DE2625034C3 - Fernsehkamera mit sequentiellen Farbteilbildern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Fernsehkamera mit

sequentiellen Farbtcilbildern, bei der im Strahlengang zwischen dem Aufnahmeobjekt und dem Schirmträger der Kameraröhre ein sequentiell jeweils während wenigstens eines Teils einer Tcilbildpcriode unterschiedliche Farbfilter in den Strahlengang bringender bewegter Filters;»i/ angeordnet ist.

'πι CiCtCnsiit/ /11 herkömmlichen FurbfcnsohkamL'-ras mit drei Abtastsystemen für die drei Grundfarben ist bei einer derartigen Anordnung nur eine einzige Schwarz/Weiß-Kameraröhre vorgesehen, in der durch sequentielle Vorschaltung von Farbfiltern am Ausgang nacheinander die den unterschiedlichen Farbfiltern entsprechenden Teilbilder entstehen.

Gewöhnlich ist dabei der Filtersatz als vor dem Schirm der Kameraröhre rotierende Scheibe (oder Trommel) ausgebildet, mit einer Anzahl von den

to einzelnen unterschiedlichen Farbfiltern entsprechenden Sektoren. Angesichts der erforderlichen Geschwindigkeit bei der üblichen Bildfolgefrequenz von 25 Bildern pro Sekunde dreht sich diese Filterscheibe kontinuierlich. Dadurch bewegt sich auch der jeweilige Farbfilter während der innerhalb der Kameraröhre ablaufenden Abtastung eines Farbteilbildes am Schirmträger der Kameraröhre vorbei. Wenn nun die Synchronisation des Abtaststrahles in der Kameraröhre mit den einzelnen Sektoren der Filterscheibe nur ganz geringfügig fehlerhaft ist, dann tritt eine Farbverunreinigung des gerade abgetasteten Farbteilbildes auf: Einerseits führt ein zu früher Beginn der Abtastung dazu, daß Signale entstehen, die wenigstens zu einem geringen Teil von der Farbe des vorhergehenden Filters herrühren, andererseits nimmt der Abtaststrahl bei einer zu späten Beendigung des Abtastvorganges Signsle auf, die bereits di;rch das nachfolgende Farbfilter beeinflußt wurden. Zur Verminderung dieser »Farbverunreinigung« wurde bereits nach dem Stand der Technik ein gewisser Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Farbsektoren vorgesehen, gewöhnlich wurden undurchsichtige Stege zwischen die Farbsektoren eingefügt. Eine weitere bekannte Möglichkeit besteht darin, die Filterscheibe in unerwünschter Weise beträchtlich zu

r> vergrößern, so daß auch die Filtersektoren größer werden und die Gefahr einer Überlappung bei der Abtastung vermindert wird. Auch die optische Vergrößerung der Filterscheibe bzw. -Trommel über Spiegel- und Linsensysteme führt nicht zu einer grundsätzlichen Beseitigung des Problems der Farbverunreinigung, in jedem Fall aber zu einer mechanisch aufwendigen, erschütterungsempfindlichen und verhältnismäßig großen Bauform.
Eine Fernsehkamera der eingangs genannten Gattung ist bereits in der US-PS 36 03 722 beschrieben. Dabei ist der Filtersatz als Scheibe ausgebildet, in der sektorenweise mehrere Farbbilder sowie ein undurchsichtiger Sektor vorgesehen sind. Die einzelnen Sektoren sind dabei durch ebenfalls undurchsichtige Stege voneinander getrennt. Die verwendete Kameraröhre ist nach Art eines Orthicons bzw. Vidicons aufgebaut, weist also keinen Bildwandlerteil auf. Die Bildfolgefrequenz dieser bekannten Fernsehkamera ist außerordentlich gering. Es beträgt nämlich jede Teilbildperiode 1,6 see. Bei dieser geringen Geschwindigkeit ist es kein Problem, eine Farbverunreinigung der Farbteilbilder zu vermeiden. Überdies jedoch, wird die Filterscheibe bei dieser Fernsehkamera nicht kontinuierlich, sondern schrittweise bewegt, d. h., jedes der

M) Filter steht während des Abtastvorganges eines Farbteilbildes unbeweglich vor dem Target der Kameraröhre. Erst nach Abschluß des Abtastvorganges wird das nächste Filtersegment vor das Target geschwenkt. Da das in dieser Patentschrift genannte

c) Problem darin besteht, eine mechanisch möglichst einfache Antriebsanordnung für den Filtersatz zu schaffen, ist der Antrieb als gespannte Feder mit einem /wischengcschalteten Getriebe ausgeführt. Line Syn-

chronisation dieses Antriebs mit dem Abtastvorgang der Kameraröhre ist daher kaum möglich und im Rahmen der US-PS 36 03 722 auch keinesfalls angestrebt

Eine Fernsehkamera zur Abgabe sequentieller Farbteilbilder unter Verwendung einer einzigen Schwarz/Weiß-Aufnahmeröhre ist auch in der DE-PS 9 41 130 beschrieben. Als Kameraröhre ist auch hier ein Typ ohne Bildwandler vorgesehen, was sich daraus ergibt, daQ die Zielelektrode (Target) unmittelbar auf dem Schirmträger der Röhre angeordnet ist. Vor dem Target bewegt sich im Strahlengang eine durch einen elektrischen Motor synchron mit dem Ablenkfeld angetriebene Farbfiiterscheibe, welche mit roten, blauen und grünen Farbfiltern ausgestattet ist. Auf diese Weise wird das übertragene Bild in Teilbildfolge abgetastet, wobei jedes Teilbild einer Grundfarbe entspricht. Im einzelnen ist dazu schwerpunktsmäßig ausgeführt, wie die von der Kameraröhre abgegebenen Fjrbteilbild-Signale punkt- oder zeilenweise zerlegt und unter Zwischenspeicherung in einer Bildspeicherröhre zu Bildpunktsequenzen oder Zeilensequenzen der unterschiedlichen Farben weiterverarbeitet werden. Das Problem der Farbverunreinigung bei der Abtastung ist nicht angesprochen.

In der DE-PS 8 45 443 ist eine Vorrichtung zur Prüfung der Kopierfähigkeit von Farbnegativen beschrieben. Diese Vorrichtung umfaßt unter anderem eine Kathodenstrahlröhre, deren Bildpunkt über ein optisches System das zu prüfende Negativ beleuchtet. In jn Beleuchtungsrichtung hinter dem Negativ ist eine rotierende Filterscheibe mit segmentförmigen Farbfiltern angeordnet, durch die hindurch das beleuchtete Negativ auf einer Fotozelle abgebildet wird. Das von der Fotozelle abgegebene Signal wird dann zu Vergieichszwecken auf eine weitere Kathodenstrahlröhre gegeben, deren Schirmbild durch eine weitere, entsprechend zur ersten ausgebildete Filterscheibe zur Auswertung des Negativs beobachtet wird. Der die erste Filterscheibe hinter dem zu prüfenden Negativ antreibende Motor ist mit dem Abtastsystem der ersten Kathodenstrahlröhre so synchronisiert, daß der Abtastvorgang während des Durchgangs eines Farbfiltersektors erfolgt. Zur Farbkorrektion der zu prüfenden Negative ist einerseits vorgesehen, elektrisch durch .<■-, Änderung der Intensität der Ausleuchtung, also durch Steuerung der Elektronenemission der Elektronenstrahlröhre die Helligkeit des jeweils abgetasteten Farbteilbildes zu verändern. Andererseits ist aber auch angegeben, die Helligkeit der Farbteilbilder dadurch >o einzustellen, daß mechanisch die Größe der Farbsektoren der Farbfilterscheibe verändert wird. Da diese Veränderung während des Laufes des Filtersatzes erfolgen muß, ist die Filterscheibe aus drei, den Grundfarben entsprechenden, einzeln zueinander bewegbaren Filtersektoren und einer dreiflügeligen Scheibe mit drei Dunkelsektoren zusammengesetzt. Jeder der drei Filterscheiben stellt einen Kreissektor von 60° dar und ist außerdem mit einem Grausektor von ebenfalls einem Winkel von 60° zu einer Einheit to verbunden. Die Dunkelsektoren der dreiflügeligen Scheibe haben ebenfalls einen Winkel von 60° und sind im Winkel zueinander um 60° versetzt. Diese vier Elemente sind auf einer Kupplungseinheit miteinander verbunden und während der Drehung der gesamten (,5 Einheit in ihrer Stellung zueinander verschiebbar, so daß durch individuelle Überlappung eines Filtersektors mit dein benachbarten Grausektor eines anderen Filterscktors und mit den Dunkeisektoren der dreiflügeligen Scheibe eine Veränderung der Winkelausdehnung jedes der Farbsektoren ermöglicht ist

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht somit darin, eine Fernsehkamera der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der ohne Veränderung des Filtersatzes und mechanischem Aufwand eine Farbverunreinigung bei der Abtastung vermieden wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kameraröhre einen ausblendbaren Bildwandlerteil aufweist und daß zur Aufblendung des Bildwandlerteils während eines Bruchteils jeder Teilbildperiode eine Steuereinrichtung vergesehen ist.

Durch entsprechende Wahl des Bruchteils der Aufblendung jeder Teilbildperiode in Abhängigkeit von den Lichtverhältnissen, der Bildfolgefrequenz, der nutzbaren Größe von Filterscheibe und Schirmträger der Kameraröhre und dem zur Weiterverarbeitung erforderlichen Signal-Rausch-Verhältnis, erreicht man durch diese erfindungsgemäße Ausbildung, daß ohne mechanischen Aufwand und mit geringen Anforderungen an die Genauigkeit der Synchronisation von Filterbewegung und Abtastvorgang in jedem Fall eine völlige Vermeidung der eingangs erläuterten Farbverunreinigung erzielt werden kann. Darüber hinaus läßt sich mit der Steuereinrichtung in einfacher und für eine Fernbedienung geeigneter Weise das Aufblend-Intervall des Bildwandlerteils für jede Farbteilbildperiode getrennt einstellen, so daß nicht nur die Farbverunreinigung vermieden, sondern auch noch der Farbkontrast in optimaler Weise einjustiert werden kann.

Zur Lösung der genannten Aufgabe setzt also die Erfindung eine Kameraröhre mit einem Bildwandlerteil voraus, also eine Kameraröhre desjenigen Typs, bei dem das Aufnahmeobjekt auf einer Fotokathode abgebildet wird, die ein aus Sekundärelektronen gebildetes Elektronenbild abgibt, welches elektronenoptisch auf eine Targetplatte übertragen wird. Erst auf der Targetplatte entsteht ein dem optischen Bild tntsprechendes Ladungsbild, das dann nach dem Prinzip des Orthicons mittels eines Elektronenstrahls abgetastet wird, wobei der Elektronenstrahl entsprechend dem örtlich vorliegenden Ladungsmuster zurückgestreut und in einem Sekundärelektronenvervielfacher aufgefangen wird. Ein derartiges Orthicon mit Bildwandlerteil wird gewöhnlich als Super-Orthicon (auch Bild-Orthicon oder Image-Orthicon) bezeichnet. Durch entsprechende, nach außen geführte Anschlüsse der elektronenoptischen Linsenelektroden des Bildwandlerteils kann bei Anlegen entsprechender Spannungen der Bildwandlerteil ausgeblendet bzw. ausgetastet werden, so daß auf dem Target nur während der aufgeblendeten Zeitspanne ein Elektronenbild entsteht, obwohl unabhängig davon die Fotokathode ständig einem Lichteinfall ausgesetzt ist.

In gleicher Weise ist zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Anordnung ein Bild-Isocon geeignet, das im wesentlichen nach den Prinzipien eines Super-Orthicons arbeitet. Abweichend vom Super-Orthicon ist beim Bild-Isocon jedoch die Führung des rückgestreuten Abtast-Elektronenstrahls. Der vom Target in Richtung zur Elektronenkanone des Isocons rückkehrende Elektronenstrahl läßt sich nämlich in verschiedene Komponenten aufspalten, von denen nur eine die Information des Ladungsbildes auf dem Target trägt, während die beiden anderen lediglich zum Rauschanteil beitragen. Nur dieser eine Anteil des Elektronenstrahls wird durch eine besondere Ausbil-

dung der Elektrodenanordnung des Isocons dem Sekundärelektronenvervielfficher zugeführt, so daß sich beim Isocon ein ganz besonders niedriger Rauschantei! des Videosignals ergi'". Dieser niedrige Rauschanteil aber ermöglicht eine ganz besonders hohe Empfindlichkeit rics Bild-lsocoiis und damit den Einsatz bei niedrigsten Lichtpegeln.

Der g'-.näß der Erfindung vorgesehene Bruchteil jeder Teilbildperiode, währenddessen der Bildwandlerleil der Kameraröhre aufgeblendet ist, wird dabei, in Abhängigkeit von den Beleuchtungsverhältnissen des Aufnahmeobjektes, so gewählt, daß die Kameraröhre im Bereich oberhalb des Knickes ihrer Transfer-Kennlinie arbeitet.

Besonders bevorzugte Ausführungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Fernsehkamera sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt

Fi g. 1 eine schematische Darstellung einer Halbbildfolge-Farbfernsehkameraanordnung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 die Vorderansicht der in F i g. 1 verwendeten Filterscheibe und

F i g. 3 ein erläuterndes Diagramm.

In der Fig. 1 ist eine Bild-Isocon-Kameraröhre 1 von bekannter Form dargestellt. Zeitsignale, Stromversorgung und ähnliches sind durch den Block 2 angedeutet. Vor dem Schirmträger des Bild-lsocons 1 ist eine Filterscheibe 3 angebracht, die mittels eines Synchronmotors 4 gedreht wird.

Wie am besten in der F i g. 2 zu sehen ist. besteht die Filterscheibe 3 aus sechs einzelnen Segment-Filtern, die durch sich radial erstreckende, tragende Rippen 5 getrennt sind. Zwei der Segment-Filter B sind Blau-Filter, zwei der Segment-Filter R sind Rot-Filter und zwei der Segment-Filter C sind Grün-Filter.

Der Synchronmotor 4 ist mit der Abtastung des Targets des Bild-isocons synchronisiert, so daß diejenige Zeitspanne, während der einer der Filter ß, R oder G an dem Schirmträger vorbeigeht, einer Halbbild-Periode entspricht. Anstatt jedoch die Entstehung eines oⁿtischen Bildes auf dem Target des Bild-lsocons während einer vollständigen Farb-Halbbild-Periode zu gestatten, ist der Bildabschnitt des Bild-lsocons so ausgebildet, daß er nur während eines Bruchteils jeder Halbbild-Periode synchron aufgeblendet wird. Die Größe des letztgenannten Bruchteiles einer Halbbild-Periode ist so gewählt, daß die Beleuchtung des Schirmträgers während des Bruchteiles ausreicht, damit das Speicher-Target des Bild-lsocons oberhalb des Knicks seiner Transfer-Kennlinie arbeiten kann.

Damit die Beleuchtung des Schirmträgers verstärkt wird, sind Einrichtungen zur verhältnismäßig starken Beleuchtung eines Objektes 6 vorgesehen, das durch die Kameraanordnung untersucht werden soll. Die Beleuchtungseinrichtung besteht aus einer Wolfram-Jodid-Lampe 7, die vor einem Reflektor 8 und hinter einer Linse 9 angebracht ist. Durch Verstärkung der Beleuchtung kann der Bruchteil jeder Halbbild-Periode, währenddessen der Bildabschnitt des Bild-lsocons 1 aufgeblendet wird, reduziert werden. In der Praxis findet man, daß der Bruchteil jeder Halbbild-Periode, währenddessen der Bildabschnitt des Bild-lsocons aufgeblendet werden muß, ohne weiteres genügend klein gemacht werden kann, damit eine ernsthafte Verschlechterung aufgrund der Farbverunreinigung vermieden wird, ohne daß eine unmäßig große Scheibe erforderlich ist, wie es nach ikr.i Slanu der Technik notwendig war. um eine ähnliche Wirkung zu erzielen.

Das Aufblend-Intervall. während dem der ßildabschnitt des Bild-lsocons aufgeblendet ist, kann für die verschiedenen Farben individuell eingestellt werden, so daß eine unabhängige Einstellung der Farbbalance-Steuerung möglich ist. Diese individuellen Einstellungen können dazu genutzt werden, den Farbkontrast in

\"< Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Objektes 6 zu optimieren, wie es für eine Inspektion erforderlich ist.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel einer Halbbiidfolge FarbfeiTisehkameraanordnung, wie es schematisch in den I- i g. 1 und 2 dargestellt ist. besteht die Beleuchtungslampe 7 aus einer Wolfram-Jodid-Lampe mit 1000 W, während der Reflektor so gewählt ist, daß er den Lichtstrom in der Achse erhöht, um so eine Lichtstärke von ungefähr 22 000 Lumen, ungefähr gleichmäßig verteilt über 4 π Steradian, zu liefern. Die Linse 9 weist eine Brennweite von 5 cm auf.

Die Dimensionierung der Filterscheibe und die Bestimmung der nominellen Aufblend-Periode, während der der Bildabschnitt des Bild-lsocons aufgeblendet ist, wird nun für das vorgenannte Ausführungsbeispiel mit Bezug auf die F i g. 3 beschrieben. In der F i g. 3 ist eines der Segment-Filter R. G oder B mit dem Bezugszeichen 10 dargestellt, die sich radial erstreckenden Rippen mit dem Bezugszeichen 5, die Umrißlinie des Schirmträgers des Bild-lsocons 1 ist mit dem Bezugszeichen 11 und die aktive Fläche der Fotokathode des Bild-lsocons mit dem Rechteck 12 angegeben.

Jedes Segment-Filter erstreckt sich nominell über einen Winkel von 60°, wie dargestellt. Jede radiale Rippe 5 ist mit NDA umrissen und eine radiale Linie, die

ji die rechte obere Ecke (bei Betrachtung der Figur) des Rechteckes 12 berührt, ist durch die Bezugszeichen MC angegeben. Eine sich radial durch den Mittelpunkt des Segment-Filters erstreckende Linie ist mit BD angegeben. Dabei gilt: Winkel MDN = 2 θ und Winkel MDB = Φ.

Das Dreieck 12 weist eine kurze Seite a und eine längere Seite b auf.
Die Breite der radialen Rippe 5 benachbart zur

rechten oberen Ecke des Rechteckes 5 beträgt ^. mit

anderen Worten gilt: Winkel NDA = ADM.

Für ein im betrachteten Ausführungsbeispiel verwendetes Bild-Isocon vom Typ P 8040, kann a zu 23 mir angenommen werden, während 6 mit 30,5 mm angesetzt

5i) wird.

Ein Farb-Halbbild hat eine Dauer von Vioo Sekunde und die Drehgeschwindigkeit der Scheibe beträgt 1 0OC Umdrehungen pro Minute (1 Umdrehung in 0.0£ Sekunden).

Dann gilt:

Θ = Γ 30 - arc tan ~ j Grad = 2,4 Grad

Hierbei ist cdie radiale Entfernung des Rechteckes 12 entlang der Linie DB vom Mittelpunkt der Scheibe 3.

-H -=-· 2Θ = 2,08 mm.

Somit beträgt die Breite der radialen Rippe benachbart zur rechten oberen Ecke des Rechteckes Vt 1,04 mm.

Zur Drehung um den Win!:el (-) wird eine Zeil v<

2.4
360

0.0ό = 4 ■ 10 ⁴ Sekunden

benötigt.

Pie ! lalbbüdperiorle beträgt 0,01 Sekunden.

!Jic zur Aufblcndii'ig des Büdabsohnitlc des Biid-isu cons verlügbare Zeit (el. h. die Zeit, während der der aktive Absehniii der Fotokathode dargestellt durch das Rechteck 12, vollständig > on cini in Filter bedeck ι ist)isi dann gleieh oder kleiner als 0.4 Millisekunden, was 0.4

4"/ti der Halbbüdpcnodc belragi.

Dvr effektive Verlust an Speicher/eit = %°/ti der Halbbild-Periode.

Au! dieser Basis hat die Filterscheibe 3 einen Durchmesse!· D - 2 (c + b + x). unbei ν die Breite der Kante der Scheibe entlang tier Scgnieni-I ilter ist. Typischerweise ist

c + b ^{K =} 10

In diesem Falle ergibt sich

Blatt Zeiclinuntieii

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Fernsehkamera mit sequentiellen Farbteilbildern, bei der im Strahlengang zwischen dem Aufnahmeobjekt und dem Schirmträger der Kameraröhre ein sequentiell jeweils während wenigstens eines Teils einer Teilbildperiode unterschiedliche Farbfilter in den Strahlengang bringender bewegter Filtersatz angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kameraröhre (1) einen ausblendbaren Bildwandlerteil aufweist und daß zur Aufblendung des Bildwandlerteils während eines Bruchteils jeder Teilbildperiode eine Steuereinrichtung (2) vorgesehen ist.

2. Fernsehkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kameraröhre (1) als Bild-Isocon ausgebildet ist. "

3. Fernsehkamera nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbfilter (B, R, G) als Segmente einer drehbaren Scheibe (3) ausgebildet sind und daß die Scheibe (3) von einem Synchronmotor (4) angetrieben ist, welcher mit der Abtastung der Kameraröhre (1) und der Steuereinrichtung (2) synchronisiert ist.

4. Fernsehkamera nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (3) eine Vielzahl von Farbfiltern (B, R, G) jeweils gleicher Farbe aufweist.

5. Fernsehkamera nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Scheibe (3) in Drehrichtung aufeinanderfolgend zwei gleiche Gruppen von Farbfiltern vorgesehen sind, wobei jede Gruppe drei Farbfilter (B, R, G) in den Primärfarben umfaßt.

6. Fernsehkamera nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beleuchtung des Aufnahmeobjekts (6) eine zwischen einem Reflektor (8) und einer Linse (9) angeordnete Wolframiodid-Lampe (7) vorgesehen ist.

7. Fernsehkamera nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Farbkontrastes die Aufblendintervalle der unterschiedlichen Filterfarben mittels der Steuereinrichtung (2) unabhängig voneinander einstellbar sind.

8. Fernsehkamera nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufblendintervall weniger als ¹A einer Teilbildperiode beträgt.

9. Fernsehkamera nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufblendintervall kleiner oder gleich ¹Ao einer Teilbildperiode ist.

10. Fernsehkamera nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufblendintervall etwa V25 einer Teilbildperiode beträgt.