(57)【要約】本発明は、マルチ被写界深度感光デバイス及びシステム、被写界深度拡大方法と光学イメージングシステムに関する。前記マルチ被写界深度感光デバイスは、光源を感知することができる少なくとも２つの感光画素層を含み、少なくとも２つの前記感光画素層の間が、予め定められた距離間隔で配置されることにより、前記感光デバイスまで一定の距離を有するレンズの異なる光信号が、異なる前記感光画素層に集束される。本発明のマルチ被写界深度感光デバイスは、オートフォーカスを実現するために電動機構及び複雑且つ精密な機械部材を用いるのを避けることができ、良好な被写界深度拡大性能を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源を感知することができる少なくとも２つの感光画素層を含み、少なくとも２つの前記感光画素層の間が、予め定められた距離間隔で配置されることにより、前記感光デバイスまで一定の距離を有するレンズの異なる光信号が、異なる前記感光画素層に集束されることを特徴とするマルチ被写界深度感光デバイス。
【請求項２】
前記感光画素層は、化学コーティングフィルム感光画素層と半導体感光画素層のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の感光デバイス。
【請求項３】
前記化学コーティングフィルム感光画素層は、量子ドット感光画素を含むことを特徴とする請求項２に記載の感光デバイス。
【請求項４】
前記半導体感光画素層は、ＣＭＯＳフォトダイオードと、ＣＭＯＳ感光ゲートと、ＣＣＤフォトダイオードと、ＣＣＤ感光ゲートと、両方向電荷転移機能を有するＣＭＯＳとＣＣＤ感光ダイオード及び感光ゲートとを含むことを特徴とする請求項２に記載の感光デバイス。
【請求項５】
前記異なる光信号は、異なる距離の光信号又は異なる波長の光信号を含むことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の感光デバイス。
【請求項６】
波長が短い光信号ほど、レンズに近い感光画素層に集束されることを特徴とする請求項５に記載の感光デバイス。
【請求項７】
前記感光画素層は二層であり、紫色光、藍色光、緑色光または青色光がレンズに比較的近い感光画素層に、緑色光、赤色光、黄色光、可視光線または赤外線がレンズから比較的遠い感光画素層に集束されることを特徴とする請求項６に記載の感光デバイス。
【請求項８】
前記感光画素層は三層であり、紫色光、藍色光または青色光がレンズに最も近い感光画素層に集束され、藍色光、緑色光、赤色光または黄色光が間に位置する感光画素層に集束され、赤色光、黄色光、可視光線又は赤外線がレンズから最も遠い感光画素層に集束されることを特徴とする請求項６に記載の感光デバイス。
【請求項９】
遠い距離の光信号ほど、レンズに近い感光画素層に集束されることを特徴とする請求項５に記載の感光デバイス。
【請求項１０】
前記感光画素層は二層であり、限りなく遠い光信号が、レンズに比較的近い感光画素層に、対象とする最も短い距離の光信号が、レンズから比較的遠い感光画素層に集束されることを特徴とする請求項９に記載の感光デバイス。
【請求項１１】
限りなく遠い紫色光、藍色光、緑色光または青色光がレンズに比較的近い感光画素層に、対象とする最も短い距離の緑色光、赤色光、黄色光、可視光線または赤外線がレンズから比較的遠い感光画素層に集束されることを特徴とする請求項１０に記載の感光デバイス。
【請求項１２】
前記感光画素層は三層であり、限りなく遠い光信号が、レンズに最も近い感光画素層に、対象とする最も短い距離の光信号が、レンズから最も遠い感光画素層に、限りなく遠いところと対象とする最も短い距離との間の１つの中間距離の光信号が、間に位置する感光画素層に集束されることを特徴とする請求項９に記載の感光デバイス。
【請求項１３】
前記感光画素層は三層であり、限りなく遠い紫色光、藍色光または青色光がレンズに最も近い感光画素層に、対象とする最も短い距離の赤色光、黄色光、可視光線または赤外線がレンズから最も遠い感光画素層に、限りなく遠いところと対象とする最も短い距離との間の１つの中間距離の藍色光、緑色光、赤色光又は黄色光が間に位置する感光画素層に集束されることを特徴とする請求項１２に記載の感光デバイス。
【請求項１４】
前記対象とする最も短い距離は、２ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍ、１ｃｍ、２ｃｍ、３ｃｍ、５ｃｍ、７ｃｍ、１０ｃｍ、２０ｃｍ、３０ｃｍ、４０ｃｍ、５０ｃｍ、６０ｃｍ、７０ｃｍ、８０ｃｍ、１００ｃｍ又は１５０ｃｍを含むことを特徴とする請求項１０〜１３の何れか一項に記載の感光デバイス。
【請求項１５】
少なくとも２つの前記感光画素層の間には、透光層が設けられていることを特徴とする請求項１〜１４の何れか一項に記載の感光デバイス。
【請求項１６】
前記感光画素層の中の感光画素が、正面感光画素、裏面感光画素または両方向感光画素であることを特徴とする請求項１〜１５の何れか一項に記載の感光デバイス。
【請求項１７】
感光画素が両方向感光画素である場合、その感光方向選択方式は、隔離方向選択方式、タイムシェアリング方向選択方式、区画方向選択方式または画素方向選択方式であることを特徴とする請求項１６に記載の感光デバイス。
【請求項１８】
前記感光画素層の中の感光画素は、紫外線、可視光線、近赤外及び遠赤外のうちの１つを含む相補スペクトルバンド又はサブスペクトルバンドをそれぞれ感知し、または、前記化学コーティングフィルム感光画素と半導体感光画素は、紫外線、可視光線、近赤外及び遠赤外のうちの１つを含む直交スペクトルバンド又はサブスペクトルバンドをそれぞれ感知することを特徴とする請求項１〜１７の何れか１項に記載の感光デバイス。
【請求項１９】
前記相補スペクトルバンドまたはサブスペクトルバンドは、紫外スペクトルと、藍色スペクトルと、緑色スペクトルと、赤色スペクトルと、近赤外スペクトルと、遠赤外スペクトルと、青色スペクトルと、黄色スペクトルと、白色スペクトルと、近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、赤色スペクトル＋近赤外スペクトルと、赤スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、黄色スペクトル＋近赤外スペクトルと、黄色スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、可視スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトル＋近赤外スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルとを含み、
前記直交スペクトルバンドまたはサブスペクトルバンドは、紫外スペクトルと、藍色スペクトルと、緑色スペクトルと、赤色スペクトルと、近赤外スペクトルと、遠赤外スペクトルと、青色スペクトルと、黄色スペクトルと、白色スペクトルと、近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、赤色スペクトル＋近赤外スペクトルと、赤スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、黄色スペクトル＋近赤外スペクトルと、黄色スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、可視スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトル＋近赤外スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルとを含むことを特徴とする請求項１８に記載の感光デバイス。
【請求項２０】
それぞれの感光画素層における色配列は、同一配列と、水平配列と、垂直配列と、対角配列と、広義ベイズ配列と、ＹＵＶ４２２配列と、横向ＹＵＶ４２２配列と、ハチの巣配列と、均等分布配列とを含むことを特徴とする請求項１〜１９の何れか一項に記載の感光デバイス。
【請求項２１】
少なくとも１つの前記感光画素層の中の部分又は全部の感光画素の正面、裏面又は両面には、カラーフィルターリング膜が設けられ、前記カラーフィルターリング膜の周波数選択特性は、赤外カットフィルターリング濾波、藍色バンドパス、緑色バンドパス、赤色バンドパス、青色バンドパス、黄色バンドパス、マゼンタバンドパスまたは可視光線バンドパスを含むことを特徴とする請求項１〜２０の何れか１項に記載の感光デバイス。
【請求項２２】
前記感光画素層の中の隣り合う二層には、それぞれアクセス回路が設けられ、または、前記感光画素層の中の隣り合う二層は、アクセス回路を共用することを特徴とする請求項１〜２１の何れか１項に記載の感光デバイス。
【請求項２３】
前記アクセス回路は、能動画素アクセス回路、受動画素アクセス回路または能動画素及び受動画素混合アクセス回路であることを特徴とする請求項２２に記載の感光デバイス。
【請求項２４】
前記能動画素は、３Ｔ、４Ｔ、５Ｔまたは６Ｔの能動画素を含むことを特徴とする請求項２３に記載の感光デバイス。
【請求項２５】
前記アクセス回路の共用方式は、単層または上下層４点共用方式、単層または上下層６点共用方式、単層または上下層８点共用方式、または、単層または上下層任意点共用方式を含むことを特徴とする請求項２２に記載の感光デバイス。
【請求項２６】
前記アクセス回路は、それぞれの感光画素層の画素アレイにおける隣り合う同行異列、異行同列または異行異列の画素間に対して２つずつ合併サンプリングを行い、第一の合併画素のサンプリングデータを得るための第一の合併手段と、第一の合併手段により得られた第一の合併画素のサンプリングデータに対して合併サンプリングを行うことにより、第二の合併画素のサンプリングデータを得るための第二の合併手段とを含むことを特徴とする請求項２２〜２５の何れか１項に記載の感光デバイス。
【請求項２７】
前記アクセス回路は、第二の合併手段により得られた第二の合併画素のサンプリングデータに対して合併サンプリングを行うことにより、第三の合併画素のサンプリングデータを得るための第三の合併手段を更に含むことを特徴とする請求項２６に記載の感光デバイス。
【請求項２８】
前記第一の合併手段または第二の合併手段の画素合併方式は、同じまたは異なる色の画素間の電荷相加方式または信号平均方式であり、そのうち、異なる色の画素間の画素合併方式は、色空間変換の方式に従うことによって、カラー再構築の要求を満たすことを特徴とする請求項２６または２７に記載の感光デバイス。
【請求項２９】
前記色空間変換は、ＲＧＢからＣｙＹｅＭｇＸ空間への変換、ＲＧＢからＹＵＶ空間への変換またはＣｙＹｅＭｇＸからＹＵＶ空間への変換を含み、Ｘは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）またはＢ（藍）であることを特徴とする請求項２８に記載の感光デバイス。
【請求項３０】
前記電荷相加方式は、画素を直接に並列させるまたは電荷を同時にアクセスコンデンサー（ＦＤ）に移動させることによって完成することを特徴とする請求項２９に記載の感光デバイス。
【請求項３１】
前記第一の合併手段または第二の合併手段の色に基づく合併サンプリング方式は、同色合併方式、異色合併方式、混雑合併方式または余計色選択的放棄合併方式を含み、第一の合併手段と第二の合併手段に用いられる合併サンプリング方式が異なる場合、同色合併方式であることを特徴とする請求項２６〜３０の何れか１項に記載の感光デバイス。
【請求項３２】
前記第一の合併手段または第二の合併手段の位置に基づく合併サンプリング方式は、バスに直接に出力する信号自動平均方式、行スキップまたは列スキップ方式、及び逐次サンプリング方式のうちの何れか１つを含むことを特徴とする請求項２６〜３１の何れか１項に記載の感光デバイス。
【請求項３３】
前記第三の合併手段の合併サンプリング方式は、色空間変換方式及び後置デジタル画像ズーミング方式のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２７〜３２の何れか１項に記載の感光デバイス。
【請求項３４】
クロス層アクセス機能を有する全局電子シャッタを含み、前記全局電子シャッタは、一層または多層の感光画素層の電荷または電圧値を同時に転移させて読み取ることができる複数の不感光転移及びアクセス画素を含むことを特徴とする請求項１〜３３の何れか１項に記載の感光デバイス。
【請求項３５】
前記複数の不感光転移及びアクセス画素は、不感光画素転移及びアクセス層に位置し、または、前記感光画素層に位置することを特徴とする請求項３４に記載の感光デバイス。
【請求項３６】
各感光画素層には、接近する１つの不感光画素転移及びアクセス層が設けられていることを特徴とする請求項３５に記載の感光デバイス。
【請求項３７】
前記不感光転移及びアクセス画素は、半導体回路により構成されることを特徴とする請求項３４〜３６の何れか１項に記載の感光デバイス。
【請求項３８】
感光デバイスには、光源を感知することができる少なくとも２つの感光画素層が設けられ、少なくとも２つの前記感光画素層を予め定められた距離間隔で配置することにより、前記感光デバイスまで一定の距離を有するレンズの異なる光信号が、異なる前記感光画素層に集束されることを特徴とする被写界深度拡大方法。
【請求項３９】
異なる感光画素層からの異なる解像度を有する画像により、はっきりとする一枚の画像を得ることを特徴とする請求項３８に記載の被写界深度拡大方法。
【請求項４０】
レンズと、光源を感知することができる少なくとも２つの感光画素層を含む感光デバイスとを設け、前記感光デバイスを前記レンズまで一定の距離を有するところに設け、少なくとも２つの前記感光画素層の間を予め定められた距離間隔で配置することにより、レンズからの異なる光信号が異なる前記感光画素層に集束されることを特徴とする被写界深度拡大方法。
【請求項４１】
レンズと、マルチ被写界深度感光デバイスとを含み、前記マルチ被写界深度感光デバイスは、前記レンズから一定の距離がある位置に配置し、光源を感知することができる少なくとも２つの感光画素層を含み、少なくとも２つの前記感光画素層の間を予め定められた距離間隔で配置することにより、前記レンズからの異なる光信号が異なる前記感光画素層に集束されることを特徴とする光学イメージングシステム。
【請求項４２】
前記異なる光信号は、異なる距離の光信号又は異なる波長の光信号を含むことを特徴とする請求項４１に記載の光学イメージングシステム。
【請求項４３】
波長が短い光信号ほど、レンズに近い感光画素層に集束されることを特徴とする請求項４２に記載の光学イメージングシステム。
【請求項４４】
遠い光信号ほどがレンズに近い感光画素層に集束されることを特徴とする請求項４２に記載の光学イメージングシステム。
【請求項４５】
請求項１〜３５の何れか１項に記載の感光デバイスを含むことを特徴とする感光システム。
【請求項４６】
前記感光システムは、デジタルカメラ、カメラ付き携帯電話、ビデオカメラ、映像または写真監視制御システム、画像識別システム、医学画像システム、軍用、消防または地下画像システム、自動トラッキングシステム、画像システム、マシンビジョンシステム、自動車視覚または補助運転システム、コンピュータゲームシステム、ネットワークカメラ、赤外及び暗視システム、マルチスペクトルイメージングシステム及びコンピュータカメラを含むことを特徴とする請求項４５に記載の感光システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感光分野に属し、特に、マルチ被写界深度感光デバイス、当該マルチ被写界深度感光デバイスを利用する感光システム、被写界深度拡大方法及び光学イメージングシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、本願発明者の先願である「マルチスペクトル感光デバイス及びその製造方法」（ＰＣＴ/ＣＮ２００７/０７１２６２）、「マルチスペクトル感光デバイス及びその製造方法」（中国出願番号：２００８１０２１７２７０．２）、「マルチスペクトル感光デバイス」（中国出願番号：２００９１０１０５３７２．Ｘ）、「マルチスペクトル感光デバイス及びそのサンプリング方法」（中国出願番号：２００９１０１０５９４８．２）、「感光デバイス及びそのアクセス方法、アクセス回路」（中国出願番号：２００９１０１０６４７７．７）の継続であり、その目的は、チップ及びシステムレベルに対して、より具体的な且つ好ましいマルチスペクトル感光デバイスを提供することである。
【０００３】
感光システムは、光学レンズシステムにより被写体を捕捉したり収集したりし、ＣＭＯＳ感光チップのような感光デバイスにより被写体を記録するシステムである。感光システムの動作時、レンズシステムを調整してレンズから一定の距離を有する被写体をはっきりとした画像に形成するプロセスがフォーカスと称され、当該被写体が存在する点が焦点と称されるが、「はっきりとする」は、相対性を有するので、焦点の前（レンズに近い側）、後から一定の距離以内にある被写体の画像のすべてをはっきりとする画像にすることができ、この前後範囲の総和が被写界深度と称される。通常、前側の被写界深度が後側の被写界深度より小さく、即ち、フォーカスが精密に行われた後、フォーカス前は、非常に短い距離以内にある被写体だけがはっきりとする画像になるが、フォーカス後は、非常に長い距離以内にある被写体もはっきりとする画像になる。
【０００４】
非常に長い距離以内にある被写体もはっきりとする画像が得られるシステムは、長い間の研究目標の１つである。被写界深度の大きさは、レンズシステムの焦点距離と関係があり、焦点距離の長いレンズシステムの被写界深度が小さく、焦点距離の短いレンズシステムの被写界深度が大きいということが研究で分かった。明らかに、レンズシステムの焦点距離を調整することは、非常に長い距離以内にある被写体もはっきりとする画像を得るための１つの手段である。また、幾何光学の基本的な結像公式（１/ｆ＝１/ｕ＋１/ｖ、このうち、ｆはレンズシステムの焦点距離であり、ｕは物体距離、即ち、被写体からレンズシステムまでの距離であり、ｖは像距離即ち、レンズシステムから感光デバイスまでの距離である）から、像距離の動的調整も非常に長い距離以内にある被写体もはっきりとする画像を得るための１つの手段である。
【０００５】
よって、従来の感光システムにおける自動結像方式は、いずれも上述した２つの手段のうちの１つを採用する。例えば、レンズシステムは、一組のレンズにより構成され、レンズ間の距離を調整することにより、レンズシステムの焦点距離または（レンズシステムと感光デバイスの）像距離（光学ズーミングまたはフォーカス）を調整することができる。または、ＣＭＯＳのような感光デバイスのシフトを変更することにより、像距離（光学フォーカスを実現する）を変える。しかしながら、明らかに、この２つの方式は、いずれも電動機構及び複雑且つ精密的な機械部材によりレンズまたは感光デバイスのシフトを変更する必要がある。これにより、サイズが顕著に増加するだけではなく、コスト及び消費電力も顕著に増加してしまう。カメラ付き携帯電話及び医学用カメラ等の沢山の応用において、これらは、すべて明らかな不利な要素になってしまう。
【０００６】
従って、ある応用における自動フォーカスの需要の代わりに、運動機構を採用しない、非常に長い距離以内の被写体もはっきりとする画像になるシステムが登場した。このようなシステムは、カメラ付き携帯電話の応用においてＥＤoＦ（Extended Depth of Focus）と称され、ＤＸＯ会社によるＥＤoＦシステムを例として挙げ、特別のレンズシステムデザインにより、感光デバイスにおける赤色感光画素が限りなく遠いところに、藍色感光画素がなるべく近い距離（例えば、５０ｃｍ）に集束されるが、緑色感光画素が間のある位置に集束される。よって、物体がどんな位置にあっても、少なくとも１つの色の画像がはっきりとするまたは比較的はっきりとする。その後、数学的手段により、比較的はっきりとする色を主体とし、あまりはっきりとしない色を補助情報とすると、比較的広い範囲において比較的はっきりとするもとの画像を導出することができる。
【０００７】
しかしながら、単層の感光デバイスを採用すれば、赤色感光画像がかぎりなく遠いところに集束される場合、一般的に、藍色感光画素の焦点距離を、５０ｃｍよりも小さくすることが困難である。また、バイユー図案を用いる感光デバイスは、赤色画像及び藍色画像のいずれも感知画像の１／４しか占めない。よって、赤色または藍色を解像度算出の主体とする必要がある場合、画像の解像度が既存の緑色を主体とするときの解像度の半分以下に低下する。明らかに、この方案は、一定の限界がある。従って、依然として従来の感光デバイス又はシステムを改良する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、物理的な手段により自動フォーカスまたは多距離イメージングを実現し、電動機構及び複雑且つ精密な機械部材を用いることを避け、良好な被写界深度拡大性能を有する、マルチ被写界深度感光デバイス、マルチ被写界深度感光デバイスを用いるシステム、被写界深度拡大方法、光学イメージングシステム及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した技術課題を解決するために、本発明は、以下の技術案を採用する：
マルチ被写界深度感光デバイスは、光源を感知することができる少なくとも２つの感光画素層を含み、少なくとも２つの前記感光画素層の間が、予め定められた距離間隔で配置されることにより、前記感光デバイスから一定の距離を有するレンズの異なる光信号が、異なる前記感光画素層に集束される。
【００１０】
本発明の１つの実施形態においては、前記感光画素層が、化学コーティングフィルム感光画素層と半導体感光画素層のうちの少なくとも１つを含む。
【００１１】
本発明の１つの実施形態においては、前記化学コーティングフィルム感光画素層が、量子ドット感光画素を含む。
【００１２】
本発明の１つの実施形態においては、前記半導体感光画素層が、ＣＭＯＳフォトダイオードと、ＣＭＯＳ感光ゲートと、ＣＣＤフォトダイオードと、ＣＣＤ感光ゲートと、両方向電荷転移機能を有するＣＭＯＳ及びＣＣＤ感光ダイオード及び感光ゲートとを含む。
【００１３】
本発明の１つの実施形態においては、前記異なる光信号が、異なる距離の光信号又は異なる波長の光信号を含む。
【００１４】
本発明の１つの実施形態においては、波長が短い光信号ほど、レンズに近い感光画素層に集束される。
【００１５】
本発明の１つの実施形態においては、前記感光画素層が二層であり、紫色光、藍色光、緑色光または青色光がレンズに比較的近い感光画素層に、緑色光、赤色光、黄色光、可視光線または赤外線がレンズから比較的遠い感光画素層に集束される。
【００１６】
本発明の１つの実施形態においては、前記感光画素層が三層であり、紫外線、藍色光または青色光がレンズに最も近い感光画素層に集束され、藍色光、緑色光、赤色光または黄色光が間に位置する感光画素層に集束され、赤色光、黄色光、可視光線又は赤外線がレンズから最も遠い感光画素層に集束される。
【００１７】
本発明の１つの実施形態においては、遠い距離の光信号ほど、レンズに近い感光画素層に集束される。
【００１８】
本発明の１つの実施形態においては、前記感光画素層が二層であり、限りなく遠い光信号が、レンズに比較的近い感光画素層に、対象とする最も短い距離の光信号が、レンズから比較的遠い感光画素層に集束される。
【００１９】
本発明の１つの実施形態においては、限りなく遠い紫色光、藍色光、緑色光または青色光がレンズに比較的近い感光画素層に、対象とする最も短い距離の緑色光、赤色光、黄色光、可視光線または赤外線がレンズから比較的遠い感光画素層に集束される。
【００２０】
本発明の１つの実施形態においては、前記感光画素層が三層であり、限りなく遠い光信号が、レンズに最も近い感光画素層に、対象とする最も短い距離の光信号が、レンズから最も遠い感光画素層に、限りなく遠いところと対象とする最も短い距離との間の１つの中間距離の光信号が、間に位置する感光画素層に集束される。
【００２１】
本発明の１つの実施形態においては、前記感光画素層が三層であり、限りなく遠い紫外線、藍色光または青色光がレンズに最も近い感光画素層に、対象とする最も短い距離の赤色光、黄色光、可視光線または赤外線がレンズから最も遠い感光画素層に、限りなく遠いところと対象とする最も短い距離との間の１つの中間距離の藍色光、緑色光、赤色光又は黄色光が間に位置する感光画素層に集束される。
【００２２】
本発明の１つの実施形態においては、前記対象とする最も短い距離は、２ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍ、１ｃｍ、２ｃｍ、３ｃｍ、５ｃｍ、７ｃｍ、１０ｃｍ、２０ｃｍ、３０ｃｍ、４０ｃｍ、５０ｃｍ、６０ｃｍ、７０ｃｍ、８０ｃｍ、１００ｃｍ又は１５０ｃｍを含む。
【００２３】
本発明の１つの実施形態においては、少なくとも２つの前記感光画素層の間には、透光層が設けられている。
【００２４】
本発明の１つの実施形態においては、前記感光画素層の中の感光画素が、正面感光画素、裏面感光画素または両方向感光画素である。
【００２５】
本発明の１つの実施形態においては、感光画素が両方向感光画素である場合、その感光方向選択方式は、隔離方向選択方式、タイムシェアリング方向選択方式、区画方向選択方式または画素方向選択方式である。
【００２６】
本発明の１つの実施形態においては、前記感光画素層の中の感光画素が、紫外線、可視光線、近赤外線及び遠赤外線のうちの１つを含む相補スペクトルバンド又はサブスペクトルバンドをそれぞれ感知し、または、前記化学コーティングフィルム感光画素と半導体感光画素が、紫外線、可視光線、近赤外線及び遠赤外線のうちの１つを含む直交スペクトルバンド又はサブスペクトルバンドをそれぞれ感知する。
【００２７】
本発明の１つの実施形態においては、前記相補スペクトルバンドまたはサブスペクトルバンドは、紫外スペクトルと、藍色スペクトルと、緑色スペクトルと、赤色スペクトルと、近赤外スペクトルと、遠赤外スペクトルと、青色スペクトルと、黄色スペクトルと、白色スペクトルと、近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、赤色スペクトル＋近赤外スペクトルと、赤スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、黄色スペクトル＋近赤外スペクトルと、黄色スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、可視スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトル＋近赤外スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルとを含み、
前記直交スペクトルバンドまたはサブスペクトルバンドは、紫外スペクトルと、藍色スペクトルと、緑色スペクトルと、赤色スペクトルと、近赤外スペクトルと、遠赤外スペクトルと、青色スペクトルと、黄色スペクトルと、白色スペクトルと、近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、赤色スペクトル＋近赤外スペクトルと、赤スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、黄色スペクトル＋近赤外スペクトルと、黄色スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、可視スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトル＋近赤外スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルとを含む。
【００２８】
本発明の１つの実施形態においては、それぞれの感光画素層における色配列が、同一配列と、水平配列と、垂直配列と、対角配列と、広義ベイズ配列と、ＹＵＶ４２２配列と、横向ＹＵＶ４２２配列と、ハチの巣配列と、均等分布配列とを含む。
【００２９】
本発明の１つの実施形態においては、少なくとも１つの前記感光画素層の中の部分又は全部の感光画素の正面、裏面又は両面には、カラーフィルターリング膜が設けられ、前記カラーフィルターリング膜の周波数選択特性は、赤外カット濾波、藍色バンドパス、緑色バンドパス、赤色バンドパス、青色バンドパス、黄色バンドパス、マゼンタバンドパスまたは可視光線バンドパスを含む。
【００３０】
本発明の１つの実施形態においては、前記感光画素層の中の隣り合う二層には、それぞれアクセス回路が設けられ、または、前記感光画素層の中の隣り合う二層が、アクセス回路を共用する。
【００３１】
本発明の１つの実施形態においては、前記アクセス回路が、能動画像クセス回路、受動画素アクセス回路または能動画素及び受動画素の混合アクセス回路である。
【００３２】
本発明の１つの実施形態においては、前記能動画素は、３Ｔ、４Ｔ、５Ｔまたは６Ｔの能動画素を含む。
【００３３】
本発明の１つの実施形態においては、前記アクセス回路の共用方式が、単層または上下層４点共用方式、単層または上下層６点共用方式、単層または上下層８点共用方式、または、単層または上下層任意点共用方式を含む。
【００３４】
本発明の１つの実施形態においては、前記アクセス回路が、それぞれの感光画素層の画素アレイにおける隣り合う同行異列、異行同列または異行異列の画素間に対して２つずつ合併サンプリングを行い、第一の合併画素のサンプリングデータを得るための第一の合併手段と、第一の合併手段により得られた第一の合併画素のサンプリングデータに対して合併サンプリングを行うことにより、第二の合併画素のサンプリングデータを得るための第二の合併手段とを含む。
【００３５】
本発明の１つの実施形態においては、前記アクセス回路が、第二の合併手段により得られた第二の合併画素のサンプリングデータに対して合併サンプリングを行うことにより、第三の合併画素のサンプリングデータを得るための第三の合併手段を更に含む。
【００３６】
本発明の１つの実施形態においては、前記第一の合併手段または第二の合併手段の画素合併方式が、同じまたは異なる色の画素間の電荷相加方式または信号平均方式であり、そのうち、異なる色の画素間の画素合併方式が、色空間変換の方式に従うことによって、カラー再構築の要求を満たす。
【００３７】
本発明の１つの実施形態においては、前記色空間変換が、ＲＧＢからＣｙＹｅＭｇＸ空間への変換、ＲＧＢからＹＵＶ空間への変換またはＣｙＹｅＭｇＸからＹＵＶ空間への変換を含み、Ｘは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）またはＢ（藍）である。
【００３８】
本発明の１つの実施形態においては、前記電荷相加方式は、画素を直接に並列させるまたは電荷を同時にアクセスコンデンサー（ＦＤ）に移動させることによって完成する。
【００３９】
本発明の１つの実施形態においては、前記第一の合併手段または第二の合併手段の色に基づく合併サンプリング方式が、同色合併方式、異色合併方式、混雑合併方式または余計色選択的放棄合併方式を含み、第一の合併手段と第二の合併手段に用いられる合併サンプリング方式が異なる場合、同色合併方式である。
【００４０】
本発明の１つの実施形態においては、前記第一の合併手段または第二の合併手段の位置に基づく合併サンプリング方式が、バスに直接に出力する信号自動平均方式、行スキップまたは列スキップ方式、及び逐次サンプリング方式のうちの何れか１つを含む。
【００４１】
本発明の１つの実施形態においては、前記第三の合併手段の合併サンプリング方式が、色空間変換方式及び後置デジタル画像ズーミング方式のうちの少なくとも１つを含む。
【００４２】
本発明の１つの実施形態においては、クロス層アクセス機能を有する全局電子シャッタを含み、前記全局電子シャッタは、一層または多層の感光画素層の電荷または電圧値を同時に転移させて読み取ることができる複数の不感光転移及びアクセス画素を含む。
【００４３】
本発明の１つの実施形態においては、前記複数の不感光転移及びアクセス画素が、不感光画素転移及びアクセス層に位置し、または、前記感光画素層に位置する。
【００４４】
本発明の１つの実施形態においては、各感光画素層には、接近する１つの不感光画素転移及びアクセス層が設けられている。
【００４５】
本発明の１つの実施形態においては、前記不感光転移及びアクセス画素が、半導体回路により構成される。
【００４６】
本発明は、感光デバイスには、光源を感知することができる少なくとも２つの感光画素層が設けられ、少なくとも２つの前記感光画素層を予め定められた距離間隔で配置することにより、前記感光デバイスから一定の距離を有するレンズの異なる光信号が、異なる前記感光画素層に集束される被写界深度拡大方法を提供する。
【００４７】
本発明の１つの実施形態においては、異なる感光画素層からの異なる解像度を有する画像によりはっきりとする一枚の画像を得る。
【００４８】
本発明は、レンズと光源を感知することができる感光画素層を少なくとも２つ含む感光デバイスとが設けられ、前記マルチ被写界深度感光デバイスは、前記レンズから一定の距離がある位置に配置し、光源を感知することができる少なくとも２つの感光画素層を含み、少なくとも２つの前記感光画素層の間を予め定められた距離間隔で配置することにより、前記レンズからの異なる光信号が異なる前記感光画素層に集束される光学イメージングシステムを提供する。
【００４９】
本発明の１つの実施形態においては、前記異なる光信号が、異なる距離の光信号又は異なる波長の光信号を含む。
【００５０】
本発明の１つの実施形態においては、波長が短い光信号ほど、レンズにより近い感光画素層に集束される。
【００５１】
本発明の１つの実施形態においては、遠い光信号ほどレンズにより近い感光画素層に集束される。
【００５２】
本発明は、上述した感光デバイスを含む感光システムを更に提供する。
【００５３】
本発明の１つの実施形態においては、前記感光システムが、デジタルカメラ、カメラ付き携帯電話、ビデオカメラ、映像または写真監視制御システム、画像識別システム、医学画像システム、軍用、消防または地下画像システム、自動トラッキングシステム、立体映像システム、マシンビジョンシステム、自動車視覚または補助運転システム、コンピュータゲームシステム、ネットワークカメラ、赤外及び暗視システム、マルチスペクトルイメージングシステム及びコンピュータカメラを含む。
【００５４】
従来の感光システムは、自動フォーカスシステムが電動機構及び複雑かつ精密的な機械部材を必要とするだけではなく、直径が６ｍｍ以上であるレンズに対して、１０ｃｍから限りなく遠い距離の自動フォーカスを広い範囲で実現するために、レンズの行程が０．２ｍｍ以上でなければならず、つまり、限りなく遠いところにおけるはっきりとする画像の像距離と１０ｃｍのところにおけるはっきりとする画像の像距離の差は、少なくとも０．２ｍｍ即ち、２００μｍである。周知のように、シリコンまたは他の半導体材料のすべては、不透明である。光がシリコンに入った後、約１２μｍのところにおいて既に吸収されてあまり残らない。よって、自動フォーカスシステムを用いても、従来の感光システムにより比較的広い被写界深度範囲を得ることが非常に困難である。
【００５５】
本発明のマルチ被写界深度感光デバイス、マルチ被写界深度感光デバイスを用いるシステム、被写界深度拡大方法及び光学イメージングシステム及び方法は、光源を感知することができる少なくとも２つの感光画素層を設け、少なくとも２つの前記感光画素層の間を予め定められた距離間隔で配置することにより、感光デバイスまで一定の距離を有するレンズの異なる光信号が、異なる感光画素層に集束されて異なる感光画素層ごとに異なるマルチ被写界深度の画像を得ることができる。製品の角度から、感光デバイスを独立した感光チップにすることができるが、例えば、光学イメージングのような応用の角度から、感光デバイスは、レンズと共に用いる必要がある。レンズは、フォーカス特徴がサイズ、材料、曲面デザイン等によって異なり、例えば、普通の携帯電話レンズを例とすると、その被写界深度は、通常一番遠くても２ｍであり、当該被写界深度範囲を超えると、自動フォーカス技術を用いる必要があり、例えば、感光デバイスからレンズまでの距離を調整することにより、即ち、像距離をある適切な数値に調整することにより、５０ｃｍ〜３０ｃｍ範囲においてはっきりとする画像を得ることができる。本発明においては、選定された応用レンズが携帯電話レンズである場合、下の例のように感光デバイスに２つの感光画素層（第一の感光画素層及び第二の感光画素層）を設けることができ、当該選定された携帯電話レンズと共に用いる際、感光デバイスが当該レンズからの一定の距離に設けられ、こんな時、第一の感光画素からレンズまでの距離が第一の像距離であり、第二の感光画素からレンズまでの距離が第二の像距離（第一の像距離が第二の像距離より小さい）であり、レンズまでの一定の距離及び２つの感光画素層間の予め定められた距離により、遠くても２ｍまでの被写界深度の範囲以内の被写体が第一の感光画素層においてはっきりとする画像になり、５０ｃｍ〜３０ｃｍ範囲以内の被写界深度の被写体が第二の感光画素層においてはっきりとする画像になる。よって、２つの被写界深度または被写界深度拡大を実現することができる。上述した説明例において、感光画素層の数及び被写界深度範囲がいずれも例示するデータであることが留意されたい。感光画素層の数及び互いの予め定められた距離を調整することにより、連続、オーバーラップ、相補または直交する被写界深度範囲を形成することができ、複数の感光画素層のそれぞれの被写界深度範囲を重ね合わせることにより、感光デバイスが相当広い被写界深度範囲を有することができ、よって、自動フォーカスを行わなくても広い被写界深度範囲以内においてはっきりとする画像を得ることができ、電動機構及び複雑且つ精密な機械部材を用いることを避け、スペース及びコストを大幅に節約することができる。一方、本発明においては、通常少なくとも１つの感光画素層から比較的完全な画像情報を得ることができるので、画像は、比較的高い解像度を有することができ、且つ煩雑な数学算出を必要としない。
【００５６】
本発明は、実施例を用いてこのような新型且つ威力が巨大な混合マルチスペクトル感光画像層、感光デバイス及びシステムを説明する。これらの好ましい実現方式では、例を挙げて本発明のメリット及び実現方法を説明したが、本発明の特許請求の範囲を制限しない。
【００５７】
図面を参照しながら、以下の実施形態を詳しく説明することにより、本発明の上述した内容、他の目的及びメリットが当業者にとってより明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】図１は、スペクトル分布の模式図である。可視光線は、一般的に波長が３９０ｎｍから７６０ｎｍまでの光を指す。また、一般的には、プリズムの分光効果により見られた藍光は、波長が４４０ｎｍ〜４９０ｎｍであり、緑光は、波長が５２０ｎｍ〜５７０ｎｍであり、赤色光は、波長が６３０ｎｍ〜７４０ｎｍであるが、感光デバイスのデザインにおいては、一般的には、３９０ｎｍ〜５００ｎｍを藍色域とし、５００ｎｍ〜６１０ｎｍを緑色域とし、６１０ｎｍ〜７６０ｎｍを赤色域とし、このような赤、緑、藍に対するスペクトルバンドの分けは、絶対的ではない。図における赤、緑、藍、青（藍緑合成）及び黄（緑赤合成）の波形は、原色の感光画素または補色（合成カラー）の感光画素が必要とする理想的な波長応答曲線である。基色とする原色感光画素又は補色（合成カラー）感光画素は、類似する波長応答曲線を有しないと、人々が見える大部分の色を再構築することが困難である。
【図２】図２は、感光画素の３Tアクセス回路である。
【図３】図３は、感光画素の４Tアクセス回路である。
【図４】図４は、本願発明者による≪マルチスペクトル感光デバイス及びそのサンプリング方法≫（中国特許番号：２００９１０１０５９４８．２）と≪感光デバイス及びそのアクセス方法、アクセス回路≫（中国出願番号：２００９１０１０６４７７．７）に記載されている４点共用アクセス回路を示している。
【図５】図５は、本願発明者による≪マルチスペクトル感光デバイス及びそのサンプリング方法≫（中国特許番号：２００９１０１０５９４８．２）と≪感光デバイス及びそのアクセス方法、アクセス回路≫（中国出願番号：２００９１０１０６４７７．７）に記載されている二層の６点共用アクセス回路を示している。
【図６】図６は、本願発明者による≪マルチスペクトル感光デバイス及びそのサンプリング方法≫（中国特許番号：２００９１０１０５９４８．２）と≪感光デバイス及びそのアクセス方法、アクセス回路≫（中国出願番号：２００９１０１０６４７７．７）に記載されている二層の８点共用アクセス回路を示している。
【図７】図７は、本願発明者による≪感光デバイス及びそのアクセス方法、アクセス回路≫（中国特許番号：２００９１０１０６４７７．７）に記載されている任意のＮ点共用アクセス回路を示している。
【図８】図８は、本願発明者による≪マルチスペクトル感光デバイス及びその製造方法≫（中国特許番号：２００８１０２１７２７０．２）と≪マルチスペクトル感光デバイス≫（中国出願番号：２００９１０１０５３７２．Ｘ）に記載されている、上下層にある感光画素が対象とするスペクトルにおいて相補または直交する二層の感光デバイスの模式図である。このような感光デバイスは、厳選したカラーパータン及び配列を用いるにより、非常に沢山の優れた二層の感光デバイスを得ることができる。これらの感光デバイスは、正面感光、裏面感光及び双方向感光に用いられることができる。これらの方法及び原理は、同様にマルチスペクトル感光デイパスに用いることもできる。
【図９】図９は、本願出願人が≪マルチスペクトル感光デバイス及びそのサンプリング方法≫（中国出願番号：２００９１０１０５９４８．２）に記載されている、異なる色の画素間に電荷の合併を実現するサブサンプリング方法を示している。このような方法は、同様に本発明のマルチスペクトル感光デバイスにも適用する。
【図１０】図１０は、本願出願人が≪マルチスペクトル感光デバイス及びそのサンプリング方法≫（中国出願番号：２００９１０１０５９４８．２）に記載されている、色空間変換により実現された画素の合併及びサブサンプリング方法を示している。このような方法は、同様に本発明のマルチスペクトル感光デバイスにも適用する。
【図１１】図１１は、本発明に記載されている被写界深度拡大に用いられる二層の感光デバイスの構造模式図であり、透光層の厚さは、希望する２つの感光平面の像距離差（Ｖ２−Ｖ１）により決定する。
【図１２】図１２は、本発明に記載されている被写界深度拡大に用いられる三層の感光デバイスの構造模式図であり、透光層の厚さは、希望する２つの感光平面の像距離差（Ｖ２−Ｖ１またはＶ３−Ｖ２）により決定する。
【図１３】図１３は、多層の感光デバイスを用いて被写界深度拡大を実現する概略図であり、異なる距離にある物体は、多層の感光デバイスの異なる感光画素層にはっきりと集束される。よって、この３つの距離の間にある任意の１つの物体は、はっきりとまたは比較的はっきりと１つまたは２つの感光画素層に集束されるので、被写界深度拡大の効果を得ることができる。当該図においては、Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３は、物体距離（即ち、物体からレンズまでの距離）であり、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、像距離（即ち、感光画素層からレンズまでの距離）である。
【図１４】図１４は、２つ目の特別のレンズデザイン方法及び多層の感光デバイスを同時に利用してよりよい被写界深度拡大を実現する概略図である。一般的な光学システムは、波長がより短い光は、焦点距離がより短い。よって、特別なデザインのレンズであれば、波長がより短い光は、レンズにより近い感光画素層、または、光源にもっと近い感光画素層に集束されることができるが、波長が長い光ほど、レンズから遠い感光層、または、光源から遠い感光画素層に集束され、波長が間にある光は、間にある感光層に集束される。これによって、このようなイメージングシステムは、マルチスペクトル及び多像距離を同時に結合するという特徴を有するので、被写界深度を極力に広げることができる。このようなシステムは、マイクロ距離カメラにとって無比なメリットを有する。
【図１５】図１５は、図１１に示すマルチ被写界深度感光デバイスの感光画素レベルを実現する概略図である。同様に、透光層の厚さを調整することにより、２つの感光画素層間の距離を調整することができるので、２つの感光画素層の感光画素は、それぞれ異なる被写界深度に対応する。当該例においては、上下の２つの感光画素層は、いずれも半導体感光画素層を用いる。
【図１６】図１６（a）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、図１１に示すマルチ被写界深度感光デバイスのもう１つの感光画素レベルを実現する概略図である。同様に、透光層の厚さを調整することにより、２つの感光画素層間の距離を調整することができるので、２つの感光画素層の感光画素は、それぞれ異なる被写界深度に対応する。当該例においては、上層の感光画素層は、化学コーティングフィルム感光画素層を用い、下層の感光画素層は、半導体感光画素層を用いるが、明らかに、両者を交換してもマルチ被写界深度の実現効果に影響を与えない。  図１５及び図１６は、いずれも感光画素だけを示しているが、他のアクセス回路及び補助回路は、従来のものと同じであるので、ここで省略する。
【図１７】図１７（a）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、図１１に示すマルチ被写界深度感光デバイスのもう１つの感光画素レベルを実現する概略図である。同様に、透光層の厚さを調整することにより、上層の１つの感光画素層と下層の他の２つの感光画素層の間の距離を調整することができるので、異なる感光画素層の感光画素は、それぞれ異なる被写界深度に対応する。当該例においては、上層の１つの感光画素層は、化学コーティングフィルム感光画素層を用い、下層の他の２つの感光画素層は、半導体感光画素層を用い、図１７（a）、（ｂ）における２つの半導体感光画素層は、１つの半導体基層の両面に配置され、図１７（ｃ）、（ｄ）における２つの半導体感光画素層は、１つの半導体基層の一面に配置される。照射方向は、当該半導体基層の正面または裏面であってもよい。半導体の透光性の制限により、半導体基層の厚さは、一般的に比較的薄く、通常、被写界深度拡大が必要とする感光画素層の間隔距離に対する要求を満たさない。よって、２つの半導体感光画素層は、マルチスペクトルに対する要求を実現するのによく用いられる。
【図１８】図１８（a）、（ｂ）は、図１１に示すマルチ被写界深度感光デバイスのもう１つの感光画素レベルを実現する概略図である。同様に、透光層の厚さを調整することにより、上層の１つの感光画素層と下層の他の２つの感光画素層の間の距離を調整することができるので、異なる感光画素層の感光画素は、それぞれ異なる被写界深度に対応する。当該例においては、上層の１つの感光画素層は、化学コーティングフィルム感光画素層を用い、下層の他の２つの感光画素層は、それぞれ半導体感光画素層及び化学コーティングフィルム感光画素層を用いる。間の半導体感光画素層（の両面）は、３つの感光画素層を読み取るためのアクセス画素及びサンプリング回路を含むことができる。
【図１９】図１９（a）、（ｂ）は、図１２に示すマルチ被写界深度感光デバイスの１つの感光画素レベルを実現する概略図である。当該例においては、化学コーティングフィルム感光画素層、第一の透光層、第一の半導体感光画素層、第二の透光層、第二の半導体画素層が上から下まで順次設けられている。第一の半導体感光画素層及び第二の半導体感光画素層は、それぞれ異なる２つの半導体基層において実現し、化学コーティングフィルム感光画素層と第一の半導体感光画素層の間の距離は、第一の透光層の厚さを調整することにより実現され、第一の半導体感光画素層と第二の半導体感光画素層の間の距離は、第二の透光層の厚さを調整することにより実現される。アクセス及びサンプリング回路は、間に位置する第一の半導体感光画素層により実現してもよく、２つの半導体感光画素層に分布してもよい。  二層の半導体感光画素層を有する実施例については、例えば、図８及び図１５等であり、そのうちの１つの感光画素層の感光画素を無くしてアクセス回路及び信号処理に専用する層にすれば、図２０〜２３に示す本発明に記載の全局電子シャッタ付き（クロス層アクセス機能を有する）の感光デバイスを得ることができる。図２０〜２３は、当該全局電子シャッタ付き（クロス層アクセス機能を有する）の感光デバイスの感光画素層及び不感光転移及びアクセス画素層のみを示しているが、明らかに、上述した説明を結合すれば、異なる被写界深度の複数の感光画素層に集束される場合、当該全局電子シャッタ付き（クロス層アクセス機能を有する）のマルチ被写界深度感光デバイスを得ることができる。
【図２０】図２０は、本発明に記載の、両行が一行の転移画素（アクセスコンデンサー）を共用する模式図である。実は、これが≪感光デバイス及びそのアクセス方法、アクセス回路≫（中国特許番号：２００９１０１０６４７７．７）におけるインタレース走査方式の１つの新たな実現である。ここで、転移画素と感光画素は、異なる層にあるので、より良い感光面積の使用効率を得ることができるが、シャッタの速度が倍増してしまう。最も重要なのは、このような方式を、化学感光材料（例えば、量子感光膜）を感光画素層とする感光デバイスに用いることができることである。
【図２１】図２１は、半導体の不良透光特性を用いて半導体基層の厚さを一定の厚さに増加することにより、下層の画素が光を感知することができないことを示している。その後、金属穿孔または表面ルーティング等の外部接続方式を用いて上層の感光画素信号を、ダイオードまたはアクセス増幅スイッチ回路により不感光画素層のアクセス画素に案内し、そこでサンプリングアクセスを行って１つの二層の感光デバイスを全局電子シャッタ付き（クロス層アクセス機能を有する）の１つの単層感光デバイスに退化させる。このデバイスは、構造上二層であるが、効果上単層である。このような方式が図１７（ａ）に示す多層の感光デバイスに用いられる場合、全局電子シャッタ付き（クロス層アクセス機能を有する）のマルチ被写界深度感光デバイスを得ることができる。
【図２２】図２２は、本発明に記載の伝統的な（ＣＭＯＳ及びＣＣＤ）半導体回路を基礎とする全局電子シャッタ付き（クロス層アクセス機能を有する）のマルチスペクトル二層感光デバイスの模式図である。同様に、感光画素信号の不感光アクセス画素への転移は、ダイオードまたは増幅スイッチ回路により制御される。
【図２３】図２３は、本発明に記載のもう１つの化学感光材料（例えば、量子感光膜）を基礎とする全局電子シャッタ付き（クロス層アクセス機能を有する）のマルチスペクトル二層感光デバイスの模式図であり、そのうち、感光画素層は、化学感光材料（例えば、量子感光膜）を用い、アクセス回路及び信号処理層は、ＣＭＯＳ半導体層である。当該図に示す例においては、それぞれの感光画素は、いずれも１つの不感光の電荷転移画素に対応し、全局電子シャッタの実現に用いられる。これも多層感光デバイスにおいて全局電子シャッタを簡単に実現するためにわざわざ行われる1つの退化である。
【図２４】図２４は、本願発明者による≪感光デバイス及びそのアクセス方法、アクセス回路≫（中国特許番号：２００９１０１０６４７７．７）に記載の、能動画素及び受動画素を同時に用いて感光画素信号を読み取るアクセス回路である。このような方法を用いるメリットは、感光デバイスのダイナミックレンジを極大に拡大することができ、しかも画像プレビュー時の消費電力を半分に節約することができる。このような混合アクセス回路は、敏感度の高い多層のマルチスペクトル感光デバイス及び全局電子シャッタ付きのマルチスペクトル感光デバイスにおいて特に活用されている。
【図２５】図２５は、本願発明者による≪マルチスペクトル感光デバイス及びそのサンプリング方法≫（中国特許番号：２００９１０１０５９４８．２）における、当該発明に記載の画素合併及びサブサンプリング方法を説明するためのサンプリング制御回路模式図である。本発明においてもこのような新型な画素合併及びサブサンプリング方法を用いる。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
図面を参照しながら、具体的な実施形態を用いて本発明を更に詳しく説明する。
【００６０】
本発明に記載のマルチ被写界深度感光デバイスは、主な用途が被写界深度拡大であり、即ち、携帯電話分野において現在EDoF（即ち、Extended Depth of  Focus）と呼ばれているものである。被写界深度拡大は、特にカメラ付き携帯電話において非常に幅広く用いられているが、現在の被写界深度拡大は、主に光学及びデジタルの手段を用い、通常、光学ズーミングまたは自動フォーカスの方式を用いて被写界深度の調整を実現する。よって、電動機構及び複雑且つ精密な機械部材との合わせが求められて空間及びコストが顕著に増加した。
【００６１】
本発明の実施例に記載のマルチ被写界深度感光デバイスは、多層の感光デバイスの実現と結合し、光源を感知することができる少なくとも２つの感光画素層を含み、少なくとも２つの前記感光画素層の間を予め定められた距離間隔で設けることにより、感光デバイスと一定の距離を有するレンズからの異なる光信号が異なる感光画素層に集束される。よって、異なる感光画素層は、異なる像距離を有する感光平面を構成し、異なる被写界深度の焦点を固定することができるので、感光デバイスの被写界深度の範囲が拡大、マルチポイント光学フォーカスという物理的な手段で自動フォーカスを実現することに相当し、相応的に電動機構と複雑且つ精密的な機械部材との合わせを除去することができ、空間及びコストを顕著に節約することができる。
【００６２】
前記感光画素層は、化学コーティングフィルム感光画素層と半導体感光画素層のうちの少なくとも１つを含む。即ち、前記少なくとも２つの感光画素層は、いずれも化学コーティングフィルム感光画素層であってもよく、いずれも半導体感光画素層であってもよく、一部が化学コーティングフィルム感光画素層であり、一部が半導体感光画素層であってもよい。そのうち、化学コーティングフィルム感光画素層は、量子ドット感光画素を含む。半導体感光画素層は、ＣＭＯＳフォトダイオード、ＣＭＯＳ感光ゲート、ＣＣＤフォトダイオード、ＣＣＤ感光ゲート、双方向電荷転移機能を有するＣＭＯＳとＣＣＤ感光ダイオード及び感光ゲートを含む。
【００６３】
上述した感光画素層は、それぞれ異なる光信号を感知するために用いられる。本発明においては、注目されるべきの光信号特性は、主に光信号の周波数スペクトル特性を含み、即ち、光の波長及び光信号の距離特性であり、つまり、光信号からレンズまでの距離である。よって、光信号の異なりとは、２つの光信号における上述した２つの特性のうちの少なくとも１つが異なることを意味し、即ち、２つの光信号は、波長が異なり、または、距離が異なり、または、波長と距離が異なる。当然、自然界において白色光のような複色光がよく見られるので、異なる波長の光を得るために、一般的には、レンズのデザインとの合わせが必要であり、例えば、プリズムの分光効果、レンズの材料または曲面のデザインによる異なる波長の光の異なる屈折率を用いて異なる波長の光を異なる感光画素層に分離されて集束される。
【００６４】
異なる波長の光信号を集束する時、一般的には、波長がより短い光信号は、レンズにより近い感光画素層に集束される。例えば、感光画素層は、二層であれば、レンズに比較的近い感光画素層に集束される光信号は、紫色、藍色光、青色又は緑色光であり、レンズに比較的遠い感光画素層に集束される光信号は、緑色光、赤色光、黄色光、可視光線（白色光）または赤外線である。また、例えば、感光画素層は、三層であれば、レンズに最も近い感光画素層に集束される光信号は、紫外線、藍色光または青色光であり、間に位置する感光画素層に集束される光信号は、緑色光、藍色光、黄色光、赤色光または可視光線（白色光）であり、光源から最も遠い感光画素層に集束される光信号は、赤色光、黄色光、可視光線または赤外線である。
【００６５】
異なる距離の光信号を集束する時、一般的には、距離が遠い光信号ほど、レンズに近い感光画素層に集束される。例えば、感光画素層は、二層であれば、光源に比較的近い感光画素層に集束されるのは、限りなく遠い光信号であり、光源に比較的遠い感光画素層に集束されるのは、対象とする最も短い距離の光信号である。異なる波長の光への集束を結合して更に次のように設けることができる：限りなく遠い紫外線、藍色光、青色光または緑色光が、光源に比較的近い感光画素層に集束され、対象とする最も短い距離の緑色光、赤色光、黄色光、可視光線（白色光）または赤外線が、光源に比較的遠い感光画素層に集束される。
【００６６】
また、感光画素層は、三層であれば、光源に最も近い感光画素層に集束されるのは、限りなく遠い光信号であり、光源から最も遠い感光画素層に集束されるのは、対象とする最も短い光信号であり、間に位置する感光画素層に集束されるのは、限りなく遠いところと対象とする最も短い距離の間にある１つの光信号である。異なる波長の光への集束を結合して更に次のように設けることができる：限りなく遠いところの紫外線、藍色光、青色光または緑色光が、光源に最も近い感応画素層に集束され、限りなく遠いところと対象とする最も短い距離の間にある１つの緑色光、藍色光、黄色光、赤色光または可視光線（白色光）が、間にある感光画素層に集束され、対象とする最も短い距離の赤色光、黄色光、可視光線または赤外線が、光源から最も遠い感光画素層に集束される。
【００６７】
実施形態においては、対象とする最も短い距離は、２ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍ、１ｃｍ、２ｃｍ、３ｃｍ、５ｃｍ、７ｃｍ、１０ｃｍ、２０ｃｍ、３０ｃｍ、４０ｃｍ、５０ｃｍ、６０ｃｍ、７０ｃｍ、８０ｃｍ、１００ｃｍ、１５０ｃｍを含む。いわゆる対象とする最も短い距離とは、ユーザーが注目する被写体からレンズまでの最も近い距離を指す。例えば、対象とする最も短い距離が２ｍｍである場合、ユーザーが注目する被写体からレンズまでの最も近い距離が２ｍｍであり、被写体からレンズまでの距離が２ｍｍより小さい場合、注目しなくなる。
【００６８】
図１３は、距離と集束平面の関係を示している。当該図においては、異なる距離にある物体は、多層の感光デバイスの異なる感光画素層にはっきりと集束される。よって、この３つの距離の間に位置する任意の１つの物体は、１つ又は２つの感光画素層にはっきりとまたは比較的はっきりと集束されるので、同じ感光デバイスからは、これらのはっきりとする画像を同時に得ることができる。
【００６９】
図１４は、波長と集束平面の関係を示し、一般的な光学システムは、波長がより短い光の焦点距離がより短い。よって、レンズのデザインにより、波長がより短い光は、レンズにより近い感光画素層に集束され、波長が長い光ほど、レンズから遠い感光画素層に集束され、波長が間にある光は、間の感光画素層に集束されるので、異なる距離にある物体は、常に１つの色が１つの感光層においてはっきりとされる。したがって、このようなイメージングシステムは、マルチスペクトル及びマルチ像距離の特徴を同時に結合し、それぞれの感光層は、各自の被写界深度範囲を有し、異なる波長の光は、被写界深度の距離と範囲が異なり、それぞれの感光層の被写界深度範囲を整合することができ、被写界深度が極大に広がり、マイクロカメラにとって、無比のメリットがある。
【００７０】
異なる感光画素層から解像度が異なる複数の画像を得ることができるので、これらの画像は、相互に参照することができ、画像の整合、選択及び放棄、補間、補強またはデコンボリューション等のデジタル処理により、はっきりとする画像を得ることができる。
【００７１】
実施形態においは、上述したマルチ被写界深度感光デバイスにおいてクロス層アクセス機能を有する全局電子シャッタを実現し、複数の不感光転移及びアクセス画素を有し、前記不感光転移及びアクセス画素のそれぞれは、他の層にある少なくとも１つの感光画素の電荷又は電圧値を転移及び読み取るのに用いられることができる。よって、複数の不感光転移及びアクセス画素は、一層または多層の感光画素層にある電荷または電圧値を同時に転移して読み取ることができる。複数の不感光転移及びアクセス画素は、感光画素と同じ画素層に位置することができ、明らかに、これは、当該画素層の感光敏感度の低下を意味する。複数の不感光転移及びアクセス画素は、感光画素と異なる画素層に位置することもでき、即ち、独立した感光画素層及び独立した不感光転移及びアクセス画素層を形成し、明らかに、これは、当該クロス層アクセス機能を有する全局電子シャッタが、二層または多層の感光デバイスのみにおいて実現することができることを意味する。
【００７２】
それぞれの感光画素層には、１つの隣り合う対応する不感光画素転移及びアクセス層を設けることができ、前記不感光転移及びアクセス層は、対応する感光画素層のすべての画素の電荷または電圧値を同時に転移することができ、または、対応する感光画素層の奇数行または偶数行の画素の電荷または電圧値を同時に転移することができる。図２０は、二行が一行のアクセスコンデンサーを共用するデザインを示し、インタレース走査の機能を実現する。不感光転移及びアクセス画素層は、半導体回路により作られることができる。
【００７３】
図２１は、二層の感光デバイスの退化実現を示して単層の全局電子シャッタ付きの単層の感知デバイスを得る。このような方法は、半導体材料の不良透光性を用い、２つの半導体基層を厚くすることにより、底層が光を感知することができず、画素を読み取るだけに用いられる。このような方法が図１７（a）に示す三層の感光デバイスに用いられる場合、全局電子シャッタ付きの二層のマルチ被写界深度デバイスを得ることができる。
【００７４】
図２２及び図２３は、クロス層アクセス機能を有する全局電子シャッタの画素レベルの実現を示している。
【００７５】
明細書に記載の遠近、上下等の位置関係は、いずれも光源を基準とする相対位置を指す。例えば、上層の感光画素層及び下層の感光画素層に関する記述は、感光画素層を水平に置き、光源により上方から垂直に感光画素層を照射する場合を指す。明らかに、本明細書の上下関係は、実により広い意味を持ち、即ち、例えば、感光面を垂直に置き、光源により左側または右側から、または、前側または後側から感光面を垂直に照射する場合、いわゆる上下関係は、前後関係または左右関係に等しい。上方、下方等に関する記述は、左側、右側、前側、後側等を用いて等価的な変更を行って説明してもよい。異なる種類の感光画素層は、例えば、化学コーティングフィルム感光画素層または半導体感光画素層は、その上下関係に対する制限がなく、どちらが上方に位置するか、どちらが下方に位置するかは、必要に応じて任意に設置することができる。下記に記載の基層の頂面と底面は、同様に類似の意味を有し、即ち、水平に置き、光源により上方から基層を垂直に照射する意味であり、上方の基層表面を頂面と称し、下方の基層表面を底面と称する。基層を垂直に置き、光源により左側又は右側から、または、前側又は後側から基層を垂直に照射する場合、等価的な記述が前側面及び後側面、左側面及び右側面を含む。
【００７６】
特に、専門用語「光源を感知することができる」と「感光」の間の区別に留意されたく、感光画素層の「感光」とは、当該画素が感光能力を有することを意味し、「光源を感知することができる」とは、感光画素が光源を感知することができたかどうかを意味し、即ち、感光画素の感光能力を発揮することができたどうかを意味する。例えば、半導体の透光性の制限により、１つの半導体基層の頂面及び底面にそれぞれ１つの半導体感光画素層が設けられる場合、当該半導体基層の厚さが半導体の透光性に対する制限を超えると、光源により当該半導体基層を照射する際、頂面の半導体感光画素層だけが光源を感知することができるが、底面の半導体感光画素層は、半導体基層の厚さによる制限を受けて光源を感知することができないので、頂面の半導体感光画素層は、光源を感知することができる感光画素層であり、即ち、感光画素の感光能力を発揮でき、底面の半導体感光画素層は、光源を感知することができない感光画素層であり、即ち、感光画素の感光能力を発揮できない。下記においては、光源を感知することができない感光画素層を用いて不感光転移及びアクセス画素層を形成することができることに留意されたい。
【００７７】
化学コーティングフィルム感光画素または半導体感光画素が両方向感光画素である場合、感光方向選択の問題に係り、即ち、両方向から感光することができるが、同じ時刻において１つの方向からの照射を選択しなければならない。感光方向選択方式は、離隔方向選択、タイムシェアリング方向選択、区画方向選択方式または画素方向選択方式等であってもよく、即ち、マスキング膜によるカット等の方式を用いて時間ごと、エリアごと及び画素ごとの感光方向選択を実現することができる。図８は、両方向からの照射の様子を示している。
【００７８】
感光画素層は、光源の照射方向に垂直する感光平面にほぼ相当し、このような感光平面には、複数の感光画素（通常、多行多列の画素アレイに形成される）が設けられ、複数の感光画素層のうちの各感光画素層は、平面混合型であってもよく、即ち、化学コーティングフィルム感光画素が設けられるとともに、半導体感光画素が設けられてよい。もう１つの場合は、同じ感光画素層に一種類の感光画素だけを配置することにより、化学コーティングフィルム感光画素層または半導体感光画素層を形成する。
【００７９】
実施形態においては、感光デバイスの同じ位置（即ち、一層の感光画素層の当該画素位置から透過した光をもう１つの感光画素層の位置に照射する）且つ違う層にある感光画素は、紫外線、可視光線、近赤外及び遠赤外のうちの１つを含む相補スペクトルバンド又はサブスペクトルバンドをそれぞれ感知し、または、紫外線、可視光線、近赤外及び遠赤外のうちの１つを含む直交スペクトルバンド又はサブスペクトルバンドをそれぞれ感知する。そのうち、相補スペクトルバンド又はサブスペクトルバンドは、紫外スペクトルと、藍色スペクトルと、緑色スペクトルと、赤色スペクトルと、近赤外スペクトルと、遠赤外スペクトルと、青色スペクトルと、黄色スペクトルと、白色スペクトルと、近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、赤色スペクトル＋近赤外スペクトルと、赤色スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、黄色スペクトル＋近赤外スペクトルと、黄色スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、可視スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトル＋近赤外スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルとを含む。
【００８０】
直交スペクトルバンドまたはサブスペクトルバンドは、紫外スペクトルと、藍色スペクトルと、緑色スペクトルと、赤色スペクトルと、近赤外スペクトルと、遠赤外スペクトルと、青色スペクトルと、黄色スペクトルと、白色スペクトルと、近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、赤色スペクトル＋近赤外スペクトルと、赤色スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、黄色スペクトル＋近赤外スペクトルと、黄色スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、可視スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトル＋近赤外スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルとを含む。
【００８１】
実施形態においては、感光デバイスのうちの少なくとも一層が２つの異なるスペクトル（即ち、無線周波数）バンドを感知する。各感光画素層は、その画素アレイの色配列が同一配列（画素アレイにおける画素の色が同じである）と、水平配列（画素アレイにおける同じ行の画素の色が同じである）と、垂直配列（画素アレイにおける同じ列の画素の色が同じである）と、対角配列（画素アレイにおける同じ対角線の画素の色が同じである）と、広義ベイズ配列（画素アレイにおける一本の対角線の画素の色が同じであり、もう一本の対角線の画素の色が異なる）と、ＹＵＶ４２２配列と、横向ＹＵＶ４２２配列と、ハチの巣配列と、均等分布配列（４つの画素が均等に交錯して等距離で配列する）とを含む。
【００８２】
本明細書の技術用語「配置」とは、半導体基板または透光層上に化学コーティングフィルム感光画素層又は半導体感光画素層を形成する様々な製造工程が含まれていることに留意されたい。例えば、半導体基板は、１つのＮ型シリコン結晶体基板であり、当該基板の１つの面の１つの画素位置に対して、色の濃さに対する要求に応じて当該画素位置の表面から基板内部のある程度の深さまでＰ型不純物を注入して１つのＰ型不純物層が形成され、当該Ｐ型不純物層が１つの半導体画素になり、当該Ｐ型不純物層のある程度の深さまでＮ型不純物を注入すると、Ｐ型不純物層の中にＮ型不純物層が形成され、当該Ｎ型不純物層がもう１つの半導体感光画素（前の１つのＰ型不純物層の半導体感光画素と異なる感光画素層にあるが、画素位置が対応している）になる。≪マルチスペクトル感光デバイス及びその製造方法≫（ＰＣＴ／ＣＮ２００７／０７１２６２）に記載の方法を用いて３９０ｎｍ近傍、５００ｎｍ近傍、６１０ｎｍ近傍及び７６０ｎｍ近傍に分層線を設置することによって、任意の分層線の上下の対応点画素は、相補または直交するスペクトルを感知することができる。図１は、分層線を設置する１つの例を示しており、即ち、異なる深さまで不純物を注入することにより、異なる色を形成する。基板の当該面に対して化学コーティングフィルム溶液による塗布加工を行うと、化学コーティングフィルム感光画素層を形成することができる。なお、製造または加工工程の多様性により、本明細書においては、すべて「配置」を用いて説明する。
【００８３】
上述した二層の半導体感光画素が異なる深さに配置されるので、基板の１つの表面の同じ画素位置において少なくとも２つのスペクトルバンドを感知することができる。よって、当該表面における画素の配列がより多様化になり、より多くの画素配置ができるので、感光デバイスの敏感性、解像度及びダイナミックレンジを大幅に高めることができる。
【００８４】
上述した半導体基板のある面に対する異なる深さまでの注入加工は、同じ位置に多くても二層の感光画素を配置することができる。その理由としては、同じ位置に三層を配置する場合、加工の難度がとても大きく、しかも配線時においても、各層間のリードを互いに離隔する必要があるので、３層のリードによる配線上の困難が生じてしまう。しかしながら、本発明は、同じ面に多くても二層の上述した半導体感光画素層を配置し、しかも平面上の画素デザインの配列と結合してカラーを再構築することができるので、より良いカラー感光性能を実現することができる。同じ面に対してある深さまで注入する注入方式により多くても２つの半導体感光画素層を配置するので、立体加工工程の難度が明らかに低下し、配線しやすくなる。
【００８５】
基板については、片面感光デバイス又は両面感光デバイスを形成するように、基板の片面または両面に対する加工工程を用いることができる。両面感光デバイスを形成するようにある深さまで注入する注入加工においては、２つの半導体感光画素層のうちの１つが基板の頂面に配置され、もう１つが基板の底面に配置されるという両面配置方式を採用すれば、各面に対する加工は、いずれも平面加工工程になり、１つの面において１つの感光画素層の平面加工を行った後に基板をひっくり返し、もう１つの面に対して同様に平面加工工程を行うことにより、もう１つの感光画素層の加工を完成する。よって、加工工程が従来の片面単層感光デバイスの加工工程に類似し、上述した同じ面に対して二層の注入を行う立体加工に比べてより簡単になる。一方、光照射の方向に沿って基板のある位置に多層の感光画素を配置することができる。
【００８６】
半導体感光画素層は、通常半導体基層に設けられ、被写界深度拡大を実現するために、実際の製造中においては、通常透光層（例え、透明ガラス層）を設けて異なる感光画素間の距離を調整し、例えば、１つの半導体基層には、一層または多層の半導体感光画素層を設けた後、当該半導体基層上に１つの透光層を設け、次に、当該透光層上に一層の化学コーティングフィルム感光画素層を塗布する加工を行う。異なる厚さの透光層を設けることは、化学コーティングフィルム感光画素層と半導体感光画素層の間の間隔距離を予め設けることに相当し、被写界深度拡大を実現する。
【００８７】
多くの応用においては、化学コーティングフィルム感光画素層または半導体感光画素層の正面、裏面又は両面にいかなるフィルターリング膜を塗布しない。しかしながら、他のある応用においては、例えば、色還元に対する要求が高い専門のカメラ又はビデオカメラにおいては、実施形態は、フィルターリング膜を用いる方式を含む。フィルターリング膜は、化学コーティングフィルム感光画素層または半導体感光画素層における全部または一部の感光画素の正面、裏面又は両面に設けられている。フィルターリング膜の周波数選択特性は、赤外カット濾波、藍色バンドパス、緑色バンドパス、赤色バンドパス、青色バンドパス、黄色バンドパス、マゼンタ色バンドパス又は可視光線バンドパスを含む。フィルターリング膜の使用については、少数の画素の敏感度を犠牲することにより、必要としないスペクトルの影響を取り除き、上下左右にある画素の間の干渉を減らし、または、直交性がより良い３原色またはより純粋な補色信号を得る。
【００８８】
実施形態においては、前記マルチ被写界深度感光デバイスの多層の感光画素層の隣り合う二層がそれぞれ各自のアクセス回路を使用する。
【００８９】
実施形態においては、前記マルチ被写界深度感光デバイスの多層の感光画素層の隣り合う二層がそのうちの一層に置かれるアクセス回路を共用する。
【００９０】
実施形態においては、前記マルチ被写界深度感光デバイスのアクセス回路が半導体感光画素層にまたは独立したアクセス回路層に設置される。
【００９１】
前記マルチ被写界深度感光デバイスのアクセス回路の実施形態は、≪マルチスペクトル感光デバイス及びそのサンプリング方法≫（中国出願番号：２００９１０１０５９４８．２）と≪感光デバイス及びそのアクセス方法、アクセス回路≫（中国出願番号：２００９１０１０６４７７．７）に記載の画素アクセス及びサブサンプリング方法を含む。
【００９２】
実施形態においては、前記マルチ被写界深度感光デバイスの信号アクセス回路において能動画素アクセス回路、受動画素アクセス回路又は能動画素と受動画素の混合アクセス回路を用いる。
【００９３】
前記能動画素は、３Ｔ、４Ｔ、５Ｔまたは６Ｔの能動画素を含む。図２及び図３は、それぞれ３Ｔ及び４Ｔの能動画素構造を示している。
【００９４】
前記アクセス回路の共用方式は、シェアードナッシング方式、単層または上下層４点共用方式、単層又は上下層６点共用方式、単層又は上下層８点共用方式、または単層又は上下層任意点共用方式である。図４、図５、図６及び図７は、４点共用方式、６点共用方式、８点共用方式及び任意点共用方式を示している。
【００９５】
実施形態においては、マルチ被写界深度感光デバイスの前記アクセス回路がそれぞれの感光画素層の画素アレイにおける隣り合う同行異列、異行同列または異行異列の画素に対して２つずつ合併サンプリングを行うことにより、第一の合併画素のサンプリングデータを得るための第一の合併手段と、第一の合併手段により得られた第一の合併画素のサンプリングデータに対して合併サンプリングを行うことにより、第二の合併画素のサンプリングデータを得るための第二の合併手段とを含む。
【００９６】
実施形態においては、アクセス回路が第二の合併手段により得られた第二の合併画素のサンプリングデータに対して合併サンプリングを行うことによって、第三の合併画素のサンプリングデータを得るための第三の合併手段を更に含む。
【００９７】
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、前記第一の合併手段または第二の合併手段の画素合併方式が同じまたは異なる色の画素間の電荷相加方式または信号平均方式であり、そのうち、異なる色の画素間の画素合併方式が色空間変換の方式に従うことによって、カラー再構築の要求を満たす。
【００９８】
上述した第一の合併画素と第二の合併画素は、少なくともサブサンプリングを２つの過程に分ける処理により形成し、即ち、第一の合併サンプリング過程及び第二の合併サンプリング過程である。第一の合併サンプリング過程及び第二の合併サンプリング過程は、通常画素の行（合併）サンプリング及び列（合併）サンプリングの間に発生し、主に模擬信号に対して行い、電荷相加は、通常第一の合併サンプリング過程において行う以外、他の順番及び内容は、通常交換してもよい。また、第三の合併サンプリング過程を更に含んでもよく、第三の合併サンプリング過程は、係数転換の後にあり、主にデジタル信号に対して行う。
【００９９】
第一の合併サンプリング過程においては、画素アレイの中の２つの隣り合う画素を選択して合併する。これにより、隣り合う画素の合併を完成し、合併後の画素を第一の合併画素と称し、第一の合併画素と称するのは、本発明を記載しやすくするためであり、当該概念を用いて第一の合併過程後の画素を指し、物理上、画素のアレイに１つの「第一の合併画素」が存在するという意味ではない。２つの隣り合う画素に対して合併サンプリングを行った後のデータを第一の合併画素のサンプリングデータと称する。隣り合うとは、２つの画素間を水平、垂直または対角方向から見て密着しており、他の画素が２つの画素間に存在しないことを意味する。隣り合うことは、同行異列、異行同列又は異行異列を含む。一般的には、このような合併においては、信号が少なくとも２つの画素の信号平均であるが、騒音が√Ｎに下がるので、合併後、信号対騒音比を少なくとも√Ｎ倍に上げることができ、しかもこのような合併は、同じまたは異なる色の画素間に行うことができる。一方、合併する２つの色が異なってもよく、即ち、色の相加又は平均であるので、色の３原色の原理から分かるように、二種類の原色の相加は、他の１つの原色の補色であり、即ち、２つの異なる原色の画素合併から他の１つの原色の補色を生成し、原色空間から補色空間への変換においては、色空間変換だけが生じ、依然としては異なる補色によりカラーの再構築を完成することができる。このような方式により、異なる色の画素合併を実現して信号対雑音比を高めると同時に、カラーの再構築を行うこともできる。サブサンプリング過程全体もこれにより最適化され、データ量の大きい画素アレイの高速需要により適用することができる。カラー空間変換の１つの基本的な要求は、変換後の色の組み合わせにより、必要とするＲＧＢ（又はＹＵＶ又はＣＹＭＫ）色を再構築することができる（補間等の手段により）。
【０１００】
通常、画素アレイが複数の画素を含み、第一の合併サンプリングが２つの画素だけを合併するので、明らかに、合併により形成された第一の合併画素も複数である。異なる第一の合併画素に対しては、用いられる色合併方式が同じであってもよく、違ってもよい。第一の合併のすべてが同じ色の間に行われる場合、同色合併方式と称し、第一の合併のすべてが異なる色の間に行われる場合、異色合併方式と称し、第一の合併の一部が同じ色の間に行われ、一部が異なる色の間に行われる場合、混雑合併方式と称する。画素アレイの中の一部の余計な色を放棄する場合（放棄を選択的に行うことはいうまでもなく、例えば、放棄によりカラーの再構築に影響を与えてはいけない）、このような色合併方式を余計色選択的放棄方式と称する。
【０１０１】
明らかに、第二の合併過程においては、複数の第一の合併画素に対する操作を行い、同様に、同じ色の第一の合併画素を合併してもよく、違う色の第一の合併画素を合併してもよい（勿論、このような場合、３原色を足してカラーの再構築ができないことを招いてしまう可能性がある）。
【０１０２】
上述した同色合併、異色合併、混雑合併等の方式は、合併サンプリングに対して色に基づく分類を行う。また、合併サンプリングの位置決めから、第一の合併過程及び第二の合併過程の合併サンプリング方式は、バスに直接に出力する信号自動平均方式と、行スキップまたは列スキップ方式と、逐次サンプリング方式と、これらの方式のうちの２つ又は３つを同時に用いる方式とを含む。電荷相加は、通常第一の合併サンプリング過程のみにおいて行う以外、第一の合併過程及び第二の合併過程は、順番だけが異なり、他の方式がすべて同じで、交換可能である。
【０１０３】
いわゆるバスに直接に出力する信号自動平均方式では、合併をしようとする信号（同じ色又は異なる色）を同時にデータ採取バスに出力し、（電圧）信号の自動バランスにより、合併をしようとする信号の平均値を得る。いわゆる行スキップまたは列スキップは、いくつかの行又は列をスキップすることにより、データ量を減少して（合併）サンプリングを実現する。いわゆる逐次サンプリング方式では、実際的にいかなる合併を行わず、もとの画素又は第一の合併画素を順次読み取る方式である。この３つの方式は、同時に使うものがあり、例えば、行スキップ又は列スキップ方式は、バスに直接に出力する信号自動平均方式又は逐次サンプリング方式と同時に使用することができる。
【０１０４】
第三の合併サンプリング過程のサブサンプリング方式は、色空間変換方式と、後置デジタル画像スケーリング方式と、この２つの方式の順次使用方式とを含む。第一及び第二の合併過程は、主に模擬信号に対して行うが、第三のサブサンプリング過程は、主にデジタル信号に対して行い、即ち、模擬信号からデジタル信号への変換後に行う。通常、異なる空間位置にある３つまたは４つの色画素を同一点の値として他の色空間に変換すると、水平及び（又は）垂直の方向におけるデータの低減を実現し、サブサンプリングの効果を得ることができる。デジタル画像スケーリング方式は、最もよく使われるサブサンプリング方式である。
【０１０５】
合併サンプリング時、電荷相加を実現することができる。従来の合併サンプリングは、殆ど電圧又は電流信号の平均しかできず、このような方式では、Ｎ点を合併する時に多くても信号対雑音比を√Ｎ倍と高めることができる。その理由としては、従来の合併サンプリングにおいては、すべて同じ色のＮ個の画素が一本の出力リードを共用する方式を用いて合併サンプリングを行い、当該出力リードにおいては、各画素の電圧又は電流信号に対して（自動的に）平均をするので、その信号対雑音比が騒音の合併後に√Ｎと下がり、よって、多くても信号対雑音比が√Ｎ倍と高まる。本発明の電荷相加方式を用いれば、例えば、コンデンサーに蓄える電荷を読み取ることで電荷の蓄積を実現するので、信号の重ね合せができ、信号対雑音比を少なくともＮ倍と高めることができ、信号を平均する方法より少なくとも√Ｎ倍と高い。即ち、電荷相加の方式によりＮ個の信号を合併すると、理論上、最大Ｎ２個の信号を平均する効果又はより良い効果（後述に示すように）を得ることができるが、これは、信号対雑音比を高めるために非常に有効的な手段である。
【０１０６】
隣り合う画素の相加は、もう１つの顕著な効果をもたらしており、即ち、画素間の干渉効果が弱まる。その理由としては、本来互いに干渉する色が現在合法的な一体になり、つまり、元々騒音の一部に属する信号が現在有効的な信号になったので、Ｎ個の信号の電荷相加は、信号対雑音比の改良をもたらし、理論上の上限に近づき、即ち、Ｎ√Ｎ倍であるので、Ｎ３個の信号を平均する効果に相当する。
【０１０７】
フルチャートサンプリング（一枚の画像に対して最高の解像度でサンプリングを行う）の場合、順次走査、インターレース又はインターバンクアクセスの方式を用い、クロックスピードを高めたり、フレームバッフアを用いたりする必要がなく、大きいアレイの画像のフルチャート読み取りフレーム率は、一枚の写真を撮る時に倍増することができる。ＡＤコンバーターと行レジスタを増やすと、フルチャート読み取りフレーム率を更に大幅に高めることができる。この方法は、機械的なシャッターを省くことに非常に重要な意味がある。
【０１０８】
本発明の順次走査、インターレース又はインターバンクアクセスの方式は、伝統的なテレビシステムのフィールド走査方式（interleaved scanning）と異なる。伝統的なフィールド走査方式は、インターレース走査、インターレースアクセスであるので、奇数フィールド及び偶数フィールド（感光またはアクセスを問わず）は、時間上において１フィールドの差があり、即ち、１フレームの半分の差がある。本発明の順次走査、インターレース又はインターバンクアクセスの方式は、画素が感光時間の順番において順次走査、順次アクセス方式とまったく同じであるが、行のアクセス順番のみが違う。詳細は、≪マルチスペクトル感光デバイス及びそのサンプリング方法≫（中国出願番号：２００９１０１０５９４８．２）と≪感光デバイス及びそのアクセス方法、アクセス回路≫（中国出願番号：２００９１０１０６４７７．７）を参照してください。
【０１０９】
本発明の１つの実施形態においては、前記感光デバイスは、前記色空間変換がＲＧＢからＣｙＹｅＭｇＸ空間への変換、ＲＧＢからＹＵＶ空間への変換またはＣｙＹｅＭｇＸからＹＵＶ空間への変換を含み、Ｘは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）またはＢ（藍）である。図１０は、色空間変換を用いてサブサンプリングを実現する１つの方式を示している。
【０１１０】
実施形態においては、前記電荷相加方式は、画素を直接に並列するまたは電荷を同時にアクセスコンデンサー（ＦＤ）に移動することによって完成する。
【０１１１】
上述したように、マルチ被写界深度感光デバイスにおいては、第一の合併手段または第二の合併手段の色に基づく合併サンプリング方式が、同色合併方式、異色合併方式、混雑合併方式または余計色選択的放棄合併方式を含み、且つ第一の合併手段と第二の合併手段に用いられる合併サンプリング方式が異なる場合、同色合併方式であり、即ち、２つの合併手段のうちの少なくとも１つの合併手段が同色合併方式を用いない。
【０１１２】
上述したように、第一の合併手段又は第二の合併手段の位置に基づく合併サンプリング方法は、バスに直接に出力する信号自動平均方式、行スキップまたは列スキップ及び逐次サンプリング方式のうちのいずれか１つを含む。即ち、当該いくつかの位置に基づく合併サンプリング方式は、単独で用いてもよく、組み合わせて用いてもよい。
【０１１３】
上述したように、前記感光デバイスにおいては、色空間変換方式及び後置デジタル画像ズーミング方式のうちの少なくとも１つにより前記第三の合併サンプリング手段の合併サンプリング方式を実現する。
【０１１４】
図９は、異色画素電荷合併の方式を示している。
【０１１５】
図２５に示す行アドレスデコードコントローラ及び列アドレスデコードコントローラにより、上述したサブサンプリング機能を実現する。行アドレスデコードコントローラは、二種類の信号を出力し、行選択信号Ｒｏｗ[i]（各行には、一本のラインがある）及び行制御ベクトル信号ＲＳ[i]（各行には、一本又は複数本のライン）であり、そのうち、iは行のラベルである。類似的には、列アドレスデコードコントローラは、二種類の信号を出力し、列選択信号Ｃｏｌ[ｊ]（各列には、一本のラインがある）及び列制御ベクトル信号Ｔ[ｊ]（各列には、一本又は複数本のラインがある）であり、そのうち、ｊは列のラベルである。
【０１１６】
行選択信号Ｒｏｗ[i]は、行の選択に用いられるが、列選択信号Ｃｏｌ[ｊ]は、列の選択に用いられる。これは、相対標準的な２組の信号である。行制御ベクトル信号ＲＳ[i]は、従来のＣＭＯＳ行制御信号の拡大（各行には、一本のラインから複数本のラインへの拡大）であるが、列制御ベクトル信号Ｔ[ｊ]は、有しないＣＭＯＳ感光デバイスがあり、有しても、一列に１つしかない。
【０１１７】
ＲＳ[i]及びＴ[ｊ]は、感光画素の初期化、リセット、感光時間の制御、電荷転移、画素合併及び画素アクセスを制御するのに用いられる。行列の対称性により、ＲＳ[i]及びＴ[ｊ]の具体的な実現方式は、沢山ある。これらの信号の具体的な実現方式に関する制限は特にない。
【０１１８】
上述したように、マルチスペクトル感光デバイスのフルチャートサンプリング方式は、順次走査と、順次アクセス方式又は順次走査と、インターレース又はインターバンクアクセス方式とを含む。
【０１１９】
前記感光システムは、正面、裏面又は両方向の画像を得るために用いられる。
【０１２０】
前記感光システムは、デジタルカメラと、撮影機能付き携帯電話と、ビデオカメラと、ビデオ又は撮影監視制御システムと、画像識別システムと、医学画像システムと、軍用、消防及び地下画像システムと、自動追跡システムと、立体映像システムと、機器視覚システムと、車視覚又は補助運転システムと、コンピュータゲームシステムと、インターネットカメラと、赤外及び暗視システムと、マルチスペクトル撮像システムと、コンピュータカメラとを含む。
【０１２１】
実施形態においては、感光デバイスに光源を感知することができる少なくとも２つの感光画素層を設け、少なくとも２つの前記感光画素層の間を予め定められた距離間隔で配置することにより、前記感光デバイスまで一定の距離を有するレンズの異なる光信号が、異なる感光画素層に集束される被写界深度拡大方法を更に含む。
【０１２２】
被写界深度拡大方法においては、異なる感光画素層からの異なる解像度を有する画像によりはっきりとする一枚の画像を得る。
【０１２３】
実施形態は、イメージング方法を更に含み、または、前記感光デバイスのイメージングにおける応用は、次の通りである：レンズと、光源を感知することができる少なくとも２つの感光画素層を含む感光デバイスとを設けること、及び、前記感光デバイスを、前記レンズから一定の距離がある位置に配置し、少なくとも２つの前記感光画素層の間を予め定められた距離間隔で配置することにより、レンズからの異なる光信号が異なる前記感光画素層に集束されることである。
【０１２４】
図１１〜１４に示すように、実施形態は、光学イメージングシステムを更に含み、レンズとマルチ被写界深度感光デバイスを含み、前記マルチ被写界深度感光デバイスは、前記レンズから一定の距離がある位置に配置し、光源を感知することができる少なくとも２つの感光画素層を含み、少なくとも前記感光画素層の間を予め定められた距離間隔で配置することにより、前記感光デバイスから一定の距離があるレンズからの異なる光信号は、異なる感光画素層に集束される。
【０１２５】
図１３に示すように、異なる距離におけるすべての対象とする波長の光は、それぞれ各感光画素層に集束されてもよく、または、図１４に示すように、同じ距離における異なる波長の光は、それぞれ各感光画素層に集束されてもよく、異なる距離における異なる波長の光は、それぞれ各感光画素層に集束されてもよい。
【０１２６】
実施形態においては、各感光画素層に集束される光は、その波長が各感光画素層から前記光学レンズまで遠ければ遠いほど、次第に長くなる。または、各感光画素層においては、遠い距離の光信号ほどレンズに近い感光画素層に集束される。
【０１２７】
例えば、光源を感知することができる少なくとも２つの感光画素層を含み、２つの感光画素層がいずれもレンズの第一の像距離及び第二の像距離に位置する場合、光学レンズデザインにより、紫外線、藍色光、緑色光、青色光または白色光がレンズに最も近い感光画素層に集束され、相応に、藍色光、緑色光、赤色光、黄色光または赤外線がレンズから最も遠い感光画素層に集束される。
【０１２８】
また、光源を感知することができる３つの感光画素層を含み、３つの感光画素層がいずれもレンズの第一の像距離、第二の像距離及び第三の像距離に位置する場合、光学レンズデザインにより、紫外線、藍色光、緑色光または青色光がレンズに最も近い感光画素層に集束され、相応に、赤色光、黄色光、可視光線または赤外線がレンズから最も遠い感光画素層に集束され、相応に、緑色光、黄色光、可視光線または赤色光が真ん中の感光画素層に集束される。
【０１２９】
また、光源を感知することができる４つの感光画素層を含み、４つの感光画素層がいずれもレンズの第一の像距離、第二の像距離、第三の像距離及び第四の像距離に位置する場合、光学レンズデザインにより、紫外線、藍色光、緑色光または青色光がレンズに最も近い感光画素層に集束され、相応に、赤色光、黄色光、白色光または赤外線がレンズから最も遠い感光画素層に集束され、相応に、藍色光、緑色光または青色光がレンズに二番目近い感光画素層に集束され、相応に、緑色光、赤色光、白色光又は黄色光がレンズに三番目近い感光画素層に集束される。
【０１３０】
また、光源を感知することができる２つの感光画素層を含み、２つの感光画素層がいずれもレンズの第一の像距離及び第二の像距離に位置する場合、光学レンズデザインにより、紫外線または可視光線がレンズに最も近い感光画素層に集束され、可視光線及び赤外線がレンズから最も遠い感光画素層に集束される。
【０１３１】
また、光源を感知することができる３つの感光画素層を含み、３つの感光画素層がいずれもレンズの第一の像距離、第二の像距離及び第三の像距離に位置する場合、光学レンズデザインにより、紫外線または白色光がレンズに最も近い感光画素層に集束され、白色光または赤外線がレンズから最も遠い感光画素層に集束され、白色光が真ん中の感光画素層に集束される。
【０１３２】
また、光源を感知することができる４つの感光画素層を含み、４つの感光画素層がいずれもレンズの第一の像距離、第二の像距離、第三の像距離及び第四の像距離に位置する場合、光学レンズデザインにより、紫外線または白色光がレンズに最も近い感光画素層に集束され、白色光または赤外線がレンズから最も遠い感光画素層に集束され、白色光がレンズに二番目近い感光画素層に集束され、白色光がレンズに三番目近い感光画素層に集束される。
【０１３３】
上述した例においては、すべての対象とする波長を含む光は、例えば、白色光を例として挙げて異なる感光画素層に集束される場合、一般的には、距離が異なり、限りなく遠い白色光がレンズに最も近い感光画素層に集束され、対象とする最も距離の短い白色光がレンズから最も遠い感光画素層に集束される。即ち、２つの感光画素層に集束される周波数スペクトルが同じであれば、異なる距離特性を有しなければならない。
【０１３４】
本発明のマルチ被写界深度感光デバイスは、マルチスペクトルの優れた特性を兼ね、沢山のカラー信号及び他のスペクトル信号を同時に得ることができ、例えば、一種類の四層の感光デバイスにおいて、光路に沿って紫外線を感知する１つの第一の化学コーティングフィルム感光画素層、藍色光、緑色光または青色光を感知する１つの第一の半導体感光画素層、赤色光、黄色光または緑色光を感知する１つの第二の半導体感光画素層及び赤外線を感知する１つの第二の化学コーティングフィルム感光画素層を、光源より近いところから遠いところまで配置する。そのうち、第一の半導体感光画素層と第二の半導体感光画素層は、それぞれ２つの半導体基層において実現され、２つの半導体基層の間には、予め定められた厚さを有する透光層が配置されている。第一の化学コーティングフィルム感光画素層は、第一の半導体感光画素層が位置する基層の頂面の上方に配置され、第二の化学コーティングフィルム感光画素層は、第二の半導体感光画素層が位置する基層の底面の下方に配置される。よって、被写界深度拡大を実現したばかりではなく、入射光のエネルギーをほぼ最大限に利用することができ、カラーを得ると同時に、フルスペクトルの情報も得ることができ、異なる感光材料の特徴を十分に発揮することができる。このような一種類の四層のマルチスペクトル感光デバイスは、製造の難度があまり高くない。上述した、本発明者が先に発明した先進的サンプリング及び電荷合併及び色変換を顕著的な特徴とするサブサンプリング回路及び方法を採用すれば、感光デバイス及びシステムの複雑度を大幅に降下することができ、様々な応用に巨大な利便さ及び優れる性能を提供することができる。
【０１３５】
本発明のマルチ被写界深度感光デバイスは、まず、実現した第一種の特別な用途が被写界深度拡大であり、従来のEDoFは、主に光学及びデジタルの手段を用いて被写界深度の拡大を実現し、一般的には、レンズ等により自動フォーカスを行う必要があるのに対して、本発明は、デバイスの中の異なる感光画素層を予め定められた距離間隔で設置するという物理的な手段により被写界深度の拡大を実現する。次に、実現した第二種の特別な用途が全局電子シャッタの実現であり、従来の全局電子シャッタ（Global  Shutter）は、主にアクセス回路を用いるのに対して、本発明は、不感光転移及びアクセス画素を用い、機械的なシャッタを用いないで高い画素の高速的な撮影を実現する。この二種類の実現（即ち、被写界深度拡大及び全局電子シャッタ）が同じ感光デバイスに集積される場合、多層のマルチスペクトル感光デバイスの巨大な威力を十分に発揮することができる。よって、本発明は、沢山の指標及び性能上が従来の方法より遥かに優れている。
【０１３６】
本発明のマルチ被写界深度感光デバイスは、異なる感光画素層の距離を調整することにより、敏感度を大幅に高めると同時に、システムの被写界深度の範囲を大幅に高めることができるので、画像がよりはっきりとし、システムの反応スピードがより速く、より幅広く応用することができるので、いくつかの応用における自動フォーカスに対する要求を無くすことができる。本発明のマルチ被写界深度感光デバイスの被写界深度範囲は、はっきりとする画像を快速に得ることができ、焦点調節のプロセスが不要になる。被写界深度拡大は、自動フォーカスの難度及びコストを下げることができると同時に、特に、カメラ付き携帯電話、マイクロ距離カメラ又は遠距離カメラ等のいくつかの応用においては、自動フォーカスに対する要求を徹底的になくすことができる。また、被写界深度拡大は、同じ写真における異なる距離の物体を同時にはっきりとすることができるので、これは、いくつかの応用においてとても役に立つが、自動フォーカスではできないことである。その理由としては、従来の自動フォーカスシステムによりある距離以内の物体だけをはっきりとすることができるが、非常に広い範囲以内の物体のすべてをはっきりとすることができない。よって、本発明の被写界深度拡大の実現は、自動フォーカス性能を有するシステムにおいて依然として大きな価値を持っている。
【０１３７】
本発明のマルチ被写界深度感光デバイスは、敏感度が高く、感光スピードも大幅に高まるので、沢山の応用において機械的なシャッタを無くすことが可能である。よって、本発明のマルチ被写界深度感光デバイスにおいては、いくつかの応用に用いられる可能性のある機械シャッタの代わりに、クロス層アクセス機能を有する全局電子シャッタが更に登場した。全局電子シャッタの働きは、アクセス回路が容易に読み取るために、感光画素層の電荷または電圧値を不感光のアクセス画素に一瞬にコピーすることである。
【０１３８】
被写界深度拡大の全局電子シャッタの実現と結合して両者を１つの感光デバイスに集積する時、自動フォーカス及び機械的なシャッタの高性能、高速度、高画素感光システムを必要せずにチップで実現することができるので、システムのサイズ、複雑度、消費電力及びコストを大幅に下げることができ、沢山の新たな応用において用いられることができる。
【０１３９】
このような全局電子シャッタまたはマルチ被写界深度付きの感光デバイスは、感光システムにおける機械的なシャッタ又は自動フォーカスシステム（または、自動フォーカスシステムに対する要求を下げる）を無くすことができ、感光デバイスのクロックを加速せずに高速的な電子シャッタまたははっきりとする画像を実現することができる。
【０１４０】
感光システムの機械的な複雑度に対する要求を極大に簡略すると同時に、本発明は、二層または多層の配置を用い、先進的な二層または多層の相補または直交するカラーパータン及び配列の方法と結合して入射光子のエネルギーを最大限に用いることができ、カラーフィルターリング膜を用いないまたは少しのカラーフィルターリング膜を用いることにより、光電変換効率の理論上限に達するまたは近づくことができるので、カラーを完全に再構築すると同時に、紫外線画像、近赤外線画像及び遠赤外線画像を含む、他のスペクトルの画像を得ることができる。
【０１４１】
感光画素層とアクセス回路が違う層にされた後、アクセス回路層のアクセス回路と処理計算を非常に細かくて複雑にすることができるので、シングルチップ感光システムの製造に巨大な利便さを提供した。
【０１４２】
このようなマルチ被写界深度感光デバイスは、沢山のカラー信号及び他のスペクトル信号を同時に得ることができ、本発明者が先に発明した先進的サンプリングと電荷合併及び色変換を顕著的な特徴とするサブサンプリング回路及び方法を採用すれば、感光デバイス及びシステムの複雑度を大幅に下げることができ、様々な応用に巨大な利便さ及び優れる性能を提供することができる。
【０１４３】
このようなマルチ被写界深度感光デバイスは、正面感光、裏面感光または両方向感光に用いられることができる。各層の感光デバイスの画素感知スペクトルバンドを細かく配置したり、各層のカラーパータンを合理的に配置したりすることにより、様々な好ましいマルチスペクトル感光デバイスを形成することができる。例えば、敏感度の高い色感光デバイス、敏感度の高いカラー及び赤外感光デバイス、雑色なしで（雑色は、補間により生じる）敏感度の高いカラー又はマルチスペクトル感光デバイス等である。
【０１４４】
能動画素及び受動画素へのアクセスを結合する手段を用いると、消費電力が非常に低く、ダイナミックレンジが非常に高い感光デバイスを得ることができる。
【０１４５】
上述した内容は、具体的な実施形態を用いて本発明を更に詳しく説明したが、本発明は、これらの実施形態に限られるものではない。本発明の主旨から逸脱しない限り、様々な変形や取り替えは、全て本発明の特許請求の範囲内に含まれるとみなされる。
【図１５】
2014520397.tif 000003
【図１６】
2014520397.tif 000004
【図１７】
2014520397.tif 000005
【図１８】
2014520397.tif 000006
【図１９】
2014520397.tif 000007
【図１】
2014520397.tif 000008
【図２】
2014520397.tif 000009
【図３】
2014520397.tif 000010
【図４】
2014520397.tif 000011
【図５】
2014520397.tif 000012
【図６】
2014520397.tif 000013
【図７】
2014520397.tif 000014
【図８】
2014520397.tif 000015
【図９】
2014520397.tif 000016
【図１０】
2014520397.tif 000017
【図１１】
2014520397.tif 000018
【図１２】
2014520397.tif 000019
【図１３】
2014520397.tif 000020
【図１４】
2014520397.tif 000021
【図２０】
2014520397.tif 000022
【図２１】
2014520397.tif 000023
【図２２】
2014520397.tif 000024
【図２３】
2014520397.tif 000025
【図２４】
2014520397.tif 000026
【図２５】
2014520397.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成26年1月9日(2014.1.9)
【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】
光源を感知することができる少なくとも２つの感光画素層を含み、少なくとも２つの前記感光画素層の間が、予め定められた距離間隔で配置されることにより、前記感光デバイスまで一定の距離を有するレンズの異なる光信号が、異なる前記感光画素層に集束され、
前記異なる光信号は、異なる距離の光信号又は異なる波長の光信号を含むことを特徴とするマルチ被写界深度感光デバイス。
【請求項２】
前記感光画素層は、化学コーティングフィルム感光画素層と半導体感光画素層のうちの少なくとも１つを含み、
前記化学コーティングフィルム感光画素層は、量子ドット感光画素を含み、及び／または、
前記半導体感光画素層は、ＣＭＯＳフォトダイオードと、ＣＭＯＳ感光ゲートと、ＣＣＤフォトダイオードと、ＣＣＤ感光ゲートと、両方向電荷転移機能を有するＣＭＯＳとＣＣＤ感光ダイオード及び感光ゲートとを含むことを特徴とする請求項１に記載の感光デバイス。
【請求項３】
波長が短い光信号ほど、レンズに近い感光画素層に集束されることを特徴とする請求項１に記載の感光デバイス。
【請求項４】
前記感光画素層は二層であり、紫色光、藍色光、緑色光または青色光がレンズに比較的近い感光画素層に、緑色光、赤色光、黄色光、可視光線または赤外線がレンズから比較的遠い感光画素層に集束され、または、
前記感光画素層は三層であり、紫色光、藍色光または青色光がレンズに最も近い感光画素層に集束され、藍色光、緑色光、赤色光または黄色光が間に位置する感光画素層に集束され、赤色光、黄色光、可視光線又は赤外線がレンズから最も遠い感光画素層に集束されることを特徴とする請求項３に記載の感光デバイス。
【請求項５】
遠い距離の光信号ほど、レンズに近い感光画素層に集束されることを特徴とする請求項１に記載の感光デバイス。
【請求項６】
前記感光画素層は二層であり、限りなく遠い光信号が、レンズに比較的近い感光画素層に、対象とする最も短い距離の光信号が、レンズから比較的遠い感光画素層に集束され、または、
前記感光画素層は三層であり、限りなく遠い光信号が、レンズに最も近い感光画素層に、対象とする最も短い距離の光信号が、レンズから最も遠い感光画素層に、限りなく遠いところと対象とする最も短い距離との間の１つの中間距離の光信号が、間に位置する感光画素層に集束されることを特徴とする請求項５に記載の感光デバイス。
【請求項７】
限りなく遠い紫色光、藍色光、緑色光または青色光がレンズに比較的近い感光画素層に、対象とする最も短い距離の緑色光、赤色光、黄色光、可視光線または赤外線がレンズから比較的遠い感光画素層に集束され、または、
前記感光画素層は三層であり、限りなく遠い紫色光、藍色光または青色光がレンズに最も近い感光画素層に、対象とする最も短い距離の赤色光、黄色光、可視光線または赤外線がレンズから最も遠い感光画素層に、限りなく遠いところと対象とする最も短い距離との間の１つの中間距離の藍色光、緑色光、赤色光又は黄色光が間に位置する感光画素層に集束されることを特徴とする請求項６に記載の感光デバイス。
【請求項８】
前記対象とする最も短い距離は、２ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍ、１ｃｍ、２ｃｍ、３ｃｍ、５ｃｍ、７ｃｍ、１０ｃｍ、２０ｃｍ、３０ｃｍ、４０ｃｍ、５０ｃｍ、６０ｃｍ、７０ｃｍ、８０ｃｍ、１００ｃｍ又は１５０ｃｍを含むことを特徴とする請求項６に記載の感光デバイス。
【請求項９】
少なくとも２つの前記感光画素層の間には、透光層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の感光デバイス。
【請求項１０】
前記感光画素層の中の感光画素が、正面感光画素、裏面感光画素または両方向感光画素であり、
感光画素が両方向感光画素である場合、その感光方向選択方式は、隔離方向選択方式、タイムシェアリング方向選択方式、区画方向選択方式または画素方向選択方式であることを特徴とする請求項１〜９に記載の感光デバイス。
【請求項１１】
前記感光画素層の中の感光画素は、紫外線、可視光線、近赤外及び遠赤外のうちの１つを含む相補スペクトルバンド又はサブスペクトルバンドをそれぞれ感知し、または、前記化学コーティングフィルム感光画素と半導体感光画素は、紫外線、可視光線、近赤外及び遠赤外のうちの１つを含む直交スペクトルバンド又はサブスペクトルバンドをそれぞれ感知することを特徴とする請求項１に記載の感光デバイス。
【請求項１２】
前記相補スペクトルバンドまたはサブスペクトルバンドは、紫外スペクトルと、藍色スペクトルと、緑色スペクトルと、赤色スペクトルと、近赤外スペクトルと、遠赤外スペクトルと、青色スペクトルと、黄色スペクトルと、白色スペクトルと、近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、赤色スペクトル＋近赤外スペクトルと、赤スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、黄色スペクトル＋近赤外スペクトルと、黄色スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、可視スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトル＋近赤外スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルとを含み、
前記直交スペクトルバンドまたはサブスペクトルバンドは、紫外スペクトルと、藍色スペクトルと、緑色スペクトルと、赤色スペクトルと、近赤外スペクトルと、遠赤外スペクトルと、青色スペクトルと、黄色スペクトルと、白色スペクトルと、近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、赤色スペクトル＋近赤外スペクトルと、赤スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、黄色スペクトル＋近赤外スペクトルと、黄色スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、可視スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトル＋近赤外スペクトルと、紫外スペクトル＋可視スペクトル＋近赤外スペクトル＋遠赤外スペクトルとを含むことを特徴とする請求項１１に記載の感光デバイス。
【請求項１３】
それぞれの感光画素層における色配列は、同一配列と、水平配列と、垂直配列と、対角配列と、広義ベイズ配列と、ＹＵＶ４２２配列と、横向ＹＵＶ４２２配列と、ハチの巣配列と、均等分布配列とを含むことを特徴とする請求項１に記載の感光デバイス。
【請求項１４】
少なくとも１つの前記感光画素層の中の部分又は全部の感光画素の正面、裏面又は両面には、カラーフィルターリング膜が設けられ、前記カラーフィルターリング膜の周波数選択特性は、赤外カットフィルターリング濾波、藍色バンドパス、緑色バンドパス、赤色バンドパス、青色バンドパス、黄色バンドパス、マゼンタバンドパスまたは可視光線バンドパスを含むことを特徴とする請求項１に記載の感光デバイス。
【請求項１５】
前記感光画素層の中の隣り合う二層には、それぞれアクセス回路が設けられ、または、前記感光画素層の中の隣り合う二層は、アクセス回路を共用し、
前記アクセス回路の共用方式は、単層または上下層４点共用方式、単層または上下層６点共用方式、単層または上下層８点共用方式、または、単層または上下層任意点共用方式を含むことを特徴とする請求項１に記載の感光デバイス。
【請求項１６】
前記アクセス回路は、能動画素アクセス回路、受動画素アクセス回路または能動画素及び受動画素混合アクセス回路であり、
前記能動画素は、３Ｔ、４Ｔ、５Ｔまたは６Ｔの能動画素を含むことを特徴とする請求項１５に記載の感光デバイス。
【請求項１７】
前記アクセス回路は、それぞれの感光画素層の画素アレイにおける隣り合う同行異列、異行同列または異行異列の画素間に対して２つずつ合併サンプリングを行い、第一の合併画素のサンプリングデータを得るための第一の合併手段と、第一の合併手段により得られた第一の合併画素のサンプリングデータに対して合併サンプリングを行うことにより、第二の合併画素のサンプリングデータを得るための第二の合併手段とを含み、
前記第一の合併手段または第二の合併手段の画素合併方式は、同じまたは異なる色の画素間の電荷相加方式または信号平均方式であり、そのうち、異なる色の画素間の画素合併方式は、色空間変換の方式に従うことによって、カラー再構築の要求を満たし、
前記色空間変換は、ＲＧＢからＣｙＹｅＭｇＸ空間への変換、ＲＧＢからＹＵＶ空間への変換またはＣｙＹｅＭｇＸからＹＵＶ空間への変換を含み、Ｘは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）またはＢ（藍）であることを特徴とする請求項１５に記載の感光デバイス。
【請求項１８】
前記電荷相加方式は、画素を直接に並列させるまたは電荷を同時にアクセスコンデンサー（ＦＤ）に移動させることによって完成することを特徴とする請求項１７に記載の感光デバイス。
【請求項１９】
前記第一の合併手段または第二の合併手段の色に基づく合併サンプリング方式は、同色合併方式、異色合併方式、混雑合併方式または余計色選択的放棄合併方式を含み、第一の合併手段と第二の合併手段に用いられる合併サンプリング方式が異なる場合、同色合併方式であることを特徴とする請求項１７に記載の感光デバイス。
【請求項２０】
前記第三の合併手段の合併サンプリング方式は、色空間変換方式及び後置デジタル画像ズーミング方式のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１７に記載の感光デバイス。
【請求項２１】
クロス層アクセス機能を有する全局電子シャッタを含み、前記全局電子シャッタは、一層または多層の感光画素層の電荷または電圧値を同時に転移させて読み取ることができる複数の不感光転移及びアクセス画素を含み、
前記複数の不感光転移及びアクセス画素は、不感光画素転移及びアクセス層に位置し、または、前記感光画素層に位置することを特徴とする請求項１に記載の感光デバイス。
【請求項２２】
各感光画素層には、接近する１つの不感光画素転移及びアクセス層が設けられていることを特徴とする請求項２１に記載の感光デバイス。
【請求項２３】
感光デバイスには、光源を感知することができる少なくとも２つの感光画素層が設けられ、少なくとも２つの前記感光画素層を予め定められた距離間隔で配置することにより、前記感光デバイスまで一定の距離を有するレンズの異なる光信号が、異なる前記感光画素層に集束されることを特徴とする被写界深度拡大方法。
【請求項２４】
異なる感光画素層からの異なる解像度を有する画像により、はっきりとする一枚の画像を得ることを特徴とする請求項２３に記載の被写界深度拡大方法。
【請求項２５】
レンズと、光源を感知することができる少なくとも２つの感光画素層を含む感光デバイスとを設け、前記感光デバイスを前記レンズまで一定の距離を有するところに設け、少なくとも２つの前記感光画素層の間を予め定められた距離間隔で配置することにより、レンズからの異なる光信号が異なる前記感光画素層に集束されることを特徴とする被写界深度拡大方法。
【請求項２６】
レンズと、マルチ被写界深度感光デバイスとを含み、前記マルチ被写界深度感光デバイスは、前記レンズから一定の距離がある位置に配置し、光源を感知することができる少なくとも２つの感光画素層を含み、少なくとも２つの前記感光画素層の間を予め定められた距離間隔で配置することにより、前記レンズからの異なる光信号が異なる前記感光画素層に集束され、
前記異なる光信号は、異なる距離の光信号又は異なる波長の光信号を含むことを特徴とする光学イメージングシステム。
【請求項２７】
波長が短い光信号ほど、レンズに近い感光画素層に集束され、及び／または、
遠い光信号ほどがレンズに近い感光画素層に集束されることを特徴とする請求項２６に記載の光学イメージングシステム。
【国際調査報告】
2014520397.tif 000028
2014520397.tif 000029
2014520397.tif 000030
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