DE3534187C2 - Fernsehkamera mit gekühltem Festkörper-Bildwandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Fernsehkamera mit Einrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie sie z. B. aus einer Kurzinformation "Peltier-Kühler zur Empfindlich­ keitsverbesserung von Halbleiter-Bildsensoren", veröffent­ licht in Fernseh- und Kinotechnik, 38. Jahrgang, Nr. 3, 1984, Seite 122, und aus der japanischen OPI-Veröffentli­ chung Nr. SHO 59-80056 bekannt sind Neuerdings erscheinen auf dem Markt tragbare Fernsehkameras mit Festkörper-Bildwandlern. Solche Kameras sind sehr vor­ teilhaft, besonders als tragbare Geräte, weil sie besonders robust und klein sind, wenig Leistung verbrauchen, und weil ihre Bildwandler mit zunehmendem Alter kaum Qualitätseinbu­ ßen erleiden. Andererseits haben derartige Geräte im Vergleich zu Kameras, die mit herkömmlichen Bildaufnahme­ röhren bestückt sind, aber auch gewisse Nachteile. Ein solcher Nachteil ist die Erzeugung unerwünschter, nicht zur Bildinformation gehörender Signalkomponenten, wie Rauschen und starke Leckströme aufgrund von Eigenschaften, die spezifisch für Festkörper-Bildwandler sind. Diese Eigen­ schaften bewirken, daß selbst beim Fehlen von Licht tempe­ raturabhängige und räumlich ungleichmäßig verteilte Schwarzwert-Leckströme erscheinen, die sogenannten Dunkel­ ströme. Die Ungleichmäßigkeit der Dunkelströme führt zu Unregelmäßigkeiten im Schwarzwert und/oder zu einer Farbverschiebung des später wiedergegebenen Bildes. Das Problem des temperaturbedingten Rauschens und der räumlich ungleichmäßigen Dunkelströme wird vergrößert durch die im Bildwandler und in seinen zugeordneten Schaltungsanordnun­ gen während des Betriebs verbrauchte Leistung, durch deren Einfluß die Temperatur des Bildwandlers um vielleicht 30°C über die umgebende Lufttemperatur außerhalb der Kamera ansteigen kann.

Aus diesem Grund wurden Kühlsysteme für Festkörper- Bildwandler entwickelt, die in den eingangs erwähnten Veröffentlichungen vorgestellt sind und einen Regelkreis enthalten, der ein von der Temperatur des Bildwandlers abhängiges Signal mit einem vorbestimmten Wert vergleicht und im Falle einer Abweichung, die das Überschreiten einer vorbestimmten Temperatur anzeigt, eine auf den Bildwandler wirkende Kühleinrichtung wie z. B. einen Peltier-Kühler einschaltet, um so die Temperatur des Bildwandlers auf einen gewünschten Wert zu stabilisieren. Bei dem System nach der erstgenannten Veröffentlichung wird die Bildwandlertempera­ tur direkt durch einen Thermistor gemessen, während bei dem System nach der zweitgenannten Veröffentlichung der Dunkel­ strom des Bildwandlers als eine von der Temperatur abhän­ gige Größe erfaßt und mit einem diesbezüglichen Referenz­ wert verglichen wird.

Der Betrieb der Kühleinrichtung verbraucht natürlich Leistung, die aus der Energieversorgungsquelle der Kamera entnommen werden muß. Da Kameras mit Festkörper-Bildwand­ lern in der Mehrzahl tragbare Geräte sind und aus Batterien gespeist werden, wird die jeweilige Betriebsdauer der Kamera zwischen den Wiederaufladungen der Batterie infolge der zusätzlichen Leistungsaufnahme des Kühlers in unerwünschter Weise verkürzt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, den durch eine Kühleinrichtung verursachten Energiever­ brauch minimal zu halten, ohne dadurch eine merkliche Einbuße der Betriebsqualität der Kamera hinsichtlich des Rauschabstandes oder der Schwarzwert-Gleichmäßigkeit zu erleiden.

Eine mit Festkörper-Bildwandler bestückte Videokamera, welche diese Aufgabe in erfindungsgemäßer Weise löst, ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestal­ tungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Mit der vorliegenden Erfindung wird die Erkenntnis ausge­ nutzt, daß die mit der Temperatur des Bildwandlers zusam­ menhängenden Probleme nicht unterschiedslos für alle Einsatzbedingungen der Kamera gelten. Zwar werden uner­ wünschte temperaturabhängige bildfremde Signalkomponenten wie Rauschen und Dunkelströme in jedem Fall stärker, wenn die Temperatur ansteigt. Andererseits können solche Stör­ komponenten aber umso eher in Kauf genommen werden, je stärker die vom Bildwandler erzeugten, durch den Lichtein­ fall bestimmten Nutzkomponenten sind, denn letztlich ist für die Bildqualität hauptsächlich der Abstand zwischen Nutz- und Störsignal entscheidend. So kann eine Kamera mit Festkörper-Bildwandlern im Falle guter Lichtbedingungen ohne merkliche Qualitätsverschlechterung durchaus mit höheren Bildwandlertemperaturen betrieben werden als im Falle schwacher Szenenbeleuchtung, wie etwa bei Fernsehauf­ nahmen von Nachtszenen oder bei Innenaufnahmen mit Umge­ bungslicht. Wird also, wie beim Stand der Technik, die Kühleinrichtung ständig betrieben, um den Festkörper- Bildwandler stets auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten, dann wird eigentlich unnötige Leistung verbraucht, wenn die Kamera unter Bedingungen betrieben wird, bei denen ein zufriedenstellender Rauschabstand auch mit weniger oder überhaupt keiner Kühlung erreicht werden könnte. Wie gesagt sind diese Bedingungen unmittelbar mit den szenenrepräsen­ tativen Ausgangssignalen des Bildwandlers verknüpft. Je schwächer diese Signale sind und dementsprechend bei der Signalverarbeitung zu verstärken sind, desto niedriger ist die Bildwandlertemperatur zu halten.

Gemäß dieser Erkenntnis wird nach der vorliegenden Erfin­ dung der Arbeitspunkt des die Bildwandlertemperatur bestim­ menden Regelkreises durch eine Kühlungs-Steuereinrichtung im Einklang mit Änderungen der Verstärkung eines steuerba­ ren Verstärkers geändert, der in der Signalverarbeitungs­ einrichtung enthalten ist und auf die szenenrepräsentativen Ausgangssignale des Bildwandlers anspricht.

Dieses erfindungsgemäße Prinzip, bei dem die Bildwandler­ temperatur nach dem jeweiligen Bedarfsfall gesteuert wird, bringt eine wesentliche Energieeinsparung und ist anwendbar sowohl in Verbindung mit Regelkreisen, die zur Erzeugung eines temperaturabhängigen Signals eine mit dem Bildwandler thermisch gekoppelte Fühleinrichtung benutzen, als auch in Verbindung mit Regelkreisen, die als temperaturabhängiges Signal eine temperaturabhängige bildfremde Komponente wie z. B. den Dunkelstrom im Bildwandlerausgangssignal erfassen. Die Benutzung derartiger Regelkreise, wie sie an sich aus den oben genannten Veröffentlichungen bekannt sind, zählt zu vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung ebenso wie die Verwendung einer Synchronisiereinrichtung, die den Schaltbetrieb der Kühleinrichtung auf Zeitpunkte legt, in denen der Bildwandler kein Ausgangssignal liefert.

Der Regelkreis bildet in Verbindung mit der Kühlungs- Steuereinrichtung praktisch ein Servosystem, mit dem der Kühlbetrieb den Verstärkungseinstellungen der Signalverar­ beitung nachgeführt wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer mit Festkörper-Bild­ wandler arbeitenden Kamera, die eine erfindungs­ gemäß ausgebildete Temperatur-Servosteuereinrich­ tung enthält;

Fig. 2 ist ein detailliertes Schaltbild einer Temperatur- Servosteuereinrichtung zum Kühlen des Festkörper- Bildwandlers in der Kamera nach Fig. 1;

Fig. 3a und 3b zeigen in Blockschaltbildern alternative Temperatur-Servosteuereinrichtungen für den Fest­ körper-Bildwandler in der Kamera nach Fig. 1;

Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht eines Festkörper- Bildwandlers, der thermisch mit einem thermoelek­ trischen Kühler gekoppelt ist.

In der Fig. 1 ist schematisch eine Optik 10 gezeigt, die eine Iris 11 (und ein Linsensystem und eventuell ein Pris­ ma oder eine Umlaufblende, nicht dargestellt) enthält und das von einer beleuchteten Szene (nicht dargestellt) re­ flektierte Licht auf einen Festkörper-Bildwandler 12 ab­ bildet. Die Iris 11 wird in einer herkömmlichen Weise (nicht gezeigt) gesteuert, um die den Bildwandler 12 er­ reichende Lichtmenge auf ein bevorzugtes Naß, trotz even­ tueller Änderungen der Szenenhelligkeit, zu regeln. Der Bildwandler 12 kann ein ladungsgekoppeltes Bauelement (CCD) des allgemein bekannten, mit Teilbild-Übertragung arbeitenden Typs sein oder eine andere Art von Festkörper- Sensor, etwa vom NOS-Typ. Ein Taktgenerator 14 liefert mehrphasige Taktsignale an den Bildwandler 12, um die Er­ zeugung von Ladungen zu steuern, die sich repräsentativ für das Bild innerhalb des Bildwandlers 12 aufbauen, und um dafür zu sorgen, daß diese Ladungen als Ausgangssigna­ le vom Bildwandler 12 zu einer Signal-Wiedergewinnungs­ schaltung 16 übertragen werden. Die Wiedergewinnungsschal­ tung 16 entwickelt aus den vom Bildwandler 12 gelieferten Ladungs-Abfragewerten bildrepräsentierende Analogsignale nach irgendeiner von mehreren bekannten Methoden, z. B. durch korrelierte Doppelabfrage. Das von der Wiederge­ winnungsschaltung 16 gelieferte Analogsignal wird auf eine Signalverarbeitungsschaltung 18 gegeben, die gewöhn­ liche Kamerasignal-Verarbeitungsnetzwerke z. B. zur Schat­ tierungsregelung, Ausfallkorrektur, Gammakorrektur, Klem­ mung, Austastung und dergleichen enthält, um an ihrem Aus­ gang ein zusammengesetztes Farbfernsehsignal wie z. B. ein NTSO-Signalgemisch hervorzubringen.

Die Signalverarbeitungsschaltung 18 enthält an ihrem Ein­ gang einen Vorverstärker 20, dessen Verstärkungsfaktor mittels eines Mehrstellenschalters 51 wahlweise auf vor­ bestimmte Relativwerte einstellbar ist. Der Schalter S1 entspricht einem Empfindlichkeitsregler für die Kamera nach Fig. 1. Die Empfindlichkeit der Kamera wird normaler­ weise erhöht, wenn die Beleuchtung der Szene so gering ist, daß selbst bei vollständig geöffneter Iris 11 die den Bild­ wandler 12 erreichende Lichtmenge geringer ist als das be­ vorzugte Naß. Um im Videosignalgemisch das Rauschen, das von der Wiedergewinnungsschaltung 16 und dem Vorverstär­ ker 20 erzeugt werden kann, minimal zu halten, ist es zweckmäßig, den Vorverstärker 20 mit einer voreingestell­ ten relativen Verstärkung von z. B. 0 dB zu betreiben. Es werden aber auch Verstärkungen vom z. B. 6 dB und 18 dB für den Vorverstärker 20 vorgesehen, um die Empfindlich­ keit der Kamera zu erhöhen, wenn eine geringere Menge an Licht den Bildwandler 12 erreicht, z. B. wenn schwach be­ leuchtete Szenen aufgenommen werden. Der Vorverstärker 20 enthält einen Verstärkungssteuereingang 22, um die ver­ schiedenen relativen Verstärkungen des Vorverstärkers 20 abhängig vom Pegel einer angelegten Verstärkungssteuer­ spannung einzustellen. Der Pegel der Verstärkungssteuer­ spannung wird von einem Spannungsteiler 24 entwickelt, der einen Widerstand R1 enthält, welcher zwischen eine Quelle stabiler Spannung +V (geliefert von der Kamerabatterie) und den beweglichen Arm des Schalters S1 geschaltet ist, und Widerstände R2, R3 und R4, die von den einzelnen Ein­ stellpunkten des Schalters S1 für die Verstärkungen 18, 6 und 0 dB zu einer gemeinsamen Bezugsquelle wie z. B. Nassepotential führen.

In Wärmekontakt mit dem Bildwandler 12 befindet sich ein thermoelektrischer Kühler 26. Der Kühler 26 kann vom all­ gemein bekannten Peltier-Typ sein, der bei Erregung durch einen Gleichstrom Wärme von einer gekühlten Oberfläche wegpumpt. Der Gleichstrom zur Erregung des Kühlers 26 wird aus der Kamerabatterie 27 abgeleitet. Die Menge des zugeführten Gleichstroms wird durch ein Temperatur-Servo­ system 28 geregelt. Das Servosystem 28 enthält einen Tem­ peraturfühler 30, der thermisch mit dem Bildwandler 12 gekoppelt ist, um ein die Temperatur des Bildwandlers an­ zeigen des Signal an den invertierenden Eingang eines Ver­ gleichers 32 zu legen. Ein verstellbarer Spannungsteiler 34, der aus Widerständen R5, R6, R7 und R8 und einem Mehr­ stellenschalter S2 besteht und in der gleichen Weise auf­ gebaut ist wie die Anordrung 24 zur Verstärkungseinstel­ lung, liefert ein Referenzsignal an den nicht-invertieren­ den Eingang des Vergleichers 32. Der Pegel des Referenz­ signals setzt einen vorbestimmten Temperatur-Sollwert fest, auf den der Servokreis 28 die Kühlung des Bildwand­ lers 12 regelt. Im einzelnen liefert der Vergleicher 32 immer dann, wenn der Pegel des temperaturanzeigenden Sig­ nals vom Fühler 30 anzeigt, daß die Temperatur des Bild­ wandlers oberhalb des Sollwertes liegt, ein Befehlssignal an einen Steuereingang einer Stromsteuereinrichtung 36, die daraufhin einen Gleichstrom aus der Kamerabatterie 27 zur Erregung des Kühlers 26 zuführt. Nachdem der Kühler 26 die Temperatur des Bildwandlers 12 so weit reduziert hat, daß der Wert des temperaturanzeigenden Signals vom Fühler 30 innerhalb eines vorbestimmten Abstandsbereiches vom Wert des Referenzsignals liegt, was anzeigt, daß die Temperatur des Bildwandlers 12 eine vorbestimmte Solltem­ peratur erreicht hat, bewirkt der Vergleicher 32 eine Än­ derung des Befehlssignals auf einen Pegel, der die Steuer­ einrichtung 36 zur Abschaltung des Kühlers 26 veranlaßt. Ein Beispiel für einen handelsüblichen thermoelektrischen Kühler, der im vorliegenden Fall verwendet werden kann, ist das berät "Frigichip" (eingetragenes Warenzeichen), ein Miniatur-Keramikbaustein mit der Modul-Nr. FOO.6-66-O6L der Firma Melcor.

Es wurde gefunden, daß beim Betrieb der Kamera unter nor­ malen Lichtbedingungen wie z. B. bei gut beleuchteten Innen­ szenen oder bei Tageslicht-Außenaufnahmen die den Bildwand­ ler erreichende Lichtmenge so ist, daß die vom Bildwandler gelieferten Signale ohne jede Kühlung des Bildwandlers einen zufriedenstellenden Rauschabstand haben (d. h. ein genügend niedriges Verhältnis bildfremden Rauschens und Dunkelstroms zu bildrepräsentierendem Signalstrom). Wenn jedoch die Kamera nachts oder in schwach beleuchteter Um­ gebung betrieben wird, kann eine Kühlung des Bildwandlers notwendig sein, um temperaturabhängige bildfremde Rausch­ komponenten und Dunkelströme zu reduzieren, damit ein zu­ friedenstellender Rauschabstand erzielt wird. Eine unnöti­ ge Kühlung des Bildwandlers ist nachteilig, insbesondere bei einer tragbaren Kamera, weil durch die benötigte Bat­ terieleistung die im Tragebetrieb mögliche Einsatzdauer der Kamera verkürzt wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Stellpunkt des Temperatur-Servosystems für die Bildwandlerkühlung geändert in Übereinstimmung mit Än­ derungen der den Bildwandler erreichenden Lichtmenge, die eine Änderung in der Empfindlichkeitseinstellung der Ka­ mera erforderlich machen. So ist gemäß der Fig. 1 der be­ wegliche Arm des Schalters S2 für einen Gleichlauf mit der Position des Schalters S1 zwangsgekuppelt (wie mit der ge­ strichelten Linie angedeutet), so daß sich der Pegel des Referenzsignals gleichzeitig mit Änderungen der Verstär­ kungseinstellung für den Vorverstärker 20 ändert. Da der Vorverstärker 20 in der Praxis zweckmäßigerweise zur Er­ zielung des besten Rauschabstandes auf dem niedrigsten Einstellwert der relativen Verstärkung betrieben wird (d. h. mit 0 dB), werden die höheren Verstärkungseinstel­ lungen, d. h. 6 dB und 18 dB, nur dann benutzt, wenn die Kamera zur Aufnahme relativ schwach beleuchteter Szenen eingesetzt wird. Wenn die Szenenbeleuchtung gering ist, ist das vom Bildwandler 12 gelieferte bildrepräsentieren­ de Signal schwach, und der Pegel des temperaturabhängi­ gen Rauschens ist dann anteilsmäßig höher im Signal, was einen reduzierten Rauschabstand der Kamera bedeutet.

Im einzelnen bringt ein Rauschabstand von 65 dB bei 560 Lux zufriedenstellende Qualität. Bei Zimmertemperatur (ungefähr 23°G) und schwacher Szenenbeleuchtung von z. B. 70 Lux verschlechtert sich der Rauschabstand des Bild­ wandler-Ausgangssignals um etwa 18 dB auf ungefähr 47 dB. Eine Verminderung der Temperatur des Bildwandlers 12 um etwa 32°C reduziert den Pegel des temperaturabhängigen Rauschens und Dunkelstroms um ungefähr 12 dB, so daß man auf diese Weise den zufriedenstellenden Rauschabstand wiederherstellen kann. Vielleicht noch wichtiger ist, daß durch die Reduzierung des Dunkelstroms die Ungleich­ verteilung des Schwarzpegels auf einen Punkt vermindert werden kann, wo die zufriedenstellende Betriebsqualität der Kamera wieder erreicht ist. Wenn also der Schalter S1 in der Stellung für das Verstärkungsmaß 18 dB ist, lie­ fert der Schalter S2 für das Referenzsignal einen Pegel, bei welchem die Kühlung des Bildwandlers 12 auf einen Soll­ wert geregelt wird, der um etwa 32°C niedriger liegt als der Sollwert im Falle der 0-dB-Verstärkungseinstellung. Wenn die Szenenbeleuchtung stärker wird, stellt die Be­ dienungsperson der Kamera den Schalter S1 nacheinander auf niedrigere Verstärkungseinstellungen für den Vorver­ stärker 20, was über den Schalter S2 zur Folge hat, daß der Temperatur-Sollwert sukzessiv auf denjenigen Tempe­ ratur-Sollwert erhöht wird, der für die relative Vorver­ stärkerverstärkung von 0 dB gilt, z. B. auf 23°C.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird dafür ge­ sorgt, daß die Einschaltung und Ausschaltung des Kühlers 26 abhängig vom Befehlssignal des Temperatur-Servosystems 28 während solcher Zeiten erfolgt, in denen der Bildwand­ ler 12 kein Ausgangssignal liefert, das bei der Entwick­ lung des Videosignalgemischs benutzt wird. Dies ist wün­ schenswert, weil die Ein- und Ausschaltung des Kühlers 26 Störsignale bewirken kann, die vom Bildwandler 12 er­ faßt werden könnten und dessen Ausgangssignal in unerwünsch­ ter Weise verunreinigen könnten. In einer bevorzugten Aus­ führungsform enthält die Steuereinrichtung 36 Vorkehrungen, um ihren Schaltbetrieb für die Leistungsversorgung des Kühlers 26 so zu steuern, daß er innerhalb der Vertikal­ austastlücke eines Fernseh-Teilbildintervalls stattfindet. Einzelheiten einer diesbezüglichen Synchronisierungseinrich­ tung werden nachstehend in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben.

Die Fig. 2 zeit Einzelheiten einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform des Temperatur-Servosystems 28 nach Fig. 1. Eine Diode 202 (die körperlich mit dem Bildwandler 12 ver­ einigt sein kann) ist so gepolt, daß sie über einen an eine Versorgungsspannung von -5 Volt angeschlossenen Wi­ derstand 204 in Durchlaßrichtung gespannt wird und an ihrer Kathode eine Spannung liefert, die sich infolge des durch den Widerstand 204 bewirkten Konstantstroms in ihrem Wert abhängig von Temperaturänderungen ändert. Die Kathode der Diode 202 ist mit dem invertierenden Eingang eines Ver­ gleichers 206 verbunden, der herkömmlicher Bauart sei, z. B. eine integrierte Schaltung des RCA-Typs CA3290A. Ein aus Widerständen 208, 210 und 212 gebildetes Spannungsteiler­ netzwerk empfängt am Verbindungspunkt zwischen den Wider­ ständen 210 und 212 die den Temperatur-Sollwert vorgebende Referenzspannung vom beweglichen Arm des Schalters S2 (vgl.

Fig. 1). Die am Verbindungspunkt der Widerstände 208 und 210 des Spannungsteilers entwickelte Spannung wird an den nicht-invertierenden Eingang des Vergleichers 206 gelegt. Der Widerstand 210 wird bei der Herstellung justiert, um den tatsächlichen Spannungsabfall der Diode 202 bei Zim­ mertemperatur und den Spannungs-Offset des Vergleichers 206 zu berücksichtigen.

Der Vergleicher 206 ändert den Pegel seines Ausgangssig­ nals von niedrig auf hoch und umgekehrt abhängig davon, wie sich der von der Diode 202 entwickelte temperaturab­ hängige Spannungspegel gegenüber dem Referenzspannungspe­ gel am nicht-invertierenden Eingang des Vergleichers än­ dert. Der bewegliche Arm des Schalters S2 nach Fig. 1, der an den Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 210 und 212 angeschlossen ist, dämpft den Pegel der an den nicht­ invertierenden Eingang des Vergleichers 206 gelegten Span­ nung derart, daß sich der Temperatur-Sollwert des Servo­ systems 28 abhängig von Änderungen der Kameraempfindlich­ keit ändert, wie sie vorgenommen werden, um schwache Be­ lichtungen des Bildwandlers 12 auszugleichen, wie es wei­ ter oben beschrieben wurde. Eine Spannungsverschiebungs­ schaltung, die hintereinandergeschaltete Widerstände 214, 216, 218 und 220 zwischen +5 Volt und -5 Volt aufweist, empfängt das Ausgangssignal des Vergleichers am Verbin­ dungspunkt zwischen den Widerständen 216 und 218. Der Ver­ gleicher 206 bewirkt, daß sich die Spannung an diesem Ver­ bindungspunkt zwischen 0 und -5 Volt ändert. Die Wider­ stände 214-220 haben die in der Fig. 2 angegebenen Werte, um am Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 214 und 216 ein Signal hohen Pegels von ungefähr +3,5 Volt zu ent­ wickeln, wenn der Ausgangspegel des Vergleichers 206 hoch ist, d. h. auf 0 Volt liegt. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 214 und 216 liefert das Befehlssignal zum Dateneingang D eines Flipflops 222. Vom Verbindungs­ punkt zwischen den Widerständen 218 und 220 zweigt ein Mitkopplungswiderstand 224 ab, um eine Hysterese in den Betrieb des Vergleichers 206 einzuführen, die verhindert, daß der Vergleicher unbestimmt arbeitet, wenn die Bild­ wandlertemperatur nahe am Sollwert ist. Der angegebene Wert für den Widerstand 224 bringt eine Hysterese von un­ gefähr 2°C. Ein Kondensator 226 beschleunigt den Betrieb der Hysterese.

Der Ausgang des Flipflops 222 ist mit der Gateelektrode eines Feldeffekttransistors 228 gekoppelt, dessen Drain an den Kühler 26 angeschlossen ist und dessen Sourceelek­ trode und Substrat mit Masse verbunden sind. Wenn der Q- Ausgang des Flipflops hoch ist, wird der Feldeffekttran­ sistor 228 leitend, und es fließt ein Strom aus der +5- Volt-Quelle über einen strombegrenzenden Widerstand 230, um den Kühler 26 zu erregen. Bei niedrigem Q-Ausgang ist der Feldeffekttransistor 228 nichtleitend und der Kühler 26 abgeschaltet. Das Flipflop 222 und der Feldeffekttran­ sistor 228 bilden die Steuereinrichtung 36 nach Fig. 1, wie es mit der gestrichelten Umrahmung in der Fig. 2 an­ gedeutet ist.

Wie bereits erwähnt, ist gemäß einem Aspekt der vorlie­ gen den Erfindung der Betrieb der Steuereinrichtung 36 mit dem Vertikalaustastintervall eines Fernseh-Teilbildes syn­ chronisiert. Hierzu empfängt der Takteingang CLK des Flip­ flops 222 einen Impuls mit hohem Logikpegel, der zeitlich so liegt, daß er mit dem Vertikalaustastintervall zusammen­ fällt. Dieser Impuls kann vom Taktgeber 14 nach Fig. 1 ge­ liefert werden. Auf diese Weise werden Änderungen im Pe­ gels des Q-Ausgang des Flipflops 222 so synchronisiert, daß sie an der Vorderflanke des erwähnten Taktsignals CLK und damit innerhalb des Vertikalaustastintervalls erschei­ nen. Hierdurch wird die Möglichkeit vermieden, daß uner­ wünschte Störungen, die durch die Ein- und Ausschaltung des Kühlers verursacht werden, das Ausgangssignal des Bildwandlers während des aktiven Hinlaufteils des Fernseh- Teilbildintervalls beeinflussen.

Zur Vorgabe des Temperatur-Sollwertes und zur Erzeugung der temperaturanzeigenden Signale können im Temperatur- Servosystem 28 auch andere Mittel als der Schalter S2 und der Fühler 30 verwendet werden. Diesbezügliche Alternati­ ven seien nachstehend anhand der Fig. 3a und 3b be­ schrieben.

Gemäß der Fig. 3a wird ein AVR-Signal (diese Abkürzung steht für "automatische Verstärkungsregelung"), das die Verstärkung der Verstärkerstufen innerhalb der Signalver­ arbeitungsschaltung 18 automatisch in Abhängigkeit von Änderungen der den Bildwandler 12 erreichenden Lichtmenge regelt, an eine Pegelverschiebungsschaltung 300 gelegt, um das Temperatur-Sollwertsignal an den nicht-invertie­ renden Eingang des Vergleichers 206 zu legen, anstelle des durch die Position des Schalters 52 modifizierten Signals vom Verbindungspunkt der Widerstände 208 und 210. Die Pe­ gelverschiebungsschaltung 300 kann einfach ein Widerstands­ netzwerk zur Spannungsverschiebung des AVR-Signals sein oder mehrere parallelgeschaltete Dioden enthalten, um Stu­ fen oder Knickpunkte im Grad der Pegelverschiebung zu er­ halten, wie es in der Schaltungstechnik an sich bekannt ist.

Bei den bis hierher beschriebenen Ausführungsformen erfolgt die Regelung der Kühlung des Bildwandlers 12 als Regelung auf einen vorbestimmten Temperatur-Sollwert. Da es letzt­ lich aber der Pegel temperaturabhängiger, nicht für die Szene repräsentativer Signale ist, der beeinflußt werden soll, kann auch dieser Pegel direkt gefühlt werden, an­ statt mittelbar durch Fühlen der Temperatur. So kann z. B. der Dunkelstrom des Bildwandlers unmittelbar gefühlt wer­ den, um das temperaturanzeigende Signal für den invertie­ renden Eingang des Vergleichers 206 nach Fig. 2 zu bekom­ men. Dies ist in Fig. 3b veranschaulicht.

In der Fig. 3b ist ein mit Teilbild-Übertragung arbeiten­ der CCD-Bildwandler 302 allgemein bekannter Bauart dar­ gestellt. Der Bildwandler 302 enthält einen photoempfind­ lichen Abbildungsbereich 304, der auch "A-Register" genannt wird, einen als "B-Register" bezeichneten Teilbild-Spei­ cherbereich 306 und ein als "C-Register" bezeichnetes Re­ gister 308 zur zeilenweisen Auslesung. Eine durch Kreuz­ schraffur in der Zeichnung angedeutete lichtblockierende Maske schattet die B- und C-Register 306 und 308 gegen­ über Licht ab, so daß nur das A-Register 304 ein für das Bild repräsentatives Feld von Ladungen entwickelt. Am Ende einer Bildintegrationszeit von beispielsweise 1/60 Sekunden werden die im A-Register 304 entwickelten Ladun­ gen zum B-Register 306 übertragen, so daß das A-Register 304 während des nächsten Intervalls von 1/60 Sekunden das nächste Feld oder Teilbild von Ladungen aufbauen (inte­ grieren) kann. Während dieses nächste Teilbild von Ladun­ gen im A-Register 304 aufgebaut wird, liest das C-Register 308 jede Zeile der Ladungen des vorher integrierten Teil­ bildes sequentiell aus dem B-Register 306 aus. Das abge­ schattete B-Register 308 ist so aufgebaut, daß es eine gesonderte Spalte des photoempfindlichen Abbildungsbe­ reichs hat, die wegen der Maske kein Licht empfängt und auch keine Ladung aus dem A-Register 304 empfängt, so daß jedwede in diesem gesonderten Bereich integrierte Ladung nur für den Dunkelstrom repräsentativ ist. Ein Schalter 310 wird durch ein Signal gesteuert, das die Fernseh-Zei­ lenfrequenz hat, um die vom C-Register 308 gelieferten bildrepräsentieren den Ladungen zur Signal-Wiedergewinnungs­ schaltung 16 durchzulassen, während die aus dem gesonder­ ten photoempfindlichen Bereich stammenden Ladungen, die nur für den Dunkelstrom repräsentativ sind, an eine Inte­ gratorschaltung 312 durchgelassen werden. Der Integrator 312 integriert die während des Teilbildintervalls zeilen­ sequentiell gelieferten Dunkelstromladungen und wird am Ende des Teilbildes durch einen Impuls aus dem Taktgeber 14 auf 0 zurückgesetzt. Vor der Rücksetzung fragt eine Ab­ frage- und Halteschaltung 314 das integrierte Dunkelstrom­ signal ab. Ein Tiefpaßfilter 316 filtert das Ausgangs­ signal der Abfrage- und Halteschaltung 314, um ein Sig­ nal zu liefern, dessen Pegel direkt repräsentativ für den Pegel des Bildwandler-Dunkelstroms ist. Dieses Sig­ nal wird an dem invertierenden Eingang des Vergleichers 206 nach Fig. 2 gelegt, anstelle des von der Diode 202 entwickelten temperaturanzeigenden Signals.

Die Fig. 4 ist eine Schnittansicht eines mit einem dünner gemachten Substrat versehenen Festkörper-Bildwandlerplätt­ chens 410, das auf eine dünne Glasplatte 412 geklebt ist und in einer Kapsel verpackt ist, die einen herkömmlichen Substratträger 414 und einen hermetisch abdichtenden Dek­ kel 416 enthält. Ein thermoelektrischer Kühler, der ins­ gesamt mit 418 bezeichnet ist, enthält eine obere Thermo­ schiene 420, die an der Innenseite des Deckels 416 an­ liegt, und eine untere Thermoschiene 422, die an der zu kühlen den Oberfläche des Bildwandlerplättchens 410 an­ liegt. Ein zwischen die Schienen 420 und 422 gepacktes Halbleitermaterial pumpt entsprechend dem oben erwähnten Peltier-Effekt Wärme von der Schiene 422 zur Schiene 420, wenn es durch Gleichstrom elektrisch erregt wird. Der Deckel 416 ist in thermischem Kontakt mit der Thermo­ schiene 420, und auf der Oberseite des Deckels 420 ist ein wärmeleitendes Material wie z. B. ein Kupfergeflecht befestigt, um dazu beizutragen, die mittels des thermo­ elektrischen Kühlers 418 gepumpte Wärme vom Deckel fort zu einer Wärmesenke (nicht dargestellt) zu befördern. Ein elektrisches Leiterkabel 428 ist durch ein Loch im Deckel 416 geführt, um den elektrischen Erregerstrom zum thermo­ elektrischen Kühler 418 zu leiten. Nach dem Einführen des Kabels 428 wird das Loch im Deckel 416 durch ein Epoxy­ material 429 abgedichtet. Die elektrische Verbindung zum Bildwandlerplättchen 410 wird durch Anschließen von Drähten 430 an Stifte (nicht dargestellt) hergestellt, die Teil des Trägers 414 sind. Ein lichtdurchlässiges Fenster 432, das über eine Öffnung 434 im Träger 414 geklebt ist, ver­ vollständigt den verkapselten Bildwandlerbaustein.

Neben den beschriebenen Ausführungen sind auch andere Re­ alisierungsformen der Erfindung möglich. So kann z. B. ein einziges Temperatur-Servosystem des vorstehend beschrie­ benen Typs verwendet werden, um die Erregung mehrerer hin­ tereinandergeschalteter thermoelektrischer Kühler für eine mit mehreren Bildwandlern ausgestattete Farbfernsehkamera zu steuern. Es kann aber auch für jeden Bildwandler ein gesondertes Temperatur-Servosystem vorgesehen werden. Außerdem können auch andere Schaltungen zur Realisierung des Temperatur-Servosystems benutzt werden. So kann z. B. anstelle des Feldeffekttransistors 228 nach Fig. 2 ein Pulsbreitenmodulator verwendet werden, dessen Impulsbrei­ te abhängig vom Pegel des temperaturanzeigenden Signals nach Fig. 1 oder von der Amplitude des Dunkelstromsignals nach Fig. 3b gesteuert wird. Außerdem können auch andere temperaturfühlende Elemente benutzt werden. So läßt sich z. B. ein Thermoelement verwenden, um ein temperaturab­ hängiges Signal zu liefern. Schließlich sei noch erwähnt, daß es wünschenswert sein kann, den Bildwandler auch dann zu kühlen, wenn die Kamera in der Betriebsart mit 0-dB- Vorverstärkung ist, z. B. wenn die Umgebungstemperatur wesentlich höher ist als Zimmertemperatur. Hierzu wäre ein zusätzlicher Temperaturfühler erforderlich, um das auf den Vergleicher 32 nach Fig. 1 gegebene Signal zu modifizieren. Natürlich wird der zusätzliche Temperaturfühler nicht er­ forderlich, wenn man den Dunkelstrom direkt fühlt wie im Falle der Fig. 3b.

Claims (13)

1. Fernsehkamera mit folgenden Einrichtungen:
einer optischen Einrichtung (10) zum Abbilden von Licht einer beleuchteten Szene;
einem auf das von der optischen Einrichtung abgebil­ dete Licht ansprechenden Festkörper-Bildwandler (12) zur Erzeugung von Ausgangssignalen, die repräsentativ für die Szene sind;
einer auf die Ausgangssignale des Bildwandlers ansprechenden Signalverarbeitungseinrichtung (18) zur Erzeugung eines Kameraausgangssignals;
einer mit dem Bildwandler gekoppelten Kühleinrichtung (26) zum Abführen von Wärme vom Bildwandler, und einem mit der Kühleinrichtung gekoppelten Regelkreis (28), um die Kühlung des Bildwandlers auf einen gegebenen Arbeitspunkt zu regeln,
gekennzeichnet durch
eine Kühlungs-Steuereinrichtung (24, 34; 300), die mit dem Regelkreis gekoppelt ist, um den erwähnten Arbeitspunkt im Einklang mit Änderungen der Verstärkung eines in seiner Verstärkung steuerbaren Verstärkers (20) zu ändern, der in der Signalverarbeitungseinrichtung enthalten ist und auf die szenenrepräsentativen Ausgangssignale des Bildwandlers anspricht.

2. Fernsehkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Regelkreis (28) eine Synchronisiereinrichtung gekoppelt ist, um die Regelung der Kühlung des Bildwandlers (12) mit Zeiten zu synchronisieren, die dem Vertikalaustastintervall eines Fernseh-Teilbildes entsprechen.

3. Fernsehkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gegebene Arbeitspunkt einer vorbestimmten Temperatur entspricht.

4. Fernsehkamera nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlungs-Steuereinrichtung (24, 34; 300) die vorbestimmte Temperatur vermindert, wenn die Verstärkung des gesteuerten Verstärkers (20) erhöht wird.

5. Fernsehkamera nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein von Hand betätigbarer Verstärkungssteuerschalter (24) vorgesehen ist, um die Verstärkung des steuerbaren Verstärkers (20) zu steuern, und daß die Kühlungs-Steuereinrichtung (34) auf den Verstärkungssteuerschalter (24) anspricht, um die vorbestimmte Temperatur zu ändern.

6. Fernsehkamera nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung ein AVR-Signal für die automatische Regelung der Verstärkung des steuerbaren Verstärkers entwickelt und daß die Steuereinrichtung auf das AVR-Signal anspricht, um die vorbestimmte Temperatur zu ändern.

7. Fernsehkamera nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis (28) folgendes aufweist:
eine mit dem Bildwandler (12) thermisch gekoppelte Fühleinrichtung (30) zur Erzeugung eines temperaturabhängigen Signals;
eine Quelle (S2) für ein Referenzsignal;
eine Vergleichseinrichtung (32), die mit der Fühleinrichtung und mit der Referenzsignalquelle gekoppelt ist, um ein Steuersignal zu erzeugen, das repräsentativ für die Differenz zwischen dem Referenzsignal und dem temperaturabhängigen Signal ist;
eine mit der Vergleichseinrichtung (32) und mit der Kühleinrichtung (26) gekoppelte Ansteuervorrichtung (36) zur wahlweisen Einschaltung und Ausschaltung der Kühleinrichtung für die Regelung der Kühlung des Bildwandlers (12).

8. Fernsehkamera nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Ansteuervorrichtung (36) eine Synchronisiereinrichtung gekoppelt ist, um die selektive Ein- und Ausschaltung der Kühleinrichtung (26) so zu synchronisieren, daß sie innerhalb von Zeiten stattfindet, in denen das Ausgangssignal nicht zur Erzeugung eines für die Szene repräsentativen Videosignals benutzt wird.

9. Fernsehkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gegebene Arbeitspunkt einem gegebenen Pegel einer temperaturabhängigen bildfremden Signalkomponen­ te in den Ausgangssignalen des Bildwandlers (12) ent­ spricht.

10. Fernsehkamera nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die temperaturabhängige Komponente im wesent­ lichen aus den innerhalb des Bildwandlers erzeugten Dunkelstromsignalen besteht.

11. Fernsehkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale des Festkörper-Bildwandlers (12) eine temperaturabhängige bildfremde Komponente enthalten;
daß der Regelkreis (28) die Kühlung des Bildwandlers so regelt, daß ein gegebener Maximalbetrag der temperaturabhängigen Komponente eingestellt wird;
daß die Kühlungs-Steuereinrichtung (36) in Übereinstimmung mit Änderungen der Stärke des auf dem Bildwandler (12) abgebildeten Lichtes die Kühlung ändert, um einen sich vom gegebenen Betrag unterscheidenden geänderten Maximalbetrag der temperaturabhängigen Komponente einzustellen.

12. Fernsehkamera nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlungs-Steuereinrichtung (36) den Maximalbetrag der temperaturabhängigen Komponente unterhalb den gegebenen Betrag vermindert, wenn die Stärke des auf dem Bildwandler (12) abgebildeten Lichts abnimmt.

13. Fernsehkamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis (28) eine Einrichtung (222, 228) zur wahlweisen Ein- und Ausschaltung der Kühleinrichtung (26) enthält und eine Synchronisiereinrichtung aufweist, welche die wahlweise Ein- und Ausschaltung der Kühleinrichtung so synchronisiert, daß sie innerhalb einer Zeit­ spanne stattfindet, in welcher der Bildwandler (12) kein Ausgangssignal liefert.