DE2011326B2 - Farbspaltendes prismensystem fuer eine farbfernsehkamera - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein farbspaltendes frismensystem für Farbfernsehkameras, das dichroilische Schichten und mindestens einen Luftspalt entfcält, wobei die dichroitischen Schichten mit einer Ebene senkrecht zur optischen Achse Winkel von weniger als 30° einschließen, welche Schichten von den das Prismensystem durchlaufenden Lichtstrahlen nacheinander getroffen werden, wobei an der betreffenden Schicht Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs reflektiert wird.

Aus der USA-Patentschrift 3 202 039 ist ein derartiges Prismensystem bekannt, bei dem das einfallende Licnt ein erstes Prisma durchläuft, das auf der Rückseite mit einer dichroitischen Schicht versehen ist, die Licht in einem ersten Wellenlängenbereich, z. B blaues Licht, reflektiert. Das diese dichroitische Schicht passierende Licht durchlauf! ein zweites Prisma, das auf der Rückseite mit einer dichroitischen Schicht versehen ist. die nur Licht in einem zweiten Wellenlängenbereich, z. B. rotes Licht, reflektiert. Nach Durchgang durch die beiden dichroitischen Schichten ist eine dritte Komponente des einfallenden Lichts, und zwar die grüne Komponente, übri;: geblieben. Das reflektierte blaue und das reflektierte rote Licht treten, nach Reflexion an einer total reflektierenden Schicht, z. B. einem Luft-Glas- 6n Übergang, aus den Prismen heraus. Die aus dem Prismensyslem heraustretenden blauen, roten und grünen Lichtkomponenten können dann verschiedenen Aufnahmeröhren zugeführt werden, wie dies 7. B. in einer Farbfernsehkamera der Fall ist.

In einer derartigen Kamera werden oft Röhren vom »Plumbikon'<-Typ als Aufnahmeröhren ver-In Fig. 1 stellen die Kurven 1,2 und 3 die angestrebten relativen spektralen Empfindlichkeitsverleilungen der drei Farbkanäle rot, grün und blau (R, G, B) in einer Farbfernsehkamera mit »Plumbikon«-Röhren dar. Unter »Kanal« ist ein Lichtweg zu verstehen, der eine dichroitische Schicht und diejenige Aufnahmeröhre enthält, die vom Licht einer an dieser Schicht reflektierten Wellenlänge getroffen wird. Die Kurve4 der Fig. 1 stellt die spektrale Empfindlichkeitskurve der »Plumbikon«-Röhre für eine Farbtemperatur von 32OOK dar. Wäre die Farbenspaltung in der Fernsehkamera ideal, so hätten infolge des Verlaufs der spektralen Empfindlichkeitskurve 4 des »Plumbikons« die spektralen Empfindlichkeitsverteilungen der drei Kanäle R, G, B einen Verlauf entsprechend den Kurven 5, 6 und 7, wobei die Kurve 6 mit der Kurve 2 zusammenfällt. Es tritt also eine sehr ungleichmäßige Verteilung über die Kanäle auf. Die durch die Kurven 5,6 und 7 und durch die Abszisse des Koordinatensystems begrenzten Flächen sind einander keineswegs gleich. In der Praxis stellt sich heraus, daß der steile Abfall der idealen Kurven 1, 2 und 3 sich nicht mit dichroitischen Schichten verwirklichen läßt, wodurch auch nicht die für das »Plumbikon« idealen Kurven 5, 6 und 7 erzielt werden können. Um dennoch den gewünschten Kurvenverlauf zu erhalten, werden auf den Prismen Absorptionsfilter angebracht. Da diese Filter aber nicht verlustfrei sind, müssen die Kurven 1,2 und 3, und somit auch die für das »Plumbikon« idealen Kurven 5, 6 und 7, durch Kurven ersetzt werden, deren Maxima niedriger liegen. Namentlich im blauen Kanal sind die Verluste groß, da, wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, das Filter 29 in diesem Falle das parasitäre Bild 34, das infolge der Reflexion an dem Luft-Glas-Übergang im Luftspalt 25 auftritt, unterdrücken muß. Die spektrale Empfindlichkeitsverteilung für den blauen Kanal entsprich! dann einer Kurve 10, deren Maximum erheblich niedriger als das der Kurve 7 liegt.

Statt der idealen Kurven 1, 2 und 3 werden in der Praxis in einer Farbfernsehkamera mit einem farbenspaltenden Prismensystem für die relativen spektralen Empfindlichkeitsverteilungen der drei Kanäle R. G, B die Kurven 8, 9 bzw. 10 erhalten. Die Unterschiede zwischen den Kurven 1, 2 und 3 und den Kurven 8, 9 und 10 werden also herbeigeführt durch: die spektralen Empfindlichkeitskurven der »Plumbikon«-Röhren,

die nicht-idealen Reflexionskurven der dichroitischen Schichten.

die nicht-verlustfreien Absorptionsfilter.
In der Praxis hat sich herausgestellt, daß, wenn der Photostrom für eine Röhre vom »Plumbikon«- Typ für weißes Licht auf 100 °/o gesetzt wird, in rotem Licht 12 °/o, in grünem Licht 24 °/o und in blauem Licht 9 °/n Stromanteil verbleibt, so daß die Signalausbeute des einfallenden Lichts nur 45 °/n ist. Außer der niedrigen Ausbeute gibt es noch den Nachteil, daß die drei Aufnahmeröhren verschiedene Arbeitspunkte haben. Der Arbeitspunkt ist ein Punkt, der auf der Kurve liegt, die den Photostrom als Funktion der Beleuchtungsstärke darstellt, welcher Punkt durch die maximal zu erwartende Luminanz bestimmt wird. Infolge der verschiedenen Arbeitspunkte haben die drei Aufnahmeröhren verschiedene Trägheiten. Dadurch werden bei der Aufnahme ^r,ich bewegender Gegenstände gefärbte

Striche erhalten. Dies ist namentlich für den blauen Kanal störend, auch weil das »Plumbikon« statistisch in diesem Kanal oft kein oder wenig Licht empfängt. Signale, in denen die blaue Komponente des Spektrums klein ist, treten ja oft auf Das betreffende »Plumbikon« weist dann eine zusätzliche Trägheit auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die Lichtausbeute zu verbessern und die Arbeitspunkte der Aufnahmeröhrein aneinander anzugleichen, so daß größere Trägheitsunterschiede vermieden werden.

Mit einem Prir.mensystem der eingangs erwähnten Art wird dies erreicht, wenn gemäß der Erfindung mindestens eine zusätzliche, in mindestens einem anderen Spektralbereich teilweise reflektierende Schicht vorgesehen ist, die auf eine hinter dem Luftspalt befindliche Fläche aufgebracht ist, und wenn eine lineare Matrix vorgesehen ist, die aus dem Summensignal der Aufnahmeröhren das dem jeweilieen Farbanteil entsprechende Signal bildet.

Durch die Art der Farbteilung werden an den einzelnen Ausgängen erheblich stärkere Lichtströme erhalten; diese aber enthalten nicht nur die betreffende Farbkomponente. Die Trennung der einzelnen Farbsianale erfolst dann aus dem Summensignal der Aufnahmeröhren mittels einer linearen Matrix. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, daß bei Verwendung dreier Kanäle A. B und C, deren spektrale Emnfindlichkeitskurven eine lineare Kombination der spektralen Empfindlichkeitskurven der Kanäle R, G und B sind, die Luminanzen der Röhren einander genauer gleich gemacht werden. Der Aufnahmeröhre für »Blau« kann dann z. B. auch noch ein Teil »Weiß« zugeführt werden. Auch kann der Aufnahmeröhre für »Rot« noch ein Teil »Grün« zugeführt werden.

Infolgedessen wird eine größere Gleichheit der Arbeitspunkte der Röhren erhalten. Auch werden die Trägheiten einander genauer gleich gemacht, und zwar gleich der kleinsten Trägheit.

Mit Hilfe einer linearen Matrix werden dann aus den Signalen der Aufnahmeröhren in den Kanälen A. B und C einfach wieder die Signale erhalten werden, die in den Aufnahmeröhren der Kanäle R. G und B entstehen.

Der Vollständigkeit halber sei bemerkt, daß es aus der deutschen Auslegeschrift 1 202 823 an sich bekannt ist. aus den Farbsignalen R. G. B mittels einer linearen Matrix ein Helligkeitssignal zu erhalten.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der

F i g 2 ein Ausführungsbeispiel eines bekannten farbenspaltenden Prismensystems zeigt, und

F i g. 3 eine Ausführungsform eines derartigen Systems nach der Erfindung darstellt.

In Fig. 2 wird die blaue Komponente des über das Objektiv 20 einfallenden Lichts 32 von der auf der vom Objektiv abgekehrten Seite des Prismas 21 angebrachten dichroitischen Schicht 24 reflektiert. Der übrige Teil des Lichts passiert die dichroitische Schicht, durchläuft den Luftspalt 25 und tritt in das zweite Prisma 22 ein. Auf der vom Objektiv abgekehrten Seite dieses Prismas befindet sich eine dichroitische Schicht 26, die nur rotes Licht reflektiert. Von dem auf das farbenspaltende Prismensystem einfallenden Licht ist nun die grüne Komponente übrig geblieben, die ein drittes Prisma 23 durchläuft, das direkt auf dem zweiten Prisma festgekittet ist. Weil die spektralen Empfindlichkeiten der betreffenden Aufnahmeröhren in Vereinigung mit der selektiven Wirkung der farbenspaltenden Schichten nicht völlig gemäß den erwünschten Kurven verlaufen, sind Korrekturfilter 29, 30 und 31 angebracht. Derartige Filter haben den Nachteil einer niedrigen Signalausbeute des einfallenden Lichts.
In dem Prismensystem nach F i g. 3 wird die blaue

ίο Komponente des einfallenden Lichts 57 wieder von der dichroitischen Schicht 44 des Prismas 4 i reflektiert. Das die Schicht 44 passierende Licht durchläuft den Luftspalt 45 und fällt dann auf die teilweise reflektierende auf der Seite 49 des Prismas 42 angebrachte Schicht. Die von der dichroitischen und von der teilweise reflektierenden Schicht zurückgeworfenen Strahlen treten nach Reflexion an einer total reflektierenden Schicht 48 aus dem Prisma 41 heraus und fallen auf die Aufnahmeröhre für »Blau« 54 auf. Diese Röhre empfängt dann, im Vergleich zu der Röhre 37 der Fig. 2, eine zusätzliche Menge Licht, z. B. 10 % Licht der Zusammensetzung Weiß-Blau, wenn die Schicht zu 10°/« neutral reflektierend ist.

Zur Verdeutlichung ist in Fig. 1 die Kurve Π für die spektrale Empfindlichkeitsverteilung des Kanals, in dem sich diese Röhre befindet, dargestellt. Diese Kurve ist dadurch erhalten, daß zu der Kurve 7 10 %> der Kurven 5 und 6 addiert wird. Der Abfall

3^ der Kurve 11 ist weniger steil als der der Kurve 7. Dieser weniger steile Abfall kann in diesem Falle mit dichroitischen Schichten erreicht werden, so daß kein Absorptionsfilter benötigt wird, während die Signalausbeute gesteigert wird. Ferner ist die durch die Kurve 11 und die Abszisse des Koordinatensystems begrenzte Fläche größer als die durch die Kurve 10 und die Abszisse begrenzte Fläche. Diese Vergrößerung wird hauptsächlich auf Kosten der durch die Kurve 6 für »Grün« und die Abszisse begrenzte Fläche erreicht. Mit anderen Worten, die Zunahme des blauen Signals geht mit der Abnahme des grünen Signals einher. Der Arbeitspunkt der Aufnahmeröhre für »Blau« kommt dem der Aufnahmeröhre für »Grün« näher zu liegen. Das heißt, daß die Trägheit der Aufnahmeröhre für »Blau« herabgesetzt wird.

Zur Steigerung der Lichtstärke auf der Aufnahmeröhre für »Rot« auf Kosten der Lichtstärke auf der Aufnahmeröhre für »Grün« kann auch noch ein Luftspalt 47 zwischen den Prismen 42 und 43 ausgespart sein; eine teilweise reflektierende Schicht kann dann auf der Seite 50 des Prismas 43 angebracht sein. Wenn die teilweise reflektierende Schicht zu 10% neutral reflektierend ist, empfängt die Aufnahmeröhre für »Rot« außer rotem Licht auch noch 10 Vo grünes Licht.

Die teilweise reflektierenden Schichten brauchen nicht über ihre ganze Oberfläche reflektierend zu sein, sondern können durch eine durchsichtige Schicht gebildet werden, auf der kleine reflektierende

6u Gebiete angebracht sind, derart, daß z.B. 10ⁿ/₀ des auf die Schicht auffallenden LichK reflektiert wird.

Ein Nachteil der teilweise reflektierenden Schichten könnte darin bestehen, daß bei einer bestimmten Breite des Luftspalts zwei Bilder auf die Aufnahmeröhre projiziert werden. Der gegenseitige Abstand dieser Bilder wird durch die Breite des Luftspalts bestimmt. Dieser Nachteil kann dadurch behoben

werden, daß der Luftspalt derart schmal gewählt wird, daß die Bilder, die durch Reflexionen an der teilweise reflektierenden Schicht und an der dichroitischen Schicht entstehen, einander derart nahe liegen, daß das System sie nicht mehr voneinander unterscheiden kann und sie als ein einziges Bild wahrnimmt.

Versuche haben ergeben, daß durch die Anbrin gung zweier zu 10% neutral reflektierender Schien ten der in Strom umgesetzte Lichtanteil bei einei erfindungsgemäßen Vorrichtung auf 75 % gesteiger werden kann, was eine erhebliche Verbesserung is im Vergleich zu der Ausbeute von 45 % bei be kannten Vorrichtungen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

't Patentansprüche:

1. Farbspaltendes Prismensystem für Farbfernsehkameras, das dichroitische Schichten und mindestens einen Luftspalt enthält, wobei die dichroitischen Schichten mit einer Ebene senkrecht zur optischen Achse Winkel von weniger als 30° einschließen, welche Schichten von den das Prismensystem durchlaufenden Lichtstrahlen nacheinander getroffen werden, wobei an der betreffenden Schicht Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs reflektiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine zusätzliche, in mindestens einem anderen Spektralbereich teilweise reflektierende Schicht vorgesehen ist, die auf eine hinter dem Luftspalt (45, 47) befindliche Fläche (49, 50) aufgebracht ist, und daß eine lineare Matrix vorgesehen ist, die aus dem Summensignal der Aufnahmeröhren (A, so B, C) das dem jeweiligen Farbanteil entsprechende Signal (R, G, B) bildet.

2. Farbspaltendes Prismensystem nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Schicht aus einer durchsichtigen Schicht mit darauf angebrachten lichtreflektierenden Gebieten besteht.

3. Farbspaltendes Prismensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Schicht neutral reflektierend ist.