DE4117883A1 - Farbfernsehkamera - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Farbfernsehkamera für das hochauflösende Fernsehen mit Halbleiter-Sensoren.

Bei bisher bekannten konventionellen Farbfernsehkameras mit mehreren Halbleiter-Sensoren ist üblicherweise ein Farbteilerprisma mit drei Lichtauslaßöffnungen für die auf die Halbleiter-Sensoren abzubildenden Farbauszugsbilder für Rot, Grün und Blau vorgesehen, wobei zur Erhöhung der Auflösung der auf Grün ansprechende Halbleiter-Sensor bezüglich dem auf Rot und dem auf Blau ansprechenden Halbleiter-Sensor um ein halbes Bildelement in horizontaler Richtung versetzt angeordnet werden kann (DE 30 12 183 C2). Dies führt jedoch nur zu einem erhöhten Auflösungsvermögen für das Luminanzsignal, nicht jedoch für das Chrominanzsignal.

Weiterhin ist es aus der US 43 34 238 bekannt, das grüne Licht durch ein Farbteilungsprisma gleichmäßig auf zwei Lichtauslaßöffnungen dieses Prismas zu verteilen und das kombinierte rote und blaue Licht des Bildes zu einer dritten Lichtauslaßöffnung zu leiten. Mit den beiden Grün-Lichtauslaßöffnungen sind zwei auf Grün ansprechende Halbleiter-Sensoren so gekoppelt, daß die Grün-Farbauszugsbilder um ein halbes Bildelement gegeneinander versetzt sind. An der dritten Lichtauslaßöffnung ist ein weiterer, mit einem Rot-Blau-Farbfilter versehener Halbleiter-Sensor angeordnet, womit die Rot- und Blau-Farbauszugsbilder aufnehmbar sind. Nachteilig bei dieser bekannten Anordnung ist insbesondere, daß sie eine relativ geringe Lichtempfindlichkeit hat.

Dieser Nachteil wird bei einer Farbfernsehkamera gemäß DE 33 45 637 A1 vermieden, welche ein Farbteilerprisma mit vier Lichtauslaßöffnungen aufweist. Hierbei wird das Grün-Licht zur ersten und zweiten Lichtauslaßöffnung geleitet, an welche je ein auf Grün ansprechender Halbleiter-Sensor so geometrisch versetzt angekoppelt ist, daß das Auflösungsvermögen des Bildes erhöht wird. An der dritten und vierten Lichtauslaßöffnung des Farbteilerprismas ist je ein auf Rot und Blau ansprechender Halbleiter-Sensor angeordnet. Dieses bekannte Farbteilerprisma ist jedoch schwierig herstellbar, relativ umfangreich und somit schwer.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Farbfernsehkamera mit mehreren Halbleiter-Sensoren, insbesondere für das hochauflösende Fernsehen anzugeben, welche bei einfachem Aufbau eine hohe Lichtempfindlichkeit sowie ein gutes Auflösungsvermögen hat.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Farbfernsehkamera mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, daß eine Lichtteilung ohne Lichtverlust erreichbar ist. Außerdem ist eine Auslese der Halbleiter-Sensoren in Echtzeit möglich.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Farbfernsehkamera möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß hierbei einfache Halbleiter-Sensoren ohne Speicherteil einsetzbar sind, was zu Kostensenkung und Platzersparnis führt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild mit den für die Erfindung wesentlichen Teilen einer Farbfernsehkamera

Fig. 2 Zeitdiagramme der Taktansteuerung für die Halbleiter-Sensoren.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Blockschaltbild der erfindungswesentlichen Teile einer Farbfernsehkamera wird durch ein Aufnahmeobjektiv 1 die auf zunehmende Szene über jeweils einen Farblichtteiler 2 bzw. 3 auf Halbleitersensoren 4 bis 7 projiziert, welche an Lichtauslaßöffnungen der Farblichtteiler 2 und 3 angeordnet sind. Für das jeweilige Grünsignal G1 bzw. G2 ist je ein Halbleiter-Sensor 4 bzw. 5 und für das Rot- und Blau-Signal R₁, B₁ bzw. R₂, B₂ je ein Halbleiter-Sensor 6 bzw. 7 vorgesehen. Auf die Halbleiter-Sensoren 4 und 5 wird ein jeweils nur etwa die Hälfte der Aufnahmefläche einnehmendes Grün-Auszugsbild projiziert, während die nicht von dem Auszugsbild beaufschlagte Fläche abgedunkelt ist, so daß keine störenden Restladungen entstehen können. Die Farblichtteiler 2 und 3 sind außerdem so ausgebildet, daß die beiden Farbauszugsbilder für Rot und Blau auf je eine Hälfte der Sensoren 6 und 7 übereinander projiziert werden.

Der vom Objektiv 1 kommende Eingangsstrahl wird hierbei durch eine im Strahlengang angeordnete Spiegelscheibe 8 mit lichtreflektierenden und lichtdurchlässigen Sektoren 8a bzw. 8b entweder zu dem Farblichtteiler 2 durchgelassen - wenn der Sektor 8b im Strahlengang liegt - oder auf den Strahlenteiler 3 gelenkt - wenn der Sektor 8a im Strahlengang liegt. Im Strahlengang zum Farbteiler 3 ist außerdem ein Strahlumlenkspiegel 9 angeordnet. Die Spiegelscheibe 8 wird durch einen Motor 11 angetrieben, welcher von einer V-frequent­ verkoppelten Servosteuerschaltung 12 steuerbar ist. Dadurch wird die Spiegelscheibe 8 derart gesteuert, daß der Eingangslichtstrahl halbbildweise abwechselnd auf die beiden Farblichtteiler 2 und 3 gelenkt wird.

Beispielsweise wird während der Dauer des ersten Halbbildes der Strahl durch den Sektor 8b der Spiegelscheibe 8 auf die Lichteinlaßöffnung des Farblichtteilers 2 hindurchgelassen (strichpunktierte Linie), so daß die Sensoren 4 und 6 belichtet werden. Während der Dauer des zweiten Halbbildes befindet sich der reflektierende Sektor 8a im Eingangs-Lichtstrahl und reflektiert diesen über den Spiegel 9 auf die Einlaßöffnung des Farblichtteilers 3 (gestrichelte Linie), so daß die Sensoren 5 und 7 belichtet werden. Während jeweils einer Halbbilddauer wird also der Eingangslichtstrahl entweder auf den Farblichtteiler 2 oder auf den Farblichtteiler 3 gelenkt, während der jeweils andere Farblichtteiler 3 bzw. 2 kein Eingangslicht erhält. Dadurch werden die daran angekoppelten Sensoren ebenfalls während der Dauer eines Halbbildes belichtet und während der darauffolgenden Halbbilddauer nicht belichtet bzw. abgedunkelt. Die Halbleiter-Sensoren 4 bis 7 werden dabei während der Abdunkelungsperiode mit Taktsignalen T_V und T_H zur Auslese der Belichtungsladungen entsprechend angesteuert, wobei diese Taktsignale von einem mit H- und V-frequenten Impulsen synchronisierten Taktgenerator 13 erzeugt werden.

In Fig. 2 sind diese Taktsignale T_V, T_H bzw. T_V′, T_H′ für die Sensoren 4 (G1) und 6 (R1, B1) für die Auslese während der zweiten Halbbildperiode V2, d. h. bei Nichtbelichtung der Sensoren 4 und 6 dargestellt. Die Sensoren 4 und 6, welche im wesentlichen nur aus einem lichtempfindlichen Aufnahmeteil und einem horizontalen Schieberegister bestehen, werden nun mit den Impulsen der Taktsignale T_V und T_H angesteuert, wobei die Impulse von T_V während der Dauer jeweils eines Zeilenrücklaufs angelegt werden, und dabei das Ladungssignal jeweils einer Zeile der Sensoren in das horizontale Schieberegister transferiert wird. Während der Dauer des folgenden Zeilenhinlaufs werden die Impulse des Signals T_H an das horizontale Schieberegister des Sensors angelegt, welches dann während dieser Dauer auslesen wird. Gleichzeitig werden die Ladungssignale des Sensors 6 durch das Impulssignal T_V′, welches aus während jeder Zeilenrücklaufdauer auftretenden Doppelimpulsen besteht, zweizeilig in das horizontale Schieberegister transferiert. Auch hier werden die im horizontalen Schieberegister befindlichen Signale während der Zeilenhinlaufdauer wiederum zeilenweise ausgelesen. Der Sensor 6 muß zweizeilig ausgelesen werden, weil am Ende der jeweiligen Halbbilddauer die gesamte, jeweils das Rot- und Blau-Auszugsbild enthaltende Aufnahmefläche gleichzeitig mit der nur etwa zur Hälfte mit dem Grün-Auszugsbild beaufschlagten Aufnahmefläche des Sensors 4 abgetastet sein muß. Am Ausgang des Sensors 4 ist dann während dieser Halbbildperiode das Grünsignal eines Halbbildes und am Ausgang des Sensors 6 sequentiell das zugehörige Rot- und Blau-Signal eines Halbbildes abnehmbar. In der folgenden Halbbildperiode werden die Sensoren 4 und 6 wieder belichtet und die Sensoren 5 und 7 in entsprechender Weise abgetastet. In Fig. 2 sind der Einfachheit halber nur noch die Impulssignale T_V für das Grünsignal des Sensors 5 und T_V, für das Rot- und Blau-Signal des Sensors 7 während der Dunkelperiode V1 dargestellt.

Die Ausgangssignale der Sensoren 4 bis 7 werden in Vorverstärkern 14 bis 17 verstärkt und über Tiefpaßfilter 18, 19, 21, 22 den Eingängen je eines V-frequent betriebenen Umschalters 23 und 24 zugeführt. Hiermit werden die anliegenden Halbbildsignale für Grün halbbildweise umgeschaltet, d. h. an den folgenden A/D-Wandler 26 weitergeleitet und die sequentiell anliegenden Halbbildsignale für Rot und Blau ebenfalls halbbildweise an den A/D-Wandler 27 weitergeleitet. Die im A/D-Wandler 26 digitalisierten Videosignale für Grün werden dann einer Halbbildverzögerungseinrichtung 28 zugeführt, so daß die Verzögerung der entsprechenden Rot- und Blausignale bei der Sequentiell-Simultan-Wandlung ausgeglichen werden kann. Befinden sich beispielsweise die Schalter 23 und 24 in der eingezeichneten Stellung, dann ist am Ausgang 29 der Verzögerungseinrichtung 28 nach einer Halbbildperiode das Grünsignal des G1-Sensors 4 abnehmbar. Die an dem R1/B1-Sensor 6 sequentiell abgenommenen Rot- und Blau-Signale werden nach der Digitalisierung im A/D-Wandler 27 einer Wandlerschaltung 31 zugeführt, in welcher eine Zeittransformation der Rot- und Blausignale zur Wandlung der sequentiell vorliegenden Signale in simultane Signale sowie eine Zeileninterpolation zur Rückwandlung in die ursprüngliche Zeilenzahl durchgeführt wird, wodurch eine Verzögerung der Videosignale um eine Halbbildperiode verursacht wird. An den Ausgängen 32 und 33 der Wandlerschaltung 31 sind dann das dem Grünsignal entsprechende Rotsignal und das Blausignal in digitalisierter Form zur weiteren Verarbeitung abnehmbar. Die A/D-Wandler 26 und 27 werden hierbei mit einer Taktfrequenz f_c gespeist, während die Wandlerschaltung 31 sowie die Verzögerungseinrichtung 28 durch Taktsignale f_c1 und f_c2 vom Taktgenerator 13 versorgt werden.

Claims (12)

1. Farbfernsehkamera für hochauflösendes Fernsehen mit Halbleiter-Aufnahmesensoren, dadurch gekennzeichnet,
daß zwei Farblichtteiler (2, 3) mit je 2 Lichtauslaßöffnungen für die Halbleiter-Sensoren (4, 5, 6, 7) vorgesehen sind,
daß an der einen Lichtauslaßöffnung jedes Farblichtteilers (2, 3) je ein Halbleiter-Sensor (4, 5) zur Aufnahme des Grün-Auszugsbildes und an der jeweils anderen Lichtauslaßöffnung der Farbteiler (2, 3) je ein Halbleiter-Sensor (6, 7) zur gemeinsamen Aufnahme des Rot- und Blau-Auszugsbildes angekoppelt sind,
und daß im Strahlengang zwischen Kameraobjektiv (1) und Farblichtteiler (2, 3) eine aus lichtreflektierenden (8a) und lichtdurchlässigen (8b) Sektoren bestehende rotierende Spiegelscheibe (8) angeordnet ist, welche derart steuerbar ist, daß der Eingangslichtstrahl jeweils während der Dauer eines Halbbildes abwechselnd auf den einen und auf den anderen Farblichtteiler projizierbar ist.

2. Farbfernsehkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter-Sensoren (4, 5, 6, 7) monochrome, hochauflösende, nur aus jeweils lichtempfindlicher Aufnahmefläche (ohne Speicherteil) und horizontalem Schieberegister bestehende Sensoren sind, denen jeweils ein entsprechendes Farbfilter zugeordnet ist.

3. Farbfernsehkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Halbleiter-Sensoren (4, 5) für die Aufnahme des Grün-Auszugsbildes in geometrischem Versatz um eine halbe Bildelementbreite in horizontaler Richtung gegeneinander angeordnet sind.

4. Farbfernsehkamera nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme der beiden Grün-Auszugsbilder jeweils nur auf etwa der Hälfte der zugehörigen Sensorflächen erfolgt.

5. Farbfernsehkamera nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der jeweiligen Dunkelphase die Grün-Halbleiter-Sensoren (4 bzw. 5) mit Auslesetaktsignalen angesteuert werden, womit die Ladungen der lichtempfindlichen Aufnahmefläche zeilenweise in das horizontale Schieberegister transferiert werden.

6. Farbfernsehkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter-Sensoren (6, 7) für die Aufnahme des Rot- und Blau-Auszugsbildes flächenmäßig jeweils so gleichmäßig aufgeteilt sind, daß jeweils auf die eine Hälfte der lichtempfindlichen Fläche dieser Sensoren das Rot-Auszugsbild und auf die andere Hälfte das Blau-Auszugsbild projizierbar sind.

7. Farbfernsehkamera nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorflächen waagerecht halbiert sind, so daß die roten und blauen Auszugsbilder jeweils übereinander auf einem Sensor abgebildet werden.

8. Farbfernsehkamera nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rot-/Blau-Halbleiter-Sensoren (6, 7) während der jeweiligen Dunkelphase mit einem derartigen Auslesetakt angesteuert werden, daß jeweils zwei Zeilen gleichzeitig in das horizontale Schieberegister übertragen werden.

9. Farbfernsehkamera nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden von den Halbleitersensoren (6, 7) sequentiell erzeugten Rot- bzw. Blau-Signale nach Tiefpaßfilterung (21, 22) halbbildweise digitalisiert (27) werden, und daß vor der weiteren Signalverarbeitung eine Zeittransformation zur Erzeugung des zeitrichtigen Rot- und Blau-Signals sowie eine Zeileninterpolation zur Erhöhung der Zeilenzahl (in 31) durchgeführt wird.

10. Farbfernsehkamera nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden von den Halbleitersensoren (4, 5) erzeugten Grünsignale nach Tiefpaßfilterung (18, 19) jeweils halbbildweise digitalisiert (26) werden und daß vor der weiteren Signalverarbeitung zur Erzeugung eines zugehörigen zeitrichtigen Grünsignals eine halbbildweise Verzögerung (28) durchgeführt wird.

11. Farbfernsehkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für die gleichen Farbauszugsbilder vorgesehenen Halbleiter-Sensoren (4, 5 bzw. 6, 7) in vertikaler Richtung um jeweils eine Vollbildzeile versetzt angeordnet sind.

12. Farbfernsehkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang zwischen rotierender Spiegelscheibe (8) und einem der Farblichtteiler (3) ein Strahlumlenkspiegel (9) angeordnet ist.