DE2331929A1 - Optisches tiefpassfilter fuer farbfernsehkameras - Google Patents

Description

MJJI SHASIIIN KOKI KABUSIiIKI KAISHA Ko. 324, 1 - Οποιο e,
• Uetake-machi, Ohiniyo-shi Saitnma-kon, Japan

Optisches Tiefpaßfilter für Färbfernsehkameras .

Die Erfindung betrifft ein optisches Tiefpaßfilter für das Aufnahmeobjektiv einer Farbfernsehkamera,)

Das erfindungsgemäße Tiefpaßfilter hat den Zweck, Hochfrequenz-Signalkoiuponenten zu beseitigen. Es ist beispielsweise zwischen einem Objektiv und einer Bildröhre einer Farbfernsehkamera' angeordnet, um das Auflösungsvermögen des optischen Systems der Fernsehkamera zu verbessern, damit man ein scharfes Bild erhält»

Bei dem in jüngster Zeit entwickelten Farbfernsehsystem mit einer einzigen Bildröhre macht es große Schwierigkeiten, eine unerwünschte Interferenz zwischen dem Leuchtdichtesignal und dem Farbsignal, oder zwischen Farbsighalen zu verhindern. Eine derartige Interferenz bringt falsche Signale mit sich, die, einen falschen Bildteil darstellen, der in dem realen Objekt nicht vorhanden isÄo Derzeit ist es nicht möglich, die fal-

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sehen Signale mit Hilfe einer elektrischen Methode zu beseitigen, und daher v/erden die falschen Signale mit einer optischen Methode zur Aussonderung der hohen räumlichen Frequenzkomponenten beseitigt. Eine der üblichen optischen Methoden zum Beseitigen der hohen räumlichen Frequenzkomponenten, die in die Praxis umgesetzt worden ist, besteht darin, vor der photoelektrischen Umwandlungsflache ein Linsenraster mit verhältnismäßig feiner Teilung einzuschieben.»

Mit dein oben beschriebenen herkömmlichen Verfahren werden zwar v/irklich die falschen Signale bis zu einem bestimmten Kaß beseitigt, aber die Schärfe des reproduzierten Bildes geht verloren, da die hohen räumlichen Frequenzkomponenten für alle Arten von farbigem licht, also rotem, grünem und blauem Licht, beseitigt werden,,

Die Erfindung will den Mangel der oben beschriebenen üblichen Methode beseitigen und ein Mittel schaffen, um die falschen Signale in einem Farbfernsehsystem mit einer einzigen Röhre zu beseitigen, ohne die Schärfe des Farbbildes zu beeinträchtigen. Dies soll mit Hilfe eines optischen Tiefpaßfilters geschehen, das die hohen räumliehen Frequenzkomponenten der Farbfernsehsignale beseitigt, so daß ein scharfes Bild entsteht. Das optische Tiefpaßfilter soll lediglich die hohen räumlichen Frequenzkomponenten der Rot- und Blauanteile des auf die Farbfernsehkamera fallenden Lichtes beseitigen und das grüne Licht durch alle räumlichen Frequenzen passieren lassen. Das Ausfiltern der Hochfrequenzkomponenten des Rotlicht- und Blaulichtanteiles soll mit hohem Wirkungsgrad geschehene

Um dien zu erreichen, ist das erfinchingsgernäße Tiefpaßfilter mit dünnen transparenten Filmstreifen feiner Teilung versehen, die den Effekt haben, daß das Rot- und Blaulicht hoher räumlicher bzw. Bereichsfrequenz, das durch die Filmstreifen geht, durch Interferenz beseitigt wird und nur grünes Licht von der niedrigen bis zur hohen räumlichen Frequenz durchgelassen wird.

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Der Grund, weshalb grünes Licht ausgewählt wird, um über alle räumlichen Frequenzen durch das Filter durchgelassen zu werden, besteht darin, daß das Auflösevermögen des menschlichen Auges für Grün sehr viel höher ist als für andere Farben· Demnach hat die Wahl des Grünlichtes das Ziel, Bilder mit hohem Auflöscvermögen zu erreichen und zugleich die falschen Signale zu verhindern, indem hohe räutiliohe Frequenzkonponenten des Rot- und Blaulichtes ausgeschaltet werden,,

Das erfindungsgemäße Tiefpaßfilter ist theoretisch in der Aperturebene des Objektivs einer Farbfernsehkamera mit einer einzigen Röhre angeordnet, um die Ilochfrequenzkoniponente zu beseitigen«.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und .Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:

Fig.1 eine vergrößerte Teilaufsicht des erfindungsgemäßen Tiefpaßfilters in einer Ausführungsform;

Fig.2 eine vergrößerte Teilschnittansicht des in Fig.1 gezeigten Filters;

Fig.3 ein Diagramm, dae die optische Durchlässigkeit des erfindungsgemäßen Filters in Abhängigkeit von der räumlichen Frequenz zeigt;

Fig.4 - 6 Diagramme, die die optische Durchlässigkeit des er- · findungsgemäßen Filters in weiteren Ausführungsformen in Abhängigkeit von der Wellenlänge veranschaulichen»

Die Fig.1 und 2, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, zeigen ein farbselektives Tiefpaßfilter 1 gemäß der Erfindung, das aus einem transparenten Substrat 2, aus Glas, Kunststoff o.dgl. hergestellt, und einer Reihe von streifenförmigen Filterlagen 3a, 3b, 3c in verschiedener Dicke und von willkürlicher Breite besteht, die auf dem transparenten Substrat 2 parallel zueinander angebracht sind·,

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Die streifenförmigen Filterlagen 3a, 3b und 3c sind transparent und haben den Effekt, eine destruktive Interferenz für hohe räumliche Frequenzkoraponenten des durchgehenden Rot- und Blaulichtes zu bewirken,.

Bekanntlich wird die hohe räumliche Frequenskomponente eines Lichtes von bestimmter Wellenlänge durch eine feine streifen« fö'rmige Filter schicht ausgefiltert, deren Dicke gleich einem ungeradzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge ist. Wenn die streifenförmig Filterschicht eine Dicke hat, die gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Wellenlänge ist, passiert das Licht die Filterschicht in seiner Gesamtheit.

Allgemein sind die streifenförmigen Filterschichten gemäß der Erfindung derart eingestellt, daß sie eine Phasenverschiebung von O₁^ N_r\ 2N,"\ .. · (m-ON λ (m und IJ sind positive ganze Zahlen) für eine spezielle Wellenlänge (A) desjenigen Lichtes verursachen, das zur Abbildung eines scharfen Bildes von hoher Auflösung erforderlich ist, nämlich normalerweise des grünen Lichtes.

In dem in den Fig.1 und 2 gezeigten Ausfuhrungsbeispiel ist als Anzahl (m) 4 gewählt, was bedeutet, daß die streifenförmigen Filterschichten sich aus parallelen Streifen der nackten Fläch-- 4 des transparenten Substrats 2, die die Phasenverschiebung Null verursacht, sowie aus ersten parallelen Streifen einer Filterschicht 3a, die auf dem Substrat 2 abgelagert ist und eine Dicke (d) hat, die eine Phasenverschiebung von N/)bewirkt, sowie aus zweiten parallelen Streifen einer Filterschicht 3b auf dem Substrat 2, die parallel zu dem ersten parallelen Streifen der Filterschicht 3a angeordnet sind und eine Dicke (2d) haben, die eine Phasenverschiebung von 2N/)bewirkt _f und schließlich aus dritten parallelen Streifen einer Filterschicht 3c auf dem Substrat 2 zusammensetzen, die parallel zu den ersten und zweiten parallelen Streifen der Filterschichten 3a und 3b sind und eine Dicke (3d) haben, die eine Phasenverschiebung von 3N.1bewirkt. Es besteht keine Beschränkung bezüglich der Reihenfolge

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BAD ORiQfNAL

der Anordnung und der Anzahl jeder Art von parallelen Filterstreifen 3a, 3b, 3c und 4, solange nur der Gesamtanteil von Licht, der durch die jeweilige Filterschicht geht, gleich isto Das bedeutet, daß die Gesamtfläche jeder Art von streifUnförmigen Filterschichten dieselbe ist» Die Teilung oder Breite der Streifen ist auch derart richtig gewählt, daß sie den obigen Bedingungen genügt» Es ist vorzuziehen, wenn die Teilung oder Breite der Streifen unregelmäßig isto

Im Gebrauch wird das Tiefpaßfilter 1, das gemäß obiger Beschreibung konstruiert ist, in der Aperturebene oder nahe dieser Ebene eines Aufnahmeobjekt.ivsystems einer Farbfernsehkamera angeordnet. Wenn weißes Licht oder Licht von dem Objekt durch das Objektiv mit dem Tiefpaßfilter 1 fällt, geht das Licht mit der speziellen Wellenlänge ( \ ), vorzugsweise grünes Licht, normalerweise durch das Filter, ohne einer besonderen Wirkung ausgesetzt zu sein, weil die von den Filterschichten 3a, 3b» 3c bewirkte Phasenverschiebung ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge ( \ ) ist«, Was dagegen das Licht mit einer von der Wellenlänge ( λ, ) unterschiedenen Wellenlänge betrifft, so interferieren die Lichtkomponenten, wenn sie durch die verschiedenen streifenförmigen Filterschichten gegangen sind, miteinander, und die optische Durchlässigkeit des Filters in der zu den Streifen senkrechten Richtung ist bezüglich der hohen räumlichen Frequenzkomponenten eines solchen Lichtes merklich reduzierte Damit ist es möglich, Licht einer Wellenlänge ober-halb einer bestimmten räumlichen Frequenz vollständig zu eliminieren» Die kritische räumliche Frequenz hängt von der Teilung oder Breite der Streifen des Filters ab₀

Die optische Durchlässigkeit eines solchen Filters hat den Effekt, die Hochfrequenzkomponenten von Rot- und Blaulicht zu eliminieren und grünes Licht für alle räumlichen Frequenzen durchgehen zu lassen» Dies ist in Fig.3 dargestellte In dem Diagramm der Fig.3 für die optische Durchlässigkeit stellt die nahezu ebene Linie G das grüne Licht dar und die Kurven B und

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BAD

R, die in dem hohen räumlichen Frequenzbereich den Wert ITuIl haben, repräsentieren das blaue bzw. rote Licht»

Nachstehend wird die optische Durchlässigkeit des erfindungsgemäßen Filters bezüglich der Wellenlänge des durchgehenden Lichtes im einzelnen beschrieben. Die Funktion der optischen Durchlässigkeit T des Tiefpaßfilters bezüglich der Wellenlänge für das Licht hoher räumlicher Frequenz ist durch die folgende Formel gegeben:

_τ _ ι . sin.

sin

worin η der Brechungskoeffizient für eine Wellenlänge Tt, d die Dickeneinheit der phasenschiebenden Filterschicht und θ = 2 TCIiLr-U-⁰- ist. Die Dickeneinheit d ist so bestimmt, daß sie der Gleichung (n₀ - 1)d = λ,₀ genügt, worin no der Brechungskoeffizient für eine spezielle Wellenlänge /to ist»

Die ^--T-Kurve, das ist die optische Durchlässigkeit in Abhängigkeit von der Wellenlänge, für den Fall von m = 4, N = 2 ist in Fig.4 und für m = 8, H = 1 in Fig-5 dargestellt. Wie diese Kurven zeigen, ist selbstverständlich die optische Durchlässigkeit bei der speziellen Wellenlänge hoch und im Bereich der übrigen Wellenlängen niedrig«

Man kann die oben beschriebenen Filter zweifach übereinander verwenden, so daß die gleichen Muster der Bilder nicht in Deckung sind. Zum Beispiel werden zwei Filter mit m = 6 und N = 1, die nach obiger Beschreibung konstruiert sind, verdoppelt, wobei man also streifenförmige Filterschichten mit dem Phasenschiebungseffekt von 0 Λ., 1 λ, 2 ?l... 10/L erhält, deren Gesamtfläche zu 1 :2ϊ3:-4ί-5:6:5:4ΐ3:2:1

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gemacht ist. Solch ein Doppelfilter hat die in PIg₀6 dargestellte optische Durchlässigkeit.

Ein einzelnes Filter, das unregelmäßig geteilte, feine, streifenförmige Pilterschichten trägt, die einen Phasenschiebungseffekt von 0i\.N/\2N,il... niQfür die spezielle Wellenlänge haben und deren gesamte Lichtdurchlässigkeitsfläche in dem Verhältnis 1 : 2 : 3 :....! 3 : 2 : 1 3teht, würde den gleichen Effekt haben wie das oben erwähnte Doppelfilter.

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Claims (1)

1. " ⁸ ~ 233 Π29

   P a t ο η t a η r. η r ü c h e

   Optisches Tiefpaßfilter für ein Aufnahmeobjektiv einer "" Farbfernsehkamera, gekennzeichnet durch ein transparente a Substrat (2) und durch mehrere auf dein Substrat parallel zueinander angeordnete,transparente, streifenförmige Filtersehichten (3a, 3b, 3c), deren !Dicke gleich einem ganzzahligen Vielfachen einer sper.irllen Wellenlänge ist, wodurch nur das Licht dieser speziellen Wellenlänge durch das Filter durchgelassen wird und die hohen räumlichen Frequenskomponenten des !achtes mit einer von der speziellen Wellenlänge unterschiedlichen Wellenlänge durch das Filter eliminiert werden.

   2« Optisches Tiefpaßfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der streifenfcrmigen Filterschichten unregelmäßig gewählt ist.

   3. Optisches Tiefpaßfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die streif enf örraigen Filternchichten (3a, 3"b, 3c) mehrere Arten von Dickengrößen aufweisen.

   4. Optisches Tiefpaßfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet; _; daß die. verschiedenen Dickengrößen der streifenförmigen Filüerschichten so gewählt sind, daß sie mehrere Phasenverschiebungen von Ολ,, NA , 2N7U ... (m - I)NA. bewirken, worin 'λ die spezielle Wellenlänge und m und N positive ganze Zahlen sind.

   Optisches Tiefpaßfilter nach Anspruch 4_f dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtmenge, die durch eine Art der streifenf örmigen Filterschichten geht, ein m-tel der gesamten, durch da3 Filter durchgelassenen Lichtmenge ist₀

   6ο Optisches Tiefpaßfilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der streifenförmigen Filter—

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   BAD OBlGiNAt

   *- S —

   schichten unregelmäßig gewählt ist und das Verhältnis der gesamten Fläche der betreffenden streifenförmigen Filterschichten, die Phasenverschiebungen von O λ., N K₁ 2N/V.?.. (m - 1)Νλ bewirken, gleich 1 : 2 : 3 : ·.. : (m + 1)/2:
   . . . :J5 : 2 : 1 beträgt«

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