DE3688341T2

DE3688341T2 - Videokamera.

Info

Publication number: DE3688341T2
Application number: DE8686102192T
Authority: DE
Inventors: Yukihiko Miyawaki; Tadashi Nagai
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1985-02-20
Filing date: 1986-02-20
Publication date: 1993-08-05
Anticipated expiration: 2006-02-21
Also published as: CN86101125A; KR900000331B1; EP0195270A2; JPS62202685A; CN1011184B; DE3688341D1; EP0195270B1; JP2563257B2; KR870005542A; US4742395A; EP0195270A3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Videokamera hoher Verschlußgeschwindigkeit mit einer Objektivlinse und einer Bildsensorvorrichtung, die folgende Einheiten aufweist: eine Photosensoranordnung zum Empfang eines durch die Objektivlinse abgebildeten Bildes und zum Erzeugen von dieses Bild darstellenden Ladungssignalen; an die Photosensoranordnung angeschlossene Transferschalttransistoren; und eine erste Schieberegisteranordnung, der die Ladungssignale in einem parallelen Lesevorgang von den Schaltransistoren zwecks Speicherung zugeführt werden, und die die Ladungssignale in vorbestimmter Richtung abhängig von vertikalen Treiberimpulsen verschiebt.
Die meisten der derzeitigen Videorecorder weisen spezielle Merkmale auf, wie z. B. Standbildwiedergabe, langsame Wiedergabe und Einzelbildfortschaltung. Um auch bei solchen speziellen Merkmalen hochqualitative Bilder bereitzustellen, muß die Abbildung in jedem Feld scharf und klar sein, insbesondere wenn ein Objekt aufgenommen werden soll, das sich mit hoher Geschwindigkeit bewegt. Aus diesem Grunde muß eine Videokamera benutzt werden, bei der das Bild jedes Feldes mit hoher Verschlußgeschwindigkeit aufgenommen werden kann.
Ein Beispiel einer Videokamera hoher Verschlußgeschwindigkeit wird nachfolgend in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3 erläutert. Fig. 1 zeigt schematisch eine Videokamera hoher Verschlußgeschwindigkeit, die mit einem Zwischenzeilen-Festkörperbildsensor mit Ladungskopplung (IL-CCD) 4 arbeitet, dem das Bild mittels einer optischen Linse 3 zugeführt wird. Ein mechanischer Verschluß 1, bestehend aus einer mit Schlitzen 1a versehenen Scheibe, ist im optischen Pfad B zwischen der Linse 3 und dem IL-CCD 4 angeordnet. Die Scheibe wird in der Richtung A durch einen Motor 1b angetrieben, wobei die Drehzahl und damit die Verschlußgeschwindigkeit durch einen Verschlußregler 2 geregelt wird. Eine Treiberstufe 5 steuert den IL-CCD 4 an, und das erzeugte Bildsignal C des IL-CCD 4 wird einem Signalprozessor 6 zugeführt, der das Bildsignal C in ein Fernsehsignal D umwandelt.
Diese bekannte Videokamera mit hoher Verschlußgeschwindigkeit arbeitet wie folgt. Zunächst wird durch den Verschlußregler 2 die Verschlußgeschwindigkeit ausgewählt. Dann öffnet und schließt der mechanische Verschluß abwechselnd den optischen Pfad B mit der gewählten Verschlußgeschwindigkeit. Ist der mechanische Verschluß 1 geöffnet, so gelangt das die optische Linse 3 passierende Bild auf den IL-CCD 4, auf dem elektrische Ladungen entsprechend der Helligkeit des Bildes gesammelt werden und somit das Bildsignal c erzeugt wird, das wiederum durch den Signalprozessor 6 in das Fernsehsignal D umgewandelt wird.
Nachfolgend sollen Aufbau und Arbeitsweise des IL-CCD 4 in Verbindung mit den Fig. 2 und 3 beschrieben werden. Eine Mehrzahl von Photodioden 7 sind vertikal und horizontal ausgerichtet angeordnet. Entsprechend den Spalten der Photodiodenanordnung sind Datentransferregister 8 vorgesehen, um die Daten der in den Photodioden angesammelten Ladungen vertikal einem Schieberegister 15 zuzuschieben, das zur zeilenweisen Abtastung der Daten vorgesehen ist. Jedes Transferregister 8 wird durch die Wiederholung von Zellen 9, 10, 11 und 12 gebildet, wobei die Zellen 9 und 11 durch Schalttransistoren 13 mit den Photodioden 7 gekoppelt sind. Die Gatterstrukturen der Zellen 9 und 11 sind einander gleich, während die Gatterstrukturen der Zellen 10 und 12 einander gleich sind. Die CCD wird durch Signale E1, E2, E3 und E4 angesteuert, die Anschlüssen 14a, 14b, 14c und 14d zugeführt werden. Eine Leitung zum Übertragen des Signals E4 ist mit den Transistoren 13 und 13a sowie der Zelle 9 verbunden, eine Leitung zur Übertragung des Signals E3 mit der Zelle 10, eine Leitung zur Übertragung des Signals E2 mit den Transistoren 13 und 13b sowie der Zelle 11, und eine Leitung zur Übertragung des Signals E1 ist mit der Zelle 12 verbunden.
Das Schieberegister 15 wird durch die Zellen 16 und 17 definiert, die abwechselnd aufeinander folgen und durch Horizontaltreiberimpulse H1 und H2 angesteuert werden, die mit den Zellen 16 und 17 gekoppelt sind. Der Ausgang des Schieberegisters 15 ist mit einem Ladungsdetektor 19 gekoppelt, der das Ladungssignal in ein Spannungssignal umwandelt. Normalerweise wird ein solcher Ladungsdetektor durch einen schwebenden Diffusionsverstärker gebildet. Der Ladungsdetektor erzeugt das Bildsignal C, das an dem Anschluß 20 ausgegeben wird.
Wie Fig. 3 zeigt, nimmt das Signal E4 drei verschiedene Pegel an, nämlich einen Null- oder Referenzpegel, den hohen Pegel der Vertikaltreiberimpulse 40d und den besonders hohen Pegel der Leseimpulse 37' und 38'. Durch die extra hohen Leseimpulse 37' oder 38' schaltet der Transistor 13a ein und verschiebt die in der Photodiode 7a angesammelte Ladung in die Zelle 9, wodurch die Bilddaten in den Photodioden 7 in die Register 8 eingelesen werden. Dann werden die in der Zelle 10 gespeicherten Daten durch den hohen Vertikaltreiberimpuls 40d in vertikaler Richtung zur Zelle 9 geschoben.
Das Signal E1 weist zwei Pegel auf, nämlich den Referenzpegel und einen niedrigen Pegel in Form von negativen Vertikaltreiberimpulsen 40a, die eine Übertragung der Daten zur Zelle 12 von der davorliegenden Zelle, d. h. Zelle 9, bewirken.
Das Signal E2 weist drei Pegel auf, nämlich den Referenzpegel, den hohen Pegel und den niedrigen Pegel. Durch die Leseimpulse 37 oder 38 mit hohem Pegel schaltet der Transistor 13b ein und verschiebt die in der Photodiode 7b angesammelte Ladung zur Zelle 11, während die negativen Vertikaltreiberimpulse 40b die in Zelle 12 gespeicherten Daten zur Zelle 11 verschoben werden.
Das Signal E3 weist zwei Pegel auf, nämlich den Referenzpegel und den hohen Pegel als Vertikaltreiberimpulse 40c. Durch die Vertikaltreiberimpulse 40c werden die in Zelle 11 gespeicherten Daten zur Zelle 10 verschoben.
Aus praktischen Gründen haben die Referenzpegel der Signale E1 und E2 und die hohen Pegel der Signale E3 und E4 die gleichen Werte.
Es wird bemerkt, daß die Impulse z. B. in der Reihenfolge 40c, 40a, 40d und 40b erzeugt werden, um ein gleichmäßiges Verschieben der Daten zu bewirken.
Im Betrieb empfangen die Photodioden 7 der CCD ein Bild, das durch die Linse 3 gebildet wird und durch den Schlitz 1a gelangt. Da sich der Schlitz 1a über die CCD sehr schnell bewegt, wird die CCD-Oberfläche mit hoher Verschlußgeschwindigkeit belichtet, wobei diese Geschwindigkeit durch die Drehzahl der Scheibe bestimmt wird. Auch wenn das Objekt sich schnell bewegt, kann das Bild in sehr kurzer Zeit eingefangen werden. Aus diesem Grunde findet kein oder nur ein sehr geringer Einfluß der Bewegung des Objektes auf das auf die CCD fallende Bild statt, so daß auf dieser ein klares und scharfes Bild abgebildet wird. Dann erfolgt abhängig von den Impulsen 37 und 37' (Fig. 3) eine Übertragung der in den Photodioden 7 angesammelten Ladungen durch die Schalttransistoren 13 auf die entsprechenden Zellen 9 und 11. Durch die den Anschlüssen 14a, 14b, 14c und 14d zugeführten ersten vier Impulse 40a, 40b, 40c und 40d wird das in den Schieberegistern 8 gespeicherte Bild um eine Zeile in Richtung auf das Schieberegister 15 verschoben, und zur gleichen Zeit wird das in den Zellen 9 der ersten Zeile gespeicherte Bild in das Schieberegister 15 eingeschoben. Bevor nun die zweiten vier Impulse 40a, 40b, 40c und 40d zugeführt werden, gelangen Horizontaltreiberimpulse H1 und H2 mit hoher Frequenz an die Anschlüsse 18a und 18b, um die Zeilendaten durch den Ladungsdetektor 19 vollständig abzutasten und somit das Register 15 zu entleeren. Wenn nun die zweiten vier Impulse 40a, 40b, 40c und 40d zugeführt werden, wird das in dem Schieberegister 8 gespeicherte Bild um eine Zeile in Richtung auf das Schieberegister 15 verschoben, und die Bilddaten der Zellen 9 der ersten Zeile werden in das Schieberegister 15 eingeschoben. Dieser Vorgang wird entsprechend der Anzahl von Zeilen (z. B. 525 Zeilen) von Photodioden der CCD-Anordnung wiederholt, d. h. solange, bis alle Bilddaten des Schieberegisters 8 verschoben und in das Schieberegister 15 gelangt sind. In dieser Weise wird das Bildsignal C für ein Feld (Halbbild) seriell an den Anschluß 20 geliefert.
Somit werden also bei der bekannten Videokamera hoher Verschlußgeschwindigkeit, wie sie oben beschrieben wurde, die in den Photodioden 7 angesammelten Ladungen während der vertikalen Abtastperiode (V-Abtastperiode) eines geraden Halbbildes an Schieberegister 8 verschoben und stehen in serieller Form am Anschluß 20 während der V-Abtastperiode des folgenden ungeraden Halbbildes an. Da ein Verschluß vorgesehen ist, wird das Objekt auf den Photodioden 7 innerhalb einer V-Abtastperiode nur für einen sehr kurzen Zeitraum abgebildet, so daß sich ein scharfes und klares Bild ergibt, auch wenn sich das Objekt schnell bewegt.
Da diese bekannte Videokamera hoher Verschlußgeschwindigkeit, wie sie oben beschrieben wurde, mit einem mechanischen Verschluß 1 versehen ist, ist der Kamerakörper verhältnismäßig groß und schwer. Außerdem muß der Motor 1b genau justiert werden, so daß sich verhältnismäßig hohe Herstellkosten ergeben.
Die vorliegende Erfindung soll die vorstehenden Nachteile vermeiden, und es liegt ihr die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Videokamera hoher Verschlußgeschwindigkeit zu schaffen, die ohne einen solchen mechanischen Verschluß aufgebaut werden kann. Die Aufgabe besteht außerdem darin, eine Videokamera hoher Verschlußgeschwindigkeit der vorgezeichneten Art zu schaffen, die leicht und kompakt aufgebaut ist und die zu niedrigen Herstellkosten hergestellt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Videokamera hoher Verschlußgeschwindigkeit wie vorstehend definiert dadurch gekennzeichnet, daß eine Treiberschaltung vorgesehen ist, die sequentiell folgende Signale erzeugt:
ein erstes Leseimpulssignal zum Übertragen der Ladungssignale von der Potosensoranordnung in die erste Schieberegisteranordnung; spezielle Hochgeschwindigkeits-Vertikaltreiberimpulse zum Verschieben der Ladungssignale in der ersten Schieberegisteranordnung mit hoher Geschwindigkeit, bis die Ladungssignale aus der ersten Schieberegisteranordnung entfernt sind; ein zweites Leseimpulssignal, das eine vorbestimmte Zeit nach dem ersten Leseimpulssignal zum Übertragen der Ladungssignale von der Photosensoranordnung in die erste Schieberegisteranordnung auftritt; und Normalgeschwindigkeits-Vertikaltreiberimpulse mit einer niedrigeren Frequenz als der der speziellen Hochgeschwindigkeits-Vertikaltreiberimpulse zum Verschieben der Ladungssignale in der ersten Schieberegisteranordnung mit normaler Geschwindigkeit, bis diese aus diesem entfernt sind; und daß das erste Leseimpulssignal, die Hochgeschwindigkeits-Vertikaltreiberimpulse und das zweite Leseimpulssignal innerhalb der Vertikalaustastlücke liegen.
Aus der FR-A-25 38 651 ist bereits eine Photosensoranordnung bekannt, bei der eine vorbestimmte Zeit vor dem Lesevorgang die Anordnung entladen wird, um eine neue Akkumulationsperiode zu beginnen. In Übereinstimmung mit diesem vorbestimmten Zeitintervall wird die Integrationszeit und somit die Empfindlichkeit der Photosensoranordnung justiert.
Im Gegensatz dazu wird gemäß der Erfindung der Zeitintervall zwischen den ersten und zweiten Leseimpulssignalen sehr kurz gewählt, z. B. 1/1000 Sekunde, so daß das durch die CCD-Anordnung während dieses Zeitraums aufgenommene Bild identisch mit einem solchen Bild ist, wie es bei einer Verschlußgeschwindigkeit von 1/1000 Sekunde aufgenommen wird.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der folgenden Beschreibung und in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Videokamera mit hoher Verschlußgeschwindigkeit entsprechend dem Stand der Technik;
Fig. 2 das Schaltbild einer IL-CCD, wie sie in der Videokamera nach Fig. 1 benutzt wird;
Fig. 3 eine Darstellung von Impulsformen zur Erläuterung der Funktionsweise der IL-CCD nach Fig. 2;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Videokamera mit hoher Verschlußgeschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 das Schaltbild einer IL-CCD für die Videokamera nach Fig. 4;
Fig. 6 ein Blockschaltbild, das Details der CCD-Treiberschaltung zeigt, wie sie in der Videokamera nach Fig. 4 benutzt wird;
Fig. 7 eine Darstellung von Impulsformen zur Arbeitsweise der IL-CCD nach Fig. 4, die durch die Treiberschaltung nach Fig. 6 angesteuert wird;
Fig. 8 eine Darstellung der Impulsformen, die Details des Abschnittes VIII nach Fig. 7 in vergrößertem Maßstab darstellt;
Fig. 9 eine Darstellung von Impulsformen, die Details des Abschnittes IX der Fig. 8 in vergrößertem Maßstab darstellt;
Fig. 10 eine Darstellung von Impulsformen, die Details des Abschnittes X nach Fig. 8 in vergrößertem Maßstab darstellt; und
Fig. 11 eine Darstellung von Impulsformen, die insbesondere die H-Treiberimpulse in verschiedenen Varianten zeigt.
Wie aus Fig. 4 zu sehen, enthält die Videokamera hoher Verschlußgeschwindigkeit gemäß der Erfindung eine optische Objektivlinse 30 und eine Bildsensorvorrichtung (IL-CCD) 31 ähnlicher Art, wie sie in Verbindung mit der Fig. 1 beschrieben wurde. Weder zwischen der Linse und der CCD, noch an anderer Stelle ist ein mechanischer Verschluß vorgesehen. Die IL-CCD 31 wird durch eine CCD- Treiberschaltung 32 angesteuert, die aus einer Vertikaltreiberschaltung 32a und einer Horizontaltreiberschaltung 32b besteht. Die Details der CCD-Treiberschaltung 32 wird später noch in Verbindung mit Fig. 6 beschrieben.
Die CCD erzeugt am Anschluß 20 ein Bildsignal G, das einer Signalprozessorschaltung 33 zugeleitet wird. Diese enthält eine Klemmschaltung 33a zum Festlegen des Dunkelstromabschnittes des Bildsignals G auf eine bestimmte Spannung, eine Austastimpulseinfügeschaltung 33b, die mit der Klemmschaltung 33a verbunden ist, um einen Austastimpuls während der Austastperiode einzufügen, um Störsignale während dieses Zeitraums zu unterdrücken, die sonst Störungen hervorrufen würden. Außerdem enthält die Signalprozessorschaltung 33 einen Luminanzsignalprozessor 33c und einen Farbsignalprozessor 33d, die Signale von der Austastimpulseinfügeschaltung 33b empfangen, sowie einen Kodierer 33e, der ein Fernsehsignal K erzeugt. Die Betriebsweise dieser Schaltungen in der Signalprozessorschaltung 33 werden durch Impulse gesteuert, die ein Synchronisiersignalgenerator 34 erzeugt.
In Fig. 5 ist ein Detail der IL-CCD 31 gezeigt. Eine Mehrzahl von Photodioden 7 ist vertikal und horizontal ausgerichtet angeordnet. So sind im NTSC-System 525 Photodioden in senkrechter Richtung und 420 Photodioden in waagerechter Richtung angeordnet. Entsprechend den Spalten der Photodioden-Anordnung sind Datentransferregister 8 vorgesehen, um die in den akkumulierten Ladungen der Photodioden enthaltenen Daten vertikal zu verschieben, und zwar durch Endgatter 51 in ein Schieberegister 15, das zur zeilenweisen Abtastung der Daten vorgesehen ist. Die Eingänge der Schieberegister 8 sind mit Eingangsquellen 62 verbunden, die eine Quellenspannung vom Anschluß 63 erhalten. Jedes Schieberegister 8 besteht aus der Wiederholung von Zellen 9, 10, 11 und 12, wobei die Zellen 9 und 11 über Schalttransistoren 13 mit den Photodioden 7 verbunden sind. Die Gatterstrukturen der Zellen 9 und 11 sind einander identisch, und die Gatterstrukturen der Zellen 10 und 12 sind ebenfalls einander ähnlich. Die CCD wird durch Signale E1, E2, E3 und E4 angesteuert, die über die Anschlüsse 14a, 14b, 14c und 14d eingegeben werden. Eine Leitung zum Übertragen des Signals E4 ist mit dem Transistor 13a und der Zelle 9 verbunden, eine Leitung zur Übertragung des Signals E3 ist mit der Zelle 10 verbunden, eine Leitung für die Übertragung des Signals E2 ist mit dem Transistor 13b und der Zelle 11 verbunden, und eine Leitung zum Übertragen des Signals E1 ist mit der Zelle 12 verbunden.
Die Endgatter 51 werden durch Gattertreiberimpulse angesteuert, die über den Anschluß 52 zugeführt werden und dienen als Puffer, um eine schnelle Übertragung der Daten vom Schieberegister 8 zum Schieberegister 15 zu ermöglichen.
Das Schieberegister 15 wird durch Zellen 16 und 17 gebildet, die einander abwechseln und durch Horizontaltreiberimpulse H1 und H2, die mit den Zellen 16 und 17 gekoppelt sind, angesteuert. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Schieberegister 15 mit einem Überlaufabfluß 53 gekoppelt, der bei Empfang eines Steuersignals von einem Anschluß 54 die Ladungen empfängt, die nicht in den einzelnen Zellen des Schieberegisters 15 gehalten werden können, wenn eine schnelle Übertragung von Daten durchgeführt wird.
Der Eingang des Schieberegisters 15 ist mit einer Eingangsquelle 64 verbunden, die eine Spannung von einem Anschluß 65 erhält. Der Ausgang des Schieberegisters 15 ist mit einem Ladungsdetektor verbunden, der durch einen Ladungsdetektorabschnitt 55 dargestellt wird, dem eine Gatterspannung von einem Anschluß 56 zugeführt wird und der das Ladungssignal in ein Spannungssignal umwandelt. Ein Rücksetzgatter 57 empfängt eine Drain-Spannung vom Anschluß 58 und ein Rücksetzsignal vom Anschluß 59, und ein Verstärker 60 empfängt eine Drain-Spannung vom Anschluß 61. Der Übertragungswirkungsgrad des Ladungsdetektorabschnittes 55 wird durch die Gatterspannung bestimmt, die dem Anschluß 56 zugeführt wird. Der Ladungsdetektor erzeugt ein Bildsignal C, das am Anschluß 20 ausgegeben wird. In Fig. 6 ist die Vertikaltreiberschaltung 32a zu sehen, die einen Oszillator 71 enthält, der Taktimpulse mit einer Frequenz von z. B. 15,8916 MHz erzeugt. Die Taktimpulse gelangen an einen 1/5-Frequenzteiler 72, einen 1/101-Frequenzteiler 73 und einen 1/2- Frequenzteiler 74. Eine Zählstoppsteuerung 76 ist vorgesehen, die ein horizontales Abtastreferenzsignal HD vom Anschluß 75 empfängt und ein Stoppsignal 76a zum Stoppen der Arbeitsweise des 1/5-Freguenzteilers 72 und des 1/101-Frequenzteilers 73 während der horizontalen Abtastperiode stoppt. Dies dient dazu, zu verhindern, daß die Signale der Teiler 72 und 73 die anderen Signale während der horizontalen Abtastperiode ungünstig beeinträchtigen. Das Signal 73b vom 1/101-Frequenzteiler 73 und das Signal 76b von der Zählstoppsteuerung 76 werden einem Normalübertragungsgeschwindigkeits-Horizontaldekoder 77 zugeführt, um ein Normalübertragungsgeschwindigkeits-Horizontaldekodiersignal 77a zu erzeugen. Auch das Signal 73b vom 1/101-Frequenzteiler 73 und das Signal 76b von der Zählstoppsteuerung 76 werden einem Hochübertragungsgeschwindigkeits-Horizontaldekodierer 78 zugeführt, um ein Hochübertragungsgeschwindigkeits-Horizontaldekodiersignal 78a zu erzeugen. Ein Vertikalzähler 80 ist vorgesehen und empfängt ein Vertikalabtastreferenzsignal VD und erzeugt ein V-Zählersignal 80a. Das Signal 80a wird einem Normalübertragungsgeschwindigkeits-Vertikaldekodierer 81 zugeführt, der dann ein Normalübertragungsgeschwindigkeits-Vertikaldekodiersignal 81a erzeugt. Außerdem wird das Signal 80a einem Hochübertragungsgeschwindigkeits-Vertikaldekodierer 82 zugeführt, der dann ein Hochübertragungsgeschwindigkeits-Vertikaldekodiersignal 82a erzeugt.
Ein Normalübertragungsgeschwindigkeitsdekodierer 83 ist vorgesehen, der das Horizontalabtastreferenzsignal HD, das Vertikalabtastreferenzsignal VD, das Normalübertragungsgeschwindigkeits-Horizontaldekodiersignal 77a und das Normalübertragungsgeschwindigkeits-Vertikaldekodiersignal 81a empfängt und hieraus Normalübertragungsgeschwindigkeits-Dekodiersignal 83a und 83b erzeugt. Es wird bemerkt, daß das Normalübertragungsgeschwindigkeitsdekodiersignal 83a ein Sechs-Bit-Parallelsignal ist, um die Impulse 40a, 40b, 40c, 40d, 37, 37', 38 und 38' darzustellen, die in den Fig. 7 oder 3 gezeigt sind.
Ein Hochübertragungsgeschwindigkeitsdekodierer 84 ist vorgesehen, der das Horizontalabtastreferenzsignal HD, das Vertikalabtastreferenzsignal VD, das Hochübertragungsgeschwindigkeits-Horizontaldekodiersignal 78a und das Hochübertragungsgeschwindigkeits-Vertikaldekodiersignal 82a empfängt, und hieraus Hochübertragungsgeschwindigkeitsdekodiersignale 84a und 84b erzeugt. Es wird bemerkt, daß das Hochübertragungsgeschwindigkeitsdekodiersignal 84a ein Sechs-Bit-Parallelsignal ist, das die Impulse 41a, 41b, 41c, 41d, 36, 36', 39 und 39' darstellt, wie sie in Fig. 7 gezeigt sind.
Das Normalübertragungsgeschwindigkeitsdekodiersignal 83a und das Hochübertragungsgeschwindigkeitsdekodiersignal 84a werden dem Dekodierer 85 zugeführt, und dieser erzeugt CCD-Treibersignale E1, E2, E3 und E4 an den Ausgangsanschlüssen 90a, 90b, 90c und 90d. Die CCD-Treibersignale E1-E4 werden den Anschlüssen 14a-14d der Fig. 5 zugeführt.
Wie in Fig. 7 gezeigt, weist das Signal E4 drei verschiedene Pegel auf, nämlich Nullpegel oder Referenzpegel, einen hohen Pegel wie in den Vertikaltreiberimpulsen 40d und 41d, und einen extra hohen Pegel wie in den Leseimpulsen 36', 37', 39' und 38'. Bei jedem der extra hohen Leseimpulse, wie z. B. Impuls 36', schaltet der Transistor 13 ein und verschiebt die akkumulierte Ladung der Photodiode 7a zur Zelle 9, um auf diese Weise die Bilddaten der Photodioden 7 in die Register 8 einzulesen. Danach werden die in Zelle 10 gespeicherten Daten durch den Hochpegel-V-Treiberimpuls 41d in vertikaler Richtung zur Zelle 9 verschoben.
Das Signal El weist zwei Pegel auf, nämlich den Referenzpegel und den niedrigen Pegel in der Form von negativen V-Treiberimpulsen 40a und 41a, die eine Übertragung von Daten zur Zelle 12 von der dahinterliegenden Zelle, d. h. Zelle 9, bewirken.
Das Signal E2 weist drei Pegel auf, nämlich Referenzpegel, hohen Pegel und niedrigen Pegel. Bei irgendeinem der Hochpegel-Leseimpulse 36, 37, 39 und 38 schaltet der Transistor 13b ein und bewegt die in der Photodiode 7b gesammelte Ladung zur Zelle 11, und durch die negativen V-Treiberimpulse 40b und 41b werden die in Zelle 12 gespeicherten Daten zur Zelle 11 verschoben.
Das Signal E3 weist zwei Pegel auf, nämlich Referenzpegel und hohen Pegel wie in den V-Treiberimpulsen 40c und 41c. Durch die V-Treiberimpulse 40c und 41c werden die in Zelle 11 gespeicherten Daten zur Zelle 10 verschoben.
Aus praktischen Gründen sind die Referenzpegel der Signale E1 und E2 sowie die hohen Pegel der Signale E3 und E4 auf jeweils dem gleichen Pegel.
Darüber hinaus wird das Ausgangssignal 71a des Oszillators 71 einem 1/2-Freqenzteiler 86 zur Teilung der Frequenz auf die Hälfte zugeführt, und sein Ausgangssignal 86a wird einem Normalübertragungsgeschwindigkeitsdekodierer 87 zugeleitet. Dem Normalübertragungsgeschwindigkeitsdekodierer 87 wird außerdem ein Normalübertragungsgeschwindigkeitsdekodiersignal 83b zugeleitet, um ein Normalübertragungsgeschwindigkeitsdekodiersignal 87a zu erzeugen. Dieses Signal wird dazu benutzt, den Horizontalübertragungsimpuls 42 abzuleiten, der später noch beschrieben wird. Das Ausgangssignal 86b des 1/2-Frequenzteilers 86 und das Hochübertragungsgeschwindigkeitsdekodiersignal 84b werden einem Hochübertragungsgeschwindigkeitsdekodierer 88 zugeführt, um hierdurch ein Hochübertragungsgeschwindigkeitsdekodiersignal 88a zu erzeugen. Dieses Signal wird dazu benutzt, ein Drain- Setzimpuls 43 zu erzeugen, wie er später in Verbindung mit Fig. 11 erläutert wird.
Das Normalübertragungsgeschwindigkeitsdekodiersignal 87a und das Hochübertragungsgeschwindigkeitsdekodiersignal 88b werden einem Dekodierer 89 zugeleitet und erzeugen an Ausgangsanschlüssen 91a und 91b Horizontalübertragungsimpulse H1 und H2. Die Horizontalübertragungsimpulse H1 und H2 werden den Anschlüssen 18a bzw. 18b zugeleitet.
Nachfolgend soll die Arbeitsweise der Videokamera hoher Verschlußgeschwindigkeit beschrieben werden.
Zuerst werden am Beginn eines Feldes (Halbbildes), z. B. am Beginn des ungeraden Feldes nach Fig. 7, Leseimpulse 36' und 36 in dieser Reihenfolge an den Anschlüssen 90d und 90b erzeugt, und zwar in vorbestimmter Zeitbeziehung zur Anstiegsflanke des Vertikalabtastreferenzsignals VD. Das Detail nach Abschnitt VIII nach Fig. 7 ist in Fig. 8 gezeigt. Die Leseimpulse 36' und 36 werden insbesondere durch den Hochübertragungsgeschwindigkeitsdekodierer 84 und die dazugehörigen Schaltungen erzeugt. Abhängig vom Leseimpulse 36' werden die Schalttransistoren 13a (Fig. 5) eingeschaltet, um die in den Photodioden 7a akkumulierten Ladungen an die Zellen 9 zu verschieben. In gleicher Weise werden abhängig vom Leseimpuls 36 die Schalttransistoren 13b eingeschaltet, um die in den Photodioden 7b akkumulierten Ladungen in die Zellen 11 zu verschieben. Auf diese Weise werden die Photodioden 7 entladen und sind nach den Leseimpulsen 36 und 36' zur Aufnahme neuer Ladungen vom Nullpegel an bereit. Gemäß der vorliegenden Erfindung, wonach kein mechanischer Verschluß vorgesehen ist, beginnt ein neues Aufladen unmittelbar, nachdem die Dioden entladen wurden, d. h., nachdem die Leseimpulse 36 und 36' erzeugt wurden.
Anschließend findet eine Hochgeschwindigkeitsübertragung statt, bei der Hochgeschwindigkeitsvertikaltreiberimpulse 41a, 41b, 41c und 41d mit einer Frequenz von z. B. 800 kHz, die höher als die des Horizontalabtastreferenzsignals HD ist, den Anschlüssen 14a, 14b, 14c und 14d zugeführt. Der Zeitpunkt für den Start zum Erzeugen der Hochgeschwindigkeitsvertikaltreiberimpulse wird z . B. durch Abzählen der Anzahl von Horizontalabtastreferenzsignalen HD bestimmt, die nach der Anstiegsflanke des Vertikalabtastreferenzsignals VD erzeugt werden. Entsprechend dem Beispiel nach Fig. 8 werden die Hochgeschwindigkeitsvertikaltreiberimpulse nach Auftreten von drei Horizontalabtastreferenzsignalen HD erzeugt.
Das Detail nach Abschnitt X der Hochgeschwindigkeitsvertikaltreiberimpulse nach Fig. 8 ist in Fig. 10 gezeigt. Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, sind die Vertikaltreiberimpulse 41a und 41b negative Impulse, während die Vertikaltreiberimpulse 41c und 41d positive Impulse sind. Aus Fig. 10 geht außerdem hervor, daß die Phase der Impulse 41a und 41c von der der Impulse 41b und 41d abweicht. Dementsprechend bewegen sich die Ladungen der Zellen 9 und 11 zu den Zellen 12 und 10 und wiederum zu 9 und 11 in Richtung des Schieberegisters 15 durch die Gatter 51. Beim Hochgeschwindigkeitsübertragungsbetrieb wird das vom Gatter 51 erzeugte Signal nicht benutzt. Da die Ladungen im Hochgeschwindigkeitsübertragungsbetrieb sehr schnell bewegt werden, kann das Schieberegister 15 bis zu seinem Maximum sehr schnell gefüllt werden. Aus diesem Grunde ist ein Überlaufabfluß 53 vorgesehen, um die überschüssigen Ladungen aufzunehmen. Anstatt die Ladungen in den Schieberegistern 18 in Richtung auf das Schieberegister 15 zu verschieben, ist es auch möglich, die Ladungen in der entgegengesetzten Richtung zu bewegen.
Ist eine vorbestimmte Anzahl von Vertikaltreiberimpulsen für jeden der Impulse 41a, 41b, 41c und 41d erzeugt, um die Ladungen vollständig aus den Schieberegistern 8 auszuschieben, so werden weitere Leseimpulse 37' und 37 in dieser Reihenfolge an den Anschlüssen 90d und 90b erzeugt, und zwar in ähnlicher Weise wie die Leseimpulse 36' und 36. Im vorliegenden Fall werden Leseimpulse 37 und 37' insbesondere durch den Normalübertragungsgeschwindigkeitsdekoder 83 und seine zugeordneten Schaltungen erzeugt. Werden die Leseimpulse 37 und 37' erzeugt, so wird die in den Photodioden 7 akkumulierte Ladung in entsprechende Zellen im Schieberegister 8 geschoben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Zeitraum zwischen den Leseimpulsen 36' und 37', oder 36 und 37, so ausgewählt, daß er etwa 1/1000 Sekunde beträgt. Während dieses Zeitraums wird die Hochgeschwindigkeitsübertragung durchgeführt, und zur gleichen Zeit werden die Photodioden aufgeladen. Da die Ladungsansammlung mit dem Ende der Periode von 1/1000 Sekunde endet, kann gesagt werden, daß die Aufladung mit einer Verschlußgeschwindigkeit von 1/1000 Sekunde erfolgt. Es wird bemerkt, daß die Geschwindigkeit von 1/1000 Sekunde auch auf andere Zeiten verändert werden kann. Die Zeitgabe zum Start der Erzeugung der Leseimpulse 37' und 37 wird z. B. durch Abzählen der Anzahl von Horizontalabtastreferenzsignalen HD bestimmt, die nach der Anstiegsflanke des Vertikalabtastreferenzsignals VD beginnt, oder durch Abzählen der Anzahl von Taktimpulsen nach der Erzeugung der Leseimpulse 36' und 36.
Nachdem die Leseimpulse 37' und 37 erzeugt sind, findet eine Normalgeschwindigkeitsübertragung statt, in der die Normalgeschwindigkeitsvertikaltreiberimpulse 41a, 41b, 41c und 41d mit einer Frequenz gleich der des Horizontalabtastreferenzsignals HD den Anschlüssen 14a, 14b, 14c und 14d zugeführt werden.
Das Detail des Abschnittes IX der Normalgeschwindigkeitsvertikalabtastimpulse nach Fig. 8 ist in Fig. 9 gezeigt. Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, sind die Vertikaltreiberimpulse 40a und 40b negative Impulse, während die Vertikaltreiberimpulse 40c und 40d positive Impulse sind. Außerdem geht aus Fig. 9 hervor, daß die Phase und die Impulsbreite der Impulse 41a-41d verschieden sind, um die Ladungen der Zellen 9 und 11 nicht gleichzeitig zu bewegen, sondern in einer sequentiell kontrollierten Weise. Die in die oberste Zeile der CCD bewegten Ladungen werden weiter über Gatter 51 dem Schieberegister 15 zugeführt. Dann werden, bevor die nächsten Treiberimpulse 40a-40d eintreffen, die Ladungen im Schieberegister 15 in Richtung auf den Ladungsdetektorabschnitt 55 geschoben, und zwar durch Horizontaltreiberimpulse H1 und H2, wodurch ein Bildsignal C am Ausgangsanschluß 20 vorliegt.
Wie Fig. 9 zeigt, wird jeder der Horizontaltreiberimpulse H1 und H2 durch eine Folge von Impulsen 42 und eine Auslaßperiode 42' definiert. Die Auslaßperiode 42' tritt auf, wenn die Vertikaltreiberimpulse 40a, 40b, 40c und 40d vorhanden sind, um hierdurch zu verhindern, daß die Vertikaltreiberimpulse durch die Horizontaltreiberimpulse 42 gestört werden.
Die durch den Ladungsdetektorabschnitt 55 gemessene Ladung wird nach jedem Rahmen durch ein vom Anschluß 59 an das Rücksetzgatter 47 zugeführtes Rücksetzsignal zurückgesetzt, und danach wird es an den Ausgangsverstärker 60 weitergeleitet. Es wird bemerkt, daß die Drain-Spannung am Anschluß 58 so ausgewählt wird, daß sie eine optimale Übertragungseffizienz des Signals vom Rücksetzgatter 57 zum Ausgangsverstärker bewirkt. Es wird außerdem bemerkt, daß der Übertragungswirkungsgrad der Schieberegister 8 durch die Spannung bestimmt wird, die vom Anschluß 63 Eingangsquellen 62 zugeführt wird. Die Übertragungseffizienz des Schieberegisters 15 wird durch die Spannung bestimmt, die vom Anschluß 65 der Eingangsquelle 64 zugeleitet wird.
Ist eine vorbestimmte Anzahl von Vertikaltreiberimpulsen 40a, 40b, 40c und 40d erzeugt, so werden die Ladungen der Schieberegister 8 vollständig in das Schieberegister 15 verschoben und erzeugen somit ein Bildsignal eines Rahmens am Anschluß 20.
Als nächstes werden die Impulse 39' und 39 erzeugt, danach die Hochfrequenzimpulse 41a-41d, wodurch die Hochgeschwindigkeitsübertragung in der gleichen Weise wie oben beschrieben wiederholt wird.
In Fig. 11 sind Horizontaltreiberimpulse H1 und H2 gezeigt, in denen die Folge von Impulsen 42 durch einen Block gekennzeichnet sind, der im Innern ein X aufweist.
Die Horizontaltreiberimpulse H1 und H2 enthalten während eines Zeitraums anders als der Vertikalaustastlücke ein sich wiederholendes Muster aus Treiberimpulsperioden 42, die zwischen die Normalgeschwindigkeitsvertikaltreiberimpulse 40a, 40b, 40c und 40d eingefügt sind, und Treiberimpulsauslaßperioden 42', die eingefügt werden, während die Normalgeschwindigkeitsvertikaltreiberimpulse vorhanden sind. Während der Vertikalaustastlücke kann das gleiche Wiederholungsmuster wie vorstehend beschrieben, angewandt werden, wie Fig. 11, Wellenform (A) zeigt. Es kann somit gesagt werden, daß die Wellenform (A) einen Fall zeigt, in dem der Impulsblock 42 und die Auslaßperiode 42' sich alternierend wiederholen, und zwar auch während der Hochgeschwindigkeitsübertragung.
Gemäß einer Modifikation der Erfindung können Horizontaltreiberimpulse H1 und H2 so ausgebildet sein, daß eine Abflußperiode 43 während der Vertikalaustastperiode eingeführt wird. Die Abflußperiode 43 kann dadurch dargestellt werden, daß mindestens ein Horizontaltreiberimpuls in seiner Impulslänge soweit verlängert wird, daß er die übertragenen Ladungssignale kontinuierlich in das Schieberegister 15 bewegt. Es ist möglich, daß die Abflußperiode 43 sich während des Vorhandenseins der Hochgeschwindigkeitsvertikaltreiberimpulse 41a, 41b, 41c und 41d kontinuierlich erstreckt, wie durch die Wellenform (B) gezeigt, oder nur zeitweise während einer Periode, in der die Hochgeschwindigkeitsvertikaltreiberimpulse 41a, 41b, 41c und 41d vorhanden sind, wie durch die Wellenform (C) gezeigt ist.
Es kann also gesagt werden, daß die Wellenform (B) einen Fall zeigt, bei dem der Impulsblock 42 und die Auslaßperiode 42' sich nicht während der Hochgeschwindigkeitsübertragung alternierend wiederholen, sondern daß statt dessen ein Hoch-Pegelsignal dauernd für den Treiberimpuls H2 bereitgestellt wird, aber kein Impuls für den Treiberimpuls H1. In diesem Fall arbeitet das Schieberegister 15 als Abfluß, so daß die zum Schieberegister 15 geschobene Ladung in den Spannungsdetektorabschnitt 55 mit einer Geschwindigkeit bewegt wird, die schneller ist als der Fall der Wellenform (A).
Durch die vorliegende Erfindung ist es auch möglich, anstelle einer IL-CCD einen Festkörperbildsensor zu verwenden, der mit Rahmenübertragungs-Ladungskopplung arbeitet.

Claims

1. Videokamera hoher Verschlußgeschwindigkeit mit einer Objektivlinse (30) und einer Bildsensorvorrichtung (31), die folgende Einheiten aufweist:

eine Photosensoranordnung (7) zum Empfang eines durch die Objektivlinse abgebildeten Bildes und zum Erzeugen von dieses Bild darstellenden Ladungssignalen;

an die Photosensoranordnung (7) angeschlossene Transferschalttransistoren (13); und

eine erste Schieberegisteranordnung (8), der die Ladungssignale in einem parallelen Lesevorgang von den Schaltransistoren (13) zwecks Speicherung zugeführt werden, und die die Ladungssignale in vorbestimmter Richtung abhängig von vertikalen Treiberimpulsen verschiebt; dadurch gekennzeichnet, daß eine Treiberschaltung (32) vorgesehen ist, die sequentiell folgende Signale erzeugt:

ein erstes Leseimpulssignal (36, 36', 39, 39') zum Übertragen der Ladungssignale von der Potosensoranordnung (7) in die erste Schieberegisteranordnung (8);

spezielle Hochgeschwindigkeits-Vertikaltreiberimpulse (41a, 41b, 41c, 41d) zum Verschieben der Ladungssignale in der ersten Schieberegisteranordnung (8) mit hoher Geschwindigkeit, bis die Ladungssignale aus der ersten Schieberegisteranordnung entfernt sind;

ein zweites Leseimpulssignal (37, 37', 38, 38'), das eine vorbestimmte Zeit nach dem ersten Leseimpulssignal (36, 36', 39, 39') zum Übertragen der Ladungssignale von der Photosensoranordnung (7) in die erste Schieberegisteranordnung (8) auftritt; und

Normalgeschwindigkeits-Vertikaltreiberimpulse (40a, 40b, 40c, 40d) mit einer niedrigeren Frequenz als der der speziellen Hochgeschwindigkeits-Vertikaltreiberimpulse zum Verschieben der Ladungssignale in der ersten Schieberegisteranordnung (8) mit normaler Geschwindigkeit, bis diese aus diesem entfernt sind; und

daß das erste Leseimpulssignal (36, 36', 39, 39'), die Hochgeschwindigkeits-Vertikaltreiberimpulse (41a, 41b, 41c, 41d) und das zweite Leseimpulssignal (37, 37', 38, 38') innerhalb der Vertikalaustastlücke liegen.

2. Videokamera hoher Verschlußgeschwindigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Zeit etwa 1/1000 Sekunde beträgt.

3. Videokamera hoher Verschlußgeschwindigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Leseimpulssignal in die Horizontalaustastlücken innerhalb der Vertikalaustastlücke eingefügt werden.

4. Videokamera hoher Verschlußgeschwindigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildsensorvorrichtung (31) eine zweite Schieberegisteranordnung (15) aufweist, die die von der ersten Schieberegisteranordnung (8) übertragenen Ladungssignale speichert und diese abhängig von einem Abtastsignal (H1, H2) verschiebt; und daß eine zweite Treiberschaltung (32b) zum Erzeugen des Abtastsignals vorgesehen ist.

5. Videokamera hoher Verschlußgeschwindigkeit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtastsignal (H1, H2) außerhalb der Vertikalaustastlücke ein sich wiederholendes Muster aus Treiberimpuls-Anwesenheitsperioden (42) zwischen den Normalgeschwindigkeits-Vertikaltreiberimpulsen (40a, 40b, 40c, 40d) und einem Treiberimpuls-Abwesenheitspegel (42') während der Anwesenheit der Normalgeschwindigkeits-Vertikaltreiberimpulse (40a, 40b, 40c, 40d) aufweist.

6. Videokamera hoher Verschlußgeschwindigkeit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtastsignal (H1, H2) während der Vertikalaustastlücke dasselbe Wiederholungsmuster wie außerhalb der Vertikalaustastlücke aufweist.

7. Videokamera hoher Verschlußgeschwindigkeit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtastsignal (H1, H2) während der Vertikalaustastlücke eine Abflußperiode (43) aufweist, in der mindestens ein Treiberimpuls in seiner Länge verlängert wird, um die übertragenen Ladungssignale in die zweite Schieberegisteranordnung (15) zu transferieren.

8. Videokamera hoher Verschlußgeschwindigkeit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflußperiode (43) solange anhält, wie die speziellen Hochgeschwindigkeits- Vertikaltreiberimpulse (41a, 41b, 41c, 41d) vorhanden sind.

9. Videokamera hoher Verschlußgeschwindigkeit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflußperiode (43) nur für einen Teil des Zeitraums anhält, in dem die speziellen Hochgeschwindigkeits-Vertikaltreiberimpulse (41a, 41b, 41c, 41d) vorhanden sind.

10. Videokamera hoher Verschlußgeschwindigkeit nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Überlaufabfluß (53), der mit der zweiten Schieberegisteranordnung (15) gekoppelt ist.

11. Videokamera hoher Verschlußgeschwindigkeit nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Signalverarbeitungsvorrichtung zum Umwandeln der von der zweiten Schieberegisteranordnung (15) erzeugten Ladungssignale in ein Fernsehsignal.