NL9002607A - Camera met hoofdvaan en hulpvaan. - Google Patents

Description

Camera met hoofdvaan en hulpvaan.

De uitvinding heeft betrekking op een camera, uitgevoerd met een vaste- stofbeeldsensor voorzien van een opneemgebied voor een opname van via een stralingsweg naar de beeldsensor geleide beelden, met een op de beeldsensor aangesloten sluiterinrichting, twee door aandrijfmiddelen roteerbare cirkelsectorvormige vanen in de vorm van een hoofdvaan en een voor de hoofdvaan uitdraaiende hulpvaan, voor het beïnvloeden van de stralingsweg waarbij door de sluiterinrich-ting het begintijdstip van een lichtgevoeligheidsperiode van het opneemgebied van de beeldsensor wordt bepaald, en het eindtijdstip van de lichtgevoeligheidsperiode ligt na het met de hoofdvaan onderbreken van de stralingsweg naar de beeldsensor.

Een dergelijke camera is bekend uit de gepubliceerde Europese octrooiaanvrage nr. 377.914, waarin de hoofdvaan en de hulpvaan elk op afzonderlijk draaibare assen zijn aangebracht, en de assen aandrijfbaar zijn door middel van, respectievelijk op motorstuurschakelingen aangesloten, motoren. Door middel van de op passende wijze te besturen elektronische sluiterschakeling kunnen spleten tussen de vanen onderling, worden benut voor het gedurende praktische belichtingstijden belichten van het opneemgebied van de beeldsensor. Na een, tijdens het door de hoofdvaan afgedekt zijn van het opneemgebied, door middel van de sluiterschakeling voor straling gevoelig maken van alle beeldopneem-elementen in het opneemgebied op het oppervlak van de beeldsensor gezamenlijk, zijn de zogeheten integratietijden van de als eerste- en de als laatste belichte rijen beeldopneem-elementen in het opneemgebied, vergeleken met het geval dat alleen het begintijdstip van de lichtgevoeligheidsperiode wordt bepaald door de sluiterschakeling, gelijk geworden. Daarmede is de opname- of integratietijd, welke te definiëren is als de tijd gedurende welke opneemelementen lichtgevoelig zijn en tevens belicht worden, onafhankelijk geworden van de plaats, die het betreffende element op de beeldsensor inneemt, is het met een verschil in integratietijd samenhangende bekende sluiter-schaduweffect, ook "shading" effect geheten, teniet gedaan, en zijn de bij een gelijke integratietijd van de verschillende beeldopneem-elementen afgeleide signaalniveau's ook gelijk.

Een nadeel van de bekende camera is evenwel, dat twee afzonderlijk gelagerde assen, en twee motoren met twee motor-stuurschakelingen nodig zijn. De beide motorstuurscha-kelingen dienen echter aan de respectievelijke vanen een nauwkeurig bepaald toerental te verschaffen, waarbij bovendien de fase-relatie tussen de momentane posities van de vanen, qua nauwkeurigheid aan hoge eisen moet voldoen, daar deze de breedte van de spleet en daarmede de nauwkeurigheid van de duur van de belichtingsperiode bepaalt. Hiertoe te nemen maatregelen maken de bekende camera betrekkelijk duur.

Omdat de consument ook bijvoorbeeld snel bewegende of fel belichte objecten door middel van de camera opgenomen wenst te zien en met een hoge kwaliteit wil kunnen weergeven, is een verlangen naar korter wordende belichtingstijden steeds nadrukkelijker geworden.

Dit nu stelt nog hogere eisen aan de nauwkeurigheid, waarmede de fase-relatie en de eenparigheid van de rotatiesnelheid van de betreffende vanen gehandhaafd dient te worden en te blijven, daar speciaal bij de dan vereiste korte belichtingstijden een kleine variatie van de integratietijd reeds tot hinderlijke intensiteitsvariaties in het na opname weer te geven beeld leidt.

Verder wordt opgemerkt, dat het zo te noemen "halve lijntijdeffect", waarbij, van beeldraster tot beeldraster helderheidsvariaties ter grootte van een halve lijntijdperi-ode optreden, doordat de zogeheten lijnblankings-signalen van beeldraster tot beeldraster een halve lijntijdperiode verspringen ten opzichte van de raster-synchronisatie-signalen, een van belang zijnd effect is bij met name korte integratie-perioden, omdat de gevolgen die dit effect heeft op de relatieve verschillen in de aan de beeldopneem-elementen van de beeldsensor te ontnemen signaalniveau's, omgekeerd evenredig zijn met de duur van de integratieperiode. Door de aanwezigheid van onderlinge relatieve verschillen in de mate van belichting van afzonderlijke gedeelten van het opneemgebied van de beeldsensor, wordt het effect in het opgewekte beeld zichtbaar in de vorm van helderheidsfluctuaties, die verschillend zijn voor de afzonderlijke gedeelten. Dit is nadelig voor de kwaliteit van het beeld.

Doel van de uitvinding is het verschaffen van een camera, waarmede op betrekkelijk eenvoudige wijze verschillende typen objecten ook gedurende korte integratieperioden kunnen worden opgenomen en vervolgens met een hogere weerga-ve-nauwkeurigheid, op meer natuurgetrouwe wijze kunnen worden weergegeven.

Daartoe bezit de camera overeenkomstig de uitvinding het kenmerk, dat de hoofdvaan en de hulpvaan op dezelfde as zijn bevestigd, en een opening begrenzen met een hoek, die corrrespondeert met een minimale lengte van de belichtingspe-riode van het opneemgebied van de beeldsensor, zodat met name tijdens kortdurende belichtingsperioden delen van het opneemgebied, die tengevolge van een later afdekken door de hoofdvaan substantieel meer belicht zouden kunnen worden dan andere delen, tenminste gedeeltelijk meer door de hulpvaan worden afgedekt.

Het voordeel van de camera overeenkomstig de uitvinding is, dat door middel van deze maatregel wordt bereikt, dat de mate van belichting van de achtereenvolgende te belichten rijen beeldopneem-elementen in het opneemgebied van de beeldsensor, na het begintijdstip van de lichtgevoelig-heidsperiode, welke in het algemeen samenvalt met het begin-tijdstip van de belichtingsperiode, door de hulpvaan meer worden afgeschermd naarmate, tengevolge van een kortere duur van de belichtingsperiode, er een groter onderling relatief verschil dreigt te ontstaan tussen de individuele belich tingstijden van de rijen beeldopneemelementen. Dit verschil in individuele belichtingstijden wordt tenminste gedeeltelijk, op een in de praktijk zeer acceptabele wijze, juist bij korter durende belichtingsperioden, waar dergelijke verschillen zich relatief gezien het sterkst manifesteren, gecompenseerd door een tenminste gedeeltelijk afdekken van de stra-lingsweg door de hulpvaan.

Het voordeel van de camera overeenkomstig de uitvinding is bovendien, dat de hoofdvaan en de hulpvaan op één en dezelfde as zijn aangebracht, zodat de rotatie-snelheid met slechts één motor en één motorstuurschakeling behoeft te worden geregeld, en géén fase-relatie tussen stuursignalen van meerdere motorstuurschakelingen behoeft te worden bewaakt of geregeld.

Ondanks dat de vanen onderling een vaste hoek ten opzichte van elkaar bezitten, kunnen de belichtingstijden toch naar wens worden ingesteld en gevarieerd, doordat het begintijdstip van de belichtingsperiode door de op de beeld-sensor aangesloten sluiterinrichting wordt verzorgd. Opgemerkt wordt, dat onder omstandigheden het begintijdstip zonder bezwaar vóór het tijdstip kan worden gekozen, waarop de hulpvaan het opneemgebied van de beeldsensor passeert. Onder dergelijke omstandigheden, dat wil zeggen bij de wat langere belichtingsperioden, blijkt de kwaliteit van de met de camera overeenkomstig de uitvinding verschafte beelden, niet waarneembaar te worden beïnvloedt door het tijdelijk, gedurende de belichtingsperiode door de hulpvaan afgeschermd worden van het opneemgebied van de beeldsensor.

Een verder voordeel van de camera overeenkomstig de uitvinding is, dat de gevolgen van het voornoemde "halve lijntijdeffect" met name bij de korte belichtingsperioden belangrijk blijken te worden beperkt, doordat de onderlinge relatieve verschillen in de mate van belichting van de afzonderlijke gedeelten van het opneemgebied van de beeldsensor zijn beperkt.

Een uitvoeringsvorm van de camera overeenkomstig de uitvoering bezit het kenmerk, dat de hulpvaan een cirkel boog heeft, die ten hoogste zo groot is, dat de hulpvaan de gehele stralingsweg naar de beeldsensor bedekt.

Hiermede wordt bereikt, dat de twee op tegenover elkaar gelegen randen in het opneemgebied van de beeldsensor gelegen rijen beeldopneemelementen, niet tegelijkertijd door de hulpvaan worden afgedekt, zodat is gewaarborgd, dat bij verandering van het begintijdstip van de belichtingsperiode, de gemiddelde integratie van de beeldopneera-elementen eveneens verandert. Het voordeel van deze uitvoeringsvorm van de camera overeenkomstig de uitvinding is voorts, dat de hulpvaan relatief smal kan blijven en daarmede de mechanische stabiliteit en de balans van de hoofdvaan op de as niet wezenlijk wordt beïnvloed, zodat voor een nagenoeg trillings-vrij bedrijven van de camera, geen speciale maatregelen noodzakelijk zijn.

Een verdere uitvoeringsvorm van de camera overeenkomstig de uitvinding heeft het kenmerk, dat de hulpvaan transparant is.

Bij de wijze van beïnvloeding, waarbij door middel van de sluiterinrichting door verschuiving van het begintijdstip van de belichtingsperiode de mate van belichting van het opneemgebied wordt beïnvloed, vindt deze bij toepassing van een transparante hulpvaan geleidelijker plaats en opent hiermede de mogelijkheid om te komen tot een fijnregeling van de mate van belichting, hetgeen juist bij een minimale duur van de belichtingsperiode van bijzonder belang is, omdat een absolute beïnvloeding van de duur juist bij kortere belich-tingsperioden meer relatief effect sorteert, dan bij langere belichtingsperioden.

Een volgende uitvoeringsvorm van de camera overeenkomstig de uitvinding bezit het kenmerk, dat de mate van transparant zijn van de hulpvaan afhangt van de plaats op de hulpvaan.

Hiermede kan een naar wens geleidelijk verlopende mate van transparant zijn van de hulpvaan worden bereikt, waardoor een geleidelijke belichtingsverandering bij verschuiving van het begintijdstip van de belichtingsperiode kan worden gerealiseerd, onafhankelijk van de opening van in de stralingsweg aan te brengen lenzen.

De onderhavige uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening. Daarbij toont: Figuur 1 een schema van een camera overeenkomstig de uitvinding;

Figuur 2 een schematische weergave van een sluiter-inrichting met een hoofdvaan en een hulpvaan; en tonen de

Figuren 3a en 3b gestyleerde belichtingskarakteris-tieken van twee in het opneemgebied van de beeldsensor gelegen beeldopneemelementen A en B; en de

Figuren 4a en 4b gestyleerde belichtingskarakteris-tieken van de punten A en B, in het geval de hulpvaan transparant is of smaller dan de stralingsweg is is.

In figuur 1 is schematisch een camera 1 weergegeven, welke bijvoorbeeld kan worden benut voor het maken van televisie-, foto- en/of filmopnames. De camera 1 bezit een vaste- stofbeeldsensor, welke bijvoorbeeld een raster over-drachtssensor (frame transfer sensor) of een combinatie van een rasteroverdrachts- en een tussen-lijnsensor (frame inter-line transfer sensor) is. In het algemeen bevat de sensor 2 een gedeelte, dat het opneemgebied vormt, en een gedeelte dat het geheugengebied vormt. Het opneemgebied is belegd met beeldopneem-elementen, welke in staat zijn om, na daarvoor gevoelig gemaakt te zijn hierop vallende straling, zoals licht, in ladingspaketten om te zetten, welke op een gewenst moment naar het geheugengebied worden weggeschreven om vervolgens in een signaalbewerkingsschakeling 3 te worden bewerkt en ter beschikking te worden gesteld aan een uitgang 4 van de schakeling 3. In de schakeling 3 vinden signaalbewerkingen plaats, zoals gamma- en apertuurcorrectie en dergelijke.

Beelden afkomstig van een object, waarvan met behulp van de camera 1 opnamen zijn te maken, doorlopen een stralingsweg 5. In de stralingsweg 5, kan, indien gewenst een lenzenstelsel 6 zijn opgenomen. Een sluiterinrichting 7, bevat twee door middel van aandrijfmiddelen 8 roteerbare cirkelsectorvormige vanen 9 en 10, welke de stralingsweg 5 tenminste gedeeltelijk doorsnijden.

Van de vanen is de hoofdvaan met 9 en de hulpvaan met 10 aangeduid. De vanen 9 en 10 zijn gezamenlijk op een as 11 aangebracht, welke as 11 in mechanisch contact staat met de aandrijfmiddelen 8 en hiermede in rotatie kan worden gebracht. De sluiterschakeling 7 bevat voorts een positiebe-paler 12, welke de positie van de vanen 9 en 10 bewaakt en een op de positie-bepaler 12 aangesloten motorstuurschakeling 13. De motorstuurschakeling 13 is verbonden met de aandrijfmiddelen 8 en deze ontvangt synchronisatie-signalen van de in de sluiterschakeling 7 opgenomen synchronisatie-schakeling 14. De synchronisatie-schakeling 14 is verbonden met de sensor 2 en ontvangt besturingssignalen van de met de schakeling 14 verbonden besturingsschakeling 15. De besturingsschakeling 15 is verbonden met de sensor 2 en de signaalbewer-kingsschakeling 3, waarvan het commando-signalen ontvangt.

Door de van de sluiterschakeling 7 afkomstige signalen, al of niet in combinatie met door de besturingsschakeling 15 aan de sensor 2 verschafte signalen, wordt het opneemgebied in de sensor 2 gevoelig gemaakt op een bepaald begintijdstip voor de ontvangst van licht, dat via de stralingsweg 5, het in figuur 2 met 16 aangeduide opneemgebied bereikt. Dit gevoelig maken geschiedt bijvoorbeeld door het wegvloeien van lading in de beeldopneem-elementen te verhinderen. Dit begintijdstip duidt in het algemeen ook het begin aan van een belichtingsperiode, welke eindigt op een eindtijdstip, dat samenvalt met het moment, waarop de hoofdvaan 9 het gehele opneemgebied 16 afdekt. Gedurende het afgedekt zijn van het opneemgebied 16 wordt de in de verschillende beeldopneemelementen opgeslagen lading getransporteerd naar het geheugengebied. Op deze wijze wordt het welbekende smeer-effect waarbij een uitsmering over het uiteindelijk verkregen beeld ontstaat, die uitgaat van belichte delen van het beeld en een uitsmering naar neven gelegen delen van het beeld veroorzaakt, voorkomen.

In figuur 2, zijn binnen het opneemgebied 16 twee beeldopneemelementen A en B aangegeven. De bijbehorende zogeheten belichtingskarakteristieken van deze elementen zijn in de figuren 3a en 4a weergegeven voor het element A en in de figuren 3b en 4b aangegeven voor het element B. In deze figuren duidt "D" aan dat het betreffende element is afgedekt en duidt "0" aan dat het element niet afgedekt is en juist belicht wordt.

In de figuren 3a, 3b, 4a en 4b zijn bij wijze van voorbeeld begintijdstippen tj, t2 en t^ aangegeven, waarop een integratieperiode c.q. een belichtingsperiode zou kunnen beginnen. Bij wijze van voorbeeld verschillend durende be-lichtingsperioden eindigen telkens op tijdstip t^, waarop de hoofdvaan 9 allereerst het beeldopneem-element A zal afdekken en enige tijd later het beeldopneem-element B afdekt, gegeven de in figuur 2 door middel van de pijl aangegeven rotatie-richting van de vanen 9 en 10. In de figuren is het effect, dat de hulpvaan 10 teweegbrengt aangegeven door middel van de gestyleerde trapeziumvormige kromme in de verschillende belichtingskarakteristieken .

Wanneer bijvoorbeeld op tijdstip tj de sensor 2 van de sluiterinrichting 7 het commando ontvangt om het opneemge-bied 16 gevoelig te maken voor belichting via de stralingsweg 5 en even afgezien wordt van het effect, dat een eventueel afdekken met de hulpvaan 10 heeft, wordt de mate van integratie ofwel ladingsopbouw in de beeldopneemelementen A en B gegeven door het oppervlak, dat in de belichtingskarakteristieken is gelegen en wordt begrensd door enerzijds de streep-lijn nabij t^ en door anderzijds de schuine getrokken lijn nabij 14 en tevens wordt begrensd door de rechten, die zijn aangegeven met "D" en "O". Een vergelijking tussen de aangegeven begrensde gebieden in de figuren 3a en 3b leert, dat de oppervlakken nagenoeg gelijk zijn, en meer gelijk zijn naarmate het punt tj verder weg ligt van de respectievelijke punten t^. Nemen we thans het effect, dat het afdekken van de hulpvaan 10 heeft op de mate van integratie in de respectievelijke elementen A en B wel mee, dan blijkt, dat de voornoemde begrensde gebieden, waarvan de oppervlakte een maat is voor de belichting van de elementen A en B, in oppervlakte afnemen, doordat hiervan het oppervlak van het trapeziumvormige gebied, dat ontstaat door het afdekken met de hulpvaan 10, moet worden afgetrokken. Het blijkt dat bij de wat langer durende belichtingsperioden het effect van het afdekken van het opneemgebied 16 met de hulpvaan 10, de uiteindelijke door de elementen opgevangen hoeveelheid licht, enigszins beperkt. Deze beperking is overigens in de praktijk alleszins aanvaardbaar gebleken, ingeval de cirkelboog van de hulpvaan relatief klein is.

Echter bij beschouwen van de kortere belichtingstijden, die bijvoorbeeld op tijdstip tg beginnen, valt op, dat het effect van de hulpvaan 10 wordt gegeven door het verschil van de in de figuren 3a en 3b gearceerde delen, welk verschil in mindering komt op de mate van belichting, waarmede het element B zonder toepassen van de hulpvaan 10 meer belicht zou worden dan het element A. Het toepassen van de hulpvaan 10 heeft hier dus bij kortere belichtingstijden het voordeel dat de verhouding tussen de mate van belichting van de elementen A en B meer aan elkaar gelijk wordt, dan zonder toepassing van de hulpvaan 10 het geval zou zijn.

Een toelichting met betrekking tot een belichtings-periode, die begint op het tijdstip t2 en eindigt op het tijdstip is woordelijk gelijk aan de hierboven gegeven toelichting met betrekking tot de belichtingsperiode die loopt van tg tot t^. Omdat echter de periode van t2 tot t^ iets langer duurt dan de kortere belichtingsperiode die loopt van tg tot t^, en omdat het bij een begintijdstip t2 behorend verschil in oppervlakte en dus verschil in de mate van belichting, minder is, dan ingeval zoals reeds toegelicht met betrekking tot een belichtingsperiode die start op tg, zal het voordeel bij de wat langere belichtingsperiode, die start op t2 minder zijn dan die met betrekking tot de belichtingsperiode die aanvangt op tijdstip tg. Doordat bij de kortere belichtingsperioden, de maten van integratie c.q. belichting van element A en die van element B, meer aan elkaar gelijk zijn, zijn de nadelige effecten, zoals het voornoemde "halve lijntijdeffect", welke een sterkere invloed hebben bij korter durende belichtingsperioden, navenant weggenomen.

De toelichting met betrekking tot de figuren 4a en 4b is woordelijk gelijk aan de toelichting, zoals reeds gegeven met betrekking tot de figuren 3a en 3b. Opgemerkt dient echter te worden, dat in het geval van de figuren 4a en 4b de belichtingskarakteristieken zijn weergegeven die betrekking hebben op een transparante hulpvaan 10 of op een hulpvaan, die smaller is dan de stralingsweg. Uit de figuren blijkt duidelijk, dat het trapeziumvormige gedeelte, dat het effect van het met behulp van de hulpvaan 10 afdekken van het op-neemgebied 16 aangeeft, d.w.z. het bovenste gedeelte van dit trapeziumvormige gedeelte niet raakt aan de horizontale lijn, die is aangeduid met "D". Dit betekent, dat de vaan 10, de stralingsweg 5 niet volledig zal afsluiten, doch slechts een belemmmering zal vormen voor de stralen die over de weg 5 passeren. Alhoewel bij toepassing van een transparante hulpvaan 10, de mate waarin de hulpvaan 10 het verschil in de mate van belichting compenseert, minder zal zijn dan bij toepassing van een niet-transparante vaan, heeft een transparante vaan het voordeel, zoals reeds in de inleiding van de beschrijving is toegelicht. Vanzelfsprekend kan ook een transparante hulpvaan worden toegepast waarvan de mate van transparant zijn afhankelijk is van bijvoorbeeld de momentane rotatie-positie van de vaan 10.

In het algemeen zal de cirkelboog van de hulpvaan 10 ten hoogste zo groot zijn, dat deze de gehele stralingsweg 5 bestrijkt. Het voordeel van een smalle hulpvaan is dat deze de maximale belichting slechts weinig beperkt. Bij toepassing van een smallere hulpvaan 10 wordt het trapeziumvormige gebied dienovereenkomstig smaller. In figuur 2 is de hoek a aangegeven, welke de afmeting van de opening bepaalt tussen de hoofdvaan 9 en de hulpvaan 10. Deze hoek zal in het algemeen een zodanige waarde hebben, dat bij het alleen belichten tijdens het passeren van de vanen 9 en 10 over het opneemge- bied 16, slechts een minimaal voor de sensor 2 werkbare belichtingstijd ontstaat. Deze minimale belichtingstijd is voor de duidelijkheid enkel in figuur 3a aangeduid met "M". Het zal duidelijk zijn dat M van het type sensor afhangt en dat a door M en de rotatiesnelheid van de as 11 wordt bepaald. Indien de hoek a groter wordt gekozen, dan de hoek die correspondeert met een minimaal noodzakelijke belichtingstijd, zal het eerder toegelichte verbeterende effect, dat met behulp van de hulpvaan 10 wordt bereikt, bij met name de zeer korte belichtingstijden minder zijn.

Claims (4)

1. Camera, uitgevoerd met een vaste- stofbeeldsensor voorzien van een opneemgebied voor een opname van via een stralingsweg naar de beeldsensor geleide beelden, met een op de beeldsensor aangesloten sluiterinrichting voorzien van twee door aandrijfmiddelen roteerbare cirkelsectorvormige vanen in de vorm van een hoofdvaan en een voor de hoofdvaan uitdraaiende hulpvaan voor het beïnvloeden van de stralingsweg, waarbij door de sluiterinrichting het begintijdstip van een lichtgevoeligheidsperiode van het opneemgebied van de beeldsensor wordt bepaald, en het eindtijdstip van de lichtgevoeligheidsperiode ligt na het met de hoofdvaan onderbreken van de stralingsweg naar de beeldsensor, met het kenmerk dat de hoofdvaan en de hulpvaan op dezelfde as zijn bevestigd, en een opening begrenzen met een hoek, die correspondeert met een minimale lengte van de belichtingsperiode van het opneemgebied van de beeldsensor, zodat met name tijdens kort durende belichtingsperioden delen van het opneemgebied, die tengevolge van een later afdekken door de hoofdvaan substantieel meer belicht zouden kunnen worden dan andere delen, tenminste gedeeltelijk meer door de hulpvaan worden afgedekt.

2. Camera volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de hulpvaan een cirkelboog heeft, die ten hoogste zo groot is, dat de hulpvaan de gehele stralingsweg naar de beeldsensor bedekt.

3. Camera volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat de hulpvaan transparant is.

4. Camera volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de mate van transparant zijn van de hulpvaan afhangt van de plaats op de hulpvaan.