DE2137466B2

DE2137466B2 - Optisches system fuer eine farbfernsehkamera mit farbtrennung

Info

Publication number: DE2137466B2
Application number: DE19712137466
Authority: DE
Inventors: Hisashi; Hosokawa Teruo; Sakai Osaka; Hioki Ikuo Kishiwada Osaka; Nishino (Japan)
Original assignee: Minolta Camera K.K, Osaka (Japan)
Priority date: 1970-07-28
Filing date: 1971-07-27
Publication date: 1977-12-01
Also published as: DE2137466A1; DE2137466C3; JPS4920236B1; US3768888A

Description

JO

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Die Erfindung betrifft ein optisches System für eine Farbfernsehkamera mit Farbtrennung, bestehend aus einem durch eine transparente Platte mit in gleichmäßigem Abstand parallel verlaufenden Erhöhungen oder 4-> Vertiefungen gebildeten Tiefpaßfilter, einem Aufnahmeobjektiv und einem Farbfilter.

Bei Farbfernsehkameras des Ein- oder Zweiröhrensystems ist die Anwendung eines optischen Systems mit einem gitterförmigen Farbfilter für die Farbtrennung zur Erzeugung von Signalen in den drei Grundfarben bekannt.

Es ist auch bekannt, daß bei einem solchen optischen System, wenn das durch das Aufnahmeobjektiv auf der Ebene des gitterförmigen Farbfilters für die Farbtren- γ-, nung abgebildete Objektbild scharf ist, eine Interferenz zwischen diesem Bild und dem gitterförmigen Farbfilter hervorgerufen wird und damit eine farbig gestreifte Schwebung auf der Bildfläche des Farbfernsehapparates erscheint. w>

Zur Beseitigung solcher Schwebungen braucht nur ein optisches Tiefpaßfilter in das Aufnahmeobjektiv eingebaut zu werden, das den Anteil der hohen Frequenzen im Aufnahmeobjektiv abschneidet und nur den unter einer bestimmten Frequenz liegenden Anteil b5 durchläßt, damit das durch das Aufnahmeobjektiv erzeugte Bild auf dem gitterförmigen Farbfilter unabhängig von der Helligkeit des Aufnahmeobjektivs und dem Blendenwert stets eine größere Breite der Defokussierung aufweist ah den vorbestimmten Wert, der sich aus der Breite der Trägerwelle des Farbsignals ergibt.

Als ein optisches Tiefpaßfilter wird bekanntermaßen ein Polyederprisma oder ein Nylongitter usw. angewendet. In jedem Falle ist aber die Herstellung eines solchen Tiefpaßfilters und auch dessen Einbau in das Aufnahmeobjektiv schwierig, so daß es für die praktische Anwendung ungeeignet ist.

Durch die US-PS 27 33 291 ist es bekannt, in einem optischen System für eine Farbfernsehkamera mit Farbtrennung vor oder nach dem Farbfilter eine als optisches Tiefpaßfilter wirkende Diffusionsplatte anzuordnen. Das beispielhaft beschriebene Tiefpaßfilter besteht aus einer durchsichtigen Platte mit parallel verlaufenden Erhöhungen bzw. Einsenkungen, also einem einfachen Gittermuster, das im Querschnitt eine Dreieckswellenform bildet.

Es hat aber den Nachteil, daß, wenn zur scharfen Abbildung eines Hauptobjekts auf die Ebene des gitterförmigen Farbfilters gegenüber dem vorbestimmten Wert eine um einen gewissen Betrag größere Defokussierungsbreite gewählt wird, beim defokussierten Bilvi eines Objekts an einer bestimmten Stelle im Vorder- oder Hintergrund außerhalb des Hauptobjekts Farbstreifen durch eine andere Interferenz hervorgerufen werden.

Am Schluß eines in dem Journal of the SMPTE, Volume 79 (April 1970) erschienenen Artikels »A Single-Vidicon Television Camera System« wird angeregt, zwischen dem Aufnahmeobjektiv und den dichroitischen Farbkodierfiltern ein optisches Tiefpaßfilter einzuschalten, um irgendwelche Szeneninformationen, die in das Farbbandfrequenzspektrum fallen könnten, weitgehend abzuschwächen. Welche Art von Tiefpaßfilter verwendet werden soll, ist jedoch nicht ausgeführt; auch geht dieser Artikel nicht auf das oben bereits erwähnte Problem der Interferenzerscheinungen zwischen außerhalb der Ebene des Farbfilters fokussierten Objektbildern und dem Farbfilter ein.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches Tiefpaßfilier zu schaffen, das leicht herstellbar ist, dessen Einbau in das optische System ohne Schwierigkeiten geschehen kann und das den an ein optisches Tiefpaßfilter zu stellenden Anforderungen, nämlich weder Interferenzen des Objektbildes, das in der Ebene des Farbfilters fokussiert ist, noch der Objektbilder, die außerhalb der Ebene des Farbfilters fokussiert sind, mit dem Farbfilter zu erzeugen, in zufriedenstellender Weise genügt. Durch das Einsetzen des Tiefpaßfilters in das optische System mit dem Aufnahmeobjektiv und dem Farbfilter zur Farbtrennung, soll der durch die Interferenz auf der Bildfläche hervorgerufene Farbstreifen beseitigt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst daß das Tiefpaßfilter mindestens zwei sich schneidende Phasengitter aufweist.

Durch das Phasengitter mit einer im Schnitt rechteckigen Wellenform und einem linearen Gittei wird das durch das Aufnahmeobjektiv erzeugte Brennpunktbild eines Objekts nicht zu einem Punktbild sondern abgelenkt zu einem Bild mit mehrerer Beugungsordnungen, so daß es sich in zur Phascnrich tung rechtwinkeliger Richtung verbreitert. Durch di< Verbreiterung des abgelenkten Bildes wird ein< Defokussierung des Brennpunktbildes erzeugt, um wenn die Weite der Verbreiterung in der Nähe von zwe

Perioden des gitterförmigen Farbfilters liegt, wird die Interferenz von Brennpunktbild und gitterförmigerr. Farbfilter vermieden.

Bei einem außerhalb der Brenr.ebene liegenden defokussierten Bild werden Streifen erzeugt, und wenn sich der abgelenkte Streifen in einer bestimmten Ebene außerhalb der Brennebene der Periode des gitterförmigen Farbfilters nähert, wird eine Interferenz zwischen beiden erzeugt. Infolgedessen würde bei Anwendung einer solchen Vorrichtung auf ein optisches System, wie z. B. die Farbfernsehkamera, der Farbstreifen auf der Bildfläche des Farbfernsehgerätes wieder hervorgerufen.

Das erfindungsgemäße Tiefpaßfilter verzerrt diese Streifen des defokussierten Bildes, so daß die Erzeugung voii Farbstreifen durch Interferenz verhindert wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann so einer Schwebung auf einem Fernsehbild, die auf der Interferenz zwischen Streifen eines Satzes von Gitterelementen und Streifen auf einem defokussierten Bild beruht, durch einen weiteren Satz von Gitterelementen entgegengewirkt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine Grundplatte, an der das in einer Richtung verlaufende Phasengitter mit der im Schnitt rechteckigen Wellenform angeordnet ist;

F i g. 2 zeigt den Schnitt entlang der Richtung, in der die Gitterelemente auf der Grundplatte nach F i g. 1 angeordnet sind;

Fig. 3 zeigt in einem perspektivischen Schema das durch das Aufnahmeobjektiv erzeugte abgelenkte Bild des Objekts in und außerhalb der Brennebene, wenn das obenerwähnte Phasengitter als Tiefpaßfilter in das Aufnahmeobjektiv eingebaut ist;

Fig.4 zeigt in einem perspektivischen Schema den Zustand, in dem das defokussierte Bild und das gitterförmige Farbfilter für die Farbtrennung nach F i g. 3 eine Interferenz erzeugen;

Fi g. 5 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein optisches Tiefpaßfilter nach der ersten Ausführungsform der Erfindung, bei dem zwei Einzelfilter, die auf durchsichtiger Grundplatte jeweils ein in einer Richtung verlaufendes Phasengitter aufweisen und so aufeinander gelegt sind, daß die Richtungen der Phasengitter gegeneinander geneigt sind;

F i g. 6 zeigt in einer perspektivischen Darstellung die zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der das in zwei Richtungen verlaufende Phasengitter mit einer im Schnitt rechteckigen Wellenform auf einer Grundplatte ausgebildet ist;

Fig.7 zeigt in einem perspektivischer. Schema das abgelenkte Bild in und außerhalb der Brennebene für den Fall, daß das erfindungsgemäße optische Tiefpaßfilter nach F i g. 6 in das Aufnahmeobjektiv eingesetzt ist;

F i g. 8 zeigt in einer Frontansicht ein Ausführungsbeispiel des gitterförmigen Farbfilters, das zusammen mit dem optischen Tiefpaßfilter in das Aufnahmeobjektiv eingebaut wird;

Fig.9 zeigt in einer perspektivischen Ansicht den Aufbau des Hauptteils des optischen Systems einer Farbfernsehkamera des Ein-Röhrensystems, wobei das erfindungsgemäße optische Tiefpaßfilter in das optische System, das aus dem Aufnahmeobjektiv und dem gitterförmigen Farbfilter besteht, eingesetzt ist;

Fig. 10 zeigt in einer perspektivischen Darstellung den Kombinationsaufbau mit einem Aufnahmeobjektiv bei einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.

In F i g. 1 und 2 ist ein optisches Tiefpaßfilter gezeigt, das aus einem linearen Phasengitter 5 mit der im Schnitt ^r> rechteckigen Wellenform besteht. Auf der Grundplatte 1 sind die zueinander parallel verlaufenden Gitterelemente 2 (Laminae) ausgebildet. Die Teilung des Gitters ist X, und wenn die Breite eines Gitterelements 2a ist, ist der Abstand zwischen zwei Gitterelementen (X—a).

'<· Wenn die Phasendifferenz durch die Gitterelemente 2 ό ist, wird die Phasendifferenz ό zwischen dem durch die Gitterelemente 2 kommenden Licht 3 und dem nur durch die Grundplatte 1 kommenden Licht 4 erzeugt.

Die Gitterelemente 2 haben vorzugsweise gleiche

i~> Form und Größe und sind so bemessen, daß sie bei den Lichtwellen eine aus dem durch folgende Formeln gegebenen Bereich ausgewählte Phasendifferenz ό erzeugen:

COS Λ £ - 1 ,

1 - 0.35 <</+!) ^ cos Λ ^ 1 - 0,65 (</+!).

wobei q gleich dem Verhältnis der gesamten, nicht durch die optischen Gitterelemente 2 bedeckten Fläche zur gesamten durch die optischen Gitterelemente 2 bedeckten Fläche ist und dieses Verhältnis q nicht kleiner als 1 ist. Obwohl die Periode oder die Zwischenräume zwischen den Gitterelementen 2 vorzugsweise konstant sind, können sie leicht variieren.

so Außerdem können die Gitterelemente 2 sowohl von einem trapezoiden als auch einem rechtwinkligen Querschnitt sein. Die Gitterelemente 2 von trapezoidem Querschnitt können Form und Abmessungen haben, wie sie in dem Artikel »Optical Low-Pass Filter for a Single

r> Vidicon Color Television Camera«, Journal of the SMPTE, April/1972, Band 81, und insbesondere anhand Fig. 6, Seite 283 beschrieben sind. Außerdem werden die folgenden Bedingungen der optischen Gitterelemente 2 vorzugsweise erfüllt:

cos d ^ - 1 ,

1 -0.35 -- ^ cos,·» = 1-0,65 ^A. .
A A

•r> wobei

A=u. wenn α ^ X — α .

A = X — α, wenn α 3: X — α ,

X = die Gitterperiode des gestreiften Filters und α = die Breite der Gitterelemcnte 2 bedeutet.

Auch kann der durchsichtige Filterträger eine Linsenfläche sein.

Das optische Tiefpaßfilter aus dem obenerwähnten rechtwinkligen Phasengitter 5 mit der im Schnitt rechteckigen Wellenform wird mit dem Aufnahmeobjektiv 6 zusammen eingebaut, und die Art der Abbildung de* punktförmigen Objekts P auf der an verschiedenen Stellen der optischen Achse des Aufnahmeobjektivs 6 durch eben dieses Aufnahmeobjektiv ist in Fig. 3 dargestellt.

An der Stelle des Brennpunkts A erfährt das Bild des punktförmigen Objekts, das, wenn das optische Tiefpaßfilter nicht angewendet wird, ais Punktbiid abgebildet wird, durch das Phasengitter 5 mit der im Schnitt rechteckigen Wellenform des optischen Tiefpaßfilters eine Ablenkung nach Fraunhofer, d.h. mit mehreren Beugungsordnungen, und verbreitert sich

zur Richtung der Gitterelemente 2 rechtwinklig, d. h„ dieses nach Fraunhofer abgelenkte Bild besteht aus einer Mehrzahl von auf einer in Richtung der Gittereinteilung des Tiefpaßfilters 5 in der Ebene A rechtwinklig zur optischen Achse verlaufenden, geraden Linie gestreuten Punkten. Durch die Weite H der Verbreiterung des abgelenkten Bildes entsteht eine Defokussierung des optischen Bildes. Wenn diese Weite H breiter ist als ungefähr zwei Perioden des gitterförmigen Farbfilters, bei dem, wie in F i g. 8 gezeigt, blaue, grüne, rote und weiße Streifen aufeinanderfolgend gebildet werden, kann eine Interferenz zwischen dem obenerwähnten Bild und dem gitterförmigen Farbfilter vermieden werden.

Im oben beschriebenen Fall befindet sich der Bildpunkt gegenüber dem Objektpunkt P in der Brennebene A des Aufnahmeobjektivs 6. Wenn aber der Bildpunkt sich in einer aus der Brennebene herausgerückten Ebene B oder Cbefindet oder das Aufnahmeobjektiv 6 um einen bestimmten Betrag aus der Stellung, in der der Brennpunkt in der Ebene A liegt, herausbewegt wird, treten auf dem Bild Interferenzerscheinungen auf, und es werden, wie in F i g. 3 gezeigt, Fresnelsche abgelenkte Streifen erzeugt. In der von der Brennebene A um eine bestimmte Länge d entfernten Ebene D entsteht, wie in F i g. 3 gezeigt, der sehr deutlich abgelenkte Streifen 7, der in Richtung der Phasenelemente 2 verläuft und zu ihnen rechtwinklig abgelenkt ist.

Wenn sich die Periode dieses abgelenkten Streifens 7 in F i g. 4 der Periode des gitterförmigen Farbfilters 8 nähert, wird eine Interferenz zwischen beiden hervorgerufen. Wird ein solches optisches System in einer Farbfernsehkamera angewendet, so wird eine Schwebung des Farbstreifens bei einem Bild, das außerhalb einer bestimmten Brennebene liegt, hervorgerufen.

Infolge von Versuchen wurde ersichtlich, daß die erste Interferenz auf dem defokussierten Bild im Fall, daß das Bild durch das Aufnahmeobjektiv 6 in einer Ebene erzeugt wird, die von der mit dem Brennpunkt übereinstimmenden Stelle um ein bestimmtes Maß entfernt ist, und die zweite Interferenz im Fall, daß die Bildebene des Aufnahmeobjektivs noch weiter entfernt ist, beobachtet werden kann.

Bei der Erfindung werden, wie in F i g. 5 gezeigt, die Grundplatten 1, 1' zweier in Fig. 1, 2 dargestellter gleichartiger, in einer Richtung verlaufender Phasengitter 5, 5' mit der im Schnitt rechteckigen Wellenform zueinander parallel so angeordnet, daß die parallelen Gitterelemente 2, 2' der beiden Gitter einander zugewandt und um einen bestimmten Winkel gegeneinander geneigt (verdreht) sind; aus diesen beiden Phasengittern 5,5' wird dann ein optisches Tiefpaßfilter gebildet.

Bei einem solchen Tiefpaßfilter, bei dem ein Phasengitter 5' mit der im Schnitt rechteckigen Wellenform auf das eigentliche Phasengitter 5 mit der im Schnitt rechteckigen Wellenform mit einer Neigung aufgelegt ist, bildet der durch das in F i g. 3 und F i g. 4 gezeigte Phasengitter erzeugte abgelenkte Fresnelsche Streifen 7 außerhalb des Brennpunkts eine Interferenz mit dem durch das geneigte Phasengitter 5' erzeugten abgelenkten Fresnelschen Streifen, so daß der in F i g. 3 gezeigte, in der Fläche D deutliche abgelenkte Streifen nicht erzeugt wird.

In Fig.6 ist eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Tiefpaßfilters dargestellt. Auf einer Grundplatte 9i sind die Gitterelemente 9₂ angeordnet, durch die das Phasengitter mit der im Schnitt rechteckigen Wellenform und mit den gegeneinander geneigten zwei Anorclnungsrichtungen der Phasen bzw. Gitterelemente gebildet ist; daraus wird das optische Tiefpaßfilter 9 gebildet. ") F i g. 7 zeigt die in der Brennebene A und in den Ebenen B, C, D außerhalb der Brennebene abgelenkten Bilder vom auf der optischen Achse des Aufnahmeobjektivs 6 gelegenen Punktbild P für den Fall, daß das in F i g. 6 dargestellte optische Tiefpaßfilter 9 angewendet

ίο wird. Die in der der Ebene D in F i g. 3 entsprechenden Ebene D in F i g. 7 erzeugten abgelenkten Streifen 10 haben keine Interferenz mit dem gitterförmigen Farbfilter 8 für die Farbtrennung nach F i g. 4 und F i g. 8 zur Folge.

i) Bei einer Farbfernsehkamera mit Farbtrennung, in der ein mit einem solchen optischen Tiefpaßfilter und dem gitterförmigen Farbfilter 8 für die Farbtrennung versehenes optisches Abbildesystem verwendet wird, kann also der erste, durch die Interferenz des mit dem Brennpunkt zusammenfallenden Objektbildes mit dem gitterförmigen Farbfilter 8 erzeugte Farbstreifen auf der Bildfläche des Fernsehapparates vermieden werden, und auch die Entstehung des zweiten, durch die Interferenz des abgelenkten Streifens des mit dem

2^ri Brennpunkt nicht zusammenfallenden Objektbildes mit dem gitterförmigen Farbfilter 8 herbeigeführten Farbstreifens kann vermieden werden.

In F i g. 9 ist ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Tiefpaßfilters auf eine Farbfernseh-

jo kamera des Ein-Röhrensystems gezeigt. Auf ein in F i g. 8 dargestelltes gitterförmiges Farbfilter 8 wird das Objektbild über das optische Tiefpaßfilter 9 durch das Aufnahmeobjektiv 6 abgebildet, und dieses Objektbild wird in Bildelemente der drei Grundfarben, nämlich

j-, Blau, Grün und Rot, zerlegt. Dieses zerlegte Bild wird durch die Feldlinse ti und die Relaislinse 12 auf die Ebene der Bildaufnahmeröhre 13 abgebildet, und durch Abtastung dieses Bildes kann das Farbsignal gewonnen werden. In diesem Fall braucht das optische Tiefpaßfilter nur an der Stelle der Pupille des Aufnahmeobjektivs 6 oder vor bzw. hinter dem Aufnahmeobjektiv angeordnet zu werden. Außerdem kann eine Anordnung nach F i g. 10 gewählt werden. In der oben beschriebenen Erläuterung der Ausführungsbeispiele sowie des Anwendungsbeispiels wird ein gitterförmiges Farbfilter erwähnt, das, wie in F i g. 8 dargestellt, aus wiederholt aufeinander folgenden ir einer Richtung parallel verlaufenden Filtern für die dre Grundfarben besteht. Durch die Anwendung der in zwe

-,ο Richtungen angeordneten Phasengitter 5, 5' mit der in Schnitt rechteckigen Wellenform oder des Phasengit ters 9 mit zwei zueinander geneigten Sätzen von parallc verlaufenden Gittertlementen kann die durch di Interferenz eines Bildes in der Brennebene und eine

·->■■) defokussierten Bildes außerhalb der Brennebene er zeugte Schwebung völlig beseitigt werden. Wenn abc das gitterförmige Farbfilter in zwei oder meh Richtungen angeordnet wird, kann das optisch Tiefpaßfilter mit dem in Fig. 1 gezeigten, in eine

w) Richtung verlaufenden Phasengitter 5 mit der im Schni rechteckigen Wellenform so auf das optische Tiefpaßfi ter 9 mit dem in zwei Richtungen verlaufende Phasengitter 92 mit der im Schnitt rechteckige Wellenform gelegt werden, daß die Richtungen d

h^r. Phasengitter gegeneinander geneigt sind.

Die Gitterelemente können durch Vakuumverdam fung auch auf die Oberfläche einer Linse aufgcbrac werden.

Hierzu 3 BIaIl

Claims

Patentansprüche:

1. Optisches System für eine Farbferns amera mit Farbtrennung, bestehend aus einem α..ich eine transparente Platte mit in gleichmäßigem Abstand parallel verlaufenden Erhöhungen oder Vertiefungen gebildeten Tiefpaßfilter, einem Aufnahmeobjektiv und einem Farbfilter, dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefpaßfilter mindestens zwei sich schneidende Phasengitter (5,5', 9₂,14₂) aufweist.

2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Tiefpaßfilter aus auf einer durchsichtigen Grundplatte (9|) angeordneten, in zwei zueinander geneigten Richtungen verlaufenden Phasengittern (9₂) mit einer im Schnitt rechteckigen Wellenform besteht.

3. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Tiefpaßfilter aus auf einer durchsichtigen Grundplatte (14i) angeordneten, in drei zueinander geneigten Richtungen verlaufenden Phasengittern (14₂) mit einer im Schnitt rechteckigen Wellenform besteht.

4. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Tiefpaßfilter aus zwei oder mehr Einzelfiltern besteht, die auf durchsichtiger Grundplatte (1,1') jeweils ein in einer Richtung verlaufendes Phasengitter (5,5') aufweisen und so aufeinandergelegt sind, daß die Richtungen der Phasengitter (5,5') gegeneinander geneigt sind.

5. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen eines jeden Phasengitters so angeordnet sind, daß die Oberfläche aller Gitterstreifen bzw. die Dicke der so angeordneten Gitterstreifen überall, auch in den Abschnitten, wo ein Streifen des einen Phasengitters einen Streifen des anderen Phasengitters schneidet, eben bzw. gleich sind.

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