DE2006669A1

DE2006669A1 - Optischer Dreifarben-Separator

Info

Publication number: DE2006669A1
Application number: DE19702006669
Authority: DE
Inventors: Michel Paris Favreau
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1969-02-27
Filing date: 1970-02-13
Publication date: 1970-09-10
Also published as: SE349667B; CH514266A; GB1290224A; DE2006669B2; BE746069A; DE2006669C3; NL7001149A; US3624272A; FR2033565A5

Description

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DIETPICH LH* ViMSKY

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8 München 21 - Gotthardstr. 81

Telefon 56 17 62

THOMSON - CSF Paris 16eme, Boulevard Murat 101 (Frankreich)

„Optischer Dreifarben-Separator"

Französische Priorität vom 27: Februar 1959 aus der französischen Patentanmeldung Nr. 6S/O5192 (Seine)

Die Erfindung betrifft einen optischen Dreifarben-Separator, der beispielsweise in Farbfernsehanlagen verwendet werden kann und mit Mehrfarbenspiegeln zur Trennung der in einem Lichtbündel enthaltenen Farben ausgerüstet ist. Anwendung findet dieser in Anlagen wie Farbfernsehkinos oder Festbildanalysatoren.

Bei Dreifarben-Separatoren handelt es sich im allgemeinen um optische Geräte, die ein Lichtbündel in drei bestimmte einfarbige Bündel aufteilen. Diese Separatoren befindet sich innerhalb der Farbfernsehkameras zwischen dem Objektiv und den Bildabtaströhren der Einfarbenkomponenten des Bildes. Innerhalb der Fernsehkinos oder Festbildanalysatoren, bei denen Bildabtaströhren vom Typ "flying spot" (wandernder Lichtpunkt) eingesetzt werden, liegt eine etwas abweichende Anordnung vor. Die Katodenröhre stellt eine Lichtquelle mit großem Auflösungsvermögen und geringer Nachleuchtwirkung dar, innerhalb der die Abtastung entsprechend der gewählten Fernsehnorm abläuft, wobei ein Objektiv das Bild des beweglichen Lichtpunktes auf einem Film bzw. ein.'m zu analysierenden Diapositiv entstehen läßt. Das· von einem < > ι > t i —

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sehen Kondensor aufgenommene Licht wird durch die unterschiedliche Trübung des abgetasteten Bildes moduliert, wobei gewöhnlich die Anordnung in der Form gewählt wurde, daß das optische Bild der Austrittspupille des Objektivs in der Ebene des Photover- ■ vielfachers entsteht, der das elektrische Videosignal liefert, wobei die Homogenität der empfindlichen Oberfläche des Photovervielfachers die hierbei entstehenden Probleme löst. Innerhalb von Anlageteilen zur Farbwiedergabe liegt ein Dreifarben-Separator in der Form hinter dem Kondensor, daß das modulierte Lichtbündel in drei einfarbige Lichtbündel aufgeteilt wird, die ihrerseits drei Photovervielfacher steuern, die jeweils die den drei (einfarbigen) Farbkomponenten entsprechenden elektrischen Videosignale des abgetasteten Bildpunktes liefern.

Die Dreifarben-Separatoren werden gewöhnlich durch Mehrfarben-Planspiegel dargestellt. Spiegel dieser Art verhalten sich wie abgestimmte Filter, die die Komponenten des einfallenden Lichts in einem bestimmten Spektrum reflektieren und die anderen Komponenten weiterübertragen, wobei die Ansprechkurve Bildhelligkeit/Wellenlänge einer Bandpaßfilterung gleichzusetzen ist. Somit können die drei Farbkomponenten des einfallenden Lichtes, Rot, Grün und Blau, ausgewählt werden.

Mehrfarbenspiegel dieser Art wurden bereits in verschiedenen Aufbauformen vorgeschlagen, wovon einige im weiteren Verlauf der Beschreibung näher erläutert werden. Gewöhnlich sind die Nachteile dieser Spiegel in ihrer Formgebung selbst begründet und darüberhinaus in der Eigenschaft der Mehrfarbenspiegel, daß sich spektrale Ansprechkurve und Reflexionskoeffizient mit dem Einfallswinkel der auf den Spiegel auftreffenden Lichtstrahlen ändern. Das vom entsprechenden Fhotovervielfacher abgegebene Videosignal weist eine gestörte Frequenz- und Amplituden-Modulation auf. Innerhalb der bekannten Systeme ist die Parallelität des auf die Mehrfarbenspiegel auftreffender. Lichtbündels in Nähe der optischen Systemachse zwar gewährleistet, jedoch wird diese durch die öffnung der Austrittspupille des Objektivs beeinträchtigt.

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In der Zielsetzung der Erfindung liegt demnach die Schaffung einer einfachen Mehrfarbenspiegel-Anordnung, die es innerhalb von Farbfernsehanlagen nach dem Prinzip der Bildanalyse durch Bildabtaströhren vom Typ "flying spot" ermöglicht, Dreifarben-Separatoren aufzubauen, mit Hilfe derer die störenden Frequenz- und Amplituden-Modulationen der gelieferten Videosignale auf einen praktisch vernachlässigbaren Restanteil herabgesetzt werden

Zum besseren Verständnis der Erfindung dienen einerseits der nun folgende Beschreibungsteil zur Darstellung der verwendeten, neuartigen Mittel sowie die hiermit erzielten Ergebnisse im Vergleich zu früheren Aufbauten dieser Art, andererseits die beigefügten Zeichnungen, innerhalb derer

- Fig. 1 --ein vereinfachtes Aufbauschema eines früheren, ein

fachen Dreifarben-Separators,

- Fig. 2 - ein vereinfachtes Aufbauschema eines früheren, wei

terentwickelten Dreifarben-Separators und

- Fig. 3 - ein vereinfachtes "bauschema eines erfindungsge-

mäßen Dreifarben-Separators

zum Gegenstand hat.

Zeichnung 1 zeigt ein vereinfachtes Schema eines

früheren Separators, wie jene beispielsweise für ein Fernsehkino '■ oder einen Farben-Festbildanalysator, ohne Bildabtaströhre vom Typ "flying spot" und ohne Objektiv, verwendet wurden.Die Austritispupille des Objek'tivs ist demgegenüber bei P dargestellt.

Während der Abtastung der Katodenröhre gemäß den ^: Merkmalen der verwendeten Fernsehnorm wird das die Pupille P \ durchlaufende und "vom Lichtpunkt der Oberfläche der Katodenröhre ; ausgehende und das Objektiv durchlaufende Lichtbündeüfauf den ent- ; sprechenden Punkt des Diapositivs bzw. des zu analysierenden Film-j bildes D konzentriert, wobei die äußeren Lagen den Marken A und B auf der Zeichnung entsprechen. Eine Konvergenzlinse L mit den Brennpunkten Fl und F2 empfängt das durch die Trübung des Bildes D modulierte Lichtbündel. Die Anordnung wurde hier z.B. in der · Form gewählt, daß das Bild der Pupille F in der Ebene der Phc-to-

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COPV

vervielfacher Pl_n, Pl_n, Pl,, (R = rot, B = blau, V = grün) ent-

KdV

steht,wodurch Probleme aus der Homogenität ihrer Aufnahmeflächen _: vermieden werden.

Bei der in Zeichnung 1 gezeigten, einfachen Darstellung, nimmt ein erster Mehrfarbenspiegel in der Ebene M_R, der beispielsweise um 45° gegenüber der optischen Achse der Linse L geneigt ist, den gesamten von dieser Linse ausgehenden Lichte fluß auf und reflektiert aus diesem Lichtbündel die Rotkomponente in Richtung des Photovervielfachers Pl_n.Die durch den Filter M_D

κ κ

bewirkte Filterung kann auf herkömmliche Weise durch einen Rotfilter FR verbessert werden. Ein Mehrfarbenspiegel MB nimmt das direkt vom Spiegel M_n übertragene Lichtbündel auf und reflektiert aus diesem Lichtbündel die Blaukomponente in Richtung des Photovervielfachers Pl_n. Ein Blaufilter FB kann an dieser Stelle zwischengeschaltet werden. Die Grünkomponente des Lichtbündels kann nunmehr durch einfache Filterung des direkt vom Spiegel M_R übertragenen Lichtbündels über den Grünfilter FV ausgesiebt und dem Photovervielfacher Pl„ zugeführt werden.

Zu jedem Zeitpunkt, zu dem die empfindliche Oberfläche der Photovervielfacher Pl₁₃, P1_D, Pl„ durch einen Licht- :

KbV j

fluß erregt wird, wird letzterer durch die Pupille P übertragen, ; durch den entsprechenden Bildpunkt moduliert und über die Linse L gebündelt. Die Photovervielfacher liefern somit ein elektrisches : Signal, das von der Ausleuchtung ihrer empfindlichen Oberfläche i abhängt und bilden somitjdie Videosignale, die die Einfarbenkom- ' ponenten des Bildes kennzeichnen. :

Auf Zeichnung 1 wurden die äußeren Lichtstrahlen . des Bündels entsprechend der Analyse der Punkte A und B des Bildes D gezeichnet, wobei das Lichtündel dem Punkt B entspricht und schraffiert gezeigt wurde. Aus der Zeichnung 1 sind die Fehler ,

dieses Dreifarben-Separators klar zu erkennen, die sich aus den Änderungen des Spektralverhältnisses der Mehrfarbenfilter und ihrem Reflexionskoeffizienten mit dem Einfallswinkel der Lichtstrahlen auf diesen Spiegeln ergeben.

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Eine erste Fehlerquelle liegt in der Öffnung der Pupille P. Das aus dieser¹ Pupille austretende Lichtbündel, wodurch beispielsweise der Punkt B des Bildes D abgetastet wird, streut nach Durchgang durch die Konvergenzlinse L und erreicht die Mehrfarbenspiegel M_R und M_ß unter einem nicht konstanten Einfallswinkel. Hieraus ergibt sich ein Verlust an Spektral-Trennschärfe, der sich auf das zu den Photovervielfacliern hin reflektierte Bündel auswirkt, wodurch wiederum entsprechende Videosignale abgegeben werden.

Innerhalb einer zweiten Kategorie von Fehlern ändert sich der Einfallswinkel an den Spiegeln ML und M_D für den mittleren Strahl des vom Mittelpunkt der Pupille P ausgehenden Lichtbündels jeweils mit dem abgetasteten Punkt des Bildes D. Die von den Photovervielfachern P1_R und Pl_ abgegebenen Videosignale sind demnach infolge der Reflexionswertänderungen der Spiegel in ihren Frequenz- und Amplitudenmodulationen gestört«

Zeichnung 2 zeigt ein weiteres Beispiel für den Aufbau eines Dreifarben-Analysators nach früherer Art, bei dem Fehler dieser Art wirksam beseitigt werden. Innerhalb dieses weiterentwickelten Aufbaus liegt die Pupille P in der Brennebene F der Konvergenzlinse L. Das aus dieser Konvergenzlinse L austretende Lichtbündel wird durch die Mehrfarbenspiegel M_R und M_R in drei einfarbige Bündel getrennt, die jeweils den Photovervielf achern P1_D, P1_D und Pl,. über drei zusätzliche Konvergenzlinsen ;

κ α ν !

L2_D, L2_D und L2_U zugeführt werden. Wie aus der Darstellung des , KdV j

divergenten Lichtbündels im schraffierten Teil der Zeichnung 2 j hervorgeht, sind diese zusätzlichen Linsen notwendig, um das Bild j der Pupille P auf der empfindlichen Oberfläche der Photoverviel- j fächer Pin, PIg und Pl„ erscheinen zu lassen. Durch diese Anordnung sind die störenden Frequenz- und Amplituden-Modulationen praktisch unterdrückt, da die aus einunddemselben Punkt der Pupille P austretenden und auf verschiedene Punkte des abgetasteten Bildes D fallenden Lichtstrahlen nach Durchgang durch die Linse L parallel verlaufen und infolgedessen die Mehrfarbenspiegel unter einem konstanten Einfallswinkel erreichen.

— fi —

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Demgegenüber bleibt auch hier der Nachteil durch den Verlust an Spektral-Trennschärfe bestehen, der auf die Öffnung der Pupille P zurückzuführen ist. Dieser Umstand ist auf der Zeichnung an dem schraffierten Teil des nach dem Durchgang der Linse L divergenten Bündels sichtbar. Gewöhnlich beträgt hier die Änderung des Einfallswinkel etwa + 10 .

Mit Hilfe dieses früheren Geräts konnten die störenden Frequenz- und Amplituden-Modulationen der von den Photovervielfachern abgegebenen Videosignale beträchtlich herabgesetzt werden. Demgegenüber erhöht sich jedoch Umfang und Gestehungspreis erheblich durch den Einsatz der zusätzlichen Linsen sowie durch die Abmessungen der notwendigen Spiegel zur Aufnahme sämtlicher aus der Linse L austretenden Lichtbündel.

Zeichnung 3 zeigt nunmehr einen erfindungsgemäß aufgebauten Dreifarben-Separator. Innerhalb dieser Aufbauform liegt die Austrittspupille P des nicht dargestellten Objektivs jenseits des Brennpunktes F der Konvergenzlinse L und zwar in der Form, daß ein reelles Bild P2 entstehen kann.

Das aus der Pupille P austretende, einen Punkt

des Bildes D durchlaufende und schließlich die Linse durchlaufende Lichtbündel zeigt nach der Bildung des Bildes P2 der Pupille ein divergentes Verhalten. Der erfindungsgemäße Dreifarben-Separa-t tor liegt im Wellenzug dieses divergenten Bündelsund besteht aus zwei konkaven Mehrfarbenspiegeln M_R und M sowie einem dritten, konkaven, gewöhnlichen Spiegel My.

Die konkaven Spiegel des Dreifarben-Separators

erfüllen mehrere Funktionen. Einerseits reflektieren diese ein konvergentes Lichtbündel und lassen somit ein reelles Bild der Pupille P auf der empfindlichen Oberfläche der Photovervielfacher P1_D, Pl_n und Pl,, entstehen. Gegenüber der vorherigen, auf

KdV ;

Zeichnung 2 dargestellten Anordnung, erweist sich diese insofern , als vorteilhaft, da sie eine beträchtliche Umfangsverringerung sowie Vereinfachung des optischen Separators ermöglicht. Es ist ; klar erkennbar, daß der dritte Konkavspiegel M„, dessen Aufgabe ,

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lediglich darin besteht, ein reelles Bild der Pupille in der Ebene des Photovervielfachers PlV zu bilden, ebenfalls durch eine Konvergenzlinse ersetzt werden kann, deren räumliche Ab- ^; messungen wesentlich unter denen der entsprechenden Linse der in Zeichnung 2 gezeigten Anordnung liegen.

Darüberhinaus werden die konkaven Mehrfarbenspiegel M^ und Mg durch folgende Merkmale gekennzeichnet: ihr oberer Rand liegt in der optischen Achse der Linse L und ihre optische Achse ist gegenüber der der Linse L geneigt. Der Krümmungsradius dieser Spiegel wurde in der Form bemessen, daß die für die Photovervielfacher P1_R und PIg gegenüber dem Objekt P„ erzielte Vergrösserung annähernd bei bzw. leicht über einer Einheit liegt. Bei dieser Anordnung wird die Rotation um die optische Achse der Linse L der von den Punkten des Bildes P2 der Pupille P ausgehenden Lichtstrahlen durch eine Neigung der Spiegel auf dieser Achse ausgeglichen.

Gegenüber dem frü' en und in Zeichnung 2 gezeigten Separator, der zwar die störenden Modulationen des von den Photovervielfachern gelieferten Videosignals, nicht aber den Verlust an spektraler Trennschärfe einschränkte, können für den erfindungsgemäßen Dreifarben-Separator folgende Vorteile angeführt werden: stark eingeschränkt werden hierbei die Änderungen des Einfallswinkels (an den Dreifarbenspiegeln) der von den einzelnen Punkten der Pupille P vom gleichen Abtastpunkt des Bildes D ausgehenden Lichtstrahlen, darüberhinaus die Änderungen der von einunddemselben Punkt der Pupille P ausgehenden und durch die einzelnen Punkte des abgetasteten Bildes D laufenden Lichtstrahlen, wodurch sowohl der Verlust an spektraler Trennschärfe als auch die Störmodulationen auf einen praktisch vernachlässigbaren Restbetrag herabgesetzt werden können. In der Praxis erreicht diese Winkeländerungen-Quote einige Grade in beiden Richtungen einer durchschnittlichen Einfallswinkelquote von 30 . Die somit erzielten Ergebnisse lassen sich demnach einmal auf die Verringerung der Winkeländerung, zum anderen auf den geringsten, durchschnittlichen Einfallswinkelwert des erfindungsgemäß aufgebauten

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Separators zurückzuführen, wobei die entsprechenden relativen Änderungen der Wellenlänge sowie des Reflexionskoeffizienten der Mehrfarbenspiegel umso geringer sind, je kleiner der Einfallswinkel ist.

Der erfindungsgemäße Aufbau ermöglicht demnach die Schaffung eines hochwertigen optischen Dreifarben-Separators . Durch den verringerten Raumbedarf und einfachen Aufbau liegt der Gestehungspreis der Einheit wesentlich niedriger. Besondere Eignung zeigt dieser Separator innerhalb von Fernsehkino-Einrichtungen mit Farbübertragung bzw. in Festbildanalysatoren, die mit Abtastbildröhren vom Typ "flying spot" arbeiten. Da sich bei Einrichtungen dieser Art „Fleckeffekte" infolge Störmodulation der Farbbildsignale als sehr störend erweisen, ist besondere Sorgfalt auf die Konstruktion der Dreifarben-Separatoren zu legen.

Separatoren dieser gezeigten Art eignen sich

darüberhinaus insbesondere für Bildaufnahmeeinrichtungen bestimmter Kinosysteme mit Farbwiedergabe wie z.B. das Technicolor,

Es gilt als selbstverständlich, daß die beispielhaft aufzufassende Beschreibung der Erfindung sämtliche hieraus ableitbaren Varianten gleichermaßen einschließt.

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Claims

ί 3. Fob. ,970

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Patentansprüche :

Optischer Dreifarben-Separator insbesondere für Farbfernsehkinos bzw. Festbildanalysatoren mit Bildabtaströhren vom Typ "Flying spot", innerhalb derer das von einem Punkt der Katodenröhre ausgehende Lichtbündel auf den entsprechenden Punkt des Bildes gerichtet wird, das wiederum von einem Objektiv abgetastet wird, das mit einer Austrittspupille ausgestattet ist, wobei das durch die Trübung des abgetasteten Bildpunktes modulierte Lichtbündel einer als Kondensor wirkenden Konvergenzlinse zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der in Zeichnung 3 dargestellte Dreifarben-Separator von zwei konkaven Mehrfarbenspiegeln (MR, MB) gebildet wird, die die beiden Einfarbenkomponenten (R₉B) des modulierten Bündels auswählen, wobei diese genannten Spiegel außerhalb des reellen Bildes (P2) der Austrittspupille (P) des Objektivs, mit Bezug auf den Kondensor (L), angeordnet sind und ihre optische Achse gegenüber der des Kondensors (L) in der Form geneigt ist, daß ein reelles Bild (P2) der Pupille (P) in Nähe bzw. in der Ebene der lichtempfindlichen Oberfläche von Photovervielfachern (PIr, PIg entsteht, die die dem abgetasteten Punkt entsprechenden Farbbildsignale in der Form liefern, daß diese Bildsignale die ^: Einfarbenkomponenten des abgetasteten Punktes praktisch getreu; wiedergeben. '
2. Optischer Dreifarben-Separator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der optischen Achse der konkaven Spiegel (MR, MB) gegenüber der optischen Achse des Kondensors (L) sowie der Krümmungsradius dieser Spiegel Lu ;

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dem Verhältnis festgelegt wurden, daß die Vergrößerung in Nähe der Einheit liegt und daß ferner die einzelnen, von der Austrittspupille (P) des Objektivs ausgehenden,Lichtstrahlen auf die genannten Spiegel unter einem praktisch konstanten Einfallswinkel auftreffen.

Optischer Dreifarben-Separator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Wellenzug des Lichtbündels, hinter der Anordnung der beiden konkaven Mehrfarbenspiegel (MR, MB) eine Konvergenzlinse vorgesehen ist, die einem dritten Photovervielfacher (PlV) die dritte Farbkomponente (V = grün) liefert.

Optischer Dreifarben-Separator näh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein normaler Konkavspiegel (MV) im Wellenzug des Lichtbündels, hinter den beiden konkaven Mehrfarbenspiegeln (MR, MB) in der Form angebracht ist, daß ein reelles Bild der Austrittspupille (P) des Objektivs in Nähe bzw. in der Ebene der lichtempfindlichen Oberfläche eines dritten Photovervielfachers (PlV) entsteht, wobei letztgenannter das der dritten Farbkomponente (V = grün) des abgetasteten Bildpunktes entsprechende Video- bzw. Bildsignal liefert.

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