DE2006669B2

DE2006669B2 - Optischer Dreifarbenseparator

Info

Publication number: DE2006669B2
Application number: DE2006669A
Authority: DE
Inventors: Michel Paris Favreau
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1969-02-27
Filing date: 1970-02-13
Publication date: 1978-05-24
Also published as: DE2006669C3; BE746069A; DE2006669A1; NL7001149A; SE349667B; FR2033565A5; GB1290224A; US3624272A; CH514266A

Description

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Die Erfindung betrifft einen optischen Dreifarbenseparator für Farbfernsehfilmabtaster und Farbbildanalysatoren, bei denen über ein Objektiv die Bildvorlage punktweise durchstrahlt wird und auf drei je einer Grundfarbe entsprechenden Fotovervielfachern über einen Kondensor ein Bild der Objektivaustrittspupilie erzeugt wird.

Bei Dreifarbenseparatoren handelt es sich im allgemeinen um optische Geräte, die ein Lichtbündel in drei bestimmte einfarbige Bündel aufteilen. Bei Bildanalysatoren, bei denen Bildabtaströhren vom Typ » flying spot« (wandernder Lichtpunkt) eingesetzt werden, stellt die Kathodenröhre eine Lichtquelle mit großem Auflösungsvermögen und geringer Nachleuchtwirkung dar. Ein Objektiv läßt das Bild des beweglichen Lichtpunktes auf einem Film bzw. einem zu analysierenden Diapositiv entstehen. Das von einem optischen Kondensor aufgenommene Licht wird durch die unterschiedliche Absorption des abgetasteten Bildes moduliert, wobei gewöhnlich die Anordnung in der Form gewählt wird, daß das optische Bild der Austrittspupille des Objektivs in der Ebene des Fotovervielfachers entsteht, um sich der durch die Oberflächenbeschaffenheit der empfindlichen Fläche des Fotovervielfachers entstandenen Probleme zu entledigen. Innerhalb von Anlageteilen zur Farbwiedergabe liegt ein Dreifarbenseparator hinter dem Konden-

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60 sor, so daß das modulierte Lichtbündel in drei einfarbige Lichtbündel aufgeteilt wird, die ihrerseits drei Fotovervielfacher steuern, die jeweils die den drei (einfarbigen) Farbkomponenten entsprechenden elektrischen Videosignale des abgetasteten Bildpunktes liefern.

Die Dreifarbenseparatoren werden gewöhnlich durch dichroitische Planspiegel dargestellt Spiegel dieser Art verhalten sich wie abgestimmte Filter, die die Komponenten des einfallenden Lichts in einem bestimmten Spektrum reflektieren und die anderen Komponenten weiter übertragen, wobei die Ansprechkurve Bildhelligkeit/Wellenlänge einer Bandpaßfilterung gleichzusetzen ist. Somit können die drei Farbkomponenten des einfallenden Lichtes, Rot, Grün und Blau, ausgewählt werden.

Dichroitische Spiegel dieser Art sind bereits in verschiedenen Aufbauformen bekannt, wovon einige weiter unten näher erläutert werden. Gewöhnlich sind die Nachteile dieser Spiegel in ihrer Formgebung selbst begründet und darüber hinaus in der Eigenschaft der dichroitischen Spiegel, daß sich die spektrale Ansprechkurve und der Reflexionskoeffizient mit dem Einfallswinkel der auf den Spiegel auftreffenden Lichtstrahlen ändern. Das vom entsprechenden Fotovervielfacher abgegebene Videosignal weist eine gestörte Frequenz- und Amplitudenmodulation auf. Innerhalb der bekannten Systeme ist in der Nähe der optischen Achse zwar die Parallelität des auf die Mehrfarbenspiegel auftreffenden Lichtbündels gewährleistet, jedoch wird diese durch die Öffnung der Austrittspupille des Objektivs beeinträchtigt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Dreifarbenseparator der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem zur Verbesserung der spektralen Trennung die von einem Punkt der Bildvorlage ausgehenden Strahlen und andererseits zur Vermeidung von Störmodulationen die von einem Punkt der Pupille ausgehenden Strahlen unter möglichst gleichem Winkel auf die beiden dichroitischen Spiegel fallen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vom Kondensor erst ein reelles Zwischenbild der Austrittspupille erzeugt wird und daß hinter dem Ort des Zwischenbildes zwei zur optischen Achse des Kondensors geneigte dichroitische Konkavspiegel angeordnet sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in IP i g. 3 schematisch dargestellten Ausfuhrungsbeispieles näher erläutert. Die F i g. 1 und 2 beziehen sich auf den Stand der Technik. Es zeigt

F i g. 1 einen Dreifarbenseparator nach dem Stande der Technik,

F i g. 2 einen weiterentwickelten Dreifarbenseparator mich dem Stande der Technik,

F i g. 3 einen Dreifarbenseparator gemäß der Erfindung.

F i g. 1 zeigt ein vereinfachtes Schema eines Separators nach dem Stande der Technik, wie er beispielsweise für Farben-Festbildanalysatoren, ohne Bildabtaströhre vom Typ »flying spot« und ohne Objektiv, verwendet wurde. Die Austrittspupille des Objektivs ist mit P bezeichnet

Während der Abtastung der Kathodenröhren gemäß den Merkmalen der verwendeten Fernsehnorm wird das die Pupille P durchlaufende und vom Lichtpunkt der Oberfläche der Kathodenröhre ausgehende und das Objektiv durchlaufende Lichtbündel auf den entsprechenden Punkt des Diapositivs oder des zu analysieren-

Hen Filmbildes D konzentriert, wobei die äußeren Lagen den Marken A und B auf der Zeichnung entsprechen. Die Konvergenzlinse L mit den Brennpunkten Fl und F2 empfängt das durch die Absorption des Bildes D modulierte Lichtbündel. Die Anordnung wurde hier z. B. in der Form gewählt, daß das Bild der Pupille P in der Ebene der Fotovervielfacher P\_R, Pi₈, P'Iv (R=TOX, B= blau, V= grün) entsteht, wodurch Probleme aus der Beschaffenheit ihrer Aufnahmeflächen vermieden werden.

Bei der in F i g. 1 gezeigten, einfachen Darstellung, nimmt ein erster dichroiiischer Spiegel in der Ebene Mr, der beispielsweise um 45° gegenüber der optischen Achse der Linse L geneigt ist, den gesamten von dieser Linse ausgehenden Lichtfluß auf und reflektiert aus diesem Lichtbündel die Rotkomponente in Richtung des Fotovervielfachers PIr. Die durch das Filter Mr bewirkte Filterung kann auf herkömmliche Weise durch ein Rotfilter FR verbessert werden. Ein dichroitischer Spiegel MB nimmt das direkt vom Spiegel Mr übertragene Lichtbündel auf und reflektiert aus diesem Lichtbündel die Blaukomponente in Richtung des Fotovervielfachers Pl» Ein Blaufilter FB kann an dieser Stelle zwischengeschaltet werden. Die Grünkomponente des Lichtbündels kann nunmehr durch einfache 2s Filterung des direkt vom Spiegel Mb übertragenen Lichtbündels auf den Grünfilter FVausgesiebt und dem Fotovervielfacher Piv zugeführt werden.

Zu jedem Zeitpunkt, zu dem die empfindliche Oberfläche der Fotovervielfacher P1 _R, P1 a P1 ν durch so einen Lichtfluß erregt wird, wird letzterer durch die Pupille P übertragen, durch den entsprechenden Bildpunkt moduliert und über die Linse L gebündelt. Die Fotovervielfacher liefern somit ein elektrisches Signal, das von der Ausleuchtung ihrer empfindlichen Oberfläehe abhängt und bilden somit die Videosignale, die die Einfarbenkomponenten des Bildes kennzeichnen.

In der F i g. 1 wurden die äußeren Lichtstrahlen des Bündels entsprechend der Analyse der Punkte A und B des Bildes D gezeigt, wobei das Lichtbündel dem Punkt B entspricht und schraffiert gezeigt wurde. Aus F i g. 1 sind die Fehler dieses Dreifarbenseparators klar zu erkennen, die sich aus den Änderungen des Spektralverhältnisses der Mehrfarbenfilter und ihrem Reflexionskoeffizienten in Abhängigkeit von dem Einfallswinkel der Lichtstrahlen auf diesen Spiegeln ergeben.

Eine erste Fehlerquelle liegt in der öffnung der Pupille P. Das aus dieser Pupille austretende Lichtbündel, durch das beispielsweise der Punkt B des Bildes D abgetastet wird, konvergiert nach Durchgang durch die so Konvergenzlinse L und erreicht die Mehrfarbenspiegel Mr und Mb unter einem nicht konstanten Einfallwinkel. Hieraus ergibt sich ein Verlust an spektraler Trennschärfe, der sich auf das zu den Fotovervielfachern hin reflektierte Bündel auswirkt, wodurch wiederum entsprechende Videosignale abgegeben werden.

Innerhalb einer zweiten Kategorie von Fehlern ändert sich der Einfallswinkel an den Spiegeln Mr und Mb für den mittleren Strahl des vom Mittelpunkt der Pupille P ausgehenden Lichtbündels jeweils mit dem abgetasteten Punkt des Bildes D. Die von den Fotovervielfachern PXr und Pie abgegebenen Videosignale sind demnach infolge der Reflexionswertänderungen der Spiegel in ihrer Frequenz- und Amplitudenmodulation gestört b>

Fig.2 zeigt ein weiteres Beispiel für den Aufbau eines Dreifarbenanalysators nach dem Stande der Technik, bei dem Fehler dieser Art wirksam beseitigt werden. Innerhalb dieses weiterentwickelten Aufbaus liegt die Pupille P in der Brennebene F der Konvergenzlinse L Das aus dieser Konvergenzlinse L austretende Lichtbündel wird durch die dichroitischen Spiegel M« und Mb in drei einfarbige Lichtbündel getrennt, die jeweils den Fotovervielfachern Pl*, PIe und PIv über drei zusätzliche Konvergenzlinsen L 2«, L 2b und L 2 ν zugeführt werden. Wie aus der Darstellung des divergenten Lichtbündels im schraffierten Teil der Fig.2 hervorgeht, sind diese zusätzlichen Linsen notwendig, um das Bild der Pupille auf der empfindlichen Oberfläche der Fotovervielfacher Pl* PIb und PIv erscheinen zu lassen. Durch diese Anordnung sind die störenden Frequenz- und Amplitudenmodulationen praktisch unterdrückt, da die aus ein und demselben Punkt der Pupille Paustretenden und auf verschiedene Punkte des abgetasteten Bildes D fallenden Lichtstrahlen nach Durchgang durch die Linse L parallel verlaufen und infolgedessen die dichroitischen Spiegel unter einem konstanten Einfallswinkel erreichen.

Demgegenüber bleibt auch hier der Nachteil durch den Verlust an Spektraltrennschärfe bestehen, der auf die öffnung der Pupille P zurückzuführen ist Dieser Umstand ist in der Zeichnung an dem schraffierten Teil des nach dem Durchgang der Linse L divergenten Bündels sichtbar. Gewöhnlich beträgt hier die Änderung des Einfallswinkels etwa ±10°.

Mit Hilfe dieses bekannten Gerätes konnten die störenden Frequenz- und Amplitudenmodulationen der von den Fotovervielfachern abgegebenen Videosignale beträchtlich herabgesetzt werden. Demgegenüber erhöht sich jedoch Umfang und Gestehungspreis erheblich durch den Einsatz der zusätzlichen Linsen sowie durch die Abmessungen der notwendigen Spiegel zur Aufnahme sämtlicher aus der Linse L austretenden Lichtbündel.

In F i g. 3 ist nunmehr ein erfindungsgemäß aufgebauter Dreifarbenseparator dargestellt. Innerhalb dieser Aufbauform liegt die Austrittspupille P des nicht dargestellten Objektivs jenseits des Brennpunktes Fder Konvergenzlinse L, und zwar in der Form, daß ein reelles Bild P2 entstehen kann.

Das aus der Pupille P austretende, einen Punkt des Bildes D durchlaufende und schließlich die Linse durchlaufende Lichtbündel zeigt nach der Entstehung des Bildes P2 der Pupille ein divergentes Verhalten. Der Dreifarbenseparator gemäß der Erfindung liegt im Wellenzug des divergenten Bündels und besteht aus zwei konkaven dichroitischen Spiegeln Mr und Mb sowie einem dritten, konkaven, gewöhnlichen Spiegel Mv.

Die konkaven Spiegel des Dreifarbenseparators erfüllen mehrere Funktionen. Einerseits reflektieren diese ein konvergentes Lichtbündel und lassen somit ein reelles Bild der Pupille P auf der empfindlichen Oberfläche der Fotovervielfacher Pl«, Pl_fl und PIv entstehen. Gegenüber der vorherigen, in F i g. 2 dargestellten Anordnung, erweist sich diese insofern als vorteilhaft, daß sie eine beträchtliche Urnfangsverringerung sowie Vereinfachung des optischen Separators ermöglicht Es ist erkennbar, daß der dritte Konkavspiegel Mv, dessen Aufgabe lediglich dann besteht, ein reelles Bild der Pupille in der Ebene des Fotovervielfachers Pl V zu bilden, ebenfalls durch eine positive Linse ersetzt werden kann, deren räumliche Abmessungen wesentlich unter denen der entsprechenden Linse der in F ι g. 2 gezeigten Anordnung liegen.

Darüber hinaus werden die konkaven dichroitischen

Spiegel Mr und Mb durch folgende Merkmale gekennzeichnet: Ihr Scheitel liegt in der optischen Achse der Linse L und ihre optische Achse ist gegenüber der Linse L geneigt Der Krümmungsradius dieser Spiegel wurde in der Form bemessen, daß die für das Bild auf den Fotovervielfachern P\r und PIs gegenüber dem Objekt P2 erzielte Vergrößerung annähernd bei 1:1 liegt. Bei dieser Anordnung wird die Winkeländerung um die optische Achse der Linse L der von den Punkten des Bildes P2 der Pupille Fernstehenden Lichtstrahlen durch die Neigung der Spiegel ausgeglichen.

Gegenüber dem bekannten in F i g. 2 dargestellten Separator, der zwar die störenden Modulationen des von den Fotovervielfachern gelieferten Videosignals, nicht aber den Verlust an spektraler Brennschärfe einschränkte, können für den Dreifarbenseparator gemäß der Erfindung folgende Vorteile angeführt werden: Die Änderungen des Einfallswinkels (an den dichroitischen Spiegeln) der von den einzelnen Punkten der Pupille P vom gleichen Abtastpunkt des Bildes D ausgehenden Lichtstrahlen werden stark eingeschränkt. Darüber hinaus werden die Änderungen der von ein und demselben Punkt der Pupille Pausgehenden und durcl die einzelnen Punkte des abgetasteten Bildes L laufenden Lichtstrahlen verringert, wodurch sowohl de: Verlust an spektraler Brennschärfe als auch du Störmodulationen auf einen praktisch vernachlässigba ren Restbetrag herabgesetzt werden können. In dei Praxis erreicht diese Winkeländerungsquote einige Grade in beiden Richtungen bei einer durchschnittli chen Bündelöffnung von 30°. Die somit erzielter Ergebnisse lassen sich demnach einmal auf die Verringerung der Winkeländerung, zum anderen au den geringsten, durchschnittlichen Einfallswinkelwer des erfindungsgemäß aufgebauten Separators zurück führen, wobei die entsprechenden relativen Änderunger der Wellenlänge sowie des Reflexionskoeffizienten dei dichroitischen Spiegel um so geringer sind, je kleinei der Einfallswinkel ist.

Separatoren dieser gezeigten Art eignen sich darübei hinaus insbesondere für Bildaufnahmeeinrichtunger bestimmter Kinosysteme mit Farbwiedergabe, wie ζ. Β das Technicolor.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Optischer Dreifarbenseparator für Farbfernsehnimabtaster oder Farbbildanalysatoren, bei denen Ober ein Objektiv die Bildvorlage punktweise durchstrahlt wird und auf drei je einer Grundfarbe entsprechenden Fotovervielfachern über einen Kondensor ein Bild der Objektivaustrittspupilie erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß vom to Kondensor (L) erst ein reelles Zwischenbild (P 2) der Austrittspupille (P) erzeugt wird und daß hinter dem Ort des Zwischenbildes (P 2) zwei zur optischen Achse des Kondensors geneigte dichroitische Konkavspiegel (MR, Afß^angeordnet sind. is

2. Optischer Dreifarbenseparator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der optischen Achse der dichroitischen Konkavspiegel (MR, MB) gegenüber der optischen Achse des Kondensors (L) sowie der Krümmungsradius dieser Spiegel in dem Verhältnis festgelegt sind, daß die Vergrößerung etwa 1:1 ist und daß ferner die einzelnen, von der Austrittspupille (P) des Objektivs ausgehenden Lichtstrahlen auf die dichroitischen Konkavspiegel (MR, MB) unter einem praktisch konstanten Einfallswinkel auftreffen.

3. Optischer Dreifarbenseparator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Konkavspiegel (MV) im Wellenzug des Lichtbündels hinter den beiden dichroitischen Konkavspiegeln jo (MR, MB) in der Form angebracht ist, daß ein reelles Bild der Austrittspupille (P) des Objektivs in Nähe oder in der Ebene der lichtempfindlichen Oberfläche eines dritten Fotovervielfachers (PW) entsteht, wobei letztgenannter das der dritten Farbkompo- js nente des abgetasteten Bildpunktes entsprechende Video- oder Bildsignal liefert.