[发明专利]单片图像感知器件和方法

说明书

相关申请的交叉引用：

本申请要求于2005年6月30日提交的美国临时专利申请 no.60/694,988的优先权，其全部内容合并于此作为参考。

发明背景

发明领域

本发明总体上涉及成像器件。具体地，本发明涉及用于图像识别 的微型器件，其布置在透明衬底(例如玻璃)上或嵌入在其中。

相关技术的说明

透明表面，例如玻璃，已经存在了几百年。透明表面起初的目的 在于保护生存空间，同时使居住者能够感知外部世界(地形、气候及 可能的威胁)。最近，对于显示器产业大量地需要透明表面，其由阴 极射线管(CRT)开始，近来用于液晶显示器(LCD)和许多其它种 类的平板显示器。在使用中，大多数情况下人们或活体(动物，植物) 被置于靠近这种透明表面。

图像传感器已经存在了几十年(例如，CCD或CMOS传感器)。 例如，见美国专利No.6,617,565的单芯片CMOS图像传感器，其内 容合并于此作为参考。通常的图像传感器是基于相机设计，并且通常 包括位于透镜后的集成电路，透镜可以是微型的或可移动的(例如螺 旋安装的透镜)。传感器用于将光能量(光子)变换为与由光敏元件 接收的光量成比例的电信号，光敏元件被组织成传感器上的阵列。依 据光敏元件的输出来合成图像。

越来越需要图像识别技术。需要各种尺寸和构造的摄像机，用于 诸如安全、识别、情报、质量检查、交通监视等之类的应用。摄像机 常常通过有线或无线连接而链接到显示设备。当前，移动电话通常都 配备了微型相机，其连接到位于移动电话中的LCD显示设备。

先进的图像识别需要高清晰度成像合成。当前图像识别系统以相 对低速操作，这是因为缺少处理能力和/或因为处理器只能一次处理 图像的一个像素。

因此，需要新的成像识别器件，其在现有技术上加以改进。

发明概述

本发明的目的是提供一种图像识别器件，其具有感应区(例如光 敏元件)，所述感应区直接包含在透明或半透明的材料中，所述材料 构成入射图像与所述感应区之间的光接口。所述图像识别器件自身优 选地是透明的或半透明的。

本发明的另一个目的是借助于可训练的处理元件阵列，来提供具 有“本地”决策能力的感应区。在本发明的一个实施例中，可训练的 认知存储元件(trainable cognitive memory element)或单元与一个或 多个光敏元件相关联。本地决策能力提供了这样的优势：其减小了器 件的传输要求(即带宽)，尤其是当光敏元件的数量很大时和当光敏 元件的传输频率必须很高时。通过提供每一个都具有本地决策能力的 感应区大阵列，可以获得高清晰度、高速成像器件。

根据本发明的一个实施例，可训练的认知存储元件能够在低频上 并行操作并引起很低的电流。其结果是，确保了每一个元件的自主操 作，并且可以使用非常经济的能量源，例如太阳能电池或其等效物。

根据本发明的一个实施例，通过一个或多个光敏元件与一个或多 个可训练的认知存储元件相关联来构成创新的单片(monolithic)图 像识别器件，其全都嵌入在衬底中。

根据本发明的一个实施例，可以在一个或多个阵列中布置与多个 可训练的认知元件相关联的多个光敏元件，并在平坦的透明或半透明 衬底上展开。该阵列可以具有变化的几何形状和连通性。典型的几何 形状可以是但不限于：平行的神经元的线性阵列，或以光栅或蜂窝几 何结构相连的神经元的2维阵列。

下面将参考附图来论述本发明的不同实施例的进一步的应用和 优点。

附图的简要说明

图1A-B分别包括根据本发明实施例，传感器阵列的前视图和俯 视图，所述传感器阵列布置在玻璃或有机玻璃或其它透明塑料或透明 衬底上，在衬底中具有蚀刻的透镜；

图2是根据本发明实施例的传感器阵列的俯视图，所述传感器阵 列布置在玻璃或网状衬底上，在衬底中具有蚀刻的透镜，该图示出了 检测DNA片段的情况；

图3A-B分别示出了根据本发明一个实施例的传感器内核芯片的 侧视图和俯视图；

图4是根据本发明实施例的传感器的框图；

图5A是根据本发明实施例的传感器阵列的框图；

图5B是根据本发明实施例的传感器组(bank)阵列的框图；