DE4111512C2 - Lichtumlenkende und lichtstreuende Vorrichtung für eine Abgleichvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine lichtumlenkende und lichtstreuende Vorrichtung für eine Abgleichvorrichtung.

In Videokameras und anderen abbildenden Einrichtungen werden Sensoren für den Weißabgleich verwendet, mit denen über eine RGB-Filteranordnung das Verhältnis der Rot(R)-, Grün(G)- und Blau(B)-Anteilen des auf eine Lichtempfangsfläche auftreffenden Lichtes bestimmt wird, so daß sich z. B. R/G- und B/G-Erfassungssignale ergeben. Damit können die Verstärkungsfaktoren in Verstärkerschaltkreisen für die Farbsignale im Video-Ausgang derart gesteuert werden, daß das aufzuzeichnende Bild eines weißen Gegenstandes bei jeder Art von für die Beleuchtung des Gegenstandes verwendeten Lichtquellen weiß erscheint. Dadurch wird eine optimale Farbwiedergabe in Anpassung an die Farbtemperatur der für die Beleuchtung des Gegenstandes jeweils verwendeten Lichtquelle erzielt.

Fig. 3 der Zeichnungen zeigt ein Blockschaltbild einer üblichen elektrischen Schaltungseinrichtung für elektronische und andere Aufzeichnungsgeräte zur Aufzeichnung farbiger Gegenstände in Anpassung an unterschiedliche Farbtemperaturen des Aufzeichnungslichtes. Die in Fig. 3 dargestellte Einrichtung umfaßt eine Abbildungseinrichtung 20, typischerweise mit einer CCD-Zelle, einen Farbtrennschaltkreis 21 zur Extraktion von roten (R) und blauen (B) primären Farbsignalen aus jedem Videosignal von der Abbildungseinrichtung 20 und einen Luminanzsignal- Verarbeitungsschaltkreis 22 zum Abtrennen eines Luminanzsignals Y_L von jedem Videosignal von der Abbildungseinrichtung 20. Die R- und B-Signale, die von dem Farbabtrennschaltkreis 21 abgegeben werden, werden durch zugehörige Verstärkerschaltkreise 23 und 24 verstärkt und jeweils einem γ-Korrektur/Matrixschaltkreis 25 zugeführt. Das Luminanzsignal Y_L, das von dem Luminanzsignal-Verarbeitungsschaltkreis 22 abgegeben wird, wird ebenfalls dem γ-Korrektur/Matrixschaltkreis 25 zugeführt. Der Schaltkreis 25 gibt zwei Farbdifferenzsignale R-Y und B-Y aus, ebenso wie das Luminanzsignal Y_L, die alle dazu dienen, ein NTSC-Farbfernsehsignal zu erzeugen.

In Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen 26 einen automatischen Weißabgleichsensor, der R-, G- und B-Signale abgibt, die jeweiligen Farbtemperaturen zugeordnet sind. Diese Signale werden in logarithmische Werte umgewandelt mit Hilfe eines logarithmischen Umwandlungsschaltreises 27. Von den drei logarithmischen Signalen werden diejenigen für log R und log G einem ersten Differentialspannungserzeugungsschaltkreis 28 zugeführt, der eine R-Weißabgleichsteuerspannung R/G aus der Differentialspannung der beiden Eingangssignale erzeugt. Das logarithmische Signal für log B vom Umwandlungsschaltkreis 27 wird zusammen mit dem Signal für log G einem zweiten Differentialspannungserzeugungsschaltkreis 29 zugeführt, der eine B-Weißabgleichsteuerspannung B/G aus der Differentialspannung der beiden Eingangssignale erzeugt.

Die beiden derart erzeugten Steuerspannungen R/G und B/G der Differentialspannungserzeugungsschaltkreise 28 und 29 werden in die zugeordneten R- und B-Verstärkerschaltkreise 23 und 24 geführt und die Verstärkungen der jeweiligen Verstärker werden derart gesteuert, daß das Bild eines weißen Gegenstandes bei Verwendung einer jeden Art von Lichtquelle weiß wiedergegeben wird.

Der Weißabgleichsensor, der in dem zuvor beschriebenen System verwendet wird, muß so ausgebildet sein, daß der RGB- Lichtempfangsbereich gleichmäßig ausgeleuchtet ist, unabhängig vom Einfallswinkel des auf den Bereich einfallenden Lichts. Im Stand der Technik wurde eine Kombination aus einem lichtstreuenden Plattenfilter und einem Helligkeit kompensierenden Filter auf der lichtempfangenden Oberfläche des Sensors vorgesehen, so daß in dem RGB-Lichtempfangsbereich eine gleichförmige Ausleuchtung auftritt. Jedoch liegt bei dem bekannten automatischen Weißabgleichsensor mit dem oben beschriebenen Aufbau die lichtempfangende Oberfläche der lichtstreuenden Platte parallel zu der des Sensors und in deren Nähe. Jede Veränderung des Einfallswinkels des auf die streuende Platte einfallenden Lichts oder jede Bündelung des einfallenden Lichts beeinflußt unmittelbar die Ausleuchtung der lichtempfangenden Oberfläche des Sensors, so daß sie nicht gleichförmig durch das einfallende Licht ausgeleuchtet wird.

Falls die RGB-Farbfilteranordnung, die auf der lichtempfangenden Oberfläche des Sensors vorgesehen ist, von einer streifigen Art ist, tritt ungleiche Beleuchtung auf der lichtempfangenden Oberfläche auf, wenn das einfallende Licht seitwärts, d. h. in einer Richtung senkrecht zu den Streifen zugeführt wird. Man könnte die Dicke der lichtzerstreuenden Platte vergrößern, um eine gleichmäßige Ausleuchtung zu erzielen, jedoch wird dann weniger Licht der lichtempfangenden Oberfläche des Sensors zugeführt, und der Pegel des Ausgangssignals des automatischen Weißabgleichsensors wird verkleinert, was dieses Signal für äußere Störungen sehr empfindlich macht.

Aus der offengelegten japanischen Patentanmeldung JP-1-305 789 (A) ist eine Einrichtung für den Weißabgleich bekannt, bei welcher das von einem Gegenstand kommende Meßlicht über ein optisches Faserkabel und nach anschließender Ablenkung durch einen lichtdurchlässigen Formkörper einem Sensor zugeführt wird. Dem Sensor ist ein Farbtrennfilter vorgeschaltet, wobei mittels eines IC-Chips das vom Sensor empfangene Licht auf opto-elektronischem Wege in elektrische Farbsignale umgewandelt und das Verhältnis dieser Farbsignale bestimmt wird. Der lichtdurchlässige Formkörper besitzt einen prismenförmigen, im Querschnitt dreieckigen Abschnitt mit einer das entretende Licht um 90° ablenkenden reflektierenden Fläche. Zu der für den Weißabgleich gewünschten Streuung des Meßlichtes dient eine Streuscheibe, welche am eintrittsseitigen Kopf des optischen Faserkabels angeordnet ist und das vom Gegenstand kommende Licht vor dem Eintritt in das optische Faserkabel und somit auch vor dem Eintritt in den optisch transparenten Formkörper streut. Diese Abgleicheinrichtung ist wegen des vergleichsweise geringen Durchmessers des Lichtleitkabels und der unmittelbar vorgeschalteten Streuscheibe verhältnismäßig lichtschwach und deshalb vor allem bei Beleuchtung des Gegenstandes mit geringerer Beleuchtungsstärke verhältnismäßig wenig empfindlich, weist aber trotzdem einen komplexen Aufbau auf, der einen vergleichsweise hohen Fertigungsaufwand bedingt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine lichtumlenkende und lichtstreuende Vorrichtung für eine Abgleichvorrichtung zu schaffen, welche den Abgleich bei einem einfachen Aufbau der Vorrichtung sicher und zuverlässig ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind im folgenden anhand von Fig. 1 und 2 der Zeichnungen näher beschrieben.

In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Schnitt,

Fig. 2 Teile einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Schnitt und

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen elektrischen Schaltung zur Verarbeitung von Eingangssignalen für den Weißabgleich.

Die in Fig. 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein Haltegehäuse 1, eine darin vorgesehene Ausnehmung 2, die an einer Vorderwand des Haltegehäuses 1 ausgebildet ist, und einen aus lichtstreuendem Material gebildeten Körper 3, der in die Ausnehmung 2 des Haltegehäuses 1 eingepaßt ist und beispielsweise aus milchweißem Acryl- Kunstharz geformt ist. Der Körper 3 ist annähernd plattenförmig und wird im folgenden mitunter auch als Platte bezeichnet.

Eine vordere Fläche des Körpers 3 kann beispielsweise ein Quadrat mit einer Kantenlänge von 10 mm bilden, während zwei Seitenflächen des Körpers 3 Trapezform haben.

Die in Fig. 1 nach unten weisende Bodenfläche des Körpers 3 besitzt in waagrechter Richtung eine Ausdehnung von ungefähr 5 mm und dessen oberer Teil eine Ausdehnung von ungefähr 2 mm. Die in Fig. 1 vertikal erscheinende Außenfläche des Körpers 3 dient als Lichteintrittsfläche 3a. Ein Teil der Bodenfläche des Körpers 3 dient als Lichtaustrittsfläche 3b, aus der das diffus gestreute Licht austritt. Diese Lichtaustrittsfläche ist quadratisch mit einer Kantenlänge von ungefähr 3 mm. Eine hintere, geneigt angeordnete Fläche des Körpers 3 dient als Lichtreflexionsfläche 3c.

Alle Seitenflächen des lichtstreuenden Körpers 3 mit Ausnahme der lichtzuführenden Außenfläche 3a und dem Teil des Bodens, in dem die lichtabgebende Außenfläche 3b vorgesehen ist, sind ebenso wie eine geneigte hintere Fläche 3c des Körpers 3 mit einer reflektierenden Schicht 4 überzogen, die durch eine geeignete Technik, wie z. B. Aluminiumaufdampfung ausgebildet ist. Als Alternative dazu kann, wie in Fig. 2 dargestellt ist, eine reflektierende Schicht 4 bereits im voraus auf den Oberflächen des Haltegehäuses 1 anstatt auf den obigen Oberflächen der lichtzerstreuenden Platte 3 ausgebildet sein. Zu beachten ist, daß die hintere Oberfläche 3c in einer Ebene liegt, die quer zu den Ebenen der lichtzuführenden Außenfläche 3a und der lichtabgebenden Außenfläche 3b liegt, d. h. diese schneidet.

Ein lichtdurchlässiges Fenster 5 ist in der Fläche des Gehäuses 1 ausgebildet, die der lichtabgebenden Außenfläche 3b gegenüberliegt, und ein automatischer Weißabgleichsensor 7 ist in dem Fenster 5 vorgesehen, wobei ein Helligkeitskompensationsfilter 6 dazwischen angeordnet ist. Das Filter 6 kompensiert die spektralen Charakteristika des diffusen Lichts, das durch die Platte 3 hindurchtritt, und erzielt eine spektrale Übereinstimmung zwischen der abbildenden Einrichtung und dem automatischen Weißabgleichsensor 7.

Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel wird von außen kommendes Licht, das in die zerstreuende Platte 3 über die Außenfläche 3a zugeführt wird, wiederholt mehrfach reflektiert und gestreut aufgrund der milchweißen Partikel in der Platte 3, was zum Ergebnis hat, daß sich das Licht durch die Platte 3 zur lichtabgebenden Außenfläche 3b ausbreitet. Das Licht, das die reflektierende Schicht 4 erreicht, wird nach innen reflektiert, wodurch die mehrfache Reflexion und Streuung des Lichts innerhalb der Platte 3 weiter erhöht werden, um die Streuung des einfallenden Lichts zu verstärken. Ferner ermöglicht die geneigte hintere Oberfläche 3c, die der lichtzuführenden Außenfläche 3a gegenüberliegt, daß das reflektierende Licht wirklich zur lichtabgebenden Außenfläche 3b gerichtet wird.

Wegen dieser Anordnung wird, selbst wenn das Licht, das auf die Außenfläche 3a zugeführt wird, gerichtet ist oder wenn dessen Einfallswinkel geändert wird, das Licht in im wesentlichen gleichförmiges diffuses Licht umgewandelt. Es verläuft zur Außenfläche 3b hin, an der das Licht in einer Stärke austritt, die über die Außenfläche 3b ausreichend gleichförmig ist, um eine gleichförmige Beleuchtung des gesamten Teils der lichtempfangenden Oberfläche des automatischen Weißabgleichsensors 7 zu erhalten.

Die lichtabgebende Außenfläche 3b erstreckt sich am Boden der lichtstreuenden Platte 3 in einer Richtung, die senkrecht zur lichtzuführenden Außenfläche 3a ist, so daß die optische Weglänge des durch die Platte 3 sich ausbreitenden Lichts vergrößert wird, um eine verstärkte Streuung zu gewährleisten. Ferner hilft die reflektierende Schicht 4, die auf der hinteren Oberfläche 3c, die zur lichtabgebenden Außenfläche 3b geneigt ist, ausgebildet ist, den Lichtstrom zu erhöhen, der zur Austrittsfläche 3b verläuft, wodurch die Intensität des auf die lichtempfangende Oberfläche des Sensors einfallenden Lichts verstärkt wird.

Als ein weiterer Vorteil kann die Fläche der lichtzuführenden Außenfläche 3a ausreichend groß ausgebildet werden, um die Intensität des auf die lichtempfangende Oberfläche des Sensors einfallenden Lichts zu verstärken, wodurch der Pegel des Ausgangssignals des automatischen Weißabgleichsensors 7 erhöht wird, um die Abgabe eines stabilen Ausgangssignals zu gewährleisten, das gegenüber äußeren Störungen unempfindlich ist.

Die zuvor beschriebene Anordnung trägt dazu bei, die Struktur um den automatischen Weißabgleichsensor 7 dünner zu machen.

Falls eine lichtabdeckende Schicht 8 im unteren Bereich der lichtzuführenden Außenfläche 3a vorgesehen ist, der in der Nähe der lichtabgebenden Außenfläche 3b liegt, wie durch die angedeutete Darstellung in Fig. 1 gezeigt ist, kann eine ungleichmäßige Ausleuchtung vermieden werden, die anderenfalls durch Licht bewirkt wird, das durch den Flächenbereich in der Nähe der Außenfläche 3b zugeführt wird.

In dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel besitzt die zerstreuende Platte 3 eine Trapezform, doch ist dies kein Erfordernis und andere Formen, wie z. B. ein Rechteck oder ein Kreissegment können angenommen werden. Es sollte ferner erwähnt werden, daß die Gestalt der lichtzuführenden Außenfläche 3a nicht flach zu sein braucht.

Entsprechend der hier offenbarten Erfindung ist die optische Weglänge in der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung vergrößert, um die Streuung des einfallenden Lichts zu verstärken, so daß ungleiche Lichtstreuung eliminiert werden kann, um eine gleichförmige Beleuchtung der lichtempfangenden Oberfläche des Sensors zu erzielen. Ferner kann die Streuung des Lichts in dem lichtzerstreuenden Element ausreichend hoch sein, um die Intensität des auf die lichtempfangende Oberfläche des Sensors einfallenden Lichts zu verstärken. Als weiterer Vorteil kann die Intensität des Lichts, das auf die lichtempfangende Oberfläche des Sensors zugeführt wird, weiter dadurch verbessert werden, daß die Oberfläche des lichtzerstreuenden Elements, die der lichtzuführenden Außenfläche gegenüberliegt, zur lichtabgebenden Außenfläche hin geneigt ist.

Claims (13)

1. Lichtumlenkende und lichtstreuende Vorrichtung für eine Abgleichvorrichtung, mit

• - einem im Strahlengang vor einer lichtempfindlichen Sensoreinrichtung (7) angeordneten Körper (3) aus lichtstreuendem Material, der eine Lichteintrittsfläche (3a) und eine Lichtaustrittsfläche (3b) aufweist, wobei die Lichtaustrittsfläche (3b) kleiner als die Lichteintrittsfläche (3a) ist, und mit
• - einer Lichtreflexionsfläche (3c), die gegenüber der Lichteintrittsfläche (3a) angeordnet und sowohl zur Lichteintrittsfläche (3a) hin als auch zur Lichtaustrittsfläche (3b) hin geneigt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Lichtaustrittsfläche (3b) quer zur Lichteintrittsfläche (3a) verläuft.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Lichtaustrittsfläche (3b) senkrecht zur Lichteintrittsfläche (3a) verläuft.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Körper (3) durch eine quer zum Bündel des einfallenden Lichtes angeordnete Platte gebildet ist, bei welcher an gegenüberliegenden Längsflächen die Lichteintrittsfläche (3a) und die Lichtreflexionsfläche (3c) und an einer Querfläche die Lichtaustrittsfläche (3b) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Körper (3) im Querschnitt trapezförmig ist, wobei die die Lichtaustrittsfläche (3b) bildende Trapezseite länger ist als die ihr gegenüberliegende Seite.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die die Lichtaustrittsfläche (3b) enthaltende Fläche außerhalb der Lichtaustrittsfläche und/oder die ihr gegenüberliegende Fläche des Körpers (3) lichtreflektierend sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der mindestens die Lichtreflexionsfläche (3c) durch eine reflektierende Schicht (4) auf dem Körper (3) gebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Körper (3) in einen Halter eingesetzt ist, der im Bereich der Lichtaustrittsfläche (3b) ein Fenster (5) aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Körper (3) in eine Ausnehmung (2) eines Gehäuses (1) eingesetzt ist, das die Lichteintrittsfläche (3a) und die Lichtaustrittsfläche (3b) des Lichtleitkörpers (3) freiläßt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der auf einer Innenfläche des Gehäuses (1) eine lichtreflektierende Schicht (4) ausgebildet ist, die die Lichtreflexionsfläche (3c) bildet.

11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Halter bzw. das Gehäuse (1) im Bereich der Lichtaustrittsfläche (3b) des Körpers (1) ein Fenster (5) bildet, in dem ein Spektralfilter (6) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Lichteintrittsfläche (3a) des Körpers (3) in einem der Lichtaustrittsfläche (3b) benachbarten Teilbereich durch eine Abdeckschicht (8) abgedeckt ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Körper (3) aus milchweißem Acryl-Kunstharz gebildet ist.