[发明专利]像素单元回路及植入物

说明书

像素单元回路包括电极、电耦合到电极的一个或多个主光敏元件，以及分流装置,其中，主光敏元件响应于光照明，把刺激信号输出到电极，所述分流装置包括穿过一个或多个光敏元件并联电耦合的分流开关，以及以可操作的方式耦合到分流开关的控制装置，所述控制装置配置为响应于在像素单元处接收到的入射光，而使分流开关处于打开状态，并且如果在像素单元处没有接收到入射光，则使分流开关处于关闭状态。

技术领域

本发明涉及微电子装置，尤其是，涉及光敏像素阵列以及具有这种像素阵列的植入物。

背景技术

人们知道，视网膜植入系统能够至少局部地恢复失明患者的视力，例如，由于诸如色素性视网膜炎那样的退行性疾病而失明的患者。通过研究开发出以下事实：可以绕过视网膜的退化组织，并且对其余视网膜细胞进行电刺激，利用这一事实，视力可通过植入物至少恢复到一定程度。可以借助于植入系统来提供这种电刺激。众所周知，可以通过植入物人为地刺激和激活神经组织，所述植入物通过电极把电流脉冲传递到神经元细胞。电流传递导致穿过神经元细胞膜的电位变化，由此可以开启神经元动作电位，这是神经系统中信息传递的手段。根据这一机制，可以通过编码感觉信息输入把信息输入到神经系统，所述感觉信息是作为一系列电脉冲输入的，通过植入系统把所述电脉冲转发到神经系统。这样，就可以提供包括视力在内的人工生成的感觉。这种系统通常包括放在患者眼睛前面的头戴装置(例如，以眼罩的形式)以及包括多个电极的植入物，尤其是视网膜下植入物。

通常在这些眼罩中设置摄像机。摄像机适合捕捉患者前方的视觉场景。通过计算机处理所捕捉的该场景信息，并将其转换为相关的光脉冲信号。植入物适合接收这些光脉冲，并且，作为响应，将光转换为刺激视网膜内其余细胞的电流。

为此目的，植入物包括电隔离像素的阵列，其中，每个像素包括一个或多个诸如光电二极管那样的光敏元件以及刺激电极。光敏元件接收光脉冲并把光输入携带的信息转换为可以传递到电极的电信号。

在2012年《自然光子学》第6卷，第391-397页发表了由Mathieson等人编著的《具有较高像素密度的光伏视网膜假体》，该文中描述了包括光敏像素阵列的视网膜植入物的实例。在这种系统中，植入物包括像素单元的阵列，每个像素单元都实现具有光电二极管元件的光接收器像素阵列的微电子电路，用于把所接收的脉冲近红外(～900nm)光转换为能够刺激视网膜神经元的电流的双向脉冲。尽管可将像素单元的阵列限制在单个单元，但是通常包括与刺激眼睛组织的理想空间分辨率相对应的多个像素单元回路。

为了提高包括光敏像素阵列在内的这些植入物的性能，例如，通过增加视网膜刺激的质量、时间或空间分辨率、视敏度等，已经有人提出增加超出现有技术约为30Hz的频率之外的可以达到的光脉冲重复频率，有可能靠近约为1000Hz或者更高的视网膜细胞的原始时间分辨率。

以半导体光电二极管的形式实现现有技术视网膜植入物的微电子学实施中的光敏元件。由刺激电极和光电二极管构成的电路需要(寄生)电容，流入和流出这些电容的电流使所述电容交替地充电和放电。充电阶段(在光脉冲打开的情况下)取决于光诱致的光电流，而放电(光关闭)取决于经由组织通过高抗阻路径流动而返回电极的电流。由于该阻抗把放电电流限制到比光电流小得多的值，所以与充电时间相比，放电时间可以变长。