[发明专利]光学传感器

说明书

本发明涉及一种光学传感器(1)，特别地涉及一种人造视网膜，其具有至少一个光敏电池，每个电池包括：积分电容器(C_m)；读取电路(10)，该读取电路(10)的操作取决于所述积分电容器(C_m)上的电荷；至少一个MOS晶体管(3；31；32)，该至少一个MOS晶体管(3；31；32)在亚阈值下操作，且该至少一个MOS晶体管(3；31；32)的漏极‑源极电流影响所述积分电容器(C_m)上的所述电荷；至少一个光电二极管(2；21；22)，该至少一个光电二极管(2；21；22)在光电压模式下操作且连接至所述MOS晶体管的栅极，使得所述MOS晶体管的所述漏极‑源极电流取决于由所述光电二极管接收的光功率。

技术领域

本发明涉及一种能够再现生物视网膜的特定行为且尤其可用在仿生架构中的低功率电路。

背景技术

已提供了用于获取和处理视觉信息的各种系统、以及用于治疗视觉障碍的植入物。

专利申请FR 2 953 394公开了一种人造视网膜，其包括：基底；第一层，该第一层放置在所述基底上且包括由光电压材料制成的多个部分，该多个部分通过由绝缘材料制成的部分分离；以及第二层，所述第二层放置在所述第一层上且包括由导电材料制成的多个部分，该多个部分通过由绝缘材料制成的部分分离。

专利US 5 865 839中描述的系统足够小以能够植入到人眼中，且包括一组人造视网膜，该组人造视网膜中的每个人造视网膜都包括检测器元件以及用于将入射光朝向检测器元件引导的光纤。光纤发射输出信号，该输出信号取决于入射光的强度。耦合器允许该输出信号耦合至人视网膜。

专利US 5 024 223公开了一种植入物，其包括植入到人视网膜的内层与外层之间的光电二极管的矩阵阵列。各个光电二极管的光敏感区域朝向入射光指向。该植入物产生被调幅的电流以便电刺激视网膜的内层。

专利US 6 046 444公开了一种像素结构，其包括在光电流模式下操作的光电二极管，在该光电流模式中该光电二极管被反向偏置，该光电二极管的阳极连接至接地(ground)且其阴极连接至配置在源极跟随器模式下的NMOS晶体管的栅极。

本发明旨在进一步改进光学传感器、特别是视网膜植入物，尤其是以便提供一种具有极低电力消耗且能够在一定程度上模拟视网膜行为的高性能传感器。

发明内容

因此，本发明根据其第一方面涉及一种光学传感器、尤其是人造视网膜，该光学传感器包括至少一个光敏电池，每个电池包括：

-积分电容器，

-读取电路，所述读取电路的操作取决于所述积分电容器上的电荷，

-至少一个MOS晶体管，所述至少一个MOS晶体管在亚阈值下操作，且所述至少一个MOS晶体管的漏极-源极电流影响所述积分电容器上的所述电荷，

-至少一个光电二极管，所述至少一个光电二极管在光电压模式下操作且连接至所述晶体管的栅极，使得所述MOS晶体管的所述漏极-源极电流取决于由所述光电二极管接收的光功率。

当晶体管在亚阈值下操作时，其漏极-源极电流随着称为晶体管的弱反型区域(或“亚阈值区域”)的区域中的栅极控制电压而呈指数地变化，在该弱反型区域中，所述栅极-源极电压低于出现反转区(即，在漏极与源极之间建立传导通道)处的阈值电压。

光电转换所产生的光电二极管的开路电压V_co被施加于所述晶体管的栅极。由于光电二极管的光电流与光电压V_co之间的关系是对数的，因此漏极电流基本上与光电电流成比例，并因此与光功率成比例。这是值得注意的结果，且允许电池对照亮具有基本上线性的响应。

本发明还使光学传感器的大规模集成成为可能，这是因为使用标准工业CMOS技术的可能性。