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Aus farbselektiven Planparallelplatten bestehender Farbspalter Aus
farbselektiven Planparallelplatten bestehende Farbspalter zum Aufspalten des von
einer Lichtquelle stammendes Lichtes in eine Anzahl von Farbkomponenten werden unter
anderem beim Farbfernsehen verwendet. Das von einem Gegenstand stammende Licht wird
dabei in drei Grundfarben aufgespalten. Das Licht einer bestimmten Grundfarbe wird
mit Hilfe einer Kamera in ein elektrisches Signal umgewandelt. Die drei auf diese
Weise erhaltenen Signale oder linearen Kombinationen derselben können in einem geeigneten
Empfänger wieder in eine Abbildung des Gegenstandes in seinen natürlichen Farben
umgewandelt werden.
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Solche Farbspalter werden meist aus zwei sich kreuzenden, farbselektiven
Planparallelplatten zusammengebaut, die je bestimmte Teile des sichtbaren Spektrums
praktisch vollständig durchlassen und andere praktisch vollständig zurückstrahlen.
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Ein Nachteil dieser Farbspalter ist der, daß an der Kreuzungsstelle
der beiden Planparallelplatten die normale Wirkung des Farbspalters gestört wird,
was im endgültigen Bilde zu einem hinderlichen Bande veranlaßt, das um so breiter
ist, je größer das Verhältnis ist zwischen der Stärke der Planparallelplatten und
deren in einer zu ihrer Kreuzungslinie senkrecht gemessener Länge. Um diese unerwünschte
Erscheinung zu verhüten, ist vorgeschlagen worden, den Farbspalter aus vier Prismen
aufzubauen, die sich derart einander anschließen, daß die Trennebenen zwei sich
schneidende Flächen bilden, die je mit die Farbaufspaltung bewirkendem Material
versehen sind.
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Beim Aufspalten des von einem Gegenstand stammenden Lichtes in drei
Farbkomponenten können zwei Fälle eintreten, d. h. erstens der Fall, daß die von
dem F arbspalter in den drei Grundfarben erzeugten Abbildungen unverzerrt sein sollen,
und zweitens der Fall, daß wenigstens in bezug auf den geometrischen Zusammenhang
der Abbildungen die unverzerrte Form nicht erforderlich ist.
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Der erste Fall tritt z. B. ein, wenn ein Bild einer bestimmten Grundfarbe
auf der photoelektrischen Kathode einer Fernsehkamera mit Elektronenstrahlabtastung
erzeugt wird. Es ist ersichtlich, daß bei Formveränderung eines solchen Bildes auch
das endgültige, im Empfänger erzeugte Bild diese Formveränderung aufweist.
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Der zweite Fall tritt z. B. ein, wenn ein Farbfilm mittels eines weißen
Lichtbündels abgetastet und das durchgelassene Licht in drei Grundfarben gespalten
wird. Das Licht einer bestimmten Grundfarbe wird von einer Photozelle abgefangen.
Der geometrische Zusammenhang der auf der photoelektrischen Schicht der Photozelle
erzeugten Bilder ist dabei jedoch unwesentlich. In beiden Fällen weist der Farbspalter
aus zwei sich kreuzenden, farbselektiven Planparallelplatten den vorstehend erwähnten
Nachteil auf; in beiden Fällen schafft der aus vier Prismen zusammengebaute Farbspalter
eine Lösung.
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Es wird einleuchten, daß diese Lösung verhältnismäßig kostspielig
ist, da die Prismen sorgfältig geschliffen werden müssen, um genau aneinander anschließen
zu können; sie müssen außerdem ausreichend achromatisch sein, um unerwünschte Farbendispersion
in den Prismen selbst zu verhüten.
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Die Erfindung bezweckt, im zweiten Falle, wenn also die Nichtdeformation
der Bilder in den Grundfarben in bezug auf ihren geometrischen Zusammenhang nicht
erforderlich ist, eine wesentlich einfachere Lösung zum Vermeiden des Auftretens
eines dunklen Bandes im endgültigen, wiederzugebenden Bilde zu schaffen, und hat
das Merkmal, daß der Farbspalter aus zwei räumlich getrennten Teilen besteht, die
aus je einem gegebenenfalls unterteilten, V-förmigen Körper aus durchsichtigem Material
bestehen, wobei die Schenkel jedes V-förmigen Körpers Planparallelplatten sind,
wobei die Spitzen dieser Körper einander zugewendet sind und die Fläche, in der
sowohl die Schnittlinie der Außenflächen des einen V-förmigen Körpers als auch die
Schnittlinie der Innenflächen dieses Körpers liegen, und die entsprechende Fläche
des anderen V-förmigen Körpers wenigstens nahezu in einer gleichen Ebene liegen
und das farbspaltende Material wenigstens bei dem auf der Vorderseite des Farbspalters
liegenden Teil auf den Seiten der Planparallelplatten angebracht ist, die der Vorderseite
des Farbspalters zugewendet sind.
Es ist zwar auch ein Farbspalter
bekannt, der aus zwei Prismen aufgebaut ist, deren Spitzkanten aneinander anschließen
und deren diese Spitzkanten einschließende Ebenen zwei sich schneidende Flächen
bilden, die mit die Farbaufspaltung bewirkendem Material versehen sind. Wie im Falle
der vier Prismen müssen auch dabei die Prismen sorgfältig geschliffen werden und
wieder ausreichend achromatisch sein, um unerwünschte Farbendispersion in den Prismen
selbst zu verhüten. Außerdem treten parallel zu diesem Spalter eintretende Strahlen
bezüglich einer Farbe in zwei auseinanderstrebenden Bündeln von parallelen Strahlen
aus, so daß zusätzliche Umlenkmittel notwendig sind, um eine einzelne Farbe mit
einer einzigen Photozelle aufzunehmen. Das erwähnte störende Band tritt bei diesem
Spalter allerdings nicht auf.
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Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Figuren
näher erläutert. Dabei zeigen Fig. 1 und 2 Ausführungsbeispiele bekannter Farbspalter,
Fig.3 ein Ausführungsbeispiel eines Farbspalters nach der Erfindung; Fig. 4 dient
zur Erläuterung der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen bekannten Farbspalter, der
auf zwei sich kreuzenden Planparallelplatten 1 und 2 mit Schichten aus farbspaltendem
Material 3 und 4 zusammengebaut ist. Eine solche Schicht besteht z. B. aus mindestens
einer Schicht aus dielektrischem Material, wobei die Schichtstärke ein bestimmtes
Verhältnis zur Wellenlänge des durchzulassenden Teiles und des zu reflektierenden
Teiles des Lichtspektrums haben muß. Die Schicht 3 z. B. kann rotes Licht reflektieren,
blaues und grünes Licht durchlassen, die Schicht 4 blaues Licht reflektieren und
rotes und grünes Licht durchlassen. Die Platten 1 und 2 dienen als Träger des farbspaltenden
Materials; sie müssen naturgemäß durchsichtig sein und bestehen meist aus Glas.
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Daß die Kreuzung der beiden Träger, von denen einer aus zwei Teilen
besteht (in der Figur der Träger 2), störend wirkt, wird an Hand zweier Lichtstrahlen
5 und 6 dargestellt. Der Lichtstrahl 5 wird in der Schicht 3 in einen reflektierten
Teil 5" der im wesentlichen rotes Licht enthält, und einen durchgelassenen
Teil Sbg gespalten, der im wesentlichen Grün und Blau enthält. Der erste Teil passiert
weiter unbehindert die Schicht 4 und die Platte 2, abgesehen von der Brechung in
der Planparallelplatte 2; der zweite Teil trifft nach Durchgang durch die Platte
1 die Schicht 4. Diese spaltet das aus der Platte 1 heraustretende Licht wieder
in einen reflektierten Teil 5b, der im wesentlichen blaues Licht enthält,
und einen durchgelassenen Teil 5g, der im wesentlichen grünes Licht enthält.
Wird der Lichtstrahl 6 beobachtet, so .ergibt sich aus der Figur, daß der durchgelassene
Teil des die Schicht 3 treffenden Lichtes nicht mehr in einen grünen und einen blauen
Teil gespalten wird und daß dieser Teil den Farbspalter außerdem in einer unerwünschten
Richtung verläßt.
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Diese Erscheinungen treten bei dem Farbspalter nach Fig. 2 nicht auf.
Dieser Farbspalter ist aus vier Prismen 1, 2, 3 und 4 zusammengebaut, wobei das
farbspaltende Material auf den Flächen angebracht ist, wo zwei Prismen sich berühren.
Die Schicht 5 kann z. B. rotes Licht reflektieren, -blaues und grünes Licht durchlassen,
die Schicht 6 blaues Licht reflektieren und rotes und grünes Licht durchlassen.
Es wird einleuchten, daß die bei dem Farbspalter nach Fig. 1 auftretenden Erscheinungen
in diesem Falle ausgeschlossen sind, sofern die Berührung zweier Prismen sehr genau
ist. Außerdem müssen die Prismen achromatisch sein, wenn keine unerwünschte Farbenspaltung
in den Prismen selbst auftreten soll.
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Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Farbspalters nach der Erfindung.
Dieser ist aus zwei räumlich getrennten V-förmigen Teilen 1 und 2 zusammengebaut,
die aus je zwei Planparal.lelplatten aus durchsichtigem Material bestehen, und zwar
der Teil 1 aus den Platten 3 und 4, der Teil 2 aus den Platten 5 und 6. Die Platten
3 und 4 schneiden sich in einer Schnittebene 7, die Platten 5 und 6 in einer Schnittebene
B. Diese Schnittebenen brauchen nicht den materiellen Begrenzungen der Planparallelplatten
3 und 4 bzw. 5 und 6 zu entsprechen, obgleich dies zu bevorzugen ist, da in diesem
Falle alle Platten 3, 4, 5 und 6 gleiche Abmessungen haben können, und die erwähnten
Flächen können dabei unter gleichen Winkeln abgeschnitten werden; die Anbringung
der farbspaltenden Schichten ist dann am einfachsten. Es kann jedoch ein Teil aus
einem einzigen Stück oder aus zwei Stückchen hergestellt sein, wie dies in Fig.
3 beim Teil 3 angegeben ist. Die beiden Schnittebenen 7 und 8 liegen wenigstens
nahezu in einer gemeinsamen Ebene; die Spitzen 9 und 10 der V-förmigen Teile 1 und
2 sind einander zugewendet; d bezeichnet den Abstand zwischen den Eckpunkten 9 und
10 der Teile 1 und 2. Dieser Abstand kann ohne Bedenken Null sein. Das farbspaltende
Material ist in Schichten 11, 12, 13 und 14 auf den Seiten der Planparallelplatten
angebracht, die der Vorderseite des Farbspalters zugewendet sind. Bei dem auf der
Vorderseite liegenden Teil, in diesem Falle dem Teil 2, d. h. dem Teil, der auf
der Seite liegt, die von dem von der Quelle stammenden Licht getroffen wird, ist
dies erforderlich, wenn das Auftreten von unter einem unerwünschten Winkel heraustretenden
Komponenten verhütet werden soll. Bei dem anderen Teil, in diesem Falle beim Teil
1, ist dies nicht erforderlich, aber das Anbringen der farbspaltenden Schichten
12 und 13 auf den der Vorderseite zugewendeten Seiten der Planparallelplatten 3
und 4 hat den Vorteil, daß das von den Schichten 12 und 13 reflektierte Licht die
Platten 3 und 4 nicht zweimal zu durchqueren braucht. Die Schichten 11 und 12 reflektieren
z. B. wieder rotes Licht und sind für grünes und blaues Licht durchlässig; die Schichten
13 und 14 reflektieren blaues Licht und sind für grünes und rotes Licht durchlässig.
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Der Farbspalter nach der Erfindung vermeidet die dem Farbspalter nach
Fig. 1 innewohnenden Nachteile; er ist jedoch baulich wesentlich einfacher als der
Farbspalter nach Fig. 2. Die Winkel, unter denen die Planparallelplatten der einzelnen
Teile sich schneiden, d. h. die Winkel a1 und a2, brauchen keinesfalls einander
gleich zu sein, und es ist Ersichtlich., daß die Toleranzen für die Winkel b der
Prismen (s. Fig. 2) sehr .engen Grenzen unterliegen.
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Däß der Farbspalter nach der Erfindung frei von den dem Farbspalter
nach Fig. 1 innewohnenden Nachteilen ist, ist an Hand der Fig.4 veranschaulicht.
jeder einfallende Lichtstrahl 1, 2 und 3 wird, unabhängig von der Auftreffstelle,
in eine grüne Komponente 1" 2g bzw. 3g, in eine blaue Komponente 1b, 2b bzw.
3b und in eine rote Komponente 1r, 2,. bzw. 3, aufgespalten, wobei außerdem
keine Komponente unter einem unerwünschten Winkel austritt und also kein lichtempfindliches
Element getroffen wird, was bei dem Lichtstrahl 6 der Fig. 1 der Fall ist.
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Aus Fig.4 ergibt sich, daß in den austretenden roten und blauen Lichtbündeln
keine Strahlen in den schraffierten Teilen liegen. Dies bedeutet also, daß der
geometrische
Zusammenhang der durch diese Bündel von dem Gegenstand erzeugten Bilder unterbrochen
ist. In vielen Fällen ist dies jedoch unbedenklich. Es wurde bereits der Fall erwähnt,
in dem ein Farbfilm durch ein weißes Lichtbündel abgetastet wird, wobei die durch
die Aufspaltung entstandenen Komponenten durch je eine Photozelle abgefangen werden.
Ein anderes Beispiel ist der Fall, in dem durch einen Farbspalter auf der photoelektrischen
Kathode einer Fernsehaufnahmeröhre für Lichtabtastung Bilder erzeugt werden, wobei
die zur Abtastung erforderlichen Lichtflecken Abbildungen derselben punktförmigen
Lichtquelle sind, die unter der Wirkung geeigneter Ablenkmittel ein Abtastraster
beschreibt, welche Abbildungen auch durch denselben Farbspalter erzeugt werden.
Da nun der geometrische Zusammenhang der Abbildungen des Gegenstandes und der Abbildungen
des das Abtastraster schreibenden Lichtfleckes zwar unterbrochen, aber auf vollständig
gleiche Weise für beide unterbrochen ist, so daß die Stellenbeziehung zwischen dem
Abtastraster und den Bildern gleichgeblieben ist, wird das endgültig wiederzugebende
Bild nicht beeinträchtigt.