ES2708951T3 - Uso de una matriz de sensores de imagen en la generación de imágenes cerradas de rango láser - Google Patents

Abstract

El uso de una matriz de sensores de imagen en la generación de imágenes cerradas de rango láser, teniendo dicha matriz múltiples elementos (100) de sensores de píxeles a lo largo del área superficial de dicho sensor de imagen, cuyos múltiples elementos (100) de sensor de píxeles se disponen (110) para construir y emitir a una frecuencia de fotogramas de vídeo específica fotogramas de vídeo posteriores correspondientes a la imagen, en el que dichos elementos (100) de sensor de píxeles múltiples están dispuestos para generar múltiples segmentos de fotogramas de vídeo, teniendo dichos segmentos múltiples una duración de tiempo que es una fracción del tiempo equivalente a la frecuencia de fotogramas de vídeo, y componiendo un solo fotograma de vídeo a partir de los múltiples segmentos de fotograma de vídeo, dichos múltiples segmentos de fotogramas de vídeo se acumulan en un elemento de almacenamiento dentro del elemento de sensor de píxeles para componer una señal de fotogramas de vídeo completa antes de una lectura (60) de imagen real, en el que dicha duración de tiempo de dichos múltiples segmentos de fotogramas de vídeo se determina por una señal de control externa aplicada a todos los elementos de sensor de píxeles para obtener una temporización controlable de todos los elementos de sensor de píxeles que da como resultado una serie de estados de encendido/apagado, para restablecer el elemento sensible a la luz de los elementos de sensor de píxeles y dar como resultado múltiples segmentos de fotogramas de vídeo dentro de un período de fotogramas de vídeo, en el que dicho sensor imagen, durante su uso, está conectado a una circuitería externa que genera dicha señal de control externa para sincronizar la selección de segmentos de fotogramas de vídeo mediante el control de los estados de encendido/apagado con un evento externo que se visualiza en dicha matriz de sensores de imagen, y en el que dicho evento externo tiene información de imagen característica contenida en una duración que es una fracción de la frecuencia de fotogramas de vídeo de dicha matriz de sensores de imagen.

Description

DESCRIPCION

Uso de una matriz de sensores de imagen en la generacion de imagenes cerradas de rango laser

La invencion se refiere al uso de un dispositivo de generacion imagenes de estado solido, mas particularmente, a una matriz de sensores de imagen que tiene multiples elementos de sensor de pfxeles a lo largo del area superficial de dicho sensor de imagen, cuyos multiples elementos de sensor de pfxeles se disponen para construir y emitir una frecuencia de fotogramas de video espedfica a partir de segmentos de tiempo de fotogramas de video posteriores, correspondiendo cada segmento a la informacion dependiente del tiempo en los fotones que llegan desde la escena y se crean imagenes en la matriz de sensores de imagen que permite generar imagenes de eventos que tienen caractensticas de temporizacion mucho mas rapidas que las frecuencias de fotogramas de video.

La invencion tambien se refiere al uso de una combinacion de un intensificador de imagen y la matriz de sensores de imagen de estado solido mencionada anteriormente.

La invencion tambien se refiere al uso de un dispositivo de matriz de sensores de imagen bombardeados por electrones que comprende una camara de vado que tiene un fotocatodo capaz de liberar electrones en dicha camara de vado cuando se expone a la luz que incide en una imagen en dicho fotocatodo, medios de campo electrico para acelerar dichos electrones liberados desde dicho fotocatodo hacia la matriz de sensores de imagen mencionado anteriormente espaciados de dicho fotocatodo en una relacion opuesta para recibir una imagen de electrones de dicho fotocatodo, de tal manera que durante el uso de dichos electrones acelerados que inciden sobre dicho anodo crean cada uno multiples electrones en dicha matriz de sensores de imagen. Tambien se describe un elemento de sensor de pfxeles para su uso en una matriz de sensores de imagen, comprendiendo dicho elemento de sensor de pfxeles un elemento sensible a la luz capaz de generar y emitir una senal electrica en funcion de la luz que incide sobre dicho elemento sensible a la luz o un elemento de recogida de carga capaz de recoger las cargas generadas dentro de los lfmites del elemento de sensor de pfxeles; y seis transistores y un elemento de almacenamiento que permite la generacion de imagenes de video a partir de multiples segmentos de fotogramas de imagen.

De acuerdo con el estado de la tecnica, las matrices de sensores de imagenes basados en tecnologfa CCD o CMOS se han convertido en la principal fuente de imagenes digitales, ya sea para fotogramas individuales (fotos) o para secuencias de fotogramas multiples (video), como, por ejemplo, se muestra en el documento WO 01/10110 A, WO 00/52926 A, US 2005/269482 A1, US 2002/000508 A1 y US 2006/290797 A1, que desvelan la suma de subexposiciones durante un penodo de fotogramas dentro de un pixel antes de la lectura del pixel. En todas estas aplicaciones, la informacion de imagen se construye como una matriz de valores de escala de grises de pfxeles (en caso de blanco y negro, pero la informacion de color se expresa de manera similar) proporcional a la cantidad total de intensidad de luz que ha iluminado la matriz de sensores de imagen durante un tiempo de exposicion de fotograma. Cualquier informacion de un evento dependiente del tiempo o una variacion de intensidad que ocurre dentro del tiempo de exposicion de un fotograma se pierde debido a la caractenstica de acumulacion de estas matrices de sensores de imagen.

Sin embargo, en aplicaciones donde la informacion de una imagen esta contenida no solo en la distribucion de intensidad espacial sino tambien en el tiempo de llegada de los fotones, la capacidad de usar un obturador electronico rapido es de gran importancia. En tales aplicaciones, como, por ejemplo, generacion imagenes cerradas de rango laser (LIDAR) o, por ejemplo, Generacion de Imagenes de Por vida de Fluorescencia de muestras moleculares, el tiempo de llegada de los fotones en la imagen en relacion con la temporizacion de una fuente de excitacion pulsada se determina por la frecuencia de la luz en la atmosfera para LIDAR y por los tiempos de decaimiento de los procesos moleculares para FLI. Esto implica que, para registrar tales fenomenos, se requieren tiempos de obturacion del orden de decenas de nanosegundos.

Para tales aplicaciones, la tecnologfa convencional consiste en obturadores electronicos rapidos hechos por medio de la llamada compuerta de la tension de operacion de los fotocatodos en intensificadores de imagen cuya salida esta acoplada opticamente al sensor de imagen electronico (basado en CCD o CMOS). Usando esta tecnologfa, el sensor electronico de imagen puede operar a frecuencias de fotogramas de video normales (es decir, generalmente 20-30 fotogramas por segundo, pero a veces incluso mas rapido) al tiempo que integra multiples imagenes cerradas (creadas por medio de tiempos de obturacion tan cortos como 5 nanosegundos o menos desde el intensificador de imagen) en un solo fotograma de imagen (foto o secuencia de video).

Al integrar la intensidad de multiples imagenes cerradas (que individualmente tienen una duracion extremadamente corta) dentro de una exposicion de fotograma, la relacion senal a ruido ha mejorado mucho. En estas aplicaciones, la caractenstica de amplificacion de fotones del intensificador de imagen tambien ofrece una mejora de la senal en caso de que solo una pequena cantidad de fotones de senal este disponible en el corto intervalo de tiempo del pulso de cierre.

Otra caractenstica esencial del uso de un intensificador de imagen en aplicaciones de generacion de imagenes digitales cerradas es que cuando esta apagado, ninguna luz de la escena o evento se transmite al sensor de imagen electronico. Esto permite el uso de pulsos de excitacion altamente intensos que iluminan la escena de interes a una cierta distancia a traves de medios de retrodispersion (por ejemplo, polvo, lluvia o niebla en caso de LIDAR) o inducir imagenes de fluorescencia de baja intensidad (FLI) despues de un cierto tiempo de decaimiento.

La relacion de extincion de los intensificadores de imagen para la transmision directa de luz se estima en aproximadamente ocho decadas y se debe a la absorcion de luz en el fotocatodo, el uso de una placa de microcanales con canales estrechos en un angulo de polarizacion y una capa de aluminio ajustada a la luz que cubre la pantalla de salida de fosforo.

Si bien el uso de intensificadores de imagen para la generacion de imagenes cerradas es bien conocido y apreciado en muchas aplicaciones, hay ciertos inconvenientes. Como es una etapa extra en la cadena de generacion de imagenes, inevitablemente agrega ruido espacial y temporal y reduce el MTF. Ademas, para operar como un obturador electronico, requiere la conmutacion rapida de tensiones de catodos de varios cientos de voltios (dependiendo del tipo de intensificador de imagen) que no es trivial y, por ultimo, tales intensificadores de imagen cerrada agregan un coste considerable a un sensor de imagen electronico.

Otros ejemplos de generacion de imagenes cerradas de rango laser se desvelan en el documento US 2007/058038 A1 o en A 50x30-pixel CMOS sensor for TOF-based real time 3D imaging" taller de IEEE de 2005 sobre dispositivos con carga acoplada y sensores de imagen avanzados, 11 de junio de 2005, por David Stoppa y col.

La presente invencion es una nueva solucion para el problema identificado anteriormente y se define en las reivindicaciones adjuntas. Para ello, dichos elementos de sensor de pfxeles estan dispuestos para generar uno o varios segmentos de fotogramas de video, teniendo cada uno de los segmentos una duracion de tiempo que es una fraccion del tiempo equivalente a la frecuencia de fotogramas de video, y componiendo un solo fotograma de video a partir del multiple de dichos segmentos de fotogramas de video.

Los multiples segmentos de fotogramas de video se obtienen al encender y apagar los elementos de sensor de pfxeles varias veces dentro de un penodo de fotogramas de video. Por lo tanto, dentro de un penodo de fotogramas de video se generan multiples segmentos de fotogramas de video, conteniendo cada uno un pequeno paquete de senal de video, que contribuyen a la informacion general de la imagen de fotogramas de video. Los multiples segmentos de fotogramas de video obtenidos con cada elemento de sensor de pfxeles se acumulan y se usan para componer una senal de fotogramas de video unica completa antes de la lectura real.

Lo anterior conduce a una mejora considerable de la relacion senal a ruido. Mas esencialmente, los elementos de sensor de pfxeles utilizados no acumularan ninguna informacion de senal de imagen parasitaria no deseada, ya que el elemento de sensor de pfxeles se enciende y apaga varias veces. Por lo tanto, dicha informacion de senal de imagen parasita no deseada no se procesa y no contribuye a la senal de fotogramas de video global.

De acuerdo con un aspecto adicional del uso de dicha matriz de sensores de imagen de acuerdo con la invencion, dicha duracion de tiempo de dichos segmentos de fotogramas de video esta determinada por una senal de control externa que se aplica a la totalidad o parte de los elementos de sensor de pfxeles de dicha matriz de sensores de imagen.

A continuacion, se obtiene una temporizacion controlable de los elementos de sensor de pfxeles que da como resultado una serie de estados de encendido/apagado de los elementos de sensor de pfxeles que dan como resultado multiples segmentos de fotogramas de video dentro de un penodo de fotogramas de video, conteniendo cada segmento un paquete de senal de video pequeno deseado con una senal de ruido o fondo no deseada reducida.

Mas en particular, dicha senal de control se aplica a la matriz de sensores de imagen en sincronizacion con un evento externo que se visualiza en dicha matriz de sensores de imagen.

De acuerdo con una realizacion adicional de la matriz de sensores de imagen, el evento externo tiene informacion de imagen caractenstica contenida en una duracion de tiempo que es una fraccion de la frecuencia de fotogramas de video de dicha matriz de sensores de imagen.

Ademas, en otra realizacion funcional de acuerdo con la invencion, dicha matriz de sensores de imagen esta acoplada mediante el uso de medios opticos para una cara de salida de un dispositivo intensificador de imagen para amplificar un evento externo que se esta generando en dicha matriz de sensores de imagen.

El elemento de sensor de pfxeles usado ademas esta caracterizado porque esta construido con seis transistores y un elemento sensible a la luz y un elemento de almacenamiento de carga. El primer transistor tiene un primer nodo de contacto conectado a la tension de alimentacion y un segundo nodo de contacto conectado al nodo de contacto del elemento sensible a la luz y el tercer transistor tiene un nodo de puerta conectado al nodo de contacto del elemento sensible a la luz, un primer nodo de contacto conectado operativamente a la tension de alimentacion y un segundo nodo de contacto conectado operativamente al primer nodo de contacto del segundo transistor, y en el que el elemento de sensor de pfxeles comprende ademas al menos un elemento de almacenamiento que tiene un primer nodo de contacto conectado operativamente al segundo primer nodo de contacto del segundo elemento de transistor y primer nodo de contacto del cuarto elemento de transistor.

El elemento de sensor de pfxeles usado ademas esta caracterizado porque el elemento de sensor de p^xeles comprende un quinto transistor que tiene un nodo de puerta conectado operativamente al primer nodo de contacto del elemento de almacenamiento, un primer nodo de contacto conectado operativamente al primer nodo de contacto del sexto transistor y un segundo nodo de contacto conectado operativamente a la tension de alimentacion y comprende un sexto transistor que tiene un segundo nodo de contacto conectado operativamente al nodo de puerta del tercer transistor.

Con esto, el elemento de sensor de pfxeles se puede encender y apagar multiples veces dentro de un penodo de fotogramas de video, lo que da como resultado un restablecimiento del elemento sensible a la luz y la generacion de multiples segmentos de fotogramas de video. Cada segmento de fotogramas de video contiene un paquete de senal de video pequeno deseado con una senal de ruido reducida, la informacion de la imagen se almacena en el elemento de almacenamiento hasta que la lectura completa del fotograma de video tenga lugar al final del penodo de fotogramas de video.

Para encender y apagar el elemento de sensor de pfxeles multiples veces, la circuitena de restablecimiento comprende al menos un dispositivo generador de pulsos que tiene un primer nodo de contacto operativamente conectado a al menos el nodo de puerta del segundo transistor y un segundo nodo de contacto conectado al nodo de la puerta del sexto transistor. Esto permite un restablecimiento posterior del elemento de sensor de pfxeles para generar un segmento de fotogramas de video posterior, cuya informacion de imagen se acumula en el elemento de almacenamiento.

Con el fin de permitir una acumulacion de la informacion de imagen obtenida con los segmentos posteriores de fotogramas de video, el elemento de almacenamiento comprende al menos un condensador, en particular un MOS o un condensador MIM. Como un condensador MOS es sensible a la luz que incide en el elemento de sensor de pfxeles de acuerdo con una mejora adicional, esta cubierto para la operacion de iluminacion frontal o retroiluminada con una capa de proteccion de metal. Con esto se evita que cualquier informacion de imagen que se considere como una senal de ruido de fondo no deseada pueda distorsionar la informacion de imagen deseada.

La invencion se explicara ahora en detalle utilizando los dibujos adjuntos, en los que muestran:

La figura 1 es una realizacion de un elemento de sensor de pfxeles de acuerdo con el estado de la tecnica; La figura 2 es una realizacion de un elemento de sensor de pfxeles usado de acuerdo con la invencion.

En la figura 1 se desvela un elemento de sensor de pfxeles de acuerdo con el estado de la tecnica. Tal elemento de sensor de pfxeles puede usarse en un dispositivo matriz de sensores de imagen y que comprende un elemento 10 sensible a la luz, por ejemplo, un fotodiodo capaz de generar y emitir a traves de un nodo 10a de salida una senal electrica en funcion de la luz que incide sobre dicho elemento 10 sensible a la luz. En la figura 1 dicha luz se denota con h. De acuerdo con el estado de la tecnica, el fotodiodo 10 convierte los fotones incidentes en una senal electrica (tension) usada para generar un fotograma de video que contiene informacion de imagen. El elemento de sensor de pfxeles de acuerdo con el estado de la tecnica se restablece mediante el uso de circuitena de reinicio, que esta conectado con todos los elementos de sensor de pfxeles contenidos en el dispositivo de matriz de sensores de imagen. En el momento del reinicio al comienzo de cada fotograma de video, se aplica una tension externa simultaneamente a todos los elementos de sensor de pfxeles que se conectan al nodo de puerta del primer transistor 11 (M1). El transistor M1 esta conectado a un primer nodo 11a de contacto a la tension 5 de alimentacion y con un segundo nodo 11b de contacto al nodo de salida 10a del elemento 10 fotosensible.

Durante el penodo de fotogramas de video, el elemento 10 fotosensible se expone a la luz (fotones h) que incide sobre el mismo, dando como resultado una tension decreciente a traves del elemento 10 fotosensible. Despues de un tiempo de exposicion predeterminado, correspondiente a la frecuencia de fotogramas de video, la tension restante en el elemento 10 fotosensible se lee a traves del segundo transistor 12 (M2). Con este fin, un primer nodo 12a de contacto del segundo transistor 12, que esta conectado operativamente al nodo 10a de salida del elemento 10 fotosensible. Un segundo nodo de contacto del segundo transistor 12 esta conectado al nodo 13c de puerta de un tercer transistor 13 (M3).

M3 amplifica la senal de tension del elemento 10 fotosensible y aplica esta senal de tension amplificada a un cuarto transistor 14 (M4). Un primer nodo 14a de contacto del cuarto transistor 14 esta conectado al mismo con un segundo nodo 13b de contacto del tercer transistor 13. Durante el penodo de fotogramas de video, el cuarto transistor 14 esta en su estado "cerrado" y se "abrira" al final del penodo de fotogramas de video para emitir la senal de tension amplificada a traves de su segundo nodo 14b de contacto a un nodo 6 de salida del elemento de sensor de pfxeles 1.

Normalmente, el nodo 6 de contacto esta conectado a los amplificadores de columna de la matriz de sensores de pfxeles.

Para cada penodo de fotogramas de video posterior, el elemento sensible a la luz debe restablecerse a la tension 5 de alimentacion aplicando una senal de reinicio al nodo de puerta del transistor 11 (M1), estando dicho transistor conectado tanto con el primer nodo 11a de contacto a la tension 5 de suministro como con el segundo nodo 11b de contacto con el nodo 10a de contacto del elemento sensible a la luz y el primer nodo 12a de contacto del segundo transistor 12 (M2).

Un inconveniente de este elemento 1 de sensor de pfxeles conocido de acuerdo con el estado de la tecnica es que durante el penodo de exposicion del elemento 10 fotosensible no se puede hacer distincion entre la informacion de imagen deseada real y la informacion de imagen no deseada. Esta ultima informacion de imagen no deseada afectara negativamente la relacion senal a ruido. De hecho, durante un penodo de fotogramas de v^deo, el elemento 10 fotosensible se expone a toda la luz que incide sobre el mismo, incluyendo luz no deseada, por lo tanto, todos los fotones se recogen y se convierten en una senal electrica generada en el nodo 10a de contacto.

Una realizacion particular de la presente invencion permite la deteccion y el almacenamiento en un sensor de imagen de estado solido de multiples segmentos de fotogramas de imagenes de corta duracion, siendo una fraccion de la duracion del tiempo correspondiente a la frecuencia de fotogramas de video cuando se aplica una tension de control externa al sensor (estado ENCENDIDO) mientras que es insensible a la luz cuando la tension de control se aplica de otra manera (estado APAGADO). La realizacion permite multiples secuencias ENCENDIDO-APAGADO dentro de un fotograma de exposicion del sensor de imagen. De este modo, la operacion a alta frecuencia permanece en la matriz de sensores de pfxeles, mientras que la lectura de la imagen general al final de la duracion de los fotogramas de video puede tener lugar a una frecuencia de lectura realista. La realizacion consiste en una arquitectura de pfxeles realizada de seis transistores, como se representa en la figura 2.

El elemento 100 de sensor de pixel como se desvela en la figura 2 permite integrar una senal electrica durante un penodo de fotogramas de video que contiene solo o que contiene principalmente informacion de senal de imagen que se desea y en el que la informacion de senal de imagen no deseada se elimina en la mayor medida posible. En la figura 2, el elemento 100 de sensor de pfxeles se enciende y apaga varias veces dentro de un penodo de fotogramas de video usando senales de sincronizacion externas aplicadas al elemento 100 de sensor de pfxeles a traves de circuitena de reinicio conectado a los nodos de puerta de transistores 120 (M2) y 160 (M6).

De acuerdo con la invencion, el nodo 130c de puerta del tercer transistor 130 (M3) esta ahora directamente conectado operativamente al nodo 100a de salida del elemento 100 sensible a la luz. Un primer nodo 130a de contacto del tercer transistor 130 esta conectado operativamente a la tension 50 de alimentacion. Un segundo nodo 130b de contacto esta conectado a un primer nodo 120a de contacto del segundo transistor 120 (M2).

De acuerdo con la invencion, el segundo nodo 120b de contacto del segundo transistor 120 (M2) esta conectado al primer nodo 140a de contacto del cuarto transistor 140 (M4).

En comparacion con la realizacion del estado de la tecnica como se muestra en la figura 1, el elemento de sensor de pfxeles de la figura 2 esta provisto de un elemento 170 de almacenamiento que tiene un primer nodo 170a de contacto conectado operativamente al segundo nodo 120b de contacto del segundo transistor 120 y el primer nodo 140a de contacto del cuarto transistor 140 y el nodo 150c de puerta del quinto transistor 150 (M5).

De acuerdo con la invencion, para obtener los restablecimientos multiples del elemento de sensor de pfxeles de la figura 2 durante un penodo de fotogramas de video, la senal de tension generada a traves del nodo 100a de salida del elemento 100 fotosensible se recoge y almacena a traves del tercer y segundo transistor 130, respectivamente, 120 en el elemento 170 de almacenamiento. La senal electrica almacenada en el elemento 170 de almacenamiento se usa como la nueva tension de restablecimiento para el proximo restablecimiento del elemento 100 sensible a la luz dentro del mismo penodo de fotogramas de video.

Con este fin, el elemento de sensor de pfxeles de la figura 2 esta provisto de dos transistores 150 y 160 adicionales, que amplifican la senal de tension almacenada en el elemento 170 de almacenamiento y aplican esta senal al elemento 100 sensible a la luz como la nueva tension de reinicio para generar el siguiente segmento de fotogramas de video posterior. A tal efecto, un primer nodo 150a de contacto del quinto transistor 150 esta conectado operativamente con el segundo nodo 160b de contacto del sexto transistor 160 (M4). Asimismo, un segundo nodo 150b de contacto del quinto transistor 150 esta conectado a la tension 50 de alimentacion. Un primer nodo 160a de contacto del sexto transistor 160 esta conectado al primer nodo 100a de contacto del fotodiodo 100.

Durante un penodo de fotogramas de video, el elemento 100 de sensor de pfxeles se restablece multiples veces mediante la aplicacion de senales electricas externas conectadas a los nodos de puerta de los transistores 120 (M2) y 160 (M4). Entre cada restablecimiento, que puede ser considerado como un pequeno penodo de tiempo, por ejemplo, 50 ns, la informacion de imagen se obtiene con el elemento 100 sensible a la luz y se genera como una llamada senal de informacion del segmento de fotogramas de video al elemento 170 de almacenamiento en el que se almacena.

Al final del penodo de fotogramas de video, el cuarto transistor 140 se abre y el fotograma de video completo se lee y envfa al nodo 60 de contacto del elemento de sensor de pfxeles.

La acumulacion de multiples segmentos de fotogramas de video (senal de informacion de imagen adquirida entre multiples tiempos de restablecimiento) antes de la lectura de la senal de informacion completa de fotogramas de video dara como resultado un aumento considerable de la relacion senal a ruido. A medida que el elemento de sensor de pfxeles se enciende y apaga varias veces durante un cualquiera penodo de fotogramas de v^deo no deseado, la informacion de senal de imagen parasita no se acumulara dentro del elemento 170 de almacenamiento, cuya informacion de senal de imagen no deseada se genera en el elemento de sensor de pfxeles durante los penodos de tiempo en que el elemento de sensor de pfxeles esta apagado.

Por lo tanto, de acuerdo con la invencion, un solo fotograma de imagen de video que se lee a traves del nodo 60 de contacto se construye a partir de multiples imagenes cerradas, que se obtuvieron y generaron por sincronizacion con circuitena externa conectada a los nodos de puerta de los transistores 120 y 160.

Con esta construccion, el elemento de sensor de pfxeles puede encenderse y apagarse usando una tension de conmutacion que es menor en dos o tres decadas que la tension requerida para operar intensificadores de imagen o sensores de pfxeles activos bombardeados por electrones de acuerdo con el estado de la tecnica.

El elemento de sensor de pfxeles se puede usar para generar imagenes de fotones directamente en el elemento 100 fotosensible que se fabrica preferentemente a partir de silicio y puede operar dentro de un rango de longitud de onda de 200 a 1100 nm. En otra realizacion, el elemento 100 fotosensible puede fabricarse a partir de InGaAs o de otro material III-V semiconductor compuesto que opera dentro de un intervalo de longitud de onda de 700 a 1900 nm. El elemento de sensor de pfxeles tambien se puede usar en combinacion con un intensificador de imagen que proporciona una mejor relacion senal a ruido en situaciones que tienen una intensidad de luz baja que proporciona una sensibilidad espectral, desigual a los sensores de imagen de estado solido disponibles en la actualidad. En otra realizacion, el elemento de sensor de pfxeles de acuerdo con la invencion se puede usar en un dispositivo de matriz de sensores de imagen bombardeado por electrones.

En una realizacion adicional, el elemento de almacenamiento 170 puede construirse como un condensador, en particular, un condensador MOS. Como un condensador MOS es sensible a la luz, se deben tomar medidas agregando una capa de proteccion contra la luz que evite cualquier perturbacion no deseada y/o parasitaria durante los penodos en que los que elemento de sensor de pfxeles esta apagado. Dicha capa de proteccion contra la luz se puede depositar en cualquier seccion de cualquiera de las superficies de la matriz de sensores de pfxeles, correspondiente al modo de operacion de iluminacion de la matriz de sensores de imagen, estando dicho modo de operacion iluminado por el lado frontal o el lado posterior. Dicha capa de proteccion contra la luz puede ser una capa de proteccion contra la luz de metal. Tambien se puede usar un condensador MIM (Metal Aislante Metal) como elemento de almacenamiento.

La arquitectura de pfxeles de sensor desvelada se puede usar en una variedad de aplicaciones de generacion de imagenes cerradas, como, por ejemplo, para generar imagenes de fotones de una escena u otro evento directamente en el sensor de imagen de estado solido creado en Si para su uso en el intervalo de longitud de onda de 200 a 1100 nm, ya sea con iluminacion frontal o posterior o fabricado en InGaAs III-V u otro semiconductor compuesto para su uso en el intervalo de longitud de onda de 700 a 1900 nm. Es muy probable que la seleccion de rango laser especialmente seguro para el ojo a -1500 nanometros sea un candidato.

En segundo lugar, un sensor fabricado de acuerdo con esta arquitectura tambien se puede combinar con un intensificador de imagen que proporciona ganancia de senal adicional en caso de baja iluminacion o baja intensidad de senal u ofrece una sensibilidad espectral no disponible en el sensor electronico. En este caso, ya no se requiere la activacion rapida de la alta tension del fotocatodo del intensificador de imagen.

En tercer lugar, la arquitectura de pfxeles de sensor se puede usar en el llamado modo de bombardeado por electrones donde el sensor electronico total se construye como un sensor de pfxeles activos bombardeados por electrones, un sensor de imagen semiconductor con el generador de imagenes de estado solido montado en una caja de vacfo. En tal dispositivo, los fotones que vienen de la escena estan generando fotoelectrones en un fotocatodo montado frente al sensor de estado solido. Los fotoelectrones se aceleran posteriormente hacia el sensor de imagen semiconductor usando un campo electrico aplicado de tfpicamente 1500 voltios.

Debido a la alta energfa cinetica despues de tal aceleracion, se crea una carga de varios cientos de electrones en el sensor de estado solido para cada fotoelectron de alta frecuencia incidente, agregando asf ganancia a la senal. En los sensores de pfxeles activos bombardeados por electrones convencionales, la operacion de activacion requiere que una tension muy alta se encienda y apague muy rapidamente. La nueva arquitectura de pfxeles, en este caso, ya no requiere controlar a una alta tasa de repeticion de la alta tension operativa, sino que lo hace a tensiones de nivel TTL modestos.

Adicionalmente, se evita la parasita de la sensibilidad no deseada para los fotones de un sensor convencional de pfxeles activos bombardeados por electrones cuando se desconecta la alta tension debido a que la estructura de pfxeles no es sensible a los fotones cuando se apaga.

Claims (4)

REIVINDICACIONES

1. El uso de una matriz de sensores de imagen en la generacion de imagenes cerradas de rango laser, teniendo dicha matriz multiples elementos (100) de sensores de pfxeles a lo largo del area superficial de dicho sensor de imagen, cuyos multiples elementos (100) de sensor de pfxeles se disponen (110) para construir y emitir a una frecuencia de fotogramas de video espedfica fotogramas de video posteriores correspondientes a la imagen, en el que dichos elementos (100) de sensor de pfxeles multiples estan dispuestos para generar multiples segmentos de fotogramas de video, teniendo dichos segmentos multiples una duracion de tiempo que es una fraccion del tiempo equivalente a la frecuencia de fotogramas de video, y componiendo un solo fotograma de video a partir de los multiples segmentos de fotograma de video, dichos multiples segmentos de fotogramas de video se acumulan en un elemento de almacenamiento dentro del elemento de sensor de pfxeles para componer una senal de fotogramas de video completa antes de una lectura (60) de imagen real, en el que dicha duracion de tiempo de dichos multiples segmentos de fotogramas de video se determina por una senal de control externa aplicada a todos los elementos de sensor de pfxeles para obtener una temporizacion controlable de todos los elementos de sensor de pfxeles que da como resultado una serie de estados de encendido/apagado, para restablecer el elemento sensible a la luz de los elementos de sensor de pfxeles y dar como resultado multiples segmentos de fotogramas de video dentro de un penodo de fotogramas de video, en el que dicho sensor imagen, durante su uso, esta conectado a una circuitena externa que genera dicha senal de control externa para sincronizar la seleccion de segmentos de fotogramas de video mediante el control de los estados de encendido/apagado con un evento externo que se visualiza en dicha matriz de sensores de imagen, y en el que dicho evento externo tiene informacion de imagen caractenstica contenida en una duracion que es una fraccion de la frecuencia de fotogramas de video de dicha matriz de sensores de imagen.

2. El uso de una matriz de sensores de imagen de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque cada uno de dichos multiples segmentos de fotogramas de video contiene un paquete de senal de video, conteniendo cada paquete de senal de video una porcion de una informacion general de imagen de fotogramas de video.

3. El uso de una matriz de sensores de imagen de acuerdo con una cualquiera o mas de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha matriz de sensores de imagen esta acoplada mediante el uso de medios opticos a una cara de salida de un dispositivo intensificador de imagen para amplificar un evento externo que se esta generando en dicha matriz de sensores de imagen.

4. El uso de un dispositivo de matriz de sensores de imagen bombardeados por electrones que comprende una camara de vacfo que tiene un fotocatodo capaz de liberar electrones en dicha camara de vacfo cuando se expone a la luz que incide en una imagen en dicho fotocatodo, medios de campo electrico para acelerar dichos electrones liberados desde dicho fotocatodo hacia un anodo espaciado de dicho fotocatodo en una relacion opuesta para recibir una imagen de electrones de dicho fotocatodo, de tal manera que durante el uso dichos electrones acelerados que inciden en dicho anodo crean multiples pares de agujeros de electrones cerca de la superficie de dicho anodo, en el que dicho anodo se construye como una matriz de sensores de imagen usada como se define en una o varias de las reivindicaciones 1-3.