CN107389193B - 传感器模块、用于求取电磁辐射的亮度和/或颜色的方法以及用于制造传感器模块的方法 - Google Patents

传感器模块、用于求取电磁辐射的亮度和/或颜色的方法以及用于制造传感器模块的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107389193B
CN107389193B CN201710342584.4A CN201710342584A CN107389193B CN 107389193 B CN107389193 B CN 107389193B CN 201710342584 A CN201710342584 A CN 201710342584A CN 107389193 B CN107389193 B CN 107389193B
Authority
CN
China
Prior art keywords
color
sensor
luminance
sensor element
electromagnetic radiation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710342584.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107389193A (zh
Inventor
U·塞格
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of CN107389193A publication Critical patent/CN107389193A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107389193B publication Critical patent/CN107389193B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57—Control of the dynamic range
    • H04N25/58—Control of the dynamic range involving two or more exposures
    • H04N25/581—Control of the dynamic range involving two or more exposures acquired simultaneously
    • H04N25/585—Control of the dynamic range involving two or more exposures acquired simultaneously with pixels having different sensitivities within the sensor, e.g. fast or slow pixels or pixels having different sizes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/77—Circuits for processing the brightness signal and the chrominance signal relative to each other, e.g. adjusting the phase of the brightness signal relative to the colour signal, correcting differential gain or differential phase
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/46—Measurement of colour; Colour measuring devices, e.g. colorimeters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H01L27/14605—Structural or functional details relating to the position of the pixel elements, e.g. smaller pixel elements in the center of the imager compared to pixel elements at the periphery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/95—Computational photography systems, e.g. light-field imaging systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H04N25/131—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements including elements passing infrared wavelengths
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H04N25/133—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements including elements passing panchromatic light, e.g. filters passing white light
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H04N25/135—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements based on four or more different wavelength filter elements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/20—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming only infrared radiation into image signals
    • H04N25/21—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming only infrared radiation into image signals for transforming thermal infrared radiation into image signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/703—SSIS architectures incorporating pixels for producing signals other than image signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
    • H04N5/33—Transforming infrared radiation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
  • Studio Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种具有至少一个用于检测宽带电磁辐射的亮度的亮度传感器元件(102)和至少一个颜色传感器阵列(104)——所述颜色传感器阵列具有至少一个用于检测所述电磁辐射的颜色的颜色传感器元件(106)——的传感器模块(100)。与所述颜色传感器阵列(104)相比，所述亮度传感器元件(102)具有更大的传感器面积。

Description

传感器模块、用于求取电磁辐射的亮度和/或颜色的方法以及 用于制造传感器模块的方法
技术领域
本发明涉及一种设备或一种方法。本发明的主题也是一种计算机程序。
背景技术
现代图像传感器例如可以具有由单个传感器单元构成的正交网格。单个传感器单元可以视应用而定用或不用彩色滤光片实现。
发明内容
在这种背景下，用在此介绍的方案介绍一种传感器模块、一种用于在使用传感器模块的情况下求取电磁辐射的亮度和/或颜色的方法、一种用于制造传感器模块的方法以及一种使用所述方法的设备。还可以实现设备的有利的扩展方案和改善方案。
介绍一种具有以下特征的传感器模块：
至少一个用于检测宽带电磁辐射亮度的亮度传感器元件；
至少一个颜色传感器阵列(Farbsensorfeld)，所述颜色传感器阵列具有至少一个用于检测电磁辐射的颜色的颜色传感器元件，其中，与所述颜色传感器阵列相比，所述亮度传感器元件具有更大的传感器面积。
传感器模块例如可以涉及车辆摄像机的图像传感器。可以将亮度传感器元件理解为用于检测电磁辐射的强度的光敏像素。亮度传感器元件可以涉及宽带单色传感器元件。可以将颜色传感器阵列理解为由至少一个颜色传感器元件构成的平面布置。颜色传感器阵列例如可以涉及由至少两个作为颜色传感器元件的像素构成的簇或阵列。颜色传感器元件例如可以构造 Bayer矩阵并且在正交网格中布置。在此，给颜色传感器阵列铺上用于从电磁辐射的光谱中过滤确定的颜色的彩色滤光片。电磁辐射尤其可以涉及可见光或近红外范围内的光。可以将传感器面积理解为亮度传感器元件或颜色传感器阵列的光敏面积。亮度传感器元件例如可以具有颜色传感器阵列的至少两倍大的传感器面积。
亮度传感器元件例如可以构造为四边形或多边形。亮度传感器元件尤其可以构型为十字形的不规则的十二边形。
颜色传感器阵列可以构造为至少四边形，尤其矩形或正方形。颜色传感器元件也同样可以构造为至少四边形，尤其矩形或正方形。
在此介绍的方案基于以下知识：通过用于传感器模块中的亮度探测和颜色探测的不同大小的传感器单元的合适的布置，可以在同时有高的空间分辨率时实现高的光敏感度。由此，尤其可以在亮度通道和颜色通道的相同的光学的位置分辨率
Figure BDA0001295592600000021
时，实现相应于近似无混叠采样 (Aliasing-freies Abtasten)的彩色传感器元件和单色传感器元件。这种传感器阵列布置例如适合机器视觉并且提供光敏感度、空间分辨率、颜色保真度和制造成本之间的折中方案。
根据一种实施方式，亮度传感器元件具有颜色传感器阵列的至少两倍大的传感器面积。由此，可以保证传感器模块的特别高的光敏感度。
根据另一种实施方式，与亮度传感器元件的数量相比，传感器模块可以具有更多数量的颜色传感器阵列和/或颜色传感器元件。传感器模块例如可以具有亮度传感器元件的至少四倍多的颜色传感器元件。由此，可以在不增大传感器模块的总传感器面积的情况下，提高传感器模块的空间分辨率。
有利的是：颜色传感器阵列具有至少一个用于检测电磁辐射的附加颜色的附加颜色传感器元件。由此，通过颜色传感器阵列可以检测不同的颜色。
此外，亮度传感器元件可以具有至少一个凹处。颜色传感器阵列可以至少部分地布置在凹处中。凹处例如可以涉及亮度传感器元件的边界区域中的矩形的或正方形的凹槽。凹处尤其可以构造在亮度传感器的角区域中。颜色传感器阵列可以如此布置在凹处中，使得凹处至少最大部分地通过颜色传感器元件填满。亮度传感器元件例如可以基本上构造为十字。在此，颜色传感器元件可以至少部分地在通过十字的两个梁(Balken)限界的凹处中布置。十字例如可以具有四个点对称布置的凹处。这种实施方式能够实现传感器模块的特别紧凑的结构形状。
根据另一种实施方式，亮度传感器元件可以用固体半导体技术、有机半导体或混合制造技术的方法制造。附加地或替代地，颜色传感器阵列也可以用半导体技术的方法制造。由此，可以有效地和成本有利地大批量地制造传感器模块。
还有利的是，传感器模块包括至少一个另外的用于检测电磁辐射的亮度的亮度传感器元件，并且附加地或替代地包括至少一个另外的颜色传感器阵列，该颜色传感器阵列具有至少一个另外的用于检测电磁辐射的颜色的颜色传感器元件。在此，与颜色传感器阵列或另外的颜色传感器阵列相比，另外的亮度传感器元件可以具有更大的传感器面积。传感器模块可以用多个亮度传感器元件和多个颜色传感器阵列实现。通过这种实施方式，可以明显提高传感器模块的光敏感度和空间分辨率。
在此，颜色传感器阵列和另外的颜色传感器阵列可以相对于亮度传感器元件彼此基本上点对称地布置。由此，能够实现颜色传感器阵列与亮度传感器元件之间的节省地方的、对称的对齐。
根据另一种实施方式，颜色传感器阵列或者附加地或替代地另外的颜色传感器阵列至少部分地在围绕亮度传感器元件的中心点的圆周内布置。在此，圆周的直径最大相应于亮度传感器元件的中心点与另外的亮传感器元件的中心点之间距离的两倍。由此，也可以在非常不同照亮的情景中保证基于灰度的对象识别的高敏感度。
也有利的是，亮度传感器元件和另外的亮度传感器元件基本上一样大。附加地或替代地，颜色传感器阵列和另外的颜色传感器阵列也可以基本上一样大。由此，可以简化传感器模块的制造。此外，由此能够实现亮度传感器元件和颜色传感器阵列的均匀的布置。
此外，在此描述的方案提出一种用于在使用根据上述实施方式中的任一种所述的传感器模块的情况下求取电磁辐射的亮度和/或颜色的方法，其中该方法包括以下步骤：
读取亮度值和/或颜色值，所述亮度值代表通过所述亮度传感器元件所检测的亮度，所述颜色值代表通过所述颜色传感器元件所检测的颜色；
处理所述亮度值和/或所述颜色值，以便求取所述电磁辐射的亮度和/ 或颜色。
此外，在此描述的方案提出一种用于制造传感器模块的方法，其中该方法包括以下步骤：
加工衬底，以便构造至少一个用于检测电磁辐射的亮度的亮度传感器元件以及至少一个颜色传感器阵列，所述颜色传感器阵列具有至少一个用于检测所述电磁辐射的颜色的颜色传感器元件，其中，如此加工所述衬底，使得与所述颜色传感器阵列相比，所述亮度传感器元件具有更大的传感器面积
衬底例如可以涉及半导体材料，尤其涉及含硅的材料。在加工步骤中，例如可以用半导体技术的方法制造传感器模块。
为了制造传感器，可以使用标准的CMOS传感器制造方法，其中，根据在此描述的方案选择像素彼此的布置和亮度单元的形状。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在以下描述中进一步阐述。
附图示出：
图1根据一种实施例的传感器阵列的示意性示图；
图2根据一种实施例具有3通道彩色滤光片的颜色传感器阵列的示意性示图；
图3根据一种实施例具有4通道彩色滤光片的颜色传感器阵列的示意性示图；
图4根据一种实施例的设备的示意性示图；
图5用于在使用根据一种实施例的传感器模块的情况下求取电磁辐射的亮度和/或颜色的方法的流程图；
图6用于制造根据一种实施例的传感器模块的方法的流程图。
在本发明的有利实施方式的以下描述中，对在不同附图中示出的并且类似作用的元件使用相同的或类似的参考标记，其中，放弃这些元件的重复的描述。
具体实施方式
图1示出根据一种实施例的以传感器阵列形式的传感器模块100的示意性示图。传感器模块100包括用于检测电磁辐射的亮度的亮度传感器元件102以及具有颜色传感器元件106的颜色传感器阵列104。颜色传感器元件106由具有不同彩色滤光片的4个单个的可设定位置的单元构成，并且构造用于检测电磁辐射的颜色。亮度传感器元件102用与颜色传感器阵列 104相比明显更大的传感器面积实现。视实施例而定，亮度传感器元件102 的传感器面积是颜色传感器阵列104的传感器面积的至少两倍大。
根据这种实施例，除了颜色传感器元件106之外，颜色传感器阵列104 示例性地包括第一附加颜色传感器元件108、第二附加传感器元件110和第三附加传感器元件112。四个颜色传感器元件106、108、110、112各对于电磁辐射的另一波长范围敏感。例如，颜色传感器元件106对于蓝色敏感，第一附加颜色传感器元件108对于绿色敏感，第二附加颜色传感器元件110 对于红色敏感并且第三附加颜色传感器元件112对于近红外敏感。四个颜色传感器元件分别基本上正方形地构造，并且如此彼此布置，使得颜色传感器阵列104也具有基本上正方形的形状。四个颜色传感器元件106、108、 110、112可以基本上一样大。颜色传感器元件106、108、110、112中的每个以及亮度传感器元件102表现为传感器模块100的光传感器元件。
亮度传感器元件102具有十字形状，所述十字具有四个凹处114，其中，四个凹处114的中每个通过十字的两个梁限界。颜色传感器阵列104的区段布置在凹处114中。颜色传感器阵列104如此放置在凹处114中，使得颜色传感器元件106完全填满凹处114，即，凹处114的大小基本上相应于颜色传感器元件106的大小。
根据图1中示出的实施例，除了颜色传感器阵列104以外，传感器模块100用多个另外的颜色传感器阵列116实现，所述另外的颜色传感器阵列类似于颜色传感器阵列104分别具有四个基本上一样大的另外的颜色传感器元件118。每个另外的颜色传感器阵列116的四个另外的颜色传感器元件118例如同样对于电磁辐射的每一个另外的波长范围敏感，例如对于红色、绿色、蓝色和近红外敏感。在此，每一个另外的颜色传感器阵列116 如此布置在亮度传感器元件102的三个其余的凹处114中的每个中，使得三个其余的凹处114同样完全通过每个另外的颜色传感器元件118填满。在凹处114中布置的另外的颜色传感器元件118例如对于电磁辐射的每一个另外的波长范围敏感，在图1中例如对于绿色、红色和近红外。
颜色传感器阵列104和另外的颜色传感器阵列116可以具有基本上同样的大小。
除了亮度传感器元件102之外，传感器模块100可选地用多个另外的亮度传感器元件120实现，所述另外的亮度传感器元件120具有基本上和亮度传感器元件102一样的大小和一样的形状。则另外的亮度传感器元件 120的每个也用四个凹处114实现。如图1中看出的那样，颜色传感器阵列 104的三个附加颜色传感器元件108、110、112分别布置在与亮度传感器元件102相邻地布置的另外的亮度传感器元件120的凹处114中。
根据一种实施例，颜色传感器阵列104部分地布置在围绕亮度传感器102的中心点的圆周122内。圆周122具有直径d，所述直径最大相应于两个亮度传感器元件之间距离r的两倍。例如，距离r代表两个相邻亮度传感器元件的相应的中心点之间的距离。在图1中，直径d例如相应于距离r 的1.5倍。
如果使用具有相应于1.5r的模糊圆
Figure BDA0001295592600000061
的镜组，则还可以唯一地识别点光源的颜色，其方式为：借助合适的算法例如将L传感器元件102和邻接的R、G、B、NIR(NIR＝近红外)传感器元件114计算为具有亮度值(Luminanzwert)和色度坐标的像素。
用合适的其他的算法，可以由分别四个颜色传感器元件——例如传感器元件106、108、110、112——同样计算具有亮度值和色度坐标的像素。
因此，每个L传感器单元——例如传感器单元102——的亮度值和色度坐标以及每个颜色簇(Farbcluster)——例如颜色簇104——的亮度值和色度值分别可供继续处理使用，由此，还可以有意义示出的空间频率既对于颜色又对于亮度是1LP/d。同时，具有一半分辨率的光线特别强的亮度信号可供比较大的L传感器元件使用。
在设计传感器时适用的是：找到光敏感度、空间分辨率、颜色保真度和成本之间良好的折中方案。可以在给定的过程中，例如通过更大的L传感器单元达到高度光敏感度。可以通过扩大的阵列——即通过更多数量的传感器单元——提高空间分辨率。可以通过尽可能精细的、与人类感官良良好协调的频谱分解和颜色重构来改善颜色保真度。在此，决定性地通过传感器的总面积影响成本。
在这种背景下，以下介绍传感器模块100的不同实施例，这些实施例表现出汽车领域中的机器视觉的系统的经济的且有效的解决方案。
具有RGGB格式(Pattern)的HDR传感器(High Dynamic Range Sensor，高动态范围传感器)例如用作参考传感器。HDR传感器可以具有以下特征：
-阵列大小：2兆像素(1920×1180)传感器单元
-具有3μm像素距离的网格的正交布置
-不具有亮度混叠(Luminanzaliasing)的理论上最小可分辨的空间频率：大约80lp/mm；每线对(Linienpaar)4像素或每线(Linie)2 像素
-不具有颜色混叠(Farbaliasing)的理论上最小可分辨的空间频率：大约55lp/mm；每线对6像素或每线3像素
-在3Lux亮度通道中，信噪比为1
与参考传感器相比，传感器模块100具有更高数量的单个传感器(5倍这么多)，但是占用和参考传感器相同的面积。在传感器模块100中，对比度和颜色的空间频率分辨率例如为大约80lp/mm。在明显小于3Lux的亮度通道中，信噪比例如为1。
以下描述的传感器模块允许，将高分辨的强度图像或灰度图像与同样高分辨的颜色测量结合。
为了在专用光学分辨率和由镜组设计得出的模糊圆中实现所述结合，传感器单元——所述传感器单元产生灰度图像，前面也称为亮度传感器元件——应该明显大于用于检测颜色的单元，该单元前面也称为颜色传感器元件。
为此，传感器元件应该如此布置，使得充分多的颜色传感器元件——所述颜色传感器元件适用于颜色位置确定(Farbortsbestimmung)——位于两个亮度传感器元件之间的距离r的最大两倍的圆周中。颜色传感器元件例如可以与亮度传感器元件对称布置。亮度传感器元件例如可以涉及宽带亮度单元。
对于用于检测非常不同照亮的情景中的对象的优化的系统，例如在汽车领域中的情况，可以通过亮度传感器元件——例如没有颜色掩膜的宽带敏感的光传感器——的密集的网格达到对基于灰度的对象识别的必要的高敏感度。亮度传感器元件应该也在低光照时能够实现良好的对比度分离。亮度传感器元件例如构造为对数的或准对数的传感器。颜色传感器元件可以具有线性特性曲线，因为颜色信号重构可以标准地并且因此成本有利地在线性信号上实现。颜色重构应该在平均亮度以上才可以供使用，因为待分类的物体大多自己发光——例如汽车前灯、尾灯或自己发光的交通标志——或者良好地被照亮——例如在白天的或前灯光中的路牌或标记。
这种传感器模块提供一系列优点。
则可以与颜色测量无关地用宽带、高度敏感的传感器——所述传感器也在低照明时允许良好的信噪比——实现关于亮度通道或灰度通道的亮度信号的探测。不应该从分布测量的、也许噪声受限的信号重构强度信号，而是直接测量强度信号。通过信噪比定义的信号质量例如可以比重构信号的信号质量高百分之30。
可以与强度信号对称地测量颜色位置的探测。可以将颜色位置例如作为紫外成分分配给中心强度值。
第四颜色通道——所述颜色通道能够实现所接收的辐射的红外成分的分离——不减小传感器模块的亮度分辨率，然而允许使用宽带的、直至在大于650nm的近红外区域中开放的(offen)镜组，因为可以分开地检测并且加权地从RGB通道中减去导致同色异谱(Metamerie)的NIR信号部分，以便从颜色计算中去除干扰的影响。
与以亮度传感器元件形式的强度像素对称地测量强度像素的每个角处的颜色样本，并且例如使用该颜色样本用于对中心强度像素的颜色值进行合理性检验或改正。当镜组的分辨率界限为强度像素网格的1.5倍时，可以完全有效地抑制颜色混叠。
强度测量通道和颜色测量通道的分开允许使用不同的、分别最佳匹配的传感器读取结构和传递特性曲线，例如对于强度通道是保持对比度的、对数的，并且对于颜色通道中简单的颜色重构是线性的。
可以例如以以下的方式表征传感器模块100。
一方面，传感器模块100具有用于宽带强度探测和颜色探测的分开的传感器元件。强度探测例如借助亮度传感器实现。颜色探测例如借助 RGBNIR传感器实现。
在此，颜色传感器元件明显小于亮度传感器元件。亮度传感器元件例如是颜色传感器元件的十倍大。在此，颜色传感器元件可以以颜色传感器元件簇、尤其RGBNIR簇布置在亮度传感器元件之间。
数量上，传感器模块100具有与亮度传感器元件相比更多的颜色传感器元件，其中，面积上，颜色传感器元件与亮度传感器元件相比更小。虽然，亮度传感器元件覆盖传感器模块100的传感器面积的大部分，例如传感器面积的百分之75。
亮度传感器元件涉及高度动态传感器单元，所述高度动态传感器单元具有对数的或区段式线性的特性，以便在强辐射时，不进入饱和，并且在弱辐射时，可以探测充分多的光子。由此，可以生成低噪声信号。
颜色传感器元件与亮度传感器元件对称地对齐(ausrichten)。
根据一种实施例，传感器模块100实现为具有多个单传感器元件的图像传感器阵列，其中，单传感器元件的大小显著地彼此不同，例如至少为因子3。
传感器模块100例如具有至少大传感器元件的四倍多的小传感器元件。
在此，小传感器元件可以以簇——例如以2×2簇嵌入大传感器元件之间。
大传感器元件可以总体上代表传感器阵列面积的至少三分之二，其中，小传感器元件可以总体上代表传感器阵列面积的最高三分之一。
大传感器元件构造为亮度传感器元件，例如构造为不具有或具有宽带光谱滤光片的强度传感器。小传感器元件涉及颜色传感器元件，所述颜色传感器元件可以用彩色滤光片层覆盖。
颜色传感器元件可以与亮度传感器元件点对称地布置。
亮度传感器元件与颜色传感器元件可以在像素传递特性方面彼此区分。亮度传感器元件例如具有对数的或准对数的特性，而颜色传感器元件可以具有线性特性。
传感器模块100例如可以在硅面上实现。
图2示出根据一种实施例具有3通道彩色滤光片的颜色传感器阵列104 的示意性示图。颜色传感器阵列104基本上相应于借助图1所描述的颜色传感器阵列，区别为：第三附加颜色传感器元件112同样如第一附加颜色传感器元件108那样对绿色敏感。颜色传感器阵列104的颜色格式例如相应于典型的RGGB-Bayer格式。
图3示出根据一种实施例具有4通道彩色滤光片的颜色传感器阵列104 的示意性示图。颜色传感器阵列104基本上相应于借助图1所描述的颜色传感器阵列，区别为：第一附加颜色传感器元件108用宽带开放(offen) 的滤光片占用，在图3中用字母C标记。颜色传感器元件106根据图3对绿色敏感。根据所述实施例，颜色传感器阵列104以高透明格式实现。在此，第三附加颜色传感器元件112充当具有对650nm以上波长的透光性的 NIR通滤光片(NIR-Passfilter)。
图4示出根据一种实施例的设备400的示意性示图。设备400用于例如在使用传感器模块的情况下、如前面借助图1至3所描述的那样来求取电磁辐射的亮度或颜色。为此，设备400包括读取单元410，该读取单元构造用于通过与传感器模块的接口读取亮度值415，所述亮度值代表通过亮度传感器元件所检测的亮度。附加地或替代地，读取单元410构造用于通过接口读取颜色值417，所述颜色值代表通过颜色传感器阵列的颜色传感器元件所检测的颜色。视实施例而定，读取单元410向处理单元420传递亮度值415或颜色值417或这两个值，所述处理单元构造用于在使用两个值 415、417中的至少一个的情况下，求取电磁辐射的亮度或颜色，并且输出代表所求取的亮度或颜色的结果值427。
图5示出用于在使用根据一种实施例的传感器模块的情况下，用于求取电磁辐射的亮度和/或颜色的方法500的流程图。例如可以在与前面借助图4所描述的设备有关地实施方法500。在此，在步骤510中读取颜色值。附加地或替代地，在步骤510中读取颜色值。在步骤520中，处理亮度值或颜色值，以便求取电磁辐射的亮度或颜色。
图6示出用于制造根据一种实施例的传感器模块的方法600的流程图。可以例如如前面借助图1至5所描述的那样实施方法600用于制造传感器模块。方法600包括可选的步骤610，在所述步骤中提供衬底、例如硅载体。在步骤620中，例如以半导体技术的合适的方法加工衬底，以便构造至少一个用于检测电磁辐射的亮度的亮度传感器元件以及至少一个颜色传感器阵列，所述颜色传感器阵列具有至少一个用于检测电磁辐射的颜色的颜色传感器元件。如此实现衬底的加工，使得亮度传感器元件的传感器面积明显大于颜色传感器阵列的传感器面积。
如果一种实施例包括第一特征和第二特征之间的“和/或”联系，则应如此理解：所述实施例根据一种实施方式既具有第一特征也具有第二特征，并且根据另一种实施方式要么仅具有第一特征要么仅具有第二特征。

Claims (9)

1.一种传感器模块(100)，具有以下特征：
至少一个用于检测宽带电磁辐射的亮度的亮度传感器元件(102)；
至少一个颜色传感器阵列(104)，所述颜色传感器阵列具有四个用于检测电磁辐射的颜色的颜色传感器元件(106，108，110，112)，其中，所述四个颜色传感器元件(106、108、110、1122)各对于所述电磁辐射的另一波长范围敏感并且具有相同的大小，其中，与所述颜色传感器阵列(104)相比，所述亮度传感器元件(102)具有更大的传感器面积，
其中，所述亮度传感器元件(102)构造为十字，所述十字具有点对称地布置在所述亮度传感器元件(102)的角区域中的四个凹处，其中，所述颜色传感器阵列(104)至少部分地布置在所述凹处(114)中，其中，所述四个凹处(114)之一的大小相应于所述四个颜色传感器元件之一的大小。
2.根据权利要求1所述的传感器模块(100)，其中，所述亮度传感器元件(102)具有所述颜色传感器阵列(104)的至少两倍大的传感器面积。
3.根据权利要求1或2所述的传感器模块(100)，其中，与亮度传感器元件(102)的数量相比，所述传感器模块(100)具有更多数量的颜色传感器阵列(104)和/或颜色传感器元件(106)。
4.根据权利要求1或2所述的传感器模块(100)，该传感器模块具有至少一个用于检测电磁辐射的亮度的另外的亮度传感器元件(120)和/或至少一个另外的颜色传感器阵列(116)，所述至少一个另外的颜色传感器阵列具有至少一个用于检测电磁辐射的颜色的另外的颜色传感器元件(118)，其中，与所述颜色传感器阵列(104)和/或所述另外的颜色传感器阵列(116)相比，所述另外的亮度传感器元件(120)具有更大的传感器面积。
5.根据权利要求4所述的传感器模块(100)，其中，所述颜色传感器阵列(104)和所述另外的颜色传感器阵列(116)相对于所述亮度传感器元件(102)彼此基本上点对称地布置。
6.根据权利要求4所述的传感器模块(100)，其中，所述颜色传感器阵列(104)和/或所述另外的颜色传感器阵列(116)至少部分地布置在围绕所述亮度传感器元件(102)的中心点的圆周内，其中，所述圆周(122)的直径(d)最大相应于所述亮度传感器元件(102)的中心点与所述另外的亮度传感器元件(120)的中心点之间距离(r)的两倍。
7.根据权利要求4所述的传感器模块(100)，其中，所述亮度传感器元件(102)和所述另外的亮度传感器元件(120)基本上一样大，和/或，其中，所述颜色传感器阵列(104)和所述另外的颜色传感器阵列(116)基本上一样大。
8.一种用于在使用根据上述权利要求中任一项所述的传感器模块(100)的情况下求取电磁辐射的亮度和/或颜色的方法(500)，其中，所述方法(500)包括以下步骤：
读取(510)亮度值(415)和/或颜色值(417)，所述亮度值代表通过所述亮度传感器元件(102)所检测的亮度，所述颜色值代表通过所述颜色传感器元件(106)所检测的颜色；
处理(520)所述亮度值(415)和/或所述颜色值(417)，以便求取所述电磁辐射的所述亮度和/或所述颜色。
9.一种用于制造传感器模块(100)的方法(600)，其中，所述方法(600)包括以下步骤：
加工(610)衬底，以便构造至少一个用于检测电磁辐射的亮度的亮度传感器元件(102)以及至少一个颜色传感器阵列(104)，所述颜色传感器阵列具有四个用于检测所述电磁辐射的颜色的颜色传感器元件(106，108，110，112)，其中，所述四个颜色传感器元件(106、108、110、1122)各对于所述电磁辐射的另一波长范围敏感并且具有相同的大小，其中，如此加工所述衬底，使得与所述颜色传感器阵列(104)相比，所述亮度传感器元件(102)具有更大的传感器面积，
其中，所述亮度传感器元件(102)构造为十字，所述十字具有点对称地布置在所述亮度传感器元件(102)的角区域中的四个凹处，其中，所述颜色传感器阵列(104)至少部分地布置在所述凹处(114)中，其中，所述四个凹处(114)之一的大小相应于所述四个颜色传感器元件之一的大小。
CN201710342584.4A 2016-05-17 2017-05-16 传感器模块、用于求取电磁辐射的亮度和/或颜色的方法以及用于制造传感器模块的方法 Active CN107389193B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016208409.7 2016-05-17
DE102016208409.7A DE102016208409A1 (de) 2016-05-17 2016-05-17 Sensormodul, Verfahren zum Ermitteln einer Helligkeit und/oder einer Farbe einer elektromagnetischen Strahlung und Verfahren zum Herstellen eines Sensormoduls

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107389193A CN107389193A (zh) 2017-11-24
CN107389193B true CN107389193B (zh) 2022-06-24

Family

ID=59201533

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710342584.4A Active CN107389193B (zh) 2016-05-17 2017-05-16 传感器模块、用于求取电磁辐射的亮度和/或颜色的方法以及用于制造传感器模块的方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10091481B2 (zh)
JP (1) JP2018009960A (zh)
CN (1) CN107389193B (zh)
DE (1) DE102016208409A1 (zh)
GB (1) GB2551899A (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220008620A (ko) * 2020-07-14 2022-01-21 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI227778B (en) * 2001-09-11 2005-02-11 Lumileds Lighting Llc Color photosensor
WO2005067417A2 (en) * 2003-12-17 2005-07-28 Foveon, Inc. Vertical color filter sensor group array that emulates a pattern of single-layer sensors with efficient use of each sensor group’s sensors

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3824639C2 (de) 1988-07-20 1993-11-18 Geutebrueck Videotechnik Gmbh Optische Überwachungseinrichtung
GB0314156D0 (en) * 2003-06-18 2003-07-23 Dsine Technology Ltd Proximity sensing system
EP1594321A3 (en) 2004-05-07 2006-01-25 Dialog Semiconductor GmbH Extended dynamic range in color imagers
US7315241B1 (en) * 2004-12-01 2008-01-01 Hrl Laboratories, Llc Enhanced perception lighting
JP2006165975A (ja) * 2004-12-07 2006-06-22 Konica Minolta Photo Imaging Inc 撮像素子、撮像装置、画像処理方法
WO2006064564A1 (ja) * 2004-12-16 2006-06-22 Fujitsu Limited 撮像装置、撮像素子および画像処理方法
EP1679907A1 (en) 2005-01-05 2006-07-12 Dialog Semiconductor GmbH Hexagonal color pixel structure with white pixels
EP3139593B1 (en) * 2005-03-11 2021-08-18 Hand Held Products, Inc. Digital picture taking optical reader having hybrid monochrome and color image sensor array
US7568628B2 (en) * 2005-03-11 2009-08-04 Hand Held Products, Inc. Bar code reading device with global electronic shutter control
US7821553B2 (en) 2005-12-30 2010-10-26 International Business Machines Corporation Pixel array, imaging sensor including the pixel array and digital camera including the imaging sensor
US7768569B2 (en) 2006-08-17 2010-08-03 Altasens, Inc. High sensitivity color filter array
DE102007040114B4 (de) * 2007-08-24 2010-10-28 Robert Bosch Gmbh Farbmaske für einen Bildsensor einer Fahrzeugkamera
JP2012253624A (ja) * 2011-06-03 2012-12-20 Sony Corp 固体撮像装置およびカメラシステム
CA2828822A1 (en) * 2013-01-16 2014-07-16 Nordion (Canada) Inc. Apparatus for detecting radiation fields
JP6070301B2 (ja) * 2013-03-12 2017-02-01 株式会社ニコン 固体撮像素子及びこれを用いた撮像装置
US20150054997A1 (en) 2013-08-23 2015-02-26 Aptina Imaging Corporation Image sensors having pixel arrays with non-uniform pixel sizes
US9686485B2 (en) * 2014-05-30 2017-06-20 Apple Inc. Pixel binning in an image sensor
US9467632B1 (en) * 2015-07-13 2016-10-11 Himax Imaging Limited Dual exposure control circuit and associated method
CN105430361B (zh) * 2015-12-18 2018-03-20 广东欧珀移动通信有限公司 成像方法、图像传感器、成像装置及电子装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI227778B (en) * 2001-09-11 2005-02-11 Lumileds Lighting Llc Color photosensor
WO2005067417A2 (en) * 2003-12-17 2005-07-28 Foveon, Inc. Vertical color filter sensor group array that emulates a pattern of single-layer sensors with efficient use of each sensor group’s sensors

Also Published As

Publication number Publication date
DE102016208409A1 (de) 2017-11-23
CN107389193A (zh) 2017-11-24
US20170339387A1 (en) 2017-11-23
US10091481B2 (en) 2018-10-02
GB2551899A (en) 2018-01-03
GB201707870D0 (en) 2017-06-28
JP2018009960A (ja) 2018-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10462433B2 (en) Image sensor with big and small pixels and method of manufacture
US20080218597A1 (en) Solid-state imaging device and imaging apparatus
TWI398948B (zh) 熔成式多陣列彩色影像感測器、成像系統及擷取一影像的方法
KR102605761B1 (ko) 단일 매트릭스 센서에 의해 가시 및 근적외 이미지들을 획득하는 시스템 및 방법
US20080068477A1 (en) Solid-state imaging device
US11747533B2 (en) Spectral sensor system using optical filter subarrays
WO2015059897A1 (ja) 映像撮影装置、映像撮影方法、符号型赤外カットフィルタ、および符号型特定色カットフィルタ
JP2016523013A (ja) 双峰性の画像を取得するための装置
US11128819B2 (en) Combined spectral measurement and imaging sensor
US20160037109A1 (en) Imaging sensor and method for color night vision
US10609361B2 (en) Imaging systems with depth detection
CN107026994A (zh) 光学探测器
US20100259628A1 (en) Camera
CN107389193B (zh) 传感器模块、用于求取电磁辐射的亮度和/或颜色的方法以及用于制造传感器模块的方法
CN1643337A (zh) 测量系统中的装置
JP6718993B2 (ja) 光センサモジュール、光センサモジュールを駆動するための方法および光センサモジュールを製造するための方法
US20240222404A1 (en) Image capture apparatus and methods using color co-site sampling
US20240080577A1 (en) Image acquisition apparatus and method using color separation lens array
US20220352224A1 (en) Cmos image sensor with multiple sensitivities for high dynamic range imaging and led flicker mitigation
CN113574851B (zh) 摄像装置以及图像处理方法
US11810928B2 (en) CMOS image sensor with LED flickering reduction and low color cross-talk
WO2022207421A1 (en) Sensor arrangement, image sensor, imaging device and method of providing a sensor arrangement
JP2024064718A (ja) 分光イメージングシステム、計測システム
US20120001287A1 (en) Image sensor and method for manufacturing an image sensor
CN116097660A (zh) 传感器装置和制造传感器装置的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant