(57)【要約】      （修正有）【課題】高度に解像された強度画像またはグレー値画像を、同じく高度に解像された色測定と両立させることを可能にするセンサモジュールを提供する。【解決手段】広帯域の電磁放射の明度を検出するための少なくとも１つの明度センサ素子１０２と、電磁放射の色を検出するための少なくとも１つの色センサ素子１０６を有する少なくとも１つの色センサフィールド１０４とを有するセンサモジュール１００において、明度センサ素子は、色センサフィールドよりも広いセンサ面を有している。【選択図】図１
2018009960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサモジュール（１００）において、次の各構成要件すなわち、
広帯域の電磁放射の明度を検出するための少なくとも１つの明度センサ素子（１０２）と、
電磁放射の色を検出するための少なくとも１つの色センサ素子（１０６）を有する少なくとも１つの色センサフィールド（１０４）とを有しており、前記明度センサ素子（１０２）は前記色センサフィールド（１０４）よりも広いセンサ面を有しているセンサモジュール（１００）。
【請求項２】
前記明度センサ素子（１０２）は前記色センサフィールド（１０４）より少なくとも２倍広いセンサ面を有している、請求項１に記載のセンサモジュール（１００）。
【請求項３】
前記センサモジュール（１００）は前記明度センサ素子（１０２）よりも多い数の色センサフィールド（１０４）および／または色センサ素子（１０６）を有している、先行請求項のうちいずれか１項に記載のセンサモジュール（１００）。
【請求項４】
前記色センサフィールド（１０４）は電磁放射の追加の色を検出するための少なくとも１つの追加の色センサ素子（１０８，１１０，１１２）を有している、先行請求項のうちいずれか１項に記載のセンサモジュール（１００）。
【請求項５】
前記明度センサ素子（１０２）は少なくとも１つの陥入部（１１４）を有しており、前記色センサフィールド（１０４）は少なくとも部分的に前記陥入部（１１４）に配置されている、先行請求項のうちいずれか１項に記載のセンサモジュール（１００）。
【請求項６】
電磁放射の明度を検出するための少なくとも１つの別の明度センサ素子（１２０）、および／または電磁放射の色を検出するための少なくとも１つの別の色センサ素子（１１８）を有する少なくとも１つの別の色センサフィールド（１１６）を含んでおり、前記別の明度センサ素子（１２０）は前記色センサフィールド（１０４）および／または前記別の色センサフィールド（１１６）よりも広いセンサ面を有している、先行請求項のうちいずれか１項に記載のセンサモジュール（１００）。
【請求項７】
前記色センサフィールド（１０４）と前記別の色センサフィールド（１１６）は前記明度センサ素子（１０２）に対して相対的に実質的に互いに点対称に配置されている、請求項６に記載のセンサモジュール（１００）。
【請求項８】
前記色センサフィールド（１０４）および／または前記別の色センサフィールド（１１６）は前記明度センサ素子（１０２）の中心点を中心とする外接円（１２２）の内部に少なくとも部分的に配置されており、前記外接円（１２２）の直径（ｄ）は前記明度センサ素子（１０２）の中心点と前記別の明度センサ素子（１２０）の中心点との間の間隔（ｒ）の最大２倍に相当している、請求項６または７に記載のセンサモジュール（１００）。
【請求項９】
前記明度センサ素子（１０２）と前記別の明度センサ素子（１２０）は実質的に等しい大きさであり、および／または前記色センサフィールド（１０４）と前記別の色センサフィールド（１１６）は実質的に等しい大きさである、請求項６から８のいずれか１項に記載のセンサモジュール（１００）。
【請求項１０】
先行請求項のうちいずれか１項に記載のセンサモジュール（１００）を利用して電磁放射の明度および／または色を判定する方法（５００）において、前記方法（５００）は次の各ステップを含んでおり、すなわち、
明度センサ素子（１０２）により検出された明度を表す明度値（４１５）および／または色センサ素子（１０６）により検出された色を表す色値（４１７）が読み込まれ（５１０）、
電磁放射の明度および／または色を判定するために明度値（４１５）および／または色値（４１７）が処理される（５２０）方法。
【請求項１１】
センサモジュール（１００）を製造する方法（６００）において、前記方法（６００）は次の各ステップを含んでおり、すなわち、
電磁放射の明度を検出するための少なくとも１つの明度センサ素子（１０２）と、電磁放射の色を検出するための少なくとも１つの色センサ素子（１０６）を有する少なくとも１つの色センサフィールド（１０４）とを形成するために基板が加工され（６１０）、このとき前記基板は前記明度センサ素子（１０２）が前記色センサフィールド（１０４）より広いセンサ面を有するように加工される方法（６００）。
【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の装置または方法に関する。コンピュータプログラムも本発明の対象物である。
【背景技術】
【０００２】
現代の画像センサは、たとえば個別センサセルからなる直交するグリッドを有することができる。個別センサセルは、用途に応じてカラーフィルタを有するか、または有さないように具体化されていてよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
以上を背景としたうえで、ここで提案される取組みにより、センサモジュール、センサモジュールを利用して電磁放射の明度および／または色を判定する方法、センサモジュールを製造する方法、ならびに当該方法を適用する装置がそれぞれ主請求項に基づいて提案される。従属請求項に記載されている方策により、独立請求項に記載されている装置の好ましい発展形と改良が可能である。
【０００４】
次の各構成要件を有するセンサモジュールが提案される：
広帯域の電磁放射の明度を検出するための少なくとも１つの明度センサ素子；および、
電磁放射の色を検出するための少なくとも１つの色センサ素子を有する少なくとも１つの色センサフィールド。明度センサ素子は色センサフィールドよりも広いセンサ面を有している。
【０００５】
センサモジュールは、たとえば車両カメラ用の画像センサであってよい。明度センサ素子とは、電磁放射の強度を検出するための感光性のピクセルであると理解することができる。たとえば明度センサ素子は、広帯域のモノクロームセンサ素子であってよい。色センサフィールドとは、少なくとも１つの色センサ素子からなる面状の構造であると理解することができる。たとえば色センサフィールドは、色センサ素子としての少なくとも２つのピクセルからなるクラスタまたはアレイであってよい。色センサ素子はたとえばベイヤーマトリクスを形成することができ、直交するグリッドに配置されていてよい。このとき色センサフィールドは、電磁放射のスペクトルから特定の色をフィルタリングするためのカラーフィルタで覆われていてよい。電磁放射は、特に可視光または近赤外領域の光であってよい。センサ面とは、明度センサ素子または色センサフィールドの感光性の面であると理解することができる。たとえば明度センサ素子は、色センサフィールドより少なくとも２倍広いセンサ面を有することができる。
【０００６】
明度センサ素子は、たとえば四角形または多角形として成形されていてよい。特に、明度センサ素子は十字形の不規則な１２角形として構成されていてよい。
【０００７】
色センサフィールドは、少なくとも四角形、特に長方形または正方形に成形されていてよい。同様に色センサ素子も、少なくとも四角形、特に長方形または正方形に成形されていてよい。
【０００８】
ここで提案される取組みは、明度検知と色検知について、１つのセンサモジュールにそれぞれ異なる大きさのセンサセルを適切に配置することで、高い感光性を同時に高い空間解像度で実現できるという知見に依拠している。特に、それによって相応の色センサ素子およびモノクロームセンサ素子の近似的にエイリアシングのない走査を、輝度チャネルおよび色チャネルについての同じ光学的な位置解像度で実現することができる。このような種類のセンサアレイ構造は、たとえばマシンビジョンのために好適であり、感光性、空間解像度、色忠実性、および製造コストの間の優れた妥協という利点をもたらす。
【０００９】
１つの実施形態では、明度センサ素子は色センサフィールドより少なくとも２倍広いセンサ面を有することができる。それにより、センサモジュールの特別に高い感光性を保証することができる。
【００１０】
別の実施形態では、センサモジュールは明度センサ素子よりも多い数の色センサフィールドおよび／または色センサ素子を有することができる。たとえばセンサモジュールは、明度センサ素子より少なくとも４倍多い色センサ素子を有することができる。それにより、センサモジュールの全体センサ面を拡大することなく、センサモジュールの空間解像度を高めることができる。
【００１１】
色センサフィールドは電磁放射の追加の色を検出するための少なくとも１つの追加の色センサ素子を有していると好ましい。それにより、さまざまに異なる色を色センサフィールドにより検出することができる。
【００１２】
さらに、明度センサ素子は少なくとも１つの陥入部を有することができる。色センサフィールドは、少なくとも部分的に陥入部に配置されていてよい。陥入部は、たとえば明度センサ素子の縁部領域にある長方形または正方形の切欠きであってよい。特に陥入部は、明度センサ素子の角領域に構成されていてよい。色センサフィールドは、陥入部が色センサ素子によって少なくとも大部分充填されるように、陥入部に配置されていてよい。たとえば明度センサ素子は、実質的に十字として成形されていてよい。このとき色センサ素子は、少なくとも部分的に、十字の２本の棒によって区切られる陥入部に配置されていてよい。十字は、たとえば点対称に配置された４つの陥入部を有することができる。このような実施形態は、特別にコンパクトなセンサモジュールの設計形態を可能にする。
【００１３】
別の実施形態では、明度センサ素子は固体半導体技術、有機半導体、またはハイブリッド製造技術の方法で製造されていてよい。その追加または代替として、色センサフィールドも半導体技術の方法で製造されていてよい。それにより、センサモジュールを効率的かつ低コストに大量の個数で製造することができる。
【００１４】
さらにセンサモジュールは、電磁放射の明度を検出するための少なくとも１つの別の明度センサ素子を有していると好ましく、その追加または代替として、電磁放射の色を検出するための少なくとも１つの別の色センサ素子を有する少なくとも１つの別の色センサフィールドを含んでいると好ましい。このとき別の明度センサ素子は、色センサフィールドまたは別の色センサフィールドよりも広いセンサ面を有することができる。たとえばセンサモジュールは、複数の明度センサ素子と、複数の色センサフィールドとを有するように具体化されていてよい。このような実施形態により、センサモジュールの感光性と空間解像度を明らかに向上させることができる。
【００１５】
このとき色センサフィールドと別の色センサフィールドは、明度センサ素子に対して相対的に実質的に互いに点対称に配置されていてよい。それにより、色センサフィールドと明度センサ素子との間で、省スペースで対称のアライメントが可能になる。
【００１６】
別の実施形態では、色センサフィールドは、またはその追加もしくは代替として別の色センサフィールドは、少なくとも部分的に、明度センサ素子の中心点を中心とする外接円の内部に配置されていてよい。このとき外接円の直径は最大で、明度センサ素子の中心点と別の明度センサ素子の中心点との間の間隔の２倍に相当することができる。それにより、著しく相違する照明を受けるシーンにおいても、グレー値ベースの物体認識のための高い感度を保証することができる。
【００１７】
明度センサ素子と別の明度センサ素子が実質的に等しい大きさであるのも好ましい。その追加または代替として、色センサフィールドと別の色センサフィールドも実質的に等しい大きさであってよい。それにより、センサモジュールの製造を簡素化することができる。さらに、それにより明度センサ素子と色センサフィールドの均等な配置が可能となる。
【００１８】
ここで説明している取組みは、さらに、上記の実施形態のうちいずれか１つに基づくセンサモジュールを利用して電磁放射の明度および／または色を判定する方法を提供するものであり、この方法は次の各ステップを含んでいる：
明度センサ素子により検出された明度を表す明度値および／または色センサ素子により検出された色を表す色値が読み込まれ、
電磁放射の明度および／または色を判定するために明度値および／または色値が処理される。
【００１９】
さらに、ここで説明している取組みはセンサモジュールを製造する方法を提供し、この方法は次の各ステップを含んでいる：
電磁放射の明度を検出するための少なくとも１つの明度センサ素子、および電磁放射の色を検出するための少なくとも１つの色センサ素子を有する少なくとも１つの色センサフィールドを形成するために基板が加工され、このとき基板は明度センサ素子が色センサフィールドより広いセンサ面を有するように加工される。
【００２０】
基板はたとえば半導体材料、特にシリコン含有の材料であってよい。たとえばセンサモジュールは加工のステップにおいて、半導体技術の方法で製造することができる。
【００２１】
センサを製造するために、標準的なＣＭＯＳセンサ製造法を適用することができ、ピクセル相互の配置および輝度セルの形状はここで説明している取組みに基づいて選択される。
【００２２】
本発明の実施例が図面に示されており、以下の記述において詳しく説明する。図面は次のものを示す：
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】１つの実施例に基づくセンサアレイを示す模式図である。
【図２】３チャネル色フィルタを備える実施例に基づく色センサフィールドを示す模式図である。
【図３】４チャネル色フィルタを備える実施例に基づく色センサフィールドを示す模式図である。
【図４】１つの実施例に基づく装置を示す模式図である。
【図５】１つの実施例に基づくセンサモジュールを利用して電磁放射の明度および／または色を判定する方法のフローチャートである。
【図６】１つの実施例に基づくセンサモジュールを製造する方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の好都合な実施例についての以下の説明では、異なる図面に示されていて類似の作用をする部材には同一または類似の符号が使われており、そのような部材を繰返し説明することはしない。
【００２５】
図１は、１つの実施例に基づくセンサアレイの形態のセンサモジュール１００の模式図を示している。センサモジュール１００は、電磁放射の明度を検出するための明度センサ素子１０２と、色センサ素子１０６を有する色センサフィールド１０４とを含んでいる。色センサ素子１０６は、それぞれ異なる色フィルタを有するアドレシング可能な４つの個々のセルで構成されるとともに、電磁放射の色を検出するために構成されている。明度センサ素子１０２は、色センサフィールド１０４より明らかに広いセンサ面を有するように具体化されている。実施例に応じて、明度センサ素子１０２のセンサ面は色センサフィールド１０４のセンサ面より少なくとも２倍広い。
【００２６】
本実施例では、色センサフィールド１０４は色センサ素子１０６のほか、一例として第１の追加の色センサ素子１０８と、第２の追加の色センサ素子１１０と、第３の追加の色センサ素子１１２とを含んでいる。４つの色センサ素子１０６，１０８，１１０，１１２はそれぞれ電磁放射の異なる波長領域について感度がある。たとえば色センサ素子１０６は青の色、第１の追加の色センサ素子１０８は緑の色、第２の追加の色センサ素子１１０は赤の色、第３の追加の色センサ素子１１２は近赤外について感度がある。４つの色センサ素子はそれぞれ実質的に正方形に成形されるとともに、色センサフィールド１０４も実質的に正方形の形状を有するように相互に配置されている。４つの色センサ素子１０６，１０８，１１０，１１２は実質的に等しい大きさであってよい。各々の色センサ素子１０６，１０８，１１０，１１２、ならびに明度センサ素子１０２が、センサモジュール１００の光センサ素子をなしている。
【００２７】
明度センサ素子１０２は４つの陥入部１１４を備えた十字の形状を有しており、４つの陥入部１１４の各々が十字の２本の棒によって区切られる。陥入部１１４のうちの１つに、色センサフィールド１０４の１つの区域が配置される。色センサフィールド１０４は、色センサ素子１０６が陥入部１１４を完全に充填するように陥入部１１４に配置されており、すなわち、陥入部１１４の大きさは色センサ素子１０６の大きさに実質的に相当する。
【００２８】
図１に示す実施例では、センサモジュール１００は色センサフィールド１０４に追加して、色センサフィールド１０４に準じてそれぞれ実質的に等しい大きさの４つの別の色センサ素子１１８を有する、複数の別の色センサフィールド１１６を有するように具体化されている。各々の別の色センサフィールド１１６の４つの別の色センサ素子１１８は、たとえば同じく電磁放射のそれぞれ異なる波長領域について感度があり、たとえば赤、緑、青、近赤外のそれぞれの色について感度がある。ここでは明度センサ素子１０２の３つの他の陥入部１１４の各々に、それぞれ１つの別の色センサフィールド１１６が配置されて、他の３つの陥入部１１４も同じくそれぞれ１つの別の色センサ素子１１８によって完全に充填されるようになっている。陥入部１１４に配置された別の色センサ素子１１８は、たとえば電磁放射のそれぞれ異なる波長領域について感度があり、図１では一例として緑、赤、近赤外のそれぞれの色について感度がある。
【００２９】
色センサフィールド１０４と別の色センサフィールド１１６は、実質的に等しい大きさを有することができる。
【００３０】
明度センサ素子１０２に追加して、センサモジュール１００は任意選択として、明度センサ素子１０２と実質的に等しい大きさと同じ形状を有する複数の別の明度センサ素子１２０を有するように具体化される。別の明度センサ素子１２０の各々も、４つの陥入部１１４を有するように具体化される。図１に見られるとおり、色センサフィールド１０４の３つの追加の色センサ素子１０８，１１０，１１２は、明度センサ素子１０２に隣接して配置された別の明度センサ素子１２０の陥入部１１４にそれぞれ配置される。
【００３１】
１つの実施例では、色センサフィールド１０４は明度センサ素子１０２の中心点を中心とする外接円１２２の内部に部分的に配置される。この外接円１２２は、２つの明度センサ素子の間の間隔ｒの最大２倍に相当する直径ｄを有している。たとえば間隔ｒは、２つの隣接する明度センサ素子のそれぞれの中心点の間の間隔を表す。図１では、直径ｄは一例として間隔ｒの１．５倍に相当している。
【００３２】
１．５ｒに相当する錯乱円を有する光学系が使用される場合、点光源の色をまだ一義的に認識することができ、それは、たとえばＬセンサ素子１０２とこれに接するＲ，Ｇ，Ｂ−ＮＩＲセンサ素子１１４（ＮＩＲ＝近赤外）が適当なアルゴリズムにより、輝度値とクロミナンス座標とを有するピクセルとして計算されることによる。
【００３３】
適当な別のアルゴリズムを用いて、それぞれ４つの色センサ素子から、たとえばセンサ素子１０６，１０８，１１０，１１２から、輝度値とクロミナンス座標とを有するピクセルを同じく計算することができる。
【００３４】
それによりＬセンサセルごとに、たとえばセンサセル１０２ごとに、輝度値とクロミナンス座標をそれぞれ利用できるとともに、色クラスタごとに、たとえば色クラスタ１０４ごとに、輝度値とクロミナンス値を再処理のために利用でき、それにより、なお有意義に表現可能な位置周波数は色についても輝度についても１ＬＰ／ｄとなる。それと同時に、比較的大きいＬセンサ素子について、特別に光の強い輝度信号を半分の解像度で利用することができる。
【００３５】
センサの設計にあたって大事なのは、感光性、空間解像度、色忠実性、およびコストの間で良好な妥協を見出すことにある。高い感光性は、所与のプロセスでたとえば比較的大きいＬセンサセルによって実現することができる。空間解像度は拡大されたアレイによって、すなわちいっそう多い数のセンサセルによって高めることができる。色忠実性は、人間の知覚に合わせて良好に調節された、できる限り細かいスペクトル分解によって、および色の再構成によって改善することができる。その際に、コストは主としてセンサの総面積によって影響を受ける。
【００３６】
以上を背景としたうえで、以下、自動車分野でのマシンビジョンのシステムのための経済的で効率的な解決法となる、センサモジュール１００のさまざまな実施例を記述する。
【００３７】
基準センサとしての役目を果たすのは、たとえばＲＧＧＢパターンを有するＨＤＲセンサ（Ｈｉｇｈ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｇｅ−Ｓｅｎｓｏｒ）である。ＨＤＲセンサは次のような指標を有することができる：
−アレイサイズ：２メガピクセル（１９２０×１１８０）センサセル
−３μｍのピクセル間隔のグリッド上で直交する配置
−輝度エイリアシングなしに理論上で解像可能な最小の位置周波数：約８０ｌｐ／ｍｍ；ラインペアごとに４ピクセルまたはラインごとに２ピクセル
−色エイリアシングなしに理論上で解像可能な最小の位置周波数：約５５ｌｐ／ｍｍ；ラインペアごとに６ピクセルまたはラインごとに３ピクセル
−３ルックスでの輝度チャネルにおける信号対雑音比１
【００３８】
センサモジュール１００は、基準センサに比べて多い数の個別センサを有しているが（５倍だけ多い）、基準センサと等しい面積を覆う。コントラストと色についての位置周波数解像度は、センサモジュール１００ではたとえば約８０ｌｐ／ｍｍである。信号対雑音比は、３Ｌｕｘよりも明らかに低いときの輝度チャネルでたとえば１である。
【００３９】
以下に述べるセンサモジュールは、高度に解像された強度画像またはグレー値画像を、同じく高度に解像された色測定と両立させることを可能にする。
【００４０】
専用の光学的な解像度と、光学系の設計から生じる錯乱円とでこのことを実現するために、上において明度センサ素子とも呼んだグレー値画像を生成するセンサセルは、上において色センサ素子とも呼んだ色を検出するためのセルよりも明らかに大きいのがよい。
【００４１】
そのためにセンサセルは、２つの明度センサ素子の間の間隔ｒの最大２倍の外接円の中に、色位置決定のために適した十分に多くの色センサ素子が位置するように配置されるのがよい。たとえば色センサ素子は、明度センサ素子に対して対称に配置されていてよい。明度センサ素子は、たとえば広帯域の輝度セルであってよい。
【００４２】
たとえば自動車分野で該当するような著しく相違する照明を受けるシーンで物体を検出するための光学システムについては、グレー値ベースの物体認識のために必要な高い感度は、たとえばカラーマスクのない広帯域に感度のある光センサのような、明度センサ素子の稠密なグリッドによって実現することができる。明度センサ素子は、照明が弱いときでも良好なコントラスト分離を可能にするのがよい。たとえば明度センサ素子は、対数センサまたは準対数センサとして構成される。色センサ素子は線形の特性曲線を有することができるが、それは、色信号再構成を規格に即して、したがって低コストに、線形信号で行うことができるからである。色再構成は、中程度の明度から初めて利用可能になるのがよい。なぜなら分類されるべき物体は多くの場合、たとえば自動車ヘッドライト、テールランプのように自己発光であったり、自己発光をする交通標識であったり、たとえば道路標識やマーキングのように、日中やヘッドライト光で良好に照明されるからである。
【００４３】
このような種類のセンサモジュールは一連の利点をもたらす。
【００４４】
たとえば輝度チャネルまたはグレー値チャネルを通じての明度信号の検知を、色測定に関わりなく、照明が弱いときでも良好な信号対雑音比を可能にする広帯域で高感度のセンサによって行うことができる。強度信号は、分散して測定された、状況によってはノイズで制約をうける信号から再構成されるのでなく、直接的に測定されるのがよい。信号対雑音比により定義される信号品質は、再構成される信号をたとえば３０パーセントだけ上回ることができる。
【００４５】
色の検知は、強度信号と対称に測定することができる。色位置は、たとえば紫外成分として中央の強度値に割り当てることができる。
【００４６】
受信された放射の赤外割合の分離を可能にする第４の色チャネルが、センサモジュールの輝度解像度を低下させることがなく、むしろ、６５０ｎｍを超える近赤外領域にまで開いた広帯域の光学系の使用を可能にする。なぜならメタメリズムを生じさせるＮＩＲ信号割合を別個に検出して重みづけし、ＲＧＢチャネルから取り出して、外乱の影響を色計算から取り除くことができるからである。
【００４７】
明度センサ素子の形態の強度ピクセルと対称に、４つのカラーサンプルが強度ピクセルの各々の角で測定されて、たとえば中央の強度ピクセルについての色値の妥当性検査や修正のために利用される。光学系の解像限界が強度ピクセルラスタの１．５倍であれば、カラーエイリアシングを効果的に抑圧することができる。
【００４８】
強度測定チャネルと色測定チャネルの分離は、たとえば強度チャネルについてはコントラスト維持をするように対数的にし、色チャネルでは簡単な色再構成のために線形にするなど、そのつど最善に適合化されたさまざまなセンサ読出構造と伝達特性曲線の利用を可能にする。
【００４９】
センサモジュール１００は、たとえば次のように特徴づけることができる。
【００５０】
一方では、センサモジュール１００は広帯域の強度検知と色検知について別々のセンサ素子を有している。強度検知はたとえば輝度センサによって行われる。色検知はたとえばＲＧＢＮＩＲセンサによって行われる。
【００５１】
このとき色センサ素子は、明度センサ素子よりも明らかに小さい。明度センサ素子は、たとえば色センサ素子の１０倍の大きさである。このとき色センサ素子はクラスタとして、特にＲＧＢＮＩＲクラスタとして、それぞれの明度センサ素子の間に配置されていてよい。
【００５２】
センサモジュール１００は、明度センサ素子よりも数的に明らかに多い色センサ素子を有しており、色センサ素子は面積的には明度センサ素子よりも小さい。それにもかかわらず、明度センサ素子はセンサモジュール１００のセンサ面の大部分を覆い、たとえばセンサ面の約７５パーセントを覆う。
【００５３】
明度センサ素子は、放射が強いときに飽和へと向かわず、放射が弱いときに十分に多い光子を検知できるようにするために、対数特性または区域的に線形の特性を有するハイダイナミックなセンサセルである。それにより、ノイズの少ない信号を生起することができる。
【００５４】
色センサ素子は、明度センサ素子に対して対称にアライメントされる。
【００５５】
１つの実施例では、センサモジュール１００は多数の個別センサ素子を含む画像センサアレイとして具体化され、個別センサ素子はそのサイズに関して互いに著しく相違しており、たとえば少なくとも係数３だけ相違している。
【００５６】
たとえばセンサモジュール１００は、大きなセンサ素子の少なくとも４倍多い小さいセンサ素子を有している。
【００５７】
このとき小さいセンサ素子はクラスタとして、たとえば２×２クラスタとして、それぞれの大きなセンサ素子の間に埋設されていてよい。
【００５８】
大きなセンサ素子は全体としてセンサアレイ面の少なくとも３分の２を占めることができ、小さいセンサ素子は全体としてセンサアレイ面の多くとも３分の１を占めることができる。
【００５９】
大きいセンサ素子は明度センサ素子として、たとえば広帯域のスペクトルフィルタを有する、または有さない強度センサとして構成される。小さいセンサ素子は、色フィルタ層で覆われていてよい色センサ素子である。
【００６０】
色センサ素子は、明度センサ素子に対して点対称に配置されていてよい。
【００６１】
明度センサ素子と色センサ素子は、ピクセル伝達特性に関して互いに相違することができる。たとえば明度センサ素子は対数特性または準対数特性を有するのに対し、色センサ素子は線形の特性を有することができる。
【００６２】
センサモジュール１００は、たとえばシリコン面の上に具体化されていてよい。
【００６３】
図２は、１つの実施例に基づく３チャネル色フィルタを有する色センサフィールド１０４の模式図を示している。この色センサフィールド１０４は、図１を参照して説明した色センサフィールドに実質的に相当しているが、相違点は、第３の追加の色センサ素子１１２が、第１の追加の色センサ素子１０８と同様に、緑色について感度を有することにある。色センサフィールド１０４の色パターンは、たとえば典型的なＲＧＧＢベイヤーパターンに相当する。
【００６４】
図３は、１つの実施例に基づく４チャネル色フィルタを有する色センサフィールド１０４の模式図を示している。この色センサフィールド１０４は、図１を参照して説明した色センサフィールドに実質的に相当しているが、相違点は、第１の追加の色センサ素子１０８が、図３ではアルファベットＣが付された、広帯域側で開いたフィルタにより覆われることにある。さらに、図３の色センサ素子１０６は緑色に対して感度を有する。色センサフィールド１０４は、本実施例では、高透過性のパターンを有するように具体化される。このとき第３の追加の色センサ素子１１２は、６５０ｎｍ以降の波長について透過性を有するＮＩＲパスフィルタとして機能する。
【００６５】
図４は、１つの実施例に基づく装置４００の模式図を示している。装置４００は、たとえば図１から３を参照して上に説明したようなセンサモジュールを利用して電磁放射の明度または色を判定する役目を果たす。そのために装置４００は、センサモジュールとのインターフェースを介して、明度センサ素子により検出された明度を表す明度値４１５を読み込むために構成された読込みユニット４１０を含んでいる。その追加または代替として読込みユニット４１０は、インターフェースを介して、色センサフィールドの色センサ素子により検出された色を表す色値４１７を読み込むために構成されている。実施例に応じて、読込みユニット４１０は明度値４１５または色値４１７またはこの両方の値を処理ユニット４２０へ転送し、この処理ユニットは、両方の値４１５，４１７のうち少なくとも一方を利用して電磁放射の明度または色を判定し、判定された明度または色を表す結果値４２７を出力するために構成されている。
【００６６】
図５は、１つの実施例に基づくセンサモジュールを利用して電磁放射の明度および／または色を判定する方法５００のフローチャートを示している。方法５００は、たとえば図４を参照して上に説明した装置との関連で実施することができる。ここではステップ５１０で明度値が読み込まれる。その追加または代替として、ステップ５１０で色値が読み込まれる。ステップ５２０で、明度値ないし色値が処理されて、電磁放射の明度ないし色を判定する。
【００６７】
図６は、１つの実施例に基づくセンサモジュールを製造する方法６００のフローチャートを示している。方法６００は、たとえば図１から５を参照して上に説明したようなセンサモジュールを製造するために実施することができる。方法６００は、たとえばシリコン支持体のような基板が準備される任意選択のステップ６１０を含んでいる。ステップ６２０で、基板がたとえば半導体技術の適当な方法で加工されて、電磁放射の明度を検出するための少なくとも１つの明度センサ素子、および、電磁放射の色を検出するための少なくとも１つの色センサ素子を有する少なくとも１つの色センサフィールドを形成する。基板の加工は、明度センサ素子のセンサ面が、色センサフィールドのセンサ面より明らかに広くなるように行われる。
【００６８】
ある実施例が、第１の構成要件と第２の構成要件との間に「および／または」の結合を含んでいる場合、このことは、当該実施例が１つの実施形態では第１の構成要件および第２の構成要件を両方とも有し、別の実施形態では第１の構成要件または第２の構成要件のいずれかのみを有していると読まれるべきである。
【符号の説明】
【００６９】
１００  センサモジュール
１０２  明度センサ素子
１０４  色センサフィールド
１０６  色センサ素子
１０８，１１０，１１２  追加の色センサ素子
１１４  陥入部
１１６  別の色センサフィールド
１１８  別の色センサ素子
１２０  別の明度センサ素子
１２２  外接円
４１５  明度値
４１７  色値
５００  方法
５１０  読込み
５２０  処理
６００  方法
６１０  加工
【図１】
2018009960.tif 000003
【図２】
2018009960.tif 000004
【図３】
2018009960.tif 000005
【図４】
2018009960.tif 000006
【図５】
2018009960.tif 000007
【図６】
2018009960.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成29年9月7日(2017.9.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサモジュール（１００）において、次の各構成要件すなわち、
広帯域の電磁放射の明度を検出するための少なくとも１つの明度センサ素子（１０２）と、
電磁放射の色を検出するための少なくとも１つの色センサ素子（１０６）を有する少なくとも１つの色センサフィールド（１０４）とを有しており、前記明度センサ素子（１０２）は前記色センサフィールド（１０４）よりも広いセンサ面を有しているセンサモジュール（１００）。
【請求項２】
前記明度センサ素子（１０２）は前記色センサフィールド（１０４）より少なくとも２倍広いセンサ面を有している、請求項１に記載のセンサモジュール（１００）。
【請求項３】
前記センサモジュール（１００）は前記明度センサ素子（１０２）よりも多い数の色センサフィールド（１０４）および／または色センサ素子（１０６）を有している、請求項１または２に記載のセンサモジュール（１００）。
【請求項４】
前記色センサフィールド（１０４）は電磁放射の追加の色を検出するための少なくとも１つの追加の色センサ素子（１０８，１１０，１１２）を有している、請求項１から３のうちいずれか１項に記載のセンサモジュール（１００）。
【請求項５】
前記明度センサ素子（１０２）は少なくとも１つの陥入部（１１４）を有しており、前記色センサフィールド（１０４）は少なくとも部分的に前記陥入部（１１４）に配置されている、請求項１から４のうちいずれか１項に記載のセンサモジュール（１００）。
【請求項６】
電磁放射の明度を検出するための少なくとも１つの別の明度センサ素子（１２０）、および／または電磁放射の色を検出するための少なくとも１つの別の色センサ素子（１１８）を有する少なくとも１つの別の色センサフィールド（１１６）を含んでおり、前記別の明度センサ素子（１２０）は前記色センサフィールド（１０４）および／または前記別の色センサフィールド（１１６）よりも広いセンサ面を有している、請求項１から５のうちいずれか１項に記載のセンサモジュール（１００）。
【請求項７】
前記色センサフィールド（１０４）と前記別の色センサフィールド（１１６）は前記明度センサ素子（１０２）に対して相対的に実質的に互いに点対称に配置されている、請求項６に記載のセンサモジュール（１００）。
【請求項８】
前記色センサフィールド（１０４）および／または前記別の色センサフィールド（１１６）は前記明度センサ素子（１０２）の中心点を中心とする外接円（１２２）の内部に少なくとも部分的に配置されており、前記外接円（１２２）の直径（ｄ）は前記明度センサ素子（１０２）の中心点と前記別の明度センサ素子（１２０）の中心点との間の間隔（ｒ）の最大２倍に相当している、請求項６または７に記載のセンサモジュール（１００）。
【請求項９】
前記明度センサ素子（１０２）と前記別の明度センサ素子（１２０）は実質的に等しい大きさであり、および／または前記色センサフィールド（１０４）と前記別の色センサフィールド（１１６）は実質的に等しい大きさである、請求項６から８のいずれか１項に記載のセンサモジュール（１００）。
【請求項１０】
請求項１から９のうちいずれか１項に記載のセンサモジュール（１００）を利用して電磁放射の明度および／または色を判定する方法（５００）において、前記方法（５００）は次の各ステップを含んでおり、すなわち、
明度センサ素子（１０２）により検出された明度を表す明度値（４１５）および／または色センサ素子（１０６）により検出された色を表す色値（４１７）が読み込まれ（５１０）、
電磁放射の明度および／または色を判定するために明度値（４１５）および／または色値（４１７）が処理される（５２０）方法。
【請求項１１】
センサモジュール（１００）を製造する方法（６００）において、前記方法（６００）は次の各ステップを含んでおり、すなわち、
電磁放射の明度を検出するための少なくとも１つの明度センサ素子（１０２）と、電磁放射の色を検出するための少なくとも１つの色センサ素子（１０６）を有する少なくとも１つの色センサフィールド（１０４）とを形成するために基板が加工され（６１０）、このとき前記基板は前記明度センサ素子（１０２）が前記色センサフィールド（１０４）より広いセンサ面を有するように加工される方法（６００）。
【外国語明細書】
2018009960000001.pdf