Farbfilteranordnung

In der Photographie, eine Farbfilteranordnung oder Farbfiltermosaik, ist ein Mosaik von kleinen Farbfiltern in den Pixelsensoren eines Bildsensors angeordnet, um Farbinformationen zu erfassen.

Farbfilter benötigt werden, da die typische Photosensoren erfassen die Lichtintensität mit wenig oder ohne Wellenlängenspezifität, und kann daher nicht getrennte Farbinformationen. Da Sensoren sind aus Halbleitern sie gehorchen der Festkörperphysik.

Die Farbfilter filtern das Licht durch Wellenlängenbereich, so dass die separaten gefilterten Intensitäten gehören Informationen über die Farbe des Lichts. Zum Beispiel kann die Bayer-Filter gibt Auskunft über die Intensität des Lichts in roten, grünen und blauen Wellenlängenbereichen. Die durch den Bildsensor aufgenommenen Bildrohdaten wird dann zu einem Vollfarbbild durch eine demosaicing Algorithmus, der für jede Art der Farbfilter abgestimmt ist umgewandelt. Die spektrale Durchlässigkeit der CFA-Elemente zusammen mit dem Auflösen der Mosaikstruktur Algorithmus gemeinsam die Farbwiedergabe. Durchlassbereich Quanteneffizienz und Spannweite von spektralen Reaktionen der CFA des Sensors sind in der Regel breiter als das sichtbare Spektrum, damit alle sichtbaren Farben unterschieden werden. Die Reaktionen der Filter in der Regel nicht entsprechen den CIE Farbanpassungsfunktionen, so dass eine Farbumsetzung erforderlich ist, um die Dreibereichswerte in ein gemeinsames, Absolutfarbraum zu konvertieren.

Der Foveon X3 verwendet eine andere Struktur, so daß ein Pixel nutzt Eigenschaften der Mehrgänge zu Blau, Grün und Rot-Sensoren auf der jeweils anderen zu stapeln. Diese Anordnung erfordert keine demosaicing Algorithmus, weil jeder Bildpunkt Informationen über jede Farbe. Dick Merrill des Foveon unterscheidet die Ansätze als "vertikale Farbfilter" für den Foveon X3 versus "seitlichen Farbfilter" für den CFA.

Liste der Farbfilterarrays

Bayer CFA

Der Bayer-CFA ist bekannt für seine Erfinder, Dr. Bryce E. Bayer von Eastman Kodak benannt. Es wird durch die Anwendung von Farbfiltern in den Sensoren, Kameras, Videokameras und Scannern verwendet wird, für die Bildung des Farbbildes Photodioden realisiert.

RGBW-Sensor

Ein RGBW-Matrix ist ein CFA, die "weiße" oder transparente Filterelemente, die die Photodiode für alle Farben des Lichts zu reagieren ermöglichen umfasst; das heißt, einige Zellen "panchromatischen" und mehr des Lichts erfasst wird, anstatt absorbiert wird, verglichen mit der Bayer-Matrix. Sugiyama eingereicht ein Patent auf eine solche Anordnung in 2005 Kodak kündigte mehrere RGBW CFA-Muster 2007, die alle die Eigenschaft haben, dass, wenn die panchromatischen Zellen ignoriert werden, die übrigen Farb gefilterten Zellen werden so angeordnet, dass ihre Daten verarbeitet, die mit ein Standard-Bayer Demosaicing-Algorithmus.

CYGM Sensor

A CYGM Matrix ein CFA, die hauptsächlich verwendet Sekundärfarben wieder, so dass mehr von dem einfallenden Licht, anstatt detektiert werden absorbiert. Weitere Varianten beinhalten CMY und CMYW Matrizen.

Herstellung des CFA

Diazonaphthochinon -novolac Photoresist ist einer als Träger für die Herstellung von Farbfiltern aus Farbstoffen verwendeten Material. Dass eine Interferenz zwischen den Farbstoffen und dem UV-Licht erforderlich, um das Polymer zu belichten, wenn Lösungen für dieses Problem gefunden. Farbphotolacke manchmal verwendet, schließen diejenigen mit chemischen Moniker CMCR101R, CMCR101G, CMCR101B, CMCR106R, CMCR106G und CMCR106B.

Einige Quellen sprechen andere spezifische chemische Substanzen, die Teilnahme an optische Eigenschaften, und optimale Fertigungsprozesse von Farbfilteranordnungen.

Zum Beispiel sagte Nakamura, dass Materialien für On-Chip-Farbfilteranordnungen fallen in zwei Kategorien: Pigment und Farbstoff. Pigment bezogen CFAs wurden zu dem dominanten Option, weil sie eine höhere Wärmebeständigkeit und Lichtbeständigkeit im Vergleich zu basieren CFAs färben. In jedem Fall, Dicken von bis zu 1 Mikrometer zur Verfügung stehen.

Theuwissen sagt: "Früher war die Farbfilter wurde auf einem separaten Glasplatte hergestellt und auf die CCD geklebt, aber heutzutage sind alle Ein-Chip-Farbkameras mit einer Bildkamera, die einen Farbfilter auf dem Chip verarbeitet und nicht als Hybrid aufweist. " Er liefert eine Bibliographie die sich auf die Anzahl, Typen von Aliasing-Effekten, Moiré-Muster und Raumfrequenzen der Absorptionsfiltern.

Einige Quellen zeigen, dass die CFA kann separat hergestellt und angebracht, nachdem der Sensor hergestellt wurde, während andere Sensoren haben die CFA direkt auf der Oberfläche des Bildwandlers hergestellt. Theuwissen nicht die Rede von den in CFA Herstellung verwendeten Materialien.

Mindestens ein frühes Beispiel für eine On-Chip-Design genutzt Gelatinefilter. Die Gelatine sectionalized über Photolithographie und anschließend gefärbt. Aoki, dass in einer CYWG Anordnung verwendet, wobei das G-Filter als eine Überlappung der Y- und C-Filtern.

Filtermaterialien sind herstellerspezifisch. Adams et al. Zustand "Mehrere Faktoren beeinflussen die CFA-Design. Erstens sind in der Regel die einzelnen CFA Filter Schichten durchlässigen organischen oder Pigmentfarbstoffe. Sicherstellen, dass die Farbstoffe haben die richtigen mechanischen Eigenschaften, wie einfache Anwendung, Haltbarkeit und Beständigkeit gegen Feuchtigkeit und andere atmosphärische Belastungen ist eine anspruchsvolle Aufgabe. Dies macht es schwierig, im besten Fall, die Feinabstimmung der spektralen Empfindlichkeiten. ".

Da die CFAs auf der Bildsensorfläche an dem BEOL, wobei ein Niedertemperatursystem ist starr beachten abgelagert sind, organischen Bestandteile werden über Glas vorzuziehen. Andererseits sind einige CVD Siliziumoxid Verfahren sind Niedertemperaturprozesse.

Ocean Optics hat angedeutet, dass ihre patentierte dichroitischen Filter CFA Prozess angewendet, um CCDs spektroskopischen werden. Gersteltec verkauft Photolacke, die Farbfiltereigenschaften besitzt.

Einige Pigment und Farbstoffmolekülen in CFA verwendet

In USP # 4808501 nennt Carl Chiulli die Verwendung von 5 Chemikalien, von denen drei CI # 12715, AKA Solvent Red 8; Solvent Yellow 88; und C.I. # 61551, Solvent Blue 36. U.S.P. # 5096801 Koya et al., Von Fuji Photo Film Unternehmen, listen einige 150-200 chemischen Strukturen, vor allem Azofarbstoffe und Pyrazolon-Diazenylgruppe, aber nicht zu chemischen Namen, CAS Registry-Nummern oder Colour Index Zahlen bereitzustellen.

Optisch effiziente Umsetzung CFA

Nakamura stellt eine schematische und bibliographische Artikel veranschaulicht die Bedeutung der Mikrolinsen, die f-Zahl, und das Zusammenspiel mit dem CFA und CCD-Arrays. Ferner ist eine kurze Diskussion von Antireflexionsfilmen angeboten, obwohl Janesick Arbeit scheint sich mehr mit Photonen-Silizium-Interaktion. Frühe Arbeiten an Mikrolinsen und auf dem Drei-CCD / Prismen-Kameras unterstreichen die Bedeutung eines voll integrierten Design-Lösung für CFAs. Das Kamerasystem, als Ganzes profitiert von sorgfältiger Prüfung der CFA-Technologien und deren Zusammenspiel mit anderen Sensoreigenschaften.

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