DE102016221336A1

DE102016221336A1 - Bildsensor mit einem für pixelbinning geeigneten farbfilter

Info

Publication number: DE102016221336A1
Application number: DE102016221336.9A
Authority: DE
Inventors: Karsten Breuer; Boris Werthessen; Florian Dreier; Dieter Krökel; Lars Ulveland
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2016-10-28
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2018-05-03
Also published as: DE112017004076A5; WO2018077357A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Bildsensor (10) aufweisend mehrere in einer Ebene in einer Matrix (12) angeordnete lichtempfindliche Pixel (14), einen vor der Pixel-Matrix angeordneten Farbfilter (16), der derart ausgebildet ist, dass jeder Pixel jeweils für eine von mehreren vorgegebenen Farbkomponenten empfindlich ist, wobei die Pixel (14) der Pixel-Matrix (12) in Pixel-Gruppen (18) unterteilt sind und jede Pixel-Gruppe gleich viele in einer Spalte und/oder einer Zeile der Matrix nebeneinanderliegende Pixel aufweist, wobei jeder Pixel-Gruppe (18) eine vorgegebene Pixel-Filter-Kombination zugeordnet ist, und wobei die vorgegebene Pixel-Filter-Kombination derart ausgebildet ist, dass zumindest zwei in einer Spalte und/oder einer Zeile der Matrix nebeneinanderliegende Pixel (20) für dieselbe Farbkomponente empfindlich sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Bildsensor mit einem für Pixelbinning geeigneten Farbfilter und eine Kamera mit einem derartigen Bildsensor gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
In digitalen Kameras wird als Bildsensor häufig der sogenannte und in der US-Patentschrift US3,971,065 beschriebene Bayer-Sensor eingesetzt. Die lichtempfindliche Oberfläche des Bayer-Sensors ist mit einem speziellen Farbfilter überzogen, durch den jeder Pixel (lichtempfindliche Zelle) bzw. Bildpunkt jeweils für eine bestimmte Farbkomponente empfindlich ist, beispielsweise Rot (R), Grün (G), Blau (B) oder Clear (C) bzw. ungefiltert. Der Farbfilter weist hierzu eine Mosaikartige Anordnung von einzelnen Pixel-Filtern für die unterschiedlichen Farbkomponenten auf. In dieser Matrix aus Pixel-Filtern sind 2×2 Pixel-Filter-Kombinationen wie beispielsweise RGGB (Bayer-Sensor) gebildet, d.h. in geraden Zeilen der Pixelmatrix eines Bildsensors sind die Pixel-Filter in der Folge Rot-Grün und in ungeraden Zeilen in der Folge Grün-Blau angeordnet. In 5 ist ein Bayer-Sensor 50 gezeigt, der eine Matrix 52 mit Pixeln 54 aufweist. Vor Pixeln der Matrix 52 ist ein Filter 56 angeordnet, der aus Untermatrizen 58 gebildet ist, die jeweils 2×2 Pixel-Filter-Kombinationen RGGB aufweisen. Weitere 2×2-Pixel-Filter-Kombinationen sind beispielsweise RCCC, RCCB oder RCCG. Eine Alternative zu den 2x2 Pixel-Filter-Kombinationen ist der X-Trans Bildsensor des japanischen Unternehmens Fujifilm K.K., der eine 6×6 Pixel-Filter-Kombinationen aufweist.
Bei den vorgenannten Bildsensoren liefert jeder Pixel nur Informationen für eine einzige Farbkomponente, beispielsweise den Helligkeitswert. Für ein vollständiges Bild mit allen Pixeln in einer Farbkomponente müssen daher benachbarte Pixel dieser Farbkomponente zum Erzeugen von Farbinformationen für jeden Pixel mittels eines auch als „Demosaicing“ bezeichneten Interpolationsverfahrens wie beispielsweise eine bilineare Interpolation herangezogen werden.
Zur Erhöhung der Lichtempfindlichkeit eines Bildsensors ist es zudem bekannt, ein sogenanntes Pixelbinning zu verwenden, bei dem bei gleichzeitiger Verringerung der Auflösung mehrere benachbarte Pixel analog zusammengefasst werden. Beispielsweise kann bei hochauflösenden 8 Megapixel-Bildsensoren für Automobilanwendungen die Lichtempfindlichkeit für die Bilderfassung bei schlechten Lichtverhältnissen wie bei Dämmerung, in der Nacht und bei Tunneldurchfahrten auf Kosten der Auflösung durch Pixelbinning erhöht werden kann. Typischerweise werden beim Pixelbinning immer zwei (zeilen- oder spaltenweises Binning) oder vier Pixel (spalten- und zeilenweises Binning) zu einem neuen Bildpunkt kombiniert. Durch ein solches Pixelbinning geht jedoch bei den oben erläuterten Bildsensoren mit 2x2 und auch 6x6 Pixel-Filter-Kombinationen die Farbinformation vollständig bzw. teilweise verloren, so dass nur noch ein Graustufenbild erzeugt werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Bildsensor mit einem für Pixelbinning geeigneten Farbfilter und eine Kamera mit einem derartigen Bildsensor vorzuschlagen
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Ein der vorliegenden Erfindung zugrundeliegender Gedanke besteht darin, eine Pixel-Filter-Kombination derart vorzusehen, dass zumindest zwei in einer Spalte einer Matrix lichtempfindlicher und in einer Ebene angeordneter Pixel untereinanderliegende und/oder einer Zeile der Matrix nebeneinanderliegende Pixel für dieselbe Farbkomponente empfindlich sind. Dies ermöglicht ein Pixelbinning der benachbarten Pixel derselben Farbkomponenten-Empfindlichkeit ohne dass Farbinformationen durch das Pixelbinning verloren gehen. Eine Pixel-Filter-Kombination gemäß der Erfindung kann beispielsweise durch ein Spiegeln von Filterpattern an Symmetrieachsen von x * y Untermatrizen gewonnen werden, insbesondere durch Spiegeln bekannter Filterpattern wie RGGB, RCCB, RCCG oder RCCC an Symmetrieachsen einer 4×4 Untermatrix.
Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft nun einen Bildsensor aufweisend mehrere in einer Ebene in einer Matrix angeordnete lichtempfindliche Pixel, einen vor der Pixel-Matrix angeordneten Farbfilter, der derart ausgebildet ist, dass jeder Pixel jeweils für eine von mehreren vorgegebenen Farbkomponenten empfindlich ist. Die Pixel der Pixel-Matrix sind in Pixel-Gruppen unterteilt und jede Pixel-Gruppe weist gleich viele in einer Spalte der Matrix untereinanderliegende und/oder einer Zeile der Matrix nebeneinanderliegende Pixel auf. Jeder Pixel-Gruppe ist eine vorgegebene Pixel-Filter-Kombination zugeordnet, und die vorgegebene Pixel-Filter-Kombination ist derart ausgebildet, dass zumindest zwei in einer Spalte der Matrix untereinanderliegende und/oder einer Zeile der Matrix nebeneinanderliegende Pixel für dieselbe Farbkomponente empfindlich sind.
Die Farbkomponenten können mindestens zwei aus der Gruppe umfassend Rot, Grün, Blau und Ungefiltert sein, wobei die Farbkomponente Ungefiltert etwa dem gesamten Spektralbereich auf den Bildsensor einfallender Lichtstrahlung entspricht.
Eine Pixel-Gruppe kann insbesondere x * y Pixel umfassen, die in einer x Zeilen und y Spalten der Matrix umfassenden Untermatrix angeordnet sind, wobei x > 2 und y > 2 ist. Insbesondere können x = 4 und y = 4 sein.
Hierbei kann die der Pixel-Gruppe zugeordnete Pixel-Filter-Kombination derart ausgebildet sein, dass mindestens zwei in der Mitte der Untermatrix unmittelbar in einer Zeile nebeneinander und/oder in einer Spalte untereinander angeordnete Pixel für dieselbe Farbkomponente empfindlich sind.
Weiterhin kann die der Pixel-Gruppe zugeordnete Pixel-Filter-Kombination eine der folgenden Farbkomponenten-Gruppen aufweisen: RGB; RCB; RCG; RC; wobei R einen Rot-Filter, G einen Grün-Filter, B einen Blau-Filter und C Ungefiltert bzw. ohne Filter bedeutet.
Die Pixel-Gruppe kann insbesondere 16 Pixel umfassen, die einer vier Zeilen und vier Spalten der Matrix umfassenden Untermatrix angeordnet sind. Bei einer derartigen Pixel-Gruppe sind verschiedene Ausgestaltungen der Farbkomponenten-Gruppe möglich:
Bei der Farbkomponenten-Gruppe RGB können die vier Pixel der ersten und der vierten Zeile der Untermatrix jeweils für die Farbkomponenten RGGR und der zweiten und der dritten Zeile der Untermatrix jeweils für die Farbkomponenten GBBG empfindlich sein
Bei der Farbkomponenten-Gruppe RCB können die vier Pixel der ersten und der vierten Zeile der Untermatrix jeweils für die Farbkomponenten RCCR und der zweiten und der dritten Zeile der Untermatrix jeweils für die Farbkomponenten CBBC empfindlich sein.
Fei der Farbkomponenten-Gruppe RCG können die vier Pixel der ersten und der vierten Zeile der Untermatrix jeweils für die Farbkomponenten RCCR und der zweiten und der dritten Zeile der Untermatrix jeweils für die Farbkomponenten CGGC empfindlich sein.
Bei der Farbkomponenten-Gruppe RC können die vier Pixel der ersten und der vierten Zeile der Untermatrix jeweils für die Farbkomponenten RCCR und der zweiten und der dritten Zeile der Untermatrix jeweils für die Farbkomponenten CCCC empfindlich sein.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Kamera mit einem Bildsensor nach der Erfindung und wie hierin beschrieben, die insbesondere für den Einsatz in einem Fahrzeug ausgebildet ist.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit dem/den in der/den Zeichnung(en) dargestellten Ausführungsbeispiel(en).
Die Zeichnungen zeigen in

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Bildsensors gemäß der Erfindung;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Bildsensors gemäß der Erfindung;
3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Bildsensors gemäß der Erfindung;
4 ein viertes Ausführungsbeispiel eines Bildsensors gemäß der Erfindung;
5 ein Beispiel eines bekannten Bayer-Sensors;

In der folgenden Beschreibung können gleiche, funktional gleiche und funktional zusammenhängende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Absolute Werte sind im Folgenden nur beispielhaft angegeben und sind nicht als die Erfindung einschränkend zu verstehen.
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Bildsensor 10, der eine Matrix 12 mit in einer Ebene angeordneten lichtempfindlichen Pixeln 14 aufweist, die in Zeilen und Spalten der Matrix angeordnet sind. 1 ist lediglich eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf die lichtempfindliche Oberfläche des Bildsensors 10 mit nur wenigen Pixeln zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Prinzips. In der Realität weist der mittels mikroelektronischen Fertigungsmethoden hergestellte Bildsensor selbstverständlich eine weitaus größere Matrix mit wesentlich mehr Pixeln als die gezeigte Matrix mit lediglich 100 Pixeln auf, bei einem 8 Mega-Pixel-Bildsensor beispielsweise 8 Millionen Pixel. Der Bildsensor 10 ist insbesondere als CMOS (Complementary Metal Oxid Semiconductor)- oder auch als CCD (Charge-Coupled Device)-Sensor ausgeführt.
Vor den für die Bildaufnahme vorgesehenen lichtempfindlichen Pixeln 14 ist ein Farbfilter 16 angeordnet, insbesondere in Form einer auf die lichtempfindliche Sensoroberfläche aufgebrachten Filterschicht. Wie in 1 gezeigt ist der Farbfilter 16 nicht vor allen gezeigten Pixeln 14 angeordnet; die äußersten Pixel 14 sind ohne Filterschicht und können beispielsweise zur Auswertung des Sensorrauschens herangezogen werden. Eine Anwendung des Farbfilters bis zum Rand des Imagers, d.h. alle Pixel überdeckend, ist jedoch ebenfalls möglich.
Der Farbfilter 16 ist so ausgebildet, dass er für jeden Pixel 14 eine bestimmte Farbkomponente von auf den Bildsensor 10 einfallender Lichtstrahlung nahezu ungefiltert hindurchtreten lässt. Mit anderen Worten bewirkt also der Farbfilter 16, dass jeder Pixel für eine von mehreren vorgegebenen Farbkomponenten empfindlich ist. Dies ist in 1 durch die den einzelnen Pixeln zugeordneten Buchstaben R, G, B angedeutet: R steht für Rot, G für Grün und B für Blau. Also beispielsweise mit R gekennzeichnete Pixel sind für das die Farbe Rot umfassende Frequenzspektrum einfallender Lichtstrahlung empfindlich.
Die Pixel 14 der Matrix 12 sind in gleich große 4x4 Pixel-Gruppen 18 unterteilt: jede Pixel-Gruppe 18 weist vier in einer Spalte der Matrix untereinanderliegende und vier in einer Zeile der Matrix nebeneinanderliegende Pixel auf. Die Pixel-Gruppen 18 überschneiden sich nicht, sondern sind unmittelbar nebeneinander angeordnet. Die Pixel-Gruppen 18 bilden im Prinzip Untermatrizen der Matrix 12.
Jeder Pixel-Gruppe 18 ist eine vorgegebene Pixel-Filter-Kombination zugeordnet, die sich in 1 aus vier 2x2 RGGB Filter-Pixel-Kombination mit unterschiedlichen Spiegelungen zusammensetzt. Die 2x2 RGGB Filter-Pixel-Kombination sind hierbei so gespiegelt, dass in der Mitte jeder Pixel-Gruppe 18 zwei Pixel in einer Spalte untereinanderliegen und zwei Pixel in einer Zeile nebeneinanderliegen, welche für dieselbe Farbkomponente empfindlich sind. In 1 sind dies die 2x2 BBBB Gruppen mit den Pixeln 20.
Die Spiegelung erfolgt hierbei ausgehend von der 2x2 RGGB Filter-Pixel-Kombination links oben in der Pixel-Gruppe 18 zunächst an der vertikalen Symmetrieachse der Gruppe 18 nach rechts; die so gespiegelte 2x2 GRBG Pixel-Filter-Kombination wird dann an der horizontalen Symmetrieachse der Gruppe 18 nach unten gespiegelt, und die so entstandene 2x2 BGGR Pixel-Filter-Kombination wird schließlich wieder an der vertikalen Symmetrieachse nach links gespiegelt zur 2x2 GBRG Pixel-Filter-Kombination. Durch diese Spiegelungen sind die vier Pixel der ersten und der vierten Zeile der Pixel-Gruppe bzw. Untermatrix 18 jeweils für die Farbkomponenten RGGR und der zweiten und der dritten Zeile der Untermatrix jeweils für die Farbkomponenten GBBG empfindlich.
Durch Aktivieren von Pixelbinning zur Erhöhung der Empfindlichkeit des Bildsensors 10 beispielsweise bei schlechten Lichtverhältnissen können nun die Pixel 20 in der Mitte jeder Pixel-Gruppe 18 mit gleicher Farbkomponenten-Empfindlichkeit B zusammengefasst werden. Weiterhin können im in 1 gezeigten Beispiel die Pixel der Gruppen 22, welche zwei in einer Zeile nebeneinanderliege Pixel der Farbkomponenten-Empfindlichkeit G einer Pixel-Gruppe 18 und zwei in einer Zeile nebeneinanderliege Pixel derselben Farbkomponenten-Empfindlichkeit G einer unmittelbar angrenzenden (benachbarten) Pixel-Gruppe 18 umfassen, für Pixelbinning zusammengefasst werden. Zudem können die Pixel der Farbkomponenten-Empfindlichkeit R der Gruppe 24, die sich aus den in einer Ecke jeder der vier Pixel-Gruppen 18 befindlichen Pixeln der Farbkomponenten-Empfindlichkeit R zusammensetzt, für Pixelbinning verwendet werden.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Pixel-Filter-Kombination kann trotz vollständigen 4-Pixelbinnning bei dem in 1 gezeigten Bildsensor 10 die Farbinformation erhalten werden, und der Bildsensor 10 kann auch bei aktiviertem Pixelbinning Farbbilder liefern. Für die durch Pixelbinning kombinierten Pixel können normale Demosaicing-Algorithmen zum Erzeugen von Farbinformationen für die anderen Gruppen aus vier Pixeln angewendet werden. Gleichzeitig ist bei dem erfindungsgemäßen Bildsensor 10 auch voller Auflösung, d.h. beim Betrieb ohne Pixelbinning eine Farbausgabe möglich, wenn das dabei verwendete Demosaicing ggf. algorithmisch angepasst wird.
Die 2 bis 4 zeigen weitere Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Bildsensoren 10' bis 10‘‘‘ mit unterschiedlichen Filter-Pixel-Kombination, welche Pixelbinning bei Erhalt der Farbinformationen ermöglichen:
Der in 2 gezeigte Bildsensor 10' weist einen Farbfilter 16' auf, bei dem jeder Pixel für eine der Farbkomponenten R, C und B empfindlich ist. C steht hierbei für Clear, Ungefiltert bzw. ohne Filter und bedeutet, dass ein mit C bezeichneter Pixel für das ungefilterte einfallende Lichtspektrum empfindlich ist. Ein mit C bezeichneter Pixel wird nachfolgend wie ein mit R,G oder B bezeichneter Pixel betrachtet, obwohl ein C-Pixel streng genommen nicht nur für eine bestimmte Farbkomponente wie ein R-, G- oder B-Pixel empfindlich ist. Die Pixel 14 der Matrix 12 sind wie bei dem in 1 gezeigten Bildsensor 10 in gleich große 4×4 Pixel-Gruppen 18' unterteilt, die jeweils vier in einer Spalte der Matrix untereinanderliegende und vier in einer Zeile der Matrix nebeneinanderliegende Pixel aufweisen und sich nicht überschneiden, sondern unmittelbar nebeneinander angeordnet sind. Jeder Pixel-Gruppe 18' ist eine vorgegebene Pixel-Filter-Kombination zugeordnet, die sich in 2 aus vier 2×2 RCCB Filter-Pixel-Kombination mit unterschiedlichen Spiegelungen zusammensetzt. Die 2×2 RCCB Filter-Pixel-Kombination sind wieder so gespiegelt, dass in der Mitte jeder Pixel-Gruppe 18' zwei Pixel in einer Spalte untereinanderliegen und zwei Pixel in einer Zeile nebeneinanderliegen, welche für dieselbe Farbkomponente empfindlich sind. In 2 sind dies die 2×2 BBBB Gruppen mit den Pixeln 20'. Die Spiegelung erfolgt in diesem Beispiel ausgehend von der 2×2 RCCB Filter-Pixel-Kombination links oben in der Pixel-Gruppe 18' zunächst an der vertikalen Symmetrieachse der Gruppe 18' nach rechts; die so gespiegelte 2×2 CRBC Pixel-Filter-Kombination wird dann an der horizontalen Symmetrieachse der Gruppe 18' nach unten gespiegelt, und die so entstandene 2×2 BCCR Pixel-Filter-Kombination wird schließlich wieder an der vertikalen Symmetrieachse nach links gespiegelt zur 2×2 CBRC Pixel-Filter-Kombination. Durch diese Spiegelungen sind die vier Pixel der ersten und der vierten Zeile der Pixel-Gruppe bzw. Untermatrix 18' jeweils für die Farbkomponenten RCCR und der zweiten und der dritten Zeile der Untermatrix jeweils für die Farbkomponenten CBBC empfindlich. Durch Aktivieren von Pixelbinning zur Erhöhung der Empfindlichkeit des Bildsensors 10' beispielsweise bei schlechten Lichtverhältnissen können nun die Pixel 20' in der Mitte jeder Pixel-Gruppe 18' mit gleicher Farbkomponenten-Empfindlichkeit B zusammengefasst werden. Weiterhin können im in 2 gezeigten Beispiel die Pixel der Gruppen 22', welche zwei in einer Zeile nebeneinanderliege Pixel der Farbkomponenten-Empfindlichkeit C einer Pixel-Gruppe 18' und zwei in einer Zeile nebeneinanderliege Pixel derselben Farbkomponenten-Empfindlichkeit C einer unmittelbar angrenzenden (benachbarten) Pixel-Gruppe 18' umfassen, für Pixelbinning zusammengefasst werden. Zudem können die Pixel der Farbkomponenten-Empfindlichkeit R der Gruppe 24', die sich aus den in einer Ecke jeder der vier Pixel-Gruppen 18' befindlichen Pixeln der Farbkomponenten-Empfindlichkeit R zusammensetzt, für Pixelbinning verwendet werden.
Der in 3 gezeigte Bildsensor 10" weist einen Farbfilter 16" auf, bei dem jeder Pixel für eine der Farbkomponenten R, C und G empfindlich ist. Die Pixel 14 der Matrix 12 sind bei dem in 3 gezeigten Bildsensor 10" in gleich große 4×4 Pixel-Gruppen 18" unterteilt, die jeweils vier in einer Spalte der Matrix untereinanderliegende und vier in einer Zeile der Matrix nebeneinanderliegende Pixel aufweisen und sich nicht überschneiden, sondern unmittelbar nebeneinander angeordnet sind. Jeder Pixel-Gruppe 18" ist eine vorgegebene Pixel-Filter-Kombination zugeordnet, die sich in 3 aus vier 2×2 RCCG Filter-Pixel-Kombination mit unterschiedlichen Spiegelungen zusammensetzt. Die 2×2 RCCG Filter-Pixel-Kombination sind wieder so gespiegelt, dass in der Mitte jeder Pixel-Gruppe 18" zwei Pixel in einer Spalte untereinanderliegen und zwei Pixel in einer Zeile nebeneinanderliegen, welche für dieselbe Farbkomponente empfindlich sind. In 3 sind dies die 2×2 GGGG Gruppen mit den Pixeln 20". Die Spiegelung erfolgt in diesem Beispiel ausgehend von der 2×2 RCCG Filter-Pixel-Kombination links oben in der Pixel-Gruppe 18" zunächst an der vertikalen Symmetrieachse der Gruppe 18" nach rechts; die so gespiegelte 2×2 CRGC Pixel-Filter-Kombination wird dann an der horizontalen Symmetrieachse der Gruppe 18" nach unten gespiegelt, und die so entstandene 2×2 GCCR Pixel-Filter-Kombination wird schließlich wieder an der vertikalen Symmetrieachse nach links gespiegelt zur 2×2 CGRC Pixel-Filter-Kombination. Durch diese Spiegelungen sind die vier Pixel der ersten und der vierten Zeile der Pixel-Gruppe bzw. Untermatrix 18" jeweils für die Farbkomponenten RCCR und der zweiten und der dritten Zeile der Untermatrix jeweils für die Farbkomponenten CGGC empfindlich. Durch Aktivieren von Pixelbinning zur Erhöhung der Empfindlichkeit des Bildsensors 10" beispielsweise bei schlechten Lichtverhältnissen können nun die Pixel 20" in der Mitte jeder Pixel-Gruppe 18" mit gleicher Farbkomponenten-Empfindlichkeit G zusammengefasst werden. Weiterhin können im in 2 gezeigten Beispiel die Pixel der Gruppen 22", welche zwei in einer Zeile nebeneinanderliege Pixel der Farbkomponenten-Empfindlichkeit C einer Pixel-Gruppe 18" und zwei in einer Zeile nebeneinanderliege Pixel derselben Farbkomponenten-Empfindlichkeit C einer unmittelbar angrenzenden (benachbarten) Pixel-Gruppe 18" umfassen, für Pixelbinning zusammengefasst werden. Zudem können die Pixel der Farbkomponenten-Empfindlichkeit R der Gruppe 24", die sich aus den in einer Ecke jeder der vier Pixel-Gruppen 18" befindlichen Pixeln der Farbkomponenten-Empfindlichkeit R zusammensetzt, für Pixelbinning verwendet werden.
Der in 4 gezeigte Bildsensor 10‘‘‘ weist einen Farbfilter 16‘‘‘ auf, bei dem jeder Pixel für eine der beiden Farbkomponenten R und C empfindlich ist. Die Pixel 14 der Matrix 12 sind bei dem in 4 gezeigten Bildsensor 10‘‘‘ in gleich große 4×4 Pixel-Gruppen 18‘‘‘ unterteilt, die jeweils vier in einer Spalte der Matrix untereinanderliegende und vier in einer Zeile der Matrix nebeneinanderliegende Pixel aufweisen und sich nicht überschneiden, sondern unmittelbar nebeneinander angeordnet sind. Jeder Pixel-Gruppe 18‘‘‘ ist eine vorgegebene Pixel-Filter-Kombination zugeordnet, die sich in 4 aus vier 2×2 RCCC Filter-Pixel-Kombination mit unterschiedlichen Spiegelungen zusammensetzt. Die 2×2 RCCC Filter-Pixel-Kombination sind wieder so gespiegelt, dass in der Mitte jeder Pixel-Gruppe 18‘‘‘ zwei Pixel in einer Spalte untereinanderliegen und zwei Pixel in einer Zeile nebeneinanderliegen, welche für dieselbe Farbkomponente empfindlich sind. In 4 sind dies die 2×2 CCCC Gruppen mit den Pixeln 20‘‘‘. Die Spiegelung erfolgt in diesem Beispiel ausgehend von der 2×2 RCCC Filter-Pixel-Kombination links oben in der Pixel-Gruppe 18‘‘‘ zunächst an der vertikalen Symmetrieachse der Gruppe 18‘‘‘ nach rechts; die so gespiegelte 2×2 CRCC Pixel-Filter-Kombination wird dann an der horizontalen Symmetrieachse der Gruppe 18‘‘‘ nach unten gespiegelt, und die so entstandene 2×2 CCCR Pixel-Filter-Kombination wird schließlich wieder an der vertikalen Symmetrieachse nach links gespiegelt zur 2×2 CCRC Pixel-Filter-Kombination. Durch diese Spiegelungen sind die vier Pixel der ersten und der vierten Zeile der Pixel-Gruppe bzw. Untermatrix 18‘‘‘ jeweils für die Farbkomponenten RCCR und der zweiten und der dritten Zeile der Untermatrix jeweils für die Farbkomponenten CCCC empfindlich. Durch Aktivieren von Pixelbinning zur Erhöhung der Empfindlichkeit des Bildsensors 10‘‘‘ beispielsweise bei schlechten Lichtverhältnissen können nun die Pixel 20‘‘‘ in der Mitte jeder Pixel-Gruppe 18‘‘‘ mit gleicher Farbkomponenten-Empfindlichkeit C zusammengefasst werden. Weiterhin können im in 2 gezeigten Beispiel die Pixel der Gruppen 22‘‘‘, welche zwei in einer Zeile nebeneinanderliege Pixel der Farbkomponenten-Empfindlichkeit C einer Pixel-Gruppe 18‘‘‘ und zwei in einer Zeile nebeneinanderliege Pixel derselben Farbkomponenten-Empfindlichkeit C einer unmittelbar angrenzenden (benachbarten) Pixel-Gruppe 18‘‘‘ umfassen, für Pixelbinning zusammengefasst werden. Zudem können die Pixel der Farbkomponenten-Empfindlichkeit R der Gruppe 24‘‘‘, die sich aus den in einer Ecke jeder der vier Pixel-Gruppen 18‘‘‘ befindlichen Pixeln der Farbkomponenten-Empfindlichkeit R zusammensetzt, für Pixelbinning verwendet werden.
Der erfindungsgemäße Bildsensor ist vor allem für zukünftige multifunktionale Frontkameras MFC (Multi-Functional-Camera) für Automobilanwendungen geeignet: hierfür sind sogenannte Automotive Imager Chip Generationen mit einer deutlich höheren Auflösung als derzeit wie beispielsweise mehr als 7 Megapixel vorgesehen, die zudem Pixelbinning, also das analoge Zusammenfassen mehrerer Pixel auf dem Bildsensor bzw. Imager-Chip beherrschen. Ein weiteres vorgesehenes Einsatzgebiet in Fahrzeugen sind Surround-View-Systeme, die dann dank Pixelbinning auch bei schlechten Lichtverhältnissen Bilder mit Farbinformation erzeugen können und dadurch beispielsweise Fahrerassistenzsysteme verbessern können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 3971065 [0002]

Claims

Bildsensor (10) aufweisend mehrere in einer Ebene in einer Matrix (12) angeordnete lichtempfindliche Pixel (14), einen vor der Pixel-Matrix angeordneten Farbfilter (16), der derart ausgebildet ist, dass jeder Pixel jeweils für eine von mehreren vorgegebenen Farbkomponenten empfindlich ist, wobei die Pixel (14) der Pixel-Matrix (12) in Pixel-Gruppen (18) unterteilt sind und jede Pixel-Gruppe gleich viele in einer Spalte der Matrix untereinanderliegende und/oder einer Zeile der Matrix nebeneinanderliegende Pixel aufweist, wobei jeder Pixel-Gruppe (18) eine vorgegebene Pixel-Filter-Kombination zugeordnet ist, und wobei die vorgegebene Pixel-Filter-Kombination derart ausgebildet ist, dass zumindest zwei in einer Spalte der Matrix untereinanderliegende und/oder einer Zeile der Matrix nebeneinanderliegende Pixel (20) für dieselbe Farbkomponente empfindlich sind.
Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbkomponenten mindestens zwei aus der Gruppe umfassend Rot, Grün, Blau und Ungefiltert sind, wobei die Farbkomponente Ungefiltert etwa dem gesamten Spektralbereich auf den Bildsensor einfallender Lichtstrahlung entspricht.
Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pixel-Gruppe x * y Pixel umfasst, die in einer x Zeilen und y Spalten der Matrix umfassenden Untermatrix (18) angeordnet sind, wobei x > 2 und y > 2 ist, insbesondere x = 4 und y = 4 ist.
Bildsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die der Pixel-Gruppe (18) zugeordnete Pixel-Filter-Kombination derart ausgebildet ist, dass mindestens zwei in der Mitte der Untermatrix unmittelbar in einer Zeile nebeneinander und/oder in einer Spalte untereinander angeordnete Pixel (20) für dieselbe Farbkomponente empfindlich sind.
Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der Pixel-Gruppe (18; 18'; 18"; 18‘‘‘) zugeordnete Pixel-Filter-Kombination eine der folgenden Farbkomponenten-Gruppen aufweist: RGB; RCB; RCG; RC; wobei R einen Rot-Filter, G einen Grün-Filter, B einen Blau-Filter und C Ungefiltert bzw. ohne Filter bedeutet.
Bildsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pixel-Gruppe 16 Pixel umfasst, die einer vier Zeilen und vier Spalten der Matrix umfassenden Untermatrix (18) angeordnet sind, und wobei bei der Farbkomponenten-Gruppe RGB die vier Pixel der ersten und der vierten Zeile der Untermatrix jeweils für die Farbkomponenten RGGR und der zweiten und der dritten Zeile der Untermatrix jeweils für die Farbkomponenten GBBG empfindlich sind.
Bildsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pixel-Gruppe 16 Pixel umfasst, die einer vier Zeilen und vier Spalten der Matrix umfassenden Untermatrix (18') angeordnet sind, und wobei bei der Farbkomponenten-Gruppe RCB die vier Pixel der ersten und der vierten Zeile der Untermatrix jeweils für die Farbkomponenten RCCR und der zweiten und der dritten Zeile der Untermatrix jeweils für die Farbkomponenten CBBC empfindlich sind.
Bildsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pixel-Gruppe 16 Pixel umfasst, die einer vier Zeilen und vier Spalten der Matrix umfassenden Untermatrix (18") angeordnet sind, und wobei bei der Farbkomponenten-Gruppe RCG die vier Pixel der ersten und der vierten Zeile der Untermatrix jeweils für die Farbkomponenten RCCR und der zweiten und der dritten Zeile der Untermatrix jeweils für die Farbkomponenten CGGC empfindlich sind.
Bildsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pixel-Gruppe 16 Pixel umfasst, die einer vier Zeilen und vier Spalten der Matrix umfassenden Untermatrix (18‘‘‘) angeordnet sind, und wobei bei der Farbkomponenten-Gruppe RC die vier Pixel der ersten und der vierten Zeile der Untermatrix jeweils für die Farbkomponenten RCCR und der zweiten und der dritten Zeile der Untermatrix jeweils für die Farbkomponenten CCCC empfindlich sind.
Kamera mit einem Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die insbesondere für den Einsatz in einem Fahrzeug ausgebildet ist.