DE102015209551A1 - Farbfilter und farbbildsensor - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft einen Farbfilter für einen Farbbildsensor, sowie einen Farbbildsensor mit einem Farbfilter, wobei durch nur zwei unterschiedliche Filterfarben eine eineindeutige Zuordnung über ein abzutastendes Farbspektrum erfolgen kann. Hierzu weisen die beiden Filterfarben über den abzutastenden Spektralbereich komplementäre Filtereigenschaften auf, wobei für eine Filterfarbe die Transmissionseigenschaften über den Spektralbereich stetig ansteigen und für die komplementäre Filterfarbe die Transmissionseigenschaften stetig abfallen. Somit kann durch Quotientenbildung der Ausgangssignale von Sensorelementen hinter einem solchen Farbfilter eine eindeutige Zuordnung zu einer bestimmten Wellenlänge erfolgen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Farbfilter für einen Farbbildsensor sowie einen Farbbildsensor. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Farbfilter für einen Farbbildsensor, der mit nur zwei unterschiedlichen Farbfilterelementen eine eindeutige Ermittlung eines Farbwerts ermöglicht.
  • Die deutsche Patentanmeldung DE 2608998 A offenbart eine Farbbild-Abtastanordnung mit einer Bildsensoranordnung, die Sensorelemente einer ersten Art, einer zweiten Art und einer dritten Art aufweist. Die Sensorelemente sind auf Strahlung in einem ersten Spektralbereich bzw. einem zweiten Spektralbereich bzw. einem dritten Spektralbereich empfindlich. Die drei Arten von Sensorelementen sind in einem sich wiederholenden Muster über die Fläche der Sensoranordnung verteilt.
  • Gängige Farbbildsensoren basieren auf einer Farbrekonstruktion auf Basis von drei unterschiedlichen Farben. Beispielsweise können konventionelle Farbbildsensoren auf Basis von Rot, Grün und Blau (RGB) oder Cyan, Magenta und Yellow (CMY) basieren. Dabei sind nicht alle Farben über den gesamten Spektralbereich zueinander eineindeutig in Bezug auf ihre Farbverhältnisse. Meist werden für eine Farbrekonstruktion die entsprechenden Farbfilter in wiederkehrenden 2×2 Mustern auf die Pixel aufgebracht. 5 zeigt zum Beispiel das Muster eines sogenannten Bayer-Patterns, in welchem die Farbe Grün (G) zweimal vorkommt. Die Farben Rot und Blau dagegen sind in jedem dieser 2×2 Muster nur einmal vertreten. Somit erhält man für die Farbe Grün die halbe mögliche Auflösung, während die Auflösung der anderen beiden Farben Blau und Rot jeweils einem Viertel der Gesamtauflösung des Sensors entsprechen. Ferner kann durch ein solches Farbfilter bis zu zwei Drittel des einfallenden (weißen) Lichts absorbiert werden, das dann zur Erzeugung eines Signals dann nicht mehr zur Verfügung steht.
  • Es besteht daher ein Bedarf nach einem Farbbildsensor sowie einem Farbfilter für einen Farbbildsensor, die über den gesamten Arbeitsbereich eine eineindeutige Zuordnung der Farbverhältnisse ermöglichen. Darüber hinaus besteht ein Bedarf nach einem Farbbildsensor und einem Farbfilter für einen solchen Farbbildsensor, die eine hohe räumliche Auflösung ermöglichen. Weiterhin besteht ein Bedarf nach einem Farbbildsensor sowie einem Farbfilter für einen Farbbildsensor mit einer hohen Effizienz in Bezug auf die einfallende Lichtmenge.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Hierzu schafft die vorliegende Erfindung gemäß einem ersten Aspekt ein Farbfilter für einen Farbbildsensor mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1.
  • Demgemäß schafft die vorliegende Erfindung einen Farbfilter für einen Farbbildsensor mit einer ersten Gruppe von Filterelementen und einer zweiten Gruppe von Filterelementen. Die erste Gruppe von Filterelementen weist dabei über einen abzutastenden Spektralbereich stetig ansteigende spektrale Transmissionseigenschaften auf. Die zweite Gruppe von Filterelementen weist über den abzutastenden Spektralbereich stetig abfallende spektrale Transmissionseigenschaften auf.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde, eine eineindeutige Farbzuordnung in einem Farbbildsensor mit nur zwei unterschiedlichen Filterfarben durchführen zu können. Hierzu müssen an die beiden Filterfarben eines solchen Farbfilters besondere Anforderungen gestellt werden. Eine erste Filterfarbe weist hierzu über den von einem Farbbildsensor zu erfassenden Spektralbereich stetig ansteigende Transmissionseigenschaften auf. Mit anderen Worten, über den abzutastenden Spektralbereich, das heißt mit zunehmender Wellenlänge des abzutastenden Lichts, steigt die durch die entsprechende Filterfarbe hindurchtransmittierende Lichtmenge. Entsprechend sinkt der von der entsprechenden Filterfarbe absorbierte Anteil des Lichts mit zunehmender Wellenlänge. Die zweite Filterfarbe eines solchen Farbfilters weist dabei entsprechend umgekehrte Transmissions- bzw. Absorptionseigenschaften auf. Über den abzutastenden Spektralbereich sinkt dabei mit zunehmender Wellenlänge der Anteil des Lichts, das durch ein Filterelement mit der zweiten Filterfarbe hindurchtransmittiert. Analog wird mit steigender Wellenlänge über den abzutastenden Spektralbereich ein zunehmender Anteil des Lichts absorbiert. Für eine eineindeutige Zuordnung eines Farbwerts sollte dabei über den gesamten abzutastenden Spektralbereich der Lichtanteil, der durch die erste Filterfarbe hindurchtransmittiert, kontinuierlich ansteigen und analog der Lichtanteil, der durch die zweite Filterfarbe hindurchtransmittiert, kontinuierlich abfallen. Auf diese Weise kann mit nur zwei unterschiedlichen Signalen eine eineindeutige Zuordnung zu einem Farbwert über den gesamten abzutastenden Spektralbereich erfolgen. Für die Farbwertbestimmung sind somit also nur zwei Filterfarben erforderlich.
  • Handelt es sich bei dem abzutastenden Spektralbereich beispielsweise um den Spektralbereich von sichtbarem Licht zwischen 400 und 750 Nanometer, so entspricht die erste Filterfarbe beispielsweise einem „Orange“. Die zweite Filterfarbe entspricht in etwa einem Blauton. Da sich dieser Blauton jedoch von dem in konventionellen RGB-Farbfiltern (wie z.B. in Bayern-Pattern) verwendeten Blau unterscheidet, wird dieses Blau im Folgenden als „Bri“ (Bri = Bayer-Blue replacing ink) bezeichnet. Die beiden Filterfarben liegen in ihrer spektralen Breite in etwa zwischen Blau und Cyan bzw. Rot und Yellow.
  • Durch die Verwendung von nur zwei Filterfarben für ein Farbfilter kann somit im Vergleich zu konventionellen Farbfiltern mit drei Filterfarben und einem 2×2 Muster eine höhere räumliche Auflösung erreicht werden.
  • Ferner steht bei dem erfindungsgemäßen Farbfilter an dem Bildsensor eine höhere Lichtmenge zur Verfügung, die zur Erzeugung eines Signals genutzt werden kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Summe des durch ein Filterelement der ersten Gruppe von Filterelementen transmittierten Lichts und des durch ein Filterelement der zweiten Gruppe von Filterelementen transmittierten Lichts über den abzutastenden Spektralbereich konstant oder zumindest annähernd konstant. Auf diese Weise kann die von dem Farbfilter absorbierte Lichtmenge ebenfalls über den gesamten Spektralbereich ausbalanciert werden. Dies ermöglicht eine deutliche Vereinfachung bei der Bildung eines Grauwertbildes.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst der abzutastende Spektralbereich einen Spektralbereich mit einer Wellenlänge zwischen 400 Nanometer und 750 Nanometer. Alternativ kann der abzutastende Spektralbereich auch eine Wellenlänge zwischen 400 Nanometer und 800 Nanometer umfassen. Aber auch andere abzutastende Spektralbereiche sind darüber hinaus ebenso möglich. Insbesondere kann der abzutastende Spektralbereich auch nur einen Teil des sichtbaren Lichts umfassen. Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, das Farbfilter für infrarotes und/oder ultraviolettes Licht auszugestalten.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind jeweils ein Filterelement der ersten Gruppe von Filterelementen und ein Filterelement der zweiten Gruppe von Filterelementen abwechselnd nebeneinander angeordnet. Insbesondere können die Filterelemente der ersten bzw. zweiten Gruppen von Filterelementen schachbrettartig angeordnet sein. Dies ermöglicht eine ausgewogene und gleichmäßige Verteilung der Filterelemente der beiden verwendeten Filterfarben.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Farbfilter ferner eine dritte Gruppe von Filterelementen. Auf diese Weise sind zusätzliche Filterelemente möglich, die neben einer eindeutigen Farbzuordnung innerhalb des Spektralbereichs für die Bestimmung weiterer Parameter oder als Filter für einen anderen Spektralbereich geeignet sein können.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind die Transmissionseigenschaften der Filterelemente der dritten Gruppe von Filterelementen über den abzutastenden Spektralbereich konstant. Bei solchen Filterelementen kann es sich beispielsweise um „weiße“ Filterelemente handeln, die gegebenenfalls das Licht in dem abzutastenden Spektralbereich nahezu vollständig transmittieren lassen. Dies ermöglicht beispielsweise eine gute Bestimmung des Helligkeitswerts.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Farbbildsensor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 geschaffen.
  • Demgemäß wird ein Farbbildsensor geschaffen, der einen optischen Sensor und einen erfindungsgemäßen Farbfilter umfasst.
  • Der optische Sensor kann dabei eine Mehrzahl von Sensorelementen umfassen. Insbesondere kann jedem Filterelement des Farbfilters ein Sensorelement des optischen Sensors zugeordnet sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind die Abmessung eines Filterelements der ersten Gruppe von Filterelementen und/oder die Abmessung eines Filterelements der zweiten Gruppe von Filterelementen halb so groß wie eine von dem optischen Sensor zu erzielende Auflösung. Somit kann ein Farbbildsensor geschaffen werden, dessen Auflösung im Vergleich zu konventionellen Farbbildsensoren mit 2×2 Filterelementen gesteigert werden kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist eine Quanteneffizienz eines Sensorelements, das einem Filterelement der ersten Gruppe von Filterelementen zugeordnet ist, über den abzutastenden Spektralbereich stetig ansteigend. Analog kann die Quanteneffizienz eines Sensorelements, das einem Filterelement der zweiten Gruppe von Filterelementen zugeordnet ist, über den abzutastenden Spektralbereich stetig abfallend sein. Auf diese Weise ist eine eineindeutige Farbzuordnung durch einen Farbbildsensor möglich, der nur mit den Ausgangssignalen der Sensorelemente benötigt, die Filterelementen der ersten bzw. zweiten Gruppe von Filterelementen zugeordnet sind.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Farbbildsensor ferner eine Auswertevorrichtung, die dazu ausgelegt ist, aus einem Verhältnis eines ersten Ausgangssignals von einem Sensorelement, das einem Filterelement der ersten Gruppe von Filterelementen zugeordnet ist, und einem zweiten Ausgangssignal von einem Sensorelement, das einem Filterelement der zweiten Gruppe von Filterelementen zugeordnet ist, einen Farbwert zu berechnen. Durch Bildung des Verhältnisses der Ausgangssignale von Sensorelementen, die jeweils unterschiedlichen Gruppen von Filterelementen zugeordnet sind, kann eine eindeutige Farbzuordnung auf einfache Weise erfolgen.
  • Weitere Ausführungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Dabei zeigen:
  • 1: eine schematische Darstellung eines Abbildungssystems mit einem Farbbildsensor gemäß einer Ausführungsform;
  • 2: eine schematische Darstellung des Verlaufs von Transmissionseigenschaften der Filterelemente eines Farbfilters gemäß einer Ausführungsform;
  • 3: eine schematische Darstellung eines Verhältnisses der Ausgangssignale eines Farbbildsensors gemäß einer Ausführungsform;
  • 4A–C: schematische Darstellungen von Anordnungen von Filterelementen in Farbfiltern gemäß mehrerer Ausführungsformen; und
  • 5: eine schematische Darstellung eines konventionellen Farbfilters.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Bilderfassungssystems mit einem Farbbildsensor 1. Der Farbbildsensor 1 umfasst einen optischen Sensor 20 mit einer Mehrzahl von Sensorelementen 21. Vor dem optischen Sensor 20 ist ein Farbfilter 10 angeordnet. Der Farbfilter 10 umfasst dabei erste Filterelemente 11 einer ersten Gruppe und zweite Filterelemente 12 einer zweiten Gruppe. Der Farbfilter 10 kann dabei unmittelbar vor dem optischen Sensor 20 angeordnet sein, oder auch von dem optischen Sensor 20 beabstandet sein. Bei dem optischen Sensor 20 kann es sich um einen CCD oder einen CMOS-Bildsensor handeln. Aber auch andere geeignete optische Sensoren sind ebenso möglich.
  • Das Licht eines abzubildenden Gegenstands kann somit über eine Optik 40 mit einer oder mehreren Linsen auf den Farbfilter 10 und auf den dahinter angeordneten optischen Sensor 20 projiziert werden. Die einzelnen Sensorelemente 21 des optischen Sensors 20 erzeugen ein zu der Intensität des einfallenden Lichts korrespondierendes Ausgangssignal. Dieses Ausgangssignal der einzelnen Sensorelemente 21 des optischen Sensors 20 kann von einer Auswertevorrichtung 30 erfasst und ausgewertet werden.
  • Die Auswertevorrichtung 30 kann die Ausgangssignale mehrerer Sensorelemente 21 miteinander vergleichen und daraus einen Farbwert bestimmen, das heißt die Wellenlänge bzw. die Wellenlängen des einfallenden Lichts bestimmen. Werden zur Ermittlung der spektralen Zusammensetzung, das heißt zur Bestimmung eines Farbwerts des einfallenden Lichts mehrere Sensorelemente 21 verwendet, so ergibt sich die Auflösung des optischen Sensors 20 aus der Summe aller verwendeten Sensorelemente 21. Mit anderen Worten, die zu erzielende Auflösung des optischen Sensors 20 ergibt sich aus der Summe der Abmessungen der einzelnen Sensorelemente 21. Da die einfallenden Lichtstrahlen zwischen Optik 40 und optischem Sensor 20 in der Regel zumindest annähernd parallel verlaufen, sind dabei auch die einzelnen Filterelemente 11 und 12 des Farbfilters 10 zumindest annähernd genauso groß wie die einzelnen Sensorelemente 21. Werden für die Bestimmung der spektralen Zusammensetzung des einfallenden Lichts und somit zur Bestimmung der Farbe des einfallenden Lichts zwei verschiedene Filterelemente 11 und 12 des Farbfilters 10 verwendet, so muss jedes der Filterelemente 11 und 12 des Farbfilters 10 halb so groß sein wie die zu erzielende Auflösung auf dem optischen Sensor 20.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist der Farbfilter 10 des Farbbildsensors 1 genau zwei Gruppen von Filterelementen 11 und 12 auf. Die Transmissions- bzw. Absorptionseigenschaften der beiden Gruppen von Filterelementen 11 und 12 des Farbfilters 10 sind dabei so gewählt, dass basierend auf den Ausgangssignalen der Sensorelemente 21 des optischen Sensors 20 hinter diesen Filterelementen 11 und 12 eine eineindeutige Bestimmung des Lichtes, das heißt der spektralen Zusammensetzung des einfallenden Lichts möglich ist.
  • 2 zeigt einen schematischen Verlauf der Transmissionseigenschaften der Filterelemente 11 und 12 über einen abzutastenden Spektralbereich. Die Transmissionseigenschaften der ersten Gruppe von Filterelementen 11 sind dabei durch den Kurvenverlauf I dargestellt. Die Transmissionseigenschaften der zweiten Gruppe von Filterelementen 12 sind durch den Kurvenverlauf II dargestellt. Wie aus 2 zu erkennen ist, weisen die Filterelemente 11 der ersten Gruppe über den gesamten abzutastenden Spektralbereich kontinuierlich abnehmende Transmissionseigenschaften auf. Mit anderen Worten, mit zunehmender Wellenlänge wird durch die Filterelemente 11 ein kontinuierlich ansteigender Anteil des einfallenden Lichts absorbiert. Die Filterelemente 12 der zweiten Gruppe von Filterelementen des Farbfilters 10 weisen komplementäre Transmissionseigenschaften auf. Das heißt, mit steigender Wellenlänge wird durch ein Filterelement 12 der zweiten Gruppe von Filterelementen ein kontinuierlich ansteigender Anteil des einfallenden Lichts transmittiert. Mit anderen Worten, die Absorption des einfallenden Lichts sinkt kontinuierlich mit steigender Wellenlänge.
  • In einer Ausführungsform können die Transmissionseigenschaften der Filterelemente 11 der ersten Gruppe und der Filterelemente 12 der zweiten Gruppe dabei so gewählt werden, dass über den abzutastenden Spektralbereich für jede Wellenlänge die Summe des durch ein Filterelement 11 der ersten Gruppe transmittierten Lichts und des durch ein Filterelement 12 der zweiten Gruppe transmittierten Lichts genau oder zumindest annähert konstant ist.
  • Bei dem in 2 dargestellten Spektralbereich handelt es sich um einen Spektralbereich des für einen Menschen sichtbaren Wellenlängenbereichs zwischen 400 und 750 Nanometer. Je nach Anwendungsfall sind jedoch auch beliebige andere Spektralbereiche möglich. Dabei kann es sich beispielsweise auch nur um einen Teil des für den Menschen sichtbaren Wellenlängenbereichs handeln. Aber auch Spektralbereiche außerhalb des für den Menschen sichtbaren Wellenlängenbereichs im infraroten oder ultravioletten Wellenlängenbereich sind möglich. Handelt es sich bei dem abzutastenden Wellenlängenbereich jedoch um einen für den Menschen sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen etwa 400 und 750 Nanometer, so ergibt sich für ein Farbfilter mit stetig ansteigenden Transmissionseigenschaften, wie dem Kurvenverlauf II in 2 ein annähernd orangefarbener Eindruck. Für das komplementäre Farbfilter mit stetig abfallenden Transmissionseigenschaften ergibt sich ein etwa blau bis türkisblauer Farbeindruck. Dieses Blau unterscheidet sich von dem konventionellen Blau eines herkömmlichen RGB-Farbfilters, wie es beispielsweise in einem Bayer-Farbfilter eingesetzt wird.
  • Neben der reinen Anpassung der Transmissionseigenschaften der Filterelemente 11 und 12 des Farbfilters 10 können die Transmissions- bzw. Absorptionseigenschaften der Filterelemente 11 und 12 des Farbfilters 10 auch auf die spezifischen Eigenschaften des optischen Sensors 10 angepasst sein. Somit können gegebenenfalls Schwankungen in der Effizienz der Sensorelemente 21 des optischen Sensors 20 durch Anpassung der Transmissions- bzw. Absorptionseigenschaften der Filterelemente 11 und 12 des Farbfilters 10 kompensiert bzw. angepasst werden. Auf diese Weise kann der Farbfilter 10 vor dem optischen Sensor 20 jeweils individuell auf die einzelnen Sensorelemente 21 des optischen Sensors 20 angepasst werden.
  • Basierend auf den Ausgangssignalen der Sensorelemente 21 des optischen Sensors 20 kann daraufhin auf die Wellenlänge bzw. die Wellenlängen des einfallenden Lichts geschlossen werden. Hierzu kann beispielsweise der Quotient bzw. das Verhältnis von zwei benachbarten Sensorelementen 21 des optischen Sensors 20 mit unterschiedlichen Filterelementen 11 bzw. 12 des Farbfilters 10 berechnet werden. Basierend auf diesem Quotient bzw. Verhältnis kann aufgrund der kontinuierlich ansteigenden bzw. abfallenden Transmissionseigenschaften der Filterelemente 11 bzw. 12 eineindeutig auf die jeweilige Farbe des einfallenden Lichts geschlossen werden.
  • 3 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung eines Verlaufs des Quotienten Q der Ausgangssignale von Sensorelementen 21 des optischen Sensors 20 mit jeweils unterschiedlichen Filterelementen 11 bzw. 12. Wie aus 3 deutlich zu erkennen ist, ergibt sich ein kontinuierlich abfallender Kurvenverlauf. Somit kann aus einem bestimmten Wert des Quotienten Q der beiden Ausgangssignale eindeutig auf eine Wellenlänge des einfallenden Lichts geschlossen werden.
  • Die 4A und 4B zeigen schematische Darstellungen für die Anordnung einzelner Filterelemente 11 und 12 in einem Farbfilter 10 gemäß zweier Ausführungsformen. Die hier dargestellte Anzahl von Filterelementen dient dabei lediglich dem besseren Verständnis und stellt keine Beschränkung des Farbfilters 10 dar. Auch sind neben den hier dargestellten beispielhaften Anordnungen von Filterelementen 11 und 12 in einem Farbfilter 10 beliebige weitere Anordnungen der Filterelemente 11 und 12 möglich, die auf die jeweiligen Anwendungsfälle hin angepasst und optimiert werden können.
  • 4A zeigt eine beispielhafte Anordnung der Filterelemente 11 und 12 in einem Farbfilter 10, bei der in eine erste Richtung x jeweils abwechselnd ein Filterelement 11 der ersten Gruppe von Filterelementen und ein Filterelement 12 der zweiten Gruppe von Filterelementen angeordnet ist. In eine zweite Richtung y, die senkrecht zu der ersten Richtung x steht, sind jeweils gleichartige Filterelemente 11 und 12 der gleichen Gruppe nebeneinander angeordnet. Somit ergibt sich ein streifenförmiger Verlauf der Filterelemente 11 und 12 in einem Farbfilter 10.
  • 4B zeigt eine alternative Anordnung der Filterelemente 11 und 12 in einem Farbfilter 10. Dabei sind sowohl in der ersten Richtung x als auch in der zu der ersten Richtung x senkrecht stehenden Richtung y die Filterelemente 11 und 12 der ersten und zweiten Gruppe jeweils abwechselnd angeordnet. Auf diese Weise ergibt sich ein schachbrettartiges Muster.
  • Neben der Verwendung von Filterelementen 11 und 12 der oben beschriebenen beiden Gruppen von Farbfilterelementen können darüber hinaus noch weitere Filterelemente in einem Farbfilter 10 vorgesehen sein. Da bereits durch die zuvor beschriebenen Filterelemente 11 und 12 eine eindeutige Zuordnung einer Wellenlänge möglich ist, können die weiteren Filterelemente für zusätzliche Anwendungsgebiete hin angepasst sein. Beispielsweise ist es möglich, dass diese weiteren Filterelemente für ein alternatives sichtbares und/oder unsichtbares Lichtspektrum hin angepasst sind. So ist es beispielsweise möglich, durch die zuvor beschriebenen Filterelemente 11 und 12 der ersten bzw. zweiten Gruppe eine eineindeutige Zuordnung der Wellenlänge des einfallenden Lichts im sichtbaren Spektralbereich durchzuführen. Durch weitere Filterelemente kann darüber hinaus auch eine Erfassung von einfallendem Licht im infraroten und/oder ultravioletten Spektralbereich erfolgen. Ferner ist es möglich, dass die zusätzlichen Filterelemente auch vorbestimmte Transmissions- bzw. Absorptionseigenschaften im sichtbaren Wellenlängenbereich aufweisen. Insbesondere ist es möglich, dass diese zusätzlichen Filterelemente über einen vorgegebenen Spektralbereich ganz oder zumindest annähernd konstante Transmissions- bzw. Absorptionseigenschaften aufweisen. Somit ist durch Sensorelemente 21 hinter diesen zusätzlichen Filterelementen beispielsweise eine Bestimmung der Intensität des einfallenden Lichts möglich.
  • Aber auch Filterelemente für beliebige andere Anwendungsfälle sind darüber hinaus möglich.
  • 4C zeigt exemplarisch eine mögliche Ausführungsform für ein Farbfilter 10 mit Filterelementen 11 und 12 der ersten bzw. zweiten Gruppe von Filterelementen sowie zusätzlichen Filterelementen 13. Dabei können, wie hier dargestellt, beispielsweise ein Filterelement 11 der ersten Gruppe und ein Filterelement 12 der zweiten Gruppe in einer 2×2 Matrix diagonal gegenüberliegend angeordnet sein. Die beiden anderen, ebenfalls diagonal gegenüberliegenden Filterelemente können dabei beispielsweise Filterelemente 13 der weiteren Gruppe von Filterelementen sein. Aber auch beliebige, auf entsprechende Anwendungsfälle angepasste weitere Anordnungen mit zusätzlichen Filterelementen 13 sind darüber hinaus ebenso möglich.
  • Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung ein Farbfilter für einen Farbbildsensor, sowie einen Farbbildsensor mit einem Farbfilter, wobei durch nur zwei unterschiedliche Filterfarben eine eineindeutige Zuordnung über ein abzutastendes Farbspektrum erfolgen kann. Hierzu weisen die beiden Filterfarben über den abzutastenden Spektralbereich komplementäre Filtereigenschaften auf, wobei für eine Filterfarbe die Transmissionseigenschaften über den Spektralbereich stetig ansteigen und für die komplementäre Filterfarbe die Transmissionseigenschaften stetig abfallen. Somit kann durch Quotientenbildung der Ausgangssignale von Sensorelementen hinter einem solchen Farbfilter eine eindeutige Zuordnung zu einer bestimmten Wellenlänge erfolgen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 2608998 A [0002]

Claims (10)

  1. Farbfilter (10) für einen Farbbildsensor (1), mit: einer ersten Mehrzahl von Filterelementen (11), deren spektrale Transmissionseigenschaften über einen abzutastenden Spektralbereich stetig ansteigen; und einer zweiten Mehrzahl von Filterelementen (12), deren spektrale Transmissionseigenschaften über den abzutastenden Spektralbereich stetig abfallen.
  2. Farbfilter (10) nach Anspruch 1, wobei die Summe des durch ein Filterelement (11) der ersten Mehrzahl von Filterelementen von transmittierten Lichts und des durch ein Filterelement (12) der zweiten Mehrzahl Filterelementen transmittierten Lichts über den abzutastenden Spektralbereich zumindest annähernd konstant ist.
  3. Farbfilter (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der abzutastende Spektralbereich einen Spektralbereich mit einer Wellenlänge zwischen 400 Nanometer und 750 Nanometer umfasst.
  4. Farbfilter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jeweils ein Filterelement (11) der ersten Mehrzahl von Filterelementen und eine Filterelement (12) der zweiten Mehrzahl von Filterelementen abwechselnd nebeneinander angeordnet sind.
  5. Farbfilter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Farbfilter (10) ferner eine dritte Mehrzahl von Filterelementen (13) umfasst.
  6. Farbfilter (10) nach Anspruch 5, wobei die Transmissionseigenschaften der Filterelemente (13) der Mehrzahl Gruppe von Filterelementen über den abzutastenden Spektralbereich konstant sind.
  7. Farbbildsensor (1), mit: einen optischen Sensor (20), der eine Mehrzahl von Sensorelementen (21); und einem Farbfilter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei jedem Filterelement (11, 12, 13) des Farbfilters (10) ein Sensorelement (21) des optischen Sensors (20) zugeordnet ist.
  8. Farbbildsensor (1) nach Anspruch 7, wobei die Abmessungen eines Filterelements (11) der ersten Mehrzahl von Filterelementen und/oder die Abmessungen eines Filterelements (12) der zweiten Mehrzahl von Filterelementen halb so groß ist, wie eine von dem optischen Sensor (20) zu erzielende Auflösung.
  9. Farbbildsensor (1) nach Anspruch 7 oder 8, wobei eine Quanteneffizienz eines Sensorelements (21), das einem Filterelement (11) der ersten Mehrzahl von Filterelementen zugeordnet ist, über den abzutastenden Spektralbereich stetig ansteigt, und die Quanteneffizienz eines Sensorelements (21), das einem Filterelement (12) der zweiten Mehrzahl von Filterelementen zugeordnet ist, über den abzutastenden Spektralbereich stetig abfällt.
  10. Farbbildsensor (1) nach einem der Ansprüche 7 der bis 9, ferner umfassend eine Auswertevorrichtung (30), die dazu ausgelegt ist, aus einem Verhältnis eines ersten Ausgangsignals von einem Sensorelement (21), das einem Filterelement (11) der ersten Mehrzahl von Filterelementen zugeordnet ist, und einem zweiten Ausgangssignal von einem Sensorelement (21), das einem Filterelement der zweiten Mehrzahl von Filterelementen angeordnet ist, einen Farbwert zu berechnen.
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