DE3312962A1

DE3312962A1 - Bildaufnahmevorrichtung

Info

Publication number: DE3312962A1
Application number: DE19833312962
Authority: DE
Inventors: Seiji Yokohama Kanagawa Hashimoto; Toshio Yokohama Kanagawa Kaji; Takao Tokyo Kinoshita; Tsutomu Kawasaki Kanagawa Takayama
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1982-04-12
Filing date: 1983-04-11
Publication date: 1983-10-13
Also published as: US4922334A; DE3312962C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bildaufnahmevorrichtung mit einer verbesserten Anordnung von Farbauszugs filtern .

Bei herkömmlichen Bildaufnahmevorrichtungen bei denen beispielsweise eine Festkörper-Bildabtastvorrichtung mit 384 Elementen in der Horizontalrichtung und 490 Elementen in der Vertikalrichtung in einer Einfarben-Kamera eingesetzt wird, entspricht eine Horizontalauslese-Taktfrequenz fc der Festkörper-Bildabtast vorrichtung 2fsc = 7, 16 MHz bei einer Farbhilfsträgerfrequenz fsc, die zu 3,58 MHz angenommen ist. Da ein über ein optisches Aufnahmesystem wie ein Objektiv eintretendes Bild eines Aufnahmeobjekts mit der Horizontalauslese-Taktfrequenz abgetastet wird, kann eine Horizontalauflösung bis zu einem Grad erreicht werden, der der Nyquist-Frequenz fN = fc/2 = 3,58 MHz entspricht. In Anbetracht der Leistungsfähigkeit gegenwärtig erhältlicher Fernsehempfänger ist dies somit als Horizontalauflösung ausreichend. Falls eine derartige BiIdabtastvorrichtung für jede der Farben Rot (R), G'rün (G)-und Blau (B) vor-

A/25

Dresdner Bank (München) Kto. 3939844

Bayer. Vereinsbank (Miinchpnl Klo κηο o

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gesehen wäre, um eine Dreiplatten-Farbkamera zu bilden,

würde die Kamera gleichermaßen wie eine Dreiröhren-Farbkamera das Auflösungsvermögen und die Farbreproduzierbarkeit bzw. Farbwiedergabe für eine hohe Bildqualität ergeben .

Wegen der komplizierten baulichen Anordnung sowie der komplizierten Justierung eines optischen Dreifarben-Trennsystems ist jedoch die Größe einer derartigen Dreiplatten-Farbkamera schwer zu verringern. Ein weiteres Problem bei der Farbkamera dieser Art besteht darin, daß eine

Kostensenkung in einem wesentlichen Ausmaß kaum möglich ist. Im Hinblick auf diese' Probleme ist es für die Heimgeräte-Anwendung erforderlich, irgendeine Einzelplatten-Farbkamera zu entwickeln, die eine einzige Festkörper-Bildabtastvorrichtung hat. Bei dem Versuch des Entwickeins

einer Farbkamera dieser Art treten jedoch mancherlei Probleme auf, die gelöst werden müssen. Es sei als erstes das Problem des Auflösungsvermögens betrachtet. Bei einer Farbkamera sind natürlich drei Primärfarbensignale erforderlich, nämlich ein Rotsignal, ein Blausignal und ein Grünsignal. Bei der Einzelplatten-Farbkamera müssen daher die drei Primärfarben in geeigneter Weise verteilt werden. Bei der Verteilung der drei Primärfarben werden Farbtrennfilter bzw. Farbauszugsfilter nach bekannten Verfahren eingesetzt, welche grob in ein Mosaikfilterverfahren,

das als Bayer-Anordnung bezeichnet wird, und ein Streifenverfahren eingeteilt werden können, bei welchem Filter für gleiche Farben in der Vertikalrichtung der Festkörper-Bildabtastvorrichtung angeordnet sind.

* · « ft * fl* ,

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Die Fig. 1 der Zeichnung zeigt schematisch ein Streifen- ° Farbauszugsfilter für Rot, Grün und Blau. Bei der Anordnung nach Fig. 1 wird unter der Annahme, daß die Taktfrequenz fc gemäß den vorangehenden Ausführungen 7,16 MHz ist, die Abtast frequenz für eine jede Farbe in der Horizontalrichtung zu fc/3 = 2,4 MHz. Damit wird die Bandbreite des Färb- bzw. Farbartsignals zu ungefähr 1,2 MHz. Infolgedessen würde ein aus diesem Farbartsignal erzieltes Leuchtdichtesignal eine Horizontalauflösung ergeben, die ungefähr einem Drittelderjenigen einer Einfarben-Kamera

entspricht und damit eine schlechte Bildqualität ergibt. 15

Um mit dem Streifenfilter -für Rot, Grün und Blau eine
Horizontalauflösung zu erhalten, die mit derjenigen gemäß der NTSC-Norm vergleichbar ist, muß die Anzahl der Horizontalelemente der Bildabtastvorrichtung sehr gesteigert werden. Eine' Steigerung der Anzahl der Elemente in der

Horizontalrichtung auf ungefähr das Dreifache ist jedoch selbst bei der gegenwärtigen Großintegrations-Technologie außerordentlich schwierig. Im Hinblick auf diese Schwierigkeit wurde in der JP-OS 120281/1981 ein Verfahren angegeben, bei dem unter Verwendung eines Farbauszugsfilters wie dem in Fig. 1 gezeigten Filter die Anzahl der
Horizontal-Elemente um ungefähr 50% und damit auf ungefähr 570 gesteigert wird. Dieses Verfahren beruht darauf, daß das Farbauszugsfilter in einer Streifenfilteranord-

nung für die Farben Rot (R), Grün (G) und Zyanblau (Cy = B+G) aufgebracht wird. Das Filter ist so ausgebildet, daß bei der Aufnahme eines weißen Objekts das Verhältnis der Pegel der jeweiligen Signale, die dem über das jeweilige

Filter, nämlich ein Rotfilter FR, ein Grünfilter FG und
35

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ein Zyanblaufilter FCy durchgelassenen Licht entspricht, zu 1 : 1 : 1 wird. Mit dem dermaßen gestalteten Filter wird ein Leuchtdichtesignal direkt aus jedem Färb- bzw. Farbartsignal erzielt, um die Horizontalauflösung zu verbessern. Dieses Verfahren nach dem Stand der Technik beruht jedoch auf der Voraussetzung, daß Aufnahmeobjekte im allgemeinen einen geringen Sättigungsgrad haben.

Nach Fig. 2(a) wird bei diesem Verfahren nach dem Stand der Technik ein Objekt geringer Farbsättigung als ungefähr einem einfarbigem Objekt gleichartig betrachtet und

äquivalent hierzu eine Abtastfrequenz als fcl = 10,7 MHz selbst für ein Farbartsign-al angesehen. Es wird somit angenommen, daß ein Leuchtdichtesignal-Band bis zu fNl = fcl/2 erzielbar ist. Dieses Verfahren hat jedoch den Mangel, daß bei einer hohen Farbsättigung des Objekts eine

Überlappungs-bzw. Faltungsstörung auftreten würde.

Wenn ein einfarbiges Objekt (wie beispielsweise eine rote Blume) aufgenommen wird, wird unter der Annahme, daß die Frequenzspektrumsverteilung eines Grundbands der durch eine Kurve A in Fig. 2(b) dargestellten entspricht und das Signalband durch ein Tiefpaßfilter LPFl gemäß der Darstellung durch die entsprechend bezeichnete Kennlinie·! in Fig. 2(a) begrenzt ist, die Abtast frequenz zu fcl/3,

da sie in diesem Fall ausschließlich von dem Rotsignal 30

abhängt. Daraufhin erscheint in dem Ausgangssignal einer Festkörper-Bi^abtastvorrichtung an dem Grundband-Signal (gemäß der Kurve A) und an der Frequenz fcl/3 ein Primär-Seitenbandsignal B usw. Da jedoch das zum Erzielen eines Leuchtdichtesignals verwendete Tiefpaßfilter LPFl gemäß

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der Darstellung in der Fig. 2(b) breitbandig ist, erscheint eine durch Multiplizieren der durch die Strichlierung in Fig. 2(b) dargestellten Seitenbandteile mit der Kurve des Filters LPFl erhaltene Komponente als eine Überlappungs-bzw. Faltungsstörung, die die Bildqualität schwerwiegend herabsetzt.

Hinsichtlich der Farbwiedergabe bei dem vorangehend be- -schriebenen Verfahren besteht das folgende Problem: Gemäß Fig. 3(a) ist die Spektralempfindlichkeits-Kennlinie bzw. Spektralcharakteristik eines Streifenfilters, das gemäß der Darstellung in Fig. 1 aus den Filtern FR, FG und FCy zusammengesetzt ist, für das Rotlicht durch die Charakteristik eines Infrarot-Sperrfilters begrenzt. Die Empfindlichkeit für das Filter für Zyanblau ist durch die Spektralempf indlichkeits-Charakteristik der Ladungskopplungs-

vorrichtung (CCD) bzw. Bildabtastvorrichtung begrenzt. Daher muß durch Vorwahl und Einstellung der Durchlaßfaktoren eines jeden der Farbfilter die Gesamtspektrum-Empfindlichkeitsverteilung der Bildaufnahmevorrichtung so gestaltet werden, daß sich eine ungefähr gleichförmi-

ge Empfindlichkeitsverteilung für alle Farben einschließlich Rot, Grün und Zyanblau ergibt.

Bei einer Bildaufnahmevorrichtung der vorangehend beschriebenen Rot-, Grün- und Zyanblau-Ausführung wird ein Signal SB für Blau durch Subtrahieren eines Signals SG, das dem durch das Grünfilter FG durchgelassenen Licht entspricht, von einem Signal SCy erzielt, das dem durch das Zyanblaufilter FCy durchgelassenen Licht entspricht. Daher muß die Spektralempfindlichkeitsverteilung des Zyan-

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blaufilters eine Zusammensetzung aus den Empfindlichkeits-Verteilungen des Blaufilters und des Grünfilters sein, während sie gemäß der Darstellung in Fig. 3(b) hinsichtlich der gesamten Empfindlichkeit für Rot und Grün gleichförmig sein muß. Dem gegenüber haben die herkömmlichen Zyanblaufilter eine Empfindlichkeitsverteilung gemäß der Darstellung in Fig. 3(a). Daher wird das durch den vorstehend genannten Zuordnungsvorgang erzielte Blausignal SB von einem Signal verschieden, das normalerweise aus einem Blaufilter erzielt wird. Dies ergibt eine schwerwiegende Verschlechterung der Farbwiedergabe. 15

Es sei nun die Genauigkeit beim Verkitten der Bildabtastvorrichtung mit dem Farbauszugsfilter betrachtet. Es sind verschiedenerlei Arten von Bildabtastvorrichtungen bekannt, zu denen eine Zwischenzeilen-Ladungskopplungsvorrichtung

(IL-CCD), eine Vollbildübertragungs-Ladungskopplungsvorrichtung (FT-CCD), ein MOS-Bildsensor und so weiter zählen. Für die folgende Beschreibung wird jedoch eine VoIlbildübertragungs-Ladungskopplungsvorrichtung gewählt.

Die Fig. 4 ist eine vergrößerte Ansicht, welche einen Teil des Bildaufnahmeteils (bzw/, fotoelektrischen Wandlers) der Vollbildübertragungs-Ladungskopplungsvorrichtung zeigt.

Die Einzelheiten derselben werden später beschrieben. In

der Fig. 4 ist mit 3 eine Kanalsperre zum Verhindern des 30

Verteilens elektrischer Ladung zwischen Horizontalrichtungs-Elementen bezeichnet. Auf diesen Teil wird das in Fig. 1 gezeigte Farbauszugsfilter aufgebracht und angekittet. Eine Lichtabschirmschicht LS dient dazu, den

Durchlaß von einfallendem Licht zu verhindern. Das Farb-35

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auszugsfilter besteht aus den Filterteilen Cy, R und G, die jeweils so ausgebildet sind, daß sie Zyanblaulicht, Rotlicht bzw. Grünlicht durchlassen. Die Kanalsperre 3 ist normalerweise mit einer Breite von 2 bis 3 ^um ausgebildet, während die Lichtabschirmschicht LS auf die gleiche Breite wie die Kanalsperre 3 ausgebildet ist. Das Filter lwird so angekittet, daß die Kanalsperre 3 und die.Lichtabschirmschicht LS vollständig miteinander übereinstimmen bzw. in Deckung sind. Wegen der mechanischen Genauigkeit für das Verkitten, der Abmessungsgenauigkeit des Bildaufnahmeelements, der Abmessungsgenauigkeit des

Filters usw. ist es jedoch außerordentlich schwierig, die Genauigkeit bei dem Ve-rkitten zu steigern. Zusätzlich hierzu besteht an dem Farbauszugsfilter die Neigung zu einer Bewegung durch eine Spannungsbelastungs-Ungleichmäßigkeit, die entsteht, wenn der' zum Kitten verwendete

Klebstoff aushärtet. Wenn durch einen Verkittungsfehler beispielsweise der Grünfilterteil den Bildaufnahmeelement-Teil für das Rotfilter überdeckt, stellt ein schließlich erzieltes Farbartsignal eine Mischfarbe dar, wodurch die

Farbwiedergabe verschlechtert wird. 25

Dabei ist es vorzuziehen, die Breite der Lichtabschirmschicht LS des Farbauszugsfilters so weit wie möglich zu verringern. Dies ist deshalb der Fall, weil die Kanalsperre 3 einen bestimmten Grad an Lichtempfindlichkeit hat. Daher soll die Gesamt-Empfindlichkeit der Kamera durch Steigern des (Lichtempfangs-)Aperturwirkungsgrads des Bildaufnahmeelements mittels der Verringerung de.r Breite der Lichtabschirmschicht LS gesteigert werden.

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Gemäß den vorstehenden Ausführungen bestehen bei den herkömmlichen Farbauszugs filtern mancherlei Unzulänglichkeiten hinsichtlich der Auflösung, der Farbwiedergabe, der Verkittungsgenauigkeit und so weiter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bildaufnahmevorrichtung zu schaffen, die eine verbesserte Filteranordnung hat, bei welcher die vorangehend genannten Unzulänglichkeiten nach dem Stand der Technik vermieden sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe hat die erfindungsgemäße Vorrichtung verschiedenerlei als Farbfilter zum Bilden von Komplementärfarben verwendete Filter, so daß die virtuelle Abtastfrequenz selbst für ein Objekt mit hoher Farbsättigung gesteigert werden kann, wodurch die vorangehend ge-

nannte Faltungsstörung herabgesetzt werden kann. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß ein Filter für eine bestimmte Farbe aus einer kombinierten Anordnung mehrerer Farbfilter zusammengesetzt ist.

Beispielsweise werden statt der Verwendung eines Zyanblaufilters ein Blaufilter und ein Grünfilter für verschiedene Bereiche des gleichen Bildelements angeordnet, so daß durch diese Anordnung die Spektralcharakteristik

des Zyanblaufilters nach Belieben gewählt werden kann. 30

Dies erlaubt daher durch eine Zusammenfassung mit Signalen aus anderen Bildelementen, die richtige Farbwiedergabe herbeizuführen.

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Ferner wird erfindungsgemäö das Farbfilter für eine heft

stimmte Farbe aus kleinen aufgeteilten Farbfiltern unterschiedlicher Arten zusammengesetzt, so daß selbst für eine Objektkomponente mit hoher Raumfrequenz selten falsche Signale erzeugt werden.

Bei der Bildung des Filters für eine bestimmte Farbe aus mehreren Farbfiltern für unterschiedliche Farben kann der optimale Zusammenhang mit anderen Bildelementen dadurch erzielt werden, daß das Verhältnis der durch ein jeweiliges Farbfilter eingenommenen Fläche zur Gesamtfläche eingestellt wird. Während es nach dem Stand der Technik unmöglich ist, die Pegel der- einzelnen Bildelement-Signale einander anzugleichen, ist es somit erfindungsgemäß ziemlich einfach, die Pegel solcher Signale gleich zu machen.

Ferner wird gemäß einem besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung bei der Gestaltung eines Farbfilters für eine vorgeschriebene Farbe vor einem vorgeschriebenem Bildelement das Filter für diese Farbe aus mehreren Farbfiltern zusammengesetzt und der Umfangsteil des Bildele-

ments mit Filtern für eine vorgeschriebene gemeinsame Farbe abgedeckt, so daß durch diese Filter für die gemeinsame Farbe irgendein Fehler beim Verkitten der Filter für das Bildaufnahmeelement wirkungsvoll kompensiert werden kann.

Mit dem Filter für die gemeinsame Farbe, das auf diese Weise den Bereich um den Rand des Bildelements in einer bestimmten Richtung abdeckt, kann für eine verbesserte Empfindlichkeit der Apertur-Wirkungsgrad des Bildelements

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gesteigert werden. Da darüberhinaus mit dieser Anordnung in einem gewissen Ausmaß die Hochfrequenzkomponente des Aufnahmeobjekts unterdrückt wird, trägt die Anordnung dazu bei, die Faltungsstörung zu verringern.

Erfindungsgemäß wird ein Farbartsignal mit einer vorgeschriebenen Spektralcharakteristik dadurch erzielt, daß zumindest für einige der Bildelemente mehrere Komplementärfarben-Filter ausgebildet werden. Daher kann durch diese Anordnung die Einstellung der Spektralcharakteristik

erleichtert werden.
15

Ferner werden in diesem Fall die Komplementärfarben-Filter so angeordnet, daß sie einander überlappen, um das Auftreten falscher Signale zu verhindern.

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

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die die bau-

liehe Anordnung eines Streifenfilters der herkömmlichen Rot-, Grün- und Zyanblau-Ausführung zeigt.

Fig. 2(a) und 2 (b) sind schematische Darstellungen, die

die Faltungsstörung bei dem in Fig. 1 gezeigten 30

Filter veranschaulichen.

Fig. 3(a) und 3(b) sind Darstellungen von Spektralcharakteristiken von Farbfiltern.

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Fig. 4 zeigt als ein Beispiel die bauliche Anordnung

eines Bildaufnahmeelements, das bei der Bildaufnahmevorrichtung verwendbar ist.

Fig. 5(a) bis 5(g) zeigen jeweils die Anordnung von Filtern gemäß einem ersten bis siebenten Ausführungsbeispiel der Bildaufnahmevorrichtung.

Fig. 5(h) ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel einer Signalverarbeitungsschaltung zeigt.

Fig. 6 ist eine Darstellung eines Filters, das gemäß

einem achten Ausführungsbeispiel der Bildaufnahmevorrichtung angeordnet ist.

Fig. 7(a) zeigt ein neuntes Ausführungsbeispiel der Bildaufnahmevorrichtung.

Fig. 7(b) ist ein Blockschaltbild, das ein weiteres Beispiel einer Signalverarbeitungsschaltung zeigt.

Fig. 8(a) ist eine schematische Darstellung eines Filters, das gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel der Bildaufnahmevorrichtung angeordnet ist.

Fig. 8(b) ist eine Darstellung elektrischer Ladungen, 30

die an jeweiligen lichtempfindlichen Bereichen

bei der Bildaufnahmevorrichtung gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel gespeichert sind.

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Fig. 8(c) zeigt Beispiele unterschiedlicher Filterkombinationen für die Bildaufnahmevorrichtung gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel.

Fig. 9 bis 12 sind Darstellungen von Filtern, die jeweils gemäß einem elften bis vierzehnten Ausführungsbeispiel der Bildaufnahmevorrichtung angeordnet sind.

In der Fig. 4, die die Anordnung der wesentlichen Teile

einer Vollbildübertragungs-Ladungskopplungsvorrichtung als Beispiel für eine Bildaufnahmeeinheit der Bildaufnahmevorrichtung zeigt, sind mit 1 transparente Übertragungs-Elektroden aus polykristallinem bzw. poly-Silicium bezeichnet. Mit 3 sind Kanalsperren bezeichnet. Ein FiI-

ter wird mit den Stellen der Bildelemente so ausgerichtet, daß in der Horizontalrichtung dieser Bildaufnahmeeinheit Lichtabschirmteile bzw/. Lichtabschirmschichten LS über den Kanalsperren 3 liegen. Ferner sind mit 2 virtuelle bzw. Scheinelektrodenteile bezeichnet, die durch eine Be-

handlung wie eine Ioneninjektion oder dergleichen jeweils so ausgebildet sind, daß sie ständig eine vorgeschriebene Potentialschwelle bilden. Mit 2' sind Bildelemente bezeichnet, die jeweils aus einer transparenten Elektrode 1 und einer Scheinelektrode 2 bestehen.

Die Fig. 5(a) bis 5(g) zeigen jeweils die Anordnung von Farbauszugs filtern als Filtereinrichtung der Bildaufnahmevorrichtung gemäß einem ersten bis siebenten Ausführungsbeispiel. Hierbei zeigen die Fig. 5(a) bis 5(e) Ausfüh-

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rungsbeispiele, bei denen in der Bildaufnahmevorrichtung

Rot-, Grün- und Zyanblau-Filter angewendet werden. In diesen Fällen wird ein Zyanblaufilter FCy aus einer Kombination eines Blaufilters mit einem Grünfilter gebildet. In diesen Figuren sind mit FB' Blaufilter bezeichnet, die als ein dritter Filterteil der Bildaufnahmevorrichtung dienen; mit FG und FG' sind Grünfilter bezeichnet, die gleiche Spektralempfindlichkeit haben und als erster bzw. zweiter Filterteil der Bildaufnahmevorrichtung dienen; mit FR sind Rotfilter bezeichnet. Die dargestellte Kombination hat eine gleichmäßig wiederholte Anordnung.

D.h., an einem zweiten Bildelement X der Bildaufnahmevorrichtung werden anstell-e eines Zy.anblaufliters FCy das Grünfilter FG¹, das die gleiche Spektralcharakteristik wie das Grünfilter FG hat, und das Blaufilter FB', das die in Fig. 3(a) gezeigte Empfindlichkeitsverteilung

für Blau hat, Seite an Seite aneinander angrenzend angeordnet. Das Filter FG, das als der erste Filterteil dient, ist für ein erstes Bildelement Y vorgesehen. Demzufolge ist die Spektralcharakteristik des aus der Kombination der Filter FG' und FB' gebildeten Filters aus der Spektralcharakteristik des Grünfilters und derjenigen des Blaufilters nach Fig. 3(a) im Verhältnis der Flächen der Filter FG' und FB' zusammengesetzt, so daß eine ideale Empfindlichkeitsverteilung für Zyanblau gemäß der Darstellung in Fig. 3(b) erzielt werden kann. Für ein drit-

tes Bildelement Z ist das Filter FR als vierter Filterteil vorgesehen. Wenn dieses Farbfilter bzw. Farbauszugsfilter in der Bildaufnahmevorrichtung eingesetzt wird, wird die Farbwiedergabe-Fähigkeit der Vorrichtung hervorragend. Selbstverständlich besteht bei der Bildaufnahme-

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vorrichtung hinsichtlich der Anordnungs-Reihenfolge der Filter FCy, FG und FR sowie der Reihenfolge der Filter FB'¹ und FG' keine Einschränkung auf die dargestellten Reihenföl gen.

Bei Beispielen nach Fig.5(b) bis 5(e) ist das Zyanblaufilter durch ein Wiederholungsmuster aus vielen Grünfiltern und Blaufiltern gebildet. Im Falle der Fig. 5(b) ist das Filter in der Form vertikaler Streifen gebildet, im Falle der Fig. 5(c) ist das Filter in der Form horizontaler Streifen gebildet, im Falle der Fig. 5(d) ist das Filter

in der Form eines Mosaiks gebildet und im Falle der Fig.

5(e) ist das Filter in der- Form eines noch feiner aufgeteilten Mosaiks gebildet. Bei dem in Fig. 5(f) gezeigten Ausführungsbeispiel wird bei der Bildaufnahmevorrichtung ein Mosaikfilter verwendet, das für eine Zwischenzeilen-

Ladungskopplungsvorrichtung oder dergleichen verwendbar ist. Auch in diesem Fall ist das Zyanblaufilter durch ein Blaufilter zusammen mit einem Grünfilter gebildet.

Bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist zwar das Zyanblau-Farbfilter aus einem reinen Blau-Farbfilter und einem reinen Grün-Farbfilter zusammengestellt, jedoch besteht bei der Bildaufnahmevorrichtung keine Einschränkung auf diese Farben, so daß auch Filter für irgendwelche beliebigen Komplementärfarben verwendbar

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sind.

Beispielsweise kann anstelle eines transparenten Filters eine geeignete Kombination aus einem Rotfilter, einem

Grünfilter und einem Blaufilter verwendet werden. 35

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Die Fig. 5(g) zeigt als ein Beispiel eine Filteranordnung mit einem derartigen transparenten Filter. In diesem Fall ist für ein Bildelement X ein Zyanblaufilter vorgesehen, während für ein Bildelement Y ein Grünfilter und für ein Bildelement Z ein Weißfilter vorgesehen ist.

Wie aus den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ersichtlich ist, kann bei der Bildaufnahmevorrichtung das Einstellen der Spektralcharakteristik der Komplementärfarben-Filter auf sehr einfache Weise bewerkstelligt werden. Daher kann bei einer Zusammensetzung der Ausgangssignale benachbarter Bildelemente die Farbreproduzierbarkeit bzw. Farbwiedergabe d-er Bildaufnahmevorrichtung in einem hohen Grad verbessert werden. Nach Fig. 5(h), die als ein Beispiel den Aufbau einer Schaltung zur Verarbeitung eines mit der Filteranordnung gemäß einer der Fig. 5(a) bis 5(e) erzielten Bildsignals zeigt, enthält die Schaltungsanordnung eine Bildaufnahmeeinheit 4, die mit der genannten Filteranordnung ausgestattet ist, ein Tiefpaßfilter 5, das die Hochfrequenzkomponente der Punktefolgen-Ausgangssignale der Bildaufnahmeeinheit 4 abschnei-

det, eine Korrekturschaltung 6, die für verschiedenerlei Arten von Korrekturen wie eine Gamma-Korrektur, eine Apertur-Korrektur und so weiter an von dem Tiefpaßfilter 5 abgegebenen falschen bzw. fehlerhaften Signalen ausgebildet ist, Abfrage/Halteschaltungen 9 bis 11, die je-30

weils Farbkomponenten SR für Rot, SG für Grün und SCy für Zyanblau abtasten und speichern, und einen Subtrahierer 12, der als eine l/erarbeitungseinrichtung der Bildaufnahmevorrichtung dient. Der Subtrahierer 12 subtrahiert

das Ausgangssignal SG der Abfrage/Halteschaltung 10 von 35

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dem Ausgangssignal SCy der Abfrage/Halteschaltung 11, um dadurch ein einer Blaukomponente entsprechendes Signal SB zu bilden. Bei der Bildaufnahmevorrichtung ist das Zyanblaufilter aus einer Kombination des Blaufilters und des Grünfilters gebildet, wobei gemäß den vorangehenden Ausführungen die Spektralcharakteristik des Grünfil- ^^ ters so gewählt ist, daß sie ungefähr derjenigen des Grünfilters entspricht, das für das Bildelement für eine Grünkomponente vorgesehen ist. Daher wird als Ausgangssignal der Verarbeitungsschaltung bzw. des Subtrahierers 12 selten ein fehlerhaftes Signal hinsichtlich der Blaukomponente erzeugt. Die Schaltungsanordnung enthält ferner Korrekturschaltungen 13, 1-4 und 15, die jeweils zur Ausführung verschiedenartiger Korrekturen auf ungefähr die gleiche Weise wie die- Korrekturschaltung 6 ausgebildet sind, eine Matrixschaltung 7, die aus Färb- bzw. Farbart-

Signalen und einem Fehlersignal ein Signal Y und Farbdifferenzsignale R-Y und B-Y bildet, und einen Codierer 8, der das Signal Y und die Farbdifferenzsignale zu Fernsehnormsignalen wie NTSC-Signalen moduliert. Mit den Filteranordnungen gemäß den Fig. 5(f) und 5(g) sind ferner gleichfalls Fernsehnormsignale auf die gleichartige Weise wie bei diesem Ausführungsbeispiel erzielbar.

Ein achtes Ausführungsbeispiel der Bildaufnahmevorrichtung ist in der Fig. 6 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel

besteht ein Farbfilter für eine vorgeschriebene Farbe aus

mehreren Farbfilterteilen einschließlich eines zweiten und eines dritten Farbfilterteils. Der zweite Farbfilterteil ist an dem an ein anderes Filter anschließenden Grenzbereich des Filters bzw. in der Nähe des Rands des Farb-35

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filters angeordnet. Bei diesem' besonderen Beispiel bezieht sich die folgende Beschreibung des Ausführungsbeispiels auf ein Farbauszugsfilter, das in Verbindung ein Zyanblaufilter Cy, ein Gelbfilter Ye und ein Grünfilter G enthält.

In der Fig. 6 sind mit CSl bis CS4 Kanalsperren der Ladungskopplungsvorrichtung bezeichnet, die an der Rückseite des Filters angeordnet sind. Gemäß der Darstellung ist ein zwischen den Kanalsperren CSl und CS2 liegendes zweites Bildelement X durch einen dritten Filterteil B und einen zweiten Filterteil G abgedeckt. Aufgrund dieser Anordnung ist ein Ausgangssignal erzielbar, das einem Ausgangssignal äquivalent ist, welches durch Abdecken des Bildelements mit einem Zyanblaufilter erzielt werden würde. Dabei ist das Grünfilter, das als ein erster FiI-

terteil dient, für ein erstes Bildelement Y ausgebildet, das zwischen den Kanalsperren CS3 und CS4 liegt. Nimmt man nun das zwischen den Kanalsperren CSl und CS2 liegende Bildelement X als Beispiel, so sind die in der Horizontalrichtung einander gegenüberliegenden Endteile des

Bildelements, nämlich die Kanalsperren CSl und CS2 sowie an die Kanalsperren angrenzende Teile P und Q durch Grünfilter abgedeckt, die als zweite Filterteile dienen. Daher bleibt selbst dann, wenn die Lage des Farbauszugsfilters in den Richtungen des Doppelpfeils D abweichen würde, die Gesamtfläche der Grünfilter über den Umfangs- bzw. Randteilen P und Q des Bildelements unverändert. Eine gewisse Lageabweichung, die bei dem Anbringen des Filters vor dem Bildaufnahmeelement auftreten könnte, führt daher zu keiner nachteiligen Auswirkung. Der Filterteil Ye für Gelb und der

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Grün-Filterteil G sind gleichermaßen angeordnet und ergeben den gleichen Vorteil.

D.h., das Grünfilter überdeckt die Kanalsperren CS3 und CS4. Daher bleibt das Ausgangssignal des Bildelements zwischen den Kanalsperren CS3 und CS4 völlig unbeeinflußt von irgendeiner Lageabweichung des Filters. Dies erlaubt bei dem Befestigen des Farbauszugsfilters an dem Bildaufnahmeelement in dem Herstellungsprozeß die Verwendung eines Klebstoffs in einer Schicht, die dicker als die herkömmliche Weise verwendete Klebstoffschicht ist. Darüberhinaus tritt selbst dann niemals eine Farbmischung auf, wenn der Pupillenort eines Aufnahmeobjektivs näher liegt.

Bisher war bei dem Ankitten eines Filters an eine Ladungs-

kopplungsvorrichtung oder dergleichen mit einem Klebstoff eine Beschränkung der Dicke der Klebstoffschicht auf einen nicht 10 jum übersteigenden Wert notwendig, da dann, wenn die Dicke diesen Wert übersteigt, der Zwischenraum zwischen dem Filter und der Ladungskopplungsvorrichtung ein "Übersprechen" bzw. eine Überschneidung herbeiführen würde, falls nicht ein Objektiv großer Blendenöffnung verwendet wird, dessen Pupille in einem größeren Abstand liegt. Bei dem Ausführungsbeispiel der Bildaufnahmevorrichtung wird dieses Problem dadurch gelöst, daß die Ge-

fahr des Auftretens irgendeines Ubersprechens bzw. einer

Nebenabbildung ausgeschaltet wird. Somit erlaubt das Ausführungsbeispiel den Einsatzueines kleinen Aufnahmeobjektivs. Zusätzlich hierzu besteht ein weiterer Vorteil dieses Ausführungsbeispiels darin, daß ein Fehler bei dem 35

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Verkitten zwischen dem Filter und dem Bildaufnahmeelement vernachlässigbar ist, der auf einer ungleichmäßigen Spannungsbelastung beruht, welche während der Aushärtungszeit des Klebstoffs entsteht.

Ferner wurde festgestellt, daß für eine verbesserte Massenproduktivität und eine verbesserte Ausbeute die FiI-terverkittungsgenauigkeit, für die bisher eine Genauigkeit von weniger als 0,5 ^um erforderlich war, bis zu 3 bis 4 /Um zulässig wird. Darüberhinaus verringert die bauliche Anordnung bei dem Ausführungsbeispiel die Möglich-

keit einer Farbmischung und einer Farbausgleich-Abweichung.

Nach Fig. 7(a), die ein Farbauszugsfilter gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der Bildaufnahmevorrichtung

zeigt, ist das Filter folgendermaßen ausgebildet: Die Grenzen und Umfangsteile aller Teilfilter sind so ausgebildet, daß sie die Farbe entweder des ersten oder des zweiten Filterteils gemeinsam haben. Durch die Anwendung dieser Anordnung ist es möglich, eine Lageversetzung des Filters nicht nur in der Horizontalrichtung, sondern auch in der Vertikalrichtung auszugleichen.

Die Fig. 7(b) zeigt als ein Beispiel eine Signalverarbeitungsschaltung, die für die Filteranordnungen gemäß den Fig. 6 und 7(a) geeignet ist. In dieser Fig. 7(b) sind' mit den in Fig. 5(h) gezeigten Teilen identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 5(h) bezeichnet. Die Signalverarbeitungsschaltung enthält einen Subtrahierer 16, der als Verarbeitungseinrichtunq der BiId^y

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aufnahmevorrichtung dient. Der Subtrahierer 16 bildet ein Rotsignal SR durch Subtrahieren eines Grünkomponentensignals, das als Ausgangssignal der Abfrage/Halteschaltung 10 gewonnen wird, won einem Gelbkomponentensignal SYe, das als Ausgangssignal einer Abfrage/Halteschaltung 17 erzielt wird.

Ein Vorteil bei diesem Ausführungsbeispiel liegt auch darin, daß mit der Filteranordnung gemäß der Darstellung in Fig. 6 und 7(a) selten falsche Signale erzeugt werden.

Es ist ferner selbstverständlich, daß statt des Anklebens

des Filters mittels eines -Klebstoffs das Filter direkt auf dem Bildaufnahmeelement ausgebildet werden kann, um eine weitere Verbesserung hinsichtlich der Massenproduktivität zu erreichen.
20

Durch die Anordnung der Farbfilter an den Stellen der Lichtabschirmteile auf den Kanalsperren wie im Falle dieser Beispiele wird der Apertur-Wirkungsgrad verbes-· sert.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Empfindlichkeit der Kanalsperren wirkungsvoll genutzt werden kann. Ein nächster Vorteil besteht darin, daß durch das Anordnen der Grünfilter als Farbfilter auf den Kanalsperren das ^P

Verhältnis der Grünkomponente zu der gesamten Filteranordnung gesteigert wird, was ein hervorragendes Auflösungsvermögen ergibt. Weiterhin zeichnet sich das Ausführungsbeispiel auch hinsichtlich der Farbreproduzier-

barkeit bzw. Farbwiederqabe aus.
35

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Vorstehend wurde die Verwendung einer Vollbildübertragungs-Ladungskopplungsvorrichtung (FT-CCD) bei der Bildaufnahmevorrichtung beschrieben. Bei der Bildaufnahmevorrichtung ist jedoch ohne irgendwelche Schwierigkeiten auch eine Zwischenzeilen-Ausführung oder MOS-Ausführung anwendbar.

In der Fig. 8 ist ein zehntes Ausführungsbeispiel der Bildaufnahmevorrichtung gezeigt. In diesem Fall sind mehrere Farbfilter für mindestens einige von Bildelementen vorgesehen, wobei diese Farbfilter so angeordnet sind, daß sie einander teilweise überlappen. Nach Fig. 8 wird jede von Kanalsperren CS beispielsweise dadurch hergestellt, daß in einem P-Halbleitersubstrat eine P -Zone dispergiert wird. Mit PS ist ein fotoempfindlicher Bereich (bzw. ein Element) bezeichnet, der zwischen den Kanalsperren CS eingefügt ist. Das Ausführungsbeispiel weist eine Isolierschicht IL aus SiCL· oder dergleichen, transparente Elektroden TE, die zum Steuern des Potentialpegels des fotoempfindlichen Bereichs (Elements) PS über die Isolierschicht ausgebildet sind, und Farbfilter Fl und F2 auf, die in Kombinationen gemäß der Darstellung

in Fig. 8(c) ausgebildet sind. Die Fig. 8(c) zeigt verschiedene Kombinationen (1), (2) und (3) der Farbfilter Fl und F2. Von diesen verschiedenen Kombinationen ist in den Fig. 8(a) und 8Cb) die Kombination (1) dargestellt.

Im einzelnen ist angenommen, daß die Filter Fl und F2 Filter für die Farben Zyanblau Cy bzw. Gelb Ye sind. Gemäß der Darstellung in der Fig. 8(a) sind die durch die Filteranordnung durchgelassenen Farbkomponenten in einer

wiederkehrenden Weise zu G, Cy, G, Ye, G, Cy, G, Ye usw. 35

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angeordnet. Daher werden jeweils an den fotoempfindlichen Bereichen Cl bis C6 (PS) elektrische Ladungen gespeichert, die Farbkomponenten G, Cy + AG, Ye + AG, G, Cy + AG, Ye + AG entsprechen. Auf diese Weise sind die Elemente Cl und C4, die als ein erstes Bildelement dienen, mit einem ersten Filterteil aus den Filtern Fl und F2 versehen Die Elemente C2 und C5, die als ein zweites Bildelement dienen, sind nicht nur mit einem zweiten Filterteil, der gleichfalls aus den Filtern Fl und F2 besteht, sondern auch mit einem dritten Filterteil versehen, in welchem

allein das Filter Fl enthalten ist. 15

Das Ausführungsbeispiel hat ferner ein drittes Bildelement, das durch die Elemente C3 und C6 gebildet ist. Das dritte Bildelement ist mit dem zweiten Filterteil aus den Filtern Fl und F2 und einem vierten Filterteil ver-

sehen, das allein aus dem Filter F2 besteht. Mit dieser Anordnung können allein durch Kombinieren zweier Farbfilter drei Arten von Punktefolgen-Farb-bzw. Farbartsignalen gebildet werden.

Da Filter für Komplementärfarben verwendet werden, wird selbst bei der Überlappung dieser Filter eine ausreichende Empfindlichkeit aufrechterhalten. Falls das Farbauszugsfilter mit Filtern für reine Farben gebildet wird, sperren Überlappungsteile der Filter das Licht, wenn die Umfangsteile der Filter einander überlappen. Dies würde zu einem geringeren Apertur-Wirkungsgrad führen. Falls im Gegensatz dazu zwischen diesen Reinfarben-Filtern eine Lücke besteht, würde diese Lücke ein Weißsignal W ergeben, was zu einem falschen Signal führen würde. Demgegen-

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über wird gemäß dem Ausführungsbeispiel der Bildaufnahmevorrichtung an solchen Überlappungsteilen ein ausreichender Empfindlichkeitsgrad beibehalten. Darüberhinaus ist bei dem Ausführungsbeispiel im Vergleich zu einem Farbauszugsfilter, das aus Reinfarben-Filtern zusammengesetzt ist, der Pegel des auf den jeweiligen fotoempfindlichen Bereich fallenden Lichts höher.

Die Kombinationen (2) und (3) nach Fig. 8(c), bei welchen die Filter Fl und F2 für die Farben Zyanblau Cy und Magentarot Ma bzw. Gelb Ye und Magentarot Ma ausgebildet

sind, ergeben gleichfalls die selbe vorteilhafte Wirkung.

Ferner kann im Falle der Filteranordnung mit der Kombination (I)-nach Fig. 8(c) die Schaltung nach Fig. 7(b) ohne irgendeine Abwandlung dadurch verwendet werden, daß bei

dem Abfrage/Haltevorgang die Ausgangssignale der Elemente

(fotoempfindlichen Bereiche) Cl und C4 der Abfrage/Halteschaltung 10 nach Fig. 7(b) zugeführt werden und die Ausgangssignale der Elemente C3 und C6 der Abfrage/Halteschaltung 17 zugeführt werden.
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In den Fig. 9 bis 12 sind ein elftes bis vierzehntes Ausführungsbeispiel der Bildaufnahmevorrichtung gezeigt. In diesen Fig. 9 bis 12 sind verschiedene Beispiele von

Farbfilterkombinationen dargestellt, wobei mit CS bzw. PS 30

jeweils Kanalsperren bzw. fotoempfindliche Bereiche bezeichnet sind.

Im Falle der Fig. 9 wird eine Gelb-, Weiß- und Zyanblau-Streifenfilteranordnung verwendet. Ein Weiöfilter W wird

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in den Randbereichen zwischen einem Farbfilter und dem anderen Farbfilter eingesetzt. Bei dem in Fig. 10 gezeigten Ausführungsbeispiel wird eine Bläu-, Weiß-, Rot- und Weiß-Streifenfilteranordnung verwendet, wobei an den Randbereichen zwischen einem Farbfilter und dem nächsten Farbfilter ein Weißfilter angeordnet ist. Im Falle der Fig. 11 wird eine Streifenfilteranordnung mit der Farbenfolge Gelb Ye, Weiß W, Zyanblau Cy und Weiß W oder Gelb Ye, Grün G, Zyanblau Cy und Grün G verwendet. Die Fig. stellt einen Fall dar, bei dem bei der Bildaufnahmevorrichtung eine Streifenfilteranordnung verwendet wird, die aus einer Kombination von Farbfiltern Ye, G und Cy, R, G und Cy oder Ye, G und Ma besteht. Bei jedem dieser in den Fig. 9 bis 12 gezeigten Ausführungsbeispiele sind für zumindest einige Bildelemente mehrere Komplementärfarbenfilter vorgesehen, um eine Verbesserung hinsichtlich der

Empfindlichkeit der Filter und der Überlappungsteile derselben zu erreichen. Mit diesen Filteranordnungen kann der Apertur-Wirkungsgrad verbessert werden.

Die Filteranordnung der Bildaufnahmevorrichtung ergibt

Farbsignale hoher Qualität mit nur wenigen falschen Signalen durch die Verwendung der Filteranordnung in Verbindung mit der Signal Verarbeitungsschaltung, die eine Verarbeitungseinrichtung gemäß der Darstellung in Fig. 5(h) oder Fig. 7(b) enthält.

Es wird eine Bildaufnahmevorrichtung angegeben, die eine Kombination aus mehreren Farbfiltern hat, die vor einer Bildabtastvorrichtung angeordnet sind. Vor mindestens einigen von Bildelementen sind Farbfilter für unterschied-

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liehe Farben angeordnet. Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel sind an den Grenzbereichen oder Randbereichen aneinander angrenzender Bildelemente Filter für eine gemeinsame Farbe angeordnet.

Claims

Patentansprüche

1. Bildaufnahmevorrichtung, gekennzeichnet durch eine Bildaufnahmeeinheit (4) zum Umsetzen eines optischen Bilds in elektrische Bildinformationen mit einer Vielzahl von Bildelementen (2¹; X, Y, Z), eine Farbfiltereinrichtung, die mindestens einen ersten Filterteil (FG; G; Fl + F2), der für ein erstes Bildelement ; (Y; Cl, C4) der Vielzahl von Bildelementen vorgesehen und zum Durchlassen von Licht einer vorgeschriebenen Spektralcharakteristik ausgebildet ist, einen zweiten Filterteil (FG'; G; Fl + F2), der für ein zweites Bildelement (X; C2, C5) der Vielzahl von Bildelementen vorgesehen und zum Durchlassen von Licht mit ungefähr der gleichen Spektralcharakteristik wie bei dem ersten Filterteil ausgebildet ist, und einen dritten Filterteil (FB¹; B; Fl) aufweist, der gleichfalls für das zweite Bildelement !vorgesehen und zum Durchlassen von Licht einer Spektralcharakteristik ausgebildet ist, die von derjenigen bei dem ersten Filterteil verschieden ist, und eine Verarbeitungseinrichtung (10 bis 12) zum Bilden eines vorgeschriebenen Färb- oder Farbartsignals (SB) durch Zusammensetzen des Ausgangssignals (SCy) des zweiten Bildelements mit dem Ausgangssignal (SG) des ersten Bildelements.

A/25

Dresdner Bank (München) Kto. 3939844

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2. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch

" gekennzeichnet), daß die Bildaufnahmeeinheit (4) ein Festkörper-Bildabtastelement au fm/ eist.

3. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Filterteil (FG') eine Erweiterung des ersten Filterteils (FG) ist.

4. Bildaufnahmev/orrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Filterteil (FG¹) und der dritte Filterteil (FB¹) zu einer zumindest teilweisen gegenseitigen Überlappung an dem zweiten Bildelement (X) angeordnet sind.

5. Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Filterteil (FG¹) und der dritte Filterteil (FB') über dem zweiten Bildelement (X) aneinander angrenzen.

6. Bildaufnähmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Filterteil (FG¹) und der dritte Filterteil (FB') an dem zweiten Bildelement (X) in einem vorgeschriebenen Wiederholungsmuster angeordnet sind.

7. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch "0 gekennzeichnet, daß das Wiederholungsmuster ein Streifenmuster ist (Fig. 5(b); Fig. 5(c)).

8. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Wiederholungsmuster ein Mosaikmuster ist (Fig. 5(d); Fig. 5(e)).

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9. Bildaufnähmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Filterteil (FG¹) in der Nahe eines Randbereichs des zweiten Bildelements (X) angeordnet ist.

10. Bildaufnahmevorrichtung, gekennzeichnet durch eine Bildaufnahmeeinheit (4) zum Umsetzen eines optischen Bilds in elektrische Bildinformationen mit einer Vielzahl •von Bildelementen (X, Y, Z) und eine Farbfiltereinrichtung (G, B, R), die mindestens einen ersten Filterteil (G), der für ein erstes Bildelement (Y) der Vielzahl von Bildelementen vorgesehen und zum Durchlassen von Licht einer vorgeschriebenen Spektralcharakteristik ausgebildet ist, einen zweiten Filterteil (G), der für einen Teil eines zweiten Bildelements (X) der Vielzahl von Bildelementen in der Nähe des Rands desselben vorgesehen und zum Durchlassen von Licht mit ungefähr der gleichen Spektralcharakteristik wie bei dem ersten Filterteil ausgebildet ist, und einen dritten Filterteil (B) aufweist, der an dem Mittelbereich des zweiten Bildelements angeordnet und zum Durchlassen von Licht einer Spektralcharakteristik ausgebildet ist, die von derjenigen bei dem ersten Filterteil verschieden ist (Fig. 6; Fig. 7(a)).

11. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Filterteil (G) an einem Bereich des zweiten Bildelements (X) in der Nähe des in einer vorgeschriebenen Richtung liegenden Rands desselben angeordnet ist.

12. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 11, dadurch 35

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gekennzeichnet, daß der zweite Filterteil (G) an einem Bereich des zweiten Bildelements (X) in der Nähe des in einer Horizontalrichtung liegenden Rands desselben angeordnet ist.