ФОТОПРИЕМНАЯ МАТРИЦА ЦВЕТНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ Российский патент 2010 года по МПК H01L27/146 

Изобретение относится к технике машинного зрения и может быть использовано в видеокамерах и фотоаппаратах, предназначенных для регистрации цветных изображений.

Известно, US Patent 3971065, и широко применяется в приемниках цветного изображения планарное расположение пикселов, снабженных периодически 4-мя цветовыми фильтрами, по схеме Байера (одним голубым, одним красным и двумя зелеными). Достоинством такого расположения является удвоенная пространственная частота зеленой компоненты, определяющая общее пространственное разрешение приемника. Известна также, US Patent 6864557 В2, фильтрация цветов расположением цветных чувствительных областей друг под другом, "этажеркой", при технологии глубинного цветоделения. Достоинство данной схемы - более полное, чем в поверхностной схеме Байера, использование светового потока. Недостатком является пониженная разрешающая способность, поскольку при почти равных площадях (из-за планарных схем считывания) пространственные частоты всех цветов при вертикальном цветоделении одинаковы. Составление же схемы Байера из 4-х вертикальных ячеек с отключением в каждой из них двух лишних цветов лишает вертикальный вариант преимущества по квантовой эффективности.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является устройство фотоприемника, описанное в US Patent 6864557 В2, Mar. 8, 2005, R.M.Turner et al, "Vertical color filter detector group and array".

Приведенное в этом источнике устройство содержит ячейки, имеющие фоточувствительные области, каждая из которых расположена на глубине полупроводниковой структуры, соответствующей генерации носителей заряда от световой компоненты заданного цвета, изолирована от аналогичных областей других ячеек граничными областями, создающими для фотоносителей потенциальный барьер, собирает эти фотоносители и направляет их на вход схемы считывания.

Его недостатком, как изложено выше, является малая пространственная частота цветного изображения.

Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение пространственного разрешения при сохранении высокой квантовой эффективности.

Указанный результат достигается за счет того, что в известном устройстве, содержащем ячейки, имеющие фоточувствительные области, каждая из которых расположена на глубине полупроводниковой структуры, соответствующей генерации носителей заряда от световой компоненты заданного цвета, изолирована от аналогичных областей других ячеек граничными областями, создающими для фотоносителей потенциальный барьер, предложено:

- проекции центров фоточувствительных областей на поверхность расположить по схеме Байера,

- областями каждого цвета заполнить всю фокальную плоскость за исключением изолирующих областей.

Дополнительно:

- центральные линии раздела между отдельными областями каждого цвета выполнить в виде перпендикулярных секущих середины отрезка, соединяющего центры соседних областей.

Увеличение пространственного разрешения достигается за счет взаимного расположения чувствительных к выбранным цветам заглубленных областей по схеме Байера, а высокая квантовая эффективность - за счет максимального фактора заполнения ими фокальной плоскости на каждом уровне, подобного, например, фактору заполнения кристаллической решетки ячейками Вигнера-Зейтца.

Перечень графических материалов, иллюстрирующих устройство, реализующее заявляемое изобретение:

Фиг.1 иллюстрирует известное расположение ячеек с цветовыми фильтрами по схеме Байера.

Фиг.2 иллюстрирует известное устройство, выполненное с вертикальным расположением фоточувствительных областей, чувствительных к выбранным цветам (прототип).

Фиг.3а-3в показывает расположение фоточувствительных областей в предлагаемом устройстве.

Фиг.3а показывает расположение фоточувствительных областей на уровне зеленого цвета.

Фиг.3б показывает расположение фоточувствительных областей на уровнях зеленого и красного цветов.

Фиг.3в показывает расположение фоточувствительных областей на уровнях зеленого, красного и голубого цветов.

Фотоприемная матрица цветного изображения содержит ячейки, имеющие фоточувствительные области (1, 2, 3), каждая из которых расположена на глубине полупроводниковой структуры, соответствцющей генерации носителей заряда от световой компоненты заданного цвета: голубого (1), зеленого (2), красного (3), отделена от носителей других фоточувствительных областей разделительными областями (4), создающими для них потенциальный барьер; проекции центров (5) фоточувствительных областей на поверхность расположены по схеме Байера, однако области каждого цвета (1, 2, 3) заполняют всю фокальную плоскость на своем уровне за исключением разделительных областей (4).

Дополнительно (см. фиг.3а) центральными линиями (6) раздела между фоточувствительными областями (1, 2, 3) каждого цвета служат перпендикулярные секущие середины отрезка (7), соединяющего центры (5) соседних областей.

Устройство работает следующим образом.

Свет, падающий с поверхности, почти полностью поглощается в трех следующих друг за другом фоточувствительных цветовых слоях, поскольку каждый из них заполняет фокальную плоскость без зазоров. (Изолирующие зазоры также фоточувствительны, но благодаря градиенту концентрации легирующей примеси направляют фотоносители к соседним областям от оси раздела.) Так как зеленые области распологаются с удвоенной пространственной частотой согласно схеме Байера, то разрешение предлагаемой фотоприемной матрицы остается высоким.

Настоящее описание изобретения, в т.ч. состава и работы устройства, включая предлагаемый вариант его исполнения, предполагает его дальнейшее возможное совершенствование специалистами и не содержит каких-либо ограничений в части реализаций. Все притязания сформулированы исключительно в формуле изобретения.

Изобретение относится к технике машинного зрения и может быть использовано в видеокамерах и фотоаппаратах, предназначенных для регистрации цветных изображений. В фотоприемной матрице цветного изображения, содержащей ячейки, имеющие фоточувствительные области, каждая из которых расположена на глубине полупроводниковой структуры, соответствующей генерации носителей заряда от световой компоненты заданного цвета, изолирована от аналогичных областей других ячеек граничными областями, создающими для фотоносителей потенциальный барьер. Согласно изобретению предложено фоточувствительные области расположить так, чтобы проекции их центров на поверхность располагались по схеме Байера, а областями каждого цвета предлагается заполнить всю фокальную плоскость за исключением изолирующих областей. Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение пространственного разрешения при сохранении высокой квантовой эффективности. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Фотоприемная матрица цветного изображения, содержащая ячейки, имеющие фоточувствительные области, каждая из которых расположена на глубине полупроводниковой структуры, соответствующей генерации носителей заряда от световой компоненты заданного цвета, отделена от носителей других фоточувствительных областей разделительными областями, создающими для них потенциальный барьер, отличающаяся тем, что проекции центров фоточувствительных областей на поверхность расположены по схеме Байера, однако области каждого цвета заполняют всю фокальную плоскость, за исключением разделительных областей.

2. Фотоприемная матрица цветного изображения по п.1, отличающаяся тем, что центральными линиями раздела между фоточувствительными областями каждого цвета служат перпендикулярные секущие середины отрезка, соединяющего центры соседних областей.