像素阵列及图像感测系统技术方案

本申请案涉及一种像素阵列及一种图像感测系统。一种像素阵列包含布置于所述像素阵列中的多个可见光像素。所述多个可见光像素中的每一者包含布置于第一半导体裸片中以检测可见光的光敏元件。所述多个可见光像素中的每一者经耦合以将彩色图像数据提供到安置于第二半导体裸片中的可见光读出电路，所述第二半导体裸片以堆叠式芯片方案与所述第一半导体裸片堆叠且耦合到所述第一半导体裸片。多个红外IR像素布置于所述像素阵列中。所述多个IR像素中的每一者包含布置于所述第一半导体裸片中以检测IR光的单光子雪崩光电二极管SPAD。所述多个可见光像素中的每一者经耦合以将IR图像数据提供到安置于所述第二半导体裸片中的IR光读出电路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像传感器。更具体来说，本专利技术的实例涉及三维图像传感器。
技术介绍
对三维(3D)相机的兴趣正随着3D应用的流行不断在例如成像、电影、游戏、计算机、用户接口及类似物的应用中增长而增加。用于创建彩色3D图像的典型被动方式是使用多个相机来捕获立体或多个图像。使用立体图像，可对图像中的物体进行三角测量以创建彩色3D图像。此三角测量技术的一个缺点是难以使用小装置创建彩色3D图像，这是因为每一相机之间必须存在最小分离距离以便创建彩色3D图像。另外，此技术为复杂的，且因此需要显著的计算机处理能力以便实时地创建彩色3D图像。此外，使用多个相机可增加成像系统的大小及成本。对于需要实时获取彩色3D图像的应用，有时利用基于光学飞行时间测量的有源深度成像系统。飞行时间系统通常采用：将光引导于物体处的光源，检测从物体反射的光的传感器，及基于光来往于物体行进所花费的往返时间而计算到所述物体的距离的处理单元。在典型飞行时间传感器中，通常由于从光电检测区到感测节点的高传送效率而使用光电二极管。
技术实现思路
本申请案的一个实施例涉及一种像素阵列，其包括：多个可见光像素，其布置于所述像素阵列中，其中所述多个可见光像素中的每一者包含布置于第一半导体裸片中以检测可见光的光敏元件，其中所述多个可见光像素中的每一者经耦合以将彩色图像数据提供到安置于第二半导体裸片中的可见光读出电路，所述第二半导体裸片以堆叠式芯片方案与所述第一半导体裸片堆叠且耦合到所述第一半导体裸片；及多个红外(IR)像素，其布置于所述像素阵列中，其中所述多个IR像素中的每一者包含布置于所述第一半导体裸片中以检测IR光的单光子雪崩光电二极管(SPAD)，其中所述多个IR光像素中的每一者经耦合以将IR图像数据提供到安置于所述第二半导体裸片中的IR光读出电路。本申请案的另一实施例涉及一种图像感测系统，其包括：光源，其用于将红外(IR)光脉冲发射到物体；像素阵列，其用于从所述物体接收可见光及经反射IR光脉冲，其中所述像素阵列包含：多个可见光像素，其布置于所述像素阵列中，其中所述多个可见光像素中的每一者包含布置于第一半导体裸片中以检测来自所述物体的所述可见光的光敏元件，其中所述多个可见光像素中的每一者经耦合以将彩色图像数据提供到安置于第二半导体裸片中的可见光读出电路，所述第二半导体裸片以堆叠式芯片方案与所述第一半导体裸片堆叠且耦合到所述第一半导体裸片；及多个IR像素，其布置于所述像素阵列中，其中所述多个IR像素中的每一者包含布置于所述第一半导体裸片中以检测来自所述物体的所述经反射IR光脉冲来产生飞行时间信息的单光子雪崩光电二极管(SPAD)，其中所述多个可见光像素中的每一者经耦合以将IR图像数据提供到安置于所述第二半导体裸片中的IR光读出电路；及控制电路，其经耦合以控制所述像素阵列的操作且借助同步信号控制并使所述光源同步以使所述光脉冲的发射与对从所述物体反射的光子的感测的时序同步。附图说明参照以下图描述本专利技术的非限制性及非穷尽性实施例，其中除非另有规定，否则贯穿各个视图，相同参考编号是指相同部件。图1是展示用于产生物体或场景的三维彩色图像的成像系统的实例的示意性框图。图2是展示根据本专利技术的教示包含具有对应读出电路、控制电路及功能逻辑的彩色飞行时间像素阵列的3D彩色图像传感器的实例的一部分的框图。图3是展示根据本专利技术的教示安置于实例性彩色飞行时间像素阵列上方的实例性RGB-IR滤光器阵列的图解说明。图4A是图解说明根据本专利技术的教示的堆叠式可见光像素的一个实例的示意图。图4B是图解说明根据本专利技术的教示包含淬灭元件的堆叠式芯片SPAD像素的一个实例的示意图。图5是根据本专利技术的教示包含具有堆叠式裸片的3D彩色图像传感器的集成电路系统的横截面图。贯穿图式的数个视图，对应参考字符指示对应组件。所属领域的技术人员将了解，图中的元件是为简单及清晰起见而图解说明的，且未必按比例绘制。举例来说，为帮助改进对本专利技术的各种实施例的理解，各图中的元件中的一些元件的尺寸可能相对于其它
元件被放大。同样，通常不描绘在商业上可行的实施例中有用或必需的常见而众所周知的元件以便促进对本专利技术的这些各个实施例的较不受阻碍的观看。具体实施方式揭示一种用于使用飞行时间及深度信息获得彩色3D图像的设备及系统。在以下说明中，陈述众多特定细节以提供对实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可在不具有所述特定细节中的一者或多者的情况下或者借助其它组件、材料等来实践本文中所描述的技术。在其它实例中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以避免使特定方面模糊。贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的提及意指结合所述实施例所描述的特定特征、结构或特性包含于本专利技术的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各个地方中出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”未必全部是指相同实施例。此外，特定特征、结构或特性可以任一适合方式组合于一个或多个实施例中。贯穿本说明书，使用数个技术术语。这些术语将呈现其在其所属领域中的普通含义，除非本文中另外具体定义或其使用的上下文将另外清晰地暗示。举例来说，术语“或”在包含性意义上使用(例如，如同“及/或”)，除非上下文另外清晰地指示。图1图解说明可产生物体或场景12的彩色3D图像的实例性成像系统10的示意性框图。举例来说，成像系统10可用作彩色相机用于3D手势辨识系统的部分，3D手势辨识系统举例来说可用于视频游戏系统中。如图1中所展示，成像系统10包含光学成像仪或相机18，光学成像仪或相机18接收并处理来自场景或物体12的可见光。在所述实例中，相机18产生场景或物体12的红色(R)、绿色(G)及蓝色(B)彩色图像数据。如此，相机18也可被称为“RGB相机”。RBG像素阵列22接收可见光，且读出电路24读出可见图像数据。在所述实例中，成像系统10还包含红外(IR)源14，红外(IR)源14用IR光照射场景或物体12。在一个实例中，IR源14可包含用于提供IR光的IR激光器或类似物。IR成像仪或相机16接收并处理从场景或物体12返回的IR光以产生场景或物体12的IR图像数据。如此，IR像素阵列26接收IR光，且IR读出电路28读出IR图像数据。在所述实例中，来自RGB相机18及IR相机16的图像数据的帧经发射到图像处理电路20，图像处理电路20处理所接收数据以产生场景或物体12的3D彩色图像。图像处理电路20使用来自RGB相机18的数据来产生彩色图像，且使用来自IR相机16的
数据来提供深度信息以便产生彩色3D图像。因此，图1的成像系统10包含用于产生彩色3D图像的单独RGB相机18及IR相机16。然而，应注意，通过利用例如RGB相机18及IR相机16的多个相机，存在多组控制信号线及多个数据集，其导致成像系统10具有大且复杂的外观尺寸以及相对高成本。在一个实例中，可通过使用其中将RGB相机及IR相机组合于一单个图像像素阵列中的成像系统获得3D彩色图像。举例来说，在一个实例中，成像系统包含图像像素阵列，所述图像像素阵列具有多个可见光像素及多个硅光子雪崩二极管(SPAD)像素。在所述实例中，所述多个可见光像素中的每一者包含用于接收光的一部分的(举例来说)例如光电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种像素阵列，其包括：多个可见光像素，其布置于所述像素阵列中，其中所述多个可见光像素中的每一者包含布置于第一半导体裸片中以检测可见光的光敏元件，其中所述多个可见光像素中的每一者经耦合以将彩色图像数据提供到安置于第二半导体裸片中的可见光读出电路，所述第二半导体裸片以堆叠式芯片方案与所述第一半导体裸片堆叠且耦合到所述第一半导体裸片；及多个红外IR像素，其布置于所述像素阵列中，其中所述多个IR像素中的每一者包含布置于所述第一半导体裸片中以检测IR光的单光子雪崩光电二极管SPAD，其中所述多个IR光像素中的每一者经耦合以将IR图像数据提供到安置于所述第二半导体裸片中的IR光读出电路。

【技术特征摘要】
2015.02.17 US 14/624,1981.一种像素阵列，其包括：多个可见光像素，其布置于所述像素阵列中，其中所述多个可见光像素中的每一者包含布置于第一半导体裸片中以检测可见光的光敏元件，其中所述多个可见光像素中的每一者经耦合以将彩色图像数据提供到安置于第二半导体裸片中的可见光读出电路，所述第二半导体裸片以堆叠式芯片方案与所述第一半导体裸片堆叠且耦合到所述第一半导体裸片；及多个红外IR像素，其布置于所述像素阵列中，其中所述多个IR像素中的每一者包含布置于所述第一半导体裸片中以检测IR光的单光子雪崩光电二极管SPAD，其中所述多个IR光像素中的每一者经耦合以将IR图像数据提供到安置于所述第二半导体裸片中的IR光读出电路。2.根据权利要求1所述的像素阵列，其中所述多个IR像素中的每一者在所述第一半导体裸片中的所有横向侧上被所述多个可见光像素围绕。3.根据权利要求1所述的像素阵列，其中所述多个IR像素贯穿所述像素阵列而分布于所述第一半导体裸片中的所述多个可见光像素当中。4.根据权利要求1所述的像素阵列，其中所述多个IR像素中的每一者与所述多个可见光像素中的每一者之间的大小的比率为4比1。5.根据权利要求1所述的像素阵列，其中所述多个可见光像素及所述多个IR像素适于通过所述第一半导体裸片的背侧而被照射。6.根据权利要求1所述的像素阵列，其中所述多个可见光像素以拜耳图案布置于所述像素阵列中以提供所述彩色图像数据。7.根据权利要求1所述的像素阵列，其中由所述多个IR光像素提供的所述IR图像数据提供飞行时间信息以提供三维3D图像数据。8.根据权利要求1所述的像素阵列，其中所述第一半导体裸片中的所述多个可见光像素及所述多个IR光像素通过在所述第一半导体裸片与所述第二半导体裸片之间的接合界面处的混合接合通孔而耦合到所述第二半导体裸片中的所述可见光读出电路及所述IR光读出电路。9.根据权利要求1所述的像素阵列，其中所述第二半导体裸片为专用集成电路ASIC裸片。10.根据权利要求1所述的像素阵列，其中所述IR光读出电路包含多个数字计数器，所述多个数字计数器经耦合以计数由所述多个IR像素中的每一者的每一SPAD响应于所接收光子产生的输出脉冲。11.一种图像感测系统，其包括：光源，其用于将红外IR光脉冲发射到物体；像素阵列，其用于从所述物体接收可见光及经反射IR光脉冲，其中所述像素阵列包含：多个可见光像素，其布置于所述像素阵列中，其中所述多个可见光像素中的每一者包含布置于第一半...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙天佳，王睿，代铁军，
申请(专利权)人：全视科技有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US