DE2514156B2

DE2514156B2 - Festkoerper-fernsehkamera

Info

Publication number: DE2514156B2
Application number: DE19752514156
Authority: DE
Inventors: Seisuke Mitaka Tokio Yamanaka (Japan)
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1974-03-29
Filing date: 1975-03-29
Publication date: 1978-02-23
Also published as: NL187601B; FR2275091B1; GB1501017A; DE2514156A1; DE2514156C3; FR2275091A1; CA1065050A; ATA246175A; AU7954575A; NL187601C; NL7503874A; IT1034718B; AT362430B; US4071853A

Description

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 sin jedem Bildelement abgetastet wird. Wenn angenommen wird, daß die Abtastfrequenz f_c ist, dann ist der Fluchtungsabstand τ π der Bildelemente in der horizontalen Richtung Mf₀. 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_y enthält Gleichspannungskomponenten Sdcund Seitenbandkomponenten Ssb mit der Abtastfrequenz /_o moduliert mit den Gleichspannungskomponenten Sdc Hierbei sind die Seitenbandkomponenten Ssb oben und unten mit der Abtastfrequenz f_c in ihrer Mitte angeordnet. Wenn das Frequenzband der Gleichspannungskomponenten Sdc ausreichend breit gewählt wird, um die Auflösung zu erhöhen, werden höhere Bandkomponenten Sdh der Gleichspannungskomponente Sdc den Seitenbandkomponenten Sseder Abtastfrequenz fc 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 Sdc auf weniger als die halbe Abtastfrequenz f_c vermieden werden. Wenn jedoch das Frequenzband der Gleichspannungskomponenten Sdc in der obigen Weise beschränkt wird, wird die Auflösung verschlechtert. Um zu erreichen, daß das Frequenzband der Gleichspannungskomponente Sdc z. B. über 3,5 MHz gewählt wird, ohne die Auflösung zu verschlechtern, wobei jeder Überlappungsfehler verhindert wird, genügt es, die Abtastfrequenz f_c hoch genug zu wählen. Da die Abtastfrequenz f_c aus dem Produkt η · fn(fc=n ■ fa) erhalten wird, wobei π die Anzahl der Bildelemente in der horizontalen Richtung der CCD-Anordnung und /«die Horizontalfrequenz des Fernsehsignals ist (praktisch kann eine effektive Abtastzeitperiode in der horizontalen Richtung in Betracht gezogen werden), muß, wenn die Abtastfrequenz /_choch 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 aus einer einzigen Platte verwendet ist.

Durch die Erfindung wird eine Festkörperkamera geschaffen, bestehend aus Bildsensorzellen, die in horizontaler und vertikaler Richtung ausgerichtet sind, einer Einrichtung zur Projektion eines Bildes eines Objekts auf die Bildsensorzellen, einer Einrichtung zum Auslesen von Bildinformationen, die in den jeweiligen Bildsensorzellen gespeichert sind, und einer Einrichtung zur Abgabe eines Ausgangssignals, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Lage der jeweiligen

Bildsensorzellen in einer horizontalen Abtastzeile um den halben Abstand bezüglich denjenigen der nächsten iorizontalen 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.

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 tier F i g. 1 bis 11 beispielsweise erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Beispiels einer CCD-Anordnung, die zur Verwendung bei der Erfindung geeignet ist,

F i g. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Teils der CCD-Anordnung der F i g. 1,

F i g. 3 ein Schaltbild des Signalverarbeitungssystems einer Ausführungsform der Festkörperkamera gemäß der Erfindung,

Fig.4A bis 4E Diagramme zur Erläuterung des in F i g. 3 gezeigten Systems,

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

F i g. 6 den Verlauf von Signalen zur Erläuterung des Systems der F i g. 3,

F i g. 7 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig.8A bis 8E Diagramme von Frequenzspektren zur Erläuterung der Ausführungsform der F i g. 7,

F i g. 9 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 10 eine Aufsicht eines Teils eines Farbfilters, das bei der Erfindung verwendbar ist,

Fig. HA bis UE Diagramme von Frequenzspektren von Seitenbandkomponenten und

Fig. 1IF bis HG Diagramme, aus denen die Phasenbeziehung der Seitenbandkomponenten hervorgehen.

Ein bei der Erfindung verwendeter Festkörpersensor hat einen besonderen Aufbau.

Vor der Beschreibung der Erfindung wird zunächst der Festkörpersensor, ζ. 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 10/4 besteht, auf das ein Lichtbild eines Objekts (in den F i g. 1 und 2 nicht gezeigt) projiziert wird, einem Zwischenspeicherfeld iOB, das elektrische Ladungen entsprechend den Lichtinformationen des Objektbildes speichert, und einem Leseregister IOC, das Lesesignale ausgibt. Die Felder 1OA lOß und das Register IOC sind auf einem Halbleiter, z. B. einem Siliziumsubstrat lOSgebildet. Das fotoelektrische Feld iOA hat eine gewünschte Anzahl

von Bildelementen I₁ ι bis l,_n_,_hdie in horizontalerund

vertikaler Richtung mit einem Fluchtungsabstand τ η in horizontaler Richtung ausgerichtet sind. Jedes der Bildelemente li-i bis !„,.„ hat eine Fotosensorzelle 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 Elektioden Φ\, ¹P₂

ι« und Φ3 verbunden sind, die mit Bildsensorvorspannungen versorgt werden, die eine vorbestimmte Spannungsbeziehung haben. Wenn daher ein bekannter Übertragungstaktimpuls auf die Elektroden Φ\ bis Φ3 gegeben wird, werden die elektrischen Ladungen, die in dem Halbleitersubstrat 1OS entsprechend den jeweiligen Bildelementen 1ι_ι, li_₂ -■· li-n, I2-1 ... lm-i ■■■ l_m-_nauf den horizontalen Abtastzeilen gespeichert sind, auf die Zwischenspeicheranordnung 10ß übertragen und an Stellen entsprechend den horizontalen Abtastzeilen während der Vertikalaustastperiode sequentiell bei jeder einzelnen horizontalen Austastzeile übertragen. Hierzu ist das Zwischenspeicherfeld 10ß ähnlich dem fotoelektrischen Feld 10Λ ausgebildet, jedoch insgesamt optisch abgeschirmt. Die Teile des Zwischen-Speicherfeldes lOß sind daher mit den gleichen Bezugszeichen wie diejenigen des fotoelektrischen Feldes 10/4 und ihre Beschreibung unterbleibt daher.

Die in dem Zwischenspeicherfeld IOjS 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 lOCverbunden ist. Das Leseregister IOC hat Leseelemente 12| bis 12„, die

J5 in der horizontalen Richtung und entsprechend der Anzahl der Bildelemente des Feldes 105 bzw. WA in einer horizontalen Abtastzeile ausgerichtet sind. Da das Auslesen mit 3-Phasen-Abtastimpulsen Φα, Φβ und Φο erfolgt, haben die Leseelemente 12, bis 12„ drei Leseeinheiten 13i__a, 13i_i, 13i__c... m 13„__a, 13„_ftU"d Yi_n-C-

Bei der Erfindung ist die CCD-Anordnung 10 so aufgebaut, daß, wenn das Lichtbild des Objekts auf die CCD-Anordnung 10 fällt, eine Phasendifferenz von 180° zwischen einem Lesesignal Sa das von der ungeraden horizontalen Abtastzeile erhalten wird, und einem Lesesignal Se 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 F i g. 2 gezeigt ist. Wenigstens vom räumlichen Standpunkt aus ist eine Phasendifferenz zwischen den Auslesesignalen So und Sn gegeben. Wie in F i g. 2 gezeigt ist, ist, wenn angenommen wird, daß der Abstand der Bildelemente li_i bis Ii_„ in der horizontalen Abtastrichtung Th und die Breite jeder Kanalbegrenzer 3|, 32 ... 3„ die in der horizontalen Abtastrichtung a bei jedem Abstand th mit W bezeichnet wird, die Breite Wzü\-thgewählt. Hierbei

j

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 die Kanalbegrenzer 3| bis 3„ geteilten Bereichen gebildet sein muß, zu r«/2 gewählt.

Bei dem Beispiel der Fi g. 2 sind die Breiten W_n und

Wb der Fotosensorzellen 2a und 2b zu τ»/6 gewählt, und der Abstand zwischen den Mitten der Fotosensorzellen 2a und 2b ist zu τ h/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 F i g. 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 (So, Se), das an den Ausgangsanschluß 11 abgegeben wird, wird auf einen Addierkreis 25 über einen Schalter SWgegeben, der bei jeder horizontalen Abtastperiode umgeschaltet wird.

Da hierbei der Abstand Th/2 zwischen den Fotozellen 2a und 26 vorgesehen ist, wie in F i g. 2 gezeigt ist, kann angenommen werden, daß, wenn die ungeraden und geraden Lesesignale So und Se 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 So entsprechend den Lichtinformationen, die auf die Fotosensorzellen 2a auf der ungeraden horizontalen Abtastzeile 4a projiziert wird, wie Fig.4A zeigt, derart ist, wie in Fig.4B gezeigt ist, wird das Lesesignal Se, 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 ThII verschoben erhalten werden. Da J5 jedoch die Verarmungszone, die in dem Halbleitersubstrat unter den Fotosensorzellen 2a und 2b mit den Bildsensorvorspannungen, die auf die Elektroden Φι bis <Pi 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 So, das in Fig.4B gezeigt ist, zu einem Signal Soa, das in F i g. 4C gezeigt ist, verbreitert. Das andere Lesesignal S^wird ebenfalls zu einem Signal Si:a verbreitert, das in Fig.4E gezeigt ist. Damit wird die Mitte /,, des Lesesignals So zu einer Stelle

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verschoben und in gleicher Weise die Mitte k des anderen Lesesignals S/jzu der gleichen Stelle

5^r>

Vom Standpunkt der Phasenbeziehung ist ersteres um T///4 (90°) verzögert, während letzteres um den gleichen Wert voreilend ist. Daher sind sie vom wi räumlichen Standpunkt aus um r»/2 verschoben, jedoch werden beim Übertragen und Lesen der Signale bzw. vom zeitlichen Standpunkt aus beide Lescsignale 5» und 5/ mit der gleichen Phasenbeziehung erhalten.

Um daher die Phasendifferenz T///2 bzw. 180° vom h^r> zeitlichen Standpunkt aus /wischen beiden Signalen zu bewirken, wird das Lcscsigmil Si., das bei der geraden Zeile erhalten wird, verzögert und danach auf den Addierkreis 25 in Fig. 3 gegeben. In Fig.3 ist 26 ein Verzögerungskreis, um das Signal Sg um den oben beschriebenen Wert zu verzögern.

Bei dem in F i g. 3 gezeigten Beispiel der Erfindung wird, wenn der bewegliche Kontakt des Schalters SW den einen festen Kontakt 27a berührt, das Signal So au der ungeraden Zeile erhalten. Die Lesesignale Sound Se, die abwechselnd bei jeder Horizontalabtastperiod( erhalten werden, werden um eine Horizontalabtastpe riode {\H) von einem Verzögerungskreis 28 verzöger und danach auf einen Addierkreis 29 zusammen mit den Lesesignalen So und Se gegeben, die nicht über den Verzögerungskreis 28 laufen.

Die F i g. 5A und 5B sind Spektraldiagramme, die die Frequenzspektren der Lesesignale So und Se und die Phasenbeziehung ihrer Seitenbandkomponenten zei gen. F i g. 5A zeigt das Spektrum des Lesesignals Sa da Gleichspannungskomponenten Sdo und Seitenband komponenten Ssbo enthält. Hierbei überlappt ein hohe Bandanteil S/yoder Gleichspannungskomponenten Spo die Seitenbandkomponenten Ssbo, so daß ein sogenann ter Überlappungsfehler erzeugt wird. Das Spektrum de Lesesignals 5;? ist in F i g. 5B gezeigt, bei dem die Phase seiner Seitenbandkomponenten Sse/rgegenüber derjeni gen der Seitenbandkomponenten Ssbo infolge des Verzögerungskreises 26 um 180° verzögert ist. Da bei der Ausführungsform der F i g. 3 die Lesesignale So und Snwährend aneinandergrenzender Horizontalabtastpe rioden in dem Addierkreis 29 addiert werden, werden die Seitenbandkomponenten Sssound Ssbegegenphasig addiert und heben sich auf. Damit wird das Spektrum des addierten Ausgangssignals von dem Gleichspan nungskomponenten Sdc gebildet und hat keinen Überlappungsfehler wie F i g. 5C zeigt. Dies bedeutet, daß, wenn aneinandergrenzende Lesesignale in dem Addierkreis addiert werden, die Seitenbandkomponen ten bei Vorhandensein der vertikalen relativen Bezie hung zwischen diesen beseitigt werden. Daher kann de Überlappungsfehler völlig beseitigt werden, und es trit kein Problem auf, selbst wenn das Frequenzband de: Gleichspannungskomponenten Socerweitert wird. Dies bedeutet, daß das Frequenzband der effektiven Gleichspannungskomponenten Sordurch die Erfindung leicht erweitert werden kann.

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 F i g. 1 und 2 gezeig ist, verwendet wird, wird die obige Bedingung erfüllt Wenn die Seitenbandkomponenten, die auf den Lichtinformationen entsprechend dem Bild des Objekt 14 eine durch eine Kurve P in Fig.6 gezeigte Umhüllende hat, nehmen die Fotosensorzellcn 2a au der bestimmten ungeraden horizontalen Abtastzeile Informationen auf, die Eingangspegel auf den Punkter <ii, β2, <·?3... in F i g. 6 haben, während die Fotosensorzel len 2b auf der ungeraden horizontalen Abtastzeile Informationen aufnehmen, die Eingangspegel auf der Punkten b\, fo, bj... um Γ///2 gegen die Punkte a\, ai, a ... versetzt haben. Somit kann eine Umhüllende, di< durch Zusammensetzen der obigen Information^ gebildet wird, durch die Kurve Pin Fig.6 angegeber werden, wie soeben zuvor beschrieben wurde. Die durcl eine durchgehende Linie in F i g. 6 gezeigte Form ist du Grundwelle der Seitenbandkomponenten Ssiin in den Signal 5a und diejenige, die durch eine gestrichelte Linie gezeigt ist, ist die Grundwclle der Seitcnbundkom

ponenten Ssbe in dem Signal Sb 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 F i g. 3 bezeichnet 31 einen Ausgangsanschluß, der von dem Addierkreis 29 herausgeführt ist.

Wenn die Signale vom räumlichen Standpunkt aus nicht um r«/2 versetzt sind, sondern um γη/2 vom ι ο zeitlichen Standpunkt aus bzw. die Lagebeziehung der Fotosensorzellen 2 nicht besonders gewählt wird und die Fotosensorzellen 2 eine der Informationsgruppen an den Punkten ai,32,ai...und b\, tn, h,... vom räumlichen Standpunkt aus aufnehmen und wenn das Signal Se nur vom zeitlichen Standpunkt aus versetzt ist, kann die Umhüllende des Signals Se, 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, da, 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 F i g. 3 die Lesesignale Sound Se, 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 '/2 verringert.

F i g. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die die Verringerung der Auflösung in der vertikalen Richtung vermeidet, in der die gleichen Bezugsziffern wie in F i g. 3 die gleichen Elemente bezeichnen, weshalb ihre Beschreibung unterbleibt. Bei der Ausführungsform der F i g. 7 werden die Lesesignale So und Sr die in den F i g. 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 So und Se zugeführt wird. Das Tiefpaßfilter 32 ermöglicht den Durchgang eines Anteils 5dl der Gleichspannungskomponenten Sdo(Sde), die die Auflösung beeinflussen können. Der Anteil Sdl ist mit den Seltenbaftdkomponenten nicht überlappt. Der Anteil Sol der Gleichspannungskomponenten 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 Verzögerung um eine Horizontalabtastperiode und dann dem Addierkreis 29 zur Verarbeitung der Lesesignale der benachbarten Horizontalabtastperioden zugeführt. Somit werden die Seitenband- b5 komponenten Ssbo (Ssuf) beseitigt, und es können resultierende Videosignale, die nur aus den Gleichspannungskomponenten S/w (Sm!) bestehen, wie F i g. 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 F i g. 3 gezeigten Systeme, die in geeigneter Weise mit Rot-, Grün- und Blau-Farbfiltern kombiniert werden, ein Farbvideosignal ohne Überlappungsfehler erhalten werden kann.

F i g. 9 zeigt eine Festkörperfarbkamera der Erfindung, bei der eine CCD-Anordnung 10 und ein besonderes, in Fig. 10 gezeigtes Farbfilter 40 verwendet ist. Das Farbfilter 40 hat mehrere Farbfilterelemente entsprechend den Bildelementen des fotoelektrischen Feldes 10Λ, wobei die Farbfilterelemente des Farbfilters 40 entsprechend den Fotosensorzellen 2a und 2b ausgerichtet sind. Wie in Fig. 10 gezeigt ist, sind die Farbfilterelemente 40_a 1, 40„2 ··· 406i ... , von denen jedes die Breite r/y/2 hat, gebildet, und die übrigen Bereiche (die schraffierten Teile in Fig. 10) sind als lichtabschirmende Teile ausgebildet. Die Farbselektivität der Farbfilterelemente 40_ai, 40„2 ··· 40(,i ... ist so gewählt, daß sie die gewünschte Primärfarbe des Lichts durchlassen.

Dies bedeutet, daß der rote Farbanteil (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_a 1,40_a4,40_a7... in der horizontalen Abtastrichtung a den roten Farbanteil durchlassen, das zweite, fünfte, achte ... Farbfilterelement 40_a2, 40_a5l 40_ag den grünen Farbanteil und das dritte, sechste, neunte ... Farbfilterelement 40_S3, 40_a6, 40_a9 ... den blauen Farbanteil durchlassen.

Die Farbfilterelemente in der geraden horizontalen Abtastzeile sind in der Lage derart gewählt, daß die Phase der Seitenbandkomponenten Ssbe in dem Lesesignal Se, das von den Farbfilterelementen erhalten wird, um π gegenüber den Seitenbandkomponenten Ssbo in dem Lesesignal So phasenverschoben ist, das durch Abtastung der ungeraden horizontalen Abtastzeile 4a erhalten wird. Daher durchlaufen, wie Fig. 10 zeigt, in der geraden horizontalen Abtastzeile Ab die Farbfilterelemente Farbanteile, die um η 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 obenerwähnte Farbfilter 40 und die CCD-Anordnung 10 kombiniert, um eine gewünschte Festkörperfarbkamera zu schaffen. In Fig. 9 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 3 die gleichen Elemente, weshalb ihre Beschreibung unterbleibt.

Die F i g. 1IA bis 1 IG zeigen die Phasenbeziehungen der Seitenbandkomponenten der Frequenzspektren R. G und Binden Lescsignalcn SoundS/_;.

In dem Beispiel der F i g. 9 werden die Lcsesignale So sequentiell bei jeder Horizontalabtastperiode (1 Hadern

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Tiefpaßfilter 41 zugeführt, das ein gewünschtes Band von Komponenten (Fig. HC) durchläßt, und sodann einem ersten Subtrahierkreis 42, dem auch die Lesesignale So und Se zugeführt werden, deren Bänder nicht begrenzt werden, um die Signalverarbeitung durchzuführen. Somit ist das Ausgangssignal des Subtrahierkreises 42 ein Signal Ssbo (oder Ssbe)· das die hohen Bandkomponenten Sdho (oder Sdhe) der Gleichspannungskomponenten Socan seiner unteren Bandseite (F i g. 11 D) enthält. Hierbei ist ein Verzögerungskreis iü 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 Ssbo (oder Ssbe) wird einem Verzögerungskreis 44 zugeführt, um es um eine horizontale Abtastperiode \H zu verzögern und dann einem Addierkreis 45 und einem zweiten Subtrahierkreis 46, die mit den Lesesignalen So und Se versorgt werden, deren Bänder nicht begrenzt sind, um die Signalverarbeitungen durchzuführen. Wie oben erwähnt wurde, werden dem Addierkreis 45 die Lesesignale So und Se zugeführt, die die Frequenzkomponenten enthalten, die in den Fig. 1IA und HB gezeigt sind, und mit dem subtrahierten Signal, das um 1 //gegenüber dem Signal 5seo(oder Ssbe) verzögert ist, das in Fig. HD gezeigt ist. Hierbei wird die Phasenbeziehung der Seitenbandkomponenten beim Addieren berücksichtigt. Wenn das Lesesignal Sa das von der ungeraden horizontalen Abtastzeile 4a erhalten jo wird, als Bezug genommen wird, ist seine Phase in Fig. UA gezeigt. Jedoch ist die Phase des um \H verzögerten Signals die gleiche wie die in F i g. 11B gezeigte. Dies bedeutet, daß die Phasenbeziehung zwischen den beiden obigen Signalkomponenten gerade entgegengesetzt ist. Wenn daher die beiden Signalkomponenten addiert werden, heben sich die Seitenbandkomponenten Ssbo und Ssbe auf, die gegenphasig sind. Daher besteht das Ausgangssignal des Addierkreises nur aus den Gleichspannungskomponenten Sdo (oder Sde) wie F i g. 11E 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 Soc 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, wenden die Seitenbandkomponenten Soo und Sde durch Subtraktion beseitigt. Die Seitenbandkomponenten Ssbo und Ssbe jedoch, die Farbinformationen enthalten, werden nicht beseitigt. Daher werden die Seitenbandkomponenten Ssbo mit der in Fig. 1IF gezeigten Phasenbeziehung in der ungeraden horizontalen Abtastzeile und die Seitenbandkomponenten Ssbe mit der in F i g. 1 IG gezeigten Phasenbeziehung in der geraden horizontalen Abtastzeile erhalten, so daß, wenn die Seitenbandkomponenten Ssbo und Ssbe auf Demodulatoren 48 und 49 gegeben werden, deren Demodulationsachse verschieden ist, einer der Demodulatoren, z. B. der Demodulator 48, die Farbkomponente

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)\n dem NTSC-System an den Ausgangsanschlüssen 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 F i g. 9 gezeigt ist, eine besondere CCD-Anordnung 10, die in F i g. 1 gezeigt ist, und das Farbfilter 40, das in F i g. 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 Ausgangssignals erweitert und damit die Auflösung verbessert werden. Wenn z. B. die Abtastfrequenz zu 1/3 τ η gewählt wird, kann das mögliche Band der Ausführungsform der Erfindung auf etwa 1,5 f_c 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. Zum Beispiel kann 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.

Hierzu 7 Blatt /cich

Claims

Patentansprüche:

1. Festkörperkamera, bestehend aus Bildsensorzellen, die in horizontaler und vertikaler Richtung ausgerichtet sind, einer Einrichtung zur Projektion eines Bildes eines Objekts auf die Bildsensorzellen, einer Einrichtung zum Auslesen von Bildinformationen, die in den jeweiligen Bildsensorzellen gespeichert sind, und einer Einrichtung zur Abgabe eines ι ο Ausgangssignals, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der jeweiligen Bildsensorzellen in einer horizontalen Abtastzeile um den halben A.bstand 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 vei-zögern, ynd 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 Verzögerungsleitung für eine Horizontal-Zeilendauer und einen Addierkreis aufweist.

4. Kamera nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Tiefpaßfiltereinrichtung und eine Subtrahiereinrichtung, wobei ein Hochfrequenzbereich des Lesesignals der Leseeinrichtung der 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, 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 einen Demodulator zur Demodulation von Farbsignalen aus den phasenmodulierten Farbsignalen aufweist.

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