DE2514156A1

DE2514156A1 - Festkoerper-fernsehkamera

Info

Publication number: DE2514156A1
Application number: DE19752514156
Authority: DE
Inventors: Seisuke Yamanaka
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1974-03-29
Filing date: 1975-03-29
Publication date: 1975-10-09
Also published as: FR2275091A1; FR2275091B1; AU7954575A; US4071853A; NL7503874A; IT1034718B; AT362430B; DE2514156C3; GB1501017A; NL187601B; DE2514156B2; ATA246175A; CA1065050A; NL187601C

Description

It 3183

SONY CORPORATION Tokyo / Japan

Festkörper-Fernsehkamera

Die Erfindung betrifft allgemein eine Festkörperkamera und insbesondere eine solche, die eine Ladungsübertragungsvorrichtung verwendet.

Bei der Verwendung eines Festkörpersensors wie einer ladungsgekoppelten Vorrichtung (die im folgenden als CCD-Anordnung bezeichnet wird) für eine Bildaufnahmevorrichtung einer Fernsehkamera werden Lichtinformationen entsprechend dem Lichtbild eines Objekts in elektrische Signale bei Abtastung an jedem Bildelement umgewandelt, so daß im Gegensatz zu der Verwendung einer bekannten Vidikonröhre oder dergleichen ein Ausgangssignal von der CCD-Anordnung abgegeben wird, das an jedem Bildelement abgetastet wird. Wenn angenommen wird, daß die Abtastfrequenz f ist, dann ist der Fluchtuhgsabstand TL. der

C rl

Bildelemente in der horizontalen Richtung 1/f-,· Die elektrischen Ladungen, die in den jeweiligen Bildelementen gespeichert werden, werden schließlich mit der Taktimpulsfrequenzrate übertragen und in Form eines seriellen Videosignals abgegeben. Das resultierende Videosignal S enthält Gleichspannungskomponenten S_DC

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und Seitenbandkomponenten S mit der Abtastfrequenz f , moduliert mit den Gleichspannungskomponenten S .· Hierbei sind die Seitenbandkomponenten S_gB oben und unten mit der Abtastfrequenz f in ihrer Mitte angeordnet. Wenn das Frequenzband der Gleichspannungskomponenten S_rr, ausreichend breit gewählt wird, um die Auflösung zu erhöhen, werden höhere Bandkomponenten S_n„ der Gleichspannungskcmponente S_n- den Seitenbandkomponenten S der Abtastfrequenz f

JJ L» D-D C

überlagert und damit verursacht ein bestimmter Teil einen überlappungsfehler. Wenn mit dem obigen Videosignal in dieser Form ein Bild wiedergegeben wird, wird in dem wiedergegebenen Bild ein Flimmern verursacht. Da dieses Flimmern durch den überlappungsfehler verursacht wird, können der überlappungsfehler und damit das Flimmern durch Beschränkung des Frequenzbandes der Gleichspannungskomponenten S__c auf weniger als die halbe Abtastfrequenz f vermieden werden. Wenn jedoch das Frequenzband der Gleichspannungskomponenten S_n_ in der obigen Weise beschränkt wird, wird die Auflösung verschlechtert. Um zu erreichen, daß das Frequenzband der Gleichspannungskomponente S_nc z.B. über 3,5 MHz gewählt wird, ohne die Auflösung zu verschlechtern, wobei jeder überlappungs fell ler verhindert wird, genügt es, die Abtastfrequenz f hoch genug su τ,/ählen. Da die Abtastfrequenz f aus dem Produkt η · f^Cf = n-f_u) erhalten wird·, wobei η die Anzahl der Bildelemente in der horizontalen Richtung der CCD-Anordnung und f die Horizontalfrequenz des Fernsehsignals ist (praktisch kann eine effektive Abtastzeitperiode in der horizontalen Richtung in Betracht gezogen werden), muß wenn die Abtastfrequenz f hoch gemacht wird, um den Überlappungsfehler zu beseitigen, die Anzahl

der Bildelemente entsprechend erhöht werden, was bei der Herstellung der CCD-Anordnung schwierig wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Festkörperkamera zu schaffen, bei der der Einfluß eines durch die Abtastung hervorgerufenen Überlappungsfehlers geringer ist und bei der eine ladungsgekoppelte Bildsensorvorrichtung

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aus einer einzigen Platte verwendet ist.

Durch die Erfindung wird eine Festkörperkamera geschaffen, die Bildsensorzellen aufweist, die in horizontaler und vertikaler Richtung ausgerichtet sind, bei der die Lage der jeweiligen Bildsensorzellen der horizontalen Abtastzeile um einen halben Fluchtungsabstand relativ zu denjenigen der nächsten horizontalen Abtastzeile versetzt sind, die eine Einrichtung zur Projektion eines Bildes auf die Bildsensorzellen, eine Einrichtung zum Auslesen von Bildinformationen, die in den jeweiligen Bildsensorzellen gespeichert sind, eine Einrichtung zur Verzögerung der Bildinformationen der Leseeinrichtung um einen halben Lesezyklus bei jeder weiteren horizontalen Abtastzeile, eine Einrichtung zum Mischen der Bildinformatioren zweier benachbarter horizontaler Abtastzeilen, und eine Einrichtung hat, um ein Ausgangssignal von der Mischeinrichtung abzugeben.

Durch Addition der Signale zweier benachbarter horizontaler Abtastzeilen können die Seitenbandkomponenten vollständig unterdrückt werden, so daß das resultierende Videosignal nur aus Gleichspannungskomponenten besteht und damit das Auftreten von Überlappungsfehlern vermieden werden kann.

Wenn hierbei Farbfilterelemente in Abhängigkeit von entsprechenden Bildelementen angeordnet werden, kann eine Farbkamera mit einer CCD-Anordnung aus einer einzigen Platte gebildet werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Beispiels einer CCD-Anordnung, die zur Verwendung bei der Erfindung geeignet ist,

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Figur 2 eine vergrößerte Darstellung eines Teils der CCD-Anordnung der Fig. I₇

Figur 3 ein Schaltbild des Signalverarbeitungssystems einer Ausführungsform der Festkörperkamera gemäß der Erfindung,

Figur 4A bis 4E Diagramme zur Erläuterung des in Fig. gezeigten Systems,

Figur 5A, 5B und 5C Diagramme von Frequenzspektren, aus denen die Beziehung der Seitenbandkomponenten hervorgehen,

Figur 6 den Verlauf von Signalen zur Erläuterung des Systems der Fig. 3,

Figur 7 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Figur 8A bis 8E Diagramme von Frequenzspektren zur Erläuterung der Ausführungsform der Fig. 7,

Figur 9 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Figur 10 eine Aufsicht eines Teils eines Farbfilters, das bei der Erfindung verwendbar ist,

Figur HA bis HE Diagramme von Frequenzspektren von Seitenbandkomponenten, und

Figur HF bis HG Diagramme, aus denen die Phasenbeziehuncr der Seitenbandkomponenten hervorgehen.

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Ein bei der Erfindung verwendeter Festkörpersensor hat einen besonderen Aufbau.

Vor der Beschreibung der Erfindung wird zunächst der Festkörpersensor, z.B. eine 3-Phasen-CCD-Anordnung, die bei der Erfindung verwendbar ist, anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben. In den Figuren ist mit 10 allgemein die 3-Phasen-CCD-Anordnung bezeichnet, die aus einem fotoelektrischen Feld 1OA besteht, auf das ein Lichtbild eines Objekts (in den Fig. 1 und 2 nicht gezeigt) projiziert wird, einem Zwischenspeieherfeld 1OB, das elektrische Ladungen entsprechend den Lichtinformationen des Objektbildes speichert, und einem Leseregister IOC, das Lesesignale ausgibt. Die Felder 1OA, 1OB und das Register IOC sind auf einem Halbleiter, z.B. einem Siliziumsubstrat 1OS gebildet. Das fotoelektrische Feld 1OA hat eine gewünschte Anzahl von Bildelementen I₁ . bis 1 , die in

l—i m-n

horizontaler und vertikaler Richtung mit einem Fiuchtungsabstand T~„ in horizontaler Richtung ausgerichtet sind. Jedes der Bildelemente I₁ , bis 1 hat eine Foto-

1-1 m—η

sensorzelle 2. Die Fotosensorzellen der Bildelemente auf den ungeraden horizontalen Abtastzeilen sind mit 2a und diejenigen auf den geraden horizontalen Abtastzeilen sind mit 2b bezeichnet.

Die Lichtinformationen des Objektbildes werden in entsprechende elektrische Ladungen in Teilen eines Halbleitersubstrats 1OS umgewandelt, die den Fotosensorzellen 2 gegenüberliegen, die mit Elektroden φ , φ₂ und φ_ verbunden sind, die mit Bildsensorvorspannungen versorgt werden, die eine vorbestimmte Spannungsbeziehung haben. Wenn daher ein bekannter übertragungstaktimpuls auf die Elektroden <|) bis φο gegeben wird, werden die elektrischen Ladungen, die in dem Halbleitersubstrat 1OS entsprechend den jeweiligen Bildelementen 1, ,, l-i—o' ···» ^-τ__η' ^2—1 *** ^m-1' ···» 1 auf den horizontalen Abtastzeilen gespeichert sind,

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_ er _

auf die Zwischenspeieheranordnung IOB übertragen und an Stellen entsprechend den horizontalen Abtastzeilen während der Vertikalaustastperiode sequentiell bei jeder einzelnen horizontalenAustastzeile übertragen. Hierzu ist das Zwischenspeicherfeld 1OB ähnlich dem fotoelektrischen Feld 1OA ausgebildet, jedoch insgesamt optisch abgeschirmt. Die Teile des Zwischenspeieherfeldes 1OB sind daher mit den gleichen Bezugszeichen wie diejenigen des fotoelektrischen Feldes 1OA und ihre Beschreibung unterbleibt daher.

Die in dem Zwischenspeicherfeld 1OB gespeicherten Ladungen werden sequentiell mit einem Auslesetaktimpuls bzw. einem Abtastimpuls ausgelesen, der auf das Leseregister IOC gegeben wird. Somit wird ein Videoausgangssignal von einem Ausgangsanschluß 11 abgegeben, der mit dem Leseregister IOC verbunden ist. Das Leseregister IOC hat Leseelemente 12. bis 12 , die in der horizontalen Richtung und entsprechend der Anzahl der Bildelemente des Feldes 1OB bzw. 1OA in einer horizontalen Abtastzeile ausgerichtet sind. Da das Auslesen mit 3-Ph as en-Abtas timpuls en φ , (j) und φ erfolgt,

ΓΒ 2S(

¹Va' ¹³l-b' ¹³I-C' ·"* ¹Va' ¹Vb ^{und 1}Vc'

haben die Leseelemente 12. bis 12 drei Leseeinheiten

1 η

Bei der Erfindung ist die CCD-Anordnung 10 so aufgebaut, daß,· wenn das Lichtbild des Objekts auf die CCD-Anordnuna 10 fällt, eine Phasendifferenz von 180° zwischen einem Lesesignal S_Q, das von der ungeraden horizontalen Abtastzeile erhalten wird, und einem Lesesignal S„, das von der geraden horizontalen Abtastzeile erhalten wird, besteht. Hierzu sind die Fotoabtastzellen 2 in der CCD-Anordnung 10 so ausgebildet, daß sie die Lagebeziehung erfüllen, die in Fig. 2 gezeigt ist. Wenigstens vom räumlichen Standpunkt aus ist eine Phasendifferenz zwischen den Auslesesignalen S- und S„ gegeben. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist, wenn

O Γι

angenommen wird, daß der Abstand der Bildelemente I_1-1

bis 1, in der horizontalen Abtastrichtung T" und die χ—η π

Brei te jeder Kanalbegrenzer 3.. , 3^, ···» 3 die in der

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horizontalen Abtastrichtung a bei jedem Abstand 6 _H mit W bezeichnet wird, die Breite W zu —5-^ gewählt. Hierbei ist der Abstand zwischen den Fotosensorzellen 2a und 2b, der in Übereinstimmung mit den ungeraden horizontalen Abtastzeilen (strichpunktierte Linien 4a in Fig. 2) und den geraden horizontalen Abtastzeilen (strichpunktierte Linien 4b in Fig. 2) in den durch dieKanalbegrenzer S₁ bis 3_n geteilten Bereiche gebildet sein muß, zu C„/2 gewählt.

Bei dem Beispiel der Fig. 2 sind die Breiten W und W. der Fotosensorzellen 2a und 2b zu ^./6 gewählt und der

Il

Abstand zwischen den Mitten der Fotosensorzellen 2a und 2b ist zu ^Xt/2 gewählt.

Die Bildelementbereiche außerhalb der Fotosensorzellen 2a und 2b sind mit Metallschichten 5a und 5b z.B. aus Aluminium bedeckt, um optisch abgeschirmt zu sein.

Die Festkörperkamera gemäß der Erfindung verwendet die oben beschriebene CCD-Anordnung. Das Signalverarbeitungssystem einer Ausführungsform einer Festkörperkamera gemäß der Erfindung wird nun anhand der Fig. 3 beschrieben. Das Bild eines Objekts 14 wird auf die CCD-Anordnung 10 über eine Linse 15 projiziert und ein Lesesignal wird von dem Leseregister IOC erhalten. Ein zu verarbeitendes Lesevideosignal S (S_, S_) , das an den Aus gangs ans chluß 11 abgegeben

U υ

wird, wird auf einen Addierkreis 25 über einen Schalter SW gegeben, der bei jeder horizontalen Abtastperiode umgeschaltet wird.

Da hierbei der Abstand ^„/2 zwischen den Fotozellen 2a und 2b vorgesehen ist, wie in Fig. 2 gezeigt ist, kann angenommen werden, daß, wenn die ungeraden und geraden Lesesignale S_Q und S_E sequentiell ausgelesen werden, sie vom zeitlichen Standpunkt aus mit einer Phasendifferenz . von 180° ausgelesen werden. Sie werden jedoch vom zeitlichen Standpunkt her aus folgendem Grund mit der gleichen Phase ausgelesen. Wenn das Lesesignal S_Q entsprechend den

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Lichtinformationen, die auf die Fotosensorzellen 2a aufder ungeraden horizontalen Abtastzeile 4a projiziert wird.wie Fi&^A zeigt, derart ist, wie in Fig. 4B gezeigt ist, wird das Lesesignal S_p, das von den Fotosensorzellen 2b erhalten wird, derart, wie in Fig. 4D gezeigt ist. Dies bedeutet, daß, wenn der Zustand, bevor, die Informationen übertragen werden, betrachtet wird, die Lichtinformationen um ^_H/2 verschoben erhalten werden. Da jedoch die Verarmungszone, die in dem Halbleitersubstrat unter den Fotosensorzellen 2a und 2b mit den Bildsensorvorspannungen, die auf die Elektroden (L bis Φ₃ gegeben werden, die mit dem Halbleitersubstrat verbunden sind, erzeugt wird, über dem Substrat unter den Fotosensorzellen 2a und 2b und auch über dem den Bildelementzonen zugewandten Substrat erzeugt wird, wird das Lesesignal S_Q, das in Fig. 4B gezeigt ist, zu einem Signal S_OÄ, das in Fig. 4C gezeigt ist, verbreitert. Das andere Lesesignal S„ wird ebenfalls zu einem Signal S_,.

ti ti Ά

verbreitert, das in Fig. 4E gezeigt ist. Damit wird die Mitte -C des Lesesignals S zu einer Stelle L (L-/ = —τ-)

el \J ei rt

verschoben und in gleicher Weise die Mitte C. des anderen Lesesignals S_E zu der gleichen Stelle L {£, -L = Vom Standpunkt der Phasenbeziehung ist ersteres umTVj/4 (90°) verzögert, während letzteres um den gleichen Wert voreilend ist. Daher sind sie vom räumlichen Standpunkt aus um 0^/2verschoben, jedoch werden beim übertragen und Lesen der Signale bzw. vom zeitlichen Standpunkt aus beide Lesesignale S₁^ und S„ mit der gleichen Phasenbeziehung er-

U Lj

halten.

Um daher die Phasendifferenz ^/2 bzw. 180° vom zeitlichen Standpunkt aus zwischen beiden Signalen zu· bewirken, wird das Lesesignal S„, das bei der geraden Zeile erhalten wird, verzögert und danach auf den Addierkreis 25 in Fig. gegeben. In Fig. 3 ist 26 ein Verzögerungskreis, um das Signal~S„ um den oben beschriebenen Wert zu verzögern.

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Bei dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel der Erfindung wird, wenn der bewegliche Kontakt des Schalters SW den einen festen Kontakt 27a berührt, das Signal S auf der ungeraden Zeile erhalten. Die Lesesignale S. und S„, die abwechselnd

U Γι

bei jeder Horizontalabtastperiode erhalten werden, werden um eine Horizontalabtastperiode (IH) von einem Verzögerungskreis 2 8 verzögert und danach auf einen Addierkreis 29 zusammen mit den Lesesignalen S-. und S„ gegeben, die

U ti

nicht über den Verzögerungskreis 28 laufen.

Die Fig. 5A und 5B sind Spektraldiagramme, die die Frequenzspektren der Lesesignale S„ und S„ und die Phasenbeziehung

(J £i

ihrer Seitenbandkomponenten zeigen. Fig. 5A zeigt das Spektrum des Lesesignals S_Q, das Gleichspannunqskomponenten S₀ und Seitenbandkomponenten S__BO enthält. Hierbei überlappt ein hoher Bandanteil S„_o der Gleichspannungskomponenten S₀₀ die Seitenbandkomponenten S_gB0, so daß ein sogenannter überlappungsfehler erzeugt wird. Das Spektrum des Lesesignals S_ ist in Fig. 5B gezeigt, bei dem die Phase

Γι

seiner Seitenbandkomponenten S_gB„ gegenüber derjenigen der Seitenbandkomponenten S_„_ infolge des Verzögerungskreises 26 um 180 verzögert ist. Da bei der Ausführungsform der Fig. 3 die Lesesignale S_ und S„ während aneinandergrenzen-

U Γι

der Horizontalabtastperioden in dem Addierkreis 29 addiert werden, werden die Seitenbandkomponenten S_gB0 und S__BE gegenphaslg addiert und heben sich auf. Damit wird das Spektrum des addierten Ausgangssignals von dem Gleichspannungskomponenten S _c gebildet und hat keinen überlappungsfehler wie Fig. 5C zeigt. Dies bedeutet, daß, wenn aneinandergrenzende Lesesignale in dem Addierkreis addiert werden -, die Seitenbandkomponenten bei Vorhandensein der vertikalen relativen Beziehung zwischen diesen beseitigtverden. Daher kann der überlappungsfehler völlig beseitigt werden und es tritt kein Problem auf, selbst wenn das Frequenzband der Gleichspannungskomponenten S_ß erweitert wird. Dies bedeutet, daß das Frequenzband der effektiven Gleichspannungskomponenten S_DC durch die Erfindung leicht erweitert werden kann.

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Die Erscheinung, daß die Seitenbandkomponenten, die in der Phase" verschieden sind, durch deren Addition beseitigt werden können, ist nur unter der Bedingung möglich, daß ihre Pegel gleich sind. Da bei der Erfindung die CCD-Anordnung 10, die in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, verwendet wird, wird die obige Bedingung erfüllt. Wenn die Seitenbandkomponenten, die auf den Lichtinformationen entsprechend dem Bild des Objekts 14 eine durch eine Kurve P in Fig. 6 gezeigte Umhüllende hat, nehmen die Fotosensorzellen 2a auf der bestimmten ungeraden horizontalen Abtastzeile Informationen auf, die Eingangspegel auf den Punkten a., a2, a.,, ... in Fig. 6 haben, während die Fotosensorzellen 2b auf der ungeraden horizontalen Abtastzeile Informationen aufnehmen, die Eingangspegel auf den Punkten b,, b₂, b₃, ... um r/2 gegen die Punkte a^, a2, a.,, ... versetzt haben. Somit kann eine Umhüllende, die durch Zusammensetzen der obigen Informationen gebildet wird, durch die Kurve P in Fig. 6 angegeben werden, wie soeben zuvor beschrieben wurde. Die durch eine durchgehende Linie in Fig. 6 gezeigte Form ist die Grundwelle der Seitenbandkomponenten S„_rt in dem Signal S_Q, und diejenige, die durch eine gestrichelte Linie gezeigt ist, ist die Grundwelle der Seitenbandkomponenten S₀₁₃-, in dem Signal S„. Infolge des Verzögerungskreises 26 tritt die Phasendifferenz von 180° zwischen beiden Signalen auf. Wenn daher die obigen unterschiedlichen Signale in dem Addierkreis 29 addiert werden, erzeugt dieser kein Ausgangssignal, da ihre Phasen umgekehrt sind. In Fig. 3 bezeichnet 31 einen Ausgangsanschluß, der von dem Addierkreis 29 herausgeführt ist.

Wenn die Signale vom räumlichen Standpunkt aus nicht um ^^/2 versetzt sind, sondern um ^/2 vom zeitlichen Standpunkt aus

ri

bzw. die Lagebeziehung der Fotosensorzellen 2 nicht besonders gewählt wird und die Fotosensorzellen 2 eine der Informationsgruppen an den Punkten a, , a2, a., ... und b^, b2» b^ vom räumlichen Standpunkt aus aufnehmen und wenn das Signal S„ nur vom zeitlichen Standpunkt aus versetzt ist, kann

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die Umhüllende des Signals S_, die hierbei erhalten wird, durch die gestrichelte Linie in Fig. 6 wiedergegeben werden. Wenn daher die Umhüllenden, die durch die durchgehende Linie und durch die gestrichelte Linie gezeigt sind, kombiniert werden, wird ein Ausgangssignal erzeugt, das nicht Null ist, und damit können die Seitenbandkomponenten nicht beseitigt werden. Dies bedeutet, daß, selbst wenn die vertikale Beziehung der Videosignale zwischen zwei benachbarten aufeinanderfolgenden Zeilen besteht, der überlappungsfehler nicht vollständig beseitigt werden kann, und daher ein Flimmern in einem wiedergegebenen Bild nicht unterdrückt werden kann. Zusätzlich hierzu kann das Band der Gleichspannungskomponenten nicht erweitert werden. Gemäß der Erfindung können solche Fehler vollständig vermieden werden, wie oben beschrieben wurde.

Da bei dem Beispiel der Fig. 3 die Lesesignale S_n und S_, die während der benachbarten horizontalen Abtastperioden erhalten werden, über ihr gesamtes Band addiert werden, um ein gewünschtes Videosignal zu erzeugen, wird die Auflösung, vor allem in vertikaler Richtung um 1/2 verringert.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die die Verringerung der Auflösung in der vertikalen Richtung vermeidet, in der die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. die gleichen Elemente bezeichnen, weshalb ihre Beschreibung unterbleibt. Bei der Ausführungsform der Fig. 7 werden die Lesesignale S₀ und S_, die in den Fig. 8A und 8B gezeigt sind und die abwechselnd bei jeder Horizontalabtastperiode erhalten werden, zu einem Tiefpaßfilter 32 geleitet, dessen Ausgangssignal einem Subtrahierkreis 33 zusammen mit den Lesesignalen S_Q und S zugeführt wird. Das Tiefpaßfilter ermöglicht den Durchgang eines Anteils S__T der Gleichspan-

DJj

nungskomponenten S_DQ (S _ß) , die die Auflösung beeinflussen können.Der Anteil S-.- ist mit den Seitenbandkomponenten nicht

DL·

überlappt. Der Anteil S_DL der Gleichspannungskomponenten

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ist in Fig. 8C gezeigt. In Fig. 7 bezeichnet 34 einen Verzögerungskreis, der zur Kompensation der Zeitverzögerung dient, die in dem Tiefpaßfilter 32 verursacht wird. Da das Ausgangssignal des Subtrahierkreises 33 ein in Fig. 8D gezeigtes Spektrum hat, wird das Ausgangssignal des Subtrahierkreises 33 dem Verzögerungskreis 28 zur Verzöaerung um eine Horizontalabtastperiode und dann dem Addierkreis 29 zur Verarbeitung der Lesesignale der benachbarten Horizontal abtastperiöden zugeführt. Somit werden die Seitenbandkomponenten S_gBO (S_gBE) beseitigt und es können resultierende Videosignale, die nur aus den Gleichspannungskomponenten S_D_ (S_,_) bestehen, wie Fig. 8E zeigt, erhalten werden. Das resultierende Videosignal wird auf den Ausgangsanschluß 31 gegeben. Hierbei wird der untere Spektralanteil der Gleichspannungskomponenten des Videoausgangssignals ohne Verarbeitung verwendet, so daß die Auflösung in vertikaler Richtung nicht so sehr verringert wird.

Es ist ersichtlich, daß, wenn drei der in Fig. 3 gezeigten Systeme, die in geeigneter Weise mit Rot-, Grün- und Blau-Farbfiltern kombiniert werden, ein Farbvideosignal ohne überlappungsfehler erhalten werden kann.

Fig. 9 zeigt eine Festkörperfarbkamera der Erfindung, bei der eine CCD-Anordnung 10 und ein besonderes, in Fig. Io gezeigtes Farbfilter 40 verwendet ist. Das Farbfilter 40 hat mehrere Farbfilterelemente entsprechend den Bildelementen des fotoelektrischen Feldes 1OA, wobei die Farbfilterelemente des Farbfilters 40 entsprechend den Fotosensorzellen 2a und 2b ausgerichtet sind. Wie in Fig. 10 gezeigt ist, sind die Farbfilterelemente 40_al, 4O_a2, ..., 40_bl,...., von denen jedes die Breite ^/2 hat, gebildet und die übrigen Bereiche (die schraffierten Teile in Fig. io) sind als lichtabschirmende Teile ausgebildet. Die Farbselektivität der Farbfilterelernente 40_al, 4O_a2, ... ⁴0_bl/ ··· ist so gewählt, daß sie die gewünschte Primärfarbe des Lichts durchlassen.

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Dies bedeutet, daß der rote Färbanteil (R), der grüne Farbanteil (G) und der blaue Farbanteil (B) die Farbfilterelemente abwechselnd und sequentiell in der horizontalen Abtastrichtung mit einer bestimmten Folgefrequenz durchlaufen.

Die Farbfilterelemente in z.B. der ungeraden horizontalen Abtastzeile 4a sind in der Farbselektivität derart gewählt, daß das erste, vierte, siebte ... Farbfilterelement 40 .,

ai

40 ., 40 η, ... in der horizontalen Abtastrichtung a den roten Farbanteil durchlassen, das zweite, fünfte, achte Farbfilter element 40 ₂» 40 -» 40 ₈ den grünön Farbanteil, und das dritte, sechste, neunte ... Farbfilter element 40 ~, 40 g, '40 Q ... den blauen Farbanteil durchlassen.

Die Farbfilterelemente in der geraden horizontalen Abtastzeile sind in der Lage derart gewählt, daß die Phase der Seitenbandkomponenten S₀₁₃-, in dem Lesesignal S„, das von

DDL· ^^ ±!i

den Farbfilterelementen erhalten wird, um>L gegenüber den Seitenbandkomponenten S₀₀₀ in dem Lesesignal S,_ phasenverschoben ist, das durch Abtastung der ungeraden horizontalen Abtastzeile 4a erhalten wird. Daher durchlaufen, wie Fig. zeigt, in der geraden horizonatlen Abtastzeile 4b die Farbfilter elemente Farbanteile, die um H gegenüber den Farbanteilen verschoben sind, die die Farbfilterelemente in der ungeraden horizontalen Abtastzeile 4a durchlaufen.

Wenn das Farbfilter 40, das in der obigen Weise aufgebaut ist, verwendet wird, wird ein in der Farbe zerlegtes Bild des Objekts auf der CCD-Anordnung 10 erhalten. Bei der in Fig. 9 gezeigten Ausführungsform der Erfindung sind das oben erwähnte Farbfilter 40 und die CCD-Anprdnung 10 kombiniert, um eine gewünschte Festkörperfarbkamera zu schaffen. In Fig. 9 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 3 die gleichen Elemente, weshalb ihre Beschreibung unterbleibt.

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Die Fig. HA bis HG zeigen die Phasenbezieh-ungen der Sei tenbandkomponenten der Frequenzspektren R, G und B in den Lesesignalen S,_ und S_,.

U Γι

In dem Beispiel der Fig, 9 werden die Lesesignale S seauentiell bei jeder Horizontalabtastperiode (IE) dem Tiefpaßfilter 41 zugeführt, das ein gewünschtes Band von Komponenten (Fig. lic) durchläßt, und sodann einem ersten Subtrahierkreis 42, dem auch die Lesesignale S.» und S_ zuge-

U Ei

führt werden, deren Bänder nicht begrenzt werden, um die Signalverarbeitung durch zuführen. Somit ist das Ausgangssignal des Subtrahierkreises 42 ein Signal 5__._Λ (oder S^_n-,) ,

orsU böß

das die hohen Bandkomponenten S-^-. (oder S_„_) der Gleich-

UnU DriJfc

Spannungskomponenten S „ an seiner unteren Bandseite (Fig. HD) enthält. Hierbei ist ein Verzögerungskreis 43 zwischen dem Addierkreis 25 und dem Subtrahierkreis 42 vorgesehen, um die Verzögerungszeit zu kompensieren, die durch das Tiefpaßfilter 41 verursacht wird.

Das subtrahierte Ausgangssignal S₀₀- (oder S_e__) wird einem Verzögerungskreis 44 zugeführt, um es um eine horizontale Abtastperiode IH zu verzögern und dann einem Addierkreis und einem zweiten Subtrahierkreis 46, die mit den Lesesignalen- S- und S_ versorgt werden, deren Bänder nicht begrenzt

U Ei

sind, um die Signalverarbeitungen durchzuführen. Wie oben erwähnt wurde, werden dem Addierkreis 45 die Lesesignale Sq und S zugeführt, die die Frequenzkomponenten enthalten, die in den Fig. HA und HB gezeigt sind, und mit dem subtrahierten Signal, das um IH gegenüber dem Signal S_gB0 (oder S_gBE) verzögert ist, das in Fig. HD gezeigt ist. Hierbei wird die Phasenbeziehung der Seitenbandkomponenten beim Addieren berücksichtigt. Wenn das Lesesignal S_Q, das von der ungeraden horizontalen Abtastzeile 4a erhalten wird, als Bezug genommen wird, ist seine Phase in Fig. HA gezeigt. Jedoch ist die Phase des um IH verzögerten Signals die gleiche wie die in Fig. HB gezeigte. Dies bedeutet,

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daß die PhasenbeZiehung zwischen den beiden obigen Signalkomponenten gerade entgegengesetzt ist. Wenn daher die beiden Signalkomponenten addiert werden, heben sich die S.eitenbandkomponenten S und S _E auf, die gegenphasig sind. Daher besteht das Ausgangssignal des Addierkreises nur aus den Gleichspannungskomponenten S_DQ (oder S_DE) wie Fig. HE durch eine durchgehende Linie zeigt. Es ist ersichtlich, daß die obige Beziehung für die geraden und ungeraden horizontalen Abtastzeilen die gleiche ist.

Wie oben beschrieben wurde, werden, wenn die Lesesignale der benachbarten horizontalen Abtastzeilen in dem Addierkreis 45 addiert werden, die Seitenbandkomponenten unter der Bedingung beseitigt, daß die vertikale Korrelation steht. Aus diesem Grund wird der überlappungsfehler, der durch das Vorhandensein der Seitenbandkomponenten verursacht wird, völlig beseitigt. Somit stellt die Ausdehnung des Bandes der Gleichspannungskomponenten S kein Problem dar bzw. das Band kann leicht erweitert werden.

Die Gleichspannungskomponenten, die von dem Addierkreis 45 erhalten werden, werden einem Matrixkreis 47 zugeführt. Wie oben beschrieben wurde, werden dem zweiten Subtrahierkreis 46 die gleichen Signale wie dem Addierkreis 45 zugeführt. Da hierbei die Gleichspannungskomponenten über die benachbarten Horizontalabtastperioden phasengleich sind, werden die Seitenbandkomponenten S^_n und S™ durch Subtraktion

DU UEj

beseitigt. Die Seitenbandkomponenten S^_n und S~_„ jedoch, die Farbinformationen enthalten, werden nicht beseitigt. Daher werden die Seitenbandkomponenten S_gB0 mit der in Fiq. HF gezeigten Phasenbeziehung in der ungeraden horizontalen Abtastzeile und die Seitenbandkomponenten S_qBE mit der in Fig. HG gezeigten Phasenbeziehung in der geraden horizontalen Abtastzeile erhalten, so daß, wenn die Seitenbandkomponenten S₀₀^ und S_0n^ auf Demodulatoren 48 und 49 gegeben

OX3U OQIti

werden, deren Demodulationsachse verschieden ist,

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einer der Demodulatoren, z.B. der Demodulator 48, die Farb-

G + B
komponente (R - —s—) , während der Demodulator 49 die Farbkomponente (B-G) demoduliert. Wenn daher diese demodulierten Signale dem Matrixkreis 47 zugeführt werden, der auch das Signal (% + G + B) des Addierkreises 45 erhält, können ein gewünschtes Videosignal, z.B. das Leuchtdichtesignal Y und Farbdifferenzsignale (R - Y) und (B - Y) in dem NTSC-System an den Ausgangsanschlussen 50, 51 und 52 erhalten werden, die von dem Matrixkreis 47 herausgeführt sind.

Wie oben beschrieben wurde, werden bei der Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 9 gezeigt ist, eine besondere CCD-Anordnung 10, die in Fig. 1 gezeigt ist, und das Farbfilter 40, das in Fig. 10 gezeigt ist, verwendet, und die Lesesignale während benachbarter horizontaler Abtastperioden werden unter Ausnutzung der vertikalen Phasenbeziehung addiert, um ein gewünschtes Farbvideosignal zu erhalten. Dabei werden, selbst wenn die Lesesignale addiert werden, ihre Seitenbandkomponenten völlig beseitigt, wie oben beschrieben wurde. Daher enthalten die Ausgangssignale nur die Gleichspannungskomponenten und damit wird das Auftreten des Überlappungsfehlers vermieden. Damit ist ein wiedergegebenes Bild frei von jedem Flimmern und hat daher eine bessere Qualität.

Da die Erfindung das Auftreten des Überlappungsfehlers verhindert, kann das Band des Aus gangs sign als erweitert und damit die Auflösung verbessert werden. Wenn z.B. die Abtastfrequenz zu 1/31L· gewählt wird, kann das mögliche Band der Ausführungsform der Erfindung auf etwa 1,5 f erweitert werden.

Bei den obigen Ausführungsformen der Erfindung wird die 3-Phasen-CCD-Anordnung mit einem Speicherfeld verwendet, jedoch ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt. Z.B. kann

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eine Aufnahmevorrichtung wie eine Fotodiodenanordnung verwendet werden, bei der das Bild eines Objekts mit den Bildelementen abgetastet wird und auch der Lesevorgang durchgeführt werden kann.

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Claims

_ ι ft _ Ansprüche

1. Festkörperkamera, bestehend aus Bildsensorzellen, die in horizontaler und vertikaler Richtung ausgerichtet sind, einer Einrichtung zur Projektion eines Bildes eines Objekts auf die Bildsensorzellen, einefc-Einrichtung zum Auslesen von Bildinformationen, die in den jeweiligen Bildsensorzellen gespeichert sind, und einer Einrichtuna zur Abgabe eines Ausgangssignals, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der jeweiligen BildsensorzeIlen in einer horizontalen Abtastzeile um den halben Abstand bezüglich denjenigen der nächsten horizontalen Abtastzeile versetzt sind, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um die Bildinformationen der Leseeinrichtung bei jeder weiteren horizontalen Abtastzeile um einen halben Lesezyklus zu verzögern, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um die Bildinformationen zweier benachbarter horizontaler Abtastzeilen zu mischen.

2. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildsensorzellen aus einer ladungsgekoppelten Vorrichtung bestehen, die auf einem Halbleitersubstrat gebildet ist.

3. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung eine 1H-Verzögerungsleitung und einen Addierkreis aufweist.

4. Kamera nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Tiefpaßfiltereinrichtung und eine Subtrahiereinrichtung, wobei ein Hochfrequenzbereich des Lesesignals der Leseeinrichtung der IH-Verzögerungsleitung zugeführt wird.

5. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionseinrichtung ein Farbfilterelement aufweist.

6. Kamera nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbfilterelemente, die in der horizontalen Richtung angeordnet sind, eine Gruppe von Farbkomponenten umfassen,

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die in einer bestimmten Folgeperiode angeordnet sind.

7. Kamera nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbfilterelemente in einer bestimmten horizontalen Abtastzeile so ausgerichtet sind, daß sie eine Phasendifferenz von 180° relativ zu denjenigen in der nächstbenachbarten horizontalen Abtastzeile haben.

8. Kamera nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die das Ausgangssignal abgebende Einrichtung eine Subtrahiereinrichtung zur Subtraktion phasenmodulierter Farbsignale von den Bildinformationen zweier benachbarter horizontaler Abtastzeilen aufweist.

9. Kamera nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die das Ausgangssignal abgebende Einrichtung eine Demodulator zur Demodulation von Farbsignalen aus den phasenmodulierten Farbsignalen aufweist.

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