DE2500196B2

DE2500196B2 - Prismenfarbteiler für Farbfernsehkameras

Info

Publication number: DE2500196B2
Application number: DE2500196A
Authority: DE
Inventors: Engbert Tienkamp; Leonardus Petrus Gerardus Verdijk
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1974-01-07
Filing date: 1975-01-03
Publication date: 1978-06-01
Also published as: FR2257099A1; DE2500196C3; GB1492481A; SE7500041L; NL7400148A; JPS50119530A; US4009941A; CA1023178A; SE407631B; DE2500196A1; IT1028191B; AU7712075A; CH586912A5; FR2257099B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Prismenfarbteiler gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem bekannten Prismensystem, wie es in der britischen Patentschrift 9 83 933 beschrieben ist, sind die Winkel, die die dichroitischen Schichten mit der unreflektierten optischen Achse des Systems einschließen, kleiner als 30°. Unerwünschte Polarisationserscheinungen treten dann bei schrägem 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 der Aufnahmeröhre klein ist. Die Strahlen, die von den Rändern der Austrittspupille über die dichroitische Schicht zu einem Punkt in der Bildfläche der Aufnahmeröhre 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, daß die effektive optische Dicke einer Schicht mit einer Dicke d gleich nd cos φ ist, wenn η die Brechungszahl der Schicht und ψ der Winkel ist, den der die Schicht durchlaufende Lichtstrahl mit der Normalen zu der Schicht einschließt. Bei zunehmendem Winkel φ verschieben sich die Reflexions- und Durchlaßkennlinien der Schicht zu kleineren Wellenlängen. Bei einer dichroitischen Schicht mit einer Bandkennlinie, d. h. also einer Schicht, die den grünen Bestandteil des Lichtes reflektiert, verschieben sich sowohl die obere als auch die untere Grenze der Reflexions- und Durchlaßkennlinien zu kleineren Wellenlängen. Wenn 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 Aufnahmeröhre im grünen Gebiet einen genügend flachen Verlauf aufweist

Das von der ersten dichroitischen Schicht durchgelassene Licht, das die blauen und roten Bestandteile

ίο enthält, wird an einer zweiten dichroitischen Schicht in einen roten und einen blauen Bestandteil aufgetrennt Dem AG liegt die Aufgabe zugrunde, die auf die rote bzw. blaue Aufnahmeröhre fallende Lichtmenge von den Verschiebungen der Kennlinien der zweiten dichroitischen Schicht unabhängig zu machen.

Wenn als zweite dichroitische Schicht eine rot reflektierende Schicht gewählt wird, wird beim erfindungsgemäßen Prismenfarbteiler die untere Wellenlängengrenze der zweiten dichroitischen Schicht gleich oder nahezu gleich der oberen Wellenlängengrenze der ersten dichroitischen Schicht gewählt Wenn als zweite dichroitische Schicht eine blau reflektierende Schicht gewählt wird, wird beim erfindungsgemäßen Prismenfarbteiler die obere Wellenlängengrenze der zweiten dichroitischen Schicht gleich oder nahezu gleich der unteren Wellenlängengrenze der ersten 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 Reflexionsund Durchlaßkennlinien der zweiten Schicht ausgeglichen werden.

Es ist oft günstig, die erste, das grüne Licht

■to 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 verschie-

⁴^ denen 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

so werden, daß ein Durchlaßband (eine Nebenspitze) im grünen Bestandteil vorhanden ist.

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine Ausführungsform eines Prismensystems nach der Erfindung und

F i g. 2 einige graphische Darstellungen zur Erläuterung der Wirkungsweise des Systems nach F i g. 1.

In der Ausführungsform nach F i g. 1 tritt aus dem Objektiv 1 einer Fernsehkamera ein Lichtstrahl aus, der auf das Prismensystem 2 einfällt Das Prismensystem 2 besteht aus drei Teilen 3,4 und 5. Die Teile 3 und 4 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 Prismensystem 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 Austriusfläche 13 aus und fällt auf die Photokathode der Aufnahmeröhre 6 ein. Die von der Schicht 9 durchgelassenen Bestandteile durchlaufen den Prismenteil 4 und werden an der dichroitischen Schicht 10 in einen roten reflektierten Bestandteil und einen blauen durchgelassenen Bestand- ι ο teil aufgeteilt Der an der Schicht 10 reflektierte rote Bestandteil tritt nach Reflexion an dem (nicht dargestellten) Glas-Luft-Übergang zwischen den Prismenteilen 3 und 4 über die Austrittsfläche 12 des Prismenteiies 4 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 S ein.

In F i g. 1 ist der Strahlengang dreier Strahlen dargestellt, die von einem Punkt der Szene her auf das Prismensystem 2 einfallen, und zwar des Strahles 61, der parallel zu der ungebrochenen optischen Achse auf das System einfällt, und der beiden Strahlen a\ und c\, die über die Ränder der Austrittspupille des Objektivs 1 auf das System einfallen. Die Strahlen a\ und c, schließen gleiche, aber entgegengesetzte Winkel mit der optischen Achse des Systems ein. Der Strahl c\ 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 verhältnismäßig kleinen Winkel zu der Normalen auf die dichroitische Schicht 9 ein. Umgekehrt fällt der von der dichroitischen Schicht 9 durchgelassen«; Teil aj des Strahles a\ unter einem verhältnismäßig großen Winkel zu der Normalen auf die dichroitische Schicht 10 ein, während der von der dichroitischen Schicht 9 durchgelassene Teil C₃ des Strahles c\ 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 Wellenlängengrenze der Schicht 10 gleich oder nahezu gleich der oberen Wellenlängengrenze der Schicht 9 ist. (Unter der oberen bzw. unteren Wellenlängengrenze einer dichroitischen Schicht ist die Wellenlänge zu verstehen, bei der 50% des auf die Schicht einfallenden Lichtes mit dieser Wellenlänge reflektiert und 50% durchgelassen wird. Zwischen der oberen und der unteren Grenze wird nahezu 100% des Lichtes im betreffenden Wellenlängenbereich reflektiert.)

In den Fig.2a, 2b und 2c sind zur Erläuterung in graphischer Darstellung die Durchlaß- und Reflexionskennlinien der dichroitischen Schichten 9 und 10 gezeigt, und zwar in F i g. 2a die Reflexionskennlinie R der Schicht 9, in Fig.2b die Durchlaßkennlinie T derselben Schicht und in F i g. 2c die Reflexionskennlinie Ader Schicht 10.

Bei zunehmendem Einfallswinkel eines Strahles auf eine dichroitische Schicht verschieben sich die Flanken der zu der betreffenden Schicht gehörigen Reflexionsund Durchlaßkennlinien zu kürzeren Wellenlängen. In F i g. 2a sind die Verschiebungen der Reflexionskennlinie R der Schicht 9 durch die gestrichelten Linien 16 und 17 von 18 und 19 aus dargestellt, die den Strahlen α bzw. ai in der Vorrichtung nach F i g. 1 entsprechen. In F i g. 2b, die einen dem der F i g. 2a entgegengesetzten Verlauf aufweist (es wird ja davon ausgegangen, daß in der Schicht 9 keine Verluste auftreten), stellen die gestrichelten Linien 16' und 17' die von 18' und 19' aus verschobenen Flanken der Durchlaßkennlinie T der Schicht 9 dar. In F i g. 2c, die die Reflexionskennlinie R der Schicht 10 zeigt, sind die Flankenverschiebungen beim Strahl Q von 17" aus, welche dem Strahl cj entspricht durch die durchgezogene Linie 19" dargestellt Die Linie 17" wird, falls sie in Fig.2b eingezeichnet würde, praktisch mit der Linie 19' zusammenfallen, während die Linie 19", wenn sie in F i g. 2b eingezeichnet würde, praktisch mit der Linie 17' zusammenfallen wird. Mit anderen Worten: Die Farblichtmengen in a· sind proportional der in at, ebenso sind die in c» proportional der in o. Bei achsfernen abzubildenden Punkten sind bei nicht erfindungsgemäßen Farteilern wegen der nicht proportionalen Verschiebung der Wellenlängengrenzen mit dem Einfallswinkel auf die dichroitische Schicht die Beiträge unterschiedlicher Strahlen a_u c\ nicht ausgeglichen.

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.

Um gleiche Empfindlichkeit für die drei Aufnahmeröhren 6, 7 und 8 zu erzielen, wird ein Teil des grünen Lichtes zu den Aufnahmeröhren 7 und 8 geführt. Die dichroitische Schicht 9 muß dann derart ausgeführt werden, daß ein Teil des auf die Schicht einfallenden Lichtes in dem Wellenlängenbereich rund 550 nm durchgelassen wird. In der graphischen Darstellung nach Fig.2a wird mit der Linie 20 die Menge durchgelassenen Lichtes im grünen Bereich angegeben. Beim erfindungsgemäßen Prismenfarbteiler 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.

Es ist vorteilhaft, wenn dieser Kennlinie im blauen Bereich eine Flanke erteilt wird, die zu einer kleineren Wellenlänge verschoben ist, also in F i g. 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Prismenfarbteiler für Farbfernsehkameras mit zwei dichroitischen Schichten, wobei die erste grünes Licht reflektiert, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Wellenlängengrenze der zweiten dichroitischen Schicht (10), die das rote (blaue) Licht reflektiert, gleich oder nahezu gleich der oberen (unteren) Wellenlängengrenze der ersten dichroitischen Schicht ist

2. Prismenfarbteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste dichroitische Schicht (9) einen Teil des grünen Lichtes durchläßt und die zweite dichroitische Schicht (10) dieses grüne Licht teilweise reflektiert

3. Prismenfarbteiler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Wege des von der zweiten dichroitischen Schicht (10) durchgelassenen oder reflektierten blauen Lichtes ein Filter (25) mit einer Wellenlängengrenze unterhalb der kleinsten Wellenlänge des auf das Filter einfallenden Lichtes angeordnet ist, während das Filter für das grüne Licht eine hohe Durchlässigkeit aufweist.