DE2347263A1 - Optisches system - Google Patents

Description

9134-73 K/sta ·
Brit. Anm. Nr. 43 280/72
vom 19. September 1972

The Rank Organisation Ltd.
Millbank Tower, Miirbank
London S. V/. 1, England

Optisches System

Die Erfindung "betrifft ein optisches System mit einem selektiven Strahlteiler, in dem das einfallende, von einer Pokussiereinrichtung austretende, das Bild darstellende Licht aufgespalten wird, um mehr als ein Bild zu schaffen.

Es ist oft erwünscht und notwendig, ein sekundäres, niederes
Ausleuchtungsniveau in jeder Bildebene zu schaffen, das unabhängig von der Helligkeit des von der Fokussiereinrichtung ge;-bildeten Bildes oder der Lichtverteilung innerhalb der betrachteten Szene ist.

In der Pernsehtechnik sind beispielsweise einige Charakteristiken von Bildempfangsröhren, die gegenwärtig hauptsächlich verwendet werden, dergestalt, daß eine Nachwirkung oder Ausschmierung hinter der Wiedergabe heller, sich bewegender Objekte in dem Blickfeld vorhanden ist, und dieser Effekt erreicht häufig unerwünschte Ausmaße. Insbesondere beim Farbfernsehen werden
diese Effekte sehr schwerwiegend, wenn die Nachwirkung farbig statt neutral ist.

Es ist an sich bekannt (GB-PS 1 227 869), daß die beschriebene Nachwirkung erheblich dadurch reduziert werden kann, daß eine *' sekundäre Ausleuchtung in allen Bildebenen in Zusammenhang mit einer geeigneten, externen, elektronischen Schaltung verwendet

409813/0946

wird. Die sekundäre Ausleuchtung wird gelegentlich als Grundniveau der Ausleuchtung oder Vorlicht bezeichnet.

Das Vorlicht kann in das komplette System in vielen verschiedenen Weisen eingeführt werden. Eine Quelle kann in der Fakussiereinrichtung, in dem Strahlteiler oder in jeder Bildempfangsröhre enthalten sein. Das Einbeziehen des Vorlichts in die Fokussiereinrichtung bietet mehrere Schwierigkeiten, weil, das Vorlicht dann denselben Wegen durch die Strahlteiler wie das das Bild bildende Licht folgt, und es dann keine separate Steuerung gibt, um differentielle Niveaus des Vorlichts zwischen den Bildebenen einzustellen. Wenn die Fokussiereinrichtung komplex aufgebaut ist, beispielsweise eine Zoomlinse aufweist, besteht die Gefahr, daß die Anordnung des Vorlichts in der Fokussiereinrichtung ihre Arbeitsweise beeinträchtigt oder praktische Schwierigkeiten hervorruft .

Die Anordnung des Vorlichts in jeder Bildempfangsröhre gestattet zwar eine unterschiedliche Ausleuchtungssteuerung, ist jedoch praktisch schwierig durchzuführen, teuer auszutauschen und hat in ihrer einfachsten Ausführungsform den Nachteil, daß es an der Gleichförmigkeit der Ausleuchtung der abgetasteten Bildfläche mangelt. >

Die Erfindung betrifft daher eine bevorzugte Ausführungsform zur Erzeugung des Vorlichts in dem Strahlteiler.

Bekannte Anordnungen dieser Art haben mehrere Nachteile. In einer bekannten Anordnung strahlen eine oder mehrere Lichtquellen Licht ab, das durch den Strahlteiler in unregelmäßiger Weise von Glas- und Metallkomponenten innerhalb der Kamera und in der damit verwendeten Fokussiereinrichtung gestreut und reflektiert wird. Es ist ersichtlich, daß dadurch eine nicht ausreichende Steuerung des Niveaus der Grundniveauausleuchtung, ihrer Gleichförmigkeit und der differentiellen Ausleuchtung zwischen getrennten Bildebenen in Kauf genommen werden muß. Die Lichtquelle ist notwendigerweise klein, hat einen geringen Leistungs-

409813/0946

2347253

verbrauch und hat in der Regel die Form eines Wolframfadens. Um eine 'lange Lebensdauer der Lampe sicherzustellen, wird sie "bei einer Spannung betrieben, die geringer als ihre Netzspannung ist. Wenn diese Spannung verwendet wird, um das Niveau des Vorlichts zu steuern, ergibt sich eine erhebliche Schwankung der Lampen-Farbtemperatur, was das differentielle Niveau der Ausleuchtung stark beeinflußt, die die Bildebenen über farbselektive Wege erreicht.

In einer anderen bekannten Anordnung ist die Strahlteilereinrichtung aus Prismen aufgebaut, und die Eintrittsöffnungen sind in oder nahe bei Flächen vorgesehen, die parallel zu der Strahlteilungsebene liegen und im übrigen normalerweise grau oder uil·- poliert sind. Diese ermöglichen es, daß das Vorlicht unter einem sehr flachen Weg eingeführt wird, um alle Bildebenen zu erreichen. Der Neigungsgrad von einem dieser Wege ist zu groß, um die erforderliche Gleichförmigkeit des Vorlichts zu erzielen, und die Schwierigkeit wird durch die Verwendung einer Vielzahl solcher Wege nicht überwunden. Das Vorlicht tritt durch die verschiedenen Flächen des Strahlteilers in derselben Reihenfolge wie das das Bild darstellende Licht hindurch, so daß diese bekannte Anordnung unter denselben Mängeln leidet, die oben erwähnt wurden. Ferner sind die Neigungswinkel der Lichtwege oft so, daß die optischen Bedingungen, unter denen die strahlteilenden Flächen arbeiten, nicht auf die Richtung des Vorlichts anwendbar sind. Beispielsweise können zusammengesetzte Einfallswinkel an Luftspalten, die sowohl in Transmission, als auch in Reflexion arbeiten sollen, die Gesetzmäßigkeiten bezüglich dem kritischen Reflexionswinkel- "nicht erfüllen. Die Vermeidung dieser Zustände führt zu weiteren Schwierigkeiten, die dazu führen, da3 die zweite, an sich bekannte Vorrichtung ebenso unattraktiv wie die erste ist.

Alle, bekannten Anordnungen leiden unter dem Nachteil, daß es außerordentlich schwierig ist, ein vorbestimmtes Verhältnis eines gleichförmigen Vorlichts zwischen den kritischeren roten und blauen Kanälen bei einem vorgegebenen, notwendigen Niveau

40 9 813/0946

für beide Kanäle zu erreichen.

Es ist daher ein Bedarf vorhanden, soweit wie möglich einen Strahlteiler anzugeben, der ohne Beeinträchtigung seiner selektiven Bilderzeugungsfunktion arbeitet, während er gleichzeitig ein Grundniveau der Beleuchtung mit einer hohen Gleichförmigkeit des Vorlichts in allen Kanälen, einen weiten Bereich der Einstellung der Vorlichtnlveaus und einen weiten Bereich der Einstellung differentieller Ausleuchtung zwischen den Kanälen liefert.

Erfindungsgemäß wird ein optisches System angegeben, das einen selektiven Strahlteiler für die Aufspaltung des einfallenden, das Bild erzeugenden liehts in eine Vielzahl von Komponenten aufweist, um mehr als ein-Bild zu erzeugen, und bei dem eine Vielzahl von Vorlichtquellen vorgesehen sind, von denen das Vorlicht zu den Bildebenen durch reflektive und/oder durchlässige Flächen des Strahlteilers gerichtet wird, die auch zur Aufspaltung des einfallenden Lichtes verwendet werden, wobei wenigstens eine der Quellen geometrisch oder spektral außerstande ist, alle Bildebenen auszuleuchten, und wobei die optische Achse des Lichts von jeder Quelle auf eine genannte Fläche des Strahlteilers in einer Richtung auftrifft, die im wesentlichen ein Spiegelbild der optischen Achse des einfallenden, das Bild erzeugenden Liehts ist.

Eine hohe Gleichförmigkeit der Ausleuchtung wird dadurch erreicht, daß die Flächen in dem Strahlteiler berücksichtigt werden, die selektiv das Bilderzeugungslicht aufgrund ihrer verschiedenen Verwendungsweisen, d. h. als reflektierende und/oder durchlässige Fläche, aufspalten. Durch Verwendung dieser selben Flächen, gegebenenfalls in anderen Kombinationen und Betriebsweisen, ist es möglich, eine Position für jede Vorlichtquelle zu finden, wobei die Bilderzeugungsstrahlen nicht behindert werden, und das Vorlicht in den Strahlteiler entlang einer optischen Achse gerichtet wird, die, wenigstens wo sie eine Fläche des Strahlteilers trifft, ein Spiegelbild der optischen Achse

409813/0946

des einfallenden Bilderzeugungslichts ist, Wie später gezeigt wird, wird eine ausreichende Gleichförmigkeit der Ausleuehtung erreicht, wenn der äquivalente Luftabstand zwischen der Quelle. und der Bildebene oder den Ebenen in typischen Fällen größer als das Dreifache der Diagonalen des Bildformates ist«

Ein weiter Bereich der Einstellung der Vorliehtniveaus wird durch Verwendung von mehr als einer Lichtquelle erreicht. Wenigstens eine Lichtquelle ist vorzugsweise durch die Art, in der die Kombination und Arbeitsweisen der internen Flächen verwendet werden, darauf beschränkt, weniger als die Gesamtzahl der Bildebenen in dem Strahlteiler auszuleuchten. Wenn beispielsweise drei Bildebenen vorgesehen sind, beleuchtet eine Lichtquelle nur eine oder zwei der drei Ebenen. Da das erforderliche Niveau des Vorlichts oder des Grundniveaus der Beleuchtung extrem klein ist, sind Miniaturlampen mit geringer Arbeitsspannung für diesen Zweck mehr als ausreichend und strahlen bei ihrer Nennspannung erheblich mehr Licht ab, als für diesen Zweck erforderlich ist. Wenn eine Lampe nur eine Bildebene mit Lieht, das nur in einem engen Spektralband enthalten ist, ausleuchtet, können offenbar durch eine Spannungssteuerung Vorliehtniveaus eingestellt werden, die im Bereich von mehr als dem erforderliehen Licht bis zu nahezu vernachlässigbaren Niveaus liegt, weil die Veränderung der Farbtemperatur der Quelle sich in dem engen Spektralband nicht auswirkt.

Wenn eine Lampe zwei Bildebenen mit Licht ausleuchtet, das in jeder Bildebene spektral verschieden ist, und wenn diese zwei spektralen Bereiche in dem Spektrum nahe beieinander liegen, können auf ähnliche Weise die Auswirkungen der Schwankung der Lichtquellen-Farbtemperatur über dem eingeschwenkten, spektralen Bereich, der von diesen zwei Kanälen überdeckt wird, in annehmbaren Grenzen bleiben. In dem letzteren Beispiel empfangen zwei der drei Bilder ein Vorlicht, das unabhängig auf das erforder-· liehe Niveau und die Differenz oder Abstimmung eingestellt werden kann, während das Vorlicht auf dem dritten Bild innerhalb eines, annehmbaren Niveaus gegenüber den anderen beiden Niveaus ,

409813/0946

bleibt.

Durch die Verwendung von mehr als einer Vorlichtquelle, wobei eine Lichtquelle weniger als alle Bilder ausleuchtet, wird die erforderliehe Möglichkeit gegeben, die differentiale Ausleuchtung zwischen Kanälen einzustellen.

In Zusammenhang mit den vorhergehenden Überlegungen ist wichtig, festzustellen, daß das Vorlicht, welches auf irgendeine Bildebene auftrifft, nicht auf die spektralen Eigenschaften des bilderzeugenden Lichtes in dem Kanal abgestimmt werden muß. Es muß lediglich spektrale Eigenschaften haben, auf die der Empfänger anspricht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 a einen an sich bekannten Strahlteiler;

Fig. 1 b das Erfindungsprinzip in Anwendung auf einen Strahlteiler der in Fig. 1 a gezeigten Art?

Fig· 2 a eine praktische Ausführungsform eines prismatischen Strahlteilers bekannter Art;

Fig. 2 b eine erfindungsgemäß abgewandelte Ausführungsfonn des Strahlteilers;

Fig. 3 a und 3 b einen weiteren Strahlteiler und seine erfin—

dungsgemäß abgewandelte Ausführungsform respektive; und

ig. 4» 5 und 6 das spektrale Ansprechverhalten entlang der Vorlicht-Strahlengänge für die in Fig. 2 b gezeigte Anordnung.

Fig. 1 a zeigt schematisch einen Strahlteiler aus selektiven

409813/0946

Spiegelflächen, die das bilderzeugende oder Abbildungslicht,· das -aus dem optischen System- austritt, aufspaltet, um drei getrennte Bilder für rot, grün und blau zu erzeugen. Die Spiegel 1 und 2 sind farbselektive halbdurchlassige Spiegel (Reflektor/Übertrager), Die Spiegel 3 und 4 sind einfach vollreflektierende Spiegel, um die Bildebenen in praktische und geeignete Positionen zu bringen. Zur Klarheit der Darstellung sind nur die optischen Achsen des Abbildungslichtes gezeigt, und es ist offensichtlich, wie solch eine Anordnung konusförmige Lichtstrahlen mit endlichem Öffnungswinkel an alle Punkte in dem Bildfeld übertragen kann.

Fig. 1 b zeigt die optischen Achsen, des Vorlichts, das auf dem System von Pig. 1 a überlagert werden kann, ohne die Strahlengänge, die in Fig. 1 a gezeigt sind, zu behindern.

Diese Anordnung ist bezüglich des Verhaltens des farbselektiven Strählteilers oder der Art, in der das Vorlicht arbeitet, nicht ideal, dient jedoch dazu, die Grundkonzeption der Erfindung zu zeigen. . " ^N

Licht von einer Quelle I, die auf einer Achse liegt, die ein Spiegelbild in dem Spiegel 1 der optischen Achse des Abbildungslichtes ist, wird auf geeignete Weise in einem Richtungssinn durch eine Maske abgedeckt und fällt auf den blau reflektierenden Spiegel 1, der das Licht außer dem blauen Licht, d. h. rot uad grün, auf die Blaubildebene B durchläßt. Das Blauvorlicht, das an dem Spiegel 1 reflektiert wird, wird von dem rot reflektierenden. Spiegel 2 nicht .reflektiert, um die Rotbildebene R zu erreichen, sondern wird durch diese Fläche durchgelassen, um die Grünbildebene G zu erreichen.

Licht von einer Quelle II, die auf einer Achse liegt, die ein Spiegelbild in dem Spiegel 2 der optischen Achse des Abbildungslichtes ist, fällt auf den rot reflektierenden Spiegel 2 auf, der das blaue und grüne Licht zu der Rotbildebene R überträgt. Das-Rotvorlicht, welches an dem Spiegel 2 reflektiert wird, er-

409813/0946

2347283

reicht die Grünbildebene G.

Das Vorlicht auf jeder Bildebene ist daher wie folgt zusammengesetzt. In der Blaübildebeiie ist rotes und grünes Licht von der Quelle I allein vorhanden. In der grünen Bildebene ist blaues und rotes Licht von den Quellen I und II vorhanden, und in der Rotbildebene ist blaues und grünes Licht von der Quelle II allein vorhanden".

Es ist offensichtlich, da/3 eine beliebige Beziehung, die zwischen den Vorlichtniveaus in den roten und blauen Bildebenen erforderlich ist, durch einfache Spannungseinstellung der Lampen I und II verwirklicht werden kann, ohne daß es erforderlich ist, auf die sich daraus ergebenden Änderungen in ihrer Farbtemperatur Rücksicht zu nehmen. Das Vorlichtniveau in der Grünbildebene ist in praktischen Fällen wenigstens bis zu einem annehmbaren Ma3e. in derselben Größenordnung wie die Niveaus in den anderen Kanälen.

Eine Verbesserung der in Fig. 1 b gezeigten Anordnung ergibt sich dann, wenn es möglich oder, wie es gewöhnlich aus colorimetrischen Gründen der Fall ist, erwünscht ist, Sperr-Trimmfilter unmittelbar vor den Bildempfangsröhren einzuführen. Beispielsweise reduziert ein Rotsperrfilter vor dem blauen Bild dieses Vorlicht dadurch, da3 der rote Teil des grünen Lichtes entfernt wird, ein Blausperrfilter vor dem roten Bild reduziert das Vorlicht dadurch, da!3 der blaue Teil des grünen Lichtes entfernt wird. Ein Hagentarot-Sperrfilter vor dem grünen Bild reduziert dieses Vorlicht dadurch, daß das kurzwelligere Blau und das langwelligere Rot entfernt wird.

Das Vorlicht in jeder Bildebene ist daher wie folgt zusammengesetzt. In der Blaubildebene ist C/anblau von der Quelle I allein vorhanden. In der Grünbildebene ist entsättigtes Magentarot von den Quellen I und II vorhanden, und in der Rotbildebene ist Gelblicht nur von der Quelle II vorhanden,

4Q98 13/0946

~⁹~ 2347233

Es ist ersichtlich., daß die Merkmale der ersten Anordnung aufrechterhalten werden, und daß die Vorlichtanordnung noch weniger von der Farbtemperatur der Lichtquellen abhängt.

Obwohl die Sperr-Trimmfilter die Größe der spektralen Fenster, durch die das Vorlicht hindurchtreten kann, verkleinert, kann gezeigt werden, daß die erforderlichen Ausleuchtungsniveaus leicht mit einem ausreichenden Sicherheitsfaktor dadurch erzielt werden können, daß kleine Wolframfaden-Lichtquellen, verwendet werden, die zur Erzielung einer langen Lebensdauer unterhalb der Nennspannung betrieben werden.

Fig. 2 zeigt, wie die Erfindung auf einen farbselektiven, prismatischen Strahlteiler angewendet werden kann, der überwiegend in Farbfernsehkameras verwendet wird. Fig. 2 a zeigt die herkömmliche geometrische Anordnung zum Aufspalten des Abbildungslichtes in der erforderlichen Weise.

In Fig. 2 a tritt das einfallende Licht in ein erstes Prisma durch eine senkrechte Eintrittsfläche 31 ein. Die gegenüberliegende Prismenfläche 32 trägt einen dichroitischen, halbdurchlässigen Spiegel, der die blaue Komponente reflektiert, die dann durch interne Totalreflexion von der Eintrittsfläche 31 über einen Rotsperrfilter 33 an die Blaubildebene B durchtritt. Ein zweites Prisma 34» dessen Eintrittsfläche 35 durch einen Luftspalt 36 von der ersten Prismenfläche 32 getrennt ist, trägt auf seiner gegenüberliegenden Fläche 37 einen dichroitischen, halbdurchlässigen Spiegel für die rote Komponente. Die rote Komponente wird daher an der Fläche 37 reflektiert, erfährt eine interne Totalreflexion an der Eintrittsfläche 35 und tritt zu der Rotbildebene R über einen Blausperrfilter 38 durch. Ein drittes Prisma 391 das an das zweite Prisma 34bei dessen Fläche 37 angekittet ist, hat eine senkrechte Austrittsfläche 40, die einen Magentarot-Sperrfilter 4I trägt, um die grüne Komponente an die Grunt)ildebene G- durchzulassen.

Es hat sich gezeigt, daß bei voller Optimierung der Geometrie

409813/0946

die spiegelbildlichen, optischen Achsen, entlang denen das Vorlicht laufen sollte, durch die Außenflächen der Prismenanordnung an Stellen hindurchtreten, die für die Strahlteilung keine Punktion haben. Fig. 2 b zeigt, wie zusätzliche, kleine, polierte Flächen 42 und 43 an diesen Stellen vorgesehen sein können, um zu gestatten, daß Licht von den Vorlichtquellen I und II in das Prisma in den erforderlichen Richtungen eintritt.

Die Ähnlichkeit zwischen der Prismenanordnung und der Spiegelanordnung der Fig. 1 a und 1 b ist unmittelbar deutlich, und die vorhergehende Beschreibung ist in gleicher Weise zutreffend.

Da Prismenanordnungen notwendigerweise sehr nahe bei den BiIdempf angsröhren und inren. Ablenkspuleneinrichtungen liegen, ist es gelegentlich sehr erwünscht, eine kompaktere Anordnung zu schaffen, wobei die Vorlichtquellen an besser geeigneten Positionen nahe bei der Prismenanordnung und an etwas verschiedenen Stellen angeordnet sind. In diesem Fall ist klar, da3 die zusätzlichen, polierten Flächen abgewandelt oder in Zusammenhang mit kleinen Zusatzprismen oder —spiegeln verwendet werden können, -um die optischen Achsen, auf denen die Vorlichtquellen liegen, in mehr brauchbare Richtungen außerhalb der Strahlteileranordnung abzulenken.

Diese Ablenkung der optischen Achsen außerhalb der Etrahlteileranordnung kann auch dazu verwendet werden, zusätzliche Öffnungs— masken vorzusehen, um zu verhindern, da:3 die Vorlichtquellen Bereiche des Strahlteilerprismas, der Fokussiereinrichtung oder des BiIdempfangers in einer unerwünschten Weise ausleuchten, wodurch SchieierSchimmer oder Nebenbilder verursacht werden könnten.

Fig. 3 zeigt, wie die Erfindung auf eine verbesserte, prismatische Strahlteileranordnung angewendet werden kann, wie sie in der britischen Patentanmeldimg Nr. 40756/71 beschrieben ist.

Ein Strahlteiler dieser Art, wie er in Fig. 3 a gezeigt ist,

409813/09A6

¹¹ " 2347253

weist ein erstes Prisma 50 auf, das eine senkrechte Eintrittsfläche 51 hat, ein zweites Prisma 52, das von dem ersten Prisma 50 durch einen Luftspalt 53 getrennt ist und auf seiner hinteren Fläche 54 einen dicisroitisehen, halbdurchlässigen Spiegel fur grünes Licht hat, ein drittes Prisma 55» das von dem zweiten Prisma 52 durch einen Luftspalt 56 getrennt ist und auf seiner hinteren Fläche 57 einen dichroitischen, halbdurehlässigen Spiegel für blaues Licht trägt, und ein viertes Prisma 53 auf. Geeignete Sperrfilter 59» 60, 61 sind vorgesehen. Die hauptsächlichen Ctrahlengänge sind in Fig. 3 a gezeigt.

Dieser Fall unterscheidet sich von den vorhergehenden Beispielen dadurch, da3 der erste Kanal, der in der colorimetrischen Anordnung zuerst reflektiert wird, spektrale Eigenschaften hat, die zwischen denen des zweiten und dritten kanals liegen. Das zweite, das dritte und das vierte Prismenelement 52, 55' und 58 (Zählung in Richtung des einfallenden Abbildungslichts) sind für die vorliegendem Zwecke direkt analog zu den drei Prismenelementen ausgebildet, die in Fig. 2 gezeigt sind. Die geometrische Auslegung des Vorliehts,-wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, ist direkt auf die Anordnung mit vier Prismenelementen anwendbar und kann so ausgeführt werden, da.3 sie in ähnlicher Weise arbeitet.

Die spektralen Fenster für das Vorlicht, die in Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben wurden, arbeiten jedoch anders wegen der geänderten Reihenfolge der Strahlteilung. Es besteht eine gewisse Gefahr, da:3 die erwünschten, colorimetrischen Eigenschaften beeinträchtigt werden, wenn die spektrale Anordnung und Größe der Spektralfenster abgewandelt' wird, um die Erfordernisse bei dem Vorlicht besser zu erfüllen. Dieses Risiko kann auch in einigen praktischen Aiiwendungsfällen der Anordnung auftreten, und kann andererseits eine beachtliche Beeinträchtigung bei anderen Anwendungsfallen bieten.

keine Beeinträchtigung der colorimetrischen Eigenschaften zugelassen werden kann, kann die Erfindung" in einer anderen, 'bevorzugten Weise verwirklicht werden. Fig. 3 b zeigt, wie der

40981 3/0946

Luftspalt 33 zwischen dem ersten und dem zweiten Prismenelement 51 bzw. 52 in Zusammenhang lait einer zusätzlichen Eintrittsfläche 62 verwendet werden kann, um Vorlicht von der Quelle I in den Strahlteiler einzuführen. Die kombinierte Reflektivität der zwei Glas-Luft-Grenzflächen, die den Luftspalt 53 begrenzen, ist ausreichend, ura ein niedriges Niveau des Vorlichts in den Bildebenen zu geben, und nach der Reflexion sind die Vorlichtwege (Fig. 3 b) identisch mit den Lichtwegen des Abbildungslichts.

Wenn die Vorlichtquelle I eine höhere Farbteiuperatur hätte, könnte die Vorlichtausleuchtung in den drei Bildebenen auf das erforderliche MaJB in derselben Weise abgestimmt werden, wie die drei von dem optischen System erzeugten Bilder durch die Golorimetrie des Strahlteilers abgestimmt werden.

Da es jedoch bevorzugt ist, unterhalb der Nennspannung betriebene Lampen zu verwenden, um einen großen Einstellbereich zu erzielen, und da die sich daraus ergebende Schwankung der Lainpenfarbtemperatur die Abstimmung des Vorlichts zwischen den Bildebenen beeinträchtigen würde, ist eine zweite Vorlichtquelle II vorgesehen, die einer Einschränkung bezüglich der Zahl der Bildebenen unterliegt, die sie ausleuchten kann. Die geometrische Anordnung für die zweite Quelle II ist wiederum direkt analog zu der in Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen Anordnung.

Das spektrale Fenster, das in dem Weg von der Vorlichtquelle II zu der Blaubildebene vorhanden ist, ist ähnlich wie das Fenster ausgebildet, das in Zusammenhang mit den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschrieben wurde. Daher liefert die Quelle II zusätzliches Vorlicht für das kritische Blaubild, wenn die Farbtemperatur der Quelle I klein ist. Licht von der Quelle II kann daran gehindert werden, die Rotbildebene zu erreichen, indem sichergestellt wird, da3 die kombinierte Reflektivität des blau reflektierenden, dichroitischen Spiegels und des Sperrfilters in dem Rotkanal kein spektrales Fenster bieten, oder dai3 die Lichtquelle II auf geeignete Weise spektral gefiltert wird.

409813/0946

BAD ORIGINAL

Alternativ können, die Lagen der Rotbildebene und der Blaubildebene ausgetauscht werden, wobei die dichröitische Spiegelfläche, durch die das Licht von der Quelle II zuerst hindurchtritt, für rot statt für blau reflektierend gemacht wird. Wenn hinter dieser dichroitisehen Spiegelfläche ein kleiner Luftspalt ähnlich dein Luftspalt hinter dem grün reflektierenden, dichroitischen Spiegel liegt, reflektiert die zusätzliche Glas-Luft-Grenzfläche genügend Licht von der Quelle II, um das Blaubild auszuleuchten, während ein spektrales Fenster in dem Weg zu den Rotbild fehlt. Andernfalls kann eine geeignete Filterung der Quelle II vorgesehen sein, um zu verhindern, daß ein zusätzliches Vorlicht auf das Rotbild einfällt.

In diesen beiden alternativen Anordnungen wird die Spannung der Quelle I eingestellt, um die Vorlicht-Niveaus für den roten und den grünen Kanal einzustellen, und die Quelle II wird eingestellt, um die erforderliche Abstimmung oder Differenz zwischen blau und rot zu erzeugen.

Die Vorteile der beschriebenen Anordnungen liegen darin, daß (1) die Verwendung von Miniatur-Lichtquellen, die bei weniger als ihrer Nennspannung betrieben werden, ein weiter Steuerbereich und eine lange Lebensdauer verwirklicht wird, daß (2) eine Gleichförmigkeit des Vorlichts bei einem höheren Niveau als bisher möglich erreicht wird, und daß schließlich (3) das Ma3 der Unabhängigkeit zwischen den Vorlichtwegen eine feine Steuerung der relativen Ausleuchtungsniveaus in den Bildebenen gestattet.

Diese Vorteile werden nun im einzelnen anhand der Anordnung von Fig. 2 b beschrieben. Ein an sich bekannter Strahlteiler der in Fig. 2 a gezeigten Art verwendet Plumbicoiiröhren, die ein abgetastetes Bildformat mit einer halb Diagonalen von 10,7 ram hat, und die im übrigen solche Abmessungen aufweist, daß die Veränderungen gemäß Fig. 2 b zu einer optischen Weglänge von den Vorlichtquellen zu den Bildebenen ergibt, dessen Äquivalent in Luft.58 mm beträgt.

409813/0946

Unter der Annahme, daß die Lampe durch eiiie punktförmige Lichtquelle angenähert werden kann, ist die Ausleuehtung über der abgetasteten Fläche gegeben durch:

E = ^s- ³

wobei E die Ausleuchtung in Lux, I die Beleuclitungsintensität in Candela in der zu θ gehörigen Richtung, d der" senkrechte Abstand von Quelle zur Brennebene, und O der Winkel zwischen der Senkrechten zu der Brennebene und der Richtung der Quelle ist.

Wenn der Extremfall eines Punktes in der Ecke des Bildes genommen wird, und wenn der Feldradius 10,7 mm beträgt, gilt:

θ = tan"¹ !2*2. ₌ io,5°

cos³Q = (O,9833)³ = 0,9507

Daher fällt die Ausleuchtung in der Ecke des Feldes auf 95 /» des Wertes bei der Achse ab.

Zwei Faktoren tragen zu einer Verbesserung der 5-prozentigen Gleichförmigkeit der Aüsleuchtung bei. Erstens ist- der Glühfaden der Lampe keine echte punktförmige Quelle, und seine Größe verbessert die Gleichförmigkeit der Ausleuelrfcung, wenn der gesamte Faden von allen Teilen der abgetasteten Fläche aus sichtbar ist.

Zweitens wird aufgrund der Brechungsgesetze in dem durch massives Glas führenden Weg zwischen der Quelle und der Brennebene eine Verdichtung des abgestrahlten Lichtes mehr zu dem Rand der abgetasteten Fläche hin bewirkt, als es der Fall wäre, wenn der Lichtweg nur durch Luft führen würde.

Daher ist die Gleichförmigkeit der Ausleuchtung besser als 5 /£.

Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen das spektrale Gesamt—Ansprechverhal-

409813/0946

ten einschließlich der Quellenabstrahlung bei einer typischen Farbteiaperatur, der spektralen Übertragung durch den Strahlteiler 'eiitlang den Vorlichtwegeh und das Ansprechverhalten des Plunbieondetektors für die Anordnung, die in Pig. 2 b gezeigt ist. Die ausgezogene Linie in diesen Figuren zeigt das G-esanta-isprechverhalten in jeden der drei Kanäle für die Quelle I, und die unterbrochene Linie zeigt diesen auf ähnliche Weise für die Quelle II.

Aue Pig. 2 b ist ersichtlich, da3 es geometrisch nicht, möglich ict, daß die Quelle II den Blaukanal ausleuchtet. Daher fehlt die unterbrochene Kurve in Fig. 4· Die Filterung der Quelle I bei der Beleuchtung des Rotkanaldetektors wird dadurch erhalten, daß die spektralen R eflexioxis eigenschaft en des blau—dichroiti— sehen Spiegels 3? mit der spektralen Durchlässigkeit des rot-dichroitischen Spiegels 37 und des Rot-Trimmfilters 33 kombiniert werden.

Zunächst wird die Speisespannung für die Quelle I eingestellt, bin das erforderliche Niveau des Vorlichts in dem Blaukanal, erreicht wird. Dies ist in typischen Fällen proportional zu der Fläche unter der Kurve von Fig. 4. Dadurch wird gleichzeitig eine gewisse Ausleuchting in dem grünen und dem roten Kanal erreicht, die proportional zu den Flächen unter den ausgezogenen Kurven in den Pig. 5 bzw. 6 sind. Es kann jedoch gezeigt werden, da3 diese Niveaus nicht ausreichen, und daß eine zusätzliche Beleuchtung dieser zwei Bildebenen durch die Quelle II geliefert werden muß. Diese zusätzlichen Beleuchtungsniveaus sind proportional zu den Flächen unter den unterbrochenen Kurven der Fig. 5 und 6. Durch Einstellung def Quelle II, um das Rotkanalniveau auf den richtigen Wert zu bringen, hebt auch das Niveau in dem grünen Kanal auf einen annehmbaren Wert an. Es ist daher ersichtlich, daß eine im wesentlichen unabhängige Steuerung der Niveaus in dem roten und dem blauen Kanal möglich ist.

Die Tatsache, daß die jedem Kanal zugeordneten, spektralen Fenster sich erheblich von den in der Hauptbetriebsweise erzeugten

40981 3/0946

Fenstern, das heißt bei der Farbtrennung des Abbildungslichtes von der Objektivlinse, unterscheiden, hat keine Auswirkung, da nur die Beleuchtungsniveaus und nic_oht ihr spektraler Inhalt eine Bedeutung hat.

Geeignete Miniaturquellen für das Vorlicht haben eine Beleuchtungsintensität von 0,2 Candela, wenn sie bei normaler Spannung betrieben werden. In &ea oben angegebenen Beispiel würde sich daraus bei Vernachlässigung der Verluste durch die FiItereffekte des Strahlteilers ein Niveau der Beleuchtung an einem axialen Bildpunkt ergeben zu:

E ₌ ^ ₆₀

E _{= 60}

(58 . 10~^J)²

Über der Fläche 12,8 χ 17,1 am, die von-dem Detektor abgetastet wird, wurde dies einen Gesamtfluß des einfallenden Lichtes ergeben von:

12,8 . 10~³ . 17,1 . 10~³ . 60^13 LIillilumen bei weißem Licht.

Diirch Übereinkunft werden die Empfindlichkeiten von Pluinbicondetektoren in Mikroaaper pro Lumen bei weißein Licht, das heißt bei ungefiltert era Licht, angegeben. Es kann gezeigt werden, da3 die Empfindlichkeit solch eines Detektors bei Empfang von weißem Licht, das nach den in den Fig. 4, 5 und 6 gezeigten Kennlinien gefiltert wird, ia typischen Fällen 40 Mikroamper pro Volumen von ungefiltertes!, weißem Licht entspricht. Daher wurden dreizehn Millilumen einen Vorlichtstrom von 13 . 10 . 49 uA oder 520 nA ergeben. Da nur etwa 10 nA Vorlichtstrom im allgemeinen erforderlich ist, ist ersichtlich, daß die Lampen erheblich unter ihrer Nennspannung betrieben werden können, um eine lange Lebensdauer und einen weiten Bereich der Spannungseinstellung sicherzustellen.

Eine ähnliche situation kann für den Strahlteiler herbeigeführt

409813/0946

werden, der in Fig. 3 "b gezeigt igt. Die unterschiedliche Ordnung der Farbtrennung ergibt im primären Sinn andere spektrale Fenster für das Vorlicht, die Vorteile einer im wesentlichen unabhängigen Steuerung der Niveaus in dem roten und dem blauen Kanal bleiben jedoch erhalten. Insbesondere kann gezeigt werden, daß die Quelle II eine vernachlässxgbare Ausleuchtung in dem roten Kanal liefert, und, da es geometrisch unmöglich ist, daß sie den G-ründetektor ausleuchtet, liefert sie eine Ausleuchtung des blauen Kanals allein. Umgekehrt kann gezeigt werden, daß die Quelle I nur den roten und den grünen Kanal beleuchtet.

4 0 9 8 13/0946

Claims (4)

Pat ent a η oprüche

1. Optisches System mit einer selektiven Strahlteileranordnung —·" zum Aufspalten des einfallenden Abbildungslichtes in mehrere Komponenten, um mehr als ein Bild zu erzeugen, und mit einer Einrichtung, um ein Vorlicht für die Bildebenen des einfallenden Lichtes zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung des Vorlichts mehrere Vorlichtquellen (I, II) aufweist, von denen Licht auf die Bildebenen (R, Gr, B) durch wenigstens einige der reflektierenden und/oder durchlässigen Flächen (1, 2, 3, 4) der Strahlteileranordnung gerichtet wird, die auch zur Aufspaltung des einfallenden Lichtes verwendet werden, daß wenigstens eine der Quellen (I, II) geometrisch oder spektral außerstande ist, alle Bildebenen auszuleuchten, und daß die optische Achse des Lichtes von jeder Quelle (I, II) auf eine Fläche (1, 2) der Strahlteileranordnung in einer Richtung aufgrifft, die im wesentlichen ein Spiegelbild der optischen Achse des ein- - fallenden Lichtes ist.

2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 die Strahlteileranordnung drei Bilder liefert, daß eine der Bildebenen (R, Fig. 3 t>) von nur einer Quelle (i) beleuchtet wird, und daß eine zweite Bildebene (B) durch eine andere Quelle (il) beleuchtet wird.

3. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 drei Bilder von der Strahlteileranordnung geliefert werden, daß alle drei Bildebenen (R, G, B, Fig. 2 b) von einer Vorlichtquelle (I) ausgeleuchtet werden, und daß eine Bildebene (R) nur von der anderen Lichtquelle (II) ausgeleuchtet wird.

4. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine optische Einrichtung zusätzlich zu den Einrichtungen, die für die Strahlaufteilung des einfallenden Lichtes erforderlich sind, vorgesehen ist, um

409813/09 4-6

die optische- Achse des νοία wenigstens einer Quelle (I, II) abzulenken, bevor sie auf die Fläche der Strahlteileraaordnung auftrifft.

409 8 1 3/0946

Leerseite