DE1947020A1

DE1947020A1 - Farbfernsehkamera,in deren Strahlengang ein Streifen-Farbcodierfilter eingeschaltet ist

Info

Publication number: DE1947020A1
Application number: DE19691947020
Authority: DE
Inventors: Albert Macovski
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1968-09-18
Filing date: 1969-09-17
Publication date: 1970-07-02
Also published as: GB1281239A; JPS5310407B1; DE1947020B2; NL6914093A; US3566013A; FR2018320A1; DE1947020C3

Description

6862-69/Soh/Schä
ROA 58968

U.S.Ser.lio. 760,444,
filed September 18,1968

ROA Corporation, !Tew York_t N.Y., V.St.A.

Farbfernsehkamera, in deren Strahlengang ein Streifen.«« Farboodierfilter eingeschaltet ist.

Die Erfindung betrifft eine Farbfernsehkamera, in deren Strahlengang ein Streifen-Farboodierfilter zur Zerlegung des Lichtes der Aufnahmeszene in seine Farbbestandteile eingeschaltet ist» Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Verringerung des Überkoppelns der Helligkeitssignale in die Farbsignale.

Bei einer Farbfernsehkamera wird das von einer Szene kommende, auf die Aufnahmeröhre gerichtete Licht so verarbeitet, daß die von der Röhre entsprechend dem Bild erzeugten elektrisch*. Signale zur Bildung elektrischer Farbanteilsignale getrennt werj den können, welche zur Erzeugung einer zusammengesetzten Wellenform notwendig sind, die dann zur Wiedergabe des Bildes in einem Farbfernsehempfänger verwendet werden.

j Hierzu ist es bekannt, ein Farboodierfilter in den Strahlen- : gang einer Aufnahmeröhre einzuschalten, um das hindurchtretende :

Licht in Farbkomponentensignale zu zerlegen, die dann auf das • lichtempfindliche Element der Aufnahmeröhre auftreffen und in i elektrische Signale umgewandelt werden, wenn der Elektronenstrahl in der Röhre ein Raster auf dem Element abtastet.

Das Farboodierfilter kann von irgendeiner bekannten Art sein;; beispielsweise kann es Streifen mehrerer Primär-Farben mit transparenten Flächen, welche Primär-Farbsignale und Helligkeitssignale durchlassen, oder Streifen subtraktiver Primär-Farben_T ■ : di· mit Grau-Streifen abwechseln und Farbdifferenzsignale und das Helligkeitssignal liefern, aufweisen· Derartige Filter sind .

j im U.S.-Patent 3 378 633 beschrieben» Sie enthalten ein Gitter |

[ aus vertikalen parallelen in gegenseitigem Abstand befindlichen j Linien einer Subtraktions-Primär-Farbe und ein zweites Gitter

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paralleler, in gegenseitigem Abstand "befindlicher Linien einer zweiten Subtraktions-Primär-Farbe, welches in einem Winkel zu

I dem ersten Gitter angeordnet ist, und beide Gritter haben die gleiche Liniendiohte. Wenn die Streifen des-ersten Gitters zyanfarben,und die Streifen des zweiten Gitters gelb sind, dann werden vertikale, parallele Streifen von -R-Licht im Winkel dazu angeordnete Streifen von -B-Licht auf dem photoempfindlichen Element der Röhre abgedeckt. Diese Farbkomponenten-Lichtsignale werden von der Röhre in elektrische Signale umgewandelt, nämlich das -R-Signal mit einer durch die Dichte der Zyanlinien bestimmten Frequenz und das -B-Signal mit einer durch die Dichte

! der Gelb-Linien und der Winkellage der Gelbstreifen gegenüber j den vertikalen Zyanstreifen bestimmten Frequenz umgewandelt.

iDie Liniendichte der Filterstreifen kann etwa 270 Linien pro Zoll betragen, und der Winkel des zweiten Gitters gegenüber dem

■ ersten kann u» 4-5° betragen; bei dieser Anordnung liegt das -R-Signal bei etwa 5,0 MHz und das -B-Signal bei etwa 3»5 MHz. Das Material zwischen den Zyan- und Gelbstreifen jedes Gitters des Filters kann für die Rot-, Grün- und Blau-Primär-Farben transj parent sein und damit für das die Helligkeit oder Luminanz des Bildes maßgebende Licht durchlässig sein. Die Farbsignale und die Helligkeitssignale können dann durch eine äußere Schaltung voneinander getrennt werden. Diese getrennten Signale werden t dann, so verarbeitet, daß Signale entstehen, die unmittelbar auf einen Farbfernsehempfänger gegeben werden können, oder daß eine zusammengesetzte Signalform entsteht, welche sich zum Aussenden durch einen Fernsehsender eignet·

Ein Problem beim Betrieb einer Fernsehkamera der vorbeschriebenen Art liegt im Übersprechen zwischen den hochfrequenten Helligkeitssignalen und den Farbsignalen. Es läßt sich leicht zei-^ j gen, daß diejenigen Teile des Farbcodierfilters,welche das Helligkeitssignal durchlassen, auch für Helligkeitssignalanteile mit Frequenzen im Bereich der Farbanteilsignale durchlässig sind. Die Helligkeitssignale, welche Einzelheiten in vertikaler Richtung wiedergeben, führen daher zu keinen nennenswerten Schwierigkeiten, weil die Bildfrequenz relativ niedrig ist, aber die Helligkeitsanteile, welche Einzelheiten in horizontaler Richtung

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wiedergeben, sind von höherer Frequenz und addieren sich in unerwünschter Weise zu den Farbsignalen und verfälschen dadurch die Farben des wiedergegebenen Bildes.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einer Farbkamera, in deren Strahlengang ein Farbcodierfilter eingefügt ist, die höher frequenten Helligkeitssignale in Horizontalrichtung zu verringern, ehe die Farbkomponenten-Signale abgeleitet werden, um dadurch ein Übersprechen oder Überkoppeln der Helligkeitssignale auf die Farbsignale herabzusetzen·

Bei einer Farbfernsehkamera, in deren optischen Strahlengang ein Streifen-Farboodierfilter zur Zerlegung des Lichtes der Auf- ; nahmeszene in seine Farbbestandteile eingeschaltet ist, wird diese Aufgabe erfindun^sgemäß dadurch gelöst, daß im Strahlengang der Kameraröhre vor dem Farbcodierfilter ein astigmatisches Filter mit parallelen Streifen abwechselnder Durchlässigkeit zur Lichtfilterung angeordnet ist und daß der Abstand zwischen den Streifen den Frequenzgang des von der Szene auf das Farbcodierfilter auftreffendaaLichtes bestimmt. Das astigmatische Filter Verringert die hochfrequenten Luminanzsignalanteile in horizontaler Richtung, so daß das Übersprechen zwischen den hochfrequenten Luminanzsignalen und den Chrominanzsignalen verringert wird.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Darstellungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schemadarstellung des die Erfindung beinhaltenden Teils einer Fernsehkamera;

Fig. 2 eine Veranschauliohung des in der Kamera nach Fig· 1 verwendeten astigmatischen Filters und

Fig. 3 den Horizontal-Frequenzgang auf der lichtempfindlichen Oberfläche einer Bildröhre bei Verwendung des erfindungsgemäßen astigmatischen Filters.

Fig. 1 zeigt denjenigen Teil einer mit einer einzigen Röhre arbeitenden Arbfernsehkamera 10, der zum Verständnis der Erfindung erforderlich ist.Die von einer Aufnahmeszene 11 kommenden Licht-

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strahlen 12 treten durch die Kameralinse 14 hindurch und werden auf die Bildebene 21 auf der lichtempfindlichen Oberfläche 20 der Bildröhre 22 fokussiert. An der Austrittsöffnung der Linse 14 ist ein astigmatisches Filter 16 angeordnet, und neben der Frontplatte 19 der liildröhre 22 ist ein Lichtcodierfilter^J^ ^ vorgesehen. Die Aufnahmeröhre 22 kann beispielsweise ein Vidicon sein, dessen lichtempfindliche Oberfläche 20 die Photokathode ist. Mit den verschiedenen Elementen der Röhre 22 sind in üblicher Weise geeignete Spannungsquellen verbunden.

Eine Stromquelle 28 liefe 't den Vertikalablenkstroni fur die A Vertikalablenkspulen 26, eine Stromquelle 30 liefert den Horizontalablenkstrom f r die Hörizontalablenkspulen 24. Die Ablenkspulen führen den Elektronenstrahl der Röhre 22 in einen i-iaster über die Abtastfläche. Das Ausgangssignal der Bildröhre 22 wird am Ausgangsanschluß 32 abgenommen und gleichzeitig einem Tiefpaß und Bandpässen 36 und 38 zugeführt, deren Durchlaßbereiche in den Blöcken der Fig. 1 vermerkt sind. In den Durchlaßbe-'eicii der Filter 36 und 38 fällt die von den entsprechenden Gittern des Codierfilters 18 erzeugte Trägerfrequenz. Das Aus gangsignal des Filters 34 wird einem Tiefpaß 40 lait einem Durchlaßbereich von 0 bis 5 KHz zugeführt» Das Ausgangssignal des Tiefpasses 34 -.vird einer Horizontalapertur-Korrektursehaltung 42 zugeführt. Das Ausgangssignal des Bandpasses 36 wird ψ einem IIüllkurven-Detektor 44 zugefünrt, dessen Ausgangssignal ι wiederum der Subtraktionsschaltung 46·zugeführt wird» Das Aus- j gangssignal des B&r.dpasses 38 wird auf einen Hüllkurvendetektor 48 gegeben, dessen Ausgangsignal wiedex"um auf eine Subtraktions— schaltung 50 geführt ist.

Die Horizor-talapertur-Korrekturschaltung 5# liefert das I- oder helligkeitssignal, zu welchem Feinheiten der Horizontalabtastung hinzugefügt worden sind. Die Subtraktionsschaltung 46 liefert das B-Y-Si_c:ial, und die Subtrakticnsschaltung 50 liefert das R-Y-Signal. Diese Signale weraen in üblicher Y/eise auf einen Hilfsträger aufmoduliert, so daß das zusammengesetzte Fernsehsignal erzeugt werden kann, welches die Kelligkeits- und Farbanteile der auf^enorür.enen Szene entiiält.

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, Im Betrieb werden die Lichtstrahlen 12 von der aufgenommenen . Szene 11 unmittelbar von der Kameralinse 14 durch das astigma- ' tische Filter 16 gerichtet. Diese filter ist in Fig. 2 in Einzelheiten dargestellt. Es hat parallele,abwechselnde Streifen 15 und 17, welche ein Streifengitter bilden. Die Durchlässigkeit der Streifen 15 ist größer als die der Streifen 17° Beispielsweise können die Streifen 15 transparent sein, und die Streifen 17 können aus einem Material neutraler Dichte bestehen« Die Dichte der Streifen 17 wird so gewählt, daß die Helligkeitssignale im Frequenzbereich von B bis D (Siehe Fig. 3) verringert werden. Das Filter 16 ist an der Austrittspupille der Linse 14 angeordnet, welche praktischerweise als letzte Ebene der Objektivlinse in Richtung auf die Aufnahmeröhre 20 angesehen werden kann, Das Filter 16 ist weiterhin so angeordnet, daß seine Streifen vertikal, also senkrecht zu den Abtastlinien des · Hasters der Aufnahmeröhre verlaufen, so daß sie das horizontale räumliche ,Frequenzspektrum an der Bildebene 21 verändern.

Wie bereits erwähnt, ist ein Übersprechen der höher frequenten Iiuminanzsignale, welche Bildeinzelheiten in horizontaler Richtung, beinhalten, auf die Ghrominanzsignale unerwünscht. Sieht man in der vorbeschriebenen Weise ein astigmatisches Filter vor, dann; wird der räumliche Frequenzverlauf in der Bildebene 21 bei einer durch die Breite der Gitterstreifen 15 und 17 und dem Abstand des Gitters von der Bildebene bestimmte Frequenz abgeschnitten. Genauere mathematische Untersuchungen über diese Erscheinung finden sich in der einschlägigen Literatur, beispielsweise im Kapitel 9 des Buches "Moden Optics" von Brown, 1965, Verlag Reinhold Publishing Company, USA·

Das im US.-Patent 3 378 633 beschriebene Farbcodierfilter 18 kann eine Lintendichte und eine Winkellage der übereinander angeordneten zyandurchlässigen und gelbdurchlässigen Gitter haben, dass das -R-Signal und das -B-Signal bei Trägerfrequenzen von 5 bzw· 3»5 MHz auftreten. In diesem Fall ist es wünschenswert, die Amplitude der höher frequenten Luminanzsignale in dem räumlichen Frequenzspektrum, welches die Ghrominanzsignale enthält, herabzusetzen, damit ein Übersprechen der höher frequenten

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Luminanzsignale auf die Chrominanzsignale vermieden wird«

Der Zusammenhang zwischen der Breite der Streifen des Filters 16 und der räumlichen Grenzfrequenz in der Bildebene 41

W ist gegeben durch die Beziehung F = , wobei Wgleich der

Breite der transparenten Streifen des Gitters, X gleich der Wellenlänge des auf das Gitter auffallendenLichtes und di gleich dem Abstand zwischen dem Gitter und der Bildebene ist»

Fig. 3 veranschaulicht einen normierten Frequenzgang für die räumliche Horizontalfrequenz an der Bildebene 21 des durch das Gitter 16 hindurchtretenden lichtes· Für inkohärentes Licht, wie das von der aufzunehmenden Szene reflektierte Licht, ist die Durchlässigkeit des astigmatischen Filters 16 an den Punkten A und D der Fig„ 3 maximal, zwischen den Punkten B und G dagegen , minimal=, Wie aus Fig« 3 ersichtlich ist, ist die Lage der maximal und minimal Durchlässigkeit an der Bildebene 21 abhängig von der Breite W der Streifen- und dem Abstand S + W der Streifen. Die Frequenzkurve des Filters 16 ist periodisch, aber die in der Praxis durch das Fernsehübertragungssystem gegebene Frequenzgrenze, beispielsweise die Frequenzgrenze der Aufnahmeröhre und die durch die Übertragungsbandbreite bestimmte Frequenzgrenze, begrenzen den interessierenden Frequenzbereich des räumlichen Spektrums«

Die Breite S der Streifen 17 geringerer Durchlässigkeit wird etwas größer gewählt als die Breite W der Streifen 15 höherer Durchlässigkeit. Der durch den Teil B bis 0 der Fig» 3 dargestellte Teil des räumlichen Frequenzspektrums geringer Durchlässigkeit wird durch den Breitenunterschied zwischen den Streifen 17 und 15 bestimmt« Das Streifenmuster des astigmatischen Filters 16 verläuft über die gesamte Austrittspupille der Linse 14, so daß etwa 50 fo des durch die Linse 14 hindurchtretenden Lichtes auch durch das Filter 16 gelangt» Diese Anordnung ergibt eine maximale Lichtdurchlässigkeit. Das sich τ/iederholende Streifenmuster des Filters 16 hat gegenüber einer Öffnung mit nur einem einzigen Schlitz nur eine geringfügig andere Wirkung hinsichtlich des räumlichen Frequenzganges innerhalb des interessierenden Bereiches. In der Praxis können die Schlitze nur

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wenige Tausendstel Zoll breit sein, je nach der gewünschten Grenzfrequenz und der Form der in einer bestimmten Kameraröhre verwendeten Linsen.

Der Punkt B in Fig. 3 kann die Trägerfrequenz des Farbanteilsignals niedrigerer Frequenz, des -B-Signals, sein und bei 3t liegen; seine Lage wird durch das vorbeschriebene Farbcodierfilter bestimmte Der Punkt G kann die Trägerfrequenz der höher frequenten Farbkomponenten sein und bei 5,0 MHz liegen.- So läßt sich zeigen, daß die Breite der Streifen desastigmatischen Filters so gewählt werden kann, daß das hindurchtretende Helligkeitssignal in einen Bereich der Farbanteilsträgersignale in einem Bereich dee räumlicher. Ilorison'alfre IUi^Ss₁: <iktr::.::i _νπ 5.ιτ Pildebene J1 liegt, an welcher der Frequenzgang ein Minimum hat. Auf diese './eise lädt sich eine gewünschte Reduzierung des Überaprechens ^.visciieii den höher frequenten Helligkeitssignalen und den Farbsignal«?!! erreichen. Das HelligkeitsBignal ist in dem unter 3 KHr. befindliche.! Teil des räumlichen Frequenzspektrums enthalten, der zwischen den Punkten A und B der Frequenzkurve nach Fig. '5 liegt. Gegebenenfalls kann das von der Bildröhre erzeugte HeIIi.c^;:eitssignal auf eine übliche Horizontalapertur-Korrekturschait mg gegeben werde*:, darait Horisontaleir.celheiten des Helligkeitssignals wiedergewonnen v/erden.

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Claims

Patentansprüche.

Farbfernsehkamera, in deren Strahlengang ein Streifen-Farbcodierfilter zur Zerlegung des Lichtes der Aufnahmesζene in seine Farbbestandteile eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichne t, daß im Strahlengang der Kameraröhre (22) vor dem Farbcodierfilter (18) ein astigmatisches Filter (16) mit parallelen Streifen (15»17) abwechselnder Durch~ lässigkeit zur Lichtfilterung angeordnet ist und daß der Abstand zwischen den Streifen (15»17) den räumlichen Frequenzgang des von der Szene (11) auf das Farbcodierfilter (18) auftreffenden lichtes bestimmtο

2e Farbfernsehkamera nach Anspruch 1» dadu.rch gekennzeichnet, daß die Streifen (17) geringerer Durchlässigkeit des Gitters des astigmatischen Filters (16) breiter als die Streifen (15) höherer Durchlässigkeit sind, und daß das Gitter an der Austrittspupille der Objektivlinse (H) der Kamera angeordnet ist.

3 ο Farbfernsehkamera nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Streifen (15) höherer Durchlässigkeit so gewählt ist, daß die räumliche Grenz— frequenz des durch das Gitter hxndurchtietenden Lichtes um die Trägerfrequenz des von dem Farbcodierfilter (18) abgeleiteten Farbanteilsignals niedrigster Frequenz liegt»

4. Farbfernsehkamera nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (16) so angeordnet ist, daß die parallelen, abwechselnden Streifen (15,17) senkrecht zur Richtung der Abtastlinien auf der Abtastfläche der Aufnahmeröhre (22) verlaufen und daß die Helligkeitssignale höherer Frequenz als die niedrigste Farbkomponenten-irägerfrequenz in Richtung der Abtastlinien verringert werden.

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