DE2514157B2

DE2514157B2 - Festkoerperkamera

Info

Publication number: DE2514157B2
Application number: DE19752514157
Authority: DE
Inventors: Seisuke Mitaka Tokio; Kano Yasuo Tokio; Mifune Takayoshi Yokohama Kanagawa; Shimada Satoshi Tokio; Yamanaka (Japan)
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1974-03-29
Filing date: 1975-03-29
Publication date: 1978-02-23
Also published as: IT1034717B; DE2514157A1; FR2275090A1; NL182928B; JPS50128918A; AT359138B; CA1026456A; NL7503871A; GB1501018A; AU7954675A; US3975760A; DE2514157C3; FR2275090B1; JPS5654115B2; ATA246075A; NL182928C

Description

η ■ fn (f_c = η ■ fn)

erhalten wird, wobei η die Anzahl der Bildelemente in der horizontalen Richtung der CCD-Anordnung und fn die Horizontalfrequenz des Fernsehsignals ist (praktisch kann eine effektive Abtastzeitperiode in der horizontalen Richtung in Betracht gezogen werden), muß, wenn die Abtastfrequenz f_c hoch gemacht wird, um den Überlappungsfehler zu vermeiden, die Anzahl η der Bildelemente entsprechend erhöht werden, was dazu führt, daß die Herstellung der CCD-Anordnung schwierig wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Festkörperkamera zu schaffen, die von dem Nachteil des Standes der Technik frei ist.

Durch die Erfindung wird eine Festkörperkamera

geschaffen, die N Bildsensoreinrichiungen, von denen jede mehrere Bildelenienie hat, die in wenigstens einer Richtung mit einem Fluchtungsabstand tu angeordnet sind, wobei N eine positive ganze Zahl ist, Einrichtungen, um das Bild eines Objekts gleichzeitig auf die -, Bildsensoreinrichtungen zu projizieren, Einrichtungen zur Wahl der Lage der auf die Bildsensoreinrichtungen projizierten Bilder, wobei die Lage der Bilder zwischen zwei Sensoreinrichtungen um τιι/Ή in dieser Richtung verschieden ist, N Einrichtungen, um die auf die in Bildsensi-ceinrichtungen projizierten Bilder sequentiell in dieser Richtung auszulesen, eine Einrichtung, um die

Lesesteuersignale der Leseeinrichtungen um-^ bezüglich der Folgefrequenz der Bildelemente zu verschieben, ι -, eine Einrichtung, um die Ausgangssignale der N Leseeinrichtungen zu mischen, und eine Einrichtung, um das Ausgangssignal der Mischeinrichtung abzugeben, aufweist.

Durch die Erfindung wird somit eine Festkörper- _>o kamera geschaffen, bei der N CCD-Anordnungen (Wä 2) verwendet werden, das Bild eines Objekts auf die CCD-Anordnungen unter der Bedingung projiziert wird, daß die CCD-Anordnungen um τ n/N verschoben sind und bei der beim Auslesen von Signalen aus den >■> CCD-Anordnungen abwechselnd Signale von den CCD-Anordnungen mit einer Phase von 2π/Ν abgegeben werden, um das Auftreten jedes Überlappungsfehlers zu vermeiden und die Auflösung in horizontaler Richtung ohne Erhöhung der Anzahl von Bildelementen jo zu verbessern, die in der horizontalen Richtung angeordnet sind, wobei tu den Fluchtungsabstand der verwendeten Bildsensoren in der horizontalen Richtung darstellt.

Die erfindungsgemäße Festkörperkamera verwendet r> also mehr als eine plattenförmige ladungsgekoppelte Vorrichtung, wobei die Lage der Bilder, die auf die jeweiligen ladungsgekoppelten Vorrichtungen projiziert werden, um Γ///Λ/ versetzt sind. Nach dem Auslesen der Bilder, die in Größen elektrischer Ladungen umgewandelt sind, werden die Lesesteuersignale der entsprechenden Bildelemente der ladungsgekoppelten Vorrichtungen entsprechend den unterschiedlichen Abständen vor dem Mischen der Ausgangssignale aller ladungsgekoppelter Vorrichtungen 4-, verschoben, so daß ein Ausgangsvideosignal großer Bandbreite erhalten wird. Außerdem können Farbvideoinformationen durch Anordnung von Farbfiltern vor den jeweiligen ladungsgekoppelten Vorrichtungen erhalten werden. ϊο

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Fig. 1 bis 10 beispielsweise erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Darstellung der Anordnung von Festkörperbildsensoren, die bei der Erfindung verwendbar sind,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Teils der Festkörperbildsensoren in F i g. I,

Fig. 3A einen Querschnitt längs der Linie I-l in F i g. 2,

Fig. 3B einen Schnitt längs der Linie H-II in Fig. 2, _bo

Fig.4 das Frequenzspektrum des Ausgangssignals, das von den Festkörperbildsensoren in Fig. 1 abgegeben wird,

Fig. 5 ein Schaltbild eines Beispiels der Farbbildaufnahmekamera gemäß der Erfindung, _b5

F i g. 6 eine Darstellung der relativen Anordnung des Bildes eines Objekts und der Festkörperbildsensoren der Kamera in Fig. 5,

Fig. 7 Teile zur Abgabe von Signalen der Festkörperbildsensoren in F i g. 5,

F i g. 8 ein Vektordiagramm, aus dem die Phase eines Abtastsignalträgers für die Fesikörperbildsensoren in Fig. 5 hervorgeht,

F i g. 9 eine Darstellung der relativen Anordnung des Bildes eines Objekts und von Festkörperbildsensoren eines weiteren Beispiels der Erfindung und

Fig. 10 ein Diagramm, aus dem Teile zur Abgabe von Signalen des in F i g. 9 gezeigten Beispiels hervorgehen.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen beispielsweise bei Verwendung von 3-Phasen-CCD-Anordnungen als Festkörperbildsensoren beschrieben.

Zunächst werden die 3-Phasen-CCD-Anordnungen beschrieben, die für die Erfindung verwendet werden können. In Fig. 1 bezeichnet 10/t allgemein die CCD-Anordnung. Die CCD-Anordnung iOA besteht aus einem fotoelektrischen Feld 20,4, auf das das Bild eines Objekts (in Fig. 1 nicht gezeigt) projiziert wird, aus einem Zwischenspeicherfeld 30A das elektrische Ladungen entsprechend den nichtelektrischen Eingangsinformationen des Objektbildes des fotoelektrischen Feldes 2OA speichern kann, und aus einem Leseregister 40Λ das ein Bildsignal ausgeben kann. Das fotoelektrische Feld 20A hat eine bestimmte Anzahl von Bildelementen Im, I1.2... lm-n, die in der horizontalen und vertikalen Richtung mit einem bestimmten Fluchtungsabstand τη angeordnet sind, wobei η und ;;; positive ganze Zahlen sind. Jedes der Bildelemente Im, li-2... I111-/1 hat drei Fotosensoren 2, die mit drei Elektroden Φ\, Φ2 und Φ3 (werden später beschrieben) verbunden sind, um das fotoelektrische Feld 2OA der 3-Phasen-CCD-Anordnung zu bilden.

Die F i g. 2,3A und 3B zeigen ein praktisches Beispiel des fotoelektrischen Feldes 20A einschließlich der Bildelemente Im, 11-2... 1»,.»

In den F i g. 3A und 3B bezeichnet 3 ein Halbleitersubstrat z. B. mit P-Leitfähigkeit. Zonen 4a, 4b..., deren Leitfähigkeit die gleiche wie die des Halbleitersur strats 3 ist bzw. deren Leitfähigkeit vom P-Typ ist, die jedoch in der Verunreinigungskonzentration verschieden sind, sind auf dem Substrat 3 im Fluchtungsabstand Tu als Kanalbegrenzer durch Diffusion von der Hauptfläche bzw. oberen Fläche 3a des Halbleitersubstrats 3 her gebildet. In den P-Zonen 4a, 4b ... sind durch Diffusion sogenannte »Überlauf«-Drainzonen 5a, 5b... gebildet, um überschüssige Elektronen abzugeben, die in dem Substrat 3 umgeben von den P-Zonen 4a,4b... erzeugt werden können. Die Leitfähigkeitsart der Zonen 5a, 5Zj... ist von derjenigen des Substrats 3 verschieden bzw. ist bei dem gezeigten Beispiel eine N-Leitfähigkeit. In den Fig.3A und 3B bezeichnet 6 eine Isolierschicht aus S1O2 oder dergleichen, die auf der oberen Oberfläche 3a gebildet ist und die bei der obenerwähnten Diffusionsmethode verwendet wird. Eine leitende Schicht 7, z. B. aus Aluminium, die als Elektrode dient, ist auf der Isolierschicht 6 gebildet. Dies bedeutet, wie in F i g. 2 gezeigt ist, daß eine erste leitende Schicht 7a, die den Kanalbegrenzer 4a rechtwinklig schneidet und eine bestimmte Breite auf der horizontalen Ebene hat, auf der Isolierschicht 6 gebildet ist, und eine zweite leitende Schicht 7b, deren Breite gleich der der ersten leitenden Schicht 7a ist, ist ebenfalls auf der Isolierschicht 6 parallel zu der ersten leitenden Schicht 7a in einem bestimmten Abstand von dieser gebildet. In gleicher Weise sind mehrere leitende Schichten 7c, Td... auf der Isolierschicht 6 aufeinanderfolgend und wiederholt

bezüglich der vertikalen Richtung des fotoclektrischcn Feldes 204 gebildet. Hierbei ist die Gesamtzahl der leitenden Schichten 7 (7a, 7 b, 7c, 7d...) dreimal so groß wie diejenige der Bildelemente gewählt, was leicht verständlich ist, da die CCD-Anordnung 104 eine dreiphasige ist. Die Gruppen jeder dritten leitenden Schicht (7a, 7c/...), (7b, 7c...),... sind elektrisch verbunden, und die Elektroden Φ\, Φι, Φ> sind von den angeschlossenen Gruppen leitender Schichten herausgeführt, wie Fig. 1 zeigt.

Eine Metallschicht 9, die z. B. aus Aluminium hergestellt ist und als lichtundurchlässiger Körper dient, ist durch eine Isolierschicht 8 aus S1O2 oder dergleichen hindurch auf der leitenden Schicht 7 gebildet. Hierbei besteht die Metallschicht 9 aus mehreren bandförmigen Streifen 9a, 96..., von denen jeder eine bestimmte Breite W hat, sich in der vertikalen Richtung so weit erstreckt, daß er wenigstens jeden Kanalbegrenzer 4a, 4£>... bedeckt, jedoch nicht die Kanalbegrenzer bedeckt, die zu den anderen Kanälen gehören, wie F i g. 2 zeigt. Die schraffierten Teile in F i g. 2 wirken daher als Fotosensoren 2 der jeweiligen Bildelemente Im, I12...I,,,,,. Wie Fig. 3B zeigt, ist in dem Querschnitt, der durch den Fotosensor 2 verläuft, keine leitende Schicht 7 (7a, 7b...) gegenüber der oberen Oberfläche 3a des Halbleitersubstrats 3 vorhanden.

Bei dem fotoelektrischen Feld 204, das in der obigen Weise aufgebaut ist, bewirkt die lichtelektrische Eingangsinformation des Objeklbildes die Induktion einer elektrischen Ladung in dem Halbleitersubstrat 3 entsprechend dem Fotosensor 2 der zu irgendeiner der Elektroden Φ\, Φ2 und Φι gehört, die mit einer Bildsensorvorspannung versorgt werden, die eine bestimmte Potentialbeziehung zu der lichtclektrischen Eingangsinformation hat. Wenn daher ein bekannter Übertragungstaktimpuls auf die Elektroden Φ\ bis Φι gegeben wird, kann die elektrische Ladung, die in jedem Bildelement Ih, I1.2...I1/1, 12-1 · · ■ l2-»- · · Im ■» in den horizontalen Abtastzeilen induziert sind, in das Zwischenspeicherfeld 304 während der Vertikalaustastzeit an ihren entsprechenden Horizontalabtaststellen gespeichert werden. Zu diesem Zweck ist das Zwischcnspcichcrfeld 304 im wesentlichen gleich dem fotoelektrischen Feld 204 aufgebaut, es ist jedoch selbstverständlich notwendig, daß das gesamte Zwischenspeicherfcld 304 gegen Licht abgeschirmt ist, weshalb die Teile des Zwischenspeicherfcldes 304, die denjenigen des fotoelektrischen Feldes 204 entsprechen, mit den gleichen Bezugsziffern und einem zusätzlichen Strich verschen sind, und ihre Beschreibung daher unterbleibt.

Die Ladungen, die in dem Zwischcnspeicherfeld 304 gespeichert sind, werden sequentiell mit einem Lesetaktimpuls bzw. einem Abtastiinpuls ausgelesen, der auf das Lcscrcgister 404 gegeben wird, und dann von einem Anschluß 11 (Fig. 1) als das Videosignal St abgegeben. Wie F i g. 1 zeigt, besteht das Lcscregisicr 404 nur aus l.escclementen 12i. 12....12,, entsprechend den horizontalen Bildclcmenten. Hierbei wird der Lesevorgang mit 3-Phasen-Abtastiiiipulsen Φ\. '/'» und <!'_t durchgeführt, weshalb die I.esccleinente 12|, 12j...l2„ drei l.eseeinheilen 131 ,„ 131 _lV I3i,,, 13.·,... haben. Von der wie oben gebildeten CCD-Anordnung 104 wird das Videosignal .S\ erhallen, das Signalkomponenlcn wie in I i g. 4 hat. In I'ig. 4 be/eiclinel .S'/j, cine Gliiichspan-MiingskomponiMilc und .S\/< eine Seiicnhaiulkomponcn· Ie.

Bei der Erfindung werden wenigstens zwei CCD-Anordnungen 104 verwendet, die in der obigen Weise aufgebaut sind. Selbstverständlich ist auch eine andere Art von Festkörpcrbildsensoren wie z. B. eine Fotodiodenanordnung an Stelle der CCD-Anordnung ■> für die Erfindung verwendbar.

F i g. 5 zeigt ein Farbkamerageräl, bei dem die Festkörperkamera der Erfindung verwendet ist. In dem Beispiel der F i g. 5 wird das Lichtbild eines Objekts 14 durch eine Linse 15 und längs der Bahnen /, die durch

id strichpunktierte Linien gezeigt sind, auf drei CCD-Anordnungen 104, 10ß und IOC projiziert. In F i g. 5 bezeichnen 16a und 16t) Halbspiegel, die auf der Lichtbahn /liegen, und 17a und 176 Spiegel. Die Bilder des Objekts 14, die auf die CCD-Anordnungen 104 bis

Γι IOC projiziert werden, werden so ausgewählt, daß eines der Bilder gegenüber dem anderen um Γ///3 verschoben ist. Wie Fig. 6 zeigt, ist die relative Lage der CCD-Anordnungen 104 bis lOCso gewählt, daß, wenn die CCD-Anordnung 104 als Bezug genommen wird,

2(i das Bild des Objekts 14, das auf die CCD-Anordnung 10ß projiziert wird, um Γ///3 gegenüber dem Bild verschoben ist, aas auf die CCD-Anordnung 104 projiziert wird, und das Bild des Objekts 14, das auf die CCD-Anordnung IOC projiziert wird, um Γ///3 gegenüber dem verschoben ist, das auf die CCD-Anordnung lOßprojiziert wird.

Die auf die CCD-Anordnungen !04 bis IOC projizierten Bilder werden an Ausgangsanschlüssen Ha bis lic der CCD-Anordnungen 104 bis IOC als

in elektrische Signale Sa, Sn und Sc entsprechend den Größen der Lichtbilder durch Zufuhr der Abtastimpulse Φ,\ bis Φγ abgegeben. Die elektrischen Signale werden dann über Tiefpaßfilter 19a bis 19c auf einen Addierer 21 gegeben, um sie zusammenzusetzen. Die Signale Sa,

j·) Sn und Sc, die von den CCD-Anordnungen 104,105und IOC abgegeben werden, haben eine Phasendifferenz von 2π/Ν (N ist die Anzahl der CCD-Anordnungen) bzw. von 120° bei diesem Beispiel und werden sequentiell und abwechselnd ausgelesen bzw. ausgegcben. LJm die drei Signale Sa bis S( mit der Phasendifferenz von 120" mit den gleichen Abtastimpulsen Φα bis </>r aufeinanderfolgend und abwechselnd abzugeben, werden die Lescrcgister 404 bis 40C entsprechend den CCD-Anordnungen 104 bis IOC mit

4-, den Abtastimpulsen Φ.\ bis '/»(versorgt, wie F i g. 7 zeigt. Die Leseelemente 12| bis 12„, die in jedem Lcscregister 404 bis 40C gebildet sind, entsprechen den Bildclementen. die in der horizontalen Abtastrichtung angeordnet sind, und jedes der Lcscclcmente 12| bis 12„

-,ο hat drei Einheiten. Um daher die Phasendifferenz von 120" den gleichen Abtaslimpulsen Φ λ bis '/»(Zwischen den Leseregistern zu verleihen, die den entsprechenden Leseregistern 404 bis 40Czugeführt werden, genügt es, daß die Abtastimpulsc ^f/».\ bis ⁽/»₍ den Lcsccinheiten um

η Eins verschoben zugeführt werden, wie Fig. 7 zeigt. Wenn somit die elektrischen Ladungen entsprechend einer horizontalen Periode von den drei Zwischcnspeicherfcldern 304 bis 3OC zu den entsprechenden Leseregistern 404 bis 4OC übertragen werden, werden

(,ο die elektrischen Ladungen in den schraffierten Einheiten durch die Abtastimpulse Φ.\ fehlerfrei gespeichert. Wenn daher die Ladungen in diesem Zustand ausgelesen werden, wird die Phasenbezieluing beim Auslesen 120" und clic ausgelesenen Signale, die clic

ι,·, l'hii.scnbc/.iehiing von 120" haben, können sequentiell und abwechselnd erhallen werden. Damil isl die Phasendifferenz von 120" zwischen den zusammengesetzten Signalen S.\ bis ,S'₍ gegeben.

Wenn die Abtastimpulse Φ_Α bis Φγ. die auf die Leseregister 40/4 bis 4OC gegeben werden, von drei unabhängigen Impulsgeneratoren (nicht gezeigt) erhalten werden, genügt es, daß die Phasendifferenz von 120° zwischen ihnen besteht. Hierbei ist es nicht notwendig, die in F i g. 7 gezeigte Schaltung zu verwenden, sondern die Schaltung ähnlich dem Fall der Verwendung einer einzigen CCD-Anordnung genügt.

Wenn die Phase eines Abtastimpulsträgers W\ eines Ausgangssignals der CCD-Anordnung 10,4 in einem resultierenden Videosignal Srr zu 0° gewählt wird, wie F i g. 8 zeigt, haben ähnliche Abtastimpulsträger wie Wi und W₃ der CCD-Anordnungen 10ß und IOC die Phasendifferenz von 120°, wie Fig. S zeigt. Hierbei sind die Pegel der Abtastimpulsträger IV, bis VV₃ gleich, wenn das Objekt 14 von weißer und schwarzer Farbe ist, so daß, wenn diese Abtastimpulsträger Wi bis W₃ kombiniert werden, sie zu Null werden. Dies bedeutet, daß die Abtastimpulsträger und die entsprechenden Seitenbandkomponenten unterdrückt werden, wenn sie auf den Addierer 21 gegeben werden. Damit können die Gleichspannungskomponenten Scorin dem resultierenden Videosignal Syt im wesentlichen frei von dem Einfluß des Überlappungsfehlers sein.

Daher können die Seitenbandkomponenten Ssb, die in die hohen Bandkomponenten Sdh in den Gleichspannungskomponenten Sdcgemischt sind, wie F i g. 4 zeigt, vernachlässigt werden, und damit wird kein Überlappungsfehler erzeugt. Daher kann das Frequenzband der Gleichspannungskomponenten in dem Videosignal S)T viel breiter als im Vergleich zum Stand der Technik gewählt werden. Bei dem gezeigten Beispiel kann das Frequenzband bis zu einem Band unmittelbar vor einem solchen Band erweitert werden, in dem die zweiten und höheren Harmonischen in den Seitenbandkomponenten

erzeugt werden, bzw. praktisch bis zu etwa-y ii-

In dem in Fig. 5 gezeigten Beispiel sind optische Farbfilter 22/?, 22C und 22ß, die die Primärfarben Rot (R), Grün (G) und Blau (B) durchlassen, vor den CCD-Anordnungen 1OA lOßund IOC angeordnet, um die Festkörperfarbkameravorrichtung ähnlich der 3-Röhren-farbkameravorrichtung zu bilden. Somit werden von den CCD-Anordnungen 10/4 bis IOC Ausgangssignale erhalten, die Farbkomponenten entsprechend den Farben Rot, Grün und Blau haben. Wenn hierbei ein Objekt mit den Farben Schwarz und Weiß aufgenommen wird, sind die Pegel der Farbkomponenten Rot, Grün und Blau im wesentlichen gleich. Somit werden die Seitenbandkomponenten auf Grund der gleichen Theorie, die an Hand der Fig.8 beschrieben wurde, beseitigt, und es wird kein Überlappungsfehler verursacht. Wenn ein Objekt mit Farbe aufgenommen wird, werden Überlappungsfehler verursacht, da die Pegel der Farbkomponenten Rot, Grün und Blau verschieden sind. Hierbei wird jedoch im Falle eines Farbbildschirms die Qualität des Bildes durch den Überlappungsfehler nicht so sehr verschlechtert.

Das Videosignal des Addierers 21 wird auf ein Bandpaßfilter 23 gegeben, dessen Mittenfrequenz f_c ist. Das Ausgangssignal des Bandpaßfilters 23 wird auf einen Demodulator 24/4 gegeben, dessen Demodulationsachse die gleiche ist, wie die des Abtastimpulsträgers S\ bzw. die, die dem Farbsignal Rot entspricht. Der Demodulator 24/4 erzeugt dann Farbsignalkomponcnten

(_R _ ^{G +} \ 2

wobei R die Farbe Rot, C die Farbe Grün und B die Farbe Blau darstellt. Das Ausgangssignal des Bandpaßfilters 23 wird auch auf einen Demodulator 245

gegeben, dessen Demodulationsachse um-k-gegenüber

dem Abtastimpulsträger Wi voreilt und der dann ein Farbsignal (G-B) erzeugt. Wenn daher diese Farbsignale und die Gleichspannungskomponenten Sdc des Addierers 21 dem Matrixkreis 25 in der nächsten Stufe

ίο zugeführt werden, können Farbsignale Rot (R), Grün (G) und Blau (B) erhalten werden. In F i g. 5 bezeichnet 26 einen Verzögerungskreis, der in den Signalweg zwischen dem Addierer 21 und dem Matrixkreis 25 zur Kompensation der Verzögerung des Bandpaßfilters 23 geschaltet ist.

Im Falle des Aufbaus der Farbkameravorrichtung in der oben beschriebenen Weise kann es möglich sein, daß ohne die Farbfilter 22R bis 225 die Halbspiegel 16a und 16i> durch Zweifarbenspiegel ersetzt werden und die Farbselektivität in der beschriebenen Weise gewählt wird, um die gleichen Wirkungen zu erzielen.

Um beim Stand der Technik die gewünschte Auflösung zu erreichen, ist es notwendig, die Anzahl der Bildelemente in der horizontalen Richtung zu erhöhen, wie zuvor erwähnt wurde, was zu einem Herstellungsproblein führt. Wenn z. B. das Übertragungsband der Gleichspannungskomponenten Soc zu etwa 3,5 MHz gewählt wird, muß die Abtastfrequenz f_c in der Größenordnung von 7,0 MHz gewählt werden, um das

Signal ohne Überlappungsfehler abzugeben. Daher sind beim Stand der Technik mehr als 400 horizontale Bildelemente erforderlich. Da bei der Erfindung dagegen der Überlappungsfehler völlig beseitigt wird, kann die Abtastfrequenz f_c zu etwa 4,0MHz gewählt werden, und damit reichen etwa 250 horizontale Bildelemente aus.

Daher wird die Herstellung der bei der Erfindung verwendeten CCD-Anordnungen sehr viel einfacher. Obwohl die Anzahl der horizontalen Bildelemente etwa 250 beträgt, werden drei CCD-Anordnungen verwendet, und eine lichtelektrische Eingangsinformation zu einem Bildelement wird von drei CCD-Anordnungen 10/4 bis IOC abgegeben, so daß die horizontale Auflösung ohne Erhöhung der Anzahl der Bildelemente in der horizontalen Richtung erhöht werden kann.

Wenn daher gemäß der Erfindung der gleiche Grad an Auflösung wie beim Stand der Technik erhalten wird, kann die Anzahl der Bildelemente in der horizontalen Richtung weiter verringert werden, so daß die CCD-Anordnung kompakter wird und leichter herzustellen ist.

Wenn die Farbfilter 22/?, 22C und 22fl weggelassen werden, kann die Kameravorrichtung der Erfindung in dieser Form als Schwarz-Weiß-Kamera verwendet werden.

Bei der Erfindung genügt es, daß die Anzahl der Festkörpersensoren mehr als zwei beträgt, d. h., es ist nicht notwendig, die Erfindung auf den Fall der Verwendung von drei Festkörpersensoren, wie sie oben beschrieben wurden, zu beschränken. Wenn zwei CCD-Anordnungen verwendet werden, genügt es, wenn die Größe der Verschiebung des auf die CCD-Anordnungen projizierten Objektbildes τμ/2 ist und die Phasenbeziehung bei Abgabe der Signale so gewählt ist,

b5 daß sie 180° ( = 2π/2) beträgt, wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt.

Bei der obigen Beschreibung der Erfindung wird die CCD-Anordnung als Festkörpersensor verwendet, es ist

jedoch leicht ersichtlich, daß die Erfindung auch auf einen Festkörpersensor ζ. B. in Form einer Fotodiodenanordnung, einer sogenannten »Eimerketten«-Anordnung (»Bucket-Brigade«) oder dergleichen angewandt werden kann.

Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform, bei der zwei Festkörpersensoren 1OA und 1OS verwendet sind, um das Bild des Objekts 14, das auf die CCD-Anordnung projiziert wird, um th/2 in der horizontalen und vertikalen Richtung zu verschieben und so die vertikale Auflösung ebenfalls ohne Erhöhung der Anzahl vertikaler Bildelemente zu verbessern. Wenn man das Bild des Objekts 14 betrachtet, nimmt einer der Festkörpersensoren bzw. die CCD-Anordnung 1OA die Bildelemente mit den Kreisen O in einem Festkörperblock auf, während die andere CCD-Anordnung um τ h/2, wie durch eine strichpunktierte Linie gezeigt ist, in der horizontalen und vertikalen Richtung verschoben ist und die Bildelemente mit den Kreuzen X aufnimmt, die gegenüber denen mit dem Kreis O um τ h/2 (mit der Phasendifferenz π) in der horizontalen und vertikalen Richtung verschoben sind.

Die Ausgangssignale der CCD-Anordnungen 10/4 und 10ß werden durch einen in Fig. 10 gezeigten Kreis kombiniert. Wenn hierbei 2-Phasen-CCD-Anordnungen IOA und lOß verwendet werden und die Signale der CCD-Anordnungen 1OA und 10ß durch Verschiebung der Phase um π nach Abgabe der Signale kombiniert werden, kann ein Signal ohne Überlappungsfehler erhalten werden, wie zuvor beschrieben wurde. Da jedoch bei dem Beispiel der F i g. 10 die 3-Phasen-CCD-Anordnungen wie im Falle der Ausführungsform der Fig. 5 verwendet werden, ist es notwendig, daß die Signale bei jeder horizontalen Abtastung umgeschaltet und dann kombiniert werden. Da die Signale nur bei jeder horizontalen Abtastung umgeschaltet werden, wird die Phasenbeziehung zwischen den Signalen, die von den Leseregistern 4OA bis 40S abgegeben werden, die gleiche. Wenn daher eines der Ausgangssignale der CCD-Anordnungen 1OA und 10ß nicht um Γ///2 bzw. π verzögert wird, kann das Signal, das die in F i g. 9 gezeigte Phasenbeziehiing hat, nicht erhalten werden. Fig. 10 zeigt die Ausführungsform, die die obige Signalverarbeitung durchführt. Bei der Ausführungsform der Fig. 10 werden Abtastsignale Φα, Φ β und Φο die von einem Impulsgenerator 31 erhalten werden, abwechselnd auf die CCD-Anordnungen 1OA und lOß bei jeder horizontalen Abtastung über drei Schalter SW\, SW2 und SWz gegeben, die miteinander gekoppelt sind und bei jeder horizontalen Abtastung umgeschaltet werden. Ein Verzögerungskreis 32, dessen Verzögerungszeit zu Γ///2 gewählt wird, ist in die Ausgangsseite einer der CCD-Anordnungen 1OA und 10ß geschaltet -j bzw. der CCD-Anordnung 10ß bei der gezeigten Ausführungsform geschaltet. Das verzögerte Ausgangssignal des Verzögerungskreises 32 und das Ausgangssignal der CCD-Anordnung 1OA werden zur Addition auf einen Addierer 33 gegeben. Da dieser Addierer 33

in abwechselnd mit den von den CCD-Anordnungen 1OA und 10ß bei jeder horizontalen Abtastung erhaltenen Signalen versorgt wird, um ein kombiniertes Signal zu erhalten, muß das Signal des Addierers 33 zu einem solchen addiert werden, das um eine horizontale

ι·) Abtastung voreilt. Hierzu wird das Ausgangssignal des Addierers 33 auf einen Verzögerungskreis 34 gegeben, dessen Verzögerungskreis eine horizontale Abtastperiode beträgt, und das Ausgangssignal des Verzögerungskreises 34 und dasjenige des Addierers 33 werden einem Addierer 35 zugeführt, der ein kombiniertes Signal erzeugt und dieses an einen Ausgangsanschluß 36 abgibt.

Bei dem obigen Aufbau der Erfindung wird die Erzeugung des Überlappungsfehlers verhindert, und die

2ϊ horizontale und vertikale Auflösung kann ohne Erhöhung der Anzahl der Bildelemente in der horizontalen und vertikalen Richtung verbessert werden.
Wenn das Bild eines Objekts 14 auf die um τ u/2

jo verschobenen Festkörpersensoren projiziert wird, ist es nicht notwendig, den Verzögerungskreis 34 und den Addierer 35 vorzusehen.

Bei der obigen Beschreibung wurde die beleuchtete Fläche des Fotosensors 2 nicht berücksichtig!. Da

j-) jedoch die beleuchtete Fläche des Fotosensors 2 als Koeffizient zur Bestimmung des Frequenzbereichs der Gleichspannungskomponenten Six- verwendet werden kann, werden die CCD-Anordnungen 1OA bis IOC praktisch unter Berücksichtigung der beleuchteten Flächen der Fotosensoren 2 gebildet.

Durch mit der Erfindung durchgeführte Versuche wurde festgestellt, daß, wenn die beleuchtete Fläche des

Fotosensors 2 in der Größenordnung von -r- im

Vergleich zu der der leitenden Schicht 7 gewählt wird (in Fig. 2 ist die Fläche des Fotosensors 2 nicht derart gewählt), der dynamische Bereich verbessert werden kann.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Festkörperkamera, gekennzeichnet durch N Bildsensoreinrichtungen, von denen jede mehrere Bildelemente hat, die in wenigstens einer Richtung mit einem Fluchtungsabstand Tu angeordnet sind, wobei N eine positive ganze Zahl ist, Einrichtungen, um das Bild eines Objekts gleichzeitig auf die Bildsensoreinrichtungen zn projizieren, Einrichtungen zur Wahl der Lage der auf die Bildsensoreinrichtungen projizierten Biider, wobei die Lage der Bilder zwischen zwei Sensoreinrichtungen um 7://yVin dieser Richtung verschoben ist, N Einrichtungen, um die auf die Bildsensoreinrich- r> tungen projizierten Bilder sequentiell in dieser Richtung auszulesen, eine Einrichtung, um die Lesesteuersignale, der Leseeinrichtungen um 2 π/Ν bezüglich der Folgefrequenz der Bildelemente zu verschieben, eine Einrichtung, um die Ausgangssignale der N Leseeinrichtungen zu mischen, und eine Einrichtung, um das Ausgangssignal der Mischeinrichtung abzugeben.

2. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die N Bildsensoreinrichtungen 2^ri ladungsgekoppelte Vorrichtungen mit Übertragungselektroden und Halbleitersubstraten sind.

3. Kamera nach Anspruch I, gekennzeichnet durch N Farbfiltereinrichtungen, um die Bilder durch diese auf die Bildsensoreinrichtungen zu projizieren.

4. Kamera nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines Leuchtdichtesignals des Bildes aus dem Ausgangssignal, und eine Einrichtung zur Erzeugung eines Farbdifferenzsignals aus dem Ausgangssignal. r>

5. Kamera nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die das Leuchtdichtesignal erzeugende Einrichtung ein Tiefpaßfilter und die das Farbdifferenzsignal erzeugende Einrichtung ein Hochpaßfilterist. 4(1

6. Kamera nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Demodulation von Farbsignalen aus dem Farbdifferenzsignal.

7. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Richtung die vertikale 4^r> Abtastrichtung eines Videosignals ist, und daß bei jeder Bildsensoreinrichtung die Bildelemente in vertikaler Richtung angeordnet sind.

8. Kamera nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die N Leseeinrichtungen Schieberegi- w ster sind, die durch wenigstens zwei Taktimpulse betrieben werden.

9. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß N gleich 3 ist und daß die Leseeinrichtungen Schieberegister sind, die durch 3-Phasen-Taktimpuise betrieben werden, die in der Phase um 120° verschieden sind.

10. Kamera nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieberegister ladungsgekoppelte Vorrichtungen sind, die durch die 3-Phasen-Takt- bo impulse betrieben werden.

11. Kamera nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, um die Lage der Bilder auf den Bildsensoreinrichtungen derart zu wählen, daß sie zwischen zwei Bildsensoreinrichtungen um Ι/Λ/ b5 des vertikalen Fluchtungsabstandes der Bildeiemente verschieden ist.

Die Erfindung betrifft allgemein eine Festkörperkamera und insbesondere eine solche, die zwei oder mehr Halbleiterbildsensorplatten aufweist.

Im Falle der Anwendung eines Festkörpersensors wie einer ladungsgekoppelten Vorrichtung (die im folgenden als CCD-Anordnung bezeichnet wird) auf eine Bildaufnahmevorrichtung einer Fernsehkamera werden lichtelektrische bzw. optische Eingangsinformalionen entsprechend dem Bild eines aufzunehmenden Objekts in elektrische Signale unter der Bedingung umgewandelt, daß die lichtelektrischen Informationen an jedem Bildelement abgetastet werden, so daß im Unterschied zu dem Fall, bei dem ein bekanntes Vidikon verwendet wird, Ausgangssignale, die an jedem Bildelement abgetastet werden, von der CCD-Anordnung erhalten werden. Es wird angenommen, daß die Abtastfrequenz /",und der Fluchtungsabstand r//der Bildelemente in der horizontalen Richtung \ Zf₁-IsI. Die elektrischen Ladungen, die in den jeweiligen Bildelementen gespeichert sind, werden schließlich mit der Taktimpulsfrequenzrate zu einem Ausgangsanschluß übertragen und zur Bildung eines seriellen Videosignals abgegeben. Das resultierende Videosignal Sy enthält Gleichspannungskomponenten 5/xund Seitenbandkomponenten S.svjder Abtastfrequenz /!> moduliert mit den Gleichspannungskomponenten Six: Hierbei sind die Seitenbandkomponenten Ssn oben und unten mit der gleichen Abtastfrequenz f_c in ihrer Mitte angeordnet. Wenn das Frequenzband der Gleichspannungskomponenten S/x ausreichend breit gewählt wird, um die Auflösung zu erhöhen, wird eine höhere Bandkomponente Son der Gleichspannungskomponente Six- der Seitenbandkomponenle Ssb der Abtastfrequenz f_c überlagert, und damit verursacht ein bestimmter Teil (der schraffierte Teil in F i g. 4) einen Überlappungsfehler. Wenn mit dem obigen Videosignal in diesem Zustand ein Bild wiedergegeben wird, wird in dem wiedergegebenen Bild ein Flimmern verursacht. Da dieses Flimmern durch den Überlappungsfehler hervorgerufen wird, können der Überlappungsfehler und damit das Flimmern durch Beschränkung des Frequenzbandes der Gleichspannungskomponente Six- auf weniger als die Hälfte der Abtastfrequenz f_c vermieden werden. Wenn jedoch das Frequenzband der Gleichspannungskomponente Six- in der obigen Weise beschränkt wird, wird die Auflösung verschlechtert. Um zu erreichen, daß das Frequenzband der Gleichspannungskomponente S/χ-ζ. Ei. zu 3,5 MHz gewählt wird, ohne die Auflösung zu verschlechtern, wobei jeder Überlappungsfehler verhindert wird, genügt es, die Abtastfrequenz A₁. hoch genug zu wählen. Da die Abtastfrequenz /Ί-durch das Produkt