ES2914041T3

ES2914041T3 - Sensor y procedimiento de captura de patrón térmico con integración dual

Info

Publication number: ES2914041T3
Application number: ES20185036T
Authority: ES
Inventors: Jean-François Mainguet; Joël Yann FOURRE
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Idemia Identity and Security France SAS; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Idemia Identity and Security France SAS; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2019-07-18
Filing date: 2020-07-09
Publication date: 2022-06-07
Anticipated expiration: 2040-07-09
Also published as: FR3098905B1; PL3767260T3; FR3098905A1; EP3767260A1; US20210018370A1; EP3767260B1; US11422036B2; JP2021027985A; TW202107053A; KR20210010392A

Abstract

Procedimiento de captura de un patrón térmico por un sensor (100) que comprende varios píxeles (102) cada uno que comprende al menos un elemento (104) de medida termosensible, el sensor (100) que además comprende: - al menos un elemento (112) calefactor configurado para calentar el elemento (104) de medida termosensible de al menos un píxel (102) durante una medida por el elemento (104) de medida termosensible de dicho al menos un píxel (102); - al menos un circuito (116) de lectura configurado para leer las cargas eléctricas entregadas por dicho al menos un píxel (102) durante la medida por el elemento (104) de medida termosensible de dicho al menos un píxel (102); el procedimiento que comprende, para cada píxel (102), al menos la implementación de las etapas siguientes: - calentamiento del elemento (104) de medida termosensible del píxel (102) durante una duración de calentamiento que comienza en un instante t0 y que termina en un instante t2 posterior al instante t0 ; - primera lectura de las cargas eléctricas entregadas por el píxel (102) durante una primera duración de medida que comienza en un instante t1 y que termina en un instante t3 posterior al instante t1, y que da un primer valor x1 de medida correspondiente a las cargas eléctricas leídas durante la primera duración de medida t3-t1; - segunda lectura de las cargas eléctricas entregadas por el píxel (102) durante una segunda duración de medida que comienza en un instante t4 posterior al instante t3, y que termina en un instante t5 posterior al instante t4, y que da un segundo valor x2 de medida correspondiente a las cargas eléctricas leídas durante la segunda duración de medida t5 -t4; - cálculo de una diferencia x1 - α.x2, con α correspondiente a un número real positivo, en el que más de la mitad de la duración de calentamiento se implementa durante la primera duración de medida y menos de la mitad de la duración de calentamiento se implementa durante la segunda duración de medida, y en el que el instante t2 interviene antes del instante t5 de tal manera que la segunda lectura de las cargas eléctricas entregadas por el píxel (102) se implementa al menos en parte durante un enfriamiento del píxel (102) leído.

Description

DESCRIPCIÓN

Sensor y procedimiento de captura de patrón térmico con integración dual

Campo técnico y estado de la técnica

La invención se refiere a un sensor de patrón térmico, así como a un procedimiento de captura de patrón térmico. La invención se utiliza ventajosamente para realizar la captura de una huella dactilar por detección térmica.

Es conocido realizar un sensor de huellas dactilares que comprende medios de detección térmica. Estos medios de detección térmica pueden corresponder a condensadores piroeléctricos, diodos, termistores, o más generalmente cualquier elemento termosensible que convierte una variación de temperatura experimentada por el elemento termosensible en una variación de un parámetro eléctrico del elemento termosensible tal como un potencial eléctrico en los terminales del elemento termosensible, una corriente eléctrica generada por el elemento termosensible o incluso una variación de la resistencia eléctrica del elemento termosensible.

La detección de una huella dactilar se puede realizar mediante los llamados sensores denominados "pasivos" que aprovechan una diferencia de temperatura entre el dedo y el sensor, como se describe en los documentos US 4394 773, US 4429413 y US 6289 114. Sin embargo, estos sensores tienen el inconveniente de realizar una medida que depende únicamente de esta diferencia de temperatura. Puede ocurrir, por tanto, que el nivel de la señal obtenida a la salida sea nulo cuando el dedo y el sensor están a la misma temperatura, o que el contraste de las imágenes capturadas varíe, lo que plantea problemas durante el posterior procesamiento digital de las imágenes capturadas.

Para eliminar estos problemas planteados por los sensores térmicos pasivos, y del mismo modo para poder realizar una adquisición estática donde el dedo no se mueve, se han propuesto sensores denominados “activos”, como por ejemplo el descrito en los documentos US 6091 837 y EP 2385486 A1.

En dicho sensor activo, cada píxel comprende un condensador piroeléctrico formado por dos electrodos conductores entre los que se dispone una porción de material piroeléctrico, y un elemento calefactor. Este elemento calefactor disipa una cierta cantidad de calor en el píxel (en particular en la porción de material piroeléctrico), y el calentamiento del píxel se mide al final de un cierto tiempo de adquisición en presencia del dedo sobre el sensor.

A nivel de cada píxel, es posible distinguir la presencia de un pico o un valle de la huella dactilar capturada en función de si el calor aportado por el elemento calefactor es absorbido por la piel (píxel en presencia de un pico de la huella) o conservado en el píxel (píxel en presencia de un valle de la huella). Al final del tiempo de adquisición, la temperatura de un píxel en presencia de un pico, donde el calor es absorbido por la piel, es más reducida que la de un píxel en presencia de un valle, donde el calor no es absorbido por la piel y permanece en el píxel.

En primer orden, un sensor de este tipo permite medir la capacidad calorífica, del mismo modo llamada calor específico o capacidad calorífica específica, de un elemento (el dedo durante la captura de una huella dactilar) en contacto con los píxeles del sensor. Las medidas obtenidas del mismo modo dependen de la conductividad térmica entre los píxeles del sensor y la parte del elemento (pico o valle en el caso de una huella dactilar) presente en cada píxel.

Durante una captura de un patrón térmico por un sensor de detección térmica activa, todos los píxeles del sensor se leen de la misma manera y de manera regular a la misma velocidad, es decir con una duración de la medida fija idéntica para todos los píxeles. Esta duración de medida, que corresponde a un tiempo durante el cual un píxel realiza la medida térmica del elemento que se encuentra en contacto con él, generalmente se ajusta para obtener un buen contraste entre los picos y los valles de la huella dactilar, es decir, es suficientemente larga para obtener un nivel de señal importante con respecto al ruido. Sin embargo, esta duración de medida no debe ser demasiado larga para que la duración total de la captura siga siendo aceptable para el usuario y para que la medida no se vea perturbada por los movimientos del dedo sobre la superficie del sensor.

La lectura de los píxeles realizada en un sensor de detección térmica activa puede corresponder por ejemplo a una medida de las cargas generadas en cada píxel, que se implementa con un integrador de cargas, pero son posibles otros procedimientos en función de los medios de detección térmica utilizados.

Un sensor térmico activo es sensible a las variaciones de temperatura provocadas por el calentamiento, pero del mismo modo sigue siendo sensible a las inducidas por la diferencia de temperatura entre el dedo presente en el sensor y el sensor. Las dos señales generadas por estos dos tipos de variaciones se superponen. El sensor generalmente está configurado para tener una señal denominada “activa”, que corresponde a las variaciones de temperatura causadas por el calentamiento, mucho más alta que la señal denominada “pasiva”, que corresponde a la diferencia de temperatura entre el dedo y el sensor. En otras palabras, la variación de temperatura inducida por el calentamiento es mucho mayor que la variación de temperatura debida a la diferencia de temperatura inicial entre el dedo y el sensor (y que podría ser casi nula si el sensor está por ejemplo a la misma temperatura que el dedo).

La figura 1 representa varias imágenes sucesivas obtenidas durante la lectura de una huella dactilar de un dedo colocado y retirado de un sensor térmico activo. Las imágenes visibles en la figura 1 están numeradas del 1 al 12 y corresponden a capturas sucesivas, cada una de ellas separadas por una duración de 40 ms con respecto a la captura de la imagen precedente. En estas imágenes se utiliza el color gris como color neutro que refleja la ausencia de cargas generadas, y el blanco y negro reflejan la generación de cargas positivas o negativas respectivamente dependiendo de si el elemento que se encuentra sobre el sensor está más o menos caliente que el sensor.

En el momento en el que se coloca el dedo sobre el sensor, ya sea el sensor sea de tipo térmico activo o pasivo, si la diferencia de temperatura entre el dedo y el sensor no es nula, entonces las cargas positivas o negativas (según que el dedo esté más o menos más caliente que el sensor y según la dirección de polarización del material piroeléctrico) se generan en las regiones donde el dedo entra en contacto con el sensor. Por tanto, en las imágenes 2 y 3 de la figura 1, los picos de la huella que aparecen en negro corresponden a una parte del dedo que acaba de entrar en contacto con el sensor. Este importante contraste refleja la importante diferencia de temperatura que existe en este momento entre el dedo y el sensor.

Las cargas generadas por la presencia del dedo sobre el sensor aparecen en las imágenes capturadas de forma más o menos rápida y con más o menos contraste en función de la velocidad de lectura del sensor y de la velocidad con la que el dedo se coloca sobre el sensor. Después de la lectura de estas cargas por parte del generador de imágenes, desaparecen y, por lo tanto, ya no son visibles en las siguientes imágenes. El contraste del patrón vinculado a estas cargas luego disminuye en las siguientes imágenes.

Otro fenómeno se produce justo después del contacto del dedo con el sensor. En la Imagen 3 de la figura 1, una parte de los picos de la huella que ya eran visibles en la Imagen 2 se han vuelto blancos en lugar de grises. De hecho, en el momento del contacto del dedo con el sensor, los píxeles se han calentado mucho. Esto se puede ver claramente en la imagen 2, con los picos que aparecen negros porque la temperatura de la piel es más alta que la del sensor durante la captura de esta imagen. A continuación, el conjunto dedo-sensor se enfría, y este enfriamiento se traduce en una generación de cargas negativas para los píxeles en contacto con los picos que entonces aparecen en blanco.

A continuación se alcanza una temperatura de equilibrio, como se puede ver en las figuras 5 y 6.

El fenómeno inverso se produce en el momento en el que se retira el dedo porque el sensor tiende a volver a su temperatura inicial, si su sustrato posee una masa térmica superior a la del dedo y no ha tenido tiempo de calentarse. Esto se puede ver en las imágenes 7 y 8 de la figura 1, sobre las que los picos de la huella se vuelven blancos.

Además, el usuario no está totalmente estable cuando coloca su dedo sobre el sensor, y este fenómeno de alternancia pasiva de contacto/no contacto sigue estando visible en la periferia de la huella (véase la imagen 4 en la que las partes de los picos de la huella presentes en la periferia permanecen negros y no grises como las otras partes de los picos de la huella).

El mismo fenómeno se produce cuando el dedo se desliza sobre el sensor: debido a la presencia de picos y valles, la piel está en contacto y luego deja de estar en contacto vista desde un píxel en particular, y se inducen variaciones en el sensor.

Existen del mismo modo otros fenómenos parásitos que generan cargas en el sensor, por ejemplo por efecto piezoeléctrico con las variaciones de la presión aplicada por el dedo sobre el sensor, o bien las cargas aportadas por acoplamiento capacitivo a través del dedo (por ejemplo señales de frecuencia igual a 50 Hz generadas por el entorno electromagnético). Estas cargas generadas por estos fenómenos parásitos se van a sumar a las generadas por el efecto térmico “activo” y por tanto a perturbar la adquisición de imágenes.

Para limitar el impacto de los fenómenos parásitos sobre la captura, es posible aumentar la potencia de calentamiento realizada en el sensor, de manera que estas señales se hacen despreciables con respecto a la señal útil. Sin embargo, tal solución no es adecuada para ciertas aplicaciones, como por ejemplo cuando los sensores forman parte de tarjetas inteligentes u objetos conectados que tienen poca energía para alimentar los elementos calefactores del sensor, lo que no permite aumentar suficientemente la potencia del calentamiento hasta el punto de limitar significativamente el impacto de los fenómenos parásitos.

Otra solución consiste en reducir los tiempos de medida, es decir los tiempos de integración de las cargas. Las variaciones lentas delante del calentamiento activo tendrán sus efectos reducidos porque lo que cuenta es la variación de temperatura entre el inicio y el final de la medida. Sin embargo, esta solución tampoco es satisfactoria porque se traduce en una disminución del contraste obtenido.

Del mismo modo es posible aumentar la duración del calentamiento realizado. De nuevo aquí, esta solución no es satisfactoria porque las señales resultantes de los fenómenos parásitos van a aumentar al mismo tiempo que la duración del calentamiento.

Otra solución consiste en no conservar las primeras y las últimas imágenes de una captura cuando se observan demasiados efectos parásitos. Esta solución tampoco es satisfactoria porque la energía se ha desperdiciado inútilmente para capturar estas primeras y últimas imágenes.

Descripción de la invención

Un objetivo de la presente invención es proponer un sensor y un procedimiento de captura de un patrón térmico que limite o suprima el impacto de los fenómenos parásitos en las capturas realizadas.

Para ello, la presente invención propone un procedimiento de captura de un patrón térmico por un sensor que comprende varios píxeles cada uno de los cuales comprende al menos un elemento de medida termosensible, el sensor que además comprende:

- al menos un elemento calefactor configurado para calentar el elemento de medida termosensible de al menos un píxel durante una medida por el elemento de medida termosensible de dicho al menos un píxel;

- al menos un circuito de lectura configurado para leer las cargas eléctricas entregadas por dicho al menos un píxel durante la medida por el elemento de medida termosensible de dicho al menos un píxel;

el procedimiento que comprende, para cada píxel, al menos la implementación de las etapas siguientes:

- calentamiento del elemento de medida termosensible del píxel durante una duración de calentamiento que comienza en un instante tü y que termina en el instante t2 posterior al instante fe;

- primera lectura de las cargas eléctricas entregadas por el píxel durante una primera duración de medida que comienza en un instante ti y que termina en un instante t3 posterior al instante ti, y que da un primer valor xi de medida correspondiente a las cargas eléctricas leídas durante la primera duración de medida t3-ti;

- segunda lectura de las cargas eléctricas entregadas por el píxel durante una segunda duración de medida que comienza en un instante t4 posterior al instante t3, y que termina en el instante t5 posterior al instante t4, y que da un segundo valor x2 de medida correspondiente a las cargas eléctricas leídas durante la segunda duración de medida t5-t4;

- cálculo de una diferencia xi - a.x2, con a correspondiente a un número real positivo,

y en el que más de la mitad de la duración de calentamiento se implementa durante la primera duración de medida y menos de la mitad del tiempo de calentamiento se implementa durante la segunda duración de medida.

En este procedimiento, la primera lectura de las cargas eléctricas se implementa durante más de la mitad de la fase de calentamiento del elemento de medida termosensible del píxel leído. Por otro lado, la segunda lectura de las cargas eléctricas se implementa durante menos de la mitad de la fase de calentamiento y, por lo tanto, al menos en parte durante el enfriamiento del píxel leído. Durante el enfriamiento, un píxel en contacto con la piel se enfría más rápido que un píxel sin contacto con la piel, a la inversa que el calentamiento, y esto a partir de un cierto tiempo que depende de la inercia térmica del píxel. La diferencia calculada entonces permite acumular las cargas positivas y negativas obtenidas durante la primera y segunda lecturas, y por tanto aumentar la señal de medida obtenida al final del procedimiento. Por lo tanto, se obtiene un mejor contraste entre los píxeles que están en contacto con las partes de diferente conductividad térmica del elemento cuyo patrón térmico se captura, por ejemplo, entre los píxeles en contacto con los picos del dedo cuya huella dactilar se captura y los píxeles que se encuentran enfrente de los valles del dedo cuya huella dactilar se captura.

Además, la diferencia calculada a partir de los dos valores de medida obtenidos permite reducir o incluso suprimir las señales debidas a fenómenos parásitos cuya contribución es idéntica en el trascurso de dos lecturas de carga de duraciones idénticas.

El instante t2 interviene antes del instante t5 de manera que la segunda lectura de las cargas eléctricas entregadas por el píxel se implementa al menos en parte durante el enfriamiento del píxel leído.

El instante t2 puede estar comprendido entre los instantes ti y t3. En este caso, el calentamiento se detiene durante la primera lectura y la segunda lectura se implementa por completo durante una fase de enfriamiento del píxel.

Ventajosamente, el procedimiento y el sensor pueden configurarse para realizar una captura de una huella dactilar en contacto con una superficie de captura del sensor.

a puede ser igual al valor de la relación entre la primera duración de medida y la segunda duración de medida. El coeficiente a permite en este caso compensar una diferencia entre la primera duración de medida y la segunda duración de medida.

Alternativamente, el valor de a puede ser diferente del de la relación entre la primera duración de medida y la segunda duración de medida.

Ventajosamente, la primera duración de medida puede ser igual a la segunda duración de medida. Este caso es ventajoso porque la contribución de los fenómenos parásitos es entonces idéntica en cada una de las primeras y segundas lecturas de las cargas eléctricas. Por lo tanto, estos fenómenos parásitos se anulan completamente gracias al cálculo de la diferencia xi - x2 (a=i en este caso cuando a es igual al valor de la relación entre la primera duración de medida y la segunda duración de medida).

El procedimiento puede comprender además, después de calcular la diferencia xi - a.X2 para cada uno de los píxeles, una etapa de cálculo de una imagen del patrón térmico capturado a partir de los valores de las diferencias x1 - a.x2 calculadas para cada píxel del sensor.

El procedimiento puede comprender además, entre la primera y la segunda lecturas, un reinicio del circuito de lectura, o un reinicio del píxel.

El procedimiento puede ser tal que:

- el valor de la duración de calentamiento t2 -to está comprendido entre aproximadamente 60 js y 5000 js , o entre 200 |js y 5000 js (por ejemplo, para un sensor que realiza una lectura de píxeles fila por fila), o entre 60 js y 200 js (por ejemplo, para un sensor que realiza una lectura de píxel por píxel), y/o

- cada una de las primera y segunda duraciones de medida tiene un valor comprendido entre aproximadamente 60 ps y 5000 ps, o entre 250 ps y 5000 ps (por ejemplo, para un sensor que realiza una lectura de píxeles fila por fila), o entre 60 ps y 300 ps (por ejemplo, para un sensor que realiza una lectura píxel por píxel), y/o

- los instantes t0 y ti se eligen de manera que la duración entre el inicio del calentamiento y el inicio de la primera lectura esté comprendida aproximadamente entre 0 y 200 ps (por ejemplo, para un sensor que realiza una lectura de píxeles fila por fila), o entre 0 y 100 ps (por ejemplo, para un sensor que realiza una lectura píxel por píxel).

Ventajosamente, ti es posterior a t0, es decir, el calentamiento comienza antes del inicio de la primera lectura. Sin embargo, es posible que t0 sea posterior a ti o sea igual a ti, es decir que el calentamiento comience después del inicio de la primera lectura o simultáneamente al inicio de la primera lectura.

Los valores dados anteriormente se proporcionan solo a título informativo. Los valores de las distintas duraciones indicadas anteriormente dependen de las características del sensor y, en particular, de la sensibilidad del circuito de lectura, del tamaño de cada píxel, así como de los diversos espesores de las capas y de los materiales presentes en el sensor.

El procedimiento puede ser tal que:

- el primer y segundo valores xi y x2 de medida se almacenan en el circuito de lectura, y la diferencia xi - a.x2 se calcula en el circuito de lectura, y después el resultado de esta diferencia se entrega a la salida del circuito de lectura, o

- el primer y segundo valores xi y x2 de medida se entregan sucesivamente a la salida del circuito de lectura, y la diferencia xi - a.x2 se calcula fuera del circuito de lectura.

El cálculo de la diferencia xi - a.x2 se puede realizar fuera del circuito de lectura, es decir, después de haber realizado una conversión analógica-digital de cada uno de los valores xi y x2 de medida.

Alternativamente, es posible, después de haber realizado la primera medida, conservar el valor xi de medida analógico en el circuito de lectura, por ejemplo en un primer condensador del circuito de lectura. Después de haber realizado la segunda medida, el valor x2 de medida analógico del mismo modo se conserva en el circuito de lectura, por ejemplo, en un segundo condensador del circuito de lectura. Los valores de medida analógicos a continuación se restan a través del cálculo de la diferencia xi - a.x2, y después el resultado de esta resta es convertido digitalmente y entregado por el circuito de lectura. Esta variante evita hacer el cálculo de la resta fuera del circuito de lectura, y divide por dos el número de datos a obtener, para el precio de un banco de condensadores del tamaño del número de píxeles leídos al mismo tiempo.

Cada elemento de medida termosensible puede comprender al menos un condensador piroeléctrico formado por al menos una porción de material piroeléctrico colocada entre el primer y el segundo electrodos.

En este caso, uno del primer y segundo electrodos del condensador piroeléctrico de cada píxel puede estar formado por una porción eléctricamente conductora común a todos los píxeles de la fila a la que pertenece dicho píxel.

Además, la porción eléctricamente conductora que forma uno de los primer y segundo electrodos de todos los píxeles de la misma fila del mismo modo puede formar el elemento calefactor de los píxeles de la fila.

Además, el otro del primer y segundo electrodos del condensador piroeléctrico de cada píxel puede estar formado por una porción eléctricamente conductora común a todos los píxeles de la columna a la que pertenece dicho píxel.

Alternativamente, cada elemento de medida termosensible puede comprender al menos un termistor o al menos un diodo, y/o en cada píxel, el elemento de medida termosensible puede formar el elemento calefactor.

El circuito de lectura puede comprender al menos un amplificador, por ejemplo un amplificador diferencial montado en integrador. El circuito de lectura puede comprender al menos un elemento que realiza un CDS ("Correlated Double Sampling") para disminuir el ruido de lectura.

El elemento calefactor puede ser adecuado para calentar el elemento de medida termosensible de cada píxel por efecto Joule, y/o el elemento calefactor puede ser adecuado para emitir radiación luminosa destinada a calentar el elemento de medida termosensible de los píxeles.

La invención del mismo modo se refiere a un sensor de patrón térmico que comprende varios píxeles, cada uno de los cuales comprende al menos un elemento de medida termosensible, el sensor que además comprende:

- al menos un elemento de calentamiento configurado para calentar el elemento de medida termosensible de al menos un píxel durante una medida por el elemento de medida termosensible de dicho al menos un píxel;

- medios de control configurados para implementar un procedimiento de captura tal como se describió anteriormente.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención se comprenderá mejor de la lectura de la descripción de los ejemplos de realización dados a título meramente informativo y en ningún caso limitativo haciendo referencia a los dibujos adjuntos en los cuales:

- la figura 1 representa varias imágenes sucesivas obtenidas durante la lectura de una huella dactilar de un dedo colocado y luego retirado de un sensor térmico activo de la técnica anterior;

- la figura 2 representa esquemáticamente un sensor de patrón térmico, objeto de la presente invención;

- la figura 3 representa un primer ejemplo de realización de un circuito de lectura de un sensor de patrón térmico, objeto de la presente invención;

- la figura 4A representa dos píxeles de un sensor de patrón térmico, objeto de la presente invención;

- la figura 4B representa señales obtenidas a la salida de los dos píxeles visibles en la figura 4A, durante y después de una fase de calentamiento de píxeles;

- la figura 5 representa la diferencia de señal obtenida entre un píxel en el que se encuentra un valle de la huella y un píxel en el que se encuentra un pico de la huella, durante y después del calentamiento del píxel;

- la figura 6 representa las cargas eléctricas obtenidas a la salida de un píxel durante un procedimiento de captura, objeto de la presente invención;

- la figura 7 representa, en forma de cronograma, las diferentes etapas implementadas en el transcurso de un procedimiento de captura, objeto de la presente invención;

- las figuras 8A-8C y 9A-9C representan imágenes obtenidas respectivamente considerando los resultados de la primera lectura únicamente, de la segunda lectura únicamente y restando los resultados de la segunda lectura de los de la primera lectura;

- las figuras 10 y 11 representan funciones de filtrado realizadas durante la implementación de un procedimiento de captura, objeto de la presente invención;

- la figura 12 representa un segundo ejemplo de realización de un circuito de lectura de un sensor de patrón térmico, objeto de la presente invención.

Las partes idénticas, similares o equivalentes de las distintas figuras descritas a continuación llevan las mismas referencias numéricas para facilitar el paso de una figura a otra.

Las diferentes partes representadas en las figuras no están necesariamente a una escala uniforme, para hacer que las figuras sean más legibles.

Las diferentes posibilidades (variantes y modos de realización) deben entenderse como no excluyentes entre sí y pueden combinarse entre sí.

Descripción detallada de modos de realización particulares

El procedimiento de captura de un patrón térmico se implementa utilizando un sensor 100 de patrón térmico tal como se representa esquemáticamente en la figura 2.

El sensor 100 comprende varios píxeles 102, cada píxel 102 que comprende un elemento de detección térmica o elemento de medida termosensible.

Según una primera configuración del sensor 100, cada píxel 102 comprende un condensador 104 piroeléctrico (visible en la figura 3) que forma el elemento de medida termosensible del píxel 102.

El sensor 100 puede estar realizado a partir de un sustrato de vidrio, en particular cuando el sensor 100 comprende transistores TFT. Alternativamente, el sensor 100 puede estar realizado a partir de un sustrato de semiconductor, por ejemplo de silicio, en particular cuando el sensor 100 comprende transistores realizados en tecnología MOS. Según otra variante, el sustrato utilizado puede ser un sustrato flexible, por ejemplo a base de poliimida o de PEN (naftalato de polietileno) o de PET (tereftalato de polietileno), sobre el que los elementos del sensor 100 están realizados ventajosamente por tecnología impresa.

Los píxeles 102 del sensor 100 pueden disponerse formando una matriz de varias filas y varias columnas de píxeles 102, como es el caso del esquema de la figura 2. El paso de los píxeles 102, es decir la distancia entre los centros de dos píxeles 102 vecinos, está por ejemplo comprendido entre aproximadamente 25 pm y 100 pm.

La figura 3 describe el ejemplo de un píxel 102 que utiliza un condensador 104 piroeléctrico que comprende una porción 106 de material piroeléctrico dispuesta entre un electrodo 108 inferior y un electrodo 110 superior. El material piroeléctrico de la porción 106 es ventajosamente de fluoruro de polivinilideno o PVDF, o de fluoruro de polivinilidenotrifluoroetileno o P(VDF-TrFE). Alternativamente, el material piroeléctrico puede ser de AIN o de PZT, o cualquier otro material piroeléctrico adecuado para formar el condensador 104 piroeléctrico. El espesor de la porción 106 de material piroeléctrico está por ejemplo comprendido entre aproximadamente 500 nm y 10 pm.

Los electrodos 108, 110 comprenden, cada uno, al menos un material eléctricamente conductor, por ejemplo un material metálico tal como el titanio con un espesor igual a aproximadamente 0,2 pm, y/o molibdeno y/o aluminio y/o un óxido conductor como ITO (óxido de indio y estaño) y/o un polímero conductor como PEDOT:PSS. Uno de los electrodos, ventajosamente el electrodo 110 superior, o cada uno de los dos electrodos 108, 110, pueden estar formados por un apilamiento de varios materiales eléctricamente conductores, por ejemplo un apilamiento de Ti/TiN/AlCu. El espesor de cada uno de los electrodos 108, 110 está por ejemplo comprendido entre aproximadamente 0,05 pm y 1 pm.

El sensor 100 del mismo modo comprende elementos 112 calefactores que disipan una cierta cantidad de calor en los píxeles 102, y en particular en la porción 106 de material piroeléctrico. Estos elementos 112 calefactores son, por ejemplo, elementos conductores añadidos al lado o por encima de los condensadores 104 piroeléctricos, formados ventajosamente a partir de una de las capas conductoras que sirven para la realización de uno de los electrodos 108, 110 de los condensadores 104 piroeléctricos.

Por encima de los electrodos 110 superiores de los píxeles 102 se dispone una capa de protección, correspondiente por ejemplo a una capa de AlN o de cualquier otro material adecuado para realizar esta capa. El espesor de la capa de protección puede estar comprendido entre aproximadamente 100 nm y aproximadamente 100 pm. Una cara superior de la capa de protección corresponde a la superficie de captura del sensor 100 por encima de la cual se encuentra el patrón térmico destinado a ser detectado, por ejemplo un dedo cuya huella está destinada a ser detectada y que está en contacto con la superficie de captura del sensor 100.

Según una variante de realización ventajosa, uno de los electrodos 108, 110 del condensador 104 piroeléctrico de cada uno de los píxeles 102 de una misma fila de la matriz está formado por la misma porción eléctricamente conductora que es por tanto común a todos los píxeles 102 de esta fila. Además, del mismo modo es posible que estas porciones eléctricamente conductoras comunes a los píxeles de la misma fila también formen los elementos calefactores 112 de los píxeles 102. Los detalles de la realización de dicho sensor se describen en el documento WO 2017/093179 A1.

Además, es posible que el sensor 100 incluya una matriz de píxeles 102 denominados "pasivos", es decir, que no incluya un transistor dentro de los píxeles 102, y con, en este caso, el otro del primer y segundo electrodo 108, 110 del condensador piroeléctrico de cada píxel 102 que está formado por una porción eléctricamente conductora común a todos los píxeles de la columna a la que pertenece dicho píxel. Los detalles de realización de dicho sensor se describen en el documento WO 2018/020176 A1.

El elemento 112 calefactor es, por ejemplo, adecuado para calentar por efecto Joule el elemento de medida termosensible de cada píxel 102. El calentamiento de la porción 106 de material piroeléctrico se obtiene en este caso haciendo circular una corriente en el elemento conductor que forma el elemento 112 calefactor. La intensidad del calentamiento obtenido depende en particular de la intensidad de la corriente que circula por el elemento conductor.

El valor de la tensión de calentamiento aplicado al elemento conductor, y por lo tanto la intensidad de la corriente que circula en el elemento conductor, se ajusta con respecto a la resistividad del material conductor utilizado para producir la energía térmica deseada en los píxeles 102. La potencia disipada por píxel puede estar comprendida ventajosamente entre aproximadamente 0,05 mW y 1 mW.

Alternativamente, se pueden usar elementos 112 calefactores diferentes de elementos resistivos, como por ejemplo elementos calefactores ópticos. Por ejemplo, uno o más LED, como los diodos láser, pueden emitir una radiación que es transmitida por el sustrato y absorbida por el material piroeléctrico de los píxeles 102 y/o por uno de los electrodos 108, 110 de los píxeles 102, y/o por una capa de absorción específica, por ejemplo compuesta de ITO parcialmente oxidado, de carbono, de cromo oxidado, o incluso de un polímero cargado con pigmento coloreado, añadido cerca de uno de los electrodos 108, 110 o directamente sobre uno de los electrodos 108, 110. Por ejemplo, en el caso de un calentamiento por radiación infrarroja, se pueden utilizar ventajosamente electrodos 108, 110 de titanio y/o de ITO para absorber esta radiación. Ventajosamente, la radiación puede ser absorbida por la capa de protección.

Es posible que uno de los electrodos 108, 110 de todos los píxeles 102, por ejemplo el electrodo 110 superior de todos los píxeles 102, formen juntos una capa eléctricamente conductora continua que está aislada de los elementos 112 calefactores por una capa dieléctrica. Esta capa eléctricamente conductora continua forma en este caso una capa de blindaje que tiene la ventaja de permitir encender o apagar el calentamiento mientras los elementos de medida termosensibles realizan una integración de cargas eléctricas, sin perturbar esta integración de cargas. Una capa de blindaje de este tipo limita también las perturbaciones que sufre el sensor 100, en particular las de frecuencia igual a 50 Hz.

Alternativamente, esta capa de blindaje puede estar separada de los electrodos 108, 110 de los píxeles 102, y se dispone por ejemplo entre los elementos de medida termosensibles del sensor 100 y la superficie de captura del sensor 100.

Según otras configuraciones del sensor 100, es posible que los elementos de medida termosensibles del sensor 100 no correspondan a condensadores piroeléctricos, sino que correspondan por ejemplo a termistores, diodos, o cualquier otro elemento termosensible adecuado.

Además de los elementos de medida termosensibles, el sensor 100 del mismo modo comprende medios 114 de control que permiten controlar el calentamiento y las fases de lectura de los píxeles 102.

El sensor 100 del mismo modo incluye un circuito 116 de lectura que permite leer las cargas eléctricas entregadas a la salida de cada píxel 102, y por lo tanto leer el patrón térmico detectado por el sensor 100.

Alternativamente, el sensor 100 puede comprender un circuito 116 de control y de lectura externo al plano en el que se encuentra la matriz de píxeles 102.

La figura 3 representa un primer ejemplo de realización de una parte del circuito 116 de lectura, y más precisamente de los elementos electrónicos que permiten leer las cargas eléctricas entregadas por el condensador 104 piroeléctrico de uno de los píxeles 102 del sensor 100.

El píxel 102 representado en la figura 3 comprende el condensador 104 piroeléctrico formado por la porción 106 de material piroeléctrico dispuesta entre los dos electrodos 108, 110. El electrodo 108 inferior está conectado a tierra y el electrodo 110 superior forma un electrodo de lectura del píxel 102 y está conectado a un nodo 118 activo del píxel 102.

Cuando el elemento de medida termosensible es por ejemplo un termistor, o cualquier otro elemento de medida termosensible cuya corriente varía con la temperatura, este elemento del mismo modo comprende un terminal conectado al nodo 118 activo del píxel 102.

El nodo 118 activo está conectado a una entrada del circuito 116 de lectura que se encuentra en la parte inferior de la columna de la matriz de píxeles 102. En el ejemplo aquí descrito, los condensadores 104 piroeléctricos de todos los píxeles 102 de una misma columna están conectados en paralelo a la misma entrada del circuito 116 de lectura. Esta entrada del circuito 116 de lectura corresponde a la entrada inversora de un amplificador 120 de lectura correspondiente por ejemplo a un amplificador diferencial tal como un amplificador operacional. Un potencial eléctrico de polarización Vref se aplica a la entrada no inversora del amplificador 120. La salida del amplificador 120 vuelve a su entrada inversora a través de un condensador 122. Un interruptor, o conmutador, 124 está conectado en paralelo al condensador 122 y permite cortocircuitar el condensador 122 para realizar el reinicio del integrador y descargar el condensador 122. La salida del amplificador 120 de lectura del mismo modo está conectada a la entrada de un circuito 126 capaz de realizar una operación de tipo CDS, y después una amplificación de la señal obtenida y luego una conversión analógica/digital.

Cuando los elementos de medida termosensibles del sensor 100 corresponden a termistores, los termistores de todos los píxeles 102 de una misma columna pueden conectarse en serie a una misma entrada del circuito 116 de lectura. Este circuito 116 de lectura es en este caso adecuado para realizar una lectura de la corriente entregada. Este circuito 116 de lectura comprende, por ejemplo, una resistencia que es atravesada por la corriente entregada. La corriente se puede leer a través de una lectura de la tensión en los terminales de esta resistencia. Dicho circuito 116 de lectura del mismo modo puede utilizarse cuando los elementos de medida termosensibles del sensor 100 corresponden a diodos.

El integrador de corriente formado por el amplificador 120, el condensador 122 y el interruptor 124 son comunes a todos los píxeles 102 de una misma columna. El circuito 126 puede ser común a todos los píxeles 102 del sensor 100, mediante la adición de elementos electrónicos de multiplexación entre las salidas de los amplificadores 120 de detección y el circuito 126.

Para facilitar la comprensión del procedimiento de captura aquí implementado, se describe a continuación, en relación con las figuras 4A y 4B, las temperaturas de dos píxeles 102a, 102b durante y después de una fase de calentamiento simultáneo de los dos píxeles 102a, 102b. La curva 10a visible en la figura 4B corresponde a la señal entregada por el primer píxel 102a en el que hay un pico 2 de una huella dactilar, y la curva 10b corresponde a la señal entregada por el segundo píxel 102b cuando un valle 4 de la huella dactilar está presente frente o enfrente del segundo píxel 102b. Por lo tanto, no hay contacto entre la piel y este segundo píxel 102b. Los dos píxeles 102a, 102b corresponden a dos de los píxeles 102 del sensor 100. Las curvas 10a y 10b representan las temperaturas obtenidas cuando el calentamiento comienza en un instante igual a 50 ps y se detiene en un instante igual a 1050 ps.

Durante el calentamiento, se generan cargas en los dos píxeles 102a, 102b. Debido a que la tensión en los terminales del capacitor piroeléctrico de cada píxel 102a, 102b se mantienen constante por los integradores de corriente de los circuitos 116a, 116b de lectura, las cargas se copian en los condensadores 122 y, por lo tanto, las tensiones en los terminales de los condensadores 122 aumentan. Además, debido a que el calor es absorbido por la piel del pico 2 de la huella presente en el primer píxel 102a, el valor de la tensión del condensador 122 del primer píxel 102a aumenta menos significativamente que el del segundo píxel 102b que está frente al valle 4 y por lo tanto no está en contacto con la piel.

La curva visible en la figura 5 corresponde a la diferencia entre los valores de las señales de medida obtenidas entre el píxel 102b y el píxel 102a, que es representativa del contraste entre los dos píxeles 102a, 102b.

Debido al tiempo de propagación del calor en un píxel que se calienta, existe una cierta inercia térmica en este píxel. Este fenómeno se ilustra en la figura 5 por el hecho de que la diferencia de señal aumenta aún más después de que se detiene el calentamiento (que se produce en t = 1050 js ), hasta una duración igual a 2000 js en el ejemplo de la figura 5. Entonces, se constata que la pendiente de esta curva se vuelve negativa: el primer píxel 102a se enfría menos rápido que el segundo píxel 102b, y por lo tanto la diferencia entre las señales entregadas por los dos píxeles 102a, 102b disminuye.

A continuación se describe, en relación con las figuras 6 y 7, el procedimiento de captura implementado según un modo de realización particular.

La curva 14a visible en la figura 6 corresponde a la señal entregada por el primer píxel 102a en el que se encuentra un pico 2 de una huella, y la curva 14b corresponde a la señal entregada por el segundo píxel 102b enfrente del cual hay un valle 4 de la huella, durante la ejecución del procedimiento. La figura 7 representa, en forma de un cronograma, las distintas etapas implementadas en el transcurso del procedimiento.

El procedimiento que se describe a continuación se implementa fila por fila, es decir, se implementa simultáneamente para todos los píxeles 102 de una misma fila del sensor. Las etapas se repiten para cada una de las filas de píxeles del sensor. Sin embargo, son posibles otras variantes de implementación, por ejemplo, realizando una lectura píxel por píxel, o grupo de píxeles por grupo de píxeles con grupos de píxeles que no corresponden a una sola fila de píxeles.

Para un circuito 116 de lectura tal como se representa en la figura 3, los interruptores 124 se cierran de antemano. Los condensadores 122 de integración por tanto se descargan, el potencial en sus terminales se vuelve nulo y el potencial en la salida del integrador de carga por lo tanto se vuelve igual a Vref.

El calentamiento del elemento de medida termosensible de los píxeles 102 de la fila leída comienza en un instante fe (fe = 50 |js en la figura 6), haciendo pasar una corriente en los elementos 112 calefactores de los píxeles 102 leídos.

A continuación se realiza una primera lectura de las cargas eléctricas entregadas por los píxeles 102 de la fila leída para una primera duración de medida que comienza en un instante fe correspondiente al instante en que los interruptores 124 de los píxeles 102 de la fila leída se abren (fe = fe = 50 js en el ejemplo descrito aquí) y que finaliza en el instante t3 donde se lee el valor de tensión de los condensadores 122. La integración de las cargas eléctricas generadas en los condensadores piroeléctricos de los píxeles 102 de la fila leída se realiza durante un primer tiempo de medida. Debido a que los interruptores 124 están abiertos, las cargas eléctricas generadas por los condensadores piroeléctricos de los píxeles 102 leídos fluyen hacia los condensadores 122 a los que están conectados los píxeles 102 leídos.

Ventajosamente, el calentamiento comienza antes del inicio de la primera lectura de las cargas eléctricas para limitar las perturbaciones electrónicas generadas por la conmutación de los elementos que realizan el calentamiento. Además, la diferencia entre las señales de medida de los dos píxeles 102a, 102b es despreciable al comienzo de la integración, no habiendo tenido tiempo el calor de alcanzar la superficie del sensor 100, por lo que los dos píxeles 102a, 102b tienen un comportamiento similar. Sin embargo, es posible que el calentamiento comience después del inicio de la primera lectura de las cargas eléctricas (con en este caso fe < fe).

En un elemento de medida correspondiente a un condensador 104 piroeléctrico, la variación de carga AQ creada es proporcional a la variación de temperatura AT que sufre el condensador 104 piroeléctrico y se puede expresar mediante la siguiente ecuación:

AQ = y • S . AT,

con y que corresponde al coeficiente piroeléctrico del material 106 piroeléctrico del condensador 104 piroeléctrico y S su superficie.

La variación de temperatura que sufre cada uno de los condensadores 104 piroeléctricos del sensor 100 es diferente según que un pico o un valle de la huella se encuentre por encima del condensador piroeléctrico. La variación de temperatura que sufre un condensador 104 piroeléctrico sobre el que se encuentra un pico de la huella se denomina ATpico, y la variación de temperatura que sufre un condensador 104 piroeléctrico en el que hay un valle de la huella se llama ATvalle.

Cuando los elementos de medida termosensibles son termistores o, más generalmente, elementos de medida termosensibles que generan una corriente cuyo valor depende de la temperatura, como por ejemplo diodos, la corriente I obtenida depende de la temperatura según una función f, es decir, I = f(T). Esta corriente del mismo modo se puede expresar en función de un valor particular medido a una temperatura To, con en este caso I = Io.f(To, AT).

En el instante ti, el valor de la corriente en un termistor en el que hay un pico de la huella se denomina Ipico_ti y el valor actual en un termistor en el que hay un valle de la huella se denomina Ivalle_ti. Los valores de las corrientes generadas por los termistores se leen en el instante ti.

En el ejemplo de realización descrito aquí, en el transcurso de la primera duración de medida, se detiene el calentamiento. El calentamiento se detiene en un instante t2. La duración de calentamiento t2 -to es por ejemplo igual a 1000 ps.

A partir de la parada del calentamiento (instante t2), las cargas generadas por los condensadores 104 piroeléctricos de los píxeles 102 leídos comienzan a disminuir a medida que los píxeles 102 se enfrían. Sin embargo, debido a la inercia térmica existente en el sensor 100, el valor del contraste sigue aumentando (como se ha descrito anteriormente en relación con la figura 5) durante una cierta duración después del instante t2, es decir, después de haber detenido el calentamiento. Por lo tanto, es ventajoso prolongar la integración de las cargas durante esta duración, hasta que el contraste disminuya.

La primera lectura de las cargas generadas se detiene en un instante t3. La primera duración de medida (igual a t3 -ti) es por ejemplo igual a 2000 ps. El valor del instante t3 se puede elegir prudentemente para que el final de la primera lectura corresponda al momento en que el contraste entre un píxel 102 en el que se encuentra un pico de la huella y un píxel 102 en el que se encuentra un valle de la huella comienza a disminuir (2000 ps en el ejemplo de la figura 5). Sin embargo, es posible elegir una duración de integración, o duración de medida, cercana a la duración de calentamiento, por ejemplo comprendida entre aproximadamente 1000 ps y 1300 ps.

Al final de esta primera duración de medida, los condensadores piroeléctricos han sido sometidos a una determinada variación de temperatura, siendo las cargas eléctricas generadas por el condensador piroeléctrico y almacenadas en cada uno de los condensadores 122 la consecuencia de esta variación de temperatura. El valor medido por este primero se denomina x1.

El potencial eléctrico a la salida del amplificador 120 es por lo tanto Vsalida=P/Cref Vref, con Q correspondiente a las cargas eléctricas generadas durante la primera duración de medida y Cref el valor del condensador 122. Este potencial es por tanto leído y muestreado por el convertidor analógico/digital del circuito 126 o almacenado en otro condensador.

El valor de la carga eléctrica generada por un condensador 104 piroeléctrico en el que se encuentra un pico de la huella, en el instante t3, es:

Qpico_t3 — V • 5 • ATpico,

y el valor de la carga eléctrica por un condensador piroeléctrico 104 en el que se encuentra un valle de la huella, en el instante t3, es :

En el instante t3, el contraste obtenido entre un píxel en el que se encuentra un pico de la huella y un píxel en el que hay un valle de la huella es por tanto:

Contraste = Qpico_,3 - Qvaii ^<>_«3

Contraste = y . S . (Alpico - ^{A T vane).}

El contraste obtenido es por tanto lineal con respecto a la diferencia de variaciones de temperatura entre un píxel en el que se encuentra un pico de la huella y un píxel en el que se encuentra un valle de la huella.

Cuando los elementos de medida termosensibles son termistores (o más generalmente elementos de medida termosensibles que generan una corriente cuyo valor depende de la temperatura), las corrientes generadas se leen en los instantes t1 y t3. El valor de la corriente en un termistor en el que se encuentra un pico de la huella, en el instante t3, es:

^{lp ico_ t3 = lp ic o _ tl- f{ T p ic o} , ^{A T pico_ t3)<}

y el valor de la corriente en un termistor en el que se encuentra un valle de la huella, en el instante t3, es : Ivalle_t3 = lvalle_tl4(Tva||e , A T va||e t?))»

Dado que la función f es localmente lineal en el rango de temperatura considerado, es decir, variaciones inferiores a unos pocos grados Kelvin, esta función se puede escribir en la forma f(Tü, AT) = a(To AT) b. La diferencia de corriente entre los instantes t3 y ti vale:

AL _{pico t3 ~ Ipico J 3 '} _{- L Ipico t i — = I Lpico t i}a AT, _{pico J3 ;}

Alvalle_t3 - Ivalle_t3 " L a lle t l = I valleJ1 • 3 A T ValleJ3<

Contraste_t3 = AlpiCo t3 - Alvaiiej3

Suponiendo que las temperaturas iniciales de píxeles pico y valle son aproximadamente iguales:

Ipico t l ® Lalle_tl ® It l

Por lo tanto, el contraste obtenido se puede escribir de acuerdo con la ecuación:

Contraste_t3 = a.l,i.(ATpioo ,3 - ATvane_,3)-

El contraste obtenido es por lo tanto lineal con respecto a la diferencia de variaciones de temperatura entre un píxel en el que se encuentra un pico de la huella y un píxel en el que se encuentra un valle de la huella, como para los condensadores piroeléctricos. El contraste obtenido en el instante t3 tiene un valor positivo.

Al final de la primera duración de medida, es posible prever un tiempo de guardia (comprendido entre los instantes t3 y t5 en la figura 7) durante el cual los datos adquiridos se obtienen, convierten, muestrean, etc. Durante este tiempo de guardia, el interruptor 124 se cambia a la posición cerrada para descargar el condensador 122. En la figura 6, este reinicio se traduce en un reinicio de las cargas leídas, es decir, en este caso las cargas acumuladas en el condensador 122 de integración. Este tiempo de guardia permite ventajosamente evitar que las perturbaciones eléctricas que podría generar el convertidor analógico/digital del circuito 126 perturben a los integradores de carga.

Después de este reinicio, se implementa una segunda lectura de las cargas eléctricas entregadas por los píxeles 102 de la fila leída durante una segunda duración de medida a partir de un instante t4 y que se termina en el instante t5. En el ejemplo aquí descrito, la segunda duración de medida t5 -t4 es igual a la primera duración de medida t3 -ti.

Contrariamente a la primera lectura que se realiza en parte durante el calentamiento de los píxeles 102, esta segunda lectura se implementa sin calentar los píxeles 102 de la fila leída.

El interruptor 124 está abierto en el instante t4. La integración comienza entonces al nivel del condensador 104 piroeléctrico de los píxeles 102 de la fila leída, durante la segunda duración de medida. Las cargas eléctricas continúan siendo generadas por el condensador piroeléctrico del píxel 102 durante esta segunda duración de medida, pero estas cargas son en este caso negativas, como se puede ver en la figura 6, debido a que los píxeles 102 están en fase de enfriamiento. El valor medido por esta segunda lectura se denomina x2.

El contraste obtenido durante la segunda medida se invierte de la misma manera, debido a la linealidad y porque se considera que las variaciones de temperatura son similares para los píxeles piroeléctricos y los píxeles de termistores. Para píxeles con termistores, el contraste obtenido se puede escribir según la ecuación:

Contrastéis = a.lti>(ATpú»_t5 - ATvaiiejs)-

El contraste obtenido en el instante t5 tiene un valor negativo.

La resta realizada al final de las dos medidas equivale por tanto a restar los contrastes de las dos medidas, y se expresa mediante la ecuación:

Por cada píxel 102 leído, a continuación se calcula una diferencia entre los dos valores x1 y x2 medidos. El cálculo de esta diferencia se puede realizar fuera del circuito 116 de lectura, es decir después de haber realizado una conversión analógica-digital de cada uno de los valores x1 y x2 de medida.

Alternativamente, es posible, después de haber realizado la primera medida x1, conservar el valor x1 de medida analógico en el circuito 116 de lectura, por ejemplo en un primer condensador del circuito 116 de lectura. Después de haber realizado la segunda medida, el valor x2 de medida analógico también se almacena en el circuito 116 de lectura, por ejemplo, en un segundo condensador del circuito 116 de lectura. A continuación, los valores de medida analógicos se restan mediante el cálculo de la diferencia entre los dos valores xi y X2, y después el resultado de esta resta es convertido digitalmente y entregado por el circuito 116 de lectura.

Debido a que la diferencia entre los dos píxeles 102a, 102b es negativa para la segunda lectura x2, mientras que fue positiva para la primera lectura x1, la diferencia se traduce en un contraste aún más elevado, mientras que se habría obtenido un contraste más reducido si solo se hubiera realizado una lectura entre los instantes t1 y t5.

Además, el cálculo de esta diferencia permite eliminar del resultado obtenido las señales correspondientes al ruido y que no son relevantes para la captura realizada, debido a que estas señales tienen el mismo impacto en las dos lecturas realizadas. El cálculo de esta diferencia permite, en particular, cancelar al menos una parte del FPN ("fixed pattern noise", o ruido de patrón fijo) del sensor 100, es decir, cualquier desviación constante introducida a la salida del sensor 100, sino también cualquier corriente de fuga constante presente en el sensor 100.

La resta realizada al final de las dos medidas equivale en este caso, por tanto, a sumar los contrastes de las dos medidas, suprimiendo al mismo tiempo los efectos de las señales parásitas que tienen el mismo impacto en la primera y segunda lecturas.

En general, los valores de los diferentes instantes tü a t5, es decir, las duraciones de las diferentes fases del procedimiento (calentamiento, primera lectura, segunda lectura) se adaptan en función de la estructura del sensor 100.

Las etapas descritas anteriormente se repiten para las otras filas de píxeles del sensor 100. En la figura 7, estas etapas son visibles para una segunda fila de píxeles.

Se puede respetar un tiempo de guardia entre las lecturas de dos filas sucesivas de píxeles. Si el sensor 100 comprende una matriz pasiva de píxeles 102, es decir, píxeles 102 que no comprenden transistores que permitan direccionar en lectura los píxeles (como es el caso de la figura 3), este tiempo de guardia se utiliza para dejar enfriar la fila de píxeles que se acaba de leer.

En el procedimiento descrito anteriormente, la primera duración de medida es igual a la segunda duración de medida. Alternativamente, es posible que estas dos duraciones de medida sean diferentes entre sí. En este caso, la resta realizada entre los dos valores x1 y x2 obtenidos durante las dos lecturas de cada píxel 102 se puede realizar ponderando estos dos valores de las dos señales en función de la diferencia entre la primera y la segunda duraciones de medida. En este caso, considerando que la diferencia calculada es x1 - a.x2, siendo el valor de a igual al valor de la relación entre la primera duración de medida y la segunda duración de medida. Esto permite anular las señales de interferencia de baja frecuencia consideradas constantes a pesar de la diferencia entre las dos duraciones de medida. En este caso, el FPN ya no se corrige completamente mediante el cálculo de esta diferencia ponderada, pero es posible corregirlo completamente mediante software por una calibración de fábrica.

La figura 8A representa una imagen calculada teniendo en cuenta solo los valores x1 de la primera lectura. La figura 8B representa una imagen calculada teniendo en cuenta solo los valores x2 de la segunda lectura (los contrastes entre las figuras 8A y 8B están invertidos debido a que durante la segunda lectura los píxeles están en fase de enfriamiento mientras que durante la primera lectura los píxeles están en fase de calentamiento). La figura 8C representa una imagen calculada a partir de los resultados de las diferencias entre los valores x1 y los valores x2. Estas figuras ilustran claramente el hecho de que se obtiene un mejor contraste para la imagen calculada a partir de los resultados de las diferencias entre los valores x1 y los valores x2.

Las figuras 9A-9C representan, de manera análoga a las figuras 8A-8C, las imágenes obtenidas respectivamente considerando los resultados de la primera lectura únicamente, de la segunda lectura únicamente y restando los resultados de la segunda lectura de los de la primera lectura.

La resta realizada entre los resultados de la primera lectura y los de la segunda lectura, cuando la primera y la segunda duraciones de medida son idénticas, también permite aplicar un filtrado cuya norma de la función de transferencia H para la frecuencia f, H ( f) se puede expresar en forma de la ecuación siguiente:

con :

senc(x) = ^sen(nx)

nx ’

- Tint el tiempo de integración, es decir, la duración de una de la primera y segunda lecturas,

- 5t la mitad de la duración t4 -ti, es decir, la mitad de la duración entre el inicio de la primera lectura y el inicio de la segunda lectura.

La figura 10 representa la función H obtenida cuando la duración de cada una de las dos lecturas es igual a 1200 ps, con un tiempo de guardia entre cada lectura igual a 100 ps. Con este filtro, las señales parásitas debidas al entorno electromagnético y cuyas frecuencias se encuentran entre 50 Hz y 60 Hz son atenuadas con un factor comprendido entre 2 y 3. Las frecuencias de las demás señales pasivas o parásitas generadas por ejemplo durante la adquisición de una imagen de una huella dactilar son inferiores a aproximadamente 10 Hz. Un filtro de este tipo permite tener una atenuación muy importante de estas señales parásitas (factor de atenuación por ejemplo superior a 20).

La figura 11 representa la función H obtenida cuando la duración de cada una de las dos lecturas es igual a 700 js , con un tiempo de guardia entre cada una de las lecturas igual a 50 js . La figura 11 muestra que, en este caso, la atenuación de las señales de frecuencias inferiores a 10 Hz es incluso más importante que la obtenida en la configuración cuya función de filtrado se muestra en la figura 10.

Para todas las configuraciones descritas anteriormente, el procedimiento descrito anteriormente se puede implementar realizando también una operación de tipo CDS ("Correlated Double Sampling"). En este caso, los valores (carga o corriente) de los píxeles se leen al inicio de cada una de las lecturas. Estos valores luego se restan al final de cada una de las lecturas. Dicha operación permite suprimir una gran parte del ruido fijo presente en los píxeles.

El valor de a puede ser diferente del de la relación entre la primera duración de medida y la segunda duración de medida. Modificando por tanto el valor del parámetro a, es posible dar más o menos importancia a uno u otro de los valores X1 y X2, es decir a la medida realizada principalmente durante el calentamiento del píxel o la realizada principalmente durante el enfriamiento del píxel. Es posible tener un parámetro a con un valor mayor que 1 o menor que 1.

Por ejemplo, en el caso de captar un patrón térmico correspondiente al de una huella de piel, y con una primera duración de medida igual a la segunda duración de medida, la elección del valor del parámetro a en un valor superior a 1 permite dar más importancia al resultado de la segunda medida realizada al menos en parte durante el enfriamiento del píxel en la diferencia X1 - a.X2 calculada. Debido a que la señal de medida obtenida durante el enfriamiento del píxel hace intervenir capas más profundas de la piel gracias a un tiempo de medida más largo, habiendo tenido el calor más tiempo para propagarse, es posible aumentar la importancia de estas capas profundas en el resultado final en comparación con las primeras capas superficiales de la piel. Alternativamente, al tomar un valor del parámetro a inferior a 1, se da mayor importancia a la primera medida realizada para las capas superficiales de la piel.

Según un segundo ejemplo, en presencia de un ruido constante en forma de la misma cantidad de cargas no deseadas inyectadas en cada píxel, que no depende del tiempo de adquisición, puede ser prudente tener el valor del parámetro a = 1 aun cuando las duraciones de la primera y segunda lecturas no sean idénticas. Por lo tanto, este ruido fijo no está presente en la diferencia x1 - a.x2.

En el modo de realización particular descrito anteriormente en relación con la figura 2, los píxeles no incluyen un transistor de selección de fila, y el direccionamiento de los píxeles se realiza, durante la lectura, por el calentamiento de la fila de píxeles deseada.

Alternativamente, es posible que cada píxel 102 incluya un transistor de selección de fila. La puerta de dicho transistor de selección de fila puede en este caso estar conectada a un hilo común a todos los transistores de selección de fila de los píxeles de una misma fila y al que está destinado a aplicarse una señal de selección. Un primero de los electrodos de fuente y de drenaje del transistor de selección de fila se puede conectar al nodo 118 activo y un segundo de los electrodos de fuente y de drenaje del transistor de selección de fila se puede conectar a una entrada del circuito 116 de lectura.

En dicha variante, el funcionamiento del sensor 100 es similar al descrito anteriormente, excepto por el hecho de que el transistor de selección de fila se pone en estado conectado durante la lectura de la fila de píxeles a la que pertenece.

Del mismo modo pueden contemplarse otras configuraciones de píxeles, como por ejemplo la representada en la figura 12 que permite leer en tensión las medidas de los píxeles 102 del sensor (lectura denominada “activa” de pixel).

Como en el ejemplo de realización descrito anteriormente en relación con la figura 3, cada píxel 102 incluye el condensador piroeléctrico conectado al nodo 118 activo, así como un transistor de selección de fila 130 controlado a través de una fila 133 de selección de fila. Cada píxel 102 también está provisto de un transistor 140 de reinicio, uno de cuyos electrodos de fuente y de drenaje está conectado al nodo 118 y el otro de los electrodos de fuente y de drenaje está sometido a la aplicación de una tensión de reinicio Venido. Se aplica una señal de control de reinicio del píxel 102 a la puerta del transistor 140 de reinicio. Este reinicio permite configurar el potencial eléctrico del nodo 118 a un valor conocido (aquí Venido) al inicio de la integración, así como vaciar las cargas del condensador 104 piroeléctrico una vez finalizada la lectura. Como para el control del transistor 130 de selección de fila de píxeles, el control del transistor 140 de reinicio puede ser común a toda una fila de píxeles 102.

A diferencia del ejemplo de realización anterior en la que el nodo 118 está directamente conectado al circuito 116 de lectura, en este caso el nodo 118 está conectado a una puerta de otro transistor 142 que forma un seguidor de tensión y que realiza una amplificación de la señal leída, es decir del potencial del electrodo 110, que evoluciona con las cargas eléctricas generadas por el condensador 104 piroeléctrico del píxel 102. Se aplica un potencial de suministro eléctrico a un primero de los electrodos de fuente y de drenaje del transistor 142 y un segundo de los electrodos de fuente y de drenaje del transistor 142 está conectado al primero de los electrodos de fuente y de drenaje del transistor 130. Un segundo de los electrodos de fuente y de drenaje del transistor 130 está conectado a la entrada del circuito 116 de lectura formado por un amplificador 144, inversor o no, de ganancia G. La salida del amplificador 144 está conectada a la entrada del convertidor 126 analógico/digital. Una fuente 143 de corriente del mismo modo está conectada a la entrada del amplificador 144 para polarizar rápidamente el transistor 142 en una zona de funcionamiento donde se comporta como un seguidor de tensión.

En este segundo ejemplo de realización, la lectura de un píxel 102 se realiza por medio de tres transistores, por ejemplo de tipo MOS. La lectura se realiza en tensión y se beneficia de la amplificación local realizada por el transistor 142 seguidor que bloquea el flujo de cargas en el nodo 118 activo. En la tecnología TFT, los transistores pueden estar hechos, por ejemplo, a partir de polisilicio o de IGZO.

Este segundo ejemplo de realización realiza una lectura no destructiva de las cargas generadas por los condensadores piroeléctricos. De hecho, mientras el nodo 118 activo no haya sufrido un reinicio, las cargas eléctricas generadas se conservan.

En los ejemplos descritos anteriormente, el calentamiento se detiene durante la primera lectura de las cargas eléctricas. En otras palabras, el instante t2 está comprendido entre los instantes t1 y t3. Alternativamente, es posible que el calentamiento se detenga durante la segunda lectura de las cargas eléctricas, es decir, después del instante t3.

En general, los instantes tü a t5 se eligen de manera que más de la mitad de la duración del calentamiento se implemente durante la primera duración de medida y que menos de la mitad de la duración del calentamiento se implemente durante la segunda duración de medida.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de captura de un patrón térmico por un sensor (100) que comprende varios píxeles (102) cada uno que comprende al menos un elemento (104) de medida termosensible, el sensor (100) que además comprende: - al menos un elemento (112) calefactor configurado para calentar el elemento (104) de medida termosensible de al menos un píxel (102) durante una medida por el elemento (104) de medida termosensible de dicho al menos un píxel (102);

- al menos un circuito (116) de lectura configurado para leer las cargas eléctricas entregadas por dicho al menos un píxel (102) durante la medida por el elemento (104) de medida termosensible de dicho al menos un píxel (102); el procedimiento que comprende, para cada píxel (102), al menos la implementación de las etapas siguientes:

- calentamiento del elemento (104) de medida termosensible del píxel (102) durante una duración de calentamiento que comienza en un instante tü y que termina en un instante t2 posterior al instante tü ;

- primera lectura de las cargas eléctricas entregadas por el píxel (102) durante una primera duración de medida que comienza en un instante t1 y que termina en un instante t3 posterior al instante t-i, y que da un primer valor x1 de medida correspondiente a las cargas eléctricas leídas durante la primera duración de medida t3-t1

- segunda lectura de las cargas eléctricas entregadas por el píxel (102) durante una segunda duración de medida que comienza en un instante t4 posterior al instante t3, y que termina en un instante t5 posterior al instante t4, y que da un segundo valor x2 de medida correspondiente a las cargas eléctricas leídas durante la segunda duración de medida t5 -t4;

- cálculo de una diferencia x1 - a.x2, con a correspondiente a un número real positivo,

en el que más de la mitad de la duración de calentamiento se implementa durante la primera duración de medida y menos de la mitad de la duración de calentamiento se implementa durante la segunda duración de medida, y en el que el instante t2 interviene antes del instante t5 de tal manera que la segunda lectura de las cargas eléctricas entregadas por el píxel (102) se implementa al menos en parte durante un enfriamiento del píxel (102) leído.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el instante t2 está comprendido entre los instantes t1 y t3.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el procedimiento y el sensor (100) están configurados para realizar una captura de una huella dactilar en contacto con una superficie de captura del sensor (100).

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que a es igual al valor de la relación entre la primera duración de medida y la segunda duración de medida.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la primera duración de medida es igual a la segunda duración de medida.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además, entre la primera y la segunda lecturas, un reinicio del circuito de lectura, o un reinicio del píxel.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que:

- los primer y segundo valores x1 y x2 de medida se almacenan en el circuito (116) de lectura, y la diferencia x1 - a.x2 se calcula en el circuito (116) de lectura, y después el resultado de esta diferencia se entrega a la salida del circuito (116) de lectura, o

- los primer y segundo valores x1 y x2 de medida se entregan sucesivamente a la salida del circuito (116) de lectura, y la diferencia x1 - a.x2 se calcula fuera del circuito (116) de lectura.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que:

- el valor de la duración de calentamiento t2 -fe está comprendido entre aproximadamente 60 ps y 5000 ps, y/o - cada una de las primera y segunda duraciones de medida tiene un valor comprendido entre aproximadamente 60 ps y 5000 ps, y/o

- los instantes te y t1 se eligen de manera que la duración entre el inicio del calentamiento y el inicio de la primera lectura esté comprendida entre aproximadamente 0 a 200 ps.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que cada elemento (104) de medida termosensible comprende al menos un condensador piroeléctrico formado por al menos una porción de material piroeléctrico (106) dispuesta entre el primer y el segundo electrodos (108, 110).

10. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que uno de los primer y segundo electrodos (108, 110) del condensador piroeléctrico de cada píxel (102) está formado por una porción eléctricamente conductora común a todos los píxeles (102) de la fila a la que pertenece dicho píxel (102).

11. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que la porción eléctricamente conductora que forma uno de los primeros y segundos electrodos (108, 110) de todos los píxeles (102) de una misma fila forma del mismo modo el elemento (112) calefactor de los píxeles (102) de la fila.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 10 u 11, en el que el otro de los primer y segundo electrodos (108, 110) del condensador piroeléctrico de cada píxel (102) está formado por una porción eléctricamente conductora común a todos los píxeles (102) de la columna a la que pertenece dicho píxel (102).

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que cada elemento (104) de medida termosensible comprende al menos un termistor o al menos un diodo y/o en cada píxel (102), el elemento (104) de medida termosensible forma el elemento (112) calefactor.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento (112) calefactor es adecuado para calentar por efecto Joule el elemento (104) de medida termosensible de cada píxel (102), y/o en el que el elemento (112) calefactor es adecuado para emitir una radiación luminosa destinada a calentar el elemento (104) de medida termosensible de los píxeles (102).

15. Sensor (100) de patrón térmico que comprende varios píxeles (102) cada uno que comprende al menos un elemento (106) de medida termosensible, el sensor (100) que además comprende:

- al menos un elemento (112) calefactor configurado para calentar el elemento (104) de medida termosensible de al menos un píxel (102) durante una medida por el elemento (104) de medida termosensible de dicho al menos un píxel (102);

- al menos un circuito (116) de lectura configurado para leer cargas eléctricas suministradas por dicho al menos un píxel (102) durante la medida por el elemento (104) de medida termosensible de dicho al menos un píxel (102);

- medios (114) de control configurados para implementar un procedimiento de captura según una de las reivindicaciones anteriores.