DE2541497C2

DE2541497C2 - Halbleiter-Farbfernsehkamera

Info

Publication number: DE2541497C2
Application number: DE2541497A
Authority: DE
Inventors: Seisuke Mitaka Tokio/Tokyo Yamanaka
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1974-09-18
Filing date: 1975-09-17
Publication date: 1985-08-01
Also published as: IT1042684B; DE2541497A1; US4064532A; ATA716075A; NL7511035A; AU8482175A; GB1507510A; AT361553B; CA1108290A; FR2285773B1; FR2285773A1

Description

4. Halbleiter-Farbfernsehkamera nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Farbfiltereinrichtung (2O₂), deren untereinanderliegende Abschnitte folgende Farbcharakteristik in Zeilenlängsrichtung aufweisen:

a) im ersten Abschnitt (2ai,2a₂...):
Yl-Cy-YI-Cy

b) im zweiten Abschnitt (2*p, 2a?.. ■):
G

c) im dritten Abschnitt (261.262...):
G-W-G-W

d) im vierten Abschnitt (26p, 2br...): G

5. Halbleiter-Farbfemsehkamera nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Farbfiltereinrichtung (2Ο3), deren untereinanderliegende Abschnitte folgende Farbcharakteristik in Zeilenlängsrichtung aufweisen:

a) im ersten Abschnitt (2a 1,2a₂...):
Yl-G-Cy- Yl-G-Cy

b) im zweiten Abschnitt (2ar, 2a2-.. ■):
G

c) im dritten Abschnitt (2b\, 2fc...):
Cy- Mg- Yl- Cy- Mg- Yl

d) im vierten Abschnitt (26r, 2br. ■.):
G

6. Halbleiter-Farbfernsehkamera nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Farbfütereinrichtung (200), deren untereinanderliegende Abschnitte folgende Farbcharakteristik in Zeilenlängsrichtung aufweisen:

a) im ersten Abschnitt (32OA): R-G-B

b) im zweiten Abschnitt (32QB): W

c) im dritten Abschnitt (32OA): B-R-G

d) im vierten Abschnitt (320ß,J:
W

Die Erfindung betrifft eine Halbleiter-Farbfernsehkamera entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Bei der Verwendung eines Halbleiter-Bildabtasters (im folgenden auch als CCD bezeichnet) als Bildaufnahmevorrichtung für eine Fernsehkamera werden Eingangslichtinformationer; entsprechend dem Bild eines Objektes in elektrische Signale umgewandelt. Im Unterschied zu den bekannten Vidikons werden in einer CCD von den einzelnen Bildabtastelementen Ausgangssigna-Ie abgenommen. Die Bildabtastelemente werden hierbei in horizontaler Richtung mit einer Abtastfrequenz £ abgetastet. Das sich hierbei ergebende Videosignal Sv enthält Gleichspannungskomponcnten S;* u"d Scitenbandkomponenten 5_S;ider Abtastfrequenz A₁-. moduliert mit den Gleichspannungskomponeruen Six:

Die Seitenbandkomponente Ssb Hegt über und unter der Abtastfrequenz f_a die sich in der Mitte der Seitenbandkomponente befindet Wird das Frequenzband der Gleichspannungskomponente Soc ausreichend breit gewählt, um eine genügende Auflösung zu erreichen, so wird eine hochfrequente Komponente Sdh der Gleichspannungskomponente der Seitenbandkomponente überlagert, wodurch sich ein Abtastfehler ergibt, der bei der Wiedergabe eines durch ein solches Videosignal erzeugten Bildes ein Flimmern verursacht.

Dieser Abta^tfehler und das dadurch hervorgerufene Flimmern könnten vermieden werden, wenn das Frequenzband der Gleichspannungskomponente Soc auf wenigsr als die halbe Abtastfrequenz f_c begrenzt wird Hierdurch wird jedoch die Auflösung verschlechtert Um das Frequenzband dtr Gleichspannungskomponente Sdc ohne Verschlechterung der Auflösung auf etwa 3,5 MHz zu bringen, muß die Abtastfrequenz f_c ausreichend hoch gemacht werden. Nun ist jedoch die Abtastfrequerci f~ durch das Produkt π ■ (η gegeben, wobei π die Anzahl der Bildabtastelemente in horizontaler Richtung und fn die Horizontalfrequenz des Fernsehsignals ■st. Um die Abtastfrequenz f_c so hoch zu machen, daß der Abtastfehler vermieden wird, muß die Anzahl der Bildabtastelemente sehr stark vergrößert werden, was wesentliche Schwierigkeiten bei der Herstellung des Halbleiter-Bildabtasters mit sich bringt.

Durch die US-PS 38 01 884 ist bereits ein Halbleiter-Bildabtaster mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzten Merkmalen bekannt. Hierbei werden die Bildelemente jeder zweiten horizontalen Zeile während eitles ersten von zwei Halbbildintervallen und die Bildelemente der dazwischenliegenden horizontalen Zeilen während des zweiten Halbbildintervalles ausgelesen. Die Bildelemente sind dabei aus zwei in vertikaler Richtung untereinander angeordneten getrennten Abtasteinheiten aufgebaut, wobei die beiden Abtasteinheiten eines Bildelementes mit unterschiedlichen Phasen ausgelesen werden.

Durch die US-PS 37 25 572 ist weiterhin eine Halbleiter-Farbfernsehkamera bekannt, enthaltend einen Halbleiter-Fildabtaster mit mehreren horizontal und vertikal angeordneten Bildelementen, eine erste Leseeinrichtung zum Auslesen erster Bildsignale aus den einem ersten Halbbildintervall zugeordneten Bildelementen während dieses Halbbildintcrvalls, eine zweite Lesecinrichtung zum Auslesen zweiter Bildsignale aus den einem zweiten Halobildintervall zugeordneten Bildelemcnten während dieses zweiten Halbbildintervalls sowie eine Farbfiltereinrichtung mit in der Farbe unterschicdlichen Bereichen, die im Lichtweg eines auf den Halbleiter-Bildabtaster zj projizierenden Objektbildes angeordnet und derart ausgebildet ist, daß aus den Ausgangssignalen der ersten und zweiten Leseeinrichtung die Farbsignalkomponenten eines Farbvideosignals ableitbar sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiter-Farbfernsehkamera entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszubilden, daß die Bildsignale beider Halbbilder (d. h. die Bildsignale der geradzahligen und ungeradzahligen Halbbilder) dieselben Farblichtkomponenten aufweisen, so daß die Signale beider Halbbilder in gleicher Weise verarbeitet werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs I gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der F i g. 1 bis 17 beispielsweise erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Halbleiterbildabtaster, der bei der Erfindung verwendet wird,

Fig.2 eine vergrößerte Darstellung eines Teils des Halbleiterbildabtasters der F i g. 1,

Fig.3A einen Querschnitt längs der Linie I-I in Fig. 2,

Fig.3B einen Querschnitt längs der Linie H-II in F ig. 2,

F i g. 4A und 4B Darstellungen von vergrößerten Teilen, aus denen die Beziehung zwischen den Bildelementen und einen Halbleiterkörper in geraden und ungeraden Halbbildern hervorgehen,

Fig. 5A, 5B und 5C den Verlauf von Steuerimpulssignalen für die CCD,

F i g. 6 eine schematische Darstellung eines Teils eines Farbfilters, das vorzugsweise bei der Erfindung verwendbar ist,

F i g. 7 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Halbleiterfarbfernsehkamera gemäß der Erfindung,

Fig.SA bis SE Frequenzspektrer; und Vektordiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der Halbleiterfarbfernsehkamera in F i g. 7,

F i g. 9 eine schematische Darstellung eines Teils eines weiteren Farbfilters, das ebenfalls bei der Erfindung verwendet werden kann,

Fig. 1OA und 1OB Frequenzspektren und Vektordiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der Halbleiterfarbfernsehkamera, bei der das Farbfilter in F i g. 9 verwendet wird,

F i g. 11 eine schematische Darstellung eines Teils eines weiteren Beispiels des Farbfilters, das bei der Erfindung verwendbar ist,

Fig. 12A und 12B Frequenzspektren und Vektordiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der Halbleiterfarbfernsehkamera, bei der das Farbfilter in F i g. 11 verwendet ist,

Fig. 13 schematische Darstellung von Teilen eines weiteren Farbfilters, das bei der Erfindung verwendbar ist,

Fig. 14 eine Aufsicht eines Teils einer weiteren CCD, die bei der Erfindung verwendbar ist,

Fig. 15 eine Aufsicht eines Teils des Farbfilters, das zusammen mit der CCD in Fig. 14 verwendet wird,

Fig. 16 eine schematische Darstellung der Halbleiterfarbfernsehkamera, die im Zusammenhang mit der Fig. 15 erwähnt ist, und

Fig. 17A bis 17E Frequenzspektren und Vektordiagramme zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Halbleiterfarbfernsehkamera in F i g. 16.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beschrieben, in denen ils Beispiel eine dreiphasige ladungsgekoppelte Vorrichtung (im folgenden als CCD bezeichnet) als Halbleiterbildabtaster verwendet ist.

In F i g. 1 bezeichnet 10/4 eine CCD. Die CCD 10/4 besteht aus einer fotoelektrischen Anordnung 20/4, auf die ein Bild eines Objekts (in F i g. 1 nicht gezeigt) projiziert wird, einem Zwischenspeicher 30/4, der elektrische Ladungen entsprechend Eingangslichtinformationen des Bildes der fotoelektrischen Anordnung 20.4 speichern kann, und einem Leseregister 40/ zum Lesen eines Bildsignals. Die fotoelektrische Anordnung 20/4 hat eine bestimmte Anzahl von Bildabtastelementen

lii, I12 Im π. die ir; der horizontalen und vertikalen

Richtung mit einem bestimmten Abstand r« und n/

angeordnet sind, wobei η und in positive ganze Zahlen

sind. Jedes der Bildabtastelementc 1ii, I12 1,„ π hat

drei Bildabtasteinheiten 2,die mit drei Elektroden Φ\, Φι und Φ} verbunden sind.

F i g. 2, 3A und 3B zeigen ein praktisches Beispiel der fotoelektrischen Anordnung 20,4 einschließlich der Bildabtastelemente Ih, I1.2.1„,„.

In F i g. 3A und 3B ist ein Halbleitersubstrat 3 z. H. mit P-Leitfähigkeit gebildet. Zonen 4a, 4b. ... mit der gleichen Leitfähigkeit wie derjenigen des Halbleitersubstrats 3 sind gebildet, haben jedoch eine unterschiedliche Verunreinigungskonzentration, wobei der Abstand Tu die Kanalgrenzen bildet. Sie werden durch das Diffusionsverfahren von einer Hauptfläche bzw. oberen Flache 3a des Halbleitersubstrats 3 aus gebildet. In den P-Zonen 4a. 4b, ... sind durch das Diffusionsverfahren Überlauf-Drain-Zonen 5;i, 5b,... gebildet, um die überschüssigen Elektronen zu entladen, die in dem Substrat 3 gebildet werden können, das von den P-Zonen 4a, 4b, "WCbCP !St. Die Leitfähigkeit der Zonen Ha. 5h ist

von derjenigen des Substrats 3 verschieden bzw. ist bei dem gezeigten Beispiel vom /V-Typ. In Fig. 3A und 3B ist eine Isolierschicht 6 aus S1O2 oder dergleichen auf der oberen Fläche 3a gebildet und wird bei dem obenerwähnten Diffusionsverfahren verwendet.

Eine leitende Schicht 7. die z. B. aus Aluminium hergestellt ist, dient als eine Elektrode an der Isolierschicht 6, d. h. eine erste leitende Schicht 7a, die den Kanalbegrenzer 4a rechtwinklig schneidet und eine bestimmte Breite in der horizontalen Ebene hat, ist an der Isolierschicht 6 gebildet, und eine zweite leitende Schicht 7b, deren Breite die gleiche ist, wie diejenige der ersten leitenden Schicht 7a, ist ebenfalls auf der Isolierschicht 6 parallel zu der ersten leitenden Schicht 7a in einem vorbestimmten Abstand von dieser gebildet. In gleicher Weise sind mehrere leitende Schichten 7c, Td, ... auf der Isolierschicht 6 sequentiell und wiederholt bezüglich der vertikalen Richtung der fotoelektrischen Anordnung 20/4 gebildet. Hierbei ist die Gesamtanzahl der leitenden Schichten 7 (7a, Tb. Tc, Td,...) dreimal so groß wie die Anzahl der Bildabtastelemente gewählt, was aus der Tatsache leicht verständlich ist, daß die CCD IQA dreiphasig ist. Die Gruppen von jeder dritten leitenden Schicht (7a, Tb,...), (Tb, Te,...),... sind elektrisch verbunden und die Elektroden Φ\, Φ2 und Φ} sind von den verbundenen leitenden Schichten herausgeführt, wie F i g. 1 zeigt.

Eine Metallschicht 9, die z. B. aus Aluminium hergestellt ist, dient als lichtundurchlässiger Körper und ist durch eine Isolierschicht 8 aus S1O2 oder dergleichen auf der leitenden Schicht 7 gebildet. Hierbei besteht die Metallschicht 9 sv.« mehreren bandförmigen Streifen 9a, 9b,.., von denen jeder eine bestimmte Breite What und sich in vertikaler Richtung erstreckt, um wenigstens jeden der Kanalbegrenzer 4a, 4b, ... zu bedecken, um jedoch nicht die Kanalbegrenzer zu bedecken, die zu den anderen Kanälen gehören, wie Fig.2 zeigt Die schraffierten Bereiche in F i g. 2 wirken als Biidabtasteinheiten 2 der jeweiligen Bildabtastelemente Im, I1.2, .., l_m.„. Wie in F i g. 3B gezeigt ist, ist in der Bildabtasteinheit 2 keine leitende Schicht 7 (7a, Tb,...) vorhanden, die die obere Oberfläche 3a des Halbleitersubstrats 3 sperrt.

Bei der wie oben aufgebauten fotoelektrischen Anordnung 2OA bewirkt eine Eingangslichtinformation des Bildes des Objekts die Induktion einer elektrischen Ladung in dem Halbleitersubstrat 3 entsprechend der Bildabtasteinheit 2, die zu einer der Elektroden Φ\, Φι und Φί gehört, die mit einem Bildabtastimpiils versorgt wird, der eine bestimmte Potentialbeziehung zu der Fingangslichtinfornuition hat. Wenn somit ein Übertragungstaklimpuls auf die Elektroden Φ·, bis Φ> gegeben wird, kann die elektrische Ladung, die in jedem der BiId-

abtastelemcnie !;.;, Ii „■ 1|.„, Im, ... b.·,. .. I_n, ·. .,

l„w, in den horizonalen Abtastzeilen induziert wird, in den Zwischenspeicher 304 während der Vcrtikalaustastzeit in seine entsprechenden horizontalen Abtaststellen übertragen und darin gespeichert werden. Dazu ist der Zwischenspeicher 30A im wesentlichen in der gleichen Weise wie die fotoelektrische Anordnung 20/4 aufgebaut, es ist jedoch selbstverständlich notwendig, daß der gesamte Zwischenspeicher 30/4 gegen Licht abgeschirmt ist. weshalb diejenigen Teile des Zwischenspeichers 30/4, die denjenigen der fotoelektrischcn Anordnung 20/4 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen und einem zusätzlichen Strich versehen sind, wie in F i g. 1 gezeigt ist.

τη Die in dem Zwischenspeicher 30.4 gespeicherten Ladungen werden sequentiell mit dem Takt- bzw. Abtastimpuls ausgelesen, der auf das Leseregister 40A gegeben wird, und dann von einem Anschluß 11 (Fig. I) als das Videosignal S, abgenommen. Wie Fig. 1 zeigt, hat

das I.eseregister 40Λ nur Leseelemente 12|, 122 12_n

entsprechend den horizontalen Bildabtasielemcnten. Hierbei erfolgt das Lesen mittels dreiphasigen Abtastimpuisen Φα, Φβ und Φα so daß die Leseelemente 12|, 12₂. .. Xl_n drei Leseeinheiten 13,.,, 13..6, 13|._t-: 132.,.

«1 132 ν 132.,·;...: 13„ j. 13„n 13_ης·haben.

Selbstverständlich können auch andere Arten von Halbleiterbildabtastern, wie eine Fotodiodenanordnung, anstelle der CCDs verwendet werden.
Die F i g. 4A und 4B sind schematische Darstellungen zur Erläuterung, wie Videosignale in ungeraden und geraden Halbbildern erhalten werden können, die unter Verwendung der z. B. in F i g. 2 gezeigten CCD im Zeilensprungverfahren gebildet werden. Wenn angenommen wird, daß die gestrichelten Blockbereiche OFEi 1, OFEt 2...- OFE_m.„(nicht gezeigt)in Fig.4A Bildabtastelemente sind, die das ungerade Halbbild OF bilden, sind die Bildabtastelemente EFE\.\, EFE1.2, ... EFE₁,- „ (nicht gezeigt) in dem geraden Halbbild EF\n der Lage um r/v'/2 (wobei rn' der Abstand der Bildabtastelemente in der vertikalen Richtung ist) gegenüber den Bildabtastelementen OFE\.\..., OFE_m.„ in der vertikalen Richtung verschoben, wie Fig.4B zeigt. Die Büdabtastele-

mente Ih , l_m η der fotoelektrischen Anordnung 2OA,

die soeben in F i g. 1 gezeigt wurde, zeigen die Lage der Bildabtastelemente in dem ungeraden Feld.

Da die CCD 10,4 als Halbbildverschiebungssystem ausgebildet ist, um ein Objekt in der oben besd.,iebenen Weise aufzunehmen, werden die obenerwähnten Elektroden mit Steuerimpulssignalen Si, £2 und S3 ver-

sorgt (die aus einem Bildabtastimpuls und einem Übertragungstaktimpuls bestehen), die später beschrieben werden. Wie in den F i g. 5A, 5B und 5C gezeigt ist, wird, wenn die Periode eines ungeraden Haibildes mit Na und diejenige eines geraden Halbbildes mit Nb bezeichnet wird, eine elektrische Ladung in Abhängigkeit von der Eingangslichtinformation in dem Halbleitersubstrat 3 unter der Elektrode Φι während der Periode M* induziert und dann elektrisch gelesen. Während der folgenden Periode Ns werden elektrische Ladungen in dem Halbleitersubstrat 3 unter den Elektroden Φ2 und Φ3 in Abhängigkeit von der Eingangslichtinformation induziert und dann elektrisch gelesen.

Zu diesem Zweck ist das Potentialverhältnis zwischen

den Bildabtastimpulsen Sm. S2A ^ur|d Sm der Steuerimpulssignalc Si bis Si, die auf die Elektroden Φι bis Φι gegeben werden, in den F i g. 5A bis 5C gezeigt. Dies bedeutet, daß nur der Impuls Sm im Potential verglichen mit den Potentialen der Impulse 52λ und Sia niedrig ist. Mit dem ßildabtasiimpuls Sm wird die elektrische Ladung in Abhängigkeit von der Eingangslichtinformation in dem Halbleitersubstrat 3 unter der Elektrode Φ\ gespeichert. Die gespeicherte elektrische Ladung wird zu dem unteren Teil in der vertikalen Richtung innerhalb eines Moments mit den Überiragungstaktimpulsen S\n, Sm und Sw übertragen, die ein gewünschtes Potentialverhältnis und die Übertragungszeit ΔΤ haben, wie in den F i g. 5A bis 5C gezeigt ist.

Durch die Abtastung während der Periode Na wird der Inhalt der gerade in Fig.4A gezeigten Bildabtastelemente als Informationsinhalt erhalten.

Es wird nun die folgende Periode Nu beschrieben. Während der Periode Nb werden im Gegensatz zu dem obigen Fall die Bildabtastimpulse S2a und Sm der Stcuerimpulssignale Si und Sj im Potential veringert, um elektrische Ladungen in dem Halbleitersubstrat unter den Elektroden Φι und Φ} zu induzieren. Bei der Übertragung der elektrischen Ladungen wird die elektrische Ladung, die in dem Halbleitersubstrat 3 unter der Elektrode Φ? induziert wird, zuerst mit dem Übertragungstaktimpuls, der in F i g. 5 gezeigt ist, unter die Elektrode Φι übertragen. Danach wird die elektrische Ladung mit den Übertragungstaktinipulsen Sis bis Sjb ähnlich der Periode Ν_λ weiter übertragen. Wie oben beschrieben wurde, wird wenn die Speicherstelle der elektrischen Ladungen in Ahängigkeit von der Eingangslichtinformation an dem geraden Halbbild verschoben wird, die Mitte des Bildabtastelements selbstverständlich um /-///2 in der vertikalen Richtung gegenüber dem Fall des ungeraden Halbbildes verschoben. Daher wird in diesem Fall der Inhalt der Bildabtastelemente, die in Fig.4B gezeigt sind, als Informationsinhalt erhalten und damit wird ein Zeiicnspfufigveriänfcn durchgeführt.

Im folgenden wird nun eine Ausführungsform der Halbleiterfarbkamera gemäß der Erfindung beschrieben. Zuerst wird anhand der Fig.6 ein Beispiel des Farbfilters beschrieben, das zur Verwendung bei der Erfindung geeignet ist. Das Farbfilter dieses Beispiels besteht aus lichtdurchlässigen Teilen, die in der vertikalen und horizontalen Richtung in mehrere Abschnitte unterteilt sind. Die jeweiligen lichtdurchlässigen Teile sind in der vertikalen Richtung in zwei Abschnitte unterteilt, um die jeweiligen Farblichtkomponenten, die bei den geraden und ungeraden Halbbildern erhalten werden, gleichzumachen.

Wie F i g. 6 zeigt, ist das Farbfilter 20 im Bereich der ungeraden Abtastzeilen in zwei Abschnitte 2_ai, 2ji'; 2n, 2j?'; ... unterteilt. Farbfilterelemente, die aufeinanderfolgend als

R-G-B-R-G-B-...

(Rot—Grün-Blau-Rot-Grün-Blau-...)

vorgesehen sind, liegen auf den oberen Abschnitten, während ihre unteren Abschnitte als Weiß—(W)-Filterelemente (transparente Filterelemente) ausgebildet sind. In gleicher Weise ist das Farbfilter im Bereich der geraden Abtastzeilen in zwei Abschnitte 2w, 2t\': 2&ι, 2/,₂'; - - · unterteilt, wobei die oberen Abschnitte als FiI-icrabschniue in der Reihenfolge

Cy-Mg- Yc-Cy-Mg- Yc- ...

(Cyan—M agent a rot —Gelb —Cyan —Magen lam I—

GeIb-.)

und die unteren Abschnitte als weiße Filterelemente ausgebildet sind.

In dem Farbfilter 20 in F i g. 6 sind die Abschnitte 2.,i'.

2,,₂' 2_h\', 2hi die entlang der ganzen Zeilen die

gleiche Farbcharakteristik besitzen, für weißes Licht als

ίο Dui'chgangslicht gewählt, jedoch kann Farblicht (Primärfarblicht oder Komplementärfarblicht) anstelle des weißen Lichts als Durchgangslicht vorgesehen werden.
Anhand der F i g. 7 und 8A bis 8E wird nun eine Ausführungsform der Halbleiierfarbkamera gemäß der Erfindung beschrieben, bei der das Farbfilter 20 in F i g. 6 verwendet ist. In (ig.⁷ bezeichnet Γ ein Signalverarbeitungssystem, das in der Halbleitcrfarbkamera der Erfindung vorzugsweise verwendet wird. Das Bild eines Objekts 21 wird durch ein optisches Linsensystem 22 längs eines optischen Wegs 1, der durch eine gestrichelte Linie gezeigt ist. auf die fotoelektnsche Anordnung 20/4 der CCD 10/4 projiziert. Hierbei liegt das oben beschriebene Farbfiler 20 im optischen Weg 1 des Objekts 21, so daß das Bild des Objekts 21, das auf die fotoelektrische Anordnung 20/4 der CCD 10/4 projiziert wird, in der Farbe getrennt wird. Daher wird ein Videosignal Saufgrund des farbgetrennten Biides des Objekts 21 an dem Ausgangsanschluß 11 der CCD 10/4 erhalten. Wird das Licht, das das Farbfilter 20 bei der ungeraden horizontalen Abtastperiode in dem ungeraden Halbbild passiert, als R, G, B und W'bezeichnet, wird ein Videosignal So erhalten, das die in Fig.8A gezeigten Frequenzspektren und Phasenbeziehungen hat. Das Videosignal Sd enthält eine Gleichspannungskomponente Sdo und eine Seitenbandkomponente Ssea Da hierbei die weiße Farbe W in ihrem lichtdurchlässigen Abschnitt bezüglich der horizontalen Abtastrichtung nicht geteilt wird, beträgt die Trägerfrequenz des weißen Lichts VV I/ ftf— Ic Während UCf gC'fäucTl nönZöniäicn Auiäätpcriode ist das durchgehende Licht Cy, Mg, Ye und W, so daß ein Videosignal Se erhalten wird, das in Fig.8B gezeigt ist. Das Videosignal St enthält eine Gleichspannungskomponente Sot und eine Seitenbandkomponente SsßE- Hierbei ist die Phasenbeziehung seiner Farbkomponenten im Vergleich zu derjenigen der Farbkomponenten bei der geraden horizontalen Abtastperiode, die in F i g. 8B gezeigt ist, umgekehrt.

Es wird nun das gerade Halbbild betrachtet. Hierbei sind die entsprechenden Bildelemente nur um r>/72 in der vertikalen Richtung verschoben, so daß das durchgelassene Licht bei der ungeraden Abtastperiode Cy. Mg, Ve und Wist, das das gleiche ist, das bei der geraden Abtistperiode in dem ungeraden Halbbild erhalten wird, während das durchgelassene Licht bei der geraden Abtastperiode aus dem gleichen Grund R, G, B und VV ist. Daher werden die Frequenzspektren und die Phasenbeziehung unter den Farbkomponenten der Videosignale Sd und Se' bei dem geraden Halbbild gleich demjenigen bei dem ungeraden Halbbild.

Die Signalverarbeitung wird unter Berücksichtigung der obigen Tatsache durchgeführt. Das Videosignal S (einschließlich der Signalkomponente Sa Se und Sd, Se'), das an dem Ausgangsanschluß 11 erhalten wird, wird einem Tiefpaßfilter 23 zugeführt, das niederfrequente Signalkomponenten des Signals S mit einer Frequenz von etwa 1,0 bis 2,0 MHz durchlaufen. Die niederfrequenten Komponenten des Tiefpaßfilters 23 und das Signal S, dessen Band nicht begrenzt ist, werden zusam-

men einem Subtrahierer 24 zugeführt. Der Subtrahierer 24 erzeugt ein Ausgangssignai, das nur die hochfrequenten Bandkomponenten enthält, wie in Fig. 8C gezeigt ist, und das einem Verzögerungskreis 25 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Verzögerungskreises 25, das um eine einer Horizonalabtastperiode entsprechende Zeit verzögert wird, wird einem Subtrahierer 26 und einem Addierer 27 zugeführt.

Da dem f> -Jdierer 27 ebenfalls das Videosignal zugeführt wird, dessen Band nicht begrenzt ist und das nicht verzögert ist, werden die Farbkomponenten in dem Addierer 27 unterdrückt. Der Addierer 27 erzeugt somit ein in F i g. 8D gezeigtes Ausgangssignal. Dies bedeutet, daß die Farbkomponenten, die gegenphasig sind, durch Addition unterdrückt werden, so daß eine Gleichspannungskomponente Sdc ohne Abtastfehler über einen Tiefpaßfilter 28 erhalen werden kann, das an die Ausgangsseite des Addierers 27 angeschlossen ist.

Da dem Addierer 27 auch das Videosignal S, das nicht verzögert ist, zusammen mit dem verzögerten Signal des Verzögerungskreises 25 zugeführt wird, werden die Gleichspannungskomponente Sdc und die Seitenbandkomponenten des weißen Lichts W, die gleichphasig sind, in dem Subtrahierer 26 unterdrückt. Somit werden nur die Farbkomponenten an dem Subtrahierer 26 erhalten. Wenn die Farbkomponenten des Subtrahierers 26 den Demodulatoren 29 und 30 zugeführt werden, die gleiche Demodulationsachsen haben, können beabsichtigte Farbkomponenten demoduliert werden. Wenn z. B. die Demodulationsachse des Demodulators 29 als V-Achse gewählt wird, wie F i g. 8E zeigt, wird die Farbkomponente

R-

G + B

und B hinsichtlich der Frequenz zu trennen, werden das Farblicht

W-G-Ye-Cy-Ye-G

insgesamt gewählt und in der ungeraden horizontalen Periode wiederholt angeordnet, während das Farblicht

G-W-Cy-Ye-Cy-W

insgesamt gewählt und wiederholt in der geraden horizontalen Periode angeordnet wird. Da durch solch eine Filteranordnung das rote Licht R an jedem zweiten lichtdurchlässigen Abschnitt erhalten wird, wird seine Trägerfrequenz

M 'Hi= -ir/,

durch den Demodulator 29 demoduliert. Wenn in gleicher Weise die Demodulationsachse des Demodulators 3ö ais x-Achse gewählt wird (wie F i g. SE zeigt), der mit dem Ausgangssignal des Subtrahierers 26 versorgt wird, kann die Farbkomponente B— G von dem Demodulator 30 demoduliert werden. Wenn daher die Farbkomponenten der Demodulatoren 29 und 30 und die obige Gleichspannungskomponente nach Durchlaufen des Tiefpaßfilters 28 einem Matrixkreis 31 zugeführt werden, können die beabsichtigten Videosignale an den Ausgangsanschlüssen 31a,31 i> und 31cerhalten werden, die von dem Matrixkreis 31 herausgeführt sind. Zum Beispiel können das Leuchtdichtesignal Kund die Farbdifferenzsignale B— Y,R— Vdes NTSC-Systems an den Ausgangsanschlüssen 31 bis 31c erhalten werden. In F i g. 7 bezeichnet 32 einen Verzögerungskreis, der dazu dient, die Verzögerungszeit zu kompensieren, die durch das Tiefpaßfilter 23 verursacht wird.

Bei dem obigen Beispiel der Erfindung ist als Beispiel des Farbfilters das Farbfilter 20 in F i g. 6 beschrieben. Jedoch können andere Farbfilter als das Farbfilter 20 verwendet werden. Es werden daher nun einige weitere Farbfilter beschrieben, die bei der Erfindung verwendet werden können.

Bei dem Farbfilter 2Oi gemäß F i g. 9 wird das grüne Licht G, das die Auflösung beeinträchtigt, von dem gesamten Farbfilter 20i erhalten, und das rote Licht R und das blaue Licht B werden durch Verwendung eines optischen Tiefpaßfilters (nicht gezeigt) in der Bandbreite auf 500 bis 1000 kHz bzw. auf ein schmales Band beschränkt, das keinen Einfluß auf die Auflösung hat. um es außerdem zu ermöglichen, das rote und b'iaue Licht R Da das blaue Licht B an jedem dritten lichtdurchlässigen Abschnitt erhalten wird, wird seine Trägerfrequenz

1/3 T₁₁ = 4-

Es ist daher ersichtlich, daß beide Farbkomponenten hinsichtlich der Frequenz getrennt werden können.

Das Farbfilter 2Oi ist in zwei Abschnitte ähnlich dem vorherigen Beispiel unterteilt und die Abschnitte zwisehen den beiden unterteilten Abschnitten sind für das grüne Licht G durchlässig.

Wenn ein Objekt von der Halbleiterfarbkamera aufgenommen wird, bei der das gerade zuvor erwähnte Farbfilter 2Oi verwendet ist. haben bei der Halbbildver-Schiebung die erzeugten Videosignale S(die Signale Sa Se und Sd, Sb) die Frequenzspektren und die Phasenbeziehung unter ihren Farbkomponenten, die in den Fig. 1OA und 1OB gezeigt sind. Wie aus den Fig. 1OA und iöB ersichtlich ist, kann die Farbkamera mit dem Farbfilter 2Oi in F i g. 9 die gleiche Wirkung erreichen wie bei Verwendung des Farbfilters 20 in F i g. 6.

F i g. 11 zeigt ein drittes Beispiel des Farbfilters, das bei der Erfindung verwendbar ist. Das Farbfilter 20? in F i g. 11 ist ein Beispiel, bei dem eine Farbtrennung nach der Phase erfolgt. In dem Farbfilter 2O2 wird das rote und blaue Licht R und B als Schmalbandcharakteristik gewählt, die gewählten Abschnitte und ihre Anordnung sind Ye- Cy- Ye und G-W-G und der Abschnitt zwischen den obigen beiden Abschnitten ist für das grüne Licht C durchlässig, wie F i g. 11 zeigt.

Die Fig. 12A und 12B zeigen die Frequenzspektren und die Phasenbeziehung der Videosignale S(die Signale Sa Se und Sd, Se), die durch die Halbleiterfarbkamera unter Verwendung des Filters 2O2 in F i g. 11 erhalten werden.

Die F i g. 13 zeigt ein weiteres Beispiel des Farbfilters, das bei der Erfindung mit den gleichen Wirkungen verwendbar ist Die Teile des Farbfilters 2O3, die denjenigen der Farbfilter 20 bis 2O2 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugsziffern und -buchstaben versehen.

F i g. 14 zeigt ein weiteres Beispiel des Halbleiterbildabtasters, der bei der Erfindung verwendet wird. Der Halbleiterbildabtaster bzw. die CCD lOOA in Fig. 14 hat eine Bildabtastanordnung 200A.

F i g. 15 zeigt ein weiteres Beispiel des Farbfilters, das bei der Erfindung verwendbar ist

Vor der Beschreibung einer Haibieiterfarbkamera unter Verwendung der CCD 100A in Fig. 14 und des

Farbfilters 200 in F^:ig. 15 wird die CCD 100/4 anhand der F^g. 14 im einzelnen beschrieben.

Wie Fig. 14 zeigt, ist bei der CCD 1004 jedes Bildablastelement I₁I bis \_m.„ (nicht gezeigt) in zwei Bereiche bezüglich J'.t vertikalen Abtastrichtung unterteilt. In einem Bereich ist der eine bzw. obere Haibabschnitt 310/4 in seiner Bildabtast/one begrenzt, während der andere bzw. untere Halbabschnitt 310ß über seine gesamte Bildabtast/one bei dem gezeigten Beispiel offen ist. Dies bedeutet, daß die schraffierten Teile 50a und 5Oi) in F i g. 14 Lichtabschirmteile zeigen. In F i g. 14 bezeichnen 30a, 306 Kanalbegrenzer.

Die Bildabtasteinheiten 20a, 20£>, ... in dem oberen Haibabschnitt 310/4 der jeweiligen Bildabtastelemente sind in der Lage derart angeordnet, daß die Phase bei jeder Zeile umgekehrt wird.

Das Farbfil;sr 200, das vor der CCD 100,4 angeordnet ist. ist bezüglich der vertikalen Richtung, wie Fig. 15 zeigt, ähnlich der CCD 100/4 in zwei Teile unterteilt. Scir; einer Teil 320-4, der den Bildabtasteinheiten 20a, 20o bzw. dem oberenHaibabschnitt iiüÄ entspricht, ist in seiner Farbdurchlässigkeit für den Durchgang von gewünschtein Primärfarblicht gewählt, während der andere Teil (der gemeinsame Teil) 320S entlang der ganzen Zeile die gleiche Farbcharakteristik besitzt. Wenn das Farbfilter 200 wie oben beschrieben in zwei Teile unterteilt ist. wird ein ungerades Halbbild Of um ry//2 gegenüber einem geraden Halbbild £"Fin der Lichtabtastzone verschoben. Daher stimmen aufgrund der Tatsache, daß der Teil 320S für die jeweiligen Halbbilder OFund EFgemeinsam vorgesehen ist, die Farbkompor.enten, die von den jeweiligen Halbbildern erhalten werden, miteinander überein. Zum Beispiel wird die Wahl des Farblichts derart erreicht, daß in der uneraden horizontalen Abtastperiode das Farblicht

R-C-B-R-G-B

ment wiederholt wird, während in der geraden horizontalen Abtastperiode die Phasendifferenz von 180° gegenüber der obigen Wiederholung des Farblichts auftritt, d. h.die Folge

B-R-G-B-R-C

wie Fig. 15 zeigt. Das weiße Licht W wird als Durchgangslicht in dem gemeinsamen Teil 320ß gewählt. Jedoch kann ein anderes Farblicht, wie z. B. das grüne Licht G, anstelle des weißen Lichts Wgewählt werden.

Bei der Beschreibung eines für die Zeilensprungsteuerung notwendigen Signals wird die CCD 100Λ weggelassen, da sie bereits im Zusammenhang mit dem vorherigen Beispiel beschrieben wurde.

Anhand der Fig. 16 wird die zweite Ausführungsform der Halbleiterfarbkamera gemäß der Erfindung beschrieben, bei der die CCD 100/4 und das Farbfilter 200 verwendet sind. Bei dem Beispiel der Fig. 16 wird ein Bild eines Objekts 210 durch ein optisches Linsensystem 220 und das Farbfilter 200 auf die CCD 100Λ projiziert, und ihr Leseregister lOOC führt das Lesen des Videosignals S durch. Das Videosignal S(die Signale Sa Si), das einem Ausgangsanschluß 110 zugeführt wird, der mit dem Leseregister HOC verbunden ist, wird einem Addierer 250 über einen Schalter SW zugeführt, der bei jeder Horizontalabtastperiode umgeschaltet wird, um die Signalverarbeitung durchzuführen.

Da der Abstand r«/2 zwischen den Bildabtasteinhei-

ten 20a und 20ό der ungeraden und geraden Perioden vorgesehen ist, wie Fig. 14 zeigt, könnte man meiner,, daß eine Phasendifferenz von 180° zwischen den Videosignalen So und Se auftritt, wenn die Videosignale So und Sf in den ungeraden und geraden Perioden sequentiell gelesen werden. Obwohl eine detaillierte Beschreibung unterbleibt, ist ersichtlich, daß die V?rarmungsschichten, die in dem Halbleitersubstrat mit den Bildabtastimpulsen erzeugt werden, die an die Elektroden <P\ bis Φ) angelegt werden, die in dem Halbleitersubstrat unter den Bildabtasteinheiten vorgesehen sind, sich zu allen unterteilten Zonen zusätzlich zu den unteren Teilen der Bildabtasteinheiten 20a und 206 erstrecken bzw. über alle diese Zonen erzeugt werden, so daß, obwohl beide Videosignale So und Se um r»/2 verschoben werden, sie nach dem Übertragen und Lesen zeitlich phasengleich werden.

Daher wird bei der Ausführungsform der Fig. 16, um das Videosignal So um Γ///2 bzw. 180° zeitlich in der Phase zu verschieben, nachdem das Videosignal Se in dem ungeraden Halbbild von einem Verzögerungskreis 260 verzögert wurde, das Videosignal Se dem Addierer 250 zugeführt. Dies bedeutet, daß, wenn der Schalter SW zu dem einen festen Kontakt 270a umgeschaltet wird, das Videosignal So in der ungeraden Periode deni Addierer 250 zugeführt wird.

Die Frequenzspektren und die Phasenbeziehungen der Videosignale So und Sf, die dem Addierer 250 zugeführt werden, sind in den Fig. 17A und 17Bgezeigt.

Fig. 17A zeigt diejenigen des Videosignals So Hierbei sind die Frequenzen der Fablichtkomponenten R bis

B -jrii und es tritt eine Phasendifferenz von 120° zwischen diesen auf. so daß die in der Figur gezeigten Phasenbeziehungen erfüllt sind. Das weiße Licht W wird in dem gemeinsamen Abschnitt 320S nicht geändert, so daß seine Trägerfrequenz l/rv/ist.

Fig. 17B zeigt den Fall des Videosignals Sf. Da hier-

k_a; A'.** /"7Ti ιλλ λ «>_{Λ nn}u:u_A. :_· j.n λ— \ι:λ : ι σ

eine Phasendifferenz von 180° gegenüber dem Videosignal So hat, werden die Seit^nbandkomponenten Ssb mit den Frequenzen l/3r>/und 1/rwgegenphasigerhalten.

Aus der vorherigen Beschreibung ist leicht ersichtlich, daß sich die obenerwähnten Phasenbeziehungen für die ungeraden und geraden Halbbilder niemals ände n.

Die Videosignale So und Sf, die sequentiell und abwechselnd bei jeder horizontalen Abtastperiode erhalten werden, werden einem Tiefpaßfilter 340 zugeführt, das die niederfrequenten Komponenten mit der Frequenz von 1,0 bis 2,0 MHz durchläßt. Die niederfrequenten Komponenten hiervon und die Videosignale So und Se. deren Band nicht begrenzt wird, werden beide einem Subtrahierer 350 zugeführt, so daß der Subtrahierer 350 ein Ausgangssignal erzeugt, das nur eine hochfrequente Komponente enthält, die in F i g. 17C gezeigt ist. Die hochfrequente Komponente des Subtrahierers 350 wird einem Verzögerungskreis 360 zur Verzögerung um eine horizontale Abtastperiode zugeführt. Das verzögerte Signal des Verzögerungskreises 360 wird einem Subtrahierer 370 und einem Addierer 380 zugeführt.

Da dem Addierer 380 auch das Videosignal S zugeführt wird, dessen Band nicht begrenzt und das nicht verzögert ist, werden die Farbkomponenten in dem Addierer 360 unterdrückt, der damit nur die Gleichspannungskomponente Sdc erzeugt, wie Fig. 17D zeigt. Dies bedeutet, daß die gegenphasigen Farbkomponenten durch deren Addition unterdrückt werden und damit

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die Gleichspannungskomponente Sdc, die keinen Abtastfehler enthält, erhalten werden kann.

Dem Subtrahierer 370 wird das verzögerte Signal des Verzögerungskreises 360 und auch das Videosignal S zugeführt, das nicht verzögert ist, so daß die gleichphasigen Gleichspannungskomponenten Sdc darin unterdrückt und nur dit Farbkomponenten von dem Subtrahierer 370 erhalten werden. Die Farbkomponenten des Subtrahierers 370 werden über ein Bandpaßfilter 430 Demodulatoren 390,4 und 3905 zugeführt, die geeignete Demodulationsachsen zur Demodulation der beabsichtigten Farbkomponenten haben. Wenn z. B. die Demodulationsachse des Demodulators 390 als y-Achse (F i g. 17E) gewählt wird, kann von ihm die Farbkomponente

demoduliert werden. Wenn in gleicher Weise die Demodulationsachse des Demodulators 390B als x-Achse (F! g. !7E) gewählt wirrj.. kann von ihm die Farhkomnonente B—G demoduliert werden. Wenn somit diese Farbkomponenten und die obenerwähnte GleäcLspannungskomponente einem Matrixkreis 400 zugeführt werden, können die gewünschten Videosignale an seinen Ausgangsanschlüssen 400a, 4006 und 400c erhalten werden. Zum Beispiel können das Leuchtdichtesignal Y und die Farbdifferenzsignale R-Y und B-Y des NTSC-Systems an den Ausgangsanschlüssen 400a bis 400c erhalten werden.

In Fig. 16 bezeichnet 410 einen Verzögerungskreis, der zur Kompensation der Zeitverzögerung dient, die durch das Tiefpaßfilter 340 verursacht wird und 420 bezeichnet einen Verzögerungskreis, der aus dem gleichen Grund vorgesehen ist.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

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Claims

ZD Patentansprüche:

1. Halbleiter-Farbfernsehkamera, enthaltend

ii) einen Halbleiter-Bildabtaster (10/4, 100Λ) mit einer Anzahl von in horizontalen Zeilen und vertikalen Spalten angeordneten Bildabtastelementen (Im ... lm-n), deren jedes aus mehreren Bildabtasteinheiten (2) besteht, die vertikal untereinander angeordnet sind und jeweils eine obere und eine untere Hälfte der Bildabtastelemente bilden.

b) eine Einrichtung zur Zuführung von Abtastimpulsen (SiA, Su, S]a) zu dem Halbleiter-Bildabtaster (1OA IGOAJ im Zeilensprungvefahren, wobei die Bildsignale eines ersten Halbbildes (OF) durch zeilenweise Abtastung jeweils aller zu einem Bildabtastelement gehörenden Bildabtasteinheiten gewonnen werden, während die Bildsignale eines zweiten Halbbildes (EF)durch Abtastung jeweils der zur unteren Hälfte der Bildabtastelemente einer Zeile und zur oberen Hälfte der Bildabtastelemente der nächsten Zeile gehörenden Bildabtasteinheiten gewonnen werden,

gekennzeichnet durck folgende Merkmale:

c) im optischen Weg eines auf dem Halbleiter-Bildabtaster (10/4. \0OA) abzubildenden Gegenstandes ist eine Farbfiltereinrichtung (20, 200) angeordnet, die derart ausgebildet ist, daß die abgetasteten Bildsignale jer beiden Halbbilder (OF, EF) unter BiHung verschiedener Farbsignalkomponenten (R, C, £ jecodierbarsind;

d) jene Abschnitte (2a'„. 2b'n, 32OB) der Farbfiltereinrichtung (20, 200). die in einer horizontalen Zeile den unteren Hälften der Bildabtastelemente entsprechen, besitzen die gleiche Farbcharakteristik (W, G) entlang der ganzen Zeile.

2. Halbleiter-Farbfernsehkamera nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Farbfiltereinrichtung (20), deren untereinanderliegende Abschnitte folgende Farbcharakteristik in Zeilenlängsrichtung aufweisen:

a) im ersten Abschnitt (2ai,2a2):
R-G-B-R-G-B

b) im zweiten Abschnitt (2ar. 232· ■ · -)^:
W

c) im dritten Abschnitt (20,,2O₂):
Cy-Mg- Yl-Cy-Mg- Yl

d) im vierten Abschnitt (2by, 2b₂ ...):
W

3. Halbleiter-Farbfernsehkamera nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Farbfiltereinrichtung (2O|). deren untereinanderliegende Abschnitte folgende Farbcharakteristik in Zeilenlängsrichtung aufweisen:

a) im ersten Abschnitt (2at, 2a2...):
W-G- Yl-Cy- Yl-G

b) im zweiten Abschnitt (2ar. 2a:·. · ·):
G

c) im dritten Abschnitt (261,263...):
G- W-Cy- YI-Cy- W

d) im vierten Abschnitt (26p, 2br...):
G