DE2504317B2

DE2504317B2 - Farbfernsehkamera

Info

Publication number: DE2504317B2
Application number: DE19752504317
Authority: DE
Inventors: Yasumasa Kawasaki Kanagawa Sugihara (Japan)
Original assignee: General Corp
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 1974-09-05
Filing date: 1975-02-03
Publication date: 1977-09-29
Also published as: GB1525634A; DE2504317A1; US4054915A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Farbfernsehkamera nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bekannte Farbfernsehkameras weisen eine einzelne Aufnahmeröhre oder drei Aufnahmeröhren auf, auf deren Photokathode ein Bild fokussiert wird, das zur Ableitung eines Videosignals ständig sowohl in Horizontalrichtung als auch in Vertikalrichtung durch einen einzelnen Elektronenstrahl abgetastet wird. Die geometrische Verzerrung des resultierenden Bilds wird im wesentlichen von der Linearität bestimmt, mit der der Elektronenstrahl abtastet Wird eine Mehrzahl von Aufnahmeröhren verwendet, so müssen die jeweiligen Elektronenstrahl zeitlich synchronisiert und in der geometrischen Position aufeinander abgestimmt werden, was auch für den Fachmann sehr delikate Arbeitsgänge sind. Hat die Farbfernsehkamera drei Aufnahmeröhren, so wird die Bildinformation vor dei Umwandlung in drei Färbkomponenten mit Hilfe vor dichroitischen Spiegeln in die drei Farbkomponenter zerlegt In diesem Fall bringt das Zurdeckungbringei der Farben ein ernsthaftes Problem. Bei Farbfernsehka

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meras mit zwei Aufnahmeröhren wird eine der Röhren für das Leuchtdichte-Signal und die andere für das Farbsignal verwendet. Beispielsweise dient ein Streifenfilter für Erzeugung des Rotsignals und des Blausignals, während das Grünsignal aus dem Leuchtdichte-Signal, s dem Rotsignal und dem Blausignal mit Hilfe einer Matrixschaltung abgeleitet wird. Bei Farbfernsehkameras mit einer einzigen Aufnahmeröhre wird ein komplexes Streifenfilter dazu verwendet, das Leuchtdichte-Signal und die Farbsignale abzuleiten. Es ist bekannt, die Farbsignale mit Hilfe eines Streifenfilters gemäß einer Phasen- oder Frequenztrennungstechnik abzuleiten, die eine Verzögerungsschaltung um 1 H enthält, wobei H die Periode der horizontalen Abtastung, also die Zeilendauer bedeutet. Bei der Einzelröhren-Farbkamera mit einem Streifenfilter wird das Problem des Zurdeckungsbringens vermieden, obwohl Probleme im Zusammenhang mit der Bildqualität, Interferenzmustern und Moire auf Grund der Verwendung des Streifenfilters auftreten können. Viele Streifenfilter weisen eine Kombination von vertikalen und schrägen Streifen auf. Es ist auch ein Streifenfilter mit horizontalen Streifen vorgeschlagen worden, das jedoch auf Grund der technischen Schwierigkeit des zuverlässigen Abtastens entlang eines schmalen horizontalen Streifens mit einem Elektronenstrahl nicht zur praktischen Ausführung gekommen ist.

Für Schwarzweiß-Fernsehkameras ist auch die Verwendung eines Festkörper-Bildsensors bekannt, der anstelle der Aufnahmeröhre Halbleitertechnologien verwendet, beispielsweise Ladungsverschiebungsschaltungen, insbesondere ladungsgekoppelte Schaltungen oder Ladungsverschiebungsanordnungen (CCD) (deutsche Zeitschrift ELEKTRONIK, Bd. 23 - 1974, Heft 1, Seiten 3 bis 8, insbesondere Seite 7; »Imaging with Charge Transfer Devices«, Session 2 of 1974 IEEE Intercon Technical Papers). Kurz dargestellt und ausgehend von Ladungsverschiebungsanordnungen (CCD), die einen Teil des Festkörper-Bildsensors darstellen, umfaßt dieser eine Mehrzahl von MOS-Kondensatoren (Metall-Oxid-Halbleiter) mit Halbleiter-Verarmungsschichten, die regelmäßig in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Auf die Fotoelemente, die an deren Oberfläche gebildet sind, wird optisch ein Bild fokussiert, so daß die einzelnen Verarmungsschichten elektrische Ladung speichern, die von der auftreffenden Lichtstärke abhängt. Die Ladung wird sequentiell durch einen Zug von außen angelegter Takt- oder Treibimpulse von gleicher Periode übertragen, wodurch die Bildinformation als Videosignal ausgelesen wird. Die Zeit, die benötigt wird, um die gespeicherte Ladung von einer Verarmungsschicht zur nächsten mit Hilfe des Taktimpulses zu übertragen, sei mit te bezeichnet, te = der Periode des Taktimpulses. Die Übertragungszeit te kann also durch Änderung der Frequenz des Taktimpulses willkürlich gewählt werden. Es sei angenommen, daß eine Zeile N Elektroden für die jeweiligen darin enthaltenen Verarmungsschichten enthält; dann ist die zum Auslesen der Ladungen einer Zeile auf Grund der Übertragung benötigte Zeit T_D gegeben durch (κ>

Ti)~N ■ te

Die Werte von N und te können so gewählt werden, daß Ti) gleich einer Zeilendauer des Standard-Fernsehsystems wird, und die verschiedenen Parameter können (>$ so gewählt werden, daß der Vollendung der Übertragung aus einer Zeile die Übertragung der Ladungen entlang der vertikal anschließenden nächsten Zeile folgt, so daß die Übertragung in der Vertikalrichtung innerhalb einer Zeitspanne vollendet wird, die gleich einer Vertikaldauer oder Bilddauer des Standard-Fernsehsystems ist. Auf diese Weise kann der Festkörper-Bildsensor anstelle einer üblichen Aufnahmeröhre verwendet werden. In der Praxis müssen bei der Bestimmung von N, te und der anderen Parameter die Rücklaufzeiten der Horizontal- und der Vertikalabtastung berücksichtigt werden. Ein derartiger Festkörper-Bildsensor hat eine Anzahl von Vorteilen einschließlich seiner Kompaktheit, seines geringen Gewichts, seines niedrigen Leistungsverbrauchs und seiner hohen Zuverlässigkeit. Eine weitere hervorstechende Eigenschaft im Vergleich zur üblichen Aufnahmeröhre ist die äußerst geringe geometrische Bildverzerrung, wie aus seiner Anordnung und seinem Arbeitsprinzip verständlich wird.

Es ist auch schon eine auf CCD-Basis arbeitende Festkörper-Farbfernsehkamera vorgeschlagen worden (DT-OS 2514 156, Fig. 9, 10), deren zeilenweise angeordnete Fotoelemente in einer gegebenen Folge innerhalb jeder Zeile einzeln nur für Licht einer Farbart empfindlich sind und in benachbarten Zeilen um einen halben Folge-Periodenabstand gegeneinander versetzt sind. Die Zeilen werden einzeln ausgelesen und die Bildinformationssignale der benachbarten Zeilen werden gemischt, nachdem die Farbsignale davon subtrahiert worden sind. Es ergeben sich gewisse Schwierigkeiten, die Farbsignale unter Berücksichtigung ihrer Seitenbandkomponenten zu verarbeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Farbfernsehkamera der eingangs genannten Art zu schaffen, die die Vorteile der Matrix-Festkörperanordnung mit einfacher Signalverarbeitung für die Farbfernsehtechnik zugänglich macht. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die einzelnen Fotoelemente mit einer innewohnenden Farbselektivität auszustatten. Gemäß einer ersten Technik wird die Oberfläche eines Fotoelements, das rotempfindlich sein soll, mit einem Anstrich versehen, der nur Licht dei Wellenlänge von roter Farbe durchläßt, beispielsweise durch Aufdampfen und Sintern. Entsprechend kanr durch eine gleiche Technik auf die Oberfläche dei Fotoelemente, die blauempfindlich sein sollen, eir Anstrich aufgebracht werden, der nur das Licht mit dei Wellenlänge von blauer Farbe durchläßt. Auf dies( Weise wird eine gegebene Farbkomponente des Bild: auf ein ausgewähltes Fotoelement gebracht, das dann ir seiner Halbleiter-Verarmungsschicht eine elektrisch» Ladung speichert. Gemäß einer alternativen Technil wird ein Farbfilter hergestellt, das das gleiche Muste wie dasjenige der Farbselektivität aufweist, das vorhe den einzelnen Fotoelementen in der Ebene de Bildsensors zugeteilt worden ist, wobei das Filter vo dem Bildsensor angeordnet wird. Ein zu fotografieren der Gegenstand wird durch ein Aufnahmeobjektiv au das Filter fokussiert und durch das Filter hindurchtre tende Bild wird über eine Zwischenlinse auf di Oberfläche der Fotoelemente des Bildsensors geworfer Den Fotoelementen kann durch vorherige Koordinie rung des Bildsensors, der Zwischenlinse und de Farbfilters die Farbsclektivität in der geplante Anordnung mitgeteilt werden, wodurch es möglich win das gewünschte Farbfernsehsignal zu erzeugen. Es is mit Hilfe des Bildsensors möglich, eine Farbkamera m einem Farbfilter mit horizontalen Streifen zu verwer den, obwohl die Verwendung einer derartigen Farbki

mera im Fall einer Aufnahmeröhre als technisch schwierig auf Grund der Nichtlinearität, die aus der Ablenkung des Elektronenstrahls resultiert, angesehen wird.

Wie bei Aufnahmeröhren kann die erfindungsgemäße Farbfernsehkamera einen, zwei, drei oder vier Festkörper-Bildsensoren enthalten. Die Vorteile der Erfindung wirken sich jedoch hauptsächlich aus, wenn weniger als drei Bildsensoren verwendet werden. Hat die Farbfernsehkamera einen einzigen Bildsensor, so wird ein Punktfilter oder Streifenfilter zum Ableiten eines breitbandigen Dreifarbensignals vom Bildsensor verwendet. Hat die Farbfernsehkamera zwei Festkörper-Bildsensoren, so dient einer dieser Bildsensoren für das Leuchtdichte-Signal oder das Breitband-Grünsignal, während der übrige Bildsensor für die übrigen Farbsignale verwendet wird. Die gegenwärtig vorherrschenden Farbfernsehsysteme verwenden bekanntlich das Mischhöhenschema, so daß das Farbsignal schmalbandig und das Leuchtdichte-Signal breitbandig ist. Beispielsweise hat es im NTSC-System eine große Bandbreite von angenähert 4,2 MHz, während für das Farbsignal eine enge Bandbreite von angenähert 0,5 MHz ausreicht. Wird also für das Leuchtdichte-Signal ein Bildsensor mit 400 Elementen je Zeile und 500 Elementen je Spalte verwendet, so genügen zur Ableitung des Farbsignals für die Zwecke der Praxis im Muster 50 Elemente je Zeile und 500 Elemente je Spalte. Da auch in Vertikalrichtung die Auflösung des Farbsignals niedriger sein kann als die des Leuchtdichte-Signals, kann der Sensor für das Farbsignal auch je Spalte eine verminderte Anzahl von Elementen wie etwa 250 oder 125 Elemente haben. Werden 250 Fotoelemente je Spalte verwendet, so können die gleichen Elemente für die geradzahligen und die ungeradzahligen Teilbilder dienen. Bei 125 Fotoelementen je Spalte dienen die gleichen Elemente sowohl für die ungeradzahligen als auch für die geradzahligen Teilbilder und es wird eine Verzögerungsschaltung von 1 H verwendet, die bewirkt, daß das Farbsignal einer Zeile zwei Abtastzeilen entspricht, wodurch die Farbfernsehkamera billig hergestellt werden kann.

Beim Festkörper-Bildsensor sind einzelne Fotoelemente in regulärem Muster angeordnet. Es kann also eine Aufmachung zur Anwendung kommen, bei der ihre Elektroden in zwei oder drei Gruppen entsprechend einer gegebenen Regel eingeteilt sind, so daß zum Auslesen der Ladung in den Elementen getrennte Taktimpulse an jede der Gruppen geliefert werden. Gemäß der Erfindung können zwei Züge von Taktimpulsen in zwei Gruppen oder drei Züge von Taktimpulsen in drei Gruppen gleichzeitig zur Durchführung der Ladungsübertragung eingespeist werden, wodurch zwei oder drei Züge gleichzeitiger Signale erhalten werden. Hierfür kann ein Punktfiller oder ss Streifenfilter zum Einteilen der Fotoelemente eines einzelnen Bildsensors in zwei der roten und der blauen Farbe entsprechende Gruppen verwendet werden, wobei die Gruppe für die rote Farbe so miteinander verbunden ist, daß die Übertragung der Ladung mit r>o einem einzigen Taktimpulszug möglich ist, und die Gruppe für die blaue Farbe so miteinander verbunden ist, daß die Übertragung der Ladung mit einem anderen Taktimpulszug möglich ist. Durch das Bewirken der gleichzeitigen Übertragung für die rote und die blaue (>s Farbe können die Rotsignale und die Blausignalc gleichzeitig abgeleitet werden. Auf Wunsch können die jeweiligen Taktimpulszüge so justiert sein, daß zwischen der Übertragung der jeweiligen Gruppen eine gegebene Zeitspanne liegt. Das Einteilen eines einzigen Bildfelds in mehr als eine Gruppe zum Ableiten getrennter Signale mit fester Zeitbeziehung dazwischen ist mit dem üblichen Aufnahmeröhrensystem nicht möglich. Durch Ausnützung dieser Eigenschaft schafft die Erfindung ein einfaches, billiges und hochqualifiziertes System zur Aufnahme von Bildern mit einer Farbfernsehkamera.

Da, wie erwähnt, der Festkörper-Bildsensor ein regelmäßiges Feld von feinverteilten Fotoelementen umfaßt, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind und von denen die in den Verarmungsschichten gespeicherten Ladungen regelmäßig mit Hilfe von Taktimpulsen von genauer zeitlicher Festlegung übertragen werden, kann die Linearität und die geometrische Verzerrung des Bilds im Vergleich zu dem bei Verwendung der Aufnahmeröhre erhaltenen Bild erheblich verbessert werden. Die Nichtlinearität oder geometrische Verzerrung des Bilds beim Festkörper-Bildsensor rührt von mangelhafter Ausrichtung des Musters der Fotoelemente und von dem aufnehmenden optischen Linsensystem her, jedoch sind diese beiden Einflußgrößen vernachlässigbar klein im Vergleich zu den Einflußgrößen bei der Aufnahmeröhre. Da die Linearität und geometrische Verzerrung des Festkörper-Bildsensors ausschließlich durch die geometrische Anordnung der Fotoelemente und das optische Linsensystem bestimmt werden, schafft die Erfindung eine Farbfernsehkamera mit kleinem Farbdeckungsfehler oder eine Kamera, die kompakt, leicht und von einfachem Aufbau und einfacher Schaltung ist.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen

Fig. la und Ib Blockschaltpläne zur Darstellung zweier Ausführungsbeispiele bekannter Bildsensoren,

F i g. 2 einen Blockschaltplan einer bekannten Fernsehkamera mit einem Bildsensor,

F i g. 3 schematisch und im wesentlichen in Draufsicht eine Punktfolgeordnung von Fotoelementen, die einen Bildsensor zur Verwendung für die erfindungsgemäße Farbfernsehkamera bilden,

F i g. 4 eine Ansicht entsprechend F i g. 3 der Anordnung von Fotoelementen in Zeilenfolgeordnung,

F i g. 5 eine schematische Darstellung eines Teils von F i g. 4, wobei die ungeradzahlige Zeile der Fotoelemente nach F i g. 4 durch eine einzige durchgezogene Linie und die geradzahlige Zeile der Fotoelemente durch eine einzige gestrichelte Linie dargestellt ist zur Veranschaulichung, daß die durchgezogene Linie jeweils einet Abtastzeile eines ungeradzahligen Teilbilds und die gestrichelte Linie jeweils einer Abtastzeile des gerad zahligen Teilbilds entspricht,

Fig.6 schematisch eine Ausführungsform ähnlict derjenigen nach Fig.5 mit der Ausnahme, daß jedi Zeile von Fotoelementen durch eine einzige durchgezo gene Linie dargestellt ist und jeder Abtastzeile eine geradzahligen und eines ungcradzahligen Teilbild entspricht,

Fig. 7 einen Blockschaltplan einer Schaltung zu Verbesserung des Effekts des eingeschobenen Abta stens der Farbfernsehkamera mit einem Bildsenso einer Ordnung der Fotoelemente nach F i g. 6,

F i g. 8 und 9 schematische Darstellungen vo Abwandlungen der Ausführungsformen nach den F i g. bzw. 6,

F i g. 10 einen Blockschaltplan einer Signalkompensationsschaltung, die verwendet wird, wenn ein Bildsensor einer Fotoelementenordnung gemäß Fig.8 oder 9 verwendet wird,

F i g. 11 einen Blockschaltplan einer Schaltung zum Verbessern des Effekts der zwischengeschobenen Abtastung zur Verwendung zusätzlich zur Signalkompensationsschaltung nach F i g. 10,

Fig. 12 eine schematische Ansicht einer neuartigen Ordnung der Fotoelemente des Bildsensors für die Anwendung der Lehre der Erfindung auf eine Farbfernsehkamera mit Punktfolgesystem,

Fig. 13 und 14 schematische Ansichten der neuen Ordnung der Fotoelemente des Bildsensors in einer Weise ähnlich der nach F i g. 5 und 6 bei Anwendung der Lehre der Erfindung auf eine Farbfernsehkamera mit Zeilenfolgesystem,

Fig. 15 schematisch eine Abwandlung des Gegenstands der F i g. 14,

Fig. 16 einen Blockschaltplan einer Signalumwandlungsschaltung, die mit der Ausgangsklemme des Bildsensors mit der Ordnung der Fotoelemente nach F i g. 15 verbunden ist,

Fig. 17 schematisch eine Abwandlung des Gegenstands nach F i g. 15,

Fig. 18 einen Blockschaltplan einer Signalumwandlungsschaltung, die mit der Ausgangsklemme des Bildsensors mit der Ordnung der Fotoelemente nach F i g. 17 verbunden ist,

Fig. 19 schematisch eine weitere Abwandlung des Gegenstands nach F i g. 15,

F i g. 20 eine schematische Ansicht der Ordnung der Fotoelemente eines Bildsensors für eine Farbfernsehkamera mit Zeilenfolgesystem gemäß der Erfindung, in einer Darstellung im wesentlichen entsprechend F i g. 6,

Fig.21 und 22 schematische Abwandlungen des Gegenstands der F i g. 20,

Fig.23 einen Blockschaltplan einer Schaltung zum Verbessern des Effekts der zwischengeschobenen Abtastung, vorzugsweise durch Verwendung mit einem Bildsensor mit der Ordnung der Fotoelemente nach F i g. 22,

F i g. 24 schematisch im wesentlichen entsprechend der Darstellung nach F i g. 5 eine weitere Ordnung von Fotoelementen eines Bildsensors nach der Erfindung zur Verwendung in einer Farbfernsehkamera mit Zeilenfolgesystem,

Fig. 25 einen Blockschaltplan einer Verarbeitungsschaltung für das Ausgangssignal des Bildsensors mit der Ordnung der Fotoelemente gemäß F i g. 24.

Vor der eigentlichen Beschreibung der Erfindung seien zu deren besserem Verständnis zunächst anhand von Fig. 1 bekannte Bildsensoren beschrieben Der Bildsensor nach Fig. la (Modell der Firma Fairchild Camera and Instrument Corp., State of California, USA) umfaßt eine Mehrzahl von Fotoelementen 101, die in Spalten 102 angeordnet sind, die alternierend mit analogen Schieberegistern 103 für die Vertikalübertragung angeordnet sind. Die jeweiligen Endstufen der vertikalen Schieberegister 103 sind mit jeweiligen Stufen eines Hori/.ontal-Aiisgangs-Analog-Schieberegistcrs 104 verbunden. Die Übertragungsrichtung ist zum schnelleren Verständnis durch Pfeile angedeutet. Entsprechend der eingestrahlten Lichtstärke wird in einer Verarmungsschicht, die unter dem jeweiligen Fotoelement 101 liegt, eine elektrische Ladung gespeichert und dann in eines der vertikalen Schieberegister 103 übertragen, wenn über eint; Klemme 105 ein Signal an eine Elektrode des Fotoelements gegeben wird. Beim beschriebenen Beispiel werden zweiphasige Taktimpulse an Klemmen 106 bzw. 107 angelegt, die die Übertragung der Ladung in den vertikalen Schieberegistern 103 zum Ausgangs-Schieberegister 104 bewirken, und zwar jeweils eine Zeile gleichzeitig. Die zum Ausgangs-Schieberegister 104 übertragene Ladung wird in Horizontalrichtung durch Taktimpulse ausgelesen, die an Klemmen 108 und 109 angelegt werden, und

ίο schließlich einem Ausgangsverstärker 110 eingespeist. Die Frequenz des Taktimpulses zur horizontalen Übertragung ist höher als das Produkt der Frequenz des Taktimpulses zur vertikalen Übertragung mit der Zahl der Stufen im Ausgangs-Schieberegister 104.

Die Fig. Ib zeigt einen anderen Bildsensor (Modell von RCA Corp.). Er ist in erheblich vereinfachter Form dargestellt und umfaßt einen fotosensitiven Bereich 111 mit einer gemeinsamen horizontalverlaufenden Elektrode und einen vom Bereich 111 getrennten Speicherbereich 112 von gleicher Konstruktion. Die Fotoelemente im fotosensitiven Bereich 111 sind in einer Ordnung wie der oben beschriebenen angeordnet mit der Ausnahme, daß sie die gemeinsame horizontal verlaufende Elektrode aufweisen und ihre Ladung über die jeweiligen Verarmungsschichten übertragen wird, ohne zu einem Übertragungsregister transferiert zu werden. Die im fotosensitiven Bereich 111 erzeugte Ladung wird zum Speicherbereich 112 mit Hilfe von Taktimpulsen übertragen, die an Klemmen 113,114 und 115 eingehen, und die übertragene Ladung im Speicherbereich 112 wird mit Hilfe von Taktimpulsen, die von Klemmen 116, 117 und 118 eingehen, zu einem Horizontal-Ausgangs-Schieberegister 119 übertragen. Anschließend werden Taktimpulse an Klemmen 120,121 und 122 angegeben um in Horizontalrichtung auszulesen und einen Ausgangsverstärker 123 zu speisen.

Der Grundvorgang eines Bildsensors mit einer Ladungsverschiebungsanordnung gemäß den angegebenen Beispielen ist folgender:

(1) Die photonenerzeugte Ladung wird in einer Anordnung von Verarmungsschichten oder Potentialsperrschichten gespeichert, die von MOS-Kondensatoren gebildet werden, und
(2) ein Signal in Form eines Ladungspakets wird vor jedem Element der Anordnung durch eine Reihe von Potentialmulden zu einem Detektor übertragen.

Fig.2 zeigt einen Blockschaltplan einer einer Bildsensor enthaltenden Fernsehkamera. Durch eir optisches System 124 fällt ein Bild auf einen Bildsensoi 129, der anstelle einer üblichen Aufnahmeröhre vorhanden ist und seine Bildinformation einem Video verstärker 125 einspeist. Der Bildsensor 129 wird mi einem Takt- oder Treibsignal von einer Taktgeberschal

tung 126 gespeist. Das Ausgangssignal des Videover stärkers 125 wird zusammen mit einem Austast- unc Synchronsignal aus der Taktgeberschaltung 126 einen Prozessor 127 eingespeist, dessen Ausgangssignal ar einen Bildkontrollempfängcr 128 geht.

te Die folgenden Figuren zeigen verschiedene Ausfüh rungsformcn der erfindungsgemäßen Farbfernschka mera, die hier zur Verwendung für das NTSC-Systerr dargestellt ist. Diese Farbfernsehkameras sind jedocl nicht nur für das NTSC-System anwendbar, sondern ii gleicher Weise auch für das PAL- oder SEiCAM-System In der folgenden Beschreibung und den Zeichnungei bedeuten die Angaben »R«, »G« und »B« die Farbei »Ro(«. »Grün« bzw »Blau«. Diese Angaben bedeutei

gelegentlich die Farben selbst und gelegentlich die entsprechenden Farbsignale, was für den Fachmann jedoch keine Verwirrung bringt, zumal die Angaben, wo erforderlich, unterschiedlich angegeben werden. Anstelle von Rot, Grün und Blau sind auch andere Grundfarben möglich.

Fig.3 veranschaulicht eine Farbfernsehkamera des Punktfolgesystems.. Über die gesamte Fläche eines Bildrensors 20, von dem nur ein Teil seines fotosensitiven Felds 20a dargestellt ist, ist eine Mehrzahl von Fotoelementen 21 in der dargestellten Weise verteilt. Bei einem tatsächlichen Bildsensor wechselt das fotosensitive Feld 20a mit vertikalen Übertragungs-Schieberegistern ab, wenn der Bildsensor 20 gemäß dem Prinzip nach F i g. la aufgebaut ist, oder das fotosensitive Feld 20a wird mit einem Speicherfeld verbunden, wenn der Sensor nach dem Prinzip von Fig. Ib aufgebaut ist. In jedem Fall wird eine elektrische Ladung, die in einer Verarmungsschicht unter einem der Fotoelemente 21 gespeichert ist, in der eingestrahlten Lichtstärke entsprechender Höhe gespeichert und sequentiell ausgelesen. Diese dazugehörigen Elemente sind jedoch bei der Darstellung weggelassen mit Ausnahme eines Ausgangsregisters 22 und einer dazugehörigen Ausgangsleitung 23.

Gemäß der Erfindung sind die Fotoelemente 21 des Bildsensors 20 jeweils nur für Licht einer einzigen Farbe empfindlich, während die gesamte Anordnung der Fotoelemente für Licht von mehr als einer Farbe empfindlich ist. Die Art, wie jedem der Fotoelemente 21 eine Farbselektivität mitgeteilt wird, wurde bereits beschrieben. Nach F i g. 3 haben die Fotoelemente 21 einer einzelnen Zeile eine regelmäßige Farbselektivität in der Folge R, G, B, R, G, B usw., beispeilsweise auf Grund von Tupfenfiltern. Infolgedessen haben die Fotoelemente 21 jeder einzelnen Spalte die gleiche Farbselektivität. Die in den jeweiligen Fotoelementen 21 gespeicherten Ladungen werden gleichzeitig in Vertikalrichtung durch einen einzigen Zug von Taktimpulsen übertragen und die Ladungen in den Fotoelementen 21 der Endstufe oder -Zeile werden zum Ausgangsregister 22 übertragen, aus dem sequentiell in Horizontalrichtung ausgelesen wird.

Auf diese Weise wird ein punktsequentielles Signal in der Folge R, G, B, R, G. B an der Ausgangsleitung 23 erhalten, das in einer externen Schaltung durch Verwendung von Ausleseimpulsen in getrennte R-, G- und ß-Farbsignale getrennt werden kann. Die einzige Anforderung hinsichtlich der Anordnung der Farben an den Fotoelementen 21 ist, daß sie eine festgelegte Folge aufrechterhält. Es kann jede Zahl von Farben über der Zahl 1 zur Anwendung kommen. Die Folge der Farbselektivität der jeweiligen Fotoelemente 21 kann von Zeile zu Zeile geändert werden.

Fig.4 zeigt schematisch einen Bildsensor einer Farbfernsehkamera nach dem Zeilcnfolgesystem, wobei die Darstellung ähnlich der nach Fig.3 ist. Beim beschriebenen Beispiel haben die Fotoelemente 21 in ungeradzahligen Zeilen die Farbsclektivität in der Reihenfolge R, G und B₁ während sie in den geradzahligen Zeilen die Farbselektivität in der Reihenfolge B, R und G haben. Die Ladungsübertragung findet für jede Spalte durch eine Gruppe oder einen Satz von Taktimpulsen statt, und jede Spalte ist mit zwei Übertragungskanälen verbunden, wobei die in den in ungeradzahligen Zeilen enthaltenen Fotoelementen 21 gespeicherten Ladungen nur in einem ungeradzahliecn Teilbild und die in den in einer geradzahligen Zeile enthaltenen Fotoelementen 21 gespeicherten Ladungen in einem geradzahligen Teilbild übertragen werden. Das Vorhandensein der beiden Übertragungskanäle in Verbindung mit dem einzigen fotosensitiven Feld ist an sich bekannt (a.a.O. IEEE). Der Wechsel von einem Übertragungskanal zum anderen für die aufeinanderfolgenden Teilbilder führt zu dem gleichen Effekt, wie er beim normalen Zeilensprungverfahren erzielt wird, wobei ein zeilensequentielles Signal in der Folge R, G und B aus dem Bildsensor 20 ausgelesen werden kann. Die Umwandlung von zeilensequentiellen R-, G- und B-Signalen in ein gleichzeitiges Signal ist an sich bekannt (GB-PS 11 62 003).

Beim NTSC-System beträgt die Zahl der Zeilen 525, und es wird ein 1 :2-Zeilensprungverfahren angewandt. Wird eine vertikale Rücklaufzeit von 21 H angenommen (H= Zeilendauer), so beträgt die Rücklaufzeit für zwei Teilbilder, nämlich ein geradzahlig numeriertes und ein ungeradzahlig numeriertes, 42 H, so daß im Fall einer Anordnung nach Fig.3 525—42=483 Zeilen vorhanden sein müssen. Ersichtlich sind 500 Fotoelementenzeilen mehr als genug zum Erzeugen eines zwischengeschobenen Signals für das Zeilensprungverfahren.

F i g. 5 zeigt vereinfacht die Fotoelemente 21 nach F i g. 4, wobei die ungeradzahligen Zeilen der Fotoelemente durchgezogen und die geradzahligen Zeilen gestrichelt eingezeichnet sind. Zur leichteren Beschreibung sind die Ausgangsregister in der Darstellung weggelassen und statt dessen ist nur die Ausgangsleitung 23 zur Darstellung der Auslesung der Ladungen in den jeweiligen Zeilen gezeigt. Diese vereinfachte Darstellungsweise erleichtert das Verständnis des Zeilensprungbetriebs. In der Figur zeigt das Bezugszeichen L, gefolgt von einer Zahl in arabischen Ziffern, die Nummer einer Zeile des Fernsehbilds, während die Angabe No. die Nummer der Zeile der Matrix der Fotoelemente angibt. Es sind also die Matrixzeilen des Bildsensors ebenso wie die Abtastzeilen des Fernsehbilds gleichermaßen mit »Zeilen« bezeichnet, diese verschiedenen Arten von Zeilen sind jedoch nicht miteinander zu verwechseln und nicht notwendigerweise jeweils einander zugeordnet. Der Fachmann erkennt im Einzelfall ohne weiteres, von welcher Art Zeiler jeweils die Rede ist.

Fig.6 zeigt eine Fig.5 vergleichbare, ebensc vereinfachte Darstellung, in der jede Zeile dei Fotoelemente durch eine durchgezogene Linie dargestellt ist. Die Nummer der zugeordneten Abtastzeile des

so Fernsehbilds ist auf den gegenüberliegenden Seiten dei durchgezogenen Linie angegeben. Ersichtlich verwen· den sowohl die ungeradzahlig numerierten als auch die geradzahlig numerierten Teilbilder des Fernsehbild! nach diesem Beispiel dieselben Fotoelemente. Infolge

dessen müssen nicht zwei Übertragungskanäle wit gemäß Fig.4 vorhanden sein, sondern die Ladunger der jeweiligen Spalten können in Aufeinanderfolge übertragen werden. Folglich erhält man an dei Ausgangsleitung 23 ein zeilensequentielles Signal in dei

to Reihenfolge R, G und B. Beim NTSC-Sytem können be der Ausführung der Erfindung 250 Zeilen vor Fotoelementen vorhanden sein, jedoch kann das Fehler der zwischengcschobcnen Abtastung zu einer Ver schlcchterung der vertikalen Auflösung führen. Diesel

(15 Nachteil kann jedoch durch Verarbeiten des Ausgangs signals in einer äußeren Schaltung behoben werden.

Fig. 7 zeigt eine Schaltung zur Verbesserung dei Zeilensprung-Abtasteffekts, wie sie zur Verwendunj

mit einem Bildser.iDi- nach Fig.6 bevorzugt wird. An einer Eingangsklemme 28 wird das zeilensequentielle Signal in der Folge R, G und B empfangen und an Verzögerungsschaltungen 29,30 und 31 einer Verzögerung von 1 H aufeinanderfolgend weitergegeben. Ein Signalgenerator 32 zum Schalten zwischen den ungeradzahlig und den geradzahlig numerierten Teilbildern ist mit einem Signalumschalter 33 verbunden, der seinerseits mit einem Addierer 34 verbunden ist. Ein Ringzähler 35. der für jede Zeitspanne von 3 H einen ι ο Impuls erzeugt, ist mit einer Signaltorschaltung 36 verbunden, die mit Ausgangsklemmen 37,38 und 39 für stetige Signale R, G bzw. B versehen ist. Zur Beschreibung des Prinzips des Signalgenerators 32, des Umschalters 33 und des Addierers 34 sei zunächst darauf hingewiesen, daß das von der Klemme 28 zum Signalumschalter 33 gegebene Signal von der gleichen Farbe ist, wie das von der Verzögerungsschaltung 31 gelieferte Signal, wobei jedoch zwischen diesen Signalen eine Laufzeit von 3 H liegt. Durch Justierung der Polarität der Impulse vom Signalgenerator 32 wird erreicht, daß der Signalschalter 33 während eines ungeradzahligen Teilbilds des Fernsehbilds das Signal von der Klemme 28 zum Addierer 34 leitet und während eines geradzahligen Teilbilds das Signal von der Verzögerungsschaltung 31 zum Addierer 43 leitet. Das Ausgangssignal des Addierers 34 ist also während eines ungeradzahligen Teilbilds das Signal jeder Abtastzeile des Fernsehbilds in direkter Form und während eines geradzahligen Teilbilds ein mittlerer Verlauf der Signale von zwei benachbarten Abtastzeilen der gleichen Farbe mit einer Zeitverzögerung von 3 H dazwischen. Die Kombination der Verzögerungsschaltungen 29, 30, des Ringzählers 35 und der Signaltorschaltung 36 dient der Umwandlung des zeilensequentiellen Signals von R, G und B in ein gleichzeitiges Signal von R, G und B, in an sich bekannter Weise. Durch Änderung der Anzahl der Zeilen von Fotoelementen, die für jede Farbe kombiniert sind und jeder Abtastzeile während eines ungeradzahligen oder eines geradzahligen Teilbilds des Fernsehbilds entsprechen, kann ein verbessertes Verhalten erreicht werden.

Die Fig.8 und 9 zeigen Abwandlungen der Anordnungen nach den F i g. 5 bzw. 6 zur Darstellung von Techniken für die Ableitung eines Zwei-Farb-Zeilensequenz-Signals an der Ausgangsleitung 23. Eine solche Technik kommt grundsätzlich zur Anwendung zur Erzeugung der Farbsignale mit einer Farbfernsehkamera, die zwei Festkörper-Bildsensoren umfaßt.

Fig. 10 zeigt eine Bildqualität-Verbesserungsschaltung, die mit einem Bildsensor verwendet werden kann, der ein Zweifarben-Zeilensequenz-Signal abgibt, also gemäß F i g. 8 oder 9. An einer Eingangsklemme 40 wird ein zeilensequentielles Signal in der Reihenfolge R 1, Bi, R2, B2 ... empfangen. Die Schaltung umfaßt Verzögerungsschaltungen 41, 44 und 45 jeweils mit einer Laufzeit von 1 H. Ein Torimpulsgenerator 42 speist eine Signaltorschaltung 43, die ihrerseits zwei Addierer 46 und 47 speist, mit denen Ausgangsklemmen 48 bzw. 49 für das /7-Signal bzw. das ß-Signal verbunden sind. Der die Elemente 41, 42 und 43 umfassende Schaltungsteil bildet eine übliche Umwandlungsschaltung zum Umwandeln eines zeilensequentiellen Signals in ein gleichzeitiges Signal. Das Ausgangssignal der Torschaltung 43 hat die Form zweier gleichzeitiger Signale in Form von Signalzügen R 1, R1, R2, R2 ... und B1, B1, B2, B2 ... Da bei jedem Zug das gleiche Signal wiederholt wird, also zweimal vorkommt, erzeugt sein Durchgang durch den Schaltangsteil mii dei Verzögerungsschaltung 44 und zum Addierer 46 der Signaldurchschnittsverlauf auf zwei unmittelbar aufein anderfolgenden Abtastzeilen als Ausgangssignal, wöbe beispielsweise ein /?-Signal in der Form R1 (R \ Jr R2)12, R2, (R2+R3)/2 usw. erzeugt wird. Be der vorhergehenden Anordnung wird die Zeitspanne während der B1 abgetastet wird, ergänzt durch R 1, da« um 1 //verzögert ist, während beim jetzt beschriebener System die Bildqualität dadurch verbessert ist, da 15 eine interpolierte Komponente von (R\ + R)/2 geliefert wird.

Fig. 11 zeigt eine zusätzliche Schaltung, dii; zur Schaltung nach Fig. 10 hinzugefügt wird, wenn ein Bildsensor gemäß Fig.9 verwendet wird, wodurch dann der Zeilensprungeffekt verbessert wird. Die Schaltung schließt an die Klemme 48 für das Ä-Signal gemäß Fig. 10 an. Diese Klemme ist mit einer Verzögerungsschaltung 50 um eine Verzögerungszeit 1 H. einem Addierer 51 und einem Signalumschalfer 53 verbunden, der außerdem von einem Impulsgenerator 52 gespeist wird, welcher einen Impuls zum Umschalten zwischen einem ungeradzahlig und einem geradzahlig numerierten Te.:bild des Fernsehbilds liefert. Da das Eingangssignal an der Klemme 48 ein aufeinanderfolgender Zug von /?-Signalen in der Form R1, (Ri+R2)/2, R 2, (R2+R3)/2 ... ist, hat das Ausgangssignal nach Durchlauf durch die Verzögerungsschaltung 50 und den Addierer 51 die Form (3Ri +R2)12, (Ri+3R 2)/2, (3R2+R2)12 ..., die um 1 H verzögert sind. Durch Betätigung des Signalumschalters 53, so daß während eines ungeradzahligen Teilbilds das Signal von der Klemme 48 unmittelbar zu einer Ausgangsklemme 54 durchgelassen wird und während eines geradzahligen Teilbilds das Ausgangssignal des Addierers 51 zur Ausgangsklemme 54 durchgelassen wird, wird ein verbessertes Zeilensprung-Abtasten erreicht.

Die Anordnungen der F i g. 10 und 11 wurden anhand des Zeilenfolgesystems beschrieben, eine gleiche Anordnung kann auch für das Punktfolgesystem angewandt werden. Wie der Fachmann erkennt, ergibt sich hierbei das gewünschte Ergebnis durch Änderung der Laufzeit und der Frequenz der Schaltimpulse. Die Schaltung nach F i g. 11 ist unmittelbar für das Leuchtdichtesignal anwendbar und, obwohl das Leuchtdichtesignal nicht dem normalen Zeilensprungabtasten, wie es in F i g. 6 angedeutet ist, unterworfen ist, ist das Ausgangssignal in bezug auf das Zeilensprungabtasten doch noch verbessert.

F i g. 12 zeigt eine punktsequentielle Ausführungsform, bei der die Ladungsübertragung mit zwei Sätzen von Taktimpulsen erfolgt. Die Fotoelemente jeder Zeile haben eine Farbselektivität von zwei Farben in der Reihenfolge R₁B, R, B, wodurch die gesamte Anordnung in Ä-Gruppen und S-Gruppen eingeteilt wird, von denen jede satzweise durch getrennte Taktimpulse der Ladungsübertragung unterworfen wird. Die Ladungen der Λ-Gruppe werden zum Ausgangsregister 22 übertragen, während die Ladungen der ,B-Gruppe zu einem Ausgangsregister 24 übertragen werden, und die ^-Signale und die ß-Signale werden gleichzeitig von jeweiligen Ausgangsleitungen 23, 25 erhalten. Die Kombination der Farben kann in beliebiger Anzahl von Farben über 2 erfolgen, und die Folge kann von Zeile zu Zeile geändert werden, solang die Anordnung eine gegebene Regel aufrechterhält. Die Signale müssen an eine äußere Schaltung weitergegeben werden, wo sie

(ο

durch einen Ausleseimpuls in die geforderten Farbsignale getrennt werden. Bei einer (nicht dargestellten) Abwandlung können drei Sätze von Taktimpulsen für ein punktsequentielles System verwendet werden.

Die Fig. 13 bis 19 zeigen verschiedene Schemen für den gleichzeitigen Erhalt von zwei zeilensequententiellen Signalen durch Verwendung von zwei Sätzen von Taktimpulsen. Nach Fig. 13 ist eine ungeradzahlige Zeile der Farbe R und eine geradzahlige Zeile der Farbe B zugeordnet. Die erste und die zweite dieser Fotoelementenzeilen entsprechen einer ersten Abtastzeile des Fernsehbilds, die fünfte und die sechste Fotoelementenzeile entsprechen einer zweiten Abtastzeile, die dritte und die vierte Fotoelementenzeile entsprechen einer 264sten Abtastzeile und die siebte und achte Fotoelementenzeile entsprechen einer 265sten Abtastzeile. Die Fotoelemente mit R-Sensitivität sind in einer Gruppe angeordnet, während die Fotoelemente mit ϋ-Sensibilität zu einer zweiten Gruppe zusammengefaßt sind. Die beiden Sätze von Taktimpulsen bewirken eine Übertragung der Ladungen, wodurch ein gleichzeitiges Signal mit R und B, das einem normalen Zeilensprungbetrieb unterworfen wird, an den Ausgangsleitungen 23,25 erhalten wird. Hierbei werden etwa 1000 Zeilen von Fotoelementen für das NTSC-System gebraucht.

F i g. 14 zeigt ein weiteres Schema zum gleichzeitigen Erhalten zweier Farbsignale durch die Verwendung von zwei Sätzen von Taktimpulsen in gleicher Weise wie nach Fig. 13. Hierbei werden jedoch die gleichen Fotoelementenzeilen während eines ungeradzahlig und eines geradzahlig numerierten Teilbilds verwendet. Infolgedessen kann die Zahl der erforderlichen Fotoelemente auf die Hälfte derjenigen nach Fig. 13 vermindert werden.

Nach Fig. 15 haben die jeweiligen Fotoelernentenzeilen eine Selektivität in der Reihenfolge R, G, B, R, G, B..., und die Ladungsübertragung findet gleichzeitig für zwei Fotoelementenzeilen statt, so daß die erste und die zweite dieser Zeilen der ersten Abtastzeile des Fernsehbilds, die dritte und die vierte Fotoelementenzeile der zweiten Abtastzeile des Fernsehbilds und die erste und die zweite Fotoelementenzeile der 264sten Abtastzeile des Fernsehbilds während eines geradzahligen Teilbilds entsprechen, wobei die gleichen Fotoelemente während der ungeradzahligen und der geradzahligen Teilbilder verwendet werden. Da zwei Sätze von Taktimpulsen zum Bewirken der Ladungsübertragung verwendet werden, umfaßt der erste Signalzug ein zeilensequentielles Signal in der Folge R, B, G, R...und der zweite Signalzug ein zeilensequentielles Signal in der Folge G, R, B₁G... Ein gleichzeitiges Dreifarbensignal kann aus diesen Signalen aus den beiden Signalzügen in einer in Fig. 16 erläuterten Weise erhalten werden. Zwei Eingangsklemmen 61 und 62 speisen eine Signaltorschaltung 64, und die Eingangsklemme 62 speist außerdem eine Verzftgerungsschaltung 63 einer Verzögerungszeit von 1 H, die ihrerseits ein verzögertes Ausgangssignal an die Torschaltung 64 abgibt, die von einem Impulsgenerator 65 gesteuert wird. Solang die an die Klemmen 61 und 62 angelegten Signale des ersten und des zweiten Signalzugs G- bzw. B-Signale sind, ist das Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung 63 ein /{-Signal, wodurch die drei Farbsignal gleichzeitig in die Torschaltung 64 eingespeist werden und einem zyklischen Wechsel der Farbe in Zeitspannen von 1 H unterworfen werden, wodurch an Ausgangsklemmen 66, 67 und 68 ein gleichzeitiges Signal mit den konsekutiven Signalen R. G und B erhalten wird.

Die Anordnung nach Fig. 17 zeigt ein gegenüber derjenigen nach Fig. 15 verbessertes Zeilensprungverhalten. Der Festkörper-Bildsensor kann der gleiche wie der nach Fig. 15 sein. Es wird also angenommen, daß der ersten Zeile die Selektivität von R, der zweiten Zeile die von G und der dritten Zeile der Fotoelemente die von Bzugeordnet ist und sich dieses Muster in der Folge

ίο R, G, B für den Rest der 500 Fotoelementenzeilen fortsetzt. Ungeradzahlige Zeilen sind zu einer Gruppe zusammengefaßt, während geradzahlige Zeilen zu einer zweiten Gruppe zusammengefaßt sind. Die Ladungsübertragung erfolgt durch zwei Sätze von Taktimpulsen, jedoch erfolgt die Übertragung während eines ungeradzahligen Teilbilds gleichzeitig für beide Gruppen. Die R- und die G-Signale werden also von der ersten und der zweiten Fotoelementenzeile entsprechend der ersten Abtastzeile des Fernsehbilds und die B- und die Ä-Signale von der dritten und der vierten Fotoelementenzeile entsprechend der zweiten Abtastzeile des Fernsehbilds erzeugt. Ein geradzahliges Teilbild beginnt mit der zweiten Hälfte der 263sten Abtastzeile, die Beschreibung beginnt jedoch mit der 264sten Zeile, da die Halbperiode im hier besprochenen Zusammenhang keine spezielle Bedeutung hat. Während des geradzahligen Teilbilds läßt man den Taktimpuls, der der Gruppe mit den ungeradzahligen Zeilen zugeordnet ist, um die Zeitspanne 1 Hfrüher beginnen als den Taktimpuls, der der Gruppe mit den geradzahligen Zeilen der Fotoelementenmatrix zugeordnet ist, so daß die Übertragung von der ersten Fotoelementenzeile mit Beginn der 263sten Abtastzeile des Fernsehbilds beginnt und die Übertragung von der zweiten Fotoelementenzeile mit Beginn der 264sten Abtastzeile des Fernsehbilds beginnt. Eine solche Justierung des Taktimpulses kann durch eine äußere Schaltung leicht bewerkstelligt werden. Als Folge entsprechen während eines geradzahligen Teilbilds die zweite und die dritte Fotoelementenzeile der 264sten Abtastzeile und erzeugen G- und ß-Signale. Dem folgt die 265ste Abtastzeile entsprechend der vierten und fünften Fotoelementenzeile, die R- und G-Signale erzeugen. Diese Aufeinanderfolge wiederholt sich, bis die Übertragung des geradzahligen Teilbilds vollendet ist. Während des anschließenden ungeradzahligen Teilbilds erfolgt die Übertragung wieder gleichzeitig von der ersten und der zweiten Fotoelementenzeile. Mit dieser Anordnung ist die Kombination von Fotoelementenzeilen, die die Abtastzeilen während eines ungeradzahligen und eines geradzahligen Felds bilden, gegeneinander versetzt, so daß der gleiche Effekt wie beim normalen Zeilensprungabtasten erzielt wird. Jedoch ergeben sich Schwierigkeiten, wenn die Signale dieser beiden Züge an die Schaltung nach Fig. 16 angelegt werden, vielmehr müssen diese Signale durch eine zusätzliche Schaltung nach Fig. 18 geleitet werden, die ein Beispiel eines Signalschalters für das Ausgangssignal des Bildsensors nach Fig. 17 darstellt. In Fig. 18 sind die gleicher Elemente 61 bis 68 nach F i g. 16 enthalten, jedoch gehi den Klemmen 61,62 ein Umschalter 69 zum Umschalter zwischen ungeradzahligen und geradzahligen Teilbil dem voraus, der von einem Schaltimpulsgenerator 7( gesteuert wird. Der Schalter 69 überträgt die Eingangs

"5 signale νοη Klemmen 71 und 72 während eine: ungeradzahligen Teilbilds zu den Klemmen 61 bzw. 6i und während eines geradzahligen Teilbilds zu der Klemmen 62 bzw. 61. Da das Eingangssignal de:

Schalters eine zyklische Folge der drei Farben R, G und B darstellt, können die drei stetigen Farbsignale gleichzeitig an den Klemmen 66, 67 und 68 abgenommen werden.

Fig. 19 zeigt eine Abwandlung von Fig. 15. Im einzelnen ist die Zuordnung der Farben zu den Fotoelementenzeilen geändert, von denen die geradzahligen Zeilen alternierend für R und B empfindlich sind, während die ungeradzahligen Zeilen alle gleiche Empfindlichkeit für G haben. Als Folge ergeben die ungeradzahligen Zeilen ein aufeinanderfolgendes G-Signal als Ausgangssignal, während die geradzahligen Zeilen ein zeilensequentielles Signal aus R- und ß-Signalen als Ausgangssignal liefern. Aus dem zeilensequentiellen Signal aus R und B kann unter Verwendung einer I H-Verzögerungsschaltung in bekannter Weise ein gleichzeitiges Signal hergestellt werden.

F i g. 20 zeigt eine Anordnung, bei der drei Sätze von Taktimpulsen zur Ladungsübertragung verwendet werden und somit drei Signalzüge auf den Ausgangsleitungen 23, 25 und 26 gleichzeitig erhalten werden. Dies entspricht der Anordnung nach Fig. 14, bei der zwei Signalzüge erhalten werden. Dieselben Fotoelemente dienen sowohl während der ungeradzahligen als auch während der geradzahligen Teilbilder zur Erzeugung des gleichzeitigen Signals mit R, Gund B. Eine Fig. 13 mit zwei Zügen entsprechende Anordnung kann hergestellt werden, um den Zeilensprungeffekt zu verbessern.

Eine Anordnung nach Fig.21 dient dazu, ein verbessertes Zeilensprungbild unter Verwendung eines Felds von Fotoelementen mit etwa 750 Zeilen zu erzeugen. Wie nach Fig. 17, wo zwei Signalzüge beteiligt sind, wird hier die Kombination der den jeweiligen Abtastzeilen des Fernsehbilds entsprechenden Fotoelementenzeilen für ungeradzahlige und für geradzahlige Teilbilder gewechselt. Bei der dargestellten Anordnung entsprechen während eines ungeradzahligen Teilbilds die erste, zweite und dritte Fotoelementenzeile der ersten Abtastzeile des Fernsehbilds, die vierte, fünfte und sechste Fotoelementenzeile der zweiten Abtastzeile des Fernsehbilds usw. Während eines geradzahligen Teilbilds entsprechen die dritte, vierte und fünfte Fotoelementenzeile der 264sten Abtastzeile des Fernsehbilds, die sechste, siebte und achte Fotoelementenzeile der 265sten Abtastzeile des Fernsehbilds usw. Für die Ladungsübertragung wird die Zeit des Beginns des Taktimpulses justiert. Hierfür wird während eines geradzahligen Teilbilds eine Justierung in einer äußeren Schaltung so durchgeführt, daß die zur Ableitung des Ä-Signals im ersten Signalzug und des G-Signals im zweiten Signalzug benötigten Taktimpulse um die Zeitspanne 1 H früher beginnen als die zum Ableiten des ß-Signals im dritten Signalzug benötigten Taktimpulse.

In nicht dargestellter Weise kann der dem Ä-Signal im ersten Signalzug zugeordnete Taktimpuls um die Zeitspanne 1 H früher beginnen, so daß die zweite, dritte und vierte Fotoelementenreihe der 264sten Abtastzeile des Fernsehbilds entspricht.

F i g. 22 zeigt eine Anordnung für einen verbesserten Zeilensprungeffekt, wobei der Bildsensor und die Ladungsübertragung gegenüber Fig.21 unverändert sind, jedoch in einer äußeren Schaltung eine Justierung 6s derart durchgeführt wird, daß nur das in der Abtastzeile, die um die Zeitspanne 1 H vorher beginnt, enthaltene G-Signal durch die 1 //-Verzögerungsschaltung geleitet wird, wenn ein geradzahliges Teilbild vorliegt, wodurch die Signale von vier Fotoelementenzeilen einer einzigen Abtastzeile des Fernsehbilds entsprechen. In Fig.22 entsprechen die zweite, dritte, vierte und fünfte Fotoelementenzeile der 264sten Abtastzeile und die fünfte, sechste, siebte und achte Fotoelementenzeile der 265sten Abtastzeile des Fernsehbilds. Mit dieser Anordnung wird eine Abtastzeile eines geradzahligen Teilbilds zwischen die Abtastzeüen eines ungeradzahligen Teilbilds eingeschoben und somit ein verbesserter Zeilensprungeffekt bewirkt.

F i g. 23 zeigt eine Schaltung für die Anordnung nach F i g. 22. Hierbei wird von einer Eingangsklemme 73 aus ein Signalumschalter 77 über einen Pufferverstärker 74 einerseits und über eine Verzögerungsschaltung 75 mit 1 H Laufzeit und einen weiteren Pufferverstärker 76 andererseits gespeist. Der Signalumschalter 77 wird von einem Impulsgenerator 78 gesteuert, der einen Schaltimpuls zum Umschalten zwischen einem ungeradzahligen und einem geradzahligen Teilbild erzeugt, und schaltet so, daß während eines ungeradzahligen Teilbilds das Signal vom Verstärker 74 zu einem Addierer 79 und während eines geradzahligen Teilbilds das Signal vom Verstärker 76 zum Addierer 79 durchgeschaltet ist. Wird das G-Signal im zweiten Signalzug gemäß F i g. 22 an die Klemme 73 angelegt, so werden während eines ungeradzahligen Teilbilds die Signale von der Klemme 73 und vom Verstärker 74 miteinander addiert, so daß das G-Signal von der zweiten und von der fünften Fotoelementenzeile, die ursprünglich gleich sind, an einer Ausgangsklemme 80 erscheinen. Während eines geradzahligen Teilbilds werden jedoch die Signale von der Klemme 73 und vom Verstärker 76 miteinander im Addierer 79 addiert, so daß die G-Signale von zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Zeilen miteinander addiert werden. Hierbei kann der Verstärker 76 von enger Bandbreite, also niedriger Durchlaßantwort sein und so eine Verschlechterung der Auflösung verhindern, die durch die Addition der G-Signale von zwei benachbarten Zeilen entstehen könnte. Im übrigen ist die Schaltung im wesentlichen die gleiche wie diejenige nach F i g. 11.

Nach F i g. 24 ist die Kombination der Fotoelementenzeilen während der ungeradzahligen und der geradzahligen Teilbilder geändert, um den Effekt des Zeilensprungabtastens durch die Verwendung von vier Sätzen von Taktimpulsen zu verbessern. Den jeweiligen Fotoelementenzeilen sind die Farbselektivitäten nach wiederkehrender Regel R, G, B und G zugeordnet. Die R-, G-, B- und G-Signale werden gleichzeitig von den jeweiligen Ausgangsleitungen 23, 25, 26 und 27 abgenommen. Während eines ungeradzahligen Teilbilds findet die Übertragung für vier Fotoelementenzeilen wie etwa der ersten, der zweiten, der dritten und der vierten Zeile statt, jedoch wird das G-Signal in jeder 4. Zeile, etwa in der vierten, achten, zwölften... Zeile nicht benützt. Die R-, G- und B-Signale der ersten, zweiten und dritten Fotoelementenzeile entsprechen einer ersten Abtastzeile des Fernsehbilds, und die R-, G- und B-Signale der fünften, sechsten und siebten Fotoelementenzeile entsprechen einer zweiten Abtastzeile des Fernsehbilds. Im Gegensatz hierzu beginnt während eines geradzahligen Teilbilds die Übertragung durch einen ersten Satz von Taktimpulsen um die Zeitspanne 1 H früher als das Übriee. Während der folgenden Zeitspanne findet also die Übertragung für jede Gruppe von vier Zeilen wie etwa der zweiten, dritten, vierten und fünften Zeile statt, jedoch wird das G-Signal im

weiten Signalzug, etwa der zweiten, sechsten und sehnten Zeile, während der geradzahligen Teilbilder licht verwendet. Es entsprechen also die B-, G- und R-Signale von der dritten, vierten und fünften Fotoelementenzeile der 264sten Abtastzeile des Fernsehbilds und die B-, G- und Ä-Signale der siebten, achten jnd neunten Fotoelementenzeile der 2G5nten Abtastzeile des Fernsehbilds. Der Schaltimpulsgenerator und der Signalumschalter können so angeordnet sein, daß das G-Signal im zweiten Signalzug nur während des Lingeradzahligen Teilbilds und das G-Signal im vierten Signalzug nur während des geradzahligen Teilbilds verwendet werden.

Fi g. 25 zeigt eine signalverarbeitende Schaltung zur praktischen Ausführungsform der Anordnung nach F i g. 24. Das G-Signal des zweiten Signalzugs und das G-Signal des vierten Signalzugs werden an zwei Klemmen 81 bzw. 82 angelegt. Mit der Klemme 81 ist ein Signalschalter 83 verbunden, der nur die Signale eines ungeradzahligen Teilbilds durchläßt, uud mit der Klemme 82 ist ein Signalschalter 84 verbunden, der nur die Signale eines geradzahligen Teilbilds durchläßt. Mit

den beiden Signalschaltern 83, 84 ist ein Schaltimpulsgenerator 85 verbunden. Ein Addierer 86 verbindet die zwei ausgewählten Signale miteinander und erzeugt hierdurch an seiner Ausgangsklemme 87 ein stetiges G-Signal.

Die beschriebenen Beispiele sind in vielfältiger Weise abwandelbar. Bei einem Fernsehsystem mit einem 1 :2-Zeilensprungschema endet das ungeradzahlige Teilbild an einem Punkt bei '/2 H, an dem das geradzahlige Teilbild beginnt, so daß der Bildsensor entsprechende Anordnungen von Fotoelementen enthalten kann. Eine derartige Anordnung wird jedoch nicht beschrieben, da sie die Lehre der Erfindung nicht weiter vertieft. Durch ein Austastsignal kann eine Extraanzahl von Zeilen vorgesehen und darüber verfügt werden.

Die Erfindung schafft somit eine Farbfernsehkamera, die sehr kompakt, von geringem Gewicht und doch zuverlässigem Betrieb ist. Die erfindungsgemäße Fernsehkamera kann integral mit einem Videorecorder als tragbare Kamera kombiniert werden.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Farbfernsehkamera mit einem Bildsensor aus einem fotosensitiven Feld von in einer Matrix angeordneten Fotoelementen, auf dessen Oberfläche ein Bild zum Bewirken von photonenerzeugten Ladungen, die in ausgewählten Fotoelementen speicherbar sind, fokussierbar ist, wobei von jeweiligen Fotoelementen ein Signal in Form eines Ladungspakets zu Ausgangseinrichtungen auslesbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein einzelnes Fotoelement (21) nur für Licht einer Farbart empfindlich ist, während auf dem Bildsensor Gruppen von Fotoelementen vorhanden sind, die für Licht von verschiedenen Farbarten empfindlich sind, und daß die in einer ausgewählten Anzahl von Zeilen des Felds (20a) gespeicherte Ladung sequentiell innerhalb jeder Zeile gleichzeitig für die gewählte Anzahl von Zeilen während einer sequentiellen Abtastzeilendauer des Fernsehbilds ausgelesen wird.

2. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Fotoelemente (21) eine von einem entsprechenden MOS-Kondensator gebildete Verarmungsschicht aufweist.

3. Kamera nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Ausleseeinrichtung (22) in Form einer gegebenen Anzahl von sequentiell zu den Ausgangseinrichtungen (23) auslesbaren Schieberegistern, von denen jedes eine Anzahl, gleich oder größer der Anzahl der Spalten in der Matrix, von Stufen aufweist, in die jeweils die in einer Endzeile der Fotoelemente (21) gespeicherten Ladungen parallel überführbar sind.

4. Kamera nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Ausleseeinrichtungen (22, 24) in Form einer gegebenen Anzahl von sequentiell zu den Ausgangseinrichtungen (23, 25, 26, 27) auslesbaren Schieberegistern, die jeweils eine Anzahl, gleich oder größer der Anzahl der Spalten in der Matrix geteilt durch die Anzahl der Schieberegister, von Stufen aufweisen, in die jeweils die in einer Endzeile der Fotoelemente (21) gespeicherten Ladungen parallel überführbar sind.

5. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche jedes der Fotoelemente (21) mit einem Anstrich zum Bewirken einer Farbselektivität überzogen ist.

6. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Oberfläche jedes Fotoelements (21) zum Bewirken einer Farbselektivität des jeweiligen Elements ein Farbfilter angeordnet ist.

7. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils in einer der Zeilen des Felds {2Oa) der Fotoelemente (21) gespeicherten Ladungen gleichzeitig während einer sequentiellen Abtastzeile des Fernsehbilds ausgelesen werden.

8. Kamera nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotoelemente (21) aufeinanderfolgender Zeilen des Felds (20a) unterschiedliche Farbselektivität in sich wiederholender Regel aufweisen.

9. Kamera nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotoelemente (21) jeder Zeile des fotosensitiven Felds (20a) Farbselektivitäten in festgelegter Folge aufweisen.

10. Kamera nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotoelemente (21) in verschiedenen Zeilen des fotosensitiven Felds (20a,) Farbselektivitäten in einer Folge aufweisen, die sich von Zeile zu Zeile ändert.

11. Kamera nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotoelemente (21) jeder Zeile des fotosensitiven Felds (20a,) alle in dieser Zeile die gleiche Farbselektivität aufweisen und daß die Farbselektivität der Fotoelemente verschiedener Zeilen in wiederkehrender Regel wechselt.

12. Kamera nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß die Fotoelemente (21) in abwechselnden Zeilen des fotosensitiven Felds (20a) voneinander abweichende Farbselektivität aufweisen.

13. Kamera nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotoelemente (21) in unmittelbar aneinander angrenzenden Zeilen des fotosensitiven Felds (20a,) unterschiedliche Farbselektivität aufweisen.

14. Kamera nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Fotoelementen (21) gespeicherten Ladungen einer Zeile gleichzeitig und sequentiell in der Folge der Zeilen des fotosensitiven Felds (2Oa^ ausgelesen werden.

15. Kamera nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Fotoelementen (21) jeder zweiten Zeile des fotosensitiven Felds (20a,) gespeicherten Ladungen sequentiell während eines Teilbilds ausgelesen werden, während die in den Fotoelementen der übrigen Zeilen des Felds gespeicherten Ladungen sequentiell während des anderen Teilbilds ausgelesen werden.

16. Kamera nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zug von in den Fotoelementen (21) einer Zeile des fotosensitiven Felds (2Oa^ gespeicherten Ladungen den Signalen einer Abtastzeile des Fernsehbilds entspricht.

17. Kamera nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotoelemente (21) in eine Mehrzahl von Gruppen eingeteilt sind und die in den Fotoelementen gespeicherten Ladungen für die jeweiligen Gruppen gleichzeitig zu getrennten Ausgangseinrichtungen (23, 25, 26, 27) ausgelesen werden.

18. Kamera nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe die Fotoelemente (21) von gleicher Farbselektivität enthält

19. Kamera nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotoelemente (21) in einer Zeile des fotosensitiven Felds (2Oa^ verschiedene Farbselektivitäten in sich wiederholender Regel, die von Zeile zu Zeile konstant bleibt, aufweisen, daß die Fotoelemente mit gleicher Farbempfindlichkeit gemeinsam eine Gruppe bilden und daß die in den Fotoelementen gespeicherten Ladungen jeweils gleichzeitig für eine Zeile zu getrennten Ausgangseinrichtungen (23, 25) und gleichzeitig für die jeweilige Gruppe ausgelesen werden (F ig. 12).

20. Kamera nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotoelemente (21) einer Reihe des fotosensitiven Felds (20a) alle die gleiche Farbselelctivität aufweisen, die sich von Zeile zu Zeile in sich wiederholender Regel ändert, daß die Fotoelemente von gleicher Farbempfindlichkeit zusammen eine Gruppe bilden und daß die in den Fotoelementen einer jeden Zeile gespeicherten Ladungen von jeweiligen Gruppen gleichzeitig ausgelesen werden

/J

[F ig. 4.6.9).

21. Kamera nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Gruppen die Fotoelemente (21) der ungeradzahligen Zeilen des fotosensitiven Felds (20a,) und eine andere Gruppe die Fotc elemente der geradzahligen Zeilen des Felds umfaßt.

22. Kamera nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotoelemente (21) in einer Zeile des fotosensitiven Felds (20a) alle die gleicht Farbselektivität aufweisen, die in den ungeradzahligen Zeilen von Zeile zu Zeile in sich wiederholender Regel wechselt, daß die Farbselektivität der Fotoelemente in den geradzahligen Zeilen ebenfalls von Zeile zu Zeile in sich wiederholender Regel wechselt und daß die in den Fotoelementen gespeicherten Ladungen gleichzeitig für jeweils zwei benachbarte Zeilen, die zu den jeweiligen Gruppen gehören, ausgelesen werden (Fig.8, 17, 19).

23. Kamera nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotoelemente (21) in einer Zeile des fotosensitiven Felds (2OaJ alle gleiche Farbselektivität aufweisen, daß die Fotoelemente entweder der ungeiradzahligen Zeilen oder der geradzahligen Zeilen wiederholt die gleiche Farbselektivität und die anderen unterschiedliche Farbselektivitäten in sich wiederholender Folge aufweisen und daß die in den Fotoelementen gespeicherten Ladungen gleichzeitig für jeweils zwei benachbarte Zeilen, die zu den entsprechenden Gruppen gehören, ausgelesen werden (F ig. 19).

24. Kamera nach einem der Ansprüche 20,22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotoelemente (21) einer Mehrzahl von benachbarten Zeilen des fotosensitiven Felds (2OaJl die zu entsprechenden Gruppen gehören, eine Kombination von Zeilen bilden, von denen gleichzeitig ausgelesen wird, wobei die Kombination die gleiche für geradzahlige Teilbilder und für ungeradzahlige Teilbilder ist.

25. Kamera nach einem der Ansprüche 20,22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotoelemente (21) einer Mehrzahl von benachbarten Zeilen des fotosensitiven Felds (2OaJ, die zu entsprechenden Gruppen gehören, eine Kombination von Zeilen bilden, aus denen gleichzeitig ausgelesen w>rd, wobei die Kombination zwischen ungeradzahligen und geradzahligen Teilbildern wechselt.

26. Kamera nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Zügen von in den Fotoelementen (21), die jeweilige Zeilen des fotosensitiven Felds (2OaJ bilden, gespeicherten Ladungen den Signalen einer horizontalen Abtastzeile des Fernsehbilds entspricht.

27. Kamera nach einem der Ansprüche 20,22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotoelemente (21) einer Mehrzahl von benachbarten Zeilen des fotosensitiven Felds (2OaJ, die zu entsprechenden Gruppen gehören, eine Kombination von Zeilen bilden, aus denen gleichzeitig ausgelesen wird, wobei eine Mehrzahl von Zügen von aus dieser Kombination ausgelesenen Ladungen den Signalen einer Abtastzeile des Fernsehbilds entspricht.

28. Kamera nach einem der Ansprüche 20,22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotoelemente (211) einer Mehrzahl von benachbarten Zeilen des fotosensitiven Felds (2OaJ, die zu entsprechenden Gruppen gehören, eine Kombination von Zeilen bilden, von denen gleichzeitig ausgelesen wird, wobei eine Mehrzahl der Züge von Ladungen, die aus dieser Kombination ausgelesen wird, und ein einzelner Zug von Ladungen vor. einer anderen Kombination, die der zuerst genannten Kombination vorausgeht oder ihr folgt, den Signalen einer Abtastzeile des Fernsehbilds entsprechen.

29. Kamera nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß während eines Teilbilds eine Mehrzahl von Zügen von Ladungen, die gleichzeitig von einem Satz aus der Mehrzahl benachbarter Zeilen des fotosensitiven Felds (2OaJ, die zu entsprechenden Gruppen gehören, ausgelesen werden, den Signalen einer Abtastzeile des Fernsehbilds entsprechen, während während des anderen Teilbilds die Kombination der Zeilen in einem Satz geändert ist und eine Mehrzahl von Zügen von Ladungen, die aus dem geänderten Satz und einem einzelnen Zug von aus dem Satz, dessen Auslesung derjenigen des geänderten Satzes vorausgeht oder folgt, ausgelesenen Ladungen den Signalen einer Abtastzeile des Fernsehbilds entsprechen.

30. Kamera nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Gruppen vorhanden sind, in denen jeweils sämtliche Fotoelemente (21) die gleiche Farbselektivität aufweisen und von denen während eines Teilbilds eine Mehrzahl von Zügen von Ladungen, die gleichzeitig von einem Satz aus einer Mehrzahl von benachbarten Zeilen des fotosensitiven Felds ausgelesen sind, die zu entsprechenden Gruppen gehören, jedoch ausschließlich eines einzelnen Zugs von Ladungen, der von Zeilen ausgelesen wird, die zu einer der Gruppen mit der gleichen Farbselektivität gehören, den Signaler, einer Abtastzeile des Fernsehbilds entspricht, während während des anderen Teilbilds die Kombination der Zeilen in einem Satz geändert ist und eine Mehrzahl von Zügen von Ladungen, die gleichzeitig von der geänderten Kombination ausgelesen werden, ausschließlich eines einzelnen Zugs von Ladungen, die von denjenigen Zeilen ausgelesen werden, die zur anderen Gruppe von derselben Farbselektivität gehören, den Signalen einer Abtastzeile des Fernsehbilds entspricht.