CN109743891B - 图像传感电路以及图像深度传感*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种图像传感电路，包括感光像素阵列，包括复数个感光像素串行，所述感光像素阵列输出复数个像素值；参考像素阵列，所述参考像素阵列包括至少一参考像素串行，所述至少一参考像素串行中一参考像素串行包括复数个参考像素电路，所述参考像素串行的第一端接收一时钟信号，所述参考像素阵列输出所述复数个参考像素电路所接收的复数个接收时钟信号与所述时钟信号之间的复数个相位差；以及影像深度判断单元，耦接于所述感光像素阵列以及所述参考像素阵列，用来根据所述复数个像素值以及所述复数个相位差，判断影像深度。

Description

图像传感电路以及图像深度传感***
技术领域
本发明涉及一种图像传感电路以及图像深度传感***，尤其涉及一种可降低时钟信号相位差所造成影响的图像传感电路及图像深度传感***。
背景技术
3D图像传感***可采集其相对于目标物的距离/深度信息，并因此通过3D图像各个像素的间距值或距离值生成三维图像数据，所述3D图像也被称为距离图像或深度图。额外的距离维度可在多种应用中使用，以获取更多有关由相机所捕获的场景中对象的信息，从而解决工业传感器领域中的不同任务。
一般来说，3D图像传感电路透过发光二极管来发射入射光，并利用像素阵列中的复数个像素电路来采集对应于入射光且反射自目标物的反射光，并藉由比较入射光与反射光之间的光程差，可计算(设置有3D图像传感电路的)电子装置与目标物之间的距离/深度。然而，当像素阵列很大时，输入至像素阵列的时钟信号于像素阵列中会产生相位差，而导致3D图像传感电路在计算电子装置与目标物之间的距离/深度时产生误差。
因此，现有技术实有改进的必要。
发明内容
因此，本发明的主要目的即在于提供一种可降低时钟信号相位差所造成影响的图像传感电路及图像深度传感***，以改善现有技术的缺点。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种图像传感电路，包括感光像素阵列，包括复数个感光像素串行，其中所述复数个感光像素串行中一感光像素串行包括复数个感光像素电路，所述感光像素串行的第一端接收时钟信号，所述时钟信号由所述感光像素串行的所述第一端传播(Propagate)至所述感光像素串行的第二端，所述感光像素阵列输出复数个像素值；参考像素阵列，包括至少一参考像素串行，所述至少一参考像素串行中一参考像素串行包括复数个参考像素电路，所述参考像素串行的第一端接收所述时钟信号，所述时钟信号由所述参考像素串行的所述第一端传播至所述参考像素串行的第二端，所述参考像素阵列输出所述复数个参考像素电路所接收的复数个接收时钟信号与所述时钟信号之间的复数个相位差；以及影像深度判断单元，耦接于所述感光像素阵列以及所述参考像素阵列，用来根据所述复数个像素值以及所述复数个相位差，判断影像深度
较佳地，所述复数个感光像素串行相互平行，所述至少一参考像素串行平行于所述复数个感光像素串行。
较佳地，所述感光像素阵列的每一感光像素电路包括感光组件，所述参考像素阵列的每一参考像素电路不包括感光组件。
较佳地，所述参考像素阵列不接受外来光照。
较佳地，所述参考像素阵列相邻设置于所述感光像素阵列的一边。
本发明另提供了一种图像深度传感***，包括发光单元，用来发射入射光；以及图像传感电路，包括感光像素阵列，包括复数个感光像素串行，其中所述复数个感光像素串行中一感光像素串行包括复数个感光像素电路，所述感光像素串行的第一端接收时钟信号，所述时钟信号由所述感光像素串行的所述第一端传播至所述感光像素串行的第二端，所述感光像素阵列输出复数个像素值；参考像素阵列，包括至少一参考像素串行，所述至少一参考像素串行中一参考像素串行包括复数个参考像素电路，所述参考像素串行的第一端接收所述时钟信号，所述时钟信号由所述参考像素串行的所述第一端传播至所述参考像素串行的第二端，所述参考像素阵列输出所述复数个参考像素电路所接收的复数个接收时钟信号与所述时钟信号之间的复数个相位差；以及影像深度判断单元，耦接于所述感光像素阵列以及所述参考像素阵列，用来根据所述复数个像素值以及所述复数个相位差，判断影像深度。
本发明利用不受光的参考像素阵列来纪录时钟信号因传导而造成的相位延迟/相位差，并于计算影像深度时，将感光像素阵列所经历到的相位差补偿回来，以解决现有技术中计算影像深度时受到时钟信号相位差影响的缺点。
附图说明
图1为本发明实施例一图像深度传感***的示意图。
图2为本发明实施例一图像传感电路的示意图。
图3为本发明实施例一延迟拴锁回路的示意图。
图4为本发明实施例一延迟拴锁单元的示意图。
图5为一像素阵列的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在说明书以及权利要求中，「耦接」一词是指包含任何直接或间接的电气连接手段，「电性连接」一词是指直接电性连接。
请参考图1，图1为本发明实施例一图像深度传感***10的示意图。图像深度传感***10可为三维图像传感(Three Dimensional Image Sensor)***，可根据射线/光的飞行时间(Time of Flight，ToF)感测其相对于目标物(未绘示于图1)的距离/深度，以建构该目标物的三维图像。图像深度传感***10包括发光单元12以及图像传感电路14，发光单元12可为不可见光发光二极管(Light Emitting Diode，LED)，如红外线发光二极管。发光单元12用来发射入射光，而图像传感电路14可接收对应于该入射光的反射光。
详细来说，请参考图1及图2，图2为本发明实施例图像传感电路14的示意图。图像传感电路14包括感光像素阵列(Pixel Array)140、时钟信号产生电路142、参考像素阵列144以及影像深度判断单元146(图2中未示出)。图像传感电路14利用感光像素阵列140接收对应于该入射光的反射光，感光像素阵列140输出复数个像素值。另外，参考像素阵列144不接受外来光照，于一实施例中，可于参考像素阵列144的上方设置不透光的盖板，使得参考像素阵列144不接受外来光照，而参考像素阵列144用来纪录复数个相位差(其详述于后)，影像深度判断单元146耦接于感光像素阵列140以及参考像素阵列144，用来接收感光像素阵列140所输出的复数个像素值以及参考像素阵列144所输出的复数个相位差，并根据该复数个像素值以及该复数个相位差，判断影像深度。
详细来说，感光像素阵列140包括复数个感光像素串行PXS，感光像素串行PXS可为位于感光像素阵列140的一列(Column)或一行(Row)感光像素，其包括复数个感光像素电路PX_1～PX_M，每一感光像素电路PX_m包括一感光组件(其中感光组件可为感光二极管(Photo Diode)或感光二极管(PhotoTransistor)，其中感光组件可视为一光控电流源(Light-Control Current Source))。复数个感光像素串行PXS彼此之间相互平行。其中，感光像素电路PX_1为位于感光像素串行PXS的第一端(Terminal/End)的感光像素电路，而感光像素电路PX_M为位于感光像素串行PXS的第二端的感光像素电路，感光像素电路PX_1为感光像素电路PX_1～PX_M中首先接收到时钟信号CK的感光像素电路，换句话说，时钟信号CK由感光像素串行PXS的第一端/感光像素电路PX_1传播(Propagate)至感光像素串行PXS的第二端/感光像素电路PX_M。
另外，参考像素阵列144相邻设置于感光像素阵列140的一边，参考像素阵列144包括至少一参考像素串行RPXS，参考像素串行RPXS平行于感光像素串行PXS，其包括复数个参考像素电路RPX_1～RPX_M，每一参考像素电路RPX_m可不包括任何感光组件。具体来说，参考像素电路RPX_m可与感光像素电路PX_m具有相似的电路结构，与感光像素电路PX_m不同的是，参考像素电路RPX_m不具备感光像素电路PX_m中的感光组件，而是利用压控电流源(Voltage-Control Current Source)取代感光像素电路PX_m中的感光组件。同样地，参考像素电路RPX_1为位于参考像素串行RPXS的第一端的参考像素电路，而参考像素电路PX_M为位于参考像素串行RPXS的第二端的参考像素电路，参考像素电路RPX_1为参考像素电路RPX_1～RPX_M中首先接收到时钟信号CK的感光像素电路，换句话说，时钟信号CK由参考像素串行PXS的第一端/参考像素电路RPX_1传播至参考像素串行PXS的第二端/参考像素电路RPX_M。
一般来说，时钟信号CK传导于时钟信号传输导线上。换句话说，感光像素串行PXS可包含时钟信号传输导线PXTL，而时钟信号CK由感光像素串行PXS的第一端/感光像素电路PX_1藉由时钟信号传输导线PXTL传播(Propagate)至感光像素串行PXS的第二端/感光像素电路PX_M。同样地，参考像素串行RPXS可包含时钟信号传输导线PXTL’，时钟信号CK由参考像素串行PXS的第一端/参考像素电路RPX_1藉由时钟信号传输导线PXTL’传播至参考像素串行PXS的第二端/参考像素电路RPX_M。
由于时钟信号CK传导于时钟信号传输导线PXTL具有传播延迟(PropagationDelay)，使得同一感光像素串行PXS的感光像素电路PX_1～PX_M实际接收到的时钟信号(简称接收时钟信号)相对于未经传播延迟的时钟信号CK具有相位差
Figure BDA0001400350980000061
而相位差
Figure BDA0001400350980000062
会对距离/深度计算的造成影响，而增加计算距离/深度时的误差。
另外，时钟信号CK传导于时钟信号传输导线PXTL’亦具有传播延迟，使得参考像素串行RPXS的参考像素电路RPX_1～RPX_M实际接收到的接收时钟信号相对于未经传播延迟的时钟信号CK具有相位差
Figure BDA0001400350980000063
于一实施例中，时钟信号传输导线PXTL与时钟信号传输导线PXTL’可为相同的传输介质而具有相通的信号传导特性，而时钟信号CK抵达参考像素电路RPX_1～RPX_M所经的传输距离与时钟信号CK抵达感光像素电路PX_1～PX_M所经的传输距离相同，使得相位差
Figure BDA0001400350980000064
与相位差
Figure BDA0001400350980000065
相同。
在此情形下，为了降低相位差
Figure BDA0001400350980000066
会对距离/深度计算的造成影响，图像传感电路14利用参考像素阵列144来取得相位差
Figure BDA0001400350980000067
并将相关于相位差
Figure BDA0001400350980000068
的信息输出至影像深度判断单元146，影像深度判断单元146可根据相位差
Figure BDA0001400350980000069
于计算影像深度时，将感光像素电路PX_1～PX_M所经历到的相位差
Figure BDA00014003509800000610
补偿回来，而使得影像深度的判断更为精准。换句话说，影像深度判断单元146可根据感光像素阵列140所输出的复数个像素值以及参考像素阵列144所输出的相位差
Figure BDA00014003509800000611
判断影像深度，使得影像深度的判断更为精准。
另外，如图2所示，感光像素串行PXS透过延迟拴锁回路(Delay Lock Loop，DLL)148a耦接于时钟信号产生电路142，延迟拴锁回路148a自时钟信号产生电路142接收时钟信号CK’，并根据时钟信号CK’产生时钟信号CK。需注意的是，延迟拴锁回路148a可将时钟信号的延迟锁住，而使通过延迟拴锁回路148a输入至感光像素阵列140中每一个感光像素串行PXS的时钟信号CK皆具有相同的延迟/相位。另外，另一延迟拴锁回路148b自时钟信号产生电路142接收时钟信号CK”，并根据时钟信号CK’’产生参考时钟信号RCK，并将参考时钟信号RCK输入至参考像素电路RPX_1～RPX_M。同样地。延迟拴锁回路148b可将时钟信号的延迟锁住，而使延迟拴锁回路148b输入至每一个参考像素串行RPX_m的参考时钟信号RCK皆具有相同的延迟/相位。
延迟拴锁回路148a与延迟拴锁回路148b可具有相同的电路结构，其电路结构为本领域技术人员所公知，故简述如下。请参考图3及图4，图3为本发明实施例延迟拴锁回路348的示意图，图4为本发明实施例延迟拴锁单元DLL的示意图。延迟拴锁回路348可用来实现延迟拴锁回路148a。延迟拴锁回路348包括复数个缓冲器BF以及复数个延迟拴锁单元DLL，延迟拴锁单元DLL具有输入端in、ref以及输出端out，延迟拴锁单元DLL用来锁住延迟/相位，使得延迟拴锁单元DLL于输出端out输出的信号与于输入端ref所输入的信号具有相同的延迟/相位，其详细电路结构可参考图4。如此一来，延迟拴锁回路348可确保每一个延迟拴锁单元DLL所输出的时钟信号CK皆具有相同的延迟/相位。另外，延迟拴锁回路348亦可用来实现延迟拴锁回路148b，其操作原理可参考前述段落，于此不再赘述。
由上述可知，图像传感电路14利用参考像素阵列144来取得相位差
Figure BDA0001400350980000071
Figure BDA0001400350980000072
由于相位差
Figure BDA0001400350980000073
与相位差
Figure BDA0001400350980000074
相同，因此可于计算影像深度时，利用参考像素阵列144所产生的相位差
Figure BDA0001400350980000081
将感光像素电路PX_1～PX_M所经历到的相位差
Figure BDA0001400350980000082
补偿回来，而使得影像深度的判断更为精准。
相较之下，请参考图5，图5为现有像素阵列540的示意图。像素阵列540中对应于像素电路PX_1～PX_M的接收时钟信号相对于未经传播延迟的时钟信号CK具有相位差
Figure BDA0001400350980000083
现有技术中并未针对相位差
Figure BDA0001400350980000084
进行补偿，而使得相位差
Figure BDA0001400350980000085
对距离/深度计算的产生影响，反而增加计算距离/深度时的误差。
综上所述，本发明利用不受光(或不具有感光组件)的参考像素阵列来纪录时钟信号因传导而造成的相位延迟/相位差，并于计算影像深度时，将感光像素阵列所经历到的相位差补偿回来，而使得影像深度的判断更为精准。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种图像传感电路，其特征在于，所述图像传感电路包括：
感光像素阵列，包括复数个感光像素串行，其中所述复数个感光像素串行中一感光像素串行包括复数个感光像素电路，所述感光像素串行的第一端的一感光像素电路接收时钟信号，所述时钟信号由所述感光像素串行的所述第一端的所述感光像素电路传播至所述感光像素串行的第二端的一感光像素电路，所述感光像素阵列输出复数个像素值，其中所述复数个像素值包括复数个深度值，所述复数个深度值根据所述复数个感光像素电路所接收的各别接收时钟信号来决定；
参考像素阵列，包括复数个参考像素串行，所述复数个参考像素串行中一参考像素串行包括复数个参考像素电路，所述参考像素串行的第一端的一参考像素电路接收所述时钟信号，所述时钟信号由所述参考像素串行的所述第一端的所述参考像素电路传播至所述参考像素串行的第二端的一参考像素电路，其中所述复数个感光像素串行相互平行，所述复数个参考像素串行平行于所述复数个感光像素串行，所述复数个参考像素串行的所述复数个参考像素电路的每一参考像素电路对应至所述复数个感光像素串行的每一感光像素串行的一感光像素电路，所述每一参考像素电路具有的时钟信号的传播延迟相同于所述每一感光像素串行的对应的感光像素电路，所述参考像素阵列输出所述复数个参考像素电路所接收的复数个接收时钟信号与所述时钟信号之间因传播延迟所造成的复数个相位差，所述复数个参考像素电路所接收的所述复数个接收时钟信号与所述时钟信号之间因传播延迟所造成的所述复数个相位差代表对应至所述每一参考像素电路的所述时钟信号的传播延迟；以及
影像深度判断单元，耦接于所述感光像素阵列以及所述参考像素阵列，用来根据所述复数个深度值以及所述复数个相位差，判断影像深度。
2.如权利要求1所述的图像传感电路，其特征在于，所述感光像素阵列的每一感光像素电路包括感光组件，所述参考像素阵列的每一参考像素电路不包括感光组件。
3.如权利要求1所述的图像传感电路，其特征在于，所述参考像素阵列不接受外来光照。
4.如权利要求1所述的图像传感电路，其特征在于，所述参考像素阵列相邻设置于所述感光像素阵列的一边。
5.一种图像深度传感***，其特征在于，包括：
发光单元，用来发射入射光；以及
图像传感电路，包括：
感光像素阵列，包括复数个感光像素串行，其中所述复数个感光像素串行中一感光像素串行包括复数个感光像素电路，所述感光像素串行的第一端的一感光像素电路接收时钟信号，所述时钟信号由所述感光像素串行的所述第一端的所述感光像素电路传播至所述感光像素串行的第二端的一感光像素电路，所述感光像素阵列输出复数个像素值，其中所述复数个像素值包括复数个深度值，所述复数个深度值根据所述复数个感光像素电路所接收的各别接收时钟信号来决定；
参考像素阵列，包括复数个参考像素串行，所述复数个参考像素串行中一参考像素串行包括复数个参考像素电路，所述参考像素串行的第一端的一参考像素电路接收所述时钟信号，所述时钟信号由所述参考像素串行的所述第一端的所述参考像素电路传播至所述参考像素串行的第二端的一参考像素电路，其中所述复数个感光像素串行相互平行，所述复数个参考像素串行平行于所述复数个感光像素串行，所述复数个参考像素串行的所述复数个参考像素电路的每一参考像素电路对应至所述复数个感光像素串行的每一感光像素串行的一感光像素电路，所述每一参考像素电路具有的时钟信号的传播延迟相同于所述每一感光像素串行的对应的感光像素电路，所述参考像素阵列输出所述复数个参考像素电路所接收的复数个接收时钟信号与所述时钟信号之间因传播延迟所造成的复数个相位差，所述复数个参考像素电路所接收的所述复数个接收时钟信号与所述时钟信号之间因传播延迟所造成的所述复数个相位差代表对应至所述每一参考像素电路的所述时钟信号的传播延迟；以及
影像深度判断单元，耦接于所述感光像素阵列以及所述参考像素阵列，用来根据所述复数个深度值以及所述复数个相位差，判断影像深度。
6.如权利要求5所述的图像深度传感***，其特征在于，所述感光像素阵列的每一感光像素电路包括感光组件，所述参考像素阵列的每一参考像素电路不包括感光组件。
7.如权利要求5所述的图像深度传感***，其特征在于，所述参考像素阵列不接受外来光照。
8.如权利要求5所述的图像深度传感***，其特征在于，所述参考像素阵列相邻设置于所述感光像素阵列的一边。
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