光电流读出电路及自适应光强成像阵列电路及其控制方法_3

文档序号:8226279阅读:来源:国知局
,延时线的输 入与积分电压比较信号输入端连接,预存比较模块包括清零端、输入端、时钟端以及输出 端,所有预存比较模块的清零端都与积分电容重置信号输入端连接,所有预存比较模块的 输入端都与可调电容模块的电位随光电流积分变化的一端连接,一个预存比较模块的时钟 端与积分电压比较信号输入端直接连接,其余预存比较模块的时钟端分别与延时线中每一 个延时单元的输出端连接,每一个预存比较模块的输出端都通过一个与其对应的光强检测 结果读出开关模块和光强检测结果输出总线中的一条位线连接。
[0043] 具体的,可调积分电容模块可以由一个积分电容与一个栅控变容管并联组成,栅 控变容管的栅极作为可调电容模块的积分电容控制端;也可以由两个积分电容和一个控制 开关组成,该控制开关与其中一个积分电容串联后再与另一个积分电容并联,该控制开关 作为可调电容模块的积分电容控制端。
[0044] 具体的,预存比较模块可以为带清零功能的D触发器,D触发器的清零端、输入端、 时钟端和输出端分别作为预存比较模块的清零端、输入端、时钟端和输出端;也可以为带清 零和使能端的锁存比较器模块,锁存比较器的清零端、输入端、使能端和输出端分别作为预 存比较模块的清零端、输入端、时钟端和输出端。
[0045] 具体的,延时单元可以为缓冲器或触发器等。
[0046] 具体的,光强检测结果读出开关模块可以由开关组成,开关数目取决于读出光强 检测结果所用的阵列扫描方式,逐行扫描时光强检测结果读出开关模块为一个行选开关, 逐个扫描时光强检测结果开关模块由一个行选开关和一个列选开关串联组成。
[0047] 具体的,光强检测结果输出总线优选为数字并行总线,其位数等于一个像素内预 存比较模块的个数。光强检测结果输出总线的数目取决于读出光强检测结果所用的阵列扫 描方式,逐行扫描阵列时每一列像素共享一条光强检测结果输出总线,光强检测结果输出 总线的数目等于像素阵列的列数;逐个扫描时整个阵列所有像素共享一条光强检测结果输 出总线。
[0048] 自适应光强成像阵列电路,包括成像阵列电路本体,该成像阵列电路本体中包括 像素阵列、控制信号产生电路和光强检测结果比较电路,像素阵列的读出电路采用上述的 光电流读出电路,光强检测结果比较电路包括一个并行数据选择器、两个并行数据分配器、 一个数值比较器及一个存储器,并行数据选择器、并行数据分配器、数值比较器以及存储器 的位数与一个像素内的预存比较模块的个数相等,其中,并行数据选择器的输入数目与光 强检测结果输出总线的数目相等,每个输入与每条光强检测结果输出总线一一对应连接, 输出与并行数据分配器一的输入连接;并行数据分配器的输出数目为2,两个并行数据分 配器分别为并行数据分配器一及并行数据分配器二,并行数据分配器一的输出分别与存储 器输入端以及数值比较器的A输入端连接,数据分配控制端与数值比较器A>B输出端连接, 并行数据分配器二的输入与存储器输出端连接,输出分别与数值比较器的B输入端以及控 制信号产生电路的比较反馈端连接,数据分配控制端与控制信号产生电路的比较控制端连 接;控制信号产生电路用于产生阵列电路所需的所有控制信号,包括光电流读出电路的偏 置电压、积分电容重置信号、积分电压读出信号、积分电容控制信号、积分电压比较信号、积 分电压和光强检测信号读出所需的行扫描、列扫描信号以及光强检测结果比较模块的比较 反馈信号,还包括比较控制端和比较反馈端,控制信号产生电路产生的列扫描信号通过比 较控制端控制光强检测结果的比较按像素顺序逐个进行,光强检测结果比较电路的最终比 较结果通过比较反馈端输入控制信号产生电路,决定积分电容控制信号的产生。
[0049] 具体的,所述光强检测结果比较电路在用于逐个扫描光强检测结果时,不需要并 行数据选择器,光强检测结果输出总线直接连接并行数据分配器一的输入,控制信号产生 电路产生的列扫描信号直接控制每个像素内光强检测读出开关模块内的列选开关。
[0050] 自适应光强成像阵列电路的控制方法,其特征在于,应用于上述的自适应光强成 像阵列电路,包括以下步骤:
[0051] 步骤1、光电探测器产生光电流信号在积分电容模块上进行积分,所述积分电容模 块为可调电容模块;
[0052] 步骤2、在不同积分时间点将积分电压与同一参考电压进行比较,在光电流积分完 成之前检测出像素光强,并将检测结果存储在每个像素的预存比较模块中;
[0053] 步骤3、在读出积分电压的同时将光强检测结果读出至光强检测结果比较电路进 行比较,筛选出代表最高光强的检测结果;
[0054] 步骤4、在像素下一个积分周期的重置阶段,控制信号产生电路根据上一个积分周 期的最高光强筛选结果产生与之相适应的积分电容控制信号,调整可调电容模块的积分电 容值。所述积分电容控制信号为控制栅控变容管容值的栅极电压或控制开关开合的电压脉 冲。
[0055] 具体与现有的光强检测对比进行举例如下:
[0056] 传统的光强检测方法是在积分完成之后通过比较读出电路的积分电压或其模数 转换结果来判断光照强弱。传统检测方法存在以下缺点:1)在芯片内进行的传统光强检测 技术类似于模数转换,需要将积分电压与多个参考电压进行比较,生成这些参考电压需要 精确、复杂的电路,而且高精度检测往往要求比较电路具有很高的精度,否则比较过程会因 为被比较信号太弱而无法进行;2)检测过程必须等待积分完成后才能开始,这就需要在积 分或读出之后安排额外的比较时间,阵列帧速会因此降低;3)以自动曝光为代表的动态范 围增强技术只能判断光照是否使像素饱和,不能检测出该光强的具体值,所以在调整增益 时只能用逐步调整的方式尝试寻找最佳调整,无法实现一步到位的精确调整。
[0057] 图1给出了强光和弱光照射下积分电压上升速度的比较示意图,图中直线A代表 强光照射下的积分电压,直线B代表弱光照射下的积分电压。在给定的光强照射下,读出电 路中积分电压的上升速度是确定的,而且不同光照强度下积分电压的上升速度不同。由于 光电探测器产生的光电流与光照强度成正比,所以当光电流在积分电容上积分时,强光照 射下积分电压的上升速度会比弱光下快。参见图1,经过相同的积分时间T d6t6C;t后,强光照 射对应的积分电压VintlS比弱光对应的V @2高,所以在积分全部完成前就可以通过在相同 时间点比较积分电压来快速判断光照的强弱。
[0058] 本例具体的光强检测方法如下:
[0059] 1.选取一个参考电压VMf和一个参考光照强度LV Mf,根据光电探测器的光伏特性 和积分电容容值,可以计算出光照强度为LV Mf时积分电压到达VMf所需的积分时间tMf。当 一束光强未知的光照射在成像阵列上时,在光电流积分进行时间后比较积分电压V int 与参考电压vMf,就可以判断出该入射光光强与参考光强的强弱关系。积分电压比较结果与 对应的光强强弱
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