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Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Bilderfassung, mit einer Vielzahl an rasterförmig angeordneten und für elektromagnetische Strahlung sensitiven Sensorelementen.
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Es ist bekannt, in einem Fahrzeug eine oder mehrere Kameras anzuordnen, um Bilder aus dem Innenraum des Fahrzeugs und/oder aus der Fahrzeugumgebung zu erfassen. Die erfassten Bilder können dem Fahrer zur Anzeige gebracht und zur Umsetzung unterschiedlicher Fahrerassistenzfunktionen ausgewertet werden. Derartige Kameras bzw. Kamerasysteme werden auch allgemein als Fahrzeugkameras bezeichnet.
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Im Zusammenhang mit den genannten Fahrerassistenzfunktionen ist insbesondere die Anordnung einer Fahrzeugkamera im Innenraum des Fahrzeugs hinter der Windschutzscheibe bekannt, mit Blickrichtung durch die Scheibe hindurch in Fahrtrichtung des Fahrzeugs. Mittels geeigneter Verarbeitung der so aus dem Vorausbereich des Fahrzeugs erfassten Bilder ist die Umsetzung verschiedener Fahrerassistenzfunktionen möglich. Bekannte Funktionen sind beispielsweise adaptives Kurvenlicht, Auf- und Abblendassistent für das Fahrlicht, Nachtsichtsysteme (englisch: night vision), Tempomat, Einparkhilfe, Bremsassistent, ACC (Adaptive Cruise Control) bzw. Abstandsregeltempomat, Abstandswarner, Abbiegeassistent, Stauassistent, Spurerkennungssystem, Spurhalteassistent, Spurhalteunterstützung, Spurwechselassistent, ISA (Intelligent Speed Adaption), ANB (Automatische Notbremsung), Kurvenassistent und Verkehrszeichenerkennung. Systeme zur Verarbeitung der mittels Fahrzeugkameras erfassten Bilder und zur Umsetzung von Fahrerassistenzfunktionen werden dabei allgemein als Fahrerassistenzsysteme bezeichnet.
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Bei den derzeit in Fahrzeugen eingesetzten Kameras werden zur Bilderfassung sogenannte Bildsensoren bzw. Bildaufnahmeelemente verwendet, z.B. CMOS- oder CCD-Bildchips, die in der Regel in einem Kameragehäuse hinter einem Abbildungssystem, z.B. einem Objektiv, angeordnet sind.
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Ein Kamerasystem dieser Art ist beispielsweise aus der
DE 30 21 470 C2 bekannt. Das dort beschriebene System weist einen Bildsensor mit einer Vielzahl von Sensorelementen auf, die rasterförmig in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Bei den Sensorelementen handelt es sich um Fotodioden, die für elektromagnetische Strahlung sensitiv sind. Die Fotodioden erfassen dabei elektromagnetische Strahlung, die mittels eines Objektivs auf den Bildsensor projiziert wird.
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Die in Fahrzeugkameras eingesetzten Bildsensoren sind in der Regel auch in der Lage, Farben zu erfassen, z.B. mittels Demosaicking/Demosaicing bei einem mit einem Mosaik-Farbfilter überlagerten Bildsensor.
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Ein solcher Bildsensor wird beispielsweise in der
DE 10 2005 047 127 A1 angegeben. Der dort beschriebene CMOS-Bildsensor umfasst sogenannte Farb-Pixel, die in einem definierten Colorfilterarray bzw. in einer bestimmten Farbfiltermatrix angeordnet sind. Hierzu umfasst der Bildsensor eine Unterschicht bzw. ein Substrat mit Fotodiodenbereichen und Metallleitungen, die in einem Halbleitersubstrat gebildet sind, um auf einfallendes Licht hin Ladungen zu erzeugen. Weiterhin umfasst der Bildsensor eine dielektrische Zwischenschicht, die auf der gesamten Oberfläche der Unterschicht gebildet ist. Weiterhin umfasst der Bildsensor Farbfilterschichten von Rot, Grün und Blau, die auf der dielektrischen Zwischenschicht gebildet sind, um jeweils Licht von bestimmten Wellenlängen zu den Fotodiodenbereichen durchzulassen. Darüber hinaus umfasst der Bildsensor eine Planarisierungsschicht, die auf den Farbfilterschichten gebildet ist, sowie konvexe Mikrolinsen, die eine bestimmte Krümmung aufweisen und die auf der Planarisierungsschicht gebildet sind, um Licht auf ihr entsprechendes Farbfilter in den Farbfilterschichten konvergieren zu lassen und um dadurch nach Farben getrenntes Licht auf den Fotodiodenbereichen konvergieren zu lassen.
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Die Anforderungen an die heutzutage in Fahrzeugen eingesetzten Kameras nehmen beständig zu. Eine einzelne Fahrzeugkamera muss somit bereits häufig zur Umsetzung mehrerer unterschiedlicher Fahrerassistenzfunktionen einsetzbar sein. Insbesondere soll nicht für jede Fahrerassistenzfunktion eine separate Kamera im Fahrzeug angeordnet werden. Weiterhin müssen die eingesetzten Fahrzeugkameras auch bei unterschiedlichen Lichtbedingungen bzw. Lichtverhältnissen auswertbare Bilder erfassen können, insbesondere sowohl bei Tag als auch bei Nacht.
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In diesem Zusammenhang ist es bereits bekannt in die Farbfilteranordnung bzw. in das Colorfilterarray eines Bildsensors sogenannte Clear-Pixel einzufügen, die ohne einen Farbfilter ausgestaltet und damit idealerweise für elektromagnetische Strahlung im gesamten Wellenlängenbereich des sichtbaren Spektralbereichs sensitiv sind. Dadurch soll die Empfindlichkeit des Bildsensors bei schlechten Lichtverhältnissen, insbesondere bei Nacht, erhöht werden. In der
DE 10 2006 055 905 A1 wird beispielsweise eine derartige Sensoranordnung aus Pixeln mit Farbfilter und Pixeln ohne Farbfilter beschrieben, um den Dynamikbereich der Kamera zu erhöhen.
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Müssen nur bestimmte Farben erfasst werden, so können beispielsweise auch ein oder zwei Farbfilter komplett weggelassen werden. Bekannt ist insbesondere eine Kombination aus drei Pixeln ohne Farbfilter und einem Pixel mit einem roten Farbfilter innerhalb eines 2 × 2 Quadranten der Farbfilteranordnung eines Bildsensors. Dadurch kann weiterhin rotes Licht gegenüber dem gesamten sichtbaren Spektralbereich unterschieden werden und es werden eine hohe Nachtempfindlichkeit und eine gute Rotselektivität erreicht.
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Nachteilig bei den bekannten Bildsensoren, bei denen sogenannte Clear-Pixel in der Sensoranordnung angeordnet werden, insbesondere um die Lichtempfindlichkeit des Bildsensors zu erhöhen, ist die Tatsache, dass die Erhöhung der Lichtempfindlichkeit des Bildsensors mit einer Reduktion der räumlichen Farbauflösung einhergeht, insbesondere da weniger Pixel zur Farberfassung zur Verfügung stehen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Sensoranordnung anzugeben, mit welcher die vorangehend genannten Anforderungen an Fahrzeugkameras, insbesondere die Bilderfassung bei unterschiedlichen bzw. bei schlechten Lichtverhältnissen, d.h. beispielsweise bei Tag und bei Nacht, erfüllt werden können, wobei jedoch weiterhin eine gute Farbauflösung mittels eines Bildsensors, der mit der erfindungsgemäßen Sensoranordnung ausgebildet ist, erreicht werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch Sensoranordnung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.
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Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, in einer Sensoranordnung eines Bildsensors sowohl Clear-Pixel als auch Pixel mit Farbfiltern (Farb-Pixel) anzuordnen, wobei Clear-Pixel und Farb-Pixel in Zeilen- und Spaltenrichtung insbesondere abwechselnd, d.h. in einander abwechselnder Reihenfolge, nebeneinander angeordnet sind und wobei vorzugsweise jedes Clear-Pixel direkt benachbart wenigstens ein Farbpixel jeder Farbe, d.h. ein Pixel jeden Farbfilters mit denen die Farb-Pixel ausgestaltet sind, besitzt. Hierdurch kann sowohl eine hohe Lichtempfindlichkeit der Sensoranordnung erreicht werden, insbesondere bei schlechten bzw. schwachen Lichtverhältnissen, als auch eine hohe Farbauflösung. Weiterhin ist mit der erfindungsgemäßen Sensoranordnung, gegenüber den bislang aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, eine deutlich verbesserste Farbinterpolation möglich.
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Die erfindungsgemäße Sensoranordnung dient zur Bilderfassung und umfasst eine Vielzahl an rasterförmig angeordneten und für elektromagnetische Strahlung sensitiven Sensorelementen. Die Sensoranordnung umfasst dabei insbesondere eine Vielzahl von Bildpunkte- bzw. Pixelbildenden und für elektromagnetische Strahlung sensitiven Sensorelementen, die nebeneinander liegend in Form einer Matrix, insbesondere in Spalten und Zeilen, angeordnet sind. Die Sensorelemente können beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass diese elektromagnetische bzw. optische Strahlung in elektrische Energie umwandeln und/oder einen von der einfallenden elektromagentischen Strahlung abhängigen elektrischen Widerstand anzeigen. Der Begriff elektromagnetische Strahlung bezieht sich dabei sowohl auf elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Spektralbereich (Farbspektrum), d.h. insbesondere für das menschliche Auge sichtbares Licht, als auch auf elektromagnetische Strahlung im nicht sichtbaren Spektralbereich, d.h. insbesondere für das menschliche Auge nicht sichtbares Licht, z.B. Infrarot- und/oder Ultraviolettstrahlung. Die Sensoranordnung kann beispielsweise als CCD-Bildsensor (CCD: Charge-Coupled Device) oder als CMOS-Bildsensor (CMOS: Complementary Metal Oxide Semiconductor) sowie insbesondere als aktiver Pixelsensor (engl. Active Pixel Sensor, APS), ausgestaltet sein, mit lichtempfindlichen Fotodioden als Sensorelemente.
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Erfindungsgemäß umfasst die Sensoranordnung Sensorelemente eines ersten Typs, die jeweils mit einem Farbfilter ausgestaltet und für elektromagnetische Strahlung in einem bestimmten Bereich im sichtbaren Spektralbereich sensitiv sind. Farbfilter für Sensoranordnungen bzw. für Bildsensoren sind, wie einleitend erwähnt, aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Dabei kann grundsätzlich jedes einzelne Sensorelement der Sensoranordnung mit einem eigenen Farbfilter ausgestaltet sein. Es können aber auch mehrere Sensorelemente der Sensoranordnung mit einem gemeinsamen, d.h. mit demselben, Farbfilter ausgebildet sein. Erfindungsgemäß kann die Sensoranordnung weiterhin Sensorelemente des ersten Typs umfassen, die jeweils mit unterschiedlichen Farbfiltern ausgebildet sind, d.h. die Sensorelemente des ersten Typs unterscheiden sich wiederum in mehrere Gruppen, mit innerhalb der Gruppe identischen und von Gruppe zu Gruppe unterschiedlichen Farbfiltern. Es können auch alle Sensorelemente des ersten Typs mit dem gleichen Farbfilter ausgestaltet sein.
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Die Farbfilter der Sensorelemente des ersten Typs können beispielsweise als absorbierende Farbmasken, insbesondere in den Grundfarben Rot, Grün und Blau und/oder in den Grundfarben Gelb, Magenta und Cyan ausgestaltet sein, die vorzugsweise direkt über den Sensorelementen angeordnet sind. Jedes Sensorelement liefert in dem Fall nur Informationen bzw. Signale für eine einzige Farbkomponente des Lichts, insbesondere für elektromagnetische Strahlung aus dem der Farbe entsprechenden Spektralbereich. Der Farbfilter kann insbesondere auch als Dünnschichtfarbfilter ausgestaltet sein, mit einem Träger, der über den Sensorelementen angeordnet ist und auf dem ein Farbfilter aufgebracht ist, beispielsweise als Mischung aus organischen Farbpigmenten und anorganischen Materialien, z.B. Halogenide. Die Sensoranordnung kann auch mit einem Mikrolinsen-Farbfilter-System ausgestaltet sein, wobei zwischen den Sensorelementen und darüber angeordneten Mikrolinsen eine Farbfilterschicht ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein System eingesetzt werden, das die unterschiedliche Eindringtiefen von Licht, insbesondere von rotem und blauem Licht, in Silicium ausnutzt (Foveon-X3-Sensor).
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Erfindungsgemäß umfasst die Sensoranordnung weiterhin Sensorelemente eines zweiten Typs, die für elektromagnetische Strahlung im gesamten Bereich des sichtbaren Spektralbereichs sensitiv sind, d.h. für das gesamte sichtbare Licht- bzw. Farbspektrum. Die Sensorelemente sind dabei vorzugsweise ohne einen Farbfilter ausgestaltet. Die Anordnung derartiger Sensorelemente in einer Sensoranordnung ist aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Derartige Sensorelemente werden, wie einleitend erwähnt, auch als Clear-Pixel bezeichnet.
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Erfindungsgemäß sind die Sensorelemente des ersten Typs und des zweiten Typs derart angeordnet, insbesondere innerhalb der rasterförmigen bzw. matrixförmigen Sensoranordnung, dass die Sensorelemente des ersten Typs und die Sensorelemente des zweiten Typs in den Zeilen und Spalten der Sensoranordnung in einander abwechselnder Reihenfolge angeordnet sind. In anderen Worten folgt in Richtung der Spalten und in Richtung der Zeile der Sensoranordnung auf ein Sensorelement des ersten Typs immer ein Sensorelement des zweiten Typs und umgekehrt, auf ein Sensorelement des zweiten Typs immer ein Sensorelement des ersten Typs.
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Die Sensorelemente des ersten Typs sind innerhalb der erfindungsgemäßen Sensoranordnung bevorzugt mit wenigstens zwei unterschiedlichen Farbfiltern ausgestaltet. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Sensorelemente des ersten Typs mit genau drei unterschiedlichen Farbfiltern ausgestaltet sind, bei welchen es sich weiterhin vorzugsweise um Farbfilter für drei Grundfarben handelt, so dass mittels der Sensorelemente des ersten Typs das gesamte sichtbare Farbspektrum abgedeckt bzw. erfasst werden kann. Bei den drei Grundfarben kann es sich, wie vorangehend bereits genannt, beispielsweise um die Grundfarben Rot, Grün und Blau oder Gelb, Magenta und Cyan handeln.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung sind die Sensorelemente des ersten Typs mit drei unterschiedlichen Farbfiltern ausgestaltet. Dabei sind in den Spalten der Sensoranordnung bevorzugt jeweils Sensorelemente des ersten Typs angeordnet, die mit identischen Farbfiltern ausgestaltet sind, d.h. die Farbfilter der Sensorelemente des ersten Typs unterscheiden sich innerhalb einer Spalte der Sensoranordnung nicht. In den Zeilen der Sensoranordnung hingegen sind bevorzugt jeweils die Sensorelemente des ersten Typs in einer bestimmten sich wiederholenden Farbfilter-Reihenfolge angeordnet. Die bestimmte sich wiederholende Farbfilter-Reihenfolge umfasst dabei insbesondere von jedem der mit unterschiedlichen Farbfiltern ausgestalteten Sensorelemente des ersten Typs genau ein Sensorelement, d.h. die Farbfilter-Reihenfolge umfasst bevorzugt genau drei Sensorelementen des ersten Typs mit jeweils unterschiedlichen Farbfiltern. Die bestimmte Farbfilter-Reihenfolge kann sich dabei innerhalb der Zeilen fortlaufend wiederholen. Handelt es sich bei den Farbfiltern der Sensorelemente des ersten Typs um Farbfilter für die Spektralfarben Rot, Grün und Blau, dann können die Sensorelemente in den Zeilen der Sensoranordnung beispielsweise in den Farbfilter-Reihenfolgen Rot-Grün-Blau oder Rot-Blau-Grün angeordnet sein. Da erfindungsgemäß die Sensorelemente des ersten und zweiten Typs in den Zeilen und Spalten der Sensoranordnung in einander abwechselnder Reihenfolge angeordnet sind, würde sich bei den vorangehend genannten Farbfilter-Reihenfolgen eine Anordnung von Sensorelementen des ersten und zweiten Typs in den Zeilen der Sensoranordnung mit der Anordnung
Rot, Clear-Pixel, Grün, Clear-Pixel, Blau, Clear-Pixel, ...
oder
Rot, Clear-Pixel, Blau, Clear-Pixel, Grün, Clear-Pixel, ... und in den Spalten der Sensoranordnung mit der Anordnung
Rot, Clear-Pixel, ...
sowie
Grün, Clear-Pixel, ...
und
Blau, Clear-Pixel, ...
ergeben.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung sind die Sensorelemente des ersten Typs mit drei unterschiedlichen Farbfiltern ausgestaltet. Dabei sind in den Zeilen der Sensoranordnung bevorzugt jeweils Sensorelemente des ersten Typs angeordnet, die mit identischen Farbfiltern ausgestaltet sind, d.h. die Farbfilter der Sensorelemente des ersten Typs unterscheiden sich innerhalb einer Zeile der Sensoranordnung nicht. In den Spalten der Sensoranordnung hingegen sind bevorzugt jeweils Sensorelemente des ersten Typs in einer bestimmten sich wiederholenden Farbfilter-Reihenfolge angeordnet. Die Farbfilter-Reihenfolge umfasst dabei insbesondere von jedem der mit unterschiedlichen Farbfiltern ausgestalteten Sensorelemente des ersten Typs genau ein Sensorelement, d.h. die Farbfilter-Reihenfolge umfasst bevorzugt genau drei Sensorelementen des ersten Typs mit jeweils unterschiedlichen Farbfiltern. Die Farbfilter-Reihenfolge kann sich dabei innerhalb der Spalten fortlaufend wiederholen. Handelt es sich bei den Farbfiltern der Sensorelemente des ersten Typs um Farbfilter für die Spektralfarben Gelb, Magenta und Cyan, können die Sensorelemente in den Spalten der Sensoranordnung beispielsweise in den Farbfilter-Reihenfolgen Gelb-Magenta-Cyan oder Gelb-Cyan-Magenta angeordnet sein. Da erfindungsgemäß die Sensorelemente des ersten und zweiten Typs in den Zeilen und Spalten der Sensoranordnung in einander abwechselnder Reihenfolge angeordnet sind, würde sich bei den vorangehend genannten Farbfilter-Reihenfolgen eine Anordnung von Sensorelementen des ersten und zweiten Typs in den Spalten der Sensoranordnung mit der Anordnung
Gelb, Clear-Pixel, Magenta, Clear-Pixel, Cyan, Clear-Pixel, ...
oder
Gelb, Clear-Pixel, Cyan, Clear-Pixel, Magenta, Clear-Pixel, ...
und in den Spalten der Sensoranordnung mit der Anordnung
Gelb, Clear-Pixel, ...
sowie
Magenta, Clear-Pixel, ...
und
Cyan, Clear-Pixel, ...
ergeben.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung sind die Sensorelemente des zweiten Typs derart rasterförmig zwischen den Sensorelementen des ersten Typs angeordnet, dass jedes Sensorelemente des zweiten Typs jeweils in Richtung der Zeilen und Spalten innerhalb der Sensoranordnung von jedem, der mit unterschiedlichen Farbfiltern ausgestalteten Sensorelemente des ersten Typs, mindestens ein Sensorelement benachbart hat. In anderen Worten bedeutet dies, dass jedes Sensorelement des zweiten Typs bevorzugt Sensorelemente des ersten Typs mit jedem Farbfilter, mit denen die Sensorelemente des ersten Typs ausgestaltet sind, als direkten Nachbarn hat. Davon ausgeschlossen sind insbesondere Sensorelemente des zweiten Typs, die sich direkt am Rand der Sensoranordnung befinden.
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Erfindungsgemäß kann insbesondere ein Bildsensor zur Bilderfassung mit der erfindungsgemäßen Sensoranordnung ausgestaltet und in einer optischen Erfassungsvorrichtung in einem Fahrzeug eingesetzt werden, d.h. beispielsweise als Bildsensor in einer Fahrzeugkamera. Vorzugsweise ist dabei der gesamte Bildsensor, insbesondere die gesamte für elektromagnetische Strahlung sensitive Fläche des Bildsensors mit der erfindungsgemäßen Sensoranordnung ausgestaltet. In einer besonderen Ausgestaltung kann ein Bildsensor auch nur teilweise mit der erfindungsgemäßen Sensoranordnung ausgebildet sein, wobei insbesondere nur ein bestimmter Bereich der sensitiven Fläche des Bildsensors mit der erfindungsgemäßen Anordnung von Sensorelementen ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, wenn beispielweise ein bifokales Abbildungssystem in der Kamera verwendet wird und/oder wenn nur ein Bereich des Bildsensors eine besonders hohe Lichtempfindlichkeit aufweisen soll, beispielsweise wenn die Reduktion der maximalen Farbauflösung zugunsten einer bessere Lichtempfindlichkeit des Bildsensor nur auf einen Teil des Bildsensors beschränkt sein soll.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kann es sein, auf den Farb-Pixeln der erfindungsgemäßen Sensoranordnung, d.h. auf den Sensorelementen des ersten Typs, einen Infrarot-Sperrfilter zu applizieren. Die Erfassung von sowohl sichtbarem als auch von infrarotem Licht ist bekanntermaßen nachteilig für die Güte der Farbauswertung mittels der Farb-Pixel. Durch Applikation eines Infrarot-Sperrfilters kann dieser Nachteil aufgehoben werden. Die Clear-Pixel, d.h. die Sensorelemente des zweiten Typs, sind dabei bevorzugt ohne Infrarot-Sperrfilter ausgestaltet und weiterhin für elektromagnetische Strahlung im Spektralbereich von Infrarotstrahlung sensitiv, insbesondere um die Empfindlichkeit der Sensorelemente des zweiten Typs bei schlechten Lichtverhältnissen nicht durch das Sperren von Infrarotstrahlung herabzusetzen. Durch die vorangehend genannte vorteilhafte Weiterbildung der Sensoranordnung wird eine verbesserte Farberfassung mittels der Farbpixel erreicht, insbesondere bei Tag bzw. bei guten Lichtverhältnissen, als auch eine verbesserte Bilderfassung mittels der Clear-Pixel, insbesondere bei Nacht bzw. bei schlechten Lichtverhältnissen.
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Weitere Vorteile sowie optionale Ausgestaltungen gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigt
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1: eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung.
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2: eine zweite Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung.
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3: eine dritte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung.
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1 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1. Bei der Sensoranordnung 1 aus 1 kann es sich insbesondere um die Anordnung von Sensorelementen R, G, B, CL eines Bildsensors bzw. eines Bildaufnahmeelements handeln, der in einer Kamera hinter einem Abbildungssystem, z.B. einem Objektiv mit einer oder mit mehreren Linsen, angeordnet ist. Bei der Kamera kann es sich insbesondere um eine Kamera in einem Fahrzeug handeln, die zur Umsetzung von Fahrerassistenzfunktionen Bilder aus dem Fahrzeuginnenraum oder der Fahrzeugumgebung erfasst. Die Sensoranordnung 1 aus 1 umfasst eine Vielzahl von rasterförmig angeordneten und für elektromagnetische Strahlung sensitiven Sensorelementen R, G, B, CL, z.B. lichtempfindliche Fotodioden bzw. einzelne CCD-Sensorelemente. Die Sensorelemente R, G, B, CL sind in diesem Fall matrixförmig in Zeilen Z und Spalten S nebeneinander angeordnet. Die Sensorelemente R, G, B, CL umfassen dabei wiederum Sensorelemente R, G, B eines ersten Typs und Sensorelemente CL eines zweiten Typs. Die Sensorelemente R, G, B des ersten Typs sind jeweils mit einem Farbfilter ausgestaltet und entsprechend im sichtbaren Lichtspektrum (sichtbarer Spektralbereich) nur für elektromagnetische Strahlung in einem bestimmten Bereich des sichtbaren Spektralbereichs sensitiv. Darüber hinaus können die Sensorelemente R, G, B des ersten Typs für elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen im nicht sichtbaren Spektralbereich sensitiv sein, insbesondere für Infrarotstrahlung und/oder für Ultraviolettstrahlung. Der sichtbare Spektralbereich von elektromagnetischer Strahlung bzw. des elektromagnetischen Spektrums wird auch allgemein als Lichtspektrum oder Farbspektrum bezeichnet und reicht bekanntermaßen von ungefähr 380nm bis 780nm. Angrenzend an den sichtbaren Spektralbereich befinden sich die nicht sichtbaren Spektralbereiche von Ultraviolettstrahlung, bekanntermaßen in einem Wellenlängenbereich von ungefähr 100nm bis 380nm, sowie von Infrarotstrahlung, bekanntermaßen in einem Wellenlängenbereich von ungefähr 780nm bis 1μm. Die Farbfilter der Sensorelemente R, G, B des ersten Typs entsprechen, in Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1 entsprechend 1, den drei Grundfarben (Spektralfarben) Rot(R), Grün(G) und Blau(B). Jedes der Sensorelemente R, G, B erfasst demnach im sichtbaren Lichtspektrum nur elektromagnetische Strahlung aus dem, der jeweiligen Farbkomponente (Spektralfarbe) zuzuordnenden, Wellenlängenbereich. Darüber hinaus können die Sensorelemente R, G, B elektromagnetische im nicht sichtbaren Spektralbereich erfassen. Die Sensorelemente CL des zweiten Typs sind bevorzugt ohne Farbfilter ausgestaltet und sind für elektromagnetische Strahlung im gesamten sichtbaren Lichtspektrum sensitiv, d.h. für den gesamten Bereich des sichtbaren Spektralbereichs. Darüber hinaus können die Sensorelemente CL des zweiten Typs für elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen im nichtsichtbaren Spektralbereich sensitiv sein, insbesondere für Infrarotstrahlung und/oder für Ultraviolettstrahlung. Erfindungsgemäß sind die Sensorelemente R, G, B des ersten Typs und die Sensorelemente CL des zweiten Typs in den Zeilen Z und Spalten S der Sensoranordnung 1 in einander abwechselnder Reihenfolge angeordnet, d.h. in den Spalten S und den Zeile Z der Sensoranordnung 1 folgt auf ein Sensorelement R, G, B des ersten Typs immer ein Sensorelement CL des zweiten Typs und umgekehrt. In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1 gemäß 1 sind die Sensorelemente R, G, B des ersten Typs mit drei unterschiedlichen Farbfiltern ausgestaltet, wobei in den Spalten S der Sensoranordnung 1 jeweils Sensorelemente des ersten Typs R, G, B mit identischen Farbfiltern angeordnet sind, d.h. die Farbfilter der Sensorelemente R, G, B des ersten Typs unterscheiden sich innerhalb einer Spalte S der Sensoranordnung 1 nicht. Wie in 1 beispielhaft gezeigt sind in der ersten Spalte S der Sensoranordnung 1 ausschließlich Sensorelemente R des ersten Typs mit einem Farbfilter für die Spektralfarbe Rot, in der zweiten Spalte S ausschließlich mit einem Farbfilter für die Spektralfarbe Blau und in der dritten Spalte S ausschließlich mit einem Farbfilter für die Spektralfarbe Grün angeordnet. Die Reihenfolge setzt sich entsprechend über die weiteren Spalten S der Sensoranordnung 1 fort. In den Zeilen Z der Sensoranordnung 1 hingegen sind jeweils Sensorelemente R, G, B des ersten Typs in einer bestimmten sich wiederholenden Farbfilter-Reihenfolge angeordnet. Die bestimmte sich wiederholende Farbfilter-Reihenfolge umfasst dabei von jedem, der mit unterschiedlichen Farbfiltern ausgestalteten Sensorelemente R, G, B des ersten Typs, genau ein Sensorelement R, G, B, d.h. die Farbfilter-Reihenfolge umfasst genau drei Sensorelementen R, G, B des ersten Typs mit jeweils unterschiedlichen Farbfiltern. Im Ausführungsbeispiel aus 1 handelt es sich dabei jeweils um ein Sensorelement R mit roten, ein Sensorelement G mit grünem und ein Sensorelement B mit blauem Farbfilter, die in der sich innerhalb der Zeilen Z fortlaufend wiederholenden Farbfilter-Reihenfolge Rot-Grün-Blau angeordnet sind. Da erfindungsgemäß die Sensorelemente R, G, B des ersten und die Sensorelemente Cl des zweiten Typs in den Zeilen Z und Spalten S der Sensoranordnung in einander abwechselnder Reihenfolge angeordnet sind, ergibt sich in den Zeilen eine Anordnung der Sensorelemente R, G, B, Cl mit der sich fortlaufend wiederholenden Reihenfolge:
..., Rot, Clear-Pixel, Grün, Clear-Pixel, Blau, Clear-Pixel, ...
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Die erfindungsgemäße Sensoranordnung 1 entsprechend 1 ist weiterhin derart ausgestaltet, dass die Sensorelemente CL des zweiten Typs derart rasterförmig zwischen den Sensorelementen R, G, B des ersten Typs angeordnet sind, dass jedes Sensorelement CL des zweiten Typs jeweils in Richtung der Zeilen Z und Spalten S innerhalb der Sensoranordnung 1 von jedem, der mit unterschiedlichen Farbfiltern ausgestalteten Sensorelemente R, G, B des ersten Typs, mindestens ein Sensorelement R, G, B benachbart hat. Dies betrifft jedoch nicht alle Sensorelemente Cl des zweiten Typs, die am Rand der Sensoranordnung 1 angeordnet sind.
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Die 2 und 3 zeigen jeweils alternative Anordnungen der rasterförmig verteilten Sensorelemente R, G, B, CL gemäß der Erfindung. Die Sensoranordnungen 1 sind dabei im Wesentlichen entsprechend der Sensoranordnung gemäß 1 ausgestaltet. Die Sensoranordnung 1 aus 2 unterscheidet sich dadurch von der Sensoranordnung 1 aus 1, dass die Sensorelemente R, G, B, des ersten Typs innerhalb der Zeilen Z der Sensoranordnung 1 mit identischen Farbfiltern und innerhalb der Spalten S der Sensoranordnung 1 in der sich wiederholenden Farbfilter-Reihenfolge Rot-Grün-Blau ausgestaltet bzw. angeordnet sind. Die Sensoranordnung 1 aus 3 unterscheidet sich dadurch von der der Sensoranordnung 1 aus 1, dass die Sensorelemente R, G, B des ersten Typs innerhalb der Zeilen Z der Sensoranordnung 1 in der sich wiederholenden Farb-Filterreihenfolge Rot-Blau-Grün angeordnet sind, anstelle von Rot-Grün-Blau.
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Die Sensoranordnung 1 gemäß den Figuren kann beispielsweise als CMOS-Bildsensor aufgebaut sein, mit einer unteren Schicht matrixförmig angeordneter und lichtempfindlicher Fotodioden, einer darüber liegenden Zwischenschicht mit einzelnen den Fotodioden zugeordneten Farbfiltern und einer darüber liegenden Mikrolinsenstruktur. Grundsätzlich ist jede mögliche und bekannter Aufbau eines Bildsensors, insbesondere eines CCD- oder CMOS-Bildsensors möglich, wobei der Bildsensor mit einer erfindungsgemäßen Anordnung von Sensorelementen R, G, B, CL, beispielsweise entsprechend den Figuren, und mit einer beliegen Auflösung (Anzahl an Sensorelementen R, G, B, CL) ausgestaltet sein kann. Die in den Figuren dargestellten Colorfilterarray-Muster (Farbfilter-Verteilung) sind nur als Beispiele zu verstehen. Die Farb-Pixel R, G, B und Clear-Pixel CL können auch anders angeordnet werden, es können andere Farben gewählt werden oder Farben weggelassen werden. Auch muss nicht jede Sorte Pixel R, G, B, CL gleich oft vertreten sein. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen denkbar, die von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb ebenfalls in den Schutzbereich fallen. Auf vorteilhafte Weise eingesetzt werden kann die erfindungsgemäße Sensoranordnung 1 beispielsweise dann, wenn sowohl eine gute Farberkennung als auch eine hohe Empfindlichkeit gewünscht sind, z.B. Fahrerassistenzsysteme wie Verkehrszeichenerkennung, Fernlichtassistent, insbesondere dann, wenn das Kamerabild für verschiede Funktionen zur Verfügung steht, die oft unterschiedliche Anforderungen (Farberkennung, Empfindlichkeit bei Nacht) haben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sensoranordnung
- R, G, B
- Sensorelemente des ersten Typs
- CL
- Sensorelemente des zweiten Typs
- Z
- Zeilen
- S
- Spalten
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3021470 C2 [0005]
- DE 102005047127 A1 [0007]
- DE 102006055905 A1 [0009]
