专利名称：Cmos图像传感器芯片中光线亮度检测方法及其专用芯片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光线亮度检测方法，具体涉及一种应用于CMOS图像 传感器芯片中的光线亮度检测方法。此外，本发明还涉及实现上述方法的 专用CMOS图像传感器芯片。
背景技术：
CMOS集成电路的迅速发展使其在电脑、控制系统、通讯系统及图像 成像等产业中得到了广泛应用。基于CMOS工艺的图像传感器也因为其低 功耗、低成本的优势在手机摄像头、玩具及安防监控等领域占有一席之 地。近年来，环境亮度传感器开始在部分笔记本电脑以及手机上开始得到 应用，但是由于成本较高，难以得到广泛应用，而手机一般都会配置CMOS 图像传感器，如果使用图像传感器在正常工作时输出的图像信号，经由图 像传感器芯片外部的硬件或者软件计算，也可以作为环境亮度传感器使 用，这种方法的缺点是功耗仍然偏高且处理流程复杂。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提出了一种应用于CMOS图像传感器芯 片中的光线亮度检测方法，使得CM0S图像传感器芯片在低功耗待机模式 下仍然能够输出外界环境的亮度信号，此方法可通过图像传感器芯片内的 硬件实现，以有效地降低成本，提高产品的竞争力。为此，本发明还提供 了实现上述方法的专用CMOS图像传感器芯片。为解决上述技术问题，本发明提供一种CMOS图像传感器芯片中光线
亮度检测方法，包括以下步骤
A、 选择图像传感器芯片的工作模式，如果选择低功耗待机模式，进 入步骤B，否则芯片进入正常图像传感工作模式；
B、 启动光电元件阵列，收集光电元件阵列的光线亮度值，将所述光
线亮度信号值传送至亮度信号转换及处理模块，进入步骤C;
C、 通过亮度信号转换及处理模块，将所述光线亮度信号值转换为光 线亮度数字信号后存于芯片内储存器中并输出。
所述步骤A中，所述的芯片低功耗待机模式的功耗小于芯片图像传
感功能开启时功耗的1/10。
所述步骤B中，所述的光电元件阵列由实现图像传感功能的光电元
件阵列的全部光电元件构成。
所述步骤B中，所述的光电元件阵列由实现图像传感功能的光电元 件阵列中的部分光电元件构成。
所述步骤B中，所述的光电元件阵列由实现图像传感功能的光电元 件阵列之外的其他光电元件构成。
所述步骤B中，所述的光电元件阵列的光线亮度值为所述光电元件 阵列中所有光电元件光线亮度信号的平均值。
所述步骤C中，所述的亮度信号转换及处理模块用于将光线亮度信 号模拟量转换为光线亮度信号数字量。
所述步骤C中，所述的光线亮度数字信号的输出方法为通过标准I2C 总线接口电路输出。此外，本发明还提供一种实现上述方法的专用CMOS图像传感器芯片，该芯片在结构上包括图像传感与处理模块和光线亮度传感与处理模块两大部分；
所述图像传感与处理模块包括光电元件阵列、图像信号读出电路、图像信号处理及输出电路及辅助电路的一部分，其中，图像信号读出电路包括行地址解码电路与列地址解码电路，图像信号处理及输出电路包括可编程放大器、模数转换器和图像信号处理模块；该图像传感与处理模块的工作流程为辅助电路中的传感器主时序控制模块输出要选择的光电元件的地址信号，经由行地址解码电路与列地址解码电路，利用双相关采样技术将光电元件阵列中选定光电元件中的信号读出，并通过可编程放大器将此信号放大，送入高速模数转换器中将模拟电信号量化为数字信号，再经过图像信号处理模块处理后输出图像信号；
所述光线亮度传感与处理模块包括光电元件阵列或专门用于亮度检测功能的光电阵列、图像信号读出电路、亮度信号读出电路、亮度信号转换及输出电路及辅助电路，其中，图像信号读出电路包括行地址解码电路与列地址解码电路，辅助电路包括传感器主时序控制模块、寄存器阵列和
标准I2C总线接口；该光线亮度传感与处理模块的工作流程为当芯片处
于低功耗待机模式下，通过辅助电路中的传感器主时序控制模块控制行地址解码以及列地址解码电路，选取光电阵列中的部分或者全部光电元件，或者选择专门用于亮度检测功能的光电阵列，通过亮度信号读出电路将光电转换生成的电信号读出并经由亮度信号转换及输出电路中的一个低功
耗模数转换器将其量化为数字信号，存入寄存器阵列后再通过标准i2c总线接口输出。
本发明具有以下有益效果本发明方法在CMOS图像传感器芯片处于
低功耗待机模式下启动光电阵列，收集环境光线亮度值，并转化为光线亮度数字信号输出，以低功耗的方式实现了环境光线亮度检测功能，此方法可通过图像传感器芯片内的硬件实现，提高了芯片的集成度，有效降低了成本，提高产品的竞争力。
以下结合附图及具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明
图1是本发明方法的流程示意图2是实现本发明方法的芯片的结构框图3是现有典型图像传感器芯片的结构框图4是应用本发明方法一个具体实施例芯片的结构框图。
具体实施例方式
本发明所提出的图像传感器芯片中光线亮度检测方法的步骤如图1
所示。首先，图像传感器芯片位于初始状态(步骤100);然后，判断图像传感器芯片是否处于低功耗待机模式(步骤110);如图像传感器芯片
不处于低功耗待机模式，则处于正常图像传感状态(步骤120)，当图像
传感器芯片在正常工作时，即进行图像传感时，输出的图像信号中已经包
括亮度信号(YUV格式)或者可以转化为亮度信号(RGB等其他格式)，因此此时无需进行额外的亮度检测；而当图像传感器芯片处于低功耗待机模式(状态)时，芯片的图像传感功能关闭，没有图像信号输出，同时启动芯片中的光线亮度检测模块，此时芯片的功耗降至正常工作时芯片功耗的1/10以下。光线亮度检测模块的主要功能及工作流程为
1、 启动光电元件阵列(步骤130)，这里的光电元件阵列可以是部分或者全部的用于图像传感的光电元件，也可以是图像传感功能所使用到的光电元件之外的专门为亮度检测功能准备的光电元件；
2、 收集光电元件阵列的光线亮度值(步骤140)，把选定的光电元件阵列中的所有光电元件的光线亮度值取平均值，作为光电元件阵列的光线亮度值送入亮度信号转换及处理模块；
3、 转换为光线亮度数字信号(步骤150)，亮度信号转换及处理模块将送入的光线亮度模拟值量化为数字信号；
4、 将上述数字信号通过标准12(:总线接口电路输出(步骤160)。本发明方法可以利用图像传感器芯片内部的硬件加以实现，图2为实
现本发明方法的芯片的结构框图，芯片在结构上分为图像传感与处理和光线亮度传感与处理两大部分，下面将介绍各个模块的构成及具体工作流程。
图像传感与处理模块图像传感与处理模块主要包括光电元件阵列240、图像信号读出电路200 (包括行地址解码电路202与列地址解码电路201)、图像信号处理及输出电路210 (包括可编程放大器211、模数转换器(ADC)212和图像信号处理模块213)及辅助电路250的一部分(包括传感器主时序控制模块252)。其工作流程为辅助电路250中的传感器主时序控制模块252输出要选择的光电元件的地址信号，经由行地址解码电路202与列地址解码电路201，利用双相关采样技术将光电元件阵列240中选定光电元件中的信号读出，并通过可编程放大器211将此信号放大，送入高速模数转换器(ADC) 212中将模拟电信号量化为数字信号，再经过图像信号处理模块213处理后输出图像数据(信号)。
光线亮度传感与处理模块光线亮度传感与处理模块主要包括光电元件阵列240或光电阵列260、图像信号读出电路200 (包括行地址解码电路202与列地址解码电路201)、亮度信号读出电路220、亮度信号转换及输出电路230及辅助电路250的一部分(包括传感器主时序控制模块252、寄存器阵列253和12(:接口251)。其工作流程为当芯片处于低功耗待机模式下(图像传感模块处于关闭状态，其它模块中除与亮度传感有关的部分工作外，其余部分也关闭以降低功耗)，通过辅助电路250中的传感器主时序控制模块252控制行地址解码电路202以及列地址解码电路201，选取光电元件阵列240中的部分或者全部光电元件，或者选择专门用于亮度检测功能的光电阵列260，通过亮度信号读出电路220将光电转换生成的电信号读出并经由亮度信号转换及输出电路230中的一个低功耗模数转换器将其量化为数字信号，存入寄存器阵列253后再通过标准12(:总线接口 251输出。
图3是现有典型图像传感器芯片的结构框图，传感器主时序控制模块306控制行地址解码电路302和列地址解码电路307选择并利用双相关采样技术读出CMOS图像传感器阵列301中的感光器件的电信号，与图像信号处理模块310反馈回的信号相减后送入可编程放大器308进行放大，并通过10位模数转换器309转换成数字信号存入寄存器阵列303，然后经过图像信号处理模块310处理后输出，辅助电路305用于保证芯片的正常运行。图4是本发明的一个具体实施例芯片的结构框图，图4中光电元件阵列400的规模为6X6的4管有源象素阵列(也可以设定为其他需要的规模，如640X480的VGA规格等)，在图像传感模式下，采取逐行读取光电阵列的运行方式，即重置一行光电元件中的信号，等待一段曝光时间，再读出此行光电元件中存储的信号。在一个时刻只有一行光电元件被选中并读取信号，其余光电元件都处于曝光状态，如图4中示意，黑色的方块表示被选中的一行光电元件，其余光电元件都处于曝光(积分)状态。
在本实施例芯片图像传感模块开启(亮度传感模块关闭，芯片正常工作)的工作模式下，芯片的工作方法及工作流程与图3现有典型图像传感器芯片的工作流程是相似的，可以结合图4并参考图3的说明加以理解。
在本实施例芯片亮度传感器模块开启(图像传感模块关闭，芯片处于低功耗待机状态)的工作模式下，芯片中与图像传感功能有关的部分电路将被关闭，如可编程放大器430、 10位模数转换器440和图像信号处理模块450(包括去噪模块451、自动白平衡模块452、边缘加强模块453、颜色纠正模块454、数据格式转换模块455)。辅助模块470中的上电控制模块472、电源管理模块473、时钟模块474也进入低功耗模式，此时传感器主时序控制模块461通过行地址解码模块420以及列地址解码模块410选择全部光电元件，并将全部光电元件亮度信号的平均值送入亮度信号读出模块480，最终通过一个16位模数转换器490转换为16位数字信号存储在寄存器阵列462中，经由I2C总线接口 471送入总线中。
ii
权利要求
1、一种CMOS图像传感器芯片中光线亮度检测方法，其特征在于，包括以下步骤A、选择图像传感器芯片的工作模式，如果选择低功耗待机模式，进入步骤B，否则芯片进入正常图像传感工作模式；B、启动光电元件阵列，收集光电元件阵列的光线亮度值，将所述光线亮度信号值传送至亮度信号转换及处理模块，进入步骤C；C、通过亮度信号转换及处理模块，将所述光线亮度信号值转换为光线亮度数字信号后存于芯片内储存器中并输出。
2、 根据权利要求1所述的CMOS图像传感器芯片中光线亮度检测方法， 其特征在于所述步骤A中，所述的芯片低功耗待机模式的功耗小于芯片 图像传感功能开启时功耗的1/10。
3、 根据权利要求1所述的CMOS图像传感器芯片中光线亮度检测方法， 其特征在于所述步骤B中，所述的光电元件阵列由实现图像传感功能的 光电元件阵列的全部光电元件构成。
4、 根据权利要求1所述的CMOS图像传感器芯片中光线亮度检测方法， 其特征在于所述步骤B中，所述的光电元件阵列由实现图像传感功能的 光电元件阵列中的部分光电元件构成。
5、 根据权利要求1所述的CMOS图像传感器芯片中光线亮度检测方法， 其特征在于所述步骤B中，所述的光电元件阵列由实现图像传感功能的 光电元件阵列之外的其他光电元件构成。
6、 根据权利要求1所述的CMOS图像传感器芯片中光线亮度检测方法，其特征在于所述步骤B中，所述的光电元件阵列的光线亮度值为所述光 电元件阵列中所有光电元件光线亮度信号的平均值。
7、 根据权利要求1所述的CMOS图像传感器芯片中光线亮度检测方法，其特征在于所述步骤C中，所述的亮度信号转换及处理模块用于将光线亮度信号模拟量转换为光线亮度信号数字量。
8、 根据权利要求1所述的CMOS图像传感器芯片中光线亮度检测方法，其特征在于所述步骤C中，所述的光线亮度数字信号的输出方法为通过标准rc总线接口电路输出。
9、 一种实现如权利要求1-8任一项所述方法的专用CMOS图像传感器芯片，其特征在于该芯片在结构上包括图像传感与处理模块和光线亮度 传感与处理模块两大部分；所述图像传感与处理模块包括光电元件阵列(240)、图像信号读出电 路(200)、图像信号处理及输出电路(210)及辅助电路(250)的一部分， 其中，图像信号读出电路(200)包括行地址解码电路(202)与列地址解 码电路(201 )，图像信号处理及输出电路(210)包括可编程放大器(211 )、 模数转换器(212)和图像信号处理模块(213);该图像传感与处理模块 的工作流程为辅助电路(250)中的传感器主时序控制模块(252)输出 要选择的光电元件的地址信号，经由行地址解码电路(202)与列地址解 码电路(201)，利用双相关采样技术将光电元件阵列(240)中选定光电 元件中的信号读出，并通过可编程放大器(211)将此信号放大，送入高 速模数转换器(212)中将模拟电信号量化为数字信号，再经过图像信号 处理模块(213)处理后输出图像信号；所述光线亮度传感与处理模块包括光电元件阵列(240)或专门用于 亮度检测功能的光电阵列(260)、图像信号读出电路(200)、亮度信号读 出电路(220)、亮度信号转换及输出电路(230)及辅助电路(250)，其 中，图像信号读出电路(200)包括行地址解码电路(202)与列地址解码 电路(201)，辅助电路(250)包括传感器主时序控制模块(252)、寄存 器阵列(253)和标准I2C总线接口 (251);该光线亮度传感与处理模块 的工作流程为当芯片处于低功耗待机模式下，通过传感器主时序控制模 块(252)控制行地址解码(202)以及列地址解码电路(201)，选取光电 元件阵列(240)中的部分或者全部光电元件，或者选择光电阵列(260)， 通过亮度信号读出电路(220)将光电转换生成的电信号读出并经由亮度 信号转换及输出电路(230)中的一个低功耗模数转换器将其量化为数字 信号，存入寄存器阵列(253)后再通过标准rc总线接口 (251)输出。
全文摘要
本发明公开了一种应用于CMOS图像传感器芯片中的检测环境光线亮度的方法，该方法在CMOS图像传感器芯片处于低功耗待机模式下启动光电元件阵列，收集环境光线亮度值，并转化为光线亮度数字信号输出。此外，本发明还公开了实现上述方法的专用CMOS图像传感器芯片。本发明以低功耗的方式实现了环境光线亮度检测功能，提高了芯片的集成度，有效降低了成本。
文档编号H04N5/335GK101505377SQ20091005690
公开日2009年8月12日 申请日期2009年2月23日 优先权日2009年2月23日
发明者文 付, 赵立辉 申请人:格科微电子(上海)有限公司