画素収集回路３００が確実なリセット状態であることを確保する。一実施例によれば、初期化する際に、グローバルリセット制御ユニット２２０は、グローバルリセット信号線を通じて画素収集回路アレイ２１０の各画素収集回路３００にグローバルリセット信号を送信することにより、画素収集回路３００をオフにし、視界内の光強度変化に応答しないようにし、画素収集回路アレイ２１０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２４０もリセットされ、画像センサ２００は光強度検出の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キャンセルされると、画像センサ２００は光強度検出のイネーブル状態に入り、正常に作動し始める。

グローバル速度閾値制御ユニット２３０は、第１のクロック制御信号線と第２のクロック制御信号線を介して第１のクロック制御信号と第２のクロック制御信号を各画素収集回路３００に送信することにより、この２つのクロック制御信号によって画素収集回路の内部に増設された回路モジュールを制御する。

以下、図示を参照して、画像センサ２００の画素収集回路３００及びグローバル速度閾値制御ユニット２３０のそれぞれについて、さらに説明する。

図３は、本発明のいくつかの実施例に係る画素収集回路３００の模式図を示す。図３に示すように、画素収集回路３００は、光検知モジュール３１０、トリガー生成モジュール３２０、及び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、トリガー生成モジュール３２０の第１の入力端子が光検知モジュール３１０に結合され、且つトリガー生成モジュール３２０の第１の出力端子が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る。インターフェースロジックモジュール３３０の第２の入力端子がグローバルリセット信号線を介してグローバルリセット信号ユニット２２０に結合され、且つその第１の出力端子がトリガー生成モジュール３２０に結合される。また、インターフェースロジックモジュール３３０の第３の入力端子及び第４の入力端子が、それぞれ行要求線と列要求線を介して読み出しユニット２４０に結合され、その第２の出力端子及び第３の出力端子が、それぞれ行選択線と列選択線を介して読み出しユニット２４０に結合される。

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トリガー生成モジュール３２０に出力する。選択的に、光検知モジュール３１０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、照射された光信号強度と対数的関係にある。

光検知モジュール３１０は様々な実現形態が可能であり、ここでは一例を示しているが、これに制限されない。本例に記載の光検知モジュール３１０は対数光検知器であり、図３に示すように、光検知モジュール３１０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、第１の増幅器Ａ１は、Ｔ１のソースとゲートとの間で生じる電圧変化への応答速度を向上させることができる。

トリガー生成モジュール３２０は、光検知モジュールによって出力される電気信号が予め設定された条件を満たす場合、トリガー生成信号を生成してインターフェースロジックモジュール３３０に送り、本発明の実施形態によれば、ここで記載の予め設定された条件とは、電気信号の変化速度が高く（一定の下限閾値を上回る）且つ程度が十分であることである。

一実施例によれば、トリガー生成モジュール３２０は、前処理サブモジュール３２２（図示せず）と閾値比較サブモジュール３２４を含む。これらのうち、前処理サブモジュール３２２の入力端子は光検知モジュール３１０の出力端子に結合され、閾値比較サブモジュール３２４の入力端子は前処理サブモジュール３２２の出力端子に結合され、且つ閾値比較サブモジュール３２４の出力端子はインターフェースロジックモジュール３３０に結合される。

一実施例によれば、前処理サブモジュール３２２は、まず、電気信号を前処理し、前処理した電気信号を閾値比較サブモジュール３２４に伝達する。ここで記載の前処理とは、主に増幅処理、フィルタリング処理を指すが、これらに制限されない。

従来の画素収集回路との相違点としては、本発明に係る画素収集回路３００では、前処理サブモジュール３２２は一次増幅サブユニット３２２２だけではなく、速度閾値調整サブユニット３２２４を含む。

図３に示すように、光検知モジュール３１０で生成された電気信号は、まず一次増幅サブユニット３２２２に入り、一次増幅サブユニット３２２２により予備処理される。一実施例によれば、予備増幅サブユニット３２２２は、光検知モジュール３１０によって出力された電気信号中の直流成分を隔離し、その交流変化信号だけを抽出して一定の増幅処理を行い、それにより、光強度変化検出に対する画素収集回路３００の感度を高める。速度閾値調整サブユニット３２２４は、ある方式で予備増幅サブユニット３２２２に並列接続され、前処理サブモジュール３２２の特定のフィルタリング操作を実現する。ここでは、フィルタリング操作とは、異なる周波数入力信号に対する前処理サブモジュール３２２の増幅の利得を調整することを意味する。具体的には、所定の周波数閾値よりも低い低速信号に対し、前処理サブモジュール３２２はこの信号を減衰してシールドし、所定の周波数閾値よりも高い高速信号に対し、前処理サブモジュール３２２は、この信号を増幅して閾値比較モジュール３２４に伝送する。図３に示す速度閾値調整サブユニット３２２４は、第１のクロック制御信号線と第２のクロック制御信号線を介してグローバル速度閾値制御ユニット２３０に結合されることにより、受信した第１のクロック制御信号と第２のクロック制御信号に従って、予め設定された周波数閾値を生成する（この予め設定された周波数閾値は、動き検出における速度閾値に対応する）。なお、図３には、前処理サブモジュール３２２の１種の実現形態だけが示されており、本発明の実施例はこれに制限されない。

本発明のいくつかの実施例によれば、一次増幅サブユニット３２２２は、多くの実現形態が可能であり、図３にはこのうちの１種が示されている。一次増幅サブユニット３２２２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、及び第１のスイッチＫ１を含む。これらのうち、第１のコンデンサＣ１は第１の端が光検知モジュール３１０の出力端子に接続され、第２の増幅器Ａ２は、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、第２のコンデンサＣ２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、図３に示すように、速度閾値調整サブユニット３２２４は、また、第２のトランジスタＴ２、第３のトランジスタＴ３、及び第３のコンデンサＣ３を含み、図３に示す第２のトランジスタＴ２及び第３のトランジスタＴ３はともにＮ型トランジスタである。これらのうち、第２のトランジスタＴ２は、ソースが第２の増幅器Ａ２の入力負極に接続され、ドレインが第３のトランジスタ（Ｔ３）のソースに接続され、第３のトランジスタＴ３は、ドレインが第２の増幅器Ａ２の出力端子に接続され、第３のコンデンサＣ３は、第１の端が第２のトランジスタＴ２のドレインと第３のトランジスタＴ３のソースに接続され、第２の端が地電位に接続される。また、第２のトランジスタＴ２のゲートは第１のクロック制御信号線を介してグローバル速度閾値制御ユニット２３０に接続され、第３のトランジスタＴ３のゲートは第２のクロック制御信号線を介してグローバル速度閾値制御ユニット２３０に接続される。このように、グローバル速度閾値制御ユニット２３０は、第１のクロック制御信号線と第２のクロック制御信号線を介して速度閾値調整サブユニット３２２４に第１のクロック制御信号及び第２のクロック制御信号を出力して、第２のトランジスタＴ２及び第３のトランジスタＴ３のゲート電圧とする。且つ、第１のクロック制御信号及び第２のクロック制御信号は、位相が反対の１組のクロック制御信号であり、第２のトランジスタＴ２と第３のトランジスタＴ３を交互に導通するように制御する。

図４は、図３に示す前処理サブモジュール３２２の作動タイミング図を示す。より具体的には、図４には、第１のスイッチＫ１がオフになった後の、前処理サブモジュール３２２の作動タイミング図が示されている。記述の便宜上、第２の増幅器Ａ２の入力、出力ノードをそれぞれＰ及びＱとし、第２のトランジスタＴ２のドレイン（又は、第３のトランジスタＴ３のソースという）をＥとし、第２のトランジスタＴ２及び第３のトランジスタＴ３のゲート電圧をそれぞれＣＬＫ＿Ｐ及びＣＬＫ＿Ｎとする。

図４においては、時間順に従って（１）～（４）の合計４個の位相がマークされており、ここでは、横軸は時間ｔ、縦軸は電圧Ｖを表す。位相（１）では、ＣＬＫ＿Ｐが低レベル、ＣＬＫ＿Ｎが高レベルであり、この場合、第２のトランジスタＴ２はオフになり、第３のトランジスタＴ３はオンになる。緩速動きに起因する低周波の光強度変化又は低周波ノイズに対しては、光検知ユニット３１０が出力する電気信号の振幅に変化が生じ、それにより、第２の増幅器Ａ２の出力端子Ｑ点の電位にも対応するオフセットが生じ、図４に示すＱ点電位が徐々に上がり、第３のトランジスタＴ３がオンになると、第３のコンデンサＣ３はＱ点の電位をサンプリングし、即ちＥ点の電位は、Ｑ点の電位と同様に、緩やかに上昇する。位相（２）では、ＣＬＫ＿Ｐが高レベルであり、ＣＬＫ＿Ｎが低レベルに変わり、この場合、第２のトランジスタＴ２はオンになり、第３のトランジスタＴ３はオフになり、位相（１）のＥ点電位が上昇し、Ｐ点電位よりも高くなるため、位相（２）のＥ点電位がネガティブフィードバックの作用によりＰ点の電位に戻る。電荷保存則に従って、第３のコンデンサＣ３における余分な正電荷が第２のコンデンサＣ２の左極板に蓄積し、それにより、Ｑ点電位が下がる。その後、（３）及び（４）の２つの位相で（１）及び（２）の位相の操作を繰り返す。別の場合、即ちＱ点電位が徐々に低下する場合、第３のトランジスタＴ３がオンになるため、Ｅ点の電位も緩やかに低下する。位相（２）では、ＣＬＫ＿Ｐが高レベルであり、ＣＬＫ＿Ｎが低レベルに変わり、この場合、第２のトランジスタＴ２はオンになり、第３のトランジスタＴ３はオフになり、位相（１）ではＥ点電位が下がり、Ｐ点電位よりも低いため、位相（２）ではＥ点の電位がネガティブフィードバックの作用によりＰ点の電位に戻る。電荷保存則に従って、第３のコンデンサＣ３における余分な負電荷が第２のコンデンサＣ２の左極板に蓄積し、それにより、Ｑ点電位が上がる。

別の角度から、ＣＬＫ＿Ｐが高レベルになる（即ち、第２のトランジスタＴ２はオンになり、第３のトランジスタＴ３はオフになる）たびに、Ｑ点の電位には以前の変化の方向と反対する突然変化が生じて、相対的に安定している電位が維持される。クロック周期（即ちＣＬＫ＿Ｐ及びＣＬＫ＿Ｎの周期）及び第３のコンデンサＣ３が一定である場合、低速の光強度変化の場合、１つの周期内にＱ点の変動の幅が小さいため、Ｑ点の各周期における逆方向の突然変化が常にその以前の変化を相殺し、それにより、Ｑ点が固定電位に維持され、これは、低速の光強度変化に対して画素収集回路が応答しないことを意味する。一定の速度閾値を上回る高速の光強度変化に対しては、１つの周期内にＱ点の変動の幅が大きいため、Ｑ点は各周期において逆方向に突然変化していても、その以前の変化を相殺するのに不十分であり、したがって、Ｑ点電位は相変わらず光強度の変化に応じて変化し、これは、高速の光強度変化に対して画素収集回路が応答することを意味する。

以上のように、速度閾値調整サブユニット３２２４は、画素収集回路３００が光強度変化に対してハイパス特性を示すようにし、即ち、変化周波数が予め設定された周波数閾値よりも低い光強度変化をシールドし、該閾値よりも高い変化だけに応答するようにし、それにより、画素収集回路は、一定の速度閾値よりも高い中高速動きだけを検出するようになる。さらに、この予め設定された周波数閾値はＣＬＫ＿Ｐ、ＣＬＫ＿Ｎの切り替え頻度及び第３のコンデンサＣ３の大きさによるものである。定量的分析から明らかなように、本発明に記載の画素収集回路３００の、光強度変化速度（即ち、光強度変化の周波数）への応答の予め設定された周波数閾値ｆは、速度閾値調整サブユニット３２２４のクロック周波数ｆ＿ＣＬＫと、第３の静電容量値と第２の静電容量値との商（即ち、Ｃ３／Ｃ２）との積に等しく、ここで、ｆ＿ＣＬＫは、第１のクロック制御信号と第２のクロック制御信号との切り替え頻度である。Ｃ３及びＣ２が一定の場合、ｆ＿ＣＬＫは高いほど、その周期が短く、一定の速度の光強度変化に対しては、Ｑ点が十分な変化の程度に蓄積するのが困難であり、この程度は、Ｑ点の固定されている逆方向の突然変化により相殺されやすく、したがって、予め設定された周波数閾値ｆが高く、即ち、より高速の光強度変化によってしか画素収集回路の応答を引き起こさない。ｆ＿ＣＬＫが一定の場合、コンデンサＣ３が大きいほど、各周期内のＱ点電位の逆方向の突然変化が大きく、以前に蓄積したＱ点の変化程度を相殺するのが容易になり、これも、予め設定された周波数閾値ｆが上昇することを意味する。よって、速度閾値調整サブユニット３２２４では、光強度変化に応答する予め設定された周波数閾値ｆはクロック周波数ｆ＿ＣＬＫ及びコンデンサＣ３だけによって决定される。クロック周波数ｆ＿ＣＬＫは外部ユニットにより正確に制御され、且つコンデンサが集積回路の製造プロセスにおいても正確に実現でき、これは、この予め設定された周波数閾値ｆが正確に制御可能であり、プロセスの偏差や環境条件の変化による影響を受けないことを示す。言い換えれば、クロック周波数ｆ＿ＣＬＫ及びコンデンサＣ３の値を選定することにより光強度応答に対する予め設定された周波数閾値ｆを設定し、例えば、ｆ＝１０ヘルツを設定すれば、この予め設定された周波数閾値ｆは、さまざまなチップ及び環境条件に対して１０ヘルツに安定化しており、同一チップ内の全ての画素収集回路に対しても１０ヘルツに安定化しており、それにより、予め設定された周波数閾値の安定性が大幅に高まり、画像センサ２００全体の信頼性及び実用性が向上する。

さらに、本発明の実施例では、第１のスイッチＫ１がオンになると、前処理サブモジュール３２２の出力は一定の電位にセットされ、前処理サブモジュール３２２は光検知モジュール３１０の出力に応答せず、したがって、画素収集回路３００は外界光強度の変化に応答しない。第１のスイッチＫ１がオフになると、前処理サブモジュール３２２はフロントエンド光検知モジュール３１０の出力変化に応答し、即ち、画素収集回路３００は外界光強度の変化に応答する。具体的に操作する際には、第１のスイッチＫ１は、通常、単一のトランジスタによって実現される。

以上のように、本発明に係る実施形態では、前処理サブモジュール３２２は他の形態によって実現されてもよい。図５Ａ～図５Ｃは、それぞれ、本発明の別のいくつかの実施例に係る前処理サブモジュール３２２の模式図（図４に示す作動原理図に対応し、図５Ａ～図５Ｃの対応する位置には、同様にノードＰ、Ｑ及びＥ、並びにゲート電圧ＣＬＫ＿Ｐ及びＣＬＫ＿Ｎがマークされている）を示す。

図５Ａにおいては、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及び第４のトランジスタＴ４（第４のトランジスタＴ４によって第１のスイッチＫ１が実現される）から一次増幅サブユニット３２２２が構成され、第２のトランジスタＴ２、第３のトランジスタＴ３及び第３のコンデンサＣ３から速度閾値調整サブユニット３２２４が構成される。

図５Ａにおいて、一次増幅サブユニット３２２２では、第２の増幅器Ａ２は、入力端子、出力端子がＮ型トランジスタＴ４に並列接続され、ソースが第２の増幅器Ａ２の入力負極に接続され、ドレインが第２の増幅器Ａ２の出力端子に接続される。トランジスタＴ４は、オフ状態では等価抵抗が非常に大きく、且つプロセスの偏差や環境温度における影響を受けやすく、第２のコンデンサＣ２とともに構成されるＲＣネットワークのフィルタリング効果が劣ることを考慮して、一次増幅サブユニット３２２２に加えて、速度閾値調整サブユニット３２２４が導入される。速度閾値調整サブユニット３２２４では、第２のトランジスタＴ２は、ソースが第２の増幅器Ａ２の入力負極に接続され、ドレインが第３のトランジスタＴ３のソースに接続され、第３のトランジスタＴ３は、ドレインが第２の増幅器Ａ２の出力端子に接続され、第３のコンデンサＣ３は、一端が第２のトランジスタＴ２のドレイン及び第３のトランジスタＴ３のソースに接続され、他端が地電位に接続される。前述したとおり、第２のトランジスタＴ２及び第３のトランジスタＴ３はともにＮ型トランジスタである。前述したとおり、Ｔ２及びＴ３のゲート電圧ＣＬＫ＿Ｐ及びＣＬＫ＿Ｎは、位相が反対の１組のクロック信号であり、グローバル速度閾値制御ユニット２３０によって生成され、Ｔ２とＴ３を交互に導通するように制御する。

図５Ｂに示すように、一次増幅サブユニット３２２２では、第１のスイッチＫ１はＰ型トランジスタ（即ち、第４のトランジスタＴ４）によって実現され、このトランジスタは、ドレインが第２の増幅器Ａ２の入力負極に接続され、ソースが第２の増幅器Ａ２の出力端子に接続され、基板が固定電位Ｖ_Ｂに接続される。速度調整サブユニット３２２４でも、第２のトランジスタＴ２及び第３のトランジスタＴ３はともにＰ型トランジスタであり、これらの基板電位が固定電位Ｖ_Ｂに接続され、Ｖ_ＢをＰ点の電位にほぼ等しく設定することによって、このような構造は、予め設定された周波数閾値を安定的かつ確実に設定するとともに、スイッチのリーク電流による画素収集回路３００への影響を大幅に低減させる。

図５Ｃに示す実施例では、一次増幅サブユニット３２２２は、図５Ａと同様な構造を採用しているが、速度閾値調整サブユニット３２２４は、４個のＮ型トランジスタ及び第３のコンデンサＣ３から構成され、この４個のＮ型トランジスタは、それぞれ、第２のトランジスタＴ２、第３のトランジスタＴ３、第５のトランジスタＴ５、及び第６のトランジスタＴ６と記する。これらのうち、Ｔ２は、ソースが第２の増幅器Ａ２の入力負極に接続され、ドレインが第３のコンデンサＣ３の第１の端に接続され、Ｔ３は、ソースが第３のコンデンサＣ３の第２の端に接続され、ドレインが第２の増幅器Ａ２の出力端子に接続され（即ち、第３のコンデンサＣ３はＴ２のドレインとＴ３のソースとの間に直列接続される）、第５のトランジスタＴ５及び第６のトランジスタＴ６はともにソースが接地し、第５のトランジスタＴ５のドレインは第３のコンデンサＣ３の第１の端に接続され、第６のトランジスタＴ６のドレインは第３のコンデンサＣ３の第２の端に接続される。第２のトランジスタＴ２及び第６のトランジスタＴ６のゲートは、第１のクロック制御信号線を介してグローバル速度閾値制御ユニット２３０に接続され（即ち、ゲート電圧はＣＬＫ＿Ｐと記する）、第３のトランジスタＴ３及び第５のトランジスタＴ５のゲートは第２のクロック制御信号線を介してグローバル速度閾値制御ユニット２３０に接続される（即ち、ゲート電圧はＣＬＫ＿Ｎと記する）。ＣＬＫ＿Ｐが低電位であり、ＣＬＫ＿Ｎが高電位である場合、第３のコンデンサＣ３の両端の電位はＱ点の変化に応じて変化し、ＣＬＫ＿Ｐが高電位であり、ＣＬＫ＿Ｎが低電位である場合、第３のコンデンサＣ３の両端の電位によりＱ点に逆方向の突然変化が生じ、それにより、図４に示す原理図と同様な効果が果たされる。

なお、前処理サブモジュール３２２の構造は上記したいくつかの種類に制限されず、簡潔さから、ここでは網羅的に挙げられない。当業者が本発明の実施形態による前処理サブモジュール３２２の構造及び作動原理に基づいて得られ得る他の実現形態は全て本発明の特許範囲内である。

上記記述から分かるように、画素収集回路３００では、前処理サブモジュール３２２は、異なる速度光強度変化に対する画素収集回路３００の応答を决定する。本発明の実施例に係る前処理サブモジュール３２２の優位性をさらに説明するために、比較として、ここで従来の動的ビジョンセンサに含まれる前処理サブモジュール（即ち、一次増幅サブユニット３２２２だけが含まれており、区別し易さから、従来の動的ビジョンセンサの前処理サブモジュールは直接原前処理ユニットと記する）の作動原理について述べる。

前記のように、第１のスイッチＫ１がオンになると、原前処理ユニットの出力は一定の電位にセットされ、光検知モジュールの出力に応答せず、したがって、画素ユニット全体は外界光強度の変化に応答しない。第１のスイッチＫ１がオフになると、原前処理ユニットはフロントエンド光検知モジュールの出力変化に応答し、即ち、外界光強度の変化に応答する。

さらに、図６は、光検知モジュール出力に対する原前処理ユニットの出力の周波数応答曲線を示す。これは、典型的なバンドパスシステムであり、その下限閾値ｆ_Ｌが、第１のスイッチＫ１がオフになったときの等価抵抗Ｒと第２のコンデンサＣ２とからなるＲＣネットワークにより决定される。第２のコンデンサＣ２が一定である場合、抵抗Ｒの抵抗値が大きいほど、ｆ_Ｌが低く、これは、原前処理ユニットが応答し得る光検知モジュール出力信号の周波数が低い、つまり、画素ユニットが検出し得る光強度変化の速度閾値が低いことを示し、このことも、従来の動的ビジョンセンサが緩速の動きを検出できることを示す。

一般には、第１のスイッチＫ１は単一のトランジスタによって実現され、トランジスタがオフ状態である場合、等価抵抗が非常に大きく、即ち、第１のスイッチＫ１がオフ状態である場合、導通抵抗が非常に大きく、それにより、ｆ_Ｌは数十分の一のヘルツと低くなり得る。このような場合、動的ビジョンセンサは動きが極めて低速である物体を検出できると考えられる。一方、原前処理ユニットの上限閾値ｆ_Ｈは一般に第２の増幅器Ａ２の帯域幅により决定され、この帯域幅は、ほとんどの適用場面における動き速度にとっては十分に高い。

以上の２つの点を組み合わせると、従来の動的ビジョンセンサの画素ユニットは動き検出速度に対する応答がオールパスであると考えられ、非常に緩やかな動きも、高速動きも検出可能であり、速度に対しては選択性がない。さらに、画素ユニット自体に一定の低周波ノイズが存在し、この部分のノイズは回路モジュールの熱ノイズに由来するとともに、かなりの一部が第１のスイッチＫ１のオフ状態での基板リーク電流に由来し、これらの低周波ノイズは全て原前処理ユニットの出力に影響し、従来の動的ビジョンセンサの出力にいくつかの低周波ノイズデータが含まれるようになる。

以上から分かるように、本発明の実施例による前処理サブモジュール３２２は、従来の動的ビジョンセンサに存在する、動き速度の大きさについて選択性がないという問題を効果的に解決できる。さらに、他の一部の低周波ノイズ干渉源も前処理サブモジュール３２２でフィルタリングされ、それにより、画像センサ２００が出力した低周波ノイズデータを大幅に減少させる。

閾値比較サブモジュール３２４は、前処理サブモジュール３２２で処理された電気信号を受信し、受信した電気信号の振幅が予め設定された条件を満たす場合、トリガー生成信号を生成する。

図３は、本発明の実施例に係る閾値比較サブモジュール３２４の一実現形態を示す。図３に示すように、閾値比較サブモジュール３２４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は、反転入力端子が第１の閾値を表す固定レベルに接続され、非反転入力端子が前処理サブモジュールの出力端子に接続され、第２の電圧比較器ＶＣ２は、非反転入力端子が第２の閾値を表す固定レベルに接続され、反転入力端子が前処理サブモジュールの出力端子に接続され、ＯＲロジックユニットは、第１の電圧比較器ＶＣ１及び第２の電圧比較器ＶＣ２の出力端子に接続され、第１の電圧比較器及び第２の電圧比較器の出力に対してＯＲロジック操作を行う。一実施例によれば、前処理サブモジュール３２２で処理された電気信号が第１の閾値よりも大きく、又は第２の閾値よりも小さい場合（選択的に、第１の閾値が第２の閾値よりも大きい）、ＯＲロジックユニットはトリガー生成信号を生成し、バックエンドのインターフェースロジックユニット３３０に送る。

インターフェースロジックモジュール３３０は、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。図３に示すように、インターフェースロジックモジュール３３０は、ラッチ３３２とハンドシェイクプロトコル制御ロジックサブモジュール３３４とをさらに含む。

一実施例によれば、ラッチ３３２は、画素収集回路３００の現在の作動状態を記憶して表すことに用いられる。ラッチ３３２の第１のリセット信号は、グローバルリセット制御ユニット２２０によって生成されるグローバルリセット信号に由来し、その第２のリセット信号は、ハンドシェイクプロトコル制御ロジックサブモジュール３３４の出力信号に由来し、そのセット信号はトリガー生成モジュール３２０によって生成されるトリガー生成信号に由来する。本発明の実施例では、画素収集回路３００を初期化する際に、グローバルリセット信号は有効であり、このとき、ラッチ３３２はリセットされる。トリガー生成モジュール３２０からのトリガー生成信号を受信すると、ラッチ３３２はセットされ、これは画素収集回路３００がトリガー状態に入ることを示す。

ハンドシェイクプロトコル制御ロジックサブモジュール３３４は、該画素収集回路３００と読み出しユニット２４０とのインタラクションを処理することに用いられる。このインタラクションは、行方向における行要求線と行選択線及び列方向における列要求線と列選択線によって実現される。前述したとおり、行要求線及び行選択線は１行の画素ユニットにより共用され、列要求線及び列選択線は１列の画素ユニットにより共用される。ラッチ３３２は、セットされると、信号をハンドシェイクプロトコル制御ロジックサブモジュール３３４に送信し、ハンドシェイクプロトコル制御ロジックサブモジュール３３４は活性化され、まず周辺読み出しユニット２４０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２４０により応答されると、読み出しユニット２４０は、対応する行選択信号を供給し、次に、ハンドシェイクプロトコル制御ロジックサブモジュール３３４は列要求信号を有効にセットし、読み出しユニット２４０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サブモジュール３３４は、行選択信号と列選択信号を同時に受信すると、第２のリセット信号をラッチ３３２に出力し、次にラッチ３３２をリセットする。

さらなる実施例によれば、ハンドシェイクプロトコル制御ロジックサブモジュール３３４は、また、トリガー生成モジュール３２０を管理することができる。より具体的には、ハンドシェイクプロトコル制御ロジックサブモジュール３３４は、制御信号を生成して前処理サブモジュール３２２の第１のスイッチＫ１に出力することにより、トリガー生成モジュール３２０を管理する。

本発明の実施例によれば、画素収集回路アレイ２１０が初期化されるか、又は画素収集回路３００がトリガー状態に入るときに、ハンドシェイクプロトコル制御ロジックサブモジュール３３４は制御信号を出力して第１のスイッチＫ１をオンにし、それにより、前処理サブモジュール３２２は光検知ユニット３１０の出力に応答しなくなり、即ち、該画素収集回路３００は外界光強度変化を検出しなくなる。また、前述したとおり、ハンドシェイクプロトコル制御ロジックサブモジュール３３４は、行選択信号と列選択信号を同時に受信すると、第２のリセット信号によってラッチ３３２をリセットし、次に、第１のスイッチＫ１はオフになり、画素収集回路３００は再度外界光強度変化に応答する。

なお、第１のスイッチＫ１がトランジスタによって実現される場合、例えば図５Ａ～５Ｃに示す第４のトランジスタＴ４は、第４のトランジスタＴ４のゲートを介して、ハンドシェイクプロトコル制御ロジックサブモジュール３３４からの制御信号を受信する。

上記記述に基づいて、本発明の実施例に係る画素収集回路３００は、プロセスの偏差や環境条件変化による影響を受けずに、光強度変化を検出する予め設定された周波数閾値を正確に設定することができる。本発明の別のいくつかの実施例によれば、画素収集回路３００は、様々なニーズに応じて、この予め設定された周波数閾値をリアルタイムで調整することができる。

以上の説明から分かるように、画素収集回路３００では、速度閾値調整サブユニット３２２４に導入される予め設定された周波数閾値ｆは、その作動クロック周波数ｆ＿ＣＬＫ及び第３のコンデンサＣ３の大きさだけにより决定される。具体的に実現するときに、第３のコンデンサＣ３は一般には固定されており、調整されにくい。したがって、本発明の別のいくつかの実施例によれば、クロック周波数ｆ＿ＣＬＫを変えることで光強度変化応答に対する画素収集回路３００の予め設定された周波数閾値をリアルタイムで調整する。具体的には、クロック周波数ｆ＿ＣＬＫが上昇すると、予め設定された周波数閾値も増大し、クロック周波数ｆ＿ＣＬＫが低下すると、予め設定された周波数閾値も減少する。全ての画素収集回路３００について同様な予め設定された周波数閾値が設定される必要があるため、画素収集回路アレイ２１０に加えてグローバル速度閾値制御ユニット２３０を増設することができ、様々な適用場面では、グローバル速度閾値制御ユニット２３０を制御することで周波数の異なる第１のクロック制御信号及び第２のクロック制御信号を生成することにより、予め設定された周波数閾値をリアルタイムで正確に調整することができる。

図７は、本発明のいくつかの実施例に係るグローバル速度閾値制御ユニット２３０の模式図を示す。図７に示すように、グローバル速度閾値制御ユニット２３０は、周波数調整モジュール２３２、位相調整モジュール２３４、及び振幅調整モジュール２３６を含む。

一実施例によれば、周波数調整モジュール２３２は、周波数が固定されている基準クロックを受信し、該基準クロックに対して一定の周波数分割又は周波数逓倍処理を行うことにより、予め設定された周波数のクロック信号を生成する。位相調整モジュール２３４は、該クロック信号を受信し、位相が反対の２つのクロック信号を生成する。最後に、振幅調整モジュール２３６は、位相が反対のこの２つのクロック信号の振幅を調整し、第１のクロック制御信号及び第２のクロック制御信号を生成し、最終的に画素収集回路内部に出力する（即ち、速度閾値調整サブユニット３２２４に出力する）。一般には、最後の振幅調整モジュール２３６は、フロントエンド出力のフルスイングのクロック信号の振幅について一定の減衰を行うことにより、画素収集回路３００の他のモジュールへの結合及び干渉を低減させる。

本発明の実施例によれば、周波数調整モジュール２３２が周波数の異なるクロック信号を生成するように構成されることによって、光強度変化検出に対する画素収集回路３００の予め設定された周波数閾値がリアルタイムで調整され得る。

具体的に実現する際には、周波数調整モジュール２３２は、フェーズロックループから構成される周波数統合回路であってもよい。ただし、画素収集回路３００の速度閾値調整サブユニット３２２４に必要なクロック信号周波数が一般に低いため、入力される基準クロック周波数が高い場合、周波数調整モジュール２３２は簡単な周波数分割回路によって実現されてもよく、その周波数分割のパラメータが外部で制御されてもよい。

位相調整モジュール２３４は、クロックバッファーとクロック反転器を含み、周波数調整モジュール２３２によって出力されたユニポーラクロック入力信号を、位相が反対の２つのクロック信号に変換することに用いられる。

振幅調整モジュール２３６は、簡単なクロックバッファーであってもよい。選択的に、振幅調整機能を実現するために、バッファーの電源電圧はあるレベルの信号であり、フルスイングの電源電圧ではない。

本発明の画像センサ２００によれば、従来の動的ビジョンセンサを基に、まず、画素収集回路３００の内部に速度閾値調整サブユニット３２２４が導入されており、速度閾値調整サブユニット３２２４は、スイッチコンデンサ回路によって、抵抗値が極めて大きい連続時間抵抗器を等価的に実現し、該抵抗は、動き速度応答に対する画像センサ２００の下限閾値（即ち、予め設定された周波数閾値）をさらに决定する。本発明に係る実施形態では、分析して分かるように、該等価抵抗の抵抗値は、スイッチコンデンサ回路の静電容量値（即ち、第３のコンデンサの静電容量値）及び作動クロック周波数だけによって决定され、且つ静電容量値及びクロック周波数はいずれも環境変化に応じて変化しない、正確に制御可能なパラメータであり、したがって、該抵抗値及び動き速度応答の下限閾値は正確に制御可能である。

さらに、画素収集回路３００に加えて、グローバル速度閾値制御ユニット２３０がさらに導入されて、速度閾値調整サブユニット３２２４の作動クロックを生成する。様々な適用場面では、該グローバル速度閾値制御ユニット２３０を変えることで周波数の異なる作動クロックを生成することによって、予め設定された周波数閾値をリアルタイムで正確に調整する。

以上に基づいて、グローバル速度閾値制御ユニット２３０と速度閾値調整サブユニット３２２４が連携することにより、適用場面に応じて動き速度検出の予め設定された周波数閾値を正確かつ確実に調整することができ、画像センサ２００が出力した低周波スプリアスノイズデータを効果的に低下できるだけでなく、速度がこの予め設定された周波数閾値よりも低い緩速動きを自動的にフィルタリングすることができ、それにより、画像センサによる動き検出の速度への選択性が実現される。また、画像センサの出力帯域幅及びバックエンド処理システムの計算能力への要件を低減させる。

ここでの明細書において、多くの詳細が説明されている。ただし、本発明の実施例はこのような詳細無しで実現され得ることを理解できる。いくつかの例では、本明細書に対する理解を曖昧にしないように、公知の方法、構造や技術が詳細に示されていない。

同様に、本開示を簡単にするとともに、発明の各態様における１つ又は複数を理解しやすくするために、以上の本発明の例示的な実施例の記述において、本発明の各特徴は一緒に１つの実施例、図やこれらの記述に分類されることを理解できる。ただし、該開示の方法は、特許しようとする本発明が、各々の請求項に明記されている特徴よりも多くの特徴を要求することを意図すると解釈できない。より正確には、以下の特許請求の範囲に記載のとおり、発明の態様は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ことにある。したがって、具体的な実施形態に従う特許請求の範囲はこれにより該具体的な実施形態に明確に組み込まれ、これらの各請求項自体は本発明の個別の実施例とされる。

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、該実施例に記述された機器に配置されてもよく、又は任意に、この例における機器と異なる１つ又は複数の機器に固定されてもよい。前述例におけるモジュールは、組み合わせられて１つのモジュールとなったり、又は複数のサブモジュールに分けられたりすることが可能である。

当業者が理解できるように、実施例の機器のモジュールを適応的に変化して該実施例と異なる１つ又は複数の機器に配置してもよい。実施例のモジュール又はユニット又はアセンブリは、組み合わせられて１つのモジュール又はユニット又はアセンブリとなったり、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けられたりすることが可能である。このような特徴及び／又はプロセス又はユニットのうちの少なくとも一部が互いに矛盾しない限り、本明細書（添付の特許請求の範囲、要約書及び図面）において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プロセス又はユニットを任意の組み合わせで、組み合わせることが可能である。明記していない限り、本明細書（添付の特許請求の範囲、要約書及び図面）において開示された各々の特徴は、相同、等同又は類似の目的を提供する代替特徴で代替してもよい。

本発明はさらに以下を開示する。

Ａ９、Ａ１～８のいずれか１項に記載の画素収集回路であって、インターフェースロジックモジュールは、第３の入力端子及び第４の入力端子が、それぞれ行要求線及び列要求線を介して読み出しユニットに結合され、第２の出力端子及び第３の出力端子が、それぞれ行選択線及び列選択線を介して読み出しユニットに結合される。Ａ１０、Ａ１～９のいずれか１項に記載の画素収集回路であって、インターフェースロジックモジュールは、画素収集回路の現在の作動状態を記憶して表すことに適しており、第１のリセット信号が前記グローバルリセット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のリセット信号がハンドシェイクプロトコル制御ロジックサブモジュールの出力信号に由来し、セット信号が前記トリガー生成モジュールによって生成されるトリガー生成信号に由来するラッチと、該画素収集回路と読み出しユニットとのインタラクションを処理し、且つトリガー生成モジュールを管理することに適しているハンドシェイクプロトコル制御ロジックサブモジュールとを含む。Ａ１１、Ａ９に記載の画素収集回路であって、前記ハンドシェイクプロトコル制御ロジックサブモジュールは、さらに、制御信号を前記前処理サブモジュールの第１のスイッチ（Ｋ１）に出力することに適している。Ａ１２、Ａ１１に記載の画素収集回路であって、ハンドシェイクプロトコル制御ロジックサブモジュールは、さらに、該画素収集回路がトリガー状態に入るときに、制御信号を出力して前記第１のスイッチ（Ｋ１）をオンにすることに適している。Ａ１３、Ａ２～１２のいずれか１項に記載の画素収集回路であって、閾値比較サブモジュールは、反転入力端子が第１の閾値を表す固定レベルに接続され、非反転入力端子が前処理サブモジュール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の閾値を表す固定レベルに接続され、反転入力端子が前処理サブモジュールの出力端子に接続される第２の電圧比較器（ＶＣ２）と、前記第１の電圧比較器及び第２の電圧比較器の出力端子に接続され、第１の電圧比較器及び第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。Ａ１４、Ａ１～１３のいずれか１項に記載の画素収集回路であって、光検知モジュールは、陽極が接地するフォトダイオード（ＰＤ１）と、ソースが前記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。Ｂ１６、Ｂ１５に記載の画像センサであって、グローバル速度閾値制御ユニットは、第１のクロック制御信号線と第２のクロック制御信号線を介して前記画素収集回路に結合されることに適しており、第１のクロック制御信号及び第２のクロック制御信号は、位相が反対の１組のクロック制御信号である。Ｂ１８、Ｂ１５～１７のいずれか１項に記載の画像センサであって、読み出しユニットは、画素収集回路アレイからの行要求信号に応答することに適しており、さらに、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、画素収集回路アレイからの列要求信号に応答することに適しており、さらに、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、ここで記載の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一部の特徴を含むに関わらず、異なる実施例の特徴の組み合わせは、本発明の範囲内であり、且つ異なる実施例を構成する。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かは任意に組み合わせる方式で使用され得る。

さらに、前記実施例の一部は、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り実施可能な方法又は方法の要素の組み合わせとして記述されてもよい。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装置を構成する。さらに、ここで記載の装置の実施例の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ための装置の例である。

ここで使用されるように、別の規定がない限り、序数詞「第１の」、「第２の」、「第３の」などで一般的な対象を記述する場合は類似した対象に関する異なる例を示すものに過ぎず、且つこのように記述された対象が必ずしも時間的、空間的、順番や他の任意の方式による所定の順序を有することを示唆することを意図しない。

限られた実施例にて本発明を記述したが、以上の記述から、当業者が分かるように、このように記述された本発明の範囲を逸脱することなく他の実施例を想到し得る。さらに、なお、本明細書に使用されている表現は主に読みやすさや示教の目的のために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精神を逸脱することなく、当業者にとっては多くの修正や変更が明らかなである。本発明の範囲に対しては、本発明について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定められる。

Claims (9)

1. 画素収集回路であって、
   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光検知モジュールと、
   第１の入力端子が前記光検知モジュールに結合され、第１の出力端子がインターフェースロジックモジュールに結合され、前記電気信号の変化周波数が予め設定された周波数閾値を上回るとともに前記電気信号の振幅が予め設定された条件を満たす場合、トリガー生成信号を生成して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トリガー生成モジュールと、
   第１の入力端子が前記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グローバルリセット信号ユニットに結合され、第１の出力端子が前記トリガー生成モジュールに結合され、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インターフェースロジックモジュールとを含み、
   前記トリガー生成モジュールは、
   入力端子が前記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することに適している前処理サブモジュールと、
   入力端子が前記前処理サブモジュールの出力端子に結合され、前処理サブモジュールからの電気信号を受信し、且つ該電気信号の振幅が予め設定された条件を満たす場合、トリガー生成信号を生成することに適している閾値比較サブモジュールとを含み、
   前記前処理サブモジュールは、
   前記電気信号に対して予備処理を行うことに適している一次増幅サブユニットと、
   第１のクロック制御信号線と第２のクロック制御信号線を介してグローバル速度閾値制御ユニットに結合されることにより、受信した第１のクロック制御信号と第２のクロック制御信号に従って、予め設定された周波数閾値を生成し、前記電気信号の変化周波数がこの予め設定された周波数閾値を上回るか否かを判断することに適している速度閾値調整サブユニットとを含む画素収集回路。
2. 前記一次増幅サブユニットは、
   第１の端が前記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、
   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第２のコンデンサ（Ｃ２）及び第１のスイッチ（Ｋ１）とを含む、請求項１に記載の画素収集回路。
3. 前記速度閾値調整サブユニットは、
   ソースが前記第２の増幅器（Ａ２）の入力負極に接続され、ドレインが第３のトランジスタ（Ｔ３）のソースに接続される第２のトランジスタ（Ｔ２）と、
   ドレインが前記第２の増幅器（Ａ２）の出力端子に接続される第３のトランジスタ（Ｔ３）と、
   第１の端が第２のトランジスタ（Ｔ２）のドレイン及び第３のトランジスタ（Ｔ３）のソースに接続され、第２の端が地電位に接続される第３のコンデンサ（Ｃ３）とを含み、
   第２のトランジスタ（Ｔ２）のゲートは第１のクロック制御信号線を介してグローバル速度閾値制御ユニットに接続され、第４のトランジスタ（Ｔ３）のゲートは第２のクロック制御信号線を介してグローバル速度閾値制御ユニットに接続される、請求項２に記載の画素収集回路。
4. 前記速度閾値調整サブユニットは、
   ソースが第２の増幅器（Ａ２）の入力負極に接続され、ドレインが第３のコンデンサ（Ｃ３）の第１の端に接続される第２のトランジスタ（Ｔ２）と、
   ソースが第３のコンデンサ（Ｃ３）の第２の端に接続され、ドレインが前記第２の増幅器（Ａ２）の出力端子に接続される第３のトランジスタ（Ｔ３）と、
   ソースが接地し、ドレインが第３のコンデンサ（Ｃ３）の第１の端に接続される第５のトランジスタ（Ｔ５）と、
   ソースが接地し、ドレインが第３のコンデンサ（Ｃ３）の第２の端に接続される第６のトランジスタ（Ｔ６）と、
   第２のトランジスタ（Ｔ２）のドレインと第３のトランジスタ（Ｔ３）のソースとの間に直列接続される第３のコンデンサ（Ｃ３）とを含み、
   第２のトランジスタ（Ｔ２）及び第６のトランジスタ（Ｔ６）のゲートは第１のクロック制御信号線を介してグローバル速度閾値制御ユニットに接続され、第３のトランジスタ（Ｔ３）及び第５のトランジスタ（Ｔ５）のゲートは第２のクロック制御信号線を介してグローバル速度閾値制御ユニットに接続される、請求項２に記載の画素収集回路。
5. 前記前処理サブモジュールでは、
   前記第１のスイッチ（Ｋ１）は、１つのトランジスタによって実現されることに適している、請求項２～４のいずれか１項に記載の画素収集回路。
6. 前記第１のクロック制御信号と前記第２のクロック制御信号は、位相が反対の１組のクロック制御信号である、請求項１～５のいずれか１項に記載の画素収集回路。
7. 画像センサであって、
   請求項１～６のいずれか１項に記載の画素収集回路を複数含み、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画素収集回路アレイと、
   グローバルリセット信号を各画素収集回路に送信することにより、前記画素収集回路アレイを初期化することに適しているグローバルリセット制御ユニットと、
   第１のクロック制御信号と第２のクロック制御信号を各画素収集回路に送信することに適しているグローバル速度閾値制御ユニットと、
   トリガー状態である画素収集回路に応答して、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を含む、画像センサ。
8. 画素収集回路を含む画像センサであって、
   前記画素収集回路は、
   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光検知モジュールと、
   第１の入力端子が前記光検知モジュールに結合され、第１の出力端子がインターフェースロジックモジュールに結合され、前記電気信号の変化周波数が予め設定された周波数閾値を上回るとともに前記電気信号の振幅が予め設定された条件を満たす場合、トリガー生成信号を生成して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トリガー生成モジュールと、
   第１のクロック制御信号線と第２のクロック制御信号線を介してグローバル速度閾値制御ユニットに結合されることにより、受信した第１のクロック制御信号と第２のクロック制御信号に従って、予め設定された周波数閾値を生成し、前記電気信号の変化周波数がこの予め設定された周波数閾値を上回るか否かを判断することに適している速度閾値調整サブユニットとを含み、
   前記画像センサは、
   前記画素収集回路を複数含み、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画素収集回路アレイと、
   グローバルリセット信号を各画素収集回路に送信することにより、前記画素収集回路アレイを初期化することに適しているグローバルリセット制御ユニットと、
   第１のクロック制御信号と第２のクロック制御信号を各画素収集回路に送信することに適しているグローバル速度閾値制御ユニットと、
   トリガー状態である画素収集回路に応答して、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を含む、画像センサ。
9. 前記グローバル速度閾値制御ユニットは、
   固定周波数の基準クロックを受信し、前記基準クロックに対して周波数分割又は周波数逓倍処理を行うことにより、予め設定された周波数のクロック信号を生成することに適している周波数調整モジュールと、
   前記クロック信号を受信し、位相が反対の２つのクロック信号を生成することに適している位相調整モジュールと、
   前記位相が反対の２つのクロック信号の振幅を調整して、第１のクロック制御信号及び第２のクロック制御信号を生成することに適している振幅調整モジュールとを含む、請求項７または８に記載の画像センサ。

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