DE3012183A1

DE3012183A1 - Festkoerper-farbbildkamera

Info

Publication number: DE3012183A1
Application number: DE19803012183
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Fujita; Shusaku Nagahara; Kazuo Sato; Iwao Takemoto
Original assignee: Hitachi Denshi KK; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Denshi KK; Hitachi Ltd
Priority date: 1979-03-30
Filing date: 1980-03-28
Publication date: 1980-10-30
Also published as: FR2452840A1; NL8001821A; FR2452840B1; CA1138989A; GB2048609A; GB2048609B; NL178047C; US4322740A; DE3012183C2; NL178047B

Description

1. HITACHI, LTD., Tokyo,

2. HITACHI DEiISIII KABUSHIKI KAISHA, Tokyo,

Japan

Festkörper-Farbbildkamera

Die Erfindung bezieht sich auf eine Festkörper-Farbbildkamera , und sie betrifft insbesondere eine Festkörper-Farbfernsehkamera, die eine Mehrzahl von Festkörper-Bildwandlern aufweist.

Für die weitere Erläuterung sowohl des bekannten Standes der Technik als auch der vorliegenden Erfindung selbst soll nunmehr auf die Zeichnung bezug genommen werden; in dieser zeigen:

Fig. 1 ein Schema für den Aufbau eines Festkörper-Bildwandlers ,

Fig. 2 A und 2B den Aufbau eines Bildelements und die Anordnung der Bildelemente in einem Festkörper-Bildwandler vom MOST-Typ in einem Querschnitt bzw. in einer Draufsicht,

Fig. 3 ein Schema für den Aufbau einer Festkörper-Farbbildkamera mit drei Festkörper-Bildwandlern,

j 3 LC U/0~16

Fig. 4 ein Schema für einen Bildwandler mit einer Matrix aus 6x6 Bildelementen zur Erläuterung des bei herkömmlichen Festkörper-Farbbildkameras angewandten Abtastverfahren mit Zeilensprung,

Fig. 5 die optische Anordnung der Bildwandler in einer Festkörper-Farbbildkamera gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6Aeih Impuls/Zeit-Diagramm der Vertikalablenkimpulsfolgen für das erste Halbbild bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 5,

Fig. 6B ein Impuls/Zeit-Diagramm der Vertikalablenkimpulsfolgen für das zweite Halbbild bei dem Aüsführungsbeispiel von Fig. 5,

Fig. 7 ein Blockschaltbild für eine Treiberschaltung für die Bildwandler bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5,

Fig. 8 die optische Anordnung der Bildwandler in einer Festkörper-Farbbildkamera gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 9 ein Impuls/Zeit-Diagramm für die von den Bildwandlern bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 8 erhaltenen Bildsignale,

Fig.10 und 11 schematische Darstellungen des Aufbaus

von Farbbildkameras in erfindungsgemäßer Ausführung mit drei bzw. mit zwei Bildwandlern,

Fig. 12A und 12B Beispiele für den Aufbau eines Farbfilters für die den Farben Rot bzw. Blau zugeordneten Bildwandler bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 11,

- 3 L C i k / 0 "· 1 6

Fig. 13 die optische Anordnung der den Farben Grün einerseits und Rot und Blau andererseits zugeordneten Bildwandler bei den Ausführungsbeispielen nach Fig.10 oder 11,

Fig. 14 ein Blockschaltbild für eine Treiberschaltung für eine Festkörper-Farbbildkamera der in Fig. gezeigten Bauart mit zwei Bildwandlern und

Fig. 15 ein Impuls/Zeit-Diagramm für an verschiedenen Punkten in der Treiberschaltung von Fig. 14 auftretende Signalformen.

Festkörper-Bildwandler lassen sich in drei Gruppen einteilen, näm_J.ich in solche vom MOST-Typ (Sperrschicht-Feldeffekttransistor) , solche vom CCD-Typ (Bauelement mit Ladungstransfer) und solche vom CID-Typ (Bauelement mit Ladungsinjektion) . Jede dieser drei Bautypen zeigt eine spezifische photoelektrische Umwandlungsfunktion und eine Abtastfunktion, wie sie für einen Einsatz als Bildaufnahmer erforderlich sind, wobei hinsichtlich der Einzelheiten auf einen Aufsatz von Nagahara et al auf den Seiten 368 bis 372 des Japanese journal of Electronics vom April 1976 verwiesen werden kann.

Als Beispiel für die vorerwähnten Festkörper-Bildwandler soll im folgenden ein solcher vom MOST-Typ näher beschrieben werden, wie er in Fig. 1 schematisch veranschaulicht ist. Dabei bezeichnen in Fig.1 die Bezugszahl 11 eine Horizontalablenkschaltung für die X-Koordinate oder Spaltenadresse, die Bezugszahl 12 eine Vertikalablenkschaltung für die Y-Koordinate oder Zeilenadresse, die Bezugszahl 13 als Schalter für die Horizontalablenkung dienende Sperrschicht-Feldeffekttransistoren oder kurz MOST, die durch die Vertikalablenkimpulse aus der Vertikalablenkschaltung 12 ein- und ausgeschaltet werden, die Bezugszahl 14 Fotodioden, die durch

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die Quellenübergänge der MOST 13 gebildet werden, die Bezugszahl 15 eine die Senkenelektroden der MOST 13 ein und derselben Spalte miteinander verbindende Ausgangsleitung für die Vertikalablenksignale, die Bezugszahl 16 als Schalter für die Horizontalablenksignale dienende MOST, die durch die Horizontalablenkimpulse aus der Horizontalablenkschaltung 11 ein- und ausgeschaltet werden, deren Senkenelektroden mit einer gemeinsamen Ausgangsleitung für die Horizontalablenksignale und deren Quellenelektroden mit der Ausgangsleitung 15 für die Vertikalablenksignale verbunden sind, die Bezugszahl 18 eine Treiberspannungsquelle, also eine Spannungsquelle für Videosignale, die als Treiber für die Photodioden 14 über einen Widerstand mit der Ausgangsleitung 17 für die Horizontalablenksignale verbunden ist, und die Bez.._ugszahl 20 einen Signalausgang. Die Ablenkschaltungen 11 und 12 steuern das Schalten der M0STJ16 bzw. 13 einen nach dem anderen, und die Photoströme aus dem in einer zweidimensionalen Matrix angeordneten Photodioden 14 werden über den Widerstand 19 ausgelesen. Da die Ausgangssignale der Photodioden 14 einem darauf projezierten optischen Bild entsprechen, geben diese ausgelesenen Photoströme das originale Videosignal wieder. Die Verbindung zwischen der Horizontalablenkschaltung 11 und dsm MOST 16 bewirken Leitungen 21 und die Verbindung zwischen der Vertikalablenkschaltung 12 und dem MOST 13 Leitungen 22.

Der oben beschriebene Pestkörper-Bildwandler zeichnet sich dadurch aus, daß die Quellenelektroden der MOST für die photoelektrische Umwandlungsfunktion herangezogen und für dea Aufbau der Ablenkschaltungen Schieberegister vom MOST-Typ verwendet werden können. Dementsprechend läßt sich

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ein Bildwandler dieser Art ohne weiteres und einfach mit hohem Integrationsgrad herstellen und daher unter Verwendung der MOST-LSI-Technik fertigen, wie dies in Fig. 2A und 2B gezeigt ist. Dabei zeigt die Darstellung in Fig. 2A den Aufbau eines Bildelements im Querschnitt und die Darstellung in Fig. 2B einen Ausschnitt aus der Anordnung der Bildelemente in einer Draufsicht. In den Darstellungen in Fig. 2A und 2B bezeichnen die Bezugszahl 23 ein n-leitendes Halbleitersubstrat, auf dem photoelektrische Wandlerelemente und Abtastschaltungen in integrierter Schaltungstechnik ausgebildet sind, die Bezugszahl 24 einen auf dem n-leitenden Halbleitersubstrat 23 ausgebildeten p-leitenden Bereich als Quell- oder Verunreinigungsbereich, die Bezugszahl einen MOST mit einer aus der Vertikalablenkschaltung 12 mit Vertikalablenkimpulsen gespeisten Torelektrode 25, die Bezugszahl 26 einen η-leitenden Bereich mit hoher Störstellendichte, der als Quellenelektrode für den MOST 13 dient und außerdem zusammen mit dem p-leitenden Bereich und dem sich daran ergebenden pn-übergang eine Photodiode bildet, die Bezugszahl 27 einen η-leitenden Bereich mit hoher Störstellendichte, der als Senkenelektrode für den MOST 13 dient und mit einem Ende einer Leitschicht 28 in Verbindung steht,die als Ausgangsleitung 15 für die Vertikalablenksignale dient. Das andere Ende der Leitschicht 28 bzw. der Ausgangsleitung 15 mit den Senkenelektroden stellt die gemeinsame Verbindung für eine Mehrzahl solcher MOST 13 als Schalter für die Vertikalablenkung dar und steht mit einem Ende eines MOST 16 als Schalter in der Horizontalablenkung in Verbindung,der durch die Horizontalablenkimpulse aus der Horizontalablenkschaltung 11 ein- und ausgeschaltet wird, und das andere Ende des MOST 16

C λ L I 0 ⁽ 1 ß

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hat Verbindung zur Ausgangsleitung 17 für die Horizontalablenksignale. Der Bereich 24 und das Substrat 23 werden üblicherweise auf Erdpotential (0 Volt) gehalten. In manchen Fällen kann der pn-übergang zwischen dem Bereich 24 und dem Substrat 23 in umgekehrter Richtung vorgespannt sein. Die Bezugszahlen 291, 292 und 293 in Fig. 2A bezeichnen Isolierfilme, die üblicherweise aus SiO₂ bestehen.

Im Betriebe wird die Photodiode 14 bei einer Abtastung auf die Videospannung V aufgeladen, jedoch entlädt sie sich in Entsprechung zu der Menge des darauf auftreffenden Lichtes während der Periode eines Halbbildes um den Betrag Av . Wenn dann bei der nächsten Abtastung die zugehörigen MOST 13 und 16 eingeschaltet werden, so wird diese teilweise Entladung durch einen Ladestrom aus der Spannungsquelle 18 für die Videospannung kompensiert. Dieser also der anteiligen Entladung entsprechende Ladestrom wird über den mit der Spannungsquelle 18 verbundenen Widerstand 19 ausgelesen, so daß sich am Signalausgang 20 ein Videosignal ergibt.

Ein Beispiel für einen Festkörper-Bildwandler mit einer Bildelementstruktur, wie sie in Fig. 2A und 2B veranschaulicht ist, findet sich in der ÜS-PS 4 148 048. Bei diesem Bildwandler ist das Element für die photoelektrische Umwandlung in dem p-leitenden Bereich 24 ausgebildet, und daher zeigt dieser Wandler keinen Blüh-Effekt. Außerdem wird bei diesem Wandler infrarote Strahlung fast vollständig in dem Substrat absorbiert, so daß es nicht su einer Verschlechterung des Auflösungsvermögens kommt, und der spektrale Frequenzgang im Bereich des sichtbaren Lichtes zeigt einen flachen oder ausgeglichenen Verlauf, so daß sich Videosignale von beliebigen Objekten mit hoher Bildtreue erhalten lassen. Ein derartiger Bildwandler zeichnet sich daher im Vergleich zu bisher entwickelten und beschriebenen Bildwandlern durch wesentlich verbesserte Eigenschaften aus.

: s: o a a / o s 1 s

Auch andere Bildwandler des MOST-Typs, des CTD-Typs oder des CID-Typs lassen sich in gleicher Weise in Festkörper-Farbbildkameras einsetzen.

In Fig. 3 ist ein Schema für den Aufbau einer Farbbildkamera in Drei-Chip-Bauart unter Verwendung von drei Festkörper-Bildwandlern gezeigt. In der Darstellung in Fig. wird Licht nach dem Durchgang durch eine Linse 31 beispielsweise mit Hilfe eines Farbteilers in Form eines dichroitischen P rLsmas 32 in eine rote Komponente R, eine grüne Komponente G und eine blaue Kombonente B aufgeteilt. Diese drei Komponenten R, G und B werden jeweils auf einen von drei Festkörper-Bildwandlern 34, 33 bzw. 35 fokussiert, die diesen Komponenten R, G und B zugeordnet sind. An diesen Bildwandlern 34, 33 und 35 erfolgt dann für die Lichtkomponenten R, G und B die photoelektrische Umwandlung. Bei einer herkömmlichen Festkörper-Farbbildkamera muß die optische Anordnung der Bildwandler 33, 34 und 35 zur Vermeidung eines Farbaufbruchs für jedes Bildelement eine genaue Uberlappungsdeckung aufweiiv Das Auflösungsvermögen der Farbbildkamera ist äquivalent zu dem jedes der Bildwandler 33, 34 und 35 für weißes Licht.

Bei Fernsehsendungen gemäß der in den USA und in Japan gebräuchlichen NTSC-Norm weist jedes Bild 525 horizontale Abtastzeilen auf. Die Anzahl der Bildelemente in der Vertikalrichtung muß bei jedem Bildwandler etwa die gleiche Größe erreichen wie die Anzahl der horizontalen Abtastzeilen oder sie muß wenigstens etwa 500 Elemente betragen, wenn einige davon für vertikale oder Austastintervalle weggelassen werden können. Was nun die Anzahl der Bildelemente in der Horizontalrichtung anbelangt, so muß sie wenigstens etwa 4OO betragen, damit in Abhängigkeit von einem gewünschten Aui lösungsvermögen eine befriedigende Bildqualität erreicht werden kann. Im Ergebnis müßte also jeder der drei BiId-

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wandler 33, 34 und 35 eine beträchtliche Chip-Größe aufweisen, die der eine LSI-Speicher mit einer extrem breiten Skala von mehr als 200 k-bits entspricht. Außerdem beträgt gemäß der NTSC-Norm das Verhältnis zwischen der Bildgröße in der Vertikalrichtung und der Bildgröße in der Horizontalrichtung nur 3/4, und dementsprechend ist es erforderlich, ia dieser kleineren Vertikalabmessung eine größere Anzahl von Bildelementen unterzubringen. Eine derartige Anordnung bereitet jedoch erheblich© Schwierigkeiten. Die Abmessungen eines solchen Bildwandlers würden daher im Vergleich mit üblichen Halbleiterachaltungsn in LSI-Ausführung extrem groß, w&s zum. einen eine Absenkung der Produktionsausbeute mid sum anderen ein® Erschwerung d©r Fertigung mit sich bringen würde. Außerdem rauß auch das entsprechende optische S^stom wie beispielsweise das als Farbteiler eingesetzte äisteoitische Prisma entsprochen©! gsöB bemcffsea werden. Dfisrdü gehen dann abar aim sagsstrsbtea Vorteile- ©iner FiiEfeMldkamera in Festkörpisrausführun-wäsnlich Kompaktheit, g&iiiages Gewicht und güastigo Hürstdllungskostesa, verloren, ©s ergeben sich sogas slbsolwt© Froduktionshindernisse.

Di© Ferasehnorm sieht siss Mbt&mtnng mit Zellensprung ναι:ρ bsi dms während ©ia©s l&Ibbiidios aur jede zweite hori= SQßtai© Seil© nachgesoiefeaot wird und die verbleibenden BOL"i2©iatalea Zeilen sar Vsui'ollstljaälgumg des Bildes aufsiaaaderfolgsad wälieead des ^t-;@£toa Halbbild©® aachgezogan werdea» Si(S pliotoeloktrisch tasagegoteatsss Sigaala aas den Bildwandlssa 33, 3Ό un& 35 messen di@@jsr I-JatzzttiQism aagspaßt werden. Zur säßSEQa Erlliaterungidüsscis- Äötsstaiag sit Seilensprung ist ia D³Ig₀ 4 in vex@inis.cb.tmz DsirstoIIaag ©in Bildwandler 41

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- 11 mit einer Matrix aus nur 6x6 Bildelementen 42 dargestellt.

Gemäß der Darstellung in Fig. 4 werden von sämtlichen horizontalen Zeilen A₁, B₁, A-, B₂, A₃ und B₃ aus Bildelementen 42 die Zeilen A₁, A₂ und A₃ während der ungeradzahligen Halbbilder abgetastet, während die Zeilen B₁, B₂ und B₃ gemäß dem oben beschriebenen Zeilensprungverfahren während der geradzahligen Halbbilder abgetastet werden.

Für eine derartige Abtastung bedarf es eines komplizierten Schaltungsaufbaus, der die Umschaltung zwischen den einzelnen Abtastzeilen für jedes Halbbild in dem Bildwandler 41 bzw. den Bildwandlern 33, 34 und 35 bei dem System von Fig. bewirkt.

Außerdem ergibt sich bei dieser Art der Abtastung aus Signalen, die nach Vollendung der Abtastung der Zeilen A₁, A₂ und A₃ in einem geradzahligen Halbbild in den ausgelassenen Zeilen B₁, B₂ und B₃ verbleiben, ein Überlagerungseffekt für bei der nächsten Abtastung im geradzahligen Halbbild ausgelesene Signale aus den Zeilen B₁, B₂ und B₃, was zu einem unerwünschten Nachbild oder Nachleuchten in dem reproduzierten Bild führt. Um ein solches Nachbild zu vermeiden, ist es erforderlich, die Signale ausfeilen Bildelementen in jedem Halbbild auszulesen. Zu diesem Zwecke werden in den ungeradzahligen Halbbildern Paare von Zeilen A₁ und B₂, A„ und B₂ und A₃ und B₃ nacheinander abgetastet, und in den geradzahligen Halbbildern werden andere Paare von Zeilen, beispielsweise die Zeilenpaare B₁ und A₂, B₂ und A₃ usw. nacheinander abgetastet. Dies bedeutet aber eine noch weitere Komplikation für den oben erwähnten Schaltungsaufbau und verlangt außerdem eine komplizierte Signalaufbereitung.

; 2: c /, 4 / 0 ~ 1 s

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überdies muß im Falle der NTSC-Norm die Anzahl der Bildelemente in der Vert^ikalrichtung einen Wert von etwa 500 erreichen, um ein Bild abzudecken, wie dies oben erwähnt ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Festkörper-Farbbildkamera zu schaffen, die ohne Zeilensprungmechanismus auskommt und sich insgesamt mit kleinen Abmessungen und geringen Kosten herstellen läßt.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Festkörper-Farbbildkamera, wie sie im Patentanspruch angegeben ist; vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im Ergebnis führt die Erfindung zu einer Festkörper-Farbbildkamera, die eine Mehrzahl von Festkörper-Bildwandlern aufweist, von denen jeder eine zweidimensionale Anordnung von Bildelementen enthält, die mit jeweils vorgegebenem Abstand in vertikaler und horizontaler Richtung angeordnet sind, wobei die optische Anordnung eines dieser Bildwandler in bezug auf einen anderen Bildwandler um den halben Wert eines Bildelementabstandes in vertikaler Richtung verschoben ist und die Horizontalabtastung in den ungeradzahligen und den geradzahligen Halbbildern für entweder den einen oder den anderen der Bildwandler zeitlich um eine Horizontalabtastzeile versetzt ist.

Bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Festkörper-Farbbildkamera kann die Anzahl der Bildelemente für jeden Bildwandler auf die Hälfte oder gar auf 1/4 der Anzahl der

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Bildelemente reduziert werden, die bei einem Bildwandler für eine Festkörper-Farbbildröhre in herkömmlicher Ausführung erforderlich sind.

In bevorzugter Ausführung läßt sich die Erfindung beschreiben als eine Festkörper-Farbbildkamera mit drei Festkörper-Bildwandlern, von denen jeder eine zweidimensionale Anordnung von Bildelementen mit vorgegebenen Abständen in vertikaler und horizontaler Richtung aufweist, wobei diese drei Bildwandler den Farben Grün, Bot und Blau zugeordnet sind und die optische Anordnung des ersten Bildwandlers in bezug auf den zweiten und den dritten Bildwandler um einen halben Bildelementabstand in yertikalerRichtung verschoben ist.

Als nächstes soll die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen beschrieben werden.

Die Darstellung in Fig. 5 zeigt die optische Anordnung der Bildwandler 33, 34 und 35 bei einer ersten Ausfuhrungsform der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der G-BiIdwandler 33 für das grüne Licht um die Hälfte eines BiIdelementXabstandes P„ in vertikaler Richtung gegenüber den R- und B-Bildwandlern 34 und 35 für das rote und das blaue Licht verschoben. Die Größenordnung für die Uberlappungsdeekun; der Bildwandler kann willkürlich gewählt werden.

Bei einer Festkörper-Farbbildkamera mit Bildwandlern der für das Ausführungsbeispiel von Fig.5 gezeigten Art werden beispielsweise während der ungeradzahligen Halbbilderzeilenpaare G. und M₁, G₂ und M- usw. abgetastet, während in den geradzahligen Halbbildern andere Zeilenpaare G₂ und M^■

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G, und M₂ usw. abgetastet werden, indem die Abtastung für die G-Zeilen um eine horizontale Abtastzeile verschoben ist.

Bei einem Farbfernsehsystem wird das Auflösungsvermögen in Abhängigkeit vom Leuchtdichtesignal bestimmt. Das Leuchtöichtesignal enthält die rote, die grüne und die blaue Signalkomponente R, G und B₀ Gemäß der NTSC-Norm besteht zwischen der Summe R + B aus den beiden Komponenten R und B

und der Komponente G ein

Verhältnis von 0,41 au QpSSo Der Farbausgleich wird jedoch nicht wesentlich beeinträchtigt, selbst wenn dieses Verhältnis einen Wert von 0,5 zu 0,5 annimmt. Auf diese Weise führt eine Festkörper-Farbbildksaasra, die mit der Bildwandlergeometrie voH Fig. 5, einem modi£islobten Signalverhältnis von 0^5 zu 0,5 und dem ober^esehriebenen Äbtastschema arbeitet, su einer Folge vor Ik8i2<5fetdiefet@sigaal@:a, di© für aufeinanderfolgende Halbbilder era dos asl-fesn Wert eines Biidkslements-Eögtandes P^. in v©rtikal®e Sichtung verschoben siß<ä,o Dies jsdäsutet, daß sich ©la Effekt orziolsn: läßt^der äquivalent ist mit eingi? Anoräa«Eg_p b@i d©r di© Zaazahl der Bildalemente in der Vertifcalridhtuag ^oKtoppelt ist* Dafoea· ist es r:5flieh, selbst b@i ^tfmanümz d®r E^SSS-Noeie die Vsrtikalrichtiung <sia@s Halbbildes nns E-It Qti-?& 2SO 33IM®leisesten zn i'Jaiterhin ist das ia oksx ©fesa teseferiobenes ösispiel vecvrsadefeG z^baSctsslKSEa Ie sksr Wirlrang cit dem Zeil-aaspEmg^GLifcLiecari,; vlm oss der abtaetaors für üiQ FarbferasehsystQiES siTi-äcjsieät _o Daait wird -wenst&ndllok _e &&B bei VerwGaduRg el@ir e-ptisshsE aa©säausig dl@r Bildwandler cSiEtäS dem verstetesadlsa ZliisirtliEiaagsJb^ispiiel fiie Snsalal der Eildelement© ia vsstikalGi? I?iefetEmf aef di@ Sälft© ekse" Ansafel esi? bei einsn: Femccr-ür^smc:^ T©2wsMiBtaa iyst£,äBtz(sil©si

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werden kann und daß außerdem kein Nachbild auftritt.

Das Weiterschalten der Abtastung von einem Halbbild zum nächsten läßt sich ohne weiteres und ohne die Verwendung spezieller Schaltmechanismen für die Bildwandler selbst durchführen. So ist es beispielsweise bei der Bildwandleranordnung nach Fig. 5 lediglich erforderlich, zu den Vertikalablenkimpulsen für den G-Bildwandler 33 während des Vertikalrücklaufintervalls T_ unmittelbar vor einem geradzahligen Teilbild einen Impuls 61 hinzuzufügen, wie dies aus den Darstellungen in Fig. 6A und 6B ersichtlich ist. Die Darstellung in Fig. 6A zeigt dabei die Vertikalablenkimpulsfolge für ein ungeradzahliges Halbbild, während in Fig. 6B die Vertikalablenkimpulsfolge für ein ungeradzahliges Halbbild dargestellt ist. In beiden Darstellungen bezeichnet die Bezugszahl . 62 eine den Bildwandlern 34 und 35 zugeführte Impulsfolge und die Bezugszahl 63 eine dem Bildwandler 33 zugeführte Impulsfolge.

Die Darstellung in Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild für eine Treiberschaltung für die Bildwandler von Fig. 5 bzw. für die Steuerung der Ablenkschaltungenffür diese Bildwandler. In Fig. 7 speist ein Impulsgenerator 71 für synchrone Treiberimpulse mit den jeweiligen Vertikalablenkschaltungen im G-Bildwandler 33 und den M-(R- und B-)Bildwandlern 34 und 35 verbundene Steuerleitungen 72 bzw. 74 mit Vertikaltreiberimpulsen V, mit den jeweiligen Horizontalablenkschaltungen in den G-, R- und B-Bildwandlern 33, 34 und 35 verbundene Steuerleitungen 77 bzw. 76 mit Horizontaltreiberimpulsen H und eine Leitung 75 mit einem Halbbildschaltimpuls F. In den Zug der Steuerleitung 72 für Vertikalablenkimpulse

.,: c κ 4 / ο, 13

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für den G-Bildwandler 33 Ist eine Treibersteuerschaltung 73 eingefügt. Diese Steuerschaltung 73 erhält außerdem über die Leitung 75 den Halbbildschaltimpuls F zugeführt, und sie erzeugt daraus den oben erwähnten Impuls 61 im VertikalrücklaufIntervall T_. Anstelle der Treibersteuerschaltung 73 kann in die Steuerleitung 74 für die Vertikalablenkimpulse für die R- und B-Bildwandler 34 bzw. 35 eine Verzögerungsscl^Latung eingefügt sein, die eine Verzögerung um eine Horizontalablenkperiode bewirkt und eine Steuerstufe enthält, die eine Umschaltung zwischen einer direkten Kopplung und einer verzögerten Kopplung in Reaktion auchöen Halbbildschaltimpuls F auslöst.

In Fig. 8 ist eine weitere Ausfuhrungsform der Erfindung dargestellt, bei der die optische Anordnung des Bildwandlers wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel um den halben Wert des Bildelementabstandes P_v in vertikaler Richtung und äußerndem um den halben Wert des Bildeiementabstandes P„ in horizontaler Richtung gegenüber den Bildwandlern 34 und 35 verschoben ist. In diesem Falle sollten entsprechend der Darstellung in Fig. 9 Videosignale 91, 92, und 93 zeitlich um eine Periode verschoben sein, die einem halben Bildelement aus den G-, B- und R-Bildwandlern 33, 35 bzw. 34 äquivalent ist. Zu diesem Zwecke können die Horizontalablenkimpulse für die R- und B-Bildwandler 34 bzw. 35 um 180° in bezug auf die Horizontalablenkimpulse für den G-Bildwandler 33 verzögert ««in, oder es können die gleichen Horizontalablenkimpulse für die Bildwandler 33, 34 und 35 verwendet werden, wobei dann die Ausgangssignale der Bildwandler 34 und 35 über eine Verzögerungsschaltung geleitet werden, die eine einem halben Bildelement äquivalente Verzögerung liefert.

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Bei einer nach dem Ausführungsbeispiel von Fig. 8 arbeitenden Festkörper-Farbbildkamera wird das Leuchtdichtesignal des G-Bildwandlers 33 durch die Leuchtdichtesignale der R- und B-Bildwandler 34 und 35 interpoliert. Da das Auflösungsvermögen vom Leuchtdichtesignal abhängt, läßt sich so das resultierende Horizontalauflösungsvermögen im Vergleich zu dem mit jedem einzelnen Bildwandler erreichbaren Horizontalauflösungsvermögen nahezu verdoppeln, Mit anderen Worten ausgedrückt kann die Anzahl der Bildelemente sowohl in der Hori zontalrichtung als auch in der Vertikalrichtung bei dieser Ausführungsform im Vergleich zu einer üblichen Bildwandleranordnung halbiert werden, so daß sich insgesamt die Anzahl der Bildelemente in horizontaler und vertikaler Richtung auf ein Viertel des üblichen Wertes verkleinern läßt. Darüber hinaus kann ein für ein Farbfernsehsystem geeignetes Farbsignal erhalten werden, ohne daß dazu ein Zeilensprungmechanismus für die Bildwandler erforderlich ist. Diese Idee einer Verbesserung des Horizontalauflösungsvermögens ist zwar bereits bekannt, die praktische Auswirkung dieser Idee wird aber bei einer Kamera gemäß dieser Ausführungsform besonders vorteilhaft, bei der sich die Anzahl der Bildelemente in vertikaler Richtung halbieren läßt, in welcher Richtungjdie Anordnung von zahlreichen Bildelementenbesondere Schwierigkeiten bereitet hat.

Die Bildwandler der Ausführungsformen nach Fig. 5 und 3 können zur Zuführung ihrer jeweiligen Lichtkomponenten in Kombination mit einem optischen System verwendet werden, wie es in Fig.10 oder 11 gezeigt ist.

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Die Darstellung in Fig. 10 zeigt eine Farbbildkamera der Dreiwandlerbauart mit drei getrennten Bildwandlern V„

V_n und V_ für die drei Primärfarben Grün, Rot und Blau. Dabei bezeichnen in Fig. 10 die Bezugszahl 101 eine Objektivlinse, die Bezugszahlen 102 und 103 Spiegel mit Totalreflexion, die Bezugszahl 104 einen rotes Licht reflektierenden Spiegel und die Bezugszahl 105 einen blaues Licht reflektierenden Spiegel.

Die Darstellung in Fig., 11 zeigt eine Farbbildkamera der Zweiwandlerbauart unter Verwendung eines Bildwandlers V für grünes Licht und eines Mehrzweckwandlers V für rotes und blaues Licht, Ir Fig_o 11 bezeichnet die Bezugszahl 111 eine Objektivlina® und di© Eozugssahl 112 einen rotes und blaues Lieht reflektierendes Spiegel. Der Bildwandler V₀-, in Fig, 11 ist mit eiRcssi HaosalkaE-c^-i-n Filter im

v®stsehon_f das rote «ad blsma Filtsrcslcimemt© enthält; die einsprechend den Bild®l@si(sat©a ang®osän®t sind, wie dies is IFIg₀ U2A oder 12B g@s©i§t ist ₀ raä rot® und blaue Signale in einer Signalversirbaifc'aagsgefealtoag voneinander

Wi© eil© Darstellung £s S°ig_o 13 ooigt,? isst di© optische awsmg des BildwasiälfSSO "/^ £ms gsitsms Liefet, ä©r ia Fig_o 'S3 fe ü<3s Sszugssahl 13'j iß^ssieZiECät istp UEi ©isaen feal&era BiId- on^utahotaziä in ^©s-iikalsir mohtrniqj g@g®iaSfe©r -äem BiM-lss¹ 7„^ £üz rotes enadl blcnäi3 Msfit (bsi oineff

In der Darstellung in Fig. 13 bezeichnen L₁, L₂ und L. Horizontalabtastzeilen für den Bildwandler 131, während mit HL, H₂ und H₃ Horizontalabtastzeilen für den bzw. die Bildwandler 132 bezeichnet sind. Die Zeilensprungabtastung geschieht dann beispielsweise so, daß die Zeilen L₁ und H₂/ L₂ und H-, L_ und H₃ usw. für das erste Halbbild ausgewählt werden, während im zweiten Halbbild die Zeilen L₁ und H₂, L₂ und H₃ usw.ausgewählt werden.

Da die Abtastung für das erste Halbbild um eine Horizontalzeile gegenüber der für das zweite Halbbild verschoben ist, tritt in diesem Falle eine Nachlauferscheinung in dem erzeugten Bild auf, die zu einer Verschlechterung der Bildqualität führt. Da jedoch das Leuchtdichtesignal in einem Fernsehsystem im allgemeinen gegeben ist durch die Formel E_v = 0,3 E_n + 0,59 Ε. + 0,11 E_, läßt sich die Verschlechterung der Bildqualität vermindern, wenn das G-Signal mit seiner großen Energie festgehalten wird, während die Nachlauferscheinung in den R- und B-Signalen auftritt, die nur geringe Energie besitzen.

Die Darstellung in Fig. 14 zeigt ein Blockschaltbild für eine Treiberschaltung, die sich sowohl für eine Kamera der Zweiwandlerbauart nach Fig. 11 als auch für eine Kamera der Dreiwandlerbauart nach Fig. 10 eignet. In Fig. 15 sind Signale veranschaulicht, wie sie an verschiedenen Stellen der Treiberschaltung von Fig.14 auftreten.

Vertikaltreiberimpulse 142, die von einem Impulsgenerator für synchrone Treiberiropulse für den Zeilensprung erzeugt werden, werden in Fig. 14 einer Verzögerungsschaltung 134 zugeführt. Verzögerte Impulse 143 aus der Verzögerungsschaltung

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und Taktimpulse 145 für die jeweiligen Vertikalablenkschaltungen der Bildwandler 131 und 132 werden in Fig. 14 einem Impulsformer 135 zugeführt, der seinerseits Startimpulse 144 für die Vertikalablenkschaltung für den Betrieb des Bildwandlers 131 für grünes Licht liefert.

Startimpulse 151 für die Vertikalablenkung im Betrieb des oder der Bildwandler 132 für rotes und blaues Licht werden in folgender Weise erhalten.

Die vom Impulsgenerator 131 erzeugten Vertikaltreiberimpulse 142 und gleichfalls von dem Generator 133 erzeugte Halbbildimpulse 146 werden einer Torschaltung 136 zugeführt, die ihrerseits ein Ausgangssignal 147 abgibt, das nur während der Periode I des ersten Halbbildes vorhanden ist, in der zweiten Halbbildperiode II dagegen fehlt. Dieses Ausgangssignal 147 wird einer Verzögerungsschaltung 137 zugeführt, die verzögerte Impulse 148 abgibt. Diese verzögerten Impulse 148 und die Taktimpulse 145 werden einem Impulsformer 138 zugeführt, der seinerseits einen Vertikalstartimpuls 152 liefert, der nur in der zweiten Halbbildperiode II vorhanden ist und dem Vertikalstartimpuls 144 für den Bildwandler 131 für grünes Licht um eine Vertikaltaktimpulsdauer vorausläuft. Der vom Impulsgenerator 133 erzeugte Halbbildimpuls 146 wird durch einen Inverter 139 in seiner Polarität umgekehrt, womit sich ein Halbbildimpuls 149 ergibt. Dieser Halbbildimpuls 149 und der Vertikalstartimpuls 144 für den Bildwandler 131 für grünes Licht werden einer Torschaltung 140 zugeführt, die ihrerseits einen Ausgangsimpuls 150 abgibt, der nur während der ersten Halbbildperiode I vorhanden ist und gleichphasig ist mit dem Vertikalstartimpuls 144. Der Impuls 150 und der Impuls 152 werden

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einer Torschaltung 141 zugeführt. Das Ausgangssignal dieser Torschaltung 141 liefert die Vertikalstartimpulse 151 für die Vertikalablenkung beim Betriebe des oder der Bildwandler für rotes und blaues Licht.

Die Zeilensprungabtastung der Bildwandler 131 und 132 erfolgt durch die Kombination der Startimpulse 144 und 151, von denen die Impulse 144 im ersten und im zweiten Halbbild gleichphasig sind, während die Impulse 151 im ersten und im zweiten Halbbild um eine Vertikaltaktimpulsdauer gegeneinander verschoben sind.

In der in Fig. 14 gezeigten Schaltung werden die Taktimpulse 145 für die Vertikalablenkschaltungen den Bildwandlern 131 und 132 gemeinsam zugeführt, diese Bildwandler 131 und 132 können aber auch mit verschiedenen Taktimpulsen betrieben werden. Die Impulse 144 und 151 werden bei der oben beschriebenen Ausführungsform auf der Basis der Vertikaltreiberimpulse 142 erzeugt, sie können aber auch auf der Basis anderer, den Impulsen 142 ähnlicher Impulse gewonnen werden. Außerdem kann der VertikalStartimpuls für den Bildwandler 132 von solcher Art sein, daß er sich in der zweiten Halbbildperiode II mit dem Impuls 144 in Phase befindet und diesem Impuls 144 in der ersten Halbbildperiode I vorausläuft.

Wie oben bereits erwähnt, läßt sich gemäß der Erfindung die Anzahl der Bildelemente in einem Bildwandler auf die Hälfte oder auf 1/4 der bei einem herkömmlichen Bildwandler üblichen Anzahl reduzieren, und weiter kommt der Bildwandler gemäß der Erfindung ohne einen Zeilensprungmechanismus aus, so daß sich die Abmessungen und die Gestehungskosten für den

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Bildwandler vermindern lassen und sich insgesamt eine -kleine, leichte und kostengünstige Festkörper-Farbbildröhre ergibt.

In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen sind Farbbildkam^eras der Zwei- oder Dreiwandlerbauart für die Verarbeitung der drei Lichtkomponenten Rot, Grün und Blau behandelt worden, doch lassen sich auch andere Anordnungen verwenden, wenn die zu Rot, 6rün und Blau komplementären Lichtkomponenten oder beliebige andere Lichtkomponenten verarbeitet werden sollen.

Weiterhin läßt sich die Grundidee der Erfindung nicht nur in Farbbildkameras einsetzen, sondern sie erweist sich als vorteilhaft auch für monochromatische Kameras. Wenn nämlich beispielsweise zwei Bildwandler in d©r Weise einander überlappt werden, daßjäer eine gegenüber dem anderen in vertikaler Richtung oder in vertikaler und horizontaler Richtung um den halben Wert eines Bildelementabstandes^ verschoben ist und ein analoges SignalVerarbeitungsschema verwendet wird, wobei die beiden Bildwandler in diesem Falle allein Leuchtdichtesignale abgeben und das gleiche Gewicht haben, so läßt sich eine kleine und kostengünstige Festkörper-Kamera, die ein hohes Auflösungsvermögen besitzt und sich für Fernsehzwecke eignet, mit Festkörper-Bildwandlern von geringeren Abmessungen bauen.

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Leerseite

Claims

Patentanwälte 81 -3o.« ο 4p BEETZ-LAMPRECHT-BEETZ _{on 1O1O},

6000. München 22 - Stetasdorfstr. 10 oUlllOO

Patentansprüche 28. März I980

Festkörper-Farbbildkamera mit einer Mehrzahl von Festkörper-Bildwandlern, von denen jeder eine zweidimensionale Matrix von Bildelementen aufweist, die mit vorbeotimmtem Mittenabstand in vertikaler und horizontaler

Iiiehtung angeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet,

daß die optische Anordnung eines Bildwandlers (33; Ι3Ό in Bezug auf den oder die anderen Bildwandler (34» Xj\ 13«-) um einen halben Bildelementabstand (P„) in Vertikalrichtung verschoben ist

und
daß die Horizontalabtastung in den ungeradzaniit-en Iiainfiildern für entweder den einen oder den bzw. die anderen Bildwandler zeitlich um eine Horizontalablenkzeile versetzt ist.

?. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die n-te Horizontal zeile des einen Bildwandlers (33; I5I) und die n-te Horizontalzeile des oder der anderen Bildwandler (34» t>J\ 132) in den ungeradzahligen Halbbildern und die (n + i)-te Horizontalzeile des einen Bildwandlers und die n-te Horizontalzeile des bzw. der anderen Bildwandler in den geradzahligen Halbbildern gleichzeitig abgetatet werden.

.,. Kamera nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die n-te Horizontal zeile des einen Bildwandlers (io; Ι5Ό ¹^d die η-be Horizon balzeile des oder der anderen Bildwandler (^4» :>» 1^?) in den ungeradzahiigen Halbbildern und die n-te Horizontalzeile des einen Bildwandlers und die (n + l)-te Horizontalzeiel des bzw. der anderen Bildwandler in den geradzahligen Halbbildern gleichzeitig abgetastet v/erden.

4. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die optische Anordnung des einen Bildwandlers (üoj '3'O in isezug auf den bzw. die anderen Bildwandler (34» 3o> 152) um einen halben BiIdeleinentabstand (ί\τ) in Ilorizontalrichtung verschoben ist.

'j. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Bildwandler (335 I31) dem grünen Licht zugeordnet ist und zwei weitere Bildwandler (34, ^₅ 1 tf) fibr rotes und für blauer· Licht vorgesehen sind.

81-(A4527-O3)DfF

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BAD ORIGINAL

G. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis j, dadurch gekennzeichnet, daß den üildwandlern {j'j, 34 j 'y)i 1^1, 1.5²) Filter für die Erzeugung von Licht vorbestimmter I'arbe vorgeschaltet sind und eine Steuerschal tung für den Betrieb der Ablenkschaltungen zugeordnet ist, die der Vertikalablenkschaltung für den einen Bildwandler Startiinpulse zuführt, die den Abtastvorgang in jedem Halbbild mit einer vorgegebenen Horizontalzeile beginnen lassen, und die Yertikalablenkschaitung für den oder die anderen Bildwandler mit Gtartimpulsen speist, die den Abtastvorgang für jedes zweite Halbbild an einer um eine Horizontalzeile gegenüber der Horizontal^eile für den Start dec Abtaslvor£/i.nges an dew einen Bildwandler verschobenen Stelle beginnen lassen.

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BAD ORIGINAL