DE2607725A1

DE2607725A1 - Bildaufnahmeroehren-optik

Info

Publication number: DE2607725A1
Application number: DE19762607725
Authority: DE
Inventors: Saburo Nobutoki; Yukio Okano
Original assignee: Hitachi Ltd; Minolta Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Minolta Co Ltd
Priority date: 1975-03-12
Filing date: 1976-02-25
Publication date: 1976-09-16
Also published as: JPS5217841A; DE2607725C3; US4100570A; JPS5549723B2; DE2607725B2

Description

Bildaufnahmeröhren-Optik

Die Erfindung betrifft eine Bildaufnahmeröhren-Optik, insbesondere eine Optik einer Farbfernsehkamera mit einem streifenförmigen Farbtrennfilter.

Im allgemeinen wird bei einer Ein- oder Zweiröhren-Farbfernsehkamera mit streifenförmigem Farbtrennfilter (Farbfilter) ein Bildträger-Lichtstrahl eines Objekts in Rot-, Blau- usw. -Licht durch das streifenförmige Farbtrennfilter zerlegt, und das zerlegte Licht wird auf einen photoleitenden Film gerichtet, der seinerseits durch einen von einem Elektronenstrahlerzeuger ausgestrahlten Elektronenstrahl abgetastet wird, um Videosignale entsprechend den jeweiligen Farbkomponenten von einer Signalelektrode zu erzeugen .

81-(A 1369-02) Ko-r (9)

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Wenn das Bild des Objektes auf dem streifenförmigen Farbtrennfilter erzeugt wird und eine Frequenzkomponente identisch mit der Raumfrequenz des streifenförmigen Farbtrennfilter s hat, kann das Bild des Objektes irrtümlich als ein Farbsignal durch ein Luminanzsignal (Leuchtdichtesignal) dieser Frequenzkomponente unabhängig von der dem Objekt eigenen Farbe genommen werden, da bei dieser Fernsehkamera das streifenförmige Farbtrennfilter oder ein Projektionsbild aufgrund des Lichtes vom Objekt im wesentlichen überlagert auf dem Objektbild angeordnet ist, das durch eine Bildaufnahmelinse auf einer photoelektrischen Umwandlungsebene gebildet wird. Mit anderen Worten, das Objektbild wird als Pseudo- oder unechtes Farbsignal genommen, so daß das wiedergegebene Bild fehlerhafte Farben hat. Diese Erscheinung wird bei Ein- und Zweiröhren-Farbfernsehkameras mit streifenförmiges.Farbtrennfilter und besonders bei Einröhren-Farbfernsehkameras beobachtet.

Zur Lösung dieses Problems wurden bereits zahlreiche Anstrengungen unternommen, von denen weiter unten ausgewählte Beispiele erläutert werden.

Zunächst wurde schon erwogen, eine doppelbrechende Platte in einem Bildaufnahme-Strahlengang der Fernsehkamera mit dem streifenförmigen Farbtrennfilter anzuordnen, um ein sog. optisch difokussiertes Bild für die Raumfrequenzkomponente entsprechend der Raumfrequenz des streifenförmigen Farbtrennfilters zu erzeugen, während die Bildschärfe für das Raumfrequenzband (im folgenden als Luminanzband bezeichnet) so hoch wie möglich gehalten wird, das niedriger als das Frequenzband ist, zu dem die Raumfrequenz gehört (im folgenden als Farbartband bezeichnet). Die doppelbrechende Platte, die ein optisches Tiefpaßfilter mittels ihrer doppelbrechenden Eigenschaft bildet, kann eine Quarzplatte, eine Kalzitplatte oder eine Platte aus LiNbO₃ sein, die den

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tr

einfallenden Strahl in zwei Strahlengänge für den außerordentlichen Strahl und den ordentlichen Strahl teilt, um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen. Eine Kurve A in Fig. 1 zeigt einen mit diesem Verfahren erhaltenen Frequenzgang R (f), bei dem R(f) , das R(f) für die Kurve A bedeutet, durch die folgende Gleichung gegeben ist:

R(f), = fcos (f · f )1 (1)

mit f = Raumfrequenz, und

f = Null- bzw. "Trap"-Frequenz, d. h. die Frequenz, bei der R(f), = 0 gilt.

Die Nullfrequenz f wird durch die Brechungsindizes für den ordentlichen und den außerordentlichen Strahl der doppelbrechenden Platte, den Schnittwinkel des Kristalles mit der Kristallachse der Platte und deren Dicke bestimmt. Um das Pseudo-Farbsignal zu unterdrücken, wird die Frequenz f zwischen den Frequenzen f.. und f„ im Farbartband eingestellt.

Wie aus der Kurve A der Fig. 1 und der obigen Gleichung (1) hervorgeht, hat diese Optik ein relativ hohes Auflösungsvermögen im Luminanzband, was zu einem scharfen Bild führt; sie weist jedoch eine relativ kleine Reduzierung oder Verringerung von Pseudo-Signalen auf, da die Nullfrequenz f , die R(f), = 0 bewirkt, gewöhnlich im Farbsignalträgerband f ₁ /-^ f liegt und die Bildschärfe plötzlich für Frequenzen oberhalb und unterhalb der Frequenz f zunimmt. Bei einer Einröhren-Farbfernsehkamera mit Trennung in zwei Frequenzen, die ein relativ breites Farbartband hat, wie z. B. 3,0 MHz bis 6,5 MHz, ist die Verringerung des Pseudo-Signales leicht unzureichend.

Weiterhin wurde ein Beugungsgitter-Raumfrequenz-Filter-

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system erwogen, bei dem das Pseudo-Signal mittels der Lichtbeugung durch ein Helligkeitsgitter oder ein Phasengitter unterdrückt wird. Für die Gitteranordnung des Beugungsgitters wird oft ein eindimensionales oder zweidimensionales, Rechteckwellen- oder Sinuswellen-Phasen-Beugungsgitter (Anordnung) oder ein Beugungsgitter mit beliebiger oder statistischer oder zufälliger Verteilung verwendet. Die Kurve B in Fig. 1 zeigt den Frequenzgang (MTF) R(f), der erhalten wird, wenn das Filter mit dem Rechteckwellen-Phasen-Beugungsgitter verwendet wird. Die Kurve R(f)_n stellt R(f) für die Kurve B dar, und die folgenden Gleichungen· gelten für die Kurve B:

fa = a/A_b

^{Q = 1} " ΊΓ
Für O = f = fa:

^R(f)B ^e-

Für f_Q = f = f_p:

R(f)_B = Q (3)

mit a = Breite eines Teiles, der eine Phasenverzögerung 6 des Gitters bewirkt,

b = umgeformte Entfernung zwischen Bildebenen des Gitters,

X = Periode des Gitters,

S = Phasenverzögerung einer Wellenebene durch das Phasengitter, das durch

6 = lX- (n - n·) d
gegeben ist,

λ = Lichtwellenlänge,

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η = Brechungsindex des Phasengitter-Werkstoffes, η¹ = Brechungsindex des Mediums,

d = Dicke des Phasengitters,
f = Grenzfreguenz, und
f = Frequenz, bei der der Frequenzgang wieder ansteigt.

Obwohl, wie aus der Fig. 1 und den Gleichungen (2) und (3) hervorgeht,'mit dieser Optik eine im wesentlichen ausreichende Verringerung von Pseudo-Farbsignalen über dem gesamten Bereich des Farbartbandes durch geschickten Aufbau erzielt werden kann, wenn f = f eingestellt wird, ist ein ausreichendes Auflösungsvermögen im Luminanzband mit tieferer Frequenz nicht zu erzielen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Bildaufnahmeröhren-Optik anzugeben, mit der eine im wesentlichen ausreichende Verringerung von Pseudo-Signalen über dem gesamten Bereich des Farbartbandes ohne die Bildqualität verschlechternde Herabsetzung des Auflösungsvermögens im Luminanzband mit tieferen Frequenzen als die Nullfrequenz erzielt werden kann.

Nach umfangreichen Versuchen haben die Erfinder ermittelt, daß eine ausreichende Verringerung des Pseudo-Signales erzielt und ein hohes Auflösungsvermögen im Luminanzband beibehalten wird, wenn optische Tiefpaßfilter einer ersten und einer zweiten Art hintereinander, wenigstens eines von jeder Art, im Bildaufnahme-Strahlengang angeordnet werden. Dies beruht darauf, daß ein Gesamt-Frequenzgang durch das Produkt aus beiden.Frequenzgängen erhalten wird, wenn die beiden Arten der Tiefpaßfilter hintereinander vorgesehen sind.

Die Erfindung sieht also eine Bildaufnahmeröhren-Optik zur Verringerung von in der Bildaufnahmeröhre erzeugten

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Pseudo-Farbsignalen einschließlich eines streifenförmigen Färbtrennfilters vor, wobei eine doppelbrechende Platte und ein Beugungsgitter-Raumfrequenz-Filter hintereinander in einem Strahlengang vorgesehen sind, um ein hohes Auflösungsvermögen im Luminanzband aufrechtzuerhalten und gleichzeitig eine ausreichende Verringerung der Pseudo-Farbsignale zu zeigen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Kennlinien zweier bereits erwogener Bildaufnahmeröhren-Optiken;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bildaufnahmeröhren-Optik, und

Fig. 3 und 4 Kennlinien von zwei Ausführungsbeispielen der Erfindung.

In der Fig. 2 ist eine herkömmliche Einfarben-Bildaufnahmeröhre 1 einschließlich eines Filters mit einem transparenten Glasfenster 2, einem streifenförmigen Farbtrennfilter 3, einem transparenten leitenden Film 4 und einem photoleitenden Film 5 dargestellt. Eine doppelbrechende Platte 6 eines optischen Tiefpaßfilters ist erfindungsgmäß in der Nähe einer Bildebene bei Berücksichtigung von deren Funktion vorgesehen. Auf dise Weise kann die Optik klein und leicht ausgeführt werden. Ein Beugungsgitter-Raumfrequenz-Filter 7, das ein zweites Tiefpaßfilter bildet, sollte nicht in der Nähe der Bildebene vorgesehen sein, um zu verhindern, daß das Schattenbild des Gitters für sich die Bildebene beeinträchtigt und so die Bildqualität verschlechtert. Es wird daher vorzugsweise im Aufnahme-Linsensystem während der Herstellung angeordnet.

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Eine Kurve AG in Fig. 3 ist ein Gesamt-Frequenzgang, der erhalten wird, wenn beide Arten von Tiefpaßfiltern hintereinander im optischen Weg vorgesehen sind, und er ist durch R(f) dargestellt. Kurven A und B zeigen die Frequenzgänge, wenn jeweils die doppelbrechende Platte und das Beugungsgitter-Raumfrequenz-Filter mit dem Phasengitter verwendet werden. Der Gesamt-Frequenzgang R(f) in der Figur kann durch die folgende Gleichung angegeben werden, die auf den Gleichungen (1) und (2) beruht:

R(f) = |R(f)_A · R(f)_B|

Es hat sich gezeigt, daß, solange der Gesamt-Frequenzgang einen Wert gleich oder kleiner als 0,2 im Farbartband hat, das Auflösungsvermögen im Farbartband auf einen erforderlichen Bereich ohne sich auswirkende Aufgabe des Auflösungsvermögens im Farbartband verringert werden kann, um im wesentlichen die Erzeugung der Pseudo-Signale zu unterdrücken.

Insbesondere ist erforderlich, daß im Bereich f ■<'f :

R(f) = I cos (f . f ) . (1 - l-=-& f)l = 0,2 und im Bereich f > f :

R(f) = I Q * cos 4 * Γ I =0,2

gilt. Das Beugungsgitter-Raumfrequenz-Filter kann, wie oben erläutert wurde, in seinem Aufbau zahlreichen Änderungen unterworfen sein, so daß die Kurve von R(f)_D in. gewünschter Weise änderbar ist. Da der Wert von λ im wesentlichen nicht konstant gehalten werden kann, wenn die Farbfernsehkamera tatsächlich eingesetzt wird, tritt ein Effekt aufgrund chromatischer Aberration auf, und der tatsächliche Frequenzgang

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ist nicht aus einfachen Geradenstücken zusammengesetzt, wie dies durch die Kurve B in Fig. 1 gezeigt ist. Ganz allgemein sollte die folgende Gleichung im Farbartband erfüllt sein:

R(f) = I R(f)_A · R(f)_B|= 0,2 (4)

Im Bereich der obigen Bedingung wurde experimentell ein optimaler Wert ermittelt, was zum folgenden führte: Wenn erstens die untere Grenzfrequenz f des Farbartbandes nicht auf einem relativ hohen Wert gehalten wird, werden der Frequenzgang der Luminanzbandfrequenz und damit das Auflösungsvermögen des Fernsehbildes herabgesetzt, und es kann kein scharfes Bild erzeugt werden. Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, wurde ermittelt, daß der gesamte Frequenzgang R(f) bei f.. so eingestellt wird, daß die For derung RCf₁) > R(fn) ^und vorzugsweise die folgende Gleichung erfüllt ist:

= R(f-,)_A

Zweitens ist bei der Untersuchung des Frequenzganges R(f) für die Bildaufnahmelinse deren Auflösungsvermögen bei der oberen Grenzfrequenz f_ des Farbartbandes im allgemeinen niedriger als diejenige bei der unteren Grenzfre quenz f.., und bei einem Beispiel beträgt die erstere unge fähr 70 % der letzteren. Dies bedeutet, es kann eintreten

R(f₂)_c «*0,7 R(f-,)

Da andererseits das Auftreten von Pseudo-Signalen natürlich vom gesamten Frequenzgang der Kamera-Optik abhängt, hat die Gleichung (4) die wesentliche Wirkung einer Verringerung von Pseudo-Farbsignalen in der Form:

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|R(f)_A · R(f)_B · R(f)_c I ^ 0,2
und die Gleichung (5) ergibt dasselbe in der Form:

RCf₁) = R(f.,)_A * R(f-,)_B * ^R(^f-i>_c - °'¹⁵·

Beispiele der Erfindung werden weiter unten näher erläutert:

Beispiel 1

In einer Bildaufnahme-Optik, die ein Einröhren-Farbfernseh-Bildaufnahmesystem mit

f.. = 13 Linienpaare/mm (LP/mm)

(was ungefähr 3,3 MHz entspricht, wenn durch das japanische Standardfernsehsystem mit einer Bildaufnahmeröhre von einem Zoll (= 2,54 cm) abgetastet wird), und

f₂ = 23 LP/mm

(was ungefähr 5,7 MHz entspricht, wenn durch ein japanisches Standardfernsehsystem mit einer Bildaufnahmeröhre von einem Zoll abgetastet wird),

hat, werden ein optisches Tiefpaßfilter mit einer doppelbrechenden Platte mit

£ = 16 LP/mm

(was ungefähr 4,0 MHz entspricht, wenn mit dem japanischen Standardfernsehsystem mit einer Bildaufnahmeröhre von einem Zoll abgetastet wird) , und

ein Beugungsgitter-Raumfrequenz-Filter einschließlich eines Rechteckwellen-Phasengitters, bei < - 0,05) für Licht von 546 ΐημ gilt,

Rechteckwellen-Phasengitters, bei dem f_Q = 36 LP/mm (Q =

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in einer Reihe angeordnet, und es wird der Frequenzgang durch den Grünbereich messendes Licht mit der Wellenlänge von 546 πιμ gemessen, um die in Fig. 3 gezeigten Kurven zu erhalten. Die Farbfernseh-Bildaufnähme durch diese Optik zeigt, daß das Pseudo-Farbsignal im wesentlichen vollständig ausgeschlossen werden konnte und außerdem die geforderte Schärfe und die Klarheit des Bildes im wesentlichen im Luminanzband beibehalten wird, selbst wenn das Fernseh-Auflösungs-Testbild als schlechtestes Objekt verwendet wird, das das Pseudo-Farbsignal am beträchtlichsten erzeugt. Das Auflösungsvermögen bezüglich eines weißen Lichtstrahles im Farbartband dieser Optik zur Unterdrückung des Pseudo-Signales überschreitet nicht 20 %, sondern zeigt ungefähr 18 % bei f., ungefähr 0 % bei f_Q und ungefähr 12 % bei f₂·

Beispiel 2

Es wird dasselbe Tiefpaßfilter mit der doppelbrechenden Platte wie beim Fernsehsystem des Beispiels 1 verwendet, während die Kennlinie des Beugungsgitter-Raumfrequenz-Filters wie folgt eingestellt wird:

Bei der Bildaufnahmeröhren-Optik, bei der ein Rechteckwellen-Phasengitter mit f_Q = 21 LP/mm (Q « - 0,25) für Licht mit einer Wellenlänge von 546 πιμ in einer Reihe angeordnet ist, wird der Frequenzgang durch Messen des Lichtes mit einer Wellenlänge von 546 ΐημ gemessen, um die in Fig. 4 gezeigte Kennlinienkurve AB zu erhalten. Die Farbfernseh-Bildauf nähme durch diese Optik zeigt, daß keine merklichen Pseudo-Signale beobachtet werden, wenn deren Verringerung mit dem gleichen Objekt wie beim Beispiel 1 untersucht wird. Jedoch wird eine etwas merkliche Abnahme im Auflösungsvermögen beobachtet, was auf der beträchtlichen Herabsetzung im Frequenzgang im Luminanzband liegt,

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und es mangelt an der Schärfe des wiedergegebenen Bildes. Das Auflösungsvermögen zum weißen Lichtstrahl im Farbartband dieser Optik zur Unterdrückung von Pseudo-Signalen überschreitet im allgemeinen nicht 10 %, sondern zeigt ungefähr 10 % bei f., ungefähr 0 % bei f_Q und ungefähr 5 % bei f₂.

Während bei den obigen Beispielen jeweils eine doppelbrechende Platte und ein Eeugungsgitter-Raumfrequenz-Filter für sich angeordnet sind, können jeweils mehr als eines vorgesehen sein, um das angestrebte Ziel zu erreichen, solange andere Auslegungsfaktoren richtig gewählt sind.

Die Erfindung ist auch anwendbar, wenn die photographischen Teilchen verringert oder ein sog. Moire-Muster ausgeschlossen werden soll, das auftritt, wenn das ursprüngliche Bild, das durch die Maschenpunkte und die Abtastlinien bei der Photogravüre-Fernseh-Bildaufnahme wiedergegeben wird, erneut der Fernseh-Bildaufnähme unterworfen wird.

Während die obigen Ausführungsbeispiele anhand einer Optik für eine Doppelfrequenz-Frequenztrenn-Einröhren-rFarbfernsehkamera erläutert wurden, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern auch bei einem System vorteilhaft, bei dem das Farbartsignal durch die Anzahl der Farbträger, die Anzahl der verwendeten Bildaufnahmeröhren oder die Phasenunterscheidung der Farbträger erhalten wird, und die Verringerung der Pseudo-Signale wird beim jeweiligen Farbträgerband erzielt, indem die Konstanten entsprechend der Erfindung ausgewählt werden. Weiterhin ist die Erfindung nicht auf das Farbfernsehen beschränkt, sondern kann bei jedem System eingesetzt werden, bei dem ein Farbsignal durch ein Bild erhalten wird, das räumlich durch ein Streifenfilter moduliert ist. Insbesondere ist die Erfindung zur Farbbildübertragung mit einem Streifenfilter geeignet.

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Was die Stellung des Streifenfilters in der Bildaufnahmeröhren-Optik anbelangt, so liegt dieses an einer Stelle, die im wesentlichen optisch in Berührung mit einer photoelektrischen Umwandlungsebene der Bildaufnahmeröhre im System mit der ein Filter enthaltenden Bildaufnahmeröhre ist, aber das gleiche Konzept ist auf eine sog. Relais linsen-Einröhren-Farbkamera anwendbar, bei der das Objektbild auf die Ebene fokussiert ist, auf der die Streifenfilter vorgesehen sind, und das fokussierte Bild und die Streifenfilter werden weiter durch die Relais-Optik auf die photoelektrische Umwandlungsebene fokussiert.

Für das doppelbrechende optische Tiefpaßfilter sind zahlreiche Arten möglich, und für das optische Tiefpaßfilter vom Beugungstyp sind ebenfalls zahlreiche Arten möglich, wie z. B. eine eindimensionale Anordnung, eine zweidimensionale Anordnung oder Verbesserungen hiervon. Selbstverständlich ist die Erfindung auch bei diesen Tiefpaßfiltern zusammen anwendbar.

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Claims

Patentansprüche

G)

Bildaufnahmeröhren-Optik mit einem streifenförmigen Farbtrennfilter, gekennzeichnet durch wenigstens eine doppelbrechende Platte (6) und wenigstens ein Beugungsgitter-Raumfrequenz-Fitler (7), die zur Reduzierung des Frequenzganges wenigstens für die Farbartband-Raumfrequenzen hintereinander in einem optischen Bildaufnahme-Strahlengang angeordnet sind.
2. Optik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamt-Frequenzgang R(f) im Farbartband ·< 0,2 ist.
3. Optik nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamt-Frequenzgang Rif?) b^ei der oberen Grenzfrequenz f2 des Farbartbandes kleiner als der Gesamt-Frequenzgang R(f..) bei der unteren Grenzfrequenz f.. des Farbartbandes ist, d. h. RCf₁) >R(f₂).
4. Optik nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Gesamt-Frequenzgang R(f..) bei der unteren Grenzfrequenz des Farbartbandes - 0,1 ist.
5. Optik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die doppelbrechende Platte (6) näher bei der Bildaufnahmeröhre (1) als das Beugungsgitter-Raumfrequenz-Filter (7) ist.
6. Optik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter-Raumfrequenz-Filter (7) in einem Bildaufnahme-Linsensystem vorgesehen ist.

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7. Optik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die doppelbrechende Platte (6) aus Quarz, Kalzit oder LiNbO₃ besteht.
8. Optik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die doppelbrechende Platte (6) aus zweien der Werkstoffe Quarz, Kalzit und LiNbO., besteht.
9. Optik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter-Raumfrequenz-Filter (7) aus einem Rechteckwellen-Phasengitter oder einem Sinuswellen-Phasengitter besteht.
10. Optik nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter-Raumfrequenz-Filter (7) eine eindimensionale, zweidimensionale oder zufällig verteilte Anordnung hat.

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L e e r s"e ί t e