FR3131421A1 - Capteur d'images et procédé de commande d'un tel capteur - Google Patents

Abstract

Capteur d'images et procédé de commande d'un tel capteur La présente description concerne un capteur d'images comportant une matrice de pixels arrangés selon des lignes et des colonnes, un circuit de commande et un circuit de lecture, dans lequel, lors d'une phase d'acquisition : – le circuit de commande est configuré pour balayer séquentiellement toutes les lignes de pixels de la matrice et transférer, ligne par ligne, des charges photogénérées dans les pixels de la ligne vers le circuit de lecture ; et – le circuit de lecture est configuré pour intégrer uniquement les charges photogénérées provenant d'au moins une sous-plage (501) de lignes de pixels à l'aplomb de laquelle au moins un doigt (401) a été préalablement détecté. Figure pour l'abrégé : Fig. 5

Description

Capteur d'images et procédé de commande d'un tel capteur

La présente description concerne de façon générale le domaine des capteurs d'images, et vise plus particulièrement un capteur d'images destiné à être intégré dans un dispositif électronique configuré pour acquérir des empreintes digitales, ou capteur d'empreintes digitales. La présente description vise en outre un procédé de commande d'un tel capteur d'images.

Diverses applications sont susceptibles de tirer profit d'un capteur d'empreintes digitales. Un tel capteur peut par exemple être intégré dans un téléphone mobile, une tablette tactile, une montre ou un bracelet connecté, etc.

Un objet d'un mode de réalisation est de pallier tout ou partie des inconvénients des capteurs d'empreintes digitales connus et de leurs procédés de commande. Un mode de réalisation vise plus particulièrement à réduire une durée d'acquisition d'empreintes digitales d'un utilisateur d'un dispositif électronique.

Pour cela, un mode de réalisation prévoit un capteur d'images comportant une matrice de pixels arrangés selon des lignes et des colonnes, un circuit de commande et un circuit de lecture, dans lequel, lors d'une phase d'acquisition :
– le circuit de commande est configuré pour balayer séquentiellement toutes les lignes de pixels de la matrice et transférer, ligne par ligne, des charges photogénérées dans les pixels de la ligne vers le circuit de lecture ; et
– le circuit de lecture est configuré pour intégrer uniquement les charges photogénérées provenant d'au moins une sous-plage de lignes de pixels à l'aplomb de laquelle au moins un doigt a été préalablement détecté.

Selon un mode de réalisation, le capteur est configuré pour, lors d'une phase de détection préalable à la phase d'acquisition, estimer une position dudit au moins un doigt par rapport aux lignes de pixels de la matrice.

Selon un mode de réalisation, le capteur d'images comprend en outre un capteur tactile, dans lequel, lors de la phase de détection, la position dudit au moins un doigt par rapport aux lignes de pixels de la matrice est estimée au moyen du capteur tactile.

Selon un mode de réalisation, le capteur tactile est une dalle tactile capacitive.

Selon un mode de réalisation, lors de la phase de détection, la position dudit au moins un doigt par rapport aux lignes de pixels de la matrice est estimée au moyen de la matrice de pixels, et, lors de la phase de détection :
– le circuit de commande est configuré pour transférer séquentiellement, ligne par ligne, des charges photogénérées dans les pixels de la matrice vers le circuit de lecture ; et
– le circuit de lecture est configuré pour intégrer uniquement les charges photogénérées provenant de certaines lignes de pixels et pour déduire, à partir de données provenant de l'intégration de ces charges, la présence dudit au moins un doigt à l'aplomb d'une ou plusieurs lignes de pixels de la matrice.

Selon un mode de réalisation, les lignes de pixels dont les charges photogénérées sont intégrées par le circuit de lecture lors de la phase de détection sont espacées de façon régulière.

Selon un mode de réalisation, lors de la phase d'acquisition, le circuit de lecture est configuré pour intégrer uniquement les charges photogénérées provenant d'une seule sous-plage de lignes de pixels à l'aplomb de laquelle un seul doigt a été préalablement détecté.

Selon un mode de réalisation, lors de la phase d'acquisition, le circuit de lecture est configuré pour intégrer uniquement les charges photogénérées provenant d'exactement quatre sous-plages de lignes de pixels à l'aplomb desquelles exactement quatre doigts ont été respectivement détectés au préalable.

Selon un mode de réalisation, chaque pixel de la matrice comporte un photodétecteur relié à un nœud de stockage de charges et un transistor de transfert des charges stockées audit nœud vers le circuit de lecture.

Selon un mode de réalisation, le circuit de commande comporte, pour chaque ligne de pixels de la matrice, un commutateur relié à une borne de commande des transistors de transfert des pixels de ladite ligne.

Selon un mode de réalisation, le circuit de lecture comporte, pour chaque colonne de pixels de la matrice, un circuit d'intégration des charges photogénérées relié à une borne de conduction des transistors de transfert des pixels de ladite colonne.

Selon un mode de réalisation, le photodétecteur est un photodétecteur organique.

Selon un mode de réalisation, la matrice de pixels comprend au moins huit cent lignes de pixels.

Un mode de réalisation prévoit un capteur d'empreintes digitales comportant un capteur d'images tel que décrit.

Un mode de réalisation prévoit un procédé de commande d'un capteur d'images comportant une matrice de pixels, un circuit de commande et un circuit de lecture, le procédé comprenant, lors d'une phase d'acquisition, les étapes suivantes :
a) balayer séquentiellement toutes les lignes de pixels de la matrice au moyen du circuit de commande et transférer séquentiellement, ligne par ligne, des charges photogénérées dans les pixels de la ligne vers le circuit de lecture ; et
b) intégrer, par le circuit de lecture, uniquement les charges photogénérées provenant d'au moins une sous-plage de lignes de pixels à l'aplomb de laquelle au moins un doigt a été préalablement détecté.

Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :

la est un schéma électrique illustrant, de façon partielle, un exemple de capteur d'images du type auquel s'appliquent, à titre d'exemple, des modes de réalisation décrits ;

la est un schéma électrique illustrant un exemple de réalisation d'un circuit d'intégration de charges du capteur d'images de la ;

la est un chronogramme illustrant, de façon schématique et partielle, des étapes successives d'un procédé de commande du capteur d'images de la selon un mode de réalisation ;

la illustre, de façon schématique et partielle, un exemple de phase de détection d'un doigt à l'aplomb du capteur d'images de la ;

la illustre, de façon schématique et partielle, un exemple de phase d'acquisition du procédé de commande de la ; et

la illustre, de façon schématique et partielle, un autre exemple de phase d'acquisition du procédé de commande de la .

De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques.

Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, les diverses applications des capteurs d'images décrits n'ont pas été détaillées, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec toutes ou la plupart des applications susceptibles de tirer profit d'un capteur d'images, notamment des applications dans lesquelles le capteur d'images est intégré dans un capteur d'empreintes digitales.

Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments.

Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures.

Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.

La est un schéma électrique illustrant, de façon partielle, un exemple de capteur d'images 100 du type auquel s'appliquent, à titre d'exemple, des modes de réalisation décrits. Le capteur d'images 100 est par exemple destiné à être intégré dans un capteur d'empreintes digitales, non illustré en .

Dans l'exemple représenté, le capteur d'images 100 comporte une pluralité de pixels PIX. Les pixels PIX sont, dans cet exemple, agencés en matrice 101 selon des lignes et des colonnes. Les lignes sont par exemple sensiblement perpendiculaires aux colonnes. Chaque ligne de pixels PIX de la matrice 101 correspond par exemple à une rangée horizontale, dans l’orientation de la , de pixels PIX adjacents. Chaque colonne de pixels PIX de la matrice 101 correspond par exemple à une rangée verticale, dans l’orientation de la , de pixels PIX adjacents. Les pixels PIX de la matrice 101 du capteur d'images 100 présentent par exemple tous une forme sensiblement carrée et des dimensions latérales identiques, aux dispersions de fabrication près. À titre d'exemple, la matrice 101 comporte au moins huit cent lignes de pixels PIX, par exemple environ mille ou deux mille lignes de pixels PIX.

Dans l'exemple illustré en , chaque pixel PIX de la matrice 101 comporte un photodétecteur 103, par exemple une diode photosensible ou photodiode, dont une anode est connectée à un nœud 105 d'application d'un potentiel de polarisation VBIAS et une cathode connectée à un nœud 107 de stockage de charges photogénérées par le photodétecteur 103. Dans cet exemple, chaque pixel PIX de la matrice 101 présente une architecture de type "1T". Plus précisément, chaque pixel PIX comporte un transistor de transfert 109, par exemple un transistor à effet de champ, par exemple un transistor en couches minces ("Thin-Film Transistor" - TFT, en anglais), dont une borne de conduction (par exemple le drain) est connectée au nœud 107 et dont une autre borne de conduction (par exemple la source) est connectée à un nœud 111 de collecte de charges. Dans l'exemple représenté, les nœuds 105 des pixels PIX faisant partie d'une même colonne de la matrice 101 sont interconnectés par une piste conductrice 113 portée au potentiel de polarisation VBIAS. En outre, dans cet exemple, les nœuds 111 des pixels PIX faisant partie d'une même colonne de la matrice 101 sont interconnectés par une piste conductrice 115.

À titre d'exemple, les photodétecteurs 103 sont des photodétecteurs organiques, c'est-à-dire des photodétecteurs comprenant au moins une couche de photoconversion, ou couche active, en au moins un matériau organique.

Dans l'exemple illustré en , les pixels PIX de la matrice 101 sont connectés à un circuit de commande 117 et à un circuit de lecture 119.

Le circuit de commande 117 du capteur d'images 100 est par exemple de type "grille sur réseau" ("Gate On Array" - GOA, en anglais). Plus précisément, dans cet exemple, le circuit de commande 117 comporte, pour chaque ligne de pixels PIX de la matrice 101, un commutateur 121 connecté à une piste conductrice 123 interconnectant des bornes de commande (grilles) des transistors de transfert 109 des pixels PIX de la ligne. Dans l'exemple représenté, chaque commutateur 121 est par exemple de type unipolaire bidirectionnel ("Single Pole Double Throw" - SPDT, en anglais) et comporte plus précisément une borne d'entrée IN connectée à la piste conductrice 123, une première borne de sortie OUT1 connectée à un nœud 125 d'application d'un potentiel VON, par exemple un potentiel haut, et une deuxième borne de sortie OUT2 connectée à un nœud 127 d'application d'un potentiel VOFF, par exemple un potentiel bas, par exemple inférieur à 0 V, par exemple de l'ordre de -10 V. Plus précisément, les valeurs des potentiels VON et VOFF sont par exemple respectivement choisies de sorte que les transistors 109 des pixels PIX d'une même ligne soient à l'état passant lorsque la borne d'entrée IN du commutateur 121 de la ligne est connectée à la première borne de sortie OUT1, portée au potentiel VON, et à l'état bloqué lorsque la borne d'entrée IN du commutateur 121 de la ligne est connectée à la deuxième borne de sortie OUT2, portée au potentiel VOFF.

Dans l'exemple illustré en , le circuit de lecture 119 du capteur d'images 100 comporte, pour chaque colonne de pixels PIX de la matrice 101, un circuit 129 d'intégration des charges photogénérées, par exemple des électrons photogénérés, par les photodétecteurs 103 des pixels PIX de la colonne. Dans cet exemple, chaque circuit 129 comporte une borne d'entrée 131, connectée à une extrémité de l'une des pistes conductrices 115, et une borne de sortie 133. Les circuits 129 sont par exemple, comme dans l'exemple illustré en , situés en pied de colonne de la matrice 101 de pixels PIX.

Lors d'une phase d'exposition, lorsque les pixels PIX de la matrice 101 du capteur d'images 100 sont exposés à de la lumière, des charges photogénérées par les photodétecteurs 103 sont par exemple accumulées aux nœuds de stockage 107, les transistors de transfert 109 étant commandés à l'état bloqué durant cette phase. Lors d'une phase ultérieure de transfert, les charges photogénérées sont par exemple transférées depuis les nœuds 107 vers les circuits 129 d'intégration du circuit 119 de lecture en commutant les transistors de transfert 109 depuis l'état bloqué vers l'état passant. Le fonctionnement du capteur d'images 100 sera décrit plus en détail ci-dessous en relation avec les figures 3 à 6.

On a représenté en un exemple de capteur d'images 100 dans lequel la matrice 101 de pixels PIX est reliée à un seul circuit de commande 117 et à un seul circuit de lecture 119. À titre d'exemple, le circuit de commande 117 est intégré dans une seule puce de circuit intégré et le circuit de lecture 119 est intégré dans une seule puce de circuit intégré, distincte de la puce de circuit intégré du circuit de commande 117. Cet exemple n'est toutefois pas limitatif, le capteur d'images 100 pouvant comporter plusieurs circuits de commande 117 reliés ou connectés respectivement à des pistes conductrices 123 différentes, et/ou plusieurs circuits de lecture 119 reliés ou connectés respectivement à des pistes conductrices 115 différentes. Autrement dit, le circuit de commande 117 peut être divisé en plusieurs sous-circuits de commande, par exemple identiques ou similaires, reliés respectivement à différents sous-ensembles de pistes conductrices 123, et/ou le circuit de lecture 119 peut être divisé en plusieurs sous-circuits de lecture, par exemple identiques ou similaires, reliés respectivement à différents sous-ensembles de pistes conductrices 115. À titre d'exemple, les différents sous-circuits de commande sont intégrés dans des puces de circuit intégré distinctes et les différents sous-circuits de lecture sont intégrés dans des puces de circuit intégré distinctes.

La est un schéma électrique illustrant un exemple de réalisation de l'un des circuits 129 d'intégration de charges du circuit de lecture 119 du capteur d'images 100 de la .

Dans l'exemple représenté, le circuit 129 comporte un amplificateur opérationnel 201 dont une entrée inverseuse (-) est connectée à la borne 131, dont une entrée non inverseuse (+) est connectée à un nœud 203 d'application d'un potentiel de référence VREF, et dont une sortie est connectée à la borne 133. Dans cet exemple, le circuit 129 comporte en outre un composant capacitif 205, par exemple un condensateur, et un commutateur 207. Dans l'exemple illustré en , le composant capacitif 205 et le commutateur 207 sont associés en parallèle entre la borne d'entrée 131 et la borne de sortie 133 du circuit 129.

Lors de la phase de transfert, les charges photogénérées par les photodétecteurs 103 des pixels PIX sont transférées depuis les nœuds de stockage 107 vers le circuit de lecture 119 par l'intermédiaire des transistors 109 et des pistes conductrices 115 connectées aux bornes d'entrée 131 des circuits d'intégration 129. Lorsque le commutateur 207 du circuit 129 est à l'état ouvert, on obtient un montage de type intégrateur dans lequel les charges photogénérées s'accumulent aux bornes du composant capacitif 205 et l'amplificateur opérationnel 201 fournit alors en sortie, sur la borne 133, un potentiel fonction d'une quantité de charges photogénérées accumulées aux bornes du composant capacitif 205. Ce potentiel est par exemple ensuite transmis à un ou plusieurs autres circuits du capteur d'images 100, par exemple à des circuits de double échantillonnage corrélé ("Correlated Double Sampling" - CDS, en anglais) et de conversion analogique-numérique ("Analog-Digital Converter" - ADC, en anglais). En revanche, lorsque le commutateur 207 est à l'état fermé, les charges photogénérées ne s'accumulent pas aux bornes du composant capacitif 205 et sont directement évacuées par la borne 133 de sortie du circuit 129. À titre d'exemple, le commutateur 207 est à l'état ouvert dans un cas où l'on souhaite estimer la quantité de charges stockées au nœud 107 d'un pixel PIX de la matrice 101 et à l'état fermé dans un cas où l'on souhaite évacuer les charges stockées au nœud 107 sans estimer leur quantité.

L'intégration, par accumulation aux bornes du composant capacitif 205, des charges photogénérées provenant d'un pixel PIX lorsque le commutateur 207 est ouvert présente une durée plus importante que l'évacuation des charges photogénérées vers la borne de sortie 133 du circuit 129 d'intégration. La durée d'intégration des charges photogénérées, fonction notamment de durées d'opérations effectuées par le circuit de lecture 119, en particulier des durées de conversion analogique-numérique et de double échantillonnage, est par exemple environ quatre fois supérieure à la durée d'évacuation, sans intégration, des charges photogénérées vers la borne 133. À titre d'exemple, 50 à 100 µs peuvent s'écouler lorsque des charges photogénérées provenant des pixels PIX d'une même ligne de la matrice 101 sont intégrées, contre 10 à 25 µs lorsque les charges photogénérées par les pixels PIX de la ligne sont directement évacuées sans être intégrées.

La est un chronogramme illustrant, de façon schématique et partielle, des étapes successives d'un procédé de commande du capteur d'images 100 de la selon un mode de réalisation.

Dans l'exemple représenté, le procédé de commande du capteur d'images 100 comprend une étape d'exposition 301 durant laquelle des charges photogénérées par les photodétecteurs 103 des pixels PIX de la matrice 101 sont accumulées aux nœuds de stockage 107. L'étape d'exposition 301 correspond par exemple à une situation où les photodétecteurs 103 des pixels PIX de la matrice 101 sont exposés à de la lumière, mais où l'on ne souhaite pas capturer une image. Au cours de l'étape 301, le circuit de commande 117 est par exemple désactivé et les potentiels VON et VOFF sont à un niveau bas, par exemple la masse. Le transistor 109 est alors dans un état dit "semi-passant", une partie des charges photogénérées au nœud de stockage 107 pouvant être transférées, via la piste conductrice 115, vers le circuit d'intégration 129 et s'accumuler aux bornes du composant capacitif 205. À titre de variante, le circuit de commande 117 peut demeurer actif lors de l'étape d'exposition 301. Dans ce cas, les commutateurs 121 du circuit de commande 117 ont leur borne d'entrée IN connectée à leur deuxième borne de sortie OUT2, le potentiel VOFF étant ainsi appliqué, via les pistes conductrices 123, aux grilles des transistors 109 de sorte que les transistors 109 soient à l'état bloqué. Les charges photogénérées par les photodiodes 103 s'accumulent alors aux nœuds de stockage 107.

Le procédé de commande du capteur d'images 100 comprend en outre une étape de réinitialisation 303, postérieure à l'étape d'exposition 301, durant laquelle les charges photogénérées, préalablement accumulées aux nœuds de stockage 107 ou aux bornes du composant capacitif 205 lors de l'étape 301, sont évacuées. Au cours de l'étape de réinitialisation 303, les commutateurs 207 des circuits 129 d'intégration sont à l'état fermé de façon à connecter la borne d'entrée 131 de chaque circuit 129 à la borne de sortie 133.

En outre, au cours de l'étape 303, les commutateurs 121 du circuit de commande 117 sont commandés séquentiellement, les uns après les autres, pour connecter leur borne d'entrée IN à leur première borne de sortie OUT1, le potentiel VON étant ainsi appliqué, via les pistes conductrices 123, aux grilles des transistors de transfert 109 d'une même ligne de pixels PIX de sorte que les transistors 109 soient à l'état passant. On transfère ainsi successivement, par exemple ligne après ligne, les charges photogénérées préalablement accumulées aux nœuds de stockage 107 des pixels PIX des différentes lignes de la matrice 101 vers les circuits d'intégration 129 du circuit de lecture 119.

Plus précisément, on commande par exemple d'abord le commutateur 121 connecté à la piste conductrice 123 de l'une des lignes de pixels PIX de la matrice 101, par exemple la ligne supérieure dans l'orientation de la , de sorte à appliquer le potentiel VON sur les grilles des transistors de transfert 109 de cette ligne. Cela a pour effet de transférer, ou vider, les charges photogénérées depuis les nœuds de stockage 107 des pixels PIX de la ligne vers les circuits d'intégration 129, chaque nœud 107 étant relié à l'un des circuits 129 durant cette opération. Les charges photogénérées en provenance des pixels PIX de la ligne sont alors évacuées via la borne de sortie 133 des circuits 129. Une fois les charges évacuées, on commande par exemple le commutateur 121 connecté à la ligne de pixels PIX dont on vient de transférer les charges de sorte à appliquer le potentiel VOFF sur les grilles des transistors de transfert 109 de cette ligne, afin d'isoler les nœuds de stockage 107 des pixels PIX de cette ligne par rapport aux circuits d'intégration 129. On répète ensuite les opérations ci-dessus sur une autre ligne de pixels PIX, par exemple une ligne adjacente à la ligne dont on vient de transférer les charges. Toutes les lignes de pixels PIX de la matrice 101 sont ainsi balayées séquentiellement, par exemple de haut en bas dans l'orientation de la .

À titre d'exemple, l'étape 303 de réinitialisation débute par exemple à un instant où au moins un doigt est placé sur le capteur d'images 100, à l'aplomb de la matrice 101 de pixels PIX.

Lors d'une autre étape d'exposition 305, postérieure à l'étape de réinitialisation 303, des charges photogénérées par les photodétecteurs 103 des pixels PIX de la matrice 101 sont à nouveau accumulées aux nœuds de stockage 107. À la différence de l'étape d'exposition 301 précédemment décrite, l'étape d'exposition 305 correspond par exemple à une situation où les photodétecteurs 103 des pixels PIX de la matrice 101 sont exposés à de la lumière et où l'on souhaite capturer une image. L'étape d'exposition 305 présente par exemple une durée déterminée ajustée en fonction d'une luminosité ambiante, appelée durée d'intégration.

Le procédé de commande du capteur d'images 100 comprend en outre une étape, ou phase, d'acquisition 307, postérieure à l'étape d'exposition 305. À la différence de l'étape de réinitialisation 303, où les charges photogénérées accumulées aux nœuds de stockage 107 des pixels PIX de la matrice 101 sont évacuées sans être intégrées, on prévoit, lors de l'étape d'acquisition 307, d'intégrer les charges photogénérées provenant des pixels PIX de certaines lignes de la matrice 101, les charges photogénérées provenant des autres lignes de pixels PIX étant évacuées sans être intégrées. Selon un mode de réalisation, on prévoit plus précisément d'intégrer uniquement les charges photogénérées provenant de lignes de pixels PIX à l'aplomb desquelles au moins un doigt a été préalablement détecté.

Au cours de l'étape 307, les commutateurs 121 du circuit de commande 117 sont commandés séquentiellement, ligne après ligne, de façon à transférer les charges photogénérées préalablement accumulées aux nœuds de stockage 107 des pixels PIX des différentes lignes de la matrice 101 vers les circuits d'intégration 129 du circuit de lecture 119. La commande des commutateurs 121 s'effectue par exemple de façon analogue à ce qui a été précédemment exposé ci-dessus en relation avec l'étape de réinitialisation 303. En outre, lors de l'étape 307, les commutateurs 207 des circuits d'intégration 129 du circuit de lecture 119 sont, pour chaque ligne, soit ouverts soit fermés selon que l'on souhaite respectivement intégrer ou évacuer les charges photogénérées en provenance de la ligne de pixels PIX de la matrice 101 dont les transistors 109 sont commandés à l'état passant par le commutateur 121 connecté à la piste conductrice 123 de la ligne.

Plus précisément, on commande par exemple d'abord le commutateur 121 connecté à la piste conductrice 123 de l'une des lignes de pixels PIX de la matrice 101 de sorte à transférer les charges photogénérées depuis les nœuds de stockage 107 des pixels PIX de cette ligne vers les circuits d'intégration 129. Si l'on souhaite intégrer les charges photogénérées en provenance des pixels PIX de la ligne, par exemple dans un cas où un doigt a été préalablement détecté à l'aplomb de cette ligne, les commutateurs 207 des circuits d'intégration 129 sont préalablement ouverts. En revanche, si l'on souhaite évacuer les charges photogénérées en provenance des pixels PIX de la ligne sans les intégrer, par exemple dans un cas où aucun doigt n'a été préalablement détecté à l'aplomb de cette ligne, les commutateurs 207 des circuits d'intégration 129 sont préalablement fermés. Une fois les charges intégrées ou évacuées, on commande par exemple le commutateur 121 connecté à la ligne de pixels PIX dont on vient de transférer les charges de sorte à isoler les nœuds de stockage 107 des pixels PIX de cette ligne par rapport aux circuits d'intégration 129 avant de répéter les opérations ci-dessus sur une autre ligne de pixels PIX, par exemple une ligne adjacente à la ligne dont on vient de transférer les charges. Toutes les lignes de pixels PIX de la matrice 101 du capteur d'images 100 sont ainsi balayées séquentiellement, par exemple de haut en bas dans l'orientation de la .

Un avantage du procédé exposé ci-dessus en relation avec la tient au fait que l'intégration sélective des charges photogénérées dans les pixels PIX des lignes la matrice 101 à l'aplomb desquelles un doigt a été préalablement détecté, les charges photogénérées dans les pixels PIX des autres lignes étant évacuées sans être intégrées, permet à l'étape d'acquisition 307 de présenter une durée plus courte que dans un cas où les charges photogénérées provenant des pixels PIX de toutes les lignes de la matrice 101 seraient intégrées. Des images d'un ou plusieurs doigts placés en vis-à-vis du capteur d'images 100, à l'aplomb des pixels PIX de la matrice 101, peuvent ainsi être capturées en un temps plus court, ce qui améliore l'expérience utilisateur.

La illustre, de façon schématique et partielle, un exemple de phase de détection d'un doigt à l'aplomb du capteur d'images 100 de la . À des fins de simplification, seule la matrice 101 de pixels PIX du capteur d'images 100 a été représentée en .

Dans l'exemple représenté, un doigt, symbolisé par un carré hachuré 401 en , est placé sur le capteur d'images 100 à l'aplomb de la matrice 101. Pour détecter la position du doigt 401 par rapport aux lignes de pixels PIX de la matrice 101, on met par exemple d'abord en œuvre des étapes analogues aux étapes de réinitialisation 303, d'exposition 305 et d'acquisition 307 précédemment décrites en relation avec la à la différence près que, lors de la phase d'acquisition, on ne connaît pas encore la position du doigt 401 par rapport à la matrice 101. Plus précisément, lors de l'étape d'acquisition de la phase de détection, seules les charges photogénérées provenant des pixels PIX de certaines lignes de la matrice 101, dont on ne sait pas si elles sont situées à l'aplomb du doigt 401, sont intégrées. Les charges photogénérées provenant des autres lignes de pixels PIX sont quant à elles évacuées sans être intégrées. Les lignes de pixels PIX dont les charges photogénérées sont intégrées au cours de cette étape sont symbolisées, en , par des traits horizontaux L, les autres lignes de pixels n'étant pas représentées en afin de ne pas surcharger le dessin.

Les lignes L de pixels PIX de la matrice 101 dont les charges sont intégrées lors de la phase de détection sont par exemple, comme illustré en , régulièrement espacées. Dit autrement, on intègre par exemple uniquement les charges photogénérées provenant d'une ligne de pixels PIX sur N, avec N entier strictement supérieur à un, par exemple compris entre dix et cent.

À titre de variante, les lignes L de pixels PIX dont les charges sont intégrées sont plus rapprochées les unes des autres dans au moins une région de la matrice 101 à l'aplomb de laquelle la présence d'au moins un doigt est plus probable, par exemple en bas de la matrice 101, dans l'orientation de la , et sont davantage espacées les unes des autres dans au moins une autre région de la matrice 101 à l'aplomb de laquelle la présence d'au moins un doigt est moins probable, par exemple en haut de la matrice 101.

Dans l'exemple illustré en , une analyse de données issues de l'intégration des charges photogénérées par les pixels PIX des lignes L permet d'estimer, ou détecter, la présence du doigt 401 à l'aplomb d'une ligne LD. À titre d'exemple, la présence du doigt 401 à l'aplomb de la ligne LD est déduite à partir d'une différence de quantité de charges photogénérées entre les pixels PIX de la ligne LD situés sous le doigt 401 et les autres pixels PIX de la ligne LD, le doigt 401 masquant au moins partiellement la lumière transmise en direction des photodétecteurs 103 des pixels PIX sous-jacents.

À titre de variante, on peut prévoir de détecter la position du doigt 401 par rapport à la matrice 101 de pixels PIX en utilisant un capteur tactile, par exemple une dalle tactile capacitive, par exemple superposée au capteur d'images 100. La mise en œuvre pratique d'un tel capteur tactile pour la détection de la position du doigt 401 par rapport aux lignes de pixels du capteur d'images est à la portée de la personne du métier à partir des indications de la présente description.

La illustre, de façon schématique et partielle, un exemple de réalisation de la phase d'acquisition 307 du procédé de commande de la . La illustre plus précisément un exemple dans lequel un seul doigt (le doigt 401, dans l'exemple représenté) a été détecté lors de la phase de détection préalable à la phase d'acquisition 307.

Dans l'exemple représenté, on intègre uniquement les charges photogénérées provenant de lignes de pixels PIX de la matrice 101 situées au voisinage de la ligne LD à l'aplomb de laquelle le doigt 401 a été préalablement détecté, par exemple au cours de la phase de détection précédemment décrite en relation avec la . Plus précisément, dans l'exemple illustré en , on transfère séquentiellement, ligne par ligne, des charges photogénérées dans les pixels PIX de la matrice 101 vers le circuit de lecture 119 et on intègre uniquement les charges photogénérées provenant des pixels PIX faisant partie d'un ensemble 501, ou sous-plage, de lignes de pixels PIX voisines de la ligne LD, délimitée par des traits en pointillé en . La sous-plage 501 de lignes de pixels PIX dont les charges photogénérées sont intégrées est par exemple, comme illustré en , sensiblement centrée par rapport à la ligne LD à l'aplomb de laquelle le doigt 401 a été préalablement détecté. La sous-plage 501 comprend un nombre de lignes consécutives inférieur au nombre de lignes total de la matrice 101 de pixels PIX. À titre d'exemple, la sous-plage 501 comporte environ 300 lignes de pixels PIX adjacentes. Dans l'exemple représenté, les charges photogénérées provenant des pixels PIX faisant partie d'autres ensembles 503, ou sous-plages, de lignes de pixels PIX situées de part et d'autre de la sous-plage 501 sont évacuées par le circuit de lecture 119 sans être intégrées.

Dans ce cas, on considère que le doigt 401 a été préalablement détecté à l'aplomb des lignes de pixels PIX de la sous-plage 501 bien que, en pratique, le doigt 401 ait par exemple été détecté uniquement à l'aplomb de la ligne LD lors de la phase de détection.

À titre d'exemple, dans le cas de la où l'image d'un seul doigt est capturée, la durée de la phase d'acquisition 307 est égale à environ 150 ms, contre environ 500 ms si l'on intégrait les charges photogénérées provenant de toutes les lignes de pixels PIX de la matrice 101 du capteur d'images 100.

La illustre, de façon schématique et partielle, un autre exemple de réalisation de la phase d'acquisition 307 du procédé de commande de la . La illustre plus précisément un exemple dans lequel quatre doigts 601 ont été détectés lors de la phase de détection préalable à la phase d'acquisition 307.

Dans l'exemple représenté, on intègre uniquement les charges photogénérées provenant de lignes de pixels PIX de la matrice 101 situées au voisinage de lignes (non représentées en ) à l'aplomb desquelles les quatre doigts 601 ont été préalablement détectés au cours d'une phase de détection analogue à celle précédemment décrite en relation avec la . Plus précisément, dans l'exemple illustré en , on transfère séquentiellement, ligne par ligne, des charges photogénérées dans les pixels PIX de la matrice 101 vers le circuit de lecture 119 et on intègre uniquement les charges photogénérées provenant des pixels PIX faisant partie de quatre ensembles 603, ou sous-plages, de lignes de pixels PIX voisines des lignes à l'aplomb desquelles les doigts 601 ont été préalablement détectés. Les sous-plages 603 de lignes de pixels PIX dont les charges photogénérées sont intégrées sont par exemple sensiblement centrées respectivement par rapport aux lignes à l'aplomb desquelles les doigts 601 ont été préalablement détectés. Chaque sous-plage 603 comprend un nombre de lignes consécutives inférieur au nombre de lignes total de la matrice 101 de pixels PIX. À titre d'exemple, chaque sous-plage 603 comporte environ 300 lignes de pixels PIX adjacentes. Dans cet exemple, les charges photogénérées provenant des pixels PIX faisant partie d'autres ensembles 605, ou sous-plages, de lignes de pixels PIX ne faisant pas partie de la sous-plage 603 sont évacuées par le circuit de lecture 119 sans être intégrées.

Dans ce cas, on considère que les doigts 601 ont été préalablement détectés à l'aplomb des lignes de pixels PIX des sous-plages 603 bien que, en pratique, les doigts 601 ont par exemple été détectés chacun uniquement à l'aplomb d'une seule ligne de pixels PIX, par exemple située au centre de chaque sous-plage 603, lors de la phase de détection.

À titre d'exemple, dans le cas de la où l'image de quatre doigts est capturée, la durée de la phase d'acquisition 307 est égale à environ 300 ms.

Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d’autres variantes apparaîtront à la personne du métier. En particulier, les modes de réalisation décrits ne se limitent pas aux exemples de nombres de doigts illustrés en figures 4 à 6.

En outre, la personne du métier est capable de prévoir le nombre et la répartition des lignes L de pixels PIX de la matrice dont les charges photogénérées sont intégrées au cours de l'étape de détection ainsi que le nombre de lignes de pixels PIX faisant partie des sous-plages 501 et 603. La personne du métier est par ailleurs capable d'adapter les modes de réalisation décrits ci-dessus, en particulier le nombre de lignes de pixels PIX faisant partie de chaque sous-plage 501, 603 et la position de cette sous-plage, à des cas où un même doigt 401, 601 est situé à l'aplomb de plusieurs lignes L de pixels PIX dont les charges photogénérées sont intégrées lors de l'étape de détection.

Enfin, la mise en œuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. En particulier, la personne du métier est capable de prévoir la commande des commutateurs 121 du circuit de commande 117 et des commutateurs 207 des circuits d'intégration 129 du circuit de lecture 119 du capteur d'images 100 lors de la phase de détection décrite en relation avec la et lors des phases d'acquisition 307 décrites en relation avec les figures 5 et 6 à partir des indications de la présente description.

Claims (15)

1. Capteur d'images (100) comportant une matrice (101) de pixels (PIX) arrangés selon des lignes et des colonnes, un circuit de commande (117) et un circuit de lecture (119), dans lequel, lors d'une phase d'acquisition (307) :
   – le circuit de commande (117) est configuré pour balayer séquentiellement toutes les lignes de pixels (PIX) de la matrice (101) et transférer, ligne par ligne, des charges photogénérées dans les pixels de la ligne vers le circuit de lecture (119) ; et
   – le circuit de lecture (119) est configuré pour intégrer uniquement les charges photogénérées provenant d'au moins une sous-plage (501 ; 603) de lignes de pixels à l'aplomb de laquelle au moins un doigt (401 ; 601) a été préalablement détecté.
2. Capteur selon la revendication 1, configuré pour, lors d'une phase de détection préalable à la phase d'acquisition (307), estimer une position dudit au moins un doigt (401 ; 601) par rapport aux lignes de pixels (PIX) de la matrice (101).
3. Capteur selon la revendication 2, comprenant en outre un capteur tactile, dans lequel, lors de la phase de détection, la position dudit au moins un doigt (401 ; 601) par rapport aux lignes de pixels (PIX) de la matrice (101) est estimée au moyen du capteur tactile.
4. Capteur selon la revendication 3, dans lequel le capteur tactile est une dalle tactile capacitive.
5. Capteur selon la revendication 2, dans lequel, lors de la phase de détection, la position dudit au moins un doigt (401 ; 601) par rapport aux lignes de pixels (PIX) de la matrice (101) est estimée au moyen de la matrice de pixels (PIX), et dans lequel, lors de la phase de détection :
   – le circuit de commande (117) est configuré pour transférer séquentiellement, ligne par ligne, des charges photogénérées dans les pixels (PIX) de la matrice (101) vers le circuit de lecture (119) ; et
   – le circuit de lecture est configuré pour intégrer uniquement les charges photogénérées provenant de certaines lignes (L) de pixels et pour déduire, à partir de données provenant de l'intégration de ces charges, la présence dudit au moins un doigt (401 ; 601) à l'aplomb d'une ou plusieurs lignes de pixels de la matrice.
6. Capteur selon la revendication 5, dans lequel les lignes (L) de pixels (PIX) dont les charges photogénérées sont intégrées par le circuit de lecture (119) lors de la phase de détection sont espacées de façon régulière.
7. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel, lors de la phase d'acquisition, le circuit de lecture (119) est configuré pour intégrer uniquement les charges photogénérées provenant d'une seule sous-plage (501) de lignes de pixels (PIX) à l'aplomb de laquelle un seul doigt (401) a été préalablement détecté.
8. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel, lors de la phase d'acquisition, le circuit de lecture (119) est configuré pour intégrer uniquement les charges photogénérées provenant d'exactement quatre sous-plages (603) de lignes de pixels (PIX) à l'aplomb desquelles exactement quatre doigts (601) ont été respectivement détectés au préalable.
9. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel chaque pixel (PIX) de la matrice (101) comporte un photodétecteur (103) relié à un nœud (107) de stockage de charges et un transistor (109) de transfert des charges stockées audit nœud vers le circuit de lecture (119).
10. Capteur selon la revendication 9, dans lequel le circuit de commande (117) comporte, pour chaque ligne de pixels (PIX) de la matrice (101), un commutateur (121) relié à une borne de commande des transistors (109) de transfert des pixels de ladite ligne.
11. Capteur selon la revendication 9 ou 10, dans lequel le circuit de lecture (119) comporte, pour chaque colonne de pixels (PIX) de la matrice (101), un circuit (129) d'intégration des charges photogénérées relié à une borne de conduction des transistors (109) de transfert des pixels de ladite colonne.
12. Capteur selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, dans lequel le photodétecteur (103) est un photodétecteur organique.
13. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel la matrice (101) de pixels (PIX) comprend au moins huit cent lignes de pixels.
14. Capteur d'empreintes digitales comportant un capteur d'images (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13.
15. Procédé de commande d'un capteur d'images (100) comportant une matrice (101) de pixels (PIX), un circuit de commande (117) et un circuit de lecture (119), le procédé comprenant, lors d'une phase d'acquisition (307), les étapes suivantes :
    a) balayer séquentiellement toutes les lignes de pixels (PIX) de la matrice (101) au moyen du circuit de commande et transférer séquentiellement, ligne par ligne, des charges photogénérées dans les pixels de la ligne vers le circuit de lecture ; et
    b) intégrer, par le circuit de lecture, uniquement les charges photogénérées provenant d'au moins une sous-plage (501 ; 603) de lignes de pixels à l'aplomb de laquelle au moins un doigt (401 ; 601) a été préalablement détecté.