(57)【要約】      （修正有）【課題】  多種の光学センサを備えたセンサアレイを提供する。【解決手段】  赤外スペクトル領域の放射線の検出のための第１のタイプのセンサ１７、および可視スペクトル領域の光の検出のための少なくとも第２のタイプのセンサ１８、１９、２０を含む、電磁放射線の検出のための周期的なグループ２１内に配置された多数のセンサ（１７、１８、１９、２０）を備えたセンサアレイ３が開示される。グループ２１において、第１のタイプのセンサ（１７）の数は、第２のタイプのセンサ（１８、１９、２０）の数を超える。このようなセンサアレイ３を備えたカメラ、このようなカメラを備えた画像再生装置、およびこのような画像再生装置を備えた自動車も開示される。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外スペクトル領域の放射線の検出のための第１のタイプのセンサ（１７）と、可視スペクトル領域の光の検出のための少なくとも第２のタイプのセンサ（１８、１９、２０）とを含む、電磁放射線の検出のための周期的なグループ（２１、２９、３０）内に配置された多数のセンサ（１７、１８、１９、２０）を備えたセンサアレイ(３、２８)であって、
前記グループ（２１、２９、３０）において各々、前記第１のタイプのセンサ（１７）の数は、前記第２のタイプのセンサ（１８、１９、２０）の数を超えることを特徴とするセンサアレイ（３、２８）。
【請求項２】
前記グループ（２１、２９、３０）は各々、第３のタイプのセンサ（１８、１９、２０）と第４のタイプのセンサ（１８、１９、２０）とをさらに包含し、前記第２から前記第４までのタイプのセンサ（１８、１９、２０）が、それぞれ異なる波長領域の可視光を検出することを特徴とする請求項１に記載のセンサアレイ（３、２８）。
【請求項３】
前記第２のタイプのセンサ（１８）は、赤色の波長領域の光を検出し、前記第３のタイプのセンサ（１９）は緑色の波長領域の光を検出し、前記第４のタイプのセンサ（２０）は青色の波長領域の光を検出することを特徴とする請求項２に記載のセンサアレイ（３、２８）。
【請求項４】
前記グループ（２１、２９、３０）は各々、前記第２から前記第４までのタイプのセンサ（１８、１９、２０）をそれぞれ１つ包含することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のセンサアレイ（３、２８）。
【請求項５】
前記グループ（３０）は、前記第１のタイプの３個のセンサ、および前記第２から前記第４までのタイプのセンサをそれぞれ１つ包含することを特徴とする請求項４に記載のセンサアレイ（３、２８）。
【請求項６】
前記グループ（２１、２９）は、前記第１のタイプの４ｎ＋１個のセンサ（ｎ＝１、２、．．．）、および前記第２から前記第４までのタイプのセンサをそれぞれ１つ包含することを特徴とする請求項４に記載のセンサアレイ（３、２８）。
【請求項７】
半導体基板（２２）上に提供されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のセンサアレイ（３、２８）。
【請求項８】
前記第１から前記第４までの全てのタイプの前記センサ（１７、１８、１９、２０）は、同一の光電性の光電式変換要素（２３）であり、前記センサアレイ（３、２８）は、前記センサ（１７、１８、１９、２０）の前記タイプによりそれぞれ異なるスペクトル透過率を有するフィルタ（２４）を包含することを特徴とする請求項７に記載のセンサアレイ（３、２８）。
【請求項９】
結合画像を提供するための、請求項１〜８のいずれか一項に記載のセンサアレイ（３、２８）を備えたカメラ（２）であって、
前記画像の各画素の輝度は、前記第１のタイプのセンサ（１７）によって検出された赤外領域の少なくとも１つの輝度値によって決定されることを特徴とするカメラ（２）。
【請求項１０】
前記グループ（２１、２９、３０）はそれぞれ、画像についての多数の画素を表すことを特徴とする請求項９に記載のカメラ（２）。
【請求項１１】
前記グループ（２１、２９、３０）は各々、包含される前記第１のタイプのセンサ（１７）と同数の画素を表し、
前記画素の輝度は、前記第１のタイプのセンサ（１７）に割り当てられた前記画素の１個により検出された赤外領域内の輝度値によって決定され、
前記画素各々の色度は、前記グループ（２１、２９、３０）の前記第２から前記第４までのタイプのセンサ（１８、１９、２０）から得られた輝度値から得られることを特徴とする請求項１０に記載のカメラ（２）。
【請求項１２】
前記グループ（２１、２９、３０）は各々、包含される前記第１から前記第４までのタイプのセンサ（１７、１８、１９、２０）と同数の画素を表し、
前記第１のタイプのセンサ（１７）のそれぞれの輝度は、該第１のタイプのセンサ（１７）によって検出された輝度値によって決定され、
画素が割り当てられた前記第２から前記第４までのタイプのセンサ（１８、１９、２０）各々の輝度は、これらのセンサ（１８、１９、２０）の１個に近接する前記第１のタイプのセンサ（１７）によって検出された赤外領域内の輝度値によって決定され、
前記画素各々の色度は、前記グループ（２１、２９、３０）の前記第２から前記第４までのタイプのセンサ（１８、１９、２０）から得られた輝度値から得られることを特徴とする請求項１０に記載のカメラ（２）。
【請求項１３】
請求項９〜１２のいずれか一項に記載のカメラ（２）を備えた画像再生装置（１）であって、
前記カメラ（２）によって提供された画像を表示する表示画面(７)を含むことを特徴とする画像再生装置（１）。
【請求項１４】
請求項１３に記載の画像再生装置を備えた自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外スペクトル領域の放射線の検出のための第１のタイプのセンサ、および可視スペクトル領域の光の検出のための少なくとも第２のタイプのセンサを含む、電磁放射線の検出のための、周期的なグループ内に配置された多数のセンサを備えたセンサアレイに関する。本発明は、さらにこのようなセンサアレイを備えたカメラ、ならびに、このようなカメラを含む画像表示装置、およびこのような画像表示装置を備えた自動車に関する。本発明のセンサアレイは、暗視装置、特に自動車の暗視装置で使用するのに適している。
【背景技術】
【０００２】
現在、このような暗視装置は、運転者が暗闇で方向を維持し、目標物の確認を容易にできるようにするために自動車に益々採用されている。暗視装置は、赤外線を検出するための、赤外線センサとも称されるセンサを含む。この赤外線は、熱放射であるので、輝度の差が描写される目標物の熱分布の差に対応する画像が生成される。この理由で交通標識や情報表示は、これらの目標物が通例、均一な熱分布を有するので、均一な輝度をもった表面として暗視装置によって生成される画像内に現れる。交通標識や情報表示板に現れる文字は、ゆえに、暗視装置によって生成される画像で認識できるようには表示されない。この問題を克服するために、暗視装置は、可視スペクトル領域の放射線を検出するためのセンサを有し、かつカラー画像を生成する、カラーカメラと組み合わされる。赤外線センサによって記録された画像は、ゆえにカラー画像と重ねられるので、組み合わされた画像において、光を放射している目標物のカラー情報が生成され、これによって情報表示板上の文字もその結合画像内に現れる。
【０００３】
特許文献１は、電磁放射線を検出するための、それぞれ４つの異なるタイプの多数のセンサを有するセンサアレイを開示する。これらのセンサの中には、赤外スペクトル領域の放射線を検出する第１のタイプのセンサと、可視スペクトル領域の、赤色波長領域の光を検出する第２のタイプのセンサと、緑色波長領域の光を検出する第３のタイプのセンサと、青色波長領域の光を検出する第４のタイプのセンサとがある。特許文献１でも記載されている画像表示装置において、第１のタイプのセンサによって提供される信号は、ある場面の赤外線画像を生成し、第２から第４までのタイプのセンサによって提供される信号は、同じ場面のカラー画像を生成する。赤外線画像とカラー画像とは、互いに組み合わされてその場面の結合画像を形成し、そこでは画素の赤外光の輝度が結合画像内の画素の輝度を決定する。従って、画像の画素毎に、４つタイプのそれぞれの少なくとも１つのセンサがそれぞれ必要となるので、単位画素当たり少なくとも４個のセンサが必要となる。これによって、画素の表示に必要なセンサ数が増加すると、その画素のためのセンサアレイに必要なスペースも増加するという問題が生じる。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，１５０，９３０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ある場面の画像が赤外線情報とカラー情報との結合から生成され、小型のセンサアレイを用いて高い局部分解能を可能にするセンサアレイを提供することが、本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、請求項１の特徴を備えたセンサアレイによって解決される。
【０００７】
本発明の主題は、このようなセンサアレイを備えたカメラ、このようなカメラを備えた画像再生装置、およびこのような画像再生装置を備えた自動車をも含む。
【０００８】
本発明のセンサアレイにおいては、人間の目が、色の変化に対するよりも輝度の変化に対しほぼ１０倍の感度で反応する、公知の効果が利用される。すなわち、観測者は、輝度と色度との両方とも高分解能を有する一方の画像と、輝度のみが高分解能を有し色分解能が著しく低い他方の画像との、２つの画像の間で、品質のいかなる変化も検出しない。
【０００９】
可視スペクトル領域でしか作用しない従来のカラービデオカメラにおいては、画像のそれぞれ個々の画素の輝度を決定するために、場面内の点を表す画素の１つの輝度が、３つのスペクトル領域−赤色、緑色、および青色−で検出されなければならないので、画素毎にそれらのスペクトル領域に対応する３つのセンサが提供されなければならず、この効果を使用できない。
【００１０】
但し、生成される結合画像の輝度が赤外線検出輝度にしか依存しない場合、ある場面のカラーを検出する場合においてセンサアレイが赤外線の輝度を検出するよりも低い分解能で十分である。その結果、可視スペクトル領域の不必要なセンサを省くことで、与えられる画素数に必要なセンサアレイの範囲を低減できるか、または場合によっては、指定寸法のセンサアレイを用いて、達成される分解能を改良できる。
【００１１】
特に好ましくは、各グループは、第３のタイプの補足的なセンサおよび第４のタイプのセンサを含み、ここでは第２から第４までのタイプのセンサは、それぞれ異なる波長領域の可視光を検出する。このようなセンサアレイを用いると、例えばＲＧＢモデルに従って場面点の色を表すことが可能となり、例えば、第２のタイプのセンサは赤色波長領域の光を検出し、第３のタイプのセンサは緑色波長領域の光を検出し、第４のタイプのセンサは青色波長領域の光を検出する。
【００１２】
好ましくは、各グループは、第２から第４までのタイプの１つのセンサをそれぞれ含む。第１のタイプのセンサについて、各グループには、特に３個または４ｎ＋１個単位のセンサが有り、ここでｎは自然数である。
【００１３】
第１のタイプのセンサを３個有するグループは、例えば生成される画像についての３つの画素を表し、ここでセンサアレイ内の各画素は、第１のタイプのセンサと、第２、第３、または第４のセンサとの表面積に対応する。第２から第４までのタイプのセンサの検出結果として得られたカラー情報は、そのグループの３つの画素の全てに割り当てられるが、他方で、３つの画素の全ての輝度は異なる。
【００１４】
センサアレイは、半導体基板上に提供される。半導体基板に製造された光電式変換要素において、４つのタイプのセンサの全てが同一であることが好ましく；個々のタイプは、半導体基板を覆うフィルタの透過特性において実質的に異なる。
【００１５】
画像が、本発明のセンサアレイを有するカメラを使用して記録される場合、グループは、画像についての多数の画素に対応する。例えば、第１のタイプの各センサはそれぞれ１つの画素を表す。それで１つの画素がその画像内に現れる輝度は、第１のタイプに関するセンサにより赤外スペクトル領域で検出される輝度の値によって規定されるのが好ましく、一方でそのグループの全画素の色度は、第２から第４までのタイプのそれぞれのセンサの輝度値から得られる。
【００１６】
あるいは、上記グループのそれぞれの個々のセンサが画像についての１つの画素に対応することも可能である。第１のタイプのセンサに割り当てられる１つの画素は、赤外スペクトル領域に関するセンサによって検出された輝度の値によって決定される輝度で画像内に現れる。第２、第３、または第４のタイプのセンサに割り当てられた１つの画素において、その輝度は、第１のタイプの少なくとも１個の近接するセンサによって検出された赤外領域内の輝度値によって決定される。グループの全画素の色度は、グループの第２から第４までのタイプの画素によって検出された可視スペクトル領域の輝度値から得られる。
【００１７】
本発明のセンサアレイを含むカメラを備えた画像再生装置は、カメラによって提供された画像を表示する表示画面を包含するのが好ましい。
【００１８】
以下で、本発明を図面に基づいてより詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の画像再生装置１は、図１に簡略的に示される。画像再生装置１は、センサアレイ３およびこれに割り当てられた電子構成部４を備えたカメラ２と、第１のマトリクス５と、第２のマトリクス６と、モニタ７とを含む。カメラ２から、Ｒビデオチャネル８と、Ｇビデオチャネル９と、Ｂビデオチャネル１０とが第１のマトリクス５に延びる。ＩＲビデオチャネル１１は、カメラ２から第２のマトリクス６に延びる。さらに、Ｕビデオチャネル１２とＶビデオチャネル１３とは、第１のマトリクス５から第２のマトリクス６に延びる。第２のマトリクス６から、Ｒ’ビデオチャネル１４と、Ｇ’ビデオチャネル１５と、Ｂ’ビデオチャネル１６とが、モニタ７に延びる。
【００２０】
図２は、センサアレイ３の１つのセグメントの基本構造を示す。これは、赤外スペクトル領域の放射線を検出するＩＲセンサ１７と、赤色波長領域の光を検出するＲセンサ１８と、緑色波長領域の光を検出するＧセンサ１９と、青色波長領域の光を検出するＢセンサ２０とを含む。それぞれ、８個のセンサ１７、１８、１９、２０が１つのグループ２１を形成し、ここでグループ２１は、５個のＩＲセンサ１７と、１個のＲセンサ１８と、１個のＧセンサ１９と、１個のＢセンサ２０とをそれぞれ含む。同一のグループ２１がセンサアレイ３の表面に周期的に配置される。
【００２１】
図２の点線Ａ−Ａについての、図２のセンサアレイ３の断面が、図３で示される。全てのセンサ１７、１８、１９、２０は、基板２２上に同様に構成された光電式変換要素２３を含む。フィルタ２４が光電式変換要素２３を覆っている。フィルタ２４は、赤外スペクトル領域の電磁放射線に対し透過性があるＩＲ透過エリア２５と、緑色波長領域の可視光に対し透過性があるＧ透過エリア２６と、青色波長領域の可視光に対し透過性があるＢ透過エリア２７とを含む。フィルタ２４は、赤色波長領域の可視光に対し透過性があるＲ透過エリアをさらに含む、但し、図３による表示には上記Ｒ透過エリアは表されていない。透過エリア２５、２６、２７は、１つまたはそれ以上の光電式変換要素２３に割り当てられている。
【００２２】
光電式変換要素２３は、電磁放射線それぞれの多様な波長領域に割り当てられた透過エリア２５、２６、２７の選択的な透過性に基づく波長領域に対して反応する。ゆえに、ＩＲ透過エリア２５に割り当てられた光電式変換要素２３は、ＩＲセンサ１７を成し、Ｇ透過エリア２６に割り当てられた変換要素２３は、Ｇセンサ１９を成し、Ｂ透過エリア２７に割り当てられた変換要素２３は、Ｂセンサ２０を成し、Ｒ透過エリアに割り当てられた変換要素２３は、Ｒセンサ１８を成す。
【００２３】
カメラ２によって記録される画素から構成された画像は、画像再生装置１を用いてモニタ７上で再生される。ここでその画像についての各画素は、センサ１７、１８、１９、２０のそれぞれの１個で表される。
【００２４】
記録中、ＩＲセンサ１７は、赤外線の輝度値を与え、Ｒセンサ１８は赤色光の輝度値を与え、Ｇセンサ１９は緑色光の輝度値を与え、Ｄセンサ２０は青色光の輝度値を、それぞれ与えるので、各画素には、それを表す対応するセンサ１７、１８、１９、２０によって与えられた輝度値が最初に割り当てられる。割り当てられた電子構成部４は、各グループ２１内でこのグループ２１のＩＲセンサ１７を表す画素の全てに、それぞれのＲセンサ１８によって与えられた赤色光の輝度値、それぞれのＧセンサ１９によって与えられた緑色光の輝度値、それぞれのＢセンサ２０によって与えられた青色光の輝度値を割り当てる。同様にそれは、Ｒセンサ１８を表す画素に、Ｇセンサ１９によって与えらえた緑色光の輝度値およびＢセンサ２０によって与えられた青色光の輝度値を、画素を表すＧセンサ１９に、Ｒセンサ１８によって与えられた赤色光の輝度値およびＢセンサ２０によって与えられた青色光の輝度値を割り当て、そしてＢセンサ２０を表す画素に、Ｒセンサ１８によって与えられた赤色光の輝度値およびＧセンサ１９によって与えられた緑色光の輝度値を割り当てる。さらに、Ｒセンサ１８によって表された画素、Ｇセンサ１９によって表された画素、およびＢセンサ２０によって表された画素には、近接するＩＲセンサ１７によって与えられた輝度値が割り当てられる。割り当てられた電子構成部４により、各画素が、赤外線の輝度値、赤色光の輝度値、緑色光の輝度値、および青色光の輝度値に割り当てられることが確実となる。
【００２５】
輝度値の割当についての上述の方法に代わり、例えば５個のＩＲセンサ１７によって供給された５つの赤外線の輝度値から平均の赤外線輝度値を得て、これをＲセンサ１８、Ｇセンサ１９、およびＢセンサ２０を表す画素に割り当てることも可能である。輝度値が、これらの画素のためのセンサ１８、１９、２０に近接したＩＲセンサ１７によって与えられる輝度値の平均である、Ｒ、Ｇ、またはＢセンサに対応する画素に、赤外線の輝度値を割り当てることも考えられるが、ここではこれらに近接するＩＲセンサ１７は、問題の画素と異なるグループに属していても良い。
【００２６】
各画素の赤色、緑色、および青色の輝度値は、カメラ２からＲビデオチャネル８、Ｇビデオチャネル９、およびＢビデオチャネル１０を介して、第１のマトリクス５に提供される。各画素に対する赤外線の輝度値は、カメラ２からＩＲビデオチャネル１１を介して第２のマトリクス６に提供される。
【００２７】
第１のマトリクス５は、各画素の赤色、緑色、および青色の輝度値で規定されたそれぞれの色を、公知のＹＵＶ画像に変換するが、このＹＵＶ画像では、Ｙ信号が輝度を指定し、Ｕ信号およびＶ信号が各画素の色度を指定し、これらＵ信号およびＶ信号をＵビデオチャネル１２およびＶビデオチャネル１３を介して第２のマトリクス６に提供する。
【００２８】
第２のマトリクス６は、第１のマトリクス５の変換の逆変換を行い、ここで第１のマトリクス５の色度信号Ｕ、Ｖは、Ｕ入力信号、Ｖ入力信号として、およびＩＲビデオチャネル１１で送られた赤外線輝度値の輝度入力信号として採用され、画素毎に新しい赤色、緑色、および青色の輝度値を生成する。各画素のこれらの新しい赤色、緑色、および青色の輝度値は、Ｒ’ビデオチャネル１４、Ｇ’ビデオチャネル１５、およびＢ’ビデオチャネル１６を介してモニタ７に中継され、そのモニタは画素にこれらの新しい輝度値を与える。それで各画素の輝度が、赤外線の輝度値によって決定される連続カラー画像が生成されるが、その色度は、人間の目で見ると、同じである。これにより、観察者が結合画像内の目標物を特に簡単に認識できるようになる。
【００２９】
本発明は、図２で示されたセンサアレイ３に限定されるものではない。ゆえに、図４は、周期的なグループ２９に配置された本発明の他のセンサアレイ２８を示す。各グループ２９には、９個のＩＲセンサと、１個のＲセンサ１８と１個のＧセンサ１９と１個のＢセンサ２０とをそれぞれ包含する。センサアレイ２８は、全体的にセンサアレイ３よりも尚一層大きな範囲でセンサ１８、１９、２０が選択されている。
【００３０】
グループ２９は、センサ１７、１８、１９、２０当たり１つの画素を表すことができるので、合計１２の画素を表すことができる。それぞれ角の４つの区分に配置される、４個のＩＲセンサ１７のグループ２つの間には、１個のＲセンサ１８、１個のＧセンサ１９、１個のＢセンサ２０、および１個のＩＲセンサ１７がそれぞれ配置されており、これらのセンサも同様に角の４つの区分に配置される。それで、このようなセンサアレイ２８を備えたカメラ２に割り当てられた電子構成部４から、９個のＩＲセンサ１７によって表された９つの画素には、それぞれのＩＲセンサ１７によって与えられた赤外線の輝度値の１つが割り当てられる。これらも同様にセンサ１８、１９、２０によって与えられた赤色、緑色および青色の輝度値が割り当てられる。中央センサ１８、１９、２０によって表された画素は、これらの３個のセンサ１８、１９、２０によってそれぞれ与えられた輝度値を得る。さらに、９個のＩＲセンサ１７によって供給された９つの赤外線の輝度値から、平均の赤外線輝度値が形成され、それは３個のセンサ１８、１９、２０によって表された３つの画素に割り当てられる。
【００３１】
最後に、図５は、本発明による他のセンサアレイの１つのグループ３０を示す。グループ３０は、１個のＲセンサ１８、１個のＧセンサ１９、および１個のＢセンサ２０それぞれと、３個のＩＲセンサ１７とを包含する。これらは３つの画素を表し、１個のＩＲセンサ１７およびセンサ１８、１９、２０のうちの１個にそれぞれ対応する。割り当てられた電子構成部４において、各画素には、それ自体のセンサ１７、並びに、１８、１９または２０によって与えられた２つの輝度値が、つまり他の２つの画素−赤色、青色、または緑色−において得られた輝度値、ならびにセンサ１８、１９、２０により、赤色または緑色または青色の輝度値と同様に、赤外線の輝度値も割り当てられる。それで、これらのグループ３０を有するセンサ構成を備えたカメラを用いても、各画素が、赤外線の輝度値、並びに赤色、緑色、および青色の輝度値によって表され、ここでは赤外スペクトル領域でのカメラ２の局部分解能が、可視スペクトル領域の３倍となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】画像再生装置の概略図を示す。
【図２】本発明のセンサアレイの区分の基本構造を示す。
【図３】図２で示された区分の断面図を示す。
【図４】本発明の他のセンサアレイのセグメントの基本構造を示す。
【図５】本発明の他のセンサアレイの１つのグループを示す。
【符号の説明】
【００３３】
１  画像再生装置
２  カメラ
３、２８  センサアレイ
４  電子構成部
５  第１のマトリクス
６  第２のマトリクス
７  表示画面
８  Ｒビデオチャネル
９  Ｇビデオチャネル
１０  Ｂビデオチャネル
１１  ＩＲビデオチャネル
１２  Ｕビデオチャネル
１３  Ｖビデオチャネル
１４  Ｒ’ビデオチャネル
１５  Ｇ’ビデオチャネル
１６  Ｂ’ビデオチャネル
１７  ＩＲセンサ
１８  Ｒセンサ
１９  Ｇセンサ
２０  Ｂセンサ
２１、２９、３０  グループ
２２  半導体基板
２３  光電式変換要素
２４  フィルタ
２５  ＩＲ透過エリア
２６  Ｇ透過エリア
２７  Ｂ透過エリア
【図１】
2005051791.tif 000003
【図２】
2005051791.tif 000004
【図３】
2005051791.tif 000005
【図４】
2005051791.tif 000006
【図５】
2005051791.tif 000007
【外国語明細書】
2005051791000001.pdf
2005051791000002.pdf
2005051791000003.pdf
2005051791000004.pdf