(57)【要約】  画像検知のための方法およびシステムが提供される。１つの例では、装置は、光を受光するための光入射面を備える半導体基板と、第１のピン止めフォトダイオードと、第２のピン止めフォトダイオードとを備え、第１のピン止めフォトダイオードおよび第２のピン止めフォトダイオードは、光入射面に垂直な軸に沿って半導体基板内にスタック構造を形成し、スタック構造は、第１のピン止めフォトダイオードおよび第２のピン止めフォトダイオードが、光の第１の成分および光の第２の成分を第１の電荷および第２の電荷にそれぞれ変換することを可能にする。装置は、半導体基板に形成され、第１の電荷および第２の電荷にそれぞれ基づいて、第１の電圧および第２の電圧を生成するように構成された１つまたは複数のキャパシタをさらに備える。【選択図】図９Ａ
2021506101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を受光するための光入射面を備える半導体基板と、
第１のピン止めフォトダイオードと、
第２のピン止めフォトダイオードであって、前記第１のピン止めフォトダイオードおよび前記第２のピン止めフォトダイオードが、前記光入射面に垂直な軸に沿って前記半導体基板内にスタック構造を形成し、前記スタック構造は、前記第１のピン止めフォトダイオードおよび前記第２のピン止めフォトダイオードが、前記光の第１の成分および前記光の第２の成分を第１の電荷および第２の電荷にそれぞれ変換できるようにする、第２のピン止めフォトダイオードと、
前記半導体基板に形成され、前記第１の電荷および前記第２の電荷にそれぞれ基づいて、第１の電圧および第２の電圧を生成するように構成された、１つまたは複数のキャパシタと
を備える、装置。
【請求項２】
前記第１のピン止めフォトダイオードおよび前記第２のピン止めフォトダイオードのそれぞれが、
Ｐ型半導体層と、
前記Ｐ型半導体層に完全に埋め込まれ、前記装置の他の構成要素から隔離されたＮ型領域とを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１のピン止めフォトダイオードおよび前記第２のピン止めフォトダイオードのそれぞれが、
Ｎ型半導体層と、
前記Ｎ型半導体層に完全に埋め込まれ、前記装置の他の構成要素から隔離されたＰ型領域とを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１のピン止めフォトダイオードが、赤外光と関連付けられた第１の波長帯の光の光子を前記第１の電荷に変換するように構成され、
前記第２のピン止めフォトダイオードが、可視光の成分と関連付けられた第２の波長帯の光の光子を前記第２の電荷に変換するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１のピン止めフォトダイオードおよび前記第２のピン止めフォトダイオードが、（ａ）前記光が前記第２のピン止めフォトダイオードを横断して前記第１のピン止めフォトダイオードに達するように、または（ｂ）前記光が前記第１のピン止めフォトダイオードを横断して前記第２のピン止めフォトダイオードに達するように、前記スタック構造を形成する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記第１のピン止めフォトダイオードが、前記第２のピン止めフォトダイオードから前記１つまたは複数のキャパシタに前記第２の電荷を伝導させるための制御可能な伝導経路の一部を形成し、
さらに、
第１の測定期間において、
前記伝導経路を、
前記第２のピン止めフォトダイオードからの前記第２の電荷が前記１つまたは複数のキャパシタに達するのをブロックすること、および
前記第１の電圧を生成するために、前記第１のピン止めフォトダイオードから前記１つまたは複数のキャパシタに前記第１の電荷を移送すること
を行うように制御すること、
ならびに
第２の測定期間において、
前記伝導経路を、前記第２の電圧を生成するために、前記第２のピン止めフォトダイオードから前記第１のピン止めフォトダイオードを介して前記１つまたは複数のキャパシタに前記第２の電荷を移送することを行うように制御すること
を行うように構成された、制御回路を備える、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記制御可能な伝導経路が、前記第１のピン止めフォトダイオードと前記第２のピン止めフォトダイオードとの間の障壁層を備え、
前記制御回路が、前記障壁層と、前記第２のピン止めフォトダイオードを含む前記半導体基板の一部との間の電位差を制御して、前記伝導経路を制御するように構成される、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記制御回路が、前記障壁層における電位を制御して、前記障壁層と、前記半導体基板の前記一部との間の前記電位差を制御するように構成される、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記障壁層に隣接し、前記半導体基板内の前記軸に沿って延在する１つまたは複数のディープトレンチアイソレーション（ＤＴＩ）構造をさらに備え、
前記制御回路が、前記１つまたは複数のＤＴＩ構造にバイアス電圧を印加することに基づいて、前記障壁層における前記電位を制御するように構成される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記制御回路が、前記半導体基板の前記一部における電位を制御して、前記障壁層と、前記第２のピン止めフォトダイオードを含む前記半導体基板の前記一部との間の前記電位差を制御するように構成される、請求項７に記載の装置。
【請求項１１】
前記第２のピン止めフォトダイオードを含む前記半導体基板の前記一部が、第１の表面を備え、
前記半導体基板が、前記第１の表面の反対側の第２の表面をさらに含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記半導体基板が、前記軸に沿って前記第２の表面から延在する１つまたは複数のディープトレンチアイソレーション（ＤＴＩ）構造をさらに備え、
前記１つまたは複数のＤＴＩ構造が、前記半導体基板の前記一部を通って完全には延在せず、前記第１の表面に達せず、
前記半導体基板が、前記軸に沿って延在し、前記第２の表面上の電気接点と、前記半導体基板の前記一部との間の電気接続を行う接続領域を備え、
さらに、前記半導体基板の前記一部における前記電位を制御するための、前記第２の表面上の前記電気接点に接続された電圧源を備える、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記半導体基板が、前記軸に沿って前記第１の表面から延在する１つまたは複数のディープトレンチアイソレーション（ＤＴＩ）構造をさらに備え、
前記第１の表面が電気接点を備え、
さらに、前記半導体基板の前記一部における前記電位を制御するための、前記第１の表面上の前記電気接点に接続された電圧源を備える、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記１つまたは複数のキャパシタが１つのキャパシタを備え、
さらに、前記第１の電荷の前記移送と前記第２の電荷の前記移送との間で前記１つのキャパシタをリセットするように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記１つまたは複数のキャパシタが、第１のキャパシタおよび第２のキャパシタを備え、
前記第１のキャパシタが、前記第１の電荷を保存するように構成され、
前記第２のキャパシタが、前記第２の電荷を保存するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
光を受光するための光入射面と、
第１のピン止めフォトダイオードおよび第２のピン止めフォトダイオードであって、前記第１のピン止めフォトダイオードが、前記光入射面と平行な軸に沿って半導体基板に、前記第２のピン止めフォトダイオードに隣接して形成される、第１のピン止めフォトダイオードおよび第２のピン止めフォトダイオードと、
前記第１のピン止めフォトダイオードおよび前記第２のピン止めフォトダイオードが、前記光の第１の成分および前記光の第２の成分を第１の電荷および第２の電荷にそれぞれ変換できるようにするために、前記光の前記第１の成分を前記第１のピン止めフォトダイオードに、および前記光の前記第２の成分を前記第２のピン止めフォトダイオードに、透過させるように構成された光学構造と、
前記半導体基板に形成され、前記第１の電荷および前記第２の電荷にそれぞれ基づいて、第１の電圧および第２の電圧を生成するように構成された第１のキャパシタおよび第２のキャパシタと
を備える、装置。
【請求項１７】
前記光学構造が、前記光の前記第２の成分から前記光の前記第１の成分を分割することと、前記光の前記第１の成分および前記光の前記第２の成分を、それぞれ、前記第１のピン止めフォトダイオードおよび前記第２のピン止めフォトダイオードに向けることと、を行うように構成された、回折格子構造を備える、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記光入射面上のマイクロレンズをさらに備え、
前記光学構造が、前記光の前記第１の成分を前記第１のピン止めフォトダイオードに透過させることと、前記光の前記第２の成分を前記マイクロレンズの方へ反射して、前記マイクロレンズに、前記光の前記第２の成分を前記第２のピン止めフォトダイオードの方へ反射させることと、を行うように構成されたミラーを備える、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
半導体基板の光入射面を通じて光を受光することと、
第１のピン止めフォトダイオードによって、前記光の第１の成分を第１の電荷に変換することと、
前記第１のピン止めフォトダイオードとともに前記光入射面に垂直な軸に沿って前記半導体基板にスタック構造を形成する、第２のピン止めフォトダイオードによって、前記光の第２の成分を第２の電荷に変換することと、
前記半導体基板に形成された１つまたは複数のキャパシタを使用して、前記第１の電荷および前記第２の電荷にそれぞれ基づいて、第１の電圧および第２の電圧を生成することと
を含む、方法。
【請求項２０】
光入射面を通じて光を受光することと、
前記光の第１の成分を第１のピン止めフォトダイオードに、および前記光の第２の成分を第２のピン止めフォトダイオードに、光学構造によって透過させることであって、前記第１のピン止めフォトダイオードが、前記光入射面と平行な軸に沿って半導体基板に、前記第２のピン止めフォトダイオードに隣接して形成される、光学構造によって透過させることと、
前記第１のピン止めフォトダイオードによって、前記光の前記第１の成分を第１の電荷に変換することと、
前記第２のピン止めフォトダイオードによって、前記光の前記第２の成分を第２の電荷に変換することと、
前記半導体基板に形成された第１のキャパシタによって、前記第１の電荷に基づいて第１の電圧を生成することと、
前記半導体基板に形成された第２のキャパシタによって、前記第２の電荷に基づいて第２の電圧を生成することと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本特許出願は、「ＰＩＸＥＬ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ  ＷＩＴＨ  ＳＥＰＡＲＡＴＥＤ  ＰＨＯＴＯＤＩＯＤＥＳ  ＦＯＲ  ＶＩＳＩＢＬＥ  ＡＮＤ  ＮＩＲ  ＳＥＮＳＩＮＧ」という名称の２０１７年１２月６日に出願の米国仮特許出願第６２／５９５，５６５号の優先権、「ＰＩＸＥＬ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ  ＷＩＴＨ  ＶＥＲＴＩＣＡＬＬＹ−ＳＴＡＣＫＥＤ  ＰＩＮＮＥＤ  ＰＨＯＴＯＤＩＯＤＥＳ  ＦＯＲ  ＶＩＳＩＢＬＥ  ＡＮＤ  ＮＩＲ  ＳＥＮＳＩＮＧ」という名称の２０１８年２月１５日に出願の米国仮特許出願第６２／６３１，４２６号の優先権、および「ＰＩＸＥＬ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ  ＷＩＴＨ  ＶＥＲＴＩＣＡＬＬＹ−ＳＴＡＣＫＥＤ  ＰＩＮＮＥＤ  ＰＨＯＴＯＤＩＯＤＥＳ  ＦＯＲ  ＶＩＳＩＢＬＥ  ＡＮＤ  ＮＩＲ  ＳＥＮＳＩＮＧ」という名称の２０１８年７月９日に出願の米国仮特許出願第６２／６９５，４５８号の優先権を主張し、これらは、本明細書の譲受人に譲渡され、全ての目的のために全体として参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、一般に、イメージセンサに関し、より詳細には、複数のフォトダイオードを含むピクセルセルに関する。
【背景技術】
【０００３】
イメージセンサにおける典型的なピクセルは、光子を電荷（例えば電子または正孔）に変換することによって、入射光を検知するためのフォトダイオードを含む。電荷は、露光期間中、フォトダイオードに一時的に保存され得る。ノイズおよび暗電流性能を改善するために、ピン止めフォトダイオードが、光子を電荷に変換するためのピクセルに含まれることが可能である。ピクセルは、フォトダイオードから電荷を集め、電荷を電圧に変換するためのキャパシタ（例えば、フローティングディフュージョン）をさらに含んでもよい。シーンの画像は、ピクセルのアレイのキャパシタにおいて生じた電圧から導出されることが可能である。
【発明の概要】
【０００４】
本開示は、イメージセンサに関する。より詳細には、また限定することなく、本開示は、ピクセルセルのアレイを備えるイメージセンサに関し、各ピクセルセルは、光を受光するための光入射面、ならびに、第１のピン止めフォトダイオードおよび第２のピン止めフォトダイオードを備える。第１のピン止めフォトダイオードおよび第２のピン止めフォトダイオードは、光入射面に垂直な軸に沿ってスタック構造を形成し、第１のピン止めフォトダイオードは、第２のピン止めフォトダイオードより、光入射面からさらに離れて位置する。スタック構造にピン止めフォトダイオードを配置することにより、第１のピン止めフォトダイオードは、長い方の波長帯（例えば、赤外光）を含む光の第１の成分を受光し、第１の成分を第１の電荷に変換することができる。さらに、第２のピン止めフォトダイオードは、長い方の波長帯（例えば、可視光の赤、緑、または青色成分のうちの１つ）を含む光の第２の成分を受光し、第２の成分を第２の電荷に変換することができる。各ピクセルセルは、第１の電荷および第２の電荷を、それぞれ第１の電圧および第２の電圧に変換するための、１つまたは複数のキャパシタをさらに含む。
【０００５】
また、本開示は、少なくとも２つの異なる測定モードを実行するための、上述のような、第１のピン止めフォトダイオードと第２のピン止めフォトダイオードのスタック構造を有するピクセルセルのアレイを含むイメージセンサを動作させることに関する。第１の測定モードにおいて、２次元（２Ｄ：ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）画像化が、ピクセルセルのアレイの第１のピン止めフォトダイオードにおいて生成された第１の電荷の量を測定することによって行われることが可能であり、第１の電荷の量は、ピクセルセルのアレイに入射する入射可視光の強度分布を反映する。第２の測定モードにおいて、３次元（３Ｄ：ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）画像化が、深度検知演算に基づいて行われることが可能である。深度検知演算は、例えば、第２の電荷の量、第２の電荷の蓄積のタイミング、等を測定することに基づいて行われることが可能であり、オブジェクトと装置との間の距離を決定するために使用されることが可能である。２つの測定モードは、２Ｄ画像化および３Ｄ画像化を行うために、同じ露光期間内に、または異なる露光期間に、行われることが可能である。
【０００６】
いくつかの実施形態によれば、装置が提供される。装置は、光を受光するための光入射面を備える半導体基板と、第１のピン止めフォトダイオードと、第２のピン止めフォトダイオードとを備え、第１のピン止めフォトダイオードおよび第２のピン止めフォトダイオードは、光入射面に垂直な軸に沿って半導体基板内にスタック構造を形成し、スタック構造は、第１のピン止めフォトダイオードおよび第２のピン止めフォトダイオードが、光の第１の成分および光の第２の成分を第１の電荷および第２の電荷にそれぞれ変換することを可能にする。半導体基板は、半導体基板に形成され、第１の電荷および第２の電荷にそれぞれ基づいて、第１の電圧および第２の電圧を生成するように構成された１つまたは複数のキャパシタをさらに備える。
【０００７】
いくつかの態様において、第１のピン止めフォトダイオードおよび第２のピン止めフォトダイオードのそれぞれは、Ｐ型半導体層と、Ｐ型半導体層に完全に埋め込まれ、装置の他の構成要素から隔離されたＮ型領域と、を備える。
【０００８】
いくつかの態様において、第１のピン止めフォトダイオードおよび第２のピン止めフォトダイオードのそれぞれは、Ｎ型半導体層と、Ｎ型半導体層に完全に埋め込まれ、装置の他の構成要素から隔離されたＰ型領域と、を備える。
【０００９】
いくつかの態様において、第１のピン止めフォトダイオードは、赤外光と関連付けられた第１の波長帯の光の光子を第１の電荷に変換するように構成され、第２のピン止めフォトダイオードは、可視光の成分と関連付けられた第２の波長帯の光の光子を第２の電荷に変換するように構成される。
【００１０】
いくつかの態様において、第１のピン止めフォトダイオードおよび第２のピン止めフォトダイオードは、（ａ）光が第２のピン止めフォトダイオードを横断して第１のピン止めフォトダイオードに達するように、または（ｂ）光が第１のピン止めフォトダイオードを横断して第２のピン止めフォトダイオードに達するように、スタック構造を形成する。
【００１１】
いくつかの態様において、第１のピン止めフォトダイオードは、第２のピン止めフォトダイオードから１つまたは複数のキャパシタに第２の電荷を伝導させるための制御可能な伝導経路の一部を形成する。装置は、制御回路をさらに備える。制御回路は、第１の測定期間において、伝導経路を、第２のピン止めフォトダイオードからの第２の電荷が１つまたは複数のキャパシタに達するのをブロックすること、および、第１の電圧を生成するために、第１のピン止めフォトダイオードから１つまたは複数のキャパシタに第１の電荷を移送すること、を行うように制御すること、を行うように構成される。また、制御回路は、第２の測定期間において、第２の電圧を生成するために、第２のピン止めフォトダイオードから第１のピン止めフォトダイオードを介して１つまたは複数のキャパシタに第２の電荷を移送することを行うように伝導経路を制御すること、を行うように構成される。
【００１２】
いくつかの態様において、制御可能な伝導経路は、第１のピン止めフォトダイオードと第２のピン止めフォトダイオードとの間の障壁層を備える。制御回路は、障壁層と、第２のピン止めフォトダイオードを含む半導体基板の一部との間の電位差を制御して、伝導経路を制御するように構成される。
【００１３】
いくつかの態様において、制御回路は、障壁層における電位を制御して、障壁層と、半導体基板の一部との間の電位差を制御するように構成される。
【００１４】
いくつかの態様において、装置は、障壁層に隣接し、半導体基板内の軸に沿って延在する１つまたは複数のディープトレンチアイソレーション（ＤＴＩ）構造をさらに備える。制御回路は、１つまたは複数のＤＴＩ構造にバイアス電圧を印加することに基づいて、障壁層における電位を制御するようにさらに構成される。
【００１５】
いくつかの態様において、制御回路は、半導体基板の一部における電位を制御して、障壁層と、第２のピン止めフォトダイオードを含む半導体基板の一部との間の電位差を制御するように構成される。
【００１６】
いくつかの態様において、第２のピン止めフォトダイオードを含む半導体基板の一部は、第１の表面を備える。半導体基板は、第１の表面の反対側の第２の表面をさらに含む。
【００１７】
いくつかの態様において、半導体基板は、軸に沿って第２の表面から延在する１つまたは複数のディープトレンチアイソレーション（ＤＴＩ）構造をさらに備える。１つまたは複数のＤＴＩ構造は、半導体基板の一部を通って完全には延在せず、第１の表面に達しない。半導体基板は、軸に沿って延在し、第２の表面上の電気接点と、半導体基板の一部との間の電気接続を行う接続領域をさらに備える。装置は、半導体基板の一部における電位を制御するための、第２の表面上の電気接点に接続された電圧源を備える。
【００１８】
いくつかの態様において、半導体基板は、軸に沿って第１の表面から延在する１つまたは複数のディープトレンチアイソレーション（ＤＴＩ）構造をさらに備える。第１の表面は、電気接点を備える。装置は、半導体基板の一部における電位を制御するための、第１の表面上の電気接点に接続された電圧源をさらに備える。
【００１９】
いくつかの態様において、１つまたは複数のキャパシタは、１つのキャパシタを備える。装置は、第１の電荷の移送と第２の電荷の移送との間で１つのキャパシタをリセットするように構成される。
【００２０】
いくつかの態様において、１つまたは複数のキャパシタは、第１のキャパシタおよび第２のキャパシタを備える。第１のキャパシタは、第１の電荷を保存するように構成される。第２のキャパシタは、第２の電荷を保存するように構成される。
【００２１】
いくつかの実施形態によれば、装置が提供される。装置は、光を受光するための光入射面を備える半導体基板と、第１のピン止めフォトダイオードおよび第２のピン止めフォトダイオードであって、第１のピン止めフォトダイオードが、光入射面と平行な軸に沿って半導体基板に、第２のピン止めフォトダイオードに隣接して形成される、第１のピン止めフォトダイオードおよび第２のピン止めフォトダイオードと、第１のピン止めフォトダイオードおよび第２のピン止めフォトダイオードが、光の第１の成分および光の第２の成分を第１の電荷および第２の電荷にそれぞれ変換できるようにするために、光の第１の成分を第１のピン止めフォトダイオードに、および光の第２の成分を第２のピン止めフォトダイオードに、透過させるように構成された光学構造と、半導体基板に形成され、第１の電荷および第２の電荷にそれぞれ基づいて、第１の電圧および第２の電圧を生成するように構成された１つまたは複数のキャパシタと、を備える。
【００２２】
いくつかの態様において、光学構造は、光の第２の成分から光の第１の成分を分割することと、光の第１の成分および光の第２の成分を、それぞれ、第１のピン止めフォトダイオードおよび第２のピン止めフォトダイオードに向けることと、を行うように構成された回折格子構造を備える。
【００２３】
いくつかの態様において、装置は、光入射面上のマイクロレンズをさらに備える。光学構造は、光の第１の成分を第１のピン止めフォトダイオードに透過させることと、光の第２の成分をマイクロレンズの方へ反射して、マイクロレンズに、光の第２の成分を第２のピン止めフォトダイオードの方へ反射させることと、を行うように構成されたミラーを備える。
【００２４】
いくつかの実施形態によれば、方法が提供される。方法は、半導体基板の光入射面を通じて光を受光することと、第１のピン止めフォトダイオードによって、光の第１の成分を第１の電荷に変換することと、第１のピン止めフォトダイオードとともに光入射面に垂直な軸に沿って半導体基板にスタック構造を形成する第２のピン止めフォトダイオードによって、光の第２の成分を第２の電荷に変換することと、半導体基板に形成された１つまたは複数のキャパシタを使用して、第１の電荷および第２の電荷にそれぞれ基づいて、第１の電圧および第２の電圧を生成することと、を含む。
【００２５】
いくつかの実施形態によれば、方法が提供される。方法は、半導体基板の光入射面を通じて光を受光することと、光の第１の成分を第１のピン止めフォトダイオードに、および光の第２の成分を第２のピン止めフォトダイオードに、光学構造によって透過させることであって、第１のピン止めフォトダイオードが、光入射面と平行な軸に沿って半導体基板に、第２のピン止めフォトダイオードに隣接して形成される、光学構造によって透過させることと、半導体基板に形成された１つまたは複数のキャパシタを使用して、第１の電荷および第２の電荷にそれぞれ基づいて、第１の電圧および第２の電圧を生成することと、を含む。
【００２６】
例証的な実施形態が、以下の図を参照しながら説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】ニアアイディスプレイの実施形態の図である。
【図１Ｂ】ニアアイディスプレイの実施形態の図である。
【図２】ニアアイディスプレイの横断面の実施形態の図である。
【図３】導波路ディスプレイの実施形態の等角図である。
【図４】導波路ディスプレイの実施形態の横断面を示す図である。
【図５】ニアアイディスプレイを含むシステムの実施形態のブロック図である。
【図６】マルチフォトダイオードピクセルセルを含むイメージセンサの例を示す図である。
【図７Ａ】図６のイメージセンサの動作の例を示す図である。
【図７Ｂ】図６のイメージセンサの動作の例を示す図である。
【図８Ａ】図６のマルチフォトダイオードピクセルセルの例を示す図である。
【図８Ｂ】図６のマルチフォトダイオードピクセルセルの例を示す図である。
【図８Ｃ】図６のマルチフォトダイオードピクセルセルの例を示す図である。
【図８Ｄ】図６のマルチフォトダイオードピクセルセルの例を示す図である。
【図８Ｅ】図６のマルチフォトダイオードピクセルセルの例を示す図である。
【図９Ａ】マルチフォトダイオードピクセルセルの半導体デバイスの例を示す図である。
【図９Ｂ】マルチフォトダイオードピクセルセルの半導体デバイスの例を示す図である。
【図１０Ａ】マルチフォトダイオードピクセルセルの半導体デバイスの例を示す図である。
【図１０Ｂ】マルチフォトダイオードピクセルセルの半導体デバイスの例を示す図である。
【図１０Ｃ】マルチフォトダイオードピクセルセルの半導体デバイスの例を示す図である。
【図１１Ａ−１１Ｂ】マルチフォトダイオードピクセルセルの半導体デバイスの例を示す図である。
【図１２】マルチフォトダイオードピクセルセルの半導体デバイスに対する制御動作の例を示す図である。
【図１３Ａ】ピクセルセルアレイの半導体デバイスの例を示す図である。
【図１３Ｂ】ピクセルセルアレイの半導体デバイスの例を示す図である。
【図１３Ｃ】ピクセルセルアレイの半導体デバイスの例を示す図である。
【図１３Ｄ】ピクセルセルアレイの半導体デバイスの例を示す図である。
【図１４Ａ】ピクセルセルアレイの半導体デバイスの例を示す図である。
【図１４Ｂ】ピクセルセルアレイの半導体デバイスの例を示す図である。
【図１５Ａ】マルチフォトダイオードピクセルセルの半導体デバイスの例を示す図である。
【図１５Ｂ】マルチフォトダイオードピクセルセルの半導体デバイスの例を示す図である。
【図１５Ｃ】マルチフォトダイオードピクセルセルの半導体デバイスの例を示す図である。
【図１５Ｄ】マルチフォトダイオードピクセルセルの半導体デバイスの例を示す図である。
【図１５Ｅ】マルチフォトダイオードピクセルセルの半導体デバイスの例を示す図である。
【図１５Ｆ】マルチフォトダイオードピクセルセルの半導体デバイスの例を示す図である。
【図１５Ｇ】マルチフォトダイオードピクセルセルの半導体デバイスの例を示す図である。
【図１６】画像化を行うための流れ図の例を示す図である。
【図１７】画像化を行うための流れ図の別の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図は、例証だけのために本開示の実施形態を描写する。当業者は、示される構造および方法の代替実施形態が、本開示の原理、または予想される利益から逸脱することなく用いられてもよいということを、以下の説明から容易に認識するであろう。
【００２９】
添付の図において、類似の構成要素および／または特徴は、同じ参照ラベルを有していることがある。さらに、同じタイプの様々な構成要素は、類似の構成要素の間で区別するダッシュおよび第２のラベルが参照ラベルに続くことによって区別されることがある。第１の参照ラベルだけが本明細書において使用される場合、説明は、第２の参照ラベルに関係なく、同じ第１の参照ラベルを有する類似の構成要素のうちのいずれか１つに当てはめることができる。
【００３０】
以下の説明において、説明のために、一定の発明の実施形態の完全な理解をもたらすために、具体的詳細が示される。しかし、様々な実施形態が、これらの具体的詳細がなくても、実践されてもよいということは明らかであろう。図および説明は、制限的なものであることを意図するものではない。
【００３１】
典型的なイメージセンサは、典型的には、ピクセルセルのアレイを含む。各ピクセルセルは、光子を電荷（例えば、電子または正孔）に変換することによって入射光を検知するためのフォトダイオードを備えてもよい。ノイズおよび暗電流性能を改善するために、ピン止めフォトダイオードが、光子を電荷に変換するためのピクセルに含まれることが可能である。電荷は、露光期間中、フォトダイオードに一時的に保存されることが可能である。また、各ピクセルセルは、電荷を電圧に変換するためのフローティングディフュージョンノードを含んでもよい。ピクセル値は、電圧に基づいて生成されることが可能である。ピクセル値は、ピクセルセルによって受光された光の強度を表すことができる。ピクセルのアレイを含む画像は、ピクセルセルのアレイによって出力された電圧のデジタル出力から導出されることが可能である。
【００３２】
イメージセンサは、２Ｄ検知および３Ｄ検知など、異なる画像化モードを実行するために使用されることが可能である。２Ｄ検知および３Ｄ検知は、異なる波長帯の光に基づいて行われることが可能である。例えば、可視光は、２Ｄ検知のために使用されることが可能であり、その一方で、不可視光（例えば、赤外光）は、３Ｄ検知のために使用されることが可能である。イメージセンサは、２Ｄ検知のために割り当てられたピクセルセルの第１のセットに異なる可視光の波長帯および色（例えば、赤、緑、および青色）の可視光を、ならびに３Ｄ検知のために割り当てられたピクセルセルの第２のセットに不可視光を配分する、光学フィルタアレイを含んでもよい。
【００３３】
２Ｄ検知を行うために、ピクセルセルにおけるフォトダイオードは、ピクセルセルに入射する可視光の強度に比例した割合で電荷を生成することができ、露光期間内に蓄積される電荷の量は、可視光（または、可視光の一定の色成分）の強度を表すために使用されることが可能である。電荷は、フォトダイオードに一時的に保存され、その後、キャパシタ（例えば、フローティングディフュージョン）に移送されて、電圧を生じることができる。電圧は、可視光の強度に対応する出力を生成するために、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ：ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）によってサンプリングされ、量子化されることが可能である。画像ピクセル値は、可視光の異なる色成分（例えば、赤、緑、および青色）を検知するように構成された複数のピクセルセルからの出力に基づいて生成されることが可能である。
【００３４】
さらに、３Ｄ検知を行うために、異なる波長帯の光（例えば、赤外光）が、オブジェクトに投影されることが可能であり、反射された光は、ピクセルセルによって検出されることが可能である。光は、構造光、光パルス、等を含むことができる。ピクセルセル出力は、例えば、反射された構造光のパターンを検出すること、光パルスの飛行時間を測定すること、等に基づいて、深度検知演算を行うために使用されることが可能である。反射された構造光のパターンを検出するために、露光時間中にピクセルセルによって生成された電荷の量の分布が判定されることが可能であり、電荷の量に対応する電圧に基づいて、ピクセル値が生成されることが可能である。飛行時間測定について、ピクセルセルのフォトダイオードにおける電荷の生成のタイミングは、反射された光パルスがピクセルセルにおいて受光されるときの時間を表すために判定されることが可能である。光パルスがオブジェクトに投影されるときと、反射された光パルスがピクセルセルにおいて受光されるときとの間の時間差は、飛行時間を得るために使用されることが可能である。
【００３５】
ピクセルセルアレイは、シーンの情報を生成するために使用されることが可能である。いくつかの例では、アレイ内のピクセルセルのサブセット（例えば、第１のセット）は、シーンの２Ｄ検知を行うために使用されることが可能であり、アレイ内のピクセルセルの別のサブセット（例えば、第２のセット）は、シーンの３Ｄ検知を行うために使用されることが可能である。２Ｄ画像化データと３Ｄ画像化データの融合は、仮想現実（ＶＲ：ｖｉｒｔｕａｌ−ｒｅａｌｉｔｙ）、拡張現実（ＡＲ：ａｕｇｍｅｎｔｅｄ−ｒｅａｌｉｔｙ）、および／または複合現実（ＭＲ：ｍｉｘｅｄ  ｒｅａｌｉｔｙ）体験を提供する多くのアプリケーションに役立つ。例えば、ウェアラブルＶＲ／ＡＲ／ＭＲシステムは、システムのユーザがいる環境のシーン再構築を行うことができる。再構築されたシーンに基づいて、ＶＲ／ＡＲ／ＭＲは、双方向体験を提供するための表示効果を生成することができる。シーンを再構築するために、ピクセルセルアレイ内のピクセルセルのサブセットは、例えば、環境内の物理オブジェクトのセットを識別し、物理オブジェクトとユーザとの間の距離を決定するために、３Ｄ検知を行うことができる。ピクセルセルアレイ内のピクセルセルの別のサブセットは、例えば、これらの物理オブジェクトのテクスチャ、色、および反射率を含む視覚属性を取り込むために、２Ｄ検知を行うことができる。シーンの２Ｄ画像データおよび３Ｄ画像データは、次に、例えば、オブジェクトの視覚属性を含むシーンの３Ｄモデルを作り出すために、マージされることが可能である。別の例として、ウェアラブルＶＲ／ＡＲ／ＭＲシステムは、２Ｄ画像データと３Ｄ画像データの融合に基づいて、頭部追跡動作も行うことができる。例えば、２Ｄ画像データに基づいて、ＶＲ／ＡＲ／ＡＲシステムは、一定の画像特徴を抽出してオブジェクトを識別することができる。３Ｄ画像データに基づいて、ＶＲ／ＡＲ／ＡＲシステムは、ユーザによって着用されるウェアラブルデバイスについての識別されたオブジェクトの位置を追跡することができる。ＶＲ／ＡＲ／ＡＲシステムは、例えば、ユーザの頭が動くときにウェアラブルデバイスについての識別されたオブジェクトの位置の変化を追跡することに基づいて、頭の動きを追跡することができる。
【００３６】
しかし、２Ｄ画像化および３Ｄ画像化のピクセルの異なるセットを使用すると、いくつかの難題をもたらす可能性がある。第１に、アレイのピクセルセルのサブセットだけが、２Ｄ画像化または３Ｄ画像化を行うために使用されるので、２Ｄ画像と３Ｄ画像の両方の空間分解能は、ピクセルセルアレイにおいて利用可能な最大空間分解能より低い。分解能は、より多くのピクセルセルを含むことによって改善される可能性があるが、このようなアプローチは、イメージセンサのフォームファクタ、および電力消費量を増加させることになる可能性があり、これらの両方が、特にウェアラブルデバイスにとって望ましくない。
【００３７】
さらに、（２Ｄ画像化および３Ｄ画像化のための）異なる波長帯の光を測定するために割り当てられたピクセルセルはコロケートされないので、シーンの異なるスポットの情報を異なるピクセルセルが取り込むことがあり、このことは、２Ｄ画像と３Ｄ画像の間のマッピングを複雑にする恐れがある。例えば、（２Ｄ画像化のための）可視光の一定の色成分を受光するピクセルセル、および（３Ｄ画像化のための）不可視光を受光するピクセルセルは、同様に、シーンの異なるスポットの情報を取り込むことがある。これらのピクセルセルの出力は、２Ｄ画像および３Ｄ画像を生成するために単純にマージされることが不可能である。これらの異なる位置によるピクセルセルの出力間の一致性の欠如は、動いているオブジェクトの２Ｄ画像および３Ｄ画像をピクセルセルアレイが撮像している場合には、悪化する可能性がある。２Ｄ画像のためのピクセルを生成するために異なるピクセルセル出力を相関させること、および、２Ｄ画像と３Ｄ画像との間で相関させること（例えば、補間）に利用可能な処理技法があるが、これらの技法は、典型的には、計算負荷が大きく、さらに、電力消費量を増加させる可能性がある。
【００３８】
本開示は、ピクセルセルのアレイを備えるイメージセンサに関し、各ピクセルセルは、光を受光するための光入射面、ならびに、第１のピン止めフォトダイオードおよび第２のピン止めフォトダイオードを備える。第１のピン止めフォトダイオードと第２のピン止めフォトダイオードは、光入射面に垂直な軸に沿ってスタック構造を形成し、第１のピン止めフォトダイオードは、第２のピン止めフォトダイオードより、光入射面からさらに離れて位置する。スタック構造におけるピン止めフォトダイオードの配置により、第１のピン止めフォトダイオードは、長い方の波長帯（例えば、赤外光）を含む光の第１の成分を受光し、第１の成分を第１の電荷に変換することができる。さらに、第２のピン止めフォトダイオードは、長い方の波長帯を含む光の第２の成分（例えば、可視光の赤、緑、または青の色成分のうちの１つ）を受光し、第２の成分を第２の電荷に変換することができる。各ピクセルセルは、第１の電荷および第２の電荷をそれぞれ第１の電圧および第２の電圧に変換するための１つまたは複数のキャパシタをさらに含む。
【００３９】
また、本開示は、少なくとも２つの異なる測定モードを実行するために、上述のような第１のピン止めフォトダイオードと第２のピン止めフォトダイオードのスタック構造を有するピクセルセルのアレイを含むイメージセンサを動作させることに関する。第１の測定モードでは、ピクセルセルのアレイの第１のピン止めフォトダイオードにおいて生成された第１の電荷の量を測定することによって、２次元（２Ｄ）画像化が行われることが可能であり、第１の電荷の量は、ピクセルセルのアレイに入射する入射可視光の強度分布を反映する。第２の測定モードでは、深度検知演算に基づいて、３次元（３Ｄ）画像化が行われることが可能である。深度検知演算は、例えば、第２の電荷の量、第２の電荷の蓄積のタイミング、等を測定することに基づいて行われることが可能であり、オブジェクトと装置の間の距離を決定するために使用されることが可能である。２つの測定モードは、２Ｄ画像化および３Ｄ画像化を行うために、同じ露光期間内に、または異なる露光期間で行われることが可能である。
【００４０】
本開示の例として、ピクセルセルは、ピン止めフォトダイオードを使用して、２Ｄ画像化および３Ｄ画像化動作のために、光子から電荷への変換を行うことができる。ピン止めフォトダイオードは、暗電流およびノイズについて優れた性能を発揮することができるので、ピクセルセルは、低強度の光をより正確に測定することができ、光の強度が低い環境におけるイメージセンサの感度および性能を改善することができる。さらに、２Ｄ検知と３Ｄ検知の両方を行うためにピクセルセルの同じセットを有することは、特に、各ピクセルセルのピン止めフォトダイオードが、同じ露光期間内に異なる波長の光を同時に検出し、測定する場合、ピクセルセルによって生成される２Ｄ画像と３Ｄ画像との間の一致を容易にすることができる。さらに、ピクセルセルアレイのあらゆるピクセルセルが、２Ｄ画像または３Ｄ画像を生成するために使用されることが可能であることを考慮すると、ピクセルセルアレイの十分な空間分解能が利用されることが可能である。結果として、同様に、画像の空間分解能が改善されることが可能であり、一方で、イメージセンサのフォームファクタおよび電力消費量は低減されることが可能である。
【００４１】
本開示の例は、人工現実システムを含んでも、人工現実システムと共に実行されてもよい。人工現実は、ユーザへの提示の前に何らかの方法で調節された現実の形であり、例えば、仮想現実（ＶＲ）、拡張現実（ＡＲ）、複合現実（ＭＲ）、ハイブリッドリアリティ、または、これらのいくつかの組合せおよび／もしくは派生語を含んでもよい。人工現実のコンテンツは、完全に生成されたコンテンツ、または、取り込まれた（例えば、現実世界の）コンテンツと組み合わせて生成されたコンテンツを含んでもよい。人工現実のコンテンツは、ビデオ、オーディオ、触感のフィードバック、または、これらのいくつかの組合せを含んでもよく、これらのいずれかは、単一のチャネルで、または、（視聴者に３次元効果をもたらすステレオビデオなどの）複数のチャネルで、提示されてもよい。追加として、いくつかの実施形態において、人工現実は、同様に、例えば人工現実でコンテンツを作成するために使用される、および／または、そうでなければ、人工現実で使用される（例えば、人工現実で活動を行う）、アプリケーション、製品、アクセサリ、サービス、または、これらのいくつかの組合せと関連付けられてもよい。人工現実のコンテンツを提供する人工現実システムは、ホストコンピュータシステムに接続されたヘッドマウント型ディスプレイ（ＨＭＤ：ｈｅａｄ−ｍｏｕｎｔｅｄ  ｄｉｓｐｌａｙ）、スタンドアロンのＨＭＤ、モバイルデバイスもしくはコンピューティングシステム、または、人工現実のコンテンツを１人もしくは複数の視聴者に提供することができる他の任意のハードウェアプラットフォームを含む様々なプラットフォーム上で実行されてもよい。
【００４２】
図１Ａは、ニアアイディスプレイ１００の例の図である。ニアアイディスプレイ１００は、媒体をユーザに提示する。ニアアイディスプレイ１００によって提示される媒体の例は、１つまたは複数の画像、ビデオ、および／またはオーディオを含む。いくつかの実施形態において、オーディオは、ニアアイディスプレイ１００、コンソール、または両方からオーディオ情報を受信する外部デバイス（例えばスピーカおよび／またはヘッドホン）を介して提示され、オーディオ情報に基づいてオーディオデータを提示する。ニアアイディスプレイ１００は、一般に、仮想現実（ＶＲ）ディスプレイとして動作するように構成される。いくつかの実施形態において、ニアアイディスプレイ１００は、拡張現実（ＡＲ）ディスプレイおよび／または複合現実（ＭＲ）ディスプレイとして動作するように変更される。
【００４３】
ニアアイディスプレイ１００は、フレーム１０５およびディスプレイ１１０を含む。フレーム１０５は、１つまたは複数の光学要素に連結される。ディスプレイ１１０は、ニアアイディスプレイ１００によって提示されたコンテンツをユーザが見えるように構成される。いくつかの実施形態において、ディスプレイ１１０は、１つまたは複数の画像からユーザの目に光を向けるための導波路ディスプレイアセンブリを備える。
【００４４】
ニアアイディスプレイ１００は、イメージセンサ１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、および１２０ｄをさらに含む。イメージセンサ１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、および１２０ｄのそれぞれは、ピクセルセルのアレイを備え、異なる方向に沿った異なる視野を表現する画像データを生成するように構成された、ピクセルセルアレイを含んでもよい。例えば、センサ１２０ａおよび１２０ｂは、Ｚ軸に沿った方向Ａの方への２つの視野を表現する画像データを提供するように構成されてもよく、その一方で、センサ１２０ｃは、Ｘ軸に沿った方向Ｂの方への視野を表現する画像データを提供するように構成されてもよく、センサ１２０ｄは、Ｘ軸に沿った方向Ｃの方への視野を表現する画像データを提供するように構成されてもよい。
【００４５】
いくつかの実施形態において、センサ１２０ａ〜１２０ｄは、ニアアイディスプレイ１００を着用するユーザに対話式ＶＲ／ＡＲ／ＭＲ体験を提供するために、ニアアイディスプレイ１００の表示コンテンツを制御するか、これに影響を与えるための入力デバイスとして構成されてもよい。例えば、センサ１２０ａ〜１２０ｄは、ユーザがいる物理環境の物理的な画像データを生成することができる。物理的な画像データは、物理環境におけるユーザの位置および／または移動経路を追跡するための位置追跡システムに提供されることが可能である。次に、システムは、双方向体験を提供するために、例えば、ユーザの位置および方向に基づいて、ディスプレイ１１０に提供された画像データを更新することができる。いくつかの実施形態において、位置追跡システムは、物理環境における、および、ユーザが物理環境内を移動するときのユーザの視野内の、オブジェクトのセットを追跡するために、ＳＬＡＭアルゴリズムを動作させてもよい。位置追跡システムは、オブジェクトのセットに基づいて、物理環境のマップを構築し、更新すること、および、マップ内のユーザの位置を追跡することができる。複数の視野に対応する画像データを提供することによって、センサ１２０ａ〜１２０ｄは、物理環境のより全体的なビューを位置追跡システムに提供することができ、より多くのオブジェクトがマップの構築および更新に含まれるようになることが可能である。このような仕組みによって、物理環境内のユーザの位置を追跡する精度および堅牢性が、改善されることが可能になる。
【００４６】
いくつかの実施形態において、ニアアイディスプレイ１００は、物理環境に光を投影するための１つまたは複数のアクティブ照明器１３０をさらに含んでもよい。投影される光は、異なる周波数スペクトル（例えば、可視光、赤外光、紫外光、等）と関連付けられることが可能であり、様々な目的に役立てることができる。例えば、照明器１３０は、暗い環境において異なるオブジェクトの３Ｄ画像をセンサ１２０ａ〜１２０ｄが取り込むのを支援するために、暗い環境に（または、赤外光、紫外光、等の強度が低い環境に）、光および／または光パターンを投影してもよい。３Ｄ画像は、例えば、オブジェクトとニアアイディスプレイ１００との間の距離を表すピクセルデータを含んでもよい。距離情報は、例えば、シーンの３Ｄモデルを構築すること、ユーザの頭部の動きを追跡すること、ユーザの位置を追跡すること、等を行うために使用されることが可能である。下記でより詳細に論じられることになるように、センサ１２０ａ〜１２０ｄは、その時々において、２Ｄ検知のために第１のモードで、および、３Ｄ検知のために第２のモードで、動作されることが可能である。２Ｄ画像データおよび３Ｄ画像データは、例えば、ユーザの位置、ユーザの頭部の動き、等の追跡をより堅牢に行うために、マージされ、システムに提供されることが可能である。
【００４７】
図１Ｂは、ニアアイディスプレイ１００の別の実施形態の図である。図１Ｂは、ニアアイディスプレイ１００を着用するユーザの眼球１３５の方を向いたニアアイディスプレイ１００の側面を示す。図１Ｂに示されるように、ニアアイディスプレイ１００は、複数の照明器１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ、１４０ｅ、および１４０ｆをさらに含んでもよい。ニアアイディスプレイ１００は、複数のイメージセンサ１５０ａおよび１５０ｂをさらに含む。照明器１４０ａ、１４０ｂ、および１４０ｃは、（図１Ａの方向Ａとは逆の）方向Ｄの方へ一定の光周波数帯（例えば、ＮＩＲ）の光を放射してもよい。放射された光は、一定のパターンと関連付けられてもよく、ユーザの左の眼球によって反射されることが可能である。センサ１５０ａは、反射された光を受光し、反射されたパターンの画像を生成するためのピクセルセルアレイを含んでもよい。同様に、照明器１４０ｄ、１４０ｅ、および１４０ｆは、パターンを含むＮＩＲ光を放射してもよい。ＮＩＲ光は、ユーザの右の眼球によって反射されることが可能であり、センサ１５０ｂによって受光されてもよい。センサ１５０ｂは、同様に、反射されたパターンの画像を生成するためのピクセルセルアレイを含んでもよい。センサ１５０ａおよび１５０ｂから反射されたパターンの画像に基づいて、システムは、ユーザの注視点を判定し、判定された注視点に基づいて、ディスプレイ１００に提供された画像データを更新して、ユーザに双方向体験を提供することができる。いくつかの例では、イメージセンサ１５０ａおよび１５０ｂは、センサ１２０ａ〜１２０ｄと同じピクセルセルを含んでもよい。
【００４８】
図２は、図１に示されたニアアイディスプレイ１００の横断面２００の実施形態である。ディスプレイ１１０は、少なくとも１つの導波路ディスプレイアセンブリ２１０を含む。射出瞳２３０は、ニアアイディスプレイ１００をユーザが着用するときに、ユーザの片方の眼球２２０がアイボックス領域内に位置づけられる位置である。例証のために、図２は、眼球２２０、および単一の導波路ディスプレイアセンブリ２１０と関連付けられた横断面２００を示すが、第２の導波路ディスプレイは、ユーザの第２の目のために使用される。
【００４９】
導波路ディスプレイアセンブリ２１０は、射出瞳２３０に配置されたアイボックスに、および眼球２２０に、画像光を向けるように構成される。導波路ディスプレイアセンブリ２１０は、１つまたは複数の屈折率を有する１つまたは複数の材料（例えば、プラスチック、ガラス、等）から成ってもよい。いくつかの実施形態において、ニアアイディスプレイ１００は、導波路ディスプレイアセンブリ２１０と眼球２２０との間に１つまたは複数の光学要素を含む。
【００５０】
いくつかの実施形態において、導波路ディスプレイアセンブリ２１０は、積層型導波路ディスプレイ、可変焦点型導波路ディスプレイ、等を含むがこれらに制約されない、１つまたは複数の導波路ディスプレイのスタックを含む。積層型導波路ディスプレイは、個々の単色源が異なる色のものである導波路ディスプレイを積み重ねることによって作り出された多色ディスプレイ（例えば、赤−緑−青（ＲＧＢ）ディスプレイ）である。また、積層型導波路ディスプレイは、複数の平面上に投影されることが可能な多色ディスプレイ（例えば、マルチプラナーカラーディスプレイ）である。いくつかの構成では、積層型導波路ディスプレイは、複数の平面上に投影されることが可能な単色ディスプレイ（例えば、マルチプラナーモノクロームディスプレイ）である。可変焦点型導波路ディスプレイは、導波路ディスプレイから放射された画像光の焦点位置を調節できるディスプレイである。代替実施形態において、導波路ディスプレイアセンブリ２１０は、積層型導波路ディスプレイおよび可変焦点型導波路ディスプレイを含んでもよい。
【００５１】
図３は、導波路ディスプレイ３００の実施形態の等角図を示す。いくつかの実施形態において、導波路ディスプレイ３００は、ニアアイディスプレイ１００の構成要素（例えば、導波路ディスプレイアセンブリ２１０）である。いくつかの実施形態において、導波路ディスプレイ３００は、他のいくつかのニアアイディスプレイ、または、特定の位置に画像光を向ける他のシステムの一部である。
【００５２】
導波路ディスプレイ３００は、ソースアセンブリ３１０、出力導波路３２０、照明器３２５、およびコントローラ３３０を含む。照明器３２５は、図１Ａの照明器１３０を含むことができる。例証のために、図３は、片方の眼球２２０と関連付けられた導波路ディスプレイ３００を示すが、いくつかの実施形態において、導波路ディスプレイ３００とは別個の、または部分的に別個の、別の導波路ディスプレイが、ユーザのもう１つの目に画像光を送る。
【００５３】
ソースアセンブリ３１０は、画像光３５５を生成する。ソースアセンブリ３１０は、画像光３５５を生成し、出力導波路３２０の第１の側面３７０−１に配置された結合要素３５０に出力する。出力導波路３２０は、ユーザの眼球２２０に、拡大された画像光３４０を出力する光導波路である。出力導波路３２０は、第１の側面３７０−１に配置された１つまたは複数の結合要素３５０において画像光３５５を受光し、受光した入力画像光３５５を配向要素３６０に誘導する。いくつかの実施形態において、結合要素３５０は、ソースアセンブリ３１０から出力導波路３２０に画像光３５５を連結する。結合要素３５０は、例えば、回折格子、ホログラフィック格子、１つまたは複数のカスケード式リフレクタ、１つもしくは複数の角柱面要素、および／または、ホログラフィリフレクタのアレイであってもよい。
【００５４】
配向要素３６０は、受光した入力画像光３５５が、減結合要素３６５を介して出力導波路３２０から減結合されるように、受光した入力画像光３５５を減結合要素３６５にリダイレクトする。配向要素３６０は、出力導波路３２０の第１の側面３７０−１の一部であるか、第１の側面３７０−１に付加される。減結合要素３６５は、配向要素３６０が、減結合要素３６５に向かい合うように、出力導波路３２０の第２の側面３７０−２の一部であるか、第２の側面３７０−２に付加される。配向要素３６０および／または減結合要素３６５は、例えば、回折格子、ホログラフィック格子、１つもしくは複数のカスケード式リフレクタ、１つもしくは複数の角柱面要素、および／または、ホログラフィリフレクタのアレイであってもよい。
【００５５】
第２の側面３７０−２は、ｘ次元およびｙ次元に沿った平面に相当する。出力導波路３２０は、画像光３５５の全内部反射を容易にする１つまたは複数の材料から成ってもよい。出力導波路３２０は、例えば、シリコン、プラスチック、ガラス、および／またはポリマーから成ってもよい。出力導波路３２０は、比較的小さいフォームファクタを有する。例えば、出力導波路３２０は、ｘ次元に沿って幅およそ５０ｍｍ、ｙ次元に沿って長さ３０ｍｍ、およびｚ次元に沿って厚さ０．５ｍｍ〜１ｍｍであってもよい。
【００５６】
コントローラ３３０は、ソースアセンブリ３１０の走査動作を制御する。コントローラ３３０は、ソースアセンブリ３１０のための走査命令を決定する。いくつかの実施形態において、出力導波路３２０は、広い視野（ＦＯＶ：ｆｉｅｌｄ  ｏｆ  ｖｉｅｗ）を有するユーザの眼球２２０に、拡大された画像光３４０を出力する。例えば、拡大された画像光３４０は、６０度以上および／または１５０度以下の（ｘおよびｙの）対角ＦＯＶでユーザの眼球２２０に提供される。出力導波路３２０は、２０ｍｍ以上および／もしくは５０ｍｍ以下の長さ、ならびに／または、１０ｍｍ以上および／もしくは５０ｍｍ以下の幅を有するアイボックスを提供するように構成される。
【００５７】
さらに、コントローラ３３０は、イメージセンサ３７０によって提供された画像データに基づいて、ソースアセンブリ３１０によって生成された画像光３５５を同様に制御する。イメージセンサ３７０は、第１の側面３７０−１に配置されてもよく、例えば、図１Ａのイメージセンサ１２０ａ〜１２０ｄを含んでもよい。イメージセンサ１２０ａ〜１２０ｄは、例えば、（例えば、第１の側面３７０−１の方を向いている）ユーザの前にあるオブジェクト３７２の２Ｄ検知および３Ｄ検知を行うように動作することが可能である。２Ｄ検知について、イメージセンサ１２０ａ〜１２０ｄの各ピクセルセルは、光源３７６によって生成され、オブジェクト３７２から反射された光３７４の強度を表すピクセルデータを生成するように動作することが可能である。３Ｄ検知について、イメージセンサ１２０ａ〜１２０ｄの各ピクセルセルは、照明器３２５によって生成された光３７８の飛行時間測定値を表すピクセルデータを生成するように動作することが可能である。例えば、イメージセンサ１２０ａ〜１２０ｄの各ピクセルセルは、照明器３２５が光３７８を投影するように動作可能にされる第１の時間、および、オブジェクト３７２から反射された光３７８をピクセルセルが検出する第２の時間を決定することができる。第１の時間と第２の時間との間の差は、イメージセンサ１２０ａ〜１２０ｄとオブジェクト３７２との間の光３７８の飛行時間を示すことができ、飛行時間情報は、イメージセンサ１２０ａ〜１２０ｄとオブジェクト３７２との間の距離を決定するために使用することが可能である。イメージセンサ１２０ａ〜１２０ｄは、異なる時間に２Ｄ検知および３Ｄ検知を行い、導波路ディスプレイ３００内に配置されることがある（または配置されないこともある）リモートコンソール３９０に２Ｄ画像データおよび３Ｄ画像データを提供するように動作することが可能である。リモートコンソールは、２Ｄ画像と３Ｄ画像を組み合わせて、例えば、ユーザがいる環境の３Ｄモデルを生成すること、ユーザの位置および／または方向を追跡すること、等を行ってもよい。リモートコンソールは、２Ｄ画像および３Ｄ画像から導出された情報に基づいて、ユーザに表示されることになる画像のコンテンツを決定してもよい。リモートコンソールは、決定されたコンテンツに関する命令をコントローラ３３０に伝送することができる。命令に基づいて、コントローラ３３０は、双方向体験をユーザに提供するために、ソースアセンブリ３１０による画像光３５５の生成および出力を制御することができる。
【００５８】
図４は、導波路ディスプレイ３００の横断面４００の実施形態を示す。横断面４００は、ソースアセンブリ３１０、出力導波路３２０、およびイメージセンサ３７０を含む。図４の例では、イメージセンサ３７０は、ユーザの前にある物理環境の画像を生成するために、第１の側面３７０−１に配置されたピクセルセル４０２のセットを含んでもよい。いくつかの実施形態においては、ピクセルセル４０２のセットと物理環境との間に、機械シャッター４０４および光学フィルタアレイ４０６を介挿することができる。機械シャッター４０４は、ピクセルセル４０２のセットの露光を制御することができる。いくつかの実施形態において、機械シャッター４０４は、下記で論じられることになるように、電子シャッターゲートによって置き替えられることが可能である。光学フィルタアレイ４０６は、下記で論じられることになるように、ピクセルセル４０２のセットが露光される光の可視光の波長帯を制御することができる。ピクセルセル４０２のそれぞれは、画像の１つのピクセルに対応してもよい。図４には示されていないが、ピクセルセル４０２のそれぞれは、さらに、ピクセルセルによって検知されるべき光の光学波長帯を制御するために、フィルタで覆われてもよいことがわかる。
【００５９】
リモートコンソールから命令を受信した後、機械シャッター４０４が開き、露光期間中、ピクセルセル４０２のセットを露光させることができる。露光期間中、イメージセンサ３７０は、ピクセルセル４０２のセットに入射する光のサンプルを取得し、ピクセルセル４０２のセットによって検出された入射光サンプルの強度分布に基づいて画像データを生成することができる。イメージセンサ３７０は、次に、リモートコンソールに画像データを提供することができ、リモートコンソールは、表示コンテンツを決定し、表示コンテンツ情報をコントローラ３３０に提供する。コントローラ３３０は、次に、表示コンテンツ情報に基づいて画像光３５５を決定することができる。
【００６０】
ソースアセンブリ３１０は、コントローラ３３０からの命令に従って画像光３５５を生成する。ソースアセンブリ３１０は、ソース４１０および光学システム４１５を含む。ソース４１０は、干渉性の、または部分的に干渉性の光を生成する光源である。ソース４１０は、例えば、レーザダイオード、垂直キャビティ面発光レーザ、および／または発光ダイオードであってもよい。
【００６１】
光学システム４１５は、ソース４１０からの光を調整する１つまたは複数の光構成要素を含む。ソース４１０からの光を調整することは、コントローラ３３０から命令に従って、例えば、方向を拡大すること、コリメートすること、および／または調節することを含んでもよい。１つまたは複数の光構成要素は、１つまたは複数のレンズ、液体レンズ、ミラー、絞り、および／または回折格子を含んでもよい。いくつかの実施形態において、光学システム４１５は、液体レンズの外側の領域に光のビームを移動させるための、走査角の閾値で光のビームの走査を可能にする複数の電極を伴う液体レンズを含む。光学システム４１５（および同様に、ソースアセンブリ３１０）から放射された光は、画像光３５５と呼ばれる。
【００６２】
出力導波路３２０は、画像光３５５を受光する。結合要素３５０は、ソースアセンブリ３１０からの画像光３５５を出力導波路３２０に結合する。結合要素３５０が回折格子である実施形態において、回折格子のピッチは、出力導波路３２０の内部で全内部反射が発生し、画像光３５５が、（例えば、全内部反射によって）出力導波路３２０の内部で減結合要素３６５の方へ伝搬するように選ばれる。
【００６３】
配向要素３６０は、出力導波路３２０から減結合させるために、減結合要素３６５の方へ画像光３５５の方向を変える。配向要素３６０が回折格子である実施形態において、回折格子のピッチは、減結合要素３６５の表面に対する傾斜角で入射画像光３５５が出力導波路３２０を出るように選ばれる。
【００６４】
いくつかの実施形態において、配向要素３６０および／または減結合要素３６５は、構造的に似ている。出力導波路３２０を出る拡大された画像光３４０は、１つまたは複数の次元に沿って拡大される（例えば、ｘ次元に沿って引き伸ばされてもよい）。いくつかの実施形態において、導波路ディスプレイ３００は、複数のソースアセンブリ３１０および複数の出力導波路３２０を含む。ソースアセンブリ３１０のそれぞれは、原色（例えば、赤、緑、または青）に対応する波長の特定の帯域の単色画像光を放射する。出力導波路３２０のそれぞれは、多色の拡大された画像光３４０を出力するための分離距離で共にスタックされてもよい。
【００６５】
図５は、ニアアイディスプレイ１００を含むシステム５００の実施形態のブロック図である。システム５００は、制御回路機器５１０にそれぞれ連結された、ニアアイディスプレイ１００、画像化デバイス５３５、入出力インターフェース５４０、ならびに、イメージセンサ１２０ａ〜１２０ｄおよび１５０ａ〜１５０ｂを備える。システム５００は、ヘッドマウント型デバイス、ウェアラブルデバイス、等として構成することが可能である。
【００６６】
ニアアイディスプレイ１００は、媒体をユーザに提示するディスプレイである。ニアアイディスプレイ１００によって提示される媒体の例は、１つまたは複数の画像、ビデオ、および／またはオーディオを含む。いくつかの実施形態において、オーディオは、ニアアイディスプレイ１００および／または制御回路機器５１０からオーディオ情報を受信し、オーディオ情報に基づくオーディオデータをユーザに提示する外部デバイス（例えば、スピーカおよび／またはヘッドホン）を介して提示される。いくつかの実施形態において、ニアアイディスプレイ１００は、さらに、ＡＲアイウェアグラスとして機能してもよい。いくつかの実施形態において、ニアアイディスプレイ１００は、コンピュータが生成した要素（例えば、画像、ビデオ、音、等）で、物理的な現実世界の環境の視界を拡張する。
【００６７】
ニアアイディスプレイ１００は、導波路ディスプレイアセンブリ２１０、１つもしくは複数のポジションセンサ５２５、および／または慣性計測ユニット（ＩＭＵ：ｉｎｅｒｔｉａｌ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｕｎｉｔ）５３０を含む。導波路ディスプレイアセンブリ２１０は、ソースアセンブリ３１０、出力導波路３２０、およびコントローラ３３０を含む。
【００６８】
ＩＭＵ５３０は、１つまたは複数のポジションセンサ５２５から受信された測定信号に基づいて、ニアアイディスプレイ１００の初期位置に対するニアアイディスプレイ１００の推定位置を示す高速較正データを生成する電子デバイスである。
【００６９】
画像化デバイス５３５は、様々なアプリケーションのための画像データを生成してもよい。例えば、画像化デバイス５３５は、制御回路機器５１０から受信された較正パラメータに従って低速較正データを提供するための画像データを生成してもよい。画像化デバイス５３５は、ユーザの位置および頭部の動きを追跡するために、ユーザがいる物理環境の２Ｄ画像データおよび３Ｄ画像データを生成するための、例えば、図１Ａのイメージセンサ１２０ａ〜１２０ｄを含んでもよい。画像化デバイス５３５は、ユーザの注視点を決定して、ユーザの関心のあるオブジェクトを識別するための画像データ（例えば、２Ｄ画像データ）を生成するための、例えば、図１Ｂのイメージセンサ１５０ａ〜１５０ｂをさらに含んでもよい。
【００７０】
入出力インターフェース５４０は、ユーザがアクションリクエストを制御回路機器５１０に送信できるようにするデバイスである。アクションリクエストは、特定のアクションを行うためのリクエストである。例えば、アクションリクエストは、アプリケーションを開始もしくは終了するためのもの、または、アプリケーションにおける特定のアクションを行うためのものであってもよい。
【００７１】
制御回路機器５１０は、画像化デバイス５３５、ニアアイディスプレイ１００、および入出力インターフェース５４０の１つまたは複数から受信された情報に従って、ユーザへの提示のためにニアアイディスプレイ１００に媒体を提供する。いくつかの例では、制御回路機器５１０は、ヘッドマウント型デバイスとして構成されたシステム５００に収納されることが可能である。いくつかの例では、制御回路機器５１０は、システム５００の他の構成要素と通信連結されたスタンドアロンのコンソールデバイスであることが可能である。図５に示された例では、制御回路機器５１０は、アプリケーションストア５４５、追跡モジュール５５０、およびエンジン５５５を含む。
【００７２】
アプリケーションストア５４５は、制御回路機器５１０による実行のための１つまたは複数のアプリケーションを格納する。アプリケーションは、プロセッサによって実行されると、ユーザに提示するためのコンテンツを生成する一群の命令である。アプリケーションの例は、ゲームアプリケーション、会議アプリケーション、ビデオ再生アプリケーション、または他の適切なアプリケーションを含む。
【００７３】
追跡モジュール５５０は、１つまたは複数の較正パラメータを使用してシステム５００を較正し、ニアアイディスプレイ１００の位置の決定時の誤差を低減するために、１つまたは複数の較正パラメータを調節してもよい。
【００７４】
追跡モジュール５５０は、画像化デバイス５３５からの低速較正情報を使用して、ニアアイディスプレイ１００の動きを追跡する。追跡モジュール５５０は、高速較正情報からの位置情報を使用して、ニアアイディスプレイ１００の基準点の位置をさらに決定する。
【００７５】
エンジン５５５は、システム５００内のアプリケーションを実行し、ニアアイディスプレイ１００の位置情報、加速度情報、速度情報、および／または予測される将来位置を追跡モジュール５５０から受信する。いくつかの実施形態において、エンジン５５５によって受信された情報は、ユーザに提示されるコンテンツのタイプを決定する導波路ディスプレイアセンブリ２１０への信号（例えば、表示命令）を生み出すために使用されてもよい。例えば、双方向体験を提供するために、エンジン５５５は、（例えば、追跡モジュール５５０によって提供された）ユーザの位置、（例えば、画像化デバイス５３５によって提供された画像データに基づく）ユーザの注視点、（例えば、画像化デバイス５３５によって提供された画像データに基づく）オブジェクトとユーザの間の距離、に基づいてユーザに提示されることになるコンテンツを決定してもよい。
【００７６】
図６は、イメージセンサ６００の例を示す。イメージセンサ６００は、２Ｄ検知と３Ｄ検知両方のために同じピクセルセルを使用することができる。例えば、同じピクセルセルは、２Ｄ検知のために可視光の色成分（例えば、赤、緑、または青色）を検出すること、３Ｄ検知のために赤外光を検出すること、を行うように構成されることが可能である。イメージセンサ６００は、ニアアイディスプレイ１００の一部であることが可能であり、ニアアイディスプレイ１００の表示コンテンツを制御するために、図５の制御回路機器５１０に２Ｄ画像データおよび３Ｄ画像データを提供することができる。図６の例では、イメージセンサ６００は、照明器６０２、光学フィルタアレイ６０４、ピクセルセル６０６ａを含むピクセルセルアレイ６０６、およびディジタイザモジュール６０８を含んでもよい。
【００７７】
照明器６０２は、３Ｄ検知のために赤外光を投影することができるレーザ、発光ダイオード（ＦＥＤ）、等などの赤外線照明器であってもよい。投影される光は、例えば、構造光、光パルス、等を含んでもよい。光学フィルタアレイ６０４は、フィルタ要素のアレイを含んでもよく、各フィルタ要素は、ピクセルセルアレイ６０６のピクセルセル（例えば、ピクセルセル６０６ａ）に対応する。各フィルタ要素は、入射光の一定の波長帯を吸収し、残りの光を対応するピクセルセルに透過させるように構成されることが可能である。入射光は、周辺可視光、ならびに、照明器６０２によって投影され、オブジェクトによって反射された赤外光を含んでもよい。例えば、１つのフィルタ要素は、可視光の緑成分、および赤外光をピクセルセルに透過させてもよく、その一方で、別のフィルタ要素は、可視光の青成分、および赤外光を別のピクセルセルに透過させてもよい。いくつかの例では、光学フィルタアレイ６０４は、赤外光とともに透過されることになる可視光の色成分を選択するように構成可能であってもよく、その結果、可視光の異なる色成分、および赤外光を検出するために、ピクセルセル６０６ａが使用されることが可能になる。
【００７８】
さらに、ピクセルセル６０６ａは、入射光の可視光の異なる色成分、および赤外光を検出するための複数のフォトダイオードを含んでもよい。例えば、図６に示されるように、ピクセルセル６０６ａは、フォトダイオード６１２およびフォトダイオード６１４を含んでもよい。フォトダイオード６１２およびフォトダイオード６１４は、ピン止めフォトダイオードであることが可能である。フォトダイオード６１２は、露光期間内に、第１の波長帯の入射光の第１の成分（例えば、可視光の赤、青、または緑色のうちの１つ）を検出し、検出された光子を電荷に変換し、電荷を保存してもよい。さらに、フォトダイオード６１４は、同じまたは異なる露光期間内に、第２の波長帯の入射光の第２の成分（例えば、赤外光）を検出し、検出された光子を電荷に変換し、電荷を保存してもよい。ピクセルセル６０６ａは、フローティングディフュージョンであることが可能な１つまたは複数のキャパシタ６１６をさらに含んでもよい。露光期間の終わりに、フォトダイオード６１２および６１４に保存された電荷は、２Ｄ検知および３Ｄ検知のための電圧を生じるように、１つまたは複数のキャパシタ６１６に移送されることが可能である。いくつかの例では、ピクセルセル６０６ａは、第１の電圧を生じるように、フォトダイオード６１２に保存された電荷を集め、次に、第２の電圧を生じるように、フォトダイオード６１４に保存された電荷を集めるための単一のキャパシタ６１６を含むことができる。いくつかの例では、ピクセルセル６０６ａは、フォトダイオード６１２に、およびフォトダイオード６１４に、同時に保存された電荷を集めるための２つのキャパシタ６１６を含むことができる。
【００７９】
イメージセンサ６００は、フォトダイオード６１２および６１４によって生成された電荷、ならびに、キャパシタ６１６において生じた電圧、に基づいてピクセル値を生成することができる測定モジュール６０８をさらに含む。測定モジュール６０８は、フォトダイオード６１２によって生成された電荷に基づいて２Ｄ画像化動作を行うための２Ｄ測定モジュール６２２を含んでもよい。２Ｄ画像化動作は、例えば、露光期間中にフォトダイオード６１２に保存された電荷の総量を反映する、キャパシタ６１６において生じた電圧の大きさに基づいて、ピクセル値を生成することを含んでもよい。測定モジュール６０８は、フォトダイオード６１４によって生成された電荷に基づいて３Ｄ画像化動作を行うための３Ｄ測定モジュール６２４を含んでもよい。３Ｄ画像化動作は、例えば、オブジェクトの表面によって反射された構造光のパターンを検出し、ピクセルセルアレイについて表面の異なるポイントの深度を決定するために、検出されたパターンを、照明器６０２によって投影された構造光のパターンと比較することを含んでもよい。反射された光のパターンの検出のために、３Ｄ測定モジュール６２４は、露光期間中にフォトダイオード６１４において保存された電荷の総量を反映する、キャパシタ６１６において生じた電圧の大きさに基づいて、ピクセル値を生成することができる。別の例として、３Ｄ測定モジュール６２４は、照明器６０２によって送られ、オブジェクトによって反射された光パルスの飛行時間測定値を表すピクセル値を生成することができる。
【００８０】
イメージセンサ６００は、イメージセンサ６００の種々の構成要素を制御して、オブジェクトの２Ｄ画像化および３Ｄ画像化を行うための検知コントローラ６１０をさらに含む。次に、図７Ａおよび図７Ｂへの参照が行われ、これらの図は、２Ｄ画像化および３Ｄ画像化のためのイメージセンサ６００の動作の例を示す。図７Ａは、２Ｄ画像のための動作の例を示す。２Ｄ画像化について、ピクセルセルアレイ６０６は、オブジェクトから反射された可視光を含む環境において可視光を検出することができる。例えば、図７Ａを参照すると、可視光源７００（例えば、電球、太陽、または周辺可視光の他の発生源）は、オブジェクト７０４に可視光７０２を投影することができる。可視光７０６は、オブジェクト７０４のスポット７０８から反射されることが可能である。可視光７０６は、フィルタされた光７１０ａを生み出すために、反射された可視光７０６の所定の波長帯ｗ０を通すための光学フィルタアレイ６０４によってフィルタされることが可能である。波長帯ｗ０は、スポット７０８から反射された可視光７０６の第１の色成分（例えば、６２０ナノメートル（ｎｍ）〜７５０ナノメートル（ｎｍ）の波長帯を有する赤色成分）に対応してもよい。フィルタされた光７１０ａは、露光期間内に、第１の電荷を生成し、蓄積させるために、ピクセルセル６０６ａの第１のフォトダイオード６１２によって取り込まれることが可能である。露光期間の終わりに、検知コントローラ６１０は、１つまたは複数のキャパシタ６１６に第１の電荷を導いて、第１の色成分の強度に相当する電圧を生成し、第１の電圧を２Ｄ測定モジュール６２２に提供することができる。２Ｄ測定モジュール６２２は、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）を含んでもよく、第１の電圧をサンプリングし、量子化して、可視光７０６の第１の色成分の強度を表すデジタル値を生成するように、検知コントローラ６１０によって制御されることが可能である。
【００８１】
さらに、イメージセンサ６００は、オブジェクト７０４の３Ｄ画像化を同様に行うことができる。図７Ｂを参照すると、検知コントローラ６１０は、光パルス、構造光、等を含むことができる赤外光７２８をオブジェクト７０４に投影するように照明器６０２を制御することができる。赤外光７２８は、７００ナノメートル（ｎｍ）から１ミリメートル（ｍｍ）の波長帯を有することができる。赤外光子７３０は、オブジェクト７０４から反射し、ピクセルセルアレイ６０６の方へ伝搬し、光学フィルタ６０４を通過することができる。いくつかの例では、ピクセルセル６０６ａの第２のフォトダイオード６１４は、赤外光子７３０を第２の電荷に変換することができる。第２のフォトダイオード６１４による赤外光子７３０の検出および変換は、第１のフォトダイオード６１２による可視光７０６の検出および変換と同じ露光期間内で発生させることができる。このような仕組みは、オブジェクトの同じスポットの２Ｄ画像化および３Ｄ画像化を各ピクセルセルが行えるようにし、２Ｄ画像と３Ｄ画像との間の一致性を改善することができる。検知コントローラ６１０は、１つまたは複数のキャパシタ６１６に第２の電荷を導いて、ピクセルセルにおいて受光された赤外光の強度に相当する電圧を生成することができる。
【００８２】
３Ｄ測定モジュール６２４は、オブジェクト７０４に投影された光７２８のタイプに基づいて、異なるタイプの深度検知演算を行うことができる。オブジェクト７０４に構造光７２８が投影されるケースでは、３Ｄ測定モジュール６２４は、ＡＤＣを含んでもよく、第２の電圧をサンプリングし、量子化して、スポット７０８によって反射された赤外光の強度を表すデジタル値を生成するように、検知コントローラ６１０によって制御されることが可能である。オブジェクト７０４によって反射された赤外光強度のパターンは、デジタル値から取得されることが可能である。パターンは、ピクセルセルアレイ６０６について、スポット７０８を含むオブジェクト７０４の表面上の異なるスポットの深度を決定するために、照明器６０２によって投影された構造光パターンと比較されることが可能である。赤外光７２８が光パルスを含むケースでは、３Ｄ測定モジュール６２４は、第２のフォトダイオード６１４に保存された電荷の変化を検出することができる。赤外光パルスの飛行時間は、光パルスが照明器６０２を出るときと、第２のフォトダイオード６１４に保存された電荷の変化が検出されたときとの間の時間差に基づいて決定されることが可能である。各ピクセルセルによってもたらされた情報に基づいて、オブジェクト７０４の３Ｄ画像が生成されることが可能である。
【００８３】
図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ、および図８Ｄは、ピクセルセルの内部構成要素の例を示す。図８Ａは、図６のピクセルセルアレイ６０６の一部であることが可能なピクセルセル８００の例を示す。図８Ａに示されるように、ピクセルセル８００は、フォトダイオード８０１、フォトダイオード８０２、選択スイッチ８０３、シャッタースイッチ８０４、移送ゲート８０６、リセットスイッチ８０７、測定キャパシタ８０８、およびバッファ８０９を含んでもよい。
【００８４】
いくつかの例では、フォトダイオード８０１および８０２のそれぞれは、Ｐ−Ｎダイオード、Ｐ−Ｎ−Ｐピン止めフォトダイオード、Ｎ−Ｐ−Ｎピン止めフォトダイオード、等を含んでもよい。Ｐ−Ｎ−Ｐピン止めフォトダイオードは、Ｐ領域に完全に埋め込まれ、他のデバイスから隔離されたＮ領域を含んでもよく、その一方で、Ｎ−Ｐ−Ｎピン止めフォトダイオードは、Ｎ領域に完全に埋め込まれ、他のデバイスから隔離されたＰ領域を含んでもよい。フォトダイオード８０１および８０２のそれぞれは、入射光の検出に応答して電荷を生成することができ、電荷は、露光期間中、フォトダイオード８０１および８０２にそれぞれ蓄積されることが可能である。露光期間の終わりに、フォトダイオード８０１および８０２に蓄積された電荷は、移送ゲート８０６を備えるトランジスタのフローティングディフュージョンであることが可能な測定キャパシタ８０８に、移送ゲート８０６を介して移送されることが可能である。図８Ａでは、フォトダイオード８０１および８０２は、スタック構造を形成するように直列に接続される。フォトダイオード８０２に蓄積された電荷を測定キャパシタ８０８に移送するために、選択スイッチ８０３は、オンにされることが可能であり、フォトダイオード８０２に蓄積された電荷は、選択スイッチ８０３、フォトダイオード８０１、および（移送信号８１４によって制御される）移送ゲート８０６を通じて移動し、測定キャパシタ８０８に達することができる。フォトダイオード８０２の正極は、バイアス源８４０に接続されることが可能である。下記で説明されることになるように、いくつかの例では、選択スイッチ８０３は、選択信号８１３を変調することによって制御されることが可能である。いくつかの例では、選択信号８１３は、固定信号であることが可能であり、選択スイッチ８０３は、バイアス源８４０を変調することによって制御されることが可能である。
【００８５】
さらに、バッファ８０９は、ソースフォロワを含むことができ、測定キャパシタ８０８で生じた電圧をバッファし、電圧をディジタイザモジュール６０８に転送することができる。また、ピクセルセル８００は、シャッタースイッチ８０４およびリセットスイッチ８０７にそれぞれ連結された電圧源８２０および電圧源８３０を含んでもよい。シャッタースイッチ８０４は、シャッター信号８１６によって制御されることが可能であり、その一方で、リセットスイッチ８０７は、リセット信号８１８によって制御されることが可能である。電圧源８２０および８３０とともに、シャッタースイッチ８０４およびリセットスイッチ８０７は、ローカルキャパシタ８１０および８１２、ならびに測定キャパシタ８０８における状態をリセットするように制御されることが可能である。
【００８６】
いくつかの例では、選択スイッチ８０３、シャッタースイッチ８０４、移送ゲート８０６、およびリセットスイッチ８０７のそれぞれは、トランジスタを含むことができる。トランジスタは、例えば、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、等を含んでもよい。さらに、選択信号８１３、移送信号８１４、シャッター信号８１６、およびリセット信号８１８のそれぞれは、フォトダイオード８０１と８０２によって生成された電荷の流れ、ならびに、測定キャパシタ８０８、およびローカルキャパシタ８１０と８１２のリセットを制御するように検知コントローラ６１０によって制御されることが可能である。いくつかの例では、バッファ８０９は、測定キャパシタ８０８における電荷の測定の精度を改善するために、相関２重サンプリング（ＣＤＳ）を行って、測定キャパシタ８０８に保存された電荷に対するリセットノイズの影響を緩和するための回路を含んでもよい。
【００８７】
図８Ｂは、選択スイッチ８０３、シャッタースイッチ８０４、移送ゲート８０６、およびリセットスイッチ８０７の動作の例を示すタイミング図である。図８Ｂの例では、フォトダイオード８０１および８０２は、同じ露光期間内に、入射光の検出された異なる成分を電荷に変換するように構成される。例えば、フォトダイオード８０１は、赤外光の光子を電荷に変換することができ、その一方で、フォトダイオード８０２は、可視光の色成分（例えば、赤色）の光子を電荷に変換することができる。図８Ｂを参照すると、期間Ｔ０は、フォトダイオード８０１および８０２、ならびに測定キャパシタ８０８が、保存された電荷を除去するためにリセットされる第１のリセット期間を含むことができる。キャパシタをリセットするために、検知コントローラ６１０は、シャッター信号８１６およびリセット信号８１８をアサートして、シャッタースイッチ８０４およびリセットスイッチ８０７をそれぞれ動作可能にすることができる。さらに、検知コントローラ６１０は、同様に、選択信号８１３をアサートして、選択スイッチ８０３を動作可能にすることができる。これらのスイッチを動作可能にすることによって、測定キャパシタ８０８は、保存された電荷を除去するために、電圧源８３０に電気的に短絡されることが可能である。さらに、フォトダイオード８０１は、同様に、保存された電荷を除去するために、電圧源８２０に電気的に短絡されることが可能である。さらに、選択スイッチ８０３が動作可能にされると、フォトダイオード８０２は、同様に、保存された電荷を除去するために、（フォトダイオード８０１を介して）電圧源８２０に電気的に短絡されることが可能である。いくつかの例では、期間Ｔ０の間、ピクセルセル８００は、さらに、（例えば、シャッター４０４によって）入射光からブロックされることが可能である。
【００８８】
期間Ｔ０に続く期間Ｔ１において、ピクセルセル８００は、可視光と赤外光の両方を含むことができる光に露光され得る。シャッター信号８１６およびリセット信号８１８はデアサートすることが可能であり、電圧８２０および８３０を、それぞれフォトダイオード８０１および測定キャパシタ８０８から切断する。フォトダイオード８０１および８０２は、光の異なる成分の光子を変換し、電荷を蓄積することができる。期間Ｔ１の間、選択信号８１３と移送信号８１４の両方は、フォトダイオード８０１および８０２に電荷を溜めるために、デアサートされる。
【００８９】
期間Ｔ１に続く期間Ｔ２において、移送信号８１４は、移送ゲート８０６を動作可能にするために、アサートされること（または、一定のバイアスレベルにセットされること）が可能である。フォトダイオード８０１に保存された電荷は、読み取りのために測定キャパシタ８０８に移送されることが可能である。選択信号８１３は、フォトダイオード８０２に電荷を溜め続けるために、デアサートされたままである。測定キャパシタ８０８に保存された電荷の量は、フォトダイオード８０１によって受光された赤外光の強度を表すことができる。期間Ｔ２の終わりに測定キャパシタ８０８において生じた電圧はバッファ８０９によってバッファされ、例えば、赤外光の強度、赤外光の光子を受光するタイミング、等に関するピクセル値を生成するために３Ｄ測定モジュール６２４に転送することが可能である。
【００９０】
期間Ｔ２に続く期間Ｔ３は、フォトダイオード８０１と測定キャパシタ８０８の両方が、フォトダイオード８０１の電荷の読み取り後にリセットされる第２のリセット期間を含んでもよい。検知コントローラ６１０は、シャッタースイッチ８０４およびリセットスイッチ８０７をアサートすることによって、フォトダイオード８０１と測定キャパシタ８０８の両方をリセットすることができる。フォトダイオード８０１および測定キャパシタ８０８のリセットは、フォトダイオード８０２に保存された電荷の読み取りの精度を改善するために、その後の期間におけるフォトダイオード８０２からの電荷の読み取りに備えて、フォトダイオード８０１および測定キャパシタ８０８を準備させることができる。
【００９１】
期間Ｔ３に続く期間Ｔ４は、フォトダイオード８０２に保存された電荷の読み取りのための第２の測定期間を含んでもよい。期間Ｔ４において、選択信号８１３と移送信号８１４の両方はアサートされること（または、一定のバイアスレベルにセットされること）が可能であり、その一方で、シャッター信号８１６は、フォトダイオード８０２に蓄積された電荷がフォトダイオード８０１を通じて流れて、測定キャパシタ８０８に達することができるように、デアサートされる。期間Ｔ４の終わりに測定キャパシタ８０８に保存された電荷の量は、期間Ｔ１においてフォトダイオード８０２によって受光された可視光の色成分の強度を表すことができる。期間Ｔ４の終わりに測定キャパシタ８０８において生じた電圧はバッファ８０９によってバッファされ、可視光の色成分の強度に関するピクセル値を生成するために２Ｄ測定モジュール６２２に転送することが可能である。
【００９２】
図８Ｃは、図６のピクセルセルアレイ６０６の一部であることが可能なピクセルセル８５０の例を示す。図８Ｃに示されるように、図８Ａのピクセルセル８００と比較すると、ピクセルセル８５０は、測定キャパシタの２つのセット、ならびに関連付けられた制御および処理回路、フォトダイオード８０１のための１つのセットおよびフォトダイオード８０２のための１つのセットを含む。例えば、ピクセルセル８５０は、フォトダイオード８０１に保存された電荷を読み取るための測定キャパシタ８０８ａ、および、フォトダイオード８０２に保存された電荷を保存するための測定キャパシタ８０８ｂを含む。ピクセルセル８５０は、フォトダイオード８０１から測定キャパシタ８０８ａへの電荷の流れを制御するための（移送信号８１４ａによって制御される）移送ゲート８０６ａ、および、フォトダイオード８０２から測定キャパシタ８０８ｂへの電荷の流れを制御するための（移送信号８１４ｂによって制御される）移送ゲート８０６ｂをさらに含む。ピクセルセル８５０は、測定キャパシタ８０８ａを電圧源８３０ａと電気的に短絡させることによって測定キャパシタ８０８ａをリセットするための（リセット信号８１８ａによって制御される）リセットスイッチ８０７ａ、および、測定キャパシタ８０８ｂを電圧源８３０ｂと電気的に短絡させることによって測定キャパシタ８０８ｂをリセットするための（リセット信号８１８ｂによって制御される）リセットスイッチ８０７ｂをさらに含む。ピクセルセル８５０は、測定キャパシタ８０８ａで生じた電圧をバッファするためのバッファ８０９ａ、および、測定キャパシタ８０８ｂで生じた電圧をバッファするためのバッファ８０９ｂをさらに含む。バッファ８０９ａは、（フォトダイオード８０１に入射した赤外光を反映する）フォトダイオード８０１に保存された電荷に相当する電圧を３Ｄ測定モジュール６２４に提供することができる。バッファ８０９ｂは、（フォトダイオード８０２に入射した可視光の色成分を反映する）フォトダイオード８０２に保存された電荷に相当する電圧を２Ｄ測定モジュール６２２に提供することができる。ピクセルセル８００と同様に、ピクセルセル８５０では、フォトダイオード８０１および８０２は直列に接続されてスタック構造を形成し、フォトダイオード８０２に蓄積された電荷は、選択スイッチ８０３およびフォトダイオード８０１を通じて流れて、移送ゲート８０６ｂおよび測定キャパシタ８０８ｂに達する。
【００９３】
図８Ｄは、選択スイッチ８０３、シャッタースイッチ８０４、移送ゲート８０６ａおよび８０６ｂ、ならびに、リセットスイッチ８０７ａおよび８０７ｂの動作の例を示すタイミング図である。図８Ｄの例では、フォトダイオード８０１および８０２は、同じ露光期間内に、入射光の検出された異なる成分を電荷に変換するように構成される。図８Ｄを参照すると、期間Ｔ０は、フォトダイオード８０１および８０２、ならびに測定キャパシタ８０８ａがリセットされる第１のリセット期間を含むことができる。検知コントローラ６１０は、シャッター信号８１６、ならびにリセット信号８１８ａおよび８１８ｂをアサートして、それぞれ、シャッタースイッチ８０４、リセットスイッチ８０７ａ、およびリセットスイッチ８０７ｂを動作可能にすることができる。さらに、検知コントローラ６１０は、同様に、選択信号８１３をアサートして、選択スイッチ８０３を動作可能にすることができる。これらのスイッチを動作可能にすることによって、測定キャパシタ８０８ａは、保存された電荷を除去するために、電圧源８３０ａに電気的に短絡されることが可能である。測定キャパシタ８０８ｂは、保存された電荷を除去するために、電圧源８３０ｂに電気的に短絡されることが可能である。フォトダイオード８０１は、保存された電荷を除去するために、電圧源８２０に電気的に短絡されることが可能である。さらに、選択スイッチ８０３が動作可能にされると、フォトダイオード８０２は、同様に、保存された電荷を除去するために、電圧源８２０に（フォトダイオード８０１を介して）電気的に短絡されることが可能である。期間Ｔ０の間、ピクセルセル８５０は、さらに、入射光から（例えば、シャッター４０４によって）ブロックされることが可能である。
【００９４】
期間Ｔ０に続く期間Ｔ１において、ピクセルセル８５０は、可視光と赤外光の両方を含むことができる光に露光されることが可能である。シャッター信号８１６、ならびにリセット信号８１８ａおよび８１８ｂは、デアサートされることが可能であり、電圧８２０および８３０を、それぞれフォトダイオード８０１および測定キャパシタ８０８から切断する。フォトダイオード８０１および８０２は、光の異なる成分の光子を変換し、電荷を蓄積することができる。期間Ｔ１の間、選択信号８１３と、移送信号８１４ａおよび８１４ｂとの両方は、フォトダイオード８０１および８０２に電荷を溜めるために、デアサートされる。
【００９５】
期間Ｔ１に続く期間Ｔ２において、移送信号８１４ａは、移送ゲート８０６ａを動作可能にするために、アサートされること（または、一定のバイアスレベルにセットされること）が可能である。移送信号８１４ｂは、移送ゲート８０６ｂを動作不能にするために、デアサートされたままであることが可能である。フォトダイオード８０１に保存された電荷は、読み取りのために測定キャパシタ８０８に移送されることが可能である。選択信号８１３は、フォトダイオード８０２に電荷を溜め続けるために、デアサートされたままである。測定キャパシタ８０８に保存された電荷の量は、フォトダイオード８０１によって受光された赤外光の強度を表すことができる。期間Ｔ２の終わりに測定キャパシタ８０８ａにおいて生じた電圧はバッファ８０９ａによってバッファされ、例えば、赤外光の強度、赤外光の光子を受光するタイミング、等に関するピクセル値を生成するために３Ｄ測定モジュール６０８に転送されることが可能である。
【００９６】
期間Ｔ２に続く期間Ｔ３は、フォトダイオード８０１が、フォトダイオード８０１の電荷の読み取り後にリセットされる第２のリセット期間を含んでもよい。検知コントローラ６１０は、シャッタースイッチ８０４をアサートすることによって、フォトダイオード８０１をリセットすることができる。フォトダイオード８０１のリセットは、フォトダイオード８０２に保存された電荷の読み取りの精度を改善するために、その後の期間におけるフォトダイオード８０２からの電荷の読み取りに備えて準備することができる。
【００９７】
期間Ｔ３に続く期間Ｔ４は、フォトダイオード８０２に保存された電荷の読み取りのための第２の測定期間を含んでもよい。期間Ｔ４において、選択信号８１３と移送信号８１４ｂの両方はアサートされること（または、一定のバイアスレベルにセットされること）が可能であり、その一方で、シャッター信号８１６は、フォトダイオード８０２に蓄積された電荷がフォトダイオード８０１を通じて流れて、測定キャパシタ８０８ｂに達することができるように、デアサートされる。期間Ｔ４の終わりに測定キャパシタ８０８ｂに保存された電荷の量は、期間Ｔ１においてフォトダイオード８０２によって受光された可視光の色成分の強度を表すことができる。期間Ｔ４の終わりに測定キャパシタ８０８ｂにおいて生じた電圧はバッファ８０９ｂによってバッファされ、可視光の色成分の強度に関するピクセル値を生成するために測定モジュール６０８に転送されることが可能である。
【００９８】
図８Ａのピクセルセル８００と比較すると、ピクセルセル８５０は、各フォトダイオードに対して１つの測定キャパシタ、および関連付けられた処理回路を提供し、入射光強度測定の精度を改善することができる。例えば、測定キャパシタに保存された電荷に対するリセットノイズのインパクトは、低減されることが可能である。図８Ｄに示されるように、測定キャパシタ８０８ｂにおいてフォトダイオード８０２によって生成された電荷の測定が行われる前に、このキャパシタは、（期間Ｔ２において）１回リセットされる。対照的に、図８Ａに示されるように、フォトダイオード８０１と８０２との間で測定キャパシタ８０８を共有することにより、このキャパシタは、測定キャパシタ８０８において、フォトダイオード８０２によって生成された電荷の測定が行われる前に、（期間Ｔ０およびＴ３において）２回リセットされる必要がある。リセットするという追加の事実は、測定キャパシタ８０８にリセットノイズを加え、測定の精度を劣化させる恐れがある。さらに、ピクセルセル８５０において上述されたように、バッファ８０９ａおよび８０９ｂのそれぞれは、測定モジュール６０８における個々の制御回路に配線で（例えば、飛行時間測定モジュール６２４に対するバッファ８０９ａ、および、光強度測定モジュール６２２に対するバッファ８０９ｂ）接続されることが可能であるが、その一方で、ピクセルセル８００において、バッファ８０９の出力は、（例えば、マルチプレクサ回路を通じて）２つのモジュールのうちの１つに選択的に送られなければならない。バッファ８０９と測定モジュール６０８との間のマルチプレクサ回路の追加は、個々の制御回路によって処理される前のバッファ出力にノイズを加える恐れがあり、入射光の測定／検出精度をさらに劣化させる恐れがある。したがって、ピクセルセル８５０は、入射光強度測定に持ち込まれるノイズを低減することができる。
【００９９】
図８Ｅは、図６のピクセルセルアレイ６０６の一部であることが可能なピクセルセル８６０の例を示す。図８Ｅに示されるように、また、図８Ｃのピクセルセル８５０と同様に、ピクセルセル８６０は、同様に、測定キャパシタ８０８ａおよび８０８ｂの２つのセット、ならびに関連付けられた制御および処理回路を含む。例えば、ピクセルセル８６０は、測定キャパシタ８０８ａへの電荷の流れを制御するための、移送ゲート８０６ａ、リセットスイッチ８０７ａ、バッファ８０９ａ、および電圧源８３０ａを含む。さらに、ピクセルセル８６０は、測定キャパシタ８０８ｂへの電荷の流れを制御するための、移送ゲート８０６ｂ、リセットスイッチ８０７ｂ、バッファ８０９ｂ、および電圧源８３０ｂを同様に含む。しかし、図８Ｃのピクセルセル８５０とは対照的に、ピクセルセル８６０において、各フォトダイオード（およびそのローカルキャパシタ）は、その測定キャパシタ、および、関連付けられた制御処理回路と、独立して接続される。例えば、フォトダイオード８０１は、移送ゲート８０６ａおよびシャッタースイッチ８０４ａと直接的に接続され、その一方で、フォトダイオード８０２は、移送ゲート８０６ｂおよびシャッタースイッチ８０４ｂと直接的に接続され、フォトダイオード８０２によって生成された電荷は、フォトダイオード８０１を通り抜けて、移送ゲート８０６ｂおよび測定キャパシタ８０８ｂに達する必要はない。フォトダイオード８０１は、シャッター信号８１６ａに基づいて、シャッタースイッチ８０４ａによってリセットされることが可能であり、その一方で、フォトダイオード８０２は、シャッター信号８１６ｂに基づいて、シャッタースイッチ８０４ｂによってリセットされることが可能である。
【０１００】
フォトダイオード８０１および８０２からの電荷の読み取りが順次発生する図８Ａおよび図８Ｃにおける仕組みとは異なり、図８Ｅにおける仕組みは、フォトダイオード８０１および８０２からの電荷の同時読み取りを可能にする。このような仕組みは、ピクセルセル８６０を組み込むイメージセンサの動作速度を改善することができる。さらに、フォトダイオード８０２によって生成された電荷を伝導させるための経路からフォトダイオード８０１を除去することによって、フォトダイオード８０２によって生成された電荷をフォトダイオード８０１が汚染する可能性が低減されることが可能であり、フォトダイオード８０２の計測精度を改善することができる。
【０１０１】
いくつかの例では、図８Ａ〜図８Ｅのピクセルセル８００、８５０、および８６０の複数のフォトダイオードは、さらに、十分な容量に拡張された単一のフォトダイオードとして機能させるために使用されることが可能である。例えば、光学フィルタアレイ６０４の構成、ならびに／または、フォトダイオード８０１および８０２の構成に基づいて、フォトダイオードのそれぞれは、同じ波長成分の光（例えば、赤外光、可視光の色成分、等）を検出し、電荷に変換するように構成されることが可能である。選択スイッチ８０３は、電荷を保存するためのフォトダイオード８０１および８０２の容量をさらに増加させることができる。
【０１０２】
次に、図９Ａおよび図９Ｂへの参照が行われ、これらの図は、複数のフォトダイオードを備えるピクセルセルとして構成された半導体デバイス９００の例を示す。図９Ａは、Ｐ型半導体基板９０１に形成されたデバイス９００を示す。デバイス９００は、図８Ａのピクセルセル８００を形成することができる。デバイス９００は、裏面（例えば、方向Ａ’の方を向いている面）を経由して入射光９０２を受光するための裏面照射型デバイスとして構成されることが可能である。デバイス９００の裏面は、ＡとＡ’によって示される軸に沿った伝搬経路に沿って集められる光の所定の光成分９０２ａおよび９０２ｂをフォトダイオードが受光できるようにするために、入射光を集めるためのマイクロレンズ９０３、および、入射光をフィルタするための光学フィルタ９０４を含むことができる。光成分９０２ａは、可視光の色成分（例えば、赤、青、または緑成分のうちの１つ）を含んでもよく、その一方で、光成分９０２ｂは、赤外光を含んでもよい。
【０１０３】
デバイス９００は、さらに、ピン止めフォトダイオードを形成するための、Ｐ型基板９０１に埋め込まれたＮ型領域９０６を含む。デバイス９００は、さらに、別のピン止めフォトダイオードを形成するための、Ｐウェル９０８、および、Ｐウェル９０８に埋め込まれたＮ型領域９１２を含む。Ｎ型領域９１２によって形成されたピン止めフォトダイオードは、図８Ａ〜図８Ｅのフォトダイオード８０１に対応する第１のピン止めフォトダイオードであることが可能であり、その一方で、Ｎ型領域９０６によって形成されたピン止めフォトダイオードは、図８Ａ〜図８Ｅのフォトダイオード８０２に対応する第２のピン止めフォトダイオードであることが可能である。障壁層９１４は、第１のピン止めフォトダイオードと第２のピン止めフォトダイオードとの間に障壁を設けるために、Ｐウェル９０８内に同様に形成されることが可能である。いくつかの例では、障壁層９１４は、Ｐ型層であること、およびＰウェル９０８の一部であることが可能であり、または、Ｐウェル９０８より高いＰ型ドーピング濃度の部分であることが可能である。いくつかの例では、障壁層９１４は、さらに、（例えば、Ｎ型領域９０６とＮ型領域９１２の両方より低いＮ型ドーピング濃度を有する）Ｎ型層であることが可能である。２つのピン止めフォトダイオードは、同じまたは異なるピン止め電圧（例えば、フォトダイオードの両端間の最大電圧差）を有することができる。第１のピン止めフォトダイオードと第２のピン止めフォトダイオードの両方において、Ｐ型基板９０１およびＰウェル９０８の内部のＮ型領域９０６とＮ型領域９１２の完全な隔離は、暗電流およびノイズ性能を改善することができる。
【０１０４】
図９Ａに示されるように、（Ｐ型基板９０１およびＮ型領域９０６によって形成された）第２のピン止めフォトダイオード、障壁層９１４、ならびに（Ｐウェル９０８およびＮ型領域９１２によって形成された）第１のピン止めフォトダイオードは、（ＡとＡ’の間の軸によって示されるように）デバイス９００の内部の入射光の伝搬方向に沿ってスタックを形成することができる。スタック構造は、第２のピン止めフォトダイオードより、第１のピン止めフォトダイオードを、光を受光する裏面からさらに離して設置する。このような仕組みは、第１のピン止めフォトダイオードおよび第２のピン止めフォトダイオードが、異なる周波数成分の光を受光することを可能にする。例えば、短い方の波長の光子を含む可視光は、典型的には、吸収深度が浅く、その一方で、赤外光の光子は、より深くシリコンの中に入ることができる。したがって、デバイス９００において、第２のピン止めフォトダイオードは、光成分９０２ａ（可視光の所定の色成分）を主に集めることができ、その一方で、第１のピン止めフォトダイオードは、光成分９０２ｂ（赤外光）を主に集めることができる。このような仕組みは、同じピクセル内で２つのフォトダイオードが異なる波長成分の光を検出して、２Ｄ検知および３Ｄ検知を行えるようにする。
【０１０５】
デバイス９００は、デバイスの前面（例えば、Ａの方を向いている面）上のピン止め層９１５、酸化物層９１６、ポリシリコンゲート９１８、およびＮ型ドレイン９２０をさらに含む。ピン止め層９１５は、酸化物層９１６と基板との間のインターフェースにおける表面正孔の結合（ｓｕｒｆａｃｅ−ｈｏｌｅ  ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）によって生じる暗電流を低減するために、Ｎ型領域９１２が絶縁層９１６と直接的にインターフェースしないようにするために使用されることが可能であり、第１のピン止めフォトダイオードの暗電流性能をさらに改善することができる。いくつかの例では、ピン止め層９１５は、Ｎ型領域９１２で第２のピン止めフォトダイオードを形成することができ、Ｐウェル９０８は、デバイス９００から除去されることが可能である。ポリシリコンゲート９１８は、絶縁層９１６を介して電圧を受け取って電界を発生させ、Ｎ型領域９１２とドレイン９２０との間のチャネル領域９２２にチャネルを作り出すことができる。チャネルは、入射光の検出に応答して、第１のフォトダイオードまたは第２のフォトダイオードのうちの１つによって生成された電荷を伝導させるために作り出されることが可能である。いくつかの例では、下記で説明されることになるように、ポリシリコンゲート９１８は、さらに、第１のピン止めフォトダイオードの内側のポテンシャルを変調して、第２のピン止めフォトダイオードのＮ型領域９０６からドレイン９２０への電荷の移送を調整するために、第１のピン止めフォトダイオードのＮ型領域９１２上に延在することができる。図８Ａを再び参照すると、デバイス９００のドレイン９２０は、測定キャパシタ８０８に対応することが可能であり、デバイス９００のポリシリコンゲート９１８は、移送ゲート８０６に対応することが可能であり、デバイス９００の（Ｐウェル９０８およびＮ型領域９１２から形成された）第１のピン止めフォトダイオードは、フォトダイオード８０１に対応することが可能であり、デバイス９００の（Ｐ型基板９０１およびＮ型領域９０６から形成された）第２のピン止めフォトダイオードは、フォトダイオード８０２に対応することが可能であり、その一方で、障壁層９１４は、選択スイッチ８０３として構成されることが可能である。
【０１０６】
図９Ｂは、Ｐ型半導体基板９０１に形成されたデバイス９５０を示す。デバイス９５０は、前面（例えば、方向Ａの方を向いている面）を介して入射光９０２を受光するための前面照射型デバイスとして構成されることが可能である。デバイス９５０において、マイクロレンズ９０３および光学フィルタ９０４は、酸化物層９１６およびポリシリコンゲート９１８を覆う（さらに酸化物層であること、または他の絶縁体材料から作られることが可能な）絶縁層９５２の最上部に位置づけられることが可能である。デバイス９５０において、（Ｐウェル９０８およびＮ型領域９１２から形成された）第２のピン止めフォトダイオードは、さらに、光成分９０２ａ（例えば、可視光の色成分）を検出するように構成されることが可能であり、その一方で、（基板９０１およびＮ型領域９０６から形成された）第１のピン止めフォトダイオードは、さらに、光成分９０２ｂを検出するように構成されることが可能である。デバイス９５０は、さらに、Ｎ型領域９１２とＮ型領域９０６との間の障壁層９１４を含み、第２のピン止めフォトダイオード、障壁層９１４、および第１のピン止めフォトダイオードは、デバイス９００におけるように、（ＡとＡ’の間の軸によって示されるような）デバイス９００の内部の入射光の伝搬方向に沿ってスタックを形成する。
【０１０７】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、複数のフォトダイオードを備えるピクセルセルとして構成することが可能なデバイス１０００の例を示す。図１０Ａは、デバイス１０００の２つの断面図を示し、１つの断面図は、ＸとＸ’の間の軸の方を向いており、もう１つの断面図は、ＹとＹ’の間の軸の方を向いている。図１０Ｂは、ＸとＸ’の間の軸、および、ＹとＹ’の間の軸を含むデバイス１０００の（例えば方向Ａの方を向いている）前面図を示す。いくつかの例では、デバイス１０００は、図８Ａのピクセルセル８００を形成するために図９Ａのデバイス９００を含むことができる。デバイス１０００は、基板９０１上に形成されることが可能であり、例えば、マイクロレンズ９０３、光学フィルタ９０４、（第２のピン止めフォトダイオードの一部である）Ｎ型領域９０６、任意選択のＰウェル９０８、（第１のピン止めフォトダイオードの一部である）Ｎ型領域９１２、障壁層９１４、ピン止め層９１５、酸化物層９１６、およびＡ−Ａ’軸に沿ってスタックを形成するポリシリコンゲート９１８を含んでもよい。デバイス１０００は、第１のピン止めフォトダイオードまたは第２のピン止めフォトダイオードのうちの１つによって生成された電荷を保存するためのフローティングデバイスとして構成されたドレイン９２０をさらに含む。第１のピン止めフォトダイオードまたは第２のピン止めフォトダイオードのうちの１つによって生成された電荷は、（ポリシリコンゲート９１８が、受け取った電圧に基づく電界を印加するときに形成された）チャネル領域９２２を通ってドレイン９２０まで、Ｚ−Ｚ’によって示された経路に沿って流れることができる。図１０Ａの例では、ポリシリコンゲート９１８は、第２のピン止めフォトダイオードの内部のポテンシャルを変調して、第２のピン止めフォトダイオードを介した第１のピン止めフォトダイオードからドレイン９２０への電荷の移送を支援するために、（第２のピン止めフォトダイオードを形成する）Ｎ型領域９０６の上に延在する。デバイス１０００は、（方向Ａ’の方を向いている裏面の表面を経由して入射光が入る）裏面照射型デバイスとして示されているが、デバイス１０００は、図９Ｂのデバイス９５０に類似の前面照射型デバイスとして構成されることが同様に可能であるということが理解される。さらに、図１０Ｂにおいて、ポリシリコンゲート９１８は、フォトダイオードのスタックの最上部にあるが、ポリシリコンゲート９１８は、フォトダイオードのスタックの側面にあることが同様に可能であるということがわかる。
【０１０８】
図１０Ａに示されるように、デバイス１０００は、１つまたは複数のディープトレンチアイソレーション（ＤＴＩ）構造１００２をさらに含む。ＤＴＩ構造は、隣接したピクセルセルデバイス（例えば、Ｘ−Ｘ’軸またはＹ−Ｙ’軸に沿って互いに隣接して置かれたピクセルセル）の間の連結を低減し、基板内のＮ型領域の隔離をさらに改善するための絶縁体として作用することができる。各ＤＴＩ構造は、酸化ケイ素から作られ、充填材１００４で充填された、１つまたは複数の側壁１００３を含むことができる。充填材１００４は、金属、またはドープされたポリシリコンを含んでもよい。充填材１００４は、伝導性であることが可能であり、電界を生成するための電圧信号を受信することができる。いくつかの例では、（例えば、Ａ−Ａ’軸に沿った）ＤＴＩ構造の深さは、基板９０１を含むデバイス１０００の半導体デバイス全体を通じて延在することができる。図１０Ｂに示されるように、ＤＴＩ構造１００２は、電圧信号を印加するために、充填材１００４への電気経路を提供するための、デバイス１０００の前面の１つまたは複数の接点１００７を含んでもよい。
【０１０９】
ＤＴＩ構造１００２は、選択スイッチ８０３の機能を実行するために、（第１のピン止めフォトダイオードの）Ｎ型領域９１２、およびドレイン９２０への、（第２のピン止めフォトダイオード）のＮ型領域９０６によって生成された電荷の流れを制御するように障壁層９１４を制御するために使用されることが可能である。例えば、上述のように、ＤＴＩ構造１００２は、障壁層９１４を横切る電界１００６を含む電界を生成するための電圧信号を受信してもよい。電界は、障壁層９１４内の電荷担体の分布を変化させることができ、その電位を基板９０１に対して変化させることができる。障壁層９１４と基板９０１との間の相対電位の変化は、次に、第２のピン止めフォトダイオードによって生成された電荷が、ドレイン９２０に向かう途中、第１のピン止めフォトダイオードを通って流れることを可能にすること、または不可能にすることを、障壁層９１４に行わせることができる。
【０１１０】
図１０Ｃは、デバイス１０００の動作の異なる期間中の経路Ｚ−Ｚ’に沿った電位分布の例を示す。期間１０１０において、第１のピン止めフォトダイオードと第２のピン止めフォトダイオードの両方は入射光に露光され、ピン止めフォトダイオードは、光子を電荷に変換し、電荷を保存する。チャネル領域９２２および障壁９１４における電位は、基板９０１の電位とほぼ同じに、または等しくセットされることが可能であり、Ｎ型領域９０６およびＮ型領域９１２における電荷蓄積領域の電位より小さい。電荷は、結果としてピン止めフォトダイオードに溜められる。期間１０１０は、移送信号８１４と選択信号８１３の両方がデアサートされ、ポリシリコンゲート９１８およびＤＴＩ構造１００２が、結果として電界を生成しない、例えば図８Ｂの期間Ｔ１に対応することが可能である。
【０１１１】
期間１０１２において、チャネル領域９２２における電位は、（Ｎ型領域９１２を備える）第１のピン止めフォトダイオードに保存された電荷がドレイン９２０に流れることができるように、増加させられることが可能である。チャネル領域９２２にチャネルを作り出すために、（例えば、検知コントローラ６１０による移送信号８１４のアサートによって）電圧がポリシリコンゲート９１８に印加されることが可能である。チャネルの作成は、チャネル領域９２２に電位を生じ、Ｎ型領域９１２からドレイン９２０へのポテンシャルの勾配を作り出す。電荷は、ポテンシャルの勾配に沿ってドレイン９２０まで流れることができる。一方で、選択信号８１３は、デアサートされたままであり、障壁９１４の電位は、Ｎ型領域９１２より低いままである。結果として、（Ｎ型領域９０６を備える）第２のピン止めフォトダイオードに保存された電荷は、溜められたままである。期間１０１２は、例えば図８Ｂの期間Ｔ２に対応することが可能である。
【０１１２】
期間１０１４において、移送信号８１４と選択信号８１３の両方は、（Ｎ型領域９０６を備える）第２のピン止めフォトダイオードに保存された電荷を読み取ることができるように、アサートされる。移送信号８１４のアサートにより、チャネル領域９２２の電位は高いままである。さらに、選択信号８１３をアサートすると、電圧信号がＤＴＩ構造１００２に印加されて、障壁層９１４を横切る電界１００６を作り出す。電界は、例えば、障壁層９１４の内部の負の電荷担体を押し出して、基板９０１およびＮ型領域９０６に対して、障壁層９１４の電位を増加させることができる。結果として、Ｎ型領域９０６、障壁層９１４、およびＮ型領域９１２を介した基板９０１からチャネル領域９２２へのポテンシャルの勾配が形成され、第１のピン止めフォトダイオードに以前に溜められた電荷は、ドレイン９２０に流れることができる。さらに、（Ｎ型領域９０６によって形成された）第２のフォトダイオードをポリシリコンゲート９１８が覆うケースでは、移送信号８１４のアサートが、第２のピン止めフォトダイオード内の電界を同様に生成してもよい。電界は、Ｎ型領域９０６内の負の電荷担体を押し出して、Ｎ型領域９０６の電位をさらに増加させ、ポテンシャルの勾配をさらに急にすることができ、第１のピン止めフォトダイオードからドレイン９２０への電荷の移送をさらに容易にすることができる。
【０１１３】
次に、図１１Ａおよび図１１Ｂへの参照が行われ、これらの図は、複数のフォトダイオードを備えるピクセルセルとして構成された半導体デバイスの例を示す。図１１Ａは、デバイス１１００を示す。デバイス１１００は、図８Ｃのピクセルセル８５０を形成することができる。図１１Ａの例では、デバイス１１００は、デバイス９００および１０００に類似の、裏面（例えば、方向Ａ’の方を向いている面）を経由して入射光９０２を受光するための裏面照射型デバイスとして構成されることが可能である。デバイス１１００は、基板９０１上に形成されることが可能であり、例えば、マイクロレンズ９０３、光学フィルタ９０４、（第２のピン止めフォトダイオードを形成する）Ｎ型領域９０６、任意選択のＰウェル９０８、（第１のピン止めフォトダイオードを形成する）Ｎ型領域９１２、障壁層９１４、ピン止め層９１５、およびＡ−Ａ’軸に沿ってスタックを形成する酸化物層９１６を含んでもよい。デバイス１１００は、障壁層９１４における電位を制御して、第１のピン止めフォトダイオードおよび第２のピン止めフォトダイオードに保存された電荷の読み取りを連続して行うための、１つまたは複数のＤＴＩ構造１００２をさらに含む。さらに、デバイス１１００は、それぞれ、酸化物層１１１６ａおよび１１１６ｂの上のポリシリコンゲート１１１８ａおよび１１１８ｂのペア、ならびに、ドレイン１１２０ａおよび１１２０ｂのペアをさらに含む。ドレイン１１２０ａは、（Ｎ型領域９１２を備える）第１のピン止めフォトダイオードによって生成された電荷を保存するように構成されることが可能であり、その一方で、ドレイン１１２０ｂは、（Ｎ型領域９０６によって形成された）第２のピン止めフォトダイオードによって生成された電荷を保存するように構成されることが可能である。第２のピン止めフォトダイオード（例えば、Ｎ型領域９０６）からドレイン１１２０ａへの電荷の流れは、障壁層９１４およびポリシリコンゲート１１１８ｂによって制御されることが可能であり、その一方で、第１のピン止めフォトダイオード（例えば、Ｎ型領域９１２）からドレイン１１２０ａへの電荷の流れは、ポリシリコンゲート１１１８ａによって制御されることが可能である。図８Ｃを再び参照すると、デバイス１１００のドレイン１１２０ａは、測定キャパシタ８０８ａに対応することが可能であり、デバイス１１００のドレイン１１２０ｂは、測定キャパシタ８０８ｂに対応することが可能であり、デバイス１１００のポリシリコンゲート１１１８ａは、移送ゲート８０６ａに対応することが可能であり、デバイス１１００のポリシリコンゲート１１１８ｂは、移送ゲート８０６ｂに対応することが可能であり、その一方で、障壁層９１４は、選択スイッチ８０３として構成されることが可能である。デバイス１１００は、（入射光が、方向Ａ’の方を向いている裏面の表面を経由して入る）裏面照射型デバイスとして示されるが、デバイス１０００は、図９Ｂのデバイス９５０に類似の前面照射型デバイスとして構成されることが同様に可能であるということがわかる。
【０１１４】
障壁層９１４の電位を変化させることに加えて（または、その代わりに）、基板９０１の電位は、さらに、（第２のピン止めフォトダイオードの）Ｎ型領域９０６から、（第１のピン止めフォトダイオードの）Ｎ型領域９１２を介したドレイン９２０への電荷の流れを制御するために変化させられることが可能である。電位は、例えば図８Ａおよび図８Ｃのバイアス源８４０によって制御されることが可能である。図１２は、デバイス１０００（またはデバイス１１００）の動作の異なる期間中の経路Ｚ−Ｚ’に沿った電位分布の例を示す。簡略化のために、チャネル領域９２２、Ｎ型領域９１２、障壁層９１４、Ｎ型領域９０６、および基板９０１における電位だけが示される。（図１０Ｃの期間１０１０に対応することが可能な）期間１２００において、基板９０１は、対地電圧にバイアスされることが可能であり、その結果、障壁９１４および基板９０１は両方、同様の電位を有することができる。一方で、Ｎ型領域９０６および９１２の電位は、Ｎ型領域において生成され、保存された電荷を溜めるように、障壁９１４とチャネル領域９２２の両方より高い。
【０１１５】
期間１２０２において、基板９０１に印加されたバイアス電圧は、例えば選択信号８１３に基づいて、対地電圧から負電圧に低減されることが可能であり、その一方で、Ｐウェル９０８における電位は、対地電圧のままである。ポテンシャルの勾配は、基板９０１と障壁層９１４との間に形成されることが可能である。負電圧は、さらに、Ｎ型領域９０６に保存された電荷を完全に枯渇させることが可能であり、電荷は、ポテンシャルの勾配に沿い、障壁層９１４を介して、Ｎ型領域９１２まで流れることができる。電荷は、移送信号８１４がアサートされ、チャネル領域９２２における電位が増加するときにＮ型領域９１２から読み取られることが可能である。基板電圧を変調することによって、第２のピン止めフォトダイオードから第１のピン止めフォトダイオードへの電荷の流れを制御することへの（図８Ａおよび図８Ｃの選択スイッチ８０３によって表現された）障壁層９１４の効果は、同様に調整されることが可能である。
【０１１６】
図１１Ａおよび図１１Ｂにおいて、ＤＴＩ構造１００２は、暗電流性能を改善するために、バイアスされることが可能である。例えば、ＤＴＩ構造１００２は、シリコンダイオード側壁１００３と基板との間のインターフェース近くに正孔を蓄積するために、固定負電圧にバイアスされることが可能である。正孔の蓄積は、（第１のピン止めフォトダイオードの）Ｎ型領域９０６における暗電流を低減することができる。結果として、第１のピン止めフォトダイオードにおける入射光測定の精度は、さらに改善されることが可能である。
【０１１７】
図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃ、および図１３Ｄは、複数のピクセルセルデバイス１０００を含むピクセルセルアレイ１３００の半導体デバイスの例を示す。図１３Ａは、ピクセルセルアレイ１３００の例の側面図を示し、その一方で、図１３Ｂは、ピクセルセルアレイの前面（例えば、方向Ａの方に向いている面）図を示す。図１３Ａに示されるように、各ピクセルセルデバイス１０００は、例えば赤外光（「ＩＲ−ＰＤ」）を検出するための第１のピン止めフォトダイオード、および、例えば可視光（「ＲＧＢ−ＰＤ」）を検出するための第２のピン止めフォトダイオードを含む。各ピクセルセルデバイス１０００は、電荷の流れを制御するためのポリシリコンゲート９１８をさらに含む。ＩＲ−ＰＤは、Ｐウェル９０８の中にあることが可能である。第１のピン止めフォトダイオードおよび第２のピン止めフォトダイオードは、基板９０１上のＡ−Ａ’軸に沿った入射光の伝搬の方向に沿ってスタックを形成する。図１３Ａに示されていない他の処理回路（例えば、測定モジュール６０８、検知コントローラ６１０、等）は、基板９０１のバイアス電圧が切り替わるときの正しい動作を保証するために、基板９０１から遮蔽されるように、Ｎウェルに囲まれることが可能である。
【０１１８】
さらに、図１３Ａおよび図１３Ｂに示されるように、バイアス電圧を印加するための基板９０１へのアクセスを行うために、前面から延在し、ＤＴＩ構造と平行に延び、ピクセルアレイの裏面（例えば、Ａ’の方を向いている面）上の基板９０１に達する、１つまたは複数のＰ＋領域１３０４が形成されることが可能である。Ｐ＋領域１３０４は、基板９０１への低抵抗接続を形成するための高濃度Ｐ型ドーパントを含むことができる。図１３Ｂに示されるように、Ｐ＋領域１３０４は、リング構造を形成することができ、接点１３０６は、前面の最上部に覆われた金属相互接続１３０８と、Ｐ＋領域１３０４を接続するために、ピクセルセルアレイ１３００の前面に設置されることが可能である。基板９０１は、金属相互接続１３０８を介してバイアス電圧を受け取ることができる。バイアス電圧は、上述のように、障壁９１４と基板９０１（および／またはＮ型領域９０６）との間の電位差を変化させるように変化してもよく、または固定されてもよい。いくつかの例では、基板９０１は、さらに、ＲＧＢ−ＰＤのためのアンチブルーミングゲートを提供するために、小さい正電圧でバイアスされることが可能である。
【０１１９】
さらに、ピクセルセルアレイ１３００は、隣接したピクセルセルデバイスのフォトダイオード間に絶縁体を設置するための、（ピクセルセルデバイス１０００の一部であり、隣接したピクセルセルデバイスの間で共有されることが可能な）ＤＴＩ構造１００２をさらに含む。図１３Ａの例では、ＤＴＩ構造１００２は、前面から製造することが可能である。ＤＴＩ構造は、ＩＲ−ＰＤおよびＲＧＢ−ＰＤのスタックを通って前面から延在し、基板９０１で止まり、基板９０１からＤＴＩ構造１００２を隔離することが可能である。基板９０１からのＤＴＩ構造１００２の隔離は、（障壁層を制御するために）ＤＴＩ構造１００２に印加されたバイアス電圧が、（Ｐ＋領域１３０４を介して印加される）基板９０１に印加されたバイアス電圧と干渉するのを回避することができる。さらに、ＤＴＩ構造は、各ピクセルセルデバイス１０００のＰウェル９０８を絶縁してもよい。図１３Ｂに示されるように、各ピクセルセルデバイス１０００は、ピクセルセルデバイスのＰウェル９０８への電気経路を提供して、バイアス電圧（例えば、対地電圧）をＰウェルが受け取り、図１２に示されるように、電荷の流れを制御できるようにするための、ピクセルセルアレイ１３００の前面の１つまたは複数の接点１３０２を含んでもよい。ＤＴＩ構造は、さらに、（図１３Ａおよび図１３Ｂに示されていない）前面の接点および金属相互接続を介してバイアス電圧を受け取ることができる。バイアス電圧は、障壁９１４の電位を変化させるように変化してもよく、または、上述のような暗電流の生成を低減するために固定されてもよい。いくつかの例では、ＤＴＩ構造の接点は、各ピクセル位置に、および／または、Ｐ＋領域１３０４に類似のピクセルアレイの周辺上のリング構造に、設置されることが可能である。
【０１２０】
図１３Ｃは、ピクセルセルアレイ１３００の側面図の別の例を示し、その一方で、図１３Ｄは、ピクセルセルアレイの前面（例えば、方向Ａの方に向いている面）図を示す。図１３Ａと比較すると、各ピクセルセルデバイス１０００は、赤外光（「ＩＲ−ＰＤ」）を検出するための第１のピン止めフォトダイオード、および、可視光（「ＲＧＢ−ＰＤ」）を検出するための第２のフォトダイオードを含む。各ピクセルセルデバイス１０００は、電荷の流れを制御するためのポリシリコンゲート９１８をさらに含む。ＩＲ−ＰＤは、Ｐウェル９０８の中にあることが可能である。第１のピン止めフォトダイオードおよび第２のピン止めフォトダイオードは、基板９０１上のＡ−Ａ’軸に沿った入射光の伝搬の方向に沿ってスタックを形成する。さらに、前面から延在し、ＤＴＩ構造と平行に延び、ピクセルアレイの裏面（例えば、Ａ’の方を向いている面）上の基板９０１に達する、１つまたは複数のＰ＋領域１３０４が形成されることが可能である。Ｐ＋領域１３０４は、基板９０１への低抵抗接続を形成するための高濃度Ｐ型ドーパントを含むことができる。
【０１２１】
さらに、ピクセルセルアレイ１３００は、隣接したピクセルセルデバイスのフォトダイオード間に絶縁体を設置するための、（ピクセルセルデバイス１０００の一部であり、隣接したピクセルセルデバイス間で共有されることが可能な）ＤＴＩ構造１００２をさらに含む。しかし、図１３Ａとは異なり、図１３Ｃの例では、ＤＴＩ構造１００２は、基板９０１に達しない。代わりに、ＤＴＩ構造１００２は、基板９０１に延在するＰ型ガードリング１３２０によって取り囲まれることが可能である。
【０１２２】
Ｐ型ガードリング１３２０の形成は、非常に多くの長所をもたらすことができる。第１に、ピクセルセルアレイ１３００が、裏面（例えば、方向Ａ’の方を向いている面）を経由して入射光を受光するための裏面照射型デバイスとして構成されるケースでは、ＲＧＢ−ＰＤで受光された可視光の強度が最大化されることが可能になるように、基板９０１の厚さを低減して、基板９０１による入射光の一定の成分（例えば、青い光）の吸収を強化することが有利なことがある。しかし、薄い基板を用いると、（基板９０１のバイアスと干渉することになる基板９０１とＤＴＩ構造１００２との短絡を回避するために）ＤＴＩ構造１００２が基板９０１に貫通しないように、ＤＴＩ構造１００２の深さの精密な制御を必要とすることがあるが、ＤＴＩ構造１００２は、隣のピクセルセルデバイスの対応するフォトダイオードから、ピクセルセルデバイスのＩＲ−ＰＤおよびＲＧＢ−ＰＤを囲む（および絶縁する）ことができる。ＤＴＩ構造１００２を囲むためにガードリング１３２０を追加することによって、ＤＴＩ構造は、基板９０１から絶縁されることが可能である。さらに、ガードリング１３２０は、ＤＴＩ構造１００２が基板９０１に触れなくても、隣のピクセルセルデバイス１０００のＲＧＢ−ＰＤを絶縁することが同様に可能である。したがって、ＤＴＩ構造１００２の深さを制御するのに必要な精密さは、軽減されることが可能である。さらに、ガードリングは、必要な電圧の揺れ（例えば、負電圧の揺れ）を低減して、電荷の読み取りのためにＲＧＢ−ＰＤを完全に枯渇させることが同様に可能である。Ｐ型ガードリング１３２０は、移植によって形成されることが可能であり、移植の深さの精密さは、ＲＧＢ−ＰＤとＩＲ−ＰＤとの間の障壁層にＰ型ガードリング１３２０が触れない限り、軽減されることが同様に可能である。
【０１２３】
図１４Ａおよび図１４Ｂは、複数のピクセルセルデバイス１０００を含むピクセルセルアレイ１４００の例を示す。図１４Ａは、ピクセルセルアレイ１４００の側面図を示し、その一方で、図１４Ｂは、ピクセルセルアレイの裏面（例えば、方向Ａ’の方を向いている面）図を示す。図１４Ａに示されるように、各ピクセルセルデバイス１０００は、赤外光検出のための第１のピン止めフォトダイオード（例えば「ＩＲ−ＰＤ」）、および、可視光検出のための第２のピン止めフォトダイオード（例えば，「ＲＧＢ−ＰＤ」）、ならびに、電荷の流れを制御するためのポリシリコンゲート９１８を含む。ＩＲ−ＰＤは、Ｐウェル９０８の中にあることが可能である。図１４Ａに示されていない他の処理回路（例えば、ディジタイザモジュール６０８、検知コントローラ６１０、等）は、基板９０１のバイアス電圧が切り替わるときの正しい動作を保証するために、基板９０１から遮蔽されるように、Ｎウェルに囲まれることが可能である。
【０１２４】
さらに、図１４Ａおよび図１４Ｂに示されるように、ピクセルセルアレイ１４００は、隣接したピクセルセルデバイス１０００のピン止めフォトダイオード間に絶縁体を設置するためのＤＴＩ構造１００２をさらに含む。図１４Ａの例では、ＤＴＩ構造１００２は、裏面から製造されることが可能である。ＤＴＩ構造は、第１のフォトダイオードと第２のフォトダイオードのスタックを通じて裏面から延在し、Ｐウェル９０８で止まることができる。ＤＴＩ構造は、各ピクセルセルデバイス１０００のＰウェル９０８を絶縁しない。各ピクセルセルのＰウェル９０８は、共通基板１４０２に接続されることが可能であり、外部バイアス接続のために各ピクセルセルに接点１３０２を含んでもよい（または含まなくてもよい）。しかし、ＤＴＩ構造は、各ピクセルセルデバイス１０００の基板９０１を絶縁する。各ピクセルセルデバイス１０００の基板９０１に外部アクセスを提供するために、各ピクセルセルデバイス１０００の基板９０１に、および、ピクセルセルアレイ１４００の裏面に、１つまたは複数の接点１４０４が設置されることが可能である。裏面の接点１４０４と接続するために、金属相互接続１４０６が設置されることが可能である。さらに、ピクセルセルアレイ１４００は、前面から裏面に延在する１つまたは複数のシリコン貫通電極（ＴＳＶ：ｔｈｒｏｕｇｈ−ｓｉｌｉｃｏｎ  ｖｉａｓ）１４０７をさらに含む。ＴＳＶ１４０７は、金属相互接続１４０６と、前面の金属相互接続１４０８との間の電気接続を行うことができる。バイアス電圧信号は、各ピクセルセルデバイス１０００の基板９０１のバイアス電圧を変化させるために、金属相互接続１４０８に印加されることが可能である。バイアス電圧信号は、金属相互接続１４０８から接点１４１０を介してＴＳＶ１４０７に、ＴＳＶ１４０７から金属相互接続１４０６に接点１４１２を介して、および、金属相互接続１４０６から基板９０１に接点１４０４を介して、伝導されることが可能である。図１４Ｂは、ピクセルセルアレイ１４００の裏面の接点１４１２および１４０４、ならびに金属相互接続１４０６の例を示す。
【０１２５】
いくつかの例（図１３Ａから図１４Ｂに図示せず）では、ＤＴＩ構造１００２は、Ｐウェル９０８と基板９０１の両方が、隣接したピクセルセルデバイス１０００の間で絶縁されるように、前面から裏面に延在してもよい。この場合、ピクセルセルアレイは、各ピクセルセルデバイスのＰウェル９０８へのアクセスを行うための前面の接点（例えば、接点１３０６）、および、各ピクセルセルデバイスの基板９０１へのアクセスを行うための裏面の接点（例えば、接点１４０４）を含んでもよい。さらに、図１３Ａから図１４Ｂの例では、ピクセルセルアレイデバイスの厚さは、光がデバイス内を伝搬するときに、可視光の一定の色成分の吸収を最大化するように予め構成されることが可能である。
【０１２６】
図１５Ａから図１５Ｇは、複数のフォトダイオードを備えるピクセルセルとして構成された半導体デバイス１５００の例を示す。半導体デバイス１５００は、図８Ｅのピクセルセル８６０を形成することができる。半導体デバイス１５００は、Ｐ型基板１５０１上に形成されることが可能であり、裏面（例えば、方向Ａ’の方を向いている面）を経由して入射光９０２を受光するための裏面照射型デバイスとして構成されることが可能である。半導体デバイス１５００の裏面は、マイクロレンズ９０３、光学フィルタ９０４、および、絶縁層１５０４に埋め込まれた光学構造１５０２を含むことができる。入射光は、マイクロレンズ９０３によって集められ、光学フィルタ９０４によってフィルタされることが可能である。フィルタされた入射光は、異なる波長帯と関連付けられた光成分９０２ａ（例えば、可視光の色成分）、および光成分９０２ｂ（例えば、赤外光成分）を含んでもよい。フィルタされた入射光は、軸Ａ−Ａ’に沿って前面の方へ進み、光学構造１５０２によって分割されることが可能である。光学構造は、光成分９０２ｂから光成分９０２ａを分離し、Ｐ型基板１５０１の内部の（例えば、軸Ｙ−Ｙ’に沿った）２つの異なる位置に置かれた２つのフォトダイオードに異なる光成分を投影することができる。
【０１２７】
図１５Ａに示されるように、半導体デバイス１５００は、（Ｎ型領域１５０６を備える）第１のピン止めフォトダイオード、および（Ｎ型領域１５１０を備える）第２のピン止めフォトダイオードを形成するための、Ｐ型基板１５０１の内部に埋め込まれたＮ型領域１５０６、障壁層１５０８、およびＮ型領域１５１０を含む。第１のピン止めフォトダイオードおよび第２のピン止めフォトダイオードは、例えば、光学構造１５０２の内部の（例えば、Ａ−Ａ’に沿った）光９０２の伝搬方向に対して垂直の軸（例えば、Ｙ−Ｙ’）に沿って並べて配列されることが可能である。第１のピン止めフォトダイオードは、例えば、入射光の光成分９０２（例えば、可視光の色成分）を光学構造１５０２から受光するように位置付けられ、構成されることが可能であり、その一方で、第２のピン止めフォトダイオードは、例えば、入射光の光成分９０２ｂ（例えば、赤外光）を光学構造１５０２から受光するように位置付けられ、構成されることが可能である。障壁層１５０８は、第１のピン止めフォトダイオードと第２のピン止めフォトダイオードとの間の隔離を提供するように構成され、例えば、Ｐ型基板１５０１、ＤＴＩ構造、等の一部を含むことができる。
【０１２８】
半導体デバイス１５００は、デバイスの前面（例えば、Ａの方に向いている面）のピン止め層１５１５、酸化物層１５１６、ポリシリコンゲート１５１８ａと１５１８ｂのペア、およびＮ型ドレイン１５２０ａと１５１０ｂのペアをさらに含む。ドレイン１５２０ａは、（Ｎ型層１５０６によって形成された）第１のフォトダイオードによって生成された電荷を保存するように構成されることが可能であり、その一方で、ドレイン１５２０ｂは、（Ｎ型領域１５１０によって形成された）第２のフォトダイオードによって生成された電荷を保存するように構成されることが可能である。第１のフォトダイオード（例えば、Ｎ型領域１５０６）からドレイン１５２０ａへの電荷の流れは、ポリシリコンゲート１５１８ａによって制御されることが可能であり、その一方で、第２のフォトダイオード（例えば、Ｎ型層１５１０）からドレイン１５２０ｂへの電荷の流れは、ポリシリコンゲート１５１８ｂによって制御されることが可能である。ピン止め層１５１５は、酸化物層１５１６のインターフェースにおける枯渇によって生じたＮ型領域１５０６および１５１０における暗電流を低減することができる。図８Ｅを再び参照すると、半導体デバイス１５００のドレイン１５２０ａは、測定キャパシタ８０８ａに対応することが可能であり、半導体デバイス１５００のドレイン１５２０ｂは、測定キャパシタ８０８ｂに対応することが可能であり、半導体デバイス１５００のポリシリコンゲート１５１８ａは、移送ゲート８０６ａに対応することが可能であり、半導体デバイス１５００のポリシリコンゲート１５１８ｂは、移送ゲート８０６ｂに対応することが可能である。半導体デバイス１５００は、（入射光が、方向Ａ’の方を向いている裏面の表面を経由して入る）裏面照射型デバイスとして示されるが、半導体デバイス１５００は、図９Ｂのデバイス９５０に類似の前面照射型デバイスとして構成されることが同様に可能であるということがわかる。
【０１２９】
図１５Ｂ〜図１５Ｇは、光学構造１５０２が光成分９０２ｂ（例えば、ＩＲ）から光成分９０２ａ（例えば、可視光）を分離し、異なる位置に異なる光成分を投影することができるメカニズムの例を示す。例えば、図１５Ｂに示されるように、光学構造１５０２は、屈折によって光成分を分割することができるプリズム１５３０を含んでもよい。光９０２の屈折は、例えば表面１５３２において発生してもよく、光が表面１５３２を出るときの光の伝搬方向を変化させる。伝搬方向の変化は、プリズム１５３０の材料ならびに光成分の波長の関数であることが可能な屈折率によって決まる。これらの異なる波長により、光成分９０２ａおよび９０２ｂを含む光９０２の異なる光成分は、これらの伝搬方向の異なる度合いの変化を起こすことがあり、光成分９０２ａおよび光成分９０２ｂをそれぞれ、Ｎ型領域１５０６およびＮ型領域１５１０の方に伝搬させる。
【０１３０】
いくつかの例では、図１５Ｃに示されるように、光学構造１５０２は、回折によって光成分を分割することができる回折格子構造１５４０を含んでもよい。回折格子構造１５４０は、例えば、溝１５４２などの複数の溝を含む透過回折格子構造を含んでもよい。光９０２が回折格子構造１５４０を通過するとき、光９０２の異なる成分は、異なる離脱角で建設的干渉を受ける可能性がある。例えば、光９０２が角度θｉで回折格子構造１５４０に入射すると仮定すると、以下の方程式に基づいて、第ｍの回折次数に関する光成分の離脱角θｍは、回折格子構造１５４０の隣接した溝の間の距離、および光成分の波長λに関するものであることが可能である。
【０１３１】
ａ［ｓｉｎ（θｍ）−ｓｉｎ（θｉ）］＝ｍλ      （方程式１）
【０１３２】
異なる波長の異なる光成分（例えば、９０２ａおよび９０２ｂ）は、回折格子構造１５４０について、特定の回折次数（例えば、１次）に関する異なる離脱角θｍを有することができ、光成分９０２ａおよび９０２ｂが異なる角度で進み、Ｎ型領域１５０６および１５１０に達するのを可能にする。
【０１３３】
いくつかの例では、図１５Ｄに示されるように、光学構造１５０２は、光９０２の異なる成分について回折格子の効率が異なる回折格子構造１５５０を含んでもよい。例えば、光学構造１５０２は、回折格子スリットをさらに含んでもよく、各スリットの大きさは、小さすぎて特定の波長の光（例えば、赤外線）を回折させることができないように構成されるが、より短い波長（例えば、可視光）の光を回折させることができる。別の例として、図１５Ｄに示されるように、回折格子構造１５５０は、光成分９０２ｂ（例えばＩＲ）をＮ型領域１５０６の方に回折させるように構成されたブレーズ面を含むブレーズド透過回折格子を含んでもよく、一方で、光成分９０２ａ（例えば、可視光の色成分）は、回折格子構造１５５０を通過し、Ｎ型領域１５１０に入る。
【０１３４】
いくつかの例では、図１５Ｅに示されるように、光学構造１５０２は、光９０２の成分（例えば、光成分９０２ａおよび９０２ｂ）を分割し、Ｎ型領域１５０６および１５１０に光成分を投影することができる光誘導装置１５６０を含んでもよい。分割は、全内部反射に基づいて光成分を選択的に溜めることによって行われることが可能である。図１５Ｅに示されるように、光９０２が光誘導装置１５６０に入るとき、光成分９０２ａ（例えば、可視光）および９０２ｂ（ＩＲ）は、異なる屈折率が原因で、異なる度合いの屈折を起こし、光成分９０２ｂは、光成分９０２ａより小さく屈折される。異なる屈折率は、光成分の異なる波長が原因である可能性がある。光成分９０２ａおよび９０２ｂによって起こる異なる度合いの屈折の結果として、屈折した光成分９０２ｂは、（Ｘによってマークされた）第１の方向に沿って光誘導装置１５６０を貫通して、Ｎ型領域１５０６に達することができ、その一方で、屈折した光成分９０２ａは、光誘導装置１５６０内で全内部屈折を受け、（Ｙによってマークされた）第２の方向に沿って伝搬して、光成分９０２ａをＮ型領域１５１０に向けることができる光カプラ１５６２に達することもある。
【０１３５】
図１５Ｆは、光誘導装置１５６０の他の例を示す。図１５Ｆに示されるように、光誘導装置１５６０は、光成分９０２ａおよび９０２ｂを屈折させ、分割することが可能な、光９０２の入射角を大きくするための、くさび形の表面１５７２を含んでもよい。光成分９０２ｂは、光誘導装置１５６０を貫通して、Ｎ型領域１５０６に達することができ、その一方で、光成分９０２ａは、全内部屈折を受け、光誘導装置１５６０の内部を伝搬することができる。光カプラ１５６２は、境界における屈折率の比率、ならびに、内部反射のための臨界角を変化させるために、（Ａとマークされた位置にある）光誘導装置１５６０の境界に取り付けられることが可能である。光成分９０２ａの全内部反射は、位置Ａにおいて終わらせることができる。光成分９０２ａは、位置Ａで光誘導装置１５６０を出て、Ｎ型領域１５１０に入ることができる。
【０１３６】
いくつかの例では、図１５Ｇに示されるように、光学構造１５０２は、傾斜ミラー１５８０を含むことができる。傾斜ミラー１５８０は、光成分９０２ａ（可視光）を別の方向に反射すると同時に、光成分９０２ｂ（ＩＲ）が通過して、Ｎ型領域１５０６に達することができるようにする。反射された光成分９０２ａは、マイクロレンズ９０３におけるなど、別の表面で再び反射されることが可能である。第２の反射は、光成分９０２ａをＮ型領域１５１０に向けることができる。
【０１３７】
図１６は、シーンの画像化を行うための処理１６００の流れ図の実施形態を示す。処理１６００は、例えば、光入射面（例えば、光学フィルタ９０４が形成された面）を有する半導体基板（例えば基板９０１）を備える図９Ａの半導体デバイス９００によって行われることが可能である。（例えば、ピン止め層９１５、Ｎ型領域９１２、およびＰウェル９０８を備える）第１のピン止めフォトダイオード、ならびに、（例えば、基板９０１およびＮ型領域９０６を備える）第２のピン止めフォトダイオードは、光入射面に垂直な軸に沿って半導体基板にスタックを形成する。半導体デバイス９００は、ピン止めフォトダイオードによって生成された電荷の読み取りを制御するための、選択スイッチ８０３、シャッタースイッチ８０４、および移送ゲート８０６、等などの回路をさらに含む。半導体デバイス９００は、読み取られた電荷を保存するための１つまたは複数のキャパシタ（例えば、測定キャパシタ８０８、８０８ａ、８０８ｂ、等）をさらに含む。
【０１３８】
処理１６００は、ステップ１６０２で始まり、ここで、半導体デバイス９００は、半導体基板の光入射面を通じて光を受光する。また、光は、光学フィルタ９０４によってフィルタされてもよい。
【０１３９】
ステップ１６０４において、第１のピン止めフォトダイオードは、光の第１の成分を第１の電荷に変換する。第１の成分は、赤外光と関連付けられた第１の波長帯の光の成分に対応してもよい。ステップ１６０４は、第１のピン止めフォトダイオードが第１の電荷を蓄積できるようにするために、半導体デバイス９００の、例えば、選択スイッチ８０３、シャッタースイッチ８０４、および移送ゲート８０６、等を動作不能にすることをさらに含んでもよい。
【０１４０】
ステップ１６０６において、第２のピン止めフォトダイオードは、光の第２の成分を第２の電荷に変換する。第２の成分は、可視光の色成分（例えば、赤、緑、または青のうちの１つ）と関連付けられた第２の波長帯の光の成分に対応してもよい。ステップ１６０６は、第２のピン止めフォトダイオードが第２の電荷を蓄積できるようにするために、半導体デバイス９００の、例えば、選択スイッチ８０３、シャッタースイッチ８０４、および移送ゲート８０６、等を動作不能にすることをさらに含んでもよい。
【０１４１】
ステップ１６０８において、１つまたは複数のキャパシタは、第１の電荷および第２の電荷にそれぞれ基づいて、第１の電圧および第２の電圧を生成する。ステップ１６０８の一部として、第１の電荷は、第１の電圧を生じるために、１つまたは複数のキャパシタ（例えば、図８Ａのキャパシタ８０８、図８Ｃのキャパシタ８０８ａおよび８０８ｂ、等）に、第１のフォトダイオードから移送ゲート８０６を介して移送されることが可能である。選択スイッチ８０３は、第２のフォトダイオードが、１つまたは複数のキャパシタに第２の電荷を移送しないように、第１の電荷の移送中、動作不能にされることが可能である。第１の電荷の読み取りが完了した後、選択スイッチ８０３は、第２の電圧を生じるために、１つまたは複数のキャパシタへの第２の電荷の移送を可能にするように、動作可能にされることが可能である。選択スイッチを動作不能／動作可能にすることは、例えば、第１のフォトダイオードと第２のフォトダイオードとの間の障壁層における電位を調節すること、第２のフォトダイオードの正極として構成された基板のバイアス電圧を調節すること、等を含むことができる。
【０１４２】
第１の電圧は、ピクセルセルと、オブジェクトのスポットとの間の距離を表すための第１のデジタル値を生成するために３Ｄ測定モジュール６２４に提供されることが可能であり、その一方で、第２の電圧は、距離が測定されるオブジェクトのスポットから反射された光の色成分の強度を表すための第２のデジタル値を生成するために２Ｄ測定モジュール６２２に提供されることが可能である。
【０１４３】
図１７は、シーンの画像化を行うための処理１７００の流れ図の実施形態を示す。処理１７００は、例えば、半導体基板（例えば、基板１５０１）および光入射面（例えば、絶縁層１５０４の表面が形成される）を備える図１５Ａの半導体デバイス１５００によって、行われることが可能である。（例えば、基板１５０１およびＮ型領域１５０６を備える）第１のピン止めフォトダイオードは、光入射面と平行な軸に沿って（例えば、基板１５０１およびＮ型領域１５１０を備える）第２のピン止めフォトダイオードに隣接して形成されることが可能である。半導体デバイス１５００は、光を第１の成分と第２の成分に分割し、光の第１の成分を第１のピン止めフォトダイオードに、および光の第２の成分を第２のピン止めフォトダイオードに向けるための光学構造１５０２などの光学構造をさらに含む。半導体デバイス１５００は、ピン止めフォトダイオードによって生成された電荷の読み取りを制御するための、シャッタースイッチ８０４ａおよび８０４ｂ、移送ゲート８０６ａおよび８０６ｂ、等などの回路をさらに含む。半導体デバイス１５００は、読み取り電荷を保存するための、第１のキャパシタ（例えば、測定キャパシタ８０８ａ）および第２のキャパシタ（測定キャパシタ８０８ｂ）をさらに含む。
【０１４４】
処理１７００は、ステップ１７０２で始まり、ここで、半導体デバイス１５００は、光入射面を通じて光を受光する。また、光は、光学フィルタ９０４によってフィルタされてもよい。
【０１４５】
ステップ１７０４において、光学構造は、光の第１の成分を第１のピン止めフォトダイオードに、および、光の第２の成分を第２のピン止めフォトダイオードに、透過させる。第１の成分は、赤外光と関連付けられた第１の波長帯の光の成分に対応してもよい。第２の成分は、可視光の色成分（例えば、赤、緑、または青のうちの１つ）に関連付けられた第２の波長帯の光の成分に対応してもよい。
【０１４６】
ステップ１７０６において、第１のピン止めフォトダイオードは、光の第１の成分を第１の電荷に変換する。また、ステップ１７０６は、第１のピン止めフォトダイオードが第１の電荷を蓄積できるようにするために、半導体デバイス１５００の、例えば、シャッタースイッチ８０４ａ、移送ゲート８０６ａ、等を動作不能にすることを含んでもよい。
【０１４７】
ステップ１７０８において、第２のピン止めフォトダイオードは、光の第２の成分を第２の電荷に変換する。また、ステップ１７０８は、第２のピン止めフォトダイオードが第２の電荷を蓄積できるようにするために、半導体デバイス１５００の、例えば、シャッタースイッチ８０４ｂ、移送ゲート８０６ｂ、等を動作不能にすることを含んでもよい。
【０１４８】
ステップ１７１０において、第１のキャパシタは、第１の電荷に基づいて第１の電圧を生成する。ステップ１７１０の一部として、第１の電荷は、第１の電圧を生じるために、第１のキャパシタ（例えば、図８Ｅのキャパシタ８０８ａ、等）に、第１のピン止めフォトダイオードから移送ゲート８０６ａを介して移送されることが可能である。
【０１４９】
ステップ１７１２において、第２のキャパシタは、第２の電荷に基づいて第２の電圧を生成する。ステップ１７１２の一部として、第２の電荷は、第２の電圧を生じるために、第２のキャパシタ（例えば、図８Ｅのキャパシタ８０８ｂ、等）に、第２のピン止めフォトダイオードから移送ゲート８０６ｂを介して移送されることが可能である。
【０１５０】
第１の電圧は、ピクセルセルと、オブジェクトのスポットとの間の距離を表すための第１のデジタル値を生成するために３Ｄ測定モジュール６２４に提供されることが可能であり、その一方で、第２の電圧は、距離が測定されるオブジェクトのスポットから反射された光の色成分の強度を表すための第２のデジタル値を生成するために２Ｄ測定モジュール６２２に提供されることが可能である。
【０１５１】
本開示の実施形態の前述の説明は例証のために提示されてきたが、網羅であること、または、開示された正確な形式に本開示を限定するものであることを意図するものではない。上記の開示の観点から、多くの変更形態および変形形態が可能であるということを当業者は正しく認識することができる。
【０１５２】
本説明のいくつかの部分は、情報に対する動作のアルゴリズムおよび記号表現の観点から本開示の実施形態を説明する。これらのアルゴリズムの説明および表現は、一般に、当業者の作業の実体を効果的に他の当業者に伝えるために、当業者によって使用される。これらの動作は、機能的に、演算的に、または論理的に記述されているが、コンピュータプログラム、または、同等の電気回路、マイクロコード、もしくは同様のものによって実行されるものと理解される。さらに、一般性を損なうことなく、動作のこれらの仕組みをモジュールとして指すことが、時に便利であることがさらに証明されてきた。説明された動作、およびこれらの関連付けられたモジュールは、ソフトウェア、ファームウェア、および／またはハードウェアにおいて具体化されてもよい。
【０１５３】
説明したステップ、動作、または処理は、１つもしくは複数のハードウェアもしくはソフトウェアモジュールによって単独で、もしくは他のデバイスと組み合わせて、実行され、または実装されてもよい。いくつかの実施形態においては、ソフトウェアモジュールは、説明したステップ、動作、または処理のいずれかまたは全てを行うために、コンピュータプロセッサによって実行されることが可能なコンピュータプログラムコードを収めるコンピュータ可読媒体を備えるコンピュータプログラム製品によって実装される。
【０１５４】
また、本開示の実施形態は、説明した動作を実行するための装置に関してもよい。装置は、必要とされる目的のために特別に構築されてもよく、および／または、コンピュータに格納されたコンピュータプログラムによって選択的にアクティブにされた、または再構成された、汎用コンピューティングデバイスを備えてもよい。このようなコンピュータプログラムは、非一時的な有形コンピュータ可読ストレージ媒体、または、電子命令を格納するのに適した任意のタイプの媒体に格納されてもよく、これらの媒体は、コンピュータシステムバスに連結されてもよい。さらに、本明細書において言及されるいずれかのコンピューティングシステムは、単一のプロセッサを含んでもよく、または、計算能力を向上させるために、複数のプロセッサ設計を用いるアーキテクチャであってもよい。
【０１５５】
また、本開示の実施形態は、本明細書において説明した計算処理によって生み出される製品に関してもよい。このような製品は、計算処理から生じる情報を備えてもよく、ここで、情報は、非一時的な有形コンピュータ可読ストレージ媒体に格納され、コンピュータプログラム製品、または、本明細書において説明した他のデータの組合せのいずれかの実施形態を含んでもよい。
【０１５６】
本明細書において使用される言語は、主に、可読性および教育目的のために選択されており、発明の主題を詳しく説明するため、または制限するために、選択されていない可能性がある。したがって、本開示の範囲は、この詳細な説明ではなく、むしろ、本明細書に基づく用途に対して生ずるいずれかの請求項によって限定されることを意図するものである。したがって、本実施形態の開示は、以下の特許請求の範囲に記載される本開示の範囲の例示的なものであり、限定的ではないことを意図している。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ−１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１５Ｅ】
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【図１５Ｆ】
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【図１５Ｇ】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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