JP2014526136A - 混合マルチスペクトル感光画素グループ - Google Patents

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Abstract

本発明は、混合マルチスペクトル感光画素グループ、感光デバイス及び感光システムに関する。前記混合マルチスペクトル感光画素グループは、少なくとも１つの化学コーティングフィルム感光画素と、少なくとも１つの半導体感光画素とを含む。本発明は、化学コーティングフィルム感光画素と半導体感光画素を結合することにより、混合マルチスペクトル感光画素を形成して、沢山のカラー信号及びスペクトル信号を同時に得ることができ、入射光量子のエネルギーを最大限に利用して光電変換効率の理論上限に達するまたは近づくことができる。また、カラーを完全に再構築することができると同時に、紫外線画像、近赤外画像、遠赤外画像と言った他のスペクトル画像を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、感光分野に属し、特に、混合マルチスペクトル感光画素グループ、感光デバイス及び感光システムに関する。
本発明は、本願発明者の先願である「マルチスペクトル感光デバイス及びその製造方法」（ＰＣＴ/ＣＮ２００７/０７１２６２）、「マルチスペクトル感光デバイス及びその製造方法」（中国出願番号：２００８１０２１７２７０．２）、「マルチスペクトル感光デバイス」（中国出願番号：２００９１０１０５３７２．Ｘ）、「マルチスペクトル感光デバイス及びそのサンプリング方法」（中国出願番号：２００９１０１０５９４８．２）、「感光デバイス及びそのアクセス方法、アクセス回路」（中国出願番号：２００９１０１０６４７７．７）の継続であり、その目的は、より具体的な且つ好ましいチップ及びシステムレベルの実現を提供することである。
挙げられた上述した発明は、半導体を主にするマルチスペクトル感光チップの製造、アクセス方法及びシステムに関する。これらの新たな技術及び発明は、半導体感光デバイスの性能及び応用方式を大幅に高めることができたが、依然として半導体感光デバイス自身から２つの基本的な制限を受けている：（１）バンドパスギャップ（bandgap）が比較的小さいので、赤外の感度感知が大きく制限されている、（２）半導体の量子効率は、５０％程度しかない。
最近、アメリカの特許出願《Ｍaterials Systems and Methods for Optoelectronic Devices》（ＰＣＴ/ＵＳ２００８/０６０９４７、Ｗ０２００８/１３１３１３）には、量子ドットにより形成された量子（感光）膜を用いて感光画素を形成する方法（図１〜４に示すように）が記載されている。当該出願において、光信号に対してより敏感度が高く、バンドパスギャップがより広い量子フィルムコーティングを提供し、量子ドットのサイズ（即ち、量子ドット直径）が周波数選択の特性を持っているという特徴を利用して異なるカラーを感知することを実現する。このような量子フィルムコーティングは、より高い光電変換効率とより広いスペクトル反応特性（図５に示すように）を提供することができる。当該出願に記載されている量子ドット感光画素は、実際的により広い意味での化学コーティングフィルム感光画素の１つの特例であり、化学コーティングフィルム感光画素に用いられる構想は、基本的に化学コーティングフィルムにバイアス電圧を加え、その後、光の照射により自由電子（または空洞）の移動が発生し、自由電子（または空洞）がバイアス電圧によりコーティングフィルムの表層に行き、電荷が蓄積され、感光が実現された。しかしながら、当該発明は、フィルターリング膜及び特別の半導体アクセス層が必要になるが、フィルターリング膜の使用により、化学コーティングフィルム感光デバイスの感光効率が制限される。
したがって、より良い感光効果を得るために、より優れた、好ましい実現方法がある。例えば、マルチスペクトル感光を行う際、カラー及び敏感度に対する要求をどのようによりよく兼ね合わせるか、色感光デバイスが必要とする理想的な直交特性（図６に示す赤、緑、藍の応答曲線）などに接近するまたは達するとともに最も高い光電変換効率をどのように得られるかについては、改良の余地がある。
本発明が解決しようとする課題は、光使用効率の理論リミットに達するまたは接近するマルチスペクトル感光デバイスを得るために、半導体（ＣＣＤまたはＣＭＯＳ）感知デバイスまたは化学コーティングフィルム（例えば、量子膜）感光デバイスのメリットを利用する混合マルチスペクトル感光画素グループ、感光デバイス及び感光システムを提供する。
上述した技術課題を解決するために、本発明は、次の技術案を提供する：
混合マルチスペクトル感光画素グループは、少なくとも１つの化学コーティングフィルム感光画素と、少なくとも１つの半導体感光画素とを含む。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光画素グループは、少なくとも１つの前記化学コーティングフィルム感光画素と少なくとも１つの前記半導体感光画素が同一の平面上に配置されていることが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光画素グループは、少なくとも１つの前記化学コーティングフィルム感光画素と少なくとも１つの前記半導体感光画素が上下構造になるように配置されていることが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光画素グループは、少なくとも１つの前記化学コーティングフィルム感光画素が少なくとも１つの前記半導体感光画素の上方に配置されていることが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光画素グループは、少なくとも１つの前記化学コーティングフィルム感光画素が少なくとも１つの前記半導体感光画素の下方に配置されていることが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光画素グループは、前記化学コーティングフィルム感光画素と半導体感光画素がそれぞれ１つであり、前記化学コーティングフィルム感光画素が前記半導体感光画素の上方または下方に配置され、または、
前記化学コーティングフィルム感光画素が２つであり、前記半導体感光画素が１つであり、前記半導体感光画素が前記２つの化学コーティングフィルム感光画素の上方、その間または下方に配置され、または、
前記半導体感光画素が２つであり、前記化学コーティングフィルム感光画素が１つであり、前記化学コーティングフィルム感光画素が前記２つの半導体感光画素の上方、その間または下方に配置され、または、
前記化学コーティングフィルム感光画素と前記半導体感光画素がそれぞれ２つであり、前記２つの化学コーティングフィルム感光画素のうちの１つが前記２つの半導体感光画素の上方に配置され、もう１つが前記２つの半導体感光画素の下方に配置され、または、前記２つの化学コーティングフィルム感光画素のうちの１つが前記２つの半導体感光画素の上方に配置され、もう１つが前記２つの半導体感光画素の間に配置され、または、前記２つの化学コーティングフィルム感光画素のうちの１つが前記２つの半導体感光画素の下方に配置され、もう１つが前記２つの半導体感光画素の間に配置され、または、
前記化学コーティングフィルム感光画素が１つであり、前記半導体感光画素が３つであり、前記化学コーティングフィルム感光画素が前記３つの半導体感光画素の上方または下方に配置されていることが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光画素グループは、少なくとも１つの前記化学コーティングフィルム感光画素または少なくとも１つの前記半導体感光画素が正面感光画素、裏面感光画素または両方向感光画素であることが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光画素グループは、前記化学コーティングフィルム感光画素または半導体感光画素が両方向感光画素である場合、その感光方向選択方式が離隔方向選択方式、タイムシェアリング方向選択方式、区画方向選択方式または画素方向選択方式であることが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光画素グループは、前記化学コーティングフィルム感光画素と半導体感光画素が紫外線、可視光線、近赤外及び遠赤外のうちの１つを含む相補スペクトルバンド又はサブスペクトルバンドをそれぞれ感知し、または、前記化学コーティングフィルム感光画素と半導体感光画素が紫外線、可視光線、近赤外及び遠赤外のうちの１つを含む直交スペクトルバンド又はサブスペクトルバンドをそれぞれ感知することが好ましい。
本発明の混合マルチスペクトル感光デバイスが少なくとも１つの化学コーティングフィルム感光画素と、少なくとも１つの半導体感光画素とを含むことが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、少なくとも１つの前記化学コーティングフィルム感光画素と少なくとも１つの前記半導体感光画素が同一の平面上に配置されることが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスが少なくとも２つの感光画素層を含み、少なくとも１つの前記化学コーティングフィルム感光画素が前記少なくとも２つの感光画素層のうちの１つに配置され、少なくとも１つの前記半導体感光画素が前記少なくとも２つの感光画素のうちのもう１つに配置されることが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、前記感光画素層が１つの化学コーティングフィルム感光画素と１つの半導体感光画素層を少なくとも含むことが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、少なくとも１つの前記化学コーティングフィルム感光画素層が少なくとも１つの前記半導体感光画素層の上方に配置されることが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、少なくとも１つの前記化学コーティングフィルム感光画素層が少なくとも１つの前記半導体感光画素層の下方に配置されることが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、少なくとも１つの前記化学コーティングフィルム感光画素層の画素の配置位置が少なくとも１つの前記半導体感光画素層の画素の配置位置に対応することが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、同一の位置且つ異なる層にある感光画素が紫外線、可視光線、近赤外及び遠赤外のうちの１つを含む相補スペクトルバンド又はサブスペクトルバンドをそれぞれ感知し、または、紫外線、可視光線、近赤外及び遠赤外のうちの１つを含む直交スペクトルバンド又はサブスペクトルバンドをそれぞれ感知することが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、前記相補スペクトルバンドまたはサブスペクトルバンドが紫外スペクトルと、藍色スペクトルと、緑色スペクトルと、赤色スペクトルと、近赤外スペクトルと、遠赤外スペクトルと、青色スペクトルと、黄色スペクトルと、白色スペクトルと、近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、赤色スペクトル＋近赤外スペクトルと、赤スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、黄色スペクトル＋近赤外スペクトルと、黄色スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、可視スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトル＋近赤外スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルとを含み、
前記直交スペクトルバンドまたはサブスペクトルバンドが紫外スペクトルと、藍色スペクトルと、緑色スペクトルと、赤色スペクトルと、近赤外スペクトルと、遠赤外スペクトルと、青色スペクトルと、黄色スペクトルと、白色スペクトルと、近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、赤色スペクトル＋近赤外スペクトルと、赤スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、黄色スペクトル＋近赤外スペクトルと、黄色スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、可視スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトル＋近赤外スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルとを含むことが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、それぞれの感光画素層における色配列が同一配列と、水平配列と、垂直配列と、対角配列と、広義ベイズ配列と、ＹＵＶ４２２配列と、横向ＹＵＶ４２２配列と、ハチの巣配列と、均等分布配列とを含むことが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、少なくとも１つの前記化学コーティングフィルム感光画素または少なくとも１つの前記半導体感光画素が正面感光画素、裏面感光画素または両方向感光画素であることが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、前記化学コーティングフィルム感光画素または半導体感光画素が両方向感光画素である場合、その感光方向選択方式が離隔方向選択方式、タイムシェアリング方向選択方式、区画方向選択方式または画素方向選択方式であることが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、少なくとも１つの前記化学コーティングフィルム感光画素層と少なくとも１つの前記半導体感光画素層が１つの基板上に設置され、
前記感光デバイスが片面二層感光デバイスであり、１つの化学コーティングフィルム感光画素層と、１つの半導体感光画素層とを含み、前記化学コーティングフィルム感光画素層と前記半導体感光画素層が前記基板の頂面または底面に配置され、
前記感光デバイスが両面二層感光デバイスであり、１つの化学コーティングフィルム感光画素層と、１つの半導体感光画素層とを含み、前記化学コーティングフィルム感光画素層が前記基板の頂面または底面に配置され、前記半導体感光画素層が前記基板の底面または頂面に配置され、または、
前記感光デバイスが片面三層感光デバイスであり、１つの化学コーティングフィルム感光画素層と、２つの半導体感光画素層とを含み、前記化学コーティングフィルム感光画素層と前記２つの半導体感光画素層が前記基板の頂面または底面に配置され、または、
前記感光デバイスが両面三層感光デバイスであり、１つの化学コーティングフィルム感光画素層と、２つの半導体感光画素層とを含み、前記化学コーティングフィルム感光画素層が前記基板の頂面または底面に配置され、前記２つの半導体感光画素層が前記基板の底面または頂面に配置され、または、前記２つの半導体感光画素層のうちの１つが前記基板の頂面に配置され、もう１つが前記基板の底面に配置され、または、
前記感光デバイスが両面三層感光デバイスであり、２つの化学コーティングフィルム感光画素層と、１つの半導体感光画素層とを含み、前記２つの化学コーティングフィルム感光画素層のうちの１つが前記基板の頂面に配置され、もう１つが前記基板の底面に配置され、前記半導体感光画素層が前記基板の頂面または底面に配置され、または、
前記感光デバイスが両面四層感光デバイスであり、２つの化学コーティングフィルム感光画素層と、２つの半導体感光画素層とを含み、前記２つの半導体感光画素層が前記基板の底面または頂面に配置され、前記２つの化学コーティングフィルム感光画素層のうちの１つが頂面の上方に配置され、もう１つが底面の下方に配置され、または、前記２つの化学コーティングフィルム感光画素層が前記基板の頂面または底面に配置され、前記２つの半導体感光画素層のうちの１つが頂面の上方に配置され、もう１つが底面の下方に配置され、または、
前記感光デバイスが両面四層感光デバイスであり、１つの化学コーティングフィルム感光画素層と、３つの半導体感光画素層とを含み、前記化学コーティングフィルム感光画素層が前記基板の頂面または底面に配置され、前記３つの半導体感光画素層のうちの１つが前記基板の頂面または底面に配置され、他の２つが前記基板の底面または頂面に配置され、または、
前記感光デバイスが両面五層感光デバイスであり、２つの化学コーティングフィルム感光画素層と、３つの半導体感光画素層とを含み、前記２つの化学コーティングフィルム感光画素層のうちの１つが前記基板の頂面に配置され、もう１つが前記基板の底面に配置され、前記３つの半導体感光画素層のうちの１つが前記基板の頂面または底面に配置され、他の２つが前記基板の底面または頂面に配置され、または、
前記感光デバイスが両面六層感光デバイスであり、２つの化学コーティングフィルム感光画素層と、４つの半導体感光画素層とを含み、前記２つの化学コーティングフィルム感光画素層のうちの１つが前記基板の頂面に配置され、もう１つが前記基板の底面に配置され、前記４つの半導体感光画素層のうちの２つが前記基板の頂面に配置され、他の２つが前記基板の底面に配置されることが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、少なくとも１つの前記化学コーティングフィルム感光画素層が１つの基板に設置され、少なくとも１つの前記半導体感光画素層がもう１つの基板に設置されることが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、感知波長がより短い光の感光画素層が光源により近い感光画素層であることが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、フィルターリング膜をさらに含み、前記フィルターリング膜が光源にもっとも近い感光画素層に設置され、または、光源にもっとも遠い感光画素層に設置され、または、２つの感光画素層の間に設置され、または、光源にもっとも近い感光画素層と光源にもっとも遠い感光画素層に設置され、前記フィルターリング膜の周波数選択特性が赤外カットフィルターリング濾波、藍色バンドパス、緑色バンドパス、赤色バンドパス、青色バンドパス、黄色バンドパス、マゼンタバンドパス、青色＋赤外色バンドパス、黄色＋赤外色バンドパス、マゼンタ＋赤外色バンドパスまたは可視光バンドパスを含むことが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、前記感光画素層における隣り合う二層にそれぞれアクセス回路が設置され、または、前記感光画素層の隣り合う二層がアクセス回路を共用することが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、前記アクセス回路が主動画素アクセス回路、従動画素アクセス回路または主動画素と従動画素の混合アクセス回路であることが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、前記主動画素が３Ｔ、４Ｔ、５Ｔまたは６Ｔの主動画素を含むことが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、前記アクセス回路の共用方式が単層または上下層４点共用方式、単層または上下層６点共用方式、単層または上下層８点共用方式、または、単層または上下層任意点共用方式を含むことが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、前記アクセス回路がそれぞれの感光画素層の画素アレイにおける隣り合う同行異列、異行同列または異行異列の画素に対して２つずつ合併サンプリングを行い、第一の合併画素のサンプリングデータを得るための第一の合併手段と、第一の合併手段により得られた第一の合併画素のサンプリングデータに対して合併サンプリングを行うことにより、第二の合併画素のサンプリングデータを得るための第二の合併手段とを含むことが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、前記アクセス回路が第二の合併手段により得られた第二の合併画素のサンプリングデータに対して合併サンプリングを行うことにより、第三の合併画素のサンプリングデータを得るための第三の合併手段を更に含むことが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、前記第一の合併手段または第二の合併手段の画素合併方式が同じまたは異なる色の画素間の電荷相加方式または異なる色の画素間の信号平均方式であり、そのうち、異なる色の画素間の画素合併方式が色空間変換の方式に従うことにより、カラー再構築の要求を満たすことが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、前記色空間変換がＲＧＢからＣｙＹｅＭｇＸ空間への変換、ＲＧＢからＹＵＶ空間への変換またはＣｙＹｅＭｇＸからＹＵＶ空間への変換を含み、ＸがＲ（赤）、Ｇ（緑）またはＢ（藍）であることが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、前記電荷相加方式が画素を直接に並列するまたは電荷を同時にアクセスコンデンサー（ＦＤ）に移動することによって完成することが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、前記第一の合併手段または第二の合併手段の色に基づく合併サンプリング方式が同色合併方式、異色合併方式、混雑合併方式または余計色選択的放棄合併方式を含み、且つ第一の合併手段と第二の合併手段に用いられる合併サンプリング方式が異なる場合、同色合併方式であることが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、前記第一の合併手段または第二の合併手段の位置に基づく合併サンプリング方式がバスに直接に出力する信号自動平均方式、行スキップまたは列スキップ及び逐次サンプリング方式のうちのいずれか１つを含むことが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、前記第三の合併手段の合併サンプリング方式が色空間変換方式と後置デジタル画像ズーミング方式のうちの少なくとも１つを含むことが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、前記化学コーティングフィルム感光画素が量子ドット感光画素を含むことが好ましい。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、前記半導体感光画素がＣＭＯＳフォトダイオードと、ＣＭＯＳ感光ゲートと、ＣＣＤフォトダイオードと、ＣＣＤ感光ゲートと、両方向電荷転移機能を有するＣＭＯＳ及びＣＣＤ感光ダイオード及び感光ゲートとを含むことが好ましい。
本発明の混合マルチスペクトル感光システムは、上述した感光デバイスを用いて実現する。
本発明の混合マルチスペクトル感光画素グループ、感光デバイス及びシステムの有益な効果は、以下の通りである：化学コーティングフィルム感光画素と半導体感光画素は、それぞれメリット及びデメリットを有する。化学コーティングフィルム感光画素は、感光の敏感度が高く（特に赤外線部分）、表面に対する加工が容易であるというメリットがあるが、特別の半導体アクセス層及びフィルターリング膜（カラーを得るために）が必要である。一方、半導体感光画素は、特別の半導体アクセス層を必要としないが、感光の敏感度及び製造の難度とのバランスが取りにくい。本発明は、両者を有機的に結合することによって、お互いの長所を利用し、短所を補うことができる。特別の半導体アクセス層及びフィルターリング膜を設置する必要がなく、半導体感光画素の製造難度を増やすこともなく、比較的高い感光の敏感度を得ることができるので、両者のメリットを十分に発揮し、沢山のカラー信号及び他のスペクトル信号を同時に得ることができる。よって、入射光子のエネルギーを最大限に利用し、光電変換効率の理論リミットに達するまたは接近することができ、カラーを完全に再構築すると同時に、紫外線画像、近赤外画像及び遠赤外画像といった他のスペクトル画像を得ることができる。
本発明は、実施形態によりこのような新型混合マルチスペクトル感光画素グループ、感光デバイス及びシステムを説明する。これらの好ましい実現方式では、例を挙げて本発明のメリット及び実現方法を説明したが、本発明の特許請求の範囲を制限しない。
図面を参照しながら、以下の実施形態を詳しく説明した後は、本発明の上述した内容、他の目的及びメリットが当業者にとってより明らかになる。
図１は、InVisage会社による発明であり、アメリカ特許出願ＰＣＴ/ＵＳ２００８/０６０９４７に記載されている、量子感光膜を用いる新型感光デバイスである。当該図面から分かるように、量子感光膜が当該発明の核心である。実は、量子感光膜が化学材料感光膜の一種であり、このような材料が唯一ではない。科学技術の進歩に伴い、今後は、より優れた化学材料感光膜が登場するに違いない。 図２は、量子感光膜の感光デバイスの画素構造の模示図であり、量子感光膜と接触する電極には、希有で且つ価値の高い金が用いられている。 図３は、量子ドット材料により作られた簡易密封式感光画素の構造及び電気的に接続される模式図である。 図４は、（単層）量子感光膜を用いる感光デバイスが半導体基層に配置される場合の配置図及びデバイス構造の略図である。半導体基層は、主にトランスファ回路を提供し、感光画素を提供しない。 図５は、現在のいくつかの優れた量子ドット感光材料のスペクトル応答曲線である。サイズの小さい量子ドットは、波長が７００ナノメートル以上の光に対するレスポンスが良くないが、サイズの大きい量子ドットは、波長が７００ナノメートル以下の光に対するレスポンスが良くない。 図６は、スペクトル分布の模示図である。可視光線は、一般的に波長が３９０ｎｍ〜７６０ｎｍである光を指す。また、一般的には、プリズムにより見られた青光は、波長が４４０ｎｍ〜４９０ｎｍであり、緑色光は、波長が５２０ｎｍ〜５７０ｎｍであり、赤色光は、波長が６３０ｎｍ〜７４０ｎｍであるが、感光デバイスのデザインにおいては、一般的には、３９０ｎｍ〜５００ｎｍを青色域とし、５００ｎｍ〜６１０ｎｍを緑色域とし、６１０ｎｍ〜７６０ｎｍを赤色域とし、このような赤、緑、青に対するスペクトルバンドの分けは、絶対的ではない。人間が見える大部分のカラーを再構築することができるように、図における赤、緑、青、藍及び黄の波形は、原色の感光画素または補色（合成カラー）の感光画素が必要とする理想的な波長応答曲線である。 なお、現時点では、このような理想的な赤、緑、青、藍及び黄の波長応答曲線を有する量子ドット材料がまだ見つかっていない。よって、現在の量子感光膜の感光デバイスの実現にいては、依然としてカラーフィルターリング膜を用いる必要がある。カラーフィルターリング膜の導入により、入射光エネルギーの浪費を招くので、現在の量子感光膜の感光デバイスの敏感度は、理論上、本発明者が提起した、カラーフィルターリング膜を使用しない二層の感光デバイス（例えば≪マルチスペクトル感光デバイス及びその製造方法≫（ＰＣＴ／ＣＮ２００７／０７１２６２）、≪マルチスペクトル感光デバイス及びその製造方法≫（中国出願番号：２００８１０２１７２７０．２）及び≪マルチスペクトル感光デバイス≫（中国出願番号：２００９１０１０５３７２．Ｘ）に及ばない。 図７は、量子ドット感光画素の３Ｔアクセス回路である。当該回路は、伝統的な半導体３Ｔ回路に非常に似ている。 図８は、量子ドット感光画素の４Ｔアクセス回路である。当該回路は、伝統的な半導体４Ｔ回路に非常に似ている。 図９は、アメリカ特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０６０９４７に記載されている多層の量子感光膜の感光デバイスの実現方法を示している。二層以上の感光デバイスの実現が非常に困難であることに留意されたく、しかもコスト及び性能においても競争力がないことが実践により証明された。 図１０は、伝統的な半導体（ＣＭＯＳ及びＣＣＤ）の４Ｔアクセス回路であり、図８に非常に似ている。このようなアクセス回路の類似性により、混合マルチスペクトル感光デバイスが可能になる。 図１１は、本発明者が≪マルチスペクトル感光デバイス及びそのサンプリング方法≫（中国特許番号：２００９１０１０５９４８．２）と≪感光デバイス及びそのアクセス方法、アクセス回路≫（中国出願番号：２００９１０１０６４７７．７）に記載されている４点共用アクセス回路を示している。 図１２は、本発明者が≪マルチスペクトル感光デバイス及びそのサンプリング方法≫（中国特許番号：２００９１０１０５９４８．２）と≪感光デバイス及びそのアクセス方法、アクセス回路≫（中国出願番号：２００９１０１０６４７７．７）に記載されている二層の６点共用アクセス回路を示している。 図１３は、本発明者が≪マルチスペクトル感光デバイス及びそのサンプリング方法≫（中国特許番号：２００９１０１０５９４８．２）と≪感光デバイス及びそのアクセス方法、アクセス回路≫（中国出願番号：２００９１０１０６４７７．７）に記載されている二層の８点共用アクセス回路を示している。 図１４は、本発明者が≪感光デバイス及びそのアクセス方法、アクセス回路≫（中国特許番号：２００９１０１０５９４８．２）に記載されている任意のＮ点共用アクセス回路を示している。 図１５は、本発明者が≪マルチスペクトル感光デバイス及びその製造方法≫（中国特許番号：２００８１０２１７２７０．２）と≪マルチスペクトル感光デバイス≫（中国出願番号：２００９１０１０５３７２．Ｘ）に記載されている両面二層マルチスペクトル感光デバイスの模示図である。 図１６は、本発明者が≪マルチスペクトル感光デバイス及びその製造方法≫（中国特許番号：２００８１０２１７２７０．２）と≪マルチスペクトル感光デバイス≫（中国出願番号：２００９１０１０５３７２．Ｘ）に記載されているもう１つの両面二層マルチスペクトル感光デバイスの模示図である。このような両面二層マルチスペクトル感光デバイスには、ハチの巣の画素配列方式が用いられている。 図１７（a）〜（ｄ）は、本発明に記載されている二層の混合マルチスペクトル感光デバイスの模示図であり、うちの一層が化学感光材料（例えば、量子感光膜）を感光画素層に用い、もう一層が半導体感光ダイオード（または、感光ゲート）を感光画素層に用い、例えば、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ感光画素層である。図１７（a）、（ｃ）と図１７（ｂ）、（ｄ）の違いは、半導体感光画素にＢＳＩ（backside illumination、裏面方式）方式を用いるか、ＦＳＩ（Ｆrontside illumination、正面感光）方式を用いるかである。 は、本発明者が≪マルチスペクトル感光デバイス及びその製造方法≫（中国特許番号：２００８１０２１７２７０．２）と≪マルチスペクトル感光デバイス≫（中国出願番号：２００９１０１０５３７２．Ｘ）に記載されている、上下層にある感光画素が対象となるスペクトルにおいて相補または直交する二層の感光デバイスの模示図である。このような感光デバイスは、厳選したカラーパータン及び配列を用いるにより、非常に沢山の優れた二層の感光デバイスを得ることができる。これらの感光デバイスは、正面感光、裏面感光及び双方向感光に用いられることができる。これらの方法及び原理は、同様に混合マルチスペクトル感光デイパスに用いることもできる。 図１９は、本発明者が≪マルチスペクトル感光デバイス及びそのサンプリング方法≫（中国出願番号：２００９１０１０５９４８．２）に記載されている、異なる色の画素間に電荷の合併を実現するサブサンプリング方法を示している。このような方法は、同様に混合マルチスペクトル感光デバイスに適用する。 図２０は、本発明者が≪マルチスペクトル感光デバイス及びそのサンプリング方法≫（中国出願番号：２００９１０１０５９４８．２）に記載されている、色空間変換により実現された画素の合併及びサブサンプリング方法を示している。 図２１は、本発明者が≪感光デバイス及びそのアクセス方法、アクセス回路≫（中国出願番号：２００９１０１０６４７７．７）に記載されている主動画素及び従動画素を同時に用いて感光画素信号を読みだすアクセス回路を示している。このような方法を用いるメリットは、感光デバイスのダイナミックレンジを最大限に拡大し、画像プレビュー時の消費電力を倍に節約することができる。このような混合アクセス回路は、敏感度の高い混合マルチスペクトル感光デバイスにおいて特に大いに用いられている。 図２２は、本発明者が≪マルチスペクトル感光デバイス≫（中国出願番号：２００９１０１０５３７２．Ｘ）に記載されている、両方向感光デバイスのタイムシェアリング方向選択の実現方式を示している。このような方式は、同様に混合マルチスペクトル感光デバイスに適用する。 図２３（a）及び（b）は、本発明者が≪マルチスペクトル感光デバイス≫（中国出願番号：２００９１０１０５３７２．Ｘ）に記載されている、両方向感光デバイスの画素方向選択の実現方式の２つの模示図である。このような方式は、同様に混合マルチスペクトル感光デバイスに適用する。 図２４は、三層の混合マルチスペクトル感光デバイスの多層感光画素の実現模示図であり、１つの化学コーティングフィルム感光画素層及び２つの半導体画素層が用いられて実現された。２つの化学コーティングフィルム感光画素層を用いて１つの半導体画素層を当該２つの化学コーティングフィルム感光画素層の間に配置することも可能である。 図２５は、≪マルチスペクトル感光デバイス及びそのサンプリング方法≫（中国出願番号：２００９１０１０５９４８．２）において当該発明の画素合併及びサブサンプリング方法を説明するためのサンプリング制御回路の模示図である。本発明においても当該新型の画素合併及びサブサンプリング方法を用いる。
図面を参照しながら、実施形態を用いて本発明を更に詳しく説明する。
本発明は、感光デバイスに係り、特に、アレイが大きくて性能がよいマルチスペクトル感光デバイスのデザイン、製造及びシステム利用に係る。本発明は、斬新な量子ドット感光膜、可能な化学コーティングフィルム感光画素技術及び優れた半導体感光チップ技術を融合して新たな混合感光デバイス及びそのシステムを発明した。また、光使用効率の理論リミットに達するまたは接近するマルチスペクトル感光デバイスを得るために、半導体（ＣＣＤ又はＣＭＯＳ）感光デバイス及び化学コーティングフィルム（例えば、量子膜）感光デバイスの長所も結合した。
本発明の実施形態においては、まず、少なくとも１つの化学コーティングフィルム感光画素と、少なくとも１つの半導体感光画素とを含む混合マルチスペクトル感光画素グループを提供する。
上述した感光画素グループは、平面混合の感光画素を形成するために、少なくとも１つの化学コーティングフィルム感光画素と少なくとも１つの半導体感光画素を同一の平面上に配置することができる。
本発明の実施形態においては、感光画素グループも同様に提供され、分層の混合感光画素を形成するために、少なくとも１つの化学コーティングフィルム感光画素と少なくとも１つの半導体感光画素を上下構造になるように配置する。なお、化学コーティングフィルム感光画素を先に記載することは、化学コーティングフィルム感光画素が前記上下構造の上方に位置するとは限らず、後述から分かるように、化学コーティングフィルム感光画素と半導体感光画素の上下関係に対する制限がなく、どちらが上方に位置するか、どちらが下方に位置するかは、必要に応じて任意に設置することができる。
また、当該明細書に記載の上下構造とは、感光画素の感光面を水平に置き、光源により上方または下方から感光面を垂直に照射する構造であることに留意されたい。明らかに、本文の上下構造は、実により広い意味を有し、即ち、例えば、感光面を垂直に置き、光源により左側または右側から、または、前側または後側から感光面を垂直に照射する場合、いわゆる上下構造は、前後構造または左右構造に等しい。要するに、上下構造に関する記述により、化学コーティングフィルム感光画素及び半導体感光画素がある方向に沿って異なる層に平行して配置される構造を定義する。後述においては、すべて上下構造を用いて化学コーティングフィルム感光画素と半導体感光画素の積層関係を説明するが、そのうちの上方、下方等に関する記述は、左側、右側、前側、後側等を用いて等価的な変更を行って説明してもよい。
上下構造の混合感光画素グループにおいては、少なくとも１つの前記化学コーティングフィルム感光画素が少なくとも１つの前記半導体感光画素の上方に配置されてもよく、少なくとも１つの前記化学コーティングフィルム感光画素が少なくとも１つの前記半導体感光画素の下方に配置されてもよい。上下位置に関する設置は、数によって異なり、様々な設置ができる。例えば、化学コーティングフィルム感光画素と半導体感光画素は、それぞれ１つであり、化学コーティングフィルム感光画素が半導体感光画素の上方または下方に配置される。または、化学コーティングフィルム感光画素と半導体感光画素は、それぞれ２つであり、２つの化学コーティングフィルム感光画素のうちの１つが２つの半導体感光画素の上方に配置され、もう１つは、２つの半導体感光画素の下方に配置され、または、２つの化学コーティングフィルム感光画素のうちの１つが２つの半導体感光画素の上方に配置され、もう１つが２つの半導体感光画素の間に配置され、または、２つの化学コーティングフィルム感光画素のうちの１つが２つの半導体感光画素の下方に配置され、もう１つが２つの半導体感光画素の間に配置される等である。
図１７に示すように、二層の混合マルチスペクトル感光画素を実現し、１つの化学コーティングフィルム感光画素と、１つの半導体感光画素とを含み、化学コーティングフィルム感光画素と半導体感光画素は、上下構造になるように配置されている。上述したように、化学コーティングフィルム感光画素は、半導体感光画素の上方または下方に配置されてもよい。シリコンのバンドギャップ（bandgap）が小さいので、半導体感光画素は、とても少ない近赤外光線しか感知することができない。よって、赤外を必要とする場合、化学コーティングフィルム感光画素は、半導体感光画素の下方（即ち、光源から遠く離れる）に位置すべきである。
より複雑の多層の混合マルチスペクトル感光画素は、上述した化学コーティングフィルム感光画素と半導体感光画素の上、下又はその間に、２つ以下の化学コーティングフィルム感光画素又は半導体感光画素を設置する。量子コーティングフィルム感光画素を用いて化学コーティングフィルム感光画素を実現する。ＣＭＯＳフォトダイオード、ＣＭＯＳ感光ゲート、ＣＣＤフォトダイオード、ＣＣＤ感光ゲート及び≪感光デバイス及びそのアクセス方法、アクセス回路≫（中国出願番号：２００９１０１０６４７７．７）に記載されている、両方向への電荷転移の機能を有するＣＭＯＳ、ＣＣＤ感光ダイオード及び感光ゲートにより半導体感光画素を実現することができる。
化学コーティングフィルム感光画素または半導体感光画素は、正面感光画素、裏面感光画素または両方向の感光画素であってもよい。例えば、半導体感光画素をＢＳＩ（backside illumination：裏面感光）構造方式にしてもよく、ＦＳＩ（frontside illumination：正面感光）構造方式にしてもよい。図１７（b）及び（ｄ）は、ＢＳＩの方式を示し、図１７（a）及び（c）は、FＳＩの方式を示している。
一方、化学コーティングフィルム感光画素または半導体感光画素が両方向の感光画素である場合、感光の方向を選択しなければならず、即ち、両方向から感光することができるが、同じ時刻において両方向からの照射を受けることができず、時刻ごとに１方向からの光源の照射を選択する必要があり、感光方向選択方式は、離隔方向選択、タイムシェアリング方向選択、区画方向選択方式または画素方向選択方式等であってもよく、即ち、マスキング膜による遮断等の方式を用いて時間ごと、エリアごと及び画素ごとの感光方向選択を実現することができる。図１８は、両方向からの照射の様子を示し、図２２は、タイムシェアリング方向選択の様子を示し、図２３は、画素方向選択の様子を示している。
混合マルチスペクトル感光画素グループにおいては、化学コーティングフィルム感光画素と半導体感光画素が紫外線、可視光線、近赤外及び遠赤外のうちの１つを含む相補スペクトルバンド又はサブスペクトルバンドをそれぞれ感知し、または紫外線、可視光線、近赤外及び遠赤外のうちの１つを含む直交スペクトルバンド又はサブスペクトルバンドをそれぞれ感知する。スペクトルまたはサブスペクトルバンドに含まれる色情報は、後で詳しく説明する。
上述した方法により、様々な混合マルチスペクトル感光画素を得る。その後、図１５、図１６、図１９、≪マルチスペクトル感光デバイス及びその製造方法≫（ＰＣＴ／ＣＮ２００７／０７１２６２）、≪マルチスペクトル感光デバイス及びその製造方法≫（中国出願番号：２００８１０２１７２７０．２）、≪マルチスペクトル感光デバイス≫（中国出願番号：２００９１０１０５３７２．X）、≪マルチスペクトル感光デバイス及びそのサンプリング方法≫（中国出願番号：２００９１０１０５９４８．２）、≪感光デバイス及びそのアクセス方法、アクセス回路≫（中国出願番号：２００９１０１０６４７７．７）等の特許出願に記載されている様々な方法を用いて混合マルチスペクトル感光デバイスを製造することができ、当該感光デバイスは、少なくとも１つの化学コーティングフィルム感光画素と、少なくとも１つの半導体感光画素とを含む。
二種類の画素の好ましい位置は、二種類の画素のスペクトル特徴及び製造上の利便性により異なる可能性がある。少なくとも１つの前記化学コーティングフィルム感光画素と少なくとも１つの前記半導体感光画素を同じ平面上に配置してなる平面混合式マルチスペクトル感光デバイスであってもよいが、後述の分層混合式マルチスペクトル感光デバイスがより幅広く使われている。例えば、１つの実施形態においては、当該感光デバイスが少なくとも２つの感光画素層を含み、少なくとも１つの前記化学コーティングフィルム感光画素が前記少なくとも２つの感光画素層のうちの１つに配置され、少なくとも１つの前記半導体感光画素が前記少なくとも２つの感光画素のうちのもう１つに配置されている。
感光画素層は、光源照射方向の感光平面にほぼ直交しており、このような感光平面には、複数の感光画素（通常、複数行複数列の画素アレイに形成する）が配置され、複数の感光画素層のうちの各感光画素層がいずれも平面混合式であり、即ち、化学コーティングフィルム感光画素を配置しているし、半導体感光画素も配置している。もう１つの場合は、同一の感光画素層に一種類の感光画素だけを配置することにより、化学コーティングフィルム感光画素層または半導体感光画素層を形成する。
類似的に、１つの化学コーティングフィルム感光画素層は、１つの半導体感光画素層の上方または下方に配置することができる。１つの感光デバイスは、１つ以上の化学コーティングフィルム感光画素層または半導体感光画素層を含むことができる。また、化学コーティングフィルム感光画素層と半導体感光画素層は異なる色の光に対する感度感知が同じではないので、異なる種類の感光画素層（化学コーティングフィルム感光画素層または半導体感光画素層）に異なる数の画素を配置する可能性があり、よって、化学コーティングフィルム感光画素層の画素の配置位置が半導体感光画素層の画素の配置位置に必ずしも対応するわけではない。従って、化学コーティングフィルム感光画素層のある画素位置に対応する半導体感光画素層の位置（即ち、化学コーティングフィルム感光画素層の当該画素位置から透過した光が半導体感光画素層の位置に照射する）には、画素が配置されていない可能性があり、即ち、両者が対応しない。一方、画素が配置されている場合、当該化学コーティングフィルム感光画素層の画素配置位置が、当該半導体感光画素層の画素配置位置に対応しているとみなされる。
実施形態においては、感光デバイスの同じ位置且つ違う層にある感光画素は、紫外線、可視光線、近赤外及び遠赤外のうちの１つを含む相補スペクトルバンド又はサブスペクトルバンドをそれぞれ感知し、または、紫外線、可視光線、近赤外及び遠赤外のうちの１つを含む直交スペクトルバンド又はサブスペクトルバンドをそれぞれ感知する。そのうち、相補スペクトルバンド又はサブスペクトルバンドは、紫外スペクトルと、（藍）色スペクトルと、緑色スペクトルと、赤色スペクトルと、近赤外スペクトルと、遠赤外スペクトルと、青色スペクトルと、黄色スペクトルと、白色スペクトルと、近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、赤色スペクトル＋近赤外スペクトルと、赤色スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、黄色スペクトル＋近赤外スペクトルと、黄色スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、可視スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトル＋近赤外スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルとを含む。
直交スペクトルバンドまたはサブスペクトルバンドは、紫外スペクトルと、藍色スペクトルと、緑色スペクトルと、赤色スペクトルと、近赤外スペクトルと、遠赤外スペクトルと、青色スペクトルと、黄色スペクトルと、白色スペクトルと、近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、赤色スペクトル＋近赤外スペクトルと、赤スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、黄色スペクトル＋近赤外スペクトルと、黄色スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、可視スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトル＋近赤外スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルとを含む。
実施形態においては、前記混合マルチスペクトル感光デバイスのうちの少なくとも一層が２つの異なるスペクトル（即ち、無線周波数）バンドを感知する。各感光画素層は、その画素アレイの色配列が同一配列（画素アレイにおける画素の色が同じである）と、水平配列（画素アレイにおける同じ行の画素の色が同じである）と、垂直配列（画素アレイにおける同じ列の画素の色が同じである）と、対角配列（画素アレイにおける同じ対角線の画素の色が同じである）と、広義ベイズ配列（画素アレイにおける一本の対角線の画素の色が同じであり、もう一本の対角線の画素の色が異なる）と、ＹＵＶ４２２配列と、横向ＹＵＶ４２２配列と、ハチの巣配列と、均等分布配列（４つの画素が均等に交錯して等距離で配列する）とを含む。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、少なくとも１つの前記化学コーティングフィルム感光画素または少なくとも１つの前記半導体感光画素が正面感光画素、裏面感光画素または両方向感光画素である。即ち、当該混合マルチスペクトル感光デバイスは、正面照射、裏面照射または両方向照射に用いることができる。図１８、２２、２３（ｂ）は、両方向照射を示している。
前記化学コーティングフィルム感光画素または半導体感光画素が両方向感光画素である場合、即ち、混合マルチスペクトル感光デバイスが両方向照射に用いられる時、その感光方向選択方式は、離隔方向選択、タイムシェアリング方向選択、区画方向選択方式または画素方向選択方式である。例えば、タイムシェアリング方向選択の方式は、図２２に示すように、シャッターボタンによりタイムシェアリング感光を行い、画素方向選択の方式は、図２３（a）に示すように、遮蔽方式により画素方向選択を行う。
感光デバイスの化学コーティングフィルム感光画素層と半導体感光画素層は、１つの基板上に配置してもよく、異なる基板上に配置してもよく、例えば、化学コーティングフィルム感光画素層を１つの基板上に配置し、半導体感光画素層をもう１つの基板上に配置する。
本明細書の技術用語「配置」または「設置」とは、基板上に置くという意味以外、基板上に化学コーティングフィルム感光画素層又は半導体感光画素層を形成する様々な製造工程も含まれていることに留意されたい。例えば、基板は、１つのＮ型シリコン結晶体基板であり、当該基板の１つの面の１つの画素位置に対して、色の濃さに対する要求に応じて当該画素位置の表面から基板内部のある程度の深さまでＰ型不純物を注入して１つのＰ型不純物層が形成され、当該Ｐ型不純物層が１つの半導体画素になり、当該Ｐ型不純物層のある程度の深さまでＮ型不純物を注入すると、Ｐ型不純物層の中のＮ型不純物層が形成され、当該Ｎ型不純物層がもう１つの半導体感光画素（前の１つのＰ型不純物層の半導体感光画素と異なる感光画素層にあるが、画素位置が対応している）になる。≪マルチスペクトル感光デバイス及びその製造方法≫（ＰＣＴ／ＣＮ２００７／０７１２６２）に記載の方法を用いて３９０ｎｍ近傍、５００ｎｍ近傍、６１０ｎｍ近傍及び７６０ｎｍ近傍に分層線を設置することによって、任意の一本の分層線の上下の対応点画素は、相補または直交のスペクトルを感知することができる。図６は、分層線を設置する１つの例を示しており、即ち、異なる深さまで不純物を注入することにより、異なる色を形成する。基板の当該面に対して化学コーティングフィルム溶液による塗布加工を行うと、化学コーティングフィルム感光画素層を形成することができる。なお、製造または加工工程の多様性により、本明細書においては、すべて「配置」または「設置」を用いて説明する。
上述した二層の半導体感光画素が異なる深さに配置されるので、基板の１つの表面の同じ画素位置において少なくとも２つのスペクトルを感知することができる。よって、当該表面における画素の配列がより多様化になり、より多くの画素配置ができるので、感光デバイスの敏感性、解像度及びダイナミックレンジを大幅に高めることができる。
上述した半導体基板のある面に対する異なる深さまでの注入加工は、同じ位置に多くても二層の感光画素を配置することができる。その理由としては、同じ位置に三層を配置する場合、加工の難度が大きくなり、しかも配線時においても、各層間のリードを互いに離隔する必要があるので、３層のリードによる配線上の困難が生じてしまう。しかしながら、本発明は、同じ面に多くても二層の上述した半導体感光画素層を配置し、しかも平面上の画素デザインの配列と結合してカラーを再構築することができるので、より良いカラー感光性能を実現することができる。同じ面のある深さまで注入する注入方式により多くても２つの半導体感光画素層を配置するので、立体加工工程の難度が明らかに低下し、配線しやすくなる。
１つの実施形態においては、片面感光デバイス又は両面感光デバイスを形成するように、基板の片面または両面に対する加工工程を用いてもよい。両面感光デバイスを形成するようにある深さまで注入する注入加工においては、２つの半導体感光画素層のうちの１つが基板の頂面に配置され、もう１つが基板の底面に配置されるという両面配置方式を採用すれば、各面に対する加工は、いずれも平面加工工程になり、一面において１つの感光画素層の平面加工を行った後に基板をひっくり返し、他の一面に対して同様に平面加工工程を行うことにより、もう１つの感光画素層の加工を完成する。よって、加工工程が従来の片面単層感光デバイスの加工工程に類似し、上述した同じ面に対する二層の注入を行う立体加工に比べてより簡単になる。一方、光照射の方向に沿って基板のある位置に多層の感光画素を配置することができ、後述においては、基板の両面を頂面及び底面と称し、上述したように、当該記述は、同様に基板を水平に置き、光源を上方または下方から垂直に入射することを基準とするが、他の方式で基板を置く場合、等価的な記述が左側面及び右側面、または、前側面及び後側面を含むことは、当業者にとって容易に理解できる。
化学コーティングフィルム感光画素層と半導体感光画素層の混合は、二層又は多層の感光デバイスの性能を更に高めると同時に、二層又は多層の感光デバイスに対する加工の難度を大幅に低減した。その加工の便利さは、純粋の二層又は多層の化学コーティングフィルム感光デバイス又は純粋の二層又は多層の半導体感光デバイスに比べられない。
片面又は両面及び同じ画素位置の多層配置と結合して様々な感光デバイスを形成することができる。例えば、片面二層感光デバイスと、両面二層感光デバイスと、両面三層感光デバイスと、両面四層感光デバイスとを含み、前記片面二層感光デバイスが１つの化学コーティングフィルム感光画素層と、１つの半導体感光画素層とを含み、前記化学コーティングフィルム感光画素層と前記半導体感光層が前記基板の頂面又は底面に配置される。前記両面二層感光デバイスは、１つの化学コーティングフィルム感光画素層と、１つの半導体感光画素層とを含み、前記化学コーティングフィルム感光画素層が前記基板の頂面または底面に配置され、前記半導体感光画素層が前記基板の底面または頂面に配置される。前記両面三層感光デバイスは、１つの化学コーティングフィルム感光画素層と、２つの半導体感光画素層とを含み、前記化学コーティングフィルム感光画素層が前記基板の頂面または底面に配置され、前記２つの半導体感光画素層が前記基板の底面または頂面に配置され、または、前記２つの半導体感光画素層のうちの１つが前記基板の頂面に配置され、もう１つが前記基板の底面に配置される。両面四層感光デバイスは、２つの化学コーティングフィルム感光画素層と、２つの半導体感光画素層とを含み、前記２つの半導体感光画素層が前記基板の底面または頂面に配置され、前記２つの化学コーティングフィルム感光画素層のうちの１つが頂面の上方に配置され、もう１つが底面の下方に配置され、または、前記２つの化学コーティングフィルム感光画素層が前記基板の頂面又は底面に配置され、前記２つの半導体感光画素層のうちの１つが頂面の上方に配置され、もう１つが底面の下方に配置される等である。
図２４は、三層混合マルチスペクトル感光デバイスの三層感光画素の実現方法を示しており、そのうち、２４（a）、２４（ｂ）は、両面三層感光デバイスであり、２４（ｃ）、２４（ｄ）は、片面三層デバイスであり、１つの化学コーティングフィルム感光画素層と２つの半導体感光画素層により実現する。類似的には、２つの化学コーティングフィルム感光画素層と１つの半導体感光画素層とを用いて半導体感光画素層を間に設置してもよい。当該図面を参照して四層の混合マルチスペクトル感光デバイスを実現することができる。
光源により近い感光画素は、波長がより短い光を感知するように設置することができ、即ち、図９に示すように、波長がより短い光を感知する感光画素層は、光源により近い感光画素層である。
例えば、光源は、上方から照射すると、青色感光画素層、緑色感光画素層、赤色感知画素層、赤外画素感光画素層を基板の上から下まで順次設置する。１つの実現方法は、次の通りである：三層の半導体感光画素層を設置し、基板のある一面を一層とし、もう一面を二層とする方式により、三層の半導体感光画素層を基板上に配置して可視光線に属する青、緑、赤という三色をそれぞれ感知する。基板の底面の下方には、一層の化学コーティングフィルム感光画素層を配置して赤外を感知する。即ち、両面四層感光デバイスを形成する。このように、異なる層の間の画素の感知スペクトルをデザインすることにより、２つずつ直交させ、すべての層の画素の感知スペクトルの総和が興味のあるスペクトルを包括すると、入射光のエネルギーを最大限に使用することができるが、加工の難度が殆ど増えない。
多くの応用においては、化学コーティングフィルム感光画素層または半導体感光画素層の正面、裏面又は両面にいかなるフィルターリング膜を塗布しない。しかしながら、ある応用においては、例えば、色還元に対する要求が高い専門のカメラ又はビデオカメラにおいては、実施形態にフィルターリング膜が用いられている。フィルターリング膜は、光源に最も近い感光画素層に配置され、又は、光源に最も遠い感光画素層に配置され、又は、２つの感光画素層の間に配置され、又は、光源に最も近い感光画素層及び光源に最も遠い感光画素層に配置され、即ち、化学コーティングフィルム感光画素層または半導体感光画素層の正面、裏面又は両面に特別のフィルターリング膜が塗布されている。フィルターリング膜の周波数選択特性は、赤外遮断濾波、藍色バンドパス、緑色バンドパス、赤色バンドパス、青色バンドパス、黄色バンドパス、マゼンタ色バンドパス、青色＋赤外色バンドパス、黄色＋赤外色バンドパス、マゼンタ色＋赤外色バンドパス又は可視光線バンドパスを含む。フィルターリング膜の使用については、少数の画素の敏感度を犠牲することにより、必要としないスペクトルの影響を取り除き、上下左右にある画素の間の干渉を減らし、または、直交性がより良い３原色またはより純粋な補色信号を得る。
実施形態においては、前記混合マルチスペクトル感光デバイスの多層の感光画素層の隣り合う二層がそれぞれ各自のアクセス回路を使用する。
実施形態においては、前記混合マルチスペクトル感光デバイスの多層の感光画素層の隣り合う二層がそのうちの一層に配置されるアクセス回路を共用する。
実施形態においては、前記混合マルチスペクトル感光デバイスのアクセス回路を半導体感知画素層にまたは独立したアクセス回路層に設置する。
前記混合マルチスペクトル感光デバイスのアクセス回路の実施形態は、≪マルチスペクトル感光デバイス及びそのサンプリング方法≫（中国出願番号：２００９１０１０５９４８．２）と≪感光デバイス及びそのアクセス方法、アクセス回路≫（中国出願番号：２００９１０１０６４７７．７）に記載の画素アクセス及びサブサンプリング方法を含む。
実施形態においては、前記混合マルチスペクトル感光デバイスの信号アクセス回路に主動画素アクセス回路、従動画素アクセス回路又は主動画素と従動画素の混合アクセス回路を用いる。図２１は、主動画素と従動画素の混合アクセス回路を示している。
前記主動画素は、３Ｔ、４Ｔ、５Ｔまたは６Ｔの主動画素を含む。図７及び図８は、それぞれ３Ｔ及び４Ｔの主動画素構造を示している。
前記アクセス回路の共用方式は、シェアードナッシング方式、単層または上下層４点共用方式、単層又は上下層６点共用方式、単層又は上下層８点共用方式、または単層又は上下層任意点共用方式である。図１１、図１２、図１３及び図１４は、４点共用方式、６点共用方式、８点共用方式及び任意点共用方式を示している。
実施形態においては、混合マルチスペクトル感光デバイスの前記アクセス回路がそれぞれの感光画素層の画素アレイにおける隣り合う同行異列、異行同列または異行異列の画素に対して２つずつ合併サンプリングを行うことにより、第一の合併画素のサンプリングデータを得るための第一の合併手段と、第一の合併手段により得られた第一の合併画素のサンプリングデータに対して合併サンプリングを行うことにより、第二の合併画素のサンプリングデータを得るための第二の合併手段とを含む。
実施形態においては、前記アクセス回路が第二の合併手段により得られた第二の合併画素のサンプリングデータに対して合併サンプリングを行うことによって、第三の合併画素のサンプリングデータを得るための第三の合併手段を更に含む。
本発明のもう１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、前記第一の合併手段または第二の合併手段の画素合併方式が同じまたは異なる色の画素間の電荷相加方式または異なる色の画素間の信号平均方式であり、そのうち、異なる色の画素間の画素合併方式が色空間変換の方式に従うことによって、カラー再構築の要求を満たす。
上述した第一の合併画素と第二の合併画素は、少なくともサブサンプリングを２つの過程に分ける処理により形成し、即ち、第一の合併サンプリング過程及び第二の合併サンプリング過程である。第一の合併サンプリング過程及び第二の合併サンプリング過程は、通常画素の行（合併）サンプリング及び列（合併）サンプリングの間に発生し、主に模擬信号に対して行い、電荷相加は、通常第一の合併サンプリング過程において行う以外、他の順番及び内容は、通常交換してもよい。また、第三の合併サンプリング過程を更に含んでもよく、第三の合併サンプリング過程は、係数転換の後にあり、主にデジタル信号に対して行う。
第一の合併サンプリング過程においては、画素アレイの中の２つの隣り合う画素を選択して合併する。これにより、隣り合う画素の合併を完成し、合併後の画素を第一の合併画素と称し、第一の合併画素と称するのは、本発明を記載しやすくするためであり、当該概念を用いて第一の合併過程後の画素を指し、物理上、画素のアレイに１つの「第一の合併画素」が存在するという意味ではない。２つの隣り合う画素に対して合併サンプリングを行った後のデータを第一の合併画素のサンプリングデータと称する。隣り合うとは、２つの画素間を水平、垂直または対角方向から見て密着しており、他の画素が２つの画素間に存在しないことを意味する。隣り合うことは、同行異列、異行同列又は異行異列を含む。一般的には、このような合併においては、信号が少なくとも２つの画素の信号平均であるが、騒音が√Ｎに下がるので、合併後、信号対騒音比を少なくとも√Ｎ倍に上げることができ、しかもこのような合併は、同じまたは異なる色の画素間に行うことができる。一方、合併する２つの色が異なってもよく、即ち、色の相加又は平均であるので、色の３原色の原理から分かるように、二種類の原色の相加は、他の１つの原色の補色であり、即ち、２つの異なる原色の画素合併から他の１つの原色の補色を生成し、原色空間から補色空間への変換においては、色空間変換だけが生じ、依然としては異なる補色によりカラーの再構築を完成することができる。このような方式により、異なる色の画素合併を実現して信号対雑音比を高めると同時に、カラーの再構築を行うこともできる。サブサンプリング過程全体もこれにより最適化され、データ量の大きい画素アレイの高速需要により適用することができる。カラー空間変換の１つの基本的な要求は、変換後の色の組み合わせにより、必要とするＲＧＢ（又はＹＵＶ又はＣＹＭＫ）色を再構築することができる（補間等の手段により）。
通常、画素アレイが複数の画素を含み、第一の合併サンプリングが２つの画素だけを合併するので、明らかに、合併により形成された第一の合併画素も複数である。異なる第一の合併画素に対しては、用いられる色合併方式が同じであってもよく、違ってもよい。第一の合併のすべてが同じ色の間に行われる場合、同色合併方式と称し、第一の合併のすべてが異なる色の間に行われる場合、異色合併方式と称し、第一の合併の一部が同じ色の間に行われ、一部が異なる色の間に行われる場合、混雑合併方式と称する。画素アレイの中の一部の余計な色を放棄する場合（放棄を選択的に行うことはいうまでもなく、例えば、放棄によりカラーの再構築に影響を与えてはいけない）、このような色合併方式を余計色選択的放棄方式と称する。
明らかに、第二の合併過程においては、複数の第一の合併画素に対する操作を行い、同様に、同じ色の第一の合併画素を合併してもよく、違う色の第一の合併画素を合併してもよい（勿論、このような場合、３原色を足してカラーの再構築ができないことを招いてしまう可能性がある）。
上述した同色合併、異色合併、混雑合併等の方式は、合併サンプリングに対して色に基づく分類を行う。また、合併サンプリングの位置決めから、第一の合併過程及び第二の合併過程の合併サンプリング方式は、バスに直接に出力する信号自動平均方式と、行スキップまたは列スキップ方式と、逐次サンプリング方式と、これらの方式のうちの２つ又は３つを同時に用いる方式とを含む。電荷相加は、通常第一の合併サンプリング過程のみにおいて行う以外、第一の合併過程及び第二の合併過程は、順番だけが異なり、他の方式がすべて同じで、交換可能である。
いわゆるバスに直接に出力する信号自動平均方式では、合併をしようとする信号（同じ色又は異なる色）を同時にデータ採取バスに出力し、（電圧）信号の自動バランスにより、合併をしようとする信号の平均値を得る。いわゆる行スキップまたは列スキップは、いくつかの行又は列をスキップすることにより、データ量を減少して（合併）サンプリングを実現する。いわゆる逐次サンプリング方式では、実際的にいかなる合併を行わず、もとの画素又は第一の合併画素を順次読み取る方式である。この３つの方式は、同時に使うものがあり、例えば、行スキップ又は列スキップ方式は、バスに直接に出力する信号自動平均方式又は逐次サンプリング方式と同時に使用することができる。
第三の合併サンプリング過程のサブサンプリング方式は、色空間変換方式と、後置デジタル画像スケーリング方式と、この２つの方式の順次使用方式とを含む。第一及び第二の合併過程は、主に模擬信号に対して行うが、第三のサブサンプリング過程は、主にデジタル信号に対して行い、即ち、模擬信号からデジタル信号への変換後に行う。通常、異なる空間位置にある３つまたは４つの色画素を同一点の値として他の色空間に変換すると、水平及び（又は）垂直の方向におけるデータの低減を実現し、サブサンプリングの効果を得ることができる。デジタル画像スケーリング方式は、最もよく使われるサブサンプリング方式である。
合併サンプリング時、電荷相加を実現することができる。従来の合併サンプリングは、殆ど電圧又は電流信号の平均しかできず、このような方式では、Ｎ点を合併する時に多くても信号対雑音比を√Ｎに高めることができる。その理由としては、従来の合併サンプリングにおいては、すべて同じ色のＮ個の画素が一本の出力リードを共用する方式を用いて合併サンプリングを行い、当該出力リードにおいては、各画素の電圧又は電流信号に対して（自動的に）平均をするので、その信号対雑音比が騒音の合併後に√Ｎに下がり、よって、多くても信号対雑音比が√Ｎに高まる。本発明の電荷相加方式を用いれば、例えば、コンデンサーに蓄える電荷を読み取ることで電荷の蓄積を実現するので、信号の重ね合せができ、信号対雑音比を少なくともＮ倍と高めることができ、信号を平均する方法より少なくとも√Ｎ倍と高い。即ち、電荷相加の方式によりＮ個の信号を合併すると、理論上、最大Ｎ２個の信号を平均する効果又はより良い効果（後述に示すように）を得ることができるが、これは、信号対雑音比を高めるために非常に有効的な手段である。
隣り合う画素の相加は、もう１つの顕著な効果をもたらしており、即ち、画素間の干渉効果が弱まる。その理由としては、本来互いに干渉する色が現在合法的な一体になり、つまり、元々騒音の一部に属する信号が現在有効的な信号になったので、Ｎ個の信号の電荷相加は、信号対雑音比の改良をもたらし、理論上の上限に近づき、即ち、Ｎ√Ｎ倍であるので、Ｎ３個の信号を平均する効果に相当する。
フルチャートサンプリング（一枚の画像に対して最高の解像度でサンプリングを行う）の場合、順次走査、インターレース又はインターバンクアクセスの方式を用い、クロックスピードを高めたり、フレームバッフアを用いたりする必要がなく、大きいアレイの画像のフルチャート読み取りフレーム率は、一枚の写真を撮る時に倍増することができる。ＡＤコンバーターと行レジスタを増やすと、フルチャート読み取りフレーム率を更に大幅に高めることができる。この方法は、シャッターを省くことに非常に重要な意味がある。
本発明の順次走査、インターレース又はインターバンクアクセスの方式は、伝統的なテレビシステムのフィールド走査方式（interleaved scanning）と異なる。伝統的なフィールド走査方式は、インターレース走査、インターレースアクセスであるので、奇数フィールド及び偶数フィールド（感光またはアクセスを問わず）は、時間上において１フィールドの差があり、即ち、１フレームの半分の差がある。本発明の順次走査、インターレース又はインターバンクアクセスの方式は、画素が感光時間の順番において順次走査、順次アクセス方式とまったく同じであるが、行のアクセス順番のみが違う。詳細は、≪マルチスペクトル感光デバイス及びそのサンプリング方法≫（中国出願番号：２００９１０１０５９４８．２）と≪感光デバイス及びそのアクセス方法、アクセス回路≫（中国出願番号：２００９１０１０６４７７．７）を参照してください。
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、前記色空間変換がＲＧＢからＣｙＹｅＭｇＸ空間への変換、ＲＧＢからＹＵＶ空間への変換またはＣｙＹｅＭｇＸからＹＵＶ空間への変換を含み、Ｘは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）またはＢ（藍）である。
実施形態においては、前記電荷相加方式は、画素を直接に並列するまたは電荷を同時にアクセスコンデンサー（ＦＤ）に移動することによって完成する。
上述したように、混合マルチスペクトル感光デバイスにおいては、第一の合併手段または第二の合併手段の色に基づく合併サンプリング方式が、同色合併方式、異色合併方式、混雑合併方式または余計色選択的放棄合併方式を含み、且つ第一の合併手段と第二の合併手段に用いられる合併サンプリング方式が異なる場合、同色合併方式であり、即ち、２つの合併手段のうちの少なくとも１つの合併手段が同色合併方式を用いない。
上述したように、第一の合併手段又は第二の合併手段の位置に基づく合併サンプリング方法は、バスに直接に出力する信号自動平均方式、行スキップまたは列スキップ及び逐次サンプリング方式のうちのいずれか１つを含む。即ち、当該いくつかの位置に基づく合併サンプリング方式は、単独で用いてもよく、組み合わせて用いてもよい。
上述したように、前記混合マルチスペクトル感光デバイスにおいては、色空間変換方式及び後置デジタル画像ズーミング方式のうちの少なくとも１つにより前記第三の合併サンプリング手段の合併サンプリング方式を実現する。
図１９は、異色画素電荷合併の方式を示している。
図２５に示す行アドレスデコードコントローラ及び列アドレスデコードコントローラにより、上述したサブサンプリング機能を実現する。行アドレスデコードコントローラは、二種類の信号を出力し、行選択信号Ｒｏｗ[i]（各行には、一本のラインがある）及び行制御ベクトル信号ＲＳ[i]（各行には、一本又は複数本のライン）であり、そのうち、iは行のラベルである。類似的には、列アドレスデコードコントローラは、二種類の信号を出力し、列選択信号Ｃｏｌ[ｊ]（各列には、一本のラインがある）及び列制御ベクトル信号Ｔ[ｊ]（各列には、一本又は複数本のラインがある）であり、そのうち、ｊは列のラベルである。
行選択信号Ｒｏｗ[i]は、行の選択に用いられるが、列選択信号Ｃｏｌ[ｊ]は、列の選択に用いられる。これは、相対標準的な２組の信号である。行制御ベクトル信号ＲＳ[i]は、従来のＣＭＯＳ行制御信号の広がり（各行には、一本のラインから複数本のラインへの広がり）であるが、列制御ベクトル信号Ｔ[ｊ]は、有しないＣＭＯＳ感光デバイスがあり、有しても、一列に１つしかない。
ＲＳ[i]及びＴ[ｊ]は、感光画素の初期化、リセット、感光時間の制御、電荷転移、画素合併及び画素アクセスを制御するのに用いられる。行列の対称性により、ＲＳ[i]及びＴ[ｊ]の具体的な実現方式は、沢山ある。これらの信号の具体的な実現方式に関する制限は特にない。
上述したように、前記マルチスペクトル感光デバイスのフルチャートサンプリング方式は、順次走査と、順次アクセス方式又は順次走査と、インターレース又はインターバンクアクセス方式とを含む。
実施形態においては、少なくとも１つの混合マルチスペクトル感光デバイスを含む感光システムも作る。
前記感光システムは、正面、裏面又は両方向の画像を得るのに用いられる。
前記感光システムは、デジタルカメラと、撮影機能付き携帯電話と、ビデオカメラと、ビデオ又は撮影監視制御システムと、画像識別システムと、医学画像システムと、軍用、消防及び地下画像システムと、自動追跡システムと、立体映像システムと、機器視覚システムと、車視覚又は補助運転システムと、コンピュータゲームシステムと、インターネットカメラと、赤外及び暗視システムと、マルチスペクトル撮像システムと、コンピュータカメラとを含む。
本発明のこのような混合マルチスペクトル感光デバイスは、沢山のカラー信号及びスペクトル信号を同時に得ることができ、例えば、両面四層感光デバイスにおいては、基板の頂面及び底面にそれぞれ１つの半導体感光画素層が配置され、そのうち、頂面は、藍光、緑光又は青光を感知し、底面は、赤色光、黄光又は緑光を感知する。その後、頂面の半導体感光画素層の上に赤外光を感知する１つの化学コーティングフィルム感光画素層を配置し、底面の半導体感光画素層の下に赤外光を感知する１つの化学コーティングフィルム感光画素層を配置すると、入射光のエネルギーを最大限に利用することができ、カラーを得ると同時に、すべてのスペクトルの情報を得ることもできるので、異なる感光材料の特徴を生かすことができる。このような両面四層マルチスペクトル感光デバイスは、製造の難度が両面二層のマルチスペクトル半導体感光デバイスとあまり変わらない。本発明者が以前発明した改良サンプリングと電荷合併及び色変換を顕著的な特徴とするサブサンプリング回路及び方法を用いると、感光デバイス及びシステムの複雑度をより大幅に下げることができるので、様々な応用に巨大な便利さ及び優れた性能を供給することができる。
このような混合マルチスペクトル感光デバイスは、正面感光、裏面感光又は両方向感光に用いられる。各層の感光デバイスの画素感光スペクトルバンド及び各層のカラーパータンを合理的に配置することにより、様々な好ましいマルチスペクトル感光デバイスを形成することができる。例えば、敏感度の高い色感光デバイス、敏感度の高いカラー及び赤外感光デバイス、雑色なしで（雑色は、補間により生じる）敏感度の高いカラー又はマルチスペクトル感光デバイス等である。
主動画素及び従動画素へのアクセスを結合する手段を用いると、消費電力が非常に低く、ダイナミックレンジが非常に高い感光デバイスを得ることができる。
上述した内容は、具体的な実施形態を用いて本発明を更に詳しく説明したが、本発明は、これらの実施形態に限られるものではない。本発明の主旨から逸脱しない限り、様々な変形や取り替えは、全て本発明の特許請求の範囲内に含まれるとみなされる。

Claims (40)

  1. 少なくとも１つの化学コーティングフィルム感光画素と、少なくとも１つの半導体感光画素とを備えることを特徴とする混合マルチスペクトル感光画素グループ。
  2. 少なくとも１つの前記化学コーティングフィルム感光画素と少なくとも１つの前記半導体感光画素は、同一の平面上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の混合マルチスペクトル感光画素グループ。
  3. 少なくとも１つの前記化学コーティングフィルム感光画素と少なくとも１つの前記半導体感光画素は、上下構造になるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の混合マルチスペクトル感光画素グループ。
  4. 少なくとも１つの前記化学コーティングフィルム感光画素は、少なくとも１つの前記半導体感光画素の上方に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の混合マルチスペクトル感光画素グループ。
  5. 少なくとも１つの前記化学コーティングフィルム感光画素は、少なくとも１つの前記半導体感光画素の下方に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の混合マルチスペクトル感光画素グループ。
  6. 前記化学コーティングフィルム感光画素と半導体感光画素は、それぞれ１つであり、前記化学コーティングフィルム感光画素は、前記半導体感光画素の上方または下方に配置され、または、
    前記化学コーティングフィルム感光画素は、２つであり、前記半導体感光画素は、１つであり、前記半導体感光画素は、前記２つの化学コーティングフィルム感光画素の上方、その間、または下方に配置され、または、
    前記半導体感光画素は、２つであり、前記化学コーティングフィルム感光画素は、１つであり、前記化学コーティングフィルム感光画素は、前記２つの半導体感光画素の上方、その間、または下方に配置され、または、
    前記化学コーティングフィルム感光画素と前記半導体感光画素は、それぞれ２つであり、前記２つの化学コーティングフィルム感光画素のうちの１つは、前記２つの半導体感光画素の上方に配置され、もう１つは、前記２つの半導体感光画素の下方に配置され、または、前記２つの化学コーティングフィルム感光画素のうちの１つは、前記２つの半導体感光画素の上方に配置され、もう１つは、前記２つの半導体感光画素の間に配置され、または、前記２つの化学コーティングフィルム感光画素のうちの１つは、前記２つの半導体感光画素の下方に配置され、もう１つは、前記２つの半導体感光画素の間に配置され、または、
    前記化学コーティングフィルム感光画素は、１つであり、前記半導体感光画素は、３つであり、前記化学コーティングフィルム感光画素は、前記３つの半導体感光画素の上方または下方に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の混合マルチスペクトル感光画素グループ。
  7. 少なくとも１つの前記化学コーティングフィルム感光画素または少なくとも１つの前記半導体感光画素は、正面感光画素、裏面感光画素または両方向感光画素であることを特徴とする請求項６に記載の混合マルチスペクトル感光画素グループ。
  8. 前記化学コーティングフィルム感光画素または前記半導体感光画素が両方向感光画素である場合、その感光方向選択方式は、離隔方向選択方式、タイムシェアリング方向選択方式、区画方向選択方式または画素方向選択方式であることを特徴とする請求項７に記載の混合マルチスペクトル感光画素グループ。
  9. 前記化学コーティングフィルム感光画素と半導体感光画素は、紫外線、可視光線、近赤外及び遠赤外のうちの１つを含む相補スペクトルバンド又はサブスペクトルバンドをそれぞれ感知し、または、前記化学コーティングフィルム感光画素と半導体感光画素は、紫外線、可視光線、近赤外及び遠赤外のうちの１つを含む直交スペクトルバンド又はサブスペクトルバンドをそれぞれ感知することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の混合マルチスペクトル感光画素グループ。
  10. 少なくとも１つの化学コーティングフィルム感光画素と、少なくとも１つの半導体感光画素とを含むことを特徴とする混合マルチスペクトル感光デバイス。
  11. 少なくとも１つの前記化学コーティングフィルム感光画素と少なくとも１つの前記半導体感光画素は、同一の平面上に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の混合マルチスペクトル感光デバイス。
  12. 少なくとも２つの感光画素層を含み、少なくとも１つの前記化学コーティングフィルム感光画素は、前記少なくとも２つの感光画素層のうちの１つに配置され、少なくとも１つの前記半導体感光画素は、前記少なくとも２つの感光画素のうちのもう１つに配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の混合マルチスペクトル感光デバイス。
  13. 前記感光画素層には、１つの化学コーティングフィルム感光画素層と、１つの半導体感光画素層とを少なくとも含むことを特徴とする請求項１２に記載の混合マルチスペクトル感光デバイス。
  14. 少なくとも１つの前記化学コーティングフィルム感光画素層は、少なくとも１つの前記半導体感光画素層の上方に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の混合マルチスペクトル感光デバイス。
  15. 少なくとも１つの前記化学コーティングフィルム感光画素層は、少なくとも１つの前記半導体感光画素層の下方に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の混合マルチスペクトル感光デバイス。
  16. 少なくとも１つの前記化学コーティングフィルム感光画素層の画素の配置位置は、少なくとも１つの前記半導体感光画素層の画素の配置位置に対応していることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の混合マルチスペクトル感光デバイス。
  17. 同一の位置且つ異なる層にある感光画素は、紫外線、可視光線、近赤外及び遠赤外のうちの１つを含む相補スペクトルバンド又はサブスペクトルバンドをそれぞれ感知し、または、紫外線、可視光線、近赤外及び遠赤外のうちの１つを含む直交スペクトルバンド又はサブスペクトルバンドをそれぞれ感知することを特徴とする請求項１６に記載の混合マルチスペクトル感光デバイス。
  18. 前記相補スペクトルバンドまたはサブスペクトルバンドは、紫外スペクトルと、藍色スペクトルと、緑色スペクトルと、赤色スペクトルと、近赤外スペクトルと、遠赤外スペクトルと、青色スペクトルと、黄色スペクトルと、白色スペクトルと、近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、赤色スペクトル＋近赤外スペクトルと、赤スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、黄色スペクトル＋近赤外スペクトルと、黄色スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、可視スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトル＋近赤外スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルとを含み、
    前記直交スペクトルバンドまたはサブスペクトルバンドは、紫外スペクトルと、藍色スペクトルと、緑色スペクトルと、赤色スペクトルと、近赤外スペクトルと、遠赤外スペクトルと、青色スペクトルと、黄色スペクトルと、白色スペクトルと、近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、赤色スペクトル＋近赤外スペクトルと、赤スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、黄色スペクトル＋近赤外スペクトルと、黄色スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、可視スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトル＋近赤外スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルとを含むことを特徴とする請求項１７に記載の混合マルチスペクトル感光デバイス。
  19. それぞれの感光画素層における色配列は、同一配列と、水平配列と、垂直配列と、対角配列と、広義ベイズ配列と、ＹＵＶ４２２配列と、横向ＹＵＶ４２２配列と、ハチの巣配列と、均等分布配列とを含むことを特徴とする請求項１３〜１８のいずれか１項に記載の混合マルチスペクトル感光デバイス。
  20. 少なくとも１つの前記化学コーティングフィルム感光画素または少なくとも１つの前記半導体感光画素は、正面感光画素、裏面感光画素または両方向感光画素であることを特徴とする請求項１０〜１９のいずれか１項に記載の混合マルチスペクトル感光デバイス。
  21. 前記化学コーティングフィルム感光画素または半導体感光画素が両方向感光画素である場合、その感光方向選択方式は、離隔方向選択方式、タイムシェアリング方向選択方式、区画方向選択方式または画素方向選択方式であることを特徴とする請求項２０に記載の混合マルチスペクトル感光デバイス。
  22. 少なくとも１つの前記化学コーティングフィルム感光画素層と少なくとも１つの前記半導体感光画素層は、１つの基板上に設置され、
    前記感光デバイスは、片面二層感光デバイスであり、１つの化学コーティングフィルム感光画素層と、１つの半導体感光画素層とを含み、前記化学コーティングフィルム感光画素層及び前記半導体感光画素層は、前記基板の頂面または底面に配置され、または、
    前記感光デバイスは、両面二層感光デバイスであり、１つの化学コーティングフィルム感光画素層と、１つの半導体感光画素層とを含み、前記化学コーティングフィルム感光画素層は、前記基板の頂面または底面に配置され、前記半導体感光画素層は、前記基板の底面または頂面に配置され、または、
    前記感光デバイスは、片面三層感光デバイスであり、１つの化学コーティングフィルム感光画素層と、２つの半導体感光画素層とを含み、前記化学コーティングフィルム感光画素層と前記２つの半導体感光画素層は、前記基板の頂面または底面に配置され、または、
    前記感光デバイスは、両面三層感光デバイスであり、１つの化学コーティングフィルム感光画素層と、２つの半導体感光画素層とを含み、前記化学コーティングフィルム感光画素層は、前記基板の頂面または底面に配置され、前記２つの半導体感光画素層は、前記基板の底面または頂面に配置され、または、前記２つの半導体感光画素層のうちの１つは、前記基板の頂面に配置され、もう１つは、前記基板の底面に配置され、または、
    前記感光デバイスは、両面三層感光デバイスであり、２つの化学コーティングフィルム感光画素層と、１つの半導体感光画素層とを含み、前記２つの化学コーティングフィルム感光画素層のうちの１つは、前記基板の頂面に配置され、もう１つは、前記基板の底面に配置され、前記半導体感光画素層は、前記基板の頂面または底面に配置され、または、
    前記感光デバイスは、両面四層感光デバイスであり、２つの化学コーティングフィルム感光画素層と、２つの半導体感光画素層とを含み、前記２つの半導体感光画素層は、前記基板の底面または頂面に配置され、前記２つの化学コーティングフィルム感光画素層のうちの１つは、頂面の上方に配置され、もう１つは、底面の下方に配置され、または、前記２つの化学コーティングフィルム感光画素層は、前記基板の頂面または底面に配置され、前記２つの半導体感光画素層のうちの１つは、頂面の上方に配置され、もう１つは、底面の下方に配置され、または、
    前記感光デバイスは、両面四層感光デバイスであり、１つの化学コーティングフィルム感光画素層と、３つの半導体感光画素層とを含み、前記化学コーティングフィルム感光画素層は、前記基板の頂面または底面に配置され、前記３つの半導体感光画素層のうちの１つは、前記基板の頂面または底面に配置され、他の２つは、前記基板の底面または頂面に配置され、または、
    前記感光デバイスは、両面五層感光デバイスであり、２つの化学コーティングフィルム感光画素層と、３つの半導体感光画素層とを含み、前記２つの化学コーティングフィルム感光画素層のうちの１つは、前記基板の頂面に配置され、もう１つは、前記基板の底面に配置され、前記３つの半導体感光画素層のうちの１つは、前記基板の頂面または底面に配置され、他の２つは、前記基板の底面または頂面に配置され、または、
    前記感光デバイスは、両面六層感光デバイスであり、２つの化学コーティングフィルム感光画素層と、４つの半導体感光画素層とを含み、前記２つの化学コーティングフィルム感光画素層のうちの１つは、前記基板の頂面に配置され、もう１つは、前記基板の底面に配置され、前記４つの半導体感光画素層のうちの２つは、前記基板の頂面に配置され、他の２つは、前記基板の底面に配置されていることを特徴とする請求項１３〜２１のいずれか１項に記載の混合マルチスペクトル感光デバイス。
  23. 少なくとも１つの前記化学コーティングフィルム感光画素層は、１つの基板に設置され、少なくとも１つの前記半導体感光画素層は、もう１つの基板に設置されていることを特徴とする請求項１３〜２１のいずれか１項に記載の混合マルチスペクトル感光デバイス。
  24. 感知波長がより短い光の感光画素層は、光源により近い感光画素層であることを特徴とする請求項２２または２３に記載の混合マルチスペクトル感光デバイス。
  25. フィルターリング膜をさらに含み、前記フィルターリング膜は、光源にもっとも近い感光画素層に設置され、または、光源にもっとも遠い感光画素層に設置され、または、２つの感光画素層の間に設置され、または、光源にもっとも近い感光画素層と光源にもっとも遠い感光画素層に設置され、前記フィルターリング膜の周波数選択特性は、赤外カットフィルターリング濾波、藍色バンドパス、緑色バンドパス、赤色バンドパス、青色バンドパス、黄色バンドパス、マゼンタバンドパス、青色＋赤外色バンドパス、黄色＋赤外色バンドパス、マゼンタ＋赤外色バンドパスまたは可視光線バンドパスを含むことを特徴とする請求項２４に記載の混合マルチスペクトル感光デバイス。
  26. 前記感光画素層における隣り合う二層には、それぞれアクセス回路が設置され、または、前記感光画素層の隣り合う二層は、アクセス回路を共用することを特徴とする請求項１３〜２５のいずれか１項に記載の混合マルチスペクトル感光デバイス。
  27. 前記アクセス回路は、主動画素アクセス回路、従動画素アクセス回路または主動画素及び従動画素混合アクセス回路であることを特徴とする請求項２６に記載の混合マルチスペクトル感光デバイス。
  28. 前記主動画素は、３Ｔ、４Ｔ、５Ｔまたは６Ｔの主動画素を含むことを特徴とする請求項２７に記載の混合マルチスペクトル感光デバイス。
  29. 前記アクセス回路の共用方式は、単層または上下層４点共用方式、単層または上下層６点共用方式、単層または上下層８点共用方式、または、単層または上下層任意点共用方式を含むことを特徴とする請求項２８に記載の混合マルチスペクトル感光デバイス。
  30. 前記アクセス回路は、それぞれの感光画素層の画素アレイにおける隣り合う同行異列、異行同列または異行異列の画素に対して２つずつ合併サンプリングを行い、第一の合併画素のサンプリングデータを得るための第一の合併手段と、第一の合併手段により得られた第一の合併画素のサンプリングデータに対して合併サンプリングを行うことにより、第二の合併画素のサンプリングデータを得るための第二の合併手段とを含むことを特徴とする請求項２６〜２９のいずれか１項に記載の混合マルチスペクトル感光デバイス。
  31. 前記アクセス回路は、第二の合併手段により得られた第二の合併画素のサンプリングデータに対して合併サンプリングを行うことにより、第三の合併画素のサンプリングデータを得るための第三の合併手段を更に含むことを特徴とする請求項３０に記載の混合マルチスペクトル感光デバイス。
  32. 前記第一の合併手段または第二の合併手段の画素合併方式は、同じまたは異なる色の画素間の電荷相加方式または異なる色の画素間の信号平均方式であり、そのうち、異なる色の画素間の画素合併方式は、色空間変換の方式に従うことによって、カラー再構築の要求を満たすことを特徴とする請求項３０または３１に記載の混合マルチスペクトル感光デバイス。
  33. 前記色空間変換は、ＲＧＢからＣｙＹｅＭｇＸ空間への変換、ＲＧＢからＹＵＶ空間への変換またはＣｙＹｅＭｇＸからＹＵＶ空間への変換を含み、Ｘは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）またはＢ（藍）であることを特徴とする請求項３２に記載の混合マルチスペクトル感光デバイス。
  34. 前記電荷相加方式は、画素を直接に並列するまたは電荷を同時にアクセスコンデンサー（ＦＤ）に移動することによって完成することを特徴とする請求項３２に記載の混合マルチスペクトル感光デバイス。
  35. 前記第一の合併手段または第二の合併手段の色に基づく合併サンプリング方式は、同色合併方式、異色合併方式、混雑合併方式または余計色選択的放棄合併方式を含み、第一の合併手段と第二の合併手段に用いられる合併サンプリング方式が異なる場合、同色合併方式であることを特徴とする請求項３０〜３４のいずれか１項に記載の混合マルチスペクトル感光デバイス。
  36. 前記第一の合併手段または第二の合併手段の位置に基づく合併サンプリング方式は、バスに直接に出力する信号自動平均方式、行スキップまたは列スキップ方式、及び逐次サンプリング方式のうちのいずれか１つを含むことを特徴とする請求項３０〜３５のいずれか１項に記載の混合マルチスペクトル感光デバイス。
  37. 前記第三の合併手段の合併サンプリング方式は、色空間変換方式及び後置デジタル画像ズーミング方式のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項３０〜３６のいずれか１項に記載の混合マルチスペクトル感光デバイス。
  38. 前記化学コーティングフィルム感光画素は、量子ドット感光画素を含むことを特徴とする請求項１０〜３７のいずれか１項に記載の混合マルチスペクトル感光デバイス。
  39. 前記半導体感光画素は、ＣＭＯＳフォトダイオードと、ＣＭＯＳ感光ゲートと、ＣＣＤフォトダイオードと、ＣＣＤ感光ゲートと、両方向電荷転移機能を有するＣＭＯＳ及びＣＣＤ感光ダイオード及び感光ゲートとを含むことを特徴とする請求項１０〜３８のいずれか１項に記載の混合マルチスペクトル感光デバイス。
  40. 請求項１０〜３９のいずれか１項に記載の混合マルチスペクトル感光デバイスを含むことを特徴とする混合マルチスペクトル感光システム。
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