[發明專利]光接收機面陣傳感器的信號輸出方法

有效

• 申請號: 200710170682.0
• 申請日: 2007-11-21
• 公開（公告）號: CN101159821A
• 公開（公告）日: 2008-04-09
• 發明（設計）人: 樊凌濤
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: H04N5/33
• 分類號: H04N5/33
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于光無線通信領域，特別涉及一種具有成像光學系統和面陣光電傳感器的光接收機的一種信號輸出方法。

背景技術

光通信系統從信道角度看可以分為有線通信和無線通信兩類。光有線通信目前的主要技術是光纖通信，已經成為傳輸網中的骨干技術。光無線通信系統從所用發射光的特性上講，目前主要有激光通信和紅外通信兩種。激光通信一般用于較遠距離的點對點通信中，紅外通信的主要技術之一是用于便攜設備近距數據交換的IrDA(國際紅外數據協會)標準。

一般的光通信系統接收機主要由光學系統、光電探測器和信號處理電路組成。光學系統收集、過濾空間的光信號，使其聚焦在光電探測器上；光電探測器將光信號轉換為電信號輸出到信號處理電路；信號處理電路進行相應的放大、濾波、檢測、解調、解碼等最終輸出數據。在這樣的光通信系統中通常是一個發射光源對應一個光電探測器，即使是復用了多路信號的光纖通信系統最終在接收端解復用后，空間上也是一個探測器對應一路光信號。通信所用的光電接收機一般采用直接檢測模式，即不考慮光信號的相位信息，而只考慮光信號的能量信息，探測器的輸出是連續的模擬電信號，信號的形式取決于發射光的調制形式。如果是脈沖光，則輸出也是脈沖的電信號。

可見光通信是繼激光、紅外之后的一種新興通信技術。隨著照明LED產業的快速發展，利用照明LED實現可見光通信將成為現行通信系統的一種補充或者替代，特別是在室內短距高速無線通信應用上。可見光通信系統的實現原理和基本構成與激光、紅外通信系統類似。應用于室內的無線通信設備通常是便攜設備，如筆記本電腦、移動電話、音視頻播放器、數碼照相機、游戲機等。而將這些設備通過光通信接入到通信網絡的一種簡便方法是利用其自身攜帶的光電成像系統實現對可見光通信信號的接收，如筆記本電腦和手機上的攝像頭。最可能的應用情形之一是利用LED陣列發送多路光信號，通過各個便攜設備的成像光學系統在其圖像傳感器上形成這些LED的像，不同的探測像元對應著不同的LED。如果這些探測像元能夠獨立檢測、輸出對應的LED光信號，那么就可以實現多路或者多址光通信。

單元的光電探測器實現連續的光電轉換，對應的輸出是連續的模擬信號，其后的處理電路通常是放大、濾波等。面陣的探測器，如果不是規模很大，比如只有32×32像元，那么可以獨立對待每一像元的輸出，每一探測像元及其后續電路構成獨立的輸出通道。對32×32面陣探測器應該有1024個獨立的并行連續輸出通道。這對現代集成電路技術來說實現起來并非是十分困難。

但是現行圖像傳感器(包括將來的面陣傳感器)，無論是CCD的還是CMOS的，如SONY的ICX418AKL(彩色攝像機用8mm?CCD圖像傳感器)和KODAK的KAI-0330(648×484?CCD圖像傳感器)、KAC-9628(648×488?CMOS圖像傳感器)，都是面陣光電探測器與輸出取樣/處理電路的集成，其輸出是探測器某一時刻的取樣值，而不是連續輸出。

一般CCD圖像傳感器采用的輸出方式是在同一時刻將所有探測象元的響應信號轉移到與列象元間隔設置的縱向CCD線陣上存儲起來，然后再將每個縱向CCD上的信號逐一轉移到一個橫向CCD線陣上，每次相當于一行信號，橫向CCD再在時鐘驅動下逐一串行輸出。CMOS圖像傳感器的輸出方式與CCD圖像傳感器類似，只是CMOS列信號的輸出并非是同一時刻的值，而是逐行掃描后輸出或者逐元掃描后輸出。

CCD和CMOS圖像傳感器的取樣輸出是離散的模擬信號，而非連續的模擬信號。離散的模擬信號在隨后進行的相關雙采樣(CDS)模數變換后，再變為數字信號。之所以采用取樣輸出的方式，一方面是因為面陣像元數量的規模太大，在集成電路里很難規劃數百萬甚至上千萬并行的處理與輸出通道；另一個方面作為圖像或者視頻應用，并不需要太高的輸出頻率，存儲起來再串行輸出或者掃描輸出已經能夠滿足使用要求。

然而，如果使用類似的圖像傳感器作為多路光接收機的探測器件，那么除了常規光電探測涉及的探測靈敏度、響應時間、響應頻帶等參數外，將存在兩個問題：一個是輸出象元的選擇問題；一個是輸出采樣與接收光的同步問題。

當使用圖像傳感器探測光通信信號時，響應的像元并不是所有的像元，而可能僅僅是部分象元，這與發送光源和光接收機的相對位置有關。那么如何屏蔽其他無關象元對環境光的響應信號，而只輸出有效的通信信號，對提高數據傳輸速率，減少冗余信號有很大影響。特別是仍舊采用取樣輸出的方式時，如果能夠對輸出象元進行選擇，那么在同樣的輸出時鐘驅動下，針對部分象元的輸出速率將急劇提高。