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Farbfernseh-Bildaufnahmevorrichtung Die Erfindung bezieht sich auf
Farbfernseh-Bildaufnahmevorrichtungen, mit denen schwach beleuchtete Gegenstände
im Teilbild-Folgeverfahren aufgenommen werden können.
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Die Möglichkeit zur Aufnahme von Farbfernsehbildern in der Endoskopie,
Ophthalmoskopie (Untersuchung des Augenhintergrundes oder der Netzhaut)sowie der
biologischen oder medizinischen Mikroskopie ist normalerweise durch die Helligkeit
des Lichtbündeis begrenzt, mit dem der aufzunehmende Gegenstand belichtet wird.
Eine begrenzte Helligkeit des Gegenstandes muß in Kauf genommen werden, um eine
Temperaturerhöhung des Gegenstandes bezw. eine Zerstörung der im Gegenstand befindlichen
Gewebe zu vermeiden.
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Die üblichen Farbfernseh-Aufnahmevorrichtungen arbeiten im Teilbild-Folgeverfahren
und weisen im allgemeinen einen rotierenden Farbfilter auf, der vor der Bildaufnahmeröhre
einer Fernsehkamera angeordnet ist. Bei den üblichen Vorrichtungen sind die beim
Durchtritt des Lichtbündels durch den Farbfilter auftretenden Lichtverluste nicht
zu vermeiden.
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Derartige Vorrichtungen sind für den Fall, daß der Gegenstand wie
bei den oben bezeichneten Anwendungsfällen nur mit geringer Lichtstärke bestrahlt
werden kann, nicht ur Aufnahme von Farbfernsehbildern geeignet. Denn wenn der Gegenstand
so stark belichtet würde, daß von ihm eine zur
Aufnahme von Farbfernsehbildern
geeignete Lichtmenge reflektiert wird, dann würde seine Temperatur so stark ansteigen,
das möglicherweise die in ihm befindlichen Gewebe zerstört werden.
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Die üblichen Beleuchtungakörper müssen daher ferner Kühlvorrichtungen
aufweisen, um einen Temperaturanstieg zu vermeiden, wenn die Beliahtungsverhaltnisse
selbst unverändert bleiben sollen. Wenn schließlich der Gegenstand bei der Bild
aufnahme gleichzeitig durch ein ausreichend licht starkes Mikroskop mit dem bloßen
Auge betrachtet werden soll, dann müßte er dazu so stark belichtet werden, daß er
mit bloßem Auge nicht mehr betrachtet werden kann.
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Der Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, eine im Teilbild-Folgeverfahren arbeitende FarbSernseh-AuSnahmevorrichtung
zu schaffen, mittels der auch schwach beleuchtete Gegenstande aufgenommen werden
können, Dabei soll zwar die Optik mit einer Lichtquelle üblicher Lichtstärke ausgerüstet
sein, doch sqll der Gegenstand mit einem schwächeren Lichts bündel belichtet werden
können, ohne daß das auf die Aufnahmekamere projizierte das Bild führende Lichtbündel
zu l-ichtachwach wird. Bei gegebener Belichtung des'Gegenstandes soll somit die
erfindungagemäße Frbfernseh-Aufnahmevorrichtung hellere Bilder als die bekannte
Aufnahmevorrichtung liefern.
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Die erfindungsgemäße Farbfernseh-Bildaufnahmevorrichtung ist dadurch
gekennzeichnet, daß der rotierende Farbfilter im Lichtweg zwischen der Lichtquelle
und dem aufzunehmenden Gegenstand angeordnet ist und daß der Strahlengang für das
Licht derart gewählt ist, daß die durch den Farbfilter im Teilbild-Folgeverfahren
gebildeten Lichtimpulse nach der Schwächung im Farbfilter auf den:.Gegenstand und
nach Re-
vom Gegenstand auf die Bildaufnahmerhhre proJiziert werden.
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Der rotierende Farbfilter ist somit erfindungsgemäß nicht vor der
Bildaufnahmeröhre, sondern zwischen der Lichtquelle und dem Gegenstand angeordnet.
Die erfindungsgemäße 3ildaufnahmevorrichtung eignet sich daher insbesondere für
solche Anwendungsfälle, bei denen die Helligkeit und die Temperatur des auf den
Gegenstand treffenden Lichtstrahls begrenzt sein müssen, wie es bei der Endoskopie,
der Ophthalmoskopie und der Durchführung von medizinischen oder biologischen Untersuchungen
mit Hilfe von Mikroskopen notwendig ist.
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Die Erfindung wird nun auch anhand der beiliegenden Abbildungen ausführlich
beschrieben, wobei alle aus der Beachreibung und den Abbildungen hervorgehenden
Einzelheiten oder Merkmale zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen
können und mit dem Willen zur Patentierung in die Anmeldung aufgenommen wurden.
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Die Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Fig. 2 ist emne Draufsicht auf einen rotierenden Farbfilter.
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Die Fig. 3A und 3B zeigen Zeitdiagramme für die Videosignale und die
durch den Farbfilter tretenden Lichtbündel.
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Die Pig. 4 ist eine Draufsicht auf einen Farbfernseh-Empfänger und
zeigt das erhaltene Bild.
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Gemäß Fig. 1 enthält ein Ausführungabeispiel der Erfindung eine Farbfernseh-Aufnahmekamera
10, die eine Bildaufnahmeröhre 11, z.B. ein Zwischenbildorthikon, ein Vidikon oder
ein Plumbikon (Warennamen), und ein Ablenksystem 12 aufweist.
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Die Aufnahmekamera 10 ist zusammen mit einer Ophthalmoskope Kamera
15 auf einer Bodenplatte montiert. Die Ophthalmoskop-Kamera dient zum Aufnehmen
eines Bildes vom Gegenstand, z.B.
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von einem menschlichen Auge 14. Sie ist optisch durch eine Übertragungsoptik
18 mit der Vorderseite der Bildaufnahmeröhre 11 der Aufnahmekamera 10 gekoppelt.
Innerhalb der Opthalmoskop-Kamera 15 befinden sich ein aus verschiedenen Linsen
19 bis 23 und Spiegeln 24 bis 27 gebildetes optisches System.
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Das zunächst durch einen Kondensor 19 geführte Lichtbündel wird zunächst
durch eine Linse 20 gelenkt und dann durch den Spiegel 24 auf den Spiegel 25 und
von diesem durch ein nichtsphärisches Objektiv 21 auf den Gegenstand, dih. das Auge
14, geworfen. Das durch den Augenhintergrund reflektierte Licht-" bündel tritt durch
das Objektiv 21, durch eine Öffnung im Spiegel 25 und durch die Fokussierlinsen
22. Ein Teil des durch die Pokussierlinsen 22 tretenden Lichtbndels tritt dann durch
den halbdurchlässigen Silberspiegel 26 und die Übertragungsoptik 18 und wird auf
die Bildaufnahmeröhre 11 der Aufnahmekamera 10 projiziert, um in ihr ein Bild zu
erzeugen.
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Der restliche Teil des durch die Fokussierlinsen 22 tretenden Lichtbündels
wird durch die Spiegel 26 und 27 auf ein Okular 23 gelenkt, um im Auge 28 des Betrachters
ebenfalls ein Bild zu erzeugen.
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Getrennt bezw. abseits von der Ophthalmoskop-Kamera 15 ist eine Lichtquelle
29 vorgesehen. Sie enthält eine Spannungsquelle 30, mittels der beispielsweise eine
Xenonlampe 31 be.
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trieben wird. Das von der Xenonlampe 31 direkt ausgehende sowie das
von einem Spiegel 32 reflektierte Licht werden durch einen Kondensor 33 auf das
Einlaßende 35 einer Faseroptik 34 gelenkt, die als Führung für das Lichtbündel dient
und mittels der das Lichtbündel auf den Kondensor 19 gelenkt wird. Im Lichtweg zwischen
dem Kondensor 33 und dem Einlaßende 35 der Faseroptik 34 ist ein rotierender Farbfilter
37 angeordnet, der durch einen Synchronmotor 36 gedreht wird. Dadurch ist sidiergestellt,
daß nur der durch den Farbfilter 37 tretende Teil des Lichts in die Faseroptik
34
gelangt. Anstelle der Faseroptik 34 können zur Rührung des Lichtbündels auch eine
Prismen- oder Linsenanordnung verwendet werden.
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Mit Hilfe eines Impulsgebers 38 werden Synchronisierimpulse erzeugt,
die einer Steuerschaltung 39 für die Aufnahmekamera zugeführt werden. Die Ausgangs
impulse der Steuerschaltung 39 werden einerseits dem Ablenksystem 12 und andererseits
einem Treibverstärker 40 zugeführt, durch den der Synchronmotor 36 angetrieben wird.
Auf diese Weise wird der Synchronmotor 36 synchron und in der gleichen Phase im
Vergleich zum synchronisierten Videosignal tdes Teilbildes der Aufnahmekamera 10
betrieben.
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Der Synchronmotor 36 ist auf einer Achse 41 montiert, die mit einem
Zahnrad 42 kämmt. Mittels eines Einstellknopfes 43 können über das Zahnrad 42 die
Zage der Achse 41 und des Motors 36 und damit die Lage des Farbfilters 37 in den
durch Pfeile X und Y angegebenen Richtungen verändert werden, um den Farbfilter
37 an der geeigneten und erwünschten Stelle in den zwischen der Xenonlampe 31 und
der Faseroptik 34 liegenden Lichtweg zu bringen.
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Gemäß Fig. 2 enthält der rotierende Farbfilter 37 eine rotierende
Platte 50 aus lichtundurchlässigem Material, an deren Rand in gleichen Winkelabständen
von je 600 sechs Fenster 44 bis 49 vorgesehen sind. In die Fenster 44 und 47 sind
Rotfilterelemente in die Fenster 45 und 48, Blaufilterelemente und in die Fenster
46 und 49 Grünfilterelemente eingesetzt. Wenn man annimmt, daß der Abstand zwischen
den Mittelpunkten benachbarter Fenster in der rotierenden Filterplatte 50 dem Wert
L entspricht, der längs der äußeren Peripherie gemessen wird, dann muß die Breite
zwischen entgegengesetzten Seitenbegrenzungen jedes Fensters etwa einem Wert von
dreißig Prozent von L entsprechen. Durch den Synchronmotor 36 wird der Farbfilter
mit einer Drehzahl von fünfundzwanzig Umdrehungen pro Sekunde gedreht.
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Das von der Xenonlampe 31 kommende Lichtbündel tritt somit immer dann
durch den Farbfilter 37, wenn eines der in die Fenster eingesetzten Farbfilterelemente
in den Lichtweg gebracht ist, so daß Lichtimpulse mit einer Frequenz oder Häufigkeit
von einhundertfünfzig pro Sekunde durch die Paseroptik 34 und den Kondensor 19 auf
die .Ophthalmoskop-Kamera 15'gelenkt werden. Die Lichtimpulse folgen dann in der
Ophthalmoskop-Kamera 15 dem oben beschriebenen Lichtweg; so daß das Bild des Hintergrunds
des als Gegenstand verwendeten Auges 14 auf die Bildaufnahmeröhre 11 abgebildet
wird. Das Videosignal besteht. dann aus einhundertfünfzig Teilbildern pro Sekunde.
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In den Fig. 3A und 3B sind die Zeitbeziehungen zwischen den durch
das Teilbild-Folgeverfahren entstehenden Videosignalen, die in der Aufnahmekamera
10 entstehen, und den durch den Farbfilter 37 tretenden Lichtbündeln dargestellt.
Die in Fig.
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3A mit R, B und G bezeichneten querschraffierten Flächen bezeichnen
die wirksamen Videosignalbereiche der von der Aufnahmekamera 10 gelieferten, den
Farben Rot, Blau und Grün entsprechenden Videosignalen. Die mit Schrägachraffur
versehenen Bereiche V stellen die Austastperioden der Vertikalablenkung dar und
efltsprechen etwa einer Dauer von 7 % einer Teilbildperiode F. Gemäß Fig. 3B stellen
die schrägschraffierten Flächen r, b und ffi die Lichtimpulse des Lichtbündels dar,
die durch entsprechende Farbfiltserelemente im Farbfilter 37 getreten sind. Die
Periode der Lichtbündel ist auf einen Wert eingestellt, der etwa dreißig Prozent
der Periode F der Teilbilder entspricht Zu beiden Seiten Jedes Rücklaufbereiches
entstehen somit Leerstellen, deren Breite einem Wert von 11,5 % einer Teilbildperiode
entspricht.
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Wenn die Videoignale gemäß Fig. 3A als sichtbares Bild in der KatodenatrahlrYhr3
eines. Farbfernseh-Empfängers 51 wie dergegeben werden, dann erscheint der Augenhintergrund
in einem innerhalb des Vollbildes liegenden Kreis 52. Die Leerstellen
zwischen
diesem Kreis und dem oberen und unteren Rand des Vollbildes entsprechen den oben
erwähnten LeErstellen, Wenn jede Periode der in Fig. 3B dargestellten Lichtimpulse
verkürzt würde, dann würden auch die Leerstellen kleiner, d.h.
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der effektive Bereich für die Videosignale würde verbreitert.
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Dies führt jedoch zu einem verminderten Wirkungsgrad hinsichtlich
der Lichtausnutzung. Außerdem schadet es dem Auge, wenn es scharfen Lichtimpulsen
ausgesetzt wird, die zwar von kurzer Dauer, jedoch von großer Intensität sind.
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Daher wird vorgezogen, Lichtimpulse mit relativ großer Breite und
geringer Intensität zu verwenden. Wenn die beschriebene Vorrichtung für medizinische
Zwecke, wie z.B.
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für Augenuntersuchungen, verwendet wird, dann ist es kein Nachteil,
daß oberhalb und unterhalb des Kreises 52 Leerstellen 53 verbleiben. Somit erhält
man eine erhöhte Lichtausnutzung in der oben beschriebenen Weise, die hinsichtlichder
Zeitverhältnisse ausgelegt ist.
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Es ist weiterhin notwendig, die Beleuchtungsstärke des auf ein menschliches
Auge projizierten Lichtbündels kleiner als 300 Lux zu halten. Mit der Xenonlampe
31 kann ein Lichtstrom von insgesamt etwa 20 000 Lumen erzeugt werden. Selbst wenn
man annimmt, daß das von der Xenonlampe ausgehende Lichtbündel durch die üblichen
Verluste um einen Faktor von 1/7 geschwächt wird, wird bei den üblichen Vorrichtungen
dieser Art noch ein Lichtstrom von etwa 3 000 Lumen durch die Kamera 15 in das Auge
14 gelenkt. Die beschriebene Lichtquelle ist daher bei Verwendung üblicher Vorrichtungen
für das Auge sehr schädlich und daher unpraktisch. Für den Fall dagegen, daß eine
Lichtquelle von nur 2 000 Lumen zusammen mit den üblichen Vorrichtungen verwendet
wird, um ein Lichtbündel von nur 300 Lux auf das Auge 14 zu projizieren, wird das
vom Auge reflektierte Licht durch den Farbfilter auf etwa ein Zehntel geschwächt,
so daß der Aufnahmekamera 10 ein für gute Parbfernsehbilder zu geringer Lichtstrom
zugeführt wird. Es ist daher offenbar, daß in beiden Fällen die üblichen Vorrichtungen
für medizinische Zwecke nicht gut geeignet sind.
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Bei der erfindung'sgemäßen Vorrichtung wird dagegen das von der Xenonlampe
31 ausgehende Lichtbündel durch den Farbfilter 37 von etwa 20 000 Lumen auf etwa
ein Zehntel davon, doho auf etwa 2 000 Lumen, geschwächt. Da ferner der DEmpfungs°
faktor des optischen Systems vom Kondensor 19 bis zur Linse 21 etwa ein Siebentel
(1/7) beträgt besitzt das durch die Linse 21 auf das Auge 14 projizierte Licht,
wenn man auf das Auge 14 bezieht, etwa 300 Lux und9 wann man auf den Augenhintergrund
bezieht, etwa 30 Lux, so daß Beschädigungen des Auges vermieden werden.
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Da ferner vor der Bildaufnahmeröhre 11 kein Farbfilter mehr angeordnet
ist, wird das vom Auge 14 reflektierte Licht voll auf die Bildaufnahmeröhre 11 projiziert,
wobei es nur durch die Lichtverluste im Lichtweg zwischen der Linse 21 und der Bildaufnahmeröhre
11 geschwächt wird0 Bei der erfindungegemäßen Vorrichtung ist somit einerseits der
reflektierte Lichtanteil für die Bildaufnahmeröhre 11 bzw. die Aufnahme guter Farbfernsehbilder
ausreichend, während andererseits auf das Auge 14 nur ein Lichtbündel mit einer
solchen.
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Beleuchtungsstärke projiziert wird, daß das Auge 14 nicht beschädigt
werden kann. Da außerdem das auf den Gegenstand projizierte Licht schon beim Durchgang
durch den Farbfilter geschwächt wird, wird r Gegenstand nur so stark erhellt, daß
er mit bloßem Auge betrachtet werden kann.