DE3248419C2

DE3248419C2 -

Info

Publication number: DE3248419C2
Application number: DE3248419A
Authority: DE
Inventors: Shigeyuki Machida Kanagawa Jp Ochi; Seisuke Mitaka Tokio/Tokyo Jp Yamanaka
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1981-12-30
Filing date: 1982-12-28
Publication date: 1992-12-03
Also published as: SE457191B; DK166791B1; DK578482A; FR2519219B1; GB2112603A; CH662687A5; ES518668A0; FR2519219A1; AU560454B2; BR8207546A; ES8402432A1; DE3248419A1; SE8207468D0; JPS58117776A; GB2112603B; ATA472382A; SE8207468L; NL191450B; AU9179482A; AT389964B

Description

Die Erfindung betrifft ein CCD-Bildaufnahmegerät zum Aufnehmen von Stehbildern.

Ein Gerät gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus US 40 57 830 bekannt. Bei ihm wird die Belichtungszeit über einen Verschluß eingestellt, der außer in der Zeitspanne, in der das Stehbild aufgenommen wird, geschlossen ist. Jedes Stehbild besteht aus zwei Halbbildern, die gleichzeitig aufgenommen und auch gleichzeitig ausgelesen werden, wobei aufeinanderfolgend jeweils eine Zeile für das ungeradzahlige und das geradzahlige Halbbild gleichzeitig ausgelesen werden. Bei diesem Gerät ist es von Nachteil, daß es schwierig ist, Belichtungsgrößen richtig einzustellen.

Der eben beschriebene Nachteil ist bei einem Gerät vermieden, wie es in US 41 31 919 beschrieben ist. Dieses Gerät verfügt nämlich über keinen mechanischen Verschluß, so daß dauernd Licht auf den CCD-Bildsensor fällt, wodurch es möglich ist, dauernd die bestgeeigneten Belichtungsgrößen einzustellen. Dieses Gerät weist einen sogenannten elektronischen Verschluß auf, der so funktioniert, daß die fotoempfindlichen Bereiche durch entsprechendes Anlegen von Spannungen in gewissen Zeitperioden am Aufnehmen von Ladungen gehindert werden. Wenn ein Stehbild aufgenommen werden soll, werden während der Belichtungszeit solche Spannungen angelegt, daß Potentialtöpfe entstehen, die das Aufnehmen von Ladungen ermöglichen. Während jeder Belichtungszeit wird die Information für ein Halbbild aufgenommen. Zwei Halbbilder werden somit aufeinanderfolgend erfaßt. Unmittelbar vor dem Auslesen der Ladungen aus den fotoempfindlichen Bereichen werden Ladungen aus Registern ausgeschwemmt, damit diese Ladungen die Bildinformation nicht verfälschen. Nachteilig bei diesem Gerät ist, daß auch noch während des Auslesens der während der Belichtungszeit aufgenommenen Ladungen Licht auf den Sensor fällt, wodurch auch nach Ablauf der Belichtungszeit noch Ladungen erzeugt werden. Dies verfälscht die Bildinformation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein CCD-Bildaufnahmegerät anzugeben, das so ausgebildet ist, daß vor dem Aufnehmen eines Stehbildes Belichtungsinformation zuverlässig gewonnen werden kann und daß nach dem Aufnehmen des Stehbildes die aufgenommene Information während des Auslesens von Ladungen nicht durch weiterhin auftreffendes Licht verfälscht wird.

Die Erfindung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 gegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand abhängige Ansprüche.

Beim erfindungsgemäßen CCD-Bildaufnahmegerät ist eine Steuerung so ausgebildet, daß sie den Verschluß außer während des Auslesens von Ladungen nach dem Aufnehmen eines Stehbildes dauernd geöffnet hält. Wenn ein Verschlußbetätigungsknopf zum Aunehmen eines Stehbildes betätigt wird, verschließt die Steuerung den Verschluß nicht unmittelbar, sondern sie wartet ab, bis ein Vertikalsynchronisiersignal abgelaufen ist. Bis zum Auflauf dieses Signals liest sie zuvor gespeicherte Ladungen aus. Damit sind die fotoempfindlichen Bereiche zum genannten Zeitpunkt von Ladungen frei. Der Verschluß bleibt dann noch für die Belichtungszeit geöffnet. Nach seinem Schließen wird die Information für das Stehbild ausgelesen.

Vorzugsweise wird die während des Aufnehmens eines Stehbildes gespeicherte Ladung nicht unmittelbar im Anschluß an das Verschließen des Verschlusses ausgelesen, sondern es werden zunächst Ladungen aus den Registern ausgeschwemmt, die sich unter Umständen dort angesammelt haben.

Die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Weiterbildungen derselben und deren Vorteile werden im folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Bildaufnahmegerät,

Fig. 2A-2E Zeitdiagramme zum Erläutern der Funktion des Bildaufnahmegerätes gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Festkörperbildensor eines erfindungsgemäßen Bildaufnahmegerätes,

Fig. 4A Draufsicht auf einen Festkörperbildsensor eines erfindungsgemäßen Bildaufnahmegerätes mit Darstellung des Ladungstransportes während der Tor-offen-Periode des Normalzustandes,

Fig. 4B eine Ansicht wie in Fig. 4A, jedoch während einer Signallese-Periode,

Fig. 4C eine an sich wie in Fig. 4A, jedoch während einer Ladungswegschwemm-Periode,

Fig. 4D eine Ansicht wie in Fig. 4A, jedoch während einer Stehbild-Aufnahmefunktion, in der zu einem ersten Teilbild gehörige Ladungen übertragen werden,

Fig. 4E eine Ansicht wie in Fig. 4D, jedoch während der Übertragung von zum zweiten Teilbild gehörigen Ladungen,

Fig. 5 ein schematisches Blockdiagramm einer Schaltung zum automatischen Einstellen der Blendenverschlußzeit,

Fig. 6A-6C Signalzugdiagramme zum Erläutern der Funktion des Regelsystems gemäß Fig. 5 und

Fig. 7A-7H Signalzugdiagramme zum Erläutern der Funktion eines weiteren Bildaufnahmegerätes.

Bei der Stehbildkamera gemäß Fig. 1 ist ein Festkörperbildsensor 9 vorhanden. Die von diesem Bildwandler erhaltene Bildinformation wird auf einer Magnetplatte 12 gespeichert.

Ein Kameragehäuse 1 weist ein Linsensystem 2 auf, durch das Licht eintritt. Das Licht dringt dann durch eine Blende 3 und trifft auf einen Verschluß 4. Ist der Verschluß geöffnet, so trifft das Licht auf einen halbverspiegelten Spiegel 6, der einen Teil des Lichtes auf den Festkörperbildsensor 9 auftreffen läßt und einen anderen Teil auf einen zweiten Spiegel 7 und einen Sucher 8 spiegelt. Das Ausgangssignal vom Festkörperbildsensor 9 wird einem magnetischen Aufzeichnungsgerät 20 zugeführt. Bei der dargestellten Kamera wird das Bild also auf die Magnetplatte 12 und nicht auf einen chemischen optischen Film, wie herkömmlich, aufgezeichnet. Das Bild wird in elektrische Signale umgewandelt und so auf der Platte 12 gespeichert.

In das magnetische Aufzeichnungsgerät 20 kann die Magnetplatte 12 als magnetisches Aufzeichnungsmittel innerhalb einer Ummantelung 14 eingesetzt werden. Nach dem Aufzeichnen kann die Ummantelung 14 wieder aus dem Gehäuse 1 entnommen werden, um die auf der Platte 12 gespeicherten Bilder wiederzugeben. Die Platte 12 wird mit vorgegebener Geschwindigkeit durch einen im Gehäuse 1 angebrachten Drehmotor 13 drehend angetrieben. Die Bilder werden durch einen Magnetkopf 11 auf der Magnetplatte 12 aufgezeichnet. Der Kopf 11 erhält über eine Signalverarbeitungsschaltung 10 Bildinformation, die durch den Festkörperbildsensor 9 in elektrische Signale umgewandelt ist.

Ein Verschlußbetätigungsknopf 5 betätigt eine Steuerschaltung 70, die eine Ausgangsspannung an eine Verschlußtreiberschaltung 40 abgibt, die den Verschluß 4 steuert. Wenn der Verschlußbetätigungsknopf 5 zum Aufnehmen eines Bildes gedrückt wird, wie weiter unten näher beschrieben wird, erfolgt Betätigung des Verschlusses 4, nachdem die Magnetplatte 12 die richtige Phase und Drehgeschwindigkeit erhalten hat, so daß eine Aufzeichnung durch das Aufnahmegerät 20 synchron mit der Bildauslese aus dem Festkörperbildwandler 9 erfolgen kann. Die ein einziges Stehbild darstellende Bildinformation wird auf einer von mehreren Spuren aufgezeichnet, die konzentrisch auf der Magnetplatte 12 vorhanden sind. Wenn die so auf der Magnetplatte 12 aufgezeichnete Information durch eine Abspielvorrichtung wiedergegeben wird, wird ein Stehbild auf dem Schirm eines gewöhnlichen Fernsehempfängers wiedergegeben. Die Ummantelung 14 kann mit der in ihr enthaltenen Magnetplatte 12 aus dem Kameragehäuse 1 entnommen werden und in das Abspielgerät eingesetzt werden.

Bei einem anmeldegemäßen Bildaufnahmegerät ist der Verschluß 4 normalerweise offen. Wenn der Verschlußbetätigungsknopf gedrückt wird, wird ein Verschlußbetätigungssignal S_S durch die Steuerschaltung 70 an die Verschlußtreiberschaltung 40 zu einer Zeit t_S gegeben, so daß die Schaltung 40 den Verschluß auf das Signal S_S nach dem Verstreichen einer vorgegebenen Entwicklungszeit t_S ab einem Zeitpunkt t₀ eines Vertikalsychronisiersignals V_sync verschließt.

Der Festkörperbildsensor 9 wird durch das Licht bestrahlt, das vom Bild her durch den optischen Weg mit dem Verschluß 4 eintritt. Eine Bildaufnahme erfolgt synchron mit dem Vertikalsynchronisiersignal V_sync. Direkt bevor durch Bestrahlung durch das einfallende Licht erzeugte Ladungen ausgelesen werden, um ein Videosignal zu erzeugen, werden unnötige Ladungen, die noch in Ladeverschiebungsbereichen vorhanden sind, weggeschwemmt und dann erst wird das Signal ausgelesen, während der Verschluß 4 geschlossen ist. Die Arbeitsweise des Verschlusses 4 und des Festkörperbildwandlers 9 sind in den Signalzügen der Fig. 2A-2E dargestellt.

Zunächst wird anhand der Fig. 3 der Aufbau eines verwendeten Festkörperbildsensors 9 beschrieben. Der dargestellte Sensor besteht aus einem ladungsträgergekoppelten Bauteil (CCD - charged coupled device) mit Ladungsübertragung im Zwischenzeilenintervall. Vorhandene fotoempfindliche Bereiche entsprechen Bildelementen eines ersten Teilbildes, z. B. dem Teilbild für die ungeradzahligen Zeilen. Die Bereiche sind in einer Matrix mit Zeilen und Spalten angeordnet. Zweite lichtempfindliche Bereiche 92 entsprechen Bildelementen eines zweiten Teilbildes. Auch diese Bereiche sind in einer Matrix angeordnet, und zwar abwechselnd mit den ersten Bereichen 91. Anschließend an die Bereiche 91 und 92 sind vertikale Schieberegister 93 zum Entfernen elektrischer Ladungen in vertikaler Richtung von den Bereichen 92 und 91 aus vorhanden. Die in den vertikalen Schieberegistern 93 verschobenen Ladungen werden in ein horizontales Schieberegister transportiert, das in dem dargestellten Sensor unten angeordnet ist. Über dieses horizontale Schieberegister 94 werden die elektrischen Ladungen entfernt. Am oberen Ende der vertikalen Schieberegister 93 ist ein Ladungsabsorptionsbereich 95 vorhanden. Zwischen den fotoempfindlichen Bereichen 91 und 92 und den vertikalen Schieberegistern 93 sind Übertragtore 96 bzw. 97 vorhanden. Jedes der vertikalen Schieberegister 93 ist für Ladungstransport in zwei Richtungen ausgebildet, so daß Ladungen entweder zum horizontalen Schieberegister 94 oder aber zum Ladungsabsorptionsbereich 95 transportiert werden können.

Bei einem Festkörperbildsensor 9 mit der beschriebenen Struktur sind die Übertragtore 96 und 97 während einer Tor-offen-Periode T_W offen, die mit dem Vertikalsynchronisiersignal V_sync synchronisiert ist. In den fotoempfindlichen Bereichen 91 und 92 werden während einer Ladungs-Speicherperiode T_C gespeicherte Ladungen durch die Übertragtore 96 bzw. 97 in die vertikalen Schieberegister 93 übertragen. Die Ladungsmenge entspricht der Menge des eingefallenen Lichtes. Die in die vertikalen Schieberegister 93 übertragenen Ladungen werden vertikal in das horizontale Schiebergister 94 während einer Signalleseperiode T_R abhängig von vertikalen Verschiebetaktpulsen Φ_v verschoben, die mit einem Zeilen- oder Horizontalsynchronisiersignal H_sync so synchronisiert sind, daß der Inhalt einer Horizontalzeile während einer Zeilenabtastperiode 1H verschoben wird und die so verschobenen Signalladungen dann aufeinanderfolgend aus dem horizontalen Schieberegister 94 ausgeladen werden. Die vertikalen Schieberegister 93 werden durch Taktpulse Φ_vs während einer Ladungs-Wegschwemmperiode T_L betrieben, die zwischen der Signal-Leseperiode T_R und der Tor-offen-Periode T_W liegt, so daß alle unbenötigten Ladungen, die noch in den vertikalen Schieberegistern 93 zurückgeblieben sind, in den Ladungsabsorptionsbereich 95 weggeschwemmt werden.

Das Auslesen der im Festkörperbildsensor 9 gespeicherten Ladungen erfolgt abhängig von der Betätigung des Verschlusses 4.

Ein in Fig. 2B dargestelltes Verschlußbetätigungssignal S_S wird zu einer Zeit t_s erzeugt, wenn der Verschlußbetätigungsknopf 5 gedrückt wird. Nach dem Verstreichen einer Entwicklungszeit T_S ab einer Zeit t₀ der Rückflanke des ersten in Fig. 2A dargestellten Bild- oder Vertikalsynchronisiersignals V_sync nach dem Auftreten des Signals S_S wird der Verschluß 4 verschlossen, wie dies in Fig. 2C dargestellt ist. Danach wird der Festkörerbildwandler 9, der zur Zeit t₀ geschaltet worden ist, ausgelesen, wie im folgenden beschrieben wird.

Während einer Zeit T_A während der Zeit t₀ sind zunächst alle Übertragtore 96 und 97 während der Tor-offen-Periode T_L offen und die in den fotoempfindlichen Bereichen 91 und 92 während der Ladungs-Speicherperiode T_C gespeicherten ersten und zweiten Teilbild-Ladungen werden gleichzeitig in die vertikalen Schieberegister 93 verschoben, wie dies in Fig. 4A dargestellt ist. Die Signalladungen der einzelnen Teilbilder werden integriert und über das horizontale Schieberegister 94 während der Signal-Leseperiode T_R ausgelesen, wie dies in Fig. 4B dargestellt ist und in Fig. 2E durch angedeutet ist. Nachdem das Auslesen der Signalladungen abgeschlossen ist, werden während der Ladungs- Wegschwemmperiode T_L die in Fig. 2E durch angedeutet ist, unbenötigte Ladungen, die in den vertikalen Schieberegistern 93 verblieben sind, nach oben in den Ladungsabsorptionsbereich 95 verschoben, wie dies in Fig. 4C dargestellt ist. Diese Ladungen werden dann entfernt. Direkt nachdem die unbenötigten Ladungen aus den vertikalen Schieberegistern während der Ladungs-Wegschwemmperiode T_L weggeschwemmt worden sind, folgt die Tor-offen- Periode T_W, wie dies durch W in Fig. 2D angedeutet ist, während der die Übertragtore 96 und 97 wieder geöffnet sind, so daß während der Periode T_C, die mit in Fig. 2D angedeutet ist, gespeicherte Ladungen aus den fotoempfindlichen Bereichen 91 und 92 in die vertikalen Schieberegister 93 übertragen werden. Die Funktionen während der Tor-offen- Periode T_L, der Signal-Leseperiode T_R und der Ladungs-Wegschwemmperiode T_L werden synchron mit dem Vertikalsynchronisiersignal V_sync durchgeführt.

Für den Fall, daß sich die Belichtungszeit T_S vor dem Schließen des Verschlusses 4 über mehrere Teilbilder erstreckt, im vorliegenden Fall über zwei Teilbilder während der Periode T_B nach der Zeit t₀, dürfen die Übertragtore 96 und 97 während der Belichtungszeit T_S nicht öffnen, so daß die fotoempfindlichen Bereiche 91 und 92 während derartiger mehrerer Teilbildperioden innerhalb der Entwicklungszeit T_S Ladungen speichern. Der Verschluß 4 wird zu einer Zeit verschlossen, wie es in Fig. 2C dargestellt ist, nachdem die vorbestimmte Entwicklungszeit T_S ab dem Zeitpunkt t₀ verstrichen ist. Während einer Zeit T_CL, während der der Verschluß verschlossen bleibt, werden die in den fotoempfindlichen Bereichen 91 und 92 während der Enwicklungszeit T_S gespeicherten Ladungen entsprechend den Teilbildern gelesen. Während der ersten vertikalen Abtastperiode V_A, die in der Verschlußperiode T_CL enthalten ist, werden also die Verschlußtore 96 der ersten fotoempfindlichen Bereiche 91 für das erste Teilbild während einer Tor-offen-Periode T_WA geöffnet, so daß die Signalladungen für das erste Teilbild in die vertikalen Schieberegister 93 und dann in das horizontale Schieberegister 94 verschoben werden, wie dies in Fig. 4D dargestellt ist. Die Ladungen werden dann während einer Signal-Leseperiode T_RA gelesen. Während der nächsten vertikalen Abstastperiode V_B werden die Übertragtore 97 der zweiten lichtempfindlichen Bereiche für das zweite Teilbild während einer Tor-offen-Periode T_WB geöffnet, so daß die Ladungen für das zweite Teilbild in die vertikalen Schieberegister 93 und in das horizontale Schieberegister 94 verschoben werden, wie dies in Fig. 4E dargestellt ist. Die Ladungen werden dann während einer Signal-Leseperiode T_RB ausgelesen.

Direkt vor den Tor-offen-Perioden T_WA und T_WB liegen Ladungs-Wegschwemmperioden T_LA bzw. T_LB, während denen unnötige Ladungen in den Ladungsabsorptionsbereich 95 weggeschwemmt werden. Der im vorigen beschriebene Fluß der während der Periode T_C gespeicherten Ladungen ist in den Fig. 2D und 2E durch Pfeile angedeutet.

Die in den fotoempfindlichen Bereichen 91 und 92 während der Entwicklungszeit T_S gespeicherten Ladungen stellen also die Bildinformation für ein erstes bzw. ein zweites Teilbild ohne jegliche räumliche Abweichung der Teilbilder voneinander dar, so daß selbst dann, wenn sich der aufgenommene Gegenstand bewegt, ein Videosignal eines Stillstandbildes erhalten werden kann, das frei von Flackern und anderen Fehlern ist.

Es ist auch möglich, die Länge der effektiven Belichtungszeit über ein Einstellen der Potentiale an den Übertragtoren 96 und 97 während der Belichtungszeit T_S zu steuern. Das oben angegebene Verfahren hat den Vorteil, daß kein Licht auf den CCD-Sensor während des Auslesens fällt, da ja die Ladungen bei geschlossenem Verschluß ausgelesen werden, was dazu führt, daß kein Verschmieren mehr auftritt. Da darüber hinaus unmittelbar vor dem Übertragen der Signalladungen in die Schieberregister 93 unerwünschte Ladungen aus diesen in den Ladungsabsorptionsbereich 95 geschwemmt werden, ist es möglich, Fehler, wie z. B. Überstrahlen, auszuschalten, das durch Restladungen verursacht ist, die mit Signalladungen vermischt werden, die als nächstes gelesen werden sollen.

Da darüber hinaus bei der angegebenen anmeldegemäßen Ausführungsform der Verschluß 4 normalerweise geöffnet ist, ist es auf einfache Art und Weise möglich, die Verschlußgeschwindigkeit und die Blende einfach einzustellen, wie auch der Pegel des Videosignals einfach automatisch einreguliert werden kann, indem die Amplitude derjenigen Ladungen gemessen wird, die aus dem Festkörperbildsensor 9 ausgelesen werden, bevor die Aufnahme eines Stehbildes vor dem Drücken des Verschlußbetätigungsknopfes 5 erfolgt.

In Fig. 5 ist ein Beispiel einer solchen automatischen Eisntellung dargestellt, und zwar eines Steuersystems mit Voreinstellung der Blende. Der Festkörperbildsensor 9 führt die oben angegebene Aufnahmefunktion durch, indem er durch Verschiebetaktpulse Φ_H und Φ_V von einer Treiberschaltung 50 betrieben wird, die synchron mit einem Vertikalsynchronisiersignal V_sync bzw. einem Horizontalsynchronisiersignal H_sync erzeugt werden, die von einem Synchronisiersignalgenerator 51 gebildet werden. Das aus dem Bildwandler 9 ausgelesene Videosignal wird sowohl der Verarbeitungsschaltung 10 wie auch einer Spitzenwert-Ermittlungsschaltung 41 zugeführt, die ein Ausgangssignal abgibt, indem sie den Spitzen-Gleichspannungspegel L_A des Videosignals ermittelt, das vom Bildwandler 9 erhalten wird und den ermittelten Ausgangswert an einen Pegelkomparator 43 gibt. Der Gleichspannungs-Ausgangspegel der Ermittlerschaltung 41 wird erniedrigt oder erhöht, je nachdem ob das Bild des vom Festkörperbildsensors aufzunehmenden Gegenstandes hell oder dunkel ist. Statt der Ermittlung des Spitzenwertes kann auch ein Ermitteln eines Mittelwertes erfolgen.

Durch Ermitteln des Spitzenwertes wird jedoch das Auftreten von Überstrahleffekten eher vermieden.

Das Vertikal- oder Bildsynchronisiersignal V_sync vom Synchronisiersignalgenerator 51 wird einem Sägezahngenerator 42 zugeführt, der ein in Fig. 6B dargestelltes Sägezahnsignal S_W auf ein Eingangssynchronisiersignal hin erzeugt und dieses an den Pegelgenerator 41 gibt. Der Neigungswinkel R des Sägezahnsignals S_W wird abhängig davon bestimmt, wie die in Fig. 1 dargestellte Blende 3 eingestellt ist. Die Blende 3 wird so eingestellt, daß die Öffnung des optischen Weges für das einfallende Licht möglichst gering ist.

Der Pegelkomparator 43 vergleicht den Pegel des Sägezahnsignals S_W mit dem des ermittelten Ausgangssignals L_A und erzeugt ein in Fig. 6C dargestelltes Rechtecksignal S_Q mit einer Pulsbreite τ, die der Belichtungszeit T_S entspricht. Ein monostabiler Multivibrator 44 wird durch die Rückflanke des Signals S_Q getriggert und erzeugt während jedem Zeilenintervall 1V einen in Fig. 6D dargestellten Verschlußtakt Sp, der an ein UND-Gatter 45 gegeben wird.

Das UND-Gatter 45 wird über die Betätigung des Verschlußbetätigungsknopfes 5 gesteuert. Es erhält von einem ersten Flip-Flop 46 und einem zweiten Flip-Flop 47 gebildete Torsignale. Der erste Flip-Flop 46 wird immer dann getriggert, wenn ein Auslöseschalter 71 durch den Verschlußbetätigungsknopf 5 betätigt wird. Der Flip-Flop erzeugt daraufhin ein Ausgangssignal, das an einen Eingang J des zweiten Flip-Flop 47 als Wert logisch 1 gegeben wird. Der zweite Flip-Flop 47 erhält an seinem Takteingang Taktgeberpulse (TG-Pulse), die mit dem Zeilensynchronisiersignal V_sync synchronisiert sind. Der Flip-Flop 47 wird durch den ersten TG-Puls getriggert, der auftritt, nachdem sich der J-Eingang im Zustand logisch 1 befindet. Der TG-Puls ist mit dem vertikalen Synchronisiersignal V_sync durch einen Synchronisiermechanismus synchronisiert, der den Antriebsmotor 13 für die Magnetplatte 12 beinhaltet. Seine Zeitgabe stimmt daher mit dem Signal V_sync überein.

Das bejahende Ausgangssignal vom zweiten Flip-Flop 47 wird als Freigabesignal an den ersten Flip-Flop 46 und als Torsignal an das UND-Glied 45 gegeben. Der erste Flip- Flop 46 erzeugt dann, wie in Fig. 6E dargestellt, ein bejahendes Ausgangssignal S_E vom Wert logisch 1 während einer Periode, die sich von einem Zeitpunkt t_s beim Schließen des Auslöseschalters 71 bis zur Zeit t₀ des ersten TG-Pulses erstreckt.

Danach erzeugt der zweite Flip-Flop 47 ein bejahendes Ausgangssignal S_F vom Wert logisch 1, wie in Fig. 6F dargestellt, während einer Periode ab dem Zeitpunkt t₀ bis zum Zeitpunkt t₁ des nächsten TG-Pulses.

Das UND-Glied 45 erzeugt einen Verschlußpuls S_G, wie in Fig. 6G dargestellt, nachdem die Belichtungszeit T_S ab der Zeit t₀ des ersten Synchronsiersignals V_sync nach dem Zeitpunkt t_s nach dem Rücken des Verschlußbetätigungsknopfes 5 verstrichen ist. Der Verschluß 4 wird, wie in Fig. 5 dargestellt, durch einen Puls S_G geschlossen, der vom UND-Glied 45 zugeführt wird. Der Verschluß ist wie in Fig. 5 sektorförmig ausgebildet und durch das Signal S_G wird eine Verdrehbewegung desselben ausgelöst, wodurch ab einer bestimmten Zeit der Bildsensor 9 vom Licht abgeschirmt wird und ab einer bestimmten Zeit, wenn der Verschluß, wie in Fig. 5 mit einer durchgezogenen Linie angedeutet ist, geöffnet ist, Licht auf den Bildsensor 9 durchgelassen wird. Dank der Verschlußsteuerung ist es möglich, Videosignale angepaßten Pegels beim Aufnehmen eines Stehbildes zu erhalten. Wie oben beschrieben, werden die das Stehvollbild darstellenden Videosignale aus dem Festkörperbildsensor 9 bei geschlossenem Verschluß 4 ausgelesen.

Die oben beschriebene Ausführungsform weist eine automatische Steuerung auf, bei der der Verschlußanschlag voreingestellt wird, was zu einer Veränderung der Belichtungszeit abhängig vom Verschlußanschlag führt. Es kann jedoch auch eine automatische Verstärkungssteuerung für die Videosignale verwendet werden oder es kann die Verschlußgeschwindigkeit voreingestellt werden, indem der Videosignalpegel oder die während der Verschluß-offen-Periode T_A erhaltenen Signalladungen gemessen werden.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform werden die Signalladungen für das erste und das zweite Teilfeld gleichzeitig aus den jeweiligen fotoempfindlichen Bereichen des Festkörperbildsensors 9 während der Verschluß-offen- Periode T_A des Verschlusses 4 ausgelesen. die Ladungen der zwei Teilbilder können jedoch auch abwechselnd wie in einer gewöhnlichen Videokamera ausgelesen werden, so daß Zeilensprung-Fernsehsignale aus den während der Verschluß- offen-Periode T_A gespeicherten Ladungen gebildet werden. Um die Dauer der Ladungs-Speicherperiode T_C zu steuern, kann auch ein Überlaufkanal im Festkörperbildsensor 9 vorhanden sein. Bei festgelegter Verschlußgeschwindigkeit des Verschlusses 4 kann dann die effektive Belichtungszeit T_S durch Steuern der Ladungs-Speicherperiode T_C gesteuert werden.

Wenn die Ladungs-Speicherzeit T_C1 für die ersten lichtempfindlichen Bereiche für das erste Teilbild und die Ladungs-Speicherperiode T_C2 für die zweiten lichtempfindlichen Bereiche für da zweite Teilbild unabhängig voneinander gesteuert werden, kann dies mit einer Bildaufnahmesteuerung gemäß den Signalzügen der Fig. 7A-7H erfolgen. Damit ist es möglich, ein Bildaufnahmegerät zu schaffen, das über die oben erwähnte Betriebsweise des Aufnehmers eines Stehbildes hinaus über die Betriebsweise des Aufnehmens eines bewegten Bildes wie in einer gewöhnlichen Videokamera verfügt.

In Fig. 7A ist ein Zeilen- oder Vertikalsynchronisiersignal V_sync dargestellt. In Fig. 7B ist das zeitliche Auftreten eines Verschlußberätigungssignals S_S dargestellt. Fig. 7C zeigt an, wann der Verschluß 4 geöffnet ist und wann er verschlossen ist. In Fig. 7D ist das Betreiben der Übertragstore dargestellt, die geöffnet werden, um Signalladungen aus den ersten fotoempfindlichen Bereichen für das erste Teilbild in ein vertikales Schieberegister 93 des Festkörperbildsensors 9 zu übertragen. In Fig. 7E ist die entsprechende Signalfolge zum Betreiben der Übertragtore für die zweiten fotoempfindlichen Bereiche dargestellt. Fig. 7E zeigt den Steuerzustand der ersten fotoempfindlichen Bereiche während einer Ladungs-Speicherperiode T_C1. Die Belichtungszeit erstreckt sich über zwei Teilbilder. Die Ladungen werden aber schließlich als Signale eines Teilbildes ausgelesen. Fig. 7G zeigt entsprechend zu Fig. 7F den Steuerzustand der zweiten lichtempfindlichen Bereiche während einer Ladungs-Speicherperiode T_C2. In Fig. 7H ist das Muster der Video-Signale dargestellt, wie es aus dem Festkörperbildsensor 9 gelesen ist.

Während der Periode T_A vor dem Erzeugen des Verschlußbetätigungssignals S_S speichern die fotoempfindlichen Bereiche für das erste Teilbild-Ladungen jeweils mit der Periode eines Vollbildes. Ladungen A, die während der ersten Ladungs-Speicherperiode T_C1 erhalten sind, und Ladungen B für das zweite Teilbild, die während der zweiten Ladungs-Speicherperiode T_C2 erhalten sind, werden mit der Periode eines Vollbildes während der Dauer jeweils eines Teilbildes, jeweils um ein Teilbild versetzt, ausgelesen, so daß das Auslesen mit der Periode eines Teilbildes erfolgt, wobei Videosignale gemäß dem Zeilensprungverfahren erhalten werden. Zur Zeit t₀ des ersten Vertikalsynchronsiersignals nach der Erzeugung des Verschlußbetätigungssignals S_S können die fotoempfindlichen Bereich für das erste und das zweite Teilbild gleichzeitig in den Zustand der Ladungsaufnahme versetzt werden, wodurch Signalladungen A₃ und B₃ für ein Vollbild ohne räumliche Abweichng der Teilbilder erhalten werden. Wenn die Signalladungen A₃ und B₃ der Teilbilder während der Verschlußzeit T_CL des Verschlusses nacheinander gelesen werden, ist es möglich, beim Aufnehmen eines bewegten Gegenstandes ein Videosignal für ein Stehbild zu erhalten, das kein Flackern aufweist, wie schon oben erwähnt worden ist. Der Fluß der gespeicherten Ladungen ist in den Fig. 7F-7H durch Pfeile angedeutet. Gespeicherte Ladungen A₂ und B₂ werden also gleichzeitig gemäß den vertikalen Verschiebepulsen P und Q, die in den Fig. 7D bzw. 7E angedeutet sind, gelesen und die vereinigten Ladungen A₂ und B₂ werden dann, wie in Fig. 7H dargestellt, übertragen. Die so gesammelten Ladungen A₂ und B₂ werden dann während der Ladungs-Wegschwemmperiode in den Ladungsabsorptionsbereich 95 weggeschwemmt, was jedoch nicht näher dargestellt ist.

Die während der Belichtungszeit T_S gesammelten Ladungen A₃ und B₃ werden nacheinander verschoben, wie dies in den Fig. 7F-7H durch Pfeile dargestellt ist und dann jeweils während der Dauer eines Teilbildes ausgelesen. Die Belichtungszeit T_S läuft ab dem Zeitpunkt t₀ des ersten Vertikalsynchronisierpulses, der auf das Betätigen des Verschlußbetätigungsknopfes 5 folgt.

Bei einem anmeldegemäßen Bildaufnahmegerät wird also die tatsächliche Belichtungszeit beim Aufnehmen eines Stehbildes dadurch gesteuert, daß ab einem bestimmten Zeitpunkt während der Ladungs-Speicherperiode des Festkörperbildsensors der normalerweise geöffnete Verschluß geschlossen wird. Der Verschluß dient zum Öffnen oder Schließen des optischen Weges des auf den Festkörperbildsensor gestrahlten einfallenden Lichtes. Indem die Ladungen aus dem Sensor bei geschlossenem Verschluß ausgelesen werden, ist es möglich, ein Stehbild aufzunehmen, das eine erheblich höhere Qualität aufweist als Bilder, bei denen sonst ein Verschmieren wegen geöffnetem Verschluß auftritt. Unerwünschtes Überstrahlen beim Auslesen der Ladungen aus dem Bildsensor wird dadurch vermieden, daß alle unerwünschten vorhergehenden Ladungen aus dem vertikalen Schieberegister direkt vor dem Übertragen der Ladungen aus den fotoempfindlichen Bereichen in die Schieberegister weggeschwemmt werden. Da weiterhin die für ein ganzes Vollbild erhaltenen Ladungen in Teilbildern aufeinanderfolgend ausgelesen werden, wird ein Videosignal für ein Stehbild erzeugt, das kein Flimmern aufweist. Da der Verschluß normalerweise geöffnet ist und dadurch die Belichtung des aufzunehmenden Gegenstandes dauernd gemessen werden kann, ist es bei einem anmeldegemäßen Bildaufnahmeverfahren weiterhin möglich, den Verschlußanschlag oder die Verschlußgeschwindigkeit automatisch voreinzustellen. Durch Messen der im Festkörperbildsensor erzeugten Ladungen werden Steuersignale für die automatische Steuerung gewonnen, um passende Aufnahmebedingungen einzustellen.

Wie beschrieben, kann bei einem anmeldegemäßen Gerät zum Erzeugen eines Stehbildes ein Festkörperbildsensor verwendet werden, der fotoempfindliche Bereiche für Elemente eines ersten Teilbildes und fotoempfindliche Bereiche für Elemente eines zweiten Teilbildes aufweist. Alle Bereiche werden bei geöffnetem Verschluß gleichzeitig bestrahlt. Nach Schließen des Verschlusses werden die Ladungen für das erste Teilbild und das zweite Teilbild nacheinander ausgelesen. Dadurch ist es möglich, ein flimmerfreies Stehbild mit hoher vertikaler Auflösung zu gewinnen.

Bei dem anmeldegemäßen Bildaufnahmegerät ist es möglich, die Ladung-Speicherperiode zu steuern. Dazu wird zu einer bestimmten Zeit der Verschluß geschlossen. Damit ist es auch möglich, die Ladungs-Speicherperiode durch automatisches Steuern eines Verschlußanschlages oder einer Verschlußgeschwindigkeit voreinzustellen. Dadurch kann die richtige Belichtungszeit voreingestellt werden, so daß Stehbilder guter Qualität mit großer Sicherheit hergestellt werden können.

Claims

1. CCD-Bildaufnahmegerät mit

- einem CCD-Bildsensor (9) mit
- - ersten fotoempfindlichen Bereichen (91) zum Speichern von Ladungen zum Erzeugen von Bildelementen eines ersten Halbbildes;
- - zweiten fotoempfindlichen Bereichen (92) zum Speichern von Ladungen zum Erzeugen von Bildelementen eines zweiten Halbbildes;
- - Registern (93, 94) zum Auslesen der Ladungen; und
- - Durchlaßtoren (96, 97) zum gesteuerten Durchlassen der in den fotoempfindlichen Bereichen gespeicherten Ladungen in die Register;
- einem Verschluß (4) zum wahlweisen Sperren des Lichtwegs zum CCD-Bildsensor;
- einer Sensorerregerschaltung (50) zum Ansteuern des CCD- Bildsensors;
- einem Verschlußtreiber (40) zum Ansteuern des Verschlusses;
- einem Verschlußbetätigungsknopf (5) zum Auslösen des Verschlusses; und
- einer Steuerung (70) zum Ansteuern der Sensorerregerschaltung und des Verschlußtreibers und zum Ausgeben von Vertikalsynchronisiersignalen;

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (70) so ausgebildet ist, daß sie

- bis zum Ablauf des Vertikalsynchronisiersignals nach dem Betätigen des Verschlußbetätigungsknopfes (5) den Verschluß (4) geöffnet hält und dabei vor dem Ablauf jedes Vertikalsynchronisiersignals die in den fotoempfindlichen Bereichen (91, 92) gespeicherten Ladungen ausliest und die Helligkeit des empfangenen Lichts mißt, um Belichtungsbedingungen für ein Stehbild automatisch zu bestimmen;
- nach dem genannten Zeitpunkten Verschluß bis zum Ablauf der automatisch bestimmten Belichtungszeit weiter offenhält, aber in dieser Zeitspanne keine Ladungen aus den fotoempfindlichen Bereichen mehr ausliest;
- nach dem Schließen des Verschlusses die Ladungen, aus den fotoempfindlichen Bereichen als Information zum aufgenommenen Stehbild ausliest; und
- nach dem Auslesen der Ladungen den Verschluß wieder öffnet.

2. CCD-Bildaufnahmegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (70) weiterhin so ausgebildet ist, daß sie vor jedem Auslesen von Ladungen aus den fotoempfindlichen Bereichen (91, 92) Ladungen aus den Registern (93) durch entsprechendes Anlegen von Spannungen schwemmt.

3. CCD-Bildaufnahmegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoempfindlichen Bereiche (91, 92) in Spalten angeordnet sind, ein vertikales Schieberegister (93) parallel zu jeder Spalte fotoempfindlicher Bereiche verläuft, an einem Ende der vertikalen Schieberegister ein horizontales Schieberegister (94) und am anderen Ende ein Ladungsabsorptionsbereich (95) angeordnet ist und die Steuerung (70) so ausgebildet ist, daß sie zum Ausschwemmen von Ladungen aus den vertikalen Schieberegistern diese so ansteuert, daß sie ihre Ladungen in den Ladungsabsorptionsbereich übertragen.

4. CCD-Bildaufnahmegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (70) so ausgebildet ist, daß sie eine Blende (3) abhängig von der gemessenen Helligkeit bei festgelegter Belichtungszeit einstellt.

5. CCD-Bildaufnahmegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (70) so ausgebildet ist, daß sie abhängig von der gemessenen Helligkeit die Belichtungszeit bei festgelegter Öffnung einer Blende (3) einstellt.

6. Bildaufnahmegerät nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (70) so ausgebildet ist, daß sie die Einstellung abhängig von einem gemessenen Spitzenhelligkeitswert vornimmt.

7. Bildaufnahmegerät nach einem der Ansprüche 1-6, gekennzeichnet durch

- einen Spitzenhelligkeitsdetektor (41) zum Feststellen der größten Helligkeit des gemessenen Signals,
- eine Bezugspegelsschaltung (42) zum Festlegen eines Helligkeitsbezugspegels und
- einen Vergleicher zum Vergleichen des Signals aus dem Spitzenhelligkeitsdetektor mit dem Bezugspegel.

8. Bildaufnahmegerät nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch

- einen Multivibrator (44), der das Ausgangssignal des Vergleichers (43) erhält, eine Auslösetaste (5, 71),
- einen ersten Flip-Flop (46), der durch die Auslösetaste getriggert wird, und
- ein UND-Glied (45), das die Ausgangssignale des Multivibrators und des Flip-Flop erhält.

9. Bildaufnahmegerät nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen zweiten Flip-Flop (47), der zwischen dem ersten Flip-Flop und dem UND- Glied liegt, wobei am Takt-Eingang des zweiten Flip-Flop (47) Taktgeberpulse zur Triggerung anliegen.

10. Bildaufnahmegerät nach einem der Ansprüche 7-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugspegelschaltung einen Synchronisiergenerator (51), der Vertikalsynchronisiertakte erzeugt, und einen Sägezahngenerator (42) aufweist, der die Vertikalsynchronisiertakte erhält und mit dem Vergleicher (43) verbunden ist.