HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Festkörper-Bildaufnahrnevorrichtung gemäß dem
Oberbegriff von Anspruch 1. Eine derartige
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung ist aus US-A-5,091,795 bekannt.
2. Beschreibung der einschlägigen Technik
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Festkörper-Bildaufnahmevorrichtungen, oder CCD-Bildsensoren, werden in
Videokameras oder Bildscannern auf Grund ihrer kleinen Größe und ihres
geringen Energieverbrauchs in weitern Umfang verwendet. In einer Videokamera
ist normalerweise ein CCD-Bildsensor mit einer Anzahl von Pixeln in der
Größenordnung von 400 000 angebracht. Jedoch hat ein CCD-Bildsensor mit
einer Anzahl von Pixeln in der Größenordnung von 400 000 eine Auflösung,
die der einer Bildaufnahmeröhre unterlegen ist. In jüngerer Zeit wurden
Fernsehempfänger mit hoher Auflösung, die als hochauflösenden (HD)
Fernsehempfänger bekannt sind, populär, und durch Verringern der Pixelfläche wurde
ein CCD-Bildsensor entwickelt, bei dem die Anzahl der Pixel auf 2 000 000
erhöht ist, um einem HD-Fernsehempfänger zu genügen. Wenn jedoch die
Pixelfläche verringert wird, verringert sich der signalpegel ausgegebener
Bildaufnahrnesignale der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, was das
S/R-Verhältnis beeinträchtigt. Angesichts einer Verringerung des S/R-Verhältnisses
repräsentiert die Anzahl von 2 000 000 Pixeln einer
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung die mögliche Obergrenze, so dass es unmöglich ist, die Anzahl
von Pixeln zum weiteren Erhöhen der Auflösung zu erhöhen. Andererseits
besteht Bedarf nach höherer Auflösung, da ein CCD-Bildsensor rnit 2 000 000
Pixeln hinsichtlich der Auflösung unzureichend ist, wenn er zum Eingeben
gedruckten Texts zu verwenden ist.
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Um das obige Problem zu meistern, wurde eine
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung entwickelt, bei der die Relativposition zwischen dieser
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung (CCD-Bildsensor) und dem Bildaufnahmelicht um
ein Ausmaß verschoben ist, das einem ganzzahligen Bruchteil der
Pixelschrittweite entspricht, während die Bildaufnahrne erfolgt, was die Auflö
sung durch Erhöhen des räumlichen Abtastgebiets ohne Erhöhung der
Pixelanzahl erhöht.
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Bei einer derartigen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung ist der CCD-Bild
sensor auf einem piezoelektrischen Element montiert, das von Halbbild zu
Halbbild mit einer Amplitude in einer Richtung oszilliert, der der halten
Pixelschrittweite entspricht, um das auf den CCD-Bildsensor gestrahlte
Bildaufnahmelicht durch Bildverschiebung um eine einem Halbpixel entspre
chende Schrittweite zu verschieben, um das räumliche Abtastgebiet zu
vergrößern, um ein Bild mit höherer Auflösung zu erzielen, ohne die
Pixelanzahl zu erhöhen.
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Es ist auch eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung bekannt, bei der eine
dünne Glasplatte an der Vorderseite des CCD-Bildsensors angebracht ist, die
während der Bilderzeugung um einen extrem kleinen Winkel schwingt. Bei
einer derartigen Festkörper-Bildaufnahrnevorrichtung wird das auf den CCD-
Bildsensor gestrahlte Bildaufnahmelicht jedesmal dann bildverschoben, wenn
die Glasplatte schwingt, um das räumliche Abtastgebiet zu vergrößern, um
ein Bild hoher Auflösung zu erzielen, ohne die Pixelanzahl zu erhöhen.
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Jedoch wird bei derartigen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtungen, da das auf
den CCD-Bildsensor gestrahlte Bildaufnahmelicht durch mechanische
Schwingungen bildverschoben wird, wie sie dem CCD-Bildsensor selbst oder der vor
diesem angebrachten Glasplatte verliehen werden, nicht nur die mechanische
Struktur komplizierter, sondern es ist auch die Zuverlässigkeit der
Bildverschiebung relativ niedrig.
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Um diesen Mangel zu vermeiden, wie er einer
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung innewohnt, die eine Bildverschiebung durch mechanische Einrichtungen
ausführt, wurde auch eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung entwickelt,
bei der die Bildverschiebung durch elektrische Einrichtungen erzielt werden
kann.
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Eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit elektrischer Bildverschiebung
ist so aufgebaut, wie es beispielhaft in Fig. 1 dargestellt ist. Wenn die
Bildaufnahme mit dieser Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung begonnen wird,
wird das Bildaufnahrnelicht durch eine Linse 50 so konvergiert, dass es auf
eine Doppelbrechungsplatte 51 fällt.
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Wenn diese Doppelbrechungsplatte 51 durch das Bildaufnahmelicht von der
Linse 50 bestrahlt wird, spaltet sie das Licht in ordentliches Licht und
außerordentliches Licht auf, dessen optischer Pfad gegenüber dem optischen
Pfad des ordentlichen Lichts um eine Schrittweite vertikal nach oben
verschoben ist, die einem halben Pixel entspricht, um dafür zu sorgen, dass
diese Lichtstrahlen auf eine spannungsgesteuerte Optikpfad-Auswählplatte 52
gestrahlt werden.
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Die spannungsgesteuerte Optikpfad-Auswählplatte 52 besteht z. B. aus einer
Flüssigkristallplatte und einer Polarisationsplatte. An die
Flüssigkristallplatte wird mit dem Intervall eines Halbbilds eine elektrische Spannung
angelegt. Wenn keine Spannung an der Flüssigkristallplatte anliegt, werden
das ordentliche Licht und das außerordentliche Licht, wie über die
Doppelbrechungsplatte 51 auf die Flüssigkristallplatte gestrahlt, direkt durch
die Flüssigkristallplatte hindurchgestrahlt, wobei nur das ordentliche
Licht durch die Polarisationsplatte durchgelassen wird. Wenn die
elektrische Spannung an die Flüssigkristallplatte angelegt wird, werden das
ordentliche Licht und das außerordentliche Licht, die über die
Doppelbrechungsplatte 51 auf die Flüssigkristallplatte gestrahlt werden, um 90º
polarisiert, wenn sie durch die Flüssigkristallplatte laufen, wobei die
jeweiligen optischen Pfade unverändert bleiben. Von diesen Lichtstrahlen
wird nur das außerordentliche Licht durch die Polarisationsplatte
durchgelassen. Auf diese Weise wird das ordentliche Licht oder außerordentliche
Licht selektiv von der spannungsgesteuerten Optikpfad-Auswählplatte 52 mit
dem Intervall eines Halbbilds abgestrahlt, um auf einen CCD-Bildsensor 53
gestrahlt zu werden.
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Der CCD-Bildsensor 53 empfängt das ordentliche Licht und das
außerordentliche Licht, um eine photoelektrische Wandlung zum Erzeugen zum
Bildaufnahmesignalen auszuführen, die an einem Ausgangsanschluss 54 ausgegeben werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass nicht nur das ordentliche Licht, sondern
auch das außerordentliche Licht, dessen optischer Pfad um eine
Schrittweite, die einem halben Pixel entspricht, in bezug auf den optischen Pfad des
ordentlichen Lichts vertikal nach oben verschoben ist, auf den
CCD-Bildsensor 53 gestrahlt wird.
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Dies führt zu erhöhtem räumlichem Abtastgebiet und zu erhöhter Auflösung.
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Im Vergleich mit einer Festkörper-Bildaufnahrnevorrichtung, bei der die
Bildverschiebung durch rnechanische Einrichtungen bewirkt wird, vermeidet
eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, die eine elektrische
Bildverschiebung ausführt, bewegliche Teile eines komplizierten mechanischen Systems,
und sie erzielt demgemäß verbesserte Zuverlässigkeit bei der
Bildverschiebung sowie insgesamt vereinfachten Aufbau der Vorrichtung.
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Jedoch wird bei der oben beschriebenen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
das Bildaufnahmelicht durch die Doppelbrechungsplatte 51 in ordentliches
und außerordentliches Licht aufgeteilt, und die an die Auswählplatte 52
angelegte elektrische Spannung wird auf ein/aus gesteuert, um entweder das
ordentliche oder das außerordentliche Licht von der Doppelbrechungsplatte
51 auszuwählen, um das ausgewählte Licht auf den CCD-Bildsensor 53 zu
strahlen. Demgemäß verringert sich die Intensität des auf den
CCD-Bildsensor 33 gestrahlten Aufnahmelichts im wesentlichen auf die Hälfte der
Intensität des ursprünglichen Bildaufnahrnelichts, so dass nur ein dunkles Bild
erzeugt werden kann.
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Andererseits geht die jüngste Tendenz zu zunehmend kleiner Größe von
Videokameraeinheiten usw. und die Nachfrage nach
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtungen vom Typ mit elektrischer Bildverschiebung, die auf einem Baustein
hergestellt sind, nahm zu.
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Bei der aus dem Dokument US-A-5,091,795 bekannten
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, die dem Oberbegriff des Anspruchs entspricht, besteht die
Hauptaufgabe, ein optisches Tiefpassfilter zu schaffen, das in günstiger
Weise für Festkörper-Bildsensoren verwendet werden kann und das Moiré
beseitigen kann, das kein niedriges Auflösungsvermögen hat und das mit
geringer Dicke hergestellt werden kann. Um diese Aufgabe zu lösen, enthält die
bekannte Vorrichtung eine Anordnung aus zwei übereinandergelegten
Tiefpassfiltern, zwischen denen eine 1/2-Wellenplatte angeordnet ist, um Moiré
durch Bildmischung und -verdunklung zu entfernen. Zu diesem Zweck wird eine
Wechselspannungs-Ansteuerspannung synchron an die zwei Tiefpassfilter
gelegt, die beim Ausführungsbeispiel von Fig. 12 des Dokuments US-A-5,091,795
jeweils aus Flüssigkristallvorrichtungen bestehen. Die Austrittsposition
des austretenden Lichts führt zu einer Schwingung mit bestimmter Amplitude,
wenn die Amplitude der an die zwei Flüssigkristallvorrichtungen angelegten
Wechselspannungs-Ansteuerspannung mit größerer Geschwindigkeit geändert
wird, als es einem vorbestimmtem Wert entspricht, z. B. mit einer
Geschwindigkeit, die größer ist als es dem Doppeltem der Ausleseperiode eines
ladungsgekoppelten Bauteils entspricht. Die Verschiebung oder die bestimmte
Amplitude variiert kontinuierlich und periodisch oder zufällig, wenn der
Signalverlauf der anzulegenden Spannung variiert wird.
AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung zu schaffen, die hervorragende Auflösung erzielt und einen Verlust
an Lichtintensität vermeidet, um für ein helleres Bild zu sorgen, und die
auf einern Baustein hergestellt werden kann, um zu einer Größenverringerung
einer Ausrüstung wie einer Videokameraeinheit beizutragen.
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Die obige Aufgabe wird durch eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
gelöst, mit einer ersten Einrichtung mit elektrooptischem Effekt, die
selektiv in einem ersten Modus oder einem zweiten Modus betreibbar ist, wobei
diese erste Einrichtung mit elektrooptischem Effekt so konzipiert ist, dass
sie im ersten Modus einfallendes Bildaufnahmelicht in einen ordentlichen
Lichtstrahl und einen außerordentlichen Lichtstrahl aufteilt, dessen
optische Achse in bezug auf die des ordentlichen Lichtstrahls vertikal
verschoben ist, und sie im zweiten Modus das einfallende Bildaufnahmelicht als
ordentlichen Lichtstrahl durchläßt; einer Lichtwandlereinrichtung zum
Wandeln des ordentlichen Lichtstrahls von der ersten Einrichtung mit
elektrooptischem Effekt in einen außerordentlichen Lichtstrahl und zum Wandeln des
außerordentlichen Lichtstrahls von der ersten Einrichtung mit
elektrooptischem Effekt in einen ordentlichen Lichtstrahl, wobei diese zweite
Einrichtung mit elektrooptischem Effekt wahlweise in einem ersten Modus oder einem
zweiten Modus betreibbar ist, wobei sie so konzipiert ist, dass sie im
ersten Modus den ordentlichen Lichtstrahl von der Lichtwandlereinrichtung
durchlässt und die optische Achse des außerordentlichen Lichtstrahls
vertikal in bezug auf diejenige des ordentlichen Lichtstrahls verschiebt, so
dass der außerordentliche Lichtstrahl und der ordentliche Lichtstrahl
gemischt werden, und diese zweite Einrichtung mit elektrooptischem Effekt so
konzipiert ist, dass sie im zweiten Modus den außerordentlichen Lichtstrahl
von der Lichtwandlereinrichtung durchlässt; und einer Bildsensoreinrichtung
zum Wandeln des ordentlichen Lichtstahls und des außerordentlichen
Lichtstrahls von der zweiten Einrichtung mit elektrooptischem Effekt in
elektrische Signale; dadurch gekennzeichnet, dass eine Umschalteinrichtung
vorhanden ist, um die erste und die zweite Einrichtung mit elektrooptischem
Effekt wahlweise so zu schalten, dass der erste Modus und der zweite Modus
periodisch mit dem Intervall eines Halbbilds ausgewählt werden und im
ersten Modus der außerordentliche Lichtstrahl durch die erste und die zweite
elektrooptische Einrichtung um eine einem halben Pixel entsprechende
Schrittweite verschoben wird, wobei die Bildsensoreinrichtung durch
Abrasterung ohne Zeilensprung betrieben wird.
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Bei der erfindungsgemäßen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung besteht die
Lichtwandlereinrichtung aus einer Flüssigkristallplatte, und sie ist am
Festkörper-Bildsensor zusammen mit der ersten und zweiten Platte mit
elektrooptischem Effekt vorhanden, um es zu ermöglichen, die gesamte
Vorrichtung in einem Baustein auszubilden.
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Wenn der Bildaufnahrnevorgang durch die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
gestartet wird, wird eine elektrische Spannung mit jedem halben Halbbild an
die erste Platte mit elektrooptischem Effekt angelegt. Wenn die Spannung
ausgeschaltet wird, strahlt die erste Platte mit elektrooptischem Effekt
das auf sie aufgestrahlte Bildaufnahmelicht als ordentliches Licht ohne
Änderung des optischen Pfads desselben ab. Umgekehrt strahlt die erste
elektrooptische Platte das Bildaufnahmelicht in Form ordentlichen Lichts
sowie außerordentlichen Lichts mit einer optischen Achse, die um ein
vorbestimmtes Ausmaß in bezug auf die optische Achse des ordentlichen Lichts
verschoben ist, ab, wenn die Spannung eingeschaltet ist. Das ordentliche
und das außerordentliche Licht werden auf die Lichtwandlereinrichtung
gestrahlt.
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An die zweite Platte mit elektrooptischem Effekt wird eine elektrische
Spannung angelegt, die mit derselben zeitlichen Lage wie bei der ersten
Platte mit elektrooptischern Effekt ein- und ausgeschaltet wird, so dass sie
dann, wenn die Spannung ausgeschaltet wird, das auf sie über die erste
Platte mit elektrooptischern Effekt und die Lichtwandlereinrichtung
gestrahlte außerordentliche Licht unmittelbar ohne Änderung des optischen
Pfads desselben abstrahlt. Wenn die Spannung ausgeschaltet ist, verschiebt
die zweite Platte mit elektrooptischem Effekt den optischen Pfad des auf
sie über die erste Platte mit elektrooptischem Effekt und die
Lichtwandlereinrichtung gestrahlten außerordentlichen Lichts bis auf den Pfad des
ordentlichen Lichts. Das außerordentliche Licht wird zum ordentlichen Licht
summiert, und das kombinierte Licht wird von der zweiten Platte mit
elektrooptischern Effekt abgestrahlt.
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Demgemäß wird, wenn die zwischen die erste und zweite Platte mit
elektrooptischem Effekt gelegte Spannung abgeschaltet wird, das Bildaufnahmelicht
nicht in ordentliches und außerordentliches Licht unterteilt, so dass das
Bildaufnahmelicht ohne Änderung des optischen Pfads als außerordentliches
Licht auf die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gestrahlt wird. Wenn die
zwischen die erste und zweite Platte mit elektrooptischem Effekt gelegte
Spannung eingeschaltet wird, wird das Bildaufnahmelicht durch die erste
Platte mit elektrooptischem Effekt in ordentliches Licht und
außerordentliches Licht, das durch die Lichtwandlereinrichtung zu ordentlichem Licht
transformiert wird, das auf die zweite Platte mit elektrooptischem Effekt
gestrahlt wird, aufgeteilt. Das ordentliche Licht wird durch die
Lichtwandlereinrichtung in außerordentliches Licht gewandelt, das auf die zweite
Platte mit elektrooptischem Effekt gestrahlt wird. Wenn die elektrische
Spannung zwischen die Platte mit elektrooptischem Effekt gelegt wird, wird
der optische Pfad des außerordentlichen Lichts so verschoben, wie es oben
beschrieben ist, und es wird mit dem ordentlichen Licht kombiniert, das
durch die Lichtwandlereinrichtung in außerordentliches Licht umgewandelt
wurde, um auf die Bildaufnahmevorrichtung gestrahlt zu werden.
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Das Ergebnis ist eine Bildverschiebung, der es an Lichtvolumenverlusten
fehlt.
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Außerdem kann die erfindungsgemäße Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
dadurch in einem Baustein hergestellt werden, dass die
Lichtwandlereinrichtung aus einer Flüssigkristallplatte hergestellt wird und diese
Flüssigkristallplatte zusammen mit der ersten und zweiten Platte mit
elektrooptischem Effekt an der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung montiert wird.
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Das Ergebnis ist eine verringerte Montagefläche der
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung.
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Andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele und der Ansprüche
deutlicher.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine herkömmliche Bildaufnahmevorrichtung
schafft.
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Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung zeigt.
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Fig. 3 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Spannung, wie sie
an ein Farbfilter angelegt wird, das in der in Fig. 2 dargestellten
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung vorhanden ist, und Lichtkomponenten besteht,
die durch das Farbfilter hindurchgestrahlt werden.
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Fig. 4 ist ein Kurvenbild zum Veranschaulichen der an das Farbfilter
angelegten Wechselspannung.
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Fig. 5 ist ein zeitbezogenes Diagramm zum Veranschaulichen des Betriebs der
in Fig. 2 dargestellten Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Gemäß Fig. 2 umfasst eine erfindungsgemäße
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung eine Linse 1 zum Konvergieren des auf sie fallenden Bildaufnahmelichts
sowie eine erste Doppelbrechungsplatte 2 als erste Platte mit
elektrooptischem Effekt. Ein an die Doppelbrechungsplatte 2 angelegtes elektrisches
Feld wird mit dem Intervall eines Halbbilds auf solche Weise ein- und
ausgeschaltet, dass dann, wenn die Spannung ausgeschaltet ist, das über die
Linse 1 eingestrahlte Bildaufnahmelicht unmittelbar als außerordentliches
Licht eingestrahlt wird, ohne dass dessen optischer Pfad geändert wird, und
dass dann, wenn die Spannung eingeschaltet ist, das über die Linse 1
eingestrahlte Bildaufnahmelicht als ordentliches Licht und außerordentliches
Licht mit einem optischen Pfad, der mit einer Schrittweite, die einem
halben Pixel entspricht, vertikal in bezug auf den optischen Pfad des
ordentlichen Lichts nach oben verschoben ist, eingestrahlt. Die
Bildaufnahmevorrichtung umfasst auch eine Halbwellenplatte oder λ/2-Platte 3 zum Umwandeln
des auf sie gestrahlten ordentlichen Lichts in außerordentliches Licht,
wenn die an die erste Doppelbrechungsplatte 2 angelegte Spannung
ausgeschaltet ist, und zum Abstrahlen des sich ergebenden außerordentlichen
Lichts, während sie das ordentliche Licht und das außerordentliche Licht,
wie auf sie gestrahlt, dann, wenn die Spannung an der ersten
Doppelbrechungsplatte 2 eingeschaltet ist, in außerordentliches Licht bzw.
ordentliches Licht wandelt, und um das sich ergebende außerordentliche Licht und
das ordentliche Licht abzustrahlen.
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Die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung umfasst auch eine zweite
Doppelbrechungsplatte 4 als zweite Platte mit elektrooptischem Effekt. Die an die
Doppelbrechungsplatte 2 angelegte elektrische Spannung wird mit dem
Intervall eines Halbbilds mit derselben zeitlichen Lage wie der für die erste
Doppelbrechungsplatte 2 auf solche Weise ein- und ausgeschaltet, dass dann,
wenn die Spannung eingeschaltet ist, das über die erste
Doppelbrechungsplatte 2 und die λ/2-Platte 3 eingestrahlte außerordentliche Licht
unmittelbar gewandelt wird, ohne dessen optischen Pfad zu ändern, und dass dann,
wenn die Spannung eingeschaltet ist, der optische Pfad des
außerordentlichen Lichts, wie es über die erste Doppelbrechungsplatte 2 und die λ/2-
Platte 3 abgestrahlt wird, auf den optischen Pfad des ordentlichen Lichts
verschoben wird, wobei das außerordentliche Licht und das ordentliche Licht
aufsummiert und hindurchgestrahlt werden. Die
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung umfasst auch ein Farbfilter 5 vom Transformationstyp mit
Spannungsabhängigkeit, das mit drei verschiedenen Spannungen für rot (R), grün
(G) und blau (B) angesteuert wird, die über einen Spannungsanschluss 8, wie
später beschrieben, angelegt werden, und das so ausgebildet ist, dass es
das ordentliche Licht und das außerordentliche Licht, wie es über die
zweite Doppelbrechungsplatte 4 eingestrahlt wird, in Bildaufnahmelichtstrahlen
für R, G oder B, abhängig von den Werten der angelegten Spannung, wandelt.
Schließlich umfasst die Bildaufnahmevorrichtung einen CCD-Bildsensor 6 als
Festkörper-Bildaufnahrnevorrichtung, zum Empfangen der auf sie über das
Farbfilter 5 gestrahlten farbigen Bildaufnahrnelichtstrahlen, um eine
photoelektrische Wandlung zum Erzeugen und Ausgeben der Farbbildaufnahmesignale
zu bewirken.
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Der CCD-Bildsensor kann ein Bauteil vom Typ rnit sogenannter
Zeilensprungabrasterung sein, um elektrische Ladungen aus Pixeln ungeradzahliger Zeilen
und Pixeln geradzahliger Zeilen für jeweils ein ungeradzahliges Halbbild
bzw. ein geradzahliges Halbbild auszulesen. Jedoch ist der CCD-Bildsensor 6
beim vorliegenden Ausführungsbeispiel vom Typ ohne Zeilensprungabrasterung,
d.h., dass er so konzipiert ist, dass er elektrische Ladungen von den
Pixeln aller Leitungen oder sowohl der ungeradzahligen als auch der
geradzahligen Leitungen ausliest.
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Bei der Vorrichtung ohne Zeilensprungabrasterung wird jeder Rahmen aus
einem Feld gebildet, im Unterschied zu einer Vorrichtung, bei der jedes
Vollbild aus einem ungeradzahligen und einem geradzahligen Halbbild
aufgebaut wird. Das heißt, dass kein Unterschied zwischen geradzahligen und
ungeradzahligen Halbbildern besteht. Umgekehrt bedeuten ungeradzahlige und
geradzahlige Halbbilder einfach aufeinanderfolgende Halbbilder.
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Das Farbfilter 5 besteht aus einer Flüssigkristallplatte, und diese lässt,
wenn an sie eine Spannung V1 angelegt wird, nur das Bildaufnahrnelicht für
rot (R) im eingestrahlten Bildaufnahmelicht durch. Andererseits lässt sie,
wenn eine Spannung V2 oder V3 an sie angelegt wird, nur das eingestrahlte
Bildaufnahmelicht für grün (G) oder das eingestrahlte Bildaufnahmelicht für
blau (B) durch. Die Spannungen V1, V2 und V3 sind Wechseispannungen, deren
Größe sequentiell in dieser Reihenfolge erhöht wird, wie in Fig. 4
dargestellt. Diese Wechseispannungen V1, V2 und V3 werden mit dem Intervall
eines Halbbilds umgeschaltet, wobei die so umgeschalteten Wechseispannungen
an das Farbf ilter 5 gelegt werden. Demgemäß werden die drei
Bildaufnahmelichtstrahlen für R, G und B in dieser Reihenfolge im Intervall eines
Halbbilds vom Farbfilter 5 abgestrahlt.
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Die X/2-Platte 3 kann z. B. aus einer Quarzplatte bestehen. Im vorliegenden
Fall besteht die Platte 3 aus einer Flüssigkristallplatte mit
verdrilltnematischer Phase. Wenn die X/2-Platte 3 aus einer Flüssigkristallplatte
besteht, kann sie extrem kleine Dicke im Vergleich mit einer aus einer
Quarzplatte bestehenden X/2-Platte 3 aufweisen. Demgemäß können die erste
Doppelbrechungsplatte 2, die X/2-Platte 3, die zweite Doppelbrechungsplatte
4 und das Farbfilter 5 miteinander verbunden werden und leicht an der
Lichtempfangsfläche des CCD-Bildsensors 6 angebracht werden. So ist die
erfindungsgemäße Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung als Baustein mit
verschiedenen Komponenten mit Ausnahme der Linse 1 ausgebildet, d.h. mit der
ersten Doppelbrechungsplatte, der λ/2-Platte 3, der zweiten
Doppelbrechungsplatte 4, dem Farbfilter 5 und dem CCD-Bildsensor 6.
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Nachfolgend wird der Betrieb der oben beschriebenen erfindungsgemäßen
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung beschrieben.
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Gemäß Fig. 2 wird, wenn der Lichtaufnahmebetrieb der erfindungsgemäßen
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gestartet wird, das Bildaufnahmelicht
durch die Linse 1 konvergiert und auf die erste Doppelbrechungsplatte 2
gestrahlt.
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Die an die erste Doppelbrechungsplatte 2 angelegte Spannung wird so
ausund eingeschaltet, wie es unter b in Fig. 5 dargestellt ist, nämlich in der
Periode eines ungeradzahligen Halbbilds, die der Zeitperiode zwischen t1
und t4 entspricht, und während der Periode eines geradzahligen Halbbilds,
die der Zeitperiode zwischen t4 und t7 entspricht, in zeitlicher Beziehung
zu einem Halbbild-Unterscheidungssignal, das in der Periode eines
ungeradzahligen Halbbilds zwischen den Zeitpunkten tl und t4 auf niedrig geht, und
das während der Periode eines geradzahligen Halbbilds zwischen den
Zeitpunkten
t4 und t7 auf hoch geht, wie es unter a in Fig. 5 dargestellt ist.
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Wenn die Spannung ausgeschaltet ist, strahlt die erste
Doppelbrechungsplatte 2 das auf sie fallende Bildaufnahmelicht als ordentliches Licht ohne
Änderung des optischen Pfads desselben ab. Wenn jedoch die Spannung
eingeschaltet ist, teilt die erste Doppelbrechungsplatte das auf sie fallende
Aufnahmelicht in das oben genannte ordentliche Licht und in
außerordentliches Licht auf, dessen optischer Pfad um z. B. eine Schrittweite, die einem
halben Pixel entspricht, vertikal nach oben in bezug auf den optischen Pfad
des ordentlichen Lichts verschoben ist.
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Demgemäß wird während der Periode eines ungeradzahligen Halbbilds nur
ordentliches Licht von der ersten Doppelbrechungsplatte 2 abgestrahlt,
während in der Periode eines geradzahligen Halbbilds von der ersten
Doppelbrechungsplatte ordentliches Licht und außerordentliches Licht aus dem
Bildaufnahmelicht abgeteilt und abgestrahlt werden.
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Indessen können die Richtung und die Stärke der Verschiebung des optischen
Pfads des Bildaufnahrnelichts durch die erste Doppelbrechungsplatte 2 und
eine zweite Doppelbrechungsplatte 4 abhängig von der Form und/oder den
Eigenschaften der ersten und zweiten Doppelbrechungsplatte 2, 4 und/oder
der Richtung der angelegten Spannung eingestellt werden, wie es später
erläutert wird.
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Anschließend werden das ordentliche Licht und das außerordentliche Licht,
wie von der ersten Doppelbrechungsplatte 2 abgestrahlt, auf die λ/2-Platte
3 gestrahlt.
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Wenn die λ/2-Platte 3 mit ordentlichem Licht bestrahlt wird, strahlt sie
außerordentliches Licht ab, das aus dem ordentlichen Licht umgewandelt
wurde, wobei der optische Pfad unverändert bleibt. Andererseits strahlt die
λ/2-Platte 3, wenn sie mit außerordentlichem Licht bestrahlt wird,
ordentliches Licht ab, das aus dem außerordentlichen Licht umgewandelt wurde,
wobei der optische Pfad unverändert bleibt.
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So strahlt die λ/2-Platte 3 während einer Periode eines ungeradzahligen
Halbbilds das ordentliche Licht als außerordentliches Licht ab. Während
einer Periode eines geradzahligen Halbbilds strahlt die λ/2-Platte 3
dagegen das aus dem ordentlichen Licht umgewandelte außerordentliche Licht und
das aus dem außerordentlichen Licht umgewandelte ordentliche Licht ab.
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Das von der λ/2-Platte 3 abgestrahlte ordentliche Licht und das
außerordentliche Licht werden auf die zweite Doppelbrechungsplatte 4 gestrahlt. An
die zweite Doppelbrechungsplatte 4 wird mit derselben zeitlichen Lage wie
der für die erste Doppelbrechungsplatte 2 eine elektrische Spannung
angelegt, wie es unter c in Fig. 5 dargestellt ist. Das heißt, dass die an die
zweite Doppelbrechungsplatte 4 angelegte elektrische Spannung während der
Periode eines ungeradzahligen Halbbilds, entsprechend einem Zeitintervall
zwischen t1 und t4, ausgeschaltet wird, und dass sie während der Periode
eines geradzahligen Halbbilds, entsprechend einem Zeitintervall zwischen t4
und t7, eingeschaltet wird.
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Wenn die zweite Doppelbrechungsplatte 4 während der Periode mit
ausgeschalteter Spannung mit außerordentlichem Licht bestrahlt wird, strahlt sie
dieses außerordentliche Licht unmittelbar ohne Änderung des optischen Pfads
desselben ab. Wenn sie dagegen während der Periode mit eingeschalteter
Spannung mit dem ordentlichen Licht bestrahlt wird, strahlt diese zweite
Doppelbrechungsplatte 4 das ordentliche Licht unmittelbar ohne Änderung des
optischen Pfads desselben ab, und wenn sie während der Periode mit
eingeschalteter Spannung mit außerordentlichem Licht bestrahlt wird, verschiebt
diese zweite Doppelbrechungsplatte 4 den optischen Pfad des
außerordentlichen Lichts um eine Schrittweite vertikal nach oben, die einem halben Pixel
entspricht und sie strahlt das so verschobene außerordentliche Licht ab.
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Demgemäß wird während der Periode eines ungeradzahligen Halbbilds, wenn die
Spannung ausgeschaltet ist, das außerordentliche Licht von der λ/2-Platte 3
unmittelbar von der zweiten Doppelbrechungsplatte 4 abgestrahlt, ohne dass
der optische Pfad desselben geändert wird. Dagegen wird während der Periode
eines geradzahligen Halbbilds, wenn die Spannung eingeschaltet ist, das auf
die λ/2-Platte 3 fallende außerordentliche Licht unmittelbar abgestrahlt,
ohne dass sein optischer Pfad geändert wird, während der optische Pfad des
auf die λ/2-Platte 3 fallenden ordentlichen Lichts um eine Schrittweite
vertikal nach oben verschoben wird, die einem halben Pixel entspricht. Das
so verschobene ordentliche Licht wird abgestrahlt. Demgemäß werden, wenn
die Spannung an der zweiten Doppelbrechungsplatte 4 eingeschaltet ist, das
ordentliche Licht und das außerordentliche Licht aufsummiert und von der
Platte 4 ausgegeben. Das unverschobene Bildaufnahrnelicht, wie auch das
außerordentliche Licht, das von der zweiten Doppelbrechungsplatte 4
abgestrahlt wird, wenn die an sie angelegte Spannung ausgeschaltet ist, kann
dem verschobenen Bildaufnahmelicht entsprechen, wobei es sich um dasjenige
Licht handelt, das der Summe aus dem außerordentlichen Licht und dem
ordentlichen Licht entspricht und das von der zweiten Doppelbrechungsplatte 4
abgestrahlt wird, wenn die an sie angelegte Spannung eingeschaltet ist.
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Übrigens werden, während das über die Linse 1 eingestrahlte
Bildaufnahmelicht zur optischen Achsenverschiebung in ordentliches Licht und
außerordentliches Licht aufgeteilt wird, dieses ordentliche Licht und das
außerordentliche Licht aufsummiert und abgestrahlt, anstatt dass das über die
Linse 1 eingestrahlte Bildaufnahmelicht in ordentliches Licht und
außerordentliches Licht aufgeteilt werden und von diesem ordentlichen Licht und
dem außerordentlichen Licht das ausgewählte abgestrahlt wird, um Verluste
im Lichtvolumen des Bildaufnahmelichts vor und nach dem Verschieben zu
beseitigen.
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Das ordentliche Licht und das außerordentliche Licht, wie sie von der
zweiten Doppelbrechungsplatte 4 abgestrahlt werden, werden auf das Farbfilter 5
gestrahlt.
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An das Farbfilter 5 wird zwischen Zeitpunkten t1 und t2 während der Periode
eines ungeradzahligen Halbbilds sowie zwischen Zeitpunkten t4 und t5
während der Periode eines geradzahligen Halbbilds eine elektrische Spannung
mit dem Spannungswert V1 angelegt, wie es unter d in Fig. 5 dargestellt
ist. Auf ähnliche Weise wird zwischen Zeitpunkten t2 und t5 während der
Periode eines ungeradzahligen Halbbilds sowie zwischen Zeitpunkten t5 und
t6 während der Periode eines geradzahligen Halbbilds eine elektrische
Spannung mit einem Spannungswert V2 an das Farbfilter 5 angelegt, wie es unter
e in Fig. 5 dargestellt ist, und zwischen Zeitpunkten t3 und t4 während der
Periode eines ungeradzahligen Halbbilds sowie zwischen Zeitpunkten t6 und
t7 während der Periode eines geradzahligen Halbbilds wird eine elektrische
Spannung mit dem Spannungswert V3 an das Farbfilter 5 angelegt, wie es
unter f in Fig. 5 dargestellt ist. Das Farbfilter 5 sorgt dafür, dass vom
eingestrahlten Bild Aufnahmelicht nur dasjenige für rot (R), für grün (G)
oder für blau (B) durch es hindurchgestrahlt wird, wenn die Spannung mit
dem Wert V1, V2 bzw. V3 an ihm anliegt.
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Demgemäß ist das Bildaufnahmelicht, bei dem es sich um außerordentliches
Licht handelt, wie es vom Farbfilter 5 im Zeitintervall zwischen den
Zeitpunkten t1 und t2 der Periode eines ungeradzahligen Halbbilds abgestrahlt
wird, lediglich Bildaufnahmelicht für rot (R). Auf ähnliche Weise ist das
Bildaufnahmelicht, bei dem es sich um außerordentliches Licht handelt, wie
es vom Farbfilter 5 im Zeitintervall zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 der
Periode eines ungeradzahligen Halbbilds abgestrahlt wird, lediglich
Bildaufnahmelicht für grün (G), wohingegen das Bildaufnahmelicht, bei dem es
sich um außerordentliches Licht handelt, wie es vom Farbfilter 5 während
eines Zeitintervalls zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 der Periode eines
ungeradzahligen Halbbilds abgestrahlt wird, lediglich Bildaufnahmelicht für
blau (B) ist.
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Andererseits ist das Bildaufnahrnelicht, bei dem es sich um aufsummiertes
ordentliches Licht und außerordentliches Licht handelt, wie es während
eines Zeitintervalls zwischen den Zeitpunkten t4 und tS des geradzahligen
Halbbilds abgestrahlt wird, lediglich Bildaufnahmelicht für rot (R). Auf
ähnliche Weise ist das Bildaufnahmelicht, bei dem es sich um aufsummiertes
ordentliches Licht und außerordentliches Licht handelt, wie es während
eines Zeitintervalls zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 des geradzahligen
Halbbilds abgestrahlt wird, lediglich Bildaufnahmelicht für grün (G),
wohingegen das Bildaufnahmelicht, bei dem es sich um aufsummiertes
ordentliches Licht und außerordentliches Licht handelt, wie es während eines
Zeitintervalls zwischen Zeitpunkten t6 und t7 des geradzahligen Halbbilds
abgestrahlt wird, lediglich das Bildaufnahmelicht für blau (B) ist.
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Die Bildaufnahmelichtstrahlen für verschiedene Farben, wie sie vom
Farbfilter 5 abgestrahlt werden, werden auf den CCD-Bildsensor 6 gestrahlt.
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Der CCD-Bildsensor 6 ernpfängt das Bildaufnahmelicht für verschiedene
Farben, wie auf ihn gestrahlt, um eine photoelektrische Wandlung zu bewirken,
um entsprechende Bildaufnahmesignale zu erzeugen, die ausgegeben werden. Da
das auf dem CCD-Bildsensor 6 gestrahlte Bildaufnahmelicht sequentiell das
Bildaufnahmelicht für rot (R), das Bildaufnahrnelicht für grün (G) und das
Bildaufnahmelicht für blau (B) ist, was sowohl für ungeradzahlige als auch
geradzahlige Halbbilder gilt, wie oben beschrieben, werden vom
CCD-Bildsensor 6 Bildaufnahmesignale für rot (R), für grün (G) und für blau (B) in
dieser Reihenfolge für jedes Halbbild abgestrahlt.
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Das Ergebnis ist dasjenige, dass es unter Verwendung eines CCD-Bildsensors,
der einen Baustein bildet, möglich wird, RGB-Komponentensignale wie im Fall
einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung auszugeben, die gesonderte CCD-
Bildsensoren für rot (R), grün (G) und blau (8) verwendet, d.h. einer
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung vom sogenannten Drei-CCD-Typ.
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Die Bildaufnahmesignale vom CCD-Bildsensor 6 werden über Ausgangsanschlüsse
7 an eine nicht dargestellte Bildaufnahmesignal-Verarbeitungsschaltung
geliefert, wo sie auf vorbestimmte Weise verarbeitet werden, und sie werden
anschließend zur Anzeige an ein Monitorbauteil usw. übertragen.
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Da das unverschobene Bildaufnahmelicht, das frei von Lichtvolumenverlusten
ist, und das verschobene Bildaufnahmelicht auf das Farbfilter 5 gestrahlt
werden, fehlt es auch dem Bildaufnahmelicht für die verschiedenen Farben,
wie über das Farbf ilter 5 auf den CCD-Bildsensor 6 gestrahlt, an
Lichtvolumenverlusten.
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Demgemäß können Bildaufnahmesignale für verschiedene Farben mit
zufriedenstellendem S/R-Verhältnis vom CCD-Bildsensor 6 erzeugt und ausgegeben
werden, um eine Vergrößerung des Dynamikbereichs zu erzielen.
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Außerdem ist das während der Periode eines ungeradzahligen Halbbilds auf
den CCD-Bildsensor 6 gestrahlte Bildaufnahmelicht das Bildaufnahmelicht in
Form des außerordentlichen Lichts, und zwar für die verschiedenen Farben an
den normalen Einstrahlungspositionen, während das während der Periode eines
geradzahligen Halbbilds auf den CCD-Bildsensor 6 gestrahlte
Bildaufnahmelicht solche in Form ordentlichen Lichts und außerordentlichen Lichts, die
aufsummiert sind, für die verschiedenen Primärfarben ist, und zwar an
Abstrahlungspositionen, die gegenüber den normalen Einstrahlungspositionen um
eine Schrittweite vertikal nach oben verschoben sind, die einem halben
Pixel entspricht. Auf diese Weise kann die Anzahl der
Horizontalabrasterzeilen auf das Doppelte erhöht werden, was die Vertikalauflösung
verbessert.
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Es wird darauf hingewiesen, dass dann, wenn ein CCD-Bildsensor mit
Zeilensprungabrasterung als Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung verwendet wird,
die Auflösung durch Abstrahlen von Bildaufnahmelicht, das für jedes nächste
Halbbild um die Schrittweite eines halben Pixels vertikal nach oben
verschoben ist, nicht verbessert werden kann, solange nicht der Bildinhalt
eines Vollbilds aus den Bildinhalten von vier oder mehr Halbbildern erzeugt
wird, da die Ladungsleselinien für ungeradzahlige und geradzahlige
Halbbilder verschieden sind. Außerdem kann, wenn ein Bildinhalt von einem Vollbild
durch vier oder mehr Halbbilder erzeugt wird, die Auflösung nicht
wesentlich verbessert werden, wenn der abzubildende Bildinhalt ein beweglicher
Bildinhalt ist.
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Jedoch enthält die erfindungsgemäße Bildaufnahmevorrichtung eine
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung (den oben genannten CCD-Bildsensor 6) vom Typ
ohne Zeilensprungabrasterung als Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung. Der
CCD-Bildsensor vom Typ ohne Zeilensprungabrasterung liest sowohl während
des Abrasterns der ungeradzahligen Halbbilder als auch während des
Abrasterns der geradzahligen Halbbilder Signalladungen aus den Pixeln der
Gesamtheit der Zeilen aus, ähnlich wie der oben angegebene CCD-Bildsensor vom
Typ mit Zeilensprungabrasterung. Demgemäß werden, wenn das oben angegebene
Bildaufnahmelicht, das für jedes zweite Halbbild um eine Schrittweite
vertikal nach oben verschoben wird, die einem halben Pixel entspricht, auf den
CCD-Bildsensor gestrahlt wird, die Bildaufnahrnesignale für ein
ungeradzahliges Halbbild sowie diejenigen für ein geradzahliges Halbbild für das
erste bzw. das zweite Halbbild ausgegeben, so dass Bildaufnahmesignale, die
solchen ähnlich sind, wie sie durch Zeilensprungabrasterung erzeugt werden,
trotz der Tatsache ausgegeben werden können, dass ein CCD-Bild vom Typ ohne
Zeilensprungabrasterung verwendet ist, so dass ein Bild mit hoher Auflösung
durch zwei Halbbilder erzeugt werden kann.
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Außerdem kann, da ein Bildinhalt hoher Auflösung mittels zweier Halbbilder
erzeugt werden kann, die Auflösung verbessert werden, obwohl der
abzubildende Bildinhalt ein beweglicher Bildinhalt ist.
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Außerdem sind bei der erfindungsgemäßen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
die wesentlichen Komponenten mit Ausnahme der Linse 1, d.h. die oben
genannte erste Doppelbrechungsplatte 2, die λ/2-Platte 3, die eine
Flüssigkristallplatte mit verdrillt-nernatischer Phase ist, die zweite
Doppelbrechungsplatte 4, das Farbfilter 5 und der CCD-Bildsensor 6 in einem Baustein
ausgebildet.
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Das Ergebnis ist die Verringerung des Montageraurns für die
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, was zur Verringerung der Größe einer Ausrüstung wie
einer Videokameraeinheit beiträgt, in der die
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung unterzubringen ist.
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Andererseits wird die λ/2-Platte 3 aus einer billigen Flüssigkristallplatte
hergestellt. Demgemäß kann die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit
geringen Kosten hergestellt werden, was zur Kostenverringerung der
Ausrüstung, wie der Videokameraeinheit, beiträgt. Schließlich beruht das
Grundkonzept der Erfindung darin, dass, in einer Vorstufe des CCD-Bildsensors,
folgendes vorhanden ist: eine erste Doppelbrechungsplatte, die unmittelbar
das Bildaufnahmelicht als ordentliches Licht abstrahlt, wenn die Spannung
ausgeschaltet ist, wobei der optische Pfad des Bildaufnahrnelichts
unverändert bleibt und die ordentliches Licht und außerordentliches Licht, dessen
optischer Pfad um ein vorbestimmtes Ausmaß in bezug auf den optischen Pfad
des ordentlichen Lichts verschoben ist, abstrahlt, wenn die Spannung
ausgeschaltet ist; eine λ/2-Platte zum Umwandeln des auf sie gestrahlten
ordentlichen Lichts in außerordentliches Licht und zum Abstrahlen des sich
ergebenden außerordentlichen Lichts, und zum Abstrahlen von auf sie
gestrahltem außerordentlichen Licht als ordentliches Licht; und eine zweite
Doppelbrechungsplatte zum direkten Abstrahlen des auf sie gestrahlten
außerordentlichen Lichts, wenn die Spannung ausgeschaltet ist, und zum direkten
Abstrahlen des außerordentlichen Lichts, wenn die Spannung eingeschaltet
ist, wobei der optische Pfad unverändert bleibt, und zum Abstrahlen des
ordentlichen Lichts mit einer optischen Phasenverschiebung von
vorbestimmtem Ausmaß, in dieser Reihenfolge; wobei die an die erste und zweite
Doppelbrechungsplatte angelegten Spannungen gleichzeitig ein- und
ausgeschaltet werden, um Lichtvolumenverluste des unverschobenen Bildaufnahmelichts
und des verschobenen Bildaufnahmelichts zu vermeiden, wie auf dem
CCD-Bildsensor gestrahlt. Demgemäß ist die Erfindung nicht auf den oben
beschriebenen speziellen Aufbau beschränkt. Zum Beispiel können Farbfilter für die
Farben R, G und B auf den Pixeln des CCD-Bildsensors vorhanden sein,
anstatt dass ein Farbfilter 5 angebracht wird. Der CCD-Bildsensor kann vom
monochrornatischen Typ sein. Außerdem kann die λ/2-Platte 3 aus einer
Quarzplatte bestehen, während auch ein CCD-Bildsensor vom Typ mit
Zeilensprungabrasterung verwendet werden kann.
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Das Grundkonzept der Erfindung besteht auch darin, dass die λ/2-Platte 3
aus einer Flüssigkristallplatte hergestellt wird und sie zusammen mit der
zweiten Doppelbrechungsplatte am CCD-Bildsensor angebracht wird, um die
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung durch einen Baustein zu bilden. In einem
solchen Fall ist es schwierig, die λ/2-Platte 3 aus einer Quarzplatte
herzustellen, um den einteiligen Baustein aufzubauen. Jedoch können die
Farbfilter für die Farben R, G und B auf den Pixeln des CCD-Bildsensors
vorhanden sein, anstatt dass das Farbfilter 5 angeordnet wird, wie oben
angegeben. Alternativ kann der CCD-Bildsensor vom monochromatischen Typ sein.
Außerdem kann als CCD-Bildsensor ein solcher für Zeilensprungabrasterung
verwendet werden.