DE69123478T2

DE69123478T2 - Elektronische Zoomeinrichtung

Info

Publication number: DE69123478T2
Application number: DE69123478T
Authority: DE
Inventors: Yoshitaka Kasagi
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1991-03-26
Publication date: 1997-04-24
Anticipated expiration: 2011-03-27
Also published as: EP0449210A2; EP0449210B1; US5351082A; EP0449210A3; JPH03282497A; DE69123478D1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Signalumsetz(ungs)vorrichtung zum Umsetzen oder Umwandeln der von einer Fernsehkamera oder einer elektronischen Kamera ausgegebenen Videosignale, um damit die Größe des aus den Videosignalen erzeugten Bilds zu verändern. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Signalumsetzvorrichtung zur Verwendung bei einer sog. "elektronischen Zoom"- bzw. Brennweiteneinstell-Vorrichtung, die ein Eingangssignal zum Vergrößern des durch das Videosignal gebildeten Bilds verarbeitet, oder einer sog. "Bildverkleinerungsvorrichtung" (picture imposing apparatus), die das eingegebene Videosignal zur Verkleinerung des durch dieses gebildeten Bilds verarbeitet, oder einer Abtastzeilenumsetzvorrichtung, die ein Videosignal für eine spezifische Zahl von Abtastzeilen in ein Videosignal für eine unterschiedliche Zahl von Abtastzeilen umsetzt.
Im Zuge des Fortschritts auf dem Gebiet der Elektroniktechnik werden elektronische Kamera und Video(laufbild)kameras (d.h. Videobandrecorder jeweils mit eingebauter Kamera) - sämtlich für Heimgebrauch - in zunehmenden Stückzahlen verwendet. Es wird dabei gefordert, daß die elektronischen Kameras und die (sog.) Videorecorder (VTRs) so modifiziert werden, daß sie kleiner werden und einfacher bedient Werden können. Bei den meisten sog. Videokameras erfolgt das "Zoomen" bzw. die Brennweitenverstellung, d.h. eine der Funktionen der Videokamera, durch Betätigen eines sog. Zoom- bzw. Vario-Objektivs. Die Verwendung eines Vario-Objektivs, das eine vergleichsweise große Baueinheit darstellt, stellte (bisher) ein Hindernis für die Miniaturisierung der Videokamera und die Gewichtsverminderung derselben dar. In neuerer Zeit ist eine hochauflösende Festkörper-Aufnahmevorrichtung entwikkelt worden, bei der eine elektronische Brennweitenverstellung ("Zoomen") durch Verarbeitung der von der Aufnahmevorrichtung erzeugten Videosignale möglich ist. Die Videokamera braucht daher kein Vario-Objektiv aufzuweisen und kann mithin kleiner gebaut sein. Eine Signalumsetzvorrichtung, welche die von einer Festkörper-Aufnahmevorrichtung ausgegebenen Videosignale verarbeitet, um damit ein elektronisches "Zoomen" zu erreichen, muß möglichst einfach (aufgebaut) sein, damit die Videokamera zu einem so niedrigen Preis angeboten werden kann, daß sie von jedem Haushalt beschafft werden kann.
Die Signalumsetzvorrichtung für elektronische(s) Brennweitenverstellung bzw. Zoomen ist jedoch mit den im folgenden angegebenen Problemen behaftet.
Erstens: Wenn die Signalumsetzvorrichtung die Videosignale so verarbeitet, daß das aus diesen Signalen geformte Bild mit einem von 1 : 1 abweichenden (non-integral) Faktor vergrößert oder verkleinert wird, kann jede Komponentenzeile des ursprünglichen bzw. Original-Bilds je nach ihrer Lage im Bild eine unterschiedliche Dicke aufweisen. Mit anderen Worten: das vergrößerte oder verkleinerte Bild ist bzw. wird deutlich verzeichnet.
Zweitens: Die Signalumsetzvorrichtung benötigt einen A/D- Wandler, einen D/A-Wandler und einen Speicher, weil ihre Hauptfunktion in der Verarbeitung (oder auch Verknüpfung) von Digitalsignalen besteht. Diese unabdingbaren Bauteile sind vergleichsweise teuer, und die Videokamera kann daher für ein Gerät für Heimgebrauch zu teuer sein.
Ferner muß die Signalumsetzvorrichtung eine Schaltung aufweisen, welche die von der Festkörper-Aufnahmevorrichtung ausgegebenen, d.h. gelieferten Videosignale mit hoher Geschwindigkeit, d.h. innerhalb einer begrenzten Zeitspanne verarbeitet. Dies ist deshalb der Fall, weil die Videosignale ein bewegtes Bild darstellen. Die Hochgeschwindigkeit-Signalverarbeitungsschaltung verbraucht viel elektrische(n) Energie bzw. Strom.
Die Vorveröffentlichung DE-A-32 20 667 offenbart eine Signalumsetzvorrichtung mit ersten und zweiten Elektroden für Trennung sowie dritten und vierten Elektroden für Teilung. Ein Pixel wird in die unter dritter und vierter Elektrode befindliche Wanne (well) verteilt. Es sei angenommen, daß der Abstand zwischen erster und zweiter Elektrode gleich 1 ist und der Abstand zwischen erster und vierter Elektrode 1/4, der Abstand zwischen dritter und vierter Elektrode 1/2 sowie der Abstand zwischen zweiter und dritter Elektrode 1/4 betragen. Diese Vorrichtung arbeitet wie folgt: Eine Ladung entsprechend dem 1/4 Pixel zwischen erster und zweiter Elektrode wird in den unter einer Ausgangselektrode angeordneten Bereich übertragen, mit dem Ergebnis, daß die Vorrichtung in einen Zustand versetzt wird, in welchem die im Bereich unter der Ausgangselektrode gespeicherte Ladung ausgegeben wird. Sodann wird die Ladung entsprechend dem 1/2 Pixel zwischen dritter und vierter Elektrode zum Bereich unter der Ausgangselektrode übertragen, und die in diesem Bereich gespeicherte Ladung wird ausgegeben. Hierauf wird die Ladung entsprechend dem 1/4 Pixel zwischen erster und vierter Elektrode in den Bereich unter der Ausgangselektrode übertragen, mit dem Ergebnis, daß die Vorrichtung in einen Zustand versetzt wird, in welchem sich der Bereich zwischen erster und zweiter Elektrode in einem Leerzustand befindet. Hierauf wird die Ladung entsprechend einem Pixel in den Bereich zwischen erster und zweiter Elektrode verteilt. Diese Operation wird (fortlaufend) wiederholt.
Zusammenfassend verdoppelt die im obigen Dokument beschriebene Signalumsetzvorrichtung die Zahl der Pixel, wobei das Umsetzungsverhältnis festgelegt ist. Mit anderen Worten: eine willkürliche oder beliebige Umsetzungsgröße(rate) kann nicht gewählt werden.
Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Signalumsetzvorrichtung, die Signale, wie Fernsehsignale, mit hoher Geschwindigkeit auf Echtzeitbasis zu verarbeiten vermag, um damit das durch die Signale gebildete Bild nach einer Signalumsetzmethode, die so einfach ist wie die herkömmliche Methode, zu vergrößern oder zu verkleinern, so daß das Bild, auch wenn es mit einem nicht 1 : 2 entsprechenden oder nicht ganzzahligen (non-integral) (Vergrößerungs-) Faktor vergrößert oder verkleinert wird, überhaupt nichts verzeichnet wird.
Eine zweite Aufgabe dieser Erfindung besteht in der Schaffung einer Signalumsetzvorrichtung, die weder einen A/D- noch einen D/A-Wandler aufweist und einfach aufgebaut ist, die dennoch Videosignale so zu verarbeiten vermag, daß das aus diesen Signalen gebildete Bild mit einem beliebigen gewünschten (Vergrößerungs-) Faktor vergrößert oder verkleinert wird, und die sich für Heim- bzw. Privatpersonenanwendung eignet.
Eine dritte Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Signalumsetzvorrichtung, die nicht nur bei Heimgeräten, wie Video(laufbild)kameras, sondern auch bei verschiedenen anderen Geräten eingesetzt werden kann, und die zu einem vergleichsweise niedrigen Preis zur Verfügung gestellt werden kann.
Die Lösung dieser Aufgaben gelingt erfindungsgemäß mit einer Signalumsetzvorrichtung, wie sie im Anspruch 1 spezifiziert ist.
Ein besseres Verständnis dieser Erfindung ergibt sich aus der folgenden genauen Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
Fig. 1A bis 1E schematische Darstellungen zur Verdeutlichung des Grundgedankens der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2A bis 2D Wellenformdiagramme von Videosignalen zur Verdeutlichung des Grundgedankens der Erfindung,
Fig. 3A und 3B schematische Darstellungen zur Veranschaulichung des Grundaufbaus einer CCD- Signalumsetzvorrichtung gemäß dieser Erfindung,
Fig. 4 ein Zeitsteuerdiagramm zur Darstellung der Wellenformen der bei der CCD-Signalumsetzvorrichtung (Fig. 3) zum Vergrößern eines Bilds mit einem (Vergrößerungs-)- Faktor von 4/3 benutzten Ansteuersignale,
Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung, wie die CCD-Signalumsetzvorrichtung dividiert bzw. teilt und addiert,
Fig. 6 ein Blockschaltbild eines elektronischen Brennweitenverstell- bzw. Zoom-Systems mit einer CCD-Signalumsetzvorrichtung nach Fig. 3,
Fig. 7 ein Funktionsblockschaltbild zur Darstellung der beim System gemäß Fig. 6 verwendeten CCD-Signalumsetzvorrichtung,
Fig. 8 eine schematische Draufsicht auf die CCD- Sektion der in das System nach Fig. 6 eingebauten CCD-Signalumsetzvorrichtung,
Fig. 9 bis 13, 14A und 14B sowie 15A und 15B Zeitsteuerdiagramme zur Verdeutlichung der Arbeitsweise oder Operation der CCD-Sektion nach Fig. 8,
Fig. 16 ein Blockschaltbild einer anderen Signalumsetzvorrichtung gemäß dieser Erfindung,
Fig. 17 eine schematische Draufsicht auf die CCD- Sektion der Signalumsetzvorrichtung nach Fig. 16,
Fig. 18 ein Blockschaltbild noch einer anderen Signalumsetzvorrichtung gemäß dieser Erfindung,
Fig. 19 eine schematische Draufsicht auf die CCD- Sektion der Signalumsetzvorrichtung nach Fig. 18,
Fig. 20 und 21 schematische Darstellungen von zwei anderen Zeilensprung/Zeilensprungfrei-Wandlern mit jeweils einer CCD-Einheit,
Fig. 22 eine schematische Darstellung einer Signalumsetzvorrichtung, die eine (Bild-)- Überlagerung durchzuführen vermag, und
Fig. 23 bis 26 schematische Darstellungen von CCD-Bildsensoren mit der erfindungsgemäßen Signalumsetzvorrichtung.
Der Grundgedanke bzw. das Wesen der vorliegenden Erfindung ist im folgenden anhand der Fig. 1A bis 1E beschrieben.
Es sei angenommen, daß eine Aufnahmevorrichtung einer 3 x 3-Matrix 40 entspricht, die gemäß Fig. 7A (d.h. 1A) neun Pixel (Bildpunkte) aufweist, die in vier Zeilen und vier Spalten in der gleichen Ebene angeordnet sind; dabei bestehen die erste Zeile aus Pixeln a1, a2 und a3, die zweite Zeile aus Pixeln b1, b2 und b3 und die dritte Zeile aus Pixeln c1, c2 und c3. Es sei weiterhin angenommen, daß die von den Pixeln a1, a2, a3 und b1 ausgegebenen bzw. gelieferten (output) Signale solche Pegel bzw. Größen aufweisen, daß sie die Zeitreihe gemäß Fig. 1B bilden.
Im folgenden ist die Art und Weise beschrieben, auf welche das durch die Aufnahmevorrichtung erzeugte Bild mit dem Faktor (magnification) von 4/3 zu einem dem Originaloder Aufnahmebild ähnlichen Bild vergrößert wird.
Es sei eine virtuelle Aufnahmevorrichtung angenommen, wie sie in Fig. 1C dargestellt ist und einer 4 x 4-Matrix 41 entspricht, die durch Erweitern der Matrix 40 mit dem Faktor 4/3 erhalten wurde. Die 4 x 4-Matrix besteht aus 16 Pixeln, die in vier Zeilen und vier Spalten angeordnet sind. Dabei bestehen die erste Zeile aus Pixeln a11 bis a14, die zweite Zeile aus Pixeln b11 bis b14, die dritte Zeile aus Pixeln c11 bis c14 und die vierte Zeile aus Pixeln d11 bis d14. Wie sich aus Fig. 1B erkennen läßt, ist somit (irgend)ein von der virtuellen Aufnahmevorrichtung (Fig. 1A) ausgegebenes Signal, das eine horizontale Zeile repräsentiert, die Kombination der Pixelsignale, die durch die vier Pixel der gleichen Zeile der 4 x 4-Matrix 41 erzeugt sind. Tatsächlich stehen jedoch, wie aus Fig. 1B hervorgeht, nur drei Pixelsignale a1, a2 und a3 zur Verfügung, die eine horizontale Zeile bilden. Zum Vergrößern des Originalbilds mit dem Faktor 4/3 ist es mithin nötig, die Signale a1, a2 und a3 in vier virtuelle Pixelsignale a11, a12, a13 und a14 gemäß Fig. 1D umzusetzen. Mit anderen Worten: die Signale a1, a2 und a3 müssen verarbeitet werden, um damit vier virtuelle Signale a11, a12, a13 und a14 zu liefern, deren Gesamtenergie derjenigen der Signale a1, a2 und a3 gleich ist.
Im folgenden ist die Art und Weise der Umsetzung der Pixelsignale a1, a2 und a3 in Pixelsignale a11, a12, a13 und a14 anhand von Fig. 1E erläutert. Fig. 1E besteht aus vier graphischen Darstellungen. Die obere Graphik repräsentiert die Energieverteilung der Pixelsignale a1, a2, a3 und b1. Wie erwähnt, entspricht der in diesem Fall angewandte (Vergrößerungs-)Faktor 4/3. Wie durch gestrichelte Linien angedeutet, wird deshalb der aus den Pixelsignalen a1, a2 und a3 gebildete Signalblock in vier Signalkomponenten dividiert. Wie aus Fig. 1E hervorgeht, besteht die (erste) Signalkomponente aus den ersten 3/4 des Signals a1; die zweite Signalkomponente besteht aus dem letzten Viertel des Signals a1 und der ersten Hälfte des Signals a2; die dritte Signalkomponente besteht aus der zweiten Hälfte des Signals a2 und dem ersten Viertel des Signals a3; ferner besteht die vierte Signalkomponente aus den letzten drei Vierteln des Signals a3.
Wie sich aus der oberen Graphik von Fig. 1E ergibt, weist jede Signalkomponente eine Energie auf, die niedriger ist als die eines jeden Signals, aus dem die Komponente geformt ist. Aus diesem Grund wird der Pegel bzw. die Größe eines jeden Teils jeder Signalkomponente mit dem Reziprokwert des Vergrößerungsfaktors multipliziert, um dann die Energie eines neuen Pixelsignals zu bestimmen.
Wie insbesondere aus der oberen Graphik von Fig. 1E hervorgeht, besitzen die Pixelsignale a1, a2, a3 und b1 die Größen bzw. Pegel (levels) 13, 17, 22 bzw. 20. Infolgedessen wird zur Lieferung von Pixelsignalen a11, a12, a13, a14 und b11 die folgende Operation durchgeführt:
a11 = 13 x (3/4)
a12 = 13 x (1/4) + 17 x (2/4)
a13 = 17 x (2/4) + 22 x (1/4)
a14 = 22 x (3/4)
b11 = 20 x (3/4)
Die so gelieferten Pixelsignale a11, a12, a13, a14 und b11 werden in den Ausgangs- bzw. Ausgabespeicher M2 eingelesen und an dessen Adressen abgespeichert, welche der Stelle entsprechen, an welcher das durch diese Signale repräsentierte Pixel wiedergegeben wird.
Die eine gegebene andere horizontale Zeile repräsentierenden Pixelsignale, z.B. die von den Pixeln b1, b2 und b3 (Fig. 1A) ausgegebenen bzw. gewonnenen Signale b1, b2 und b3 werden auf die gleiche Weise wie die Pixelsignale a1, a2 und a3 in Pixelsignale b11, b12, b13 und b14 umgesetzt, wodurch das von der Aufnahmevorrichtung 3 erzeugte Bild in der Horizontalrichtung um das 4/3-fache gedehnt wird.
Danach werden die jede vertikale Zeile (Spalte) repräsentierenden Pixelsignale, z.B. die von den Pixeln a1, b1 und c1 (Fig. 1A) erhaltenen Signale a1, b1 und c1, auf die gleiche Weise wie beim Dehnen des Pixels in der Horizontalrichtung in Pixelsignale umgesetzt, wodurch das durch die Vorrichtung 3 erzeugte Bild in der Vertikalrichtung um das 4/3-fache gedenkt wird. Infolgedessen wird das Bild mit dem (Vergrößerungs-)Faktor von 4/3 vergrößert.
In der Praxis werden die Pixelsignale, welche das durch die Aufnahmevorrichtung 3 erzeugte Bild repräsentieren, mittels der spezifischen, im folgenden näher erläuterten Rechenoperation in Pixelsignale umgesetzt, die ein mit dem Faktor 4/3 vergrößertes Bild repräsentieren bzw. darstellen.
Es sei angenommen, daß die in Fig. 1B dargestellten Pixelsignale a1, a2 und a3 die Größen D1, D2 und D3, die virtuellen Pixelsignale a11, a12, a13 und a14 gemäß Fig. 1D die Größen E1, E2, E3 und E4 und die das vergrößerte Bild repräsentierenden neuen Pixelsignale die Größen F1, F2, F3 und F4 aufweisen. Wenn die das Originalbild bildenden Pixel, in der Horizontalrichtung gemessen, eine Breite von 1 besitzen, weist jedes durch die virtuellen Pixel gemäß Fig. 1D repräsentierte Pixel eine Breite von 3/4 auf. Demzufolge gilt:
F1 = E1 x 4/3 = (D1 x 3/4) x 4/3
F2 = E2 x 4/3 = (D1 x 1/4 + D2 x 2/4) x 4/3
F3 = E3 x 4/3 = (D2 x 2/4 + D3 x 1/4) x 4/3
F4 = E4 x 4/3 = (D3 x 3/4) x 4/3
Fig. 2A ist eine graphische Darstellung der Energieverteilung der Pixelsignale, die von der Aufnahmevorrichtung ausgegeben sind und ein das von der Aufnahmevorrichtung erzeugte Bild repräsentierendes Videosignal bilden. Fig. 2B ist eine graphische Darstellung der Energieverteilung der Pixelsignale, die durch Verarbeitung des Ausgangssignals der Aufnahmevorrichtung gewonnen wurden und ein ein vergrößertes Bild repräsentierendes Videosignal bilden. Ersichtlicherweise weist das Videosignal gemäß Fig. 2B eine Wellenform auf, die derjenigen des Videosignals gemäß Fig. 2A ähnlich ist.
Fig. 2C ist eine graphische Darstellung entsprechend derjenigen nach Fig. 2A; sie verdeutlicht die Energieverteilung der Pixelsignale, die von der Aufnahmevorrichtung ausgegeben wurden und ein Videosignal bilden, welches das durch die Aufnahmevorrichtung erzeugte Bild repräsentieren. Fig. 2D ist eine graphische Darstellung der Energieverteilung der Pixelsignale, die durch elektronisches "Zoomen" gewonnen wurden und ein Videosignal bilden, und ein elektronisch gezoomtes Bild repräsentieren. Das in Fig. 2C gezeigte Videosignal besitzt unweigerlich eine Wellenform, die derjenigen des Videosignals nach Fig. 2C nicht ähnlich ist. Dies ist deshalb der Fall, weil die Energien der Originalpixel nicht gleichmäßig auf die virtuellen Pixelsignale verteilt worden sind.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht in der Verarbeitung von Signalen verschiedener Dimensionen, einschließlich von Zeitachsensignalen, auf Echtzeitbasis. Diese Signale sind folgende: Audio- bzw. Tonsignale, die eindimensionale Signale mit einer einzigen Achse (d.h. der Zeitachse) sind; Stehbildsignale, die zweidimensionale Signale mit den X- und Y-Achsen sind; Bewegtbildsignale oder stereoskopische Bildsignale, bei denen es sich um dreidimensionale Signale handelt; sowie vierdimensionale stereoskopische Bewegtbildsignale. Die erfindungsgemäße Signalumsetzvorrichtung vermag alle diese Signale auf Echtzeitbasis zu verarbeiten, und zwar in der Richtung einer jeden Achse, und sie gibt Pixelsignale der gleichen Frequenz aus, unabhängig davon, in welcher Richtung die Eingangssignale verarbeitet werden.
Die Signalverarbeitung erfolgt durch eine Signalumsetzsektion oder -sektionen zum elektronischen Zoomen eines Originalbilds zwecks Realisierung des Grundgedankens der vorliegenden Erfindung, wie er anhand der Fig. 1A bis 1E erläutert worden ist. Die Einrichtung zur Realisierung des Grundgedankens der Erfindung ist jedoch nicht auf die Signalumsetzmethode beschränkt, die in der (den) Signalumsetzsektion oder -sektionen durchgeführt wird.

[CCD-Signalumsetzsystem]

Die herkömmliche Signalumsetzvorrichtung benötigt einen A/D-Wandler und einen D/A-Wandler, weil ihre Hauptfunktion in der Verarbeitung von Digitalsignalen besteht. Sowohl der A/D- als auch der D/A-Wandler sind kostenaufwendig, was unweigerlich zu einer Kostenerhöhung für die die Signalumsetzvorrichtung enthaltenden Videokameras für Heimgebrauch führt. Wie oben angegeben, besteht somit die zweite Aufgabe der Erfindung in der Schaffung einer Signalumsetzvorrichtung, die weder einen A/D- noch einen D/A-Wandler aufweist, die dennoch Videosignale so zu verarbeiten vermag, daß das aus diesen Signalen gebildete Bild mit einem gegebenen gewünschten Faktor vergrößert oder verkleinert wird, und die sich kostengünstig herstellen läßt und daher für Videokameras für Heimgebrauch (bzw. Privatpersonen) zweckmäßig ist.
Zur Lösung der zweiten Aufgabe wird eine CCD-Einheit benutzt, d.h. eine Vorrichtung, welche die Energie von (benutzten) Analogsignalen zu speichern und die Signalenergien zu addieren und zu dividieren vermag, um damit ohne Unterstützung durch A/D- oder D/A-Wandler ein sogenanntes elektronisches "Zoomen" von Bildern durchführen kann.
Eine CCD-Einheit kann Signalenergien addieren und dividieren, wenn einige der Elektroden ihrer Ladungsübertragungseinheit so klein sind, daß Ansteuer- oder Treiberspannungen an sie anlegbar sind, und zwar unabhängig von den an den restlichen Elektroden der Einheit anliegenden Spannungen. Mit anderen Worten: die CCD-Einheit kann nicht nur Signalladungen übertragen, sondern auch Signalenergien addieren und dividieren, vorausgesetzt, daß die kleinen Elektroden ihrer Ladungsübertragungseinheit mit einem bestimmten Zeittakt (timing) angesteuert werden.
Fig. 3A ist eine Draufsicht auf diejenige Sektion einer CCD-Signalumsetzvorrichtung, welche Signalenergien addieren und dividieren kann. Fig. 3B ist eine Querschnittdarstellung dieser Sektion der CCD-Signalumsetzvorrichtung.
Die CCD-Signalumsetzvorrichtung ist im folgenden beschrieben, allerdings - aus Gründen der Vereinfachung - unter der Annahme, daß die Vorrichtung eine CCD-Einheit mit Dreiphasen-Ansteuerelektroden aufweist.
Gemäß den Fig. 3A und 3B umfaßt die CCD-Signalumsetzvorrichtung eine Eingangsladungsübertragungseinheit 41, eine Ausgangsladungsübertragungseinheit 42 und eine zwischen die Ladungsübertragungseinheiten 41 und 42 geschaltete Operationseinheit 43. Die Operationseinheit 43 umfaßt drei Separatoren 44 mit Elektroden S1, S2 bzw. S3, eine Dividierereinrichtung bzw. Teilereinheit 45 mit fünf Elektroden D1 bis D5 und einen Mischer (eine Mischstufe) 46 mit einer Elektrode M. Die Separatoren 44 sind groß genug, um Signalladungen zu trennen. Die Elektroden D1 bis D5 der Teilereinheit 45 bilden Potentialwangen oder -senken (potential wells), welche jeweils die gleiche Kapazität besitzen und elektrisch voneinander unabhängig sind. Die Kapazität der Potentialsenken ist ausreichend groß, um die maximale elektrische Ladung zu speichern, die durch die Ladungsübertragungsstufen übertragen werden kann. Die Elektrode M des Mischers 46 ist größer als jede Ladungsübertragungseinheit, und ihre Größe ist bzw. wird entsprechend dem (Vergrößerungs-)Faktor bestimmt, mit welchem die CCD-Signalumsetzvorrichtung ein Originalbild elektronisch zoomen soll.
Gemäß Fig. 3B umfaßt die Eingangsladungsübertragungseinheit 41 drei Ladungseingabeelektroden Via, Vib und Vic, und die Ausgangsladungsübertragungseinheit 42 weist eine Ladungsausgabeelektrode Voa auf. Gemäß Fig. 3B umfaßt die CCD-Signalumsetzvorrichtung ferner ein Halbleitersubstrat 22 und eine auf diesem geformte Isolierschicht 23. In Fig. 3B steht die Ziffer 26 für die Ladungsübertragungsstufen.
Fig. 4 ist ein Zeitsteuerdiagramm der Wellenformen von Treiber- bzw. Ansteuersignalen, welche den Elektroden der CCD-Signalumsetzvorrichtung zugespeist werden, um ein Bild mit dem Faktor 4/3 zu vergrößern. Fig. 5 ist eine schematische bzw. graphische Darstellung zur Erläuterung der Art und Weise, auf welche die CCD-Signalumsetzvorrichtung Signalladungen dividiert und addiert.
Im folgenden ist anhand der Fig. 4 und 5 beschrieben, auf welche die Vorrichtung gemäß den Fig. 3A und 3B CCD-Signale zur Realisierung des elektronischen Zoomens verarbeitet.
Es sei angenommen, daß zu einem Zeitpunkt t&sub0; eine Signalladung unter der dritten Ladungseingabeelektrode Vic aufgespeichert wird, während keine Signalladungen unter den Elektroden der Teilereinheit 45 oder der Elektrode des Mischers 46 aufgespeichert werden. (In Fig. 5 stehen die schraffierten Kästchen für elektrische Ladungen, während das Symbol 1C das erste Pixelsignal bezeichnet.) Mit anderen Worten: zum Zeitpunkt t&sub0; liegt nur die Elektrode Vic am hohen Potential.
Zu einem Zeitpunkt t&sub1; werden oder sind die Elektroden Via, S1, D1, D2, D3, D4 und D5 auf ein hohes Potential gesetzt. In der Zeit t&sub2; bis t&sub3; sind oder werden die Elektroden Vic und S1 auf einen niedrigen Pegel gesetzt. Infolgedessen wird die Signalladung unter der letzten Ladungseingabeelektrode Vic der Eingangsladungsübertragungseinheit 41 zu den Bereichen des Substrats übertragen, die sich unter den Elektroden D1 bis D5 der Teilereinheit 45 befinden. Mit anderen Worten: diese Signalladung wird gleichmäßig auf die Elektroden D1 bis D5 verteilt. Zum Zeitpunkt t&sub4; fällt das Potential der Elektrode D2 auf einen niedrigen Pegel ab. Infolgedessen wird die elektrische Ladung unter den Elektroden D1 bis D5 in zwei Komponenten dividiert bzw. aufgeteilt (1 : 3). Die erste Komponente wird unter der Elektrode D1 aufgespeichert, während die zweite Komponente unter den Elektroden D3 bis DS aufgespeichert wird. Zum Zeitpunkt t&sub7; steigt das Potential der Elektroden Vib, S2, M, S3 und Voa auf einen hohen Pegel an. In der Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t&sub7; und t&sub1;&sub2; fällt sodann das Potential an den Elektroden Via, D3, D4, D5, S2 und S3 nacheinander auf den niedrigen Pegel ab. Folglich wird die erste Entladungskomponente zur Ladungsausgabeelektrode Voa übertragen.
Infolgedessen wird die elektrische Ladung des ersten Pixelsignals a1 (Fig. 1E) in zwei Komponenten (1 : 3) geteilt oder dividiert, d.h. in ein Viertel der Ladung sowie drei Viertel derselben. Die drei Viertel der Ladung werden zur Ladungsausgabeklemme Voa übertragen, wodurch ein aus diesen drei Vierteln der Ladung geformtes neues Pixelsignal a11 (Fig. 1E) von bzw. an der Elektrode Voa ausgegeben wird.
Sodann steigt zu einem Zeitpunkt t&sub1;&sub2; das Potential der Elektroden Vic, D2 bis D5, M und Vob auf den hohen Pegel an. In der Periode zwischen den Zeitpunkten t&sub1;&sub4; bis t&sub1;&sub7; fallen die Potentiale der Elektroden Vib, D1 bis D5 und S2 sequentiell auf den niedrigen Pegel ab. Infolgedessen wird die Ladung des zweiten Pixelsignals 2C zu dem Bereich des Substrats 22 übertragen, der sich unter der dritten Ladungseingabeelektrode Vic der Eingangsladungsübertragungseinheit 41 befindet. Gleichzeitig wird die zweite Teilkomponente der Ladung des ersten Pixelsignals unter der Elektrode M des Mischers 46 gehalten.
Zu einem Zeitpunkt t&sub1;&sub9; erhöhen sich die Potentiale der Elektroden Via, S1, D1 bis D5 und Voc auf den hohen Pegel. Zu einem Zeitpunkt t&sub2;&sub0; verringern sich die Potentiale der Elektroden Vic, Vob und S1 sequentiell auf den niedrigen Pegel. Infolgedessen wird die unter der dritten Ladungseingabeelektrode Vic aufgespeicherte oder angesammelte Ladung des zweiten Pixelsignals zu dem Bereich des Substrats 22 übertragen, der sich unter den Elektroden D1 bis D5 des Teilers 45 befindet. Zu einem Zeitpunkt t&sub2;&sub2; verringert sich daraufhin das Potential der Elektrode D3 auf den niedrigen Pegel. Demzufolge wird die unter den Elektroden D1 bis D5 aufgespeicherte elektrische Ladung in zwei Komponenten gleicher Größe (2 : 2) geteilt. Die erste Komponente wird unter den Elektroden D1 und D2 aufgespeichert (bzw. angesammelt), während die zweite Komponente unter den Elektroden D4 und D5 aufgespeichert wird.
In der Periode zwischen den Zeitpunkten t&sub2;&sub6; und t&sub2;&sub9; verringern sich die Potentiale der Elektroden Via, Voc, D4, D5, S2, M und S3 sequentiell auf den niedrigen Pegel. Infolgedessen wird die erste Komponente der zweiten Pixelsignalladung zur zweiten Komponente der ersten Pixelsignalladung unter der Elektrode M des Mischers 46 addiert. Die Summe aus diesen Ladungskomponenten wird zu dem Bereich des Substrats 22 übertragen, der sich unter der ersten Ladungsausgabeelektrode Voa befindet.
Genauer gesagt: das letzte Viertel (1/4) der Ladung des ersten Pixelsignals a1 (Fig. 1E) wird zur ersten Hälfte (1/2) der Ladung des zweiten Pixelsignals a2 addiert, wodurch das zweite neue Pixelsignal a12 gebildet wird (Fig. 1E).
Anschließend wiederholt sich die Sequenz oder Folge der anhand der Fig. 4 und 5 beschriebenen Operationen. Mit anderen Worten: die elektrischen Ladungen der anderen Originalpixelsignale werden jeweils in zwei Komponenten geteilt oder dividiert, und die resultierenden Ladungskomponenten werden in dem in Fig. 1E dargestellten Schema addiert. Genauer gesagt: die elektrische Ladung eines gegebenen anderen Originals bzw. Originalsignals wird zuerst in zwei Komponenten geteilt. Sodann wird die erste Ladungskomponente als neues Pixelsignal benutzt. Hierauf wird die zweite Ladungskomponente zur ersten Ladungskomponente des nächsten Pixelsignals addiert. Die resultierende Summe aus den Ladungskomponenten wird als anderes neues Pixelsignal benutzt.
Als Ergebnis wird ein mit dem Faktor 4/3 vergrößertes Bild durch Verarbeitung der von der CCD-Signalumsetzvorrichtung gemäß den Fig. 3A und 3B ausgegebenen bzw. gelieferten Pixelsignale gebildet.
Wie aus Fig. 4 hervorgeht, werden während der Periode zwischen den Zeitpunkten t&sub5;&sub5; bis t&sub6;&sub6;, welche der Dauer eines 4-Pixelsignals entspricht, keine elektrischen Ladungen in der Eingangsladungsübertragungseinheit 41 übertragen. Während dieser Periode sollten bzw. dürfen keine Signalladungen übertragen werden. Anderenfalls können die vier Pixelsignalladungen, die durch Dividieren und Addieren der Ladungskomponenten von jeweils drei Eingangspixelsignalladungen erhalten wurden, nicht in den gleichen Intervallen ausgegeben werden, weil die drei Pixelsignalladungen der CCD-Signalumsetzvorrichtung eingegeben worden sind.
Selbstverständlich muß die Zeitspanne, während welcher die Ladungsübertragung unterbunden sein muß, entsprechend dem (Vergrößerungs-)Faktor des elektronischen Zoomens geändert werden. Ferner müssen gewisse Maßnahmen zum Überlagern von zwei jeweils elektronisch gezoomten Bildern unabhängig vom unvermeidbaren Zeitverzug zwischen dem Eingang einer Signalladung und der Ausgabe der betreffenden Signalladung getroffen werden. Die Methode der Änderung der Ladungsübertragungs-Sperrperiode in Abhängigkeit vom gewählten Vergrößerungsfaktor sowie die Methode der Überlagerung von Bildern sind nachstehend beschrieben.
Es ist darauf hinzuweisen, daß die Größe jedes von der CCD-Signalumsetzvorrichtung gemäß den Fig. 3A und 3B ausgegebenen Pixelsignals das 3/4-fache der Größe eines jeden (gegebenen) Pixelsignals, das der Vorrichtung eingegeben wird, beträgt. Mit anderen Worten: die Größe des Pixelsignals verringert sich in der CCD-Signalumsetzvorrichtung. Diese Verringerung ist bei allen Pixels, die das optische Bild eines (Aufnahme-)Objekts bilden, gleich. Es reicht daher aus, die von der CCD-Signalumsetzvorrichtung ausgegebenen bzw. gelieferten Pixelsignale mit einem Verstärkungsfaktor zu verstärken.
Es ist auch darauf hinzuweisen, daß in der CCD-Signalumsetzvorrichtung die Pixelsignalladungen nicht genau zu dem in Fig. 4 spezifizierten Zeitpunkt übertragen zu werden brauchen. Beispielsweise können die Potentiale der Elektroden in verschiedenen anderen Sequenzen, als der in Fig. 4 gezeigten Sequenz, erhöht oder verringert werden, vorausgesetzt, daß die Pixelssignalladungen in ausreichend langen Intervallen bzw. Zeitspannen übertragen werden, um ein Vermischen dieser Pixelsignalladungen zu vermeiden.
Wenn der Zoom-(Vergrößerungs-)Faktor vom Faktor 4/3 auf einen anderen geändert wird, muß die Ladungsübertragungs- Sperrperiode geändert werden. Für das Zoomen eines durch in Zeilen und Spalten angeordneten Pixel definierten Originalbilds, wobei jede Zeile aus m Pixel besteht, zur Bildung eines neuen, durch in Zeilen und Spalten angeordnete Pixel, wobei jede Zeile aus n Pixel besteht, definierten neuen Bilds entspricht der (Vergrößerungs-)Faktor r = n/m N/M. Demzufolge muß die zur Realisierung dieses speziellen elektronischen Zoomens des Originalbilds benutzte CCD-Signalumsetzvorrichtung eine Zeile von (M + 1) Elektroden aufweisen. Wenn M mindestens ein gemeinsames Mehrfaches von mehreren gegebenen ganzen Zahlen ist, kann das Originalbild mit zwei oder mehr (Vergrößerungs-)Faktoren elektronisch gezoomt werden. Wenn beispielsweise die gegebenen ganzen Zahl 2, 3 und 4 sind, so gilt M = 12. Demzufolge wird eine CCD-Signalumsetzvorrichtung mit einer Teilereinheit mit 13 (12 + 1) Elektroden eingesetzt. Versuche zeigen, daß der (Vergrößerungs-)Faktor r innerhalb des Bereichs von 1/2 ≤ r ≤ < 2 liegen sollte; andernfalls besitzt das durch elektronisches Zoomen eines Originalbilds gewonnene Bild nur eine mangelhafte Güte. Daher gilt: r = 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/6, 5/4, 4/3, 3/2, 7/4, 5/3 und so weiter. (Selbstverständlich kann der Bereich von r auf Kosten der Güte des erhaltenen Bilds erweitert werden.)
Wie vorstehend beschrieben, bestimmt sich die Größe des Mischers 46 durch den Faktor, mit dem das Originalbild vergrößert oder verkleinert werden soll. Genauer gesagt: bei einem Faktor von 1/2 muß der Mischer 46 doppelt so groß sein wie im Fall des Faktors 1; wenn der Faktor 1/3 beträgt, muß der Mischer 46 dreimal so groß sein.
Bei einer Änderung des Faktors (magnification) ist es ferner nötig, den Zeitpunkt oder Zeittakt der Ansteuerung der Elektroden der Teilereinheit 45 entsprechend dem neuen Faktor zu verändern. Dies läßt sich einfach erreichen. Hierzu genügt die Verwendung eines ROMs (Festwertspeichers), der Datenposten an verschiedenen Adressen speichert, welche verschiedene Frequenzen (bzw. Häufigkeiten) des Generierens von Zeittaktimpulsen repräsentieren, worauf dann der Datenposten ausgelesen wird, welcher den für den (Vergrößerungs-)Faktor geeigneten Elektrodenansteuerzeitpunkt angibt. Zum Generieren von Zeittakt- oder Zeitpunktimpulsen gemäß dem so aus dem ROM ausgelesenen Datenposten kann eine der im Stand der Technik bekannten alternativen Methoden angewandt werden.
Das Verhältnis, mit welchem die CCD-Signalumsetzvorrichtung gemäß den Fig. 3A und 3B die Größe jedes Eingangspixelsignals zu einem neuen Pixelsignal einer unterschiedlichen Größe ändert, kann mittels eines verstärkungsgeregelten Verstärkers einfach verändert werden. Die Vorrichtung gemäß den Fig. 3A und 3B bewirkt das elektronische Zoomen des Originalbilds in nur einer Richtung, nämlich entweder in der Horizontal- oder in der Vertikalrichtung. Sie vermag des Bild nicht in beiden Richtungen zu zoomen. Zum Umwandeln oder Umsetzen von Videosignalen, um damit das Bild sowohl in der Horizontal- als auch in der Vertikalrichtung zu zoomen, müssen gewisse CCD-Signalumsetzvorrichtungen eingesetzt werden, die mit der Vorrichtung nach den Fig. 3A und 3B identisch sind.

[Zeilensprungfreies Schwarzweiß-Fernsehsystem 1]

Fig. 6 veranschaulicht ein elektronisches Zoomsystem mit einer der Vorrichtung der nach den Fig. 3A und 3B entsprechenden CCD-Signalumsetzvorrichtung. Dabei handelt es sich um ein zeilensprungfreies Schwarzweiß-Fernsehsystem.
Gemäß Fig. 6 umfaßt das zeilensprungfreie Schwarzweiß- Fernsehsystem eine Linse 2, eine Abbildungs- bzw. Aufnahmevorrichtung 3, einen Taktimpulsgenerator 4, eine Signalvorverarbeitungsschaltung 5, einen Schalterkreis 9, eine Signalverarbeitungsschaltung 11, eine Ausgangsklemme 12, eine CCD-Signalumsetzvorrichtung 51 und eine Amplitudenkompensierschaltung 52. Die CCD-Signalumsetzvorrichtung 51 erfüllt die Funktionen des A/D-Wandlers 6, des Schalterkreises 7, des Bildspeichers 8, des D/A-Wandlers 11 sowie der Operationssteuerschaltung 31. Die Amplitudenkompensierschaltung 52 ist an den Ausgang der CCD- Signalumsetzvorrichtung 51 angeschlossen. Die Schaltung 52 ist entweder ein Dämpfungsglied oder ein Verstärker zur Änderung der Amplitude eines jeden von der Vorrichtung 51 ausgegebenen Signals auf die Amplitude des betreffenden, der Vorrichtung 51 eingespeisten Pixelsignals. Die Schaltung 52 kann in die Signalverarbeitungsschaltung 11 integriert sein. Ferner kann die Schaltung 52 eine solche sein, die ausgelegt ist, um nicht nur die Amplitude des Ausgangssignals von der Vorrichtung 51 zu ändern, sondern auch eine sogenannte "Blenden-" bzw. "Aperturkorrektion" durchzuführen vermag, um damit eine Verschlechterung der Klarheit bzw. Schärfe des gezoomten Bilds unabhängig von dem aus der Signalumsetzung resultierenden Integrationseffekt zu verhindern.
Fig. 7 ist ein Funktionsblockschaltbild, welches die CCD- Signalumsetzvorrichtung 51 im einzelnen veranschaulicht. Wie aus Fig. 7 hervorgeht, wird ein von der Signalverarbeitungsschaltung 5 (Fig. 6) ausgegebenes Videosignal über eine Eingangsklemme 53 einer Ladungsinjektionseinheit 54 eingespeist. Das von der Einheit 54 ausgegebene Videosignal wird einer Schaltereinheit 55 zugespeist, welche das Signal während der Periode eines Horizontalsynchronsignals auf zwei Horizontalpuffer 56 und 57 verteilt. Genauer gesagt: die Signale für ungeradzahlige Abtastzeilen werden im Horizontalpuffer 56, die Signale für geradzahlige Abtastzeilen im Horizontalpuffer 57 gespeichert. Diese Puffer 56 und 57 sind für einen speziellen Zweck parallel zueinander angeordnet, das heißt zur Erzielung einer Zeiteinstellung, die ein erfolgreiches horizontales Zoomen in einer Horizontaloperationseinheit 59 (noch zu beschreiben) sicherstellt.
Die von den Horizontalpuffern 56 und 57 ausgegebenen oder gelieferten Signale werden über die Schaltereinheit 58 der Horizontaloperationseinheit 59 eingespeist. Während die vom einen der Horizontalpuffer ausgegebenen Signale der Einheit 59 eingegeben werden, werden die Signale von der Schaltereinheit 55 dem anderen Horizontalpuffer zugeführt.
Die Horizontaloperationseinheit 59 verarbeitet die Eingangssignale nach der anhand der Fig. 3, 4 und 5 beschriebenen Methode, um damit das Bild in der Horizontalrichtung zu dehnen.
Die von der Einheit 59 gelieferten Signale werden einem Horizontalpuffer 60 eingespeist. Die vom Puffer 60 ausgegebenen Signale werden einem Horizontalpuffer 61 und auch einem Bildpuffer 62 in Einheiten von Abtastzeilen eingepeist. Die vom Horizontalpuffer 61 ausgegebenen Signale werden einem Bildpuffer (frame buffer) 63 in Einheiten von Abtastzeilen zugespeist. Die vom Bildpuffer 62 gelieferten Signale werden einer Vertikaloperationseinheit 66 über einen Horizontalpuffer 64 in Einheiten von Abtastzeilen zugeführt. Auf ähnliche Weise werden die vom Bildpuffer 63 ausgegebenen Signale der Vertikaloperationseinheit 66 über einen Horizontalpuffer 65 in Einheiten von Abtastzeilen zugespeist.
Gemäß Fig. 7 sind die Puffer 62 und 63 parallel zueinander angeordnet. Dies dient dem Zweck der Erzielung einer Zeiteinstellung, die ein erfolgreiches vertikales Zoomen in der Vertikaloperationseinheit 66 gewährleistet. Genauer gesagt: die Signalladungen für jedes ungeradzahlige (Einzel-)Bild (frame) werden in den Bildpuffer 62 eingegeben, während die Signalladungen für jedes geradzahlige Bild dem Bildpuffer 63 eingespeist werden. Während die Signalladungen vom Bildpuffer 63 über den Horizontalpuffer 65 zur Vertikaloperationseinheit 66 geliefert werden, werden die Signalladungen vom Horizontalpuffer 60 zum Bildpuffer 62 geliefert. Während der Zuführung der Signalladungen vom Bildpuffer 62 zur Vertikaloperationseinheit 66 über die Horizontalpuffer 64 und 65 werden weiterhin die Signalladungen von der Horizontaloperationseinheit 59 über die Horizontalpuffer 60 und 61 dem Bildpuffer 63 zugespeist. Während dieser Periode bewirkt somit der Horizontalpuffer 60 lediglich die Übertragung der Signalladungen.
Die Vertikaloperationseinheit 66 dividiert und addiert Pixeldatenposten nach derselben Methode, wie sie anhand der Fig. 3 bis 5 erläutert worden ist, nur mit dem Unterschied, daß die Datenposten in der Vertikalrichtung dividiert bzw. geteilt werden. Obgleich nicht dargestellt, enthält die Einheit 66 Operationselemente, die parallel mit der gleichen Zahl wie die eine Horizontalzeile definierenden Pixel angeordnet sind. Die von der Vertikaloperationseinheit 66 ausgegebenen Signale werden in Einheiten von Abtastzeilen einem Horizontalpuffer 67 eingespeist. Die von letzterem gelieferten Signale werden einer Ausgangsspannungswandler- bzw. Umsetzeinheit 68 zugeführt, welche die eingegebenen oder Eingangssignalladungen in Spannungen umwandelt, die ein Videosignal bilden. Das Videosignal wird über eine Ausgangsklemme 69 ausgegeben.
Die CCD-Signalumsetzvorrichtung 51 umfaßt eine CCD-Einheit. Deren Elektroden werden durch die Treiber- oder Ansteuersignale angesteuert, die von einem Ansteuersignalgenerator 70 generiert werden, der seinerseits durch die internen Taktimpulse angesteuert wird, die eine taktsynchronisierte Einheit 72 erzeugt, wenn sie durch das einer externen Takteingangsklemme 71 zugespeiste Referenztaktsignal angesteuert wird. Der Generator 70 vermag Ausgangsansteuersignale in verschiedenen Moden zu liefern, die durch die an den Adressen eines ROMs 75 gespeicherten Datenposten definiert sind. Die Ansteuersignalausgangsmoden entsprechen verschiedenen (Verstärkungs-)Faktoren, mit denen das durch die Aufnahmevorrichtung 3 (Fig. 6) gebildete Bild vergrößert oder verkleinert werden soll. Durch eine Bedienungsperson wird ein Steuersignal an die Steuersignaleingangsklemme 73 angelegt. Dieses Signal bestimmt, welcher Datenposten, der einen speziellen Ansteuersignalausgangsmodus definiert, dem Generator 70 zugeliefert werden soll. Das Steuersignal wird einem Decodierer 74 eingespeist, welcher das Signal zu einem Adreßsignal decodiert. Das Adreßsignal wird dem ROM 75 zugespeist, um die Adresse des Datenpostens zu bezeichnen, der einen gewünschten Modus der Ausgabe oder Lieferung von Ansteuersignalen repräsentiert.
Fig. 8 ist eine schematische Draufsicht auf die CCD- Signalumsetzvorrichtung 51. Der Einfachheit halber sind die gleichen Komponenten oder Bauteile, wie sie in Fig. 7 veranschaulicht sind, in Fig. 8 mit den gleichen Ziffern (wie vorher) bezeichnet.
Die Vorrichtung 51 gemäß Fig. 8 ist ausgelegt, um den Mittelteil eines 40 x 40-Pixel-Matrixbilds mit dem Faktor von 4/3 zu vergrößern. Die CCD-Signalumsetzvorrichtung 51 ist von einem Dreiphasen-Ansteuertyp. Gemäß Fig. 8 ist die Eingangsklemme 53 an die Ladungsinjektionseinheit 54 angeschlossen. Die für die Übertragung einer Signalladung in der einen oder anderen Richtung ausgelegte Schaltereinheit 55 ist an die Ladungsinjektionseinheit 54 angeschlossen. Die in der ersten Richtung übertragene Signalladung wird dem 40 Stufen-Horizontalpuffer 56 und dann der Schaltereinheit 58 zugeführt. Auf ähnliche Weise wird die in der zweiten Richtung übertragene Signalladung dem 40 Stufen-Horizontalpuffer 57 zugespeist, der sich parallel zum Horizontalpuffer 56 erstreckt, und dann der Schaltereinheit 58 eingegeben. Ferner werden beide Signalladungen von der Schaltereinheit 58 der Horizontaloperationseinheit 59 eingegeben.
An die letzten Stufen der Horizontalpuffer 56 und 57 sind zwei jeweilige Separatoren 76 angeschlossen. An diese Separatoren 76 sind zwei jeweilige Drains 77 angeschlossen. Die Separatoren 76 und die Drains 77 dienen zum Ableiten unnötiger Anteile der Signalladungen.
Der Horizontalpuffer 60 ist mit dem Ausgang der Horizontaloperationseinheit 59 verbunden. Der Horizontalpuffer 61 ist mit dem Ausgang des Horizontalpuffers 60 verbunden. Die Horizontalpuffer 60 und 61, die jeweils vierzig CCD-Übertragungsstufen aufweisen, fungieren als Eingangsstufen der Bildpuffer 62 bzw. 63. An die letzte CCD-Stufe des Puffers 61 ist ein Separator 58 angeschlossen, während mit dem Separator 78 ein Drain 77 zum Ableiten des unnötigen Anteils der durch den Horizontalpuffer 61 übertragenen Signalladung verbunden ist.
Die Bildpuffer 62 und 63 umfassen jeweils 40 Vertikal- CCD-Einheiten. Jede dieser Einheiten weist 40 CCD-Stufen auf, von denen die erste und die letzte jeweils eine Trenn- oder Separatorelektrode aufweisen. Die Elektroden der 40 CCD-Stufen werden durch das gleiche Ansteuersignal angesteuert. An die letzte CCD-Stufe jeder Vertikal-CCD- Einheit ist ein Separator 83 angeschlossen, mit dem ein Drain 77 verbunden ist. Die als die Ausgangsstufen der Bildpuffer 62 und 63 fungierenden Horizontalpuffer 64 bzw. 65 sind in Reihe geschaltet. Die letzte Stufe des Horizontalpuffers 65 ist mit einem Separator 85 verbunden, der seinerseits an ein Drain 77 angeschlossen ist. Der Horizontalpuffer 65 dient auch als Eingangsstufe der Vertikaloperationseinheit 66. Jede Stufe des Puffers 65 weist eine erste Elektrode auf. Die vom Bildpuffer 63 abgewandte Seite der ersten Elektrode ist an die Vertikaloperationseinheit 66 angeschlossen, die ihrerseits 40 Operationssektionen umfaßt. Jede dieser Operationssektionen weist zwei am Eingang bzw. Ausgang angeordnete Puffer- CCD-Einheiten auf.
Der Horizontalpuffer 67 beinhaltet 40 Stufen mit jeweils einer ersten Elektrode. Der Ausgang der Vertikaloperationseinheit 66 ist mit den ersten Elektroden dieser Stufen des Horizontalpuffers 67 verbunden. Die letzte Stufe des Puffers 67 ist an die Ausgangsspannungswandlereinheit 68 angeschlossen, die ihrerseits mit der Ausgangsklemme 69 verbunden ist.
Dieser Ansteuersignalgenerator 70 (Fig. 7) liefert Ansteuersignale zur CCD-Signalumsetzvorrichtung 51. Der Generator 70 kann verschiedene Arten von Treiber- bzw. Ansteuersignalen in Abhängigkeit von Taktsignalen erzeugen oder generieren, die von der taktsynchronisierten Einheit 72 ausgegeben oder geliefert werden, welche in Synchronismus mit dem extern an die externe Takteingangsklemme 71 angelegten Taktsignal arbeitet. Die Sequenz des Generierens der Ansteuersignale wird durch die aus dem ROM 75 entsprechend dem dem Decodierer 74 von der Steuersignaleingangsklemme 73 her eingegebenen Steuercode gesteuert.
Die Arbeitsweise der in Fig. 8 gezeigten CCD-Signalumsetzvorrichtung 51 ist im folgenden anhand der Fig. 9 bis 13, 14A und 14B sowie 15A und 15B erläutert. Zur Erleichterung des Verständnisses der Verarbeitung der 40 x 40- Pixel-Bilddaten erfolgt die Beschreibung unter der Voraussetzung, daß ein (Einzel-)Bild aus 45 Abtastzeilen besteht und daß die Horizontalabtastperiode 45-mal länger ist als die Dauer eines Einpixel-Taktimpulses.
Fig. 9 ist ein Zeitsteuerdiagramm der Wellenformen eines Vertikalsynchronsignals (VSYNC) A, eines Vertikalaustastsignals (VBLK) B, eines Horizontalsynchronsignals (HSYNC) C, eines Videosignals D und eines Abtasttaktsignals (SPLCK) E, die sämtlich der CCD-Signalumsetzvorrichtung 51 eingespeist werden. Das Signal E wird der Ladungsinjektionseinheit 54 zum Kontrollieren der Zuführung von Signalladungen zur Schaltereinheit 55 eingespeist. In Fig. 9 stehen die gestrichelten Linien für die wiederholt erzeugten Wellen und "F" für das den Schaltereinheiten 55 und 58 zugeführte Steuersignal.
Fig. 10 ist ein Zeitsteuerdiagramm der Wellenformen der anderen, der CCD-Signalumsetzvorrichtung 51 eingegebenen Signale, das heißt eines Horizontalsynchronsignals (HSYNC) A, eines Horizontalaustastsignals (HBLK) B, eines Videosignals C und eines Abtasttaktsignals (SPLCK) D. Das Signal D wird der Ladungsinjektionseinheit 54 zum Kontrollieren bzw. Steuern der Zuführung von Signalladungen zur Schaltereinheit 54 eingespeist. In Fig. 10 stehen die gestrichelten Linien für wiederholt geformte Wellen. "E" steht für ein Signal, welches die CCD-Einheiten ansteuert, die zur Übertragung von Signalladungen in der Horizontalrichtung benutzt werden. Dieses Ansteuersignal E besitzt während der Bildabtastperiode eine (bestimmte) Wiederholungsfrequenz und während der Austastperiode eine unterschiedliche Wiederholungsfrequenz.
Fig. 11 ist ein Zeitsteuerdiagramm der Wellenformen des Signals, welches die CCD-Signalumsetzvorrichtung 51 während der Horizontalabtastperiode ansteuert. Die Ziffern auf der waagerechten Skala gemäß Fig. 11 geben die Positionen von Pixeln an. Das Signal HBLK und das Eingangssignal, die beide in Fig. 11 gezeigt sind, sind dem Horizontalaustastsignal B bzw. dem Videosignal C (jeweils in Fig. 10 gezeigt) gleich. Ihre Wellenformen repräsentieren die Beziehung zwischen CCD-Ansteuerimpulsen und der Horizontalabtastperiode. Das Signal SPLCK ist ein Abtasttaktsignal; das Signal S/H SIG ist ein Videosignal, das durch Abtasten des Videosignals mit dem Abtasttaktsignal SPLCK in der Ladungsinjektionseinheit 54 gewonnen wurde.
Die anderen Signale gemäß Fig. 11 sind solche zum Ansteuern der in den Baueinheiten 55, 56, 57, 58 und 59 enthaltenen CCD-Einheiten. Genauer gesagt: ein Signal SW1a ist das der Eingangselektrode der Schaltereinheit 55 zugeführte Ansteuersignal. Signale SW1Ab, SW1Ac, HB1a, BH1b und BH1c sind die den Elektroden des Horizontalpuffers 56 zugeführten Ansteuersignale. Signale SW1Bb, SW1Bc, HB2a, HB2b und HB2c sind die den Elektroden des Horizontalpuffers 57 zugeführten Ansteuersignale. Ein Signal SEP1 ist das dem Separator 76 zugespeiste Ansteuersignal. Signale SWAa und SWAb werden der Ausgangselektrode des Horizontalpuffers 56 zugeführt. Ein Signal SW2c ist das der gemeinsamen Ausgangselektrode der Puffer 56 und 57 zugespeiste Ansteuersignal. Signale HB3a, HB3b und HB3c sind Ansteuersignale, die den Elektroden des Horizontalpuffers 60 zugespeist werden.
Das Videosignal wird über die Eingangsklemme 53 der Ladungsinjektionseinheit 54 zugespeist, welche das Videosignal in eine Ladung umsetzt, die dem Pegel des Videosignals proportional ist. Da das Bild in diesem Fall mit dem Faktor 4/3 vergrößert werden soll, sind die Videosignale unnötig, welche die fünf obersten Abtastzeilen, die fünf untersten Abtastzeilen, die fünf am weitesten links gelegenen Pixel und die fünf am weitesten gelegenen Pixel jeder der anderen Abtastzeilen repräsentieren. Aus diesem Grund wird gemäß Fig. 9 die Zufuhr des Abtasttaktsignals E angehalten, so daß die die fünf obersten Zeilen darstellenden Signale der Ladungsinjektionseinheit 54 nicht zugeführt werden. Die die sechsten bis fünfunddreißigsten Abtastzeilen darstellenden Videosignale werden abgetastet und von der Einheit 54 zur Schaltereinheit 55 geliefert. Die Schaltereinheit 55 schaltet die Richtung der Ladungsübertragungen während der Horizontalabtastperiode um. Beispielsweise verteilt die Einheit 55 die für jede ungeradzahlige Abtastzeile stehenden Ladungen zum Horizontalpuffer 56 und die für jede geradzahlige Abtastzeile stehenden Ladungen zum Horizontalpuffer 57. Alle Signalladungen, die eine Abtastzeile repräsentieren, werden während einer 40-Taktimpulsperiode über die Ladungsübertragungsstrecke übertragen. Von diesen Signalladungen werden diejenigen, welche die ersten fünf Pixelsignale repräsentieren, über die Separatoren 76 in die Drains 77 abgeworfen. Zwischenzeitlich wird die Ladungsinjektionseinheit 54 durch den ersten Impuls des Abtasttaktsignals, das der Einheit 54 zu Beginn der Horizontalaustastperiode zugespeist wird, auf einen Nichtsignalpegel (signaifreien Pegel) rückgesetzt Die Schaltereinheit 58 liefert die Signalladungen vom Puffer 56 während der geradzahligen Zeileneingabe und die Ladungen vom Puffer 57 während der ungeradzahligen Zeileneingabe. Ansteuersignale werden synchron mit den Abtasttaktimpulsen, den Horizontalpuffern 56 und 57 zugeführt, um die Pixelsignale in diese Puffer einzuschreiben bzw. einzulesen, und synchron mit der Sequenz der Horizontaloperationseinheit 59 zugeführt, um die Pixelsignale aus den Puffern 56 und 57 auszulesen. Die auf diese Weise umgeschalteten Puffer werden benutzt, um den Zeitpunkt oder Zeittakt der Eingabe von Signalen in die Horizontaloperationseinheit 59 und der Ausgabe von Signalen aus dieser einzustellen. Die Einheit 59 liefert ein Signal nach Ablauf einer Einzeilen-Abtastperiode nach der Eingabe des betreffenden Signals. Die Einheit 59 arbeitet nach dem gleichen Schema, wie es anhand der Fig. 3A, 3B, 4 und 5 erläutert worden ist.
Die Vertikaloperationseinheit 66 liefert auch Pixelsignale, die vier Abtastzeilen repräsentieren, für die Pixeleingangssignale, die jeweils drei Abtastzeilen repräsentieren. Zwei Bildpuffer 62 und 63 werden abwechselnd benutzt, um den Zeitpunkt bzw. Zeittakt zur Eingabe von Signalen in die Vertikaloperationseinheit 66 und denjenigen der Ausgabe der Signale aus dieser Einheit einzustellen. Insbesondere werden die jedes (any) ungeradzahlige (Einzel-) Bild repräsentierenden Signale in den ersten Bildspeicher 62 eingelesen, während die jedes geradzahlige Bild repräsentierenden Signale (vermutlich: in den Bildspeicher 63 eingelesen werden). Während Signale in den zweiten Bildpuffer 63 eingelesen werden, werden Signale aus dem ersten Bildpuffer 62 ausgelesen und in neue Pixelsignale umgesetzt.
Fig. 12 ist ein Zeitsteuerdiagramm der Wellenformen des Signals, welches die CCD-Signalumsetzvorrichtung 51 während der Vertikalabtastperiode ansteuert. Fig. 13 ist ein Zeitsteuerdiagramm, das längs der Zeitachse erweitert bzw. gedehnt ist und die Wellenformen der in der CCD- Signalumsetzvorrichtung 51 benutzten Signale darstellt.
Es sei angenommen, daß die ein ungeradzahliges Einzelbild (frame) darstellenden Signale der CCD-Signalumsetzvorrichtung 51 eingespeist werden. In diesem Fall beginnt die Horizontaloperationseinheit 59 mit der Ausgabe von Signalen nach Ablauf einer Einzeilen-Abtastperiode, nachdem das erste der Signale der Einheit 59 eingegeben worden ist. Demzufolge beginnt der Horizontalpuffer 60 mit der Übertragung der Signale nach Ablauf einer Einzeilen- Abtastperiode im Anschluß an die Vertikalaustastperiode. Zu Beginn der nächsten Horizontalaustastperiode werden die eine Abtastzeile repräsentierenden Signalladungen vom Horizontalpuffer 60 über den Separator 79 zum Bildpuffer 62 übertragen. Während die Signale in den Bildpuffer 62 eingelesen oder eingeschrieben werden, leitet der Horizontalpuffer 61 unnötige Signalladungen über den Separator 78 in das Drain 77 ab. Es ist günstiger, die Signalladungen in das Drain 77 abzuleiten bzw. zu entladen, als den Horizontalpuffer 61 während dieser Periode anzuhalten, um das Eintreten der erforderlichen Ladungen (z.B. auf Störsignal beruhenden Ladungen) in die Ladungsübertragungsstrecke zu verhindern.
Wenn die ein ungeradzahliges Einzelbild repräsentierenden Signale eingegeben werden, beenden die Separatoren 78 und 79 ihre Funktion. Der Horizontalpuffer 60 hält die Signalladungen, während die Stopper bzw. Separatoren 78 und 79 in der Horizontalaustastperiode weiter funktionsfähig bleiben. Diese Signalladungen werden lediglich kontinuierlich zum Horizontalpuffer 61 übertragen und dann aus dem Puffer 61 über die Separatoren 80 in den Bildpuffer 63 eingelesen. Dies bedeutet, daß das Einschreiben oder Einlesen von Signalladungen in den Bildpuffer 63 nach Ablauf von zwei Einzeilen-Abtastperioden im Anschluß an die Vertikalaustastperiode eingeleitet wird. Während die Signalladungen in die Bildpuffer 62 und 63 eingelesen werden, wird die unnötige Ladung von der letzten CCD-Stufe jedes Bildpuffers über die Separatoren 83 oder 84 in die Drains 77 abgeleitet. Von den in jeden Bildpuffer eingelesenen Signalladungen werden die die ersten fünf Abtastzeilen repräsentierenden zu Beginn der nächsten Vertikalaustastperiode in die Drains abgeführt (discarded).
In Fig. 12 stehen VBLK für ein Vertikalaustastsignal HCONV für das durch die Horizontaloperationseinheit 59 generierte Ausgangssignal, SEP2(78), SEP3(79), SEP4(80), SEP(83) und SEP(84) für die den Separatoren 78, 79, 80, 83 bzw. 84 zugespeisten Ansteuersignale. Außerdem stehen in Fig. 12 HB3, HB4, HB5, HB6 und HB7 für die Ansteuersignale, die den Horizontalpuffern 60, 61, 64, 65 bzw. 67 zugeführt werden, und FB1 und FB2 für die den Bildpuffern 62 und 63 zugespeisten Ansteuersignale.
Die Fig. 14A und 14B sowie 15A und 15B sind Zeitsteuerdiagramme der Wellenformen von Treiber- bzw. Ansteuersignalen, die zum Auslesen von Signalen aus den Bildpuffern 62 und 63 und zum Betätigen der Vertikaloperationseinheit 66 benutzt werden. Während der ersten Horizontalabtastperiode im Anschluß an die Vertikalaustastperiode werden die Signalladungen aus dem Bildpuffer 62 über die Separatoren ausgelesen und dann vom Horizontalpuffer 64 zum Horizontalpuffer 65 übertragen. Während der Horizontalaustastperiode unmittelbar vor der ersten Horizontalabtastperiode werden die Signalladungen aus dem Bildpuffer 63 über die Separatoren unmittelbar in den Horizontalpuffer 65 ausgelesen.
Die Vertikaloperationseinheit 66 verarbeitet Signalladungen, welche jede gesamte Horizontalabtastzeile repräsentieren, gleichzeitig, um die Zeile in der Vertikalrichtung zu dehnen. Ihr Betriebsschema ist genau das gleiche, wie es anhand der Fig. 3A, 3B, 4 und 5 erläutert worden ist.
Fig. 14A veranschaulicht die Übertragung der Signalladungen vom Horizontalpuffer 65 zur Vertikaloperationseinheit 66 und ihre Übertragung in den Horizontalpuffer 67. Fig. 14B veranschaülicht die Übertragung der Signalladungen vom Horizontalpuffer 64 zur Vertikaloperationseinheit 66 über den Horizontalpuffer 65 und somit zum Horizontalpuffer 67, ihre Verarbeitung durch die Einheit 66 und ihre Übertragung in den Horizontalpuffer 67.
Die Fig. 15A und 15B sind Zeitsteuerdiagramme der Wellenformen der verschiedenen, in der Vertikaloperationseinheit 66 benutzten Ansteuersignale. Diese Figuren verdeutlichen die Übertragung der Signale vom Horizontalpuffer 65 zur Vertikaloperationseinheit 66 in Einheiten von drei Abtastzeilen und auch die Verarbeitung der Signale, die so vom Horizontalpuffer 65 übertragen worden sind, durch die Einheit 66.
Während die Ansteuersignale in der spezifischen, oben angegebenen Sequenz den verschiedenen Baueinheiten der CCD- Signalumsetzvorrichtung 51 zugespeist werden, werden die in die Vorrichtung 51 eingegebenen Signale jeweils nacheinander in neue Pixelsignale umgesetzt. Tatsächlich ist jedes von der Vorrichtung 51 ausgegebene Signal um eine Einzelbildperiode gegenüber dem betreffenden Eingangssignal verzögert. Diese Verzögerung wirft jedoch keine praktischen Probleme auf.
Die beiden Bildpuffer 62 und 63 sind bei der in den Fig. 7 und 8 dargestellten CCD-Signalumsetzvorrichtung 51 unverzichtbar. Dies ist deshalb der Fall, weil die Vorrichtung 51 für die Verarbeitung von Signalen, die bewegte Bilder darstellen, ausgelegt ist. Wenn die Vorrichtung 51 nur die Signale zu verarbeiten braucht, die Stehbilder darstellen, braucht sie nicht mit einem der Bildpuffer ausgestattet zu sein.

[Zeilensprungfreies Schwarzweiß-Fernsehsystem 2]

Bei der CCD-Signalumsetzvorrichtung 51 gemäß den Fig. 7 und 8 ist die Vertikaloperationseinheit 66 an einer Ausgangsstufe der Horizontaloperationseinheit 59 angeordnet. Dennoch kann die vorliegende Erfindung auf eine CCD- Signalumsetzvorrichtung angewandt werden, bei welcher eine Vertikaloperationseinheit an einer Eingangsstufe einer Horizontaloperationseinheit angeordnet ist, wie dies in den Fig. 16 und 17 veranschaulicht ist. In den Fig. 16 und 17 sind die gleichen Bauteile oder -einheiten, wie sie in den Fig. 7 und 8 dargestellt sind, mit den gleichen Bezugsziffern (wie dort) bezeichnet. Die CCD-Signalumsetzvorrichtung gemäß den Fig. 16 und 17 wandelt oder setzt Signale auf die gleiche Weise um wie die Vorrichtung 51 gemäß den Fig. 7 und 8. Ihre Arbeitsweise wird daher nicht mehr im einzelnen erläutert.
Die Signalladung an einer Eingangsklemme 53 wird zwei Ladungsinjektionseinheiten 86 und 88 zugeführt. Während einer ungeradzahligen Teilbildperiode (field period) werden die Signalladungen, welche die Ladungsinjektionseinheit 86 abgetastet hat, über einen Horizontalpuffer 67, einem (Einzel-)Bildpuffer 62 zugespeist. Während einer geradzahligen Teilbildperiode werden die von der Ladungsinjektionseinheit 88 abgetasteten Signalladungen über einen Horizontalpuffer 89 einem Bildpuffer 63 zugeführt. Die von den Bildpuffern 62 und 63 ausgegebenen Signale werden abwechselnd in Einheiten von Abtastzeilen über einen Horizontalpuffer 90 einer Vertikaloperationseinheit 66 zugeführt. Die Einheit 66 verarbeitet diese Signale in der Weise, daß das durch die Signale repräsentierte Bild in der Vertikalrichtung vergrößert oder verkleinert wird. Die von der Einheit 66 ausgegebenen Signale werden zu einem Horizontalpuffer 92 übertragen. Aus dem Horizontalpuffer 92 werden die Signale in Einheiten von Horizontalabtastzeilen ausgelesen und anschließend einer Horizontaloperationseinheit 59 eingegeben, welche diese Signale so verarbeitet, daß das durch die Signale repräsentierte bzw. dargestellte Bild in der Horizontalrichtung vergrößert oder verkleinert wird. Die von der Einheit 59 ausgegebenen Signale werden einer Ausgangsspannungsumsetzeinheit 68 eingespeist, und sie werden in Spannungssignale umgesetzt, die einer Ausgangsklemme 69 zugeführt werden.
Gemäß Fig. 16 umfaßt die CCD-Signalumsetzvorrichtung - ebenso wie die Vorrichtung 51 gemäß Fig. 7 - auch einen Treiber- bzw. Ansteuersignalgenerator 70, eine externe Takteingangsklemme 71, eine taktsynchronisierte Einheit 72, eine Steuereingangsklemme 73, einen Decodierer 74 und einen ROM 75. Selbstverständlich generiert jedoch der Ansteuersignalgenerator 70 Ansteuersignale in einem vom Schema bei der Vorrichtung 51 gemäß Fig. 7 verschiedenen Schema.
Fig. 17 ist eine schematische Draufsicht auf die CCD- Signalumsetzvorrichtung gemäß Fig. 16. In Fig. 17 sind die gleichen Baueinheiten oder -teile wie in Fig. 16 mit den gleichen Bezugsziffern wie vorher bezeichnet.

[Zeilensprungfreies Schwarzweiß-Fernsehssystem 3]

Die beiden CCD-Signalumsetzvorrichtungen, von denen die eine in den Fig. 7 und 8 und die andere in den Fig. 16 und 17 dargestellt ist, weisen jeweils zwei (Einzel-)- Bildpuffer auf. Wenn eine oder jede CCD-Signalumsetzvorrichtung auf einem einzigen Halbleiterchip geformt ist, nehmen die Bildpuffer einen größeren Teil der Chipoberfläche ein. Wie auf diesem Fachgebiet bekannt, sind die Bildpuffer kostenaufwendige Baueinheiten. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, daß eine CCD-Signalumsetzvorrichtung nur einen (einzigen) Bildpuffer aufweist, so daß sie kostengünstiger hergestellt werden kann.
Eine CCD-Signalumsetzvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung mit nur einem Bildpuffer ist im folgenden anhand der Fig. 18 und 19 beschrieben.
Wie vorher beschrieben, werden alle Signalladungen in jeder Zeile in jedem Rahmenpuffer, der bei den CCD-Signalumsetzvorrichtungen gemäß den Fig. 7 und 17 benutzt wird, gleichzeitig in der Vertikairichtung übertragen. Im Gegensatz dazu werden bei der CCD-Signalumsetzvorrichtung nach Fig. 18 Ansteuersignale zum Übertragen von Signalladungen in der Vertikalrichtung für einen Teil des Bildpuffers 94 und für einen anderen Teil desselben umgeschaltet. Infolgedessen werden einige Signalladungen aus einem Teil des Puffers 94 ausgelesen, während Signale aus einem anderen Teil des Puffers 94 ausgelesen bzw. in diesen eingeschrieben werden. Da das Signaleinschreiben und das Signalauslesen gleichzeitig erfolgt, reicht bei der Vorrichtung gemäß Fig. 29 bzw. 18 ein einziger Bildpuffer 94 aus. Hierdurch kann eine kleine CCD-Signalumsetzvorrichtung realisiert werden.
Die an einer Eingangsklemme 53 eingegebenen Videosignale werden sequentiell einer Ladungsinjektionseinheit 54 zugespeist, die Signalladungen ausgibt. Letztere werden einem Horizontalpuffer 93 eingespeist. Die vom Horizontalpuffer 93 ausgegebenen Signalladungen werden dem Bildpuffer 94 in Einheiten von Abtastzeilen eingegeben. Die Signalladungen werden am Bildpuffer 94 in einem für die Ausführungsform gemäß Fig. 18 spezifizierten Schema, wie es später anhand von Fig. 20 beschrieben werden wird, eingelesen und ausgelesen. Die vom Bildpuffer 94 ausgegebenen Signalladungen werden einer Vertikaloperationseinheit 66 eingespeist, welche die Signalladungen so verarbeitet, daß das durch die Signalladungen repräsentierte Bild in der Vertikalrichtung gedehnt wird. Die von der Einheit 66 ausgegebenen Signalladungen werden in einem Horizontalpuffer 95 gespeichert. Die Signalladungen werden aus dem Puffer 95 in Einheiten von Horizontalzeilen ausgelesen und einer Horizontaloperationseinheit 59 zugespeist. Die Einheit 59 verarbeitet die eingegebenen Ladungen in der Weise, daß das durch diese Ladungen repräsentierte Bild in der Horizontalrichtung gedehnt wird. Die durch diese Verarbeitung erhaltenen Signalladungen werden von der Einheit 59 einer Ausgangsspannungsumsetzeinheit 68 zugeführt, welche die Signalladungen in Signalspannungen umsetzt, die an einer Ausgangsklemme 69 ausgegeben werden.
Fig. 19 ist eine schematische Draufsicht auf die CCD- Signalumsetzvorrichtung gemäß Fig. 18. In Fig. 19 sind den Baueinheiten oder -teilen von Fig. 18 entsprechende Einheiten bzw. Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie vorher bezeichnet.
Die Fig. 31A bis 31J sind schematische Draufsichten auf den Bildpuffer 94 zur Erläuterung der Art und Weise, auf welche Signalladungen im Bildpuffer 94 übertragen werden. In Fig. 31A stehen die schraffierten Quadrate für die Signalladungen entsprechend den Pixeln, die den zu vergrößernden Teil eines Bilds bilden. In Fig. 31B stehen die schraffierten Quadrate für die Signalladungen entsprechend den Pixeln, die ein erstes, aus dem Bildpuffer 94 zur Vertikaloperationseinheit 66 auszulesendes (Einzel-)- Bild bilden.
Die Pixel der ersten Horizontalzeile werden zum Zeitpunkt der Übertragung der Signalleitungen vom Horizontalpuffer 93 zum Bildpuffer 94 abgeworfen. Infolgedessen wird das erste Einzelbild im Bildpuffer 94 nach rechts unten verschoben.
Die Fig. 20 und 21 veranschaulichen schematisch zwei andere Signalumsetzvorrichtungen gemäß der Erfindung, die jeweils einen Zeilensprung/Zeilensprungfrei-Wandler, einen Zeilensprungfrei/Zeilensprung-Wandler, eine Bildvergrößerungseinheit und eine Bildverkleinerungseinheit umfassen. In diesen Figuren bezeichnen gleiche Ziffern die gleichen Bauteile oder -einheiten wie in Fig. 16 und 17.
Im folgenden ist zunächst die Signalumsetzvorrichtung gemäß Fig. 20 beschrieben.
Gemäß Fig. 20 werden die einer Eingangsklemme 53 zugeführten Zeilensprung-Signale (interlaced signals) einem Teilbild(um)schaltkreis 102 eingespeist, welcher die Signale in zwei Gruppen teilt, von denen die erste Gruppe ein ungeradzahliges Teilbild (field image) und die zweite Gruppe ein geradzahliges Teilbild formen. Der Teilbildschaltkreis 102 umfaßt zwei an die Eingangsklemme 53 angeschlossene Spannungsanlegeeinheiten und eine Anzahl von mit diesen Einheiten verbundenen Horizontalpuffern. Von den Horizontalpuffern sind die Horizontalpuffer 102A1 und 102B1 zueinander in Kaskade geschaltet und an die Eingänge der Teilbildspeicher 104A und 104B angeschlossen, während die Horizontalpuffer 102A2 und 102B2 in Kaskade zueinander geschaltet und an die Eingänge der Teilbildspeicher 104A und 104B angeschlossen sind. Die Signalumsetzvorrichtung gemäß Fig. 20 umfaßt ferner einen Zeilen(um)schaltkreis 105, der an die Ausgänge der Teilbildspeicher 103A, 103B, 104A und 104B angeschlossen ist und der zwei in Kaskade geschaltete Horizontalpuffer aufweist.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 20 weist zwei Zeilensprung-Wandler auf. Zwei Wandler sind deshalb nötig, weil der Zeitpunkt oder Zeittakt der Übertragung von Signalladungen in der Vertikalrichtung nachdem anhand der Fig. 16 und 17 erläuterten Schema eingestellt werden muß, um das eingegebene Bild zu vergrößern oder zu verkleinern. Genauer gesagt: während von den Teilbildspeichern 103A und 104A ausgegebene zeilensprungfreie Signale so verarbeitet werden, daß das von ihnen repräsentierte Bild vergrößert oder verkleinert wird, werden zeilensprungfreie Signale in die Teilbildspeicher 103B und 104B eingelesen. Während die zeilensprungfreien Signale von den Teilbildspeichern 103B und 104B so verarbeitet werden, daß das von ihnen repräsentierte Bild vergrößert oder verkleinert wird, werden zudem zeilensprungfreie Signale in die Teilbildspeicher 103A und 104A eingelesen.
Die durch einen Zeilen(um)schaltkreis 105 ausgegebenen Signale werden einem Horizontalpuffer 91 eingegeben, welcher Signale in Einheiten von Abtastzeilen zu einer Vertikaloperationseinheit 66 ausgibt. Letztere Verarbeitet die eingegebenen Signale derart, daß das von ihnen repräsentierte Signal in der Vertikalrichtung entweder gedehnt oder kontrahiert wird. Die von der Einheit 66 ausgegebenen Signale werden über einen Horizontalpuffer 92 einer Horizontaloperationseinheit 59 eingespeist, welche die Signale so verarbeitet, daß das durch diese Signale repräsentierte Bild in der Horizontalrichtung gedehnt oder kontrahiert wird, und diese Einheit 59 gibt zeilensprungfreie Signale aus.
Die von der Horizontaloperationseinheit 59 ausgegebenen zeilensprungfreien Signale werden einem Zeilen(um)schaltkreis 108 eingespeist, der einen Horizontalpuffer aufweist. Er verteilt die Pixelsignale, welche die ungeradzahligen Abtastzeilen des Einzel- oder Vollbilds repräsentieren, zu einem ersten Teilbildspeicher 109 und die Pixelsignale, welche geradzahlige Abtastzeilen des Einzelbilds repräsentieren, zu einem zweiten Teilbildspeicher 110. Die von beiden Teilbildspeichern 109 und 110 ausgegebenen Signale werden einem Teilbildschaltkreis 111 zugespeist, welcher die Signale des ersten Teilbilds zu einer Ausgangsklemme 112 und dann diejenigen des zweiten Teilbilds zur Ausgangsklemme 112 ausgibt. Der Teilbildschaltkreis 111 umfaßt einen mit dem Ausgang des ersten Teilbildspeichers 109 verbundenen Horizontalpuffer, einen an den Ausgang des zweiten Teilbildspeichers 110 angeschlossenen Horizontalpuffer und einen Schalter zum Wählen einiger der von diesen Horizontalpuffern ausgegebenen Signale für das erste Teilbild und der restlichen dieser Signale für das zweite Teilbild.
Im folgenden ist die in Fig. 21 dargestellte Signalumsetzvorrichtung beschrieben. Gemäß Fig. 21 werden die Zeilensprung-Signale, die an einer Eingangsklemme 53 eingespeist worden sind, einem Teilbild(um)schaltkreis 102 eingespeist, welcher zwei in Kaskade geschaltete Horizontalpuffer 102A1 und 102A2 umfaßt. An den Horizontalpuffer 102A1 sind zwei Teilbildspeicher 103A und 103B, an den Horizontalpuffer 102A2 zwei Teilbildspeicher 104A und 104B angeschlossen. Für jeden Horizontalpuffer sind zwei Teilbildspeicher vorgesehen, um den Zeitpunkt bzw. Zeittakt der Umsetzung von Signalen Einzelbild für Einzelbild einzustellen.
Zur Gewinnung von zeilensprungfreien Signalen für das erste Einzelbild aus den ersten und zweiten Teilbildsignalen werden beispielsweise der Horizontalpuffer 102A1 und die Teilbildspeicher 103A und 103B verwendet. Zur Gewinnung der Zeilensprung-Signale für das zweite Einzelbild aus den dritten und vierten Teilbildsignalen werden der Horizontalpuffer 102A2, dem die vom Puffer 102A2 ausgegebenen Signale zugespeist werden, und die Teilbildspeicher 104A und 104B verwendet.
Die von den Teilbildspeichern 103A, 103B, 104A und 104B gelieferten Signale werden einem Zeilenschaltkreis 105 eingespeist, der zwei in Kaskade geschaltete Horizontalpuffer aufweist. Der erste Horizontalpuffer ist mit den Teilbildspeichern 103A und 103B, der zweite Horizontalpuffer mit den Teilbildspeichern 104A und 104B verbunden.
Zum Auslesen der das erste Einzelbild bildenden Signale werden die Signale im Teilbildspeicher 103 und die Signale im Teilbildspeicher 103B abwechselnd in Einheiten von Abtastzeilen ausgelesen und einer Vertikaloperationseinheit 66 zugeführt. Zum Auslesen der das zweite Einzelbild bildenden Signale werden die Signale im Teilbildspeicher 104A und die Signale im Teilbildspeicher 104B abwechselnd in Einheiten von Abtastzeilen ausgelesen und einer Vertikaloperationseinheit 66 zugespeist. Die Einheit 66 verarbeitet die Eingangssignale derart, daß das durch diese Signale repräsentierte Bild in der Vertikalrichtung gedehnt oder kontrahiert wird. Die von der Einheit 66 gelieferten Signale werden einer Horizontaloperationseinheit 59 eingegeben, welche die Signale so verarbeitet, daß das durch diese Signale repräsentierte Bild in der Horizontalrichtung entweder gedehnt oder kontrahiert wird. Die Horizontaloperationseinheit 59 gibt zeilensprungfreie Signale aus. Letztere werden einem Zeilenschaltkreis 108 eingespeist.
Der Zeilenschaltkreis 108 besitzt eine ausreichend große Speicherkapazität, um zeilensprungfreie Signale, die mindestens eine Abtastzeile repräsentieren bzw. darstellen, zu speichern. Zur Umsetzung dieser zeilensprungfreien Signale in Zeilensprung-Signale verteilt der Schaltkreis 108 die Pixelsignale, welche die ungeradzahligen Abtastzeilen des Einzelbilds repräsentieren, zu einem ersten Teilbildspeicher 109 und die für die geradzahligen Abtastzeilen des Einzelbilds stehenden Pixelsignale zu einem zweiten Teilbildspeicher 110. Die in den Teilbildspeichern 109 und 110 abgespeicherten Signale werden dem Teilbildschaltkreis 111 eingespeist, welcher die Signale des ersten Teilbilds (zuerst) zu einer Ausgangsklemme 112 und dann die Signale des zweiten Teilbilds zur Ausgangsklemme 112 ausgibt. Alle an die Ausgangsklemme 112 angelegten Signale sind Zeilensprung-Signale, welche das entweder vergrößerte oder verkleinerte Bild repräsentieren.
In manchen Fällen ist es erforderlich, daß zeilensprungfreie Signale, welche des vergrößerte oder verkleinerte Bild repräsentieren, zur Ausgangsklemme 112 geliefert werden. Um dieser Forderung zu genügen, werden die zeilensprungfreien Signale vom Zeilenschaltkreis 108 zu einem Horizontalpuffer 108A und sodann vom Puffer 108A zur Ausgangsklemme 112 übertragen.

[Hinzufügung einer Überlagerungseinrichtung]

Die vorliegende Erfindung ist auf Video(laufbild)kameras anwendbar, die ein Bild einem anderen zu überlagern (zu überblenden) vermögen. Im folgenden ist eine Signalumsetzvorrichtung beschrieben, die für Verwendung bei Videokameras mit der oben genannten Funktion ausgelegt ist.
Es wird oftmals gefordert, ein vergrößertes oder verkleinertes Bild zur Bildung eines zusammengesetzten Bilds oder Verbundbilds einem anderen, größeren Bild überlagert wird. Erfindungsgemäß kann ohne weiteres eine Signalumsetzvorrichtung bereitgestellt werden, die eine Überlagerungseinrichtung zur Lieferung von Treiber- bzw. Ansteuersignalen zu einer CCD-Einheit mit einem spezifischen Zeittakt aufweist, um die ein Bild repräsentierenden Signale den ein anderes Bild repräsentierenden Signalen zu überlagern und damit ein Verbundbild zu erzeugen.
Fig. 22 veranschaulicht schematisch eine Signalumsetzvorrichtung mit Überlagerungseinrichtung. Verschiedene Methoden zum Generieren von CCD-Ansteuersignalen sind im Stand der Technik bekannt. Eine dieser Methoden ist die sogenannte "Bild-in-Bild-(PIP)-Methode". Die PIP-Methode ist einer Methode zum Überlagern eines Bilds mit einem anderen vollständig äquivalent. Sie ist daher bei der erfindungsgemäßen Signalumsetzvorrichtung verwendbar.
Gemäß Fig. 22 umfaßt die Signalumsetzvorrichtung eine Eingangsklemme 53, eine Ladungsinjektionseinheit 54, eine Horizontaloperationseinheit 59, eine Vertikaloperationseinheit 66, eine Ausgangsklemme 69, einen Horizontalpuffer 93, einen (Einzel-)Bildpuffer 94 und einen Horizontalpuffer 95, die sämtlich den entsprechenden Einheiten gemäß Fig. 18 gleich sind. Ferner umfaßt die Vorrichtung einen Horizontalpuffer 140, einen Wählpuffer 141, eine Eingangsklemme 142 und einen Horizontalpuffer 143.
Die von der Horizontaloperationseinheit 59 ausgegebenen und das vergrößerte oder verkleinerte Bild repräsentierenden Signale werden dem Horizontalpuffer 140 zugespeist. Der Wähipuffer 141 liefert entweder die vom Horizontalpuffer 140 ausgegebenen Signale oder die vom Horizontalpuffer 143 ausgegebenen Signale in Einheiten von Abtastzeilen zur Ausgangsklemme 69. Wenn von der Eingangsklemme 142 ein Überlagerungssignal zum Horizontalpuffer 143 geliefert wird, wählt der Wählpuffer 141 die vom Horizontalpuffer 143 ausgegebenen Signale, die für ein kleines Bild stehen, das dem Bild überlagert werden soll, welches durch die vom Horizontalpuffer 140 ausgegebenen Signale repräsentiert ist. Als Ergebnis wird das kleine Bild dem Bild überlagert, das durch die vom Puffer 140 ausgegebenen Signale repräsentiert bzw. dargestellt ist. Wahlweise kann das entweder vergrößerte oder verkleinerte Bild, das durch die vom Puffer 144 gelieferten Signale repräsentiert ist, dem Bild überlagert werden, das durch die zur Eingangsklemme 142 gelieferten Signale repräsentiert ist. In jedem Fall werden Treiber- bzw. Ansteuersignale zu den Elektroden der Wähipuffer 141 geliefert, welche die vom Horizontalpuffer 140 oder 143 zugespeisten Signalladungen zu dem Zeitpunkt bzw. mit dem Zeittakt, der durch die in einem (nicht dargestellten) ROM abgespeicherten Programme definiert ist, empfängt und überträgt.
Obgleich in Fig. 22 nicht gezeigt, enthält die Signalumsetzvorrichtung ferner einen Detektor, der die Zeitdifferenz zwischen der Abtastperiode der dem Horizontalpuffer 140 eingegebenen Signale und derjenigen der dem Horizontalpuffer 143 eingespeisten Signale detektiert. Der Detektor liefert Zeitsteuersignale (timing signals), welche die Zeitdifferenz darstellen oder angeben. Die Ansteuersignale werden synchron mit den Zeitsteuersignalen generiert.
Wie zu Anfang dieser Beschreibung beschrieben ist, besteht eine andere Aufgabe der Erfindung in der Schaffung einer Signalumsetzvorrichtung, die bei Heim-Videokameras verwendet werden kann, die (nicht) so viele zusätzliche Bauteile benötigt und vergleichsweise kostengünstig hergestellt werden kann und die klein und leicht ist.
Es trifft zu, daß alle vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung aufgrund der fortgeschrittenen Halbleitertechnologie bzw. -technik sehr klein ausgestaltet werden können. Es handelt sich dabei jedoch um Vorrichtungen, die von den anderen, in eine Videokamera eingebauten Vorrichtungen, wie CCD-Bildsensor, getrennt sind.
Erfindungsgemäß wird auch eine Signalumsetzvorrichtung bereitgestellt, die auf dem gleichen Halbleitersubstrat wie ein CCD-Bildsensor (d.h. ein bei einer Videokamera unverzichtbarer Bauteil) ausgebildet ist und die kleiner ist als die Vorrichtungen gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen.
Wie an sich bekannt ist, umfaßt ein CCD-Bildsensor zur Verwendung bei Heim-Videokameras eine Abbildungs- bzw. Aufnahmevorrichtung mit einer Aufnahmefläche, eine Matrix aus photoelektrischen Elementen und eine CCD-Einheit. Die photoelektrischen Elemente wandeln das auf der Aufnahmefläche erzeugte optische Bild in Pixelsignale um. Die CCD-Einheit liest die Pixelsignale zu der an den Ausgang des CCD-Bildsensors angeschlossenen Signalverarbeitungsschaltung aus. Erfindungsgemäß ist eine Signalumsetzvorrichtung in die CCD-Einheit des CCD-Bildsensors integriert, um das Eingangsbild elektronisch mit einem gewünschten (Vergrößerungs-)Faktor zu zoomen.
Wenn Ladungssignale in elektrische Signale umgewandelt werden, sind den resultierenden elektrischen Signalen allgemein verschiedene Störsignale hinzugefügt. Je weniger oft die Ladungssignale in elektrische Signale umgewandelt oder umgesetzt werden, um so günstiger ist dies deshalb. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die Ladungssignale durch die Signalumsetzvorrichtung verarbeitet, bevor sie in elektrische Signale umgesetzt werden, so daß dabei eine Stufe der Umsetzung von Ladungssignalen in elektrische Signale entfällt.
Einige andere erfindungsgemäße Signalumsetzvorrichtungen, die für Verwendung in CCD-Bildsensoren ausgelegt sind, sind im folgenden anhand der Fig. 23 bis 26 beschrieben.

[Schwarzweiß-Fernsehsystem]

Fig. 23 ist eine schematische Draufsicht auf einen CCD- Bildsensor mit einer erfindungsgemäßen Signalumsetzvorrichtung. Der CCD-Bildsensor ist vom sogenannten "Zwischenzeilenübertragungs-(IT-)Typ". Gemäß Fig. 23 umfaßt der IT-Typ-CCD-Bildsensor eine Abbildungs- bzw. Aufnahmefläche, Photodioden 14, Übertragungsgatter 15, Vertikalübertragungs-CCD-Einheiten 16, eine Horizontalübertragungs-CCD-Einheit 17, einen spannungswandler 18, eine Ausgangsklemme 19, eine Horizontaloperationseinheit 59 und eine Vertikaloperationseinheit 66. Die Photodioden 14 sind auf der Aufnahmefläche in Zeilen und Spalten angeordnet. Die Übertragungsgatter 15 sind auf der Aufnahmefläche ebenfalls in Zeilen und Spalten angeordnet und mit den jeweiligen Photodioden 14 verbunden. Die Vertikalübertragungs-CCD-Einheiten 16 verlaufen parallel zu den Spalten der Übertragungsgatter 16. Jede CCD-Einheit 16 ist mit den Übertragungsgattern 16 der betreffenden Spalte verbunden. Die Vertikaloperationseinheit 66 ist zwischen die Horizontalübertragungs-CCD-Einheit 17 und die Ausgänge der Vertikal-CCD-Einheiten 16 geschaltet. Die Horizontaloperationseinheit 59 ist an den Ausgang der Horizontalübertragungs-CCD-Einheit 17 angeschlossen. Der Spannungswandler 18 ist zwischen den Ausgang der Einheit 59 und die Ausgangsklemme 19 geschaltet.
Die Vertikaloperationseinheit 66 ist vom gleichen Typ, wie er in den Fig. 8, 17, 19, 21 und 22 dargestellt ist. Sie verarbeitet die von den Übertragungsgattern 15 über die Vertikalübertragungs-CCD-Einheit 16 übertragenen Pixelsignale so, daß das durch diese Pixelsignale repräsentierte Bild in der Vertikalrichtung gedehnt oder kontrahiert wird. Die von der Einheit 66 ausgegebenen Signale werden der Horizontalübertragungs-CCD-Einheit 17 zugespeist. Die Signale vom Puffer 17 werden zur Horizontaloperationseinheit 59 geliefert, welche die Eingangssignale so verarbeitet, daß das durch diese Signale repräsentierte Bild in der Horizontalrichtung gedehnt oder kontrahiert wird. Die das so vergrößerte oder verkleinerte Bild repräsentierenden Signale werden dem Spannungswandler 18 eingespeist, welcher die Signale in Spannungssignale umsetzt. Die Spannungssignale werden über die Ausgangsklemme 19 ausgegeben.
Mit dem CCD-Bildsensor gemäß Fig. 23 ist es möglich, einfach durch Änderung der Art und Weise des Auslesens der Signalladungen aus den Photodioden 14 eine Zeilensprung-Abtastung zu erreichen. Zur Durchführung eines elektronischen Zoomens ist es dagegen nötig, die Signalumsetzvorrichtung zu einem spezifischen Zeitpunkt bzw. mit einem spezifischen Zeittakt anzusteuern und Drains zu verwenden, um einen Teil jeder Signalladung als unnötige Ladung abzuleiten.
Fig. 24 ist eine schematische Draufsicht auf einen CCD- Bildsensor mit einer erfindungsgemäßen Signalumsetzvorrichtung. Dieser CCD-Bildsensor ist vom sogenannten "Einzelbildzwischenübertragungs-(FIT-)Typ" und weist einen (Einzel-)Bildpuffer auf. Dieser Sensor kann eine Zeilensprungabtastung auch in dem Fall durchführen, wenn Pixelsignale zur Erzielung eines elektronischen Zoomens verarbeitet werden.
Gemäß Fig. 24 umfaßt der CCD-Bildsensor einen Teilbild(um)schaltkreis 102, zwei Teilbildspeicher 103 und 104 sowie einen Zeilen(um)schaltkreis 105. Der CCD-Bildsensor umfaßt ferner Photodioden 14, Übertragungsgatter 15, Vertikalübertragungs-CCD-Einheiten 16, eine Vertikaloperationseinheit 66, einen Horizontalpuffer 17, eine Horizontaloperationseinheit 59, einen Spannungswandler 18 und eine Ausgangsklemme 19.
Im Betrieb werden in den Photodioden 14 angesammelte bzw. aufgespeicherte Signalladungen während der Vertikalabtastperiode über Übertragungsgatter 16 gleichzeitig zu Vertikal-CCD-Einheiten 16 übertragen. Die Vertikaloperationseinheit 66 verarbeitet die von den CCD-Einheiten 16 gelieferten Signale in der Weise, daß das durch diese Signale repräsentierte Bild in der Vertikalrichtung gedehnt oder kontrahiert wird. Der Teilbildschaltkreis 105 ist an den Ausgang der Vertikaloperationseinheit 66 angeschlossen, und die Teilbildspeicher 103 und 104 sind zum Schaltkreis 105 parallelgeschaltet. Der Teilbildspeicher 104 speichert somit die Ladungssignale für das erste Teilbild (field) eines Einzelbilds (frame), während der Teilbildspeicher 104 die Ladungssignale für das zweite Teilbild des Einzelbilds speichert. Der Zeilenschaltkreis 105 verbindet die Ausgänge der Teilbildspeicher 103 und 104 mit der Horizontalübertragungs-CCD-Einheit 17. Die von der CCD-Einheit 17 ausgegebenen Signale werden der Horizontaloperationseinheit 59 eingespeist, welche die Eingangssignale so verarbeitet, daß das durch diese Signale repräsentierte Bild in der Horizontalrichtung expandiert oder kontrahiert (geschrumpft) wird. Die von der Einheit 59 gelieferten Signale werden durch den Spannungswandler 18 in Spannungssignale umgesetzt, und die so erhaltenen Spannungssignale werden über die Ausgangsklemme 19 ausgegeben.
Die beiden in den Fig. 23 und 24 dargestellten CCD-Bildsensoren, die jeweils eine Signalumsetzvorrichtung gemäß der Erfindung beinhalten, sind für Verwendung in Schwarzweiß-Fernsehkameras ausgelegt. Selbstverständlich können die CCD-Bildsensoren ohne jede Abwandlung in Dreiplatten- Farbfernsehkameras integriert werden.

[Einzelplatten-Farbfernsehkamera]

Heutzutage wird unbedingt gefordert, daß Videokameras für Heimgebrauch Farbfernsehkameras sind. Tatsächlich ist jedoch eine Dreiplatten-Farbfilmkamera mit einem Spektralprisma im Hinblick auf Größe, Gewicht und Fertigungskosten alles andere als praktisch (einsetzbar).
Fig. 25 veranschaulicht einen Farb-CCD-Bildsensor des Einzelplattentyps mit in lotrechten Zeilen oder Reihen angeordneten Farbfiltern und einer Signalumsetzvorrichtung gemäß dieser Erfindung.
Das beim Farb-CCD-Bildsensor verwendete Signalausgabesystem ist ein sogenanntes "Streifenstruktursystem" zum Ausgeben bzw. Liefern von drei Farbsignalen. Genauer gesagt: dieser Farb-CCD-Bildsensor weist drei Filter auf, d.h. ein Rot-(R-)Filter, ein Grün-(G-)Filter und ein Blau-(B-)Filter. Dennoch spielt es überhaupt keine Rolle, ob andere, komplementäre Farbfilter verwendet werden.
Gemäß Fig. 25 umfaßt der Farb-CCD-Bildsensor eine Abbildungs- bzw. Aufnahmefläche, auf letzterer in Zeilen und Spalten angeordnete Photodioden 14 sowie vor den jeweiligen Photodioden 14 angeordnete Farbfilter R, G und B. Der Farb-CCD-Bildsensor umfaßt ferner mehrere Vertikalübertragungs-CCD-Einheiten 16, eine an die Ausgänge dieser Einheiten 16 angeschlossene Vertikaloperationseinheit 66 und einen mit dem Ausgang der Einheit 66 verbundenen Teilbild(um)schaltkreis 102. Der Schaltkreis 102 verteilt die Pixelsignale, die ein erstes Teilbild (field image) bilden, zu einem Teilbildspeicher 103 und die ein zweites Teilbild bildenden Pixelsignale zu einem Teilbildspeicher 104. Die von den Teilbildspeichern 103 und 104 gelieferten Signale werden einem Zeilen(um)schaltkreis 105 zugeliefert, welcher die Signale des ersten Teilbilds und die des zweiten Teilbilds abwechselnd in Einheiten von Abtastzeilen zu Horizontalpuffern 17R, 17G und 17B ausgibt. Die von diesen Horizontalpuffern 17R, 17G und 17B ausgegebenen bzw. gelieferten Signale werden Horizontaloperationseinheiten 59R, 59G bzw. 59B eingespeist. Die Einheit 59R verarbeitet die vom Puffer 17R gelieferten Signale so, daß das durch diese Signale repräsentierte rote Bild in der Horizontalrichtung gedehnt oder kontrahiert wird. Auf ähnliche Weise arbeitet die Einheit 59G die vom Puffer 17G gelieferten Signale so, daß das durch diese Signale repräsentierte grüne Bild in der Horizontalrichtung gedehnt oder kontrahiert wird; ebenso verarbeitet die Einheit 59B die vom Puffer 17B ausgegebenen Signale so, daß das durch diese Signale repräsentierte blaue Bild in der Horizontalrichtung gedehnt oder kontrahiert wird. Die von den Einheiten 59R, 59G und 59B gelieferten Signale werden Spannungswandlern 18R, 18G bzw. 18B eingespeist. Der Spannungswandler 18R wandelt die Signale von der Einheit 59R in Spannungssignale um, die über eine Ausgangsklemme 19R ausgegeben werden. Der Spannungswandler 18R wandelt die Signale von der Einheit 59G in Spannungssignale um, die über eine Ausgangsklemme 19G ausgegeben werden. Ebenso wandelt der Spannungswandler 18B die Signale von der Einheit 59B in Spannungssignale um, die über eine Ausgangsklemme 19B ausgegeben werden.
Fig. 26 veranschaulicht einen Farb-CCD-Bildsensor des Einzelplattentyps, bei dem Farbfilter so angeordnet sind, daß die Filter für jede Farbe in einer lotrechten Reihe angeordnet und gegenüber denen für jede andere Farbe gestaffelt oder versetzt sind. Tatsächlich müssen die von den Photodioden 14, die durch die Filter der einen Farbe bedeckt sind, gelieferten Pixelsignale mit den Pixelsignalen synchronisiert werden, die von den mit Filtern einer gegebenen anderen Farbe bedeckten Photodioden ausgegeben werden. Dieser Farb-CCD-Bildsensor vermag jedoch Signale zu generieren, die ein Bild repräsentieren bzw. diesem entsprechen, dessen Auflösung doppelt so groß ist wie bei dem mit dem Farb-CCD-Bildsensor gemäß Fig. 25 erhaltenen Bild.
Wie aus Fig. 25 hervorgeht, weist der Farb-CCD-Bildsensor doppelt so viele Grünfilter wie Rotfilter oder Blaufilter auf. Infolgedessen besitzen die von einer Horizontaloperationseinheit 59G ausgegebenen Signale höhere Größen als die von einer Horizontaloperationseinheit 59R oder 59B gelieferten Signale. Dieser Größenunterschied spielt keine Rolle, weil ein Spannungswandler 18G jedes Signal von der Einheit 59G in eine Spannung umsetzt, die genau die Hälfte der Spannung des betreffenden, von der Einheit 59R oder 59B gelieferten Signals beträgt.
Der Farb-CCD-Bildsensor ist vom IT-Typ, doch kann er einfach zu einem FIT-Typ modifiziert werden, der grundsätzlich in der gleichen Weise wie der IT-Typ arbeitet. Von den zu den Vertikal-CCD-Einheiten 16 übertragenen Signalen werden die Signale R und die Signale B durch eine (nicht dargestellte) Wählschaltung über die betreffenden Vertikalpuffer zur Vertikaloperationseinheit 66 verteilt. Die von den Vertikal-CCD-Einheiten 16 übertragenen Signale G werden der Vertikaloperationseinheit 66 über die betreffenden (zugeordneten) Vertikalpuffer eingespeist. Die sämtlich von der Vertikaloperationseinheit 66 ausgegebenen oder gelieferten Signale R, G und B werden über Separatoren jeweiligen Horizontaloperationseinheiten 59R, 59G bzw. 59B eingegeben. Die Einheiten 59R, 59G und 59B verarbeiten die Signale R, die Signale G bzw. die Signale B. Die von den Einheiten 59R, 59G und 59B gelieferten Signale werden Spannungswandlern 18R, 18G bzw. 18B eingespeist, welche die Eingangssignale in Spannungssignale umsetzen. Die vom Wandler 18R ausgegebenen oder gelieferten Spannungssignale werden über eine Ausgangsklemme 19R ausgegeben. Die Spannungssignale vom Wandler 18G werden über eine Ausgangsklemme 19G ausgegeben. Die Spannungssignale vom Wandler 18B werden über eine Ausgangsklemme 19B ausgegeben.
Gemäß dem ersten Merkmal dieser Erfindung wird eine Signalumsetzvorrichtung bereitgestellt, welche Eingangssignale, die ein Originalbild repräsentieren, in neue Signale umzusetzen vermag, die ihrerseits ein vergrößertes oder verkleinertes Bild repräsentieren. Da die neuen Signale ähnliche Wellenformen wie die Eingangssignale aufweisen, erfährt auch bei einer Vergrößerung oder Verkleinerung des Bilds mit einem nicht Eins zu Eins entsprechenden Vergrößerungsfaktor das durch die neuen Signale repräsentierte Bild keine Verzeichnung. Da ferner die Vorrichtung Einrichtungen zum Kompensieren derjenigen Signalkomponenten aufweist, die während der Umsetzung verlorengehen, ist das vergrößerte oder verkleinerte Bild dem Originalbild ähnlich. Die Signalumsetzvorrichtung eignet sich somit zur Verwendung bei Heim-Videogeräten.
Gemäß dem zweiten Merkmal dieser Erfindung wird eine Signalumsetzvorrichtung bereitgestellt, die einheitlich bzw. integriert mit CCD-Speichern ausgebildet ist und daher weder einen A/D- noch einen D/A-Wandler aufweist und die daher relativ kostengünstig mit kleinen Abmessungen hergestellt werden kann.
Gemäß dem dritten Merkmal der Erfindung wird eine Signalumsetzvorrichtung bereitgestellt, die in einen CCD- Bildsensor integriert ist und die Miniaturisierung von Heim-Videogeräten mit dem CCD-Bildsensor begünstigt.
Weiterhin kann jede Signalumsetzvorrichtung gemäß dieser Erfindung Eingangssignale in neue Signale umsetzen, die Wellenformen ähnlich denen der Eingangssignale aufweisen. Sie kann somit zum Verarbeiten von Videosignalen auf verschiedene Weise benutzt werden, um damit spezielle Bildeffekte zu erzielen, beispielsweise zusammengesetzte Bilder zu erzeugen.

Claims

1. Signalumsetzungsvorrichtung zum Umsetzen von Ladungspaketen (1C, 2C, 3C), die von einer CCD (3) empfangen sind, und zum Bilden von Pixels einer Eingangspixelanordnung in umgesetzte Ladungspakete, die Pixels einer Ausgangspixelanordnung bilden, die eine um eine vorgewählte Umsetzungsrate verringerte oder vergrößerte Abmessung bezüglich der Eingangspixelanordnung hat, mit:

- einer Ladungseingangselektrode (Via, Vib, Vic) zum Zurückhalten eines Ladungspakets, das von der CCD (3) empfangen ist,

- einer Verteilungseinrichtung (44) zum Übertragen des Ladungspakets (1C, 2C, 3C) von der Ladungseingangselektrode (Via, Vib, Vic) auf eine Vielzahl von Dividiererelektroden (D1, D2, D3, D4, D5), wobei die Dividiererelektroden (D1, D2, D3, D4, D5) in Reihe angeordnet sind, um Ladung elektrisch unabhängig voneinander zu speichern, und zum gleichmäßigen Verteilen des übertragenen Ladungspaketes (1C, 2C, 3C) über die Dividiererelektroden (D1, D2, D3, D4, D5),

- einer Dividierereinrichtung (45) zum Teilen des übertragenen Ladungspaketes (1C, 2C, 3C) in zwei getrennte Ladungspakete durch Zeitsteuern der Dividiererelektroden (D1, D2, D3, D4, D5), wobei das übertragene Ladungspaket gemäß dem Beitrag des entsprechenden Pixels der Eingangspixelanordnung zu den Pixels der Ausgangspixelanordnung geteilt ist,

- einer Übertragungseinrichtung (15, 42) zum Übertragen eines (a) der zwei getrennten Ladungspakete von der Dividierereinrichtung (45) zu der Ausgangselektrode (12) zum Ansammeln der Ladung eines umgesetzten Ladungspakets, das ein Pixel der Ausgangspixelanordnung bildet, und

- einer Ausgangseinrichtung (19) zum Ausgeben der angesammelten Ladung als das umgesetzte Ladungspaket, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Dividiererelektroden (D1, D2, D3, D4, D5) die gleiche Kapazität zum Speichern der zu diesen übertragenen Ladung haben und daß die Dividierereinrichtungen geeignet sind, um die Umsetzungsrate in einem Bereich von 1/2 bis 2 zu ändern, indem die Zeitsteuerung der Dividiererelektroden (D1, D2, D3, D4, D5) verändert wird.

2. Signalumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangspixelanordnung eine Pixelanordnung entsprechend einer Horizontalrichtung eines Videosignales ist, und daß die Vielzahl der Dividiererelektroden (D1, D2, D3, D4, D5) einen Signalumsetzungsabschnitt zum Vergrößern oder Verkleinern der Eingangspixelanordnung in der Horizontalrichtung bilden.

3. Signalumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangspixelanordnung eine Pixelanordnung entsprechend einer Vertikalrichtung eines Videosignales ist und die Vielzahl der Dividiererelektroden (D1, D2, D3, D4, D5) einen Signalumsetzungsabschnitt zum Vergrößern oder Verkleinern der Eingangspixelanordnung in der Vertikalrichtung bildet.