DE2500196A1 - Farbteilungsprismensystem mit einigen oberflaechen, die an dichroitische schichten grenzen - Google Patents
Farbteilungsprismensystem mit einigen oberflaechen, die an dichroitische schichten grenzenInfo
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Description
Farbteilungsprisniensystem mit einigten Oberflächen,
die an dichroitische Schichten grenzen.
Die Erfindung bezieht sich awf ein Farbteilungsprismensystem
mit einigen Oberflächen, die an verschieden gefärbte dichroitische Schichten grenzen.
Weiterhin bezieht sie sich auf eine Fernsehkamera mit einem hinter dem Objektiv angeordneten Prismensystem,
bei welcher Kamera die aus dem Prismensystem austretenden geteilten Lichtstrahlen Aufnahmeröhren zugeführt
werden.
Bei einem bekannten Prismensystem, wie es in der britischen Patentschrift 983.933 beschrieben ist,
sind die Winkel, die die dichroitischen Schichten mit der unreflektierten optischen Achse des Systems■einschliessen,
kleiner als 30°. Unerwünschte Polarisations-
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erscheinungen treten dann bei schrägen Einfallen des
Lichtes auf die dichroitischen Schichten nur in geringem Masse auf. Dabei ist es egal, welcher Bestandteil
des auf das System auffallenden Lichtes an der ersten dichroitischen Schicht reflektiert wird.
Als erste dichroitische Schicht kann eine Schicht gewählt werden, die den grünen Bestandteil
des Lichtes reflektiert. Dies ist besonders vorteilhaft,
wenn die Apertur des Objektivs gross und/oder der Abstand der Austrittspupille des Objektivs von der
Bildfläche klein ist. Die Strahlen, die von den Rändern der Austrittspupille über die dichroitische Schicht
zu einem Punkt in der Bildfläche laufen, schliessen in diesem Falle einen ziemlich grossen Winkel miteinander
ein. Die dichroitische Schicht wird also unter verhältnismässig stark verschiedenen Winkeln getroffen.
Es ist bekannt (siehe z.B. "Philips Technische Rundschau" 1962, S.280), dass die effektive optische Dicke
einer Schicht mit einer Dicke d gleich nd cos <9 ist,
wenn η die Brechungszahl der Schicht und if der Winkel
ist, den der die Schicht durchlaufende Lichtstrahl mit der Normalen zu der Schicht einschliesst. Bei
zunehmendem Winkel t/ verschieben sich die Reflexionsund
Durchlasskennlinien der Schicht zu kleineren Wellenlängen. Bei einer dichroitischen Schicht mit einer
Bandkennlinie, d.h. also eine Schicht, die den grünen Bestandteil des Lichtes reflektiert, verschieben sich
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sowohl die obere als auch die untere Grenze der Reflexions—
und Durchlasskennlinien zu kleineren Wellenlängen. Venn daher als erste dichroitische Schicht eine Schicht
gewählt wird, die den grünen Bestandteil des Lichtes reflektiert, verschieben sich sowohl die'untere Grenze
als auch die obere Grenze dieses Bestandteiles bei zunehmendem Einfallswinkel auf diese Schicht nach unten.
Dabei bleibt die Bandbreite des grünen Bestandteiles nahezu konstant. Das Integral der Menge reflektierten
und auf die zugehörige Aufnahmeröhre einfallenden Lichtes bleibt also auch nahezu konstant. Eine Bedingung,
die'erfüllt werden muss, ist die, dass die spektrale
Empfindlichkeitskurve der Ausf nähmeröhre im
grünen Gebiet einen genügend flachen Verlauf aufweist. Das von der ersten dicnroitischen Schicht
durchgelassene Schicht, das die blauen und roten Bestandteile enthält, wird an einer zweiten dichroitischen
Schicht in einen roten und einen blauen Bestandteil aufgetrennt. Venn als zweite dichroitische Schicht
eine rot reflektierende Schicht gewählt wird, wird nach der Erfindung die untere Grenze der zweiten dicnroitischen
Schicht gleich oder nahezu gleich der oberen Grenze der ersten dichroitischen Schicht gewählt.
Venn als zweite dichroitische Schicht eine blau reflektierende Schicht gewählt wird, wird nach der Erfindung
die obere Grenze der zweiten dicnroitischen Schicht' gleich oder nahezu gleich der unteren Grenze der ersten
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dichroitischen Schicht gewählt.
Die Erfindung benutzt die Tatsache, dass
die erste und die zweite dichroitische Schicht entgegengesetzte Winkel mit der ungebrochenen optischen Achse
des Systems einschliessen. Strahlen, die unter einem grossen Winkel auf die erste Schicht einfallen, fallen
unter einem kleineren Winkel auf die zweite Schicht ein, und umgekehrt. Dies hat zur Folge, dass Verschiebungen
der Reflexions- und Durchlasskennlinien der ersten Schicht von entgegengesetzten Verschiebungen
der Reflexions- und Durchlasskennlinien der zweiten Schicht ausgeglichen werden-r
Es ist oft günstig, die erste, das grüne Licht reflektierende Schicht derart auszuführen, dass
die Reflexion nicht vollständig ist, so dass ein Teil des grünen Lichtes zu der zweiten Schicht geführt wird.
Diese Massnahme wird dazu getroffen, den Unterschied
in der Empfindlichkeit der Aufnahmeröhren für die verschiedenen Bestandteile des Lichtes auszugleichen. Um
den von der ersten dichroitischen Schicht durchgelassenen Teil des grünen Lichtes zu der das rote bzw, das
blaue Licht auffangenden Aufnahmeröhre zu führen, muss dann die zweite dichroitische Schicht derart ausgeführt
werden, dass ein Durchlassband (eine Nebenspitze) im grünen Bestandteil vorhanden ist.
Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher.erläutert. Es zeigen:
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Fig. 1 eine Ausführungsform eines Prismensystems
nach der* Erfindung, und
Fig. 2 einige graphische Darstellungen zur Erläuterung der Wirkungsweise des Systems nach
Fig. 1.
In der Ausführungsform nach Fig. 1 tritt
aus dem Objektiv 1 einer Fernsehkamera, ein Lichtstrahl aus, der auf das Prismensystem 2 einfällt. Das Prismensystem
2 besteht aus drei Teilen 3» ^ und 5» Die Teile
3 und h sind voneinander durch eine gestrichelt dargestellte
dichroitische Schicht 9 und durch eine daran angrenzende (der Einfachheit halber nicht dargestellte)
dünne Luftschicht getrennt. Die Teile 4 und 5 sind voneinander
durch eine dichroitische Schicht 10 getrennt.
Der auf das Prismerisystem 2 einfallende Lichtstrahl wird an der Eintrittsfläche 11 des Prismenteiles 3 gebrochen und dann an der dichroitischen
Schicht 9 in einen grünen reflektierten Bestandteil
und in einen roten und einen blauen durchgelassenen Bestandteil aufgeteilt. Der grüne Bestandteil tritt
nach Reflexion an der Eintrittsfläche 11 über die
Austrittsfläche 13 aus und fällt auf die Photokathode der Aufnahmeröhre 6 ein. Die von der Schicht 9 durchgelassenen
Bestandteile durchlaufen den Prismenteil h und werden an der dichroitischen Schicht 10 in einen
roten reflektierten Bestandteil und einen blauen durchgelassenen
Bestandteil aufgeteilt· Der an der Schicht 509829/0258
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10 reflektierte rote Bestandteil tritt nach Reflexion an dem (nicht dargestellten) Glas-Luft-Ubergang zwischen
den Prismenteilen 3 und h über die Austrittsflache
12 des Prismenteiles k aus dem System 2 aus und fällt auf die Photokathode der Aufnahmeröhre 7 ein.
Der von der Schicht 10 durchgelassene blaue Bestandteil
durchläuft den Prismenteil 5 und tritt über die Austrittsfläche 15 des Prismenteiles 5 aus dem System
2 aus und fällt auf die Photokathode der Aufnahmeröhre 8 ein.
In Fig. 1 ist der Strahlengang dreier Strahlen dargestellt, die von einem Punkt der Szene
her auf das Prismensystem 2 einfallen, und zwar des Strahles b1, der parallel zu der ungebrochenen optischen
Achse auf das System einfällt, und der beiden Strahlen a.. und C1, die über die Ränder der Austrittspupille des Objektivs 1 auf das System einfallen. Die
Strahlen a.. und C1 schliessen gleiche, aber entgegengesetzte
Winkel mit der optischen Achse des Systems ein. Der Strahl C1 fällt unter einem verhältnismässig
grossen Winkel zu der Normalen auf die dichroitische Schicht 9 ein, welche Schicht einen Winkel von z.B.
etwa 30° mit der Normalen zu der ungebrochenen optischen Achse einschliesst. Der Strahl a fällt unter
einem verhMltnismässig kleinen Winkel zu der Normalen auf die dichroitische Schicht 9 ein. Umgekehrt fällt
der von der dichroitische Schicht 9 durchgelassene Teil 509829/0258
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a_ des Strahles a., unter einem verhältnismässig grossen
Winkel zu der Normalen auf die dichroitischen Schicht 10 ein, während der von der dichroitischen Schicht 9
durchgelassene Teil o„ des Strahles C1 unter einem
verhältnismässig kleinen Winkel zu der Normalen auf die dichroitische Schicht 10 einfällt.
Nach der Erfindung werden die Schichten 9 und 10 derart entworfen, dass die untere Grenze der
Schicht 10 gleich oder nahezu gleich der oberen Grenze der Schicht 9 ist. (Unter der oberen bzw. unteren
Grenze einer dichroitischen Schicht ist die Wellenlänge zu verstehen, bei der 50 # des auf die Schicht einfallenden
Lichtes mit dieser Wellenlänge reflektiert und 50 'fo durchgelassen wird. Zwischen der oberen und der
unteren Grenze wird nahezu 100 # des Lichtes im betreffenden Wellenlängenbereich reflektiert).
In den Figuren 2a, 2b und 2c sind zur
Erläuterung in graphischer Darstellung die Durchlass-
und Reflexionskennlinien der dichroitischen Schichten 9 und 10 gezeigt, und zwar in Fig. 2a die Reflexionskennlinie R der Schicht 9, in Fig. 2b die Durchlasskennlinie
T derselben Schicht und in Fig. 2c die Reflexionskennlinie
R der Schicht 10.
Bei zunehmendem Einfallswinkel eines
Strahles auf eine dichroitische Schicht verschieben sich die Flanken der zu der betreffenden Schicht gehörigen
Reflexions- und Durchlasskennlinien zu kürzeren 509829/0258 . . Λ ;/
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Wellenlängen. In Fig. 2a sind die Verschiebungen der Reflexionskennlinie R der Schicht 9 durch die gestrichelten
Linien 16 und 17 bzw. 18 und 19 dargestellt,
die durch die Strahlen C1 bzw. a.. in der Vorrichtung
nach Fig. 1 herbeigeführt werden. In Fig. 2b, die einen dem der Fig. 2a entgegengesetzten Verlauf aufweist
(es wird ja davon ausgegangen, dass in der Schicht
9 keine Verluste auftreten) stellen die gestrichelten Linien 16· und 17' bzw. 18' und 19' die verschobenen
Flanken der Durchlasskennlinie T der Schicht 9 dar. In Fig. 2c, die die Reflexionskennlinie R der Schicht
10 zeigt, sind die Flankenverschiebungen, die durch die Strahlen c„ und a„ herbeigeführt werden, durch die
gestrichelten Linien 17" und 19" dargestellt. Die Linie 17" wird, wenn sie in Fig; 2b gezeichnet ist, praktisch
mit der Linie 19' zusammenfallen, während die Linie
19"ι wenn sie in Fig. 2b gezeichnet ist, praktisch mit der Linie 171 zusammenfallen wird. Mit anderen Worten:
die Wellenlängenverschiebungon, die durch die Schichten 9 und 10 herbeigeführt werden, gleichen sich aus.
Es ist einleuchtend, dass ein analoger
Ausgleich erreicht wird, wenn die Schicht 10 eine das blaue Licht reflektierende dichroitische Schicht wäre
und die Flanke der Reflexionskennlinie R dieser blauen Schicht nahezu mit der Flanke 18· des blauen Teils der
Durchlasskennlinie T der Schicht 9 zusammenfallen würde.
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Um eine gleiche Empfindlichkeit für die drei Aufnahmeröhren 6, 7 und 8 zu erzielen, wird ein
Teil des grünen Lichtes zu den Aufnahmeröhren 7 und geführt. Die dichroitische Schicht 9 muss dann derart
ausgeführt werden, dasa ein Teil des auf die Schicht einfallenden Lichtes in dem Wellenlängenbereich rund
55O nm durchgelassen wird. In der graphischen Darstellung
nach Fig. 2a wird mit der Linie 20 die Menge durchgelassenen Lichtes im grünen Bereich angegeben.
Nach der Erfindung muss dann die dichroitische Schicht 10 derart ausgeführt werden, dass die Reflexionskennlinie
eine Nebenspitze im Bereich um 550 nm, also in
der graphischen Darstellung der Fig. 2c einen mit 21 bezeichneten "Buckel" in diesem Wellenlängenbereich,
aufweist.
Die Durchlasskennlinie des Filters 25 zwischen dem Prismenteil 5 und der Aufnahmeröhre 8
setzt sich im grünen Bereich fort. Aus kolorimetrischen Gründen ist es vorteilhaft, wenn dieser Kennlinie
im blauen Bereich eine Flanke erteilt wird, die zu einer kleineren Wellenlänge verschoben ist, also
in Fig. 2b eine Flanke, die links von der Linie 16· liegt. Ausserdem ist dann die Verschiebung, die die
kurzwellige Flanke der dichroitischen Schicht 9 in
dem von dieser Schicht durchgelassenen blauen Licht herbeiführt, nicht störend.
509829/02 5 0
Claims (4)
- PHN. 7305.1812- 10 PATENTANSPRÜCHE .1 . Farbteilungsprismensystera mit einigenOberflächen, die an verschieden gefärbte dichroitische Schichten grenzen, wobei die erste dichroitische Schicht eine das grüne Licht reflektierende Schicht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Grenze der zweiten dichroitischen Schicht, die das rote Licht reflektiert, gleich oder nahezu gleich der oberen Grenze der ersten dichroitischen Schicht ist.
- 2. Farbteilungsprismensystem mit einigen Oberflächen, die an verschieden gefärbte dichroitische Schichten grenzen, wobei die erste dichroitische Schicht eine das grüne Licht reflektierende Schicht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Grenze der zweiten dichroitischen Schicht, die das blaue Licht reflektiert, gleich oder nahezu gleich der unteren Grenze der ersten dichroitischen Schicht ist.
- 3. Farbteilungsprismensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste dichroitische Schicht einen Teil des grünen Lichtes durchlässt und die zweite dichroitische Schicht dieses grüne Licht teilweise reflektiert.
- 4. Farbteilungsprismensystem nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass in dem Wege des von der zweiten dichroitischen Schicht durchgelassenen oder reflektierten blauen Lichtes ein Filter mit einer Grenzwellenlänge unterhalb der kleinsten Wellenlänge509829/0258- 11 -des auf das Filter einfallenden Lichtes angeordnet ist, während das Filter für das grüne Licht eine hohe Durchlässigkeit aufweist.5« Anwendung des Farbteilungsprismensystemsnach mindestens einem der Ansprüche 1-4 in einerFernsehkamera.509829/0258Leerseite
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