CN114071040A - 一种图像传感器和读出信号的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种图像传感器和一种用于图像传感器读出信号的方法，图像传感器包括：接收模块，包括像素阵列，用于接收光信号；读出模块，用于读出所述像素阵列中的第一像素组信号；锁存模块，用于在所述读出模块读出所述第一像素组信号时，将所述第一像素组中的第一像素的地址进行锁存；其中，所述第一像素是最先接收到所述光信号的一个像素。通过在图像传感器中设置锁存模块，当一组像素信号中有多个像素收到光信号时，将最先接收到光信号的像素的地址进行锁存，即采用最先接收到光信号的像素的时间信息作为后续电路TDC的停止信息，避免了像素阵列中的误触发，提高了测距的可靠性。
Description
技术领域
本申请涉及探测技术领域，特别涉及一种图像传感器和读出信号的方法。
背景技术
飞行时间测距法(Time of flight，TOF)，其原理是通过给目标物连续发送光脉冲，然后用传感器接收从物体返回的光，通过探测光脉冲的飞行(往返)时间来得到目标物距离。而直接飞行时间探测(Direct Time of flight，DTOF)作为TOF的一种，DTOF技术通过计算光脉冲的发射和接收时间，直接获得目标距离，具有原理简单，信噪比好、灵敏度高、精确度高等优点，受到了越来越广泛的关注。
同时，互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)图像传感器技术提供了高速实时记录测量信号的有效方法。应用DTOF技术的CMOS图像传感器对于时间关键型***中获取三维(3Dimension，3D)距离图像非常有利。
一般地，CMOS图像传感器包括感光区阵列即像素阵列(Pixel Array)、时序控制单元、时间数字转换单元(Timing Digital Converter，TDC)、数据处理单元等。其中，像素阵列用于完成光电转换，将光子转换为电子；时序控制单元用于控制电信号的读出和传递；TDC用于记录发射和接收时间的时间戳；数据处理单元用于处理像素阵列中的电信号。
通常，携带距离信息的CMOS图像传感器(即，3D图像传感器)可以使用DTOF技术，在该图像传感器中，像素阵列使用单光子雪崩光电二极管(Single Photon AvalancheDiode，SPAD)对光信号进行探测，即将包含SPAD(单光子雪崩二极管)的像素排列成矩阵的形式。在SPAD中，当一个光子进入高电场PN结区域，同时施加高于击穿电压的电压时，雪崩就会发生放大。通过检测电流瞬时流过的时刻，可以高精度地测量距离。
然而，随着像素阵列中像素点的增加，采用列读出方式对阵列中的像素信号读出，且一列中的多个像素可以复用一个TDC单元。假设在一个TDC单元中连接的多个像素同时收到了光信号被雪崩击穿，由于TDC无法区分该次同时被激发的像素，则该次测试被舍弃，即发生了误触发现象。
因此，需要提出一种可以减小误触发时测试数据被舍弃的像素电路，提高测距的可靠性。
发明内容
本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种图像传感器和读出信号的方法，以解决现有的测距可靠性低的问题。
为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本申请实施例提供了一种用于图像传感器读出信号的方法，其特征在于，包括：像素阵列接收光信号；读出所述第一像素组信号，所述第一像素组由所述像素阵列中的多个像素组成；当第一像素组信号被读出时，将所述第一像素组中第一像素的地址锁定，并输出至像素地址线；其中，所述第一像素是所述像素阵列中最先接收到所述光信号的一个像素。
可选地，所述第一像素组为所述像素阵列中同一列像素构成的像素组。
可选地，所述像素地址线仅有一个有效比特位。
可选地，所述像素阵列接收光信号，包括，所述第一像素组中的部分像素接收所述光信号。
第二方面，本申请实施例提供了一种图像传感器，其特征在于，包括：接收模块，包括像素阵列，用于接收光信号；读出模块，用于读出所述像素阵列中的第一像素组信号；锁存模块，用于在所述读出模块读出所述第一像素组信号时，将所述第一像素组中的第一像素的地址进行锁存；其中，所述第一像素是最先接收到所述光信号的一个像素。
可选地，第一像素组由所述图像传感器中同一列像素构成。
可选地，所述装置还包括地址线，所述第一像素组对应第一地址线，所述锁存装置与所述第一地址线连接，所述第一像素组的地址线仅有一个有效比特位。
可选地，所述第一像素组中的部分像素接收光信号。
本申请的有益效果是：本申请通过在图像传感器中设置锁存模块，当一组像素信号中有多个像素收到光信号时，将最先接收到光信号的像素的地址进行锁存，即采用最先接收到光信号的像素的时间信息作为后续电路TDC的停止信息，避免了像素阵列中的误触发，提高了测距的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种图像传感器的模块框图；
图2为本申请实施例提供的一种图像传感器的电路模块图；
图3为本申请实施例提供的又一种图像传感器的电路模块图；
图4为本申请实施例提供的锁存模块的连接图；
图5为本申请实施例提供的一种锁存模块的电路图；
图6为本申请实施例提供的一种图像传感器读出信号的方法。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
下面结合附图，详细说明本申请的具体实施例。
如图1所示，是本申请提供的一种图像传感器100的模块框图，其中包括接收模块101，读出模块102，锁存模块103。还可以包括具有其他功能的电路模块，本申请对此不作具体限定。
接收模块101，用于接收经过被测物体返回的光信号，接收模块可以是像素阵列，也可以是多个SPAD和部分逻辑电路组合成的阵列。SPAD的逻辑电路可以包括淬灭电路，用于将SPAD的雪崩状态淬灭，使得SPAD可以再次接收光信号并达到雪崩状态。
读出模块102，用于对接收模块101中的信号进行读出处理，示例性地，读出模块102可以是包含TDC模块的信号处理电路，也可以包含读出接收模块101中像素的时序控制电路，例如，可以选择以列像素为单元同时读出一行的像素信号，即行选列读出电路。
锁存模块103，用于存储接收模块101中被雪崩触发的像素的地址，即最先接收到光信号的像素的地址。锁存模块103可以通过地址总线与接收模块相连接，以存储像素的地址。读出模块102可以通过信号线与接收模块101相连接，以读取像素的信号。本申请对于连接方式不做出具体限定。
通过设置锁存模块103，存储图像传感器中的像素阵列的地址，确保最先接收到光信号的像素地址被该锁存模块103存储，避免了一组像素中多个像素误触发情况的发生，提高了该图像处理器的测距可靠性。
作为另一个实施例，一组像素可以是由图像传感器中一列像素构成，也可以是由图像传感器中一列像素中的部分像素构成，如图2所示中虚线所示。
图像传感器200包括像素阵列201，像素阵列201由多个像素组成，像素阵列中包括地址线和信号线，地址线用于传输该像素阵列201的像素地址信息，信号线用于传输该像素阵列201中像素的信号。地址线可以用于连接锁存模块202，锁存模块202以一组像素为单位，存储该组像素中最先接收到光信号的像素的地址信息；信号线可以用于连接读出模块203，读出该组像素中最先接收到光信号的像素的信号，例如，读出该像素的雪崩电流。
此外，图像传感器200还可以包括处理电路204，用于处理像素阵列201中的像素信息。
下面结合图3，以同一列中所有像素是一组像素，锁存模块由一组锁存器构成，读取模块由一组TDC构成为例，详细说明本申请提供的另一图像传感器300。
像素阵列301包括由多个像素构成的阵列，以一列方式连接的像素地址线(如图中粗实线所示)和像素信号线(如图中虚线所示)。像素地址线连接由9个锁存器构成的锁存模块，其中，每个锁存器与一列像素的地址线相连接，即锁存器1与像素阵列301中的第一列像素地址线相连接，用于存储第一列像素的地址，锁存器2与像素阵列301中的第二列像素地址线相连接，用于存储第二列像素的地址，依此类推，此处不再赘述。
像素信号线连接由9个TDC电路构成的读出模块，其中，每个TDC与一列像素的信号线相连接，即TDC1与像素阵列301中第一列像素的信号线相连接，用于记录第一列像素中第一个接收到光信号的像素的时间戳，TDC2与像素阵列301中第二列像素的信号线相连接，用于记录第二列像素中第一个接收到光信号的像素的时间戳，依此类推，此处不再赘述。
此外，逻辑处理电路302用于处理该图像传感器300中像素阵列301中的像素信号的其他信息，例如色彩信息，灰度信息等。
下面，结合图4和图5详细说明本申请提供的锁存电路的连接关系和具体的实现方式。
如图4所示，第一像素组400由多个像素构成，每个像素由SPAD和与其连接的淬灭电路组成，多个像素构成该第一像素组，每个像素与锁存模块402相连接，例如由四个像素构成了四位地址总线，分别为第<0>，<1>，<2>，<3>四位地址线与锁存模块402相连接。
如图5所示，地址总线500可以通过四个开关输入至多输入的或门电路，该或门的输出与D触发器相连接，该触发器的输出反馈至地址总线500，用于控制地址总线中传输的开关。
例如，该地址总线500中第<0>位地址线所对应的像素为最先接收到光信号的像素，即第<0>位地址线为高，此时，地址总线中的所有开关闭合，高电平经过或门传输至D触发器的输入，当D触发器的时钟上升沿到来时，输出端Q也为高电平，其反馈至地址总线500，将所有的开关断开，此时其余接收到光信号的像素的地址则不能被存储，以此达到锁存第<0>位地址线的地址的目的。
因此，本申请通过设置锁存装置存储图像传感器中的像素阵列的地址，确保最先接收到光信号的像素地址被存储，避免了一组像素中多个像素误触发情况的发生，提高了该图像处理器的测距可靠性。
需要说明的是，上述电路仅仅是本申请的锁存电路的一种实施例，本申请对该锁存电路的实现不作任何限定。
此外，本申请还提供一种用于图像传感器读出信号的方法，如图6所示。
S601，像素阵列接收光信号。
像素阵列接收由被测物体返回的光信号，可以是像素阵列中部分像素接收光信号，也可以是像素阵列中所有的像素都接收光信号，本申请对此不作具体限定。部分像素接收光信号可以通过关闭像素阵列中的部分像素实现，可以降低像素阵列的功耗。
S602，读出第一像素组信号，所述第一像素组由所述像素阵列中的多个像素组成。
读出第一像素组信号可以是通过像素信号线读出，第一像素组可以是由阵列中一列像素中部分像素组成，也可以是由阵列中的一列像素中所有的像素组成，本申请对此不作具体限定。该分组模式与TDC共享模式相同，即一个像素组对应一个TDC电路。
S603，当第一像素组信号被读出时，将所述第一像素组中第一像素的地址锁定，并输出至像素地址线，第一像素是所述像素阵列中最先接收到所述光信号的一个像素。
当像素组信号被读出至TDC电路记录时间戳时，该像素组中最先接收到光信号的像素的像素地址被锁定并传输至像素地址线中，此时其他像素信号即使接收到光信号，像素地址线也不能被改写，因此避免了像素阵列中的误触发，提高了测距的可靠性。
上述方法应用于前述实施例提供的探测装置，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于图像传感器读出信号的方法，其特征在于，包括：
像素阵列接收光信号；
读出第一像素组信号，所述第一像素组由所述像素阵列中的多个像素组成；
当第一像素组信号被读出时，将所述第一像素组中第一像素的地址锁定，并输出至像素地址线；
其中，所述第一像素是所述像素阵列中最先接收到所述光信号的一个像素。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一像素组为所述像素阵列中同一列像素构成的像素组。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述像素地址线仅有一个有效比特位。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述像素阵列接收光信号，包括，所述第一像素组中的部分像素接收所述光信号。
5.一种图像传感器，其特征在于，包括：
接收模块，包括像素阵列，用于接收光信号；
读出模块，用于读出所述像素阵列中的第一像素组信号；
锁存模块，用于在所述读出模块读出所述第一像素组信号时，将所述第一像素组中的第一像素的地址进行锁存；
其中，所述第一像素是最先接收到所述光信号的一个像素。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一像素组由所述图像传感器中同一列像素构成。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括地址线，所述第一像素组连接第一地址线，所述锁存装置与所述第一地址线连接，所述第一像素组的地址线仅有一个有效比特位。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一像素组中的部分像素接收光信号。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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