DE2559578A1 - Fernsehkamera - Google Patents

Description

THE GENERAL CORPORATION, 1116, Suenaga, Takatsu-ku, Kawasaki-shi,

Kanagawa-ken, Japan

Ferns ehkamera

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fernsehkamera mit einem Bildsensor in Form eines fotosensitiven Felds von als Matrix angeordenten Fotoelementen, die auswahlweise photonenerzeugte Ladungen in Antwort auf ein auf die Feldoberfläche fokussiertes Bild speichern und von denen ein Ausgangssignal in Form eines Ladungspakets sequentiell zu Ausgangseinrichtungen auslesbar ist.

Bekannte Fernsehkameras weisen eine einzelne Aufnahmeröhre oder drei Aufnahmeröhren auf, auf deren Fotokathode ein Bild fokussiert wird, das zur Ableitung eines Videosignals ständig sowohl in Horizontalrichtung als auch in Vertikalrichtung durch einen einzelnen Elektronenstrahl abgetastet wird. Die geometrische Verzerrung des resultierenden Bilds wird im wesentlichen von der Linearität bestimmt, mit der der Elektronenstrahl abtastet. Wird eine Mehrzahl von Aufnahmeröhren verwendet, so müssen die jeweiligen Elektronenstrahle zeitlich synchronisiert und in der geometrischen Position aufeinander abgestimmt werden, was auch für den Fachmann sehr delikate Arbeitsgänge sind. Hat eine Farbfernsehkamera drei Aufnahmeröhren, so wird die Bildinformation vor der Umwandlung in drei Farbkomponenten mit Hilfe von dichroitischen Spiegeln in drei Farbkomponenten zerlegt; das Zurdeckungbringen spielt ein ernsthaftes Problem. Bei zwei Aufnahmeröhren wird eine für das Leuchtdichtesignal und die andere für

7098U/0595 ..2

; das Farbsignal verwendet. Beispielsweise dient ein Streifenfilter für Erzeugung des Rotsignals und des Blausignals, während das Grünsignal aus dem leuchtdichte - Signal, dem Rotsignal und dem

[ Blausignal mit Hilfe einer Matrixschaltung abgeleitet wird. Bei Farbfernehkameras mit einer einzigen Aufnahmrtthre wird ein komplexes Streifenfilter dazu verwendet, das Leuchtdichte-Signal und die Farbsignale abzuleiten. Es ist bekannt, die Farbsignale mit Hilfe eines Streifenfilter gemäß einer Basen- oder Frequenastrennungstechnik abzuleiten, die eine Verzögerungsschaltung um

. 1 H enthält, wobei H die Periode der horizontalen Abtastung, also die Zeilendauer bedeutet. Bei der Einzelröhren-Farbkamera mit einem Streifenfilter wird das Problem des Zurdeckungbringem vermieden, obwohl Probleme im Zusammenhang mit der Bildqualität, Interferenzmustern und Moire auf Grund der Verwendung des Streifenfilters auftreten können. Viele Streifenfilter weisen eine Kombination von vertikalen und schrägen Streifen auf. Es ist auch ein Streifenfilter mit horizontalen Streifen vorgeschlagen worden, das jedoch auf Grund der technischen Schwierigkeit des zuverlässigen Abtastens entlang eines schmalen horizontalen Streifen mit einem Elektronenstrahl nicht zur praktischen Ausführung gekommen ist.

Andererseits ist für Schwarz-Weiß-Fernsehkameras die Verwendung eines Festkörper-Bildsensort vorgeschlagen worden, der anstelle der Aufnahmeröhre Halbleitertechnologien verwendet, beispiels- ■ weise kürzlich entwickelte Ladungsverschiebungsanordnungen (CCD) oder Ladungsübertragungsanordnungen. Solche Festkörper-Bildwandler und die verwendende Schwarz-Weiß-Fernsehkameras sind im einzelnen beschrieben in "Imaging With Charge Transfer Devices"¹, Session 2 of 197^ IEEE Intercon Technical Papers.Kurz dargestellt und ausgehend von Ladungsverschiebungsanordnungen (CCD), die einen Teil des Festkörper-Bildsensors darstellen,umfaßt diese eine Mehrzahl von MOS-rKonde*satoren (Metall-Oxyd-Halbleiter) mit Halbleiter-Verarmungsschichten, die regelmäßig in Zeilen und

d '

Spalten angeornet sind. Auf die Fotoelemente der Oberfläche wird optisch ein Bild fokussiert, so daß die einzelnen Verarmungs-

7Ö98U/0S95

- r-s

;schichten elektrische Ladung speichern, die von der auftreffen-' den Lichtstärke abhängt. Die Ladung wird sequenziell durch einen Zug von außen angelegter Takt- oder Treibimpulse von gleicher Periode übertragen, wodurch die Bildinformation als Videosignal ausgelesen wird. Die Zeit, die benötigt wird, um die gespeicherte Ladung von einer Verarmungsschicht zur nächsten mit Hilfe des Taktimpulses zu übertragen, sei mit te bezeichnet, te = der Periode des Taktimpulses. Die Übertragungszeit te kann also durch Änderung der Frequenz des Taktimpulses willkürlich gewählt werden, IEs sei angenommen, daß eine Zeile N Elektroden für die jeweiligen darin enthaltenen Verarmungsschichten enthält; dann ist die zum ¹ Auslesen der Ladungen einer Zeile auf Grund der Übertragung benötigte Zeit T_D gegeben durch

T_D = N · te

Die Werte von N und te können so gewählt werden, daß T_Q gleich einer Zeilendauer des Standard-Fernsehsystems wird, und die verschiedenen Parameter können so gewählt werden, daß der Vollendung der Übertragung aus einer Zeile die Übertragung der Ladungen entlang der vertikal anschließenden nächsten Zeile folgt, so daß die Übertragung in der Vertikalrichtung innerhalb einer Zeitspanne vollendet wird, die gleich einer Vertikaldauer oder Bilddauer des Standard-Fernsehsystems ist. Auf diese Weise kann der Festkörper-Bildsensor anstelle einer üblichen Aufnahmeröhre verwendet werden. In der Praxis müssen bei der Bestimmung von N, te und der anderen Parameter die Rücklaufzeiten der Horizontal- und der Vertikalabtastung berücksichtigt werden. Ein derartiger Festkörper-Bildsensor hat eine Anzahl von Vorteilen einschließlich seiner Kompaktheit, seines geringen Gewichts, seines niedrigen Leistungsverbrauchs und seiner hohen Zuverlässigkeit. Eine weitere hervorstechende Eigenschaft im Vergleich zur üblichen Aufnahmeröhre ist die äußerst geringe geometrische Bildverzerrung, wie aus seiner Anordnung und seinem Arbeitsprinzip verständlich wird.

709814/0595

Durch die Erfindung soll nun eine Fernsehkamera geschaffen werden, ι bei der die Aufnahmeröhre mit ihren beschriebenen Nachteilen durch einen Festkörper-Bildsensor ersetzt ist und dessen Charakteristiken den speziellen Erfordernissen eines guten Fernsehbilds hinsichtlich der Auflösung und ggf. des Zeilensprungbetriebs angepaßt sind. Gemäß der Erfindung wird eine Serie von an den Ausgangseinrichtungen erhaltenen ursprünglichen Signalen in Abschnitte oder Gruppen eingeteilt und werden benachbarte Abschnitte oder Gruppen zur Bildung eines arithmetischen Mittels, das als Komponente eines Fernsehsignals verwendet wird, miteinander addiert. Beispielsweise kann ein Signalabschnitt das Leuchtdichtesignal oder ein Farbkomponentensignal für eine Abtastzeile des Fernsehbilds sein. Für die Durchführung des Zeilensprungverfahrens können die Fernsehsignale für die beiden Teilbilder je nach gewünschter Bildcharakteristik und Auflösung in gleicher Weise die gemittelte Signalkomponente, wahlweise das ursprüngliche Signal und die gemittelte Signalkomponente oder aus dem ursprünglichen Signal zusammen mit einem durch Verzögerung dieses Signals um die Dauer eines Signalabschnitts hergestellte Signale verwenden. Die Fotoelemente, die gegebenenfalls eine Farbe für das Ferbfernsehen einzeln auswählen, sind entsprechend einem gegebenen Muster angeordnet, und ein Taktimpuls dient dazu, die Auslesung entsprechend einer gegebenen Anweisung vorzunehmen. Das Signal kann bei Erfordernis durch eine äußere Schaltung verarbeitet werden.

Zur Erzielung einer Farbselektivität der einzelnen Fotoelemente gibt es verschiedene Möglichkeiten. Beispielsweise kann durch Aufdampfen oder Sintern ein farbfilternder Überzug auf jedem der Fotoelemente hergestellt werden, oder es wird ein Farbfilter verwendet, das das gleiche Muster wie das vorgeschriebene Muster der Farbselektivität aufweist, das vorher den einzelnen Fotoelementen in der Ebene des Bildsensors zugeteilt worden ist, und das vor dem Bildsensor angeordnet wird. Ein aufzunehmender Gegenstand wird durch ein Objektiv auf das Filter fokussiert und das durch das Filter tretende Bild wird über eine Zwischenlinse auf die Oberflä-

7 0 98U/0S9

; ehe der Fotoelemente des Bildsensors geworfen. Den Fotoelementen ! kann durch vorherige Koordinierung des Bildsensors, der Zwischen- ; linse und des Farbfilters die Farbselektivität in der geplanten Anordnung mitgeteilt werden, wodurch es möglich wird, das ge-' wünschte Farbfernsehsignal zu erzeugen. Es ist mit Hilfe des Bildsensors möglich, eine Farbkamera irit einem Farbfilter mit horizontalen Streifen zu verwenden, obwohl die Verwendung einer derartigen Farbkamera im "Fall einer Aufnahmeröhre als technisch schwierig auf Grund der Nichtlinearität, die aus der Ablenkung ,des Elektronenstrahls resultiert, angesehen wird.

Wie bei Aufnahmeröhren kann die erfindungsgemäße Farbfernsehkamera

. en

einen, zwei, drei oder vier Festkörper-Bildsensor enthalten. Die Vorteile der Erfindung wirken sich jedoch hauptsächlich aus, wenn weniger als drei Eildsensoren verwendet werien. Hat die Farbfernsehkamera einen einzigen Bildsensor, so wird ein Funktfilter oder Streifenfilter zum Ableiten eines breitbandigen Dreifarbensignals vom Bildsensor verwendet. Hat die Farbfernsehkamera zwei Festkörper-Bildsensoren, so dient einer dieser Bildsensoren für das Leuchtdichte-Signal oder das Breitband-Grünsignal, während der übrige Bildsensor für die übrigen Farbsignale verwendet wird. Die gegenwärtig vorherrschenden Farbfernsehsysteme verwenden bekanntlich das Mischhöhenschema, so daß das Farbsignal schmalbandig und das Leuchtdichte-Signal breitbandig ist. Beispielsweise hat es im NTSC-System eine große Bandbreite von angenähert 4,2 MHz, während für das Farbsignal eine enge BAndbreite von angenähert 0,5 MHz ausreicht. Wird also für das Leuchtdichte-Signal ein Bildsensor mit ¹JOO Elementen je Zeile und 500 Elementen je Spalte verwendet, so genügen zur Ableitung des F.arbsignals für die Zwecke der Praxis im Muster 50 Elemente je Zeile und 500 Elemente je Spalte. Da auch in Vertikalrichtung die Auflösung des Farbsignals niedriger sein . kann als die des Leuchtdichte-Signals, kann der Sensor für das Farbsignal auch je Spalte eine verminderte Anzahl von Elementen

wie etwa 250 oder 125 Elemente haben. Werden 250 Fotoelemente je ■ Spalte verwendet, so können die gleichen Elemente für die gerad- ; zahligen und die ungeradzahligen Teilbilder dienen. Bei 125 Foto- I

ι -

7098U/0B9B

elementen je Spalte dienen die gleichen Elemente sowohl für die ungeradzahligen als auch für die geradzahligen Teilbilder und es wird eine Verzögerungsschaltung von 1 H verwendet, die bewirkt, daß das Farbsignal einer Zeile zwei Abtastzeilen entspricht, wodurch die Farbfernsehkamera billig hergestellt werden kann.

Beim Festkörper-Bildsensor sind einzelne Fotoelemente in regulärem Muster angeordnet. Es kann also eine Aufmachung zur Anwendung kommen, bei der ihre Elektroden in zwei oder drei Gruppen ent-

; sprechend einer gegebenen Regel eingeteilt sind, so daß zum Auslesen der Ladung in den Elementen getrennte Taktimpulse an jede der Gruppen geliefert werden. Gemäß der Erfindung können zwei Züge von Taktimpulsen in zwei Gruppen oder drei Züge von Taktimpulsen in drei Gruppen gleichzeitig zur Durchführung der Ladungsübertragung einspeist werden, wodurch zwei oder drei Züge gleichzeitiger Signale erhalten werden. Hierfür kann ein Punktfilter oder Streifenfilter zum Einteilen der Fotoelemente eines einzelnen Bildsensors in zwei der roten und der blauen Farbe entsprechende Gruppen verwendet werden, wobei die Gruppe für die rote Farbe so miteinander verbunden ist,daß die übertragung der Ladung mit einem einzigen Taktimpulszug möglich ist, und die Gruppe für die blaue Farbe so miteinander verbunden ist, daß die übertragung der Ladung mit einem anderen Taktimpulszug möglich ist. Durch das Bewirken der gleichzeitigen übertragung für die rote und die blaue Farbe können die Rotsignale und die Blausignale gleichzeitig abgeleitet werden. Auf Wunsch können die jeweiligen Taktimpulszüge so justiert sein, daß zwischen der übertragung der jeweiligen Gruppen eine gegebene Zeispanne liegt.Das Einteilen eines einzigen Bildfeldj in mehr als eine Gruppe zum Ableiten getrennter Signale

^: mit fester Zeitbeziehung dazwischen ist mit dem üblichen Aufnahmeröhrensystem nicht möglich. Durch Ausnützung dieser Eigenschaft schafft die Erfindung ein einfaches, billiges und hochqualifiziertes System zur Aufnahme von Bildern mit einer Farbfernsehkamera.

■ Da, wie erwähnt, der Festkörper-Bildsensor ein regelmäßiges Feld ! von fein verteilten Fotoelementen umfaßt, die in Zeilen und Spal-

7098U/0595

ten angeordnet sind und von denen die in den Verarmungsschichten t gespeicherten Ladungen regelmäßig mit Hilfe von Taktimpulsen von ; genauer zeitlicher Festlegung übertragen werden, kann die Lineari- ; tat und die geometrische Verzerrung des Bilds im Vergleich zu dem , bei Verwendung der Aufnahmeröhre erhaltenen Bild erheblich verbessert werden. Die Nichtlinearität oder geometrische Verzerrung des Bilds beim Festkörper-Bildsensor rührt von mangelhafter Ausrichtung des Musters der Fotoelemente und von dem aufnehmenden optischen Linsensystem her, jedoch sind diese beiden Einflußgrößen .vernachlässigbar klein im Vergleich zu den Einflußgrößen bei der Aufnahmeröhre. Da die Linearität und geometrische Verzerrung des Festkörper-Bildsensors ausschließlich durch die geometrische Anordnung der Fotoelemente und das optische Linsensystem bestimmt werden, schafft die Erfindung eine Farbfernsehkamera mit kleinem Farbdeckungsfehler oder eine Kamera, die Konpakt, leicht und von einfachem Aufbau und einfacher Schaltung ist.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 a und 1 b Blockschaltpläne zur Darstellung zweier Ausführungsbeispiele bekannter Bildsensoren;

.Fig. 2 einen Blockschaltplan einer bekannten Fernsehkamera mit ! einem Bildsensor;

Fig. 3 schematisch und im wesentlichen in Draufsicht eine Punkt-, folgeordnung von Fotoelementen, die einen Bildsensor zur j Verwendung für die erfindungsgemäße Farbfernsehkamera bili den;

Fig. 4 eine Ansicht entsprechend Fig. 3 der Anordnung von Fotoelementen in Zeilenfolgeordnung;

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Teils von Fig. M, wo- '

bei die ungeradzahlige Zeile der Fotoelemente nach Fig. 4 I .. 8

- 40

durch eine einzige durchgezogene Linie und die geradzahlige Zeile der Fotoelemente durch eine einzige gestrichelte Linie dargestellt ist zur Veranschaulichung, daß die durchgezogene Linie jeweils einer Abtastzeile eines ungeradzahligen Teilbilds und die gestrichelte Linie jeweils einer Abtastzeile des geradzahligen Teilbilds entspricht;

Fig. 6 schematisch eine Ausfuhrungsform ähnlich derjenigen nach Fig. 5 mit der Ausnahme, daß jede Zeile von Fotoelementen durch eine einzige durchgezogene Linie dargestellt ist und jeder Abtastzeile eines geradzahligen und eines ungeradzahligen Teilbilds entspricht;

' Fig. 7 einen Blockschaltplan einer Schaltung zur Verbesserung des Effekts des eingeschobenen Abtastens der Farbfernsehkamera r.it einem Bildsensor einer Ordnung der Fotoelenente nach Fig. 6;

Fig. 8 und 9 schematische Darstellungen von Abwandlungen der Ausführungsformen nach den Fig. 5 bzw. 6;

Fig. 10 einen Blockschaltplan einer Signalkopensationsschaltung die verwendet wird, wenn ein Bildsensor einer Fotoelementenordnung gemäß Fig. 8 oder 9 verwendet wird;

Fig. 11 einen Blockschaltplan einer Schaltung zum Verbessern des Effekts der zwischengeschobenen Abtastung zur Verwendung ! zusätzlich zur Signalkompensationsschaltung nach Fig. 10;

Vor der eigentlichen Beschreibung der Erfindung seien zu deren j besseren Verständnis zunächst anhand von Fig. 1 bekannte Bild- j sensoren beschrieben. Der Bildsensor nach Fig 1 a (Modell der \ Firma Fairchild Camera and Instrument Corp., State of California, : USA) umfaßt eine· Mehrzahl von Fotoelementen 101, die in Spalten angeordnet sind, die alternierend mit analogen Schieberegistern 103 für die Vertikalübertragung angeordnet sind. Die je- \

709814/0595

weiligen Endstufen der vertikalen Schieberegister 103 sind mit jeweiligen Stufen eines Horizontal-Ausgangs-Analog-Schieberegisters 104 verbunden. Die Übertragungsrichtung ist zum schnelleren Verständnis durch Pfeile angedeutet. Entsprechend der eingestrahlten.-Lichtstärke wird in einer Verarmungsschicht, die unter dem jeweiligen Fotoelement 101 liegt, eine elektrische Ladung gespeichert und dann in eines der vertikalen Schieberegister 103 übertragen, wenn über eine Klemme 105 ein Signal an eine Elektrode den Fotoelements gegeben wird. Beim beschriebenen Beispiel werden zweiphasige Taktimpulse an Klemmen 106 bzw. 107 angelegt, die die übertragung der Ladung in den vertikalen Schieberegistern 103 zum Ausgangs-Schieberegister 104 bewirken, und zwar jeweils eine Zeile gleichzeitig. Die zum Ausgangs-Schieberegister 104 übertragene Ladung wird in Horizontalrichtung durch Taktiir.pulse ausweiden gelesen, die an Klemmen 108 und 109 angelegt/und schließlich einem Ausgangsverstärker 110 eingenpeict. Die Frequenz des Takt iirpulses zur horizontalen Übertragung ist h!^!her als das Produkt der Frequenz des Taktimpulses zur vertikalen Übertragung mit der Zahl der Stufen im Ausgangs-Schieberegister 104.

Die Fig. 1 b zeigt einen anderen Bildsensor (Modell von RCA Corp.)· Er ist in erheblich vereinfachter Form dargestellt und umfaßt einen fotosensitiven Bereich 111 mit einer gemeinsamen horizontalverlaufenden Elektrode und einen vom Bereich 111 getrennten Speicherbereich 112 von gleicher Konstruktion. Die Fotoelemente im fotosensitiven Bereich 111 sind in einer Ordnung wie der oben beschriebenen angeordnet mit der Ausnahme, daß sie die gemeinsame horizontal verlaufende Elektrode aufweisen und ihre Ladung über die jeweiligen Verarmungsschichten übertragen wird, ohne zu einem Übertragungsregister transferiert zu werden. Die im fotosensitiven Bereich 111 erzeugte Ladung wird zum Speicherbereich 112 mit Hilfe von Taktimpulsen übertragen, die an Klemmen 113, Ht und 115 eingehen, und die übertragene Ladung im Speicherbereich 112 wird mit Hilfe von Taktimpulsen, die von Klemmen 116,117 und 118 eingehen, zu einem Horizontal-Ausgangs-Schieberegister 119 über-■tragen. Anschließend werden Taktimpulse an Klemmen 120, 121 und 122 angegeben, um in Horizontalrichtung auszulesen und einen Ausgangsverstärker 123 zu speisen.

.. 10

7098U/0B95

it

Der Grundvorgang eines Bildsensors mit einer Ladungsverschiebungsanordnung gemäß den angegebenen Beispielen ist folgender:

(1) Die photonen-erzeugte Ladung wird in einer Anordnung von Verarmungsschichten oder Potentialsperrschichten gespeichert, die von MOS-Kondensatoren gebildet werden; und

(2) ein Signal in Form eines Ladungspakets wird von jedem Element der Anordnung durch eine Reihe von Potentialmulden zu einem Detektor übertragen.

Fig. 2 zeigt einen Blockschaltplan einer einen Bildsensor enthaltenden Fernsehkamera. Durch ein optisches System 12²I fällt ein EiId auf einen Bildsensor 129, der anstelle einer üblichen Aufnahmeröhre vorhanden ist und seine Bildinforr.ation einem Videoverstärker 125 einspeist. Der Bildsensor 129 wird mit einem Taktoder Treibsignal von einer Taktgeberschaltung 126 gespeist. Das 'Ausgangssignal des Videoverstärkers 125 wird zusammen mit einem Austast- und S nchronsignal aus der Taktgeberschaltung 126 einem 'Prozessor 127 eingespeist, dessen Ausgangssignal an einen BiId- !kontrollempfänger 128 geht.

Die folgenden Figuren zeigen verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Farbfernsehkamera, die hier zur Verwendung für

■das NTSC-System dargestellt ist. Diese Farbfernsehkameras sind je-.doch nicht nur für das NTSC-System anwendbar, sondern in gleicher Weise auch für das PAL-oder SECAM-System. In der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen bedeuten die Angaben "R", "G" und ;"B" die Farben "rot", "grün" bzw. "blau". Diese Angaben bedeuten

gelegentlich die Farben selbst und gelegentlich die entsprechenden Farbsignale, was für den Fachmann jedoch keine Verwirrung bringt, zumal die Angaben, wo erforderlich, unterschiedlich angegeben werden. Anstelle von rot, grün und blau sind auch andere Grund-,farben möglich.

.. 11

709814/0595

Pig. 3 veranschaulicht eine Farbfernsehkamera des Punktfolgesystems. über die gesamte Fläche eines Bildsensors 20, von dem nur ein Teil seines fotosensitiven Feld 20 a dargestellt ist, ist eine Mehrzahl von Fotoelementen 21 in der dargestellten Weise verteilt. Bei einem tatsächlichen Bildsenor wechselt das fotosensitive Feld 20 a mit vertikalen Übertragungs-Schieberegistern ab, wenn der Bildsensor 20 gemäß dem Prinzip nach Fig. 1 a aufgebaut ist, oder das fotosensitive Feld 20 a wird mit einem Speicherfeld verbunden, wenn der Sensor nach dem Prinzip von Fig. 1 h aufgebaut ist. In jedem Fall wird eine elektrische Ladung, die in einer Verarmungsschicht unter einem der Fotoelemente 21 gespeichert ist, in der eingestrahlten Lichtstärke entsprechender Höhe gespeichert und sequentiell ausgelesen. Diese dazugehörigen Elemente sind jedoch bei der Darstellung weggelassen mit Ausnahme eines Ausgangsregisters .22 und einer dazugehörigen Ausgangsleitung 23.

Gemäß der Erfindung sind die Fotoelemente 21 des Eildsensors 20 jeweils nur für Licht einer einzigen Farbe empfindlich, während 'die gesamte Anordnung der Fotoelemente für Licht von mehr als ^:einer Farbe empfindlich ist. Die Art," wie jedem der Fotoelemente !21 eine Farbselektivität mitgeteilt wird, wurde bereits beschrieben. Nach Fig. 3 haben die Fotoelemente 21 einer einzelnen Zeile eine regelmäßige Farbselektivität in der Folge R, G, B, R, G, B usw., beispielsweise auf Grund von Tupfenfiltern. Infolgedessen , haben die Fotoelemente 21 jeder einzelnen Spalte die gleiche Färb- ' :se±eKtivitat. Die in den jeweiligen Fotoelementen 21 gespeicherten

iLadungen werden gleichzeitig in Vertikalrichtung durch einen ein-.zigen Zug von Taktimpulsen übertragen und die Ladungen in den !Fotoelementen 21 der Endstufe oder -Zeile werden zum Ausgangsjregister 22 übertragen, aus dem sequentiell in Horizontalrich-Itung ausgelesen wird.

12

7098U/0595

Auf diese Weise wird ein punktsequentielles Signal in der Folge ■ R, G, B, R, G, B an der Ausgangsleitung 23 erhalten, das in einer externen Schaltung durch Verwendung von Ausleseimpulsen in getrennte R-, G- und B-Farbsignale getrennt werden kann. Die einzige Anforderung hinsichtlich der Anordnung der Farben an den Fotoelementen 21 ist, daß sie eine festgelegte Folge aufrechterhält. Es kann jede Zahl von Farben über der Zahl 1 zur Anwendung kommen. Die Folge der Farbselektivität der jeweiligen Fotoelemente 21 kann von Zeile zu Zeile geändert werden.

; Fig. 4 zeigt schematisch einen Bildsensor einer Farbfernsehkamera nach dem Zeilenfolgesystem, wobei die Darstellung ähnlich der nach Fig. 3 ist. Beim beschriebenen Beispiel haben die Fotoelemente 21 in ungradzahligen Zeilen die Farbselektivität in der Reihenfolge R, G und B, während sie in den geradzahligen Zeilen die Farbselektivität in der Reihenfolge B, R und G haben. Die Ladungsübertragung findet für jede Spalte durch eine Gruppe oder einen Satz von Taktimpulsen statt und jede Spalte ist mit zwei Übertragungskanälen verbunden, wobei die in den in ungeradzahligen Zeilen enthaltenen Fotoelementen 21 gespeicherten Ladungen nur in einem ungeradzahligen Teilbild und die in den in einer geradzahligen Zeile enthaltenen Fotoelementen 21 gespeicherten Ladungen in einem geradzahligen Teilbild übertragen werden. Das Vorhandensein der beiden Übertragungskanäle in Verbindung mit dem einzigen fotosensitiven Feld ist an sich bekannt (a.a.O. IEEE). Der Wechsel von einem Übertragungskanal zum anderen für die aufeinanderfolgenden Teilbilder führt zu dem gleichen Effekt, wie er beim normalen Zeilensprungverfahren erzielt wird, wobei ein zeilensequentielles Signal in der Folge R, G und B aus dem Bildsensor 20 ausgelesen werden kann. Die Umwandlung von zeilensequentiellen R-, G- und B-Signalen in ein gleichzeitiges Signal ist an sich bekannt (GB-PS 1 162 003).

Beim NTSC-System beträgt die Zahl der Zeilen 525 und es wird ein 1:2-Zeilensprungverfahren angewandt. Wird eine vertikale Rücklaufzeit von 21H angenommen (H » Zeilendauer), so beträgt die Rücklaufzeit für zwei Teilbilder, nämlich ein geradzahlig numeriertes i ! und ein ungeradzahlig numeriertes, 42H, so daß im Fall einer An- ; Ordnung nach Fig. 3 525 - 42 = 483 Zeilen vorhanden sein müssen.

7098U/0595 ..13

Ersichtlich sind 500 Fotoelementenzeilen mehr als genug zum Erzeugen eines zwischengeschobenen Signals für das Zeilensprungverfahren.

Fig. 5 zeigt vereinfacht die Fotoelemente 21 nach Fig. 4, wobei die ungeradzahligen Zeilen der Fotoelemente durchgezogen und die

geradzahligen Zeilen gestrichelt eingezeichnet sind. Zur leichteren Beschreibung sind die Ausgangsregister in der Darstellung weggelassen und stattdessen ist nur die Ausgangsleitung 23 zur Darstellung der Auslesung der Ladungen in den jeweiligen Zeilen gezeigt. Diese vereinfachte Darstellungsweise erleichtert das Verständnis des Zeilensprungbetriebs. In der Figur zeigt das Bezugszeichen L, gefolgt von einer Zahl in arabischen Ziffern, die Nummer einer Zeile des Fernsehbilds, während die Angabe No. die Nummer der Zeile der Matrix der Fotoelemente angibt. Es sind also die Matrixzeilen des Bildsensors ebenso wie die Abtastzeilen des Fernsehbilds gleichermaßen mit "Zeilen" bezeichnet, diese verschiedenen Arten von Zeilen sind jedoch nicht miteinander zu verwechseln und nicht notwendigerweise jeweils einander zugeordnet. Der Fachmann erkennt im Einzelfall ohne weiteres, von welcher Art Zeilen jeweils die Rede ist.

Fig. 6 zeigt eine Fig. 5 vergleichbare, ebenso vereinfachte Darstellung, in der jede Zeile der Fotoelemente durch eine durchgezogene Linie dargestellt ist. Die Nummer der zugeordneten Abtastzeile des Fernsehbilds ist auf den gegenüberliegenden Seiten der durchgezogenen Linie angegeben. Ersichtlich verwenden sowohl die ungeradzahlig numerierten als auch die geradzahlig numerierten Teilbilder des Fernsehbilds nach diesem Beispiel die selben Fotoelemente. Infolgedessen müssen nicht zwei Übertragungskanäle wie gemäß Fig. 4 vorhanden sein, sondern die Ladungen der jeweiligen Spalten können in Aufeinanderfolge übertragen werden. Folglich erhält man an der Ausgangsleitung 23 ein zeilensequentielles Signal in der Reihenfolge R, G und B. Beim NTSC-System können bei der Ausführung der Erfindung 250 Zeilen von Fotoelementen vorhanden sein, jedoch kann das F_ehlen der zwischengeschobenen Abtastung zu einer Verschlechterung der vertikalen Auflösung führen. Dieser j

.. 14 7098U/0595

Nachteil kann jedoch durch Verarbeiten des Ausgangssignals in ei-,

ner äußeren Schaltung behoben werden. '

. Fig. 7 zeigt eine Schaltung zur Verbesserung des Zeilensprung- \ Abtasteffekts, wie sie zur Verwendung mit einem Bildsensor nach ; Fig. 6 bevorzugt wird. An einer Eingangsklemme 28 wird das zeilensequentielle Signal in der Folge R, G und B empfangen und an Verzögerungsschaltungen 29, 30 und 31 einer Verzögerung von 1H aufeinanderfolgend weitergegeben. Ein Signalgenerator 32 zum Schalten zwischen den ungeradzahlig und den geradzahlig numerierten Teilbildern ist mit einem Signalumschalter 33 verbunden, der seinerseits mit einem Addierer 34 verbunden ist. Ein Ringzähler 35, : der für jede Zeitspanne von 3H einen Impuls erzeugt, ist mit einer Signaltorschaltung 36 verbunden, die mit Ausgangsklemmen 37, 38 und 39 für stetige Signale R, G bzw. B versehen ist. Zur Beschreibung des Prinzips des Signalgenerators 32 , des Umschalters 33 und des Addierers 34 sei zunächst darauf hingewiesen, daß das von der Klemme 28 zum Signalumschalter 33 gegebene Signal von der gleichen Farbe ist, wie das von der Verzögerungsschaltung 31 gelieferte Signal, wobei jedoch zwischen diesen Signalen eine Laufzeit von 3H liegt. Durch Justierung der Polarität der Impiise vom Signalgenerator 32 wird erreicht, daß der Signalschalter 33 während eines ungeradzahligen Teilbilds des Fernsehbilds das Signal von der Klemme 28 zum Addierer 34 leitet und während eines geradzahligen Teilbilds das Signal von der Verzögerungsschaltung 31 zum Addierer 43 leitet. Das Ausgangssignal des Addierers 34 ist also während eines ungeradzahligen Teilbilds das Signal jeder Abtastzeile des ; Fernsehbilds in direkter Form und während eines geradzahligen Teilbilds ein mittlerer Verlauf der Signale von zwei benachbarten Ab-■ tastzeilen der gleichen Farbe mit einer Zeitverzögerung von 3H da-• zwischen. Die Kombination der Verzögerungsschaltungen 29, 30, des Ringzählers 35 und der Signaltorschaltung 36 dient der Umwandlung des zeilensequentiellen Signals von R, G und B in ein gleichzeitiges Signal von R, G und B, in an sich bekannter Weise. Durch Änderung der Anzahl der Zeilen von Fotoelementen, die für jede Farbe kombiniert sind und jeder Abtastzeile während eines ungeradzahligen oder eines geradzahligen Teilbilds des Fernsehbilds ent- I

.. 15

7098U/059S

sprechen, kann ein verbessertes Verhalten erreicht werden.

Die Fig. 8 und 9 zeigen Abwandlungen der Anordnungen nach den Fig. 5 bzw. 6 zur Darstellung von Techniken für die Ableitung eines Zwei-Farb-Zeilensequenz-Signals an der Ausgangsleitung 23. Eine solche Technik kommt grundsätzlich zur Anwendung zur Erzeugung der Färbsignale mit einer Farbfernsehkamera, die zwei Festkörper-Bildsensoren umfaßt.

Fig. 10 zeigt eine Bildqualität-Verbesserungsschaltung, die mit einem Bildsensor verwendet werden kann, der ein Zweifarben-Zeilensequenz-Signal abgibt, also gemäß Fig. 8 oder 9. An einer Eingangaklemme 40 wird ein zeilensequentielles Signal in der Reihenfolge R1, B1, R2, B2 ... empfangen. Die Schaltung umfaßt Verzögerungsschaltungen 41, 44 und 45 jeweils mit einer Laufzeit von 1H. Ein Torimpulsgenerator 42 speist eine Signaltorschaltung 43, die ihrerseits zwei Addierer 46 und 47 speist, mit denen Ausgangsklemmen 48 bzw. 49 für das R-Signal bzw. das B-Signal verbunden sind. Der die Elemente 41, 42 und 43 umfassende Schaltungsteil bildet eine übliche Umwandlungsschaltung zum Umwandeln eines zeilensequentiellen Signals in ein gleichzeitiges Signal. Das Ausgangssignal der Torschaltung 43 hat die Form zweier.gleichzeitiger Signale in Form von Signalzügen R1, R1, R2, R2 ... und B1, 'B1, B2, B2 ... Da bei jedem Zug das gleiche Signal wiederholt wird, also zweimal vorkommt, erzeugt sein Durchgang durch den Schaltungsteil mit der Verzögerungsschaltung 44 und dem Addierer 46 den Signaldurchschnittsverlauf auf zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Abtastzeilen als Ausgangssignal, wobei beispielsweise ein R-Signal in der Form R1, (R1 + R2)/2, R2, (R2 + R3)/2 usw. erzeugt wird. Bei der vorhergehenden Anordnung wird die Zeitspanne, während der B1 abgetastet wird, ergänzt durch R1, das um 1H verzögert ist, während beim jetzt beschriebene System die Bildqualität dadurch verbessert ist, daß eine interpolierte Komponente von (R1 + R)/2 geliefert wird.

Fig. 11 zeigt eine zusätzliche Schaltung, die zur Schaltung nach Fig. 10 hinzugefügt wird, wenn ein Bildsensor gemäß Fig. 9 ver- ; wendet wird, wodurch dann der Zeilensprungeffekt verbessert wird.

.. 16 7098U/0595

Die Schaltung schließt an die Klemme 48 für das R-Signal gemäß Fig. 10 an. Diese Klemme ist mit einer Verzögerungsschaltung 50 um eine Verzögerungszeit 1H, einem Addierer 51 und einem Signalumschalter 53 verbunden, der außerdem von einem Impulsgenerator 52 gespeist wird, welcher einen Impuls zum Umschalten zwischen einem ungeradzahlig und einem geradzahlig numerierten Teilbild des Fernsehbilds liefert. Da das Eingangssignal an der Klemme 48 ein aufeinanderfolgender Zug von R-Signalen in der Form R1, (R1 + R2)/2, R2, (R2 + R3)/2 ... ist, hat das Ausgangs signal nach Durchlauf durch die Ver zögerungs schaltung 50 und den Addierer 51 die Form (3R1 + R2)/2, (R1 + 3R2)/2, (3R2 + R2)/2 ..., die um 1H verzögert sind. Durch Betätigung des Signalumschalters 53 so, daß während eines ungeradzahligen Teilbilds das Signal von der Klemme 48 unmittelbar zu einer Ausgangsklemme 54 durchgelassen wird und während eines geradzahligen Teilbilds das Ausgangssignal des Addierers 51 zur Ausgangsklemme 54 durchgelassen wird, wird ein verbessertes Zeilensprung-Abtasten erreicht.

Die Anordnungen der Figuren 10 und 11 wurden anhand des Zeilenfolgesystems beschrieben, eine gleiche Anordnung kann auch für das Punktfolgesystem angewandt werden. Wie der Fachmann erkennt, ergibt sich hierbei das gewünschte Ergebnis" durch Änderung der Laufzeit und der Frequenz der Schaltimpulse. Die Schaltung nach Fig. 11 ist unmittelbar für das Leuchtdichtesignal anwendbar und, obwohl das Leuchtdichtesignal nicht dem normalen Zeilensprungabtasten, wie es in Fig. 6 angedeutet ist, unterworfen i st, ist das Ausgangssignal in Bezug auf das Zeilensprungabtasten doch noch verbessert.

Bei einem Fernsehsystem mit einem 1:2-Zeilensprungschema endet das

ungeradzahlige Teilbild an einem Punkt bei 1/2 H, an dem das geradzahlige Teilbild beginnt, so daß der Bildsensor entsprechende Anordnungen von Fotoelementen enthalten kann. Eine derartige Anordnung wird jedoch nicht beschrieben, da sie die Lehre der Erfindung nicht weiter vertieft. Durch ein Austastsignal kann eine Extraanzahl von Zeilen vorgesehen und darüber verfügt werden.

Die Erfindung schafft somit eine Farbfernsehkamera, die sehr korn- ■ pakt, von geringem Gewicht und doch zuverlässigem Betrieb ist. Die erfindungsgemäße Fernsehkamera kann integral mit einem Videorekorder als tragbare Kamera kombiniert werden. 17

709814/0595

Claims (4)

Patentansprüche :

1. Fernsehkamera mit einem Bildsensor, der ein fotosensitives Feld mit in Zeilen und Spalten angeordneten Elementen enthält, von' denen jedes Element durch Licht zum Erzeugen und Speichern einer ^! elektrischen Ladung erregbar ist, und mit einer Leseeinrichtung zum aufeinanderfolgenden Lesen der elektrischen Ladungen als elektrische Spannung oder elektrischen Strom entsprechend der Ladung jeder Zeile von Elementen innerhalb einer Zeitspanne, die einer Zeilendauer des Fernsehbilds entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß von der Leseeinrichtung (22) ein Signal (über 23, 40, Teil vonj 43} abnehmbar ist, das aus einer Serie von Signalabschnitten mit j gegenseitigem Abstand von jeweils ausgewählter Dauer besteht, daß eine Serie der Signalabschnitte mit zwischen benachbarte Signalabschnitte eingeschobenem Kompensationssignal zu einem zusammengeset-· ztem Signal kombiniert werden (durch 41, Teil von 43; 44, 45, 46, ; 47), das als Ausgangssignal abgegeben wird (bei 48, 49), und daß das Kompensationssignal dem arithmetischen Mittelwert seiner benachbarten beiden Signalabschnitte entspricht.

2. Fernsehkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (21) verschiedener Zeilen mit gegebener Lichtempfindlichkeit füx- verschiedene Farbk_omponenten ausgestattet sind und die gesamten Zeilen ein sich wiederholendes Muster einer Mehrzahl von Zeilen von unterschiedlicher Lichtempfindlichkeit darstellen und daß ein ursprüngliches Farbsignal als zeilensequentielles Farbsignal von der Leseeinrichtung (22) abnehmbar ist (durch 23, 40), das in einzelne Farbk-omponentensignale aufteilbar ist (durch Teil von 43), von denen jedes aus einer Serie von einen gegenseitigen Abstand aufweisenden Signalabschnitten einer ausgewählten Farbkomponente besteht und eine Dauer gleich einer Zeilendauer des Fernsehbilds hat.

3. Fernsehkamera nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes zusammengesetztes Signal aus einer Serie von Signalabschnitten einer ausgewählten Farbkomponente und einem zwischen benachbarte Signalabschnitte eingefügten Signal hergestellt wird

7098U/Ö595

.. 18

INSPECTED

(durch 41, Teil von 43), das aus einem verzögerten Signal des benachbarten Signalabschnitts besteht, daß dieses erste zusammengesetzte Signal von einer Verzögerungseinrichtung (44, 45) um eine Zeitspanne entsprechend einer Zeilendauer des Fernsehbilds zur Bildung eines verzögerten zusammengesetzten Signals verzögert wird und daß durch arithmetische Mittelwertbildung des ersten zusammengesetzten Signals und des verzögerten zusammengesetzten Signals das zweite zusammengesetzte Signal gebildet wird (durch 46, 47).

4. Fernsehkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innerhalb jeder Zeile angeordneten Elemente mit gegebener Lichtempfindlichkeit für verschiedene Farbkomponenten ausgestattet sind und ein ursprüngliches Farbsignal als punktsequentielles Farbsignal von der Leseeinrichtung (22) abnehmbar ist (durch 23, 40) , das in einzelne Farbkomponentensignale aufteilbar ist (durch Teil von 43), von denen jedes aus einer Serie von einen gegenseitigen Abstand aufweisenden Signalabschnitten einer ausgewählten Farbkomponente besteht und eine Dauer gleich der Periode hat, während derer die in jedem der Elemente gespeicherte Ladung zu jedem der nachfolgenden Elemente übertragen wird.

7093U/0595