DE2537533A1

DE2537533A1 - Fernsehkamera

Info

Publication number: DE2537533A1
Application number: DE19752537533
Authority: DE
Inventors: Seisuke Yamanaka
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1974-08-22
Filing date: 1975-08-22
Publication date: 1976-03-04
Also published as: JPS5124120A; CA1036265A; NL7509976A; FR2282765A1; JPS5737151B2; US4042956A; GB1511526A; DE2537533C2; FR2282765B3

Description

Sony Corporation, Tokyo / Japan

Fernsehkamera

Die Erfindung betrifft eine Farbfernsehkamera des "solid-state-Typs", insbesondere eine Kamera mit einer Ladungs-Übertragungseinrichtung und speziell gestalteten Farbfiltern.

Bei Einrichtungen, die solid-state-Sensoren verwenden, beispielsweise bei ladungsgekoppelten Einrichtungen (im folgenden als CCD = charge-coupled devices), etwa bei Bildaufnahmeeinrichtungen einer Fernsehkamera, wird die Lichtinformation in elektrische Signale umgewandelt und für jedes Bildelement abgetastet. Bezeichnet man die Abtastfrequenz mit f , so ist die Abstandsteilung T. der Aus-

C 11

richtung der Bildelemente in horizontaler Richtung gleich 1/f . Die in den einzelnen Bildelementen gespeicherten elektrischen Ladungen werden schließlich Im Takt einer Taktimpulsfrequenz zu einem Ausgangsanschluß übertragen und dort in Form von seriellen Videosignalen abgenommen. Das resultierende Videosignal S enthält DC-Komponenten (Glelchstromkompanenten) S_n-, und Seitenbandkomponenten S„_B von Abtastfrequenz f , moduliert mit den DC-Komponenten S_DC· In diesem Falle sind obere und untere Seitenbandkomponenten S„_R von Abtastfrequenz f vorhanden. Wird der Frequenzbereich der DC-Komponente S_ßC genügend breit gewählt, um die Auflösung zu vergrößern, so überlagern sich höhere Bandkomponenten S_D„ der DC-Komponente S_DC über der Seiten-

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bandkomponente S„_n der Abtastfrequenz f , woraus ein Abtastfehler resultiert. Wird ein Bild wiedergegeben anhand des obigen Videosignales, wie es ist, so ergibt sich in der Wiedergabe ein Flimmern. Da dieses Flimmern durch den Abtastfehler verursacht wird, läßt es sich vermeiden, indem der Frequenzbereich der DC-Komponente S_DC so weit verengt wird, daß er kleiner als die Hälfte der Abtastfrequenz f ist (entsprechend dem Theorem von Nyquist. Wird jedoch der Frequenzbereich der DC-Komponente S_ßC in diesem Sinne beschränkt, so wird die Auflösung verschlechtert. Um den Frequenzbereich der DC-Komponente S_DC etwa 3,5 MHz zu machen, ohne die Auflösung zu verschlechtern und ohne einen Abtastfehler, genügt es, die Abtastfrequenz f genügend hoch zu wählen. Die Abtastfrequenz f ist durch das Produkt n*T„ gegen (f_n = n»f_H);

C - rl C fl

hierbei ist η die Zahl der Bildelemente in horizontaler Richtung der CCD und f„ die Horizontalfrequenz des Fernsehslgnales. Wird die Abtastfrequenz f hoch genug gemacht, um den Abtastfehler zu beseitigen, so muß entsprechend die Zahl η der Bildelemente vergrößert werden, was die Herstellung der CCD aufwendig macht.

Da ferner drei Farbfilter bzw. R (Rot, Q (Grün) und B (Blau)-Streifenfarbfilterelemente für die Farbkamera verwendet werden,wird die Trägerfrequenz für die einzelnen Farbkomponenten auf 1/3*f„ herabgesetzt. Demgemäß wird ein Abtastfehler über die gesamte Bandbreite der DC-Komponente S_DC verursacht, was die Erzielung einer hohen Qualität des Wiedergabebildes ausschließt.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fernsehkamera zu schaffen, die die aufgezeigten Nachteile der bekannten Ausführungen vermeidet.

Die Erfindung geht aus von einer Fernsehkamera des "solid-state-Typs", enthaltend

A) eine Aufnahmeeinrichtung des solid-state-Typs mit einer Vielzahl von Aufnahmeeinheiten, die sowohl in horizontaler als auch vertikaler Richtung ausgerichtet sind.

Die erfindungsgemäße Fernsehkamere ist gekennzeichnet durch folgende weitere Bestandteile:

B) eine Filtereinrichtung mit ersten Farbfilterelementen einer ersten Primärfarbe und ihrer Komplementärfarbe, die abwechselnd in horizontaler Richtung bezogen auf die Aufnahmeeinheiten jeder zweiten Zeile vorgesehen s ind;

C) eine Filtereinrichtung mit zweiten Farbfilterelementen einer zweiten Primärfarbe und ihrer Komplementärfarbe, die abwechselnd in horizontaler Richtung bezogen auf die Aufnahmeeinheiten der anderen Zeilen vorgesehen sind;

D) eine Einrichtung zur Gewinnung eines Bildsignales aus der Lichtinformation, die durch die ersten und zweiten Farbfilterelemente auf die Aufnahmeeinrichtung fällt; und

E) eine Einrichtung zur Verarbeitung dieses Bildsignales in ein geeignetes Farb-Video-Signal.

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Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. .

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Aufsicht auf ein Ausführungsbeispiel von solid-state-Bildsensoren zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen solid-state-Pernsehkamera;

Fig. 2 eine Teilaufsicht eines Ausführungsbeispieles von Farbfiltern zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Fernsehkamera;

Fig. 3A und 3B Phasendiagramme zur Erläuterung der Phasenbeziehungen der Farbkomponenten beim Farbfilter gemäß Fig. 2;

Fig. Ί ein Prinzip-Schaltbild eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Fernsehkamera;

Fig. 5A bis 5E Diagramme zur Erläuterung der Funktion der Kamera gemäß Fig. 4;

Fig. 6A bis 6E Frequenz-Spektren der Videosignale einschließlich Darstellungen der Phasenbeziehungen der Seitenbandkomponenten;

Fig. 7A und 7B Frequenz-Spektren zur Erläuterung der Erfindung.

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Feststoff-Sensoren, wie ein erfindungsgemäß verwend barer Drei-Phasen-CCD, sind in Fig. 1 veranschaulicht. Ein Drei-Phasen-CCD 10 enthält eine lichtempfindliche Anordnung 10A, auf die das Bild eines (in Fig. 1 nicht dargestellten) Objektes projiziert wird. Eine Zeitspeicheranordnung 1OB speichert die elektrischen Ladungen entsprechend der Lichtinformation des Bildes; ein Auswerte-Register IOC liest bzw. liefert die Video-Ausgangssignale. Die Anordnungen 1OA, 1OB und das Register IOC sind auf einem Halbleitermaterial, beispielsweise einem Siliziumsubstrat 1OS ausgebildet. Die lichtempfindliche Anordnung 1OA besitzt eine geeignete Zahl von Bildelementen I_{1 1}, 1 , die in horizontaler und vertikaler

Richtung ausgerichtet sind und in horizontaler Richtung eine vorbestimmte Abstandsteilung X„ aufweisen. Jedes der

Bildelemente I_1-1* ^i>2"***^m- besitzt eine lichtempfindliche Zelle 2. Die lichtempfindlichen Zellen der Bildelemente in den ungeradzahligen horizontalen Zeilen sind mit 2a und die in den geradzahligen Zeilen mit 2b bezeichnet.

Die Lichtinformation des Bildes wird in entsprechende elektrische Ladungen an Teilen des Halbleitersubstrates 1OS umgewandelt, und zwar an den lichtempfindlichen Zellen 2 j sie sind mit Elektroden ^₁, jöp und φ-, verbunden, denen zur Bildabtastung bestimmte Vorspannungen mit einem vorbestimmten Potential zugeführt werden. Wird daher den Elektroden ^₁ bis ^, ein bekannter Übertraungs-Taktimpuls zugeführt, so werden die elektrischen Ladungen, die im Halbleitersubstrat 1OS entsprechend den jeweiligen Bildelementen I₁ * , I₁ „ ....I_1- , lp_i ·* **^m-l**"*^m- *^{n den} horizontalen Zeilen gespeichert sind, zur Zeitspeicheranordnung 1OB übertragen und während der vertikalen Austastperiode, die auf

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-D-

jede horizontale Abtastzeile folgt, in Positionen gespeichert, die den horizontalen Abtastzeilen entsprechen. Die Zeitspeicheranordnung 1OB ist gleichartig wie die lichtempfindliche Anordnung 1OA ausgebildet, Jedoch optisch als Ganzes abgeschirmt. Die Teile der Zeitspeicheranordnung 1OB sind daher mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet (unter Hinzufügung eines ·) wie die der lichtempfindlichen Anordnung 1OA.

Die in der Zeitspeicheranordnung 1OB gespeicherten Ladungen werden nacheinander mittels eines Auswerte-Taktimpulses ausgewertet, der dem Auswerte-Register IOC zugeführt wird. Von einem mit dem Auswerte-Register IOC verbundenen Ausgangsanschluß 11 nimmt man daher ein Viode-Ausgangssignal ab. Das Auswerte-Register IOC besitzt Auswerteelemente 12*, 12p··.»12 , die in horizontaler Richtung ausgerichtet sind und deren Anzahl der Zahl der Bildelemente der Anordnungen 1OB oder 1OA in einer hor-iiontalen Abtastzeile entspricht. Da die Auswertung mit Drei-Phasen-Prllf impulsen erfolgt, die den Elektroden JiL,. φ^ und 0_C zugeführt werden, besitzen die Auswerteelemente 12-....12 drei Auswerteeinheiten

ist ein speziell ausgebildeter Farbfilter vor dem oben beschriebenen Drei-Phasen-CCD angeordnet, so daÄ das farbmäßig getrennte Bild eines Objektes auf den Brei-Phasen-CCD 10 fällt und man ein gewünschst©s Farb-Wlde©-Signal erhält. Der Farbfilter besitzt erste bis vierte Farbfilterelemente, durch die unterschiedlieii^ Ulentfärben hindurchtreten entsprechend den Bildeleiit@E)ifc@tft 1+ ₄ ....1 in der lichtempfindlichen An-

■ l—l a—λ

ordnun-i;

Ein Ausführungsbeispiel eines im Rahmen der Erfindung verwendbaren Farbfilters wird anhand von Fig. erläutert. Werden die Teile eines Farbfilters 16, die den Bildelementen des Drei-Phasen-CCD IO entsprechen, durch Blöcke veranschaulicht, die durch gestrichelte Linien dargestellt sind und werden die Teile des Farbfilters l6, die den Kanalstops 3*, 3₂ ··· gegenüberliegen, durch von strichpunktierten Linien umgrenzte Blöcke veranschaulicht, so ist der Farbfilter 16 in eine Vielzahl von Teilen unterteilt, wobei jeweils der einem Bildelement entsprechende Teil eine Einheit darstellt. Wird der so gebildete Farbfilter 16 vor de Drei-Phasen-CCD gebracht, so werden die Teile des Farbfilters l6, die wenigstens die Abschnitte enthalten, welche den lichtempfindlchen Zellen 2 des Drei-Phasen-CCD 10 gegenüberliegen oder die Abschnitte mit der Breite T_H/lj (ohne Schraffur) als lichtdurchlässige Teile ausgebildet und die anderen Teile (mit Schraffur) als lichtabschirmende Teile.

Bezeichnet in Fig. 2 der einfach gestrichelte Pfeil Ma die Abtastrichtung der horizontalen Abtastzeile einer ungeraden Zahl und ein anderer einfach gestrichelter Pfeil 4b die Abtastrichtung einer horizontalen Zeile mit gerader Zahl, so ist der Farbfilter 16 derart ausgebildet, daß erste und zweite Filterelemente HA und HB mit der gewünschten Farbselektivität aufeinanderfolgend abwechselnd in den mehreren Abschnitten der ungeradzahligen horizontalen Abtastzeile ¹Ja angeordnet sind, während dritte und vierte Filterelemente 12A, 12B mit anderen Farbselektivitäten als sie die erstgenannten Filterelemente besitzen, aufeinanderfolgend und abwechselnd in den einzelnen Teilen der geradzahligen horizontalen Abtastzeile Mb vorgesehen sind,

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. 6. «537533

Die Lichtarten, die durch die ersten und dritten lichtdurchlässigen Filterelemente- HA und 12A hindurchtreten, werden so gewählt, daß sie unterschiedliche Primär-Lichtfarbeη sind, während durch die zweiten und vierten lichtdurchlässigen Filterelemente HB und 12B komplementäre Lichtfarben hindurchtreten. In diesem Falle wird die den komplementären Lichtfarben gemeinsame Lichtfarbe so gewählt, daß sie von den beiden primären Lichtfarben abweicht. Läßt man beispielsweise durch das erste Filterelement HA als.primäre Lichtfarbe rotes Licht R hindurchtreten (vgl. Fig. 2), so wird das durch das zweite Filterelement HB hindurchtretende Licht als komplementäre Liehtfarbe bzw. cyanfarbiges Licht C

y gewählt;. Läßt man in entsprechender Weise durch das dritte Filterelement 12A als primäre Liehtfarbe blaues Licht B hindurchtreten, so läßt das vierte Filterelement 12B gelbes Licht Y passieren. Für die folgende Beschreibung wird angenommen, daß der Farbfilter 16 die vorstehend erläuterte Farbselektivität besitzt.

Im Farbfilter 16 werden die Lagebeziehungen zwischen dem ersten und zweiten Filterelement HA und HB und zwischen dem dritten und vierten Filterelement 12A, 12B wie folgt gewählt: Wird durch eine Fernsehkamera unter Verwendung des obigen Farbfilters 16 ein schwarzes und ein weißes Objekt aufgenommen, so werden die Vektor-Ausgangssignale, wie später noch beschrieben werden, gleich Null.

Im folgenden sei nun ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das die obige Bedingung erfüllt. Der lichtdurchlässige Teil besitzt die beiden Filterelemente HA und HB odör 12A und 12B als Einheit und diese Einheiten

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folgen wiederholt aufeinander in der horizontalen Abtastrichtung mit einer Anordnungsfrequenz von 2 Tf , wenn die Abstandsteilung T„ der Bildelemente winkelmäßig als Λ- bezeichnet wird. Infolgedessen ergeben sich die in Fig. 3A dargestellten Phasenbeziehungen der Farbkomponenten, die man von einer ungeradzahligen horizontalen Abtastzeile (m-te-Abtastzeile) und einer geradzahligen horizontalen Abtastzeile (m+l)-te Zeile) erhält. Wird in Fig. 3A die Winkelhalbierende des Winkels 2 ck zwischen den Vektoren R und B . „ als neue

m m+l

Achse (cos-Achse) gewählt und eine senkrecht hierzu verlaufende Achse als sin-Achse, so kann die obige Phasenbeziehung wie in Fig. 3B dargestellt werden.

Es sei angenommen, daß der Abstand vom Zentrum der ersten

Bildelemente 1„ _Λ. I_n „....Ι _Λ bis zum Zentrum der zweiten l-i d-x m-i

Filterelemente HB gleich T- sei. Der Abstand vom Zentrum

der ersten Bildelemente I_1-1* ¹P-I """'^m-I ^b*^{s zum} Zentrum des dritten Filterelementes 12A sei T₃. Die Abstände vom Zentrum der zweiten Bildelemente 1„ ~, 1~ _o....l _o bis

±—d d—d xa—d

zum Zentrum des ersten Filterelementes HA und bis zum Zentrum des vierten Filterelementes 12B seien f. bzw. Tj.. Dann lassen sich die in Fig. 3A dargestellten Winkel cb» (^₁ und ß₂ wie folgt ausdrücken:

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t fr. .„) . (1)

■ ^τΐΐ,*

^β+ 1^ -T

^{3 2} πΙ

₂- _τ ^τυ

-1

Wenn P= β^ = (3₂, so kann man D aus den Gleichungen
(2) und (3) wie folgt ausdrücken:

Erhält man Ausgangssignale Scos und Ssin auf der Cos- und sin-Äehse in den Phasenbeziehungen gemäß Fig. 3B, so können diese wie folgt ausgedrückt werden:

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Scos » (G_m + G_m+1) sinß - (R_m+1 cosa - B_m sinß)

- (R_m cosa - R_n+1 sinß) (5)

Ssin . (G_m+1 -G_{m +} R_m+1 -B_m) cosß

^sina

Wenn in diesem Falle eine vertikale Korrelation besteht, so sind die m-te-Zeile und die (m+l)-te Zeile in ihrer Video-Information im wesentlichen gleich. Es gelten daher die folgenden Beziehungen:

^Gm ^{= G}m₊1 * ^G
^Bm * ^Bm₊1 '- ^B
^Rm ^a Vl ^{= R}

Setzt man diese'Beziehungen in die Gleichungen (5) und (6) ein, so lassen sich die Ausgangssignale Scos und Ssin wie folgt ausdrücken:

Scos = 2GsIn ß- (R+B) (COS₀U- sinO») (7)

Ssin = (R-B) (cosfb+ sind.) (8)

Ist ein aufzunehmendes Objekt weiß, so gilt RsB=Gs bestimmter Wert A. Es ist daher notwendig, daß die Parbkomponente oder das Ausgangssignal Scos auf "der Cos-Achse zu diesem Zeitpunkt gleich Null ist. Aus der Bedingung, daß das Ausgangssignal Scos gleich Null ist (Scos s o), ergibt

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- 12 - sich die folgende Beziehung:

oosdj = 2sinfr (9)

Setzt man die Gleichung (9) in die Gleichung (7) und (8) ein, so lassen sich letztere wie folgt ausdrücken:

Scos = (G .-■; -~ ) cos«

Ssin = (H -B) (sina

Wird die Summe der Abstände T₂ und T in Betracht gezogen, so ist di# Summe ( fp ⁺ T-i) gleich oder kleiner als Xu/2» da der Bereich mit einer Breite entsprechend der Breite des Kanalstops fehlerfrei zwischen den benachbarten Bildelementen angeordnet ist.

Ermittelt man den Winkel ck praktisch, so läßt sich die Gleichung (1) - da der Winkel d* durch die Gleichung 1 gegeben ±st - umschreiben, indem die Bedingung (Tp ^+Γ^-τ H/2^ verwendet wird:

Ή Ι*ι . "ή

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Wird das Ausgangspegelverhältnis zwischen dem Ausgangssignal Scos auf der cos-Achse und dem Ausgangssignal Ssin auf der sin-Achse als a bezeichnet, so erhält man aus den Gleichungen (10) und (11) die

Gleichung cos²do = ^a²/ f (a² jp)² +4a²l. Wird das

Verhältnis a etwa gleich 2.3231 gewählt, so ergibt sich cosdo = O.7£6. Wie aus Gleichung (12) hervorgeht, gilt dann a = f

Infolgedessen kann der Winkel β aus Gleichung (9) wie folgt errechnet werden:

β=

(13)

Aus den Gleichungen (12) und (13) und der Gleichung + T„ = T, + T, können die einzelnen Abstände ermittelt

werden. Die Abständet ausdrücken:

und Tjj lassen sich wie folgt

τ 2 ~ 2

-τ

= 0.365 τ_Η = τ₃ -Ο.135τ

.(14)

_Η
Nimmt man an, daß T, = , so erhält man praktisch

folgende Gleichungen (15) aus den Gleichungen

T — T —

2 3 "" 4

=0.115

.05)

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Um bei dem Farbfilter 16 gemäß Fig. 2 die durch die Gleichungen (12) und (13) gegebenen Winkel Hj und β zu erzielen, werden die Lagebziehungen zwischen den einzelnen Filterelementen so gewählt, daß sie die durch die Gleichungen (14) gegebenen Abstände einhalten.

Das obige Ausführungsbeispiel gilt für den Fall, daß der Winkel cL-^j- gewählt wird; man kann Jedoch den Winkel ck auch kleiner als -4- annehmen. In einem solchen Falle muß natürlich bei einer Änderung des Winkels zL auch der Winkel [\ geändert werden, wie sich aus Gleichung (9) ergibt.

Erfindungsgemäß wird ein solcher Farbfilter 16 verwendet, da aufgrund der relativen Lagebeziehungen zwischen seinen Filterelementen die Phasenbeziehung der Video-Ausgangssignale die Winkel erfüllt, die beispielsweise durch die Gleichungen (12) und (13) gegeben sind; auf diese Weise erhält man das Farb-Videosignal des Objektes.

Anhand von Flg. Ί sei nun eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Signalverarbeitung erläutert. In Fig. k bedeutet 21 ein aufzunehmendes Objekt, dessen Bild durch ein optisches Linsensystem 22 und den Farbfilter 16 in Form eines in gewünschter Weise farbmäßig zerlegten Bildes auf den CCD 10 geworfen wird. Das an einem Ausgangsanschluß 11 abgegebene Farb-Videosignal wird über einen Signalumschalter 23 und eine Verzögerungsschaltung 2k einer Mischstufe 25 zugeführt. Der übertragungsweg für die Videosignale, die man nacheinander bei jeder horizontalen Abtastzeile erhält, 1st in zwei Zweige unterteilt; zwei Umschalter SW. und SWg, die bei jedem Bildelement miteinander gekoppelt um-

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geschaltet werden, sind in den beiden Zweigen des Signalübertragungsweges vorgesehen. Wie Fig. 4 zeigt, sind diese miteinander gekoppelten Schalter SW. und SW_n jeweils im entgegengesetzten Schaltzustand. Den Schaltern SW. und SW_n nachgeschaltet sind zwei Umschalter SW_n und SW₁,, die miteinander gekoppelt bei IH (wobei H jeweils eine horizontale Abtastperiode ist) umgeschaltet werden.

Zur Erläuterung des Zweckes des Signalumschalters 23 und der Verzögerungsschaltung 2^4 sei nun das vom CCD 10 gelieferte Farb-Videosignal in Betracht gezogen. Betrachtet man ein Videosignal S_, wie es Fig. 5B zeigt, basierend auf Lichtinformationen, die auf die lichtempfindlichen Zellen 2a in der ungeradzahligen horizontalen Abtastzeile 4a (vgl. Fig. 5A) treffen, so erhält man von den lichtempfindlichen Zellen 2b ein Videosignal S„ gemäß Fig. 5C. In anderen Worten: Betrachtet man den Zustand vor Übertragung der Signale, so fällt der zeitliche Abstand T^ zwischen einem Ausgangssignal S_Q1 vom zweiten Filterelement HB und einem Ausgangssignal S^ vom ersten Filterelement HA mit dem Zeitabstand zusammen, wenn die Lichtinformationen (räumlich gesehen) durch die Filterelemente HA und HB des Farbfilters 16 hindurchtreten.

Die Aufzehrungsschicht (depletion layer), die von den zur Bildabtastung dienenden Vorspannungen erzeugt wird, welche den im Halbleitersubstrat 10_s unter den lichtempfindlichen Zellen 2a und 2b vorgesehenen .Anschlüssen J^₁ bis 0, zugeführt werden, erscheint jedoch nicht nur unter den lichtempfindlichen Zellen 2a und 2b, sondern über den gesamten Bildelementen (d.h. in denselben Flächen, die in Fig. 5A durch gestrichelte Blöcke dargestellt sind).

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- Io -

Das Videosignal S_Q gemäß Fig. 5B wird daher zu einem Durchschnittssignal S₀-. gemäß Fig.. 5D umgestaltet. Infolgedessen wird die Zeitdistanz T₂ zwischen den Zentren benachbarter Signale S_QA um den Wert Δ Τ größer als die Zeitdistanz T₁ (T₂ >T₁). Wird die Zeitdistanz T₁ zwischen den Videosignalen S_Q. und S_Q nicht eingehalten, so kann die Phasenbziehung gemäß Fig. 3 und damit auch der anfänglich erläuterte Zweck nicht erreicht werden.

Wird beispielsweise das zuerst erhaltene Signal S_Q1 des Videosignales S_Q absichtlich um eine Zeitspanne entsprechend ΔT verzögert, und wird das folgende Signal S~p so abgenommen wie es ist, so ergibt sich in diesem Falle ein Zeitabstand T₁'. Erfindungsgemäß wird daher das Videosignal S₀ um eine gewünschte Zeitperiode verzögert während des Zeitintervalles, wenn das Videosignal S_Q1 erhalten wird bei der ungeradzahligen horizontalen Abtastperiode und bei dem zweiten Bildelement. Die Verzögerungsschaltung 2²IA gemäß Fig. 4 dient diesem Zweck. Die Verzögerungszeit Δτ wird hier in folgender Weise erzielt. Wie Fig. zeigt, wird das Zentrum Z a des Signales S_Q1 im Videosignal S_ zur Linie L verschoben (L- £a = Ti = 0,115 T„); das Zentrum Zb des Signales S_Q2 wird zur Linie L des zweiten Auftretens verschoben (L -£b = T = 0,25 Tu). In anderen Worten: Das Videosignal S_ wird in der Phase

₁ für das Signal S und um T für das Signal S_Q2 verzögert. Die dazwischen bestehende Zeltdifferenz (= 0,13ST ) entspricht der obigen Verzögerungszeit ΔT.

Was das Videosignal Sg anbelangt, das während der geradzahligen horizontalen Abtastperiode erhalten wird, so ergibt sich sein Durchschnittssignal S_EA gemäß Fig. 5E. In diesem Falle werden Jedoch die Signale S_E1 und S_E2 um T₂ und T₁. verschoben, wie Fig. 5E durch gestrichelte Pfeile

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andeutet. Unter dem Gesichtspunkt der Phasenbeziehung sind diese Signale S_E1 und S_£2 in"der Phase um 0,25 T_R C=T₂) und 0,115T„ C=TTj₄) voreilend; werden sie als Verzögerungszeiten gewählt, so kann die Beziehung unter dem zeitlichen Gesichtspunkt gleich der Beziehung unter dem räumlichen Gesichtspunkt gemacht werden. In Flg. 4 dient die Verzögerungsschaltung 24B zur Verzögerung des Signales S„ ; ihre Verzögerungszeit beträgt 0,25^,.. In entsprechender Weise dient die Verzögerungsschaltung 2^C zur Verzögerung des Signales S_£2 um eine Verzögerungszeit von 0⁷

Wie oben erwähnt, sind der Umschalter 23 und die Verzögerungsschaltung 24 vorgesehen, um die Signale S_Q und S_E mit der anfänglichen Phasenbeziehung zu liefern, wobei diese Signale dann der Mischstufe 25 zugeleitet werden. Das Ausgangssignal der Mischstufe 25 wird einer Operationsschaltung 30 zugeführt (vgl. Fig. *J), die ein gewünschtes Farb-Videosignal erzeugt.

Die Funktion der Schaltung 30 sei im folgenden anhand der Fig. 6A bis 6E erläutert. Es sind dies Diagramme, die die Phasenbeziehungen zwischen den Frequenz-Spektren der Videosignale S_Q und Sg und den Seitenbandkomponenten der Signale R, G und B veranschaulichen.

Die Videosignale S_Q und S_E (vgl. Fig. 6A und 6B), die man aufeinanderfolgend und abwechselnd bei jeder horizontalen Abtastperiode erhält, werden einem Tiefpaßfilter 28 zugeführt, der eine gewünschte Bandkomponente der Signale durchläßt (Fig. 6C). Der Ausgang des Tiefpaßfilters 28 und die in der Bandbreite nicht beschnittenen Videosignale S₀ und Sg werden einer Subtaktionsstufe 29 zugeführt, die die

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Signaloperation bewirkt. Der Ausgang der Subtraktionsstufe 29 sind die Seitenbandkomponenten S„_ (oder S_Mg) - vgl. Fig. 6d - enthaltend die Hochbandkomponenten S_nu der DG-Komponenten S_nr, auf ihrer Tiefbandseite. In Fig. H bezeichnet 26 eine Verzögerungsschaltung, die dazu dient, die durch den Tiefpaßfilter 28 verursachte Verzögefungszeit zu kompensieren.

Das subtrahierte Aüsgängssignal S_MQ (oder S^* der Subtraktiohssstufe 29 wird einer Verzögerungsschaltung zugeführt, hierdurch um eine horizontale Abtastperiode verzögert und dann einer Addierstufe 32 zugeleitet, die auch von der Verzögerungsschaltung 26 mit den Videosignalen Bq und S„ gespeist wird, die in der Bandbreite hiöht beschnitten sind. Die Addierstufe 32 erzeugt damit ein Additions'-Ausgangssignal mit der Phasenbegiehung gemäß Flg. 6E.

Die Verarbeitung der Signale, deren untere Seitenbandkomponenten entsprechend sind, soll eine Verschlechterung der vertikalen Auflösung vermeiden. Werden nämlich Signale, die untere Seitenbandkomponenten enthalten, die die Auflösung erheblich beeinträchtigenkönnen, verarbeitet, so besteht die Gefahr, daß die Auflösung verschlechtert wird, nachdem die Signalverarbeitung erfolgte. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird diese Gefahr vermieden.

Das Additions-Ausgangssignal der Addierstufe 32 wird wieder einem Tiefpaßfilter 33 zugeleitet, der die DC-Komponente S _c durchläßt. Diese DC-Komponente S_DC des Tiefpaßfilters 33 wird über eine Verzögerungsschaltung 34 einer Matrix 35 (als hinterer Stufe) zugeführt;

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die Verzögerungsschaltung 3¹* kompensiert die durch das Farb-Demodulationssystem verursachte Verzögerung. Das Ausgangssignal der Addierstufe 32 wird einer zur Beschneidung der Bandbreite dienenden Schaltung 36 zugeführt , die eine gewünschte Seitenbandkomponente hindurchläßt. Wird das Ausgangssignal der Schaltung 36 zwei Detektoren 37A und 37B zugeleitet, deren Demodulationsachsen unterschiedlich sind, so demoduliert einer dieser Detektoren, beispielsweise der Detektor 37A, dessen Demodulationsachse die cos-Achse ist, eine Farbkomponente

(R - 2— )» während der andere Detektor 37B, dessen

Demodulationsachse die sin-Achse ist, eine Farbkomponente (B - G) demoduliert. Werden diese demodulierten Ausgangssignale der Matrix 35 zugeführt, so werden demgemäß die gewünschten Videosignale erzeugt; beispielsweise kann man an den Ausgangsanschlüssen 35a, 35b und 35c der Matrix das Helligkeitssignal Y und die Farbdifferenzsignale (R-Y) und (B - Y) des NTSC-Systems abnehmen.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, wird erfindungsgemäß der"anhand von Fig. 2 erläuterte SpezialFarbfilter 16 verwendet, und es werden die Videosignale während benachbarter horizontaler Abtastperioden addiert, indem ihre Korrelation zur Erzeugung eines gewünschten Videosignales ausgenutzt wird. Mit einer derartigen Konstruktion kann der Farb-Kamera-Teil einer Farbfernsehkamera durch Verwendung nur eines CCD 10 gebildet werden, was den Aufbau der Farbfernsehkamera vereinfacht; eine nachteilige Wirkung der Seitenbandkomponente S_M auf die DC-Komponente S_n- läßt sich durch den Farbfilter 16 von einfachem Aufbau und bei einfacher Signalverarbeitung wirksam vermeiden.

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Erfindüngsgemäß enthält der Farbfilter 16 eine Einheit der ersten und zweiten Filterelemente HA, HB, die aufeinanderfolgend in den ungeradzahligen horizontalen Abtastzeilen angeordnet 1st, und eine Einheit der dritten und vierten Filterelemente 12A, i2B, die aufeinanderfolgend in den geradzahligen horizontalen Abtastzeilen vorgesehen ist (vgl. Fig. 2). Die Farbkomponenten werden daher durch den 1 -Träger moduliert (Abtastfrequenz f_c)· Die Frequenz des praktischen Trägers ist daher erfindungsgemäß gleich

Wird das Band der DC-Komponente S__c zu 3,5 MHz und die Abtastfrequenz f. zu 9,0 MHz gewählt, so zeigt Fig. 7A die sich ergebenden Frequenz-Spektren; der Träger besitzt in diesem Falle eine Frequenz von 4,5 MHz. Der durch die Seitenbandkomponente S_M erzeugte Abtastfehler ist daher größer als 1,0 MHz; es entsteht infolgedessen kein Abtastehler auf.der unteren Seite der DC-Komponente S_DC, der die Auflösung beeinträchtigen könnte. Ohne Vergrößerung der Zahl der Bildelemente des CCD 10 in der horizontalen Abtastrichtung (beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Zahl der Bildelemente etwa 470) kann man'somit ein Bild von verhältnismäßig hoher Qualität erreichen.

Beim Stand der Technik werden im allgemeinen drei Farbfilter (Rotfilter R, Grünfilter G und Blaufilter B) von streifenförmlger Gestalt verwendet; Fig. 7B zeigt ihre Frequenz-Spektren, selbst wenn ihre Frequenzbeziehung ähnlich der bei der Erfindung gewählt wird und wenn die Trägerfrequenz gleich 1 _{oder ?} ^ _mz _betrfigt. _Der

j c
Abtastfehler tritt hier in der gesamten DC-Komponente S_nr,

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auf; demgemäß läßt sich kein Bild hoher Qualität erzielen.

Durch die Erfindung werden demgegenüber diese Nachteile der bekannten Ausführungen vermieden.

In der folgenden Tabelle sind in Spalte I die Farben des Farbfilters 16 beim oben erläuterten Beispiel wiedergegeben; statt dessen können jedoch mit demselben Resultat auch die in den Spalten II und III angegebenen Farben des Filters verwendet werden.

Tabelle

Farb- licht	Spalte	I	II	B '	III
Filter	Erstes (HA)	R	G	Y	R
Element	zweites (HB)	C , M	^cy
drittes (12A)	B	G
viertes (12B)	Y	M

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Tiefbandkomponente der DC-Komponente im Ausgangs-Videosignal, die besonders die vertikale Auflösung beeinträchtigen kann, abgeleitet werden, ohne daß eine schaltungstechnische Verarbeitung notwendig ist (vgl. Fig. 6C und 6E); hierdurch läßt sich die Auflösung in vertikaler Richtung vergrößern.

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Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel findet ein Dreiphasen-CCD 10 Verwendung. Man kann Jedoch statt dessen auch einen Zwelphasen-CCD vorsehen.

Als Feststoff-Kamera (solid state camera) kann auch eine Diodenanordnung benutzt werden.

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Claims

Patentansprüche
Fernsehkamera des "solid-state-Typs", enthaltend

A) eine Aufnahmeeinrichtung des solid-state-Typs mit einer Vielzahl von Aufnahmeeinheiten, die sowohl in horizontaler als auch vertikaler Richtung ausgerichtet sind, gekennzeichnet durch

B) eine Filtereinrichtung mit ersten Farbfilterelementen einer ersten Primärfarbe und ihrer Komplementärfarbe, die abwechselnd in horizontaler Richtung bezogen auf die Aufnahmeeinheiten jeder zweiten Zeile vorgesehen sind;

C) eine Filtereinrichtung mit zweiten Farbfilterelementen einer zweiten Primärfarbe und ihrer Komplementärfarbe, die abwechselnd in horizontaler Richtung bezogen auf die Aufnahmeeinheiten der anderen Zeilen vorgesehen sind;

D) eine Einrichtung zur Gewinnung eines Bildsignales aus der Lichtinformation, die durch die ersten und zweiten Farbfilterelemente auf die Aufnahmeeinrichtung fällt; und

E) eine Einrichtung zur Verarbeitung dieses Bildsignales in ein geeignetes Farb-Video-Signal.

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2. Fernsehkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden komplementären Farbfilterelemente der ersten und zweiten Primärfarbe Licht einer dritten Primärfarbe hindurchlassen, das unterschiedlich ist von der ersten und zweiten Primärfarbe.
3. Fernsehkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verarbeitung des Bildsignales zwei Demodulatoren enthält, deren Demodulationsachsen um 90° gegeneinander versetzt sind und daß ferner die Lagen der jeweiligen Bildaufnahmeeinheiten so gewählt sin,d daß Vektorkomponenten von Seitenbandkomponenten der Signale,· die man erhält durch Addition der Bildinformationen von aufeinanderfolgenden ungeradzahligen und geradzahligen Zellen, symmetrisch sind bezogen auf eine der Demodulationsachsen der Demodulatoren, wenn panchromatisches Licht projiziert wird.

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