JP7092319B2 - 物体を検出及び測距するためのシステム - Google Patents
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Description
本特許文献の開示の一部は、著作権保護の対象となる要素を含む。著作権所有者は、特許商標庁の特許ファイル又は記録に掲載されている限り、本特許文献又は本特許開示を何らかの人物が複製することに対して異議を申し立てないが、それ以外にはあらゆる著作権を留保する。
[項目1]
物体を検出及び測距するための方法であって、
レーザ光源により、上記物体の表面に入射する第一の光のビームを発射するステップと、
アバランシェフォトダイオード(APD)アレイにおいて、上記物体の上記表面から反射された第二の光のビームを受信するステップと、
読出し集積回路(ROIC)アレイにより、上記APDアレイから読み出すステップと、
上記ROICアレイにより、上記APDアレイによって検出された上記物体を表す信号を出力するために上記APDアレイからの蓄積光電流を処理するステップと
を含む方法。
[項目2]
コントローラにより、上記ROICからの信号に基づいて上記物体を表す3次元点群を生成するステップをさらに含む、項目1に記載の方法。
[項目3]
上記コントローラにより、上記3次元点群と、イメージセンサによって取得された上記物体の2次元画像とを同時に生成するステップをさらに含む、項目2に記載の方法。
[項目4]
レーザビームエキスパンダにより、上記レーザ光源からの上記発射光を拡張するステップをさらに含み、上記レーザビームエキスパンダは、1つ又は複数の光学レンズを含む、項目1に記載の方法。
[項目5]
上記APDアレイ及び上記ROICアレイは、シリコン基板に基づく集積回路チップ上に集積される、項目1に記載の方法。
[項目6]
上記APDアレイ及び上記ROICアレイは、独立したプロセスを使用して別々の半導体ウェハ上に製造され、且つ相互に接合されて電気接続を形成する、項目1に記載の方法。
[項目7]
受信機のレンズにおいて、上記物体の上記表面から反射された上記第二の光のビームを受信するステップをさらに含み、上記第二の光のビームは、レンズを通して上記APDアレイに透過される、項目1に記載の方法。
[項目8]
上記レーザ光源及び上記APDアレイの両方を同期クロックで制御するステップをさらに含む、項目1に記載の方法。
[項目9]
物体を検出及び測距するためのシステムであって、
上記物体の表面に入射する第一の光のビームを発射するレーザ光源と、
上記物体の上記表面から反射された第二の光のビームを受信するアバランシェフォトダイオード(APD)アレイと、
上記APDアレイによって検出された上記物体を表す信号を出力するために上記APDアレイから蓄積光電流を読み出し且つ処理するために連結された読出し集積回路(ROIC)アレイと
を含むシステム。
[項目10]
コントローラをさらに含み、上記コントローラは、上記ROICアレイからの信号に基づいて上記物体を表す3次元点群を生成する、項目9に記載のシステム。
[項目11]
上記コントローラは、上記3次元点群と、イメージセンサによって取得された上記物体の2次元画像とを同時にさらに生成する、項目10に記載のシステム。
[項目12]
上記レーザ光源からの上記発射光を拡張するレーザビームエキスパンダをさらに含み、上記レーザビームエキスパンダは、1つ又は複数の光学レンズを含む、項目9に記載のシステム。
[項目13]
上記1つ又は複数の光学レンズは、反射型レンズ、透過型レンズ、ホログラフィックフィルタ及び微小電気機械システム(MEMS)マイクロレンズの少なくとも1つを含む、項目12に記載のシステム。
[項目14]
上記物体の上記表面から反射された上記第二の光のビームを受信する受信機においてレンズをさらに含み、上記第二の光のビームは、上記レンズを通して上記APDアレイに透過される、項目9に記載のシステム。
[項目15]
上記レーザ光源及び上記APDアレイの両方は、同期クロックによって制御される、項目9に記載のシステム。
[項目16]
上記光源は、レーザダイオードアレイを含む、項目9に記載のシステム。
[項目17]
相補型金属酸化膜半導体(CMOS)イメージセンサ(CIS)アレイをさらに含む、項目9に記載のシステム。
[項目18]
上記APDアレイ、ROICアレイ及びCISアレイは、複数のピクセルに集積され、各ピクセルは、APDセルと、ROICと、CISセルとを含む、項目17に記載のシステム。
[項目19]
上記APDアレイは、上記CISアレイから絶縁される、項目17に記載のシステム。
[項目20]
上記APDアレイ及びCISアレイは、異なる層内に位置付けられ、且つ絶縁層によって分離される、項目19に記載のシステム。
[項目21]
上記ROICアレイ及びCISアレイは、上層内に位置付けられ、上記APDアレイは、バルクハンドルウェハ内に位置付けられ、及び上記絶縁層は、酸化物層である、項目20に記載のシステム。
[項目22]
上記APDアレイは、透明材料及び上記絶縁層によって被覆される、項目20に記載のシステム。
[項目23]
上記APDアレイ及び上記CISアレイは、同じ層内に位置付けられる、項目22に記載のシステム。
[項目24]
上記APDアレイ及び上記ROICアレイは、シリコン基板に基づく集積回路チップ上に集積される、項目9に記載のシステム。
[項目25]
上記APDアレイは、上記ROICアレイから絶縁される、項目24に記載の受信機。
[項目26]
上記APDアレイ及びROICアレイは、異なる層内に位置付けられ、且つ絶縁層によって分離される、項目25に記載の受信機。
[項目27]
上記ROICアレイは、上層上に位置付けられ、上記APDアレイは、バルクハンドルウェハ内に位置付けられ、及び上記絶縁層は、酸化物層である、項目26に記載の受信機。
[項目28]
上記APDアレイは、透明材料及び上記絶縁層によって被覆される、項目26に記載の受信機。
[項目29]
上記APDアレイの各ピクセルセル上に重ねられた反射低減膜及びマイクロレンズをさらに含む、項目9に記載のシステム。
[項目30]
トランスインピーダンスアンプ(TIA)及び時間-デジタル変換器(TDC)回路をさらに含む、項目9に記載のシステム。
[項目31]
上記APDアレイの各ピクセルセルの上に位置付けられたマイクロレンズ、反射低減膜及び光学フィルタをさらに含む、項目9に記載のシステム。
[項目32]
上記APDアレイ及び上記ROICアレイは、独立したプロセスを使用して別々の半導体ウェハ上に製造され、且つ相互に接合されて電気接続を形成する、項目9に記載のシステム。
[項目33]
上記APDアレイは、上層を形成するウェハ上に位置付けられ、及び上記ROICアレイは、下層を形成する異なるウェハ上に位置付けられる、項目32に記載のシステム。
[項目34]
上記APDアレイは、上記上層の前面から後面に信号を送信するために、各APDセルに位置付けられたシリコン貫通電極(TSV)を含む、項目33に記載のシステム。
[項目35]
上記ROICアレイは、Al-Ge接合、Au-Ge接合、Au-Si接合、In-Sn接合、Al-Si接合及びPb-Sn接合の少なくとも1つを使用して上記APDアレイに接合される、項目32に記載のシステム。
[項目36]
上記ROICアレイの前面ウィンドウにおけるAlの接合と、上記APDアレイの後面におけるGeの接合とをさらに含む、項目32に記載のシステム。
[項目37]
上記APDアレイは、シリコンベースのチップ上に集積され、上記APDアレイは、905nmの検出波長を有する、項目9に記載のシステム。
[項目38]
上記APDアレイは、非シリコンベースのチップ上に集積され、上記APDアレイは、1,550nmの検出波長を有する、項目9に記載のシステム。
[項目39]
上記CISアレイは、複数のRGBセルを含む、項目17に記載のシステム。
[項目40]
物体を検出及び測距するための受信機であって、
上記物体の表面から反射された光のビームを受信するアバランシェフォトダイオード(APD)アレイと、
上記APDアレイによって検出された上記物体を表す信号を出力するために上記APDアレイから蓄積光電流を読み出し且つ処理するために連結された読出し集積回路(ROIC)アレイと
を含む受信機。
[項目41]
コントローラをさらに含み、上記コントローラは、上記ROICアレイからの信号に基づいて上記物体を表す3次元点群をさらに生成する、項目40に記載の受信機。
[項目42]
上記コントローラは、上記3次元点群と、イメージセンサによって取得された上記物体の2次元画像とを同時にさらに生成する、項目41に記載の受信機。
[項目43]
上記物体の上記表面から反射された上記光のビームを受信する上記受信機のレンズをさらに含み、上記光のビームは、上記レンズを通して上記APDアレイに透過される、項目40に記載の受信機。
[項目44]
上記APDアレイは、同期クロックによって制御される、項目40に記載の受信機。
[項目45]
相補型金属酸化膜半導体(CMOS)イメージセンサ(CIS)アレイをさらに含む、項目40に記載の受信機。
[項目46]
上記APDアレイ、ROICアレイ及びCISアレイは、複数のピクセル内に集積され、各ピクセルは、APDセルと、ROICと、CISセルとを含む、項目45に記載の受信機。
[項目47]
上記APDアレイは、上記CISアレイから絶縁される、項目45に記載の受信機。
[項目48]
上記APDアレイ及びCISアレイは、異なる層内に位置付けられ、且つ絶縁層によって分離される、項目47に記載の受信機。
[項目49]
上記ROICアレイ及びCISアレイは、上層内に位置付けられ、上記APDアレイは、バルクハンドルウェハ内に位置付けられ、及び上記絶縁層は、酸化物層である、項目48に記載の受信機。
[項目50]
上記APDアレイは、透明材料及び上記絶縁層によって被覆される、項目48に記載の受信機。
[項目51]
上記APDアレイ及び上記CISアレイは、同じ層内に位置付けられる、項目47に記載の受信機。
[項目52]
上記APDアレイ及び上記ROICアレイは、シリコン基板に基づく集積回路チップ上に集積される、項目40に記載の受信機。
[項目53]
上記APDアレイは、上記ROICアレイから絶縁される、項目52に記載の受信機。
[項目54]
上記APDアレイ及びROICアレイは、異なる層内に位置付けられ、且つ絶縁層によって分離される、項目52に記載の受信機。
[項目55]
上記ROICアレイは、上層上に位置付けられ、上記APDアレイは、バルクハンドルウェハ内に位置付けられ、及び上記絶縁層は、酸化物層である、項目54に記載の受信機。
[項目56]
上記APDアレイは、透明材料及び上記絶縁層によって被覆される、項目54に記載の受信機。
[項目57]
上記APDアレイの各ピクセルセル上に重ねられた反射低減膜及びマイクロレンズをさらに含む、項目40に記載の受信機。
[項目58]
トランスインピーダンスアンプ(TIA)及び時間-デジタル変換器(TDC)回路をさらに含む、項目40に記載の受信機。
[項目59]
上記APDアレイの各ピクセルセルの上に位置付けられたマイクロレンズ、反射低減膜及び光学フィルタをさらに含む、項目40に記載の受信機。
[項目60]
上記APDアレイ及び上記ROICアレイは、独立したプロセスを使用して別々の半導体ウェハ上に製造され、且つ相互に接合されて電気接続を形成する、項目40に記載の受信機。
[項目61]
上記APDアレイは、上層を形成するウェハ上に位置付けられ、及び上記ROICアレイは、下層を形成する異なるウェハ上に位置付けられる、項目60に記載の受信機。
[項目62]
上記APDアレイは、上記上層の前面から後面に信号を送信するために、各APDセルに位置付けられたシリコン貫通電極(TSV)を含む、項目61に記載の受信機。
[項目63]
上記ROICアレイは、Al-Ge接合、Au-Ge接合、Au-Si接合、In-Sn接合、Al-Si接合及びPb-Sn接合の少なくとも1つを使用して上記APDアレイに接合される、項目60に記載の受信機。
[項目64]
上記ROICアレイの前面ウィンドウにおけるAlの接合と、上記APDアレイの後面におけるGeの接合とをさらに含む、項目63に記載の受信機。
[項目65]
上記APDアレイは、シリコンベースのチップ上に集積され、上記APDアレイは、905nmの検出波長を有する、項目40に記載の受信機。
[項目66]
上記APDアレイは、非シリコンベースのチップ上に集積され、上記APDアレイは、1,550nmの検出波長を有する、項目40に記載の受信機。
[項目67]
上記CISアレイは、複数のRGBセルを含む、項目45に記載の受信機。
Claims (22)
- 物体を検出及び測距するためのシステムであって、
前記物体の表面に入射する第一の光のビームを発射するレーザ光源と、
前記物体の前記表面から反射された第二の光のビームを受信するアバランシェフォトダイオード(APD)アレイと、
前記APDアレイによって検出された前記物体を表す信号を出力するために前記APDアレイから蓄積光電流を読み出し且つ処理するために連結された読出し集積回路(ROIC)アレイと、
コントローラと、
相補型金属酸化膜半導体(CMOS)イメージセンサ(CIS)アレイと、を備え、
前記コントローラは、前記ROICアレイからの信号に基づいて前記物体を表す3次元点群と、前記CISアレイによって取得された前記物体の2次元画像とを同時に生成し、
前記APDアレイは、透明材料及び絶縁層によって被覆され、
前記APDアレイ及び前記CISアレイは、同じ層内に互いに隣接して位置付けられ、
前記APDアレイ、前記ROICアレイ及び前記CISアレイは、複数のピクセルに集積され、前記複数のピクセルのそれぞれは、APDセルと、ROICセルと、CISセルとを含み、
前記複数のピクセルのそれぞれにおいて前記APDセルと前記ROICセルとの間に酸化物層が含まれる、
システム。 - 前記レーザ光源からの発射光を拡張するレーザビームエキスパンダをさらに含み、前記レーザビームエキスパンダは、1つ又は複数の光学レンズを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記1つ又は複数の光学レンズは、反射型レンズ、透過型レンズ、ホログラフィックフィルタ及び微小電気機械システム(MEMS)マイクロレンズの少なくとも1つを含む、請求項2に記載のシステム。
- 前記物体の前記表面から反射された前記第二の光のビームを受信する受信機においてレンズをさらに含み、前記第二の光のビームは、前記レンズを通して前記APDアレイに透過される、請求項1から請求項3の何れか1項に記載のシステム。
- 前記レーザ光源及び前記APDアレイの両方は、同期クロックによって制御される、請求項1から請求項4の何れか1項に記載のシステム。
- 前記レーザ光源は、レーザダイオードアレイを含む、請求項1から請求項5の何れか1項に記載のシステム。
- 前記APDアレイは、前記CISアレイから絶縁される、請求項1から6のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記APDアレイ及び前記ROICアレイは、シリコン基板に基づく集積回路チップ上に集積される、請求項1から請求項7の何れか1項に記載のシステム。
- 前記APDアレイは、前記ROICアレイから絶縁される、請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記APDアレイ及びROICアレイは、異なる層内に位置付けられ、且つ絶縁層によって分離される、請求項9に記載のシステム。
- 前記ROICアレイは、上層上に位置付けられ、前記APDアレイは、バルクハンドルウェハ内に位置付けられ、及び前記絶縁層は、酸化物層である、請求項10に記載のシステム。
- 前記APDアレイの各ピクセルセル上に重ねられた反射低減膜及びマイクロレンズをさらに含む、請求項1から請求項11の何れか1項に記載のシステム。
- トランスインピーダンスアンプ(TIA)及び時間-デジタル変換器(TDC)回路をさらに含む、請求項1から請求項12の何れか1項に記載のシステム。
- 前記APDアレイの各ピクセルセルの上に位置付けられた光学フィルタをさらに含む、請求項12に記載のシステム。
- 前記APDアレイ及び前記ROICアレイは、独立したプロセスを使用して別々の半導体ウェハ上に製造され、且つ相互に接合されて電気接続を形成する、請求項1から請求項14の何れか1項に記載のシステム。
- 前記APDアレイは、上層を形成するウェハ上に位置付けられ、及び前記ROICアレイは、下層を形成する異なるウェハ上に位置付けられる、請求項15に記載のシステム。
- 前記APDアレイは、前記上層の前面から後面に信号を送信するために、各APDセルに位置付けられたシリコン貫通電極(TSV)を含む、請求項16に記載のシステム。
- 前記ROICアレイは、Al-Ge接合、Au-Ge接合、Au-Si接合、In-Sn接合、Al-Si接合及びPb-Sn接合の少なくとも1つを使用して前記APDアレイに接合される、請求項15に記載のシステム。
- 前記ROICアレイの前面ウィンドウにおけるAlの接合と、前記APDアレイの後面におけるGeの接合とをさらに含む、請求項15に記載のシステム。
- 前記APDアレイは、シリコンベースのチップ上に集積され、前記APDアレイは、905nmの検出波長を有する、請求項1から請求項19の何れか1項に記載のシステム。
- 前記APDアレイは、非シリコンベースのチップ上に集積され、前記APDアレイは、1,550nmの検出波長を有する、請求項1から請求項19の何れか1項に記載のシステム。
- 前記CISアレイは、複数のRGBセルを含む、請求項1から請求項21のいずれか一項に記載のシステム。
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