(57)【要約】【課題】本発明は光センサモジュール（３００）に関する。【解決手段】光センサモジュール（３００）は、複数のセンサセル（３０４）を備えたセンサ層（３０２）を有している。前記センサセル（３０４）は、それぞれ１つの別の光特性またはトランスファ特性を検出するためのそれぞれ少なくとも２つのセンサピクセル（１，２，３，４，５）を有している。前記センサピクセル（１，２，３，４，５）は、複数の列および複数の行で配置されている。さらに、前記光センサモジュール（３００）は、前記センサピクセル（１，２，３，４，５）のセンサ信号を処理するための信号処理ユニット（４０２）を有している。この場合、それぞれ１つの列の前記センサピクセル（１，２，３，４，５）が、それぞれ１つの別の光特性性に割り当てられた少なくとも１つの読み出しライン（８００）を介して前記信号処理ユニット（４０２）に導電接続されている。同様に、それぞれ１つの行の前記センサピクセル（１，２，３，４，５）が少なくとも１つの選択ライン（８０２）を介して前記信号処理ユニット（４０２）に導電接続されている。前記信号処理ユニット（４０２）は、前記センサピクセル（１，２，３，４，５）を、前記読み出しライン（８００）によって読み出すために、行毎に前記選択ライン（８０２）を介して選択するように構成されている。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光センサモジュール（３００）において、
複数のセンサセル（３０４）を備えたセンサ層（３０２）が設けられていて、前記センサセル（３０４）が、それぞれ１つの別の光特性またはトランスファ特性を検出するためのそれぞれ少なくとも２つのセンサピクセル（１，２，３，４，５）を有しており、この場合、前記センサピクセル（１，２，３，４，５）が複数の列および複数の行で配置されており、
前記センサピクセル（１，２，３，４，５）のセンサ信号（１５２５）を処理するための信号処理ユニット（４０２）が設けられており、それぞれ１つの列の前記センサピクセル（１，２，３，４，５）が、それぞれ１つの別の光特性またはトランスファ特性に割り当てられた少なくとも１つの読み出しライン（８００）を介して前記信号処理ユニット（４０２）に導電接続されていて、それぞれ１つの行の前記センサピクセル（１，２，３，４，５）が少なくとも１つの選択ライン（８０２）を介して前記信号処理ユニット（４０２）に導電接続されており、前記信号処理ユニット（４０２）は、前記センサピクセル（１，２，３，４，５）を、前記読み出しライン（８００）によって読み出すために、行毎に前記選択ライン（８０２）を介して選択するように構成されている、ことを特徴とする、光センサモジュール（３００）。
【請求項２】
前記センサセル（３０４）のそれぞれが、前記センサピクセル（１，２，３，４，５）として、１つのメインピクセル（５）と、少なくとも１つの補助ピクセル（１，２，３，４）、特に４つの補助ピクセル（１，２，３，４）とを備えて構成されており、前記メインピクセル（５）の面が、補助ピクセル（１，２，３，４）のそれぞれの面よりも大きい、請求項１記載の光センサモジュール（３００）。
【請求項３】
少なくとも２つ、特に４つの前記補助ピクセル（１，２，３，４）が前記メインピクセル（５）を中心にしてシンメトリーに配置されている、請求項２記載の光センサモジュール（３００）。
【請求項４】
前記メインピクセル（５）が、前記センサセル（３０４）を４つの象限に分割する十字形として成形されていて、この場合、前記４つの象限のそれぞれの中に前記補助ピクセル（１，２，３，４）のそれぞれ１つが配置されている、請求項２または３記載の光センサモジュール（３００）。
【請求項５】
前記メインピクセル（５）は、明度、特に広帯域の明度を検出するために構成されている、請求項２から４までのいずれか１項記載の光センサモジュール（３００）。
【請求項６】
信号処理層（４００）を有しており、前記信号処理ユニット（４０２）が前記信号処理層（４００）内に配置されていて、前記信号処理層（４００）と前記センサ層（３０２）とが、半導体技術の方法で１つの層複合体に互いに組み合わされている、請求項１から５までのいずれか１項記載の光センサモジュール（３００）。
【請求項７】
前記センサピクセル（１，２，３，４，５）が、少なくとも１つの第１の行および第２の行に配置されていて、前記第１の行が、前記選択ライン（８０２）を介して選択可能なセンサピクセル（１，２，３，４，５）を、前記第２の行よりも多く有しており、および／または前記センサピクセル（１，２，３，４，５）が、少なくとも１つの第１の列および第２の列内に配置されていて、前記第１の列が、前記読み出しライン（８００）を介して読み出し可能なセンサピクセル（１，２，３，４，５）を、前記第２の列よりも多く有している、請求項１から６までのいずれか１項記載の光センサモジュール（３００）。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項記載の光センサモジュール（３００）を駆動するための方法（１４００）において、
前記方法（１４００）が、
センサピクセル（１，２，３，４，５）を、前記選択ライン（８０２）を介して行毎に選択するステップ（１４１０）と、
前記選択ライン（８０２）を介して選択された前記センサピクセル（１，２，３，４，５）のセンサ信号（１５２５）を、前記読み出しライン（８００）を介して読み出すステップ（１４２０）と、
を有している、光センサモジュール（３００）を駆動するための方法（１４００）。
【請求項９】
前記読み出しステップ（１４２０）で前記センサセル（３０４）を概ね同時に読み出す、請求項８記載の方法（１４００）。
【請求項１０】
前記センサ信号（１５２５）を用いて画像信号（１５３５）を生成するステップを有しており、特に前記画像信号（１５３５）を前記センサ信号（１５２５）の一時記憶なしに生成する、請求項８または９記載の方法（１４００）。
【請求項１１】
光センサモジュール（３００）を製造するための方法（１６００）において、
前記方法（１６００）が、複数のセンサセル（３０４）を備えたセンサ層（３０２）と信号処理層（４００）とから層複合体を形成するステップ（１６１０）を有しており、この場合、前記センサセル（３０４）がそれぞれ１つの別の光特性を検出するための、または別の変化特性を有するそれぞれ少なくとも２つのセンサピクセル（１，２，３，４，５）を有しており、前記センサピクセル（１，２，３，４，５）が複数の列および複数の行で配置されており、前記信号処理層（４００）がセンサピクセル（１，２，３，４，５）のセンサ信号（１５２５）を処理するための信号処理ユニット（４０２）を有しており、前記各列の前記センサピクセル（１，２，３，４，５）が、それぞれ１つの別の光特性に割り当てられた少なくとも１つの読み出しライン（８００）を介して前記信号処理ユニット（４０２）に導電接続されていて、前記各行の前記センサピクセル（１，２，３，４，５）が少なくとも１つの選択ライン（８０２）を介して前記信号処理ユニット（４０２）に導電接続されており、前記信号処理ユニット（４０２）は、前記センサピクセル（１，２，３，４，５）を、前記読み出しライン（８００）によって読み出すために、行毎に前記選択ライン（８０２）を介して選択するように構成されている、光センサモジュール（３００）を製造するための方法（１６００）。
【請求項１２】
装置（１５００）において、請求項８から１０までのいずれか１項記載の方法（１４００）および／または請求項１１に記載の方法（１６００）を実行および／または制御するために構成されたユニット（１５１０，１５２０，１５３０）を備えた装置（１５００）。
【請求項１３】
コンピュータプログラムにおいて、請求項８から１０までのいずれか１項記載の方法（１４００）および／または請求項１１記載の方法（１６００）を実行および／または制御するために構成されたコンピュータプログラム。
【請求項１４】
機械読み取り可能な記憶媒体において、前記記憶媒体に請求項１３記載のコンピュータプログラムが記憶されている、機械読み取り可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項の前提部に記載した装置または方法に関する。本発明の対象はコンピュータプログラムでもある。
【背景技術】
【０００２】
光センサモジュールは、多チャンネル式の複数のマクロセルから成るセンサアレイとして実現され得る。
【発明の概要】
【０００３】
以上のような背景から、ここに紹介された提案により、独立請求項に記載した、光センサモジュール、光センサモジュールを駆動するための方法、光センサモジュールを製造するための方法、さらにこれらの方法の少なくとも１つを使用する装置、並びに最後に相応のコンピュータプログラムが紹介される。従属請求項に記載した手段によって、独立請求項に記載した装置の好適な実施態様および改善が可能である。
【０００４】
次の特徴を有する光センサモジュールが紹介される。
２〜５つの複数の異なるセンサセルを備えたセンサ層が設けられていて、この場合、センサセルが、それぞれ１つの別の光特性を検出するために特徴付けられていて、および／または別の変化特性を有していて、および／または様々な検出容量を有しており、センサピクセルが複数の列および複数の行で配置されており、
センサピクセルのセンサ信号を処理するための信号処理ユニットが設けられており、それぞれ１つの列のセンサピクセルが、それぞれ１つの別の光特性または変化特性またはトランスファ特性に割り当てられた少なくとも１つの読み出しラインを介して信号処理ユニットに導電接続されていて、それぞれ１つの行のセンサピクセルが少なくとも１つの選択ラインを介して信号処理ユニットに導電接続されており、信号処理ユニットは、センサピクセルを、読み出しラインを介して読み出すために、行毎に選択ラインを介して選択するように構成されている。
【０００５】
１実施例によれば、センサ層が複数のセンサセルを有しており、この場合、センサセルは、それぞれ１つの別の光特性またはトランスファ特性または変化特性を検出するために、それぞれ少なくとも２つのセンサピクセル、１実施例によれば少なくとも５つのセンサピクセルを有しており、この場合、センサピクセルは複数の列または複数の行で配置されている。１つのセンサセルの２つまたはそれ以上のセンサピクセルが、例えば光特性またはトランスファ特性または変化特性を冗長的に検出するために、同じ光特性またはトランスファ特性または変化特性を有することも考えられる。同じ光特性またはトランスファ特性または変化特性を検出するセンサピクセルは、この場合、例えば異なる大きさを有していてよい。
【０００６】
センサ層とは、例えば半導体材料より成る層、または有機的な材料と半導体材料とから成るハイブリッド層であると解釈されてよい。センサセルとは、例えば５チャンネル式の感光性の、マクロピクセルとも呼ばれるマクロセルであると解釈されてよい。センサピクセルとは、センサセルの個別素子であると解釈されてよい。例えば、センサセルはそれぞれ１つのより大きいメインピクセルと、４つのより小さい補助ピクセルとを有していてよい。補助ピクセルはメインピクセルを中心にしてほぼシンメトリーに配置されていてよい。従って、補助ピクセルは衛星セルと呼ばれてもよい。１実施例によれば、センサピクセルはセンサセルと呼ばれてもよい。光特性とは、例えば波長または色、偏光または時間的な強度変化であると解釈されてよい。変化特性とは、強度信号の電気信号への一次関数的または対数的な変換であると解釈されてよい。
【０００７】
ここに紹介された提案は、光センサモジュール、例えば機械的な視覚のためのセンサアレイ装置のセンサピクセルを、行毎に選択し、かつ列毎に読み出すことによって、高い解像度にも拘わらず画像信号を生成するためのデータ速度を著しく低下させることができる、という認識に基づいている。さらに、個別のセンサピクセルがそれぞれ異なる光特性を検出することによって、光センサモジュールの識別精度を高めることができる。
【０００８】
測定可能な光特性は、周囲の被写体の表面との照明の相互作用を反映する。特に偏光現象および色現象、また次第に大きくなるパルス変調された露光源に基づく強度変調も、被写体を分類するために特に適した特性を表す。
【０００９】
従って、これらの特性を、例えばここに記載された提案の対象のような適切な光センサモジュールによって、同じ位置の別の特徴と共に検出することが特に好適であり、これによって、１つの被写体の様々な特徴の全体をまさにこの被写体と関連付けることができ、状況の識別、例えば変調された照明、濡れた道路若しくは反射された建物正面の識別、または、例えば広帯域の反射性、反射または偏光のスペクトルの組成等の被写体特徴の比較によって、被写体のそれぞれの背景からの被写体の区別を容易にすることができる。
【００１０】
１実施例によれば、センサセルのそれぞれが、センサピクセルとして、１つのメインピクセルと、少なくとも１つの補助ピクセル、異なる実施例に従って例えば２つ、３つ、４つ、５つまたは６つの補助ピクセルとを備えて構成されている。この場合、メインピクセルの面は補助ピクセルのそれぞれの面よりも大きくてよい。これによって、光センサモジュールの効率は高められる。メインピクセルのより大きい面が、例えば同じ光特性またはトランスファ特性または変化特性を有する、同じ種類の複数のセンサピクセルの回路接続によって生じることも考えられる。個別のセンサピクセルは、この結合において１つの大きいセンサピクセルとして機能し、また共通に制御されかつ読み出される。この場合、センサピクセルの形状は、例えば矩形、円形または十字形として任意に選択されてよい。
【００１１】
１つより多くの補助ピクセルが使用される場合、補助ピクセルはメインピクセルを中心にしてシンメトリーに配置されていてよい。これによって、センサ層内でのセンサピクセルの均一な配置が可能である。
【００１２】
別の実施例によれば、メインピクセルは、センサセルを４つの象限に分割する十字形として成形されていてよい。この場合、４つの象限のそれぞれの中に、この場合４つの補助ピクセルのそれぞれ１つが配置されていてよい。これによってセンサセルは、できるだけ場所をとらない形で実現され得る。
【００１３】
メインピクセルが、明度、特に広帯域の明度を検出するために構成されていれば、好適である。これによって、光センサモジュールにより特に高感度の明度検出が可能である。
【００１４】
光センサモジュールは信号処理層を有していてよい。この場合、信号処理ユニットは信号処理層内に配置されていてよい。信号処理層およびセンサ層は、半導体技術の方法で（“ｓｔａｐｅｌｎ「積層」”または“ｈｙｂｒｉｄ  ｂｏｎｄｅｎ「ハイブリッドボンディング」”）、例えば機械的および電気的に連結された層複合体に互いに組み合わせられている。これによって、光センサモジュールは効果的であり、費用をかけずに小型化することができる。
【００１５】
センサピクセルは、少なくとも１つの第１の行および第２の行内に配置されていてよい。第１の行は、第２の行よりも多い数の、選択ラインを介して選択可能なセンサピクセルを有していてよい。
【００１６】
追加的にまたは選択的に、センサピクセルは少なくとも１つの第１の列および第２の列内に配置されてよい。この場合、第１の列は、第２の列よりも多い数の、読み出しラインを介して読み出し可能なセンサピクセルを有していてよい。これによって、センサ層内におけるセンサピクセルの融通性のある配置が可能である。
【００１７】
ここに記載された提案は、さらに前記実施例による光センサモジュールを駆動するための方法を提供し、この場合、この方法は、
センサピクセルを、選択ラインを介して行毎に選択するステップと、
選択ラインを介して選択されたセンサピクセルのセンサ信号を、読み出しラインを介して読み出すステップと、
を有している。
【００１８】
１実施例によれば、読み出しステップ内で、センサセルのセンサ信号が概ね同時に読み出される。
【００１９】
この実施例は、センサセルのセンサ信号の読み出しが、センサ信号の費用のかかる一時記憶なしで行うことできる、という利点を提供する。これによって、別個の記憶素子または不必要な演算容量は必要ない。やはり複数のセンサセルを含有している全センサセルの読み出しは、画像センサの選択された制御／接続回路に応じて、時間をずらしてまたはほぼ同時に行うことができる。個別セルの信号の集合は、アナログの領域で総和点における読み出しラインの回路接続により行われるか、または接続されたキャパシタンス等における容量性カップリングにより行われる。この場合、制御可能な増幅素子またはオフセット素子の挿入による重み付けされた回路接続も可能である。同様に、ＡＤ変換後の信号の集合は、演算装置によって（累積和、除算、乗算のために）実施されてよい。従って、概ね同時とは、もちろん、個別のセンサ信号の読み出し／走査時に発生する、当業者にとって公知である小さい時間オフセットも可能である、ということを意味する。
【００２０】
さらに、複数の行が同時にアドレス指定され、センサセルのセンサピクセルが同時に読み出され、特に画像センサの３つまたは５つの行が同時にアドレス指定される実施例が考えられる。これによって、同様に一時記憶は省略され得る。
【００２１】
別の実施例によれば、この方法は、センサ信号を使用して画像信号を生成するステップを有している。この場合、特に、画像信号はセンサ信号の一時記憶なしに生成され得る。これによって、画像信号は特に効果的に生成され得る。
【００２２】
この方法の別の実施例によれば、所定のピクセル群および／またはセル組み合わせが時間をずらして読み出される。この場合、すべての画像センサ若しくは提供可能なすべてのセンサピクセルが例えば２つまたはそれ以上のピクセル群またはセル組み合わせに分割されてよい。ピクセル群またはセル群が、検波された光線の同じ特性、例えば輝度値および／またはクロミナンス値を検出できれば、有利である。これは、個別のセンサピクセルを相応に選択することによって変換可能である。様々なピクセル群および／またはセル組み合わせの読み出しの間の時間オフセットは、画像センサの読み出し頻度とは無関係に選択されてよい。この値は、任意の大きさであってよく、画像センサの駆動中に変えることができる。このために、別個のユニットが設けられていてよい。
【００２３】
さらに、ここに紹介された提案は、光センサモジュールを製造するための方法を提供し、この場合、この方法は次のステップを有している。
【００２４】
即ち、この方法は、複数のセンサセルを備えたセンサ層と信号処理層とから層複合体を形成するステップを有しており、この場合、センサセルがそれぞれ１つの別の光特性を検出するための、または別の変化特性を有するそれぞれ少なくとも２つのセンサピクセルを有しており、これらのセンサピクセルが複数の列および複数の行で配置されており、前記信号処理層がセンサピクセルのセンサ信号を処理するための信号処理ユニットを有しており、各列のセンサピクセルが、それぞれ１つの別の光特性に割り当てられた少なくとも１つの読み出しラインを介して信号処理ユニットに導電接続されていて、各行の前記センサピクセルが少なくとも１つの選択ラインを介して信号処理ユニットに導電接続されており、この場合、信号処理ユニットは、センサピクセルを、読み出しラインによって読み出すために、行毎に選択ラインを介して選択するように構成されている。
【００２５】
この方法は、例えばソフトウエアまたはハードウエアで、若しくはソフトウエアとハードウエアとの混合形で、好適にはセンサモジュールの処理層内で実行され得る。処理は、まず第１に、情報を圧縮して、コントロールユニットに通じる伝送チャンネルを負荷軽減する目的で行われるので、データは１実施例によれば、センサ層と結合して処理される。
【００２６】
ここに紹介された提案は、さらに、ここに紹介された方法の変化例のステップを相応の装置で実行、制御若しくは変換するために構成された装置を提供する。装置の形の、本発明のこの変化実施例によっても、本発明に基づく課題は迅速かつ効果的に解決され得る。
【００２７】
このために、装置は、信号若しくはデータを処理するための少なくとも１つの演算装置、信号若しくはデータを記憶するための少なくとも１つの記憶装置、センサからのセンサ信号を読み出すための若しくはデータ信号若しくは制御信号をアクチュエータにアウトプットするための、センサ若しくはアクチュエータに通じる少なくとも１つのインターフェース、および／またはデータの読み出し若しくはアウトプットのための、通信プロトコル内に埋め込まれた通信インターフェースを有していてよい。演算装置は、例えば信号プロセッサ、マイクロコントローラ等であってよく、この場合、記憶装置は、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭまたは磁気記憶装置であってよい。通信インターフェースは、データをワイヤレスでおよび／または有線誘導で読み出すためにまたはアウトプットするために構成されており、この場合、有線誘導されたデータを読み出しまたはアウトプットできる通信インターフェースは、これらのデータを例えば電気式または光学式に相応のデータ伝送ラインから読み出すかまたは相応のデータ伝送ラインにアウトプットすることができる。
【００２８】
装置とは、ここでは、センサ信号を処理し、それに応じて制御信号および／またはデータ信号としてアウトプットする電気機器であると解釈されてよい。この装置は、ハードウエアおよび／またはソフトウエア的に構成されたインターフェースを有していてよい。ハードウエア的な構成において、インターフェースは、例えば装置の様々な機能を含有するいわゆるシステムＡＳＩＣの一部であってよい。しかしながら、インターフェースが、固有の集積回路であるかまたは少なくとも部分的に離散素子より成っていてもよい。ソフトウエア的な構成において、インターフェースは、例えばマイクロコントローラ上で別のソフトウエアモジュールの隣に配置されたソフトウエアモジュールであってよい。
【００２９】
機械読み取り可能な担体または記憶媒体、例えば半導体記憶装置、ハードディスクまたは光学式記憶装置に記憶することができるプログラムコード、特にプログラム製品またはプログラムがコンピュータまたは装置で実行されるときに、前記実施例のいずれか１つに記載した方法のステップを実施、変換および／または制御するために使用されるプログラムコードを有するコンピュータプログラム製品またはコンピュータプログラムも有利である。
【００３０】
１実施例によれば、センサモジュール（＝センサ層と信号処理層との複合体）内で情報圧縮が行われる。これは標準的な形式で、μＣ、ＤＳＰまたは、プログラミング可能、トレーニング可能若しくはセルフトレーニング式の“ｎｅｕｒｏｎａｌｅｓ  Ｎｅｔｚｗｅｒｋ（ニューロンネットワーク）”で得られる。この圧縮のために設けられた素子または構成部材は、演算ネットワークとも呼ばれる。データ量は減少され、幾つかの特徴（例えば偏光）はコード化されて伝送される。これにより、この方法ステップは、ソフトウエアによって、接続されたシステム計算機に分配することもできる。
【００３１】
本発明の実施例が図面に示されていて、以下に詳しく説明されている。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】アレイ内の、正確な再構成のために必要な走査値の概略図である。
【図２】図１に示したアレイ内の、正確な信号再構成のために最小限必要なマクロセルの概略図である。
【図３】本発明の１実施例による光センサモジュールの概略図である。
【図４】１実施例による光センサモジュール内の典型的な信号処理経路の概略図である。
【図５】１実施例による光センサモジュールの概略的な横断面図である。
【図６】図３に示したマクロセンサセルの概略図である。
【図７】１実施例によるスーパーセンサセルの概略図である。
【図８】１実施例による光センサモジュールの概略図である。
【図９】１実施例によるアドレス指定されたマクロセルの概略図である。
【図１０】１実施例によるアドレス指定されたスーパーセルの概略図である。
【図１１】１実施例によるスーパーセルの同時にアドレス指定するためのアドレス指定スキーマの概略図である。
【図１２】１実施例による、衛星セルのオーバーラップされたアドレス指定を有するスーパーセルのアドレス指定のためのアドレス指定スキーマの概略図である。
【図１３】１実施例による光センサモジュールの概略図である。
【図１４】１実施例による光センサモジュールを駆動するための方法のフローチャートである。
【図１５】１実施例による装置の概略図である。
【図１６】１実施例による光センサモジュールを製造するための方法のフローチャートである。
【図１７】規則的な４チャンネルアレイ内の最小のフィルタコアの概略図である。
【図１８】最小不鮮明サークルの概略図である。
【図１９】光センサモジュールの読み出しスキーマである。
【図２０】光センサモジュールの別の読み出しスキーマである。
【図２１】光センサモジュールの別の読み出しスキーマである。
【図２２】光センサモジュールの別の読み出しスキーマである。
【図２３】光センサモジュールの別の読み出しスキーマである。
【図２４】光センサモジュールの構造群の構造の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の好適な実施例の以下の説明で、異なる図面に示された同じ作用を有する要素には、同じまたは類似の符号が使用され、この場合、この要素の説明の繰り返しは省かれる。
【００３４】
標準的な形式で、最近の画像センサは、用途に応じて様々なスペクトルチャンネルを分離するためのカラーフィルタアレイ、短縮してＣＦＡを備えているかまたは備えていない個別センサセルにおける直交格子より成っている。
【００３５】
例外的に、垂直に配置された受信素子を有する三次元で集積されたセンサは、この配置構成の製造者によれば、“Ｆｏｖｅｏｎ「フォビオン」”に似た構造とも呼ばれている。
【００３６】
走査された信号の再構成のために、複数の走査点の評価が必要である。
【００３７】
標準カラーセンサでは、一般的にマクロセルは、１アレイ内に反復して配置されるｎ個の単位セルより形成される。このマクロセルのチャンネルの数ｎは、走査され得る様々な光特性の最大数を決定する。
【００３８】
標準的なアレイ形状は直交格子であるので、奇数の光特性において単数または複数の素子が２倍にされる。
【００３９】
“Ｓｔａｎｄａｒｄ−Ｂａｙｅｒ−Ｐａｔｔｅｒｎ「標準バイヤーパターン」”のために、チャンネル１乃至４は例えば以下のように割り当てられている。
１＝レッド
２＝グリーン
３＝グリーン
４＝ブルー
その他の公知の表色系は、
１＝シアン
２＝イエロー
３＝イエロー
４＝マゼンタ
または、
１＝レッド
２＝クリア（スペクトルの広帯域に開放したパスフィルタ）
３＝ＮＩＲ（近赤外線）
４＝グリーン
である。
【００４０】
連続的なオリジナル信号の損失のない再構成を許容する走査を生ぜしめるために、各走査空間方向に走査された特性毎に、少なくとも２つの走査点が含まれるべきである。
【００４１】
センサアレイの走査空間は、２つのアレイ配列のそれぞれの位置周波数および次元時間に亘って延在している。
【００４２】
つまり、最小の走査可能な位置周波数は、同じ信号の大きさを走査する２つのセル、図１では例えば同じ番号を有する２つのセルの最小間隔の２倍である。
【００４３】
図１は、アレイ１００内で正確に再構成するために必要な走査値を概略的に示す。それと同時に、同じ形式の隣接し合うセンサセルによって張設される様々な単位三角形を示す。
【００４４】
最大平均間隔として対角線のピクセル間隔が２回現れる。従って、再構成しようとする損失のない最小の位置周波数は、それぞれのチャンネル内において対角線のピクセル間隔の４倍によって得られる。
【００４５】
図２は、図１に示したアレイ内で正確な信号再構成のために最小限必要なマクロセルの概略図を示す。
【００４６】
すべての光特性のための条件が与えられるべきであるので、直交格子において八角形の形状が得られ、この八角形の頂点は、チャンネル毎のそれぞれ２つの単位セルの重心によって占められている。これは図２に示されている。
【００４７】
センサの設計において、感光性と、三次元的な解像度と、用途を基準にして重要な光特性の測定品質と、伝送帯域幅およびコストとの間の良好な妥協が重要である。
【００４８】
高い感光性は、より大きいセンサセルによる所定のプロセスにおいて得られる。三次元的な解像度は、増大されたアレイ、つまりセンサセルの数を増やすことによって、高められる。例えば色または偏光方向等の重要な光特性の測定は、できるだけ細かく良好に用途に合わせた、光特性の分析および再構成によって得られる。伝送帯域幅は、概ねセンサによって後処理に伝送された情報の数によって決定され、標準的にはピクセル毎に１２ビットである。コストは、それぞれ所定のテクノロジーレベルに関連して、センサの総面積によって影響される。
【００４９】
以下に記載した提案は、５つまでの光の特徴を同じ解像度で走査する可能性を提供し、また場合によっては高い再構成品質または高い解像のために、スケーラブルな制御を介して変更する可能性を提供する。
【００５０】
さらに、オプション的な現場での情報圧縮により、アウトプットでデータ帯域幅を最小限必要な値に減少させることができる。何故ならば、データの圧縮は、ピクセル格子から情報内容に適合した情報格子に変換されるからである。
【００５１】
以下に記載した提案は、例えば、同様に高解像された冒頭に述べた光特性の測定により、高解像された濃淡スケール画像またはグレースケール画像を生ぜしめることを可能にする。
【００５２】
これを、提供された光学解像において、つまり光学系のデザインにより生ぜしめられた不鮮明サークルにおいて得るために、検出しようとするそれぞれの光特性のためのセンサピクセルを、センサセル内にシンメトリーに配置すれば好適である。
【００５３】
図３は、１実施例による光センサモジュール３００の概略図を示す。光センサモジュール３００は、複数のセンサセル３０４を備えたセンサ層３０２を有しており、前記センサセル３０４は、それぞれ別の光特性を検出するためにそれぞれ５つのセンサピクセル１，２，３，４，５を有している。センサピクセル１，２，３，４，５は、列および行に互いに上下に若しくは並んで配置されており、この場合、符号１乃至５は、それぞれ１つの測定チャンネルを表す。図３は、５チャンネル式の走査のための配置を示す。１実施例によれば、センサピクセル１，２，３，４，５はセンサセルとも呼ばれる。
【００５４】
この実施例によれば、センサピクセル５は、十字形のメインピクセルとして実現されており、このメインピクセルは、センサセル３０４を、ここでは概ね同じ大きさのそれぞれ４つの象限に分割する。これら４つの残りのセンサピクセル１，２，３，４は、それぞれメインピクセル５よりも著しく小さいセンサ面を有する補助ピクセルとして実現されている。各補助ピクセル１，２，３，４は、センサセル３０４の象限のそれぞれ１つに配置されているので、メインピクセル５を取り囲む補助ピクセル１，２，３，４のシンメトリー配置が得られる。例えばメインピクセル５は、明度を検出するために形成されている。
【００５５】
各センサセル３０４の５つのセンサピクセルは、それぞれ別の型式の光センサとして構成されている。
【００５６】
様々な光特性を検出するために使用可能なセンサ型式は、例えばエネルギ測定用に、光色毎に（１０型式より多い）、シアン、マゼンタ、イエロー、Ｒ、Ｇ、Ｂ、クリアのための可視的なＣＦＡ、またはＮＩＲ、ＦＩＲ、ＵＶまたは特殊な帯域特性（クロロフィル特性曲線）のための不可視的なｘＦＡ、および４つの偏光自由度（２つのインプリメンテーションの“Ｓｔｏｋｅｓ−Ｊｏｎｅｓ−Ｖｅｋｔｏｒｅｎ「ストークス・ジョーンズ・ベクトル」”参照）における偏光測定用に、干渉フィルタ（ｈｏｒ，ｖｅｒｔ，ｄｉａｇ−ｌｅｆｔ，ｄｉａｇ−ｒｉｇｈｔ）または波長微細構造（金属格子、ＴｉＯｘフィルムその他）である。複数のトランスファ特性を有する“Ｈｉｇｈ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｇｅ「ハイダイナミックレンジ」”を介して強度を検出するために、“Ｓｐｌｉｔ−Ｐｉｘｅｌ−Ａｎｓａｔｚ「分割ピクセル方式」”（折れ曲がり点を有する大型ダイオードおよび小型ダイオード）、ＤＣＧ−ピクセル（複数の折れ曲がり点を有する二重または多重の変換利得）、またはＬｏｇ−Ｐｉｘｅｌ（正確な対数特性を有する光起電力モード）が適している。時間的な強度変化（フレーム時間に依存しない時間的な走査のための２つのインプリメンテーション形式）は、パルス光測定ピクセル（ＰＷＭ−Ｇａｔｅｄ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）またはアレイ位相シフトされた読み出しスキーマ（隣接し合うまたは互いに織り込まれたセルの時間的に遅らされた走査過程の時間微分）によって行われる。
【００５７】
上記可能性の順列から、数千の可能なバリエーションが得られる。ここに提案された提案は、５つの位置的なパラメータ、および適切な制御における２つの時間的なパラメータの検出を可能にする。
【００５８】
マクロセルまたはスーパーセルの特に好適な読み出しは、マクロセル若しくはスーパーセルのすべてのセンサピクセル、またはその信号が同時にまたはほぼ同時に読み出されるように、行われる。これらの信号は、一時記憶することなしに、再構成ユニットでまたは演算ネットワークでさらに処理されてよい。これによって、信号再構成のために必要な記憶容量は著しく低下され得る。
【００５９】
一時記憶を完全にまたは部分的に回避するためには、センサアレイとアナログまたはデジタル式の信号変換ユニットとの間の並列通信が必要である。
【００６０】
この場合、４つの補助ピクセル１，２，３，４の図示されている数が例えば選択されている。選択的な実施例によれば、少なくとも１つの補助ピクセル１，２，３，４が使用され、また一般的には、任意の適切な数の補助ピクセル１，２，３，４が使用されてよい。
【００６１】
図４は、１実施例による光センサモジュール３００内での典型的な信号処理経路を概略的に示す。図面には、センサ層３０２、例えばｎ×ｍの単位セルから成るセンサアレイ、並びにアナログ式の信号処理およびアナログ−デジタル変換のための第１のブロック４０４とマクロセルのｉ×ｋ素子にセンサ信号処理するための第２のブロック４０６とから成る信号処理ユニット４０２を備えた信号処理層４００が示されている。第３のブロック４０８において、光センサモジュール３００の外で画像データ処理が行われる。情報圧縮ユニットとも呼ばれる信号処理装置４００は、以下に詳しく説明されているように、センサ層３０２に導電接続されている。
【００６２】
分割は、図４に示唆されているように、特に“Ｓｔａｃｋｅｄ−Ｄｉｅ−Ｔｅｃｎｏｌｏｇｉｅ「スタックドダイ技術」”で実施可能である。
【００６３】
図５は、１実施例による光センサモジュール３００の横断面、例えば前記図３および４を用いて説明された光センサモジュールの横断面の概略図を示す。例えば数千の接続部を有するインターフェースを介して１つの層複合体に互いに組み合わせられた、センサ層３０２および信号処理層４００が示されている。
【００６４】
２つの回路部分、つまりセンサ層３０２の形の回路部分とアナログおよびデジタル信号変換のための信号処理層４００の形の回路部分との間の接続は、例えばウエハボンディングによって行われる。特に、アレイ列毎に、列に沿って検出されるすべての走査された光特性を別個にセンサ信号変換装置の信号再組み合わせユニットに供給することができる複数の読み出しラインが存在すれば好適である。
【００６５】
図６は、図３に示したセンサセル３０４の概略図を示す。センサセル３０４は、最小の５チャンネルマクロセルとして実現されている。
【００６６】
図７は、１実施例によるセンサセル３０４の概略図を示す。図６とは異なり、センサセル３０４はここでは最適な５チャンネルマクロセルとして実現されている。ｎ個のアドレス指定可能な素子（３および４）を有する２つの行、ｎ／２個のアドレス指定可能な素子（５）を有する１つの行、ｎ個のアドレス指定可能な素子（１および２）を有する２つの行が図示されている。
【００６７】
信号処理ユニットの制御回路の好都合な設計によって、以下の好適なアドレス指定モードが可能である。
【００６８】
１実施例によれば、チャンネル５が輝度チャンネルとして設計されており、この場合、チャンネル１〜４が、例えば３つのカラーセルと１つのクリアピクセルの組み合わせ、または２つのカラーチャンネルと２つのクリアピクセルの組み合わせから、輝度のさらなる算出を可能にする。中央のチャンネル５は、センサセル内の面の配分に応じて５回から１０回の感応式のセンサピクセルとして構成されてよい。１実施例によれば、メインピクセル５は、角隅に位置決めされた補助ピクセルよりも約５倍大きい面を有している。
【００６９】
別の実施例によれば、補助ピクセル１〜４はメインピクセル５の分割ピクセルとして構成されていて、この分割ピクセルは、例えば別個の読み出しに従って浮動拡散を介してメインピクセル５により書き換えられる。
【００７０】
このアナログ式の回路接続から得られたセンサ信号は、マクロピクセル内に含まれるすべての信号負荷を平均したものであり、従って特に雑音の少ない信号が得られる。
【００７１】
この回路接続のオプションは、例えば、補助ピクセル１〜４内の弱い信号において、より高められた感度のために有利となるように、いくつかの光特徴の処理を依頼するために使用され得る。
【００７２】
図８は、光センサモジュール３００、例えば図３〜図７を用いて説明した光センサモジュールの概略図を示す。５チャンネル配置のためのアドレス指定スキーマが示されている。図８から分かるように、センサセル３０４の個別のセンサピクセルが、番号付けされた多数の行および列内に配置されている。この場合、各列のセンサピクセルは、センサピクセルのそれぞれの光特性に割り当てられた少なくとも１つの読み出しライン８００を介して電気的に接触されている。分かりやすくするために、図８には、１つの列内で互いに上下に配置されたセンサセル３０４のそれぞれの５つのチャンネルを読み出すための５つの読み出しライン８００だけが示されている。
【００７３】
これに類似して、各行の個別のセンサピクセルは、それぞれ１つの選択ライン８０２を介して電気的に接触されている。選択ライン８０２および読み出しライン８００は信号処理ユニットに接続されており、この信号処理ユニットは、センサピクセルを行毎に選択ライン８０２を介して選択し、かつ選択されたセンサピクセルのそれぞれのセンサ信号を相応の読み出しライン８００を介して読み出して処理するために構成されている。
【００７４】
最小のマクロセルのアドレス指定は、例えばセンサ信号の直接的な処理が一時記憶なしに行われるように、行われる。
【００７５】
例えば、行４，５，６の選択ライン８０２が信号処理ユニットによって同時に選択され、次いでこれらの行のアドレス指定されたすべてのセンサセル３０４（見やすくするために図８には３つの行のうちの、例示的に符号３０４が付けられた１つのブロックだけが示されている）が、これらの行のそれぞれの読み出しライン８００を駆動する。奇数の列毎に２つの読み出しライン８００が提供されると、それぞれ５つの読み出しライン８００を介して最小のマクロセルの５つの値が信号処理ユニットに伝送され、ここで複素画素情報にまとめられる。従って、例えば５つの１２ビット強度信号から、１２ビット輝度信号、１６ビットカラー信号および２ビット変調値または偏光値を有する、使用に適した高ダイナミックな信号値が生成され得る。これは、チップアウトプットにおける低い伝送帯域幅および、より高い使用可能な信号内容が得られるという利点を有している。
【００７６】
オプション的な後処理ユニットは、例えば読み出しチャンネル毎のオフセット／ゲイン修正または固有の増幅度調節を行うために構成されている。
【００７７】
図９は、１実施例による光センサモジュール３００またはアドレス指定されたマクロセルの概略図を示す。光センサモジュール３００は、概ね図３を用いて説明した前記光センサモジュールに相当する。ここまでセンサセルとも呼ばれていた、アドレス指定された最小マクロセル３０４を備えた光センサモジュールが示されている。１実施例によれば個別セル１，２，３，４，５はセンサセルとも呼ばれ、５つのセルの共通のアドレス指定はマクロセルと呼ばれ、１７個のセルの回路接続はスーパーセルと呼ばれ、このスーパーセルは最適セルとも呼ばれる。
【００７８】
図１０は、１実施例による光センサモジュール３００またはアドレス指定されたマクロセルの概略図を示す。図９とは異なり、ここでは最適な５チャンネル式マクロセル３０４のアドレス指定が示されている。マクロセル３０４はスーパーセルとも呼ばれ、これに関連して、１７個までの個別セルが考慮される。このアドレス指定は、概ね高価であるが、４つの特性チャンネルおよび１つの輝度チャンネルの完全な再構成を、最小の不鮮明サークルで可能にする。図１０は、例えば図７に示されているように、最適なマクロセルのアドレス指定パターンを示す。このモードで、センサセルは電荷破壊なしに読み出されるべきであるか、または３行のデジタル化された信号が一時記憶されるべきであり、これにより、各マクロ画素のために１７走査値から理想的な再構成を可能にすることができる。
【００７９】
このために必要なアドレス指定スキーマは図１１に示されている。
【００８０】
図１１は、１実施例による、衛星セルの重複されたアドレス指定を有するスーパーセルのアドレス指定のためのアドレス指定スキーマまたは光センサモジュール３００の概略図を示す。図８とは異なり、図１１に示された、５チャンネル配置のためのアドレス指定スキーマは、僅かなインプット負荷を有する５つの選択ライン８０２および２倍の８つの読み出しライン８００を有している。見やすくするために、すべての読み出しライン８００は示されていない。
【００８１】
このアドレス指定において、同じ形式のセルは前もって読み出しラインで混合される。何故ならば、列毎およびセル形式毎に１つの読み出しラインだけが提供されているからである。さらに、効果的な構造で、しかも限定的な後処理可能性が得られる。
【００８２】
図１２は、１実施例による光センサモジュール３００の概略図を示す。図１１とは異なり、図１２は、それぞれ４つのクラスタをアドレス指定する３つの選択ライン８０２を備えた５チャンネル配置のためのアドレス指定スキーマを示す。
【００８３】
図１３は、１実施例による光センサモジュール３００の概略図を示す。この場合、ｎ個の読み出しライン８００から例えば１７の読み出しラインが時点Ｔ０で評価される。時点Ｔ０でアドレス指定された選択ライン８０２は、並行してそれぞれのセンサセルの補助ピクセル１，２，３，４を選択する。
【００８４】
図１４は、１実施例による方法１４００のフローチャートを示す。この方法１４００は、光センサモジュール、概ね前記図３〜図１３を用いて説明した光センサモジュールを駆動するための方法であり、例えば前記図４〜図１３を用いて説明した信号処理ユニットを用いて実行され得る。この場合、ステップ１４１０で、列内および行内に配置されたセンサセルのセンサピクセルが単数または複数の選択ラインを介して行毎に選択される。ステップ１４１０での選択に応じて、ステップ１４２０で、選択されたセンサピクセルのセンサ信号が、選択されたセンサピクセルを列毎に互いに接続する単数または複数の読み出しラインを介して読み出される。１実施例によれば、様々なセンサピクセル、特にマクロセルまたはスーパーセルのセンサピクセルのセンサ信号が、この場合、概ね同時に読み出される。
【００８５】
図１５は、１実施例による装置１５００の概略図を示す。例えば前記図４〜図１４を用いて説明した信号処理ユニットは、装置１５００の構成要素であってよい。装置１５００は選択ユニット１５１０を有しており、この選択ユニット１５１０は、相応の選択信号１５１５をアウトプットすることによって、光センサモジュールの読み出そうとするセンサピクセルを相応の選択ラインを介して行毎に選択するために構成されている。読み出しユニット１５２０は、選択に応じて、選択されたセンサピクセルのそれぞれのセンサ信号１５２５を相応の読み出しラインを介して読み出すために構成されている。オプション的な生成ユニット１５３０は、センサ信号１５２５を一時記憶することなしに、センサ信号１５２５を用いて画像信号１５３５を生成させるために構成されている。
【００８６】
図１６は、１実施例による方法１６００のフローチャートを示す。この方法１６００は、光センサモジュール、例えば前記図３〜図１５を用いて説明した光センサモジュールを製造するための方法であって、ステップ１６１０を有しており、このステップ１６１０で、センサセルを有するセンサ層と信号処理ユニットを有する信号処理層とから、例えばスタックドダイ技術で、層複合体が形成される。この場合、センサ層のセンサセルのセンサピクセルは、列および行で相互に配置される。さらに、各列のセンサピクセルは、それぞれ１つの別の光特性に割り当てられた少なくとも１つの読み出しラインを介して導電可能に信号処理ユニットに接続され、各行のセンサピクセルは、少なくとも１つの選択ラインを介して導電可能に信号処理ユニットに接続される。
【００８７】
以下に、ここに紹介された提案の様々な実施例を別の言い方で再び説明する。
【００８８】
補助ピクセル１〜４のうちの１つは、例えば対角線で右に傾けられた偏光フィルタを支持している。この配置によって、道路表面に対して平行にまたは垂直な建物正面に対して平行に偏光された光を弱くすることができる。
【００８９】
別の１実施例によれば、センサピクセルのうちの１つがアナログ型の局所的セル記憶容量として構成されている。これによって、信号のうちの１つのダイナミックレンジが増大され得る。
【００９０】
センサピクセルのうちの１つは、信号を隣接するセンサピクセルから転送するために構成されている。
【００９１】
信号処理ユニットは例えば、補助ピクセル１〜４をメインピクセル５に対して時間的にずらして読み出すために構成されている。時間差は、例えば“Ｗｅｌｔｂｅｌｅｕｃｈｔｕｎｇ「空間照明」”の変調を決定するために使用される。このために、時間的にずらされた２つの走査時点から成る、再構成された輝度信号の差が利用される。
【００９２】
オプション的に、信号処理ユニットは、メインピクセル５のアレイと補助ピクセル１〜４との間の位相のずれを状況に応じて調節するために、例えば変調された照明（配電網周波数５０／６０ヘルツ）の影響を低下させるために構成されている。
【００９３】
ここに記載された提案は、以下の利点をもたらす。
【００９４】
輝度、色またはその他の目に見えないスペクトルチャンネルまたは偏光等の様々な光特性の検波は、時間的に並行に、かつ場所的に、メインピクセル５としての大きく敏感な輝度センサ点を中心にしてシンメトリーに行われ、これに割り当てられる。これによって、１つのセンサセルで５つまでの特徴が検出され得る。
【００９５】
例えば、単一の情報、マクロ情報およびスーパーセル情報を処理するための前方接続されたプログラミング可能な演算ネットワークで、これらの光特徴を適切にまとめることによって、高解像度のセンサセルから信号処理ユニット、例えば後置接続されたコンピュータビジョン処理装置に伝送されるデータの量を減少させることができる。
【００９６】
光特性の検波は、例えば強度信号に対してシンメトリーに測定され、例えば光成分として中央の強度スケールに割り当てられる。この場合、適切な評価において、広帯域の信号に関連して２つから４つまでの帯域限定されたスペクトルチャンネルから、スペクトル分布が得られる。
【００９７】
オンチップ微細加工された、ピクセル選択式の偏光フィルタを適切に分布させることによって、特に広帯域の高感度のセンサピクセルから、光特徴としての偏光が抽出され、環境の偏光カードが作成される。これは、例えば濡れた道路のような偏光された面の識別のために特に好適である。
【００９８】
図４を用いて記載された、様々な光信号特性の測定データの組み合わせ若しくは重み付けおよび低減は、次のような伝送チャンネルのデータ速度が限定されていれば有意義である。
【００９９】
一般的な形式で、デジタルアナログ変換のデータ速度は、光センサの数を乗算した特性信号に相当する。しかしながら、所定の用途において幾つかの光特性を圧縮して記憶し、それによって多くの光センサ測定を光信号の１つの走査点に変換することが可能である。
【０１００】
この場合、例えば光度を情報理論的に一定な信号雑音比で圧縮することが可能である。
【０１０１】
もちろん、色情報を様々な１２ビットスペクトルチャンネルの３つの光センサから、それぞれ８ビット幅の２つのチャンネルにコード化することも可能である。
【０１０２】
特定用途向けの要求および信号品質に応じて、帯域幅をセンサ近傍で簡単な計算操作によって著しく圧縮することが可能である。
【０１０３】
その他の実施例は、特に、リニア光センサの露光時間を調整するためのログ光センサの利用、いくつかの偏光センサから低いビット解像度で“Ｊｏｎｅｓ−ｏｄｅｒ−Ｓｔｏｋｅｓ−Ｐａｒａｍｅｔｅｒ「ジョーンまたはストークス−パラメータ」”の演算、例えば植生特有の特徴抽出のためのクロロフィル検出等の特殊なスペクトルチャンネルの演算（植生の１０までの識別段階のために、少ないビット、例えば２〜３ビットで十分である）、赤外線およびＵＶチャンネルの演算並びに色の演算である。
【０１０４】
核心的な着想は、ここでは前記と同様に、用途に応じた要求および様々な光特性センサの情報内容を考慮して、データ速度をできるだけセンサ近傍で低下させることである。この場合、データ速度は画素毎に、強度においておよびその他多くの、空間的に解像された情報を再び反映させるために必要な画素の量においても、概ねＲＧＧＢのための３×１２ビットから１２＋８＋８ビットに低減される。
【０１０５】
このために、光センサモジュール３００は、実施例に応じて次のように実現される。
【０１０６】
画像センサアレイとも呼ばれる光センサモジュールは、前記ではセンサピクセルとも呼ばれる多数の個別センサ素子を有しており、これらの個別センサ素子は様々な光特徴を測定するために構成されている。例えば光センサモジュールは、輝度チャンネルを中心にしてシンメトリーに配置された４つのセンサピクセルを備えた５チャンネルアレイとして構成されている。この場合、例えばより小さいセンサピクセルがより大きいセンサピクセル間に埋め込まれている。これらのセンサピクセルは、中央のセンサピクセルとは別個にまたは同時にアドレス指定可能である。これらのセンサピクセルは、様々な特徴的なピクセルトランスファ特性を有していてよい。例えば、より大きいセンサピクセルが例えば強度測定のために対数的に若しくは略対数的に設計されていて、より小さいセンサピクセルが例えば色測定のために一時関数的に設計されており、またはその逆である。マクロピクセルデータは、一時記憶なしに直接的な処理で並行読み出し可能である。特に、個別のセンサピクセルのセンサ信号を、圧縮された複素情報、例えば１２ビット明度、１４ビット色情報、２ビット偏光情報、３ビット赤外線またはＵＶ成分および１ビット変調率を有するピクセルに、輝度およびその他の光学特性のための同じ光学的な位置解像度において、直接に処理できるようにするために、光センサモジュールはスタックドダイ技術で構成されている。
【０１０７】
これにより、ここに紹介された提案は、センサセル３０４の相応の配置によって、および光特性、例えば様々な波長または色、偏光、一次関数的および対数的な強度（６０よりも多いダイナミックレンジに関する）または時間的な強度変化の形の光エネルギの再構成に適した走査のための相応の信号処理によって、スケーラブルな解像度制御および様々な光特性の位置解像された検出を可能にする。信号処理ユニット４０２は、この場合、特に情報圧縮のためにも使用される。
【０１０８】
この場合、走査点の分布は、できるだけ小さい光学的な不鮮明サークルにおいて、アウトプット画素に割り当てることができる複数の光特性の走査を可能にするように選択されている。
【０１０９】
さらに、ここに記載された提案は、例えば高解像された輝度信号または複数の光学的特徴のサンプリングに準拠した再構成等の、様々な最適化目的を有する信号群を処理するための、前記ではマクロセルまたはスーパーセルとも呼ばれたマクロピクセル３０４の可変なアドレス指定を可能にする。
【０１１０】
ここに記載された提案によって、例えば空間的な解像に関する要求を満たすべき、機械による視覚のためのセンサが、面、帯域幅および製造コストに関連して特に効果的に実現され得る。
【０１１１】
図１７は、大きさ４ｒを有する４チャンネルアレイ配置の正確な走査のための規則的な４チャンネルアレイ内の最小のフィルタコア１７００の概略図を示す。
【０１１２】
図１８は、すべてのチャンネルのための走査条件を維持することができる結像レンズの最小の不鮮明サークル１８００を概略的に示す。
【０１１３】
図１７および図１８は、本発明による配置ではない（不都合な）関係を示す。ここに記載された提案に従って記載された構造を使用すれば、より小さい総面積で類似のまたはより改善された品質が得られる。
【０１１４】
以下に、その他の例としてのセンサアドレス指定構造および方法が記載されており、これによって、様々なセンサ格子配置において、センサピクセルのグループの可変な組み合わせが得られる。このグループ化およびベーシック後処理は、運転中に簡単に構成し直すことができるので、状況に応じて様々な走査特性を生ぜしめることができる。センサアドレス指定および適合された読み出しによって、状況的に適合可能な制御および信号変換を有する画像センサが得られる。センサの走査特性を適合させることによって、走査された個別信号から情報への圧縮が実施され、これの情報は、僅かな帯域幅で連続演算装置により処理され得る。
【０１１５】
特に、このアドレス指定構造は、センサセルと様々な集積および読み出し層群との回路接続を可能にするが、同じまたは様々なチャンネル（例えば光エネルギ、偏光、集積位相層…等の様々な光情報を有するセル）からセンサピクセルを、信号改善のために回路接続するか、または信号の組み合わせから新たな複素情報を組み合わせることも可能にする。
【０１１６】
この新たな複素情報は、特に混合情報であって、この混合情報は、僅かなデータ帯域幅を有していて後処理段階で伝送され、処理され得る。
【０１１７】
この場合、アドレス指定の形は、それぞれ基礎をなしている格子形状（直交形、六角形、三角形、菱形の形状）および様々なセンサチャンネルの数に適合されている。
【０１１８】
この場合、同時に読み出そうとする複数のセンサセルの回路接続は、様々な形式で行われてよい。
・アナログ式にセンサまたはマクロセル内で（センサセルを直接互いに接続する、アドレス指定可能なトランスファゲートによって）、
・アナログ式にセンサまたはマクロセルで（１つのセンサセルから、複数のセルによって供給されたキャパシティへの電荷伝送を可能にするトランスファゲートのアドレス指定によって）、
・読み出しラインで（スイッチングトランジスタがセルのアウトプット増幅器を共通の読み出しラインに切り替えることによって）、
・アナログ式にサンプル＆ホールドステップで、
・デジタル式に、マクロセルの信号をインプットとして得て、プログラミング可能／選択可能な計算操作を実施するデジタル演算装置で。
【０１１９】
以下のセンサアドレス指定構造および制御／読み出し例を、５チャンネルセンサ３００を用いて説明する。しかしながら、これは問題なく別のセンサ型式および構造に転用可能である。
【０１２０】
図３に示された５チャンネルデザイン３００は、５つまでの個々に様々に設計されたセンサピクセル型式を許容するセンサセルの反復パターンである。センサピクセル型式として、例えば次の可能性およびその組み合わせが対象となる。
１．大きい中央のセンサピクセル（図６または図７の５）は、例えば次の型式であってよい。
ａ）ＨＤＲ  Ｌｉｎ輝度＝例えば大きい全波を有する分割されていなＰＩＮダイオード、
ｂ）分割リニア輝度＝スイッチによって分離された２つの部分ダイオードまたは接続されたトランスファ容量を有する１つのダイオード、
ｃ）ｌｏｇ輝度＝光起電力モードのセル、
ｄ）ｌｉｎ／ｌｏｇ輝度＝切換可能な状態を有するダイオード（ＮＩＴ参照）。
２．周辺の“Ｓａｔｅｌｌｉｔｅｎ−Ｓｅｎｓｏｒｐｉｘｅｌ「衛星センサピクセル」”若しくは補助ピクセル（図６または図７の１，２，３，４）は以下の型式であってよい。
ａ）ＲＢＧＣ：レッド、グリーン、ブルー、クリア、
ｂ）ＲＧＣＮｉｒ：レッド、グリーン、赤外に近いクリア、
ｃ）ＲＢＣｐｏｌｈＣｐｏｌｖ：レッド、グリーン、水平方向に偏光するクリア、垂直方向に偏光するクリア、
ｄ）または、前記セル型式若しくはその派生体から成るそれぞれの置換。
【０１２１】
図３に示したセンサのセンサ装置の一部に相当する図６に示したセンサセル３０４は、マクロセルと呼ばれる。図７に示されたセンサセルはスーパーセルと呼ばれる。マクロセルもスーパーセルも、図３のセンサ装置全体で見て、規則的な形式で繰り返し設けられている。マクロセルは５つの異なるセンサピクセルを有している。スーパーセルは全部で１７個のセンサピクセルから形成されている。センサピクセルが、中央に配置されたセル５の特性、例えば明度情報の再構成を可能にするように設計されている場合、マクロセルの大きさの１．５倍までの、位置周波数の走査に準拠した再構成が得られる。
【０１２２】
５チャンネルセンサ３００を読み出すために、複数のアドレス指定形式が考慮される。
【０１２３】
図１９にはアドレス指定スキーマが示されており、このアドレス指定スキーマにおいてはそれぞれのマクロセルが相前後して／時間をずらしてそれぞれ３つのアドレス指定ライン１９０１によって検出され、これらのアドレス指定ライン１９０１は、マクロセルの３つの部分範囲を垂直方向にアドレス指定する。これは、最上位のマクロセル１９０２のために、相応に最上位の３つの行である。最も簡単なアドレス指定は、この例では２つまたは１つのセル形式を検出する直線的に進行するアドレス指定である。
【０１２４】
アドレス指定されたセンサピクセルの数はゾーン毎に変化する。行１および３は、それぞれ行２の２倍のセンサピクセルをアドレス指定する。このパターンは、それぞれ３行に亘って繰り返され、つまり、モジュロ３である。
【０１２５】
３行の読み出し後に、マクロセルの５個分から成る組み合わせの演算が開始されてよい。５行の後に、複素値の演算がスーパーセル周辺に広げられてよい。このモードで、セル情報を信号変換ユニットに伝送するために、行およびマクロセル毎に同時に交互に１つまたは２つの読み出しラインが必要とされる。行１，３，４，６，７，９，…のために２つの読み出しライン、行２，５，８，…のために１つの読み出しライン。
【０１２６】
図２０には、各マクロセルが同時に３つのアドレス指定ライン２００１によってアドレス指定される別のアドレス指定スキーマが示されている。この場合、各アドレス指定ラインは、図２０で行４〜６に相当する、マクロセルの垂直方向の３つの部分範囲のうちの１つを検出する。
【０１２７】
読み出しは、１列内に存在するマクロセルのセル１，２，３，４，５を分離できるようにするために、マクロセル毎に５つの平行な読み出しライン２００２を介して行われる。アドレス指定は、それぞれ３つの行の周囲でモジュロ３をジャンプする。マクロセルの５つの個別セル１，２，３，４，５のデータは、５つの平行なライン２００２を介して信号変換ユニットに送られる。マクロセルの５個分から成る組み合わせの演算は、読み出されたデータの一時記憶なしに直接に行われる。
【０１２８】
図２１には、各スーパーセルが同時に５つのアドレス指定ライン２１０１によってアドレス指定される別のアドレス指定スキーマが示されている。この場合、各アドレス指定ラインは、１つのマクロセルの５つの部分範囲／センサピクセルのうちの１つを検出し、その上および下に位置する隣接するマクロセルのそれぞれ２つの部分範囲／センサピクセルを検出する。これは、図２１では行３〜７である。
【０１２９】
このアドレス指定において、それぞれ３つの新たなアドレス指定ラインが作動され、既にアドレス指定された２つの行はそのまま維持される。図２１では、行５の周囲のスーパーセルのアドレス指定が行われる（行５の上および下のそれぞれ２行）。スーパーセルを有する次の行をアドレス指定するために、行３〜５の選択が省略され、行８〜１０のアドレス指定が引き続き行われる。
【０１３０】
スーパーセルの値は、９つの読み出しラインを介してスーパーセル毎に読み出され、これらの読み出しラインは、行３〜７（図２１）の第１の３列の黒で強調されたセンサピクセルを読み出す。スーパーセルの組み合わせを演算するために、隣接する２つの隣接セルのそれぞれ４つのラインを同じ行内に埋め込む必要がある。この場合、２つのセルの重なる信号成分を提供するために、記憶するための（デジタル信号）またはバッファリングのために（アナログ信号における）追加構造が必要となる。スーパーセル内容の演算は、スーパーセルの個別スーパーセンサピクセルの１７個分から成る組み合わせにより行われる。
【０１３１】
図２２には、所定のピクセル群および／またはセル組み合わせが時間をずらして読み出される別のアドレス指定スキーマが示されている。この場合、全画像センサまたは提供可能なすべてのセンサピクセルは、例えば２つまたはそれ以上のピクセル群またはセル組み合わせに分割され得る。ピクセル群またはセル群が、検波された放射線の同じ特性、例えば輝度値を検出できれば、有利である。これは、個別のセンサピクセルの相応の選択によって変更可能である。
【０１３２】
このような位相シフトされたモジュール内のいわゆるアドレス指定において、それぞれ１つの位相にまとめられたピクセル群またはセンサセルがアドレス指定によって得られる。この場合、それぞれアドレス指定されたピクセル群またはセンサセルをシンメトリーにアレンジすれば好適である。このアドレス指定スキーマのために、５チャンネルセンサ３００が２つのセンサセル群に分割され、この場合、「位相１」セル２２０１および「位相２」セル２２０２が、それぞれ図２２ａ）およびｂ）に黒く強調されて示されている。
【０１３３】
「位相１」セル２２０１および「位相２」セル２２０２のアドレス指定間で、例えばプログラミング可能な時間Ｔｄｅｌａｙだけアドレス周期の周期ずれが行われ、この周期ずれは、例えば数１００行時間までの僅かな行時間（行を読み出すための時間）の範囲内の大きさであってよい。これによって、同じマクロセル範囲をカバーするが、様々な時点で走査された信号が生成される。
【０１３４】
個別のセンサピクセルの設計に応じて２つのセンサセル群から例えば１つの輝度信号が算出されるので、時間的な微分信号が生成され、この微分信号は、センサ３００のフレーム率に依存するのではなく、「位相１」セル２２０１の走査と「位相２」セル２２０２の走査との間の時間Ｔｄｅｌａｙを規定する遅延素子に依存する。
【０１３５】
時間Ｔｄｅｌａｙをセンサ３００の駆動中に変えることも可能であるので、「位相１」セル２２０１の走査と「位相２」セル２２０２の走査との間に様々な遅延が存在する。これによって、例えばパルス光信号が検知されることが保証される。これは、画像センサ３００の限定された読み出し速度に基づく時間的に遅延された走査なしで、またはセンサ走査と光源の周波数との間の不都合な位相位置に基づく時間的に遅延された走査なしでは、検出できない。
【０１３６】
図２３には、２つまたは複数のセンサピクセルのアドレス指定ラインが電気的に互いに接続されている別のアドレス指定スキーマが示されている。
【０１３７】
図２３では、このために、マクロセル毎にそれぞれ、センサピクセル５のアドレス指定ラインがセンサピクセル１に互いに接続されている。組み合わされたセンサピクセルは、この実施例では個別のセンサピクセルおよび／またはセンサセルと組み合わされた分割ピクセルと呼ばれる。このような配線された分割ピクセルが残りの行素子のアドレス指定から解除されると、分割ピクセル素子若しくは分割ピクセルによって読み出された信号が、例えば高ダイナミックなセンサセルのために、単一セルおよび／若しくはセンサピクセルまたはその信号と組み合わせ可能である。
【０１３８】
図２４には、１例としての配置構成が示されており、この配置構成によって、アドレス指定スキーマおよび読み出しスキーマがハードウエア側に実装され得る。ここに図示された、このカメラの機械的なモジュールは、好適には「スタックドダイ」技術によって実装され得る。
【０１３９】
この構造は、プログラミング可能なアドレス指定マルチプレクサ２４０１によってアドレス指定されるセンサセル２４０２の１つのアレイから成っている。プログラミング可能なアドレス指定マルチプレクサ２４０１によって、任意のセンサピクセルまたはセンサセルが、存在するすべてのセンサピクセルから選択され、様々な時点でアドレス指定される。アドレス指定されたセンサピクセルまたはセンサセルも、またこれらがアドレス指定される時点も、任意に変えることができかつ／またはプログラミングされ得る。読み出しラインマルチプレクサ２４０３によって、所定のセンサピクセルまたはセンサセルが、所定の時点で読み出され、読み出された信号が、任意の数の信号変換ネットワーク／信号変換ユニット２４０４に分配される。この信号変換ネットワーク２４０４はプログラミング可能またはトレーニング可能である。このような複数の信号変換ネットワーク２４０４に、相前後してまたは並行に読み出しラインマルチプレクサ２４０３によって、読み出された信号／情報が供給されてもよい。この信号変換ネットワーク２４０４によって、単一情報、マクロ情報およびスーパーセル情報の処理が可能である。この信号変換ネットワーク２４０４によって、時間的におよび／または空間的にフィルタリングされた、用途に即して組み合わされた、僅かな帯域幅を有する信号を生成することができる。
【０１４０】
アドレス指定ユニット２４０１のマルチプレクサは、好適には負荷可能なスライド格子として構成される。このスライド格子は例えばパターンで負荷され、次いでこのパターンは、別のアドレス指定パターンが必要とされかつ／または負荷されるまで、周期的に進行される。アドレス指定ユニット２４０１および信号変換ユニット２４０４は、同様に一緒に集積された、図示していないマイクロコントローラによって制御される。
【０１４１】
信号変換ユニット２４０４内で混合情報も予め処理されてよく、例えば個別チャンネルから、次のような積分された混合信号が生成される。
（輝度）＋（偏光フィルタリングされた輝度）または
（輝度）−（偏光フィルタリングされた輝度）または
（透過性チャンネル（図６のセンサピクセル５）内の輝度）−（複数のスペクトルチャンネル（図６のセンサピクセル１，２，３，４）の合計から算出された輝度）
【０１４２】
前記アドレス指定および読み出しスキーマを使用することによって、多くの利点が得られる。大量にかつ高い走査率で生成されるベース信号は、状況に適合され、センサ内で直接圧縮され得るので、情報内容はそれぞれの状況および識別課題に適合され、後処理ユニットへのデータ速度は低下させることができる。しかも、走査された信号によって時間的および場所的な低域フィルタリングが可能である。さらに、このスキーマおよび所属の構造によって、次いで行われる分類プロセスのための高い重要性を含む組み合わせ信号が生成される。しかも、紹介された構造は、マクロまたはスーパーセルの信号の処理のために適合された「プログラミング可能、トレーニング可能または学習された」素子を、信号変換ユニット２４０４内に含有している。
【０１４３】
このような構造、アドレス指定および読み出しスキーマによって得られる、その他の主要な利点は、生成箇所／信号変換ユニット２４０４内における情報の圧縮である。これによって、伝送速度を著しく低下させることができる。
【符号の説明】
【０１４４】
１，２，３，４  センサピクセル、センサセル、補助ピクセル
５  メインピクセル、センサピクセル、センサセル
１００  アレイ
３００  光センサモジュール、５チャンネルセンサ、画像センサ
３０２  センサ層
３０４  センサセル
４００  信号処理層
４０２  信号処理ユニット
４０４  第１のブロック
４０６  第２のブロック
４０８  第３のブロック
８００  読み出しライン
８０２  選択ライン
１４００  方法
１４１０，１４２０  ステップ
１５００  装置
１５１０  選択ユニット
１５１５  選択信号
１５２０  読み出しユニット
１５２５  センサ信号
１５３０  生成ユニット
１５３５  画像信号
１６００  方法
１６１０  ステップ
１７００  フィルタコア
１９０１  アドレス指定ライン
２００１  アドレス指定ライン
２００２  読み出しライン
２１０１  アドレス指定ライン
２２０１  「位相１」セル
２２０２  「位相２」セル
２４０１  アドレス指定マルチプレクサ、アドレス指定ユニット
２４０２  センサセル
２４０３  読み出しラインマルチプレクサ
２４０４  信号変換ネットワーク、信号変換ユニット
Ｔ０  時点
４ｒ  大きさ
Ｔｄｅｌａｙ  時間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２ａ）】
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【図２２ｂ）】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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