DE3320661C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bildaufnahmevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Demgemäß geht sie von dem Stand der Technik aus, wie er in der DE 32 23 809 A1 beschrieben ist. Diese offenbart eine Bildaufnahmevorrichtung, bei der mittels eines Bildsensors eine mittels eines Objektivs auf diesen projizierte Bildinformation in ein elektrisches Bildsignal umgesetzt wird. Da bei den derzeit verwendeten Videosystemen mit Videosignalen gearbeitet wird, bei denen sich das einem Vollbild entsprechende Signal aus mehreren, meist zwei Teilbildsignalen zusammensetzt, die zeilenversprungen bzw. verschachtelt sind und in entsprechender Reihenfolge aufeinanderfolgen, muß das aus dem Bildsensor ausgelesene Bildsignal in einer entsprechenden Form erzeugt werden. Bei der Aufnahme von Laufbildern wird das bei der bekannten Bildaufnahmevorrichtung dadurch erreicht, daß mehrere Teilbilder aufgenommen werden, so daß die Teilbilder entsprechende Zeilensprünge aufweisen.

Zur Aufnahme von Standbildern wird vorzugsweise ein Bildsensor eingesetzt, der zwei verschiedene Lesebetriebsarten zum Erzeugen des verschachtelten Videosignals bietet: In einer sogenannten Teilbildsignal-Lesebetriebsart wird - in gleicher Weise wie bei Laufbildaufnahmen - jeweils eine Teilbildinformation aus dem Bildsensor ausgelesen, so daß entsprechend zwei Aufnahmezyklen erforderlich sind, um ein einer Vollbildinformation entsprechendes Videosignal zu erzeugen. In einer Vollbildsignal-Lesebetriebsart wird hingegen nur eine Aufnahme durchgeführt, wobei sich das Bildsignal aus zwei Teilbildinformationen zusammensetzt, die durch Auslesen mittels getrennter Schieberegister in vorgegebener Reihenfolge aufeinanderfolgen und damit bereits ein einer Vollbildinformation entsprechendes Videosignal darstellen. Zwischen den beiden Betriebsarten kann mittels einer Wähleinrichtung umgeschaltet werden.

Da bei der Teilbild-Lesebetriebsart jeweils die Signale benachbarter Zeilen des Bildsensors addiert werden, ist die in dieser Betriebsart erzielbare Empfindlichkeit um nahezu eine Blendstufe größer als in der Vollbild-Lesebetriebsart. Hierdurch ändert sich der Pegel des aus dem Bildsensor ausgelesenen Bildsignals beim Umschalten zwischen den beiden Betriebsarten entsprechend. Durch diesen plötzlichen Pegelsprung ist es möglich, daß nachfolgende Signalverarbeitungsstufen übersteuert werden, so daß Störungen im von der Bildaufnahmevorrichtung erzeugten Videosignal auftreten.

In der US-PS 43 14 279 ist eine Bildaufnahmevorrichtung beschrieben, bei der die Teilbildinformation mittels zweier Schieberegister aus einem Bildsensor ausgelesen wird, wobei das erste Schieberegister die ungeraden Zahlen ausliest, während das zweite Schieberegister die geraden Zahlen ausliest. Mittels einer Steuereinrichtung wird durch Ansteuern des betreffenden Schieberegisters zunächst die Bildinformation des geraden und anschließend des ungeraden Teilbilds ausgelesen und einem Zwischenspeicher zugeführt, mit Hilfe dessen ein Videosignal erzeugt wird. Diese Bildaufnahmevorrichtung arbeitet demnach in einer der vorstehend beschriebenen Betriebsart. Eine weitere Betriebsart ist nicht realisierbar.

Die US-PS 43 19 279 offenbart eine Bildaufnahmevorrichtung mit nur einem Auslese-Schieberegister, aus dem in einem ersten Aufnahmezyklus das der einen Teilbildinformation entsprechende Bildsignal und in einem zweiten Aufnahmezyklus das zeilenversprungene Bildsignal der anderen Teilbildinformation ausgelesen wird. Diese Bildaufnahmevorrichtung arbeitet folglich in der Teilbild-Lesebetriebsart. Aufgrund des einzigen Schieberegisters kann keine Vollbild-Lesebetriebsart durchgeführt werden.

In der "IEEE Transactions on Electron Devices", Band ED-20, Nr. 6, 1973, Seiten 535 bis 541, ist eine Bildaufnahmevorrichtung beschrieben, bei der ein Bildsensor gezeigt ist, der zwei über einen Zwischenspeicher verbundene Schieberegister aufweist, aus denen die Teilbildsignale der geraden bzw. der ungeraden Zeilen aufeinanderfolgend ausgelesen werden. Auch bei dieser Bildaufnahmevorrichtung erfolgt das Auslesen der Bildsignale in einer Vollbildsignal-Lesebetriebsart.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bildaufnahmevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß beim Umschalten zwischen den beiden Lesebetriebsarten keine Störungen im Videosignal auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß beim Umschalten von einer Betriebsart auf die andere der jeweils unterschiedliche Pegel der Bildsignale sofort ausgeglichen wird; eine Übersteuerung nachfolgender Signalverarbeitungsstufen sowie hierdurch bedingte Störungen des abgegebenen Videosignals sind somit erfindungsgemäß unter allen Umständen ausgeschlossen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Bildübertragungs-Ladungskopplungs-Anordnung, die bei der Bildaufnahmevorrichtung anwendbar ist.

Fig. 2 ist eine Darstellung der Ladungskopplungs-Anordnung nach Fig. 1.

Fig. 3 ist eine Darstellung eines Teils der Ladungskopplungs-Anordnung nach Fig. 1.

Fig. 4 zeigt den inneren Potentialzustand der Ladungskopplungs-Anordnung nach Fig. 1.

Fig. 5A ist ein Ablauffolge-Diagramm bei dem Betrieb der Ladungskopplungs-Anordnung nach Fig. 1 in der Standbild-Videobetriebsart.

Fig. 5B ist ein Ablauffolgediagramm bei dem Betrieb der Ladungskopplungs-Anordnung nach Fig. 1 in der Laufbild-Videobetriebsart.

Fig. 6 ist ein Steuerungs-Blockschaltbild der Bildaufnahmevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Ladungskopplungs-Anordnung nach Fig. 1 verwendet wird.

Fig. 7 ist ein Zeitdiagramm für die Schaltung nach Fig. 6 bei der Standbild-Videobetriebsart.

Fig. 8 zeigt eine Steuerschaltung der Bildaufnahmevorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Fig. 9, 10 und 11 sind Schaltbilder eines Schaltglieds 30 nach Fig. 8.

Fig. 12 ist eine schematische Ansicht einer Bildaufnahmevorrichtung, bei der eine Zwischenzeilen-Ladungskopplungs-Anordnung verwendet wird.

Fig. 13 ist eine schematische Ansicht einer Bildaufnahmevorrichtung, bei der eine MOS-Festkörper-Bildaufnahme-Anordnung verwendet wird.

Fig. 14 ist eine schematische Ansicht einer Belichtungsautomatik-Steuereinheit 16 nach Fig. 8.

Fig. 15 ist eine schematische Ansicht einer Steuerschaltung der Bildaufnahmevorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine Bildaufnahmevorrichtung nach dem Stand der Technik; die Funktionsweise dieser Bildaufnahmevorrichtung wird nachstehend kurz erläutert.

In der Fig. 1 sind mit 1 eine Bildaufnahmeeinheit mit einer Vielzahl fotoelektrischer Wandlerzellen, die in einer Matrix angeordnet sind, mit 2 ein Speicher zum Speichern von in der Bildaufnahmeeinheit erzeugten Signalladungen, mit 3 ein erstes Horizontal-Schieberegister zum Auslesen der von der Bildaufnahmeeinheit 1 erzeugten Signalladungen, mit 4 ein zweites Horizontal-Schieberegister zum Auslesen der in dem Speicher 2 gespeicherten Signalladungen und mit 5 und 6 an dem Halbleiterplättchen ausgebildete Verstärker zum Verstärken der aus dem ersten bzw. zweiten Horizontal-Schieberegister 3 bzw. 4 ausgelesenen Signale bezeichnet. Die Bildaufnahmevorrichtung bildet als Ganzes eine Bildübertragungs-Ladungskopplungs-Anordnung. Die Anzahl von Vertikal-Zellen der Bildaufnahmeeinheit beträgt 490, während die Anzahl der Vertikal-Zellen des Speichers 2245 beträgt.

Bei dem Laufbild-Videobetrieb werden die Signalladungen aus jeweils 2 vertikal benachbarten Bildzellen der Bildaufnahmeeinheit 1 aufeinanderfolgend in dem ersten Schieberegister 3 addiert, wonach die zusammengefaßten Signalladungen zu dem Speicher 2 übertragen werden und über den Verstärker 6 aus dem zweiten Schieberegister 4 als Signal lC ausgelesen werden.

Bei dem Standbild-Videobetrieb sind folgende zwei Betriebsarten möglich:

Bei der ersten Betriebsart werden gleichermaßen wie bei dem Laufbild-Videobetrieb die Signalladungen von zwei vertikal benachbarten Bildzellen der Bildaufnahmeeinheit 1 addiert, wonach die zusammengesetzten Signalladungen in dem Speicher 2 gespeichert werden und über den Verstärker 6 aus dem zweiten Schieberegister 4 das Signal lC ausgelesen wird. (Diese Betriebsart wird Halbbild-Betriebsart genannt).

Bei der zweiten Betriebsart werden die Signalladungen aus den ungeraden Vertikal-Zellen der Bildaufnahmeeinheit 1 aus dem ersten Horizontal-Schieberegister 3 ausgelesen, während die Signalladungen aus den geraden Vertikal-Zellen aus dem zweiten Horizontal-Schieberegister 4 ausgelesen werden. (Diese Betriebsart wird Vollbild-Betriebsart genannt).

Bei der Vollbild-Betriebsart wird das Vertikal-Auflösungsvermögen bei dem Standbild-Videobetrieb nicht herabgesetzt und es wird ein voll verschachteltes Signal erzeugt.

Vergleicht man die Halbbild-Betriebsart und die Vollbild-Betriebsart, so betragen bei der Vollbild-Betriebsart, bei der die Signalladungen der jeweiligen Zellen direkt ausgelesen werden, die Signalladungen ungefähr die Hälfte derjenigen bei der Halbbild-Betriebsart, bei der die Signalladungen von zwei benachbarten Zellen addiert werden. Daher ist die Empfindlichkeit der Kamera um eine Blendenstufe geringer.

Die auf dem Halbleiterplättchen ausgebildeten Verstärker 5 und 6 sind gewöhnlich als Metalloxidhalbleiter- bzw. MOS-Vorrichtungen gestaltet. Berücksichtigt man den Umstand, daß die MOS-Vorrichtungen schlechte Niederfrequenz-Rauscheigenschaften haben und das menschliche Auge hinsichtlich des niederfrequenten Rauschens empfindlich ist, ist die Verringerung des Signal/Störverhältnisses bzw. Rauschabstand um eine Blendenstufe nicht vernachlässigbar.

Die Anzahl der Horizontal-Zellen der Festkörper-Bildaufnahmeanordnung, die nach dem gegenwärtigen Stand der Technik 390 oder 570 beträgt, ist eher geringer als erforderlich, so daß in der Zukunft die Anzahl der Horizontal-Zellen gesteigert werden wird. Ferner ist zu erwarten, daß die gegenwärtig bestehenden optischen 2/3-Zoll-Systeme zu 1/2-Zoll-Systemen und in Zukunft zu 8-mm-Systemen verkleinert werden. Daher stellt die Empfindlichkeit der Kamera ein wichtiges Problem dar.

Wenn die Bildaufnahmevorrichtung nach Fig. 1 in der Vollbild-Betriebsart betrieben wird, werden das Signal für das gerade Halbbild und das Signal für das ungerade Halbbild über gesonderte Ausgangsverstärker ausgelesen. Falls daher ein Unterschied zwischen den Eigenschaften der Ausgangsverstärker vorliegt, sind die Ausgangspegel voneinander verschieden. In diesem Fall ist das Vertikal-Auflösungsvermögen beträchtlich verringert.

Es wurde festgestellt, daß beim Mischen der Ausgangssignale des ersten und des zweiten Schieberegisters folgendes Problem auftritt: Wenn die Ausgangssignale der Ausgangsverstärker 5 und 6 gemischt werden, werden die Rauschsignale der Verstärker 5 und 6 einander überlagert, wodurch der Rauschabstand herabgesetzt wird und die Bildqualität verschlechtert wird.

Die Fig. 2 zeigt die Gestaltung einer Bildübertragungs-Ladungskopplungs-Anordnung, die bei der Bildaufnahmevorrichtung anwendbar ist.

In der Fig. 2 ist mit 101 eine Bildaufnahmeeinheit der Bildübertragungs-Ladungskopplungs-Anordnung bezeichnet. Für das NTSC-System wird die Anzahl der Vertikal-Zellen der Bildaufnahmeeinheit 101 im wesentlichen gleich der Anzahl der Abtastzeilen, nämlich zu ungefähr 490 gewählt. Diese Anzahl ist ungefähr das Doppelte derjenigen bei einer herkömmlichen Bildübertragungs-Ladungskopplungs-Anordnung. Die Anzahl der Horizontal-Zellen der Bildaufnahmeeinheit 101 beträgt entsprechend der Farbhilfsträgerfrequenz üblicherweise 390 oder 570.

In der Fig. 2 sind in der Bildaufnahmeeinheit 101 nur 9 Vertikal-Zellen und 4 Horizontal-Zellen dargestellt. Mit 102 ist eine Elektrode zum Anlegen einer Spannung für das Sammeln von Ladungen in der Bildaufnahme 101 und das übertragen der Ladungen aus der Einheit heraus bezeichnet.

Mit 103 ist eine Speicheranordnung mit Vertikal-Zellen, deren Anzahl ungefähr die Hälfte der Anzahl der Vertikal-Zellen der Bildaufnahmeeinheit 101 ist, und Horizontal-Zellen bezeichnet, deren Anzahl gleich der Anzahl der Horizontal-Zellen der Bildaufnahmeeinheit 101 ist. Demzufolge weist die Speicheranordnung 103 die gleiche Anzahl von Zellen wie die herkömmliche Bildübertragungs-Ladungskopplungs-Speicheranordnung auf.

Mit 104 ist eine Elektrode bezeichnet, die genau wie die Elektrode 102 der Bildaufnahmeeinheit 101 zum Anlegen einer Spannung für die Ladungsübertragung dient.

Mit 105 ist ein zweites Horizontal-Schieberegister als Auslesevorrichtung bezeichnet, das eine zeilenförmige Ladungsübertragungseinheit aus Zellen in im wesentlichen der gleichen Anzahl wie die Horizontal-Zellen der Bildaufnahmeeinheit 101 und der Speicheranordnung 103 aufweist.

Mit 106 ist eine Elektrode zum Anlegen einer Spannung für das Übertragen der Ladungen im Horizontal-Schieberegister 105 bezeichnet.

Mit 107 ist ein Verstärker als Umsetzvorrichtung zum Umsetzen der aus dem Horizontal-Schieberegister 105 übertragenen Ladungen in Ausgangsspannungen bezeichnet.

Zwischen der Bildaufnahmeeinheit 101 und der Speicheranordnung 103 ist als Auslesevorrichtung ein erstes Horizontal-Schieberegister 108 angeordnet, das im wesentlichen mit dem zweiten Horizontal-Schieberegister 105 identisch ist. Mit 109 ist eine Elektrode zum Anlegen einer Spannung für die Übertragung der Ladungen in dem ersten Horizontal-Schieberegister 108 bezeichnet, während mit 110 ein Verstärker als Umsetzvorrichtung für das Umsetzen der übertragenen Ladungen zu Spannungen bezeichnet ist.

Zur Ladungsübertragung kann irgendein herkömmliches Verfahren eingesetzt werden, wie die Einzelphase-Ansteuerung, die Zweiphasen-Ansteuerung, die Dreiphasen-Ansteuerung oder die Vierphasen-Ansteuerung. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird hier das Einzelphasen-Ansteuerungsverfahren erläutert, wobei die Gestaltung des ersten Horizontal-Schieberegisters 108 und der Speicheranordnung 103 anhand der Fig. 3 beschrieben wird.

Das Einzelphasen-Ansteuerungsverfahren ist in der US-PS 42 29 75 beschrieben, so daß dessen Einzelheiten hier nicht erläutert werden.

In der Fig. 3 sind mit 120 Kanalbegrenzungen zum Verhindern des Übertretens von Ladungen zwischen den Horizontal-Zellen bezeichnet. Mit 102 ist die aus polykristallinem Silicium bestehende Elektrode der Bildaufnahmeeinheit zum Sammeln und Übertragen der Ladungen bezeichnet. In einem Siliciumsubstrat umfaßt ein Bereich, in dem die Elektrode 102 ausgebildet ist, zwei Bereiche A und B mit unterschiedlichen Potentialzuständen. Mit 122 ist ein virtueller bzw. Scheinelektrodenbereich in dem Siliciumsubstrat bezeichnet, der im Siliciumsubstrat Bereiche C und D mit unterschiedlichen Potentialzuständen umfaßt.

In vertikaler Richtung bilden die Bereiche A, B, C und D eine einzelne Zelle.

Mit 123 ist ein erster Horizontal-Schieberegisterbereich bezeichnet. In diesem Bereich ist gemäß der Darstellung durch eine strichlierte Fläche die Elektrode 109 aus polykristallinem Silicium in der Form eines Kamms gestaltet, wobei unterhalb der Elektrode 109 Bereiche A′, A′′ und B′ mit unterschiedlichen Potentialzuständen vorliegen. Die Bereiche A′ und A′′ haben gleiche Potentialzustände, sind aber durch die Kanalbegrenzungen 120 voneinander isoliert. Die Bereiche C′ und D′ haben die gleichen Potentialzustände wie diejenigen der Scheinelektrode 122 der Bildaufnahmeeinheit. Die Elektrode 104 und eine Elektrode 125 sind auf die gleiche Weise wie die Elektroden 102 und 122 der Bildaufnahmeeinheit gestaltet, jedoch mit der Ausnahme, daß die Ladungsspeicherkapazitäten der Elektroden 104 und 125 ungefähr doppelt so hoch wie diejenigen der Elektroden 102 und 122 sind.

Die Fig. 4 zeigt die inneren Potentialzustände der Ladungskopplungs- bzw. CCD-Anordnung nach Fig. 3.

Mit 102 sind die aus polykristallinem Silicium bestehenden Elektroden der Bildaufnahmeeinheit bezeichnet. Alle Elektroden 102 der Bildaufnahmeeinheit sind parallel geschaltet und es wird an sie eine Spannung zum Übertragen bzw. Verschieben der Ladungen angelegt. Die Fläche unterhalb einer jeden Elektrode 102 ist gemäß der Darstellung in Fig. 3 in die Bereiche A und B aufgeteilt, wobei hinsichtlich der Elektronen der Bereich A einen höheren Potentialzustand als der Bereich B hat. Die gestrichelten Linien in Fig. 4 zeigen einen Potentialzustand bei niedrigem Pegel der Elektroden 102, während die ausgezogenen Linien einen Potentialzustand bei hohem Pegel der Elektroden 102 zeigen.

Gemäß der Darstellung in der Fig. 4 ist das Potential des Bereichs C der Scheinelektrode 122 nach Fig. 2 geringfügig höher als das Potential des Bereichs D. Die Potentiale dieser Bereiche sind nicht von der an die Elektroden 102 angelegten Spannungen abhängig, sondern werden immer konstant gehalten. Daher werden durch Anlegen einer konstanten Spannung an die Elektroden 102 die Ladungen gesammelt, während durch das Anlegen einer Impulsspannung die Ladungen übertragen bzw. verschoben werden.

Mit 109 ist in Fig. 4 die aus polykristallinem Silicium bestehende Elektrode des ersten Horizontal-Schieberegisters bezeichnet. Der innere Potentialzustand der Horizontalschieberegisters ist in der Fig. 4 unterhalb der Elektrode 109 dargestellt.

Mit 104 sind in Fig. 4 die Elektroden der Speicheranordnung bezeichnet. Der innere Potentialzustand der Speicheranordnung ist der gleiche wie derjenige der Bildaufnahmeeinheit. Mit 106 ist die Elektrode des zweiten Horizontal-Schieberegisters bezeichnet (105 in Fig. 2). Die Gestaltung ist die gleiche wie diejenige des ersten Horizontal-Schieberegisters mit der Ausnahme, daß ein Ende durch die Kanalbegrenzung abgeschlossen ist. Es wird nun die Bewegung der Ladungen in dem zweiten Horizontal-Schieberegister erläutert. Die in dem Bereich B der Bildaufnahmeeinheit gesammelten Ladungen werden in den Potentialsenken-Bereich D der Elektrode 122 nach Fig. 3 übertragen, wenn an die Elektroden 102 eine Impulsspannung niedrigen Pegels angelegt wird, um damit die Potentiale der Bereich A und B gemäß der Darstellung durch die gestrichelten Linien anzuheben. Wenn zu diesem Zeitpunkt an die Elektrode 109 des zweiten Horizontal-Schieberegisters ein Potential hohen Pegels angelegt wird, nehmen die Potentiale der Bereiche A′ und B′ die in der Fig. 4 durch die ausgezogenen Linien dargestellten Potentialzustände ein, so daß die Ladungen aus dem Bereich D über den Bereich A′ zu dem Bereich B′ übertragen werden. Wenn dann an die Elektrode 109 ein Potential niedrigen Pegels angelegt wird, nehmen die Potentiale der Bereiche A′ und B′ die durch die gestrichelten Linien dargestellten Potentialzustände ein, so daß die Ladungen aus dem Bereich B′ über den Bereich C′ (mit dem durch die gestrichelte Linie dargestellten konstanten Potential) zu dem Bereich D′ (mit dem durch die gestrichelten Linien dargestellten konstanten Potential) übertragen werden. Wenn an die aus polykristallinem Silicium bestehenden Elektroden 104 der Speicheranordnung eine Spannung hohen Pegels angelegt wird, fallen die Potentiale von Bereichen A′′′ und B′′ unter das Potential des Bereichs D′, so daß die Ladungen aus dem Bereich D′ über den Bereich A′′′ zu dem Bereich B′′ übertragen werden.

Wenn an die Elektroden 104 der Speicheranordnung ein Potential niedrigen Pegels angelegt wird, nehmen die Potentiale der Bereiche A′′′ und B′′ die durch die gestrichelten Linien dargestellten Potentialzustände ein, so daß die zu dem Bereich B′′ der Speicheranordnung übertragenen Ladungen über einen Bereich C′′ zu einem Bereich D′′ übertragen werden. Wenn an die Elektroden 104 als Ansteuerungssignal Spannungsimpulse angelegt werden, werden die gesammelten Ladungen aufeinanderfolgend aus dem Bereich B′′ über den Bereich C′′ und den Bereich D′′ zu dem ersten Horizontal-Schieberegister 105 übertragen, aus dem sie danach ausgelesen werden.

Es wird nun der Ladungsfluß bei dem Auslesen des Signals aus dem ersten Horizontal-Schieberegister erläutert.

Durch das Anlegen des Potentials hohen Pegels an die Elektroden 104 der Speicheranordnung werden die zu dem Bereich D′ übertragenen Ladungen in die Speicheranordnung übertragen. Durch Anlegen der Spannung niedrigen Pegels an die Elektroden 104 werden die Potentiale der Bereich A′′′ und B′′ auf den durch die gestrichelten Linien dargestellten Potentialzuständen gehalten, während durch das Anlegen der Spannungsimpulse an die Elektrode 109 des ersten Horizontal-Schieberegisters die Potentiale der Bereiche A′′ und B′ abwechselnd auf die durch die ausgezogenen Linien und die durch die gestrichelten Linien dargestellten Potentialzustände verändert werden, so daß die Ladungen aus dem Bereich D′ in horizontaler Richtung in der Folge A′′→B′→C′→D′ übertragen werden und das Signal über den Verstärker (110 nach Fig. 2) ausgelesen wird.

Die Funktionsweise einer Bildaufnahme- bzw. Kamera-Einrichtung wird nun anhand der Fig. 5A und 5B erläutert.

Die Fig. 5A ist ein Betriebszustands-Diagramm bei dem Standbild-Videobetrieb, während die Fig. 5B ein Betriebszustands-Diagramm bei dem Laufbild-Videobetrieb ist.

Zuerst wird der Betriebsablauf bei dem Standbild-Videobetrieb erläutert.

Ein Schritt S-1 in Fig. 5A stellt einen Gesamtlöschungszustand dar, bei dem die durch Dunkelstrom angesammelten Ladungen unmittelbar vor einem Belichtungsvorgang über einen Überstrahlungsschutz-Drain abgeleitet oder durch Betreiben der Ladungskopplungsanordnung mit hoher Geschwindigkeit ausgeräumt werden.

Dann wird zum Einleiten des Belichtungsvorgangs bzw. des Sammelns der Ladungen mittels der Bildaufnahmeeinheit ein Verschluß geöffnet (S-2). Danach wird ein erstes Halbbild aus dem ersten Horizontal-Schieberegister 108 ausgelesen (S-3).

Nach der vorbestimmten Belichtungsdauer bei dem Schritt S-2 wird der Verschluß geschlossen, wobei die Bildsignale (Ladungen) in den jeweiligen Zellen nach Fig. 2 gesammelt sind; die in den Zellen der Bildaufnahmeeinheit gesammelten Ladungen werden bei dem Schritt S-3 vertikal jeweils gleichzeitig um zwei Zeilen verschoben. Bei dem Beispiel nach Fig. 2 werden die in den Zellen (1,1) bis (1,4) gesammelten Ladungen über das erste Horizontal-Schieberegister 108 zu den Zellen [4,1] bis [4,4] der Speicheranordnung übertragen, während die in den Zellen (2,1) bis (2,4) gesammelten Ladungen zu dem ersten Horizontal-Schieberegister 108 übertragen werden. Auf gleichartige Weise werden die in den Zellen der jeweiligen Zeilen gesammelten Ladungen jeweils gleichzeitig um zwei Zeilen verschoben. Infolgedessen werden die Ladungen, die in den Zellen (3,1) bis (3,4), (4,1) bis (4,4), (5,1) bis (5,4), (6,1) bis (6,4), (7,1) bis (7,4), (8,1) bis (8,4) und (9,1) bis (9,4) gesammelt wurden, jeweils zu den Zellen (1,1) bis (1,4), (2,1) bis (2,4), (3,1) bis (3,4), (4,1) bis (4,4), (5,1) bis (5,4), (6,1) bis (6,4) bzw. (7,1) bis (7,4) übertragen.

Nachdem die beiden Zeilen der Ladungen übertragen worden sind, werden die zu dem ersten Horizontal-Schieberegister 108 übertragenen Ladungen über den Verstärker 110 ausgegeben. Folglich werden die zu dem Horizontal-Schieberegister 108 übertragenen, nämlich die bei dem Belichtungsvorgang in den Zellen (2,1) bis (2,4) gesammelten Ladungen seriell ausgelesen.

Danach werden die jeweils in zwei Zeilen der Zellen der Bildaufnahmeeinheit gesammelten Ladungen wieder übertragen. Infolgedessen werden die zu den Zellen (1,1) bis (1,4) übertragenen, nämlich während der Belichtung in den Zellen (3,1) bis (3,4) gesammelten Ladungen über das Horizontal-Schieberegister 108 zu den Zellen [4,1] bis [4,4] der Speicheranordnung übertragen, während die zu den Zellen (2,1) bis (2,4) übertragenen, nämlich während der Belichtung in den Zellen (4,1) bis (4,4) gesammelten Ladungen zu dem Horizontal-Schieberegister 108 übertragen werden. Die zu den Zellen der jeweiligen Zeilen der Speicheranordnung 103 übertragenen Ladungen werden um eine Zeile verschoben. Infolgedessen werden die zuvor zu den Zellen [4,1] bis [4,4] übertragenen, nämlich während der Belichtung in den Zellen (1,1) bis (1,4) gesammelten Ladungen zu den Zellen [3,1] bis [3,4] übertragen. Danach werden die zu dem Horizontal-Schieberegister 108 übertragenen Ladungen ausgelesen, so daß diese Ladungen, nämlich die während der Belichtung in den Zellen (4,1) bis (4,4) gesammelten Ladungen seriell ausgegeben werden.

Danach werden die Übertragung der in zwei Zeilen der Zellen der Bildaufnahmeeinheit 101 gesammelten Ladungen und der zu einer Zeile der Zellen der Speicheranordnung 103 übertragenen Ladungen sowie das Auslesen der zu dem Horizontal-Schieberegister 108 übertragenen Ladungen abwechselnd ausgeführt, so daß die während der Belichtung in den Zellen (2,1) bis (2,4), (4,1) bis (4,4), (6,1) bis (6,4) und (8,1) bis (8,4) gesammelten Ladungen aufeinanderfolgend aus dem ersten Horizontal-Schieberegister 108 ausgelesen werden. Auf diese Weise wird das erste Halbbild ausgelesen. Ferner werden die während der Belichtung in den Zellen (1,1) bis (1,4), (3,1) bis (3,4), (5,1) bis (5,4) und (7,1) bis (7,4) gesammelten Ladungen jeweils zu den Zellen [1,1] bis [1,4], [2,1] bis [2,4], [3,1] bis [3,4] bzw. [4,1] bis [4,4] der Speicheranordnung übertragen. Nachdem das erste Halbbild ausgelesen worden ist, beginnt das Auslesen des zweiten Halbbilds, nämlich ein Schritt S-4. Bei dem Schritt S-4 werden die zu den Zellen der jeweiligen Zeilen der Speicheranordnung übertragenen Ladungen jeweils um eine Zeile verschoben und die zu dem zweiten Horizontal-Schieberegister 105 übertragenen Ladungen ausgelesen. Auf diese Weise werden die während der Belichtung in den Zellen (1,1) bis (1,4), (3,1) bis (3,4), (5,1) bis (5,4), (7,1) bis (7,4) und (9,1) bis (9,4) gesammelten Ladungen aus dem Horizontal-Schieberegister 105 ausgegeben. Auf diese Weise wird das zweite Halbbild ausgelesen.

Bei der Bildaufnahmevorrichtung kann das zu einem Zeitpunkt aufgezeichnete bzw. aufgenommene Bildsignal für ein einzelnes Vollbild auf die gleiche Weise wie bei einem herkömmlichen Fernseh-Betriebsvorgang als erstes Halbbild und dann als zweites, in Zwischenzeilen verschachteltes Halbbild ausgelesen werden. Das erste Horizontal-Schieberegister 108 arbeitet gleichzeitig als Horizontal-Schieberegister und Paralleleingabe/Parallelausgabe-Schieberegister.

Es wird nun die Funktionsweise beim Betreiben der Bildaufnahmevorrichtung in der Laufbild-Videobetriebsart für die Erzeugung eines Laufbild-Videosignals erläutert.

Ein Schritt M-1 nach Fig. 5B entspricht dem Schritt S-1 in Fig. 5A. Dieser Schritt ist nicht unbedingt wesentlich.

In diesem Fall ist die Verschlußbetätigung nicht notwendig, so daß das Sammeln und das Auslesen parallel wiederholt werden kann. Schritt M-2 und M-2′ stellen Sammelschritte dar, wobei das ′ ein zweites Halbbild darstellt. Die bei dem Schritt M-2 gesammelten Ladungen (für das erste Halbbild) werden bei einem Schritt M-3 ausgelesen, während die bei dem Schritt M-2′ gesammelten Ladungen (für das zweite Halbbild) bei einem Schritt M-3′ ausgelesen werden.

Ein Schritt M-4 stellt einen Schritt zum Übertragen der in der Bildaufnahmeeinheit gesammelten Ladungen zu der Speicheranordnung dar.

Die Bildübertragungs-Ladungskopplungsanordnung der Bildaufnahmevorrichtung hat 490 Vertikal-Zellen in der Bildaufnahmeeinheit und 245 Vertikal-Zellen in der Speicheranordnung. Daher sind der Ablauf der Übertragung aus der Bildaufnahmeeinheit zu der Speicheranordnung sowie das Verschachtelungs- bzw. Zeilensprungverfahren von denjenigen bei der herkömmlichen Bildübertragungs-Ladungskopplungs-Anordnung verschieden. Die Funktionsweise wird anhand der Fig. 2 erläutert.

Bei dem Schritt M-2 erfolgt das Belichten und Sammeln, während bei dem Schritt M-4 die in der Bildaufnahmeeinheit gesammelt Ladungen zu der Speicheranordnung übertragen werden. Bei dem Übertragungsvorgang werden die in den Zellen (1,1), (1,2), (1,3) und (1,4) gesammelten Ladungen zuerst über das erste Horizontal-Schieberegister 108 zu den Zellen [4,1], [4,2], [4,3], [4,4] der Speicheranordnung 103 übertragen. Danach werden die Ladungen aus den Zellen (2,1), (2,2), (2,3) und (2,4) zu den Zellen [4,1], [4,2], [4,3] und [4,4] übertragen.

Bei diesem Schritt wird an die Speicheranordnung keine Impulsspannung angelegt, so daß die während der Belichtung in den Zellen (1,1) bis (1,4) gesammelten Ladungen in den Zellen [4,1] bis [4,4] festgehalten werden. Infolgedessen werden die in den beiden Zellen-Zeilen (1,1) bis (1,4) und (2,1) bis (2,4) der Bildaufnahmeeinheit gesammelten Ladungen in den Zellen [4,1] bis [4,4] zusammengefaßt.

Danach werden die Ladungen der Speicherzellen um eine Zeile versetzt. Das heißt, die in den Zellen [4,1] bis [4,4] zusammengefaßten Ladungen werden zu den Zellen [3,1] bis [3,4] übertragen, während die Ladungen aus zwei Zellen in der Bildaufnahmeeinheit, nämlich die während der Belichtung in den Zellen (3,1) bis (3,4) und (4,1) bis (4,4) gesammelten Ladungen zu den Zellen [4,1] bis [4,4] übertragen und dort zusammengefaßt werden. Danach werden die Verschiebung der Ladungen der Speicheranordnung um eine Zeile sowie die Verschiebung und Zusammenfassung der Ladungen der Bildaufnahmeeinheit aus zwei Zeilen zu den Zellen [4,1] bis [4,4] wiederholt, so daß die zusammengefaßten Ladungen der Zellen (1,1) bis (1,4) und (2,1) bis (2,4) zu den Zellen [1,1] bis [1,4] der Speicheranordnung übertragen werden, die zusammengefaßten Ladungen der Zellen (3,1) bis (3,4) und (4,1) bis (4,4) zu den Zellen [2,1] bis [2,4] übertragen werden, die zusammengefaßten Ladungen der Zellen (5,1) bis (5,4) und (6,1) bis (6,4) zu den Zellen [3,1] bis [3,4] übertragen werden und die zusammengefaßten Ladungen der Zellen (7,1) bis (7,4) und (8,1) bis (8,4) zu den Zellen [4,1] bis [4,4] übertragen werden.

Danach werden bei den Schritten M-2′ und M-3 die Belichtungs- und Sammelvorgänge ausgeführt, während die zu der Speicheranordnung 103 übertragenen Ladungen aufeinanderfolgend zeilenweise zu dem Horizontal-Schieberegister 105 übertragen werden und die zu dem Horizontal-Schieberegister 105 übertragenen Signale bzw. Ladungen aus dem Schieberegister 105 ausgegeben werden. Auf diese Weise wird das erste Halbbild ausgelesen.

Nachdem das erste Halbbild ausgelesen wurde, werden bei dem Schritt M-4 die bei dem Schritt M-2′ in der Bildaufnahmeeinheit 101 gesammelten Ladungen zu der Speicheranordnung 103 übertragen. Da dies den Lesevorgang für das zweite Halbbild darstellt, werden bei der Übertragung der Ladungen aus der Bildaufnahmeeinheit 101 zu den Zellen [4,1] bis [4,4] in der Weise, daß die Ladungen zweier Zeilen der Bildaufnahmeeinheit übertragen werden, die Zellen um eine Zeile versetzt.

Für das zweite Halbbild werden die in den Zellen (2,1) bis (2,4), (3,1) bis (3,4), (4,1) bis (4,4), (5,1) bis (5,4), (6,1) bis (6,4) und (7,1) bis (7,4) gesammelten Ladungen zu den Zellen [4,1] bis [4,4] übertragen und in diesen zusammengefaßt, wonach die zusammengefaßten Ladungen zu den jeweiligen Zeilen der Speicheranordnung 103 verschoben werden. Danach werden bei dem Schritt M-3′ die in der Speicheranordnung 103 gesammelten Ladungen zu dem Horizontal-Schieberegister 105 übertragen. Auf diese Weise wird das zweite Halbbild ausgelesen. Bei dem Zusammensetzen der Ladungen zweier Zeilen der Bildaufnahmeeinheit ist der Übertragungs- und Addiervorgang für das erste Halbbild gegenüber dem Übertragungs- und Addiervorgang für das zweite Halbbild um eine Zeile versetzt, so daß das Zwischenzeilen-Signal für das erste Halbbild erzeugt wird. Daher kann das Bild wie bei einer Videokamera aufgenommen werden.

Während es nicht als Horizontal-Schieberegister arbeitet, wird das erste Horizontal-Schieberegister 108 als Paralleleingabe/Parallelausgabe-Register eingesetzt.

Da die Ladungen der Zellen der Bildaufnahmeeinheit jeweils aus zwei Zeilen zusammengefaßt werden und die zusammengefaßten Ladungen in den Zellen der Speicheranordnung gesammelt werden, muß die Aufnahmefähigkeit der Zellen der Speicheranordnung ungefähr doppelt so groß wie die Aufnahmefähigkeit der Zellen der Bildaufnahmeeinheit sein. Je größer die Anzahl der zusammenzufassenden Zellen ist, um so größer muß die Aufnahmefähigkeit der Zellen der Speicheranordnung sein. Falls jedoch die Bildaufnahmevorrichtung ausschließlich für den Standbild-Videobetrieb eingesetzt wird, kann die Aufnahmefähigkeit der Speicheranordnung im wesentlichen gleich der Aufnahmefähigkeit der Bildaufnahmeeinheit sein.

Die Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Ansteuerungsschaltung der Bildaufnahme-Einrichtung, während die Fig. 7 ein Zeitdiagramm für die Schaltung nach Fig. 6 bei deren Betrieb in der Standbild-Videobetriebsart zeigt.

Wenn nach Fig. 7 Taktsignale Φ11, Φ12, Φ13 und Φ14 zur Ansteuerung der Ladungskopplungsvorrichtung hohen Pegel haben, wird an die jeweiligen Elektroden ein niedriges positives oder negatives Potential angelegt, während bei dem niedrigen Pegel der Signale an die Elektroden eine hohe negative Spannung angelegt wird.

In der Fig. 6 sind mit 51 ein Startschalter, mit 52 eine monostabile Kippstufe, mit 53 ein Taktgenerator, mit 54 ein Zähler, mit 55 ein Festspeicher (ROM), der eine Umsetzungstabelle für Zählerinhalte und Signale in der Weise speichert, daß die Signale in der in Fig. 7 gezeigen Weise abgegeben werden, mit 57 ein RS-Flip-Flop, mit 58 eine Verschlußtreiberstufe, mit 59 bis 62 Pufferverstärker für die Ansteuerung der Ladungskopplungs-Anordnung, mit 63 ein Verschluß, mit 64 eine optische Linse bzw. ein Objektiv, mit 65 ein Schaltglied, mit 66 eine Signalverarbeitungsschaltung zum Umsetzen des Ausgangssignals der Ladungskopplungs-Anordnung in ein Aufzeichnungssignal und mit 67 ein Aufzeichnungsgerät zum Aufzeichnen des Videosignals auf eine Magnetplatte bezeichnet.

Die Funktionsweise bei der Standbild-Videobetriebsart wird nun anhand der Fig. 7 erläutert.

Wenn der Startschalter 51 betätigt wird, wird ein Startimpuls SP erzeugt, durch den der Zähler 54 gelöscht wird, der danach durch das Taktausgangssignal des Taktgenerators 53 schrittweise aufgestuft wird. Das Ausgangssignal des Zählers 54 wird dem Festspeicher 55 zugeführt. Der Festspeicher 55 gibt Signale entsprechend dem Zeitdiagramm in Fig. 7 ab.

Beim dem Schritt S-1 werden die Ladungen der Zellen der Ladungskopplungs-Anordnung gelöscht. Zu diesem Zweck wird an die Elektroden der Speicheranordnung eine niedrige positive oder negative Spannung gemäß der Darstellung durch die Taktimpulse Φ13 angelegt, während an die Elektroden der Bildaufnahmeeinheit und des ersten Horizontal-Schieberegisters die Taktimpulse Φ11 und Φ12 mit der doppelt so hohen Frequenz wie die Taktimpulse Φ13 angelegt werden. Auf diese Weise werden die Ladungen aus jeweils zwei Vertikal-Zellen der Bildaufnahmeeinheit 101 zusammengefaßt und zu den Zellen der Speicheranordnung 103 übertragen. Danach werden sie seriell mittels der Taktimpulse Φ14 aus dem Horizontal-Schieberegister 105 ausgelesen. Nach dem Löschen bzw. Leeren wird der Schritt S-2 eingeleitet und der Verschluß 63 geöffnet, wodurch die Bildaufnahmeeinheit 101 belichtet wird und in deren Zellen Ladungen gesammelt werden. Danach wird zum Beenden des Belichtens der Verschluß 63 geschlossen und das Auslesen für das erste Halbbild begonnen (S-3). Wenn die Elektroden der Speicheranordnung 103 hohen Pegel haben, werden zwei Impulse Φ11 und zwei Impulse Φ12 erzeugt, so daß die Ladungen aus den Zellen (1,1) bis (1,4) zu den Zellen [4,1] bis [4,4] übertragen werden und die Ladungen aus den Zellen (2,1) bis (2,4) zu dem ersten Horizontal-Schieberegister 108 übertragen werden. Nach diesem Schritt nimmt das Potential der Elektroden der Speicheranordnung 103 den niedrigen Pegel an. Auf diese Weise wird zwischen dem ersten Horizontal-Schieberegister 108 und der Speicheranordnung 103 eine Potentialschwelle gebildet. Danach werden vier Taktimpulse Φ12 erzeugt, so daß die während des Belichtens in den Zellen (2,1) bis (2,4) gesammelten Ladungen über den Verstärker 110 aus dem ersten Horizontal-Schieberegister 108 ausgelesen werden. Dann wird die Potentialschwelle zwischen dem ersten Horizontal-Schieberegister 108 und der Speicheranordnung 103 beseitigt und es werden zwei Taktimpulse Φ11 und zwei Taktimpulse Φ12 erzeugt, so daß die Ladungen aus den Zellen (3,1) bis (3,4) zu den Zellen [4,1] bis [4,4] übertragen werden und die Ladungen aus den Zellen (4,1) bis (4,4) zu dem ersten Horizontal-Schieberegister 108 übertragen werden.

Durch die Wiederholung der vorstehend beschriebenen Betriebsvorgänge werden die Ladungen aus den Zellen (2,1) bis (2,4), (4,1) bis (4,4), (6,1) bis (6,4) und (8,1) bis (8,4) aufeinanderfolgend aus dem ersten Horizontal-Schieberegister 108 ausgelesen. Auf diese Weise wird ein Signal VS1 für das erste Halbbild ausgelesen. Zugleich werden die während des Belichtens in den Zellen (1,1) bis (1,4) gesammelten Ladungen mittels der Taktimpulse Φ13 zu dem Horizontal-Schieberegister 105 übertragen, während die Ladungen für die anderen ungeradzahligen Zeilen in der Speicheranordnung 103 gesammelt werden.

Danach wird der Lesevorgang für das zweite Halbbild eingeleitet (S-4). Bei dem Schritt S-4 wird durch bei jedem Impuls Φ13 erzeugte vier Taktimpulse Φ14 aufeinanderfolgend über den Verstärker 107 aus dem Horizontal-Schieberegister 105 ein Signal VS2 für das zweite Halbbild ausgelesen. Das heißt, es werden aufeinanderfolgend die während des Belichtens in den Zellen (1,1) bis (1,4), (3,1) bis (3,4), . . . (9,1) bis (9,4) gesammelten Ladungen ausgelesen. Wenn die Ladung aus der Zelle (9,4) ausgelesen worden ist, wird ein Endsignal STP erzeugt, durch das der Zähler 54 den Zählvorgang beendet.

Die Videosignale VS1 und VS2 werden dem Schaltglied 65 zugeführt. An dem Schaltglied 65 wird bei den Schritten S-1 und S-2 durch ein Signal Φ15 ein Kontakt (b) angewählt, während der Dauer des Auslesens für das erste Halbbild (S-3) ein Kontakt (a) angewählt und dann wieder während der Dauer des Auslesens für das zweite Halbbild (S-4) der Kontakt (b) angewählt.

Auf diese Weise werden über das Schaltglied 65 während der Ausleseperioden für die jeweiligen Halbbilder die Videosignale selektiv der Signalverarbeitungsschaltung 66 zugeführt. Da die Eingangssignalleitungen umgeschaltet werden, werden die in den auf dem Halbleiterplättchen der Ladungskopplungs-Anordnung ausgebildeten Verstärkern 110 und 107 erzeugten Rauschsignale nicht addiert, so daß ein Signal mit einem hohen Nutzsignal/Störsignal-Verhältnis bzw. Rauschabstand erzeugt wird. Auf diese Weise wird ein Bild hoher Qualität reproduziert.

Bei der Laufbild-Videobetriebsart wird an dem Schaltglied 65 immer der Kontakt (b) angewählt.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird bei der Bildaufnahmevorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel eine Ladungsübertragungs-Vorrichtung verwendet, die eine Bildaufnahmeeinheit mit einer Vielzahl in einer Matrix angeordneter fotoelektrischer Wandlerzellen, eine Speicheranordnung zum Speichern von in der Bildaufnahmeeinheit gesammelten Signalladungen, ein zweites Schieberegister zum Auslesen der Signalladungen aus der Speicheranordnung und ein erstes Schieberegister aufweist, die zum Auslesen der Signalladungen aus der Bildaufnahmeeinheit zwischen der Bildaufnahmeeinheit und der Speicheranordnung angeordnet ist. Infolgedessen kann das zu einem jeweiligen Zeitpunkt von der Bildaufnahmeeinheit erzeugte Bildsignal eines Objekts aus den jeweiligen Schieberegistern als zwei Halbbildsignale unter gegenseitiger Verschachtelung bzw. Zwischenzeilen-Versetzung ausgelesen werden. Dadurch ist die Umsetzung in das herkömmliche Fernsehsignal einfach, so daß damit die Bildaufnahme-Einrichtung für die Standbild-Videobetriebsart geeignet ist.

Da ferner für die jeweilige Dauer des Auslesens des Halbbildsignals die Eingangssignalleitung zu der Signalverarbeitungsschaltung umgeschaltet wird, werden die Rauschsignale der Verstärker für das Umsetzen der Signalladungen der Übertragungsvorrichtung in Spannungen nicht miteinander zusammengesetzt, so daß ein Signal mit einem hohen Nutzsignal/Störsignal-Verhältnis bzw. einem hohen Rauschabstand erzeugt wird.

Die Fig. 8 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Bildaufnahmevorrichtung. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann ein auf dem Unterschied des Auslesens aus der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß der Darstellung in Fig. 1 beruhender Unterschied zwischen Pegeln der Auslesesignale kompensiert werden.

Das zweite Ausführungsbeispiel wird nun anhand der Fig. 8 erläutert, in welcher mit 11 eine Bildübertragungs-Ladungskopplungsvorrichtung gemäß der Darstellung in Fig. 2 mit ungefähr 570 Horizontal-Zellen und ungefähr 490 Vertikal-Zellen bezeichnet ist (FT-CCD). Mit 12 ist eine Treiberstufe als Zusammensetzungs- bzw. Addiersteuervorrichtung für die Ladungskopplungsvorrichtung (CCD) 11 bezeichnet, mit 13 ist ein Synchronisiersignalgenerator zum Erzeugen von Impulsen für die Ansteuerung der Ladungskopplungsvorrichtung 11 bezeichnet, mit 14 ist eine Blenden/Verschlußsteuerschaltung zum Steuern der der Ladungskopplungsvorrichtung 11 zugeführten Lichtstärke bezeichnet, mit 15 ist eine erste Betriebsartwählschaltung zum Wählen der Laufbild-Videobetriebsart oder der Standbild-Videobetriebsart bezeichnet, mit 16 ist eine Belichtungsautomatik- bzw. Belichtungssteuereinheit als Leuchtdichte-Bestimmungsvorrichtung zum Festlegen eines Blendenwerts einer Blende und einer Verschlußzeit aufgrund des Ausgangssignals der Ladungskopplungsvorrichtung 11 bezeichnet, mit 17 ist eine automatische Verstärkungssteuereinheit bzw. ein Regelverstärker zum veränderbaren Steuern eines Signalpegels im Falle eines selbst bei mittels der Belichtungssteuereinheit 16 voll geöffneter Blende niedrigen Signalpegels bezeichnet, mit 18 ist eine Signalverarbeitungsschaltung mit einer Verarbeitungsschaltung, einer Codierschaltung und einer Modulationsschaltung zum Umsetzen des Ausgangssignals des Regelverstärkers 17 in ein Aufzeichnungssignal bezeichnet, mit 19 ist ein Aufzeichnungskopf bezeichnet, mit 20 ist ein Aufzeichnungsmechanismus mit einem Motor bezeichnet, mit 21 ist eine Drehzahlsteuerschaltung zum Steuern der Drehzahl und der Phase des Motors des Aufzeichnungsmechanismus 20 mittels Steuerimpulsen aus dem Synchronisiersignalgenerator 13 bezeichnet, mit 22 ist ein NAND-Glied bezeichnet, mit 23 ist ein UND-Glied bezeichnet, mit 24 ist ein Schaltglied bezeichnet, mit 25 ist eine zweite Betriebsartwählschaltung zum Wählen der manuellen oder automatischen Wahl der Vollbild-Betriebsart und der Halbbild-Betriebsart bei der Standbild-Videobetriebsart bezeichnet und mit 26 ist eine dritte Betriebsartwählschaltung zum Wählen der Vollbild-Betriebsart oder der Halbbild-Betriebsart bei dem Einschalten der manuellen Wahl mittels der Betriebsartwählschaltung 25 bezeichnet. Die Schaltungen 22 bis 26 bilden eine Bestimmungs- bzw. Befehlsvorrichtung. Mit 30 ist ein Schaltglied bezeichnet, das einen Verstärker als Pegeleinstellvorrichtung enthält.

Wenn mittels der ersten Betriebsartwählschaltung 15 die Laufbild-Videobetriebsart gewählt wird, nimmt das Ausgangssignal der Betriebsartwählschaltung 15 den niedrigen Pegel "L" an, aufgrund dessen der Synchronisiersignalgenerator 13 Steuerimpulse für die Laufbild-Videobetriebsart erzeugt. Wenn ein nicht gezeigter Auslöseschalter betätigt wird, werden die Schaltungen mit Strom versorgt, um einen Aufzeichnungsvorgang einzuleiten. Da bei der Laufbild-Videobetriebsart fortgesetzt aufgezeichnet wird, wird von der Belichtungssteuereinheit 16 die Blende gesteuert, während der Regelverstärker 17 eine Gegenkopplungssteuerung mit einer geeigneten Zeitkonstante ausführt. Die Auslese-Betriebsart der Ladungskopplungsvorrichtung 11 wird auf die Halbbild-Betriebsart eingeschaltet, wobei das Signal über den Ausgangsverstärker 107 aus dem zweiten Horizontal-Schieberegister 105 nach Fig. 2 ausgelesen wird.

Wenn mit der ersten Betriebsartwählschaltung 15 die Standbild-Videobetriebsart gewählt wird, nimmt das Ausgangssignal der Betriebsartwählschaltung 15 den hohen Pegel "H" an, mit dem dem Synchronisiersignalgenerator 13 die Erzeugung von Steuerimpulsen für die Standbild-Videobetriebsart befohlen wird. Von der Belichtungssteuereinheit 16 werden die Verschlußzeit und der Blendenwert der Blende bestimmt und der Blenden/Verschluß-Steuerschaltung 14 zugeführt. Gemäß der vorangehenden Beschreibung bestehen bei der Standbild-Videobetriebsart die Halbbild-Betriebsart und die Vollbild-Betriebsart. Zur automatischen Wahl der Halbbild-Betriebsart oder der Vollbild-Betriebsart wird das Schaltglied 24 auf einen Kontakt (a) geschaltet. Falls bei der automatischen Wahl der Betriebsart von der Belichtungssteuereinheit 16 erfaßt wird, daß die Leuchtdichte des Objekts gering ist, nimmt eine Ausgangsleitung 27 den hohen Pegel "H" an. Damit nimmt das Ausgangssignal des NAND-Glieds 22 und auch das Ausgangssignal des UND-Glieds 23 den niedrigen Pegel "L" an, so daß der Synchronisiersignalgenerator 13 in der Standbild-Videobetriebsart auf die Halbbild-Betriebsart geschaltet wird. Falls die Leuchtdichte des Objekts nicht niedrig ist, hat die Ausgangsleitung 27 den niedrigen Pegel "L", so daß die Ausgangssignale des NAND-Glieds 22 sowie des UND-Glied 23 den hohen Pegel "H" annehmen, durch den der Synchronisiersignalgenerator 13 in der Standbild-Videobetriebsart auf die Vollbild-Betriebsart geschaltet wird.

Wenn mit der zweiten Betriebsartwählschaltung 25 die manuelle Wahl bzw. die Wahl von Hand eingeschaltet wird, wird das Schaltglied 24 auf einen Kontakt (b) geschaltet, wodurch eine Einstellung mittels der dritten Betriebsartwählschaltung 26 überprüft wird. Mit der dritten Betriebsartwählschaltung 26 kann bei der Standbild-Videobetriebsart entweder die Halbbild-Betriebsart oder die Vollbild-Betriebsart gewählt werden.

Wenn bei der Standbild-Betriebsart die Halbbild-Betriebsart gewählt wird, kann selbst bei niedriger Leuchtdichte des Objekts ein Bild mit hohem Nutzsignal/Störsignal-Verhältnis bzw. Rauschabstand erzeugt werden. Wenn die Leuchtdichte des Objekts hoch ist, kann ein weichgezeichnetes bzw. unscharf eingestelltes Bild erzeugt werden.

Wenn die Vollbild-Betriebsart gewählt wird, wird ein scharfes Bild mit hoher Auflösung erzeugt.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird bei der Halbbild-Betriebsart das Ausgangssignal des zweiten Horizontal-Schieberegisters nach Fig. 2 herangezogen, während bei der Vollbild-Betriebsart die Ausgangssignale des ersten und des zweiten Horizontal-Schieberegisters herangezogen werden; die Signale bei den jeweiligen Betriebsarten werden selektiv über das Schaltglied 30 abgegeben. Es wird nun die Funktionsweise des Schaltglieds 30 in Einzelheiten erläutert.

Die Fig. 9 zeigt eine erste Ausführungsform des Schaltglieds 30. Mit 40 ist ein Addierer bezeichnet, mit 41 ist ein Verstärker bezeichnet und mit 42 ist ein Schalter bezeichnet. Bei der Vollbild-Betriebsart werden die Signale 1A und 1B aus dem ersten bzw. dem zweiten Horizontal-Schieberegister miteinander in dem Addierer 40 addiert und das Summensignal wird mittels des Verstärkers 41 so eingestellt, daß sein Pegel gleich dem Pegel des Signals 1C aus dem zweiten Horizontal-Schieberegister bei der Halbbild-Betriebsart ist. Bei der Halbbild-Betriebsart wird das Signal dem Schalter 42 direkt zugeführt, ohne daß es über den Verstärker 41 geleitet wird. Der Schalter 42 wird bei der Vollbild-Betriebsart auf einen Kontakt (a) und bei der Halbbild-Betriebsart auf einen Kontakt (b) geschaltet. Auf diese Weise wird ein Unterschied der Auslesesignalpegel zwischen der Vollbild-Betriebsart und der Halbbild-Betriebsart beseitigt. Da der Signalpegel eingestellt wird, bevor das Signal an die Belichtungssteuereinheit 16 angelegt wird, wird ein komplizierter Aufbau der nachfolgenden Schaltungen vermieden.

Die Fig. 10 und 11 zeigen eine zweite Ausführungsform 30′ bzw. eine dritte Ausführungsform 30′′ des Schaltglieds 30.

Nach Fig. 10 werden zum Festlegen der Verstärkung für die an dem Halbleiterplättchen ausgebildeten Verstärker 110 und 107 der Ladungskopplungsvorrichtung bzw. einer Gesamtverstärkung der Bildaufnahmeeinheit 101, der Speicheranordnung 103, der Schieberegister 105 und 108 und der Verstärker 107 und 110 bei der Vollbild-Betriebsart die Signale 1A und 1B mittels gesonderter Verstärker 43 und 44 mit unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren verstärkt, wobei die Ausgangssignale der Verstärker 43 und 44 mittels eines Addierers 45 addiert werden. Die Funktionsweise eines Schalters 46 ist die gleiche wie diejenige des Schalters 42 nach Fig. 9.

Nach Fig. 11 wird bei der Halbbild-Betriebsart der Pegel des Auslesesignals 1C mittels eines Dämpfungssglieds 48 verringert, um damit den Pegel an den Pegel des Auslesesignals bei der Vollbild-Betriebsart anzugleichen. Mit 47 ist ein Addierer bezeichnet, während mit 49 ein Schalter bezeichnet ist.

Während vorstehend die Bildübertragungs-Ladungskopplungsvorrichtung (FT-CCD) beschrieben wurde, werden nachstehend eine Zwischenzeilen-Ladungskopplungsvorrichtung (IL-CCD) und eine Metalloxidhalbleiter-Ladungskopplungsvorrichtung (MOS-CCD) kurz erläutert.

Die Fig. 12 zeigt den Aufbau von Hauptteilen bei einer zweiten Ausführungsform der Bildaufnahmevorrichtung in der Bildaufnahme-Einrichtung, bei welcher die Zwischenzeilen-Übertragungs-Ladungskopplungsvorrichtung (IL-CCD) verwendet wird. Mit 151 und 152 sind fotoempfindliche Elemente bzw. Fotozellen bezeichnet, die in der Form einer Matrix angeordnet sind. Mit 153 sind Vertikal-Schieberegister bezeichnet, die aus den Fotozellen elektrische Informationen aufnehmen und sie in vertikaler Richtung übertragen. Mit 154 ist ein Horizontal-Schieberegister bezeichnet, mit 155 ist ein Ausgangsverstärker bezeichnet, mit 156 ist ein Schaltglied als Schaltvorrichtung bei dieser Ausführungsform der Bildaufnahmevorrichtung bezeichnet und mit 157 ist ein Verstärker mit steuerbarer Verstärkung bzw. ein Regelverstärker bezeichnet.

Mit TG1 und TG2 sind Gate-Elektroden bzw. Schaltelektroden bezeichnet. Die Elektrode TG1 bildet Wege zum Zuführen der elektrischen Informationen aus den geradzahligen Zeilen der Fotozellen zu den Vertikal-Schieberegistern. Die Elektrode TG2 bildet Wege zum Zuführen der elektrischen Informationen aus den ungeradzahligen Zeilen der Fotozellen zu den Vertikal-Schieberegistern.

Bei der Standbild-Videobetriebsart werden nach der Bildaufnahme und dem Schließen des Verschlusses die Informationsladungen der dem ungeraden Halbbild entsprechenden Fotozellen (n₁, n₂ . . .) über die Elektrode TG2 zu den Vertial-Schieberegistern 153 übertragen und dann für eine jeweilige Horizontal-Periode aus dem Horizontal-Schieberegister 154 ausgelesen und über den Verstärker 155 als Ausgangssignal der Ladungskopplungsvorrichtung für das ungerade Halbbild ausgegeben. Wenn alle Signale für das ungerade Halbbild ausgelesen worden sind, werden bei der Periode für das nachfolgende gerade Halbbild über die Elektrode TG1 aus den Fotozellen für das gerade Halbbild (m₁, m₂ . . .) die Ausgangssignale der Ladungsvorrichtung für das geradzahlige Halbbild ausgelesen. Diese Betriebsart wird Vollbild-Betriebsart genannt, wobei die bei dieser Betriebsart fotoelektrisch umgewandelte Informationsladung mit C1 bezeichnet wird.

Bei der Halbbild-Betriebsart der Standbild-Videobetriebsart werden die Informationsladungen aus einem Paar aus einem ungeraden Halbbild und einem geraden Halbbild, die einander benachbart sind, mittels der Vertikal-Schieberegister 153 addiert und aus dem Horizontal-Schieberegister 154 über den eingegliederten Verstärker 155 ausgegeben. Hierbei ist eine Informationsladung C2 durch C1=1/2 C2 gegeben.

Da gemäß der vorstehenden Beschreibung bei der Standbild-Videobetriebsart die Mengen der Informationsladungen bei der Vollbild-Betriebsart und der Halbbild-Betriebsart voneinander verschieden sind, sind der Schalter 156 und der Verstärker 157 dafür vorgesehen, die Pegel der Ausgangssignale der Ladungskopplungsvorrichtung einzustellen bzw. aneinander anzugleichen. Bei der Vollbild-Betriebsart wird der Schalter 156 auf einen Kontakt (b) geschaltet, wobei das Auslesesignal mittels des Verstärkers 157 auf den gleichen Pegel wie das Auslesesignal bei der Halbbild-Betriebsart eingestellt wird und dann der automatischen Verstärkungssteuerung bzw. dem Regelverstärker zugeführt wird.

Die Fig. 13 zeigt den Aufbau einer MOS-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung der Bildaufnahme-Einrichtung.

Der MOS-Bildwandler weist fotoempfindliche Elemente bzw. Fotozellen 161, eine Horizontal-Abtastschaltung 162 und eine Vertikal-Abtastschaltung 163 auf. Die Funktionsweise des MOS-Bildwandlers ist bekannt, so daß deren Beschreibung hier weggelassen wird. Da der Bildwandler grundlegend ein X-Y-Abtastwandler ist, kann er leicht in der Vollbild-Betriebsart und der Halbbild-Betriebsart betrieben werden, bei welcher die Signalladungen von zwei benachbarten Zellen kombiniert bzw. addiert werden.

Da gemäß der vorangehenden Beschreibung bei diesen beiden Betriebsarten die Signalpegel der Auslesesignale voneinander verschieden sind, ist es erforderlich, bei den jeweiligen Betriebsarten die Pegel einzustellen.

Die Pegel der Auslesesignale bei diesen Betriebsarten werden dadurch eingestellt, daß das Signal über ein Schaltglied 165 zu einem Verstärker 160 geleitet wird oder nicht.

Gemäß der vorangehenden Beschreibung werden bei den Ausführungsbeispielen der Bildaufnahme-Einrichtung dann, wenn die erste Betriebsart, bei der die Signalladungen benachbarter fotoelektrischer Wandlerzellen der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung zusammengefaßt werden, und die zweite Betriebsart angewandt wird, bei der die Signalladungen der jeweiligen Zellen gesondert ausgelesen werden, die Verstärkungsfaktoren für die Auslesesignale bei den beiden Betriebsarten so eingestellt, daß bei den jeweiligen Betriebsarten Signale des gleichen Pegels abgegeben werden. Infolgedessen ist die Gestaltung der automatischen Belichtungssteuereinheit der Videokamera einfacher.

Ferner wird eine Verringerung der Bildqualität durch den Pegelunterschied zwischen den Auslesesignalen verhindert.

Da gemäß der Darstellung in der Fig. 10 die Pegel für das ungerade und das gerade Halbbild bei der Vollbild-Betriebsart eingeregelt bzw. ausgeglichen werden, wird ein Flimmern des mittels eines Fernsehempfängers reproduzierten Bilds verhindert.

Die Fig. 14 zeigt ein Schaltbild von Hauptteilen der Belichtungssteuereinheit 16 nach Fig. 8. Die Fig. 14 zeigt eine Ausführungsform einer Ermittlungsschaltung zum Ermitteln der Leuchtdichte. Mit 235 ist eine Integrierschaltung zum Integrieren eines von der Bildaufnahmevorrichtung über das Schaltglied 30 zugeführten Videosignals bezeichnet, während mit 236 ein Vergleicher bezeichnet ist. An einen Eingangsanschluß des Vergleichers 236 wird eine Bezugsspannung Vref angelegt.

Das Videosignal wird mittels der Integrierschaltung 235 integriert, deren Ausgangssignal mit der Bezugsspannung Vref mittels des Vergleichers 236 verglichen wird, um damit zu ermitteln, ob die Leuchtdichte gering ist oder nicht. Die Integrierschaltung 235 wird für ein jedes Halbbild mittels eines Vertikalsynchronisiersignal V_D aus dem Synchronisiersignalgenerator 13 gelöscht bzw. zurückgestellt.

Die Fig. 15 zeigt eine Steuerschaltung der Bildaufnahmevorrichtung in einer Ausführungsform, bei der die automatische Belichtungssteuerung nach Fig. 8 ohne das Ausgangssignal der Bildaufnahmeeinheit ausgeführt wird. Gleiche Elemente wie die in Fig. 8 gezeigten sind mit den gleichen Bezugszeichen unter Zusatz des Apostroph-Zeichens bezeichnet. Mit 29 ist eine fotometrische bzw. Lichtmeßvorrichtung wie eine Silicium-Fotodiode bezeichnet. Das Ausgangssignal der Lichtmeßvorrichtung 29 wird der Belichtungssteuereinheit 16′ zugeführt, welche den Regelverstärker 17′ und die Blenden/Verschluß-Steuerschaltung 14′ steuert. Wenn die Standbild-Videobetriebsart und bei dieser die automatische Wahl der Betriebsart gewählt sind, gibt die Belichtungssteuereinheit 16′ an der Ausgangsleitung 27′ ein Signal mit dem Pegel "H" zum automatischen Wählen der Halbbild-Betriebsart ab, wenn das Ausgangssignal der Lichtmeßvorrichtung 29 niedrig ist, nämlich die Leuchtdichte des Objektbilds gering ist. Wenn das Ausgangssignal der Lichtmeßvorrichtung 29 hoch ist, nämlich die Leuchtdichte des Objektbilds hoch ist, gibt die Belichtungssteuereinheit 16′ an der Ausgangsleitung 27′ ein Signal mit dem Pegel "L" für das automatische Wählen der Vollbild-Betriebsart ab.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 15 kann eine Durchschnittslichtmessung oder eine Teillichtmessung dadurch gewählt werden, die an unterschiedlichen Stellen angeordnet sind, wie es bei einer herkömmlichen Kamera erfolgt.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung können gemäß dieser Ausführungsform der Bildaufnahme-Einrichtung selektiv die erste Betriebsart, bei der die Signalladungen aus mindestens zwei benachbarten der Vielzahl fotoelektrischer Wandlerzellen der Bildaufnahmeeinheit kombiniert bzw. addiert werden, oder die zweite Betriebsart eingesetzt werden, bei der die Signalladungen der jeweiligen fotoelektrischen Wandlerzellen gesondert ausgelesen werden.

Infolgedessen ist es möglich, in Abhängigkeit von der Anwendung ein scharfes Bild mit hoher Auflösung oder durch die Addition ein Signal mit einem hohen Nutzsignal/Störsignal-Verhältnis bzw. Rauschabstand zu erzeugen. Wenn die Leuchtdichte des Objekts gering ist, wird die erste Betriebsart gewählt, so daß für das Objekt geringer Helligkeit ein Signal mit hohem Rauschabstand erzeugt wird.

Claims (8)

1. Bildaufnahmevorrichtung mit einem Bildsensor mit einer Vielzahl in einer Matrix angeordneter fotoelektrischer Wandlerzellen zur Umsetzung einer optischen Bildinformation in ein elektrisches Bildsignal, einer Lese-Steuereinrichtung, mit der der Bildsensor in einer Vollbildsignal-Lesebetriebsart, in der das elektrische Bildsignal in Form mehrerer, in einer vorgegebenen Reihenfolge aufeinanderfolgender Teilbildinformationen jeweils entsprechend einem verschachtelten Teil der fotoelektrischen Wandlerzellen aus dem Bildsensor auslesbar ist, sowie in einer Teilbildsignal-Lesebetriebsart betreibbar ist, in der das elektrische Bildsignal in Form einer Teilbildinformation entsprechend einem zusammengesetzten Teil der fotoelektrischen Wandlerzellen aus dem Bildsensor auslesbar ist, sowie mit einer Wähleinrichtung, mit der die von der Lese-Steuereinrichtung auszuführende Lesebetriebsart wählbar ist, gekennzeichnet durch eine Pegeleinstelleinrichtung (30; 30′; 30′′), die den Pegel des mittels der Lese-Steuereinrichtung (Fig. 8, 15) ausgelesenen elektrischen Bildsignals in Übereinstimmung mit der mittels der Wähleinrichtung (22 bis 26) gewählten Lesebetriebsart auf einen vorgegebenen Pegel bringt.

2. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lese-Steuereinrichtung (Fig. 8, 15) eine Treiberschaltung (12; 12′) aufweist, die vorbestimmte Teile der in der Bildaufnahmevorrichtung gesammelten elektrischen Bildsignale addiert.

3. Bildaufnahmevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Wähleinrichtung (25; 25′) eine manuelle oder automatische Wahl der Lesebetriebsart durchführbar ist.

4. Bildaufnahmevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lese-Steuereinrichtung (Fig. 8, 15) eine Leuchtdichte-Bestimmungsvorrichtung (16; 16′) aufweist, die die Leuchtdichte eines Bildsignals ermittelt und ein Signal erzeugt, das die Wähleinrichtung (22 bis 26; 22′ bis 26′) veranlaßt, die Lesebetriebsart für Teilbildsignale zu wählen, wenn die ermittelte Leuchtdichte des Bildsignals unterhalb eines vorgegebenen Werts liegt.

5. Bildaufnahmevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lese-Steuereinrichtung (Fig. 8, 15) einen Verstärker (17; 17′) mit einstellbarer Verstärkung aufweist.

6. Bildaufnahmevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pegeleinstelleinrichtung (30; 30′; 30′′) den Pegel des ausgelesenen Bildsignals derart einstellt, daß die eingestellten Pegel bei jeder Lesebetriebsart gleich sind.

7. Bildaufnahmevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere Auslesevorrichtungen (105, 108; 153, 154; 162, 163) zum Auslesen der elektrischen Bildsignale aufweist.

8. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Auslesevorrichtungen (105, 108; 153, 154; 162, 163) jeweils ein Horizontal-Schieberegister aufweisen.