DE3406620A1

DE3406620A1 - Bildjustiereinrichtung fuer eine festkoerper-fernsehkamera

Info

Publication number: DE3406620A1
Application number: DE19843406620
Authority: DE
Inventors: Sidney Leo Riverton N.J. Bendell
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1983-02-25
Filing date: 1984-02-23
Publication date: 1984-08-30
Anticipated expiration: 2004-02-24
Also published as: JPS59163983A; FR2541842B1; FR2541842A1; US4521804A; GB2135851B; GB2135851A; GB8403939D0; DE3406620C2

Description

3A06620

RCA 79213 Sch/Vu
U.S. Ser. No. 469,773
vom 25. Februar 19 83

RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)

Bildjustiereinrichtung für eine Festkörper-Fernsehkamera

Die Erfindung bezieht sich auf die Einstellung der BiIdgröße oder Position bei einer Festkörper-Fernsehkamera, beispielsweise für die Bilddeckung in einer Fernsehkamera mit mehr als einem Bildwandler, insbesondere bei Benutzung einer Zoom-Optik.

Fernsehkameras verwendeten üblicherweise mehrere Elektronenstrahl-Kameraröhren, die optisch mit einem optischen Farbteilersystem gekoppelt waren, so daß man von jeder Röhre ein Signal erhielt, welches eine Farbkomponente des von der Aufnahmeszene kommenden Lichtes darstellte. Das optische Farbteilersystem wurde häufig durch eine Prismenanordnung mit dichroitischen Oberflächen gebildet, welche die Lichtteilung bewirkten. Weil die Kameraröhren periodisch ausgewechselt werden müssen, erfolgt die optische Koppelung der Röhre mit dem Prisma mit Hilfe einer komplizierten mechanischen Vorrichtung, die zum Röhrenauswechseln auseinandernehmbar ist. Damit jedoch die Kameraröhren Farbsignale erzeugen, aus denen sich das Bild korrekt zusammensetzen läßt, müssen sie das Bild gleichzeitig abtasten: Der Elektronenstrahl jeder Röhre muß also denjenigen Teil des Targets abtasten, auf den auch derjenige

Teil des Bildes fokussiert ist, der in diesem Augenblick von den anderen Röhren abgetastet wird. Weil das fokussierte Bild im allgemeinen eine kleinere Kantenlänge als 3 cm hat, oft sogar weniger als 1 cm, können auch kleinste Ver-Schiebungen der Röhre gegenüber dem optischen System Versetzungen bei der Abtastung verursachen. Da jede Röhre für eine andere Farbe zuständig ist, führt dies dazu, daß bei der anschließenden Wiedergabe der Szene das Bild einer Farbe gegenüber den anderen Farben verschoben ist. Eine solche Verschiebung wird als Registerfehler oder Fehlausrichtung bezeichnet und bei Fernsehkameras mit Elektronenstrahlröhren vermieden durch Kombination mechanischer Exaktheit und stabiler Elektronenstrahlablenkung. Die notwendige mechanische Genauigkeit macht die Konstruktion einer Kameraobjektivfassung schwierig, welche eine Bewegung der Kameraröhre gegenüber der Optik erlaubt, so daß diese üblicherweise als Festoptik ausgeführt wird. Die notwendige Justierung für die Abtastung des richtigen Bildteiles durch den Strahl erfolgt über einstellbare Elektronenstrahlablenkschaltungen. Diese Schaltungen erzeugen analoge Ablenksignale, etwa Sägezahnströme. Wegen ihres analogen Charakters läßt sich diese Kurvenform in fast infinitesimal kleinen Änderungen einstellen, um die richtige Farbdeckung zu erreichen. 25

Die Lichtstärke optischer Systeme hängt von der Farbe des hindurchtretenden Lichtes ab. Varioobjektive mit großem Zoom-Bereich neigen besonders bei Brennweitenänderungen zu unterschiedlichen Änderungen der Lichtstärke. Diese Lichtstärkenänderungen führen zu geringen Unterschieden der Größe der verschiedenfarbigen Bilder, welche auf die Targets der Kameraröhren fokussiert werden. Damit entstehen Ausrichtungsfehler in der Kamera, die durch mechanische Kopplung eines Potentiometers oder einstellbaren 5 Widerstandes an einen beweglichen Teil des optischen Systems der Zoom-Optik korrigiert werden, wodurch ein Regelsignal erzeugt wird, das sich mit der Brennweite und

daher auch mit Unterschieden der Bildgröße ändert. Dieses Regelsignal wird auf die Ablenkschaltungen der Röhren zur Veränderung ihrer Ablenkung gekoppelt, so daß die Abtastung jeder Röhre über ihr Bild gleichzeitig mit den Abtastungen der anderen Röhre (N) der Anordnung erfolgt und Registerfehler verringert oder eliminiert werden.

Kameraröhren sind groß, schwer und stoßempfindlich und verbrauchen im Betrieb eine erhebliche Leistung. Man hat daher das Augenmerk auf Festkörper-Bildwandleranordnungen, wie MOS- oder CCD-Bildwandler gerichtet. Diese Bildwandler enthalten eine Mehrzahl einzelner lichtempfindlicher Stellen, von denen jede Signale erzeugt, die ein Maß für die Gesamtmenge des auf die betreffende Stelle (auch als Element oder Pixel bezeichnet) auffallenden Lichtes darstellen. Diese diskreten Abfühlelemente begrenzen die Auflösung von CCD-Bildwandlern im Vergleich zu einer modernen Kameraröhre, jedoch sind Festkörper-Bildwandler wegen ihrer Vorteile hinsichtlich Lebensdauer, leichtem Gewicht, Robustheit, Signal/Rausch-Verhältnis und niedriger Leistungsaufnahme sehr interessant für Farbkameraröhren.

Die diskreten Elemente von Festkörper-Bildwandlern erlauben eine Abtastung durch individuelle Adressierung jedes Elementes. Bei CCD-Wandleranordnungen benutzt man einen dreiteiligen Aufbau, um die Adressierung vorzunehmen. Der erste Teil, das sogenannte Α-Register, enthält eine rechtwinklige Anordnung von Sensorelementen, auf welche Licht des Bildes fokussiert wird. Diese Anordnung besteht aus vertikalen Spalten, die voneinander durch Unterbrechungskanäle getrennt sind, und innerhalb jeder Spalte werden die diskreten Sensorelemente durch Torspannungen gebildet. Diese Torspannungen können verändert werden, um das an einem Element erzeugte Signal längs der vertikalen Spalte zu verschieben. Die Bildwandleranordnung enthält ferner einen zweiten Speicher, das B-Register,

das in seiner Größe im allgemeinen dem Α-Register entspricht, aber gegen Licht abgeschirmt ist. Jede Spalte des B-Registers ist mit einem Fortsatz einer entsprechenden Spalte des Α-Registers gekoppelt. Im Betrieb kann Licht für ein vorbestimmtes Zeitintervall auf das A-Register fallen und an jedem Element ein Signal bilden. Dann erfolgt ein Takt während eines Übertragungsintervalls ("pull-down"-Intervall), um das Signal an jedem Sensorelement vertikal entlang des Kanals einer Spalte an eine entsprechende Stelle des B-Registers zur vorübergehenden Speicherung zu übertragen, wobei das B-Register als Puffer dient, damit das Α-Register wiederum Signale in Abhängigkeit vom Licht für ein zweites oder Integrationsintervall zu erzeugen beginnt, welches im allgemeinen dem aktiven Teil des Fernsehvertikalintervalls entspricht, und zu demjenigen Teil des Vertikalintervalls, der außerhalb des Vertikalaustastintervalls liegt. Während des aktiven Teils des Vertikalintervalls werden im B-Register gespeicherte Signale parallel in ein C-Register eingetaktet, welches als Puffer wirkt, von dem aus die Signale in serieller Form, zeilenweise mit einem Hochgeschwindigkeitstakt ausgelesen werden. Das aus dem C-Register abgeleitete zeitlich quantisierte Analogamplitudensxgnal wird zur BiI-dung zeilenweiser aufeinanderfolgender analoger Fernsehsignale gefiltert, die in ähnlicher Weise wie die Sina-Ie einer Kameraröhre verarbeitet werden.

Wegen der zu erwartenden langen Lebensdauer von Festkörper-Bildwandlern braucht man diese nicht vorübergehend mit dem optischen System zu verbinden, sondern sie können bleibend am Prisma befestigt werden, wie es im US-Patent 4 323 918 (ausgegeben am 6. April 1982, Erfinder S.L. Bendell) beschrieben ist. Wie dort erläutert wird, wird die Ausrichtung festgelegt, wenn die Bildwandler in ihrer Position festgelegt werden. Dieses Verfahren

ist zwar effektiv, jedoch können Abstandshalter notwendig sein, um die verschiedenen Bildwandler im richtigen Brennpunkt für die betreffende Farbe zu positionieren, und die Größen der Bilder können in diesem Brennpunkt nicht übereinstimmen. Da die Größe des Wandlers durch ein photographisches Verfahren bestimmt wird, das nicht leicht Änderungen erlaubt, haben sämtliche Festkörperwandler eines bestimmten Types etwa die gleiche Größe. Es gibt keine bequeme Möglichkeit, die Größe der Wandler oder des auf sie fokussierten optischen Bildes zu justieren, so daß gewisse restliche Registerfehler bleiben können. Dieses Problem wird noch gravierender, wenn die optischen Systeme eine veränderliche Brennweite haben, wie wenn Zoom-Objektive mit einstellbarer Brennweite verstellt werden. Bei solchen Änderungen verändern sich die Größen der Farbbilder gegenseitig. Die größte Abmessung des optischen Bildes wird normalerweise größer als die räumliche Größe des aktiven Teils des Bildwandlers gewählt, auf welchen das Bild fokussiert wird, so daß bei Größenänderungen der Bilder deren Kanten nicht verschwinden, jedoch können bei mehreren Bildelementen Deckungsfehler auftreten oder sich ändern.

Es ist daher bei der Verwendung von Festkörper-Bildwandlern erwünscht, Korrekturmöglichkeiten für Deckungsfehler sowohl bei fester wie auch bei veränderlicher Brennweite zu haben.

. Die Erfindung ermöglicht dies durch eine Anordnung, welche zur Deckungsverbesserung die Größe oder effektive Lage eines wiedergegebenen Bildes, wie es durch die Ausgangssignale einer Festkörper-Farbfernsehkamera dargestellt wird, justiert werden kann.

Es gibt auch andere Fälle, in denen die Möglichkeit einer Einstellung der Größe und effektiven Lage des Bildes erwünscht ist, und zwar nicht nur bei Farbkameras mit mehreren Bildwandlern, sondern auch bei Kameras mit nur einem Bildwandler, beispielsweise zur Bildzentrierung oder um

-ιοί zoomähnliche Effekte zu erreichen. Auch solche Möglichkeiten bietet die erfindungsgemäße Anordnung.

Ein Gesichtspunkt der Erfindung bezieht sich auf eine Bildeinstelleinrichtung für eine Fernsehkamera mit einem Festkörper-Bildwandler, der eine Anordnung diskreter lichtempfindlicher Bereiche oder Elemente hat, auf welche eine Szene optisch abgebildet wird und von welchen das auffallende Licht darstellende Signale unter Steuerung durch die Taktsignale ausgelesen werden. Hierbei ist eine steuerbare Taktsignalquelle mit.dem Bildwandler gekoppelt, und ein Taktsignalregler beeinflußt die Taktsignale zeitlich so, daß Größe und/oder effektive Position der durch die ausgelesenen Signale dargestellten Bilder beeinflußt werden. Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung bezieht sich auf das Deckungsfehlerproblem, welches vorstehend im Zusammenhang mit einer Farbbildkamera erörtert wurde, welche mindestens zwei solche Bildwandler enthält, die auf unterschiedliche Farbkomponenten der abgebildeten Szene reagieren: Hierbei ist eine einstellbare Taktsignalquelle mit mindestens einem dieser Bildwandler gekoppelt (mit dem anderen ist eine andere Taktsignalquelle gekoppelt), und der Taktsignalregler bestimmt die dem ersten Bildwandler zugeführte Taktsignalfrequenz und damit die (Wiedergabe) Größe des Bildes im Sinne einer Verringerung von Fehldeckungen.

Ih den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 teilweise als Blockschaltbild eine Fernsehkamera mit einem optischen System mit einem vierKoppeIflachen aufweisenden Farbteilerprisma und mit vier Festkörper-Bildwandler-Anordnungen, zusammen mit einer Schaltung zur Signalableitung und Verarbeitung; 5 Fig. 2 Rastermuster zur Erläuterung, wie Lichtstärkenänderungen des optischen Systems zu Deckungsfehlern führen können;

Fig. 3 Raster einer Kamera und eines Monitors mit Zeitinformationen zur Erläuterung, wie Veränderungen der Taktzeiten, die scheinbare Größe des auf einen Bildwandler projizierten Bildes vom Monitor aus gesehen verändern können;

Fig. 4 teilweise als vereinfachtes Blockdiagramm eine

gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung ausgebildete Kamera mit einem festen optischen System; Fig. 5 teilweise als vereinfachtes Blockschaltbild eine Kamera mit einem veränderbaren optischen System gemäß der Erfindung;

Fig. 6 Einzelheiten der Anordnung gemäß Fig. 5 und Fig. 7 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Betriebsweise der anhand der Figuren 5 und 6 veranschaulichten Anordnungen.

Gemäß Fig. 1 enthält eine Fernsehkamera eine über einen handbetätigbaren Einstellring 12 einstellbare Zoom-Optik 10, welche eine nicht dargestellte Szene über ein Prisma 22 mit dichroiten Oberflächen und einer 50% neutral reflektierenden Oberfläche 24, etwa in Form einer halbversilberten Oberfläche, auf die Oberflächen eines auf Blau reagierenden Festkörper-Bildwandlers 14, eines auf Rot reagierenden Bildwandlers 16 und zweier auf Grün reagierender BiIdwandler 18. und 20 fokussiert.

Jeder Festkörper-Bildwandler kann ein gemäß Fig. 1b veranschaulichter CCD-Wandler mit einem A-Register 90 sein, auf welches Licht fokussiert wird und in dessen Oberflächen Photoelektronen erzeugt werden. Diese Photoelektronen werden durch Kanalunterbrechungen 94 in vertikalen Kanälen konzentriert. Eine vertikale Bewegung der akkumulierten, bilddarstellenden Ladung wird durch Mehrphasen-Taktspannungen gesteuert, die Steuerelektroden 96 zugeführt werden.

Die Taktsignale erscheinen nach einer Integrationsperiode und erzeugen eine Peristaltikbewegung der Elektronen in entsprechende Teile eines B-Registers 98, das keinem Licht

ausgesetzt ist. Die Ladungen in jedem Paket werden parallel vom B-Register 98 in ein C-Register 99 getaktet, aus dem sie seriell durch an die Taktelektroden 97 angelegte Taktsignale ausgetaktet werden. Die Signale werden nach rechts

5 oder nach links getaktet, je nach der Phasenbeziehung der mehrphasigen C-Takt-Ansteuerung, und gelangen zu linken oder rechten Ausgangskopplern oder Verstärkern 93 bzw. 95.

Die Ausgangssignale der Bildwandler 14, 16, 18 und 20 werden unter Steuerung durch von einem Taktsignalgenerator 34 gelieferte Taktsignale zu Vorverstärkern 26, 28, 30 bzw. getaktet. Das Signal vom Taktgenerator 34 wird einem Synchronisiersignalgenerator 36 zur Erzeugung der verschiedenen Synchronisiersignale und außerdem den Bildwandlern zugeführt. Die dem zweiten Grün-Bildwandler 20 zugeführten Taktsignale sind gegenüber den dem ersten Bildwandler 18 zugeführten Taktsignalen durch einen Phaseninverter 38 in ihrer Phase invertiert, so daß die Grün-Bildwandler abwechselnd getaktet werden, und dies führt zu einer effektiven Verbesserung der Auflösung, wenn die Bildwandler gegenseitig räumlich um ein halbes Bildelement versetzt sind.

Die von den Vorverstärkern 2 6 und 28 verstärkten Blau- und Rotsignale werden Signalverarbeitungsschaltungen 40 bzw. 42 zugeführt, welche übliche Standardfunktionen ausführen wie Klemmen, Schattierungs- und Gammakorrekturen und andere Arten von Signalverarbeitungen. Die abwechselnd auftretenden Grün-Signale werden nach Verstärkung durch die Verstärker 30 und 32 einer Multiplexschaltung 44 zugeführt, die wegen der abwechselnden Taktung der Bildwandler 18 und 20 die Ausgangssignale von den Grün—Bildwandlern abwechselnd erhält. Die multiplexten Grün-Signale werden einer üblichen Grün-Signalverarbeitungsschaltung 46 zugeführt, die - wie es häufig der Fall ist - mit einem Grün-Konturgenerator 48 zur Erzeugung eines Kantensignals gekoppelt ist, welches wieder dem Grünsignal hinzuaddiert wird. Die verarbeiteten

Signale gelangen zu einem Codierer 50, in dem die RGB-Signale zu YIQ-Signalen matriziert werden und die' Farbkomponenten mit 9O°-Phasenverschiebung auf einen Farbträger aufmoduliert werden, so daß ein Signalgemisch wie ein NTSC-

5 oder PAL-Signal gebildet wird, welches auf einen Monitor 52 gegeben werden kann.

Ein Problem, auf welches die Erfindung gerichtet ist, besteht in Farbdeckungsfehlern, die auf Unterschiede der Lichtstärke der optischen Teile der Kamera, speziell der Optik, in Abhängigkeit von der Farbe zurückzuführen sind. Dies wird gelegentlich als seitliche chromatische Aberration bezeichnet. Der Unterschied in der Lichtstärke der Optik führt dazu, daß das Bild an unterschiedlichen Entfernungen von der Optik fokussiert wird, und außerdem können die fokussierten Bilder unterschiedliche Größen haben. Figur 2 hilft dieses Problem zu verstehen. In Fig. 2a ist ein fokussiertes Bild 210 aus einer Reihe vertikaler Streifen 212 bis 220, wie etwa ein Lattenzaun, als Bezug versetzt gegen die Oberfläche 222 des Bildwandlers, mit dem sie tatsächlich kongruent ist, veranschaulicht. Dies soll beispielsweise das auf den Rot-Bildwandler fokussierte rote Bild darstellen. Fig. 2b zeigt die Wirkung eines Lichtstärkenunterschiedes des optischen Systems für irgendeine andere Farbe, wie Blau, bei welcher die Lichtstärke der Optik größer ist. Während die Oberfläche 224 des Blau-Bildwandlers genausogroß ist wie die Oberfläche des Rot-Bildwandlers, wie Fig. 2b veranschaulicht, ist das fokussierte blaue Bild 226 (das wiederum zum besseren Verständnis mit einem Abstand vom Bildwandler gezeichnet ist) kleiner als im Falle des Rot-Bildwandlers. Beim tatsächlichen Gebrauch ist der Bildwandler kleiner als das kleinste auf ihn fokussierte Bild, so daß an den Seiten jedes Bildwandlers keine schwarzen Bereiche verbleiben. Wenn das Bild 226 mit verringerter Größe auf den Bildwandler 224 fokussiert ist, dann kann man leicht sehen, daß die den Streifen 228 bis 236 entsprechenden Streifen räumlich dichter bei-

einanderliegen als die in den Streifen 212 bis 220 in Fig. 2a entsprechenden Streifen. Sind die Streifen weiß, so daß beide veranschaulichten Bildwandler auf das Licht reagieren, dann tritt der Streifen 232 in der Mitte des Bildwandlers 22 4 auf, und der Streifen 216 erscheint gleichermaßen in der Mitte des Bildwandlers 222 (vorausgesetzt, daß die Bildwandler ursprünglich korrekt justiert wurden). Jedoch sind die Streifen an den Seiten des Abbildes gegeneinander verschoben. Das auf einem Farbmonitor von einem Signalgemisch, welches von zwei Bildwandlern, wie sie Fig. 2 veranschaulicht, abgeleitet ist, ist in Fig. 2c gezeigt. Da diese Streifen verschiedene Farben haben, stimmt die Rasterdeckung in der Mitte überein (die Linien 216 und 232 liegen zusammen), während an den Seiten eine Fehldeckung vorliegt. Diese Fehldeckung ändert sich, wie bereits gesagt wurde, mit Änderungen der Brennweite oder der Lichtstärke des Objektivs 10.

Fig. 3 zeigt, wie die Erfindung in diesem Zusammenhang wirkt. Ein von einer Kamera angesteuerter Monitor tastet horizontal über ein Raster 312 in einem festen Intervall, beispielsweise 53,5 \xs beim NTSC-System (63,5 us-Zeilenintervall abzüglich 10 μs-Austastung), und die Kamera tastet ihr Raster 314 ebenfalls in der gleichen Zeit ab und erzeugt vertikale Streifen 316 bis 324 in proportionalen Positionen, wie Fig. 3a als Bezug veranschaulicht. Fig. 3b zeigt das Ergebnis, wenn die Abtastung in der Kamera langsamer erfolgt, im Monitor dagegen mit der ursprünglichen Abtastgeschwindigkeit. Man kann sehen, daß die vertikalen Streifen auf dem Monitor größere Abstände haben. Die langsamere Abtastung des Rasters führt zum Verlust einiger Bildteile 326 bis 328 an den rechten und linken Seiten des vom Monitor wiedergegebenen Bildes. Natürlich ergibt eine schneller als normale Rasterabtastung durch die Kamera eine scheinbare Verkürzung des Abstandes zwischen den Streifen.

Gemäß diesem Aspekt der Erfindung wird die Taktrate eines oder mehrerer Bildwandler einer Farbfernsehkamera relativ verändert, um die aus diesen Signalen abgeleiteten Bilder effektiv zur Deckung zu bringen. Auf diese Weise läßt sich '5 die effektive gegenseitige Lage der Bildwandler justieren, nachdem sie mechanisch befestigt sind, und/oder eine durch Farbaberration bedingte Fehldeckung kann kompensiert werden.

Fig. 4 zeigt als Blockschaltbild eine Farbfernsehkamera, bei welcher das optische System fest ist und eine Kompensation einer Fehldeckung aufgrund einer räumlichen Fehlausrichtung der Bildwandler gewünscht wird. In Fig. 4 fokussiert ein Objektiv 410 ein (nicht dargestelltes) Bild über ein Prisma 422 auf B-, R- und G-Bildwandler 414, 416 bzw. 418. Die von den einzelnen Bildwandlern erzeugten Signale werden über entsprechende Vorverstärker 426, 428 bzw. 432 weiteren (hier nicht dargestellten) üblichen Signalverarbeitungsschaltungen zugeführt. Ein Taktsignalgenerator 434 erzeugt ein Bezugstaktsignal, welches dem Grün-Bildwandler 418 zugeführt wird. Die normale Taktfrequenz wird anhand der Annahme bestimmt, daß jeder Bildwandler 404 aktive Bildelemente hat, die während eines aktiven Horizontalintervalls von 53 με abzutasten sind.

4O4/53(1O"⁶) = 7,622641 MHz (1).

Das Standard-Taktsignal vom Generator 43 4 wird auch Synchronsignalgeneratoren und Übertragungs-Taktsignalgeneratoren zugeführt, die als Block 450 zur Frequenzeinstellung veranschaulicht sind.

Die Blau- und Rot-Bildwandler 414 und 416 erhalten C-Register-Taktsignale von frequenzeinstellbaren Taktsignalgeneratoren 436 bzw. 438, die ähnlich aufgebaut sind. Der Generator 438 erzeugt stabile Signale zur Ansteuerung des Registers des Bildwandlers mit Hilfe eines kristallgesteuer-

ten Oszillators, der mit einem spannungssteuerbaren veränderbaren Kondensator zur Änderung über einen relativ kleinen Frequenzbereich in der Nähe des gewünschten Arbeitspunktes des Kristalls in bekannter Weise zusammengeschaltet ist. Beispielsweise kann der Prequenzänderungsbereich des Oszillators 438 um ein Prozent von 7,622641 MHz einstellbar sein unter der Annahme, daß die räumliche Lage der Bildwandler auf dem Prisma und die unterschiedliche Lichtstärke des Objektivs zusammen zu einer anfänglichen Fehldeckung von nicht mehr als vier Bildelementen von insgesamt 404, also von etwa 1%, führen. Man braucht daher ein Taktsignal mit einer stabilen Frequenz zwischen 7,546414 und 7,698867 MHz, oder _+76 kHz von der Bezugsfrequenz 7,622641 MHz. Vom Abgriff des Potentiometers 446 wird die Spannung abgenommen, die für die scheinbare Größe des roten Bildes, wie es auf dem Monitor erscheint, benötigt wird. Die äquivalente Blau-Größensteuerung für den Taktgenerator 436 wird benutzt zur Justierung der erscheinenden Größe des blauen Bildes, so daß das rote und das blaue Bild mit dem grünen Bild übereinanderliegen und sich decken.

Die Fig. 5a und 5b veranschaulichen (teilweise als Stromlaufplan und teilweise als Blockschaltbild) Zoom-Objektiv-Kameras mit gekoppeltem Deckungseinsteller. In Fig. 5a enthält ein Zoom-Objektiv 510 einen Einstellring 512 zur mechanischen Einstellung der Lichtstärke der optischen Elemente des Objektivs. Das Objektiv 510 ist optisch über ein Prisma 522 an Bildwandler 514 bis 518 gekoppelt, von denen Signale über Vorverstärker 526 bis 532 zu geeigneten Filtern, Signalverarbeitungs- und Codierschaltungen gelangen, die zusammen als Block 534 veranschaulicht sind. Es werden ein NTSC-Signalgemisch sowie Basisbandsignale R, G und B erzeugt. Ein frequenzeinstellbarer Taktsignalgenerator 576 wird durch eine Gleichspannung von einem 5 Pufferverstärker 572 aus gesteuert, als Eingangsspannung erhält er das Ausgangssignal eines verstellbaren Spannungsteilers mit einem Festwiderstand 570 und umschaltbaren Ein-

stellwiderständen 560 bis 568. Mit dem Zoom-Einsteller ist ein Schaltarm 552 eines Schalters 550 mechanisch gekoppelt, um den Widerstand 570 auf die geerdeten Widerstände 560 bis 568 umzuschalten, wenn der Schaltarm bei Veränderung des Einstellers 512 nacheinander auf die Kontakte 553 bis 557 gelegt wird. So können schrittweise kontiuierliche Spannungen zur Steuerung des Taktsignals für das C-Register gewählt werden, um die scheinbare Größe des Blau-Bildwandlers 522 einzustellen, wenn die Lichtstärke des Zoom-Objektivs 510 verändert wird. Der Grün-Bildwandler erhält ein festes Taktsignal, und sein Bild behält eine konstante scheinbare Größe. Der Schalter 550 kann mit einem v/eiteren Schalter 580 parallellaufen, welcher mit einer den Widerständen 560 bis 568 entsprechenden Wider-Standsschaltung 582 gekoppelt ist, um die Ansteuerschaltung und den einstellbaren Oszillator, die zusammen als Block 484 dargestellt sind, zu steuern. Das vom Oszillator erzeugte Taktsignal steuert das C-Register des Rot-Bildwandlers 516. Die Schaltung nach Fig. 5a kann bei einigen kritischen Anwendungen nicht ganz befriedigend sein; Änderungen der Lichtstärke des Zoom-Objektivs bei verschiedenen Farben können in Abhängigkeit vom Bildwinkel des Zoom-Objektivs auftreten. Bei der Anordnung nach Fig. 5a wird die Taktfrequenz verändert, jedoch haben diese Änderungen auf der linken Seite des Rasters die geringste und auf der rechten Rasterseite die stärkste Wirkung und führen damit zu Deckungsfehler zweiter Ordnung aufgrund eines Zentrierungsfehlers von rotem und blauem Bild.

Fig. 5b zeigt ein Blockdiagramm wie bei der Anordnung nach Fig. 5, jedoch mit zusätzlichen Zentriereinstellblocks 590 und 592 für die Justierung der Zentrierung der auf dem Monitor erscheinenden roten und blauen Raster gegenüber dem grünen Raster, um den restlichen Zentrierungsfehler zu korrigieren, der aus der effektiven Größeneinstellung resultiert. Mit dem Zoom-Einsteller 512 sind mechanisch Zentriertoreinsteller 590 und 592 gekoppelt, wie dies die gcstrichel-

te Linie versinnbildlicht, um ein Maß für die Zoom-Einstellung zu erhalten. Fig. 6 veranschaulicht Einzelheiten des Blocks 590, der Block 592 ist entsprechend aufgebaut. Gemäß Fig. 6 wird ein variables Taktsignal durch ein UND-Tor 632 mit Hilfe eines C-Aktivierungs-Signals getaktet, welches von einem Flipflop 630 auf einer Leitung 634 erzeugt wird. Ein D-Flipflop 626 setzt periodisch seinen Ausgang Q zu Beginn (T ) jedes Horizontalansteuerimpulses (H) auf einen niedrigen Pegel und sperrt dadurch einen Transistor 636, so daß ein Kondensator 624 sich auf die Rücksetzschwellspannung R des Flipflops 626 über einen Widerstand 612 bis 620 aufladen kann, welcher durch einen mechanisch mit dem Einsteller 512 gekoppelten Schalter 610 gewählt wird. Zu einem Zeitpunkt T₃, der durch die Zeit-

konstante der Widerstände 612 bis 622 mit dem Kondensator 624 bestimmt ist, wird das Flipflop 626 zurückgesetzt, wobei an seinem Ausgang Q ein positiv gerichteter Sprung erscheint. Dieses positiv gerichtete Signal Q vom Flipflop 626 setzt das Flipflop 630 zurück und aktiviert den Taktimpulszähler 628, welcher 404 Taktimpulse abzählt (die Anzahl der Bildelemente einer Zeile des Bildwandlers), um das Flipflop 630 wieder zu setzen. Während des Zählintervalls des Zählers 628 wird ein UND-Tor 632 aktiviert.

Fig. 7 veranschaulicht die Zeitabfolge,die eine scheinbare Zentrierung des Bildwandlers zur Fehldeckungskorrektur erlaubt. Fig. 7a bis 7f dienen als Bezug, und die Fig. 7g bis 71 zeigen die Änderungen, die beim Verstellen des Zoom-Objektivs auftreten, wobei die Taktfrequenz zur Deckungskorrektur variiert wird und auch der Widerstand im Aufladeweg des Kondensators 624 verändert wird. In Fig. 7 ist der Horizontalansteuerimpuls mit einer Dauer von T bis T-veranschaulicht. Am Ausgang Q des Flipflops 626 entsteht zum Zeitpunkt T~ ein niedriger Pegel, wie Fig. 7c zeigt, und dadurch wird der Transistor 636 gesperrt, und der Kondensator 624 kann sich aufladen, wie Fig. 7d zeigt. Der Kondensator 624 erreicht die Schwellspannung am Eingang R

des Flipflops 626 zum Zeitpunkt T-,, so daß dessen Ausgang Q einen hohen Pegel annimmt und den Zähler 628 aktiviert und das Flipflop 630 zurücksetzt. Der hohe Ausgangspegel Q des Flipflops 630 aktiviert gemäß Fig. 7f das Tor 632 beginnend beim Zeitpunkt T.,, so daß Taktimpulse vom Oszillator zum zugehörigen Bildwandler gelangen können. Der Zähler 628 zählt 404 Impulse und erzeugt zum Zeitpunkt T_fi ein Ausgangssignal Q hohen Pegels, welches Fig. 7e zeigt, um das Flipflop 630 zu setzen, an dessen Ausgang Q ein niedriger Pegel erscheint, welcher das UND-Tor 63 2 sperrt und das Takten des C-Registers für die betreffende Horizontalzeile beendet.

Vergleichsweise zeigen die Fig. 7g bis 71 die Änderungen in der Tor-Zeitsteuerung, die auftreten, wenn man den Zoom-Einsteller betätigt, um die Lichtstärke des Objektivs so zu verändern, daß die Taktfrequenz für einen der Bildwandler erhöht werden muß. Erhöht man die Taktfrequenz mit Hilfe eines Satzes umschaltbarer Widerstände, wie es im Zusammenhang mit Fig. 5 beschrieben wurde, dann wird die Widerstandsschaltung 612 bis 620 auf eine geringere Aufladegeschwindigkeit für den Kondensator 624 eingestellt. Daher nimmt das Ausgangssignal Q des Flipflops 626 zum Zeitpunkt T~ einen niedrigen Pegel an, wie zuvor, jedoch bewirkt die niedrigere Aufladungsgeschwindigkeit des Kondensators 624, daß dieser die Schwellwertspannung R des Flipflops zu einem späteren Zeitpunkt T₄ als T₃ erreicht. Daher wird das Flipflop 626 später zurückgesetzt als bei der niedrigeren Taktfrequenz, und der Zähler 626 beginnt zum späteren Zeitpunkt T. zu zählen. Jedoch endet das Zählen wegen der höheren Taktfrequenz zu einem Zeitpunkt T₅, der vor dem Zeitpunkt T_fi liegt. Das Zählintervall des Zählers 628 bestimmt das Torintervall, währenddessen Taktimpulse zu den Bildwandlern zur Erzeugung von Bildsignalen gelangen.

5 Bei der höheren Taktfrequenz begann der Zähler 628 später zu zählen und hörte früher auf, als im Fall, wo er'die niedrigerfrequenten Taktimpulse gezählt hat. Daher bleibt

der Zeitpunkt der Mitte des Zählintervalls gegenüber der H-Ansteüerung der gleiche, nämlich T . Unabhängig Von der Änderung der Taktfrequenz können daher die Widerstände bis 620 für jede Taktfrequenz eingestellt werden, um eine effektive Zentrierung zu ergeben.

Die Einstellung der Kamera mit sowohl Einstellern für Taktfrequenz und Zentrierung umfaßt die Betätigung jedes Paares von Einstellern (Zentrierung und Größe) für jedes der roten und blauen Bilder. Benutzt man ein Zoom-Objektiv, dann müssen die Einstellungen für jede Stellung des Zoom-Objektives durchgeführt werden, wofür ein getrennter Satz von Widerständen für Größe und Zentrierung vorgesehen ist.

Für den Fachmann verstehen sich auch andere Ausführungsformen der Erfindung. Die gesamte Einstellanordnung für Größe und Zentrierung kann statt analog, wie hier veranschaulicht, auch digital ausgeführt werden, wobei die Steuerinformation für die verschiedenen Stellungen des Zoom-Objektives in verschiedenen Adressen eines ROM-Speichers gespeichert werden können, die zugänglich werden durch Adressen, welche von einem mechanisch mit dem Zoom-Einsteller gekoppelten Codierer erzeugt werden, welcher Drehstellungen in Adressen umcodiert. Die Frequenzänderung gemäß Fig. 4 kann durch einen spannungssteuerbaren Oszillator bewirkt werden, der durch eine PLL-Schleife gesteuert wird, mit welcher ein stabiler einstellbarer Niederfrequenzoszillator (O bis 140 kHz) gekoppelt ist, um die Frequenz des Bezugsoszillators oberhalb von 7,546 MHz zu versetzen. Alternativ kann man die Frequenzänderung auch realisieren mit Hilfe eines durch eine PLL-Schleife gesteuerten Hochfrequenzoszillators unter Verwendung eines programmierbaren Frequenzteilers, an dessen Ausgang die gewünschten Frequenzen in der Nähe von 7 MHz entstehen. Die Anzahl der verwendeten Bildwandler ist eine Frage der Wahl, und die Bildgrößeneinstellung kann auch nur bei einem

von vielen Wandlern vorgesehen werden. Gewünschtenfalls kann die Größeneinstellung auch bei allen Wandlern einer Fernsehkamera angewandt werden, um die effektive Vergrößerung des Bildes zu bestimmen und auf diese Weise eine Wirkung ähnlich wie bei einem Zoom-Objektiv, jedoch unter Beibehaltung der Brennweite, zu erreichen. Die Justierung der Zentrierung kann auch ohne Kopplung mit dem Zoom-Objektiv getrennt erfolgen. Anstelle rechteckiger Abtastmuster können auch lineare Abtastanordnungen verwendet werden, und die Anzahl der Elemente einer solchen Anordnung ist lediglich eine Frage des Entwurfs. Generell ähnliche Techniken können auch für eine Korrektur in vertikaler Richtung angewandt werden.

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vom 25. Februar 1983

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Bildjustiereinrichtung für eine Festkörper-Fernsehkamera

Patentansprüche

DJBildeinstellanordnung für eine Fernsehkamera mit eirtem Festkörperbildwandler, der eine Anordnung diskreter lichtempfindlicher Bereiche hat, auf welche im Betrieb eine Szene optisch abgebildet wird und von welchen das auffallende Bild darstellende Signale unter Steuerung durch Taktsignale ausgelesen werden, und mit einer mit dem Bildwandler gekoppelten Taktsignalquelle, dadurch gekennzeichnet , daß die Quelle (438 oder 476 oder 492) mit Hilfe eines Taktsignaleinstellers (446 oder 550 bis 572 oder 610 bis 612) zur zeitlichen Steuerung der Taktsignale derart einstellbar ist, daß die Größe und/oder effektive Lage des durch die vom Bildwandler (416 oder 516) ausgelesenen Signale dargestellten Bildes beeinflußt wird.

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2) Anordnung nach Anspruch 1 für eine Farbfernsehkamera mit mindestens zwei Bildwandlern, die auf unterschiedliche Farbkomponenten der abgebildeten Szene reagieren, d adurch gekennzeichnet, daß die einstellbare Taktsignalquelle (438) mit mindestens einem der Bildwandler (416) gekoppelt ist und daß mit dem anderen Bildwandler (418,414) eine andere Taktsignalquelle (434, 43 6) gekoppelt ist, und daß der Taktsignaleinsteller (446) zur Einstellung der mindestens einem der Bildwandler (416) zugeführten TaktSignalfrequenz im Sinne einer Steuerung der Bildgröße zur Verringerung von Fehldeckungen betätigbar ist.
3) Anordnung nach Anspruch 1 für eine Farbfernsehkamera mit einem veränderbaren optischen System zur Abbildung der jeweiligen Farbkomponenten einer Szene auf einem Bildwandler als Bilder, deren Größen sich bei Veränderungen des optischen Systems unterschiedlich ändern, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktsignaleinsteller (550 bis 572) mit dem veränderbaren Teil (512) des optischen Systems (510,512,522) derart gekoppelt ist, daß die Taktsignalfrequenz sich mit ihm im Sinne einer Kompensation von Unterschieden der Bildgrößen ändert.
4) Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktsignaleinsteller (610 bis 612) aufeinanderfolgende Zeitintervalle bestimmt, während deren Taktsignale dem relevanten Bildwandler zugeführt werden, und die Zeitpunkte (T3-T6 bis T4-T5) des Auftretens der Intervalle zur Einstellung der scheinbaren Bildwandlermitte verändert.
5) Anordnung nach Anspruch 4 für eine Fernsehkamera mit einem veränderbaren optischen System, welches eine Szene auf einen Bildwandler in Form eines Bildes abbildet, dessen Position auf dem Bildwandler bei Veränderungen des Systems sich aus der Mitte verschiebt, dadurch

gekennzeichnet, daß der Taktsignaleinsteller (610 bis 612) mit dem veränderbaren Teil (512) des Systems derart gekoppelt ist, daß sich die Zeitpunkte des Auftretens der Intervalle im Sinne einer Beibehaltung der Bildzentrierung ändern.
6) Anordnung nach Anspruch 1 für eine Fernsehkamera mit einem optischen System zur Abbildung einer Szene auf einem Bildwandler als Bild, dessen Größe und/oder Position bei Veränderung des optischen Systems zu Änderungen neigt, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktsignaleinsteller (550-572) mit dem optischen System (510, 512,522) im Sinne einer zeitlichen Steuerung der Taktsignale zur Kompensierung derartiger Bildänderungen gekoppelt ist.
7) Anordnung zur Korrektur von Farb-Fehlausrichtungen für eine Fernsehkamera mit einer einstellbaren Optik zur Erzeugung von Abbildern einer Szene, mit einem ersten Festkörperbildwandler, der mit der Optik gekoppelt ist und auf eine erste spektrale Lichtverteilung mindestens eines der Bilder reagiert und eine erste Anordnung individueller lichtempfindlicher Bereiche aufweist, von denen jeder ein elektrisches Signal entsprechend der Menge des auffallenden Lichtes erzeugt, mit einem zweiten Festkörperbildwandler, der mit der Optik gekoppelt ist und auf eine zweite spektrale Lichtverteilung reagiert, die sich von der ersten unterscheidet, und der eine zweite Anordnung individueller lichtempfindlicher Bereiche entsprechend der ersten Anordnung aufweist, und mit einem mit dem ersten und zweiten Bildwandler gekoppelten Taktsignalgenerator zum sequentiellen Auslesen jedes der elektrischen Signale mit einer solchen Geschwindigkeit, daß die erste Anordnung innerhalb eines Bezugszeitintervalls und die zweite Anordnung innerhalb eines in Beziehung zum ersten Zeitintervall stehenden zweiten Zeitintervalls aus-

gelesen wird, wobei im Falle einer Konstanz des Bezugsintervalls und des zweiten Intervalls bei Einstellung der Optik Farbdeckungsfehler infolge unterschiedlichen Verhaltens der einstellbaren Optik gegenüber der ersten und der zweiten spektralen Verteilung auftreten, welches Größenveränderungen der Abbilder bewirkt, auf welche die beiden Bildwandler beim Einstellen der Optik reagieren, dadurch gekennzeichnet, daß mit der einstellbaren Optik (512) und dem Taktsignalgenerator (576,584) ein Takteinstellsignalgenerator (550-572,580-582) zur Regelung der Taktsignale und damit des zweiten Zeitintervalls gegenüber dem BezugsIntervall im Sinne einer Kompensation von Größenänderungen der Abbilder, auf welche der erste und der zweite Bildwandler (514,516) reagieren, zur Verringerung der Fehldeckung gekoppelt ist.
8) Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher jeder Bildwandler zusätzlich zu der Anordnung lichtempfindlicher Bereiche eine Speicheranordnung zur vorübergehenden Speicherung von Signalen aus der lichtempfindlichen Anordnung sowie ein Pufferregister, in welches Signale von der Speicheranordnung parallel übertragen und seriell ausgelesen werden, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die steuer- bare Taktsignalquelle mit dem Übertragungsregister (C-Register 95) des betreffenden Bildwandlers zur zeitweise gesteuerten Auslesung des in diesen übertragenen Signals gekoppelt ist.