WO2014063701A1 - Sensoranordnung zur bilderfassung - Google Patents

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WO2014063701A1
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sensor
type
sensor elements
color filter
arrangement
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PCT/DE2013/200237
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Dieter KRÖKEL
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Aumovio Microelectronic GmbH
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Conti Temic Microelectronic GmbH
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    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H04N25/134—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements based on three different wavelength filter elements
    • H—ELECTRICITY
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    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H04N25/133—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements including elements passing panchromatic light, e.g. filters passing white light
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    • H04N2209/04—Picture signal generators
    • H04N2209/041—Picture signal generators using solid-state devices
    • H04N2209/042—Picture signal generators using solid-state devices having a single pick-up sensor
    • H04N2209/045—Picture signal generators using solid-state devices having a single pick-up sensor using mosaic colour filter

Definitions

  • the invention relates to a sensor arrangement for image acquisition, with a plurality of grid-like arranged and sensitive to electromagnetic radiation sensor elements.
  • Such cameras or camera systems are also generally referred to as vehicle cameras.
  • driver assistance functions are, for example, adaptive headlights, headlight dipping and dipping lights, night vision systems, cruise control, parking assistance,
  • Lane Keeping Assist Lane Change Assist, ISA (Intelligent Speed Adaptation), ANB (Automatic Emergency Braking),
  • Image pickup elements used e.g. CMOS or CCD image chips typically housed in a camera body behind an imaging system, e.g. a lens, are arranged.
  • a camera system of this type is known for example from DE 30 21 470 C2.
  • the system described there has an image sensor with a plurality of sensor elements, which are arranged in grid form in rows and columns.
  • the sensor elements are photodiodes that are sensitive to electromagnetic radiation.
  • the photodiodes detect electromagnetic radiation that is projected onto the image sensor by means of a lens.
  • the image sensors used in vehicle cameras are also usually able to detect colors, e.g. using demosaicing / demosaicing on an image sensor overlaid with a mosaic color filter.
  • the CMOS image sensor described therein comprises so-called color pixels which are arranged in a defined color filter array or in a specific color filter matrix.
  • the image sensor comprises a lower layer or a substrate with photodiode regions and metal lines, which are formed in a semiconductor substrate in order to generate charges in response to incident light.
  • the image sensor comprises an interlayer dielectric layer formed on the entire surface of the underlayer.
  • the image sensor comprises color filter layers of red, green and blue formed on the dielectric interlayer, for respectively light of particular wavelengths to the photodiode regions pass.
  • the image sensor comprises a planarization layer formed on the color filter layers and convex microlenses having a certain curvature and formed on the planarization layer for converging light on its corresponding color filter in the color filter layers and thereby separated into colors To converge light on the photodiode areas.
  • Insert image sensor so-called clear pixels which are designed without a color filter and thus ideally sensitive to electromagnetic radiation in the entire wavelength range of the visible spectral range.
  • DE 10 2006 055 905 A1 describes such a sensor arrangement of pixels with color filters and pixels without a color filter in order to increase the dynamic range of the camera.
  • one or two color filters can be complete be omitted.
  • a combination of three pixels without a color filter and a pixel with a red color filter within a 2x2 quadrant of the color filter arrangement of an image sensor is known.
  • red light can be distinguished from the entire visible spectral range and a high night sensitivity and good red selectivity are achieved.
  • a disadvantage of the known image sensors, in which so-called clear pixels are arranged in the sensor array, in particular in order to increase the photosensitivity of the image sensor, is the fact that the increase in the photosensitivity of the image sensor is accompanied by a reduction of the spatial color resolution, in particular because fewer pixels available for color acquisition.
  • the object of the invention is to specify a sensor arrangement with which the aforementioned requirements for vehicle cameras, in particular the image acquisition in different or in low light conditions, i. For example, during the day and at night, can be met, but still a good color resolution by means of an image sensor, which is formed with the sensor arrangement according to the invention, can be achieved.
  • An essential idea of the invention is to arrange both clear pixels and pixels with color filters (color pixels) in a sensor arrangement of an image sensor, with Pixel and color pixels in the row and column direction, in particular alternately, ie arranged in alternating order, side by side and preferably wherein each clear pixel directly adjacent at least one color pixel of each color, ie a pixel of each color filter with which the color pixels are designed , owns.
  • a high photosensitivity of the sensor arrangement can be achieved, in particular in the case of poor or poor lighting conditions, as well as a high color resolution.
  • a significantly improved color interpolation is possible with the sensor arrangement according to the invention, compared to the solutions known hitherto from the prior art.
  • the sensor arrangement according to the invention is used for image acquisition and comprises a plurality of grid-like arranged and sensitive to electromagnetic radiation sensor elements.
  • the sensor arrangement in particular comprises a plurality of pixel-forming and sensitive electromagnetic radiation sensor elements, which are arranged side by side in the form of a matrix, in particular in columns and rows.
  • the sensor elements can be designed such that they convert electromagnetic or optical radiation into electrical energy and / or indicate an electrical resistance which depends on the incident electromagnetic radiation.
  • electromagnetic radiation refers both to electromagnetic radiation in the visible spectral range (color spectrum), i. in particular to the human eye visible light, as well as to electromagnetic radiation in the invisible
  • Spectral range i. in particular light not visible to the human eye, e.g. Infrared and / or
  • the sensor arrangement can, for example be configured as a CCD image sensor (CCD: Charge-Coupled Device) or as a CMOS image sensor (CMOS: Complementary Metal Oxide Semiconductor) and in particular as an active pixel sensor (Active Pixel Sensor, APS), with photosensitive photodiodes as sensor elements.
  • CCD Charge-Coupled Device
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • active Pixel Sensor Active Pixel Sensor
  • the sensor arrangement comprises sensor elements of a first type, each of which is designed with a color filter and sensitive to electromagnetic radiation in a specific range in the visible spectral range.
  • Color filters for sensor arrangements or for image sensors are already known from the prior art, as mentioned in the introduction.
  • each individual sensor element of the sensor arrangement can be designed with its own color filter.
  • the sensor arrangement may further comprise sensor elements of the first type, each formed with different color filters, i. the sensor elements of the first type again differ in several groups, with color filters identical within the group and different from group to group. All sensor elements of the first type can also be designed with the same color filter.
  • the color filters of the sensor elements of the first type can be configured, for example, as absorbing color masks, in particular in the primary colors red, green and blue and / or in the primary colors yellow, magenta and cyan, which are preferably arranged directly over the sensor elements.
  • Each sensor element provides in the case only information or signals for a single color component of the light, in particular for electromagnetic radiation from the Color corresponding spectral range.
  • the color filter can in particular also be designed as a thin-layer color filter, with a carrier which is arranged above the sensor elements and on which a color filter is applied, for example as a mixture of organic color pigments and inorganic materials, for example halides.
  • the sensor arrangement can also be designed with a microlens color filter system, wherein a color filter layer is formed between the sensor elements and microlenses arranged above them.
  • a system which utilizes the different penetration depths of light, in particular of red and blue light, into silicon Finon X3 sensor.
  • the sensor arrangement further comprises sensor elements of a second type, which are sensitive to electromagnetic radiation in the entire region of the visible spectral range, i. for the entire visible light or color spectrum.
  • the sensor elements are preferably designed without a color filter.
  • the arrangement of such sensor elements in a sensor arrangement is basically known from the prior art. As mentioned in the introduction, such sensor elements are also referred to as clear pixels.
  • the sensor elements of the first type and of the second type are arranged, in particular within the grid-like or matrix-like sensor arrangement, that the sensor elements of the first type and the sensor elements of the second type are arranged in the rows and columns of the sensor arrangement in alternating order.
  • the sensor elements of the first type and the sensor elements of the second type are arranged in the rows and columns of the sensor arrangement in alternating order.
  • the sensor elements of the first type are preferably configured with at least two different color filters within the sensor arrangement according to the invention. It is particularly advantageous if the sensor elements of the first type are configured with exactly three different color filters, which are preferably color filters for three primary colors, so that the entire visible color spectrum can be covered or detected by means of the sensor elements of the first type , As already mentioned above, the three primary colors may, for example, be the primary colors red, green and blue or yellow, magenta and cyan.
  • the sensor elements of the first type are configured with three different color filters.
  • sensor elements of the first type are preferably each arranged in the columns of the sensor arrangement, which are configured with identical color filters, ie the color filters of the sensor elements of the first type do not differ within a column of the sensor arrangement.
  • the sensor elements of the first type are preferably arranged in a specific, repeating color filter sequence.
  • the particular repeating color filter sequence comprises exactly one sensor element, in particular of each of the sensor elements of the first type configured with different color filters, ie the color filter sequence preferably comprises exactly three sensor elements of the first type, each with different color filters.
  • the particular color filter order may be within the lines repeat continuously.
  • the color filters of the sensor elements of the first type are color filters for the spectral colors red, green and blue
  • the sensor elements in the rows of the sensor arrangement can be arranged, for example, in the color filter sequences red-green-blue or red-blue-green . Since, according to the invention, the sensor elements of the first and second types are arranged in the rows and columns of the sensor arrangement in alternating sequence, the arrangement of sensor elements of the first and second types in the rows of the sensor arrangement with the arrangement would be in the aforementioned color filter sequences
  • the sensor elements of the first type are configured with three different color filters.
  • sensor elements of the first type are preferably arranged in the rows of the sensor arrangement, which are configured with identical color filters, ie the color filters of the sensor elements of the first type do not differ within a row of the sensor arrangement.
  • sensor elements of the first type are preferably arranged in a specific, repeating color filter sequence.
  • the color filter sequence comprises in each case exactly one sensor element of each of the sensor elements of the first type configured with different color filters, ie the color filter sequence preferably comprises exactly three sensor elements of the first type, each with different color filters.
  • the color filter order can be repeated consecutively within the columns.
  • the color filters of the sensor elements of the first type are color filters for the spectral colors yellow, magenta and cyan
  • the sensor elements in the columns of the sensor arrangement can be arranged, for example, in the color filter sequences yellow magenta cyan or yellow cyan magenta. Since, according to the invention, the sensor elements of the first and second types are arranged in the rows and columns of the sensor arrangement in alternating sequence, the arrangement of sensor elements of the first and second types in the columns of the sensor arrangement with the arrangement would be the case in the aforementioned color filter sequences
  • the sensor elements of the second type are so grid-shaped between the sensor elements of the first type, that each sensor element of the second type, respectively in the direction of the rows and columns within the sensor array of each, having the first type of sensor elements configured with different color filters, adjacent at least one sensor element.
  • each sensor element of the second type preferably has sensor elements of the first type with each color filter, with which the sensor elements of the first type are designed, as direct neighbors.
  • Excluded are in particular sensor elements of the second type, which are located directly on the edge of the sensor arrangement.
  • Image capture configured with the sensor arrangement according to the invention and used in an optical detection device in a vehicle, ie, for example, as an image sensor in a vehicle camera.
  • the entire image sensor in particular the entire surface of the image sensor sensitive to electromagnetic radiation, is configured with the sensor arrangement according to the invention.
  • an image sensor may also be formed only partially with the sensor arrangement according to the invention, wherein in particular only a specific area of the sensitive area of the image sensor is formed with the inventive arrangement of sensor elements.
  • This embodiment is particularly advantageous if, for example, a bifocal imaging system is used in the camera and / or if only one area of the image sensor should have a particularly high photosensitivity, for example if the reduction of the maximum color resolution in favor of a better photosensitivity of the image sensor only to a part of Image sensor should be limited.
  • a further advantageous development of the invention may be on the color pixels of the invention
  • Sensor arrangement i. on the sensor elements of the first type to apply an infrared cut filter.
  • the detection of both visible and infrared light is known to be detrimental to the quality of the color evaluation by means of the color pixels.
  • an infrared blocking filter By applying an infrared blocking filter, this disadvantage can be removed.
  • the clear pixels i.
  • the sensor elements of the second type are preferably configured without infrared blocking filter and further sensitive to electromagnetic radiation in the spectral range of infrared radiation, in particular to reduce the sensitivity of the sensor elements of the second type in low light conditions not by blocking infrared radiation.
  • Figure 1 a first embodiment of the invention
  • Figure 2 a second embodiment of the invention
  • Figure 3 a third embodiment of the invention
  • FIG. 1 shows a preferred embodiment of the sensor arrangement 1 according to the invention.
  • the sensor arrangement 1 of FIG. 1 can be, in particular, the arrangement of sensor elements R, G, B, CL of an image sensor or of an image recording element which is located behind a camera in a camera Imaging system, such as a lens with one or more lenses is arranged.
  • the camera may, in particular, be a camera in a vehicle that captures images from the vehicle interior or the vehicle surroundings for implementing driver assistance functions.
  • the sensor arrangement 1 of FIG. 1 comprises a multiplicity of grid-shaped and electromagnetic-radiation-sensitive sensor elements R, G, B, CL, e.g. photosensitive photodiodes or individual CCD sensor elements.
  • Sensor elements R, G, B, CL are arranged in matrix form in rows Z and columns S side by side in this case.
  • the sensor elements R, G, B, CL in turn comprise sensor elements R, G, B of a first type and sensor elements CL of a second type.
  • the sensor elements R, G, B of the first type are each configured with a color filter and correspondingly sensitive in the visible light spectrum (visible spectral range) only for electromagnetic radiation in a specific region of the visible spectral range.
  • the sensor elements R, G, B of the first type can be sensitive to electromagnetic radiation having wavelengths in the non-visible spectral range, in particular for infrared radiation and / or for ultraviolet radiation.
  • the visible spectral range of electromagnetic radiation or of the electromagnetic spectrum is also generally referred to as light spectrum or color spectrum and is known to range from approximately 380 nm to 780 nm. These are not adjacent to the visible spectral range visible spectral ranges of ultraviolet radiation, known in a wavelength range of about lOOnm to 380nm, and of infrared radiation, known to be in a wavelength range of about 780nm to ⁇ .
  • the color filters of the sensor elements R, G, B of the first type correspond, in an embodiment of the inventive sensor arrangement 1 according to FIG. 1, to the three primary colors (spectral colors) red (R), green (G) and blue (B). Accordingly, each of the sensor elements R, G, B detects in the visible light spectrum only electromagnetic radiation from the wavelength range to be assigned to the respective color component (spectral color). In addition, the sensor elements R, G, B can detect electromagnetic in the non-visible spectral range.
  • the sensor elements CL of the second type are preferably designed without color filters and are sensitive to electromagnetic radiation in the entire visible light spectrum, i. for the entire range of the visible spectral range.
  • the sensor elements CL of the second type can be sensitive to electromagnetic radiation having wavelengths in the non-visible spectral range, in particular for infrared radiation and / or for ultraviolet radiation.
  • the sensor elements R, G, B of the first type and the sensor elements CL of the second type are arranged in the rows Z and columns S of the sensor arrangement 1 in alternating order, i. in the columns S and the row Z of the sensor arrangement 1 is always followed by a sensor element R, G, B of the first type, a sensor element CL of the second type and vice versa.
  • the sensor elements R, G, B of the first type are configured with three different color filters, wherein arranged in the columns S of the sensor assembly 1 respectively sensor elements of the first type R, G, B with identical color filters ie, the color filters of the sensor elements R, G, B of the first type do not differ within a column S of the sensor arrangement 1.
  • the first column S of the sensor arrangement 1 exclusively sensor elements R of the first type with a color filter for the spectral color red
  • in the second column S exclusively with a color filter for the spectral color blue
  • in the third column S exclusively arranged with a color filter for the spectral color green.
  • the sequence continues accordingly over the further columns S of the sensor arrangement 1.
  • respective sensor elements R, G, B of the first type are arranged in a certain repetitive color filter order.
  • the particular repeating color filter sequence comprises each of the sensor elements R, G, B of the first type configured with different color filters, exactly one sensor element R, G, B, ie the color filter sequence comprises exactly three sensor elements R, G, B of the first type, each with different color filters.
  • these are in each case a sensor element R with red, a sensor element G with green and a sensor element B with a blue color filter, which are arranged in the color filter sequence red-green-blue that continuously repeats within the lines Z. are.
  • the sensor elements R, G, B of the first type and the sensor elements C1 of the second type are arranged in rows Z and columns S of the sensor arrangement in alternating sequence, the rows result in an arrangement of the sensor elements R, G, B, Cl with the repetitive order:
  • the inventive sensor arrangement 1 according to FIG. 1 is furthermore configured such that the sensor elements CL of the second type are arranged in such a grid between the sensor elements R, G, B of the first type that each sensor element CL of the second type respectively in the direction of rows Z and columns S within the sensor array 1 of each, with different color filters designed sensor elements R, G. , B of the first type, at least one sensor element R, G, B has adjacent.
  • this does not apply to all sensor elements Cl of the second type, which are arranged on the edge of the sensor arrangement 1.
  • FIGs 2 and 3 respectively show alternative arrangements of the grid-shaped distributed sensor elements R, G, B, CL according to the invention.
  • the sensor arrangements 1 are configured substantially in accordance with the sensor arrangement according to FIG.
  • the sensor arrangement 1 of FIG. 2 differs from the sensor arrangement 1 of FIG. 1 in that the sensor elements R, G, B of the first type within the rows Z of the sensor arrangement 1 with identical color filters and within the columns S of the sensor arrangement 1 in FIG of the repetitive color filter order red-green-blue.
  • the sensor arrangement 1 of FIG. 3 differs from that of the sensor arrangement 1 of FIG. 1 in that the sensor elements R, G, B of the first type within the rows Z of the sensor arrangement 1 in the repeating color filter order red-blue-green are arranged, instead of red-green-blue.
  • the sensor arrangement 1 can be constructed, for example, as a CMOS image sensor, with a bottom layer of matrix-arranged and light-sensitive photodiodes, an overlying intermediate layer with individual color filters assigned to the photodiodes and an overlying microlens structure.
  • CMOS image sensor with a bottom layer of matrix-arranged and light-sensitive photodiodes, an overlying intermediate layer with individual color filters assigned to the photodiodes and an overlying microlens structure.
  • every possible and known structure of an image sensor in particular a CCD or CMOS image sensor possible, wherein the image sensor with an inventive arrangement of sensor elements R, G, B, CL, for example according to the figures, and with an attached resolution (number of sensor elements R, G , B, CL) can be configured.
  • color filter array pattern shown in the figures are only to be understood as examples.
  • the color pixels R, G, B and clear pixels CL can also be arranged differently, other colors can be selected or colors can be omitted. Also, not every type of Pixel R, G, B, CL needs to be represented the same number of times.
  • the sensor arrangement 1 according to the invention can be used in an advantageous manner, for example, when both good color recognition and high sensitivity are desired, for example driver assistance systems such as traffic sign recognition, high-beam assistant, especially when the camera image is available for different functions, often with different requirements (Color detection, sensitivity at night).
  • driver assistance systems such as traffic sign recognition, high-beam assistant

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Abstract

Sensoranordnung (1) zur Bilderfassung, mit einer Vielzahl an rasterförmig in Zeilen (Z) und Spalten (S) angeordneten und für elektromagnetische Strahlung sensitiven Sensorelementen (R, G, B, CL), umfassend Sensorelemente (R, G, B) eines ersten Typs, die jeweils mit einem Farbfilter ausgestaltet und für elektromagnetische Strahlung in einem bestimmten Bereich im sichtbaren Spektralbereich sensitiv sind, sowie Sensorelemente (CL) eines zweiten Typs, die für elektromagnetische Strahlung im gesamten Bereich des sichtbaren Spektralbereichs sensitiv sind.

Description

Sensoranordnung zur Bilderfassung
Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Bilderfassung, mit einer Vielzahl an rasterförmig angeordneten und für elektromagnetische Strahlung sensitiven Sensorelementen.
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.
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. 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.
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.
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.
Ein solcher Bildsensor wird beispielsweise in der DE 10 2005 047 127 AI 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.
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.
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 AI wird beispielsweise eine derartige Sensoranordnung aus Pixeln mit Farbfilter und Pixeln ohne Farbfilter beschrieben, um den Dynamikbereich der Kamera zu erhöhen .
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 2x2 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.
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.
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.
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.
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 .
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.
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.
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) .
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 .
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.
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.
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 .
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 .
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.
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. 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.
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.
Es zeigt
Figur 1 : eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Sensoranordnung .
Figur 2 : eine zweite Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Sensoranordnung .
Figur 3: eine dritte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Sensoranordnung . Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1. Bei der Sensoranordnung 1 aus Fig. 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 Fig. 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 lOOnm bis 380nm, sowie von Infrarotstrahlung, bekanntermaßen in einem Wellenlängenbereich von ungefähr 780nm bis Ιμιτι.
Die Farbfilter der Sensorelemente R, G, B des ersten Typs entsprechen, in Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1 entsprechend Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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,
Die erfindungsgemäße Sensoranordnung 1 entsprechend Fig. 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.
Die Figuren 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 Figur 1 ausgestaltet. Die Sensoranordnung 1 aus Fig. 2 unterscheidet sich dadurch von der Sensoranordnung 1 aus Fig. 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 Fig. 3 unterscheidet sich dadurch von der der Sensoranordnung 1 aus Fig. 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 .
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 beilegen 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.
Bezeichnungsliste
1 Sensoranordnung
R, G, B Sensorelemente des ersten Typs CL Sensorelemente des zweiten Typs
Z Zeilen
S Spalten

Claims

Patentansprüche
1. Sensoranordnung (1) zur Bilderfassung, mit einer Vielzahl an rasterförmig in Zeilen (Z) und Spalten (S)
angeordneten und für elektromagnetische Strahlung
sensitiven Sensorelementen (R, G, B, CL) , umfassend
- Sensorelemente (R, G, B) eines ersten Typs, die jeweils mit einem Farbfilter ausgestaltet und für
elektromagnetische Strahlung in einem bestimmten Bereich im sichtbaren Spektralbereich sensitiv sind, sowie
- Sensorelemente (CL) eines zweiten Typs, die für
elektromagnetische Strahlung im gesamten Bereich des sichtbaren Spektralbereichs sensitiv sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
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 sind.
2. Sensoranordnung (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensorelemente (R, G, B) des ersten Typs mit
wenigstens zwei unterschiedlichen Farbfiltern
ausgestaltet sind.
3. Sensoranordnung (1) nach einem der vorangegangenen
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensorelemente (R, G, B) des ersten Typs mit drei unterschiedlichen Farbfiltern ausgestaltet sind, wobei
- in den Spalten (S) der Sensoranordnung (1) jeweils Sensorelemente des ersten Typs (R, G, B) mit identischen Farbfiltern und - in den Zeilen (Z) der Sensoranordnung (1) jeweils
Sensorelemente (R, G, B) des ersten Typs in einer
bestimmten sich wiederholenden Farbfilter-Reihenfolge angeordnet sind, wobei die sich wiederholende Farbfilter- Reihenfolge von jedem, der mit unterschiedlichen
Farbfiltern ausgestalteten Sensorelemente (R, G, B) des ersten Typs, genau ein Sensorelement (R, G, B) umfasst.
4. Sensoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensorelemente (R, G, B) des ersten Typs mit drei unterschiedlichen Farbfiltern ausgestaltet sind, wobei
- in den Zeilen (Z) der Sensoranordnung (1) jeweils
Sensorelemente des ersten Typs (R, G, B) mit identischen Farbfiltern und
- in den Spalten (S) der Sensoranordnung (1) jeweils Sensorelemente (R, G, B) des ersten Typs in einer
bestimmten sich wiederholenden Farbfilter-Reihenfolge angeordnet sind, wobei die sich wiederholende Farbfilter- Reihenfolge von jedem, der mit unterschiedlichen
Farbfiltern ausgestalteten Sensorelemente (R, G, B) des ersten Typs, genau ein Sensorelement (R, G, B) umfasst.
5. Sensoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass
es sich bei den Farbfiltern, mit denen die Sensorelemente (R, G, B) des ersten Typs ausgestaltet sind, um Farbfilter für die Spektralfarben Rot, Grün und Blau und
bei der sich wiederholenden Farbfilter-Reihenfolge um eine der Farbfilter-Reihenfolgen Rot-Grün-Blau oder Rot-Blau- Grün handelt.
6. Sensoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Farbfiltern, mit denen die Sensorelemente (R, G, B) des ersten Typs ausgestaltet sind, um Farbfilter für die Spektralfarben Gelb, Magenta und Cyan und
bei der sich wiederholenden Farbfilter-Reihenfolge um eine der Farbfilter-Reihenfolgen Gelb-Magenta-Cyan oder Gelb- Cyan-Magenta handelt.
7. Sensoranordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 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 rasterförmigen
Sensoranordnung (1) von jedem, der mit unterschiedlichen Farbfiltern ausgestalteten Sensorelemente (R, G, B) des ersten Typs, mindestens ein Sensorelement (R, G, B) benachbart hat .
8. Bildsensor zur Bilderfassung umfassend eine
Sensoranordnung (1) nach einem der vorangegangenen
Ansprüche .
9. Kamera, zur Anordnung in einem Fahrzeug, umfassend einen Bildsensor nach Anspruch 8 und/oder eine Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
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