В передающих камерах цветного телевидения необходимо одновременно проецировать цветоделенные изображения на светочувствительные поверхности нескольких передающих трубок. Для этого приходится применять достаточно сложные оптические системы.
Наиболее простой является оптическая система, состоящая из нескольких объективов, через каждый из которых проецируется изображение на свою передающую трубку. Однако по эксплуатационным соображениям а также в связи с геометрическими искажениями изображений и сложностью механизма фокусирования такая оптическая система не получила распространения.
Указанные недостатки отсутствуют в оптической системе с переносом изображения. Оптическая система с переносом изображения позволяет:
1) использовать объективы с коротким задним отрезком, в том числе обычные фотообъективы;
2) устанавливать передающие трубки в нормальное для работы положение, когда их оси горизонтальны;
3) обеспечить незначительный сдвиг спектральных характеристик для крайних точек изображения благодаря тому, что система с переносом создает изображение на значительном расстоянии, и поэтому лучи наклонных пучков образуют с оптической осью малые углы поля зрения в пространстве расположения светочувствительных поверхностей.
Для примера рассмотрим оптическую систему передающей камеры типа RGB (рисунок 4.4). Основной объектив камеры 1, расположенный на турели, является сменным. Поворотом специальной рукоятки осуществляется выбор объектива с нужным фокусным расстоянием F для получения изображения передаваемого объекта с различным масштабом при неизменном расстоянии между ним и камерой. Обычно студийная камера содержит объективы с фокусными расстояниями: F=35; 50; 85; 135; 200 мм или один объектив с переменным фокусным расстоянием, т.е. вариообъектив (F=40-400 мм). Плоскость изображения рассматриваемых объектов находится, как правило, на расстоянии 29 мм от плоскости турели. Поэтому для получения пространства, необходимого для размещения цветоизбирательных зеркал, применяются коллектив 2 и объектив переноса 4. Коллектив является оптической системой, с помощью которой изображение выходного зрачка основного объектива 1 проецируется в плоскость входного зрачка объектива переноса 4. Таким образом обеспечивается равномерное, без затенении изображение.
Рисунок 4.4. Оптическая схема передающей ТВ камеры типа RGB с переносом изображения
Разделение светового потока на компоненты R, G, В осуществляется двумя дихроическими зеркалами 5. Первое зеркало отражает синие лучи В, пропуская красную R и зеленую G компоненты. Синие лучи ахроматическим зеркалом 6 направляются на фотокатод передающей трубки В. Второе дихроическое зеркало 5 пропускает зеленую компоненту на фотокатод передающей трубки G и отражает красные лучи на ахроматическое зеркало 6. В процессе расщепления светового потока наблюдаются оптические искажения. Известно, что при прохождении через плоскопараллельную пластину расходящегося цветового пучка нарушается относительное положение оптических лучей. Это явление, называемое астигматизмом, приводит к тому, что лучи, прошедшие через пластину, не сходятся в одной точке и образуют пятно эллиптической формы. Компенсация астигматизма достигается введением пары плоскопараллельных пластин 3 (корректор астигматизма), выполненных из того же материала, что и цветоизбирательные зеркала. Пластины корректора астигматизма расположены по отношению друг к другу под тем же углом, что и цветоизбирательные зеркала 5 и повернуты относительно горизонтальной оси на 90°. Таким образом, если дихроические зеркала смещают световые лучи в горизонтальном направлении, то корректор астигматизма смещает их в вертикальном.
Для получения необходимых спектральных характеристик передающей камеры, в сочетании с цветоизбирательными зеркалами, используются коррекционные светофильтры 7. Рассеивающие линзы 8 (линзы Смита), помещенные между фотокатодами передающих трубок 9 и коррекционными светофильтрами 7, служат для исправления оптических искажений типа кривизна поля и дисторсия, возникающих в оптической системе.
Оптическая система с переносом изображения довольно сложна, имеет много элементов и вследствие этого создает большие потери света. Благодаря переходу к малогабаритным передающим трубкам в камерах цветного телевидения стали находить все большее применение оптические системы без переноса изображения, т.е. использоваться призменные светоделительные блоки, которые располагаются в заднем удаленном отрезке вариообъектива.
На рисунке 4.5 приведена оптическая схема четырехтрубочной камеры типа YRGB. Работа такой системы заключается в следующем. Световой поток, пройдя через вариообъектив 1 и через нейтральный (или приводной) светофильтр 2, который ставится в случае избытка света, поступает на призменный светоделительный блок 3. Расщепление светового потока осуществляется с помощью светоделительных слоев, нанесенных на грани призм. Вследствие цветоизбирательного отражения и пропускания на светочувствительных слоях передающих трубок 6 образуются цветоделенные изображения. Светофильтры 4, корректирующие спектральные характеристики оптических каналов, нанесены на грани призм 3. Линзы Смита 5, расположенные у фотослоев передающих трубок 6, корректируют оптические искажения, возникающие в светоделительном блоке.
Рисунок 4.5. Оптическая схема четырехтрубочной передающей ТВ камеры с призменным светоделительным блоком
По сравнению с оптическими системами, с переносом изображения основными преимуществами оптических систем со светоделением в заднем рабочем отрезке объектива являются их меньшие габариты и масса, высокие четкость и контраст изображения (так как в них меньше аберрационные искажения и светорассеяние), больший коэффициент пропускания (за счет меньших поглощений света в стекле и вредного отражения от поверхностей).
Иногда с целью уменьшения инерционности сигнала в канале с малым световым потоком выгодно увеличивать освещенность мишени передающей трубки путем уменьшения размера изображения. В этом случае в данном канале приходится применять объектив переноса и коллектив (рисунок 4.6).
Рисунок 4.6. Оптическая схема трехтрубочной передающей ТВ камеры типа YRB с переносом изображения в одном из каналов
1 - вариообъектив; 2 - нейтральный светофильтр; 3 - светоделительный блок;
4 - светофильтры; 5 - линзы Смита; 6 - коллектив;
7 - объектив переноса; 9 - передающие трубки
В некоторых моделях четырехканальных камер используются трехканальные цветоделительные блоки и три преобразователя свет-сигнал, а четыре сигнала ЕY, ЕB, ER, EG образуются путем электронного матрицирования, например, сигналов EY, ER, ЕB. Применение трехканальных цветоделительных блоков позволяет получить большую по сравнению с камерой YRGB чувствительность каналов R и В и улучшить отношение сигнал-шум сигналов на выходе камеры. Применение четырехканального тракта обработки видеосигналов позволяет наиболее просто осуществить некоторые виды электронной коррекции (двумерную апертурную, коррекцию амплитудной характеристики тракта), но необходимую точность цветопередачи здесь обеспечить достаточно сложно.