DE102021113723A1

DE102021113723A1 - Spektrales sensorsystem mit räumlich modifizierten mittenwellenlängen

Info

Publication number: DE102021113723A1
Application number: DE102021113723.3A
Authority: DE
Inventors: Jonathan Borremans; Maarten De Bock; Ward Van Der Tempel
Original assignee: Spectricity
Current assignee: Spectricity
Priority date: 2020-05-28
Filing date: 2021-05-27
Publication date: 2021-12-02
Also published as: US20230280210A1

Abstract

Ein Sensorsystem umfasst eine Vielzahl von Sätzen optischer Sensoren, die auf einer integrierten Schaltung angeordnet ist, wobei die Vielzahl von Sätzen optischer Sensoren eine jeweilige obere Oberfläche aufweist. Das Sensorsystem umfasst ferner eine Schnittstelle zwischen der Vielzahl von optischen Sensoren und einer Verarbeitungsvorrichtung, die dazu konfiguriert ist, Informationen dazwischen und einem Array optischer Filter mit einer jeweiligen unteren Oberfläche und einer jeweiligen oberen Oberfläche zu übertragen, wobei sich die untere Oberfläche des optischen Filterarrays nahe der oberen Oberfläche der Vielzahl von Sätzen optischer Sensoren befindet und jeder optische Filter des optischen Filterarrays konfiguriert ist, um einen Zielwellenlängenbereich von Licht an einen Satz optischer Sensoren durchzulassen. Der Prozessor ist konfiguriert, um eine Ausgabe von jedem optischen Sensor in einem Satz optischer Sensoren zu empfangen und eine korrigierte Filterantwort für den Satz optischer Sensoren unter Verwendung von Übersprechen von Licht zu bestimmen, das durch optische Filter neben dem Satz optischer Sensoren übertragen wird.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE PATENTE
Unzutreffend
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Spektroskopie und insbesondere auf Spektralsensoren, die auf Interferenz basierende Filter verwenden.
BESCHREIBUNG VERWANDTER TECHNIKEN
Spektroskopiegeräte haben sich für Anwendungen in verschiedenen Industrien, einschließlich beispielsweise Gesundheit, Biometrie, Landwirtschaft, Chemie und Fitness, als nützlich erwiesen. Im Allgemeinen funktionieren Spektroskopievorrichtungen, indem sie einfallendes Licht in Bezug auf mehrere Wellenlängenbereiche erfassen und/oder erfassen und spektrale Informationen extrahieren. Auf Interferenz basierende Filter, wie Fabry-Perot-Filter, haben sich bei Verwendung in Verbindung mit Spektralsensoren als in der Lage gezeigt, kontrollierte Lichtwellenlängen bereitzustellen.
Wie weiter bekannt ist, unterliegt die Winkelantwort von Licht, das durch Filter auf Interferenzbasis läuft, verschiedenen nicht idealen Bedingungen, die sich negativ auf die Leistung einer gegebenen Spektroskopievorrichtung auswirken können.
Figurenliste
Die Patent- oder Anmeldeakte enthält mindestens eine farbig ausgeführte Zeichnung. Kopien dieser Patent- oder Patentanmeldungsveröffentlichung mit Farbzeichnung(en) werden vom Amt auf Anfrage und Zahlung der erforderlichen Gebühr zur Verfügung gestellt.

1A stellt eine Top-Down-Darstellung eines beispielhaften optischen Sensors bereit, der mit Filtern gemäß der vorliegenden Erfindung überlagert ist;
1B stellt eine Top-Down-Darstellung eines beispielhaften optischen Sensors bereit, der mit Filtern gemäß der vorliegenden Erfindung überlagert ist;
2 veranschaulicht eine beispielhafte Filterantwort auf Licht mit unterschiedlichen Einfallswinkeln bei einer gegebenen Mittenwellenlänge;
3 veranschaulicht eine beispielhafte Verschiebung der Mittenwellenlänge (cwl) als Funktion des Einfallswinkels des durch eine Linse hindurchtretenden Lichts;
4A veranschaulicht die Wirkung von Linsen mit hohem Hauptstrahlwinkel (CRA) an den Außenkanten eines Sensorarrays;
4B veranschaulicht einen beispielhaften Hauptwinkelstrahl(CRA)-Effekt für verschiedene Stellen auf einem Sensor mit einer Linse gemäß der vorliegenden Erfindung;
4C stellt einen Querschnitt benachbarter Fabry-Perot-Filterstapel (Filter) mit unterschiedlichen Hohlraumdicken für einen Bildsensor gemäß der vorliegenden Erfindung bereit;
4D stellt eine Seitenansicht eines beispielhaften optischen Sensors bereit, der mit einem Filterarray gemäß der vorliegenden Erfindung überlagert ist;
4E stellt eine Seitenansicht eines beispielhaften optischen Sensors bereit, der mit einem alternativen Filterarray gemäß der vorliegenden Erfindung überlagert ist;
4F veranschaulicht ein Linsensystem mit einem umgekehrt telezentrischen Design gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 veranschaulicht beispielhafte Filterantworten für kollimiertes Licht bei 0°- und 20°-Einfallswinkeln gemäß der vorliegenden Erfindung;
6A veranschaulicht ein Beispiel eines vorkompensierten Filterarray-Layout mit 9 × 9-Mosaiken gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
6B veranschaulicht eine Verschiebung der Filter-ID, die sich aus der Vorkompensation eines Filterarrays gemäß der vorliegenden Erfindung ergibt;
7A veranschaulicht die Antwort eines halben halben Pixels, das 2 Fabry-Perot-Filter mit unterschiedlichen Mittenwellenlängen umfasst;
7B veranschaulicht ein Paar benachbarter Interferenzfilter, die einem einzelnen optischen Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung zugeordnet sind.
7C veranschaulicht ein weiteres Beispiel von Paaren benachbarter Interferenzfilter, die einzelnen optischen Sensoren zugeordnet sind, die ein Zwischenelement zwischen den Filtern und Sensoren gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten.
8A bis 8C veranschaulichen Filtermuster für Spektralfilter zur Verwendung in Spektralbildsensoren gemäß der vorliegenden Erfindung;
8D stellt eine Top-Down-Darstellung eines Filtermosaikmusters für einen Spektralsensor bereit, der ein großes Filterelement gemäß der vorliegenden Erfindung enthält.
8E stellt eine Darstellung von oben nach unten eines anderen Filtermosaikmusters für einen Spektralsensor bereit, der Filterelemente umfasst, die größere längliche Formen gemäß der vorliegenden Erfindung bilden;
8F stellt eine Top-Down-Darstellung eines Filtermosaikmusters für einen Spektralsensor mit Filterelementen bereit, die zunehmend kleinere Ringe um ein zentrales Filterelement gemäß der vorliegenden Erfindung bilden;
9 veranschaulicht beispielhafte Filterantworten für ein Ziel- oder Mittelpixel und benachbarte „Nachbar“-Pixel eines Spektralbildsensors;
10 stellt eine Ansicht von oben nach unten eines beispielhaften Spektralbildsensors bereit, der mehrere Pixel verwendet, von denen jedes einen einzelnen Filter gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist;
11A veranschaulicht eine beispielhafte Antwort für ein optisches Filter darstellt, das kollimiertes Licht bei einer gewünschten Mittenwellenlänge (cwl) empfängt;
11B stellt eine seitliche Querschnittsansicht eines Sensormoduls gemäß der vorliegenden Erfindung bereit;
12A stellt eine Seitenansicht eines beispielhaften Sensorsystems bereit, das Fabry-Perot-Filter gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet;
12B stellt eine Seitenansicht eines beispielhaften Sensorsystems bereit, das Fabry-Perot-Filter verwendet, die die Winkelverteilung für 2 verschiedene Lichtquellen gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
12C stellt eine Seitenansicht eines beispielhaften Sensorsystems mit einem optischen Diffusorelement gemäß der vorliegenden Erfindung bereit;
12D veranschaulicht die Streuung von einem Diffusorelement in einem Sensorsystem gemäß der vorliegenden Erfindung;
12E veranschaulicht ein Sensorsystem, das ein modifiziertes Diffusorelement gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet;
12F stellt eine Seitenansicht eines Spektrometersystems bereit, die Änderungen der gemessenen Mittenwellenlängen basierend auf dem Einfallswinkel des einfallenden Lichts gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
12G stellt eine Seitenansicht eines anderen Spektrometersystems bereit, die Änderungen der gemessenen Mittenwellenlängen basierend auf dem Einfallswinkel des einfallenden Lichts gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
12H stellt eine Ansicht von oben nach unten einer versetzten Öffnung in Bezug auf die Mitte eines Makropixels gemäß der vorliegenden Erfindung bereit;
12I stellt eine Seitenansicht eines Spektrometersystems bereit, die Makropixel darstellt, die mit Filtern und Öffnungn auf Interferenzbasis gemäß der vorliegenden Erfindung verbunden sind;
12J stellt eine Seitenansicht des beispielhaften Spektrometersystems von 12I bereit, die die Lichtausbreitung mit reflektierenden Öffnungen gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
12K stellt eine Seitenansicht eines anderen Spektrometersystems bereit, die Makropixel darstellt, die mit Filtern und Öffnungn auf Interferenzbasis gemäß der vorliegenden Erfindung verbunden sind,
12L stellt eine Seitenansicht eines anderen Spektrometersystems bereit, die Makropixel darstellt, die mit Filtern und Öffnungen auf Interferenzbasis gemäß der vorliegenden Erfindung verbunden sind,
12M und 12N stellen Seitenansichten eines Spektrometersystems bereit, die die Verwendung einer Linse zum Steuern des Einfallswinkels zeigen, der bei einem Makropixel gemäß der vorliegenden Erfindung empfangen wird;
12O stellt eine Seitenansicht eines Spektrometersystems bereit, die die Verwendung von Mikrolinsen zur Steuerung des Einfallswinkels darstellt, der bei einem Makropixel gemäß der vorliegenden Erfindung empfangen wird;
12P stellt eine Seitenansicht eines anderen Spektrometersystems bereit, die die Verwendung von Mikrolinsen zur Steuerung des Einfallswinkels darstellt, der bei einem Makropixel gemäß der vorliegenden Erfindung empfangen wird;
13A stellt eine Darstellung von oben nach unten eines beispielhaften Layouts eines optischen Filters zur Schattierungskompensation gemäß der vorliegenden Erfindung bereit;
13B stellt zusätzliche Top-Down-Darstellungen von beispielhaften optischen Filterlayouts für die Schattenkompensation gemäß der vorliegenden Erfindung bereit;
14A stellt eine Benennungskonvention für 4 Quadranten eines gemeinsamen Schwerpunkt-Optikfilter-Layouts gemäß der vorliegenden Erfindung bereit;
14B stellt eine zusätzliche Darstellung von oben nach unten eines beispielhaften optischen Filterlayouts für die Schattenkompensation gemäß der vorliegenden Erfindung bereit; und
15 stellt eine zusätzliche Darstellung von oben nach unten eines beispielhaften optischen 2x3-Makropixel-Mosaikfilter-Layouts für die Schattenkompensation gemäß der vorliegenden Erfindung bereit.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In verschiedenen Beispielen werden Spektralbildsensoren mit Interferenzfiltern kombiniert, um Spektralinformationen über eine Szene und/oder Lichtquelle bereitzustellen. In weiteren Beispielen können auf Interferenz basierende Filter unter Verwendung von Fabry-Perot-Filtern implementiert werden, die in Spektralbildsensoren, wie beispielsweise CMOS-Sensoren, integriert sind, um kleinskalige Spektralbildsensorsysteme bereitzustellen. In einigen Beispielen können spektrale Abbildungssysteme mit kleinem Maßstab zur Verwendung in Anwendungen angepasst werden, die aus Leistungs- und/oder Kostengründen Linsen mit einem relativ hohen Hauptstrahlwinkel (CRA) erfordern. Beispiele für Anwendungen, die Linsen mit hohem CRA verwenden, umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, Smartphones, Smartwatches, Körpermonitore, Kalibriersysteme, Inspektionssysteme und bestimmte industrielle Anwendungen. So genannte „High-CRA“-Linsen ermöglichen es, dass Licht in schrägen Winkeln an den Interferenzfiltern präsentiert wird, was effektiv einen anderen CRA am Rand eines Sensor-Arrays bereitstellen kann als die Linse in der Mitte des Sensor-Arrays.
1A stellt eine Top-Down-Darstellung eines Spektralsensors mit Filtern bereit, die in einem 3x3-Muster von jeweils 9 Bändern über das Sensorarray bereitgestellt werden. In dem Beispiel werden Fabry-Perot-Filter mit unterschiedlichen Mittenwellenlängen (ausgedrückt als unterschiedliche Farben in der Darstellung) über den Spektralsensor als eine über das Array wiederholte Mosaikstruktur gemustert. In anderen Beispielen kann das 3x3-Filtermuster durch andere Muster ersetzt werden, wie etwa ein 2x2-Muster, ein 4x4-Filtermuster, ein 5x5-Filtermuster oder ein 3x4-Muster usw., je nach Auflösung und/oder Herstellungsanforderungen. In einem Beispiel stellt ein 3 × 3-Filtermuster 9 verschiedene Hohlraumdicken bereit, die dann über ein beispielhaftes Sensorarray wiederholt werden. In dem Beispiel von 1A wird jede der 9 Filterdicken 540 Mal über das 20 × 27-Array von Sensoren wiederholt.
1B stellt eine Top-Down-Darstellung eines beispielhaften optischen Sensors bereit, der mit Filtern überlagert ist. Im Beispiel von 1B wird jede der 9 Filterdicken (dargestellt als Filter 20A - 20E usw.) 12 Mal über das 12x9-Array von optischen Pixeln auf Sensor 10 wiederholt.
In einem Sensorsystem basierend auf 1B sind optische Pixel für den Sensor 10 auf einer integrierten Schaltung mit mehreren Sätzen von Interferenzfiltern angeordnet, die auf den optischen Pixeln hergestellt sind. In einem Beispiel ist ein Satz von neun (9) Interferenzfiltern 20A - 20I in einem Mosaikmuster angeordnet, von denen jedes so konfiguriert ist, dass es Licht in einem anderen Wellenlängenbereich durchlässt. In einem Beispiel ist jeder Satz Interferenzfilter auf mindestens einen Satz optischer Sensoren ausgerichtet, so dass jeder Satz optischer Sensoren in der Lage ist, eine lokalisierte Bandpassantwort mit 9 Kanälen zu erfassen. Der Satz optischer Sensoren und das Filterarray werden dann über das Array wiederholt, wodurch das optische Sensorarray mehrere gemessene Lichtspektren bereitstellen kann, die räumlich über verschiedene Bereiche eines Bildsensors getrennt sind. Wie hier verwendet, entspricht ein einzelner optischer Sensor einem Pixel (Pixel = kleinstes adressierbares Element), wobei ein Pixel eine Fotodiode ist. Dementsprechend werden „optischer Sensor“, „optisches Pixel“ und „Pixel“ austauschbar verwendet.
In einem spezifischen Beispiel der Implementierung und des Betriebs können die Filter 20A-20I (Filter können sich unter Verwendung eines anderen Musters wiederholen oder können in einem zufälligen Muster dargestellt werden, um Filterantworten an Sensoren weiterzugeben, die unter dem Filterarray liegen. In einem (nicht gezeigten) Beispiel könnten Spektralbänder von mehr als 3 verwendet werden, um Sensoren nach Wunsch in fast jeder praktischen Konfiguration zu überlagern. In einem verwandten Beispiel ist der optische Sensor 10 ein Beispiel eines Spektralsensors, der für die diffuse optische Spektroskopie nützlich ist, wobei Arrays von Spektralfiltern mit optischen Sensoren verbunden sind, um eine diffuse Spektralerfassung bereitzustellen.
Die diffuse optische Spektroskopie kann besonders empfindlich auf die Gleichmäßigkeit und Stabilität des Einfallswinkels von auf Sensoren auftreffendem Licht sein, daher ist der Einfallswinkel von Licht, das auf ein Sensorarray trifft, im relativen Sinne vorzugsweise unmoduliert, wenn sich der Einfallswinkel von Licht, das auf die Oberfläche des Spektralfilters trifft, ändert. Wenn in einem Beispiel jedes Spektralband eines Filterarrays, wie die Filter 20A-201 (die zusammen einen Satz von Spektralbändern oder ein Spektrum bilden) räumlich auf der Oberfläche eines Sensorarrays verteilt ist, kann die räumliche Verteilung einen signifikanten Effekt über die Leistung eines diffusen optischen Spektrometers haben. Dies ist zumindest teilweise auf die Tatsache zurückzuführen, dass das rekonstruierte Spektrum, das auf ein Sensorarray trifft, verformt oder „verfärbt“ wird, wenn ein bestimmter Filter Licht unterschiedlicher Intensität durchlässt. Ein farbiges Spektrum kann elektronisch kompensiert (kalibriert) werden. Wenn sich jedoch die Gleichmäßigkeit des durch den Filter fallenden Lichts im Laufe der Zeit ändert oder wenn sich der CRA oder die Winkligkeit des einfallenden Lichts ändert, wird ein rekonstruiertes Spektrum instabil. In einem solchen Beispiel scheint ein rekonstruiertes Spektrum eine Änderung der Spektralantwort zu haben, wenn sich der Einfallswinkel des einfallenden Lichts, das auf den optischen Sensor trifft, geändert hat.
Diffuse optische Sensoren können von einer Verringerung der Auswirkung einer Änderung des Einfallswinkels von Licht, das auf das Sensorarray trifft, auf den Sensor, und vom Sicherstellen, dass die Gleichmäßigkeit des Lichts über den Sensor im Wesentlichen unabhängig vom Einfallswinkel des Lichts ist, das auf das Sensorarray trifft, profitieren. Um eine stabile Filterantwort für einen optischen Sensor bereitzustellen, ist es dementsprechend vorzuziehen, den Einfallswinkel von einfallendem Licht, das auf die Oberfläche des optischen Sensors trifft, zu begrenzen. Ein Verfahren zum Bereitstellen einer stabilen Filterreaktion besteht darin, sicherzustellen, dass alle optischen Sensoren und daher alle optischen Filter im Wesentlichen der gleichen Änderung der Winkelreaktion unterliegen, so dass die Wirkung auf alle Sensoren gleichförmig ist. Dadurch wird sichergestellt, dass das Spektrum der diffusen optischen Spektroskopie keiner wesentlichen „Umfärbung“ unterliegt.
In einer Ausführungsform kann eine Linse oder ein Linsensystem verwendet werden, um Licht zu kollimieren, das auf ein Sensor- und/oder Filterarray trifft. Linsensysteme erfordern im Allgemeinen einen relativ großen Formfaktor, insbesondere angesichts der großen f-Zahlen, die mit Spektralfiltern verbunden sind (zum Beispiel f/2 oder höher). Linsensysteme können auch relativ dick sein und erfordern einen teuren Optikstapel. Linsen und/oder Linsensysteme können gleichermaßen empfindlich auf Änderungen des Einfallswinkels und des CRA von einfallendem Licht sein, das durch die Linse auf den optischen Sensor trifft, was zu einer ungleichmäßigen Änderung der Winkligkeit über das Sensorarray führt. Diese ungleichmäßigen Winkeländerungen können verschiedene Sensoren und ihre spektrale Reaktion unterschiedlich beeinflussen. Da eine Linse oder ein Linsensystem das einfallende Licht notwendigerweise auf verschiedene Teile einer „Szene“ fokussiert, werden außerdem die Attribute der verschiedenen Teile der Szene auf verschiedene Teile eines Sensorarrays projiziert, was zu einer nicht-diffusen Spektralempfindlichkeit führt.
Fabry-Perot-Filter reagieren empfindlich auf den Eingangswinkel. Dies führt zu einer Blauverschiebung (wobei eine Blauverschiebung eine Verschiebung zu kürzeren Wellenlängen ist) zur Filterantwort, wenn Licht mit einem erhöhten Hauptstrahlwinkel (CRA) durch das Filter tritt. In erster Ordnung kann diese Verschiebung der Mittenwellenlänge (cwl) angenähert werden als: $Δ λ_{c w l} \approx λ_{c w l} (1 - cos \frac{θ_{C R A}}{n_{e f f}})$
wobei die Mittenwellenlänge des Fabry-Perot-Filters unter kollimiertem orthogonalen Licht ist, der Einfallswinkel des kollimierten Lichts ist und der effektive Brechungsindex der Fabry-Perot-Kavität ist. 2 veranschaulicht eine beispielhafte Filterantwort auf Licht mit unterschiedlichen Einfallswinkeln bei einer mittleren Wellenlänge.
3 veranschaulicht eine beispielhafte Verschiebung der Mittenwellenlänge (cwl) als Funktion des Einfallswinkels des Lichts, das durch eine Linse (d.h. den CRA neben dem Sensor) fällt. Wie oben erörtert, können beispielhafte spektrale Bildsensorsysteme, die für Kosten- und/oder Leistungsanwendungsfälle ausgelegt sind, wie etwa Mobiltelefone und Smartwatches, Linsen mit einem hohen CRA verwenden. Daher ist der CRA für Pixel am äußeren Rand des Spektralsensors größer als der CRA in der Mitte des Sensors. Daher verschiebt sich die cwl für die Pixel am äußeren Rand des Sensorarrays in Bezug auf die cwl für die Pixel in der Mitte des Sensorarrays. In einem Beispiel führt dies zu einer CRA-Verschiebung von mehr als 20 Grad an den Außenkanten des Sensors, zusätzlich zu einer typischen Öffnungnzahl von beispielsweise f/2. Dieser 20-Grad-CRA führt zu einer Blauverschiebung der Filterantwort von Filtern an den Außenkanten des Bildsensor-Arrays. Dementsprechend zeigen, wenn alle relativen Filter in einem gegebenen Filtermuster im Wesentlichen identisch sind, Pixel an den Außenkanten des Sensors eine Filterantwort eines Filters mit einer anderen Mittenwellenlänge als die Pixel aus der Filterantwort für denselben Filter in der Mitte von der Bildsensor. Ähnliche Effekte können bei der Verwendung von Pinhole-Optiken sichtbar werden.
4A veranschaulicht einen Vergleich zwischen dem Einfallswinkel von Licht an den Außenkanten eines Sensorarrays in Sensorsystemen mit hohem und niedrigem CRA. In dem Beispiel ist eine Linse 14 parallel zu den lichtempfindlichen Elementen 28 dargestellt, die in einem Substrat 26 verkörpert sind, wobei ein Zwischenraum die lichtempfindlichen Elemente 28 und die Linse 14 trennt. In einem Beispiel eines Linsen-/Linsensystems mit niedrigem CRA ist der Einfallswinkel des auf den Sensor auftreffenden Lichts durch die physikalische Beziehung zwischen dem Abstand zwischen der Linse und dem Sensor in Kombination mit der CRA der Linse begrenzt. Wie dargestellt führt eine Linse mit niedrigem CRA zu einem begrenzten Einfallswinkel für Licht, das durch die Linse fällt, während eine Linse mit hoher CRA es ermöglicht, dass Licht in schrägeren Winkeln auf den Sensor projiziert wird. Im Beispiel hat das Licht, das an den optischen Filtern 22 am Rand des Sensors ankommt, einen längeren Weg durch den/die Filter. Linsen mit hohem CRA werden manchmal als „nicht-telezentrische“ Optiken beschrieben. In einem Linsensystem mit telezentrischen optischen Eigenschaften verlaufen die CRA-Lichtstrahlen (schräge Strahlen, die durch die Mitte der Linse gehen) parallel zur optischen Achse vor bzw. hinter dem System. In einem nicht-telezentrischen optischen System lassen Optiken mit hohem CRA Licht, das unter schrägen Winkeln in die Linse eindringt, durch, um auf die Kanten eines Sensorarrays zu projizieren.
4B veranschaulicht einen beispielhaften Hauptwinkelstrahl(CRA)-Effekt für verschiedene Stellen auf einem Sensor mit einer Linse, wie beispielsweise das in 4A dargestellte Spektralbildsensorsystem. In diesem Beispiel „verändert“ sich der effektive CRA über die Grenzen des Arrays, da die Linse Licht in zunehmend schrägen Winkeln durchlässt, so dass eine gegebene Filterantwort eine Antwortverschiebung für die gleiche Lichtwellenlänge bereitstellt. Ein ähnlicher Effekt kann für eine Mittenwellenlänge (cwl) der CRA über die Grenzen des Arrays hinweg aufgrund der Blauverschiebung erkennbar sein, die sich aus einer höheren CRA an den Rändern des Sensors ergibt.
Spektralbildanalysetechniken auf der Grundlage eines Spektralbildsensors umfassen die Verwendung von Algorithmen (z.B. chemometrische Modelle), die von der Filterantwort für Licht abhängen, das durch einen Filter, z.B. einen Fabry-Perot-Filter, hindurchtritt. Wie oben unter Bezugnahme auf die 4A und 4B dargestellt, kann ein bestimmter Spektralbildsensor Abweichungen der Wellenlängen vom Spektrum des an der Linse und damit am Filter empfangenen Lichts aufweisen, je nachdem, wo sich der Spektralbildsensor auf einem Sensorarray befindet. Infolge dieser Abweichungen können / werden die Spektralalgorithmen, die auf Bildsensordaten beruhen, abhängig von der Position eines bestimmten Spektralbildsensors in dem Sensorarray eine verringerte Genauigkeit aufweisen. Im Allgemeinen zeigen verschiedene Filter, die zur Verwendung bei einer gegebenen Mittenwellenlänge ausgelegt sind, einen sich verschiebenden Hauptstrahlwinkel (CRA), wenn sich Licht dem Rand eines Sensorarrays nähert, was zu einer spektralen Empfindlichkeit mit geringerer Genauigkeit für das Spektralbildsensorsystem führt.
4C stellt einen Querschnitt benachbarter Fabry-Perot-Filterstapel (Filter) mit unterschiedlichen Hohlraumdicken für einen Bildsensor bereit, wie beispielsweise den Sensor 10 von 1B. Wie dargestellt, wird die Mittenwellenlänge jedes Fabry-Perot-Filters in erster Ordnung durch die Hohlraumdicke zwischen seinem oberen und unteren Spiegel bestimmt. In diesem Beispiel stellen benachbarte Filter 20A - 20F 6 Sensorausgabekanäle für Pixel 30 bereit.
4D stellt eine Seitenansichtsdarstellung eines beispielhaften optischen Sensors bereit, der mit einem Filterarray überlagert ist. In dem Beispiel wird empfangenes Licht 180 durch ein unmodifiziertes Filterarray 160 auf das Sensorarray 170 gerichtet. Wie unter Bezugnahme auf die 4A bis 4C erörtert, zeigt Licht des gleichen Hauptstrahlwinkels (CRA), der durch Filter des unmodifizierten Filterarrays 160 übertragen wird, einen sich verschiebenden Hauptstrahlwinkel (CRA), wenn sich Licht der Kante des optischen Sensors nähert. Dementsprechend zeigt das unmodifizierte Filterarray 160 in Abhängigkeit von der Position einer Lochöffnung oder der Wirkung des Linsensystems, das den Einfallswinkel des Lichts steuert, eine Verschiebungsantwort für dieselbe Wellenlänge, wie oben unter Bezugnahme auf 4B erörtert.
In einem spezifischen Implementierungs- und Betriebsbeispiel umfasst ein Sensorsystem ein Array optischer Sensoren, die auf einer integrierten Schaltung angeordnet sind, wobei das Array optischer Sensoren eine jeweilige obere Oberfläche und eine Vielzahl von optischen Filtern aufweist, die in einem Array mit einer jeweiligen unteren Oberfläche angeordnet sind, und eine jeweilige obere Oberfläche, wobei das optische Filterarray einen jeweiligen Mittelabschnitt und einen entsprechenden Außenabschnitt aufweist. In einem Beispiel befindet sich die untere Oberfläche des optischen Filterarrays nahe der oberen Oberfläche des Arrays von optischen Sensoren, und jeder optische Filter des optischen Filterarrays ist konfiguriert, um einen Zielwellenlängenbereich von Licht an einen oder mehrere optische Sensoren des Arrays von optischen Sensoren weiterzugeben. In einem Beispiel sind ein oder mehrere optische Filter im Mittelabschnitt des optischen Filterarrays konfiguriert, um einen ersten Zielwellenlängenbereich von Licht bereitzustellen, und ein oder mehrere Sätze optischer Filter sind in dem äußeren Abschnitt des Arrays konfiguriert, um einen zweiten Zielwellenlängenbereich des Lichts bereitzustellen. In dem Beispiel ist ein optisches Element mit einer entsprechenden oberen Fläche und einer entsprechenden unteren Fläche in dem Sensorsystem enthalten, wobei die untere Fläche des optischen Elements auf der oberen Fläche des optischen Filterarrays positioniert ist.
In einem Beispiel ist das optische Element konfiguriert, um einen Einfallswinkel von hindurchtretendem Licht zu begrenzen, und in einem verwandten Beispiel das Sensorsystem nach Anspruch 2, wobei das optische Element eine Öffnungnvorrichtung ist, wie etwa eine Lochöffnung oder eine Öffnungnlinse. In einem anderen Beispiel sind die mehreren optischen Filter des Sensors in mehreren Sätzen optischer Filter konfiguriert, wobei jeder Satz optischer Filter mehrere optische Filter umfasst, die in einem Muster angeordnet sind, und in einem verwandten Beispiel mindestens einige optische Filter von ein Satz optischer Filter in einem Satz optischer Filter dazu konfiguriert ist, Licht in einem anderen Wellenlängenbereich durchzulassen.
In einem anderen Implementierungsbeispiel ist jeder von einem oder mehreren Sätzen von optischen Filtern im mittleren Abschnitt des optischen Filterarrays in einem ersten Muster angeordnet, und jeder von einem oder mehreren Sätzen von optischen Filtern im äußeren Abschnitt des Arrays ist in ein zweites Muster. In einer Ausführungsform ist das Sensorsystem zum Abbilden einer Szene angepasst, wobei jeder Satz von Interferenzfiltern der Vielzahl von Interferenzfiltern einem räumlichen Bereich der Szene zugeordnet ist. In einem verwandten Beispiel werden die optischen Filter aus einer Gruppe ausgewählt, die aus Interferenzfiltern, Absorptionsfiltern, plasmonischen Filtern und Quantenpunktfiltern besteht, und in einem anderen Beispiel umfassen die Interferenzfilter Fabry-Perot-Filter. In einem verwandten Beispiel umfasst das Sensorsystem mindestens einen optischen Sensor des Arrays von optischen Sensoren, die mehreren optischen Filtern zugeordnet sind, und in einem alternativen Beispiel ist mindestens ein optischer Sensor des Arrays von optischen Sensoren einem Satz von optischen Filtern zugeordnet.
4E stellt eine Seitenansichtsdarstellung eines beispielhaften optischen Sensors bereit, der mit einem alternativen Filterarray überlagert ist. In einem Beispiel für Implementierung und Betrieb kann ein Filterarray entworfen werden, um die verschobene CRA einer Linse mit hoher CRA durch Modifizieren des Filterarrays zu kompensieren oder zu korrigieren. In dem Beispiel wird empfangenes Licht 180 durch ein modifiziertes Filterarray 162 auf das Sensorarray 170 gerichtet. In einem Implementierungsbeispiel ist ein Mosaikmuster von Interferenzfiltern, wie Fabry-Perot-Filtern, die auf einem Bildsensor hergestellt werden, um die Blauverschiebung aufgrund des höheren CRA an den Außenrändern auszugleichen. In dem Beispiel kann das Filterarray mit einer vorkompensierten Mittenwellenlänge implementiert werden. Bei einem Fabry-Perot-Filter kann dies durch die Verwendung eines Filters mit einer dickeren Kavität erreicht werden. In einem speziellen Implementierungsbeispiel kann ein am Rand des Sensors vorhandenes Filter mit einer Hohlraumdicke verwendet werden, die beispielsweise einige nm größer ist. Als spezifisches Beispiel kann für einen Filter mit einer gewünschten Mittenwellenlänge von 850 nm ein Filter mit erhöhter Hohlraumdicke für kollimiertes Eingangslicht eine größere Mittenwellenlänge, wie 868 nm, aufweisen. In dem Beispiel verschiebt sich für die höhere CRA von 20 Grad am Rand eines Sensors (aufgrund der höheren CRA-Linseneigenschaften) die Mittenwellenlänge abgestuft auf 850 nm.
4F veranschaulicht ein Linsensystem mit einem umgekehrt telezentrischen Design. In einem Implementierungs- und Betriebsbeispiel kann ein umgekehrtes telezentrisches Linsensystem ein großes Sichtfeld und einen niedrigen Hauptstrahlwinkel (CRA) bereitstellen, so dass durch Anpassen der Elemente des telezentrischen Designs ein Bild für verschiedene Implementierungen unscharf werden kann, wie zum Beispiel die Korrektur des durchschnittlichen Weißabgleichs (AWB), während es einstellbar ist, um das Bild für eine Bildaufnahme mit hoher räumlicher Auflösung zu fokussieren. Von telezentrischen Linsen ist bekannt, dass sie eine orthographische Projektion bereitstellen, die in allen Entfernungen die gleiche Vergrößerung bereitstellt. In einem Beispiel ist ein Objekt, das zu nahe ist, möglicherweise immer noch unscharf, aber das resultierende verschwommene Bild kann im Wesentlichen dieselbe Größe haben wie das korrekt fokussierte Bild. Bei einem umgekehrten telezentrischen Linsensystem werden ein oder mehrere Elemente eines telezentrischen Linsensystems umgekehrt, was zu einer gleichmäßigeren Farbverteilung der Spektralfilter führt.
5 veranschaulicht beispielhafte Filterantworten (wie ein Fabry-Perot-Filter) für kollimiertes Licht bei 0° und 20° Einfallswinkeln. In einem Implementierungsbeispiel ist eine konstante Filtermittenwellenlänge erwünscht. In einem beispielhaften Fabry-Perot-Filterherstellungsprozess können 2^N Filterhohlraumdicken mit N Prozessschritten hergestellt werden. In einem spezifischen Implementierungsbeispiel können in einem Fabry-Perot-Filterherstellungsprozess unter Verwendung von 7 Verarbeitungsschritten 128 verschiedene
Filtermittelwellenlängenelemente hergestellt werden. In einem Implementierungs- und Betriebsbeispiel können die 128 verschiedenen verfügbaren Filtermittelwellenlängenelemente verwendet werden, um das Filterarray an Zielfilterwellenlängen zur Integration auf einem Spektralbildsensor-Bildsensor anzupassen, um die Filter für die erwartete CRA-Verschiebung vorzukompensieren.
In einem Beispiel können Filtermusterarrays auf dem Sensor radial vorkompensiert werden. In einem anderen Beispiel kann das Muster rautenförmig sein. 6A veranschaulicht ein Beispiel eines vorkompensierten Filterarray-Layouts mit 9 × 9 Mosaiken, jedes mit 9 Filtern. In einem spezifischen Beispiel können die Filter eine Cwl zwischen 922 nm und 980 nm aufweisen. 6B veranschaulicht eine Verschiebung der Filter-ID, die sich aus der Vorkompensation eines Filterarrays ergibt, wie z.B. das Filterarray-Layout von 6B.
In einem Beispiel können zusätzliche Filterelemente mit höherer Auflösung verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Array mehr Filter in einem gegebenen Mosaik verwenden (d.h. mehr Filter pro Sensor), um einen glatteren Vorkompensationsübergang von der Mitte eines Bildsensorarrays zu den Rändern des Sensorarrays bereitzustellen. In einem anderen Beispiel können ein Filtermuster und/oder eine Auflösung entworfen sein, um das Filterarray an eine bestimmte Linse und/oder einen Linsenstapel anzupassen. In einem spezifischen Beispiel kann ein Spektralbildsensor, der eine niedrigere Bildauflösung erfordert, aber eine hohe Spektralauflösung ein größeres Mosaik aufweisen kann, mit mehr Filterelementen enthalten sein, während ein Spektralbildsensor, der eine höhere Bildauflösung erfordert, entworfen werden kann, größere, aber weniger einzelne Filterelemente für jedes Sensorelement zu verwenden.
Es können verschiedene Herstellungstechniken verwendet werden, um die vorkompensierten Filterarrays zu bilden. In einem spezifischen Implementierungsbeispiel kann ein relativ dickes „Hohlraum“-Schichtmaterial über einem unteren Spiegel abgeschieden, dann maskiert und in aufeinanderfolgenden Schritten geätzt werden, um unterschiedliche und immer dünnere Kavitätendicken bereitzustellen. In einem Beispiel wären N-1 Maskierungsschritte erforderlich, um N Hohlraumdicken für Filter herzustellen. In einem anderen Beispiel kann die Kavitätsdicke weiter abgestimmt werden und die Auswirkung diskreter Schritte zwischen verschiedenen Ätzmasken verringern, eine Abstimmung der Hohlraumdicke auf Pixelebene kann durch Verwendung von Layouttechniken auf Subpixelebene und/oder Prozessabstimmung erreicht werden. In einem in 7A veranschaulichten spezifischen Beispiel kann ein halbes halbes Pixel mit 2 Fabry-Perot-Filtern mit unterschiedlichen Mittenwellenlängen verwendet werden, um eine kombinierte Antwort mit einer Mittenwellenlänge (cwl) zu erzeugen, die der Durchschnitt der 2 ursprünglichen Mittenwellenlängen ist.
7B veranschaulicht Paare benachbarter Interferenzfilter 40A - 40F, die einem einzelnen optischen Sensor 50 zugeordnet sind. In einem Beispiel wird einfallendes Licht, das durch beide benachbarte Filter 40A und 40B tritt, von dem einzelnen optischen Sensor 50 erfasst. In einem Implementierungs- und Betriebsbeispiel umfasst ein Sensorsystem ein Array optischer Sensoren und eine Vielzahl von Spektralfiltern, die in einem Array nahe dem Array optischer Sensoren angeordnet sind. In einem Beispiel sind die Spektralfilter Interferenzfilter wie Faby-Perot-Filter oder plasmonische Interferenzfilter und organische Filter. In einem spezifischen Beispiel ist ein optischer Sensor zwei oder mehr Spektralfiltern der Vielzahl von Spektralfiltern zugeordnet, wobei jeder Spektralfilter der Vielzahl von Spektralfiltern konfiguriert ist, um Licht eines ausgewählten Wellenlängenbereichs durchzulassen. In dem Beispiel sind die zwei oder mehr Spektralfilter der Vielzahl von Spektralfiltern so konfiguriert, dass sie Licht in im Wesentlichen benachbarten Wellenlängenbereichen durchlassen, so dass der Sensor 50 effektiv die doppelte Wellenlänge von einem der Interferenzfilter 40A oder 40B allein empfängt.
7C veranschaulicht ein weiteres Beispiel von Paaren benachbarter Interferenzfilter 40A - 40F, die einzelnen optischen Sensoren 50 zugeordnet sind, die ein Zwischenelement 54 zwischen den Filtern und Sensoren enthalten. In einem Implementierungsbeispiel befindet sich das Zwischenelement 54 unter dem Schnittpunkt benachbarter Filter 40A und 40B und eines optischen Sensors 50. In einem Beispiel ist das Zwischenelement 54 ein Totraum zwischen den Interferenzfiltern 40A - 40F und den optischen Sensoren 50.
In einem weiteren spezifischen Implementierungsbeispiel kann eine Prozessoptimierung eine lokale Abstimmung der Hohlraumdicke ermöglichen, indem die Geschwindigkeit und / oder Effizienz von Ätzprozessen lokal unter Verwendung von Layouttechniken auf Subpixel-Ebene gesteuert wird. Beispielhafte Ätzprozesse umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Nassätzprozesse, reaktive Ionenätz-(RIE)-Prozesse und tiefe reaktive Ionenätzprozesse (DRIE).
8A - 8C veranschaulichen Filtermuster für Spektralfilter (wie Fabry-Perot-Filter) zur Verwendung in Spektralbildsensoren. In 8A umfasst ein Filtermosaik 4 × 4 (16-Band)-Filter, die in einem 15 × 15-Array wiederholt werden. In einem Implementierungs- und Betriebsbeispiel kann ein Mosaikmuster als strukturiertes Layout implementiert werden, wie beispielsweise ein erweitertes Bayer-Filtermuster. In dem Beispiel werden Makropixel von 4 × 4-Filtern in einem sich wiederholenden Muster über einen Spektralbildsensor verwendet. 8B veranschaulicht eine alternative Filterstruktur, bei der ein Spektralbildsensor „Patches“ für jeden der implementierten Filter enthalten kann. 8C veranschaulicht noch eine weitere alternative Filterstruktur, bei der jeder der in 8B veranschaulichten Flecken mehreren Pixeln zugeordnet ist. Im Beispiel von 8C werden 4 Pixel für jeden unterschiedlichen Filterfleck dargestellt.
8D zeigt eine Top-Down-Darstellung eines Filtermosaikmusters für einen Spektralsensor, der ein großes Filterelement enthält. In dem Beispiel umfasst ein 6-Filter-Mosaik Standardfilterelemente 22B, 22C, 22D und 22E mit einem einzelnen Filterelement 22F, das den Raum von 4 Standardfilterelementen einnimmt. In einem Beispiel kann das größere Filterelement 22F für eine 6-Kanal-Filterantwort in Situationen sorgen, in denen einige Anforderungen an die Filterantwort eine erhöhte Lichterfassung vorschreiben, wie z.B. wenn ein Wellenlängenbereich einen Filter mit reduzierten Übertragungseigenschaften erfordert. In einem spezifischen Beispiel kann ein Satz von Interferenzfiltern in einem Muster angeordnet sein, das ferner einen Interferenzfilter umfasst, der jeweils größer ist als mindestens ein anderer Interferenzfilter in dem Satz von Interferenzfiltern.
8E stellt eine Top-Down-Darstellung eines anderen Filtermosaikmusters für einen Spektralsensor bereit, der Filterelemente umfasst, die größere längliche Formen bilden. In dem Beispiel sind das große Filterelement 28A und das große Filterelement 28B in einem Filtermosaik mit 17 Standardfilterelementen enthalten, wie beispielsweise den Filterelementen 28A bis 28D. In einem Beispiel kann der Einschluss größerer Filterelemente eine 19-Kanal-Filterantwort in Situationen bereitstellen, in denen einige Anforderungen an die Filterantwort eine erhöhte Lichtaufnahme vorschreiben, wie beispielsweise mit Bezug auf 8D erwähnt. In einem Beispiel kann ein Spektralfiltermosaik einen Interferenzfilter umfassen, der jeweils größer als mindestens ein anderer Interferenzfilter in dem Satz von Interferenzfiltern ist und/oder eine längliche rechteckige Form aufweist.
8F stellt eine Top-Down-Darstellung eines Filtermosaikmusters für einen Spektralsensor mit Filterelementen bereit, die fortschreitend kleinere Ringe um ein zentrales Filterelement bilden. Im Beispiel ist das kleinere Filterelement 26D von einem größeren Filterelement 26C umgeben, das von einem noch größeren Filterelement 26A umgeben ist, die alle von dem großen Filterelement 26B umgeben sind. In einem Beispiel können die zunehmend größeren Filterelemente eine 4-Kanal-Filterantwort in Situationen bereitstellen, in denen einige Filterantwortanforderungen eine erhöhte Lichtaufnahme erfordern, wie beispielsweise unter Bezugnahme auf 8D angegeben. In einem beispielhaften spektralen Filtermosaik sind ein oder mehrere Interferenzfilter jeweils größer als mindestens ein anderer Interferenzfilter des Interferenzfiltersatzes und/oder dazu geeignet, einen Ring um die anderen Interferenzfilter des Interferenzfiltersatzes zu bilden.
9 zeigt eine beispielhafte Filterantwort für ein Ziel- oder Mittelpixel und benachbarte „Nachbar“ -Pixel eines Spektralbildsensors. Kleinere Filter (relativ zu den zugehörigen Sensorelementen) führen im Allgemeinen zu einem höheren Übersprechen (cross-talk), wohingegen größere Filter im Allgemeinen ein geringeres Übersprechen, aber auch eine geringere Auflösung aufweisen. Je kleiner die Filtersegmente sind und je näher die Filtersegmente beieinander liegen, desto größer ist dementsprechend die Übersprechgröße. Dieses Übersprechen kann beispielsweise von optischem Übersprechen oder elektrischem Übersprechen im Erfassungssubstrat der Pixelsensoren herrühren. In einem Beispiel kann ein unerwünschtes Übersprechen die Verwendung von Filtern, die kleiner als 3 µm sind, verhindern, wenn sich die Pixelgröße einer Größe von 1 Mikrometer (µm) nähert.
Im Beispiel von 9 ist die Filterantwort jedes Pixels aufgrund des Übersprechens zwischen benachbarten Pixelfiltern unvollkommen. Als Ergebnis des Übersprechens können aufgrund dieses Übersprechens Unebenheiten im Spektrum auftreten. Wenn beispielsweise kein Übersprechen vorliegt, wird erwartet, dass die Filterantwort von Pixel Nr. 13 ein im Wesentlichen symmetrischer Einzelpeak ist. Jedoch enthält die Filterantwort relativ kleinere Spitzen auf der Schulter der einzelnen Spitze bei ungefähr den Mittenfrequenzen der Pixel #14, #8, #12 und #18 aufgrund von Übersprechen von den benachbarten Filtern. Dieses Übersprechen führt zu einer spektralen Verunreinigung der vom Sensorausgang gesammelten Daten.
In einem Beispiel kann Übersprechen gedämpft oder beseitigt werden, indem Vorrichtungsverbesserungen verwendet werden oder indem die Daten unter Anwendung von Spektralkorrekturen nachbearbeitet werden. In einem speziellen Implementierungs- und Betriebsbeispiel mit Bezug auf 9 können Spektralkorrekturen die Ausgabe des Filters #13 verwenden, um beispielsweise die Ausgabe des Filters #12 zu korrigieren. In dem Beispiel trägt das Übersprechen von Filter #12 zur spektralen Verunreinigung für die Filterantwort des Pixels #13 bei und kann daher verwendet werden, um seinen Beitrag zur Filterantwort #13 zu korrigieren. Dementsprechend kann unter Verwendung einer Teilmenge von Filterantworten ein Korrekturschritt implementiert werden, um den Übersprechbeitrag zu einer gegebenen Pixelausgabe zu dämpfen oder zu reduzieren. In einem speziellen Beispiel kann eine Matrixmultiplikation des Ausgabespektrums mit einer Korrekturmatrix zu einer im Wesentlichen korrigierten Ausgabe führen.
10 stellt eine Ansicht von oben nach unten eines beispielhaften Spektralbildsensors bereit, der mehrere Pixel für einen einzelnen Filter verwendet. In einem spezifischen Implementierungs- und Betriebsbeispiel ist jedem Spektralfilter 60A - 60H 9 Pixel zugeordnet, z.B. die Pixel 1 bis 9, die räumlich unter einem Filter 60H verteilt sind, wobei jedes der verschiedenen Spektralfilter 60A bis 60H mit unterschiedlichen Füllmustern angegeben wurde. Da im Beispiel Pixel 1 benachbart und näher an der äußersten linken, obersten und oberen linken Ecke des mittleren Spektralfilters 60H liegt, zeigt es mehr Übersprechen von den oberen linken (Filter 60C), oberen mittleren (Filter 60D) und benachbarten linken mittleren (Filter 60B) Filtern in seiner spektralen Empfindlichkeit als Pixel 2-9 Pixel, die dem Filter 60H zugeordnet sind. In einem Beispiel kann jedes der dem zentralen Filterelement 60H zugeordneten Pixel unterschiedliche Mengen an Übersprechen von jedem anderen Spektralfilter (Filter 60A - 60G) im Mosaik akkumulieren. In einem weiteren Beispiel kann bei Kombination mit räumlich verteilten Pixeln unter jedem Filter der Übersprechbeitrag von jedem gegebenen Spektralfilter verwendet werden, um einen „Gradienten“ des Übersprechens für jedes der mehreren Pixeln bereitzustellen, die einem Spektralfilterarray zugeordnet sind. In einem Beispiel akkumuliert das dem mittleren Spektralfilterelement 60H zugeordnete Mittelpixel (#5) das geringste Übersprechen von benachbarten Spektralfilterelementen mit einem ähnlichen Beitrag von ganz links (60B), ganz rechts (60F), obersten (60D) und untersten (60H) Filter und ähnliche Beiträge (wenn auch gedämpft) von den Eckfiltern 60C, 60E, 60A und 60G.
In einem spezifischen Beispiel der Implementierung und des Betriebs ist jedem Spektralfilter eine Vielzahl von Pixeln zugeordnet, im Gegensatz zu einem einzelnen Filter, der einem einzelnen Pixel zugeordnet ist. In dem Beispiel kann die Ausgabe eines gegebenen Pixels verwendet werden, um die Ausgaben benachbarter Pixel spektral zu korrigieren, da jedes Pixel unter einem anderen Übersprechbeitrag für Licht leidet, das Spektralfilter um die diesem Pixel zugeordneten Spektralfilter passiert. In einem spezifischen Beispiel mit Bezug auf 9 misst jedes der Pixel Nr. 1 bis Nr. 9 die Antwort von 1 gewünschter Filterantwort und Übersprechen von 8 Antworten für benachbarte Spektralfilter, die auf den 9 Pixeln räumlich moduliert sind. Dementsprechend stellen die 9 spektralen Filterantworten in einem spezifischen Implementierungsbeispiel 9 Unbekannte mit 9 zu lösenden Gleichungen bereit, was die Berechnung einer korrigierten Antwort ermöglicht. In einem anderen Beispiel sind die Spektralantworten jedes Pixels in benachbarten Filtern ebenfalls verfügbar und können in einem großen Spektralkorrekturalgorithmus verwendet werden, der jede Spektralantwort berücksichtigt, um nach einer korrigierten Antwort aufzulösen. Beispielverfahren umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Matrixmultiplikationen und fortgeschrittenere Korrekturen, wie beispielsweise lineare, nichtlineare und/oder auf neuronalen Netzen basierende Modelle.
In noch einem weiteren Implementierungsbeispiel müssen Übersprechkorrekturen nicht allein auf physikalischen Modellen des Übersprechens basieren, sondern können auch zumindest teilweise auf gemessenem Übersprechen und anderen Übersprechsurrogaten basieren. Übersprechkorrekturverfahren können eine oder mehrere der spektralen Empfindlichkeit aller verfügbaren Pixel innerhalb eines gegebenen Filtersegments, der spektralen Empfindlichkeit aller benachbarten Filterpixel und der spektralen Empfindlichkeit aller Pixel innerhalb eines spektralen Bildsensors verwenden.
Wie auf die oben beschriebenen Beispiele angewendet, kann eine Spektralfilterstruktur mit mehreren Pixeln unter einem einzigen Filter verwendet werden, um die Empfindlichkeit und/oder räumliche Auflösung für einen Spektralbildsensor zu erhöhen. Beispielsweise kann ein „De-Mosaicing“-Algorithmus verwendet werden, um die räumliche Auflösung eines Spektralbildsensors unter Verwendung der mehreren Pixel pro Spektralfilter zu erhöhen, während große Filtermuster beibehalten werden, die aufgrund von geometrischen Designverbesserungen von geringem Übersprechen profitieren.
Integrierte Interferenzfilter (wie Fabry-Perot-Filter) können auf einem gemusterten optischen Sensor verwendet werden, um ein Spektrometer zu implementieren. In einem Beispiel kann ein Spektrometer implementiert werden, indem Filter mit unterschiedlichen Mittenwellenlängen (cwl) auf unterschiedliche optische Pixel integriert werden. In einem Beispiel ist jedes Pixel so ausgelegt, dass es einem empfangenen Licht entspricht, das einer jeweiligen Cwl zugeordnet ist. Durch Kombinieren der von jedem Pixel in einem Pixelsatz abgeleiteten Informationen kann ein Spektrum unter Verwendung eines oder mehrerer Algorithmen rekonstruiert werden. Die Algorithmen können auf einem oder mehreren linearen, nichtlinearen oder neuronalen Netzbasierten Modellen basieren.
Unter Bezugnahme auf das in 1 dargestellte Filterarray kann jeder Filter eines Filtersatzes eine andere physikalische Position relativ zu einem zugeordneten optischen Sensor einnehmen. Diese Unterschiede in der physischen Lage relativ zum optischen Sensor können zu Ansprechfehlern führen. In einem Beispiel kann das auf einen optischen Sensor projizierte Licht über die optische Sensorebene ungleichmäßig sein (manchmal als „Schattierung“ bezeichnet) und/oder die Winkelverteilung des projizierten Lichts kann sich über die optische Sensorebene ändern, abhängig von der Szenenoptik für welches Spektrum gemessen wird.
In einem spezifischen Beispiel der Implementierung und des Betriebs umfasst ein Sensorsystem mehrere Sätze optischer Sensoren, die auf einer integrierten Schaltung angeordnet sind, wobei die mehreren Sätze optischer Sensoren eine jeweilige obere Oberfläche aufweisen. Das Sensorsystem umfasst eine Schnittstelle zwischen den mehreren optischen Sensoren und einer Verarbeitungsvorrichtung, die dazu konfiguriert ist, Informationen dazwischen zu übertragen, und ein Array optischer Filter mit einer jeweiligen unteren Oberfläche und einer jeweiligen oberen Oberfläche, wobei sich die untere Oberfläche des optischen Filterarrays nahe der oberen Oberfläche der Vielzahl von Sätzen optischer Sensoren befindet und jeder optische Filter des optischen Filterarrays konfiguriert ist, um einen Zielwellenlängenbereich von Licht an einen Satz optischer Sensoren durchzulassen. Der Prozessor ist konfiguriert, um eine Ausgabe von jedem optischen Sensor in einem Satz optischer Sensoren zu empfangen und eine korrigierte Filterantwort für den Satz optischer Sensoren unter Verwendung von Übersprechen von Licht zu bestimmen, das durch optische Filter neben dem Satz optischer Sensoren übertragen wird.
In einem spezifischen verwandten Beispiel weist das Array optischer Sensoren jeweils 4 Seiten auf, wobei jedes optische Filter, das an eine Seite des Arrays optischer Sensoren angrenzt, konfiguriert ist, um einen anderen Zielwellenlängenbereich von Licht durchzulassen. In einem anderen Beispiel ist das Übersprechen von Licht, das durch optische Filter neben dem Array optischer Sensoren übertragen wird, für jeden optischen Sensor in dem Array optischer Sensoren unterschiedlich.
In einem spezifischen Beispiel der Implementierung und des Betriebs umfasst ein Sensorsystem eine Vielzahl von Filtern, die in einer integrierten Schaltung implementiert sind, wobei jeder Filter der Vielzahl von Filtern konfiguriert ist, um einen Zielwellenlängenbereich von Licht durchzulassen. In einem Beispiel sind auch mehrere Sätze optischer Sensoren in der integrierten Schaltung implementiert, wobei jeder Satz optischer Sensoren eine entsprechende Vielzahl optischer Sensoren umfasst und jeder Filter der mehreren Filter einem entsprechenden Satz der mehreren Sätze optischer Sensoren zugeordnet ist. In einem Beispiel ist die Vielzahl von Sätzen optischer Sensoren basierend auf einfallendem Licht, das durch die Vielzahl von Filtern tritt, dazu konfiguriert, eine Vielzahl von Sätzen von optischen Sensorausgangssignalen zu erzeugen, derart, dass jeder optische Sensor konfiguriert ist, um ein entsprechendes optisches Sensorausgangssignal der Vielzahl eines Satzes von optischen Sensorausgangssignalen zu erzeugen. In einem Beispiel umfasst das Sensorsystem ferner einen Speicher, der Betriebsanweisungen speichert, und ein oder mehrere Verarbeitungsmodule, die funktionsfähig mit der Vielzahl von Sätzen optischer Sensoren und dem Speicher gekoppelt sind, die dazu konfiguriert sind, die Betriebsanweisungen auszuführen, um einen ersten Satz von optischen Sensorausgangssignalen der Vielzahl von Sätzen von optischen Sensorausgangssignalen zu verarbeiten, um einen Beitrag des einfallenden Lichts zu bestimmen, das durch einen ersten Filter der Vielzahl von Filtern hindurchgeht, der einen ersten Satz der Vielzahl von Sätzen optischer Sensoren bedient, und im Wesentlichen jeden Beitrag des einfallenden Lichts zu entfernen, das durch einen beliebigen Filter der Vielzahl von Filtern hindurchtritt, der dem ersten Filter der Vielzahl von Filtern benachbart ist.
In einem spezifischen Beispiel ist der erste Satz optischer Sensoren in einem Array angeordnet. In einem anderen Beispiel weist das Array optischer Sensoren jeweils 4 Seiten auf, wobei jeder optische Filter neben einer Seite des Arrays optischer Sensoren konfiguriert ist, um einen anderen Zielwellenlängenbereich von Licht durchzulassen. In noch einem anderen Beispiel ist der erste Satz optischer Sensoren in mindestens einem von einem 2x2-Array, einem 3x3-Array, einem 4x4-Array und einem 5x5-Array angeordnet, und in einem anderen Beispiel ist das eine oder die mehreren Verarbeitungsmodule ferner dazu konfiguriert, die Betriebsanweisungen auszuführen, um einen Spektralinhalt des ersten Satzes von optischen Sensorausgangssignalen zu verarbeiten, um Spektralinhalt zu identifizieren, der nicht von dem ersten Filter der Vielzahl von Filtern beigesteuert wird, der den ersten Satz optischer Sensoren der Vielzahl von Sätzen von optischen Sensoren bedient, und mindestens einen Teil des Spektralinhalts zu entfernen, der nicht von dem ersten Filter der Vielzahl von Filtern beigesteuert wird.
In einem verwandten Beispiel umfasst der Spektralinhalt des ersten Satzes optischer Sensorausgangssignale Spektralinhalt von jedem optischen Sensor des ersten Satzes optischer Sensoren. In einem anderen Beispiel umfassen die Betriebsanweisungen einen Spektralkorrekturalgorithmus, wobei der Spektralkorrekturalgorithmus angepasst ist, um einen Spektralinhalt des ersten Satzes von optischen Sensorausgangssignalen zu verarbeiten, um den Beitrag des einfallenden Lichts zu bestimmen, das durch irgendeinen anderen Filter der Vielzahl von Filtern fällt, der neben dem ersten Filter der Vielzahl von Filtern ist und den Beitrag des einfallenden Lichts, das durch irgendein anderes Filter der Vielzahl von Filtern geht, das neben dem ersten Filter der Vielzahl von Filtern liegt, aus den Ausgangssignalen für den ersten Satz optischer Sensoren entfernt. Mögliche spektrale Korrekturalgorithmen umfassen eine oder mehrere von einer Matrixmultiplikation, einem linearen Algorithmus, einem nichtlinearen Algorithmus und einem auf einem neuronalen Netzwerk basierenden Algorithmus.
In noch einem weiteren spezifischen Beispiel der Implementierung und des Betriebs sind das eine oder die mehreren Verarbeitungsmodule dazu konfiguriert, die Betriebsanweisungen auszuführen, um optische Sensorausgangssignale von einem oder mehreren optischen Sensoren in einem anderen Satz optischer Sensoren zu verarbeiten, wobei der andere Satz optischer Sensoren dem Satz optischer Sensoren benachbart ist und basierend auf den verarbeiteten optischen Sensorausgangssignalen von dem einen oder den mehreren optischen Sensoren in einem anderen Satz optischer Sensoren das Entfernen eines Beitrags des einfallenden Lichts erleichtert, das durch einen optischer Filter, der dem anderen Satz optischer Sensoren zugeordnet ist.
In einem anderen spezifischen Beispiel der Implementierung und des Betriebs beginnt ein Verfahren zur Ausführung durch ein oder mehrere Module einer oder mehrerer Rechenvorrichtungen eines Sensorsystems mit dem Empfangen einer Ausgabe von jedem optischen Sensor in einem Satz optischer Sensoren, wobei mehrere Sätze optischer Sensoren auf einer integrierten Schaltung angeordnet sind und die mehreren Sätze optischer Sensoren eine jeweilige obere Oberfläche aufweisen, wobei sich die untere Oberfläche eines optischen Filterarrays nahe der oberen Oberfläche der Vielzahl von Sätzen optischer Sensoren befindet, wobei das optische Filterarray eine jeweilige untere Oberfläche und eine jeweilige obere Oberfläche aufweist und jeder optische Filter des optischen Filterarrays konfiguriert ist um einen Zielwellenlängenbereich von Licht zu einem Satz optischer Sensoren zu leiten. Das Verfahren wird fortgesetzt, indem ein optisches Sensorausgangssignal aus der Ausgabe von jedem optischen Sensor in dem Satz optischer Sensoren erzeugt wird, um einen Satz optischer Sensorausgangssignale zu erzeugen, und durch Verarbeiten des Satzes optischer Sensorausgangssignale, um einen Beitrag von Licht zu bestimmen, das durch ein optisches Filter der Vielzahl von optischen Filtern geht, die dem Satz optischer Sensoren zugeordnet sind. Das Verfahren wird dann fortgesetzt, indem im Wesentlichen jeder Beitrag von Licht entfernt wird, das durch irgendein optisches Filter des optischen Filterarrays hindurchgeht, das dem optischen Filter der mehreren optischen Filter benachbart ist.
Fig. IIA veranschaulicht eine beispielhafte Reaktion für einen Filter, der kollimiertes Licht bei einer gewünschten Mittenwellenlänge (cwl) empfängt. Die optische Übertragung eines Fabry-Perot-Filters hängt zumindest teilweise von der einfallenden Lichtverteilung für das optische System ab. Im Beispiel von 11 wird die Übertragung eines Fabry-Perot-Filters gezeigt, wenn perfekt kollimiertes Licht orthogonal auf das Fabry-Perot-Filter bei cwl projiziert wird. Wie dargestellt, kann das Durchlassband der Übertragung für das ausgewählte Fabry-Perot-Filter durch die Mittenwellenlänge (cwl) und eine Halbwertsbreite (FWHM) charakterisiert werden. Im Beispiel können die Filterparameter durch die Winkelverteilung des auf den Fabry-Perot-Filter projizierten einfallenden Lichts beeinflusst werden. Wenn beispielsweise kollimiertes Licht auf den Fabry-Perot-Filter unter einem Winkel θ zur Normalen projiziert wird, verschiebt sich die Cwl zu kürzeren Wellenlängen. In erster Ordnung kann diese Cwl-Verschiebung angenähert werden als: $Δ λ_{c w l} \approx λ_{c w l} (1 - cos \frac{θ_{C R A}}{n_{e f f}})$
11B stellt eine seitliche Querschnittsansicht eines Sensormoduls 110 bereit, das ein Gehäuse 116 aufweist, das eine Gehäuseöffnung 112 enthält. In einem Beispiel tritt einfallendes Licht durch die Gehäuseöffnung 112 in das Gehäuse ein, wo es schließlich am Lichtsensor 124 gesammelt wird. Das Gehäuse 116 kann aus verschiedenen opaken oder halbopaken Materialien aufgebaut sein, einschließlich Metallen, Verbundstoffen und synthetischen oder halbsynthetischen organischen Verbindungen, zusammen mit Kombinationen derselben. In einem Beispiel kann die Gehäuseöffnung 112 so angepasst sein, dass sie ein Material enthält, das Licht durchlassen kann, einschließlich Glas (wie Quarz oder SiOx), klare synthetische oder halbsynthetische organische Verbindungen (wie Cellophan, Vinyl oder Plexiglas) oder jedes andere Material das Licht innerhalb der für das Spektralsensormodul 10 interessierenden Wellenlängen nicht wesentlich absorbiert. Die Gehäuseöffnung 112 kann angepasst sein, um zu verhindern, dass Fremdmaterialien in den durch das Gehäuse 116 definierten Hohlraum eintreten, oder es kann eine einfache Öffnung für in den Hohlraum eintretendes Licht sein. In einem anderen Beispiel kann die Gehäuseöffnung 112 angepasst sein, um zusätzliche Funktionalität bereitzustellen, wie beispielsweise variable Öffnungsgröße (variable Öffnung), Lichtfokussierung und Unterdrückung ausgewählter optischer Wellenlängen und/oder elektromagnetischer Strahlung.
Der Lichtsensor 124 umfasst lichtempfindliche Elemente (Sensoren) 128, die in ein Substrat 126 eingebettet sind. In einem Beispiel können die lichtempfindlichen Elemente 128 beliebige komplementäre Metalloxidhalbleiter (CMOS), Sensoren, ladungsgekoppelte Bauelemente (CCD)-Sensoren und kolloidale oder quantenpunktbasierte optische Sensoren sein, zusammen mit Kombinationen dieser Sensoren. In einem Beispiel können die lichtempfindlichen Elemente 128 konfiguriert sein, um Licht im sichtbaren, nahen Infrarot (NIR), mittleren Infrarot (MIR) oder Ultraviolett (UV) oder Kombinationen aus dieser Gruppe zu detektieren. In einem Beispiel umfasst der Spektralfilter 122 mehrere Spektralfilterelemente, die auf dem Lichtsensor 124 integriert sind. In einem spezifischen Beispiel umfasst der Spektralfilter 122 eine Vielzahl von Filtern, die dazu ausgelegt sind, Licht in einem Spektrum von Lichtwellenlängen durchzulassen, und wird auf der anschließenden Back-End-of-Line-(BEOL)-Verarbeitung des Lichtsensors 124 hergestellt. In einem Beispiel umfasst ein integrierter Spektralfilter 122 mehrere Spektralfilterelemente, die jeweils einem oder mehreren lichtempfindlichen Elementen 128 zugeordnet sind. In einem spezifischen Beispiel können die integrierten Spektralfilterelemente des Spektralfilters 122 unterschiedliche Filtertypen umfassen, einschließlich Interferenzfilter, wie etwa Fabry-Perot-Filter und Absorptionsfilter, wie etwa plasmonische Filter und Quantenpunktfilter, entweder allein oder in Kombination.
Das Sensormodul 110 kann zusätzliche optische Elemente aufweisen, wie etwa einen Sperrfilter 120 und ein mikrooptisches Element 118, die sich innerhalb des Hohlraums des Sensormoduls 110 befinden. In einem Beispiel kann der Sperrfilter 120 mehrere Sperrfilterelemente umfassen, während das mikrooptische Element 118 Mikrolinsen, Mikroöffnungen, Diffusoren und andere verwandte optische Elemente umfassen kann. In einem spezifischen Implementierungsbeispiel ist das SensorGehäuse 110 als ein Sensorsystem implementiert, das ein makrooptisches Element 114 aufweist. In einem Beispiel kann das makrooptische Element 114 ein einzelnes Element oder eine Vielzahl von optischen Elementen sein, die jeweils größer sind als die einzelnen Elemente des mikrooptischen Elements 118.
In einem spezifischen Beispiel der Implementierung und des Betriebs weist ein Gehäuse 116 eine jeweilige obere Fläche, eine jeweilige untere Fläche und eine jeweilige Mehrzahl von Seitenflächen auf, wobei die obere Fläche eine Gehäuseöffnung 112 umfasst, die obere Fläche, die mehreren Seitenflächen und die Bodenfläche, die einen Hohlraum bildet. In einem Beispiel befindet sich ein Substrat 126 mit einer jeweiligen unteren Oberfläche und einer jeweiligen oberen Oberfläche innerhalb des Hohlraums des Gehäuses 116, wobei die untere Oberfläche des Substrats 126 mit der unteren Oberfläche des Gehäuses 116 gekoppelt ist und sich eine Vielzahl von lichtempfindlichen Elementen 128 auf der oberen Oberfläche des Substrats 126 befindet. In dem Beispiel sind mehrere Sätze von Spektralfiltern als mehrere Sätze optischer Filter (Spektralfilter 122) konfiguriert, die eine jeweilige obere Oberfläche und eine jeweilige untere Oberfläche haben, die sich über den mehreren lichtempfindlichen Elementen 128 befindet, wobei ein Satz von Spektralfiltern der mehreren Sätze von optischen Filtern mehrere Spektralfilter umfasst, die in einem Muster angeordnet sind, wobei jeder Spektralfilter der mehreren Spektralfilter dazu konfiguriert ist, Licht in einem anderen Wellenlängenbereich durchzulassen.
In einem verwandten Beispiel sind ein oder mehrere Sperrfilter als Schicht (wie Sperrfilter 120) mit einer jeweiligen oberen Oberfläche und einer jeweiligen unteren Oberfläche konfiguriert, wobei die untere Oberfläche des einen oder der mehreren Sperrfilter in der Nähe der oberen Oberfläche der Vielzahl von Sätzen von Sätzen von Spektralfiltern liegt. In einem Beispiel befindet sich eine Abdeckung zumindest teilweise innerhalb der Gehäuseöffnung 112 und in einem spezifischen Beispiel befinden sich ein oder mehrere makrooptische Elemente 118 innerhalb des Hohlraums des Gehäuses 116. In einem Beispiel ist das makrooptische Element 118 eine einzelne Linse oder eine Sammlung von Linsen, die dazu ausgelegt sind, Licht durch die Gehäuseöffnung 116 zu leiten.
In einem konkreten Anwendungsbeispiel wird die Wellenlängenempfindlichkeit eines lichtempfindlichen Elements, wie beispielsweise eines oder mehrere der lichtempfindlichen Elemente 128 an ein bestimmtes Spektralfilterelement des Spektralfilters 122 angepasst sind, um ein Paar lichtempfindlicher Elemente und optischer Filter bereitzustellen. In einem Beispiel ist die Quanteneffizienz eines bestimmten lichtempfindlichen Elements (wie eines oder mehrerer der lichtempfindlichen Elemente 128) angepasst, um innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs empfindlich zu sein, durch Einstellen des Volltopfs, der Umwandlungsverstärkung und / oder der Fläche des bestimmten lichtempfindlichen Elements. In einem verwandten Beispiel umfasst ein Sensorsystem mehrere Sätze optischer Filter, wobei ein Satz optischer Filter der mehreren Sätze optischer Filter mehrere optische Filter aufweist, die in einem Muster angeordnet sind, wobei jeder optische Filter der mehreren optischen Filter konfiguriert ist, um Licht in einem anderen Wellenlängenbereich durchzulassen.
12A stellt eine Seitenansicht eines beispielhaften Sensorsystems bereit, das Fabry-Perot-Filter verwendet. In dem Beispiel fängt eine optische Fenster- oder Öffnungnsteuerungsvorrichtung 70 (Öffnung) einfallendes Licht 0 ab, das über einen bestimmten Winkel auf die Oberfläche auftrifft, wodurch die Winkelverteilung des auf die integrierten Fabry-Perot-Filter 74 und 76 projizierten einfallenden Lichts in der Nähe des optischen Sensors 78 gesteuert wird. Die resultierende Winkelverteilung des Lichts auf den Fabry-Perot-Filtern für Systeme, so dass die in 12A dargestellte stark von der Winkelverteilung des Lichts und/oder der beobachteten Szene abhängt. 12B stellt eine andere Seitenansicht eines beispielhaften Spektrometers bereit, das Fabry-Perot-Filter verwendet, die die Winkelverteilung für 2 verschiedene Lichtquellen (Quelle Nr. 1 und Quelle Nr. 2) veranschaulicht. Im Beispiel empfangen einfallende Lichtstrahlen von Quelle 1 (einfallendes Licht 1) beide Filter (74 und 76) Licht, jedoch mit unterschiedlichem Lichteinfallswinkel. Einfallende Lichtstrahlen von Quelle 2 (einfallendes Licht 2) weisen noch extremere Unterschiede im einfallenden Lichtwinkel auf, da der Filter 76 überhaupt kein Licht von dieser Quelle empfängt.
In einem Beispiel kann das Hinzufügen einer oder mehrerer Komponenten zu dem optischen System die Korrelation der Szenenoptik mit der projizierten Winkelverteilung auf einem optischen Sensor reduzieren. 12C stellt eine Seitenansicht eines beispielhaften Spektrometers mit einem optischen Diffusorelement 84 bereit, das bereitgestellt wird, bevor einfallende Lichtstrahlen durch die Öffnung 70 hindurchtreten. Beispielhafte optische Diffusoren umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Mattglas- oder holographische Diffusoren. Ein idealer optischer Diffusor wird den aus dem Diffusor austretenden Lichtaustrittswinkel unabhängig vom Einfallswinkel der einfallenden Lichtstrahlen vollständig randomisieren. Ideale optische Diffusoren werden manchmal als perfekte Lambertsche Diffusoren bezeichnet.
Wie die Beispiele der 12A bis 12C veranschaulichen, hängt die Leistung eines Spektrometers mit Fabry-Perot-Filtern stark von der Leistung des verwendeten optischen Diffusorelements ab. Optische Diffusoren mit akzeptabler Leistung sind notwendigerweise schwieriger herzustellen, teurer, dicker und führen zu einem System, das in Bezug auf den Lichtleistungsdurchsatz von einer Quelle zu den optischen Sensoren weniger effizient ist.
Nicht-ideale optische Diffusorelemente können Artefakte aufweisen, die räumliche Effekte/Anomalien auf dem optischen Sensor aufweisen, wie beispielsweise eine Schattierung über den Sensor. Außerdem können unterschiedliche optische Pixel auf dem optischen Sensor Licht mit unterschiedlichen Winkelverteilungen in Abhängigkeit von der Szenenoptik empfangen. Da Filter, die auf verschiedene Mittenwellenlängen (cwl) abzielen, über einen Spektralsensor verteilt werden, um ein Spektrometer aufzubauen, können räumliche Artefakte zu Aberrationen im endgültigen Spektrum führen. In einem Beispiel können Aberrationen, die aus vom optischen Diffusor abgeleiteten räumlichen Artefakten resultieren, bewirken, dass Filter auf einer Seite eines Spektralsensors aufgrund von Schatten eine andere Lichtmenge empfangen als Filter auf einer anderen Seite des Spektralsensors. Die resultierende Schattierung kann in Kombination mit der räumlichen Verteilung der Filter über den Sensor eine Umfärbung des Spektrums über den Sensor zeigen.
12D veranschaulicht die Streuung von einem Diffusorelement in einem Sensorsystem. Um ein Sensorsystem aus Lichterfassungselementen, integrierten Filtern, Sperrfiltern und mikrooptischen Elementen zu schützen, kann ein Gehäuse verwendet werden, das das Sensorsystem enthält. Unter Bezugnahme auf 11B kann in einem Beispiel ein Sensorsystemgehäuse eine oder mehrere Öffnungen umfassen, durch die Licht von einem interessierenden Bereich in das Innere der Verpackung gelangt. In einem spezifischen Implementierungsbeispiel können die Wände des Behälters für die interessierenden Wellenlängen undurchsichtig sein.
In einem Implementierungs- und Betriebsbeispiel erreicht ein Teil des Lichts, das in ein Sensorsystemgehäuse eintritt, den Sensor nicht, weil das Licht den falschen Einfallswinkel hat oder auf andere Elemente des Systems reflektiert wird. Nicht das gesamte Licht, das in den Behälter eindringt, erreicht die lichtempfindlichen Elemente. Einige Faktoren, die verhindern, dass Licht die lichtempfindlichen Elemente erreicht, sind falsche Einfallswinkel und Reflexionen aufgrund unterschiedlicher Elemente des Sensorsystems. In einem Beispiel kann ein Sensorsystem so modifiziert werden, dass Licht, das ansonsten zurückgewiesen oder daran gehindert würde, die lichtempfindlichen Elemente zu erreichen, umgelenkt wird und mindestens ein lichtempfindliches Element erreicht. In einem Beispiel kann ein Diffusor wie der Diffusor von 12C verwendet werden, um Licht zu den lichtempfindlichen Elementen umzuleiten, Diffusoren streuen jedoch, wie dargestellt, auch eine beträchtliche Lichtmenge von den lichtempfindlichen Elementen weg.
12E zeigt ein Sensorsystem, das ein modifiziertes Diffusorelement verwendet. In einem Beispiel ist der Diffusor teilweise von einer reflektierenden Oberfläche umgeben, die eine integrierende Kugel erzeugt, um Licht zurück zum Diffusor umzuleiten, wodurch die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, dass das Licht die lichtempfindlichen Elemente erreicht. In einem verwandten Beispiel wird die Eintritts- und/oder Austrittsfläche des Diffusors mit einer rauen Oberfläche modifiziert, um das Licht weiter in Richtung der lichtempfindlichen Elemente umzulenken. In einem Beispiel kann die raue Oberfläche mit verschiedenen Methoden wie Sandstrahlen oder Schleifen erzeugt werden.
In einem spezifischen Beispiel der Implementierung und des Betriebs umfasst ein Sensorsystem mehrere Sätze optischer Sensoren, wobei die mehreren Sätze optischer Sensoren eine jeweilige obere Oberfläche und eine jeweilige untere Oberfläche und mehrere Sätze optischer Filter aufweisen, die als Schicht mit einer entsprechenden oberen Fläche und einer entsprechenden unteren Fläche konfiguriert sind, die sich auf der Mehrzahl von optischen Sensoren befinden. In dem Beispiel umfasst ein Satz optischer Filter der mehreren Sätze optischer Filter mehrere optische Filter, die in einem Muster angeordnet sind, wobei jeder optische Filter der mehreren optischen Filter dazu konfiguriert ist, Licht in einem anderen Wellenlängenbereich durchzulassen. In einem Beispiel befindet sich ein Streuelement mit einer jeweiligen oberen Fläche, einer entsprechenden Mehrzahl von Seitenflächen und einer entsprechenden unteren Fläche über der oberen Fläche der Mehrzahl von optischen Filtern.
In einem Beispiel ist mindestens ein Teil der Vielzahl von Seitenflächen des Streuelements dafür ausgelegt, Licht zu reflektieren. In einem Beispiel ist mindestens ein Abschnitt der oberen Oberfläche des Diffusionselements angepasst, um eine raue Oberfläche zu umfassen, wobei die raue Oberfläche eine Oberfläche ist, die mit einem Aufrauprozess behandelt wurde. In einem verwandten Beispiel umfasst der Aufrauprozess mindestens eines von Schleifen, Sandstrahlen, Ionenfräsen, Atombeschuss oder Ätzen. In einem anderen Beispiel ist mindestens ein Abschnitt der oberen Oberfläche des Streuelements dazu geeignet, Licht zu reflektieren. In noch einem anderen Beispiel ist mindestens ein Abschnitt der unteren Oberfläche des Streuelements dazu geeignet, Licht zu reflektieren. In einem anderen Beispiel wurde mindestens ein Teil der Bodenfläche des Diffusionselements so angepasst, dass er eine raue Oberfläche enthält, wobei eine raue Oberfläche eine Oberfläche ist, die mit einem Aufrauungsprozess behandelt wurde.
Interferenzbasierte Filter wie Fabry-Perot-Filter sind so konfiguriert, dass sie Licht von Wellenlängen außerhalb eines vorbestimmten Übertragungsspektrums zurückweisen. Außerdem können auf Interferenz basierende Filter einiges Licht mit Wellenlängen innerhalb des vorbestimmten Übertragungsspektrums nicht durchlassen, wobei ein Teil des Lichts an der Oberfläche des/der Filter(s) reflektiert wird. In einem Beispiel trägt das hohe Reflexionsvermögen der Spiegel, die in Fabry-Perot-Filtern (wie Bragg-Spiegeln) verwendet werden, dazu bei, dass etwas Licht mit Wellenlängen innerhalb des vorbestimmten Übertragungsspektrums nicht durchgelassen wird.
12F stellt eine Seitenansicht eines Spektrometersystems bereit, die Änderungen der gemessenen Mittenwellenlängen basierend auf dem Einfallswinkel des einfallenden Lichts veranschaulicht. In dem Beispiel befindet sich eine Gruppe oder ein Satz von Lichterfassungselementen 86 unter einem einzelnen störungsbasierten Filter 84, um das Makropixel 80 zu bilden. In dem Beispiel ist die Gruppe von Lichterfassungselementen 86 als eine Schicht konfiguriert (beispielsweise mit einer jeweiligen oberen Oberfläche und einer jeweiligen unteren Oberfläche), wobei der einzelne interferenzbasierte Filter 84 eine jeweilige obere Oberfläche und eine jeweilige untere Oberfläche aufweist, die die untere Oberfläche des einzelnen interferenzbasierten Filters 84 nahe der oberen Oberfläche der Gruppe von Lichterfassungselementen 86 ist. In einem Beispiel ist eine einzelne Öffnung 88 mit einer jeweiligen oberen Oberfläche und einer jeweiligen unteren Oberfläche über dem einzelnen interferenzbasierten Filter 84 positioniert. In einem Beispiel definiert die Größe der einzelnen Öffnung 88 und ihre Position relativ zu den einzelnen lichtempfindlichen Elementen in der Gruppe von Lichterfassungselementen 86 einen Einfallswinkel von einfallendem Licht auf die einzelnen lichtempfindlichen Elemente der Gruppe von Lichterfassungselementen 86. In einem Beispiel definiert der Einfallswinkel des einfallenden einfallenden Lichts das durchgelassene Spektrum des einzelnen störungsbasierten Filters 84 in Richtung jedes Lichterfassungselements 86, dementsprechend kann jedes lichtempfindliche Element der Gruppe von Lichterfassungselementen 86 ein anderes Spektralprofil in Bezug auf andere Lichterfassungselemente der Gruppe von Lichterfassungselementen 86 mit dem Makropixel 80 messen.
In einem spezifischen Beispiel kann eine Ausgabe von verschiedenen Lichterfassungselementen einer Gruppe von Lichterfassungselementen 86 mit Makropixel 80 verwendet werden, um verschiedene Spektralantworten zu messen, wobei die unterschiedlichen Spektralantworten zumindest teilweise darauf zurückzuführen sind, dass unterschiedliche Mittenwellenlängen des Lichts die unterschiedlichen Lichterfassungselemente der Gruppe von Lichterfassungselementen erreichen. In einem Beispiel können die spektralen Reaktionen, die sich aus den variierenden mittleren Wellenlängen des Lichts ergeben, zu einem leicht modifizierten gemessenen Spektrum führen.
In einem spezifischen Beispiel der Implementierung und des Betriebs umfasst ein Sensormodul ein Substrat mit einer jeweiligen unteren Oberfläche und einer jeweiligen oberen Oberfläche, wobei sich ein oder mehrere Sätze lichtempfindlicher Elemente auf der oberen Oberfläche des Substrats befinden. Das Sensormodul umfasst ferner einen oder mehrere Interferenzfilter, die als Schicht mit einer jeweiligen oberen Oberfläche und einer jeweiligen unteren Oberfläche konfiguriert sind, wobei die untere Oberfläche des einen oder der Interferenzfilter über dem einen oder den mehreren Sätzen von lichtempfindlichen Elementen angeordnet ist und wobei jeder Interferenzfilter des einen oder der mehreren Interferenzfilter konfiguriert ist, um Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich durchzulassen. Jeder Interferenzfilter des einen oder der Interferenzfilter ist einem Satz des einen oder der mehreren Sätze lichtempfindlicher Elemente zugeordnet. Das Sensormodul umfasst ferner eine oder mehrere Öffnungen, die jeweils eine jeweilige obere Fläche und eine jeweilige untere Fläche aufweisen, wobei sich die untere Oberfläche jeder Öffnung über einem Interferenzfilter des einen oder der mehreren Interferenzfilter befindet. In einem spezifischen verwandten Beispiel weist jede der einen oder mehreren Öffnungen eine jeweilige Breite und Tiefe auf, wobei die Breite und Tiefe der Öffnung zusammen einen Einfallswinkel von Licht definieren, das an der oberen Oberfläche des einen oder der mehreren Interferenzfilter empfangen wird. In einem anderen spezifischen verwandten Beispiel kann die Position jedes lichtempfindlichen Elements des Satzes von lichtempfindlichen Elementen angepasst werden, um eine erhöhte spektrale Auflösung für das Sensormodul, basierend auf dem Einfallswinkel von Licht, das an jedem Interferenzfilter des einen oder der mehreren Interferenzfilter empfangen wird, bereitzustellen.
12G stellt eine Seitenansicht eines anderen Spektrometersystems bereit, die Änderungen der gemessenen Mittenwellenlängen basierend auf dem Einfallswinkel des einfallenden Lichts veranschaulicht. In einem Beispiel ist eine Öffnung, wie die unter Bezugnahme auf 12F beschriebene Öffnung, relativ zur Mitte des Makropixels versetzt. In einem Beispiel erweitert die versetzte Öffnung den Winkelbereich für den Einfallswinkel, der an den Lichtsensorelementen der Gruppe von Lichtsensorelementen empfangen wird, die das Makropixel umfasst. 12H stellt eine Ansicht von oben nach unten einer versetzten Öffnung in Bezug auf die Mitte eines Makropixels bereit. In einem Beispiel kann das Anordnen der Öffnung näher an einer Ecke eines Makropixels, das eine Gruppe von lichtempfindlichen Elementen umfasst, eine relativ breitere Verteilung von Einfallswinkeln für die Gruppe von lichtempfindlichen Elementen bereitstellen, die verwendet werden kann, um eine relativ breitere spektrale Streuung für das Messspektrum bereitzustellen.
12I zeigt eine Seitenansicht eines Spektrometersystems, das Makropixel darstellt, die mit störungsbasierten Filtern und Öffnungen verbunden sind. In einem Beispiel sind Gruppen von Lichtsensorelementen, die Makropixel umfassen, in einem Spektrometersystem mit Interferenzbasierten Filtern mit unterschiedlichen Übertragungsprofilen verbunden, wobei jedes Interferenzfilter eine zugehörige Öffnung hat.
In einem spezifischen Beispiel der Implementierung und des Betriebs umfasst ein Sensormodul ein Substrat mit einer jeweiligen unteren Oberfläche und einer jeweiligen oberen Oberfläche, wobei sich mehrere Sätze von lichtempfindlichen Elementen auf der oberen Oberfläche des Substrats befinden. Das Sensormodul umfasst ferner eine Vielzahl von Interferenzfiltern, die als Schicht mit einer jeweiligen oberen Oberfläche und einer jeweiligen unteren Oberfläche konfiguriert sind, wobei die untere Oberfläche der Vielzahl von Interferenzfiltern auf dem einen oder den mehreren Sätzen von lichtempfindlichen Elementen angeordnet ist und wobei jeder Interferenzfilter der Vielzahl von Interferenzfiltern konfiguriert ist, um Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich durchzulassen. Jedes Interferenzfilter der mehreren Interferenzfilter ist einem Satz der mehreren lichtempfindlichen Elemente zugeordnet. Das Sensormodul umfasst ferner eine Vielzahl von Öffnungen, von denen jede eine jeweilige obere Fläche und eine jeweilige untere Fläche aufweist, wobei sich die untere Oberfläche jeder Öffnung der Vielzahl von Öffnungen über einem Interferenzfilter der Vielzahl von Interferenzfiltern befindet. In einem spezifischen verwandten Beispiel weist jede Öffnung der Vielzahl von Öffnungen eine jeweilige Breite und Tiefe auf, wobei die Breite und Tiefe der Öffnung zusammen einen Einfallswinkel von Licht definieren, das an der oberen Oberfläche des einen oder der mehreren Interferenzfilter empfangen wird. In einem anderen spezifischen verwandten Beispiel sind mindestens einige Interferenzfilter der Vielzahl von Interferenzfiltern konfiguriert, um Licht in einem anderen Wellenlängenbereich durchzulassen. In noch einem weiteren spezifischen verwandten Beispiel ist die Breite und Tiefe von mindestens einigen Öffnungen der Vielzahl von Öffnungen konfiguriert, um unterschiedliche Bereiche für Einfallswinkel von einfallendem Licht bereitzustellen.
In einem spezifischen verwandten Implementierungsbeispiel können verschiedene Öffnungen der Vielzahl von Öffnungen durch lichtundurchlässige Bereiche getrennt und/oder diesen zugeordnet sein, wobei eine reflektierende Schicht auf der unteren Oberfläche der Öffnung in den lichtundurchlässigen Bereichen abgeschieden wird. In einem Beispiel kann Licht, das an der oberen Oberfläche eines Interferenzfilters der Mehrzahl von Interferenzfiltern reflektiert wird, anschließend an der unteren Oberfläche der opaken Bereiche reflektiert werden, bis es ein auf Interferenz basierendes Filter mit den gewünschten Übertragungsparametern erreicht. In einem Beispiel ist jeder Interferenzfilter der Vielzahl von Interferenzfiltern von benachbarten Interferenzfiltern durch einen Luftspalt getrennt. In einem alternativen Beispiel grenzt jeder Interferenzfilter der Vielzahl von Interferenzfiltern an einen oder mehrere benachbarte Interferenzfilter.
12J stellt eine Seitenansicht des beispielhaften Spektrometersystems von 12I bereit, die die Lichtausbreitung mit reflektierenden Öffnungen veranschaulicht. Im Beispiel passieren zwei einfallende Lichtstrahlen mit unterschiedlichen zentralen Wellenlängen λ1 und λ2 durch die linke Öffnung. Im Beispiel ist Filter 1 (FP1) dafür ausgelegt, Licht mit der Wellenlänge λ1 durchzulassen und andere Wellenlängen abzulehnen; als Ergebnis wird Licht mit der Wellenlänge λ2 zurückgewiesen. In einem Beispiel wird durch Einfügen einer reflektierenden Schicht auf der lichtundurchlässigen unteren Oberfläche zwischen den mehreren Öffnungen zurückgewiesenes Licht zu anderen Interferenzfiltern reflektiert, bis es einen Filter (FP2) erreicht, der die Durchlässigkeit der Wellenlänge λ2 ermöglicht.
12K zeigt eine Seitenansicht eines anderen Spektrometersystems, das Makropixel darstellt, die störungsbasierten Filtern und Öffnungen zugeordnet sind. In dem Beispiel sind mehrere auf Interferenz basierende Filter einem einzelnen Makropixel und einer Öffnung zugeordnet. In einem Beispiel kann der Einfallswinkel von einfallendem Licht von einer Öffnung kompensiert werden, indem auf Interferenz basierende Filter mit vorbestimmten Übertragungseigenschaften eingebaut werden. In einem spezifischen Implementierungs- und Betriebsbeispiel umfasst ein Sensormodul ein Substrat mit einer jeweiligen unteren Oberfläche und einer jeweiligen oberen Oberfläche, wobei sich mehrere Sätze von lichtempfindlichen Elementen auf der oberen Oberfläche des Substrats befinden. Das Sensormodul umfasst ferner eine Vielzahl von Sätzen von Interferenzfiltern, die als eine Schicht mit einer jeweiligen oberen Oberfläche und einer jeweiligen unteren Oberfläche konfiguriert sind, wobei sich die untere Fläche der Vielzahl von Interferenzfiltersätzen über dem einen oder den mehreren Sätzen lichtempfindlicher Elemente befindet, und wobei jeder Interferenzfilter der Vielzahl von Interferenzfiltern konfiguriert ist, um Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich durchzulassen. In einem Beispiel ist jedem Interferenzfilter eines Satzes von Interferenzfiltern ein Satz lichtempfindlicher Elemente zugeordnet. Das Sensormodul umfasst ferner eine Vielzahl von Öffnungen, von denen jede eine jeweilige obere Fläche und eine jeweilige untere Fläche aufweist, wobei sich die untere Oberfläche jeder Öffnung der Vielzahl von Öffnungen über einem Satz von Interferenzfiltern befindet. In einem Beispiel werden die vorbestimmten Übertragungseigenschaften für mindestens einige der Interferenzfilter basierend auf Einfallswinkeln für Licht bestimmt, das durch eine diesen Interferenzfiltern zugeordnete Öffnung und ein Mikropixel passiert. In dem Beispiel werden die vorbestimmten Übertragungseigenschaften für die Interferenzfilter ferner bestimmt, um ausgewählte Einfallswinkel von Licht zu kompensieren, das durch die zugehörige Öffnung tritt.
12L stellt eine Seitenansicht eines anderen Spektrometersystems bereit, die Makropixel darstellt, die mit Filtern und Öffnungen auf Interferenzbasis verbunden sind. In dem Beispiel sind jedes einer Vielzahl von Makropixeln und seine entsprechenden Öffnungen nebeneinander angeordnet und bilden ein Paar aus Makropixeln und Öffnungen. In einem Beispiel sind interferenzbasierte Filter, die einem Makropixel- und Öffnungpaar zugeordnet sind, angeordnet, so dass lichtempfindliche Elemente in einer Gruppe von lichtempfindlichen Elementen, die ein Makropixel umfassen, Licht mit Einfallswinkeln empfangen können, die ausreichen, um mehr als eine Öffnung mit im Wesentlichen demselben Einfallswinkel zu durchqueren. In einem spezifischen Beispiel kann Licht mit ausreichenden Einfallswinkeln, das durch benachbarte Öffnungen hindurchtritt, an einem interferenzbasierten Filter überlappen, das benachbarten Makropixeln gemeinsam ist.
In einem Beispiel können Winkelauswahlelemente strukturiert sein, um verschiedene Arten von Steuerung für Licht bereitzustellen, das durch eine Öffnung tritt. Beispielstrukturen sind in den 12A-12F der US-Patentanmeldung 17/007,254 zu finden, die hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird.
12M und 12N stellen Seitenansichten eines Spektrometersystems bereit, die die Verwendung einer Linse zur Steuerung des Einfallswinkels, der bei einem Makropixel empfangen wird, darstellen. In dem Beispiel von 12M umfasst eine Öffnung mit einer jeweiligen oberen Fläche und einer entsprechenden unteren Fläche eine Linse mit einer entsprechenden oberen Fläche und einer entsprechenden unteren Fläche, die sich befinden, wobei die untere Oberfläche der Linse direkt auf der oberen Oberfläche der Öffnung liegt, wobei die untere Oberfläche der Öffnung einem oder mehreren Makropixeln zugewandt ist. In einem Beispiel ist die obere Oberfläche der Linse angepasst, um einen Einfallswinkel von einfallendem einfallendem Licht auf einen einzelnen Interferenzfilter eines Makropixels zu verengen. In dem Beispiel von 12N ist die obere Oberfläche der Linse angepasst, um einen Einfallswinkel von einfallendem einfallendem Licht auf einen Satz interferenzbasierter Filter, die einem Makropixel zugeordnet sind, zu verengen.
In dem Beispiel können eine oder mehrere Linsen verwendet werden, um einfallende Lichtstrahlen, die aus weiten Winkeln kommen, in die Richtung senkrecht zur Oberfläche eines Makropixel enthaltenden Bildsensors umzulenken, wodurch ein im Wesentlichen kollimierter Strahl erzeugt wird.
12O stellt eine Seitenansicht eines Spektrometersystems bereit, die die Verwendung von Mikrolinsen zur Steuerung des Einfallswinkels darstellt, der bei einem Makropixel empfangen wird. In einem Beispiel ist eine Vielzahl von Makropixeln einer Vielzahl von Öffnungen zugeordnet, um Makropixel- und Öffnungspaare zu erzeugen, wobei ein Array von Mikrolinsen konfiguriert ist, derart, dass jede Mikrolinse des Arrays einer Öffnung eines Makropixel- und Öffnungpaares zugeordnet ist.
12P stellt eine Seitenansicht eines anderen Spektrometersystems bereit, die die Verwendung von Mikrolinsen veranschaulicht, um den Einfallswinkel zu steuern, der bei einem Makropixel empfangen wird. In einem Beispiel ist eine Vielzahl von Makropixeln einer Vielzahl von Öffnungen zugeordnet, um eine Vielzahl von Makropixel- und Öffnungpaaren zu erzeugen. Im Beispiel ist jeder Öffnung außerdem eine Mikrolinse zugeordnet, derart, dass der Einfallswinkel von Licht, das durch die Öffnung tritt, Einfallswinkel umfasst, die ausreichend sind, um zu benachbarten Makropixel- und Öffnung-Paaren zu gelangen. In einem Beispiel können einzelne lichtempfindliche Elemente an einer Grenze einer Gruppe von lichtempfindlichen Elementen, die ein Makropixel umfasst, Lichtkreuzung von einem benachbarten Makropixel- und Öffnungspaar empfangen. In einem Beispiel kann Licht mit einem im Wesentlichen gleichen Einfallswinkel durch lichtempfindliche Elemente an der Grenze zweier benachbarter Makropixel erfasst werden.
13A stellt eine Top-Down-Darstellung eines beispielhaften optischen Filterlayouts zur Schattierungskompensation bereit. In einem Implementierungs- und Betriebsbeispiel kann die räumliche Zuordnung verschiedener optischer Filter über die optischen Pixel eines optischen Pixelarrays durch Duplizieren jedes Filters im Wesentlichen optimiert werden, so dass eine endgültige räumliche Anordnung der optischen Filter eine Punktsymmetrie um eine optische Achse erreicht. Der Symmetriepunkt wird als der Punkt beschrieben, an dem sich 2 orthogonale Symmetrielinien kreuzen, wobei beide orthogonalen Linien orthogonal zur optischen Achse im System sind (ein Punkt auf einer der Linien hat einen übereinstimmenden Teil im gleichen Abstand vom Mittelpunkt, aber in der entgegengesetzten Richtung). In einem Beispiel mit einem optischen Filterlayout wie dem in 13 dargestellten, eine positive Aberration, die auf einen Filter an einer Kante projiziert wird, wird durch eine negative Aberration kompensiert, die auf einen Filter an der anderen Kante des Sensors projiziert wird. In einem spezifischen Beispiel würde das Summieren von Filterantworten von optischen Filtern mit derselben Cwl im Wesentlichen Schatten oder andere Aberrationen kompensieren. In einem spezifischen Beispiel können summierte Filterantworten für jeden optischen Filter gemittelt werden, der dafür ausgelegt ist, Licht mit derselben Cwl durchzulassen. In noch einem anderen Beispiel kann eine Messung von den mehreren Filterpositionen mit derselben Cwl verwendet werden, um die Schattierung unter Verwendung fortschrittlicher Algorithmen zu kompensieren, die angepasst werden können, um Kenntnisse des optischen Systems für einen gegebenen Spektralbildsensor zu berücksichtigen. In einem anderen Beispiel werden alle Filterantworten berücksichtigt, um Schatten zu kompensieren.
13B stellt zusätzliche Top-Down-Darstellungen von beispielhaften optischen Filterlayouts für die Schattenkompensation bereit. In dem Beispiellayout sind 4 Quadranten von optischen Filtern horizontal oder vertikal gespiegelte Versionen voneinander, wobei ein gegebener Filter in jedem der 4 Quadranten wiederholt wird.
14A stellt eine Namenskonvention für 4 Quadranten eines gemeinsamen optischen Schwerpunktfilterlayouts bereit. Im Beispiel ist ein Symmetriepunkt im Mittelpunkt der 4 Quadranten dargestellt. 14B stellt eine zusätzliche Top-Down-Darstellung eines beispielhaften optischen Filterlayouts für die Schattenkompensation bereit. In einem spezifischen Beispiel kann ein optisches Filterlayout mit 4 Quadranten weiter unterteilt werden, um zusätzliche Symmetrieachsen innerhalb jedes der 4 Quadranten bereitzustellen, während die Symmetrie der 4 Quadranten beibehalten wird. In einem spezifischen Beispiel kann das Hinzufügen eines Symmetriepunkts innerhalb jedes Quadranten das optische Filterlayout durch Minimieren von Aberrationen über den Spektralsensor hinweg verbessern, während Aberrationen in jedem der Quadranten minimiert werden. Weitere verwandte Beispiele umfassen eine noch weitere Unterteilung jedes Quadranten, wie beispielsweise, dass jeder Quadrant einen 4-Quadranten-Unterquadranten mit einem Symmetriepunkt und dann 4 Quadranten innerhalb jedes der 4 Quadranten der Unterquadranten enthält.
15 zeigt eine zusätzliche Top-Down-Darstellung eines beispielhaften optischen 2x3-Makropixel-Mosaikfilterlayouts zur Schattierungskompensation. In dem Beispiel verwendet ein optisches Mosaikfilterlayout optische Filterfelder, die so klein sind, dass bei wiederholter Wiederholung ausreichend Schattierungseffekte abgeschwächt werden. In einem anderen beispielhaften optischen Filterlayout kann das in 15 dargestellte Mosaiklayout mit dem gemeinsamen optischen Schwerpunktfilterlayout von 14B kombiniert werden, um ein hybrides optisches Filterlayout zu erzeugen.
Es wird darauf hingewiesen, dass Terminologien, wie sie hierin verwendet werden können, wie Bitstrom, Strom, Signalsequenz usw. (oder deren Äquivalente) austauschbar verwendet wurden, um digitale Informationen zu beschreiben, deren Inhalt einem von mehreren gewünschten Typen entspricht (z.B. Daten, Video, Sprache, Text, Grafiken, Audio usw., von denen jeder allgemein als „Daten“ bezeichnet werden kann).
Wie hier verwendet, bieten die Begriffe „im Wesentlichen“ und „ungefähr“ eine von der Industrie akzeptierte Toleranz für den entsprechenden Begriff und/oder die Relativität zwischen den Elementen. Für einige Branchen beträgt eine von der Industrie akzeptierte Toleranz weniger als ein Prozent, und für andere Branchen beträgt die von der Industrie akzeptierte Toleranz 10 Prozent oder mehr. Andere Beispiele für von der Industrie akzeptierte Toleranzen reichen von weniger als einem Prozent bis fünfzig Prozent. Branchenübliche Toleranzen entsprechen, sind aber nicht beschränkt auf Komponentenwerte, Prozessschwankungen bei integrierten Schaltungen, Temperaturschwankungen, Anstiegs- und Abfallzeiten, thermisches Rauschen, Abmessungen, Signalfehler, verlorene Pakete, Temperaturen, Drücke, Materialzusammensetzungen und/oder Leistungskennzahlen. Innerhalb einer Branche können Toleranzabweichungen von akzeptierten Toleranzen mehr oder weniger als ein Prozentwert betragen (z.B. Maßtoleranz von weniger als +/- 1%). Eine gewisse Relativität zwischen Elementen kann von einer Differenz von weniger als einem Prozent bis zu einigen Prozent reichen. Andere Relativitäten zwischen Elementen können von einer Differenz von wenigen Prozent bis hin zu einer Größenordnung von Unterschieden reichen.
Wie hierin auch verwendet werden können, umfassen die Begriffe „konfiguriert um“, „funktionell gekoppelt an“, „gekoppelt an“ und/oder „Kopplung“ eine direkte Kopplung zwischen Gegenständen und/oder eine indirekte Kopplung zwischen Gegenständen über einen dazwischenliegenden Gegenstand, (z.B. umfasst ein Element, ohne darauf beschränkt zu sein, eine Komponente, ein Element, eine Schaltung und/oder ein Modul), wobei für ein Beispiel einer indirekten Kopplung das dazwischenliegende Element die Informationen eines Signals nicht modifiziert, sondern seinen Strompegel, Spannungspegel und/oder Leistungspegel anpassen kann. Wie hierin weiter verwendet werden kann, umfasst die abgeleitete Kopplung (d.h. wenn ein Element durch Schlussfolgerung mit einem anderen Element gekoppelt wird) eine direkte und indirekte Kopplung zwischen zwei Elementen in der gleichen Weise wie „gekoppelt an“.
Wie hierin noch weiter verwendet werden kann, zeigt der Begriff „konfiguriert an“, „betriebsfähig an“, „gekoppelt an“ oder „betriebsfähig gekoppelt an“ an, dass ein Gegenstand einen oder mehrere Stromanschlüsse, Eingänge, usw., um, wenn aktiviert, eine oder mehrere ihrer entsprechenden Funktionen auszuführen und kann ferner eine abgeleitete Kopplung mit einem oder mehreren anderen Elementen umfassen. Wie hierin noch weiter verwendet werden kann, umfasst der Begriff „assoziiert mit“ die direkte und/oder indirekte Kopplung von separaten Elementen und/oder das Einbetten eines Elements in ein anderes Element.
Wie hier verwendet, zeigt der Begriff „vergleichbar“ an, dass ein Vergleich zwischen zwei oder mehr Elementen, Signalen usw. eine gewünschte Beziehung bereitstellt. Wenn beispielsweise die gewünschte Beziehung darin besteht, dass Signal 1 einen größeren Betrag als Signal 2 hat, kann ein günstiger Vergleich erzielt werden, wenn die Stärke von Signal 1 größer ist als die von Signal 2 oder wenn die Stärke von Signal 2 kleiner ist als die von Signal 1. Wie hierin verwendet, zeigt der Begriff „ungünstiger Vergleich“ an, dass ein Vergleich zwischen zwei oder mehr Elementen, Signalen usw. nicht die gewünschte Beziehung bereitstellt.
Wie hierin verwendet werden kann, können ein oder mehrere Ansprüche in einer spezifischen Form dieser generischen Form den Ausdruck „mindestens eines von a, b und c” oder dieser generischen Form „mindestens eines von a, b,” enthalten. oder c” mit mehr oder weniger Elementen als „a“, „b“ und „c“. In beiden Formulierungen sind die Phrasen identisch zu interpretieren. Wie hierin verwendet werden kann, können ein oder mehrere Ansprüche in einer spezifischen Form dieser generischen Form den Ausdruck „mindestens eines von a, b und c“ oder dieser generischen Form „mindestens eines von a, b,” oder c” mit mehr oder weniger Elementen als „a“, „b“ und „c“ enthalten. In beiden Formulierungen sind die Phrasen identisch zu interpretieren. Insbesondere ist „mindestens eines von a, b und c“ äquivalent zu „mindestens eines von a, b oder c“ und soll a, b und/oder c bedeuten. Als Beispiel bedeutet es: nur „a“, nur „b“, nur „c“, „a“ und „b“, „a“ und „c“, „b“ und „c“ und/oder „a“, „b“ und „c“.
Wie hierin auch verwendet werden können, können die Begriffe „Verarbeitungsmodul“, „Verarbeitungsschaltung“, „Prozessor“, „Verarbeitungsschaltung“ und/oder „Verarbeitungseinheit“ eine einzelne Verarbeitungsvorrichtung oder eine Vielzahl von Verarbeitungsvorrichtungen sein. Eine solche Verarbeitungsvorrichtung kann ein Mikroprozessor, Mikrocontroller, digitaler Signalprozessor, Mikrocomputer, Zentraleinheit, feldprogrammierbares Gate-Array, programmierbare Logikvorrichtung, Zustandsmaschine, Logikschaltung, analoge Schaltung, digitale Schaltung und/oder eine beliebige Vorrichtung sein, die Signale (analog und/oder digital) basierend auf harter Codierung der Schaltung und/oder Betriebsanweisungen manipuliert. Das Verarbeitungsmodul, das Modul, die Verarbeitungsschaltung, die Verarbeitungsschaltung und / oder die Verarbeitungseinheit können ein Speicher und / oder ein integriertes Speicherelement sein oder ferner umfassen, das ein einzelnes Speicherbauelement, mehrere Speicherbauelemente und/oder eingebettete Schaltkreise eines anderen Verarbeitungsmoduls, Moduls, Verarbeitungsschaltkreises, Verarbeitungsschaltkreises und/oder Verarbeitungseinheit sein können. Ein solches Speichergerät kann ein Nur-Lese-Speicher, ein Direktzugriffsspeicher, ein flüchtiger Speicher, ein nichtflüchtiger Speicher, ein statischer Speicher, ein dynamischer Speicher, ein Flash-Speicher, ein Cache-Speicher und/oder ein beliebiges Gerät sein, das digitale Informationen speichert. Es ist zu beachten, dass, wenn das Verarbeitungsmodul, das Modul, die Verarbeitungsschaltung, die Verarbeitungsschaltung und/oder die Verarbeitungseinheit mehr als ein Verarbeitungsgerät umfassen, die Verarbeitungsgeräte zentral angeordnet sein können (z.B. direkt über eine drahtgebundene und/oder drahtlose Busstruktur miteinander verbunden sind) oder kann verteilt angeordnet sein (z.B. Cloud-Computing über indirekte Kopplung über ein lokales Netz und/oder ein Weitverkehrsnetz). Es ist ferner zu beachten, dass, wenn das Verarbeitungsmodul, das Modul, die Verarbeitungsschaltung, die Verarbeitungsschaltung und/oder die Verarbeitungseinheit eine oder mehrere ihrer Funktionen über eine Zustandsmaschine, eine analoge Schaltung, eine digitale Schaltung und/oder eine logische Schaltung implementiert, der Speicher und/oder der Speicher Ein Element, das die entsprechenden Betriebsanweisungen speichert, kann in oder außerhalb der Schaltung eingebettet sein, die die Zustandsmaschine, die analoge Schaltung, die digitale Schaltung und / oder die Logikschaltung umfasst. Es ist noch weiter zu beachten, dass das Speicherelement speichern kann und das Verarbeitungsmodul, Modul, Verarbeitungsschaltung, Verarbeitungsschaltung und / oder Verarbeitungseinheit hartcodierte und / oder Betriebsanweisungen ausführt, die mindestens einigen der dargestellten Schritte und / oder Funktionen in einer oder mehreren der Figuren entsprechen. Eine solche Speichervorrichtung oder ein solches Speicherelement kann in einem Herstellungsartikel enthalten sein.
Ein oder mehrere Beispiele wurden oben mit Hilfe von Verfahrensschritten beschrieben, die die Durchführung spezifizierter Funktionen und deren Beziehungen veranschaulichen. Die Grenzen und die Abfolge dieser Funktionsbausteine und Verfahrensschritte wurden hier zur Vereinfachung der Beschreibung willkürlich definiert. Alternative Grenzen und Sequenzen können definiert werden, solange die spezifizierten Funktionen und Beziehungen angemessen ausgeführt werden. Solche alternativen Grenzen oder Sequenzen liegen somit im Umfang und Geist der Ansprüche. Außerdem wurden die Grenzen dieser Funktionsbausteine zur Vereinfachung der Beschreibung willkürlich definiert. Alternative Grenzen könnten definiert werden, solange die bestimmten signifikanten Funktionen angemessen ausgeführt werden. In ähnlicher Weise können hier auch Flussdiagrammblöcke willkürlich definiert worden sein, um eine bestimmte signifikante Funktionalität zu veranschaulichen.
Soweit verwendet, könnten die Blockgrenzen und die Sequenz des Flussdiagramms anders definiert werden und immer noch die bestimmte signifikante Funktionalität ausführen. Solche alternativen Definitionen sowohl von Funktionsbausteinen als auch von Flussdiagrammblöcken und -sequenzen liegen somit im Umfang und Geist der Ansprüche. Ein Durchschnittsfachmann wird auch erkennen, dass die Funktionsbausteine und andere veranschaulichende Blöcke, Module und Komponenten hierin wie dargestellt oder durch diskrete Komponenten, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen, Prozessoren, implementiert werden können, die geeignete Software und ähnliche oder eine beliebige Kombination davon ausführen.
Außerdem kann ein Flussdiagramm eine „Start“- und/oder „Weiter“-Anzeige enthalten. Die „Start“- und „Fortsetzen“-Anzeigen spiegeln wider, dass die präsentierten Schritte optional in eine oder mehrere andere Routinen integriert oder anderweitig in Verbindung mit diesen verwendet werden können. Außerdem kann ein Flussdiagramm eine „Ende“- und/oder „Weiter“-Anzeige enthalten. Die „Ende“- und/oder „Weiter“-Anzeigen geben wieder, dass die präsentierten Schritte wie beschrieben und gezeigt enden können oder optional in eine oder mehrere andere Routinen integriert oder anderweitig in Verbindung mit diesen verwendet werden können. In diesem Zusammenhang bezeichnet „Start“ den Beginn des vorgestellten ersten Schrittes und kann von anderen, nicht ausdrücklich gezeigten Aktivitäten vorausgehen. Ferner spiegelt die Angabe „weiter“ wider, dass die dargestellten Schritte mehrmals durchgeführt werden können und/oder von anderen, nicht speziell gezeigten Aktivitäten gefolgt werden können. Während ein Flussdiagramm eine bestimmte Reihenfolge von Schritten anzeigt, sind außerdem andere Reihenfolgen ebenso möglich, vorausgesetzt, dass die Prinzipien der Kausalität eingehalten werden.
Das eine oder die mehreren Beispiele werden hier verwendet, um einen oder mehrere Aspekte, ein oder mehrere Merkmale, ein oder mehrere Konzepte und / oder ein oder mehrere Beispiele zu veranschaulichen. Ein physikalisches Beispiel einer Vorrichtung, eines Herstellungsartikels, einer Maschine und/oder eines Prozesses kann einen oder mehrere der Aspekte, Merkmale, Konzepte, Beispiele usw. umfassen, die unter Bezugnahme auf eines oder mehrere der hierin erörterten Beispiele beschrieben sind. Ferner können die Beispiele von Figur zu Figur die gleichen oder ähnlich benannten Funktionen, Schritte, Module usw. enthalten, die die gleichen oder unterschiedliche Referenznummern verwenden können, und als solche können die Funktionen, Schritte, Module usw. gleiche oder ähnliche Funktionen, Schritte, Module usw. oder verschiedene sein.
Sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, können Signale zu, von und/oder zwischen Elementen in einer Figur einer der hierin präsentierten Figuren analog oder digital, zeitkontinuierlich oder zeitdiskret und unsymmetrisch oder differenziell sein. Wird beispielsweise ein Signalpfad als Single-Ended-Pfad dargestellt, repräsentiert er auch einen differentiellen Signalpfad. In ähnlicher Weise repräsentiert ein Signalpfad, der als differentieller Pfad dargestellt wird, auch einen Single-Ended-Signalpfad. Während hier eine oder mehrere spezielle Architekturen beschrieben werden, können auch andere Architekturen implementiert werden, die einen oder mehrere nicht ausdrücklich gezeigte Datenbusse, eine direkte Konnektivität zwischen Elementen und/oder eine indirekte Kopplung zwischen anderen Elementen verwenden, wie von einem Durchschnittsfachmann erkannt wird.
Der Begriff „Modul“ wird in der Beschreibung eines oder mehrerer der Beispiele verwendet. Ein Modul implementiert eine oder mehrere Funktionen über ein Gerät wie einen Prozessor oder ein anderes Verarbeitungsgerät oder andere Hardware, die einen Speicher umfassen oder in Verbindung damit arbeiten kann, der Betriebsanweisungen speichert. Ein Modul kann unabhängig und/oder in Verbindung mit Software und/oder Firmware arbeiten. Wie hierin auch verwendet, kann ein Modul ein oder mehrere Untermodule enthalten, von denen jedes ein oder mehrere Module sein kann.
Wie hierin weiter verwendet werden kann, umfasst ein computerlesbarer Speicher ein oder mehrere Speicherelemente. Ein Speicherelement kann ein separates Speichergerät, mehrere Speichergeräte oder ein Satz von Speicherplätzen innerhalb eines Speichergeräts sein. Ein solches Speichergerät kann ein Nur-Lese-Speicher, ein Direktzugriffsspeicher, ein flüchtiger Speicher, ein nichtflüchtiger Speicher, ein statischer Speicher, ein dynamischer Speicher, ein Flash-Speicher, ein Cache-Speicher und/oder ein beliebiges Gerät sein, das digitale Informationen speichert. Das Speichergerät kann in Form eines Festkörperspeichers, eines Festplattenspeichers, eines Cloud-Speichers, eines USB-Sticks, eines Serverspeichers, eines Computergerätespeichers und/oder eines anderen physischen Mediums zum Speichern digitaler Informationen vorliegen.
Während hierin bestimmte Kombinationen verschiedener Funktionen und Merkmale des einen oder der mehreren Beispiele ausdrücklich beschrieben wurden, sind auch andere Kombinationen dieser Merkmale und Funktionen möglich. Die vorliegende Offenbarung ist nicht durch die hier offenbarten speziellen Beispiele beschränkt und schließt ausdrücklich diese anderen Kombinationen ein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 17007254 [0079]

Claims

Sensorsystem, umfassend: eine Vielzahl von Filtern, die in einer integrierten Schaltung implementiert sind, wobei jeder Filter der Vielzahl von Filtern konfiguriert ist, um einen Zielwellenlängenbereich von Licht durchzulassen; eine Vielzahl von Sätzen von optischen Sensoren, die auch in der integrierten Schaltung implementiert sind, wobei jeder Satz optischer Sensoren eine entsprechende Vielzahl von optischen Sensoren aufweist, und jeder Filter der Vielzahl von Filtern einem entsprechenden Satz der Vielzahl von Sätzen optischer Sensoren zugeordnet ist, wobei, basierend auf einfallendem Licht, das durch die Vielzahl von Filtern tritt, die Vielzahl von Sätzen von optischen Sensoren dazu konfiguriert ist, eine Vielzahl von Sätzen von optischen Sensorausgangssignalen zu erzeugen, derart, dass jeder optische Sensor dazu konfiguriert ist, ein entsprechendes optisches Sensorausgangssignal der Vielzahl eines Satzes von optischen Sensorausgangssignalen zu erzeugen; Speicher, der Betriebsanweisungen speichert; und ein oder mehrere Verarbeitungsmodule, die betriebsfähig mit der Vielzahl von Sätzen von optischen Sensoren und dem Speicher gekoppelt und konfiguriert sind, um die Betriebsanweisungen auszuführen, um einen ersten Satz von optischen Sensorausgangssignalen der Vielzahl von Sätzen von optischen Sensorausgangssignalen zu verarbeiten, um einen Beitrag des einfallenden Lichts zu bestimmen, das durch einen ersten Filter der Vielzahl von Filtern hindurchgeht, der einen ersten Satz der Vielzahl von Sätzen optischer Sensoren bedient, und im Wesentlichen jeden Beitrag des einfallenden Lichts zu entfernen, das durch einen beliebigen Filter der Vielzahl von Filtern hindurchtritt, der dem ersten Filter der Vielzahl von Filtern benachbart ist.
Sensorsystem nach Anspruch 1, wobei der erste Satz der Vielzahl von Sätzen optischer Sensoren in einem Array optischer Sensoren angeordnet ist.
Sensorsystem nach Anspruch 2, wobei das Array optischer Sensoren jeweils vier Seiten aufweist, wobei jedes optische Filter benachbart zu einer Seite des Arrays von optischen Sensoren konfiguriert ist, um einen anderen Zielwellenlängenbereich von Licht durchzulassen.
Sensorsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, wobei der erste Satz optischer Sensoren in mindestens einem von einem 2x2-Array, einem 3x3-Array, einem 4x4-Array und einem 5x5-Array angeordnet ist.
Sensorsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das eine oder die mehreren Verarbeitungsmodule ferner dazu konfiguriert sind, die Betriebsanweisungen auszuführen, um: einen Spektralinhalt des ersten Satzes von optischen Sensorausgangssignalen zu verarbeiten, um einen Spektralinhalt zu identifizieren, der nicht von dem ersten Filter der Vielzahl von Filtern beigesteuert wird, der den ersten Satz optischer Sensoren der Vielzahl von Sätzen von optischen Sensoren bedient; und mindestens einen Teil des Spektralinhalts zu entfernen, der nicht von dem ersten Filter der Vielzahl von Filtern beigesteuert wird.
Sensorsystem nach Anspruch 5, wobei ein Spektralinhalt des ersten Satzes von optischen Sensorausgangssignalen Spektralinhalt von jedem optischen Sensor des ersten Satzes der Vielzahl von Sätzen optischer Sensoren umfasst.
Sensorsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Betriebsanweisungen einen Spektralkorrekturalgorithmus umfassen, wobei der Spektralkorrekturalgorithmus angepasst ist, um einen Spektralinhalt des ersten Satzes von optischen Sensorausgangssignalen zu verarbeiten, um den Beitrag des einfallenden Lichts zu bestimmen, das durch einen beliebigen Filter der Vielzahl von Filtern hindurchtritt, der an den ersten Filter der Vielzahl von Filtern angrenzt, und den Beitrag des einfallenden Lichts zu entfernen, das durch irgendeinen anderen Filter der Vielzahl von Filtern hindurchtritt, der an den ersten Filter der Vielzahl von Filtern angrenzt.
Sensorsystem nach Anspruch 7, wobei der Spektralkorrekturalgorithmus auf wenigstens einem von einer Matrixmultiplikation, einem linearen Algorithmus, einem nichtlinearen Algorithmus und einem auf einem neuronalen Netzwerk basierenden Algorithmus basiert.
Sensorsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 oder Anspruch 7, wobei das eine oder die mehreren Verarbeitungsmodule ferner dazu konfiguriert sind, die Betriebsanweisungen auszuführen, um optische Sensorausgangssignale von einem oder mehreren optischen Sensoren in einem anderen Satz optischer Sensoren zu verarbeiten, wobei der andere Satz optischer Sensoren an den Satz optischer Sensoren angrenzt; und basierend auf den verarbeiteten optischen Sensorausgangssignalen von dem einen oder den mehreren optischen Sensoren in einem anderen Satz optischer Sensoren, das Entfernen eines Beitrags des einfallenden Lichts zu erleichtern, das durch einen optischen Filter geht, der dem anderen Satz optischer Sensoren zugeordnet ist.
Verfahren zur Ausführung durch ein oder mehrere Module eines oder mehrerer Rechengeräte eines Sensorsystems, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Empfangen einer Ausgabe von jedem optischen Sensor in einem Satz optischer Sensoren, wobei eine Vielzahl von Sätzen optischer Sensoren auf einer integrierten Schaltung angeordnet sind, wobei die Vielzahl von Sätzen optischer Sensoren eine jeweilige obere Oberfläche aufweist, wobei sich ein optisches Filterarray in der Nähe der oberen Oberfläche der Vielzahl von Sätzen optischer Sensoren befindet, wobei das optische Filterarray eine jeweilige untere Oberfläche und eine jeweilige obere Oberfläche aufweist, wobei jedes optische Filter des optischen Filterarrays konfiguriert ist, um einen Zielwellenlängenbereich von Licht an einen Satz optischer Sensoren weiterzuleiten; Erzeugen eines optischen Sensorausgangssignals aus der Ausgabe von jedem optischen Sensor in dem Satz optischer Sensoren, um einen Satz optischer Sensorausgangssignale zu erzeugen; Verarbeiten des Satzes optischer Sensorausgangssignale, um einen Beitrag von Licht zu bestimmen, der durch ein optisches Filter des optischen Filterarrays geht, das dem Satz optischer Sensoren zugeordnet ist; und weitgehendes Entfernen jeglichen Beitrags von Licht, das durch irgendein optisches Filter des optischen Filterarrays hindurchgeht, das dem optischen Filter des optischen Filterarrays benachbart ist, das dem Satz von optischen Sensorausgangssignalen zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Satz optischer Sensoren in einem Array angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Array von optischen Sensoren jeweils vier Seiten aufweist, wobei jeder optische Filter benachbart zu einer Seite des Arrays von optischen Sensoren konfiguriert ist, um einen anderen Zielwellenlängenbereich von Licht durchzulassen.
Verfahren nach Anspruch 10 oder Anspruch 12, wobei der Satz optischer Sensoren in mindestens einem von einem 2x2-Array, einem 3x3-Array, einem 4x4-Array und einem 5x5-Array angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 10 oder Anspruch 11 oder Anspruch 12, ferner umfassend: Verarbeiten eines Spektralinhalts des Satzes von optischen Sensorausgangssignalen, um einen Spektralinhalt zu identifizieren, der nicht von dem optischen Filter des optischen Filterarrays beigetragen wird, das dem Satz optischer Sensoren zugeordnet ist; und Entfernen mindestens eines Teils des Spektralinhalts, der nicht von dem optischen Filter des optischen Filterarrays beigesteuert wird, das dem Satz optischer Sensoren zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Spektralinhalt des Satzes von optischen Sensorausgangssignalen Spektralinhalt von jedem optischen Sensor des Satzes von optischen Sensoren umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10 oder Anspruch 11 oder Anspruch 12, wobei das Verarbeiten des Satzes von optischen Sensorausgangssignalen auf einem Spektralkorrekturalgorithmus basiert, wobei der Spektralkorrekturalgorithmus angepasst ist, um einen Spektralinhalt des Satzes von optischen Sensorausgangssignalen zu verarbeiten, um den Beitrag von Licht zu bestimmen, das durch irgendeinen anderen optischen Filter des optischen Filterarrays geht, das dem optischen Filter benachbart ist, und den Beitrag von Licht zu entfernen, das durch irgendein anderes optisches Filter des optischen Filterarrays, das dem optischen Filter benachbart ist, hindurchgeht.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Spektralkorrekturalgorithmus auf mindestens einem von einer Matrixmultiplikation, einem linearen Algorithmus, einem nichtlinearen Algorithmus und einem auf einem neuronalen Netzwerk basierenden Algorithmus basiert.
Verfahren nach Anspruch 10 oder Anspruch 11 oder Anspruch 12, ferner umfassend: Empfangen einer Ausgabe von einem oder mehreren optischen Sensoren in einem anderen Satz optischer Sensoren, Verarbeiten von optischen Sensorausgangssignalen von einem oder mehreren optischen Sensoren in dem anderen Satz optischer Sensoren, wobei der andere Satz optischer Sensoren an den Satz optischer Sensoren angrenzt; und basierend auf den verarbeiteten optischen Sensorausgangssignalen von dem einen oder den mehreren optischen Sensoren in dem anderen Satz optischer Sensoren, Erleichtern des Entfernens eines Lichtbeitrags, der durch einen anderen optischen Filter hindurchgeht, der dem anderen Satz optischer Sensoren zugeordnet ist.