DE2521818C2 - Optisches System für eine Farbfernsehkamera - Google Patents

Description

Die Erfindung ueirillt ein optisches System für eine Farbfernsehkamera mit Farbtrennung bestehend aus einem optischen Tiefpaßfilter, einem Aufnahmeobjektiv und einem Farbfilter, bei dem das Tiefpaßfilter auf einer gemeinsamen transparenten Platte mindestens zwei »ich schneidende, durch Erhöhungen und Vertiefungen der Oberfläche gebildete Linien-Phasengitter aufweist. die zusammen eine Phasengitterstruktur bilden, und bei dem die Winkel zwischen den Linien jedes Phasengitters und der Abtastrichtung so gewählt sind, daß Interferenz /wischen C'hrominan/signalen und Luminanzsignalen bezüglich der Senkrechten zur Abtastrichtung verhindert wird, ohne daß das Auflösüngsverrnö·' gen des optischen Systems geschwächt wird, nach Patent 2137 466,

Aus dem Hauptpatent ist bekannt, das optische Tiefpaßfilter in einem optischen System einet Fernsehkamera, das außerdem ein Objektiv zur Abbildung eines Aufnahmeobjekts und ein im Lichtweg des Systems angeordneten Farbfilter zur Zerlegung des Abbildes in zumindest zwei Grundfarben enthält aus mindestens zwei sich schneidenden Phasengittern aufzubauen, wobei die Gitterelemente eines Phasengitters zueinander parallel und zu den Gitterelementen des anderen Phasengitters im Winkel verlaufen. Dadurch können Interferenzerscheinungen sowohl des Objektbildes, das in der Ebene des Farbfilters fokussiert ist, als auch der Objektfelder, die außerhalb der Ebene des Farbfilters fokussiert sind, mit dem Farbfilter vermiede r. und damit

ίο der durch die Interferenz auf der Bildfläche hervorgerufene Farbstreifen beseitigt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform des Hauptpatents sind die einzelnen Phasengitter des Tiefpaßfilters auf einer gemeinsamen transparenten

• =; Unterlage aufgebracht

Die Herstellung eines solchen Tiefpaßfilters hat sich als schwierig erwiesen; denn würden einfach in zwei aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten die Gitterelemente beider Phasengitter nacheinander streifenförmig aufgebracht, vorzugsweise aufgedampft, so ergäbe sich an den Kreuzungsstellen der Gitterelemente eine doppelte Höhe des Gitters. Da aber, wie in Spalte 4 des Hauptpatents ausführlich dargelegt, die Höhe der Gitterelemente entscheident ist für die erzeugte Phasendifferenz, würde ein Tiefpaßfilter, dessen Gitter unterschiedliche Höhen aufweist, zu negativen Resultaten und zu Verzec mngen des Farbbildes führen.

Um also die Forderung zu erfüllen, daß die sich schneidenden Gitterelemente des Tiefpaßfilters in den

jo Ausführungsformen nach den Fig. 6 und 7 des Hauptpatents, d. h. mit einer gemeinsamen Unterlage für mindestens zwei Phasengitter, überall dieselbe Höhe aufweisen, muß. nachdem auf die gemeinsame Unterlage eine erste Gruppe von Gitterelementen aufgebracht

j-, worden ist, eine zweite Gruppe von Gitterelementen zwischen die erste Gruppe eingelegt werden. Dazu kann auf die mit der ersten Gruppe von Gitterelementen versehene Unterlage eine Blattmaske aufgelegt werden, die an den Stellen, an denen sich bei einem zweiten Aufdampfungsvorgang die Gitterelemente des zweiten Phasengitters niederschlagen sollen, viereckige Öffnungen aufweist. Aber auch dieses Vorgehen erfordert das Aufdampfen der Gitterelemente in zwei aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen, und außerdem ist

4-, das exakte Einlegen der zweiten Gruppe von Gitterelementen zwischen die erste Gruppe handwerklich schwierig und umständlich.

Als weitere Methode zur Ausbildung der Gittereiemente zweier Phasengitter auf einer gemeinsamen

-,o Unterlage bietet sich das photochemische Verfahren an. wobei ein lichtempfindliches Material auf eine Seite der Unterlage aufgebracht und durch eine Maske dem Licht ausgesetzt wird, welche ein gewünschtes Muster von variierter Dichte trägt (wie das belichtete Negativ

-,-, eines F ilmes), so daß nur die nicht belichteien Stellendes lichtempfindlichen Materials auf der Unterlage übrig bleiben. Dann wird die Fläche der Unterlage, auf der sich das lichtempfindliche Material befindet, mit einem transparenten Werkstoff wie MgF; überzogen. Alsdann wird das lichtempfindliche Material zusammen mit dem sich darauf befindenden durchscheinenden Überzug entfernt, so daß das durchscheinende Material, das unmittelbar auf der Unterlage aufliegt, übrig bleibt und das gewünschte Muster bildet. Auf diese Weise kann man das Tiefpaßfilter nach Fig.6 des Hauptpatents anfertigen, das dann Gitterelemente hat, die sich an den Kreuzungsstellen nicht überlagern. Jedoch auch dieses Verfahren ist sehr kompliziert und aufwendig, denn es

erfordert sogar vier Verfahrensschrittc.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Tiefpaßfilter zu schaffen, das auf einer gemeinsamen transparenten Unterlage mindestens zwei sich schneidende Phasengitter aufweist und das einfach und kostengünstig herzustellen ist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Oberfläche des Tiefpaßfilters so gestallet ist, daß die Vertiefungen der Phasengitterstruktur eine einschließlich der Kreuzungsstellen der Vertiefungen einheitliche Tiefe aufweisen, so daß die einzelnen Erhöhungen jeweils allseitig von den benachbarten Vertiefungen umgrenzt sind.

Indem also nach der vorliegenden Erfindung die Phasengitterstruktur des Tiefpaßfilters durch sich im Winkel schneidende Vertiefungen gebildet wird, vereinfacht sich die Herstellung des Tiefpaßfilters ganz erheblich; denn es können mit Hufe einer Maske, welche die Stellen, an denen später die Vertiefungen ausgebildet sein sollen, abdeckt und die Stellen, an denen sich die rautenförmigen Erhöhungen zeigen sollen, frei läßt, diese Erhöhungen in einem Arbeitsgang auf die Grundplatte aufgedampft und damit auf dieser Grundplatte zwei oder mehrere Phasengitter in eben diesem einen Arbeitsgang erzeugt werden. Das dabei entstehende Tiefpaßfilter hat optimale optische Eigenschaften, weil die Tiefe der Phasengitter einschließlich der Kreuzungsstellen einheitlich ist.

Vorzugsweise sind zwei Phasengitter vorhanden, die zueinander in einem Winkel von nicht weniger als 15 und nicht mehr als 45^: liegen.

In Experimenten hat sich gezeigt, daß in diesem Winkelbereich bei gleichzeitiger Beibehaltung der Auflösungskraft des optischen Systems senkrecht zur Abtastrichtung die unerwünschten Interferenzstreifen am besten vermieden werden. Ist der Winkel kleiner als 15°. lassen sich die Streifen weniger gut vermeiden; ist der Winkel größer als 45\ nimmt die Auflösungskraft ab.

In einT bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der Winkel zwischen den Phasengittern 30°. Dieser Winkel von 30° hat sich experimentell als der im Hinblick auf die Beibehaltung der Auflösungskraft des optischen Systems senkrecht zur Abtastrichtung und die gleichzeitige Eliminierung der unerwünschten Jnterferenzstr ?ifen als der bestgeeigneute erwiesen.

Die Breite »a« aller Vertiefungen ist vorzugsweise gleich, und das Verhältnis der Breite jeder Vertiefung zur Teilung »A"« jedes Phasengitters beträgt zwischen 1/6 und 1/2.

Wenn dieser Bereich des Verhältnisses eingehalten wird, können die Interferenzstreifen am besten vermieden werden.

Der Winkel zwischen der Winkelhalbierenden m des von zwei Gruppen von Gitterelementen aufgespannten spitzen Winkels λ und der zur Abtastrichtung senkrechten Richtung sist vorteilhafterweise kleiner als

Kine nähere Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsförm der Erfindung anhand der Zeichnung; darin zeigt

Fig. 1 eine Schrägdarstellung des neuen Tiefpaßfilters,

Fi g. 2 eine Maske zur Herstellung des Tiefpaßfilters nach F ig. 1,

Fig.3 eine graphJ-sche Darstellung der Werte der Wirksamkeit über einzelne Frequenzen von Tiefpaßfiltern, bei denen dni. Verhältnis der Breite aller Vertiefungen eines jeden Phasengitters zur Teilung jedes Phasengitters einen bestimmten Wert hat, und

Fig.4 die Draufsicht auf einen Tiefpaßfilter nach > Fig. 1.

Das Tiefpaßfilter 20 in Fig. 1 besteht aus einer durchscheinenden Platte 21 mit darauf aufgebrachten Erhöhungen 25 von Rautenform, die regelmäßig angeordnet sind und von zwei im Winkel zueinander

m und schrägverlaufenden, auf Abstand befindlichen Vertiefungen 23 und 24 begrenzt sind. Dieser Aufbau ist in gewissem Sinn das Negativ zum \ufbau des Tiefpaßfilters nach Fig. 6 des Hauptpatentes. Die beiden Phasengitter werden nach der vorliegenden Erfindung

r, durch die sich im Winkel schneidenden Vertiefungen gebildet, die überall einschließlich der Kreuzungsstellen eine einheitliche Tiefe aufweisen. Daß das neue Filter genau die gleiche Funktion oder Arbeitsweise hat, wie das nach Fig. 6 des Hauptpatents, geht au? der

.'Ii Beschreibung zu der Fig. 6 hervor

Das Tiefpaßfilter 20 nach Fig 1 wird so hergestellt, daß auf die Fläche der Platte 21 eine blattförmige Maske 26 nach Fig. 2 aufgelegt wird, die rautenförmige Durchbrüche hat, und daß dann ein Werkstoff,

j» beispielsweise Magnesiumfluorid, im Vakuum über eine bestimmte Zeit aufgedampft wird. Die Verwendung des Filters 20 nach Fig. I hat eine ganze Anzahl von Vorzügen; so werden z.B. zwei Phasengitter in einem einzigen Arbeitsgang auf der Platte 21 hergestellt und

«ι auch an den Kreuzjngsstellen der Phasengitter der erwünschte Effekt erzielt.

Zur Erprobung der Erfindung sind Versuche durchgeführt worden, die .ergeben haben, daß der günstigste Winkel, mit dem s^;ch die Vertiefungen eines Phasengit

r> ters mit den Vertiefungen des anderen Phasengitters gemäß Fig. 1 d'.-r Anmeldung schneiden, zwischen 15' und 45" liegt, wenn man Streifen auf dem Farbbild vermeiden will, die aus der Interferenz zwischen Chrominanz- und Luminanzsignalen in dem Bild

■in entstehen, welches durch das Tiefpaßfilter eines Phasengitters gebildet wird, ohne daß die Auflösung des optischen Fernsehsystems bezüglich der Richtung senkrecht zu der Abtastrichtung de*. Systems verschlechtert oder gemindert wird. Ist der Winkel kleiner

r. als 15', dann nimmt die Wirkung auf die Ausschaltung der Streifen des fokussierten Bildes ab, während die Auflösung des Systems bezüglich der Richtung senkrecht zu der Abtastrichtnng unverändert bleibt. Überschreitet der Winkel 45\ dann nimmt die

-,η Auflösungskraft in Richtung senkrecht zu der Abtastrichtung deutlich ab, während die Streifen vollkommen vermieden werden. Hieraus hat sich ergeben, daß der Bereich der Kreuzungswinkel am günstigsten zwischen Ij und 45° gewählt wird. Ferner haben die Versuche

r, gezeigt, daß der geeignetste Winkel etwa 3CT isi.

Jedoch ist festzuhalten, daß der Bereich der Kreuzungswinkel, der erwähnt worden ist. nicht eine kritische Einschränkung, sondern eine vorzugsweise Maßnahme darstellt. Deshalb kann man, wenn in

mi besonderen Fällen Streifen oder eine Verringerung der Auflösung tragbar sind, für die Kreuzung der Vertiefungen in dem Tiefpaßfilter auch Winke! außerhalb des genannten Bereiches wählen. Bei der Durchführung der Versuche wurden Tiefpaßfilter mit verschiedensten Kreuzungswinkcln zwischen den Vertiefungen zweier Phasengitter nacheinander in ein optisches System einer Farbfernsehkamera eingesetzt, so daß die Winkelhalbierende m des von zwei Gruppen von Gitterelementen

(Vertiefungen) aufgespannten spitzen Winkels <x mit der Richtung s senkrecht zu der Abiastrichtung des optischen Systems einen rechten Winkel bildeten, und die Fernsehbilder, die von der Fernsehkamera erzeugt wurden, wurden vom Standpunkt der Erzeugung von Streifen unter Einschätzung der Auflösung beobachtet. Dann wurden die Fernsehbilder beobachtet, nachdem der Winkel, den die besagte Winkelhalbierende in mit der Richtung s senkrecht zu der Abtastrichtung bildet, geändert wurde. Bei diesen Versuchen wurde eine Schwächung der Auflösung in der senkrechten Richtung szu der Abtastrichtung so lange nicht festgestellt, als die Winkelhalbierende m mit der Richtung s senkrecht zu der Abtastrichtung einen kleineren Winkel bildete als den halben Winkel ^ zwischen den Vertiefungen

verschiedener Phasehgittef. Dagegen wurde die Auflösung merklich verringert, wenn der Winkel zwischen der Winkelhalbierenden m und der Richtung ssenkrechl

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Winkel y zwischen zwei Vertiefungen verschiedener Phasengitter. Hieraus ergibt sich, daß es von Vorteil ist, wenn das Tiefpaßfilter in das optische System so eingesetzt ist, daß der Winkel zwischen der Winkelhalbierenden ni Und der Richtung s senkrecht zu der Abtastrichtung nicht größer ist als der halbe Winkel

— zwischen zwei Vertiefungen verschiedener Phasengitter.

Bei einer rechnerischen Analyse in einem Computer zur Simulierung verschiedener Stellungen von Tiefpaßfiltern hat sich ergeben, daß die Charakteristika der Ansprechfunktion sich mit Änderungen des Verhältnisses zwischen der Breite η jeder Verliefung in jedem Phasengitler zu der Teilung X jedes Phasengitters so ändert, wie in Fig.3 zu sehen ist. Dort ist die Ansprechfunktion auf der Ordinate mit Bezug auf die Abtaslrichtung eingetragen, und die Abszisse enthält räumliche Frequenzen in einer Bildebene in dem bilderzeugenden Teil. Wenn das Verhältnis der Breite n der Vertiefungen zur Teilung X(Fig.3) zwischen 1/6 und 1/2 liegt, wird der kleinste Wert der Wirksamkeit gleich Null oder negativ, so daß die räumliche Frequenz für die Farbsignale in der Bandbreite gewählt werden

ii kann, wo die Ansprechfunktion des Tiefpaßfilters ein Minimum ist. In diesem Fall wird sich kein Streifen zeigen, der auf Interferenz zwischen Chrominanz- und Luminanzsignalen des Bildes entsteht, das durch das Tiefpaßfilter hindurch gebildet wird. Wenn aber das Verhältnis den Bereich überschreitet wird die kjpinsip Wirksamkeil positiv, und das Tiefpaßfilter beeinflußt die Chrominanzsignale zur Erzeugung von Streifen. Diese Ergebnisse wurden durch Experiment bestätigt. Deshalb sollte sich das Verhältnis zwischen der Breite α der Vertiefungen und Teilung X vorzugsweise zwischen 1/6 und 1/2 bewegen.

In Fig.4 ist ein Ausschnitt aus einem Tiefpaßfilter nach der Erfindung zu sehen, worin die Breite der Vertiefungen mit a und die Teilung des Phasengitters

3D mit ^bezeichnet ist.

I Iior/u 3 Blatt Zeiclinunuon

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Optisches System für eine Farbfernsehkamera mit Farbtrennung bestehend aas einem optischen Tiefpaßfilter, einem Aufnahmeobjektiv und einem Farbfilter, bei dem das Tiefpaßfilter auf einer gemeinsamen transparenten Platte mindestens zwei sich schneidende, durch Erhöhung und Vertiefungen der Oberfläche gebildete Linie-Phasengitter aufweist, die zusammen eine Phasengittprstruktur bilden, und bei dem die Winkel zwischen den Linien jedes Phasengitters und der Abtastrichtung so gewählt sind, daß Interferenz zwischen Chrominanzsignalen und Luminanzsignalen bezüglich der Senkrechten zur Abtastrichtung verhindert wird, ohne daß das Auflösungsvermögen des optischen Systems geschwächt wird, nach Patent 2137 466, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Tiefpaßfilters so gestaltet ist, daß die Vertiefungen (23. 24) der Phasengitterstruktur eine einschließlich der Kreuzungsstellen der Vertiefungen (23, 24) einheitliche Tiefe aufweisen, so daß die einzelnen Erhöhungen (25) jeweils allseitig von den benachbarten Vertiefungen (23,24) umgrenzt sind.

2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei f'hasengitter vorhanden sind, und daß sie zueinander in einem Winkel von nicht weniger als 15° und nicht mehr als 45° liegen.

3. Optisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen den Phasengittern 30° beträgt.

4. Optisches Systtm nact. einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite »a« aller Vertiefungen (23, 24, gleich ist und das Verhältnis der Breite jeder Vertiefung (23, 24) zur Teilung »Λ"« jedes Phasengitters zwischen 1/6 und 1/2 betrag¹.

5. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der Winkelhalbierenden m des von zwei Gruppen von Gitterelementen aufgespannten spitzen Winkels a und der zur Abtastrichtung senkrechten Richtungskleiner ist als - .