DE949405C - Kamera-Anordnung zur Erzeugung von Farbfernsehsignalen - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 20. SEPTEMBER 1956

M 2i411 Villa/2ia¹

ist als Erfinder genannt worden

Die Erfindung bezieht sich auf Farbfernsehübertragungen und hat eine verbesserte und verhältnismäßig einfache Kamera-Anordnung zum Gegenstand, bei der eine einzige Aufnahmeröhre benutzt werden kann, um getrennte simultane Farbsignale zu erzeugen, ohne daß irgendwelche mechanisch bewegten Teile zur Trennung der Farbsignale erforderlich sind. Es wird lediglich ein festes Farbfiltersystem zusätzlich in einem gewöhnlichen »Schwarzweiß «-Fernsehsender erforderlich, um voneinander trennbare Farbsignale zu erzeugen, ohne daß strenge Anforderungen an das Auf lösungsvermögen der Kameraröhre gestellt werden sollen. Es sind vielerlei Fernsehempfängersysteme bekannt, in denen gefärbte Bilder aus Bildsignalen mit getrennten Farbkomponenten hergestellt werden können. Es ist z.B. ein Dreifarbensystem unter Verwendung der Grundfarben Rot, Blau und Grün bekannt, bei dem das gefärbte Bild aus drei getrennten Signalen aufgebaut wird, nämlich einem

»roten« Farbsignal, einem »blauen« Farbsignal und einem »weißen« (also reinen Helligkeits-) Signal, welche getrennt aus dem Empfänger abgeleitet werden können, und wobei das »grüne« Farbsignal durch ein subtraktive Methode aus dem »weißen«, »roten« und »blauen« Signal abgeleitet wird. Solche und ähnliche Empfängeranordnungen sind wohlbekannt und sollen, da sie keinen wesentlichen Bestandteil der Erfindung bilden, hier nicht näher ίο erläutert werden. Sie erfordern die Herstellung getrennter Farbsignale auf der Senderseite. Derartige getrennte Farbsignale werden oft auf der Senderseite durch eine Mehrzahl von Kameraröhren (für jede Farbkomponente eine) erzeugt. Diese Art der Erzeugung der getrennten Farbsignale ist wenig befriedigend einerseits wegen der höheren Kosten für die Bereitstellung mehrerer Kameras und andererseits wegen der höheren Anforderungen an die geometrische Übereinstimmung der von den einzelnen Kameraröhren aufgenommenen Bilder, die gestellt werden müssen, um eine genaue Deckung der einzelnen Farbbilder zu erreichen.

In dem Hauptpatent 946 999 ist eine Anordnung zur Erzeugung von simultanen Farbfernsehsignalen beschrieben, deren den einzelnen Grundfarben zugeordnete Farbsignalkomponenten in getrennten Frequenzbereichen liegen. Dabei wird eine Aufnahmeapparatur benutzt, die eine einzige Kameraröhre zur Aufnahme für alle Farbkomponenten enthält. Die Anordnung gemäß dem Hauptpatent ist so getroffen, daß im Lichtstrahlengang zwischen dem zu übertragenden Objekt und der Photokathode der Kameraröhre ein Farbfilter angeordnet ist, welches in einem insbesondere rechten Winkel zur Zeilenrichtung angeordnete Streifen für verschiedene Farbdurchlässigkeit aufweist, die so verteilt sind, daß bei der Abtastung ' in der Kameraröhre die den einzelnen Grundfarben des Bildes entsprechenden Farbsignale mit verschiedenen, voneinander trennbaren Frequenzen moduliert erscheinen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform in der Hauptpatentanmeldung besteht das Farbfilter aus mehreren übereinandergelagerten Filterstreifensystemen, von denen jedes aus Streifen besteht, die eine bestimmte Grundfarbe absorbieren und die durch farblos durchsichtige Streifen voneinander getrennt sind, wobei der Streifenabstand in jedem Streifensystem entsprechend der für die betreffende Grundfarbe gewählten Modulationsfrequenz bemessen ist. So können z. B. zwei Streifensysteme vorgesehen sein, von denen das eine zyanfarbene Streifen getrennt durch farblos durchsichtige Streifen, das andere gelbfarbene Streifen unterbrochen von farblos durchsichtigen Streifen enthält. Wie in dem Hauptpatent sollen in der folgenden Beschreibung Teile des Farbfilters als Zyan, Gelb und Magenta bezeichnet werden, wenn sie rotes, blaues bzw. grünes Licht absorbieren und daher bei Durchsicht vor weißem Hintergrund in den zuerst angegebenen Farben erscheinen. In der Farbphotographie werden derartige Filter auch entsprechend als Minusrot, Minusblau bzw. Minusgrün bezeichnet. Ein solches Streifenfilter ist, wie bereits erwähnt, in den Abbildungsstrahlengang 6g vor der Photokathode einer Kameraröhre angeordnet, und zwar entweder innerhalb der Röhre in unmittelbarer Nachbarschaft der Kathode oder außerhalb der Röhre, wobei es dann optisch auf die Kathode abgebildet wird. Dabei ist die Größe.des Filters so gewählt, daß das ganze Bild auf der Photokathode von ihm bedeckt wird. Die Streifen verlaufen vorzugsweise rechtwinkelig zur Zeilenabtastrichtung. Die gegenseitigen Abstände der Rot absorbierenden Streifen sind verschieden von den Abständen der Blau absorbierenden Streifen, mit anderen Worten, die Gitterkonstanten der beiden gitterförmigen Filter sind verschieden. So kann z. B. die Gitterkonstante der Blau absorbierenden Streifen doppelt so groß wie die Gitterkonstante der Rot absorbierenden Streifen sein. Dieses einfache Verhältnis der Gitterkonstanten ist aber kein notwendiges Merkmal, sondern wurde nur wegen der relativ einfachen Herstellung eines solchen Filters gewählt. Wesentlich ist lediglich, daß die gewählten Gitterkonstanten feiner als die geforderte horizontale Auflösung im Helligkeitskanal sind.

Bei Filtern der in dem Hauptpatent beschriebenen Art tritt eine Schwierigkeit auf, welche durch die verhältnismäßig hohe sogenannte Streifenfrequenz, das ist die Anzahl der vom Abtaststrahl in der Sekunde überstrichenen Farbstreifen einer bestimmten Farbe bedingt ist, so daß daher sehr hohe Anforderungen an das Auflösungsvermögen der Kameraröhre gestellt werden. Dkse Schwierigkeit soll durch die vorliegende Erfindung überwunden werden.

Der Aufbau eines für den Betrachter befriedigenden gefärbten Bildes erfordert mit Bezug auf die Farbinformation (Chrominance Signals) eine wesentlich geringere Auflösung als in bezug auf die Helligkeitsinformation. So kann unter Zugrundelegung der heutigen britischen Fernsehnorm von 405 Zeilen pro Bild und 25 Bildern pro Sekunde ein befriedigendes Farbbild aufgebaut werden mit Helligkeitssignalen, die eine Bandbreite von etwa 2,5 MHz einnehmen, und mit Farbsignalen, die eine Bandbreite von nur 0,5 MHz für jeden übertragenen Farbkanal erfordern. Um störende Schwebungsfrequenzmuster im Bild zu vermeiden, muß die niedrigste Streifenfrequenz (gewöhnlich in einem Dreifarbensystem die Frequenz der Zyanstreifen) etwa doppelt so groß sein wie die höchste Frequenz des Helligkeitssignals, das sind in dem gegebenen Beispiel also etwa 5 MHz. Wenn weiterhin, wie in der Hauptpatentanmeldung beschrieben, die »gelbe« Streifenfrequenz ihrerseits doppelt so groß gewählt wird, werden die Anforderungen an das Auf lösungsvermögen der Kameraröhre so groß, lsso daß sie nur mit großem Aufwand befriedigt werden können. Zur Erleichterung der Anforderungen an das Auflösungsvermögen könnte ein großer praktischer Vorteil erreicht werden, wenn man die Streifenfrequenz so niedrig wie möglich wählt, z. B. bei 6 MHz für das gelbe Streifenfilter an

Stelle von ίο MHz, wie es sich aus den vorstehenden Forderungen ergibt. Wenn man dies jedoch, bei einem Filter, wie es in dem Hauptpatent beschrieben ist, durchführt, treten ernsthafte Schwcbungsfrequenzstörungen auf. Die vorliegende Erfindung sucht diese Schwierigkeit zu überwinden, indem verbesserte Filter von solcher Art vorgeschlagen werden, daß auch bei niedriger Streifenfrequenz keine ernstlichen Schwebungsfrequenzmuster auftreten. Wie man weiter unten erkennen wird, wird gleichzeitig durch die in der Erfindung vorgeschlagenen Maßnahmen das Farbnebensprechen ebenso wie die Schwebungsfrequenzmuster vermieden.

Zum besseren Verständnis der Erfindung sei zunächst an Hand der Zeichnungen die Entstehung des Farbnebensprechens und der Schwebungsmuster bei Anordnungen gemäß dem Hauptpatent beschrieben, wenn die Farbfilter eine verhältnismäßig niedrige Streifenfrequenz aufweisen.

Es sei der Fall eines Filters betrachtet, welches aus einer Schicht von zyanfarbenen Streifen und einer Schicht von gelben Streifen, die unmittelbar benachbart sind, besteht, wobei die Streifen — wie in dem Hauptpatent beschrieben ·— jeweils durch farblos durchsichtige Streifen voneinander getrennt sind.

Abb. ι zeigt die Abhängigkeit des Modulationsgrades m des Farbsignals für irgendeine Spektralfarbe, d. h. die Amplitude des durch die Streifenfrequenz des betreffenden Farbstreifenfilters gegebenen Farbsignals, in Abhängigkeit von der Absorption der Farbstreifen für die betreffende Spektralfarbe. Dabei ist als Maß für die Absorption die »Dichte« d eingeführt, die gleich dem Logarithmus der reziproken Transparenz ist. Wenn die Farbstreifen z. B. die Dichte d_c besitzen und durch klar durchsichtige Zwischenräume von der Dichte Null getrennt sind, ist der Modulationsgrad für eine bestimmte auf der Abzisse angegebene Dichte d_c gegeben durch den zugehörigen Ordinatenwert m_c. In Wirklichkeit werden weder die zyanfarbenen Streifen die Dichte Null für den gesamten Lichtwellenlängenbereich unterhalb Rot besitzen, noch werden die gelben Streifen die Dichte Null für den gesamten Lichtwellenlängenbereich oberhalb Blau oder Blau-Grün besitzen. Das bedeutet, daß das Licht dieser Spektralbereiche bei der Abtastung mit beiden Filterfrequenzen moduliert wird. Wenn daher die »gelbe« Streifenfrequenz im Interesse der geringeren Kameraauflösung, wie oben gefordert, nur wenig größer als die »Zyan«- Streifenfrequenz gemacht wird (z.B. »Zyane-Streifenfrequenz = 5 MHz und »gelbe« Streifenfrequenz = 6MHz), so tritt in den abgeleiteten Farbsignalen eine Schwebungsfrequenz von z. B. 1 MHz auf, die Anlaß zu einem störenden Streifenmuster im wiedergegebenen Bild gibt, einem sogenannten Schwebungsfrequenzmuster, das um so besser sichtbar ist, je geringer die Frequenzdifferenz durch die Wahl der Streifenfrequenzen wird. Außerdem wird ein Farbnebensprechen auftreten, wenn der abtastende Lichtpunkt über die Farbstreifen hinwegwandert. Durch die Erfindung sollen diese Fehler vermieden werden.

Gemäß der Erfindung besitzen in jedem Farbfilter die Streifen großer Lichtdurchlässigkeit für das von den Farbabsorptionsstreifen durchzulassende Licht etwa das gleiche Absorptionsvermögen wie die Farbabsorptionsstreifen. Die Zwischenräume können entweder neutral getönt oder schwach gefärbt sein. Unter Bezugnahme auf Abb. ι sei angenommen, daß die Zwischenräume die Dichte d_n besitzen. Dann wird der Modulationsgrad nicht mehr m_c, sondern m_c —m_n sein.

Zur Erläuterung der Erfindung sei zunächst ein Filterpaar betrachtet, das stark idealisierte Eigenschaften besitzt. Abb. 2 zeigt graphisch die spektrale Verteilung des Absorptionsvermögens eines solchen Paares in den absorbierenden Streifen, von denen das eine (Ij zyanfarben und das andere (H) gelb ist, mit einem Spektralbereich, in dem beide Filter durchlässig sind. Dabei ist angenommen, daß die Dichte in dem Spektralbereich zwischen den Absorptionsmaxima der beiden Filter Null sei. In Wirklichkeit sind Filter mit den in Abb. 2 gezeigten Eigenschaften nicht herstellbar. Durch den Linienzug A, B, C, D ist die spektrale Charakteristik des zyanfarbenen Streifenfilters dargestellt, welches das »rote« Farbsignal erzeugt. Mit go E, F, G, H ist die spektrale Charakteristik des gelben Streifenfilters angedeutet, welches das »blaue« Farbsignal erzeugt. Da die Teile C, D und G, H sich teilweise überdecken, d. h. daß die Wellenlänge X_c am Punkt C größer ist als die Wellenlänge X₀ am Punkt G, kann kein Schwebungsfrequenzmuster entstehen, da es keine Lichtwellenlänge gibt, welche durch beide Filter moduliert wird. Beispielsweise wird Licht von der Wellenlänge X₁, wie sie in Abb. 2 eingezeichnet ist, stark durch das gelbe Filter II moduliert werden, aber nicht durch das zyanfarbene Filter I. Da ein Schwebungsfrequenzmuster nur erzeugt werden kann als Produkt zweier Modulationen, kann ein solches Schwebungsmuster bei Verwendung von Filtern mit den beschriebenen idealisierten Absorptionseigenschaften nicht auftreten.

Abb. 3 zeigt graphisch eine ebenfalls idealisierte Filtercharakteristik, bei der jedoch die Dichte in den betreffenden spektralen Durchlaßbereichen der no Filter nicht auf Null abfallen, sondern auf gleichförmige Dichten endlicher Größe. Die beiden Spektralcharakteristiken der Filter sind entsprechend mit Ä, B', C, D' bzw. E', F', G', H' bezeichnet. Wie in Abb. 2 besitzen die beiden Filter einen gemeinsamen Bereich C'-G' verhältnismäßig kleiner Dichte Ii₁ bzw. d₂. Durch geeignete Wahl der Dichte der neutral getönten Zwischenräume, und zwar so, daß sie die Werte C^₁ bzw. d_% annehmen, kann erreicht werden, daß blaues Licht nicht moduliert wird, wenn es von einem zyanfarbenen Streifen auf einen Streifen der neutralen Dichte d_x übergeht, und daß rotes Licht nicht moduliert wird, wenn es von einem gelben Streifen auf einen Streifen von der neutralen Dichte d₂ übergeht. So kann das Auftreten von

Schwebungsfrequenzen vermieden werden, auch wenn die Dichte des Filters für keine Spektralfarbe bis auf Null heruntergeht.

Abb. 4 zeigt den spektralen Verlauf der Dichte (Absorption) für ein praktisch herstellbares Filterpaar, wobei die Dichte im Maximum der Absorption etwa 0,5 beträgt — ein Betrag, der eine vernünftige Arbeitsweise erlaubt. Man erkennt, daß die Zyanfarbstreifen die unangenehme Eigenschaft ίο besitzen, daß die Dichte bei den kürzeren Wellenlängen im Blauen und Violetten wieder ansteigt, eine Eigenschaft, welche sowohl das Auftreten von Schwebungsmustern als ,auch ein erhebliches »Blau-Rot«-Nebensprechen hervorruft. In der Tat treten beide Effekte immer gleichzeitig auf, da sie beide auf der gleichen Ursache beruhen, nämlich der Modulation gewisser Lichtfarben durch beide Streifenfilter.

Wenn man mit Filtern, deren Eigenschaften in ao Abb. 4 dargestellt sind, die Zwischenräume zwischen den Filterstreifen klar durchsichtig machte, so daß sie also die Dichtigkeit Null hätten, würden sich Modulationsgrade für die einzelnen Lichtfarben ergeben, wie sie in Abb. 5 dargestellt sind. Hier ist der Modulationsgrad als Ordinate aufgetragen gegen die Lichtwellenlänge als Abzisse. In gleicher Weise zeigt Abb. 6 die relative Amplitude des Helligkeitssignals,' welche bei der Benutzung eines solchen Filterpaares erhalten wird in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge. Dabei ist die Farbcharakteristik der Kameraröhre und der angeschlossenen Apparate (welche sich mit der dargestellten Kurve multipliziert) vernachlässigt. Man erkennt einen Anstieg der Empfindlichkeit im Grünen. Dies kann — wenn erwünscht — durch ein gleichförmiges, d. h. nicht gestreiftes magentafarbenes Filter ausgeglichen werden. Dabei ist unter magentafarben ein Filter zu verstehen, welches im Grünen absorbiert und daher eine magentarote Farbe vor weißem Licht zeigt.

Abb. 7 zeigt die Abhängigkeit der Schwebungsamplitude von der Lichtwellenlänge bei Verwendung von Filtern mit den Charakteristiken der Abb. 4, und man erkennt, daß im Violetten und Blauen auf Grund des bei den kurzen Lichtwellenlängen vorhandenen Anstiegs der Absorption im Zyanfilter Schwebungsmuster mit großer Amplitude auftreten müssen.

Abb. 8 zeigt Modulationsgradkurven wie Abb. 5, jedoch für den Fall, daß gemäß der Erfindung die Zwischenräume zwischen den Farbfilterstreifen nicht klar durchsichtig sind, sondern eine neutrale, d. h. farbunabhängige Absorption (Dichte) von (I₁ = 0,14 im Filter I bzw. d₂ = 0,04 im FiI-ter II besitzen. Die Kurven I und II erscheinen daher gegenüber der Abb. 5 um den Betrag 0,14 bzw. 0,04 nach unten verschoben. Dabei treten — wie man erkennt — für gewisse Spektralbereiche negative Modulationsgrade auf, was als Farbnebensprechen mit umgekehrter Phase zu deuten ist.

Abb. 9 zeigt in gleicher Weise wie Abb. 7 die Schwebungsamplituden in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge bei Anwendung der Erfindung mit der vorgenannten Dichte der Zwischenräume zwischen den Filterstreifen. Man erkennt durch Vergleich der Abb. 8 und 9 mit den Abb. 5 und 7, daß,durch Anwendung der Erfindung sowohl das Farbnebensprechen als auch das Auftreten von Schwebungsmustern wesentlich vermindert worden ist.

Zur Herstellung der Streifenfilter gemäß der Erfindung sind die verschiedensten Verfahren möglich. Im folgenden soll ein bevorzugtes photographisches Verfahren näher beschrieben werden, ohne daß die Erfindung auf Filter beschränkt sein soll, die nach einem solchen Verfahren hergestellt sind. Zunächst wird ein schwarzweißes Streifenmuster mit geeigneten Breiten der Streifen und Zwischenräume auf einen Film mit gewöhnlicher Emulsion photographiert. Der Film wird genügend lange exponiert, um eine im wesentlichen gesättigte Dichte bei normaler Entwicklung zu erhalten. Nach dieser Entwicklung erhält man auf dem Film Streifen, die im wesentlichen aus Silber bestehen und nur noch sehr wenig Bromsilber enthalten. Diese Streifen sind getrennt durch Zwischenräume, welche theoretisch nur Bromsilber enthalten sollten, in denen aber durch Unvollkommenheiten des Films geringe Mengen Silber enthalten sein können. Dies ist jedoch unwesentlich. Der Film wird nunmehr nochmals kurz gleichförmig exponiert, um ein latentes Bild in den silberbromidhaltigen Zwischenraumstreifen zu erhalten und wird dann einer Farbentwicklung unterworfen. Dieser Prozeß verläuft derart, daß überall, wo in dem latenten Bild Silberbromid zu Silber reduziert wurde, eine Färbung erzeugt wird. Die Belichtung ist für diesen Zweck so gewählt, daß die gewünschte maximale Farbdichte von etwa 0,5 erreicht wird. Danach wird der Film fixiert (d. h. daß alles Silberbromid herausgelöst wird) und darauf einem langsamen Bleichprozeß unterworfen, in welchem das Silber herausgelöst wird. Da in den gefärbten Teilen des Films verhältnismäßig wenig Silber enthalten ist, werden diese klar, bevor die ungefärbten Teile, die den durch die erste Exposition stark geschwärzten Streifen entsprechen, völlig vom Silber befreit sind. Der Bleichprozeß wird dann langsam weitergeführt, bis das verbleibende Silber eine solche Dichte besitzt, wie sie in den Zwischenräumen gewünscht wird, und daraufhin abgebrochen. Es sei noch erwähnt, daß der vorstehend beschriebene Prozeß, welcher lediglich eine von vielen Möglichkeiten der Herstellung darstellt, den Vorteil hat, daß keinerlei Deckungsprobleme irgendwelcher Art auftreten.

Wenn zwei solche Filter mit verschiedenen Gitterkonstanten des Streifenmusters hergestellt iao sind, können sie zusammengesetzt werden, ohne daß genaue Deckung irgendwelcher einzelnen Punkte erforderlich ist. Es ist nicht einmal notwendig, daß die Streifen der beiden Filter zueinander parallel sind, ja, man kann sogar die bei der las Abtastung wirksame Streifenbreite durch eine ge-

eignete Neigung der Streifenrichtung gegen die Abtastzeilen herstellen.

An Stelle einer neutralen grauen Dichte kann den Streifenzwischenräumen auch eine leichte Färbung gegeben werden.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ίο I. Anordnung zur Erzeugung von Farbfern-

   sehsignalen in einer Bildabtaströhre, bei der in den Lichtstrahlengang vor der Photokathode mehrere (insbesondere zwei) in verschiedenen Spektralbereichen absorbierende Farbfilter eingeschaltet sind, die jedes aus Streifen mit für den betreffenden Spektralbereich großer Lichtabsorption bestehen, welche durch Streifen großer Lichtdurchlässigkeit für das ganze Spektrum getrennt sind, wobei die Gitterkonstanten (Streifenabstände) der verschiedenen Farbfilter derart verschieden gewählt sind, daß bei der Abtastung Farbsignale für die betreffenden Grundfarben erzeugt werden, welche mit entsprechend verschiedenen Frequenzen (Streifenfrequenzen) moduliert sind, nach dem Hauptpatent 946 999, dadurch gekennzeichnet, daß die Spektralbereiche, in denen die stark absorbierenden Streifen von zwei Filtern ihre wesentliche Absorption besitzen, durch einen Spektralbereich, getrennt sind, in dem beide Filter eine relativ geringe Absorption besitzen (Abb. 4), und daß in jedem Filter die Streifen großer Lichtdurchlässigkeit für das von den zugehörigen stark absorbierenden Streifen durchzulassende licht ein solches von Null verschiedenes Absorptionsvermögen besitzen, daß für dieses Licht bei der Abtastung keine oder eine möglichst geringe Modulation mit der Streifenfrequenz des betreffenden Filters auftritt. .
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen großer Lichtdurchlässigkeit neutral grau sind.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen großer Lichtdurchlässigkeit schwach gefärbt sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 509 697/317 3.56 (609 615 9.56)