WO2023231381A1 - 感测像素电路、图像传感器和电子装置 - Google Patents

感测像素电路、图像传感器和电子装置 Download PDF

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WO2023231381A1
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黄猷淳
陈永福
孙伯伟
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神盾股份有限公司
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    • G06F15/16—Combinations of two or more digital computers each having at least an arithmetic unit, a program unit and a register, e.g. for a simultaneous processing of several programs
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information

Definitions

  • the predetermined number is 1; the flip-flop includes a D flip-flop; the clock signal end of the D flip-flop is connected to the single photon avalanche diode The output terminal; the D input terminal of the D flip-flop is configured to receive a first level signal; the output terminal of the D flip-flop is configured to output the sensing signal; and the reset control of the D flip-flop terminal or set control terminal is configured to receive the reset signal.
  • the predetermined number is 1;
  • the flip-flop includes a synchronous RS flip-flop, and the clock signal end of the synchronous RS flip-flop is connected to the single photon
  • the output terminal of the RS flip-flop is configured to output the sensing signal; and the reset control terminal or the set control terminal of the synchronous RS flip-flop is configured to receive the reset signal.
  • the image sensor provided by at least one embodiment of the present disclosure further includes: a filtering module, wherein the filtering module is provided at the light incident end of the single-photon avalanche diode in the sensing pixel circuit, and is configured to detect light incident on The light in the single-photon avalanche diode is filtered.
  • the predetermined number may be set according to actual applications. For example, when the predetermined number is set to 1, it indicates that an event occurs as long as a photon is detected. When the predetermined number is set to greater than 1, it indicates that more than 1 photon needs to be detected to indicate that the event occurs. Setting the predetermined number to greater than 1 can eliminate the influence of noise or background light to a certain extent.
  • An image sensor including a sensing pixel circuit can perform a data reading operation when a single-photon avalanche diode generates a predetermined number of electrical pulse signals, thereby achieving sensing and imaging of specific events.
  • Embodiments of the present disclosure also provide an image sensor and an electronic device.
  • the image sensor includes the sensing pixel circuit as described above, and can be applied to the electronic device provided by the embodiment of the present disclosure.
  • the electronic device may be a digital camera, a digital video camera, an electronic optical device, or other equipment.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of a sensing pixel circuit provided by at least one embodiment of the present disclosure.
  • the output terminal QBd of the D flip-flop is configured to output the sensing signal Vtr.
  • the sensing signal Vtr is Low level signal
  • the sensing signal Vtr is a high level signal.
  • the sensing pixel circuit 1000 shown in FIG. 2A can be applied to an image sensor.
  • the single-photon avalanche diode 1100 in the sensing pixel circuit 1000 detects a light signal and outputs an electrical pulse signal, it represents a single-photon avalanche.
  • the diode 1100 senses light that satisfies certain conditions (ie, detects one photon).
  • the light that satisfies certain conditions represents a specific event to be detected. Therefore, the D flip-flop in the sensing pixel circuit 1000 outputs the sensing signal Vtr,
  • the image sensor can perform a data reading operation on the sensing pixel circuit 1000, thereby realizing sensing and imaging of specific events.
  • the pixels in the image sensor can sense light that meets certain conditions reflected or emitted from an object in the scene, indicating that an event has occurred in which the object in the scene reflects or emits light that meets certain conditions.
  • the image output by the image sensor can reflect the outline of the object, thereby realizing sensing of the object.
  • the first level signal V1 is a high level signal
  • the second level signal V2 is a low level signal
  • the first level signal V1 is a low level signal
  • the second level signal V2 is a high level signal. Signal.
  • the synchronous RS flip-flop may be a level-triggered flip-flop.
  • the electrical pulse signal is input to the clock signal terminal CK2 of the synchronous RS flip-flop as a clock signal that controls the triggering of the synchronous RS flip-flop.
  • the synchronous RS trigger can be realized
  • the output terminal Q of the device is set to a high level signal.
  • the first level signal is a high level signal
  • the output module is an AND gate with n inputs.
  • FIG. 2C is a schematic structural diagram of yet another sensing pixel circuit provided by at least one embodiment of the present disclosure.
  • the predetermined number is 2, that is, when the single-photon avalanche diode 1100 generates two electrical pulse signals. , it means that the sensing pixel circuit senses light, so the output module outputs the sensing signal Vtr.
  • Both D flip-flop 1 and D flip-flop 2 are edge (eg, rising edge) triggered D flip-flops.
  • the output terminal Qd of the D flip-flop 1 and the output terminal Qd of the D flip-flop 2 both output low-level signals.
  • the single-photon avalanche diode 1100 detects a light signal and outputs a first electrical pulse signal
  • the first electrical pulse signal is input to the clock of D flip-flop 1 as a clock signal that controls the triggering of D flip-flop 1 and D flip-flop 2.
  • the signal Q1 output by the output terminal Qd of the D flip-flop 1 is the first level signal V1.
  • the signal Q2 output by the output terminal Qd of the flip-flop 2 is still a low-level signal, so the signal output by the AND gate is a low-level signal; when the single-photon avalanche diode 1100 detects the light signal and outputs the second electrical pulse signal, At the rising edge of the second electrical pulse signal, the signal Q1 output by the output terminal Qd of the D flip-flop 1 is the first level signal V1, and the signal Q2 output by the output terminal Qd of the D flip-flop 2 is also the first level. Signal V1, so the signal output by the AND gate is a high-level signal, and the high-level signal is the sensing signal Vtr.
  • the single-photon avalanche diode 1100 must collapse twice before the sensing pixel circuit 1000 outputs a sensing signal to indicate the detection of a specific event, thereby reducing the probability of false triggering of dark noise and improving the accuracy of event sensing. , to avoid missensing.
  • the predetermined number is 1, and the sensing unit 1200 is an RS latch.
  • the set terminal S of the RS latch is connected to the output terminal of the single photon avalanche diode 1100; the reset terminal R of the RS latch is configured to receive the reset signal Vr; the output terminal Q of the RS latch is configured to output sensing Signal Vtr.
  • the reset signal Vr is a high-level signal. After the output terminal Q of the RS latch outputs the sensing signal Vtr, the reset signal Vr is transmitted to the reset terminal R of the RS latch. Thereby the output terminal Q of the RS latch is reset to a low level signal.
  • the predetermined number is 1, and the sensing unit 1200 is an RS latch.
  • the functions and connection methods of the RS latch shown in Figure 4 are the same as those of the RS latch shown in Figure 3, and will not be described again.
  • each sensing pixel unit Px includes the sensing pixel circuit 1000 described in any of the above embodiments of the present disclosure.
  • the sensing pixel circuit 1000 is the sensing pixel circuit 1000 shown in FIG. 3 as an example for description.
  • the sensing pixel circuit in each sensing pixel unit Px can be as shown in FIG.
  • sensing pixel unit PxK one sensing pixel unit Px of the Kth sensing pixel unit row (hereinafter referred to as sensing pixel unit PxK) outputs the request signal Vreq_K to the row arbiter 2200 , and passes through the row arbiter 2200 After arbitration, the sensing pixel unit PxK is determined to be the target sensing pixel unit, so the row arbiter 2200 controls the row decoder 2100 to output the row selection signal Vrse_K corresponding to the K-th sensing pixel unit row to the K-th sensing pixel unit row, At this time, the reading circuit 2300 reads the data Q_OUTK of the sensing pixel unit PxK. After the reading circuit 2300 reads the data Q_OUTK, it can output a high-level (1) reset signal Vr to the reset of the sensing pixel unit PxK. terminal to reset the sensing pixel unit PxK.
  • no sensing pixel unit outputs a request signal (ie, NA), so the reading circuit 2300 does not read data, thereby saving power consumption.
  • the output circuit 2003 may include a switch SW, the control end of the switch SW is configured to be connected with the corresponding row selection signal line Rse to receive the corresponding row selection signal; the output end of the switch SW is read by The line DL is connected to the reading circuit 2300; the input terminal of the switch SW is connected to the output terminal Q in the sensing pixel circuit 1000 to receive the sensing signal output by the sensing pixel circuit 1000.
  • the switch SW is turned on under the control of the corresponding row selection signal, the sensing signal is output to the reading circuit 2300 .
  • each of the light receiving component 2500 and the light emitting component 2600 can be set according to actual conditions, and are not limited by this disclosure.
  • Each of the light receiving component 2500 and the light emitting component 2600 may include at least one lens.
  • the electronic device 3000 may further include a light receiving component and a light emitting component.
  • the light receiving component can achieve the function of converging light
  • the light emitting component can achieve the function of diverging light.
  • the light receiving component and the light emitting component may be the light receiving component 2500 and the light emitting component 2600 shown in FIG. 7 respectively.
  • the light receiving component and the light emitting component please refer to the above description of the light receiving component 2500 and the light emitting component 2600. Repeat the same. No further details will be given.

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Abstract

一种感测像素电路、图像传感器和电子装置。该感测像素电路包括：单光子雪崩二极管和感测单元，单光子雪崩二极管被配置为探测光信号并输出电脉冲信号；感测单元被配置为基于单光子雪崩二极管输出预定数量的电脉冲信号而输出感测信号。

Description

感测像素电路、图像传感器和电子装置
本申请要求于2022年05月30日递交的美国临时专利申请第63/346,913号、于2022年09月19日递交的美国临时专利申请第63/408,093号以及于2022年10月04日递交的美国临时专利申请第63/412,889号的优先权，在此全文引用上述所有美国临时专利申请的内容以作为本申请的一部分。
技术领域
本公开的实施例涉及一种感测像素电路、图像传感器和电子装置。
背景技术
图像传感器是一种将光学图像转换成电子信号的设备，被广泛地应用在数码相机和其他电子光学设备中。图像传感器利用光电器件的光电转换功能将感光面上的光转换为与光成相应比例关系的电信号，从而实现光感测。传统图像传感器受限于光电流转电压的操作模式，所采用的各种模拟器件的结构较为复杂，从而导致传统图像传感器的结构较复杂；此外，传统图像传感器通过常规光电二极管进行光检测，常规光电二极管的检测灵敏度较低，在待检测光较弱时，常规光电二极管可能无法检测到该待检测光，从而导致传统图像传感器的检测灵敏度较低。因此，如何实现简化图像传感器的结构、如何提高检测的灵敏度等成为需要解决的问题。
发明内容
针对上述至少一个问题，本公开至少一个实施例提供一种感测像素电路，包括：单光子雪崩二极管和感测单元，其中，所述单光子雪崩二极管被配置为探测光信号并输出电脉冲信号；以及所述感测单元被配置为基于所述单光子雪崩二极管输出预定数量的电脉冲信号而输出感测信号。
例如，在本公开至少一个实施例提供的感测像素电路中，所述感测单元包括触发器。
例如，在本公开至少一个实施例提供的感测像素电路中，所述预定数量为1；所述触发器包括D触发器；所述D触发器的时钟信号端连接至所述单光子雪崩二极管的输出端；所述D触发器的D输入端被配置为接收第一电平信号； 所述D触发器的输出端被配置为输出所述感测信号；以及所述D触发器的复位控制端或置位控制端被配置为接收复位信号。
例如，在本公开至少一个实施例提供的感测像素电路中，所述预定数量为1；所述触发器包括同步RS触发器，所述同步RS触发器的时钟信号端连接至所述单光子雪崩二极管的输出端，所述同步RS触发器的置位输入端被配置为接收第一电平信号；所述同步RS触发器的复位输入端被配置为接收第二电平信号；所述同步RS触发器的输出端被配置为输出所述感测信号；以及所述同步RS触发器的复位控制端或置位控制端被配置为接收复位信号。
例如，在本公开至少一个实施例提供的感测像素电路中，所述预定数量为n，n为大于1的整数；所述感测单元包括n个D触发器和输出模块，所述n个D触发器级联连接；所述n个D触发器中的第i+1级D触发器的D输入端连接至第i级D触发器的输出端，所述n个D触发器中的第一级D触发器的输入端接收第一电平信号，其中，i为正整数且小于n；所述n个D触发器的输出端均连接至所述输出模块；所述n个D触发器的时钟信号端均连接至所述单光子雪崩二极管的输出端；所述n个D触发器的复位控制端或置位控制端均被配置为接收复位信号；所述输出模块在所述n个D触发器的输出端均输出所述第一电平信号时，输出所述感测信号。
例如，在本公开至少一个实施例提供的感测像素电路中，所述第一电平信号为高电平信号，所述输出模块为具有n输入的与门。
例如，在本公开至少一个实施例提供的感测像素电路中，所述感测单元为RS锁存器；所述RS锁存器的置位端与所述单光子雪崩二极管的输出端连接；所述RS锁存器的复位端被配置为接收复位信号；以及所述RS锁存器的输出端被配置为输出所述感测信号。
例如，在本公开至少一个实施例提供的感测像素电路中，所述感测单元包括计数器；以及所述计数器被配置为对所述单光子雪崩二极管输出的电脉冲信号进行计数以得到计数值，并在所述计数值等于所述预定数量时输出所述感测信号。
例如，在本公开至少一个实施例提供的感测像素电路中，所述感测单元还被配置为在输出所述感测信号之后，根据复位信号进行复位操作。
本公开至少一个实施例还提供一种图像传感器，包括阵列排布的多个感测像素单元，其中，每个感测像素单元包括根据本公开任一实施例所述的感测像 素电路。
例如，本公开至少一个实施例提供的图像传感器还包括：行解码器和行仲裁器，其中，每个感测像素单元还包括输出请求电路；所述输出请求电路被配置为基于所述感测像素电路输出的感测信号，输出请求信号至所述行仲裁器；所述行仲裁器被配置为在接收到所述多个感测像素单元中的至少一个感测像素单元输出的请求信号时进行仲裁，以确定目标感测像素单元，且控制所述行解码器输出与所述目标感测像素单元对应的行选择信号。
例如，本公开至少一个实施例提供的图像传感器还包括：读取电路，其中，所述读取电路被配置为在接收到所述目标感测像素单元输出的数据之后输出复位信号至所述目标感测像素单元，以对所述目标感测像素单元中的感测像素电路进行复位。
例如，本公开至少一个实施例提供的图像传感器还包括：行解码器和读取电路，其中，所述多个感测像素单元阵列排列以形成多个感测像素单元行，每个感测像素单元还包括输出电路，所述行解码器被配置为分时输出多个行选择信号分别至所述多个感测像素单元行；每个感测像素单元的输出电路被配置为在所述感测像素单元所在的感测像素单元行对应的行选择信号的控制下，输出所述感测像素单元的感测像素电路输出的感测信号至所述读取电路。
例如，在本公开至少一个实施例提供的图像传感器中，所述行解码器还被配置为分时输出多个复位信号分别至所述多个感测像素单元行，以分别对所述多个感测像素单元行中的感测像素单元进行复位。
例如，本公开至少一个实施例提供的图像传感器还包括：滤波模块，其中，所述滤波模块设置在所述感测像素电路中的单光子雪崩二极管的光入射端，且被配置为对入射到所述单光子雪崩二极管中的光进行滤波。
本公开至少一个实施例还提供一种电子装置，包括：根据本公开任一实施例所述的图像传感器。
例如，本公开至少一个实施例提供的电子装置还包括：光源模块，其中，所述光源模块被配置为发射具有预定波长的待测光；并且所述图像传感器被配置为感测被待测对象反射的待测光。
根据本公开的实施例提供的感测像素电路、图像传感器和电子装置，利用单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode，SPAD)的特性，通过计数单光子雪崩二极管产生预定数量的电脉冲信号来达成特定事件的侦测输出，使 得图像传感器能够实现特定事件的检测和成像。由于单光子雪崩二极管可以对单个光子进行检测，从而可以提高光检测的灵敏度；此外，通过简单的器件即可对单光子雪崩二极管输出的电脉冲信号进行捕获和/或计数，从而实现事件检测，由此可以简化感测像素电路的结构，减小像素面积，增加分辨率，降低成本。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
图1为本公开至少一个实施例提供的一种感测像素电路的示意性框图；
图2A为本公开至少一个实施例提供的一种感测像素电路的结构示意图；
图2B为本公开至少一个实施例提供的另一种感测像素电路的结构示意图；
图2C为本公开至少一个实施例提供的又一种感测像素电路的结构示意图；
图3为本公开至少一个实施例提供的又一种感测像素电路的结构示意图；
图4为本公开至少一个实施例提供的再一种感测像素电路的结构示意图；
图5A为本公开至少一个实施例提供的一种图像传感器的示意图；
图5B为本公开至少一个实施例提供的另一种图像传感器的示意图；
图6A为本公开至少一个实施例提供的一种图像传感器对应的信号时序的示意图；
图6B为本公开至少一个实施例提供的另一种图像传感器对应的信号时序的示意图；
图7为本公开至少一个实施例提供的一种图像传感器的应用场景的示意图；以及
图8为本公开至少一个实施例提供的一种电子装置的示意性框图。
具体实施方式
为了使得本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的 所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了部分已知功能和已知部件的详细说明。
传统图像传感器的结构比较复杂，检测灵敏度较低。在本公开的实施例中，将单光子雪崩二极管应用在图像传感器中，包含单光子雪崩二极管的每个感测像素电路可以作为图像传感器的一个像素。当单光子雪崩二极管检测到光信号并产生预定数量的电脉冲信号时，则表示单光子雪崩二极管感测到满足一定条件的光，即具有预定数量的光子数，该满足一定条件的光可以代表要检测的特定事件，例如黑暗环境中出现了亮光。例如，在黑暗环境中，当单光子雪崩二极管检测到光信号并产生预定数量的电脉冲信号时，则表示单光子雪崩二极管感测到对应于预定数量的光子数的光，表明黑暗环境中出现了一定程度的亮光事件。又例如，在非黑暗的环境中，当单光子雪崩二极管检测到特定波长或特定波长范围内的光信号并产生预定数量的电脉冲信号时，则表示单光子雪崩二极管感测到对应于该特定波长或特定波长范围的预定光子数的光，表明该环境中出现了特定波长或特定波长范围的光照的事件。在本公开的实施例中，预定数量可以根据实际应用设定。例如，当预定数量设定为1时，表明只要检测到光子就表示事件发生。当预定数量设定为大于1时，表明需要检测到超过1个光子时才表示事件发生。将预定数量设定为大于1可以在一定程度上消除噪声或背景光的影响。包含感测像素电路的图像传感器可以在单光子雪崩二极管产生预定数量的电脉冲信号时进行数据读取操作，由此实现对特定事件的感测和成像。
根据本公开实施例的感测像素电路包括：单光子雪崩二极管和感测单元，其中，单光子雪崩二极管被配置为探测光信号并输出电脉冲信号；以及感测单元被配置为基于单光子雪崩二极管输出预定数量的电脉冲信号而输出感测信 号。在本公开的实施例提供的感测像素电路中，由于单光子雪崩二极管可以对单个光子进行检测，从而可以提高光检测的灵敏度、提升光谱响应范围以及降低功耗；此外，通过简单的器件即可对单光子雪崩二极管输出的电脉冲信号进行捕获和/或计数，从而实现事件检测，由此可以简化感测像素电路的结构，减小像素面积，增加分辨率，降低成本。
本公开的实施例还提供一种图像传感器和电子装置。图像传感器包括如上所述的感测像素电路，并可应用于本公开实施例提供的电子装置。该电子装置可以是数码相机、数码摄像机、电子光学设备等设备。
下面结合附图对本公开的实施例进行详细说明，但是本公开并不限于这些具体的实施例。
图1为本公开至少一个实施例提供的一种感测像素电路的示意性框图。
如图1所示，感测像素电路1000可以包括单光子雪崩二极管1100和感测单元1200。
单光子雪崩二极管1100被配置为探测光信号并输出电脉冲信号，例如，电脉冲信号为高电平脉冲信号。
感测单元1200被配置为基于单光子雪崩二极管输出预定数量的电脉冲信号而输出感测信号。在本公开中，当单光子雪崩二极管输出预定数量的电脉冲信号，则表示该单光子雪崩二极管感测到预定数量的光子，其可以对应于相应的事件，从而感测单元1200可以输出感测信号以指示检测到目标事件。
例如，预定数量可以为1、2、3等，预定数量可以根据实际情况设置，本公开的实施例对此不作具体限制。在本公开中，预定数量的值越大，则表示需要感测到越多的光子，才表示检测到事件发生，“预定数量为1”表示当单光子雪崩二极管感测到一个光子，则表示事件发生；“预定数量为2”表示当单光子雪崩二极管感测到两个光子，则表示事件发生；“预定数量为3”表示当单光子雪崩二极管感测到三个光子，则表示事件发生。
感测单元1200还可以被配置为在输出感测信号之后，根据复位信号进行复位操作，以等待后续光子再度触发。
例如，感测单元1200实现为任何可以进行脉冲侦测和/或计数的器件，例如，计数器、触发器、锁存器等。
例如，在一个实施例中，感测单元1200包括触发器，单光子雪崩二极管1100输出的电脉冲信号可以作为触发器的时钟信号，从而触发触发器输出感测 信号。触发器可以为D触发器、JK触发器、同步RS触发器等。
在本公开的实施例中，可以通过改变触发器的数量来改变目标计数，例如，设置预定数量的触发器，则可以实现对单光子雪崩二极管进行预定数量的电脉冲信号的计数。通过简单的器件即可容易地实现可以各种不同数量的电脉冲计数，使得该感测像素电路可以适应不同的应用场景。
在本公开的实施例提供的感测像素电路中，当单光子雪崩二极管检测到光信号并产生预定数量的电脉冲信号时，则表示单光子雪崩二极管感测到满足一定条件的光，该满足一定条件的光可以代表要检测的特定事件，从而感测单元可以输出感测信号以指示检测到该特定事件。包含感测像素电路的图像传感器可以在单光子雪崩二极管产生预定数量的电脉冲信号时进行数据读取操作，由此实现对特定事件的感测和成像。
图2A为本公开至少一个实施例提供的一种感测像素电路的结构示意图，在图2A所示的示例中，预定数量为1，即每当单光子雪崩二极管1100产生一个电脉冲信号，则表示该感测像素电路1000感测到光，该电脉冲信号触发该D触发器输出感测信号Vtr。
如图2A所示，在一个实施例中，触发器包括一个D触发器。D触发器的时钟信号端CK1连接至单光子雪崩二极管1100的输出端，D触发器的输入端D被配置为接收第一电平信号V1，D触发器的输出端Qd被配置为输出感测信号Vtr，D触发器的复位控制端R D或置位控制端S D被配置为接收复位信号Vr。
D触发器可以为边沿(例如，上升沿)触发的D触发器，从而提高D触发器的可靠性，增强抗干扰能力，此时，当单光子雪崩二极管1100探测光信号而输出一个电脉冲信号时，该电脉冲信号作为控制D触发器的时钟信号被输入至D触发器的时钟信号端CK1，在该电脉冲信号的上升沿，D触发器的输出端Qd输出第一电平信号V1作为感测信号Vtr。若第一电平信号V1为高电平信号，则感测信号Vtr为高电平信号，若第一电平信号V1为低电平信号，则感测信号Vtr为低电平信号。
在D触发器处于正常触发状态的情况下，D触发器的复位控制端R D和置位控制端S D均接收高电平信号。当将低电平信号输入至D触发器的复位控制端R D且将高电平信号输入至D触发器的置位控制端S D，可以实现将D触发器的输出端Qd复位为低电平信号；当将高电平信号输入至D触发器的复位控制端R D且将低电平信号输入至D触发器的置位控制端S D，可以实现将D触 发器的输出端Qd置位为高电平信号。
在复位信号Vr的控制下，可以对D触发器的输出端Qd进行复位操作，复位操作可以表示将D触发器的输出端Qd复位为低电平信号，也可以表示将D触发器的输出端Qd置位为高电平信号。在图2A所示的示例中，第一电平信号V1为高电平信号，当D触发器的输出端Qd输出感测信号Vtr之后，复位信号Vr(在一个示例中，复位信号Vr为低电平信号)被传输至D触发器的复位控制端R D，从而将D触发器的输出端Qd复位为低电平信号；在另一个示例中，第一电平信号V1为低电平信号，当D触发器的输出端Qd输出该感测信号Vtr之后，复位信号Vr(在一个示例中，复位信号Vr为低电平信号)被传输至D触发器的置位控制端S D，从而将D触发器的输出端Qd置位为高电平信号。
需要说明的是，在另一些实施例中，D触发器的输出端QBd被配置为输出感测信号Vtr，此时，若第一电平信号V1为高电平信号，则感测信号Vtr为低电平信号，若第一电平信号V1为低电平信号，则感测信号Vtr为高电平信号。
图2A所示的感测像素电路1000可以应用于图像传感器，此时，每当感测像素电路1000中的单光子雪崩二极管1100检测到光信号并输出一个电脉冲信号时，则表示单光子雪崩二极管1100感测到满足一定条件(即检测到一个光子)的光，该满足一定条件的光代表要检测的特定事件，由此，感测像素电路1000中的D触发器输出感测信号Vtr，此时，图像传感器可以对该感测像素电路1000进行数据读取操作，由此实现对特定事件的感测和成像。例如，图像传感器中的像素可以感测到从场景中的某个物体反射或发射的满足一定条件的光，表明发生了场景中的该物体反射或发射满足一定条件的光的事件，此时，该图像传感器输出的图像可以体现该物体的轮廓，由此实现对该物体进行感测。
图2B为本公开至少一个实施例提供的另一种感测像素电路的结构示意图，在图2B所示的示例中，预定数量为1，即当单光子雪崩二极管1100产生一个电脉冲信号时，则表示该感测像素电路感测到光，该电脉冲信号触发该同步RS触发器输出感测信号Vtr。
如图2B所示，在一个实施例中，触发器包括同步RS触发器。同步RS触发器的时钟信号端CK2连接至单光子雪崩二极管1100的输出端，同步RS触发器的置位输入端S被配置为接收第一电平信号V1，同步RS触发器的复位 输入端R被配置为接收第二电平信号V2，同步RS触发器的输出端Q被配置为输出感测信号Vtr，同步RS触发器的复位控制端R D或置位控制端S D被配置为接收复位信号Vr。
例如，第一电平信号V1为高电平信号，第二电平信号V2为低电平信号；或者，第一电平信号V1为低电平信号，第二电平信号V2为高电平信号。
同步RS触发器可以为电平触发的触发器。当单光子雪崩二极管1100探测光信号而输出一个电脉冲信号时，该电脉冲信号作为控制同步RS触发器触发的时钟信号被输入至同步RS触发器的时钟信号端CK2。在第一电平信号V1为高电平信号，第二电平信号V2为低电平信号情况下，在电脉冲信号处于高电平期间，同步RS触发器的输出端Q输出的感测信号Vtr为高电平信号；在第一电平信号V1为低电平信号，第二电平信号V2为高电平信号情况下，在电脉冲信号处于高电平期间，同步RS触发器的输出端Q输出的感测信号Vtr为低电平信号。
在同步RS触发器处于正常触发状态的情况下，同步RS触发器的复位控制端R D和置位控制端S D均接收高电平信号。当将低电平信号输入至同步RS触发器的复位控制端R D且将高电平信号输入至同步RS触发器的置位控制端S D，可以实现将同步RS触发器的输出端Q复位为低电平信号；当将高电平信号输入至同步RS触发器的复位控制端R D且将低电平信号输入至同步RS触发器的置位控制端S D，可以实现将同步RS触发器的输出端Q置位为高电平信号。
在复位信号Vr的控制下，可以对同步RS触发器的输出端Q进行复位操作，复位操作可以表示将同步RS触发器的输出端Q复位为低电平信号，也可以表示将同步RS触发器的输出端Q置位为高电平信号。如图2B所示，在一个示例中，在第一电平信号V1为高电平信号，第二电平信号V2为低电平信号情况下，当同步RS触发器的输出端Q输出高电平的感测信号Vtr之后，复位信号Vr(例如复位信号Vr为低电平信号)被传输至同步RS触发器的复位控制端R D，从而将同步RS触发器的输出端Q复位为低电平信号；在另一个示例中，在第一电平信号V1为低电平信号，第二电平信号V2为高电平信号情况下，当同步RS触发器的输出端Q输出低电平的感测信号Vtr之后，复位信号Vr(例如复位信号Vr为低电平信号)被传输至同步RS触发器的置位控制端S D，从而将同步RS触发器的输出端Q置位为高电平信号。
需要说明的是，在另一些实施例中，同步RS触发器的输出端QB被配置为输出感测信号Vtr。此时，在第一电平信号V1为高电平信号，第二电平信号V2为低电平信号情况下，在电脉冲信号处于高电平期间，同步RS触发器的输出端QB输出的感测信号Vtr为低电平信号；在第一电平信号V1为低电平信号，第二电平信号V2为高电平信号情况下，在电脉冲信号处于高电平期间，同步RS触发器的输出端QB输出的感测信号Vtr为高电平信号。
图2B所示的感测像素电路1000可以应用于图像传感器，此时，每当感测像素电路1000中的单光子雪崩二极管1100检测到光信号并输出一个电脉冲信号时，则表示单光子雪崩二极管1100感测到满足一定条件(即检测到一个光子)的光，该满足一定条件的光代表要检测的特定事件，由此，感测像素电路1000中的同步RS触发器输出感测信号Vtr，此时，图像传感器可以对该感测像素电路1000进行数据读取操作，由此实现对特定事件的感测和成像。
在一个实施例中，预定数量为n，n为大于1的整数，此时，感测单元1200包括n个D触发器和输出模块，n个D触发器级联连接；n个D触发器中的第i+1级D触发器的D输入端连接至第i级D触发器的输出端，n个D触发器中的第一级D触发器的输入端接收第一电平信号，其中，i为正整数且小于n；n个D触发器的输出端均连接至输出模块；n个D触发器的时钟信号端均连接至单光子雪崩二极管1100的输出端；n个D触发器的复位控制端或置位控制端均被配置为接收复位信号；输出模块在n个D触发器的输出端均输出第一电平信号时，输出感测信号。在该实施例中，单光子雪崩二极管1100必须崩溃n次以产生n个电脉冲信号，才表示该感测像素电路感测到光，才会产生并输出感测信号，表明检测到特定事件，从而可以降低暗噪声(Dark noise)误触发机率，提高事件检测的准确性。
例如，在一些实施例中，第一电平信号为高电平信号，输出模块为具有n输入的与门。
图2C为本公开至少一个实施例提供的又一种感测像素电路的结构示意图，在图2C所示的示例中，预定数量为2，即当单光子雪崩二极管1100产生两个电脉冲信号时，则表示该感测像素电路感测到光，从而输出模块输出感测信号Vtr。
如图2C所示，在一个示例中，n为2，即感测单元1200包括2个D触发器，输出模块包括2输入的与门(AND GATE)，该2个D触发器分别为D触 发器1和D触发器2，该2个D触发器级联设置，D触发器1为第一级D触发器，D触发器2为第二级D触发器，D触发器1的D输入端D接收第一电平信号V1，D触发器1的输出端Qd连接至D触发器2的D输入端D，D触发器1的输出端Qd还连接至与门的第一输入端a1，D触发器2的输出端Qd连接至与门的第二输入端a2，D触发器1的时钟信号端CK1和D触发器2的时钟信号端CK1均连接至单光子雪崩二极管1100的输出端，D触发器1的复位控制端R D或置位控制端S D和D触发器2的复位控制端R D或置位控制端S D被配置为接收复位信号Vr。
D触发器1和D触发器2均为边沿(例如，上升沿)触发的D触发器。在初始状态，D触发器1的输出端Qd和D触发器2的输出端Qd均输出低电平信号。当单光子雪崩二极管1100探测光信号而输出第一个电脉冲信号时，该第一个电脉冲信号作为控制D触发器1和D触发器2触发的时钟信号被输入至D触发器1的时钟信号端CK1和D触发器2的时钟信号端CK1，在该第一个电脉冲信号的上升沿，D触发器1的输出端Qd输出的信号Q1为第一电平信号V1，此时，D触发器2的输出端Qd输出的信号Q2为仍然为低电平信号，从而与门输出的信号为低电平信号；当单光子雪崩二极管1100探测光信号而输出第二个电脉冲信号时，在该第二个电脉冲信号的上升沿，D触发器1的输出端Qd输出的信号Q1为第一电平信号V1，D触发器2的输出端Qd输出的信号Q2也为第一电平信号V1，从而与门输出的信号为高电平信号，该高电平信号即为感测信号Vtr。
例如，在另一些实施例中，第一电平信号V1为低电平信号，输出模块可以在接收到n个D触发器输出的n个低电平信号时，输出低电平的感测信号Vtr。例如，输出模块可以包括具有n输入的与非门和n个非门，若n为2，此时，输出模块包括具有2输入的与非门和2个非门，D触发器1的输出端Qd连接至一个非门的输入端，该一个非门的输出端连接至与非门的一个输入端，D触发器2的输出端Qd连接至另一个非门的输入端，该另一个非门的输出端连接至与非门的另一个输入端。D触发器1和D触发器2的其余连接关系与图2C中的一致，重复之处不再赘述。此时，当D触发器1的输出端Qd输出的信号Q1为低电平的第一电平信号V1，D触发器2的输出端Qd输出的信号Q2也为低电平的第一电平信号V1，从而与非门输出的信号为低电平信号，该低电平信号即为感测信号Vtr。
需要说明的是，输出模块的具体结构可以根据实际情况设置，本公开对此不作具体限制。
在图2C所示的示例中，在一个示例中，第一电平信号V1为高电平信号，当与门输出感测信号Vtr之后，复位信号Vr(复位信号Vr为低电平信号)被传输至D触发器1的复位控制端R D和D触发器2的复位控制端R D，从而将D触发器1的输出端Qd和D触发器2的输出端Qd均复位为低电平信号；在另一个示例中，第一电平信号V1为低电平信号，当与门输出该感测信号Vtr之后，复位信号Vr(复位信号Vr为低电平信号)被传输至D触发器1的置位控制端S D和D触发器2的置位控制端S D，从而将D触发器1的输出端Qd和D触发器2的输出端Qd均置位为高电平信号。
图2C所示的感测像素电路1000可以应用于图像传感器，此时，每当感测像素电路1000中的单光子雪崩二极管1100检测到光信号并输出两个电脉冲信号时，则表示单光子雪崩二极管1100感测到满足一定条件(即检测到两个光子)的光，该满足一定条件的光代表要检测的特定事件，由此，感测像素电路1000中的与门输出感测信号Vtr，此时，图像传感器可以对该感测像素电路1000进行数据读取操作，由此实现对特定事件的感测和成像。由于在该示例中，单光子雪崩二极管1100必须崩溃2次，感测像素电路1000才会输出感测信号以指示检测到特定事件，从而可以降低暗噪声误触发机率，提高事件感测的准确性，避免误感测。
图3为本公开至少一个实施例提供的又一种感测像素电路的结构示意图。
如图3所示，在一个实施例中，预定数量为1，感测单元1200为RS锁存器(RS latch)。RS锁存器的置位端S与单光子雪崩二极管1100的输出端连接；RS锁存器的复位端R被配置为接收复位信号Vr；RS锁存器的输出端Q被配置为输出感测信号Vtr。
当单光子雪崩二极管1100探测光信号而输出一个高电平的电脉冲信号时，该电脉冲信号被传输至RS锁存器的置位端S，RS锁存器的输出端Q输出高电平的感测信号Vtr。
在图3所示的示例中，复位信号Vr为高电平信号，当RS锁存器的输出端Q输出该感测信号Vtr之后，复位信号Vr被传输至RS锁存器的复位端R，从而将RS锁存器的输出端Q复位为低电平信号。
需要说明的是，在另一些实施例中，RS锁存器的输出端QB被配置为输 出感测信号Vtr，此时，感测信号Vtr为低电平信号。
例如，在一些实施例中，感测单元1200可以包括计数器，计数器被配置为对单光子雪崩二极管1100输出的电脉冲信号进行计数以得到计数值，并在计数值等于预定数量时输出感测信号。
例如，计数器可以为数字计数器等。
图4为本公开至少一个实施例提供的再一种感测像素电路的结构示意图。
如图4所示，在一个实施例中，预定数量为1，感测单元1200为RS锁存器(RS latch)。图4所示的RS锁存器的功能和连接方式与图3所示的RS锁存器的功能和连接方式均相同，在此不再赘述。
图3和图4所示的感测像素电路1000应用于图像传感器，此时，每当感测像素电路1000中的单光子雪崩二极管1100检测到光信号并输出一个电脉冲信号时，则表示单光子雪崩二极管1100感测到满足一定条件(即检测到一个光子)的光，该满足一定条件的光代表要检测的特定事件，由此，感测像素电路1000中的RS锁存器输出感测信号Vtr，此时，由于该感测像素电路1000感测到特定事件，从而图像传感器可以对该感测像素电路1000进行数据读取操作，由此实现对特定事件的感测和成像。
例如，如图2A～图4所示，感测像素电路1000还包括淬灭电路(quenching circuit)，淬灭电路用于对单光子雪崩二极管1100进行淬灭复位。在图2A～图3所示的示例中，淬灭电路连接至单光子雪崩二极管1100的正极，单光子雪崩二极管1100的负极接收偏置电压V DD，该偏置电压V DD为高电平电压；在图4所示的示例中，淬灭电路连接至单光子雪崩二极管1100的负极，单光子雪崩二极管1100的正极接收偏置电压V SS，该偏置电压V SS为低电平电压。
需要说明的是，图4以感测单元1200为RS锁存器为例，但是应当理解，在不矛盾的情况下，图4所示的淬灭电路的连接方式适应于本公开的图2A～图3中任一所示的单光子雪崩二极管1100。
本公开的实施例提供的感测像素电路1000可以应用于图像传感器，此时，当单光子雪崩二极管输出预定数量的电脉冲信号时，则表示单光子雪崩二极管感测到对应于预定数量的光子数的光，表明出现了特定事件，从而使得感测像素电路1000输出感测信号，由此实现事件的侦测输出，有别于传统图像传感器受限于电流转电压操作模式而导致图像传感器的结构较为复杂，占用面积较大，在本公开中，通过简单的器件进行电脉冲信号的捕获和/或计数从而实现事 件检测，由此可以简化图像传感器中的感测像素电路的结构，减小像素面积，增加分辨率，降低成本；此外，有别于传统图像传感器通过常规光电二极管进行光检测而导致检测灵敏度较低，在本公开中，由于利用单光子雪崩二极管实现光检测，从而可以提高光检测的灵敏度，进而提高事件检测的灵敏度，还可以提升光谱响应范围以及降低功耗。
本公开至少一个实施例还提供一种图像传感器，在一个实施例中，该图像传感器可以为事件相机(Event-based Camera，也称动态视觉传感器(DVS，Dynamic Vision Sensor))。
图5A为本公开至少一个实施例提供的一种图像传感器的示意图，图5B为本公开至少一个实施例提供的另一种图像传感器的示意图，图6A为本公开至少一个实施例提供的一种图像传感器对应的信号时序的示意图，图6B为本公开至少一个实施例提供的另一种图像传感器对应的信号时序的示意图。图6A所示的信号时序的示意图对应于图5A所示的图像传感器，图6B所示的信号时序的示意图对应于图5B所示的图像传感器。
如图5A和图5B所示，图像传感器2000可以包括阵列排布的多个感测像素单元Px，多个感测像素单元Px排列为M行N列，即多个感测像素单元Px阵列排列以形成多个感测像素单元行Row，如图5A和图5B示出了两个感测像素单元行Row1和RowM。
图5A和图5B示出了4个感测像素单元Px(1,1)、Px(1,N)、Px(M,1)和Px(M,N)，分别位于第一行第一列，第一行第N列，第M行第一列和第M行第N列。多个感测像素单元Px的结构可以相同，下面以感测像素单元Px(1,1)为例进行描述。
例如，每个感测像素单元Px包括本公开上述任一实施例所述的感测像素电路1000。在图5A和图5B中，以感测像素电路1000为图3所示的感测像素电路1000为例进行描述，但是应该理解，每个感测像素单元Px中的感测像素电路可以为图2A～图4任一示出的感测像素电路1000。
例如，如图5A所示，在一个实施例中，图像传感器2000还包括行解码器2100、行仲裁器2200和读取电路2300，每个感测像素单元Px还包括输出请求电路2001和输出电路2002。
输出请求电路2001被配置为基于感测像素电路1000输出的感测信号，输出请求信号Vreq至行仲裁器2200，即当感测像素电路1000输出的感测信号 时，输出请求电路2001输出该请求信号Vreq至行仲裁器2200。在图5A所示的示例中，输出请求电路2001包括第一晶体管T1，第一晶体管T1的栅极连接至感测像素电路1000的输出端Q，以接收感测像素电路1000输出的感测信号；第一晶体管T1的第一极接收请求信号Vreq，例如，第一晶体管T1的第一极可以接地，以接收接地信号作为请求信号Vreq；第一晶体管T1的第二极通过请求信号线Rrq连接至行仲裁器2200。
行仲裁器2200被配置为在接收到多个感测像素单元Px中的至少一个感测像素单元输出的请求信号Vreq时进行仲裁，以确定目标感测像素单元，且控制行解码器2100输出与目标感测像素单元对应的行选择信号。行仲裁器2200可以避免不同行的感测像素单元同时输出，从而避免读取数据出现错误，例如，若感测像素单元Px(1,1)和Px(M,1)同时输出请求信号Vreq至行仲裁器2200，行仲裁器2200可以通过其内部的判断机制进行选择，以确定优先读取哪个感测像素单元，若优先读取感测像素单元Px(1,1)，则感测像素单元Px(1,1)作为目标感测像素单元；若优先读取感测像素单元Px(M,1)，则感测像素单元Px(M,1)作为目标感测像素单元。
需要说明的是，行仲裁器2200可以仲裁多个目标感测像素单元，该多个目标感测像素单元位于同一行，也就是说，位于同一行的多个目标感测像素单元可以同时进行数据读取。例如，若目标感测像素单元Px(1,1)和Px(1,N)同时输出请求信号至行仲裁器2200，由于目标感测像素单元Px(1,1)和Px(1,N)位于同一行，此时行仲裁器2200可以仲裁确定目标感测像素单元Px(1,1)和Px(1,N)均为目标感测像素单元，从而可以同时对目标感测像素单元Px(1,1)和Px(1,N)进行数据读取。
目标感测像素单元Px中的输出电路2002被配置为接收行解码器2100输出的行选择信号，并在行选择信号的控制下，输出数据Q_OUT至读取电路2300。
例如，在图5A所示的示例中，输出电路2002包括第二晶体管T2和第三晶体管T3，第二晶体管T2的栅极通过行选择信号线Rse连接至行解码器2100以接收对应的行选择信号Vrse，第二晶体管T2的第一极连接至第三晶体管T3的第二极，第二晶体管T2的第二极连接至读取电路2300，例如第二晶体管T2的第二极通过读取线DL连接至读取电路2300；第三晶体管T3的栅极连接至感测像素电路1000的输出端Q，以接收感测像素电路1000输出的感测信号Vtr，第三晶体管T3的第一极接收数据Q_OUT，例如，第三晶体管T3的第一 极可以接地，以接收接地信号作为数据Q_OUT。
例如，每个感测像素单元Px中的感测像素电路1000的复位端通过复位信号线RL连接至读取电路2300，读取电路2300被配置为在接收到目标感测像素单元输出的数据之后输出复位信号至目标感测像素单元，以对目标感测像素单元中的感测像素电路进行复位。如图5A所示，感测像素单元Px(1,1)中的感测像素电路1000的复位端R通过复位信号线RL连接至读取电路2300，读取电路2300可以经由复位信号线RL将复位信号Vr传输至感测像素单元Px(1,1)中的感测像素电路1000的复位端R，以实现对感测像素单元Px(1,1)中的感测像素电路1000的输出端Q进行复位操作。
例如，在图5A所示的示例中，位于同一行的感测像素单元Px连接至同一条请求信号线和同一条行选择信号线，例如，感测像素单元Px(1,1)和Px(1,N)连接至同一条请求信号线Rrq和同一条行选择信号线Rse。
例如，在图5A所示的示例中，位于同一列的感测像素单元Px连接至相同的读取线DL和相同的复位信号线RL，例如，感测像素单元Px(1,1)和Px(M,1)连接至同一条读取线DL和同一条复位信号线RL。
在图5A所示的示例中，读取电路2300读取数据的方式是基于像素(pixel-base)感测到光而执行的。图6A示出pixel-base方式进行数据读取的信号时序的示意图。
如图6A所示，在时段t1中，第K感测像素单元行的一个感测像素单元Px(以下称为感测像素单元PxK)输出请求信号Vreq_K至行仲裁器2200，通过行仲裁器2200仲裁之后确定该感测像素单元PxK为目标感测像素单元，从而行仲裁器2200控制行解码器2100输出与第K感测像素单元行对应的行选择信号Vrse_K至第K感测像素单元行，此时，读取电路2300读取该感测像素单元PxK的数据Q_OUTK，在读取电路2300读取数据Q_OUTK之后，可以输出高电平(1)的复位信号Vr至感测像素单元PxK的复位端，以对感测像素单元PxK进行复位。
如图6A所示，在时段t4中，第H感测像素单元行的一个感测像素单元Px(以下称为感测像素单元PxH)输出请求信号Vreq_H至行仲裁器2200，通过行仲裁器2200仲裁之后确定该感测像素单元PxH为目标感测像素单元，从而行仲裁器2200控制行解码器2100输出与第H感测像素单元行对应的行选择信号Vrse_H至第H感测像素单元行，此时，读取电路2300读取该感测像素 单元PxH的信号Q_OUTH，在读取电路2300读取信号Q_OUTH之后，可以输出高电平(1)的复位信号Vr至感测像素单元PxH的复位端，以对感测像素单元PxH进行复位。
如图6A所示，在时段t2、时段t3和时段t5中，没有感测像素单元输出请求信号(即NA)，从而读取电路2300不读取数据，由此可以节省功耗。
例如，如图5B所示，在一个实施例中，图像传感器2000还包括行解码器2100和读取电路2300，每个感测像素单元Px还包括输出电路2003。
行解码器2100被配置为分时输出多个行选择信号分别至多个感测像素单元行Row。
每个感测像素单元Px的输出电路2003被配置为在感测像素单元Px所在的感测像素单元行对应的行选择信号的控制下，输出感测像素单元Px的感测像素电路输出的感测信号至读取电路2300。
在图5B所示的示例中，输出电路2003可以包括开关SW，开关SW的控制端被配置为与对应的行选择信号线Rse连接以接收对应的行选择信号；开关SW的输出端通过读取线DL连接至读取电路2300；开关SW的输入端连接至感测像素电路1000中的输出端Q，以接收感测像素电路1000输出的感测信号。当开关SW在对应的行选择信号的控制下导通时，感测信号被输出至读取电路2300。
例如，行解码器2100还被配置为分时输出多个复位信号分别至多个感测像素单元行Row，以分别对多个感测像素单元行Row中的感测像素单元进行复位。在图5B所示的示例中，感测像素单元Px(1,1)中的感测像素电路1000的复位端R通过复位信号线RL连接至行解码器2100，行解码器2100可以经由复位信号线RL将复位信号传输至感测像素单元Px(1,1)中的感测像素电路1000的复位端R，以实现对感测像素单元Px(1,1)中的感测像素电路1000的输出端Q进行复位操作。
例如，在图5B所示的示例中，位于同一行的感测像素单元Px连接至同一条行选择信号线和同一条复位信号线，例如，感测像素单元Px(1,1)和Px(1,N)连接至同一条行选择信号线Rse和同一条复位信号线RL。
例如，在图5B所示的示例中，位于同一列的感测像素单元Px连接至相同的读取线DL，例如，感测像素单元Px(1,1)和Px(M,1)连接至同一条读取线DL。
在图5B所示的示例中，读取电路2300读取数据的方式是基于帧(frame- base)而执行的。在frame-base方式中，可以分时依次对图像传感器2000中的各个感测像素单元行进行扫描并读取数据。图6B示出frame-base方式进行数据读取的信号时序的示意图。
如图6B所示，在时段t1～tM中，行解码器2100依次输出行选择信号Vrse_1～Vrse_M分别至M个感测像素单元行，从而使得M个感测像素单元行分别输出信号Vtr_1～Vtr_M。例如，在时段t1中，行解码器2100输出行选择信号Vrse_1至第一感测像素单元行，读取电路2300读取信号Vtr_1；在读取电路2300读取信号Vtr_1之后，行解码器2100可以输出高电平的复位信号Vr至第一感测像素单元行中的所有感测像素单元的复位端，以对第一感测像素单元行中的所有感测像素单元进行复位；依次类推，在时段tM中，行解码器2100输出行选择信号Vrse_M至第M感测像素单元行，读取电路2300读取信号Vtr_M；在读取电路2300读取信号Vtr_M之后，行解码器2100可以输出高电平(1)的复位信号Vr至第M感测像素单元行中的所有感测像素单元的复位端，以对第M感测像素单元行中的所有感测像素单元进行复位。
例如，在图6B所示的示例中，时段t1～tM中的每个时段可以为一帧(frame)。
例如，信号Vtr_1～Vtr_M中的每一个包括一个感测像素单元行中的所有感测像素单元的输出端输出的信号，例如，该信号Vtr_1包括第一感测像素单元行中的所有感测像素单元输出的信号，该信号Vtr_M包括第M感测像素单元行中的所有感测像素单元输出的信号。信号Vtr_1～Vtr_M中的每一个可能包括至少一个感测信号，也可能不包括感测信号。在一个示例中，读取电路2300读取第二感测像素单元行得到信号Vtr_2，在读取信号Vtr_2时，该第二感测像素单元行的第一个感测像素单元、第X个感测像素单元和第M个感测像素单元分别输出高电平的感测信号Vtr_21、Vtr_2X和Vtr_2M，该第二感测像素单元行的其余感测像素单元输出的信号均为低电平信号，则该信号Vtr_2包括感测信号Vtr_21、感测信号Vtr_2X、感测信号Vtr_2M以及其余感测像素单元输出的低电平信号。
图7为本公开至少一个实施例提供的一种图像传感器的应用场景的示意图。
例如，如图7所示，在一些实施例中，图像传感器2000还包括滤波模块2400。滤波模块2400设置在感测像素电路中的单光子雪崩二极管的光入射端，且被配置为对入射到单光子雪崩二极管中的光进行滤波，以使得预定波长的光 被入射到单光子雪崩二极管中。
在图7所示的应用场景中，通过设置滤波模块2400以滤除各种不需要被检测的背景光，以使得单光子雪崩二极管仅仅检测预定波长或预定波长范围内的光信号，避免非检测光(例如，背景环境光等)的干扰，提高事件感测的准确性，同时可以使得图像传感器2000可以适应各种环境，扩大其应用范围。
像素单元阵列为图5A和图5B所示的多个感测像素单元Px构成的阵列，光源模块2700发出的待测光通过光发射组件2600进行处理之后入射到待测对象上，然后，待测对象对光源模块2700发出的待测光和背景光进行反射，该反射光依次经由光接收组件2500和滤波模块2400之后，该反射光中的待测光入射至像素单元阵列上。像素单元阵列中的每个感测像素单元中的感测像素电路的单光子雪崩二极管感测该待测光，每当单光子雪崩二极管感测该待测光而输出预定数量的电脉冲信号时，该感测像素电路的感测单元输出感测信号，即表示感测像素电路感测到光；然后，该感测像素单元中的输出请求电路输出请求信号至行仲裁器，当行仲裁器确定需要对该感测像素单元进行数据读取，则行仲裁器控制行解码器输出与该感测像素单元对应的行选择信号，该感测像素单元的输出电路在该对应的行选择信号的控制下，输出该感测像素单元的感测像素电路输出的感测信号至读取电路，从而实现数据读取，至此图像传感器2000实现事件检测。
例如，光源模块2700可以包括激光光源等。光源模块2700发出的待测光的波长可以为940纳米。
例如，光接收组件2500和光发射组件2600的具体结构可以根据实际情况设置，本公开不作限制。光接收组件2500和光发射组件2600中的每个可以包括至少一个透镜。
在图7所示的示例中，滤波模块2400位于光接收组件2500和像素单元阵列之间。本公开不限于此，滤波模块2400也可以涂布在光接收组件2500中的透镜的表面；或者，滤波模块2400也可以涂布在像素单元阵列的表面。本公开对滤波模块2400的位置不作具体限制，只要滤波模块2400能够在由待测对象反射的反射光入射到单光子雪崩二极管之前对该反射光进行滤波即可。
例如，图像传感器2000可以设置在电动汽车上，此时，该待测对象可以为电动汽车之外的物体，例如，人、动物、植物(例如，树木)、汽车等。例如，图像传感器2000可以设置在监控设备上，当监控设备用于对房间进行监控时， 该待测对象可以为房间中的物体，例如，家电设备、家具(例如，桌子、椅子等)、房间中的人、动物和植物等。
图像传感器可以实现与前述感测像素电路相似或相同的技术效果，在此不再赘述。
本公开至少一个实施例还提供一种电子装置。图8为本公开至少一个实施例提供的一种电子装置的示意性框图。
如图8所示，电子装置3000包括图像传感器3001，图像传感器3001可以为本公开任一实施例所述的图像传感器，例如，上述图像传感器2000，关于图像传感器3001所实现的功能的具体说明可以参考上述图像传感器2000的相关描述。
图8所示的电子装置3000的组件和结构只是示例性的，而非限制性的，根据需要，该电子装置3000还可以包括其他组件和结构。
例如，电子装置3000可以包括光源模块，光源模块被配置为发射具有预定波长的待测光。例如，光源模块可以为图7所示的光源模块2700，关于光源模块的具体说明可以参考上述对于光源模块2700的描述，重复之处不再赘述。预定波长可以为940纳米，然而本公开对此不作具体限制，预定波长可以根据实际情况设置。
需要说明的是，本公开不限于此，光源模块被配置为发射处于预定波长范围内的待测光，即图像传感器3001可以对预定波长范围内的光进行检测。
例如，图像传感器3001被配置为感测被待测对象反射的待测光。
例如，在一些实施例中，电子装置3000还可以包括光接收组件和光发射组件。例如，光接收组件可以实现汇聚光的作用，光发射组件可以实现发散光的作用。光接收组件和光发射组件可以分别为图7所示的光接收组件2500和光发射组件2600，关于光接收组件和光发射组件的具体说明可以参考上述对于光接收组件2500和光发射组件2600的描述，重复之处不再赘述。
例如，电子装置3000可以为数码相机、数码摄像机、电子光学设备等。例如，电子装置3000可以设置在监控设备、电动汽车等上。
电子装置3000可以实现与前述图像传感器相似或相同的技术效果，在此不再赘述。
本公开的至少一个实施例提供一种感测像素电路、图像传感器和电子装置，利用单光子雪崩二极管的特性，通过计数单光子雪崩二极管产生预定数量的电 脉冲信号来达成特定事件的侦测输出，从而实现事件检测，使得图像传感器能够实现特定事件的检测和成像。由于单光子雪崩二极管可以对单个光子进行检测，从而可以提高光检测的灵敏度、提升光谱响应范围以及降低功耗；此外，通过简单的器件即可对单光子雪崩二极管输出的电脉冲信号进行捕获和/或计数，从而实现事件检测，由此可以简化感测像素电路的结构，减小像素面积，增加分辨率，降低成本。此外，结合光源模块输出特定波长或特定波长范围内的光信号并结合滤波模块滤除除了特定波长或特定波长范围内的光信号之外的光，以使得单光子雪崩二极管仅感测该特定波长或特定波长范围内的光信号，可以使得应用单光子雪崩二极管的图像传感器可以应用在任意环境中，以适应各种不同的场景，扩大其应用范围。
对于本公开，还有以下几点需要说明：
(1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
(2)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上所述仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (17)

  1. 一种感测像素电路，包括：单光子雪崩二极管和感测单元，其中，
    所述单光子雪崩二极管被配置为探测光信号并输出电脉冲信号；以及
    所述感测单元被配置为基于所述单光子雪崩二极管输出预定数量的电脉冲信号而输出感测信号。
  2. 根据权利要求1所述的感测像素电路，其中，
    所述感测单元包括触发器。
  3. 根据权利要求2所述的感测像素电路，其中，
    所述预定数量为1；
    所述触发器包括D触发器；
    所述D触发器的时钟信号端连接至所述单光子雪崩二极管的输出端；
    所述D触发器的D输入端被配置为接收第一电平信号；
    所述D触发器的输出端被配置为输出所述感测信号；以及
    所述D触发器的复位控制端或置位控制端被配置为接收复位信号。
  4. 根据权利要求2所述的感测像素电路，其中，
    所述预定数量为1；
    所述触发器包括同步RS触发器，
    所述同步RS触发器的时钟信号端连接至所述单光子雪崩二极管的输出端，
    所述同步RS触发器的置位输入端被配置为接收第一电平信号；
    所述同步RS触发器的复位输入端被配置为接收第二电平信号；
    所述同步RS触发器的输出端被配置为输出所述感测信号；以及
    所述同步RS触发器的复位控制端或置位控制端被配置为接收复位信号。
  5. 根据权利要求1所述的感测像素电路，其中，
    所述预定数量为n，n为大于1的整数；
    所述感测单元包括n个D触发器和输出模块，所述n个D触发器级联连接；
    所述n个D触发器中的第i+1级D触发器的D输入端连接至第i级D触发器的输出端，所述n个D触发器中的第一级D触发器的输入端接收第一电平信号，其中，i为正整数且小于n；
    所述n个D触发器的输出端均连接至所述输出模块；
    所述n个D触发器的时钟信号端均连接至所述单光子雪崩二极管的输出端；
    所述n个D触发器的复位控制端或置位控制端均被配置为接收复位信号；
    所述输出模块在所述n个D触发器的输出端均输出所述第一电平信号时，输出所述感测信号。
  6. 根据权利要求5所述的感测像素电路，其中，所述第一电平信号为高电平信号，所述输出模块为具有n输入的与门。
  7. 根据权利要求1所述的感测像素电路，其中，
    所述感测单元为RS锁存器；
    所述RS锁存器的置位端与所述单光子雪崩二极管的输出端连接；
    所述RS锁存器的复位端被配置为接收复位信号；以及
    所述RS锁存器的输出端被配置为输出所述感测信号。
  8. 根据权利要求1所述的感测像素电路，其中，
    所述感测单元包括计数器；以及
    所述计数器被配置为对所述单光子雪崩二极管输出的电脉冲信号进行计数以得到计数值，并在所述计数值等于所述预定数量时输出所述感测信号。
  9. 根据权利要求1～8中的任一项所述的感测像素电路，其中，
    所述感测单元还被配置为在输出所述感测信号之后，根据复位信号进行复位操作。
  10. 一种图像传感器，包括阵列排布的多个感测像素单元，
    其中，每个感测像素单元包括根据权利要求1～9任一项所述的感测像素电路。
  11. 根据权利要求10所述的图像传感器，还包括：行解码器和行仲裁器，
    其中，每个感测像素单元还包括输出请求电路；
    所述输出请求电路被配置为基于所述感测像素电路输出的感测信号，输出请求信号至所述行仲裁器；
    所述行仲裁器被配置为在接收到所述多个感测像素单元中的至少一个感测像素单元输出的请求信号时进行仲裁，以确定目标感测像素单元，且控制所述行解码器输出与所述目标感测像素单元对应的行选择信号。
  12. 根据权利要求11所述的图像传感器，还包括读取电路，其中，
    所述读取电路被配置为在接收到所述目标感测像素单元输出的数据之后 输出复位信号至所述目标感测像素单元，以对所述目标感测像素单元中的感测像素电路进行复位。
  13. 根据权利要求10所述的图像传感器，还包括：行解码器和读取电路，其中，
    所述多个感测像素单元阵列排列以形成多个感测像素单元行，
    每个感测像素单元还包括输出电路，
    所述行解码器被配置为分时输出多个行选择信号分别至所述多个感测像素单元行；
    每个感测像素单元的输出电路被配置为在所述感测像素单元所在的感测像素单元行对应的行选择信号的控制下，输出所述感测像素单元的感测像素电路输出的感测信号至所述读取电路。
  14. 根据权利要求13所述的图像传感器，其中，所述行解码器还被配置为分时输出多个复位信号分别至所述多个感测像素单元行，以分别对所述多个感测像素单元行中的感测像素单元进行复位。
  15. 根据权利要求10～14任一项所述的图像传感器，还包括：滤波模块，其中，
    所述滤波模块设置在所述感测像素电路中的单光子雪崩二极管的光入射端，且被配置为对入射到所述单光子雪崩二极管中的光进行滤波。
  16. 一种电子装置，包括：根据权利要求10～15任一项所述的图像传感器。
  17. 根据权利要求16所述的电子装置，还包括：光源模块，其中，
    所述光源模块被配置为发射具有预定波长的待测光；并且
    所述图像传感器被配置为感测被待测对象反射的待测光。
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