DE7323353U

DE7323353U - Optisches tiefpassfilter fuer farbfernsehkameras

Info

Publication number: DE7323353U
Application number: DE19737323353U
Authority: DE
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 1972-06-23
Filing date: 1973-06-22
Publication date: 1973-10-25
Also published as: DE2331929B2; JPS4924033A; JPS5222209B2; US3911479A; NL7308748A; DE2331929A1

Description

Patantunwälto

Dipl.-Ing. A. Grünecker

Dr.-Ing. H. Kh.':*'(.">·/

Dr.-ing. W. ö'ft::;.'..M er/>

München 22. 'UJX.i.nlUmslr 43

G 635

11 Juni 1373

FUJI SHASKIK KOKI KABUSHIKI KAISHA No. 324, 1-Chorae,
Uetoke-machi, Ohniya-shi Saitama-ken, Japan

Optisches Tiefpaßfilter für Parbfernsehkameras.

Die Erfindung betrifft ein optisches Tiefpaßfilter für das Aufnahraeobjektiv einer Farbfernsehkamera_o

Das erfindungsgemäße Tiefpaßfilter hat den Zweck, Hochfrequenaöignalkoraponenten zu beseitigen. Es ist beispielsweise zwischen einem Objekti\^r und einer Bildröhre einer Farbfernsehkamera angeordnet, um das Auflösungsvermögen des optischen Systems der Fernsehkamera zu verbessern, damit man ein scharfes Bild erhält ο

Bei dem in jüngster Zeit entwickelten Farbfernsehsystem mit einer einzigen Bildröhre macht es großa Schwierigkeiten, eine unerwünschte Interferenz zwischen dem Leuchtdichtesignal und dem Farbsignal, oder zwischen Farbsignalen zu verhindern. Eine derartige Interferenz bringt falsche Signale mit sich, die einen falschen Bildteil darstellen, der in dem realen Objekt nicht vorhanden ist«, Derzeit ist es nicht möglich, die fal-

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sehen Signale mit Hilfe einer elektrischen Methode zu beseitigen, und daher v/erden die falschen Signale mit einer optischen Methode zur Aussonderung der hohen räumlichen Frequenzkoraponenten beseitigt. Eine der üblichen optischen Methoden zum Beseitigen der hohen räumlichen Frequenzkomponenten, die in die Praxis umgesetzt worden ist, besteht darin, vor der photoelektrischen Umwandlungsfläche ein Linsenraster mit verhältnismäßig feiner Teilung einzuschieben.»

Mit dem oben beschriebenen herkömmlichen Verfahren werden zwar wirklich die falschen Signale bis zu einem bestimmten Maß beseitigt, aber die Schärfe des reproduzierten Bildes geht verloren, da die hohen räumlichen Prequenzkomponenten für alle Arten von farbigem Licht, also rotem, grünem und blauem Licht, beseitigt werden,.

Die Erfindung will den Mangel der oben beschriebenen üblichen Methode beseitigen und ein Mittel schaffen, um die falschen Signale in einem Farbfernsehsystem mit einer einzigen Röhre zu beseitigen, ohne die Schärfe des Farbbildes zu beeinträchtigen. Dies soll mit Hilfe eines optischen Tiefpaßfilters geschehen, das die hohen räumlichen Prequenzkomponenten der Parbfernsehsignale beseitigt, so daß ein scharfes Bild entsteht. Das optische Tiefpaßfilter soll lediglich die hohen räumlichen Frequenzkomponenten der Rot- und Blauanteile des auf die Farbfernsehkamera fallenden Lichtes beseitigen und das grüne Licht durch alle räumlichen Frequenzen passieren lassen. Das Ausfiltern der Hoch.frequeiizkomponenten des Rotlicht- und Blaulichtanteiles soll mit hohem Wirkungsgrad geschehene

Um dies zu erreichen, ist das erfindungsgemäße Tiefpaßfilter mit dünnen transparenten Filmstreifen feiner Teilung versehen, die den Effekt haben, daß das Bot- und Blaulicht hoher räumlicher bzw. Bereichsfrequenz, das durch die Filmstreifen geht, durch Interferenz beseitigt wird und nur grüneß Licht von der niedrigen bis zur hohen .räumlichen Frequenz durchgelassen wird.

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Der Grund, weshalb grünes Licht ausgewählt wird, um über alle räumlichen Frequenzen durch daa Filter durchgelassen zu werden, besteht darin, daß das Auflösevermögen des menschlichen Auges für Grün sehr viel höher ist als für andere Farben. Demnach hat die Wahl des Grünlichtes das Ziel, Bilder mit hohem Auflösevermögen zu erreichen und zugleich die falschen Signale zu verhindern, indem hohe räumliche Frequenzkomponenten des Rot- unc* Blaulichtes ausgeschaltet werden<>

Das erfindungsgemäße Tiefpaßfilter ist theoretisch in der Aperturebene des Objektivs einer Farbfernsehkamera mit einer einzigen Röhre angeordnet, um die Hochfrequenzkomponente zu beseitigen«

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:

Fig.1 eine vergrößerte Teilaufsicht des erfindungsgemäßen Tiefpaßfilters in einer Ausführungsform;

Fig.2 eine vergrößerte Teilschnitbansicht des in Figoi gezeigten Filters;

Fig.3 ein Diagramm, das die optische Durchlässigkeit des erfindungsgemäßen Filters in Abhängigkeit von der räumlichen Frequenz zeigt5

Figo4 - 6 Diagramme, die die optische Durchlässigkeit des erfind ungsgemäß en Filters in weiteren Ausführungsformen in Abhängigkeit von der Wellenlänge veranschaulichen»

Die Fig.1 und 2, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, zeigen ein farbselektives Tiefpaßfilter 1 gemäß der Erfindung, das aus einem transparenten Substrat 2, aus Glas, Kunststoff o.dglo hergestellt, und einer leihe von streifenförmigen Filterlagen 3a, 3b, 3c in verschiedener Dicke und von willkürlicher Breite besteht, die auf dem tranaparenten Substrat 2 parallel zueinander angebracht sindo

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Die streif enförmigen Filterlagen 3a , 3b und 3c sind transparent und haben den Effekt, eine destruktive Interferenz für hohe räumliche Prequenzkomponenten des durchgehenden Rot- und Blaulichtes zu bewirken,,

Bekanntlich wird die hohe räumliche Frequenskomponente eines Lichtes von bestimmter Wellenlänge durch eine feine streifenförmige Filterschicht ausgefiltert, deren Dicke gleich einem ungeradzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge ißt. Wenn die streifenförmige Pilterschicht eine Dicke hat, die gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Wellenlänge ist, passiert das Li chi; die Pilterschicht in seiner Gesamtheit.

Allgemein sind die streifenförmigen Filterschichten gemäß der Erfindung derart eingestellt, daß sie eine Phasenverschiebung von Cv"\N_fl 2N,^... (ιη~1)Νλ (ra und N sind positive ganze Zahlen) für eine spezielle Wellenlänge ( ?\. ) desjenigen Lichtet; verursachen, das zur Abbildung eines scharfen Bildes von hoher Auflösung erforderlich ist, nämlich normalerweise des grünen Lichtes.

In dem in den Pig.1 und 2 gezeigten Ausführungsbeinpiel ist als Anzahl (m) 4 gewählt, was bedeutet, daß die streifenförmigen Filterschichten sich aus parallelen Streifen der nackten Fläche 4 des transparenten Substrats 2, die die Phasenverschiebung Null verursacht, sowie aus ersten parallelen Streifen einer Filterschicht 3a, die auf dem Substrat 2 abgelagert ist und eine Dicke (d) hat, die eine Phasenverschiebung von N.ibev/irkt, sowie aus zweiten parallelen Streifen einer Filterschicht 3b auf de:.i Substrat 2, die parallel zu dem ersten parallelen Streifen der Filterschicht 3a angeordnet sind und eine Dicke (2d) h.'iben, die eine Phasenverschiebung von 2Nwbewirkt,und schließlich aus dritten parallelen Streifen einer Filterschicht 3c auf dem Substrat 2 zusammensetzen, die parallel zu den ersten und .weiten parallelen Streifen der Filterschichten 3a und 3b sind und eine Dicke (3d) haben, die eine Phasenverschiebung von. ;>U !bewirkt. E^3 besteht keine Beschränkung bonügliclj der Reihonfo.l^o

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~ 5

der Anordnung und der Anzahl jeder Art von parallelen Fllteretrelfen 3a, 3b, 3o und 4_t solange nur der Gesamtanteil von Licht, der durch die jeweilige Filterachicht geht, gleich iste Dan bedeutet, daß die Gesamtfläche jeder Art von streifenförmigen Filterochichten dieselbe ist« Die Teilung oder Breite der Streifen iat auch derart richtig gewählt, daß sie den obigen Bedingungen genügte Eq ist vorzuziehen, wenn die Teilung oder Breite der Streifen unregelmäßig ist₀

Im Gebrauch wird das Tnefpaßfilter 1, das gemäß obiger Be~ Schreibung konstruiert ist, in der Aperturebene oder nahe dieser Ebene eines Aufnahmeobjektivsystems einer Farbfernsehkamera angeordnete. Venn weißes Licht oder Licht von dem Objekt durch das Objektiv mit dem Tiefpaßfilter 1 fällt, geht das Licht mit der speziellen Wellenlänge ( \ ), vorzugsweise grünes Licht, normalerweise durch das Filter, ohne einer besonderen Wirkung ausgesetzt zu sein, weil die von den Filterschichten 3a, 3b, 3c bewirkte Phasenverschiebung ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge ( λ. ) iste Was dagegen das Licht mit einer von der Wellenlänge ( /\ ) unterschiedenen Wellenlänge betrifft, so interferieren die Lichtkomponenten, wenn sie durch die verschiedenen streifunförmigen Filteroohichten gegangen sind, miteinander, und die optische Durchlässigkeit des Filters in der zu den Streifen senkrechten Richtung ist bezüglich der hohen räumlichen Frequenzkomponenten eines solchen Lichtes merklich reduzierte Damit ist es möglich, Licht einer Wellenlänge oberhalb einer bestimmten räumlichen Frequenz vollständig zu eliminieren Die kritische räumliche Frequenz hängt von der Teilung oder Breite der Streifen des Filters abo

Die optische Durchlässigkeit eines solchen Filters hat den Effekt, die Hochfrequenzkoraponenten von Rot,- und Blaulicht zu eliminieren und grünes Licht für alle räumlichen Frequenzen durchgehen zu lassen» Dies ist in Fig.3 dargestellt» In dem Diagramm der Fig. 3 für die optische: Durchlässigkeit stellt die nahezu ebene Linie G das grüne Licht dar und die Kurven B und

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R, die in dem hohen räumllohen Frequenzbereich den Wert Null haben, repräsentieren das blaue bzw. rote Liohto

Nachstehend wird die optische Durchlässigkeit des erfindungsgeraäßen Filters bezüglich der Wellenlänge des durchgehenden Lichtes im einzelnen beschrieben. Die Punktion der optischen Durchlässigkeit T des Tiefpaßfilters bezüglich der Wellenlänge für das Licht hoher räumlicher Frequenz ist durch die folgende Formel gegeben:

^ 2

sin

worin η der Brechungskoeffizient für eine Wellenlänge Tt , d die Diokeneinheit der phasenschiebenden Filterschicht und 9 = 2 ^ ^ist· ^Die Dickeneinheit d ist so bestimmt, daß sie der Gleichung (no - 1)d = λ,₀ genügt, worin no der Brechungskoeffizient für eine spezielle Wellenlänge λ-ο ist.

Die Λ,-τ-Kurve, das ist die optische Durchlässigkeit in Abhängigkeit von der Wellenlänge, für e'en Fall von m = 4, N = 2 ist in Fig.4 und für m = 8, N = 1 in Figo5 dargestellt. Wie diese Kurven zeigen, ist selbstverständlich die optische Durchlässigkeit bei der speziellen Wellenlänge hoch und im Bereich der übrigen Wellenlängen niedrig«

Man kann die oben beschriebenen Filter zweifach übereinander verwenden, so daß die gleichen Muster der Bilder nicht in Deckung sind. Zum Beispiel werden zwei Filter mit in = 6 und N = 1, die nach obiger Beschreibung konotruiert sind, verdoppelt, wobei man also streifenförmige Filterschichten mit dem Phasenschiebungiseffekt von O λ., 1 X, 2λ... 10 λ. erhält, deren Gesamtfläche zu 1 :2:3:4:5:6:5:4:3:2:1

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gemaoht 1st. Solch ein Doppelfilter hat die in Figo6 dargestellte optisohe Durchlässigkeit«

Ein einzelnes Filter, das unregelmäfSig geteilte, feine, etreifenförmige Fllterschiohten trägt, (^e einen Phasenschiebungseffekt von Ο^.Ν,λ 2N,'i... nlOfür die spezielle Wellenlänge haben und deren gesamte Lichtdurchlässigkeit3fläche in dem Verhältnis 1:2i3:...· :3s2s1 steht, wurde den gleichen Effekt haben wie das oben erwähnte Doppelfilter.

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Claims

S ο hut ζ anspräche

1. Optisches Tiefpaßfilter für ein Aufnahmeobjektiv einer Farbfernsehkamera, gekennzeichnet durch ein transparentes Substrat (2) und durch mehrere auf dem Substrat parallel zueinander angeordnete,transparente, streifenförmige FiIterschichten (3a, 3b, 3c), deren Dicke gleich einem ganzzahligen Vielfachen einer speziellen Wellenlänge ist, wodurch nur das licht dieser speziellen Wellenlänge durch das Filter durchgelassen wird u,.d die hohen räumlichen Frequenzkomponenten des Lichtes mit einer von der speziellen Wellenlänge unterschiedlichen Wellenlänge durch das Filter eliminiert werden.

2β Optisches Tiefpaßfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der streifenförmigen Filterschichten unregelmäßig gewählt ist.

3. Optisches Tiefpaßfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die streifenförraigen Filterschichten (3a, 3b, 3c) mehrere Arten von Dickengrößen aufweisen.

4. Optisches Tiefpaßfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß die verschiedenen Dickengrößen der streifenförmigen Filterschichten so gewählt sind, daß sie mehrere Phasenverschiebungen von 0 \ , NA , 2N X ... (m - 1)Νλ bewirken, worin λ. die spezielle Wellenlänge und m und N positive ganze Zahlen sind.

5β Optisches Tiefpaßfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtmenge, die durch eine Art der streifenförmigen Filterschichten geht, ein in-tel der gesamten durch das Filter durchgelassenen Lichtmenge ist,

6ο Optisches Tiefpaßfilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der streifenförmigen Filter-

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— Q ~

schichten unregelmäßig gewählt lot und das Verhältnis der gesaraten Fläche der betreffenden atreifenförmigen Filterschlchten, die Phasenverschiebungen von 0/1, NiI₁ 2ΝΛ-_?.. (m - 1)Νλ. bewirken, gleich 1 : 2 : 3 : ... : (m + 1)/2:
. .. ;3 : 2 : 1 beträgt«

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