DE2359512A1

DE2359512A1 - Optische einrichtung fuer eine farbfernsehkamera

Info

Publication number: DE2359512A1
Application number: DE19732359512
Authority: DE
Inventors: Kikuo Saitou; Itsuzou Satou; Yasuo Takemura
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1972-11-29
Filing date: 1973-11-29
Publication date: 1974-05-30
Also published as: GB1456671A; FR2208128A1; FR2208128B1; JPS4978434A

Description

Optische Einrichtung für eine Farbfernsehkamera

Die Erfindung betrifft eine optische Einrichtung für eine Farbfernsehkamera. "".'·■

Von einer Farbfernsehkamera werden im allgemeinen Signale für die rote, die grüne und die blaue Farbe erhalten. Eine bekannte optische Einrichtung für eine Farbfernsehkamera teilt das ursprüngliche optische Bild eines Gegenstandes im Vordergrund in drei optische Bildmuster, um die drei oben genannten drei Farbsignale zu bekommen, und ist mit einer fotoelektrischen Wandlereinrichtung für jedes der optischen Bildmuster ausgerüstet. Eine solche optische Einrichtung hat jedoch den Nachteil, dass drei derartige fotoelektrische Wandlereinrichtungen verwandt werden müssen.

Um daher die Anzahl der fotoelektrischen Wandlereinrichtungen

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zu verringern ist bereits vorgeschlagen worden, ein Farbstreifenfilter an der optischen Einrichtung einer Farbfernsehkamera anzubringen. Ein solches Farbstreifenfilter wird in der US-PS 3 378 633 beschrieben.

Gemäss dieser Patentschrift wird eine Anzahl von Farbfernsehsignalen, beispielsweise Signale für die rote, grüne und blaue Farbe, durch die Anwendung eines Farbstreifenfilters von einer einzigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung erhalten. Durch ein solches Farbstreifenfilter ist es nämlich möglich, dass eine einzige Bildaufnahmeröhre ein Leuchtdichtesignal mit einer Frequenz von 0 bis 3 MHz (grünes Farbsignal), ein moduliertes blaues Farbsignal mit einer Frequenz von 3 bis 4 MHz und ein moduliertes rotes Farbsignal mit einer Frequenz von 4,5 bis 5,5 MHz liefert. Dabei ist dafür gesorgt, dass sich die Frequenzbänder der jeweiligen Farbsignale nicht überlappen, so dass die Farbsignale im Ausgangskreis der Bildaufnahmeröhre deutlich voneinander getrennt werden.

Die Trennung der Frequenzbänder der drei Farbsignale wird im allgemeinen dadurch erreicht, dass ein gewisses optisches Bild auf der fotoelektrischen Wandlerfläche der Bildaufnahmeröhre vom Brennpunkt entfernt und damit weniger scharf abgebildet wird.

Jedoch begrenzt ein Orthicon oder ein Vidicon, die in der Praxis bei Farbfernsehkameras verwandt werden, das Frequenzband der von diesen Röhren verarbeiteten Farbsignale nach oben auf 6 MHz.

Wenn daher die oben genannten, mehrfachen Farbfernsehsignale im Bereich eines derart begrenzten Frequenzbandes erhalten werden, muss notwendigerweise die Frequenzbandbreite des Leuchtdichtesignals,das ein hohes Auflösungsvermögen aufweisen soll, herabgesetzt werden. Es hat sich bei einer versuchsweise

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gebauten Farbfernsehkamera ergeben, dass das Leuchtdichtesignal eine Frequenzbandbreite von maximal 3 MHz aufwies. Daher hatte diese versuchsweise gebaute Kamera den Nachteil, dass sie ein weit geringeres Auflösungsvermögen als eine Dreiröhrenfarbfernsehkamera aufwies und aus den Farbfernsehsignalen kein zufriedenstellendes Bild zu reproduzieren war.

Es ist daher das Ziel der Erfindung,· eine optische Einrichtung für eine Farbfernsehkamera zu liefern, die in der Lage ist, diejenige Komponente des optischen Bildes, die in Richtung der schräg angeordneten Filterstreifen erscheint, im am besten fokussierten Zustand auf der fotoelektrischen Wandlerfläche der Bildaufnahmeröhre abzubilden und diejenige Komponente des optischen Bildes, die in Äbtastrichtung erhalten wird, ebenfalls auf der fotoelektrischen Wandlerfläche, jedoch in einem weniger gut fokussierten Zustand abzubilden.

Durch die erfindungsgemässe optische Einrichtung wird die Bildqualität dadurch erheblich verbessert, dass bezüglich eines Leuchtdichtesignals oder eines als ein solches Signal verwandten grünen Farbsignals die Auflösung in Richtung der schräg angeordneten Filterstreifen trotz einer etwas herabgesetzten Auflösung in Abtastrichtung optimiert wurde.

Im folgenden werden beispielsweise bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert:

Fig. 1 "zeigt schematisch die Richtung des in einer Ausführungsform der erfinduhgsgemässen optischen Einrichtung enthaltenen schräg angeordneten Farbstreifenfilters relativ zur Abtast-■-" richtung. .""-.'

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die bei einer Zweirohrenfarbf ernsehkasiera verwandt wird. · ' ""'"■ ";

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Fig. 3 zeigt die Anordnung des in Fig. 1 dargestellten Farbstreifenfilters.

Fig. 4 zeigt die Wellenformen von Ausgangssignalen einer Bildaufnahmeröhre, die das in Fig. 3 dargestellte Farbstreifenfilter passiert haben.

Fig. 5 zeigt eine Rasterlinse, die bei dem in Fig. 3 dargestellten optischen Tiefpassfilter verwandt wird. . , _:.

Fig. 6 zeigt die Frequenzkennlinie der Ausgangssignale der in Fig. 2 dargestellten Bildaufnahmeröhre.

Fig. 7 zeigt den Aufbau einer Schaltung zum Aufbereiten der Ausgangssignale der in Fig. 3 dargestellten Bildaufnahmeröhre'.

Fig. 8 zeigt in einem Frequenzspektrum die Verteilung der Frequenzen der Ausgangssignale der in Fig. dargestellten Bildaufnahmeröhre.

Fig. 9 zeigt die Frequenzbandbreiten der jeweiligen Ausgangssignale von Fig.8.

Fig.10 zeigt ein Blockschaltbild einer Schaltung zum Aufbereiten der Ausgangssignale, wobei die in Fig. 3 dargestellte optische Einrichtung zusammen mit einer Einröhrenfarbfernsehkamera verwandt wird.

Fig.11 stellt die Anordnung des bei der Schaltung von Fig. 10 verwandten Farbstreifenfilters dar.

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Fig*-12 zeigt die Verteilung der Frequenzen der Aus- ' gangssignale von der in der Schaltung in Fig.10 enthaltenen Bildaufnahmeröhre.

Fig. 13 Ms 16 zeigen andere Kombinat ionen des Farbstreifenfilters als die in Fig. 11 dargestellte Kombination,

Fig. 17 zeigt die Anordnung eines.Phasenfilters, das das optische Tiefpassfilter bildet, das in der Schaltung von Fig. 10 enthalten ist.

Fig. 18 stellt den Frequenzgang des in Fig.17 dargestelltenPhasenfiiters dar.

Fig. 19 zeigt den Aufbau einer Einröhrenfarbfernsehkamera, die mit dem in Fig.15 dargestellten Farbstreifenfilter versehen ist, und bei der eine Ausfuhrungsform der erfindungsgemässen optischen Einrichtung verwandt ist. ■ . "

Erfindungsgemäss ist bei einer optischen Einrichtung für eine Farbfernsehkamera 'ein solches optisches Element vorgeseheni das ein optisches Bild, das in Richtung des schräg angeordneten Farbstreifenfilters erscheint, im am besten fokussierten Zustand auf der fotoelektrisehen-Wandlerfläche der Bildauf nähme«· röhre abbilden kann und diejenige Komponente des optischen Bildes, die in Abtastriehturig erhalten wird, ebenfalls auf der fotoelektrischen Wandlerflache, jedoch in einem weniger gut fokussierten Zustand abbilden kann.

Die Erfindung geht von -der Erkenntnis aus, dass die Frequenzbandbreite von durch ein Farbstreifenfilter erhaltenen Farbfernsehsignaleix von der Art der Fokussierung der Bildkoiuporxente, die in Abtästriehtüng auftaucht, jedoch nicht davon, wie die

Bildkomponente in Richtung der schräg angeordneten Filterstrei*- fen erhalten wird, beeinflusst wird. Die Erfindung geht weiterhin von der sehr ^richtigen Erkennt-nis aus, dass die Bildqualität eines Bildes, das aus Signalen wiedergegeben wird, die von einer Farbfernsehkamera erhalten wurden, sowohl durch den . Grad der horizontalen und vertikalen Auflösung als auch von dem Grad der Auflösung in schräger Richtung stark beeinflusst wird.

Ein Farbfernsehbild enthält eine grosse Anzahl von Bildkomponenten, die schräg abgetastet werden. Wenn daher die Auflösung in schräger Richtung optimalisiert wird, kann die Bildqualität merklich verbessert werden, obwohl ein Leuchtdichtesignal (oder ein grünes Farbsignal), das das Auflösungsvermögen einer Farbfernsehkamera bestimmt, ein engeres Frequenzband bekommt.

Erfindungsgemäss kann die Bildqualität eines Bildes verbessert werden, das von einer Einröhrenfarbfernsehkamera erhalten wird, bei der ein fotoelektrisches Wandlerelement,beispielsweise ein Vidicon, verwandt wird. Diese Einröhrenfarbfernsehkamera hat einen praktischen Nutzen bei der Wiedergabe von Bildern mit guter Bildqualität auf einem Farbfernsehempfänger, beispielsweise als Hausfernsehkamera, die insbesondere kostengünstig aufgebaut sein sollte, oder beim Aufzeichnen von Daten auf einem Videobandaufzeichnungsgerät,

Im folgenden wird die Arbeitsweise eines Filters 1 mit Farbstreifen beschrieben, die schräg angeordnet sind, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Ein optisches Bild wird durch das Filter 1 auf eine fotoleitende Oberfläche, beispielsweise eines Vidicons, abgebildet. In diesem Fall wird das Bildsignal beim Abtasten der fotoleitenden Oberfläche durch einen Elektronen-* strahl erhalten. Die Richtung der Abtastung ist durch den Buchstaben H in Fig. 1 angezeigt. Bekanntlich wird der Grad der horizontalen Auflösung durch die Frequenzbanderei te eines Signales bestimmt, das in der oben genannten Abtastrichtung H

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erhalten wird.

Zur Verbesserung der Auflösung ist es daher als notwendig erachtet worden, den Grad der horizontalen Auflösung zu vergrössern. Üblicherweise wurde nämlich versucht, das Frequenzband- ■ eines Aisgangssignals vom Vidicon zu verbreitern.

Demgegenüber kann erfindungsgeinäss die Bildqualität dadurch erhöht werden, dass die Auflösung in schräger Richtung verbessert wird, ohne dass die Frequenzbandbreite eines Ausgangssignals vom Vidicon vergrössert wird.

Unter der in den obigen Ausführungen und im folgenden genannten schrägen Richtung ist die Richtung gemeint, in der eine Anzahl von Farbstreifen in einem Filter schräg angeordnet ist. Die erfindungsgemässe Verwendung eines Filters, das schräg angeordnete Farbstreif en-filt er trägt, beruht auf der Tatsache, dass eine solche schräge Anordnung der Farbstreifenfilter die horizontale Auflösung wenig beeinflusst und dass eine Verbesserung der Auflösung in schräger Richtung die Bildqualität beträchtlich vergrössert, da ein Farbfernsehbild eine erhebliche Menge an Bildelementen enthält, die schräg abgetastet werden.

Das Ziel der Optimali-sierüng der Auflösung in Richtung der schräg angeordneten Filterstreifen mit einer horizontalen Auflösung, die etwas schlechter als die bestmögliche ist, wird dadurch erreicht, dass für eine Farbfernsehkamera eine' erfindungs-'gemässe optische Einrichtung vorgesehen wird. Bei einem konkreten Beispiel ist eine Rasterlinse im Weg des Lichtes angeordnet, das zur fotoelektrischen Wandlerfläche der Bildaufnahmeröhre gesandt wird, wobei die einzelnen Elemente der Rasterlinse zu den.schräg angeordneten Streifen eines Filters ausgerichtet sind. Eine andere praktische Möglichkeit besteht : darin, ein aus transparenten und nicht transparenten. Streifen bestehendes Verstärkungsfilter im Lichtweg vorzusehen^ v;derzur ·

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fotoelektrischen Wandlerfläche einer Bildaufnahmeröhre führt, wobei die transparenten und nicht transparenten Streifen zu den schräg angeordneten Streifen des Farbfilters ausgerichtet sind. Das Ziel der Erfindung kann auch durch die Verwendung eines Phasenfilters erreicht werden. Es ist nämlich möglich, ein Phasenfilter einzusetzen, das aus einer Anzahl von Substanzen hergestellt ist, die eine gleiche Lichtpermeabilität und unterschiedliche Brechungsindices aufweisen und die gemeinsam ein Muster aus parallelen Streifen im Lichtweg bilden, der zur fotoelektrischen Wandlerfläche einer Bildaufnahmeröhre führt, wobei die Streifen im Phasenfilter zu den schräg angeordneten Streifen des Farbfilters ausgerichtet sind.

Das Farbstreifenfilter, das gewöhnlich in der Nähe der fotoleitenden Oberfläche einer Bildaufnahmeröhre angeordnet ist, sollte vorzugsweise in einem Vidicon so aufgenommen sein, wie es in Fig. 2 dargestellt ist.

Im folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, Fig. 2 zeigt eine optische Einrichtung, die bei einer Farbfernsehkamera verwandt wird. Die optische Einrichtung enthält ein Objektiv 22 zum Aufnehmen eines Bildes eines im Vordergrund befindlichen Gegenstandes 21, ein Farbtrennprisma 23, das in dem durch das Objektiv 22 führenden Lichtweg angeordnet ist, und für rote und blaue Lichtstrahlen durchlässig ist, jedoch grüne Lichtstrahlen reflektiert, ein optisches Tiefpassfilter 24, das im Weg der durchgelassenen roten und blauen Lichtstrahlen vorgesehen ist, ein Farbstreifenfilter 25, das sich im Weg der Lichtstrahlen befindet, die durch das Tiefpassfilter führen, ein fotoelektrisches Wandlerelement, beispielsweise ein Vidicon 26, das unmittelbar hinter dem Farbstreifenfilter 25 angeordnet ist, und ein anderes fotoelektrisches Wandlerelement oder Vidicon 27, das-sich im Wag der grünen Lichtstrahlen befindet, die vom Farbtrennprisma 23 reflektiert v/erden.

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Die erfindungsgemässe optische Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein optisches Tiefpassfilter-24"vor dem,Färb- ■ streifenfilter 25 und im gleichen Lichtweg wie dieses ,angeordnet ist, und dass das Farbstreifenfilter 25, das in der erfindungsgemässen optischen Einrichtung enthalten ist, nur aus schräg angeordneten Farbstreifen besteht, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Das Farbstreifenfilter .25 besteht nämlich aus im Wechsel angeordneten schrägen Streifen 28, die für die rote Farbe undurchlässig und nur für Zyan oder die blaugrüne Farbe durchlässig sind, und transparenten schrägen Streifen 29, wobei beide Gruppen aus schräg angeordneten Streifen in einem gewählten Winkel θ zu den Abtästlinien 1., I₂ und l-, geneigt sind. Der oben genannte Winkel θ ist als derjenige Winkel definiert, um den sich die Phasen der Trägerwellen, die in Fig. 4 dargestellt sind, bis zu einem Ausmass von "7Γ (180°) zwischen zwei benachbarten Linien beim fortlaufenden Abtasten unterscheiden, wenn ein einheitlicher roter Lichtstrahl in die betreffende optische Einrichtung fällt. Unter dem genannten optischen Tiefpassfilter 24 ist ein Element zu verstehen, das ein optisches Bild auf der fotoleitenden Oberfläche des ■ Vidicons 26 so abbildet, dass das optische Bild in Richtung der schräg angeordneten Streifen 28 und 29 des Farbstreifenfilters 25 von Fig. 3 am besten fokussiert ist, jedoch in !Richtung der Abtastlinien 1. ,' Ip . Λ "..... = etwas weniger gut fokussiert ist.

Im folgenden wird die Arbeitsweise des optischen Tiefpassfilters 24 beschrieben, das bei dieser Ausführungsform aus einer ' Rasterlinse besteht. Die Rasterlinse hat die Eigenschaft, ein optisches Bild in Längsrichtung der jeweiligen halbzylinderförmigen Einheitslinsen am besten zu fokussieren, es jedoch in einer Richtung im rechten Winkel zu der oben genannten. Längsrichtung etwas weniger scharf abzubilden. Die Rasterlinse ar-· beitet nämlich so, dass sie keine Verringerung der Auflösung in Längsrichtung der halbzylinderförmigen Einheitslinsen her-

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vorruft, sondern die Auflösung in einer Richtung senkrecht zu dieser Längsrichtung verringert.

Die Rasterlinse ist im Lichtweg so angeordnet, dass die halbzylinderförmigen Einheitslinsen mit den schräg angeordneten Streifen des Farbstreifenfilters. 25 von Fig. 3 ausgerichtet sind, um ein optisches Bild auf der fotoleitenden Oberfläche des Vidicons 26 abzubilden. Die Rasterlinse ist so aufgebaut, dass sie ein hindurchgehendes optisches Bild in Abtastrichtung weniger scharf abbildet', damit die beim späteren Abtasten erhaltenen Signale das gewünschte Frequenzband aufweisen, dass sie jedoch frei von jeder Einschränkung der Fokussierung in Längsrichtung der halbzylinderförmigen Einheitslinsen ist. Die Rasterlinse kann das Frequenzband der vom anschliessenden Abtasten herrührenden Signale durch eine geeignete Wahl des Abstandes zwischen benachbarten langgestreckten, halbzylinderförmigen Einheitslinsen oder ihres Radivts verändern.

Die Verwendung der Rasterlinse als Teil der optischen Einrichtung einer Farbfernsehkamera macht die Auflösung in Abtastrichtung weniger deutlich, da die durch das anschliessende Abtasten erhaltenen Signale ein begrenztes Frequenzband aufweisen, bewahrt jedoch die Auflösung in der Richtung der schräg angeordneten Streifen des Farbstreifenfilters 25 vor jeder Beeinträchtigung und bildet ein optisches Bild auf die fotoleitende Oberfläche des Vidicons 26 mit demselben Auflösungsgrad ab, mit dem es durch das Objektiv 22 ursprünglich aufgelöst wurde.

Das Farbstreifenfilter 25 blendet periodisch den roten Lichtstrahl aus. Dementsprechend ist der erhaltene rote Lichtstrahl in seiner Form mit einer Frequenz moduliert, die gemeinsam durch die Breite der schräg angeordneten Streifen 28, 29 des Farbstreifenfilters 25 und die Abtastgeschwindigkeit bestimmt ist. In diesem Fall unterscheiden sich die jeweiligen Abtastlinien in ihrer Phase um iT (180°). Daher zeigt ein roter.Lichtstrahl , der ii das Farbstreifenfilter 25 eintritt, die in Fig. 4

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dargestellten Wellenformen., Diese Wellenformen bilden eine Funktion, die zu den zeitlichen Abständen zwischen den jeweiligen Abtastzyklen gehören, die praktisch gleich gehalten werden. Diese Funktion kann in einer Fourier'sehen Reihe entwickelt durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:'

f (t)~

Σ	(η - ~)	- — (η I	~2-)	•cos(2η -	1)	irf_Bt
η~1{£- + H	• —) sin			-sift(2n -	irf t;
(η -	(η - \|)	-- (η	-¥

	■Ηί-
27Tf

η eine ganze Zahl, .

£„ die Frequenz der Horizontalabtastung, und £ diejenige Frequenz sind, die durch die Periode bestimmt ist, mit der die Abtastung über zwei benachbarte und durchlässige Farbstreifen erfolgt, die nur für" Zyan oder einen blaugrünen Lichtstrahl durchlässig sind.

Die obige Gleichung zeigt, dass das Spektrum einer Trägerwelle an 3tellerr""erscheint, die in einem Abstand gleich einem ganzen Vielfachen der Frequenz f_H der Horizontalabtastung und ebenfalls in einem Abstand gleich einem ganzen Vielfachen der Hälfte dieser Frequenz (1/2 f^} voneinander, liegen.

Das'optische Bi-Id eines Gegenstandes im Vordergrund wird in Abtastrichtung durch das.optische Tiefpassfilter, das beispielsweise aus der in Figur 5 dargestellten'Rasterlinse besteht, beschränkt aufgelöst und von Komponenten befreit,, deren

Phasen sich um Ίι zwischen zwei benachbarten Abtastlinien unterscheiden. Als Folge davon weist ein Signal, das beim Abtasten eines optischen Bildes durch rote und blaue Lichtstrahlsignale erhalten wird, eine Frequenz auf, die in der Nähe eines ganzen Vielfachen der Horizontalabtastfrequenz f^ verteilt ist. Daher enthält das Frequenzspektrum eines Ausgangssignals vom Vidicon 26jWie in Fig. 6 dargestellt\einen Bereich A der roten und blauen Lichtstrahlsignale und einen Bereich. B, der ein moduliertes rotes Lichtstrahlsignal darstellt, das eine Trägerfrequenz fc enthält, die durch die AbstastperdLode zwischen zwei benachbarten undurchlässigen Streifen des Farbstreifenfilters 25 bestimmt ist* die für Zyan oder blaugrüne Lichtstrahlen durchlässig sind, und der mit dem zuerst genannten Bereich A überlappt. Der Grund dafür, warum der Bereich A niedriger Frequenz ein rotes Lichtstrahlsignal enthält, liegt darin, dass die Modulation durch das Farbstreifenfilter 25 eine Impulsamplitudenmodulation ist und folglich eine niederfrequente Komponente erzeugt wird.

Fig. 7 zeigt die Anordnung einer bekannten Schaltung zum Trennen der roten und blauen Lichtstrahlsignale von einem mehrfachen Ausgangssignal vom Vidicon 26. Das mehrfache Signal wird durch einen Verstärker 35 auf einen gewünschten Wert verstärkt. Ein Teil des verstärkten Signals wird um eine Horizontalabtastperiode (1H) in einer 1H-Verzögerungsschaltung 36 verzögert und einer· Additions schaltung 37 und einer Subtraktionsschaltung 38 geliefert. Die 1H-Verzögerungsschaltung 36 und die Additionsschaltung 37 bilden zusammen ein bekanntes kamaiförmiges Filter, in dem die hochfrequenten Komponenten frr, die gemeinsam durch eine ausgezogene Linie in Fig. 8 dargestellt sind, d.h. die nicht modulierten roten und blauen LichtstrahlSignale voneinander getrennt werden. Die Subtraktionsschaltung 38 bildet ebenfalls ein kaminförmiges Filter, das bezüglich des ersten Filters phasenverschoben ist. Das zweite Filter trennt eine hochfrequente Komponente mit einer Frequenz

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gleich einem ungeraden Vielfachen von 1/2 £„ (in unterbrochener Linie in Fig.8 dargestellt), nämlich ein moduliertes rotes Lichtstrahlsignal ab. Dieses modulierte rote Lichtstrahlsignal wird zu einem normalen roten Lichtstrahlsignal durch einen Demodulator 39 demoduliert. Ein Teil des ro'ten Lichtstrahlsignals wird zu einer Korrekturschaltung 40 geleitet, die ein blaues Lichtstrahlsignal von einem Gemisch von nicht" modulierten roten und blauen Lichtstrahlsignalen trennt, die von der Additionsschaltung 37 geliefert werden. ·

Wenn die Bildaufnahmeröhre, die ein Farbstreifenfilter enthält, aus einem 18 mm-^Vidicon besteht, hat der effektive Bildbe-

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reich eine Grosse von 8,8 χ 6,6 mm . Wenn daher eine Trägerfrequenz von 3 IVIHz erhalten v/erden soll, ist es wünschenswert, dass die schräg angeordneten Streifen (nämlich die das rote Licht ausblendenden Streifen, die.für Zyan oder blaugrüne Lichtstrahlen durchlässig sind und die transparente Streifen) des Farbstreifenfilters 25 eine Breite von 19 fua aufweisen und um 46°10' zur vertikalen Richtung geneigt sind. Eine Ausführungsform der erfindungsgemässen optischen Einrichtung zeichnet süi dadurch aus, dass das optische Tiefpassfilter öder die Rasterlinse so angeordnet ist, dass ihre halbzylinder*· förmigen Einheitslinsen um + 46°10' zur vertikalen Richtung geneigt sind, wodurch eine Ausrichtung der Einheitslinsen zu den schräg angeordneten Streifen des.Farbstreifenfilters 25 erreicht wird. Die Rasterlinse ist so aufgebaut, dass der Abstand zwischen zwei benachbarten halbzylinderförmigen Einheitslins.en und ihre sphärische Oberfläche gemeinsam eine Auflösung in schräger Richtung liefern, durch die Komponenten mit einer Frequenz, die über. 2,1 MHz liegt, beseitigt werden' können. Der Grund dafür liegt darin, dass beim Abtasten durch Elektronenstrahlen diese Komponenten mit höheren Frequenzen als 2,1 MHz in Form von Frequenzkomponenten über 1,5 MHz in Abtastrichtung aus dem Vidicon herauskommen und eine Frequenz- · komponente von 1/2 £„ im selben Frequenzband wie die modulierten.

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Signale geführt -wird. Fig. 9 erläutert die Eigenschaften eines optischen Tiefpassfilters 24. Fig.9A zeigt ein Frequenz Spektrum und den Grad der Auflösung in schräger Richtung und Fig. 9B zeigt ein Frequenzspektrum und den Grad der Auflösung in Abtastrichtung oder in horizontaler Richtung. Wie es aus den Fig.9A und 9B zu entnehmen ist, sinkt die horizontale Auflösung merklich ab, "während die Auflösung in schräger Richtung erheblich ansteigt.

Durch die Erfindung werden die folgenden Vorteile erzielt:

1) Wenn eine nicht modulierte, niederfrequente Komponente und das Seitenband einer modulierten Trägerwelle, das sich mit der niederfrequenten Komponente überlappt, im selben Frequenzband enthalten sind, was bisher zu einem Problem führte, wurde es als schwierig erachtet, beide Frequenzkomponenten voneinander zu trennen, insbesondere, wenn diese Komponenten in Abhängigkeit vom Zustand des Gegenstandes im Vordergrnnd zufällig dieselbe Frequenz haben. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, wurde in herkömmlicher Weise das aufgenommene Bild bei schmalen . Frequenzbändern mit einem Verlust an Bildqualität weniger gut fokussiert gehalten. Die erfindungsgemässe optische Einrichtung erzielt dagegen eine zuverlässige Farbtrennung, nur eine geringe Beeinträchtigung der Bildqualität und führt zu keinen falschen Bildsignalen.

2) Die erfindungsgemässe optische Einrichtung erhöht die Auflösung in schräger Richtung, obwohl die horizontale Auflösung etwas verringert wird, was erheblich zur Verbesserung der Bildqualität beiträgt.

Die erfindungsgemässe optische Einrichtung, ist ebenfalls bei einer sogenannten Einröhrenfarbfernsehkamera anwendbar, die drei Farbsignale von einer einzigen Bildaufnahmeröhre abgibt. Fig. 10 zeigt eine Anordnung einer Schaltung, die bei

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dieser Ausf ührungs f-orm verwandt -werden kann. Der grösste Teil der .Anordnung ausser dem optischen Tiefpassfilter 24 ist. bereits bekannt. Bei der in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform wird, wie es in Fig. 11 dargestellt ist, die Färbstreifenfiltereinrichtung von dem in Fig. 3 dargestellten Farbstreifenfilter 25 gebildet, das schräg angeordnete Streifen aufweist und auf einem anderen Filter 2-5'■" angeordnet ist, das aus undurchlässigen Streifen 50» .die für gelbe Lichtstrahlen durchlässig sind, und aus transparenten Streifen 51 besteht, die abwechselnd im Abstand von 23 /um im rechten Winkel zur Richtung der horizontalen.Abtastung angeordnet sind. Das optische Tiefpassfilter 24 besteht aus der in Fig. 5 dargestellten Rasterlinse- und ist vor der Bildaufnahmeröhre so angeordnet, dass die halbzylinderförmigen Einheitslinsen der Rasterlinse wie bei der vorhergehenden Ausführungsform mit den schräg angeordneten Farbstreifen des Filters 25 ausgerichtet sind. Das optische Tiefpassfilter 24 optlmalisiert die Auflösung Ih schräger Richtung. Das optische Bild eines Gegenstandes Im Vordergrund wird auf der fotoleitenden Oberfläche eines fotoelektrischen WandlerelementeSi beispielsweise eines Vidicons 26, durch das optische Tiefpassfilter 24 fokussiert. In diesem'Fall sind der Abstand zwischen zwei be- nachbarten halbzylinderförmigen Einheitslinsen der Rasterlinse und deren sphärische Oberfläche so festgelegt, dass Signalkomponenten mit einer über 3,5 MHz liegenden Frequenz, die in die Rasterlinse in schräger Richtung eintreten, beseitigt werden. Ein Ausgangssignal von der Bildaufnahmeröhre 26 zeigt das in Fig. 12 dargestellte Frequenzspektrum, bei dem die roten und die blauen Lichtstrahlsignale amplitudenmodulierte Signale bilden, die mit Trägerfrequenzen von 3 MHz und 3,6 jyiHz jeweils einander überlappen. Wenn das oben genannte Ausgangs- ' signal von der Bildaufnahmeröhre 26 um IH durch .ein, kainmförmiges Filter verzögert ist und dem ursprünglichen Signal wie in Fig. 7 zuaddiert ist, darm werden andere Signale als die einander überlappenden,". nämlich ein nicht moduliertes Leuchtdichte-

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signal und ein moduliertes blaues Lichtstrahlsignal erhalten, die in ausgezogenen Linien in Fig. 12 dargestellt sind. Wenn das oben genannte Ausgangssignal von der Bildaufnahmeröhre 26 von dem ursprünglichen Signal subtrahiert ist, dann ist ein überlappendes Signal oder ein moduliertes rotes Lichtstrahlsignal abgetrennt, das in unterbrochener Linie in Fig. 12 dargestellt ist. Das überlappende oder modulierte rote Lichtstrahlsignal kann einfach durch die Wahl des Winkels erhalten werden, mit dem die Streifen des Farbstreifenfilters .25 schräg angeordnet sind. Wenn das Ausgangssignal von der Additionsschaltung 37 ein elektrisches Tiefpassfilter 41 von 3 MHz passiert, wird ein Leuchtdichtesignal erhalten. Wenn das Ausgangssignal durch einen Demodulator 43 nach der Trennung durch ein Bandpassfilter (BPF) 42 von 3,1 Ms 4,1 MHz demoduliert wird, wird ein blaues Lichtstrahlsignal erhalten. Wenn weiterhin das oben genannte Ausgangssignal durch ein Tiefpassfilter 44 läuft und die roten und blauen Komponenten durch eine andere Subtraktionsschaltung 45 entfernt werden, wird ein grünes Lichtstrahlsignal erhalten. Ein Ausgangssignal von der zuerst genannten Subtraktionsschaltung 38 wird in ein rotes Lichtstrahlsignal durch einen anderen Demodulator 40 denioduliert. . .

Die oben genannten Ausgangssignale können in NTSG-, PAL- und SECAM-Signale dadurch umgewandelt werden, dass sie durch eine bekannte Matrixschaltung oder einen Farbkodierer (nicht dargestellt) geleitet werden.

Das Einröhrenbildaufnahmesystem ist nicht auf den oben genannten Typ beschränkt, sondern kann offensichtlich mit der gleichen Wirkung auf verschiedene geänderte Ausführungsformen, beispielsweise auf die Ausführungsform angewandt werden, bei der 2 einander gegenseitig überlappende rote und blaue Trägerfrequenzen nahe beieinander abgegeben werden*

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Ein Leuchtdichtesignal, ein moduliertes rotes Lichtstrahlsignal und ein moduliertes "blaues Lichtstrahlsignal, die von einem einzigen Vidicon erhalten werden.,, überlappen einander in der in Fig. 12 dargestellten Weise. In diesem Fall ist es¹ notx^endig, die Frequenzbänder der jeweiligen Signale so .einzustellen, dass das modulierte rote Lichtstrahlsignal zwei andere Signale überlappen kann, jedoch ein Überlappen des Leucht- dichtesignals und des modulierten blauen Lichtstrahlsignals verhindert ist. Die erfindungsgemässe optische Einrichtung zeichnet sich jedoch dadurch aus, dass die Beeinträchtigung der Auflösung infolge der Begrenzung des Frequenzbandes ergänzt wird durch eine Optimalisierung der Auflösung in Richtung der schräg angeordneten Streifen des Farbstreifenfilters.

Wenn bei der im -vorhergehenden beschriebenen Ausführungsform nur ein Leuchtdichtesignal und eines der zwei modulierten Färbsignale erhalten werden sollen, können sich,beide Signale vollständig überlappen, wodurch das Leuchtdichtesignal ein sehr breites Frequenzband haben kann.

Jedes Farbstreifenfilter der bei der erfindungsgemässen optischen Einrichtung verwandten Farbstreifenfiltereinrichtung kann so angeordnet sein, wie es in den Fig. 13 bis 15 dargestellt ist. In Fig. 13 bestehen die Farbstreifenfilter 25 und 25' jeweils aus schräg angeordneten Streifen. Beim Farbstreifenfilter 25 sind die Streifen in .einem Winkel· θ zu den Abtastlinien 1^, Ip und I-, angeordnet, um ein. Vorrücken der Phasen der Trägerwellen um 90 von einer Abtastlinie zur anderen hervorzurufen. Bei dem Farbstreifenfilter'25' sind die Streifen in einem Winkel von - θ zu den Abtastlinien 1^, I^ > I^ geneigt, um eine Verzögerung der Phasen der Trägerwellen um 90' von einer Abtastlinie zur anderen zu bewirken. Beim ersten Farbstreifenfilter 25 sind Streifen 28, die die Frequenzen des roten Bereiches ausblenden und für Zyan oder blaugrüne .Lichtstrahlen durchlässig sind und "transparente Streifen- 29

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im Wechsel angeordnet, während, bei dem zuletzt genannten Farbstreifenfilter 25* Blau ausblendende Streifen 50, die für gelbe Lichtstrahlen durchlässig sind, und transparente Streifen im Wechsel angeordnet sind. Weiterhin weist das erste Farbstreifenfilter 25 ein Phasenfilter auf, das mit einer Anzahl von Interferenzmembranen versehen ist, die gemeinsam ein Muster paralleler Streifen bilden, die in dieselbe Richtung wie die schräg angeordneten Streifen des Farbstreifenfilters 25 geneigt sind. Durch die zusätzliche Anordnung dieses Phasenfilters wird eine optimale Fokussierung des optischen Bildes in Richtung 52 der'schräg angeordneten Farbstreifen des Filters 25 und eine weniger gute Fokussierung in Richtung senkrecht zu der oben genannten Richtung 52 möglich. Als Folge davon wird das optische Bild in Abtastrichtung in einem Ausmass weniger gut fokussiert, das dem in vertikaler Richtung bewirkten Grad der Abtastung entspricht. Wenn das zweite Farbstreifenfilter 25' ein Phas^enfilter aufweist, das mit. einer Anzahl von ähnlichen Interferenzmembranen versehen ist, die gemeinsam ein Muster paralleler Streifen bilden, die in derselben Richtung 53 wie die schräg angeordneten Streifen des Filters 25^T angeordnet sind, dann wird die Auflösung in schräger Richtung die optimale Fokussierung des optischen Bildes liefern. Das Phasenfilter sollte vorzugsweise an- einer Stelle der optischen Einrichtung der Farbfernsehkamera angeordnet sein, die der Pupille des Objektives 22 entspricht.

Im folgenden wird kurz der bereits bekannte Aufbau und die Arbeitsweise eines Phasenfilters beschrieben, das aus der US-PS 3 681 519 zu entnehmen ist.

Wie es in Fig. 17 dargestellt ist, wird das Phasenfilter durch Aufdampfen von Interferenzmembranen 61 auf ein Gl as substrat 60 in Form von parallel ,angeordneten Streifen gebildet, so dass Licht, das in denjenigen Bereich des Abstandes d zwischen zwei benachbarten parallelen Streifen fällt, der einer

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Breite a eines Streifens entspricht, in seiner Phase verzögert wird. Wenn das Phasenfilter an einer Stelle angeordnet ist, die der Pupille des Objektives 22 entspricht, ergibt sich ein Frequenzgang an einer Bildfokussierungsfläche., wie er in Fig. 18 dargestellt ist. In diesem Fall zeigt die Grenzfrequenz fc den Wert a/b^ und erscheint ein Durchlassfrequenzband für ein Durchgangssignäl an der Stelle d/bX . Eine Restkomponente eines Signales, dessen Frequenzband in den Bereich eines Sperrfrequenzbandes fällt, kann als 1-2(a/d) (1-cos «f ) ausgedrückt werden.

Ein zusammen mit dem in Fig. 13 dargestellten Farbstreifenfilter 25 verwandtes Phasenfilter sollte vorzugsweise dadurch gebildet sein, dass eine Anzahl von streifenförmigen Interferenzmembranen, die den Durchgang von.Zyan oder blaugrünen Lichtstrahlsignalen ohne Phasenverzögerung erlaubt und eine Anzahl von ähnlichen streifenförmigen transparenten Abschnitten im Wechsel angeordnet sind. In diesem Fall sollte der optisch nicht fokussierte Zustand, der in einer Richtung senkrecht zu den Streifen des Phasenfilters auftritt, vorzugsweise so gewählt sein, dass 1,5 MHz eine Sperrfrequenz bezüglich eines modulierten roten Lichtsignales bildet, wie es in einer strichpunktierten Linie-62 in Fig. 18 dargestellt ist.

Ein mit dem anderen Farbstreifenfilter 25' von Fig. 13 ver- . wandtes Phasenfilter wird durch die Ausbildung einer Anzahl von streifenförmigen Interferenzmembranen, die den Durchgang von gelben Lichtstrahlsignalen ohne Phasenverzögerung ermöglichen, im Wechsel mit einer Anzahl von ähnlichen streifenförmigen transparenten Abschnitten gebildet. In diesem Fall sollte der optisch nicht fokussierte Zustand, der in.einer Richtung senkrecht zu den Streifen des. Phasenfilters erscheint, vorzugsweise so gewählt sein, dass 2,5 MHz eine Sperrfrequenz, bezüglich eines modulierten blauen Llentstrahlsignales.bildet, wie es in einer unterbrochenen Linie in Fig. 18 dargestellt ist.

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Diese Anordnung ermöglicht es einem grünen Lichtstrahl, die fotoleitenden .Oberfläche des Vidicons ohne Modulation dem am besten fokussierten Zustand, insbesondere in schräger Richtung zu erreichen. Die oben beschriebene Ausführungsform ist für ein Farbfernsehv idicon gut geeignet, da das vom Vidicon gelieferte grüne Lichtstrahlsignal ein breiteres Frequenzband als die anderen Ausgangssignale wie beispielsweise die roten und blauen Lichtsignale haben sollte..

Die schräg angeordneten Streifen beider Farbfilter 25 und 25^J von Fig. 13 sind im Winkel θ symmetrisch zueinander geneigt. Wie es in Fig. 14 dargestellt ist, können die schrägen Streifen beider Filter 2.5 und 25' jedoch auch in unterschiedlichen Winkeln θ^! und θ jeweils geneigt sein. Das Phasenfilter kann so aufgebaut sein, dass seine Streifen im selben Winkel wie die schräg angeordneten Streifen der Farbstreifenfilter 25 und 25' geneigt sind. Die schräg angeordneten Streifen der beiden Farbfilter 25 und 25' von Fig. 15 haben unterschiedliche Breiten und sind unter unterschiedlichen Winkeln geneigt.

Im folgenden wird anhand von Fig. 19 im einzelnen die Arbeitsweise einer Ausführungsform der erfindungsgemässen optischen Einrichtungen für eine Farbfernsehkamera beschrieben. Fig. 19 zeigt die Anordnung einer Einröhrenfarbfernsehkamera, die mit der in Fig. 15 dargestellten Farbstreifenfiltereinrichtung versehen ist. Eine optische Einrichtung 75 weist zwei Objektive 70, ein optisches Tiefpassfilter 76, das im Weg 77 des empfangenen Lichtes zwischen den zwei Objektiven 70 und an einem Punkt, der der Pupille des Objektives 70 entspricht, angeordnet ist, und ein Farbfernsehvidicon 73 auf, das mit der in Fig. 15 dargestellten Farbstreifenfiltereinrichtung 72 versehen ist. Das optische Bild eines Gegenstandes im Vordergrund wird auf der fotoleitenden Oberfläche des Farbfernsehvidicons fokussiert. Bei der Farbstreifenfiltereinrichtung 72 weist ein Farbstreifenfilter undurchlässige Streifen 78, die für Zyan

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oder blaugrünes Licht durchlässig sind, und transparente ■ Streifen 79 auf, die in einem Winkel von-46 10' zur vertikalen Richtung mit einer Breite von 19 //. schräg angeordnet sind. Das andere Farbfilter weist undurchlässige Streifen 80, die für gelbes Licht durchlässig sind, und transparente Streifen 81 auf, die in einem Winkel von 36°5Ö' zur vertikalen Richtung mit einer Breite von .16 /U* schräg angeordnet sind. Das optische Tiefpassfilter 76 besteht aus zwei Phasenfiltern, die bereits anhand von Fig. 13 beschrieben wurden und von denen eines die Auflösung des grünen Lichtstrahls, in Abtastrichtung und das andere die Auflösung des roten und blauen Lichtstrahls, auf ähnliche Weise in Abtastrichtung-herabsetzt.

Die im vorhergehenden beschriebene Ausführungsform bezieht sich auf den Fall, in dem zwei Farbstreifenfilter kombiniert sind. Die erfindungsgernässe Einrichtung kann jedoch auch auf eine optische Einrichtung angewandt werden, die aus drei kombinierten Farbstreifenfiltern besteht, die in Fig. j16 dargestellt sind, Fig.. 16A zeigt ein Farbstreifenfilter 84, das rot ausblendende Streifen 82, die für Zyan oder blaugrünes Licht durchlässig sind, und transparente Streifen 83 aufweist,' dre im Wechsel miteinander und mit einem Neigungswinkel, θ angeordnet sind. Das Farbstreifenfilter voh Fig. 16A ist dazu bestimmt, ein moduliertes rotes Lichtstrahlsignal zu bekommen. Fig.i6C zeigt ein Farbstreifenfilter 87, das blau ausblendende Streifen 85, die für gelbe Lichtstrahlen durchlässig sind, und transparente Streifen 86 aufweist, die im Wechsel zueinander mit einem Neigungswinkel von - .Θ angeordnet sind. Dieses Filter ist dazu bestimmt, ein moduliertes blaues Lichtstrahlsignal zu erhalten. Fig. 16B zeigt ein Farbstreifenfilter 90 mit grün ausblendenden Streifen 88, die für magentarotes Licht, durchlässig sind, und mit transparenten Streifen 89, die im Wechsel zueinander im rechten Winkel zur Abtastrichtung angeordnet sind. Dieses Filter ist dazu bastimmt,, ein moduliertes grünes Lichtstrahlsignal zu erhalten. ■■-■-.·' .

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Wenn diese drei kombinierten Farbstreifenfilter 84, 87 und 90 im Lichtweg angeordnet sind, der zu einer Vidicon-Bildaufnahmeröhre führt, ist das Filter 90 von Fig. 16B, das im rechten Winkel zur Abtastrichtung angeorndete Streifen trägt, nicht mit einem entsprechenden Phasenfilter versehen, und weisen die Filter 84 und 87 der Fig. 16A und 16C jeweils entsprechende Phasenfilter auf. Diese Anordnung ermöglicht es, dass ein optisches Bild eines Gegenstandes im Vordergrund in schräger Richtung am besten auf der fotoleitenden Oberfläche der Vidiconaufnahmeröhre fokussiert wird. Wenn bei dieser in Figur 16 dargestellten Ausführungsform das in Fig. 16B gezeigte Filter aus schräg angeordneten Streifen besteht, und mit einem Phasenfilter versehen ist, dann wird das in die Bildaufnahmeröhre eintretende optische Bild in schräger Richtung stärker fokussiert.

Die im vorhergehenden beschriebenen Ausführungsformen bezogen sich auf den Fall, in dem ein Überlappen zwischen zwei. Lichtstrahlsignalen auftrat. Die erfindungsgemässe optische Einrichtung ist offensichtlich auch dann verwendbar, wenn ein solches Überlappen nicht auftritt. Der Grund dafür liegt darin, dass die erfindungsgemässe Einrichtung primär dazu bestimmt ist, die beste Fokussierung eines optischen Bildes zu erreichen, das die schräg angeordneten Streifen eines Farbfilters passiert, um eine derart hohe Auflösung zu erreichen, dass in dieser schrägen Richtung eine gute Bildqualität geliefert wird.

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Claims

Patentansprüche

.'1./ Optische Einrichtung für eine Farbfernsehkamera, die eine ■ Anzahl von Farbfernsehsignalen durch ein Farbstreifenfilter erhält, das aus schräg zur Abtastrichtung angeordneten Farbstreifen besteht, gekennzeichnet d u rc h ein optisches Tiefpassfilter, das in der Lage ist, das optische Bild eines Gegenstandes im Vordergrund, das wenigstens■■eine Gruppe der schräg, angeordneten Farbstreifen passiert, vollständig fokussiert und ein anderes optisches Bild vom Gegenstand im Vordergrund, das in Ab- " tastrichtung eingeführt wird, weniger fokussiert abzubilden..

2, Optische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Tiefpassfilter ein Phasenfilter ist, das aus Streifen besteht, die im selben Ivlxkel wie die schräg angeordneten Farbstreifen des Farbstreifenfilters geneigt sind. . .

3. Optische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Tiefpassfilter eine Rasterlinse ist, die im Weg des einfallenden Lichtes so angeordnet ist, dass die Einzellinsen mit den schräg angeordneten Streifen des Farbstreifenfilters ausgerichtet sind»

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