DE2137466C3 - Optisches System für eine Farbfernsehkamera mit Farbtrennung - Google Patents
Optisches System für eine Farbfernsehkamera mit FarbtrennungInfo
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Description
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
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 Farbtrennung 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.
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 durchlaßt, 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 als 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
in 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 an-
Ii zuordnen. 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
>ii 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
Bild 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,
Am Schluß eines in dem Journal of the SMPTE,
hi Volume 79 (April 1970) erschienenen Artikels »A Single-Vidicon Television Camera System« wird angeregt,
zwischen dem Aufnahmeobjektiv und den dichroitischen Farbkodicrfiltcrn ein optischss Tiefpaßfilter
einzuschalten, um irgendwelche Szeneninforma-
ji tionen, die in das Farbbandfrequenzspektrum fallen
könnten, weitgehend abzuschwächen. Welche Art von Tiefpaßfilter verwendet werden soll, ist jedoch nicht
ausgr führt; auch geht dieser Artikel nicht auf das oben bere.ts erwähnte Problem der Intcrferenzerscheinungen
zwischen außerhalb der Ebene des Farbfilters fokussieren Objektbildern und dem Farbfilter ein.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches Tiefpaßfilter zu schaffen, das leicht herstellbar ist, dessen Einbau
in das optische System ohne Schwierigketten 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 Gitter wird das durch das Aufnahmeqbjektiv erzeugte Brennpunktbild eines Objekts nicht zu einem Punktbild, sondern abgelenkt zu einem Bild mit mehreren Beugungsordnungen, so daß es sich in zur Phasenrich-
Durch das Phasengitter mit einer im Schnitt rechteckigen Wellenform und einem linearen Gitter wird das durch das Aufnahmeqbjektiv erzeugte Brennpunktbild eines Objekts nicht zu einem Punktbild, sondern abgelenkt zu einem Bild mit mehreren Beugungsordnungen, so daß es sich in zur Phasenrich-
b) tung rechtwinkeliger Richtung verbreitert. Durch die
Verbreiterung des abgelenkten Bildes wird eine Defokussierung des Brennpunktbildes erzeugt, und
wenn die Weite der Verbreiterung in der Nähe von zwei
Perioden des gitierförmigen Farbfilters liegt, wird die
Interferenz von Brennpunktbild und gitterförmigem
Farbfilter vermieden.
Bei einem außerhalb der Brennebene 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 Vorkehrung 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
von 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 werfen im
folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben.
F i g. 1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine Grundplatte, an der das in einer Richtung
verlaufende Phasengitter mit der im Schnitt rechteckigen Wellenform angeordnet ist;
Fig.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;
F i 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 Ausfiihrungsform der Erfindung, bei der das in
zwei Richtungen verlaufende Phasengitter mit einer im Schnitt rechteckigen Wellenform auf einer Grundplatte
ausgebildet ist;
F i g. 7 zeigt in einem perspektivischen 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
erfindungsgemäOe optische Tiefpaßfilter in das optische System, das aus dem Aufnahmeobjektiv und dem
gitterförmigen Farbfilter besteht, eingesetzt ist;
Fig. IO zeigt in einer perspektivischen Darstellung
den Kombinationsaufbau iiiit 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 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).
ι» Wenn die Phasendifferenz durch die Gitterelemente 2 δ
ist, wird die Phasendifferenz δ 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 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 ^ - I ,
I - 0,35 (r/ + I) :> cos*} ^ ί-C Vi5(i/-t-l)
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.
«ι Außerdem können die Gitterelemente 1 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
y> 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:
cosAS-l.
1 - 0,35 - > cos Λ = 1 - 0,65 —
A~ A
A~ A
wobei
A = α, wenn « :£ X -α ,
A = X — α, wenn α ^ X — α ,
X = die Gitterperiode des gestreiften Filters und
5(1 α = die Breite der Gitterelemente 2 bedeutet.
A = X — α, wenn α ^ X — α ,
X = die Gitterperiode des gestreiften Filters und
5(1 α = die Breite der Gitterelemente 2 bedeutet.
Auch kann der durchsichtige Filterträger eine Linsenfläche sein.
Das optische Tiefpaßfilter aus dem obenerwähnten
Das optische Tiefpaßfilter aus dem obenerwähnten
Yi rechtwinkligen Phasengitter 5 mit der im Schnitt
rechteckigen Wellenform wird mit dem Aufnahmeobjektiv 6 zusammen eingebaut, und die Art der Abbildung
des punktförmigen Objekts P auf der an verschiedenen Stellen der optischen Achse des Aufnahmeobjektivs 6
bo durch eben dieses Aufnahmeobjektiv ist in Fig.3
dargestellt.
An der Stelle des Brennpunkts A erfährt das Büd des
punktförmigen Objekts, das, wenn daj optische Tiefpaßfilter nicht angewendet wird, als Punktbild
bi 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 Gitterclemente 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 // 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 Fig. 8 gezeigt, blaue, grüne, rote und weiße Streifen aufeinanderfolgend
gebildet werden, kann eine InIcIfCrCn/
/wischen 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 herausge-
lUl.lMl.llI-.Lft.llt.tVWUt.l V. Ut.llllU«.l UU\.I UUjrtUIIIU CuI/
jektiv 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 Fig. 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 I1 Γ 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 (vrdreht) 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 9, sind die Gitterelemente 92
angeordnet, durch die das Phasengitter mit der im Schnitt rechteckigen Wellenform und mit den gegeneinander
geneigten zwei Anordnungsrichtungen 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 wird. Die in der der Ebene D in F i g. 3 entsprechenden
F.bene Din Fig. 7 erzeugten abgelenkten Streifen IO haben keine Interferenz mit dem gitterförmigen
Farbfilter 8 für die Farbtrennung nach F i g. 4 und Fi g. 8
zur Folge.
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.
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 Brennpunkt nicht zusammenfallenden Objektbildes mit
dem gitterförmigen Farbfilter 8 herbeigeführten Farbjtreifens kann vermieden werden.
In Fig ? ist ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen
optischen Tiefpaßfilters auf eine Farbfernsehkamera 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 Bildeletnente der drei Grundfarben, nämlich
Blau, Grün und Rot, zerlegt. Dieses zerlegte Bild wird durch die Feldlinse 11 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 Fig. 10gewählt 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 in
einer Richtung parallel verlaufenden Filtern für die drei Grundfarben besteht. Durch die Anwendung der in zwei
Richtungen angeordneten Phasengitter 5, 5' mit der im Schnitt rechteckigen Wellenform oder des Phase.igitters
9 mit zwei zueinander geneigten Sätzen von parallel verlaufenden Gitterelementen kann die durch die
interferenz eines Bildes in der Brennebene und eines defokussierten Bildes außerhalb der Brennebene erzeugte Schwebung völlig beseitigt werden. Wenn aber
das gitterförmige Farbfilter in zwei oder mehr Richtungen angeordnet wird, kann das optische
Tiefpaßfilter mit dem in F i g. 1 gezeigten, in einer Richtung verlaufenden Phasengitter 5 mit der im Schnitt
rechteckigen Wellenform so auf das optische Tiefpaßfilter 9 mit dem in zwei Richtungen verlaufenden
Phasengitter 92 mit der im Schnitt rechteckigen Wellenform gelegt werden, daß die Richtungen der
Phasengitter gegeneinander geneigt sind.
Die Gitterelemente können durch Vakuumverdampfung auch auf die Oberfläche einer Linse aufgebracht
werden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentansprüche;1, Optisches System für eine Farbfernsehkamera mit Farbtrennung, bestehend aus einem durch 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', 93,142) aufweistZ 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 (9j) mit einer im Schnitt rechteckigen Wellenform besteht3. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Tiefpaßfilter aus auf einer durchsichtigen Grundplatte (14|) angeordneten, in drei zueinander geneigten Richtungen verlaufenden Phasengittern (142) mit einer im Schnitt rechteckigen Wellenform besteht4.. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das optische Tiefpaßfilter aus zweti 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 geneig t sind.5. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen eines jeden Fhasengiüers so ,angeordnet sind, daß die Oberfläche aller Gitterstreifen bzw. die Dicke der so angeordneten Gitterstreifen über%U, auch in den Abschnitten, wo ein Streifen des einen Phasengitters einen Streifen des anderen Phasengitters schneidet eben bzw. gleich sind.
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