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,以及传感器系统的制作方法

文档序号:13451277
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,以及传感器系统的制作方法

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。



技术实现要素:

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。

本发明还涉及用于在短波红外区域中进行非制冷检测的系统和方法。 该系统可包括采用大积分电容器(例如,10兆电子至200兆电子)的以高 帧速率(例如,1kHz至10kHz)进行操作的检测器,以及主动照亮检测器 像素的有效区域的照明源。在一些示例中,可动态地调整帧速率、积分电 容器的电容和照明源的功率中的至少一者,以防止积分电容器饱和或以实 现特定图像对比度。在一些示例中,帧速率和积分电容器的电容的乘积可 与检测器像素的有效面积成比例。在一些示例中,照明源的功率可使得光 电流比暗电流大2至10倍。在一些示例中,该成像阵列可包括混合时间常 数,其中ROIC可耦接到成像阵列并且以多个帧速率进行操作。

附图说明

图1示出了根据本公开的示例的检测器中的示例性检测器像素。

图2A至图2C示出了根据本公开的示例的示例性偏振选择性光检测器 的顶视图、平面图和横截面视图。

图2D示出了根据本公开的示例的包括光感测检测器像素阵列的示例 性焦平面阵列或成像器。

图3A至图3C示出了根据本公开的示例的包括被定位在不同层上的多 个光吸收器的示例性检测器的顶视图、平面图和横截面视图。

图3D至图3F示出了示例性检测器的顶视图、平面图和横截面视图, 该示例性检测器包括被定位在不同层上的多个光吸收器,并且能够使用根 据本公开的示例的差分读数来确定入射光的偏振角。

图3G示出了根据本公开的示例的包括光感测检测器像素阵列的示例 性焦平面阵列(FPA)或成像器的平面图。

图4A至图4C示出了根据本公开的示例的能够检测一个或多个所选择 的波长带中的光的示例性频率选择性光检测器的顶视图、平面图和横截面 视图。

图4D至图4F示出了根据本公开的示例的包括被定位在光吸收器和传 感器之间的反射器的示例性光检测器的顶视图、平面图和横截面视图。

图4G至图4I示出了根据本公开的示例的包括反射器和多个光吸收器 的示例性光检测器的顶视图、平面图和横截面视图。

图4J示出了根据本公开的示例的包括光感测检测器像素阵列的示例性 FPA或成像器的平面图。

图4K至图4M示出了根据本公开的示例的包括封装的光吸收器的示例 性光检测器的横截面视图。

图4N至图4O示出了根据本公开的示例的包括封装件的示例性光吸收 器的顶视图。

图5示出了根据本公开的示例的示例性ROIC。

图6A至图6C示出了根据本公开的示例的包括多个吸收器的示例性检 测器像素的顶视图和横截面视图。

图7A至图7B示出了根据本公开的示例的包括多个吸收器的检测器像 素的示例性顶视图和横截面视图。

图8A至图8B示出了根据本公开的示例的包括具有不同尺寸的多个吸 收器的检测器像素的示例性顶视图和横截面视图。

图9A示出了根据本公开的示例的能够进行静电调谐的示例性检测器 的一部分的平面图。

图9B示出了示例性检测器的一部分的平面图,其示出了根据本公开的 示例的被配置作为静电电容器板的基板。

图9C至图9E示出了根据本公开的示例的能够对一个或多个通量水平 进行静电调谐的示例性检测器的顶视图、平面图和横截面视图。

图10示出了示例性检测器的一部分的平面图,其示出了根据本公开的 示例的具有混合时间常数的多个检测器像素。

图11A示出了根据本公开的示例的能够具有多个帧速率的示例性 ROIC。

图11B示出了根据本公开的示例的能够具有多个帧速率的具有以棋盘 图案布置的单元电池的示例性ROIC。

图12示出了根据本公开的示例的用于调整ROIC的一个或多个参数以 防止集成电容器饱和的示例性处理过程。

具体实施方式

在以下对示例的描述中将引用附图,在附图中以例示的方式示出了可 被实施的特定示例。应当理解,在不脱离各个示例的范围的情况下,可使 用其他示例并且可作出结构性变更。

在该部分中描述了根据本公开的方法与装置的代表性应用。提供这些 示例仅是为了添加上下文并有助于理解所述示例。因此,对于本领域的技 术人员而言将显而易见的是,可在没有具体细节中的一些或全部的情况下 实践所述示例。其他应用也是可能的,使得以下示例不应被视为是限制性 的。

将参考附图中所示的示例来详细描述各种技术和处理过程步骤。在以 下描述中,阐述了诸多具体细节,以便提供对其中描述或提到的一个或多 个方面和/或特征的彻底理解。然而,对于本领域的技术人员显而易见的 是,可在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实施本文所描述或提 到的一个或多个方面和/或特征。在其他情况下,未详细描述熟知的方法步 骤和/或结构,以便不使本文所描述或提到的某些方面和/或特征模糊。

此外,尽管可按顺序描述来处理步骤或方法步骤,但是这些处理和方 法可被配置为以任何合适的顺序执行。换句话讲,在本公开中可描述的步 骤的任何顺序或次序本身并不指示以该顺序执行步骤的要求。此外,尽管 被描述或暗示为非同时发生(例如,因为在其他步骤之后描述一个步 骤),但可同时执行一些步骤。此外,通过其在附图中的描述示出过程并 不意味着所示过程不包括其他变型形式和修改形式,并且不意味着所示过 程或其任何步骤对于一个或多个示例是必需的,并且不意味着所示方法是 优选的。

在一些示例中,可能期望能够在室温或接近室温的温度下操作的检测 器。在短波红外(SWIR)范围中工作的检测器可包括基于碲镉汞(HgCdTe)、 基于锑化铟(InSb)和基于铟镓砷(InGaAs)的检测器。然而,在一些示例中, 这些类型的检测器可具有不足以表征对象的性能特征。此外,这些类型的 检测器可能需要低温冷却,这可能不适用于其尺寸和重量要求可受到限制 的便携式电子设备。

能够在室温或接近室温的温度下操作的一种类型的检测器可以是辐射 热测量计或微测辐射热计。图1示出了根据本公开的示例的示例性检测器 像素。在一些示例中,检测器像素100可以是辐射热测量计。检测器像素 可包括具有相同占有面积的一个或多个检测器元件。检测器元件可以是被 设计为检测光的存在的元件并且可单独生成表示所检测到的光的信号。辐 射热测量计可以是通过检测材料的温度或电阻的变化来操作的一种类型的 热检测器。检测器像素100可包括光吸收器110。光吸收器110可以是能够 吸收光的任何类型的材料。光吸收器110可暴露于电磁辐射或光,并且由 光吸收器110吸收的任何光可在光吸收器内产生热量,从而改变其温度。 温度的变化可与所吸收的光量成比例。光吸收器110可热耦接到被安装在 基板170上的传感器120。光吸收器中的温度的变化可导致传感器120的电 阻的变化。传感器120可通过触点130而被电耦接到集成电路(未示 出)。集成电路可耦接到处理器、计算机、或控制器,该集成电路可以恒 定电流或恒定电压来对检测器像素100进行偏置,并且可测量由于光照射 在光吸收器110的表面上而引起的电阻的变化。

入射到对象上的光可穿透至对象内的一个或多个深度。当光入射到对 象上时,入射光的一部分可反射离开对象的表面。入射到对象上的另一部 分光可进入表面,但可反射回来。在一些示例中,可能需要在反射光的部 分(例如,反射离开对象的表面的光和仅在表面上进入对象的光)与到达 对象中的较深部分的光之间进行区分。如果检测器不能在对象的表面处反 射的光或仅在表面上进入的光与已进入到对象的较深处的光之间进行区 分,则处理器可能对对象的属性进行错误的测量。

通过测量具有某些偏振的光或通过确定偏振光的特征,可提高所测量 的透射率、折射率、反射率、吸光度或材料成分的准确度。对象内的散射 事件可消除光的偏振,并且散射事件的概率随着对象中光的穿透深度而增 大。进入对象的较深处的光可被随机化,并且反射回检测器的光子可被消 除偏振。相反,镜面反射离开对象的表面的偏振光可保持其偏振。类似 地,仅在表面上进入对象的光可在很大程度上保持其偏振。因此,可能期 望具有偏振选择性的检测器。

图2A至图2C示出了根据本公开的示例的示例性偏振选择性光检测器 的顶视图、平面图和横截面视图。检测器像素200可包括多个检测器元 件,诸如检测器元件201、检测器元件203、检测器元件205、和检测器元 件207。检测器元件201可包括第一光吸收器210。第一光吸收器210可包 含能够吸收光的任何材料。用于光吸收器的示例性材料可包括但不限于镍 铬(NiCr)、磷青铜、氧化钒(VxOy)、和非晶硅(a-Si)。在一些示例中,第一光 吸收器210可具有大的阻温度系数(TCR)。TCR可为对响应于温度的变化而 导致的电阻的变化的测量。因此,具有大TCR的光吸收器可检测由入射辐 射引起的温度的小的或微小的变化。例如,照射在第一光吸收器210上的 光可导致第一光吸收器210的温度升高。第一光吸收器210可包括VxOy, 其中温度的小幅升高可导致电阻的大幅降低。检测元件201可包括被安装 在基板270上的第一传感器220。第一传感器220可以是温度传感器或能够 测量温度的变化的任何类型的传感器,诸如热敏电阻器。在一些示例中, 第一传感器220可以是能够改变与由第一光吸收器210所经历的温度的变 化相关的电阻的电阻器。

第一光吸收器210可耦接到第一接线柱240。第一接线柱240可包括能 够将热量从第一光吸收器210传导至第一传感器220的任何类型的材料。 由所吸收的入射光引起的第一光吸收器210的温度的变化可由第一传感器 220经历并检测到。在一些示例中,第一光吸收器210可耦接到一个接线 柱。在一些示例中,第一光吸收器210可耦接到多个接线柱。在一些示例 中,第一传感器220可通过热量可以传导的直接或间接物理连接而被热耦 接到第一光吸收器210。例如,第一光吸收器210可直接耦接到第一传感器 220,或者热量可通过位于第一光吸收器210和第一传感器220之间的一个 或多个中间结构进行传导,该中间结构直接物理耦接到第一光吸收器210 和第一传感器220。在一些示例中,间接物理连接可以是用于改变第一光吸 收器210和第一传感器220之间的热传导的材料。

基板270可包括触点230和触点231。触点230和触点231可耦接到集 成电路,诸如读出集成电路(ROIC)。集成电路可耦接到处理器或控制器。 在一些示例中,处理器可以恒定电流或恒定电压来对检测器进行偏置,并 且可测量由于光照射在光吸收器上而引起的电阻的变化。由于集成电路可 通过触点230和触点231而被耦接到第一传感器220,因此集成电路可将信 息传输至处理器(或控制器),以用于确定入射光的属性。

第一光吸收器210可包括在第一偏振方向260上进行取向的多个狭缝 250。多个狭缝250的配置可使得检测器元件201可被配置为选择性地吸收 光的特定偏振,同时允许光的其他偏振透射通过。第一偏振方向260上的 多个狭缝250的取向可允许第一光吸收器210以第一偏振方向260吸收 光。尽管在其他偏振方向(例如,第二偏振方向262和第四偏振方向266) 上偏振的光不像在与第一偏振方向260相同的方向上偏振光那样被强烈地 吸收,但是仍然可被吸收。例如,第一光吸收器210可吸收在与第一偏振 方向260相同的方向上偏振的光的大于90%,同时吸收相对于第一偏振方 向260取向成45°的光(例如,具有第二偏振方向262的光)的约50%,并 吸收相对于第一偏振方向260正交取向(例如,第三偏振方向264)的光的 0%。因此,第一光吸收器210可吸收光的不同偏振,并且作为结果,可能 是不能够在入射光的量值的变化和入射光的偏振角的变化之间进行区分。

检测器元件203可包括第二光吸收器212。第二光吸收器212可耦接到 第二接线柱242。第二接线柱242可包括能够将热量从第二光吸收器212传 导至第二传感器222的任何类型的材料。在一些示例中,第二光吸收器212 可耦接到一个接线柱。在一些示例中,第二光吸收器212可耦接到多个接 线柱。在一些示例中,第二传感器222可通过热量可传导的直接或间接物 理连接而被热耦接到第二光吸收器212。例如,第二光吸收器212可直接耦 接到第二传感器222,或者热量可通过被定位在第二光吸收器212和第二传 感器222之间的一个或多个中间结构传导,该一个或多个中间结构直接物 理耦接到第二光吸收器212和第二传感器222。基板270可包括触点232和 触点233。触点232和触点233可耦接到集成电路诸如ROIC,并且关于由 第二传感器222所测量的温度的变化或电阻的变化的信息可通过触点232、 触点233和ROIC而被传输至处理器。

通过利用多个光吸收器,处理器可在入射光的幅度的变化和入射光的 偏振角的变化之间进行区分。第二光吸收器212可包括在第二偏振方向262 上进行取向的多个狭缝252。在一些示例中,一个光吸收器的偏振方向(例 如,第二偏振方向262)可与另一个光吸收器的偏振方向(例如,第一偏振 方向260)不同。例如,第二偏振方向262相对于第一偏振方向260可被取 向成45°。与第一光吸收器210类似,第二光吸收器212可吸收在多个方向 上偏振的光,其中对于在与偏振方向相同的方向厦航偏振的光被强烈地吸 收。通常,由光吸收器所吸收的光的量可与偏振光的取向与多个狭缝的方 向之间的差值成比例。因此,偏振光的取向与多个狭缝的方向之间的差值 越大,所吸收的光的量越低

使用从多个狭缝提取的信息,处理器可确定入射光的偏振角。任何非 偏振光可由每个光吸收器平均吸收,并且因此可基于来自所检测到的偏振 光的信息来抵消由于非偏振光的吸收而引起的任何的变化。光的偏振角可 通过以下方式确定:

其中xA是来自第一光吸收器210的吸收,xB是来自第二光吸收器212的吸 收,θA是第一光吸收器210的偏振方向(例如,第一偏振方向260),并且 θB是第二光吸收器212的偏振方向(例如,第二偏振方向262)。

检测器元件205可包括耦接到第三传感器224的第三光吸收器214和 耦接到第四传感器226的第四光吸收器216。每个光吸收器210,212,214和 216可包括在不同的偏振方向上进行取向的多个狭缝。例如,第二偏振方向 262相对于第一偏振方向260可呈45°。第三光吸收器214可包括在第三偏 振方向264上进行取向的多个狭缝254,其中第三偏振方向264可与第一偏 振方向260正交或接近于正交(例如,第三偏振方向可相对于第一偏振方 向260被取向成90°±5°)。第四光吸收器216可包括在第四偏振方向266 上进行取向的多个狭缝256,其中第四偏振方向266可相对于第二偏振方向 262被取向成90°±5°。基于从多个传感器(第一传感器220、第二传感器 222、第三传感器224和第四传感器226)获取的信息(例如,光吸收 值),处理器可计算由第一光吸收器210、第二光吸收器212、第三光吸收 器214和第四光吸收器216所吸收的光的偏振角。

图2A至图2B示出了被定位在检测器像素200的第一行中的第一光吸 收器210和第二光吸收器212、被定位在第二行中的第三光吸收器214和第 四光吸收器216、被定位在第一列中的第一光吸收器210和第三光吸收器 214、以及被定位在第二列中的第二光吸收器212和第四光吸收器216的示 例性配置;在一些示例中,检测器像素200可包括第一光吸收器210和第 二光吸收器212,但是可不包括第三光吸收器214、第四光吸收器216,也 不包括对应的第三传感器224和第四传感器226。例如,检测器像素200可 包括第一光吸收器210和第二光吸收器212,其中第二光吸收器212的第二 偏振方向262可与第一光吸收器210的第一偏振方向260正交(例如,第 二偏振方向262可相对于第一偏振方向260被取向成90°±5°。

在一些示例中,光吸收器中的多个狭缝和/或光吸收器的尺寸可基于感 兴趣的波长或波长范围来配置。例如,可调整光吸收器中的狭缝的间隔和 光吸收器本身的尺寸,以吸收具有一个或多个特定波长的光。当所吸收的 光与反射点(例如,光吸收器的表面)的距离等于光的波长的四分之一 (或光的波长的四分之一的倍数)时,所吸收的光可达到最大幅度。因 此,具有给定长度的光吸收器可更强烈地吸收具有等于光吸收器的外边缘 的长度的四倍的波长的任何光。相反,当光吸收器具有等于给定波长的四 分之一的长度时,具有给定波长的光可被光吸收器更强烈地吸收。为了受 益于最大幅度,光吸收器可被配置为具有光的波长的四倍的长度,从而增 强由光吸收器的吸收量。

光吸收器可被配置为吸收由低端或短端波长和高端或长端波长限定的 波长范围。例如,光吸收器外边缘的长度(例如,对于2.5μm至4.25μm的 波长为10μm至17μm)(例如,光吸收器的吸收表面的最长边缘的长度) 可限定由光吸收器所吸收的光的(范围的)长端波长,并且光吸收器中的 相邻狭缝之间的距离(例如,0.65μm)可限定(范围的)短端波长。例 如,光吸收器可能不强烈地吸收具有长于其外边缘的长度的四倍的波长的 光。此外,例如光吸收器可能不强烈吸收具有短于光吸收器的相邻狭缝之 间的距离的四倍的波长的光。在一些示例中,光吸收器可被配置为吸收至 少一种特定波长的光(例如,红外光谱中的光),并且光吸收器中的多个 狭缝可间隔开等于光的特定波长的四分之一的第一距离。在一些示例中, 四个光吸收器中的每个光吸收器的多个狭缝可间隔开相同的距离。本领域 的技术人员将理解,相同的距离可包括导致15%的偏差的公差。

接线柱诸如耦接到第一光吸收器210的第一接线柱240可被定位在光 吸收器的拐角处,并且该光吸收器可通过接线柱而被热耦接到传感器诸如 第一传感器220。如图2A至图2C所示,该配置可使每个光吸收器从其对 应的传感器偏移。本公开的示例可包括其他配置。例如,接线柱可被定位 在每个光吸收器的中心处,而不是在每个光吸收器的拐角处,或者接线柱 可包括从每个光吸收器中心的偏移而不是被定位在拐角处。在一些示例 中,每个接线柱可被定位在对应的光吸收器的相同的拐角处(例如,左上 方),如图2A至图2B所示。在其他示例中,每个接线柱可被定位在对应 的光吸收器的不同的拐角处(例如,接线柱可被定位在光吸收器的不同的 拐角处),并且接线柱可被组合在一起,使得光吸收器从检测器的中心如 四瓣形配置中的瓣那样扇出。

图2D示出了根据本公开的示例的包括光感测检测器像素阵列的示例 性焦平面阵列或成像器。检测器像素200可被包括在焦平面阵列(FPA)或成 像器290中。FPA可以是包括光学传感器阵列的图像感测设备。在一些示 例中,成像器290可以是红外成像器。在一些示例中,检测器像素或成像 器290的阵列中的其他检测器像素可在每个检测器像素中配置有四个光吸 收器。成像器290可包括耦接到集成电路诸如ROIC的多个检测器像素。每 个检测器像素可单独偏置或可耦接到相同的偏置电路。每个检测器像素可 耦接到ROIC上的不同电路。ROIC上的每个电路可将与所检测到的光(或 光子)对应的电荷存储在积分电容器中的对应的检测器像素上,以由处理 器进行采样和读出以生成图像。在一些示例中,用于多个检测器像素的一 个触点可耦接到公共电极,诸如Vdetcom(未示出),而其他触点可耦接 到不同的电极或电压源。尽管该图示出了四个光吸收器,但是本公开的示 例可包括任何数量的光吸收器。此外,尽管在附图中示出了2×2行列布置 中的四个检测器像素,但是本公开的示例可包括任何数量的检测器像素并 且可按任何布置进行配置。尽管图2D示出了检测器像素的相同或重复配置 的阵列,但是本公开的示例不限于包括相同或重复配置的检测器像素的阵 列的检测器。在一些示例中,阵列可包括本文所描述的光检测器的任何组 合,包括在其他附图中示出和描述的任何和/或全部的检测器。

图3A至图3C示出了根据本公开的示例的包括被定位在不同层上的多 个光吸收器的示例性检测器的顶视图、平面图和横截面视图。检测器像素 300可包括第一光吸收器310和第二光吸收器312。第一光吸收器310和第 二光吸收器312可以是能够吸收光的任何材料,包括但不限于NiCr、磷青 铜、VxOy、和a-Si。在一些示例中,第一光吸收器310和第二光吸收器312 可包括具有相同组成的材料。本领域的技术人员将理解,相同的材料组成 可包括导致15%的偏差的公差。在一些示例中,第一光吸收器310可被定 位成比第二光吸收器312更靠近入射光。在一些示例中,第二光吸收器312 可被定位成比第一光吸收器310更靠近基板370。在一些示例中,第一光吸 收器310、第二光吸收器312或这两者可具有大的TCR并且可能够检测到 温度的小的或微小的变化(例如,材料温度每次的变化时的大的电阻的变 化)。

第一光吸收器310可包括在第一偏振方向360上进行取向的多个狭缝 350。第一光吸收器310可通过第一接线柱340而被热耦接到第一传感器 320。第一传感器320可以是能够测量温度的变化的任何类型的传感器,诸 如热敏电阻。在一些示例中,第一传感器320可以是能够改变与第一光吸 收器310所经历的温度的变化相关的电阻的电阻器。

第一接线柱340可包括能够将热量从第一光吸收器310传导至第一传 感器320的任何类型的材料。在一些示例中,第一光吸收器310可耦接到 一个接线柱。在一些示例中,第一光吸收器310可耦接到多个接线柱。在 一些示例中,第一传感器320可通过热量可传导的直接或间接物理连接而 被热耦接到第一光吸收器310。例如,第一光吸收器310可直接耦接到第一 传感器320,或者热量可通过位于第一光吸收器310和第一传感器320之间 的一个或多个中间结构进行传导,该中间结构一个或多个直接耦接到第一 光吸收器310和第一传感器320。

基板370可包括耦接到第一光吸收器310、第一传感器320和第一接线 柱340的触点330和触点331。触点330和触点331还可耦接到集成电路, 诸如ROIC。集成电路可耦接到处理器或控制器。在一些示例中,处理器可 以恒定电流或恒定电压来对检测器进行偏置,并且可测量由于光照射在光 吸收器上而引起的电阻的变化。

第二光吸收器312可包括在第二偏振方向362进行取向的多个狭缝 352。在一些示例中,第二偏振方向362可不同于第一偏振方向360。例 如,第二偏振方向362可相对于第一偏振方向360被取向成90°±5°或45° ±5°。

第二光吸收器312可通过第二接线柱342而被热耦接到第二传感器 322。第二传感器322可被安装在基板370上并且可以是能够测量温度的变 化的任何类型的传感器诸如热敏电阻。在一些示例中,第二传感器322可 以是能够改变与第二光吸收器312所经历的温度的变化相关的电阻的电阻 器。

第二光吸收器312可被热耦接到第二接线柱342。第二接线柱342可包 括能够将热量从第二光吸收器312传导至第二传感器322的任何类型的材 料。在一些示例中,第二光吸收器312可包括一个接线柱。在一些示例 中,第二光吸收器312可包括多个接线柱。在一些示例中,第二传感器322 可通过热量可传导的直接或间接物理连接而被热耦接到第二光吸收器312。 例如,第二光吸收器312可直接耦接到第二传感器322,或者热量可通过被 定位在第二传感器322和第二光吸收器312之间的一个或多个中间结构进 行传导,该一个或多个中间结构直接耦接到第二传感器322和第二光吸收 器312。在一些示例中,第一接线柱340和第二接线柱342可具有相同的电 属性。本领域的技术人员将理解,相同的电属性可包括导致15%的偏差的 公差。

基板370可包括耦接到第二光吸收器312、第二传感器322和第二接线 柱342的触点332和触点333。触点332和触点333可耦接到集成电路,诸 如ROIC。集成电路可耦接到处理器或控制器,该集成电路可以恒定电流或 恒定电压来对检测器进行偏置并且可测量由于光照射在光吸收器上而引起 的电阻的变化。在一些示例中,处理器可以恒定电流或恒定电压来对检测 器进行偏置并且可测量由于光照射在光吸收器上而引起的电阻的变化。在 一些示例中,耦接到第一光吸收器310的至少一个触点(例如,触点330 或触点331)和耦接到第二光吸收器312的至少一个触点(例如,触点332 或触点333)可耦接到公共电压诸如Vdetcom。在一些示例中,触点330或 触点331以及触点332或触点333可耦接到相同的偏置电压源。在一些示 例中,触点330或触点331以及触点332或触头333可耦接到集成电路(例 如,ROIC)上的相同电路。

第一光吸收器310的多个狭缝350可与第二光吸收器312的多个狭缝 352重叠,如图3A至图3B所示,使得第一光吸收器310和第二光吸收器 312可与视觉上重叠的狭缝共同位于一个配置中。例如,第一光吸收器310 的多个狭缝350可在视觉上与第二光吸收器312的多个狭缝352重叠,使 得透射通过第一光吸收器310的多个狭缝350的光可被第二光吸收器312 吸收。此外,与上述参考图2A至图2C所述的示例相似,可基于从第一光 吸收器310和第二光吸收器312获取的光吸收值来计算所吸收的光的偏振 角。如图3A至图3C所示,第一光吸收器310和第二光吸收器312可具有 相同的尺寸并且可被对准,使得基板370上的检测器像素的占有面积不大 于光吸收器的占有面积。本领域的技术人员将理解,相同的尺寸可包括导 致15%的偏差的公差。

在一些示例中,第一光吸收器310和第二光吸收器312可吸收波长范 围中的光,其中波长范围可由每个相应的光吸收器中的狭缝的间距和每个 相应的光吸收器的尺寸来确定。如上所述,具有给定长度的光吸收器可更 强烈地吸收给定长度的四倍的波长的光,并且具有给定波长的光可被长度 具有等于给定波长的四分之一(在其10%内)的长度的光吸收器最强烈地 吸收。

第一光吸收器310、第二光吸收器312或这两者可被配置为吸收由低 端或短端波长和高端或长端波长限定的波长范围。例如,光吸收器外边缘 的长度(例如,10μm至17μm)(例如,光吸收器的吸收表面的最长边缘 的长度)可限定将由光吸收器所吸收的光的(范围的)长端波长(例如, 光吸收器可能不强烈地吸收具有长于其外边缘的长度的四倍的波长的 光),并且光吸收器中的相邻狭缝之间的距离(例如,0.65μm)可限定 (范围的)短端波长(例如,光吸收器可能不强烈吸收具有短于光吸收器 的相邻狭缝的距离的四倍的波长的光)。在一些示例中,第一光吸收器310 和第二光吸收器312可被配置为吸收至少第一波长的光(例如,红外光谱 中的光),并且在第一偏振方向360上进行取向的多个狭缝350可间隔开 等于光的波长的四分之一(或在其10%内)的第一距离。在一些示例中, 在第二光吸收器312中在第二偏振方向362上进行取向的多个狭缝352可 间隔开光的波长的四分之一。

在一些示例中,第一光吸收器310可与第二光吸收器312间隔开距 离,并且该距离可以是例如由第一光吸收器310和第二光吸收器312所吸 收的光的波长的四分之一。第一光吸收器和第二光吸收器之间的距离是光 的波长的四分之一,这样对于具有波长的光可产生第一光吸收器310和第 二光吸收器312之间的谐振腔效应。谐振腔效应可增大两个光吸收器的光 吸收的效率。

在一些示例中,第一光吸收器310可包括透射穿过第二光吸收器312 的第一接线柱340,而第一光吸收器310和第二光吸收器312可保持为彼此 热隔离。在一些示例中,第一接线柱340可透射穿过第二光吸收器312中 的多个狭缝352中的一个或多个狭缝。在一些示例中,第一接线柱340和 第二接线柱342可耦接到相同的传感器。在一些示例中,如图3A至图3C 所示,(耦接到第一光吸收器310的)第一接线柱340可位于第一位置 处,(耦接到第二光吸收器312的)第二接线柱342可位于第二位置处。 第一位置和第二位置可相对于第一光吸收器310和第二光吸收器312之间 的中间位置对称。在这种配置中,第一接线柱340和第二接线柱342可对 于第一偏振方向360和第二偏振方向362两者对称地遮蔽狭缝的配置,使 得检测器像素300的偏振灵敏度可不朝向一个偏振方向或其他偏振方向偏 置。在一些示例中,第一接线柱340和第二接线柱342可位于检测器像素 300的拐角处。

图3D至图3F示出了示例性检测器的顶视图、平面图和横截面视图, 该示例性检测器包括位于不同层上的多个光吸收器,并且能够使用根据本 公开的示例的差分读数来确定入射光的偏振角。检测器像素300可包括第 一光吸收器310和第二光吸收器312。第一光吸收器310和第二光吸收器 312可以是能够吸收光的任何材料,包括但不限于NiCr、磷青铜、VxOy、 和a-Si。在一些示例中,第一光吸收器310和第二光吸收器312可包括具有 相同组成的材料。本领域的技术人员将理解,相同的材料组成可包括导致 15%的偏差的公差。在一些示例中,第一光吸收器310可被定位成比第二光 吸收器312更靠近入射光。在一些示例中,第二光吸收器312可被定位成 比第一光吸收器310更靠近基板370。第一光吸收器310可包括在第一偏振 方向360上进行取向的多个狭缝350。第一光吸收器310可通过第一接线柱 340而被热耦接到第一传感器320。第一传感器320可以是能够测量温度的 变化的任何类型的传感器,诸如热敏电阻。在一些示例中,第一传感器320 可以是能够改变与第一光吸收器310所经历的温度的变化相关的电阻的电 阻器。第一接线柱340可包括能够将热量从第一光吸收器310传导至第一 传感器320的任何类型的材料。在一些示例中,第一光吸收器310可耦接 到一个接线柱。在一些示例中,第一光吸收器310可耦接到多个接线柱。

第二光吸收器312可包括在第二偏振方向362进行取向的多个狭缝 352。在一些示例中,第二偏振方向362可不同于第一偏振方向360。例 如,第二偏振方向362可相对于第一偏振方向360被取向成90°±5°或45° ±5°。第二光吸收器312可通过第二接线柱342而被热耦接到第二传感器 322。第二接线柱342可包括能够将热量从第二光吸收器312传导至第二传 感器322的任何类型的材料。在一些示例中,第二光吸收器312可包括一 个接线柱。在一些示例中,第二光吸收器312可包括多个接线柱。在一些 示例中,第二传感器322可通过热量可传导的直接或间接物理连接而被热 耦接到第二光吸收器312。例如,第二光吸收器312可直接耦接到第二传感 器322,或者热量可通过第二传感器322和第二光吸收器312之间的一个或 多个中间结构进行传导,该一个或多个中间结构直接耦接到第二传感器322 和第二光吸收器312。

第一传感器320可耦接到触点331,并且第二传感器322可耦接到触点 332。检测器像素300可包括被定位在基板370上的另一触点330。触点 330可耦接到第一传感器320和第二传感器322两者(即,第一传感器320 和第二传感器322两者可耦接到相同的触点330)。这种配置可允许基于第 一传感器320和第二传感器322之间的差分读数来确定由第一光吸收器310 和第二光吸收器312所吸收的光的偏振角。通过基于差分读数来确定偏振 角,可不再需要处理器基于来自每个光吸收器的光吸收值来执行计算,如 上面相对于图3A至图3C所述。

图3G示出了根据本公开的示例的包括光感测检测器像素阵列的示例 性FPA或成像器的平面图。检测器像素300可被包括在FPA或成像器390 中。FPA可以是包括光学传感器阵列的图像感测设备。检测器像素300可 被并入作为包括第一光吸收器和第二光吸收器的第一光感测检测器像素 (例如,红外光感测检测器像素)。在一些示例中,成像器390可以是红 外成像器。在一些示例中,成像器可包括检测器像素阵列,其中每个检测 器像素可被配置为具有第一光吸收器和第二光吸收器。在一些示例中,成 像器390可被布置成两行两列(即,2×2布置)。例如,检测器像素300的 第一光吸收器和第二光吸收器可共同位于第一行的第一列中,而检测器像 素302(包括第一光吸收器310和第二光吸收器312)可共同位于在第一行 的第二列中。2×2布置总共可包括八个光吸收器和四个检测器像素。在一些 示例中,检测器像素300的光吸收器可具有与检测器像素302的光吸收器 不同的偏振方向或取向。例如,检测器像素300可具有在相对于检测器像 素302中的多个狭缝被取向成45°的第一偏振方向360上进行取向的多个狭 缝,检测器像素302在第二偏振方向362上进行取向。在一些示例中,被 包括在成像器390中的其他检测器像素(例如,检测器像素304和检测器 像素306)可各自被取向成彼此不同的偏振方向和/或不同于检测器像素300 和检测器像素302。

在一些示例中,第一行的光吸收器(例如,第一光吸收器、第二光吸 收器、第三光吸收器和第四光吸收器)与第二行的光吸收器(第五光吸收 器、第六光吸收器、第七光吸收器和第八光吸收器)一起可被包括在光感 测检测器像素中。第五光吸收器和第六光吸收器(例如,第五光吸收器311 和第六光吸收器313)可共同位于检测器像素的第二行的第一列中,并且第 七光吸收器和第八光吸收器(例如,第七光吸收器315和第八光吸收器 317)可共同位于检测器像素的第二行的第二列中。第二行的每个光吸收器 可与第一行的光吸收器共享偏振方向。例如,被包括被定位在第二行的检 测器像素304中的第五光吸收器311可与被包括在被定位在第一行中的检 测器像素302中的第二光吸收器312以相同的偏振方向进行取向。在一些 示例中,第二行的布置可不同于第一行的布置,以考虑可能由于使一个光 吸收器位于另一个光吸收器上方而产生的微小的差异。例如,在第一行 中,光吸收器(例如,第二光吸收器312)可具有在第三偏振方向364上进 行取向的狭缝,并且可被定位成比另一个光吸收器(例如,第一光吸收器 310)更远离入射光,该另一个光吸收器的狭缝在第二偏振方向362上进行 取向。另一方面,在第二行中,具有相同的第三偏振方向364的光吸收器 (例如,第五光吸收器311)可比在相同的第二偏振方向362上进行取向的 另一个光吸收器(例如,第六光吸收器313)更靠近入射光。在一些示例 中,第六光吸收器313可被定位成比第五光吸收器311更靠近基板370。类 似地,在第一行中,包括在第一偏振方向360上进行取向的狭缝的光吸收 器可比包括在第四偏振方向366上进行取向的狭缝的另一光吸收器更靠近 入射光(或更远离基板370),而在第二行中,包括在第一偏振方向360上 进行取向的狭缝的光吸收器可比包括在第四偏振方向366上进行取向的狭 缝的另一光吸收器更远离入射光(或更靠近基板370)。

在一些示例中,检测器像素或成像器390的阵列中的其他检测器像素 可在每个检测器像素中配置有两个(或更多个)光吸收器。多个检测器像 素可耦接到集成电路,诸如ROIC。每个检测器像素可单独偏置或可耦接到 相同的偏置电路。每个检测器像素可耦接到ROIC上的不同电路。ROIC上 的每个电路可将与所检测到的光(或光子)对应的电荷存储在积分电容器 中的对应的检测器像素上,以由处理器进行采样和读出以生成图像。在一 些示例中,用于多个检测器像素的一个触点可耦接到公共电极,诸如 Vdetcom(未示出),而其他触点可耦接到不同的电极或电压源。尽管附图 示出了每个检测器像素的两个光吸收器,但是本公开的示例中每个检测器 像素可包括任何数量的光吸收器。此外,尽管在附图中示出了2×2行列布 置中的四个检测器像素,但是本公开的示例可包括任何数量的检测器像 素,并且可按任何布置来配置。尽管图3G示出了检测器或检测器像素的相 同或重复配置的阵列,但是本公开的示例不限于包括相同或重复配置的检 测器像素的阵列的检测器。在一些示例中,阵列可包括本文所描述的光检 测器的任何组合,包括在其他附图中示出和描述的任何和/或全部的检测 器。

图4A至图4C示出了根据本公开的示例的能够检测一个或多个所选择 的波长带中的光的示例性频率选择性光检测器的顶视图、平面图和横截面 视图。检测器像素400可包括多个检测器元件诸如检测器元件401、以及多 个光吸收器诸如光吸收器410。光吸收器410可包括能够吸收光的任何材 料,诸如NiCr、磷青铜、VxOy、和a-Si。检测器像素400可包括被安装在 基板470上的传感器420,其中每个光吸收器410可耦接到传感器420。传 感器420可以是温度传感器或能够测量温度的变化的任何类型的传感器, 诸如热敏电阻。在一些示例中,传感器420可以是能够改变与光吸收器410 所经历的温度的变化相关的电阻的电阻器。在一些示例中,传感器420可 具有大的TCR并且可能够检测到光吸收器410中的温度的小的或微小的变 化。

检测器像素400可包括多个接线柱440,其中每个光吸收器410可耦接 到接线柱440。接线柱440可包括能够将热量从对应的光吸收器410传导至 传感器420的任何类型的材料。在一些示例中,传感器420可通过热量可 传导的直接或间接物理连接而被热耦接到光吸收器410。例如,光吸收器 410可直接耦接到传感器420,或者热量可通过位于光吸收器410和传感器 420之间的一个或多个中间结构进行传导,该一个或多个中间结构直接物理 耦接到光吸收器410和传感器420。

在一些示例中,多个接线柱440中的一个或多个接线柱可包括电绝缘 体441。通过接线柱440和电绝缘体441,光吸收器410可热耦接(例如, 热量可以传导的物理连接)到传感器420。例如,如图4A至图4C所示, 每个光吸收器410可耦接到电绝缘体441。电绝缘体441可热耦接到传感器 420,该传感器420可允许热量在对应的光吸收器410和传感器420之间进 行传输,同时将光吸收器410与传感器420电隔离。继而电绝缘体441可 将每个光吸收器410与被包括在多个光吸收器410中的其他光吸收器电隔 离,同时多个光吸收器410可通过传感器420彼此热耦接。

如图4A至图4C所示,每个相应的光吸收器410可具有将相应的光吸 收器热耦接到传感器420的对应的电绝缘体441。在一些示例中,单个电绝 缘体诸如电绝缘体441可将多个光吸收器410热耦接到传感器420,同时将 多个光吸收器410彼此电隔离。即,多个光吸收器410可共享电绝缘体 441。在一些示例中,检测器像素400可包括多个电绝缘体,该电绝缘体中 的一个或多个电绝缘体具有直接耦接到其上的多个光吸收器,并且多个电 绝缘体中的每个可直接耦接到传感器420。

基板470可包括触点430和触点431。触点430和触点431可耦接到集 成电路,诸如ROIC。集成电路可耦接到处理器或控制器。在一些示例中, 处理器可以恒定电流或恒定电压来对检测器进行偏置并且可测量由于光照 射在光吸收器上而引起的电阻的变化。

在一些示例中,多个光吸收器410中的每个光吸收器可以是网孔,并 且多个光吸收器410可形成电容谐振网孔。在一些示例中,每个光吸收器 410可包括形成网孔的线路网。例如,如图4A至图4C所示,光吸收器可 以是共面的并且可形成电容谐振网孔,使得多个光吸收器410仅吸收在由 金属网孔中的线的间隔和光吸收器的尺寸410所确定的波长范围中的光。

多个光吸收器410可被配置为吸收由低端或短端波长和高端或长端波 长限定的波长范围。例如,光吸收器410的外边缘的长度(例如,10μm至 17μm)(例如,光吸收器410的吸收表面的最长边缘的长度)可限定由光 吸收器410吸收的光的(范围的)长端波长,并且包括在光吸收器410中 的网孔的相邻孔之间的距离(例如,0.65μm)可限定(范围的)短端波 长。在一些示例中,光吸收器410可能不强烈地吸收具有长于其外边缘的 长度的四倍的波长的光。在一些示例中,光吸收器410可能不强烈地吸收 具有短于被包括在光吸收器410中的网孔中的相邻孔之间的距离的四倍的 波长的光。在一些示例中,光吸收器410可被配置为吸收具有短于其最长 外边缘的长度并且长于被包括在光吸收器410中的网孔中的孔的边缘的长 度的波长的光。尽管图4A至图4C示出多个光吸收器中的每个光吸收器为 网孔,但是本公开的示例可包括多个平板式光吸收器(如图4D至图4F所 示)或网孔式光吸收器和平板式光吸收器的混合。

在一些示例中,检测器像素400还可包括多个接线柱(例如,接线柱 440)。多个光吸收器中的每个光吸收器可包括其自身的接线柱,并且该多 个接线柱可被设置在相邻位置处。例如,如图4A至图4C所示,多个接线 柱440可通过位于传感器420表面上的相邻位置处的一个或多个电绝缘体 441而被耦接到传感器420。此外,耦接到每个相应光吸收器410的接线柱 440可被设置在光吸收器410的拐角处,并且多个光吸收器410可以四瓣形 配置扇出,如图4A至图4B所示。

图4D至图4F示出了根据本公开的示例的示例性检测器像素400的顶 视图、平面图和横截面视图,其包括位于光吸收器和传感器之间的反射器 443。检测器像素400可与图4A至图4C中公开的检测器相同。检测器像素 400可包括类似于图4A至图4C中所示的检测器像素400的多个光吸收 器,但是被示出为平板式吸收器。检测器像素400可包括反射器443。反射 器可以是被配置为反射大量(例如,大于50%)的非吸收和/或入射光的任 何材料。示例性反射器材料可包括但不限于铝(Al)和钛(Ti)。反射器443可 被配置作为镜子。在一些示例中,一些入射光透射通过光吸收器410(即, 光不被光吸收器410吸收)。反射器443可将光重新引导至光吸收器410, 以增大光吸收器410对入射光的吸收量。

多个光吸收器410可通过多个电绝缘体441而被热耦接到反射器443, 并且反射器443可热耦接到一个或多个传感器诸如传感器420。在一些示例 中,光吸收器410可被配置为吸收至少一种波长的光(例如,红外光谱中 的光)。例如,如图4D至图4F所示,光吸收器410可具有面向反射器 443的表面。在一些示例中,光吸收器410的表面可与反射器443相距某距 离,诸如由光吸收器410所吸收的光的波长的四分之一(例如,第一距离 是红外光的波长的四分之一)。在一些示例中,光吸收器410和反射器443 之间的距离为波长的四分之一,这样对于具有该波长的光可产生光吸收器 410和反射器443之间的谐振腔效应。

尽管图4D至图4F示出多个吸收器为平板式吸收器,但是本发明的示 例不限于平板式吸收器,还可包括任何类型的吸收器,诸如图4A至图4C1 中所示的网孔型吸收器和/或相对于图3A至图3G所述的偏振吸收器。在一 些示例中,检测器像素400可包括耦接到不同光吸收器410的多个反射 器。

图4G至图4I示出了根据本公开的示例的包括反射器和多个光吸收器 的示例性光检测器的顶视图、平面图和横截面视图。检测器像素400可包 括多个第一光吸收器410和第二光吸收器412。第一光吸收器410和第二光 吸收器412可以是能够吸收光的任何材料,包括但不限于NiCr、磷青铜、 VxOy、和a-Si。在一些示例中,第一光吸收器410和第二光吸收器412可 包括具有相同组成的材料。本领域的技术人员将理解,相同的材料组成可 包括导致15%的偏差的公差。在一些示例中,第二光吸收器412可被定位 成比第一光吸收器410更靠近入射光。在一些示例中,第一光吸收器410 可被定位成比第二光吸收器412更靠近基板470。在一些示例中,光吸收器 410、第二光吸收器412或这两者可具有大的TCR,并且可能够检测到温度 的小的或微小的变化(例如,材料温度每次的变化时的大的电阻的变 化)。

第一光吸收器410可通过多个接线柱440而被热耦接到传感器420。传 感器420可以是能够测量温度的变化的任何类型的传感器,诸如热敏电 阻。在一些示例中,传感器420可以是能够改变与第一光吸收器410所经 历的温度的变化相关的电阻的电阻器。

接线柱440可包括能够将热量从第一光吸收器410传导至传感器420 的任何类型的材料。在一些示例中,柱440可耦接到第三接线柱444,该第 三接线柱444可耦接到传感器420。在一些示例中,传感器420可通过热量 可传导的直接或间接物理连接而被热耦接到第一光吸收器410。例如,第一 光吸收器410可直接耦接到传感器420,或者热量可通过位于第一光吸收器 410和传感器420之间的一个或多个中间结构(例如,第三接线柱444)进 行传导,该一个或多个中间结构直接耦接到第一光吸收器410和传感器 420。

检测器像素400可包括第二光吸收器412。在一些示例中,第二光吸 收器412可不包括在通过传感器420彼此热耦接的多个第一光吸收器410 中。第二光吸收器412可通过第二接线柱442而被热耦接到第二传感器 422。第二传感器422可被安装在基板470上并且可以是能够测量温度的变 化的任何类型的传感器。在一些示例中,第二传感器422可以是热敏电阻 或电阻器。在一些示例中,传感器420和第二传感器422具有相同的 TCR。本领域的技术人员将理解,相同的TCR可包括导致15%的偏差的公 差。在一些示例中,传感器420和第二传感器422可被定位在同一平面 上。

第二接线柱442可包括能够将热量从第二光吸收器412传导至第二传 感器422的任何类型的材料。在一些示例中,第二接线柱442可透射穿过 多个第一光吸收器410中的一个或多个光吸收器。在一些示例中,如图4A 至图4C所示,第三接线柱444(耦接到光吸收器410和接线柱440)可位 于第一位置处,并且第二接线柱442(耦接到第二光吸收器412)可位于第 二位置处。第一位置和第二位置可相对于第一光吸收器410和第二光吸收 器412之间的中间位置对称。在一些示例中,第二接线柱442和第三接线 柱444可被定位在检测器像素400的拐角处。

第二光吸收器412可被配置为吸收比由第一光吸收器410所吸收的光 的第一波长更长的第二波长的光(并且第一光吸收器410可被配置为不吸 收第二波长的光)。例如,第二光吸收器412的外边缘可比第一光吸收器 410的外边缘长,并且作为结果,第二光吸收器412可吸收与第一光吸收器 410所吸收的光不同波长或更长波长的光。

在一些示例中,第二光吸收器412可具有面向反射器443的表面,并 且第二光吸收器412的表面与反射器443相距第二距离(例如,2.5μm)。 在一些示例中,第二距离可等于将由第二光吸收器412所吸收的光的第二 波长的四分之一(或在10%内)。在一些示例中,等于光(例如,红外光 或SWIR光)的第一波长的四分之一的第一距离(例如,0.65μm)对于光 的第一波长可在第一光吸收器410和反射器443之间产生谐振腔效应。类 似地,等于红外光(例如,扩展的SWIR光或长波红外(LWIR)光)的第二 波长的四分之一的第二距离对于光的第二波长可在第二光吸收器412和反 射器443之间产生谐振腔效应。虽然图4H至图4I示出了通过反射器443 而被热耦接到传感器420的多个第一光吸收器410,但是本公开的示例不限 于通过反射器443来热耦接该传感器420,而是还可包括省略反射器443的 示例。在一些示例中,多个第一光吸收器410可耦接到一个或多个电绝缘 体,诸如电绝缘体441。在一些示例中,一个或多个电绝缘体441可直接耦 接到传感器420(类似于图4A至图4C所示的配置)。

在一些示例中,第二光吸收器412可被包括在附加的多个光吸收器 中。在一些示例中,附加的多个光吸收器可不同于多个第一光吸收器410。 在一些示例中,附加的多个光吸收器中的每个光吸收器可彼此电隔离并且 可被热耦接到第二传感器422以检测第二波长的光,如上所述,该光的第 二波长比将由第一光吸收器410所吸收的光的第一波长更长。

图4J示出了根据本公开的示例的包括光感测检测器像素阵列的示例性 FPA或成像器的平面图。检测器像素或检测器像素400可被包括在FPA或 成像器490中。FPA可以是包括光学传感器阵列的图像感测设备。检测器 像素400可被并入作为包括第一光吸收器、第二光吸收器、反射器或其任 何组合的第一光感测检测器像素(例如,红外光感测检测器像素)。在一 些示例中,成像器490可以是红外成像器。在一些示例中,成像器可包括 检测器像素阵列,其中每个检测器像素可被配置为具有位于不同层上的第 一光吸收器和第二光吸收器。在一些示例中,成像器490可被布置成两行 和两列。例如,检测器像素400可共同位于第一行的第一列中,而另一个 检测器像素或检测器像素400可共同位于第一行的第二列中。尽管图4J示 出了检测器或检测器像素的相同或重复配置的阵列,但是本公开的示例不 限于包括相同或重复配置的检测器或检测器像素的阵列的检测器。在一些 示例中,阵列可包括本文所描述的光检测器的任何组合,包括相对于其他 附图中而被示出和描述的任何和/或全部检测器。

本文所描述的任何光吸收器可由封装件层支撑和/或被封装在封装件层 内。例如,图4K至图4M示出了根据本公开的示例的包括封装件的示例性 检测器像素的横截面视图。检测器像素400可包括多个光吸收器410(在图 4M中也被标记为第一光吸收器410)。光吸收器410中的一个或多个光吸 收器可包括如上所述的任何光吸收器,诸如网孔式吸收器(上面相对于图 4A至图4C所述)、平板式吸收器(上面相对于图4D至图4F所述)、或 偏振吸收器(类似于上面相对于图2A至图2D和图3A至图3G所述的吸收 器)。可由封装件445来至少部分地封装多个光吸收器410。在一些示例 中,可通过封装件445来完全封装多个光吸收器410。封装件445可被配置 用于热耦接光吸收器410,同时还将光吸收器410电隔离。在一些示例中, 封装件445可包括在一个或多个期望测量波长中透明的材料。例如,期望 测量波长可包括SWIR,并且封装件445可包括二氧化硅SiO2、氮化硅 Si3N4、或两者。在一些示例中,封装件445可被配置为防止热膨胀问题。 例如,封装件445可具有与光吸收器410相同的热膨胀系数。检测器像素 400还可包括反射器443。在一些示例中,由反射器443所吸收的任何光 (如果有的话)可由传感器420测量。

当反射器443被热耦接到多个光吸收器410时,检测器像素400的灵 敏度可降低。图4L示出了示例性检测器像素400的横截面视图,该示例性 检测器像素包括可与多个光吸收器410热隔离的反射器443。热绝缘体可防 止由多个光吸收器所产生的光吸收或热量影响反射器443。反射器443可耦 接到结构449。结构449可被配置为向反射器443提供支撑。在一些示例 中,结构449可耦接到触点430和触点432。在一些示例中,结构449可从 触点430和触点432脱离。在一些示例中,结构449可被配置为充当散热 器,以防止反射器443由于任何所吸收的光而改变温度。

在一些示例中,检测器像素可包括多层吸收器。图4M示出了示例性 检测器像素400的横截面视图,该示例性检测器像素包括具有由封装件445 封装的多个第一光吸收器410的第一层。检测器像素400还可包括具有由 封装件447封装的多个第二光吸收器412的第二层。在一些示例中,多个 第一光吸收器410可被定位成比多个第二光吸收器412更靠近基板470。多 个第一光吸收器410可任选地包括被设置在多个第一光吸收器410上或周 围的封装件445。虽然图中未示出,但是多个第二光吸收器412可包括被设 置在多个第一光吸收器412上或周围的封装件447。在一些示例中,封装件 447和封装件445可包含相同的材料。在一些示例中,被设置在光吸收器上 或围绕光吸收器的封装件可包括与相比于光吸收器更靠近基板的封装件不 同的材料。

在一些示例中,多个第二光吸收器412可被配置为比多个第一光吸收 器410吸收一个或多个更长的波长。在一些示例中,多个第一光吸收器410 可被配置为比多个第二光吸收器412吸收一个或多个更短的波长。在一些 示例中,包括多个第一光吸收器410的层可与反射器443间隔开等于吸收 波长的四分之一的距离。在一些示例中,包括多个第二光吸收器412的层 可与包括多个第一光吸收器410的层间隔开等于吸收波长的四分之一的距 离。

在一些示例中,可基于期望测量(例如,吸收)波长范围来配置光吸 收器的属性(例如,尺寸)。如前所述,一个或多个光吸收器可被配置为 具有等于期望测量波长范围的长端波长的四倍的外边缘。在一些示例中, 通过将多个第一光吸收器的外边缘配置为比多个第二光吸收器412的外边 缘更长(如图4M所示),多个第一光吸收器410可被配置为具有比多个第 二光吸收器412的期望测量波长范围更大的期望测量波长范围。以这种方 式,可扩展检测器像素400的总的期望测量波长范围。

在一些示例中,第一层上的光吸收器(例如,多个光吸收器412)可 具有与第二层上的光吸收器(例如,多个光吸收器410)不同的尺寸。虽然 图4K至图4M示出了包括反射器443的检测器像素,但是本公开的示例可 包括没有反射器的检测器。虽然图4M示出了包括两层光吸收器的检测器 像素,但是本公开的示例可包括任何数量的层,包括但不限于三层。

在一些示例中,封装件可提供对偏振敏感光吸收器的支撑,诸如图2A 至图2D和图3A至图3G中所示的那些支撑。图4N示出了根据本公开的示 例的示例性检测器像素的顶视图。在一些示例中,封装件445可支撑多个 光吸收器410,该多个光吸收器可被共同配置为吸收给定偏振方向上的光。 在一些示例中,光吸收器410可以是线性的。在一些示例中,光吸收器410 可间隔开(例如,相当于图2A至图2D所示的狭缝250和图3A至图3G所 示的狭缝350)。光吸收器410可由封装件445支撑。由于封装件提供支 撑,多个光吸收器410的端部可被配置成更靠近封装件445的边缘(例 如,与被包括在图3D所示的第一光吸收器310中的狭缝350的端部相 反)。在一些示例中,光吸收器410的长度可等于封装件的长度445。在一 些示例中,光吸收器410的至少一个边缘可与封装件445的至少一个边缘 对准。通过将多个光吸收器410的端部配置成更靠近封装件445的边缘 (例如,吸收器的两个相对边缘上的材料少于另外两个相对边缘上的材 料),在其他偏振方向诸如第二偏振方向462上可吸收较少的光,并且因 此来自多个光吸收器410的测量可包括从不同偏振方向所吸收的较少的 光。

虽然该图示出了多个光吸收器410为矩形,但是本公开的示例可包括 任何形状,诸如但不限于正方形、六边形、七边形、和圆形。图4O示出了 根据本公开的示例的示例性检测器像素的顶视图。在一些示例中,检测器 像素可包括正方形光吸收器410。在一些示例中,封装件445可为形成光吸 收器410的材料提供支撑,使得光吸收器410的一个或多个边缘可与封装 件445的至少一个边缘对准。

如上所述,可能需要能够在室温、接近室温或高于室温的温度下进行 操作的检测器。根据应用或使用情况,检测器可并入到暴露于不同环境条 件的系统中,诸如具有高于室温的温度的环境。随着温度升高,检测器和/ 或相关联的ROIC的灵敏度可能降低。因此,可针对特定操作范围来优化 检测器和/或ROIC,其中传感器系统(即,至少包括检测器和ROIC的系 统)的性能对于该操作范围之外的检测可恶化。

传感器系统的一项优点可以是动态范围。该动态范围可以是可由传感 器系统中的ROIC感测到的最大光或光子通量。可能需要在整个动态范围 内操作时其性能不受其灵敏度限制的系统。与灵敏度相关的可以是TCR。 如上所述,TCR可作为响应于温度的变化的电阻的变化的量度。TCR可与 电阻相关,该电阻通过以下方式来确定:

R=AeTCR×T (2)

其中R是电阻,A是系数,并且T是操作温度。另选地,TCR可通过以下 方式来确定:

公式2示出TCR不是恒定的,而是为操作温度的函数。例如,基于VxOy的辐射热测量计可以是室温操作的良好候选仪器,因为TCR在室温或接近 室温的温度下(例如,300K)可具有最大值或绝对值(例如,-0.003K-1)。然而,随着操作温度的升高,电阻的变化可减小。因此,在高通量光 照条件下,辐射热测量计或检测器及其集成电路或ROIC可能对温度或电 阻的变化较不敏感。因此,可能需要能够具有宽动态范围并且能够调节其 灵敏度以考虑低通量光(即入射光小于通量阈值)和高通量光(即,入射 光大于或等于通量阈值)两者的感觉系统(例如,辐射热测量计和集成电 路或ROIC)。

图5示出了根据本公开的示例的示例性ROIC。ROIC 500可包括多个 单元电池510。ROIC 500中的每个单元电池510可耦接到被包括在检测器 阵列中的检测器像素530。单元电池510可将由每个检测器像素530(耦接 到Vdetcom 540)所产生的光电流转换成用于指示所检测到的光的属性的电 压。单元电池510可包括积分器、前置放大器、采样和保持(SH)电路、和 模数转换器(ADC)。在一些示例中,来自检测器像素530的电流可以是弱的 或小的增量电流。从小的增量电流产生大的可测量输出的一种方法可以是 使用积分电容器Cint520来对光电流积分。积分电容器Cint 520可耦接到检 测器阵列中的检测器像素530。积分电容器Cint 520可被配置为存储与由对 应的检测器像素530所检测到的光电流或光相关联的电荷。积分电容器Cint 520可耦接到放大器560。可设置积分时间,以确定可对来自检测器像素 530的光电流进行积分的固定时间段。在积分时间结束时,Cint可与电流成 比例并且可表示检测器像素530上的入射光。重置晶体管550可耦接到积 分电容器Cint 520,以使电容器放电。在积分时间结束时,集成电压可通过 晶体管SH 552进行采样并被保持在保持电容器CSH 522上。保持电容器 CSH 522可被配置为存储积分电荷。

ROIC可具有行列布置,其中一行中的每个单元电池510可耦接到相同 的行选择线544,并且一列中的每个单元电流510可耦接到相同的列选择线 546。行选择线544可耦接到RowSel 554晶体管,并且列选择线546可耦接 到ColSel 556晶体管。单元电池510的输出可被逐行扫描和/或逐列扫描, 以被转换为串行位流。行选择和列选择的顺序可根据积分模式的类型(例 如,积分同时读出、或积分之后读出)而被启用和的变化。如果(通过行 选择线544打开对应的RowSel 554晶体管,并且通过列选择线546打开对 应的ColSel 556晶体管)选择单元电池510,则被存储在保持电容器CSH的 积分电荷可被输入到ADC 532中。ADC 532可将积分电流数字化并将该信 息传输至处理器562。

在一些示例中,ROIC可使用特定增益或特定操作模式进行优化。然 而,当对场景进行成像时,例如场景可包括感兴趣的明亮(例如,高光子 通量)对象和感兴趣的昏暗(例如,低光子通量)对象。因此,针对感兴 趣的明亮对象进行优化的特定增益或特定操作模式可防止充分检测到感兴 趣的昏暗对象。此外,针对昏暗对象进行优化的特定增益或特定操作模式 可导致ROIC 500中的积分电容器Cint 520和/或ADC 532的饱和。在一些示 例中,感兴趣的明亮对象可包括由于对象中的一个或多个属性而引起的光 的反射。在一些示例中,感兴趣的昏暗对象可包括由于对象中的其他属性 而引起的光的反射。对于检测器、ROIC或两者的给定动态范围,当在给定 的动态范围之外进行操作时,传感器系统的性能可能受到损害。动态范围 可限制处理器可读取数据或存储电荷的速度,这在移动对象成像时尤其重 要。因此,可能需要能够具有宽动态范围或超宽动态范围的检测器和 ROIC。

图6A至图6B示出了根据本公开的示例的包括多个吸收器的示例性检 测器像素的顶视图和横截面视图。检测器像素600可以是包括第一光吸收 器610的检测器像素。在一些示例中,检测器像素600可以是辐射热测量 计。第一光吸收器610可包括能够吸收光的任何材料,包括但不限于 NiCr、磷青铜、VxOy、和a-Si第一光吸收器610可暴露于电磁辐射或光, 并且由第一光吸收器610所吸收的任何光可在光吸收器内产生热量,从而 改变其温度。第一光吸收器610的温度的变化可与由第一光吸收器610所 吸收的光量成比例。在一些示例中,第一光吸收器610可具有大的TCR并 且可能够检测到入射辐射的小的或微小的变化(例如,材料温度每次的变 化时的大的电阻的变化)。第一光吸收器610可通过第一接线柱640而被 热耦接到第一传感器620。第一传感器620可被安装在基板670上并且可以 是能够测量温度的变化的任何类型的传感器,诸如热敏电阻。在一些示例 中,第一传感器620可以是能够改变与第一光吸收器610所经历的温度的 变化相关的电阻的电阻器。

第一接线柱640可包括能够将热量从第一光吸收器610传导至第一传 感器620的任何类型的材料。在一些示例中,第一光吸收器610可耦接到 一个接线柱。在一些示例中,第一光吸收器610可耦接到多个接线柱。在 一些示例中,第一传感器620可通过热量可传导的直接或间接物理连接而 被热耦接到第一光吸收器610。例如,第一光吸收器610可直接耦接到第一 传感器620,或者热量可以通过位于第一光吸收器610和第一传感器620之 间的一个或多个中间结构进行传导,该一个或多个中间结构直接耦接到第 一光吸收器610和第一传感器620。

基板670可包括触点630和触点631。触点630和触点631可耦接到集 成电路,诸如ROIC。集成电路可耦接到处理器或控制器。在一些示例中, 处理器可以恒定电流或恒定电压来对检测器进行偏置并且可测量由于光照 射在第一光吸收器610上而引起的通过触点630和触点631的电阻的变 化。

检测器像素600还可包括第二光吸收器612。第二光吸收器612可包括 能够吸收光的任何材料,包括但不限于NiCr、磷青铜、VxOy、和a-Si。在 一些示例中,第二光吸收器612的材料可包括与第一光吸收器610的材料 相同的材料组成。本领域的技术人员将理解,相同的材料组成可包括导致 15%的偏差的公差。第二光吸收器612可被定位成比第一光吸收器610更远 离入射辐射或光。第二光吸收器612可暴露于光,并且由第二光吸收器612 所吸收的任何光可在光吸收器内产生热量,从而改变其温度。第二光吸收 器612的温度的可与由第二光吸收器612所吸收的光量成比例。第二光吸 收器612可热耦接到被安装在基板670上的第二传感器622。第二光吸收器 612中的温度的变化可导致第二传感器622的电阻的变化。在一些示例中, 第二传感器622可以是随着其温度的变化而改变电阻的电阻器。第二传感 器622可通过触点632和触点633而被电耦接到集成电路(未示出)。第 二传感器622可耦接到集成电路中的第一传感器620被耦接到的相同的单 元电池。集成电路可耦接到处理器、计算机或控制器,该集成电路可以恒 定电流或恒定电压来对检测器像素进行偏置并且可测量由于光照射在第二 光吸收器612上而引起的通过触点632和触点633的电阻的变化。

在一些情况下,检测器可不包括被定位成比第一光吸收器610更远离 入射光的第二光吸收器612(即,第一光吸收器可被定位在入射光和第二光 吸收器之间)。在这种情况下,第一光吸收器610上的入射光的强度可在 第一光吸收器610的动态范围之外。在没有第二光吸收器612的情况下, 传感器系统的能力可被限制于第一光吸收器610的动态范围。第一光吸收 器610可仅能够吸收小于100%的入射光的量,这可使传感器系统饱和并且 可使剩余的未被吸收的入射光不被检测到。尽管通过降低入射光的强度可 避免传感器系统的饱和,但是例如降低来自光源的发射光的强度可导致检 测低通量光的能力受损。即,降低来自光源的发射光的强度可导致可能不 被检测器检测到的非常低通量的光的反射或透射。

检测器像素600可能够通过包括第二光吸收器612来测量低通量光和 高通量光,该第二光吸收器可“遮蔽”第一光吸收器610或者可暴露于任 何入射的辐射或不被第一光吸收器610吸收的入射光。对于高通量情况, 例如入射光的通量可使第一光吸收器610和对应的集成电路饱和。例如, 耦接到集成电路的处理器可忽略来自第一光吸收器610的信号(或光电 流)。如果入射光使第一光吸收器610饱和(即,超过第一光吸收器610 的吸收能力)和/或使对应的单元电池(例如,图5中所示的ROIC 500的 单元电池510)饱和,入射光仍然可通过第二光吸收器612及其对应的单元 电池而被测量。对于低通量光的情况,例如第一光吸收器610可吸收全部 或大于50%的入射光,而没有或少量(例如,小于50%)的入射光可到达 第二光吸收器612。如果耦接到第一光吸收器610的集成电路尚未饱和,则 处理器可忽略来自第二光吸收器612的信号(或光电流),并且基于第一 光吸收器610来确定测量。

可使用第一光吸收器610和第二光吸收器的任何数量的配置来测量低 通量光、高通量光或两者。为了“遮蔽”第一光吸收器610,第二光吸收器 612的至少一部分可与第一光吸收器610的至少一部分重叠并且可比第一光 吸收器610更靠近基板670。第二光吸收器612可吸收总入射光的一部分, 其中与第一光吸收器610相比,可到达第二光吸收器612的光少于总入射 光。例如,第一光吸收器610可被配置为吸收相对吸收量(即,所吸收的 入射光或入射到光吸收器的表面区域上的由光吸收器所吸收的光)的 80%,而第二光吸收器612可被配置为吸收相对吸收量的20%。在一些示 例中,第一光吸收器610可具有与第二光吸收器612相同的尺寸和/或相同 的形状。本领域的技术人员将理解,相同的尺寸和相同的形状可包括导致 15%的偏差的公差。在一些示例中,第一光吸收器610和第二光吸收器612 可具有不同的尺寸。在一些示例中,第一光吸收器610的尺寸可大于第二 光吸收器612的尺寸。在一些示例中,(耦接到第一光吸收器610的)触 点630和触点631以及(耦接到第二光吸收器612的)触点632和触点633 可耦接到集成电路(例如,ROIC)中的独立的单元电池(例如,单元电池 510),从而基本上形成具有与检测器像素相同占有面积的两个检测器像 素。在一些示例中,第一光吸收器610的吸光度可基于至第二光吸收器612 的被遮蔽的光的目标透射率。在一些示例中,第一光吸收器610的灵敏度 可不同于第二光吸收器612的灵敏度。例如,第二光吸收器612(和ROIC 上的对应的单元电池)可被配置为具有比第一光吸收器610(和ROIC上的 对应的单元电池)更高的灵敏度。通过配置不同的灵敏度,传感器系统可 能够在整个(宽)动态范围内进行高灵敏度检测。在一些示例中,第一光 吸收器610可耦接到通过第二光吸收器612透射的第一柱640,同时第一光 吸收器610和第二光吸收器612可保持彼此热隔离。第一光吸收器610可 通过第一接线柱640而被热耦接到第一传感器620。第二光吸收器612可包 括第二接线柱642,并且第二光吸收器612可通过第二接线柱642而被热耦 接到第二传感器622。

在一些示例中,如图6A至图6B所示,(耦接到第一光吸收器610 的)第一接线柱640可位于第一位置处,并且(耦接到第二光吸收器612 的)第二接线柱642可位于第二位置处。第一位置可位于检测器像素600 的一个拐角处,并且第二位置可位于检测器像素600的另一拐角处。在一 些示例中,第一位置和第二位置可相对于第一光吸收器610、第二光吸收器 612或检测器像素600之间的中间位置对称。在一些示例中,第一接线柱 640的热容量可不同于第二接线柱642的热容量和/或可基于光吸收器的尺 寸、吸光度或属性。在一些示例中,(耦接到第一光吸收器610的)触点 630和触点631可直接或间接地耦接到(耦接到第二光吸收器612的)触点 632和触点633。

在一些示例中,(耦接到第一光吸收器610的)第一接线柱640和第 一传感器620以及第二接线柱642和第二传感器622可被配置为具有低热 容量,使得对于少量的入射辐射或光通量来说温度大大增大。在一些示例 中,第二光吸收器612的信噪比(SNR)可与第一光吸收器610的SNR相 当。因此,来自第二光吸收器612的信号可用于提高测量的SNR,特别是 当耦接到第一光吸收器610的信号上的噪声可被平均和/或由与检测器像素 600无关的元件所支配时。

尽管图6A至图6B示出多个吸收器为平板式吸收器,但是本发明的示 例不限于平板式吸收器,还可包括任何类型的吸收器,诸如图4A至图4C1 中所示的网孔式吸收器和/或相对于图3A至图3G描述的偏振吸收器。在一 些示例中,第一光吸收器610和第二光吸收器612中的每一者可以是网孔 并且可一起形成电容谐振网孔。在一些示例中,每个光吸收器可包括形成 网孔的线路网。例如,如图4A至图4C所示,光吸收器可以是共面的并且 可形成电容谐振网孔,使得光吸收器仅吸收由金属网中的线的间隔和光吸 收器本身的尺寸所确定的波长范围内的光。虽然图6A至图6B示出了两个 光吸收器,但是本公开的示例可包括任何数量的光吸收器和对应的传感 器、接线柱和触点。此外,本公开的示例可包括一个或多个反射器、耦接 到一个或多个接线柱的一个或多个电绝缘体、或两者。

在一些示例中,检测器像素600可包括第三光吸收器614,如图6C所 示。第三光吸收器614可热耦接到第一接线柱640。在一些示例中,明亮对 象可导致第一光吸收器610、第二光吸收器612或两者的表面上的亮(即, 高强度)入射光。高强度入射光可导致偏置电流,该偏置电流引起与检测 器像素600相关联的传感器系统上的过大负载(即过载)。为了防止偏置 电流使传感器系统过载,第三光吸收器614可被配置作为散热器。在一些 示例中,第三光吸收器614可包括具有与第一光吸收器610、第二光吸收器 612或两者相同组成的材料。在一些示例中,第三光吸收器614的电阻率可 小于第一光吸收器610、第二光吸收器612或两者的电阻率。在一些示例 中,第三光吸收器的电阻率可以是第一光吸收器610、第二光吸收器612或 两者的电阻率的1/10。在一些示例中,第三光吸收器614可热耦接到第二 接线柱642。在一些示例中,包括第三光吸收器614可导致灵敏度的损失, 但也可导致更宽的动态范围。

图7A至图7B示出了根据本公开的示例的包括多个吸收器的检测器像 素的示例性顶视图和横截面视图。检测器像素700可以是包括第一光吸收 器710和第二光吸收器712的检测器像素。第一光吸收器710和第二光吸 收器712可包括能够吸收光的任何材料,诸如NiCr、磷青铜、VxOy、和a- Si。第一光吸收器710和第二光吸收器712可暴露于电磁辐射或入射光,并 且由光吸收器所吸收的任何光可在光吸收器内产生热量,从而改变其温 度。第一光吸收器710的温度的变化与在第一光吸收器710中所吸收的光 量成比例,并且第二光吸收器712的温度的变化与在第二光吸收器712中 所吸收的光量成比例。在一些示例中,第一光吸收器710和第二光吸收器 712可包括具有相同组成的材料。本领域的技术人员将理解,相同的材料组 成可包括导致15%的偏差的公差。在一些示例中,第一光吸收器710可被 定位在与第二光吸收器712相同的层或平面上。在一些示例中,第三光吸 收器714可被定位成比第一光吸收器710、第二光吸收器712或两者更靠近 入射光。在一些示例中,第一光吸收器710、第二光吸收器712或两者可被 定位成比第三光吸收器714更靠近基板770。在一些示例中,第一光吸收器 710、第二光吸收器712或这两者可具有大的TCR并且可能够检测到温度 的小的或微小的变化(例如,材料温度每次的变化时的大的电阻的变 化)。

第一光吸收器710可通过第一接线柱740而被热耦接到第一传感器 720。第二光吸收器712可通过第二接线柱742而被热耦接到第二传感器 722。第一传感器720和第二传感器722两者可被安装在基板770上,并且 这两个传感器可以是能够测量温度的变化的任何类型的传感器。在一些示 例中,第一传感器720、第二传感器722或两者可以是热敏电阻。在一些示 例中,第一传感器720、第二传感器722或两者可以是能够改变与对应的光 吸收器所经历的温度的变化相关的电阻的电阻器。

第一接线柱740和第二接线柱742可包括能够将热量从对应的光吸收 器传导至对应的传感器的任何类型的材料。在一些示例中,第一光吸收器 710和第二光吸收器712中的一者或多者可耦接到一个接线柱。在一些示例 中,第一光吸收器710和第二光吸收器712中的一者或多者可耦接到多个 接线柱。在一些示例中,第一传感器720、第二传感器722或两者可分别通 过热量可传导的直接或间接物理连接而被热耦接到第一光吸收器710或第 二光吸收器712。例如,第一光吸收器710可直接耦接到第一传感器720, 或者热量可通过被定位在第一光吸收器710和第一传感器720之间的一个 或多个中间结构进行传导,该一个或多个中间结构直接耦接到第一光吸收 器710和第一传感器720。

基板770可包括耦接到第一光吸收器710的触点730和触点731。基板 770还可包括耦接到第二光吸收器712的触点732和触点733。触点730、 触点731、触点732、触点733可耦接到集成电路,诸如ROIC。集成电路 可耦接到处理器或控制器。在一些示例中,处理器可以恒定电流或恒定电 压来对检测器进行偏置,并且可测量由于光照射在光吸收器上而引起的触 点的电阻的变化。在一些示例中,耦接到第一光吸收器710的至少一个触 点(例如,触点730或触点731)和耦接到第二光吸收器712的至少一个触 点(例如,触点732或触点733)可耦接到公共电压,诸如Vdetcom。在一 些示例中,触点730或触点731以及触点732或触点733可耦接到相同的偏 置电压源。在一些示例中,触点730或触点731以及触点732或触头733可 耦接到集成电路(例如,ROIC)上相同的电路或单元电池。

在一些示例中,第一光吸收器710和第二光吸收器712可具有相同的 光学属性。例如,第一光吸收器710和第二光吸收器712可包括相同的物 理属性(例如,材料组成、尺寸、形状或任何组合)。本领域的技术人员 将理解,相同的材料组成、相同的尺寸和相同的形状可包括导致15%的偏 差的公差。在一些示例中,第一光吸收器710和第二光吸收器712可耦接 到相同的传感器和/或触点。

在一些情况下,检测器像素可包括多个光吸收器,其中该多个光吸收 器可具有相同的尺寸。例如,检测器像素可包括各自占据检测器像素700 的占有面积的50%的两个光吸收器。此类配置可防止在高通量光的情况下 的饱和。然而,等于检测器像素的光敏区域的面积与总检测器像素面积之 比的填充因数可能是差的或低效的。

为了防止在高通量光的情况下饱和并且防止低效的填充因数,检测器 像素700可包括第三光吸收器714。第三光吸收器714可与第一光吸收器 710和第二光吸收器712中的至少一者不同。例如,第三光吸收器714可具 有与第一光吸收器710、第二光吸收器712或两者不同的尺寸、形状因数、 热容量和/或材料类型。

第三光吸收器714可通过第三接线柱744而被热耦接到第三传感器 724。第三传感器722可被安装在基板770上,并且可以是能够测量温度的 变化的任何类型的传感器,诸如热敏电阻或电阻器。在一些示例中,第三 传感器724可具有与第一传感器720、第二传感器722或两者相同的光学属 性。本领域的技术人员将理解,相同的光学属性可包括导致15%的偏差的 公差。第三接线柱744可包括能够将热量从第三光吸收器714传导至第三 传感器724的任何类型的材料。在一些示例中,第三光吸收器714可耦接 到一个接线柱。在一些示例中,第三光吸收器714可耦接到多个接线柱。 第三传感器724可通过触点734和触点735而被电耦接到集成电路(未示 出)。可以恒定电流或恒定电压来对检测器像素进行偏置的集成电路可耦 接到处理器、计算机或控制器,并且可测量由于光照射在第三光吸收器714 上而引起的触点734和触点735的电阻的变化。

在一些示例中,第三光吸收器714可与第一光吸收器710、第二光吸 收器712或两者不重叠。通过将光吸收器构造成不重叠并且在空间上协同 定位,光吸收器可从入射光收集全部或大量的光子。这可能与其中重叠吸 收器的至少一部分光可能失去入射在一个或多个光吸收器上的光子的情况 不同。在一些示例中,第三光吸收器714可被定位成比第一光吸收器710、 第二光吸收器712或两者更靠近入射光。在一些示例中,第一光吸收器 710、第二光吸收器712或两者可位于比第三光吸收器714更靠近基板770 的位置。

由于尺寸较小,例如第三光吸收器714可暴露于比第一光吸收器 710、第二光吸收器712或两者的更低百分比的总入射光。在一些示例中, 光吸收器的相对尺寸的比例可等于由每个吸收器所吸收的入射光的比例。 例如,第一光吸收器710可占据检测器像素700的占有面积的40%,第二 光吸收器712可占据占有面积的40%,并且第三光吸收器714可占据占有 面积的20%。因此,第一光吸收器710和第二光吸收器712可各自吸收 40%的入射光,并且第三光吸收器714可吸收20%的入射光。在一些示例 中,第三光吸收器714可“遮蔽”第一光吸收器710和第二光吸收器712 中的至少一者的一部分。例如,不被第三光吸收器714吸收的入射光可入 射在第一光吸收器710或第二光吸收器712上。

在一些示例中,可使用相同的配置来检测高通量光和低通量光。对于 高通量光的情况,例如一部分光可被第一光吸收器710吸收,一部分光可 被第二光吸收器712吸收,并且一部分光可被第三光吸收器714吸收。由 于光的不同部分可被不同的光吸收器所吸收,因此可防止任何一个光吸收 器的饱和。对于低通量光的情况,在一些示例中,第一光吸收器710、第二 光吸收器712、第三光吸收器714或光吸收器的任何组合可吸收光。

尽管图7A至图7B示出了三个光吸收器,但是本公开的示例可包括任 何数量的光吸收器。另外,尽管附图示出三个光吸收器不重叠,但是本公 开的示例可包括至少部分地重叠(即,不被一个吸收量微小的吸收器所吸 收的光可入射在另一个光吸收器上)的一个或多个光吸收器。在一些示例 中,第一光吸收器710和第二光吸收器712可与遮蔽或重叠第一光吸收器 710和第二光吸收器712的一部分的第三光吸收器714同心。在一些示例 中,检测器像素700可包括热耦接到第一接线柱740或第二接线柱742的 第四光吸收器,以防止由高偏置电流导致的传感器系统的过载。

图8A至图8B示出了根据本公开的示例的包括具有不同尺寸的多个吸 收器的检测器像素的示例性顶视图和横截面视图。检测器像素800可包括 第一光吸收器810和第二光吸收器812。第一光吸收器810和第二光吸收器 812可以是能够吸收光的任何材料,包括但不限于NiCr、磷青铜、VxOy、 和a-Si。在一些示例中,第一光吸收器810和第二光吸收器812可包括具有 相同组成的材料。本领域的技术人员将理解,相同的材料组成可包括导致 15%的偏差的公差。在一些示例中,第一光吸收器810、第二光吸收器812 或两者可具有大的TCR并且可能够检测到温度的小的或微小的变化。尽管 图8A至图8B示出了两个光吸收器,但是本公开的示例可包括任何数量的 光吸收器。

第一光吸收器810可通过第一接线柱840而被热耦接到第一传感器 820。第二光吸收器812可通过第二接线柱842而被热耦接到第二传感器 822。第一传感器820和第二传感器822可以是能够测量温度的变化的任何 类型的传感器,诸如热敏电阻。在一些示例中,第一传感器820、第二传感 器822或两者可以是能够改变与对应的光吸收器所经历的温度的变化相关 的电阻的电阻器。

第一接线柱840可包括能够将热量从第一光吸收器810传导至第一传 感器820的任何类型的材料。第二接线柱842可包括能够将热量从第二光 吸收器812传导至第二传感器822的任何类型的材料。在一些示例中,第 一光吸收器810、第二光吸收器812或两者可耦接到一个接线柱。在一些示 例中,第一光吸收器810、第二光吸收器812或两者可耦接到多个接线柱。 在一些示例中,第一传感器820可通过热量可传导的直接或间接物理连接 而被热耦接到第一光吸收器810。类似地,在一些示例中,第二传感器822 可通过热量可传导的直接或间接物理连接而被热耦接到第二光吸收器812。 例如,第一光吸收器810可直接耦接到第一传感器820,或者热量可通过被 定位在第一光吸收器810和第一传感器820之间的一个或多个中间结构进 行传导,该一个或多个中间结构直接耦接到第一光吸收器810和第一传感 器820。

基板870可包括触点830、触点831、触点832和触点833。触点830 和触点831可被配置为将第一传感器820耦接到集成电路,诸如ROIC。类 似地,触点832和触点833可被配置为将第二传感器822耦接到集成电 路。集成电路可耦接到处理器或控制器。在一些示例中,处理器可以恒定 电流或恒定电压来对检测器进行偏置,并且可测量由于光照射在光吸收器 上而引起的电阻的变化。在一些示例中,耦接到第一光吸收器810的至少 一个触点(例如,触点830或触点831)和耦接到第二光吸收器812的至少 一个触点(例如,触点832或触点833)可耦接到公共电压,诸如 Vdetcom。在一些示例中,触点830或触点831以及触点832或触点833可 耦接到相同的偏置电压源。在一些示例中,触点830或触点831以及触点 832或触头833可耦接到集成电路(例如,ROIC)上的相同的电路或单元 电池。

在一些示例中,第一光吸收器810和第二光吸收器812可具有相同的 光学属性和/或物理属性。本领域的技术人员将理解,相同的光学属性可包 括导致15%的偏差的公差。例如,第一光吸收器810和第二光吸收器812 可包括具有相同组成的材料和/或可具有相同的尺寸。在一些示例中,第一 光吸收器810和第二光吸收器812可被定位在相同的层或平面上。在一些 示例中,第一光吸收器810和第二光吸收器812可被定位在不同的层或平 面上。

为了防止饱和(例如,在高通量光的情况下),第一光吸收器810可 具有与第二光吸收器812不同的一个或多个属性。在一些示例中,第一光 吸收器810的尺寸可大于第二光吸收器812。在一些示例中,第一光吸收器 810和第二光吸收器812可占据检测器像素800的整个面积的至少80%,同 时保持第一光吸收器和第二光吸收器之间的电隔离和/或热隔离。由于尺寸 较小,第二光吸收器812可暴露于比第一光吸收器810更低百分比的总入 射光。在一些示例中,光吸收器的相对尺寸的比例可等于由每个吸收器所 吸收的入射光的比例。例如,第一光吸收器810可占据检测器像素800的 占有面积的80%,并且第二光吸收器812可占据该占有面积的20%。第一 光吸收器810可吸收相对吸收量(即,所吸收的入射光或入射在光吸收器 的表面区域上的由光吸收器所吸收的光)的80%,并且第二光吸收器812 可吸收相对吸收量的20%。在一些示例中,第一光吸收器810和第二光吸 收器812被定位成使得两个吸收器不会遮蔽(例如,阻挡直接入射光)另 一个吸收器,这可减少制造过程中的步骤的数量。在光吸收器之间可不同 的其他示例性属性可包括但不限于热容量、形状因数和材料类型。

在一些示例中,可使用相同的配置来检测高通量光和低通量光。对于 高通量的情况,例如一部分光可被第一光吸收器810吸收,并且一部分光 可被第二光吸收器812吸收。由于光的吸收可分散在多个光吸收器而不是 集中在一个光吸收器上,因此可防止任何一个光吸收器的饱和。对于低通 量光的情况,在一些示例中,第一光吸收器810、第二光吸收器812或两者 可吸收光。

在一些示例中,集成电路可在与从第二光吸收器812读取光电流的时 间不同的时间从第一光吸收器810读取光电流。在一些示例中,集成电路 可同时从第一光吸收器810和第二光吸收器812读取光电流,特别是利用 来自两个光吸收器的总光电流。在一些示例中,检测器像素800可包括热 耦接到第一接线柱840或第二接线柱842的第三光吸收器,以防止由高偏 置电流导致的传感器系统的过载。

尽管附图中所示的示例性检测器被示出为单层或双层光吸收器,但是 本公开的示例可包括任何数量的层和任何数量的吸收器。此外,附图中所 示的任何或全部的检测器(例如,检测器像素600、检测器像素700和检测 器像素800)可被包括在成像器中。

通常,在制造时已针对预先确定的通量范围或时间常数调整而辐射热 测量计。然而,在事先不知道通量水平的情况下,对于给定的应用,预先 确定的时间常数可能不是最佳的。因此,即使对于宽动态范围的检测器, 对检测器的时间常数(可影响灵敏度)进行调谐也是理想的。检测器的时 间常数可指示检测器对入射光的响应速度。时间常数可以是等于光吸收器 的热容量(即,来自入射光的热的差异与光吸收器的热的所得的变化的比 率)与热传导的比率的热时间常数(即,热传导率)。较快的时间常数可 由高导热率导致,这可导致灵敏度的降低和较慢的响应时间。相反,较慢 的时间常数可由低导热性导致,这可导致灵敏度的增大和较快的响应时 间。通过对检测器的时间常数进行调谐,可在制造不同通量水平之后对检 测器进行优化,或者可针对检测器正在接收的通量的范围或水平来对检测 器进行静电调谐。

图9A示出了根据本公开的示例的能够进行静电调谐的示例性检测器 的一部分的平面图。检测器像素900可包括可耦接到多个结构或支脚980 的传感器920。传感器920和多个结构或支脚980可被称为主体。结构或支 脚980可以是能够支撑传感器920的任何材料。在一些示例中,结构或支 脚980可以是导电的。在一些示例中,多个结构或支脚980可以是导电弹 簧结构或支脚。在一些示例中,多个结构或支脚980可耦接到多个触点, 诸如触点930、触点931、触点932和触点933。在一些示例中,传感器 920可包括耦接到四个触点的四个结构或支脚。两个触点(例如,触点930 和触点932)可耦接到集成电路,诸如ROIC。触点(例如,触点931或触 点933)中的一个触点可耦接到电压源或电流源,以对主体充电,如下所 述。另一触点可用作另一电导体和/或可用于机械支撑件。在传感器980 (或主体)被静电吸引至导电板976时,四个结构或支脚980可用于将传 感器980保持在同一平面上(即,传感器980不倾斜、转动或翻转),如 下所述。

检测器像素900还可包括基板972。图9B示出了示例性检测器的一部 分的平面图,其示出了根据本公开的示例的被配置作为静电电容器板的基 板。导电板976可被设置在基板972上或被包括在基板972中。导电板976 可包括任何导电材料,包括但不限于金(Au)和铝(Al)。导电板976可具有任 何形状或尺寸,只要其与携带电信号的触点的部分电绝缘。例如,导电板 976可与耦接到集成电路的触点(例如,触点930和触点932)以及被配置 为对主体(例如,触点931或触点933)进行充电的触点电绝缘。在一些示 例中,导电板976可包括多个导电结构,其中每个导电结构可独立地与检 测器阵列中的检测器像素相关联。在一些示例中,导电板976可耦接到电 压源或电流源(未示出)。电压源或电流源可对导电板976进行充电。

基板972还可包括绝缘接线柱948。绝缘接线柱948可包含能够将导电 板976与主体电绝缘的任何材料。用于绝缘接线柱948的示例性材料可包 括但不限于二氧化硅(SiO2)和氮化硅(Si3N4)。在一些示例中,主体可包括导 电材料,诸如金或铝、面向导电板976、和绝缘接线柱948。在一些示例 中,主体上的导电材料可被设置在与入射光相对的传感器920的一侧上。 在一些示例中,传感器920可被设置在被掺杂并进行导电的硅基板上。

如上所述,可包括传感器920和结构或支脚980的主体可耦接到电压 源,并且导电板976可耦接到另一个电压源。可将电压差施加在主体和导 电板976上,使得静电吸引力导致主体和绝缘柱948之间的间隙减小。在 一些示例中,可施加电压差,使得静电吸引力导致主体和绝缘接线柱948 接触。尽管主体和绝缘接线柱948可触碰或接触,但是绝缘接线柱948可 被配置为具有防止主体和导电板976短路的高度。在一些示例中,绝缘接 线柱948可用于通过充当散热器以消散来自光吸收器910的热量来消除热 失控。

静电吸引力可随着施加的电压差而变化,以改变主体抵抗绝缘接线柱 948的压力。主体抵抗绝缘接线柱948的压力可与检测器像素900的热传导 相关。例如,较高的电压差可导致主体和导电板976之间的较高的静电吸 引力。较高的静电吸引力可导致主体抵抗绝缘接线柱948的较高的压力或 较多的接触。较高的压力可导致较高的热质量,从而导致较高的热传导。 如上所述,较高的热传导可导致灵敏度的降低和较快的响应时间。

相反,施加在主体和导电板976之间的较低电压差(例如,施加到耦 接到主体并且被配置为对主体进行充电的触点931的电压)可导致主体和 导电板976之间的较低的静电吸引力。较低的静电吸引力可导致主体与绝 缘接线柱948之间的较低的压力或较小的接触。较低的压力可导致较低的 热质量,从而导致较低的热传导。由于较低的导热性,检测器像素900可 具有增大的灵敏度和较慢的响应时间。

针对给定应用的检测器像素900的优化可利用检测器像素900可提供 的宽动态范围的能力。如上所述,图像或场景可包括感兴趣的明亮(例 如,高光子通量)对象和昏暗(例如,低光子通量)对象。对于明亮对 象,检测器像素900可在主体和导电板976之间施加大的电压差,以实现 更高的热传导。尽管在灵敏度方面可能受到损失(例如,较低的灵敏 度),但是由于在光吸收器910中产生的热量的耗散较高,通过允许检测 器像素900具有更快的响应时间,较高的导热可超过该损失。对于昏暗对 象,检测器像素900可在主体和导电板976之间施加小的电压差,以实现 更高的灵敏度(和更低的热传导)。尽管在响应时间方面可能受到损失 (例如,较慢的响应时间),但是用于检测低通量光的较高灵敏度的能力 可能更有利,这是因为如果灵敏度太低,则不能检测到低通量的光。

导电板976、支脚980和传感器920可被包括在任何上述公开的检测器 中。图9C至图9E示出了根据本公开的示例的能够对一个或多个通量水平 进行静电调谐的示例性检测器的顶视图、平面图和横截面视图。在一些示 例中,相同的对象可在某些波长处反射或透射亮光(例如,高通量光), 但在其他波长处可反射或透射暗光(例如,低通量光)。检测器像素900 可能够调节热传导,并且因此可使给定波长的动态范围发生偏移。为了检 测低通量光,检测器像素900可被配置用于较慢的响应时间、更高的灵敏 度、和低的热传导。在其他波长下,对象相对于基准可具有高吸光度,并 且光吸收器910上的入射光可以是高通量光。高通量光可导致大的信号, 因此检测器像素900可被配置用于更快的响应时间和高的热传导。由于没 有改变响应时间或灵敏度的能力,检测器仅能够在具有高通量光的波长 (例如,大约2.2μm)或者在具有低通量光的波长(例如,大约1.9μm)下 操作,而不在两者下操作,否则将限制系统的功能和测量精度。

虽然图9A至图9E示出了耦接到四个结构或支脚980的传感器920, 但是本公开的示例可包括任何数量的结构或支脚980。例如,传感器920可 包括耦接到三个触点的三个结构或支脚980。两个触点(例如,触点930和 触点931)可耦接到集成电路,并且第三触点(例如,触点932)可耦接到 电压源或电流源以对主体充电。在一些示例中,可排除或不使用第四支脚 来进行机械支撑,使得当传感器920被静电吸引至导电板976时可倾斜小 角度。可使用小角度的倾斜来实现传感器920(或主体)抵靠导电板976的 接触压力的更高水平的粒度。例如,小角度的倾斜可以是0.5-1°。

在一些示例中,由于检测器阵列中的检测器像素的小尺寸,因此两个 相邻检测器像素可对场景的相同区域进行采样。代替来自对场景的相同区 域进行采样的两个相邻检测器像素的冗余信号值,检测器可通过使用不同 的时间常数混合检测器像素来实现宽的动态范围。图10示出了示例性检测 器的一部分的平面图,其示出了根据本公开的示例的具有混合时间常数的 多个检测器像素。成像器1090可包括多个检测器像素,诸如检测器像素 1002、检测器像素1004、检测器像素1006、和检测器像素1008。每个检测 器像素可通过接线柱而被耦接到不同的光吸收器。每个检测器像素可包括 被设置在基板1072上的传感器。传感器1020可被包括在检测器像素1002 中,传感器1022可被包括在检测器像素1004中,传感器1024可被包括在 检测器像素1006中,并且传感器1026可被包括在检测器像素1008中。传 感器1020、传感器1022、传感器1024和传感器1026可以是能够测量温度 的变化的任何类型的传感器,诸如热敏电阻或电阻器。

基板1072可包括多个触点。触点1030和触点1031可被包括在检测器 像素1002中并且可耦接到传感器1020。触点1032和触点1033可被包括在 检测器像素1004中并且可耦接到传感器1022。触点1034和触点1035可被 包括在检测器像素1006中并且可耦接到传感器1024。触点1036和触点 1037可被包括在检测器像素1008中并且可耦接到传感器1026。触点可被 配置为将对应的传感器耦接到集成电路中的单元电池。集成电路可耦接到 处理器或控制器。在一些示例中,处理器可以恒定电流或恒定电压来对检 测器阵列的每个检测器像素进行偏置并且可测量由于光照射在对应的光吸 收器上而引起的电阻的变化。在一些示例中,至少两个触点可耦接到公共 电压,诸如Vdetcom。在一些示例中,至少两个触点可耦接到相同的偏置 电压源。在一些示例中,至少两组触点可耦接到集成电路(例如,ROIC) 上的相同的电路或单元电池。

检测器像素1002的传感器1020可通过结构或支脚1080而被耦接到触 点1030和触点1031。类似地,检测器像素1008的传感器1026可通过结构 或支脚1080而被耦接到触点1036和触点1037。结构或支脚1080可以是能 够支撑传感器1020或传感器1026的任何导电材料。在一些示例中,结构 或支脚1080可以是导电的。在一些示例中,结构或支脚1080可以是导电 弹簧结构或支脚。在一些示例中,被包括在检测器像素1002中的结构或支 脚1080可具有与被包括在检测器像素1008中的结构或支脚1080相同的电 属性。本领域的技术人员将理解,相同的电属性可包括导致15%的偏差的 公差。

检测器像素1004的传感器1022可通过结构或支脚1082而被耦接到触 点1032和触点1033。类似地,检测器像素1006的传感器1024可通过结构 或支脚1082而被耦接到触点1034和触点1035。结构或支脚1082可以是能 够支撑传感器1022或传感器1024的任何导电材料。在一些示例中,结构 或支脚1082可以是导电的。在一些示例中,结构或支脚1082可以是导电 弹簧结构或支脚。在一些示例中,被包括在检测器像素1004中的结构或支 脚1082可具有与被包括在检测器像素1004中的结构或支脚1082相同的电 属性。在一些示例中,结构或支脚1080的总长度可大于结构或支脚1082 的总长度。由于具有较长的长度,包括结构或支脚1080的检测器像素(例 如,检测器像素1002和检测器像素1008)可具有较慢的时间常数。另外, 作为长度较短的结果,包括结构或支脚1082的检测器像素(例如,检测器 像素1004和检测器像素1006)可具有更快的时间常数。在一些示例中,结 构或支脚1080和1082可具有其他不同的属性,诸如可造成时间常数的差 异的c。

检测器阵列的布置可使得检测器像素的时间常数可在使用具有较短长 度的结构或支脚(例如,结构或支脚1082)的快时间常数与使用具有较长 长度的结构或支脚(诸如,结构或支脚1080)的慢时间常数之间交替。具 有快时间常数的检测器像素(例如,检测器像素1004和检测器像素1006) 和具有慢时间常数的检测器像素(例如,检测器像素1002和检测器像素 1008)可吸收相同波长的入射光,但是由于下层结构的差异(例如,结构 或支脚的长度),响应可能有所不同。在一些示例中,交替的检测器像素 类型可形成棋盘型图案。通过在具有快时间常数的检测器像素和具有慢时 间常数的检测器像素之间交替,成像器1090可具有宽动态范围,因为可共 享相同图像信息的相邻检测器像素(即,相邻检测器像素可对相同区域进 行采样的场景)可具有快时间常数、高通量光检测以及慢时间常数、低通 量光检测的能力。

虽然成像器1090可耦接到常规ROIC或图5所示的ROIC,但是传感 器系统的响应可受到ROIC的帧速率的限制。帧速率可以是集成电荷或电 压可被采样并读出到处理器562的频率或速度。ROIC 500可具有单个帧速 率,其中每个行选择线544和每个列选择线546可以相同的速度被激活。 因此,具有快时间常数的成像器1090中的检测器像素可受到ROIC帧速率 的限制,这可抵消具有混合时间常数的检测器阵列的任何益处。

图11A示出了根据本公开的示例的能够具有多个帧速率的示例性 ROIC。ROIC 1100可包括多个单元电池1110和多个单元电池1112。ROIC 1100中的每个单元电池1110和单元电池1112可分别被耦接到包括在检测 器阵列中的检测器像素1130或检测器像素1134。单元电池1110可将由每 个检测器像素1130(耦接到Vdetcom 1140)产生的光电流转换成用于指示 所检测到的光的属性的电压。单元电池1112可将由每个检测器像素1134 (耦接到Vdetcom 1140)产生的光电流转换成用于指示所检测到的光的属 性的电压。

单元电池1110和单元电池1112可包括积分器、前置放大器、SH电 路、和ADC 1132。在一些示例中,来自检测器像素1130(或检测器像素 1134)的电流可以是弱的或小的增量电流。从小的增量电流产生大的可测 量输出的一种方法可以是使用积分电容器Cint1120来对光电流积分。积分电 容器1120可耦接到检测器阵列中的检测器像素1130(或检测器像素 1134)。集成电容器Cint1120可被配置为存储与由对应的检测器像素1130 (或检测器像素1134)检测到的光相关联的电荷。集成电容器Cint1120可 耦接到放大器1160。可设置积分时间,以确定可对来自检测器像素1130 (或检测器像素1134)的光电流进行积分的固定时间段。在积分时间结束 时,Cint可与电流成比例并且应该表示检测器像素1130(或检测器像素 1134)上的入射光。重置晶体管1150可耦接到积分电容器Cint 1120,以使 电容器放电。在积分时间结束时,集成电压可通过晶体管SH 1152而被采 样并被保持在保持电容器CSH 1122上。保持电容器CSH 1122可被配置为存 储积分电荷。

ROIC 1100可包括两个独立的图像状态机。单元电池1110可耦接到行 选择线1144,而单元电池1112可耦接到行选择线1145。单元电池1112可 耦接到列选择线1146,而单元电池1112可耦接到列选择线1147。能够以 第一帧速率激活耦接到单元电池1110的行选择线1144和列选择线1146 (即,可以对来自单元电池1110的积分电荷进行采样)。可以第二帧速率 来激活耦接到单元电池1112的行选择线1145和列选择线1147(即,可对 来自单元电池1112的积分电荷进行采样)。在一些示例中,第一帧速率可 不同于第二帧速率。在一些示例中,第二帧速率可等于(或在10%内)第 一帧速率的倍数,其中倍数可等于(或在10%内)对应的相邻检测器像素 的结构或支脚的热导率的比率。例如,单元电池1110可耦接到成像器1090 的检测器像素1004,并且单元电池1112可耦接到成像器1090的检测器像 素1002。检测器像素1004可具有比检测器像素1002的热传导大十倍的热 传导,因为结构或支脚1080具有比结构或支脚1082更高的热传导和更长 的长度。第二帧速率可以是60Hz,并且由于比热传导的大十倍,因此第一 帧速率可以是600Hz。因此,两个不同检测器像素(例如,检测器像素 1002和检测器像素1004)的响应可相差相同的倍数(例如,10倍)。

ROIC 1100还可包括多个多路复用器。单元电池1110可耦接到多路复 用器1190,并且单元电池1112可耦接到多路复用器1192。图11B示出了 根据本公开的示例的能够具有多个帧速率的具有以棋盘图案进行布置的单 元电池的示例性ROIC。ROIC 1100可被配置为使得单元电池1110和单元 电池1112以交替图案(即,棋盘图案)交织。如图所示,单元电池1110 可耦接到列放大器1135和多路复用器1190,并且单元电池1112可耦接到 列放大器1133和多路复用器1192。

虽然图11A至图11B示出了两个独立的图像状态机、两组行选择线 (例如,行选择线1144和行选择线1145)、两组列选择线(例如,列选择 线1146和列选择线1147)、两个多路复用器(例如,多路复用器1190和 多路复用器1192)、以及两个不同的帧速率(例如,60Hz和600Hz),本 公开的示例不限于两个,而是可包括任何数量的状态机、行选择线的组、 列选择线的组、多路复用器、和帧速率。此外,尽管图11A至图11B示出 了以棋盘图案进行布置的ROIC 1100,但是本公开的示例可包括适用于结 合多个帧速率的任何布置。

如上所述,可使用积分电容器(例如,图5中的积分电容器Cint 520 或图11A中的积分电容器1120)来集成来自检测器的光电流。积分电容器 可存储与光电流和暗电流两者有关的电荷。暗电流可以是响应于被施加到 检测器的偏置电压而产生的漏电流。暗电流可基于若干个因素诸如材料的 带隙、材料生长的质量、以及检测器的有效面积的尺寸。较大的暗电流可 导致较低的SNR和被存储在积分电容器中的较高的输出电流。在一些示例 中,暗电流可使积分电容器饱和。

例如,可通过降低温度或主动制冷检测器来防止由暗电流引起的积分 电容器的饱和。通常,当检测器的温度升高时,暗电流可增大。然而,主 动制冷检测器对于某些应用可能是不可行的。主动制冷可能需要更高的功 率消耗并导致更大且更重的设备,例如这可能不适用于便携式电子设备。 此外,在一些示例中,主动制冷可能不足以降低暗电流以防止积分电容器 饱和。

为了防止积分电容器饱和,可提高ROIC的帧速率。当积分电容器被 采样或读出时,电容器可被重置或放电,从而防止可增大饱和的可能性的 残余电荷。在一些示例中,可基于特定读出时间来确定帧速率。在一些示 例中,帧速率可基于积分电容器的电容。在一些示例中,帧速率可基于正 在测量的对象的预期应用、和/或属性。在一些示例中,帧速率可基于暗电 流、检测器的有效面积、或两者。在一些示例中,帧速率可基于光通量。

当光通量增大时,帧频可增大。例如,在包括有源照明(即,被测对 象的照明或光源的检测器的有效面积)的应用中,饱和度可能需要更高以 考虑光通量和较高的光电流。由于环境光水平和对象(即,与感兴趣对象 不同的对象)在背景中的固有反射而导致的输出电流的较低的不期望的变 化量,因此有效照明是有利的。不希望的变化可能使得难以产生可重现的 结果并难以考虑到环境条件的差异。此外,有源照明可导致光电流与暗电 流的更高的比率,并且因此具有更高的SNR。在一些示例中,有源照明可 导致比暗电流大2至10倍的光电流。在一些示例中,有源照明源可被配置 为每个检测器像素发射100nW。在一些示例中,帧速率可大于60Hz。在一 些示例中,帧速率可在1kHz和10kHz之间,这对于一些应用诸如光谱学是 有用的。

此外,通过采用较大的积分电容器可防止积分电容器的饱和。积分电 容器的电容可取决于许多因素,诸如检测器的帧速率和有效面积。对于较 高的帧速率,积分电容器可更频繁地放电。因此,对于相同的饱和水平, 积分电容器的电容可更小。例如,可以1kHz的帧速率使用100兆的电子积 分电容器,或者可以10kHz的帧速率使用10兆的电子积分电容器。对于具 有较大有效面积的检测器像素,可增大积分电容器的电容。例如,10兆的 电子积分电容器可用于15μm或更小的检测器像素大小,或者100兆的电子 积分电容器可用于15μm至20μm的检测器像素大小。在一些示例中,积分 电容器的电容可基于ADC的速度来确定。在一些示例中,积分电容器的电 容可基于源光通量。对于较高的源光通量,积分电容器的电容可更大。

在一些示例中,积分电容器的电容可基于检测器的有效面积除以帧速 率。例如,400兆的电子积分电容器可用于以100kHz的帧速率进行操作的 30μm的检测器像素大小,并且在以10kHz的帧速率操作时可将40兆的电 子积分电容器用于相同大小的检测器像素。

图12示出了根据本公开的示例的用于调整ROIC的一个或多个参数以 防止集成电容器的饱和的示例性处理过程。过程1200可从对一个或多个检 测器像素进行偏置开始(步骤1202)。控制器或用户可设置用于对一个或 多个集成电容器进行采样和读取的帧速率(步骤1204)。在一些示例中, 帧速率可以是预先确定的值。控制器或用户可激活照明源(步骤1206)。 在一些示例中,例如控制器或用户仅在确定设备的功率消耗低于另一个预 先确定的值之后才激活照明源。控制器或用户可确定输出电流是否使一个 或多个积分电容器饱和,是否大于预先确定的水平,是否需要较高的对比 度、或其任何组合(步骤1208)。如果是,控制器或用户可确定帧速率是 否在可接受范围内(步骤1210)。如果帧速率在可接受范围内,则可改变 帧速率(步骤1212)。例如,可提高帧速率,以增大灵敏度而不使积分电 容器饱和。在一些示例中,可接受范围可基于应用。如果帧速率不在可接 受范围内,则可改变被施加到检测器的偏置(步骤1214)。在一些示例 中,控制器可确定检测器是否受限于背景限制性能(BLIP),并且如果不 是,则可调整帧速率。在一些示例中,控制器可确定输出电流不使一个或 多个积分电容器饱和(或小于或等于第一预先确定的水平),同时也低于 第二预先确定的水平(例如,足以确定光电流的水平)(步骤1216)。如 果输出电流低于第一预先确定的水平,则可调节照明源的功率(步骤 1218)。通过这种方式,系统可动态地改变帧速率、照明源的功率和检测 器偏置,以考虑光通量的变化(例如,由于被测对象的属性)、环境条件 和期望检测器性能(例如,灵敏度)。

可例如通过被存储在存储器中并由处理器或控制器执行的固件来执行 上述功能中的一个或多个功能。该固件也可被存储和/或输送在任何非暂态 计算机可读存储介质内,以供指令执行系统、装置或设备诸如基于计算机 的系统、包括处理器的系统或可从指令执行系统、装置或设备获取指令并 执行指令的其他系统使用或与其结合。在本文档的上下文中,“非暂态计 算机可读存储介质”可以是可包含或存储程序以供指令执行系统、装置和 设备使用或与其结合的任何介质(不包括信号)。非暂态计算机可读存储 介质可包括但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、装置 或设备,便携式计算机磁盘(磁性)、随机存取存储器(RAM)(磁性)、 只读存储器(ROM)(磁性)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)(磁 性)、便携式光盘(诸如,CD、CD-R、CD-RW、DVD、DVD-R或DVD- RW)、或闪存存储器(诸如,紧凑型闪存卡、安全数字卡)、USB存储器 设备、记忆棒等。在本文的上下文中,“传输介质”可以是可传送、传播 或传输程序以供指令执行系统、装置或设备使用或与其结合的任何介质。 传输可读介质可包括但不限于电子、磁性、光学、电磁或红外有线或无线 传播介质。

本发明公开了一种光检测器。该光检测器可包括:第一光吸收器,该 第一光吸收器被配置为吸收一个或多个第一波长的光并且包括多个狭缝中 的至少一个狭缝、网孔和平板式吸收器;第一温度传感器,该第一温度传 感器热耦接到第一光吸收器;以及第二光吸收器,该第二光吸收器被配置 为吸收一个或多个第二波长的光。除上面所公开的一个或多个示例之外或 另选地,在一些示例中,该第一光吸收器包括在第一偏振方向上进行取向 的多个狭缝,并且该第二光吸收器包括在与第一偏振方向不同的第二偏振 方向上进行取向的多个狭缝。除上面所公开的一个或多个示例之外或另选 地,在一些示例中,第二偏振方向与第一偏振方向正交。除上面所公开的 一个或多个示例之外或另选地,在一些示例中,该光检测器进一步包括: 第三光吸收器,该第三光吸收器包括在与第一偏振方向正交的第三偏振方 向上进行取向的多个狭缝;第三温度传感器,该第三温度传感器热耦接到 第三光吸收器;第四光吸收器,该第四光吸收器包括在与第二偏振方向正 交的第四偏振方向上进行取向的多个狭缝;以及第四温度传感器,该的第 四温度传感器热耦接到第四光吸收器。除上面所公开的一个或多个示例之 外或另选地,在一些示例中,该光检测器进一步包括:第二温度传感器, 该第二温度传感器热耦接到第二光吸收器,其中该第一温度传感器和第二 温度传感器电耦接,并且该光检测器能够基于第一温度传感器和第二温度 传感器之间的差分读数来确定由第一光吸收器和第二光吸收器所吸收的光 的偏振角。除上面所公开的一个或多个示例之外或另选地,在一些示例 中,第一光吸收器包括多个嵌入式狭缝或偏振器线。除上面所公开的一个 或多个示例之外或另选地,在一些示例中,该第一光吸收器的多个狭缝间 隔开第一距离,该第一距离等于光的一个或多个第一波长中的至少一个第 一波长的四分之一。除上面所公开的一个或多个示例之外或另选地,在一 些示例中,该第一光吸收器的外边缘的长度等于光的一个或多个第一波长 中的长端波长。除上面所公开的一个或多个示例之外或另选地,在一些示 例中,被包括在第一光吸收器的多个狭缝中的相邻狭缝之间的距离等于光 的一个或多个第一波长中的短端波长。除上面所公开的一个或多个示例之 外或另选地,在一些示例中,该第二光吸收器包括热耦接到第一温度传感 器的第二接线柱,该检测器还包括:被配置为吸收光的第三光吸收器,其 中该第三光吸收器包括热耦接到第一温度传感器的第三接线柱;以及被配 置为吸收光的第四光吸收器,其中该第四光吸收器包括热耦接到第一温度 传感器的第四接线柱。除上面所公开的一个或多个示例之外或另选地,在 一些示例中,光检测器进一步包括:封装件,该封装件被设置在第一光吸 收器的至少一部分上并且包含透明材料。除上面所公开的一个或多个示例 之外或另选地,在一些示例中,光检测器进一步包括:封装件,该封装件 至少支撑第一光吸收器和第二光吸收器。除上面所公开的一个或多个示例 之外或另选地,在一些示例中,该光检测器进一步包括:第二温度传感 器,该第二温度传感器热耦接到第二光吸收器;以及处理器,该处理器能 够至少基于来自第一温度传感器和第二温度传感器的信息来计算由第一光 吸收器和第二光吸收器所吸收的光的偏振角。除上面所公开的一个或多个 示例之外或另选地,在一些示例中,该光检测器进一步包括:反射器,该 反射器具有面向第一光吸收器和第二光吸收器中的至少一者的表面并且间 隔开距离,该距离等于光的一个或多个第一波长中的至少一个第一波长的 四分之一或光的一个或多个第二波长中的至少一个第二波长的四分之一。 除上面所公开的一个或多个示例之外或另选地,在一些示例中,该光检测 器进一步包括:第二温度传感器,该第二温度传感器热耦接到第二光吸收 器,其中该反射器热耦接到第一温度传感器和第二温度传感器中的一者。 除上面所公开的一个或多个示例之外或另选地,在一些示例中,该光检测 器进一步包括:一个或多个结构,该一个或多个结构被配置为支撑反射 器;以及封装件,该封装件包含与一个或多个结构相同的材料。除上面所 公开的一个或多个示例之外或另选地,在一些示例中,该光检测器进一步 包括:第一电绝缘体,该第一电绝缘体热耦接到第一光吸收器和第一温度 传感器,其中该第一电绝缘体将第一光吸收器与第二光吸收器电隔离,并 且进一步地,其中该第一温度传感器将第一光吸收器热耦接到第二光吸收 器。除上面所公开的一个或多个示例之外或另选地,在一些示例中,该第 一光吸收器和第二光吸收器被包括在多个光吸收器中,每个光吸收器为网 孔,并且该多个光吸收器形成电容谐振网孔。除上面所公开的一个或多个 示例之外或另选地,在一些示例中,第一光吸收器的网孔包括间隔开第一 距离的多个线,该第一距离等于光的一个或多个第一波长中的至少一个第 一波长的四分之一。除上面所公开的一个或多个示例之外或另选地,在一 些示例中,该第一光吸收器的多个狭缝至少部分地与第二光吸收器的多个 狭缝重叠。除上面所公开的一个或多个示例之外或另选地,在一些示例 中,光的一个或多个第一波长包括光的一个或多个第二波长中的至少一个 第二波长,并且进一步地,其中第一光吸收器与第二光吸收器间隔开第二 距离,该第二距离等于由第一光吸收器和第二光吸收器所吸收的光的一个 或多个第二波长中的至少一个第二波长的四分之一。除上面所公开的一个 或多个示例之外或另选地,在一些示例中,该光检测器进一步包括:第一 接线柱,该第一接线柱热耦接到第一光吸收器和第一温度传感器,其中该 第一接线柱穿过第二光吸收器,同时保持与第二光吸收器热隔离。除上面 所公开的一个或多个示例之外或另选地,在一些示例中,该光检测器进一 步包括:第二温度传感器,该第二温度传感器热耦接到第二光吸收器;以 及第二接线柱,其中该第一接线柱位于第一光吸收器的第一位置处,并且 该第二接线柱位于第一光吸收器的第二位置处,并且进一步地,其中该第 一位置和第二位置相对于第一光吸收器的中心位置对称。除上面所公开的 一个或多个示例之外或另选地,在一些示例中,第一光吸收器与第二光吸 收器重叠,并且进一步地,其中光的一个或多个第一波长中的至少一个第 一波长比光的一个或多个第二波长中的至少一个第二波长长。除上面所公 开的一个或多个示例之外或另选地,在一些示例中,光的一个或多个第一 波长和光的一个或多个第二波长中的至少一者包括短波红外(SWIR),并且 进一步地,其中该光检测器被配置成为非制冷的。除上面所公开的一个或 多个示例之外或另选地,在一些示例中,第一光吸收器的尺寸与第二光吸 收器的尺寸不同。

本发明公开了一种检测入射辐射的方法。该方法可包括:将第一电压 施加到被包括在检测器中的第一光吸收器;将第二电压施加到被包括在检 测器中的第二光吸收器;从第一光吸收器测量第一光电流,该第一光电流 与一个或多个第一波长的光相关联;从第二光吸收器测量第二光电流,该 第二光电流与一个或多个第二波长的光相关联;以及基于所测量的第一光 电流和第二光电流来确定入射辐射的偏振。除上面所公开的一个或多个示 例之外或另选地,在一些示例中,第二光电流被包括在第一光电流中,并 且进一步地,其中测量第一光电流和测量第二光电流包括确定第一光吸收 器和第二光吸收器之间的不同读数。

本发明公开了一种非制冷光检测系统。该检测系统可包括:检测器像 素,该检测器像素被配置为检测入射光;照明源,该照明源被配置为发 光;以及读出电路,该读出电路包括一个或多个积分电容器,其中每个积 分电容器具有预先确定的电容,并且该读出电路被配置为以所确定的帧速 率进行操作,使得预先确定的电容和帧速率的乘积与检测器像素的有效面 积成比例。除上面所公开的一个或多个示例之外或另选地,在一些示例 中,预先确定的电容和帧速率的乘积与从读出电路获取的暗电流值成比 例。除上面所公开的一个或多个示例之外或另选地,在一些示例中,预先 确定的电容在10兆电子至200兆电子之间。除上面所公开的一个或多个示 例之外或另选地,在一些示例中,帧速率在1kHz至10kHz之间。除上面所 公开的一个或多个示例之外或另选地,在一些示例中,由检测器像素所吸 收的光的目标波长大于1.7微米。除上面所公开的一个或多个示例之外或另 选地,在一些示例中,该检测系统被配置为在高于15摄氏度的温度下操 作。除上面所公开的一个或多个示例之外或另选地,在一些示例中,动态 地设置照明源的功率水平,使得由读出电路所测量的光电流大于从读出电 路获取的暗电流值。除上面所公开的一个或多个示例之外或另选地,在一 些示例中,动态地设置照明源的功率水平,使得由读出电路所测量的光电 流是从读出电路获取的暗电流值的2倍至10倍。除上面所公开的一个或多 个示例之外或另选地,在一些示例中,非制冷光检测系统进一步包括检测 器像素阵列,该检测器像素阵列包括检测器像素,其中检测器像素阵列被 并入成像器中。

本发明公开了一种操作光检测系统的方法,该光检测系统包括读出电 路和一个或多个检测器像素。该方法可包括:向一个或多个检测器像素施 加偏置;设置读出电路的帧速率;对被包括在读出电路中的积分电容器进 行采样,以获取输出电流;基于该输出电流来确定积分电容器是否饱和; 以及响应于确定积分电容器饱和而增大读出电路的帧速率。除上面所公开 的一个或多个示例之外或另选地,在一些示例中,该光检测系统进一步包 括照明源,并且该方法还包括:确定被包括在输出电流中的光电流是否大 于预先确定的阈值;以及当输出电流小于或等于预先确定的阈值时增大照 明源的功率作为响应。除上面所公开的一个或多个示例之外或另选地,在 一些示例中,该方法进一步包括:确定更新的帧速率是否在预先确定的范 围内;当更新的帧速率在预先确定的范围内时,将帧速率增大至更新的帧速 率;以及当更新的帧速率在预先确定的范围之外时调整被施加到一个或多 个检测器像素的偏置。

本发明公开了一种被配置用于从检测器阵列测量多个光电流的集成电 路。该方法可包括:第一组选择线和第二组选择线;耦接到第一组选择线 并被配置为以第一帧速率进行操作的第一组单元电池;耦接到第二组选择 线并被配置为以第二帧速率进行操作的第二组单元电池,其中该第一组单 元电池与第二组单元电池交织;以及耦接到第一组单元电池的第一多路复 用器和耦接到第二组单元电池的第二多路复用器,其中该第一帧速率与第 二帧速率不同。除上面所公开的一个或多个示例之外或另选地,在一些示 例中,该第一组单元电池耦接到具有第一增益的第一组放大器,并且该第 二组单元电池耦接到具有第二增益的第二组放大器,并且进一步地,其中 该第一增益与第二增益不同。

本发明公开了一种成像器。该成像器可包括:第一组检测器像素,第 一组中的每个检测器像素包括:一个或多个第一光吸收器,每个第一光吸 收器被配置用于响应于所吸收的光来吸收光并产生热量;第一传感器,该 第一传感器热耦接到一个或多个第一光吸收器并且被配置用于检测由于所 吸收的光而引起的一个或多个第一光吸收器中的温度的变化;以及多个第 一结构,该多个第一结构具有第一特征并耦接到第一传感器和多个第一触 点;以及第二组检测器像素,第二组中的每个检测器像素包括:一个或多 个第二光吸收器,每个第二光吸收器被配置用于响应于所吸收的光来吸收 光并产生热量;第二传感器,该第二传感器热耦接到一个或多个第二光吸 收器并且被配置用于检测由于所吸收的光而引起的一个或多个第二光吸收 器中的温度的变化,以及多个第二结构,该多个第二结构具有第二特征并 耦接到第二传感器和多个第二触点,其中第一特征和第二特征包括不同的 一个或多个长度、时间常数、电阻、或热导率。除上面所公开的一个或多 个示例之外或另选地,在一些示例中,第一组检测器像素与第二组检测器 像素交织。除上面所公开的一个或多个示例之外或另选地,在一些示例 中,多个第一结构具有比多个第二结构长的长度,并且进一步地,其中该 一个或多个第一光吸收器具有比一个或多个第二光吸收器更慢的时间常 数。

本发明公开了一种整合多个光电流的方法。该方法可包括:对被存储 在第一组电容器中的第一组电压值进行采样;将第一组电压值传输至第一 多路复用器;对被存储在第二组电容器中的第二组电压值进行采样;将第 二组电压值传输至第二多路复用器;以第一帧速率从第一多路复用器读取 第一组电压值;以第二帧速率从第二多路复用器读取第二组电压值,其中 该第一帧速率与第二帧速率不同。除上面所公开的一个或多个示例之外或 另选地,在一些示例中,第一组电压值与第一组检测器像素相关联,并且 进一步地,其中第二帧速率与第一帧速率的比率等于第一组检测器像素的 热导率与第二组检测器像素的热导率的比率。除上面所公开的一个或多个 示例之外或另选地,在一些示例中,该方法进一步包括:设置第一帧;以 及设置第二帧速率,使得第一帧速率等于第二帧速率的倍数。

本发明公开了一种检测器像素。该检测器像素可包括:第一光吸收 器,该第一光吸收器被配置用于响应于第一光来吸收该第一光并产生热 量;第二光吸收器,该第二光吸收器被配置用于响应于第二光来吸收该第 二光并产生热量;第一传感器,该第一传感器热耦接到第一光吸收器并且 被配置用于检测由于所吸收的第一光而引起的第一光吸收器中的第一温度 的变化;以及电耦接到第一传感器和电路的多个第一触点,其中该电路进 一步耦接到第二光吸收器。除上面所公开的一个或多个示例之外或另选 地,在一些示例中,该第二光吸收器被设置在基板上并且被定位成比第一 光吸收器更靠近基板。除上面所公开的一个或多个示例之外或另选地,在 一些示例中,第一光吸收器与第二光吸收器的至少一部分重叠,第一光入 射在第一光吸收器上并且包括第一部分和第二部分,该第一部分由第一光 吸收器吸收并且第二部分未被第一光吸收器吸收,并且其中第二光吸收器 吸收第一光的第二部分。除上面所公开的一个或多个示例之外或另选地, 在一些示例中,该检测器像素进一步包括:第二传感器,该第二传感器热 耦接到第二光吸收器并且被配置用于检测由于所吸收的第二光而引起的第 二光吸收器中的第二温度的变化;以及一个或多个第二触点,该一个或多 个第二触点电耦接到第二传感器和集成电路。除上面所公开的一个或多个 示例之外或另选地,在一些示例中,第一传感器热耦接到第二光吸收器并 且被配置用于检测由于所吸收的第二光而引起的第二温度的变化。除上面 所公开的一个或多个示例之外或另选地,在一些示例中,第一光吸收器的 吸光度大于第二光吸收器的吸光度。除上面所公开的一个或多个示例之外 或另选地,在一些示例中,第一光吸收器的灵敏度小于第二光吸收器的灵 敏度。除上面所公开的一个或多个示例之外或另选地,在一些示例中,第 二光吸收器被配置用于仅在第一光和第二光的通量大于阈值时吸收第二 光。除上面所公开的一个或多个示例之外或另选地,在一些示例中,第一 光和第二光是不同的,并且第一光吸收器和第二光吸收器是不重叠的。除 上面所公开的一个或多个示例之外或另选地,在一些示例中,第一光吸收 器和第二光吸收器具有不同的尺寸。除上面所公开的一个或多个示例之外 或另选地,在一些示例中,该检测器像素进一步包括:第三光吸收器,该 第三光吸收器被配置用于吸收第三光并且响应于该第三光而产生热量;第 三传感器,该第三传感器热耦接到第三光吸收器并且被配置用于检测由于 所吸收的第三光而引起的第三光吸收器中的第三温度的变化;以及一个或 多个第三触点,该一个或多个第三触点电耦接到第三传感器和集成电路。 除上面所公开的一个或多个示例之外或另选地,在一些示例中,入射光包 括第一光和第二光,并且进一步地,其中第三光吸收器被定位成比第一光 吸收器和第二光吸收器中的至少一者更靠近入射光。除上面所公开的一个 或多个示例之外或另选地,在一些示例中,第三光吸收器具有与第一光吸 收器和第二光吸收器中的至少一者不同的尺寸、形状因数、热容量和材料 类型中的至少一者。除上面所公开的一个或多个示例之外或另选地,在一 些示例中,第三光吸收器的吸光度小于第一光吸收器、第二光吸收器或两 者的吸光度。除上面所公开的一个或多个示例之外或另选地,在一些示例 中,将检测器像素并入被配置用于吸收短波红外波长光的成像器中。除上 面所公开的一个或多个示例之外或另选地,在一些示例中,该检测器像素 进一步包括:热结构,热结构耦接到第一传感器和多个第一触点;以及第 三光吸收器,该第三光吸收器被配置用于吸收第一光和第二光中的至少一 者,该第三光吸收器热耦接到热结构。除上面所公开的一个或多个示例之 外或另选地,在一些示例中,该第三光吸收器包括与第一光吸收器相同的 材料组成并且具有等于第一光吸收器的电阻率的10%的电阻率。

本发明公开了一种检测入射辐射的方法。该方法可包括:从包括在检 测器像素中的第一光吸收器接收第一光电流;从被包括在检测器像素中的 第二光吸收器接收第二光电流;确定第一光电流是否指示大于或等于通量 阈值的入射光通量;并且当入射光的通量大于或等于通量阈值时,忽略第 一光电流并且基于第二光电流来确定入射光的一个或多个属性。除上面所 公开的一个或多个示例之外或另选地,在一些示例中,该方法进一步包 括:当入射光的通量小于通量阈值时,基于第一光电流来确定入射光的一 个或多个属性。

本发明公开了一种检测器像素。该检测器像素可包括:一个或多个光 吸收器,每个光吸收器被配置用于响应于所吸收的光而吸收光并产生热 量;一个或多个传感器,该一个或多个传感器热耦接到一个或多个光吸收 器并且被配置用于检测由于所吸收的光而引起的一个或多个光吸收器中的 温度的变化;多个触点,该一个或多个传感器中的每个传感器耦接到该多 个触点中的至少两个触点;多个导电结构,每个导电结构耦接到一个或多 个传感器中的一个传感器和多个触点中的一个触点;第一导电板,该第一 导电板耦接到多个触点中的至少一个触点并且被配置用于从多个触点中的 至少一个触点接收第一电荷,其中该一个或多个传感器中的至少一个传感 器和第一导电板被定位在第一基板上;以及第二导电板,该第二导电板被 定位在第二基板上并且被配置用于接收第二电荷,该第二导电板包括绝缘 体。除上面所公开的一个或多个示例之外或另选地,在一些示例中,该多 个结构包括:第一结构和第二结构,该第一结构和第二结构被配置为将一 个或多个传感器中的一个传感器电耦接到集成电路;第三结构,该第三结 构被配置为将电压源电耦接到第一导电板;以及第四结构,该第四结构被 配置为机械支撑一个或多个传感器中的一个传感器并且防止该一个或多个 传感器中的一个传感器倾斜、转动、翻转、或者它们的组合。除上面所公 开的一个或多个示例之外或另选地,在一些示例中,检测器像素被并入传 感器系统中,该传感器系统包括:第一电压源,该第一电压源耦接到多个 触点中的至少一个触点并且被配置为向第一导电板施加第一电压;以及第 二电压源,该第二电压源耦接到第二导电板并且被配置为向第二导电板施 加第二电压,其中施加第一电压和施加第二电压在第一导电板和第二导电 板两端产生电压差,使得第一导电板和第二导电板彼此静电吸引。除上面 所公开的一个或多个示例之外或另选地,在一些示例中,被包括在第二导 电板中的绝缘体被配置作为散热器,以将热量远离一个或多个光吸收器进 行热传导。

本发明公开了一种检测入射辐射的方法。该方法可包括:将第一电压 施加到被包括在检测器元件中的第一导电板;将第二电压施加到被包括在 检测器元件中的第二导电板,其中第二导电板包括绝缘体,使得第一导电 板通过产生所施加的第一电压和所施加的第二电压之间的差值来接触被包 括在第二导电板中的绝缘体。除上面所公开的一个或多个示例之外或另选 地,在一些示例中,所施加的第一电压和所施加的第二电压之间的差值基 于入射辐射的通量、检测器元件的热导率或两者。

虽然参照附图对公开的示例进行了全面的描述,但应注意,各种的变 化和修改对于本领域内的技术人员而言将变得显而易见。应当理解,此类 的变化和修改被认为被包括在由所附权利要求所限定的所公开的示例的范 围内。

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