DE2218468C3

DE2218468C3 - Color divider system for color television cameras

Info

Publication number: DE2218468C3
Application number: DE19722218468
Authority: DE
Inventors: Michiko Yokohama Asou (Japan)
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1971-04-17
Filing date: 1972-04-17
Publication date: 1978-01-12

Description

· a· A

1/2 · arc sin1/2 arc sin

l· arc sin —r-=r
η ■ 2 F l · arc sin —r- = r
η ■ 2 F

bestimmt ist und der Winkel (Θ3) zwischen der zweiten Ebene (22) des zweiten Prismas (2) und dem an dieser reflektierten Strahl in der gleichen Größenordnung wie der Neigungswinkel (Θι) der zweiten Ebene (I2) liegt.is determined and the angle (Θ3) between the second plane (22) of the second prism (2) and the at this reflected beam in the same order of magnitude as the angle of inclination (Θι) of the second level (I2).

2. Farbteilersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfallswinkel des auf die zweite dichroitische Schicht (7) auffallenden Lichtstrahls durch die Formel2. Color splitter system according to claim 1, characterized in that the angle of incidence of the second dichroic layer (7) incident light beam by the formula

(-)₂ > arc sin —r-=
i! · 2 F (-) ₂ > arc sin -r- =
i! · 2 F

bestimmt ist.is determined.

3. Farbteilersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (Θ3) zwischen der zweiten Ebene (2₂) des zweiten Prismas (2) und dem an dieser Ebene reflektierten Lichtstrahl der Beziehung3. Color splitter system according to claim 2, characterized in that the angle (Θ3) between the second plane (2 ₂ ) of the second prism (2) and the light beam reflected on this plane of the relationship

90 - (-)y- arc sin ^- > arc sin —90 - (-) y- arc sin ^ -> arc sin -

π · 2 F η π · 2 F η

genügt und daß der Winkel (Θ4) zwischen der zweiten Ebene (22) des zweiten Prismas (2) und dem an dieser Ebene (2₂) austretenden Lichtstrahl durch die Beziehungis sufficient and that the angle (Θ4) between the second plane (22) of the second prism (2) and the _{light beam exiting on this plane (2 2} ) by the relationship

<->* - 90 + arc sin -—■-=■— < arc sin - <-> * - 90 + arc sin -— ■ - = ■ - <arc sin -

η ■ 2 F ηη ■ 2 F η

6o6o

vorgegeben ist.is given.

4. Farbteilersystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein viertes Prisma (4) zum Abgleich des optischen Weges in den optischen Strahlengang des von der zweiten dichroitischen Schicht reflektierten und auf die dritte Bildaufnahmeröhre (10) gerichteten Lichts vorgesehen ist, wobei ein kleiner Luftspalt (G) zu der total reflektierenden Ebene (2₂) des zweiten Prismas (2) gebildet ist4. Color splitter system according to claim 1, 2 or 3, characterized in that a fourth prism (4) is provided for aligning the optical path in the optical beam path of the light reflected by the second dichroic layer and directed onto the third image pickup tube (10), wherein a small air gap (G) to the totally reflecting plane (2 ₂ ) of the second prism (2) is formed

Die Erfindung betrifft ein Farbteilersystem gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a color divider system according to the preamble of the main claim.

Ein Farbteilersystem gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs ist bereits in der US-PS 32 02 039 beschrieben. Bei diesem bekannten Farbteilersystem werden die optischen Eigenschaften dadurch verbessert, daß die dichroitischen Schichten derart gegenüber der Objektivachse geneigt sind, daß der jeweilige Einfallswinkel kleiner als 30° ist Die Teillichtstrahlen unterliegen jedoch nicht der gleichen Zahl von Reflexionen, d. h. während zwei Teillichtstrahlen zweimal reflektiert werden, gelangt ein dritter Teillichtstrahl ohne Reflexion in die zugeordnete Kameraröhre- Die von diesem Farbteilersystem erzeugten Lichtstrahlen haben auf Grund der unterschiedlichen Zahl an Reflexionen verschiedene Helligkeitswerte. Außerdem sind die drei Prismen nicht in einer aneinanderliegenden Anordnung vorgesehen, sondern zumindest durch einen kleinen Luftspalt voneinander getrenntA color divider system according to the preamble of the main claim is already in US-PS 32 02 039 described. In this known color splitter system, the optical properties are improved by that the dichroic layers are inclined relative to the objective axis in such a way that the respective angle of incidence is smaller than 30 °. However, the partial light rays are not subject to the same number of Reflections, d. H. while two partial light beams are reflected twice, a third partial light beam arrives without reflection in the associated camera tube - the light rays generated by this color splitter system have different brightness values due to the different number of reflections. Besides that the three prisms are not provided in an adjacent arrangement, but at least by one small air gap separated from each other

Die DT-OS 15 97 210 beschreibt ein Farbteilersystem, bei dem mehrere dreiseitige Prismen vorgesehen sind und das annähernd parallele Teillichtstrahlen erzeugt. Auch hier werden die Teillichtstrahlen verschieden oft reflektiert infolgedessen die Lichtstrahlen unterschiedliche Helligkeitswerte haben.DT-OS 15 97 210 describes a color splitter system in which several three-sided prisms are provided and which generates approximately parallel partial light beams. Here, too, the partial light rays are often different as a result, the light rays have different brightness values.

Die Erhöhung des Einfallswinkels auf einen dichroitischen Spiegel verschlechtert die Ablenkeigenschaften des Spiegels erheblich. Der Einfallswinkel auf einen dichroitischen Spiegel ändert sich im allgemeinen derart, daß sich der Winkel im Zentrum von demjenigen in den Randbereichen unterscheidet, wodurch die Reflexions- und Durchlässigkeitseigenschaften hervorgerufen werden; infolgedessen ist ein Weißausgleich zwischen dem Zentrum und dem Randteil üblicherweise nicht vorhanden, wodurch sogenannte Farbabschattungen auftreten, d. h. die Farbe im Zentrum weiß und im Randbereich nicht weiß wird. Mit größer werdendem Einfallswinkel tritt dieser Effekt stärker auf. Die Behebung dieser Nachteile, d. h., die Reduzierung von Farbbildabschattung und die Ablenkung der Lichtstrahlen wird bekanntlich dadurch erreicht, daß der Einfallswinkel auf die dichroitischen Schichten klein gewählt wird (US-PS 26 38 030).Increasing the angle of incidence on a dichroic mirror worsens the deflection properties of the mirror considerably. The angle of incidence on a dichroic mirror generally changes such that the angle in the center differs from that in the edge areas, whereby the Reflection and transmission properties are created; as a result, there is a white balance usually not present between the center and the edge part, causing so-called color shading occur, d. H. the color becomes white in the center and not white in the edge area. With growing This effect occurs more strongly at the angle of incidence. The elimination of these disadvantages, i. i.e., the reduction of Color image shading and the deflection of the light rays is known to be achieved in that the The angle of incidence on the dichroic layers is chosen to be small (US Pat. No. 2,638,030).

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein kompaktes Farbteilersystem für Farbfernsehkameras zu schaffen, bei dem die Helligkeit der austretenden Lichtstrahlen, d. h. die Helligkeit der vom Farbteilersystem abgegebenen Ausgangssignale einheitlich ist und außerdem der Lichtweg durch die Prismen klein ist.In contrast, the invention is based on the object of a compact color splitter system for color television cameras to create, in which the brightness of the exiting light rays, d. H. the brightness of the from Color splitter system output signals is uniform and also the light path through the Prisms is small.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.According to the invention, this object is achieved by the subject matter of the main claim. Further Refinements of the invention emerge from the subclaims.

Die Erfindung schafft ein kompaktes Farbteilersystem, welches Ausgangssignale bzw. Teillichtstrahlen mit gleicher Helligkeit liefert. Durch die Erfindung wird somit verhindert, daß Unterschiede bezüglich der Helligkeit der Ausgangssignale des Farbteilersystems auftreten, die durch das sich anschließende Fernseh-The invention creates a compact color splitter system, which output signals or partial light beams delivers with the same brightness. The invention thus prevents differences in the Brightness of the output signals of the color splitter system occur, which are caused by the subsequent television

übertragungssystem korrigiert werden müssen. Es werden somit grundsätzlich Schwierigkeiten vermieden, die durch Ausgangssignale unterschiedlicher Helligkeit hervorgerufen werden könnten. Bei der Erfindung wird jeder Lichtstrahl zweimal reflektiert. Außerdem ist der Lichtweg durch die Prismen klein und der Lichtweg der Teillichtstrahlen gleich groß. Da d-- Neigungswinkel der dichroitischen Schicht des ersten Prismas praktisch gleich dem Neigungswinkel der total reflektierenden Ebene des zweiten Prismas ist, wird der Raumbedarf für das zweite Prisma erheblich verringerttransmission system must be corrected. It Difficulties caused by output signals of different brightness are thus avoided in principle could be caused. In the invention, each light beam is reflected twice. Besides, the Light path through the prisms is small and the light path of the partial light beams is the same. Da d-- angle of inclination of the dichroic layer of the first prism is practically equal to the angle of inclination of the totally reflective one Level of the second prism will be the space required for the second prism is reduced considerably

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer Zeichnung näher erläutert Die Zeichnung zeigt eine schematische Schnittansicht des Hauptteils eines Farbteilersystems für eine Farbfernsehkamera.In the following the invention is explained in more detail with reference to a drawing. The drawing shows a a schematic sectional view of the main part of a color dividing system for a color television camera.

Das dargestellte Farbteilersystem weist vier dreiseitige Prismen 1 bis 4 auf, die als erstes bis viertes Prisma bezeichnet sind, wobei die erste Ebene Ii des ersten Prismas 1 senkrecht zu einer optischen Achse eines Objektivs 5 verläuft und die Einfallsebene bildet. Die zweite Ebene I2 dieses Prismas und eine erste Ebene 2| des zweiten Prismas liegen aneinander an, und legen einen ersten dichroitischen Spiegel 6 zwischen sich fest. Eine dritte Ebene 23 des zweiten Prismas 2 und eine erste Ebene 3| des dritten Prismas 3 liegen aneinander an und weisen zwischen sich einen zweiten dichroitischen Spiegel 7 auf. Das vierte Prisma 4 ist unter Einhaltung eines kleinen Luftspalts G gegenüber einer zweiten Ebene 22 des zweiten Prismas 2 angeordnet. Es sind drei Bildaufnahmeröhren 8,9 und 10 und drei Filter 11,12 und 13 für einen Feinabgleich vorgesehen.The color splitter system shown has four three-sided prisms 1 to 4, which are designated as first to fourth prism, the first plane Ii of the first prism 1 running perpendicular to an optical axis of an objective 5 and forming the plane of incidence. The second level I2 of this prism and a first level 2 | of the second prism lie against one another and define a first dichroic mirror 6 between them. A third plane 23 of the second prism 2 and a first plane 3 | of the third prism 3 lie against one another and have a second dichroic mirror 7 between them. The fourth prism 4 is arranged with respect to a second plane 22 of the second prism 2 while maintaining a small air gap G. There are three image pickup tubes 8, 9 and 10 and three filters 11, 12 and 13 for fine adjustment.

Bei dem beschriebenen Farbteilersystem gelangt das Licht aus dem Objektiv senkrecht auf die erste Ebene 11 des ersten Prismas 1 und wird in zwei Farben durch die Reflexion und Durchlässigkeit des ersten dichroitischen Spiegels 6 geteilt; der reflektierte Lichtstrahl wird an der ersten Ebene Ii total reflektiert und tritt in die erste Bildaufnahmeröhre 8 von der dritten Ebene I3 des Prismas 1 nach einem Durchgang durch das Filter 11 ein. Das durch den ersten dichroitischen Spiegel 6 durchgelassene Licht tritt in das zweite Prisma 2 ein und wird zuerst an der zweiten Ebene 22 dieses Prismas total reflektiert und erreicht dann den zweiten dichroitischen Spiegel 7. Dann tritt der durchgelassene Lichtstrahl in das dritte Prisma ein und wird an dessen zweiten Ebene 32 reflektiert, wonach er zu der zweiten Aufnahmeröhre 9 durch die dritte Ebene 33 des Prismas nach dem Durchtritt durch das Filter 12 gelangt Der an dem zweiten dichroitischen Spiegel 7 reflektierte Lichtstrahl gelangt durch die zweite Ebene 22 des zweiten Prismas 2 und den Luftspalt G in das vierte Prisma 4 und dann nach dem Durchtritt durch das Filter 13 in die dritte Aufnahmeröhre 10. Bei der beschriebenen Anordnung dient das dritte Prisma 3 dazu, die Anzahl an Reflexionen und die optische Weglänge in einem Kanal einheitlich gegenüber den anderen Kanälen zu machen, und dient gleichzeitig dazu, die Projektionsebene senkrecht zu der optischen Achse anzuordnen. Das vierte Prisma 4 ist vorgesehen, um in bekannter Weise die Projektionsebene senkrecht zu der optischen Achse anzuordnen und um die optische Weglänge entlang der optischen Achse zu den anderen Kanälen gleich groß zu machen. Wenn der Einfallwinkel auf den dichroitischen Spiegel kleiner gemacht werden soll, durchsetzt der reflektierte Lichtstrahl denselben Raum wie das einfallende Lichtbündel, aber einen großen Teil des Raums, weshalb eine große optische Weglänge benötigt wird, um den reflektierten Lichtstrahl austreten zu lassen. Beim Gegenstand der Erfindung haben die Ebene Ii des ersten Prismas 1 und die Ebene 22 des zweiten Prismas 2 die Aufgabe, daß die erste Ebene eine durchlässige Ebene für den einfallenden Lichtstrahl ist sowie eine total reflektierende Ebene für den von dem dichroitischen Spiegel 6 reflektierten Lichtstrahl ist, während die letztere Ebene im Gegensatz dazu als total reflektierende Ebene für den einfallenden Lichtstrahl zu dem dichroitischen Spiegel 7 und als durchlässige Ebene für den von demselben Spiegel reflektierten Lichtstrahl dient, so daß die optische Weglänge verkürzt und die Größe des Prismas klein gewählt werden kann. Ferner kann der Einfallwinkel klein gewählt werden, indem der Lichtstrahl zwischen den beiden Ebenen hin und her verläuftIn the color splitter system described, the light from the objective reaches the first plane 11 of the first prism 1 perpendicularly and is divided into two colors by the reflection and transparency of the first dichroic mirror 6; the reflected light beam is totally reflected at the first plane Ii and enters the first image pickup tube 8 from the third plane I3 of the prism 1 after passing through the filter 11. The light transmitted through the first dichroic mirror 6 enters the second prism 2 and is first totally reflected at the second plane 22 of this prism and then reaches the second dichroic mirror 7. Then the transmitted light beam enters the third prism and is on its second plane 32 is reflected, after which it arrives at the second receiving tube 9 through the third plane 33 of the prism after passing through the filter 12. The light beam reflected on the second dichroic mirror 7 passes through the second plane 22 of the second prism 2 and the air gap G into the fourth prism 4 and then, after passing through the filter 13, into the third receiving tube 10. In the arrangement described, the third prism 3 serves to make the number of reflections and the optical path length in one channel uniform compared to the other channels , and at the same time serves to arrange the plane of projection perpendicular to the optical axis. The fourth prism 4 is provided in order to arrange the projection plane perpendicular to the optical axis in a known manner and to make the optical path length along the optical axis equal to the other channels. If the angle of incidence on the dichroic mirror is to be made smaller, the reflected light beam penetrates the same space as the incident light beam but a large part of the space, and therefore a large optical path length is required to let the reflected light beam exit. In the subject matter of the invention, the plane Ii of the first prism 1 and the plane 22 of the second prism 2 have the task of making the first plane a transparent plane for the incident light beam and a totally reflecting plane for the light beam reflected by the dichroic mirror 6 while the latter plane, on the contrary, serves as a totally reflecting plane for the incident light beam to the dichroic mirror 7 and as a transmissive plane for the light beam reflected by the same mirror, so that the optical path length can be shortened and the size of the prism can be made small. Furthermore, the angle of incidence can be selected to be small, in that the light beam runs back and forth between the two planes

Wenn der Einfallwinkel auf den ersten und zweiten dichroitischen Spiegel θι bzw. Θ2 ist wenn der Winkel zwischen der optischen Achse und dem zweiten Prisma und dessen total reflektierender Ebene 2? durch θ 3 gegeben ist, und wenn ferner der Winkel zwischen der optischen Achse des an dem zweiten dichroitischen Spiegel reflektierten Lichtstrahls und der Projektionsebene des zweiten Prismas 2 (Ebene 2₂) durch Θ4 gegeben ist, muß bei dem Prismensystem gemäß der Erfindung, welches die oben erläuterten Eigenschaften aufweist jeder der Winkel die folgenden Bedingungen erfüllen, worin der Brechungsindex des Prismas als »n« und die Lichtstärke des Objektivs mit λ/⁷« bezeichnet ist. Dies bedeutet, daß θι die folgende Beziehung erfüllen muß, damit der an dem ersten dichroitischen Spiegel reflektierte Lichtstrahl an der ersten Ebene 11 des ersten Prismas 1 total reflektiert wird:If the angle of incidence on the first and second dichroic mirrors is θι and Θ2, respectively, if the angle between the optical axis and the second prism and its totally reflecting plane is 2? is given by θ 3, and further if the angle between the optical axis of the light beam reflected on the second dichroic mirror and the plane of projection of the second prism 2 (plane 2 ₂ ) is given by Θ4, in the prism system according to the invention which the As explained above, each of the angles has the following conditions, wherein the refractive index of the prism is denoted as "n" and the light intensity of the objective is denoted ^{by λ / 7 ".} This means that θι must satisfy the following relationship so that the light beam reflected on the first dichroic mirror is totally reflected on the first plane 11 of the first prism 1:

(-) > 1/2 aresin + aresin (-)> 1/2 aresine + aresine

Wenn n = 1,5, F = 1,6, dann kann ein so kleiner Winkel von θ wie 27° gewählt werden. Θ2 soll im folgenden noch näher erläutert werden. 0j muß die folgende Bedingung erfüllen, damit der einfallende Lichtstrahl an der zweiten Ebene 22 des zweiten Prismas 2 total reflektiert wird:If n = 1.5, F = 1.6, then an angle of θ as small as 27 ° can be chosen. Θ2 will be explained in more detail below. 0j must meet the following condition so that the incident light beam is totally reflected on the second plane 22 of the second prism 2:

90 — Θ_Λ — are sin90 - Θ _Λ - are sin

--— ) > are sin--—)> are sin

Θ4 muß der folgenden Beziehung genügen, damit der von dem zweiten dichroitischen Spiegel reflektierte Lichtstrahl durch die zweite Ebene 22 des zweiten Prismas 2 hindurchtritt und total reflektiert wird:Θ4 must satisfy the following relationship in order for the light beam reflected from the second dichroic mirror through the second plane 22 of the second Prism 2 passes through and is totally reflected:

(-), - 90 + arc sin ( — ■ r-= ) < are sin V /ι 2 FJ η (-), - 90 + arc sin (- ■ r- =) <are sin V / ι 2 FJ η

Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daßFrom the drawing it can be seen that

03 + 2 02 + 04 = 180°03 + 2 02 + 04 = 180 °

Deshalb gilt für 0₂:Therefore the following applies for 0 ₂ :

(■)-, > arc sin ( —- · ^-= ) V η 2 F) (■) -,> arc sin (—- ^ - =) V η 2 F)

1,6 ist, kann (-)> bis auf 12,11.6, can (-)> up to 12.1

Wenn n = 1,5, F
verringert werden.If n = 1.5, F
be reduced.

Aus den obigen Ausführungen ist ersichtlich, daß beim Gegenstand der Erfindung der Einfallswinkel auf den dichroitischen Spiegel verringert und die Prismen verkleinert sind.From the above it can be seen that in the subject matter of the invention, the angle of incidence on the dichroic mirror is reduced and the prisms are reduced in size.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Color dividing system for color television cameras, with two dichroic layers for dividing Partial beams assigned to light in three different colors, consisting of three three-sided prisms, on which the dichroic layers are arranged, the plane serving as the plane of incidence of the first prism is perpendicular to the objective axis and the first dichroic layer between the second level of the first prism and the first level of the second prism is provided at which is the second plane of the first prism opposite a perpendicular to the optical axis of the light incident on the plane of incidence is inclined at a small angle so that with respect to the dichroic layers ensure small angles of incidence of the light, characterized in that that the second plane (22) of the second prism (2) as a totally reflecting plane it is provided that the third level (23) of the second Prism (2) on the first plane (3 |) of the third prism (3) with the formation of the second dichroic Layer (7) between these levels (23, 3 |) is applied that the angle of inclination (θι) of the second Plane (l2) of the first prism (1) by the formula