DE2331929C3 - Optisches TiefpaBf ilter für ein Aufnahmeobjektiv einer Farbfernsehkamera - Google Patents

Description

d₀ =

n„ - 1

■

₂₀

sind, worin A_n eine vorbestimmte Wellenlänge und n₀ der Brechungskoeffizient der betreffenden Filterstreifen für diese Wellenlänge ist.

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

3. Optisches Tiefpaßfilter nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Dicken der einzelnen Gruppen von Füterstreifen so gewählt sind, daß sie mehrere Phasenverschiebungen entsprechend

Ολο.Νλο,2 /VA₀,...,(m- I)NA₀

bewirken, worin Ao die vorbestimmte Wellenlänge und /n die Zahl der Gruppen von Filterstreifen bedeutet und mund Npositive ganze Zahlen sind.

4. Optisches Tiefpaßfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die Lichtmenge, die durch die Filterstreifen einer Gruppe hindurch geht, jeweils ein m-tel der gesamten durch das Filter durchgelassenen Lichtmenge ist.

5. Optisches Tiefpaßfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der gesamten Fläche der betreffenden Gruppen von Filterstreifen, die Phasenverschiebungen von

OA₀. N A₀,2 /VA₀, ... (m -I)ZVA₀
bewirken, gleich

1 :2:3:...:f/n+l)/2:...:3:2:1
für m eine ungerade ganze Zahl oder

1 : 2 : 3 :... : "V₂ : ^m/₂ :... 3 : 2 : 1
für /77 eine gerade ganze Zahl beträgt.

45

55

Die Erfindung betrifft ein optisches Tiefpaßfilter in Form eines Phasengitters für ein Aufnahmeobjektiv einer Farbfernsehkamera mit einem transparenten Substrat und mehreren auf dem Substrat zueinander parallel angeordneten transparenten Filterstreifen.

Derartige Tiefpaßfilter haben den Zweck, bei Farbfernsehkameras mit farbcodierten Aufnahmefiltern unerwünschte Hochfrequenzsignalkomponenten zu beseitigen. Derartige Tiefpaßfilter sind 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

Aus der Zeitschrift »Journal of the SMPTE«, Vol. 79, S. 326,1970, ist es bereits bekannt, anstelle von drei die Primärfarben aufnehmenden Fernsehkameras eine einzige Farbfernsehkamera zu verwenden, die derart ausgestaltet ist, daß wenigstens zwei mit verschiedener Streifendichte versehene dichroitische Streifenlilter für die Rot- bzw. Blauanteile verwendet werden, wodurch man bei der Abtastung dieser Filter mit der vorgegebenen Abtastgeschwindigkeit eine rote und blaue Trägerfrequenz erhält

Wenn nun bei der Abtastung eines aufzunehmenden Gegenstandes örtlich periodisch schwankende Farbanteile vorhanden sind, die bei der Abtastung zu Hochfrequenzsignalen führen, die in das Chrominanzoder Luminanzsignalband fallen, so entstehen durch Interferenz mit der Luminanz- oder Chrominanzsignalen unerwünschte Bildsignale. Zur Verhinderung dieser unerwünschten Bildsignale ist bereits aus der Zeitschrift »journal of the SMPTE«, Vol. 81. S. 282,1972, bekannt vor die Farbfernsehaufnahmeröhre ein optisches Tiefpaßfilter vorzuschalten, das in Form von transparenter, parallelen Streifen gleicher Dicke und gleicher Breite ausgebildet ist, die jeweils im gleichen Abstand voneinander auf einer durchsichtigen Unterlage angeordnet sind. Durch dieses optische Tiefpaßfilter wird eine obere Grenze für den Durchlaß von sogenannten, weiter unten erläuterten räumlichen Frequenzen gebildet, oberhalb der alle räumlichen Frequenzen unterdrückt werden. Der Nachteil dieses optischen Tiefpaßfilters besteht jedoch darin, daß sämtliche räumliche Frequenzen unterdrückt werden, unabhängig von der Farbe, in der das betreffende, die räumliche Frequenz bewirkende Muster im abzubildenden Gegenstand auftritt. Das heißt aber, daß die Bildwiedergabe dieser Bildanteile insgesamt unterdrückt wird.

Aus der US-Patentschrift 27 69 111 war auch bereits ein Filter für den Bildschirm eines Farbfernsehgerätes bekannt, das aus einer durchsichtigen Unterlage, einer darauf aufgebrachten, halbdurchlässigen Schicht, einer darauf aufgebrachten, in Form von sich periodisch wiederholenden Streifen unterschiedlicher Dicke ausgebildeten Zwischenschicht sowie einer auf der dem abbildenden Elektronenstrahl zugewandten halbdurchlässigen zweiten Schicht besteht. Die Dicken der streifenförmigen Zwischenschicht sind dabei jeweils so gewählt, daß sie durch Interferenzen jeweils einen Teil des Lichtes löschen und somit nur Licht einer Jeweils bestimmten Farbe durchlassen. Auf diese Weise kann durch Auftreffen des Elektronenstrahles auf jeweils einen vorbestimmten, von jeweils drei nebeneinander liegenden Streifen, die alle jeweils mit einem lichtabgebenden Phosphor überzogen sind, Licht einer vorbestimmten Wellenlänge abgegeben werden.

Der aus der US-Patentschrift 35 30 233 bekannter Anordnung lag die Aufgabe zugrunde, die bei in einei einzigen Farbfernsehaufnahmeröhre verwandten Streifenfarbfiltern auftretende verhältnismäßig schlechte Auflösung zu verbessern. Zu diesem Zweck wurde voi das Modulationsstreifenfarbfilter ein sogenanntes Chrl· stiansen-Filter eingefügt, das aus zufällig in eine: Flüssigkeit dispergierten Teilchen besteht, deren Bre chungsindex derart mit der Flüssigkeit abgestimmt ist daß das als Luminanz-Signal dienende grüne Lieh ungehindert durch das Filter hindurchgehen kann während die Rot- und Blauanteile durch das Filter star! diffus gestreut werden, wodurch die Auflösung de blauen und roten Bilder verringert wird.

Aus der US-Patentschrift 36 81 519 ist auch bereits zur Verwendung in einer einzigen ein Farbstreifenmodulationsfilter aufweisenden Fernsehaufnahmekamera zur Ausschaltung unerwünschter räumlicher Frequenzen ein unterschiedliche Phasen für das durchtretende Licht erzeugendes Gitter vorgesehen. Das Gitter besteht aus einer durchsichtigen Trägerunterlage, auf der periodisch Bereiche ausgebildet werden, die eine vorbestimmte Phasendifferenz für eine bestimmte Lichtwellenlänge bewirken, im Vergleich zu benachbar- ι ο ten iiereichen, die keine Phasendifferenz erzeugen. Die Anordnung entspricht einem optischen Gitter. Mit der Anordnung kann aber nur erreicht werden, daß im wesentlichen alle, oberhalb einer vorbestimmten Grenzfrequenz liegenden räumlichen Frequenzen unabhängig von der jeweiligen Lichtwellenlänge unterdrückt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein optischtj Tiefpaßfilter der eingangs erwähnten Art anzugeben, das (ediglich die hohen räumlichen Frequenzen der Rot- und Blauanteile des auf die Farbfernsehkameras fallenden Lichtes beseitigt, jedoch im wesentlichen alle räumlichen Frequenzen passieren läßt, die durch grünes Licht erzeugt werden.

Diese Aufgabe wird bei einem optischen Tiefpaßfilter der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mehrere Gruppen von Filterstreifen mit jeweils gleicher Dicke innerhalb einer Gruppe vorgesehen sind, daß die Dicken der Filterstreifen ur terschiedlieher Gruppen voneinander verschieden und jeweils ganzzahlige Vielfache einer Dicke

'11

H₀ - 1

35

sind, worin Ao eine vorbestimmte Wellenlänge und noder Brechungskoeffizient der betreffenden Filterstreifen für diese Wellenlänge ist.

Ein derartiges optisches Tiefpaßfilter weist den Vorteil auf, daß es durch geeignete Wahl der Größe d₀ so eingestellt werden kann, daß es im wesentlichen alle räumlichen Frequenzen für grünes Licht durchläßt, während solche räumlichen Frequenzen, die durch Rotoder Blauanteile erzeugt werden, oberhalb einer vorbestimmten räumlichen Grenzfrequenz unterdrückt werden. Das erfindungsgemäße optische Tiefpaßfilter arbeitet mit hohem Wirkungsgrad und erzeugt die reproduzierten Bilder mit hoher Schärfe.

Der Grund, weshalb das erfindungsgemäße optische so Tiefpaßfilter bevorzugt für grünes Licht durchlässig gemacht wird, so daß alle räumlichen Freauenzen, die durch grünes Licht erzeugt werden, durch das Filter durchgelassen werden, besteht darin, daß das Auflösevermögen des menschlichen Auges für Grün sehr viel höher ist als für andere Farben. Deshalb können, wenn Λο entsprechend der Wellenlänge des grünen Lichtes gewählt wird. Bilder mit hohem Auflösevermögen erreicht werden, und es kann zugleich das Auftreten von unerwünschten falschen Signalen erreicht werden, die durch das Auftreten von über einer vorbestimmten räumlichen Grenzfrequenz liegenden räumlichen Frequenzen der Blau- und Rotlichtanteile durch Interferenz mit den Chrominanzsignalen erzeugt werden.

Mil »räumliche Frequenz« wird allgemein die Frequenz bezeichnet, die bei der Abtastung eines Strichgitters bestimmter Dichte durch den Abtaststrahl der Farbfernsehkamera bei der vorgegebenen Abtastgeschwindigkeit des Abtaststrahles erzeugt wird. Da die Abtastgeschwindigkeit des Abtaststrahles allgemein vorgegeben und festgelegt ist, wird die »räumliche Frequenz« auch oft direkt in Linien pro Millimeter angegeben, wobei angenommen wird, daß die Abtastung dieser Linien senkrecht zu ihrer Längsausdehnung erfolgt. Unter »unerwünschten« bzw. »falsche« Signale werden solche Signale verstanden, die sich dann ergeben, wenn das wiederzugebende Objekt etwa ein streifenförmiges Muster von einer solchen Dichte enthält, daß sich bei der Abbildung dieses Streifenmusters auf den Aufnahmeschirm der einzigen Farbfernsehkamera eine Strichdichte ergibt, durch die bei einer Abtastung durch den Abtaststrahl der Vidikon-Röhre eine Frequenz erzeugt wird, die im Bereich der Rotoder Blauträgerfrequenz liegt Diese Trägerfrequenzen werden ebenfalls dadurch erzeugt, daß der Aufnahmeschirm der Vidikon-Röhre in jeweils ein bestimmtes Strichmuster unterteilt ist, das aus abwechselnden rotdurchlässigen und nichtdurchlässigen bzw. blaudurchlässigen und nichtdurchlässigen Streifen besteht.

Mit »falsche Bildteile« werden solche Bildteile bezeichnet, die durch derartige »falsche Signale« erzeugt werden.

Vorzugsweise Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand von in der Zeichnung dargestellten vorzugsweisen Ausführungsbeispielen erläutert werden. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine vergrößerte Teilaufsicht auf eine Ausführungsform eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Tiefpaßfilters.

F i g. 2 eine vergrößerte Teilschnittansicht des in F i g. 1 gezeigten Tiefpaßfilters,

F i g. 3 ein Diagramm, das die optische Durchlässigkeit des Tiefpaßfilters in Abhängigkeit von der räumlichen Frequenz zeigt,

F i g. 4 bis 6 Diagramme, die die optische Durchlässigkeit weiterer Ausführungsformen von Tiefpaßfiltern in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge veranschaulichen

Die F i g. 1 und 2 zeigen ein farbselektives Tiefpaßfilter 1, das aus einem transparenten Substrat 2, aus Glas, Kunststoff od. dgl. hergestellt, und mehreren Gruppen von Filterstreifen 3a, 3b, 3c in verschiedener Dicke und von willkürlicher Breite besteht, die auf dem transparenten Substrat 2 parallel zueinander angebracht sind. Die zu einer Gruppe gehörenden Filterstreifen haben jeweils gleiche optische Dicke.

Die Filterstreifen 3a, 3b und 3c sind transparent und haben den Effekt, eine destruktive Interferenz für hohe räumliche Frequenzen für durchgehendes Rot- und Blaulicht zu bewirken.

Bekanntlich werden die hohen räumlichen Frequenzen eines Lichtes von bestimmter Wellenlänge durch ein aus feinen Streifen bestehendes Filter ausgefiltert, deren optische Dicke gleich einem ungeradzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge ist. Wenn die Streifen des Filters eine optische Dicke haben, die gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Wellenlänge ist, passiert das Licht das Filter in seiner Gesamtheit.

Allgemein sind nun die Gruppen von Filterstreifen derart eingestellt, daß eine Gruppe jeweils eine Phasenverschiebung von

0λ_<Νλ,2Νλ,...(ιν-\)Νλ fm und N sind positive sanze Zahlen) für eine spezielle

Wellenlänge (λ) desjenigen Lichtes verursachen, das zur Abbildung eines scharfen Bildes von hoher Auflösung erforderlich ist, nämlich normalerweise des grünen Lichtes.

In dem in den F i g. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist m gleich 4 gewählt, was bedeutet, daß eine erste Gruppe von Filterstreifen sich aus parallelen Streifen der nackten Fläche 4 des transparenten Substrates 2, die die Phasenverschiebung Null verursacht, eine zweite Gruppe sich aus ersten parallelen Filterstreifen 3a, die auf dem Substrat 2 abgelagert sind und eine Dicke (d) haben, die eine Phasenverschiebung von NX bewirkt, sowie eine dritte Gruppe sich aus zweiten parallelen Filterstreifen 3b auf dem Substrat 2, die parallel zu den ersten parallelen Fil'erstreifen 3a angeordnet sind und eine Dicke (2d) haben, die eine Phasenverschiebung von 2 /VA bewirkt, und schließlich eine vierte Gruppe sich aus dritten parallelen Filterstreifen 3c auf dem Substrat 2 zusammensetzt, die parallel zu den ersten und zweiten parallelen Filterstreifen 3a und 3b sind und eine Dicke (3d) haben, die eine Phasenverschiebung von 3 Λ/λ bewirkt. Es besteht keine Beschränkung bezüglich der Reihenfolge der Anordnung und der Anzahl jeder Art von parallelen Filterstreifen 3a, 3b, 3cund 4, solange nur die Gesamtteile von Licht, die durch die jeweiligen Gruppen von Filterstreifen gehen, gleich sind. Das bedeutet, daß die Gesamtfläche jeder Gruppe von Filterstreifen dieselbe ist. Die Teilung oder Breite der Filterstreifen ist auch derart richtig gewählt, daß sie den obigen Bedingungen genügt. Es ist vorzuziehen, wenn die Teilung oder Breite der Streifen unregelmäßig ist.

Im Gebrauch wird das Tiefpaßfilter 1, das gemäß obiger Beschreibung konstruiert ist, in der Aperturebene oder nahe dieser Ebene eines Aufnahmeobjektivsystems 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 (A), vorzugsweise grünes Licht, normalerweise durch das Filter, ohne einer besonderen Wirkung ausgesetzt zu sein, weil die von den Filterstreifen 3a, 3b. 3c bewirkte Phasenverschiebung ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge (A) ist. Was" dagegen das Licht mit einer von der Wellenlänge (A) unterschiedenen Wellenlänge betrifft, so interferieren die Lichtkomponenten, wenn sie durch die verschiedenen Filterstreifen gegangen sind, miteinander, und die optische Durchlässigkeit des Filters in der zu den Filterstreifen senkrechten Richtung ist bezüglich der hohen räumlichen Frequenzen, erzeugt durch Licht dieser Wellenlängen, merklich reduziert. Damit ist es möglich, bestimmte räumliche Frequenzen, hervorgerufen durch Licht einer von A verschiedenen Wellenlänge, oberhalb einer räumlichen Grenzfrequenz vollständig zu eliminieren. Die kritische räumliche Frequenz hängt von der Teflangoder Breite der Filterstreifen ab.

Die optische Durchlässigkeit eines optischen Filters hat den Eßieki, die bohen räumlichen Frequenzen von R-Ot- und Blaulicht zu eliminieren und alle räumlichen Freqaeazeflfür ,grünes Licht durchgehen zu lassen. Dies ist in F i g. 3 dargestellt. In dem Diagramm der F i g. 3 für die optische Durchlässigkeit stellt die nahezu ebene Linie Cdas grüne Licht dar, und die Kurven Bund R, die für hohe räumliche Frequenzen den Wert Null haben, repräsentieren das blaue bzw. rote Licht.

Nachstehend wird die optische Durchlässigkeit des Filters bezüglich der Wellenlänge des durchgehenden Lichtes im einzelnen beschrieben.

Die Funktion der optischen Durchlässigkeit T des Tiefpaßfilters bezüglich der Wellenlänge für das Licht, durch das hohe räumliche Frequenzen erzeugt werden, ist durch die folgende Formel gegeben

T =

1
m

. mN(-j\² sin

sin

Nf-)

wo (-) = 2.7

(/7-I) d

ist und worin η der Brechungskoeffizient für eine Wellenlänge A, d die Dicke jeweils einer Gruppe von phasenschiebenden Filterstreifen ist. Die Dicke d ist so bestimmt, daß sie der Gleichung

(no — 1) d = Ao

genügt, worin a> der Brechungskoeffizient für eine spezielle Wellenlänge Ao ist.

Die A-T-Kurve, das ist die optische Durchlässigkeit in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge, für den Fall von m = 4. N = 2 ist in F i g. 4 und für m = 8, N = 1 in Fig. 5 dargestellt. Wie diese Kurven zeigen, ist selbstverständlich die optische Durchlässigkeit bei der speziellen Wellenlänge A₀ 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 Phasen-Schiebungseffekt von 0 A, 1 A, 2 A... 1OA erhält deren Gesamtfläche zu

1:2:3:4:5:6:5:4:3:2:1

gemacht ist. Solch ein Doppelfilter hat die in Fig.6 dargestellte optische Durchlässigkeit

Ein einzelnes Filter, das Gruppen von unregelmäßig geteilten feinen Filterstreifen trägt die eine Phasenverschiebung von 0 A, NA, 2 Nλ... πΝλ für die spezielle Wellenlänge haben und deren gesamte Lichtdurchlässigkeitsflächen in dem Verhältnis

1 :2:3:...:3:2:1

stehen, würde den gleichen Effekt haben wie das obenerwähnte Doppelfflter.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Optisches Tiefpaßfilter in Form eines Phasengitters für ein Aufnahmeobjektiv einer Farbfernsehkamera mit einem transparenten Substrat und mehreren auf dem Substrat zueinander paralbl angeordneten transparenten Filterstreifen, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gruppen (3a, 3b, 3c, 4) von Filterstreifen mit jeweils gleicher Dicke innerhalb einer Gruppe vorgesehen sind, daß die Dicken der Filterstreifen unterschiedlicher Gruppen voneinander verschieden und jeweils ganzzahlige Vielfache einer Dicke