[发明专利]偏振选择性、频率选择性以及宽动态范围检测器，成像阵列，读出集成电路，以及传感器系统

说明书

相关专利申请的交叉引用

本专利申请要求于2015年1月9日提交的美国临时专利申请No. 62/101,565；于2015年1月9日提交的美国临时专利申请No.62/101,713； 于2015年1月9日提交的美国临时专利申请No.62/101,894；于2015年1 月12日提交的美国临时专利申请No.62/102,523；以及于2015年9月1日 提交的美国专利申请No.62/213,019的权益，这些专利申请的全部公开内容 以引用方式并入本文以用于所有目的。

技术领域

本发明通常涉及传感器系统、检测器、成像器和读出集成电路。

背景技术

检测器、成像阵列、读出集成电路和传感器系统可用于许多应用诸如 成像等。在一些示例中，可能期望能够基于频率和/或偏振来选择性地检测 光的检测器和传感器系统。

对于检测器、读出集成电路(ROIC)或两者的给定动态范围、增益或操 作模式，当传感器系统超出正常操作参数进行操作时，其性能可能受损。 例如，动态范围可能受到处理器可读取数据或所存储的电荷的速度的限 制，这对于移动对象诸如人的成像尤其重要。因此，可能期望能够在宽或 超宽动态范围内操作并且能够调整动态范围、增益或操作模式的检测器和 ROIC。

可采用成像阵列来对场景进行成像，并且读出电路(ROIC)可耦接到成 像阵列，以测量来自被包括在成像阵列中的检测器像素的输出电流。对于 给定的ROIC，可在传感器系统的操作之前设置积分电容器。然而，在一些 示例中，感兴趣的明亮(或高光子通量)对象或高照明功率可导致由积分 电容器所测量的高光电流。积分电容器还可测量暗电流，该暗电流与高光 电流一起可导致积分电容器的饱和。虽然系统可制冷或者可提高帧速率以 防止饱和，但是这些方案可能不适用于某些应用。由检测器像素检测到的 输出电流或光通量范围可根据若干个因素诸如成像场景的变化而的变化。 因此，传感器系统的预先确定的参数可能只是在几个示例中是最佳的。因 此，可能期望能够动态地调整积分电容、帧速率、照明源功率和时间常数 的传感器系统和ROIC。

发明内容

本发明涉及检测器和传感器系统。本公开的示例涉及光检测器，该光 检测器被配置为选择性地检测期望测量波长范围内的一个或多个频率或波 长。在一些示例中，光检测器可包括一个或多个光吸收器。一个或多个光 吸收器可利用多个狭缝、网孔、平板式吸收器或者它们的组合而被图案 化。光吸收器的尺寸和/或被包括在光吸收器中的图案的属性可基于期望测 量波长范围来配置。本公开的示例还涉及被配置为检测入射光并确定入射 光的偏振的光检测器。在一些示例中，光吸收器的图案可基于偏振方向。 在一些示例中，图案的取向方向可为不同的，使得检测器吸收多种偏振。 可基于多个光吸收器来确定入射光的偏振。

本发明还涉及可包括能够与宽或超宽动态范围一起操作的一个或多个 检测器的传感器系统。在一些示例中，检测器可包括多个光吸收器，其中 第一光吸收器的至少一部分与第二光吸收器的一部分重叠。可通过允许第 二光吸收器吸收不被第一光吸收器吸收的一些或全部光，在不使传感器系 统饱和的情况下检测到高通量光。在一些示例中，可通过允许入射光被第 二光吸收器吸收来准确地检测低通量光，该第二光吸收器可具有比第一光 吸收器更低的灵敏度和更快的时间常数。在一些示例中，检测器可包括不 重叠的多个光吸收器。可通过在多个光吸收器之间分配入射光来检测高通 量光，并且因此可防止任何一个光吸收器的饱和。在一些示例中，多个光 吸收器中的至少两个光吸收器可具有不同的属性(例如，尺寸、形状因 数、热容量和材料类型)，并且因此这些光吸收器可吸收不同量的入射 光。在一些示例中，检测器可能够对一个或多个通量水平进行静电调谐。 该静电调谐可改变检测器的响应时间或灵敏度，以考虑高通量光和低通量 光两者。在一些示例中，检测器可包括具有混合时间常数的检测器像素阵 列。