用于亚衍射极限传感器的梯度滤色器制造技术

一种装置包括在衬底中形成的具有光接收表面的亚衍射极限尺寸光受体的阵列。每个光受体被配置为输出n比特元素并且基于至少一个光子的吸收而改变状态(n是大于0的整数)。该装置包括被布置在光接收表面上的光学过滤器结构，所述结构具有过滤器像素的阵列，每个所述过滤器像素具有相关联的通带频谱特性。从所述受体的阵列获得的数据元素由从在具有至少两种不同的通带频谱特性的过滤器像素之下的多个光受体输出的多个n比特元素的组合生成。具有至少两种不同的通带频谱特性的过滤器像素形成梯度过滤器，其中在从所述梯度过滤器的中央区向所述梯度过滤器的边缘区移动时，带通区增加。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的示例实施例一般地涉及电磁辐射的传感器，并且更具体地涉及具有被表征为具有亚衍射极限尺度的光受体的固态图像传感器阵列，以及涉及与其一同使用的滤色O
技术介绍
二维1比特受体阵列已经被描述为数字胶片传感器(DFS)，其是深SDL (亚衍射极限)像素的阵列，所述深SDL像素被定义为小于550nm Airy斑直径的那些像素，其中每个像素在尺寸上是几分之一微米。虽然若干光电子可以对将输出信号推至一定阈值之上作出贡献，但最终认为期望单个光电子灵敏度。认为仅需要检测单个光电子的像素相比传统图像传感器中的模拟像素对于完整阱容量和动态范围具有低得多的性能要求。这些特殊像素已经被称作“小像素(jot)” 。小像素的实施可以通过利用非常高的转换增益(低容量)来制造传统有效像素。 其他方法认为包括使用雪崩或碰撞电离效应来实现像素内增益，以及量子点和其他纳米电子器件的可能的应用。认为堆叠结构也是可能的。在操作中，在曝光时段的开始，小像素将被重置为逻辑“0”。如果接下来其在曝光期间被光子击中，则小像素被立即或在读出时设置为逻辑“ 1 ”。由于“模拟-数字”转换分辨率的单比特性质，所以认为可以实现高的行读出速率。认为可以以与当前彩色图像传感器类似的方式处理颜色。即，可以利用滤色器来覆盖小像素。在该情况下，可以单独地处理红“R”、绿“G”和蓝“B”小像素，并且之后数字显影的图像被组合以形成传统RGB图像。认为RGB小像素不需要以相同的空间频率出现。用于生成彩色图像的典型技术依赖于Bayer传感器及其变形。其他技术包括色轮和棱镜的使用。图1示出了具有RGB过滤器元件的组合的典型Bayer类型图样。比R或B 过滤器元件更多的G过滤器元件的使用是为了模仿人眼对绿光的更大的分辨能力。其他过滤器类型例如包括CYGM过滤器(青、黄、绿、品红)和RGBE过滤器(红、绿、蓝、翠绿)。还已知使用透明或白色过滤器元件来提供红外灵敏度。
技术实现思路
在其一方面中，本专利技术的示例实施例提供一种装置，其包括在衬底中形成的具有光接收表面的亚衍射极限尺寸光受体的阵列，每个光受体被配置为输出η比特元素并且基于至少一个光子的吸收而改变状态，其中η是大于0的整数；以及被布置在光接收表面上的光学过滤器结构，所述光学过滤器结构由每个具有相关联的通带频谱特性的过滤器像素的阵列组成，其中从所述亚衍射极限尺寸光受体的阵列获得的数据元素由从在具有至少两种不同的通带频谱特性的过滤器像素之下的多个光受体输出的多个所述η比特元素的组合组成，其中具有至少两种不同的通带频谱特性的过滤器像素组成梯度过滤器，其中在从所述梯度过滤器的中央区向所述梯度过滤器的边缘区移动时，带通区增加。在其另一方面中，本专利技术的示例实施例提供一种方法，其包括对亚衍射极限尺寸光受体的阵列的光接收表面进行照明，每个光受体被配置为输出η比特元素并且基于至少一个光子的吸收而改变状态，其中η是大于0的整数，其中照明通过布置在所述光接收表面上的光学过滤器结构而发生，所述光学过滤器结构由每个具有相关联的通带频谱特性的过滤器像素的阵列组成；以及在曝光时段的结尾，读出η比特元素并且形成数据元素，所述数据元素由从在具有至少两种不同的通带频谱特性的过滤器像素之下的多个光受体输出的多个η比特元素的组合组成，其中具有至少两种不同的通带频谱特性的过滤器像素组成梯度过滤器，其中在从所述梯度过滤器的中央区向所述梯度过滤器的边缘区移动时，带通区增加。附图说明当与附图结合阅读以下具体实施方式时，在具体实施方式中将使得本专利技术的示例实施例的以上和其他方面更加明显，在所述附图中图1示出了具有RGB过滤器元件的组合的典型的Bayer类型图样。图2为图示受体、比特元素和数据元素的概念的概念图。图3示出了根据本专利技术的示例实施例的具有比图1中所示的传统(例如Bayer) 图样显著更多的滤色器的示例过滤器图样。图4A和图4B (在这里被共同地称作图4)分别为适合与本专利技术的示例实施例一起使用的光传感器的简化放大顶视图和立视图。图5描绘了实施图4的光传感器的受体的一种合适和非限制类型的电路。图6示出了可以被构造为包括根据本专利技术的示例实施例的图像传感器和滤色器的设备的框图。图7A和图7B示出了具有根据本专利技术的示例实施例构造的布置在光接收表面和被检测的光之间的过滤器阵列的图4的传感器阵列。图8A-图8F为绘制了波长相对亮度、并且图示可以在图7A和图7B中示出的过滤器阵列的多个过滤器像素中使用的多种示例并且非限制类型的滤色器频谱特性的图形。图9示出了不同类型的三个过滤器的例子，其中每个过滤器覆盖多个光受体。图10示出了与本专利技术的示例实施例结合使用的梯度过滤器的例子。图11图示了与本专利技术的示例实施例结合使用的梯度过滤器的不同的布置。图12示出了与本专利技术的示例实施例结合使用的非像素尺寸梯度过滤器的三个例子。图13描绘了与本专利技术的示例实施例结合使用的梯度过滤器的不同的布置。图14图示了用于从示例梯度过滤器生成输出像素的两个非限制例子。图15为根据本专利技术的示例实施例的方法的描述操作以及至少部分描述计算机程序指令的执行的逻辑流程图。具体实施例方式参考图2，在以下描述中，“受体”被视作将光转换为电荷载体(例如电子)的物理传感器元件。“比特元素”被视作指示一个受体的曝光的概念性的1比特数据元素。“多比特元素”被视作指示一个受体的曝光的概念性的η比特数据元素，其中η > 1。“数据元素” 被视作多个比特和/或多比特元素的组合，并且可以由两个到任意大数目的组成比特和/ 或多比特元素组成。作为非限制例子，数据元素可以包括比特和/或多比特元素的序列或比特和/或多比特元素的一些其他组合(例如总和或平均值)。本专利技术的示例实施例至少部分涉及成像传感器技术，诸如彩色照相机中使用的光传感器技术。如上面所讨论的，一些当前彩色照相机传感器通过使用通过存储由入射光生成的电荷来测量光水平的二维像素阵列来实施。布置在像素阵列和入射光之间的滤色器阵列使得像素阵列能够检测颜色。可以通过使用浮置扩散和模数转换器(ADC)电路来将所存储的电荷数字化。然后处理所检测的图像并且结果是所存储的图像或视频。存在与传统图像传感器技术相关联的多个问题。例如，颜色准确度可能未达到最优，这是因为，典型地，只使用相对小数目(例如三种)的不同的滤色器。然而，增加滤色器的数目减少分辨率。进一步地，滤色器可以减少传感器的灵敏度，这是由于在过滤器中存在光学损耗，这导致对成像目的不可用的光子的损耗。本专利技术的示例实施例结合滤色器阵列来使用具有大数目的亚衍射极限受体的阵列。可以比传统滤色器阵列自由得多地设计滤色器阵列，这是由于从多个比特元素创建数据元素。作为结果，对于每一个数据元素可以使用具有已知频谱响应(例如带通、带阻、低通和高通)的若干不同种类的滤色器。受体可以是简单并且极其小的，其提供亚衍射极限操作，并且数据元素的采样频率可以比Nyquist频率大得多。这使得能够使用多个过滤器(例如带通、带阻、低通、高通)， 这是由于即使在若干受体的输出被组合为单个数据元素时，分辨率仍不劣化。可以通过从不同数目的受体创建数据元素来实现分辨率与颜色保真度和灵敏度之间的动态优化。将图3与图1对比，通过使用本专利技术的实施例而变为可能的光学过滤器使得以能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·科斯基南，O·卡勒沃，T·里萨，J·阿拉卡雨，
申请(专利权)人：诺基亚公司，
类型：发明
国别省市：