DE2161423A1 - Photofarbfilm Fernseheinrichtung - Google Patents

Description

KIPPOIJ COLUMBIA KAbUSKIKIKAISHA, Tokyo / Japan

Photofarbfilm-Fernseheinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Photofarbfilm-Fernseheinrichtung mit einer Röhre.

Bei einer bekannten Einröhren-Farbkamera des Frequenztrennungstyps ist ein optischer Filter in einem optischen System angeordnet und trennt das von einem Fernseh-Objekt einfallende Licht in ein Helligkeitssignal Y₅ ein Rotfarbe-Signal R und ein Blaufarbe-Signal B. Der optische Filter besteht aus zwei Arten von Filterkomponenten; die eine Filterkomponente enthält zwei Arten von Streifenfilterelementen, von denen die eine den Durchtritt von Rotfarbe-Licht verhindert und die andere den Durchtritt von Weißfarbe-Licht gestattet; die andere Filterkomponente enthält zwei Arten von Streifenfilterelementen, von denen die eine den Durchtritt von Blaufarbelicht verhindert und die andere den Durchtritt von Weißfarbe-Licht gestattet; die Abstandsteilungen der erstgenannten und der letztgenannten Streifenfilterelemente unterscheiden sich voneinander. Durch eine Grenze in der Raumfrequenz-Ansprech-Charakteristik des optischen Filters vom Objekt zum Farbfilter, enthaltend eine Objektivlinse, wird das Raumfrequenz-Spektrum des Bildes des auf dem optischen Filter projizierten Objektes begrenzt; der obere Grenzwert ist dadurch unvermeidlich bestimmt. Es gibt demgemäß auch einen oberen Grenzwert im Spektrum der Frequenz (ß bei Abtastung des auf dem optischen Filter projizierten Objektbildes. Für eine ideale Vielfach-Signalübertragung muß das Frequenz-Spektrum des Vielfach-Signales so gewählt werden, wie in Fig.l dargestellt. Hierbei

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besitzt das Helligkeitssignal Y die Grenzfrequenz /A) ; die mittleren Frequenzen der roten und blauen Farb-Signale sind 2 OJ bzw. ^W ; in der Abszisse sind in Fig.l die Frequenz und in der Ordinate die Intensität des Spektrums aufgetragen.

Eine ideale Vielfach-Signalübertragung wie in Fig.l dargestellt ist jedoch unmöglich wegen der Begrenzung in der Frequenz-Charakteristik der Kameraröhre enthaltend den optischen Weg von der durch den erwähnten optischen Filter gebildeten optischen Modulationsfläche bis zur Kameraröhre. Demgemäß befinden sich die grünen, roten und blauen Farbsignale Y, R und B innerhalb des Übertragungsbandes der Bildaufnahmeröhre, was ein übersprechen zwischen den einzelnen Kanälen ermöglicht. Fig.2 zeigt die Spektren dieser Signale; dabei sind £ü_R und W die mittleren Frequenzen der roten bzw. blauen Farbsignale. Die Trennung des Helligkeitssignales Y und der roten und blauen Färbsignale R, B geschieht durch Verwendung eines Filters, der aus einem Tiefpaßfilter und zwei Bandfiltern besteht, deren Durchlaß-Charakteristiken in Fig.3 mit LPF, BPF-R bzw. BPF-B angegeben sind. In diesem Falle sind in jedem Filter Spektralkomponenten benachbarter Kanäle als übersprechen vermischt, so daß durch die übersprechkomponente nach der w Demodulation ein Störsignal erzeugt wird.

Für den Fall des Bildes eines Ferneeh-Objektes, das einen abrupten Übergang von Schwarz auf Weiß enthält, sei im folgenden die Erzeugung des Störsignales erläutert.

' Fig.¹! zeigt die Wellenform des nach der oben beschrie-

' benen Modulation vom Farbsignal-Trennbandfilter gewonnenen Ausgangssignales; in der Abszisse ist dabei die Zeit und in der Ordinate die Amplitude aufgetragen. Fig.kA veranschaulicht die Signalwellenform des ansteigenden Teiles T

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bei fehlendem übersprechen und Fig.IfB die Wellenform der ubersprechkomponente, die im ansteigenden Teil T* des Signales enthalten ist. Das Gesamt-Ausgangssignal entspricht daher im Falle des Obersprechens der Summe der Wellenformen der Fig.4A und Fig. ifB. In diesem Falle wird die Phase des Übersprechens in Fig.^B durch den Zeitpunkt der Farbänderung im Bild des Objektes bestimmt, während die Phase der Signalwellenform der Fig.4A durch die Anordnung der Streifenfilterelemente des optischen Filters bestimmt ist. Demgemäß ändern sich die Phasen der Wellenformen der Fig.4A und Fig. ¹IB von'O bisT mit der relativen Phase des Randteiles des Objektbildes gegenüber dem optischen Filter. Sind beide Wellenformen in Phase, so werden sie miteinander addiert; im entgegengesetzten Falle werden sie voneinander subtrahiert. Das durch Demodulation des Ausgangssignales des Farbsignal-Trennfilters erzeugte Signal ändert sich somit in seinem Anstiegspunkt, wie in Fig.5 mit a und b angedeutet (hierbei ist in der Ordinate die Amplitude und in der Abszisse die Zeit aufgetragen).

A'ndert sich die relative Phase des Bildteiles mit starker Farbänderung gegenüber der Anordnung der Streifenfilterelemente des optischen Filters bei jeder Abtastung, so schwankt der Anstiegspunkt eines Signales nach der Demodulation stark, was ein Störsignal verursacht. In diesem Falle wird auf dem Schirm eines Fernsehempfängers ein Bild wiedergegeben, wie es in Fig.6 veranschaulicht ist.

Fig.6A zeigt das ursprüngliche Bild des Objektes, das eine sprunghafte Farbänderung von Schwarz auf Weiß enthält. Fig.öB zeigt ein Bild, das wiedergegeben wird, nachdem es mittels eines Frequenz-Trennsystemes übertragen wurde; es enthält einen Zick-Zack-Teil F, der durch das aus obigen Gründen erzeugte Störsignal verursacht ist.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Photofarbfilm-Fernseheinrichtung zu schaffen, bei der ein Übersprechen zwischen benachbarten Kanälen und ein dadurch bedingtes Störsignal vermieden sind.

Durch die Erfindung soll ferner eine Photofarbfilm-Fernseheinrichtung geschaffen werden, bei der Hochfrequenzkomponenten der Raumfrequenz-Spektren der roten, grünen und blauen Primärfarb-Signalkomponenten eines Fernseh-Gbjektes entfernt werden vor der optischen Frequenz-Vervielfachung mit einem Streifenfilter. In diesem Falle können die Raumfrequenz-Spektren der roten und blauen Farbsignalkomponenten verglichen mit der grünen Farbsignalkomponente etwas eingeengt werden, da, solange die Auflösung und das Störsignal-Nutzsignal-Verhältnis des Helligkeitssignales ausgezeichnet sind, die Qualität des Wiedergabebildes nicht so sehr beeinträchtigt wird, selbst wenn das Farbtonsignal in einem gewissen Maße verschlechtert wird.

Die Erfindung.geht aus von einer Photofarbfilm-Fernseheinrichtung mit einer Punktlichtquelle zur Emission von roten, grünen und blauen kohärenten Einfarbe-Lichtstrahlen, mit einer ersten optischen Einrichtung zur Fourier-Transformation eines auf einem Photofarbfilm aufgezeichneten optischen Eildes, einer zweiten optischen Einrichtung zur umgekehrten Fourier-Transformation der von der ersten optischen Einrichtung erzeugten Raumfrequenz-Spektren, ferner mit einer Einrichtung zur Aufnahme eines optischen Bildes, das in der Fourier-Transformationsebene der zweiten optischen Einrichtung erzeugt wird.

Bei einer derartigen Einrichtung besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß in der Fourier-Transformationsebene der ersten optischen Einrichtung eir. Raumfilter angeordnet ist, der einen ersten Bereich enthält, der alle Lichtfarben hinuurchläßt, ferner einen zweiten Bereich, der

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wenigstens eine Lichtfarbe selektiv hindurchläßt, sowie einen dritten Bereich, der den Durchtritt für alle Lichtfarben sperrt.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigen

Pig.l das Diagramm einer Ideal-Verteilung eines

Vielfach-Signales einer Kamera mit Frequenztrennung;

Fig.2 ein Diagramm der tatsächlichen Verteilung des Spektrums des Vielfach-Signales, wobei zwischen benachbarten Kanälen übersprechen auftritt;

Fig.3 ein Diagramm der Durchlaß-Charakteristiken eines Vielfach-Signal-Trennfliters;

Fig.4A die Wellenform eines vom Farbsignal-Trennfilter abgenommenen Farbsignales;

Fig.JJB die Wellenform der vom Farbsignal-Trennfilter abgenommenen übersprechkomponente;

Fig.5 die Wellenform des Farbsignales nach Demodulation mit veränderlichem Anstieg, in Abhängigkeit von der Zeit;

Fig.6A das Bild eines Objektes, das ein Störsicnal erzeugt;

Fig.6B das Wiedergabebild;

Fig.7 ein Diagramm der Spektralverteilung eines

typischen Farbfilmes und der Wellenlänge einer Punkt-Licht-Quelle zur wiedergabe des Farbfilmes;

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Fig.δ ein Schema eines Ausführungsbeispieles

des erfindungsgemäßen optischen Systems;

Fig. 9 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispieles der Verteilung der Beugungsbilder, wenn Objekte mit gleichem Raumspektrum durch Einfarben-Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen bestrahlt werden;

Fig.10 ein schematisches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Raumfilters;

Fig.11 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Wellenlängen-Charakteristik des Raumfilters gemäß Fig.10;

Fig.12 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Raumfilters.

Erfindungsgemäß werden die Frequenzbänder der roten, grünen und blauen Primärfarbenkomponenten optisch begrenzt durch die Fourier-Transformation und die Räumfiltertechniken, so daß ein übersprechen und hieraus resultierende Störsignale vermieden werden und dadurch die Qualität des wiedergegebenen Bildes erhöht wird.

Die Fourier-Transformation der Amplitudenverteilung eines Objektes wird in folgender Weise erhalten. Wird das Objekt in ein Strahlenbündel paralleler Strahlen gestellt, die von einer ersten Linse ausgehen, die in ihrer vorderen Brennpunktsebene eine Einfarben-Punktlichtquelle besitzt, so erhält man ein Fraunhofer'sehes Beugungsbild des Objektes in der hinteren Brennpunktsebene (im folgenden als Fourier-Transformationsebene bezeichnet) einer zweiten Linse, deren vordere Brennpunktsebene mit dem Objekt zu-

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sammenfällt. In diesem Falle ist die Amplitudenverteilung des Objektes proportional der Fourier-Transformation. Dies wird als Raumfrequenz-Spektrum der Amplitudenverteilung des Objektes bezeichnet. Koordinaten in der Fourier-Transformationsebene sind ferner proportional zur Raumfrequenz. Anhand der Fig.7 bis 11 sei nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das das obige Prinzip verwendet, näher erläutert.

Eine Lichtquelle zur WMergabe eines Farbfilmes mit einer typischen Spektralverteilung, wie sie Fig.7 zeigt, muß drei Einfarben-Lichtarten unterschiedlicher Wellenlänge "K, aussenden, wie in der Zeichnung mit £,, I und % angedeutet. Verwendet man beispielsweise als Lichtquelle einen Gas-Laser, so ist ί gleich 632.8 m/i(dies ist die Wellenlänge des He-I.'e-Gas-Laser) ;£, und V betragen 488.0 m.fJL bzw. 51^.5 m/i. (Wellenlänge des Paarausganges des Ar-Gas-Lasers.

Wie Fig.8 zeigt, wird ein Farbfilm 3, auf dem sich das Bild 3a eines Fernseh-Objektes befindet, in einem Bündel paralleler Lichtstrahlen angeordnet, die von einer Kollimeter-Linse 2 (erste Linse) ausgehen; in der vorderen Brennpunktsebene dieser Linse ist eine Punktlichtquelle 1 angeordnet, die drei Einfarben-Lichtarten der obigen VJe He η längen emittiert. Ein Raumfrequenz-Spektrum der Amplitudenverteilung des Farbfilmes 3 für die drei Einfarben-Lichtarten erscheint in der hinteren Brennpunktsebene (Fourier-Transformationsebene) einer zweiten Linse 4 (Brennweite f^), deren vordere Brennpunktsebene mit der Ebene des Farbfilmes 3 zusammenfällt. In der Fourier-Transformationsebene ist ein Raumfilter 5 angeordnet. Das Spei:tralbild in der Fourier-Transformationsebene wird wieder der Fraunhofer'sehen Beugung auf die hintere Brennpunktsebene (als Wieuergabe-I'bencbezeichnet) einer dritten Linse ( der Brennweite fp unterworfen, wobei deren vordere Brernrunktsebene mit der Fourier-Transformationsebene zusammenfällt. In diesem Falle erl·«!!

2 O 9 8 ? V/ 1 O B 8 ^BA°

man in der Wiedergabe-Ebene ein durch den Raumfilter 5 beeinflußtes optisches Bild des Farbfilmes 3. Das in der Wiedergabe-Ebene erscheinende optische Bild des Farbfilmes 3 wird durch einen Streifenfilter 7 frequenzvervielfacht und dann durch eine Bildaufnahmeröhre 5 in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt. Selbstverständlich befinden sich die in dem optischen System verwendeten optischen Elemente alle auf derselben Strahlachse

Die folgende Erörterung geht von der Voraussetzung aus, daß der Raumfilter 5 die Hochfrequenzkomponenten der Raumfrequenz-Spektren der roten, grünen und blauen Primärfarbkomponenten des Objektbildes entfernt. Wie oben erwähnt, sind die Koordinaten in der Fourier-Transformationsebene proportional zur Raumfrequenz; wenn die Raumfrequenz-Spektren des Farbfilmes 3 in jeder Richtung gleich sind, so sind die Raumfrequenz-Spektralbilder konzentrisch um die Strahlachse 9 verteilt; die Beziehung zwischen dem Radius J des äußeren Beugungsbildes und der effektiven Raumfrequenz S wird durch folgende Gleichung (1) gegeben:

/= ti S (1),

wobei f die Brennweite der Linse und £ die Wellenlänge des Lichtes ist.

Wird der Farbfilm 3 von der Punktlichtquelle 1 durch drei Einfarben-Lichtarten unterschiedlicher Wellenlängen L , I und 2 bestrahlt, so sind die Spektralbilder in der Fourier-Transformationsebene entsprechend den Wellenlängen in der Größe unterschiedlich; ihr jeweiliger Radius J\_,f und S wird durch folgende Gleichung (2) gegeben:

b ^l b b

= f£ S (2) ,

f r ^{= f}*r^Sr

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wobei S, , S und S die effektiven Raumfrequenzen für das rote, grüne und blaue Einfarben-Licht ist. Sind die Beziehungen zwischen den jeweiligen Amplitudenübertragungsfaktor-Verteilungsfunktionen des Farbfilmes 3 entsprechend den drei Einfarben-Lichtarten stark, so werden die jeweiligen effektiven Raumfrequenzen einander gleich, gemäß:

Diese Verteilung ist in Fig.9 veranschaulicht.

Die Bandbreiten der Kanäle für die rote ., grüne und blaue Farbe werden im Spektrum durch den in der Fourier-Transformationsebene angeordneten Raumfilter 5 begrenzt; sie sind jedoch durch die Bandbreiten bestimmt, die benötigt werden, wenn das optische Bild durch Abtasten des Standard-Fernsehsystemes in ein elektrisches Signal umgewandelt wurde. Wenn beispielsweise die Frequenzbandbreiten f , f und f, der elektrischen Signale entsprechend den roten, grünen und blauen Farbsignalen nach der photoelektrischen Umformung so gewählt werden, daß sie unter Berücksichtigung dieser Eigenschaft des Fernsehsignales, wie oben beschrieben, folgende Werte besitzen,

f_g = 3MHz₅ f_r = f_b = 0.5MHz,

so sind auch die Raumfrequenzen des Bildes des Fernseh-Objektes, die begrenzt werden müssen, proportional zur obigen riariübreite. Demgemäß sind die oberen Grenzwerte % , , _f und 2 der Raumfrequenzen in der Fourier-Transi'ormationsebene wie folgt gegeben:

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ho -- °-^5kf<b 9 rc ⁼
wobei k ein Koeffizient der Zeit-Raum-Umformung ist.

Fig.10 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Raumfilters 5, das diese Bedingungen erfüllt. Der Raumfilter 5 besitzt kreisförmige Bereiche 51> 52 und 53 um den Nullpunkt, d.h. um die Strahlachse 9» wobei die Radien den oberen Grenzwerten iv.„> Q _ und 9 „ der Raumfrequenzen in der Fourier-

"^ DC -J P) ΓC

Transformationsebene entsprechen, die durch Gleichung h definiert sind. Der kreisförmige Bereich 51, dessen Radiues ^, kleiner als die der anderen ist, besteht aus farblosem, transparentem Material, das den Durchtritt des roten, grünen und blauen Farblichtes gestattet; der kreisringförmige Bereich 52 mit dem Außenradius _f (zynischen den Bereichen 51 und 53) besteht aus gelbem, transparentem Material, das den Durchtritt des grünen und roten Farblichtes gestattet, dagegen den Durchtritt des blauen Lichtes verhindert. Der kreisringförmige Bereich 53 (mit Außenradius j* ), der an den Bereich 52 nach außen anschließt, besteht aus grünem, transparentem Material, das nur das Grünlicht hindurchläßt, dagegen Blau- und Rotlicht nicht hindurchläßt. An den.Bereich 53 schließt sich schließlich nach außen ein Bereich 5^ aus undurchsichtigem Material an, das den Durchtritt aller drei Farb-Lichtarten verhindert. Fig.11 zeigt die Beziehung zwischen der Wellenlänge Tv. des von der Lichtquelle 1 emittierten Lichtes und des Lichtes, das durch den Raumfilter 5 hindurchtritt. Die Kurven c und d bezeichnen dabei das Licht, das durch die Bereiche 52 bzw. 53 hindurchtritt.

Anhand von Fig.12 sei ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäß verwendbaren Raumfilters erläutert.

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- li -

Wird die Beziehung zwischen den Frequenzbändern der roten und blauen Farbkomponentensignale nach der oben erwähnten photoelektrischen Umformung so gewählt, daß f /f =

£, /£ j so besitzen die Raumfrequenz-Spektralbilder der g r

entsprechenden roten und blauen Farben dieselbe Größe. Die Konstruktion des Raumfilters wird demgemäß vereinfacht. Ein Bereich 51a um den Nullpunkt, mit dem Radius j>, = P , besteht aus farblosem, transparentem Material; ein Bereich 53a außerhalb des Radius J¹. ~Sv ^und innerhalb des Radius j> besteht aus grünem, transparentem Material und ein Bereich 5^a außerhalb des Radius j> aus undurchsichtigem Material.

Mit dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Raumfilter können die rote, grüne und blaue Farbe im Spektrum unabhängig voneinander oder in Verbindung miteinander mit scharf-Grenzwert-Charakteristik begrenzt werden. Man kann infolgedessen ein übersprechen zwischen den Kanälen der einzelnen Farbsignale verhindern und damit Störsignale durch übersprechen vermeiden.

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   (1.)I Photofarbfilm-Fernseheinrichtung mit einer Punktlichtquelle zur Emission von roten, grünen und blauen kohärenten Einfarben-Lichtstrahlen, mit einer ersten optischen Einrichtung zur Fourier-Transformation eines auf einem Photofarbfilm aufgezeichneten optischen Bildes, einer zweiten optischen Einrichtung zur umgekehrten Fourier-Transformation der von der ersten optischen Einrichtung erzeugten Raumfrequenz-Spektren, ferner mit einer Einrichtung zur Aufnahme eines optischen Bildes, das in der Fourier-Transformationsebene der zweiten optischen Einrichtung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Fourier-Transformationsebene der ersten optischen Einrichtung ein Raumfilter angeordnet ist, der einen ersten Bereich enthält, der alle Lichtfarben hindurchläßt, ferner einen zweiten Bereich, der wenigstens eine Lichtfarbe selektiv hindurchläßt, sowie einen dritten Bereich, der den Durchtritt für alle Lichtfarben sperrt.
2. 2.) Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bereich des Raumfilters eine Verteilung des Amplitudeneindringfaktors aufweist, die durch die übertragungscharakteristik der entsprechenden Fernsehfarbkomponente bestimmt wird.
3. 3.) Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raumfilter einen ersten Bereich enthält, der Licht aller Farben hindurchläßt, einen zweiten Bereich, der Licht einer ersten und einer zweiten Farbe hindurchläßt, einen dritten Bereich, der Licht der ersten oder zweiten Farbe selektiv hindurchläßt, sowie einen vierten Bereich, der für alle Lichtfarben undurchlässig ist.

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