DE3010177C2 - Vorlagen-Abtaster zum Erzeugen von Fernsehsignalen mit simultaner Farbübertragung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Vorlagen-Abtaster zum Erzeugen von Fernsehsignalen mit simultaner Farbübertragung, insbesondere Dia-Converter für die Wiedergabe von Diapositiv-Vorlagen auf dem Bildschirm eines Fernsehgeräts, mit einer Raster-Lichtquelle, die Lichtpunkte in einer der verwendeten Fernsehnorm entsprechenden Zeitfolge und Lage erzeugt, einem ersten optischen System, das die Raster-Lichtquelle auf die Vorlage abbildet, einem Satz von fotoelektrischen Sensoren für die Farben, einem zweiten optischen System, das ein von der Vorlage ausgehendes Lichtbündel unter Einsatz eines mehrere Farben enthaltenden Strahlenganges auf die Sensoren leitet, und Mitteln zur Zuordnung der Farben zu den Sensoren.

Im Vergleich zu Mehrfarben-Abtastern, die mit je einer Aufnahmeröhre für die Grundfarben arbeiten, sind Abtaster der eingangs beschriebenen Art wegen des bei ihnen angewandten »Flying Spot«-Prinzips frei von Farbdeckungsfehlern und einfacher im Aufbau, da statt der Aufnahmeröhren lediglich einfache Sensoren, beispielsweise Fotodioden, vorgesehen sind. Auch die Taktgeber- und Signalverarbeitungseinrichtungen sind beim »Flying Spot«-Prinzip grundsätzlich einfacher als bei Verwendung mehrerer Aufnahemröhren. Es sind ,Flying Spot«-Abtaster bekannt (Electronics World Juli 1968, Seiten 34, 35 und 72), bei denen das von der Vorlage kommende Lichtbündel wie bei den mit mehreren Aufnahmeröhren arbeitenden bekannten Abtastern mit Hilfe dichroitischer Spiegel in Farbauszäge zerlegt wird. Der dafür erforderliche Aufwand, auch hinsichtlich des Platzbedarfs, ist so beträchtlich, daß an eine breite Anwendung derartiger Abtaster für den privaten Gebrauch nicht zu denken ist; besonders gilt dies für im Vergleich zu Schmalfilm (8 mm Filmbreite) größere Vorlagen-Formate, insbesondere Kleinbildfilm-Diapositive mit 36 mm Breite.

Bei einein bekannten Abtaser der eingangs angegebenen Art (US-PS 37 98 355) wird ausgegangen von Diapositiv-Vorlagen in Form eines Paares aus zwei Schwarz-Weiß-Vorlagen, eine für das Chrominanz-und eine für das Luminanzsignal. Die beiden Schwarz-Weiß-Vorlagen werden synchron von je einem Lichtpunkt einer Raster-Zwillingslichtquelle abgetastet, und für jede der Schwarz-Weiß-Vorlagen gilt, daß das von ihr ausgehende Schwarz-Weiß-Lichtbündel, also ein mehrere Farben enthaltendes Bündel, in einen zugeordneten Sensor-Kanal geleitet wird. Die Signale der Sensoren werden dann mit bekannten Mitteln weiter verarbeitet. Bei diesen bekannten Abtastern können somit keine üblichen bunten Vorlagen verarbeitet werden, und es müssen zwei mit Fernsehnorm wandernde Lichtpunkte mit hoher Genauigkeit synchron und parallel über je eine der Schwarz-Weiß-Vorlagen geführt werden. Besonders die letztgenannte Forderung ist bei Abtastern, die über längere Zeiten wartungsfrei betrieben werden sollen, kaum zuverlässig zu erfüllen. Auch die Anschaffungskosten sind notwendigerweise hoch.

Bei einem anderen bekannten Abtaster (DE-AS 20 35 821, insbesondere Fig. 5) wird in dem zweiten Strahlengang die Vorlage, bei der es sich um ein normales Farb-Diapositiv handeln kann, unter Verwendung einer Zylinderlinse derart auf zwei nebeneinenader liegende Sensoren abgebildet, daß der jeweils beleuchtete Punkt der Vorlage in eine quer zur Abtast-Zeilenrichtung verlaufende Linie auf den Sensoren abgebildet wird. Beim Abtasten einer Vorlagen-Zeile wandert diese Linie quer zu sich selbst über die Sensoren. Der eine Sensor ist grünempfindlich. Der andere Sensor hat zwei quer zu der abgebildeten Linie verlaufende Farbfilterstreifen für die Farben Rot und Blau. Diese Filterstreifen haben Linienraster, deren Linien parallel zu der abgebildeten Linie verlaufen, und die Linienabstände (Rasterkonstanten) der beiden Raster sind derart voneinander verschieden, daß in dem Ausgangssignal des Sensors die Rot- und Blauanteile durch die ihnen von des Rastern aufmodulierten

Frequenzen voneinander unterschieden werden können. Da die abgebildete Linie beim Weiterwandern von Zeile zu Zeile der Vorlage in ihrer Längsrichtung wandert, muß sie mindestens doppelt so lang sein wie die Summe der Breiten der nebeneinanderliegenden Sensorflächen, damit auch in der ersten und in der letzten Abtastzeile die beiden Sensorflächen voll von der Linie abgedeckt werden. Zwar ist der dadurch bedingte Lichtverlust von 50% grundsätzlich noch tragbar, doch multipliziert sich damit noch ein etwa gleich großer Verlust durch die Rasterung, und noch schwerer wiigt es, daß die Sensorfläche nur zu einem sehr kleinen Bruchteil ausgenutzt wird, der etwa dem Verhältnis des Lichtpunkt-Durchmessers zur Länge einer Abtastzeile der Vorlage entspricht. Insgesamt kann man deshalb die Sensorfläche nur etwa mit dem Bruchteil4 χ 10—'ausnutzen.

Bei einem weiteren bekannten Abtaster (US-PS 40 93 976) wird die Farbzerlegung mittels eines weiterbewegten akustisch-optischen Phasengitters bewirkt, das in einem piezoelektrischen K> «stall durch einen an dessen Oberfläche entlanglaufenden Ultraschall-Impuls erzeugt wird. Die Vorlage, bei der es sich wieder um ein übliches Farb-Diapositiv handeln kann, wird nicht mit einem nach Fernsehnorm bewegten Lichtpunkt, sondern mit einer Lichtlinie (Zeile) beleuchtet, die aus dem Strahl dreier kolinearer Grundfarben-Laser durch eine Zylinderlinse hergestellt wird. Zum Abtasten wird die Vorlage zeilenweise weiterbewegt. Die auf der Vorlage beleuchtete Zeije wird in den Raumbereich des sich mit dem Ultraschallimpuls weiterbewegenden akustisch-optischen Gitters abgebildet. Das sich dabei ergebende weiterwandernde Beugungsbild wird von ortsfesten Sensoren für die Grundfarben abgetastet. Bei diesen bekannten Abtastern ist der konstruktive Aufwand sehr hoch. Der optische Wirkungsgrad ist sehr gering, so daß eine hohe Verstärkung erforderlich ist. Die optische Auflösung hängt im wesentlichen von der Kürze des Ultraschallimpulses ab; für eine gute Auflösung sind steile und kurze Impulse erforderlich, deren Erzeugung eines entsprechend hohen Aufwandes bedarf.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen Vorlagen-Abtaster zu schaffen, der bei guter Wiedergabequalität einen erheblich geringeren Aufwand erfrodert als die bekannten Abtaster.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst mit einem Vorlagen-Abtaster der eingangs angegebenen Art, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Strahlengang des zweiten optischen Systems alle Farben enthält, und daß die Sensoren in der Austrittspupille des optischen Gesamtsystems nebeneinander angeordnet und auf je eine der Farben selektiv sensibilisiert sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorlagen-Abtaster werden weder dichroitische Spiegel noch andere Mittel zur Farbauszug-Zerlegung des von der Vorlage kommenden Lichtbündels verwendet; der für derartige Einrichtungen erforderliche Aufwand und Platzbedarf entfällt somit. Da nur ein einziger abtastender Lichtpunkt verwendet wird, ist der Aufwand entsprechend gering, und es entfallen jegliche zeitliche und örtliche Gleichlaufprobleme. Es können normale Vorlagen, insbesondere übliche Farb-Diapositive (und auch Schwarz-Weiß-Vorlagen) verwendet werden. Es gibt wenig Lichtverluste, und es können verhältnismäßig kleine Sensoren verwendet und mit ihrer ganzen Fläche ausgenutzt werden. Im einfachsten Fall können Sensoren verwendet werden, die ihrer Art nach nur auf Licht der gewünschten Grundfarbe ansprechen. Derartige monochromatische Sensoren erfordern zu ihrer Herstellung keinen größeren Aufwand als Sensoren, die auf mehrere Farben ansprechen. Vielfach wird es aber vorzuziehen sein, daß die Sensoren durch vorgeschaltete additive Farbfilter auf die einzelnen Farben selektiv sensibilisiert sind. Man kommt dann mit einer einzigen Sorte Sensoren aus und hat vielfältigere Möglichkeiten der Variierung der Farb-Ansprechcharakteristik. Die

ίο erforderlichen additiven Farbfilter benötigen nur verschwindend wenig Platz und sind mit geringstem Aufwand herstellbar; insbesondere kann man ohne weiteres gewöhnliche Massivglas-Farbfilter verwenden. Die Farbfilter können in der Eintrittspupille des optischen Gesamtsystems oder deren Bildern in den Pupillen-Teilflächen angeordnet sein, die den zugeordneten Sensoren entsprechen. Baulich einfach ist die Anordnung der Farbfilter in der Austrittspupille unmittelbar vor den Sensoren. Bei davon getrennter Anordnung, also bei den normalerweise anzuwendenden einfachen optischen Systemen in der Eintrittspupille des Gesamtsystems, können die Farbfilter leichter ausgetauscht werden, und sowohl die Farbfilter als auch die Sensoren können genauer in der betreffenden Pupillenfläche angeordnet werden.

Die vorliegende Erfindung macht von der Tatsache Gebrauch, daß in der Eintrittspupille und deren Abbildungen, also auch in der Austrittspupille, jeder Punkt der Pupillenfläche Licht von allen Seiten der Vorlage empfängt, so daß in jeder Teilfläche der Pupille der gesamte Informationsinhalt der Vorlage vorhanden ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Abtaster empfängt jeder Sensor nur einen der Anzahl der verwendeten Grundfarben entsprechenden Bruchteil des von der Vorlage her zugeführten Lichtbündels; deshalb ist im Vergleich zu idealen dichroitischen Spiegeln das erhaltene Nutzsignal um den genannten Bruchteil kleiner. Für die Praxis ist dies aber nur von geringer Bedeutung; so kann mit geringem Aufwand dieser Unterschied leicht durch eine Erhöhung der Punkt-Intensität und/oder eine Auslegung des optischen Gesamtsystems mit entsprechend großer relativer öffnung leicht ausgeglichen werden kann. Bei der üblichen Verwendung von drei Grundfarben ist auch ohne derartige Maßnahmen die Verringerung des Nutzsignal-Pegels im Vergleich zu Abtastern, die mit dichroitischen Spiegeln arbeiten, praktisch vernachlässigbar. Wichtiger ist die Tatsache, daß alle Vorzüge des

so bekannten »Flying Spot«-Abtastverfahrens, insbesondere der Wegfall von Farbdeckungsfehlern und die bauliche Einfachheit, auch bei dem erfindungsgemäßen Abtaster unverändert vorliegen.

Der erfindungsgemäße Abtaster läßt sich ohne weiteres mit so geringem Aufwand in Serienfertigung herstellen, daß eine breite Anwendung für private Zwecke ohne weiteres möglich ist, insbesondere als Dia-Converter zur Wiedergabe von Diapositiven auf Heim-Fernsehgeräten.

Für die Beeinflussung der Wiedergabe, z. B. hinsichtlich Farbverschiebung, Farbsättigung, Kontrast usw. können die dafür üblichen Einrichtungen vorgesehen sein, etwa wie bei den mit den mit dichroitischen Spiegeln arbeitenden Abtastern.

Da'j geschilderte Funktionsprinzip läßt sich grundsätzlich auch für die Wiedergabe undurchsichtiger Bilder verwenden; die dafür erforderlichen Änderungen des optischen Gesamtsystems sind dem Fachman

geläufig.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 erläutert in ganz schematischer Darstellung nach Art einer Draufsicht einen erfindungsgemäßen Vorlagen-Abtaster in Form eines Dia-Converters.

F i g. 2 ist eine schematische Ansicht in Richtung des Pfeils 11 der Fig. 1.

F i g. 3 ist eine der F i g. 2 entsprechende Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform,

F i g. 4 erläutert in ähnlicher Darstellung wie in F i g. 1 eine abgewandelte Ausführungsform, und

F i g. 5 erläutert in gegenüber F i g. 1 vergrößerter und mehr ins Detail gehender Darstellung eine Ausführungsform eines optischen Gesamtsystems.

F i g. i zeigt einen Voriagen-Abtasier in Form eines Dia-Converters für die Wiedergabe von Diapositiv-Vorlagen auf dem (nicht dargestellten) Bildschirm eines Fernsehgeräts. Der Converter enthält ein Gehäuse (2), an welchem seitlich ein Dia-Magazin (4) üblicher Ausführung vorgesehen ist. Aus dem Dia-Magazin wird durch (nicht dargestellte) bekannte Vorrichtungen jeweils ein Dia als Vorlage (6) ausgewählt und an einen Vorlageort (8) auf der Achse (10) eines optischen Gesamtsystems gebracht. Die verwendete Dia-Vorlage (6) wird mittels einer Raster-Lichtquelle (12), die auf einer ebenen kreisförmigen Schirmfläche einer Kathodenstrahlröhre (14) gebildet ist, in bekannter Weise mit einem gemäß Fernsehnorm wandernden weißen Lichtpunkt beleuchtet. Die Kathodenstrahlröhre (14) und ihre Steuereinrichtungen (16) werden aus einer Versorgungseinrichtung (18) gespeist, die über einen Anschluß (20) die gebildeten Fernsehsignale abgibt und über einen zweiten Anschluß (22) mit der erforderlichen Betriebsleistung versorgt wird. Bei Auslegung als Dia-Converter für Heim-Fernsehgeräte ist die Versorgungseinrichtung (18) so ausgelegt, daß der Anschluß (20) mit dem Antennen-Anschluß des Heim-Fernsehgeräts und der Anschluß (22) mit dem Haushalts-Stromnetz zu verbinden ist.

Im Betrieb werden auf dem die Raster-Lichtquelle bildenden Schirm (12) der Kathodenstrahlröhre (14) Lichtpunkte in einer der verwendeten Fernsehnorm entsprechenden Zeitfolge und Lage erzeugt. Mit Hilfe eines ersten optischen Systems (24) wird die Raster-Lichtqueile (12) auf die Vorlage (6) abgebildet.

Aus Platzgründen ist bei der dargestellten Ausführungsform der Strahlengang mittels eines unter 45° zur optischen Achse 10 angeordneten Spiegels 26 um 90° geknickt. Hinter der Vorlage 6 ist ein zweites optisches System 28 angeordnet, das im wesentlichen als Kondensor arbeitet und einen mögiiciisi grüßen Anteil des von der Vorlage 6 ausgehenden Lichtstromes erfaßt und bündelt Das zweite optische System 28 hat nur einen einzigen, alle Farben enthaltenden Strahlengang und leitet das von der Vorlage 6 abgenommene Lichtbündel zur Austrittspupille 30 des optischen Gesamtsystems. Die Austrittspupille 30 ist von einer Blende 32 begrenzt und stellt ein Bild der Eintrittspupil-Ie 34 dar, die bei der dargestellten Ausführungsform durch eine Blende 36 vor dem ersten optischen System dargestellt wird. In der Austrittspupille 30 sind drei fotoelektrische Sensoren 38, 40 und 42 angeordnet und durch vorgesetzte additive Farbfilter 44,46,48 auf jede eine der verwendeten drei Grundfarben selektiv sensibilisiert Als Farbfilter werden einfach Massivglasfilter verwendet. Die von den Sensoren gelieferten Signale werden der Versorgungseinheit 18 zugeführt und dort nach entsprechender Signalverarbeitung über den Anschluß 20 in das zur Wiedergabe dienende Betrachtungssystem geleitet; bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß das Betrachtungssystem durch ein Heim-Fernsehgerät dargestellt ist.

Fig. 2 erläutert die Anordnung der Sensoren in der Austrittspupille bei Verwendung von Sensoren mit kreisförmigem Querschnitt.

F i g. 3 erläutert die Aufteilung der Austrittspupille 32 bei Verwendung von sektorförmigen Sensoren 338,340, 342, die sich jeweils über etwa 120" erstrecken. Wie auch in F i g. 2 ist zwischen den wirksamen Empfangsflächen der Sektoren jeweils ein geringfügiger Zwischenraum 350 freigelassen, damit geringfügige Fehljustierungen des optischen Gesamtsystems sich nicht störend auf die Farbtrennung auswirken können.

F i g. 4 erläutert eine Ausführungsform, die grundsätzlich derjenigen der F i g. 1 gleicht. Es werden deshalb in Fig.4 die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in Fig. 1, jedoch unter Voransteilung der Ziffer 4, so daß insoweit auch die Beschreibung zu F i g. 1 herangezogen werden kann. Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 sind die Sensoren 438, 440 und 442 in der gleichen Weise angeordnet wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1. Die zugehörigen additiven Farbfilter 444, 446, 448 sind jedoch in der Eintrittspupille 434 angeordnet, die durch eine Blende 436 definiert ist. Man erkennt aus F i g. 4, daß entsprechend den Gesetzen der optischen Abbildung die Farbfilter in der Eintrittspupille 434 des Gesamtsystems nebeneinander in den auf die zugeordneten Sensoren abgebildeten Pupillenteilflächen liegen. Bei der dargestellten Ausführungsform handelt es sich um eine spiegelbildliche Zuordnung symmetrisch zur optischen Achse 410. Die Anordnung der Farbfilter in der Eintrittspupille kann zweckmäßig sein, um die Sensoren leichter austauschen zu können. In F i g. 4 wie auch in F i g. 1 sind die Sensoren nebeneinanderliegend dargestellt. Es ist natürlich auch möglich, die Sensoren in Richtung der optischen Achse 410 geringfügig versetzt gegeneinander anzuordnen, solange man nur im wesentlichen im Bereich der Austrittspupille bleibt. Auch Anordnungen der Sensoren auf einer Kugel-Teilfläche und/oder mit gegenseitiger Überlappung sind natürlich grundsätzlich möglich.

F i g. 5 erläutert in gegenüber F i g. 1 vergrößerter Darstellung ein anwendbares optisches Gesamtsystem. Der Strahlengang ist nicht geknickt dargestellt. Es werden wieder die gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 verwendet, jedoch unter Voranstellung der Ziffer 5, so daß insoweit auch die Beschreibung zu F i g. 1 herangezogen werden kann.

F i g. 5 zeigt eine flächenhafte Raster-Lichtquelle 512, eine die Eintrittspupille 534 bildende Blende 536, ein erstes optisches System 524 in Form eines Taylor-Triplets, einen Vorlage-Ort 508 mit einer Diapositiv-Vorlage 506, ein zweites optisches System 528, das als zweilinsiger Kondensor ausgebildet ist, und eine Austrittsblende 548 an der Stelle der Austrittspupille 530. Die Festlegung der Konstruktionsdaten der optischen Systeme ist dem Fachmann ohne weiteres möglich, so daß derartige Einzelheiten hier nicht erläutert zu werden brauchen.

In der Austrittspupille 530 sind wieder drei fotoelektrische Sensoren 538,540,542 nebeneinander angeordnet Die zugehörigen Farbfilter 544,546,548 sind in der Eintrittspupille 534 angeordnet und an deren Blende 536

gehaltert. Diese Blende 536 ist gegen eine zweite Blende austauschbar, die bei 552 teilweise angedeutet ist. Der Austausch ist durch den Pfeil 554 symbolisiert und kann z. B. durch Verschieben oder Verdrehen eines gemeinsamen Blendenrahmens 556 erfolgen. Auf diese Weise kann man insbesondere den ersten Satz Farbfilter durch einen zweiten Satz Farbfilter für die Komplementärfarben ersetzen und dadurch, in Kombination mit einem gleichzeitigen elektrischen Schaltvorgang, den Abtaster für die Wiedergabe von Farbnegativen geeignet

machen. Es können natürlich auch weitere Schaltstellungen vorgesehen sein, z. B. für Betriebsarten ohne Farbfilter zur besseren Wiedergabe von positiven oder negativen Schwarzweiß-Dias.

Fig. 5 zeigt auch noch, daß in bekannter Weise der Abbildungsmaßstab zwischen Eintrittspupille 536 und Austriltspupille 530 von 1 : 1 verschieden gemacht werden kann. Das kann z. B. zweckmäßig sein, wenn die Größe der Austrittspupille 530 an die Abmessungen verfügbarer Sensoren anzupassen ist.

Hierzu 1 Blatt Zcichnunacn

Claims (9)

1 Patentansprüche:

1. Vorlagen-Abtaster zum Erzeugen von Fernsehsignalen mit simultaner Farbübertragung, insbesondere Dia-Converter für die Wiedergabe von Diapositiv-Vorlagen auf dem Bildschirm eines Fernsehgeräts, mit einer Raster-Lichtquelle, die Lichtpunkte in einer der verwendeten Fernsehnorm entsprechenden Zeitfolge und Lage erzeugt, einem ersten optischen System, das die Raster-Lichtquelle auf die Vorlage abbildet, einem Satz von fotoelektrischen Sensoren für die Farben, einem zweiten optischen System, das ein von der Vorlage ausgehendes Lichtbündel unter Einsatz eines mehrere Farben enthaltenden Strahlenganges auf die is Sensoren leitet, und Mitteln zur Zuordnung der Farben zu den Sensoren, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlengang des zweiten optischen Systems (28) alle Farben enthält, und daß die Sensoren (38,40,42) in der Austrittspupille (30) des optischen Gesamtsystems nebeneinander angeordnet und auf je eine der Farben selektiv sensibilisiert sind.

2. Abtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren durch vorgeschaltete additive Farbfilter selektiv sensibilisiert sind.

3. Abtaster nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbfilter (44, 46, 48) in der Austrittspupille (30) vor den Sensoren angeordnet sind.

4. Abtaster nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbfilter (444, 446, 448) in der Eintrittspupille (434) des Gesamtsystems nebeneinander in den auf die zugeordneten Sensoren (438, 440,442) abgebildeten Pupillen-Teilflächen angeordnet sind.

5. Abtaster nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbfilter Massivglasfilter sind.

6. Abtaster nach einem vier vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren in einer Ebene angeordnet sind.

7. Abtaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste optische System (24) eine die Eintrittspupille (34) des Gesamtsystems bestimmte Blende (36) aufweist.

8. Abtaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesamtsystem für einen von 1 :1 verschiedenen Abbildungsmaßstab zwischen Eintrittspupille (536) und Austrittspupille (530) ausgelegt ist

9. Abtaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sätze verschiedener Farbfilter austauschbar vorgesehen sind.