DE2524697C2

DE2524697C2 - Optisches Tiefpaßfilter für eine Farbfernsehkamera

Info

Publication number: DE2524697C2
Application number: DE2524697A
Authority: DE
Inventors: Yukio Osaka Okano
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1974-06-05
Filing date: 1975-06-04
Publication date: 1985-09-05
Also published as: JPS5742849B2; US4009939A; DE2524697A1; JPS50156452A

Description

1 - 0,65

cos O_x S 1 - 0,35 -^-;

1 - 0,65 -^- S cos (5₂ £ 1 - 0,35

O₂

(n_R-n')d_x;

<?2 = —r~ (n_B-n') d₇;

darin sind·.

δ\ = die Phasensperre für die erste Filterschicht, O2 - die Phasensperre für die zweite Filterschicht,

Xi = Spaltbreite des Gitters in der ersten Filterschicht,

X2 = Spaltbreite des Gitters in der zweiten Filterschicht,

iii = Laminarbreite des ersten Gitters,
a-, = Laminarbreite des zweiten Gitters,

Ar = eine der gewählten Primärfarben,
Ab = eine andere der gewählten Primärfarben,
Br = Brechungsindex für die erste Filterschicht, Πβ = Brechungsindex für die zweite Filterschicht,
d\ = geometrische Stärke der Phasensperre für

die erste Filterschicht,
<h = geometrische Stärke der Phasensperr·^ für

die zweite Filterschicht,
n' = Brechungsindex für das Medium.

3. Optisches Tiefpaßfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß entweder das eine oder beide Gitter eine unregelmäßige Laminarbreite (a) aufweisen.

4. Optisches Tiefpaßfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gitter eine unterschiedliche Laminarbreite (a) aufweist

5. Optisches Tiefpaßfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Gitter je eine unterschiedliche optische Position aufweisen.

6. Optisches Tiefpaßfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß durch das erste Gitter der rote und durch das zweite Gitter der blaue Spektralbereich der räumlichen Frequenzen wegschneidbar sind.

7. Optisches Tiefpaßfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Veränderung des Winkels zwischen den Spaltstreifen und der Abtastrichtung der Aufnahmeröhre die Frequenz veränderlich wählbar ist

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Tiefpaßfilter für eine Farbfernsehkamera, bei der vor einem Bildsensor ein Farbstreifenfilter zur Farbtrennung angeordnet ist, so daß dem Bildsensor mehrere Farbsigna-Ie entnehmbar sind, und wobei das optische Tiefpaßfilter zur Unterdrückung von durch die Geometrie eines Aufnahmeobjektes bedingten Störungen der Farbsignale vor dem Bildsensor im Strahlengang der Farbfernsehkamera angeordnet ist und aus zwei Tiefpässen besteht, die jeweils von einem Phasengittei aus parallel zueinander angeordneten transparenten Streifen gebildet sind, wobei die beiden Phasengitter derart gegeneinander verdreht sind, daß die i-ransparenten Streifen des einen Phasengitters die transparenten Streifen des anderen Phasengitters schneiden, wie es aus der DE-OS 37 466 bekannt ist.

Es gibt verschiedene Arten von Farbfernsehkamerasystemen. Im Falle des Ein- oder des Doppelröhrenkamerasystems jedoch müssen Streifenfilter verwendet werden, um drei Spektren zu kodieren. In diesem Falle muß ein optisches Tiefpaßfilter verwendet werden, um die hohen räumlichen Frequenzkomponenten eines Gegenstandes wegzuschneiden und dadurch Störfarbsignale auf Grund von Interferenz zwischen Chrominanz- und Luminanzsignalen zu vermeiden.

Es gibt bestimmte Fälle, bei denen ein optisches Tiefpaßfilter mit der Eigenschaft, die roten (= 0,6 ~ 0,7) und die blauen (= 038 ~ 0,5) Komponenten wegzuschneiden, aber die Komponenten im grünen Spektralbersich in dem Ausmaß einer hohen räumlichen Frequenz eines Objekts zu übertragen, für einen besseren Kodiervorgang verwendet werden sollte. Ein Tiefpaßfilter, das einem grünen Bereich ein ganzes Vielfaches der Phasen-

differenz vermmelt, ist bereits bekannt Dieses Filter ist aus mehreren, willkürlich verteilten Streifengittern, die parallel zueinander übereinandergreifen, zusammengesetzt. Zur Vereinfachung wird diese Art von Einzelgittern mit willkürlicher Verteilung im folgenden als Poisson-Gitter bezeichnet (vgl. japanische Offenlegungsschrift 49-24033). Wenn jedoch Gitterspalte parallel übereinandergreifen, tritt auf Grund der Spalte interferenz zwischen jeder Schicht auf. So ist bei der Herstellung größte Sorgfalt nötig. Insbesondere im Falle, daß Gitter mit regelmäßigen Spalten übereinandergreifen, steigt die Interferenz in hohem Maße an und verändert deren cut-off-Charakteristik (Sperrcharakteristik). Mit anderen Worten, im Falle eines Gitters mit regelmäßigen Spalten zur Erzeugung einer Phasenverzögerung liegt dessen Gitterspalt in dem Bereich von 1 mm — 1Ou, und es ist faktisch unmöglich, bei mehrfachen Aufdampfvorgängen die Gitter bei einer definierten Stärke der Streifen, die die Phasenverzögerung hervorrufen, festzulegen. Deshalb ist die Herstellung dieser mehrfachen Gitter faktisch unmöglich.

Zum Beispiel kann man in dem einfachen Fall eines Doppelschichtgitters durch geringe Unterschiede beim Aufdampfvorgang drei mögliche Ergebnisse erhalten, wie sie in Fig. l(a), (b) und (c) dargestellt sind. Naturlieh sind deren cut-off-Frequenzcharakteristiken für jeden Fall unterschiedlich, und die Standardcharakteristik kann nicht aufrecht erhalten werden. In F i g. 1 ist mit 1 die Substratfläche bezeichnet, 2a ist die erste Schicht aufgedampfter Streifen und 2b die zweite Schicht über die Schicht 2a aufgedampfter Streifen.

Wie in der japanischen Offenlegungsschrift 49 30 054 gezeigt ist, ist ein doppelschichtiges Tiefpaßfilter mit unparallelen, übereinandergreifenden Streifen bekannt Dieses Filter kann die räumliche Frequenzkomponente eines Objekts in jedem Spektralbereich wegschneiden, indem die Gitter mit einer Phasenverzögerung von π oder ϊπ im grünen Spektralbereich übereinandergreifend vorgesehen werden. Im Falle dieses optischen Tiefpaßfilters bildet jede Schicht der Gitterstreifen die zweidimensionale, rhombische Struktur. Deshalb bleibt die cut-off-Charakteristik auf Grund der Herstellungsbedingung konstant. Obwohl die Stellungen der Streifen sich zueinander bewegen, bleibt der Charakter des Filters derselbe. Dieses Filter ist jedoch dnzu ausgelegt, die räumliche Frequenz in jedem Spektralbereich wegzuschneiden, und die Änderung der cut-off-Frequenzcharakteristiken infolge der Änderung der Spektralfrequenz ist nicht bekannt. Deshalb kann dieses Filter nicht genauso behandelt werden wie das hinsichtlich der Frequenz veränderliche Tiefpaßfilter, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.

Ein optisches Tiefpaßfilter der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 21 37 466 bekannt. Die beiden Phasengitter dieses Tiefpaßfilters sind jedoch identisch, d. h. die Phasengitter haben beide eine identische cutoff- oder Grenzwellenlänge bzw. cut-off- oder Grenzfrequenz, und deshalb hat dieses Tiefpaßfilter nicht die Eigenschaft, daß die Frequenzkomponente, die durch das Filter abgeschnitten wird, entsprechend der Wellenlänge verschieden ist.

Die DE-OS 23 31 929 beschreibt ein optisches Tiefpaßfilter, bei dem zwar die von dem Filter abgeschnittene hohe Frequenzkomponente entsprechend der Wellenlänge verschieden ist. Dazu weist dieses optische Tiefpaßfilter allerdings eiye Mehrzahl von parallelen Gitterstreifen verschiedener Dicke auf. Ein solches Filter mit Gitterstreifen unterschiedlicher Laminardicke ist jedoch außerordentlich schwierig herzustellen. Wie bereits oben zu F i g. 1 dargelegt wurde, weraen zur Herstellung von Tiefpaßfiltern die Gitterstreifen durch Aufdampfen eines geeigneten Materials auf eine durchsichtige Trägerplatte erzeugt Sollten Gitterstreifen unterschiedlicher Dicke bzw. Höhe erzeugt werden, so sind mehrere Aufdampfvorgänge notwendig, wobei Gitterstreifen in wechselnden, aber, um definierte unterschiedliche Dicken der Streifen zu erhalten, definierten Abständen in mehreren Schichten aufgebracht werden müssen. Das ist bei einer Gitterspaltbreite im Bereich von 1 mm ~ 1 Ομ faktisch unmöglich. In (a), (b) und (c) der vorerwähnten F i g. 1 ist beispielsweise dargestellt, weiche unbeabsichtigten Ergebnisse sich bei nur geringen Abweichungen bei den verschiedenen Aufdampfvorgängen einstellen können. Die Lehre dieser DE-OS ist praktikabel nicht durchführbar.

Die US-PS 37 56 695 vermittelt lediglich eine Lehre zur Herstellung und Berechnung eines einschichtigen Tiefpaßfilters.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein optische 3 Tiefpaßfilter zu schaffen, das die Eigenschaft hat daß die von dem Filter abgeschnittene hohe Frequenzkomponente entsprechend der Wellenlänge verschieden ist und welches leicht herzustellen ist Das Tiefpaßfilter soll insbesondere die Eigenschaft haben, die räumliche Frequenz der roten und blauen Komponenten wegzuschneiden und die räumliche Frequenz der grünen Komponente für den einfacheren Aufnahmevorang durch eine Fernsehkamera zu regulieren.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Phasengitter in ihrem Aufbau und in ihrer Anordnung derart bemessen sind, daß einer der beiden Tiefpässe die durch die Geometrie des Aufnahmeobjektes bedingten Störungen eines der Farbsignale unterdrückt und der andere der beiden Tiefpässe die durch die Geometrie des Aufnahmeobjektes bedingten Störungen eines anderen der Farbsignale unterdrückt

Vorzugsweise weist das optische Tiefpaßfilter eine erste Füterschicht zum Sperren einer Phase sowie eine zweite Füterschicht zum Sperren einer Phase auf, wobei die beiden Filterschichten eine Mehrzahl von phasensperrenden Gitterstreifen aufweisen, die jeweils im Verhältnis zueinander nichtparallel ausgerichtet sind, und wobei sich die Konstruktionsparameter jedes der Gitter jeweils auf eine Primärfarbe beziehen und eine kombinierte optische Übertragungsfunktion gegeben ist mit der Eigenschaft, die Signalkomponenten von höherer räumlicher Frequenz der Primärfarben wegzuschneiden, während die Helljgkeitssignale mit räumlichen Frequenzkomponenten oberhalb der cut-off-Frequenz der Primärfarben durchgelassen werden, und wobei die FiI-terschiciitcn bzw. das erste und das zweite Gitter den folgenden Gleichungen genügen:

1 - 0,65 -	L <	COS	d₂	< 1	-0,35	Zl
1 - 0,65 - ι	— <	eos ι	< 1	-0,35	X₁, α₂
*_ 2η*		*-η')*	;
' λ	- («fl	-»')

2 ,

darin sind:

δ\ = die Phasensperre für die erste Fiiterschicht,
&i = die Phasensperre für die zweite Filierschicht,
X] = Spaltbreite des Gitters in der ersten Filterschicht,

Xi = Spaltbrcite des Gitters in der zweiten Filterschicht,

a\ = Laminarbreite des ersten Gitters,
Ü2 = Laminarbreite des zweiten Gitters,
Au - eine der gewählten Primärfarben,
Xb = eine andere der gewählten Primärfarben,
tip. = Brechungsindex für die erste Filterschicht.
/7ß = Brechungsindex für die zweite Filterschicht,
d\ = geometrische Stärke der Phasensperre für die

erste Filterschicht,
di - geometrische Stärke der Phasensperre für die

zweite Filterschicht.
n' = Brechungsindex für das Medium.

Es können entweder das eine oder beide Gitter eine unregelmäßige Laminarbreite haben.

Jedes Gitter kann auch eine unterschiedliche Laminarbreite aufweisen.

Die zwei Gitter können jeweils an unterschiedlichen optischen Positionen angeordnet sein.

Vorzugsweise wird durch das erste Gitter der rote und durch das zweite Gitter der blaue Spektralbereich der räumlichen Frequenzen weggeschnitten.

Durch Veränderung des Winkels zwischen den Spaltstreifen und der Abtastrichtung der Aufnahmeröhre kann die Frequenz auch veränderlich wählbar sein.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß, wenn zwei Phasengitter, deren cut-off-Frequenzen oder Grenzfrequenzen voneinander verschieden sind und die jedes eine Mehrzahl paralleler Gitterstreifen aufweisen, einander kreuzen, der Verstärkungsfaktor Po in der Richtung entlang der Winkelhalbierenden des durch die jeweils parallelen Gitterstreifen der beiden Phasengitter gebildeten Winkels annähernd gleich dem Produkt Pi χ Pi ist, wobei Pi und Pi den Verstärkungsfaktor oder die Durchlässigkeit dieser beiden einzelnen Phasengitter entlang der Richtung senkrecht zu den jeweils parallelen Gitterstreifen bedeuten. Deshalb sind die zwei Phasengitter, deren cut-off- oder Grenzwellenlängen voneinander verschieden sind, nicht parallel zueinander ausgerichtet, und es ist die cut-off- oder Grenzwellenlänge durch die Kombination der zwei cut-off- oder Grenzwelienlängen der beiden Phasengitter mit unterschiedlicher cut-off-Frequenz wählbar.

Mit dem erfindun^sgemäßen optischen Tiefpaßfilter werden die hohen räumlichen Frequenzkomponenten in

dem roten und blauen Spektralbereich weggeschnitten, , a_

ohne daß irgendeine unerwünschte Interferenz auf ~ Ab

Grund der zwei Gitter verursacht wird. Die Wahl einer räumlichen cut-off-Frequenz für das grüne Spektralband kann unabhängig von der für das blaue und rote getroffen werden.

Zusätzlich ist es möglich, die cut-off-Wirksamkeit der räumlichen cut-off-Frequenz in dem grünen Spektrum einzustellen.

Die vorerwähnte Wahl der cut-off-Frequenz kann man auch erhalten durch Änderung des Winkels zwischen den Gitterstreifen und der Äbtastrichtung der Aufnahmeröhre. Die Wahl kann außerdem durch Verändern des Abstandes zwischen den Gittern und dem Brennpunkt getroffen werden. Diese Flexibilität in der Auswahlart bietet einen zusätzlichen Vorteil beim Herstellungsvorgang.

Außerdem kann das erfindungsgemäßc optische Tiefpaßfilter leicht hergestellt werden, weil das Filter eine erste und eine zweite Schicht umfaßt, von denen jede eine Mehrzahl von parallelen identischen Streifen aufweist.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand der anhängenden Zeichnung beschrieben, wobei auf F i g. 1 bereits in der Beschreibungseinleitung eingegangen wurde.

Es zeigt Fig. I Seitenansichten von möglichen Doppelschichtgittern, die erzeugt werden, wenn die herkömmliche Methode paralleler Gitter verwendet wird,
Fig. 2 ein einschichtiges, rechtwinkliges Gitter zur Verzögerung einer Wellenphase, (a) in einer schrägen Ansicht und (b) in einer Seitenansicht,

F i g. 3 die cut-off-Charakteristik des rechtwinkligen Gitters zur Erzeugung einer Phasenverzögerung,
Fig.4 die Vorderansicht des erfindungsgemäßen doppelschichtigen optischen Tiefpaßfilters,

F i g. 5 in graphischer Darstellung Beispiele des Verstärkungsfaktors P des ersten Gitters als eine Funktion der räumlichen Wellenlänge bei einer spektralen Wellenlänge von /2« = 66μ. Die Figur zeigt einige Abbildungen mit verschiedenen Werten einer Phasenverzögerung JaIs Parameter,

F i g. 6 Beispiele des Verstärkungsfaktors Pdes zweiten Gitters als eine Funktion der räumlichen Wellenlänge bei einer spektralen Wellenlänge von Ab = 66μ. Auch hier wurden verschiedene Werte einer Phasenverzögerung ό als Parameter gewählt,

F i g. 7 die Kennlinie der gesamten Gleichstromkomponente Pd als eine Funktion der Wellenlänge des doppelschichtigen Kreuzgitters,

Fig.8 und 9 zeigen graphische Darstellungen der cut-off-Funktionen des doppeischichtigen optischen Tiefpaßfilters mit einem Kreuzgitter.

Bevor mit der Erläuterung der vorliegenden Erfindung fortgefahren wird, soll zunächst die cut-off-Charakteristik eines einschichtigen, rechtwinkligen Wellengitters dargelegt werden. F i g. 2 zeigt ein eindimensionales, einschichtiges, rechtwinkliges Gitter, wobei F i g. 2 a seine Schrägansicht und F i g. 2 b dessen Seitenansicht wiedergibt. 1 ist die Substratfläche und 2 sind die aufgedampften Gitterstreifen.

F i g. 3 zeigt eine cut-off-Charakteristik des einschichtigen, in F i g. 2 dargestellten Gitters. Die Frequenz f und der Verstärkungsfaktor Pin F i g. 3 sind gegeben durch

0)

(2)

In den obigen Gleichungen ist a eine Laminarbreite, X ist eine Gitterspalte, b der Abstand von der Gitterplatte zum Brennpunkt und A eine Wellenlänge des Lichts.

ό ist eine effektive Stärke der Phasenverzögerung und ist gegeben durch

(3)

In Gleichung (3) ist d eine geometrische Weite einer

Phasenverzögerung, η ein Brechungsindex des die Phasenverzögerung hervorrufenden Materials und ri ein Brechungsindex eines Mediums, im Falle von Luft ri - I.

Ein oben erwähntes, einschichtiges rechtwinkliges Wellengitter hat eine Wirksamkeit bzw. Leistung, wie in F i g. 3 dargestellt. Die Leistungskurve eines Gitters mit einer Laminarbreite von X—a ist dieselbe wie die eines solchen mit einer Laminarbreite von a. Deshalb sind diese beiden Gitter genau gleich.

Der Verstärkungsfaktor P des einschichtigen, eine Phasenverzögerung hervorrufenden Gitters ist, wie aus den Gleichungen (2) und (3) zu ersehen ist, die Funktion der Wellenlänge A und deshalb ändert sich seine cut-off-Charakteristik mit der Wellenlänge A. Wenn P jedoch in den Bereich zwischen —0,3 S P< +0,3 fällt, dann kann PaIs eine Leistung der weggeschnittenen räumlichen Frequenz behandelt werden. Es ist bekäniii, daß die obige Bedingung erfüllt wird, wenn alle Faktoren, Periode, Phasenverzögerung und Laminarbreite die folgende Gleichung (4) erfüllen:

1 - 0,65— < cos δ < 1 - 0,354-

Im folgenden wird die Erfindung erläutert.

Die notwendige Bedingung für das einschichtige Filter wurde oben besprochen. Im bisherigen Stand der Technik jedoch ist die Bedingung für das doppelschichtige Krcuzgitter nach der Erfindung nicht geläufig. Der Erfinder hat die cut-off-Leitung bzw. -Wirksamkeit eines doppelschichtigen Filters mit zwei Gitterarten 2 a und 2 b, die sich, wie in Fig.4 dargestellt, mit einem Winkel λ schneiden, zahlenmäßig berechnet. Aus der zahlenmäßigen Berechnung, bei der die nulldimensionais Fciirisr-Trsp.sformsition benutzt wurde, er^CTEb sich für den gesamten Verstärkungsfaktor Pd entlang der Richtung D, welches die Richtung einer den Winkel α halbierenden Linie ist:

Po = Pi x Pi

P] und Pi sind Verstärkungsfaktoren des ersten und zweiten Gitters.

Bisher wurde im Falle maschennetz- oder siebartiger Filter (zwei sich kreuzende Gitter) nur die cut-off-Charakteristik bei einem begrenzten Frequenzbereich besprochen. Wenn jedoch das obige Ergebnis verwendet wird, kann ein optisches Tiefpaßfilter mit Frequenz-cutoff-Charakteristiken verschiedener Art erhalten werden.

In der Erfindung sind Gitter mit unterschiedlichen cut-off-Leistungen kombiniert Auf diese Weise kann eine auf Grund der zwei Gitter auftretende Interferenz ausgeschaltet werden, und gleichzeitig wird die Auswahl der Arten der cut-off-Charakteristiken vereinfacht Um die notwendigen cut-off-Charakteristiken zu erhalten, muß wiederum jedes Gitter die Gleichung (4) erfüllen.

Folgende Beispiele mögen die obigen Aussagen vereinfacht darstellen.

Wie aus den Gleichungen (2) und (3) zu ersehen ist ist P eine Kosinusfunktion. Zum Beispiel wird in dem roten Spektrum Ag = 0,66 π ό= (2N— 1)jr. Der Verstär-

a 1
kungsfaktor P eines Gitters mit -ψ = -ζ wird in diesem Spektralbereich so wie in F i g. 5 dargestellt Das obige Gitter hat eine Charakteristik mit einer hohen cut-off-Wirksamkeit in dem roten Bereich.
F i g. 6 zeigt die gleiche Graphik ν ι Pdes Gitters mit

— = — im blauen Spektrum Ag = 0,41 μ. In diesem Fall

wird ö = (2Μ—\)π, und dieses Füler ist wirksam, um die räumliche Frequenz in dem blauen Spektrum wegzuschneiden. Es ist festzuhalten, daß die Skala auf der Abszisse sowohl in F i g. 5 als auch in F i g. 6 beide Male

.o i^ist"

Wie der Fig. 5 leicht zu entnehmen ist, hängt der P-Wert des Rotfiltergitters in dem blauen Spektralbereich von dem Faktor δ der Phasen verzögerung ab, und sein Wert ist immer geringer als 1. Wenn deshalb zwei verschiedene Gitter, eines mit einer hohen cut-off-Leistung in dem roten, das andere in dem blauen Bereich, übereinandergreifen, dann wird der gesamte Verstär-

Mil'lgSiäKtOF r in uciTi LMäücTi opCivträiuCrCiCu ny im™iC"

in den Bereich -0,3 < P_D < +0,3 fallen. Der Grund dafür ist, daß, folgend aus der Gleichung (5), der Verstärkungsfaktor des Gitters mit tatsächlichem cut-off im roten Bereich in dem blauen Spektralbereich geringer als 1 ist.

Derselbe Effekt gilt für den roten Spektralbereich Ar.

Der Verstärkungsfaktor Pd in diesem Bereich wird in den Bereich -0,3 £ P_D < +0,3 fallen und die räumliche Frequenz in dem blauen Spektralbereich wegschneiden.
Durch Kombination zweier Filter, wie oben beschrieben, kann deshalb ein doppelschichtiges Filter mit notwendiger cut-off-Wirksamkeit erhalten werden. Dieses Filter wird die unerwünschten roten und blauen Komponenten wegschneiden und gleichzeitig mehrere Ansprechcharakteristiken für seinen grünen Spektralbereich geben.

Als Beispie! zeigt F i g. 7 die Änderung von Pn eines doppelschichtigen Gitters. Wenn Gitter mit N = 3, wie in Fig. 5, und M = 2, wie in Fig. 6, übereinandergreifen, wird der Po-Wert in dem grünen Bereich höher als die anderen.

Im Falle, daß N = 1 und M = 1 ist, nimmt der Pd-Wert in dem grünen sowie in den anderen Spektralbereichen bis auf nahezu Null ab. Deshalb wird so ein optisches Tiefpaßfilter mit cut-off-Frequenzen im gesamten Bereich erhalten.

Fig.8 und 9 zeigen die zahlenmäßig berechneten Spektral-Wirksamkeiten bei N = 3, M = 2 bzw. N = \, M = 1. F i g. 8 ist ein Beispiel dafür, daß der rote und blaue Spektralbereich weggeschnitten werden und der grüne hindurchgelassen wird F i g. 9 zeigt die Leistung des Gitters, das die räumliche Frequenz in allen Bereichen v?egschneidet

In ähnlicher Weise kann, wenn zwei Gitterarten, die die Gleichung (4) erfüllen, das eine im roten {Ar = 0,6 μ—0,7 μ) und das andere im blauen Spektrum (Ab = 038 μ ~ 0,5 μ), in bestimmter Weise kombiniert werden, ein Wert des Verstärkungsfaktors Pd in dem grünen Spektralbereich nach Belieben gewählt werden.

Wenn zum Beispiel ein Gitter mit der Phase eines

3 I

Phasenfaktors 3 jt und dem Verhältnis -ψ = -^- in dem roten Bereich Ar = 0,66 μ und ein anderes mit dem Pha-

a 1
senfaktor 3 π und -jt = -ζ in dem biauen Bereich Ab — 0,42 μ miteinander kombiniert werden, dann fällt die cut-off-Frequenz des grünen Spektrums zwischen die zwei oben erwähnten Filterarten.
Der bedeutendste Vorteil dieser Erfindung, der Korn-

bination zweier Gitter in Überkreuzmanier, ist die Tatsache, daß die cut-off-Frequenz sowohl im roten wie im blauen Bereich unabhängig gewählt werden kann.

Der Grund für die obige Aussage ist folgender. Die cut-off-Frequenz /cdes einschichtigen Gitters ist umgekehrt proportional zur Wellenlänge λ, wie aus Gleichung (1) ersichtlicji. Deshalb ist die räumliche cut-off-Frequenz des blauen Spektrums höher als die des roten. Im Gegensatz zu dem einschichtigen Gitter gibt das doppelschichtige optische Tiefpaßfilter, wie im Falle der Erfindung, eine Möglichkeit, die Sperrfrequenz unabhängig zu wählen. Dies kann vorgenommen werden, indem die Laminarbreite des blauen und roten Bereichs verändert wird, wenn der Abstand vom Gitter zum Brennpunkt konstant gehalten wird.

Wenn zum Beispiel beide Gitter die Bedingung

— = -γ erfüllen und die Laminarbreite des blauen

Sperrgitters y der des roten Sperrgitters ist, dann können die räumlichen cut-off-Frequenzen sowohl im blauen wie im roten Bereich gleichwertig gemacht werden.

Im Falle der obigen Bedingung können zwei Gitter mit unterschiedlicher Laminarbreite verwendet werden. Jedoch es ist auch möglich, Gitter mit derselben Laminarbreite zu verwenden. Dies ist möglich durch Veränderung des Winkels zwischen D in F i g. 4 und der Abtastrichtung der Aufnahmeröhre, wodurch auch die wirksame Laminarbreite verändert wird. Deshalb kann die räumliche cut-off-Frequenz des roten und blauen Spektrums beliebig gewählt werden.

Unterschiedliche Arten von Filtern fallen unter diese Erfindung.

Im Falle der vorhergehenden Beispiele sind zwei Gitter übereinander gelegt und dadurch wird der Wert b (Abstand von der Gitterplatte zum Brennpunkt) festgelegt. Jedoch es ist auch möglich, zwei Gitter in getrennter Position anzuordnen. Indem der Wert b, also die Abstände von den Gittern zum Brennpunkt geändert wird, kann zusätzlicher Spielraum für die Auswahl der cut-off-Frequenz gewonnen werden.

In diesem Fall können die Gitter entweder auf beiden Seiten eines Substrats oder auf bestimmte Flächen von Komponenten aufgedampft sein.

Bis jetzt wurde nur der Fall des rechtwinkligen WeI-lenphasengitiers erläutert Die Bedingung läßt sich jedoch ebenso anwenden auf ein dreieckiges und trapezoides Wellengitter, wie sie in der US-PS 38 21 795 gezeigt sind. Die effektive Laminarbreite dieser Gitter muß der des rechtwinkligen Wellengitters gleich gemacht werden. Die effektive Laminarbreite des dreiekkigen Wellengitters bedeutet den Durchschnittswert der Breite des Laminarabschnittes.

Das Phasengitter mit periodischer Wellenform wurde zuvor betrachtet Jedoch die Bedingung für ein Gitter von unregelmäßiger Laminarbreite ist genau gleich, wenn der Verstärkungsfaktor P in Gleichung (2) P = IA₀-Ir(X -A^l² gesetzt wird.

In der obigen Gleichung ist A₀ ein Flächeninhalt des Filters ohne Berücksichtigung eines Gitters.

Wenn eine durchschnittliche Phasenbreite a ersetzt wird durch a in Gleichung (1), ist ihre Gleichung genau auf das Poisson-Gitter anwendbar.

Damit das Poisson-Gitter anwendbar wird auf das doppelschichtige Tiefpaßfilter, muß die Bedingung IPIS 0,3 für jedes Poisson-Gitter erfüllt sein.

Deshalb kann ein doppelschichtiges Tiefpaßfilter entweder aus zwei unregelmäßigen Wellengittern oder aus der Kombination ei ss Gitters mit regelmäßigen und eines Gitters mit unregelmäßigen Spalten bestehen.

Das doppelschichtige Tiefpaßfilter der Erfindung kann leicht durch Aufdampfen von Magnesium-Fluorid (MgF₂), Siliciumoxyd oder Titanoxyd hergestellt werden.

Der Kreuzungswinkel von 90° ~ 160° ist der Bereich mit dem besten Ergebnis.

Mit der Erfindung wurde ein optisches Tiefpaßfilter ίο für eine Farbfernsehkamera des Typs mit einem Farbkodierfilter zum Kodieren einer Vielzahl von Farbsignalen, die durch eine einzige Röhre ermittelt weiden müssen, geschaffen. Das optische Filter umfaßt zwei Sätze von Phasengittern, von denen der eine Satz die hohe räumliche Frequenzkomponente eines bestimmten Spektrums (z. B. blau und/oder rot) und der andere Satz die hohe Frequenzkomponente eines anderen Spektrums (z. B. grün) bei einer höheren Frequenz als der ersten wegschneidet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Optisches Tiefpaßfilter für eine Farbfernsehkamera, bei der vor einem Bildsensor ein Farbstreifenfilter zur Farbtrennung angeordnet ist, so daß dem Bildsensor mehrere Farbsignale entnehmbar sind, und wobei das optische Tiefpaßfilter zur Unterdrükkung von durch die Geometrie eines Aufnahmeobjektes bedingten Störungen der Farbsignale vor dem Bildsensor im Strahlengang der Farbfernsehkamera angeordnet ist und aus zwei Tiefpässen besteht, die jeweils von einem Phasengitter aus parallel zueinander angeordneten transparenten Streifen gebildet sind, wobei die beiden Phasengitter derart gegeneinander verdreht sind, daß die transparenten Streifen des einen Phasengitters die transparenten Streifen des anderen Phasengitters schneiden, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasengitter in ihren! Aufbau und in ihrer Anordnung derart bemessen sind, daß einer der beiden Tiefpässe die durch die Geometrie des Aufnahmeobjekts bedingten Störungen eines der Farbsignale unterdrückt und der andere der beiden Tiefpässe die durch die Geometrie des Aufnahmeobjektes bedingten Störungen eines anderen der Farbsignal unterdrückt

Z Optisches Tiefpaßfilter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste Filterschicht (2a) zum Sperren einer Phase sowie eine zweite Filterschicht (2b) zum Sperren einer Phase, wobei die beiden Filterschichten (2a, 2b) eine Mehrzahl von phasensperrenden Gitterstreifen aufweisen, de jeweils im Verhältnis zueinander nichtpaial'.el ausgerichtet sind, und wobei sich die Konstruktions.>arameter jedes der Gitter jeweils auf eine Primärfarbe beziehen und eine kombinierte optische Übertragungsfunktion gegeben ist mit der Eigenschaft, die Signalkomponenten von höherer räumlicher Frequenz der Primärfarben wegzuschneiden, während die Helligkeitssignale mit räumlichen Frequenzkomponenten oberhalb der cut-off-Frequenz der Primärfarben durchgelassen werden, und wobei die Filterschichten (2a, 2b) bzw. das erste und das zweite Gitter den folgenden Gleichungen genügen: