Dispositivo sensorial, procedimiento de producción y dispositivo de detección.

Dispositivo sensorial (1, 11), en especial dispositivo sensorial Time-of-flight (TOF) y/o CCD para un sensor de cámara 3-D,

que presenta al menos un componente de circuito de conmutación analógico y uno digital así como un convertidor analógico/digital (8) para convertir señales analógicas del componente de circuito de conmutación analógico en señales digitales para el componente de circuito de conmutación digital (2), en donde el componente de circuito de conmutación analógico así como el componente de circuito de conmutación digital comprenden en cada caso al menos un módulo para la ejecución electrónica de una función, y en donde uno del al menos un módulo del componente de circuito de conmutación analógico está configurado como instalación sensorial (3) para la detección de radiación electromagnética y uno del al menos un módulo del componente de circuito de conmutación digital como instalación de tratamiento de señales para el tratamiento de señales digitales, caracterizado porque los componentes de circuito de conmutación, incluyendo el convertidor analógico/digital, están integrados como circuito de conmutación integrado en un chip y el chip está fabricado como estructura semiconductora en tecnología 1-Poly

Dispositivo sensorial, procedimiento de producción y dispositivo de detección La invención se refiere a un dispositivo sensorial, en especial a un dispositivo sensorial Time-of-flight (TOF) y/o CCD para un sensor de cámara 3-D según el preámbulo de la reivindicación 1, a un procedimiento para producir el dispositivo sensorial según el preámbulo de la reivindicación 13 así como a un dispositivo de detección según el preámbulo de la reivindicación 15.

Mientras que por un lado existe una tendencia general hacia una miniaturización cada vez más intensa en el diseño de chips, por otro lado muchos chips y dispositivos sensoriales optoelectrónicos sólo pueden usarse de forma muy limitada y tienen que implementarse en parte de forma complicada, mediante la aportación de algunos aparatos periféricos en cámaras u otras instalaciones sensoriales. Pueden surgir dificultades en especial porque las instalaciones sensoriales son excesivamente grandes y complejas, pero también muchas veces falta la necesaria robustez con relación a los requisitos ligados a la aplicación.

Del estado de la técnica se conoce del documento US 7, 636, 150 B1 un sistema TOF con control de frecuencia mejorado, en el que el temporizador dispone de un oscilador de alta velocidad y está acoplado a la unidad de detección del sistema TOF y al TOF-Timer; con ello el temporizador está acoplado a su vez a un llamado Delaylocked-loop, respectivamente a un phase-locked-loop. Asimismo se conocen del estado de la técnica diferentes sensores que ofrecen imágenes, como por ejemplo de los artículos de revistas técnicas de YOKOYAMA et al.: “Realtime Range Imaging using Adjustment-Free Photo-VLSI – Silicon Range Finder-“, Intelligent robots and sytems ’94 “advanced robotic systems and the real world” IROS ’94, proceedings of the ieee/rs/gi International Conference on Munich, Alemania 12 de septiembre de 1994, Nueva York, EE.UU., ieee, tomo 3, 12 de septiembre de 1994, páginas 1751 a 1758, DOI: 10.1109/IROS. 1994. 407621, ISBN:978-07803-1933-2 así como MASAAKI Sasaki et al.: A Wide-Dynamic-Range CMOS Image Sensor Based on Multiple Short Exposure-Time Readout With Multiple-Resolution Column-Parallel ADC”, ieee Sensors Journal, ieee Service Center, Nueva York, EE.UU., tomo 7, nº 1, 1.1.2007, páginas 151 – 158, ISSN: 1530-437X, DOI: 10.1109/JSEN. 2006. 888058.

La tarea de la invención consiste en proponer un dispositivo sensorial así como un procedimiento para su producción, que haga posible una mejor integración en instalaciones sensoriales, respectivamente dispositivos de detección, basados en aplicaciones.

La tarea es resuelta, partiendo de un dispositivo sensorial así como de un procedimiento para su producción, respectivamente de un dispositivo de detección de la clase citada al comienzo, mediante las particularidades características de la reivindicación 1, de la reivindicación 12 así como de la reivindicación 15.

Mediante las medidas citadas en las reivindicaciones subordinadas son posibles ejecuciones y perfeccionamientos ventajosos de la invención.

De forma correspondiente a esto un dispositivo sensorial conforme a la invención destaca porque los componente de circuito de conmutacións, incluyendo el convertidor analógico/digital, están integrados como circuito de conmutación integrado en un chip, en donde el chip está fabricado en tecnología 1-Poly.

En el dispositivo sensorial conforme a la invención se trata en especial de un dispositivo sensorial Time-of-flight (TOF) y/o CCD para un sensor de cámara 3-D En el caso del dispositivo sensorial conforme a la invención s etrata en especial de un dispositivo sensorial Time-of-flight (ToF) y/o CCD (inglés: Charge coupled device) para un sensor de cámara 3-D. Una aplicación industrial normal consiste por ejemplo en proporcionar un dispositivo de vigilancia para una puerta, un sistema de portal, etc. La invención hace posible poner a disposición un llamado System-on-chip (SoC) para una detección basada en pixels de un espacio 3-D, que sea adecuada en especial también para aplicaciones industriales. El dispositivo sensorial puede usarse como parte esencial de una cámara 3-D, también como sensor de cámara 3-D, en donde está configurado de forma preferida como dispositivo sensorial Time-of-flight, respectivamente CCD.

El dispositivo sensorial conforme a la invención comprende al menos un componente de circuito de conmutación analógico y uno digital así como un convertidor analógico/digital para convertir señales analógicas de los componentes de circuito de conmutación analógico en señales digitales para los componentes de circuito de conmutación digitales. Ambas clases de componentes de circuito de conmutación, precisamente componentes de circuito de conmutación analógicos y digitales, comprenden en cada caso unos llamados módulos, que hacen posible una ejecución electrónica de una función (por ejemplo tratamiento de datos, almacenamiento de datos, funciones de procesador, compensación de fase, amplificaciones, etc.) . Un módulo del componente de circuito de conmutación analógico está configurado, en el caso del dispositivo sensorial conforme a la invención, como instalación sensorial para la detección de radiación electromagnética, en especial radiación IR. De forma preferida se consideran aplicaciones en el campo de los sensores ópticos, respectivamente optoelectrónicos (por ejemplo en el campo visible (longitud de onda aproximada de 400 – 800 nm) , margen ultravioleta (UV) , respectivamente IR) . Precisamente en el caso de sistemas de vigilancia puede tratarse regularmente de la detección de radiación infrarroja (radiación IR) . Una función importante de módulos del componente de circuito de conmutación analógico es sobre todo la influencia que tiene lugar en el verdadero sensor (sensor ToF, CCD) , respectivamente el transporte de portadores de carga libres (inglés: free-charge handling) .

Al menos un módulo del componente de circuito de conmutación digital está configurado además como instalación de tratamiento de señales para tratar señales digitales, un llamado dominio digital para el tratamiento de señales. Otras funciones, que pueden ser ejecutadas por módulos adicionales del componente de circuito de conmutación digital, se refieren por ejemplo a la modulación de fase, medición y regulación de desplazamientos de fase, siempre que estas funciones se necesiten para mediciones Time-of-flight.

Mediante la medida de que el dispositivo sensorial esté integrado en un único chip y de este modo se proporcione una solución System-on-Chip, el dispositivo sensorial conforme a la invención puede integrarse especialmente bien en los más diversos sensores, dispositivos sensoriales, cámaras, dispositivos de vigilancia, etc. Aparte de la facilidad en el manejo que hace posible esta integración, el dispositivo conforme a la invención ofrece además ventajas de coste, ya que los módulos funcionales aislados, a veces caros, ya están integrados en uno de los chips. El dispositivo sensorial conforme a la invención, respectivamente el System-on-Chip conforme a la invención, ofrece en especial un ahorro de espacio especial, mediante el cual aumentan todavía más las posibilidades de integración en los más diversos sistemas aplicativos.

El dispositivo sensorial conforme a la invención en forma de un System-on-Chip hace posible, en consecuencia, la integración de módulos para todas las funciones importantes para un sensor, con lo que puede implementarse de forma especialmente ventajosa en los más diversos sistemas. Por medio de esto por ejemplo un dispositivo de detección, que utilice el dispositivo sensorial conforme a la invención, puede presentar una robustez especial con relación a lo más diferentes requisitos relacionados con la aplicación (luz ambiental, detección de objetos con diferentes características ópticas como por ejemplo capacidad de reflexión) .

El dispositivo sensorial conforme a la invención, respectivamente el System-on-Chip conforme a la invención está fabricado en tecnología 1-poly (inglés: single-polysilicon technology) . Todo el chip, en especial también el CCD, puede producirse conforme a la invención de forma correspondiente en técnica 1-Poly. Normalmente se producen los chips CCD en tecnología 2-Poly.

Especialmente preferida es la integración de una memoria no volátil (inglés: non-volatile memor y ) sobre el chip para almacenar parámetros de configuración, en especial de una EEPROM (inglés: Electrically erasable programmable readonly memor y ) . Esto hace posible un paso decisivo hacia un System-on-Chip totalmente integrado, que no sólo posea una forma constructiva compacta y con ahorro de... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo sensorial (1, 11) , en especial dispositivo sensorial Time-of-flight (TOF) y/o CCD para un sensor de cámara 3-D, que presenta al menos un componente de circuito de conmutación analógico y uno digital así como un convertidor analógico/digital (8) para convertir señales analógicas del componente de circuito de conmutación analógico en señales digitales para el componente de circuito de conmutación digital (2) , en donde el componente de circuito de conmutación analógico así como el componente de circuito de conmutación digital comprenden en cada caso al menos un módulo para la ejecución electrónica de una función, y en donde uno del al menos un módulo del componente de circuito de conmutación analógico está configurado como instalación sensorial (3) para la detección de radiación electromagnética y uno del al menos un módulo del componente de circuito de conmutación digital como instalación de tratamiento de señales para el tratamiento de señales digitales, caracterizado porque los componentes de circuito de conmutación, incluyendo el convertidor analógico/digital, están integrados como circuito de conmutación integrado en un chip y el chip está fabricado como estructura semiconductora en tecnología 1-Poly.

2. Dispositivo sensorial según la reivindicación 1, caracterizado porque al menos uno de los módulos del componente de circuito de conmutación digital está configurado como memoria no volátil, en especial como EEPROM (6, 25) para almacenar parámetros de configuración.

3. Dispositivo sensorial según una de las reivindicaciones citadas anteriormente, caracterizado porque el componente de circuito de conmutación digital está fabricado en tecnología CMOS.

4. Dispositivo sensorial según la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque la EEPROM (6, 25) está configurada como FGFET.

5. Dispositivo sensorial según la reivindicación 4, caracterizado porque la FGFET comprende una estructura de Control-Gate con una capa enterrada.

6. Dispositivo sensorial según una de las reivindicaciones citadas anteriormente, caracterizado porque en el componente de circuito de conmutación analógico están configuradas columnas subnominales y/o en el componente de circuito de conmutación digital líneas subnominales.

7. Dispositivo sensorial según una de las reivindicaciones citadas anteriormente, caracterizado porque el componente de circuito de conmutación digital comprende al menos uno de los siguientes módulos:

-un dispositivo (7) para el control de un desplazamiento de fase, en especial un DLL,

-un circuito oscilante de temporizador (7) , en especial un PLL.

8. Dispositivo sensorial según una de las reivindicaciones citadas anteriormente, caracterizado porque el componente de circuito de conmutación analógico comprende al menos uno de los siguientes módulos:

- un sensor para detectar radiación más estructura para el transporte de portadores de carga libres inducidos,

- un amplificador,

-un regulador de tensión,

-un convertidor de tensión (4) ,

-un sensor de temperatura.

9. Dispositivo sensorial según una de las reivindicaciones citadas anteriormente, caracterizado porque los componentes de circuito de conmutación analógicos están diseñados para tensiones mayores que las de los componentes de circuito de conmutación digitales.

10. Dispositivo sensorial según una de las reivindicaciones citadas anteriormente, caracterizado porque los componentes de circuito de conmutación analógicos y digitales comprenden elementos constructivos semiconductores con capas oxídicas para el aislamiento eléctrico, en especial con una capa de óxido de Gate, en donde al menos una de las capas de óxido de Gate de los componentes de circuito de conmutación analógicos está configurada más gruesa que la de los componentes de circuito de conmutación digitales.

11. Dispositivo sensorial según la reivindicación 10, caracterizado porque la capa de óxido de Gate del componente de circuito de conmutación analógico presenta un grosor de entre 9 y 15 nanómetros, la capa de óxido de Gate de la

EEPROM un grosor de entre 6 y 10 nanómetros y la capa de óxido de Gate de los restantes componentes de circuito de conmutación digitales un grosor de 1, 5 a 3 nanómetros

12. Dispositivo sensorial según una de las reivindicaciones citadas anteriormente, caracterizado porque el convertidor analógico/digital (8) está configurado para convertir señales analógicas del componente de circuito de

conmutación analógico en señales digitales para el componente de circuito de conmutación digital (2) y a la inversa, en especial adicionalmente como convertidor digital/analógico.

13. Procedimiento para producir un dispositivo sensorial según una de las reivindicaciones citadas anteriormente, caracterizado porque al menos una parte del procedimiento comprende un procedimiento de fabricació.

20. nm-CMOS.

14. Procedimiento según la reivindicación 13, caracterizado porque se producen columnas subnominales y/o líneas subnominales mediante un procedimiento de cauterización bi-subnominal.

15. Dispositivo de detección (10) , en especial dispositivo de vigilancia para vigilar el movimiento de un elemento de movimiento contra colisiones indeseadas con un objeto, caracterizado porque está previsto un dispositivo sensorial según una de las reivindicaciones 1 a 12 para detectar el objeto.