DE3111300A1

DE3111300A1 - Photoelektrische wandlervorrichtung

Info

Publication number: DE3111300A1
Application number: DE3111300A
Authority: DE
Inventors: Takashi Kamakura Kanagawa Kawabata; Hosoe Tokyo Kazuya; Takao Kinoshita; Shinji Sakai; Nobuhiko Shinoda
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1980-03-22
Filing date: 1981-03-23
Publication date: 1982-01-14
Also published as: JPS56132876A; DE3111300C2; JPH0114749B2; US4415924A

Description

Τιρπτκρ - RnMMMr - Kusmc-" ■- '-"·■ -- - Patentanwälte und IEDTKE DUHLING IVINHE.« ; ; „- -„- -; Vertreter beim EPA

GRIiPP - Ppi ι mann -^:--"~^: * "*-^: ~-'~ ' ~~~' "" ^D|P'--^|n9· H.Tiedtke RUPE rELLMANN Dipl.-Chem. G. Bühling

3111300 Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Ing. R Grupe Dipl.-Ing. B. Pellmann

Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2

Tel.: 0 89-539653

Telex: 5-24845 tipat

cable: Germaniapatent München

23. März 1981 DE 1107

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CANON KABUSHIKI KAISHA
Tokyo, Japan

Photoelektrische Wandlervorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf photoelektrische Wandlervorrichtungen, die als Bildaufnahmeelemente für Fernsehkameras oder Sensorelemente für Systeme zur selbsttätigen Scharfeinstellung von photographischen Kameras verwendbar sind.

In der letzten Zeit haben photoelektrische Wandlervorrichtungen mit kleinsten photoelektrischen Wandlerelementen gesteigerte Anwendung als Bildaufnahmeelemente in Fernsehkameras oder als Vorrichtungen für die automatische Scharfeinstellung von.photographischen Kameras gefunden. Im einzelnen wurden nämlich eine große Anzahl von Siliciumphotodioden (SPD) in einer eine X-Y-Zuordnungseinrichtung bildenden Anordnung und eine Ladungskopplungseinrichtung (CCD) als ein Lichtsensor verwendet, der die Helligkeitswerte der unterschiedlichen Bildteilchen in einer Bildebene zu zeitlich aufeinanderfolgenden elektrischen Signalen umsetzt, welche in Form eines Videosignals ausgelesen

35 werden.

vi/rs

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deutsche Bank (München) KIo. 51/610?0

Dresdner rjnnk (Munchon) KIo 3939 BAA

Postscheck (München) KIo 670-43-804

Ferner wurde auch als Lichtsensor eine Elektronenstrahlabtastungs-Bildaufnahraevorrichtung wie beispielsweise in Form einer Vidicon-Bildaufnahmeröhre verwendet, die eine Aufnahmefläche aus fein verteilten photoelektrisehen Teilchen hat, auf die das Bild eines Objekts fokussiert wird, während sie zur Erzielung eines Videosignals mittels eines feinen Elektronenstrahls abgetastet wird. Dieser Abtastungs-Elektronenstrahl ist an der Aufnahmeebene im Querschnitt nahezu rund. Mittels dieses Elektronenstrahls werden die Helligkeitsinformationen über die verschiedenen Bildteilchen in zeitlicher Aufeinanderfolge ausgelesen, um Ausgangssignale in Form eines Videosignals zu erhalten.

Andererseits war es beim Aufbau eines zweidimensionalen Lichtsensors unter Verwendung einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung wie einer Ladungskopplungsvorrichtung bzw. Ladungsverschiebevorrichtung (CCD) nach dem Stand der Technik allgemein üblich, jedes Element in dem photoelektrischen Wandler quadratisch zu gestalten. Diese quadratischen Elemente integrieren die Objekthelligkeitswerte innerhalb der entsprechenden Lichtempfangsflächen und speichern sie in Form von Ladungen, die dann durch Selbstübertragung bzw. Selbstabtastung im Ansprechen auf Taktimpulse aufeinanderfolgend abgefragt werden. Damit können die Informationen bezüglich der Helligkeitswerte der Uon.Afilreaaün dor jfjwci 1. iyen Κ]<·ιιΐί?ηΐ"θ ontsprudhenden verschiedenen Bildteilchen als zeitlich aufeinanderfolgende Signale gewonnen werden.

Im Zusammenhang hiermit ist anzuführen, daß bei der zur Bestimmung der jeweiligen einzelnen Bildteilchen vorgenommenen Anordnung von einzelnen kleinsten photoelektrischen Wandlerelementen ein jedes der kleinsten

Elementen die Summe der Helligkeit innerhalb seiner Bildaufnahmefläche in eine entsprechende elektrische Größe

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umsetzt; wenn daher gemäß den voranstehenden Ausführungen jedes kleinste Element eine Quadrat- oder Rechteckfläche hat, kann streng genommen das Ausgangssignal eines jeweiligen Elements nicht als Probenentnahme der Helligkeit des betreffenden Bildabschnitts bezeichnet werden.

Im allgemeinen ist nämlich mit "Bildinformation über jedes kleinste Bildteilchen" im wesentlichen der Wert bezeichnet, der durch Integration der Helligkeit

unter von der Mitte der Fläche des Bildteilchens nach außen zu fortschreitender Verringerung des Bewertungsgewichts für den Helligkeitswert erzielt wird. Im Falle der quadratischen photoelektrischen Wandlerelemente ist eine derartige Gewichtsbewertung vernachlässigt und

• 5 statt dessen eine Vergleichmäßigung eingeführt.

Es bestehen jedoch Ausnahmen, falls das Objektiv zur Abbildung des Objektbilds auf der Anordnung dieser photoelektrischen Elemente so große Abbildungsfehler ™ hat, daß die Helligkeitswerte von auf entsprechende Bildstellen an der Brennebene verteilten verschiedenen Objektstellen einer gewissen Gewichtsbewertung unterliegen. In diesem Fall kann der sich aus der vorstehend beschriebenen besonderen Form der jeweiligen kleinsten Bilderfassungselemente ergebende Fehler in einem gewissen Ausmaß kompensiert sein. Wenn jedoch die Ausgangssignale der Elemente beispielsweise zwischen zwei benachbarten Signalstellen bzw. Bits miteinander verglichen werden, führt die Verwendung des Aufbaus aus den quadratischen bzw. Recht-

eck-Elementen zur Entstehung eines großen Abstands zwischen den Ausgangssignalen, da das Bewertungsgewicht in der Nähe der Grenze zwischen den beiden Elementen größer als das tatsächliche wird.

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] Eine weitere Schwierigkeit entsteht beispielsweise dann, wenn zwei oder drei Bilder des gleichen Objekts
über ein Zwischensystem wie ein dichroitisches Spiegelsystem oder andere geeignete Lichtaufteilungssysteme
auf jeweiligen Bildaufnahmevorrichtungen abgebildet werden, wie es bei Farbfernsehkameras der Fall ist. Wenn
die Ausgangssignale dieser mehreren Bildaufnahmevorrichtungen zur Erzielung eines Videosignals verarbeitet werden, ist es notwendig, die Relativlage der photoelektrisehen Wandler genau zu justieren, da sonst ihr Einfluß

auf das Ausgangssignal sehr auffällig in Erscheinung treten würde, wenn wie bei dem Quadrat- bzw. Rechteckmuster hinsichtlich der Helligkeitsintegration keine Gewichtsbewertung von der Mitte weg erfolgt. Da insbesondere bei der Gestaltung des Musters als zweidimensionaler Sensor
in einem Fernsehsystem die Querrichtung des Bildfelds
mit der Zeilenabtastrichtung und der Richtung des zeitlich aufeinanderfolgenden Auslesens der Signale übereinstimmt, muß die spätere Signalbearbeitung unter Verwen-

dung sehr komplizierter Einrichtungen erfolgen, da es

sonst schwierig ist, den vorstehend beschriebenen Fehler zu beheben.

Da die Zwischenzexlenabtastung angewandt wird,

tritt hinsichtlich der Vertikalrichtung bei Photosignalen aus vertikal benachbarten Wandlerelementen ein Zeitabstand in der Größenordnung von ungefähr 1/6 0 (1/50) Sekunden auf; daher ist unabhängig davon, wie gut die spätere Bearbeitung der Signale ausgeführt werden kann, die
Pufferung des Signalabstands zwischen dem oberen und dem unteren der beiden Bits bzw. Signalpunkte sehr schwierig zu erreichen.

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— D —■·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine photoelektrische Wandlervorrichtung zu schaffen, bei der die Probenabfrage von Helligkeitsinformationen über ein Objektbild genauer als bisher möglich ausführbar ist.

Ferner sollen mit der erfindungsgemäßen Wandlervorrichtung den Bildteilchen entsprechende, zeitlich aufeinanderfolgende Signale erzielbar sein, die besser '^ für die nachfolgende Signalbearbeitung mit einfachen Signalverarbeitungsverfahren geeignet sind.

Weiterhin soll mit der erfindungsgemäßen Wandlervorrichtung eine Anordnung aus zwei oder mehr photoelektrischen Wandlervorrichtungen zum Umsetzen von Bildern des gleichen Objekts in entsprechend viele elektrische Signale ermöglicht werden, bei der der sich aus einer Abweichung der Relativlage der Vorrichtungen von idealen Stellen weg ergebende Signalfehler auf ein Mindestmaß

begrenzt ist.

Ferner soll mit der erfindungsgemäßen Wandlervorrichtung eine Bildaufnahmevorrichtung geschaffen werden,

die für eine spätere Feineinstellung geeignet ist. 25

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind in der photoelektrischen Wandlervorrichtung mit photoelektrischen Wandlerelementen, deren Lichtempfangs-

flächen an voneinander verschiedenen Stellen zum Umsetzen 30

der Helligkeitswerte verschiedener Bildteilchen eines

Objektbilds in elektrische Signale angeordnet sind, welche dann in zeitlicher Aufeinanderfolge ausgelesen werden, die Lichtempfangsflächen der photoelektrischen Wandler-„_ elemente so geformt, daß die Ausmaße einer fortschreitend weiter außen liegenden Flächenzone zu den umliegenden

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anderen Lichtempfangsflächen hin fortschreitend kleiner werden, wodurch die Helligkeitsinformation über das Objektbild genauer abgetastet bzw. als Probe abgefragt werden kann.
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Ein weiterer, aus der Verringerung des Bewertungsgewichts eines Signals in der Nähe der Grenze des jeweiligen photoelektrischen Wandlerelements entstehender Vorteil besteht darin, daß der Abstand des an diesem \0 Grenzbereich erzeugten Ausgangssignals auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden kann.

Daher kann in einer nachfolgenden Stufe mit einer digitalen Signalverarbeitungsschaltung ein fehlerhafter •5 Arbeitsvorgang verhindert werden.

Ein nächster Vorteil, der sich aus der fortschreitenden Verringerung des Flächenbereichs der Lichtempfangsfläche eines jeden photoelektrischen Wandlerelements

^zu in Richtung zu denjenigen der anderen photoelektrischen Wandlerelemente hin ergibt, welche in den zur Abtastrichtung senkrechten Richtungen benachbart sind, besteht bei einer Farb-Bildaufnahrneeinrichtung aus zwei oder mehr erfindungsgemäßen photoelektrischen Wandlervorrichtungen

darin, daß wenig Möglichkeit zur Entstehung eines Ausrichtungsfehlers oder dgl. besteht.

Falls der Flächenbereich der Lichtempfangsfläche

eines jeden der photoelektrischen Wandlerelemente in

bezug auf den von der Mitte des Flächenbereichs der Lichtempfangsfläche her gemessenen Abstand als Parameter eine Probenabfragefunktion oder eine hierzu angenäherte Funktion darstellt, besteht ein weiterer Vorteil darin, daß eine sehr genaue Probenabfrage der Helligkeitsinformation des Objektbilds vorgenommen werden kann, so daß

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die nachfolgende Signalverarbeitung ohne irgendwelche fehlerhafte Unterscheidung bzw. Auflösung oder dgl. ausgeführt werden kann.

Wenn die Grenze einer jeden der Lichtempfangsflächen der photoelektrischen Wandlerelemente mit der benachbarten Lichtempfangsfläche Linien enthält, die bestimmte Winkel zu der Abtastungsrichtung bei fortschreitender Abtastung bilden, entsteht ein weiterer Vorteil insofern, als das Ausgangssignal eines der photoelektrischen Wandlerelemente sehr weich zu dem Ausgangssignal des nächsten Elements übergeleitet wird, wodurch eine verformte bzw. verzerrte Gewichtsbewertung vermieden werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Vorderansicht in vergrößertem Maßstab, die einen Teil der Lichtempfangs-

fläche einer herkömmlichen photoelektrischen Wandlervorrichtung zeigt.

Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht eines Bildaufnahmesystems einer Dreiröhren-Farb

fernsehkamera, bei der die Wandlervorrichtung nach Fig. 1 verwendet wird.

Fig. 3 ist eine Darstellung, die eine vertikale Fehlausrichtung von zwei der drei Röhren

mit den herkömmlichen photoelektrischen Wandlervorrichtungen sowie die sich ergebende Funktionsänderung zeigt.

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Fig. 4 ist eine Vorderansicht in vergrößertem

Maßstab, die ein Ausführungsbeispiel der photoelektrischen Wandlervorrichtung zeigt.

Fig. 5 ist eine schematische Schnittansicht,

die ein Beispiel eines automatischen Scharfeinstellungs-Ermittlungssystems in einer photographischen Kamera zeigt, bei dem eine-photoelektrische Wandlervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel verwendet

wird.

Fig. 6 zeigt Vorderansichten in vergrößertem Maßstab von einer herkömmlichen photoelektrisehen Wandlervorrichtung sowie einem Ausfüh

rungsbeispiel der Wandlervorrichtung zusammen mit Kurvenformen von an Teilen der Wandlervorrichtungen auftretenden Eingangs- und Ausgangssignalen.

Fig. 7(a), (b), (c), (d) und (e) sind Vorderansichten in vergrößertem Maßstab, die Sensorenmuster bei weiteren verschiedenen Ausführungsbeispielen der Wandlervorrichtung zeigen.

Die Fig. 1 zeigt einen Teil ein-es photoelektrischen Wandlerabschnitts in einer herkömmlichen photoelektrischen Wandlervorrichtung wie beispielsweise einer Ladungs-

kopplungs-Wandlervorrichtung. In der Figur sind A1, A2, A3, ... photoelektrische Wandlerelemente, die in Querrichtung (Zeilenabtastrichtung) ausgerichtet sind und jeweils eine quadratische Bildempfangsfläche haben. Diese quadratischen Elemente sind über jeweilige Kanal-Sperren

^OJ S1, S2, S3, ... aneinandergrenzend aufgereiht und bilden eine Elementezeile 100. Gleichermaßen ist in Abstand von der Elementezeile 100 eine Zeile 101 aus Elementen B1, B2, B3, ... angeordnet, der dann gleichartig eine Zeile

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102 aus Elementen C1, C2, C3, ... usw. folgen. Diese Elementezeilen sind vertikal zueinander ausgerichtet. Auf diese Weise sind die Elemente A1, B1, C1, ... zu einer Spalte ausgerichtet, so daß alle Elemente einen zweidimensionalen Sensor bilden. Diese einzelnen photoelektrischen Wandlerelemente setzen die Leuchtdichte-Informationen über verschiedene Abschnitte eines auf dem zweidimensionalen Sensor an den jeweiligen Elementen ausgebildeten Objektbilds in elektrische Ladungen um, die gespeichert werden. Diese Informationssignale werden durch Taktimpulse zu einem Ladungsübertragabschnitt übertragen und dann über einen durch die Selbst-Ladungsübertragungs-Funklion äusgelesenen Speicherabschnitt als zeitlich aufeinanderfolgende Signale abgegeben.

Die Fig. 2 zeigt die Anwendung von drei photo-(.«luktL-igehen Wmul] otvürrldit-ungtm nach Flg. 1 hai elnm Aufbau eines Bildaufnahmesystems einer Farbfernsehkamera. In der Figur ist 2 ein Objektiv, während 3, 5 und 7 dichroitische Prismen sind, die ein optisches Lichtaufteilungssystem bilden, und diese Teile ein optisches Dreifarben-Trennsystem bilden.

4, 6 und 8 sind eine Blau-, eine Rot- bzw. eine Grün-Bildaufnahmevorrichtung, auf deren Aufnahmeflächen die Blaukomponente, die Rotkomponente bzw. die Grünkomponente des mittels der dichroitischen prismen aufgeteilten Objektbilds fokussiert werden. Diese Bildaufnahmevorrichtungen geben Ausgangssignale ab, die dann weiterverarbeitet und aus der Kamera als B-Signale, R-Signale und G-Signale bei normalem Fernsehen bzw. als Y-Signale, I-Signale und Q-Signale bei dem NTSC-System abgegeben werden.

Bei den Farbfernsehkameras ist es notwendig, daß die drei Bildaufnahmevorrichtungen miteinander auf mechanische Weise so genau ausgerichtet sind, daß kein Ausrichtungsfehler zwischen den drei Ausgangssignalen entsteht und das betreffende Element in der jeweiligen photoelektrischen Wandlervorrichtung die Leuchtdichte ein und desselben Bildteils wiedergibt.

Bei einem in Vertikalrichtung 2 cm langen Bild mit 525 Abtastzeilen, bei dem sich für den Bildteil eine Abmessung in der Größenordnung von 40 μΐη ergibt, ist selbst bei Zulassung einer 20 %igen Fehlausrichtung die Genauigkeitsgrenze 8 μπί.

Daher muß eine Präzisionsjustierung in der Größenordnung von einigen μπι mit hoher Zuverlässigkeit vorgenommen werden.

Es sei nun angenommen, daß in der vorstehend beschriebenen Dreiröhren-Farbfernsehkaraera die herkömmlichen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtungen verwendet werden, während gemäß der Darstellung in Fig. 3 die Rot-Bildaufnahmevorrichtung und die Grün-Bildaufnahmevorrichtung gegeneinander um eine Strecke ο in Vertikalrichtung falsch

■ ausgerichtet sind. In der Fig. 3 sind 3R1 , 3R2, 3R3,

photoelektrische Wandlerelemente einer η-ten Zeile in der Rot-Bildaufnahmevorrichtung und 3G1, 3G2, 3G3, ... photoelektrische Wandlerelemente einer Zeile mit der gleichen Adresse wie die η-Reihe der Rot-Bildaufnahmevorrich-

tung in der Grün-Bildaufnahmevorrichtung. Ferner sind 3R11, 3R12, 3R13, ... photoelektrische Wandlerelemente einer (n-1)-ten Zeile in der Rot-Wandlervorrichtung, während 3G11, 3G12, 3G13, ... photoelektrische Wandlerelemente einer (n-1)-ten Zeile der Grün-Wandlervorrichtung mit der gleichen Adresse sind. Bei richtiger Ausrichtung ergeben diese Elemente mit der gleichen Adresse keinen Ausrichtungsfehler. Wenn jedoch gemäß den vorangehenden Ausführungen die Rotund die Grün-Wandlervorrichtung bzw. Sensorplatte so

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] festgelegt sind, daß in der Vertikalrichtung ein Fehler ü besteht, empfangen bei der Änderung der Gelbkomponente des Objektbilds an der η-ten und der (n+1)-ten Zeilen dieser Sensorplatten gemäß Y in Fig. 3 die η-ten Zeilen der Sensorplatten diese Y-Komponente gleichförmig über dem ganzen Flächenbereich der Bildempfangsfläche des jeweiligen photoelektrischen Wandlerelements in dem Rotund dem Grün-Sensor, so daß die Rot- und die Grün-Anteile des Spektrums der Gelbkomponente in jeweilige elektri-

TO sehe Ladungen umgesetzt werden und durch die nachfolgende Kombination der Ausgangssignale der beiden n-ten Zeilen die ursprüngliche Gelbkpmponente reproduzierbar ist. Im Gegensatz dazu wird hinsichtlich der oberen Randzone mit der Breite β (von beispielsweise 20 %) in den (n+1)-ten Zeilen die Y-Komponente des einfallenden Lichts mit dem Objektbild allein durch die Rotsensor-Elemente 3R11, 3R12, 3R13, ... erfaßt, nicht jedoch von den Grünsensor-Elementen 3G11, 3G12, 3G13, ... Daher unterscheiden sich die Ausgangssignale der (n-1)-ten Zei-Ie der Rotsensor-Elemente von denjenigen der gleichen Zeile der Grünsensor-Elemente, was zur Folge hat, daß die reproduzierte Farbe von der echten Farbe abweicht. Dies stellt eine Verschlechterung der Bildqualität dar. Im einzelnen folgt bei der Reproduktion eines Bilds, dessen oberer Teil Gelb ist, nach unten zu in einer Abtastzeile ein mit "Rot" angereicherter Teil, was bei der Betrachtung einen schlechten Eindruck hinterläßt.

Diese als Beispiel gewählte Lage ist nicht immer einer Fehlausrichtung der Röhren bzw. Bildaufnahmevorrichtungen zuzuschreiben und ist in dem Fall anzutreffen, daß das Objekt ein nahezu horizontales Gelbband oder dgl. enthält.

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Es ist anzumerken, daß bei Annahme eines zulässigen Ausrichtungsfehlers von maximal 20 % die Gestaltung eines jeden Sensorelements in Rechteckform gemäß dem Stand der Technik die volle Darstellung einer Fehlausrichtung in Form einer Farbabweichung der Ausgangssignale ergibt, da keinerlei Gewichtsbewertung bei der Integration in der Vertikalrichtung erfolgt.

Gemäß den Ausführungsbeispielen hat die Wandlervorrichtung eine neuartige Anordnung der photoelektrischen Wandlerelemente in besonderer Form, mit der die Erzeugung von auf einer derartigen Fehlausrichtung der vorstehend beschriebenen Bildaufnahmevorrichtungen beruhenden fehlerhaften Signalen verringert ist, die zu Farbabweichungen führen.

Die Fig. 4 zeigt ein Beispiel für den Aufbau und di^e Ausrichtung von Bildempfangsflächen von photoelektrischen Wandlerelementen 9, 10 bzw. 4R1, 4R2, ... usw. bei einem Ausführungsbeispiel der Wandlervorrichtung. In der Fig. 4 ist ein dem in Fig. 3 gezeigten Teilbereich äquivalenter Teilbereich der Wandlervorrichtung gezeigt, wobei jedes Wandlerelement durch Drehung um 90° aus der Lage nach Fig. 3 ausgerichtet wird, so daß die beiden einander gegenüberliegenden Ecken in einer zur Abtastrichtung parallelen Linie liegen. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Bildempfangsfläche nicht unbedingt eine regelmäßig quadratische Form haben muß, sondern auch

rautenförmig sein kann. Abweichend von der herkömmlichen on
^ου Ausrichtung der Elemente gemäß der Darstellung in Fig.

3, bei der in der Abtastrichtung keine Gewichtsbewertung mit steigendem Abstand von der Mitte des Flächenbereichs erfolgt, ergibt die Elementeausrichtung bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 eine Gewichtsbewertung in be-

zug auf den mittleren Bereich der Fläche. Das heißt, das durch Schwenken der Quadratflächen der Elemente um 90°

erzielte Muster nach Fig. 4 hat zum Merkmal, daß mit steigendem Abstand von der Mitte der Fläche weg zu benachbarten anderen photoelektrischen Wandlerelementen hin das Flächenausmaß einer konzentrischen Zone abnimmt.

Wenn bei Verwendung von mehreren Lichtsensor-Röhren mit den vorstehend beschriebenen Anordnungen photoelektrischer Wandlerelemente in dem Bildaufnahmesystem der Farbfernsehkamera nach Fig. 2 die Fehlausrichtung auf den gleichen Wert von beispielsweise 20 % wie bei den herkömmlichen Vorrichtungen ansteigt, ist festzustellen, daß der Gesamtfehler auf ungefähr 16 % verringert werden kann. Daher kann auch bei einer Änderung der Gelbkomponente des Objektbilds gemäß Y¹ in Fig. 4 die auf den Ausrichtungsfehler zurückzuführende Farbabweichung bzw. Farbverfälschung verringert werden, was den Vorteil hat, daß die Präzisions justierung des Geräts weitaus leichter als, bei dem Stand der Technik ausführbar ist.

Als nächstes wird der Aufbau von photoelektrischen Wandlerelementen der Wandlervorrichtung in einem Ausführungsbeispiel in Form eines eindimensionalen Sensors und die Anwendung dieses Sensors bei einem automatischen Scharfeinstellungs-Ermittlungssystem einer photographisehen Kamera unter Bezugnahme auf die Fig. 5 erläutert. In der Fig. 5 sind 103 und 105 aus photoelektrischen Wandlerelementen bestehende eindimensionale Sensorreihen, die auf einer gemeinsamen Linie um eine Strecke bzw. Basisbreite d beabstandet angeordnet sind. 102 ist ein Linsensystem zur Erzeugung eines Bezugs-Objektbilds an der Sensorreihe 103, während 104 ein Linsensystem zur Erzeugung eines wirksamen Objektbilds an der Sensorreihe 105 ist. Zur Messung des Abstands des Objekts von der Kamera wird die Winkelstellung der Achse des Linsensystems

° 104 so verändert, daß die beiden Bilder des gleichen Ob-

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] jekts an den jeweiligen Sensorreihen 103 und 105 erzeugt werden, wobei der sich ergebende Schnittwinkel der beiden optischen Achsen zusammen mit der Basislinien-Länge zur Errechnung des Abstands dient.

Falls bei der dargestellten Einrichtung ein Ausrich-

tungsfehler zwischen einander zugeordneten Elementen der beiden Sensorreihen 103 und 105 besteht, gelangt ein logisches Störsignal in das Ergebnis der Entfernungsmes-

IQ sung, so daß eine genaue Ermittlung der Objektentfernung unmöglich wird. Wenn bei der in Fig. 5 gezeigten Einrichtung die Ausrichtung und der Aufbau der photoelektrischen Wandlerelemente von den in Fig. 3 gezeigten herkömmlichen auf die gemäß dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel verändert werden, kann selbst bei dem gleichen Ausrichtungsfehler das Ausmaß des in das Ergebnis eingeführten logischen Störsignals verringert werden, was den Vorteil hat, daß ein fehlerhafter Betrieb der elektrischen Schaltung in der nachfolgenden Stufe vermindert werden kann.

Gemäß den vorstehenden Ausführungen werden bei der photoelektrischen Wandlervorrichtung gemäß dem Ausfuhrungsbeispiel die Raumeigenschaften der Lichtempfangsteile ihrer photoelektrischen Wandlerelemente so eingestellt, daß die Ausbeute an einer dem Rand näher liegenden Stelle dadurch kleiner ist, daß die Form und die Ausrichtung des Lichtempfanqsteils verändert wird oder vor dem Iiichtompfanqsteil eine Diffuaionr.plat Ic angeordnet wird, ihiii-'h el i ο ilifüc Eirjtm.Mi-ha f ten dein I. i (¹Ii I finpfiirujMh-¹ i I »;rteilt werden. Daher ist bei der Kombination der Ausqangssignale der mehreren Lichtsensor-Röhren das Eindringen eines auf den Ausrichtunqsfehler beruhenden Fehlorsignals (1 ή] ί .ίίιΊκ-n ίίΙ fjuiiqii.i Jn) «_i t *« ι ·_-ι ι (JI--j*j* » »1«-m Ιι·Ί !■; iltmii 1. i clirii voi ringert. Als Form des Elements kann die durch

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definierte Form genannt werden, die die Probenabfragefunktion der Informationstheorie darstellt, wobei der Flächenbereich einer jeden Lichtempfangsfläche von der Mitte der jeweiligen Lichtempfangsfläche weg nach außen zu gemessen wird. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, kann die analoge Änderung des einfallenden Lichts richtig in eine räumliche digitale Größe umgesetzt werden. In diesem Fall ist die Grenze zwischen den benachbarten Lichtempfangsflächen durch eine Winkelfunktions-Kurvenform bestimmt. In der Praxis kann jedoch diese Kurvenform die Form einer angenäherten Winkelfunktion bzw. Dreieckfunktion annehmen, wie es im Zusammenhang mit dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel gezeigt ist. Selbst hierbei ergibt sich eine beträchtliche Verbesserung.

Als nächstes wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der photoelektrischen Wandlervorrichtung beschrieben, bei dem diese so aufgebaut ist, daß das logische Störsignal in der Querrichtung (Abtastrichtung) verringert werden kann.

Die Fig. 6 zeigt Teil-Vorderansichten in vergrößertem Maßstab von einer herkömmlichen Anordnung photoelektrischer Wandlerelemente mit der bekannten Form und einem Beispiel einer Anordnung photoelektrischer Wandlerelemente in einer Form gemäß dem Ausführungsbeispiel sowie Beispiele von Eingangs- und Ausgangssignal-Kurvenformen. In der Figur zeigt Fig. 6(A) das herkömmliche Wandlerelement-Muster, während die Fig. 6(B) das Wandlerelement-Muster gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt. Nimmt man an, daß die Muster nach Fig. 6(A) und (b) in Querrichtung abgetastet werden, so erzeugt bei der in Fig. 6 (C) gezeigten Änderung der Leuchtdichte des auf die

° jeweilige Anordnung fallenden Lichts die Anordnung nach Fig. 6(A) Ausgangssignale gemäß der Darstellung in Fig.

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--SiT- ο 11-1 ο ft n DE 1107

6(D), während die Anordnung nach Fig. 6(B) Ausgangssignale gemäß der Darstellung in Fig. 6(E) erzeugt. Aus diesen Kurvenformen ist ersichtlich, daß bei stufenförmiger Änderung der Leuchtdichte die Ausgangssignale bei dem Muster nach Fig. 6(A) ihre Amplituden in großem Ausmaß entsprechend der Phase der Leuchtdichteänderung und dem Zusammenhang des Sensorelement-Teilungsabstands mit der Phase verändern. Daher führt die Anwendung dieser Signale aus dem herkömmlichen Wandlerelement-Muster bei der Messung der Bildschärfe oder bei einer Mustererkennung zur Entstehung eines großen Fehlers. Das heißt, mit dem Sensormuster wird das Leuchtdichtemuster schnell bzw. plötzlich quantisiert, so daß eine sog. "Falten-Verformung" entstehen kann und daher die hohe Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Moire bei dem reproduzierten Muster besteht.

Da abweichend hiervon das Sensormuster nach Fig. 6(B) gemäß dem Ausführungsbeispiel ein räumliches Höhenschnitt- bzw. Tiefpaßfilter darstellt, sind bezüglich des Leuchtdichteänderungsmusters die Ausgangssignale nach Fig. 6(E) weniger empfindlich hinsichtlich einer Phasenverschiebung, was es ermöglicht, eine geringere "Falten-Verformung" zu erzielen.

Als Verfahren zur Verringerung einer derartigen "Erzeugungs-Verformung", das bei einer Zweiröhren-Farbfernsehkamera verwendbar ist, bei der jede Sensorebene

mit einem jeweiligen Farbfilter versehen ist, ist die on

Verwendung eines Tiefpaßfilters in Form einer elektrischen Schaltung zu nennen, von dem eine zur Wirkung beim Ausführungsbeispiel· äquivalente Wirkung erwartet werden kann, da durch die Verwendung des Tiefpaßfilters die Einwirkung eines Ausrichtungsfehlers zwischen dem Farb-

filter und dem Sensor hinsichtlich der Farbverfälschung im allgemeinen wirksam verringert werden kann. Diese

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Maßnahme erfolgt in der Signalverarbeitung nach der Quantisierung und ist daher als verschieden von der Raumfilter-Wirkung vor der Quantisierung bei der Wandlervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel·; dieses vorstehend beschriebene herkömmliche Verfahren ermöglicht somit zwar die Glättung der Signalkurvenform, hat jedoch keinerlei Wirkung zur Verringerung der "Falten-Verformung".

Zur Erzielung des Wandlerelement-Musters gemäß den Ausführungsbeispielen ist es trotz Erreichen eines großen Vorteils nur notwendig, die Maske bei der Herstellung dor Sensorplatte bzw. der Wandlerelementanordnung zu verändern. Es ist anzumerken, daß im Falle eines zweidimensionalen Sensors in Abhängigkeit davon, welche Richtung, nämlieh ob die Horizontalrichtung oder die Vertikalrichtung betont wird, das Muster in der betonten Richtung komplizierter als bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel gestaltet werden kann, wie beispielsweise durch eine Hängekurve.

Die Fig. 7(a) bis 7(e) zeigen weitere Beispiele von Mustern, die bei Ausführungsbeispielen der Wandlervorrichtung anwendbar sind. Das Muster nach Fig. 7(a) ist zur Verwendung bei einem vertikal etwas veriängerten Sensor geeignet und hat zwischen benachbarten Lichtempfangsflächen Grenzlinien, die sowohl in Horizontalrichtung als aus in Vertikalrichtung ineinander verzahnt sind.

Das Muster nach Fig. 7(b) hat Grenzlinien, die über der ganzen Breite eines jeden in einer Zeile ausgerichteten photoolektrischen Wandlerelements geneigt sind, so daß in der Horizontalrichtung das Bewertungsgewicht verringert ist.

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Das Muster nach Fig. 7(c) stellt eine Abwandlung des Musters nach Fig. 7(b) dar, wobei das Bewertungsgewicht auch in der Vertikalrichtung verringert ist.

Das Muster nach Fig. 7(d) ist eine weitere Abwandlung des Musters nach Fig. 7(b) und hat zwischen aufeinanderfolgenden zwei Bildempfangsflächen in einer jeden Zeile Grenzen, die eine in der Abtastrichtung fortschreitend hochgestufte Form haben.
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Das Muster nach Fig. 7(e) hat zwischen zwei aufeinanderfolgenden, in einer Zeile ausgerichteten Bildempfangs flächen Grenzen, die zu einer Winkelfunktions-Fonn gekrümmt sind, so daß die Flächen durch eine Proben-'5 abfragefunktion dargestellt werden können.

Es ist anzumerken, daß bei der photoelektrischen Wandlervorrichtung gemäß den Ausführungsbeispielen keine einfache bzw. regelmäßige Quadrat- oder Rechteckform

^ζυ der den Bildzeichen entsprochenden Lichtempfangsflächen

der photoelektrischen Wandlerelemente verwendet wird, sondern eine in der Abtastrichtung oder einer hierzu senkrechten Richtung einer Probenabfragefunktion analoge besondere Form, damit die Probenabfrage des jeweiligen *■** Bildzeichens sehr genau wird, so daß eine fehlerhafte Funktion bei der Unterscheidung in der nachgeschalteten . Signalverarbeitungsschaltung vermieden werden kann und eine große Änderung des Ausgangssignals aufgrund einer Phasenverschiebung zwischen dem Sensor und dem Bild ver-

ringert werden kann; daher kann auch bei der Anwendung nicht nur in dem Fall, daß mehr als ein Paar von Ausgangssignalen der Sensoren miteinander kombiniert werden, wie es im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel der Wandlervorrichtung beschrieben ist, sondern auch in dem Fall, daß beispielsweise in einer Einzelröhren-Farbfernsehkamera

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anstelle der Bildaufnahmeröhre derselben in Verbindung mit einem Farbstreifenfilter eine solche photoelektrische Wandlervorrichtung gemäß den Ausführungsbeispielen verwendet wird, eine derartige große Verringerung des Änderungsbereichs des Ausgangssignals sichergestellt werden.

Wie in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen in größeren Einzelheiten beschrieben wurde, ist es durch Verwendung der photoelektrischen Wandlervorrichtung gemäß den Ausführungsbeispielen möglich, das auf einem Ausrichtungsfehler beruhende logische Störsignal beträchtlich zu verringern, das auftritt, wenn eine Vielzahl von in Zeilen und Spalten ausgerichteten photoelektrischen Wandlerelementen abgetastet wird. Daher ergibt die Verwendung der Wandlervorrichtung gemäß den Ausführungsbeispielen einen großen Vorteil bei Farbfernsehkameras, bei denen zur Erzeugung eines Videosignals die Ausgangssignale von zwei oder mehr Festkörper-Bildaufnahmevorrichtungen kombiniert werden, sowie bei Kameras mit automatischer Scharfeinstellung, bei denen der Lichtsensor ein möglichst wirkungsvolles Muster haben muß.

Es wird eine photoelektrische Wandlervorrichtung wie eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung oder ein Sensor angegeben, die eine große Anzahl kleinster photoelektrischer Wandlerelemente hat, deren Lichtempfangsflächen mit einer bestimmten Form in eindimensionaler oder zweidijaensionaler Weise so angeordnet sind, daß Helligkeitsinformationen über unterschiedliche einzelne Teile eines Objektbilds mittels der entsprochenden photoelektrischen Wandlerelemente erfaßt werden, die daraufhin Ausgangssignale in Form zeitlich aufeinanderfolgender Signale erzeugen; die bestimmte Form der Bildempfangsflache eines jeden kleinsten photoelektrischen Wandlerelements ist so gewählt, daß mit

wachsendem Abstand von der Mitte der Bildempfangsflache

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her zum Rand hin die Flächengröße einer fortschreitend weiter entfernten konzentrischen Zone gleicher Breite abnimmt und eine derartige Form bzw. Eigenschaft annimmt, wie sie in bezug auf die Abtastrichtung der Bildaufnahmevorrichtung bzw. Wandlervorrichtung durch eine Probenabfragefunktion oder andere analoge Funktionen dargestellt werden kann.

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Claims

TlEDTKE - BüHLING - KjNME*;: ;°"; ">" O -| Grupe - Pellmann -:-*-" *.-**--* *.-·-: Dipl.-Ing. B. Pellmann Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2 Tel.: 089-539653 Telex: 5-24845 tipat cable: Germaniapatent München 23. März 1981 DE 1107 Patentansprüche

1. Photoelektrische Wandlervorrichtung mit einer Vielzahl von kleinsten photoelektrischen Wandlerelementen, die jeweils eine Lichtempfangsflache haben und ein elektrisches Signal mit einer zur Menge des auf die betreffende Lichtempfangsfläche fallenden Lichts proportionalen Größe erzeugen, wobei die Lichtempfangsflächen der verschiedenen photoelektrischen Wandlerelemente an verschiedenen Stellen angeordnet sind und auf der Gesamtheit der Lichtempfangsflächen ein Bild abgebildet wird, so daß an jeder Bildempfangsfläche der entsprechende unterschiedliche Teilbereich des Bilds in ein elektrisches Signal entsprechender Größe umsetzbar ist, und wobei eine Abtasteinrichtung die Vielzahl der photoelektrischen Wandlerelemente mit einem Signal speist, welches die zeitlich aufeinanderfolgende Auslesung der Ausgangssignale der photoelektrischen Wandlerelemente bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Lichtempfangsflachen der photoelektrischen Wandlerelemente so gestaltet und angeordnet ist, daß ihr Flächenbereich zu einem benachbarten Wandlerelement hin fortschreitend verkleinert ist.

2. Wandlervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenbereich einer jeden der Lichtempfangsflachen der photoelektrischen Wandlerelemente (9, 10; 17) zu den in Abtastrichtung mittels der Abtasteinrich-

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Deutsche Bank (München) KlO 51/61070 Dresdner Bank (München) KIo 3939844 Postscheck !München) KtO 670-43-804

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■j tung benachbarten photoelektrischen Wandlerelementen hin fortschreitend kleiner ist.

3. Wandlervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenbereich einer jeden der Lichtempfangsflachen der photoelektrischen Wandlerelemente (9, 10) zu den in zur Abtastrichtung mittels der Abtasteinrichtung senkrechter Richtung benachbarten photoelektrischen Wandlerelementen hin fortschreitend kleiner ^ist-

4. Wandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenbereich einer jeden der Lichtempfangsflächen der photoelektrischen Wandlerelemente in bezug auf den Abstand von der Mitte der Lichtempfangsfläche als Parameter eine Probenabfragefunktion oder eine Näherungsfunktion hierzu darstellt.

5. Wandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 1

bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzlinie zwischen einer jeden der Lichtempfangsflächen der photoelektrischen Wandlerelemente und der benachbarten Lichtempfangsflache eine Winkelfunktions-Kurvenform darstellt.

6. Wandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzlinie zwischen einer jeden der Lichtempfangsflächen der photoelektrischen Wandlerelemente (Figur (b) bis (d)) eine in bezug auf die

Abtastrichtung geneigte Linie enthält. 30

7. Wandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerelemente zum Erfassen der Scharfeinstellung eines Objektbilds geradlinig angeordnet sind.
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8. Wandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6', dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerelemente zur Bildaufnahme zweidimensional angeordnet sind.

9. Wandlervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerelemente in zueinander parallelen Zeilen angeordnet sind, von denen jede eine Vielzahl linear angeordneter kleinster photoelektrischer Wandlerelemente aufweist.
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10. Wandlervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzlinie zwischen in Abtastrichtung benachbarten Lichtempfangsflächen von photoelektrischen Wandlerelementen über der ganzen Breite quer zur Zeile der photoelektrischen Wandlerelemente geneigt ist (Fig. 7 (c)).

11. Wandlervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzlinie zwischen in Abtastrichtung benachbarten Lichtempfangsflächen von Wandlerelementen eine über der ganzen Breite quer zur Zeile der photoelektrischen Wandlerelemente schräge gekrümmte Linie ist.