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Technisches Gebiet
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf einen Bildsensor. Insbesondere beziehen sich Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung auf einen Bildsensor, der eine Mehrzahl von Pixelgruppen aufweist.
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Hintergrund der Erfindung
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Bei sogenannten elektronischen Clusterimagern (deutsch: Gruppenbildsensoren) handelt es sich um Bildsensoren, die statt eines einzelnen großen Bildfeldes mehrere kleine Pixelgruppen besitzen. Bei solchen konventionellen Bildsensoren wird die Analog-Digital-Umsetzung außerhalb des Bildfeldes platziert.
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Clusterimager (deutsch: Gruppenbildsensoren) werden in Kombination mit Clusterobjektiven genutzt. Letztere sind mehrkanalige Abbildungssysteme, die – verglichen mit konventionellen Kameras, die auf einem Einzelaperturobjektiv basieren – über eine reduzierte Bauhöhe verfügen. Hierbei wird von den einzelnen Abbildungskanälen, die aus einer oder mehreren optischen Grenzflächen sowie Filtern gebildet werden, ein Teil des Gesamtgesichtsfelds auf jeweils eine zugeordnete Pixelgruppe übertragen. Damit können den einzelnen Teilbildern Bereiche des Objekts zugeordnet werden und die Teilbilder sowohl software- als auch elektronikbasiert zum Gesamtbild zusammengefügt werden. Die durch die verschiedenen optischen Kanäle parallel abgebildeten Objektbereiche können geeignet durch die parallelisierten Pixelgruppen des Clusterimagers detektiert und gewandelt werden. Dabei ist die geometrische Anordnung der Pixelgruppen entsprechend der geometrischen Anordnung der optischen Kanäle ausgelegt. Optik und Bildwandler sind daher als Gesamtsystem zu verstehen, wobei beide Teilkomponenten aufeinander abgestimmt werden müssen. So kann zum Beispiel durch entsprechende Auslegung der Optik die nachfolgende elektronische Bildverarbeitung vereinfacht werden, die unter anderem zur Korrektur von Verzeichnung durch feldkoordinatenabhängige Pixelverschiebung oder feldkoordinatenabhängige Entfaltung entsprechend der ortsabhängigen Punktbildverwaschungsfunktion genutzt wird. Optimale optische Abbildungsleistung kann im Idealfall zu Verzeichnungsfreiheit, Achromasie und Konstanz der Punktbildveraschungsfunktion führen, was eine triviale Bildnachverarbeitung und entsprechend einfache Elektronik und Softwarebearbeitung ermöglicht. Im Umkehrschluss kann ein vereinfachter optischer Aufbau genutzt werden, wenn sowohl chromatische als auch monochromatische, feldabhängige Aberrationen zugelassen sind, da diese durch software- oder elektronikbasierte Bildnachverarbeitung korrigiert werden.
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Solche Bildsensoren mit aufgeteiltem Bildfeld haben den Nachteil, dass aus optomechanischen Gründen zwischen den Bildfeldern Lücken entstehen, welche die Gesamtfläche des Bildsensors und damit die Kosten für einen solchen Bildsensor erhöhen.
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Die
US 2012/0012748 A1 zeigt Architekturen für Bildaufnahmefelder und Feldkameras.
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Die
DE 10 2009 049 387 A1 zeigt eine optische Vorrichtung zur Abbildung mit mindestens einem Mikrolinsenfeld mit mindestens zwei Mikrolinsen und einem Bildsensor mit mindestens zwei Bilddetektorenmatritzen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Konzept für einen Bildsensor zu schaffen, welches eine Reduktion der Gesamtfläche eines Bildsensors mit aufgeteiltem Bildfeld ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Bildsensor gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 und einen Bildsensor gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 9.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen einen Bildsensor mit einer Mehrzahl von Pixelgruppen sowie einem Spalten-ADC (Analog-to-Digital Converter – Analog-zu-Digital-Wandler) mit einer Mehrzahl von Einzel-ADCs. Zumindest ein erster Einzel-ADC aus der Mehrzahl von Einzel-ADCs ist in einem ersten Zwischenraum zwischen einer ersten Pixelgruppe und einer zweiten Pixelgruppe aus der Mehrzahl von Pixelgruppen angeordnet und zumindest ein zweiter Einzel-ADC aus der Mehrzahl von Einzel-ADCs ist in einem zweiten Zwischenraum zwischen der zweiten Pixelgruppe und einer dritten Pixelgruppe aus der Mehrzahl von Pixelgruppen angeordnet. Der erste Einzel-ADC ist ausgebildet, um Pixelsignale einer ersten Pixelspalte der zweiten Pixelgruppe analog zu digital zu wandeln und der zweite Einzel-ADC ist ausgebildet, um Pixelsignale einer zweiten Pixelspalte der zweiten Pixelgruppe analog zu digital zu wandeln.
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In der vorliegenden Anmeldung ist unter einem Spalten-ADC die Gesamtheit der Einzel-ADCs des Bildsensors zu verstehen, wobei der Spalten-ADC typischerweise ausgebildet ist, um unter Nutzung seiner Einzel-ADCs eine komplette (Pixel-)Zeile des Bildsensors gleichzeitig analog zu digital zu wandeln. Jeder Einzel-ADC ist dabei typischerweise für eine komplette (Pixel-)Spalte des Bildsensors zuständig.
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Es wurde herausgefunden, dass durch das Ungenutztlassen der Lücken zwischen den einzelnen Pixelgruppen oder Bildfeldern die Gesamtfläche des Bildsensors erhöht wird und damit die Kosten erhöht werden. Um bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung die Gesamtchipfläche des Bildsensors wieder zu reduzieren, wird der Spalten-ADC innerhalb des Bildfeldes zwischen den Pixelgruppen (in den Zwischenräumen zwischen den Pixelgruppen) platziert. Da diese Pixelgruppenabstände jedoch relativ klein sind, stellen sich besondere Anforderungen an die Architektur und das Layout des Spalten-ADCs.
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Es ist nun ein Gedanke von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, dass ein Spalten-ADC in Zwischenräumen zwischen verschiedenen Pixelgruppen angeordnet werden kann. Hier besteht jedoch das Problem, dass ein kompletter ADC (welcher Pixelsignale aller Pixelspalten einer Pixelgruppe analog zu digital wandelt) typischerweise nicht in einen solchen Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Pixelgruppen passt. Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden die Einzel-ADCs des Spalten-ADCs, die jeweils Pixelsignale (pixelgruppenübergreifend) einer Pixelspalte des Bildsensors analog-zu-digital wandeln, so auf Zwischenräume zwischen (in Spaltenrichtung) benachbarten Pixelgruppen verteilt, dass die Anzahl der Einzel-ADCs pro Zwischenraum kleiner ist als die Anzahl der Pixelspalten pro Pixelgruppe der in Spaltenrichtung benachbarten Pixelgruppen. Die Gesamtanzahl von Einzel-ADCs entspricht trotzdem noch der Anzahl der Pixelspalten pro Pixelgruppe. So wird beispielsweise ermöglicht (bei der Aufteilung auf zwei Zwischenräume), dass ein Einzel-ADC die Breite von zwei Pixelspalten einer Pixelgruppe einnehmen kann. Natürlich ist auch eine Aufteilung auf mehr als zwei Zwischenräume (zwischen in Spaltenrichtung benachbarten Pixelgruppen) möglich, wobei mit der Erhöhung der Anzahl der Zwischenräume, auf die die Einzel-ADCs verteilt werden, auch die verfügbare Breite für einen Einzel-ADC steigt.
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Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung ist daher die Aufteilung des Spalten-ADCs in zwei (oder N) ADC-Teile, wobei jeder dieser ADC-Teile für die geraden bzw. ungeraden Pixelspalten (oder jede Nte Spalte) zuständig ist. Ein solches ADC-Teil sind dabei die Einzel-ADCs des Spalten ADCs, die in demselben Zwischenraum angeordnet sind. Dadurch ist horizontal mehr Platz für jeden Einzel-ADC (nämlich die Breite von beispielweise zwei Pixelspalten statt nur einer) und jeder Einzel-ADC kann folglich breiter gestaltet werden. Wegen Flächenerhaltung braucht er vertikal weniger Platz und passt daher in die Lücke zwischen Pixelgruppen.
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Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird daher der Spalten-ADC zumindest auf zwei Zwischenräume (zwischen in Spaltenrichtung des Bildsensors benachbarten Pixelgruppen) aufgeteilt, in denen sich jeweils mindestens ein Einzel-ADC befindet, wobei jeder dieser Einzel-ADCs jeweils Pixelsignale einer Pixelspalte (pixelgruppenübergreifend) des gesamten Bildsensors analog zu digital wandelt. Beispielsweise kann ein Zwischenraum, in dem ein solcher Einzel-ADC angeordnet wird – oder mehrere solcher Einzel-ADCs angeordnet werden – der Platz zwischen zwei in Spaltenrichtung benachbarten Pixelgruppen sein.
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Das genannte Prinzip lässt sich natürlich auf ein Feld von Pixelgruppen ausdehnen, wobei die Einzel-ADCs jeweils in Zwischenräumen zwischen in Spaltenrichtung benachbarten Pixelgruppen angeordnet sind. Dabei ist in jeder Spalte von Pixelgruppen in mindestens zwei Zwischenräumen dieser Spalte mindestens ein Einzel-ADCs angeordnet, der ausgebildet ist, um Pixelsignale dergleichen Pixelspalte der in dieser Spalte angeordneten Pixelgruppen analog zu digital zu wandeln. Typischerweise entspricht die Anzahl der Einzel-ADCs pro Spalte der Anzahl von Pixelspalten pro Pixelgruppe in dieser Spalte.
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Mit anderen Worten wird der Spalten-ADC in einzelne Subblöcke (in die einzelnen Einzel-ADCs) unterteilt, so dass die Fläche zwischen den einzelnen Pixelgruppen minimiert werden kann. Der gesamte Spalten-ADC benötigt daher mehrere Zwischenräume, um alle Einzel-ADCs des Spalten-ADCs in den Zwischenräumen zwischen den Pixelgruppen auf dem Bildsensor unterzubringen. Aufgrund der Unterbringung der Einzel-ADCs des Spalten-ADCs in den Zwischenräumen zwischen den Pixelgruppen kann darauf verzichtet werden, den Spalten-ADC am Rand des Bildsensors anzuordnen, wodurch sich die Gesamtchipfläche des Bildsensors gegenüber konventionellen Bildsensoren, bei denen sich der Spalten-ADC am Rand befindet, deutlich verkleinern lässt.
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Es ist daher ein Vorteil von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung gegenüber konventionellen Bildsensoren mit aufgeteiltem Bildfeld, dass sich ein Bildsensor mit aufgeteiltem Bildfeld herstellen lässt, welcher gegenüber konventionellen Bildsensoren eine deutlich geringere Gesamtchipfläche aufweist.
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Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen einen Bildsensor mit einer Mehrzahl von Pixelgruppen und einem Spalten-ADC mit einer Mehrzahl von Einzel-ADCs. Jeder Einzel-ADC ist ausgebildet, um zumindest Pixelsignale von Pixelspalten zweier verschiedener Pixelgruppen aus der Mehrzahl von Pixelgruppen analog zu digital zu wandeln. Ferner sind die Einzel-ADCs der Mehrzahl von Einzel-ADCs in Zwischenräumen zwischen benachbarten Pixelgruppen der Mehrzahl von Pixelgruppen angeordnet.
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Es wurde ferner herausgefunden, dass insbesondere gegenüber Bildsensoren, welche einen Gruppenlevel-ADC aufweisen, sich ein verbesserter Bildsensor dadurch schaffen lässt, dass ein Spalten-ADC eingesetzt wird, dessen Einzel-ADCs in Zwischenräumen zwischen benachbarten Pixelgruppen angeordnet sind, und bei dem jeder Einzel-ADC zumindest Pixelsignale von Pixelspalten zweier verschiedener Pixelgruppen aus der Mehrzahl von Pixelgruppen analog zu digital wandelt. Dies hat insbesondere gegenüber Bildsensoren mit Gruppenlevel-ADCs den Vorteil, dass einerseits die Einzel-ADCs deutlich kleiner ausgestaltet werden können als ein einzelner Gruppenlevel-ADC und ferner den Vorteil, dass die Taktrate der Einzel-ADCs niedriger gewählt werden kann als bei Gruppenlevel-ADCs, da die Anzahl der zu wandelenden Pixel pro Zeiteinheit bei den genannten Einzel-ADCs niedriger ist als bei typischen Gruppenlevel-ADCs. So müssen derartige Gruppenlevel-ADCs typischerweise eine komplette Gruppe von Pixeln analog zu digital wandeln, während ein Einzel-ADC eines Spalte-ADCs typischerweise lediglich eine Pixelspalte analog-zu-digital wandelt. Beispielsweise ist es ausreichend, einen Einzel-ADC pro Pixelspalte einer Pixelgruppe vorzusehen. Dieser Einzel-ADC kann dann beispielsweise ausgebildet sein, um Pixelsignale jeweils einer Pixelspalte (beispielsweise jeweils der gleichen Pixelspalte) jeder Pixelgruppe der Mehrzahl von Pixelgruppen analog zu digital zu wandeln. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen daher ferner einen Bildsensor, welcher gegenüber Bildsensoren mit konventionellen Gruppenlevel-ADCs den Vorteil hat, dass Komplexität (aufgrund der niedrigeren benötigten Taktrate) der ADCs auf dem Bildsensorchip geringer wird, wodurch sich ein Bildsensor mit geringerem Aufwand und geringeren Kosten realisieren lässt.
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Zusammenfassend wurde erkannt, dass die Platzierung des Analog-zu-Digital-Wandlers außerhalb des Bildfelds, wie bei konventionellen Bildsensoren, bei Bildsensoren mit aufgeteiltem Bildfeld zwar auch möglich ist, jedoch aus zwei Gründen ineffizient ist: Zum Einen ist zwischen den Bildfeldern ohnehin Platz vorhanden, der genutzt werden sollte. Zum Anderen müssten außerhalb des Bildfelds platzierte Analog-zu-Digital-Wandler mit allen Pixeln verbunden werden, was Verdrahtung zwischen den Bildfeldern erforderlich machen würde. Diese Verdrahtung benötigt zusätzlichen Platz.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung lösen diese Probleme dadurch, dass ein Spalten-ADC auf eine Mehrzahl von Einzel-ADCs aufgeteilt wird, welche in (sowieso vorhandenen) Zwischenräumen zwischen benachbarten Pixelgruppen angeordnet werden.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:
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1a eine schematische Darstellung eines Bildsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem Pixelsignale von zwei verschiedenen Pixelspalten einer Pixelgruppe von zwei in verschiedenen Zwischenräumen angeordneten Einzel-ADCs analog zu digital gewandelt werden;
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1b eine schematische Darstellung eines Bildsensors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem Pixelsignale einer ersten Pixelspalte einer ersten Pixelgruppe und einer ersten Pixelspalte einer zweiten Pixelgruppe von einem Einzel-ADC, der sich in einem Zwischenraum zwischen diesen beiden Pixelgruppen befindet, analog zu digital gewandelt werden;
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2 wie ein konventioneller Einzel-ADC umgewandelt werden kann, sodass dieser gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung in Zwischenräume zwischen einzelnen Pixelgruppen passt.
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3 einen Bildsensor gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, welcher die in den 1a und 1b gezeigten Konzepte vereint;
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4 einen Bildsensor gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem der Speicher der Einzel-ADCs kammartig verschränkt ist;
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5 eine schematische Darstellung einer Abbildungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung
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Bevor im Folgenden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben werden, sei darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente oder Elemente gleicher Funktion mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
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Bevor die Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben werden, sollen nochmals die Probleme von Bildsensoren mit aufgeteiltem Bildfeld zusammengefasst werden. Bildsensoren mit aufgeteiltem Bildfeld haben das Problem, dass Lücken zwischen Pixelfeldern tote Flächen sind, d. h. sie verursachen Kosten, aber keinen Nutzen, der Preis des Sensors steigt etwa proportional mit der Fläche.
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Dazu soll im Folgenden ein Beispiel gegeben werden: Fläche für einen herkömmlichen Bildsensor (zusammenhängendes Bildfeld): Fs = Pixelfläche P + Logikfläche L
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Fläche für einen Sensor mit aufgeteiltem Bildfeld: Fm = Pixelfläche P + Logikfläche G + Lückenfläche L
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Daher Fm = Fs + L. Ziel ist es daher, die Lückenfläche mit Logik aufzufüllen, damit L = 0 und Fm = Fs. Voraussetzung dafür ist, dass G > L. Falls G = L, füllt die Logik die Lücken vollständig aus. Falls G > L, sitzt ein Teil der Logik weiterhin außerhalb des Bildfelds; das spielt keine Rolle, da trotzdem insgesamt Fm = Fs.
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Tatsächlich ist Fm = Fs unerreichbar, da durch die Umordnung der Logik in die Pixelflächen zusätzliche Verdrahtungsfläche V anfällt: Fm = Fs + V. Darüber hinaus sind einige Teile der Logik Blöcke mit fester Mindestgröße oder Form. Die folgenden Erfindungen haben das Ziel, V zu minimieren und Logikblöcke aufzuteilen.
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Aus den obigen Überlegungen ergeben sich daher die folgenden Vorgaben für Bildsensoren mit aufgeteiltem Bildfeld:
- 1. Logikblöcke sollen so kleinteilig wie möglich ausgeführt werden, damit sie sich gut verteilen lassen (bzw. die Verteilung anderer Blöcke und deren Verdrahtung nicht blockieren).
- 2. Logikblöcke sollen zwischen den Bildfeldern angesiedelt sein, um die Fläche des gesamten Bildsensor-Dies (Die-Chip) zu minimieren. Idealfall: Siliziumfläche zwischen Bildfeldern ist vollständig ausgenutzt.
- 3. Verdrahtung zwischen den Logikblöcken (und den Pixelgruppen) soll minimiert werden
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung lösen dieses Problem dadurch, dass in den Zwischenräumen zwischen benachbarten Pixelgruppen eines Bildsensors jeweils Einzel-ADCs angeordnet werden, die zusammen einen Spalten-ADC des Bildsensors bilden.
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1a zeigt eine schematische Darstellung eines Bildsensors 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Der Bildsensor 100 weist eine Mehrzahl von Pixelgruppen 101a bis 101c auf. Ferner weist der Bildsensor 100 einen Spalten-Analog-zu-Digital-Wandler (auch bezeichnet als Spalten-ADC) auf. Dieser Spalten-ADC weist eine Mehrzahl von Einzel-Analog-zu-Digital-Wandlern 103a, 103b (auch bezeichnet als Einzel-ADCs 103a, 103b) auf.
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Wie aus 1a ersichtlich, ist bei dem Bildsensor 100 ein erster Einzel-ADC 103a des Spalten-ADCs in einem ersten Zwischenraum 105a zwischen einer ersten Pixelgruppe 101a und einer zweiten Pixelgruppe 101b aus der Mehrzahl von Pixelgruppen angeordnet. Ferner ist ein zweiter Einzel-ADC 103b des Spalten-ADCs in einem zweiten Zwischenraum 105b zwischen der zweiten Pixelgruppe 101b und einer dritten Pixelgruppe 101c aus der Mehrzahl von Pixelgruppen angeordnet. Der erste Einzel-ADC 103a ist ausgebildet, um Pixelsignale einer ersten Pixelspalte 101b-1 der zweiten Pixelgruppe 101b analog zu digital zu wandeln und der zweite Einzel-ADC 103b ist ausgebildet, um Pixelsignale einer zweiten Pixelspalte 101b-2 der zweiten Pixelgruppe 101b analog zu digital zu wandeln.
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Wie bereits im einleitenden Teil zu dieser Anmeldung erläutert, ist es eine Idee von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, dass ein Spalten-ADC auf eine Mehrzahl von Einzel-ADCs 103a bis 103b aufgeteilt wird, welche jeweils Pixelsignale einer Pixelspalte 101b-1, 101b-2 einer Pixelgruppe 101b analog zu digital wandeln, so dass diese Einzel-ADCs 103a, 103b in Zwischenräume 105a, 105b zwischen Pixelgruppen 101a bis 101c des Bildsensors 100 passen. Durch die Aufteilung des Spalten-ADCs in die Mehrzahl von Einzel-ADCs 103a, 103b wird ermöglicht, dass diese Einzel-ADCs 103a, 103b in die Zwischenräume 105a, 105b passen. Es ist daher nicht mehr nötig, den Spalten-ADC am Rand des Bildsensors 100 anzuordnen, da dieser verteilt in die Zwischenräume 105a, 105b zwischen den Pixelgruppen 103a–103c passt, wodurch sich Chipfläche einsparen lässt. Es wurde daher erkannt, dass die Lücken zwischen den einzelnen Pixelgruppen 101a bis 101c bei Bildsensoren mit aufgeteiltem Bildfeld genutzt werden können, um in diesen Einzel-ADCs 103a, 103b eines Spalten-ADCs zu platzieren. In einem einfachsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann dabei in einen Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Pixelgruppen jeweils genau ein Einzel-ADC des Spalten-ADCs angeordnet sein. Dieser Einzel-ADC kann dabei ausgebildet sein, um Pixelsignale jeweils einer Pixelspalte jeder Pixelgruppe des Bildsensors 100 analog zu digital zu wandeln. Der Spalten-ADC kann daher auf genauso viele Einzel-ADCs aufgeteilt sein, wie Pixelspalten pro Pixelgruppe 101a bis 101c vorhanden sind.
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Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen können sich auch mehrere Einzel-ADCs des Spalten-ADCs in einem Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Pixelgruppen befinden. Dies ist beispielhaft in 1a dargestellt, wo sich in dem ersten Zwischenraum 105a zusätzlich zu dem ersten Einzel-ADC 103a weiterhin ein dritter Einzel-ADC 103c des Spalten-ADCs und ein fünfter Einzel-ADC 103e des Spalten-ADCs befindet. Ferner ist in dem zweiten Zwischenraum 105b ferner ein vierter Einzel-ADC 103d und ein sechster Einzel-ADC 103f des Spalten-ADC angeordnet. Die Anzahl der Einzel-ADCs, welche sich in einem solchen Zwischenraum 105a, 105b befinden bzw. welche in solch einem Zwischenraum 105a, 105b angeordnet sind, kann gemäß einigen Ausführungsbeispielen variieren und ist insbesondere von der Größe der Einzel-ADCs sowie der Größe der Zwischenräume 105a, 105b abhängig. Jeder der Einzel-ADCs 103c–103f kann dabei, wie bereits auch der erste Einzel-ADC 103a und der zweite Einzel-ADC 103b ausgebildet sein, um Pixelsignale von Pixelspalten 101b-3 bis 10lb-6 der zweiten Pixelgruppe 101b analog zu digital zu wandeln.
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Bei dem in 1a gezeigten Ausführungsbeispiel ist der dritte Einzel-ADC 103c ausgebildet, um Pixelsignale einer dritten Pixelspalte 101b-3 der zweiten Pixelgruppe 101b analog zu digital zu wandeln, der vierte Einzel-ADC 103d ausgebildet, um Pixelsignale einer vierten Pixelspalte 101b-4 der zweiten Pixelgruppe 101b analog zu digital zu wandeln, der fünfte Einzel-ADC 103e ausgebildet, um Pixelsignale einer fünften Pixelspalte 101b-5 der zweiten Pixelgruppe 101b analog zu digital zu wandeln, und der sechste Einzel-ADC 103f ausgebildet, um Pixelsignale einer sechsten Pixelspalte 101b-6 der zweiten Pixelgruppe 101b analog zu digital zu wandeln.
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Wie aus 1a ersichtlich können dabei die Leitungen der Pixelspalten 101b-1, 101b-6 der zweiten Pixelgruppe 101b abwechselnd oben und unten herausgeführt werden. So können beispielsweise die in dem ersten Zwischenraum 105a angeordneten Einzel-ADCs 103a bis 103e ausgebildet sein, um jeweils Pixelsignale einer ungeraden Pixelspalte 101b-1, 101b-3, 101b-5, der zweiten Pixelgruppe 101b analog zu digital zu wandeln und die Einzel-ADCs 103b, 103d, 103f in dem zweiten Zwischenraum 105b können ausgebildet sein, um jeweils Pixelsignale gerader Pixelspalten 101b-2, 101b-4, 101b-6 der zweiten Pixelgruppe 101b analog zu digital zu wandeln.
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Ferner können die in den Zwischenräumen 105a, 105b angeordneten Untermehrzahlen von Einzel-ADCs derart gewählt sein, dass eine Gesamtbreite der Untermehrzahl von Einzel-ADCs die jeweils in einen Zwischenraum 105a, 105b angeordnet sind (beispielsweise eine Gesamtbreite der Einzel-ADCs 103a, 103c, 103e und/oder der Einzel-ADCs 103b, 103d, 103f) kleiner gleich einer Gesamtbreite der zweiten Pixelgruppe 101b ist. Mit anderen Worten werden die Einzel-ADCs 103a bis 103f so auf die Zwischenräume 105a, 105b zwischen den Pixelgruppen 101a bis 101c verteilt, dass diese die Breiten der Pixelgruppen 101a bis 101c nicht seitlich überragen.
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Ferner kann jeder der Einzel-ADCs 103a bis 103f jeweils einer Pixelspalte 101b-1 bis 101b-6 der zweiten Pixelgruppe 101b dediziert zugeordnet sein, um Pixelsignale nur dieser dedizierten Pixelspalte 101b-1 und 101b-6 und keiner weiteren Pixelspalte dieser zweiten Pixelgruppe 101 analog zu digital zu wandeln. Nichtsdestotrotz kann ferner ein Einzel-ADC derart ausgebildet sein, um Pixelsignale einer Pixelspalte einer weiteren Pixelgruppe des Bildsensors 100 analog zu digital zu wandeln (beispielsweise der ersten Pixelgruppe 101a und/oder der dritten Pixelgruppe 101c), wie auch noch im Folgenden anhand der 1b und 3 beispielhaft gezeigt wird.
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So kann beispielsweise der erste Einzel-ADC 103a ferner ausgebildet sein, um Pixelsignale einer ersten Pixelspalte 101a-1 der ersten Pixelgruppe 101a analog zu digital zu wandeln.
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Ferner kann auch der zweite Einzel-ADC 103b ausgebildet sein, um Pixelsignale einer zweiten Pixelspalte 101a-2 der ersten Pixelgruppe 101a analog zu digital zu wandeln.
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Die Zuordnung der Einzel-ADCs 103a bis 103f zu den einzelnen Pixelspalten der Pixelgruppen 101a, 101b kann dabei derart erfolgen, dass jeder der Einzel-ADCs 103a bis 103f jeweils ausgebildet ist, um Pixelsignale der gleichen Pixelspalte der verschiedenen Pixelgruppen 101a bis 101c analog zu digital zu wandeln.
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So kann beispielsweise der erste Einzel-ADC 103a ausgebildet sein, um jeweils Pixelsignale der ersten Pixelspalte jeder Pixelgruppe des Bildsensors 100 analog zu digital zu wandeln, der zweite Einzel-ADC 103b kann ausgebildet sein, um jeweils Pixelsignale der zweiten Pixelspalte jeder Pixelgruppe des Bildsensors 100 analog zu digital zu wandeln und so weiter.
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Der Spalten-ADC ist ausgebildet, um jeweils eine komplette Zeile einer Pixelgruppe (beispielsweise der zweiten Pixelgruppe 101b) oder sogar des gesamten Bildsensors 100 gleichzeitig analog zu digital zu wandeln (unter Nutzung der Mehrzahl von Einzel-ADCs 103a bis 103f).
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Obwohl bei dem in 1a gezeigten Ausführungsbeispiel lediglich drei Pixelgruppen 101a bis 101c gezeigt sind, so kann der Bildsensor 100 auch weitere Pixelgruppen aufweisen. Die Anzahl der Pixelgruppen kann dabei variieren und ist insbesondere von der gewählten Anwendung abhängig. Vor allem können die Pixelgruppen in einem Feld von Pixelgruppen mit beispielsweise X Spalten und Y Zeilen angeordnet sein, wobei X größer gleich 2 und Y größer gleich 2.
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Die Einzel-ADCs 103a bis 103f des Spalten-ADCs des Bildsensors 100 können sich dabei jeweils in Zwischenräumen von in Spaltenrichtung (Richtung in der eine Spalte verläuft) benachbarten Pixelgruppen 101a bis 101c befinden. Mit anderen Worten können gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung in Zwischenräumen zwischen zwei in Zeilenrichtung (Richtung in der eine Zeile verläuft) benachbarten Bilddetektoren keine Einzel-ADCs angeordnet sein.
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1b zeigt einen Bildsensor 150 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Bildsensor 150 weist eine Mehrzahl von Pixelgruppen 101a bis 101c auf. Ferner weist der Bildsensor 150 einen Spalten-ADC mit einer Mehrzahl von Einzel-ADCs 103a, 103b auf. Jeder der Einzel-ADCs 103a, 103b ist ausgebildet, um zumindest Pixelsignale von Pixelspalten zweier verschiedener Pixelgruppen aus der Mehrzahl von Pixelgruppen 101a, 101b, 101c analog zu digital zu wandeln. Ferner sind die Einzel-ADCs 103a, 103b in Zwischenräumen 105a bis 105b zwischen benachbarten Pixelgruppen 101a bis 101c der Mehrzahl von Pixelgruppen 101a bis 101c angeordnet. So ist beispielsweise ein erster Einzel-ADC 103a des Spalten-ADCs in einem ersten Zwischenraum 105a zwischen einer ersten Pixelgruppe 101a und einer zweiten Pixelgruppe 101b angeordnet. Ein zweiter Einzel-ADC 103b ist in einem zweiten Zwischenraum 105b zwischen der zweiten Pixelgruppe 101b und einer dritten Pixelgruppe 101c angeordnet. Der erste Einzel-ADC 103a ist dabei ausgebildet, um Pixelsignale einer ersten Pixelspalte 101a-1 der ersten Pixelgruppe 101a und einer ersten Pixelspalte 101b-1 der zweiten Pixelgruppe 101b analog zu digital zu wandeln. Der zweite Einzel-ADC 103b ist ausgebildet, um Pixelsignale einer zweiten Pixelspalte 101b-2 der zweiten Pixelgruppe 101b und Pixelsignale einer zweiten Pixelspalte 101c-2 der dritten Pixelgruppe 101c analog zu digital zu wandeln.
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Der in 1b gezeigte Bildsensor 150 basiert auf dem Gedanken, dass sich eine effiziente Anordnung eines Spalten-ADCs auf einem Bildsensor 150 ermöglichen lässt, wenn dieser Spalten-ADC in Einzel-ADCs aufgeteilt wird und diese Einzel-ADCs in Zwischenräumen zwischen benachbarten Pixelgruppen angeordnet werden. Jeder der Einzel-ADCs ist dabei ausgebildet, Pixelsignale von Pixelspalten zumindest zweier verschiedener (in Spaltenrichtung benachbarter) Pixelgruppen analog zu digital zu wandeln. So lässt sich insbesondere gegenüber Gruppenlevel-ADCs ermöglichen, dass der Zwischenraum zwischen benachbarten Pixelgruppen kleiner gewählt werden kann, da die resultierenden Einzel-ADCs typischerweise auch kleiner gewählt werden können als ein Gruppenlevel-ADC (welcher Pixelsignale einer kompletten Pixelgruppe analog zu digital zu wandelt anstatt nur von einer Pixelspalte). Ferner kann allgemein die Taktrate der verwendeten ADCs auf dem Bildsensor 150 im Vergleich zu einem Gruppenlevel-ADC deutlich reduziert werden, da Pixelsignale lediglich Pixelspalten von verschiedenen Pixelgruppen (und nicht von kompletten Pixelgruppen) mit ein und demselben Einzel-ADC analog zu digital gewandelt werden können.
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Der in 1b gezeigte Bildsensor 150 lässt sich ferner um die weiteren optionalen Merkmale, welche in Verbindung mit dem in 1a gezeigten Bildsensor 100 beschrieben wurden erweitern. Daher soll hier im Folgenden nicht noch einmal detailliert auf diese weiteren optionalen Merkmale eingegangen werden.
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2 erläutert das Prinzip der Umgestaltung eines Einzel-ADCs eines Spalten-ADCs, sodass dieser Einzel-ADC in die Zwischenräume zwischen benachbarte Pixelgruppen passt (wie beispielsweise anhand von 1a und anhand von 1b gezeigt).
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2 zeigt anhand von einem Bildsensor 200 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie mehrere Einzel-ADCs des Spalten-ADCs im Bildfeld zwischen unterbrochenen Pixelfeldern platziert werden können. Der in 2–4 gezeigte Bildsensor 200 unterscheidet sich von dem in 1a gezeigten Bildsensor 100 lediglich dadurch, dass ferner eine vierte Pixelgruppe 101b dargestellt ist und dass ferner jede der Pixelgruppen 101a bis 101d acht Pixelspalten aufweist. Dementsprechend weist der Spalten-ADC auch acht Einzel-ADCs 103a–103h auf. Ferner sind vier Einzel-ADCs 103a, 103c, 103e, 103g in dem ersten Zwischenraum 105a und vier Einzel-ADCs 103b, 103d, 103f, 103h in dem zweiten Zwischenraum 105b angeordnet.
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Aus 2-1 ist ersichtlich, dass ein Einzel-ADC einen festgelegten Flächenbedarf hat. Ordnet man die Elemente so an, dass der Einzel-ADC die Breite einer Pixelspalte hat, so passt er nicht in die Lücke zwischen zwei Pixelfeldern (oder zwischen zwei Pixelgruppen).
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2-2 zeigt, wie der Einzel-ADC umgeformt werden kann. Die resultierende Fläche bleibt dabei erhalten. Aus 2-3 ist ersichtlich, dass der Einzel-ADC nun in die Lücke zwischen den Pixelfeldern passt, jedoch jede zweite Spalte ohne Analog-zu-Digital-Wandler (ADC) wäre und daher nicht ausgelesen werden kann. Auslesbare Spalten sind dabei rechtsschraffiert (von links oben nach rechts unten), verwaiste Spalten bleiben weiß.
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2-4 zeigt daher, dass gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ein zweiter Satz ADCs (ein zweiter Satz Einzel-ADCs 103b, 103d, 103f, 103h) in die nächste Lücke 105b zwischen den Pixelgruppen bzw. Pixelfeldern 101b, 101c platziert wird (linksschraffiert von rechts oben nach links unten) und mit den übrigen Spalten, die nicht bereits von den Einzel-ADCs 103a, 103c, 103e, 103g in der anderen Lücke 105a ausgelesen werden, verbunden. Damit sind sämtliche Pixel des Bildsensors 100 auslesbar. Die übrigen Lücken zwischen den weiteren Bildfeldern (beispielsweise weiter unten oder auch seitlich) bleiben bis auf Verdrahtung frei.
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Zusammenfassend ist die Breite eines ADCs typischerweise durch die Breite einer Spalte begrenzt (Pixelpitch bzw. zweimal Pixelpitch für Transistorsharing (sharing-teilen)). Die Fläche ist ebenfalls vorgegeben (Kondensatoren, Transistoren etc). Daraus ergibt sich eine Mindesthöhe, die größer ist als die Lücke zwischen Bildfeldern sein kann. Ferner lässt sich ein Einzel-ADC typischerweise außerdem nicht aufteilen; also passen ADCs nicht zwischen Pixelgruppen.
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Aus 2 wird die Lösung für das oben genannte Problem ersichtlich, und zwar, dass die Einzel-ADCs so umgeformt werden und damit der Spalten-ADC so umgeformt wird, dass sie in die Lücken zwischen die Pixelgruppen passen. Die neuen Teile sind zunächst zu breit, sodass nur 1/N der Spalten ausgelesen werden können. Daher werden gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung in die übrigen Lücken bzw. Zwischenräume weitere Gruppen von Einzel-ADCs des Spalten-ADCs platziert, bis alle Spalten auslesbar sind.
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Es resultiert eine deutliche Flächenersparnis im Vergleich zu Systemen, in denen ein Spalten-ADC mit seinen Einzel-ADCs am Rand des Bildsensors angeordnet wird.
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Ferner besteht gegenüber Gruppenlevel-Bildsensoren der Vorteil, dass keine parallelen Signalleitungen mit den Pixelwerten über den ganzen Chip geroutet werden, was zusätzlich den Flächenbedarf erhöhen würde.
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Mit anderen Worten wird bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ein Spaltenlevel- oder Columnlevel-ADC eingesetzt. Aufgrund der begrenzten Breite pro ADC müssten die ADCs lang und schmal gelayoutet werden. Es waren daher sehr große Pixelgruppenabstände notwendig, um diesen Spaltenlevel-ADC im Bildfeld zu platzieren. Daher wird bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung der Spalten-ADC so in Subblöcke (in die Einzel-ADCs) unterteilt, dass die Fläche zwischen den Pixelgruppen minimiert werden kann. Der Spalten-ADC wird daher auf mehrere Pixelgruppengaps oder Zwischenräumen zwischen Pixelgruppen aufgeteilt. Alle Pixel einer Zeile des Bildsensors, gruppenübergreifend, erhalten einen eigenen Einzel-ADC. Aus Platzgründen werden diese Einzel-ADCs auf mehrere Pixelgruppenzwischenräume aufgeteilt.
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3 zeigt einen Bildsensor 300 (beispielsweise in einer Draufsicht), der eine Mehrzahl von Pixelgruppen 101a bis 101i aufweist. Die Pixelgruppen 101a bis 101i können beispielsweise in einer N×M-Matrix angeordnet sein. Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Pixelgruppen 101a bis 101i in einer 3×3-Matrix angeordnet. Jedoch kann die Anzahl der Pixelgruppen pro Bildsensor 300 variieren und kann insbesondere in Abhängigkeit der gewünschten maximalen Auflösung des Bildsensors 300 gewählt werden.
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Ferner weist der Bildsensor 300 einen Spalten-ADC auf, der in eine Mehrzahl von Einzel-ADCs 303-1 bis 303-18 unterteilt ist. Jeder der Einzel-ADCs 303-1 bis 303-18 ist dabei ausgebildet, um Pixelsignale jeweils einer zugeordneten Pixelspalte des Bildsensors 300 analog zu digital zu wandeln. Bei dem in 3 gezeigten exemplarischen Beispiel weist jede Pixelgruppe 101a bis 101i sechs Pixelspalten (und sechs Pixelzeilen) auf. Der erste Einzel-ADC 303-1 ist daher ausgebildet, um Pixelsignale der ersten Pixelspalten der Pixelgruppen 101a, 101b und 101c analog zu digital zu wandeln, der zweite Einzel-ADC 303-2 ist ausgebildet, um Pixelsignale der zweiten Pixelspalten der Pixelgruppen 101a, 101b und 101c analog zu digital zu wandeln und so weiter. Die Anzahl der Einzel-ADCs 303-1 bis 303-18 des Bildsensors 300 entspricht damit (pixelgruppenübergreifend) der Anzahl der Pixelspalten des Bildsensors 300 (in dem Beispiel 18). Jeder der Einzel-ADCs 303-1 bis 303-18 ist damit ausgebildet, um Pixelsignale jeweils einer Pixelspalte (pixelgruppenübergreifend) des Bildsensors analog-zu-digital zu wandeln. Die Nummerierung der Pixelspalten und der Einzel-ADCs 303-1 bis 303-18 in der Zeichnung zeigt an, welche Einzel-ADCs 303-1 bis 303-18 welcher Pixelspalte zur Analog-zu-Digital-Wandlung der Pixelsignale der Pixelspalte zugeordnet sind.
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Ferner sind bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils 3 Einzel-ADCs zwischen zwei benachbarten Pixelgruppen angeordnet. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen ist es aber auch möglich, dass lediglich ein Einzel-ADC jeweils zwischen zwei benachbarten Pixelgruppen angeordnet ist oder dass eine größere Anzahl von Einzel-ADCs zwischen zwei benachbarten Pixelgruppen angeordnet ist.
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Aus 3 geht ferner hervor, dass die Einzel-ADCs 303-1 bis 303-18 jeweils in Zwischenräumen zwischen in Spaltenrichtung des Bildsensors benachbarten Pixelgruppen angeordnet sind.
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Ferner befinden sich in Zwischenräumen zwischen in Zeilenrichtung des Bildsensors 300 benachbarten Pixelgruppen keine Einzel-ADCs des Spalten-ADCs. Diese Zwischenräume können beispielsweise für eine Verdrahtung benutzt werden.
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Ferner ist auch bei dem in 3 gezeigten Bildsensor 300 ersichtlich, dass jeder Einzel-ADC 303-1 bis 303-18 ausgebildet ist, um Pixelsignale von dem Einzel-ADC 303-1 bis 303-18 zugeordneten Pixelspalten verschiedener Pixelgruppen 101a bis 101i aus der Mehrzahl von Pixelgruppen 101a bis 101i analog zu digital zu wandeln. Dabei ist jedem Einzel-ADC 303-1 bis 303-18 jeweils die gleiche Pixelspalte (beispielsweise die erste Pixelspalte, die zweite Pixelspalte, die dritte Pixelspalte usw.) von in Spaltenrichtung angeordneten Pixelfeldern 101a–101c, 101d–101f, 101g–101i zugeordnet. Mit anderen Worten ist jeder Einzel-ADC 303-1 bis 303-18 ausgebildet, um jeweils Pixelsignale der gleichen Pixelspalte von in einer Spaltenrichtung des Bildsensors 300 benachbarten Pixelgruppen 101a–101c, 101d–101f, 101g–101i der verschiedenen Pixelgruppen 101a bis 101i analog zu digital zu wandeln.
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Ferner ist der Spalten-ADC ausgebildet, um zumindest Pixelsignale einer gesamten (Pixel-)Zeile des Bildsensors zeitgleich analog zu digital zu wandeln bzw. auszulesen. Dies kann dadurch erfolgen, dass Pixelsignale einer gesamten Pixelzeile des Bildsensors 300 (pixelgruppengruppenübergreifend) zeitgleich von jeweils dem zugeordneten Einzel-ADC 303-1 bis 303-18 analog zu digital gewandelt werden. Die Pixelsignale können dabei zeilenweise ausgelesen werden. Die einzelnen Pixelzeilen können nacheinander ausgelesen werden. So können z. B. zuerst zeilenweise die Pixelzeilen der Pixelgruppen 101a, 101d, 101g ausgelesen werden, danach die der Pixelgruppen 101b, 101e, 101h und danach die der Pixelgruppen 101c, 101f, 101i usw. Dafür werden jeweils die Einzel-ADCs 303-1 bis 303-18 mit den Pixelzeilen der verschiedenen Pixelgruppen 101a bis 101i verbunden.
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Ferner wird aus 3 ersichtlich, dass jeder Einzel-ADC 303-1 bis 303-18 jeweils in einem Zwischenraum angeordnet ist, der sich zwischen den in Spaltenrichtung angeordneten Pixelgruppen befindet, deren Pixelsignale einer ihrer Pixelspalten von dem jeweiligen Einzel-ADC 303-1 bis 303-18 analog zu digital-gewandelt werden. Mit anderen Worten ist jeder Einzel-ADC 303-1 bis 303-18 zusammen mit den Pixelgruppen 101a bis 101f, deren Pixelsignale einer ihrer Pixelspalten von dem jeweiligen Einzel-ADC 303-1 bis 303-18 analog-zu-digital gewandelt werden, in derselben Spalte des Bildsensors 300 angeordnet. Dadurch wird vermieden, dass Pixelleitungen von den Pixelspalten zu den Einzel-ADCs 303-1 bis 303-18 quer (in Zeilenrichtung) auf dem Bildsensor 300 verlegt werden müssen. So bleibt Fläche zwischen in Zeilenrichtung benachbarten Pixelgruppen frei, welche beispielsweise für weitere Logik oder zur Verdrahtung genutzt werden kann.
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Ferner können die Mehrzahl von Pixelgruppen 101a bis 101i auf demselben Substrat des Bildsensors 300 angeordnet sein (beispielsweise zusammen mit dem Spalten-ADC).
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Bei den eingesetzten Spalten- oder Columnlevel-ADCs gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden jeweils die Pixel einer Pixelzeile parallel in je einem Einzel-ADC pro Pixelspalte umgesetzt. Die maximale Breite der Einzel-ADCs im Layout lässt sich verdoppeln, wenn zwei ADC-Bänke auf dem Bildsensor platziert werden und die Pixelspalten abwechselnd an die oberen und unteren Einzel-ADCs angeschlossen, wie dies beispielsweise bereits in 1a gezeigt wurde.
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Dies ist auch bei dem in 4 gezeigten Bildsensor 400 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Fall.
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Bei dem in 4 gezeigten Bildsensor 400 sind schematisch vier Pixelgruppen 101a bis 101d dargestellt. Jedoch weist dieser Bildsensor 400 typischerweise noch weitere Pixelgruppen auf, welche über oder unter den in 4 gezeigten Pixelgruppen 101a bis 101d oder auch seitlich neben diesen Pixelgruppen 101a bis 101d angeordnet sein können.
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Bei dem in 4 gezeigten Bildsensor 400 weist der Spalten-ADC des Bildsensors 400 acht Einzel-ADCs 403a bis 403h auf. Jeder der acht Einzel-ADCs 403a bis 403h ist jeweils ausgebildet, um Pixelsignale der gleichen Pixelspalte von in Spaltenrichtung benachbarten Pixelfeldern des Bildsensors 400 analog zu digital zu wandeln. So ist beispielsweise ein erster Einzel-ADC 403a ausgebildet, um jeweils Pixelsignale der ersten Pixelspalten der Pixelgruppen 101a, 101b analog zu digital zu wandeln, der zweite Einzel-ADC 403b ist ausgebildet, um Pixelsignale der zweiten Pixelspalten der Pixelgruppen 101a, 101b analog zu digital zu wandeln usw. Mit anderen Worten ist ein n-ter Einzel-ADC des Spalten-ADCs ausgebildet, um (pixelgruppenübergreifend) jeweils Pixelsignale der n-ten Pixelspalte des Bildsensors 400 analog zu digital zu wandeln.
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Die Einzel-ADCs 403a bis 403h sind jeweils in Zwischenräumen zwischen benachbarten Pixelgruppen des Bildsensors 400 angeordnet (in 4 nicht gezeigt, da lediglich die vier Pixelgruppen 101a bis 101d dargestellt sind).
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Ferner ist jedem der Einzel-ADCs 403a bis 403h ein eigener Speicher 411a bis 411h zugeordnet, der das digitalisierte Signal nach der Analog-zu-Digital-Umsetzung aufnimmt. Mit anderen Worten weist der Spalten-ADC für jeden der Einzel-ADCs 403a bis 403h einen dem jeweiligen Einzel-ADC 403a bis 403h zugeordneten Speicher 411a bis 411h zum Speichern der digitalisierten Pixelsignale auf. Die Ausgabe der digitalen Daten (der digitalen Pixelsignale) vom Chip erfolgt dabei seriell.
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Bei einem konventionellen Bildsensor, dessen Spalten-ADC als ein Block am Rand des Bildfelds platziert ist, können die Pixeldaten in einem Schieberegister ausgegeben werden. Damit stehen die Daten gleich zeilenweise, Pixel für Pixel zur Weiterverarbeitung zur Verfügung.
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Werden die Einzel-ADCs nun wie in 4 gezeigt in mehreren Bänken platziert, entsteht das Problem, dass die Daten nicht mehr zeilenweise, Pixel für Pixel ausgegeben werden (vorausgesetzt die jeweiligen ADC-Blöcke erhalten eine serielle Schnittstelle).
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung lösen dieses Problem dadurch, dass zwar mehrere Einzel-ADC-Bänke (die Einzel-ADC-Blöcke 403a bis 403h) verteilt auf dem Bildsensor 400 platziert werden und die Einzel-ADCs wie in 4 gezeigt abwechselnd nach oben und unten heraus geführt werden um die maximale ADC-Breite im Layout zu verdoppeln, allerdings werden die Speicher 411a bis 411h wieder kammartig verschränkt, um die digitalen Pixelsignale einer Zeile noch auf dem Chip bzw. auf dem Bildsensor 400 wieder zu sortieren.
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Mit anderen Worten sind die Speicher 41la bis 411h derart verschränkt, dass die Reihenfolge der ausgegebenen Pixelsignale der Reihenfolge der Pixelspalten des Bildsensors 400 entspricht.
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So wird beispielsweise ermöglicht, dass das Pixelsignal jeweils der ersten Pixelspalte zuerst ausgegeben wird und das Pixelsignal der letzten Pixelspalte als letztes ausgegeben wird oder umgekehrt (wie in 4 gezeigt).
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In anderen Worten weist der Spalten-ADC des Bildsensors 400 für jeden Einzel-ADC 403a bis 403h einen eigenen Speicher 411a bis 411h zum Speichern der analog zu digital gewandelten Pixelsignale der dem Einzel-ADC 403a bis 403h zugeordneten Pixelspalte oder Pixelspalten der Pixelgruppen 101a bis 101d auf. Die Speicher 411a bis 411h sind dabei in Abhängigkeit der den Einzel-ADCs 403a bis 403h zugeordneten Pixelspalte oder Pixelspalten der Pixelgruppen 101a bis 101d miteinander verschränkt.
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Die Speicher 411a bis 411h sind dabei derart verschränkt, dass bei einem seriellen Auslesen des Speichers 411a bis 411h die Reihenfolge der ausgelesenen digitalen Pixelsignale der Einzel-ADCs 403a bis 403h einer Reihenfolge in Zeilenrichtung der Pixelspalten des Bildsensors 400 entspricht.
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Zusammenfassend zeigt 4 den Bildsensor 400, bei dem die Einzel-ADCs 403a bis 403h abwechselnd nach unten (ungerade Pixelspalten) und nach oben (gerade Pixelspalten) herausgeführt sind. Jeder der Einzel-ADCs 403a bis 403h besitzt einen eigenen Speicher 41la bis 411h (der im Beispiel eine Bitbreite von 10 Bit hat), der das umgesetzte Digitalsignal (den jeweiligen digitalen Pixelwert in der aktuellen Pixelzeile und der aktuellen Pixelspalte) aufnimmt. Durch kammartige Verschränkung dieser Speicher 411a bis 411h ist keine Umsortierung und damit kein Verdrahtungsaufwand mehr nötig, um die digitalen Daten zeilenweise auszugeben.
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Das in 4 gezeigte Konzept der Verschränkung der Speicher 411a bis 411h hat den Vorteil, dass keine Umsortierung der Pixeldaten mehr notwendig ist. Außerdem benötigt diese in 4 gezeigte Lösungsvariante mit nur einer Speicherbank eine geringere Chipfläche als eine Variante mit mehreren (beispielsweise zwei) Speicherbänken und entsprechender Sortierung der Signale durch Verdrahtung dieser (zwei) Speicherbänke.
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Ein weiterer Vorteil von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist, dass durch die mögliche Verteilung der Einzel-ADCs auf die Zwischenräume zwischen den Pixelgruppen, die Dimensionierung der Zwischenräume nur durch die Optik bestimmt wird und unabhängig von den Größen der ADCs gewählt werden kann, da die Anzahl der ADCs, welche in einen Zwischenraum platziert werden, variiert werden kann.
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Zusammenfassend wurde bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung erkannt, dass zwischen den einzelnen Bildfeldern (oder zwischen den einzelnen Pixelgruppen) bei Bildsensoren mit aufgeteiltem Bildfeld Zwischenräume bzw. Lücken entstehen, welche, würde man diese ungenutzt lassen, die Gesamtfläche jedes Bildsensors und damit die Kosten erhöhen. Um die Gesamtchipfläche des elektrischen Clusterauges (des Bildsensors mit aufgeteiltem Bildfeld) zu reduzieren, wird der Analog-Digital-Umsetzer (der Spalten-ADC) innerhalb des Bildfeldes, zwischen den Pixelgruppen, platziert. Da diese Pixelgruppenabstände typischerweise relativ klein sind, wird der Spalten-ADC auf mehrere Einzel-ADCs aufgeteilt, welche jeweils Pixelsignale einer Pixelspalte des Bildsensors analog zu digital wandeln. Diese Einzel-ADCs werden dann verteilt auf einem Chip des Bildsensors in mehreren Pixelgruppenzwischenräumen angeordnet.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung haben gegenüber konventionellen Bildsensoren mit aufgeteiltem Bildfeld, bei denen der ADC außerhalb des Bildfelds angeordnet wird, den Vorteil, dass der zwischen den Bildfeldern vorhandene Platz zur Platzierung der Einzel-ADCs genutzt wird. Ferner liegen keine außerhalb des Bildfelds platzierten ADCs vor, welche mit allen Pixeln verbunden werden müssen, was Verdrahtung zwischen den Bildfeldern erforderlich machen würde welche wiederum zusätzlichen Platz benötigen würde.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung lassen sich prinzipiell bei allen Bildsensoren mit aufgeteiltem Bildfeld einsetzen. Diese Sensoren lassen sich im Prinzip überall dort einsetzen, wo herkömmliche Bildsensoren eingesetzt werden, vor allem in solchen Anwendungen wo es auf geringe Bauhöhe ankommt. Dies ist z. B. der Fall bei Kameras in Unterhaltungs- und Kommunikationselektronik (Mobiltelefone, Laptops, Tablets) und bei der Material- und Bauteiluntersuchung in beengten Platzverhältnissen (wie beispielsweise in Schlitzen und Bohrungen).
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5 zeigt eine schematische Darstellung einer Abbildungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Abbildungsvorrichtung 500 umfasst einen Bildsensor 501 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung (beispielsweise den Bildsensor 100 oder auch einen anderen Bildsensor mit aufgeteiltem Bildfeld gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung). Ferner umfasst die Abbildungsvorrichtung 500 eine Mehrkanaloptik 503. Jedem Kanal der Mehrkanaloptik 503 ist eine Pixelgruppe des Bildsensors 100 derart zugeordnet, dass Objektpunkte, welche durch den Kanal erfasst werden, auf die dem Kanal zugeordnete Pixelgruppe abgebildet werden.
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Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen daher eine Abbildungsvorrichtung mit einem Bildsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, der zusätzlich zu dem Bildsensor oder Bildwandler mit entsprechender Anordnung eines Feldes von Pixelgruppen auch (optional) eine hierauf abgestimmte Optik und eine Bildnachverarbeitung aufweist.
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6 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 600 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Das Verfahren 600 umfasst einen Schritt 601 des Bereitstellens eines Pixelsignals einer ersten Pixelspalte einer zweiten Pixelgruppe aus einer Mehrzahl von Pixelgruppen eines Bildsensors durch einen ersten Einzel-ADC eines Spalten-ADCs des Bildsensors, wobei der erste Einzel-ADC in einem ersten Zwischenraum zwischen der zweiten Pixelgruppe und einer ersten Pixelgruppe der Mehrzahl von Pixelgruppen angeordnet ist.
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Ferner umfasst das Verfahren 600 einen Schritt 603 des Bereitstellens eines weiteren Pixelsignals einer zweiten Pixelspalte der zweiten Pixelgruppe durch einen zweiten Einzel-ADC des Spalten-ADCs, wobei der zweite Einzel-ADC in einem zweiten Zwischenraum zwischen der zweiten Pixelgruppe und einer dritten Pixelgruppe der Mehrzahl von Pixelgruppen angeordnet ist.
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Das Verfahren 600 kann von einem Bildsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, beispielsweise dem Bildsensor 100 durchgeführt werden. Ferner können die Schritte 601 und 603 zeitgleich ausgeführt werden.
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Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
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Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-Ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
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Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft. Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
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Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.
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Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft. Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
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Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
