(57)【要約】  様々な実施形態において、画像センサ及び関連する方法が開示される。一実施形態において、画像センサは、感光性材と、感光性材と電気連通する感知ノードを含む画素回路とを含む。画素回路は、積分期間中に、感光性材に入射する光の強度に比例する電気信号を蓄積する。画素回路は、感光性材と電気連通する差動トランジスタ対を含む。差動トランジスタ対は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタとを含み、第１のトランジスタは、感光性材と感知ノードとの間に配置されている。差動トランジスタ対は、積分期間中に第１のトランジスタを介して感光性材と感知ノードとの間に電流を導き、積分期間後に第２のトランジスタを介して電流を導き、感知ノードへの電気信号の積分を停止する。【選択図】図２Ａ
2019506815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光性材と、
前記感光性材と電気連通する感知ノードを備える画素回路であって、積分期間中に前記感光性材に入射する光の強度に比例する電気信号を蓄積するように構成された前記画素回路と、を含む画素センサであって、
画素回路は、感光性材と電気連通する差動トランジスタ対を含み、差動トランジスタ対は、第１のトランジスタ及び第２のトランジスタを含み、第１のトランジスタは、感光性材と感知ノードとの間に配置されており、
前記差動トランジスタ対は、前記積分期間中に前記第１のトランジスタを介して前記感光性材と前記感知ノードとの間に電流を導き、並びに前記積分期間後に前記第２のトランジスタを介して電流を導き、前記感知ノードへの前記電気信号の積分を停止するように構成されている、
前記画素センサ。
【請求項２】
前記第２のトランジスタは、前記感光性材と、前記感知ノードと電気連通していない第２のノードとの間に配置されている、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項３】
前記第２のノードは電源ノードである、請求項２に記載の画像センサ。
【請求項４】
前記差動トランジスタ対は、低電圧差動制御信号により制御されるように構成されている、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項５】
前記差動トランジスタ対は、前記差動対トランジスタの閾値電圧に近似する電圧差を有する差動制御信号により制御されるように構成されている、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項６】
前記画素回路は、前記第１のトランジスタと前記感知ノードとの間に配置された第３のトランジスタを更に備える、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項７】
前記第３のトランジスタのゲート電圧は、前記積分期間の終了時の前記差動トランジスタ対のスイッチング中に、実質的に一定のレベルに維持される、請求項６に記載の画像センサ。
【請求項８】
前記画素回路は、リセットトランジスタと、読み出しトランジスタと、行選択トランジスタとを更に備える、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項９】
前記画素回路は、前記差動トランジスタ対を含む５つのトランジスタ（５Ｔ）回路である、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項１０】
前記画素回路は、前記差動トランジスタ対を含む６つのトランジスタ（６Ｔ）回路である、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項１１】
前記画素回路は、前記差動トランジスタ対を含むＮ個のトランジスタ回路であり、Ｎ−３個のトランジスタは、独立した感光性エリアに接続されたソースと、共通の感知ノードに接続されたドレインとを有する、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項１２】
２つ以上の独立した感知エリアは、前記共通の感知ノードに実質的に同時に接続することができる（ビニング）、請求項１１に記載の画像センサ。
【請求項１３】
前記感光性材は、基板の上方に配置されており、ナノ結晶材を含む、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項１４】
前記基板は、半導体材料を含む、請求項１３に記載の画像センサ。
【請求項１５】
前記感光性材は、前記画素回路が形成される基板の一部を含む、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項１６】
前記感光性材は、基板の第１の面に近接しており、前記画素回路は、前記基板の第２の面に近接している、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項１７】
感光性材と、
積分期間中に前記感光性材からの電荷を感知ノードに積分し、前記積分期間後に電流を前記感知ノードから離れる方へ導くように構成された電流ステアリング回路を含む画素回路と、
を備える画像センサ。
【請求項１８】
前記電流ステアリング回路は、差動トランジスタ対を備える、請求項１７に記載の画像センサ。
【請求項１９】
感光性材と、
感知ノードと、前記感知ノードと前記感光性材との間の第１のトランジスタと、前記感知ノードに接続されていない電流ステアリング経路に前記感光性材を接続する第２のトランジスタと、前記感知ノードに接続されたリセットトランジスタと、前記感知ノードに接続された読み出しトランジスタと、前記読み出しトランジスタに接続された行選択トランジスタとを含む画素回路と、
を備える画像センサ。
【請求項２０】
前記第１のトランジスタは、積分期間中に前記電流ステアリング経路に優先して、前記感光性材と前記感知ノードとの間での電流伝達を可能にするように構成されており、前記第２のトランジスタは、前記積分期間後に前記感知ノードに優先して、前記感光性材と前記電流ステアリング経路との間での電流伝達を可能にするように構成されている、請求項１９に記載の画像センサ。
【請求項２１】
画素回路における積分の方法であって、
積分期間中に、感光性材からの電荷を電荷蓄積部に積分することと、
前記積分期間の終了時に、前記感光性材からの電流を前記電荷蓄積部から離れるように導くことと、
を含む、前記方法。
【請求項２２】
前記電流を導くことは、差動トランジスタ対をスイッチングすることを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
画素回路において積分信号を電子的に遮断する方法であって、前記方法は、反復的に、
前記画素回路をリセットすることと、
前記リセット後に、感光性材からの信号を前記画素回路内の感知ノードに積分することと、
積分期間の終了時に、電流を前記感知ノードから離れるように導き、前記感知ノードに積分される前記信号を電子的に遮断することと、
前記感知ノードから前記積分信号を読み出すことと、
を含む、前記方法。
【請求項２４】
前記電流を導くことは、前記感光性材と電気連通する差動トランジスタ対を切り替えることを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
基板と、
複数の画素領域であって、前記複数の画素領域のそれぞれは、受光のために配置された感光性材を含み、前記複数の画素領域は複数の行及び列を含む、複数の画素領域と、
各画素領域の画素回路であって、各画素回路は、感知ノードと、リセットトランジスタと、読み出し回路を含む前記画素回路と、
ここで、前記各画素回路は更に、前記各画素領域の前記感知ノードと前記感光性材との間に第１のトランジスタを含む差動トランジスタ対を備え、前記差動トランジスタ対は、前記各画素回路の積分期間の終了時に電流を前記感知ノードから離れる方へ導くように構成されており、
読み出し対象の画素の行を選択するように構成された行選択回路であって、前記行内の各画素回路の前記読み出し回路は、前記行が選択されると、前記各列の列線に選択的に接続される、前記行選択回路と、
を備える画像センサ。
【請求項２６】
前記差動トランジスタ対を制御し、複数の画素の前記積分期間を実質的に同時に終了させるように構成された制御回路を更に備える、請求項２５に記載の画像センサ。
【請求項２７】
前記制御回路は、複数の行にわたる複数の画素の前記積分期間を、実質的に同時に終了させるように構成されている、請求項２６に記載の画像センサ。
【請求項２８】
前記制御回路は、複数の列にわたる複数の画素の前記積分期間を、実質的に同時に終了させるように構成されている、請求項２６に記載の画像センサ。
【請求項２９】
前記制御回路は、それぞれの画素回路の前記差動トランジスタ対に差動制御信号を供給して、前記それぞれの画素回路の前記積分期間を終了させる、請求項２６に記載の画像センサ。
【請求項３０】
前記制御回路は、複数の行にわたる複数の画素回路の前記積分期間を同時に終了させるように構成されており、前記行選択回路は、前記積分期間終了後に前記行を順次読み出すように構成されている、請求項２６に記載の画像センサ。
【請求項３１】
前記差動トランジスタ対と、前記それぞれの画素回路の前記感知ノードとの間に、トランジスタを更に備える、請求項２５に記載の画像センサ。
【請求項３２】
画像センサアレイの電子シャッタの作動方法であって、
積分期間中に複数の画素領域からの電荷を複数の対応画素回路に積分することであって、
前記複数の画素領域のそれぞれは受光のために配置された感光性材を備え、前記複数の画素領域は複数の行及び列を備え、各画素回路は前記対応画素領域から積分された電荷を蓄積するように構成された電荷蓄積部を備えることと、
前記積分期間の終了時に、各画素領域からの電流を前記対応画素回路の前記電荷蓄積部から離れるように導き、前記画素を電子的に遮断することと、
前記積分期間中に前記対応画素領域から積分した電荷に基づいて、前記積分期間終了後に各画素回路から信号を読み出すことと、
を含む、前記方法。
【請求項３３】
前記複数の画素領域のそれぞれは、実質的に同時に電子的に遮断される、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
画像センサアレイの電子ビニング方法であって、
積分期間中に複数の画素領域からの電荷を単一の感知ノードに積分することであって、各画素領域は受光のために配置された感光性材を備え、前記複数の画素領域は複数の行及び列を備え、各画素回路は前記対応画素領域から積分された電荷を蓄積するように構成された電荷蓄積部を備えることと、
前記積分期間の終了時に、各画素領域からの電流を前記共通の電荷蓄積画素回路から離れるように導き、前記画素を電子的にビニングすることと、
前記積分期間中に前記対応画素領域から積分した電荷に基づいて、前記積分期間終了後に前記共通画素回路から信号を読み出すことと、
を含む、前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先権主張）
本出願は、２０１６年３月１１日に出願された「Ｉｍａｇｅ  ｓｅｎｓｏｒｓ  ｗｉｔｈ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｓｈｕｔｔｅｒ」と題する米国仮特許出願第６２／３０７，０１４に対する優先権の利益を主張し、参照によりその全体が本明細書に組み込まれるものとする。
本出願は、一般的に、光学及び電子システム、並びに方法の分野に関し、デバイス及びシステムを製作及び使用する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル画像センサは、通常、動画及び静止画像の両方において、露光すなわち積分期間として知られる時間を提供し、画素は、この積分すなわち露光期間中に自身に衝突する光子信号に順番に関連する電子信号を蓄積する。
【０００３】
多数の従来のデジタル画像センサにおいて、ｎ行目は、ｔ＿ｎからｔ＿ｎ＋ｔ＿ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎまで続く露光時間を有し、一方、ｎ＋１行目は、ｔ＿ｎ＋１＝ｔ＿ｎ＋ｔ＿ｒｏｗからｔ＿ｎ＋１＋ｔ＿ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎまで続く露光時間を有する。ここで、ｔ＿ｒｏｗは、所定の行を読み出してリセットする時間である。
【０００４】
これは、ローリングシャッタとして知られており、積分期間の開始及び終了の時間の位置は、行によって異なる。一般的に、番号のより大きな行は、前の行よりも時間的に後に画像を取得する。
【０００５】
ローリングシャッタは、撮像中にアーチファクトをもたらす。例えば、矩形の物体がスクリーンを横切って移動する場合、ローリングシャッタの遅延の結果、その矩形の形状は不等辺四辺形に歪む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】例示的なデバイスレイアウトを示す。
【図２Ａ】光感知性フィルムが重ねられた、ＣＭＯＳ集積回路用の３トランジスタ画素の一例を示す。
【図２Ｂ】感知ノードとフィルム電極との間の画素に追加された第４のトランジスタ、Ｍ３を使用する回路の一例を示す。
【図２Ｃ】Ｍ３のゲートへの一定の電圧、及び一定のフィルムバイアスを印加する図２Ｂの回路の一例を示す。
【図２Ｄ】Ｍ３のゲートに一定の電圧を、フィルムバイアスのゲートに異なるタイミングで一定の電圧を印加する図２Ｂの回路の一例を示す。
【図２Ｅ】追加された第５のトランジスタを使用することで、光発生電流を供給ノードへ、そして感知ノードから離れるように導く「差動対」をトランジスタＭ３及びＭ４が形成する、回路の一例を示す。
【図２Ｆ】トランジスタＭ４と感知ノードとの間に追加された第６のトランジスタ、Ｍ５を使用する回路の一例を示す。
【図２Ｇ】トランジスタ導電型がＮ型からＰ型に変更され、フィルム電圧の電位が画素電位より高い類似の画素の実施態様を示す。
【図２Ｈ】Ｍ３のゲートが一定の電位に保たれている時の図２Ｂの構造の電位プロファイルを示す。
【図２Ｉ】リセットフェーズがＳＮリセットフェーズとは異なる時間に発生し得る回路を示す。
【図３】簡素なハードリセットモデルの時間の関数として、図２Ａの感知ノード及びＭ０のゲートにおける典型的な電圧波形を示す。
【図４】様々な行の画素電圧波形を示す。
【図５Ａ】一実施形態に係る、量子ドット画素チップに関連する全体構造及びエリアを示す。
【図５Ｂ】一実施形態に係る、量子ドット画素チップに関連する全体構造及びエリアを示す。
【図６】量子ドットの一例を示す。
【図７】上面電極の一般的により大きいアレイ内の２行×３列のサブ領域を示す。
【図８】量子ドット材料と調和するための３Ｔトランジスタ構成を例示する。
【図９】本明細書に記載の実施形態と組み合わせて使用され得る例示的なシステム構成のブロック図である。
【図１０】コンピューティング、通信、ゲーム、及びインターフェースなどに使用され得る単一平面コンピューティングデバイスの一実施形態を示す。
【図１１】コンピューティング、通信、ゲーム、及びインターフェースなどにおいて使用され得る二重平面コンピューティングデバイスの一実施形態を示す。
【図１２】図１０又は図１１のコンピューティングデバイスと共に使用され得るカメラモジュールの一実施形態を示す。
【図１３】図１０又は図１１のコンピューティングデバイスと共に使用され得る光センサの一実施形態を示す。
【図１４】ジェスチャ認識の方法の実施形態を示す。
【図１５】ジェスチャ認識の方法の実施形態を示す。
【図１６】光感知動作により外部干渉を低減する３電極差動レイアウトシステムの一実施形態を示す。
【図１７】光感知動作で外部干渉によるコモンモードノイズを低減する３電極ツイストペアレイアウトシステムの一実施形態を示す。
【図１８】変調周波数ではない外部ノイズを低減するために、電極に印加される信号に時間変調バイアスを加える一実施形態である。
【図１９】様々な撮像用途に使用され得るフィルタの透過率スペクトルの一実施形態を示す。
【図２０】ノイズ電力を低減するために各画素内で用いられ得る回路の例示的な概略図を示す。
【図２１】シリコン内に実装され得るフォトゲート／ＰＩＮダイオード蓄積部の回路の例示的な概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
開示される内容の様々な実施形態は、デジタル画像センサ上で、ローリングシャッタとは別個のグローバルシャッタを実施する手段を説明する。
【０００８】
グローバル電子シャッタの理想的な実施態様において、各行は、画像センサアレイ内におけるその垂直位置に関係なく、全ての他の行と同時に開始し、同時に終了する露光時間を有する。
【０００９】
その結果、グローバル電子シャッタは、ローリングシャッタ画像センサによく見られる撮像アーチファクトの発生を防ぐ。
例示的な実施形態
【００１０】
図２Ａは、光感知性フィルムが重ねられた、ＣＭＯＳ集積回路用の典型的な３トランジスタ画素の一例を示す。実施形態において、光感知性フィルムは、有機、ポリマー、無機、ナノ結晶の材料、又はこれらの組み合わせからなる半導体などの感光性媒体であり得る。実施形態において、感光性媒体は、所定の波長帯の光を吸収することができ、その結果、電子正孔対を生成する。実施形態において、｛電子、正孔｝のうちの少なくとも１つは、画素回路にそれぞれ対応付けられた画素電極に収集することができる。実施形態において、読み出し集積回路は、画素回路からアナログレベルを取得することができ、画素の全てまた部分集合のレベルに関する情報を含むアナログ又はデジタルストリームを提供することができる。実施形態において、ＣＭＯＳ集積回路は、例えばシリコン又はシリコンオンインシュレータウェハー上に作製された集積回路を含むことができ、ここでは、トランジスタ、コンデンサ、レジスタを形成するためにインプラント、薄膜堆積、酸化ステップ、及び拡散ステップなどが提供され、電子素子の相互接続のために層間絶縁膜を介して相互接続部が設けられる。
【００１１】
感光性層すなわちフィルム（１）は、画素に入射する光量に大きさが比例する電流ソース（Ｉｐｈｏｔｏ）、並びに上部電極（３）と下部電極（４）との間に図示されるコンデンサ（Ｃｆｉｌｍ）の両方により表される。感知ノード（５）は、下部電極と、第１のトランジスタ（Ｍ１）のゲートと、第２のトランジスタ（Ｍ０）のソースとの交差部に形成される。
【００１２】
図２Ａにおいて、寄生キャパシタンス（Ｃｓｅｎｓｅ）が感知ノードに図示されている。このキャパシタンスは、フィルムの上板と底板間の寄生キャパシタンスと、トランジスタＭ０のゲートからソースへのオーバーラップキャパシタンスと、トランジスタＭ１のゲートからソースへの及びゲートからドレインへのオーバーラップキャパシタンスと、トランジスタＭ１のゲートから接地へのキャパシタンスと、トランジスタＭ０のソースから接地へのキャパシタンスとの結果により生じ得る。図２Ａでは、議論のためだけに、別個の素子Ｃとして示されている。
【００１３】
通常の画素動作において、トランジスタＭ０及びＭ１のドレインは、一般的に例えば約２．８Ｖである高ＤＣ電圧に接続されている。
【００１４】
画素動作は、以下のように説明することができる。
【００１５】
図３は、単純なハードリセットモデルの時間関数として、図２Ａの感知ノード及びＭ０のゲートにおける典型的な電圧波形を示す。「リセット」と記された時間に、トランジスタＭ０のゲートは、少なくともＭ０の閾値電圧だけＶDDよりも高い電圧、例えば約３．５Ｖに上昇し、これにより、トランジスタＭ０が導通し、感知ノードの電圧を約ＶDDにほぼ等しい「リセット電圧」に上昇させる。
【００１６】
感知ノードがリセットされた後、光感知性フィルムへの入射光により、電流（Ｉｐｈｏｔｏ）が感知ノードに流れる。この光電流は、電荷を感知ノードへドライブし、これにより、図３に示されるように、感知ノードの電圧は低下する。
一定時間（積分時間）の後、感知ノードの最終信号レベル（Ｖｓｉｇｎａｌ）に到達し、ほどなくして、画素は再びリセットされる。
【００１７】
感知ノード電圧の読み出しは、以下のように説明することができる。
【００１８】
積分時間中にどのくらいの量の光が画素に入射したかを知るために、２つの電圧「リセット電圧」と「信号電圧」を、画素から読み出す必要がある。これらの２つの電圧の差分は、積分時間中に画素に入射した光の量に比例する。
【００１９】
感知ノードの電圧を読み出すために、トランジスタＭ１は、読み出しトランジスタＭ２を介して、出力ノード（列）に接続される。この列は、複数の画素に接続されている。読み出しトランジスタＭ２のゲート電圧（ＳＥＬ）を上昇させることにより、各画素は１つずつこの列に接続される。この列は更に、電流ソース（Ｉｂｉａｓ）に接続されている。画素が出力ノードに接続されると、この電流ソースは、トランジスタＭ１に対する負荷として機能し、並びに、感知ノード電圧を追跡してこの列を同様の電圧に駆動する「ソースフォロア」型電圧バッファを形成する。このように接続されると、この列の電圧は、感知ノードの電圧からトランジスタＭ２の閾値電圧を差し引いた電圧にほぼ等しくなる。このようにして、感知ノードの電圧は、この列の電圧を測定することにより、読み出すことができる。
【００２０】
Ｍ３のソースの電圧に影響を与えずに感知ノードの電圧を読み出すために（図２Ｃ）、Ｍ３のゲートは一定の電位、例えば１Ｖに保つことができ、これにより、Ｍ３のソースとドレインとの間に電位障壁が形成され、光発生電荷は、ソースの電位に影響を与えることなく、障壁を越えてドリフトすることができる（図２Ｈ）。
電子シャッタ
【００２１】
ＣＭＯＳ画像センサ内の画素は、通常、一組の行と列に配列される。各行は、その行内の各画素を（Ｍ２を介して）選択し、それをその列線に接続することにより、順次読み出される。次に、各列電圧は、読み出し回路を介して順次読み出される。このように全部の行を順次読み出すには、特定の時間量を要する。この時間は、通常、「行時間」と称される。
【００２２】
説明される画素では、入射光は常に光感知性フィルムに当たる。各行の積分時間を等しく保つために、図４に示されるように、各行の積分時間の開始を行時間で調整することが一般的である。これにより、読み出しのためにいずれかの行が選択されるまでに、各行は他の行と同じ大きさの積分時間を経験することになる。
【００２３】
しかし、各行の積分時間の開始（及び終了）は、他の行の積分時間から時間的にずれるため、この「転がる」積分時間中のシーン内の任意の動きは、行ごとに異なる時点で捕捉される。その結果、画質に悪影響を及ぼし得るモーションアーチファクトが生じる。
【００２４】
したがって、画素アレイ内の全ての行が、実質的に又は正確に同じ時間に、実質的に又は正確に同じ大きさの時間で露光されるように、光発生電流を中断することが望ましい。このようにして、各画素に共通の「グローバル」積分時間を適用することができ、このグローバル積分時間後に光発生は停止され、次いで、それぞれの自身の感知ノードに自身の積分信号を蓄積したアレイ内の全ての画素は、実際の積分時間に影響を与えることなく、順次読み出され得る。
【００２５】
ある特定のカメラシステムでは、これは、読み出し時間中に入射光を遮断する機械的シャッタを使用することにより、達成することができる。数多くのモバイルデバイスなどの他のカメラシステムでは、機械的シャッタは実用的ではなく、電気的手段により光発生電流を停止させる手段を有することが望ましい。このような手段は、「電子シャッタ」と称される。
【００２６】
図２Ａに説明される画素では、２つの外部スイッチ（Ｓ１及びＳ２）を用いて、電子シャッタを実現することができる。
【００２７】
スイッチＳ１及びＳ２は、フィルムが光電流を生成する状態から生成しない状態に変化するように、フィルムの両端電圧を変化させるのに用いることができる。
【００２８】
以下では、スイッチＳ１及びＳ２を使用して、電子シャッタを実現する２つの例示的な実施形態を説明する。
【００２９】
第１の手法では、フィルムの一方の電極に２つのバイアス電圧（フィルムバイアス１及びフィルムバイアス２）が印加される。フィルムバイアス１は、感知ノードの電圧より数ボルト低い電圧であり、フィルム両端のこの電圧差により、フィルムは光電流を生成する状態となる。フィルムバイアス２は、感知ノードの電圧にほぼ等しく、フィルム両端の電圧差がこのように欠如することにより、フィルムは光電流を生成しない状態となる。フィルムバイアス１からフィルムバイアス２へ切り替えることにより、フィルムは一方の状態から他方の状態へ変わり、これにより、有効な電子シャッタが形成される。
【００３０】
スイッチＳ１及びＳ２を使用して電子シャッタを実現する別の方法では、フィルムバイアス１及びフィルムバイアス２の両方からフィルムの底板電極を切断して、光発生電流が流れないようにする。
【００３１】
この手法の潜在的な制限は、感光性材の応答時間に依存することである。すなわち、光発生状態から光非発生状態への移行は、所望よりも遅いこともあるフィルムの再結合速度などのフィルム特性に依存する。
【００３２】
電子シャッタを実現するための別の手法が、図２Ｂに示される。この手法では、感知ノードとフィルム電極との間の画素に、第４のトランジスタ（Ｍ３）が追加される。この第４のトランジスタは、そのゲートに十分に低い電圧が印加されると、感知ノードから感光性材を電気的に遮断するために使用され、一方、そのゲートに十分に高い電圧が印加されると、光発生電荷が感知ノードへ流れるようにする。動作の一例として、以下が挙げられ得る。１）アレイの各画素内のトランジスタＭ０及びＭ３は、Ｍ０及びＭ３のゲートに十分に高い共通の電圧を印加することにより、包括的に導通することができる。これにより、画素アレイ内の全画素がリセットされる。２）全てのＭ０トランジスタは、それらのゲートに十分に低い電圧を印加することにより、包括的にターンオフすることができ、これにより、画素は、それぞれの感知ノードにおける光発生電荷の積分を開始することが可能となる。３）全てのＭ３トランジスタは、それらのゲートに十分に低い電圧を印加することにより、ターンオフすることができ、これにより、積分フェーズは終了する。４）各行のトランジスタＭ１を列読出し部に接続し、サンプル動画→リセット→サンプルリセットのサンプリングシーケンスを実行することにより、一度に一行ずつ、感知ノードを読み出すことができる。
【００３３】
この手法は、高インピーダンス感知ノードが容易に妨害されるという事実により、制限されることがある。この場合、図２ＢにＣｏｖと示される、ゲートからソースへのオーバーラップキャパシタンスが、ゲート上の電圧変化を感知ノードへ伝達するように作用し、光電流だけの積分から生じ得た値とは異なる値に、感知ノード電圧をドライブする。この実施態様において、Ｍ３のソースとドレインとの間の寄生キャパシタンス結合が原因で、感光性材を完全にターンオフさせるには、さらなる時間を要するかもしれないことに注意することも重要である。
【００３４】
開示される内容の様々な態様は、光発生電流が感知ノードへ流れる状態から、感知ノードの電圧を乱すことなく光発生電流が感知ノードへ流れず、再び戻らない状態に素早く移行する方法を含む。
【００３５】
図２Ｅは、図２Ｂの構造的制限のうちのいくつかを克服する、開示される内容の別の実施形態を表す。この画素では、第５のトランジスタが追加され、これにより、感知ノードから供給ノードへ光発生電流を導くように作用する「差動対」を、トランジスタＭ３及びＭ４が形成する。この手法と、先に説明した手法との基本的な違いは、光発生電流をＭ４からＭ３へ導く時に、Ｍ３及びＭ４のドレインの電圧が変化しないことである。更に、この手法は、光発生電流を突然停止させるのではなく、代わりにこの電流を供給ノードへ導き、この電流が感知ノードではもはや積分されなくなるようにする。これは、積分の開始から停止までの間に、場合により１μｓ未満の速い移行が求められる場合には、有益である。
【００３６】
図２Ｅの例示的な一実施形態において、トランジスタＭ３及びＭ４は、シャッタとして作動し、Ｍ３のゲートの電圧がＭ４のゲートの電圧よりも高い場合、光電流は、感光性材から電源又は接地などの低インピーダンスノードへ流れ、感知ノードの全積分電荷に寄与しないため、感知ノードは実質的に光電荷発生材から絶縁される。Ｍ３のゲートの電圧がＭ４のゲートの電圧よりも低い場合、感光性材に発生した光電流は、光電子が収集される感知ノードへ流れる。
【００３７】
例示的な一実施形態において、Ｍ３及びＭ４のゲート電圧は、画素のアレイ全体に対して包括的に駆動される。この場合、例示的なタイミングの実施態様は、以下のとおりである。初めに、ＲＳＴ信号をパルス化することにより、全画素が包括的にリセットされる。次に、Ｍ３及びＭ４からの差動制御は、シャッタＯＦＦレベルからシャッタＯＮレベルへの切り替えを行い、露出制御に要する時間の間、このモードを維持する。積分期間の終了時に、Ｍ３及びＭ４は、シャッタＯＮレベルからシャッタＯＦＦレベルに切り替わる。これにより、感知ノード上の光電荷積分が実質的に終了する。次に、読み出しが１行毎に開始される。読み出しフェーズの終了時には、センサは新たな積分期間の準備ができており、シーケンスを繰り返すことができる。
【００３８】
シャッタをＯＮ状態からＯＦＦ状態への切り替えに使用するレベルは、トランジスタのサイズ、使用する技術、及びアプリケーションにより要求されるシャッタ阻止の量に依存する。電圧差が大きくなるほど、感知ノードと光発生材との間の絶縁度は高くなる。
【００３９】
例示的なデバイスレイアウトが、図１に示されている。この内容のさらなる改良物が、図２Ｆに示されている。
【００４０】
図２Ｆでは、トランジスタＭ４と感知ノードとの間に、第６のトランジスタ、Ｍ５が追加されている。Ｍ４及びＭ５は、カスケード構成であり、このトランジスタのゲートは、固定電圧Ｖｂに保持される。このカスコードは、センスノードをトランジスタＭ４のオーバーラップキャパシタンスから保護するシールドとして作用し、感知ノードの電圧をかく乱するＭ４のゲート切り替え徴候を防止する。
【００４１】
図２Ｇは、トランジスタ型がＮ型からＰ型に変更され、フィルム電圧の電位が画素電位よりも高い、同様の画素の実施態様を示す。この実施形態は、開示される内容が、ｎ型の実施態様のみに限定されないことを示すためのものである。
【００４２】
更に、図２Ｄは、Ｍ３のゲートに例えば１Ｖの一定の電圧を維持し、シャッタ動作中には例えば１．５Ｖの高い電圧、並びに積分中には例えば０Ｖの低い電圧から、フィルムバイアスを包括的にパルス化することにより、光発生電荷のシャッタ動作を達成する画素の実施態様を示す。この場合、フィルムＯＮの積分フェーズ中にＭ３のソースに一定の電圧を有し、同様にフィルムＯＦＦのシャッタ動作フェーズ中にもＭ３のソースに一定の電圧を有することが望ましい。感光性材が、フィルムＯＮフェーズ中に電荷収集のために十分な両端電位を有し、フィルムＯＦＦフェーズ中には電荷再結合のために十分に低い両端電位を有する限り、この２つの電圧は同一である必要はない。
【００４３】
更に、Ｖbiasは、上記の条件を可能にするために、フィルムバイアスと同じ位相及び周波数でパルス化することができる。
【００４４】
更に、トランジスタＭ３のソースは、既知の電位、例えばＭ０のドレインと同じ電位にリセットすることができ、これにより、フィルムＯＦＦフェーズ中に感光性材が適切な両端電圧を有することが可能となる。
【００４５】
実施形態において、Ｍ３のソースを所望の電圧にリセットする追加機能を可能にするために、第４のトランジスタ、Ｍ４を画素に追加することができる。リセットフェーズは、ＳＮリセットフェーズと同期してもよいし、異なる時間に生じてもよい（図２Ｉ）。
【００４６】
実施形態において、画像センサは、感光性材と、感光性材と電気連通する感知ノードを備える画素回路であって、積分期間中に感光性材に入射する光の強度に比例する電気信号を蓄積するように構成された画素回路と、を含み、画素回路は、感光性材と電気連通する差動トランジスタ対を含み、差動トランジスタ対は、第１のトランジスタ及び第２のトランジスタを含み、第１のトランジスタは、感光性材と感知ノードとの間に配置されており、差動トランジスタ対は、積分期間中に第１のトランジスタを介して感光性材と感知ノードとの間に電流を導き、並びに積分期間後に第２のトランジスタを介して電流を導き、感知ノードへの電気信号の積分を停止するように構成されている。
【００４７】
実施形態において、第２のトランジスタは、感光性材と、感知ノードと電気連通していない第２のノードとの間に配置されている。
【００４８】
実施形態において、第２のノードは電源ノードである。
【００４９】
実施形態において、差動トランジスタ対は、低電圧差動制御信号により制御されるように構成されている。
【００５０】
実施形態において、差動トランジスタ対は、差動対トランジスタの閾値電圧Ｖｔに近似する電圧差を有する差動制御信号により制御されるように構成されている。
【００５１】
実施形態において、画素回路は、第１のトランジスタと感知ノードとの間に配置された第３のトランジスタを更に備える。
【００５２】
実施形態において、第３のトランジスタのゲート電圧は、積分期間の終了時の差動トランジスタ対のスイッチング中に、実質的に一定のレベルに維持される。
【００５３】
実施形態において、画素回路は、リセットトランジスタと、読み出しトランジスタと、行選択トランジスタとを更に備える。
【００５４】
実施形態において、画素回路は、差動トランジスタ対を含む５トランジスタ（５Ｔ）回路である。
【００５５】
実施形態において、画素回路は、差動トランジスタ対を含む６トランジスタ（６Ｔ）回路である。
【００５６】
実施形態において、画素回路は、差動トランジスタ対を含むＮ個のトランジスタ回路であり、Ｎ−３個のトランジスタは、独立した感光性エリアに接続されたソースと、共通の感知ノードに接続されたドレインとを有する。
【００５７】
実施形態において、２つ以上の独立した感知エリアは、共通の感知ノードに同時に接続することができる（ビニング）。
【００５８】
実施形態において、感光性材は、基板の上方に配置されている。
【００５９】
実施形態において、感光性材は、ナノ結晶材を含む。
【００６０】
実施形態において、基板は、半導体材料を含む。
【００６１】
実施形態において、感光性材は、画素回路が形成される基板の一部を含む。
【００６２】
実施形態において、感光性材は、基板の第１の面に近接しており、画素回路は、基板の第２の面に近接している。
【００６３】
実施形態において、画像センサは、感光性材と、積分期間中に感光性材からの電荷を感知ノードへ積分し、積分期間後に電流を感知ノードから離れる方へ導くように構成された電流ステアリング回路を含む画素回路と、を備える。
【００６４】
実施形態において、電流ステアリング回路は、差動トランジスタ対を備える。
【００６５】
実施形態において、画像センサは、感光性材と、感知ノードと、感知ノードと感光性材との間の第１のトランジスタと、感知ノードに接続されていない電流ステアリング経路に感光性材を接続する第２のトランジスタと、感知ノードに接続されたリセットトランジスタと、感知ノードに接続された読み出しトランジスタと、読み出しトランジスタに接続された行選択トランジスタとを含む画素回路と、を備える。
【００６６】
実施形態において、第１のトランジスタは、積分期間中に電流ステアリング経路に優先して、感光性材と感知ノードとの間の電流伝達を可能にするように構成されており、第２のトランジスタは、積分期間後に感知ノードに優先して、感光性材と電流ステアリング経路との間の電流伝達を可能にするように構成されている。
【００６７】
実施形態において、画素回路における積分の方法は、積分期間中に、感光性材からの電荷を電荷蓄積部に積分することと、積分期間の終了時に、感光性材からの電流を電荷蓄積部から離れるように導くことと、を含む。
【００６８】
実施形態において、電流を導くステップは、差動トランジスタ対をスイッチンングすることを含む。
【００６９】
実施形態において、画素回路内の積分信号を電子的に遮断するための方法は、画素回路を反復的にリセットすることと、リセット後に、感光性材からの信号を画素回路内の感知ノードに積分することと、
積分期間の終了時に電流を感知ノードから離れるように導き、感知ノードに積分される信号を電子的に遮断することと、感知ノードから積分信号を読み出すことと、を含む。
【００７０】
実施形態において、電流を導くステップは、感光性材と電気連通する差動トランジスタ対をスイッチングすることを含む。
【００７１】
実施形態において、画像センサは、基板と、複数の画素領域であって、各画素領域は、受光のために配置された感光性材を含み、複数の画素領域は複数の行及び列を含む、複数の画素領域と、各画素領域の画素回路であって、各画素回路は、感知ノードと、リセットトランジスタと、読み出し回路を含む、各画素領域の画素回路と、各画素回路は更に、各画素領域の感知ノードと感光性材との間に第１のトランジスタを含む差動トランジスタ対を備え、差動トランジスタ対は、各画素回路の積分期間の終了時に電流を感知ノードから離れる方へ導くように構成され、読み出し対象の画素の行を選択するように構成された行選択回路であって、行内の各画素回路の読み出し回路は、行が選択されると、各列の列線に選択的に接続される、行選択回路と、を備える。
【００７２】
実施形態において、画像センサは、差動トランジスタ対を制御して、複数の画素の積分期間を実質的に同時に終了させるように構成された追加の制御回路を備える。
【００７３】
実施形態において、制御回路は、複数の行にわたる複数の画素の積分期間を、実質的に同時に終了させるように構成されている。
【００７４】
実施形態において、制御回路は、複数の列にわたる複数の画素の積分期間を、実質的に同時に終了させるように構成されている。
【００７５】
実施形態において、制御回路は、それぞれの画素回路の差動トランジスタ対に差動制御信号を供給して、それぞれの画素回路の積分期間を終了させる。
【００７６】
実施形態において、画像センサ回路は更に、差動トランジスタ対と、それぞれの画素回路の感知ノードとの間に、トランジスタを備える。
【００７７】
実施形態において、制御回路は、複数の行にわたる複数の画素回路の積分期間を同時に終了させるように構成されており、行選択回路は、積分期間終了後に行を順次読み出すように構成されている。
【００７８】
実施形態において、画像センサアレイの電子シャッタのための方法は、積分期間中に複数の画素領域からの電荷を複数の対応画素回路に積分することと、ここで各画素領域は受光のために配置された感光性材を備え、複数の画素領域は複数の行及び列を備え、各画素回路は対応画素領域から積分された電荷を蓄積するように構成された電荷蓄積部を備え、積分期間の終了時に、各画素領域からの電流を対応画素回路の電荷蓄積部から離れるように導き、画素を電子的に遮断することと、積分期間中に対応画素領域から積分した電荷に基づいて、積分期間終了後に各画素回路から信号を読み出すことと、を含む。
【００７９】
実施形態において、複数の画素領域のそれぞれは、実質的に同時に電子的に遮断される。
【００８０】
実施形態は、画像センサアレイの電子ビニング方法を含み、この方法は、積分期間中に複数の画素領域からの電荷を単一の感知ノードに積分することと、ここで各画素領域は受光のために配置された感光性材を備え、複数の画素領域は複数の行及び列を備え、各画素回路は対応画素領域から積分された電荷を蓄積するように構成された電荷蓄積部を備え、積分期間の終了時に、各画素領域からの電流を共通の電荷蓄積画素回路から離れるように導き、画素を電子的にビニングすることと、積分期間中に対応画素領域から積分した電荷に基づいて、積分期間終了後に共通画素回路から信号を読み出すことと、を含む。
【００８１】
図５Ａ及び５Ｂを参照すると、例示的な実施形態は、画像を検出するために画素素子のアレイを使用する画像感知領域を提供する。画素素子は、感光性材を含むことができる。画像センサは、画素領域のそれぞれにおける感光性材から、感光性材に入射する光の強度に基づいて変化する信号を検出することができる。例示的な一実施形態において、感光性材は、相互接続されたナノ粒子の連続フィルムである。各画素エリアにわたりバイアスを印加するために、電極が使用される。ある期間にわたり各画素領域に関して、電荷蓄積部に信号を積分するために、画素回路が使用される。回路は、積分期間中に、感光性層に入射する光の強度に比例する電気信号を蓄積する。次いで、電気信号が画素回路から読み出され、画素素子のアレイに入射した光に対応したデジタル画像を形成するように処理することができる。
【００８２】
例示的な実施形態において、画素回路は、感光性材より下方の集積回路デバイス上に形成することができる。例えば、ナノ結晶感光性材をＣＭＯＳ集積回路デバイス上に積層して、画像センサを形成することができる。ＣＭＯＳ集積回路からの金属接触層は、画素領域にわたりバイアスを与える電極に、電気的に接続することができる。２００８年４月１８日に出願された「Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」と題する米国特許出願第１２／１０６２５号（公開番号２００９／０１５２６６４）は、例示的な実施形態に関連して使用され得る光電デバイス、システム、及び材料の追加説明を含み、参照によりその全体が本明細書に組み込まれるものとする。これは、例示的な一実施形態にすぎず、他の実施形態は、異なる光検出器及び感光性材を使用してもよい。例えば、実施形態は、シリコン又はガリウム砒素（ＧａＡｓ）光検出器を使用することができる。
【００８３】
画像センサには、光検出器のアレイが組み込まれる。これらの光検出器は、光を感知し、これを光信号から電子信号に変換する。図５Ａ及び５Ｂは、例示的な実施形態による、量子ドット画素チップ構造体（ＱＤＰＣ）１００に関する構造及びエリアを示す。図５Ａ及び５Ｂに示されるように、ＱＤＰＣ１００は、量子ドット構造体１１００が光などの放射線１０００を受け取るように図示された放射線１０００受信器として合することができる。本明細書にてより詳しく説明されるように、ＱＤＰＣ１００は、量子ドット画素１８００と、量子ドット画素１８００から受信した電気信号を処理するようにチップが適合されたチップ２０００とを含む。量子ドット画素１８００は、量子ドット１２００、量子ドット材２００、並びにドット１２００及びドット材２００に関する特定の構成、すなわち量子ドットレイアウト３００など、いくつかの構成要素及びサブ構成要素を含む量子ドット構造体１１００を備える。量子ドット構造体１１００は光検出器構造体１４００を形成するために使用することができ、この光検出構造体では、量子ドット構造体１１００が電気相互接続１４０４に対応付けられている。電気接続部１４０４は、量子ドット構造体から電気信号を受信し、画素構造体１５００に対応付けられた画素回路１７００へ電気信号を通信するために設けられる。
【００８４】
量子ドット構造体１１００が平面及び垂直の両方で様々なパターンでレイアウトされ得るように、光検出器構造体１４００も、特定の光検出器幾何学的レイアウトを有することができる。光検出器構造体１４００は、画素構造体１５００に対応付けることができ、ここで光検出器構造体の電気相互接続１４０４は、画素回路１７００に電気的に対応付けられる。画素構造体１５００はまた、チップ２０００上の垂直及び平面レイアウトを含む画素レイアウト１６００にレイアウトすることができ、画素回路１７００は、例えばメモリを含む他の構成要素１９００に対応付けることができる。画素回路１７００は、画素１８００レベルの信号を処理するための受動型及び能動型構成要素を含むことができる。画素１８００は、チップ２０００に機械的かつ電気的に対応付けられる。例示的な実施形態において、画素構造体１５００及び画素回路１７００は、本明細書にて説明されるように、複数の画素に対して別個の色要素のフィルムビニング及び／又は回路ビニングを行う構造及び回路を含む。電気的観点から、画素回路１７００は、他の電子回路（例えばチッププロセッサ２００８）と通信することができる。他の電子回路は、デジタル信号、アナログ信号、及び混合信号などを処理するように適合してもよく、画素回路１７００から受信した信号を処理及び操作するように適合してもよい。別の実施形態において、チッププロセッサ２００８又は他の電子回路は、ＱＤＰＣと同じ半導体基板に含まれてもよく、システムオンチップアーキテクチャを使用して構成してもよい。他の電子回路には、例示的な実施形態において、デジタルビニングを提供する回路又はソフトウェアが含まれ得る。チップ２０００はまた、物理的構造体２００２及び他の機能構成要素２００４も含み、これらは下記にてより詳細に説明される。
【００８５】
ＱＤＰＣ１００は、実施形態にて電磁スペクトルからの任意の周波数の放射線であり得る電磁放射線１０００を検出する。電磁スペクトルは連続的であるが、周波数範囲を、無線帯域、マイクロ波帯域、赤外帯域（ＩＲ）、可視帯域（ＶＩＳ）、紫外帯域（ＵＶ）、Ｘ線、及びガンマ線などといった全電磁スペクトル内の帯域として、参照するのが一般的である。ＱＤＰＣ１００は、全電磁スペクトル内の任意の周波数を感知することが可能であり得る。しかしながら、本明細書の実施形態は、電磁スペクトル内のある帯域又は帯域の組み合わせを参照し得る。議論におけるこれらの帯域の使用は、ＱＤＰＣ１００が感知し得る周波数の範囲を制限する意図はなく、実施例としてのみ使用されることを理解されたい。更に、いくつかの帯域は、近赤外線（ＮＩＲ）及び遠赤外線（ＦＩＲ）などの一般使用のサブ帯域を有し、ＩＲなどのより広い帯域の用語の使用は、ＱＤＰＣ１００の感度を、いずれの帯域又はサブ帯域にも制限する意図はない。更に、以下の説明では、「電磁放射線」、「放射線」、「電磁スペクトル」、「スペクトル」、及び「放射線スペクトル」などといった用語は同じ意味で使用され、色という用語は、放射線１０００のいずれかの部分内にあり得る放射線１０００の選択帯域を示すために使用されるのであって、可視「色」などの任意の特定の範囲の放射線１０００に限定される意図はない。
【００８６】
図５Ａ及び５Ｂの例示的な実施形態において、光センサアレイ、画像センサ、又は他の光電子デバイスに、量子ドット画素１８００を提供するために、前述のナノ結晶材及び光検出器構造体が使用され得る。例示的な実施形態において、画素１８００は、放射線１０００を受け取ることができる量子ドット構造体１１００と、量子ドット構造体１１００からエネルギーを受け取るように適合された光検出器構造体と、画素構造体とを含む。本明細書に説明される量子ドット画素は、いくつかの実施形態において、高いフィルファクタ、色ビニング、積層体の可能性、小さい画素サイズとなる可能性、より大きい画素サイズによる高性能、カラーフィルタアレイの簡素化、デモザイク処理の除去、自己ゲイン設定／自動ゲイン制御、高ダイナミックレンジ、グローバルシャッタ能力、自動露出、局所コントラスト、読み出し速度、画素レベルでの低ノイズ読み出し、より大きなプロセス形状（より低コスト）を使用する能力、一般的な製造プロセスを使用する能力、デジタル製造プロセスを使用したアナログ回路の構築、メモリなど他の機能の画素の下方への追加、Ａ／Ｄ変換、真の相関二重サンプリング、ビニングなど、以上を提供するために使用され得る。例示的な実施形態は、これらの特徴のうちのいくつか又は全てを提供することができる。しかし、いくつかの実施形態において、これらの特徴は使用されないことがある。
【００８７】
量子ドット１２００は、ナノ構造であってもよく、通常、伝導帯電子、価電子帯正孔、又は励起子（伝導帯電子と価電子帯正孔の結合対）を、３次元全ての方向で閉じ込める半導体ナノ構造であってもよい。量子ドットは、その吸収スペクトルにおいて、理想的なゼロ次元システムの離散量子化エネルギースペクトルの効果を発揮する。この離散エネルギースペクトルに対応する波動関数は、通常、実質は量子ドット内に空間的に局在するが、材料の結晶格子の多くの周期にわたって延在する。
【００８８】
図６は、量子ドット１２００の一例を示す。例示的な一実施例において、ＱＤ１２００は、半導体、又はＰｂＳなどの化合物半導体材料のコア１２２０を有する。リガンド１２２５は、外面の一部又は全部に取り付けられてもよく、又は下記に更に説明されるように、いくつかの実施形態においては除去されてもよい。いくつかの実施形態において、隣接するＱＤのコア１２２０を一緒に融合させて、ナノスケールフィーチャを有するナノ結晶材の連続フィルムを形成することができる。別の実施形態では、コアは、リンカー分子により互いに連結されてもよい。
【００８９】
ＱＤ光学デバイスのいくつかの実施形態は、複数の画素を有する単一の画像センサチップであり、複数の画素のそれぞれは、例えば光学活性で、放射線１０００に感応するＱＤ層と、ＱＤ層と電気連通する少なくとも２つの電極とを含む。電極間の電流及び／又は電圧は、ＱＤ層により受け取られる放射線１０００の量に関係する。具体的には、ＱＤ層により吸収された光子は電子正孔対を生成し、これにより、電気バイアスが印加されると電流が流れる。各画素の電流及び／又は電圧を特定することにより、チップ全体の画像を再構築することができる。画像センサチップは、低放射線検出１０００用途に有益な高感度であり、優れた画像詳細を可能にする幅広いダイナミックレンジを有し、画素サイズが小さい。異なる光学波長に対するセンサチップの応答性もまた、ＱＤにおける量子サイズ効果を利用して、デバイス内のＱＤのサイズを変更することにより、調整可能である。画素は、約１平方ミクロン以下ほど小さく、又は約３０ミクロン×３０ミクロン以上ほど大きく、あるいはこれらに含まれる任意の範囲で作られることができる。
【００９０】
図５及び図７の光検出器構造体１４００は、例示的な実施形態では、放射線１０００を検出するために使用できるように構成されたデバイスを示す。検出器は、所定の波長の放射線１０００を検出するために、光検出器構造体１４００で使用される量子ドット構造体１１００の類を通して、「調整」され得る。光検出器構造体は、量子ドット構造体１１００の状態にアクセスするのに課せられるある入力／出力能力のために、Ｉ／Ｏを有する量子ドット構造体１１００として、説明されることができる。一旦状態が読み出されると、状態は、電気相互接続１４０４を介して、状態を読み出す電子回路（例えば受動型及び／又は能動型の電子回路）を含み得る画素回路１７００へ伝達され得る。一実施形態において、光検出器構造体１４００は、量子ドット構造体１１００（例えばフィルム）、並びに、関連する量子ドット構造体の状態を読み出すために電子回路に対応付けられ得る電気接触パッドであり得る。
【００９１】
実施形態において、量子ドット構造体１１００の固有の特性、又は読み出しプロセスに伴うランダムノイズを低減するために、画素のビニングが処理に含まれ得る。ビニングは、２×２、３×３、又は５×５などのスーパーピクセルを形成するような、画素１８００の混合を伴い得る。エリアが直線的に増加するにつれてランダムノイズは平方根で増加するため、画素１８００の混合又はビニングに伴いノイズ低減が行われ、これにより、ノイズが減少し、又は実効感度が高められる。微小画素のＱＤＰＣ１００の電位により、空間解像度を犠牲にする必要なく、ビニングを利用することができる。すなわち、画素混合がシステムに必要な空間解像度を低減させないほど、小さい画素で開始され得る。ビニングはまた、検出器が作動できる速度を上げるのに有効であり得るため、焦点又は露出などのシステムのある特徴は改善される。例示的な実施形態において、更に後述されるように、色／ＵＶ／ＩＲの解像度を保持しながらスーパーピクセルの別個の要素を提供するために、ビニングを使用して、同じ色又は範囲の放射線（ＵＶ及び／又はＩＲを含む）のサブ画素素子が混合され得る。
【００９２】
実施形態において、チップは、高速読み出し能力を可能にする機能構成要素を有することができ、これにより、５メガ画素、６メガ画素、８メガ画素、又は１２メガ画素などといった大きなアレイの読み出しが促進され得る。より速い読み出し能力には、画素１８００アレイ下のより複雑でより大きなトランジスタカウント回路、より多くの層、より多くの電気相互接続、及びより広い相互接続とレースなどが必要とされ得る。
【００９３】
実施形態において、チップエリアに比例し得る総チップコストを低減するために、画像センササイズを縮小することが望ましい場合がある。しかしながら、チップサイズの縮小は、所定数の画素に関して、より小さい画素を意味し得る。既存の手法では、放射線１０００は、相互接続層を通って、下に存在するモノリシック集積型シリコンフォトダイオードへ伝播する必要があるため、基礎を成すシリコンエリアの一部は相互接続により覆い隠され、同様にシリコンエリアの一部は読み出し時に使用されるトランジスタにより使い尽くされるという、フィルファクタ損失がある。１つの回避策はマイクロレンズであり、これはコストを増加させ、チップ内の位置（中心又は縁部）へのフォトダイオード照明の依存をもたらす。もう１つの回避策は、より小さなプロセス形状に進むことであり、これは、カスタムインプラントを伴う画像センサプロセスにおいて、費用が掛かり、特に困難である。
【００９４】
実施形態において、本明細書で説明される技術は、これらの損失の回避策を提供し得る。画素サイズ、したがってチップサイズは、フィルファクタを減少させることなく縮小させることができる。光検出器は上面上、相互接続の上方に存在することから、トランジスタサイズ及び相互接続線幅が画素を覆い隠し得ないため、より大きいプロセス形状を使用することができる。本明細書で提案される技術では、０．１３μｍ及び０．１８μｍのような大きな形状が、画素を覆い隠すことなく用いられ得る。同様に、９０ｎｍ以下のような小さい形状も用いることができ、これらは画像センサがカスタマイズされたプロセスではなく標準的なプロセスであってよく、低コストにつながる。小さな形状の使用は、同一チップ上の高速デジタル信号処理とより互換性がある。これは、チップ上のより速く、より安価な、及び／又はより高品質の画像センサ処理をもたらし得る。また、デジタル信号処理により高度な形状を使用することは、所定の程度の画像センサ処理機能を低消費電力化することに寄与し得る。
【００９５】
上記の光検出器、画素領域、及び画素回路と組み合わせて使用することができる例示的な集積回路システムが、ここで図９に関連して説明される。図９は、画像センサ集積回路（画像センサチップとも呼ばれる）のブロック図である。チップは、以下を含むことが示される。
入射光は電子信号に変換され、電気信号は、フレーム期間にわたって入射した積分光に関連するコンテンツ及び電圧レベルを有する電荷蓄積部に積分される、画素アレイ（１００）であって、下記で更に説明されるカラーフィルムビニングのためのカラーフィルタ及び電極構造体を含み得る、画素アレイ（１００）。
フレーム期間にわたる各画素に対する積分光に関連する情報をチップの外周へ伝達するために、各画素をリセットし、各電荷蓄積部のコンテンツに関連する信号を読み出すのに使用される、行回路及び列回路（１１０及び１２０）。画素回路は、以下に更に説明されるカラービニングの回路を含む。
アナログ回路（１３０、１４０、１５０、１６０、２３０）。列回路からの画素電気信号は、アナログ−デジタル変換（１６０）に供給され、各画素の光レベルを表すデジタル数に変換される。画素アレイ及びＡＤＣは、バイアス及び基準レベルを提供するアナログ回路（１３０、１４０、及び１５０）により支持される。
デジタル回路（１７０、１８０、１９０、２００）。画像強調回路（１７０）は、ＡＤＣから出力されるデータに対し画像強調機能を提供し、信号対ノイズ比を改善する。ラインバッファ（１８０）は、デジタル画像処理及びＩＯ機能を促進するために、いくつかの画素値ラインを一時的に記憶する。（１９０）は、システムのグローバル動作及び／又はフレームフォーマットを規定するレジスタのバンクである。ブロック２００は、チップの動作を制御する。デジタル回路はまた、デジタルカラービニングのための回路又はソフトウェアも含み得る。
並列入力／出力及び直列入力／出力の両方に対応するＩＯ回路（２１０及び２２０）。（２１０）は、画素値の全てのビットを同時に出力する並列ＩＯインターフェースである。（２２０）は、画素値の全てのビットを順次出力する直列ＩＯインターフェースである。
チップ全体にクロックを提供する位相固定ループ（２３０）。
【００９６】
特定の例示的な実施形態において、０．１１μｍのＣＭＯＳ技術ノードが採用される場合、行軸に沿った画素と列軸に沿った画素の周期的な反復距離は、９００ｎｍ、１．１μｍ、１．２μｍ、１．４μｍ、１．７５μｍ、２．２μｍ、又はそれ以上であり得る。これらの画素サイズ、特に９００ｎｍ、１．１μｍ、及び１．２μｍの最小の実施態様は、いくつかの実施形態において、隣接する画素の対又はより大きなグループの間でのトランジスタ共有を必要とし得る。
【００９７】
光感知機能は、別の垂直レベルで、相互接続層の上方に存在する感光性層により別個に達成されることから、各画素に対応付けられたシリコン回路エリアの全てを、読み出し電子回路に使用することができるため、微小画素を部分的に実装することができる。
【００９８】
感光性層と、感光性材の特定の領域を読み出す読み出し回路は、集積回路の別々の面に存在するため、（１）画素読み出し回路と、（２）（１）により読み出される感光性領域、この２つの形状は（上から見た場合）、一般に異なり得る。例えば、画素に対応する感光性領域は、正方形に画定することが望ましくあり得、一方、対応する読み出し回路は、最も効率的に長方形として構成され得る。
【００９９】
下方の読み出し回路にビアを介して接続された上部感光性層に基づく撮像アレイでは、金属、ビア、及び相互接続誘電体の様々な層が、実質的に又は部分的にさえも、光学的に透明である必要はないが、いくつかの実施形態では透明であり得る。これは、実質的に透明な光路が相互接続積層体を横断して存在する必要がある前面照明型ＣＭＯＳ画像センサの場合とは対照的である。
【０１００】
画素回路は、量子ドット材２００と接する電極から始まり、信号又は情報が画素から他の処理機能へ転送されると終了する構成要素、例えば基礎を成すチップ２０００の機能構成要素２００４又は別の量子ドット画素１８００などを、含むように定義され得る。信号は、量子ドット材２００上の電極から始まり、変換される、又は読み出される。実施形態において、量子ドット材２００は、放射線１０００に応じて、電流の流れに変化を与えることができる。量子ドット画素１８００は、読み出し可能な信号を生成するために、バイアス回路１７００を必要とし得る。この信号は更に、読み出しのために増幅し、選択することができる。
【０１０１】
図８に示される画素回路の一実施形態は、リセットバイアストランジスタ１８０２と、増幅トランジスタ１８０４と、列アドレストランジスタ１８０８とを用いる。この３トランジスタ回路構成は、３Ｔ回路とも呼ばれ得る。ここで、リセット１７０４がアサートされると、リセットバイアストランジスタ１８０２は、バイアス電圧１７０２を光導電性光起電量子ドット材２００に接続し、これにより量子ドット材料２００の電気状態をリセットする。リセット１７０４の後、量子ドット材２００は放射線１０００に晒されてもよく、これにより、量子ドット材２００の電気状態の変化、この事例では増幅器１８０４のゲートに至る電圧の変化がもたらされる。この電圧は次いで、増幅トランジスタ１８０４により昇圧され、アドレス選択トランジスタ１８０８へ提供され、選択されると、アドレス選択トランジスタ１８０８の列出力に現れる。いくつかの実施形態において、暗信号の影響を差し引く補助をするために、画素回路に付加回路を追加することができる。別の実施形態では、信号が画素回路から読み出された後に、暗信号の調整を行うことができる。例示的な実施形態において、フィルムビニング又は回路ビニングのために、付加回路を追加することができる。
【０１０２】
図１０は、コンピューティング、通信、ゲーム、及びインターフェースなどに使用され得る単一平面コンピューティングデバイス１００の一実施形態を示す。単一平面コンピューティングデバイス１００は、周辺領域１０１及び表示領域１０３を含むことが示される。ボタン又はタッチパッドなど、タッチベースのインターフェースデバイス１１７は、単一平面コンピューティングデバイス１００と対話するのに使用され得る。
【０１０３】
第１のカメラモジュール１１３の一例は、単一平面コンピューティングデバイス１００の周辺領域１０１内に位置することが示され、下記にて更に詳しく説明される。例示的な光センサ１１５Ａ、１１５Ｂも、単一平面コンピューティングデバイス１００の周辺領域１０１内に位置することが示され、図１３を参照して下記に更に詳しく説明される。第２のカメラモジュール１０５の一例は、単一平面コンピューティングデバイス１００の表示領域１０３内に位置することが示され、図１２を参照して下記に更に詳しく説明される。
【０１０４】
光センサ１０７Ａ、１０７Ｂの例は、単一平面コンピューティングデバイス１００の表示領域１０３内に位置することが示され、図１３を参照して下記に更に詳しく説明される。第１の照明光源１１１（構造化でも非構造化でもよい）の一例は、単一平面コンピューティングデバイス１００の周辺領域１０１内に位置することが示される。第２の照明光源１０９の一例は、表示領域１０３に位置することが示される。
【０１０５】
実施形態において、表示領域１０３は、タッチスクリーンディスプレイであってもよい。実施形態において、単一平面コンピューティングデバイス１００は、タブレットコンピュータであってもよい。実施形態において、単一平面コンピューティングデバイス１００は、モバイルハンドセットであってもよい。
【０１０６】
図１１は、コンピューティング、通信、ゲーム、及びインターフェースなどに使用され得る二重平面コンピューティングデバイス２００の一実施形態を示す。二重平面コンピューティングデバイス２００は、第１の平面２１０の第１の周辺領域２０１Ａ及び第１の表示領域２０３Ａと、第２の平面２３０の第２の周辺領域２０１Ｂ及び第２の表示領域２０３Ｂと、第１の平面２１０の第１のタッチ式インターフェースデバイス２１７Ａと、第２の平面２３０の第２のタッチ式インターフェースデバイス２１７Ｂとを含むことが示される。例示的なタッチ式インターフェースデバイス２１７Ａ、２１７Ｂは、二重平面コンピューティングデバイス２００と対話するのに使用され得るボタン又はタッチパッドであり得る。第２の表示領域２０３Ｂも、様々な実施形態にて、入力領域であってもよい。
【０１０７】
二重平面コンピューティングデバイス２００はまた、第１の周辺領域２０１Ａ内の第１のカメラモジュール２１３Ａ、及び第２の周辺領域２０１Ｂ内の第２のカメラモジュール２１３Ｂの例を含むことが示される。カメラモジュール２１３Ａ、２１３Ｂは、図１２を参照して下記により詳しく説明される。図示されるように、カメラモジュール２１３Ａ、２１３Ｂは、二重平面コンピューティングデバイス２００の周辺領域２０１Ａ、２０１Ｂ内に位置する。合計２つのカメラモジュールが示されるが、より多くの又はより少ない光センサが採用されてもよいことが、当業者には認識されよう。
【０１０８】
いくつかの光センサ２１５Ａ、２１５Ｂ、２１５Ｃ、２１５Ｄの例は、二重平面コンピューティングデバイスの周辺領域２１０Ａ、２１０Ｂ内に位置することが示される。合計４つの光センサが図示されているが、より多くの又はより少ない光センサが採用されてもよいことが、当業者には認識されよう。光センサ２１５Ａ、２１５Ｂ、２１５Ｃ、２１５Ｄの例は、図１２を参照して下記に更に詳しく説明される。図示されるように、光センサ２１５Ａ、２１５Ｂ、２１５Ｃ、２１５Ｄは、二重平面コンピューティングデバイス２００の周辺領域２０１Ａ、２０１Ｂ内に位置する。
【０１０９】
二重平面コンピューティングデバイス２００はまた、第１の表示領域２０３Ａ内の第１のカメラモジュール２０５Ａ、及び第２の表示領域２０３Ｂ内の第２のカメラモジュール２０５Ｂの例を含むことが示される。カメラモジュール２０５Ａ、２０５Ｂは、図１２を参照して下記により詳しく説明される。図示されるように、カメラモジュール２０５Ａ、２０５Ｂは、二重平面コンピューティングデバイス２００の表示領域２０３Ａ、２０３Ｂ内に位置する。また、二重平面コンピューティングデバイス２００の表示領域２０３Ａ、２０３Ｂ内に位置するものとして、光センサ２０７Ａ、２０７Ｂ、２０７Ｃ、２０７Ｄの例が示される。合計４つの光センサが図示されているが、より多くの又はより少ない光センサが採用されてもよいことが、当業者には認識されよう。光センサ２０７Ａ、２０７Ｂ、２０７Ｃ、２０７Ｄの例は、図１３を参照して下記に更に詳しく説明される。例示的な照明光源２１１Ａ、２１１Ｂは、周辺領域２０１Ａ、２０１Ｂ内に位置することが示され、別の例示的な照明光源明２０９Ａ、２０９Ｂは、表示領域２０３Ａ、２０３Ｂのうちの１つの領域内に位置することが示され、また図１３を参照して下記にも説明される。図示又は説明された数及び位置以外の、様々な数及び位置の説明素子を実現できることが、当業者には認識されよう。
【０１１０】
実施形態において、二重平面コンピューティングデバイス２００は、ラップトップコンピュータであってもよい。実施形態において、二重平面コンピューティングデバイス２００は、モバイルハンドセットであってもよい。
【０１１１】
ここで図１２を参照すると、図１０又は図１１のコンピューティングデバイスで使用され得るカメラモジュール３００の一実施形態が示される。カメラモジュール３００は、図１０のカメラモジュール１１３、又は図１１のカメラモジュール２１３Ａ、２１３Ｂに対応し得る。図１２に示されるように、カメラモジュール３００は、基板３０１と、画像センサ３０３と、ボンドワイヤ３０５とを含む。ホルダ３０７は、基板の上方に配置される。光フィルタ３０９が、ホルダ３０７の一部に取り付けられているのが示される。鏡筒３１１は、レンズ３１３又はレンズ系を保持する。
【０１１２】
図１３は、図１０又は図１１のコンピューティングデバイスで使用され得る光センサ４００の一実施形態を示す。光センサの一実施形態を示す。光センサ４００は、図１０の光センサ１１５Ａ、１１５Ｂ、又は図１１の光センサ２１５Ａ、２１５Ｂ、２１５Ｃ、２１５Ｄに対応し得る。光センサ４００は、図１０の周辺領域１０１又は表示領域１０３のいずれか又は両方の一部に対応し得る基板４０１を含むことが示される。基板４０１はまた、図１１の周辺領域２０１Ａ、２０１Ｂ又は表示領域２０３Ａ、２０３Ｂのいずれか又は両方の一部に対応し得る。光センサ４００はまた、光吸収材４０５にわたりバイアスを付与し、そこから光電子を収集するために使用される電極４０３Ａ、４０３Ｂを含むことが示される。封止材４０７又は封止材の積層体は、光吸収材４０５上に示される。任意選択的に、光吸収材４０５からの光電子にバイアスを加える及び／又は光吸収材４０５から光電子を収集するために、封止材４０７には導電性封止材が含まれ得る。
【０１１３】
図１０の単一平面コンピューティングデバイス１００又は図１１の二重平面コンピューティングデバイス２００のいずれかの素子は、互いに接続あるいは別のやり方で結合されてもよい。コンピューティングデバイスの実施形態は、プロセッサを含み得る。プロセッサは、コンピューティング、画像処理、デジタル信号処理、データ記憶、データ通信（有線又は無線接続を介する）、デバイスへの電力供給、及びデバイス制御を達成する機能ブロック及び／又は物理的に別個の構成要素を含み得る。プロセッサと通信するデバイスは、図１０のデバイスを含み、表示領域１０３と、タッチ式インターフェースデバイス１１７と、カメラモジュール１０５、１１３と、光センサ１１５Ａ、１１５Ｂ、１０７Ａ、１０７Ｂと、照明光源１０９、１１１とを含み得る。同様に、対応関係は、図１１にも適用することができる。
【０１１４】
図１３の光センサは、様々な構成及び組成物の光吸収材４０５を含み得る。実施形態において、図１３の光センサがコンピューティングデバイスの表示領域に組み込まれている事例では、センサに入射する可視光のわずかな部分のみが光吸収材により吸収されるように、光吸収材は、約４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの可視波長領域にわたって十分に小さい吸光度を有するよう構成され得る。この場合、表示領域を使用して表示される画像の品質は、ディスプレイの光路に沿って組み込まれた光吸収材により、実質的に損なわれない。実施形態において、光吸収材４０５は、可視スペクトル領域にわたり光吸収材に入射する光の３０％未満、２０％未満、又は１０％未満を吸収し得る。
【０１１５】
実施形態において、電極４０３Ａ、４０３Ｂ、及び、４０７が導電性封止材の場合、上部電極４０７は、約４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの可視波長領域にわたり実質的に透明な材料を用いて構築され得る。この場合、表示領域を使用して表示される画像の品質は、ディスプレイの光路に沿って組み込まれた光吸収材により、実質的に損なわれない。
【０１１６】
実施形態において、図１３の光センサは、赤外線を感知可能な光感知材を含み得る。実施形態において、光感知材は、約０．５ｅＶ〜１．９ｅＶの範囲などの赤外線エネルギーに対応するバンドギャップを有する半導体であり得る。実施形態において、光感知材は、赤外スペクトル範囲で測定可能な吸収作用を有してもよく、可視スペクトル範囲でも測定可能な吸収作用を有してもよい。実施形態において、光感知材は、赤外スペクトル範囲のように、可視スペクトル範囲内においても、より高い吸光度を実現することができる。それにもかかわらず、赤外スペクトル範囲内のジェスチャ関連信号を感知するために使用され得る。
【０１１７】
例示的な一実施形態において、光感知ディスプレイ組み込み材の吸光度は、可視光で約２％〜２０％の範囲にあり得、赤外線で約０．１％〜５％の範囲にあり得る。例示的な一実施形態において、周囲の可視光及び／又はディスプレイから放出される可視光の存在は、光センサの光吸収材内の材料可視波長吸収の結果、光センサ内に背景信号を生成し得る。例示的な一実施形態において、赤外線領域での感知も達成され得る。ジェスチャ認識の補助に使用される光源は、光センサで観察される信号の可視波長関連成分と区別できるように、空間的又は時間的コードを使用して変調されてもよい。例示的な一実施形態において、ジェスチャ認識の補助に使用される少なくとも１つの光源は、１００Ｈｚ、１０００Ｈｚ、１０ｋＨｚ、又は１００ｋＨｚよりも高い周波数成分を有するコードを用いて時間的に変調され得る。例示的な一実施形態において、光センサは、上記の周波数成分よりも高いカットオフ周波数を有する時間応答を有し得る。実施形態において、室内環境に関連する背景成分、ディスプレイ照明、及び他のそのような非ジェスチャ関連背景情報が実質的に除去された状態で、ジェスチャ認識に対応する周波数成分を確実に抽出及び監視できるように、回路は用いられ得る。この例では、光センサは、可視光と赤外光の両方を吸収するものの、ジェスチャ認識における関心のジェスチャ情報に主に関連する信号を提供することができる。
【０１１８】
例示的な一実施形態において、約１ｍＷの全光電力を有する光源が採用され得る。面積が約１ｃｍ2であり、拡散反射率が約２０％である物体を約１０ｃｍ離れた距離で照明する場合、面積が１ｃｍ2の光センサに入射する電力量は、１００ｐＷのオーダであり得る。例示的な一実施形態において、光源、及び物体の反射若しくは散乱による照明の結果、受光した光に関連する光電流に応じて、吸光度が１％の光センサを用いてもよく、したがって光センサへの入射は、ｐＷオーダとなり得る。例示的な実施形態において、光センサが伝える電気信号は、光源の変調周波数の約ｐＡ信号成分に対応し得る。実施形態において、ｎＡ又はμＡの範囲のような大きな付加信号成分は、可視及び赤外線の背景、ディスプレイ光などが原因で生じることがある。
例示的な実施形態において、比較的小さい信号成分でも、照明源の変調（時間的及び／又は空間的）により与えられるその特有の時間及び／又は空間シグネチャにより、他の背景／信号に対して分離することができ、ジェスチャ情報を識別するために用いることができる。
【０１１９】
実施形態において、光吸収材４０５は、ある帯域の赤外光を主に吸収し、可視波長光に対し実質的に透明な材料から構成されてもよい。例示的な一実施形態において、ＰＢＤＴＴ−ＤＰＰ、近赤外光感応ポリマーポリ（２，６０−４，８−ビス（５−エチルヘキシルチエニル）ベンゾ−［１，２−ｂ：３，４−ｂ］ジチオフェン−ａｌｔ−５−ジブチルオクチル−３，６−ビス（５−ブロモチオフェン−２−イル）ピロロ［３，４−ｃ］ピロール−１，４−ジオン）などの材料を、光吸収層の構成要素として用いることができる。
【０１２０】
実施形態において、光センサにより生成された電子信号は、電子増幅のデバイスへ伝達され得る。このデバイスは、特定の電子周波数帯域を他の帯域よりも増幅して、ジェスチャ情報に関連する強調された信号成分を生成し得る。増幅（潜在的に周波数依存の増幅）の組み合わせを有する可能性のある光センサからの信号は、ジェスチャ情報に関連するデジタル信号を生成可能なアナログ／デジタル変換器へ入力され得る。ジェスチャ情報に関連するデジタル情報は、システムに即して、他の集積回路及び／又は信号処理エンジンへ更に伝達され得る。例えば、アプリケーションプロセッサに伝達されてもよい。
【０１２１】
実施形態において、ジェスチャ認識を可能にする目的で空間体積を照明するのに使用される光源は、人間の目では実質見えない近赤外波長の照明を使用し得る。例示的な一実施形態において、約９５０ｎｍの中心波長を有する発光ダイオードを使用してもよい。
【０１２２】
実施形態において、コンピューティングデバイスに埋め込まれ、並びにカメラの一部である画像センサに実質的に焦点を合わせた画像を提供するレンズを有する少なくとも１つのカメラからの情報を組み合わせることにより、ジェスチャ認識は達成することができ、ジェスチャ認識はまた、周辺領域内のセンサ及び／又は表示領域に統合されたセンサを組み入れ得る。実施形態において、分散型センサは、撮像される物体の時空間移動に関する一般情報を提供することができ、少なくとも１つのカメラ（複数可）からの信号は、分散センサの信号と組み合わせることにより、ジェスチャ認識の対象物体の２次元又は３次元動作のより空間的／時間的に正確な画像が提供され得る。例示的な一実施形態において、カメラは、ＱＶＧＡ、ＶＧＡ、ＳＶＧＡなどといった適度な空間解像度を提供する画像センサを用いてもよく、よって、ダイサイズが小さく、すなわち低コストである画像センサを使用して実施されてもよく、また、周辺領域面積の消費を最小にすることができ、タブレット又は他のコンピューティングデバイスのｚの高さの実質的な追加を不要とすることができる小さいｘ、ｙ、及びｚの形状因子を有するカメラモジュールを使用して実施されてもよい。
【０１２３】
実施形態において、１５ｆｐｓ、３０ｆｐｓ、又は６０ｆｐｓなどの適度なフレームレートを採用することができ、これは、適度な解像度と組み合わすことにより、ジェスチャ認識において低コストのデジタル通信チャネル及び中程度に複雑な信号処理が可能となる。実施形態において、少なくとも１つのカメラモジュールは、ディスプレイに対するジェスチャの評価において広い角度範囲を提供するために、広い視野撮像を実施し得る。実施形態において、少なくとも１つのカメラモジュールは、その注意角度がディスプレイに対する法線方向（垂直方向）と非平行であるように傾けることができ、これにより、少なくとも１つのカメラは、ディスプレイにより近接した角度範囲を撮像することが可能となる。
【０１２４】
実施形態において、それぞれの注意角度が少なくともお互いに異なる複数のカメラを組み合わせて使用することができ、これにより、ディスプレイに適度に近接したジェスチャを撮像し解釈することが可能となる。実施形態において、少なくとも１つのカメラは、照明源により用いられる近赤外波長において、例えば３０％を超える高い量子効率をもたらす光検出材を使用して増感された画像センサを使用し得る。これにより、照明源の電力及び／又は強度に対する要求を低減することが可能となる。実施形態において、照明源は、特定の周波数で、及び特定の時間パターン（例えば既知の時間間隔及び時間幅の一連のパルス）を用いて、時間的に変調され得る。少なくとも１つのカメラ及び／又は少なくとも１つの分散センサからの信号は、照明源の位相及び時間的プロファイルの知識を用いて解釈され得る。このようにして、ロックイン若しくはボックスカー平均化、あるいは他のフィルタリング及び／又はアナログ若しくはデジタル信号処理方法に類似して、増加した信号対ノイズ比を使用することで、変調信号ゆえに照明信号を実質的に特定し、背景シーンに対応付けられた背景信号を実質的に除去又は最小化することができる。
【０１２５】
図１４は、ジェスチャ認識の方法の一実施形態を示す。この方法は、カメラモジュール（複数可）のうちの少なくとも１つのそれぞれから得られる少なくとも２つの画像の経時的ストリームを取得することを含む動作５０１と、同様に、光センサのうちの少なくとも１つのそれぞれから得られる少なくとも２つの信号の経時的ストリームを取得することを含む動作５０７と、を含む。この方法は更に、動作５０３及び５０９にて、画像及び／又は信号をプロセッサに伝達することを含む。この方法は更に、動作５０５にて、プロセッサを使用して、画像及び信号の組み合わせに基づいて、ジェスチャの意味及びタイミングを推定することを含む。
【０１２６】
図１５は、ジェスチャ認識の方法の一実施形態を示す。この方法は、カメラモジュールのうちの少なくとも１つのそれぞれから得られる少なくとも２つの画像の経時的ストリームを取得することを含む動作６０１と、同様に、タッチ式インターフェースデバイスのうちの少なくとも１つのそれぞれから得られる少なくとも２つの信号の経時的ストリームを取得することを含む動作６０７と、を含む。この方法は更に、動作６０３及び６０９にて、画像及び／又は信号をプロセッサに伝達することを含む。この方法は更に、動作６０５にて、プロセッサを使用して、画像及び信号の組み合わせに基づいて、ジェスチャの意味及びタイミングを推定することを含む。
【０１２７】
実施形態において、それぞれが端末機及び／又はディスプレイあるいは表示／入力領域のいずれかの範囲内に存在する（１）タッチ式インターフェースデバイス、（２）カメラモジュール、（３）光センサ、これらのうちの少なくとも１つにより受信される信号を採用することができ、デバイスのユーザが示すジェスチャの存在及び種類を特定するために、単独で又は併用して使用され得る。
【０１２８】
図１４を再び参照すると、実施形態において、画像の経時的ストリームが、カメラモジュールのうちの少なくとも１つのそれぞれから取得される。光センサの少なくとも１つそれぞれから得られる少なくとも２つの信号の経時的ストリームも取得される。実施形態において、ストリームは、異なるクラスの周辺デバイスから同期的に取得され得る。実施形態において、ストリームは、既知のタイムスタンプにより取得されることができ、既知のタイムスタンプは、各ストリームが他と相対的に取得された時、例えばある協定基準時点を示す。実施形態において、ストリームはプロセッサに伝達される。プロセッサは、画像と信号の組み合わせに基づいて、ジェスチャの意味及びタイミングの推定を計算する。
【０１２９】
実施形態において、少なくとも１つカメラモジュールは、約４０度を超える広い視野を有する。実施形態において、少なくとも１つのカメラモジュールは、眼レンズを採用する。実施形態において、少なくとも１つの画像センサは、その中心ではより高い解像度を達成し、その周辺では解像度を低下させる。実施形態において、少なくとも１つの画像センサは、その中心付近ではより小さい画素を使用し、その周辺ではより大きな画素を使用する。
【０１３０】
実施形態において、少なくとも１つの光源を介した能動型照明は、近接する物体の部分反射及び／又は部分散乱と合併され、少なくとも１つの光モジュール又は光センサを使用する光感知と組み合わされた能動型照明であり、物体への近接を検出するために組み合わせることができる。実施形態において、このような近接に関する情報を使用して、デバイスの電力消費を低減することができる。実施形態において、ディスプレイなどの電力消費構成要素を減光又は停止することにより、電力消費を低減することができる。
【０１３１】
実施形態において、少なくとも１つの光源が赤外光を放出し得る。実施形態において、少なくとも１つの光源は、約７００ｎｍと約１１００ｎｍの間の近赤外線の赤外光を放出し得る。実施形態において、少なくとも１つの光源は、約１１００ｎｍと約１７００ｎｍの波長の間の短波長赤外線の赤外光を放出し得る。実施形態において、光源が発する光は、デバイスのユーザには実質見えない。
【０１３２】
実施形態において、少なくとも１つの光源は、構造化光画像を投影し得る。実施形態において、撮像と組み合わされた空間パターン照明を用いて、撮像システムに対する物体の相対距離を推定することができる。
【０１３３】
実施形態において、少なくとも２つのレンズ化システムを用いて、モノリシック集積型単一画像センサ集積回路の２つの別個の領域上にシーン又はシーンの一部を画像化することができ、このように画像センサ集積回路を用いて取得された光のパターンを使用することで、画像センサシステムに対する物体の相対距離又は絶対距離の推定を促進することができる。
【０１３４】
実施形態において、少なくとも２つのレンズ化システムを用いて、単一カメラシステム内に収容された２つの別個の画像センサ集積回路上にシーン又はシーンの一部を画像化することができ、このように画像センサ集積回路を用いて取得された光のパターンを使用することで、画像センサシステムに対する物体の相対距離又は絶対距離の推定を促進することができる。
【０１３５】
実施形態において、少なくとも２つのレンズ化システムを用いて、異なるカメラシステム又はサブシステム内に収容された２つの別個の画像センサ集積回路上にシーン又はシーンの一部を画像化することができ、このように画像センサ集積回路を用いて取得された光のパターンを使用することで、画像センサシステム又はサブシステムに対する物体の相対距離又は絶対距離の推定を促進することができる。
【０１３６】
実施形態において、少なくとも２つの光学的システムがシーンを知覚する異なる注意角度又は視点を使用することで、画像センサシステムに対する物体の相対距離又は絶対距離の推定を促進することができる。
【０１３７】
実施形態において、図１０の周辺領域１０１に位置する光センサ１１５Ａ、１１５Ｂ、及び／又は図１０の表示領域１０３に位置する光センサ１０７Ａ、１０７Ｂなどの光センサを、単独で、又は互いに組み合わせて、及び／又はカメラモジュールと組み合わせて使用することで、シーンに関する情報を取得することができる。実施形態において、光センサはレンズを用いて、シーンのある領域からの光を特定の光センサに配向することを補助し得る。実施形態において、ある光センサにシーンからの光が入射する限定的角度範囲を画定する、遮光筐体などの開口用システムを、光センサは採用してもよい。実施形態において、特定の光センサは、開口を活用して、特定の入射角円錐内からの光を感知する責務を担う。
【０１３８】
実施形態において、少なくとも２つの光学的システムがシーンを知覚する異なる注意角度又は視点を使用することで、画像センサシステムに対する物体の相対距離又は絶対距離の推定を促進することができる。
【０１３９】
実施形態において、少なくとも２つの光センサからの光検出器の時間系列を使用して、物体の方向及び速度を推定することができる。実施形態において、少なくとも２つの光センサからの光検出器の時間系列を使用して、ジェスチャがコンピューティングデバイスのユーザにより行われたことを確認することができる。実施形態において、少なくとも２つの光センサからの光検出器の時間系列を使用して、コンピューティングデバイスのユーザが行ったジェスチャを分類することができる。実施形態において、ジェスチャの分類に関する情報、並びに分類されたジェスチャの推定発生時間は、処理ユニットを含む、コンピューティングデバイス内の他のシステム又はサブシステムへ伝達する。
【０１４０】
実施形態において、例えば図１０の光センサ１０７Ａ、１０７Ｂなどの光センサは、コンピューティングデバイスの表示領域に統合することができる。実施形態において、光センサの表示領域への組み込みは、ユーザへの視覚情報の伝達におけるディスプレイ動作を実質的に変更することなく、実現することができる。実施形態において、ディスプレイは、約４００ｎｍ〜約６５０ｎｍの範囲の可視波長を主に使用してユーザに視覚情報を伝達し得るが、光センサは、約６５０ｎｍより長い波長の赤外光を主に使用してシーンに関する視覚情報を取得することができる。実施形態において、可視波長領域で主に作動する「表示面」は、赤外スペクトル領域で主に作動し得る「光感知面」よりもユーザの手前に存在してもよい。
【０１４１】
実施形態において、第１の種類の構造化光を用いることができ、第２の種類の構造化光も用いることができ、少なくとも２つの構造化光照明からの情報を有効に組み合わせて、分離されたいずれかの構造化光画像に含まれる情報を超えるシーンに関する情報を確認することができる。
【０１４２】
実施形態において、第１の種類の構造化光は、シーンを照明するために用いられてもよく、第１の照明角度をもたらす第１の光源から提供することができ、第２の種類の構造化光は、シーンを照明するために用いられてもよく、第２の照明角度をもたらす第２の光源から提供することができる。
【０１４３】
実施形態において、第１の種類の構造化光及び第１の照明角度は、第１の感知角度をもたらす第１の画像センサを使用して、また第２の感知角度をもたらす第２の画像センサを使用して、感知することができる。
【０１４４】
実施形態において、第１のパターンを有する構造化光は第１の光源から提供することができ、第２のパターンを有する構造化光は、第２の光源から提供することができる。
【０１４５】
実施形態において、第１のパターンを有する構造化光は、第１の時間周期中に光源から提供することができ、第２のパターンを有する構造化光は、第２の時間周期中に光源から提供することができる。
【０１４６】
実施形態において、第１の波長の構造化光を用いて、第１の照明角度を有する第１の光源からシーンを照明することができ、第２の波長の構造化光を用いて、第２の照明角度を有する第２の光源からシーンを照明することができる。
【０１４７】
実施形態において、第１のパターンを使用してシーンを照明するために、第１の波長の構造化光を使用することができ、第２のパターンを使用してシーンを照明するために、第２の波長の構造化光を使用することができる。実施形態において、第１の画像センサは、第１の波長での強い応答、及び第２の波長での弱い応答により、シーンを感知することができ、第２の画像センサは、第２の波長での強い応答、及び第１の波長での弱い応答により、シーンを感知することができる。実施形態において、画像センサは、第１の波長での強い応答及び第２の波長での弱い応答を有する第１のクラスの画素、並びに第２の波長での強い応答及び第１の波長での弱い応答を有する第２のクラスの画素から、構成することができる。
【０１４８】
実施形態は、第１の帯域通過スペクトル領域と、第１の帯域遮断スペクトル領域と、第２の帯域通過スペクトル領域とを有するフィルタを用いる画像センサシステムを含む。実施形態は、可視スペクトル領域に対応する第１の帯域通過領域と、赤外線の第１の部分に対応する第１の帯域遮断スペクトル領域と、赤外線の第２の部分に対応する第２の帯域通過スペクトル領域とを含む。実施形態は、第１の時間周期を使用して、可視波長シーンを主に検出することと、第２の時間周期中に第２の帯域通過領域内で能動型照明を使用して、可視波長シーンと能動型照明赤外線シーンとの和を検出することと、２つの時間周期中に取得された画像間の差異を使用して、能動型照明赤外線シーンを主に推定することと、を含む。実施形態は、第２の時間周期中に構造化光を使用することを含む。実施形態は、赤外線の構造光を使用することを含む。実施形態は、構造化光画像を使用して、シーンに関する奥行き情報を推測することと、可視画像をタグ付け又は操作するのに、構造化光画像に基づいて取得された奥行きに関する情報を用いることと、を含む。
【０１４９】
実施形態において、推定されるジェスチャには、親指１本上げ、親指２本上げ、指１本スワイプ、指２本スワイプ、指３本スワイプ、指４本スワイプ、親指と指１本スワイプ、親指と指２本スワイプなどが含まれ得る。実施形態において、推定されるジェスチャには、第１の指の第１の方向への移動と、第２の指の実質反対方向への移動が含まれ得る。推定されるジェスチャには、くすぐりが含まれ得る。
【０１５０】
物体に入射する光の強度の感知は、多数の用途において使用することができる。このような用途の１つは、物体に入射する周囲光のレベルの推定を含み、これにより、物体自体の発光強度を好適に選択することができる。携帯電話、パーソナルデジタルアシスタント、及びスマートフォンなどのモバイルデバイスでは、バッテリ寿命、したがって消費電力の低減が重要である。同時に、ＬＣＤ又は画素化されたＬＥＤに基づくようなディスプレイを使用するなどして、情報を視覚的に表示することも必要であり得る。この視覚情報が表示される強度は、シーンの周囲照明に少なくとも部分的に依存する。例えば、非常に明るい環境光で、ディスプレイの視覚印象又は画像が背景光レベル上で明確に見えるようにするためには、一般に、より高い光強度がディスプレイにより発せられる必要がある。環境光が弱い場合、ディスプレイからより低いレベルの光を発することにより、より少ないバッテリ電力を消費することができる。
【０１５１】
その結果、表示領域付近又は表示領域内の光レベルを感知することが重要である。既存の光感知方法は、単一の光センサ、又は非常に少ない光センサを含むことが多く、小面積の光センサであることが多い。これは、特に、対象とするデバイスの周囲照明が空間的に不均質である場合に、周囲照明レベルの推定において望ましくない異常及び誤差をもたらし得る。例えば、光を遮る又は部分的に光を遮る物体による陰影は、物体が１つ又はいくつかの感知素子を覆い隠す場合、真の平均照明条件下の望ましい明るさよりも低い明るさの表示強度をもたらし得る。
【０１５２】
実施形態は、正確に光レベルの特定を可能にする１つ以上のセンサを実現することを含む。実施形態は、溶液から作られた光吸収材を用いて実現される少なくとも１つのセンサを含む。実施形態は、コロイド量子ドットフィルムが一次光吸収素子を構成するセンサを含む。実施形態は、センサに入射する光レベルに関する信号を伝達するシステムを含み、システムは、信号が受動型センサと、伝達に使用された電気信号に変調を行う能動型電子回路との間の距離を伝達されることにより存在する信号内のノイズを、低減又は緩和する。実施形態は、（１）光吸収感知素子と、（２）感知素子に入射する光強度に関する信号を伝達する電気相互接続と、（３）離れた光吸収感知素子に電気相互接続を介して接続され、感知された信号の低ノイズ伝達を電気相互接続を介して実現する回路と、を備えるシステムを含む。実施形態は、相互接続の長さが１センチメートルを超えるシステムを含む。実施形態は、相互接続が特別なシールドを必要としなくとも、実用上有益な信号対ノイズレベルを達成するシステムを含む。
【０１５３】
実施形態は、コンピューティングデバイスの表示領域を照明する平均色温度を推定するために、単独で又は組み合わせて用いられるセンサ又はセンサシステムを含む。実施形態は、約２０度を超える入射から垂直入射まで、又は約３０度を超える入射から垂直入射まで、又は約４０度を超える入射から垂直入射までといった、広い角度範囲から光を受け入れるセンサ又はセンサシステムを含む。実施形態は、第１のスペクトル帯域を主に通過させる第１の種類と、第２のスペクトル帯域を主に通過させる第２の種類との、少なくとも２つの種類の光フィルタを備えるセンサ又はセンサシステムを含む。実施形態は、表示領域、又は表示領域に近接する領域を照明する色温度を推定するために、少なくとも２つの種類の光フィルタを用いる少なくとも２つのセンサからの情報を使用することを含む。
【０１５４】
実施形態は、少なくとも２つの種類のセンサを使用するシステムを含む。実施形態は、第１の光感知材からなる第１の種類と、第２の光感知材からなる第２の種類とを含む。実施形態は、第１のスペクトル帯域の光を吸収し、変換するように構成された第１の光感知材と、第２のスペクトル帯域を変換するように構成された第２の光感知材料とを含む。実施形態は、第１の平均直径を有する複数のナノ粒子を用いる第１の光感知材と、第２の平均直径を有する複数のナノ粒子を用いる第２の光感知材とを含む。実施形態は、約１ｎｍ〜約２ｎｍの範囲の第１の直径と、約２ｎｍを超える第２の直径とを含む。
【０１５５】
実施形態は、インクジェット式印刷を伴って、コンピューティングデバイス内に、又はこのようなコンピューティングデバイス上に、光感知材を組み込む方法を含む。実施形態は、ノズルを使用して、所定の領域にわたって光感知材を付けることを含む。実施形態は、電極を使用して一次光感知領域を画定することを含む。実施形態は、コンピューティングデバイス内に、又はコンピューティングデバイス上に統合される光感知デバイスを製造する方法であって、方法は、第１の電極を規定することと、第２の電極を規定することと、第１及び第２の電極と電気連通する光感知領域を画定することと、を含む。実施形態は、コンピューティングデバイス内に、又はコンピューティングデバイス上に統合される光感知デバイスを製造する方法であって、方法は、第１の電極を規定することと、光感知領域を画定することと、第２の電極を規定することと、を含み、光感知領域は、第１及び第２の電極と電気的に連通している。
【０１５６】
実施形態は、インクジェット印刷を使用して、コンピューティングデバイス内に、又はこのようなコンピューティングデバイス上に、少なくとも２つの種類のセンサを統合することを含む。実施形態は、第１のスペクトル帯域の光を吸収して変換するように構成された第１の光感知材を含む第１のリザーバを使用することと、第２のスペクトル帯域の光を吸収して変換するように構成された第２の光感知材を含む第２のリザーバを使用することを含む。
【０１５７】
実施形態は、任意の外部干渉を実質的に抑制するために、差動又は変調シグナリングの使用を含む。実施形態は、暗背景ノイズを減じることを含む。
【０１５８】
実施形態は、図１６に示される差動システムを含む。図１６は、光感知動作に対する外部干渉を低減する３電極差動レイアウトシステム７００の一実施形態を示す。３電極差動レイアウトシステム７００は、３つの電極７０１、７０３、７０５の全てを覆う光感知材を含むことが示される。光遮蔽材７０７（黒色）は、第１電極７０１及び第２電極７０３を使用して電気的にアクセスされる領域内の光感知材に、光が入射することを防ぐ。実質的に透明な材料７０９（透明）は、第２の電極７０３及び第３の電極７０５を使用して電気的にアクセスされる実質的に異なる領域内の光感知材に、光が入射することを可能にする。透明被覆電極対及び黒色被覆電極対を流れる電極の差は、光電流に等しく、すなわちこの差は、暗電流を全く含まないが、代わりに光強度に比例し、いずれの暗オフセットも実質的に除去される。
【０１５９】
実施形態は、以下のような３電極システムの使用を含む。各電極は金属ワイヤから成る。光吸収材は、金属ワイヤと電気連通することができる。実施形態は、空気、水、湿気、ほこり及び汚れなどの周囲環境状況から光吸収材を保護する実質的に透明な材料を用いて光吸収材を封止することを含む。３つの電極の中央は、電圧Ｖ１にバイアスされてもよく、典型的な電圧の一例は約０Ｖである。外側の２つの電極は、電圧Ｖ２にバイアスされてもよく、典型的な値は約３Ｖである。実施形態は、光感知材上の入射光を実質的に防止又は低減する光遮蔽材を使用して、デバイスの一部を覆うことを含む。
【０１６０】
光遮蔽材は、一対の電極に光をほとんど又は全く当たらないことを確実にする。この対は、暗電極対、すなわち基準電極対と呼ばれる。他方の電極対上に透明の材料を使用することにより、光が入射すると、実質的に光感知材に入射することが確実となる。この対は、光電極対と呼ばれる。
【０１６１】
光電極対及び暗電極対を流れる電極の差は、光電流に等しく、すなわちこの差は、暗電流を全く含まないが、代わりに光強度に比例し、いずれの暗オフセットも実質的に除去される。
【０１６２】
実施形態において、これらの電極は、ツイストペア形態で配線される。このようにして、外部ソースからのコモンモードノイズが低減又は緩和される。図１７のツイストペアレイアウト８００を有する電極８０１、８０３、８０５を参照すると、ツイストペア構造の平面アナログの使用の結果、外部ソースからのコモンモードノイズは低減又は緩和される。
【０１６３】
別の実施形態において、光遮蔽層を必要としないように、バイアスを使用することができる。３つの電極は、３つの電圧Ｖ１、Ｖ２、及びＶ３にバイアスされ得る。一例において、Ｖ１＝６Ｖ、Ｖ２＝３Ｖ、Ｖ３＝０Ｖである。６Ｖと３Ｖの間の光センサ、及び０Ｖと３Ｖの間の光センサが、６Ｖと０Ｖの間で読み出されると、逆方向の電流を生成する。その結果得られる差動信号は、次に、ツイストペア様式で伝送される。
【０１６４】
実施形態において、電極レイアウトは、それ自体がツイスト状に構成されることで、センサ内部のノイズ耐性を更に向上させることができる。この場合、電極が別の電極と交差し得るアーキテクチャが使用される。
【０１６５】
実施形態において、電気バイアス変調を使用することができる。一対の電極間に、交流バイアスを使用することができる。流れる光電流は、時変電気バイアスの時間的展開を実質的に模倣する。読み出し法は、低ノイズの電気信号を生成するためのフィルタリングを含む。バイアスの時間的変化には、正弦波状、方形波状、又は他の周期的なプロファイルが含まれる。例えば、図１８を参照すると、変調周波数ではない外部ノイズを低減するために、電極に印加される信号９０１に対し時間変調バイアス９００を行う一実施形態が示される。信号を時間的に変調することにより、変調周波数ではない外部ノイズを除去することができる。
【０１６６】
実施形態は、差動レイアウト法を変調法と組み合わせることで、信号対ノイズレベルのさらなる改善を達成することを含む。
【０１６７】
実施形態は、形状、サイズ、及びスペクトル応答（例えば異なる色に対する感度）が異なる多数のセンサを用いることを含む。実施形態は、マルチレベル出力信号を生成することを含む。実施形態は、好適な回路及びアルゴリズムを使用して信号を処理し、入射光のスペクトル及び／又は他の特性に関する情報を再構築することを含む。
【０１６８】
開示される内容の利点には、可能性のある距離よりも長い距離にわたる光強度に関する正確な情報を伝送できることが含まれる。結果として、利点には、より低いレベルの光の検出が含まれる。利点には、より広い範囲の可能性のある光レベルを感知することが含まれる。利点には、より広い温度範囲にわたる良好な光強度特定が含まれ、これは、本明細書に記載される差動法を用いて暗基準を減ずる場合に特に得られる利点である。
【０１６９】
実施形態は、第１の電極、第２の電極、及び第３の電極を含む光センサを含む。光吸収半導体は、第１、第２、及び第３の電極のそれぞれと、電気連通する。光遮蔽材は、第２の電極と第３の電極との間に存在する光吸収半導体の部分への光の入射を実質的に減衰させ、第２の電極と第１及び第３の電極との間には電気バイアスが印加され、第２の電極を流れる電流はセンサに入射する光に関連する。
【０１７０】
実施形態は、第１の電極と、第２の電極と、電極と電気連通する光吸収半導体とを含む光センサを含み、第１電極と第２電極との間には、時変電気バイアスが印加され、電極間を流れる電流は、時変電気バイアスプロファイルに従ってフィルタリングされ、結果得られる電流成分は、センサに入射する光に関連する。
【０１７１】
実施形態には、第１、第２、及び第３の電極が、金、白金、パラジウム、銀、マグネシウム、マンガン、タングステン、チタン、窒化チタン、二酸化チタン、酸窒化チタン、アルミニウム、カルシウム、及び鉛の中から選ばれた材料で構成される、上記の実施形態が含まれる。
【０１７２】
実施形態には、光吸収半導体が、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＳｎＳ、ＳｎＳｅ、ＳｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、Ｂｉ2Ｓ3、Ｉｎ2Ｓ3、Ｉｎ2Ｔｅ3、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ポリピロール、ペンタセン、ポリフェニレンビニレン、ポリヘキシルチオフェン、及びフェニル−Ｃ６１−酪酸メチルエステルの中から選ばれた材料を含む、上記の実施形態が含まれる。
【０１７３】
実施形態には、バイアス電圧が約０．１Ｖより大きく約１０Ｖ未満である、上記の実施形態が含まれる。実施形態には、電極が互いに約１μｍ〜約２０μｍの距離をあけた、上記の実施形態が含まれる。
【０１７４】
実施形態には、光感知領域と、バイアス及び読み出しに使用される能動型回路との間の距離が、約１ｃｍより大きく約３０ｃｍ未満である、上記の実施形態が含まれる。
【０１７５】
適用エリアの範囲においては、撮像によるようなシーンに関する視覚情報の取得が望ましい。場合によっては、撮像システムと対象シーンとの間に存在する媒体の光学特性は、光吸収、光散乱、又はその両方を示し得る。場合によっては、光吸収及び／又は光散乱は、第２のスペクトル範囲と比較して、第１のスペクトル範囲においてより強く生じ得る。場合によっては、強吸収又は強散乱の第１のスペクトル範囲は、約４７０ｎｍ〜約６３０ｎｍの可視スペクトル範囲の一部又は全部を含むことができ、より弱吸収又はより弱散乱の第２のスペクトル範囲は、波長が約６５０ｎｍ〜約２４μｍの範囲に及ぶ赤外線の部分を含むことができる。
【０１７６】
実施形態において、約６５０ｎｍの波長よりも長い波長に対する感度を有する画像センサアレイを設けることにより、画質を向上させることができる。
【０１７７】
実施形態において、撮像システムは、可視波長撮像用の第１のモードと、赤外線撮像用の第２のモードとの、２つのモードで作動することができる。実施形態において、第１のモードは、画像センサ上にいくつかの赤外線波長の光が入射することを実質的に遮断するフィルタを用いることができる。
【０１７８】
ここで図１９を参照すると、様々な撮像用途に使用され得るフィルタの透過率スペクトル１０００の一実施形態が示される。可視スペクトル領域１００１内の波長は、実質的に透過され、可視波長撮像を可能にする。約７５０ｎｍ〜約１４５０ｎｍの赤外線帯域１００３、また約１６００ｎｍを超える領域１００７における波長は、実質的に遮断され、周囲の赤外線照明に伴う影像効果を低減する。約１４５０ｎｍ〜約１６００ｎｍの赤外線帯域１００５における波長は、実質的に透過され、この帯域内の主要なスペクトルパワーを有する能動型光源が作動されると、赤外波長撮像が可能となる。
【０１７９】
実施形態において、撮像システムは、可視波長撮像用の第１のモードと、赤外線撮像用の第２のモードとの、２つのモードで作動することができる。実施形態において、システムは、第１の赤外スペクトル帯域にわたる光の入射を実質的に遮断するモードと、第２の赤外スペクトル帯域にわたる光の入射を実質的に通過させるモードとの、２つのモードのそれぞれにおいて有効であり続ける光フィルタを用いることができる。実施形態において、遮断される第１の赤外スペクトル帯域は、約７００ｎｍ〜約１４５０ｎｍに及び得る。実施形態において、実質的に遮断されない第２の赤外スペクトル帯域は、約１４５０ｎｍから始まってよい。実施形態において、実質的に遮断されない第２の赤外スペクトル帯域は、約１６００ｎｍで終了してよい。実施形態において、赤外線撮像用の第２のモードでは、実質的に遮断されない第２の赤外スペクトル帯域のパワーを含む能動型照明を使用することができる。
【０１８０】
実施形態において、実質的可視波長の画像が、第１のモードの画像キャプチャにより取得することができる。実施形態において、実質的能動型赤外線照明の画像が、第２のモードの画像キャプチャにより取得され得る。実施形態において、実質的能動型赤外線照明の画像は、第２のモードの画像キャプチャにより取得され、第１のモード中に取得された画像の減算により補助することができる。実施形態において、第１のモードと第２のモードとの間で、時間周期的な交替が採用することができる。実施形態において、非赤外線照明と、能動型赤外線照明との間で、時間周期的な交替が採用され得る。実施形態において、実質的可視波長の画像を報告することと、実質的能動型照明の赤外線画像を報告することとの間で、時間周期的な交代が採用することができる。実施形態において、可視波長画像及び赤外波長画像に関する情報を、重ね合わせて表示する合成画像が生成され得る。実施形態において、可視波長画像を表すために青などの第１の可視波長色を、並びに能動型照明赤外波長画像を表すために赤などの第２の可視波長色を、重ね合わせて使用した合成画像が生成することができる。
【０１８１】
画像センサにおいて、照明のない状況でも（暗闇であっても）、非ゼロの不均一な画像が存在することがある。暗画像は、除去されていない場合、照明された画像の提示において、画像歪み及びノイズをもたらすことがある。
【０１８２】
実施形態において、暗闇に存在する信号を表す画像を取得することができる。実施形態において、照明画像と暗画像との差分を表す画像が、撮像システムの出力に提示することができる。実施形態において、画像センサの光に対する感度を低下させるために、電気バイアスを使用して暗画像を取得することができる。実施形態において、画像センサシステムは、実質的暗画像を取得するために第１のバイアス方式による第１の時間間隔を、光画像を取得するために第２のバイアス方式による第２の時間間隔を採用することができる。実施形態において、画像センサシステムは、実質的暗画像をメモリに記憶することができ、光画像と実質的暗画像との差分を表す画像を提示する際、記憶された実質的暗画像を使用することができる。実施形態は、この方法を使用して、画像歪みを低減することと、ノイズを低減することと、を含む。
【０１８３】
実施形態において、リセット後に存在する信号を表す第１の画像を取得することができ、積分時間後に存在する信号を表す第２の画像を取得することができ、２つの画像の差分を表す画像を提示することができる。実施形態において、２つの入力画像のうちの少なくとも１つを記憶するために、メモリを使用することができる。実施形態において、結果の差分画像は、相関二重サンプリングノイズと一致する時間ノイズ特性をもたらすことがある。実施形態において、ｓｑｒｔ（ｋＴＣ）ノイズによりもたらされる等価時間的ノイズよりも相当少ない等価時間的ノイズを有する画像を提示することができる。
【０１８４】
実施形態は、暗減算画像をユーザに迅速に提示するために、暗画像の高速読み出しと、光画像の高速読み出しと、メモリへの高速アクセス及び高速画像処理とを含む。
【０１８５】
実施形態は、画像を取得することを示すユーザ間の間隔が約１秒未満であり、画像の取得に伴う積分期間が約１秒未満である、カメラシステムを含む。実施形態は、画像センサとプロセッサとの間にメモリ素子を備えるカメラシステムを含む。
【０１８６】
実施形態は、ショット間の時間が約１秒未満であるカメラシステムを含む。
【０１８７】
実施形態は、第１の画像が取得されてメモリに記憶され、第２の画像が取得され、第１の画像及び第２の画像からの情報を用いる画像を生成するためにプロセッサが使用される、カメラシステムを含む。実施形態は、第１の画像及び第２の画像からの情報を組み合わせることにより、高いダイナミックレンジを有する画像を生成することを含む。実施形態は、第１の焦点を有する第１の画像と、第２の焦点を有する第２画像とを含み、第１の画像及び第２の画像から、より高い等価焦点深度を有する画像を生成することを含む。
【０１８８】
より温度の高い物体は一般に、より冷たい物体と比べて、より短い波長のより高いスペクトルパワー密度を放出する。したがって、第１の帯域内のスペクトルパワーと第２の帯域内のスペクトルパワーとの比に基づいて、シーン内で撮像された物体の相対温度に関する情報を抽出することができる。
【０１８９】
実施形態において、画像センサは、主に第１のスペクトル帯域内の光を感知するように構成された第１の画素集合と、主に第２のスペクトル帯域内の光を感知するように構成された第２の画素集合とを含み得る。実施形態において、第１及び第２の集合の近接画素からの情報を組み合わせた推定画像を報告することができる。実施形態において、第１及び第２の集合の近接画素からの信号の比率を提供する推定画像を報告することができる。
【０１９０】
実施形態において、画像センサは、物体温度を推定する手段を含んでもよく、可視波長画像を取得する手段を更に含んでもよい。実施形態において、画像処理を使用して、可視波長画像上に、推定された相対物体温度を表す画像を偽色表示することができる。
【０１９１】
実施形態において、画像センサは、長さ寸法が約２μｍ×２μｍ未満の画素を少なくとも１つ含み得る。
【０１９２】
実施形態において、画像センサは、第１のスペクトル帯域の感知を提供する第１の層と、第２のスペクトル帯域の感知を提供する第２の層とを含み得る。
【０１９３】
実施形態において、可視画像は、シーンのユーザに対しよく知られた表現を提示するために使用されることができ、赤外線画像は、温度又は色素などに関する付加情報を提供することができ、あるいは霧、かすみ、煙、又は布などの散乱媒体及び／又は可視吸収媒体の透過を可能にすることができる。
【０１９４】
場合によっては、単一の画像センサを使用して可視画像と赤外線画像の両方を取得することが望ましくあり得る。場合によっては、したがって可視画像及び赤外線画像の登録は、実質的に簡単となる。
【０１９５】
実施形態において、画像センサは、単一クラスの光吸収光感知材を用いることができ、その上に、フィルタとしても知られるパターン化層を用いることができ、これは自身を透過する光をスペクトル選択する責務を担う。実施形態において、光吸収光感知材は、可視領域、及び赤外スペクトル領域の少なくとも一部の両方にわたって、高量子効率光感知を提供することができる。実施形態において、パターン化層は、単一画像センサ回路上に、可視波長画素領域及び赤外波長画素領域の両方が存在することを可能にし得る。
【０１９６】
実施形態において、画像センサは、２つのクラスの光吸収光感知材、すなわち、第１の範囲の波長を吸収及び感知するように構成された第１の材料と、第２の範囲の波長を吸収及び感知するように構成された第２の材料とを使用することができる。第１及び第２の範囲は、少なくとも部分的に重複していてもよく、又は重複していなくてもよい。
【０１９７】
実施形態において、２つのクラスの光吸収光感知材を、画像センサの異なる領域に配置することができる。実施形態において、リソグラフィ及びエッチングを使用して、どの領域がどの光吸収光感知材を用いて覆われるかを定めることができる。実施形態において、インクジェット印刷を使用して、どの領域がどの光吸収光感知材を用いて覆われるかを定めることができる。
【０１９８】
実施形態において、２つのクラスの光吸収光感知材を、互いに上下に積層することができる。実施形態において、最下層は、赤外光及び可視光の両方を感知することができ、最上層は、主に可視光を感知することができる。
【０１９９】
実施形態において、感光性デバイスは、第１の電極と、第１の光吸収光感知材と、第２の光吸収光感知材と、第２の電極と、を含み得る。実施形態において、光キャリアが主に第１の光吸収光感知材から効率的に収集されるように、第１の電極と第２の電極との間に第１の電気バイアスを付与することができる。実施形態において、光キャリアが主に第２の光吸収光感知材から効率的に収集されるように、第１の電極と第２の電極との間に第２の電気バイアスを付与することができる。実施形態において、第１の電気バイアスは、主に第１の波長の光に対する感度をもたらし得る。実施形態において、第２の電気バイアスは、主に第１の波長の光に対する感度をもたらし得る。実施形態において、第１の波長の光は赤外光であり得、第２の波長の光は可視光であり得る。実施形態において、第１の画素集合に第１のバイアスを付与することができ、第２の画素集合に第２のバイアスを付与することができ、これにより、第１の画素集合は主に第１の波長の光に応答し、第２の画素集合は主に第２の波長の光に応答することが確実となる。
【０２００】
実施形態において、第１の電気バイアスは、第１の期間中に付与することができ、第２の電気バイアスは、第２の期間中に付与することができ、これにより、第１の期間中に取得された画像は、主に第１の波長の光に関する情報を提供し、第２の期間中に取得された画像は、主に第２の波長の光に関する情報を提供する。実施形態において、２つの期間中に取得された情報は、単一画像に結合され得る。実施形態において、単一の報告画像において、２つの期間のそれぞれの間に取得された情報を表すために、偽色を使用することができる。
【０２０１】
実施形態において、焦点面アレイは、所定のバイアスにおいて実質的に横方向に均一のスペクトル応答を有し、並びにバイアスに依存するスペクトル応答を有する、実質的に横方向に空間的に均一のフィルムから構成される。実施形態において、空間的に不均一なバイアスを印加することができ、例えば、異なる画素領域は、フィルムに異なるようにバイアスをかけることができる。実施形態において、所定の空間依存するバイアス構成の下、異なる画素は、異なるスペクトル応答を提供し得る。実施形態において、第１のクラスの画素は主に可視波長の光に応答することができ、第２のクラスの画素は主に赤外波長の光に応答することができる。実施形態において、第１のクラスの画素は、青などの１つの可視波長色に主に応答することができ、第２のクラスの画素は、緑などの特徴的な可視波長色に主に応答することができ、第３のクラスの画素は、赤などの特徴的な画素波長色に主に応答することができる。
【０２０２】
実施形態において、画像センサは、読み出し集積回路と、少なくとも１つの第１のクラスの画素電極と、少なくとも１つの第２のクラスの画素電極と、感光性材の第１の層と、感光性材の第２の層とを備え得る。実施形態において、画像センサは、第１の画素電極クラスに対し第１のバイアスの印加を、第２の画素電極クラスに対し第２のバイアスの印加を用いることができる。
【０２０３】
実施形態において、第１の画素電極クラスに対応する画素領域は、第１のスペクトル応答を示すことができ、第２の画素電極クラスに対応する画素領域は、第２のスペクトル応答を示すことができ、第１のスペクトル応答と第２のスペクトル応答は大幅に異なる。実施形態において、第１のスペクトル応答は、可視波長領域に実質的に限定することができる。実施形態において、第２のスペクトル応答は、可視波長領域に実質的に限定され得る。実施形態において、第２のスペクトル応答は、可視スペクトル領域の部分と赤外スペクトル領域の部分の両方を含むことができる。
【０２０４】
実施形態において、高量子効率の画像センサを、低暗電流と組み合わせて製造することが望ましくあり得る。
【０２０５】
実施形態において、デバイスは、第１の電極、第１の選択スペーサ、光吸収材、第２の選択スペーサ、及び第２の電極から構成することができる。
【０２０６】
実施形態において、電子を注出するために、第１の電極を使用することができる。実施形態において、第１の選択スペーサは、電子の注出を容易にし、しかし正孔の注入を阻止するために使用することができる。実施形態において、第１の選択スペーサは、電子輸送層であってもよい。実施形態において、光吸収材は、半導体ナノ粒子を含み得る。実施形態において、第２の選択スペーサは、正孔の注出を容易にし、しかし電子の注入を阻止するために使用することができる。実施形態において、第２の選択スペーサは、正孔輸送層であってもよい。
【０２０７】
実施形態において、第１の選択スペーサのみを採用してもよい。実施形態において、第１の選択スペーサは、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、及びＺｎＳの中から選択してもよい。実施形態では、第２の選択スペーサは、ＮｉＯであってもよい。実施形態において、第１及び第２の電極は、同じ材料を用いて作製してもよい。実施形態において、第１の電極は、ＴｉＮ、Ｗ、Ａｌ、及びＣｕの中から選択してもよい。実施形態において、第２の電極は、ＺｎＯ、Ａｌ：ＺｎＯ、ＩＴＯ、ＭｏＯ3、Ｐｅｄｏｔ、及びＰｅｄｏｔ：ＰＳＳの中から選択してもよい。
【０２０８】
実施形態において、第１の間隔中に光感知素子が光キャリアを蓄積でき、第２の間隔中に光キャリアを回路内の別のノードへ伝送するように構成することのできる画像センサを実現することが望ましい。
【０２０９】
実施形態は、第１の電極と、光感知材と、遮断層と、第２の電極とを備えるデバイスを含む。
【０２１０】
実施形態は、光キャリアが第１の遮断層に向かって輸送されるように、積分期間として知られる第１の間隔中にデバイスを電気的にバイアスすることを含み、光キャリアは、積分期間中に遮断層との境界面付近に蓄積される。
【０２１１】
実施形態は、伝送期間中に蓄積された光キャリアが回路内の別のノードに注出されるように、伝送期間として知られる第２の間隔中にデバイスを電気的にバイアスすることを含む。
【０２１２】
実施形態は、ＴｉＮ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｕの中から選択される第１の電極を含む。実施形態において、第２の電極は、ＺｎＯ、Ａｌ：ＺｎＯ、ＩＴＯ、ＭｏＯ3、Ｐｅｄｏｔ、及びＰｅｄｏｔ：ＰＳＳの中から選択してもよい。実施形態において、遮断層は、ＨｆＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＮｉＯ、ＴｉＯ2、及びＺｎＯの中から選択することができる。
【０２１３】
実施形態において、積分期間中のバイアス極性は、伝送期間中のバイアス極性とは反対であってもよい。実施形態において、積分期間中のバイアスは、伝送期間中のバイアスと同じ極性であってもよい。実施形態において、伝送期間中のバイアスの振幅は、積分期間中のバイアスの振幅よりも大きくてもよい。
【０２１４】
実施形態は、感光性材がシリコントランジスタのゲートとして機能する光センサを含む。実施形態は、トランジスタに接続されたゲート電極と、感光性材と、第２の電極とを備えるデバイスを含む。実施形態は、ゲート電極と感光性材との境界面における光電子の蓄積を含む。実施形態は、トランジスタのチャネル内に正孔を蓄積させる光電子の蓄積を含む。実施形態は、照明による光電子の変化の結果として、トランジスタにおける電流の流れの変化を含む。実施形態は、感光性層における各１電子／秒の光電流の流れの変化に対し、トランジスタにおける１０００電子／秒を超える電流の流れの変化を含む。実施形態は、トランジスタ電流対光子衝突伝送曲線が光子フルエンスに劣線形依存し、これにより圧縮及び向上したダイナミックレンジがもたらされる飽和挙動を含む。実施形態は、トランジスタ上のノードにバイアスを印加することにより、感光性層における電荷をリセットして、リセット期間中に電流をゲートに流すことを含む。
【０２１５】
実施形態は、上記の画像センサ、カメラシステム、製造方法、アルゴリズム、及びコンピューティングデバイスの組み合わせを含み、少なくとも１つの画像センサは、グローバル電子シャッタモードで動作することが可能である。
【０２１６】
実施形態において、少なくとも２つの画像センサ又は画像センサ領域は、それぞれグローバルシャッタモードで動作することができ、異なる波長の画像、又は異なる角度からの画像、又は異なる構造化光を用いた画像の実質的同期取得を提供することができる。
【０２１７】
実施形態は、アナログドメインにおいて相関二重サンプリングを実施することを含む。実施形態は、各画素内に含まれる回路を使用して、このように実施することを含む。図２０は、ノイズ電力を低減するために各画素内で用いられ得る回路１１００の例示的な概略図を示す。実施形態において、第１のコンデンサ１１０１（Ｃ１）と第２のコンデンサ１１０３（Ｃ２）とが図示されるように組み合わせて用いられる。実施形態において、ノイズ電力は、Ｃ２／Ｃ１の比に応じて低減される。
【０２１８】
図２１は、シリコン内に実装され得るフォトゲート／ＰＩＮダイオード蓄積部の回路１２００の例示的な概略図を示す。実施形態において、シリコン内のフォトゲート／ＰＩＮダイオード蓄積部は、図示のように実装される。実施形態において、蓄積ＰＩＮダイオードは、リセット中に完全に空乏化される。実施形態において、Ｃ１（実施形態における量子ドットフィルムなどの光センサのキャパシタンスに対応する）は、一定のバイアスを見込む。
【０２１９】
実施形態において、読み出し集積回路と統合され、読み出し集積回路を用いて読み出される光感知材の使用を通して、光感知が可能となり得る。同一の例示的な実施形態が、２０１０年６月８日に共に出願された、「Ｓｔａｂｌｅ，Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ  ａｎｄ  Ｉｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  Ｍａｄｅ  Ｔｈｅｒｅｆｒｏｍ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ  ｆｏｒ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｉｍａｇｅ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ」と題する米国仮特許出願第６１／３５２，４０９、並びに「Ｓｔａｂｌｅ，Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ  ａｎｄ  Ｉｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  Ｍａｄｅ  Ｔｈｅｒｅｆｒｏｍ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ｆｏｒ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｉｍａｇｅ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ」と題する米国仮特許出願第６１／３５２，４１０に含まれ、これらの全体は参照により本明細書に組み込まれるものとする。
【０２２０】
実施形態において、ジェスチャ認識の方法が提供され、方法は、少なくとも１つのカメラモジュールのそれぞれから得られる少なくとも２つの画像の経時的ストリームを取得することと、少なくとも１つの光センサのそれぞれから得られる少なくとも２つの信号の経時的ストリームを取得することと、少なくとも２つの画像及び少なくとも２つの信号をプロセッサへ伝達することと、を含み、プロセッサは、少なくとも２つの画像及び少なくとも２つの信号の組み合わせに基づいて、ジェスチャの意味及びタイミングの推定を生成するように構成されている。
【０２２１】
実施形態において、少なくとも１つの光センサは、約４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの可視波長領域にわたって吸収度が約３０％未満の光吸収材を含む。
【０２２２】
実施形態において、光吸収材は、ＰＢＤＴＴ−ＤＰＰ、近赤外光感性ポリマーポリ（２，６０−４，８−ビス（５−エチルヘキシルチエニル）ベンゾ−［１，２−ｂ：３，４−ｂ］ジチオフェン−ａｌｔ−５−ジブチルオクチル−３，６−ビス（５−ブロモチオフェン−２−イル）ピロロ［３，４−ｃ］ピロール−１，４−ジオン）を含む。
【０２２３】
実施形態において、少なくとも１つの光センサは、赤外光を感知することができる光感知材を含む。
【０２２４】
実施形態において、方法は、空間コード及び時間コードから選択される少なくとも１つのコードを使用して光源を変調することを含む。
【０２２５】
実施形態において、光源は、約９００ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲の発光波長を有する。
【０２２６】
一実施形態において、カメラシステムは、中央撮像アレイ領域と、中央撮像アレイ領域の外側の少なくとも１つの光感知領域と、撮像モードと呼ばれる第１のモードと、感知モードと呼ばれる第２のモードとを含む。第２のモードで消費される電力は、第１のモードで消費される電力より少なくとも１０倍低い。
【０２２７】
実施形態において、少なくとも１つの光センサは、赤外光を感知することができる光感知材を含む。
【０２２８】
実施形態において、光感知材に入射する光は、変調される。
【０２２９】
実施形態において、光感知材に入射する光の一部は、約８００ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲の発光波長を有する発光素子を使用して生成される。
【０２３０】
実施形態において、中央撮像アレイは、少なくとも６百万画素を含む。
【０２３１】
実施形態において、中央撮像アレイは、幅約２μｍ、高さ約２μｍより小さい画素を含む。
【０２３２】
一実施形態において、画像センサ回路は、第１の視野を有する中央撮像アレイ領域と、第２の視野を有する中央撮像アレイ領域の外側の少なくとも１つの光感知領域とを含む。第２の視野は、角度で視野を測定した場合、第１の視野の半分未満である。
【０２３３】
一実施形態において、集積回路は、基板と、当該半導体基板の第１の領域を占有し、複数の感光性画素領域を含む画像感知アレイ領域と、画素領域ごとの画素回路とを含み、各画素回路は、電荷蓄積部及び読み出し回路と、画像感知アレイ領域の外側の感光性領域とを含む。画像感知アレイ領域は第１の視野を有し、感光性領域は第２の視野を有し、第２の視野の角度は、第１の視野の角度の半分未満である。
【０２３４】
実施形態において、画像感知アレイ及び画像感知アレイ領域の外側の感光性領域のうちの少なくとも１つは、赤外光を感知することが可能な光感知材を含む。
【０２３５】
実施形態において、画像感知アレイ及び画像感知アレイ領域の外側の感光性領域のうちの少なくとも１つに入射する光は、変調される。
【０２３６】
実施形態において、画像感知アレイ、及び画像感知アレイ領域の外側の感光性領域のうちの少なくとも１つに入射する光の一部は、約８００ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲の発光波長を有する発光素子を使用して生成される。
【０２３７】
実施形態において、画像感知アレイは、少なくとも６百万画素を含む。
【０２３８】
実施形態において、画像感知アレイは、幅約２μｍ、高さ約２μｍより小さい画素を含む。
【０２３９】
一実施形態において、画像センサは、周辺領域と通信して、画像を画素化して感知する中央撮像アレイ領域を含む。周辺領域は、画素化された光感知領域に対してバイアス、読み出し、アナログデジタル変換、及び信号調整を提供する回路を含む。感光性材が、周辺領域の上に積層する。
【０２４０】
実施形態において、少なくとも１つの光センサは、赤外光を感知することができる光感知材を含む。
【０２４１】
実施形態において、光感知材に入射する光は、変調される。
【０２４２】
実施形態において、光感知材に入射する光の一部は、約８００ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲の発光波長を有する発光素子を使用して生成される。
【０２４３】
実施形態において、中央撮像アレイは、少なくとも６百万画素を含む。
【０２４４】
実施形態において、中央撮像アレイは、幅約２μｍ、高さ約２μｍより小さい画素を含む。
【０２４５】
実施形態において、感光性材は、シリコン、コロイド量子ドットフィルム、及び半導体ポリマーの中から少なくとも１つの材料を含むように選択される。
【０２４６】
実施形態において、感光性材は、第１の基板上に作られ、続いて中央撮像アレイ領域上に組み込まれる。
【０２４７】
本明細書に提供される方法及び装置の様々な例示は、様々な実施形態の構造の一般的な理解を提供する意図があり、本明細書で説明される構造、特徴、及び材料を利用し得る装置及び方法の全ての要素及び特徴の完全な説明を提供する意図はない。
【０２４８】
本明細書で開示される当方法及び他の方法に関して、様々な方法の一部を成す活動は、ある事例において、異なる順序で実施されてもよく、並びに繰り返されても、同時に実行されても、又はお互いに置き換えられてもよいことが、当業者には明らかであろう。更に、概説された行為、動作、及び装置は例としてのみ提供され、行為及び動作のうちのいくつかは任意であり、より少ない行為及び動作に組み合わされ、又は開示される実施形態の本質を損なうことなく追加の行為及び動作に拡張され得る。
【０２４９】
したがって、本開示は、本出願にて説明される特定の実施形態に関して限定されるものではなく、様々な態様の例示として意図される。本開示を読み、理解することにより、当業者には明らかであるように、多数の変更及び変形を行うことが可能である。本明細書に列挙したものに加えて、本開示の範囲に入る機能的に同等な方法及び装置は、前述の説明から当業者には明らかであろう。いくつかの実施形態の部分及び特徴は、他の実施形態の一部及び特徴に含まれてもよく、又は他の実施形態の一部及び特徴と置き換えられてもよい。数多くの他の実施形態も、本明細書で提供される説明を読み、理解することにより、当業者には明らかであろう。このような変更及び変形は、添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図される。本開示は、添付の特許請求の範囲及びそのような特許請求の範囲が権利を有する同等物の全範囲によってのみ限定される。本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的とするものであって、限定することを意図するものではないことも理解されたい。
【０２５０】
更に、前述の発明を実施するための形態において、本開示を簡素化する目的で、単一の実施形態に様々な特徴が一緒にグループ化されていることが理解されよう。本開示のこの方法は、請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。したがって、以下の請求項は、発明を実施するための形態に組み込まれており、それぞれの請求項が、別個の実施形態として独立して存在する。
【０２５１】
本発明の実施形態は、拡張現実及び／又は仮想現実を提供するシステムを含む。このようなシステムは、ユーザと環境との空間的及び配向的関係を捕らえる感覚体験をユーザに提供することができる。例えば、ユーザの環境に対するユーザの運動（並進運動及び／又は角運動）は、ＡＲ／ＶＲシステムに入力することができ、ユーザに対し投影される画像の更新を可能にすることができ、これは、環境（実環境と仮想／拡張環境の両方）との新たな空間的関係を実質正確に反映する。
【０２５２】
実施形態において、ユーザとは離れており、通常ユーザを撮像することができる少なくとも１つのカメラを使用して、ユーザの位置及び角度配向は、取得することができる。実施形態において、ユーザに合わせられるのは光源であり、例えば発光ダイオードが、ユーザに固定されたヘルメット、衣服、眼鏡などに貼り付けられ得る。実施形態において、当該光源は、可視波長、又は赤外線波長、又は紫外線波長、又は様々な組み合わせを放出し得る。第１のカメラは、第１の視点から、ユーザ及び関連する光源を撮像することができる。第２のカメラは、第２の視点から、ユーザを撮像することができる。当該少なくとも２つのカメラからの画像データは、単一のカメラを使用した場合と比べて、遠近、配向、及び距離／位置に関してより多くの情報又はより正確な情報を追加するような、単一のカメラと比較して拡張された情報を提供することができる。
【０２５３】
実施形態において、当該少なくとも第１のカメラは、通常、ユーザから約５フィート〜１００フィートの範囲内の距離にあり得る。
【０２５４】
実施形態において、少なくとも第１のカメラは、少なくとも２百万画素、３百万画素、５百万画素、１千万画素、１千３００マン画素、１千８百万画素、２千４百万画素、又は４千２百万画素以上を含むような、最高解像度のカメラであり得る。
【０２５５】
実施形態において、カメラのうちの少なくとも１つを構成する画素アレイの変調伝達関数は、好適に小さい画素サイズを使用することにより、高い空間解像度を提供することができる。例えば、撮像システムからの光は、空間的変化を有する焦点面アレイ上に集束され得るため、第１の画素に入射する強度は、その近傍に入射する強度の約２倍となり、当該第１の画素により報告される信号は、当該近傍により報告される信号より少なくとも１．５倍高くなり得る。
【０２５６】
実施形態において、ＡＲ／ＶＲは、ユーザに繋がれたカメラ又は複数のカメラにより提供され得る。典型的には、当該カメラ間の距離、並びに互いに対するそれらの配向、及びユーザに対するそれらの配向が取得され、画像をユーザに提示する際に使用されるデータを提供する。実施形態において、シーンの照明は、ユーザ上に配置されていない光源によりもたらされてもよい。実施形態において、シーンの照明は、ユーザ上に配置された光源によりもたらされてもよい。必要とされる総電力、特にユーザにつながれたようなモバイルデバイスに求められる総電力を低減するシステム解決策を提供することが望ましい。カメラ、光源、総重量、総電力の数量、又はお互いに組み合わされた場合のこれらの数量及び他の考慮点を、最小化することが望ましくあり得る。
【０２５７】
本明細書における発明の実施形態は、ＡＲ／ＶＲシステムを含み、ＡＲ／ＶＲシステムは、少なくとも１つのカメラと、少なくとも１つ１つの光源と、を備え、少なくとも１つの光源は、経時的に一連の照明パルスを提供し、少なくとも１つのカメラは、グローバル電子シャッタモードを有し、当該カメラのグローバル電子シャッタは、少なくとも１つの光源からの光の放出に同期される。
【０２５８】
実施形態において、光源は、ＮＩＲ光を放出する。
【０２５９】
実施形態において、光源は、約９４０ｎｍを中心とする光を、約＋／−５０ｎｍの範囲で放出する。
【０２６０】
実施形態において、光放出パルスの持続時間は、グローバルシャッタ「作動」期間の持続時間と実質的に同じである。
【０２６１】
実施形態において、システム（少なくとも１つのカメラ及び少なくとも１つの光源を含む）の時間平均電力は、約１ワット未満である。
【０２６２】
実施形態において、システム（少なくとも１つのカメラ及び少なくとも１つの光源を含む）の時間平均電力は、約１００ｍＷ未満である。
【０２６３】
実施形態において、システム（少なくとも１つのカメラ及び少なくとも１つの光源を含む）の時間平均電力は、約１０ｍＷ未満である。
【０２６４】
実施形態において、システム（少なくとも１つのカメラ及び少なくとも１つの光源を含む）の時間平均電力は、約１ｍＷ未満である。
【０２６５】
実施形態において、光源の瞬時電力は、光源の時間平均電力の少なくとも約１０倍である。
【０２６６】
実施形態において、少なくとも２つのカメラが設けられ、当該少なくとも２つのカメラから取得される情報により、ユーザに立体画像を提示することが可能となる。２つのカメラは、実質的に同時に情報を取り込むために、同期されたシャッタを有し得る。
【０２６７】
実施形態は、シーンの照明において構造化光を使用することを含む。例示的な実施形態において、照明は空間的に不均一であり、その空間プロファイルは照明器により規定され、画像を評価し、ＡＲ／ＶＲ拡張現実に入力を与えるために使用されるコンピュータプロセッサへ、空間プロファイルは伝えられる。
【０２６８】
実施形態において、システムは、ユーザの少なくとも１つの眼を撮像するように方向づけられたカメラを含み得る。実施形態において、システムは、視線追跡を提供する。実施形態において、システムは、眼球運動追跡を提供する。実施形態において、システムは、基準点などの登録点に対する瞳孔の空間的位置の追跡を提供する。
【０２６９】
文脈が明らかに他の意味を要求しない限り、説明及び請求項を通して、「ｃｏｍｐｒｉｓｅ（含む／備える）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む／備える）」などの英単語は、排他的又は網羅的な意味とは反対の包括的な意味で、すなわち「含むが、これに限定されない」という意味で、解釈されるべきである。単数又は複数の数字を使用する単語は、複数又は単数の数字もそれぞれ含む。更に、単語「ｈｅｒｅｉｎ（本明細書にて）」、「ｈｅｒｅｕｎｄｅｒ（本明細書の下）」、「ａｂｏｖｅ（上記）」、「ｂｅｌｏｗ（下記）」、及び類似の意味の単語は、本明細書で使用される場合、本出願全体を指し、本出願の任意の特定の部分を指すものではない。２つ以上の項目のリストを参照する際に単語「ｏｒ（又は）」が使用される場合、この単語は、リスト内の項目のいずれか、リスト内の項目の全て、及びリスト内の項目の任意の組み合わせ、以上の単語の解釈を全て含む。
【０２７０】
実施形態の上記の説明は、網羅的であること、又はシステム及び方法を開示された厳密な形態に限定することを、意図するものではない。実施形態の具体的実施形態及び実施例が、説明の目的で本明細書に記載されるが、当業者には認識されるように、システム及び方法の範囲内で、様々な同等の変更が可能である。本明細書にて提供される実施形態の教示は、前述のシステム及び方法だけでなく、他のシステム及び方法にも適用することができる。
【０２７１】
前述の様々な実施形態の要素及び行為は、さらなる実施形態を提供するために組み合わされてもよい。これら及び他の変更は、上記の詳細な説明に照らして、実施形態に行ってもよい。
【図１】
2019506815.tif 000003
【図２Ａ】
2019506815.tif 000004
【図２Ｂ】
2019506815.tif 000005
【図２Ｃ】
2019506815.tif 000006
【図２Ｄ】
2019506815.tif 000007
【図２Ｅ】
2019506815.tif 000008
【図２Ｆ】
2019506815.tif 000009
【図２Ｇ】
2019506815.tif 000010
【図２Ｈ】
2019506815.tif 000011
【図２Ｉ】
2019506815.tif 000012
【図３】
2019506815.tif 000013
【図４】
2019506815.tif 000014
【図５Ａ】
2019506815.tif 000015
【図５Ｂ】
2019506815.tif 000016
【図６】
2019506815.tif 000017
【図７】
2019506815.tif 000018
【図８】
2019506815.tif 000019
【図９】
2019506815.tif 000020
【図１０】
2019506815.tif 000021
【図１１】
2019506815.tif 000022
【図１２】
2019506815.tif 000023
【図１３】
2019506815.tif 000024
【図１４】
2019506815.tif 000025
【図１５】
2019506815.tif 000026
【図１６】
2019506815.tif 000027
【図１７】
2019506815.tif 000028
【図１８】
2019506815.tif 000029
【図１９】
2019506815.tif 000030
【図２０】
2019506815.tif 000031
【図２１】
2019506815.tif 000032
【手続補正書】
【提出日】平成30年8月23日(2018.8.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光性材と、
前記感光性材と電気連通する感知ノードを備える画素回路であって、積分期間中に前記感光性材に入射する光の強度に比例する電気信号を蓄積するように構成された前記画素回路と、を含む画素センサであって、
画素回路は、感光性材と電気連通する差動トランジスタ対を含み、差動トランジスタ対は、第１のトランジスタ及び第２のトランジスタを含み、第１のトランジスタは、感光性材と感知ノードとの間に配置されており、
前記差動トランジスタ対は、前記積分期間中に前記第１のトランジスタを介して前記感光性材と前記感知ノードとの間に電流を導き、並びに前記積分期間後に前記第２のトランジスタを介して電流を導き、前記感知ノードへの前記電気信号の積分を停止するように構成されている、
前記画素センサ。
【請求項２】
前記第２のトランジスタは、前記感光性材と、前記感知ノードと電気連通していない第２のノードとの間に配置されている、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項３】
前記第２のノードは電源ノードである、請求項２に記載の画像センサ。
【請求項４】
前記差動トランジスタ対は、低電圧差動制御信号により制御されるように構成されている、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項５】
前記差動トランジスタ対は、前記差動対トランジスタの閾値電圧に近似する電圧差を有する差動制御信号により制御されるように構成されている、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項６】
前記画素回路は、前記第１のトランジスタと前記感知ノードとの間に配置された第３のトランジスタを更に備える、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項７】
前記第３のトランジスタのゲート電圧は、前記積分期間の終了時の前記差動トランジスタ対のスイッチング中に、実質的に一定のレベルに維持される、請求項６に記載の画像センサ。
【請求項８】
前記画素回路は、リセットトランジスタと、読み出しトランジスタと、行選択トランジスタとを更に備える、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項９】
前記画素回路は、前記差動トランジスタ対を含む５つのトランジスタ（５Ｔ）回路である、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項１０】
前記画素回路は、前記差動トランジスタ対を含む６つのトランジスタ（６Ｔ）回路である、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項１１】
前記画素回路は、前記差動トランジスタ対を含むＮ個のトランジスタ回路であり、Ｎ−３個のトランジスタは、独立した感光性エリアに接続されたソースと、共通の感知ノードに接続されたドレインとを有する、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項１２】
２つ以上の独立した感知エリアは、前記共通の感知ノードに実質的に同時に接続することができる（ビニング）、請求項１１に記載の画像センサ。
【請求項１３】
前記感光性材は、基板の上方に配置されており、ナノ結晶材を含む、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項１４】
前記基板は、半導体材料を含む、請求項１３に記載の画像センサ。
【請求項１５】
前記感光性材は、前記画素回路が形成される基板の一部を含む、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項１６】
前記感光性材は、基板の第１の面に近接しており、前記画素回路は、前記基板の第２の面に近接している、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項１７】
画素回路における積分の方法であって、
積分期間中に、感光性材からの電荷を電荷蓄積部に積分することと、
前記積分期間の終了時に、前記感光性材からの電流を前記電荷蓄積部から離れるように導くことと、
を含む、前記方法。
【請求項１８】
前記電流を導くことは、差動トランジスタ対をスイッチングすることを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
画素回路において積分信号を電子的に遮断する方法であって、前記方法は、反復的に、
前記画素回路をリセットすることと、
前記リセット後に、感光性材からの信号を前記画素回路内の感知ノードに積分することと、
積分期間の終了時に、電流を前記感知ノードから離れるように導き、前記感知ノードに積分される前記信号を電子的に遮断することと、
前記感知ノードから前記積分信号を読み出すことと、
を含む、前記方法。
【請求項２０】
基板と、
複数の画素領域であって、前記複数の画素領域のそれぞれは、受光のために配置された感光性材を含み、前記複数の画素領域は複数の行及び列を含む、複数の画素領域と、
各画素領域の画素回路であって、各画素回路は、感知ノードと、リセットトランジスタと、読み出し回路を含む前記画素回路と、
ここで、前記各画素回路は更に、前記各画素領域の前記感知ノードと前記感光性材との間に第１のトランジスタを含む差動トランジスタ対を備え、前記差動トランジスタ対は、前記各画素回路の積分期間の終了時に電流を前記感知ノードから離れる方へ導くように構成されており、
読み出し対象の画素の行を選択するように構成された行選択回路であって、前記行内の各画素回路の前記読み出し回路は、前記行が選択されると、前記各列の列線に選択的に接続される、前記行選択回路と、
を備える画像センサ。
【国際調査報告】
2019506815.tif 000033
2019506815.tif 000034
2019506815.tif 000035