ES2866477T3 - Dispositivo sensor de imagen - Google Patents

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Nicola Guerrini
Iain Sedgwick
Renato Turchetta
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United Kingdom Research and Innovation
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Abstract

Un dispositivo sensor de imágenes (300), que comprende: una matriz de sensores de píxeles dispuestos en filas y columnas, la matriz que comprende: una pluralidad de bloques de unión (200), cada bloque de unión que comprende una pluralidad de sensores de píxeles dispuestos en al menos un grupo de filas; y el primer (335) y segundo (345) grupos de líneas de direccionamiento para direccionar los sensores de píxeles, la disposición de los sensores de píxeles y las líneas de direccionamiento en cada uno de los bloques de unión es la misma; circuitos de direccionamiento de filas (330) externos a la matriz, dispuestos a lo largo de un borde de la matriz paralelo a las filas de sensores de píxeles, acoplados a los sensores de píxeles mediante el uso del primer grupo de líneas de direccionamiento (335) y configurados para realizar una acción de direccionamiento de filas en la que se direcciona simultáneamente a una única fila correspondiente en cada uno de los grupos de filas de cada bloque de unión; y circuitos de direccionamiento de grupo externos a la matriz, dispuestos a lo largo del mismo borde de la matriz que los circuitos de direccionamiento de fila, acoplados a los sensores de píxeles mediante el uso de al menos parte del segundo grupo de líneas de direccionamiento (345) y configurados para realizar una acción de direccionamiento de grupo en la que se direccionan simultáneamente todas las filas en un único grupo de filas de un único bloque de unión; en donde cada bloque de unión comprende además una puerta lógica (350) proporcionada dentro de un sensor de píxeles respectivo para cada fila respectiva de sensores de píxeles del bloque de unión, dicha puerta lógica se acopla a una de las primeras líneas de direccionamiento respectivas y a una de las segundas líneas de direccionamiento, para combinar una acción de direccionamiento de fila y una acción de direccionamiento de grupo, de manera que sólo se seleccione simultáneamente una fila de un grupo de filas de un bloque de unión; y en donde las respectivas puertas lógicas (350) se distribuyen aleatoria o pseudoaleatoriamente de manera que las posiciones de cada puerta lógica (350) en relación con sus sensores de píxeles asociados de la fila respectiva de sensores de píxeles del bloque de unión no sean las mismas.

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo sensor de imagen
Campo técnico de la invención
La invención se refiere a un dispositivo sensor de imágenes, un dispositivo sensor de imágenes compuesto y métodos de fabricación de dicho dispositivo sensor de imágenes.
Antecedentes de la invención
Las matrices de sensores de imágenes se usan en una gran variedad de aplicaciones diferentes.
En algunas aplicaciones, es conveniente un tamaño de área de matriz grande, por ejemplo, imágenes médicas de rayos X, planos focales de telescopios y detectores de rayos X en un sincrotrón. En la práctica, se puede lograr un área de detección tan grande colocando en mosaico varias unidades detectoras más pequeñas. Para evitar la pérdida de partes de la imagen, los espacios entre cada unidad individual deben ser lo más pequeños posible.
A menudo, se usan sensores de imagen CMOS o detectores de semiconductores unidos a un chip de lectura CMOS. Un sensor de imágenes CMOS (CIS) es un dispositivo electrónico pixelado que puede detectar la radiación electromagnética (a menudo luz) y traducirla en una tensión de salida legible. En un CIS estándar, cada píxel convierte la radiación recibida en tensión y la almacena hasta una fase de lectura. La Figura 1 muestra un tipo conocido de CIS 10. Este comprende: una pluralidad de píxeles 20; circuitos de direccionamiento de filas 30; líneas de señal de direccionamiento de filas 35; circuitos de lectura 40; y líneas de lectura 45. Durante la lectura, se direcciona una fila mediante el uso del circuito de fila 30 que se encuentra a lo largo de un borde del dispositivo. Todos los píxeles de esa fila se leen a lo largo de una respectiva línea 45 de lectura de columna. Cada píxel de una columna diferente se acopla a la misma línea de lectura 45. Para producir una imagen uniforme, todos los píxeles son convenientemente idénticos. Por lo tanto, en la parte CMOS del detector, la electrónica de control y lectura se proporciona típicamente en al menos dos lados de la matriz de sensores. Los amplificadores de lectura y los circuitos controlados por columnas a menudo se proporcionan en la parte inferior de la matriz y los circuitos de direccionamiento de filas a menudo se proporcionan en el lado izquierdo, como se muestra en la Figura 1. En vista de los circuitos presente en estos dos lados, cualquier intento de enlosar las matrices de sensores mediante el uso de estos lados resultará en huecos significativos en la matriz compuesta resultante. Si las matrices de sensores son cuadradas y solo es necesario un mosaico de 2x2, estos espacios no causan ningún problema.
Sin embargo, los sensores de imágenes más grandes son cada vez más convenientes. Esto es difícil de lograr en vista de las limitaciones discutidas anteriormente. Un enfoque conocido para aumentar el número de lados empalmados (es decir, lados de la matriz de píxeles a lo largo de los cuales no se coloca ningún circuito y que, por lo tanto, pueden colindar con otras matrices de sensores para crear un dispositivo compuesto) es colocar el circuito de direccionamiento y el circuito de lectura a lo largo del mismo borde de la matriz de píxeles. Por ejemplo, el documento US-7,009,646 considera este enfoque.
Para crear sensores compuestos aún más grandes, las matrices de sensores individuales que componen el compuesto deberían ser preferentemente tan grandes como sea posible. Los sensores más grandes posibles son del tamaño de una oblea CMOS completa y se denominan escala de obleas. Estos dispositivos individuales a gran escala se producen mediante un proceso conocido como unión. Se repiten bloques idénticos de circuitos a través del sensor. Seleccionar una única fila de sensores de píxeles cuando todos los bloques de circuitos son iguales crea dificultades significativas. Cuando la unión se combina con la estrategia de colocar todos los circuitos electrónicos en un solo borde de la matriz de sensores, existe un desafío adicional.
Los dispositivos en los que el direccionamiento de filas se puede realizar esencialmente mediante líneas horizontales y la lectura esencialmente mediante líneas verticales tienen una naturaleza simétrica. Cuando todos los circuitos electrónicos se colocan a lo largo de un único borde, tanto el direccionamiento como la lectura se basan en líneas con básicamente la misma orientación. Una disposición repetible de sensores de píxeles y líneas de direccionamiento de las que se puede seleccionar una sola fila no es fácil. Además, es conveniente que la matriz de sensores se produzca mediante el uso de la menor cantidad posible de tipos diferentes de unidades de repetición (conocidas como bloques de unión). Esto no solo da lugar a un dispositivo más fácil y menos costoso de fabricar, sino que también mejora la posibilidad de que cada sensor de píxeles sea el mismo. De esta manera se mejora la calidad de la imagen. Lograr todos estos objetivos sigue siendo una dificultad.
El documento WO-2010/066559 se refiere a sensores de imagen que tienen un gran tamaño o un gran número de líneas. Cada columna de píxeles se organiza en bloques adyacentes verticalmente. Un decodificador de línea selecciona una línea en cada uno de los bloques. Cada bloque se conecta a un conductor de columna respectivo y los circuitos de lectura se disponen al pie de cada columna de píxeles, cada uno de los cuales se conecta a un conductor de columna respectivo.
El documento EP-1835733 se refiere a un dispositivo de captación de imágenes de estado sólido. Las celdas unitarias se disponen por filas y columnas para emitir una tensión de señal correspondiente a las cargas de señal basadas en la luz convertida. Se usa un circuito de selección de fila y un transistor de lectura para establecer un período de tiempo de acumulación para acumular las cargas de la señal. El circuito de selección de filas junto con un transistor de selección vertical selecciona una fila.
El documento US-2009/179141 se refiere a una gran estructura de sensor de imagen creada mediante la colocación en mosaico una pluralidad de troqueles de sensores de imagen. Cada uno de los troqueles del sensor de imagen incluye una matriz de píxeles que se extiende hasta tres bordes del troquel y controla los circuitos ubicados a lo largo de un cuarto borde del troquel.
Resumen de la Invención
En este contexto, la presente invención proporciona un dispositivo sensor de imágenes de acuerdo con la reivindicación 1. Este comprende: una matriz de sensores de píxeles dispuestos en filas y columnas, la matriz que comprende: una pluralidad de bloques de unión, cada bloque de unión que comprende una pluralidad de sensores de píxeles dispuestos en al menos un grupo de filas; y primer y segundo grupos de líneas de direccionamiento para direccionar los sensores de píxeles, siendo la disposición de los sensores de píxeles y de las líneas de direccionamiento en cada uno de los bloques de unión la misma; circuitos de direccionamiento de filas externos a la matriz, dispuestos a lo largo de un borde de la matriz paralelo a las filas de sensores de píxeles, acoplados a los sensores de píxeles mediante el uso del primer grupo de líneas de direccionamiento y configurados para realizar una acción de direccionamiento de filas en la que una única fila correspondiente en cada uno de los grupos de filas de cada bloque de unión se direcciona simultáneamente; y circuitos de direccionamiento de grupo externos a la matriz, dispuestos a lo largo del mismo borde de la matriz que los circuitos de direccionamiento de filas, acoplados a los sensores de píxeles mediante el uso de al menos algunas de las líneas de direccionamiento del segundo grupo y configurados para realizar una acción de direccionamiento de grupo en la que se direccionan simultáneamente todas las filas de un único grupo de filas de un único bloque de unión se direccionan simultáneamente. Cada bloque de unión se dispone además para combinar una acción de direccionamiento de filas con una acción de direccionamiento de grupos de manera que sólo se selecciona simultáneamente una fila de un grupo de filas de un bloque de unión.
Por tanto, se usan dos líneas de direccionamiento para direccionar una única fila de sensores de píxeles. Los sensores de píxeles se dividen ventajosamente en grupos de filas en todos los bloques de unión, cada grupo de filas puede comprender una pluralidad de sensores de píxeles en una pluralidad de filas y al menos una columna. Cada grupo de filas tiene preferentemente su propia señal de direccionamiento. Además, también se proporciona una señal de direccionamiento para identificar una fila dentro de un grupo de filas. Por lo tanto, esa señal de direccionamiento puede proporcionarse a cada grupo de filas. El primer grupo de líneas de direccionamiento proporciona la señal de direccionamiento de filas y el segundo grupo de líneas de direccionamiento proporciona la señal de direccionamiento del grupo de filas.
Se ha reconocido que usar solo una señal para abordar los píxeles de una sola fila da como resultado un sensor que no es posible fabricar mediante el uso de una sola unidad repetida, cuando todos los circuitos de direccionamiento se colocan a lo largo de un borde de la matriz de sensores. Por el contrario, el uso de dos señales de direccionamiento para identificar una fila hace posible tal estructura.
Preferentemente, cada bloque de unión comprende una pluralidad de segmentos de segunda línea de direccionamiento, al menos algunos de los cuales están dispuestos para acoplarse con un segmento de segunda línea de direccionamiento respectivo de un bloque de unión adyacente. Los segmentos de la segunda línea de direccionamiento acoplados forman el segundo grupo de líneas de direccionamiento. Por lo tanto, cada bloque de unión se diseña para coincidir tanto con el bloque de unión colocado inmediatamente debajo de él como con el bloque de unión colocado inmediatamente encima de él, si lo hubiera. Incluso entonces, los bloques de unión son idénticos en términos de sus segmentos de línea de direccionamiento. Esto permite construir una gran estructura a partir de piezas idénticas más pequeñas.
Con mayor preferencia, cada grupo de filas tiene un único segmento de línea de direccionamiento respectivo acoplado a él en cada bloque de unión. Los otros segundos segmentos de la segunda línea de direccionamiento en un bloque de unión pueden configurarse cada uno para acoplarse con un respectivo segmento de la segunda línea de direccionamiento de un bloque de unión colocado encima. Esto puede resultar en un patrón de bloque de unión en el que aquellos segmentos de segunda línea de direccionamiento que se configuran para acoplarse a un segmento de segunda línea de direccionamiento respectivo en otro bloque de unión que tiene una configuración en la que el punto de inicio del segmento en la parte inferior del bloque de unión y el punto final del segmento en la parte superior del bloque de unión se desplazan lateralmente. Esto puede resultar en que el segundo segmento de línea de direccionamiento tenga forma escalonada o de naturaleza diagonal.
Ventajosamente, los bloques de unión se disponen en al menos una columna. En este contexto, debe entenderse que una columna se refiere a los bloques de unión, en lugar de a los sensores de píxeles. Entonces, el número de grupos de filas en la columna de bloques de unión no puede ser mayor que el número de segundos segmentos de línea de direccionamiento en cada bloque de unión. Esto puede aplicarse si cada grupo de filas debe tratarse individualmente. Se puede considerar que el número de segundos segmentos de línea de direccionamiento en un bloque de unión que se acoplan a un grupo de filas es el mismo que el número de grupos de filas en un bloque de unión. Además, puede entenderse que el bloque de unión más cercano al circuito de direccionamiento de filas y al circuito de direccionamiento de grupos puede requerir al menos el mismo número de segundos segmentos de línea de direccionamiento que grupos de filas haya en toda la columna. Dado que cada uno de los bloques de unión tiene el mismo patrón de segundos segmentos de línea de direccionamiento, se puede apreciar que el número de segundos segmentos de línea de direccionamiento en un bloque de unión limita el número de grupos de filas que se pueden proporcionar en la columna. Opcionalmente, algunos de los segundos segmentos de línea de direccionamiento pueden no estar acoplados a ningún sensor de píxeles en un bloque de unión ni a otros segmentos de línea de direccionamiento que estén acoplados a sensores de píxeles. En algunas modalidades, el segundo grupo de líneas de direccionamiento puede configurarse de manera que una única segunda línea de direccionamiento se acople a más de un grupo de filas.
Ventajosamente, cada uno de los sensores de píxeles se fabrica mediante el uso de transistores CMOS. Opcionalmente, cada uno de los sensores de píxeles es un sensor de píxeles activo, aunque pueden usarse alternativamente sensores de píxeles pasivos.
La combinación de la acción de direccionamiento de fila con la acción de direccionamiento de grupo se logra mediante el uso de circuitos lógicos, específicamente una puerta lógica. Cada bloque de unión comprende además una puerta lógica para cada fila de sensores de píxeles del bloque de unión. Esta puerta lógica se acopla a una respectiva del primer grupo de líneas de direccionamiento y la respectiva del segundo grupo de líneas de direccionamiento. De esta manera, se puede proporcionar una única señal de direccionamiento a cada sensor de píxeles, a pesar del hecho de que se proporcionan dos señales de direccionamiento desde el circuito de direccionamiento que es externo a la matriz. A diferencia de algunos sensores de imágenes conocidos, esto significa que algunos de los circuitos lógicos se proporcionan dentro de los sensores de píxeles. Como resultado, una porción de la matriz de sensores de píxeles se usa para direccionar circuitos, lo que reduce la sensibilidad del sensor de píxeles general. Esta porción se puede mantener pequeña. No obstante, es posible que se produzca una degradación de la imagen, pero esto se puede mitigar. La posición de la pluralidad de puertas lógicas en relación con su sensor de píxeles asociado del bloque de unión no es toda la misma. Si la posición de las puertas lógicas fuera la misma, es posible que se note un patrón en la imagen. Convenientemente, es deseable que la disposición de las puertas lógicas dentro de un bloque de unión sea la misma para cada bloque de unión. Preferentemente, las posiciones de la pluralidad de puertas lógicas en cada bloque de unión se distribuyen pseudoaleatoriamente. Esto puede resultar en una calidad de imagen mejorada, ya que la compensación de degradaciones aleatorias o pseudoaleatorias se puede realizar de manera más efectiva que las degradaciones en un patrón.
Los circuitos de direccionamiento de filas y los circuitos de direccionamiento de grupo pueden proporcionarse mediante el uso de elementos funcionales separados o como parte de una lógica integrada o estructura de circuito.
Opcionalmente, cada bloque de unión comprende una pluralidad de sensores de píxeles dispuestos en un grupo de filas. En tales casos, el circuito de direccionamiento de grupo se configura para formar una acción de direccionamiento de grupo en la que todas las filas de un bloque de unión se direccionan simultáneamente. Entonces, los segundos grupos de líneas de direccionamiento pueden configurarse de manera que solo una segunda línea de direccionamiento se acople a los sensores de píxeles en cada bloque de unión.
En una modalidad preferida, la matriz de sensores de píxeles comprende además un grupo de líneas de lectura. Entonces, cada línea de lectura puede disponerse para proporcionar una señal combinada de un único sensor de píxeles de cada una de una pluralidad de filas en la matriz. Con mayor preferencia, cada línea de lectura se dispone para proporcionar una señal combinada de un único sensor de píxeles de cada fila de la matriz. Entonces, la selección de solo una fila de un grupo de filas de un bloque de unión mediante la combinación de una acción de direccionamiento de fila con una acción de direccionamiento de grupo significa que solo las señales de esa fila seleccionada se proporcionan en el grupo de líneas de lectura. Son posibles configuraciones alternativas de líneas de lectura. Por ejemplo, puede haber varios grupos de líneas de lectura. Cada grupo de líneas de lectura puede configurarse para proporcionar señales combinadas de una o más filas de sensores de píxeles. Las una o más filas de sensores de píxeles provienen preferentemente de múltiples grupos de filas. Ventajosamente, la disposición de las líneas de lectura en cada uno de los bloques de unión es la misma. Al igual que en el caso anterior, esto puede significar que la fabricación del dispositivo mencionado se hace más sencilla y menos costosa, ya que un gran número (o incluso todos) de los bloques de unión se pueden hacer exactamente de la misma manera. Por ejemplo, puede usarse el mismo proceso de fotolitografía (con la misma máscara o máscaras).
Preferentemente, los circuitos de lectura se proporcionan externamente a la matriz. Esto se dispone ventajosamente a lo largo del mismo borde de la matriz del circuito de direccionamiento de filas (y el circuito de direccionamiento de grupo) y acoplado a los sensores de píxeles mediante el uso del grupo de líneas de lectura.
De manera beneficiosa, la mayoría de los circuitos se disponen adyacentes a los bordes de la matriz de píxeles distintos del borde a lo largo del cual se disponen los circuitos de direccionamiento de filas. Como se detalló anteriormente, el circuito de direccionamiento de grupo se dispone a lo largo del mismo borde que el circuito de direccionamiento de fila y, opcionalmente, el circuito de lectura también se dispone a lo largo del mismo borde. Dado que todos los circuitos se disponen a lo largo de un borde, los otros tres bordes de la matriz de píxeles pueden unirse. Entonces, un dispositivo sensor de imágenes compuesto puede comprender una primera matriz de sensores de píxeles como se describe anteriormente y al menos una matriz adicional de sensores de píxeles se coloca para colindar con la primera matriz de sensores de píxeles a lo largo de un borde común, el borde común es un borde que no tiene circuitos dispuestos adyacentes a él. De esta manera, puede fabricarse una matriz de sensores de píxeles compuestos 2xN, donde N es cualquier número entero.
Opcionalmente, la matriz de sensores de píxeles puede comprender además un tercer grupo de líneas de direccionamiento para direccionar los sensores de píxeles. Entonces, los circuitos de direccionamiento de grupo pueden acoplarse además a los sensores de píxeles mediante el uso de al menos algunas de las líneas de direccionamiento del tercer grupo y pueden configurarse para realizar una segunda acción de direccionamiento de grupo mediante el uso del tercer grupo de líneas de direccionamiento en la que se direccionan simultáneamente todas las filas de un único grupo de filas de un único bloque de unión. Además, cada bloque de unión puede disponerse además para combinar una acción de direccionamiento de fila con una segunda acción de direccionamiento de grupo de manera que sólo se seleccione simultáneamente una fila de un grupo de filas de un bloque de unión. Beneficiosamente, la primera acción de direccionamiento de grupo y la segunda acción de direccionamiento de grupo pueden efectuarse simultáneamente. En algunas modalidades, la combinación de la acción de direccionamiento de fila y la segunda acción de direccionamiento de grupo puede hacer que se restablezcan los sensores de píxeles de la fila seleccionada.
En otro aspecto, la presente invención proporciona un dispositivo sensor de imágenes compuesto, que comprende una pluralidad de dispositivos sensores de imágenes dispuestos en pares opuestos, cada dispositivo sensor de imágenes es como se describió anteriormente. Por tanto, se puede proporcionar de esta manera una matriz de sensores de imágenes compuestos 2xN.
En otro aspecto, existe un método para proporcionar un dispositivo sensor de imágenes, de acuerdo con la reivindicación 12. Esto comprende: disponer sensores de píxeles en una matriz de filas y columnas, la matriz que comprende: una pluralidad de bloques de unión, cada bloque de unión que comprende una pluralidad de sensores de píxeles dispuestos en al menos un grupo; y un primer y segundo grupo de líneas de direccionamiento para direccionar los sensores de píxeles, siendo la disposición de los sensores de píxeles y las líneas de direccionamiento en cada uno de los bloques de procesamiento la misma; proporcionar circuitos de direccionamiento de filas externos a la matriz, dispuestos a lo largo de un borde de la matriz paralelo a las filas de sensores de píxeles, acoplados a los sensores de píxeles mediante el uso del primer grupo de líneas de direccionamiento y configurados para realizar una acción de direccionamiento de filas en la que una única fila correspondiente en cada uno de los grupos de filas de cada bloque de unión se direcciona simultáneamente; y circuitos de direccionamiento de grupo externos a la matriz, dispuestos a lo largo del mismo borde de la matriz que los circuitos de direccionamiento de filas, acoplados a los sensores de píxeles mediante el uso de algunas de las líneas de direccionamiento del segundo grupo y configurados para realizar una acción de direccionamiento de grupo en la que todos de las filas en un único grupo de filas de un único bloque de unión se direccionan simultáneamente. Cada bloque de unión se dispone además para combinar una acción de direccionamiento de filas con una acción de direccionamiento de grupo, de manera que sólo se selecciona simultáneamente una fila de un grupo de filas de un bloque de unión.
El método para proporcionar un dispositivo sensor de imágenes puede tener etapas de método adicionales para proporcionar cualquiera de las características descritas en relación con el dispositivo sensor de imágenes descrito anteriormente. Además, se puede proporcionar un dispositivo sensor de imágenes compuesto disponiendo una pluralidad de tales dispositivos sensores de imágenes en pares opuestos.
Opcionalmente, el método de proporcionar un dispositivo sensor de imágenes puede ser de manera que la etapa de disponer los sensores de píxeles comprenda formar al menos parte de la pluralidad de bloques de unión mediante el uso de etapas de procesamiento idénticas. En la modalidad preferida, al menos algunos de la pluralidad de bloques de unión se forman mediante el uso del mismo proceso fotolitográfico. Ventajosamente, el mismo proceso fotolitográfico puede significar que se usan la misma máscara o máscaras.
Se debe entender que puede implementarse cualquier combinación o subcombinación de las características individuales del aparato o características del método descritas, aunque no se revele explícitamente.
Breve descripción de los dibujos
La invención puede ponerse en práctica de varias maneras, algunas de las cuales se describirán ahora sólo a manera de ejemplo y con referencia a los dibujos acompañantes en los que:
La Figura 1 muestra un tipo conocido de sensor de imágenes CMOS;
La Figura 2 representa parte de un dispositivo sensor de imágenes de acuerdo con la presente invención;
La Figura 3 ilustra una primera modalidad de unir bloques de un dispositivo sensor de imágenes de acuerdo con la presente invención;
La Figura 4 muestra una segunda modalidad de unir bloques de un dispositivo sensor de imágenes de acuerdo con la presente invención;
La Figura 5 muestra más detalles con respecto a las conexiones para las modalidades de las Figuras 3 y 4;
La Figura 6 detalla la disposición de un sensor de un único píxel;
La Figura 7 ilustra los sensores de píxeles de acuerdo con la Figura 6 cuando se disponen en un grupo de filas de una matriz de sensores de píxeles; y
La Figura 8 representa una modalidad de un sensor de píxeles compuesto.
Descripción detallada de las modalidades preferidas
Con referencia en primer lugar a la Figura 2, se muestra un dispositivo sensor de imágenes 100 de acuerdo con la presente invención. Cuando se describen las mismas características que se muestran en relación con la Figura 1, se han usado números de referencia idénticos. El dispositivo sensor de imágenes 100 comprende: una pluralidad de sensores de píxeles 120 en una matriz; líneas de direccionamiento de filas verticales 135; líneas de direccionamiento de filas horizontales 136; circuitos de direccionamiento de filas 130; líneas de lectura 45; y circuitos de lectura 40. La pluralidad de sensores 120 de píxeles son CMOS.
Los circuitos 130 de direccionamiento de filas, que normalmente se colocarían a lo largo de un lado vertical de la matriz de sensores 100 (como se muestra en la Figura 1) se mueven hacia el borde inferior. A continuación, las señales de selección de filas se ejecutan en el chip mediante el uso de líneas de direccionamiento de filas verticales 135 y se giran 90 grados mediante el uso de líneas de direccionamiento de filas horizontales 136 para ejecutar cada píxel de una fila. Esto permite que los sensores 120 de píxeles se extiendan completamente hasta tres bordes del dispositivo 100 sensor de imágenes. Cada una de las líneas de lectura 45 permite que las señales de cada sensor de píxeles en una columna respectiva se lean a través de los circuitos de lectura 40. Sin embargo, si este diseño se implementa mediante el uso de bloques de unión, seleccionándose las filas mediante el uso de únicamente las líneas 135 de direccionamiento de filas verticales y las líneas 136 de direccionamiento de filas horizontales, es conveniente evitar que se seleccionen una o más filas en cada bloque de unión. Esto puede dar lugar a datos corruptos.
En la Figura 3 se ilustra una primera modalidad de bloques de unión de un dispositivo sensor de imágenes de acuerdo con la presente invención. Estos pueden implementarse para realizar el diseño que se muestra en la Figura 2. Los bloques de unión 200 que se muestran son solo una parte del sensor de imágenes. El circuito de lectura y el circuito de direccionamiento de filas que se muestran en la Figura 2 se omiten para mayor claridad. Se muestra un primer bloque de unión 201, un segundo bloque de unión 202 y un tercer bloque de unión 203. Sin embargo, los tres bloques de unión son idénticos.
El primer bloque de unión 201 comprende: sensores 220 de píxeles (aunque sólo uno se etiqueta en el dibujo) dispuestos en dos filas; un primer segmento de línea de direccionamiento de grupo 241; un segundo segmento de línea de direccionamiento de grupo 242; un tercer segmento de línea de direccionamiento de grupo 243; y un cuarto segmento de línea de direccionamiento de grupo 244.
También se proporcionan conexiones 230 a una primera fila de sensores 220 de píxeles en el primer bloque 201 de unión y a una segunda fila de sensores 220 de píxeles en el bloque 201 de unión. Se debe entender que estas características solo se muestran en relación con el primer bloque de unión 201, pero se repiten con respecto a cada uno de los otros bloques de unión (segundo bloque de unión 202 y tercer bloque de unión 203).
Cada uno de los segmentos de línea de direccionamiento de grupo 241,242, 243 y 244 tiene forma de L o escalonada. Además, los segmentos de línea de direccionamiento de grupo 241,242, 243 y 244 se disponen de manera que el un segundo segmento de línea de direccionamiento de grupo 242, el tercer segmento de línea de direccionamiento de grupo 243 y el cuarto segmento de línea de direccionamiento de grupo 244 se acoplarán a otros segmentos de línea de direccionamiento de grupo en bloques de unión adyacentes. Por ejemplo, en el segundo bloque de unión 202, el tercer segmento de línea de direccionamiento de grupo 243 (no etiquetado en este bloque) se acopla al segundo segmento de línea de direccionamiento de grupo 242 en el primer bloque de unión 201. Además, el primer segmento de línea de direccionamiento de grupo 241 en cada bloque de unión usa los contactos 230 para hacer que esa línea de direccionamiento se acople a los sensores de píxeles en ese bloque de unión.
De esta manera, las líneas de direccionamiento de grupo se acoplan desde el circuito lógico en la parte inferior de la matriz de sensores, hacia arriba a través de bloques de unión. Como estas líneas están escalonadas, se ejecutan efectivamente en diagonal a través de la matriz de sensores 200. Esto significa que, si cada bloque de unión se conecta a una de estas líneas en el mismo punto, en realidad se conecta a una señal diferente en la parte inferior de la matriz de sensores 200. La colocación de líneas de puntos dentro de la matriz de sensores 200 permite que la lógica del circuito de direccionamiento se coloque en el borde inferior de la matriz de sensores 200. Se debe entender que las líneas de direccionamiento de fila faltan en la Figura 3, pero son como se muestra en la Figura 2.
Con referencia ahora a la Figura 4, se muestra una segunda modalidad de bloques de unión en un dispositivo sensor de imágenes de acuerdo con la presente invención. Nuevamente, solo se muestran los segmentos de línea de direccionamiento de grupo en cada bloque de unión. Se muestran tres tipos de bloques de unión. Un primer tipo de bloque de unión se etiqueta B, un segundo tipo de bloque de unión se etiqueta E y un tercer tipo de bloque de unión se etiqueta H. En la matriz de sensores completa, se pueden direccionar siete grupos individualmente. Estos se etiquetan como A0, A1, A2, A3, A4, A5, A6 y A7. Para cada bloque de direccionamiento, se proporciona una única línea de direccionamiento de grupo en la base de la matriz. El segundo tipo de bloque de unión E es similar a los mostrados en relación con la Figura 3 y son el tipo que se repite con mayor frecuencia. El primer tipo de bloque de unión B y el tercer tipo de bloque de unión H se usan para los bordes de la matriz de sensores. Por tanto, al menos algunos de los bloques de unión tienen la misma configuración de sensores de píxeles y líneas de direccionamiento, aunque otros pueden tener una configuración diferente.
Mediante el uso de estas configuraciones, cada fila puede seleccionarse mediante el uso de dos señales. Una primera señal selecciona una fila dentro de un bloque de unión y una segunda señal selecciona un único bloque de unión. Sin embargo, la combinación de estas dos señales significa que solo se selecciona una fila en toda la matriz de sensores en cualquier momento. Ahora se discutirán los medios para implementar esta selección.
Con referencia ahora a la Figura 5, se muestran más detalles con respecto a las conexiones para las modalidades de la Figura 3 y la Figura 4. Una matriz de sensores 300 comprende una pluralidad de sensores de píxeles (no mostrados). Los circuitos 330 lógicos de direccionamiento de filas se proporcionan fuera de la matriz 300 de sensores. En común con la configuración mostrada en la Figura 2, este circuito se coloca en la parte inferior de la matriz de sensores 300. Los circuitos 330 de direccionamiento de filas proporcionan dos señales: una señal 335 de direccionamiento de filas; y una señal de direccionamiento de grupos 345. La señal 335 de direccionamiento de filas está acoplada a líneas 336 de direccionamiento de filas horizontales en cada bloque de unión idéntico. La señal de direccionamiento de grupos 345 solo se acopla a un único bloque de unión, a través de la línea horizontal 346. Otras señales de direccionamiento de grupos (no mostradas) se acoplan a otros bloques de unión específicos. Para cada fila de sensores de píxeles, se proporciona una puerta lógica 350. Esto se acopla a la señal de direccionamiento de fila proporcionada a través de la línea horizontal 336 y la señal de direccionamiento de grupo proporcionada a través de la línea horizontal 346. Si ambas señales indican un 'alto' lógico, la puerta lógica 350 proporciona una señal de selección en la línea horizontal 355, que se conecta a cada sensor de píxeles a lo largo de la fila. Esto hace que cada sensor de píxeles a lo largo de la fila envíe sus datos de lectura.
La puerta lógica 350 es una única puerta AND y se proporciona en cada fila del dispositivo, con la señal de direccionamiento de grupo como entrada. Esta puerta AND representa una ligera variación en el diseño de los sensores de píxeles. La colocación inteligente de las puertas lógicas puede mitigar cualquier problema debido a este efecto. Si las puertas lógicas se distribuyen aleatoriamente, serán casi invisibles en la salida de imagen de la matriz de sensores y se puede preservar la uniformidad de campo plano. En la práctica, la posición de las puertas es conocida e idéntica de una matriz de sensores a otra. Por tanto, la distribución de las puertas es efectivamente pseudoaleatoria.
En la Figura 6, se detalla la disposición de un sensor 400 de un único píxel. El sensor de píxeles 400 comprende: circuitos de sensor de píxeles activos 410; una línea de lectura 420; línea de direccionamiento de fila horizontal 336; línea de reinicio de fila horizontal 337; línea de direccionamiento de grupo horizontal 346; primera puerta AND 430; y segunda puerta AND 440. También se muestran las líneas de direccionamiento auxiliares 450, que son líneas de direccionamiento destinadas a la conexión a otras filas o grupos de filas, pero no para la conexión al sensor 400 de píxeles mostrado.
Una señal de direccionamiento de grupo se acopla a la línea 346 de direccionamiento de grupo horizontal y esta se proporciona como entrada tanto a la primera puerta 430 AND como a la segunda puerta 440 AND. Una señal de direccionamiento de fila se acopla a la línea 336 de direccionamiento de fila horizontal y esta se proporciona como entrada a la primera puerta AND 430 solamente. Por lo tanto, cuando tanto la señal de direccionamiento de grupo como la señal de direccionamiento de fila indican un valor lógico alto, la salida de la primera puerta AND 430 también es un valor lógico alto y se hace que el sensor 410 de píxeles proporcione una salida de lectura en la lectura. línea 420. Una señal de reinicio de fila se acopla a la línea 337 de direccionamiento de reinicio de fila horizontal y esta se proporciona como una entrada a la segunda puerta AND 440 solamente. Por tanto, cuando tanto la señal de direccionamiento de grupo como la señal de direccionamiento de restablecimiento de fila indican un valor lógico alto, la salida de la segunda puerta AND 440 también es un valor lógico alto y se provoca que el sensor de píxeles 410 se reinicie.
La Figura 7 ilustra los sensores de píxeles de acuerdo con la Figura 6 cuando se disponen en un grupo de filas 500 de una matriz de sensores de píxeles. En particular, este grupo 500 de filas ilustrativo es un bloque de unión completo. Los sensores de píxeles dentro del grupo de filas 500 se etiquetan por columna de A a D y por fila de 1 a 4. Por lo tanto, el sensor de píxeles A1 se refiere al sensor de píxeles en la columna A y la fila 1. De manera similar, el sensor de píxeles C3 se refiere al sensor de píxeles en la columna C y la fila 3, etc.
Se proporciona una señal de direccionamiento de grupo para el grupo de filas 500 en una primera línea 510 de direccionamiento de grupo. Se proporciona una señal de direccionamiento de grupo para un grupo de filas en un bloque de unión idéntico situado inmediatamente encima del bloque 500 de unión en una segunda línea de direccionamiento de grupo 520. De manera similar, una señal de direccionamiento de grupo para un grupo de filas en un bloque de unión idéntico colocado inmediatamente encima del bloque de unión ubicado inmediatamente encima del bloque 500 de unión se proporciona en una tercera línea 530 de direccionamiento de grupo.
Se verá que las líneas de direccionamiento de fila y las líneas de direccionamiento de reinicio de fila se acoplan a filas individuales en los píxeles. En el sensor de píxeles A1, las líneas verticales que llevan señales para la primera fila se acoplan a las líneas horizontales correspondientes. De manera similar, en el sensor de píxeles B2, las líneas verticales que transportan señales para la segunda fila se acoplan a las líneas horizontales correspondientes. En el sensor de píxeles C3, las líneas verticales que llevan señales para la tercera fila se acoplan a las líneas horizontales correspondientes. Finalmente, las líneas verticales que llevan señales para la cuarta fila se acoplan a las líneas horizontales correspondientes en el sensor de píxeles D4. De esta forma, las filas individuales dentro del grupo de filas 500 pueden direccionarse para su lectura o puesta a cero.
La primera línea de direccionamiento de grupo se acopla a una línea horizontal en cada fila de sensores de píxeles. Esta conexión se muestra en los sensores de píxeles D1, D2, D3 y D4. Las puertas AND se distribuyen pseudoaleatoriamente a lo largo del bloque de unión, en los sensores de píxeles D1, B2, C3 y A4. En un bloque de unión a mayor escala, con un número mucho mayor de sensores de píxeles, tal distribución pseudoaleatoria de puertas AND sería más notable.
En los diseños como se describió en la presente descripción, puede usarse un proceso de unión estándar. No se necesitan complejos procesadores de etapa. Además, todos los sensores de píxeles tienen el mismo nivel de sensibilidad. Los registros de desplazamiento a lo largo de la matriz no son necesarios para efectuar la lectura. El uso de tales registros de desplazamiento puede dar lugar a la formación de franjas insensibles a la luz en la señal de salida, que pueden eliminarse mediante el uso de un software de procesamiento de imágenes. Además, el uso de una puerta lógica AND por fila puede reducir el consumo de energía. Un flip-flop que forma parte de un registro de desplazamiento puede consumir mucha más energía que esta disposición.
Se debe entender que puede crearse un dispositivo sensor de imágenes compuesto colocando cada uno de estos dispositivos sensores de imágenes en una estructura 2xN, con los circuitos de direccionamiento y lectura ubicados en bordes opuestos para cada par opuesto de matrices de sensores. Dado que tres lados de la matriz se pueden unir, teóricamente no hay límite en N y es posible cualquier valor entero. La Figura 8 representa una modalidad de un sensor de píxeles compuesto. Las matrices de sensores de píxeles se disponen por pares. Las matrices de sensores se colocan y orientan de manera que los circuitos de borde (que comprenden circuitos de direccionamiento y circuitos de lectura) de las matrices de sensores de píxeles se ubican en lados opuestos a lo largo de una dimensión (vertical en la Figura 8) de la estructura compuesta. Los circuitos de borde de las matrices de sensores de píxeles a lo largo de la otra dimensión (horizontal en la Figura 8) se ubican en el mismo lado de la estructura compuesta. Por tanto, se forma la estructura 2xN.
Si bien se han descrito anteriormente modalidades preferidas, el experto reconocerá que son posibles diversas modificaciones y variaciones. Por ejemplo, cada bloque de unión puede dividirse en una pluralidad de grupos de filas. Luego, en lugar de proporcionar una única línea de direccionamiento de grupo para cada bloque de unión, existe una única línea de direccionamiento para cada grupo de filas. De esta manera, puede haber más de una línea de direccionamiento de grupo acoplada a píxeles en cada bloque de unión.
Algunas de las líneas de direccionamiento de grupo pueden conectarse a más de un grupo de filas o bloque de unión para aplicaciones específicas. De manera similar, una o más de las líneas de direccionamiento de filas pueden conectarse a más de una fila en cada grupo de filas o bloque de unión. Adicionalmente o alternativamente, algunos de los grupos de filas o bloques de unión pueden no conectarse a ninguna línea de direccionamiento de grupo, línea de direccionamiento de fila o ambas. Se pueden realizar diferentes tipos de sensores de imágenes.
En lugar de una puerta lógica AND, pueden usarse otros tipos de circuitos de puerta lógica, por ejemplo, NAND.
En un desarrollo adicional, puede proporcionarse una segunda señal de línea de direccionamiento de grupo para cada grupo de filas o bloque, en lugar de o además de una segunda línea de direccionamiento de fila, como se muestra en las Figuras 6 y 7. Esta segunda línea puede actuar como una señal de reinicio para un grupo de filas, por ejemplo. De esta manera, puede ser posible seleccionar simultáneamente una fila en un grupo de filas y restablecer una fila en otro grupo de filas. Si es conveniente, pueden contemplarse otras señales de línea de direccionamiento de grupo para otras aplicaciones.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo sensor de imágenes (300), que comprende:
una matriz de sensores de píxeles dispuestos en filas y columnas, la matriz que comprende: una pluralidad de bloques de unión (200), cada bloque de unión que comprende una pluralidad de sensores de píxeles dispuestos en al menos un grupo de filas; y el primer (335) y segundo (345) grupos de líneas de direccionamiento para direccionar los sensores de píxeles, la disposición de los sensores de píxeles y las líneas de direccionamiento en cada uno de los bloques de unión es la misma;
circuitos de direccionamiento de filas (330) externos a la matriz, dispuestos a lo largo de un borde de la matriz paralelo a las filas de sensores de píxeles, acoplados a los sensores de píxeles mediante el uso del primer grupo de líneas de direccionamiento (335) y configurados para realizar una acción de direccionamiento de filas en la que se direcciona simultáneamente a una única fila correspondiente en cada uno de los grupos de filas de cada bloque de unión; y
circuitos de direccionamiento de grupo externos a la matriz, dispuestos a lo largo del mismo borde de la matriz que los circuitos de direccionamiento de fila, acoplados a los sensores de píxeles mediante el uso de al menos parte del segundo grupo de líneas de direccionamiento (345) y configurados para realizar una acción de direccionamiento de grupo en la que se direccionan simultáneamente todas las filas en un único grupo de filas de un único bloque de unión;
en donde cada bloque de unión comprende además una puerta lógica (350) proporcionada dentro de un sensor de píxeles respectivo para cada fila respectiva de sensores de píxeles del bloque de unión, dicha puerta lógica se acopla a una de las primeras líneas de direccionamiento respectivas y a una de las segundas líneas de direccionamiento, para combinar una acción de direccionamiento de fila y una acción de direccionamiento de grupo, de manera que sólo se seleccione simultáneamente una fila de un grupo de filas de un bloque de unión; y en donde las respectivas puertas lógicas (350) se distribuyen aleatoria o pseudoaleatoriamente de manera que las posiciones de cada puerta lógica (350) en relación con sus sensores de píxeles asociados de la fila respectiva de sensores de píxeles del bloque de unión no sean las mismas.
2. El sensor de imagen de acuerdo con la reivindicación 1, en donde cada bloque de unión comprende una pluralidad de segundos segmentos de línea de direccionamiento (241,242, 243, 244), al menos algunos de los cuales están dispuestos para acoplarse con un segundo segmento de línea de direccionamiento respectivo de un bloque de unión adyacente, los segundos segmentos de línea de direccionamiento acoplados que forman el segundo grupo de líneas de direccionamiento.
3. El sensor de imágenes de acuerdo con la reivindicación 2, en donde los bloques de unión están dispuestos en al menos una columna, el número de grupos de filas en la columna no es mayor que el número de segundos segmentos de línea de direccionamiento en cada bloque de unión.
4. El sensor de imágenes de cualquier reivindicación anterior, en donde las posiciones de la pluralidad de puertas lógicas en cada bloque de unión se distribuyen pseudoaleatoriamente.
5. El sensor de imágenes de cualquier reivindicación anterior, en donde la matriz de sensores de píxeles comprende además un grupo de líneas de lectura, cada línea de lectura (420) se dispone para proporcionar una señal combinada de un único sensor de píxeles de cada una de una pluralidad de filas en la matriz.
6. El sensor de imágenes de acuerdo con la reivindicación 5, en donde la disposición de las líneas de lectura en cada uno de los bloques de unión es la misma.
7. El sensor de imágenes de acuerdo con la reivindicación 5 o la reivindicación 6, que comprende además un circuito de lectura externo a la matriz, dispuesto a lo largo del mismo borde de la matriz que el circuito de direccionamiento de filas y acoplado a los sensores de píxeles mediante el uso del grupo de líneas de lectura.
8. El sensor de imágenes de cualquier reivindicación anterior,
en donde la matriz de sensores de píxeles comprende además un tercer grupo de líneas de direccionamiento (337) para direccionar los sensores de píxeles;
en donde el circuito de direccionamiento de grupo se acopla además a los sensores de píxeles mediante el uso de al menos parte del tercer grupo de líneas de direccionamiento y se configura para realizar una segunda acción de direccionamiento de grupo mediante el uso del tercer grupo de líneas de direccionamiento en el que todas las filas en un único grupo de filas de un único bloque de unión se direccionan simultáneamente; y en donde cada bloque de unión se dispone además para combinar una acción de direccionamiento de filas con una segunda acción de direccionamiento de grupo de manera que solo se seleccione simultáneamente una fila de un grupo de filas de un bloque de unión,
9. El sensor de imágenes de acuerdo con la reivindicación 8, en donde la combinación de la acción de direccionamiento de fila y la segunda acción de direccionamiento de grupo hace que se restablezcan los sensores de píxeles de la fila seleccionada.
10. El sensor de imágenes de acuerdo con la reivindicación 8 o la reivindicación 9, en donde la primera acción de direccionamiento de grupo y la segunda acción de direccionamiento de grupo pueden efectuarse simultáneamente.
11. Un dispositivo sensor de imágenes compuesto, que comprende una pluralidad de dispositivos sensores de imágenes dispuestos en pares opuestos, en donde en cada par opuesto, las matrices opuestas de sensores de píxeles colindan entre sí a lo largo de un borde común, el borde común es un borde que no tiene circuitos dispuestos adyacentes al mismo y cada dispositivo sensor de imágenes está de acuerdo con cualquier reivindicación anterior.
12. Un método para proporcionar un dispositivo sensor de imágenes (300), que comprende: disponer sensores de píxeles en una matriz de filas y columnas, la matriz que comprende: una pluralidad de bloques de unión (200), cada bloque de unión que comprende una pluralidad de sensores de píxeles dispuestos en al menos un grupo de filas; y el primer (335) y segundo (345) grupos de líneas de direccionamiento para direccionar los sensores de píxeles, la disposición de los sensores de píxeles y las líneas de direccionamiento en cada uno de los bloques de unión es la misma;
proporcionar circuitos de direccionamiento de filas (330) externos a la matriz, dispuestos a lo largo de un borde de la matriz paralelo a las filas de sensores de píxeles, acoplados a los sensores de píxeles mediante el uso del primer grupo de líneas de direccionamiento (335) y configurados para realizar una acción de direccionamiento de filas en el que se direcciona simultáneamente una única fila correspondiente en cada uno de los grupos de filas de cada bloque de unión; y
circuitos de direccionamiento de grupo externos a la matriz, dispuestos a lo largo del mismo borde de la matriz que los circuitos de direccionamiento de fila, acoplados a los sensores de píxeles mediante el uso de al menos parte del segundo grupo de líneas de direccionamiento (345) y configurados para realizar una acción de direccionamiento de grupo en la que se direccionan simultáneamente todas las filas en un único grupo de filas de un único bloque de unión;
en donde cada bloque de unión comprende además una puerta lógica (350) proporcionada dentro de un sensor de píxeles respectivo para cada fila respectiva de sensores de píxeles del bloque de unión, dicha puerta lógica se acopla a una de las primeras líneas de direccionamiento respectivas y a una de las segundas líneas de direccionamiento, para combinar una acción de direccionamiento de fila y una acción de direccionamiento de grupo, de manera que sólo se seleccione simultáneamente una fila de un grupo de filas de un bloque de unión; y en donde las respectivas puertas lógicas (350) se distribuyen aleatoria o pseudoaleatoriamente de manera que las posiciones de cada puerta lógica (350) en relación con sus sensores de píxeles asociados de la fila respectiva de sensores de píxeles del bloque de unión no sean las mismas.
13. El método para proporcionar un dispositivo sensor de imágenes de acuerdo con la reivindicación 12, en donde la etapa de disponer sensores de píxeles comprende formar al menos parte de la pluralidad de bloques de unión mediante el uso de etapas de procesamiento idénticos.
14. El método para proporcionar un dispositivo sensor de imágenes de acuerdo con la reivindicación 13, en donde al menos algunos de la pluralidad de bloques de unión se forman mediante el uso del mismo proceso fotolitográfico.
15. El método para proporcionar un dispositivo sensor de imágenes de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, en donde las posiciones de la pluralidad de puertas lógicas en cada bloque de unión se distribuyen pseudoaleatoriamente.
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