DE3432229A1

DE3432229A1 - Aufnahmevorrichtung

Info

Publication number: DE3432229A1
Application number: DE19843432229
Authority: DE
Inventors: Tatsuo Musashino Tokio/Tokyo Nagasaki
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1983-09-01
Filing date: 1984-09-01
Publication date: 1985-05-02
Also published as: US4584606A; DE3432229C2

Description

10792 OLYMPUS OPTICAL CO.,LTD.,Tokyo,Japan

Aufnahmevorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Aufnahmevorrichtung, in der ein von einem Objekt aufzunehmendes optisches Bild durch Aufnahmeelemente empfangen wird zur Um Wandlung des optischen Bildes in elektrische Signale, um Video-Ausgangssignale zu erhalten. Insbesondere betrifft die Erfindung Aufnahmevorrichtungen für Fernsehkameras und Elektronenkameras usw., die ein Ladungsvers chieteelement (im folgenden mit CCD bezeichnet) aufweisen.

In letzter Zeit sind bereits Vorrichtungenj die CCD¹S als Aufnahmeelemente in Fernsehkameras, Elektronenkameras usw. verwenden, entwickelt worden.

Wie allgemein bekannt ist, speichert das CCD elektrische Ladung in einer Potentialmulde, die in einem Halbleiter vorgesehen ist und transportiert die gespeicherte Ladung entlang der Halbleiteroberfläche durch aufeinanderfolgendes Verschieben des Potentialminimums bei Anlegen einer Verschiebungsspannung einer externen Spannungsquelle. Das CCD ist ein Operationselement, das die Funktion besitzt, Signale in Kombination mit einer abtastenden Funktion zu speichern. Wenn das CCD als Aufnahmeelement verwendet wird, wird elektrische Ladung proportional zu einer auf die Empfangsfläche einfallenden Lichtintensität in jeder Potentialmulde als Lichtsignal gespeichert.

" q / " 9 :■ τ π

O Γ »-* A— *„ »_ V>

Fig. 1 gibt die Beziehung zwischen der CCD-Ausgangsspannung, die gegen die einfallende Lichtintensität aufgetragen ist, und dieser Intensität wieder, die in logarithmischem Maßstab dargestellt ist, wobei die CCD-Ausgangsspannung linear mit logarithmisch wachsender Lichtintensität bis zu einem konstanten Sättigungswert zunimmt. Der in Fig.1 dargestellte Bereich von einem Rauschpegel N bis zu dem Sättigungswert S wird als Aussteuerungsbereich des CCD's bezeichnet und mit D abgekürzt. Der Aussteuerungsbereich beträgt üblicherweise ungefähr 3OdB.

Andererseits erfordern Aufnähmevorrichtungen gewöhnlich einen Aussteuerungsbereich bzw.Arbeitsbereich von 60-90 dB, so daß sich als eine Schwierigkeit ergibt, daß die einfallende Lichtintensität durch eine Drosselung der von der Lichtquelle einfallenden Lichtintensität auf> den erforderlichen Intensitätsbereich geregelt werden müßte, um den erwähnten Aussteuerungsbereich von 30 dB einzustellen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Aufnahmevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 2 anzugeben, die einen vergrößerten Aussteuerungsbereich aufweist und mit geringem elektronischen Aufwand eine Regelung der Drosselung und des Aussteuerungsbereichs gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchi oder des Anspruchs 2 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung werden durch die Unteransprüche gegeben.

Die erfindungsgemäße Aufnahmevorrichtung ermöglicht es, den Aussteuerungsbereich von Lichtsignalen zu vergrößern, die in elektrische Signale umwandel-

Q i ~· -> ο ") u

O M- ^ i. Z. ϊ_ ι

bar sind, indem Eingangs-und Ausgangssignal der Aufnahmevorrichtung bzw. der Aufnahmeelemente im Hinblick auf die obige Erläuterung in logarithmische Werte umgeformt werden.

Nach Umwandlung der Lichtsignale in elektrische Signale werden in einer nachfolgenden elektronischen Schaltung die Drosselung und der Aussteuerungsbereich eingestellt bzw. geregelt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Kennlinie, die die Beziehung zwischen der Lichtintensität auf eine Aufnahmevorrichtung und ihrem CCD-Ausgangssignal zeigt;

Fig. 2 eine schematische Ansicht, die die grundlegende Idee der erfindungsgemäßen Aufnahmevorrichtung zeigt;

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Aufnahmevorrichtung;

Fig. 4 Kennlinien, die die Beziehung zwischen der Lichtintensität und der CCD-Ausgangssignale für jedes CCD der Vorrichtung aus Fig.3 wiedergeben;

Fig. 5 eine Kennlinie, die die Gesamtbeziehung zwischen der Lichtintensität und des summierten CCD-Ausgangssignals der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung wiedergibt;

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Aufnahmevorrichtung;

Fig. 7 eine vergrößerte Ansicht von vorn auf einen Teil eines optischen Filters, wie es in der Vorrichtung aus Fig. 6 verwendet ist;

Fig. 8 Kennlinien, die die Beziehung zwischen der Lichtintensität und dem CCD-Ausgangssignal bezüglich jedes Filterelements wiedergeben;

Fig. 9 eine Kennlinie, die die Gesamtbeziehung zwischen der Lichtintensität und dem summierten CCD-Ausgangssignal der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtung wiedergibt;

Fig. 10 ein Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Aufnahmevorrichtung;

Fig. 11 eine Kennlinie der Lichtintensität, die durch die in der Fig. 10 gezeigten Lichtquellenanordnung gesteuert wird;

Fig. 12 eine Kennlinie, die die Gesamtbeziehung zwischen der Lichtintensität und dem summierten CCD-Ausgangssignal der in Fig. 10 gezeigten Vorrichtung wiedergibt;

Fig. 13 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels für die in der Fig. 10 gezeigte Umschaltvorrichtung;
30

Fig. 14 ein Blockschaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Aufnahmevorrichtung;

Fig. 15 eine Ansicht von vorn auf das in der Fig. 14 gezeigte Drehfilter;

Ci s- j <- Z _ J

Fig. 16 ein Blockschaltbild eines fünften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Aufnahmevorrichtung ;

Fig. 17 eine Ansicht von vorn auf das in der Fig. 16 gezeigte Drehfilter;

Fig. 18 eine schematische Darstellung des Steuerungsprinzips für die Drosselung in den in den Fig. 3, 6 oder 10 gezeigten Aufnahmevorrichtungen;

Fig. 19 eine schematische Darstellung des Prinzips für die Steuerung des Aussteuerungsbereichs in den in den Fig. 3, 6 oder 10 gezeigten Vorrichtungen;

Fig. 20 eine schematische Darstellung des Prinzips der Drosselung und Steuerung des Aussteuerungsbereichs und der Darstellung auf einem Bildschirm der in den Fig. 3, 6 oder 10 gezeigten Vorrichtungen;

Fig. 21 ein Gesamt-Blockschaltbild einer Aufnahmevorrichtung, die nach der Grundlage des in der Fig. 15 dargestellten Prinzips aufgebaut ist; und 25

Fig. 22 eine schematische Darstellung der in der Fig. 16 gezeigten Vorrichtung, die eine zusätzliche Regelvorrichtung für eine automatische Drosselung aufweist.
30

-1Q-

O H ο Z. Λ <1 J

In der Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein nichtlineares Filter mit einer Kennlinie für die Lichtdurchlässigkeit, die die Intensität χ des einfallenden Lichts L auf eine Intensität log(x + 1) des durchgelassenen Lichts wandelt. Durch Anordnen des Filters 1 auf der Lichtempfangsfläche eines CCD's 2 erzielt man elektrische Signale mit einem größeren Aussteuerungsbereich als von dem CCD2 ohne dieses Filter.

Fig. 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung und stellt ein Blockschaltbild mit 3 CCD's und zwei halbdurchlässigen Spiegeln dar. Die halbdurchlässigen Spiegel 4 und 5, die unter einem Winkel von 45° gegen die Richtung des einfallenden Lichts L geneigt sind, sind in einem vorbestimmten Abstand zueinander auf derselben Geraden angeordnet, auf der sich auch am rückwärtigen Ende eine das einfallende Licht L empfangende Aufnahmelinse 3 befindet.

Die halbdurchlässigen Spiegel 4 und 5 haben jeweils eine Durchlaßcharakteristik, die eine Differenz des reflektierten und durchgelassenen Lichtanteils von ungefähr -30 dB aufweist. Ein CCD 2a ist in Verbindung mit dem halbdurchlässigen Spiegel 4 in einer Richtung senkrecht zum einfallenden Licht L angeordnet und ein CCD 2b ist in Verbindung mit dem halbdurchlässigen Spiegel 5 ebenfalls in einer Richtung senkrecht zum einfallenden Licht angeordnet,wohingegen ein CCD 2c auf der rückwärtigen Seite des halbdurchlässigen Spiegels 5 in Richtung des einfallenden Lichts L angeordnet ist. Jedes der CCD's 2a, 2b und 2c hat einen Aussteuerungsbereich von 30 dB. Die Ausgangesignale der CCD's 2a, 2b und 2c werden einem Addierer 6 zugeführt, so daß an einer Ausgangsklemme 7 ein Summensignal vorliegt. Das Summensignal wird dann in der jeweils verlangten Weise verarbeitet und auf einem nicht gezeigten Bildschirm dargestellt.

Durch einen derartigen Aufbau tritt das einfallende Licht L durch die Aufnahmelinse 3 und wird am halbdurchlässigen Spiegel 4 teilweise reflektiert und teilweise . hindurchgelassen. Das vom halbdurchlässigen Spiegel 4 reflektierte Licht wird vom CCD 2a empfangen und das durch den Spiegel 4 hindurchgelassene Licht trifft auf den halbdurchlässigen Spiegel 5. Das vom halbdurchlässigen Spiegel 5 reflektierte Licht wird vom CCD 2b empfangen und das durch diesen Spiegel hindurchgehende Licht wird vom CCD 2c empfangen. Beträgt der vom halbdurchlässigen Spiegel 4 reflektierte Lichtanteil O dB, so ist der hindurchgelassene Lichtanteil auf -30 dB gedämpft. Der durch den halbdurchlässigen Spiegel 5 hindurchgelassene Lichtanteil wird entsprechend auf -60 dB gedämpft und die von den 3 CCD's 2a, 2b und 2c empfangenen Lichtintensitäten betragen O dB, -30 dB und -60 dB und diese von den CCD's 2a, 2b und 2c jeweils aufgenommenen Signale von O dB, -30 dB und -60 dB werden dem Addierer 6 zur Summenbildung zugeführt. Die Kennlinien, die die Beziehung zwischen dem einfallenden Licht L der Intensität χ und den Ausgangssignalen jedes CCD's 2a, 2b und 2c zeigt, sind in der Fig. 4 dargestellt, wobei die einfallende Intensität χ auf der Abszisse in logarithmischem Maßstab dargestellt ist und die durchgezogene Linie die Beziehung für das CCD 2a, die strichpunktierte Linie für das CCD 2b und die gestrichelte Linie für das CCD 2c zeigen. Entsprechend ergibt sich, wie in der Fig. 5 gezeigt ist, daß das Summensignal der Ausgangsklemme 7 eine logarithmische Kennlinie der Funktion log(x + 1) bezüglich der im logarithmischen Maßstab dargestellten einfallenden Lichtintensität χ aufweist und einen Arbeitsbereich bzw. Aussteuerungsbereich von 90 dB besitzt. In einer solchen Vorrichtung kann der Arbeitsbereich durch Erhöhung der Anzahl der CCD's und der Anzahl der Spiegel

T / ^Λ. O ι 1 Π O 4 O Z Z Z J

erweitert werden oder durch Aufbau einer Anordnung, die die Empfindlichkeit der CCD's auf -30 dB und -60 dB reduziert, um so das CCD-Rauschen zu verringern anstatt die Anzahl der CCD's und halbdurchlässigen Spiegel zu erhöhen.

Fig. 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem ein CCD und ein optisches Filter verwendet sind. Fig. 7 zeigt den Aufbau eines derartigen optischen Filters F. Es ist in der Fig. 7 ein Teil dargestellt, der zwei horizontal angeordnete Reihen von vier Filterelementen 8-11 aufweist, die jeweils einen zueinander um 30 dB verschiedenen Dämpfungsfaktor haben. In dem tatsächlich angewandten Filter sind derartig horizontal angeordnete Reihen in vertikaler Richtung in einer Ebene angeordnet.Das Bezugszeichen 8 bezeichnet Filterelemente mit einem Dämpfungsfaktor von 0 dB und die Bezugszeichen 9, 10 und 11 bezeichnen entsprechend Filterelemente mit Dämpfungsfaktoren von -30 dB, -60 dB und -90 dB. Die Filterelemente 8 und 9 sind abwechselnd auf einer Geraden angeordnet und die Filterelemente 10 und 11 abwechselnd auf einer Geraden, die parallel und benachbart zu der Geraden der Filterelemente 8 und 9 verläuft. Außerdem ist, wie in der Fig. 6 gezeigt ist, das aus diesen Filterelementen aufgebaute optische Filter F mit der Empfangsfläche eines CCD's 2 verbunden, ein Ausgangssignal a wird an den Stellen vom CCD 2 abgenommen, die den Reihen der Elemente 8 und 9 entsprechen, und ein Ausgangssignal b wird an den Stellen des CCD5 2 abgenommen, die den Reihen der Elemente 10 und 11 entsprechen. Dabei besitzt das CCD 2 einen Arbeitsbereich von 30 dB. Das Ausgangssignal a des CCD¹S 2 wird Abtast- und Halteschaltungen 12 und 13

zugeführt ion! das Ausgangssignal b des CCD ¹S 2 wird Abtast- und Halteschaltungen 14 und 15 zugeführt. Den Abtast- und Halteschaltungen 12 und 14 werden Abtastimpulse P₁ zugeführt und den Abtast- und Halteschaltungen 13 und 15 werden Abtastimpulse P₂ zugeführt. Der Abtastimpuls P₁ wird zugeführt zum Abtasten und Halten des CCD-Ausgangssignals, welches dem auf die Filterelemente 8 und 10 einfallenden Licht entspricht, und der Abtastimpuls Pp ist ein Impuls derselben Dauer wie der von P₁ , aber besitzt diesem gegenüber eine Phasennacheilung vom eineinhalbfachen dieser Impulsdauer. Die Ausgangssignale der Abtast- und Halteschaltungen 12 bis 15 werden entsprechenden Begrenzungsverstärkern 16-19 zugeführt, um so auf einen konstanten Amplitudenwert umgesetzt zu werden und werden nachfolgend einem-Addierer 6 zur Addition zugeführt .Das Addierer-Ausgangssignal c wird einer nicht dargestellten Video-Verarbeitungsschaltung zugeführt, um zu Videosignalen verarbeitet zu werden und dann auf einem nicht gezeigten Bildschirm dargestellt zu werden.

Durch eine derartige Anordnung werden die den Lichtintensitäten entsprechenden Ausgangesignale durch die Abtast- und Halteschaltungen 12-15 abgetastet und gehalten ,wobei diese Abtast- und Halteschaltungen 12-15 die entsprechenden Ausgangssignale a₁, ap, b₁ und bp halten, die den Lichtanteilen 0 dB, -30 dB, -60 dB und -90 dB entsprechen, die jeweils durch die Filterelemente 8-11 hindurchgelassen werden. Daher ergibt sich eine Beziehung zwischen den Ausgangssignalen a^, a₂, b₁ und b₂ des CCD's 2 und der durch das optische Filter F hindurchgehenden Lichtintensität χ wie sie in der Fig 8 dargestellt ist, wobei die einfallende Lichtintensität χ in logarithmischem Maßstab auf der Abszisse dargestellt ist und die durchgezogene Linie, die einfach-punktiert- gestrichelte Linie, die zweifach-punktiert-gestrichelte Linie und die gestrichelte Linie jeweils die Eingangs-

o4oZZJ

/Ausgangskennlinie der entsprechenden Filterelemente 8, 9, 10 und 11 wiedergeben. Folglich weist, wie in Fig. 9 dargestellt ist, das Summensignal c eine logarithmische Kennlinie der Funktion log(x +1) bezüglich eines Ausgangssignals log χ auf und hat folglich einen Arbeitsbereich von 120 dB. Weiterhin ist es auch möglich, die in der Fig. 7 gezeigte Anordnung dahingehend abzuändern, daß mindestens vier Filterelemente mit unterschiedlichen Dämpfungsfaktoren vorgesehen sind, daß abwechselnd mindestens zwei Reihen angeordnet werden, die jeweils eine Anordnung von mindestens zwei Filterelementen mit nahe beieinanderliegenden Dämpfungsfaktoren und abwechselnd auf einer Geraden angeordnet, aufweisen, und daß mindestens zwei Abtast- und Halteschaltungen, wie es in der Fig. 6 gezeigt ist, vorgesehen sind und mindestens zwei Abtastimpulse mit unterschiedlicher Phase zum Addieren der Ausgangssignale der Abtast- und Halteschaltungen zugeführt werden.

Fig. 10 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel mit einem CCD und einer Steuervorrichtung für die Beleuchtungsstärke. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Lichtquellenanordnung 20 enthalten, die als Steuer vorrichtung ermöglicht, die einfallende Lichtstärke durch Umschalten zu steuern. Die Lichtquellenanordnung 20 besteht aus einer mit einem Reflektor ausgestatteten Lichtquelle 21, einer Umschaltvorrichtung 22 zum stufenweisen Umschalten des Lichts aif logarithmisch variierte Lichtintensitäten, wie z,B. auf vier Lichtintensitätsstufen, die jeweils um 30 dB Transmission gedämpft sind, und aus einem Lichtweg 24, wobei außerdem eine Linse 23 zur Führung des von der Umschaltvorrichtung 22 hindurchgelassenen Lichts, Glasfaserbündel usw. vorgesehen sind. Das durch den optischen Weg

24 hindurchgehende Licht wird durch eine Aufnahmelinse

25 auf ein darzustellendes (nicht gezeigtes)Objekt ge-

strahlt. Das von diesem Objekt reflektierte Licht wird von einem CCD 2 durch eine Aufnahmelinse 26 aufgenommen, um so zu einem elektrischen Signal umgewandelt zu werden, dessen Wert der einfallenden Lichtintensität L entspricht, und welches einem Umschaltkreis 27 zugeführt wird. Der Umschaltkreis 27 weist eine Anzahl von Ausgängen auf, die der Anzahl der Umschaltstufen für die Lichtintensität der Umschaltvorrichtung 22 in der Lichtquellenanordnung 20 entspricht, und ist so ausgelegt, daß er in der Halbbildaustastperiode synchron mit der Umschaltvorrichtung 22 umgeschaltet wird, indem für beide Umschaltvorgänge dasselbe Umschaltsignal f benutzt wird. Wenn die Lichtintensität in vier Stufen umgeschaltet wird,wird jeder Ausgang des Umschaltkreises 27 mit entsprechenden Halbbildspeichern 28 - 31 verbunden, wobei die Ausgangssignale von jedem dieser Speicher zur Summenbildung auf einen Addierer 6 gegeben werden. Das Summensignal wird durch eine nicht dargestellte Videosignaüverarbeitungsschaltung in ein Videosignal umgeformt und auf einem nicht gezeigten Bildschirm dargestellt.

Durch die beschriebene Anordnung wird die Beleuchtungsstärke des von der Lichtquellenanordnung emittierten Lichts in jeder Halbbildaustastperiode, wie in Fig. 11 gezeigt ist, um 30 dB gedämpft und wird vom CCD 2 .aufgenommen. Das Ausgangssignal des CCD's 2 wird in jeder Halbbildaustastperiode durch den Umschaltkreis 27 umgeschaltet, um dann in den jeweiligen Halbbildspeichern 28 - 31 gespeichert zu werden, deren Ausgangssignale im Addierer 6 summiert werden. Wie anhand der Fig. 12 zu sehen ist, ergibt sich auf diese Weise eine konstante Beziehung zwisehen dem Summensignal des Addierers 6 und der vom Objekt ausgehenden, einfallenden Lichtintensität

•"Tv¹·" I / "» O O "■> "Ί

und der Aussteuerungsbereich dieser Aufnahmevorrichtung ist auf 120 dB ausgedehnt. In der Anordnung der Fig. 10 kann der Arbeitsbereich durch Erhöhung der Lichtumsehaltstufen in der Lichtquellenanordnung 20 vergrößert werden, wobei der Umschaltkreis und die den Umsehaltstufen entsprechende Anzahl der Halbbildspeicher entsprechend erweitert werden.

Fig. 13 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Umschaltvorrichtung 22, wie sie in der Fig. 10 gezeigt ist.In diesem Ausführungsbeispiel enthält die Umschaltvorrichtung 22 eine Umsehalteinrichtung, so daß der Antriebsstrom für die Lichtquelle 21 durch ein Umsehaltsignal f, das vom Ausgang einer Torimpulsgeneratoryorrichtung zum Umschalten 32 geliefert wird, umgeschaltet wird. Eine Halogenoder Xenonlampe wird als Lichtquelle 21 verwendet und die Umschalteinrichtung kann mit vier Widerständen R₁ - R^ von einer Gleichspannungsquelle E über einen Schalter SW verbunden werden, um der Lichtquelle 21 den Antriebsstrom in vier Stufen nacheinander über jeden einzelnen Widerstand mit Hilfe des Umschalt signals f zuzuführen. Die Umschaltvorrichtung 22 kann auch einfach aus einer Transistorschaltung durch Verwendung von Transistoren als Schalter realisiert werden.

Fig. 14 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel, bei dem ein CCD 2 an einem Farbmosaikfilter F₁ befestigt ist und ein Drehfilter 33 an der Vorderseite einer Lichtquelle 21 als Steuervorrichtung für die Lichtintensität bei Farbaufnahme angeordnet ist. In einem solchen Fall besteht das Drehfilter 33 aus einer kreisrunden Blendenscheibe 34, in der natürliche Dichtefilter (ND) 35, 36, 37 und 38 zum Umschalten der Lichtintensität ringförmig zwischen Kreisausschnitts-Blenden angeordnet sind, wie es in der Fig. dargestellt ist.Das ND-Filter ist ein Graufilter und

Ir»
I — O f ^ ^ ^ ^ -,

J H ^ z_ .L <_ J

kann die Lichtintensität unter Beibehaltung des Farbausgleichs reduzieren. Die vier Filter 35-38 können die Lichtintensität auf 1/1, 1/2, 1/4 und 1/8 der Reihe nach von Filter 35 bis Filter 38 reduzieren. Das Drehfilter 33 veist öffnungen 39, 40, 41 und 42 auf, um die Drehlage festzustellen, die auf demselben Kreis und benachbart zum äußeren Umkreis der Kreisausschnitte der Blenden angeordnet sind. Außerdem ist das Drehfilter 33 mit einer Anfangsimpuls-Feststellöffnung H₄₅ versehen, die eine Filterdrehung feststellt. Wie anhand der Fig. 14 zu sehen ist, wird das Drehfilter 33 mit konstanter Geschwindigkeit durch einen Antriebsmotor 43 gedreht und das konvergente Licht der Lichtquelle 21 durch die Linse 23 kann durch Drehen des Drehfilters 33 durch die ND-Filter 35 - 38 hindurchtreten. Ein photoelektrischer Unterbrecher 44 ist benachbart zum äußeren Rand des Drehfilters 33 angeordnet, um die Kreisausschnitts-Blenden zwischen den ND-Filtern zu erfassen und eine Drehung des Drehfilters 33 festzustellen durch Erfassen der Öffnungen 39-42 zum Feststellen der Filterlage und der Anfangsimpuls-Feststellöffnung H_. Ein optoelektronischer Koppler wird als photoelektrischer Unterbrecher 44 angewandt, der zusammen mit dem Verstärker 45, der mit dem photoelektrischen Unterbrecher 44 verbunden ist, eine Drehlage-Feststellvorrichtung bildet. Die Signale von den Öffnungen 39 - 42 und der Öffnung H_s, die durch den elektronischen Unterbrecher 44 aufgenommen werden, werden im Verstärker 45 verstärkt und der Torimpulsgeneratorvorrichtung zum Umschalten 46 zugeführt, die ein Halbbild-Umschaltsignal f in Übereinstimmung mit dem so festgestellten Signal der Öffnungen liefert. Andererseits ist das Mosaikfilter F₁ aus roten(R), grünen (G) und blauen (B) Punkten auf der Lichtempfangsfläche des CCD's angeordnet. Das Licht, welches logarithmisch veränderte Intensitäten aufweist und nach Durchgang durch das Drehfilter 33 ausgestrahlt wird, wird nachfolgend

O 4 sJ /L L. <_

durch das Filter F₁ aufgenommen und das umgewandelte elektrische Signal wird dem Umschaltkreis 27 zugeführt. Der Umschaltkreis 27 wird durch das Halbbild-Umschaltsignal f von der Torimpulsgeneratorvörrichtung zum Umschalten 46 umgeschaltet und die elektrischen Signale vom CCD 2 werden in den Halbbild speichern 28, 29, 30 und 31 in einer Halbbildaustastperiode gespeichert, entsprechend dem Umschalten der Lichtintensität durch das Drehfilter 33. Die Ausgangssignale der Speicher 28, 29, 30 und 31 werden gleichzeitig zeilenweise ausgelesen und dem Addierer 6 zum Summieren zugeführt und der Addierer 6 liefert elektrische Signale mit vergrößertem Aussteuerungsbereich. Das Summensignal wird durch eine nicht dargestellte Videosignalverarbeitungsschaltung in R-, G-, und B-Signale aufgespalten, um diese entsprechenden R-, G- und B-Anschlüssen eines nicht gezeigten Fartb ildschirms zuzuführen, um das Objekt als Farbbild darzustellen.

Fig. 16 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel, welches ein CCD 2 zum Empfang für einfarbiges Licht aufweist und wobei ein Drehfilter 33a, welches R-, G- und B-Licht steuerbarer Intensität durchläßt, an der Vorderseite der Lichtquelle angebracht ist, um eine Farbaufnahme zu gewährleisten. Der sonstige Aufbau dieser Anordnung entspricht dem Aufbau, wie er in der Fig. 14 dargestellt ist. Der Aufbau des Drehfilters 33a ist in Fig. 17 dargestellt. Das Drehfilter 33a besteht aus einer kreisrunden Blendenscheibe 34a, in der vier Sätze von R-,G- und B-Kreisausschnittsfiltern (R₁, G₁, B^), (R₂J G₂, B₂) , (R.,, G-zt Β,) und (R^, G^, B^ ) so angeordnet sind, daß jeder Satz eine logarithmisch variierte Lichtdurchlässigkeit aufweist. Die R-, G- und B-Filter jedes Satzes haben dieselbe Lichttransmission und z.B. liefern die Filter R₁, G₁, B₁ eine andere Lichtintensität als die Filter R₂, G₂, B₂. Die zwölf

Q / ^Λ "* Ί ^

R-, G- und B-Filter sind jeweils zwischen Kreisausschnitts -Blenden angeordnet. Das Drehfilter 33a weist öffnungen 47 - 58 zum Erfassen der Drehlage auf, die auf demselben Kreis und benachbart zum äußeren Kreisumfang der Kreisausschnitts-Blenden vorgesehen sind. Außerdem weist das Drehfilter 33a eine Anfangsimpuls-Feststellöffnung H_g auf, die eine Filterdrehung fest- · stellt. Wie anhand der Fig. 16 zu sehen ist, wird das Drehfilter 33a mit konstanter Geschwindigkeit durch einen Antriebsmotor 43 gedreht und konvergentes Licht der Lichtquelle 21, das durch die Linse 23 hindurchtritt, kann durch die zwölf R-, G- und B-Kreisausschnittsfilter hindurchgehen. Ein photoelektrischer Unterbrecher 44 ist benachbart zum äußeren Rand des Drehfilters 33a angeordnet, um die Kreisausschnitts-Blenden zwischen den R-, G- und B-Filtern zu erfassen und eine Drehung des Drehfilters festzustellen, durch Erfassen der Drehlage der Öffnungen 47 - 58 und der Anfangsimpuls-Feststellöffnung.

Ein photoelektrischer Koppler wird als photoelektrischer Unterbrecher 44 angewandt, der zusammen mit einem mit dem photoelektrischen Unterbrecher verbundenen Verstärker 45 eine Drehlage-Feststellvorrichtung bildet. Die Signale von den Öffnungen 47 - 58 und der Öffnung H_, die durch den photoelektrischen Unterbrecher 44 aufgenommen werden, werden im Verstärker 45 verstärkt und der Torimpulsgeneratorvorrichtung zum Umschalten 46 zugeführt, die ein Halbbild-Umschaltsignal f in Übereinstimmung mit dem so festgestellten Signal der Öffnungen liefert. Auf der anderen Seite empfängt die Fläche des CCD¹S aufeinanderfolgend R-, G- und B-Licht mit logarithmisch variierter Intensität , welches vom Drehfilter 33a in der Reihenfolge R, G und B ausgestrahlt wird, und umgewandelte elektrische Signale werden Halbbildspeichern 28a-28c, 29a - 29c, 30a - 30c und 31a - 31c jeweils durch einen Umschaltkreis 27a in der Reihen-

3432223

folge R, G und B zugeführt. Es sind zwölf Halbbild speicher entsprechend den 12 R- ,G - und B-Filtern vorgesehen, wie in der Fig. 17 gezeigt ist. Der Umschaltkreis 27a wird durch das Halbbild-Umschaltsignal f von der Torimpulsgeneratorvorrichtung zum Umschalten 46 umgeschaltet und die elektrischen Signale vom CCD 2 werden direkt in den Halbbildspeichern 28a - 31c in den Halbbildaustastperioden, entsprechend der Anzahl der Filter in dem Drehfilter 33a, gespeichert. Die Ausgangssignale der Halbbildspeicher 28a - 31c werden gleichzeitig zeilenweise ausgelesen und entsprechend im Addierer 6 summiert. Folglich liefert der Addierer 6 elektrische Signale mit vergrößertem Aussteuerungsbereich. Die Summensignale werden jeweils in R-, G- und B-Farbsignale in einer nicht dargestellten Videosignalverarbeitungsschaltung zerlegt und den R-, G- und B-Anschlüssen eines nicht gezeigten Farbbildschirms zugeführt, um ein Farbbild des Objekts darzustellen.

Fig. 17 zeigt eine einzige Scheibe zur Transmission von farbigem Licht durch eine Anzahl von R-, G- und B-Filtersätzen unterschiedlicher Lichtdurchlässigkeit. Eine derartige Anordnung kann jedoch durch eine Kombination von Farbfiltern derselben Lichtdurchlässigkeit mit ND-Filtern unterschiedlicher Dämpfungsfaktoren ersetzt werden.

Im folgenden wird erläutert, wie die Ausgangssignale mit vergrößertem Aussteuerungsbereich auf nachfolgende Schaltungen gegeben werden, um elektronisch Drosselung oder Verstärkung und den Aussteuerungsbereich zu regeln.

- 21 - 343222J

In einem derartigen Fall bedeutet die Regelung der Drosselung eine entsprechende Änderung der Lichtintensität χ des einfallenden Lichts L. Aus der logarithmischen Beziehung _s

log(x + 1) - logA = log

in welcher χ die einfallende Lichtintensität und A die Verstärkung bezeichnen, kann die Drosselung durch Addition oder durch Subtraktion einer Gleichspannung vom Wert logA elektronisch durchgeführt werden. Das bedeutet, wie in Fig. 18 gezeigt ist, ein Verschieben der Kurve, die die Beziehung Iog(x+1) wiedergibt, in einem Diagramm der Lichtintensität und des Summensignals y in Richtung der y-Achse und die Aufnahme eines Ausgangssignals, welches größer als der O-Pegel ist, durch Erfassen und Ändern des Ausgangssignals. In der Fig.18 aeigt das Segment y^ den Anteil des Ausgangssignals, der durch die Erfassung beseitigt werden muß. Der Aussteuerungsbereich kann dadurch geregelt werden, daß die Steigung der Kurve Iog(x+1) mit dem Faktor B multipliziert wird, um B.log(x+1) zu erhalten, um einen mit dem Aussteuerungs bereich der Bildschirmvorrichtung kompatiblen Aus-Steuerungsbereich einzustellen, wie es in der Fig.19 dargestellt ist.

Es ist auf diese Weise möglich, die Drosselung und den Aussteuerungsbereich durch Änderung der Steigung der Kennlinienkurve I^ (Fig.20) im Diagramm Ausgangssignal/einfallende Lichtintensität, die bei Änderung des Aussteuerungsbereichs logarithmisch umgeformt wird, zu steuern, wobei die Steigung der Kurve I^ zur Steigung der Kurve Ip abgeändert wird und die Kurve Ip durch Änderung der Drosselung durch

_ pb _ ο / ο η ο ο π

- " - ο 4 υ ζ. ζ. Z J

eine P_arallelverschiebung in die Kurve 1, überführt wird, vie anhand der Fig. 20 zu sehen ist. Die Drosselung und der Aussteuerungsbereich werden auf diese Weise dahingehend gesteuert, daß das Ausgangssignal y innerhalb eines darstellbaren Bereichs Y der Monitorvorrichtung verbleibt und das Eingangssignal χ den Eingangsbereich X nicht verläßt.

In der Fig. 21 sind entsprechende Schaltungen zur Steuerung der Drosselung und des Aussteuerungsbereichs dargestellt.

Dabei wird die Drosselung durch Steuerung der Verstärkung des Addierers 6 eingestellt , wenn das einfallende, durch eine CCD-Vorrichtung 59 hindurchgehende Licht L mit einer Eingangsspannung logarithmischer Kennlinie auf den Eingang des Addierers gegeben wird, indem die Steuerspannung geändert wird durch Teilung einer negativen Teiispannung -V, die durch eine Steuereinrichtung 60 geliefert wird. Der Aussteuerungsbereich wird durch Feststellen des Summensignals durch eine Feststellvorrichtung 61 (einen Diodengleichrichter), durch nachfolgendes Belasten einer Aussteuerungsbereichs-Steuervorrichtung 62 mit dem Summensignal und durch Änderung des Dämpfungsfaktors (d.h. durch Änderung eines Potentiometerabgriffes) ausgeführt, um so ein mit dem Aussteuerungsbereich des Eingangs einer Monitorvorrichtung 63 kompatibles Ausgangssignal zu erreichen.

Eine automatische Drosselungsregelung wird durch Kombination einer automatischen Amplitudenregelung oder Verstärkungsregelung (AGC) mit der in Fig. 21 gezeigten Schaltung erzielt,wie es in der Fig. 22 dargestellt ist.

ό 4 O L L <L J

In der Fig. 22 wird die Ausgangsspannung der Feststellvorrichtung 61 aus Fig. 21 durch ein Tiefpaßfilter 64 geführt, um hohe Frequenzkomponenten herauszufiltern und Frequenzkomponenten tiefer Frequenzen zu erhalten, die durch eine Verstärkungsvorrichtung 65 verstärkt werden und einer automatischen Verstärkungsregelungsvorrichtung 66 zugeführt werden, um eine Regelspannung (AGC-Spannung) zu erzeugen. Mit der AGC-Spannung wird der Addierer 6 gegengekoppelt. Die AGC-Spannung kann durch Änderung der Gegenkopplung variiert werden und die Regelgeschwindigkeit der Verstärkungsregelung kann durch Änderung der Grenzfrequenz und Filtercharakteristik des Tiefpaßfilters 64 variiert werden.

Darüber hinaus können diese Regelungen, da die Verstärkungssteuerung, die Verstärkungsregelung und die Regelung des Aussteuerungsbereichs während der Rückgewinnung von aufgenommenen Daten ausgeführt werden kann, im Empfangsteil einer Fernsehkamera und im Empfangsteil oder in der Rückgewinnung einer Elektronenkamera während der Beobachtung des dargestellten Bildes erfolgen.

Ohne von der Erfindungsidee abzuweichen oder den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen, sind zahlreiche Ausführungsbeispiele auf der Grundlage der Erfindungsidee denkbar, so daß die Erfindung nicht auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschränkt ist.

Claims

6GtO Fiankfuri a. M. 1 3432 2 OLYMPUS OPTICAL CO.,LTD., Tokyo,Japan Patentansprüche

1. Aufnahmevorrichtung, in der ein von einem Objekt aufzunehmendes optisches Bild durch Aufnahmeelemente empfangen wird zur Umwandlung des optischen Bildes in elektrische Signale, um Video-Ausgangssignale zu erhalten,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuervorrichtung zum logarithmischen Umformen der einfallenden Lichtintensität (x) des optischen Bildes, um Licht mit mehreren unterschiedliehen Intensitäten auszusenden, vorgesehen ist und eine Aufnahmeeinrichtung (2a, 2b, 2c; 2,7; 2; F_<);59) zum aufeinanderfolgenden Empfang dieses Lichts mit mehreren unterschiedlichen Intensitäten, um dieses Licht in mehrere elektrische, den Lichtintensitäten entsprechende, Signale umzuformen, und daß eine Addiervorrichtung (6) vorgesehen ist zum Summieren der Ausgangssignale der Aufnahmeeinrichtung, um von der Addiirvorrichtung Summensignale in Form von Videosignalen zu erhalten.

2. Aufnahmevorrichtung, in der ein von einem Objekt aufzunehmendes optisches Bild durch Aufnahmeelemente empfangen wird, zur Umwandlung des optischen Bildes in elektrische Signale, um Video-Ausgangssignale zu erhalten,

dadurch ge k en i- zeichnet, daß in der Aufnahmevorrichtung eine Steuervorrichtung (4,5; 20) zum logarithmischen Umformen der einfallenden Lichtintensität des optischen Bildes, um eine

"²" 3A32223

Aussendung von Licht mehrerer unterschiedlicher Intensitäten zu erhalten, vorgesehen ist und eine Aufnahmeeinrichtung (2) zum aufeinanderfolgenden Empfang dieses Lichts mehrerer unterschiedlicher Intensitäten, um dieses Licht in mehrere elektrische, den Lichtintensitäten entsprechende, Signale umzuformen, und daß mehrere Signalhaltevorrichtungen (12-15; 28-31) zum aufeinanderfolgenden Speichern der Ausgangs signale der Aufnahmeeinrichtung entsprechend den durch die Steuervorrichtung gesteuerten Lichtintensitäten vorgesehen sind und daß die Additionsvorrichtung (6) vorgesehen ist zum Summieren der Ausgangssignale der Signalhaltevorrichtungen, um von der Addiervorrichtung Summensignale in Form von Videosignalen zu erhalten.

3. Aufnahmevorrichtung nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeeinrichtung aus mindestens einem Ladungsvers chi ebeelement (CCD) besteht.

4. Aufnahmevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeeinrichtung aus einem Ladungsver Schiebeelement (2), das auf der Empfangsfläche mit einem Farbmosaikfilter (F₁) versehen ist, besteht, um eine Farbaufnahme zu gewährleisten.

5. Aufnahmevorrichtung nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung für die Lichtintensität mehrere halbdurchlässige Spiegel (4,5) , auf derselben Geraden in Richtung des einfallenden Lichts angeordnet und mit vorbestimmten Abständen zueinander beabstandet, aufweist, die das einfallende Licht daher nacheinander teilweise reflektieren und teilweise hindurchlassen, um zu gewährleisten, daß das Licht mehrere verschiedene Intensitäten aufweist und daß das Licht nacheinander auf mehrere Ladungsverschiebe-

I₁ L Ί. ο 7 " ^

O 4 J /L Z .. j

elemente (2a_f 2b, 2c) trifft.

6. Aufnahmevorrichtung nach Anspruch 2 oder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (4,5; 20) für die Lichtintensität mehrere Filterelemente (8,9,10,11) aufweist, die die Intensität des einfallenden Lichts logarithmisch auf mehrere verschiedene Dämpfungsfaktoren herabdämpfen können, und daß diese Filterelemente eine Anzahl abwechselnd angeordneter Reihen enthalten, die jeweils zwei abwechselnd auf einer Geraden angeordnete Filterelemente mit nahe beieinanderliegenden Dämpfungsfaktoren aufweisen und parallel zueinander angeordnet sind, um eine Ebene zu bilden.

7. Aufnahmevorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (4,5;20) für die Lichtintensität eine Lichtquellenanordnung (20) aufweist, die es ermöglicht, die Lichtintensitäten zur Aus leuchtung des Objekts aufeinanderfolgend und logarithmisch in einem vorbestimmten Zeitintervall synchron mit dem Umschalten des Eingangssignals der Signal.-haltevorrichtungen (12-15; 28-31) umzuschalten.

8. Aufnahmevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellenanordnung so aufgebaut ist, daß der Antriebsstrom für die Beleuchtungsquelle steuerbar ist.

9. Aufnahmevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellenanordnung (20) ein Drehfilter (33) aufweist, in dem mehrere lichtdurchlässige Kreisausschnitts-Filter zur logarithmischen Dämpfung des Beleuchtungslichts der Lichtquelle mit mehreren verschiedenen Dämpfungsfaktoren zwischen zwei konzentri-

3432223

sehen Kreisen angeordnet sind, um Umsehaltsignale (f) für die Signalhaltevorrichtungen zu erzeugen, indem die Drehlage des Filters bezüglich der lichtdurchlässigen Filter für jeden Dämpfungsfaktor festgestellt wird.

10. Aufnahmevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellenanordnung (20) aus einem Drehfilter (33a) besteht, das aufeinanderfolgend rotes, grünes und blaues Licht von dem Beieuchtungslicht der Lichtquelle hindurchläßt und daß mehrere Sätze von farbdurchlässigen Kreisausschnitts-Filtern (R₁, G₁, B₁), (R2 , Gg , Bg), (R^, G^, B-j) , (R^,G^, B^) zum logarithmischen Dämpfen jedes Satzes roten, grünen und blauen Lichts (R,G,B) mit mehreren verschiedenen Dämpfungsfaktoren zwischen zwei konzentrischen Kreisen angeordnet sind, um Umschaltsignale (f) für die Signalhaltevorrichtungen (12-15) zu erzeugen, indem die Drehlage des Filters bezug lieh der farbdurchlässigen Filter festgestellt wird.

11. Aufnahmevorrichtung nach den Ansprüchen 2, 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalhaltevorrichtungen (12-15; 28-31) mehrere Abtast- und Halteschaltungen (12-15) aufweisen zum aufeinanderfolgenden Abtasten und Halten der Ausgangsspannungen der Ladungsverschiebeelemente durch Benutzung von Abtastimpulsen (P₁, P₂).

12. Aufnahmevorrichtung nach den Ansprüchen 2,3,4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalhaltevorrichtungen (12-15; 28-31) mehrere Halbbildspeicher (28-31) zum aufeinanderfolgenden Umschalten der Ausgangssignale des Ladungsverschiebeelements, synchron mit dem Umschalten der Lichtintensität der Lichtquellenanordnung (20) aufweist.