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Farbfernsehkamera Die Erfindung betrifft eine Farbfernsehkamera mit
einem optischen System zur Farbzerlegung und Abbildung eines Bildes auf die lichtempfindlichen
Flächen von Bildaufnahmeelementen.
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Derartige Farbfernsehkameras, in denen in der Regel Fernsehaufnahmeröhren
als Bildaufnahmeelemente verwendet sind, liefern zwar gute Bilder, haben aber den
Nachteil, daß sie auch dann, wenn sie mit Fernsehaufnahmeröhren vom Fotoleitfähigkeitstyp,
wie Vidicon, Plumbicon usw. bestückt sind, große Abmessungen haben.
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Als Bildaufnahmeelemente sind auch Fotodiodenanordnungen, z. B.
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sogenannte CCD's (Charge-Coupled-Devices) bekannt, in denen die Fotodioden
in Form einer Matrix in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Die Belichtung der einzelnen
Fotodioden wird zyklisch abgefragt. Solche Anordnungen sind als integrierte Bausteine
hergestellt. Wegen ihrer geringen Abmessungen können mit ihnen sehr kompakte Farbfernsehkameras
aufgebaut werden, die aber nur Bilder geringer Qualität liefern.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Farbfernsehkamera
der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die bei kompaktem Aufbau Bilder hoher
Qualität liefert.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Bildaufnahmeelement
eine Fernsehaufnahmeröhre ist und die weiteren Bildaufnahmeelemente Fotodiodenanordnungen
sind. Eine derartige Kamera arbeitet in der Weise, daß die Aufnahmeröhre ein Bild
mit guter Qualität, insbesondere hoher Auflösung liefert, das von den mit den Fotodiodenanordnungen
gewonnenen Bildern geringere Qualität ergänzt wird. Insgesamt wird ein Farbbild
guter Qualität erhalten.
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Im Prinzip können alle bekannten Typen von optischen Systemen zur
Farbzerlegung (Farbteiler) verwendet werden. Liefert der Farbteiler die Farbkomponenten
Rot, Grün, Blau, so liegt die Fernsehaufnahmeröhre vorteilhaft im Strahlengang der
Farbkomponente Grün, da diese im allgemeinen den größten Informationsanteil von
Bildern enthält. Im Roten und vor allem im Blauen ist das menschliche Auge weniger
empfindlich, so daß Unschärfen in diesen Bereichen die Qualität der Bildwiedergabe
nicht störend beeinträchtigen. Aus demselben Grunde wird man bei Verwendung eines
Farbteilers, der das Bild in eine weiße, eine blaue und eine rote Komponente zerlegt,
die weiße Komponente mit der Röhre aufnehmen. Man erhält dann ein Schwarz-Weiß-Bild
guter Qualität, das durch die von den Fotodiodenanordnungen aufgenommenen Farbkomponenten
in der Farbe ergänzt wird.
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Die Fotodioden sind entsprechend dem Abtastraster der Aufnahmeröhre
angeordnet. Beim üblichen Zeilenraster ist die Anordnung matrixförmig und so ausgerichtet,
daß ihren Zeilen die Abtastzeilen der Fernsehaufnahmeröhre entspricht. Der flache
Aufbau der Fotodiodenanordnungen hat in jedem Fall den Vorteil, daß die Kamera klein
gehalten werden kann. Es kann auf die in vielen Farbteilern eingesetzten Umlenkspiegel
verzichtet werden.
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Fotodiodenanordnungen mit einem Auflösungsvermögen, wie es für die
Fernsehnorm von 625 Zeilen und ca. 1000 Bildpunkten je Zeile erreicht wird, sind
schwierig herzustellen. Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden die durch
Abtasten einer Fotodiodenzeile gewonnenen Videosignale gespeichert und entsprechend
dem Verhältnis der Fernsehzeilen zu den verfügbaren Fotodiodenreihen wiederholt
wiedergegeben.
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Anhand der Zeichnung werden im folgenden die Erfindung sowie weitere
Vorteile und Ergänzungen näher beschrieben und erläutert.
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Figur 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung.
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In Figur 2 ist eine Schaltungsanordnung eines Ausführungsbeispiels
dargestellt.
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Figur 3 veranschaulicht die Arbeitsweise der Schaltung nach Figur
2.
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Figur 4 zeigt ein weiteres Beispiel einer Schaltungsanordnung gemäß
der Erfindung.
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Figur 5 verdeutlicht die Arbeitsweise der Anordnung nach Figur 4.
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In Figur 1 ist mit KA eine Farbfernsehkamera mit einem Objektiv O
und einem Farbteiler FA bezeichnet. Farbteiler und Objektiv sind in bekannter Weise
aufgebaut. Der Farbteiler FA zerlegt das vom Objektiv 0 aufgenommene Bild in drei
Komponenten. Die gründe Komponente oder eine in der Farbe unveränderte Komponente
wird auf die lichtempfindliche Schicht einer Aufnahmeröhre AR vom Fotoleitfähigkeitstyp,
z. B. ein Plumbicon, abgebildet. Die rote Komponente gelangt auf eine matrixförmige
Fotodiodenanordnung CCD1 und die blaue Komponente auf eine zweite Fotodiodenanordnung
CCD2. Die Ausgangssignale dieser drei Bildaufnahmeelemente CCD1, CCD2, AR werden
in bekannter Weise in einer Farbmatrix verarbeitet, in der in bekannter Weise ein
Leuchtdichtesignal und zwei Farbdifferenzsignale gewonnen werden können. Das Leuchtdichtesignal
wird im wesentlichen aus dem Ausgangssignal der Aufnahmeröhre AR gebildet, da deren
Ausgangssignal am besten zum Erzeugen von Wiedergabebildern mit hoher Qualität geeignet
ist.
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Wie schon erwähnt, sind die Fotodiodenanordnungen CCD1 und CCD2 matrixförmig,
d. h. die Fotodioden sind in Reihen und Spalten angeordnet. Die vom Objektiv 0 auf
die Aufnahmeelemente CCD1, CCD2 und AR projizierten Bilder werden synchron abgetastet,
d. h. es werden, wie es beim Farbfernsehen üblich ist, zur gleichen Zeit die Videosignale
der drei Komponenten eines Bildpunktes gewonnen.
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Die Fotodiodenanordnungen sind daher so auszurichten, daß die Matrixzeilen
in einer der Abtastrichtung des Elektronenstrahls AR entsprechenden Richtung liegen.
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Besonders einfach ist, wie im Falle der Anordnung nach Figur 1, der
Aufbau einer Kamera, wenn die Farbkomponenten in gleicher Größe auf die Aufnahmeelemente
abgebildet werden. Da die Fotodiodenanordnungen im allgemeinen eine kleinere lichtempfindliche
Fläche als Fernsehaufnahmeröhren haben, kann man entweder die auf die
Fotodiodenanordnungen
projizierten Farbauszüge optisch verkleinern oder den auf die Aufnahmeröhre AR gelangenden
Auszug vergrößern.
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Auch ist es möglich, nur einen Bereich der fotoempfindlichen Schicht
der Röhre AR auszunützen, der gleich der Fläche der Fotodiodenanordnungen ist.
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Die Fotodiodenanordnungen brauchen nicht dasselbe Auflösungsvermögen
wie die Aufnahmeröhre AR haben. Man kommt mit Anordnungen von 100 x 100 Dioden,
also etwa mit 1/50 der beim Fernsehen üblichen Auflösung aus. Hierzu werden die
von einer Fotodiode aufgenommenen Signale zur Farbkorrektur von mehreren von der
Aufnahmeröhre AR aufgenommenen Bildpunkten verwendet. Figur 2 zeigt eine Schaltungsanordnung,
mit der die Videosignale der Fotodiodenanordnungen zur Korrektur von drei aufeinanderfolgenden
Zeilen dienen. Im Ausführungsbeispiel haben die Fotodiodenanordnungen je 100 x 100
Dioden, die Zahl der Abtastzeilen der Aufnahmeröhre AR betrage 625, die Abtastung
erfolge im Zeilensprungverfahren. Mit dem Abtasten einer ersten Zeile durch die
Aufnahmeröhre AR wird gleichzeitig eine Diodenreihe der Fotodiodenanordnungen CCD
abgefragt und deren Ausgangssignale über einen Umschalter USl einer Farbmatrix zugeführt.
Gleichzeitig werden die Signale in eine Verzögerungsleitung VZ1 eingegeben, deren
Verzögerungszeit gleich der Zeilenperiode ist und die eine in Farbfernsehgeräten
übliche Ultraschallverzögerungsleitung sein kann. Nach dem Abtasten der ersten Zeile
wird der Schalter US7 in eine zweite Stellung gebracht, so daß die zuvor von der
Fotodiodenanordnung abgegebenen Signale nochmals zur Korrektur verwendet werden.
Danach wird der Umschalter US1 in eine dritte Stellung gebracht, in der während
des Abtastens der dritten Zeile dieselben Videosignale aus einer die Ausgangssignale
der Verzögerungsleitung VZ1 nochmals um eine Zeilenperiode verzögernden Verzögerungsleitung
VZ2 zur Farbmatrix gelangen. Danach wird der Schalter US1 wieder in die erste Stellung
gebracht.
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In Figur 3 ist ein Fernsehraster nach der 625-Zeilennorm und eine
Fotodiodenmatrix übereinander gezeichnet. Die Fernsehzeilen sind mit Z18, Z19, Z20
... bezeichnet. Die Zeilen mit den geradzahligen
Nummern sollen
während des ersten Halbbildes, die mit ungeradzahligen Nummern während des zweiten
Halbbildes abgetastet werden.
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Da der dunkelgetastete Bildrücklauf des Elektronenstrahles mindestens
25 Zeilenperioden dauert, braucht die Diodenmatrix nicht alle Fernsehzeilen zu überdecken,
sondern nur die, in denen Bildinformationen abgetastet und zu einem Empfänger übertragen
werden.
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Entsprechendes gilt für den Zeilenrücklauf. Die Fotodiodenmatrix enthalte
100 x 100 Fotodioden, so daß auf 36 Bildpunkte des Fernsehrasters eine Fotodiode
fällt. Die von den einzelnen Fotodioden abgegebenen Signale sind entsprechend der
Helligkeit der Intensität des auf sie auftreffenden Lichtes a, b, c, a', b ... Während
der Elektronenstrahl der Röhre AR die Zeile Z20 abtastet, werden von den Fotodiodenanordnungen
nacheinander die Signale a, b, c, d ... abgegeben. Mit dem Abtasten der Zeile Z22
werden dieselben Signale von der Verzögerungsleitung VZ1 und mit dem Abtasten der
Zeile Z24 von der Verzögerungsleitung VZ2 ausgegeben. Mit der Zeile Z26 werden zum
ersten Mal die Fotodioden der zweiten Reihe abgefragt, welche die Signale a', b',
c' ... erzeugen. Diese Signale werden dann während der Abtastung der beiden folgenden
Zeilen von den Verzögerungsleitungen VZ1 und VZ2 noch zweimal ausgegeben.
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Im zweiten Halbbild wiederholt sich bei der Abtastung der Zeilen Z21,
Z23, Z25 ... der oben anhand der abtastung der Zeilen Z20, Z22 ... beschriebene
Vorgang.
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Bei dem Verfahren nach Figur 3 müssen die Fotodioden mit einer Taktfrequenz
von über 1 MHz abgefragt werden. Figur 4 zeigt das Schaltbild einer Anordnung, in
der die Abtastfrequenz um ein Drittel reduziert ist. In dieser Schaltung sind die
Ausgänge der Fotodiodenanordnung CCD, der Verzögerungsleitung VZ1 und der Verzögerungsleitung
VZ2 parallelgeschaltet. Die Ausgangssignale der Fotodiodenanordnung CCD werden abwechselnd
in die beiden Verzögerungsleitungen VZ1 und VZ2 über einen Umschalter US2 eingespeichert,
der nach Maßgabe einer Steuereinheit STE, die ferner die Taktimpulse für die Fotodiodenanordnung
CCD liefert, umschaltet.
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Figur 5 veranschaulicht dieses Verfahren. Beim Abtasten der Zeile
Z18 während des ersten Halbbildes werden die Signale a, d, ...
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also die jeder dritten Fotodiode, ausgegeben. Sind in den Verzögerungsleitungen
VZ1
und VZ2 keine Signale enthalten, ergibt sich die Signalfolge a00d00 ... Beim Abtasten
der Zeile Z20 werden die Fotodioden abgefragt, welche die Signale d und e ... liefern.
Diese Signale werden in die Verzögerungsleitung VZ2 eingegeben. Am Ausgang der Anordnung
nach Figur 4 tritt die Signalfolge ab0de0 ...
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auf, da die Signale a, b ... in der Leitung VZ1 gespeichert sind.
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Beim Abtasten der Zeile Z22 werden von der Fotodiodenanordnung die
Signale c und f in die Leitung VZ1 eingeschrieben, deren ursprünglicher Inhalt gleichzeitig
gelöscht wird. Die Signalfolge am lusgang ist a, b, c, d, e, f ... Beim Abtasten
der Zeile Z24 wird in entsprechender Weise die Signalfolge a', b, c, d', e, f ...
und beim Abtasten der Zeile Z26 a', b', c, d', e', f ... ausgegeben.
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Bei der Aufnahme des zweiten Halbbildes mit den Zeilen Z19, Z21 ...
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ergeben sich die gleichen Signalfolgen.
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4 Patentansprüche 5 Figuren