CN111213239A - 用于在图像传感器中传输光的金属网光管 - Google Patents
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Abstract
各种实施例涉及一种光管。所述光管可包含在图像传感器的衬底内的通道。所述通道可由多个层形成。所述多个层可包含第一层及第二层。所述第二层可沿着所述通道的轴线与所述第一层间隔开。
Description
根据35 U.S.C.§119的优先权主张
本专利申请案主张2018年10月16日申请的名为“用于在图像传感器中传输光的金属网光管(METAL MESH LIGHT PIPE FOR TRANSPORTING LIGHT IN AN IMAGE SENSOR)”的美国非临时申请案第16/161,958号的优先权,所述美国非临时申请案主张2017年10月17日申请的名为“用于在图像传感器中传输光的金属网光管(METAL MESH LIGHT PIPE FORTRANSPORTING LIGHT IN AN IMAGE SENSOR)”的临时申请案第62/573,612号的优先权,且所述临时申请案转让给本受让人并特此以引用的方式明确地并入本文中。
技术领域
本发明涉及金属网光管,且尤其涉及包含用以在图像传感器内传输光的金属网光管的图像传感器。
背景技术
例如数字相机、智能电话或平板计算机的图像处理装置依赖于图像传感器来捕获图像。图像传感器接收光并将所述光转换成电信号。图像处理装置接着将这些电信号变换成数字图像。
当前可得到不同类型的图像传感器。举例来说,图像处理装置通常利用正面照明(FSI)图像传感器或背面照明(BSI)图像传感器。FSI图像传感器通常经定向使得光进入FSI图像传感器的顶部并在照在光感测表面上之前通过金属互连层。与此对比,BSI图像传感器经定向以允许光从BSI图像传感器的顶部进入并照在光感测表面上而不通过BSI图像传感器的金属互连层。虽然FSI图像传感器及BSI图像传感器中的每一者具有有利成像特性,但其皆具有有限空间响应。
发明内容
本发明描述包含金属网光管的具有延伸空间响应的图像传感器的各种实施例。
各种实施例可包含一种装置,其包含第一传感器部分及第二传感器部分。在一些实施例中,所述第一传感器部分可包含第一光检测器。在这些实施例中,所述第二传感器部分可包含第二光检测器。在一些实施例中,所述装置可包含在所述第一光检测器与所述第二光检测器之间的组合金属互连层。所述组合金属互连层形成包含由多个层形成的通道的光管。所述多个层可包含第一层及第二层。所述第二层可沿着所述通道的轴线与所述第一层间隔开。
在一些实施例中,所述第一层可包含金属且所述第二层可包含所述金属。在一些实施例中,所述金属可为光学金属迹线。在一些实施例中,所述金属可为金属互连迹线。
在一些实施例中,所述第一层的第一周边可围绕所述轴线连续地延伸,且所述第二层的第二周边可围绕所述轴线连续地延伸。在一些实施例中,所述第一周边可等于所述第二周边。
在一些实施例中,所述第二层可与所述第一层间隔开大于0.0微米且小于或等于大约0.5微米的距离。
在一些实施例中,所述组合金属互连层可包含在所述第一传感器部分内的第一金属互连层及在所述第二传感器部分内的第二金属互连层。在一些实施例中,所述光管可包含第一光管,所述第一光管包含由所述第一金属互连层内的第一多个层形成的第一通道。在一些实施例中,第二光管可包含由所述第二金属互连层内的第二多个层形成的第二通道。在一些实施例中,所述第一光管及所述第二光管可关于共同轴线对准。在一些实施例中,形成所述第一光管的所述第一通道的所述第一多个层可具有围绕所述轴线延伸的第一周边,且形成所述第二光管的所述第二通道的所述第二多个层可具有围绕所述轴线延伸的第二周边。所述第一周边可大于所述第二周边。
在一些实施例中,所述第一层可包含第一多个金属部分,所述第一多个金属部分包含光学金属迹线的第一金属部分及金属互连迹线的第二金属部分。在一些实施例中,所述第二层可包含第二多个金属部分,所述第二多个金属部分包含光学金属迹线的第一金属部分及金属互连迹线的第二金属部分。
在一些实施例中,所述光学金属迹线可包含多个边缘,所述多个边缘包含第一边缘及与所述第一边缘相对的第二边缘,且所述金属互连迹线可包含多个边缘,所述多个边缘包含第三边缘及与所述第三边缘相对的第四边缘。在一些实施例中,所述光学金属迹线的所述第一边缘可耦合至所述金属互连迹线的所述第三边缘,且所述光学金属迹线的所述第二边缘可与所述金属互连迹线的所述第四边缘间隔开。在一些实施例中,所述光学金属迹线的所述第一边缘可与所述金属互连迹线的第三边缘间隔开。在一些实施例中,所述光学金属迹线的所述第一边缘及所述第二边缘可与所述金属互连迹线的所述第三边缘及所述第四边缘间隔开。在一些实施例中,所述光学金属迹线的所述第一边缘可耦合至所述金属互连迹线,且所述光学金属迹线的所述第二边缘可与所述金属互连迹线间隔开。在一些实施例中,所述金属互连迹线的所述第三边缘可耦合至所述光学金属迹线,且所述金属互连迹线的所述第四边缘可与所述光学金属迹线间隔开。
在一些实施例中,所述装置可包含安置于所述第二光检测器上方的双带通滤波器或安置于所述第一光检测器与所述第二光检测器之间的窄带通滤波器中的至少一者。
在一些实施例中,所述装置可包含光学发送器。所述光学发送器可经配置以发送源光。在一些实施例中,所述装置可包含光学接收器。所述光学接收器可经配置以接收所述源光的反射。所述光学接收器可包含所述第一传感器部分及所述第二传感器部分。
在一些实施例中,所述装置可包含处理器。所述处理器可经配置以从第一电信号产生第一数字信号。所述处理器可经配置以从第二电信号产生第二数字信号。所述处理器可经配置以基于所述第一数字信号及所述第二数字信号产生组合数字信号。所述处理器可经配置以基于所述组合数字信号产生数字图像。
各种实施例可包含一种用于经由图像传感器捕获图像的方法。在一些实施例中,所述方法可包含经由光学接收器接收光。在一些实施例中,所述光学接收器可包含图像传感器。所述图像传感器可包含第一传感器部分及第二传感器部分。在一些实施例中,所述第一传感器部分可包含第一光检测器。在这些实施例中,所述第二传感器部分可包含第二光检测器。在一些实施例中,所述图像传感器可包含在所述第一光检测器与所述第二光检测器之间的组合金属互连层。所述组合金属互连层可形成包含由多个层形成的通道的光管。所述多个层可包含第一层及第二层。所述第二层可沿着所述通道的轴线与所述第一层间隔开。
在一些实施例中,所述方法可包含经由光学发送器发送源光。所述光学接收器可接收所述源光的反射。
在一些实施例中,所述方法可包含经由处理器从第一电信号产生第一数字信号。所述方法可包含经由所述处理器从第二电信号产生第二数字信号。所述方法可包含经由所述处理器基于所述第一数字信号及所述第二数字信号产生组合数字信号。所述方法可包含经由所述处理器基于所述组合数字信号产生数字图像。
在一些实施例中,所述第一层可包含金属且所述第二层可包含所述金属。在一些实施例中,所述金属可为光学金属迹线。在一些实施例中,所述金属可为金属互连迹线。
在一些实施例中,所述第一层的第一周边可围绕所述轴线连续地延伸,且所述第二层的第二周边可围绕所述轴线连续地延伸。在一些实施例中,所述第一周边可等于所述第二周边。
在一些实施例中,所述第二层可与所述第一层间隔开大于0.0微米且小于或等于大约0.5微米的距离。
在一些实施例中,所述光管可包含第一光管,所述第一光管包含由所述第一传感器部分内的第一多个层形成的第一通道。在一些实施例中,第二光管可包含由所述第二传感器部分内的第二多个层形成的第二通道。在一些实施例中,形成所述第一光管的所述第一通道的所述第一多个层可具有围绕所述轴线延伸的第一周边,且形成所述第二光管的所述第二通道的所述第二多个层可具有围绕所述轴线延伸的第二周边。所述第一周边可大于所述第二周边。
在一些实施例中,所述第一层可包含第一多个金属部分,所述第一多个金属部分包含光学金属迹线的第一金属部分及金属互连迹线的第二金属部分。在一些实施例中,所述第二层可包含第二多个金属部分,所述第二多个金属部分包含光学金属迹线的第一金属部分及金属互连迹线的第二金属部分。
在一些实施例中,所述光学金属迹线可包含多个边缘,所述多个边缘包含第一边缘及与所述第一边缘相对的第二边缘,且所述金属互连迹线可包含多个边缘,所述多个边缘包含第三边缘及与所述第三边缘相对的第四边缘。在一些实施例中,所述光学金属迹线的所述第一边缘可耦合至所述金属互连迹线的所述第三边缘,且所述光学金属迹线的所述第二边缘可与所述金属互连迹线的所述第四边缘间隔开。在一些实施例中,所述光学金属迹线的所述第一边缘可与所述金属互连迹线的第三边缘间隔开。在一些实施例中,所述光学金属迹线的所述第一边缘及所述第二边缘可与所述金属互连迹线的所述第三边缘及所述第四边缘间隔开。在一些实施例中,所述光学金属迹线的所述第一边缘可耦合至所述金属互连迹线,且所述光学金属迹线的所述第二边缘可与所述金属互连迹线间隔开。在一些实施例中,所述金属互连迹线的所述第三边缘可耦合至所述光学金属迹线,且所述金属互连迹线的所述第四边缘可与所述光学金属迹线间隔开。
各种实施例可包含一种用于经由图像传感器捕获图像的设备。在一些实施例中,所述设备可包含用于经由光学发送器发送源光的装置。所述设备还可包含用于经由光学接收器接收光的装置,所述光包含所述源光的反射。在一些实施例中,所述光学接收器可包含图像传感器。所述图像传感器可包含第一传感器部分及第二传感器部分。在一些实施例中,所述第一传感器部分可包含第一光检测器。在这些实施例中,所述第二传感器部分可包含第二光检测器。在一些实施例中,所述图像传感器可包含在所述第一光检测器与所述第二光检测器之间的组合金属互连层。所述金属互连层可形成包含由多个层形成的通道的光管。所述多个层可包含第一层及第二层。所述第二层可沿着所述通道的轴线与所述第一层间隔开。
附图说明
图1为绘示装置及包含装置的视场的场景的实例图。
图2A为展示常规正面照明图像传感器的横截面图的组件图。
图2B为展示常规背面照明图像传感器的横截面图的组件图。
图3A至3B为根据一些实施例的光管的三维视图。
图4A至4B为根据一些实施例的光管的三维视图。
图5A至5B为根据一些实施例的光管的三维视图。
图6为根据一些实施例的光管的三维视图。
图7为展示根据一些实施例的包含光管的图像传感器的横截面图的组件框图。
图8为展示根据一些实施例的包含光管的图像传感器的横截面图的组件框图。
图9至10为根据一些实施例的用于经由图像传感器捕获图像的方法的流程图。
图11为展示根据一些实施例的图像传感器的俯视图的组件框图。
图12为绘示适合于与一些实施例一起使用的装置的实例的组件框图。
具体实施方式
如本文中所描述,图像传感器(例如FSI或BSI图像传感器)的一些组件有时可被称作相对于一些其它组件定位于“上方”、“顶部上”、“下面”、“下方”或相似术语。为易于描述,图像传感器中的组件之间的空间关系可相对于图像传感器的“顶部”及“底部”而描述。在一些实施例中,图像传感器的“顶部”可与光最初照在图像传感器上及/或进入图像传感器的点对应。因此,与图像传感器的顶部相比,图像传感器的“底部”可在图像传感器的相对侧。因此,相比于第一组件较接近于图像传感器的顶部的图像传感器的第二组件或元件可被描述为在第一组件的“顶部上”或“上方”。
在本文中所描述的实施例中,将图像传感器特定地称作具有“第一传感器部分”(或“第一图像传感器”)或“第二传感器部分”(“第二图像传感器”)仅为易于标记及描述。因而,将图像传感器描述为“第一传感器部分”或“第二图像传感器”并不意欲为限制性的。
术语“传感器元件”可在本文中用以是指可经配置以捕获光信息的图像传感器的基本组件。具体地说,传感器元件可经配置以捕获照相对象的部分,使得可使用图像传感器的多个传感器元件来捕获整个照相图像(或较大部分)的表示。图像传感器可被描述为包含或具有经布置为二维阵列或矩阵的一或多个传感器元件。此二维阵列可与相关数字图像的特定分辨率对应。较多传感器元件通常与较高分辨率数字图像对应。举例来说,与具备具有传感器元件的4000×3000阵列的图像传感器(例如12兆像素图像传感器)的另一图像处理装置相比,具备具有传感器元件的640×480阵列的图像传感器(例如0.3兆像素图像传感器)的图像处理装置可捕获较低分辨率数字图像。除非另有指示,否则对具有某一数目个传感器元件的图像传感器的任何参考仅为易于描述且不意欲将任何图像传感器限制于具有任何特定数目个传感器元件。
用于常规背面照明(BSI)图像传感器的硅晶片可足够薄,使得光从BSI晶片的顶部进入并照在光接收表面(例如光检测器)上而不通过BSI图像传感器的金属互连层。因为光不通过BSI晶片(例如BSI图像传感器)中的金属互连层,所以光并不被散射或被阻挡至与正面照明(FSI)图像传感器中所观测相同的程度。因此,与FSI图像传感器相比,BSI图像传感器在检测可见光时通常体验较佳性能。然而,因为BSI图像传感器薄于FSI图像传感器(例如BSI图像传感器通常小于三微米,而FSI图像传感器通常大于七微米),所以BSI图像传感器可能不会与FSI图像传感器一样良好地检测近红外(“NIR”)或红外(“IR”)光,这是归因于NIR/IR光的波长相对较长。
概括地说,各种实施例提供一种图像传感器,所述图像传感器经配置以与BSI图像传感器同等水平地感测可见光,而同时经配置以与FSI图像传感器同等水平地感测IR或NIR光。在这些实施例中,图像传感器可包含经配置以相似于FSI图像传感器起作用的第一传感器部分(其也可被称作第一图像传感器)。图像传感器可进一步包含经配置以相似于BSI图像传感器起作用的第二传感器部分(其可被称作第二图像传感器)。第二传感器部分可定位于第一传感器部分的顶部上(例如耦合、附接、结合等等至第一传感器部分)。经配置以相似于FSI图像传感器起作用的第一传感器部分及经配置以相似于BSI图像传感器起作用的第二传感器部分仅仅出于示范性目的且并不意指限制本发明。举例来说,第一传感器部分可经配置以相似于BSI图像传感器起作用,且第二传感器部分可经配置以相似于FSI图像传感器起作用。替代地,第一传感器部分及第二传感器部分可皆经配置以相似于BSI图像传感器起作用,或第一传感器部分及第二传感器部分可皆经配置以相似于FSI图像传感器起作用。
在各种实施例中,图像传感器可经配置使得第二传感器部分定位于第一传感器部分的顶部上。“顶部”可用于是指如下所述的位置:使得光可进入第二传感器部分并被检测,且所述光中的一些可通过第二传感器部分并可在第一传感器部分内被检测。通过将第二传感器部分定位于第一传感器部分的顶部上,可形成堆叠图像传感器。在一些实施例中,第二传感器部分可经配置以例如通过执行晶片薄化或研磨而具有适合于感测可见光的厚度。第一传感器部分可经配置以具有适合于感测IR或NIR光的厚度,这可能并不需要晶片研磨或可能需要较小研磨程度。通过将第二传感器部分定位于第一传感器部分上方,使得每一传感器部分能够从同一源(例如从同一方向及/或同一环境)捕获一些光,可改进由图像传感器捕获的总光。
在一些实施例中,图像传感器可包含一或多个光学滤波器。一或多个光学滤波器可包含安置于第二传感器部分的第二光检测器上方的双带通滤波器中的一或多者。一或多个光学滤波器可包含安置于第一传感器部分的第一光检测器与第二传感器部分的第二光检测器之间的IR或NIR窄带通滤波器中的至少一者。光学带通滤波器通常经配置以选择性地发送某一范围内的波长,而抑制在所述范围外部的波长。双带通滤波器通常经配置以发送两个通带(例如频谱的两个部分,例如可见光及NIR/IR光)。通过将双带通滤波器定位于第二光检测器上方(例如双带通滤波器可安置于第二光检测器上方的任何地方,例如第二传感器部分的顶部上),双带通滤波器可发送可见及NIR/IR光,同时抑制在与可见及/或NIR/IR光相关联的一或多个波长范围外部的光。已由双带通滤波器滤波的光接着可进入图像传感器的第二传感器部分。以此方式,仅仅与双带通滤波器相关联的波长范围内的光可经由双带通滤波器进入图像传感器(例如第二传感器部分),例如可见光及NIR/IR光。
窄带通滤波器通常经配置以发送频谱的窄区(例如当使用IR或NIR窄带通滤波器时为NIR或IR频谱的窄区),同时抑制在频谱的窄区外部的光(例如如果窄带通滤波器为IR或NIR窄带通滤波器,那么抑制可见光)。通过将窄带通滤波器安置于第一传感器部分的第一光检测器与第二传感器部分的第二光检测器之间(例如窄带通滤波器可安置于第一光检测器与第二光检测器之间的任何地方),窄带通滤波器可在光进入第一光检测器之前对未被第二传感器部分感测的光(例如未被第二光检测器检测到的光)滤波。举例来说,窄带通滤波器可发送在窄波长范围内的光,同时抑制在窄波长范围外部的光。已由窄带通滤波器滤波的光接着可进入第一光检测器并由第一光检测器检测。以此方式,仅仅在窄波长范围内的光(例如NIR及/或IR光)可经由窄带通滤波器进入图像传感器的第一光检测器并由所述第一光检测器检测。
在一些实施例中,图像传感器的第一传感器部分及第二传感器部分可各自具有一或多个传感器元件。第一传感器部分及第二传感器部分可物理地耦合或贴附在一起,使得第一传感器部分的每一传感器元件与第二传感器部分的对应传感器元件对准。具体地说,第一传感器部分的每一传感器元件可定位于第二传感器部分的对应传感器元件下方。在第一传感器部分及第二传感器部分中的每一者具有两个传感器元件(例如2×1传感器阵列)的实例中,第一传感器部分的第一传感器元件可与第二传感器部分的对应传感器元件(被称作第二传感器元件,这是因为对应传感器元件可包含于第二传感器部分内)对准。
在一些实施例中,第一传感器部分及第二传感器部分的传感器元件的对准可包含对准光检测器与在衬底内形成于图像传感器的第一及第二传感器部分中的光检测器之间的的光管(例如如参看图3所论述),这可确保来自同一源的光由图像传感器中的对应传感器元件捕获或感测。在这些实施例中,图像传感器的此配置可使第二传感器部分中的光检测器(在本文中被称作第二光检测器,这是因为其包含于第二传感器部分内)能够从源接收可见光,且还可使第一传感器部分中的对应光检测器(在本文中被称作第一光检测器,这是因为其包含于第一传感器部分内)能够从同一源接收NIR或IR光。图像传感器的第一及第二传感器部分的配置及对准促进使用两个光检测器(例如第一光检测器及第二光检测器)从同一源捕获光。结果,从运用这些光检测器捕获的光创建的数字图像可特别在低光情形中具有较高细节程度。
在一些实施例中,图像传感器的第一传感器部分及第二传感器部分可通过结合第一传感器部分的第一金属互连层与第二传感器部分的第二金属互连层以形成组合金属互连层而物理地耦合或贴附在一起。举例来说,第一及第二传感器部分的第一及第二金属互连层可通过施加金属氧化物粘着剂而耦合。在另一实例中,第一及第二传感器部分的第一及第二金属互连层可经由德瓦尔斯力(Van der Waals force)耦合,使得经耦合以形成组合金属互连层的第一传感器部分的第一金属互连层的顶部部分(例如第一传感器部分的第一金属互连层的顶部部分或顶部表面)及第二传感器部分的第二金属互连层的底部部分(例如第二传感器部分的第二金属互连层的底部部分或底部表面)可为光滑表面,使得当两个相应表面接触时,在两个表面之间可能不会发现空气且第一传感器部分及第二传感器部分可经结合以形成组合金属互连层。
在一些实施例中,组合金属互连层可在第一光检测器与第二光检测器之间形成光管以将光从第一图像传感器导引至第二图像传感器。举例来说,光管可将未由第一光检测器吸收的光导引至第二光检测器(例如相比于可见光具有较长波长的NIR/IR光)。光管在本文中可被称作金属网光管。光管可包含形成于第一金属互连层内的第一光管及形成于第二金属互连层内的第二光管。当组合时,第一光管及第二光管可形成光管。光管可包含由多个层(例如多个金属层)形成的通道(例如中空管柱)。所述多个层可包含第一层及沿着通道的轴线与第一层间隔开的第二层(例如上方或下方)。光管可包含任何数目个层。所述多个层中的每一者可与前一层间隔开以形成金属网光管。即,所述多个层可并不沿着轴线(例如竖直地)耦合及/或连接以便形成“网”光管。光管的层之间的电互连件不应出现在光管的通道(例如中空管柱)内,这是因为电互连件将干扰光传播。更确切地,光管的内部(例如由所述多个层形成的通道或管柱)应为空(例如中空)。衬底可将每一层与在所述层上方或下方的层分开(例如衬底可沿着通道的轴线将每一层与前一层或下一层分开)。光可从第一光检测器通过由所述多个层形成的通道(例如中空管柱)行进至第二光检测器。
将参考附图来详细地描述各种实施例。一般来说,贯穿图式将使用相同参考数字以是指相同或相似部分。对特定实例及实施方案的参考仅仅是出于说明的目的,且并不意欲限制本发明或权利要求书的范围。
在一些实施例中,本文中所描述的图像传感器可检测在可见范围内的光或近红外(“NIR”)或较长波长光(例如红外(“IR”)等等)。为描述清楚起见,“NIR光”将是指具有在NIR范围内的波长及/或具有长于NIR光的波长的任何光。
图1为绘示场景、装置102以及在场景内及在装置102的视场内的各种对象的图解。如图1中所展示,装置102可包含光学接收器104及光学发送器105。装置102的实例可包含图像捕获装置(例如相机),其可为以下各者或可为以下各者的部分:桌上型计算机、膝上型计算机、平板计算机、个人数字助理、个人相机、数字相机、运动相机、安装式相机、连接式相机、可穿戴式装置、汽车、无人机、无线通信装置、电话、电视、显示装置、数字媒体播放器、视频游戏控制台,或视频流式处理装置。装置102可能能够捕获静止或移动图像,而不管格式(例如数字、胶片等等)或类型(例如视频相机、静止相机、网络相机等等)。
光学发送器105的实例可包含投影仪、激光器或其类似者。光学接收器104的实例可包含一或多个光学传感器(例如图像传感器)。在一些实例中,光学发送器105可将源光(例如IR光、NIR、光、包含图案或码字的结构化光、闪光等等)发送至场景中,且光学接收器104可接收可见光及/或从场景内的对象反射的源光。
装置102的视场(“FOV”)可包含对象108a至108c,包含灌木108a、人108b及树108c。场景100可包含独立于装置102的外部光源110。实例外部光源110可包含自然光源(例如太阳)或在装置102外部的人工光源。反射光106a至106c可分别表示从对象108a至108c反射的光的路径。发射光112a可表示从外部光源110发射的光的路径。发射光112b可表示从光学发送器105发送的源光的路径。
光学接收器104可例如经由此图中未展示的装置102的光学件感测光(例如可见信号、IR信号及/或NIR信号),且因此基于经感测光捕获装置102的FOV的图像。由光学接收器104接收的光可包含经由光学发送器105发送的源光的反射。由光学接收器104接收的光可包含来自外部光源110的光及/或来自外部光源110的光的反射。换句话说,光学接收器104可直接吸收从外部光源110发射的光,或在所述光从装置102的FOV内的对象108a至108c反射之后吸收所述光。在一些实施例中,当装置102用以捕获图像时,光学发送器105可发送源光112b。在其它实施例中,光学发送器105可在光学接收器104的感测时段的持续时间内提供恒定照明。在一些实施例中,光学接收器104及光学发送器105可为经配置以在一起操作的两个独立(例如单独)组件。光学接收器104可经配置以基于所接收到的光产生FOV的图像。
如同光学发送器105一样,外部光源110可独立于装置102起作用(例如作为不断照明的源,例如太阳),或可依赖于装置102起作用(例如作为外部闪光装置)。举例来说,外部光源110可包含在装置102的FOV内或在装置102的FOV的部分中不断地发射发射光112a的外部灯。
装置102可能能够基于在光学接收器104处接收的光确定场景的深度或对象的深度。图1的实例实施例展示从装置102的FOV内的对象108a至108c接收反射光106a至106c的光学接收器104。如所展示,对象108a至108c可在距装置102的各种深度处。然而,在一些实施例中,对象108a至108c可在距装置102的单一深度处。
可由深度或IR/RGB组合图像支持的实例使用情况可包含但不限于扩增实境应用、机器人技术、高动态范围(HDR)图像、面部识别及/或面部认证、脸部活跃度检测及/或反欺骗、手势检测及/或其它使用情况。
图2A为常规FSI图像传感器200的实例实施例的横截面的侧视图。在此实例中,FSI图像传感器200可包含衬底层202、外延层204、金属互连层208,及一或多个微透镜(例如微透镜212a及212b)。在意欲捕获彩色图像的一些实施例中,FSI图像传感器200可包含一或多个彩色滤光片(例如彩色滤光片210a及210b)。应注意,一或多个彩色滤光片210a及210b是任选的,这是因为FSI图像传感器200可能不意欲捕获彩色图像。举例来说,彩色滤光片210a及210b可并非为捕获黑白图像所必要。
FSI图像传感器200可经定向使得光(例如光218a或218b)可从FSI图像传感器200的顶部进入。在图2A中所绘示的实例中,光218a或218b可经由微透镜212a及212b进入FSI图像传感器200,所述微透镜聚焦光218a或218b。光218a及218b接着可通过彩色滤光片210a、210b。具体地说,彩色滤光片210a、210b可阻挡在某些波长(例如某些颜色)中的光,使得通过彩色滤光片210a、210b的光可具有特定颜色或可与特定波长或颜色范围相关联。
在由微透镜212a、212b聚焦及由彩色滤光片210a、210b滤波之后,光218a或218b可通过金属互连层208(通常经由一或多个光管216a及216b)以由包含于外延层204内的一或多个光检测器214a及214b接收。金属互连层208可通过形成穿过金属互连层208的通道而形成光管216a及216b。光管216a及216b可通过将光218a及218b限制于形成于金属互连层208内的光管216a及216b的通道内而促进光218a及218b通过金属互连层208。结果,光218a及218b的部分可避免直接通过金属互连层208(例如通过不具有光管216a及216b的金属互连层208),此直接通过原本可能会造成光218a及218b中的一些被散射或阻挡。
金属互连层208可形成光管216a及216b(例如光管216a及216b可形成于金属互连层208内)。金属互连层208可形成于介电层及/或衬底(例如SiO2)内。常规金属互连层(例如金属互连层208)可包含金属互连迹线(例如金属互连迹线280a)的4至6个层。金属互连迹线280a可包含布线或在FSI传感器200内部的晶体管以充当用于FSI传感器200的电互连件(例如电源、接地、时钟、视频信号线等等)。换句话说,金属互连迹线(例如金属互连迹线280a)可为导电的,这在于其传导电。金属互连迹线(例如金属互连迹线280a)可包含高反射率金属,例如铝(Al)或铝铜(ALCu),或其它高反射率金属。铜(Cu)或其它金属可被使用,但可能归因于其低反射率而并不为优选的。金属互连迹线(例如金属互连迹线280a)的层的数目并不限制本发明且可基于图像传感器而变化。举例来说,金属互连层可具有安置于另一者上方或下方的小于4个层的金属互连迹线,或安置于另一者上方或下方的多于6个层的金属互连迹线。在图2A的实例中,金属互连层208包含金属互连迹线280a的3个层。金属互连层208的金属互连迹线280a中的每一者可具有大约0.5微米至大约1微米的厚度。如所展示,金属互连迹线280a可与在金属互连层208内的各种深度处的其它金属互连迹线280a间隔开。举例来说,如金属互连层208的左侧及右侧所展示,仅仅描绘单一金属互连迹线280a。然而,在光管216a及216b之间,金属互连层208包含竖直地及水平地间隔开的5个金属互连迹线280a。个别金属互连迹线280a的尺寸可变化。
在通过光管216a及216b之后,光218a及218b可照在光检测器214a及214b上,所述光检测器可经配置以检测光218a及218b。光检测器214a及214b可将光218a及218b的光能转换成电能(例如电信号)。此电能可经由金氧半导体场效应晶体管(例如MOSFET 220)传递至金属互连层208。金属氧化物半导体场效应晶体管(例如MOSFET 220)可将电能(例如电信号)驱动至将电能(例如电信号)转换成可与其它数字信号组合以形成数字图像的数字信号的一或多个处理器或其它组件(未展示)。一般来说,光检测器214a及214b中的每一者可与FSI图像传感器200中的不同传感器元件对应。因而,图2A中所绘示的FSI图像传感器200可被表征为展示对应于光检测器214a及214b的两个传感器元件。
光检测器214a及214b可包含于或嵌入于外延层204中。外延层204通常可由氮化镓制成,或由镓、铟、铝、氮、磷或砷的某一组合制成。在图2A中所绘示的实例中,外延层204可经由从衬底层202的外延生长的工艺而形成于衬底层202的顶部上。衬底层202可由各种半导体材料(例如结晶硅)制成。在一些情况下,外延层204可由与衬底层202相同的材料或另一材料制成。在一些情况下,外延层204可为掺杂硼的p型半导体材料。
图2B为常规BSI图像传感器250的实例实施例的横截面的侧视图。在所绘示的实例中,BSI图像传感器250可包含虚设衬底层252、金属互连层254、外延层256,及一或多个微透镜260a及260b。在意欲捕获彩色图像的一些实施例中,BSI图像传感器250可包含一或多个彩色滤光片(例如彩色滤光片258a及258b)。应注意,一或多个彩色滤光片258a及258b是任选的,这是因为BSI图像传感器250可能不意欲捕获彩色图像。举例来说,彩色滤光片258a及258b可并非为捕获黑白图像所必要的。
BSI图像传感器250的一些组件可相似于参考FSI图像传感器200所描述的组件,且可用于与参考FSI图像传感器200所描述的组件相似的用途。然而,不同于需要光通过金属互连层(例如FSI图像传感器200的金属互连层20)的FSI图像传感器(例如FSI图像传感器200),BSI图像传感器250可经配置以在光通过BSI图像传感器250的金属互连层254之前感测光(例如经由一或多个光检测器262a及262b)。
在图2B中所绘示的实例中,可从BSI图像传感器250的顶部接收光264a及264b。如参考FSI图像传感器200所描述,光264a及264b可分别通过微透镜260a及260b(其可聚焦光264a及264b)并通过彩色滤光片258a及258b(其可滤除光264a及264b中的某些颜色或波长)。然而,与FSI图像传感器200的上述描述对比,光264a及264b可通过彩色滤光片258a及258b且可由嵌入于外延层256内的光检测器262a及262b接收。因而,光264a及264b可由光检测器262a及262b感测而不必通过金属互连层254,这是因为如图2B中所展示,光检测器262a及262b在金属互连层254的顶部上包含于BSI图像传感器250内。因而,光管并非常规BSI图像传感器250中所必要。BSI图像传感器250的金属互连层254可定位于外延层256下面且可经由MOSFET 266与外延层256电接触。金属互连层254可包含金属互连迹线280b的层。金属互连迹线280b可相似于金属互连迹线280a,如参看图2A所论述。
除了外延层256可能已被研磨(薄化)使得从BSI图像传感器250的顶部进入的光照在光接收表面(例如光检测器262a、262b)上而不通过金属互连层254之外,BSI图像传感器250的外延层256可相似于FSI图像传感器200的外延层204。因为光不通过BSI图像传感器250中的金属互连层254的布线,所以光可能不被散射或阻挡至与FSI图像传感器200中所观测相同的程度。另外,与上文所描述的FSI图像传感器200对比,归因于光检测器262a及262b在金属互连层254上方的位置,BSI图像传感器250可能并不需要光管以引导光更深进入BSI图像传感器250中。因此,与FSI图像传感器(例如FSI图像传感器200)相比,BSI图像传感器250通常在检测到可见光时可体验较佳性能。然而,如上文所提及,使BSI图像传感器250能够有效地捕获可见光的薄配置还导致BSI图像传感器250与FSI图像传感器200一样良好地捕获NIR或IR光的能力的减损。具体地说,因为BSI图像传感器250的外延层256薄于FSI图像传感器200的外延层204,所以BSI图像传感器250可能不会与FSI图像传感器200一样良好地检测NIR或IR光,这是归因于NIR/IR光的波长相对较长。
本文中所描述的各种实施例涉及一种具有金属网光管的堆叠图像传感器,其改进了常规BSI及FSI图像传感器。堆叠图像传感器相比于个别BSI图像传感器及/或个别FSI图像传感器可提供优良的可见及/或NIR/IR光检测能力。本文中所描述的堆叠图像传感器可在单一图像传感器中包含相似于BSI图像传感器(或两个BSI图像传感器)及/或FSI图像传感器(或两个FSI图像传感器)的特征,以及额外特征。
图3A及3B绘示根据一些实施例的光管的三维视图。如图3A及3B中所展示,光管300可采取各种形状、大小及/或形式。举例来说,光管300可为圆形光管,如图3A中所描绘,或光管300可为正方形或矩形光管,如图3B中所描绘。光管300的形状及大小仅仅出于示范性目的且并不意指限制本发明。举例来说,虽然图3B的光管300被描绘为具有圆形拐角,但光管300可具有尖锐拐角。
光管300可包含由多个层302(例如第一层302a、第二层302b、第三层302c及第四层302d)形成的通道(例如中空管柱)。所述多个层302可形成光管300的边界。如图3A及3B中所描绘,每一层可沿着通道的轴线310(例如竖直轴线)与高于或低于另一层的所述层间隔开。举例来说,第二层302b安置于第一层302a上方并与第一层302a间隔开,第三层302c安置于第二层302b上方并与第二层302b间隔开,且第四层302d安置于第三层302c上方并与第三层302c间隔开。虽然图3A及3B的光管300被展示为具有4个层,但这仅仅出于说明的目的且并不意指限制本发明。光管300可包含任何数目个层。
所述多个层302可包含一或多个金属。一或多个金属可包含光学金属迹线及/或金属互连迹线(如上文参看图2A及2B所论述)。如本文中所使用及如上文所描述,金属互连迹线可为金属(例如铝(Al)、铝铜(AlCu),或对光具有高反射率的任何其它合适金属),其可充当用于其中包含光管300的图像传感器的电互连件(例如电源、接地、时钟、视频信号线等等)。换句话说,金属互连迹线可为导电的,这在于金属互连迹线传导电。如本文中所使用,光学金属迹线可为金属迹线(例如铝(Al)、铝铜(AlCu),或对光具有高反射率的任何其它合适金属),其不充当用于其中包含光管300的图像传感器的电互连件。换句话说,光学金属迹线可并不充当用于电的导体。因而,除了图像传感器的金属互连层内的现有金属互连迹线之外,光学金属迹线还可被称作“虚设”金属衬垫以有助于形成光管300。铜(Cu)或其它金属可用于金属互连迹线或光学金属迹线,但可归因于其低反射率而并非优选。如参看图2A及2B所描述,图像传感器的金属互连层已经包含金属互连迹线,然而每一个别金属互连迹线的位置可间隔开(例如竖直地及/或水平地)太远以独立地形成光管300。因而,可添加一或多个光学金属迹线以形成光管300的通道(例如中空管柱)。举例来说,可添加一或多个光学金属迹线,其中在个别金属互连迹线之间存在0.5微米或更大的空隙以形成光管300的通道(例如中空管柱)。
如图3A及3B中所展示,光管300的每一层302可连续或完全连接。即,第一层302a为具有围绕光管300的通道(例如中空管柱)的轴线310连续地延伸的第一周边的连续环。第二层302b为具有围绕光管300的通道(例如中空管柱)的轴线310连续地延伸的第二周边的连续环。第三层302c为具有围绕光管300的通道(例如中空管柱)的轴线310连续地延伸的第三周边的连续环。第四层302d为具有围绕光管300的通道(例如中空管柱)的轴线310连续地延伸的第四周边的连续环。在图3A及3B的实例中,每一层的周边相等(例如第一周边与第二周边相同/相等,等等)。图3A或3B中的层中无一者在个别层中的任一者内包含空隙或空间,从而使光管300的每一层302连续或完全连接。
每一连续层可由光学金属迹线及/或金属互连迹线制成。举例来说,所述多个层302中的每一者可为光学金属迹线。替代地,所述多个层302中的每一者可为金属互连迹线。在一些实施例中,所述多个层302中的每一者可变化。举例来说,一个层可为光学金属迹线,而剩余层为金属互连迹线,或反之亦然。在一些实施例中,第一层302a可为光学金属迹线,而第二层302b可为金属互连迹线,或反之亦然。第三层302c可为金属互连迹线,而第四层302d可为光学金属迹线,或反之亦然。
所述多个层302中的每一者可沿着通道的轴线310(例如竖直地,如图3A及3B中所展示)间隔开大于0.0微米的距离。在一些实施例中,沿着通道的轴线310的层之间的距离可小于或等于大约0.5微米,但这并不意指限制本发明,这是因为距离可大于0.5微米。如图3A及3B中所展示,所述多个层302中的每一者可由空隙304分隔(例如间隔开)。空隙304(例如第一层302a与第二层302b之间的304a、第二层302b与第三层302c之间的空隙304b,及第三层302c与第四层302d之间的空隙304c)中的每一者在距离(例如高度)方面可变化。举例来说,空隙304a可等于、小于或大于空隙304b及/或304c中的任一者。空隙304可包含金属互连层/光管形成于其中的介电层及/或衬底(例如SiO2)。以此方式,光管300可被认为金属网光管,这是因为所述多个层302并不彼此连接/耦合(例如并不竖直地彼此连接/耦合),使得围绕所述多个层302中的每一者的通道的轴线310延伸的周边形成光管300的通道(例如中空管柱)(例如形成光管300的边界),但所述管柱并不竖直连续地由金属(例如光学金属迹线或金属互连迹线)制成。更确切地,所述多个层302中的每一者沿着通道的轴线310由金属互连层/光管形成于其中的介电层及/或衬底(例如SiO2)分隔。因而,光管300的形成不需要使用高折射率材料。
换句话说,层(例如第一层302a)的顶部部分可与下一层(例如第二层302b)的底部部分间隔开。所述层(例如第二层302)的顶部部分可与下一层(例如第三层302c)的底部部分间隔开。层的顶部部分可与所述层的底部部分相对。层的顶部部分可指顶部表面、顶部边缘等等。层的底部部分可指底部表面、底部边缘等等。
在光管300包含于堆叠图像传感器(如下文更详细地所描述)内的一些实施例中,光管300可包含第一光管300a及第二光管300b。第一光管300a可包含于第一图像传感器的第一金属互连层内,且第二光管300b可包含第二图像传感器的第二金属互连层内。第二图像传感器可安置于第一图像传感器上方。第二光管300b可安置于第一光管300a上方。第一光管300a可包含由第一多个层(例如层302a及302b)形成的第一通道(例如第一中空管柱)。第二光管300b可包含由第二多个层(例如层302c及302d)形成的第二通道(例如第二中空管柱)。第一光管300a及第二光管300b可对准以形成围绕共同轴线(例如轴线310或未展示的不同轴线)的光管300的通道(例如中空管柱)。以此方式,光可从第二图像传感器的第二光检测器行进至第一图像传感器的第一光检测器。
在一些实施例(未展示)中,形成第一光管300a的第一通道(例如第一中空管柱)的第一多个层(例如层302a及302b)可具有围绕共同轴线(例如轴线310或未展示的不同轴线)延伸的第一周边,而第二多个层(例如层302c及302d)可具有围绕共同轴线(例如轴线310或未展示的不同轴线)延伸的第二周边。第一光管300a的第一周边可大于第二光管300b的第二周边。以此方式,及如下文将更详细地所论述,第一光管300a的顶部的开口可大于第二光管300b的底部的开口以便收集较多光(例如当从第二光检测器行进至第一光检测器时减小光耗损)。这仅仅出于示范性目的,这是因为所述多个层302中的任一者的周边大小可变化/渐缩,使得第一层302a的周边可等于、大于或小于第二层302b的周边,且第二层302b的周边可等于、大于或小于第三层302c的周边,等等。
图4A及4B绘示根据一些实施例的光管的三维视图。如图4A及4B中所展示,光管400可采取各种形状、大小及/或形式。举例来说,光管400可为圆形光管,如图4A中所描绘,或光管400可为正方形或矩形光管,如图4B中所描绘。光管400的形状及大小仅仅出于示范性目的且并不意指限制本发明。举例来说,虽然图4B的光管400被描绘为具有圆形拐角,但光管400可具有尖锐拐角。
除了光管400可包含由半连接(相对于如参看图3A及3B所论述的连续或完全连接)的多个层402(例如第一层402a、第二层402b、第三层402c及第四层402d)形成的通道(例如中空管柱)之外,光管400可相似于图3A及3B的光管300的结构。如图4A及4B中所描绘,每一层沿着轴线410(例如竖直轴线)与在另一层上方或下方的层间隔开。举例来说,第二层402b安置于第一层402a上方并与第一层402a间隔开,第三层402c安置于第二层402b上方并与第二层402b间隔开,且第四层402d安置于第三层402c上方并与第三层402c间隔开。虽然图4A及4B的光管400被展示为具有4个层,但这仅仅是说明性目的且并不意指限制本发明。光管400可包含任何数目个层。
形成光管400的通道(例如中空管柱)的所述多个层402中的一或多者可包含多个金属部分。举例来说,如图4A中所展示,第四层402d可包含多个金属部分404(例如金属部分404a、404b、404c及404d)。在另一实例中,如图4B中所展示,第四层402d可包含多个金属部分404(例如金属部分404a及404b)。第四层402d仅仅用于示范性目的,这是因为更易于看到图4A及4B中的第四层402d的金属部分之间的区别,然而,第一层402a可包含第一多个金属部分,第二层402b可包含第二多个金属部分,及/或等等。在一些实施例中,光管400的所述多个层402中的至少一者可具有连续周边(相似于图3A的周边),而光管400的所述多个层402中的至少一者可包含多个金属部分(例如相似于第四层402d)。所述多个层402中的任一者可包含数目与所述多个层402中的任何其它者的金属部分的数目相同的金属部分、数目大于任何其它者的金属部分数目的金属部分,或数目小于任何其它者的金属部分数目的金属部分。
单一层402中的所述多个金属部分可包含一或多个金属。所述一或多个金属可包含光学金属迹线及/或金属互连迹线(如上文所论述)。如图4A及4B中所展示,所述多个金属部分404中的每一金属部分包含多个边缘(例如边缘406及408)。举例来说且参看图4A,第四层402d可包含四个金属部分404(例如第一金属部分404a、第二金属部分404b、第三金属部分404c及第四金属部分404d)。第一金属部分404a可为光学金属迹线,而第二金属部分404b可为金属互连迹线。这仅仅出于示范性目的,且并不意指限制本发明。举例来说,第一金属部分404a可为金属互连迹线,而第二金属部分404b可为光学金属迹线。替代地,金属部分404a及404b两者可为相同金属(例如两个光学金属迹线或两个金属互连迹线)。上述情况适用于金属部分404c及404d,使得金属部分404c及404d中的任一者或两者可为光学金属迹线及/或金属互连迹线。参看图4B,第四层402d可包含两个金属部分404(例如第一金属部分404a及第二金属部分404b)。第一金属部分404a可为光学金属迹线,而第二金属部分404b可为金属互连迹线。这仅仅出于示范性目的,且并不意指限制本发明。举例来说,第一金属部分404a可为金属互连迹线,而第二金属部分404b可为光学金属迹线。替代地,金属部分404a及404b两者可为相同金属(例如两个光学金属迹线或两个金属互连迹线)。
参考图4A及4B,第一金属部分404a可包含第一边缘406a及第二边缘406b。如所展示,第一边缘406a与第二边缘406b相对,使得第一边缘406a及第二边缘406b在第一金属部分404a的相对末端(例如侧)上。相似地,第二金属部分404b可包含第三边缘408a及第四边缘408b。如所展示,第三边缘408a与第四边缘408b相对,使得第三边缘408a及第四边缘408b在第二金属部分404b的相对末端(例如侧)上。虽然图4A中未经由元件编号展示,但第三金属部分404c及第四金属部分404d可包含相似于第一金属部分404a及第二金属部分404b的边缘的边缘(例如侧)。术语第一、第二、第三、第四等等为易于描述层、层内的金属部分、金属部分的边缘/侧等等而使用,且并不意指限制本发明。
如图4A及4B中所展示,单一层402的每一金属部分404可与同一层402的其它金属部分404间隔开。举例来说,参看图4A,第一金属部分404a可为光学金属迹线且第二金属部分404b可为金属互连迹线。光学金属迹线(例如第一金属部分404a)的第一边缘404a可与金属互连迹线(例如第二金属部分404b)的第三边缘408a间隔开。相似地,金属互连迹线的第四边缘408b(例如第二金属部分404b)可与第三金属部分404c(例如光学金属迹线及金属互连迹线中的一者或两者)的边缘间隔开,而第三金属部分404c的相对末端/边缘可与第四金属部分404d(例如光学金属迹线及金属互连迹线中的一者或两者)间隔开。第四金属部分404d的相对末端可与光学金属迹线(例如第一金属部分404a)的第二边缘406b间隔开。
参看图4B,第一金属部分404a可为光学金属迹线且第二金属部分404b可为金属互连迹线。第一金属部分404a的第一边缘406a及第二边缘406b可与第一金属部分404a的第三边缘408a及第四边缘408b水平地(例如在同一平面上)间隔开。即,第一边缘406a及第三边缘408a可在同一层(例如第四层402d)内间隔开且第二边缘406b及第四边缘408b可在同一层(例如第四层402d)内间隔开。
单一层内的不同金属部分可间隔开,这是因为如果光学金属迹线直接耦合至金属互连迹线,那么光学金属迹线将变为图像传感器的电互连件的部分。因此,光学金属迹线的至少一个末端(例如边缘)不应耦合(例如附接、连接、固定、结合等等)至金属互连迹线。替代地,如果多个光学金属迹线经由边缘一起耦合于同一层内从而形成一串光学金属迹线,那么所述一串光学金属迹线的至少一个末端(例如边缘)不应耦合至同一层内的金属互连迹线。光学金属迹线不应影响由金属互连迹线建立的现有电连接。
单一层的所述多个金属部分(例如404a至404d)中的每一者可间隔开(例如在所述层内)大于0.0微米的距离。在一些实施例中,金属部分之间的距离可小于或等于大约0.5微米,但这并不意指限制本发明,这是因为距离可大于0.5微米。如图4A及4B中所展示,所述多个金属部分404中的每一者可由空隙410分隔开。空隙410中的每一者距离可变化。举例来说,单一层的2个金属部分之间的空隙410可等于、小于或大于同一层内的空隙410中的任何其它者或其它层的空隙。空隙410可包含金属互连层/光管形成于其中的介电层及/或衬底(例如SiO2)。虽然图4A及4B中未参考元件编号展示,但光管400可包含层之间的空隙,相似于图3A及3B的空隙304。以此方式,光管400可被认为金属网光管,这是因为所述多个层402并不彼此连接/耦合(例如彼此并不沿着轴线410竖直地连接/耦合),使得所述多个层402中的每一者的周边形成光管400的通道(例如中空管柱),但管柱并不竖直连续地由金属(例如光学金属迹线或金属互连迹线)制成。更确切地,所述多个层402中的每一者沿着轴线410由金属互连层/光管形成于其中的介电层及/或衬底(例如SiO2)分隔。因而,光管400的形成不需要使用高折射率材料。另外,如图4A及4B中所展示,围绕轴线410形成光管400的边界的单一层的所述多个金属部分的周边也可并不连续。在此实例中,当光管400的单一层402并不连续时,单一层402的周边可指跟踪围绕轴线410的层的整个长度/边界的距离,包含任何金属部分及所述层内的金属部分之间的任何空间或空隙。
图5A及5B绘示根据一些实施例的光管的三维视图。如图5A及5B中所展示,光管500可采取各种形状、大小及/或形式。举例来说,光管500可为圆形光管,如图5A中所描绘,或光管500可为正方形或矩形光管,如图5B中所描绘。光管500的形状及大小仅仅出于示范性目的且并不意指限制本发明。举例来说,虽然图5B的光管500被描绘为具有圆形拐角,但光管500可具有尖锐拐角。
光管500可相似于图3A及3B以及图4A及4B的光管300及400的结构,这在于光管500可包含由围绕轴线510(例如竖直轴线)延伸的多个层502(例如第一层502a、第二层502b、第三层502c及第四层502d)形成的通道(例如中空管柱),其中所述多个层502中的一或多者包含多个金属部分504(相似于图4A及4B的金属部分),但单一层中的所述多个金属部分504中的一或多者可耦合至单一层内的一个或多个其它金属部分。
参看图5A,第四层502d可包含至少6个金属部分。为易于描述而将论述金属部分504a、504b及504c。仅仅出于示范性目的,将假设金属部分504a为金属互连迹线,金属部分504b为光学金属迹线,且504c为金属互连迹线。相似于图4A及4B,金属部分504中的每一者包含至少第一边缘及第二边缘(例如有时被称为第三边缘及第四边缘)。如图5A中所展示,金属部分504b的边缘可耦合至504c的边缘。因而,光学金属迹线的边缘可耦合至金属互连迹线的边缘。如所展示,空隙可存在于第四层502d内的金属部分504b的另一边缘(例如与耦合至金属部分504c的边缘相对的边缘)与金属部分504a之间。相似地,空隙可存在于第四层502d内的金属部分504c的另一边缘(例如与耦合至金属部分504b的边缘相对的边缘)与金属部分504c之间。如上文所论述,可存在空隙,这是因为如果光学金属迹线直接耦合至金属互连迹线,那么光学金属迹线将变为图像传感器的电互连件的部分。光学金属迹线不应影响由金属互连迹线建立的现有电连接。因此,光学金属迹线的至少一个末端(例如边缘)不应耦合(例如附接、连接、固定、结合等等)至金属互连迹线。图5B相似地描绘当金属部分的相对末端/边缘与同一层内的下一金属部分间隔开时在两个金属部分中的每一者的单一边缘处耦合的两个金属部分(例如504a及504b)。仅仅出于说明的目的,金属部分504a可为光学金属迹线且504b可为金属互连迹线。替代地,504a可为金属互连迹线且504b可为光学金属迹线。
图6绘示根据一些实施例的光管的三维视图。如图6中所展示,光管600可采取各种形状、大小及/或形式。光管600可相似于图3A及3B、图4A及4B及/或图5A及5B的光管300、400及/或500的结构,这在于光管600可包含由围绕轴线610(例如竖直轴线)延伸的多个层602(例如第一层602a、第二层602b、第三层602c及第四层602d)形成的通道(例如中空管柱),其中所述多个层602中的一或多者包含多个金属部分604(相似于图4A及4B及图5A及5B的金属部分),但单一层中的所述多个金属部分604中的一或多者可耦合至单一层内的一个或多个其它金属部分(相似于图5A及5B的金属部分)。所述多个层602可彼此间隔开。
如图6中所展示,金属部分(例如作为光学金属迹线的金属部分604a)的边缘耦合至另一金属部分(例如为金属互连迹线的金属部分604b)(但未必在所述金属部分(例如金属部分604b)的边缘处),而非两个金属部分的两个边缘一起耦合于单一层中(例如如图5A及5B中所描绘,光学金属迹线的边缘耦合至金属互连迹线的边缘)。金属部分604a的另一末端/边缘可与金属部分604d(例如光学金属迹线或金属互连迹线)间隔开。另外,金属部分604c的末端可耦合至金属部分604d,但未必在金属部分604d的末端/边缘处。以此方式,可经由所述多个层602形成不同形状、大小及/或形式的光管600。
虽然图中未展示,但可涵盖的其它形状或形式的光管包含螺旋或螺线光管。光学金属迹线的放置可以现有金属互连迹线形成光管的通道(例如中空管柱)的螺线边界的此方式放置。
图7绘示包含金属网光管的图像传感器700的示范性实施例的横截面的侧视图。一般来说,图像传感器700可表示BSI图像传感器(例如图2B的BSI图像传感器250)及/或FSI图像传感器(例如图2A的FSI图像传感器200)的一些方面的组合,借此对应于BSI图像传感器的组件(例如第二传感器部分720)可定位于对应于FSI图像传感器的组件(例如第一传感器部分722)的顶部上。
图像传感器700可包含第一传感器部分722、第二传感器部分720及组合金属互连层702。第一传感器部分可包含第一衬底740、第一外延层704、第一光检测器714a及714b(各自对应于图像传感器700的传感器元件)、第一MOSFET 768、第一金属互连层718,以及第一光管716a及716b(各自对应于图像传感器700的传感器元件)。第二传感器部分720可包含第二外延层756、第二光检测器762a及762b(各自对应于图像传感器700的传感器元件)、第二MOSFET 766、第二金属互连层719,以及第二光管706a及706b(各自对应于图像传感器700的传感器元件)。在一些实施例中,图像传感器700可经配置以充分利用第二传感器部分720中的第二光检测器762a及762b以及第一传感器部分722中的第一光检测器714a及714b的存在,以有效地捕获可见光及IR/NIR光两者。
图像传感器700可包含微透镜760a及760b。在意欲捕获彩色图像的一些实施例中,图像传感器700可包含彩色滤光片758a及758b。如果图像传感器700为单色,那么彩色滤光片758a及758b可被省略。图像传感器700可包含一或多个光学滤波器770a及770b。一或多个光学滤波器可包含任何光学滤波器,其包含但不限于干涉滤波器、二向色滤波器、吸收性滤波器、单色滤波器、红外滤波器、紫外滤波器、长通滤波器、带通滤波器、短通滤波器及/或其它光学滤波器。如上文所描述,双带通滤波器可经配置以发送两个通带(例如频谱的两个部分,例如可见光及NIR/IR光)。仅仅出于示范性目的,光学滤波器770a及770b可被称作安置于图像传感器700内的双带通滤波器,但并不意指限制本发明。实例双带通滤波器包含DB940、DB850及/或其它双带通滤波器。在一些实施例中,光学滤波器770a及770b可指窄带通滤波器、红外滤波器、近红外滤波器或任何其它光学滤波器。在一些实施例中,光学滤波器770a可指一种类型的光学滤波器,而光学滤波器770b可指不同于第一类型的光学滤波器的第二类型的光学滤波器。
光730a及730b在由图像传感器700接收之前可包含源光(例如经由图1的光学发送器105发送的源光)的反射,及/或可包含来自外部光源的光(被反射或直接)。光730a及730b可包含:可包含在第一波长范围(例如与NIR/IR光相关联的波长范围)内的光的第一部分,及可包含在第二波长范围(例如与可见光相关联的波长范围)内的光的第二部分。第一及第二波长范围可不同,及/或第一及第二波长范围的部分可重叠。通过将光学滤波器770a及770b(例如双带通滤波器)安置于第二光检测器762a及762b上方(例如在第二传感器部分720的顶部上),光学滤波器770a及770b可经配置以发送在与光学滤波器770a及770b相关联的波长范围内的光730a及730b的第一部分及光730a及730b的第二部分,同时抑制在与光学滤波器770a及770b相关联的波长范围外部的光。
光学滤波器770a及770b可涂布于或嵌入于第二光检测器762a及762b上方(例如第二传感器部分720的顶部部分内),使得光学滤波器770a及770b可被认为在图像传感器700的“芯片上”。光学滤波器770a及770b的材料不受特别限制,只要光学滤波器770a及770b的材料可发送在适合于图像传感器700的波长内的光即可。举例来说,与光学滤波器770a及770b相关联的波长范围中的至少一者可对应于经由图1的光学发送器105发送的源光的波长。已由光学滤波器770a及770b滤波的光730a及730b接着可进入第二传感器部分720。以此方式,仅仅在与光学滤波器770a及770b相关联的波长范围内的光可经由光学滤波器770a及770b进入第二传感器部分720,例如可见光及/或NIR/IR光。
虽然图7被展示为具有紧接或直接在彩色滤光片758a及758b下面并紧接或直接在第二光检测器762a及762b顶部上安置的光学滤波器770a及770b的图像传感器700,但这仅仅出于示范性目的且并不意指限制本发明。光学滤波器770a及770b(例如双带通滤波器)可安置在第二光检测器762a及762b上方任何地方,使得光730a及730b在进入第二光检测器762a及762b之前被滤波。举例来说,在另一实例实施例中,光学滤波器770a及770b可紧接或直接在微透镜760a及760b下面并紧接或直接在彩色滤光片758a及758b的顶部上安置。在一些实施例中,当彩色滤光片758a及758b包含于图像传感器700内时,光学滤波器770a及770b可仅仅包含于图像传感器700内。在其它实施例中,图像传感器700可包含光学滤波器770a及770b,而不具有彩色滤光片758a及758b。在其它实施例中,光学滤波器770a及770b可安置于微透镜760a及760b上方。在此实施例中,微透镜760a及760b可包覆于具有低折射率的物质内,使得所述物质可形成平坦或大致上平坦表面以供光学滤波器770a及770b紧接或直接在包覆微透镜760a及760b的平坦或大致上平坦表面的顶部上或紧接或直接在包覆微透镜760a及760b的平坦或大致上平坦表面下方安置。
如上文所描述(例如参看图2B),微透镜760a及760b可经配置以聚焦进入图像传感器700的顶部的光730a及730b,彩色滤光片758a及758b可经配置以选择性地滤除光730a及730b的某些颜色,且光学滤波器770a及770b可经配置以选择性地滤除光730a及730b的某些波长,同时发送光730a及730b的某些波长。图像传感器700的第二传感器部分720可包含第二外延层756,其可能已经研磨或薄化至适合于接收可见光的厚度。举例来说,第二外延层756可具有大约三至五微米的厚度。第二外延层756可包含第二光检测器762a及762b。第二光检测器762a及762b可经配置以至少接收通过微透镜760a及760b、任选彩色滤光片758a及758b以及光学滤波器770a及770b的光730a及730b的第一部分。第二外延层756可经由第二MOSFET 766与组合金属互连层702电接触。
第二光检测器762a及762b可将至少接收到的可见光转换成经传送至组合金属互连层702的第二电信号。第二电信号可通过组合金属互连层702传递至可将第二电信号转换成第二数字信号的处理资源(未展示)。此第二数字信号可与例如来自图像传感器700中的其它传感器元件的其它数字信号组合以产生组合数字图像。
在一些实施例中,图像传感器700的组合金属互连层702可通过将第二传感器部分720的第二金属互连层719的底部部分贴附或结合至第一传感器部分722的第一金属互连层718的顶部部分而制造。举例来说,BSI图像传感器250(图2B)的金属互连层254的底部可物理地结合或耦合至FSI图像传感器200(图2A)的金属互连层208的顶部以形成组合金属互连层702。然而,不同于BSI图像传感器250的金属互连层254(例如如参看图2B所描述),组合金属互连层702可包含形成于组合金属互连层702的第二金属互连层719内以导引光730a及730b(特别是IR及/或NIR光)以从第二传感器部分720传递/行进至图像传感器700的第一传感器部分722的第二光管706a及706b。
图7中运用虚线描绘第二光管706a及706b的边界。第二光管706a及706b可包含如上文参看图3A、3B、4A、4B、5A、5B及6所描述的光管300至600中的任一者或任一者的部分。如图7中所展示,第二金属互连层719可包含一或多个金属互连迹线790(例如充当电互连件的金属迹线,例如电源、接地、时钟、视频信号线等等)。金属互连迹线790在图7内被描绘为网箱790。如图像传感器700的左侧及右侧所展示,大空隙/空间可存在于金属互连迹线790之间(例如在层之间或在层内)。为形成第二金属互连层719内的第二光管706a及706b的边界,可添加光学金属迹线792以填充金属互连迹线790之间的空隙。因而,第二光管706a及706b的通道(例如中空管柱)可由光学金属迹线及/或金属互连迹线的层形成。如图7中所展示,金属互连迹线790及光学金属迹线792绘示形成第二光管706a及706b的多个层(例如从上到下或从下到上)。举例来说,第二光管706a及706b被展示为具有三个层,然而可存在任何数目个层以形成第二光管706a及706b。可以相似方式形成第一光管716a及716b。
在一些实施例中,图像传感器700的第一传感器部分722可包含第一金属互连层718(例如组合金属互连层702的底部部分),其可对应于FSI图像传感器的金属互连层(例如如参看图2A所描述的金属互连层208)。因而,组合金属互连层702的底部部分(例如第一金属互连层718)可包含形成于组合金属互连层702的第一金属互连层718内的第一光管716a及716b。如图3中所展示,第二光管706a及706b可定位于第一光管716a及716b的顶部上。第一光管716a及716b以及第二光管706a及706b可在组合金属互连层702内形成空腔或通道(例如中空管柱),使得第一光管716a及716b以及第二光管706a及706b可将光730a及730b从第二光检测器762a及762b导引至第一光检测器714a及714b。
因为IR/NIR光的波长长于可见光,所以IR/NIR光可通过第二光检测器762a及762b而不被第二光检测器762a及762b检测。代替地,IR/NIR光(例如所接收到的光730a及730b的第一部分)可继续行进穿过光管706a、706b及716a、716b(例如分别为第二光管706a、706b及第一光管716a、716b)。在一些实施例中,光管706a、716a及706b、716b可经配置以控制IR/NIR光的方向性以便减小传感器元件之间的信号串扰。
第一光检测器714a及714b可经配置以至少接收光730a及730b的第一部分(例如NIR/IR光)。第一光检测器714a及714b可包含于或嵌入于第一传感器部分722的第一外延层704中。另外,第一外延层704可由第一衬底层740形成或耦合至第一衬底层740。第一外延层704可经由第一MOSFET 768与组合金属互连层702电接触。
在一些实施例中,第一光检测器714a的厚度可经配置为足够厚以确保IR/NIR光可被捕获/检测。举例来说,第一外延层704可经配置以具有八至二十微米的厚度。另外,虽然第一光检测器714a被描述为捕获IR/NIR光,但在一些实施例中,第一光检测器714a还可捕获已通过第二光检测器762a的可见光。第一光检测器714a可接收光的第一部分(例如IR/NIR光)的至少一部分并将其转换成第一电信号,所述第一电信号经由第一MOSFET 768传送至组合金属互连层702中并被驱动至处理资源(现在展示)。这些处理资源可将第一电信号转换成第一数字信号,其可与来自其它传感器部分的其它数字信号组合以产生组合数字图像。举例来说,第一数字信号及第二数字信号可组合以产生组合数字信号。数字图像接着可至少部分地基于组合数字信号而产生。
在一些实施例中,由第二光检测器762a、762b及第一光检测器714a、714b产生的第一电信号及第二电信号可组合以增加最终由这些信号产生的数字信号的质量。具体地说,因为第二光检测器762a、762b可经配置以对可见光特别敏感,且因为第一光检测器714a、714b可定位于图像传感器700内以有效地感测IR/NIR光,所以表示来自这些光检测器714a、714b及762a、762b的可见光及NIR/IR光两者的信号可组合并转换成数字图像。与使用仅仅一个传感器部分(例如仅仅一个FSI图像传感器或BSI图像传感器)产生的数字图像相比,此数字图像可反映可见光信息(例如白天视觉)及NIR/IR光信息(例如夜晚视觉)两者的较佳表示。另外,因为光检测器762a、762b及714a、714b检测来自同一环境及/或源的光,所以图像传感器700可归因于光学滤波器770a、770b抑制来自环境的任何不需要或非预期的光而在没有任何额外噪声的情况下有效地捕获两倍于常规图像传感器的光量。结果,图像传感器700可使用较小光检测器产生较多信息。
如上文所描述,图像传感器700的第二传感器部分720可被表征为具有与至少两个第二光检测器762a及762b对应的两个传感器元件。相似地,图像传感器700的第一传感器部分722可被表征为具有与至少两个第一光检测器714a及714b对应的两个传感器元件。在一些实施例中,第二传感器部分720的传感器元件及第一传感器部分722的对应传感器元件可对准。具体地说,在这些实施例中,第一传感器部分722的第一光检测器714a及714b以及第一光管716a及716b可与第二传感器部分720的第二光检测器762a及762b以及第二光管706a及706b对准以允许光730a及730b通过图像传感器700的传感器部分720及722两者。举例来说,第二传感器部分720的第二光检测器762a可与第一传感器部分722的第一光检测器714a对准,且第二传感器部分720的第二光管706a可与第一传感器部分的第一光管716a对准,以便使光730a能够由光检测器714a及762a两者捕获。
在一些实施例中,第一光管716a及第二光管706a可关于第一共同轴线对准。相似地,第一光管716b及第二光管706b可关于第二共同轴线对准。第一及第二共同轴线可不同。在一些实施例中,第一光检测器714a及第二光检测器762a可关于第三共同轴线对准。相似地,第一光检测器714b及第二光检测器762b可关于第四共同轴线对准。第三及第四共同轴线可不同。第一及第三共同轴线可相同或不同。第二及第四共同轴线可相同或不同。
图8绘示包含金属网光管的实例图像传感器800的横截面的侧视图。除了一或多个光学滤波器850a及850b可在图像传感器800内安置于第一光检测器814a及814b与第二光检测器862a及862b之间(例如一或多个光学滤波器850a及850b可在图像传感器800内安置于第一传感器部分822与第二传感器部分820之间),而非一或多个光学滤波器870a及870b安置于第二传感器部分的第二光检测器上方/顶部上(如参考图像传感器700所展示)之外,图像传感器800可相似于图7的图像传感器700。这仅仅出于示范性目的,且并不意指限制本发明。举例来说,图7的图像传感器700及/或图8的图像传感器800可包含两个光学滤波器。即,除了安置于第二光检测器862a及862b上方的图7的光学滤波器770a及770b(例如双带通滤波器)之外,图8的图像传感器800还可包含光学滤波器850a及850b。另外,除了安置于第二光检测器862a及862b与第一光检测器814a及814b之间的光学滤波器850a及850b之外,图7的图像传感器700还可包含光学滤波器770a及770b。
图像传感器800可包含第一传感器部分822及第二传感器部分820。第一传感器部分可包含第一衬底840、第一外延层804、第一光检测器814a及814b(各自对应于图像传感器800的传感器元件)、第一MOSFET 868、第一金属互连层818,以及第一光管816a及816b(各自对应于图像传感器800的传感器元件)。第二传感器部分820可包含第二外延层856、第二光检测器862a及862b(各自对应于图像传感器800的传感器元件)、第二MOSFET 866、第二金属互连层819,以及第二光管806a及806b(各自对应于图像传感器800的传感器元件)。在一些实施例中,图像传感器800可经配置以充分利用第二传感器部分820中的第二光检测器862a及862b以及第一传感器部分822中的第一光检测器814a及814b的存在,以有效地捕获可见光及IR/NIR光两者。
光830a及830b在由图像传感器800接收之前可包含源光(例如经由图1的光学发送器105发送的源光)的反射,及/或可包含来自外部光源的光(被反射或直接)。光830a及830b可包含:可包含在第一波长范围(例如与NIR/IR光相关联的波长范围)内的光的第一部分,及可包含在第二波长范围(例如与可见光相关联的波长范围)内的光的第二部分。第一及第二波长范围可不同,及/或第一及第二波长范围的部分可重叠。
图像传感器800可包含微透镜860a及860b。在意欲捕获彩色图像的一些实施例中,图像传感器800可包含彩色滤光片858a及858b。如果图像传感器800为单色,那么彩色滤光片858a及858b可被省略。如上文所描述,微透镜860a及860b可经配置以聚焦进入图像传感器800的顶部的光830a及830b,且彩色滤光片858a及858b可经配置以选择性地滤除光830a及830b的某些颜色。图像传感器800的第二传感器部分820可包含第二外延层856,其可能已经研磨或薄化至适合于接收可见光的厚度。举例来说,第二外延层856可具有大约三至五微米的厚度。第二外延层856可包含第二光检测器862a及862b,其可经配置以至少接收已通过微透镜860a及860b及任选彩色滤光片858a及858b的第一部分光830a及830b。如上文所论述,第二光检测器862a及862b可包含于或嵌入于第二外延层856中。第二外延层856可经由第二MOSFET 866与组合金属互连层802电接触。
第二光检测器862a及862b可经配置以将光的至少接收到的第二部分(例如可见光)转换成经传送至组合金属互连层802的第二电信号。第二电信号可通过组合金属互连层802传递至可将第二电信号转换成第二数字信号的处理资源(未展示)。此第二数字信号可与例如来自图像传感器800中的其它传感器元件的其它数字信号组合以产生组合数字图像。
在一些实施例中,图像传感器800的组合金属互连层802可通过将第二传感器部分820的第二金属互连层819的底部部分贴附或结合至第一传感器部分822的第一金属互连层818的顶部部分而制造。举例来说,BSI图像传感器250(图2B)的金属互连层254的底部可物理地结合或耦合至FSI图像传感器200(图2A)的金属互连层208的顶部以形成组合金属互连层802。然而,不同于BSI图像传感器250的金属互连层254(例如如参看图2B所描述),组合金属互连层802可包含形成于组合金属互连层802的第二金属互连层818内以导引光830a及830b(特别是IR或NIR光)以从第二传感器部分820传递/行进至图像传感器800的第一传感器部分822的第二光管806a及806b。
图8中运用虚线描绘第二光管806a及806b的边界。第二光管806a及806b可包含如上文参看图3A、3B、4A、4B、5A、5B及6所描述的光管300至600中的任一者或任一者的部分。如图8中所展示,第二金属互连层819可包含一或多个金属互连迹线890(例如充当电互连件的金属迹线,例如电源、接地、时钟、视频信号线等等)。金属互连迹线890在图8内被描绘为网箱890。如图像传感器800的左侧及右侧所展示,大空隙/空间可存在于金属互连迹线890之间(例如在层之间或在层内)。为形成第二金属互连层819内的第二光管806a及806b的边界,可添加光学金属迹线892以填充金属互连迹线890之间的空隙。因而,第二光管806a及806b的通道(例如中空管柱)可由光学金属迹线及/或金属互连迹线的层形成。如图8中所展示,金属互连迹线890及光学金属迹线892绘示形成第二光管806a及806b的多个层(例如从上到下或从下到上)。举例来说,第二光管806a及806b被展示为具有三个层,然而可存在任何数目个层以形成第二光管806a及806b。可以相似方式形成第一光管816a及816b。
在一些实施例中,图像传感器800的第一传感器部分822可包含第一金属互连层818(例如组合金属互连层802的底部部分),其可对应于FSI图像传感器的金属互连层(例如如参看图2A所描述的金属互连层208)。因而,组合金属互连层802的底部部分(例如第一金属互连层818)可包含形成于组合金属互连层802的第一金属互连层818内的第一光管816a及816b。如图8中所展示,第二光管806a及806b可定位于第一光管816a及816b的顶部上。第一光管816a、816b及第二光管806a、806b可在组合金属互连层802内形成空腔或通道(例如中空管柱),且可将光830a及830b从第二光检测器862a及862b导引至第一光检测器814a及814b。
在图8的示范性实施例中,图像传感器800可包含安置于第一光检测器816a及816b与第二光检测器862a及862b之间的一或多个光学滤波器850a及850b。一或多个光学滤波器可包含任何光学滤波器,其包含但不限于干涉滤波器、二向色滤波器、吸收性滤波器、单色滤波器、红外滤波器、紫外滤波器、长通滤波器、带通滤波器、短通滤波器及其它滤波器。如上文所描述,IR及/或NIR带通滤波器可经配置以发送与NIR及/或IR频谱相关联的窄通带(例如NIR/IR光)。仅仅出于示范性目的,光学滤波器850a及850b可被称作安置于图像传感器800内的IR或NIR带通滤波器,但并不意指限制本发明。实例窄带通滤波器可包含830纳米、940纳米及/或其它窄带通滤波器。在一些实施例中,光学滤波器850a及850b可指双带通滤波器或任何其它滤波器。在一些实施例中,光学滤波器850a可指一种类型的滤波器,而光学滤波器850b可指不同于第一类型的滤波器的第二类型的滤波器。
光学滤波器850a及850b(例如IR或NIR窄带通滤波器)可安置于第一光检测器816a及816b与第二光检测器862a及862b之间。举例来说,光学滤波器850a及850b可安置于第一传感器部分822的第一金属互连层818(包含第一光管816a及816b)的顶部上,使得光学滤波器850a及850b可安置于第一金属互连层818及/或第一光管816a及816b的顶部上。光学滤波器850a及850b可嵌入于第一光管816a及816b内。替代地,光学滤波器850a及850b可安置于第二传感器部分820的第二金属互连层819(包含第二光管806a及806b)的底部上,使得光学滤波器850a及850b可安置于第二金属互连层819及/或第二光管806a及806b的底部上。光学滤波器850a及850b可嵌入于第二光管806a及806b内。通过将光学滤波器850a及850b(例如IR或NIR窄带通滤波器)安置于第一光检测器816a及816b与第二光检测器862a及862b之间,光学滤波器850a及850b可发送在与光学滤波器850a及850b相关联的波长范围内的光830a及830b的第一部分(例如NIR/IR光)(例如NIR或IR光),同时在光830a及830b的第一部分(例如NIR/IR光)进入第一光检测器814a及814b之前抑制在与光学滤波器850a及850b相关联的波长范围外部的光。
光学滤波器850a及850b可在结合第一传感器部分822及第二传感器部分820之前涂布于或嵌入于第一传感器部分822的第一金属互连层818的顶部部分内,使得光学滤波器850a及850b可被认为在图像传感器800的“芯片上”。替代地,光学滤波器850a及850b可在结合第一传感器部分822及第二传感器部分820之前涂布于或嵌入于第二传感器部分820的第二金属互连层819的底部部分内,使得光学滤波器850a及850b可被认为在图像传感器800的“芯片上”。光学滤波器850a及850b可在形成第一光管816a及816b或第二光管806a及806时涂布于或嵌入于第一光管816a及816b或第二光管806a及806内,使得光学滤波器850a及850b可被认为在图像传感器800的“芯片上”。替代地,光学滤波器850a及850b可在结合第一传感器部分822及第二传感器部分820时涂布于或嵌入于第一传感器部分822与第二传感器部分820之间,使得光学滤波器850a及850b可被认为在图像传感器800的“芯片上”。光学滤波器850a及850b的材料不受特别限制,只要光学滤波器850a及850b的材料发送在适合于图像传感器800的波长内的光即可。举例来说,与光学滤波器850a及850b相关联的波长范围中的至少一者可对应于经由图1的光学发送器105发送的源光的波长。
虽然图8被展示为具有分别安置于第二光管806a与第一光管816a之间的光学滤波器850a,及分别安置于第二光管806b与第一光管816b之间的光学滤波器850b的图像传感器800,但这仅仅出于示范性目的且并不意指限制本发明。举例来说,在另一实例实施例中,光学滤波器850a及850b可紧接或直接在第一光管816a及816b下面并紧接或直接在第一光检测器814a及814b的顶部上安置。在一些实施例中,当彩色滤光片858a及858b不包含于图像传感器800内时,及/或当光学滤波器770a及770b(例如图7的双带通滤波器)不包含于图像传感器800内时,光学滤波器850a及850b可仅仅包含于图像传感器800内。在其它实施例中,可涵盖光学滤波器850a及850b可紧接或直接在第二光管806a及806b上方或顶部上并紧接或直接在第二光检测器862a及862b下方安置。
已由光学滤波器850a及850b滤波的光830a及830b接着可从第二传感器部分820进入第一传感器部分822。以此方式,仅仅在与光学滤波器850a及850b相关联的波长范围内的光可经由光学滤波器850a及850b进入第一传感器部分822,例如NIR及/或IR光。第一光检测器814a及814b可经配置以至少接收光830a及830b的第一部分。第一光检测器814a及814b可包含于或嵌入于第一传感器部分822的第一外延层804中。另外,第一外延层804可由第一衬底层840形成或耦合至第一衬底层840。第一外延层804可经由第一MOSFET 868与组合金属互连层802电接触。
因为IR/NIR光的波长长于可见光,所以IR/NIR光可通过第二光检测器862a及862b而不被第二光检测器862a及862b检测。代替地,IR/NIR光(例如所接收到的光830a及830b的第一部分)可继续行进穿过光管806a、806b及816a、816b(例如分别为第二光管806a、806b及第一光管816a、816b)。在一些实施例中,光管806a、806b及816a、816b可经配置以控制IR/NIR光的方向性以便减小传感器元件之间的信号串扰。另外,光管806a、806b及816a、816b可形成准直导引以减小光的第一部分(例如IR/NIR光)可照在/入射于光学滤波器850a上的入射角。
在通过光管806a及816a之后,IR/NIR光可入射于光学滤波器850a上。当光以大于阈值的入射角照在光学滤波器上时,一些光学滤波器造成光偏移波长。在此情况下,意欲由图像传感器检测的光被抑制。第二光管806a及806b有助于准直IR/NIR光以减小IR/NIR光照在光学滤波器850a及850b上的入射角。如上文所论述,安置于第一光管816a、816b与第二光管806a、806b之间的光学滤波器850a及850b仅仅出于示范性目的,这是因为光学滤波器850a、850b可安置于第一光检测器814a、814b与第二光检测器862a、862b之间的任何地方(例如紧接在第二光检测器862a、862b下方或紧接在第一光检测器814a、814b上方或嵌入于第一光管816a、816b或第二光管806a、806b内的某处)。
在光由光学滤波器850a、850b(例如IR/NIR窄带通滤波器)滤波之后,第一光检测器814a、814b可经配置以至少接收光的第一部分(例如IR/NIR光)。在一些实施例中,第一光检测器814a、814b的厚度可经配置为足够厚以确保IR/NIR光可被捕获/检测。举例来说,第一外延层804可经配置以具有八至二十微米的厚度。第一光检测器814a、814b可接收光的第一部分(例如IR/NIR光)的至少一部分并将其转换成第一电信号,所述第一电信号经由第一MOSFET 868传送至组合金属互连层802中并被驱动至处理资源(现在展示)。这些处理资源可将第一电信号转换成可与来自其它传感器部分的其它数字信号组合以产生组合数字图像的第一数字信号。举例来说,第一数字信号及第二数字信号可组合以产生组合数字信号。数字图像接着可至少部分地基于组合数字信号而产生。
在一些实施例中,由第二光检测器862a、862b及第一光检测器814a、814b产生的第一电信号及第二电信号可组合以增加最终由这些信号产生的数字信号的质量。具体地说,因为第二光检测器862a、862b可经配置以对可见光特别敏感,且因为第一光检测器514a、514b可定位于图像传感器800内以有效地感测IR/NIR光,所以表示来自这些光检测器814a、814b及862a、862b的可见光及NIR/IR光两者的信号可组合并转换成数字图像。与使用仅仅一个图像传感器产生的数字图像相比,此数字图像可反映可见光信息(例如白天视觉)及NIR/IR光信息(例如夜晚视觉)两者的较佳表示。另外,因为光检测器862a、862b及814a、814b检测来自同一环境及/或源的光,所以图像传感器800可归因于光学滤波器850a、850b抑制来自环境的任何不需要或非预期的光而在没有任何额外噪声的情况下有效地捕获两倍于常规图像传感器的光量。结果,图像传感器800可使用较小光检测器产生较多信息。
如上文所描述,图像传感器800的第二传感器部分820可被表征为具有与至少两个第二光检测器862a及862b对应的两个传感器元件。在一些实施例中,第一光管816a及第二光管806a可关于第一共同轴线对准。相似地,第一光管816b及第二光管806b可关于第二共同轴线对准。第一及第二共同轴线可不同。在一些实施例中,第一光检测器814a及第二光检测器862a可关于第三共同轴线对准。相似地,第一光检测器814b及第二光检测器862b可关于第四共同轴线对准。第三及第四共同轴线可不同。第一及第三共同轴线可相同或不同。第二及第四共同轴线可相同或不同。
图9为根据一些实施例的经由图像传感器捕获图像的方法的流程图。方法900可在框902处开始且继续进行至框904。在框904处,方法900可发送源光。如参看图1所论述,源光可经由光学发送器发送。方法900接着可继续进行至框906。在框906处,方法900可接收包含源光的反射的光。所接收到的光可包含来自外部源的光。如参看图1所论述,所接收到的光可在光学接收器处接收。光学接收器可包含图像传感器,本文中所描述的图像传感器中的此任一者。方法900可在框908处结束。
图10为根据一些实施例的经由图像传感器捕获图像的方法的流程图。方法1000可在框1002处开始且继续进行至框1004。在框1004处,方法1000可从第一电信号产生第一数字信号。如本文中所描述,光可在包含于图像传感器的第一传感器部分内的第一光检测器处接收。第一光检测器可将所接收到的光的至少一部分转换成第一电信号。可从第一电信号产生第一数字信号。方法1000接着可继续进行至框1006。在框1006处,方法1000可从第二电信号产生第二数字信号。如本文中所描述,光可在包含于图像传感器的第二传感器部分内的第二光检测器处接收。第二光检测器可将所接收到的光的至少一部分转换成第二电信号。可从第二电信号产生第二数字信号。方法1000接着可继续进行至框1008。在框1008处,方法1000可基于第一数字信号及第二数字信号产生组合数字信号。方法1000接着可继续进行至框1010。在框1010处,方法1000可基于组合数字信号产生数字图像。方法1000可在框1012处结束。
图11绘示根据一些实施例的图像传感器1100的俯视图。具体地说,图像传感器1100可经布置为传感器元件1102a、1102b、1102c及1102d的2×2阵列。在一些实施例中,传感器元件1102a至1102d的阵列可与通过将某些彩色滤光片选择性地放置于阵列中的单元中的每一者上而形成的各种彩色滤光片阵列或彩色滤光片嵌合体中的一者对应。举例来说,传感器元件1102a至1102d的阵列可对应于拜耳滤波器,其中传感器元件1102a及1102d包含选择性地允许仅仅在绿色频谱中的光通过的彩色滤光片,传感器单元1102b可选择性地允许仅仅在红色、NIR或IR频谱中的光通过,且传感器单元1102c可选择性地允许仅仅在蓝色频谱中的光通过。替代地,传感器元件1102a、1102b、1102c及1102d可被配置有不同彩色滤光片阵列,例如青色-黄色-黄色-洋红(CYYM)滤波器。另外,如上文所描述,图像传感器1100的传感器元件1102a至1102d中的每一者可与包含于第二传感器部分(未展示)中的至少一个光检测器(未展示)及包含于第一传感器部分(未展示)中的对应光检测器(未展示)对应。
虽然图像传感器1100在图11中被绘示为具有传感器元件1102a至1102d的2×2阵列,但图像传感器1100可被配置有以传感器元件的二维阵列形式布置的一或多个传感器元件中的任意数目个传感器元件。举例来说,图像传感器1100可包含传感器元件的1×1、640×480或4000×3000矩阵。
图12描绘根据各种实施例的包含图像传感器1218的装置1200(例如在本文中被称为图像处理装置)的一般架构。图12中所描绘的图像处理装置1200的一般架构包含可用于实施本发明的方面的计算机硬件及软件组件的布置。图像处理装置1200可包含比图12中所展示的那些元件更多(或更少)的元件。然而,没有必要展示所有这些通常常规的元件以便提供令人能够实现的揭示内容。尽管各个组件被绘示为单独组件,但在一些实例中所述组件中的两者或多于两者可组合以形成***单芯片(SoC)。图12中所绘示的各种组件可形成于一或多种微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)或其它等效集成或离散逻辑电路中。
如所绘示,图像处理装置1200(例如在本文中被称为图像处理装置)可包含处理单元1204、任选网络接口1206、任选计算机可读媒体驱动器1208、输入/输出装置接口1210、任选显示器1220及任选输入装置1222,其皆可借助于通信总线1223彼此通信。通信总线1223可为多种总线结构中的任一者,例如第三代总线(例如超传输(HyperTransport)总线或无线带宽(InfiniBand)总线)、第二代总线(例如高级图形端口总线、***组件互连(PCI)快速总线,或高级可扩展接口(AXI)总线),或另一类型的总线或装置互连件。应注意,图12中所展示的不同组件之间的总线及通信接口的特定配置仅是示范性的,且装置的其它配置及/或具有相同或不同组件的其它图像处理装置可用以实施本发明的技术。
处理单元1204可包括控制图像处理装置1200的操作的通用或专用处理器。网络接口1206可提供对一或多个网络或计算***的连接性。举例来说,处理单元1204可经由一或多个网络(未展示)从其它计算***或服务接收信息及指令及/或将信息及指令传送至其它计算***或服务。处理单元1204还可向存储器1212传达及从存储器1212传达,且可进一步经由输入/输出装置接口1210为任选显示器1220提供输出信息。
任选显示器1220可在图像处理装置1200外部,或在一些实施例中,可为图像处理装置1200的部分。显示器1220可包括LCD、LED或OLED屏幕,且可实施触敏式技术。输入/输出装置接口1210还可从任选输入装置1222(例如键盘、鼠标、数字笔、麦克风、触摸屏、手势识别***、语音识别***,或所属领域中已知的另一输入装置)接收输入。
存储器1212可包含处理单元1204可执行以便执行各种操作的计算机或处理器可执行指令(在一些实施例中被分组为模块或组件)。存储器1212通常可包含随机存取存储器(“RAM”)、只读存储器(“ROM”),及/或其它持久性辅助或非暂时性计算机可读媒体。存储器1212可存储提供计算机程序指令以供处理单元1204用于图像处理装置1200的一般管理及操作的操作***1214。存储器1212可进一步包含计算机程序指令及其它信息以用于实施本发明的方面。另外,存储器1212可与任选远程数据存储装置1224通信。
在一些实施例中,存储器1212可存储或包含在图像处理装置1200上获得的图像1216的数字表示。在一些实施例中,存储于存储器1212中的图像1216可包含使用图像传感器1218(例如本文中所描述的任何图像传感器)捕获的图像。图像处理装置1200可包含图1的光学发送器105,在图12中被展示为光学发送器1230。图1的光学接收器104可包含图像传感器1218。图像传感器1218可将可见、NIR或IR光转换成数字信号,其可作为一或多个图像存储于存储器1212中。图像可以一或多个图像文件格式(例如位图或光栅格式(例如JPEG、GIF及BMP)或向量图形格式(例如可缩放向量图形或“SVG”格式))存储。在一些实施例中,图像1216可包含经由网络接口1206在网络(未展示)上接收的图像。在这些实例中,图像1216可包含从网站、网络装置或任选远程数据存储装置1224接收的图像文件。
在一些实施例中,处理单元1204可利用输入/输出装置接口1210以在显示器1220上显示或输出图像。举例来说,处理单元1204可促使输入/输出装置接口1210向图像处理装置1200的用户显示图像1216中的一者。
具体实施方式涉及本发明的某些特定实施例。然而,可以许多不同方式来体现本发明。应显而易见,可以广泛多种形式来体现本文中的方面,且本文中所揭示的任何特定结构、功能或两者仅为代表性的。基于本文中的教示,所属领域的技术人员应了解,可独立于任何其它方面来实施本文中所揭示的方面,且可以各种方式来组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说,使用本文中所阐述的任何数目个方面,可实施设备或可实践方法。另外,使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的或不同于本文中所阐述的方面中的一或多者的其它结构、功能性或结构与功能性,可实施此设备或可实践此方法。
应理解,根据本文中所描述的任何特定实施例可能未必实现所有目标或优势。因此,举例来说,所属领域的技术人员将认识到,某些实施例可经配置以按照如本文中所教示来实现或优化一个优势或一组优势而不一定实现本文中可能教示或推荐的其它目标或优势的方式来操作。
本文中所描述的所有过程可体现于由包含一或多个计算机或处理器的计算***执行的软件代码模块中,并经由所述软件代码模块而完全自动化。代码模块可存储于任何类型的非暂时性计算机可读媒体或其它计算机存储装置中。一些或全部方法可体现于专用计算机硬件中。
除了本文中所描述的那些变化之外的许多其它变化将从本发明显而易见。举例来说,取决于实施例,本文中所描述的算法中的任一者的某些动作、事件或功能可以不同序列被执行、可被添加、合并或完全省去(例如并非所有所描述动作或事件为实践算法所必要)。此外,在某些实施例中,动作或事件可例如经由多线程处理、中断处理或多个处理器或处理器核心或在其它并行架构上同时而非按顺序执行。另外,不同任务或过程可由不同机器及/或计算***(其可共同起作用)执行。
结合本文中所揭示的实施例描述的各种说明性逻辑块及模块可由例如以下各者的机器实施或执行:处理单元或处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件,或经设计以执行本文中所描述的功能的其任何组合。处理器可为微处理器,但在替代方案中,处理器可为控制器、微控制器或状态机、其组合,或其类似者。处理器可包含经配置以处理计算机可执行指令的电气电路。在另一实施例中,处理器包含FPGA或在没有处理计算机可执行指令的情况下执行逻辑运算的其它可编程装置。处理器还可被实施为计算装置的组合,例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核心的一或多个微处理器,或任何其它此类配置。本文中主要关于数字技术进行描述,但处理器还可包含主要模拟组件。计算环境可包含任何类型的计算机***,包含但不限于基于微处理器的计算机***、大型主机计算机、数字信号处理器、便携式计算装置、装置控制器,或电气设备内的计算引擎,仅举几例。
除非另有特定陈述,否则条件性语言(例如“可”、“可以”、“可能”或“也许”)在上下文中应被另外理解为大体上用以传达某些实施例包含而其它实施例不包含某些特征、元件及/或步骤。因此,此条件性语言大体上并非意欲暗示特征、元件及/或步骤无论如何是一或多种实施例所需要的,或一或多种实施例必定包含用于在具有或不具有用户输入或提示的情况下决定这些特征、元件及/或步骤是包含于任一特定实施例中还是有待于在任一特定实施例中执行的逻辑。
除非另有特别陈述,否则分离性语言(例如短语“X、Y或Z中的至少一者”)在上下文中应被另外理解为大体上用于呈现项目、项等等可为X、Y或Z,或其任何组合(例如X、Y及/或Z)。因此,此分离性语言大体上并非意欲且不应暗示某些实施例需要X中的至少一者、Y中的至少一者或Z中的至少一者各自存在。
术语“确定”涵盖多种动作,且因此“确定”可包含运算(calculating)、计算(computing)、处理、导出、研究、查找(例如在表、数据库或另一数据结构中查找)、查明及其类似者。此外,“确定”可包含接收(例如接收信息)、存取(例如存取存储器中的数据)及其类似者。此外,“确定”可包含分辨、选择、挑选、建立及其类似者。
除非另有明确指定,否则短语“基于”并不意指“仅基于”。换句话说,短语“基于”描述“仅基于”及“至少基于”两者。
本文中所描述及/或附图中所描绘的流程图中的任何过程描述、元件或块应被理解为潜在地表示代码的模块、片段或部分,其包含用于在过程中实施特定逻辑功能或元件的一或多个可执行指令。替代实施方案包含于本文中所描述的实施例的范围内,其中不同于所展示或论述的情形,可无序地删除、执行元件或功能,包含大致上同时或以相反次序执行,这取决于所涉及的功能性,这将为所属领域的技术人员所理解。
除非另有明确陈述,否则例如“一”的数词应被大体上解释为包含一或多个所描述项目。因此,例如“经配置以...的装置”的短语意欲包含一或多个所叙述装置。此类一或多个所叙述装置还可共同地经配置以进行所陈述的叙述。举例来说,“经配置以进行叙述A、B及C的处理器”可包含结合经配置以进行叙述B及C的第二处理器起作用的经配置以进行叙述A的第一处理器。
应强调,可对上文所描述的实施例进行许多变化及修改,其元素应被理解为在其它可接受的实例中。所有这些修改及变化欲包含于本文中,在本发明的范围内且受所附权利要求书保护。
Claims (30)
1.一种装置,其包括:
第一传感器部分,其包含第一光检测器;
第二传感器部分,其包含第二光检测器;及
在所述第一光检测器与所述第二光检测器之间的组合金属互连层,所述组合金属互连层形成包含由多个层形成的通道的光管,所述多个层包含:
第一层;及
第二层,其沿着所述通道的轴线与所述第一层间隔开。
2.根据权利要求1所述的装置,其中所述第一层包含第一多个金属部分,所述第一多个金属部分包含光学金属迹线的第一金属部分及金属互连迹线的第二金属部分。
3.根据权利要求2所述的装置,其中所述光学金属迹线包含多个边缘,所述多个边缘包含第一边缘及与所述第一边缘相对的第二边缘,且所述金属互连迹线包含多个边缘,所述多个边缘包含第三边缘及与所述第三边缘相对的第四边缘。
4.根据权利要求3所述的装置,其中所述光学金属迹线的所述第一边缘耦合至所述金属互连迹线的所述第三边缘,且所述光学金属迹线的所述第二边缘与所述金属互连迹线的所述第四边缘间隔开。
5.根据权利要求3所述的装置,其中所述光学金属迹线的所述第一边缘与所述金属互连迹线的所述第三边缘间隔开。
6.根据权利要求3所述的装置,其中所述光学金属迹线的所述第一边缘及所述第二边缘与所述金属互连迹线的所述第三边缘及所述第四边缘间隔开。
7.根据权利要求3所述的装置,其中所述光学金属迹线的所述第一边缘耦合至所述金属互连迹线,且所述光学金属迹线的所述第二边缘与所述金属互连迹线间隔开。
8.根据权利要求3所述的装置,其中所述金属互连迹线的所述第三边缘耦合至所述光学金属迹线,且所述金属互连迹线的所述第四边缘与所述光学金属迹线间隔开。
9.根据权利要求1所述的装置,其中所述第二层包含第二多个金属部分,所述第二多个金属部分包含光学金属迹线的第一金属部分及金属互连迹线的第二金属部分。
10.根据权利要求1所述的装置,其中所述第一层包含第一光学金属迹线且所述第二层包含第二光学金属迹线。
11.根据权利要求1所述的装置,其中所述第一层包含第一金属互连迹线且所述第二层包含第二金属互连迹线。
12.根据权利要求1所述的装置,其中所述第一层的第一周边围绕所述通道的所述轴线连续地延伸,且所述第二层的第二周边围绕所述通道的所述轴线连续地延伸。
13.根据权利要求12所述的装置,其中所述第一周边等于所述第二周边。
14.根据权利要求1所述的装置,其中所述第二层与所述第一层间隔开大于0.0微米且小于或等于大约0.5微米的距离。
15.根据权利要求1所述的装置,其中所述组合金属互连层包含在所述第一传感器部分内的第一金属互连层及在所述第二传感器部分内的第二金属互连层。
16.根据权利要求15所述的装置,其中所述光管包含:第一光管,其包含由所述第一金属互连层内的第一多个层形成的第一通道;及第二光管,其包含由所述第二金属互连层内的第二多个层形成的第二通道。
17.根据权利要求16所述的装置,其中形成所述第一光管的所述第一通道的所述第一多个层具有围绕所述轴线延伸的第一周边,且形成所述第二光管的所述第二通道的所述第二多个层具有围绕所述轴线延伸的第二周边,其中所述第一周边大于所述第二周边。
18.根据权利要求1所述的装置,其进一步包括:
光学发送器,其经配置以发送源光;及
光学接收器,其经配置以接收所述源光的反射,所述光学接收器包含所述第一传感器部分及所述第二传感器部分。
19.根据权利要求1所述的装置,其进一步包括:
处理器。
20.根据权利要求19所述的装置,其中所述处理器经配置以:
从第一电信号产生第一数字信号;
从第二电信号产生第二数字信号;
基于所述第一数字信号及所述第二数字信号产生组合数字信号;及
基于所述组合数字信号产生数字图像。
21.一种方法,其包括:
经由光学接收器接收光,所述光学接收器包含图像传感器,所述图像传感器包含:
第一传感器部分,其包含第一光检测器;
第二传感器部分,其包含第二光检测器;
在所述第一光检测器与所述第二光检测器之间的组合金属互连层,所述组合金属互连层形成包含由多个层形成的通道的光管,所述层包含:
第一层;及
第二层,其沿着所述通道的轴线与所述第一层间隔开。
22.根据权利要求21所述的方法,其进一步包括:
经由光学发送器发送源光,其中所述光学接收器接收所述源光的反射。
23.根据权利要求21所述的方法,其进一步包括:
经由处理器从第一电信号产生第一数字信号;
经由所述处理器从第二电信号产生第二数字信号;
经由所述处理器基于所述第一数字信号及所述第二数字信号产生组合数字信号;及
经由所述处理器基于所述组合数字信号产生数字图像。
24.根据权利要求21所述的方法,其中所述第一层包含第一多个金属部分,所述第一多个金属部分包含光学金属迹线的第一金属部分及金属互连迹线的第二金属部分。
25.根据权利要求24所述的方法,其中所述光学金属迹线包含多个边缘,所述多个边缘包含第一边缘及与所述第一边缘相对的第二边缘,且所述金属互连迹线包含多个边缘,所述多个边缘包含第三边缘及与所述第三边缘相对的第四边缘。
26.根据权利要求25所述的方法,其中所述光学金属迹线的所述第一边缘耦合至所述金属互连迹线的所述第三边缘,且所述光学金属迹线的所述第二边缘与所述金属互连迹线的所述第四边缘间隔开。
27.根据权利要求25所述的方法,其中所述光学金属迹线的所述第一边缘与所述金属互连迹线的所述第三边缘间隔开。
28.根据权利要求25所述的方法,其中所述光学金属迹线的所述第一边缘及所述第二边缘与所述金属互连迹线的所述第三边缘及所述第四边缘间隔开。
29.根据权利要求25所述的方法,其中所述光学金属迹线的所述第一边缘耦合至所述金属互连迹线,且所述光学金属迹线的所述第二边缘与所述金属互连迹线间隔开。
30.根据权利要求25所述的方法,其中所述金属互连迹线的所述第三边缘耦合至所述光学金属迹线,且所述金属互连迹线的所述第四边缘与所述光学金属迹线间隔开。
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