DE2431809A1

DE2431809A1 - Optisches system fuer eine farbfernsehkamera

Info

Publication number: DE2431809A1
Application number: DE2431809A
Authority: DE
Inventors: Seiji Toyama; Kazuo Yoshikawa
Original assignee: Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 1973-07-02
Filing date: 1974-07-02
Publication date: 1975-01-23
Also published as: GB1455365A; FR2236199A1; JPS5023724A; FR2236199B1; US3976363A; JPS5342370B2

Description

DIPL.-ING. A. GRÜNECKER ' 8000 MÖNCHEN

DR.-ING. H. KINKELDEY Moximilionstroße

Telefon (08 U) 22 28 62 (4 !in«) DR.-ING. W. STOCKMAIR, Ae. E. (CAUF inst OFTECHN. Teleflramme Monapat München

PATENTANWÄLTE ^ ^ _8CHUMANN . _D1PL.._INQ. p. _JAKOÖ *"* ⁰⁵"²⁹³⁸⁰

2. Juli

München, den P 8325

FUJI PHOTO OPTICAL Co.,Limited 1-324, Uetake-cho, Omiya-shi

Japan

Optisches System für eine Farbfernsehkamera

Die Erfindung betrifft ein optisches System für eine Farbfernsehkamera.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein optisches System, das so ausgebildet ist, daß es in die Farbfernsehkamera vor den Bildaufnahmeröhren eingebaut werden kann. Das optische System für die Farbfernsehkamera gemäß dieser Erfindung v/eist insbesondere ein auch als Gummilinse bezeichnetes

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Varioobjektivsystem und eine Vielzahl von Prismen zur Farbtrennung auf.

In den beiliegenden Zeichnungen wird im einzelnen dargestellt:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines herkömmlichen optischen Systems für eine Farbfernsehkamera;

Fig. 2 eine Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten herkömmlichen optischen Systems, das gemeinsam mit einem Objektiv von kleiner relativer öffnung verwendet wird;

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht zur Erläuterung der durch das optische System erzielten Wirkung, das gemäß der vorliegenden Erfindung bei der Farbfernsehkamera verwendet wird; und

Fig. 4- eine Seitenansicht des in der Farbfernsehkamera gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten, optischen Systems.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 soll nun zunächst im Detail ein herkömmliches optisches System für eine Farbfernsehkamera beschrieben werden, um die Nachteile bzw. Mangel eines solchen Systems zu erläutern. Bei dem herkömmlichen optischen System für eine Farbfernsehkamera, wie es z. B. in der US-PS 3 202 039 beschrieben ist, wird ein Prismensysjtem zur Farbtrennung, das eine Vielzahl von Prismenblöcken aufweist, hinter dem als Varioobjektiv dienenden Linsensystem vorgesehen", und die aus dem Prismensystem austretenden-, aufgetrennten Lichtstrahlen werden zu den Bildaufnahmeröhren geleitet.

Das zur Farbtrennung dienende, in Figur \ gezeigte Prismen-

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system weist einen ersten Prismenblock 110 mit einer Eintrittsfläche 112, die senkrecht zu einer optischen Achse 100 des Objektivs (nicht dargestellt) verläuft, und einer Austrittsfläche 111 auf, die zu der optischen Achse geneigt ist und eine erste dichrc&ische Schicht 115 trägt, die das blaue Licht reflektiert und das rote und grüne Licht durchläßt; weiterhin ist ein zweiter Prismenblock 120 vorgesehen, der im wesentlichen über einen dazwischen angeordneten Luftspalt mit der Austrittsfläche 111 des ersten Prismenblocks 110 verbunden ist und eine erste Austrittsfläche 121 hat, die zu der optischen Achse 100 geneigt ist und eine zweite dichroitische Schicht 125 trägt, die das rote Licht reflektiert und das grüne Licht durchläßt; weiterhin weist der zweite Prismenblock 120 eine zweite Austrittsfläche 124 auf, die senkrecht zu der optischen Achse des Strahls verläuft, der zu-*" nächst an der ersten Austrittsfläche 121 und dann an einer. Eintrittsfläche 123 reflektiert wird, die an der Austrittsfläche 111 des ersten Prismenblocks 110 angebracht ist; weiterhin weist das Prismensystem einen dritten Prismenblock

130 auf, der an der ersten Austrittsfläche 121 des zweiten Prismenblocks 120 angebracht ist und eine Austrittsfläche

131 hat, die senkrecht zu der optischen Achse 100 des Objektivs verläuft. Bei dem oben beschriebenen Prismensystem wird ein Luftspalt zwischen der dichroitisehen Schicht 115, die auf die Austrittsfläche 111 des ersten Prismenblocks 110 aufgebracht ist, und der Eintrittsfläche 123 des zweiten Prismas 120 ausgebildet, so daß die von der zweiten dichroitischen Schicht 125 reflektierten roten Lichtstrahlen total an der Eintrittsfläche 123 des zweiten Prismenblocks 120 reflektiert werden können. Das von der ersten dichroitisehen Schicht 115 an der Austrittsfläche 111 reflektierte blaue Licht wird an der Eintrittsfläche 112 des gleichen Prismenblocks 110 totalreflektiert und tritt dann aus diesem Prisma aus seiner zweiten Austrittsfläche 114 aus, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Nur die grünen Lichtstrahlen passieren die erste und die zweite dichroitische Schicht 11S bzw. 125 und treten aus dem dritten Prismenblock 130 durch seine Austrittsfl^?u:re 131 aus. *₀98β4/1131

- Zf. _

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Bei dem oben beschriebenen Prismensystem zur IParbtrennung« wie es in Fig. 1 dargestellt ist, sollten die Eintrittsfläche 112 des ersten Prismenblocks 110, seine Austrittsfläche 111, die Eintrittsfläche 125 des zweiten Prismenblocks 120 und seine Austrittsfläche 121 Winkel von weniger als 30° mit einer Ebene bilden, die in einem rechten Winkel zu der nicht-reflektierenden optischen Achse 100 des Objektivs liegt, damit die unerwünschten, auf den geneigten dichroitischeh Schichten auftretenden Polarisationseffekte des Lichtes vermieden werden.

Um die Bildscharfeinstellung auf der photoelektrischen Fläche der Bildaufnahmeröhre durch das Prismensystem zur Farbtrennung durchzuführen, ist es weiterhin notwendig, den Abstand von dem unteren Ende des Objektivs zu der BiIdfokussierungsebene der Röhren, d.h., den Brennpunktsabstand von der Rückseite des Objektivs, relativ groß zu machen. Insbesondere bei Verwendung eines Objektivs mit kleiner Lichtstärke (F-Zahl) oder kleiner relativer öffnung muß der Flächeninhalt der Eintrittsfläche 112 des ersten Prismenblocks 110 groß gemacht werden, so daß als Ergebnis hiervon die optische Weglänge in dem Prismensystem lang sein muß; dementsprechend muß auch der Brennpunktsabstand von der Rückseite des Objektivs groß; sein. Es ist jedoch im allgemeinen schwierig, den Brennpunktsabstand von der Rückseite für Objektive bzw. Linsen mit kleiner Lichtstärke groß zu machen. Weiterhin ist es, obgleich es zu einem gewissen Grade möglich ist, bei Objektiven mit kleiner öffnung die hintere Brennweite groß zu machen, beinahe unmöglich, zusätzlich hierzu den Abstand zwischen der öffnung und der Brennebene groß zu machen, um eine Farbschattierung zu vermeiden.

Wie oben erwähnt wurde, sollten die Winkel, die zwischen der zu der nicht-reflektierenden Achse 100 senkrechten Ebene und den dichroitischen Schichten 115 und 125 ausgebildet sind, die auf die Austrittsfläche 111 bzw. auf die Austrittsfläche 121 aufgebracht werden, so klein wie möglich

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sein, damit die unt erwünscht en Polarisationseffekte in dem Bereich vermieden werden, der unter Bezugnahme auf den kritischen Winkel der Totalreflexionsflächen 112 und 123 zulässig ist. Wird eine Linse bzw. ein Objektiv mit kleiner Lichtstärke bei dem Farbtrennungs-Prismensystem mit kleinen Winkeln zwischen der zu der optischen Achse 100

senkrechten Ebene und den dichroitischen Schichten 115 und 125 verwendet, so wird jedoch ein Teil des an den dichroitischen Schichten reflektierten Lichtes nicht durch die totalreflektierenden Flächen reflektiert, sondern passiert sie und tritt aus dem Prismensystem aus. Ist z.B., wie es in Figur 2 gezeigt ist, die erste dichroitische Schicht auf der Austrittsfläche 111 in einem Winkel von 25,5° in Bezug auf die Ebene geneigt, die senkrecht zu der nicht-reflektierenden optischen Achse ist, und ist die zweite dichroitische Schicht 125 auf der Austrittsfläche 121 des .. zweiten Prismenblocks 120 in einem Winkel von 13° in Bezug auf die gleiche Ebene geneigt, ist weiterhin der Brechungsindex des die Prismenblo'cke bildenden Materials 1,52, wobei die Lichtstärke des verwendeten Objektivs 1,6 ist, so wird ein Teil des durch die dichroitischen Schichten 115 und 125. reflektierten Lichtes nicht durch die reflektierenden Flächen 112 und 123 reflektiert und tritt aus den ersten und'zweiten Prismenblöcken 110 und 120 aus, wie durch I50 und I5I angedeutet wird. Der Austritt eines T_eils des Lichtes aus dem Prismensystem verschlechtert jedoch die Qualität und die Helligkeit der auf der Fokussierungsebene der Bildaufnahmeröhren scharfeingestellten Abbildungen.

Unter Berücksichtigung der oben erwähnten Beobachtungen sowie der Beschreibung des herkömmlichen Farbtrennungs-Pris-r mensystems für eine Farbfernsehkamera liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein optisches System· für die Farbtrennung zu schaffen, das bsi einem Objektiv mit kleiner Lichtstärke bzw. Blendeneinstellung verwendet werden kann. . .

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein ein Varioobjektivsystem und einen Vorderteil eines Relais - Linsensystems enthaltendes Vorderglied, durch ein Prismensystem zur Farbtrennung mit einer Eintrittsfläche und einer Vielzahl von Austrittsflächen zum Abgeben aufgetrennter Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Farben, wobei dieses Prismensystem hinter dem Vorderglied angeordnet ist, und durch äquivalente, als Sammellinsen wirkende Hinterglieder, die hinter den Austrittsflächen angeordnet, in gleicher Anzahl wie diese· vorgesehen sind und die hinteren Glieder des Relais - Linsensystems enthalten, wobei der Winkel der die Lichtstärke des optischen Systems definierenden Randlichtstrahlen kleiner als der der Lichtstrahlen gemacht wird, die auf die Fokussierungsebene von hinter den Hintergliedern angeordneten Bildaufnahmeröhren auftreffen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesonde- · re darin, daß ein optisches System zur Farbtrennung für eine Farbfernsehkamera geschaffen wird, das wirkungsvoll die unterwünschten Polarisationseffekte sowie die Farbtönungen bzw. Farbnuancierungen bei der Herstellung farbgetrennter Abbildungen auf den Bildaufnahmeröhren vermeidet. Weiterhin ist das zur Farbtrennung verwendete optische System von relativ kompakter Größe, so daß es vielseitig einsetzbar ist.

Das.optische System zur Farbtrennung gemäß der vorliegen-Erfindung zeichnet sich also dadurch aus, daß das auch als "Gummilinse¹¹ bezeichnete Varioobjektiv in ein Vorderglied, das das Varioobjektivsystem und ein Vorderglied eines zur Fokussierung dienenden Linsensystems enthält, und drei Hinterglieder aufgeteilt wird, die den hinteren Teil des zur Fokussierung dienenden Linsensystems enthalten; zwischen dem Vorderglied und den Hintergliedern ist ein zur Farbtrennung dienendes Linsensystem vorgesehen. Weiterhin sind die vor den Bildaufnahmeröhren angeordneten

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Hinterglieder so ausgelegt, daß sich ein positives oder Sammellinsensystem ergibt, wodurch der Winkel der schrägen, auf das Prismensystem zur Farbtrennung fallenden Lichtstrahlen, die die Lichtstärke bzw. die Blendeneinstellung des Objektivs definieren, kleiner gemacht werden kann als der der Lichtstrahlen, die auf die letzte Pokussierungsebene der Röhren treffen. Aufgrund dieser Merkmale ist es möglich, die Polarisationseffekte und die Farbtönungen bzw. Farbnuancierungen sogar dann zu vermeiden bzw. zu verringern, wenn die Lichtstärke des Objektivs gering ist.

Die Erfindung schafft also eine Vario-Objektiv-System für eine Farbfernsehkamera, bei dem das Vario-Objektiv-System in ein Vorderglied, das im wesentlichen das Vario-Objektivsystem und einen Vorderteil eines Relais-Linsensystems aufweist, und drei äquivalente Hinterglieder unterteilt ist, von denen jedes einen hinteren Teil des Relais-Linsen-Sysfcems umfaßt. Zwischen dem Vorderglied und den Hint er gliedern des Relais-Linsensystems ist ein Farbtrennprismensystem angeordnet. Die Hinterglieder wirken konvergierend, so daß der Winkel der auf das Prismensystem fallenden Lichtstrahlen kleiner als der der Lichtstrahlen sein kann, die auf die Bildaufnahmeröhren fallen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun im Detail unter Bezugnahme auf die Figuren 3 und 4 erläutert werden. Figur 3 zeigt schematisch das bei der Erfindung verwendete optische System, bei dem ein Vorderglied 301, ein Prismensystem 302 und ein gemäß der Darstellung aus zwei Linsen bestehendes Hinterglied 303 in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Bei dem herkömmlichen optischen System, bei dem kein dem Hinterglied 303 entsprechendes Objektivelement verwendet wird, muß die Größe des Prismas erhöht werden, wenn die Lichtstärke des Objektivs oder des Vordergliedes klein und der Einfallswinkel der schräg auf das Prisma auf treffenden Lichstrahlen groß ist. Als Ergebnis hiervon muß das Objektiv einen großen Brennpunktsabstand von der Rückseite haben, so daß aufgrund des großen ELn-

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fallswinkels der Lichtstrahlen, wie er in Figur 3 durch das Bezugszeichen 353 angegeben wird, wahrscheinlich Farbtönungen bzw. Farbnuancierungen und unerwünschte Polarisationseffekte auftreten werden.

Wird andererseits gemäß der vorliegenden Erfindung ein positives, also als Sammellinse wirkendes Hinterglied 303 hinter dem Prisma 302 verwendet, so werden die das Prismensystem 302 passierenden Lichtstrahlen durch das Hinterglied 303 weiter gesammelt bzw. einander genähert, so daß der Winkel der auf die Fokus sierungs ebene der Bildauf-.nahmeröhren· auftreffenden Lichtstrahlen erhöht wird. Deshalb kann der Winkel der auf das Prisma 302 auftreffenden Lichstrahlen 351 kleiner als der der zugeführten Lichtstrahlen 353 gemacht werden, wenn kein als Sammellinse wirkendes Hinterglied 303, wie es in Figur 3 gezeigt ist, vorgesehen ist.

Nach einer, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie sie in Fig. 4· gezeigt ist, wird ein Farbtrennungs-Prismensystem 400 zwischen einem ein Varioobjektiv 451, 452 und 453. und ein Vorderteil eines Relais-Linsensystems 455 umfassendes Vorderglied 401 und drei Hintergliedern 456a, 456b und 456c angeordnet, die als die hinteren Teile des Relaislinsensystems dienen, die jeweils vor den Bildaufnahmeröhren 457a* 457b bzw. 457c angeordnet sind. Das Vorderglied 401 weist ein Sammellinsensystem 451, ein Linsensystem 452 mit variabler Brennweite, einen Kompensator 453 und ein Vorderteil des Relaislinsensystems 455 auf. Zwischen dem Vorderteil des Relaislinsensystems 459 und dem Kompensator 453 ist eine Blende 454 angeordnet.

Der auf das Vorderglied 401 einfallende Lichtstrahl wird geradlinig durchgelassen und tritt in das Prismensystem 400 ein, das den gleichen Aufbau wie das herkömmliche Prismensystem zur Trennung von Farben hat, wie es in Fig. 3 der US-PS 3 202 039 beschrieben wird.

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Durch das Prismensystem 400 wird der Lichtstrahl in die drei Farben blau, rot und grün aufgeteilt. Der blaue Lichstrahl wird von der ersten Röhre 457a, der rote durch die zweite Röhre 457c und der.grüne Lichtstrahl durch die Röhre 457b empfangen, wie es in Fig. 4 dargestellt ist.

- Patentansprüche -

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Claims

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Patentansprüche :

Optisches System für eine Farbfernsehkamera, g e k e η η zeichnet , du roh ein ein Varioobjektivsystem (452) und einen Vorderteil (45.5) eines Relais-Linsensystems enthaltendes Vorderglied (401), durch ein Prismensystem (302, 400) zur Farbtrennung mit einer Eintrittsflache und einer Vielzahl von Austrittsflächen zum Abgeben aufgetrennter Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Farben, wobei dieses Prismensystem (400) hinter dem Vorderglied (401) angeordnet ist, und durch äquivalente, als Sammellinsen wirkende Hinterglieder (303, 456a, 456b, 456c), die hinter den Austrittsflächen angeordnet, in gleicher Anzahl wie diese vorgesehen sind, und die hinteren Glieder des Relais-Linsensystems enthalten, wobei der Winkel der die Lichtstärke (F-Zahl) des optischen Systems definierenden Randlichtstrahlen kleiner als der der Lichtstrahlen gemacht wird, die auf die Fokussierungsebene von hinter den Hintergliedern (303, 456a, 456b, 456c) angeordneten Bildaufnahmeröhren (457a, 457b, 457c) auftreffen.
2. Optisches System für eine Farbfernsehkamera nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet , daß das zur Farbtrennung dienende Prismensystem (400) eine Eintrittsfläche und drei Austrittsflächen aufweist, durch die blaue, rote und grüne Lichtstrahlen aus dem Prismensystem austreten.
3. Optisches System für eine Farbfernsehkamera nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet , daß das Vorderglied (401) ein Sammellinsensystem (451), ein Linsensystem (452) mit variabler Brennweite, einen Kompensator (453) und einen Vorderteil eines Relais-Linsensystems aufweist, und daß eine Blende (454) zwischen dem Vorderteil (455) des Relais-Linsensystems und dem Kompensator (453) angeordnet ist.

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