TWI556418B - 影像感測器 - Google Patents

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TWI556418B
TWI556418B TW099110334A TW99110334A TWI556418B TW I556418 B TWI556418 B TW I556418B TW 099110334 A TW099110334 A TW 099110334A TW 99110334 A TW99110334 A TW 99110334A TW I556418 B TWI556418 B TW I556418B
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泰羅 里沙
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Description

影像感測器 發明領域
本發明之示範實施例一般係關於電磁輻射之感測器，且更特定地關於能夠檢測多個不同波長帶(多色)中之光之固態影像感測器陣列。
 發明背景
二維像素陣列光感測器可與一濾色器陣列一起使用以達到多色檢測及成像。
此外，有不需要濾色器之光感測器陣列，因為顏色檢測基於一半導體基板內之光感區或像素之深度。此等種類感測器可取決於矽(Si)之波長相關吸收係數。
一雙層光電二極體先前予以描述，其以形成兩個二極體之一整體結構產生，其中一上層二極體具有一相對薄的主動區及一下層二極體具有一相對厚的主動區。其波長要遭測量之光指向該上層二極體上。該第一個二極體之該厚度遭選擇使得在正在測量之光波長之頻譜中，最短波長之能量全部為該第一個二極體吸收。隨著該輻射波長增大，該上層二極體之吸收以指數方式降低，且該已吸收之光通過該薄主動區傳遞到該下層二極體之該厚主動區，該已吸收之光在該厚主動區遭吸收。該下層二極體之該主動區之該厚度遭選擇使得其實質上吸收正在遭測量之該頻譜中之最長波長之全部能量。每一個二極體中之該光子能之吸收在各二極體中產生了電子-電洞對，該等電子-電洞對在每一個二極體中產生了導電性之改變，該導電性之改變與該吸收之能量成比例。由於該兩個二極體之導電性之差為該入射光之該波長之一函數，隨著該波長改變，則該兩個二極體之該導電性之該等改變之間之差除以該導電性之該等改變之總和為一函數，該函數為該入射光之該波長之一單值函數且其無關於該入射光之強度。連接到該雙層二極體之一測量電路提供了對該波長之一直接讀取。
第1圖顯示了矽(Si)之該吸收係數為波長之一函數。
一數位成像器裝置已予以描述，其將在不同波長之光之矽中之吸收長度之差用於分色。一較佳成像陣列據說是基於利用一個三井結構之一個三色像素感測器。該陣列據說透過測量在相同位置中之各像素之各三原色(RGB)，導致消除顏色混疊。
第2圖顯示了利用該三井結構之一個三色像素感測器。
第3圖繪示了一曲綫圖，該曲綫圖繪製Si中之光吸收長度對波長。
一個二維1位元接收器陣列已予以描述為一數位薄膜感測器(DFS)，其為定義為小於一500 nm艾瑞盤直徑之深-SDL(次繞射極限)像素之一陣列，其中每一像素在尺寸上為一微米之一部分。儘管若干光電子能夠將該輸出信號推到某一臨限值以上，但最終單一光電子靈敏度據說是期望的。據說只需要檢測一單一光電子之一像素比一傳統影像感測器中之一類比像素具有小得多的對完全-井容量及動態範圍之性能需求。該等特殊之像素已稱為“微像素”。
一微像素之實施態樣據說可透過使一傳統主動像素具有很高的轉換增益(低電容)。其它方式據說包括利用突崩或碰撞電離效應來達到一像素內增益及量子點之可能應用及其它奈米電子裝置。一般認為堆疊式結構也是可能的。
在操作中，在曝光階段之開始，該微像素將遭重置為一邏輯‘0’。如果在該曝光期間該微像素接著由一光子撞擊，則該微像素立刻或在讀出時遭設定為一邏輯“1”。由於該“類比至數位”轉換解析度之單一位元性質，據說可達到高列讀出速率。
據說顏色可以以相似於目前彩色影像感測器之一方式遭處理。即，該等微像素可由濾色器覆蓋。在此情況下，紅(R)、綠(G)及藍(B)微像素可獨立地處理且稍後該等數位式顯影圖像組合來形成一傳統RGB圖像。R、G及B微像素不需要以相同的空間頻率出現。
 發明概要
根據本發明之示範實施例可克服該等上述及其它問題，且可實現其它的優勢。
在其一個層面中，本發明之該等示範實施例提供了一裝置，該裝置包含安排在一基板內之光感測器之一個三維陣列，該基板具有一光接收表面，其中安排在較靠近該光接收表面之光接收器比安排在較遠離該光接收表面之光接收器對具有較短波長之光敏感，且其中每一光接收器受組配以輸出一個二進制值及透過吸收至少一個光子在一關閉狀態與一開啟狀態之間改變狀態。
在另一層面中，本發明之該等示範實施例提供了一種照射基板之一光接收表面之方法，該基板包含光接收器之一個三維陣列，其中安排在較靠近該光接收表面之一x-y平面中之光接收器比安排在較遠離該光接收表面之一x-y平面中之光接收器對具有較短波長之光敏感。每一光接收器受組配以輸出一個二進制值及透過吸收至少一個光子在一關閉狀態與一開啟狀態之間改變狀態。該方法還包含在一曝光時間段結束時，讀出來自安排在該三維陣列之至少兩個不同x-y平面中之光接收器之二進制值。
圖式簡單說明
當結合附圖時，本發明之目前較佳實施例之上述及其它層面在下面該等較佳實施例之詳細描述中更清楚，其中：第1圖顯示了繪製作為波長之一函數之矽(Si)之該吸收係數之一曲線圖。
第2圖以剖視圖形式顯示了利用一個三井結構之一個三色像素感測器。
第3圖繪示了一曲線圖，該曲線圖繪製Si中之光吸收長度對波長。
第4A圖、第4B圖及第4C圖，在本文中共同稱為第4圖，分別為根據本發明之該等示範層面之一光感測器之一簡化放大俯視圖、剖視圖及正視圖。
第5圖繪示了實施第4圖之該光感測器之該等接收器之一種恰當且非限制性類型之電路。
第6圖顯示了可遭構建以包括根據本發明之該等示範實施例之該影像感測器之一裝置之一方塊圖。
第7A圖與第7B圖，共同稱為第7圖，各為第4圖之該影像感測器之剖視圖，其中在第7A圖中顯示了該等接收器表面連接根據該主光線角度(CRA)最佳化之一個示範實施例，且其中在第7B圖中顯示了該等接收器層移動了是該CRA之一函數之一總量之另一示範實施例。
第8圖為繪製資料元件曝光對曝光時間(都以任意單位)之一圖式，且其在理解第4圖中顯示之該感測器之該操作方面有用。
第9圖根據本發明之示範實施例，為描述一方法之操作及電腦程式指令之執行之一邏輯流程圖。
 較佳實施例之詳細說明
本發明之該等示範實施例至少部分地關於成像檢測技術，諸如用在彩色照相機中之技術。如以上所討論，一些目前彩色照相機感測器透過利用藉由儲存入射光產生之電荷來測量亮度級之二維像素陣列實施。放置於該像素陣列與該輸入光之間之一濾色器陣列致使該像素陣列檢測顏色。該等儲存之電荷可透過利用浮動擴散及類比至數位轉換器(ADC)電路而遭數位化。該(等)受檢測圖像接著遭處理且該結果為一已儲存之圖像或視訊。
有多個與傳統影像感測器技術有關之問題。例如，該色彩準確性可能比理想情況低，因為，典型地，只用了三個不同的濾色器。然而，增加濾色器之數目降低該解析度。而且，濾色器可降低該感測器之靈敏度，因為在該等過濾器中有光學損失，導致無法用於成像目的之光子之損失。還難以增大該影像解析度，因為每一像素需要一定數目之電晶體，藉此設定用於像素面積及像素間間距之最小臨限。用於電荷之儲存空間也成問題，因為一小面積只可能儲存某最大量之光致電荷，藉此降低該等已檢測之像素值之該動態範圍。該等攝影感測器之良率可能成問題，因為一定數目之缺陷像素之存在可導致影像降級。
參考第4A圖、第4B圖及第4C圖，本發明之該等示範實施例提供一光感測器(感測器陣列)1，其包含排列為光感測器之一個三維陣列之很多個1位元接收器2。該三維陣列組織成沿著該陣列之一x軸之i個光接收器2、沿著該陣列之一y軸之j個光接收器2及沿著該陣列之一z軸之k個光接收器，其中i可以也可不等於j，且其中該i及j可各比k大得多。可看出，該k個1位元產生器可自該感測器1之一光接收表面1A垂直堆疊至一基板3之一深度，該基板可以為一矽基板。由於矽之該波長相關吸收係數，一特定光接收器2位於該基板3內越深(即，其位於離該光接收表面1A越遠)，到達該特定光接收器2且可遭吸收及檢測之光之該波長越長。作為一範例，該感測器1可回應自紫外線(UV)延伸到紅外線(IR)且因而包含自大約4x10-7m(及更短)到大約7x10-7m(及更長)之一範圍中之波長之波長範圍中之電磁輻射。一可取捨透鏡(未顯示在第4圖中)可放置在該光接收表面1A與正在遭成像場景之間。
一特定接收器2之二進制值(1或者0)表示該接收器之狀態(開或關)。由該感測器陣列1觀看之一場景透過處理已檢測到之接收器值且基於此等接收器值計算該影像(解析度及彩色)轉換為可能為一彩色影像之一影像。接收器之一特定層中之該等接收器2之該x及y維度(即，在接收器之一特定x-y平面)與入射波長之一特定範圍相對應，因而產生對特定色彩範圍靈敏之一層接收器。該z維度與多個層疊而上之該等接收器層相對應。也可以具有多個相似層。例如，且視該基板3之材料之波長吸收性質及接收器2之x-y平面之間的間距而定，可以有與諸如被視為位於該電磁頻譜之該藍、綠或紅部分中之光相對應之兩個或更多相鄰層。
在本發明之該等示範實施例中，i及j可都具有大約106之一值，而k可具有大約102之一值或更小，且各接收器2能夠儲存一1位元值(0或1)。入射光之該波長界定了該光傳播入該感測器1多深。該光到達之方向遭認為在該感測器1之一視場(FOV)內。
該等接收器2之尺寸及形狀可改變。例如，在一非限制性示範實施例中，每一接收器2可具有一大體立方形狀(每一面為近似正方形)，且每一接收器2可具有大約相同的尺寸。在其它示範實施例中，該等接收器2之形狀可近似為一個三維矩形結構，諸如第4圖中所顯示。在一些實施例中可能有利的是，較遠離該光接收表面1A之該等接收器2比較靠近該光接收表面1A之那些接收器2厚(在z軸中具有一較大範圍)。在一些實施例中還可有利的是，在該感測器1之一中心區中之該等接收器2比較靠近邊緣之該等接收器2(處於或靠近該等影像邊界之那些接收器)小。
在一些實施例中可有利的是最佳化該等接收器2之該形狀，使得該感測器1之該(等)最頂層中之那些接收器2最小，其中該尺寸基於朝向該等接收器2之最底層之該入射光之角度而增大。以此方式，可能不必利用微透鏡或一類似系統來將該光指引到接收器2之該等最底層。當然，此實施例考慮到了因存在該等不同材料而引起之光折射。
第7A圖及第7B圖各為第4圖之該影像感測器之一局部剖視圖，其中在第7A圖中顯示了該等接收器表面連接點根據該主光線角度(CRA)而最佳化之一個示範實施例，且其中在第7B圖中顯示了其中該等接收器層根據該CRA移動(橫向偏移)之另一示範實施例。在一光學系統中之該主光線為開始於該物體之該邊緣且經過該孔徑光闌之中心之子午光線。此光線穿過光瞳之該位置處之該光軸。就其本身而論，主光線可遭認為與一針孔照相機中之光線等效。一影像位置處該主光線與之該光軸之間的距離界定該影像之該尺寸。
在第7A圖之該實施例中，到各個層中之該等接收器之頂面(光接收表面1A)連接點或接觸點1C可利用導通孔1B(只顯示了其中之一些)而製造。該等接觸點1C之該頂面安置可關於該CRA以一最佳化方式而製造，在此情況下為透過將該等接觸點1C集中於靠近該光接收表面1A之周圍。在第7B圖中，同樣依照該CRA，一給定層之該等接收器2關於其它層中之該等接收器2橫向移動。注意，儘管第7A圖中之相鄰層中之該等接收器2也顯示為橫向移動，但在其它實施例中它們還可遭安排使得剛好位於正下方(即，垂直地互相對齊)。還要注意，在一些實施例中，只在一些層中之該等接收器2可在層之間橫向移動，而在其它層中，該等接收器可層疊而下且垂直地對齊，諸如第4A圖及第4B圖中所示。
還要注意，在此等示範實施例之範圍內，還應在設計該等接收器2之安置及/或尺寸時，考慮該半導體基板(例如，一Si基板)內之光之折射及該基板內偏離該光之該入射角(第7A圖及第7B圖以虛線所示)之角度之變化。
該等層之該厚度基於該感測器1之該材料(例如，矽)內之該光吸收屬性及不同波長處之檢測之預期準確性而界定。一個非限制性方式是使該等接收器2之該厚度(及/或該等z軸接收器之數目k)空間變化(例如，該中心區沿著該z軸可以包含比該感測器1之該邊緣/角落區更多且更薄的接收器2)。
該等接收器2在不同的層中可具有不同的尺寸(例如，參見第4B圖、第7A圖及第7B圖)。例如，該綠光吸收層(吸收可見綠色之波長之層)可比該紅、藍或IR反應層使用較多的(且實體上較小)接收器2。
在操作期間，該感測器陣列1之該等個別接收器2重設為一已知狀態(0或1)。當光照射到該感測器陣列1上時，其由該等接收器2之某一些吸收(選擇性地在如第1圖及第3圖中所示之為波長之一函數之深度中)且改變此等接收器之該狀態(1或0)。在某時間段後，該感測器陣列2已擷取大量光子且一些可能相應地大量的接收器2已經歷了一狀態改變。在有較多接收器2具有值(1或0，即，已從該最初重設狀態改變狀態之接收器)之時刻，則一光子將碰撞仍處於該重設狀態之一接收器之可能性降低。此導致該感測器1開始飽和。當該等接收器(像素)值隨後遭處理時，可考慮此類型非線性行為。關於這一點可參考第8圖之非限制性範例，其中可看到隨著曝光時間增加，接收器2之數目(其可稱為“資料原件”)漸進地接近某一最大值。在某一預期曝光時間段之後，讀出該等接收器2之該等值。透過將不同方向(該x及y軸上之解析度)與該z軸中之色彩中之該等位元值組合，一個三維影像可接著遭處理為具有一所需解析度及色彩準確度之一彩色影像。該經處理之影像之動態基於自不同方向組合之接收器值(及雜訊)之量。
該感測器1之該曝光時間可基於先前擷取之(多個)影像。也在該等示範實施例之範圍內，如果有適當地能使一個人能判定已改變狀態之接收器2之數目之某一機制，則在某一臨限數目之接收器2已改變狀態之後(例如，15%)，終止該曝光。此機制可基於執行該感測器1之多個連續非破壞讀取循環且持續到某一臨限數目之接收器2已改變狀態時。
注意，儘管該感測器1對波長(色彩)敏感且因此提供作為一彩色成像器或一頻譜成像器之功效，但其還可用來創建黑白及單色影像。如果入射光之量小，可有利的是只處理來自該感測器1之降低的解析度分辨力資訊。當該場景較亮時，則該解析度還有該色彩準確性可增大。
如第4圖中所示，在此等示範實施例之範圍內設計該感測器1使得其在不同的層中擷取不同波長之光，例如，該(等)最頂層可擷取UV光，下面的層擷取可見光且該等最底層擷取IR光。當形成該輸出影像或出於檢測目的時，可使用此等層之全部或一些。
該等接收器2之該等輸出可橫向(在一層內)及縱向(在兩層或更多層之間)組合。沿著該x方向之接收器2用於x解析度，沿著y軸方向之感測器2用於y解析度，且沿著z方向之感測器用於色彩準確性。多個相鄰接收器2可集合到一起來形成一單一影像像素，且一特定組中之感測器之數目可隨曝光改變，且在一單一曝光期間，該數目對於不同組是不同的。例如，朝向該光接收表面2A之中心，每組可有較少的接收器2，且在該光接收表面2A之邊緣，每組可有較多接收器2。
假定一非限制情況，該感測器1具有九層，沿著該z軸之該等讀出接收器值自底部到頂部為1 1 0 0 0 1 1 1 1。例如，在此情況下，視該值解析度而定，可產生具有值2 1 3或1 0 1之RGB像素。同樣此等值還可與該x及y方向中之接收器值組合且接著例如一16x16x9接收器體積內之接收器2可形成具有8位元動態解析度或甚至近乎10位元動態解析度(例如，3x16x16=768)之RGB像素值。可能的是，該感測器1能夠將位元元件(個別資料值)組合為資料元件(組合的資料值)。自該數位感測器1讀出之該資料可以為位元值(二進制)或多值資料元件。
透過進一步說明，且假定使用上述範例，可看到1 1 0 0 0 1 1 1 1不是一個二進制數而是用於不同層之開/關值。因此，可統計出已打開之該等接收器2(即，1+1+0=2、0+0+1=1、1+1+1=3,或213)。如果由於雜訊想要改變該值解析度，例如，可改變該臨限。在此情況下，一臨限1.5將把該值213轉為101(即，2>1.5→1,1<1.5→0,3>1.5→1)且訊噪比因而提高。還在該等示範實施例之範圍內，對不同色彩提供了不同數量之接收器2(例如，3個用於B，4個用於G及2個用於R)。則該等組合的值為2 2 2且該等臨限為1.5、2及1→1 1 1。在該第一範例中，該16x16x9體積可致能10位元動態解析度用於G、9位元動態解析度用於R及9.5位元解析度用於B。當該等值組合在一臨限內時，由於使用該16x16體積(在此非限制範例中)，則該動態解析度仍然只是8位元用於每一色彩。此外，由於一些層可用於UV及/或IR檢測，其它組合是可能的。
除了用於影像擷取，該感測器1可用於其它目的。例如，距離可基於該最底(例如，該IR)層之檢測。在此情況下假定在包括該感測器1之一裝置(例如，一照相機)處存在一IR光源。何時該IR光源遭啟動及何時IR光自一物體反射之間的時間差遭測量。基於該IR光之往返傳播時間之一半，到該物體之距離可因而遭確定。例如，在影像擷取期間，可用此類測量系統來協助自聚焦(AF)功能。
例如，接收器2之該陣列可透過與在隨機存取記憶體(諸如動態隨機存取記憶體(DRAM))中發現之技術相似的技術而讀出。即，該感測器1可看作i x j x k個可定址一個位元儲存位置之一陣列(還參見第4C圖)。該感測器1可受組配使得該等接收器值在一讀取循環期間總是重置，或者其可受組配使得該重置操作與該讀取操作分開執行。
注意在第4C圖中，為了方便起見，電氣連接顯示為在該基板3之該等垂直面，且並非限制。例如，在某些實施例中，可較佳的是將該等電氣接點提供在該頂面(該光接收表面1A)(如第7A圖中所示)或者該底面或者在該頂面及底面兩者。
由於該等可能的大量接收器2(例如，對於大小106x106x9之一陣列，為9x1012個)，每一個別接收器可遭設計以具有最小複雜性，藉此致使該感測器1遭製造，相比於傳統感測器陣列具有增大的良率。例如，在影像處理期間，任何缺陷接收器2，例如具有固定0或固定1故障之那些缺陷感測器可遭識別且它們的位置遭繪製及補償(諸如，透過利用來自相鄰可操作接收器2之內插)。
該等電氣接點及相關電路可在該感測器陣列1之該頂部上，或者可能較佳地在該感測器陣列1之該底部(背部接點)。可選擇地，一些接收器2可與該感測器陣列1之該頂部接觸而其它的接收器可與該感測器1之該底部接觸。
第4C圖顯示了具有示範性x-y-z位址產生電路4及接收器(像素)讀出電路5之該感測器陣列1。該接收器讀出電路5自該感測器陣列1接收一連串或多連串可能的二進制資料(1及0)，該可能的二進制資料可相對應於那些已啟動之接收器2(即，已吸收了至少一個光子)及那些尚未啟動之接收器2(即，由於尚未吸收至少一個光子或某一臨限數目之光子而仍處於該重置狀態)。該接收器讀出電路5還負責將光接收器之該等輸出聚集成x-y及/或z軸光接收器組或鄰域。該接收器讀出電路5可包括一壓縮功能(任何恰當的壓縮功能可遭使用，諸如運行長度編碼)，或者在儲存該等讀出接收器值之前有一獨立的壓縮功能。該位址產生電路4在任意給定時間可產生位址，以逐層(逐列)或垂直地逐列讀出該等接收器2。
該接收器電路不必像與在很多傳統CMOS/CCD感測器中發現之接收器電路那樣複雜，因為不必利用一A/D轉換器測量浮動擴散電流/電壓。而是，只需測量一特定接收器2(像素)是開啟還是關閉。可使用多個p-n或n-p接面，但也可使用其它可選擇物。而且一p井或n井(或該基板)之尺寸可比在傳統CMOS/CCD感測器中小很多，因為不必儲存大量電荷。
實施該等接收器2之一個恰當且非限制類型之電路顯示在第5圖中。在此情況下，每一接收器2包括一光二極體2A，其與用於一個位元振幅量化之一簡單基於反向器之比較器電路2B相連。一可調臨限電流可用來阻止因背景照明引起之啟動。當該信號電流(加上背景電流)超出該臨限電流I t 時，一接收器(像素)啟動，且C pix 兩端之電壓U in 由於放電電流I s +I b -I t 而低於該比較器2B之臨限電壓(~-U dd /2)。假定相比於該信號脈衝之振幅，I t 是小的，則一像素之靈敏度由需要用於對一像素之該輸入電容放電之該光學能E pix 判定：
其中C pix 為一像素之總輸入電容，其包含該光二極體及電路輸入電容，ΔU為在該輸入之需要啟動該比較器2B之電壓改變，S為光二極體響應度且K F 為像素填充因子。
還在此等示範實施例之範圍內，將在不同時間擷取之三維空間位元影像組合且因而使四維位元影像擷取可用於靜態或視訊影像。
在本發明之某些實施例中，該基板3可由針對對不同波長帶敏感而選擇之一不同材料組成。例如，該可見光檢測部分可由Si組成，而一UV光檢測部分(如果存在的話)可由諸如GaN或AlGaN之一III-V族材料或諸如SiC之另一材料組成，作為幾個非限制性範例。而且透過範例，該可見光檢測部分可由Si組成，而一IR光檢測部分(如果存在的話)可由諸如InGaAs、PbSe、InSb或HgCdTe組成，作為幾個非限制性材料。注意Si還可對IR靈敏。
還在本發明之該等示範實施例之範圍內，選擇性地改變不同層中之該等接收器2之至少一個維度，諸如沿著該z軸之該維度，以便提高對要在一特定層中檢測之光之該(等)波長之響應度。在此情況下，該至少一個維度可為一波長之某部分，藉此波長調諧該層中之該等接收器2。
大體而言，例如，該等接收器在該x及y軸之該等尺寸可在大約0.1到0.2微米之範圍中，而該等厚度可取決於在該感測器1之該相應層中檢測之該波長範圍及可能地還有該預期的色彩準確性及層之數目而改變。一接收器2之該等實際最小尺寸可遭假定以至少部分地取決於該製造過程之細節，諸如用於光刻之該等波長及類似過程相依參數。
大體而言，可根據預期的色彩保真度而調整該z軸深度，且此深度調整可或可不針對所有的色彩通道一致。而且，在某些情況下，可提供該深度之一變化以產生對構成一個資料元件之位元元件之一統計分佈。
儘管可關於色彩動態而調整沿著該z軸之該等接收器2之該等尺寸，如上所述，還可根據光之一不均勻分佈，特別是在該影像感測器1之邊緣處，調整沿著該x-y軸之該等接收器2之該等尺寸。
大體而言，該等接收器2之該等尺寸及分佈可為該感測器/裝置幾何結構之一函數，且可基於該主光線角度(CRA)之考量。
該感測器陣列1之該製造可由任意恰當技術完成，包括一種或多種形成多個植入/擴散p-n/n-p接面之技術，透過利用多個磊晶/圖形/平坦化處理步驟以形成層疊而上之該等個別層及透過利用該晶圓接合處理(作為非限制性範例)。其它的技術也可遭使用，諸如直通矽介層(TSV)或直通矽層疊技術，以來提供用於包含該等接收器2之垂直層疊基板/晶圓。
第6圖說明了一裝置之一示範實施例，諸如以平面圖(左邊)及剖視圖(右邊)之形式之一用戶設備(UE)10。在第6圖中，該UE 10具有一圖形顯示介面20及繪示為一鍵盤之一用戶介面22，但該用戶介面22可理解為還包括在該圖形顯示介面20處之觸摸螢幕技術及在該麥克風24處接收到之語音辨別技術。一功率驅動器26控制由該用戶打開或關閉之該裝置。
該示範UE 10包括面向前方之一照相機28(例如，用於視訊通話)，但其可選擇地或另外地面向後方(例如，用於擷取影像及視訊，用於本地儲存)。該照相機28由一快門驅動器30且可取捨地由一縮放驅動器30控制，當該照相機28未在一作用模式時，該縮放驅動器30可以可選擇地作為用於揚聲器34之一音量調節。
該照相機28可遭假定包括根據本發明之該等示範實施例而構建及操作之一影像感測器陣列，如上詳細描述。
在第6圖之該剖視圖內，可看到典型地用於天線通訊之多個發送/接收天線36。該等天線36可為多頻帶，以與該UE中之其它無線電一起使用。用於該等天線36之該可操作地平面藉由遮蔽為橫跨由該UE外殼包圍之該整個空間而顯示，儘管在一些實施例中，該地平面可受限制為一較小區域，諸如安排在功率晶片38形成於其上之一印刷線路板上。該功率晶片38控制正在遭發送及/或在利用空間分集情況下遍佈同時發送之天線之該等頻道上之功率放大且放大接收到之信號。該功率晶片38將該放大的接收信號輸出到解調且降頻轉換該信號以用於基帶處理之之該射頻(RF)晶片40。該基帶(BB)晶片42檢測該信號，接著該信號轉換為一位元流且最終遭解碼。類似的處理對於在該裝置10中產生且自其發送之信號反向地發生。
進入及來自該照相機28之信號可經過編碼及解碼各個影像訊框之一影像/視訊處理器44。一獨立音訊處理器46也可存在，控制去往及來自該等揚聲器34及該麥克風24之信號。該圖形顯示介面20自受一用戶介面晶片50控制之一訊框記憶體48更新，該用戶介面晶片50可處理去往及來自該顯示介面20之信號及/或另外地處理來自該鍵盤22或別處之用戶輸入。
該UE 10之某些實施例還可包括一個或多個第二無線電，諸如一無線區域網路無線電WLAN 37及一藍牙無線電39，該一個或多個第二無線電可包含該晶片上之一天線或者耦接到該晶片外之一天線。各種記憶體遍及該裝置，諸如隨機存取記憶體RAM 43、唯讀記憶體ROM 45，且在一些實施例中，可以有可移動記憶體，諸如各種程式10C儲存於其上之已說明之記憶卡47。通常，該UE 10內之此等組件之全部藉由諸如一電池49之一便攜式電源供電。
該等處理器38、40、42、44、46、50，如果作為獨立實體實施到一UE 10中，可以以相對於該主處理器10A、12A之一從關係操作，該主處理器10A、12A則為相對於該等處理器38、40、42、44、46、50之一主關係。本發明之實施例可遭安排遍及所示之各種晶片及記憶體，或者安排在將上述第6圖之該等功能之一些合併之另一處理器。第6圖之此等各種處理器之任一個或全部接取可與該處理器共晶片或與該處理器分離之該等各種記憶體之一個或多個。針對在比一piconet網路寬廣之一網路通訊之相似特定功能組件(例如，組件36、38、40、42-45及47)也可安排在該存取節點12之示範實施例中，該存取節點12可具有塔式天線之一陣列而不是第6圖顯示之該兩個。
注意，上述之各種積體電路(例如，晶片38、40、42等)可組合成比所描述之一較少數目，且在大多情況下可全部實體地植入到一單一晶片內。
參考第9圖，說明了描述根據本發明之示範實施例操作一方法及執行電腦程式指令之一邏輯流程圖。在方塊9A處，該方法包括照射包含光接收器之一個三維陣列之基板之一光接收表面，其中安排在較靠近該光接收表面之一x-y平面中之光接收器比安排在較遠離該光接收表面之一x-y平面中之光接收器對具有較短波長之光靈敏，且其中每一光接收器受組配以輸出一個二進制值且藉由吸收至少一個光子在一關閉狀態及開啟狀態之間改變狀態。在方塊9B處，在一曝光期間段結束時，有讀出來自安排在該三維陣列之至少兩個不同x-y平面中之光接收器之二進制值之一操作。
在該前段之該方法中，其中照射包括將該等光接收器重置為該關閉狀態之一預備步驟。
在該前段之該方法中，進一步包含將一定數目之相鄰光接收器之該等二進制輸出組合到一起。
在該前段之該方法中，其中組合到一起把在該三維陣列之該相同x-y平面中相鄰的一定數目之光接收器之該等二進制輸出組合到一起、或者把沿著該三維陣列之一z軸相鄰的一定數目之光接收器之該等二進制輸出組合到一起、或者把該三維陣列之該相同x-y平面中且沿著該z軸相鄰的一定數目之光接收器之該等二進制輸出組合到一起。
在該等前段之該方法中，進一步包含自一個曝光時間到下一個而改變光接收器之該群集。
在該等前段之該方法中，進一步包含壓縮自該感測器陣列讀出之該等二進制值。
在該等前段之該方法中，其執行於一無線通訊裝置內之一影像感測器之操作期間。
透過利用本發明之該等示範實施例，達到多個優勢及技術效果。例如，可提高感測器陣列靈敏度，可提高該等影像感測器之良率，可提高色彩準確性，可提高解析度且可提高該等像素值之動態。此外，可動態地達成解析度及色彩準確性之間之任何折衷。此外，至少由於該基本感測器結構之簡易性，可得到很多不同的最佳化可能性。此外，該感測器陣列1易於使用及整合，因為所有該等接收器2只提供值0及1。此外，不必提供獨立的濾色器或一IR過濾器或者提供微透鏡。
大體而言，該等各個示範實施例可以以硬體或專用電路、軟體、邏輯或它們之任一組合實施。例如，一些層面可以以硬體實施，而其它層面可以以由一控制器、微處理器或其它計算裝置執行之韌體或軟體實施，雖然本發明之該等示範實施例不限於那些。儘管本發明之該等示範實施例之各個層面可說明且描述為方塊圖、示意圖或利用某一其它圖形表示，但眾所周知，作為非限制性範例，本文描述之此等方塊、裝置、系統、技術或方法可以至少部分地作為硬體、軟體、韌體、專用電路或邏輯、通用硬體或控制器或其它計算裝置或者它們之某組合而實施。
因此應當明白，本發明之該等示範實施例之至少一些層面可以以各種組件實施，諸如，積體電路晶片及模組，且本發明之該等示範實施例可在體現為一積體電路之一裝置中實現。該(或該等)積體電路可包含用於體現可受組配以便根據本發明之該等示範實施例操作之一資料處理器(或多個資料處理器)、一數位信號處理器(或多個信號處理器)、基帶電路或射頻電路之至少一個或多個之電路(以及可能是韌體)。
當結合該等附圖理解時，鑑於上述描述，對本發明之該等上述示範實施例所作的各種修改及改寫對於熟於相關技藝者可以是明顯的。然而，任一及全部修改將仍落入本發明之該等非限制性及示範性實施例之範圍內。
例如，儘管該等示範實施例已在上面第6圖中描述了一無線通訊裝置之脈絡，諸如該UE 10，但應當明白本發明之該等示範實施例不局限於只使用在此一個特定類型之無線通訊裝置，且它們可有利於可或可不具有無線通訊能力之其它類型之裝置，其它類型之裝置包括數位照相機、PDA、電腦及遊戲裝置，作為非限制性範例。
進一步透過範例，個別接收器2不必基於電晶體/二極體，但可利用其它類型之裝置遭構建，其它類型之裝置包括量子點及其它奈米結構裝置。
進一步透過範例，應當認識到，以上關於沿著該等各個軸之接收器之該數目而給定之該等各個值是示範性的，且不應解釋為限制性。
進一步透過範例，本發明之該等示範性實施例不應解釋為局限於上述之該等特定材料、材料之組合、製造工藝、波長及/或尺寸中之任何一個。
進一步透過範例，在一特定實施例中，並不是該感測器陣列1之所有層需填充有接收器2。例如，且假定只想要檢測藍光及紅光之一應用之一非限制情況，則只有接收此等波長之該基板3之那些部分需要包括接收器2，藉此有效地陷波過濾掉位於藍與紅之間的光之該等波長。該同樣的效果可透過提供對藍到紅之該範圍中之所有波長敏感之該感測器陣列1而實現，且接著只讀出對藍敏感之接收器2之該層或該等層及對紅敏感之接收器2之該層或該等層。
應當注意到，用語“連接”、“耦接”或者它們之任一變體指的是在兩個或更多元件之間直接或間接地連接或耦接，且可存在在該“連接”或“耦接”在一起之兩個元件之間之一個或多個中間元件。該等元件之間的該耦接或連接可以是實體的、邏輯的或實體及邏輯之一組合。如本文所使用，兩個元件可認為透過利用一個或多個線、電纜及/或印刷電氣連接及透過利用電磁能而“連接”或“耦接”到一起，該電磁能諸如具有該射頻波段、微波波段及光學波段(可見或不可見兩者)中之波長之電磁能，作為非限制性及非詳盡性範例。
而且，本發明之該等各個非限制性及示範性實施例之該等特徵之一些可得利於在沒有相應地利用其它特徵之情況下。就這一點而言，該以上描述應當認為只是說明本發明之原理、教學及示範實施例，且不局限於以上。
1．．．光感測器、感測器陣列、數位感測器
1A．．．光接收表面
1B．．．導通孔
1C．．．接收器頂面(光接收表面1A)連接點或接觸點
2．．．1位元接收器、特定光接收器、缺陷接收器、感測器陣列
2A．．．光二極體、光接收表面
2B．．．基於簡單反向器之比較器電路、比較器
3．．．基板
4．．．示範性x-y-z位址產生電路
5．．．接收器(像素)讀出電路
9A、9B．．．方塊
10．．．用戶設備(UE)、裝置
10A．．．主處理器
10C．．．程式
20．．．圖形顯示介面
22．．．用戶介面、鍵盤
24．．．麥克風
26．．．功率驅動器
28．．．照相機
30．．．快門驅動器、縮放驅動器
34．．．揚聲器
36．．．發送/接收天線、組件
37．．．無線區域網路無線電WLAN
38．．．功率晶片、處理器、組件
39．．．藍牙無線電
40．．．射頻(RF)晶片、處理器、組件
42．．．基帶(BB)晶片、處理器、組件
43．．．隨機存取記憶體RAM、組件
44．．．影像/視訊處理器、處理器、組件
45．．．唯讀記憶體ROM、組件
46．．．獨立音訊處理器、處理器
47．．．記憶卡、組件
48．．．訊框記憶體
49．．．電池
50．．．用戶介面晶片、處理器
第1圖顯示了繪製作為波長之一函數之矽(Si)之該吸收係數之一曲線圖。
第2圖以剖視圖形式顯示了利用一個三井結構之一個三色像素感測器。
第3圖繪示了一曲線圖，該曲線圖繪製Si中之光吸收長度對波長。
第4A圖、第4B圖及第4C圖，在本文中共同稱為第4圖，分別為根據本發明之該等示範層面之一光感測器之一簡化放大俯視圖、剖視圖及正視圖。
第5圖繪示了實施第4圖之該光感測器之該等接收器之一種恰當且非限制性類型之電路。
第6圖顯示了可遭構建以包括根據本發明之該等示範實施例之該影像感測器之一裝置之一方塊圖。
第7A圖與第7B圖，共同稱為第7圖，各為第4圖之該影像感測器之剖視圖，其中在第7A圖中顯示了該等接收器表面連接根據該主光線角度(CRA)最佳化之一個示範實施例，且其中在第7B圖中顯示了該等接收器層移動了是該CRA之一函數之一總量之另一示範實施例。
第8圖為繪製資料元件曝光對曝光時間(都以任意單位)之一圖式，且其在理解第4圖中顯示之該感測器之該操作方面有用。
第9圖根據本發明之示範實施例，為描述一方法之操作及電腦程式指令之執行之一邏輯流程圖。
1．．．光感測器、感測器陣列、數位感測器
1A．．．光接收表面
2．．．1位元接收器、特定光接收器、缺陷接收器、感測器陣列
3．．．基板
4．．．示範性x-y-z位址產生電路
5．．．接收器(像素)讀出電路

Claims (19)

  1. 一種用於影像感測之裝置，其包含安排在一基板內之光接收器之一個三維陣列，該基板具有一光接收表面，其中安排在較靠近該光接收表面之光接收器比安排在較遠離該光接收表面之光接收器，對具有較短波長之光敏感，且其中每一光接收器被建構來透過吸收至少一個光子而在一關閉狀態及一開啟狀態之間改變狀態，以及輸出表示該光接收器是否已改變狀態的一個1位元二進制值，其中該裝置對至少自紫外線延伸到紅外線之一波長範圍中之電磁輻射敏感。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其對包括至少從大約4x10-7m到大約7x10-7m之一波長範圍中之電磁輻射敏感。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之裝置，其中每一光接收器沿著一x軸、一y軸及一z軸具有大約相同的尺寸。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之裝置，其中安排在較遠離該光接收表面之至少一些光接收器與較靠近該光接收表面之光接收器比較之下，具有沿著一z軸之一較大尺寸。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之裝置，其中安排在較靠近經過該光接收表面之一中心之一軸之光接收器比安排在較遠離經過該光接收表面之該中心之該軸之光接收器，具有沿著一x軸及一y軸之至少一個之一較小尺寸。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述之裝置，其中該等光接收器以層安排，其中在一特定層內之該等光接收器對光之該等相同波長敏感，且其中在一第一層中之至少一些光接收器直接安排在一相鄰層中之一些光接收器之正下方。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述之裝置，其中該等光接收器以層安排，其中一特定層內之該等光接收器對光之該等相同波長敏感，且其中一第一層中之至少一些光接收器遭安排使得相對於一相鄰層中之至少一些光接收器橫向移動。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之裝置，其中該第一層中之該等至少一些光接收器橫向移動一總量，該總量為一主光線角度之一函數。
  9. 如申請專利範圍第1或2項所述之裝置，其中一個別光接收器具有與該光接收器對其敏感之光之波長有關之至少一個尺寸。
  10. 如申請專利範圍第1或2項所述之裝置，其進一步包含沿著該光接收表面之一周圍安排之電氣接點。
  11. 如申請專利範圍第1或2項所述之裝置，其體現為一設備內之一影像感測器之部分。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之裝置，其中該設備包含一無線通訊設備。
  13. 一種用於影像感測之方法，其包含下列步驟：照射基板之一光接收表面，該基板包含光接收器之 一個三維陣列，其中安排在較靠近該光接收表面之一x-y平面中之光接收器比安排在較遠離該光接收表面之一x-y平面中之光接收器，對具有較短波長之光敏感，且其中每一光接收器被建構來透過吸收至少一個光子在一關閉狀態與一開啟狀態之間改變狀態，以及輸出表示該光接收器是否已改變狀態的一個1位元二進制值，其中該光接收器之三維陣列對至少自紫外線延伸到紅外線之一波長範圍中之電磁輻射敏感；及在一曝光時間段結束時，讀出來自安排在該三維陣列之至少兩個不同x-y平面中之光接收器之二進制值。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中照射包括將該等光接收器重置為該關閉狀態之一預備步驟。
  15. 如申請專利範圍第13或14項所述之方法，其進一步包含將一定數目之相鄰光接收器之該等二進制輸出群集到一起。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中群集到一起之操作把在該三維陣列之該同一x-y平面中相鄰的一定數目之光接收器之該等二進制輸出群集到一起、或把沿著該三維陣列之一z軸相鄰的一定數目之光接收器之該等二進制輸出群集到一起、或把在該三維陣列之該同一x-y平面中且沿著該z軸相鄰的一定數目之光接收器之該等二進制輸出群集到一起。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其進一步包含自一個曝光時間到下一個改變光接收器之該群集。
  18. 如申請專利範圍第13或14項所述之方法，其進一步包含壓縮自該感測器陣列讀出之該等二進制值。
  19. 如申請專利範圍第13或14項所述之方法，其執行於一無線通訊設備內之一影像感測器之操作期間。
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8648287B1 (en) 2005-05-27 2014-02-11 Rambus Inc. Image sensor using single photon jots and processor to create pixels
US8134115B2 (en) * 2009-06-23 2012-03-13 Nokia Corporation Color filters for sub-diffraction limit-sized light sensors
JP5566093B2 (ja) * 2009-12-18 2014-08-06 キヤノン株式会社 固体撮像装置
US8420996B2 (en) * 2009-12-23 2013-04-16 Nokia Corporation Intensity estimation using binary sensor array with spatially varying thresholds
US8319855B2 (en) * 2010-01-19 2012-11-27 Rambus Inc. Method, apparatus and system for image acquisition and conversion
KR101565748B1 (ko) 2013-05-31 2015-11-05 삼성에스디에스 주식회사 이미지에서 반복 패턴을 검출하는 방법 및 장치
US9621864B2 (en) * 2014-01-14 2017-04-11 Microsoft Technology Licensing, Llc Spectral imaging system
US9752929B2 (en) * 2014-05-08 2017-09-05 Pinnacle Imaging Corporation Light-detecting device and method for converting optical radiation on switched conductivity diodes
US9865642B2 (en) * 2015-06-05 2018-01-09 Omnivision Technologies, Inc. RGB-IR photosensor with nonuniform buried P-well depth profile for reduced cross talk and enhanced infrared sensitivity
US9979907B2 (en) * 2015-09-18 2018-05-22 Sony Corporation Multi-layered high-dynamic range sensor
CN111316138B (zh) 2017-05-24 2022-05-17 纽约市哥伦比亚大学理事会 色散工程化介电超表面的宽带消色差平坦光学部件
KR102718309B1 (ko) 2017-08-31 2024-10-15 메탈렌츠 인코포레이티드 투과성 메타표면 렌즈 통합
KR101961439B1 (ko) * 2018-06-14 2019-07-17 강용훈 센서 유닛 및 이를 포함하는 자외선 검출 장치
JP7242285B2 (ja) * 2018-12-19 2023-03-20 キオクシア株式会社 半導体装置
WO2021021671A1 (en) 2019-07-26 2021-02-04 Metalenz, Inc. Aperture-metasurface and hybrid refractive-metasurface imaging systems
CN112770020A (zh) 2019-11-05 2021-05-07 北京小米移动软件有限公司 图像传感模组、方法、装置、电子设备及介质
WO2024205646A2 (en) 2022-03-31 2024-10-03 Metalenz, Inc. Polarization sorting metasurface microlens array device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6498576B1 (en) * 2000-05-09 2002-12-24 Pixim, Inc. Selective analog-to-digital conversion for a digital pixel sensor
US6731397B1 (en) * 1999-05-21 2004-05-04 Foveon, Inc. Method for storing and retrieving digital image data from an imaging array
US20040178465A1 (en) * 2002-03-20 2004-09-16 Foveon, Inc. Vertical color filter sensor group with non-sensor filter and method for fabricating such a sensor group
US20060033114A1 (en) * 2004-08-13 2006-02-16 Schranz Paul S Light emitting and imaging sensing device and apparatus

Family Cites Families (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4980252U (zh) * 1972-10-28 1974-07-11
US4011016A (en) * 1974-04-30 1977-03-08 Martin Marietta Corporation Semiconductor radiation wavelength detector
US6704049B1 (en) * 1998-02-23 2004-03-09 Micron Technology, Inc. Interpolator for a CMOS image sensor using a digital register
US5965875A (en) * 1998-04-24 1999-10-12 Foveon, Inc. Color separation in an active pixel cell imaging array using a triple-well structure
US6665012B1 (en) * 1998-09-22 2003-12-16 Pixim, Inc. Process-scalable high spatial resolution and low bit resolution CMOS area image sensor
US6252577B1 (en) * 1999-03-18 2001-06-26 Intel Corporation Efficient methodology for scaling and transferring images
US6727521B2 (en) * 2000-09-25 2004-04-27 Foveon, Inc. Vertical color filter detector group and array
US6888568B1 (en) * 1999-08-19 2005-05-03 Dialog Semiconductor Gmbh Method and apparatus for controlling pixel sensor elements
DE60134950D1 (de) * 2001-02-08 2008-09-04 Sgs Thomson Microelectronics Referenzdatenkodierung für eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
US6960757B2 (en) * 2001-06-18 2005-11-01 Foveon, Inc. Simplified wiring schemes for vertical color filter pixel sensors
US6864557B2 (en) * 2001-06-18 2005-03-08 Foveon, Inc. Vertical color filter detector group and array
US7906826B2 (en) * 2002-02-05 2011-03-15 E-Phocus Many million pixel image sensor
US20040178463A1 (en) * 2002-03-20 2004-09-16 Foveon, Inc. Vertical color filter sensor group with carrier-collection elements of different size and method for fabricating such a sensor group
US6704046B2 (en) * 2002-04-17 2004-03-09 Motorola, Inc. Digital pixel image sensor with independent color channel reference signals
US7129466B2 (en) * 2002-05-08 2006-10-31 Canon Kabushiki Kaisha Color image pickup device and color light-receiving device
US7408572B2 (en) * 2002-07-06 2008-08-05 Nova Research, Inc. Method and apparatus for an on-chip variable acuity imager array incorporating roll, pitch and yaw angle rates measurement
DE10233359A1 (de) 2002-07-23 2004-02-19 Daimlerchrysler Ag Druckguss-Zylinderkurbelgehäuse
AU2003255254A1 (en) * 2002-08-08 2004-02-25 Glenn J. Leedy Vertical system integration
US6646318B1 (en) * 2002-08-15 2003-11-11 National Semiconductor Corporation Bandgap tuned vertical color imager cell
US6891143B2 (en) * 2002-10-30 2005-05-10 Microsoft Corporation Photo-sensor array with pixel-level signal comparison
US7236191B2 (en) * 2003-04-30 2007-06-26 Nokia Corporation Method and system for image processing with pixel interpolation using second order gradients
WO2004100200A2 (en) * 2003-05-01 2004-11-18 Yale University Solid state microchannel plate photodetector
US7858917B2 (en) 2003-05-02 2010-12-28 Massachusetts Institute Of Technology Digital photon-counting geiger-mode avalanche photodiode solid-state monolithic intensity imaging focal-plane with scalable readout circuitry
JP4365247B2 (ja) 2004-03-17 2009-11-18 富士フイルム株式会社 光電変換膜積層型固体撮像素子
JP2006027017A (ja) 2004-07-14 2006-02-02 Fuji Photo Film Co Ltd プリンタユニット
EP1812968B1 (en) * 2004-08-25 2019-01-16 Callahan Cellular L.L.C. Apparatus for multiple camera devices and method of operating same
US20060124832A1 (en) * 2004-09-27 2006-06-15 Lightspin Technologies, Inc. Wide dynamic range photodetector
EP1667246A1 (en) 2004-12-03 2006-06-07 ETeCH AG A multi-colour sensitive device for colour image sensing
US7808023B2 (en) * 2005-08-24 2010-10-05 Aptina Imaging Corporation Method and apparatus providing integrated color pixel with buried sub-wavelength gratings in solid state imagers
JP4907557B2 (ja) * 2006-01-25 2012-03-28 京セラ株式会社 撮像素子及びカメラモジュール
JP2008010773A (ja) * 2006-06-30 2008-01-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像素子およびその製造方法
US7612805B2 (en) * 2006-07-11 2009-11-03 Neal Solomon Digital imaging system and methods for selective image filtration
KR100875140B1 (ko) 2007-11-01 2008-12-22 실리콤텍(주) 기준전압이 자동으로 조절되는 저전력 이미지 센서 및 이이미지 센서가 포함되어 하나의 칩 상에 집적된 집적회로
WO2008060124A2 (en) * 2006-11-17 2008-05-22 Silicon Communications Technology Co., Ltd. Low power image sensor adjusting reference voltage automatically and optical pointing device comprising the same
WO2008067472A2 (en) 2006-11-29 2008-06-05 President And Fellows Of Harvard College A new spatio-spectral sampling paradigm for imaging and a novel color filter array design
WO2008082569A1 (en) 2006-12-29 2008-07-10 Nanolambda, Inc. Wavelength selective metallic embossing nanostructure
EP2143141A4 (en) * 2007-04-18 2011-04-13 Invisage Technologies Inc MATERIAL SYSTEMS AND METHOD FOR OPTOELECTRONIC ARRANGEMENTS
KR20090107254A (ko) * 2008-04-08 2009-10-13 삼성전자주식회사 이진 광신호를 이용한 이미지 센서 및 구동방법
WO2009136989A1 (en) 2008-05-09 2009-11-12 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne Image sensor having nonlinear response
JP5055643B2 (ja) 2008-07-28 2012-10-24 株式会社リコー 撮像素子および画像撮像装置
US8179457B2 (en) * 2009-06-23 2012-05-15 Nokia Corporation Gradient color filters for sub-diffraction limit sensors
US8134115B2 (en) * 2009-06-23 2012-03-13 Nokia Corporation Color filters for sub-diffraction limit-sized light sensors
US8198578B2 (en) * 2009-06-23 2012-06-12 Nokia Corporation Color filters for sub-diffraction limit-sized light sensors

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6731397B1 (en) * 1999-05-21 2004-05-04 Foveon, Inc. Method for storing and retrieving digital image data from an imaging array
US6498576B1 (en) * 2000-05-09 2002-12-24 Pixim, Inc. Selective analog-to-digital conversion for a digital pixel sensor
US20040178465A1 (en) * 2002-03-20 2004-09-16 Foveon, Inc. Vertical color filter sensor group with non-sensor filter and method for fabricating such a sensor group
US20060033114A1 (en) * 2004-08-13 2006-02-16 Schranz Paul S Light emitting and imaging sensing device and apparatus

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Publication number Publication date
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CA2757792A1 (en) 2010-10-14

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