用于光敏装置的非连续布局
阅读：566发布：2020-05-13
专利汇可以提供用于光敏装置的非连续布局专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本公开的各 实施例 涉及用于光敏装置的非连续布局。一种装置，包括至少一个检测器，该至少一个检测器被配置为从检测器视场内的对象接收返回光，光由 光源 生成。检测器包括第一光敏区域和第二光敏区域，第一光敏区域和第二光敏区域被配置为接收来自光源的返回光。包括至少一个非光敏区域，并且第一光敏区域和第二光敏区域被至少一个非光敏区域分离。至少一个非光敏区域与第一光敏区域或第二光敏区域中的一个光敏区域相关联。，下面是用于光敏装置的非连续布局专利的具体信息内容。
1.一种装置，包括：
至少一个检测器，被配置为从检测器视场内的对象接收返回光，光由光源生成，所述检测器包括：
第一光敏区域和第二光敏区域，被配置为接收来自所述光源的所述返回光，所述第一光敏区域和所述第二光敏区域中的每个光敏区域包括相应的多个光电二极管；以及至少一个非光敏区域，其中所述第一光敏区域和所述第二光敏区域被所述至少一个非光敏区域分离，并且所述至少一个非光敏区域与所述第一光敏区域或所述第二光敏区域中的一个光敏区域相关联。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一光敏区域和所述第二光敏区域包括第一光电二极管和第二光电二极管，并且所述至少一个非光敏区域包括与所述第一光电二极管或所述第二光电二极管中的一个光电二极管相关联的电路装置。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一光敏区域和所述第二光敏区域包括第一宏像素和第二宏像素，所述第一宏像素和所述第二宏像素各自包括以定义的配置布置的两个或多个光电二极管，并且所述至少一个非光敏区域包括与所述第一宏像素或所述第二宏像素中的一个宏像素相关联的电路装置。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一光敏区域和所述第二光敏区域包括第一宏像素阵列和第二宏像素阵列，所述第一宏像素阵列和所述第二宏像素阵列中的宏像素各自包括以定义的配置布置的两个或多个光电二极管，所述至少一个非光敏区域包括与所述第一宏像素阵列或所述第二宏像素阵列中的一个宏像素阵列相关联的电路装置。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述光源是结构光源，所述结构光源被配置为生成具有至少两个分离的光图案元素的结构光图案。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述第一光敏区域和所述第二光敏区域是第一宏像素和第二宏像素，所述第一宏像素和所述第二宏像素各自包括以定义的配置布置的两个或多个光电二极管，并且其中在每个宏像素内，所述两个或多个光电二极管被可选择地启用或禁用。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述装置被配置为基于对来自所述结构光源的所述至少两个光图案元素中的一个光图案元素的检测，可选择地启用或禁用每个宏像素内的所述两个或多个光电二极管。
8.根据权利要求5所述的装置，其中所述第一光敏区域和所述第二光敏区域被布置在所述检测器上，以匹配基于所述结构光图案的预期返回光图案。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一光敏区域和所述第二光敏区域中的每个光敏区域包括至少一个单光子雪崩二极管。
10.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个非光敏区域包括以下中的至少一项：
猝灭逻辑；
用于处理相关联的所述光敏区域的输出的信号调节逻辑；
与所述光敏区域相关联的数字计数器逻辑；
与所述光敏区域相关联的聚合逻辑；或
与所述光敏区域相关联的定时逻辑。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述光源是结构光源。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述结构光源被配置为生成光束阵列。
13.一种方法，包括：
通过以下操作形成光敏检测器：
形成至少两个光敏区域，所述至少两个光敏区域被配置为接收来自光源的返回光；以及
形成至少一个非光敏区域，其中所述至少两个光敏区域被所述至少一个非光敏区域分离，并且所述至少一个非光敏区域与所述至少两个光敏区域中的一个光敏区域相关联。
14.根据权利要求13所述的方法，其中形成所述至少两个光敏区域包括：
形成两个光电二极管，并且所述至少一个非光敏区域包括与所述两个光电二极管中的一个光电二极管相关联的电路装置。
15.根据权利要求13所述的方法，其中形成所述至少两个光敏区域包括：
形成两个宏像素，所述两个宏像素各自包括以定义的配置布置的两个或多个光电二极管，并且所述至少一个非光敏区域包括与所述两个宏像素中的一个宏像素相关联的电路装置。
16.根据权利要求13所述的方法，其中形成所述至少两个光敏区域包括：
形成两个宏像素阵列，所述两个宏像素阵列中的宏像素各自包括以定义的配置布置的两个或多个光电二极管，并且所述至少一个非光敏区域包括与所述两个宏像素阵列中的一个宏像素阵列相关联的电路装置。
17.一种装置，包括：
至少两个光敏部件，用于接收来自光源的返回光；以及
至少一个非光敏部件，其中所述至少两个光敏部件被所述至少一个非光敏部件分离，并且所述至少一个非光敏部件与所述至少两个光敏部件中的一个光敏部件相关联。
18.根据权利要求17所述的装置，其中所述至少两个光敏部件包括以下中的至少一项：
两个光电二极管，并且所述至少一个非光敏区域包括与所述两个光电二极管中的一个光电二极管相关联的电路装置；
两个宏像素，所述宏像素各自包括以定义的配置布置的两个或多个光电二极管，并且所述至少一个非光敏区域包括与所述两个宏像素中的一个宏像素相关联的电路装置；或两个宏像素阵列，所述宏像素各自包括以定义的配置布置的两个或多个光电二极管，并且所述至少一个非光敏区域包括与所述两个宏像素阵列中的一个宏像素阵列相关联的电路装置。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述至少两个光敏部件包括所述两个宏像素，其中在每个宏像素内，所述两个或多个光电二极管被可选择地启用或禁用。
20.根据权利要求17所述的装置，其中所述光源是结构光源，所述结构光源被配置为生成具有至少两个分离的光图案元素的结构光图案。
用于光敏装置的非连续布局
技术领域
[0001] 一些实施例涉及一种装置，并且特别地但不排他地涉及一种具有光敏设备的阵列的装置。
背景技术
[0003] 例如，单光子雪崩二极管(SPAD)可以用作反射光的检测器。通常，提供包括SPAD感应元件的像素阵列作为传感器，以便检测反射光脉冲。光子可以通过光电效应在SPAD中生成载流子。光生载流子可以在SPAD阵列中的一个或多个SPAD中触发雪崩电流。雪崩电流可以对事件(即已经检测到光的光子)发出信号。
[0004] 使用SPAD阵列进行测距是众所周知的。例如，SPAD阵列和SPAD传感器已经被用于为移动设备中测距应用确定飞行时间距离。
[0005] SPAD检测器可以包括光敏材料的区域和非光敏区域的区域，非光敏区域的区域诸如用于猝灭电路装置、脉冲调节逻辑、聚合逻辑、数字计数器和其他逻辑。
[0006] 结构光源(换句话说，生成确定的光图案的光源)是已知的并且已经用于例如许多产品中。它们相对于常规的“闪光”光源的优势在于：通过使用定义的光斑图案，可以在足以在总体显著较低的功率水平提供高质量输出的水平下照亮环境。另外，照明水平可以更容易地保持在最大允许曝光(MPE)水平，并且因此可以被清除以供一般使用。
[0007] 例如在使用结构光的情况下，诸如SPAD检测器阵列的常规的光敏检测器可能不会产生良好的效率。发明内容
[0008] 根据一些实施例，提供了一种装置，该装置包括至少一个检测器，检测器被配置为从检测器视场内的对象接收返回光，光由光源生成，其中检测器包括：第一光敏区域和第二光敏区域，被配置为接收来自光源的返回光，第一光敏区域和第二光敏区域中的每个光敏区域包括相应的多个光电二极管；以及至少一个非光敏区域，其中第一光敏区域和第二光敏区域被至少一个非光敏区域分离，并且至少一个非光敏区域与第一光敏区域或第二光敏区域中的一个光敏区域相关联。
[0009] 第一光敏区域和第二光敏区域可以包括第一光电二极管和第二光电二极管，并且至少一个非光敏区域可以包括与第一光电二极管或第二光电二极管中的一个光电二极管相关联的电路装置。
[0010] 第一光敏区域和第二光敏区域可以包括第一宏像素和第二宏像素，并且第一宏像素和第二宏像素可以各自包括以定义的配置布置的两个或多个光电二极管，并且至少一个非光敏区域可以包括与第一宏像素或第二宏像素中的一个宏像素相关联的电路装置。
[0011] 第一光敏区域和第二光敏区域可以包括第一宏像素阵列和第二宏像素阵列，并且第一宏像素阵列和第二宏像素阵列中的宏像素可以各自包括以定义的配置布置的两个或多个光电二极管，并且至少一个非光敏区域可以包括与第一宏像素阵列或第二宏像素阵列中的一个宏像素阵列相关联的电路装置。
[0012] 光源可以是结构光源，其被配置为生成具有至少两个分离的光图案元素的结构光图案。
[0013] 第一光敏区域和第二光敏区域可以是第一宏像素和第二宏像素，并且第一和第二宏像素可以各自包括以定义的配置布置的两个或多个光电二极管，并且其中在每个宏像素内，可选择地启用或禁用两个或多个光电二极管。
[0014] 装置可以被配置为基于对来自结构光源的至少两个光图案元素中的一个光图案元素的检测，可选择地启用或禁用每个宏像素内的两个或多个光电二极管。
[0015] 第一光敏区域和第二光敏区域可以被布置在检测器上，以匹配基于结构光图案的预期返回光图案。
[0017] 至少一个非光敏区域可以包括以下中的至少一个：猝灭逻辑；用于处理相关联的光敏区域的输出的信号调节逻辑；与光敏区域相关联的数字计数器逻辑；与光敏区域相关联的聚合逻辑；或与光敏区域相关联的定时逻辑。
[0018] 装置还可以包括结构光源。
[0019] 结构光源可以包括以下中的至少一个：至少一个垂直腔侧发射激光器；和衍射光学元件。
[0020] 具有至少两个分离的光图案元素的结构光可以包括光束的阵列。
[0021] 根据一个或多个实施例，提供了一种方法，包括：通过以下步骤形成光敏检测器：形成至少两个光敏区域，该至少两个光敏区域被配置为接收来自光源的返回光；以及形成至少一个非光敏区域，其中至少两个光敏区域被至少一个非光敏区域分离，并且至少一个非光敏区域与至少两个光敏区域中的一个光敏区域相关联。
[0022] 形成至少两个光敏区域可以包括：形成两个光电二极管，并且至少一个非光敏区域包括与两个光电二极管中的一个光电二极管相关联的电路装置。
[0023] 形成至少两个光敏区域可以包括：形成两个宏像素，两个宏像素各自包括以定义的配置布置的两个或多个光电二极管，并且至少一个非光敏区域包括与两个宏像素中的一个宏像素相关联的电路装置。
[0024] 形成至少两个光敏区域可以包括：形成两个宏像素阵列，两个宏像素阵列中的宏像素各自包括以定义的配置布置的两个或多个光电二极管，并且至少一个非光敏区域包括与两个宏像素阵列中的一个宏像素阵列相关联的电路装置。
[0025] 形成两个宏像素可以包括形成以定义的配置布置的两个或多个光电二极管，并且其中在每个宏像素内，可以可选择地启用或禁用两个或多个光电二极管。
[0026] 光源可以是结构光源，其被配置为生成具有至少两个分离的光图案元素的结构光图案。
[0027] 方法还可以包括基于对来自结构光源的光图案元素的检测，可选择地启用或禁用每个宏像素内的两个或多个光电二极管。
[0028] 方法还可以包括在检测器上布置至少两个光敏区域以匹配基于结构光源光图案的预期返回光图案。
[0030] 至少一个非光敏区域可以包括以下中的至少一个：猝灭逻辑；用于处理相关联的光敏区域的输出的信号调节逻辑；与光敏区域相关联的数字计数器逻辑；与光敏区域相关联的聚合逻辑；或与光敏区域相关联的定时逻辑。
[0031] 方法还可以包括生成结构光图案。
[0032] 根据一个或多个实施例，提供了一种装置，包括：至少两个光敏装置，用于接收来自光源的返回光；以及至少一个非光敏装置，其中至少两个光敏装置被至少一个非光敏装置分离，并且至少一个非光敏装置与至少两个光敏装置中的一个光敏装置相关联。
[0033] 至少两个光敏装置可以包括以下中的至少一个：两个光电二极管，并且至少一个非光敏区域包括与两个光电二极管中的一个光电二极管相关联的电路装置；两个宏像素，宏像素各自包括以定义的配置布置的两个或多个光电二极管，并且至少一个非光敏区域包括与两个宏像素中的一个宏像素相关联的电路装置；或者两个宏像素阵列，宏像素各自包括以定义的配置布置的两个或多个光电二极管，并且至少一个非光敏区域包括与两个宏像素阵列中的一个宏像素阵列相关联的电路装置。
[0034] 至少两个光敏装置可以包括两个宏像素，其中在每个宏像素内，可以可选择地启用或禁用两个或多个光电二极管。
[0035] 光源可以是结构光源，其被配置为生成具有至少两个分离的光图案元素的结构光图案。
[0036] 装置还可以包括切换装置，用于基于对来自结构光源的光图案元素的检测，可选择地启用或禁用每个宏像素内的两个或多个光电二极管。
[0037] 装置还可以包括至少两个光敏装置，该至少两个光敏装置被配置为匹配基于结构光源光图案的预期返回光图案。
[0038] 至少两个光敏装置可以包括至少一个单光子雪崩二极管。
[0039] 至少一个非光敏装置可以包括以下中的至少一个：猝灭逻辑；用于处理相关联的光敏区域的输出的信号调节逻辑；与光敏区域相关联的数字计数器逻辑；与光敏区域相关联的聚合逻辑；或与光敏区域相关联的定时逻辑。
[0041] 现在将仅通过示例的方式并参考附图来描述一些实施例，其中：
[0042] 图1示出了根据一些实施例的作为光敏像素的示例的雪崩二极管的示意图；
[0043] 图2A至图2D示出了根据一些实施例的示例光敏检测器布置的示意图；
[0044] 图2E示出了根据一些实施例的具有可切换光电二极管的图2D中所示的示例光敏检测器布置的示意图；
[0045] 图3示出了光敏区域和非光敏区域的常规光敏检测器布置的示意图；
[0046] 图4A示出了暴露于结构光图案的光敏区域和非光敏区域的常规光敏检测器布置的示意图；
[0047] 图4B示出了暴露于结构光图案的根据一些实施例的示例光敏检测器布置的示意图；
[0048] 图4C示出了示例结构光图案；以及
[0049] 图5示出了根据一些实施例的适用于“线性”配置结构光图案的另外的光敏检测器布置的示意图。
具体实施方式
[0050] 在本文提供的各种实施例中，光敏检测器配置包括由非光敏区域分离的不连续的光敏区域。这例如可以是单光子雪崩二极管(SPAD)模块布置或配置，其被配置为接收结构光图案，然后可以为SPAD模块提供比常规SPAD配置更高的量子效率。
[0051] 在一些实施例中，该检测器布置是其中光敏二极管(或像素)通过集成电路的逻辑区域(或非光电检测区域)与其他光敏二极管分离的检测器布置。
[0052] 在一些实施例中，检测器布置可以是其中存在光敏二极管(或像素)的簇(其可以被称为宏像素)的检测器布置。这些宏像素通过集成电路的逻辑区域(或非光电检测区域)与其他宏像素分离。这例如可以在基于SPAD的检测系统中采用，其中发射器被配置为发射结构光输出，该结构光输出被反射并返回到基于SPAD的检测器，其中宏像素位于返回的结构光的元素的预期返回位置和这些光敏区域之间的逻辑非光敏区域处。应当理解，在一些实施例中，结构光生成器和检测器可以是物理上分离的模块或者可以在合适的光学装置中实施。因此，例如，可以使用位于光学校准装置中的结构光生成器模块和光检测器来实施LIDAR(光检测和测距)系统。
[0053] 检测器布置的基本元件是光电二极管。二极管是一种电气器件，其允许电流在一个方向上远比在另一个方向上更易流过。现代电路设计中最常见的二极管是半导体二极管，并且是基于p-n结或PIN(p-本征-n)结构。
[0054] p-n结包括P区域(即，掺杂有P掺杂剂的区域)和N区域(即，掺杂有N掺杂剂类型的区域)。N区域包含过量的电子，而P区域包含过量的空穴。当p-n结形成时，空穴自然地从P区域扩散到N区域并与电子复合。同样地，电子自然地从N区域扩散到P区域并与空穴复合。以这种方式，在P区域和N区域的界面(即，结)处形成具有复合的空穴和电子对的耗尽区域。
[0055] 空穴从P区域的扩散在P区域中留下负受主离子，而电子从N区域的扩散在N区域中留下正施主离子。这产生耗尽区域电场，其提供与空穴和电子的持续扩散相反的力。当耗尽区域电场足够高时，空穴和电子的扩散被中断并且耗尽区域达到平衡。
[0057] 当具有足够能量的光子撞击二极管时，它会产生电子-空穴对。这种机制也被称为光电效应。如果吸收发生在结的耗尽区域中或距耗尽区域一个扩散长度，则这些载流子被耗尽区域的内置电场从结中扫出。因此，空穴向阳极移动，电子向阴极移动，并且产生光电流。通过光电二极管的总电流是暗电流(在没有光的情况下生成的电流)和光电流之和。
[0058] 当电压供应是正向偏置电压供应时，P区域与电压供应的正端子连接，N区域与电压供应的负端子连接。以这种方式，P区域中的空穴和N区域中的电子被推向P区域和N区域的界面。耗尽区域的宽度减小。当用于零偏压或光伏模式时，流出器件的光电流受到限制并且建立电压。这种模式利用了光伏效应。
[0059] 当电压供应是反向偏置电压供应时，P区域与电压供应的负端子连接，N区域与电压供应的正端子连接。以这种方式，P区域中的空穴和N区域中的电子被推离P区域和N区域的界面。耗尽区域的宽度增加。在这种模式下，响应时间减少，因为附加的反向偏压会增加耗尽层的宽度，这会降低结的电容。
[0060] 耗尽区域的宽度随着反向偏置电压供应的增加而增加直到一个电压。如果反向偏置电压供应增加到超过该电压，则结击穿并允许反向电流。此时，电压的小幅增加将使反向电流迅速增加。发生PN结击穿的电压被称为“击穿电压”。
[0062] 在雪崩击穿中，当反向电压供应超过击穿电压时，在耗尽区域中扩散的电子被加速。电子与原子碰撞并且释放束缚电子。这些电子中的一些与空穴复合。其他电子在耗尽区域中被加速、与原子碰撞并进一步释放束缚电子，等等。同样地，在耗尽区域中扩散的空穴在相反方向上被加速并发起类似的过程。以这种方式，产生自维持雪崩并且反向电流增加。
[0063] 诸如单光子雪崩检测器(SPAD)的雪崩二极管遵循上述原理。PN结在超过击穿电压的电压下被反向偏置。当吸收了具有足够能量的光子时，束缚电子被释放在耗尽区域中。电子被加速，与原子碰撞并进一步释放束缚电子。这些电子中的一些与空穴复合。其他的电子被加速、与原子碰撞并进一步释放束缚电子，等等。同样地，在耗尽区域中扩散的空穴在相反方向上被加速并发起类似的过程。以这种方式，产生自维持雪崩并且反向电流增加。可以通过将反向偏置电压供应设置为低于击穿电压来停止雪崩。
[0064] 图1表示光电二极管2，例如单光子雪崩二极管(SPAD)。
[0065] 雪崩二极管2包括PN结4，其包括P区域6(即，掺杂有P掺杂剂的区域)和N区域8(即，掺杂有N掺杂剂的区域)。在一个实施方式中，P区域6是在硅衬底(未示出)上生长的P掺杂剂类型的外延层，N区域8是在外延层内形成的N掺杂剂类型的阱。这里，N区域8居中(即，与中心纵轴对齐)。PN结4包括耗尽区域(也被称为耗尽层或耗尽区)，耗尽区域在如上所述在P区域6和N区域8的界面(即，结)处自然形成。
[0066] 雪崩二极管2包括将P区域6连接到电压供应10的负端子的阳极(未表示)和将N区域8连接到电压供应12的正端子的阴极(未表示)。
[0068] 图1中所示的雪崩二极管2可以是背面照射的雪崩二极管，从而可以增加捕获的光的量并且可以改善低光性能。如上所述，当经由背面吸收具有足够能量的光子时，束缚电子在耗尽区域中被释放、加速、与原子碰撞并进一步释放束缚电子。这些电子中的一些与空穴复合。其他的电子被加速，与原子碰撞并进一步释放束缚电子，等等。
[0069] 关于图2A至图2D，示出了非连续检测器布置的示例，其能够在像素级上示出改进的效率。
[0070] 关于图2A，示出了第一示例检测器布置。第一示例检测器布置是这样的检测器布置，其中每个单独的二极管201或光敏像素经由耦合202耦合到单独的非光敏区域203。在该示例中，该布置可以被认为是单元阵列，每个单元205包括单个二极管201和相关联的非光敏电路装置。尽管该示例示出了将单元布置在“南北”轴上，其中光敏区域在单元的南部，而非光敏区域在单元的北部，但应当理解，在一些实施例中，单元排列可以在任何合适的轴上。类似地，虽然在像素的一侧示出了具有非光敏区域的单元，但应当理解，在一些实施例中，非光敏区域可以在单元的两侧、三侧或更多侧。另外，尽管单元以矩形形式示出，但单元可以是任何合适的形状(规则或不规则)。
[0071] 在第一示例检测器布置中，单独的二极管201或光敏区域因此通过非光敏区域与相邻或临近二极管中的至少一个“分离”。在这样的示例中，这可以产生一个优点，因为光敏区域和非光敏区域之间的耦合从二极管到二极管地保持相对恒定，因此从二极管到电路装置的任何时间敏感信号都被一致地处理。
[0072] 关于图2B，示出了第二示例检测器布置，其与图2A中所示的示例相比显示出在像素级上的改进的效率。第二示例检测器布置是这样的检测器布置，其中二极管211或光敏像素被分组(以例如行或列的排布置)并且行中的每个二极管经由合适的耦合212耦合到关联的非光敏区域213。在该示例中，该布置可以被认为是单元阵列，每个单元215包括单独的二极管211和相关联的非光敏电路装置213并且沿着该行连接到相邻的单元。尽管该示例示出了单元被布置在“南北”轴上，其中一种单元具有在单元的南部的光敏区域和在单元的北部的非光敏区域，第二种类型的单元具有在单元的北部的光敏区域和在单元的南部的非光敏区域，但应当理解，在一些实施例中，单元布置可以在任何合适的轴上。类似地，尽管在像素的一侧示出了具有非光敏区域的单元，但应当理解，在一些实施例中，非光敏区域可以在单元的两侧。另外，尽管单元以矩形形式示出，但单元可以是任何合适的形状。
[0073] 在第二示例检测器布置中，单个二极管201或光敏区域与相邻二极管的至少一个其他排(或多个行)“分离”，但具有共享的行布置。这些示例可以产生类似的优点，因为光敏区域和非光敏区域之间的耦合从二极管到二极管地保持相对恒定，因此从二极管到电路装置的任何时间敏感信号都被一致地处理。
[0074] 关于图2C，示出了第三示例检测器布置，其与图2A和图2B中所示的示例相比显示出在像素级上的改进的效率。第三示例检测器布置是这样的检测器布置，其中二极管221或光敏像素被分组或群集成像素阵列(例如，2×2像素阵列)，像素阵列可以被定义为宏像素。阵列中的每个二极管经由耦合222耦合到非光敏区域223。
[0075] 在该示例中，该布置可以被认为是包括四个单元225的宏像素单元227的阵列。每个单元225包括单独的二极管221和布置在单元的两侧的相关联的非光敏电路装置223，使得当四个单元被布置在一起时，宏像素单元227具有中心光敏区域和外围非光敏区域。虽然单元以正方形或矩形形式示出，但单元可以是任何合适的形状，并且群集可以是任何合适的群集。在该示例中，每个宏像素通过每个宏像素的外围上的非光敏区域与其他宏像素“分离”。这些示例还可以产生与前面所示的示例类似的优点，因为光敏区域和非光敏区域之间的耦合从二极管到二极管地保持相对恒定，因此从二极管到电路装置的任何时间敏感信号都被一致地处理。
[0076] 关于图2D，示出了第四示例检测器布置。该示例试图通过对像素进行分组或群集来改进图2C中所示的第三示例中的像素级上示出的效率。因此，第四示例检测器布置是这样的检测器布置，其中二极管231或光敏像素被分组或群集成像素阵列(例如，4×4像素阵列)，像素阵列可以被定义为宏像素235。阵列中的二极管然后经由耦合232耦合到非光敏区域233。
[0077] 在该示例中，该布置可以是宏像素单元237，其包括光敏区域235和非光敏区域233。光敏区域235包括单独的二极管231的阵列(在该示例中示为4行×4列的光电二极管阵列)和布置在单元的两侧的相关联的非光敏电路装置233，使得当宏像素单元与其他宏像素单元237相邻时，光敏区域被非光敏区域包围。尽管宏像素单元以正方形或矩形形式示出，但宏像素单元可以是任何合适的形状。这些示例还可以产生与前面所示的示例类似的优点，因为光敏区域和非光敏区域之间的耦合从二极管到二极管地保持相对恒定，因此从二极管到电路装置的任何时间敏感信号都被一致地处理。
[0078] 在第二、第三和第四示例中，例如，将光敏区域分组在行/列上或在宏像素布置中，使能了进一步禁用单独的二极管的能力。因此，例如，宏像素单元可以配置有电路装置，使得可以基于对光水平的确定来启用或禁用每个单独的像素。另外，如图2A至图2D所示的示例还通过阱共享来改善填充因子。这种改善同样适用于实施具有结构化光图案和非结构光图案的光源的情况。
[0079] 另外，在存在结构光图案的情况下可以实现更高的填充因子，因为光可以仅聚焦在光敏二极管区域上。例如，图2E示出了第四示例检测器布置的示例，其中光斑241位于宏像素中的第一行至第三行单独的光电二极管之上，而不位于第四行单独的光电二极管之上。在一些实施例中，与第四行相比，第一至第三行中的单独的光电二极管检测到的光水平之间的差异可以使得电路装置能够禁用第四行上的单独的光电二极管(由叉号243示出)。
[0080] 关于图3，示出了宏像素级的示例检测器布置。在这种布置中，像素(或光电二极管)2(每个由小框示出)以8×8像素(光电二极管)的阵列配置布置，从而形成宏像素(例如，如框105所示)以及宏像素的5行×7列的布置，该宏像素的5行×7列的布置定义了光敏区域或区域101。光敏区域101与非光敏区域或区域103相邻。非光敏区域103可用于猝灭电路装置、脉冲调节逻辑、聚合逻辑、数字计数器和与像素(光电二极管)2相关联的其他逻辑。这种布置是已知的连续布置，其中所有光敏区域都被定位在一起。
[0081] 在一些实施例中，非连续的检测器布置在采用结构光的环境中也可能是有利的。如前所述，结构光由结构光源生成，该结构光源生成确定的光图案。在图4A中示出了图3中所示的检测器布置上的示例结构光图案。
[0082] 在图4A中，图3中所示的检测器布置被示例结构光图案增强。图4A中所示的结构光图案使得检测器装置包括检测结构光的宏像素301和没有来自结构光图案的光入射的宏像素303。
[0083] 从图4A中可以看出，在这种示例中，通常大约50％的宏像素不检测光。
[0084] 图4B示出了示例宏像素布置，其在应用图4A中所示的结构光图案时具有改进的效率。在该示例中，检测器布置宏像素仅被定位在存在期望的结构光图案元素的位置。换句话说，不期望检测结构光图案元素的每个宏像素被非光敏区域313代替。这可以优于图4A所示的示例检测器，因为检测器的效率得到改善(没有零点(spot))，并且另外，由于非光敏区域平均更靠近光敏区域，所以检测器的速度得到改善，并且从二极管到二极管更加一致。
[0085] 图4C另外示出了一系列的结构光图案。图4A和图4B中所示的示例结构光图案被示出为光图案的左上方351图案，其可被称为相等尺寸光束353的梅花形布置。其他上部行图案361、371示出了经修改的结构光图案，其中中心光束宽度相对于外部光束宽度增加。
[0086] 第二行图案355、357、359示出了光束的正方形图案，具有3×3图案355、4×4图案357和5×5图案359。
[0087] 第三行图案365、367、369示出了3×3菱形图案，其中图案365示出了相等尺寸的光束，而其他行图案367、369示出经修改的结构光图案，其中中心光束宽度相对于外部光束宽度增加。
[0088] 关于图5，示出了检测器(SPAD阵列)模块的另外的示例。图5中所示的示例是适用于或设计成用于线性结构光图案的示例，例如可以针对lidar(光检测和测距)系统生成线性结构光图案。检测器模块(在一些实施例中包括SPAD阵列)在图5中被示出为类似于图2D中所示的检测器的宏像素的列，但其中非光敏区域布置在宏像素的一侧。因此，图5中所示的检测器包括光敏区域的排或线性阵列，其由宏像素1 5051、宏像素2 5052至宏像素N 505N示出，宏像素1 5051、宏像素2 5052至宏像素N 505N被布置为列并且与非光敏区域(如图5所示，可以用于猝灭电路装置和读出电路装置)的相邻列503相关联。然后可以针对光敏区域和非光敏区域的其他列重复这一列宏像素和一列非光敏电路装置的图案。在图5中所示的示例中，每个光敏宏像素包括SPAD像素，其中示出了SPAD像素的列501、511、521、531。
[0089] 以这种方式，检测器可以被设计为利用像素的阱共享以便最大化填充因子(FF)。另外，在一些实施例中，列的宽度可以变化。例如，非光敏(或通常逻辑柱)的宽度可以与用于应用的传动叶片步长对准。
[0090] 在这种实施例中，有效FF将仅是光敏(SPAD)簇的有效FF。例如，这可以在90％的区域中。
[0091] 总之，本申请示出了一系列检测器，其被设计为从连续光电二极管(例如SPAD)阵列或更一般的光敏区域的设计移动到光电二极管的“岛”。这可以是优点，因为光敏区域距非光敏区域等距离。
[0092] 另外，在检测器被配置为接收结构光图案的情况下，本文所示的示例可以具有另外的优点，其中基于图案设计检测器，因为设计可以使得尽可能多的光敏检测器被配置为看到返回信号以及尽可能少的检测器处于“暗”点。光敏检测器可以用数字逻辑代替，并且通过将数字逻辑移出每个单独的光敏检测器，可以增加单独的光敏检测器填充因子。
[0093] 另外，可以优化采用这些实施例的裸片的整体尺寸。
[0094] 优化可以被视为能够在二极管级、宏像素级以及阵列级上采用。
[0095] 应当了解，检测器模块可以在任何合适的设备内实施。仅作为示例而非限制，该设备可以是移动电话、智能电话、平板电脑、计算机、测量设备、开关控制器(诸如用于灯、控制诸如水龙头或厕所中的供水)、门控制器、距离传感器、撞击控制器或任何其他合适的设备。
[0097] 应当理解，上述布置可以至少部分地由集成电路、芯片组、封装在一起或在不同封装中的一个或多个裸片、分立电路装置或这些选项的任何组合来实施。
[0098] 上面已经描述了具有不同变型的各种实施例。应当注意，本领域技术人员可以组合这些各种实施例和变型的各种元素。
[0100] 可以组合上述各种实施例以提供进一步的实施例。根据以上详细描述，可以对实施例进行这些和其他改变。通常，在以下权利要求中，所使用的术语不应当被解释为将权利要求限制于说明书和权利要求中公开的特定实施例，而是应当被解释为包括所有可能的实施例以及赋予这些权利要求的等同物的全部范围。因此，权利要求不受本公开的限制。
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