低功率图像改变检测器制造技术

感测设备在间距小的光电检测器阵列上投射近场空间调制。由于光栅的物理特性，点扩散响应在阵列的相对较大的面积上方分配空间调制。空间调制被阵列捕获，并且可以从得到的数据中提取照片和其他图像信息。结合这种感测设备的图像改变检测器使用非常小的功率，因为只需要少量的有源像素来覆盖视场。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
传统的相机使用一个或多个透镜来将画面中的每个点成像到传感器上的单个点上。在数码相机中，传感器是画面元件或“像素”的二维阵列，其将成像的画面编码为数字图像数据来用于存储、处理和再生。数字成像能够产生新的成像架构。Cathey和Dowski通过开发数字处理来采用早期和概念上重要的步骤避开传统的模型。他们设计了立方相光学板，当插入到传统相机的光学路径中时，其使得图像的(大多数)模糊与对象深度无关；传感器板上的图像不会如传统相机那样“看起来很好”。然而，随后的图像处理尖锐化整个模糊图像，由此导致增加的场深度。由于计算成像的场开发了原始图像不会表面上类似于传统图像的成像架构；相反，根据这种信号计算最终的图像。越来越多的总成像“负担”通过计算产生，从而扩展了可用光学部件的类别。以这种方式，许多光学像差可以计算性地而非光学地校正。这种成像范例产生了光学和图像处理的接合设计的新概念基础以及大范围的非标准成像架构(诸如全光镜头、编码孔径和多孔径系统)，每一个都具有信号处理的相关联方法。附图说明通过示例但不限制地示出了详细说明，在附图中类似的参考标号表示相似的元件，其中：图1A是感测设备100的剖视图，其具有上覆光电检测器阵列110(诸如CCD(电荷耦合器件)或CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器)的奇对称光栅105。图1B示出了图1A的传感器100，其仿真锐角160的光入射平面120以示出幕挂(curtain)140和焦点(foci)145相对于入射角的敏感性。图2示出了根据一个实施例的二元奇对称光栅200。图3示出了根据实施例的感测设备300，其中通过两种不同折射率的材料之间的界面形成二元奇对称相位光栅310。图4A是根据另一实施例的传感器400的平面图。图4B示出了图4A的传感器400的三维立体图，并示出了来自垂直于光栅表面的方向的光420如何在下面的光电二极管阵列430上投射干涉图样425。图5A、图5B、图5C和图5D每一个均示出了二维光电二极管阵列505上方的奇对称500的三个边界。图6示出了三个奇对称光栅600、620和630，每个均具有不同相对宽度的特征片段。图7A是根据实施例的相位光栅700的截面，其使用多于两个的层级以产生奇对称。图7B示出了光学上类似于图7A的相位光栅700但使用较少层的相位光栅710的截面。图8是相位光栅800的截面，其示出了奇对称如何可以扩展为弯曲函数。图9是根据实施例的光栅900的平面图，其中奇对称905的边界从光栅的中心辐射延伸，并且特征片段的宽度远离中心逐渐加宽。图10是根据实施例的光栅1000的平面图，其具有奇对称1005的同心边界并包括沿着线A-A的剖视图。图11是根据实施例的光栅1100的平面图，其类似于图9的光栅900。图12是根据另一实施例的光栅1200的平面图。图13示出了根据另一实施例的光栅1300。图14示出了光栅1400和相关联的光电二极管阵列1405。图15示出了光栅1500和相关联的光电二极管阵列1505。图16是根据实施例的光栅1600的平面图，其具有奇对称1605的五边形边界。图17A是根据另一实施例的光栅1700的平面图。图17B示出了图17A的边界1705的形状。图18示出了设置在光电二极管阵列(未示出)上方的光栅1805的二维阵列1800。图19是详细示出如何根据图17的光栅1700捕获和解析图像1905的流程图1900。图20示出了根据一个实施例的用于形成图像传感器2000的光刻处理。图21A示出了根据实施例的相机2100，其包括透镜2105。图21B是在阵列2115上焦点对准成像点源2125的相机2100的示例。图21C是在阵列2115上焦点未对准地成像点源2140的相机2100的示例。图21D是与图21C的示例中的点源2140相比更加焦点未对准地成像点源2155的相机2100的示例。图22是利用三个PSF 2205、2210和2215照射的像素2200的阵列的一部分的平面图。图23示出了三个螺旋PSF 2300、2305和2310以示出根据一些实施例的相机如何可以补偿透镜像差，包括球面像差、彗形像差和佩兹瓦尔像场弯曲。图24示出了棋盘状的光学元件2400以示出根据一些实施例的相位光栅的方面。图25示出了由图24的光栅2400产生的定向线性调频波(orientation chirps)内的空间调制的富图样(rich pattern)利于提高焦点未对准PSF的分辨率。图26A和图26B示出了根据一些实施例的棋盘状光栅2600和2605。图27A和图27B示出了根据一些实施例的棋盘状光栅2700和2705。图28示出了根据一个实施例的棋盘状光栅2800。图29示出了根据另一实施例的棋盘状光栅2900。图30示出了可根据一些实施例用于使用图21A-图21D所示类型的相机产生颜色图像的过滤器阵列3000。图31示出了颜色通道3100，四个颜色通道中的一个用于根据图30引入的实施例。图32示出了支持低功率模式的图像改变检测器3200。图33示出了图33的阵列3205作为像素3300的阵列。具体实施方式在移动计算市场中对电子设备(包括相机)的小型化的经济压力导致越来越小的成像器形成因数。用于小型化成像架构的一种技术是基于将衍射光学器件与光电检测器阵列集成。这种架构可以放弃透镜转而依赖于衍射光栅，其可以使用与用于创建下面的传感器类似的处理来创建。对于给定的图像分辨率，这种衍射元件能够以低得多的成本使用传统相机的光学路径构造尽可能小的成像设备。图1A是具有集成衍射光学器件的感测设备100的剖视图。光栅105上覆光电检测器阵列110，诸如CCD(电荷耦合器件)或CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器。光栅105的特征提供了对感兴趣的波长带中的入射光的波长以及光栅105与光电检测器阵列110之间的制造距离显著的不灵敏性。光栅105产生被阵列110捕获的干扰图样。然后，可以从图样中提取照片和其他图像信息。感兴趣波长带中的光(诸如可视光谱)从垂直于光栅105的截面120的方向115入射到光栅105。虚线125强调基本奇对称的周期性边界。这些边界中的每一个都是奇对称的特征130和135的结果，并且产生由相邻的特征130与135之间的破坏性相位干涉所创建的最小强度的正常布置的幕挂140。幕挂140被焦点145分离，并且幕挂140和焦点145的聚集(最大光强度的幕挂)从光栅105开始延伸通过设备100的主体150以在光电检测器阵列110上产生干涉图样。在该示图中，焦点和幕挂中明显的强度改变的图样是源于近场衍射的近场空间调制。阵列110内的一个光敏元件155在焦点145下方遮蔽以用作设备100对于入射光角度的敏感性的后续讨论的参考。根据利用以下参数并假设具体参数仿真感测设备而得到图1A的图像。主体150是熔融石英，并且与传统的光电检测器阵列110接触，其中光敏元件隔开2.2μm。在该示例中，光栅105的顶部是空气界面。特征130和135的相对较小的片段大约为1μm，并且相对较大的片段大约为4μm。这些片段通常形成截面120，其与阵列110隔开大约25μm。幕挂140和焦点145是用于532nm入射光的破坏性和建设性干涉图样。针对400nm的光，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像改变检测器，包括：像素的光电检测器阵列；相位光栅，用于接收入射光，所述相位光栅响应于点源引起近场空间调制，所述调制响应于所述入射光在所述光电检测器阵列处的所述像素中的不相邻像素之上照射图样；以及逻辑部件，耦合至所述光电检测器阵列以连续地轮询所述像素，以产生图像数据的集合并对所述集合进行比较。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.09 US 61/977,5791.一种图像改变检测器，包括：像素的光电检测器阵列；相位光栅，用于接收入射光，所述相位光栅响应于点源引起近场空间调制，所述调制响应于所述入射光在所述光电检测器阵列处的所述像素中的不相邻像素之上照射图样；以及逻辑部件，耦合至所述光电检测器阵列以连续地轮询所述像素，以产生图像数据的集合并对所述集合进行比较。2.根据权利要求1所述的检测器，所述逻辑部件在低功率模式中轮询第一数量的像素，以及在第二模式中轮询多于所述第一数量的第二数量的像素。3.根据权利要求1所述的检测器，其中所述空间调制包括定向线性调频。4.根据权利要求3所述的检测器，其中所述定向线性调频是可逆的。5.根据权利要求1所述的检测器，所述相位光栅与所述光电检测器阵列的最小间隔不大于感兴趣的最大波长的400倍。6.根据权利要求1所述的检测器，其中所述近场空间调制在感兴趣的波长带上是基本上波长独立的。7.根据权利要求1所述的检测器，其中所述近场空间调制显示出辐射线。8.根据权利要求1所述的检测器，还包括与所述光电检测器和所述逻辑部件集成来对所述光电检测器和所述逻辑部件供电的光伏电池。9.一种图像改变检测器，包括：像素的光电检测器阵列；光学元件，用于接收入射光，所述光学元件显示出点扩展响应，所述点扩展响应在R个像素之上照射图样并且限定包络所述光电检测器阵列的S>2R个像素的区域的凸包；以及逻辑部件，耦合至所述光电检测器阵列以连续地轮询所述像素，以产生图像数据的集合并对所述集合进行比较。10.根据权利要求9所述的图像改变检测器，所述逻辑部件在第一模式中轮询n1<S/2个像素以及在第二模式中轮询多于n1个的像素。9.根据权利要求8x1所述的图像改变检测器，其中在所述第一模式中进行轮询产生像素值的连续集合，所述逻辑部件响应于对所述连续集合的强度改变而从所述第一模式转换至所述第二模式。11.根据权利要求10所述的图像改变检测器，其中所述逻辑部件在所述第二模式中轮询所述S个像素。12.根据权利要求10所述的图像改变检测器，所述逻辑部件在所述第二模式中轮询n2个像素，其中n2<S，其中轮询n2个像素产生n2个像素值的连续集合，所述逻辑部件响应于在所述连续集合中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·L·埃里克森，D·G·斯托尔克，P·R·吉尔，J·特林加利，
申请(专利权)人：拉姆伯斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US