[發明專利]光學傳感器

在審

• 申請號: 201880070266.X
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN111542367A
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 阿蘭·卡佩;弗朗索瓦·丹內維爾;弗吉尼亞·霍爾;克里斯多夫·盧瓦耶;伊利亞斯·索里科普洛斯
• 申請（專利權）人: 里爾中央理工學校;法國豪斯理工大學;國家科學研究中心（CNRS）;法國豪斯英科大學;里爾大學
• 主分類號: A61N1/05
• 分類號: A61N1/05;A61N1/36;A61F2/14;A61F9/08;H01L27/146
• 代理公司: 北京同達信恒知識產權代理有限公司 11291
• 代理人: 黃志華;何月華

本發明涉及一種光學傳感器(1)，特別地涉及一種人造視網膜，其具有至少一個光敏電池，每個電池包括：積分電容器(C_m)；讀取電路(10)，該讀取電路(10)的操作取決于所述積分電容器(C_m)上的電荷；至少一個MOS晶體管(3；31；32)，該至少一個MOS晶體管(3；31；32)在亞閾值下操作，且該至少一個MOS晶體管(3；31；32)的漏極?源極電流影響所述積分電容器(C_m)上的所述電荷；至少一個光電二極管(2；21；22)，該至少一個光電二極管(2；21；22)在光電壓模式下操作且連接至所述MOS晶體管的柵極，使得所述MOS晶體管的所述漏極?源極電流取決于由所述光電二極管接收的光功率。

技術領域

本發明涉及一種能夠再現生物視網膜的特定行為且尤其可用在仿生架構中的低功率電路。

背景技術

已提供了用于獲取和處理視覺信息的各種系統、以及用于治療視覺障礙的植入物。

專利申請FR 2 953 394公開了一種人造視網膜，其包括：基底；第一層，該第一層放置在所述基底上且包括由光電壓材料制成的多個部分，該多個部分通過由絕緣材料制成的部分分離；以及第二層，所述第二層放置在所述第一層上且包括由導電材料制成的多個部分，該多個部分通過由絕緣材料制成的部分分離。

專利US 5 865 839中描述的系統足夠小以能夠植入到人眼中，且包括一組人造視網膜，該組人造視網膜中的每個人造視網膜都包括檢測器元件以及用于將入射光朝向檢測器元件引導的光纖。光纖發射輸出信號，該輸出信號取決于入射光的強度。耦合器允許該輸出信號耦合至人視網膜。

專利US 5 024 223公開了一種植入物，其包括植入到人視網膜的內層與外層之間的光電二極管的矩陣陣列。各個光電二極管的光敏感區域朝向入射光指向。該植入物產生被調幅的電流以便電刺激視網膜的內層。

專利US 6 046 444公開了一種像素結構，其包括在光電流模式下操作的光電二極管，在該光電流模式中該光電二極管被反向偏置，該光電二極管的陽極連接至接地(ground)且其陰極連接至配置在源極跟隨器模式下的NMOS晶體管的柵極。

本發明旨在進一步改進光學傳感器、特別是視網膜植入物，尤其是以便提供一種具有極低電力消耗且能夠在一定程度上模擬視網膜行為的高性能傳感器。

發明內容

因此，本發明根據其第一方面涉及一種光學傳感器、尤其是人造視網膜，該光學傳感器包括至少一個光敏電池，每個電池包括：

-積分電容器，

-讀取電路，所述讀取電路的操作取決于所述積分電容器上的電荷，

-至少一個MOS晶體管，所述至少一個MOS晶體管在亞閾值下操作，且所述至少一個MOS晶體管的漏極-源極電流影響所述積分電容器上的所述電荷，

-至少一個光電二極管，所述至少一個光電二極管在光電壓模式下操作且連接至所述晶體管的柵極，使得所述MOS晶體管的所述漏極-源極電流取決于由所述光電二極管接收的光功率。

當晶體管在亞閾值下操作時，其漏極-源極電流隨著稱為晶體管的弱反型區域(或“亞閾值區域”)的區域中的柵極控制電壓而呈指數地變化，在該弱反型區域中，所述柵極-源極電壓低于出現反轉區(即，在漏極與源極之間建立傳導通道)處的閾值電壓。

光電轉換所產生的光電二極管的開路電壓V_co被施加于所述晶體管的柵極。由于光電二極管的光電流與光電壓V_co之間的關系是對數的，因此漏極電流基本上與光電電流成比例，并因此與光功率成比例。這是值得注意的結果，且允許電池對照亮具有基本上線性的響應。

本發明還使光學傳感器的大規模集成成為可能，這是因為使用標準工業CMOS技術的可能性。