專利名稱：寬帶成像儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及成像儀，尤其是寬帶成像儀。
背景技術(shù)：
常規(guī)上被稱為三維(3D)相機的一些相機對場景進行成像，以確定到場景中的特征的距離。這種相機可使用紅外(IR)光來對場景進行成像。例如，門控飛行時間(T0F)3D相機可傳輸IR光脈沖串來照亮場景，并且關(guān)閉或“選通”相機中的光電傳感器以得到每個所傳輸?shù)墓饷}沖之后短暫的曝光時間段。從所傳輸?shù)墓饷}沖反射的光(在曝光時間段期間到達光電傳感器)由光電傳感器中的像素來記錄。根據(jù)在曝光時間段期間入射到像素上的反射光的量，來確定到成像于光電傳感器的像素上的場景中特征的距離。為了標識到具有特征的場景中的該特征的距離，用入射到光敏面的像素上的可見光來獲取場景的常規(guī)對比度圖像(“圖片圖像”)通常是有利的，已知該光敏面的像素與提供場景的IR圖像的光電傳感器的像素對應(yīng)。在一些T0F3D相機中，場景的IR圖像和可見光圖像由兩個單獨的光電傳感器來獲取，這兩個單獨的光電傳感器被對齊，使得這兩個光電傳感器中的對應(yīng)像素對場景的同一特征進行成像。在一些T0F3D相機中，IR圖像由場景成像于其上的光電傳感器中的IR敏感像素來獲取，并且可見光圖像由同一光電傳感器中不同的且可選的紅(R)、綠(G)和藍(B)敏感像素來獲取。

發(fā)明內(nèi)容
·
提供了能夠?qū)R和可見光這二者進行成像的寬帶成像儀的技術(shù)。在一個實施例中，IR像素的IR敏感區(qū)域位于R、G和B可見像素的R、G、B敏感區(qū)域之下。因此，IR像素通過R、G和B像素通過其接收可見光的光電傳感器的同一表面區(qū)域來接收IR光。因此，需要更少的表面區(qū)域用于IR光電傳感器與RGB光電傳感器的組合，這可以降低成本。這也提供了 IR圖像與RGB圖像之間更容易且更好的關(guān)聯(lián)。一個實施例包括具有位于可見光敏感區(qū)域之下的IR敏感區(qū)域的半導體光電傳感器。半導體光電傳感器具有至少一個可見光像素，該可見光像素在對可見光敏感的襯底中具有至少一個區(qū)域。同樣，該光電傳感器具有紅外(IR)像素，該紅外像素在對IR光敏感的襯底中具有一區(qū)域。IR敏感區(qū)域位于至少一個可見光敏感區(qū)域之下。光電傳感器還具有用于積累IR敏感區(qū)域中生成的電荷的電荷累積區(qū)域，以及位于電荷累積區(qū)域之上、用于提供電壓以積累IR敏感區(qū)域中生成的電荷的電極?！獋€實施例包括操作半導體光電傳感器的方法，該半導體光電傳感器具有位于可見光敏感區(qū)域之下的IR敏感區(qū)域。該方法包括向位于第一電荷累積區(qū)域之上的光選通(photogate)提供信號，以累積在IR敏感區(qū)域中生成的電荷，該IR敏感區(qū)域位于至少一個可見光敏感區(qū)域之下。向第一傳輸選通提供信號，以使得電荷從第一電荷累積區(qū)域傳輸?shù)絀R光感測節(jié)點。向第二傳輸選通提供信號，以使得電荷從至少一個可見光像素中的第二電荷收集區(qū)域傳輸?shù)降谝豢梢姽庀袼氐目梢姽飧袦y節(jié)點。讀取IR光感測節(jié)點和可見光感測節(jié)點。一個實施例包括具有半導體光電傳感器陣列的3D深度相機，該半導體光電傳感器陣列包含可見光像素和紅外(IR)像素。每個可見光像素具有光電二極管。每個紅外(IR)像素具有位于光電二極管中至少一個的至少一部分之下的IR敏感區(qū)域。陣列具有與每個IR像素相關(guān)聯(lián)的電荷累積區(qū)域。電荷累積區(qū)域用于積累在相關(guān)聯(lián)的IR敏感區(qū)域中生成的電荷。陣列具有位于電荷累積區(qū)域與光電二極管之間的P-阱區(qū)。光選通與電荷累積區(qū)域中的每個相關(guān)聯(lián)。光選通位于電荷累積區(qū)域之上，以提供電壓以將在相關(guān)聯(lián)的IR敏感區(qū)域中生成的電荷積累到電荷累積區(qū)域中。提供本發(fā)明內(nèi)容以便以簡化形式介紹將在以下具體實施方式
中進一步描述的一些概念。本發(fā)明內(nèi)容并非旨在標識所要求保護的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在用于幫助確定所要求保護的主題的范圍。附圖簡沭

還參考附圖來描述根據(jù)本說明書的技術(shù)。

圖1示出了本技術(shù)的各實施例可在其中操作的目標識別、分析和跟蹤系統(tǒng)的示例實施例。圖2示出可用于技術(shù)的各實施例可在其中操作的目標識別、分析和跟蹤系統(tǒng)的捕捉設(shè)備的示例的框圖。圖3是光電傳感器的一部分的一個實施例的示意圖。圖4示出光電傳感器的一個實施例的RGB-1R單位晶格的示意性俯視圖。圖5示出RGB-1R單位晶格陣列，該RGB-1R單位晶格陣列可構(gòu)成半導體光電傳感器陣列的一個實施例的一部分。圖6是IR像素的一個實施例的圖示。圖7是綠色像素的一個實施例的圖示。圖8是操作半導體光電傳感器的過程的流程圖。圖9是光電傳感器的一部分的一個實施例的示意圖，示出了之下具有IR敏感區(qū)域的藍色像素。圖10是光電傳感器的一部分的一個實施例的示意圖，示出了之下具有IR敏感區(qū)域的紅色像素。圖11是光電傳感器的一部分的一個實施例的示意圖，示出了之下具有IR敏感區(qū)域的綠色像素。圖12是可用于實現(xiàn)各實施例的計算系統(tǒng)的一個實施例的框圖。
具體實施例方式提供了能夠?qū)R和可見光這二者進行成像的寬帶成像儀(例如光電傳感器)的技術(shù)。注意，IR可以是IR光譜的任意部分(近、中或遠)。在一個實施例中，該寬帶成像儀是近IR。在一個實施例中，IR像素的IR敏感區(qū)域位于R、G和B可見像素的R、G、B敏感區(qū)域之下。因此，IR像素通過R、G和B像素通過其接收可見光的光電傳感器的同一表面區(qū)域來接收IR光。因此，需要更少的表面區(qū)域用于IR光電傳感器與RGB光電傳感器的組合，這可以降低成本。光電傳感器的像素可按一圖案來配置，該圖案最大化用于在仍允許感測和讀出IR光時感測可見光的表面區(qū)域。跟蹤3D中的移動目標是寬帶成像儀的一個可能的應(yīng)用。圖1提供了當前技術(shù)在其中可能有用的上下文示例。圖1示出了寬帶成像儀的各實施例可在其中操作的目標識別、分析和跟蹤系統(tǒng)10的示例實施例。目標識別、分析和跟蹤系統(tǒng)10可用來識別、分析和/或跟蹤諸如用戶18等的人類目標。目標識別、分析和跟蹤系統(tǒng)10的各實施例包括用于執(zhí)行游戲或其他應(yīng)用的計算環(huán)境12，以及用于提供來自游戲或其他應(yīng)用的音頻和視覺表示的視聽設(shè)備16。系統(tǒng)10還包括用于捕捉3D中的位置和由用戶所執(zhí)行的移動的捕捉設(shè)備20，計算環(huán)境12接收、解釋并使用這些位置和移動來控制游戲或其他應(yīng)用程序。在示例實施例中，在計算環(huán)境12中執(zhí)行的應(yīng)用可以是帶有實時交互的游戲，諸如用戶18正在播放的拳擊游戲。例如，計算環(huán)境12可使用視聽設(shè)備16來向用戶18提供拳擊對手15的視覺表示。計算環(huán)境12還可使用視聽設(shè)備16來提供用戶18可通過他的或她的移動來控制的玩家化身13的視覺表示。例如，用戶18可在物理空間中揮拳猛擊，這使得玩家化身13在游戲空間中揮拳猛擊。由此，根據(jù)一示例實施例，捕捉設(shè)備20使用此處描述的技術(shù)來捕捉物理空間中重拳的3D表示。捕捉設(shè)備中的處理器(參見圖2)和目標識別、分析和跟蹤系統(tǒng)10的計算環(huán)境12可用于識別并分析用戶18在物理空間中的重拳，從而使得該重拳可被實時地解釋 為對游戲空間中的玩家化身13的姿勢或游戲控制。圖2示出了可以在目標識別、分析和跟蹤系統(tǒng)10中使用的捕捉設(shè)備20的示例的框圖視圖。在一個示例實施例中，捕捉設(shè)備20可被配置成經(jīng)由任何合適的技術(shù)來捕捉具有可包括深度值的深度圖像的視頻，這些技術(shù)包括例如飛行時間、結(jié)構(gòu)化光、立體圖像等。根據(jù)一個實施例，捕捉設(shè)備20可將所計算的深度信息組織為“Z層”，或與從深度相機沿其視軸延伸的Z軸垂直的層。如圖2所示,根據(jù)一示例實施例，圖像捕捉設(shè)備20包括圖像相機組件22,該圖像相機組件22可包括IR光組件24以及能夠?qū)R和RGB這二者進行成像的光電傳感器320。IR光組件24可將紅外光脈沖發(fā)射到場景上。光電傳感器320可用于獲得場景的深度圖像。例如，光電傳感器320中的RGB像素可以捕捉對比度圖象。在飛行時間分析中，捕捉設(shè)備20的IR光組件24可以將紅外光發(fā)射到場景上，并且然后可使用光電傳感器320的光敏面上的IR傳感器來檢測從場景中的一個或多個目標和物體的表面反向散射的光，以獲得深度圖像。在一示例實施例中，捕捉設(shè)備20還可包括能與圖像相機組件22通信的處理器32。處理器32可包括標準化處理器、專用處理器、微處理器等，它們可執(zhí)行用于接收深度圖像、判斷合適的目標是否可被包括在深度圖像中、將合適的目標的圖像轉(zhuǎn)換為目標的骨架表示或模型的指令，或任何其他適合的指令。捕捉設(shè)備20還可以包括存儲器組件34，該存儲器組件34可以存儲可以由處理器32執(zhí)行的指令、由光電傳感器320捕捉到的圖像或圖像的幀、或任何其他合適的信息、圖像等。根據(jù)一示例實施例，存儲器組件34可包括隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、高速緩存、閃存、硬盤、或任何其他合適的存儲組件。如圖2所示，在一個實施例中，存儲器組件34可以是與圖像相機組件22和處理器32進行通信的分開的組件。根據(jù)另一個實施例，可將存儲器組件34集成到處理器32和/或圖像相機組件22中。
如圖2所示，捕獲設(shè)備20可以經(jīng)由通信鏈路36與計算環(huán)境12通信。通信鏈路36可以是包括例如USB連接、火線連接、以太網(wǎng)電纜連接等有線連接和/或諸如無線802.lib、802.Hg,802.1la或802.1ln連接等無線連接。另外，捕捉設(shè)備20可以通過通信鏈路36向計算環(huán)境12提供深度信息和由例如光電傳感器320捕捉到的圖像、以及可由捕捉設(shè)備20生成的骨架模型。存在用于判斷由捕捉設(shè)備20檢測到的目標或?qū)ο笫欠衽c人類目標相對應(yīng)的各種已知技術(shù)。骨架映射技術(shù)可隨后用于確定該用戶的骨架上的各個人體部分。其他技術(shù)包括:將圖像變換成人的人體模型表示以及將圖像變換成人的網(wǎng)格模型表示。骨架模型然后可被提供給計算環(huán)境12，使得計算環(huán)境可跟蹤骨架模型并呈現(xiàn)與該骨架模型相關(guān)聯(lián)的化身。在姿勢識別引擎軟件190的控制下，計算環(huán)境12還可基于，例如從骨架模型的各部分的三維移動中已經(jīng)識別出的用戶的姿勢，來確定在計算機環(huán)境上執(zhí)行的應(yīng)用程序中要執(zhí)行哪些控制命令。圖3是光電傳感器的一部分的一個實施例的示意圖。一些細節(jié)已被省略，以簡化解釋。圖3中所示的光電傳感器320的部分包含硅(Si)襯底322，該硅襯底322具有P型襯底區(qū)321和外延層352。微透鏡334、濾光器335、336、337、光盾(optical shield)381以及電極354位于襯底322的表面324上。光電傳感器320的這部分具有兩個紅色像素331、一個綠色像素332和一個藍色像素333。GRB像素包含微透鏡334，微透鏡334引導光以分別穿過紅色濾光器335、綠色濾光器336和藍色濾光器337。經(jīng)過濾的光通過表面區(qū)域324被傳送到襯底322。透鏡334以及濾光器335、336和337還傳送所期望的IR光帶寬的IR光。如上所述，IR光可以是IR光譜的任意部分。在一個實施例中，濾光器使近IR光通過，但阻擋其他IR光。穿過濾光器335、336和337的R、G和B光分別在襯底322的光電二極管區(qū)域341、342和343中生成電子一空穴(electixm-hole)對。注意，出于方便解釋的目的呈現(xiàn)了 RGB像素的該物理排列。可以使用其它物理排列。IR光也穿過透鏡334以及`濾光器335、336和337，并且在光電傳感器320的區(qū)域350生成電子一空穴對。區(qū)域350位于表面324之下比光電二極管341、342、343更深的地方，因為IR光與可見光相比在硅中具有較長的吸收長度。區(qū)域350和透鏡334是與RGB像素331、332和333共享表面324的IR像素的組成部分。在操作期間，可向電極354應(yīng)用高壓，以在襯底322的IR電荷累積區(qū)域325中創(chuàng)建勢阱(potential well)。在此，電極354還可以稱為“光選通”。描繪了高壓導致的示例等勢線。在一個實施例中，P阱375圍繞IR電荷累積區(qū)域325。p阱375可位于IR電荷累積區(qū)域325與一個或多個光電二極管341-343之間，并可提供電氣隔離。來自在區(qū)域350中形成的電子-空穴對的電子可被吸引并積累到勢阱325中(箭頭示出電子的流動方向)。所積累的電子可由適合的放大器(圖3中未示出)轉(zhuǎn)換成電壓，該電壓表示在區(qū)域350中形成的電子-空穴對的量、以及因此入射到表面324以及由此IR像素上的IR光的量。電極354之上是光盾381,該光盾381可至少阻擋可見光和IR光。在一個實施例中，光盾381是覆蓋有錫的鋁。光盾381之上的微透鏡334是可選的。在一個實施例中，在光盾381之上包括微透鏡334簡化了制造。放大器(圖3中未描繪)將在光電二極管區(qū)域341、342和343中積累的電荷轉(zhuǎn)換成表示入射到像素331、332和333上的R、G和B光的量的電壓。在一個實施例中，P阱375可阻止在光電二極管區(qū)域341、342和343中積累的電荷被吸引到勢阱325中。在一個實施例中，P型襯底區(qū)321是p+硅。在一個實施例中，外延層352在區(qū)域321之上形成。外延層352可以是P-硅。作為一個示例，可對外延層352摻雜濃度為1.0xlO15Cm3的硼。P阱375可以具有摻雜濃度為2.0xlO17Cm3的p型摻雜劑(諸如硼)。注意，IR電荷累積區(qū)域325可具有與外延層352相同的摻雜濃度和類型；然而，相同的摻雜濃度不是必須的。光電二極管區(qū)域341、342、343可以是具有諸如磷的摻雜劑的η型。示例的摻雜濃度是2.0xl016cm3。在一個實施例中，光電二極管341、342、343之上存在固定層(pinninglayer)(圖3中未描繪)。該固定層的示例摻雜濃度是1.0xlO18Cm3的p型摻雜劑，諸如硼。此處描述的全部摻雜濃度可以更高或更低。其他摻雜劑可用于η型和P型摻雜劑這兩者。圖4示出光電傳感器陣列的一個實施例的RGB-1R單位晶格的示意性俯視圖。在一個實施例中，IR單元402對應(yīng)于具有P阱375和IR收集區(qū)域325的區(qū)域。注意，IR單元402所覆蓋的區(qū)域可包括其他元件,諸如傳輸選通(transfer gate)和晶體管(例如參見圖6)。與每個RGB區(qū)域431、432、433相關(guān)聯(lián)的區(qū)域可包括至少一個微透鏡334和濾光器335-337中的一個。然而，與RGB區(qū)域431、432、433相關(guān)聯(lián)的區(qū)域還可包括諸如傳輸選通和晶體管(例如參見圖7)等元件。注意，圖4的實施例中所使用的圖案不對應(yīng)于圖3的實施例中所使用的圖案。還要注意，IR單元402與RGB區(qū)域431、432、433相比是相對小的。回頭參考圖3的實施例，光被阻止進入IR收集區(qū)域325和P阱375。因此，在一個實施例中，沒有光在那些區(qū)域中生成電荷。然而，通過保持IR單元402相對小，RGB收集區(qū)域被最大化。還要注意，IR單元402不需要大的橫向表面區(qū)域，以在從區(qū)域350收集電子方面是有效的。圖5示出RGB -1R單位晶格陣列，在一個實施例中，該RGB-1R單位晶格陣列可構(gòu)成半導體光電傳感器陣列的一部分。如之前所討論的，在一個實施例中，IR敏感區(qū)域350位于光電二極管341-343之下。如之前所討論的，IR收集區(qū)域325在操作期間從IR敏感區(qū)域350吸引電子。在一個實施例中，區(qū)域550示出可由于電極(或光選通)導致的場而為給定IR收集區(qū)域325收集電荷的區(qū)域。如所示的，襯底322中的p阱375可圍繞IR收集區(qū)域325，以提供與光電二極管341-343的隔離。因此，從光電二極管341-343生成的任何電荷不會被吸引到IR收集區(qū)域325。然而，在IR敏感區(qū)域350中生成的電荷(例如電子)能夠在P阱375之下被吸引到IR收集區(qū)域325。注意，可存在與紅色431、綠色432以及藍色433區(qū)域相關(guān)聯(lián)的P阱。例如，可存在用于感測可見光像素的P阱(例如參見圖7中的P阱765)。然而，那些阱未在圖5中描繪，以便不會使圖示模糊。同樣，IR單元402中的P阱375可具有與圖5描繪的不同的形狀。同樣，IR單元402中可存在一個以上P阱。圖6是IR像素的一個實施例的圖示。這個角度示出用于控制IR像素的各個晶體管。IR電荷收集區(qū)域325被示為在光選通354之下概括地畫出輪廓的區(qū)域。然而，注意，IR電荷收集區(qū)域325不必具有精確定義的邊界。圖6中描繪的P阱375的兩部分可以是圍繞IR收集區(qū)域325的連續(xù)P阱區(qū)域的部分。例如，回頭參考圖5，提供了其中每個P阱375提供與RGB像素的隔離的一個示例。如之前所討論的，可向光選通(或電極)354應(yīng)用正電壓以在IR電荷收集區(qū)域325中形成勢阱，以便吸引電荷載體。在關(guān)閉光選通354之后，可向傳輸選通654應(yīng)用脈沖以使電荷載體移動至P阱375中的IR感測節(jié)點675。在那里，電荷被轉(zhuǎn)換成被感測和被讀出的電壓。注意，光選通354或傳輸選通654都不需要對IR光是透明的。晶體管包括重置晶體管602、感測晶體管604和選擇晶體管606?？上蛑刂镁w管602的一個端子(例如漏極)以及感測晶體管604的一個端子應(yīng)用電壓Vdd?？上蛑刂镁w管602的柵極應(yīng)用重置信號，以將電荷從感測節(jié)點675移除?？砂瓷厦婷枋龅捻樞騺聿僮鞴膺x通354和傳輸選通654，以對IR感測節(jié)點675重新充電?？上蜻x擇晶體管606的柵極應(yīng)用行選擇信號以讀出信號，該信號的電壓與在IR感測節(jié)點675處存儲的電荷成比例。圖7是綠色像素的一個實施例的圖示。紅色和藍色像素可以是類似的，因此未被描繪。這個角度示出用于控制綠色像素的各個晶體管。在操作期間，由于光可在光電二極管342處生成電荷載體，由于綠色濾光器336，光應(yīng)具有對應(yīng)于綠光的波長?？上騻鬏斶x通754應(yīng)用脈沖以使電荷載體移動至P阱765中的可見光感測節(jié)點775。在那里，電荷被轉(zhuǎn)換成被感測和讀出的電壓。晶體管包括重置晶體管602、感測晶體管604和選擇晶體管606。這些可類似于用于IR像素的那些?？上蛑刂镁w管602的一個端子(例如漏極)以及感測晶體管604的一個端子應(yīng)用電壓Vdd?？上蛑刂镁w管602的柵極應(yīng)用重置信號，以將電荷從可見光感測節(jié)點775移除。可向選擇晶體管606的柵極應(yīng)用行選擇信號以讀出信號，該信號的電壓與在可見光感測節(jié)點775處存儲的電荷成比例。圖8是操作半導體光電傳感器320的過程的流程圖。該過程可與此處描述的半導體光電傳感器320中的任一個一起使用，但不限于此處描述的特定實施例。在步驟802，重置IR和可見光感測節(jié)點(分別是675和775)。在一個實施例中，向重置晶體管602提供重
置信號。在可選步驟804，IR光脈沖被發(fā)射到正由半導體光電傳感器成像的場景上。在一個實施例中，使用IR光發(fā) 射器(圖2，24)。該脈沖可以是用于幫助確定到場景中特征的距離的一系列脈沖中的一個。在步驟806，向與IR像素相關(guān)聯(lián)的光選通354提供信號，以在電荷累積區(qū)域325中積累電荷。該信號可以是幅度足以積累電荷的電壓。該信號可以是任何合適的期望的長度。注意，步驟806可在多個IR像素上同時執(zhí)行。在步驟808，向與IR像素相關(guān)聯(lián)的傳輸選通654提供信號，以使電荷累積區(qū)域325中的電荷遷移到IR感測節(jié)點675。在一個實施例中，這是短電壓脈沖。注意，步驟808可在多個IR像素上同時執(zhí)行。在步驟810，向與可見像素相關(guān)聯(lián)的傳輸選通754提供信號，以使光電二極管(341、342、343)中的電荷遷移到可見光感測節(jié)點775。注意，步驟808可在多個可見像素上同時執(zhí)行。在步驟812，讀取IR感測節(jié)點675和可見光感測節(jié)點775。在一個實施例中，向選擇晶體管606應(yīng)用行選擇信號。在一個實施例中，步驟810包括讀取一行像素。注意，每行不必包括IR像素輸出?？芍貜筒襟E812，以讀取其他行。在步驟814中，將從IR像素讀取的信號與從可見像素讀取的信號相關(guān)。在一個實施例中，形成RGB圖像，并且形成IR圖像?；贗R敏感區(qū)域350與可見光敏感區(qū)域341-343的已知物理位置，可將IR圖像與RGB圖像精確地相關(guān)。在一個實施例中，確定到場景中的特征的距離。例如，可基于IR圖像來執(zhí)行飛行時間分析，以確定到RGB圖像中的特征的深度。在一個實施例中，IR脈沖串被發(fā)射到場景上，并且選通光電傳感器，以得到每個IR脈沖之后的短暫曝光時間段?？苫谠贗R像素處收集的反射IR光的強度來確定距離。圖9示出光電傳感器陣列的一部分的一個實施例。該實施例示出沿著圖5的實施例的一行的橫截面圖。該視圖示出藍色像素333與IR像素402相互交替。操作可與圖3中描繪的實施例相類似。因此，將不詳細地討論圖9。在用于藍色像素的光電二極管343之下存在IR敏感區(qū)域350。P阱375提供IR電荷累積區(qū)域325與光電二極管343之間的電氣隔離。在該實施例中，來自一個光電二極管343之下的給定IR敏感區(qū)域350的電子被吸引到兩個單獨的IR電荷累積區(qū)域。圖10示出光電傳感器陣列320的一部分的一個實施例。該實施例示出沿著圖5的實施例的一列的橫截面圖。該視圖示出紅色像素331與IR像素402相互交替。操作可與圖3中描繪的實施例相類似。因此，將不詳細地討論圖10。在用于紅色像素的光電二極管341之下存在IR敏感區(qū)域350。P阱375提供IR電荷累積區(qū)域325與光電二極管341之間的電氣隔離。在該實施例中，來自一個光電二極管341之下的給定IR敏感區(qū)域350的電子被吸引到兩個單獨的IR電荷累積區(qū)域325。圖11示出光電傳感器陣列320的一部分的一個實施例。該實施例示出沿著圖5的實施例的對角線的橫截面圖。該視圖示出綠色像素332與IR像素402相互交替。操作可與圖3中描繪的實施例相類似。因此，將不詳細地討論圖11。在用于綠色像素的光電二極管342之下存在IR敏感區(qū)域350。p阱375提供IR電荷累積區(qū)域325與光電二極管342之間的電氣隔離。在該實施例中，來自一個光電二極管342之下的給定IR敏感區(qū)域350的電子被吸引到兩個單獨的IR電荷累積區(qū)域325。

注意，圖9-11是沒有描繪用于IR像素或用于RGB像素的傳輸選通(例如654、754)、感測節(jié)點(例如，675、775)或晶體管(例如602、604、606)的簡化圖示。圖6和7描繪了分別用于IR像素和可見光像素的這些元件。在各個實施例中，IR像素的橫截面可類似于圖6的實施例。因此，圖9-11中任一個的實施例中任一個中的IR像素的橫截面可被修改為包括如圖6描繪的IR感測節(jié)點675、傳輸選通654和晶體管。同樣，圖9_11中任一個的實施例中任一個中的可見像素的橫截面可被修改為包括如圖7描繪的可見光感測節(jié)點775、傳輸選通754和晶體管。在一些實施例中，如描述的來修改IR像素或可見光像素。在一些實施例中，如描述的來修改IR像素或可見光像素。注意，寬帶成像儀(例如，光電傳感器320)不限于此處公開的像素的各種物理排列?？梢允褂闷渌麍D案。例如，參考圖5的圖案，行可與列相交換(例如，紅色和藍色區(qū)域交換)。如果期望，區(qū)域各自可以是相同大小的，而不是如圖4-5中描述的具有用于各個區(qū)域431、432、433、402的不同大小。然而，這可能導致綠色收集區(qū)域成為與紅色和藍色大約相同的大小。附圖中示出的示例計算機系統(tǒng)包括計算機可讀存儲介質(zhì)的示例。計算機可讀存儲介質(zhì)也是處理器可讀存儲介質(zhì)。這樣的介質(zhì)可包括以用于存儲諸如計算機可讀指令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序模塊、或其他數(shù)據(jù)等信息的任何方法或技術(shù)實現(xiàn)的易失性和非易失性、可移動和不可移動介質(zhì)。計算機存儲介質(zhì)包括，但不限于，RAM、ROM、EEPR0M、高速緩存、閃存或其他存儲器技術(shù)、CD-ROM、數(shù)字多功能盤(DVD)或其他光盤存儲、記憶棒或卡、磁帶盒、磁帶、媒體驅(qū)動器、硬盤、磁盤存儲或其他磁性存儲設(shè)備、或能用于存儲所需信息且可以由計算機訪問的任何其他介質(zhì)。圖12是可用于實現(xiàn)圖1和2的中樞計算系統(tǒng)的計算系統(tǒng)的一個實施例的框圖。在這一實施例中，計算系統(tǒng)是多媒體控制臺1200，諸如游戲控制臺等。如圖12所示，多媒體控制臺1200具有中央處理單元(CPU) 1201以及便于處理器訪問各種類型存儲器的存儲器控制器1202，包括閃速只讀存儲器(R0M)1203、隨機存取存儲器(RAM)1206、硬盤驅(qū)動器1208、以及便攜式媒體驅(qū)動器1206。在一種實現(xiàn)中，CPU1201包括I級高速緩存1210和2級高速緩存1212，這些高速緩存用于臨時存儲數(shù)據(jù)并因此減少對硬盤驅(qū)動器1208進行的存儲器訪問周期的數(shù)量，從而提高了處理速度和吞吐量。CPU1201、存儲器控制器1202、以及各種存儲器設(shè)備經(jīng)由一個或多個總線(未示出)互連。在此實現(xiàn)中所使用的總線的細節(jié)對理解此處所討論的關(guān)注主題不是特別相關(guān)。然而，應(yīng)該理解，這樣的總線可以包括串行和并行總線、存儲器總線、外圍總線、使用各種總線體系結(jié)構(gòu)中的任何一種的處理器或局部總線中的一個或多個。作為示例，這樣的體系結(jié)構(gòu)可以包括工業(yè)標準體系結(jié)構(gòu)(ISA)總線、微通道體系結(jié)構(gòu)(MCA)總線、增強型ISA (EISA)總線、視頻電子標準協(xié)會(VESA)局部總線、以及也稱為夾層總線的外圍部件互連(PCI)總線。在一個實現(xiàn)中，CPU1201、存儲器控制器1202、R0M1203、以及RAM1206被集成到公用模塊1214上。在此實現(xiàn)中，R0M1203被配置為通過PCI總線和ROM總線(兩者都沒有示出)連接到存儲器控制器1202的閃存ROM。RAM1206被配置為多個雙倍數(shù)據(jù)速率同步動態(tài)RAM (DDR SDRAM)模塊，它們被存儲器控制器1202通過分開的總線(未示出)獨立地進行控制。硬盤驅(qū)動器1208和便攜式媒體驅(qū)動器1205被示為通過PCI總線和AT附加(ATA)總線1216連接到存儲器控制器1202。然而，在其他實現(xiàn)中，也可以備選地應(yīng)用不同類型的專用數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)。

圖形處理單元1220和視頻編碼器1222構(gòu)成了用于進行高速度和高分辨率(例如，高清)的圖形處理的視頻處理流水線。數(shù)據(jù)通過數(shù)字視頻總線(未示出)從圖形處理單元(GPU)1220傳輸?shù)揭曨l編碼器1222。通過使用GPU1220中斷來顯示由系統(tǒng)應(yīng)用程序生成的輕量消息(例如，彈出窗口)，以調(diào)度代碼來將彈出窗口呈現(xiàn)為覆蓋圖。覆蓋圖所使用的存儲器量取決于覆蓋區(qū)域大小，并且覆蓋圖較佳地與屏幕分辨率成比例縮放。在并發(fā)系統(tǒng)應(yīng)用使用完整用戶界面的情況下，優(yōu)選使用獨立于應(yīng)用分辨率的分辨率。定標器(scaler)可用于設(shè)置該分辨率，從而消除了對改變頻率并引起TV重新同步的需求。音頻處理單元1224和音頻編解碼器(編碼器/解碼器)1226構(gòu)成了對應(yīng)的音頻處理流水線，用于對各種數(shù)字音頻格式進行多通道音頻處理。通過通信鏈路(未示出)在音頻處理單元1224和音頻編解碼器1226之間傳送音頻數(shù)據(jù)。視頻和音頻處理流水線向A/V(音頻/視頻)端口 1228輸出數(shù)據(jù)，以便傳輸?shù)诫娨暀C或其他顯示器。在所示出的實現(xiàn)中，視頻和音頻處理組件1220-828安裝在模塊214上。圖12示出了包括USB主控制器1230和網(wǎng)絡(luò)接口 1232的模塊1214。USB主控制器1230被示為通過總線(例如，PCI總線)與CPU1201和存儲器控制器1202進行通信，并作為外圍控制器1204(1)-804(4)的主機。網(wǎng)絡(luò)接口 1232提供對網(wǎng)絡(luò)(例如因特網(wǎng)、家庭網(wǎng)絡(luò)等)的訪問，并且可以是包括以太網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器、無線接入卡、藍牙模塊、電纜調(diào)制解調(diào)器等各種有線或無線接口組件中的任一種。在圖12中描繪的實現(xiàn)中，控制臺1200包括用于支持四個控制器1204(I)-1204(4)的控制器支持子部件1240?？刂破髦С肿硬考?240包括支持與諸如，例如，媒體和游戲控制器之類的外部控制設(shè)備的有線和無線操作所需的任何硬件和軟件組件。前面板I/O子部件1242支持電源按鈕1212、彈出按鈕1213，以及任何LED (發(fā)光二極管)或暴露在控制臺1202的外表面上的其他指示器等多個功能。子部件1240和1242通過一個或多個電纜部件1244與模塊1214進行通信。在其他實現(xiàn)中，控制臺1200可以包括另外的控制器子部件。所示出的實現(xiàn)還示出了被配置成發(fā)送和接收可以傳遞到模塊1214的信號的光學I/O接口1235。MU1240(1)和 1240(2)被示為可分別連接到 MU 端口 “A” 1230 (I)和“B” 1230 ⑵。附加的MU (例如，MU1240 (3)-840 (6))被示為可連接到控制器1204(1)和1204 (3)，即每一個控制器兩個MU?？刂破?204(2)和1204(4)也可以被配置成接納MU (未示出)。每一個MU1240都提供附加存儲，在其上面可以存儲游戲、游戲參數(shù)、及其他數(shù)據(jù)。在一些實現(xiàn)中，其他數(shù)據(jù)可以包括數(shù)字游戲組件、可執(zhí)行的游戲應(yīng)用，用于擴展游戲應(yīng)用的指令集、以及媒體文件中的任何一種。當被插入到控制臺1200或控制器中時，MU1240可以被存儲器控制器1202訪問。系統(tǒng)供電模塊1250向游戲系統(tǒng)1200的組件供電。風扇1252冷卻控制臺1200內(nèi)的電路。還提供微控制器單元1254。包括機器指令的應(yīng)用1260被存儲在硬盤驅(qū)動器1208上。當控制臺1200被接通電源時，應(yīng)用1260的各個部分被加載到RAM1206，和/或高速緩存1210以及1212中以在CPU1201上執(zhí)行，其中應(yīng)用1260是一個這樣的示例。各種應(yīng)用可以存儲在硬盤驅(qū)動器1208上以用于在CPU1201上執(zhí)行?？梢酝ㄟ^簡單地將系統(tǒng)連接到監(jiān)視器16 (圖1)、電視機、視頻投影儀、或其他顯示設(shè)備來將游戲與媒體系統(tǒng)1200用作獨立系統(tǒng)。在此獨立模式下，游戲和媒體系統(tǒng)1200允許一個或多個玩家玩游戲或欣賞數(shù)字媒體，例如觀看電影或欣賞音樂。然而，隨著寬帶連接的集成通過網(wǎng)絡(luò)接口 1232而成為可能，游戲和媒體系統(tǒng)1200還可以作為更大的網(wǎng)絡(luò)游戲社區(qū)的參與者來操作。盡管用結(jié)構(gòu)特征和/或方法動作專用的語言描述了本主題，但可以理解，所附權(quán)利要求書中定義的 主題不必限于上述具體特征或動作。更確切而言，上述具體特征和動作是作為實現(xiàn)權(quán)利要求的示例形式公開的。
權(quán)利要求
1.一種半導體光電傳感器，包括: 至少一個可見光像素(331、332、333)，所述可見光像素在對可見光敏感的襯底中具有至少一個區(qū)域(341、342、343)； 紅外IR像素，所述IR像素在對IR光敏感的所述襯底中具有區(qū)域(350)，所述IR敏感區(qū)域位于所述至少一個可見光敏感區(qū)域之下； 電荷累積區(qū)域(325)，用于積累在所述IR敏感區(qū)域中生成的電荷；以及 電極(354)，所述電極位于所述電荷累積區(qū)域之上，用于提供電壓以積累在所述IR敏感區(qū)域中生成的所述電荷。
2.如權(quán)利要求1所述的半導體光電傳感器，其特征在于，還包括: 在所述電荷累積區(qū)域與所述至少一個可見光敏感區(qū)域之間的至少一個阱(375)。
3.如權(quán)利要求1所述的半導體光電傳感器，其特征在于，所述至少一個阱是P阱。
4.如權(quán)利要求1所述的半導體光電傳感器，其特征在于，還包括: 覆蓋所述至少一個可見光像素和所述IR像素的、使可見光和IR光通過的至少一個濾光器(335、336、337)。
5.如權(quán)利要求1所述的半導體光電傳感器，其特征在于，所述半導體光電傳感器被安排為包括不同顏色的三個可見光像素的分組、以及用于IR像素的電荷累積區(qū)域的圖案。
6.如權(quán)利要求5所述的半導體光電傳感器，其特征在于，所述分組中的所述三個可見光像素包括綠色像素、藍色像素和紅色像素，所述綠色像素的表面區(qū)域是所述紅色像素和所述藍色像素的約兩倍。
7.如權(quán)利要求6所述的半導體光電傳感器，其特征在于，所述IR收集區(qū)域覆蓋比所述可見光像素中任一個都更小的表面區(qū)域。
8.如權(quán)利要求5所述的半導體光電傳感器，其特征在于，與所述電荷累積區(qū)域相關(guān)聯(lián)的IR光敏感區(qū)域具有位于多個不同可見光像素的部分之下的有效收集區(qū)域。
9.如權(quán)利要求1所述的半導體光電傳感器，其特征在于，還包括: 所述電極之上的光盾。
10.一種操作半導體光電傳感器的方法，包括: 向位于第一電荷累積區(qū)域之上的光選通提供信號，以積累在IR敏感區(qū)域中生成的電荷，所述IR敏感區(qū)域位于至少一個可見光敏感區(qū)域(806)之下； 向第一傳輸選通提供信號，以使得所述電荷從所述第一電荷累積區(qū)域傳輸?shù)絀R光感測節(jié)點(808)； 向第二傳輸選通提供信號，以使得電荷從所述至少一個可見光像素中的第二電荷收集區(qū)域傳輸?shù)接糜诘谝豢梢姽庀袼氐目梢姽飧袦y節(jié)點(810);以及 讀取所述IR光感測 節(jié)點和所述可見光感測節(jié)點(812)。
全文摘要
本發(fā)明揭示了能夠?qū)R和可見光這二者進行成像的寬帶成像儀。在一個實施例中，IR像素的IR敏感區(qū)域位于R、G和B可見像素的R、G、B敏感區(qū)域之下。因此，IR像素通過R、G和B像素通過其接收可見光的光電傳感器的同一表面區(qū)域來接收IR光。然而，IR光在RGB像素與IR像素共享的公共表面區(qū)域之下比可見光更深處生成電子-空穴對。光電傳感器還具有用于積累在IR敏感區(qū)域中生成的電荷的電荷累積區(qū)域，以及位于電荷累積區(qū)域之上、用于提供電壓以積累在IR像素中生成的電荷的電極。
文檔編號H01L27/146GK103236433SQ20131000221
公開日2013年8月7日 申請日期2013年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者D·科恩, G·葉海弗 申請人:微軟公司