JP2000501919A

JP2000501919A - 短時間露光用カラー映像センサ

Info

Publication number: JP2000501919A
Application number: JP10520053A
Authority: JP
Inventors: ヴェームマルクス; リーベペーテル; ルーレタレク
Original assignee: ヴェームマルクス
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 2000-02-15
Also published as: WO1998019455A1; ATE224122T1; US6518558B1; EP0878091A1; DK0878091T3; DE59708194D1; CN1209930A; PT878091E; ES2184140T3; EP0878091B1

Abstract

(57)【要約】それぞれが、入射放射線を、輝度および波長に依存する光電流に変換するための光電子コンバータと、検出した光電流に対応する測定値を入手するための積分装置と、前記測定値を記憶するための制御可能な記憶手段と、一つのピクセル・ユニットに基いて前記記憶測定値を読み出すための読み出し制御装置とを備え、前記センサに当たる映像が前記ピクセル・ユニットに基づいて測定された値に基づいて配列される光学的センサにおいて、各ピクセル・ユニットが、積分手段（７、８；１１、１２；１５、１６）と少なくとも二つの並列記憶手段（２１、２２、２３）とを有し、少なくとも、それぞれが入射放射線の異なるスペクトル範囲に割り当てられる二つの測定値を測定期間中に検出、および記憶することができ、その後、ピクセル素子に対する関連カラー情報を形成するために、一緒に読み出されるように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】短時間露光用カラー映像センサ技術分野本発明は、複数のピクセル・ユニットの配置からなる光学的センサに係り、それぞれのピクセル・ユニットが、入射光を輝度および波長に依存する光電流に変換するための光電子コンバータと、検出した光電流に対応する測定値を入手するための積分装置と、上記測定値を記憶するための制御可能な記憶手段と、一つのピクセル・ユニットに対して上記記憶測定値を読み出すための読み出し制御装置とを備え、センサに当たる映像をピクセル・ユニットに基づいて測定値から合成することができる光学的センサに関する。背景技術光学的センサの役目は、映像シーンをピックアップし、そのシーンが放射する種々のスペクトル成分の重みが異なる複数の映像セグメントが発生するように、上記シーンを電気信号に変換することである。可視スペクトル領域の場合には、青、緑および赤のスペクトル領域に分解する方法が、特に有利であることが分かっている。何故なら、上記のスペクトルの重みにより、人間の目に適応する映像シーンのカラー再生を行うことができるからである。カラー解像度を持つ周知の映像センサ（１９９５年、ドルドレクト（Ｄｏｒｄｒｅｃｈｔ）所在の、クルワ（Ｋｌｕｗｅｒ）アカデミック・パブリッシャー社発行の、Ａ．Ｊ．Ｐ．チュービセン（Ｔｈｅｕｗｉｓｓｅｎ）著「電子結合素子を備えるソリッド・ステート映像化」の６．２．２章、１６５ページ以下記載）は、各ピクセルに対して、一つ以上の信号を検出しなければならないことを特徴とする。通常、三つのカラー成分、赤、緑および青に従って、三通りの分割が行われる。これらのカラー信号を一緒にした場合だけ、信号送信リンクに関連して、三つの直線的に独立している個々の信号から再生することができるピクセルの完全なカラー情報を入手することができる。技術的には、いくつかの方法で上記カラー解像を実行することができる。スペクトル的に重みをつけた映像セグメントの発生方法は、大体、さらに二つのタイプに分割することができる。上記カラー映像化方法の第一のタイプ（１９９５年、ドルドレクト所在の、クルワ・アカデミック・パブリッシャー社発行の、Ａ．Ｊ．Ｐ．チュービセン著「電子結合素子を備えるソリッド・ステート映像化」の６．２．４章、１７１ページ以下記載）は、個々のセンサの各ビーム経路内への、カラー・フィルタの挿入によりそのスペクトル感度が異なる複数の映像センサを使用する。この方法は、個々のビーム経路が、映像センサ上に、そのシーンの完全に同一の映像を作り出すように上記ビーム経路を調整しなければならないという欠点がある。何故なら、そのように調整しないと、再構成された成分カラー映像を一致するように結合することができず、その結果、カラーのずれが生じるからである。カラー映像化方法の第二のタイプ（１９９５年、ドルドレクト所在の、クルワ・アカデミック・パブリッシャー社発行の、Ａ．Ｊ．Ｐ．チュービセン著「電子結合素子を備えるソリッド・ステート映像化」の６．２．２章、１６８ページ以下記載）は、特殊なカラー映像センサを使用している。この場合、異なるスペクトル領域に対する隣接ピクセルは、モザイク模様に、複数のカラー・フィルタを適用することにより、感受性を持つことができる。それ故、これらセンサの成分カラー映像は、この方法により自動的に一致するが、この方法による有効な解像度は、３ないし４の要因により低下する。何故なら、一つのピクセルの完全なカラー情報を抽出するには、三つまたは四つの隣接センサ・ピクセルを必要とするからである。さらに、上記タイプ（１９９５年、ドルドレクト所在の、クルワ・アカデミック・パブリッシャー社発行の、Ａ．Ｊ．Ｐ．チュービセン著「電子結合素子を備えるソリッド・ステート映像化」の６．２．４章、１７１ページ以下記載）を結合することもできる。その場合、例えば、緑の成分のような一つのスペクトル領域をあるセンサにより記録し、他のスペクトル領域、すなわち、この例の場合の赤および青の成分をモザイク模様の二色センサにより記録することができる。このような妥協的な方法は、基本タイプ両方の欠点を持っているが、欠点の程度は軽減している。他の方法としては、ピクセルに割り当てられた光の各成分、すなわち、赤、緑および青の成分を表す映像の三つのセグメントをシーケンシャルに記録する方法がある。完全な映像は、映像セグメントを露光した直後に読み出さなければならない。一方、三つの成分カラー映像は、不可避の読み出し動作により、時間に間に合うように相互に分離される。読み出し動作の実行時間は、ピクセルの数により異なり、従って映像センサの横方向の解像度により異なり、その結果、解像度が向上し、またピクセルの数が増大した後で、この点における読み出し時間が長くなる可能性もある。従って、成分カラー映像の露光の間に挿入される読み出しサイクルにより動きのあるシーンを記録することができなくなる。何故なら、この場合、三つの映像セグメントはもはや一致しないからである。さらに、カラー・センサのこの動作モードでは、フラッシュ装置による露光に使用することができるフラッシュ時間内にカラー映像を記録することができない。本発明の目的は、短い露光時間内に動作することができる光学的センサを作製することにある。各ピクセル・ユニットが、積分手段、および入射光の異なるスペクトル領域に割り当てられた少なくとも二つの測定値を測定期間中に検出および記録することができ、その後で、ピクセル素子に対する関連カラー情報を形成するために、一緒に読み出すことができるように、少なくとも二つの記憶手段を備えているので、本発明により上記問題を解決することができる。発明の開示本発明によれば、カラー・センサの各ピクセルは、複数の記憶セルを持ち、これら記憶セルにより、カラー成分を一時的に記憶することができる。このようにして、個々のカラー成分に対応する複数の映像セグメントを、映像セグメントを露光した後で、完全な映像センサの情報を読み出さなくても連続的に記録することができる。時間の掛かる読み出し動作を、複数の連続した個々の露光からなる全露光サイクルの終わりに移動させることができる。それ故、本発明による解決方法により、統合映像化、光学的カラー感受性映像センサを作ることができる。この場合、各ピクセルは、センサに当たる光に従って完全なカラー情報を記録することができ、以降の各映像サイクル内で、電子の形でそれを使用することができる。上記センサは、二つの本質的な特性、すなわち、マトリックス状に構成されているセンサ構造体の各ピクセルが、異なるカラー情報を一時的に記憶することができるように、複数の記憶装置を持っているという特性、さらに、センサがそのスペクトル感度を変化させることができる、制御可能な検出素子を含んでいるという特性を持つことを特徴とする。それ故、本発明の映像センサは、個々の露光の間に読み出し動作を行わなくても、個々のカラー成分の直接の連続的露光により、一つの映像シーンのすべてのカラー情報を記録することができる。この方法により、解像度を低下させないで、同時に露光時間を短縮することができる。特に、本発明のセンサ構造体は、例えば、短時間照射システム（フラッシュ装置）の一度の露光サイクル内に、複数のカラー映像を記録するのに適している。本発明のカラー映像センサを使用する完全な映像サイクルは、例えば、下記のステップからなる。１．第一の個別映像の露光（例えば、赤）。２．第一の個別映像の記憶。３．第二の個別映像の露光（例えば、緑）。４．第二の個別映像の記憶。５．第三の個別映像の露光（例えば、青）。６．第三の個別映像の記憶。７．第一の個別映像読み出し。８．第二の個別映像読み出し。９．第三の個別映像読み出し。本質的には、個別映像に属する測定値の記録、記憶および読み出しは、任意の順序で行うことができる。個別映像は、また同時に露光および記憶することができる。個別の露光が、個別映像の読み出しにより、それぞれ、中断される動作モードと比較した場合、この動作モードで動作するカラー・センサの重要な利点は、上記１−５のプロセスだけを含む全露光時間が短いことであり、一方、時間の掛かる７−９までの読み出しプロセスは、実際の露光には含まれていないことである。上記方法は、特に、一度の照射サイクル内に、全露光を行うことができるフラッシュ装置のような、照射時間の短いシステムを使用するカラー像の記録に適している。通常、すべての読み出しプロセスを完全な映像サイクルの終わりに移動させても不都合なことは起こらない。異なるカラー情報の読み出しは、必ずしも時間の順序に従って行う必要はなく、複数の並列の読み出しラインの形をした適当な構成のセンサを使用して同時に行い、それにより、読み出し動作の実行時間を短縮することができる。本発明のカラー映像センサの好適な実施形態では、ＡＳＩＣ（ＴＦＡ）技術による薄いフィルムの光学的センサ・システムで、上記センサ機能を実行している。ＴＦＡ映像センサは、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）のような集積回路に縦方向に内蔵されている、薄いフィルム構造体の形をした光学的に活性な検出層からなる。上記ＡＳＩＣは、カラー信号の記憶およびその読み出しを行うため、光電流を積分するために必要なピクセル回路を含むマトリックス状のピクセル構造体を含む。光学的検出装置は、電圧を印加することにより制御することができるスペクトル感度を持つ無定型シリコンをベースとする複数の層のシステムからなる。好適には、上記光学的センサは、下記の層構造を持つことが好ましい。（ａ）ｎ導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｂ）第一の中性導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｃ）ｐ導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｄ）より高いμ・τ積を持つ第一の成分層と、第一の成分層と比較するとより低いμ・τ積を持つ第二の成分層とからなる第二の中性導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｅ）ｎ導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層上記のｎｉｐｉｎ構造から、ｎ−導電層およびｐ−導電層を交換することにより、ｐｉｎｉｐ構造も作ることができる。下記の層構造を使用すれば、短時間の露光用に特に適した、上記カラー映像センサを作ることができる。（ａ）ｐ導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｂ）低い誘電率を持つ成分層が、光の入射方向に対して、より高い誘電率を持つ成分層より前に位置するような異なる誘電率を持つ三つの成分層（Ｉ、II、II I）からなる中性導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｃ）ｎ−導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層下記の層構造にすれば、短時間の露光に対して、特に適した上記カラー映像センサを作ることができる。（ａ）ｎ導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｂ）低い誘電率を持つ成分層が、光の入射方向に対して、より高い誘電率を持つ成分層より前に位置するような異なる誘電率を持つ三つの成分層からなる中性導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｃ）ｐ−導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層この構造が、いわゆるｐｉ³ｎ構造またはｎｉ³ｐ構造である。上記センサを動作させるには、異なるカラー感度を生じさせる種々の検出電圧を順次供給し、各ピクセルに当たる光の異なるカラー成分の測定値である結果として得られる光電流を積分し、それらを対応する記憶セルへ配置することにより得られる。例えば、三つの直線的に独立しているカラー感度（例えば、赤、緑および青）を持って発生した光電流は、三つのアナログ記憶セルに、積分し記憶することができる。上記各記憶セルは、例えば、光電流の時間積分により比例的に発生する、光電圧をその後ピクセルから読み出しが行われるまで、貯蔵するコンデンサから構成することができる。三つのコンデンサは、ピクセルに横方向に（並べて）配置することもできるし、縦方向に（重ねて）配置することもできる。このように接続することにより、ＭＯＳトランシーバのゲート・コンデンサ、または、例えば、ＡＳＩＣの異なる金属被覆レベルの間のコンデンサを記憶セルとして使用することができる。それ故、ＡＳＩＣ技術により、重ねて縦方向に複数の記憶セルを設けることができ、その結果、特に狭い空間に設置することができる構成にすることができる。上記実施形態の重要な利点は、複数の光検出装置を横に並べた場合と比較すると、センサの感度を低下させないで記憶コンデンサを微細化することができ、そのため、この方法により、原理的には、ダイナミク範囲を犠牲にしないでより高い解像度を得ることができることである。一方、センサの面積全体を光学的に使用することもできる。何故なら、記憶セルが縦方向に内蔵され、そのため、領域占有係数が低下しないからである。上記コンデンサは、また同時に光電流を積分する働きもする。すなわち、上記光電流を電圧信号に変換し、この電圧信号を記憶する働きをする。光電流に依存しているばかりでなく、すでに説明したように、電圧レベルは、積分時間に比例し、積分容量に反比例する。三つの光電流信号を積分するための異なる容量を持つコンデンサを使用することにより、および／または検出装置に固有のカラー感度の違いを補償するために、異なる積分時間を選択することにより、個々のカラー・チャンネルの利得をそれぞれ異なるものにすることができる。主として、ピクセル回路を適当に設計することにより、センサ・ピクセルで、光電流をデジタル信号に変換することができ、上記デジタル信号は、その後、各記憶セルにデジタル的に記憶される。ＴＦＡ技術のカラー映像センサの実施形態の場合には、カラー成分に対応する光電流信号は、ＡＳＩＣの各ピクセルに横方向または縦方向に内蔵されている複数の記憶セルで積分され、記憶される。この場合、光電流それ自身は、ＡＳＩＣに縦方向に適用される薄いフィルム技術によるカラー選択および電気的に制御可能な光学的検出装置の助けを借りて発生する。本発明のカラー映像センサの他の有利な実施形態では、すべてのピクセルを各カラー成分について同時に露光する。映像センサ上を通る露光スリットと比較すると、この方法では、個別カラー映像の非同期露光による映像の歪が起こらないという利点がある。本発明のカラー映像センサの他の有利な実施形態では、すべての個別映像に対する全露光時間が短かくて完全なカラー映像を露光するためにー度の照射で行う照射時間の短システム用の動作モードを選択することができる。さらに、個別映像の露光と同期して、複数の個別の、時間的に連続しているカラー・フラッシュを使用することもできる。この場合には、光学的検出装置のカラー感度を制御するというオプションを使用しなくてもすむ。さらに、この場合もまた、個別映像の露光と同期して、センサに当たるスペクトル成分を変化させる制御可能な光学的フィルタ層を使用することもできる。この場合もまた、光学的検出装置のカラー感度の制御は、必ずしも絶対に必要なものではない。本発明のカラー映像センサの他の有利な実施形態の場合には、光の照射は、時間に対してほとんど一定の輝度を持つ、最長フラッシュ時間が２０ミリ秒である、周知の、いわゆる、リニア・フラッシュにより行われる。この方法は、カラー検出装置に関連する効果が瞬間的であるために、より長い露光時間を必要とする場合に特に適している。本発明のカラー映像センサの他の有利な実施形態の場合、上記センサは、また、光感知検出装置およびカラー感知検出装置に加えて、例えば、赤外線および紫外線スペクトル領域を感知する他の光感知素子を内蔵している。この場合、可視領域の外側の、スペクトル成分に対応する検出信号を記憶するための追加の記憶素子も内蔵している。センサの動作モードおよび積分、記憶および読み出しの時間的順序に関しては、可視領域だけを感知するセンサと同様の方法が適用される。本発明のカラー映像センサの他の有利な実施形態では、個々のカラー・チャンネルが選択的利得を持つ。この方法により、検出装置の異なるカラーの感度が補償される。選択的利得は、例えば、積分および記憶容量の大きさを適当に決めることにより、または光電流を積分する際に、異なる積分時間を選択することにより達成することができる。本発明のカラー映像センサの他の有利な実施形態では、例えば、カラー信号の加重値を直線的に結合した周知の測定により、カラー補正を行うことができる。この方法により、個々のカラー・チャンネルのスペクトル選択性を改善して、カラー歪を低減することができる。カラー補正用の適当な電子回路は、ピクセル・エレクトロニクスに、またはカラー映像センサの周辺エレクトロニクスに内蔵することができる。本発明のカラー映像センサの他の有利な実施形態では、読み出しラインの数が、各ピクセルに設置してあるカラー・メモリの数に一致していて、そのため、すべてのカラー情報の同期読み出しが必要な全読み出し時間を短縮するために行なわれる。本発明のカラー映像センサの他の有利な実施形態では、積分装置が、放射輝度が高ければ高いほど積分周期が短くなり、放射輝度が低ければ低いほど積分周期が長くなるように、積分周期の終点を決定するための周期制御装置を含む。ダイナミック・レンジを広げるために、感度の、いわゆるグローバルまたはローカル適応、またはローカル自動適応制御が使用され、この制御によって各ピクセルの感度が自動的に適応され、またはローカルな映像輝度に従って適応される。この方法をカラー・センサで使用する場合には、オプションとしてセンサ・ピクセルに追加記憶素子を設置して、異なる各カラー成分に対して、感度を別々に制御しなければならないことを指摘しておく必要がある。本発明のカラー映像センサの他の有利な実施形態では、カラー映像センサが、ライン・センサ、または二次元ピクセル・マトリックスとして設計されている。ライン・センサの形のリニア・センサ構造体の場合には、現在使用できる技術を使用することにより、非常に小さいピクセル・サイズ（例えば、１０×１０平方ミクロン）、および非常に狭いピクセル間隔（例えば、２ミクロン）を達成することができる。何故なら、ピクセル・エレクトロニクスを光学的に活性な領域の近くに設置することができるからである。本発明のカラー映像センサの他の実施形態では、追加の光学的素子が、光感知層に内蔵されている。例えば、ピクセル格子システムに構成されたマイクロ・レンズ装置は、追加の高価な映像化光学的システムを使用しなくても、センサにビームを光学的に入力するために使用することができる。この方法により、人間の目の中の網膜移植（人工網膜）としての使用に適している、内蔵映像化光学的システム（ファセット・アイ）を含む、コンパクトな映像化カラー・センサを組込むことができる。他の好適な実施形態は、各記憶手段に対して、予め選択したカラーに対する基準信号を使用することができるコンパレータ装置を提供する。この実施形態を使用すれば、あるカラー、例えば、ある赤の数値が、基準値として予め選択されている、いわゆる「カラー・トラッカ」を作ることができる。このカラー値が、記録映像に存在する場合には、上記コンパレータ装置により確認することができ、このコンパレータ装置は、その後、適当な信号を発生することができる。以降の図に上記装置の他の有利な実施形態を示し、さらに詳細に説明する。この実施形態は、ＴＦＡ技術による本発明の短時間露光用のピクセルである。図面の簡単な説明図１は、赤、緑および青用の三つの積分回路を持つ短時間露光用のピクセル・エレクトロニクスのブロック図である。図２は、上記ピクセルのレイアウトである。発明を実施するための最良の形態図１は、ＴＦＡ技術の短時間露光用のピクセルのブロック図である。無定型シリコンの、光感知薄膜検出装置およびカラー感知薄膜検出装置０１は、ピクセル回路上に位置している。その前部接点０２は、すべてのピクセルに使用できるように設計されている。他の接点０３は、ＡＳＩＣ設計の検出装置回路１０４に接続している。この検出装置回路０４は、接点０３上の電圧を三つの各露光段階中、一定の電位に保持し、検出装置０１からの光電流０５を右の端に図示した積分回路０６−１７に中継する。カラー検出装置０１は、その接点０２および０３の間の電圧を選択することにより、そのスペクトル感度を赤、緑および青に対して切り換えることができる。接点０３の電圧は、検出装置回路０４により一定に保持されているので、前部接点０２上の電圧をすべての検出装置に対して、一緒に対応するカラー電圧に切り換えるようにスペクトル感度を選択すれば十分である。上記短時間露光段階は、検出装置０１が、赤の光に対して最大のスペクトル感度となるように、前部接点０２上の電圧を設定することからスタートする。その後、積分赤信号０６は、赤信号用の積分スイッチ０７上で切り換えられ、ピクセルに当たっている光の赤の成分に比例する光電流０５は、積分コンデンサ０８に流れる。その振幅が、対応する光電流０５および選択した積分時間（Ｔｒｅｄ）に比例し、コンデンサ０８の数値に反比例する電圧信号０９は、コンデンサ０８上で積分される。積分時間を終了させるために、積分赤信号０６は、赤電流用の積分スイッチ０７をオフにし、コンデンサ０８が積分赤信号０９を保持する。その後、緑電流を発生するために、検出装置０１の緑の光に対するスペクトル感度が最高になるように、前部接点０２上の電圧が設定される。カラー検出装置０１に対する、ある一時的な回復時間が経過した後で、緑の光に比例する結果としての光電流０５が、積分グリーン信号１０が、アクティブになっている時間（Ｔｇｒｅｅｎ）の間、グリーン信号コンデンサ１２上のグリーン電流スイッチ上で、レッド信号と同じ方法で積分される。グリーン信号コンデンサ１２上で積分されたグリーン信号１３は、グリーン電流０５および積分時間Ｔｇｒｅｅｎに比例し、グリーン容量１２に反比例する。最後に、これと同じ方法で、検出装置０１のブルーの光に対する感度が最大になるように、前部接点０２上の電圧を設定することによりブルー信号の発生が行われる。ある一時的な回復時間経過後に発生するブルー電流０５は、積分ブルー信号１４がアクティブになっている時間（Ｔｂｌｕｅ）の間、ブルー信号コンデンサ１６上のブルー電流スイッチ上で積分される。ブルー信号コンデンサ１６上で積分されたブルー信号１７は、ブルー電流０５および積分時間Ｔｂｌｕｅに比例し、ブルー容量１６に反比例する。このようにして、短時間露光段階は終了し、三原色、すなわち、赤、緑および青に対する輝度に比例する信号は、カラー・コンデンサ０８、１２および１６に記憶される。その後の読み出し段階においては、赤を読み出すための読出し信号１８、緑を読み出すための読出し信号１９、および青を読み出すための読出し信号２０が、読出しバッファ２１、２２、２３を通してコラム読み出しライン・コラム２４に、次々に、カラー信号０８、１２および１６を切り換えて読出す。カラー信号を消去することにより映像サイクルが終了する。そうするために、リセット信号２６および積分信号０６、１０および１４を作動することによって、リセット・スイッチ２５およびカラー電流スイッチ０７、１１および１５をオンにする。その結果、すべてのカラー容量が同時に消去される。それ故、ピクセルは、再び最初の状態に戻り、次の積分段階をスタートさせることができる。図２は、ＣＭＯＳ技術による、図１のすべてのピクセル機能を実行するピクセル・レイアウトであり、その上に設けられたカラー選択薄膜検出装置と共にＴＦＡ技術で製造することができる。この回路に縦に配置された検出装置０１用の接点は、図２においては、１．６×１．６ミクロンの長方形の形をしている。図１の容量０８、１２および１６に対応する、三つのカラー・コンデンサ３１、３２および３３は、特によく見えるように強調してある。コラムのすべてのピクセルの出力２４は、金属経路３４を通して、コラム・アンプに中継される。上記レイアウトは、０．６ミクロンＣＭＯＳプロセスで設計され、全カラー情報を発生するために、モザイク模様のセンサに必要な、横に並べた四つのピクセルと同じだけのスペース（約１６×１８ミクロン）を占める。すでに利用可能な高度のプロセス（０．５ミクロン以下）の場合には、占有スぺースはもっと狭くなる。

【手続補正書】【提出日】１９９８年１０月２６日（１９９８．１０．２６）【補正内容】請求の範囲１．ピクセル・ユニットの配列からなる光学的センサであって、それぞれが、入射放射線を、輝度および波長に依存する光電流に変換するための光電子コンバータと、検出した光電流に対応する測定値を入手するための積分装置と、前記測定値を記憶するための制御可能な記憶手段と、一つのピクセル・ユニットに基いて、前記記憶測定値を読み出すための読み出し制御装置とを備え、前記センサに当たる映像が前記ピクセル・ユニットに基づいて測定された値に基づいて配列される光学的センサにおいて、前記光電子コンバータはそのスペクトル感度に関して選択的に制御可能で、各ピクセル・ユニットが、積分手段（７、８；１１、１２；１５、１６）を少なくとも二つの並列記憶手段（２１、２２、２３）とを有し、少なくとも、それぞれが入射放射線の異なるスペクトル範囲に割り当てられる二つの測定値を測定期間中に検出、および記憶することができ、その後、ピクセル素子に対する関連カラー情報を形成するために、一緒に読み出されるようにしたことを特徴とする光学的センサ。２．請求項１に記載の光学的センサにおいて、それぞれが異なるスペクトル範囲に割り当てられる二つの測定値が、測定期間中に時間的順序で検出されることとを特徴とする光学的センサ。３．請求項１又は２に記載の光学的センサにおいて、前記センサが平面センサであることを特徴とする光学的センサ。４．請求項１又は２に記載の光学的センサにおいて、前記センサがライン・センサであることを特徴とする光学的センサ。５．請求項１乃至４の何れか１項に記載の光学的センサにおいて、前記光電子コンバータのスペクトル範囲の少なくとも一つが、可視光線の範囲内にあることを特徴とする光学的センサ。６．請求項１乃至４の何れか１項に記載の光学的センサにおいて、前記光電子コンバータのスペクトル範囲の少なくとも一つが、紫外線または赤外線の範囲内にあることを特徴とする光学的センサ。７．請求項１乃至６の何れか１項に記載の光学的センサにおいて、アナログ−デジタル・コンバータと少なくとも二つのデジタル・メモリとが、前記光電子コンバータ（１）の下流に設置されていることを特徴とする光学的センサ。８．請求項１乃至７の何れか１項に記載の光学的センサにおいて、調整可能な利得係数を持つアンプ手段が、前記光電流の積分の実効の利得が個々のカラー成分に関して相互に異なるように、二つの積分手段の最も小さなものそれぞれに対して、設置されていることを特徴とする光学的センサ。９．請求項１乃至８の何れか１項に記載の光学的センサにおいて、連結（ロジック）素子が、各映像素子の個々のカラー信号が、加重、特に直線的に連結されるように、前記複数の記憶手段に対して設置されていることを特徴とする光学的センサ。１０．請求項９記載の光学的センサにおいて、前記センサの周辺において連結が行われることを特徴とする光学的センサ。１１．請求項１乃至１０の何れか１項に記載の光学的センサにおいて、予め選択したカラーに対する基準信号を含むことができるコンパレータが、前記各記憶手段に対して設置されていることを特徴とする光学的センサ。１２．請求項１乃至１１の何れか１項に記載の光学的センサにおいて、前記ピクセルに対する関連カラー情報が、個別の読出しラインを通して同期的に中継されることを特徴とする光学的センサ。１３．請求項１乃至１２の何れか1項に記載の光学的センサにおいて、前記積分装置が、放射線の輝度が高ければ高いほど積分周期が短くなり、輝度が低ければ低いほど積分周期が長くなるように、積分周期の終点を決定するための周期制御装置を備えることを特徴とする光学的センサ。１４．請求項１乃至１３の何れか１項に記載のセンサにおいて、下記層構造、（ａ）ｎ導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｂ）第一の中性導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｃ）ｐ導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｄ）より高いμ・τ積を持つ第一の成分層と、第一の成分層と比較するとより低いμ・τ積を持つ第二の成分層とからなる第二の中性導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｅ）ｎ導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層を持つことを特徴とするセンサ。１５．請求項１乃至１３の何れか１項に記載のセンサにおいて、下記層構造、（ａ）ｐ導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｂ）第一の中性導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｃ）ｎ導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｄ）より高いμ・τ積を持つ第一の成分層と、第一の成分層と比較するとより低いμ・τ積を持つ第二の成分層とからなる第二の中性導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｅ）ｐ導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層を持つことを特徴とするセンサ。１６．請求項１乃至１３の何れか１項に記載のセンサにおいて、下記層構造、（ａ）ｐ導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｂ）低い誘電率を持つ成分層が、光の入射方向に対して、より高い誘電率を持つ成分層より前に位置するように、異なる誘電率を持つ三つの成分層（Ｉ、II 、III）からなる中性導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｃ）ｎ導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層を持つことを特徴とするセンサ。１７．請求項１乃至１３の何れか１項に記載のセンサにおいて、下記層構造、（ａ）ｎ導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｂ）低い誘電率を持つ成分層が、光の入射方向に対して、より高い誘電率を持つ成分層より前に位置するように、異なる誘電率を持つ三つの成分層からなる中性導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｃ）ｐ導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層を持つことを特徴とするセンサ。１８．請求項１４乃至１７の何れか１項に記載のセンサにおいて、前記層構造が、集積回路の表面に設置されていることを特徴とするセンサ。１９．請求項１８記載のセンサにおいて、前記集積回路が、ＡＳＩＣであることを特徴とするセンサ。２０．請求項乃至１９の何れか１項に記載のセンサにおいて、前記記憶手段がコンデンサとして設計されていることを特徴とするセンサ。２１．請求項２０記載のセンサにおいて、前記コンデンサが、前記構造体中に横方向に配置されていることを特徴とするセンサ。２２．請求項２０記載のセンサにおいて、前記コンデンサが、前記構造体中に縦方向に配置されていることを特徴とするセンサ。２３．請求項１乃至２２の何れか１項に記載のセンサにおいて、ピクセル格子システムに形成されたマイクロ・レンズからなるマトリックスが、光活性層に適用されることを特徴とするセンサ。２４．請求項１乃至２３の何れか１項に記載のセンサにおいて、追加光学層が、前記光活性層の前に適用されることを特徴とするセンサ。２５．請求項１乃至２４の何れか１項に記載のセンサの使用において、短時間照射システムにより、放射を受けることを特徴とするセンサの使用。２６．請求項２５記載のセンサの使用において、前記短時間照射システムが、その照射時間中一定の光の輝度を持つフラッシュであることを特徴とするセンサの使用。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者マルクスヴェームドイツジーヘンＤ―57068 ヘルダーリンストラッセ３ファシュベレイヒ 12―エレクトロテクニックウンドインフォルマティック―インスティツフールハルブレイテレレクロロニックユニヴェルシタ―ゲサムトシュシュクールジーヘン (72)発明者ペーテルリーベドイツヴィンデック―ダッテンフェルトハウプトストラッセ 142 (72)発明者タレクルーレドイツジーヘンＤ―57076 アムアイヘンハンク 21

Claims

【特許請求の範囲】１．ピクセル・ユニットの配列からなる光学的センサであって、それぞれが、入射放射線を、輝度および波長に依存する光電流に変換するための光電子コンバータと、検出した光電流に対応する測定値を入手するための積分装置と、前記測定値を記憶するための制御可能な記憶手段と、一つのピクセル・ユニットに基いて、前記記憶測定値を読み出すための読み出し制御装置とを備え、前記センサに当たる映像が前記ピクセル・ユニットに基づいて測定された値に基づいて配列される光学的センサにおいて、各ピクセル・ユニットが、積分手段（７、８；１１、１２；１５、１６）を少なくとも二つの並列記憶手段（２１、２２、２３）とを有し、少なくとも、それぞれが入射放射線の異なるスペクトル範囲に割り当てられる二つの測定値を測定期間中に検出、および記憶することができ、その後、ピクセル素子に対する関連カラー情報を形成するために、一緒に読み出されるようにしたことを特徴とする光学的センサ。２．請求項１に記載の光学的センサにおいて、前記光電子コンバータはそのスペクトル感度に関して選択的に制御されることができ、それぞれが異なるスペクトル範囲に割り当てられる二つの測定値の最低値が、測定期間中に時間的順序で検出されることとを特徴とする光学的センサ。３．請求項１又は２に記載の光学的センサにおいて、前記センサが平面センサであることを特徴とする光学的センサ。４．請求項１又は２に記載の光学的センサにおいて、前記センサがライン・センサであることを特徴とする光学的センサ。５．請求項１乃至４の何れか１項に記載の光学的センサにおいて、前記光電子コンバータのスペクトル範囲の少なくとも一つが、可視光線の範囲内にあることを特徴とする光学的センサ。６．請求項１乃至４の何れか１項に記載の光学的センサにおいて、前記光電子コンバータのスペクトル範囲の少なくとも一つが、紫外線または赤外線の範囲内にあることを特徴とする光学的センサ。７．請求項１乃至６の何れか１項に記載の光学的センサにおいて、アナログ−デジタル・コンバータと少なくとも二つのデジタル・メモリとが、前記光電子コンバータ（１）の下流に設置されていることを特徴とする光学的センサ。８．請求項１乃至７の何れか１項に記載の光学的センサにおいて、調整可能な利得係数を持つアンプ手段が、前記光電流の積分の実効の利得が個々のカラー成分に関して相互に異なるように、二つの積分手段の最も小さなものそれぞれに対して、設置されていることを特徴とする光学的センサ。９．請求項１乃至８の何れか１項に記載の光学的センサにおいて、連結（ロジック）素子が、各映像素子の個々のカラー信号が、加重、特に直線的に連結されるように、前記複数の記憶手段に対して設置されていることを特徴とする光学的センサ。１０．請求項９記載の光学的センサにおいて、前記センサの周辺において連結が行われることを特徴とする光学的センサ。１１．請求項１乃至１０の何れか１項に記載の光学的センサにおいて、予め選択したカラーに対する基準信号を含むことができるコンパレータが、前記各記憶手段に対して設置されていることを特徴とする光学的センサ。１２．請求項１乃至１１の何れか１項に記載の光学的センサにおいて、前記ピクセルに対する関連カラー情報が、個別の読出しラインを通して同期的に中継されることを特徴とする光学的センサ。１３．請求項１乃至１２の何れか１項に記載の光学的センサにおいて、前記積分装置が、放射線の輝度が高ければ高いほど積分周期が短くなり、輝度が低ければ低いほど積分周期が長くなるように、積分周期の終点を決定するための周期制御装置を備えることを特徴とする光学的センサ。１４．請求項１乃至１３の何れか１項に記載のセンサにおいて、下記層構造、（ａ）ｎ導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｂ）第一の中性導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｃ）ｐ導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｄ）より高いμ・τ積を持つ第一の成分層と、第一の成分層と比較するとより低いμ・τ積を持つ第二の成分層とからなる第二の中性導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｅ）ｎ導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層を持つことを特徴とするセンサ。１５．請求項１乃至１３の何れか１項に記載のセンサにおいて、下記層構造、（ａ）ｐ導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｂ）第一の中性導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｃ）ｎ導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｄ）より高いμ・τ積を持つ第一の成分層と、第一の成分層と比較するとより低いμ・τ積を持つ第二の成分層とからなる第二の中性導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｅ）ｐ導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層を持つことを特徴とするセンサ。１６．請求項１乃至１３の何れか１項に記載のセンサにおいて、下記層構造、（ａ）ｐ導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｂ）低い誘電率を持つ成分層が、光の入射方向に対して、より高い誘電率を持つ成分層より前に位置するように、異なる誘電率を持つ三つの成分層（Ｉ、II、 III）からなる中性導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｃ）ｎ導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層を持つことを特徴とするセンサ。１７．請求項１乃至１３の何れか１項に記載のセンサにおいて、下記層構造、（ａ）ｎ導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｂ）低い誘電率を持つ成分層が、光の入射方向に対して、より高い誘電率を持つ成分層より前に位置するように、異なる誘電率を持つ三つの成分層からなる中性導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｃ）ｐ導電形ａ−Ｓｉ：Ｈ層を持つことを特徴とするセンサ。１８．請求項１４乃至１７の何れか１項に記載のセンサにおいて、前記層構造が、集積回路の表面に設置されていることを特徴とするセンサ。１９．請求項１８記載のセンサにおいて、前記集積回路が、ＡＳＩＣであることを特徴とするセンサ。２０．請求項乃至１９の何れか１項に記載のセンサにおいて、前記記憶手段がコンデンサとして設計されていることを特徴とするセンサ。２１．請求項２０記載のセンサにおいて、前記コンデンサが、前記構造体中に横方向に配置されていることを特徴とするセンサ。２２．請求項２０記載のセンサにおいて、前記コンデンサが、前記構造体中に縦方向に配置されていることを特徴とするセンサ。２３．請求項１乃至２２の何れか１項に記載のセンサにおいて、ピクセル格子システムに形成されたマイクロ・レンズからなるマトリックスが、光活性層に適用されることを特徴とするセンサ。２４．請求項１乃至２３の何れか１項に記載のセンサにおいて、追加光学層が、前記光活性層の前に適用されることを特徴とするセンサ。２５．請求項１乃至２４の何れか１項に記載のセンサの使用において、短時間照射システムにより、放射を受けることを特徴とするセンサの使用。２６．請求項２５記載のセンサの使用において、前記短時間照射システムが、その照射時間中一定の光の輝度を持つフラッシュであることを特徴とするセンサの使用。