DE2514156C3

DE2514156C3 - Festkörper-Fernsehkamera

Info

Publication number: DE2514156C3
Application number: DE2514156A
Authority: DE
Inventors: Seisuke Mitaka Tokio Yamanaka (Japan)
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1974-03-29
Filing date: 1975-03-29
Publication date: 1978-10-19
Also published as: ATA246175A; DE2514156B2; FR2275091B1; AT362430B; NL187601C; DE2514156A1; NL7503874A; FR2275091A1; US4071853A; NL187601B; IT1034718B; AU7954575A; GB1501017A; CA1065050A

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine Festkörperkaliicrii und insbesondere eine solche, die eine Ladungsübertragungsvorrichtung verwendet.

Bei der Verwendung eines Festkörpcrsensofs wie einer latlungsgekoppelten Vorrichtung (die im folgenden als CCD-Anordnung bezeichnet wird) für eine Bildaufnahmevorrichtung einer Fernsehkamera werden Lichtinformationen entsprechend dem Lichtbild eines Objekts in elektrische Signale bei Abtastung an jedem Bildelenient umgewandelt, so daß im Gegensatz /u der Verwendung einer bekannten Vidikonröhre oder dergleichen ein Ausgangssignal von der CCD-Anordnung abgegeben wird, das an jedem Bildelement abgetastet wird. Wenn angenommen wird, daß die Abtastfrequenz /I ist, dann ist der Fluchtungsabstand Tu der Bildelemente in der horizontalen Richtung \/f_l- Die elektrischen Ladungen, die in den jeweiligen Bildelementen gespeichert werden, werden schließlich mit der Taktimpulsfrequenzrate übertragen und \n Form eines seriellen Videosignals abgegeben. Das' resultierende Videosignal S_} enthält Gleichspannungskomponenten 5orundSeitenbandkomponenten5sfl mit der Abtastfrequenz /« moduliert mit den Gleichspannungskomponenten Sdc- Hierbei sind die Seitenbandkomponcnten Ssb oben und unten mit der Abtastfrequenz f_c in ihrer Mitte angeordnet. Wenn das Frequenzband der Gleichspannungskomponenten Soc ausreichend breit gewählt wird, um die Auflösung zu erhöhen, werden höhere Bandkomponenten Son der Gleichspannungskomponente Soi den Seitenbandkomponenten Ssb der Abtastfrequenz Z₁. überlagert, und damit verursacht ein bestimmter Teil einen Überlappungsfehler. Wenn mit dem obigen Videosignal in dieser Form ein Bild wiedergegeben wird, wird in dem wiedergegebenen Bild ein Flimmern verursacht. Da dieses Flimmern durch den ÜberlappungsfehJer verursacht wird, können der Überlappungsfehler und damit das Flimmern durch Beschränkung des Frequenzbandes der Gleichspannungskomponenten Soc- auf weniger als die halbe Abtastfrequenz f_c vermieden werden. Wenn jedoch das Frequenzband der Gleichspannungskomponenten Soc in der obigen Weise beschränkt wird, wird die Auflösung verschlechtert. Um zu erreichen, daß das Frequenzband der Gleichspannungskomponente Six-ζ. B. über 3,5 MHz gewählt vird, oVine die Auflösung zu verschlechtern, wobei jeder Überlappungsfehler verhindert wird, genügt es, die Abtastfrequenz f_c hoch genug zu wählen. Da die Abtastfrequenz f_c aus dem Produkt η ■ (n(fc— π ■ /Ή) erhalten wird, wobei π die Anzahl der Bildelemente in der horizontalen Richtung der CCD-Anordnung und /jydie Horizontalfrequenz des Fernsehsignals ist (praktisch kann eine effektive Abtastzeitperiode in der horizontalen Richtung in Betracht gezogen werden), muß, wenn die Abtastfrequenz f_c hoch gemacht wird, um den Überlappungsfehler zu beseitigen, die Anzahl der Bildelemente entsprechend erhöht werden, was bei der Herstellung der CCD-Anordnung schwierig %/ird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Festkörperkamera zu schaffen, bei der der F.influB eines durch die Abtastung hervorgerufenen Überlappungsfehlers geringer ist und bei der eine ladungsgekoppelte Bildsensorvorrichtung aus einer ein/igen Platte verwendet ist.

Durch die Erfindung wird eine Kestkörperkamera geschaffen, bestehend aus Bildsensor/ellen. die in horizontaler und vertikaler Richtung ausgerichtet sind, einer Einrichtung zur Projektion eines Bildes eines Objekts auf die Bildsensorzcllen, einer Einrichtung zum Auslesen von Bildinformationen, die in den jeweiligen Bildsensorzellen gespeichert sind, und einer Einrichtung zur Abgabe eines Ausgangssignals, die dadurch gekennzeichnet ist. daß die Lüge der jeweiligen

in einer hori/onuilen Abtastzeile um den halben Absland bezüglich denjenigen der nächsten horizontalen Abtastzeile versetzt sind, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um die Bildinformationen der Leseeinrichtung bei jeder weiteren horizontalen Abtastzeile um einen halben Lesezyklus zu verzögern, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um die Bildinformationen zweier benachbarter horizontaler Abtastzeilen zu mischen.

Durch Addition der Signale zweier benachbarter horizontaler Abtastzeilen können die Seitenbandkomponenten vollständig unterdrückt werden, so daß das resultierende Videosignal nur aus Gleichspannungskomponenten besteht und damit das Auftreten von Überlappungsfehlern vermieden werden kann.

Wenn hierbei Farbfilterelemente in Abhängigkeit von entsprechenden Bildelementen angeordnet werden, kann eine Farbkamera mit einer CCD-Anordnung aus einer einzigen Platte gebildet werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 bis 11 beispielsweise erläutert. Es zeigt

Fig. i eine schematische Darstellung eines Beispiels einer CCD-Anordnung, die zur Verwendung bei der Erfindung geeignet ist,

F i g. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Teils der CCD-Anordnung der F i g. 1.

Fig. 3 ein Schaltbild des Signalverarbeitungssystems einer Ausführungsform der Festkörperkamera gemäß der Erfindung,

Fig.4A bis 4E Diagramme zur Erläuterung des in F i g. 3 gezeigten Systems,

Fig. 5A, 5B und 5C Diagramme von Frequenzspektren, aus denen die Beziehung der Seitenbandkomponenten hervorgehen,

F i g. 6 den Verlauf von Signalen zur Erläuterung des Systems der F i g. 3,

F i g. 7 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 8A bis 8E Diagramme von Frequenzspektren zur Erläuterung der Ausführungsform der F i g. 7,

F i g. 9 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 10 eine Aufsicht eines Teils eines Farbfilters, das bei der Erfindung verwendbar ist,

Fig. 11A bis 11E Diagramme von Frequenzspektren von Seitenbandkomponenten und

Fig. HF bis HG Diagramme, aus denen die Phasenbeziehung der Seitenbandkomponenten hervorgehen.

Ein bei der Erfindung verwendeter Festkörpersensor hat einen besonderen Aufbau.

Vor der Beschreibung der Erfindung wird zunächst der Festkörpersensor, ζ. B. eine 3-Phasen-CCD-A.nordnung, die bei der Erfindung verwendbar ist, anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben. In den Figuren ist mit 10 allgemein die 3-Phasen-CCD-Anordnung bezeichnet, die aus einem fotoelektrischen Feld 104 besteht, auf das ein Lichtbild eines Objekts (in den Fig. I und 2 nicht gezeigt) projiziert wird, einem Zwischenspeicherfeld 10Ö. das elektrische Ladungen entsprechend den Üchtinformatignen des Objektbildes speichert, und einem Leseregister IOC, das Lesesignale ausgibt. Die Felder 10/4, 10Ö und das Register IOC sind auf einem Halbleiter, z, B. einem Siliziumsubstrat 1 Umgebildet. Das fotoclektrische Feld 10/4 hat eine gewünschte Anzahl von Bildclementen Ii ibisl,,, ,„die in horizontaler und vertikaler Richtung mit einem FluchUingsabstand r» in horizontaler Richtung ausgerichtet sind. Jedes der Bildelemente Ii ι bis l_ra-n hat eine Fotosensoridle 2. Die Fotosensorzellen der Bildelemente auf den ungeraden horizontalen Abtastzeilen sind mit 2« und diejenigen auf den geraden horizontalen Abtaslzeilen

ί sind mit Ib bezeichnet.

Die Lichtinformationen des Objektbildes werden in entsprechende elektrische Ladungen in Teilen eines Halbleitersubstrats 105 umgewandelt, die den Fotosensorzellen 2 gegenüberliegen, die mit Elektroden Φι, Φ.·

id und Φ) verbunden sind, die mit Bildsensorvorspannungen versorgt werden, die eine vorbestimmte .Spannungsbeziehung haben. Wenn daher ein bekannter Übertragungstaktimpuls auf die Elektroden Φ\ bis Φι gegeben wird, werden die elektrischen Ladungen, die in dem Halbleitersubstrat 105 entsprechend den jeweiligen Bildelementen 11 I, li-2 ... 1| -π, Ii I ... ImI ■·· I_n, „auf den horizontalen Abtastzeilen gespeichert sind, auf die Zwischenspeicheranordnung 105 übertragen und an Stellen entsprechend den horizontalen Abtastzeilen während der Vertikalaustastperiode sequentiell bei jeder einzelnen horizontalen A . ,tastzeile übertragen. Hierzu ist das Zwischenspeichc.-fHd !0S ähnlich dem fotoelektrischen Feld 10,4 ausgebildet, jedoch insgesamt optisch abgeschirmt. Die Teile des Zwischen-Speicherfeldes 10ß sind daher mit den gleichen Bezug^rzeichen wie diejenigen des fotoelektrischen Feldes 1OA und ihre Beschreibung unterbleibt daher.

Die in dem Zwischenspeicherfeld 10ß gespeicherten Ladungen werden sequentiell mit einem Auslesetaktimpuls bzw. einem Abtastimpuls ausgelesen, der auf das Leseregister IOC gegeben wird. Somit wird ein Videoausgangssignal von einem Ausgangsanschluß U abgegeben, der mit dem Leseregister lOCverbunden ist. Das Leseregister IOC hat Leseelemente 12, bis 12„, die in der horizontalen Richtung und entsprechend der Anzahl der Bildelemenre des Feldes 1OS bzw. 1OA in einer horizontalen Abtastzeile ausgerichtet sind. Da das Auslesen mit 3-Phasen-AbtastimpuIsen Φ \, Φ β und Φ< erfolgt, haben die Leseelemente 12i bis 1?„ drei Leseeinheiten 13ι-_Λ 13ι-<» 13i -, ... m 13_Π-_Λ 13„ /,und 13„ __o

3ei der Erfindung ist die CCD-Anordnung 10 so aufgebaut, daß, wenn das Lichtbild des Objekts auf die CCD-Anordnung 10 fällt, eine Phasendifferenz von 180° zwischen einem Lesesignal Sa das von der ungeraden horizontalen Abtastzeile erhalten wird, una einem Lesesignal Se, das von der geraden horizontalen Abtastzeile erhalten wird, besteht. Hierzu sind die Fotoabtastzellen 2 in der CCD-Anordnung 10 so ausgebildet, daß sie die Lagebeziehung erfüllen, die in F i g. 2 gezeigt ist. Wenigstens vom räumlichen Standpunkt aus ist eine Phasendifferenz zwischen den Auslesesignalen So und S_t gegeben. Wie in F i g. 2 gezeigt ist. ist, wenn angenommen wird, daß der Abstand der Bildelemente Ii ι bis Ii „ in der horizontalen Ab'astrichtung r» und die Breite jeder Kanalbegrenzer 3i, 3j ... 3„ die in der horizontalen Abtastrichtung a bei jedem Abstand Tn mit W

bezeichnet wird, die Breite W iu ^- tu gewählt. Hierbei

3 ist der Abstand zwischen den Fotosensorzellen 2a und 2b, der in Übereinstimmung mit den ungeraden horizontalen Abtastzeilen (strichpunktierte Linien 4a in Fig.2) und den geraden horizontalen Abtastzeilen (strichpunktierte Linien Ab in Fig. 2) in den durch die Kanalbegrenzer 3i bis 3„ geteilten Bereichen gebildet sein muß, zu r»/2 gewählt.

Bei dem Beispiel der Fig. 2 sind die Breiten VK, und

(V,, der Fotnsensorzellen 2c7tind 2b zu r///& gewählt, und der Abstand zwischen den Mitten der FolosensorzcÜcn la und 26 ist zu tu/2 gewählt.

Die Bildelementbereiche außerhalb der Foloscnsorzcllcn 2a und 26 sind mit Metallschiehten 5a und Sb z. B. aus Aluminium bedeckt, um optisch abgeschirmt zu sein.

Die Festkörperkamera gemäß der Erfindung verwendet die oben beschriebene CCD-Anordnung. Das Signalverarbeitungssystem einer Ausführungsforni einer Festkörperkamera gemäß der Erfindung wird nun anhand der Fig. 3 beschrieben. Das Bild eines Objekts 14 wird auf die CCD-Anordnung 10 über eine Linse 15 projiziert, und ein Lesesignal wird von dem Lesercgislcr IOC erhalten. Ein zu verarbeitendes Lesevideosignal S (Six St)₁ das an den Ausgangsanschluß 11 abgegeben wird, wird auf einen Addierkreis 25 über einen Schalter 5W gegeben, der bei jeder horizontalen Abtastperiode Umgeschaltet wird.

Da hierbei der Abstand τιι/2 zwischen den Fotozellen 2a und 2b vorgesehen ist, wie in F i g. 2 gezeigt ist, kann angenommen werden, daß. wenn die ungeraden und geraden Lesesignale So und Si sequentiell ausgelesen werden, sie vom zeitlichen Standpunkt aus mit einer Phasendifferenz von 180" ausgelesen werden. Sie werden jedoch vom zeitlichen Standpunkt her aus folgendem Grund mit der gleichen Phase ausgelesen. Wenn das l.esesignal So entsprechend den Lichtinformationen, die auf die Fotosensorzellen 2a auf der ungeraden horizontalen Abtastzeile 4a projiziert wird, wie Γ i g. 4A zeigt, derart ist. wie in F i g. 4B gezeigt ist. wird das t.esesignal Sr. das von den Fotosensorzellen 2/> erhalten wird, derart, wie in Fig. 4D gezeigt ist. Dies bedeutet, daß. wenn der Zustand, bevor die Informationen übertragen werden, betrachtet wird, die Lichtinfor mationen um rf//2 verschoben erhalten werden. Da jedoch die Verarmungszone, die in dem Halbleitersubstrat unter den Fotosensorzellen 2a und 2b mit den Bildsensorvorspannungen. die auf die Elektroden Φ_} bis Φ, gegeben werden, die mit dem Halbleitersubstrat verbunden sind, erzeugt wird, über dem Substrat unter den Fotosensorzellen 2a und 2b und auch über dem den Bildelementzonen zugewandten Substrat erzeugt wird, wird das Lesesignal 5a das in Fig.4B gezeigt ist. zu einem Signal Sm. das in F i g. 4C gezeigt ist. verbreitert. Das andere Lesesignal Si wird ebenfalls zu einem Signal Si α verbreitert, das in Fig. 4E gezeigt ist. Damit wird die Mitte /,des Lesesignals Sfizu einer Stelle

verschoben und in gleicher Weise die Mitte /* des anderen Lesesignals 5; zu der gleichen Stelle

LlL-L=

Vom Standpunkt der Phasenbeziehung ist ersieres um Fff/4 (10*) verzögert während letzteres um den gleichen Wert voreilend ist. Daher sind sie vom räumlichen Standpunkt aus um Tu/2 verschoben, jedoch werden beim Übertragen und Lesen der Signale bzw. vom zeitlichen Standpunkt aus beide Lesesignale Sound Sf mit dergleichen Phasenbeziehüng erhalten.

Um daher die Phasendifferenz tu/2 bzw. 180° vom zeitHehen Standpunkt aus zwischen beiden Signalen zu bewirken, wird das Lesesignal Sr, das bei der geraden Zeile erhalten wird, verzögen und danach auf den Addierkreis 25 in Rg. i gegeben. In Fig. 3 ist 26 ein Verzögerungskreis, um das Signal Si um den oben beschriebenen Wen zu verzögern.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel der Erfindung ^ri Wird, wenn 6°r bewegliche Kontakt des Schalters SW den einen festen Kontakt 27« berührt, das Signal So auf der ungeraden Zeile erhalten. Die LcsesignaleSrjund Si, die abwechselnd bei jeder Horizontalabtaslperiode erhalten werden, werden um eine Horizontalablaslpcriode (IW^ von einem Verzögerungskreis 28 verzögert und danach auf einen Addicfkreis 29 zusammen mit den Lcscsignalen Sd und Si gegeben, die nicht über den Verzögerungskreis 28 laufen.

Die Fig. 5A und 5B sind Spektraldiagramtne, die die

π Frcquenzspekiren der l.esesignale So und Si und die Phasenbeziehüng ihrer Scitcnbandkomponentcn zci gen. F i g. 5A zeigt das Spektrum des Lcscsignals Sa das Gleichspannungskomponenicn Six> und Seitenband komponenten Ssen enthält. Hierbei überlappt ein hoher Bandanteil S//r>dcr Gleichspannungskomponenicn S/x> die Seilenbandkomponcnten Ssna so daß ein sogcnann ter Überlappungsfehler erzeugt wird. Das Spektrum des Lescsignals Si ist in F i g. 5B gezeigt, bei dem die Phase seiner Seitenbandkomponcnten Ssn/ gegenüber derjcni gen der Seitenbandkomponcnten Ssno infolge des Verzögerungskreises 26 um 180" verzögert ist. Da bei der Ausführungsform der 1 i g. 3 die l.esesignale Sn und Si während aneinandcrgrcnzendcr Horizontalablaslpcrioden in dem Addierkreis 29 addiert werden, werden die Seitenbandkomponcnten Sven und Ssbi gegenphasig addiert und heben sich auf. Damit wird das Spektrum des addierten Ausgangssignals von dem Gleichspannungskomponenten Sw gebildet und hat keinen Überlappungsfchler wie F i g. 5C zeigt. Dies bedeutet.

j) daß. wenn aneinandergrcnzende l.esesignale in dem Addierkreis addiert werden, die Seitenbandkomponcnten bei Vorhandensein der vertikalen relativen Beziehung zwischen diesen beseitigt werden. Daher kann der Überlappungsfehler völlig beseitigt werden, und es tritt kein Problem auf. selbst wenn das Frequenzband der Glcichspannungskomponenicn Six erweitert wird. Dies bedeutet, daß das Frequenzband der effektiven Glcichspannungskomponenten Six durch die Erfindung leicht erweitert werden kann.

Die Erscheinung, daß die Seitenbandkomponentcn. die in der Phase verschieden sind, durch deren Addition beseitigt werden können, ist nur unter der Bedingung möglich, daß ihre Pegel gleich sind. Da bei der Erfindung die CCD-Anordnung 10. die in den F i g. 1 und 2 gezeigt

so ist. verwendet wird, wird die obige Bedingung erfüllt. Wenn die Seitenbandkomponenlen, die auf den Lichtinformationen entsprechend dem Bild des Objekts 14 eine durch eine Kurve P in Fig.6 gezeigte Umhüllende hat, nehmen die Fotosensorzellen 2a auf der bestimmten ungeraden horizontalen Abtastzeile Informationen auf, die Eingangspegel auf den Punkten au ai, aj... in F i g. 6 haben, während die Fotosensorzellen 2b auf der ungeraden horizontalen Abtastzeile Informationen aufnehmen, die Eingangspegel auf den Punkten b\. 62. 6j... um T///2 gegen die Punkte a_u a₂, a\ ... versetzt haben. Somit kann eine Umhüllende, die durch Zusammensetzen der obigen Informationen gebildet wird, durch die Kurve Pm Fig.6 angegeben werden, wie soeben zuvor beschrieben wurde. Die durch eine durchgehende Linie in Fi g. 6 gezeigte Form ist die Gnmdweile der Seitenbandkomponenten Ssbo in dem Signal Sa und diejenige, die durch eine gestrichelte Linie gezeigt ist. ist die Grundwelle der Seitenbandkom-

ponentcn Ssue in dem Signal S);. Infolge des Verzögerüngskreises 26 tritt die Phasendifferenz von 180° zwischen beiden Signalen auf. Wenn daher die obigen unterschiedlichen Signale in dem Addierkreis 29 addiert werden, erzeugt dieser kein Ausgangssignal, da ihre Phasen umgekehrt sind. In Fig.3 bezeichnet 31 einen Ausgangsanschluß, der von dem Addierkreis 29 herausgeführt ist.

Wenn die Signale vom räumlichen Standpunkt aus nicht um ττ///2 versetzt sind, sondern um x\tll vom zeitlichen Standpunkt aus bzw. die Le.gebeziehung der Fotoscnsorzellen 2 nicht besonders gewählt wird und die Fotosensorzellen 2 eine der Informationsgruppen an den Punkten a\, a-i, aj... und b\, b?,bi... vom räumlichen Standpunkt aus aufnehmen und wenn das Signal 5/ nur ♦om zeitlichen Standpunkt aus versetzt ist, kann die llmhüllende des Signals 5/, die hierbei erhalten wird, durch die gestrichelte Linie in Fig.6 wiedergegeben »erden. Wenn daher die Umhüllenden, die durch die (iurchgehende Linie und durch die gestrichelte Linie gezeigt sind, kombiniert werden, wird ein Ausgangssi-{nal erzeugt, das nicht Null ist, und damit können die eitcnbandkomponenlen nicht beseitigt werden. Dies bedeutet, da. selbst wenn die vertikale Beziehung der Videosignale zwischen zwei benachbarten aufeinanderfolgenden Zeilen besteht, der Überlappungsfehlcr nicht Vollständig beseitigt werden kann und daher ein Flimmern in einem wiedergegebenen Bild nicht ■nterdrückt werden kann. Zusätzlich hierzu kann das Band der Gleichspannungskomponcnten nicht erweitert werden. Gemäß der Erfindung können solche Fehler vollständig vermieden werden, wie oben beschrieben wurde.

Da bei dem Beispiel der F i g. 3 die Lesesignale Sn und Se, die während der benachbarten horizontalen Abtaslperioden erhalten werden, über ihr gesamtes Band addiert werden, um ein gewünschtes Videosignal tu erzeugen, wird die Auflösung, vor allem in vertikaler Richtung, um '/2 verringert.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die die Verringerung der Auflösung in der vertikalen Richtung vermeidet, in der die gleichen Bezugsziffern wie in Fig.3 die gleichen Elemente bezeichnen, weshalb ihre Beschreibung unterbleibt. Bei der Ausführungsform der F i g. 7 werden die Lesesignale found Se, die in den F i g. 8A und 8B gezeigt sind und die •bwechselnd bei jeder Horizontalabtastperiode erhallen werden, zu einem Tiefpaßfilter 32 geleitet, dessen Ausgangssignal einem Subtrahierkreis 33 zusammen mit den Lesesignalen So und Se zugeführt wird. Das Tiefpaßfilter 32 ermöglicht den Durchgang eines Anteils Sdl der Gleichspannungskomponenten Sdo(Sdf), die die Auflösung beeinflussen können. Der Anteil Sdl ist mit den Seitenbandkomponenten nicht überlappt. Der Anteil Sdl der Gleichspannungskomponenten ist in Fig.8C gezeigt In Fig.7 bezeichnet 34 einen Verzögerungskreis, der zur Kompensation der Zeitverzögerung dient, die in dem Tiefpaßfilter 32 verursacht wird. Da das Ausgangssignal des Subtrahierkreises 33 ein in Fig.8D gezeigtes Spektrum hat, wird das Ausgangssignal des Subtrahierkreises 33 dem Verzögerungskreis 28 zur Verzögerung um eine Horizontala"blastperiode und dann dem Addierkreis 29 zur Verarbeitung der Lesesignale der benachbarten Horizontalabtastperioden zugeführt. Somit werden die Seitenbandkomporier.ter. Ssso (Ssse) beseitigt, und es können resultierende Videosignale, die nur aus den Gleichspannungskomponenten Spo (Sde) bestehen, wie Fig.8E zeigt, erhalten werden. Das resultierende Videosignal wird auf den Ausgangsanschluß 31 gegeben. Hierbei wird der untere Spektralanteil der Gleichspannungskorhpöhenlen des Videoausgangssignalsohne Verarbei-

·> tung verwendet, so daß die Auflösung in vertikaler Richtung nicht so sehr verringert wird.

Es ist ersichtlich, daß, wenn drei der in Fig. 3 gezeigten Systeme, die in geeigneter Weise mit Rot-, Grün- und Blau-Farbfiltern kombiniert werden, ein Farbvideosignal ohne Überlappungsfehler erhalten werden kann,

Fig.9 zeigt eine Festkörperfarbkamera der Erfindung, bei der eine CCD-Anordnung 10 und ein besonderes, in Fig. 10 gezeigtes Farbfilter 40 verwendet ist. Das Farbfilter 40 hat mehrere Farbfilterelemente entsprechend den Bildelemenlen des foloelektrischen Feldes 104, wobei die Farbfilterelemcnte des Farbfilters 40 entsprechend den Fotosensorzellen 2a und 2b ausgerichtet sind. Wie in Fig. 10 gezeigt ist. sind die Farbfilterelemente 40_a 1, 40_a2 ··· 40bι ■■· . von denen jedes die Breite Γ///2 hat, gebildet, und die übrigen Bereiche (die schraffierten Teile in Fig. 10) sind als lichtabschirmende Teile ausgebildet. Die Farbselektivität der Farbfilterclemente 40_ai. 40_a> ... 4Of,ι ... ist so gewählt, daß sie die gewünschte Primärfarbc des Lichts durchlassen.

Dies bedeutet, daß der rote Farbanteil (R), der grüne Farbanteil (C) und der blaue Farbanteil (B) die Farbfilterelemente abwechselnd und sequentiell in der

jo horizontalen Abtastrichtung mit einer bestimmten Folgefrequenz durchlaufen.

Die Farbfilterelemenle in z. B. der ungeraden horizontalen Abtastzeile 4a sind in der Farbselektivität derart gewählt, daß das erste, vierte, siebte ...

Farbfilterelement 40_ai, 40₃4,40₃7 ...in der horizontalen Abtastrichlung a den roten Farbanteil durchlassen, das zweite, fünfte, achte ... Farbfilterelement 4Oj₂. 40_a 5, 40as den grünen Farbanteil und das dritte, sechste, neunte ... Farbfilterelement 40a3, 40a6, 40₃q ... den blauen Farbanteil durchlassen.

Die Farbfilterelemente in der geraden horizontalen Abtastzeile sind in der Lage derart gewählt, daß die Phase der Seitenbandkomponenten Ssbe in dem Lesesignal Se, das von den Farbfilterelementen erhalten wird, um π gegenüber den Seilenbandkomponenten Ssbo in dem Lesesignal So phasenverschoben ist, das durch Abtastung der ungeraden horizontalen Abtastzeile 4a erhalten wird. Daher durchlaufen, wie Fig. 10 zeigt, in der geraden horizontalen Abtastzeile 4b die Farbfilterelemente Farbanteile, die um π gegenüber den Farbanteilen verschoben sind, die die Farbfilterelemente in der ungeraden horizontalen Abtastzeile 4a durchlaufen.

Wenn das Farbfilter 40, das in der obigen Weise aufgebaut ist, verwendet wird, wird ein in der Farbe zerlegtes Bild des Objekts auf der CCD-Anordnung 10 erhalten. Bei der in F i g. 9 gezeigten Ausführungsform der Erfindung sind das obenerwähnte Farbfilter 40 und die CCD-Anordnung 10 kombiniert, um eine gewünschte Festkörperfarbkamera zu schaffen. In Fig.9 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 3 die gleichen Elemente, weshalb ihre Beschreibung unterbleibt.

Die Fi g. 1IA bis 1 IG zeigen die Phasenbeziehungen der Seitenbandkomponenten der Frequenzspektren R, Gund Sin den Lesesignaien Sound Se

In dem Beispiel der F i g. 9 werden die Lesesignale So sequentiell bei jeder Horizontalabtastperiode (1 H) dem

Tiefpaßfilter 41 zugeführt, das ein gewünschtes Band von Komponenten (Fig. HC) durchläßt, und sodann einem ersten Subtrahierkreis 42, dem auch die Lesesignale So und Se zugeführt werden, deren Bänder nicht begrenzt werden, um die Signalverarbeitung durchzuführen. Somit ist das Ausgangssignal des Subtrahierkreises 42 ein Signal S<r«o(oder Ssbl), das die hohen Bandkompoi.enlen Sdiio (oder Sdiie) der Gleichspannungskomponenten 5/x-an seiner unteren Bandseite (F i g. 11 D) enthält. Hierbei ist ein Verzögerungskreis 43 zwischen dem Addierkreis 25 und dem Subtrahierkreis 42 vorgesehen, um die Verzögerungszeit zu kompensieren, die durch das Tiefpaßfilter 41 verursacht wird.

Das subtrahierte Ausgangssignal Ssbo (oder Sw) wird einem Verzögerungskreis 44 zugeführt, um es um eine horizontale Abtastperiode \H zu verzögern und dann einem Addierkreis 45 und einem zweiten Snhtrahierkreis 46. die mit den I.esesignalen .9_f> iinrl .9t versorgt werden, deren Bänder nicht begrenzt sind, um die Signalverarbeitungen durchzuführen. Wie oben erwähnt wurde, werden dem Addierkreis 45 die Lesesignale So und Sf zugeführt, die die Frequenzkomponenten enthalten, die in den Fig. 1IA und HB gezeigt sind, und mit dem subtrahierten Signal, das um 1H gegenüber dem Signal Sw>(oder Ssbe) verzögert ist, das in Fig. HD gezeigt ist. Hierbei wird die Phasenbeziehung der Seitenbandkomponenten beim Addieren berücksichtigt Wenn das Lesesignal Sa das von der ungeraden horizontalen Abtastzeile 4a erhalten wird, als Bezug genommen wird, ist seine Phase in Fig. HA gezeigt. Jedoch ist die Phase des um \H verzögerten Signals die gleiche wie die in Fig. HB gezeigte. Dies bedeutet, daß die Phasenbeziehung zwischen den beiden obigen Signalkomponenten gerade entgegengesetzt ist. Wenn daher die beiden Signalkomponenten addiert werden, heben sich die Seitenbandkomponenten Ssbo und Ssbe auf, die gegenphasig sind. Daher besteht das Ausgangssignal des Addierkreises hur aus den Gleichspannungskomponenten Sdo (oder Sde) wie F i g. IIE durch eine durchgehende Linie zeigt. Es ist ersichtlich, daß die nbige Beziehung für die geraden und ungeraden horizontalen Abtastzeilen die gleiche ist.

Wie oben beschrieben wurde, werden, wenn die Lesesignale der benachbarten horizontalen Abtastzeilen in dem Addierkreis 45 addiert werden, die Seitenbandkomponenten unter der Bedingung beseitigt, daß die vertikale Korrelation steht. Aus diesem Grund wird der Überlappungsfehler, der durch das Vorhandensein der Seitenbandkomponenten verursacht wird, völlig beseitigt Somit stellt die Ausdehnung des Bandes der Gleichspannungskomporienten Soc kein Problem dar, bzw. das Band kann leicht erweitert werden.

Die Gleichspannungskomponenten, die von dem Addierkreis 45 erhalten werden, werden einem Matrixkreis 47 zugeführt Wie oben beschrieben wurde, werden dem zweiten Subtrahierkreis 46 die gleichen Signale wie dem Addierkreis 45 zugeführt. Da hierbei die Gleichspannungsfcomponenten über die benachbarten Horizontalabtastperioden phasengleich sind, wenden die Seitenbandkomponenten Soo und Sde durch Subtraktion beseitigt. Die Seitenbandkomponenten Ssbo und Ssbe jedoch, die Farbinformationen enthalten, werden nicht beseitigt. Daher werden die Seitenbahdkomponenien Ssbo mit der in Fig. IiF gezeigten Phasenbeziehung in der ungeraden horizontalen Abtastzeile und die Seitenbandkomponenten Ssiie mit der in F i g. 11G gezeigten Phasenbeziehung in der geraden horizontalen Abtastzeile erhalten, so daß, wenn die Seitenbandkomponenten Sw« und SW auf Demodulatoren 48 und 49 gegeben werden, deren Demodulalionsächse verschieden ist, einer der Demodulatoren, z. B. der Demodulator 48.die Farbkomponente

während der Demodulator 49 die Farbkomponente (B — G) demoduliert. Wenn daher diese demodulierten Signale dem Matrixkreis 47 zugeführt werden, der auch das Signal (Vo+ G+B) des Addierkreises 45 erhält, können ein gewünschtes Videosignal, z. B. das Leuchtdichtesignal Kund Farbdifferenzsignale (R-Y) und (B- Y) in dem NTSC-System an den Ausgangsanschlüssen 50, 51 und 52 erhalten werden, die von dem Matrixkreis 47 herausgeführt sind.

Wie oben beschrieben wurde, werden bei der Ausführungsform der Erfindung, die in Fig.9 gezeigt ist, eine besondere CCD-Anordnung 10, die in Fig. I gezeigt ist, und das Farbfilter 40, das in Fig. IO gezeigt ist, verwendet, und die Lesesignale während benachbarter horizontaler Abtastperioden werden unter Ausnutzung der vertikalen Phasenbeziehung addiert, um ein gewünschtes Farbvideosignal zu erhalten. Dabei werden, selbst wenn die Lesesignale addiert werden, ihre Seitenbandkomponenten völlig beseitigt, wie oben beschrieben wurde. Daher enthalten die Ausgangssignale nur die Gleichspannungskomponenten und damit wird das Auftreten des Überlappungsfehlers vermieden. Damit ist ein wiedergegebenes Bild frei von jedem Flimmern und hat daher eine bessere Quajität

Da die Erfindung das Auftreten des Überlappungsfehlers verhindert, kann das Band des Ausgangssignals erweitert und damit die Auflösung verbessert werden. Wenn z. B. die Abtastfrequenz zu 1/3 th gewählt wird, kann das mögliche Band der Ausführungsform der Erfindung auf etwa 1,5 f_c erweitert werden.

Bei den obigen Ausführungsformen der Erfindung wird die 3-Phasen-CCD-Anordnung mit einem Speicherfeld verwendet, jedoch ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt. Zum Beispiel kann eine Aufnahmevor-. richtung wie eine Fotodiodenanordnung verwendet werden, bei der das Bild eines Objekts mit den Bildelementen abgetastet wird und auch der Lesevorgang durchgeführt werden kann.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Festkörperkamera, bestehend aus Bildsensorzellen, die in horizontaler und vertikaler Richtung ϊ ausgerichtet sind, einer Einrichtung zur Projektion eines Bildes eines Objekts auf die Bildsensorzellen, einer Einrichtung zum Auslesen von Bildinformationen, die in den jeweiligen Bildsensorzellen gespeichert sind, und einer Einrichtung zur Abgabe eines in Ausgangssignals, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der jeweiligen Bildsensorzellen in einer horizontalen Abtastzeile um den halben Abstand bezüglich denjenigen der nächsten horizontalen Abtastzeile versetzt sind, daß eine Einrich- Ιΐ tung vorgesehen ist, um die Bildinformationen der Leseeinrichtung bei jeder weiteren horizontalen Abtastzeile um einen halben Lesezyklus zu verzögern, und; daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um die Bildinformationen zweier benachbarter horizonlaier Abtiisueilen zu mischen.

2. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildsensorzellen aus einer ladungsgekoppelten Vorrichtung bestehen, die auf einem Halbleitersubstrat gebildet ist.

3. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung eine Verzögerungsleitung für eine Horizontal-Zeilendauer und einen Addierkreis aufweist.

4. Kamera nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Tiefpaßfiltereinrichtung und eine Subtrahiereinrichtung, wobei ein Hochfrequenzbereich des Lesesignals der Lesec^:.nricht;-ng der Verzögerungsleitung zugeführt wird.

5. Kamera nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionseinrichtung ein Farbfilterelement aufweist.

6. Kamera nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbfilterelemente, die in der horizontalen Richtung angeordnet sind, eine Gruppe von Farbkomponenten umfassen, die in einer bestimmten Folgeperiode angeordnet sind.

7. Kamera nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbfilterelemente in einer bestimmten horizontalen Abtastzeile so ausgerichtet sind, daß sie eine Phasendifferenz von 180° relativ zu denjenigen in der nächstbenachbarten horizontalen Abtastzeile haben.

8. Kamera nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die das Ausgangssignal abgebende so Einrichtung eine Subtrahiereinrichtung zur Subtraktion phasenmodulierter Farbsignale von den Bildinformationen zweier benachbarter horizontaler Abtastzeilen aufweist.

9. Kamera nach Anspruch 8, dadurch gekenn- « zeichnet, daß die das Ausgangssignal abgebende Einrichtung einen Demodulator zur Demodulation von Farbsignalen aus den phasenmodulierten Farbsignalen aufweist.