[发明专利]具有集群并行读出的堆叠背照式量子图像传感器

权利要求书

1.一种成像系统，包括：

成像阵列，包括多个单比特映像点或多比特映像点，其中映像点间距不大于约500nm，并且每个映像点被配置为响应于光子吸收而产生电信号；以及

读出电路，与所述成像阵列进行电通信并且被配置为针对每个映像点量化与该映像点的电信号相对应的模拟信号，其中所述成像系统被配置为3D竖直集成电路，其中所述成像阵列竖直堆叠在所述读出电路上方。

2.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述成像阵列被配置为相对于所述读出电路的集群阵列，每个集群被配置为具有n×m个映像点的阵列。

3.根据权利要求2所述的成像系统，其中滤色器阵列层设置在映像点阵列上方，并且其中(i)相应集群中的所有映像点都设置在所述滤色器阵列层的共同滤色器元件下方，或ii)相应集群中的不同映像点设置在所述滤色器阵列层的两个或更多个不同滤色器元件下方。

4.根据前述权利要求中任一项所述的成像系统，其中所述读出电路和所述成像阵列被实现在单独的衬底上，其中所述单独的衬底通过导电互连而彼此接合。

5.根据权利要求4所述的成像系统，其中所述成像阵列被配置为相对于所述读出电路的集群阵列，每个集群被配置为具有n×m个映像点的阵列，并且其中每个映像点集群由设置在相应集群下方和读出电路衬底中的相应的模拟处理电路和模数转换器ADC读出。

6.根据前述权利要求中任一项所述的成像系统，其中映像点被配置用于共享读出或非共享读出。

7.根据前述权利要求中任一项所述的成像系统，其中ADC被配置为以下项中的任何一个：单比特、多比特或可编程比特宽度的分辨率。

8.根据前述权利要求中任一项所述的成像系统，其中执行电荷转移放大以提供增益。

9.根据前述权利要求中任一项所述的成像系统，其中所述读出电路和所述成像阵列被实现在单独的衬底上，其中所述单独的衬底通过导电互连而彼此接合，其中所述成像阵列被配置为相对于所述读出电路的集群阵列，每个集群被配置为具有n×m个映像点的阵列，以及其中与每个相应集群对应的所述读出电路包括主数字内核和存储器，所述主数字内核被配置为对映像点信号执行数字信号处理，且所述存储器被配置为存储由所述内核进行数字信号处理的结果。

10.根据权利要求9所述的成像系统，其中所述主数字内核在次阈值制式下操作以降低功耗。

11.根据前述权利要求中任一项所述的成像系统，其中所述读出电路和所述成像阵列被实现在单独的衬底上，其中所述单独的衬底通过导电互连而彼此接合，且其中在读出衬底上包括用于对映像点进行扫描输出的电路。

12.根据权利要求1所述的成像系统，还包括与所述读出电路进行电通信并且被竖直堆叠在所述读出电路下方的图像处理电路。

13.根据权利要求12所述的成像系统，其中所述读出电路、所述成像阵列和所述图像处理电路被实现在三个单独的衬底上，其中所述三个单独的衬底通过导电互连而彼此接合。

14.根据权利要求13所述的图像处理系统，其中图像处理衬底包括用于向芯片外发送与映像点信号相对应的数据的电路。

15.根据前述权利要求中任一项所述的图像处理系统，其中所述成像阵列被配置用于背面照射。