JPH04218963A - Optical detector - Google Patents

Optical detector

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JPH04218963A
JPH04218963A JP2403699A JP40369990A JPH04218963A JP H04218963 A JPH04218963 A JP H04218963A JP 2403699 A JP2403699 A JP 2403699A JP 40369990 A JP40369990 A JP 40369990A JP H04218963 A JPH04218963 A JP H04218963A
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JP
Japan
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phototransistors
phototransistor
substrate
signal processing
emitter
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2403699A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuyuki Kajiwara
梶原 信之
Hajime Sudo
須藤 元
Soichiro Hikita
匹田 聡一郎
Kenji Arinaga
健児 有永
Koji Fujiwara
康治 藤原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH04218963A publication Critical patent/JPH04218963A/en
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Abstract

PURPOSE:To ensure a higher S/N ratio and achieve high integration by reducing a crosstalk signal in the title optical detector. CONSTITUTION:Phototransistors 301, 302 are formed on a semiconductor circuit board 32, physically isolated on the same board. Emitters 331, 332, and 34 are formed in grooves 35 serving to physically isolate the phototransistors 301, 302.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は光検知器に関する。詳し
くは、異種半導体基板に形成されたフォトトランジスタ
アレイと信号処理基板とからなるハイブリッド形光検知
器(イメージセンサ)に関する。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates to photodetectors. Specifically, the present invention relates to a hybrid photodetector (image sensor) consisting of a phototransistor array and a signal processing substrate formed on different semiconductor substrates.

【0002】0002

【従来の技術】近年、光検知器の高画質化、多画素化の
要求に伴い、高集積、SN比の改善、画素間クロストー
クの軽減、ブルーミングの防止等が要求されている。こ
のような要求のために、光信号の増幅が可能なフォトト
ランジスタアレイを用いた光検知器が提供されており、
これは、フォトトランジスタと信号処理部とが同一基板
上に形成されている。
2. Description of the Related Art In recent years, as photodetectors have been required to have higher image quality and a larger number of pixels, there has been a demand for higher integration, improved signal-to-noise ratio, reduced inter-pixel crosstalk, and prevention of blooming. To meet these demands, photodetectors using phototransistor arrays that can amplify optical signals have been provided.
In this, a phototransistor and a signal processing section are formed on the same substrate.

【0003】図6はフォトトランジスタと信号処理部と
を同一基板上に形成した、従来の光検知器の一例の構成
図を示す。同図において、n−Si基板1にフォトトラ
ンジスタ21 ,22 が形成されていると共に、この
フォトトランジスタで発生した信号電荷を転送処理する
信号処理部(図示せず)も形成されている。従来周知の
如く、pn接合されたコレクタ・ベース領域に光が照射
されるとキャリアが発生されてコレクタ−エミッタ間に
電流が流れ、光−電気信号変換素子としての動作が行な
われる。
FIG. 6 shows a configuration diagram of an example of a conventional photodetector in which a phototransistor and a signal processing section are formed on the same substrate. In the figure, phototransistors 21 and 22 are formed on an n-Si substrate 1, and a signal processing section (not shown) for transferring signal charges generated by the phototransistors is also formed. As is well known in the art, when light is irradiated onto the pn junction collector/base region, carriers are generated and current flows between the collector and emitter, thereby operating as a photo-electrical signal conversion element.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】従来の光検知器は、フ
ォトトランジスタと信号処理部とが同一基板上に形成さ
れているため、高集積、多画素化を進める場合、フォト
トランジスタ21 ,22 がチップ内で占める割合が
減少し、高集積、多画素化が困難であり、しかも、図7
に示す如く、コレクタ領域の面積をあまり大きくとるこ
とができないので、光信号の利用効率が低下し、SN比
が悪くなる問題点があった。
[Problems to be Solved by the Invention] In conventional photodetectors, the phototransistor and the signal processing section are formed on the same substrate. The proportion occupied in the chip decreases, making it difficult to achieve high integration and increase the number of pixels.
As shown in FIG. 2, since the area of the collector region cannot be made very large, there is a problem that the efficiency of using the optical signal decreases and the S/N ratio deteriorates.

【0005】又、従来例は、図6に示す如く、各フォト
トランジスタ21 ,22 を分離するのにn−Si基
板1内のpn接合を利用しているため、例えばフォトト
ランジスタ21 に入ってきた感光波長域の長波長部分
が基板1のベース領域の奥の部分で吸収されてキャリア
が発生され、これが基板1のフォトトランジスタ21 
,22 を分離している部分を経て隣接のフォトトラン
ジスタ22 にクロストーク信号となって入り込み、こ
のためにいわゆるボケとなって現われてしまう。又、こ
れと同様に、光量が多い時などは隣接のフォトトランジ
スタのみでなく、いくつものトランジスタにまでクロス
トーク信号が入り、いわゆるブルーミングになってしま
う。
Furthermore, as shown in FIG. 6, in the conventional example, a pn junction in the n-Si substrate 1 is used to separate the phototransistors 21 and 22. The long wavelength portion of the photosensitive wavelength range is absorbed in the deep part of the base region of the substrate 1, and carriers are generated, which are transferred to the phototransistor 21 of the substrate 1.
, 22 and enters the adjacent phototransistor 22 as a crosstalk signal, resulting in so-called blurring. Similarly, when there is a large amount of light, crosstalk signals enter not only adjacent phototransistors but also many transistors, resulting in so-called blooming.

【0006】このように、フォトトランジスタの分離に
n−Si基板内のpn接合を利用している従来例は、ボ
ケやブルーミングを生じて、画質が劣化する問題点があ
り、これは、フォトトランジスタと信号処理部とを異種
基板上に形成したものにも同様に起っていた問題点であ
る。
As described above, the conventional method that uses a pn junction in an n-Si substrate to separate phototransistors has the problem of deterioration of image quality due to blurring and blooming. This problem also occurred in devices in which the signal processing section and the signal processing section were formed on different types of substrates.

【0007】本発明は、クロストーク信号を軽減し得、
しかも高いSN比を得ることができ、高集積化を実現で
きる光検知器を提供することを目的とする。
The present invention can reduce crosstalk signals,
Moreover, it is an object of the present invention to provide a photodetector that can obtain a high signal-to-noise ratio and achieve high integration.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理説明
図を示す。同図中、301 ,302 はフォトトラン
ジスタで、コレクタ311,312 は半導体回路基板
32に接続されており、エミッタ331 ,332 ,
34は共通に接続されている。このような構成の光検知
器において、本発明は、各フォトトランジスタ301 
,302 が半導体回路基板32上において物理的に分
離した構成である。
[Means for Solving the Problems] FIG. 1 shows a diagram illustrating the principle of the present invention. In the figure, 301, 302 are phototransistors, collectors 311, 312 are connected to the semiconductor circuit board 32, and emitters 331, 332,
34 are connected in common. In a photodetector having such a configuration, the present invention provides that each phototransistor 301
, 302 are physically separated structures on the semiconductor circuit board 32.

【0009】又、エミッタ331 ,332 ,34は
各フォトトランジスタ301 ,302 を物理的に分
離する溝35に形成されている。
Furthermore, the emitters 331, 332, and 34 are formed in grooves 35 that physically separate the phototransistors 301, 302.

【0010】0010

【作用】本発明では、フォトトランジスタ301 ,3
02 を信号処理部を形成された半導体回路基板32と
別の部分に設けたため、従来例と同じ基板面積であれば
、フォトトランジスタ部分がチップ内で占める割合を増
大でき、高集積、多画素化できる。しかも、隣接フォト
トランジスタ分離用溝35にエミッタ331 ,332
 ,34を形成しているので、一つのフォトトランジス
タでみた場合、エミッタをフォトトランジスタ全体領域
の周囲に形成でき、かつ、コレクタ311 ,312 
を裏側に設けることができるので、従来例よりもコレク
タ領域の面積を十分大にとることができ、光信号の利用
効率を高くでき、SN比を向上できる。更に、フォトト
ランジスタ301 ,302 を共通エミッタ34で物
理的に分離したため、各フォトトランジスタ内で発生し
た光信号が隣接のフォトトランジスタにクロストークと
して流れ込むことはなく、従来例のようにボケやブルー
ミングを生じることはなく、画質を向上できる。
[Operation] In the present invention, the phototransistors 301, 3
02 is provided in a separate part from the semiconductor circuit board 32 on which the signal processing section is formed, so if the board area is the same as the conventional example, the proportion occupied by the phototransistor part within the chip can be increased, resulting in high integration and a large number of pixels. can. Furthermore, emitters 331 and 332 are formed in the adjacent phototransistor isolation trench 35.
, 34, when viewed from the perspective of one phototransistor, the emitter can be formed around the entire area of the phototransistor, and the collectors 311, 312
Since the collector region can be provided on the back side, the area of the collector region can be made sufficiently larger than in the conventional example, and the efficiency of using optical signals can be increased, and the S/N ratio can be improved. Furthermore, since the phototransistors 301 and 302 are physically separated by the common emitter 34, the optical signal generated in each phototransistor does not flow into the adjacent phototransistor as crosstalk, which prevents blurring and blooming as in the conventional example. This does not occur and the image quality can be improved.

【0011】[0011]

【実施例】図2は本発明の第1実施例の構成図を示す。 同図中、5はCdTe基板で、エピタキシャル基板とし
て使用され、エピタキシャル成長やイオン注入等によっ
てフォトトランジスタ61 ,62 が形成されている
。フォトトランジスタ61 ,62 は、エピタキシャ
ル成長によって形成されたp−HgCdTeのベース領
域71 ,72 ,イオン注入によって形成されたコレ
クタ領域81 ,82 ,エミッタ領域91 ,92 
,ZnS領域101 ,102 にて構成されている。 この場合、フォトトランジスタ61 ,62 の分離は
、p−HgCdTeエピタキシャル結晶にCF4 ガス
を主成分とするプラズマ異方性エッチングによってCd
Te基板5に達する分離溝11を形成する際、HgCd
Teエピタキシャル結晶に生じる損傷がn+ 形化(エ
ミッタ領域91,92 )するのでこれを分離領域とし
て利用する。
Embodiment FIG. 2 shows a block diagram of a first embodiment of the present invention. In the figure, a CdTe substrate 5 is used as an epitaxial substrate, and phototransistors 61 and 62 are formed by epitaxial growth, ion implantation, or the like. The phototransistors 61 and 62 have p-HgCdTe base regions 71 and 72 formed by epitaxial growth, collector regions 81 and 82 and emitter regions 91 and 92 formed by ion implantation.
, ZnS regions 101 and 102. In this case, the phototransistors 61 and 62 are separated by plasma anisotropic etching using CF4 gas as a main component on the p-HgCdTe epitaxial crystal.
When forming the separation groove 11 reaching the Te substrate 5, HgCd
Since the damage caused to the Te epitaxial crystal becomes n+ type (emitter regions 91, 92), this is used as an isolation region.

【0012】12はp−Si信号処理基板で、n+ 領
域131,132 ,SiO2 層14を形成されてお
り、信号処理部(図示せず)が形成されている。151
 ,152 は金属バンプで、夫々n+ 領域131 
とコレクタ領域81 ,n+ 領域132 とコレクタ
領域82 とを接続する。16は共通エミッタ(金属電
極)で、分離溝11のエミッタ領域91 ,92 と信
号処理基板12の所定回路部分(図示せず)とを接続し
、フォトトランジスタ61 ,62 を物理的に分離し
ている。
Reference numeral 12 denotes a p-Si signal processing substrate, on which n+ regions 131, 132 and a SiO2 layer 14 are formed, and a signal processing section (not shown) is formed therein. 151
, 152 are metal bumps, each n+ region 131
and collector region 81 , and connects n+ region 132 and collector region 82 . Reference numeral 16 denotes a common emitter (metal electrode) that connects the emitter regions 91 , 92 of the separation groove 11 and a predetermined circuit portion (not shown) of the signal processing board 12 to physically separate the phototransistors 61 , 62 . There is.

【0013】図2に示す如く、本発明は、フォトトラン
ジスタ61 ,62 と信号処理部とが異種基板(Cd
Te基板5,信号処理基板12)に形成されているので
、フォトトランジスタ部分の高集積、多画素化を進める
場合、従来例と同じ基板面積であれば、フォトトランジ
スタ部分がチップ内で占める割合を増大でき、高集積、
多画素化が実現できる。しかも、図3に示す如く、エミ
ッタ領域91 (92 )がフォトトランジスタ61 
(62 )全体領域の周囲に形成されており、かつ、コ
レクタ電極(金属バンプ151 ,152 )が裏側に
設けられているので、図7に示す従来例よりもコレクタ
領域81 (82 )の面積を十分大きくとることがで
き、これにより、光信号の利用効率を高くでき、SN比
を向上できる。
As shown in FIG. 2, in the present invention, the phototransistors 61 and 62 and the signal processing section are disposed on different substrates (Cd
Since the phototransistor portion is formed on the Te substrate 5 and the signal processing substrate 12), if the phototransistor portion is to be highly integrated and have a large number of pixels, if the substrate area is the same as the conventional example, the proportion of the phototransistor portion within the chip will be reduced. Can be increased, highly integrated,
A large number of pixels can be achieved. Moreover, as shown in FIG. 3, the emitter region 91 (92) is connected to the phototransistor 61
(62) is formed around the entire region, and the collector electrodes (metal bumps 151, 152) are provided on the back side, so the area of the collector region 81 (82) is smaller than that of the conventional example shown in FIG. It can be made sufficiently large, thereby increasing the utilization efficiency of optical signals and improving the S/N ratio.

【0014】又、本発明は、フォトトランジスタ61 
,62 を共通エミッタ(金属電極)16で物理的に分
離した構造であるため、各フォトトランジスタ内で発生
した光信号が隣接のフォトトランジスタにクロストーク
として流れ込むことはなく、図6に示す従来例のように
ボケやブルーミングを生じることはなく、画質を向上で
きる。
The present invention also provides a phototransistor 61
, 62 are physically separated by a common emitter (metal electrode) 16, so that the optical signal generated in each phototransistor does not flow into the adjacent phototransistor as crosstalk, and the conventional example shown in FIG. Image quality can be improved without causing blurring or blooming.

【0015】更に、エミッタ領域91 ,92 は、分
離溝11を形成する工程で同時に形成できるので、プロ
セスの簡略化を図ることができる。
Furthermore, since the emitter regions 91 and 92 can be formed at the same time as the separation groove 11, the process can be simplified.

【0016】図4は本発明の第2実施例の構成図を示し
、同図中、図2と同一構成部分には同一番号を付してそ
の説明を省略する。このものは、第2実施例におけるC
dTe基板5(図2)を研磨又は化学的エッチングによ
って除去したものである。図2に示すようにCdTe基
板5及びp−Si基板12があると、異種基板間の熱膨
張率の差によって歪を生じ、金属バンプ151 ,15
2 が剥離する虞れがあるが、第2実施例のように1つ
の基板しかない場合にはこのような虞れはない。
FIG. 4 shows a configuration diagram of a second embodiment of the present invention. In the figure, the same components as those in FIG. 2 are designated by the same numbers and their explanations will be omitted. This is C in the second embodiment.
The dTe substrate 5 (FIG. 2) is removed by polishing or chemical etching. As shown in FIG. 2, when there is a CdTe substrate 5 and a p-Si substrate 12, distortion occurs due to the difference in thermal expansion coefficient between the different types of substrates, and the metal bumps 151, 15
There is a risk that 2 may peel off, but if there is only one substrate as in the second embodiment, there is no such risk.

【0017】図5は本発明の第3実施例の構成図を示し
、同図中、図2とは同一構成部分には同一番号を付して
その説明を省略する。図5中、201 ,202 はフ
ォトトランジスタで、p−HgCdTeのベース領域2
11 ,212 ,コレクタ領域221 ,221 ´
,222 ,222 ´,エミッタ領域231 ,23
2 ,ZnS領域241 ,242にて構成されている
。25は共通エミッタ(金属電極)で、フォトトランジ
スタ201 ,202 を物理的に分離する。26は接
着部で、フォトトランジスタ201 ,202 とp−
Si基板12とを接着する。
FIG. 5 shows a configuration diagram of a third embodiment of the present invention. In the figure, the same components as those in FIG. 2 are given the same numbers and their explanations will be omitted. In FIG. 5, 201 and 202 are phototransistors, and the base region 2 of p-HgCdTe is
11, 212, collector area 221, 221'
, 222 , 222 ′, emitter regions 231 , 23
2, ZnS regions 241 and 242. A common emitter (metal electrode) 25 physically separates the phototransistors 201 and 202. 26 is an adhesive part, which connects the phototransistors 201, 202 and p-
The Si substrate 12 is bonded.

【0018】フォトトランジスタ201 ,202 は
、その製造に際し、図2に示す第1実施例のものと略同
様に、CdTe基板(エピタキシャル基板)を使用して
ここにエピタキシャル成長によってp−HgCdTeの
ベース領域を形成し、続いてCdTe基板を除去してイ
オン注入によってコレクタ領域221 ,222 を形
成し、エミッタ領域231,232 ,共通エミッタ2
5を形成する。しかる後、接着剤でフォトトランジスタ
201 ,202 とp−Si基板12とを接着する。 第3実施例のものは、金属バンプが設けられていないの
で、第1,第2実施例のものに比して高さを低く形成で
きる。
When manufacturing the phototransistors 201 and 202, a CdTe substrate (epitaxial substrate) is used, and a p-HgCdTe base region is formed thereon by epitaxial growth, in substantially the same manner as in the first embodiment shown in FIG. Then, the CdTe substrate is removed and collector regions 221, 222 are formed by ion implantation, emitter regions 231, 232, and common emitter 2 are formed.
form 5. Thereafter, the phototransistors 201 and 202 and the p-Si substrate 12 are bonded together using an adhesive. Since the third embodiment is not provided with metal bumps, the height can be made lower than that of the first and second embodiments.

【0019】なお、コレクタ領域を構成するエピタキシ
ャル結晶としては、上記実施例のようにII−VI族(
HgCdTe)の他、III −V族(GaAlAs,
GaAs)やIV−VI族(PbSnTe)でもよい。
Note that the epitaxial crystal constituting the collector region is of the II-VI group (
HgCdTe), III-V group (GaAlAs,
GaAs) or IV-VI group (PbSnTe) may be used.

【0020】[0020]

【発明の効果】本発明によれば、フォトトランジスタを
半導体回路基板と別に設けたため、同一基板上に設けた
従来例に比してフォトトランジスタ部分を高集積、多画
素化でき、しかも、エミッタを隣接フォトトランジスタ
分離用溝に形成したため、エミッタをフォトトランジス
タ分離用溝に形成したため、エミッタをフォトトランジ
スタ全体領域の周囲に形成でき、従来例よりもコレクタ
の面積を十分大にとることができ、光信号の利用効率を
高くできるので、SN比を向上できる。又、フォトトラ
ンジスタを共通エミッタで物理的に分離したため、各フ
ォトトランジスタ内で発生した光信号が隣接フォトトラ
ンジスタにクロストークとして流れ込むことはなく、ボ
ケやブルーミングを生じることはなく、画質を向上でき
る。
[Effects of the Invention] According to the present invention, since the phototransistor is provided separately from the semiconductor circuit board, the phototransistor portion can be highly integrated and have a large number of pixels compared to the conventional example in which the phototransistor is provided on the same substrate. Since the emitter is formed in the groove for separating adjacent phototransistors, the emitter can be formed around the entire area of the phototransistor, and the area of the collector can be made sufficiently larger than in the conventional example. Since the signal usage efficiency can be increased, the S/N ratio can be improved. Furthermore, since the phototransistors are physically separated by a common emitter, the optical signals generated in each phototransistor will not flow into adjacent phototransistors as crosstalk, and blurring or blooming will not occur, improving image quality.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の原理説明図である。FIG. 1 is a diagram explaining the principle of the present invention.

【図2】本発明の第1実施例の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a first embodiment of the present invention.

【図3】本発明におけるフォトトランジスタ部分の平面
図である。
FIG. 3 is a plan view of a phototransistor portion in the present invention.

【図4】本発明の第2実施例の構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3実施例の構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a third embodiment of the present invention.

【図6】従来の一例の構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional example.

【図7】従来例におけるフォトトランジスタ部分の平面
図である。
FIG. 7 is a plan view of a phototransistor portion in a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

5  CdTe基板 61 ,62 ,201 ,202 ,301 ,30
2   フォトトランジスタ 71 ,72 ,211 ,212   ベース領域8
1 ,82 ,221 ,222 ,311 ,312
   コレクタ領域 91 ,92 ,231 ,231 ´,232 ,2
32 ´,331 ,332   エミッタ 11,35  分離溝 12  信号処理基板 151 ,152 ,361 ,362   金属バン
プ16,34  共通エミッタ 26  接着部 32  半導体回路基板
5 CdTe substrate 61 , 62 , 201 , 202 , 301 , 30
2 Phototransistors 71 , 72 , 211 , 212 Base region 8
1 , 82 , 221 , 222 , 311 , 312
Collector areas 91 , 92 , 231 , 231 ′, 232 , 2
32', 331, 332 Emitters 11, 35 Separation groove 12 Signal processing board 151, 152, 361, 362 Metal bumps 16, 34 Common emitter 26 Adhesive part 32 Semiconductor circuit board

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  光検知素子としてフォトトランジスタ
(301 ,302 )を用い、各フォトレジスタ(3
01 ,302 )のコレクタ(311 ,312 )
を信号処理部を設けられた半導体回路基板(32)に接
続し、各フォトトランジスタ(301 ,302 )の
エミッタ(331 ,332 ,34)を共通に接続す
る構成の光検知器において、上記各フォトトランジスタ
(301 ,302 )が、上記半導体回路基板(32
)上において物理的に分離した構成であることを特徴す
る光検知器。
Claim 1: Using phototransistors (301, 302) as photodetecting elements, each photoresistor (3
01 , 302 ) collector ( 311 , 312 )
is connected to a semiconductor circuit board (32) provided with a signal processing section, and the emitters (331, 332, 34) of each phototransistor (301, 302) are commonly connected. The transistors (301, 302) are connected to the semiconductor circuit board (32).
) A photodetector characterized in that it has a physically separated configuration.
【請求項2】  上記エミッタ(331 ,332 ,
34)は、上記各フォトトランジスタ(301 ,30
2 )を物理的に分離する溝(35)に形成されてなる
ことを特徴とする請求項1の光検知器。
Claim 2: The emitter (331, 332,
34) represents each of the phototransistors (301, 30
2) A photodetector according to claim 1, characterized in that the photodetector is formed in a groove (35) that physically separates the photodetector.
【請求項3】  上記フォトトランジスタ(301 ,
302 )と上記半導体回路基板(32)とは金属バン
プ(361 ,362 )又は接着剤で接続されている
ことを特徴とする請求項1の光検知器。
3. The phototransistor (301,
302) and the semiconductor circuit board (32) are connected to each other by metal bumps (361, 362) or adhesive.
JP2403699A 1990-12-19 1990-12-19 Optical detector Withdrawn JPH04218963A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001015792A (en) * 1999-04-28 2001-01-19 Denso Corp Photosensor
US8433131B2 (en) 2010-06-23 2013-04-30 Industrial Technology Research Institute Method for recognizing three-dimensional control point and computer readable medium using the same thereof

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