DE2238700A1

DE2238700A1 - Optisches filter

Info

Publication number: DE2238700A1
Application number: DE2238700A
Authority: DE
Inventors: Gijsbertus Bouwhuis; Jan August Marcel Hofman; Sing Liong Tan
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1971-08-14
Filing date: 1972-08-05
Publication date: 1973-02-22
Also published as: JPS4828136A; DE2238700B2; FR2149438A1; US3794408A; DE2238700C3; FR2149438B1; NL7111227A; GB1406889A

Description

PIIN 5778 WN/RJ

Dr. Herbert Sehpli Patentanwalt

Anmeldar: N. V. Philips' Cloeilampenfabrlefcefl

Akt.Na· ρ μ fr! Anmeldung vom ι ·-? ο /J Q "$■?

"Optisches Filter".

Die Erfindung bezieht .sich auf ein optincbes Filter zum Gebrauch bei einem optisch-elektronischen Wandler, wobei das Filter eine Auf1ösungsverringerung in einer auf-den Wandler zu projizierenden Abbildung einer aufzunehmenden Szene verursacht.

Ein derartiges optisches Filter ist in der deutschen Offenlegungsschrift P 2114 724.0 beschrieben ι worden. Der optisch-elektronischen Wandler ist dabei als Farbfernsehkamera mit nur einer Aufnahmeröhre ausgebildet, die auT rasterfrequentieile Art und Weise
Bildsignale erzeugt. Dio Bildsignale werden einem mit

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einem Speicher versehenen rastersequentiell-Simultanwandler zugeführt.

Damit die Möglichkeit geschaffen wird, in dem Wandler einen preiswerten Speicher mit einem beschränkten Frequenzbereich zu verwenden, während bei Wiedergabe einer aufgenommenen Szene eine detjailreiche Abbildung mit verschiedenen helleren (gesättigten) Farben geboten wird, sind in der genannten Offenlegungsschrift zwei Massnahmen beschrieben worden. Eine erste Hassnahme ist eine auf optische Weise durchgeführte Beeinflussung des von der Szene herruhrendcan Lichtes und dadurch der auf die Aufnahmeröhre projizierten Abbildung der Szene. Die zweite Massnahme ist eine elektronische Bearbeitung der durch die Augnahmeröhre erzeugten Bildsignale bevor diese den Wandlern zugeführt werden.

Zum Durchführen einer optischen Bearbeitung ist das als drehbares Farbfilter ausgebildete optische Filter mit Segmenten ausgebildet, die In Segmentteile aufgeteilt sind. Es sind Segmente beschrieben worden, die mit einem das Licht der Szene ohne Auflösungsänderung und ohne Farbfiltorwirkung durchlassenden Segmentteil und mit einem Teil mit einer Aufllisungsverringerung ausgebildet sind, welcher letztere Teil gegebenenfalls ein Farbfilter enthält. Ein Segnent Wird während einer Rasterperiode an der Aufnahinoröhre

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vorbeigedreht. Die Aufnahmeröhre, welche die Szene dadurch aufnimmt, dass sie über die Rasterperiode das von der Szene herrührende Licht integriert,,gibt auf diese Weise in einer Rasterperiode ein zusammengestelltes Bildsignal ab, das durch die optische Bearbeitung mit der eingeführten unscharfen aus zwei Signalanteilen und zwar aus einem durch die Auflösungsverringerung in_ der Frequenz beschränkten Signal und einem unbeeinflussten und dadurch nicht in der Frequenz beschränkten Signal aufgebaut ist.

Das mit Hilfe der optischen Bearbeitung erhaltene zusammengestellte Bildsignal wird weiter elektronisch bearbeitet; es wird einem Aperturkorrektursignalerzeuger zugeführt, der im wesentlichen, auf bekannte Weise, ein Horizontalaperturkorrektursignal aus dem genannten nicht beeinflussten Signalahteil des Bildsignales herleitet. Danach wird das Aperturkorrektursignal derart dem zusammengestellten Bildsignal hinzugefügt, dass das zusammengestellte Bildsignal in der Frequenz beschränkt wird. Das in der Frequenz beschränkt«: «ueämmengesteilte Bildsignal wird dem Speicher im Wand ler zugeführt, der in der Frequenz beschränkte simulatenc Bildsignale abgibt. Den in der Frequenz beschränkten simultanen Bildsignalen wird das Aperturkorrektursignal, das r^etoreequentlell ist und bleibt, zum Erhalten der horizontalem Aporturkorroktur überlagert.

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Durch die optische und elektronische Frequenzbeschränkung kann ein einfacher, preiswerter Speicher im Rasterfrequentiell-Simultanwandler verwendet werden, während bei Wiedergabe eine Abbildung der Szene mit guten Details und verschiedenen gesättigten Farbtönen erhalten werden kann.

Die optische Frequenzbeschränkung dient dazu, eine derartige Frequentrennung in dem durch die Aufnahmeröhre erzeugten Bildsignal zu bewerkstelligen, dass der Aperturkorrektursignalerzeuger, der zu der elektronischen Frequenzbeschränkung führt, im wesentlichen nur im höherfrequenten Bildsignalanteil des zusammengestellten Bildsignals wirksam ist. In beiden Fällen entspricht die Frequenzbeschränkung einer bestimmten Durchlasskurve eines elektrischen Filters. Durch die äusserst verschiedenen Grundlagen (optisch und elektronisch) , auf denen die Frequenzbeschränkunger. ruhen, können auch die genannten Filterkennlinien sehr verschieden sein. Elektronisch ist beispielsweise eine kontinuierlich verlaufende Filterkonnlinie erwünscht, die optisch mit Hilfe eines optischen Filters aus Mattglas erhalten werden kann, welche Kennlinien jedoch verschiedenartig verlaufen können. Ein gewünschter bestimmter Vorlauf ist elektronisch auf einfache Voieo verwirk] i olibar über dins ist bestimmt nicht der IaIJ bed einem optischen Filter, inehrt.somlc.ro auch nicht

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BAD ORJGINAL

in der Mattglasausbildung. Dabei gibt das optische Filter aus Mattglas eine Lichtzerstreuung in allen Richtungen, während die bei der beschriebenen Kamera nur für die Zeilenabtast- bzw. horizontale Richtung wichtig ist und zwar wegen der genannten hohen Frequenzen. Sollte als optisches Filter ein Ablenkgitter verwendet werden, so kann zwar nur eine Unscharfe bzw. Auflösungsverringerung in nur einer Richtung erhalten werden, aber dann ist die gleichwertige Filterkennlinie nicht kontinuierlich und weicht völlig von der gewünschten kontinuierlich verlaufenden elektrischen Filterkennlinie ab.

Die Erfindung bezweckt nun, ein optisches Filter zu verwirklichen, dem auf einfache und genaue Art und Weise jede gewünschte Filterkennlinie zugeordnet werden kann und das optische Filter weist dazu das Kennzeichen auf, dass das mit Segmenten ausgebildete Filter als Ablenkgitterfilter ausgebildet ist, wobei ein Segment, das die Auflösungsverringerung verursacht, mit mehreren Ablenkgittern mit unterschiedlicher Teilung ausgebildet ist»

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Ablenkgitterfilter mit der inhaerenten nicht kontinuierlichen Filterkennlinie verwendet werden kann und zwar dadurch, dass mehrere Gitter mit unterschiedlicher Teilung und dadurch mit je einer FiIterkennlinie,

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BAD ORIGINAL

in der die Diskontinuitäten anders liegen, durch die im Wandler stattfindende Zusammenfügung in der Zeit gemeinsam eine mehr oder weniger kontinuierlich verlaufende Filterkennlinie ergeben.

Ein Ausführungsbeispiel der, Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen als Farbfernsehkamera ausgebildeten optisch-elektronischen Wandler, der dazu geeignet ist, mit einem erfindungsgemässen optischeji Filter ausgebildet zu werden,

Fig. 2 Signalamplituden-Frequenzkennlinieiij die durch elektrische und optische Filter verursacht worden sind,

Fig. 3 eine Einzelheit eines Teils eines erfindungsgemässen optischen Filters,

Fig. k einen teilweisen Schnitt zur Erläuteru: des Zusammenhangs zwischen Fig. 1 und Fig. 3t

Fig. 5 einige Zeit- und Ortsdiagramme zur Erläuterung der Erfindung.

In Fig. 1 ist auf schematische Weise ein als Farbfernsehkamera ausgebildeter optisch-clektronisclici· Wandler dargestellt, wobei ein durch 1 bezeichnetes optisches Filter nach der Erfindung verwendet werden kann. Die Farbfcrnsohkiunera nach Fig, 1 ist in dor deutschen Offen Iogungsschrift P 2Μ'»72Ί.ϋ sehr aus-

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BAD ORIGINAL

führlich beschrieben worden.

Die Kamera nach. Fig. 1 ist mit einer Aufnahmeröhre 2 ausgebildet, in der 3 eine sogenannte Auftreffplatte ist. In der Aufnahmeröhre 2, die beispielsweise vom Vidikontyp ist, wird mit Hilfe nicht dargestellter Mittel ein Elektronenstrahl, erzeugt und abgelenkt, der die Auftreffplatte 3 zeilen- und rasterweise abtastet. Auf die Auftreffplatte 3 wird das durch L bezeichnete, von einer Szene h herrührende licht über ein Objektiv 5 und das mittels eines Motors 6 drehende optische Filter 1 projiziert. Die Aufnahmeröhre 2 erzeugt unter dem Einfluss des drehenden FiI-ters 1 ein rastersequentielles Bildsignal an einer Klemme A, d.h., dass während einer Rasterperiode ein Bildsignal in irgendeinem durch das Filter 1 bestimmten Farbton erzeugt wird, während die ganze Farbinformation der Szene h in einem Zyklus von beispielsweise drei Rastern gegeben wird. Um das durch die Auf η ahme"-i-öhre 2 rastersoquentiell erzeugte Bildsignal an einem Norineiiipi'änger, der mit simultan auftretenden Signalen wirksam ist, wiedergeben zu können, muss das Bildsignal umgewandelt worden· Dazu ist die Klemme A über einen Kreis 7 mit einem Hochpassfilter 8 und einer Subtraliiorstuie 9 an eine Klemme D ge.1ogt, die mit einem RasloruGquontiel .l-Siiimltanwaudltsr 10 -verbunden ist. Dnr Kreis 7 liat die Aufßiibc, fine F-rcsquonzböRchrfinkTuig

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BAD ORIGINAL

in das Bildsignal, das an der Klemme A vorhanden ist, einzuführen. Dazu wird durch das elektrische Filter 8 ein hochfrequenter Signalanteil C aus dem Bildsignal an der Klemme A entnommen und über die Subtrahierstufe 9 vom Bildsignal subtrahiert. Die Klemme D führt ein in der Frequenz beschränktes Bildsignal, das für den Wandler 10 verfügbar ist.

Der Wandler 10 enthält zwei Speicher 11 und 12 und einen mit der Rasterfrequenz geschalteten Iinoaren Matrixkreis.13· Die Klemme D liegt unmittelbar, über den Speicher 11 und über die in Reihe angeordneten Speicher 11 und 12 an drei Eingängen des Matrixkreises 13· Die Speicher 11 und 12 verzögern das an der Klemme D auftretende Bildsignal um eine Rasterperiode T und können einfach und preiswert ausgebil det sein und zwar dadurch, dass das angebotene Bildsignal einen beschränkten Frequenzbereich hat. Der Matrixkreis 13 bekommt mittels der Speicher 11 und 12 drei simultan auftretende Signale zugeführt, die zu den Farbtönen gehören, die rasterseqvientieel in einem Zyklus von drei Rastern durch das optische Filter· 1 durchgelassen werden. Jeder dor Eingänge des Matrix— kreises I3 bekommt im Zyklus von drei Rastern ein anderes während einer Rasterpoi*iode aui'trotondos Bildsignal zugeführt . Tlin zu verwirklichen, dass an di-e.i Ausgangsklemmen 1'|, 13 und 1< > des Mat ri ^kreises 13

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BAD ORIGINAL

immer ein gleiches, nur einem bestimmten Farbton entsprechendes Bildsignal auftritt, muss der Kreis 13 drei mit der Rasterfrequenz schaltende Schalter enthalten. Ist es erwünscht, dass die Klemmen 14, 15 und 16 Bildsignale führen, die den Grundfarben Rot (R), Grün (G) und Blau (b) entsprechen, während das optische Filter 1 diese Farbtöne nicht allein, sonderen in Kombinationen während der jRasterperiode durchlässt, so muss der Matrixkreis 13 ein Netzwerk aus Uber1agerungsρtufen enthalten um aus der Signalkombination durch Subtrahieren und Addieren die Grundfarbsignale herleiten zu können.^v

Die Ausgänge 14, 15 und 16 sind an einem Eingang von Addierstufen 17» 18 bzw. 19 angeschlossen, wobei von jedem jeweils einAanderer Eingang an den das Signal C führenden Ausgang des Hochpassfilters 8 im Kreis 7 gelegt ist. Das Resultat ist, dass die Addierstufen⁵ 17, 18 und 10 an den Ausgangsklemmen 20, 21 bzw. 22 Signale abgeben, die aus einem durch den Wandler gelieferten in der Frequenz beschränkten simultan auftretend-en Signalanteil und aus einem durch den Kreis 7 gelieferten hochfrequenten Tastersequentiellen Signalanteil zusammengestellt sind. Bei Wiedergabe mit Hilfe eines Normempfangers der an den Ausgangsklemmen 20, 21 und 22 auftretenden Signale ist das Resultat, dass eine ausreichend echarfe und naturgetreue Abbildung

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BAD ORIGINAL

der Szene k erhalten wird; dies, während der Wandler 10 nur dazu geeignet ist, Signale zu liefern, die bei Wiedergabe eine unscharfe und wenig Einzelheiten enthaltende Abbildung ergeben. In der genannten Offenlegungsschrift ist dies eingehend beschrieben worden.

Ein Unterschied mit der genannten Offenlegungsschrift ist, dass ein dort dargestellter Horizontalaperturkorrektursignalsrzeuger, der das Signal C liefert, durch das Hochpassfilter 8 ersetzt worden ist; im Text ist jedoch auch bereits die in der vorliegenden Anmeldung der Einfachheit halber gewählte Filterlösung erwähnt. In beiden Fällen gilt, dass zwischen den Klemmen A und D eine Signalbearbeitung stattfindet, die einer bestimmten elektrischen Filterkennlinie entspricht.

Aus der genannten Offenlegungsschrift geht hervor, dass, wenn in der Szene '+ mehrere oder weniger gesättigte Farbtöne auftreten, das optische Filter 1 aus Segmenten aufgebaut werden muss, die einerseits ohne und andererseits mit einer Auflösungsverringerung das Licht C durchlassen. Unter Verwendung einer R, G, B-Angabe für Farbsignale und Filtersegmente und einer Angabe mit Y = R + G + B für ein Leuchdichtesignal, während eine optische Auflösungsverringerung durch einen Strich angegeben wird, ist ein Filter 1 mit vier Gruppen von drei einen Zyklus bildenden Segmenten

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BAD ORIGINAL

gebildet, und zwar Y ; Y, R und Y, G. In Fig. 3 ist dies beim optischen Filter 1 angegeben. Während jeder Rasterperiode T_v dreht eines der genannten Segmente an der Aufnahmeröhre 2 mit der Auftreffplatte 3 vorbei. Die Klemme A in Fig. 1 führt dadurch in einem Zyklus von drei Rasterperioden die Signale Y, Y + R und Y + G.

In der genannten Offenlegungsshrift sind einige Signalamplituden-frequenzkennlinien gegeben, die 2,ur Erläuterung der Bedeutung der vorliegenden Patentanmeldung in Fig. 2 wiederholt sind.

Es stellt·sich heraus, dass aus den auf optische Art und Weise in der Frequenz beschränkten

Signalen R und G das Hochpassfilter 8 nahezu kein Signal bezieht und auf diese Weise wird nur ein hochfrequentes Signal C = C_v geliefert. Mit einer Akzentnotierung ist das Resultat der elektrisch durchgeführten Frequenzbeschränkung als Y¹ = Y - C gegeben. Die Klemme D führt dadurch im Zyklus von drei Rasterperioden die Signale Y«, Y' + R und Y¹ +G. Der Matrixkreis 131 der diese Signale simultan angeboten bekommt, bewerkstelligt die nachfolgenden Überlagerungen:

(JM +. G) - Y» = ü (2)

Atis,(i) und' (2) folgt durch Addition (ΪΪ + G) und mit Y ' folr.i :

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Y' - (R t G) β Y' - (Y- B) S.B + ϊ· - Y,

da gilt: Y = R + G + B.
st'·

Die Ausgangsklemmen 20, 21 und 22 führen

dann die nachfolgenden Signale:

R + C_Y, G + C_y und B + (Y· - 7) + C_y.

Aus Fig. 2 geht hervor, dass die Signale

R + C„ und G + C„ keine flach verlaufende Amplituden-Frequenzkennlinie wie das Signal Y aufweisen, während das Signal B + Y¹ - Y + C 'wohl eine derartige Kennlinie hat. Die Ursache davon ist der Unterschied zwischen den Frequenzkennlinien des durch das Signal C_Y elektronisch gemachten Signals.Y· und des durch die Signale R und G optisch erhaltenen Signals Y. Sollte für die Frequenzkennlinien nach Fig. 2 gelten: Y=R= G=B=Y¹ (=R· = G« =B')» so würden die Signale an . den Ausgangsklemmen 20, 21 und 22 alle eine flach verlaufende Amplituden-Frequenzkennlinie haben.

Es wird sich herausstellen, dass in Fig. 3 ein optisches Filter 1 gegeben ist, mit dem erreicht wird, dass die optischen FiIterkennlinien bei den Signalen R und G jeder gewünschten elektrischen Filterkennlinie beim Signal Y¹ nahezu gleich gemacht werden können, so dass das obenstehend erwähnte Ziel erreicht wird.

In Fig. h ist teilweise das optische Filter 1 in bezug auf die Aufnahmeröhre 2 mit der Auftroffplatte 3 dargestellt. Von der Aufnahmeröhre 2 ist

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BAD ORJGINAü

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durch 23 ein gläsernes Fenster angegeben,auf dem an der Innenseite eine durchsichtige elektrisch leitende Schicht 24 und darauf eine Halbleiterschicht 25 angebracht ist. Die Schicht 24 ist als die sogenannte Signalplatte auf nicht dargestellte Weise über einen Widerstand mit einer äusseren Spannungsquelle verbunden. Je nach der örtlichen Beleuchtung mit dem Licht L auf der Halbleiterschicht 25 entsteht durch einen dadurch verursachten Photoleckstrom ein Potentialbild auf der Auftreffplatte 3, die durch die Schichten 24 und 25 gebildet wird. Eine Elektronenstrahlabtastung der Auftreffplatte 3 gibt über den genannten Widerstand bei der Signalplatte (24) ein durch örtliche

/
Neutralisation des PotentiaJ-bi'ldes verursachten Spannungsfall. Dadurch, dass der Verbindungspunkt der Signalplatte (24) und des Widerstandes über einen Kondensator mit der Klemme A in Figur 1 verbunden ist, werden die genannten Bildsignale erhalten.

Bevor das optische Filter 1 weiter beschrieben wird, wird untersucht, Welche Anforderungen an die Filterkennlinien gestellt werden. In Fig. 6 sind als Funktion der Zeit t und/oder dee Ortes 1 einige Kuryen bzw. Diagramme -dargestellt. Die Diagramme in Figt 5 stellen je nach der Bbtrachtungsart verschiede ne Grossen dar, die als Funktion von Ort und Zeit mehr i odet· weniger den gleichen Verlauf aufweisen. So ent-

f ■ ι - .

- «09S6I/OI9t . BfDORlGlNAL

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spricht das Diagramm in Fig. 5a einerseits als Funktion des Ortes 1 einem Potentialbild auf der Auftreffplatte 3, das durch das Licht L verursacht wird. Über eine als ideal betrachtete Elektronenstrahlabtastung der Aufnähmeröhre 2 wird das Potentialbild in ein elektrisches Signal umgewandelt, das als Funktion der Zeit t mit derselben Kurve aufgetragen ist. Also andererseits entspricht das Diagramm der Fig. 5a einem Signal Y an der Klemme A. *

Aus Fig. 2 geht hervor, dass es erwünscht ist, im Aufnahme-Wiedergabesystem das Signal Y bis zu einer Frequenz von 5 MHz zu benutzen, Dazu ge iört eine Signalperiode von 200 ns, so dass ausgehend von einem sich nach einer Blockfunktion ändernden Signal für die Impulse in der einen oder der anderen Richtung gilt, duss diese 100 ns dauern. Ein derartiges impulsförmiges Signal kann durch den endlichen Frequenzbereich im System nicht mit unendlich steilen Flanken auftreten. In Fig. 5a ist ein derartiges nur impulsförmiges Signal Y(a) dargestellt, wobei eine Amplitude von Ά auftritt und die Zeit von 100 ns auf den Wert -j[a bezogen ist ι diese Zeit wird allgemein als Halbwertzbit bezeichnet.

Zum Erzeugen des beschriebenen Signals Y(a) in Fig. 5a ist die Aufnahmeröhre 2 wirksam. Tritt in der Szene k ein heller Lichtpunkt auf, so wird dieser

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über· das immer vorhandene Objektiv 5 auf der Auf treffplatte 3 abgebildet und durch die Schicht 25 (Fig. 4) in eine örtliche Potentialerhöhung umgewandelt. Durch eine nicht ideale Abbildung mittels des Objektivs 5 und durch eine wegleckende Ladung im Potentialbild auf der Schicht 25 entspricht die genannte Potentxalerhohung nicht einem Lichtpunkt, sondern einem breiteren Lichtflecken. Danach wird das Potentialbild durch den Elektronenstrahl in der Aufnahmeröhre 2 abgetastet und durch u.a. den endlichen Durchmesser des Strahles wird ein Bildsignal erzeugt, das bei Wiedergabe einen noch grösseren Lichtflecken liefert. Diese (optische) Verwischung des Lichtpunktes bei Aufnahme zu einem Lichtflecken bei Wiedergabe entspricht in elektrischer Hinsicht der Beschränkung des Frequenzbereiches des Aufnahme-Viedergabesystems. Daraus geht hervor, dass be-· stimmt werden kann, wie die durch T₁ bezeichnete Halbwertzeit von 100 ns des Signals Y(a) einem bestimmten Abstand auf der Auftreffplatte 3 entspricht. Bei der Annahme einer Zeilenabtastzeit von 5^ /US und einer Zeilenlänge von 8,1 mm auf der Auftreffplatte 3 einer miniaturisierten Aufnahmeröhre 2 folgt, dass die Abtastgeschwindigkeit des Elektronenstrahls in der Aufnahmeröhre 2 gleich — = O₈ 15 /~~7 ist. Daraus .folgt, dass die Signalhalbwertzoit T₁ = 100 ns einem Abstand von 15 Aim auf der Auftreffplatte 3 entspricht.

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BAD ORiGfNAL

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Das mit einem Frequenzbereich bis zu 5 MHz erzeugte Signal Y(a) aus Fig. 5a wird in einem Kreis 7 nach Fig. 1 bearbeitet und das Filter 8 und die
Subtrahierstufe 9 ergeben an der Klemme D das Signal Y¹ = Y - C . In Fig. 5b ist, ausgehend von einer bestimmten Ausführung des Filters 8, das Signalj Y'(D)

als Funktion der Zeit t aufgetragen.

Das elektrische Filter 8 ist als sogenanntes Gauss-Filter ausgebildet und durch Zusammenarbeit mit der Subtrahierstufe 9 hat der Kreis 7 eine Filterkennlinie, die der bekannten Gausschen Kurve entspricht. Für eine detaillierte Beschreibung derartiger Filter sei auf das Bucli "Handbook of filter synthesis" von
A.J. Zverev, 19^7» Verlag: J. Whiley and Sons, insbesondere auf die Seiten 70, 71 und 38*1, 385 hingewiesen. Allgemein gilt dabei, dass bei Zufuhr zum
Kreis 7 des in Fig. 5a dargestellten Signals mit einer Amplitude ei und einer Halbwertzeit T eine verlustfreie Filterkennlinie auftritt, die dem gezeichneten Signal gleichförmig ist, aber mit einer Halbwertzeit T und einer Amplitude, die dom Wert ;r— proportional ist und dass dadurch am Ausgang des Kreises 7 als
Resultat ein Signal erscheint mit einer Haibwertzeit T = \/'fi² + T₁-.² "'id mit einer Amplitude rr- a.

Aus den gemannten Seiten 38'1 und "70 lässt
sieh lici'loH on, dass für die^ Halbwertszeit T g.i 11

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BAD OFUGINtAL

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T₀ = 8 (Ln2)² (3)

^U ^^A 3dB

wobei f_OJT5 die bekannte Frequenz mit 3dB Dämpfung ist. _jo.a

Aus (3) folgt nach Berechnung:

0,359

τ = f ('h) -

0 3dB ^v| '

Ausgehend von einer im Signal Y¹ erwünschten Frequenz f„_dß = 450 kHz folgt aus (k):

^l = 795 ns

Kit der Halbwertzeit T₁ = 100 ns des Eingangssignals Y folgt für die Halbwertzeit I₂ des Ausgangssignals Y' : '

T₂ = j/T₁ ² + T₀ ² = 800 ns

und die Amplitude des Ausgangssignals Y¹ entspricht

·=— a = 1/8 a. Dieses Signal ist in Fig. 5b als das Signal Y¹ (d) aufgetragen.

Aus einem Vergleich der Signalkurven in den Fig. 5a und 5b geht hervor, dass der Kreis 7 das 5 MHz-Eingangssigal Y mit einer Amplitude a und einer Halbwertzait von 100 ns in ein ^50 KHz-Ausgangssignal Y¹ mit einer Amplitude t/8 a und einer Halbwertzeil; von SOU ns umwandelt. Zur Verwirklichung einer gleichartigen auf-optische Weise anstelle einer auf elek-

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trische Weise ausgeführten Umwandlung muss die nach Figur 5a auftretende Potentialerhöhung auf der· Auftreffplatte 3 mit dem Spitzenwert Ji und einer HaIbwertbseite von 15 /um über eine optisch eingeführte Unscharfe in eine Potentialerhöhung mit einem Spitzenwert von 1/8 ja und einer Halbwertbreite von ' ■ ■ χ - 120 /um (Fig. $h) umgewandelt werden. Es stellt sich heraus, dass die optisch einzuführende Unscharfe einen spezifischen Verlauf haben muss um eine Anpassung an die gewünschte elektrisch durchgeführte Glättung zu ermöglichen. Nach der Erfindung kann eine genau festgelegte optische Unscharfe mit dem optischen Filter 1 nach Fig. 3 eingeführt werden, wobei zur· Erläuterung auf Fig. h und Fig. 5b verwiesen wird.

In Fig. 3 ist etwa ein Viertol einer kreisförmigen Scheibe dargestellt, die das optische Filter 1 bildet. Die Scheibe des Filters 1 enthält vier Gruppen zu drei gleichen Kreissegmenten, wobei eine Gruppe von Kreissegmenten durch Y; Y, R und Y, G angegeben ist. Jedes Kreissegment ist wieder in zwei ungleiche Kreissegmente aufgeteilt. Jedes Segment dor Gruppe umfasst einen Teil, der durch Y angegeben ist, welcher Teil das von der Szene h (Fig. U) herrühren^ de Licht L ohne nennenswerte Boeinflussung durchlassr. Zwei Segment", ο R und G der Gruppe sind mit einem Tel L ausgfibi Ldcvt , in dom auf schema tische Ivol.'ir Hcu

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gitter dargestellt sind und das restliche Segment umfasst einem ebensogrossen liclitundurchlässigen Teil. Anstelle.des lichtundurchlässigen Teils könnte das ganze Segment Y mit einem Graufilter versehen werden. Die gewählte Lösung ist jedoch billiger und einfacher verwirklichbar, da Masstoleranzen im lichtundiurchläs-

• ι

sigen Teil leichter beherrschbar sind als Lichtdurchlas stoieranzen im Graufilter.

Die Beugungsgitter in den Segmenten R und G sind zu ζ = 1, . . . , 6, also insgesamt sechs, und haben je in radialer Richtung eine andere Teilung. Bei den Gittern ζ = 1 mit der längsten Teilung i.st diese

durch eine p_ angedeutet. Das Verhältnis der Teilungen der sechs Beugungsgitter ist als 1 : 1/2 : 1/3 : 1/4 : 1/5 : 1/6. In jeder Rasterperiode T dreht ein Segment einer Gruppe an der Auftreffplatte 3 vorbei; Auf der

Auftreffplatte 3 ist ein Punkt X

angegeben und es wird angenommen, dass der Elektronenstrahltreffpunkt auf der Auftreffplatte 3 gerade zur rechten Seite des Punktes X liegt und dass die Zeilenabtastung nach links erfolgt. Während der Rasterperiode T , in der das Segment Y, G am Punkt X entlang boAcegt, erhält der Punkt X über das Segment Y unbehindert das Licht L von der Szene h und danach kommen nacheinander die Beugungsgitter ζ des Segmentes G vorbei, so dass das empfangene Licht dadurch beeinflusst ist Λ Das in der Hastorporiodo T empfangene; Licht wird in der Auf-

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treffplatte 3 über das photoempfindliche Ladungslecken · integriert und bis zu einem bestimmten örtlichen Potential aufgebaut. Gelangt der Elektronenstrahl an den Punkt X, so wird die vorhandene Ladung neutralisiert und im folgendem Segment Y beginnt die Lichtintegration aufs neue. Es stellt sich heraus, dass die Richtung der Beugungsgitterteilung nahezu in der Zeilenabtastrichtung liegt, was sich als günstig herausstellen wird.

Bevor der Einfluss der sechs Beugungsgitter χ in den Segmenten R und G beschrieben wird, wird an Hand der Fig. h die Wirkungsweise des Beugungsgitters ζ = 1 mit der grössten Teilung p_ beschrieben.

In Fig. k ist dargestellt, dass das optische Filter 1 mit einem Beugungsgitter 26 ausgebildet ist, das als Phasengitter im Querschnitt dargestellt, aus Streifen aus SiO„, d.h. Siliziumglas, aufgebaut ist, welche Streifen auf einer Glasplatte 27 als Träger angeordnet sind. Die Tiefe der Siliziumglasstreifen ist durch £ angedeutet. Zwischen der Glasplatte 27 und einer anderen Glasplatte 28 ist eine Farbfilterschicht 29 vorgesehen. Für den durch einen Pfeil bei Fig. 3 angegebenen Fall, lässt die Schicht 29 nur grün gefärbtes Licht durch. Gilt Fig. h für das Segment R in Fig. 3, so würde nur rutoa Licht durchgelassen werden. Die Schicht 29 ist ein Farbfilter, dos jedoch keinon Toll dot; optischen Filters 1 i.u bilden braucht,

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sondern auch vor diesem Filter bzw. hinter demselben im Licht L mitdrehend angeordnet werden könnte.

Obschon das Beugungsgitter 26 als Phasengitter angedeutet ist, könnte auch ein Schwarz-Weiss-Gitter verwendet werden, wobei jedoch der Nachteil auf-

i tritt, dass die Hälfte-des auf treffenden Lichjtes L

nicht; durchgelassen wird.

Es ist bekannt, dass das Beugungsgitter Z6 das auftreffende Licht L nicht unbeeinflusst gerade' durchlässt sondern das Licht auch in bestimmten Rich~ tungen abbeugt und allgemein gilt die Beziehung:

n.A
^sin ^ η ^{= p} (5)

mit η = 0,1, 2, usw. und /\ die Wellenlänge-des Lichtes. In Fig. 4 ist für η = 1 der Winkel ^ dargestellt, Da aus dem untenstehenden hervorgehen wird, dass nur η = 0 (gerade durchgehendes Licht) und η = 1, d.h. die Komponente der Abbeugung der nullten und der vierten Ordnung, berücksichtigt wird, wird Fig. k weiter für nur die Komponente erster Ordnung beschrieben.

Für einen kleinen Wert des Winkels Qj/ folgt

aus (5)

-1= f-

f (6)

und aus Fig. k folgt:

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wobei u die Grosse der Abbeugung erster Ordnung in einem Abstand w vom Gitter 26 ist.

Aus (6) und (7) folgtf dass

u = — w (8)

Da das Licht L nicht monochromatisch ist sondern ein ganzes Gamma von Wellenlängen hat, muss eine mittlere WellenlängeAberechnet werden. Dabei geht das Licht L durch Glas und Luft, so dass dor optische Abstand dem wirklichen Abstand w untor Korrektur mit dem Glasbrechungsindex von 1,5 entspricht.

Ausgehend von einer Wellenlänge von 0,5** /Um für grünes Licht und von 0,62 ,um für orangerotes Licht

folgt eine mittlere Wellenlänge /\ von 0,58 /um«

Ausgehend von einer zu vernachlässigenden Tiefe des Gitters 26 und der Schicht 29 für den Beugungsabstand u, von einer Dicke von 1 nun der Glasschichten 271 28 und 23 und von einem Luftabstand von 3 mm zwischen dem Filter 1 und der Aufnahmeröhre 2 folgt, w = 3 + Tc ⁼ 5 mm.

1» j

Bei Fig. 5a ist ein Abstand von 15/um angegeben und als Wahl ist dieser auch für den Beugungsabstand u genommen, aber auch ein abweichender Wert wäre möglich.

Mit den gegebenen Werten i'olgt aus (β) ρ = -~ = 2x|8 _t ₅₀₀₀ _ _{193 u} 309808/0896

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Es ist gewählt worden, dass von den sechs

Beugungsgittern ζ die Teilungen ρ sich wie 1, 1/2,

193

. . . , 1/6, verhalten, d.h. bei ρ = · /tun folgt,

ζ ζ /

dass u = ζ. 15 /um.

In Fig. 5c ist das Resultat dargestellt. Befindet sich das Beugungsgitter ζ = 1 vor beispielsweise dem Punkt X der Auftreffplatte 3 in Fig. 3, so verursacht das Licht L drei Potentialerhöhungen, die mit Spitzenwerten I _Ί (nullte Ordnung) und I .. (erste Ordnung auf beiden Seiten der nullten Ordnung) auftreten. Das Beugungsgitter ζ = Z verursacht Potentialerhöhungen nullter und erster Ordnung mit Spitzenwerten

I_.„ und I. _n und für ein willkürliches Beugungsgitter Ok id. ι

/
ζ gelten die Spitzenwerte I_n -'und I₁ .

Die Spitzenwerte I_n treten alle an derselben Stelle auf undcexgeben zusammen nach Addition die Werte I_n. Die Spitzenwerte I₁ liegen um u = 15 /um verschoben und die nicht kontinuierlich auftretende Potentialerhöhungen haben zusammen eine durch R¹, G¹ bezeiclxnete Umhüllende. Die Umhüllende R«, G' ist durch die' über einen Teil den Rasterperiode T_v durchgeführte Llchtintegration in der Auftreffplatte 3 der Aufnahmeröhre 2 erhalten worden.

Aus Fig. 5c geht hervor, dass, ausgehend von

den goftoboncjii Spitzenwerten I„ und I_1r die Umhüllende R¹, O' eine /;uto Aimnhorung dor Kurve von Fig. 5b ist,

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die das Signal Y¹ darstellt. Die Folgerung ist, dass an der Klemme A die Signale R unter G auftreten, wofür gilt R=R¹ und G=G¹. Das Ziel, eine optische Unscharfe einzuführen, die der Kurve nach Fig. 5t> gleich ist, ist auf diese Weise erreicht. Dabei gilt, wie erwünscht, dass diese Unscharfe nur in der horizontalen bzw. Zeilenabtastrichtung auftritt und zwar dadurch, dass die Richtungen der Zeilenabtastung und der Beugungsgitterteilung nahezu zusammenf allen.

Bei der Beschreibung der Fig. 5c sind die Werte I_ und I₁ als gezeichnet vorausgesetzt. Diese

UZ IZ

Werte können durch Anpassung der in der Drehrichtung des Filters 1 liegenden Breiten der Beugungsgitter ζ erhalten werden. Im Beispiel nach Fig. 3 ist beim Filter 1 angegeben, dass bei zunehmender ζ die Breitei abnehmen und . .ι·.', durch die dadurch kürzere Zeit, in der ein folgendes Gitter ζ sich vor dem Punkt X befindet, ein kleinerer Wert für I„ und I, ißt das Resultat.

Oz Iz

Diese Lösung kann bei einem Schwarz-'/eiss-Bougungsgitter sowie bei einem Phasen__beugungs{jitter verwendet werden. Es wäre auch möglich, jedes Gitter ζ mit einem eigenen Graufilter zu versehen, aber die gegebene Oberflächenanpassung ist einfacher und günstiger für die Lichtaufibeute.

Im Vergleich zu einem Schwarz-Veiss-lJougimg.-·- gittor biotot ein PJiauiinbeuguiigsyittor don Vorteil ,

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dass die Tiefe der Streifen noch frei gewählt werden kann und beispielsweise zum Festlegen der Werte von I und I₁ verwendet werden. Dabei kann gegebenenfalls

OZ IZ

noch die beschriebene Oberflächenanpassung angewandt werden. Im folgenden wird, ohne Oberflächenanpassung, ein Beispiel gegeben, wie die Streifentiefe eines Phasengitters zum Festlegen der Werte von I und I

K)Z 1Z

benutzt werden kann.

Die in Fig. 5t> gegebene Kurve entspricht der bekannten Gausschen Kurve. Für die Berechnung der in Fig. 5c auf der Umhüllenden auftretenden Werte I

ist von der Gausschen Kurve ausgegangen. Wie bei Fig.

5b angegeben, ist dabei von der Mitte mit der Ampli-

/ . . tude in den beiden Richtungen der (Zeit)achse diese Achse in acht Teile aufgeteilt. Mit ζ = 1, 2, 3, k, 5, 6 sind sechs Teile angegeben. Für die Gaussche Kurve lässt sich nun schreiben:

. I_lz = e (9) ■

eine- Berechnung für z=1, 2 6 ergibt aus

τ · τ · τ «τ · τ -τ — η Q⁶; 11 ' 12 ' ^XT3 ' 1^ ' 15 ' 16 - ^U'^{y5 -}

0,82 : 0,63 : 0,46 : 0,30 : 0,18. (10)

Ein Beugungsgitter ζ ergibt nicht nur eine

der Komponenten I₁ erster Ordnung, sondern auch

Iz

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eine der Komponenten I der nullten Ordnung. Wie in Fig.

Uz

5c dargestellt, werden die Komponenten I_n nullter Ordnung zu einer Komponente I zusammengezählt. Gegenüber den Verhältnissen, die bei (1O) gegeben sind, muss die Komponente I das Verhältnis 1 haben, damit die Gaussche Kurve erfüllt werden kann. Daraus lässt sich den Zusammenhang herleiten zwischen dem I₁ und den I_n jedes

IZ UZ

Beugungsgitters z. Wenn vorausgesetzt wird, dass gilt

I_n — dl für ζ = 1, . . . ,6, dann muss dabei 'gelten, uz ι ζ

I_n = I₀₁ +I₂. . . + .I_n^ = 1» während aus (1O) folgt: I₁₁ + I₁₂ . . . + I₁₆ = 3,3^·'

Diese beiden Beziehungen können- erfüllt werden, wenn

d = —ττ: = 0,3· ist.

J t J '

Es folgt, dass eine angenäherte Gaussche Kurve erhalten wird, wenn für jedes Beugungsgitter gilt:

Das Verwirklichen der Beziehung I = 0,3 I.

UZ IZ

für jedes Beugungsgitter kann bei Verwendung eines Phasengitters als Beugungegitter 26 (Fig. k) leicht mit Hilfe der zu wählenden Tiefe c[ der Streifen dos Gitters 26 erreicht werden. Erreicht nämlich das Licht L mit einer flachen Wellenfront das Gitter 26, so hat

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nach Durchgang des Lichtes die Wellenfront eine blockförmige Gestalt erhalten mit einer Vorder- und Hinterfront. Die Grosse der Blockform bzw. der Untei'schied zwischen der Vorder- und Hinterfront entspricht einem Lichtpliasenunterschied/J), der von der Streifentiefe o^ abhängig ist, welcher Unterschied in der Gijössenordnung der Wellenlänge /\des Lichtes L liegt. Dabei gilt für /5 J

l· 2 7\" rad. «(12)

λ'

Mit Hilfe einer Fourier-Entwicklung einer Blockfunktion bei einer blockförmigen Wellenfront

können die Lichtintensitätsverhältnisse der Komponenten nullter Ordnung und höherer ungerader Ordnung berechnet werden, wobei die Komponenten gerader Ordnung null sind, wenn

2 /5 ,2 . A\2 /2 . A₂ /2 . /^₂

cos -τ— : (.psm — J : (τ^Ξ- ^s:Ln o) ^: ("eT- ^sln *ö) ^: usw.

(t f\ ei. Jf\ <C Z>\ ti

Es folgt:

₂ Λ

• I_n ^COS 2~

(13)

1Z ^ · 2 ß

ί=τρ sin^ ¹^-
AuB (11) und (13) folgt:

(r~ - ^- · -^J und hieraus folgt ^ I'll« ;r O,3^f>.2 '7TKrHlJf₁]On. ( 1'4)

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Aus (12) und (14) folgt:

ä = 0,39 ^ . (15)

Die bei (15) berechnete Tiefe c[ ist die sogenannte optische Tiefe, die für die Berechnung der richtigen Dicke des Siliziumglases mit einem Brechungsindex von etwa 1,5 korrigiert werden muss. So folgt fürj die richtige Dicke q des Siliziumglases:

= = ο,7β\

und mit f\ = 0,58 ,um folgt:
Dicke <j = 0,k5,\xm,

Es stellt sich heraus, dass eine Phasengitterausbildung des Beugungsgitters 26 durch die Freiheit in der Wahl der Tiefe zur Verwirklichung der Lichtintensitätverteilung vorteilhaft ist. Bei einem Schwarz-Veiss-Gitter gibt es diese Freiheit nicht, aber abgesehen von der beschriebenen Oberflächenanpassung, kann zur Verwirklichung einer gewünschten Umhüllenden noch eine Abwandlung in den unterschiedlichen Teilungen der Beugungsgitter benutzt werden.

In dor Anmeldung ist ein Beispiel gegobon worden, wobei einer Gausschen Kurve mit Hilfe von sechs BeU(JUiIgS(JIt torn mit unterschiedlicher Teilung gut angenähert worden kann. Werden woiidgor hoho Ani'or dorun/jon an die AnnHliorung ^cslcl M , .«o J;öiinon aurh

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weniger Beugungsgxtter ausreichen. Auch ist die Anzahl Beugungsgitter von der gewünschten Vergrösserung der Halbwertbreite, die bei Fig. 5a und 5c von 15 auf 120 /um gegangen ist, abhängig. Sollte eine Vergrösserung bis -50 /um erwünscht sein, so können beispielsweise drei Beugungsgitter verwendet werden, wobei die Ordnungskpmponenten statt 15/um einen Abstand von 10/um haben können.

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Claims

- ytr-

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Patentansprüche:

\\y Optisches Filter zum Gebrauch bei einem optisch-elektronischen Wandler, wobei das Filter eine Auflösungsverringerung in einer auf den Wandler zu projizierenden Abbildung einer aufzunehmenden Szene verursacht, dadurch gekennzeichnet, dass das mit Segmenten ausgebildete optische Filter als Beugungsgitterfilter ausgebildet ist, wobei ein Segment, das die Auflösungsverringerung verursacht, mit mehreren Beugungsgittern mit unterschiedlicher Teilung ausgebildet 1st.

2. Optisches Filter nach Anspruch 1, tadurch gekennzeichnet, dass das Filter als kreisförmige Scheibe ausgebildet ist, welche die Beugungsgitter in Kreissegmenten enthältt.

'J. Optisches Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Filter Gruppen von drei Segmenten enthält, von welcher Gruppe jedes Segment ein Segment ohne Auflösungsverringerung umfasst und zwei Segmente, die mehrere Beugungsgitter mit unterschiedlicher Teilung umfassen. k· Optisches Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das restliche Segment in der genannten Gruppe ein lichtundurchlässiges Segment umfasst, das etwa dieselbe Oberfläche hat wie dio Beugungsgitter der genannten zwei Segmente.

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5. Optisches Filter nach. Anspruch 3 oder k, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter vier Gruppen von drei Segmenten umfasst;

6« Optisches Filter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mit den Beugungsgittern ausgebildete Segment zugleich ein Farbfilter enthält.

7· Optisches Filter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mit den Beugungsgittern ausgebildete Segment mindestens drei Gitter unterschiedlicher Teilung enthält. 8. Optisches Filter nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Segment sechs Gitter mit unterschiedlicher Teilung enthält. 9· Optisches Filter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, das das Verhältnis zwischen den Teilungen von z^ unterschiedlichen Beugungsgittern 1 : 1/2 : 1/3 : 1/4 : . . . l/z ist, wobei z_ mindestens gleich 3 ist.

10. Optisches Filter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von den Oberflächen dcjr Beugungsgitter mit unterschiedlicher Tel- " lung an einem S«ginent mindestens einige voneinander abweichend sind,

11. Optisches Filter nach oinem der vorstehenden An.'i7>rü<.*hii, dadurch gekennzeichnet, dass die» I!cu-

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gungsgitter als Phasengitter ausgebildet sind, wobei zur Erhaltung eines bestimmten Verhältnisses zwischen dem durchgelassenen Licht Komponenten zusammenstellender Ordnung die Tiefe eines Phasengitters zur Erhaltung von im wesentlichen Komponenten nullter und erster Ordnung festgelegt ist.

12. Optisch-elektronischer Wandler mit einem optischen Filter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler als Farbfernsehkamera mit einer Aufnahmeröhre ausgebildet ist, vor welcher Röhre das optische Filter drehbar angeordnet ist.

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