DE10028233A1

DE10028233A1 - Farbkameraanordnung mit einem photosensitiven,Iv ladungsgekoppelten Bildwandler (CCD)

Info

Publication number: DE10028233A1
Application number: DE10028233A
Authority: DE
Inventors: Georg Kothmeier
Original assignee: Cobra Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Cobra Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 2000-06-07
Filing date: 2000-06-07
Publication date: 2002-01-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Farbkameraanordnung mit einem photosensitiven, ladungsgekoppelten Bildwandler (CCD) für den wahlweisen Betrieb im sichtbaren und infraroten Bereich des Spektrums, umfassend ein Kameragehäuse, ein Objektiv, ein optisches Tiefpassfilter, ein IR-Sperrfilter sowie eine Vorrichtung zum mechanischen Bewegen optischer Komponenten bezüglich des Strahlengangs. Erfindungsgemäß ist eine Objektiv-Korrekturplatte mit der Bewegungsvorrichtung verbunden oder von dieser angetrieben, wobei auf der dem Bildwandler zugewandten Seite der Objektiv-Korrekturplatte ein reflektierendes Tageslicht-Sperrfilter aufgebracht oder angeordnet ist. Weiterhin ist ein Tageslichtsensor im Reflexionsbereich des Tageslicht-Sperrfilters befindlich. Mit Erreichen oder Unterschreiten eines Schwellwerts von einfallender Strahlung im sichtbaren Bereich führt die Bewegungsvorrichtung Tiefpassfilter und IR-Sperrfilter aus dem Strahlengang heraus und die Objektiv-Korrekturplatte mit Tageslicht-Sperrfilter in den Strahlengang hinein. Mit zunehmender Intensität und/oder Erreichen oder Überschreiten eines Schwellwerts vom Tageslichtsensor detektierter Strahlung im sichtbaren Bereich erfolgt ein Rückverschwenken oder Rückverschieben der optischen Komponenten, so dass der gewünschte Tages- oder Nacht-Betrieb automatisch realisierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Farbkameraanordnung mit einem photosensitiven ladungsgekoppelten Bildwandler (CCD) für den wahlweisen Betrieb im sichtbaren und infraroten Bereich des Spektrums, umfassend ein Kameragehäuse, ein Objektiv, ein optisches Tiefpassfilter, ein Infrarot(IR)-Sperrfilter sowie eine Vorrichtung zum mechanischen Bewegen optischer Komponenten bezüglich des Kamera-Strahlengangs gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der JP-06292213 A ist eine Anordnung zur Farbseparation für Videokameras vorbekannt, wobei dort ein rotierender Träger vorgesehen ist, welcher ein Blaufilter und ein IR-Filter auf weist. Die einfallende Strahlung gelangt dann auf eine Prismen- Strahlteileranordnung, welche einen blauen, einen grünen und einen roten Kanal bildet. Jedem Kanal ist ein Bildwandler in Form einer ladungsgekoppelten Anordnung (CCD) zugeordnet.

Durch rotatorische Bewegung kann entweder das Blaufilter oder das IR-Filter in den Kamerastrahlengang geschwenkt werden, so dass zwischen einem Infrarot-Betrieb oder einem Tageslicht- Betrieb umgeschaltet werden kann. In dem Fall, wenn das Infra rot-Filter gewählt ist, wird die Kamera im üblichen Betrieb der einzelnen Kanäle rot, grün und blau eingesetzt. Mit Hilfe der dort gezeigten Videokamera soll ein Einsatz also sowohl im Tag- als auch im Nacht-Betrieb, z. B. zur Verbrechensbekämpfung oder -vorbeugung, möglich sein. Offen bleibt, ob und inwieweit in Abhängigkeit von einfallender Strahlung die jeweilige Be triebsart der Kamera automatisch gewählt wird, um z. B. sicher zustellen, dass ein künstliches Überblenden und Stören des Betriebs der Kamera vermieden werden kann.

Bei der Kameraanordnung gemäß EP 0 658 788 A2 ist eine Filter einrichtung für Tag- und Nachtsicht vorgesehen, wobei zusätz lich Spiegel in Wirkverbindung mit einem Strahlteiler stehen. Eine übliche Tageslichtsensorik ist mit einer Nachtsichteinheit verbunden, wobei die Nachtsichteinheit einen IR-Empfänger auf weist. Darüber hinaus ist in der Verbindungsvorrichtung eine Einheit zum Umwandeln des IR-Strahlungsbilds in sichtbares Licht vorgesehen. Das so erzeugte Bild im sichtbaren Spek tralbereich wird mit dem erwähnten Spiegel und dem Strahlteiler in die Tageslicht-Kameraeinheit eingeblendet. Eine Öffnung ermöglicht darüber hinaus in Verbindung mit einer beweglichen Blende einen unmittelbaren Eintritt von Strahlung im sichtbaren Bereich, so dass der Tagbetrieb der Kameraanordnung uneinge schränkt möglich ist. Im Bereich der Öffnung der Kamera für den sichtbaren Spektralbereich sind Filter angeordnet, um eine unterschiedliche Selektivität je nach Einsatzgebiet zu er reichen.

Weiterhin ist unter der Produktbezeichnung VCC-4372P der Firma Sanyo, Japan, eine CCD-Tag/Nacht-Kamera vorbekannt, die eine automatische oder Hand-Umschaltung für den jeweiligen Betrieb ermöglicht. Die Umschaltempfindlichkeit im Automatikbetrieb ist in verschiedenen Stufen regelbar. Es hat sich jedoch aus Untersuchungen gezeigt, dass bei Abnahme der Helligkeit die dortige Kamera zwar in den Schwarz/Weiß-Modus umschaltet, jedoch dann, wenn ein Beleuchten der Szene mit einem Infrarot- Scheinwerfer erfolgt, die dort vorgesehene Automatik wiederum den Farbbetrieb wählt. In diesem Fall gelangt kein verwertbares Ausgangssignal mehr auf den dortigen CCD-Sensor, so dass die Kamera wieder in den ursprünglichen Modus zurückschaltet, und so weiter.

Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Farbkameraanordnung, insbesondere 1-Chip- Farbkamera für Tag- und Nachteinsatz anzugeben, welche zum einen ein automatisches Umschalten je nach einfallender Strah lung ermöglicht und die andererseits Farblängsfehler vermeiden hilft, die sich als Unschärfe bei der Abbildung im IR-Betrieb zeigen.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch eine Farb kameraanordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.

Der Grundgedanke der Erfindung liegt demgemäß darin, von einer an sich bekannten Farbkameraanordnung, insbesondere 1-Chip- Farbkamera auszugehen, welche eine Objektiv-Korrekturplatte aufweist und wobei auf der dem Bildwandler zugewandten Seite der Korrekturplatte ein reflektierendes Tageslicht-Sperrfilter aufgebracht oder angeordnet ist. Die Objektiv-Korrekturplatte steht nun mit einer Bewegungsvorrichtung in Wirkverbindung, die ein Hineinbewegen der Platte in den Strahlengang und ein gleichzeitiges Herausbewegen eines IR-Sperrfilters sowie eines optischen Tiefpassfilters ermöglicht.

Weiterhin ist erfindungsgemäß ein Tageslichtsensor im Refle xionsbereich des Tageslicht-Sperrfilters befindlich, so dass mit zunehmender Strahlung im sichtbaren Bereich die Kamera wieder in einen Tageslicht-Farbmodus schalten kann.

Mit Hilfe der Objektiv-Korrekturplatte, welche bei einem Ausführungsbeispiel aus optischem Glas besteht, kann die IR- Schärfeverzerrung von im IR nicht korrigierten herkömmlichen Objektiven ausgeglichen werden, so dass auch im Nachtbetrieb qualitativ hochwertige Aufnahmem erfolgen können.

Im Nachtmodus arbeitet die Kamera im Schwarz/Weiß-Betrieb, so dass in diesem Fall der für die Farbdarstellung nötige Farb hilfsträger abgeschaltet werden kann.

Wie erwähnt, ist auf der dem Sensor zugewandten Seite der Korrekturplatte ein Tageslicht-Sperrfilter aufgebracht, welches einfallendes, für das Auge sichtbares Licht reflektiert und auf den Tageslichtsensor spiegelt, der dieses Licht detektiert. Über das Detektorausgangssignal veranlaßt wird der IR-Sperr filter wiederum vor den Strahlengang mit der Bewegungsvorrich tung verbracht und die Kamera in den Farbmodus umgeschaltet.

Im Falle des Erreichens oder Unterschreitens eines Pegels von Licht im sichtbaren Bereich des Spektrums wird die Kamera in den IR-Modus überführt. Hierbei kann über einen zusätzlichen Schaltausgang ein Signal zum Aktivieren einer IR-Lichtquelle geliefert werden.

Bevorzugt im Randbereich des Strahlengangs ist ein Spiegel angeordnet, um vom Tageslicht-Sperrfilter reflektierte Strahlung auf den bereits erwähnten Tageslichtsensor zu leiten. Der Tageslichtsensor selbst ist bevorzugt außerhalb des Strahlengangs, z. B. in der Ebene des CCD-Chip angeordnet.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass der Tageslichtsensor über eine Öffnung im Kameragehäuse bei Betrieb im sichtbaren Bereich des Spektrums mit Umgebungsstrahlung beaufschlagt ist, so dass dieser Sensor zum aktiven Umschalten auch beim Übergang vom Tag- in den IR-Betrieb Verwendung finden kann.

Die Objektiv-Korrekturplatte ist bevorzugt unmittelbar vor dem Bildwandler angeordnet. Für die Vorrichtung zum mechanischen Bewegen der optischen Komponenten bezüglich des Strahlengangs kommt beispielsweise ein elektromagnetischer Aktor zum Einsatz. Hier besteht die Möglichkeit, ein Linearverschieben von Tief passfilter mit IR-Filter einerseits und Objektiv-Korrektur platte mit Tageslicht-Sperrfilter andererseits zu realisieren oder aber auch, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist, selbige Filter auf einer rotierenden Trägerscheibe anzuordnen.

Insbesondere durch die Anordnung des Tageslichtsensors, welcher über das Objektiv einfallende, auf das Tageslicht-Sperrfilter gelangende Strahlung erkennt, kann mit zunehmender Taghellig keit, d. h. mit zunehmenden Werten von Strahlung im sichtbaren Bereich, vom IR-Betrieb wieder auf den Tag-Betrieb der Kamera umgeschaltet werden.

Mit vorstehender Erfindung gelingt es in besonders einfacher Weise, eine Farbkameraanordnung zu erhalten, die sowohl im Tag- als auch im Nacht-, d. h. IR-Betrieb funktionsfähig ist und welche durch das Vorsehen eines Farblängsfehler-Korrektur filters in der Lage ist, auch mit herkömmlichen Objektiven im IR-Betrieb Aufnahmen hoher Schärfe zu liefern. Durch einen in die Kamera integrierten Tageslichtsensor, der im Reflexions bereich des im IR-Betrieb eingeschwenkten Tageslicht-Sperr filters befindlich ist, besteht die Möglichkeit, die Kamera im automatischen Betrieb mit zunehmender Strahlung im sichtbaren Bereich entsprechend in den Tag-Betrieb zu überführen.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbei spiels sowie unter Zuhilfenahme einer Figur näher erläutert werden.

Die Figur zeigt hierbei einen prinzipiellen Aufbau der Farb kamera mit wahlweise in den Strahlengang hineinbeweg- oder -verschwenkbaren Filter- bzw. Korrektureinrichtungen.

Über ein Kameraobjektiv 1 gelangt Strahlung bei Tag-Betrieb auf einen IR-Sperrfilter 2 sowie einen optischen Tiefpass 3. Dieser optische Tiefpass 3 ist bei 1-Chip-Farbkameras notwendig, um sogenannte Moiré-Effekte zu vermeiden. Das IR-Sperrfilter 2 verhindert ein Überblenden des CCD-Sensors 4 durch den auch im Tageslicht vorhandenen IR-Anteil.

Um die Farbkamera auch nachts bei gleichzeitiger Beleuchtung der Objekte mit Infrarot-Licht einsetzen zu können, wird nun der IR-Sperrfilter 2 einschließlich Tiefpassfilter 3 über eine nicht gezeigte Vorrichtung zum mechanischen Bewegen aus dem Strahlengang entfernt.

Mit dem Herausbewegen der optischen Komponenten 2 und 3 wird gleichzeitig eine Objektiv-Korrekturplatte 5 in den Strahlen gang hinein bewegt. Mit Hilfe dieser Objektiv-Korrekturplatte 5 können Farblängsfehler korrigiert werden, die bei üblichen Objektiven auftreten, die für Strahlung im infraroten Bereich nicht korrigiert sind. Unerwünschte Unschärfen bei Nacht- Betrieb der Kamera werden hierdurch vermieden.

Mit Übergang der Kamera in den Nacht-Betrieb wird bei der zugehörigen Steuerschaltung (nicht gezeigt) der Farbhilfsträger abgeschaltet.

Auf der dem CCD-Sensor 4 zugewandten Seite der Objektiv- Korrekturplatte 5 ist darüber hinaus ein Tageslicht-Sperrfilter 6 aufgebracht, welches einfallendes, für das Auge sichtbares Licht reflektiert und auf einen Tageslichtsensor 7 führt. Beim Ausführungsbeispiel ist zum Umlenken der reflektierten Strah lung ein Spiegel 8 vorhanden, der bevorzugt im Randbereich außerhalb des Strahlengangs befindlich ist.

Mit Erreichen oder Unterschreiten eines Schwellwerts von ein fallender Strahlung im sichtbaren Bereich führt die Bewegungs vorrichtung Tiefpassfilter 3 und IR-Sperrfilter 2 aus dem Strahlengang heraus und die Objektiv-Korrekturplatte 5 mit Tageslicht-Sperrfilter 6 in den Strahlengang hinein. Mit zunehmender Intensität und/oder Erreichen oder Überschreiten eines Schwellwerts vom Tageslichtsensor 7 detektierter Strahlung im sichtbaren Bereich wird ein Rückverschieben oder Rückverschwenken der optischen Komponenten vorgenommen, so dass auf diese Weise zwischen Tag- und Nacht-Betrieb umgeschaltet werden kann.

Der Tageslichtsensor 7 kann über eine nicht gezeigte Öffnung im Kameragehäuse bei Betrieb im sichtbaren Bereich des Spektrums mit Umgebungsstrahlung beaufschlagt werden, um Veränderungen in der Intensität zu erfassen, so dass auf diese Weise mit abfallender Strahlung im sichtbaren Bereich der IR- bzw. Nachtmodus aktivierbar ist.

Zusätzlich besteht die Möglichkeit, mit Erreichen oder Unter schreiten des Schwellwerts von einfallender Strahlung im sichtbaren Spektralbereich über einen nicht gezeigten Schalt ausgang ein Signal zum Aktivieren einer IR-Lichtquelle, z. B. eines IR-Scheinwerfers, abzuleiten.

Der optische Tiefpass 3 und die Objektiv-Korrekturplatte 5 können bezüglich des CCD-Sensors 4 linear verschieblich angeordnet oder aber auch mit Hilfe eines rotierenden Trägers abwechselnd bzw. nacheinander in den Strahlengang verbracht werden.

Bezugszeichenliste

1

Kameraobjektiv

2

IR-Sperrfilter

3

optisches Tiefpassfilter

4

CCD-Sensor

5

Objektiv-Korrekturplatte

6

Tageslicht-Sperrfilter

7

Tageslichtsensor

8

Spiegel

Claims

1. Farbkameraanordnung mit einem photosensitiven, ladungsge koppelten Bildwandler (CCD) für den wahlweisen Betrieb im sichtbaren und infraroten Bereich des Spektrums, umfassend ein Kameragehäuse, ein Objektiv, ein optisches Tiefpassfilter, ein IR-Sperrfilter sowie eine Vorrichtung zum mechanischen Bewegen optischer Komponenten bezüglich des Strahlengangs, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Objektiv-Korrekturplatte mit der Bewegungsvorrichtung verbunden oder von dieser angetrieben ist, wobei auf der dem Bildwandler zugewandten Seite der Korrekturplatte ein reflek tierendes Tageslicht-Sperrfilter aufgebracht oder angeordnet ist;
ein Tageslichtsensor im Reflexionsbereich des Tageslicht- Sperrfilters befindlich ist, wobei mit Erreichen oder Unter schreiten eines Schwellwerts von einfallender Strahlung im sichtbaren Bereich die Bewegungsvorrichtung Tiefpassfilter und IR-Sperrfilter aus dem Strahlengang heraus und die Objektiv- Korrekturplatte mit Tageslicht-Sperrfilter in den Strahlengang hinein verschiebt oder verschwenkt und mit zunehmender Inten sität und/oder Erreichen oder Überschreiten eines Schwellwerts vom Tageslichtsensor detektierter Strahlung im sichtbaren Bereich ein Rückverschieben oder -schwenken der optischen Komponenten erfolgt.

2. Farbkameraanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Randbereich des Strahlengangs ein Spiegel angeordnet ist, um vom Tageslicht-Sperrfilter reflektierte Strahlung auf den Tageslichtsensor zu leiten.

3. Farbkameraanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Tageslichtsensor außerhalb des Strahlengangs angeordnet ist.

4. Farbkameraanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tageslichtsensor über eine Öffnung im Kameragehäuse bei Betrieb im sichtbaren Bereich des Spektrums mit Umgebungs strahlung beaufschlagt ist.

5. Farbkameraanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit Erreichen oder Unterschreiten des Schwellwerts von ein fallender Strahlung im sichtbaren Spektralbereich ein Schalt ausgang zum Betreiben einer IR-Lichtquelle aktivierbar ist.

6. Farbkameraanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Objektiv-Korrekturplatte unmittelbar vor dem Bildwandler angeordnet ist.

7. Farbkameraanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen elektromagnetischen Aktor zum Bewegen der optischen Komponenten.

8. Farbkameraanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch Verwendung eines 1-Chip-CCD-Bildwandlers.