DE3012183C2

DE3012183C2 - Festkörper-Farbfernsehkamera

Info

Publication number: DE3012183C2
Application number: DE3012183A
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Mobara Fujita; Shusaku Hachioji Nagahara; Kazuo Kodaira Sato; Iwao Kodaira Takemoto
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-03-30
Filing date: 1980-03-28
Publication date: 1983-02-24
Also published as: CA1138989A; GB2048609A; US4322740A; DE3012183A1; NL8001821A; NL178047B; FR2452840B1; FR2452840A1; NL178047C; GB2048609B

Description

Bildwandler vom MOST-Typ in einem Querschnitt bzw. in einer Draufsicht;

F i g. 3 ein Schema für den Aufbau einer Festkörper-Farbbildkamera mit drei Festkörper-Bildwandlern;

Fig.4 ein Schema für einen Bildwandler mit einer Matrix aus 6 ■ 6 Bildelementen zur Erläuterung des bei herkömmlichen Festkörper-Farbbildkameras angewandten Abtastverfahren mit Zeilensprung,

Fig.5 die optische Anordnung der Bildwandler in einer Festkörper-Farbbildkamera gemäß e-ner ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig.6A ein Impuls/Zeit-Diagramm der Vertikalablenkimpulsfolgen für das erste Halbbild bei dem Ausführungsbeispiel von F i g. 5,

Fig.6B ein Impuls/Zeit-Diagramm der Vertikalablenkimpulsfolgen für das zweite Halbbild bei dem Ausführungsbeispiel von F i g. 5,

F i g. 7 ein Blockschaltbild für eine Treiberschaltung für die Bildwandler bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5,

Fig.8 die optische Anordnung der Bildwandler in einer Festkörper-Farbbildkamera gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig.9 ein Impuls/Zeit-Diagramm für die von den Bildwandlern bei dem Ausführungsbeispiel von F i g. 8 erhaltenen Bildsignale,

Fig. 10 und 11 schematische Darstellungen des Aufbaus von Farbbildkameras in erfindungsgemäßer Ausführung mit drei bzw. mit zwei Bildwandlern,

Fig. 12A und 12B Beispiele für den Aufbau eines Farbfilters für die den Farben Rot bzw. Blau zugeordneten Bildwandler bei dem Ausführungsbeispiel von Fig, 11,

F i g. 13 die optische Anordnung der den Farben Grün einerseits und Rot und Blau andererseits zugeordneten Bildwandler bei den Ausfühn-.jgsbeispielen nach Fig. lOoderll,

F i g. 14 ein Blockschaltbild für eine Treiberschaltung für eine Festkörper-Farbbildkamera der in Fig. 11 gezeigten Bauart mit zwei Bildwandlern und

Fig. 15 ein Impuls/Zeit-Diagramm für an verschiedenen Punkten in der Treiberschaltung von Fig. 14 auftretende Signalformen.

Festkörper-Bildwandler lassen sich in drei Gruppen einteilen, nämlich in solche vom MOST-Typ (Sperrschicht-Fekteffekttransistor), solche vom CCD-Typ (Bauelement mit Ladungstransfer) und solche vom CI D-Typ (Bauelement mit Ladungsinjektion). Jede dieser drei Bautypen zeigt eine spezifische Photoelektrische Umwandlungsfunkt.'on und eine Abtastfunktion, so wie sie für einen Einsatz als Bildaufnehmer erforderlich sind, wobei hinsichtlich der Einzelheiten auf einen Aufsatz von Nagahara et al auf den Seiten 368 bis 372 des Japanese journal of Electronics vom April 1976 verwiesen werden kann.

Als Beispiel für die vorerwähnten Festkörper-Bildwandler soll im folgenden ein solcher vom MOST-Typ näher beschrieben werden, wie er in F i g. 1 schematisch veranschaulicht ist. Dabei bezeichnen in F i g. 1 die Bezugszahl 11 eine Horizontalablenkschaltung für die -V-Koördinate oder Spaltenadresse, die Bezugszahl 12 e:ne Vertikalablenkschaltung für die V-Koordinate oder Zeilenadresse, die Bezugszahl 13 als Schalter für die Horizontalablenkung dienende Sperrschicht-Feldeffeikttransistoren oder kurz MOST, die durch die Vertikalablenkimpuls.; aus der Vertikalablenkschaltung Ii! ein- und ausgeschake! werden, die Bezugszahl 14 Photodioden, die durch die Quellenübergänge der MOST 13 gebildet werden, die Bezugszahl 15 eine die Senkenelektroden der MOST 13 ein und derselben Spalte miteinander verbindende Ausgangsleitung für die Vertikalablenksignale, die Bezugszahl 16 als Schalter für die Horizontalablenksignale dienende MOST, die durch die Horizontalablenkimpulse aus der Horizontaiablenkschaltung 11 ein- und ausgeschaltet werden, deren Senkenelektroden mit einer gemeinsamen Ausgangsleitung 17 für die Horizontalablenksignale und deren Quellenelektroden mit der Ausgangsleitung 15 für die Vertikalablenksignale verbunden sind, die Bezugszahl 18 eine Treiberspannungsquelle, also eine Spannungsquelle für Videosignale, die als Treiber für die Photodioden 14 über einen Widerstand 19 mit der Ausgangsleitung 17 für die HorizontaJablenksignale Vertikalablenkimpulsfolgen ist, und die Bezugszahl 20 einen Signalausgang. Die Ablenkschaltungen 11 und 12 steuern das Schalten der MOST 16 bzw. 13 einen nach dem anderen, und die Photoströme aus dem in einer zweidimensionalen Matrix angeordneten Photodioden 14 werden über den Widerstand 19 .·. ,«gelesen. Da die Ausgangssignaie der Photodioden i«i "inem darauf projizierten optischen Bild entsprechen, gegen diese ausgelesenen Photoströme das originale Videosignal wieder. Die Verbindung zwischen der Horizontalablenkschiltung 11 und dem MOST 16 bewirken Leitungen 21 und die Verbindung zwischen der Vertikalablenkschaltung 12 und dem MOST 13 Leitungen 22.

Der oben beschriebene Festkörper-Bildwandler zeichnet sich dadurch aus, daß die Quellenelektroden der MOST für die photoelektrische Umwandlungsfunktion herangezogen und für den Aufbau der Ablenkschaltungen Schieberegister vom MOST-Typ verwendet werden können. Dementsprechend läßt sich ein Bildwandler dieser Art ohne weiteres und einfach mit hohem Integrationsgrad herstellen und daher unter Verwendung der MOST-LSI-Technik fertigen, wie dies in Fig.2A und 2B gezeigt ist. Dabei zeig, die Darstellung in Fig. 2A den Aufbau eines Bildelements im Querschnitt und die Darstellung in Fig.2B einen Ausschnitt aus der Anordnung der Bildelemente in einer Draufsicht. In den Darstellungen in Fig. 2A und 2B bezeichnen die Bezugszahl 23 ein n-Ieitendes Halbleitersubstrat, auf dem photoelektrische Wandlerelemente und Abtastschaltungen in integrierter Schaltungstechnik ausgebildet sind, die Bezugszahl 24 einen auf dem η-leitenden Halbleitersubstrat 23 ausgebildeten p-leitenden Bereich als Quell- oder Verunreinigungsbereich, die Bezugszahl 13 einen MOST mit einer aus der Vertikalablenkschaltung 12 mit Vertikalablenkimpulsen gespeisten Torelektrode 25, die Bezugszahl 26 einen η-leitenden Bereich mit hoher Störstellendichte, der als Qpelltiie'ektrode für den MOST 13 dient und außerdem zusammen mit dem p-leitenden Bereich 24 und dem sich daran ergebenden ρη-Übergang eine Photodiode 14 bildet, die Bezugszahl 27 einen η-leitenden Bereich mit hoher Störstellendichte, der als Senkenelektrode für den MOST 13 dient und mit einem Ende einer Leitschicht 28 in Verbindung steht, die als Ausgangsleitung IS für die Vertikalablenksignale dient. Das andere Ende der Leitschicht 28 bzw. der Ausgangsleitung 15 n.it den Senkenelektroden stellt die gemeinsame Verbindung für eine Mehrzahl solcher MOST 13 als Schalter für die Vertikalablenkung d?r und steht mit einem Ende cinci MOST 16 als Schalter in der Horizontalablenkung in Verbindung, der durch die Horizontalablenkimpulse aus der Horizontalablenkschaltung 11 ein- und ausgeschal-

tet wird, und das andere Ende des MOST 16 hat Verbindung zur Ausgangsleitung 17 für die Horizontalablenksignale. Der Bereich 24 und das Substrat 23 werden üblicherweise auf Erdpotential (0 Volt) gehalten. In manchen Fällen kann der pn-Übergang zwischen dem Bereich 24 und dem Substrat 23 in umgekehrter Richtung vorgespannt sein. Die Bezugszahlen 291, 292 und 293 in Fig. 2A bezeichnen Isolierfilme, die üblicherweise aus S1O2 bestehen.

Im Betriebe wird die Photodiode 14 bei einer _!0 Abtastung auf die Videospannung V, aufgeladen, jedoch entlädt sie sich in Entsprechung zu der Menge des darauf auftreffenden Lichtes während der Periode eines Halbbildes um den Betrag Δ V* Wenn dann bei der nächsten Abtastung die zugehörigen MOST 13 und 16 eingeschaltet werden, so wird diese teilweise Entladung durch einen Ladestrom aus der Spannungsquelle 18 für die Videospannung kompensiert. Dieser also der anteiligen Entladung entsprechende Ladestrom wird über den mit der Spannungsquelle 18 verbundenen Widerstand 19 ausgelesen, so daß sich am Signalausgang 20 ein Videosignal ergibt.

Ein Beispiel für einen Festkörper-Bildwandler mit einer Bildelementstruktur, wie sie in Fig. 2A und 2B veranschaulicht ist, findet sich in der US-PS 41 48 048. Bei diesem Bildwandler ist das Element für die photoelektrische Umwandlung in dem p-leitenden Bereich 24 ausgebildet, und daher zeigt dieser Wandler keinen Blüh-Effekt. Außerdem wird bei diesem Wandler infrarote Strahlung fast vollständig in dem Substrat 23 absorbiert, so daß es nicht zu einer Verschlechterung des Auflösungsvermögens kommt, und der spektrale Frequenzgang im Bereich des sichtbaren Lichtes zeigt einen flachen oder ausgeglichenen Verlauf, so daß sich Videosignale von beliebigen Objekten mit hoher Bildtreue erhalten lassen. Ein derartiger Bildwandler zeichnet sich daher im Vergleich zu bisher entwickelten und beschriebenen Bildwandlern durch wesentlich verbesserte Eigenschaften aus.

Auch andere Bildwandler des MOST-Typs, des CTD-Typs oder des CID-Typs lassen sich in gleicher Weise in Festkörper-Farbbildkameras einsetzen.

In Fig.3 ist ein Schema für den Aufbau einer Farbbildkamera in Drei-Chip-Bauart unter Verwendung von drei Festkörper-Bildwandlern gezeigt. In der Darstellung in Fig. 3 wird Licht nach dem Durchgang durch eine Linse 31 beispielsweise mit Hilfe eines Farbteilers in Form eines dichroitischen Prismas 32 in eine rote Komponente R, eine grüne Komponente G und eine blaue Komponente S aufgeteilt. Diese drei Komponenten R, G und B werden jeweils auf einen von drei Festkörper-Bildwandlern 34,33 bzw. 35 fokussiert, die diesen Komponenten R, G und B zugeordnet sind. An diesen Bildwandlern 34, 33 und 35 erfolgt dann für die Lichtkomponenten R, G und Ädie photoelektrische Umwandlung. Bei einer herkömmlichen Festkörper-Farbbildkamera muß die optische Anordnung der Bildwandler 33, 34 und 35 zur Vermeidung eines Farbaufbruchs für jedes Bildelement eine genaue Überlappungsdeckung aufweisen. Das Auflösungsvermögen der Farbbildkamera ist äquivalent zu dem jedes der Bildwandler 33,34 und 35 für weißes Licht

Bei Fernsehsendungen gemäß der in den USA und in Japan gebräuchlichen NTSC-Norm weist jedes Bild 525 horizontale Abtastzeiien auf. Die Anzahl der Biidelemente in der Vertikalrichtung muß bei jedem Bildwandi ;r etwa die gleiche Größe erreichen, wie die Anzahl der horizontalen Abtastzeilen, oder sie muß wenigstens etwa 500 Elemente betragen, wenn einige davon für vertikale oder Austastintervalle weggelassen werden können. Was nun die Anzahl der Bildelemente in der Horizontalrichtung anbelangt, so muß sie wenigstens etwa 400 betragen, damit in Abhängigkeit von einem gewünschten Auflösungsvermögen eine befriedigende Bildqualität erreicht werden kann. Im Ergebnis müßte also jeder der drei Bildwandler 33, 34 und 35 eine beträchtliche Chip-Größe aufweisen, die der eine LSI-Speicher mit einer extrem breiten Skala von mehr als 200 kBits entspricht. Außerdem beträgt gemäß der NTSC-Norm das Ve hältnis zwischen der Bildgröße in der Vertikalrichtung und der Bildgröße in der Horizontalrichtung nur 'Λ, und dementsprechend ist es erforderlich, in dieser kleineren Vertikalabmessung eine größere Anzahl von Bildelementen unterzubringen. Eine derartige Anordnung bereitet jedoch erhebliche Schwierigkeiten. Die Abmessungen eines solchen Bildwandlers würden daher im Vergleich mit üblichen Halbleiterschaltungen in LSI-Ausführung extrem groß, was zum einen eine Absenkung der Produktionsausbeute und zum anderen eine Erschwerung der Fertigung mit sich bringen würde. Außerdem muß auch das entsprechende optische System wie beispielsweise das als Farbteiler eingesetzte dichroitische Prisma entsprechend g/oß bemessen werden. Damit gehen dann aber die angestrebten Vorteile einer Farbbildkamera in Festkörperausführung, nämlich Kompaktheit, geringes Gewicht und günstige Herstellungskosten, verloren, und es ergeben sich sogar absolute Produktionshindernisse.

Die Fernsehnorm sieht eine Abtastung mit Zeilensprung vor, bei der während eines Halbbildes nur jede zweite horizontale Zeile nachgezeichnet wird und die verbleibenden horizontalen Zeilen zur Vervollständigung des Bildes aufeinanderfolgend während des zweiten Halbbildes nachgezogen werden. Die photoelektrisch umgesetzten Signale aus den Bildwandlern 33, 34 und 35 müssen dieser Abtastnorm angepaßt werden. Zur näheren Erläuterung dieser Abtastung mit Zeilensprung ist in Fig.4 in vereinfachter Darstellung ein Bildwandler 41 mit einer Matrix aus nur 6 · 6 Bildelementen 42 dargestellt.

Gemäß der Darstellung in F i g. 4 werden von sämtlichen horizontalen Zeilen Ai, Si, A2, Sz, A3 und Bz aus Bildelementen 42 die Zeilen A\, A2 und Ai während der ungeradzahligen Halbbilder abgetastet, während die Zeilen Si, S2 und S3 gemäß dem oben beschriebenen Zeilensprungverfahren während der geradzahligen Halbbilder abgetastet werden.

Für eine derartige Abtastung bedarf es e^es komplizierten Schaltungsaufbaus, der die Umschaltung zwischen den einzelnen Abtastzeilen für jedes Halbbild in dem Bildwandler 41 bzw. den Bildwandlern 33,34 und 35 bei dem System von F i g. 3 bewirkt.

Außerdem ergibt sich bei dieser Art der Abtastung aus Signalen, die nach Vollendung der Abtastung der Zeilen A\, Λ2 und A3 in einem geradzahligen Halbbild in den ausgelassenen Zeilen Si, Bi und S3 verbleiben, ein Überlagerungseffekt für bei der nächsten Abtastung im geradzahligen Halbbild ausgelesene Signale aus den Zeilen Si, Bi und S₃, was zu einem unerwünschten Nachbild oder Nachleuchten in dem reproduzierten Bild führt. Um ein solches Nachbild zu vermeiden, ist es erforderlich, die Signale aus allen Bildelementen in jedem Halbbild auszulesen. Zu diesem Zwecke werden in den ungeradzahligen Halbbildern Paare von Zeilen A\ und S2, Αϊ und S2 und A3 und S3 nacheinander abgetastet, und in den geradzahligen Halbbildern

werden andere Paare von Zeilen, beispielsweise die Zeilenpaare B\ und Ai. Sj und Ai usw. nacheinander abgetastet. Dies bedeutet aber eine noch weitere Komplikation für den oben erwähnten Schaltungsaufbau und verlangt außerdem eine komplizierte Signalaufbereitung.

Überdies muß im Falle der NTSC-Norm die Anzahl der BiitHemcntc in der Vertikalrichtung einen Wert von etwa 500 erreichen, um ein Bild abzudecken, wie dies oben erwähnt ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Festkörper-Farbbildkamera zu schaffen, die ohne Zeilensprungmechanismus auskommt und sich insgesamt mit kleinen Abmessungen und geringen Kosten herstellen läßt.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Festkörper-Farbbildkamera, wie sie im Patentanspruch 1 angegeben ist; vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Irn Ergebnis führt die Erfindung zu einer Festkörper-Farbbildkamera, die eine Mehrzahl von Festkörper-Bildwandlern aufweist, von denen jeder eine zweidimensional Anordnung von Bildelementen enthält, die mit jeweils vorgegebenem Abstand in vertikaler und horizontaler Richtung angeordnet sind, wobei die optische Anordnung eines dieser Bildwandler in bezug auf einen anderen Bildwandler um den halben Wert eines Bildelementabstandes in vertikaler Richtung verschoben ist und die Horizontalabtastung in den unger?dzahligen und den geradzahligen Halbbildern für entweder den einen oder den anderen der Bildwandler zeitlich um eine Horizontalabtastzeile versetzt ist.

Bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Festkörper-Farbbildkamera kann die Anzahl der Bildelemente für jeden Bildwandler auf die Hälfte oder gar auf V« der Anzahl der Bildelemente reduziert werden, die bei einem Bildwandler für eine Festkörper-Farbbildröhre in herkömmlicher Ausführung erforderlich sind.

In bevorzugter Ausführung läßt sich die Erfindung beschreiben als eine Festkörper-Farbbildkamera mit drei Festkörper-Bildwandlern, von denen jeder eine zweidimensionale Anordnung von Bildelementen mit vorgegebenen Abständen in vertikaler und horizontaler Richtung aufweist, wobei diese drei Bildwandler den Farben Grün, Rot und Blau zugeordnet sind und die optische Anordnung des ersten Bildwandlers in bezug auf den zweiten und den dritten Bildwandler um einen halben Bildelementabstand in vertikaler Richtung verschoben ist.

Als nächstes soll die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen beschrieben werden.

Die Darstellung in Fig.5 zeigt die optische Anordnung der Bildwandler 33, 34 und 35 bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der G-Bi!dwandler 33 für das grüne Licht um die Hälfte eines Bildelementabstandes Pv in vertikaler Richtung gegenüber den R- und ß-Bildwandlern 34 und 35 für das rote und das blaue Licht verschoben. Die Größenordnung für die Überlappungsdeckung der Bildwandler kann willkürlich gewählt werden.

Bei einer Festkörper-Farbbildkamera mit Bildwandlern der für das Ausführungsbeispiel von Fig.5 gezeigten Art werden beispielsweise während der ungeradzahligen Halbbilderzeilenpaare G\ und Mx, Gi und M-i usw. abgetastet, während in den geradzahligen Halbbildern andere Zeilenpaare Gi und M\, Gj und M? usw. abgetastet werden, indem die Abtastung für die G-Zeilen um eine horizontale Abtastzeile verschoben ist.

Bei einem Farbfernsehsystem wird das Auflösungsvermögen in Abhängigkeit vom Leuchtdichtesignal bestimmt. Das Leuchtdichtesignal enthält die rote, die grüne und die blaue Signalkomponente R, G und B. Gemäß der NTSC-Norm besteht zwischen der Summe

ίο R + B aus den beiden Komponenten R und B und der Komponente G ein Verhältnis von 0,41 zu 0,59. Der Farbausgleich wird jedoch nicht wesentlich beeinträchtigt, selbst wenn dieses Verhältnis einen Wert von 0,5 zu 0,5 annimmt. Auf diese Weise führt eine Festkörper-Farbbildkamera, die mit der Bildwandlergeometrie von F i g. 5, einem modifizierten Signalverhältnis von 0,5 zu 0.5 und dem oben beschriebenen Abtastschema arbeitet, zu einer Folge von Leuchtdichtesignalen, die für aufeinanderfolgende Halbbilder um den halben Wert eines Biideiementsabstandes Fv in veriikaiei Richtung verschoben sind. Dies bedeutet, daß sich ein Effekt erzielen läßt, der äquivalent ist mit einer Anordnung, bei der die Anzahl der Bildelemente in der Vertikalrichtung verdoppelt ist. Daher ist es möglich, selbst bei Anwendung der NTSC-Norm die Vertikalrichtung eines Halbbildes nur mit etwa 250 Bildelementen zu belegen. Weiterhin ist das in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendete Abtastschema in der Wirkung äquivalent mit dem Zeilensprungverfahren, wie es der Abtastnorm für die Farbfernsehsysteme entspricht. Damit wird verständlich, daß bei Verwendung der optischen Anordnung der Bildwandler gemäß dem vorstehenden Ausführungsbeispiel die Anzahl der Bildelemente in vertikaler Richtung auf die Hälfte der Anzahl der bei einem Fernsehsystem verwendeten Abtastzeilen reduziert werden kann und daß außerdem kein Nachbild auftritt.

Das Weiterschalten der Abtastung von einem Halbbild zum nächsten läßt sich ohne weiteres und ohne die Verwendung spezieller Schaltmechanismen für die Bildwandler selbst durchführen. So ist es beispielsweise bei der Bildwandleranordnung nach Fig.5 lediglich erforderlich, zu den Vertikalablenkimpulsen für den G-Bildwandler 33 während des Vertikalrücklaufintervails Tb unmittelbar vor einem geradzahligen Teilbild einen Impuls 61 hinzuzufügen, wie dies aus den Darstellungen in Fig.6A und 6B ersichtlich ist. Die Darstellung in Fig.6A zeigt dabei die Vertikalablenkimpulsfolge für ein ungeradzahliges Halbbild, während in F i g. 6B die Vertikalablenkimpulsfolge für ein ungeradzahliges Halbbild dargestellt ist. In beiden Darstellungen bezeichnet die Bezugszahl 62 eine den Bildwandlern 34 und 35 zugeführte Impulsfolge und die Bezugszahl 63 eine dem Bildwandler 33 zugeführte

ss Impulsfolge.

Die Darstellung in F i g. 7 zeigt ein Blockschaltbild für eine Treiberschaltung für die Bildwandler von Fig.5 bzw. für die Steuerung der Ablenkschaltungen für diese Bildwandler. In F i g. 7 speist ein Impulsgenerator 71 für synchrone Treiberimpulse mit den jeweiligen Vertikalablenkschaltungen im G-Bildwandler 33 und den M-(R- und £-)Bildwandlern 34 und 35 verbundene Steuerleitungen 72 bzw. 74 mit Vertikaltreiberimpulsen V, mit den jeweiligen Horizontalablenkschaltungen in den G-, R- und ß-Bildwandlern 33, 34 und 35 verbundene Steuerleitungen 77 bzw, 76 mit Horizontaltreiberimpulsen //und eine Leitung 75 mit einem Halbbildschaltimpuls F. In den Zug der Steuerleitung 72 für

Vertikalablenkimpulse für den G-Bildwandler 33 ist eine Treibersteuerschaltung 73 eingefügt. Diese Steuerschaltung 73 erhält außerdem über die Leitung 75 den llalbbildschaltimpuls F zugeführt, und sie erzeugt daraus den oben erwähnten Impuls 61 im Vertikalrücklaufintervall Tb. Anstelle der Treibersteuerschaltung 73 kann in die Steuerleitung 74 für die Vertikalablenkimpulse für die R- und S-Bildwandler 34 bzw. 35 eine Verzögerungsschaltung eingefügt sein, die eine Verzögerung um eine Horizontalablenkperiode bewirkt und eine Steuerstufe enthält, die eine Umschaltung zwischen einer direkten Kopplung und einer verzögerten Kopplung in Reaktion auch den Halbbildschaltimpuls F auslöst.

In Fig.8 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der die optische Anordnung des Bildwandlers 33 wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel um den halben Wert des Bildelementabstandes Pvin vertikaler Richtung und auGciüem um den halben Wert des Bildelementabstandes Ph in horizontaler Richtung gegenüber den Bildwandlern 34 und 35 verschoben ist. In diesem Falle sollten entsprechend der Darstellung in F i g. 9 Videosignale 91, 92 und 93 zeitlich um eine Periode verschoben sein, die einem halben Bildelement aus den G-, B- und /?-Bildwandlern 33,35 bzw. 34 äquivalent ist. Zu diesem Zwecke können die Horizontalablenkimpulse für die R- und ß-Bildwandler 34 bzw. 35 um 180° in bezug auf die Horizontalablenkimpulse für den G-Bildwandler 33 verzögert sein, oder es können die gleichen Horizontalablenkimpulse für die Bildwandler 33, 34 und 35 verwendet werden, wobei dann die Ausgangssignale der Bildwandler 34 und 35 über eine Verzögerungsschaltung geleitet werden, die eine einem halben Bildelement äquivalente Verzögerung liefert.

Bei einer nach dem Ausführungsbeispiel von F i g. 8 arbeitenden Festkörper-Farbbildkamera wird das Leuchtdichtesignal des G-Bildwandlers 33 durch die Leuchtdichtesignale der R- und ß-Bildwandler 34 und 35 interpoliert. Da das Auflösungsvermögen vom Leuchtdichtesignal abhängt, läßt sich so das resultierende Horizontalauflösungsvermögen im Vergleich zu dem mit jedem einzelnen Bildwandler erreichbaren Horizontalauflösungsvermögen nahezu verdoppeln. Mit anderen Worten ausgedrückt kann die Anzahl der Bildelemente sowohl in der Horizontalrichtung als auch in der Vertikalrichtung bei dieser Ausführungsform im Vergleich zu einer üblichen Bildwandleranordnung halbiert werden, so daß sich insgesamt die Anzahl der Bildelemente in horizontaler und vertikaler Richtung auf ein Viertel des üblichen Wertes verkleinern läßt. Darüber hinaus kann ein für ein Farbfernsehsystem geeignetes Farbsignal erhalten werden, ohne daß dazu ein Zeilensprungmechanismus für die Bildwandler erforderlich ist. Diese Idee einer Verbesserung des Horizontalauflösungsvermögens ist zwar bereits bekannt, die praktische Auswirkung dieser Idee wird aber bei einer Kamera gemäß dieser Ausführungsform besonders vorteilhaft, bei der sich die Anzahl der Bildelemente in vertikaler Richtung halbieren läßt, in welcher Richtung die Anordnung von zahlreichen Bildelementen besondere Schwierigkeiten bereitet hat

Die Bildwandler der Ausführungsformen nach F i g. 5 und 8 können zur Zuführung ihrer jeweiligen Lichtkomponenten in Kombination mit einem optischen System verwendet werden, wie es in F i g. 10 oder 11 geneigt ist.

Die Darstellung in Fi g. 10 zeigt eine Farbbildkamera der Dreiwandlerbauart mit drei getrennten Bildwand-

lern Vg, Vr und Vs für die drei Primärfarben Grün, Rot und Blau. Dabei bezeichnen in Fig. 10 die Bezugszahl 101 eine Objektivlinse, die Bezugszahlen 102 und 103 Spiegel mit Totalreflexion, die Bezugszahl 104 einen rotes Licht reflektierenden Spiegel und die Bezugszahi 105 einen blaues Licht reflektierenden Spiegel.

Die Darstellung in F i g. 11 zeigt eine Farbbildkamera der Zweiwandlerbauart unter Verwendung eines Bildwandlers Va für grünes Licht und einen Mehrzweckwandler Vrb für rotes und blaues Licht. In F i g. 11 bezeichnet die Bezugszahl 111 eine Objektivlinse und die Bezugszahl 112 einen rotes und blaues Licht reflektierenden Spiegel. Der Bildwandler Vrb in F i g. 11 ist mit einem mosaikartigen Filter versehen, das rote und blaue Filterelemente enthält, die entsprechend den Bildelementen angeordnet sind, wie dies in Fig. 12A oder 12B gezeigt ist, und rote und blaue Signale werden in einer Signalverarbeitungsschaltung voneinander getrennt.

Wie die Darstellung in Fig. 13 zeigt, ist die optische Anordnung des Bildwandlers Vq für grünes Licht, der in F i g. 13 mit der Bezugszahl 131 bezeichnet ist, um einen halben Bildelementabstand in vertikaler Richtung gegenüber dem Bildwandler V_RB für rotes und blaues Licht (bei einer Kamera der Zweiwandlerbauart) bzw. den Bildwandlern Vr und Vb (bei einer Kamera der Dreiwandlerbauart), die in F i g. 13 durch die Bezugszahl 132 bezeichnet sind, verschoben. Außerdem zeigt die Darstellung in Fig. 13 eine entsprechende Verschiebung auch in der Horizontalrichtung.

In der Darstellung in F i g. 13 bezeichnen Li, L₂ und L₃ Horizontalabtastzeilen für den Bildwandler 131. während mit Wi, W₂ und W₃ Horizontalabtastzeilen für den bzw. die Bildwandler 132 bezeichnet sind. Die Zeilensprungabtastung geschieht dann beispielsweise so, daß die Zeilen Li und W₂. L₂ und W₂, L₃ und W₃ usw. für das erste Halbbild ausgewählt werden, während im zweiten Halbbild die Zeilen Li und Wj. L₂ und W₃ usw. ausgewählt werden.

Da die Abtastung für das etrte Halbbild um eine Horizontalzeile gegenüber der für das zweite Malbbild verschoben ist, tritt in diesem Falle eine Nachlauferscheinung in dem erzeugten Bild auf, die zu einei Verschlechterung der Bildqualität fühvt Da jedoch das Leuchtdichtesignal in einem Fernsehsystem im allgemeinen gegeben ist durch die Formel

Εγ = 0,3 Er 4 0.59 E₀ + 0,11 Eb,

läßt sich die Verschlechterung der Bildqualits.t vermindem, wenn das G-Signal mit seiner großen Energie festgehalten wird, während die Nachlauferscheinung in den R- und ß-Signalen auftritt, die nur geringe Energie besitzen.

Die Darstellung in Fig. 14 zeigt ein Blockschaltbild für eine Treiberschaltung, die sich sowohl für eine Kamera der Zweiwandlerbauart nach F i g. 11 als auch für eine Kamera der Dreiwandlerbauart nach Fig. 10 eignet In Fig. 15 sind Signale veranschaulicht, wie sie an verschiedenen Stellen der Treiberschaltung von Fig. 14auftreten.

Vertikaltreiberimpulse 142, die von einem Impulsgenerator 133 für synchrone Treiberimpulse für den Zeilensprung erzeugt werden, werden in Fig. 14 einer Verzögerungsschaltung 134 zugeführt Verzögerte Impulse 143 aus der Verzögerungsschaltung 134 und Taktimpulse 145 für die jeweiligen Vertikalablenkschaltungen der Bildwandler 131 und 132 werden in Fi g. 14 einem Impulsformer 135 zugeführt, der seinerseits

Startim^uise 144 für- die Vertikalablenkschaltung für den Betrieb des Bildwandlers 131 für grünes Licht lietert.

Startimpulse 151 für die Vertikalablenkung im Bitrieb des oder der Bildwandler 132 für rotes und blaues Licht werden in folgender Weise erhalten.

Die vom Impulsgenerator 131 erzeugten Vertikaltreiberimpulse 142 und gleichfalls von dem Generator 133 erzeugte Halbbildimpulse 146 werden einer Torschaltung 136 zugeführt, die ihrerseits ein Ausgangssignal 147 abgibt, das nur während der Periode I des ersten Halbbildes vorhanden ist, in der zweiten Halbbildperiode Il dagegen fehlt. Dieses Ausgangssignal 47 wird einer Verzögerungsschaltung 137 zugeführt, die verzögerte Impulse 148 abgibt. Diese verzögerten Impulse 148 und die Taktimpulse 145 werden einem Impulsformer 138 zugeführt, der seinerseits einen Vertikalstartimpuls 152 liefert, der nur in der zweiten Halbbildperiode Il vorhanden ist und dem Vertikalstartimpuls 144 für den Bildwandler Ul tvir grünes Licht um eine Vertikaitakiimpulsdauer vorausläuft. Der vom Impulsgenerator 133 erzeugte Halbbildimpuls 146 wird durch einen Inverter 139 in seiner Polarität umgekehrt, womit sich ein Halbbildimpuls 146 ergibt. Dieser Halbbildimpuls 149 und der Vertikalstartimpuls 144 für den Bildwandler 131 für gnines Licht werden einer Torschaltung 140 zugeführt, die ihrerseits einen Ausgangsimpuls 150 abgibt, der nur während der ersten Halbbildperiode I vorhanden ist und gleichphasig ist mit dem Vertikalstartimpuls 144. Der Impuls 150 und ckr Impuls 152 werden ehver Torschaltung 141 zugeführt. Das Ausgangssignal dieser Torschaltung 141 liefert die Vertikalstartimpulse 151 für die Vertikalablenkung beim Betriebe des oder der Bildwandler 132 für rotes und blaues Licht.

Die Zeilensprungabtastung der Bildwandler 131 und 132 erfolgt durch die Kombination der Startimpulse 144 und 151. von denen die Impulse 144 im ersten und im zweiten Halbbild gleichphasig sind, während die Impulse 151 im ersten und im zweiten Halbbild um eine Vertikaltaktimpulsdauer gegeneinander verschoben sind.

In der in Fig. 14 gezeigten Schaltung werden die Taktimpulse 145 für die Vertikalablenkschaltungen den Bildwandlern 131 und 132 gemeinsam zugeführt, diese Bildwandler 131 und 132 können aber auch mit verschiedenen Taktimpulsen betrieben werden. Die Impulse 144 und 151 werden bei der oben beschriebenen Ausführungsform auf der Basis der Vertikaltreiberimpulsc !42 tiveugt, sie !■■.until aber uuch auf der Basis anderer, den Impulsen 142 ähnlicher Impulse gewonnen werden. Außerdem kann der Vertikalstartimp"ls ?ür den Bildwandler 132 von solcher Art sein, r!aß er sich in der zweiten Halbbildperiode II mit dem Impuls 144 in Phcse befindet und diesem Impuls 144 in der ersten Halbbildperiode 1 vorausläuft.

Wie oben bereits erwähnt, läßt sich gemäß der Erfindung die Anzahl der Bildelemente in einem Bildwandler auf die Hälfte oder auf 'Λ der bei einem herkömmlichen Bildwandler üblichen Anzahl reduziertii, und weiter kommt der Bildwandler gemäß der Erfindung ohne einen Zeilensprungmechanismus aus, so daß sich die Abmessungen und die Gestehungskosten für den Bildwandler vermindern lassen und sich insgesamt eine klsine, leichte und kostengünstige Festkörper-Farbbildröhre ergibi.

In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen sind Farbbildkameras der Zwei- oder Dreiwandlerbauart für die Verarbeitung der drei Lichtkomponenten Rot, Grün und Blau behandelt worden, doch lassen sich auch andere Anordnungen verwenden, wenn die zu Rot, Grün und Blau komplementären Lichtkomponenten oder beliebige andere Lichtkomponenten verarbeitet werden sollen.

Weiterhin läßt sich die Grundidee der Erfindung nicht nur in Farbbildkameras einsetzen, sondern die erweist sich als vorteilhaft auch für monochromatische Kameras. Wenn nämlich beispielsweise zwei Bildwandler in der Weise einander überlappt werden, daß der eine gegenüber dem anderen in vertikaler Richtung oder in vertikaler und horizontaler Richtung um den halben Wert eines Bildelementabstandes verschoben ist und ein analoges Signalverarbeitungsschema verwendet wird, wobei die beiden Bildwandler in diesem Falle allein Leuchtdichtesignale abgeben und das gleiche Gewicht haben, so läßt sich eine !,leine und kostengünstige Festkörper-Kamera, die ein hohes Auflösungsvermögen besitzt und sich für Fernsehzwecke eignet, mit Festkörper-Bildwandlern von geringeren Abmessungen bauen.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Festkörper-Farbfernsehkamera mit wenigstens zwei Festkörper-Bildwandlern, von denen jeder eine zweidimensional Matrix von mit vorbestimmtem Mittenabstand in vertikaler und horizontaler Richtung angeordneten und jeweils Licht mindestens einer Farbe zugeordneten Bildelementen aufweist und einer gegenüber einem anderen in wenigstens einer Abtastrichtung optisch um einen halben Bildelementabstand verschoben ist, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Bildwandler (33; 131) wenigstens in der Vertikalrichtung um einen halben Bildelementabstand (Py) in bezug auf den oder die anderen Bildwandler (34,35; 132) verschoben ist und
daß die Horizontalabtastung in den ungeradzahligen und geradzahligen Halbbildern für entweder den einen oder den·bzw. die anderen Bildwandler zeitlich um eine Horizontalablenkzeile versetzt ist

2. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Bildwandler (33; 131) auch in der Horizontalrichtung in bezug auf den bzw. die anderen Bildwandler (34, 35; 132) um einen halben Bildelementabstand (P_H) verschooen ist

3. Kamera nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Bildwandler (33; 131) dem grünen Licht zugeordnet ist und zwei weitere Bildwandler (34, 35; 132) für rotes und für blaues Licht vorgesehen sind.

4. Kamera nach eintm der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, <iaß die /7-te Horizontalzeile des einen Bildwandlers (33; 31) und die /Me Horizontalzeile des oder der anderen Bildwandler (34,35; 132) in den ungeradzahligen Halbbildern und die (n + l)-te Horizontalzeile des einen Bildwandlers und die n-te Horizontalzeile des bzw. der anderen Bildwandler in den geradzahligen Halbbildern gleichzeitig abgetastet werden.

5. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die n-te Horizontalzeile des einen Bildwandlers (3; 131) und die n-te Horizontalzeile der oder der anderen Bildwandler (34,35; 132) in den ungeradzahligen Halbbildern und die n-te Horizontalzeile des einen Bildwandlers und die (n + l)-te Horizontalzeile des bzw. der anderen Bildwandler in den geradzahligen Halbbildern abgetastet werden.

6. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß den Bildwandlern (33, 34, 35; 131,132) Filter für die Erzeugung von Licht vorbestimmter Farbe vorgeschaltet sind und eine Steuerschaltung für den Betrieb der Ablenkschaltungen zugeordnet ist, die der Vertikalablenkschaltung für den einen Bildwandler Startimpulse zuführt, die den Abtastvorgang in jedem Halbbild mit einer vorgegebenen Horizontalzeile beginnen lassen, und die Vertikalablenkschaltung für den oder die anderen Bildwandler mit Stäftiffipulsen speist, die den Abtastvorgang für jedes zweite Halbbild an einer um eine Horizontalzeile gegenüber der Horizontalzeile für den Start des Abtastvorganges an dem einen Bildwandler verschobenen Stelle beginnen lassen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Festkörper-Farbfernsehkamera mit wenigstens zwei Festkörper-Bildwandlern, von denen jeder eine zweidimensionale Matrix von mit vorbestimmtem Mittenabstand in vertikaler und horizontaler Richtung angeordneten und jeweils Licht mindestens einer Farbe zugeordneten BildelementRn aufweist und einer gegenüber einem anderen in wenigstens einer Abtastrichtung optisch um ein halbes Bildelementabstand verschoben ist

ίο Eine Festkörper-Farbfernsehkamera dieser Art ist in der Dfi-OS 29 30 400 beschrieben. Bei dieser bekannten Farbfernsehkamera ist ein erster Bildwandler der Farbe grün und ein zweiter Bildwandler den Farben rot und brau zugeordnet Dabei sind diese beiden Bildwandler in

is der horizontalen Abtastrichtung so gegeneinander verschoben angeordnet, daß sich für die einzelnen Bildelemente gegenüber dem projizierten Bild eine Versetzung um einen halben Bildelementabstand in horizontaler Richtung ergibt Auf diese Weise befindet sich der Abtastträger für das Grünsignal in Gegenphase zu dem für das Rot- und Blausignal, und es läßt sich eine gegenseitige Auslöschung der Seitenbandkomponenten erzielen.

Aus der DE-PS 7 08 061 ist weiter eine Abtastung von Fernsehbildern bekannt die statt mit einem Zeilensprungverfahren mit ,einem Punktsprung verfahren arbeitet, bei dem die Abtastung sowohl in vertikaler Richtung als auch in horizontaler Richtung jeweils unstetig erfolgt Dabei werden in beiden Abtastrichtungen jeweils mindestens der Bildpunktfläche entsprechende Zwischenräume übersprungen, und eine entsprechend oftmalige Wiederholung des Abtastvorganges sorgt dafür, daß schließlich alle Punkte eines Bildes lückenlos erfaßt werden. Bei dieser Arbeitsweise kann ohne wesentliche Beeinträchtigung des für den Betrachter erhaltenen Bildeindrucks eine geringfügige Überlappung bei der Abtastung der einzelnen Bildelemente zugelassen werden, die bei Abtastung in geschlossenen Zeilen zu einer fühlbaren Beeinträchtigung der BiIdschärfe bzw. einem störenden Zeilenflimmern führen würde.

Bei einer Festkörper-Farbfernsehkamera, im weiteren Festkörper-Farbbildkamera genannt, ergibt sich nun ein weiteres Problem dadurch, daß zur Beriicksich-

« tigung der Verschachtelung der abzutastenden Zeilen in vertikaler Richtung eine wesentliche Erhöhung der Anzahl der Bildelemente in der radikalen Richtung erforderlich ist, um eine annehmbare Bildqualität zu erhalten. Dies führt nun aber zwangsläufig zu einer wesentlichen Steigerung des baulichen Aufwandes und insbesondere auch zu einer Vergrößerung des Platzbedarfs, durch die im Ergebnis eine solche Kamera schwer und unhandlich wird.

Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, einen einfachen Verschachtelungsmechanismus und eine Festkörper-Farbbildkamera zu schaffen, die ohne eine Vergrößerung der Anzahl der Bildelemente in der Vertikalrichtung aufgrund der Zeilenverschachtelung auskommen. Die der Erfindung insoweit zugrundeliegende Aufgabenstellung und auch die in Lösung dieser Aufgabe gemäß der Erfindung vorgesehenen Merkmale sollen im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden; dabei zeigt in der Zeichnung

Fig. I ein Schema für den Aufbau eines Festkörper-Bildwandlers;

Fig. 2A und 2B den Aufbau eines Bildelements und die Anordnung der Bildelemente in einem festkörper-