DE3120849A1 - Farbfilteranordnung fuer eine optoelektronische wandlervorrichtung - Google Patents

Farbfilteranordnung fuer eine optoelektronische wandlervorrichtung

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Wolfgang Ing.-grad. 8000 München Ruf
Eduard Ing.-grad. 8011 Aschheim Wagensonner
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Description

LEVERKUSEN O-
CAMERA-WERK München
CW 2524.1 PP/MP 22.05.81
10-vf-ni 0414C
Farbfilteranordnung für eine optoelektronische Wandlervorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Farbfilteranordnung für eine optoelektronische Wandlervorrichtung, vorzugsweise für eine CCD-Wandlervorrichtung (Charge-Coupled-Device), durch die der Bildinhalt eines aufzunehmenden bzw. abzutastenden Bildes in elektrische Bildpunktsignale gewandelt wird und die eine vorgegebene Anzahl von gleich groß ausgebildeten Fotowandle relemen ten aufweist, wobei die Bildpunktsignale in einer Video-Auswerteschaltung verarbeitet werden und wobei mittels der Farbfilteranordnung die Fotowandlerelemente der CCD-Wandlervorrichtung in vorgegebener Reihenfolge grün-, blau- und rot-sensibilisiert werden.
Solche Farbfilteranordnung befinden sich nicht beliebig dicht über den einzelnen Fotowandlerelementen der CCD-Anordnung. Hierdurch ist die Gefahr des Übersprechens der einzelnen Farbsignale auf benachbarte Fotowandlerelemente gegeben. Auch ist es nachteilig, daß die spektrale Empfindlichkeit der Fotowandlerelemente unterschiedlich groß ist. So ist das
CW 2524.1 PP/MP - -4 -
Verhältnis der spektralen Empfindlichkeiten der CCD-Wandlerelemente für Rot-, Grün- und Blausignale (Wellenlängen 600, 550, 450 nm) wie 48 : 38 : 17. Dies bedeutet, daß die spektrale Empfindlichkeit des CCD's für das Grünsignal um den Paktor 0,79 kleiner ist als beim Rotsignal. Dies bedeutet außerdem, daß die spektrale Empfindlichkeit des CCD's für das Blausignal 35 % von der spektralen Empfindlichkeit für das Rotsignal ausmacht. Es ist daher eine weitere Aufgabe der Erfindung, die Empfindlichkeitsunterschiede zu verringern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Filteranordnung aus einem durchsichtigen Filterträger sowie aus auf dem Filterträger aufgebrachten Filterelementen (Pixel) besteht, daß die Fläche eines Blaufilterelementes kleiner oder gleich der Fläche eines CCD-Fotowandlerelementes ist, daß die Fläche jedes Grün- und Rotfilterelementes in Abhängigkeit von der spektralen Grün- und Rotempfindlichkeit jedes CCD-Fotowandlerelementes um ein entsprechendes Maß kleiner als die des Blaufiiterelementes ist und daß zwischen den einzelnen Blau-, Grün- und Rotfilterelementen entsprechend breite lichtundurchlässige Maskenstege gebildet sind. Von den drei Farbfilterelementen ist das Blaufarbfilterelement flächenmäßig am größten. Zweckmäßigerweise weist es die Größe eines Fotowandlerelementes (Pixel) auf. Da die spektrale Empfindlichkeit des CCD's für ein Blausignal am geringsten ist, muß die Größe dieses Filterelementes zur Erzielung einer optimalen Empfindlichkeit am größten sein. Gegenüber der Größe dieses Blaufilterelementes sind die beiden weiteren Rot- und Grünfarbfilterelemente entsprechend kleiner ausgebildet. Hierbei ist wiederum das Rotfilterelement kleiner als das Grünfilterelement. Die Flächenunterschiede der drei Filterelemente für die Farben Blau, Grün, Rot berücksichtigen die Unterschiede der Einflüsse der Blau-,
CW 2524,1 PP/MP - 5 -
Grün- und Rotsignale auf bzw. in den CCD-Fotoelementen. Auf diese Weise erhält man eine spektrale Empfindlichkeitsangleichung des CCD's. Die CCD-Fotowandlerelemente' selbst weisen sämtlich die gleiche Größe auf. Das Blaufilterelement weist die gleiche Größe wie ein CCD-Fotowandlerelement auf. Die Rot- und Grünfilterelemente geben nur einen Teil der Fotowandlerelemente für den Signalfluß frei. Die jeweils restlichen Flächen sind optisch durch lichtundurchlässige Maskenstege der Filterano'rdnung abgedeckt. Die Breite dieser Stege ist abhängig von der spektralen Empfindlichkeit zweier benachbarter Filterelemente. Diese Stege haben nun den Vorteil, daß die Gefahr des Übersprechens eines durch ein Filterelement gelangenden Lichtbündels auf ein benachbartes CCD-Fotowandlerelement stark verringert ist. Dies ist umso bedeutsamer, da der Abstand zwischen der Ebene der einzelnen Filterelemente und der Ebene der CCD-Fotowandlerelemente nicht vernachlässigbar ist. Ein endlicher Abstand zwischen den CCD-Fotowandlerelementen und den Filterelementen ist insbesondere deswegen notwendig, weil die lichtundurchlässigen Maskenbereiche Chrommaskenbereiche sind, die als Metallschicht keine Berührung mit den CCD-Fotowandlerelementen haben dürfen.
Gemäß weiterer Ausbildung sind die Flächen der Blau-, Grün- und Rotfilterelemente umgekehrt proportional zu spektralen Blau-, Grün-, Rot-Empfindlicheit der CCD-Fotowandlerelemente. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß die spektrale Empfindlichkeit der CCD-Fotowandlerelemente für die Rot-, Grün- und Rotsignale gleich groß ist.
Gemäß weiterer Ausgestaltung sind die Stegbreiten zwischen den einzelnen Blau-, Grün- und Rotfilterelementen umso größer, je größer *die Unterschiede zwischen den einzelnen spektralen Empfindlichkeiten der CCD-Fotowandlerelemente
3120043
CW 2524.1 PP/MP - 6 -
sind. In vorteilhafter Weise weisen bei benachbart vorgesehenen Grün-, Blau-, Grün-, Rotfilterelementen die jeweiligen Grün- und Blaufilterelemente maximalen Abstand auf. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß der Einfluß der Grünsignale auf die CCD-Foto- wandlerelemente der Blausignale äußerst gering ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier in den Figuren 1 bis 7 dargestellte Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigen:
Figuren
1 bis 3 ein erstes Ausführungsbeispiel,
Figuren
4 bis 6 ein zweites Ausführungsbeispiel und
Figur 7 die spektrale Empfindlichkeit der Farbsignale eines CCD-Fotowandlerelementes.
Gemäß den Figuren 1 bis 3 ist mit 1 eine Farbfilteranordnung bezeichnet, die eine Zeile von abwechselnd Grün-, Blau-, Grün-, Rotfilterelementen Gl, B2, G2, Rl, G3, B2, G4 usw. aufweist. Ein CCD-Fotowandlerelementstreifen ist mit 2 bezeichnet. Die Abmessungen sämtlicher CCD-Elemente sind gleich. Die einzelnen CCD-Fotoelemente des CCD-Streifens sind mit 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 usw. bezeichnet.
In Figur 3 ist zu erkennen, daß die Filteranordnung 1 einen vorgegebenen Abstand d von der ihr zugewandten Fläche der CCD-Fotowandlerelemente 3 bis 9 aufweist. Die Längsabmessung eines CCD-Fotowandlerelementes ist gleich a.
CW 2524.1 ΡΡ/ΜΡ - 7 -
Da gemäß Figur 7 die CCD-Fotowandlerelemente für das Blausignal die geringste spektrale Empfindlichkeit aufweist, ist zum Zwecke der Optimierung der Empfindlichkeit die Fläche der Blaufilterlemente Bl, B2 ... gleich der Fläche der Fotoelemente 3 bis 9. Die Fläche der Grünfilterelemente Gl, G2, G3, G4 ist im Verhältnis der spektralen Empfindlichkeit der CCD-Fotoelemente hinsichtlich der Grünsignale entsprechend geringer. Die Grünfläche beträgt 79 % von der Fläche eines CCD-Fotoelementes. Da die Breiten sämtlicher Filterelemente gleich groß sind, ist die Länge B der Grünfilterelemente Gl, G2 gleich 79 % der Filterlänge a des Blaufilters Bl.
Da die CCD-Fotoelemente für die Rotsignale die größte spektrale Empfindlichkeit aufweisen ist die Fläche der Rotfilterelemente Rl, R2 usw. entsprechend der spektralen Farbr empfindlichkeit verringert. Die Rotfilterelementenflache beträgt 35 % der Blaufilterfläche. Demnach beträgt die Länge c jedes Rotfilterelementes Rl, R2 usw. 35 % von der Länge a jedes Blaufilterelementes. ·'
In Figur 1 bzw. Figur 3 sind die Grünfilterelemente Gl derart plaziert, daß ihre dem benachbarten Blaufilterelement abgewandte Seite bzw. Kante mit der zugeordneten Kante des CCD-Fotoelementes fluchtet bzw. übereinstimmt. Die Rotfilterelemente Rl usw. liegen symmetrisch zur Mittellinie des jeweils zugeordneten CCD-Fotoelementes. Auf diese Weise erhält man eine Optimierung der Breiten der Maskenstege zwischen den einzelnen Farbfilterelementen, die mittels Chrombeschichtung lichtundurchlässig gemacht sind. Gleiches gilt für die übrigen Bereiche der Filteranordnung 1. Zweckmäßigerweise besteht eine solche Filteranordnung aus einem Glasträger, aus aufgedampften Filterflächen sowie aus ebenfalls aufgedampften Chrommaskenbereichen.
CW 2524.1 PP/MP - 8 -
Beim Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 4 bis 6 sind die den Teilen gemäß den Figuren 1 bis 3 entsprechenden Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Zur Unterscheidung weisen sie jedoch Indizes auf. Unterschiedlich ist bei diesem Ausführungsbeispiel der jeweilige Abstand zwischen den ein-■ zelnen Farbfilterelementen Gl', Bl1, G21 und Rl1. Die Grünfilterelemente Gl1/ G21, G31, G41 usw. liegen symmetrisch zur Mitte der zugeordneten CCD-Fotoelemente 31, 51, 7' und 9'. Hierdurch verringert sich der Abstand zwischen dem Grünfilterelement Gl' und dem Blaufilterelement Gl1 bzw. zwischen dem Blaufilterelement Bl1 und dem Grünfilterelement G21. Hingegen vergrößert sich der Abstand zwischen dem Rotfilterelement Rl1 und den benachbarten Grünfilterelementen G21 und G31.
Leerseite

Claims (5)

  1. Ansprüche
    Parbfiltecanordnung für eine optoelektronische Wandlervorrichtung, vorzugsweise für eine CCD-Wandlervorrichtung (Charge-Coupled-Device), durch die der Bildinhalt eines aufzunehmenden bzw. abzutastenden Bildes in elektrische Bildpunktsignale gewandelt wird und die eine vorgegebene Anzahl von gleich groß ausgebildeten Fotowandlerelementen aufweist, wobei die Bildpunktsignale in einer Video-Auswerteschaltung verarbeitet werden und wobei mittels der Farbfilteranordnung die Fotowandlerelemente der CCD-Wandlervor richtung in vorgegebener Reihenfolge grün-, blau- und rot-sensibilisiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Filteranordnung (1) aus einem durchsichtigen Filterträger sowie aus auf dem Filterträger aufgebrachten Filterelementen (Gl, Bl, G2, Rl, G3, B2, G4) besteht, daß die Fläche eines Blaufilterelementes (Bl) gleich oder kleiner der Fläche eines CCD-Fotowandlerelementes (4) ist, daß die Fläche jedes Grün- und Rotfilterelementes (Gl und Rl) in Abhängigkeit von der spektralen Grün- und Rotempfindlichkeit jedes CCD-Fotowandlerelementes um ein
    CW 2524.1 PP/MP - 2 -
    entsprechendes Maß kleiner als die des Blaufilterelementes ist und daß zwischen den einzelnen Blau-, Grün- und Rotfilterelementen (Bl, Gl und Rl) entsprechend breite lichtundurchlässige Maskenstege gebildet sind.
  2. 2. Farbfilteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskenstege sowie die übrigen Maskenbereiche aus einer Chromschicht bestehen und daß die Filterelemente und Chrommaskenbereiche von den einzelnen CCD-Fotowandlerelementen einen vorgegebenen Sicherheitsabstand aufweisen.
  3. 3. Farbfilteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachen der Blau-, Grün- und Rotfilterelemente umgekehrt proportional zur spektralen Blau-, Grün- und Rotempfindlichkeit der CCD-Fotowanderelemente sind.
  4. 4. Farbfilteranordnung nach 'einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stegbreite zwischen den einzelnen Blau-, Grün- und Rotfilterelementen umso größer sind, je größer die Unterschiede zwischen den einzelnen spektralen Empfindlichkeiten sind.
  5. 5. Farbfilteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei benachbart vorgesehenen Grün-, Blau-, Grün-, Rotfilterelementen die jeweiligen Grün- und Blaufilterelemente maximalen Abstand aufweisen.
    Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
DE19813120849 1981-05-26 1981-05-26 Farbfilteranordnung fuer eine optoelektronische wandlervorrichtung Withdrawn DE3120849A1 (de)

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US06/380,014 US4481530A (en) 1981-05-26 1982-05-19 Color filter arrangement for optoelectric converting devices

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