Technik Wissen von CANON
Das CANON Handbuch über die Optik von TV-Systemen. Diese Artikel sind mit freundlicher Genehmigung der CANON Deutschland hier übernommen bzw. überarbeitet und ergänzt. Die sauberen und verständlichen Darstellungen und Erklärungen sind aussergewöhnlich detailliert und informativ.
7.1 Aufbau eines hochwertigen optischen Farbteilersystems
Eine professionelle Farbfernsehkamera enthält ein optisches System zur Zerlegung des Lichts in seine Farbkomponenten. (Consumer Kameras arbeiten oft mit nur einem Bildwandler.) Dieses Farbteiler-System hat eine Schlüsselfunktion: Es bestimmt sowohl die Natürlichkeit der Farbwiedergabe der Kamera als auch die Anordnung der Bildsensoren (Röhren bzw. CCDs) und damit den Kameraaufbau. Die meisten modernen professionellen TV-Kameras verwenden dazu eine Prismenanordnung (Bild 79).
- Bild 79 Optisches Farbteilersystem einer professionellen CCD TV-Kamera
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- Bild 80 Transmissionskurven dichroitischer Schichten
Die Prismen haben an ihren Austrittsflächen Korrekturfilter zur Unterdrückung unerwünschter Farbanteile und damit zur Verbesserung der Farb- wiedergabe. Vor der Eintrittsfläche der Prismen können in einer Revolverfassung Farbkonversions- und Neutralgraufilter in den Strahlengang eingeschwenkt werden. Davor ist ein Quarzfilter als Lambdaviertel- plättchen (siehe Seite 54) eingebaut, das zugleich als Staubschutz der Bajonettöffnung dient. Im Strahlen- gang vor der Prismen-Eintrittsfläche befinden sich ferner ein Infrarot-Sperrfilter und ein Tiefpaßfilter aus doppelbrechendem Kristall (siehe Seite 58).
Wie im Kapitel 2.8 ausgeführt, muß ein Zoomobjektiv für eine Kamera, die mit einem derartigen Prismensystem arbeitet, für die gesamte Glasdicke von Prismen und Filtern speziell korrigiert sein.
Wie aus Bild 79 hervorgeht, nutzen die Strahlenteilerprismen auf raffinierte Weise die selektive Reflexion an dichroitischen Schichten in Verbindung mit der Totalreflexion bei bestimmten Einfallswinkeln aus, um das einfallende Licht in seine drei Grundfarben zu zerlegen.
Eine dichroitische Schicht kann durch Aufdampfen von 10 bis 20 Einzelschichten mit abwechselnd niedrigem und hohem Brechungsindex im Vakuum erzeugt werden. Die geeignete Wahl des Materials und der Dicke der Einzelschichten verleiht der resultierenden dichroitischen Schicht die Eigenschaft, nur eine Farbe zu reflektieren und die anderen durchzulassen (Bild 80).
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7.2 Spektrale Eigenschaften
Die besonderen Eigenschaften des Farbteiler- Prismensystems sind der entscheidende Faktor für die mit der TV-Kamera erzielte Qualität der Farbwiedergabe. Bild 81 zeigt das typische spektrale Verhalten einer die Farbe Blau reflektierenden dichroitischen Schicht.
Selbst innerhalb ihres Durchlaßbereichs läßt eine dichroitische Schicht nicht 100% des einfallenden Lichts durch. Ein kleiner Teil der Strahlung wird reflektiert und vermischt sich mit dem den anderen Farbkanälen zugeführten Licht. Die Korrekturfilter an den Prismenaustrittsflächen sollen diese unerwünschten Farbanteile beseitigen. Darüber hinaus sorgen die Filter für eine Korrektur der Transmissionskurve an ihrer An- bzw. Abstiegs- flanke zur Verbesserung der Wiedergabe-Farbneutralität.
Bild 81 (rechts) Spektrale Eigenschaften der blau reflektierenden dichroitischen Schicht
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Bild 82 zeigt ein Beispiel für die spektralen Eigenschaften des gesamten Farbteilersystems aus Prismen und Filtern.
Die physikalischen Eigenschaften der im Farbteilersystem benutzten dichroitischen Schichten verursachen die drei im folgenden beschriebenen unerwünschten Effekte.
Bild 82 (rechts) Spektrale Durchlaßkurven des gesamten Farbteilersystems
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7.2.1. Farbränder "White shading"
Wegen unterschiedlicher Lichteinfallswinkel auf der dichroitischen Schicht können trotz des in der Bildmitte korrekten Weißabgleichs der obere und untere Rand einen Grün- bzw. Purpurstich haben. Das Bild (rechts) ist künstlich "überzeichnet", damit der Effekt besser sichtbar ist.
(Bild 83) - Farbränder (White-shading-Effekt).
Die Wirkung einer dichroitischen Schicht beruht auf der Interferenz des Lichts.
Unterschiedliche Lichteinfallswinkel führen zu verschieden langen Lichtwegen durch die Mehrfachbeschichtung, was eine veränderte Farbaufspaltung zur Folge hat.
Allgemein gilt, daß sich die Transmissionskurve mit wachsendem Einfallswinkel in Richtung zu kürzeren Wellenlängen verschiebt.
(Bild 84a und b rechts) Verschiebung der Transmissionskurven-Anstiegsflanke der blaureflektierenden dichroitischen Schicht bei Winkeländerungen.
Das aus dem Zoom austretende Strahlenbündel divergiert von einem Punkt in der Austrittspupille. Darum treffen, wie Bild 85-1 (unten) zeigt, die zum unteren (a) und oberen Rand (b) des kopfstehenden!! Bildes gerichteten Strahlen die dichroitische Schicht unter verschiedenen Winkeln. Die resultierende Transmissionskurven- Verschiebung in Bild 85-2 (rechts) verursacht den purpurnen bzw. grünen Farbrand.
- Bild 85 Einfluß der Pupillenlage auf die Entstehung von Farbrändern an der oberen und unteren Bildkante (White-shading-Effekt)
Beim Zoomen oder Abblenden des Objektivs verändert sich die Austrittspupille durch Vignettierungseinflüsse ein wenig, weshalb sich auch die dichroitischen Farbränder etwas ändern. Ebenso verändert ein dazwischengeschalteter Extender die Farbränder wegen der durch ihn verschobenen Lage der Austrittspupille.
Dichroitische Farbränder können in der Kamera elektronisch beseitigt werden.
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