CN102460701A - 子衍射极限传感器的彩色滤波器 - Google Patents

子衍射极限传感器的彩色滤波器 Download PDF

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Abstract

一种装置，包括在具有光接收表面的基底中形成的子衍射极限大小的光接收器的阵列。每个光接收器被配置为输出二进制值的比特元素，以及通过至少一个光子的吸收在关闭状态和开启状态之间改变状态。该装置还包括在光接收表面设置的光滤波器结构，该光滤波器结构具有滤波器像素的阵列，其每个具有相关通带光谱特征。从所述子衍射极限大小的光接收器的阵列获得的数据元素包括从多个光接收器输出的多个比特元素，所述多个光接收器成为具有至少两个不同通带光谱特征的滤波器像素的基础。

Description

子衍射极限传感器的彩色滤波器
技术领域
概括地说，本发明实施例涉及电磁辐射的传感器，更具体地，涉及具有光接收器(其表征为具有子衍射极限规格)的固态图像传感器阵列和关联使用的彩色滤波器。
背景技术
二维1比特接收器被描述为数字胶片传感器(DFS)，即深SDL(子衍射极限)像素的阵列，定义为小于550nm Airy盘直径的那些，其中每个像素的大小为微米的一小部分。尽管多个光电子可有助于将输出信号推进到某些阈值以上，但最后期望单体光电子敏感性。相比于传统图像传感器中的模拟像素，仅需要检测单体光电子的像素对于全井(full-well)容量和动态范围具有更低性能需求。这些专用像素称为“点(jot)”。
点的实现可通过使得传统活动像素具有高转换增益(低电容)来实现。其他方法包括使用雪崩或碰撞电离子效应实现像素内增益，以及量子点和其他纳米电子设备的可能应用。这说明堆栈结构也是可能的。
操作中，在曝光周期的开始，可将点重置为逻辑“0”。如果他随后在曝光期间由光子击中，则将点立即或在读出时设置为“1”。由于“模数”转换分辨率的单比特特征，可实现高的行读出速率。
可通过类似于当前彩色图像传感器的方式处理颜色。即，可通过彩色滤波器覆盖点。这样，可单独对待红(R)、绿(G)、和蓝(B)，并随后组合数字开发的图像以形成传统RGB图像。这样，R、G、和B点不需要在相同空间频率处出现。
生成彩色图像的典型技术依赖于拜尔(Bayer)传感器及其变型。其他技术包括色轮和棱镜的使用。图1示出具有RGB滤波元件的组合的典型拜尔型模型。相比于R和B滤波元件使用更多G滤波元件在于模仿人眼对于绿光的更大解析力。其他滤波类型包括例如CYGM滤波器(青、黄、绿、品红)和RGBE滤波器(红、绿、蓝、翠绿)。还已知，使用透明或白色滤波元件提供红外敏感性。
发明内容
一方面中，本发明的示例性实施例提供一种装置，包括在具有光接收表面的基底中形成的子衍射极限大小的光接收器的阵列。每个光接收器被配置为输出二进制值的比特元素，以及通过至少一个光子的吸收在关闭状态和开启状态之间改变状态。该装置还包括在光接收表面设置的光滤波器结构，该光滤波器结构具有滤波器像素的阵列，其每个具有相关通带光谱特征。从所述子衍射极限大小的光接收器的阵列获得的数据元素包括从多个光接收器输出的多个比特元素，所述多个光接收器成为具有至少两个不同通带光谱特征的滤波器像素的基础。
另一方面中，本发明的示例性实施例提供一种方法，包括照射子衍射极限大小的光接收器的阵列的光接收表面。每个光接收器被配置为输出二进制值的比特元素，以及通过至少一个光子的吸收在关闭状态和开启状态之间改变状态。照射的步骤通过在光接收表面上设置的光滤波器结构来发生，其中光滤波器结构包括滤波器像素的阵列，其每个具有相关通带光谱特征。该方法还包括，在曝光周期的结尾，读出二进制值的比特元素，并形成包括从多个光接收器输出的多个比特元素的数据元素，所述多个接收器成为具有至少两个不同通带光谱特征的滤波器像素的基础。
附图说明
在以下具体实施方式中，当结合附图阅读时，使得本发明的示例性实施例的以上和其他方面更加明显，其中：
图1示出具有RGB滤波器元件的组合的典型拜尔类型模型。
图2是示出接收器、比特元素和数据元素的概念的概念性附图。
图3示出根据本发明的示例性实施例的示例性滤波器模型，相比于图1所示的传统(例如拜尔)模型具有明显更多彩色滤波器。
图4A和4B(这里统称为图4)分别是适用于本发明的示例性实施例的光传感器的简化放大图视图和正面图。
图5示出实现图4的光传感器的接收器的一个适当和非限制性电路。
图6示出可构成为包括根据本发明的示例性实施例的图像传感器和彩色滤波器的设备的框图。
图7A和7B示出图4的传感器阵列，其具有根据本发明的示例性实施例构成的滤波器阵列，其设置在光接收表面和要检测的光之间。
图8A-8F是绘制波长与强度的视图，并示出可在图7A和7B中所示的滤波器阵列的各个滤波器像素中使用的各个示例性和非限制性的彩色滤波器特定特征。
图9示出不同类型的3个滤波器的实例，其每个覆盖多个光接收器。
图10是根据本发明的示例性实施例的一种方法的操作的逻辑流程图，以及至少部分地计算机程序指令的执行。
图11是根据本发明的示例性实施例的一种方法的操作的逻辑流程图，以及至少部分地计算机程序指令的执行。
具体实施方式
参照图2，在以下描述中，认为“接收器”是将光转换成电荷载体(例如光子)的物理传感器元件。认为“比特元素”是指示一个接收器的曝光的概念性1比特数据元件。认为“多比特元素”是指示一个接收器的曝光的概念性n比特数据元件，其中n＞1。认为“数据元件”是多个比特和/或多比特元素的组合，并且可包括两个到某些任意大数目个组成比特和/或多比特元素。作为非限制性实例，数据元件可包括比特和/或多比特元素的序列或比特和/或多个比特元素的某些其他组合(例如总和或平均)。
本发明的示例性实施例至少部分地涉及成像传感器技术，例如在彩色相机中使用的光传感器技术。如上所述，通过使用二维像素阵列(通过存储由输入光生成的电荷来测量光电平)来实现某些当前彩色相机传感器。在像素阵列和输入光之间设置的彩色滤波器阵列使得像素阵列能够检测到彩色。可通过使用浮动扩散和模数转换器(ADC)电路来数字化所存储的电荷。然后，处理所检测的图像，并且结果是所存储的图像或视频。
存在多个与传统图像传感器技术相关的问题。例如，因为典型地仅使用一些相对少量(例如3个)不同彩色滤波器，所以彩色精确度可能并非最佳。然而，增加彩色滤波器的数目降低了分辨率。此外，由于在滤波器中存在光损失，所以彩色滤波器可降低传感器的敏感性，导致不可用于成像目的的光子损失。
本发明的示例性实施例使用与彩色滤波器阵列组合的具有大量子衍射极限接收器的阵列。彩色滤波器阵列可被设计为相比于传统彩色滤波器阵列更加自由，因为数据元件是从多比特元素建立的。结果，对于一个数据元件可使用具有已知光谱响应的若干不同类型的彩色滤波器(例如带通、带阻、低通、和高通)。
接收器可能是简单的并极小，用于提供子衍射极限操作，并且数据元件的采样频率可能远大于奈奎斯特Nyquist频率。这能够使用多个滤波器(例如带通、带阻、低通、和高通)，因为即使当如果接收器的输出组合到单体数据元件中时，分辨率没有降级。可通过从不同数目个接收器建立数据元件来实现分辨率和色彩保真性和敏感性之间的动态优化。
将图3与图1相比，可通过使用本发明的示例性实施例构成的光滤波器使得多个不同滤波器类型能够在与基本子衍射极限接收器的任意期望组合中使用。注意，图3中，例如，G1、G2、G3用于表示各种不同阴影，或与彩色绿色相关的波长带的变型。一般地，滤波器越暗，带通区域越窄。
参照图4A和4B，可通过包含大量1比特光接收器2(可排列为光接收器的二维阵列)的光传感器1采用本发明的示例性实施例。沿着阵列的x轴，将二维阵列组织为i光接收器2，以及沿着阵列的y轴组织为j光接收器2，其中i可等于或不等于j。示例性实施例中，i和j都可以是作为非限制性实例的大约106。可在光接收表面1A和要成像的情景之间设置光透镜(图4中未示出)。
还参照图7A和7B，根据本发明的示例性实施例，示出传感器阵列1，其具有在光接收表面1A和要检测的光之间设置的滤波器阵列6。滤波器阵列6包括离散的滤波器像素6A的阵列。由于从源自若干接收器2的若干比特元素生成一个输出像素(数据元件)，所以在选择彩色滤波器结构的特征时，提高具有子衍射极限接收器2(像素)的传感器阵列1的自由度。这样例如能够，在彩色滤波器材料和光谱属性的选择时使用高敏感性彩色滤波器、光谱成像、附加自由度，使用单体彩色滤波器覆盖多个临近接收器2，可通过彩色插值经历缩减或消除的彩色工具，当使用具有不同敏感性的彩色滤波器时提高动态范围，以及在某些滤波器阵列位置中使用中性密度滤波器或根本不使用滤波器的能力。
图7A示出每个滤波器像素6A向接收器2的单体基础接收器的实施例，而图7B示出每个滤波器像素6A覆盖多个临近设置的接收器2的实施例。因此，每个滤波器像素6A的大小可设置为覆盖相同数目个基础接收器2，或如图7B所示，其大小可设置为覆盖不同数目个基础接收器2。一般地，两个或更多个临近滤波器像素6A可具有相同滤波器光谱特征，或者他们可具有不同滤波器光谱特征。
特定接收器2的二进制值(1或0)指示接收器的状态(开或关)。通过处理所检测的接收器值并基于那些接收器值计算图像(分辨率和颜色)，将经由滤波器阵列6由传感器阵列1观看的情景转换成彩色图像。
光到达的方向假设在传感器1的视场(FOV)内。
一些实施例中有利的，传感器1的中心区域内的接收器2可小于更接近于边缘的接收器2(在或接近图像边缘的那些传感器)。
在操作期间，将传感器阵列1的个体接收器2重置为已知状态(0或1)。当光进入传感器阵列1时，通过某一个接收器2吸收并改变那些接收器的状态(1或0)。在某个周期之后，传感器阵列2捕获了大量光子，并且一些可能的对应的大量接收器2经历了状态的改变。在存在具有值(1或0)的多个接收器2(从初始重置状态改变状态的接收器)的点，光子将进入仍旧在重设状态的接收器的可能性降低。这导致传感器1开始饱和。当随后处理接收器(像素)值时，可考虑这个类型的非线性行为。
传感器1的曝光时间可基于先前捕获的图像。还在示例性实施例的范围内，如果存在能够确定改变了状态的接收器2的数目的某些机制，在接收器2的阈值数目改变了状态之后终止曝光(例如15％)。这个机制可基于执行传感器1的多连续非破坏性读取周期，并且继续直到接收器2的某些阈值数目改变了状态。
应注意，尽管传感器1/滤波器阵列6组合是波长(彩色)响应的，因此发现作为彩色成像器或光谱成像器的工具，其也可用于建立黑白和单色图像。如果入射光的量很小，可能有利的，仅处理来自传感器1的缩减分辨率亮度信息。当情景更亮时，可增加分辨率，也可增加彩色精确度。
可将多个临近接收器2分组在一起以形成单个图像像素，并且特定组中的接收器的数目可在曝光之间不同，并且在单个曝光期间对于不同组，数目可能不同。例如，在朝向光接收表面2A的中心的组，可存在更少接收器2；在光接收表面2A的边缘的组，可存在更多接收器2。
例如，通过使用与随机存取存储器，例如动态随机存取存储器(DRAM)类似的技术可读取接收器2的阵列。即，传感器1可看作代表ixj可寻址1比特存储位置的阵列(还参见图4B)。传感器1可被配置，使得在读取周期期间始终重置接收器值，或其可被配置使得与读取操作分离地执行重置操作。
应注意，图4B中，非限制地示出便于基底3的垂直侧的电连接。例如，某些实施例中，优选地，在顶表面(光接收表面1A)、或在底表面、或在顶和底表处提供电接触。
由于潜在地大量接收器2，可将每个个体接收器设计为具有最小复杂度，从而使得传感器1能够以相比于传统传感器阵列增加的产量来制造。在图像处理期间，可识别任意有缺陷的接收器2(例如具有0或1故障的那些)，并且可映射他们的位置和补偿(例如通过使用从临近操作的接收器2的差值)。
图4B示出传感器阵列1，其具有示例性x-y(行/列)地址生成电路4和接收器(像素)读出电路5。接收器读出电路5从传感器阵列1接收与开启的那些接收器2(即吸收至少一个光子)和未开启的那些接收器2(因为没吸收至少一个光子，或某些阈值数目个光子仍旧在重置状态)对应的主要二进制数据(1和0)的一个或多个流。接收器读出电路5或图像处理器5A可负责将光接收器的输出分组在一起到x-y光接收器组或临近组。接收器读出电路5可包括压缩功能(可使用任意适当压缩功能，例如运行长度编码)，或在读出接收器值的存储之前可存在单独压缩功能。地址生成电路4可在任意给定时间生成单独或分组读出接收器2的地址。可经由控制总线5B从图像处理器5A提供读出控制。图像处理器5A的输出是彩色图像数据。
接收器2的电路不需要像许多传统CMOS/CCD传感器中的那么复杂，因为二进制输出实施例中，不需要通过A/D转换器测量浮动扩散电流/电压。相反，仅需要测量特定接收器(像素)开或关。可使用多p-n和n-p结，但是也可使用其他备选。同样，p井或n井(或基底)的大小可远小于传统CMOS/CCD传感器中，因为不需要存储大量电荷。
图5示出实现接收器2的一个适当的和非限制性电路。这个情况下，每个接收器2包括与基于简单逆变器的比较器电路2B连接的光电二极管2A，用于1比特放大量化。当信号电流(加基础电流)超过阈值电流It并且由于放电电流Is+Ib-It而跨越Cpix的电压Uin下降到比较器2B的阈值电压(～-Udd/2)以下时，触发接收器(像素)。假设，It比信号脉冲的振幅小，则通过对于像素的输入电容放大所需的光能Epix来确定像素的敏感性：
Epix≈(Cpix ΔU)/SKF，
其中Cpix是像素的总输入电容，包括光电二极管和电路输入电容，ΔU是在触发比较器2B所需输入处的电压改变，S是光电二极管反映，KF是像素填充因子。
一般地，在x和y轴中接收器的规格可在例如大约0.1至大约0.2毫米的范围内。可假设接收器2的实际最小规格至少部分地取决于制造处理的细节，例如用于光刻的波长和类似依赖于处理的参数。一般地，接收器的规格和分布可构成为传感器/设备几何的函数，并且可基于主要射线角度(CRA)的考虑。
传感器阵列1的制造可通过任意适当技术(包括形成多植入/扩散p-n/n-p结)和通过使用晶圆结合处理(作为非限制实例)来实现。
滤波器阵列6可直接在传感器阵列1的光接收表面1A上形成，或其可形成在随后连接在传感器阵列1的光接收表面1A，或位于其上的单独基底上。
图8A-8F是绘制波长与强度的视图，并示出可在滤波器阵列6的各个滤波器像素6A中使用的各个示例性和非限制性的彩色滤波器特定特征。
图8A示出窄带通滤波器的实例。这些滤波器展示了使得高彩色精确度成为可能的高选择性，假设存在覆盖兴趣光谱(例如可见光谱)的足够不同滤波器。可通过这个方法实现光谱成像器。
图8B示出提供敏感性的带阻滤波器的实例。
图8C示出提供相对高敏感性和典型地低计算复杂度的高通滤波器的实例。
图8D示出宽带通滤波器的实例。这个情况下，从表示具有宽通带的多个不同彩色滤波器的若干比特元素计算对于每个数据元件的彩色信息。这个方法明显地增加了敏感性。传统R、G和B滤波器作为比较丢弃了全部光的大约67％。由于关于数据元件的若干不同滤波器的使用，能够实现高彩色精确度和光谱成像。
可通过简单实例示出具有宽带通滤波器的光谱成像。假设存在2个滤波器，其中滤波器A覆盖波长450-700nm，滤波器B覆盖460-700nm，并且两个滤波器具有平坦的光谱响应。假设，在收集一些光之后，滤波器A收集了500单位的光，并且滤波器B收集了450单位的光。因此，明显地，450-460nm的光谱带接收了50单位的光。由此，通过使用若干个这样的滤波器，使得光谱成像成为可能。
图8E示出提供相对高敏感性和相对小计算复杂度的低通滤波器的实例。
图8F示出非传统带滤波器的非限制性实例。由于数据元件包括若干比特元素，可设计与更多传统滤波器不同的滤波器，例如图8A-8E所示的那些，只要图像信号处理算法和设备已知滤波器的属性/光谱特征。这个类型的滤波器可通过随机或基本随机的方式来旨在，只要在使用之前表征光谱响应特征。
同样在这些示例性实施例中的是，使用总体透明(即根本非滤波器)和/或中性密度滤波器像素6A，以提高动态范围。透明滤波器展示了高敏感性，而中性密度滤波器手工地降低了光量，而非光谱，因此能够提供更高的动态范围。同样在这些示例性实施例中的是，与透明和/或中性密度滤波器组合地使用图8A-8F中所示的滤波器的任意组合。
某些情况下，有利地，在图像区域内改变滤波器阵列6的光谱特征。例如，滤波器阵列6的中心区域可具有更高分辨率和更低敏感性，而角部区域可在敏感性方面比分辨率方面更加优化，因此降低了渐晕效应。
除了上述各种光滤波器之外，也可使用紫外(UV)和红外(IR)滤波器以减少不期望波长的存在，特别在低通和高通滤波器情况下。
应注意，彩色滤波器不必针对每个接收器2分离，如当前技术的情况。图7B和图9中示出这个情形，其中示出覆盖多个接收器2的三个不同滤波器类型的每个。
还应注意，尽管示出了具有正方形或矩形的各个滤波器，但是他们实际上可具有任意期望形状，包括卵形和不规则形状，因此便于滤波器阵列6的实现/制造。
单体彩色滤波器的区域可被最大化(如受到分辨率和彩色精确度需求所限)。这降低了同样通过当前方案不可行的彩色串扰。如上所述，本发明的示例性实施例不限于仅使用图像/光子衍射极限大小的接收器2的实施例，并且他们也可使用其他类型和结构的图像/光传感器/接收器。
即，描述了使用传感器阵列1的本发明的示例性实施例，其使得子衍射极限接收器2的单面均输出单比特二进制值，其中颜色辨别仅基于覆盖滤波器结构6。然而，其他实施例中，每个接收器能够存储被读出并数字化多比特表示的电荷。例如，可从源自若干接收器的若干多比特元素生成一个输出像素(数据元件)。这样的情况下，读取并随后组合来自个体接收器的值。
作为非限制实例，考虑两个2比特接收器(n＝2)，其中每个输出具有0、1、2或3(二进制形式的00、01、10或11)的值的多比特元素。两个多比特元素可通过作为非限制实例的求和或平均来组合。例如，如果两个多比特元素是3和1，他们可通过求和(3+1＝4)或通过平均((3+1)/2＝2)来组合。值的平均对于高比特计数接收器是优选的，例如，因为四个6比特值的总和是8比特值，而仍旧示出具有6比特的平均值。这样的方案可在某些情况下引起舍入误差。其他示例性实施例中，该系统可被配置为采用多个组合类型，并且使用中组合类型可取决于特定方案或某些其他因素(例如一个或多个内部或外部条件或参数)。组合可通过作为非限制性实例的数据处理器、图像处理器和/或一个或多个其他组件(例如加法器、乘法器、寄存器、平均组件)来执行。相比于1比特示例性实施例，多比特实施例可提供增加的粒度和/或增加的敏感性，但是可能牺牲增加的复杂度。实际余数(例如要使用多少比特)可取决于各种因素，作为非限制性实例，例如在过程中的特定用途或成本考虑。
尽管以上参照输出二进制值的元件的光接收器(例如基于至少一个光子的吸收)描述，在其他示例性实施例中，从光接收的输出可能并非二进制值。作为非限制性实例，输出多比特元素的光接收器可具有整数值或标量值输出。
此外，本发明的示例性实施例可使用2009年6月4日递交的题为“Image Sensor”Ossi M.Kalevo，Samu T.Koskinen和Tero Rissa的共同拥有的美国专利申请No.12/384,549中所述类型的光传感器(传感器阵列)。这个共同拥有的美国专利申请描述了三维阵列，其沿着阵列的x轴组织成i个光接收器，沿着阵列的y轴组织成j个光接收器，沿着阵列的z轴组织成k个光接收器，其中i可等于或不等于j，其中i和j可分别远大于k。k个1比特光接收器从光接收表面垂直堆叠在基底的深度中，所述基底可以是硅基底。由于取决于波长的硅吸收系数，特定光接收器在基底中越深(即，位于从光接收表面越远)，到达他的以及可吸收和检测的光的波长越长。因此，尽管某些实施例中，传感器阵列1可本身提供多彩色选择性和敏感性，但是他也可有利于结合上述彩色滤波器实施例使用这个类型的传感器阵列。
图6在平面图(左)和截面图(右)中示出设备(例如用户设备(UE)10)的示例性实施例。图6中，UE 10具有图形显示接口20和用户接口22，其示出为键板，但也可理解为涵盖在图形显示接口20处的触摸屏技术以及在麦克风24处接收的语音识别技术。电力致动器26控制由用户打开和关闭的设备。
示例性UE 10包括相机28，其示出为面向前(例如用于视频调用)，但是可备选地或附加地面向后(例如用于捕获图像和视频用于本地存储)。相机28通过快门致动器30控制，并可选地通过缩放致动器30控制，其可备选地在相机28未处于活动模式时用作扬声器34的音量调整。
相机28可假设包括图像传感器阵列1，其与根据本发明的示例性实施例构成和操作的滤波器阵列6组合。
在图6的截面图中可见典型地用于蜂窝通信的多个发送/接收天线36。天线36可以是通过UE中的其他无线电使用的多带。通过底纹为跨UE外壳包含的整个空间来示出天线36的可操作地平面，但是一些实施例中，地平面可限制在更小区域，例如设置在形成电源芯片38的印刷布线板上。电源芯片38在要发送的信道上和/或同时跨使用空间多样性的发送的天线来控制功率放大，并放大所接收的信号。电源芯片38将放大的接收信号输出至射频(RF)芯片40，其解调和下变频信号用于基带处理。基带(BB)芯片42检测信号，其随后转换成比特流并最终解码。对于在装置10中生成并从其发送的信号，反向进行类似处理。
到达和来自相机28的信号可通过图像/视频处理器44，其编码和解码各个图像帧。图4B示出的图像处理器5A的至少部分功能可集成在图像/视频处理器44中。也可提供单独音频处理器46控制到达和来自扬声器34和麦克风24的信号。图形显示接口20从用户接口芯片50控制的帧存储器48刷新，所述用户接口芯片50可处理到达和来自显示接口20的信号和/或额外地处理从键板22和其他位置的用户输入。
UE 10的某些实施例还可包括一个或多个二级无线电，例如无线局域网无线电WLAN 37和蓝牙无线电39，其可将天线集成在芯片上或耦合至片下天线。装置中有各种存储器，例如随机存取存储器RAM 43、只读存储器ROM 45，并且一些实施例中，可存在可移除存储器，例如上面存储各个程序10C的所示存储器卡47。UE 10中所有这些组件通常通过便携式电源(例如电池49)来供电。
处理器38、40、42、44、46、50(如果实现为UE 10中的单独实体)可与主处理器10A、12A以从关系操作，其可随后对于他们为主关系。本发明的实施例可跨所示的各个芯片和存储器设置，或可在组合图6所述的某些功能的另一处理器内。图6的这些各个处理器的任一个或全部访问各个存储器的一个或多个，其可以与处理器在片上或与其分离。
应注意，上述各个集成电路(例如芯片38、40、42等)可被组合在比所述更少数目中，并且更紧凑的情况下，其可物理地实现在单独芯片内。
参照图10，示出形成一种方法的逻辑流程图，包括(框10A)照射子衍射极限大小的光接收器的阵列的光接收表面。该方法中，每个光接收器被配置为输出二进制值的比特元素，以及通过至少一个光子的吸收在关闭状态和开启状态之间改变状态。照射通过在光接收表面上设置的光滤波器结构来发生，其中光滤波器结构包括滤波器像素的阵列，其每个具有相关通带光谱特征。该方法还包括，在框10B，在曝光周期的结尾，读出二进制值的比特元素，并形成包括从多个光接收器(其成为具有至少两个不同通带光谱特征的滤波器像素的基础)输出的多个比特元素的数据元素。
参照图11，示出形成一种方法的逻辑流视图，包括(框11A)照射子衍射极限大小的光接收器的阵列的光接收表面。该方法中，每个光接收器被配置为输出标量值的多比特元素，以及基于至少一个光子的吸收改变状态。照射通过在光接收表面上设置的光滤波器结构来发生，其中光滤波器结构包括滤波器像素的阵列，其每个具有相关通带光谱特征。该方法还包括，在框11B，在曝光周期的结尾，读出标量值的比特元素，并形成包括从多个光接收器(其成为具有至少两个不同通带光谱特征的滤波器像素的基础)输出的多个多比特元素的数据元素。
本发明的一个示例性实施例中，一种装置包括在具有光接收表面的基底中形成的子衍射极限大小的光接收器的阵列。每个光接收器被配置为输出二进制值的比特元素，以及通过至少一个光子的吸收在关闭状态和开启状态之间改变状态。该装置还包括在光接收表面上设置的光滤波器结构，光滤波器结构包括滤波器像素的阵列，其每个具有相关通带光谱特征。从所述子衍射极限大小的光接收器的阵列获得的数据元素包括从多个光接收器(其成为具有至少两个不同通带光谱特征的滤波器像素的基础)输出的多个比特元素。
本发明的另一示例性实施例中，一种装置包括具有光接收表面的用于接收光的子衍射极限大小的部件的阵列(例如形成在基底中)。用于接收光的每个部件被配置为输出二进制值的比特元素，以及通过至少一个光子的吸收在关闭状态和开启状态之间改变。该装置还包括在光接收表面上设置的光滤波器结构，光滤波器结构包括滤波器像素的阵列，其每个具有相关通带光谱特征。从所述子衍射极限大小的部件的阵列获得的数据元素包括从多个用于接收光的部件(其成为具有至少两个不同通带光谱特征的用于滤波的部件的基础(至少两个))输出的多个所述比特元素。
本发明的一个示例性实施例中，一种装置包括在具有光接收表面的基底中形成的子衍射极限大小的光接收器的阵列。每个光接收器被配置为输出标量值的比特元素，以及基于至少一个光子的吸收改变状态。该装置还包括在光接收表面上设置的光滤波器结构，光滤波器结构包括滤波器像素的阵列，其每个具有相关通带光谱特征。从所述子衍射极限大小的光接收器的阵列获得的数据元素包括从多个光接收器(其成为具有至少两个不同通带光谱特征的滤波器像素的基础)输出的多个所述多比特元素的数据元素。
本发明的另一示例性实施例中，一种装置包括具有光接收表面的用于接收光的子衍射极限大小的部件的阵列(例如形成在基底中)。用于接收光的每个部件被配置为输出标量值的比特元素，以及基于至少一个光子的吸收改变状态。该装置还包括在光接收表面上设置的光滤波器结构，光滤波器结构包括滤波器像素的阵列，其每个具有相关通带光谱特征。从所述子衍射极限大小的部件的阵列获得的数据元素包括从多个用于接收光的部件(其成为具有至少两个不同通带光谱特征的用于滤波的部件的基础(至少两个))输出的多个所述比特元素。
存在可通过使用本发明的示例性实施例可实现的多个技术效果。例如，可提高光传感器敏感性，因为可提高彩色精确度。此外，这些示例性实施例的使用能够实现光谱成像。此外，这些示例性实施例的使用在选择彩色滤波器材料和光谱属性时提供额外自由度。此外，这些示例性实施例的使用使得单体彩色滤波器(滤波器像素6A)能够覆盖若干接收器2。此外，可避免经由插值通常使用的彩色工具。此外，这些示例性实施例的使用提供增强的动态范围。此外，这些示例性实施例的使用可减少彩色串扰。此外，同样，这些示例性实施例的使用能够在分辨率和彩色保真性和敏感性之间实现动态优化，以通过从不同量的接收器2建立数据元素。此外，这些示例性实施例的使用提供了降低渐晕的可能性。
一般地，各个示例性实施例可在硬件或专用电路、软件、逻辑或其任意组合中实现。例如，一些方面可在硬件中实现，而其他方面可在通过控制器、微处理器或其计算设备可执行的固件或软件中实现，但是本发明的示例性实施例不限于此。尽管作为框图、示意图或使用一些其他图形化表示示出和描述本发明的示例性实施例的各个方面，可理解，这里所述的这些框、装置、系统、技术或方法可在作为非限制性实例的至少部分硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其他计算设备、或其一些组合中实现。
因此，可理解，本发明的示例性实施例的至少一些方面可在各个组件(例如集成电路芯片和模块)中实践，并且本发明的示例性实施例可在实现为集成电路的装置中实现。一个或多个集成电路可包括用于实现一个或多个数据处理器、一个或多个数字信号处理器、可被配置以根据本发明的示例性实施例操作的基带电路和射频电路的至少一个的电路(以及可能地固件)。
当结合附图阅读时，本发明的以上示例性实施例的各个修改和改变可对于本领域技术人员是清楚的。然而，任意和所有修改将仍旧落入本发明的非限制和示例性实施例的范围内。
此外，通过实例，尽管上文在例如UE 10的无线通信设备的上下文中参照图6描述了示例性实施例，可理解，本发明的示例性实施例不限仅用于这一个特定类型的无线通信设备，并且他们可在其他类型的设备中是有利的，其可具有或可不具有无线通信功能，作为非限制性实例，包括数码相机、PDA、计算机和游戏设备。
此外，通过实例，个体接收器2不需要基于晶体管/光电二极管，但是可使用其他类型设备(包括量子点和其他纳米结构设备)来构成。
此外，通过实例，应认识到，对于沿着各个轴的多个接收以上给出的各个值是示例性的，并且不理解为受到限制。
此外，通过实例，应认识到，以上讨论的各个类型的滤波器和滤波器的组合是示例性的，并且不理解为受到限制。
此外，通过实例，本发明的示例性实施例不理解为限制在上述特定材料、材料组合、制造处理、波长和/或规格。
应注意，术语“连接”、“耦合”或其任意变型意味着在两个或更多个元件之间的直接或间接地任意连接或耦合，并且可涵盖存在“连接”或“耦合”在一起的两个元件之间的一个或多个中间元件。元件之间的耦合或连接可以是物理的、逻辑的、或其组合。这里，可考虑两个元件通过使用一个或多个布线、电缆、和/或印刷电连接，以及通过使用电磁能，例如在射频区域、微波区域和光(可见和不可见)区域中具有波长的电磁能而“连接”或“耦合”在一起。
此外，本发明的各个非限制和示例性实施例的一些特征可能在没有其他特征的相应使用的情况下是有利的。由此，以上描述应考虑为仅原理、教导和本发明的示例性实施例的示例性，并非限制。

Claims (20)

1.一种装置，包括在具有光接收表面的基底中形成的子衍射极限大小的光接收器的阵列，每个光接收器被配置为输出二进制值的比特元素，以及通过至少一个光子的吸收在关闭状态和开启状态之间改变状态；以及设置在所述光接收表面上的光滤波器结构，该光滤波器结构包括滤波器像素的阵列，其每个具有相关通带光谱特征；其中从所述子衍射极限大小的光接收器的阵列获得的数据元素包括从多个光接收器输出的多个比特元素，所述多个光接收器成为具有至少两个不同通带光谱特征的滤波器像素的基础。
2.如权利要求1所述的装置，其中从包括窄带通、宽带通、带阻、高通和低通的一组通带光谱特征选择通带光谱特征。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述一组通带光谱特征还包括非传统带。
4.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其中滤波器像素的至少一些是透明像素或中性密度像素之一。
5.如权利要求1-4中任一项所述的装置，其中单体滤波器像素重叠单体光接收器。
6.如权利要求1-5中任一项所述的装置，其中单体滤波器像素重叠多个光接收器。
7.如权利要求1-6中任一项所述的装置，其中所述滤波器阵列包括响应于至少从紫外延伸到红外的波长范围内的电磁辐射的滤波器像素。
8.如权利要求1-7中任一项所述的装置，其中相比于在光滤波器结构的周围设置的光滤波器像素，在所述光滤波器结构的中心附近设置的光滤波器像素具有不同通带光谱特征，以降低成像渐晕。
9.如权利要求1-8中任一项所述的装置，其中在第一读出周期期间，从子衍射极限大小的光接收器的所述阵列获得的第一数据元素包括从第一多个光接收器输出的第一多个所述比特元素，以及其中在第二读出周期期间，从子衍射极限大小的光接收器的所述阵列获得的第二数据元素包括从第二多个光接收器输出的第二多个所述比特元素，其中第二多个光接收器的至少一个不同于第一多个光接收器。
10.如先前权利要求中任一项所述的装置，实现为设备中的图像传感器的一部分。
11.一种方法，包括：
照射子衍射极限大小的光接收器的阵列的光接收表面，每个光接收器被配置为输出二进制值的比特元素，以及通过至少一个光子的吸收在关闭状态和开启状态之间改变状态，其中照射通过在光接收表面上设置的光滤波器结构来发生，其中光滤波器结构包括滤波器像素的阵列，其每个具有相关通带光谱特征；以及
在曝光周期的结尾，读出二进制值的比特元素，并形成包括从多个光接收器输出的多个比特元素的数据元素，所述多个接收器成为具有至少两个不同通带光谱特征的滤波器像素的基础。
12.如权利要求11所述的方法，其中从包括窄带通、宽带通、带阻、高通和低通的一组通带光谱特征选择通带光谱特征。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述一组通带光谱特征还包括非传统带。
14.如权利要求11-13中任一项所述的方法，其中滤波器像素的至少一些是透明像素或中性密度像素之一。
15.如权利要求11-14中任一项所述的方法，其中单体滤波器像素重叠单体光接收器。
16.如权利要求11-15中任一项所述的方法，其中单体滤波器像素重叠多个光接收器。
17.如权利要求11-16中任一项所述的方法，其中所述子衍射极限大小的光接收器的阵列响应于至少从紫外延伸到红外的波长范围内的电磁辐射。
18.如权利要求11-17中任一项所述的方法，其中相比于在光滤波器结构的周围设置的光滤波器像素，在所述光滤波器结构的中心附近设置的光滤波器像素具有不同通带光谱特征，以降低成像渐晕。
19.如权利要求11-18中任一项所述的方法，其中在第一读出周期期间，从子衍射极限大小的光接收器的所述阵列获得的第一数据元素包括从第一多个光接收器输出的第一多个所述比特元素，以及其中在第二读出周期期间，从子衍射极限大小的光接收器的所述阵列获得的第二数据元素包括从第二多个光接收器输出的第二多个所述比特元素，其中第二多个光接收器的至少一个不同于第一多个光接收器。
20.如权利要求11-19中任一项所述的方法，在设备内的图像传感器的操作期间执行。
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