DE3111300C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine photoelektrische Wandlervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der letzten Zeit finden photoelektrische Wandlervorrichtungen mit sehr kleinen photoelektrischen Wandlerelementen gesteigerte Anwendung als Bildaufnahmeelemente in Fernsehkameras oder als Vorrichtungen für die automatische Scharfeinstellung von photographischen Kameras. Im einzelnen sind hierbei eine große Anzahl von Siliciumphotodioden (SPD) in einer X-Y-Anordnung und eine Ladungskopplungseinrichtung (CCD) als Lichtsensor vorhanden, der die Helligkeitswerte der Bildpunkte einer Bildebene in zeitlich aufeinanderfolgende elektrische Signale umsetzt, welche in Form eines Videosignal ausgelesen werden.

Ferner kann als Lichtsensor auch eine Elektronenstrahlabtastungs-Bildaufnahmevorrichtung wie beispielsweise eine Vidicon-Bildaufnahmeröhre verwendet werden, die eine Aufnahmefläche aus fein verteilten photoelektrischen Elementen umfaßt, 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 der verschiedenen Bildpunkte in zeitlicher Aufeinanderfolge ausgelesen, um Ausgangssignale in Form eines Videosignals zu erhalten.

Beim Aufbau eines zweidimensionalen Lichtsensors unter Verwendung einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung wie einer Ladungskopplungsvorrichtung bzw. Ladungsverschiebevorrichtung (CCD) ist es allgemein üblich, jedes Element des photoelektrischen Wandlers 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 in Abhängigkeit von Taktimpulsen aufeinanderfolgend abgefragt werden. Damit können die Informationen bezüglich der Helligkeitswerte der den Adressen der jeweiligen Elemente entsprechenden Bildpunkte als zeitlich aufeinanderfolgende Signale gewonnen werden.

Da jedes photoelektrische Wandlerelement die Summe der Helligkeit innerhalb seiner Bildaufnahmefläche in eine entsprechende elektrische Größe umsetzt, kann dann, wenn jedes Element eine Quadrat- oder Rechteckfläche hat, 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 Bildelement" im wesentlichen der Wert bezeichnet, der durch Integration der Helligkeit unter von der Mitte des Bildelements nach außen zu fortschreitender Verringerung des Bewertungsgewichts für den Helligkeitswert erzielt wird. Im Falle quadratischer photoelektrischer Wandlerelemente ist eine derartige Gewichtsbewertung vernachlässigt und 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 besitzt, 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 Bildelemente 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 der Aufbau aus den quadratischen bzw. Rechteck-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.

Eine weitere Schwierigkeit entsteht beispielsweise dann, wenn zwei oder drei Bilder des gleichen Objekts über ein Zwischensystem wie ein dichroitisches Spiegelsystem oder andere geeignete Lichtaufteilungssystem 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 photoelektrischen 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 Verwendung sehr komplizierter Einrichtungen erfolgen, da es sonst schwierig ist, den vorstehend beschriebenen Fehler zu beheben.

Wenn die Zwischenzeilenabtastung angewandt wird, tritt hinsichtlich der Vertikalrichtung bei Photosignalen aus vertikal benachbarten Wandlerelementen ein Zeitabstand in der Größenordnung von ungefähr 1/60 (1/50) Sekunden auf; daher ist unabhängig davon, wie gut die spätere Verarbeitung der Signale ausgeführt werden kann, die Pufferung des Signalabstands zwischen vertikal angeordneten Signalpunkten sehr schwierig zu erreichen.

Eine dem Oberbegriff des Hauptanspruchs im wesentlichen entsprechende Wandlervorrichtung ist aus Fig. 1 der US-PS 40 12 587 bekannt. Bei dieser bekannten Wandlervorrichtung steht das Problem im Vordergrund, den Wirkungsgrad der Sammlung der erzeugten Ladungsträger zu erhöhen, wozu alternierend einzelne Wandlerelemente fortgelassen und die entsprechenden Stellen mit Elektroden der die erzeugten Ladungen sammelnden Schieberegister belegt werden. Hierdurch wird erreicht, daß die verbleibenden Wandlerelemente großflächig durch Elektrodenabschnitte umgeben sind, so daß eine wirksame Ladungsträgersammlung erfolgt.

Gemäß Fig. 8 der US-PS 40 12 587 sind die einzelnen Wandlerelemente schräg angeordnet, wobei sich zwischen ihnen und den Elektroden des Schieberegisters jeweils ein Gate befindet. Die Wandlerelemente haben hierbei großen gegenseitigen Abstand. Es ist nicht entnehmbar, welchem Zweck diese Schrägstellung des Wandlerelemente dienen soll.

Weiterhin ist aus der DE 28 48 874 A1 eine fotoelektrische Wandlervorrichtung bekannt, die lediglich eindimensional aufgebaut ist, so daß lediglich eine einzelne Zeile von Wandlerelementen vorhanden ist. Dort werden jeweils die Ausgangssignale mehrerer Wandlerelemente über Addierer zusammmengefaßt und erst in zusammengefaßtem Zustand ausgelesen, so daß keine zeitlich aufeinanderfolgende Auslesung der Ausgangssignale der fotoelektrischen Wandlerelemente stattfindet. Dort werden vielmehr Summensignale gebildet und nur diese Summensignale ausgewertet.

Gemäß den Fig. 19 bis 28 der DE 28 48 874 A1 ist vorgesehen, die Trennlinien zwischen benachbarten Wandlerelementen schräg zur Zeilenrichtung zu orientieren und ggf. die Höhe der randseitigen Wandlerelemente zu verringern, um fehlerhafte Beurteilungen der Richtung der Verschiebung des optischen Bilds auszuschalten. Die bekannte Wandlervorrichtung ist allerdings zur exakten Abtastung einer zweidimensionalen Vorlage nicht geeignet.

Ferner ist aus der DE 15 62 173 C3 eine Vorrichtung zum Abtasten einer zu kopierenden graphischen Vorlage bekannt, deren Wandlerelemente in mehreren parallelen Reihen nebeneinander und quer zur Verschieberichtung gegeneinander versetzt angeordnet sind. Dort ist somit keine Anordnung der Wandlerelemente in Zeilenrichtung vorhanden. In den Zeichnungen der DE 15 62 173 C3 sind die fotoelektrischen Wandler zwar schematisch kreisförmig dargestellt, ohne daß dieses Merkmal jedoch in der Beschreibung erwähnt ist. Als fotoelektrischer Bildsensor ist die bekannte Anordnung nicht ausgelegt und nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine fotoelektrische Wandlervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die eine genaue Gewinnung der Helligkeitsinformationen des Objektbilds ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen fotoelektrischen Wandlervorrichtung verringern sich die Flächenbereiche der Lichtempfangsflächen der einzelnen Wandlerelemente in Richtung zu benachbarten Wandlerelementen sowohl in Zeilen- als auch in Spaltenrichtung fortschreitend. Zudem sind die sich verringernden Abschnitte in einem Zickzackmuster angeordnet. Mit diesen Maßnahmen wird sowohl in Zeilen- als auch in Spaltenrichtung das Auftreten fehlerhafter Signale z. B. bei sich örtlich sprunghaft verändernder Lichtintensität des Vorlagenbilds deutlich verringert und es findet zudem eine geeignete Bewertung des einfallenden Lichts statt, so daß die Helligkeitsinformationen der Vorlage sehr genau erfaßt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Dadurch, daß die Lichtempfangsflächen der photoelektrischen Wandlerelemente so geformt sind, daß ihre Ausmaße sich zu den umliegenden anderen Lichtempfangsflächen hin fortschreitend verkleinern, kann die Helligkeitsinformation über das Objektbild genauer abgetastet werden.

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 Grenzbereich erzeugten Ausgangssignals auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden kann.

Daher können in einer nachfolgenden digitalen Signalverarbeitungsschaltung fehlerhafte Arbeitsvorgänge verhindert werden.

Ein nächster Vorteil, der sich aus der fortschreitenden Verringerung des Flächenbereichs der Lichtempfangsfläche eines jeden photoelektrischen Wandlerelements in Richtung zu denjenigen der anderen photoelektrischen Wandlerelemente hin ergibt, welche in den zur Abtastrichtung senkrechten Richtungen benachbart sind, besteht bei einer Farb-Bildaufnahmeeinrichtung aus zwei oder mehr erfindungsgemäßen photoelektrischen Wandlervorrichtungen darin, daß Ausrichtungsfehler oder dgl. unwahrscheinlich sind.

Falls der Flächenbereich der Lichtempfangsfläche jedes photoelektrischen Wandlerelements 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 Abtastung der Helligkeitsinformation des Objektbilds vorgenommen werden kann, so daß die nachfolgende Signalverarbeitung oder dgl. ausgeführt werden kann.

Da die Grenze jeder Lichtempfangsfläche der photoelektrischen Wandlerelemente mit der benachbarten Lichtempfangsfläche Abschnitt aufweist, die bestimmte Winkel zu der Abtastungsrichtung bei fortschreitender Abtastung bilden, entsteht ein weiterer Vorteil insofern, als das Ausgangssignal eines jeweils photoelektrischen Wandlerelements sehr weich zu dem Ausgangssignal des nächsten Elements übergeht, wodurch eine verformte bzw. verzerrte Gewichtsbewertung vermieden werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht in vergrößertem Maßstab, die einen Teil der Lichtempfangsfläche einer herkömmlichen photoelektrischen Wandlervorrichtung zeigt,

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht eines Bildaufnahmesystems einer Dreiröhren-Farbfernsehkamera, bei der die Wandlervorrichtung nach Fig. 1 verwendet wird,

Fig. 3 eine Darstellung, die eine vertikale Fehlausrichtung von zwei oder drei Röhren mit den herkömmlichen photoelektrischen Wandlervorrichtungen sowie die sich ergebende Funktionsänderung zeigt,

Fig. 4 eine Vorderansicht in vergrößertem Maßstab, die ein Ausführungsbeispiel der photoelektrischen Wandlervorrichtung zeigt,

Fig. 5 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 Vorderansichten in vergrößertem Maßstab von einer herkömmlichen photoelektrischen Wandlervorrichtung sowie einem Ausführungsbeispiel der Wandlervorrichtung zusammen mit Kurvenformen von an Teilen der Wandlervorrichtungen auftretenden Eingangs- und Ausgangssignalen,

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

Fig. 1 zeigt einen Teil eines photoelektrischen Wandlerabschnitts in einer herkömmlichen photoelektrischen Wandlervorrichtung wie beispielsweise einer Ladungskopplungs-Wandlervorrichtung. In Fig. 1 bezeichnen A 1, A 2, A 3, . . . photoelektrische Wandlerelemente, die in Querrichtung (Zeilenabtastrichtung) ausgerichtet sind und jeweils quadratische Bildempfangsfläche haben. Diese quadratischen Elemente sind über jeweilige Kanal-Sperren S 1, S 2, S 3, . . . aneinandergrenzend aufgereiht und bilden eine Elementzeile 100. Gleichermaßen ist in Abstand von der Elementzeile 100 eine Zeile 101 aus Elementen B 1, B 2, B 3, . . . angeordnet, der dann gleichartig eine Zeile 102 aus Elementen C 1, C 2, C 3, . . . usw. folgen. Diese Elementzeilen sind vertikal zueinander ausgerichtet. Auf diese Weise sind die Elemente A 1, B 1, C 1, . . . in Spalten 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 Selbst-Ladungsübertragungs-Funktion ausgelesenen Speicherabschnitt als zeitlich aufeinanderfolgende Signale abgegeben.

Fig. 2 zeigt die Anwendung von drei photoelektrischen Wandlervorrichtungen nach Fig. 1 bei dem Aufbau eines Bildaufnahmesystems einer Farbfernsehkamera. In Fig. 2 ist 2 ein Objektiv, während 3, 5 und 7 dichroitische Prismen sind, die ein optisches Lichtaufteilungssystem bilden. Diese Teile bilden ein optisches Dreifarben-Trennsystem.

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 Farbfernsehkameras ist es notwendig, daß die drei Bildaufnahmevorrichtungen miteinander mechanisch so genau ausgerichtet sind, daß keine 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 µm ergibt, ist selbst bei Zulassung einer 20%igen Fehlausrichtung die Genauigkeitsgrenze 8 µm.

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

Es sei nun angenommen, daß in der vorstehend beschriebenen Dreiröhren-Farbfernsehkamera herkömmliche Festkörper-Bildaufnahmevorrichtungen verwendet werden und gemäß der Darstellung in Fig. 3 die Rot-Bildaufnahmevorrichtung gegenüber der Grün-Bildaufnahmevorrichtung um eine Strecke δ in Vertikalrichtung falsch ausgerichtet ist. In Fig. 3 sind 3 R 1, 3 R 2, 3 R 3, . . . photoelektrische Wandlerelemente einer n-ten Zeile in der Rot-Bildaufnahmevorrichtung und 3 G 1, 3 G 2, 3 G 3, . . . photoelektrische Wandlerelemente einer Zeile mit der gleichen Adresse wie die n-te Zeile der Rot-Bildaufnahmevorrichtung in der Grün-Bildaufnahmevorrichtung. Ferner sind 3 R 11, 3 R 12, 3 R 13, . . . photoelektrische Wandlerelemente einer (n-1)-ten Zeile in der Rot-Wandlervorrichtung, während 3 G 11, 3 G 12, 3 G 13, . . . 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. Da jedoch gemäß den vorangehenden Ausführungen die Rot- und die Grün-Wandlervorrichtung so festgelegt sind, daß in der Vertikalrichtung ein Fehler δ vorhanden ist, empfangen bei der Änderung der Gelbkomponente des Objektbilds an der n-ten und der (n+1)-ten Zeilen dieser Sensorplatten gemäß Y-Komponente gleichförmig über dem ganzen Flächenbereich der Bildempfangsfläche des jeweiligen photoelektrischen Wandlerelements in dem Rot- und dem Grün-Sensor, so daß die Rot- und die Grün-Anteile des Spektrums der Gelbkomponente in jeweilige elektrische Ladungen umgesetzt werden und durch die nachfolgende Kombination der Ausgangssignale der beiden n-ten Zeilen die ursprüngliche Gelbkomponente reproduzierbar ist. Im Gegensatz dazu wird hinsichtlich der oberen Randzone mit der Breite δ (von beispielsweise 20%) in den (n+1)-ten Zeilen die Y-Komponente des einfallenden Lichts mit dem Objektbild allein durch die Rotsensor- Elemente 3 R 11, 3 R 12, 3 R 13, . . . erfaßt, nicht jedoch von den Grünsensor-Elementen 3 G 11, 3 G 12, 3 G 13, . . . Daher unterscheiden sich die Ausgangssignale der (n-1)-ten Zeile der Rotsensor-Elemente von denjenigen der gleichen Zeile der Grünsensor-Elemente, was zur Folge hat, daß die reproduzierte Farbe von der richtigen 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 erzeugt.

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 Geldband oder dgl. enthält.

Es ist anzumerken, daß bei Annahme eines zulässigen Ausrichtungsfehlers von maximal 20% die Gestaltung jedes 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.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel für den Aufbau und die Ausrichtung von Bildempfangsflächen von photoelektrischen Wandlerelementen 9, 10 bzw. 4 R 1, 4 R 2, . . . usw. bei einem Ausführungsbeispiel der Wandlervorrichtung. In Fig. 4 ist ein dem in Fig. 3 gezeigten Teilbereich äquivalenter Teilbereich der Wandlervorrichtung gezeigt, wobei jedes Wandlerlement 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 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 bezug auf den mittleren Bereich der Fläche. Das heißt, das durch Schwenken der Quadratflächen der Elemente um 90°C 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 Y′ in Fig. 4 die auf den Ausrichtungsfehler zurückzuführende Farbabweichung bzw. Farbverfälschung verringert werden, was den Vorteil hat, daß die Präzisionsjustierung des Geräts weitaus leichter als bei dem Stand der Technik ausführbar ist.

Als nächstes wird der Aufbau von photoelektrischen Wandlerelementen der Wandlervorrichtung im Fall eines eindimensionalen Sensors und die Anwendung dieses Sensors bei einem automatischen Scharfeinstellungs-Ermittlungssystem einer photographischen Kamera unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläutert. In 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 Objekts 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 Ausrichtungsfehler zwischen einander zugeordneten Elementen der beiden Sensorreihen 103 und 105 besteht, gelangt ein logisches Störsignal in das Ergebnis der Entfernungsmessung, so daß eine genaue Ermittlung der Objektentfernung unmöglich wird. Wenn bei der in Fig. 5 gezeigten Einrichtung die Ausrichtung und der Aufbau der photoelektrischen Wandlerlemente 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 Ausführungsbeispiel die Raumeigenschaften der Lichtempfangsteile ihrer photoelektrischen Wandlerlemente so eingestellt, daß die Ausbeute an einer dem Rand näher liegenden Stelle dadurch kleiner ist, daß die Form und die Ausrichtung des Lichtempfangsteils verändert wird oder vor dem Lichtempfangsteil eine Diffusionsplatte angeordnet wird, durch die diese Eigenschaften dem Lichtempfangsteil erteilt werden. Daher ist bei der Kombination der Ausgangssignale der mehreren Lichtsensor-Röhren das Eindringen eines auf den Ausrichtungsfehler beruhenden Fehlersignals (logischen Störsignals) gegenüber dem herkömmlichen verringert. Als Form des Elements kann die durch

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

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. Fig. 6(A) zeigt das herkömmliche Wandlerelement-Muster, während Fig. 6(B) das Wandlerelemente-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. 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 des herkömmlichen Wandlerlement-Musters 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 Moir´ 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 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 Farbfilter und dem Sensor hinsichtlich der Farbverfälschung im allgemeinen wirksam verringert werden kann. Diese 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 beschriebenen 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 der Sensorplatte bzw. der Wandlerelementanordnung zu verändern. Es ist anzumerken, daß im Falle eines zweidimensionalen Sensors in Abhängigkeit davon, welche Richtung, nämlich 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.

DieFig. 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 verlängerten Sensor geeignet und hat zwischen benachbarten Lichtempfangsflächen Grenzlinien, die sowohl in Horizontalrichtung als auch in Vertikalrichtung ineinander verzahnt sind.

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

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 jeder Zeile Grenzen, die eine in der Abtastrichtung fortschreitend hochgestufte Form haben.

Das Muster nach Fig. 7(e) hat zwischen zwei aufeinanderfolgenden, in einer Zeile ausgerichteten Bildempfangsflächen Grenzen, die zu einer Winkelfunktions- Form gekrümmt sind, so daß die Flächen durch eine Probenabfragefunktion dargestellt werden können.

Es ist anzumerken, daß bei der photoelektrischen Wandlervorrichtung keine einfache bzw. regelmäßige Quadrat- oder Rechteckform der den Bildzeichen entsprechenden 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 verringert 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 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.

Durch Verwendung der photoelektrischen Wandlervorrichtung gemäß den Ausführungsbeispielen ist es somit möglich, das auf einem Ausrichtungsfehler beruhende logische Störsignale beträchtlich zu verringern, das auftritt, wenn eine Vielzahl von in Zeilen und Spalten ausgerichteten photoelektrischen Wandlerelementen abgetastet wird. Daher ist die Verwendung der Wandlervorrichtung gemäß den Ausführungsbeispielen auch 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, sehr vorteilhaft.

Claims (3)

1. Photoelektrische Wandlervorrichtung mit einer Vielzahl von kleinen photoelektrischen Wandlerelementen, die jeweils eine Lichtempfangsfläche 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 in Zeilen- und Spaltenrichtung angeordnet sind und auf der Gesamtheit der Lichtempfangsflächen ein Bild abgebildet wird, so daß durch jede 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 Lichtempfangsflächen der photoelektrischen Wandlerelemente so gestaltet und angeordnet ist, daß ihr Flächenbereich zu benachbarten Wandlerelementen hin sich fortschreitend in Zeilen- und Spaltenrichtung verringert, und die sich verringernden Abschnitte benachbarter Wandlerelemente im Zickzackmuster in Zeilen- und Spaltenrichtung angeordnet sind.

2. Wandlervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenbereich jeder der Lichtempfangsflächen der photoelektrischen Wandlerelemente (9, 10; 17) zu den in Abtastrichtung mittels der Abtasteinrichtung benachbarten photoelektrischen Wandlerelementen hin fortschreitend kleiner ist.

3. Wandlervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenbereich jeder der Lichtempfangsflächen der photoelektrischen Wandlerelemente (9, 10) zu den in zur Abtastrichtung mittels der Abtasteinrichtung senkrechter Richtung benachbarten photoelektrischen Wandlerelementen hin fortschreitend kleiner ist.