DE2607725B2

DE2607725B2 - Bildaufnahmeröhren-Optik für einen Farbfernsehsignal-Generator

Info

Publication number: DE2607725B2
Application number: DE2607725A
Authority: DE
Inventors: Saburo Mobara Nobutoki; Yukio Osaka Okana
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: 1978-04-20
Also published as: JPS5549723B2; JPS5217841A; US4100570A; DE2607725C3; DE2607725A1

Description

4. Optik nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Gesamt-Frequenzgang R(f\) bei der unteren Grenzfrequenz des Farbartbandes >0,l 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 I, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter-Raumfrequenz-Filter (7) in einem Bildaufnahme-Linsensystem vorgesehen ist.

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 LiNbO₃ 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.

nente identisch mit der Raumfrequenz des streifenförmigen Farbtrennfilters hat, kann das Bild des Objekts irrtümlich als ein Farbsignal durch ein Luminanzsignal (Leuchtdichtesignal) dieser Frequenzkomponente unab- -, hängig von der dem Objekt eigenen Farbe genommen verden, da bei dieser Fernsehkamera das streifenförmige Farbtrennfilter oder ein Projektionsbild aufgrund des Lichtes vom Objekt im wesentlichen überlagert auf dem Objektbüd angeordnet ist, das durch eine Bildaufnahme-

ID linse 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-Farbfern-

r, sehkameras mit streifenförmigem Farbtrennfilter und besonders bei Einröhren-Farbfernsehkameras beobachtet.

Zur Lösung dieses Problems wurden bereits zahlreiche Anstrengungen unternommen, von denen weiter

2(i unten ausgewählte Beispiele erläutert werden.

Zunächst wurde schon erwogen (vgl. DE-AS 20 27 035 - entsprechend US-PS 35 88 224 -; S. Nobutoki et al.: »A Color Separating Filter Integrated Vidicon for Frequency Multiplex System Single Pick-up Tube Color Television Camera«, IEEE Trans, on E. D. E. D.-18, 1094 [1971, November]), 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 Tiefoaßfilter mittels ihrer doppelbrechenden Eigenschaft bildet, kann eine Quarzplatte, eine Kalzitplatte oder eine Platte aus LiNbO₃ sein, die den 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(Q (optische Übertragungsfunktion OTF), bei dem R(Q_A, das R(Q für die Kurve A bedeutet, durch die folgende Gleichung gegeben ist:

Die Erfindung betrifft eine Bildaufnahmeröhren-Optik für einen Farbfernsehsignalgenerator, insbesondere eine Optik einer Farbfernsehkamera mit einem streifenförmigen Farbtrennfilter (Farbcodierfilter).

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.

Wenn das Bild des Objekts auf dem streifenförmigen Farblrennftller erzeugt wird und eine Frequenzkompo-

f = Raumfrequenz und

/ö = Null- bzw. »Trap«-Frequenz, d. h. die Frequenz, bei der/?(ϊ;,ι = 0 gilt.

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

Wie aus der Kurve A der F i g. 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 NuHfrequenz L die R(Qa = O bewirkt, gewöhnlich im Farbsignalträgerband /Ί ~ /2 liegt und die Bildschärfe plötzlich für Frequenzen oberhalb und unterhalb der Frequenz f₀ 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-Signals leicht unzureichend.

Weiterhin wurde ein Beugungsgitter-Raumfrequenz-Filtersystem erwogen (vgl. US-PS 36 18 519, DTOS 21 34 943 - entsprechend US-PS 37 56 695 -; R. L. Townsend: »Spatial Frequency Filter for a Keil-Type Color Camera«, Applied Optics, Bd. 11, 2463 [1973, November], und M. Mi no et al: »Optical Low-Pass Filter for a Single Vidicon Color Television Camera«, ]. O. S. A., Bd. 81, 282 [1972, April]), 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 Sin Fig. 1 zeigt den Frequenzgang (OTF) R(Q, der erhalten wird, wenn das Filter mit dem Rechteckwellen-Phasen-Beugungsgitter verwendet wird. Die Kurve R(Q₈ stellt R(QiUr die Kurve ßdar, und die folgenden Gleichungen gelten für die Kurve B:

Für O ^ / ύ L ■

RiJh=

- COS Λ)

jf^} J

(2)

R(Jh =

a = Breite eines Teiles, der eine Phasenverzögerung ό

des Gitters bewirkt,
b — umgeformte Entfernung zwischen Bildebenen des Gitters,

X= Periode des Gitters,
δ = Phasenverzögerung einer Wellenebene durch das Phasengitter, das durch

2.7
ή = —Mil -»')(/

gegeben ist,
λ = Lichtwellenlänge,

η = Brechungsindex des Phasengitter-Werkstoffes, n'= Brechungsindex des Mediums, d= Dicke des Phasengitters,
/i= Grenzfrequenz und
fp= Frequenz, bei der der Frequenzgang wieder ansteigt.

Obwohl, wie aus der F ι g. 1 und den Gleichungen (2) und (3) hervorgeht, mit dieser Optik eine im wesentlichen ausreichende Verringerung von Pseudo-Farbsignalen über dem gesamten Bereich des Farbaribandes durch geschickten Aufbau erzielt werden kann, wenn f_a=k 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 NuHfrequenz erzielt werden kann.

Nach umfangreichen Versuchen haben die Erfinder ermittelt, daß eine ausreichende Verringerung des Pseudo-Signals 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 erhallen wird, wenn die beiden Arten der Tiefpaßfilter hintereinander vorgesehen sind.

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

erzeugten Pscudo-Farbsignalen einschließlich eines streifenförmigen Farbtrennfilters vor, wobei eine doppelbrechende Platte und ein Beugungsgitter-Raumfrequenz-Filter hintereinander in einem Strahlengang vorgesehen sind, um ein hohes Auflösungsvermögen im

jo Luminanzband aufrechtzuerhalten und gleichzeitig eine ausreichende Verringerung der Pseudo-Farbsignale zu zeigen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

j5 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 erfindungsgemäß in der Nähe einer Bildebene bei Berücksichtigung von deren Funktion vorgesehen. Auf diese 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.

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(Q dargestellt. Kurven A und B zeigen die Frequenzgänge, wenn jeweils die doppe'brechende Platte und das Beugungsgitter-Raumfrequenz-Filter mit dem Phasengitter verwendet werden. Der Gesamt-Frequenzgang R(Q in der Figur kann _b5 durch die folgende Gleichung angegeben werden, die auf den Gleichungen (1) und (2) beruht:

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 unterdrükken.

Insbesondere ist erforderlich, daß im Bereich f< /"</

< 0.2

Beispiel 1

und im Bereich / >

RiJ) =

ρ cos

< 0.2

gilt. Das Beugungsgitter-Raumfrequen/.-Filter kann, wie oben erläutert wurde, in seinem Aufbau zahlreichen Änderungen unterworfen sein, so daß die Kurve von R(Qn 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 ist nicht aus einfachen Geradenstücken zusammengesetzt, wie dies durch die Kurve S in Fig. 1 gezeigt ist. Ganz allgemein sollte die folgende Gleichung im Farbartband erfüllt sein:

RiJ) := I Kl./)., -Kl./),, I £0.2 I4|

Im Bereich der obigen Bedingung wurde experimentell ein optimaler Wert ermittelt, was zum folgenden führte: Wenn erstens die untere Grenzfrequenz /'des Farbartbandes nicht auf einem relativ hohen Wert gehalten wird, werden der Frequemigang 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(Q bei /Ί so eingestellt wird, daß die Forderung R(f\)> R(h) und vorzugsweise die folgende Gleichung erfüllt ist:

RiI₁) - Kl/,I, -RiJ₂)I, ■> 0.1

Zweitens ist bei der Untersuchung des Frequenzganges R(Qc für die Bildaufnahmelinse deren Auflösungsvermögen bei der oberen Grenzfrequenz /j des Farbartbandes im allgemeinen niedriger als diejenige bei der unteren Grenzfrequenz /Ί, und bei einem Beispiel beträgt die erstcre ungefähr 70% der letzteren. Dies bedeutet es kann eintreten:

RiJ₂), - 0.7K(./|l,

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

IKl/), -RiI)₁,- RiI)₁ I ί 0.2

tiiul dii¹ (ilcidiiini! (5| eryibl dassclbu in der Form: Kl/,I HiI₁), Kl/, 1,,'Kl/, I, > 0.15

der Lrliiulung werden weiter unten nüher In einer Bildaufnahmc-Optik, die ein Einröhrcn-F'arbfernseh-Bildaufnahmesystem mit

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

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

/> = 23 LP/mm

(was ungefähr 5,7 MHz entspricht, wenn durch ein japanisches Standardfcrnschsyslcm mit einer Bildaufnahmeröhrc von einem Zoll abgetastet wird), hat, werden ein optisches Tiefpaßfilter mit einer doppelbrechendcn Platte mit

f»= 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 dem /y=36

r. LP/mm (Q== -0,05) für Licht von 546 πιμ gilt, in einer Reihe angeordnet, und es wird der Frequenzgang durch den Grünbereich messendes Licht mit der Wellenlänge von 546 ΐημ gemessen, um die in Fig. 3 gezeigten Kurven zu erhalten. Die Farbfernseh-Bildauf-

Ki nähme 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-

j-> Testbild als schiechtestes Objekt verwendet wird, das das Pseudo-Farbsignal am beträchtlichsten erzeugt. Das Auflösungsvermögen bezüglich eines weißen Lichtstrahles im Farbartband dieser Optik zur Unterdrükkung des Pseudo-Signals überschreitet nicht 20%,

w sondern zeigt ungefähr 18% bei /], ungefähr 0% bei f₍₎ und ungefähr 12% bei h.

Beispiel 2

Es wird dasselbe Tiefpaßfilter mit der doppelbrechen-

j-, den 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 Rcchleckwcllen-Phascngitter mit /p=21 I.P/mm

",π ((?= —0,25) für Licht mit einer Wellenlänge von 546 ιημ in einer Reihe angeordnet ist, wird der Frequenzgang durch Messen des Lichtes mil einer Wellenlänge von 546 ηιμ gemessen, um die in F i g. 4 gezeigte Kcnnlinicnkurvc AB zu erhalten. Die Farbfernseh-Bildaufnahmc

r, durch diese Optik zeigt, daß keine merklichen Pseudo-Signale beobachtet werden, wenn deren Verringerung mit dem gleichen Objekt wie beim Beispiel I untersucht wird. Jedoch wird eine etwas merkliche Abnahme im Auflösungsvermögen beobachtet, was auf

hi ι der beträchtlichen Herabsetzung im Frequenzgang im Luminanzband liegt, und es mangelt an der Schärfe des wicdcrgcgebcnen Bildes. Das Auflösungsvermögen zum weißen Lichtstrahl im Farbartband dieser Optik zur Unterdrückung von Pscudo-Signalcn überschreitet im

in allgemeinen nicht 10%, sondern zeigt ungefähr 10% bei I]. ungefähr 0% bei /»und ungefähr 5% bei f₂.

Während bei den obigen Beispielen jeweils eine iliinnelbrechendi· Platte um\ ein lU'Uiriini.'SL'illi.T-Raimi

frequenz-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-Bildaufnahme unterworfen wird.

Während die obigen Ausführungsbeispiele anhand einer Optik für eine Doppelfrequenz-Frequenztrenn-Einröhren-Farbfernsehkamera erläutert wurden, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt, sonden 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, da: räumlich durch ein Streifenfilter moduliert ist. Insbeson dere ist die Erfindung zur Farbbildübertragung mi einem Streifenfilter geeignet.

-> Was die Stellung des Streifenfilters in der Bildaufnah meröhren-Optik anbelangt, so liegt dieses an eine Stelle, die im wesentlichen optisch in Berührung mi einer photoelektrischen Umwandlungsebene der Bild aufnahmeröhre im System mit der ein Filter enthalten

id den Bildaufnahmeröhre ist, aber das gleiche Konzept is auf eine sog. Relaislinsen-Einröhren-Farbkarnera an wendbar, bei der das Objektbild auf die Ebene fokussier ist, auf der die Streifenfilter vorgesehen sind, und da: fokussierte Bild und die Streifenfilter werden weite

ij durch die Relais-Optik auf die photoelektrischf Umwandlungsebene fokussiert.

Für das doppelbrechende optische Tiefpaßfilter sine zahlreiche Arten möglich, und für das optisch« Tiefpaßfilter vom Beugungstyp sind ebenfalls zahlreich!

Arten möglich, wie z. B. eine eindimensionale Anord nung, eine zweidimensionale Anordnung oder Verbes serungen hiervon. Selbstverständlich ist die Erfindunj auch bei diesen Tiefpaßfiltern zusammen anwendbar.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bildaufnahmeröhren-Optik, mit einem streifenförmigen Farbtrennfilter für einen Farbfernsehsignal-Generator und mit wenigstens einem Beugungsgitter-Raumfrequenz-Filter zur Abschwächung des Licht-Frequenzgangs der Optik mindestens für die Farbartband-Raumfrequenzen, gekennzeichnet durch wenigstens eine für sich bekannte doppelbrechende Platte (6), die in Reihe mit dem Beugungsgitter-Raumfrequenz-Filter (7) im Bildaufnahme-Strahlengang angeordnet ist.

2. Optik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamt-Frequenzgang R(Q im Farbartband < 0,2 ist.

3. Optik nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamt-Frequenzgang R(h) bei der oberen Grenzfrequenz /j des Farbartbandes kleiner als der Gesamt-Frequenzgang R(h) bei der unteren Grenzfrequenz /1 des Farbartbandes ist, d. h.