成像传感器阵列中的异常时钟频率检测的制作方法
【专利说明】成像传感器阵列中的异常时钟频率检测
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年3月15日提交的、美国临时专利申请N0.61/793，181和2012年12月14日提交的、美国临时专利申请N0.61/737，678的优先权，这两篇专利的题目均为“ABNORMAL CLOCK RATE DETECT1N IN IMAGING SENSOR ARRAYS”，通过引用的方式将其作为整体合并于此。
[0003]本申请要求2012 年 12 月 31 日提交的、题为“COMPACT MULT1-SPECTRUM IMAGINGWITH FUS1N”的美国临时专利申请N0.61/748，018的优先权，通过引用的方式将其作为整体合并于此。
技术领域
[0004]本发明的一个或者多个实施例总体上涉及成像装置，更具体的，例如，涉及检测这种装置使用的时钟信号的时钟频率。
【背景技术】
[0005]成像传感器装置(例如，红外传感器阵列或可见光传感器阵列)可以典型地包括其定时可以依赖于时钟信号以便执行例如以指定的帧率捕获图像帧的操作的各种部件。因此，可能要求成像传感器装置使用的时钟信号工作在期望范围内的频率(例如，时钟频率)以确保成像传感器装置的正确工作、确保符合相关的规则(例如，对帧率的输出控制限制)、和/或防止损坏成像传感器装置的各个部件。
[0006]因为通常由外部源(例如，主机装置上的时钟发生器)向成像传感器装置提供该时钟信号，所以时钟信号可以有意或无意地改变到具有超出期望的正常范围的时钟频率。由于这种异常时钟信号，成像传感器装置可能会损坏、可能不符合规则要求、或无法实现预期或期望的功能。然而，传统的成像传感器装置不能以有效且高效的方式检测和/或防止该异常时钟频率。
【发明内容】
[0007]提供了检测装置(例如，成像传感器装置(例如，红外和/或可见光成像装置))中的异常时钟频率的各种技术。在一个例子中，装置可以包括时钟频率检测电路，其可容易地集成为装置的一部分以提供对异常时钟频率的有效检测。装置可以包括斜坡发生器、计数器、和/或已经实现为装置的一部分的其他部件。斜坡发生器可以不依赖于提供给装置的时钟信号产生斜坡信号，而计数器可以响应于所述时钟信号而递增或递减计数值。装置可以包括比较器，其适于当斜坡信号达到参考信号时选择计数器的当前计数值。装置的处理器可适于:基于选择的计数值，确定时钟信号是否以可接受的频率范围操作。
[0008]在一个实施例中，装置包括:计数器，其适于接收时钟信号并响应于所述时钟信号而调整计数值；斜坡发生器，其适于产生具有不依赖于所述时钟信号的斜率的斜坡信号；比较器，其适于接收参考信号和所述斜坡信号，并响应于所述参考信号和所述斜坡信号而选择所述当前计数值；以及处理器，其适于基于选择的计数值确定所述时钟信号的频率是否处于特定范围内。
[0009]在另一个例子中，一种方法包括:响应于时钟信号而调整计数值；产生具有不依赖于所述时钟信号的斜率的斜坡信号；响应于所述参考信号和所述斜坡信号而选择所述当前计数值；以及基于选择的计数值确定所述时钟信号的频率是否处于特定范围内。
[0010]本发明的范围由权利要求书限定，通过引用的方式将这部分合并于此。通过考虑下面对一个或者多个实施例的详细描述，将会向本领域技术人员提供对本发明实施例的更加完整的理解以及其中附加的优点的实现。下面将参考首先会简要描述的附图。
【附图说明】
[0011]图1示出了根据本公开实施例的、被配置为在主机装置中实现的红外成像模块。
[0012]图2示出了根据本公开实施例的、装配后的红外成像模块。
[0013]图3示出了根据本公开的实施例的、并列的置于插座之上的红外成像模块的分解图。
[0014]图4示出了根据本公开的实施例的、包括红外传感器阵列的红外传感器组件的框图。
[0015]图5示出了根据本公开实施例的、确定非均匀性校正(NUC)项的各种操作的流程图。
[0016]图6示出了根据本公开实施例的、相邻像素之间的差值。
[0017]图7示出了根据本公开实施例的平场校正技术。
[0018]图8示出了根据本公开实施例的、应用在图像处理流水线中的图5的各种图像处理技术和其他操作。
[0019]图9示出了根据本公开实施例的时域噪声削减步骤。
[0020]图10示出了根据本公开实施例的、图8的图像处理流水线的几个步骤的具体的实施细节。
[0021]图11示出了根据本公开实施例的、附近像素中的空间相关的固定模式噪声(FPN)。
[0022]图12示出了根据本公开实施例的、包括红外传感器阵列和低压差稳压器的红外传感器组件的另一个实现方式的框图。
[0023]图13示出了根据本公开实施例的、图12的红外传感器组件的一部分的电路图。
[0024]图14示出了根据本公开实施例的、红外传感器组件的一部分的电路的示意图。
[0025]图15示出了根据本公开实施例的、检测提供给红外传感器组件的异常时钟频率的电路的不意图。
[0026]图16示出了根据本公开实施例的、检测提供给红外传感器组件的异常时钟频率的过程的流程图。
[0027]图17示出了根据本公开实施例的、温度传感器电路的示意图。
[0028]通过参考下面的详细说明，将会更好的理解本发明的实施例及其优点。应当理解的是，相同的参考数字用于表示在一副或者多幅附图中示出的相同元件。
【具体实施方式】
[0029]图1示出了根据本公开实施例的、被配置为在主机装置102中实现的红外成像模块100 (例如，红外照相机或者红外成像装置)。在一个或者多个实施例中，可根据晶圆级封装技术或者其他封装技术，实现小形状因子的红外成像模块100。
[0030]在一个实施例中，红外成像模块100可被配置为在小型的便携式主机装置102中实现，例如，移动电话、平板电脑装置、膝上型电脑装置、个人数字助理、可见光照相机、音乐播放器或者任何其他合适的移动装置。就这方面而言，红外成像模块100可用于向主机装置102提供红外成像功能。例如，红外成像模块100可被配置为捕获、处理、和/或管理红外图像，并将该红外图像提供给主机装置102，主机装置102能够以任何期望的方式来使用该红外图像(例如，对该红外图像进行进一步的处理、存储到存储器中、显示、由运行在主机装置102中的各种应用程序使用、输出到其他装置、或者其他应用)。
[0031]在各种实施例中，红外成像模块100可被配置为在低电压电平和宽温度范围内工作。例如，在一个实施例中，红外成像模块100可使用约2.4伏、2.5伏、2.8伏或更低的电压的电源工作，并且可在约_20°C到约+60°C的温度范围中工作(例如，在约80°C的环境温度范围中提供合适的动态范围和性能)。在一个实施例中，通过使红外成像模块100在低电压电平下工作，与其他类型的红外成像装置相比，红外成像模块100自身所产生的热量较少。因此，红外成像模块100在工作时，可利用简化的措施来补偿这种自身产生的热量。
[0032]如图1所示，主机装置102可包括插座104、快门105、运动传感器194、处理器195、存储器196、显示器197和/或其他部件198。插座104可被配置为如箭头101所示的接收红外成像模块100。就这方面而言，图2示出了根据本公开实施例的、装配在插座104中的红外成像模块100。
[0033]可由一个或者多个加速度计、陀螺仪或者可用于检测主机装置102的运动的其他合适的装置来实现运动传感器194。处理模块160或者处理器195可对运动传感器194进行监控并且运动传感器194向处理模块160或者处理器195提供信息，以检测运动。在各种实施例中，运动传感器194可实现为主机装置102的一部分(如图1所示)，也可实现为红外成像模块100、或者连接到主机装置102或与主机装置102接触的其他装置的一部分。
[0034]处理器195可实现为任何合适的处理装置(例如，逻辑装置、微控制器、处理器、专用集成电路(ASIC)或者其他装置)，主机装置102可使用上述处理装置来执行适当的指令，例如，存储在存储器196中的软件指令。显示器197可用于显示捕获的和/或处理后的红外图像和/或其他图像、数据和信息。其他部件198可用于实现主机装置102的任何功能，如可能期望的各种应用(例如，时钟、温度传感器、可见光照相机或者其他部件)。另外，机器可读介质193可用于存储非临时性指令，可将该非临时性指令加载到存储器196中并由处理器195执行。
[0035]在各种实施例中，可大量生产红外成像模块100和插座104，以推动它们的广泛应用，例如，其可应用在移动电话或者其他装置(例如，需要小形状因子的装置)中。在一个实施例中，当红外成像模块100安装到插座104中时，红外成像模块100和插座104的组合所显示出的整体尺寸大约为8.5mmX 8.5mmX 5.9mm。
[0036]图3示出了根据本公开的实施例的、并列的置于插座104之上的红外成像模块100的分解图。红外成像模块100可包括透镜镜筒110、外壳120、红外传感器组件128、电路板170、基座150和处理模块160。
[0037]透镜镜筒110可至少部分的装入光学元件180 (例如，透镜)，通过透镜镜筒110中的孔112，所述光学元件180在图3中部分的可见。透镜镜筒110可包括大致呈圆柱形的延长部分114，其可用于使透镜镜筒110与外壳120中的孔122接触。
[0038]例如，可由安装在基板140上的帽130 (例如，盖子)来实现红外传感器组件128。红外传感器组件128可包括按列或者其他方式设置在基板140上并由帽130覆盖的多个红外传感器132(例如，红外探测器)。例如，在一个实施例中，红外传感器组件128可实现为焦平面阵列(FPA)。这种焦平面阵列可实现为例如真空封装的组件(例如，由帽130和基板140密封)。在一个实施例中，红外传感器组件128可实现为晶片级封装(例如，红外传感器组件128可以是与设置在晶片上一组真空包装组件相分离的单片)。在一个实施例中，红外传感器组件128可实现为使用约2.4伏、2.5伏、2.8伏或者类似的电压的电源来工作。
[0039]红外传感器132可被配置为检测目标场景的红外辐射(例如，红外能量)，所述目标场景包括:例如中波红外波段(MWIR)、长波红外波段(LWIR)、和/或如在特定应用中所期望的其他热成像波段。在一个实施例中，可根据晶片级封装技术来提供红外传感器组件128。
[0040]红外传感器132可实现为例如微测辐射热计，或者以任意期望的阵列方向图案配置以提供多个像素的其他类型的热成像红外传感器。在一个实施例中，红外传感器132可实现为具有17微米像素间距的氧化钒(VOx)探测器。在各种实施例中，可使用约32X32阵列的红外传感器132、约64X64阵列的红外传感器132、约80X64阵列的红外传感器132或者其他大小的阵列。
[0041]基板140可包括各种电路，其中包括例如读出集成电路(ROIC)，在一个实施例中，该读出集成电路(ROIC)的尺寸比约5.5mmX5.5mm小。基板140还可包括接合焊盘142，其可用于当如图3所示的那样装配好红外成像模块100时，与放置在外壳120的内表面上的相辅相成的连接点相接触。在一个实施例中，可利用执行电压调节的低压差稳压器(LDO)来实现R0IC，以降低引入到红外传感器组件128中的噪声，从而提供改进的电源抑制比(PSRR)。另外，通过实现具有ROIC的LDO(例如，在晶圆级封装内)，可消耗更少的管芯面积并且需要的离散管芯(或者芯片)较少。
[0042]图4示出了根据本公开的实施例的、包括红外传感器132阵列的红外传感器组件128的框图。在示出的实施例中，红外传感器132作为ROIC 402的单位晶格阵列的一部分。ROIC 402包括偏压产生和时序控制电路404、列放大器405、列多路复用器406、行多路复用器408和输出放大器410。可通过输出放大器410将红外传感器132捕获的图像帧(即，热图像)提供给处理模块160、处理器195和/或任何其他合适的部件，以执行本文所描述的各种处理技术。尽管图4示出的是8X8的阵列，但是任何期望的阵列配置均可用于其他实施例中。ROIC和红外传感器的进一步描述可在2000年2月22日公开的美国专利N0.6，028, 309中找到，通过引用的方式将其作为整体合并于此。
[0043]红外传感器阵列128可捕获图像(例如，图像帧)，并以各种速率从它的ROIC提供这种图像。处理模块160可用于对捕获的红外图像执行适当的处理，并且可以根据任何适当的结构来实现该处理模块160。在一个实施例中，处理模块160可实现为ASIC。就这方面而言，这种ASIC可被配置为高性能的和/或高效率的执行图像处理。在另一个实施例中，可利用通用中央处理单元(CPU)来实现处理模块160，所述CPU可被配置为执行适当的软件指令，以进行图像处理、调整以及通过各种图像处理块进行图像处理、处理模块160和主机装置102之间的互相配合的交互和/或其他操作。在另一个实施例中，可利用现场可编程门阵列(FPGA)来实现处理模块160。在其他实施例中，如本领域技术人员所理解的，可利用其他类型的处理和/或逻辑电路来实现处理模块160。
[0044]在这些和其他实施例中，处理模块160还可与其他合适的部件来实现，例如，易失性存储器、非易失性存储器和/或一个或者多个接口(例如，红外检测器接口、内部集成电路(I2C)接口、移动行业处理器接口(MIPI)、联合测试行动组(JTAG)接口(例如，IEEEl 149.1标准测试访问端口和边界扫描结构)、和/或其他接口 )。
[0045]在一些实施例中，红外成像模块100可进一步包括一个或者多个致动器199，其可用于调整红外传感器组件128捕获的红外图像帧的焦点。例如，致动器199可用于移动光学元件180、红外传感器132和/或彼此相关的其他部件，以根据本文所描述的技术来选择性地聚焦和散焦红外图像帧。可根据任何类型的运动感应设备或者装置来实现致动器199，并且可将致动器199放置在红外成像模块100内部或者外部的任何位置，以适应不同的应用。
[0046]当将红外成像模块100装配好后，外壳120随后可将红外传感器组件128、基座150以及处理模块160完全的密封起来。外壳120可便于红外成像模块100的各种部件的连接。例如，在一个实施例中，外壳120可提供用于连接各种部件的电连接部件126，下面将对其进行详细描述。
[0047]当将红外成像模块100装配好时，电连接部件126 (例如，导电路径、电气轨迹或者其他类型的电连接部件)可与接合焊盘142电气连接。在各种实施例中，可将电连接部件126嵌入到外壳120中、设置在外壳120的内表面上和/或由外壳120提供所述电连接部件126。如图3所示，电连接部件126可终止于突出于外壳120的底表面的连接部件124中。当将红外成像模块100装配好时，连接部件124可与电路板170连接(例如，在各种实施例中，外壳120可置于电路板170的顶部)。处理模块160可通过合适的电连接部件与电路板170电连接。因此，红外传感器组件128可例如通过导电路径与处理模块160电连接，所述导电路径可由接合焊盘142、外壳120内部表面上的相辅相成的连接点、外壳120的电连接部件126、连接部件124及电路板170提供。有利的是，这种布置的实现可无需在红外传感器组件128和处理模块160之间设置焊线。
[0048]在各种实施例中，可使用任何期望的材料(例如，铜或者任何其他合适的导电材料)来制造外壳120中的电连接部件126。在一个实施例中，电连接部件126可有助于对红外成像模块100产生的热量进行散热。
[0049]其他连接可用于其他实施例中。例如，在一个实施例中，传感器组件128可通过陶瓷板连接到处理模块160，所述陶瓷板通过焊线连接到传感器组件128并通过球栅阵列(BGA)连接到处理模块160。在另一个实施例中，传感器组件128可直接安装到刚柔性板上并与焊线电连接，并且可利用焊线或者BGA将处理模块160安装并且连接到刚柔性板。
[0050]本文所阐述的红外成像模块100和主机装置102的各种应用只是为了举例，而不是限制。就这方面而言，本文所描述的各种技术中的任何一个均可应用到任何红外照相机系统、红外成像器或者用于进行红外/热成像的其他装置。
[0051]红外传感器组件128的基板140可安装到基座150上。在各种实施例中，基座150(例如，底座)可例如由通过金属注射成形(MM)形成的铜制造，并且对所述基座150进行黑色氧化处理或者镍涂层处理。在各种实施例中，基座150可由任何期望的材料制造，例如，可根据特定应用，由例如锌、铝或者镁制造，并且，基座150可通过任何期望的应用流程形成，例如，可根据特定应用，例如通过铝铸件、MIM或者