DE102015218484A1 - Reference pixel array for an image sensor - Google Patents

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Abstract

Referenzpixelarray (26) für einen Bildsensor, mit einem Array von Pixeln (21), die zumindest teilweise einen lichtdurchlässigen Bereich und Mittel (Ga, Gb) zur Integration von Ladungsträgern (q) aufweisen, wobei wenigstens ein Pixel (21) des Referenzpixelarrays (26) als abgedecktes Pixel (22) ausgebildet ist, indem das abgedeckte Pixel (22) vollständig mit einer lichtundurchlässigen Schicht (28) abgedeckt ist.Reference pixel array (26) for an image sensor, comprising an array of pixels (21) at least partially having a transmissive region and means (Ga, Gb) for integrating carriers (q), at least one pixel (21) of the reference pixel array (26 ) is formed as a covered pixel (22) in that the covered pixel (22) is completely covered by an opaque layer (28).

Description

Die Erfindung betrifft ein Referenzpixelarray für einen Bildsensor, ein Bildsensor und insbesondere auch einen Lichtlaufzeitsensor nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to a reference pixel array for an image sensor, an image sensor and in particular also a light transit time sensor according to the preamble of the independent claims.

Als Lichtlaufzeitsensor soll hier insbesondere ein Sensor verstanden werden, der eine Laufzeitinformation aus der Phasenverschiebung einer emittierten und empfangenen Strahlung gewinnt. Als Lichtlaufzeit- bzw. 3D-TOF-Kameras sind insbesondere PMD-Kameras mit Photomischdetektoren (PMD) geeignet, wie sie beispielsweise in der DE 197 04 496 C2 beschrieben und von der Firma ‚ifm electronic GmbH’ oder 'PMD-Technologies GmbH' als O3D-Sensor oder als Cam Board zu beziehen sind. As a light transit time sensor should be understood in particular a sensor that wins a runtime information from the phase shift of an emitted and received radiation. PMT cameras with photonic mixer detectors (PMD) are particularly suitable as the time of flight or 3D TOF cameras, as they are used in the DE 197 04 496 C2 described and obtained from the company, ifm electronic GmbH 'or' PMD Technologies GmbH 'as O3D sensor or as Cam Board.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Zuverlässigkeit eines Bildsensors bzw. die Zuverlässigkeit der Distanzmessungen einer Lichtlaufzeitkamera bzw. eines Lichtlaufzeitsensors zu verbessern.The object of the invention is to improve the reliability of an image sensor or the reliability of the distance measurements of a light transit time camera or a light transit time sensor.

Die Aufgabe wird in vorteilhafter Weise durch das erfindungsgemäße Referenzpixelarray und dem erfindungsgemäßen Bildsensor nach Gattung der unabhängigen Ansprüche gelöst.The object is achieved in an advantageous manner by the reference pixel array according to the invention and the image sensor according to the invention as generically defined by the independent claims.

Vorteilhaft ist ein Referenzpixelarray für einen Bildsensor vorgesehen, mit einem Array von Pixeln, die zumindest teilweise einen lichtdurchlässigen Bereich und Mittel zur Integration von Ladungsträgern aufweisen, wobei wenigstens ein Pixel des Referenzpixelarrays als abgedecktes Pixel ausgebildet ist, indem das Pixel vollständig mit einer lichtundurchlässigen Schicht abgedeckt ist. Advantageously, a reference pixel array is provided for an image sensor, comprising an array of pixels having at least partially a transparent region and means for integrating charge carriers, wherein at least one pixel of the reference pixel array is formed as a covered pixel by completely covering the pixel with an opaque layer is.

Durch dieses Vorgehen ist es möglich, in einfacher Art und Weise den Dynamikumfang eines Referenzpixelarrays zu erhöhen. Die aktiv betriebenen aber abgedeckten Pixel im Referenzpixelarray erhalten ihr Lichtsignal nur indirekt, beispielsweise über Reflektionen an der Metallisierung, und erhalten somit deutlich weniger Licht als direkt bestrahlte Pixel. So ist es möglich, dass selbst bei starker Bestrahlung immer ein Pixel aufgefunden werden kann, deren Integrationsknoten nicht in Sättigung sind und/oder ein geeignetes Signal-Rauschverhältnis aufweisen.By doing so, it is possible to easily increase the dynamic range of a reference pixel array. The actively operated but covered pixels in the reference pixel array receive their light signal only indirectly, for example via reflections on the metallization, and thus obtain significantly less light than directly irradiated pixels. Thus, it is possible that even with strong irradiation, a pixel can always be found whose integration nodes are not in saturation and / or have a suitable signal-to-noise ratio.

Besonders nützlich ist es, wenn das Referenzpixelarray mehrere abgedeckte Pixel aufweist und wenigstens zwei abgedeckte Pixel unmittelbar benachbart sind.It is particularly useful if the reference pixel array has a plurality of covered pixels and at least two covered pixels are immediately adjacent.

Durch dieses Vorgehen lässt sich der Dynamikumfang weiter erhöhen, da zum einen die angrenzenden Randbereiche durch die Licht eintreten kann verkleinert und zum anderen die Wegstrecke des indirekt einfallenden Lichts vergrößert wird und somit im Ergebnis die am Pixel detektierbare Lichtmenge verringert wird.By this procedure, the dynamic range can be increased further, since on the one hand the adjacent edge regions can enter through the light and, on the other hand, the travel distance of the indirectly incident light is increased and, as a result, the quantity of light detectable at the pixel is reduced.

Ferner ist es von Vorteil, wenn sich eine Anordnung der abgedeckten Pixel innerhalb des Referenzpixelarrays wenigstens einmal wiederholt.Furthermore, it is advantageous if an arrangement of the covered pixels within the reference pixel array repeats itself at least once.

Durch diese sich wiederholende Anordnung lässt sich eine Vielzahl von indirekt bestrahlten Referenzpixeln bereitstellen, die im Wesentlichen die gleiche Lichtmenge empfangen sollten. So ist es möglich, über mehrere Referenzpixel, die der gleichen Lichtmenge zugeordnet sind, beispielsweise eine mittlere Lichtmenge zu bestimmen.This repetitive arrangement provides a plurality of indirectly irradiated reference pixels that should receive substantially the same amount of light. It is thus possible, for example, to determine an average amount of light via a plurality of reference pixels which are assigned to the same amount of light.

In einer weiteren Ausgestaltung ist es vorgesehen, mehrere abgedeckte Pixel zu einem gemeinsamen Pixel in einer Auswertung und/oder elektrisch zusammenzufassen. Durch dieses Vorgehen lassen sich beispielsweise statistische Schwankungen der Pixel ausgleichen.In a further embodiment, it is provided to combine a plurality of covered pixels into a common pixel in an evaluation and / or electrically. By this procedure, for example, statistical fluctuations of the pixels can be compensated.

Besonders vorteilhaft ist es, ein Bildsensor zur Erfassung von Licht vorzusehen, mit einem Array von Pixeln die zumindest teilweise einen lichtdurchlässigen Bereich und Mittel zur Integration von Ladungsträgern aufweisen, wobei ein Teil der Pixel als Referenzpixel herangezogen werden, und wobei diese Referenzpixel als Referenzpixelarray gemäß einer der vorgenannten Varianten ausgebildet sind.It is particularly advantageous to provide an image sensor for detecting light, having an array of pixels which at least partially have a light-transmissive region and means for integrating charge carriers, wherein a part of the pixels are used as reference pixels, and wherein these reference pixels are used as reference pixel array according to US Pat the aforementioned variants are formed.

Durch dieses Vorgehen wird in einfacher Art und Weise sichergestellt, dass die als Referenzpixel betriebenen Pixel, die gleichen elektrischen Eigenschaften wie die Pixel des übrigen Sensors aufweisen.This procedure ensures in a simple manner that the pixels operated as reference pixels have the same electrical properties as the pixels of the remaining sensor.

In einer weiteren Ausgestaltung ist es vorgesehen, den Bildsensor als Lichtlaufzeitsensor mit Lichtlaufzeitpixeln und Referenzpixeln zur Phasenmessung eines modulierten Lichts ausgebildet ist, wobei wenigstens ein Pixel der Referenzpixel vollständig mit einer lichtundurchlässigen Schicht abgedeckt ist.In a further embodiment, it is provided that the image sensor is designed as a light transit time sensor with light transit time pixels and reference pixels for phase measurement of a modulated light, wherein at least one pixel of the reference pixels is completely covered with an opaque layer.

Ferner ist eine Lichtlaufzeitkamera mit eine Referenzpixelarray oder Bildsensor nach einem der vorgenannten Ausführungen vorgesehen.Furthermore, a light cycle camera with a reference pixel array or image sensor according to one of the aforementioned embodiments is provided.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. The invention will be explained in more detail by means of embodiments with reference to the drawings.

Es zeigen schematisch:They show schematically:

1 ein Lichtlaufzeitkamerasystem, 1 a time of flight camera system,

2 einen Sensor mit Referenzpixel 2 a sensor with reference pixels

3 einen Querschnitt eines Lichtlaufzeitpixels, 3 a cross section of a light transit time pixel,

4 einen Querschnitt eines Lichtlaufzeitsensor mit offenen und abgedeckten Lichtlaufzeitpixel, 4 a cross-section of a light transit time sensor with open and covered light transit time pixels,

5 eine Verteilung von abgedeckten Pixeln, 5 a distribution of covered pixels,

6 eine kaskadenförmige Verteilung von abgedeckten Pixeln, 6 a cascading distribution of covered pixels,

7 einen für den übernächsten Pixelnachbarn zu berücksichtigender Lichteinfall, 7 a light incidence to be considered for the next but one pixel neighbor,

8 eine Kombination verschiedener Verteilungen von abgedeckten Pixeln, 8th a combination of different distributions of covered pixels,

9 eine Betrachtung des Lichteinfalls eines abgedeckten Pixels 2. Grades. 9 a consideration of the light incidence of a covered second-order pixel.

Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.In the following description of the preferred embodiments, like reference characters designate like or similar components.

1 zeigt eine Messsituation für eine optische Entfernungsmessung mit einer Lichtlaufzeit-Kamera, wie sie beispielsweise aus der DE 197 04 496 C2 bekannt ist. 1 shows a measurement situation for an optical distance measurement with a light transit time camera, as for example from the DE 197 04 496 C2 is known.

Das Lichtlaufzeitkamerasystem 1 umfasst eine Sendeeinheit bzw. ein Beleuchtungsmodul 10 mit einer Beleuchtungslichtquelle 12 und einer dazugehörigen Strahlformungsoptik 15 sowie eine Empfangseinheit bzw. Lichtlaufzeitkamera 20 mit einer Empfangsoptik 25 und einem Lichtlaufzeitsensor 23. Der Lichtlaufzeitsensor 23 weist ein Pixel-Array auf und ist insbesondere als PMD-Sensor ausgebildet. The light transit time camera system 1 comprises a transmitting unit or a lighting module 10 with an illumination light source 12 and associated beam shaping optics 15 as well as a receiving unit or light runtime camera 20 with a receiving optics 25 and a light transit time sensor 23 , The light transit time sensor 23 has a pixel array and is designed in particular as a PMD sensor.

Das Messprinzip dieser Anordnung basiert im Wesentlichen darauf, dass ausgehend von der Phasenverschiebung des emittierten und empfangenen Lichts die Laufzeit des emittierten und reflektierten Lichts ermittelt werden kann. Zu diesem Zwecke werden die Lichtquelle 12 und der Lichtlaufzeitsensor 23 über einen Modulator 220 gemeinsam mit einer bestimmten Modulationsfrequenz bzw. Modulationssignal mit einer ersten Phasenlage a beaufschlagt. Entsprechend der Modulationsfrequenz sendet die Lichtquelle 12 ein amplitudenmoduliertes Signal mit der Phase a aus. Dieses Signal bzw. die elektromagnetische Strahlung wird im dargestellten Fall von einem Objekt 40 reflektiert und trifft aufgrund der zurückgelegten Wegstrecke entsprechend phasenverschoben mit einer zweiten Phasenlage b auf den Lichtlaufzeitsensor 23. Im Lichtlaufzeitsensor 23 wird das Signal der ersten Phasenlage a des Modulators 220 mit dem empfangenen Signal, das die laufzeitbedingte zweiten Phasenlage b aufweist, gemischt, wobei aus dem resultierenden Signal die Phasenverschiebung bzw. die Objektentfernung d ermittelt wird.The measurement principle of this arrangement is essentially based on the fact that, based on the phase shift of the emitted and received light, the transit time of the emitted and reflected light can be determined. For this purpose, the light source 12 and the light transit time sensor 23 via a modulator 220 acted upon together with a specific modulation frequency or modulation signal with a first phase position a. The light source sends according to the modulation frequency 12 an amplitude modulated signal with the phase a. This signal or the electromagnetic radiation is in the illustrated case of an object 40 reflects and hits due to the distance traveled correspondingly phase-shifted with a second phase position b on the light transit time sensor 23 , In the time of flight sensor 23 becomes the signal of the first phase a of the modulator 220 mixed with the received signal having the second time phase condition b, mixed, wherein the phase shift or the object distance d is determined from the resulting signal.

Zur genaueren Bestimmung der zweiten Phasenlage b und somit der Objektentfernung d kann es vorgesehen sein, die Phasenlage a mit der der Lichtlaufzeitsensor 23 betrieben wird, um vorgestimmte Phasenverschiebungen Δφ zu verändern. Gleichwirkend kann es auch vorgesehen sein, die Phase, mit der die Beleuchtung angetrieben wird, gezielt zu verschieben.For a more accurate determination of the second phase position b and thus of the object distance d, it may be provided that the phase position a coincides with that of the light transit time sensor 23 is operated to change pre-tuned phase shifts Δφ. Equally effective, it can also be provided to selectively shift the phase with which the lighting is driven.

Zur Kompensation von Messunsicherheiten können auf dem Sensor 23 ferner Lichtlaufzeitpixel 21 für eine Referenzmessung herangezogen werden. Vorzugsweise eignen sich für die Referenzierung Lichtlaufzeitpixel am Rande des Sensors. Auch können diese Pixel zur Referenzierung abgesetzt von der bilderfassenden Pixelmatrix angeordnet werden. Insbesondere ist es auch denkbar, diese Referenzpixel auf einem separaten Chip anzuordnen.To compensate for measurement uncertainties can be on the sensor 23 further light time-of-flight pixels 21 be used for a reference measurement. Preferably, for the referencing, light transit time pixels are suitable at the edge of the sensor. These pixels can also be arranged offset from the image-capturing pixel matrix for referencing purposes. In particular, it is also conceivable to arrange these reference pixels on a separate chip.

Um Veränderungen der elektrischen Eigenschaften während des Betriebes erkennen und kompensieren zu können, können die Referenzpixel beispielsweise mit einem Referenzsignal/licht beleuchtet werden. Insbesondere kann es vorgesehen sein, ein Teil des ausgesendeten Lichts auszukoppeln und mit diesem Licht die Referenzpixel zu beleuchten. In Abhängigkeit der Unterschiede zwischen den erwarteten und gemessenen Ergebnissen können die Messungen der bilderfassenden Pixelmatrix korrigiert werden.In order to be able to recognize and compensate for changes in the electrical properties during operation, the reference pixels can be illuminated, for example, with a reference signal / light. In particular, it may be provided to decouple a part of the emitted light and to illuminate the reference pixels with this light. Depending on the differences between the expected and measured results, the measurements of the image-capturing pixel matrix can be corrected.

2 zeigt einen solchen Sensor 23, bei dem neben den bilderfassenden Pixeln 21 räumlich abgesetzt Referenzpixel 26 angeordnet sind, wobei über eine Lichtleitung 260 Licht von der Lichtquelle 12 an die Referenzpixel 26 herangeführt wird. Idealerweise weisen die Referenzpixel 26 die gleichen elektrischen Eigenschaften wie die bilderfassenden Pixel 21 auf. 2 shows such a sensor 23 , in which besides the picture-taking pixels 21 spatially offset reference pixels 26 are arranged, via a light pipe 260 Light from the light source 12 to the reference pixels 26 is introduced. Ideally, the reference pixels 26 the same electrical properties as the image-capturing pixels 21 on.

3 zeigt schematisch ein Lichtlaufzeitpixel 21 mit Modulationsgates Gam, Gbm in einem lichtdurchlässigen Bereich und Integrationsknoten in einem lichtundurchlässigen Bereich. Die Halbleiterstruktur ist typischerweise mit einer transparenten, elektrisch isolierenden Deckschicht 27, bestehend beispielsweise aus SiO2 oder Si3N4, abgedeckt. Bereiche, in denen kein Lichteinfall erwünscht ist, sind mit einer Metallisierung 28 versehen. 3 schematically shows a light time-of-flight pixel 21 with modulation gates Gam, Gbm in a translucent area and integration nodes in an opaque area. The semiconductor structure is typically provided with a transparent, electrically insulating cover layer 27 Consisting for example of SiO 2 or Si 3 N 4, covered. Areas where no light is wanted are metallized 28 Mistake.

Die im lichtdurchlässigen Bereich einfallende Strahlung hν erzeugt im Halbleiter Ladungsträger q, die in Abhängigkeit der anliegenden Modulationsspannung ModA, ModB entweder dem ersten oder zweiten Integrationsknoten Ga, Gb phasensynchron zugeführt werden.The incident radiation in the translucent area hν generated in the semiconductor carriers q, which are supplied in phase synchronism depending on the applied modulation voltage ModA, ModB either the first or second integration node Ga, Gb.

Im dargestellten Fall sind die Integrationsknoten als Dioden in einem p-dotierten Basismaterial ausgebildet. Die Dotierung kann selbstverständlich auch komplementär erfolgen. Die an den Integrationsknoten Ga, Gb gesammelten Ladungen werden dann über Ausleseschaltungen an beispielsweise Spaltenleitungen weiter gegeben. In the case shown, the integration nodes are formed as diodes in a p-doped base material. Of course, the doping can also be complementary. The charges accumulated at the integration nodes Ga, Gb are then passed on via read-out circuits to, for example, column lines.

4 zeigt einen erfindungsgemäßen Lichtlaufzeitsensor 23 mit einem Referenzpixelbereich 26 der offene und abgedeckte Lichtlaufzeitpixel 21, 22 aufweist. Die Lichtlaufzeitpixel 21, 22 entsprechen dem in 3 dargestelltem Pixel. Die abgedeckten Lichtlaufzeitpixel 22 unterscheiden sich dahingegen, dass auch die ursprünglich lichtdurchlässigen Bereiche mit einer lichtundurchlässigen Schicht 28 abgedeckt sind. 4 shows a light transit time sensor according to the invention 23 with a reference pixel area 26 the open and covered time of flight pixel 21 . 22 having. The light transit time pixels 21 . 22 correspond to the in 3 represented pixel. The covered time of flight pixels 22 On the other hand, the original light-transmissive areas with an opaque layer differ from each other 28 are covered.

Kerngedanke der Erfindung ist, den typischerweise nachteiligen Effekt des Signalübersprechens zwischen benachbarten Pixeln durch Lichtstreuung oder -weiterleitung vorteilhaft für die Bereitstellung unterschiedlicher Nutzsignalamplituden zu verwenden, um so den Dynamikbereich der Lichtlaufzeitpixel bzw. Referenzpixel 26 zu erweitern. The core idea of the invention is to advantageously use the typically disadvantageous effect of signal crosstalk between neighboring pixels by light scattering or forwarding for the provision of different useful signal amplitudes, in order thus to reduce the dynamic range of the light transit time pixels or reference pixels 26 to expand.

Durch die Unterleuchtung der abgedeckten Pixel 22 ist es somit möglich, das Licht hν, das durch die offenen Lichtlaufzeitpixel 21 eindringt und mit abnehmender Amplitude auf die benachbarten abgedeckten Pixel 22 weiterzuleiten. Die Stärke der Unterleuchtung hängt zum einem vom Abstand des abgedeckten Pixels 22 zu einem nicht abgedeckten Pixel 21 und zum anderen von der Anzahl der das abgedeckte Pixel 22 umgebenden nicht abgedeckten Pixel 21 ab.By the under-illumination of the covered pixels 22 Thus, it is possible to get the light hν through the open light-time pixels 21 penetrates and with decreasing amplitude on the adjacent covered pixels 22 forward. The intensity of the under-illumination depends on the distance of the covered pixel 22 to an uncovered pixel 21 and second, the number of pixels covered 22 surrounding uncovered pixels 21 from.

Die Unterleuchtung wird vornehmlich durch die Lichtleitung im Halbleiter selbst getrieben. Halbleiter, insbesondere Silizium, weisen eine wellenlängenabhängige Eindringtiefe auf, die ausgehend vom blauen Licht in Richtung roter und infraroter Strahlung zunimmt. Die Eindringtiefe bzw. die Reichweite des eindringenden Lichts wird im Wesentlichen durch das Halbleitermaterial selbst vorgegeben.The illumination is mainly driven by the light pipe in the semiconductor itself. Semiconductors, in particular silicon, have a wavelength-dependent penetration depth which, starting from the blue light, increases in the direction of red and infrared radiation. The penetration depth or the range of the penetrating light is essentially predetermined by the semiconductor material itself.

Ferner erfolgt eine Unterleuchtung der abgedeckten Pixel 22 durch eine Lichtleitung in der transparenten Deckschicht 27 des Sensors 23. Aufgrund der Metallisierung 28 der Deckschicht 27 kann das Licht insbesondere durch Mehrfachreflektionen weitergeleitet werden. Auch ist es denkbar, durch Verwendung verschiedenen Deckschichtmaterialen mit unterschiedlichen Brechungsindices beispielsweise SiO2 mit n = 1,41 und Si3N4 mit n = 2,0 den Deckschichtverbund als Lichtleiter auszubilden. Die Reichweite des eindringenden Lichts kann somit beispielsweise durch den Aufbau der Deckschicht 27 sowie Form, Lage, Anordnung, Größe und/oder Material der Metallisierung 28 beeinflusst werden. Über die unterschiedlichen Reflektionseigenschaften der für die Metallisierung einsetzbaren Materialien kann beispielsweise auch die Lichtreichweite beeinflusst werden.Furthermore, an under illumination of the covered pixels takes place 22 through a light pipe in the transparent cover layer 27 of the sensor 23 , Due to the metallization 28 the topcoat 27 the light can be forwarded in particular by multiple reflections. It is also conceivable, by using different cover layer materials having different refractive indices, for example SiO 2 with n = 1.41 and Si 3 N 4 with n = 2.0, to form the cover layer composite as light guide. The range of the penetrating light can thus, for example, by the structure of the cover layer 27 as well as the shape, position, arrangement, size and / or material of the metallization 28 to be influenced. By way of example, the light range can also be influenced by the different reflection properties of the materials which can be used for the metallization.

Die abgedeckten Lichtlaufzeitpixel 22 werden genauso betrieben wie die offenen Lichtlaufzeitpixel 21 nur mit dem Unterschied, dass die in diesen Bereichen generierten Ladungsträger q nicht durch direkten, sondern durch indirekten Lichteinfall erzeugt werden.The covered time of flight pixels 22 are operated in the same way as the open time of flight pixels 21 only with the difference that the charge carriers q generated in these areas are not generated by direct, but by indirect light incidence.

5 zeigt Draufsichten auf verschiedene Referenzpixelanordnungen 26 mit abgedeckten Pixel 22. In 5a) ist das abgedeckte Pixel von acht offenen Pixeln 22 umgeben und erhält aus der kompletten Umgebung ein Unterlicht. 5b) zeigt ein abgedecktes Pixel 22 mit fünf offenen Pixelnachbarn 21 und 5c) eine Variante mit drei offenen Pixelnachbarn 21. Durch die Anzahl der umgebenden offenen Pixelnachbarn 21 lässt sich so in einfacher Art und Weise die Stärke des Unterlichts der abgedeckten Pixel 22 beeinflussen. Derartige Strukturen lassen sich grundsätzlich in einem Standardprozess realisieren, ohne dass zwingend zusätzliche Masken benötigt werden. 5 shows top views of various reference pixel arrangements 26 with covered pixels 22 , In 5a) is the covered pixel of eight open pixels 22 surrounded and receives from the entire environment an underlight. 5b) shows a covered pixel 22 with five open pixel neighbors 21 and 5c) a variant with three open pixel neighbors 21 , By the number of surrounding open pixel neighbors 21 In this way, the intensity of the sublight of the covered pixels can be easily determined 22 influence. Basically, such structures can be realized in a standard process without the need for additional masks.

6 zeigt eine weitere Referenzpixelanordnung 26, bei der sowohl Anzahl der umgebenden offenen Pixelnachbarn 21 als auch der Abstand zu den offenen Pixeln 21 variiert wird. Die Zahlen in den abgedeckten Pixeln geben die Anzahl der direkt benachbarten, offenen Pixel an. Durch die dargestellte fingerartige Struktur ist es möglich, abgedeckte Pixel 22 beginnend mit acht offenen Nachbarpixel 21 bis zu hinunter zu einem abgedeckten Pixel 22, das nur einen offen Nachbarpixel aufweist auszubilden. In der vollständig abgedeckten Struktur weisen die Pixel keinen offenen Nachbarn 21 mehr auf, so dass das Licht nur noch in Abhängigkeit der Eindringtiefe und des Abstands zum nächsten offen Pixel 21 zu den abgedeckten Pixel 22 gelangt. 6 shows another reference pixel arrangement 26 , where both the number of surrounding open pixels neighbor 21 as well as the distance to the open pixels 21 is varied. The numbers in the covered pixels indicate the number of directly adjacent, open pixels. The illustrated finger-like structure makes it possible to cover covered pixels 22 starting with eight open neighbor pixels 21 down to a covered pixel 22 that has only one open neighbor pixel form. In the fully covered structure, the pixels do not have an open neighbor 21 more on, leaving the light only depending on the penetration depth and the distance to the next open pixel 21 to the covered pixels 22 arrives.

Durch die mehrfache Wiederholung dieser Fingerstruktur können die Daten einzelner Pixel zudem statistisch ausgewertet werden.By repeatedly repeating this finger structure, the data of individual pixels can also be statistically evaluated.

7 entspricht der Darstellung gemäß 5, wobei mit Pfeilen angedeutet ist, welche übernächsten Nachbarn (Nachbarn 2. Grades) der mit Kreuz gekennzeichnete, abgedeckte Pixel besitzt. Die an diesen Pixeln erfasste Lichtintensität kann dementsprechend auch über die Anzahl der übernächsten Nachbarn beeinflusst werden. 7 corresponds to the illustration according to 5 , where indicated by arrows, which has next-neighbor (neighbors 2nd degree) of the cross-labeled, covered pixels. The light intensity detected at these pixels can accordingly also be influenced by the number of neighbors after the next.

8 zeigt eine Anordnung entsprechend 6, bei der die Breite und der Abstand der „Finger“ mit den abgedeckten Pixeln 22 vergrößert wurde. Zudem wurde neben dem einzelnen abgedeckten Pixel 21 mit acht Nachbarn ein Pixelbereich von 6×6 Pixeln abgedeckt. Die eingetragenen Zahlen geben jeweils den direkten Nachbarn an. 8th shows an arrangement accordingly 6 where the width and spacing of the "fingers" with the covered pixels 22 was enlarged. In addition, besides the single covered pixel 21 with eight neighbors a pixel area of 6x6 pixels covered. The entered numbers indicate the direct neighbor.

9 zeigt eine Anordnung entsprechend 8, bei dem die übernächsten Nachbarn gekennzeichnet sind. 9 shows an arrangement accordingly 8th in which the next but one neighbors are marked.

Die vorgenannten Ausführungen wurden vornehmlich anhand eines Lichtlaufzeitsensors erläutert, grundsätzlich kann dieses Prinzip jedoch auf Bildsensoren zur Erfassung von Licht verallgemeinert werden.The aforementioned embodiments were explained primarily with reference to a light transit time sensor, but in principle this principle can be generalized to image sensors for detecting light.

Ferner sei darauf hingewiesen, dass aufgrund der wellenlängenabhängigen Eindringtiefe die beschriebenen Anordnungen auch zur Bestimmung der einstrahlenden Wellenlänge herangezogen werden können.It should also be noted that due to the wavelength-dependent penetration depth, the described arrangements can also be used to determine the incident wavelength.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Lichtlaufzeitkamerasystem Time of flight camera system
1010
Sendeeinheit transmission unit
1212
Beleuchtungslichtquelle Illumination light source
1515
Strahlformungsoptik Beam shaping optics
2020
Empfangseinheit, Lichtlaufzeitkamera Receiving unit, light time camera
2121
Lichtlaufzeitpixel Transit Time pixels
2222
abgedecktes Lichtlaufzeitpixel covered light transit time pixel
2323
Lichtlaufzeitsensor Transit Time Sensor
2525
Empfangsoptik receiving optics
2626
Referenzpixel, -array Reference pixels, array
2727
Isolationsschicht insulation layer
2828
Metallisierung metallization
4040
Objekt object
260260
Lichtleitung light line
Ga, GbGa, Gb
Integrationsknoten integration node
ModA, ModBModA, ModB
Modulationszuleitung, -signal Modulation lead, signal
Gam, GbmGam, Gbm
Modulationsgates modulation gates
n, pn, p
Dotierungen allocations

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19704496 C2 [0002, 0028] DE 19704496 C2 [0002, 0028]

Claims (7)

Referenzpixelarray (26) für einen Bildsensor, mit einem Array von Pixeln (21), die zumindest teilweise einen lichtdurchlässigen Bereich und Mittel (Ga, Gb) zur Integration von Ladungsträgern (q) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Pixel (21) des Referenzpixelarrays (26) als abgedecktes Pixel (22) ausgebildet ist, indem das abgedeckte Pixel (22) vollständig mit einer lichtundurchlässigen Schicht (28) abgedeckt ist. Reference pixel array ( 26 ) for an image sensor, with an array of pixels ( 21 ) which at least partially have a light-transmissive region and means (Ga, Gb) for the integration of charge carriers (q), characterized in that at least one pixel ( 21 ) of the reference pixel array ( 26 ) as a covered pixel ( 22 ) is formed by the covered pixel ( 22 ) completely with an opaque layer ( 28 ) is covered. Referenzpixelarray (26) nach Anspruch 1, bei dem das Referenzpixelarray (26) mehrere abgedeckte Pixel (22) aufweist und wenigstens zwei abgedeckte Pixel (22) unmittelbar benachbart sind.Reference pixel array ( 26 ) according to claim 1, wherein the reference pixel array ( 26 ) several covered pixels ( 22 ) and at least two covered pixels ( 22 ) are immediately adjacent. Referenzpixelarray (26) nach Anspruch 2, bei dem sich eine Anordnung der abgedeckten Pixel (22) innerhalb des Referenzpixelarrays (26) wenigstens einmal wiederholt.Reference pixel array ( 26 ) according to claim 2, wherein an arrangement of the covered pixels ( 22 ) within the reference pixel array ( 26 ) repeated at least once. Referenzpixelarray (26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mehrere abgedeckte Pixel (22) zu einem gemeinsamen Pixel in einer Auswertung und/oder elektrisch zusammengefasst werden.Reference pixel array ( 26 ) according to one of the preceding claims, in which a plurality of covered pixels ( 22 ) are combined into a common pixel in an evaluation and / or electrically. Bildsensor (23) zur Erfassung von Licht, mit einem Array von Pixeln (21), die zumindest teilweise einen lichtdurchlässigen Bereich und Mittel (Ga, Gb) zur Integration von Ladungsträgern (q) aufweisen, wobei ein Teil der Pixel (21) als Referenzpixel (26) herangezogen werden, und wobei diese Referenzpixel (26) als Referenzpixelarray (26) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet sind.Image sensor ( 23 ) for detecting light, with an array of pixels ( 21 ), which at least partially have a transparent area and means (Ga, Gb) for the integration of charge carriers (q), wherein a part of the pixels ( 21 ) as a reference pixel ( 26 ) and these reference pixels ( 26 ) as a reference pixel array ( 26 ) are formed according to one of the preceding claims. Bildsensor (23) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Bildsensor als Lichtlaufzeitsensor (23) mit Lichtlaufzeitpixeln (21) und Referenzpixeln (26) zur Phasenmessung eines modulierten Lichts ausgebildet ist, wobei wenigstens ein Pixel (22) der Referenzpixel (26) vollständig mit einer lichtundurchlässigen Schicht (28) abgedeckt ist.Image sensor ( 23 ) according to the preceding claim, in which the image sensor is used as a light transit time sensor ( 23 ) with light-time pixels ( 21 ) and reference pixels ( 26 ) is designed for phase measurement of a modulated light, wherein at least one pixel ( 22 ) of the reference pixels ( 26 ) completely with an opaque layer ( 28 ) is covered. Lichtlaufzeitkamera mit einem Referenzpixelarray (26) nach den Ansprüchen 1 bis 4 oder einem Bildsensor (23) nach Anspruch 5.Photocell camera with a reference pixel array ( 26 ) according to claims 1 to 4 or an image sensor ( 23 ) according to claim 5.
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