DE2605905C2

DE2605905C2 - Festkörper-Farbkamera

Info

Publication number: DE2605905C2
Application number: DE2605905A
Authority: DE
Inventors: Fumio Koshigaya Saitama Nagumo; Seisuke Mitaka Tokio/Tokyo Yamanaka
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1975-02-14
Filing date: 1976-02-13
Publication date: 1985-06-27
Also published as: US4059839A; NL187421C; FR2301142B1; FR2301142A1; NL187421B; JPS5193622A; ATA105376A; IT1055278B; JPS5752754B2; AT361052B; NL7601577A; GB1516764A; AU1096876A; DE2605905A1; CA1071323A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Festkörper-Farbkamera, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben ist.

Es ist bereits eine Bildaufnahmeröhre bekannt (US-PS 35 58 808), die prinzipiell verschieden ist von einer Festkörperkamera. Bei der bekannten Bildaufnahmeröhre wird zwar ein Farbfilter in Form eines sogenannten Streifenfilters verwendet; dies dient jedoch zur Erzeugung eines sogenannten Indexsignals. Damit wird bei der betreffenden bekannten Bildaufnahmeröhre die Farbsignalkomponente in jeder Zeile erhalten. Dieses Prinzip eignet sich jedoch nicht ohne weiteres für eine

ίο besonders einfach aufzubauende Festkörper-Farbkamera.

Es ist ferner eine Signalabtrennschaltung bekannt (DE-AS 22 06 943), die in Verbindung mit einer Aufnahmeröhre, wie einem Vidicon verwendet wird. Über die Verwendung bzw. den Aufbau einer Festkörper-Farbkamera ist in diesem Zusammenhang jedoch nichts bekannt.

Es ist ferner eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Farbvideosignals bekannt (US-PS 35 58 808), bei der mit einem Filter gearbeitet wird, welches Bereiche zur Auswahl von Licht unterschiedlicher Wellenlängenbereiche aufweist. Auch diese bekannte Anordnung wird jedoch in Verbindung mit einer Bildaufnahmeröhre, wie einem Vidicon, verwendet Über den Aufbau einer Festkörper-Farbkamera ist indessen auch in diesem Zusammenhang nichts bekannt.

Es ist schließlich auch schon eine Farbfernsehkamera mit einer Bildaufnahmeröhre bekannt (US-PS 37 25 572), bei der ein spezielles Target in der Bildaufnahmeröhre verwendet wird. Obwohl die Bildaufnahmeelemenlc dabei in Mosaikform angeordnet sind, wird jedoch jegliche Farbinformation in jeder Zeilenabtastperiode erhallen. Irgendwelche Hinweise auf den Aufbau einer Festkörper-Farbkamera sind jedoch auch hier nicht zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Festkörper-Farbkamera der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß mit einer einfachen Abbildungseinrichtung ausgekommen werden kann.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den

Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß mit einer insgesamt relativ einfach aufbaubaren Abbildungseinrichtung ausgekommen we.-den kann. Dabei wird ein Farbsignal mit relativ hoher Auflösung erhalten, welches nur eine Luminanzsignalkomponente und eine Farbsignalkomponente aus einer anderen Zeile enthält. Da eine vertikale Korrelation zwischen benachbarten Zeilen bei einem Videosignal vorliegt, können ein gewöhnliches zusammengesetztes Farbvideosignal oder Farbsignale aus Rot-, Grün- und Blau-Signalen sequentiell erhalten werden, indem die zuerst genannten beiden Signale gemischt werden.

Vorzugsweise wird das durch die Farbfilterstreifen bzw. das Farbfilter hindurchgetretene Licht derart selektiert, daß Farbkomponenten in Zeilenfolge erhalten werden, wobei jedoch eine Luminanzkomponente über die Gesamtfläche der Farbfilterstreifen hinweg gewonnen wird. Die Luminanzkomponente ist in dem Falle durch die gesamte Fläche der Farbfilterstreifen hindurch zu erhalten. Die Seitenbandkomponenten, die Geisterbilder erzeugen, werden jedoch nicht mit der Luminanzkomponente gemischt. Daher läßt sich damit immer eine Luminanzkomponente ohne sogenannte Zeilenfaltung oder Geisterbildfehler gewinnen. Somit kann stets ein Bild mit guter Qualität und gutem Bild-

stand wiedergegeben werden.

Mit Hilfe der Erfindung kann ferner die Erzeugung eines Geisterbildfehlers auf relativ einfache Weise vermieden werden, so daß die vorliegende Erfindung auch von der Praxis her besonders vorteilh-yt ist Da die Unterbandkomponente des auftretenden Signals keine weitere Behandlung erfährt ist die Vertikalauflösung nicht verschlechtert Da der Fehler der erwähnten Zeilenfaltung eier der Geisterbildfehler durch die vorliegende Erfindung vollständig beseitigt ist, läßt sich folgendes erreichen: wenn eine Kamera bekannter Art ohne Verschlechterung ihre Auflösung sein soll, ist für das Luminanzsignalband (das ist das Band der Gleichstromkomponente) erforderlich, daß dieses größer als 3,5 MHz gewählt wird. Um außerdem die Bildung von Geisterbildfehlern unter diesen Umständen zu vermeiden, muß die Anzahl η der Bildpunkte oder Bildelemente in Zeilenrichtung größer als 700 sein. Wenn jedoch die Anzahl η der Bildelemente sehr groß wird, wird die Herstellung einer Abbildungseinrichtung zu schwierig und teuer. Bei Anwendung der vorliegenden Erfindung wird jedoch kein Geisterbildfehler erzeugt, wenn das Luminanzsignalband groß gewählt wird. Selbst dann, wenn das Luminanzsignalband etwa 4,0MHz beträgt, ist eine Anzahl η der Bildelemente von etwa 400 ausreichend, weshalb eine ladungsgekoppelte Bildaufnahmeeinrichtung leicht und ohne besonderen Aufwand herstellbar ist.

Bei einer Festkörper-Farbkamera gemäß der Erfindung beispielsweise mit einer 1-Chip-CCD-Anordnung wird ein Farbfilter zusammen mit einem CCD-Chip verwendet.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielsweise näher erläutert

F i g. 1 zeigt ein Diagramm eines üblichen Frequenzspektrums eines Ausgangssignals, das von einer CCD-Kamera zu erhalten ist

F i g. 2 zeigt eine Vorderansicht einer für die Erfindung angepaßten CCD-Anordnung.

Fig. 3 zeigt eine Vorderansicht eines Anteils eines Farbfilters, das zusammen mit einer CCD-Anordnung nach F i g. 2 verwendet wird.

Fig.4A, 4B, 4C zeigen Diagramme von Impulsformen von Signalen, wie sie für den Betrieb der CCD-Anordnung verwendet werden.

F i g. 5 zeigt e^;n elektrisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Festkörper-Farbkamera.

F i g. 6A bis 6C, 6A' bis 6C und F i g. 7A bis 7C zeigen Diagramme von Frequenzspektren, die die Phasenbeziehung des Ausgangssignals einschließen.

Fig. 8 und 10 /eigen Teilansichten anderer Ausführungsformen eines Farbfilters, das für die vorliegende Erfindung angepaßt ist.

Fig. 9 zeigt ein schematisehes Diagramm eines Anteils einer Festkörper-Farbkamera mit Zwischenzeilen-Verschiebung.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird zunächst folgendes ausgeführt. Wenn eine CCD-Bildaufnahmeeinrichtung als Kamera verwendet wird, wird die Eingangs-Lichtinformation, die dem aufzuzeichnenden Gegenstand entspricht, in elektrische Signale durch Abtastung jeglicher Bildelemente umgewandelt. Im Unterschied zu einem bekannten Vidicon wird daher ein Ausgangssignal von einer CCD-Bildaufnahmeeinrichtung erhalten, wenn jedes Bildelement abgeiastet wird. Wird die Abtastfrequenz mit fc angenommen (wenn die Informationsdichte der Bildelemente in horizontaler Richtung der CCD-Bildaufnahmeeinrichlung mit r/,· gegeben ist.

beträgt die Abtastfrequenz /cgieich I/γη), so erhält man ein Videoausgangssignal Sy, welches während einer Horizontal- oder Zeilenperiode auftritt, wenn die jeweiligen Bildelemente in der jeweiligen Horizontalperiode selbst geschrieben werden. Ferner werden eine Gleichstromkomponente Spc eines Luminarrzsignals S> und eine Seitenbandkomponente Sm (Wechselstromkomponente) erhalten, bei der der Abtastträger fc mit der Gleichstromkomponente Six· moduliert ist, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist F i g. 1 zeigt jedoch nur die Grundwelle des betreffenden Signals. Wenn das Band der Gleichstromkomponente Sm- derart genügend breit gewählt ist, daß jegliche Auflösungsverminderung vermieden ist. und wenn man berücksichtigt, daß Seitenbänder sich zu der Unterseite und zu der Oberseite der Seitenbandkomponenle Sa/ mit der Abtastfrequenz fc als Mittenfrequenz hin erstrecken, dann ist im vorstehenden Falle die Seitenbandkomponente des Abtastträgers fc auf der oberen Bandkomponente Spn der Gfeichstromkomponente Six überlappt, wie dies aus Fig. 1 hervorgeht. Dadurch wird ein in Fig. 1 schraffierter Teil als Zeilenfaltung oder Geisterbildfehler erzeugt. Wenn ein Bild unter diesen Umständen wiedergegeben wird, erscheint ein solcher Fehler in der Bildwiedergabe als Flimmern oder Punktmuster oder dgl. In Fig. 1 ist mit Sol eine Unterbandkomponente der Gleichstromkomponente 5/x bezeichnet.

Das Flimmern wird durch Zeilenfaltung oder Geislerbildfehler verursacht. Wenn die Bandbreite der Gleich-Stromkomponente Six begrenzt wird, z. B. kleiner gemacht wird als ^xh der Abtastfrequenz fc, dann werden keine Geisterbildfehler erzeugt, und es wird ein Rauschen im wiedergegebenen Bild vermieden. Die Begrenzung der Bandbreite der Gleichstromkomponente Sdc ist jedoch mit einer Herabsetzung der Auflösung verbunden, und zwar derart, daß eine Begrenzung der Bandbreite der Gleichstromkomponente Sdi nicht zu empfehlen ist. Um die Bandbreite der Gleichstromkomponente Sw derart auszuwählen, daß keine Herabsetzung der Auflösung auftritt, z. B. so, daß die Auflösung mehr als 3,5 MH? heträgt, und daß keine Geisterhildfehler auftreten, genügt es, die Abtastfrequenz genügend hoch zu wählen.

Da die Abtastfrequenz /cdas Produkt aus η und /Ή ist.

in welchem η die Anzahl der Zeilenbildelemente bzw. Zeilenbildpunkte der CCD-Anordnung ist und bei dem fn die Zeilenabtastfrequenz ist (im praktischen Falle wird die effektive Abtastzeit in horizontaler Abtastrichtung in Betracht gezogen), ist es erforderlich, wenn die Abtastfrequenz fc so hoch gewählt ist, daß das Auftreten eines Geislerbildfehlers vermieden ist, die Anzahl η der Bildelementc derart zu vergrößern, daß es im Ergebnis schwierig wird, die in Frage kommende CCD-Anordnung herzustellen.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Festkörper-Farbbildkamera gemäß der Erfindung beschrieben. Für diesen FaI! wird eine 3-Phasen-CCD-Festkörperkamera mit einem Halbbild-Verschiebesystem erläutert.

Zunächst soll mit Bezug auf Fig.2 eine 3-Phasen-CCD-Anordnung beschrieben werden. In F i g. 2 ist mit 10 die CCD-Anordnung insgesamt bezeichnet. Wie an sich bekannt, besteht diese aus einer photoempfindlichen Matrixanordnung 1OA, auf die das Bild eines aufzunehmenden Gegenstandes projiziert wird, aus einer zeitweise speichernden Matrixanordnung 10ß, von der elektrische Ladungen gespeichert werden, die auf Licht-Informationssignalen des Gegenstandes beruhen, die

von der photoempfindlichen Matrixanordnung 10/4 zu erhalten sind, und aus einem Ausleseregister 10 C, mit dem die aufgenommenen Ausgangssignale oder Videosignale ausgelesen werden. Die photoempfindliche Matrixanordnung 1OA ist aus einer vorgegebenen Anzahl Bildelementen Im; I1-2;·.. 1i-_n; I2-1; — Im_ngebildet,die in horizontaler Richtung und in vertikaler Richtung bzw. zu Zeilen und Spalten ausgerichtet bzw. angeordnet sind. In Horizontalrichtung gesehen haben sie eine vorgegebene Zeichendichte r/y und in vertikaler Richtung eine solche Vn'■ Ein jedes der Bildelemcnte 11.1:112; ... ί,,,.η enthält drei photoempfindliche Einheiten 2.

Wenn das Bild des Gegenstandes auf die photoempfindliche Matrixanordnung 10/4 projiziert bzw. geworfen wird, werden in den photoempfindlichen Einheiten 2 eines Halbleiterkörper elektrische Ladungen induziert bzw. erzeugt, und zwar entsprechend einer jeglichen der Elektroden oder Anschlüsse Φ\ bis <!»<,, die jeweils mit den ersten, zweiten bzw. dritten photoempfindlichen Einheiten 2 eines jeden der Bildelemente Ii 1: ... 1„,.„ verbunden sind. Diese Elektroden oder Anschlüsse Φ\ bis Φ3 werden an Biid-Ahtastvorspannungen gelegt, bzw. mit solchen beaufschlagt, die vorgegebene Potentialbeziehungen haben. Dann, wenn in wie bekannter Weise, ein Transfer-Taktimpuls an die Elektroden bzw. Anschlüsse Φ\ bis Φ₃ angelegt wird, werden die in den jeweiligen Bildelementen Im ... 1|.„; 1?1... I₂.,,;... 1,,,., ... l_m.„ in horizontalen Abtastzeilen induzierten elektrischen Ladungen sequentiell nacheinander in einer jeden horizontalen Abtastzeile der entsprechenden horizontalen Zeilenabtastpositionen der zeitweilig speichernden Matrixnordnung 105 gespeichert. Zu diesem Zwekke ist die zeitweilig speichernde Matrixanordnung 105 im wesentlichen gleich der photoempfindlichen Matrixanordnung 10/4 ausgebildet. Sie ist jedoch insgesamt optisch abgeschirmt. Die Einzelteile der zeitweilig speichernden Matrixanordnung 105 sind dementsprechend mit denselben Bezugszeichen versehen, die die entsprechenden Hinzelteile der photoempfindlichen Matrixanordnung !0/4 haben, jedoch sind diese in iOß mit' versehen und ihre Beschreibung im einzelnen ist als entbehrlich weggelassen. In Fig. 2 sind Kanalbegrcnzungen (channel stoppers) mit dem Bezugszeichen 3 versehen.

Die in der zeitweilig speichernden Matrixanordnung 105 gespeicherten Ladungen werden mit Hilfe des Ausleseregisters IOC sequentiell ausgelesen, und zwar durch Anlegen eines Auslese-Taktimpulses an das Register, womit an dessen Ausgangsanschluß 4 ein Ausgangssignal zu erhalten ist. Das Ausleseregister IOC hat Auslesehereiche 5;: 5;;... 5,„ die nur der. entsprechenden horizontalen Zeilenbiidelementen entsprechen. Da das Auslesen mittels der 3-Phasen-Taktimpulse Φ_Α bis Φσ erfolgt, haben die jeweiligen Auslesebereiche 5ι; 5τ; 5„ jeweils drei Einheiten 6m; 61-2; 613; 621:62.2; 62.3; — 6_n i;6_n-2:6n-j.

Bei der vorliegenden Erfindung werden die CCD-Anordnung 10 einer Halbbild-Verschiebeanordnung, ausgebildet wie oben beschrieben, und ein Farbfilter, das eine bestimmte spezielle Farb-Lichtdurchlässigkeit hat, dazu verwendet, Farbkomponenten in der ATt der Zeilenfolge und auch ein Luminanzsignal zu erzeugen, das über die ganze CCD-Anordnung zu erhalten ist. und zwar infolge geeigneter Signalverarbeitung ohne Gcisterbildfehler (folded error).

Nachfolgend wird ein Farbfilter beschrieben, das für die vorliegende Erfindung passend ist. Dieses Farbfilter ist bezüglich der von ihm hindurchgelassenen Farben derart ausgewählt, daß die Farbkomponenten, die von den ungeradzahligen und die von den geradzahligen Halbbildbereichen des Farbfilters zu erhalten sind, dieselben sind und daß Farbkomponenten in der Art der Zeilenfolge bei jeder ungeradzahligen oder geradzahligen horizontalen Abtastzeile zu erhalten sind.

F i g. 3 zeigt einen Anteil oder Ausschnitt eines Farbfilters 30, das den oben beschriebenen Bedingungen genügt. Dieses Farbfilter 20 ist so ausgestaltet, daß es auch für den Fall eines Farb-Zeilensprung-Abtastsystems zu verwenden ist.

Das Farbfilter 20 nach Fig.3 ist von der Art mit transversalen Querstreifen, die sich in der horizontalen Zeilenabtastrichtung erstrecken. Für diesen Fall sind die Büde'.eniente !i ;; Ii 2;... I₁ „; !3 1 ... l,.„;...(ii ,'; ii 2'; Ii 1' ...). die in den ungeradzahligen horizontalen Abtastzeilcn angeordnet bzw. ausgerichtet sind (es können auch die geradzahligen Abtastzeilen sein), in zwei Anteile in bezug auf die Vertikalrichtung aufgeteilt und die Flächenanteile des Farbfilters, die den oberen oder den unteren Anteilen der geteilten Bereiche oder den oberen Anteilen beim dargestellten Beispiel entsprechen, sind verschieden ausgewählt in bezug auf Primär- oder Grundfarb-Lichtdurchlässigkeit, wie dies in Fig.3 gezeigt ist. Diese Anteile oder Bereiche, die Licht der Grundfarben durchlassen, sind entsprechend einer vorgegebenen Anordnung in horizontaler Zeilenabtastrichtung vorgesehen. Mit den Grundfarben sind das rote Farblicht R, das grüne Farblicht C und das blaue Farblicht B wie an sich bekannt gemeint. Die Anordnung der Grundfarben in Zeilenrichtung ist somit R—C—B ...

Die anderen oder übrigbleibenden Bereiche sind alle so ausgewählt, daß sie weißes Licht "/hindurchlassen oder sind transparent.

Bei dem in F i g. 3 gezeigten Farbfilter 20 sind mit Fq insgesamt die Bildelementbereiche der ungeradzahligen Halbbilder gekennzeichnet. Mit iFo ist ein /-tcr Zeilcnabtaslbcrcich der ungcradzahligen Halbbilder bezeichnet, wobei /=1,2... m sein kann. Mit F/ sind in gleicher Weise die geradzahligen Halbbilder bezeichnet. Die oben beschriebene Aufteilung der Halbbilder dient dem besseren Verständnis der Aufnahmebercichc eines Zeilensprung-Abtastsystems. In Fig. 3 wird durch Tu die Informationsdichte der Anordnung der Bildelemente der Vertikalrichtung angegeben.

Sofern ein Farbfilter in der oben beschriebenen Art aufgebaut ist, werden die Farbkomponenten, die von dem ungeradzahligen Halbbild Fo und die von dem geradzahligen Halbbild Fe zu erhalten sind, während benachbarter Zeilenabtastperioden gleich, namentlich während der Halbbilder iFo und /r£, womit der gewünschte Zweck erfüllt wird.

Die zum Betrieb der CCD-Anordnung 10 erforderlichen Signale für Zeilensprung erfüllen die nachfolgende Beziehung. Die Betriebssignale Su S2 und 53 bestehen aus Bildabtast-Vorspannungssignalen und aus Transfer-Taktimpulsen, wie dies in den F i g. 4A bis 4C gezeigt ist. Wenn nun angenommenerweise Ν_Λ die ungeradzahlige Halbbildperiode und Nn die geradzahlige Halbbildperiode ist, wird entsprechend der Eingangs-Lichlinformation in dem Halbleiterkörper unterhalb der Elektrode Φ\ während der Periode N.\ eine elektrische Ladung induziert bzw. erzeugt, die dann ausgelesen wird. Entsprechend der Eingangs-Lichtinformation werden jeweils elektrische Ladungen in dem Halbleiterkörper unter-

b5 halb der Elektroden Φ2 und Φι während der nachfolgenden Periode Nn induziert und dann elektrisch ausgelesen.

Die den Elektroden bzw. Anschlüssen Φ, bis Φ< zuzu-

führenden bzw. zugeführten Signale S\ bis Sj enthalten Bildabtast-Vorspannungsimpulse Sm, S₂A und Ssa, die in ihrer Potentialbeziehung derart ausgewählt sind, daß nur der Bildabtast-Impuls 5m niedrig ist, vergleichsweise zu den anderen Impulsen Sm und Sm, wie dies aus den F i g. 4A bis 4C zu ersehen ist. Mit bzw. bei diesem Impuls oder dieser Vorspannung Sm wird die der Eingangs-Lichtinformation entsprechende elektrische Ladung im Halbleiterkörper unterhalb der Elektrode Φ\ gespeichert. Die gespeicherte Ladung wird zu einem Zeitpunkt mittels der Transfer-Taktimpulse Sm bis Si« in Vertikalrichtung transferiert bzw. verschoben, wobei die Impulse die Transfer-Zeit-(Perioden)-Dauern AT und die gewünschte Potentialbeziehung untereinander haben.

Während der nächsten Periode Nu werden die Impulse Si, und SiA der Betriebsimpulse S2 und Si potentialmäßig dem Obigen entgegengesetzt abgesenkt und elektrische Ladungen werden in dem Halbleiterkörper unterhalb der Elektroden Φι und Φί induziert. Mit dem Transfer bzw. der Verschiebung der Ladungen wird zunächst die im Halbleiterkörper unterhalb der Elektrode Φι befindliche Ladung unter die Elektrode Φ> verschoben, wie dies in F i g. 4 gezeigt ist. Daraufhin wird die Ladung mittels der Transfer-Taktimpulse Sm und Sm in gleicher Weise während der Periode Na verschoben. Wenn, wie oben beschrieben, der Ort, an dem die elektrischen Ladungen entsprechend den Eingangs-Lichlinformalionen gespeichert sind, beim geradzahligen Halbbild verschoben ist, so ist das Zentrum der Bildelemente in Vertikalrichtung natürlich um r«72 (weiter) bewegt, vergleichsweise zum Fall des geradzahligen Halbbildes. Auf diese Weise sind die Informationsinhalte der Bildelemente, die um r«72 verschoben sind, als informationen zu erhalten und es kann somit die Zeilensprung-Bildabtastung gegeben werden.

Nachfolgend wird im Zusammenhang mit F i g. 5 eine erfindungsgemäße Festkörper-Farbkamera beschrieben.

Mit il ist ein aufzunehmender Gegenstand bezeichnet, der durch das optische Linsensystem L und das oben beschriebene Farbfilter 20 auf die CCD-Anordnung 10 projiziert wird. Auf diese Weise wird ein wie gewünscht farbsepariertes Bild des Gegenstandes il auf die CCD-Anordnung 10 projiziert Wenn nun in der ungeradzahligen horizontalen Abtastzeile im ungeradzahligen Halbbild ein Ausgangssignal zu erhalten ist, daß mit So bezeichnet ist und bei geradzahligen horizontalen Abtastzcilcn ein Signal S/ zu erhalten ist, so enthält nur das Ausgangssignal Sa Farbkomponenten, wie dies für das in F i g. 3 dargestellte Farbfilter 20 ersichtlich ist. Das Ergebnis ist, daß die Farbkomponenten bei jeder zweiten bzw. bei ein über der anderen mit 1H bezeichneten der Horizontalabtastperioden zu erhalten sind. Das bedeutet, daß die Farbkomponenten in Zeilenfolge zu erhalten sind, während als Ausgangssignal Se ein Luminanzsignal zu erhalten ist, das alle Farbkomponenten enthält Zusammengefaßt, die Luminanzinformation des Gegenstandes 11 ist bei jeder horizontalen Abtastzeile zu erhalten. In gleicher Weise sind die Färb- und die Luminanzkomponenten beim geradzahligen Halbbild zu erhalten.

Der Pegel der Luminanzkomponente des Ausgangssignals So, das bei den jeweiligen Halbbildern Fo und Fe zu erhalten ist, beträgt ²Ii desjenigen Pegels des Ausgangssignals Sv. Das am Ausgangsanschluß 4 auftretende Ausgangssignal wird somit einem Pegelschaltcr-Kreis 12 zugeführt, der einen Verstärker 12Λ und einen Schalter SWi hat, der bei jeder IH-Periode Kontakt schließt, und zwar mit dem Kontakt O bei ungeradzahligem Halbbild und dem Kontakt E bei geradzahligem Halbbild.

Das Frequenzspektrum und die Phasenbeziehungen der Ausgangssignale So und Sp sind in den F i g. 6A bis 6C und in den F i g. 6A' bis 6C jeweils dargestellt.

Fig.6A bezieht sich auf das Ausgangssignal So- In diesem sind die Träger der R-, C- Und ß-Farbkomponenten bei 1/3 · τη erzeugt, da sie durch bzw. mit den jeweiligen aufgeteilten Bereichen moduliert sind. Da des weiteren die jeweiligen Farbkomponenten Phasendifferenzen von 120° haben, ist die in Fig.6A gezeigte Phasenbeziehung erfüllt. Die Weiß-Komponente IV ist nicht moduliert, da hierfür kein aufgeteilter Bereich vorliegt und deren Trägerfrequenz ist 1 /r».

In Fig.6A' ist auf das Ausgangssignal Si Bezug genommen. Dieses Ausgangssignal Se ist nur die Luminanzkomponente, und zwar aufgrund des Aufbaues des Farbfilters 20. Dementsprechend wird bei 1/3 · th kein Träger erzeugt. In den Bezugszeichen Si.o, Sno, Si.t und Sul· der F i g. 6A bis 6C und 6A' bis 6C weist der Suffix »L« auf die untere Bandkomponente, »H« auf die obere Bandkomponente, »O« auf die ungeradzahlige Abtastzeile und »E« auf die geradzahlige Abtastzeile jeweils hin.

Es wird wieder auf F i g. 5 Bezug genommen, der entsprechend Ausgangssignale So und Si, die bei einer jeden 1 Η-Periode zu erhalten sind, vom Pegelschalter-Schaltkreis 12 sequentiell und abwechselnd an ein Tiefpaßfilter 13 gegeben werden, durch das hindurch deren untere Bandkomponenten von ungefähr 1,0 bis 2,0 MHz hindurchgelassen werden; siehe F i g. 6B und 6B'. Die unteren Bandkomponenten Slo und Si_e werden an ein Subtrahierglied 14 gegeben, dem außerdem die Ausgangssignale So und Se zugeführt werden, die bezüglich ihrer Bandbreite nicht begrenzt sind. Das Differenz-Ausgangssignal S_a. das aus dem Subtrahierglied 14 zu erhalten 1st, enthält nur die oberen Bandkomponenten, wie dies in den F i g. 6C und 6C jeweils gezeigt ist. Mit 15 ist in F i g. 5 ein Verzögerungsschaltkreis bezeichnet, der zwischen dem Pegelschalter-Kreis 12 und dem Subtrahierglied 14 liegt. Dieser Verzögerungsschaltkreis 15 dient dazu, die Verzögerung der Ausgangssignale zu kompensieren, die durch das Vorhandensein des Tiefpaßfilters 13 auftritt. Das hindurchgelassene Band des Tiefpaßfilters 13 ist so gewählt, daß kein Geisterbildfehler in den Ausgangssignalen S/.< > und S/.; enthalten ist. die durch dieses hindurchgehen oder daß kein solcher Fehler durch die untere Seitenbandkomponente Sm erzeugt wird, deren Band in den F i g. 6A und 6C mit gestrichelten Linien angedeutet ist. Diese Seitenbandkomponente Sm wird bei dem Träger erzeugt, der das Zweifache (der Frequenz) der Farbkomponente hat (2/3 · n,).

Das Ausgangssignal S, des Subtrahiergliedes 14 hat nur die obere Bandkomponente und wird an ein Addierglied 16 gegeben, dem außerdem das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 13 oder die Signale Slo und Sle zugeführt werden, die nur aus unteren Bandkomponenten bestehen. In diesem Falle ist das als Differenz auftretende Ausgangssignal S₁₁, das die Farbkomponenten enthält, in jeder 1 Η-Periode zu erhalten, so daß ein Schaltkreis vorgesehen ist, der verhindert, daß dieses Ausgangssignal S₁-, dem Addierglied 16 zugeführt wird. Diesbezüglich wird das Ausgangssignal S^ mittels eines Verzögerungsschaltkreises 17 um I H verzögert, und zwar zu einem Signal S_a'. Nachfolgend wird dieses Signal S₃'

an das Addierglied 16 zusammen mit dem als Differenz auftretenden Ausgangssignal S₁, gegeben, das nicht verzögert ist. Dies erfolgt über einen Schalter SW2, der bei einer jeden 1 Η-Periode schaltet. Der Schalter SlV₂ wechselt zu einem Kontakt E über, wenn die geradzahlige horizontale Abtastzeile abgetastet wird. Der Schalter SW2 geht auf den Kontakt O über, wenn die ungeradzahlige horizontale Abtastzeile abgetastet wird. Wenn somit der Schalter SW2 an dem Kontakt O anliegt, werden, wie dies F i g. 6C'zeigt, das als Differenz auftretende Ausgangssignal S₁, und die untere Bandkomponente Sm an das Addierglied 16 gegeben. Ein Ergebnis ist, daß das Ausgangssignal eines Tiefpaßfilters 18 nur die Gleichstromkomponente S»o ist. Wenn man diese Gleichstromkomponente Sixi analysiert, ist deren untere Bandkomponente die Komponente Sm. Ihre obere Bandkomponente ist jedoch die obere Bandkomponente in der Gleichstromkomponente vor der 1 H-Periode, nämlich die obere Bandkomponente 5///-, in der kein Geisterbildfehler (siehe Fig.7A) enthalten ist. Wenn im Gegensatz dazu der Schalter SW^ mit dem Kontakt E in Berührung ist. besteht dL Gleich.^ttomkomponente Sm aus Komponenten S/r+Sui. Aus diesem Grunde wird in keinem Falle eine Geisterbildkomponente der Farbkomponente in die Gleichstromkomponenten Sdo und Sm hereingemischt. Auf diese Weise ist die Gleichstromkomponente zu erhalten, die keinen Geisterbildfehler enthält. Das heißt, daß durch geeignete Verwertung der Ausgangssignale, die von benachbarten horizontalen Abtastperioden zu erhalten sind, die Gleichstromkomponente Six· zu erhalten ist, die keinen Geisterbildfehler enthielt. Wenn dementsprechend das nicht verzögerte Ausgangssignal 5,, und das verzögerte Ausgangssignal S_a' dem Subtrahierglied 19 zugeführt werden, sind die Gleichstromkomponenten Sp₁ der gleichen Phasenbeziehung aufgehoben und es sind von dort nur die Farbkomponenten (siehe Fig. 7B) /u erhalten. Aufgrund des Aufbaues des Farbfilters 20 werden Farbkomponenten in Zeilenfolge erhalten. Wenn jedoch das nicht verzögerte Ausgangssigna! S_;, und das verzögerte Ausgangssignal S₃' wie in Fig. 5 gezeigt verwendet werden, kann die Farbkomponente vor i H als dasjenige Ausgangssignai verwendet werden, das der geradzahligen Horizontalabtastperiodc entspricht. Daher sind vom Standpunkt des Signals gesehen.die I"ai bkomponenten von allen Bereichen des Farbfilters 20 zu erhalten.

Diejenigen Farbkomponenten, die bereits der Differenzbildung unterworfen sind, werden über ein Bandpaßfilter 21 an Demodulatoren oder Detektoren 22Λ und 22B gegeben die passende Demodulationsachsen jeweils haben, um die Komponenten als gewünschte Farbkomponenten zu demodulieren. Wenn z. B. die y-Achse (F i g. 7C) als Demodulationsachse des Demodulators 22Λ ausgewählt ist, wird der Demodulator 22/4 die Farbkomponente

R-

G + B

spiel sind das Luminanzsignal Vund die Farb-Differenzsignale B- Y und R- V des NTSC-Systems als Video-Ausgangssignal an 23a bis 23czu erhalten.

Nachfolgend werden Variationen der Erfindung, und zwar anhand der Figuren, beschrieben. Die obige Beschreibung ist für den Fall gegeben, daß die Erfindung zur Durchführung eines Zeilensprung-Abtastsystems verwendet wird. Die Erfindung läßt sich jedoch aber auch für ein anderes Abtastsystem als ein solches Zeilensprungsystem verwenden. Das Farbfilter 20 sollte hierzu gemäß Fig.8 aufgebaut sein. Da die Zeichendichte der Bildclemeiik \n Vcrtikalrichtung r»' (siehe F i g. 2) ist, läßt sich für diesen Fall das Farbfilter 20 leicht herstellen, vergleichsweise zu demjenigen nach Fig.3.

Des weiteren wird die oben beschriebene CCD-Anordnung 10 in einem Halbbild-Verschiebesystem verwendet. Die CCD-Anordnung 10 nach Fig.9, die in einem Zwischenzeilen-Verschiebesystem verwendet ist, kann benutzt werden. Die CCD-Anordnung 10 dieses Systems hat Schieberegister 25, die sich in vertikaler Richtung erstrecken und deren Zahl gleich der der BiIdelemente in Horizontalrichiung isi. Die Beschreibung der anderen oder übrigen Konstruktionsmerkmale r- " weggelassen werden.

Das Farbfilter 20, das entsprechend der Fig. 10 aufgebaut ist, kann ebenfalls für die Erfindung verwendet werden. Wenn man dieses Farbfilter 20 benutzt, und falls zwei der Bildelemente, die in Vertikalrichtung ausgerichtet sind, als ein Satz genommen sind, ist eine lichtdurchlässige Einheitsfiäche des Farbfilters 20 gebildet, das die zwei Bildeleniente bedeckt. Die ungcradzahlige (oder geradzahlige) lichtdurchlässige Fläche ist in einer Anzahl oder Mehrzahl von Bereichen aufgeteilt, und zwar in bezug auf die horizontale Abtastrichtung, und außerdem sind die Abtastfiächen bei entsprechenden Halbbildern ausgewählt, wie dies die Fig. 10 zeigt.

Bei Verwendung des Farbfilters 20 nach F i g. 10 wird derselbe Effekt erreicht, wie er oben beschrieben ist.

Aus dem Vorangehenden ist es ersichtlich, daß sich für den Fachmann noch viele, im Rahmen der Erfindung liegende Variationsmöglichkcitcn ergeben.

demodulieren. Wenn in entsprechender Weise die Ar-Achse (Fig.7C) als Demodulationsachse des Demodulators 22B gewählt ist, demoduliert der Demodulator 22S die Farbkomponente B-G. Wenn somit diese Farbkomponenten und die Gleichstromkomponente einem Matrixschallkreis 23 zugeführt werden, erhält man an dessen jeweiligen Ausgangsanschlüssen 23/i, 236 und 23c die gewünschten Video-Ausgangssignqle. Zum Bei-Hicr/ti 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Festkörper-Farbkamera mit einer Festkörper-Abbildungseinrichtung, die eine Vielzahl von in horizontaler Richtung und in vertikaler Richtung ausgerichteten Bildelementen aufweist,

mit einer Projektionseinrichtung zur Abbildung eines Gegenstands auf der Festkörper-Abbildungseinrichtung,

mit einer Leseeinrichtung zum zeilensequentiellen Lesen einer dem Bild des betreffenden Gegenstands entsprechenden Bildinformation
und mit einem zwischen der Projektionseinrichtung und der Abbildungseinrichtung vorgesehenen Farbfilter, weiches aus in horizontaler Richtung zellenförmig angeordneten Farbfilterstreifen gebildet ist, die von Farbfilterelementen gebildet sind, welche in horizonialer Richtung in sich zyklisch wiederholender regelmäßiger Reihenfolge nebeneinander angeordnet sind und von denen die Farbfilterstreifen jeder zweiten Zeile untereinander übereinstimmen,
dadurch gekennzeichnet, daß lediglich in jeder zweiten Zeile Farbfilterstreifen (20) derart angeordnet sind, daß der Abbildungseinrichtung (10) lediglich während der Abtastung dieser Zeilen ein Farbsignal entnehmbar ist.

2. Festkörper-Farbkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verzögerungseinrichtung (17) vorgesehen ist, welche das Farbsignal um die Dauer eines Zeilenintervalls (1 H) verzögert.

3. Festkörper-Farbkamera nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dali die Verzögerungseinrichtung (17) eine Luminanzsignalkomponente der Zeile zuzuführen gestattet, von der das Farbsignal erhalten wird.

4. Festkörper-Farbkamera nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbfilterstreifen (20) so angeordnet oder ausgebildet sind, daß sie in bezug auf die Zeile, von der ein Farbsignal erhalten wird, einen Farbanteil (R—G— B) und einen transparenten Teil aufweisen.

5. Festkörper-Farbkamera nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daö die Abbildungseinrichtung (10) eine mit Bildübertragung arbeitende Ladungsverschiebungsanordnung (CCD-Anordnung) ist.

6. Festkörper-Farbkamera nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungseinrichtung (10) eine nach dem Zwischenzeilenverfahren arbeitende Ladungsverschiebeanordnung (CCD-Anordnung) ist.

7. Festkörper-Farbkamera nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildelemente der Abbildungseinrichtung (10) so angeordnet sind, daß bei Anwendung des Zeilensprungverfahrens mit Twei kontinuierlichen Halbbildern bei der Bildaufnahme die Bildelemente von ungeradzahligen und von geradzahligen Halbbildern sich überlappen und umfassen gemeinsam die Farbfilterstreifen (20).