用於對發光半導體器件進行分級的方法和具有圖像傳感器和半導體器件的圖像傳感器應用裝置與流程
2023-07-05 01:17:26 2
技術領域：
提出一種用於對發光半導體器件進行分級的方法。此外，提出一種具有圖像傳感器和半導體器件的圖像傳感器應用裝置。
背景技術：
：分級方法是已知的，其中將發光半導體器件劃分成CIE-1931標準色度系統的預設的色度位置範圍。技術實現要素：至少一些實施方式的一個目的在於：提出用於分級的方法，藉助所述方法能夠將用於圖像傳感器應用裝置的多種不同的發光半導體器件劃分成等級。特定實施方式的另一目的是：提出具有圖像傳感器和半導體器件的圖像傳感器應用裝置。所述目的通過根據獨立權利要求的一種方法和對象來實現。方法和對象的有利的實施方式和改進形式是從屬權利要求的特徵，並且還從下面的描述和附圖中得出。根據至少一個實施方式，執行如下方法，所述方法設立用於對發光半導體器件進行分級(「binning分選」)，即將發光半導體器件劃分成出自一組等級中的一個等級，也稱作為「bin」。這一組等級能夠通過至少一個、即一個或多個參數來表徵。這表示：這一組等級中的每個等級都通過一個或多個參數的相應的數值範圍來表徵。全部半導體器件被分配給與數值範圍相應的等級，其中對於所述半導體器件在特定的數值範圍中確定一個或多個特徵性的參數。換言之這表示：在這裡描述的方法中為待劃分的發光半導體器件確定至少一個設置用於劃分的參數並且將其與各個等級的數值範圍進行比較，由此能夠確定等級，一個或多個針對發光半導體器件所確定的參數落入所述等級的一個或多個數值範圍中。特別地，發光半導體器件能夠設置用於圖像傳感器應用裝置，並且設立為用於圖像傳感器的光源。這能夠表示：要由圖像傳感器記錄的環境範圍能夠通過半導體器件在圖像傳感器應用裝置運行中、例如在環境亮度過低的情況下能夠發亮。根據至少一個另外的實施方式，圖像傳感器應用裝置具有圖像傳感器和半導體器件，其中為了選擇半導體器件應用在此描述的方法。上面和下面描述的實施方式和特徵同樣適用於方法和圖像傳感器應用裝置。根據另一實施方式，提供一種發光半導體器件。發光半導體器件例如能夠具有至少一個或多個發光半導體晶片或由其構成，所述發光半導體晶片能夠基於砷化物、磷化物和/或氮化物化合物半導體材料體系。例如，發光半導體器件能夠具有下述構件中的一個或多個或尤其構成：雷射二極體、雷射二極體晶片、發光二極體、發光二極體晶片。此外，半導體器件能夠具有波長轉換材料，所述波長轉換材料將由發光半導體晶片在運行中放射的光的至少一部分轉換成具有不同波長的光，使得發光半導體器件優選能夠放射混合色的光。替選地或附加地，發光半導體器件也能夠具有至少兩個發光半導體晶片，所述發光半導體晶片以不同的波長範圍發射光，以便產生混合色的光。附加地或替選地，發光半導體器件也能夠具有至少一個有機發光器件、尤其至少一個有機發光二極體(OLED)或者構成為至少一個有機發光器件、尤其至少一個有機發光二極體。發光半導體晶片的具體的實施方式以及發射不同顏色的光的半導體晶片、具有波長轉換材料的發光半導體晶片和用於形成發光半導體晶片的有機發光器件的組合對於本領域技術人員是已知的，進而在此不進一步詳述。根據另一實施方式發光半導體器件在運行中放射具有發射光譜S(λ)的光。發射光譜能夠優選具有在多個不同波長λ中的光譜分量，使得由發光半導體器件放射的光是混合色的光，其中所述發射光譜能夠通過一個或多個發光半導體晶片和必要時通過一種或多種波長轉換材料來確定。特別地，混合色的光能夠是白色光，例如暖白色或冷白色的光。在此和在下文中，「光」尤其能夠表示具有出自紫外至紅外的光譜範圍中的一個或多個波長或波長範圍的電磁輻射。特別地，光能夠是可見光並且包括出自大於或等於350nm或大於或等於380nm並且小於或等於800nm或小於或等於780nm的可見光譜範圍的波長或波長範圍。可見光例如能夠通過根據本領域技術人員已知的所謂的CIE-1931色度系統的具有cx和cy色度坐標的色度位置(Farbort)來表徵。在此和在下文中將具有如下色度位置的光稱作為具有白色的發光或色彩印象的光或白色光，所述色度位置對應於普朗克黑體輻射器的色度位置或者在CIE標準色度系統中與普朗克黑體輻射器的色度位置的cx和/或cy色度坐標偏差小於0.23並且優選偏差小於0.07。此外，在此和在下文中能夠將如下發光印象稱作為「暖白色」，所述發光印象具有小於或等於5500K的色溫，這也能夠稱作為「中性白色」，或者具有小於或等於4500K或小於或等於3500K的色溫。此外，下述色溫也能夠稱作為暖白色的色溫，所述色溫小於或等於上述數值之一且大於或等於1200K，並且尤其優選大於或等於2500K。在此和在下文中，將具有大於5500K的色溫稱作為「冷白色」。術語「色溫」在此和在下文中能夠表示普朗克黑體輻射器的色溫，或者表示在就上文而言能夠通過色度坐標表徵的白色的發光印象的情況下的本領域技術人員已知的所謂的相關色溫(「correlatedcolortemperature」，CCT相關色溫)，其中所述色度坐標與普朗克黑體輻射器的色度坐標偏差。根據另一實施方式，用於對發光半導體器件進行分級的方法基於用於圖像傳感器應用裝置的圖像傳感器的敏感度。特別地，圖像傳感器能夠為多色的傳感器，即為具有用於記錄多個顏色的多個色彩通道的傳感器。特別地，圖像傳感器例如能夠具有紅色的、綠色的或藍色的色彩通道。每個色彩通道例如能夠分別通過多個圖像傳感器元件、例如呈圖像傳感器的傳感器像素形式的圖像傳感器元件形成。例如，圖像傳感器能夠是CCD傳感器(CCD：電荷耦合器件)或者CMOS傳感器(CMOS：互補金屬氧化物半導體)。各個色彩通道的可檢測的光譜範圍例如能夠通過適當的色彩過濾器確定。圖像傳感器元件能夠根據相應出現的光量產生接收信號值，所述接收信號值優選是數字值，所述數字值通過將圖像傳感器元件的模擬接收信號值進行數模轉換來產生。這種數字值也能夠稱作為「代碼值」(CV)。根據另一實施方式，圖像傳感器具有紅色的色彩通道的光譜靈敏度qR(λ)、綠色的色彩通道的光譜靈敏度qG(λ)和藍色的色彩通道的光譜靈敏度qB(λ)。圖像傳感器的色彩通道的光譜靈敏度例如能夠在準備階段確定或者通過製造說明來已知。光譜靈敏度的物理單位例如能夠是CV/(W/sr/m2/nm)/texp，其中texp是曝光時間，並且(W/sr/m2/nm)是光譜輻射密度，所述輻射密度由圖像傳感器測量。「代碼值」CV、即與出現的光量相關的接收信號值與曝光時間texp相關。根據另一實施方式，藉助發光半導體器件的發射光譜S(λ)和圖像傳感器的紅色的、綠色的和藍色的色彩通道的光譜靈敏度qR(λ)、qG(λ)和qB(λ)確定由發光半導體器件在運行中以發射光譜S(λ)發射的光的如下參數中的至少一個或多個參數：R＝∫qR(λ)·S(λ)dλ·texp，G＝∫qG(λ)·S(λ)dλ·texp，B＝∫qB(λ)·S(λ)dλ·texp。關於圖像傳感器的光譜靈敏度的前述單位，在將參數R、G和B確定為發射光譜(λ)的情況下能夠應用光譜輻射密度。此外，光譜靈敏度的和發射光譜的其他的定義也是可行的。根據另一實施方式，將發光半導體器件劃分成出自一組等級中的一個等級，這一組等級通過至少一個參數的不同的數值範圍來表徵，所述參數與參數R、G和B中的至少一個參數相關。換言之，發光半導體器件所能夠劃分成的等級通過一個或多個參數來表徵，所述參數分別與參數R、G和B中的至少一個參數相關。在確定要劃分的發光半導體器件的參數R、G和B中的一個或多個參數之後，所述發光半導體器件因此能夠被分配給至少一個特徵性的參數的數值範圍進而被分配等級。數值R、G和B展開圖像傳感器的色彩空間。因此，發光半導體器件的劃分和評估在此處所描述的方法中在圖像傳感器的色彩空間中進行。因為絕對的光譜輻射密度通過texp來歸一化，所以有利地在相關的、歸一化的圖像傳感器色彩空間中進行分選。在此描述的方法基於如下考慮。發光半導體器件，例如發光二極體晶片如今用作為用於圖像記錄方法的照明源。因此，例如包含發光二極體晶片的發光半導體器件作為閃光燈光源集成到行動電話中。在此，例如應用各個半導體器件或還應用具有相同發射光譜的半導體器件的對。替選於此，也應用具有不同發射光譜的兩個或更多個半導體器件，以便通過混合發射光譜將所形成的色度位置匹配於環境光。半導體器件為了預選而換分成不同的等級。在已知的方法中，為了相應的劃分，通常考慮下面的光測量學參數中的一個或多個：亮度(例如以流明或坎德拉為單位)、色度位置(例如cx/cy、u』/v』、相關色溫CCT、峰值波長、主波長)、運行電壓。然而在拍攝圖像時，圖像傳感器通常不僅檢測照明源的光，即例如一個或多個半導體器件的光，而且也檢測環境光的份額。因此，在已知的方法中，典型地，根據CIE標準色度系統、也稱作XYZ色彩空間來選擇相同的色度位置，或者為這兩個光類型、即為照明源的光和環境光選擇相同的色溫。然而能夠確定：由於這兩個光類型的不同的光譜得到用於圖像傳感器的不同的原始數據值。此外，具有不同的發射光譜的不同的發光半導體器件仍然能夠具有在XYZ色彩空間中的相同的標準色度值，進而在基於光測量學變量的分選方法中分配相同的等級。然而，藉助在多個相同類型的圖像傳感器應用裝置中的不同的發光半導體器件由於不同的發射光譜引起用於各個圖像傳感器應用裝置的相應的圖像傳感器的不同的原始數據值，這需要為每個半導體器件調整白平衡。然而，應嘗試避免這樣調整白平衡，因為否則必須單獨地校準每個圖像傳感器應用裝置。因為例如白平衡由圖像拍攝設備在傳感器色彩空間中執行，因此有利地在當前的方法中在不考慮上述光測量學的參數中的一個或多個參數的情況下執行對發光半導體器件的分級，其中在所述傳感器色彩空間中如上描述的那樣，儘管在XYZ色彩空間中的標準色度值相同會引起不同的色度坐標，這又引起圖像傳感器的原始數據值不同。而在此處描述的方法中在傳感器色彩空間中執行評估和分級。根據另一實施方式，根據參數R、B和B的線性組合進行分級。因此，將發光半導體器件劃分成出自一組等級中的一個等級也能夠與參數R、G和B中的兩個或三個參數的至少一個線性組合相關，其中所述等級通過至少一個參數的不同的數值範圍來表徵。對此，參數R、G和B能夠線性變換成參數R*、G*、B*，其中R*G*B*=a1a2a3a4a5a6a7a8a9RGB,]]>其中a1、……、a9是可適當選擇的因數。根據另一實施方式，發光半導體器件劃分成出自一組等級中的一個等級，這一組等級通過參數rg1＝R/(R+G+B)和/或bg1＝B/(R+G+B)的相應的數值範圍來表徵。根據另一實施方式，發光半導體器件劃分成出自一組等級中的一個等級，這一組等級的特徵通過參數rg2＝G/R和/或bg2＝B/G的相應的數值範圍來表徵。根據另一實施方式，發光半導體器件劃分成出自一組等級中的一個等級，所述等級的特徵通過參數rg3＝R/G和/或bg3＝B/G的相應的數值範圍來表徵。參數rgX和bgX，其中X＝1、2或3，具有的優點是：在相關的、歸一化的圖像傳感器色彩空間中進行劃分，因為之前描述的參數rgX和bgX與曝光時間texp無關。參數rgX和bgX，其中X＝1、2或3，也能夠通過由上述線性變換獲得的參數R*、G*和B*的相應的組合形成。在此，尤其也可行的是：通過所描述的變換將生產偏差(Produktionsstreuung)限制於參數rgX和bgX，使得能夠一維地執行分級。根據另一實施方式，圖像傳感器應用裝置是如下應用裝置，其中具有圖像傳感器的電子設備拍攝單個圖像或圖像序列。相應地，圖像傳感器應用裝置能夠選自下述應用裝置中的一個：攝錄機、例如攝像機或照相機、醫療成像裝置。發光半導體器件能夠是攝像機的、照相機的、行動電話的、體育場照明裝置的、舞臺照明裝置的、工作室照明裝置的或醫療成像裝置的一部分。根據另一實施方式，發光半導體器件所劃分成的等級通過rgX值和bgX值來表徵，其中X＝1、2或3，所述rgX值和bgX值對應於太陽光的相應的rgX數值和bgX數值、或者對應於根據標準光類型A或D的光的rgX數值和bgX數值、或者對應於普朗克輻射器的光的rgX數值和bgX數值。對於本領域技術人員而言，關於標準光類型D已知不同的標準光類型，例如D50、D55、D65、D75和D93。如果以圍繞這種目標值的儘可能小的偏差(Streuung)來劃分成一個等級，那麼能夠省去白平衡算法的調整。在圖像傳感器色彩空間中色度位置相同的情況下能夠進行可復現的白平衡。根據另一實施方式，用於劃分發光半導體晶片的參數的數值範圍、即尤其上述參數rgX和bgX，其中X＝1、2或3，通過目標值和與該值的預設的偏差來限定。在此，與目標值的偏差例如能夠小於或等於20％或者小於或等於15％或者小於或等於10％或者小於或等5％或者小於或等於1％。根據另一實施方式，圖像傳感器應用裝置具有不同的特徵化的參數、即尤其具有不同的rgX數值和bgX數值的至少兩個半導體器件，其中X＝1、2或3。特別地，半導體器件也能夠出自不同的等級。在通過相應的參數展開的色彩空間中，兩個半導體器件的參數值形成直線，所述直線與普朗克黑體曲線兩次相交。如果應用多於兩個不同的發光半導體器件，那麼所述發光半導體器件在相應的色彩空間中形成多邊形，所述多邊形圍成普朗克黑體曲線的一部分。由此可行的是：在圖像傳感器應用裝置中通過有針對性地調節發光半導體器件的相對的強度份額實現可調諧的混合光譜，所述混合光譜例如能夠匹配於多個環境光類型。附圖說明其他的優點、有利的實施方式和改進形式從下面結合附圖描述的實施例中得出。附圖示出：圖1示出對不同的發光半導體器件的色度位置進行的模擬，圖2示出用於對根據一個實施例的發光半導體器件分級的方法的示意圖，圖3A和3B示出根據另外的實施例的圖像傳感器應用裝置，和圖4示出根據另一實施例的發光半導體器件的色度位置與色坐標系統。具體實施方式在實施例和附圖中，相同的、同類的或起相同作用的元件能夠分別設有相同的附圖標記。所示出的元件和其彼此間的大小比例不能夠視為是合乎比例的。更確切地說，為了更好的示出和/或為了更好的理解能夠誇大地示出各個元件，例如層、組件、器件和區域。但是，如上面在概述部分中所描述的那樣，不同的發光半導體器件能夠具有不同的發射光譜，但是仍能夠具有在CIE標準色度系統中的相同的標準色度值。然而，在圖像傳感器的色彩空間中，不同的發射光譜的色度位置有時顯著不同。這基於：CIE標準色度系統基於人眼和其敏感度，圖像傳感器的敏感度與人眼的敏感度偏差，使得發射光譜的不同的光譜分量在這兩個色彩空間中的權重不同。在圖1中，對色度位置的模擬示出具有在XYZ色彩空間中的、即CIE標準色度系統中的以及圖像傳感器色度系統中的不同的發射光譜的多個發光半導體器件。在此，上方的水平的和右側的豎直的軸線表示色度坐標cx、cy與XYZ色彩空間中的全部模擬的半導體器件整體的平均值μcx、μcy的相對偏差，而下方的水平的和左側的豎直軸線表示相應的色度坐標與圖像傳感器色彩空間中的相應的平均值的相對偏差。軸線關聯關係也通過圖表中的箭頭來表明。不同的發光半導體器件的發射光譜被模擬為，使得其雖然不同，然而得到在XYZ色彩空間中的全部相同的色度位置。因此，在所示出的圖表中能夠識別僅一個點11(實心的圓)，所述點代表XYZ色彩空間中的疊加的色度位置。而在圖像傳感器色彩空間中，從不同的發射光譜中得出多個不同的色度坐標進而得到點的雲(實心的正方形)，其中點12示例地用附圖標記標識。不同的發光半導體器件、即具有不同發射光譜的半導體器件因此能夠在圖像傳感器色彩空間中形成不同的色度位置的大的雲，其中所述發射光譜在XYZ色彩空間中具有相同的色度坐標(Farbortkoordinaten)，使得每個發光半導體器件能夠引起用於圖像傳感器的不同的原始數據值。在圖2中描述用於對圖像傳感器的發光半導體器件進行分級的方法，其中半導體器件設立為用於圖像傳感器的光源，所述半導體器件考慮在圖1中示出的效果，並且所述半導體元件在圖像傳感器的色彩空間中執行分級。對此，在第一方法步驟中，提供發光半導體器件。發光半導體器件具有發射光譜S(λ)，所述發光半導體器件能夠根據概述部分中的描述構成並且能夠具有一個或多個發光半導體晶片，其必要時與一種或多種波長轉換材料組合。在另一方法步驟2中，確定由發光半導體器件在運行中以發射光譜S(λ)發射的光的如下參數中的至少一個參數：R＝∫qR(λ)·S(λ)dλ·texp，G＝∫qG(λ)·S(λ)dλ·texp，B＝∫qB(λ)·S(λ)dλ·texp。在此，qR(λ)、qG(λ)和qB(λ)是圖像傳感器的紅色的、綠色的和藍色的色彩通道的光譜靈敏度，所述光譜靈敏度通過預先確定或從製造商說明中已知。光譜靈敏度例如具有物理單位CV/(W/sr/m2/nm)/texp，其中「代碼值」CV與入射的光量和曝光時間texp相關。相應地，發射光譜S(λ)是光譜的輻射密度。在此，在波長範圍之上，即例如在可見光譜範圍中的波長範圍之上，例如350nm至800nm或380nm至750nm之上進行積分，其中所述波長範圍包含所有在光譜靈敏度中和在發射光譜S(λ)中包含的相關的波長。如此確定的R、G和B值展開圖像傳感器色彩空間。發生光譜例如能夠預先確定，或者從製造商詳細說明中已知。替選地也可行的是：應用測量裝置，所述測量裝置例如考慮圖像傳感器的色彩通道，並且所述測量裝置根據預先確定參數R、G和B輸出這些參數。圖像傳感器例如能夠是CCD傳感器或CMOS傳感器，所述傳感器具有呈傳感器像素形式的多個圖像傳感器元件。各個色彩通道能夠分別通過圖像傳感器元件的一部分藉助相應的色彩過濾器形成。在另一方法步驟3中，將發光半導體器件劃分成出自一組等級中的一個等級，這一組等級通過至少一個參數的不同的數值範圍來表徵，所述參數與參數R、G和B中的至少一個參數相關。因此，為了分級，考慮參數R、G和B中的至少一個參數。各個等級通過數值範圍表徵，所述數值範圍能夠通過目標值和與該目標值的偏差限定。與每個等級的數值範圍中的目標值的相對偏差例如能夠小於或等於20％。此外，更小的偏差也是可行的，如上面在概述部分中所描述的。尤其有利的是：在相對的、歸一化的圖像傳感器色彩空間中進行分級，所述圖像傳感器色彩空間通過參數展開，所述參數不與曝光時間texp相關。例如，發光器件在方法步驟3中能夠劃分成出自一組等級中的一個等級，這一組等級通過參數rgX和/或bgX的相應的數值範圍表徵。在此，X＝1、2或3能夠是：-X＝1：rg1＝R/(R+G+B)，bg1＝B/(R+G+B)；-X＝2：rg2＝G/R，bg2＝B/G；-X＝3：rg3＝R/G，bg3＝B/G。一個或多個藉助上述方法劃分等級的發光半導體器件能夠用於圖像傳感器應用裝置，其中藉助於圖像傳感器拍攝圖片或圖片序列。在圖3A中示出圖像傳感器應用裝置的一個實施例，所述圖像傳感器應用裝置通過行動電話300中的攝錄機形成。行動電話300以通過虛線表明的方式具有至少一個發光半導體器件301和圖像傳感器302，並且設置和設立用於拍攝單個圖片以及用於拍攝圖像序列，即影片。行動電話300代表優選具有全部一個或多個發光半導體器件301的多個行動電話，所述發光半導體器件根據上述方法從同一等級中選擇。由此，能夠有利地實現：在每個行動電話300中的發光半導體器件301的發射光譜在相應的圖像傳感器302中基本上引起各個色彩通道中的相同的原始數據值。因此，即使在多個行動電話的情況下也可以統一地調整白平衡算法，使得不必對每個所製造的行動電話進行單獨的校準。替選於所示出的行動電話300，圖像傳感器應用裝置例如也能夠是攝像機或照相機或醫療成像裝置。在圖3B中示出圖像傳感器應用裝置的另一實施例，所述圖像傳感器應用裝置為了拍攝圖片或圖像序列而設立在體育場中、舞臺上或工作室中，並且具有體育場、舞臺或工作室照明裝置303。藉助照明裝置303能夠對能夠藉助於攝錄機304拍攝的場景進行照明，其中所述照明裝置例如能夠通過一個或多個聚光燈或通過泛光燈設備形成，並且所述照明裝置具有多個發光半導體器件301。攝錄機304具有圖像傳感器302。如結合上面的實施例描述的那樣，也在圖3B的實施例的照明應用裝置中將根據上述說明的方法用於選擇發光半導體器件301。特別地，例如能夠有利的是，在上面描述的圖像傳感器應用裝置中應用發光半導體器件301，所述發光半導體器件的用於分級的參數、尤其是其rgX和bgX數值對應於太陽光的或根據標準光類型A或D的等價的環境光的或普朗克輻射器的rgX和bgX數值。在圍繞適當的目標值的偏差並且相應的分級的偏差儘可能小的情況下，能夠可行的是：能夠省去調整白平衡算法。特別地，在圖像傳感器色彩空間中的色度位置相同的情況下，能夠進行可復現的白平衡。如果應用具有不同的色度坐標的多個發光半導體器件、例如還有源自預先描述的方法的不同等級的多個發光半導體器件，那麼所述發光半導體器件在兩個發光半導體器件的情況下在圖像傳感器色彩空間中形成直線401，所述直線與普朗克黑體曲線402相交兩次，如其在圖4中所示出的。在應用多於兩個具有不同發射光譜的發光半導體器件的情況下，所述發光半導體器件在圖像傳感器色彩空間中形成多邊形，所述多邊形圍成普朗克黑體曲線的一部分。通過不同的發光半導體器件能夠產生用於圖像傳感器應用裝置的不同的混合光譜，其中通過對所得出的rgX和bgX數值進行調整能夠產生混合光譜，所述混合光譜匹配於多個環境光類型。結合附圖描述的實施例能夠具有根據概述部分中的描述的其他的或替選的特徵。本發明不由於根據所述實施例進行的描述而局限於所述實施例。更確切地說，本發明包括每個新的特徵以及特徵的每個組合，這尤其包含權利要求中的特徵的每個組合，即使所述特徵或所述組合本身沒有在權利要求或實施例中明確地說明時也是如此。當前第1頁1 2 3