NL8603151A - Camera. - Google Patents

Description

* * PHN 11.974 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken.

"Camera".

De uitvinding heeft betrekking op een camera, omvattende een ladingsgekoppelde beeldopneeminrichting, in het bijzonder, maar niet uitsluitend, een ladingsgekoppelde inrichting van het raster-overdracht (Frame Transfer) type, met een beeldopneemsectie waarmee een beeld dat 5 gedurende een rasterperiode hierop wordt geprojecteerd, wordt omgezet in een patroon van ladingspakketten, en een geheugensectie voor het opslaan van de ladingspakketten die gedurende de rasterperiode in de beeldopneemsectie zijn gevormd, waarbij het patroon van ladingspakketten van de beeldopneemsectie in de geheugensectie kan worden overgeheveld in een 10 overdrachtperiode die klein is in vergelijking met de rasterperiode.

Dergelijke camera's en ladingsgekoppelde beeldopneem-inrichtingen, geschikt voor toepassing in dergelijke camera's zijn algemeen bekend. Ladingsgekoppelde beeldopnemers van het rasterover-dracht-type zijn opgebouwd uit een stelsel van naast elkaar gelegen, 15 evenwijdige, zich parallel aan de kolomrichting van het opgevangen beeld, uitstrekkende ladingsgekoppelde inrichtingen. De bovenste helft van dit stelsel is photogevoelig en vormt de beeldopneemsectie, terwijl de onderste helft, de geheugensectie, gewoonlijk door een afschermlaag van bijvoorbeeld Al, tegen invallende straling is afgeschermd. Door 20 het transport van de beeldopneemsectie naar de geheugensectie, zal bij elk ladingspakket lading gevoegd worden die behoort bij de andere beeldpunten in de betreffende kolom dan het met dit ladingspakket geassocieerde beeldpunt. Wanneer het beeld opnieuw wordt weergegeven, zal door het hier beschreven effect, een vervaging optreden, in de literatuur meestal 25 "smear* genoemd, die onder bepaalde omstandigheden zeer hinderlijk kan zijn. Zo kan een plaatselijke hoge helderheid door "smear" er toe leiden dat de betreffende kolom gedeeltelijk of zelfs geheel wit wordt.

Ter ondervanging van dit probleem is reeds voorgesteld voor de beeldopneeminrichting een sluiter te plaatsen, zoals bijvoorbeeld in de 30 publicatie "Picture Recording Device" verschenen in Patent Abstracts of Japan Vol E 202 (7 Oct. '83) pg. 133, Hr. 58-116877.

Toepassing van mechanische sluiters leidt vaak ook tot 8603151 t PHN 11.974 2 problemen. Dergelijke sluiters zijn meestal niet schokbestendig en hebben bovendien vaak een niet voldoende lange levensduur.

De uitvinding beoogt onder meer een camera van de in de aanhef beschreven soort aan te geven, waarin de hiervoor beschreven 5 problemen geheel of alleen grotendeels worden vermeden.

Daartoe is een camera van de in de aanhef beschreven soort volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt dat de camera een sluiter omvat om de toevoer van straling in de overdrachtperiode te blokkeren, welke sluiter een vloeibare kristalcel of een magneto-10 optische cel omvat die voorzien is van besturingsmiddelen met behulp waarvan aan het begin van de rasterperiode een spanningspuls kan worden toegevoerd waardoor de cel in een transparante toestand wordt gezet en gedurende de rest van de rasterperiode naar de niet-transparante toestand relaxeert, en althans praktisch niet-transparant is gedurende 15 de overdrachtperiode. Door toepassing van een vloeibare kristalcel, hierna kortweg aangeduid met LCD-cel, kunnen het gebruik van mechanische sluiters en de daaraan inherente problemen worden vermeden. Hoewel LCD-cellen in het algemeen te lange schakeltijden hebben in relatie tot de perioden waarmee beeldsensoren worden bedreven, in toepassing van LCD-20 cellen als sluiter voor CCD-beeldsensoren toch mogelijk door het hier beschreven relaxatieproces. De uitvinding berust daarbij op het inzicht dat de belangrijkste eis die aan de sluiter opgelegd moet worden is, dat de transmissie minimaal is wanneer het ladingspatroon van de opneem-sectie naar de geheugensectie wordt overgeheveld. Gedurende de rest van 25 de rastertijd moet de transmissie groot zijn maar behoeft, vanwege de integratiemodus, niet noodzakelijkerwijs constant te zijn.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld en de bijgaande schematische tekening waarin:

Fig. 1 een schematisch bovenaanzicht geeft van een 30 ladingsgekoppelde beeldopneeminrichting van het FT-type;

Fig. 2 het blokschema van een camera volgens de uitvinding geeft;

Fig. 3 een doorsnede geeft van een LCD-sluiter voor gebruik in deze camera; 35 Fig. 4a het schema van aan deze sluiter aan te leggen klokspanningen als functie van de tijd t geeft;

Fig. 4b de bij deze klokspanningen verkregen transmissie 8603151 s PHN 11.974 3 T als functie van de tijd t geeft;

Fig. 1 geeft het schema van een ladingsgekoppelde beeld-opnemer voor gebruik in een camera volgens de uitvinding. De sensor is van het rasteroverdracht-type of F.T.-type (Engels: Frame Transfer) dat 5 in de literatuur op zeer veel plaatsen is beschreven. Voor een gedetailleerde beschrijving van de sensor kan daarom naar de literatuur verwezen worden, bijv. naar het boek "Charge Transfer Devices" van C.H. Séquin en H. Tompsett, Academie Press, New York 1975, in het bijzonder hoofdstuk 2 B "Area Image Sensors". De sensor bestaat in hoofdzaak uit een 10 groot aantal, naast elkaar gelegen ladingsgekoppelde inrichtingen, waarvan, van één, het kanaal 1 in Fig. 1 is aangegeven. De transportrichting is van boven naar beneden, de klokelektroden waarmee het ladingstransport gestuurd wordt, zijn in de tekening duidelijkheidshalve niet weergegeven. De mat van kanalen 1 is verdeeld in een photo-15 gevoelige opneemsectie 2 en een niet-photogevoelige, bijvoorbeeld door een Al-laag tegen invallende straling afgeschermde, geheugensectie 3.

Onder de geheugensectie bevindt zich een (of meer) horizontaal uitlees-register 4 met een uitgang 5 (of meerdere) voor het uitlezen van de informatie.

20 Tijdens bedrijf worden de door geabsorbeerde straling gegenereerde photostromen gedurende een integratieperiode in de als photogevoelige elementen fungerende trappen van de ladingsgekoppelde inrichtingen geïntegreerd. In de tekening is een van deze cellen, voorzien van het verwijzingscijfer 6 aangegeven. Na afloop van de 25 integratieperiode wordt het gegenereerde stralingspatroon in zijn geheel naar de geheugensectie overgedragen. De lading in de cel 6 wordt dan opgeslagen in de opslagplaats 7. Deze overdracht gebeurt in een t.o.v. de integratieperiode, zeer korte tijdsduur, bijv. tijdens de beeldterugslagtijd in T.V. toepassingen.

30 In het geval dat tijdens het transport van het raster naar de geheugensectie licht blijft invallen op de opneemsectie, zal bij het ladingspakket corresponderend met het element 7, extra lading zijn gevoegd. Deze lading omvat een eerste component die afkomstig is uit de beeld-elementen boven element 6, in het gedeelte a van kanaal 1 en een 35 tweede component die afkomstig is uit het gedeelte b van kanaal 1. De eerste component wordt gevormd tijdens het transport van het voorgaande raster naar de geheugensectie en is derhalve al aanwezig aan het begin 8603151 r i PHN 11.974 4 van de integratieperiode. De tweede component wordt gevormd na de integratie-periode. Deze extra lading, vaak aangeduid met de Engelse benaming "smear", veroorzaakt in het algemeen een vervaging van het beeld. In het geval van plaatselijke overbelichting kan bij het 5 weergeven van het beeld deze "smear" er de oorzaak van zijn dat een hele kolom wit wordt. Derhalve is het van groot belang om bij gebruik van dit type sensoren, ondanks de hoge transportsnelheid, de camera te voorzien van een sluiter om tijdens de raster-overdracht lichttoevoer naar de sensor te voorkomen.

10 Fig. 2 geeft het blokschema van een camera 10 volgens de uitvinding. In de tekening is de FT-sensor voorgesteld door het blok 11, voorzien van een (of meerdere) uitgang 12, via welke de signalen kunnen worden afgenomen t.b.v. verdere exterene bewerking, zoals bijvoorbeeld bij een T.V. camera, of naa een inwendig opslagmedium, bijvoorbeeld een 15 magnetische band kunnen worden gevoerd. De sensor wordt gestuurd door een sturingscircuit dat door het blok 13 wordt voorgesteld dat eventueel ten dele op hetzelfde halfgeleiderlichaam als de sensor 11 kan zijn aangebracht. Tussen het lenzenstelsel 14 en de sensor 11 is een elektronische sluiter 15 geplaatst, waarmee de stralengang 16 tijdens 20 de rasteroverdracht kan worden onderbroken, waardoor het hiervoor beschreven smear probleem kan worden voorkomen. Het sturingscircuit 13 dat de tijdsindeling van de beeldopneeminrichting 11 stuurt, verzorgt eveneens de sturing van de spanningsbron 17 die een alternerende spanning levert voor het openen en sluiten van de sluiter 15, in 25 synchronisatie met de sensor 11.

De sluiter 15 wordt gevormd door een vloeibaar kristalcel, verder kortweg LCD-cel genoemd, die gepulseerd word bedreven, zoals onder meer is beschreven in de ter visie gelegde Nederlandse Octrooiaanvrage 8402864 (PHN 11.158) ten name van 30 Aanvraagster. Fig. 3 geeft, in doorsnede, een vergroting van de in de camera volgens Fig. 2 gebruikte cel. De cel 15 omvat twee glazen steunplaten 21 en 22. Aan de naar elkaar toegekeerde zijden zijn deze steunplaten voorzien van elektroden 23 en 24 van een geleidend en transparant materiaal, zoals bijvoorbeeld gedoteerd tinoxide. Deze 35 elektroden behoeven niet, zoals in de genoemde aanvrage van

Aanvraagster, uit kruisende strippen te bestaan, maar kunnen elk eenvoudig als een aaneengesloten vlak worden uitgevoerd. De elektroden 8603151 PHN 11.974 5 23, 24 zijn elk bedekt met een siliciumoxydelaag 26, 27 die de orientatielagen voor het vloeibaar kristal 28 vormen. De lagen 26, 27 zijn verkregen door schuin opdampen (bijv. onder een hoek van ongeveer 85° met de normaal) wat de LC-moleculen een tilt van ongeveer 30° 5 geeft. De boven-en onderglasplaten 20, 21 zijn zodanig t.o.v. elkaar aangebracht dat, bij afwezigheid van spanning, de directorrichting van de LC-moleculen, gaande van de ene plaat naar de andere over 90° roteert. De afstand tussen de platen bedraagt ongeveer 6pm en kan desgewenst door, in de tekening niet-weergegeven afstandsmiddelen in 10 stand worden gehouden. Een afdichtingsrand 29 verbindt de boven- en onderplaat langs hun omtrek met elkaar. De cel is gevuld met het vloeibaar kristal ZLI 1694 van de firma Merck, waaraan als cholesterische dotering 0.59¾ CB15 is toegevoegd, de toevoeging CB15 wordt onder deze naam op de markt gebracht door de firma BHD Chemicals 15 en bestaat volgens opgave uit n-cyano-4'-(2-methyl)-isobutyl-biphenyl.

De verhouding d/p tussen de dikte van de cel en de natuurlijke spoed van de LC-moleculen bedraagt in deze configuratie ongeveer 0.25. De samenstelling van de cel is zodanig gekozen dat, in combinatie met de aan te leggen spanningen, zeer snelle schakeltijden 20 worden verkregen, tussen de maximale transmissie en het bereiken van de achtergrond transmissie in de rusttoestand.

De buitenkanten van de platen 21 en 22 zijn elk voorzien van een polarisator; n.1. de polarisator 30 op de plaat 21 waar het licht invalt, en de analysator 31 op de plaat 22. De polarisator 30 25 staat parallel met de LC-directorrichting aan de wand van de glasplaat 21. De analysator 31 maakt bij voorkeur een hoek van 15° met de polarisator 30, omdat hier bij de beste resultaten worden verkregen.

Ter verduidelijking van de werking van de inrichting is in Fig. 4a het diagram getekend van spanningspulsen die m.b.v. de bron 30 17 tussen de elektroden 23, 24 worden aangelegd. In Fig. 4b is de bijbe horende transmissie T van de cel 15 als functie van de tijd t weergegeven.

De tranmissie T is hierbij gedefinieerd als 700 ran J In (λ) R(A) T(A) d\ 35 T = ÏS-HL---, waarbij 700 nm ƒ In (λ) R(\) άλ 400 ran 8603151 i PHN 11.974 6 λ = de golflengte van het licht is,

In(λ) = intensiteitscurve van het spectrum van gemiddeld daglicht volgens het CIE 1931 kleursysteem (zie AMSI/ASTM methode E 308).

R(X) = ooggevoeligheidscurve, 5 T(X) = transmissiespectrumcurve van het L.C.D.

Een rasterperiode, correspondeert met 't sec (= integratieperiode + ladingsoverdracht). Voor T.V. toepassingen is 20 m.sec. voor het 625 lijnen - 50 Hz systeem. Voor het 525 lijnen - 60 Hz systeem in “t = 16 2/3 m.sec. Voor de ladingsoverdracht tijdens de 10 beeldterugslagtijd (raster-blankingsperiode) staat ongeveer 0.5 m.sec. ter beschikking.

In afwezigheid van spanning op de elektroden 23, 24 is de cel 15 ondoorlaatbaar of althans praktisch ondoorlaatbaar. Op t=0 (begin integratieperiode) wordt een spanningspuls van 20V aangeleg, waardoor 15 binnen zeer korte tijd de transmissie T van de cel naar zijn maximale waarde gaat. De spanningspuls op t=0 is zeer kort (bijv. 0.2 m.sec). Gedurende de resterende rastertijd wordt de spanning over de LC-cel op 0 Volt gehouden. Hierdoor relaxeert de transmissie, na het bereiken van zijn maximum-waarde weer naar zijn - lage - beginwaarde. Tijdens de 20 integratie van lading is de transmissie van de sluiter 15 derhalve niet constant, maar neemt, met het verstrijken van de integratietijd af. De transmissie behoeft niet constant te zijn aangezien het licht van alle pixels gedurenden een zelfde integratieperiode geïntegreerd wordt. De transmissie behoort wel gedurende een voldoende lange periode voldoende 25 hoog te zijn. In de laatste 0.5 m.sec van de rastertijd (punt A in Fig. 4b) worden de gegenereerde ladingspakketten overgedragen aan de geheugensectie. Tijdens deze overdracht (blankingstijd) moet de transmissie voldoende laag zijn.

Het contrast dat met de cel bereikt kan worden, kan 30 gedefinieerd worden als: 20m. sec J T dt CR =: V ------ 20m.sec T dt 19.5m. sec 35 Uit de berekeningen blijkt dat met de hierboven beschreven cel een contrast verkregen kan worden van ongeveer 500. In de praktijk is deze waarde voldoende hoog om, praktisch zonder smear, 8603151 PHN 11.974 7 het raster naar het geheugen te klokken.

Het zal duidelijk zijn dat de uitvinding niet is beperkt tot het hier gegeven uitvoeringsvoorbeeld maar dat binnen het kader van de uitvinding voor de vakmane nog veel variaties mogelijk zijn. In 5 plaats van configuraties die naar de niet-transparante toestand relaxeren, kunnen LCD-cellen worden toegepast die naar een lage transmissietoestand worden gestuurd en vervolgens terug relaxeren naar hun maximale transmissietoestand. Zo kunnen ook LCD-cellen van andere, op zichzelf bekende, chemische samenstelling worden toegepast, of LCD 10 cellen met van 90° afwijkende twisthoeken en/of andere orienterende lagen, ook kunnen in plaats van LCD-cellen op zichzelf bekende magneto-optische cellen worden gebruikt. De uitvinding is ook toepasbaar bij gebruik van andere typen ladingsgekoppelde beeldopneeminrichtingen, zoals bij inrichtingen van het inter-lijn type.

8603151

Claims (3)

1. Camera, omvattende een ladingsgekoppelde beeldopneem-inrichting met een beeldopneemsectie waarmee een beeld dat gedurende een rasterperiode hierop wordt geprojecteerd, wordt omgezet in een patroon van ladingspakketten, en een geheugensectie voor het opslaan van de 5 ladingspakketten die gedurende de rasterperiode in de beeldopneemsectie zijn gevormd, waarbij het patroon van ladingspakketten van de beeldopneemsectie in de geheugen-sectie kan worden overgeheveld in een overdrachtperiode die klein is in vergelijking met de rasterperiode, met het kenmerk dat de camera een sluiter omvat om de toevoer van straling 10 in de overdrachtperiode te blokkeren, welke sluiter een vloeibare kristal cel of een magneto-optische cel omvat die voorzien is van besturingsmiddelen met behulp waarvan aan het begin van de rasterperiode een spanningspuls kan worden toegevoerd waardoor de cel in een transparante toestand wordt gezet en gedurende de rest van de 15 rasterperiode naar de niet-transparante toestand relaxeert, en althans praktisch niet-transparant is gedurende de overdrachtperiode.

2. Camera, omvattende een ladinggekoppelde beeldopneeminrichting met een beeldopneemsectie waarmee een beeld dat gedurende een rasterperiode hierop wordt geprojecteerd wordt omgezet in 20 een patroon van ladingspakketten en een geheugensectie voor het opslaan van de ladingspakketten die gedurende de rasterperiode in de beeldopneemsectie zijn gevormd, waarbij het patroon van ladingspakketten van de beeldopneemsectie in de geheugensectie kan worden overgeheveld in een overdrachtperiode die klein is in vergelijking met de rasterperiode, 25 met het kenmerk dat de camera een sluiter omvat om de toevoer van straling in de overdrachtperiode te blokkeren, welke sluiter een vloeibare kristal cel of een magneto-optische cel omvat die voorzien is van besturingsmiddelen met behulp waarvan aan het einde van de rasterperiode een spanningspuls kan worden toegevoerd, waardoor de cel 30 in een niet-transparante toestand wordt gezet en gedurende de rest van de tijd tot de volgende spanningspuls terug relaxeert naar een transparante toestand.

3. Camera volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat de ladingsgekoppelde beeldopneeminrichting van het rasteroverdracht-type 35 is. 8603151