DE19933471A1 - Bildaufnehmer mit integrierter Signalverarbeitung und Bildaufnahmeverfahren - Google Patents

Bildaufnehmer mit integrierter Signalverarbeitung und Bildaufnahmeverfahren

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Abstract

Ein Bildaufnehmer mit integrierter Signalverarbeitung hat eine Anordnung von photoempfindlichen Elementen, die in einer ersten Siliziumschicht 10 angeordnet sind, sowie eine Vielzahl von Schaltungen zur pixelweisen Verarbeitung von Signalen, die in mindestens einer zweiten Siliziumschicht (20) angeordnet sind. Die erste oder oben gelegene Siliziumschicht (10) und die zweite parallel dazu bzw. darunterliegend angeordnete Siliziumschicht (20) sind über Druckkontaktierungen elektrisch miteinander verbunden, wobei zu jedem Pixel mindestens eine elektrische Verbindung zwischen den Siliziumschichten (10, 20) vorhanden ist. Schaltungen mit unterschiedlichen Bilddatenverarbeitungsfunktionen können in mehreren untereinanderliegenden Siliziumschichten angeordnet sein. Die Analogschaltungen sind netzartig aufgebaut, wobei jedes photoelektrische Element mit den darunterliegenden Netzknoten verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bildaufnehmer mit integrierter Signalverarbeitung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie ein Bildaufnahmeverfahren.
Bildaufnehmer mit integrierter Signalverarbeitung oder mit einer aktiven Pixelsensorik sind für verschiedene Bereiche der Technik von Bedeutung. Zahlreiche Anwendungen finden sich in der Konsumelektronik, beispielsweise bei Digitalkameras oder Videokameras. Allgemein sind sie für alle Anwendungen geeignet, bei denen eine Bildaufnahme und sofortige Verarbeitung der Bildsignale von Bedeutung ist. Bildaufnahmesysteme in CMOS- Technologie haben zusätzliche Funktionen auf einem Chip, wie z. B. einen A/D-Konverter, und sie zeichnen sich durch einen geringen Stromverbrauch aus.
In der Patentschrift US 4,786,818 ist ein Sensor und Signalprozessor für die Bildverarbeitung beschrieben, bei dem eine Anordnung von Photorezeptoren mit einem Schaltungsnetzwerk verbunden ist. Dabei ist jedem Netzwerkknoten ein Photorezeptor zugeordnet. Durch diese Anordnung wird eine schnelle Signalverarbeitung erreicht.
Dieser bekannte Sensor hat jedoch den Nachteil eines hohen Flächenbedarfs aufgrund der signalverarbeitenden Schaltungen. Bei hohen Pixelzahlen steigt die benötigte Fläche entsprechend an, d. h. die für den eigentlichen Bildaufnehmer nutzbare Fläche wird kleiner. Durch den Flächenbedarf der Schaltungen muß bei höheren Pixelzahlen die Gesamtfläche des Aufnahmesystems vergrößert werden, was die Kosten sehr stark in die Höhe treibt, da die zugehörige Optik ebenfalls mitskaliert bzw. vergrößert werden muß. Der geringe Füllfaktor, die Größe und die hohen Kosten machen das bekannte Bildaufnahmesystem ungeeignet für den Einsatz unter stark variierenden Beleuchtungsbedingungen, insbesondere wenn ein kompakter und kostengünstiger Bildaufnehmer benötigt wird, wie z. B. bei mobilen Anwendungen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Bildaufnehmer mit integrierter Signalverarbeitung zu schaffen, der kompakt und kostengünstig ist, für den Einsatz unter stark variierenden Beleuchtungsbedingungen geeignet ist und eine schnelle Signalverarbeitung aufweist. Weiterhin soll ein Bildverarbeitungsverfahren angegeben werden, das eine schnelle Signalverarbeitung unter stark variierenden Beleuchtungsbedingungen auf kostengünstige Weise ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Bildaufnehmer mit integrierter Signalverarbeitung gemäß Patentanspruch 1 und das Bildaufnahmeverfahren gemäß Patentanspruch 13. Weitere vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Der erfindungsgemäße Bildaufnehmer mit integrierter Signalverarbeitung umfaßt eine Anordnung von photoempfindlichen Elementen, sowie eine Vielzahl von Schaltungen zur pixelweisen Verarbeitung von Signalen, die von den photoempfindlichen Elementen erzeugt werden, wobei die photoempfindlichen Elemente in einer ersten Bauelementschicht und die Schaltungen in mindestens einer zweiten, darunterliegenden Bauelementschicht angeordnet sind, und wobei zu jedem Pixel bzw. Bildelement mindestens eine elektrische Verbindung zwischen den Bauelementschichten vorhanden ist. Dadurch wird ein hoher Füllfaktor erreicht, so daß eine größere nutzbare Fläche für die Bildaufnahme zur Verfügung steht. Somit sind Erweiterungen auf hohe Pixelzahlen bei geringen Kosten und kompakter Bauweise möglich. Darüber hinaus wird durch die erfindungsgemäße Lösung eine hohe Signalverarbeitungsgeschwindigkeit erreicht.
Bevorzugt sind die Bauelementschichten monokristalline Silizium-Schichten. Dadurch ergibt sich eine hohe Qualität der Photosensoren und eine besonders gute Realisierbarkeit und kostengünstige Herstellung der elektrischen Schaltungen.
Vorzugsweise bilden die Schaltungen in einer Bauelementschicht ein Netzwerk, wobei jedem Netzknoten ein photoempfindliches Element oder Pixel zugeordnet ist. Durch die netzartige Verbindung der Schaltungen in einer Schicht wird eine besonders schnelle Signalverarbeitung ermöglicht.
Vorzugsweise sind die Schaltungen in mehreren übereinanderliegenden Schichten angeordnet, wobei jede Schicht eine bestimmte Bilddatenverarbeitungsfunktion hat. Dies hat den Vorteil, daß mehrere Bildverarbeitungsschritte durchführbar sind, ohne daß sich ein höherer Flächenbedarf ergibt.
Vorzugsweise enthält die erste Schicht CMOS-Active Pixels mit logarithmischer Charakteristik. Diese haben einen hohen Dynamikbereich und einen hohen Füllfaktor. Bevorzugt sind in der zweiten Bauelementschicht und/oder in einer weiteren Schicht für jedes Pixel ein oder mehrere Speichermodule zur pixelweisen Korrektur der Signale der photoempfindlichen Elemente vorhanden. In der zweiten Schicht und/oder in einer weiteren Schicht kann auch eine neuronale Analogschaltung zur Dynamikkompression und/oder Kontrastadaption vorhanden sein.
Vorzugsweise sind die Schaltungen in der zweiten oder in einer weiteren Bauelementschicht gitterartig bzw. auf einem Gitter angeordnet, dessen Gitterstruktur der Gitterstruktur der darüberliegenden Bauelementschicht entspricht. Insbesondere können die photoempfindlichen Elemente oder Pixel auf einem hexagonalen oder orthogonalen Gitter angeordnet sein. Vorzugsweise hat die zweite Schicht ein Netz von Analogschaltungen mit einer hexagonalen oder orthogonalen Gitterstruktur.
Auch kann die zweite Schicht ein Netz von Analogschaltungen aufweisen, wobei jedem Netzknoten ein photoempfindliches Element zugeordnet ist und wobei Durchkontaktierungen die Knoten über die verschiedenen bzw. alle Bauelementschichten verbinden.
Der Bildaufnehmer umfaßt bevorzugt Adressierungseinheiten für die einzelnen Pixel, wobei die Pixeladressierung z. B. wahlfrei oder seriell erfolgen kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Bildaufnahmeverfahren angegeben, mit den Schritten:
Erzeugen von Signalen mittels einer Vielzahl von photoempfindlichen Elementen, die in einer ersten Bauelementschicht angeordnet sind, und pixelweise Verarbeitung der Signale, wobei die Signale der photoempfindlichen bzw. photoelektrischen Elemente parallel einer zweiten Bauelementschicht zugeführt werden, in der sie parallel durch jeweils zugeordnete Schaltungen verarbeitet werden. Dadurch ergibt sich eine hohe Signalverarbeitungsgeschwindigkeit bei geringem Platzbedarf und kostengünstigem Aufbau.
Bevorzugt sind mehrere Schichten mit Schaltungen parallel angeordnet, wobei in jeder dieser Schichten ein Signalverarbeitungsschritt erfolgt. Als Signalverarbeitungsschritte können z. B. Kontrastadaption, Kantenbildung, Schwerpunktfindung, usw. erfolgen.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der Figuren beschrieben, in denen
Fig. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Bildaufnehmers als bevorzugte Ausführungsform schematisch darstellt;
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit mehreren Schichten zeigt;
Fig. 3 eine Schnittansicht durch einen mehrschichtigen erfindungsgemäßen Bildaufnehmer schematisch darstellt; und Fig. 4 eine typische Schichtfolge mit beispielhaften Bildverarbeitungsfunktionen des erfindungsgemäßen Bildaufnehmers zeigt.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Bildaufnehmer gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in räumlicher Darstellung gezeigt. Der Bildaufnehmer ist mehrschichtig aufgebaut und hat eine oben gelegene, erste Bauelementschicht 10, unter der eine zweite Bauelementschicht 20 angeordnet ist. In der ersten Schicht 10 sind eine Vielzahl von photoempfindlichen Elementen angeordnet. Die zweite Schicht 20 enthält ein Netz von Schaltungen, die zur Verarbeitung der Signale der photoempfindlichen Elemente dienen. Dabei ist jedem photoempfindlichen Element in der ersten Schicht 10 eine Schaltung in der zweiten Schicht 20 zugeordnet. Zu jedem Bildaufnahmeelement bzw. photoempfindlichen Element gibt es mindestens eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Schicht 10 und der zweiten Schicht 20, so daß jedes photoempfindliche Element mit einer zugehörigen Schaltung zur Signalverarbeitung verbunden ist. Die Zahl der Verbindungen ist nicht auf eine einzige beschränkt, sondern es können auch mehrere elektrische Verbindungen pro Schaltungselement bzw. Pixel zwischen den Schichten 10 und 20 verlaufen.
An der ersten Schicht 10 und an der zweiten Schicht 20 sind Kontaktflächen 11 bzw. 21 vorgesehen, um die einzelnen Bauelemente mit weiteren Elektronik oder Stromversorgungseinheiten zu verbinden.
Beide Bauelementschichten 10, 20 sind parallel zueinander angeordnet und aus einkristallinem Silizium aufgebaut bzw. hergestellt. Die obere Schicht 10 ist als dünngeschliffenes, einkristallines Siliziumchip ausgeführt, während die darunterliegende Schicht 20 ein Siliziumchip mit einer Standarddicke ist. Beide Chips sind durch Klebetechniken und elektrische Durchkontaktierungen miteinander verbunden. Die obere Siliziumschicht hat eine Schichtdicke von ca. 10 µm. Es sind aber auch andere Schichtdicken möglich, die bevorzugt eine Schichtdicke von weniger als 20 µm aufweisen. Bei der Herstellung der dünnen Systemschicht wird die Herstellungstechnologie für vertikal integrierte Systeme verwendet.
Als photoempfindliche bzw. photoelektrische Elemente sind in der oberen bzw. ersten Bauelementschicht 10 CMOS-Active Pixels vorgesehen, die eine logarithmische Charakteristik aufweisen. Diese Pixel bzw. Bildaufnahmeelemente sind als Array regelmäßig auf einem hexagonalen Gitter angeordnet. Es sind aber auch Ausführungsformen möglich, bei denen die Gitteranordnung orthogonal ist. Die photoempfindlichen Elemente haben eine hohe Dynamik hinsichtlich der zu verarbeitenden Beleuchtungsintensität.
Die Schaltungen in der zweiten, unten gelegenen Bauelementschicht 20 sind als Netz von Analogschaltungen ausgebildet. Sie verarbeiten pixelweise die Signale, die von den photoempfindlichen Elementen bzw. Pixeln erzeugt werden. Jedem photoempfindlichen Element bzw. Pixel der ersten Schicht 10 ist also ein signalverarbeitender Knoten des Netzes zugeordnet. Die beiden Bauelementschichten 10, 20 sind über Durchkontaktierungen elektrisch in jedem Pixel miteinander verbunden. Die zweite bzw. untere Schicht 20 enthält beispielsweise eine Schaltung zur Korrektur des Fixed Pattern Noise des Bildaufnehmers, die EEPROM-Bausteine umfaßt. Es kann aber auch beispielsweise ein analoges neuronales Netz zur Dynamikkompression und/oder Kontrastadaption der aufgenommenen Bilddaten in der zweiten Schicht 20 vorgesehen sein. Ebenso können Verstärkungsschaltungen, beispielsweise in Form von Transistoren oder Widerständen, in der zweiten Schicht 20 ausgebildet sein.
Die elektrischen Schaltungsblöcke bzw. Schaltungen in der zweiten Schicht 20 sind gitterartig bzw. auf einem Gitter angeordnet. Das Gitter der Schaltungen entspricht dem Gitter der darüberliegenden Bildaufnahmeelemente. Jeder signalverarbeitende Knoten des Gitters der zweiten Schicht 20 enthält die oben genannten analogen EEPROM-Module, deren Speicherinformation von den Analogschaltungen in jedem Knoten zur pixelweisen Korrektur der Signale der photoelektrischen Elemente verwendet wird. Das Einschreiben der Speicherinformation geschieht während eines Abgleichvorganges, wobei für jedes Pixel des Bildaufnehmers ein Analogwert zur Korrektur des Offset-Signals definiert wird. Dadurch läßt sich beim Auslesen der Detektorsignale ein sehr geringes Fixed Pattern Noise des Bildaufnehmers erzielen.
Falls in der zweiten Bauelementschicht 20 eine Schaltung zur Dynamikkompression und zur Kontrastadaption der Pixel enthalten ist, ist diese z. B. als analoges, neuronales Netz ausgelegt. Jedem Knoten dieses Netzes ist dann eine signalverarbeitende Analogschaltung in CMOS-Technologie zugeordnet. Das Netz selbst ist als Widerstandsnetzwerk mit einstellbaren Widerständen ausgeführt. Diese Ausgestaltung kann anstatt den oben beschriebenen EEPROM-Modulen in der zweiten Schicht 20 vorgesehen sein. In jedem Fall sind aber beide Schichten 10, 20 des Systems in jedem Pixel über mindestens eine Durchkontaktierung elektrisch leitend verbunden. Daher weist der Bildaufnehmer bzw. das Bildaufnahmesystem eine Vielzahl von Durchkontaktierungen zwischen den Schichten 10, 20 auf.
Fig. 2 zeigt stark schematisiert eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Der Bildaufnehmer gemäß Fig. 2 hat drei Bauelementschichten 10, 20, 30, die parallel zueinander ausgerichtet sind und über elektrische Durchkontaktierungen 15, 25 miteinander verbunden sind. Die Durchkontaktierungen 15, 25 verlaufen senkrecht zu den Schichtflächen bzw. in der hier dargestellten räumlichen Ausrichtung vertikal. Wie in der Ausführungsform von Fig. 1 ist auch in dieser Ausführungsform jedem photoempfindlichen Element mindestens eine elektrische Verbindung bzw. Durchkontaktierung 15, 25 zugeordnet, um es mit einem zugehörigen Netzknoten einer Schaltung in der Bauelementschicht 20 und in der weiteren Bauelementschicht 30 zu verbinden. Die elektrischen Durchkontaktierungen 15, 25 können z. B. durch Einbringen von Löchern in die einzelnen Bauelementschichten 10, 20, 30 und durch Auffüllen der Löcher mit einem leitfähigen Material hergestellt werden. Die schematische Darstellung von Fig. 2 dient zur Darstellung der Bauelementschichten 10, 20, 30 und der elektrischen Durchkontaktierungen 15, 25. Der Übersichtlichkeit und der Darstellung halber sind dazwischenliegende weitere Schichten in dieser Darstellung nicht gezeigt.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Bildaufnehmer mit integrierter Signalverarbeitung und schichtweisem Aufbau. Die unterste Schicht 1 dient als Trägersubstrat und ist aus einkristallinem Silizium gefertigt. Diese Schicht 1 bzw. das Trägersubstrat hat die Standarddicke eines Siliziumchips, d. h. die Schicht 1 wurde nicht gedünnt. Auf dem Trägersubstrat 1 befindet sich eine untere, dieelektrische Schicht 2 aus einem Oxid oder Nitrit. An der Grenzfläche zwischen dem Trägersubstrat 1 und der unteren dieelektrischen Schicht 2 befinden sich Drain- und Source-Elektroden 4a, 4b eines Transistors, die in die untere Siliziumschicht 1 an der Grenzfläche zwischen den beiden Schichten 1 und 2 eingebettet sind. Diese Transistorelemente sind Teil einer Schaltung für ein zugeordnetes Pixel. Ein weiteres Transistorelement 4c in Form einer Gate-Elektrode ist in die dieelektrische Schicht 2 eingebettet.
Leiterbahnen 3a, 3b, 3c erstrecken sich senkrecht zur Darstellungsebene durch die dieelektrische Schicht 2 und bilden ein Verdrahtungsnetzwerk innerhalb dieser Schicht. Die Leiterbahnen 3a, 3b, 3c sind als Metallbahnen ausgestaltet oder z. B. aus Poly-Silizium gefertigt. Ein Verdrahtungselement 3c bzw. eine Metallage ist an der Oberfläche der dieelektrischen Schicht 2 angeordnet und an eine vertikale elektrische Verbindung 9a angeschlossen, die die aktiven Bauelemente der verschiedenen Schichten miteinander verbindet.
Oberhalb der dieelektrischen Schicht 2 befindet sich eine Isolations- bzw. Passivierungsschicht 5, die ebenfalls aus einem Dieelektrikum besteht. Eine Klebeschicht 6 aus einem Polyimid-Kleber verbindet die Passivierungsschicht 5 mit einer dünnen, einkristallinen Siliziumschicht 7. An der Oberseite der dünnen Siliziumschicht 7 befinden sich wiederum Schaltungselemente 4d, 4e, die in die Siliziumschicht 7 an der Grenzfläche zur darüberliegenden weiteren dieelektrischen Schicht 8 eingebettet sind. In der weiteren dieelektrischen Schicht 8 sind wiederum Leiterbahnen 3c, 3d, 3e integriert. Ein Teil der Verdrahtung ist wiederum durch eine vertikale Verbindung 9b mit einem Bildaufnahmeelement 12 als aktivem Bauelement verbunden. Insgesamt sind also mehrere Ebenen von Schaltungen und Verdrahtungen vorgesehen, die parallel zueinander bzw. hintereinander angeordnet sind, wobei vertikale Verbindungen 9a, 9b bzw. Durchkontaktierungen jedes aktive Bauelement an der Oberfläche des Bildaufnehmers mit den zugehörigen, darunterliegenden Schaltungen verbinden. Das monokristalline Silizium der Schichten 1 und 7 ermöglicht eine größere Ladungsträgerbeweglichkeit und eine gute Herstellbarkeit der mikroelektronischen Schaltungen.
Wenn das System als Dreischicht- oder Mehrschicht-System aufgebaut ist, weist nur die unterste der Siliziumschichten die Standarddicke von Siliziumchips auf. Die darübergelegenen einkristallinen Siliziumschichten sind dünn geschliffen. Die elektrischen Durchkontaktierungen 15, 25 (siehe Fig. 2) verbinden in diesem Fall die Knoten der Netze über alle drei oder mehr Schichten.
Das System liefert für jedes Pixel vorverarbeitete Bilddaten, die mit Hilfe von Adressiereinheiten auf eine oder auf mehrere Videoleitungen aufgeschaltet werden können und als serieller Datenstrom an den Systemausgängen zur Verfügung stehen.
In Fig. 4 ist ein Beispiel einer Schichtfolge gezeigt, wobei die Schichten jeweils Schaltungen für eine bestimmte Funktion der Bildverarbeitung aufweisen. Die elektrischen Verbindungen zwischen den einzelnen Bauelementschichten 10, 20, 30, 40 sind schematisch durch einen Balken A mit Pfeilspitzen dargestellt. Sie stellen Inter-Chip- Verbindungen zwischen den einzelnen Schichten 10, 20, 30, 40 dar. Die oberste Schicht 10 umfaßt das Sensor-Array bzw. die Anordnung von photoempfindlichen Elementen, wie sie oben beschrieben wurden. In der daruntergelegenen Siliziumschicht 20 ist als erste Bildverarbeitungsfunktion eine Kontrastadaption realisiert. Die weitere Siliziumschicht 30, die unterhalb der Kontrast-Adaptions-Schicht gelegen ist, enthält ein Netz von Schaltungen zur Kantenbildung als weitere Bildverarbeitungsfunktion. Unterhalb der Kantenbildungs- Schicht befindet sich eine noch weitere Siliziumschicht 40, in der eine Schwerpunkt- Findung als Bildverarbeitungsfunktion realisiert ist.
Bei der Aufnahme werden die Signale, die von den photoelektrischen Elementen in der obersten bzw. ersten Schicht 10 erzeugt werden, parallel der zweiten Schicht 20 und gegebenenfalls den weiteren, darunterliegenden Schichten 30, 40 zugeführt, in denen sie parallel pixelweise durch die jeweils zugeordneten Schaltungen verarbeitet werden. In jeder der Bauelementschichten bzw. Chips, die unterhalb der ersten Schicht 10 mit den photoelektrischen Elementen angeordnet sind, erfolgt mindestens ein Signalverarbeitungsschritt, wie beispielsweise Kontrast-Adaption, Kantenbildung, Schwerpunkt-Findung oder Datenkorrektur.
Die parallele Datenverarbeitung in den tiefergelegenen Schichten 20, 30, 40 ermöglicht einerseits eine hohe Geschwindigkeit der Signalverarbeitung, und andererseits wird der Flächenbedarf für jedes Pixel bedeutend verringert. Dies ermöglicht höhere Pixelzahlen und damit hoch auflösende Bildaufnehmer mit hohem Füllfaktor. Zudem kann die in jeder der Ebenen enthaltene Funktionalität auf die Erfordernisse der jeweiligen Anwendung hin optimiert werden. Beispielsweise kann bei der Herstellung eines solchen Zwei- oder Mehrschicht-Systems für jede der Bauelementschichten die am besten geeignete Technologie verwendet werden. So ist es z. B. günstiger, für die Photoelemente eine Herstellungstechnologie einzusetzen, die hinsichtlich Dunkelströmen Quanteneffizienz und spektraler Empfindlichkeit optimiert ist. Dagegen ist für die Analogschaltungen zur Dynamikkompression eine Herstellungstechnologie mit möglichst guter Homogenität von Transistorparametern über eine größere Fläche vorteilhaft. Somit lassen sich in dem Mehrschichtsystem für die unterschiedlichen Funktionalitäten der Schichten die jeweiligen Optimierungskriterien bei der Herstellung erfüllen.

Claims (15)

1. Bildaufnehmer mit integrierter Signalverarbeitung, der eine Anordnung von photoempfindlichen Elementen (12) umfaßt, sowie eine Vielzahl von Schaltungen (4a, 4b, 4c, 4d, 4e) zur pixelweisen Verarbeitung von Signalen, die von den photoempfindlichen Elementen (12) erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die photoempfindlichen Elemente (12) in oder an einer ersten Schicht (10) und die Schaltungen (4a, 4b, 4c, 4d, 4e) in mindestens einer zweiten, darunterliegenden Schicht (20, 30, 40) angeordnet sind, wobei zu jedem Pixel mindestens eine elektrische Verbindung (15, 25) zwischen den Schichten (10, 20, 30, 40) vorhanden ist.
2. Bildaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (10, 20, 30, 40) monokristalline Silizium-Schichten sind.
3. Bildaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungen (4a, 4b, 4c) in einer Schicht ein Netzwerk bilden, wobei jedem Netzknoten ein photoempfindliches Element (12) oder Pixel zugeordnet ist.
4. Bildaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungen (4a, 4b, 4c, 4d, 4e) in mehreren übereinanderliegenden Schichten (20, 30, 40) angeordnet sind, wobei jede Schicht eine bestimmte Bilddatenverarbeitungsfunktion hat.
5. Bildaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (10) CMOS-Active Pixels mit logarithmischer Charakteristik enthält.
6. Bildaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Schicht (20) und/oder in den weiteren Schichten (30, 40) für jedes Pixel ein oder mehrere Speichermodule zur pixelweisen Korrektur der Signale vorhanden sind.
7. Bildaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Schicht (20) und/oder in mindestens einer weiteren Schicht (30, 40) eine neuronale Analogschaltung zur Dynamikkompression und/oder Kontrastadaption vorhanden ist.
8. Bildaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungen in der zweiten Schicht (20) und/oder in den weiteren Schichten (30, 40) auf einem Gitter angeordnet sind, dessen Gitterstruktur der Gitterstruktur der darüberliegenden Schicht entspricht.
9. Bildaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die photoempfindlichen Elemente (12) oder Pixel auf einem hexagonalen oder orthogonalen Gitter angeordnet sind.
10. Bildaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (20) ein Netz von Analogschaltungen mit einer hexagonalen oder orthogonalen Gitterstruktur aufweist.
11. Bildaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (20) ein Netz von Analogschaltungen aufweist, wobei jedem Knoten des Netzes ein photoempfindliches Element (12) zugeordnet ist und wobei Durchkontaktierungen (15, 25) die Knoten über alle Schichten (10, 20, 30, 40) verbinden.
12. Bildaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche weiterhin gekennzeichnet durch Adressierungseinheiten für die einzelnen Pixel, wobei die Pixeladressierung wahlfrei oder seriell erfolgen kann.
13. Bildaufnahmeverfahren, mit den Schritten:
  • - Erzeugen von Signalen mittels einer Vielzahl von photoelektrischen Elementen (12), die in einer ersten Schicht (10) angeordnet sind, und
  • - pixelweise Verarbeitung der Signale, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale der photoelektrischen Elemente (12) parallel einer zweiten Schicht (20) zugeführt werden, in der sie parallel durch jeweils zugeordnete Schaltungen (4a, 4b, 4c, 4d) verarbeitet werden.
14. Bildaufnahmeverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schichten (20, 30, 40) mit Schaltungen parallel zueinander angeordnet sind, wobei in jeder dieser Schichten (20, 30, 40) ein Signalverarbeitungsschritt erfolgt.
15. Bildaufnehmer nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Signalverarbeitungsschritte Kontrast-Adaption, Kantenbildung, und/oder Schwerpunktfindung erfolgen.
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