JP2020500454A - 光学検出信号を検出するための検出器ユニットおよび方法 - Google Patents

光学検出信号を検出するための検出器ユニットおよび方法 Download PDF

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Abstract

発明は、背景(H)の前方にある局所化された光源からの検出信号を検出するための検出器ユニットに関する。検出器ユニットは、イメージセンサ(110)と、信号処理ユニット(120)とを備える。イメージセンサ(110)は、前記検出信号および前記背景(H)を検出するための複数のピクセル(111, 112,…)を備える。イメージセンサ(110)は、前記検出信号および前記背景(H)に応じて前記ピクセル(111, 112,…)ごとに、イメージ信号(S)を別々に生成するように設計されている。信号処理ユニット(120)は、前記イメージ信号(S)を前記ピクセル(111, 112,…)ごとに、しきい値(SW)と比較し、期間(Δt)内に前記しきい値(SW)を超えた場合に、イベントデータ(125)を出力する。前記しきい値(SW)および前記期間(Δt)は、調整可能である。

Description

本発明は、光学検出信号を検出するための検出器ユニットおよび方法に関し、特に、レーザー警報装置と砲口炎検出器（muzzle flash detector）に関する。
パルスレーザー光源（例えば、レーザー制御のミサイル）と、砲口炎検出では、いずれもごく短い局所化された光学閃光(optical flash)を検出する必要があり、具体的には、太陽光の照射を受けている強い背景の前方では、しばしばである。光学閃光の典型的な閃光時間はパルスレーザーではナノ秒の範囲にあり、砲口炎の検出では１００μｓからの範囲にある。
そのような信号を日中に検出するときにおける主要な制限要因は、存在する太陽背景のショットノイズである。典型的な基準背景光信号は、例えば、太陽に照射された浜辺、または太陽に照射された（０．６から０．８のアルベド値を有する）雲、あるいは太陽に照射された（１までのアルベド値を有する）雪原である。
パルスレーザーと敵砲火とを検出するための、これまでに知られたシステムは、背景光に関して著しい制限があり、最先端の応用に適していないことが多い。しかし、音響検出器も発射検出に使われているが、（例えば、ヘリコプターでの応用において）これらは、しばしば誤警報を生成する。同様に使われているレーダーシステムは複雑であり、さらに信号を動的に放射する必要があり、それはしばしば望まれていないことである。
このように、非常に低強度のごく短い閃光を、例えば、太陽に照射され、０．８またはそれ以上までのアルベド値を有する物体（雲、海辺）のような高強度の背景信号に対して検出することが可能な検出器が必要とされている。さらに、例えば、≦１°の高い位置解像度を達成することが可能なレーザー警報システムの検出器または、敵砲火の警報システムの検出器が必要とされている。
上述の課題の少なくとも一部は、請求項１の検出器ユニット、請求項１５のカメラ、および請求項１９の方法によって解決される。従属する請求項は、独立請求項の対象の有利な発展に関する。
本発明は、背景の前方にある局所化された光源からの光学的検出信号を検出するための検出器ユニットに関し、特に、短い光学的検出信号を検出するための検出器に関する。このように、検出ユニットは、特に、レーザー警報システムと敵砲火検出に使うことができ、イメージセンサと、信号処理ユニットとを含む。イメージセンサは、検出信号および背景を検出するための複数のピクセルを備えるイメージセンサであって、イメージセンサは、検出信号および背景に応じ、ピクセルごとに別々のイメージ信号を生成するように設計されている。信号処理ユニットは、イメージ信号をピクセルごとのしきい値と比較し、ある期間内にしきい値を超えた場合に、イベントデータを出力するように設計されている。任意的に、信号処理ユニットはイメージセンサと統合されている。
ここで、しきい値比較は、ピクセルごとのアナログコンパレータによって行われてもよく、このため、期間は当該アナログコンパレータの時定数に起因していてもよい。これにより、検出は、期間によって定義される固定の時間パターンに制限されなくなるが、時定数で特定された期間内にしきい値を超えたときに、イベントデータが毎回生成されてもよい。しきい値および時定数は設定可能であって、任意的にしきい値は、ピクセルごとに別個に設定されていてもよい。これにより、製作公差に起因する、ピクセルごとに異なる感度を補償することが可能である。このように、適切なしきい値設定により、すべてのピクセルについて同一の感度を得ることができる。イベントデータは、検出信号に依存する（例えば、局所化された発生源からの光学信号を検出するピクセルのみに関連する。）。
（電気的な）イメージ信号は、例えば、電気的な電圧値または、（例えば、ＣＣＤセンサによって生成された）電荷の数を示していてもよい。また、イメージ信号は、例えば、フォトダイオードによって生成された電流の強度を示していてもよい。背景も時間の経過または、位置によって変化する光学信号を表している。一般に、検討されているナノ秒またはマイクロ秒の期間においては、自然の背景光の変化はごくわずかであり、背景信号のフォトン統計によって決まるショットノイズが中心となる。限られた領域に局所化された発生源を検出するために、信号処理ユニットは、それぞれのピクセルについて対応する信号処理ユニットを備え、信号処理ユニットはそれぞれのピクセルの評価を行い、潜在的なイベントを判定する。
他の例示的な実施形態において、信号処理ユニットは、さらにあらかじめ定められた時間単位（例えば、毎秒）に出力されるイベントデータの数（レート）があらかじめ定められた範囲内となるよう、期間または／およびしきい値を調整するように設計されている。こうして、任意的に、時間単位あたりのイベントデータの平均数が背景に依存しないようにすることが可能である。これにより、検出器ユニットを常に背景放射によって制限される最高感度において動作させることができる。
本発明は、特定のあらかじめ定められた範囲に限定されない。むしろ、定められた範囲は自由に選択することができ、対応するハードウェアに適応させることができる（例えば、最大値のみによって定義されるものであってもよい）。このため、例えば、あらかじめ定められた範囲は、検出が最適化されるように選択され、（例えば、ひとつの発生源に由来し、）処理可能である数のイベントのみが検出される。例えば、上述のレートは、非常にシンプルな信号処理ハードウェアでは、約１０から１００／ｓであってよく、あり得る最高の感度が望まれる場合には、１００，０００／ｓまでのプロセスレートを実現する、より強力な信号処理ハードウェアを使ってもよい。
任意的に、イメージセンサは、ＣＭＯＳイメージセンサを備えており、期間は、検出信号を合計するための統合時間である。
任意的に、信号処理のみが、裏面で感光性のピクセルに接触可能である、ＣＭＯＳ読み出し電子回路によって実現されていてもよい。これは、例えば、読み出し電子回路の特定ピクセル信号構成要素が裏面でイメージセンサと接触する、いわゆる“フリップチップボンディング”によって行うことができる。
他の例示的な実施形態において、信号処理ユニットは、さらにピクセルの読み出しがイベント駆動かつ非同期の方法で行われるよう、イベントデータの出力中に対応するピクセルのピクセル値の読み出しを惹き起こすように設計されている。特に、読み出し中に完全なフレームが生成される必要はなく、代わりにピクセル値は互いに独立的に処理されてもよい。当該ピクセル（そして、当該ピクセルのみ）の読み出しをトリガするためには、ひとつのピクセル値が超えていれば十分である。ピクセル値は、例えば、合計信号を備えているピクセル値であって、合計信号は、例えば、スレッシュホルドコンパレータの時定数内において生成されたすべての電荷の数によって与えられ、合計信号は、対応するピクセルのイメージ値に相当する。このように、例示的な実施形態は、信号イベントデータをピクセルごとに、別々に出力する、信号処理ユニットも定義する。
他の例示的な実施形態において、検出器ユニットは、イベントデータに基づく検出信号の警報として、警報信号を生成するように設計されている警報ユニットを備えている。このように、イベントデータは必ず警報信号であるとは限らない。例えば、他の基準が満たされてはじめて、そこから警報信号が生成されてもよい。
イベントデータは、イベントがトリガされたピクセルの識別も含んでおり、警報ユニットは、光源の方向を判定することもできる。このように、それぞれのピクセルに、対象領域内の方向を割り当て、局所化された発生源の方向を判定するために、イメージセンサの対応するキャリブレーションを使うことができる。
警報ユニットは、任意的に、第１しきい値を使うことによって周期信号および／または、第２しきい値を使うことによって非周期信号を、フィルタリングするように設計されているフィルタを備えている警報ユニットであって、第１しきい値は第２しきい値より小さくなっている。これに、フィルタは、例えば、デジタルフィルタを備えていてもよく、警報ユニットは、しきい値の変化を惹き起こすために、信号処理ユニットへのフィードバックを備えていてもよい。
任意的に、信号処理ユニットおよび／または警報ユニットは、信号対雑音比の値が１３（さらに、より小さい比または、より大きい比が選ばれてもよい）となる方法で、しきい値を調整するように設計されている。
本発明は、上述の検出器ユニットを含むカメラにも関連する。任意的に、カメラは、レンズ、スペクトルフィルタおよび／または干渉フィルタを備えている。
本発明は、背景の前方において、局所化された光源の検出信号を検出する方法にも関連する発明であって、検出信号および背景は、複数のピクセルを含むイメージセンサによって検出される。方法は、以下のステップを備える：イメージ信号を生成するステップであって、イメージ信号は、ピクセルごとに独立して生成されるステップと、イメージ信号がしきい値と比較されるステップと、期間内にしきい値を超えた場合に、イベントデータを出力するステップ。比較は、ピクセルごとに別々に行われ、しきい値と期間が設定されてもよい。任意的に、別々のしきい値および／または別々の期間がそれぞれのピクセルに設定されてもよい。
例示的な実施形態は、検出されたイメージ信号をしきい値と比較し、しきい値を超えている場合には、イベントをトリガする、アナログコンパレータが各ピクセルに統合されたＣＭＯＳイメージセンサを使うことによって、上述の技術的課題の少なくともいずれかを解決する。当該イベントは、例えば、光電子の数の変化の絶対速度を超えたことを示している。対応するピクセルの内容は、非同期、イベント駆動の方法で読み出されてもよく―必ずしもフレームベースの方法でなくてもよい。
ここで、しきい値は、一定（例えば、＋／−１０％の許容差範囲を有する）かつ処理しやすいイベントレートが得られる方法で制御および設定されてもよい。当該イベントレートは、例えば、毎秒１０〜１００，０００イベントの範囲にあってもよい。しかし、本発明は、これらの値に限定されない。イベントレートが調整される現実の値は、自由に選択されてもよく、対応する状況（例えば、計算パフォーマンス）に適応されていてもよい。
任意的に、各ピクセルのイベントデータは、固定された期間中の信号処理においてカウントされてもよい。このように、受信された、ピクセルあたりのイベント数は、すべてのピクセルについて、期間の終わりに読み出される。
他の例示的な実施形態において、検出器は、例えば、９０°＊９０°の適切な視界を含む、対応する明るいレンズと、適合するスペクトルフィルタが使われている、カメラとして形成されていてもよい。
本発明の例示的な実施形態は、下記の詳細な説明と、添付された様々な例示的な実施形態の図面を参照することによって、よりよく理解することができるが、特定の実施形態の開示を限定することを意図しておらず、これらは説明を提供し、理解を助けるものにしかすぎない。
図１は、本発明の例示的な実施形態に係る検出器を示している。 図２は、イメージセンサのひとつのピクセルによって検出される信号の信号波形の例を示している。 図３は、他の例示的な実施形態に係る、他の光学的要素を含む検出器を示している。 図４は、本発明の例示的な実施形態に係る、局所化された光源からの検出信号を検出する方法のフロー図を示している。
本発明の例示的な実施形態によって実現される、基本的な検出器のコンセプトは、以下のように、説明することが可能である。
光電子検出器において、検出可能な最小の信号は、検出器の固有雑音と、有用信号が検出される、背景信号における雑音とによって制限される。ごく短い有用信号については、背景信号は、一般に、当該有用信号の継続期間中ほとんど変化しないため、背景輝度によって生成されたショットノイズが、背景の雑音寄与において決定的となる。これは、検出時間中にピクセルが受信したフォトンの根のフォトン統計より計算される。
レーザー警報システムの使用中または、砲口炎検出における場合のような日光下の応用では、ショットノイズによって生成される雑音比が顕著に優勢となる比であり、当該比は、このように検出器の検出限界を物理的に制限する。
非常に低い検出限界を得るために、検出器は、検出期間中に検出される背景フォトンの数が可能な限り少なくなるように設計されている検出器であって、同時に、有用信号のフォトンが可能な限り多く検出されるようになっている。
ここで、第１ステップは、可能な限り多くのピクセルを含むイメージ検出器を使うことである。ピクセル数が増えると、一ピクセルの視界はより狭くなり、したがって背景光の光強度は減少する。しかし、検出されるべき有用信号が点光源からきているならば、ピクセル数に関係なく、有用信号は、当たるピクセルについてもほぼ同じにとどまり―多いピクセル数は、このように有用信号へ影響を及ぼすことなく、同じ光学系が使われたとしても、背景信号を軽減する。
第２ステップは、検出期間の短縮である。検出期間が短くなるほど、検出される背景光のフォトンが少なくなる。検出期間が有用信号の継続期間より長いのであれば、有用信号は、その全期間にわたって検出される。理想的には、検出期間は、有用信号の継続期間と同じであるべきである。従来のＣＭＯＳカメラでは、イメージ周波数は約５０から２００Ｈｚであり、検出期間は５から２０ｍｓの間であり、このため、例えば、継続期間が１０ｎｓであるレーザーパルスの継続期間より０．５−２＊１０６倍だけ長くなる。非常に洗練された高速カメラでさえも、達成されるイメージ周波数は約１００ｋＨｚまでとなっており、検出期間は１０ｍｓに相当し、これは上述のレーザーパルスの継続期間の１０００倍だけ長くなっている。このように、完全なイメージがそれぞれの統合時間の後に読み出される、周知のイメージセンサは、非常に明るい背景光に対し、最小のパルスの光を検出するために、必ずしもよく適合しているとはいえない。この制約は、各ピクセルについて提案された信号処理を行うことによって避けられる。ここで、ＣＭＯＳ技術によって１０ｎｓまでの時定数のスレッシュホルドコンパレータを得ることができる。有効な検出期間は、この時定数に相当し、このように理想的には、検出されるべきレーザーパルスと同じ長さを実現することができる。
第３ステップは、対応する干渉フィルタによって検出される波長の範囲をスペクトル的に制限することである。有用信号が検出帯域内にある限り、そのように影響を受けないが、帯域幅に対応して背景信号は、減少する。しかし、このスペクトル制限は、有用信号の波長が知られている限りにおいて使用することができる。さらに、干渉フィルタは、入射角によって波長シフトを構成するため、最小帯域幅は、カメラの所望の視界によって制限される。この制限は、例えば、図３に示したような専用レンズを使うことによって軽減することができる。
誤警報のトリガ数を制限するためには、例えば、Ｓ／Ｎ＝１３（Ｓ／Ｎ＝信号対雑音比）の比較的大きい検出しきい値を使うことができる。有用信号が周期的である場合、より顕著に小さいしきい値も使うことができる。これらは、はじめに比較的大きい背景信号比を生成し、これより周期信号の存在を、例えば、デジタルくし形フィルタによって検出することができ、これにより、わずかな誤警報のみがトリガされる。
以降では、上述の検出器のコンセプトを実現する、実際の検出器およびカメラについて説明する。
図１は、背景の前方において、（図１に示されていない）局所化された光源の検出信号を検出可能な検出器の例示的な実施形態を示している。検出器は、イメージセンサ110と、信号処理ユニット120と、警報ユニット130とを備えている。
イメージセンサ110は、光学的に検出信号および背景を検出するための複数のピクセル111, 112,…を備えている。イメージセンサ110は、それぞれのピクセル111, 112,…について電気的なイメージ信号を生成するように設計されており、さらに裏面でＣＭＯＳイメージ信号処理ユニット120と結合されている、例えば、シリコンベースまたはＩｎＧａＡｓベース（または、他のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料）のフォトダイオードのピクセルアレイとして設計されている。イメージ信号は、入射光の強度に対応した電気信号であり、信号処理ユニット120のＣＭＯＳ信号処理構成要素(121, 122, 123)によって読み出される。信号処理ユニット120は、継続的にイメージ信号をピクセルごとのしきい値と比較し、期間内にしきい値を超えた場合には、イベントデータ125をトリガし、イベントデータ125を、出力ユニット129を介して警報ユニット130に出力するように設計されている。
イベントデータ125は、潜在的に検出されるべきイベントを示しており、出力ユニット129は、さらにイメージデータ（例えば、強度）および対応するピクセルに関するその他の情報（例えば、しきい値を超えたときの時刻）をも、当該イベントデータ125とともに出力することができる。あらかじめ定められた基準が満たされた場合、警報ユニット130は、警報またはアラーム信号135を生成する。これらの基準は、しきい値を超えたときに、例えば、あらかじめ定められた最小限の数または、最大限の数のピクセルが検出され、ランダムノイズまたは、背景全体の突然の増光のみが発生したのではなく、このように局所化された光源が検出されたことを含んでいてもよい。
図２は、例によって、イメージセンサ110のいずれかのピクセルによって検出されたイメージ信号Sの信号波形を示している。イメージ信号Sは、例えば、（フォトダイオードからの）光電流または、イメージセンサ110内のＣＣＤピクセルを示していてもよい。例示的な信号波形は、背景光によって与えられる背景信号ならびに、重ね合された２つの短い有用信号S1およびS2を示している。 信号Kは、スレッシュホルドコンパレータにおいて得られる、（例えば、減算することができる、）背景中央の強度を含まない時定数Δtの結果信号である。点線は、しきい値を示している。t1または、t2の前の期間Δtの統合信号がしきい値を超えるのにしたがい、時刻t1およびt2のそれぞれで、スレッシュホルドコンパレータは、トリガされている。アナログ信号処理を使うことによって、検出は時刻パターンに拘束されなくなる。それは、t1とt2との間隔は、Δtの整数倍である必要がないという意味である。それぞれの時刻t1およびt2で、イベント信号125はピクセルについてトリガされ、警報ユニットに転送される。任意的に、さらに信号のレベルまたは、レファレンスカウンタとの相対的なトリガ時刻がイベント信号の一部であってもよい。
上述のイメージ信号が限られた数のピクセルのみによって検出されている場合、イメージ信号は、局所化された発生源によって生成されており、ランダムノイズ信号および背景の突然の増光を示さないことが想定される。
期間／統合時間Δtは、可変な方法で選択されてもよく、例えば、あらかじめ定められた基準に応じて、信号処理ユニット120または、警報ユニット130によって調整されてもよい。その結果、信号Sは、あらかじめ定められた一定の期間において合計されるとは限らない。むしろ、範囲Δtを柔軟に適応することができる。統合時間Δtに加え、または統合時間Δtに代え、しきい値SWを調整してもよい。例えば、しきい値は、ピクセルごとに存在しうる、コンパレータによって設定されてもよい。
加えて、警報ユニット130は、ごく弱い反復的な発生源の周期信号の場所を特定するために、任意的なフィルタを備えていてもよい。ここで、例えば、デジタルフィルタを使うことができる。例えば、そのような周期的な発生源は、レーザー誘導ミサイル（ビームライダーミサイル）の制御されたレーザーである。これらのフィルタの利点は、ごく弱い信号が検出できることである。例えば、この応用において、Ｓ／Ｎ＝１３より小さいしきい値SW1を使うことができる。非周期的な発生源について、警報ユニットは、ピクセルの信号強度を参照することができ、このため、より大きい（例えば、Ｓ／Ｎ＝１３または、それより大きい値の）しきい値SW2が適用される。これにより、低い誤警報率で、単一のイベントについて警報を生成することができる。
上述のしきい値SW（または、周期的な発生源ではSW1、非周期的な発生源ではSW2）の変更または調整は、動的に（例えば、稼働中に）行われてもよく、あらかじめ定められた基準が満たされていることを保証してもよい。基準のひとつは、例えば、あらかじめ定められた期間内に（例えば、毎秒）検出されたイベントの数である、イベントレートである。このように、後段の電子回路が、検出されたイベントレートを処理できる方法で（例えば、しきい値を設定することによって）レートの大きさを選び、それより大きくしないことが有利となる場合がある。しきい値SWが継続的に（動的に）調整されている場合、実際の背景信号に関わらず、ほぼ一定のイベントレートが得られることがある。有用信号の予想される長さに相当する統合時間Δtを設定し、統合時間Δtの調整によって検出器を予想される有用信号に最適化させることができる。
イベントレートが最大値を超えないよう、イベントレートをしきい値SWによって制御することもできる。最大値は、例えば、後段の評価電子回路の計算能力に依存していてもよく、イベントが無視されてしまったり、特定の応用（例えば、レーザー警報システムまたは、砲口炎検出器）において容認されない時刻に評価されたりすることがないようにすることができる。
他の例示的な実施形態では、検出器ユニットは、例えば、大口径を有し、スペクトルフィルタリングを有するレンズと、カスタムＣＭＯＳセンサの焦点面アレイとを備えるカメラに統合されている。特に、当該コンセプトの適用可能な波長範囲は、ＵＶ範囲と、可視光範囲と、例えば、１０６４ｎｍまでの波長の近赤外（ＮＩＲ）スペクトルとを網羅する。このため、検出器は、各ピクセルに統合された、しきい値検出器を有する。設定可能なしきい値信号（例えば、SW）に達したら、しきい値検出器は、すなわちその統合時間（Δt）内に再びトリガされる。当該イベントは、ピクセル値の非同期読み出しをトリガするイベントであって、検出されたイベントへのアクセスを取得するために、ピクセル座標およびピクセル強度が時刻の値とともに提供されてもよい。このように、非同期読み出しはイベント駆動であり、他のいずれのピクセルの読み出しからも独立している。
ピクセルアレイがその裏面でＣＣＤ評価ユニットと結合されている、図１に示された、例示的な実施形態では、ＩｎＧａＡｓ技術によるピクセルアレイを使うことによって約１．９ミクロンまでの波長にも対応することができる。
図３は、さらに任意的な構成要素を含む、上述の検出器／カメラのための、本発明に係る例示的な実施形態を示している。
示されている例示的な実施形態は、例えば、イメージセンサ110と処理ユニット120とがユニットを構成するカメラであって、局所化された光源50からの光学信号が１または複数の光学部品140によって、センサ（イメージセンサピクセル110）表面の第１位置P1に投射される。光学信号に加え、背景Hも、光学部品140を透過した後に、イメージセンサ110のセンサ表面に投影される。例として、背景Hの一部は、センサ表面の第２位置P2に投影される。センサ表面における、それぞれの位置P1, P2, ...は、背景のその他の方向を検出すると解され、キャリブレーションによって、センサ表面のいずれの位置（例えば、いずれのピクセル）が、「いずれの方向を向いているか」が判定される。このように、検出された光源の方向をピクセルの識別によって判定することができる。
イメージセンサ110および処理ユニット120は、検出された光学信号に基づいてイベントデータ125を生成し、イベントデータ125は、警報ユニット130に転送される。警報ユニット130は、例えば、イベントデータおよびその他の基準に基づいて警報信号または、アラーム135を生成する警報プロセッサを含む。例えば、イベントデータ125は、個別のピクセルによって検出され、入射した光学的放射の対応する強度に相当するイメージ値を備える。任意的に、ピクセルの検出時刻とピクセルの位置は、それに基づいて光源の方向を特定するために、上述のようにイベントデータ125の一部として転送されてもよい。
狭帯域のスペクトルフィルタリングを行い、それにより所望の感度を得るために、検出器は特殊なレンズ設計を含んでいてもよい。例えば、光学部品140は、角拡散のために、反転されたガリレオ式望遠鏡141のレンズシステムと、干渉フィルタ142と、固定焦点レンズ143とを備えていてもよい。干渉フィルタ142は、伝送信号の波長シフトが入射角によって低減されるよう、このように小さいビーム広がりを有する位置に挿入される。適切なレンズ設計により、例えば、９０°−ＦＯＶカメラにおいて、９００ｎｍレーザーの検出のために４０ｎｍフィルター幅の使用ができるようになる。
特に、実施形態は、ごくわずかな経常費のレーザー警報システムを実現する。さらに、感度を改善し、警報に加えて波長情報を提供するために、レーザー警報器で異なる個別のラインフィルタセンサを使ってもよい。高い位置解像度を有する、これまで知られているレーザー検出器によって実現することができない検出精度が実現される。
この出願で特定されたいずれの値も、許容差範囲内の差異は、定義された物体の範囲内に属し、開示されていると見なされる。このように、許容上限値は、＋１０％または、＋５０％または、＋１００％ずれていてもよいし、許容下限値は、特定された値の−１０％または、30% または、−５０％ずれていてもよい。
明細書、請求項および図面で開示された発明の機能は、個別的に、または任意の組み合わせであっても、発明を実現するために重要である。
50 光源
110 イメージセンサ
111, 112, 113, … ピクセル
120 信号処理ユニット
125 イベントデータ
130 警報ユニット
135 警報信号
140 光学部品
141 ガリレイフィルタ
142 干渉フィルタ
143 固定焦点レンズ
H 背景
SW, SW1, SW2 しきい値
P1, P2 センサ表面における位置

Claims (20)

  1. 背景(H)の前方にある局所化された光源(50)からの検出信号を検出するための検出器ユニットであって、
    前記検出信号および前記背景(H)を検出するための複数のピクセル(111, 112,…)を含むイメージセンサ(110)であって、前記検出信号および前記背景(H)に基づいて前記ピクセル(111, 112,…)ごとに、イメージ信号(S)を別々に生成するように設計されたイメージセンサ(110)と、
    前記イメージ信号(S)を前記ピクセル(111, 112,…)ごとに、しきい値(SW)と比較し、期間(Δt)内に前記しきい値(SW)を超えた場合に、イベントデータ(125)を出力する信号処理ユニット(120)であって、前記しきい値(SW)および／または前記期間(Δt)は、前記ピクセルに応じて変更可能となるように設計された信号処理ユニット(120)と、
    を備える検出器ユニット。
  2. 前記信号処理ユニット(120)は、前記イメージセンサ(110)と統合されており、前記しきい値(SW)は、前記ピクセル(111, 112,…)ごとに、別々に設定可能であり、前記検出器ユニットは、前記ピクセル(111, 112,…)ごとにアナログコンパレータをさらに備え、前記イメージ信号(S)を前記ピクセル(111, 112,…)ごとに別個の前記しきい値(SW)と比較するために、前記アナログコンパレータを使う前記検出器ユニットであって、前記期間(Δt)は、前記イメージ信号(S)を前記アナログコンパレータの時定数から合計するための統合時間である、
    請求項１に記載の検出器ユニット。
  3. 前記信号処理ユニット(120)は、さらに、単位時間あたりに出力される、イベントデータ(125)の数の平均があらかじめ定められた範囲内になるよう、前記期間(Δt)および／または前記しきい値(SW)を調整するように設計されている、
    請求項１または２に記載の検出器ユニット。
  4. 前記信号処理ユニット(120)は、さらに、単位時間あたりのイベントデータの数の前記平均が前記背景(H)に依存しないよう、前記期間(Δt)および／または前記しきい値(SW)を継続的に調整するように設計されている、
    請求項３に記載の検出器ユニット。
  5. 前記信号処理ユニット(120)は、さらにそれぞれの前記ピクセル(111, 112,…)の前記しきい値(SW)をグローバルしきい値から導出し、これによりそれぞれの前記ピクセル(111, 112,…)が同一の光感度を有することを可能にし、製造上の理由による前記ピクセル(111, 112,…)の感度の相違を補償する、
    請求項１ないし４のいずれか一項に記載の検出器ユニット。
  6. 前記イメージセンサ(110)は、ＣＭＯＳイメージセンサを備える、
    請求項１ないし５のいずれか一項に記載の検出器ユニット。
  7. 前記信号処理ユニット(120)は、特定ピクセル信号構成要素(121, 122, 123, ...)によって、前記イメージセンサ(110)の裏面にピクセルごとに接触している、ＣＭＯＳ読み出し電子回路を備える、
    請求項１ないし６のいずれか一項に記載の検出器ユニット。
  8. 前記イメージセンサ(110)の前記ピクセル(111, 112,…)は、シリコンベースまたはＩｎＧａＡｓベースのフォトダイオードを備える、
    請求項７に記載の検出器ユニット。
  9. 前記信号処理ユニット(120)は、さらに前記イベントデータ(125)の出力時に前記ピクセル(111, 112,…)の対応するピクセル値の読み出しを起こし、前記読み出しはイベント駆動かつ非同期の方法で行われるように設計されている、
    請求項１ないし８のいずれか一項に記載の検出器ユニット。
  10. 前記信号処理ユニット(120)は、それぞれの前記ピクセル(111, 112,…)について、互いに独立して別々にひとつのイベントデータ(125)を出力するように設計されている、
    請求項１ないし９のいずれか一項に記載の検出器ユニット。
  11. 前記信号処理ユニット(120)は、さらにそれぞれの前記ピクセル(111, 112,…)について取得された前記イベントデータを不規則な間隔で数え、すべての前記ピクセル(111, 112,…)について取得されたそれぞれの結果を各時間間隔の終わりに出力するように設計されている、
    請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の検出器ユニット。
  12. 前記イベントデータ(125)に基づき、警報信号(135)を前記局所化された光源(50)の警報として生成するように設計された警報ユニット(130)をさらに備える、
    請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の検出器ユニット。
  13. 前記警報ユニット(130)は、フィルタを備え、前記フィルタは、第１しきい値(SW1)を使うことによる周期信号のフィルタリングおよび／または第２しきい値(SW2)を使うことによる非周期信号のフィルタリングをし、前記第２しきい値(SW2)は前記第１しきい値(SW1)より大きくなるように設計されている、
    請求項１２に記載の検出器ユニット。
  14. 前記信号処理ユニット(120)および／または前記警報ユニット(130)は、信号対雑音比の値が１３より大きくなるよう、前記しきい値(SW)を設定するように設計されている、
    請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の検出器ユニット。
  15. 請求項１ないし１４のいずれか一項に記載の検出器ユニットを備える、
    カメラ。
  16. ひとつピクセル(111,112, …)の視界が最大で２°である、
    請求項１５に記載のカメラ。
  17. さらにレンズと、スペクトルフィルタおよび／または干渉フィルタとを備え、
    特に、少なくとも６０°＊６０°の視界を検出する、
    請求項１５または１６に記載のカメラ。
  18. 特に、レーザー警報システムまたは砲口炎検出器であり、請求項１ないし１４のいずれか一項に記載の検出器ユニットおよび／または請求項１５ないし１７のいずれか一項に記載のカメラを含む、
    警報装置。
  19. 背景(H)の前方にある局所化された光源(50)からの検出信号を検出するための方法において、前記検出信号および前記背景(H)は、複数のピクセル(111, 112,…)を含むイメージセンサ(110)によって検出される方法であって、
    イメージ信号(S)を生成するステップであって、前記イメージ信号(S)は前記ピクセル(111, 112,…)ごとに、独立して生成されるステップ(S110)と、
    前記イメージ信号(S)をしきい値(SW)と比較するステップ(S120)と、
    期間(Δt)内に前記しきい値(SW)を超えた場合に、イベントデータ(125)を出力するステップ(S130)とを含み、
    比較(S120)は前記ピクセル(111, 112,…)ごとに、別々に行われ、前記しきい値(SW)と前記期間(Δt)は変更可能である、
    方法。
  20. 出力される前記イベントデータ(125)の平均レートを変更し、特に、前記平均レートを最大値未満に抑えるための、前記しきい値(SW)および／または前記期間(Δt) の変更を含む、
    請求項１９に記載の方法。
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