DE3434765A1 - Farbteiler, beispielsweise fuer eine fernsehkamera - Google Patents

Description

RCA 79645 Sch/Vu
U.S. Ser. No. 534,710
vom 22. September 1983

RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)

Farbteiler, beispielsweise für eine Fernsehkamera

Die Erfindung bezieht sich auf Farbstrahlenteiler, wie sie beispielsweise für Fernsehkameras geeignet sind.

Die übliche bekannte Farbkamera benutzt einen Strahlenteiler, wie etwa einen dichroitischen Spiegel oder ein Prisma, um rote, blaue und grüne Ausgangsfärblichtstrahlen an drei Bildwandler, etwa Vidikons oder CCD-Bildwandler zu liefern. Für die beste Kolorimetrie erfordern ideale Rot-, Grün- und Blaufilter negative Maxima (Einbrüche) bei bestimmten Wellenlängen, jedoch sind diese Einbrüche physisch nicht realisierbar. Demgemäß benutzt man bei praktischen Kameras Aufnahmeeigenschaften (Spektralkennlinien) , die so liegen, daß negative Maxima nicht erforderlich sind. Das Entwurfsverfahren für die Filter ist ein Optimierungsprozess, um Farbfehler minimal zu halten. Eine weitere Reduzierung von Farbfehlern ist durch Matrizierung möglich, jedoch wird dadurch das Signal/ Rausch-Verhältnis kleiner, und diese Verkleinerung ist proportional für den Blau-Kanal größer wegen der niedrigen Leuchtkraft des Blau und der allgemein geringeren Empfindlichkeit des Blau-Sensors.

Es besteht daher ein Bedürfnis nach einem (Färb)Spalter, der sowohl die Kolorimetrie als auch das Signal/Rausch-Verhältnis verbessern kann.

Gemäß der hier zu beschreibenden Erfindung enthält ein Farbstrahlenspalter eine erste teilweise reflektierende Einrichtung mit ersten Bereichen zur Übertragung des Lichtes längs eines Weges und mit zweiten Bereichen zum Reflektieren einer ersten Komplementärfarbe, ferner eine zweite teilweise reflektierende Einrichtung, die in dem Weg angeordnet ist und erste Bereiche zur Übertragung einer zweiten Komplementärfarbe sowie zweite Bereiche zum Reflektieren einer dritten Komplementärfarbe hat.

Wie noch näher beschrieben wird, ermöglicht ein solcher Strahlenspalter, daß praktisch die gesamte Lichtmenge im auffallenden Licht verwendet werden kann und keine absorbierenden oder streuenden Filter notwendig sind, so daß man ein hohes Signal/Rausch-Verhältnis erhält.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung von Spiegeln;
Fig. 2 Einzelheiten der Spiegel gemäß Fig. 1; und

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung von Prismen.

In Fig. 1 ist ein Objekt 10 (veranschaulicht durch einen Pfeil) dargestellt, das weißes Licht (W) von einer Umgebungsbeleuchtung reflektieren möge. Eine Linse 12 fokussiert das Licht nach der Linsengleichung

1 = 1 + 1
f ab

wobei f die Brennweite der Linse 10, a der Abstand vom Objekt 10 zur Linse 12 und b der Abstand von der Linse zum (noch zu beschreibenden) Gelb-Sensor ist.

Nach Verlassen der Linse 12 gelangt das Licht teilweise durch den Spiegel 14 zum Spiegel 16, während die Magentakomponente M teilweise vom Spiegel 14 zum Spiegel 18 reflektiert wird. Der Spiegel 18 ist totalreflektierend und dient der richtigen Orientierung des Bildes auf dem Magenta-Bildwandler 20 wegen der vom Spiegel 14 bewirkten Inversion. Das durch den Spiegel 14 hindurchgetretene Licht, indem die Komponente M fehlt, wird mit seiner Zyan-Komponente C durch den Spiegel 16 zum Umkehrspiegel 22 und dann zum C-Bildwandler 24 reflektiert. Die verbleibende GeIb-Komponente Y durchläuft den Spiegel 16 und wird auf dem Y-Bildwandler 26 abgebildet. Die Signale von den Bildwandlern 20, 24 und 26 werden derart weiterbehandelt, also geklemmt, matriziert usw., wie es im Stande der Technik bekannt ist.

Fig. 2 veranschaulicht Details der Spiegel 14 und 16. Der Spiegel 14 ist unter einem Winkel von 45° zum auffallenden Licht 30, welches weißes Licht sein möge (1R + 1B + 1G), orientiert. Der Spiegel 14 enthält ein transparentes Substrat 31 mit einer Reihe dicht nebeneinanderliegender paralleler Streifen 32 mit einem Abstandsverhältnis von 50%, wobei die Streifen 32 also die Hälfte der Fläche des Spiegels 14 bedecken. Die Streifen 32 sind für Grün-Wellenlänge von etwa 520 bis 580 nm durchlässig und reflektieren Magenta (R+B) von 400 bis 520 nm und von 580 bis 700 nm. Der reflektierte Strahl 34 enthält somit wegen des 50%-Abstandsverhältnis einen Magenta-Strahl der Amplitude 0,5R + 0,5B, während der durchgelassene Strahl 3 6 das restliehe Licht der Amplitude 1G + 0,5R + 0,5B enthält.

Der Spiegel 16 ist unter einem Winkel von 45° zum Strahl 36 und von 90° zum Spiegel 14 orientiert. Der Spiegel 16 enthält ein transparentes Substrat 38, auf dem sich eine Schicht 40 befindet, welche Blau (mit Wellenlängen unter etwa 490 nm) reflektiert, für Rot und Grün dagegen durchlässig ist. Auf der Oberseite der Schicht 20 befinden sich

Streifen 42 mit einem Abstandsverhältnis von 50%. Die Streifen 32 und 42 können dieselbe Streifenfrequenz und Winkelorientierung hinsichtlich der Mitten der Strahlen 30 und 36 haben. Die Streifen 42 reflektieren grünes Licht (etwa 520 bis 580 nm) und sind für blaues und rotes Licht durchlässig. Die Streifenneigung und Streifenfrequenz der Streifen 32 und 42 sollten fein genug sein, so daß im Übertragungskanal keine Aliasing-Effekte auftreten. Beispielsweise erreicht eine Streifenfrequenz von mindestens 212 Zeilenpaaren pro Zentimeter (540 Zeilenpaare pro Zoll) für einen 1-Zoll-Sensor mit einer Bildbreite von 12,7 mm und einem Seitenverhältnis von 4:3 für eine Bandbreite von 5 MHz aus. Die Streifenfrequenz selbst hat keine Auswirkung auf die grundsätzliche Ausbildung des dichroitisehen Filters. Der reflektierte Lichtstrahl 44 enthält somit die gesamte Blaukomponente des Strahls 36 (0,5B) und (wegen des 50%-Abstandsverhältnisses) die Hälfte der Grünkomponente G. Damit weist der Strahl 44 0,5B + 0,5G oder Zyan auf. Der durchgelassene Strahl 46 enthält die gesamte Rotkomponente des Strahls 36 (0,5R) und die Hälfte der von den Streifen 42 nicht reflektierten Grünkomponente, also 0,5R + 0,5G oder Gelb.

Man sieht, daß im wesentlichen das gesamte Licht des auffallenden Strahls 30 benutzt wird, also keine Absorption oder streuende Filterung angewandt wird, so daß man ein hohes Signal/Rausch-Verhältnis bekommt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 kann eine Verschiebung der spektralen Durchlaßkennlinie des Filters auftreten, wenn der auftreffende Strahl bei großen Einfallswinkeln polarisiert ist. Diese Möglichkeit wird bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 vermieden, in welcher entsprechende Bezugsζiffern verwendet sind. Gemäß Fig. 3 sind die Spiegel 14 und 16 zwischen Prismen 50 und 52 bzw. 52 und 54 montiert. Man sieht, daß der ankommende Strahl 30

mit der Oberfläche 14 einen Winkel von nur 24° bildet, und der durchgelassene Strahl 36 bildet mit der Oberfläche 16 einen Winkel von nur 10°, so daß Verschiebungen der Durchlaßcharakteristik des Filters minimal werden. Ferner kann man Platten von einer viertel Wellenlänge auf der Frontfläche des Filters 50 verwenden, um Wellenlängenverschiebungen infolge polarisierten Lichtes in bekannter Weise minimal zu halten. Die Bildwandler 20, 24 und 26 sind auf Prismen 50, 52 bzw. 54 montiert, wie es beispielsweise in der US-PS 4 323 918 gezeigt ist. Ferner können bekannte Farbkorrekturfilter benutzt werden.

Es versteht sich, daß im Rahmen der Erfindung viele andere Ausführungsformen möglich sind: Beispielsweise kann man anstelle von Streifen andere Flächenaufteilungsmuster verwenden, etwa Schachbrettmuster. Auch können andere Abstandsverhältnisse als 50% verwendet werden. Weiterhin kann eine andere Komplementärfarbe als Magenta zuerst aus dem auftreffenden Lichtstrahl 30 abgespalten werden, und es muß nicht Gelb als restliche Komplementärfarbe im Strahl 46 bleiben. Generell bestehen sechs Möglichkeiten der Aufteilung des Strahls 30 in drei Komplementärfarben von Gelb, Zyan und Magenta, die komplementär zu den bekannten Farben Blau, Rot bzw. Grün sind. Unter "komplementär" sind zwei Farben zu verstehen, die zusammen Weiß bilden, also etwa Rot.und Zyan, Grün und Magenta oder Blau und Gelb.

- Leerseite

Claims (7)

RCA 79645 Sch/Vu U.S. Ser. No. 534,710 vom 22. September 1983 RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.) Farbteiler, beispielsweise für eine Fernsehkamera Patentansprüche

1) Farbstrahlenteiler für aus veränderbaren Anteilen dreier Primärfarben zusammengesetztes auffallendes Licht, gekennzeichnet durch einen ersten Teilreflektor (14) , welcher erste für das Licht längs eines ersten Weges (36) durchlässige Bereiche und zweite eine erste Komplementärfarbe längs eines zweiten Weges (34) reflektierende Bereiche (32) enthält, und durch einen zweiten Teilreflektor (16), der im ersten Weg (36) liegt und erste Bereiche zum Durchtritt einer zweiten Komplementärfarbe längs eines dritten Weges (46) sowie zweite eine dritte Komplementärfarbe längs eines vierten Weges (46) reflektierende Bereiche (42) aufweist.

2) Färbstrahlenteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Reflektor (14,16) jeweils einen Spiegel mit einem Flächenaufteilungsmuster aufweist.

3) Farbstrahlenteiler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Reflektor jeweils ein Flächenaufteilungsmuster auf einer Prismenfläche aufweisen (Fig. 3).

4) Farbstrahlenteiler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster streifenförmig ist (Streifen 32, 42).

5) Farbstrahlenteiler nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster ein Abstandsverhältnis von 50% aufweist.

6) Farbstrahlenteiler nach einem der vorangehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, zweite und dritte Komplementärfarbe Magenta, Gelb bzw. Zyan sind,

7) Farbstrahlenteiler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es in einer Bildaufnähmevorrichtung enthalten ist, die eine Mehrzahl von Bildwandlern (20,24,26) enthält, welche nahe den Reflektoren im zweiten, dritten und vierten Strahlweg (34,44,46) angeordnet sind.