DE3430157A1

DE3430157A1 - Farbfernsehkamera

Info

Publication number: DE3430157A1
Application number: DE19843430157
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Yokohama Kanagawa Fukami; Shigeru Tokio/Tokyo Ohshima; Takeshi Sekiguchi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1983-08-17
Filing date: 1984-08-16
Publication date: 1985-03-07
Also published as: DE3430157C2; FR2550902B1; GB2148026B; US4857997A; GB2173610B; GB2148026A; GB2173610A; FR2550902A1; GB8420916D0; GB8612560D0

Description

IIEDTKE - DUHLING - ΙΥΙΝΝΕ." \afiUPti,, „'\ : Vertreter beim EPA Reluiann - Grams - SWu.P-^:"^;-'-^:"^:"^: "ϊ %%£Ά

. J, _% Dipl.-lng. R. Kinne

^ Dipl.-lng. R Grupe

ο / O Π 1 R 7 Dipl.-lng. B. Pellmann

3 «t O U IOf Dipl.-lng. K. Grams

Dipl.-Chem. Dr. B. Struif

Bavariaring 4, Postfach 20240! 8000 München 2

Tel.: 089-539653 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent Müncher

16. August 1984 DE 4193

Canon Ka.bushiki Kaisha Tokio Japan

Färbfernsehkamera

Die Erfindung bezieht sich auf eine Farbfernsehkamera^ insbesondere auf ein Prismensystem zur Farbauflösung, das zwischen einer Objektiν Linse und der Brennebene der Ob jektiν Linse angeordnet ist, um die FarbaufLösung eines von einem zu fotografierenden Gegenstand ausgehenden Lichtstrahls zu bewirken.

Bei einer Farbfernsehkamera ist ein Prismensysem zur FarbaufLösung hinter einer Ob jektivl inse angeordnet; der einfallende Lichtstrahl wird in drei Farbwellenlängenbereiehe aufgelöst und auf drei den entsprechenden Wellenlängenbereichen zugeordnete BiLdaufnahmee lerne η te· abgebildet. Jedes Bildaufnahmeelement tastet die Abbiidungsebene ab und wandelt das Bild in ein elektrisches Signal um.

Kleinstmögliches Gewicht und größtmögliche Kompaktheit werden bei diesen Farbfernsehkameras angestrebt, insbesondere bei Handfarbfernsehkameras zur Sammlung von Nachrichten; daher wurde es praktiziert, die Bildgröße

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klein und das FarbaufLösungs-Prismensystem und die Bildaufnahmeelemente kompakt auszubilden.

g Beispielsweise wandelt die Bildaufnahmeröhre die auf der Lichtempfangsfläche auftreffende Lichtenergie durch Abtastung eines Elektronenstrahls in einen elektrischen Strom um und erzeugt ein Ausgangssignal. Wenn die Bildgröße herabgesetzt und eine Ob jektiν I inse

,Q gleicher bffnungszahl gebraucht wird, und falls derselbe zu "fotografierende Gegenstand fotografiert wird, ist entsprechend die Lichtenergie je Flächeneinheit auf der Lichtempfangsfläche gleichgroß, jedoch wird die Querschnittsfläche des Strahls entsprechend der

_1f- Bildgröße kleiner und veringert sich deshalb der Ausgangsstrom. D. h., die Empfindlichkeit wir verringert, falls die Bildgröße herabgesetzt wird. Um eine Herabsetzung der Empfindlichkeit zu vermeiden, ist es notwendig, mit der Herabsetzung der Größe der Bildebene

die bffnungszahl der Ob jektiν I inse herabzusetzen und AU

die auf der Lichtempfangsfläche auftreffende Lichtenergie zu erhöhen, wodurch jede Herabsetzung des Ausgangsstroms ausgeschaltet wird.

Bei Farbauflösungs-Prismensystemen aus drei Prismen ist eine bffnungszahl von etwa 1,4 die Grenze; es ist schwierig, das bffnungsverhältnis zu vergrößern.

Die Schwierigkeiten werden zunächst unter Bezugnahme

auf eine in Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung dargestell· 30

te herkömmliche Ausführungsform diskutiert. Der aus einer Objektivlinse 4 austretende abgebildete Lichtstrahl tritt durch die Eintrittsfläche 1° des Farbauflösungs-Prismensystemsin ein erstes Prisma 1 ein; beispielsweise wird nur der blaue Lichtwellenbereich

des Lichtstrahls durch eine mit einer dichritisehen

Schicht versehenen Fläche 1" reflektiert und im weiteren durch die Eintrittsfläche 1 ' total reflektiert, p- wonach die nicht notwendige Wellenlängenkomponente des LichtstrahIs durch einen Abgleichfilter 6B ausgefiltert wird; dann wird der Lichtstrahl auf der Lichtempfangsfläche 5b* eines Bildaufnahmeelements 5B abgebildet.

. _ Der durch die dichroitisehe Fläche 1" durchgelassene Lichtstrahl tritt in ein zweites Prisma 2 ein; beispielsweise wird nur der rote Lichtwellenbereich des Lichtstrahls durch eine mit der dichroitischen Schicht versehene Fläche 2' reflektiert und im weiteren durch die Grenzfläche 2¹

, _ total reflektiert, wobei einLuftspalt mit parallelen Ib

Grenzflächen zwischen dem ersten Prisma 1 und dem zweiten Prisma 2 angeordnet ist; der nicht nötwendige WeI lenlängenbereich des Lichtstrahls wird durch einen Abgleichfilter 6R ausgefiltert; dann wird der Lichtstrahl auf der

Lichtempfangsf Iac he 5R¹ eines BiIdaufnahmeelements 5R ab-20

gebildet. Der durch die dichroitisehe Fläche 2¹ durchgelassene Lichtstrahl, beispielsweise der grüne LichtweL lenbereich, durchquert ein Prisma~3; seine nicht notwendige Wellenkomponente wird durch einen Abgleichfilter 6D ausgefiltert; dann wird der Lichtstrahl auf der Lichtempfangsfläche 5G' eines Bildaufnahmeelements 5G abgebildet. Die Form des Prismensystems wird durch die Spezifikation, beispielsweise den Brechungsindex η und die Öffnungszahl F des benutzten Glasmaterials

no

bestimmt. Wenn, wie in Fig. 1 dargestellt, die zwischen den Lichteintrittsflächen des ersten Prismas 1 und des, zweiten Prismas 2 und der dichroitischen Fläche gebildeten Winkel θ . und θ -, sind und der zwischen der Lichteintrittsfläche 2' und der Lichtaustritts-

fläche 3" des dritten Prismas 3 gebildete Winkel θ , ist.

müssen diese Winkel den folgenden Bedingungen genügen:

¹ (l/n) - sin"¹ (l/2n F_nQ) .-.(3)

iIi-¹ (l/n) + sin"¹ (l/2n F) ...(4)

₁ + sin"¹ (l/n) + sin"¹ ( l/2n F_nQ) ...(5)

Die Bedingung (3) ist notwendig, damit der durch die di ch roi t i sehe Fläche 1" durchzulassende Lichtwellenlängenbereich von der Fläche 1" nicht total reflektiert werden kann, die Bedingung (4) ist notwendig, damit der durch die dichroitisehe Fläche 1" reflektierte Lichtwel lenlangenberei ch von der Fläche 1' total reflektiert werden kann, die Bedingung (5) ist notwendig, damit der durch die dichroitische Fläche 2" reflektierte Lichtwellenlängenbereich durch die Fläche 2 "total reflektiert werden kann, und die Bedingung (6) ist notwendig, damit die Eintrittsfläche 1'und die Austrittsfläche 3" einander parallel sein können.

Bei Betrachtung des zwischen der Lichteintrittsfläche des ersten Prismas 1 und der dichroitisehen Fläche gebildeten Winkels, d. h. des zwischen der optischen Achse und der dichroitise hen Fläche 1" gebildeten Winkels θ .. , wird klar, daß der für den Winkel θ ₁ mögliche Bereich durch den Brechungsindex η und die Öffnungszahl des Glasmaterials in Übereinstimmung mit den Bedingungen (3) und C4) bestimmt wird.

Fig. 2 der beiliegenden Zeichnung stellt diese Tatsache dar und zeigt außerdem die Beziehung zwischen der Öffnungszahl und dem Winkel Θ, wobei der Brechungs-

index η des Glasmaterials Parameter ist. Aus dieser grafischen Darstellung ist ersichtlich, daß der Bereich des Winkels θ .. , der den Bedingungen (3) und g (4) gleichzeitig genügt, auf einen Bereich begrenzt ist, in dem die Öffnungszahl größer als 1,4 ist, unabhängig vom Brechungsindex η des Glasmaterials. D. h., in einem Farbauflösungs-Prismensystem aus drei Prismen ist die b'ffnungszahl 1,4 die Grenze, bei der, selbst ■IQ wenn ein lichstarkes Objektiv benutzt wird, reguläre Reflektion und TotaIreflektion nicht stattfinden und dadurch eine vorbestimmte Fa rbauf lösungswi rk'ung nicht erzielt wird.

_1C Wie oben beschrieben,können in einem herkömmlichen Farbauflösungs-Prismensystem nur Objektivlinsen mit einer öffnungszahl bis zu 1,4 benutzt werden; das hat zu dem Nachteil geführt, daß eine Herabsetzung der Empfindlichkeit unvermeidlich ist, falls die

p„ Bildgröße herabgesetzt wird und die Kamera kompakt gebaut wird.

Dagegen wird ein Verfahren zum Ausgleich der Lichtstärkengrenze eines Farbauf lösungs-Prismensystems r,_c aus drei Prismen in der Druckschrift " New Camera Technology and Digital Technique, Television Technology in the 80's." veröffentlicht.

Aus dieser geht für ein herkömmliches Farbauf lösungs-

_on Prismensystem hervor, wie in Fig. 3 der beiliegenden ο U

Zeichnung dargestellt, daß die Eintrittsfläche des ersten Prismas in einem Winkel θ ,._ zur Reflektionsrichtung in Bezug auf die dichroitische Fläche geneigt ist; um die Eintrittsfläche und die Austrittsfläche 3" des Farbauf lös.ungs-Pri smensystems parallel ob

zueinander anzuordnen, wird vor dem ersten Prisma 1 ein keilförmiges Prisma mit einem Höhenwinkel θ _ιη angeordnet, wobei ein Luftspalt mit parallelen Grenzflächen zwischen ihnen angeordnet ist. In diesem Fall ändert sich die oben erwähnte Bedingung (4) wie folgtl

2Q₁₁ + Q^^sirr¹ (l/n) + sin"¹ ( l/2n F)

Dies entspricht dem Faktum, daß die Kurve (4) in Fig.

2 um θ _1Γ)/2 niedriger verläuft und daß der Schnittpunkt zwischen der Kurve (4) und der Kurve (3) sich nach links bewegt, d. h. in die Richtung, in der die ,,- Öffnungszahl kleiner wird. Bei diesem neuartigen aus vier Prismen bestehenden optischen System zur Farbauflösung kann ein Farbauflösungs-Prisma benutzt werden, bei dem eine Ob jektiν Iinse eine I ichtstärkere Öffnungszahl als 1,4, beispielsweise eine öffnungzahl 1,2 hat-

Die US-PS 4 236 177 und 4 262 305 schlagen ein Farbauflösungs-Prismensystem mit vier Prismen vor. Die Öffnungszahl der in ihnen beschriebenen speziellen Ausf üh rungstSei spi e Ie beträgt jedoch 1,4.

Als Ergebnis einer erfinderseitigen Untersuchung wurde

herausgefunden, daß die Anordnung dieses Farbauf Iösungs-Prismensystems Nachteile aufweist, beispielsweise einen Anstieg der optischen Weglänge im Glas, der durch einen _o_ Anstieg in der Anzahl der zusammengestellten Prismen bewirkt wird, eine Sperrigkeit der Eintrittsfläche wegen der Verkleinerung der Öffnungszahl, das Auftreten von Phantombildern wegen des Ansteigens der Flächenanzahl, etc.

Der Erfindung Liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein optisches System zu schaffen, dessen öffnungszahL kLein, d.h. Lichtstark ist. Das erfindungsgemäße optische System soLL handLich sein und durch Phantom biLder verursachte Wirkungseinschränkungen vermeiden.

Weitere MerkmaLe und VorteiLe der Erfindung ergeben sich aus der foLgenden Beschreibung von Ausführungs-,Q beispieLen unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt eines herkömmLichen Farbauf-Lösungs-Prismensystems;

,

Fig. 2 die Beziehung zwischen der ö'ffnungszahL, dem

HöhenwinkeL eines ersten Prismas und dem Brechungsi ndex ;

Fig. 3 eine Querschni11sdarsteL Lung eines erfindungsgemäßen AusführungsbeispieLs ;

Fig. 4 und 5eine entwickeLte DarsteLLung eines optischen ELements Längs des optischen Wegs;

Fig. 6 eine QuerschnittsdarsteLLung eines anderen

erfindungsgemäßen Ausführungsbei spie Ls;

Fig. 7 und 8 «ine entwic ke L t e DarsteLLung eines optischen ELements Längs des optischen Wegs.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Figur 3 in Einzelheiten beschrieben.

Die Höhenwinkel der Prismen θ-ιη^ ^θιΐ' ^θι? ^un<* ^Θ13 ^mus~ sen die folgenden Bedingungen erfüllen:

θιπ - sin~^Ll~^—) + SIn^-1C _no) - 2G₁₁ +α...(4)"

TLVn' -~<U

wobei s die Hälfte der Länge der kürzeren Seite der Bildebene aufweist und L der direkte Abstand zwischen der Austrittsöffnung der Ob j ekt i ν I i nse und der Bildebene ist.

-1( ) + sin -i-^_*no) . . . (₇)

Θ,, = θ₁₂ - O₁₁ ---CS)

θ₁₀ - sin~¹( ) + SXn-¹C-^r

But O - α - tan (

Die Bedingung (4)" soll gewährleisten, daß der durch 30

eine dichroitisehe Fläche 11" reflektierte tatsächlich abgebildete Lichtstrahl total reflektiert werden kann, wobei θ-1-i/· θ<ι-> und 8«, den entsprechenden Winkeln im herkömmlichen System mit drei Prismen entsprechen.

Die Bedingung (5) wird nun näher erläutert. Bedingung (3)

Aus der

= - sin

1 + ^sin (~2

und aus der Bedingung (4)",

ergibt sich, wenn beide Gleichungen addiert werden, die Gleichung (5). Das heißt.

«10 + ^Θ11 = ² si

Die Bedingung (5) bestimmt den Minimalwert des Höhenwinkels des zweiten Prismas, beispielsweise wenn η ^: 1,75 und F = 1,2 i st, zu

ίο

^θιι

²⁶·⁷°

Es ist wünschenswert, daß der obere Grenzwert geringer als 30 ist, um Phantombilder und das Auftreten von Abschattungen in der dichroitisehen Schicht zu vermeiden. Falls der obere Grenzwert überschritten wird, wird das Prisma nicht nur unhandlich, sondern ebenfalls wird das Auftreten von Phantombildern und von Abschattungen unvermeidlich, weil der Einfallswinkel auf die dichroitische Schicht groß wird. Deshalb wird

βίο +

30'

gesetzt. Der in den GLeichungen (4)" und (6) vorkommende WinkeLo^ ist Bedingung zur Vermeidung des Auftretens von PhantombiLdern in dem auf der LichtempfangsfLäche 5B¹ abgebiLdeten BiLd. Dies wird im foLgenden unter Bezugnahme auf Figur 4 und 5 beschrieben, die den optischen Weg des Prismas darsteLLen. Der auf der Lichtempfangsf Lache 5B¹ abgebildete Lichtstrahl, wird reguLär durch die dichroitisehe FLäche 11' refLektiert, wie durch die LichtstrahLen A und B in Figur 4 dargestellt,.

und er wird von der GrenzfLäche 11' mit LuftspaLt totaL refLektiert. Bei einem normaLen Objektiv ist jedoch der Abstand zwischen der Austrittsöffnung 4B desseLben und der BiLdebene endLich; deshaLb Läuft beispieLsweise der abgebiLdete Lichtstrahl, der zum oberen Ende der Lichtempfangsfläche 5B¹ in Figur 4 wandert, Längs der Wege C und D und wird in Bezug auf die auf der Achse abgebiLdeten LichtstrahLen A und B geneigt. Außerdem verLäuft diese Neigung in einer Richtung, in der der EinfaLLswinkeL auf die totaL reflektierende Fläche 1¹ k Leiner wird. Um die optische WegLänge im GLas des Farbauflösungs-Prismensyst ems kLein zu haLten, wird jeder HöhenwinkeL oft auf einen kLeinstmögLichen Wert festgesetzt, der innerhaLb eines Bereichs mögLich ist, der die Bedingungen (3), (4)", (7) und (8) bezügLich der auf der Achse orientierten LichtstrahLen A und B erfüLLt; deshaLb entspricht der EinfaLLswinkeL des LichtstrahLs A auf die FLäche 1' oft einem WinkeL, der etwa gLeich dem kritischen WinkeL ist. In einem soLchen FaLL ist der EinfaLLswinkeL des LichtstrahLs C der zu dem oberen Ende der LichtempfangsfLäche 5B¹ verlaufenden LichtstrahLen auf die FLäche 1' kLeiner aLs der kritische WinkeL, und ein TeiL des LichtstrahLs wird durch die FLäche 1' durchgelassen. Dieses durchgeLassene Licht wird teilweise durch die EintrittsfLäche 10' eines Prismas 10 refLektiert,.. wie in Figur 5 dargestellt,

und wird zu einem PhantombiLd. Dieses PhantombiLd wird wahrscheinLich auftreten, wenn das Objektiv nahe seiner geöffneten SteLLung· gebraucht wird und der zu fotografierende Gegenstand einen heLLen Abschnitt aufweist; außerdem schädigt es das BiLd beachtLich, weiL die Linse etwa in Brennweite steht. Um ein soLches PhantombiLd zu vermeiden, kann 6^_n vergrößert werden, so daß der gesamte LichtstrahL durch die FLäche 1¹ totaL refLektiert werden kann; dieses Inkrement ist oL . Der zwischen A und C gebiLdete Winkel ist größtenfaLLs tan (S/L χ η); DeshaLb wird oL in dem Bereich der Bedingung (6) festgesetzt.

Die auf der GrundLage einer soLchen Situation festgesetzte Bedingung ist

5.2° < θ₁₀ < 12° ... (9)

Daraus ergibt sich

η > 1.7 ...UO)

um die EinzeLfLäche des Prismas auf akzeptabLe Dimensionen zu beschränken.

Außerdem ist es wünschenswert, die foLgenden Bedingun-Ao

gen in Betracht zu ziehen, um die AusLegung zu vereinfachen:

19° - OH - 22.9° ... (11)

33.3 - Θ12 - 37° ' ... (12)

Ö13 = ^Θ12 - «11

wobei θ-iw θ_1? und θ.., die HöhenwinkeL der zugeordneten

zweiten, dritten und vierten Prismen sind.

Wenn die oberen Grenzwerte der Bedingungen (9) und (10) überschritten werden, wird das Prisma unhandlich und außerdem kann das Auftreten von PhantombiLdern nicht verhindert werden; wenn die unteren Grenzwerte der Bedingungen (9) und (10) unterschritten werden, wird es sehr schwierig, ein Prismensystem mit kleiner b'ffnungszahl zu bauen, wobei .das wiederum Aufgabe der Erfindung ist.

Im folgenden werden Beispiele für die numerischen Werte aufgelistet, die eine Verkleinerung der bffnungszahl ermöglichen und ebenso eine Verkürzung der optischen Weglänge auf weniger als 35 mm ermöglichen.

Numerischer Wert für Beispiel I

II

Brechungsindex	1,'
Öffnungszahl	1,2
Größe der Bi Id-	4,8 χ 6,4
ebene

Optische Weglänge 33 (einschließlich der Dicke des Abgleichfil-

10

ters)

22

29°

36

1,75

1,2 6,6 χ 8,8

33 (ohne Dicke des Abgleichfilters)

5,5° 21,5° 27° 35°

Ein AusführungsbeispieL der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf Figur 3 beschrieben.

Der aus einem Objektiv 4 austretende abgebiLdete LichtstrahL tritt durch die EintrittsfLäche 21' eines Farbauf L ösungs-P r i smensy.st ems in ein erstes Prisma 21 ein, das senkrecht zur optischen Achse orientiert ist; beispieLsweise wird nur die bLaue Lichtwe LL en Länge durch eine mit einer dichroitisehen Schicht versehene FLäche 21" refLektiert und weiterhin durch eine LichteintrittsfLäche 21' totaL refLektiert; hiernach wird die nicht notwendige We LLenLängenkomponente des totaL refLektier^ten Lichtstrah Ls durch einen AbgLeichfiLter 6B ausgefiLtert; daraufhin wird das Licht auf der LichtempfangsfLäche 5B¹ eines BiLdaufnahmeeLements 5B abgebiLdet. Der durch die dichroitische FLäche 21" durchgeLassene LichtstrahL durchquert ein zweites Prisma 22 und Läuft weiter durch die AustrittsfLäche 22" des zweiten Prismas in ein drittes Prisma 23; hier wird beispieLsweise nur der rote Lichtwe LLenLängenbereich durch eine mit einer dichroitischen Schicht versehene FLäche 23" refLektiert und im weiteren durch die GrenzfLache 23' totaL refLektiert, wobei zwischen dem zweiten Prisma 22 und dem dritten Prisma 23 ein LuftspaLt angeordnet ist; die nicht notwendige We LL en Längenkomponente wird durch einen AbgLeichfiLter 6R ausgefiLtert; daraufhin wird der LichtstrahL auf der LichtempfangsfLäehe 5R¹ eines BiLdaufnahmeeLementes 5R abgebiLdet. Der durch die dichroitische FLäche 23" durchgeLassene LichtstrahL, beispieLsweise der grüne LichtweLLenLängenbereich, Läuft durch ein Prisma 24; seine nicht notwendige WeL-LenLängenkomponente wird durch einen AbgLeichfiLter OQ 6G ausgefiLtert; dann wird der LichtstrahL auf der LichtempfangsfLäche 5G¹ eines BiLdaufnahmeeLements 5G abgebi Ldet.

Wegen der oben beschriebenen Anordnung, bei der das

_Or- keiLförmige zweite Prisma 22 eingefügt und hinter der du '

dichroitisehen Fläche 21" des ersten Prismas 21 angeordnet ist, tritt in diesem Fall auf der dichroitischen Fläche 21" keine Totalreflexion auf. Entsprechend wird die Begrenzung der öf f nungszah I des Farbauf lösungs-Prismensystems aus den oben erwähnten drei Prismen, d.h. die Bedingung (3) der Bedingungen (3) und (4), unnötig; deshalb muß der Höhenwinkel θ... nur die eine folgende Bedingung befriedigen.

2O₁₁ > sin"¹(l/n) + sin"¹(l/2nF_no) ... (4) "' .

Dies entspricht der Tatsache, daß in Figur 2 die Bedingung ausgeschaltet wurde, die die Obergrenze des Höhenwinkels &* festsetzt, und so ein optisches System zur Farbauflösung möglich wird, bei dem die Öffnungszahl größer als 1,4 ist.

Die von den Höhenwinkeln θ_?1, θ,,, θ_?, und θ_?, der Prismen bei der vorliegenden Anordnung zu befriedigenden Bedingungen sind folgende:

2&₂₁ ^ sin"¹ (l/n) + sin ¹(l/2nF_nQ) --· (13)
E>₂₂ ^-sin^d/n) + sin"¹(l/2nF_no)+ &₂₁ ... (14)

2& 2l SXn^-1UZn) + sin'¹ (l/2nF_no) + &₂₁ - &₂₂

... (15)
^y24 ~ 21 ^{+ y}22 23-

Bedingung (13) ist notwendig, damit der durch die d i chroitische FLäche 21" reflektierte LichtweLlenlängenbereich durch die Eintrittsftäche 21" des Prismensystems total reflektiert werden kann; Bedingung (14) ist notwendig, damit der durch die dichroitisehe Fläche 21" durchgelassene Lichtstrahl und im weiteren durch das zweite Prisma 22 in den Luftspalt vor der Austrittsfläche 22";des zweiten Prismas laufende Lichtstrahl durch die Austrittsfläche 22" nicht total reflektiert werden kann; Bedingung (15) ist notwendig, damit der durch die dichroitisehe Fläche 23" reflek-

tierte Lichtwellenlängenbereich durch die Grenzfläche 23* mit dem Luftspalt total reflektiert werden kann;

Bedingung (16) ist 'notwendig, damit die Eintrittsfläehe 21" und die AustrittsfLäche 24" des Prismensystems parallel zueinander! angeordnet sein können.

Wenn das aktuelle¹ Erzeugnis mit diesen Bedingungen

versehen ist, sind weitere Nachforschungen notwendig.

^Es wurde schon beschrieben, daß der reguläre, auf der LichtempfangsfIäche 5B¹ des Bildaufnahmeelements 5B abgebildete Lichtstrahl dem in der entwickelten Darstellung in Figur 8 gezeigten Weg folgt. Die FLäche 22", durch die alLe Lichtstrah L en anfänglich durchgelassen werden, hat jedoch einen kleinen Reflexionsfaktor; deshalb gibt es einen kleinen Lichtstrahl des durch die dichroitische Fläche 21" durchgelassenen Lichtstrahls, der durch die Oberfläche 22" reflektiert wird. Der durch die Oberfläche 22" reflektierte Lichtstrahl wird wiederum durch die dichroitische FLäche 21" durchgelassen, wird durch die Eintrittsfläche 21' des Prismas totaL reflektiert und trifft auf die Lichtempfangsfläche 5B¹.

Figur 8 stelLt den Weg ,dieses Lichtstrahls dar. In

Figur 8 zeigt die gestrichelte Linie die Stellung des Bildaufnahmeelements bezüglich des regulären abgebildeten Lichtstrahls; es ist ersichtlich, daß dieser Lichtstrahl das Phantombild auf dem BiIdaufnahmeeLement 5B erzeugt, und daß dieses Phantombild etwa in Brennweite erscheint. Um ein solches Phantombild zu vermeiden, wurde herausgefunden, daß es wirksam ist, den Höhenwinkel θ,,ρ des zweiten Prismas 22 groß auszubilden und eine solche Formgebung vorzusehen, daß der Lichtstrahl, der das Phantombild erzeugt, die Lichtempfangsfläche 5B¹ des Bildaufnahmeelements 5B nicht erreicht. Wenn jedoch Θ,.- zu groß ausgebildet ist, wird die optische Weglänge im Glas des Farbauflösungs-Prismensystems groß, und es wird schwierig, das System kompakt auszubilden; deshalb wurde die folgende Bedingung festgesetzt, in deren Winkelbereich die Beseitigung von Phantombildern und die Kompaktheit des Systems miteinander kompatibel sind:

13° < ö~„ < 20'

Um den Aufbau eines Prismensystems einfach auszubilden, dessen Öffnungsverhältnis groß ist und das zugleich kompakt ist, ist es wünschenswert, die folgenden Normen in Betracht zu ziehen:

(¹⁸⁾

25.8° < O₀₁ < 30

28.1° <_ »23 - ³⁵-⁴°

Wenn die oberen Grenzwerte der Bedingungen (18) und Π9) überschritten werden, wird das Prisma mit großer

I	II	III
1,65	1,6	1,7
x8,8	4,8x6,4	6,6x8,8
1,2	1,2	1,2
39	39	35

Wahrscheinlichkeit unhandlich; falls die unteren Grenzwerte dieser Bedingungen unterschritten werden, wird es schwierig, ein Prisma mit kleinerer ö'f f nungszah I zu schaffen.

Im folgenden werden Beispiele für die numerischen Werte eines FarbaufIösungs-Prismensyst ems dargestellt, das die bffnungszahl 1,2 aufweist und zugleich kompakt gebaut ist.
10

Brechungsindex des Glasmaterial
Größe der Bildebene
bffnungszahl

15 Optische Weglänge

(einschließlich der Dicke des
Abgleichfilters)

^Θ21

^Θ22 20 _A

^Θ23

^Θ24

In einer Fernsehkamera zur Ausbildung und Aufnahme monochromatischer Bilder auf den Bildaufnahmeflächen einer Vielzahl Bi ldaufnahmevorrichtungen mittels eines Objektivs und eines Farbauf lösungs-Prismensyst ems weist das FarbaufIösungs-Prismensyst em ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes Prisma auf,

or)

° gezählt von der Objektivseite längs der optischen Achse des Objektivs, wobei das erste und das zweite Prisma mit ihren in entgegengesetzte Richtungen orientierten Höhenwinkeln unter Ausbildung einer zwischen den zwei Prismen angeordneten Luftschicht angeordnet sind oder

über eine zwischen ihnen angeordnete dichroitise he

25,	9°	30	O	26°
13,	1°	13	,1°	20°
32,	5°	35	,4°	28,1°
19,	7°	18	,5°	22,1°

1 Schicht miteinander verbunden sind, wobei das zweite und das dritte Prisma unter Ausbildung einer Luftschicht zwischen ihnen angeordnet sind, wobei das dritte und das vierte Prisma über eine zwischen ihnen ange-

5 ordnete zweite dichroitisehe Schicht verbunden sind und wobei die Werte der HöhenwinkeL des ersten, zweiten, dritten und vierten Prismas derart bemessen sind, daß dadurch die b'ff nungszah L kleiner als 1,4 wird.

Claims

T" D- W ^- Patentanwälte und

IEDTKE - DUHLING " IVlNjNE;- VIR UTPE <>: Vertreter beim EPA i

r% fs. : i* ;-;:;;· f ;^:-:- Dipl.-Ing. H.Tiedtke

Kellmann - wrams ""OTRurF DipL-chem. αBüwmg

Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-fng. R Grupe

q / ο Γ) 1 E 7 Dipl.-Ing. B. Pellmann

O *♦ O U 10/ Dipl.-Ing. K. Grams

Dipl.-Chem. Dr. B. Struif

Bavariaring 4, Postfach 8000 München

Tel.: 089-539653 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: 0 89-53737 cable: Germaniapatent

16. August 1984 DE 4193

Patentansprüche

1. Fernsehkamera zur Bildung und Aufnahme monochromatischer Bilder auf den Bildaufnahmeflächen einer Vielzahl von Bildaufnahmevorrichtungen durch ein Objektiv und ein Fa rbauf lösungs-P ri seriensystem, dadurch gekennzeichnet, daß das Farbauflösungs-Prismensystem, von der Objektivseite (4) längs der optischen Achse des Objektivs (4) gezählt, ein erstes, zweites, drittes und viertes Prisma (21, 22, 23, 24) aufweist, daß das erste Prisma (21) und das zweite Prisma (22) einander unter Zwischenschaltung einer Luftschicht gegenüberliegen, daß das zweite Prisma (22) und das dritte Prisma (23) einander unter Zwischenschaltung einer Luftschicht gegenüberliegen, wobei eine erste dichroitische Schicht auf der Fläche (22") des zweiten Prismas (22) ausgebildet ist, die dem dritten Prisma (23) gegenüberliegt, daß das dritte Prisma (23) und das vierte Prisma (24) über eine zweite dichroitische Schicht, die zwischen ihnen angeordnet ist, miteinander verbunden sind und daß die Fernsehkamera die folgenden Bedingungen erfüllt:

Dresdner Bank (München) Kto. 3939 844 Bayer. Vereinsbank (München) Kto. 508 941 Postscheck (München) Kto. 670-43-804

O ο

5-2 < O₁₀ < ₁₂

26.7 < θ, _η + θ, < 30

wobei θ-_η und θ._η + θ., die Höhenwinkel des ersten

(21) bzw. des zweiten Prismas (22) sind.

2. Fernsehkamera nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß fο Igende' Bedingungen erfüllt sind:

19° < O₁₁ < 2 2.9°
33.3° < O₁₂ < 37°

^Θ13 ^{= Θ}12

wobei Θ,.- und θ.., die Höhenwinkel des dritten (23) bzw. des vierten Prismas (24) sind.

3. Fernsehkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Bedingung erfüllt ist:

η ^ 1,7,

wobei η der Brechungsindex jedes der Prismen (21, 22, 23, 24) ist.

4. Fernsehkamera nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Bedingung erfüllt ist:

²⁷° ä °io ^{+ 0}Ii £ ²⁹°-

5: Fernsehkamera zur Bildung und Aufnahme monochromatischer Bilder auf den Bildaufnahmeflächen (5B¹, 5G¹, 5R¹) einer Vielzahl von BiIdaufnahmevorrichtunoc gen (5B, 5G, 5R) mittels _;eines Objektivs (4) und eines

FarbaufIösungs-Prismensysterns , dadurch gekennzeichnet, daß das FarbaufIösungs-Prismensystern ein erstes Prisma (21), ein zweites Prisma (22), ein drittes Prisma (23) und ein viertes Prisma (24) aufweist, gezählt von der Objektivseite (4), daß das erste und das zweite Prisma (21, 22) mit ihren in entgegengesetzte Richtungen zeigenden Höhenwinkeln über eine erste zwischen ihnen angeordnete dichroitisehe Schicht verbunden sind, daß das dritte und vierte Prisma (23, 24) mit ihren in entgegengesetzte Richtungen zeigenden Höhenwinkeln über eine zweite, zwischen ihnen angeordnete dichroitische Schicht verbunden sind, daß das zweite und das dritte Prisma (22, 23) mit optischen Elementen zur Farbauflösung versehen sind, die mit einer Luftschicht zwischen ihnen angeordnet sind, wobei die Fernsehkamera die folgenden Bedingungen erfüllt-:

25. ο
8 < O₂₁ VlI υ
30 ο
13 < O₂ 2 £ 20 ο 28. ο
1 < ^Θ13 < O
35.4 ^Θ24 = -θ 21 ^Η H θ 2 2 ⁺ °23

wobei θ?ΐ' ^Θ2?' ^θ?3 ^unc' ®24 °^^θ Höhenwinkel der zugeordneten ersten, zweiten, dritten und vierten Prismen (21, 22, 23, 24) sind.