CH626178A5

CH626178A5 -

Info

Publication number: CH626178A5
Application number: CH1302377A
Authority: CH
Inventors: Karl Knop
Original assignee: Rca Corp
Priority date: 1976-10-26
Filing date: 1977-10-26
Publication date: 1981-10-30
Also published as: SE442682B; JPS613411B2; AU2988277A; DE2748064A1; CA1080524A; JPS53146650A; FR2369580B1; FR2369580A1; DE2748064B2; US4130347A; GB1589766A; NL7711688A; DE2748064C3; BE860047A; AU510962B2; SE7711491L

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein feingeteiltes subtrak-tives Beugungsfarbfilter, das von einem Medium mit einem Brechungsindex nj umgeben ist, einen Strichabstand d sowie ein rechteckiges Furchenprofil mit einem Aspektverhältnis b und einer optischen Tiefe a hat und bei Beleuchtung mit unpolari-

siertem weissem Licht ein Ausgangslichtbündel nullter Ordnung einer der Farben Cyan, Magenta, Gelb und Grün liefert.

Subtraktive Beugungsfarbfilter mit einem Oberflächenrelief rechteckförmigen Profils sind z.B. aus der US-PS 3 957 354 und 5 der BE-PS 849 407 bekannt. In diesen Veröffentlichungen wird der funktionelle Zusammenhang zwischen der Filterübertragungsfunktion für nullte Beugungsordnung des subtraktiven Beugungsfarbfilters und den Gitterparametern aufgrund der einfachen Beugungstheorie bestimmt (die für den Fall gilt, dass io der Strichabstand des Gitters wesentlich grösser ist als alle Wellenlängen im Spektrum des auf das Filter fallenden weissen Lichtes ist). Die einfache Theorie der Beugung, die auf Huygens (1629-1695) und v. Kirchhoff (1824-1887) zurückgeht, vernachlässigt die Vektornatur (also die Polarisation) der Lichtwel-15 len und geht von der Annahme aus, dass der Einfluss des Gitters auf eine einfallend ebene Welle lediglich in einer örtlichen Phasenverschiebung entsprechend dem Gitterprofil besteht. Die einfache Beugungstheorie ist also eine Näherung, die ausser Acht lässt, dass Licht tatsächlich eine elektromagnetische 20 Schwingung ist. Es wurde gefunden, dass der sich durch diese Näherung ergebende Fehler für alle Wellenlängen im sichtbaren Spektralbereich (X = 400-700 nm) vernachlässigbar ist, solange der effektive Abstand der Gitterlinien gleich oder grösser als 5 (im ist. Hinsichtlich des Begriffes «effektiver Linien- oder 25 Strichabstand» soll hier vorausgesetzt werden, dass der Brechungsindex der Umgebung des Gitters entweder gleich Eins ist oder auf Eins normiert worden ist.

Wenn der effektive Gitterabstand kleiner als 5 (im wird, nimmt der durch die Näherung der einfachen Theorie der Beu-30 gung verursachte Fehler immer mehr und mit zunehmender Rate zu. Für feingeteilte Beugungsgitter mit einem effektiven Strichabstand von 2 (im oder weniger, wird der Fehler schliesslich so gross, dass die einfache Beugungstheorie nicht mehr für die Bestimmung der Übertragungsfunktion der nullten Beu-35 gungsordnung solcher feingeteilter subtraktiver Beugungsfarbfilter verwendet werden kann. Solche feingeteilten Beugungsgitter sind jedoch vorteilhaft, da sie ausreichend grosse Beugungswinkel ergeben, die gewährleisten, dass das subtrahierte gebeugte Licht höherer Ordnung über den Annahme- oder Aperto turwinkel der konventionellen optischen Systeme, die zur Projektion des Lichtes nullter Ordnung verwendet werden, hinaus abgelenkt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein feingeteiltes subtraktives Beugungsfarbfilter anzugeben, 45 das bei Beleuchtung mit unpolarisiertem weissen Licht zumindest annehmbare, vorzugsweise jedoch gute Filtereigenschaften aufweist.

Diese Aufgabe wird durch ein feingeteiltes subtraktives Beugungsfilter der eingangs genannten Art gelöst, das gemäss so der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Werte von njd und b in dem Diagramm gemäss Fig. 2 einen Punkt definieren, der innerhalb eines der dort eingezeichneten Bereiche 200, 202,204,206 bzw. 208 liegt.

55 Bei der vorliegenden Erfindung wird die Übertragungsfunktion für die nullte Ordnung eines beugenden subtraktiven Farbfilters, das Beugungsgitter mit rechteckigen Furchenprofilen, die einen effektiven Strichabstand von 2 (im oder weniger haben, nicht mehr unter Verwendung der einfachen Beugungs-60 theorie berechnet sondern aufgrund der strengen Theorie der Beugung. Bei der strengen Beugungstheorie wird der Tatsache Rechnung getragen, dass Licht eine elektromagnetische Schwingung ist, wie sie durch die Maxwell-Gleichungen beschrieben wird. Bei der strengen Beugungstheorie müssen die Maxwell-65 Gleichungen hinsichtlich der exakten Grenzbedingungen an der Oberfläche des Oberflächenreliefs der Beugungsgitterstruktur gelöst werden. Dies lässt sich im allgemeinen nur numerisch und mit der Hilfe eines Computers durchführen. In die Rechnungen

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gehen alle Gitterparameter ein und das Ergebnis hängt von diesen Parametern in einer komplizierten Weise ab. Durch die vorliegende Erfindung werden, basierend auf solchen mit Hilfe eines Computers durchgeführten numerischen Lösungen, diejenigen speziellen Werte von Gitterparametern von substraktiven Beugungsgitterfarbfiltern mit Oberflächenrelief-Furchenprofi-len, die effektive Strichabstände zwischen 0,7 jun und 2,0 [im haben, angegeben, welche bei Beleuchtung des Filters mit weissem Licht zumindest annehmbare Farbeigenschaften des Bündels nullter Ordnung ergeben.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Teiles eines Oberflächenrelief-Transmissionsbeugungsgitters mit rechecki-gem Furchenprofil ;

Fig. 2 ein Diagramm, in dem längs der Abszisse das Aspektverhältnis b in einem Bereich von 0 bis 0,6 und längs der Ordinate der effektive Strichabstand n,d in einem Bereich von 0,7 bis 2,0 um aufgetragen sind und in das auf der Basis der strengen Beugungstheorie diejenigen Bereiche eingezeichnet sind, welche bei einem mit unpolarisiertem weissen Licht beleuchteten Beugungsgitter, das eine optische Amplitude geeigneten Wertes hat, gute Farbtöne für grünes, magentafarbenes, gelbes und cyanfarbenes Licht nullter Ordnung ergeben ;

Flg. 3 ein Diagramm, in dem die Werte der optischen Amplitude in einem Bereich zwischen etwa 350 und 1400 nm über dem Aspektverhältnis in einem Bereich von 0 bis 0,6 aufgetragen ist und diejenigen Punkte eingezeichnet sind, die bei einem effektiven Gitterstrichabstand von 1,4 um die Farbtöne Grün, Magenta, Gelb und Cyan für das Licht im Bündel nullter Ordnung ergeben;

Fig. 4 ein Fig. 3 entsprechendes Diagramm für den effektiven Gitterstrichabstand von 1,7 (im und

Fig. 5 ein Fig. 3 entsprechendes Diagramm für den effektiven Gitterstrichabstand von 2,0 um.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Oberflächenrelief-Beugungsgit-ter 100 mit rechteckigem Furchenprofil, welches mit einer ebenen Welle einfallenden weissen Lichtes 102 beleuchtet wird. Das Beugungsgitter 100 besteht aus einem Material 104, wie einer geprägten oder gepressten Folie aus Polyvinylchlorid (PVC), das einen Brechungsindex n (z.B. 1,5) hat, der sich vom Brechungsindex nj der Umgebung des Beugungsgitters unterscheidet. (Gewöhnlich besteht die Umgebung aus Luft, deren Brechungsindex nj gleich 1 ist, und der Brechungsindex n des Materials 104 ist grösser als 1. Die Umgebung braucht jedoch weder Luft zu sein noch den Brechungsindex 1 bzw. einen kleineren Brechungsindex als das Material 104 zu haben). Das in Fig. 1 dargestellte rechteckige Furchenprofil des Oberflächenrelief-Beugungsgitters 100 hat einen tatsächlichen Strichabstand d, eine körperliche Tiefe a' und ein Aspektverhältnis b (das entsprechend dem Tastverhältnis einer Impulsfolge definiert ist). Die Breite eines Gitterelements 106, das einen Gitterstrich bildet, ist gleich dem Produkt aus dem Aspektverhältnis b multipliziert mit dem Strichabstand d.

Das Beugungsgitter 100 arbeitet als Phasengitter, das einen gewissen Teil jeder Wellenlängekomponente X des einfallenden weissen Lichts 102 in höhere Beugungsordnungen ablenkt. Der verbleibende Teil des einfallenden weissen Lichtes 102 tritt nach Transmission durch das Beugungsgitter 100 als unabge-lenktes Ausgangslicht 108 nullter Ordnung aus.

Die optische Amplitude a eines Transmissions-Phasengit-ters, wie des Beugungsgitters 100, ist bekanntlich gleich der Differenz An zwischen den Brechungsindizes n des Materials 104 und nj der Umgebung multipliziert mit der körperlichen Amplitude a' des Beugungsgitters. Wenn die Umgebung aus Luft besteht, ist n( = 1. Bei der vereinfachten Beugungstheorie hängt der Teil einer Komponente der Wellenlänge X des einfallenden weissen Lichtes 102, der in das Licht 018 der nullten Ordnung durchgelassen wird, anstatt in höhere Ordnungen gebeugt zu werden, lediglich vom Verhältnis a A der optischen 5 Amplitude a zur Wellenlänge X ab, wie in der erwähnten US-PS 3 957 354 im einzelnen erläutert ist. Nach der vereinfachten Beugungstheorie wird also der Farbton des Ausgangslichtes 108 nullter Ordnung von einem Beugungsgitter, das ein rechteckiges Furchenprofil hat, aus einem bestimmten Material 104 (z.B. io PVC) besteht, bei einem bestimmten Brechungsindexverhältnis n/nj (z.B. 1,5) bezüglich der Umgebung lediglich durch den Wert a' der körperlichen Tiefe des Beugungsgitters bestimmt. Gemäss der vereinfachten Beugungstheorie hat die Farbsättigung ein Maximum, wenn der Wert von b gleich einhalb ist und 15 nimmt symmetrisch auf Null ab, wenn der Wert von b entweder von einhalb auf Eins erhöht oder von einhalb auf Null verringert wird. Ferner ist bei der vereinfachten Beugungstheorie der Wert von d unwesentlich, solange er genügend klein ist um einen ausreichend grossen Beugungswinkel zu ergeben, der verhin-20 dert, dass sich das Licht der höheren Beugungsordnungen mit dem Ausgangslicht 108 der nullten Ordnung in der Apertur der Betrachtungs- oder Projektionsoptik überlappt, wie ebenfalls in der erwähnten US-PS 3 957 354 erläutert ist.

Im Falle der strengen Beugungstheorie, bei der die Max-25 well-Gleichungen hinsichtlich der genauen Grenzbedingungen an der Oberfläche des Beugungsgitters 100 gelöst werden müssen, hängt der Farbton des Ausgangslichts 108 von sämtlichen Gitterparametern n, nb a', b und d in komplizierter Weise ab. Bei der strengen Beugungstheorie ist ferner selbst wenn alle 30 diese Gitterparameter bestimmte vorgegebene Werte haben, der Farbton des Ausgangslichtes 108 nullter Ordnung von weissem Licht 102, dessen elektrischer Vektor parallel zu den Gitterlinien polarisiert ist, anders als der Farbton des Ausgangslichtes 108 nullter Ordnung von weissem Licht 102, dessen elektri-35 scher Vektor senkrecht zu den Gitterlinien polarisiert ist. Dies hat seine Ursache darin, dass die Abhängigkeit der Übertragungsfunktion der nullten Ordnung eines subtraktiven Beugungsfarbfilters mit einem effektiven Strichabstand von 2 um oder weniger von der Wellenlänge des Lichts für die beiden 40 erwähnten orthogonalen Polarisationen des einfallenden weissen Lichtes ganz verschieden ist. In der Praxis, wie bei der Reproduktion von Farbbildern, wird fast immer unpolarisiertes Licht benutzt. Die Übertragungseigenschaften hinsichtlich des Ausgangslichtes nullter Ordnung in Abhängigkeit von der Wel-45 lenlänge für ein mit unpolarisiertem Licht beleuchtetes Beugungsgitter lässt sich einfach dadurch gewinnen, dass man das Mittel der Transmissionseigenschaften für das parallel und senkrecht polarisierte Licht nimmt. Die Diagramme gemäss den Fig. 2,3,4 und 5 sind jeweils unter der Annahme, dass das 50 einfallende weisse Licht 102 unpolarisiert ist, gewonnen worden.

Zur Gewinnung einer Lösung des Beugungsproblems entsprechend der strengen Beugungstheorie wird ein Computer für 55 die Lösung der Maxwell-Gleichungen mit jeweils verschiedenen vorgegebenen Bereichen von Grenzbedingungen an der Oberfläche einer Transmissions-Phasengitterstruktur programmiert, ferner wird eine bestimmte Differenz An des Brechungsindex der Phasengitterstruktur bezüglich der Umgebung angenommen 60 (z.B. n = 1,5 ; n! = 1). Zu den vorausgesetzten Grenzbedingungen gehören verschiedene Werte des Verhältnisses d/X, verschiedene Werte des Verhältnisses a'/X und verschiedene Werte des Aspektverhältnisses b. Die Maxwell-Gleichungen werden für jeden Satz verschiedener angenommener Werte dieser Para-65 meter sowohl für den Fall paralleler Polarisation als auch für den Fall senkrechter Polarisation gelöst und aus den Lösungen für diese beiden Polarisationen wird das Mittel gebildet. Auf diese Weise lässt sich die Transmissionscharakteristik nullter

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Ordnung für unpolarisiertes Licht über den sichtbaren Spektralbereich für jedes Beugungsgitter mit rechteckigem Furchenprofil als Funktion der Gitterparameter entsprechend der strengen Beugungstheorie so berechnen, dass sich jede gewünschte sub-traktive Farbe ergibt.

In der erwähnten US-Patentschrift 3 957 354 ist erläutert, dass man einen für die Praxis voll ausreichenden Farbtonbereich mit einem Satz von nur drei subtraktiven Beugungsfarbfiltern erzeugen kann, die kolorimetrisch den drei verschiedenen subtraktiven Primärfarben Magenta, Gelb und Cyan entsprechen. In der erwähnten BE-PS 849 407 ist dargelegt, dass es zweckmässig sein kann, zusätzlich zu diesen drei subtraktiven Primär-farbenfiltern noch ein viertes subtraktives Farbfilter zu verwenden, das kolorimetrisch der Farbe Grün entspricht.

Mit dem Ziel, einen optimalen Satz von Gitterparametern zu gewinnen, die das beste Magenta, Gelb, Cyan und Grün in der nullten Beugungsordnung liefern, wurden umfangreiche Computerrechnungen sowohl für die parallele als auch für die senkrechte Polarisation durchgeführt, wobei n = 1,5 und nj, entsprechend An = 0,5, gesetzt wurden. Die übrigen Gitterparameter wurden in den folgenden Bereichen geändert:

b= 0,1... 0,9 d/X = 0,7 ... 5,0 a'/X = 1,0.. .7,0

Aus den auf diese Weise erhaltenen Daten wurden Spektren für den sichtbaren Spektralbereich (X = 400-700 nm) für von Luft umgebene Beugungsgitter mit einem Strichabstand d zwischen 0,5 [im und 2 [im und einer körperlichen Tiefe a' zwischen 0,7 (im und 2,8 (im abgeleitet. Die Abstände zwischen den einzelnen Parameterwerten wurden klein genug gewählt um eine Interpolation zu ermöglichen.

Es ist aus den Gesetzen der Optik bekannt, dass die gleichen Daten auch für den Fall nj =f= 1 (d.h. für den Fall, dass die Umgebung nicht Luft ist) gelten, solange n/n! = 1,5 ist. Die Fig. 2 bis 5 lesen sich dann richtig, wenn man die Grössen n, d und a', für die Umgebung Luft, durch n/nl5 dnj bzw. a'nj ersetzt, um im allgemeinen Fall, dass die Umgebung nicht Luft ist, zu erfassen. Die Rechnungen haben ferner gezeigt, dass die Bedingung n/nj = 1,5 nicht sehr streng ist. In der Praxis kann man Fig. 2 bis 5 für alle Werte im Bereich 1,3 <n/nj <1,7 mit tragbarem Verlust an Genauigkeit verwenden. Bei einem Subtraktiv-Far-bensystem, das auf den drei festen Primärfarben Cyan, Magenta und Gelb (gegebenenfalls unter Zusatz von Grün) basiert, ist es nicht nur wichtig, dass die Farben den richtigen Farbton haben, sondern auch, dass sie hell sind und dass sie Minima aufweisen, so dass sich gute Mischfarben und ein dunkles Schwarz ergeben. Mit anderen Worten gesagt sind nicht nur die Lagen der Maxima und Minima in der Übertragungsfunktion von Bedeutung, sondern auch ihre Grössen.

Für eine «optimale» Primärfarbe wurde daher gefordert, dass das Maximum in der Transmissionskurve für unpolarisiertes Licht 80% bei der erforderlichen Wellenlänge überschreiten und dass das Minimum unter 5 % liegen soll. Für ein optimales Magenta (minus Grün) sind z.B. ein unter 5 % liegendes Minimum um 520 nm (Grün) und zwei Maxima über 80% an den beiden Enden des sichtbaren Spektralbereichs erforderlich. Der Bereich optimaler Gitterparameter für eine Beleuchtung mit unpolarisiertem weissem Licht wurde unter diesen Voraussetzung auf der Basis der strengen Theorie der Beugung ermittelt, wobei der Mittelwert der Daten genommen wurde, die für die parallele Polarisation und die senkrechte Polarisation errechnet worden war.

In Fig. 2 ist das Ergebnis in Form von Diagrammbereichen in der n,d/b-Ebene (effektiver Linienabstand/Aspektverhältnis-Ebene) angegeben, die «optimale» Farben gemäss der obenstehenden Definition ergeben. Nur innerhalb der njd- und b-Werte, die innerhalb dieser Diagrammbereiche liegen, können die oben aufgeführten Kriterien für die entsprechende Farbe mit einer geeignet gewählten Gittertiefe nta, erfüllt werden. 5 Nur wenn die entsprechenden Werte von njd und b einen Punkt im Diagrammbereich 200 oder im Diagrammbereich 202 definieren, ist es also möglich, eine Tiefe nja' zu finden, die ein «optimales» Grün liefern. Ausserhalb der Diagrammbereiche 200 und 202 ist es also nicht möglich mit einem feinteiligen io Beugungsgitter (effektiver Strichabstand njd nicht grösser als 2 (im), das mit unpolarisiertem wiessen Licht beleuchtet wird, Ausgangslicht nullter Ordnung eines «optimalen» Grüns zu erzeugen, gleichgültig welche Tiefe das Beugungsgitter hat. In entsprechender Weise lässt sich ein «optimales» Magenta nur 15 innerhalb des Diagrammbereiches 204 erhalten und ein «optimales» Gelb nur in einem Diagrammbereich 206, und ein «optimales» Cyan nur innerhalb eines Diagrammbereiches 208 der Fig. 2. Wie Fig. 2 zeigt, lässt sich mit feingeteilten Beugungsgittern überhaupt keine «optimale» Farbe mehr mit einem 20 Aspektverhältnis b erzeugen, das unter 0,19 oder über 0,47 liegt. Ferner lassen sich keine «optimalen» Farben erzielen, wenn ntd unter etwa 0,75 liegt. Die in Fig. 2 dartestellten Ergebnisse wurden durch Experimente bestätigt. Die Ergebnisse weichen von denen ab, die sich aus der vereinfachten Beugungs-25 theorie ergeben, gemäss letzterer «optimale» Farben für jeden Wert von d für Werte von b zwischen 0,39 und 0,61 erhältlich sein sollten, was für feingeteilte Beugungsgitter einfach nicht richtig ist.

Wie die Diagramme gemäss den Fig. 3,4 und 5 zeigen, gibt 30 es für jede der Farben Magenta, Gelb und Grün einen entsprechenden einzigen Bereich der optischen Amplitude a (a = An a')- Für Cyan gibt es jedoch für die meisten Werte des effektiven Strichabstandes njd zwei getrennte und unterschiedliche Bereiche der optischen Amplitude a, die die Farbe Cyan erge-35 ben. Der erste dieser Bereiche, der in den Fig. 3,4 und 5 mit C bezeichnet ist, tritt bei einer optischen Amplitude a (oder physikalischen oder körperlichen Tiefe a') auf, die etwas kleiner ist als die für Gelb. Der zweite Bereich, der in den Fig. 3 und 5 mit C' bezeichnet ist, entspricht optischen Amplituden a (und effek-40 tiven körperlichen Tiefen a'), die etwas grösser sind als die für Magenta. Für grobe Gitter der in den obenerwähnten Patentschriften beschriebenen Art wird das Cyan C' immer bevorzugt, da es eine höhere Sättigung aufweist. Für feingeteilte Beugungsgitter der hier beschriebenen Art ist dagegen das Cyan C kolori-45 metrisch immer überlegen. Ausserdem ist das Cyan C wegen der geringeren Tiefe in der Praxis leichter genau zu kontrollieren.

Gemäss der erwähnten BE-PS 849 407 kann mit einem einzigen Beugungsgitter durch Änderung seiner Amplitude Cyan, Gelb und Grün erzeugt werden. Für feingeteilte Beugungsgitter, 50 deren njd- b-Werte durch die Diagrammbereiche gemäss Fig. 2 bestimmt sind, werden für ein solches einziges Gitter Werte von ntd und b benötigt, wo die drei Farben Cyan, Gelb und Grün alle gleichzeitig «optimal» sind. Diese Bedingung lässt sich in einem Bereich erfüllen, in dem njd einen Wert zwischen 1,3 und 551,8 (im und b einen Wert in der Nähe von 0,3 hat. Im Idealfall sollte für grobe Beugungsgitter die Amplitude für Grün genau gleich der Summe der Amplituden für Cyan und Gelb sein. Im Falle der feingeteilten Beugungsgitter ist die physikalische oder körperliche Amplitude für Grün nahezu, jedoch nicht genau 60 gleich der Summe der Amplituden für Cyan und Gelb. Trotzdem lassen sich jedoch kolorimetrisch gute cyanfarbene, gelbe und grüne Farbtöne erzielen.

Bei dem Diagramm gemäss Fig. 2 sind nur die beiden Para-65 meter ntd und b variabel und es ist angenommen worden, dass die effektive Gittertiefe nja' so gewählt wird, dass sich die richtige optische Amplitude für eine gewünschte Farbe ergibt. In den Fig. 3,4 und 5 ist jeweils der Zusammenhang zwischen der

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optischen Amplitude a (effektiven Gittertiefe n^') und dem Aspektverhältnis für die verschiedenen gewünschten Farben für die effektiven Strichabstände n,d von 1,4 [im, 1,7 [im und 2,0 (im angegeben. Fig. 3 gilt also für ein Beugungsgitter mit einem effektiven Strichabstand njd gleich 1,4 |xm und zeigt die optische Amplitude a (effektive Tiefe n^') in Abhängigkeit vom Aspektverhältnis b für Grün (G) durch die Kurve 300, für Cyan (C) durch die Kurve 308, für Magenta (M) durch die Kurve 310, für Gelb (Y) durch die Kurve 312 und für Cyan (C) durch die Kurve 320. In den Fig. 3,4 und 5 sind ferner jeweils Punkte 330,332 bzw. 334 eingezeichnet, die die entsprechenden optischen Amplituden a (effektive Tiefe nja') für ein Aspektverhältnis b von 50% angeben, bei denen sich entsprechend der vereinfachten Beugungstheorie die am tiefsten gesättigten subtraktiven Primärfarben Cyan C', Magenta M und Gelb Y ergeben sollten.

In Fig. 4, die für den Fall gilt, dass der effektive Strichabstand njd gleich 1,7 [im ist, entsprechen die Kurven 400,410, 418 und 426 den Kurven 300,310,312 bzw. 320 in Fig. 3. In Hg. 5, die für den Fall gilt, dass der effektive Strichabstand njd gleich 2,0 [im ist, entsprechen die Kurven 500,510,512,520 und 528 den Kurven 300,308,310,312 bzw. 320 in Fig. 3.

Es ist aus der Kolorimetrie bekannt, dass eine bestimmte Farbe, wie Cyan, Magenta, Gelb oder Grün nicht ausschliesslich durch einen einzigen Farbton manifestiert wird. Eine bestimmte Farbe wird vielmehr durch einen Farbton in einem gewissen Farbtonband oder -bereich dargestellt. Es gilt also verschiedene Farbtöne, die etwas voneinander verschieden sind, aber trotzdem alle die Farbe Cyan darstellen. In entsprechender Weise gilt dies auch für Magenta, Gelb und Grün. Die kolorimetri-schen Kriterien für die Kurven in den Fig. 3,4 und 5 sind also nicht so präzise, wie die Kriterien, die oben hinsichtlich der Diagrammbereiche der Fig. 2 diskutiert worden sind. Die Kurven in Fig. 3,4 und 5 stellen also in der Praxis die Mittellinie oder den Schwerpunkt eines schmalen Bandes dar, das sich etwas über und etwas unter die dargestellte Kurve selbst erstreckt.

Zu den kolorimetrischen Eigenschaften einer Farbe gehören ausser dem Farbton noch die Farbsättigung und die Helligkeit. Die Sättigungswerte, die sich mit feingeteilten Beugungsgittern erzielen lassen, neigen dazu, etwas unter denen zu liegen, die die vereinfachte Beugungstheorie für grobe Beugungsgitter liefert, d.h. für die Punkte 330,332 bzw. 334. Die speziellen optischen Amplituden für die Punkte 330,332 und 334 wurden jeweils in enger Übereinstimmung mit der europäischen Norm C.E.1.13: 6/7/67 für Druckfarben gewählt. Wegen der quantitativen Un-genauigkeit, mit der zufriedenstellende kolorimetrische Eigenschaften angegeben werden können, wurden die Kurven in Fig. 3,4 und 5 in «gute» Farbeigenschaften (ausgezogene Teile) und nur «annehmbare» Farbeigenschaften (gestrichelte Teile) unterteilt. Im Falle der Farben Gelb (Y), Magenta (M) und Grün (G) werden die Farben etwas willkürlich als «gut» angesehen, wenn die Sättigung 90% oder mehr des obenerwähnten Satzes von Normfarben für grobe Gitter und die Helligkeit mindestens 60% der mit groben Gittern theoretisch realisierbaren Helligkeit betragen. Im Falle von Cyan (C) wurde die Farbe als «gut» gesehen, wenn die Sättigung 80% oder besser und die Helligkeit

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60% oder besser ist als es theoretisch mit groben Gittern erreicht werden kann. Diese «guten» Farben werden in Fig. 3 nur in den ausgezogen gezeichneten Kurvenabschnitten 302,314 und 322 erhalten, in Fig. 4 nur in den ausgezogen gezeichneten 5 Kurvenabschnitten 402,404,412,420 und 428 und in Fig. 5 nur in den ausgezogen gezeichneten Kurvenabschnitten 502,504, 514,522 und 530.

Sättigungs- und Helligkeitswerte, die unterhalb des «gut»-Bereiches liegen, jedoch noch mindestens 80% hiervon betra-10 gen, werden als «annehmbar» angesehen. In Fig. 3 geben also die gestrichelten Abschnitte 304 und 306 der Kurve 300, die gestrichelten Abschnitte 316 und 318 der Kurve 312 sowie die gestrichelten Abschnitte 324 und 326 der Kurve 320 die nur «annehmbaren» Werte wieder. In Fig. 4 entsprechen diese nur 15 «annehmbaren» Werte den gestrichelten Abschnitten 406 und 408 der Kurve 400, den gestrichelten Abschnitten 414 und 416 der Kurve 410, den gestrichelten Abschnitten 422 und 424 der Kurve 418 und den gestrichelten Abschnitten 430 und 432 der Kurve 426. In Fig. 5 sind die nur annehmbaren und nicht mehr 20 guten Werte durch die gestrichelten Abschnitte 506 und 508 der Kurve 500, die gestrichelten Abschnitte 516 und 518 der Kurve 512, dem gestrichelten Abschnitt 526 der Kurve 520 und die gestrichelten Abschnitte 532 und 534 der Kurve 528 dargestellt. In Fig. 5 enthält die Kurve 510 nur «annehmbare» und keine 25 «guten» Werte. Wenn die Kriterien für «gut» und «annehmbar» auch etwas willkürlich sind, so stellen sie doch eine grosse Hilfe für die Wahl geeigneter subtraktiver Primärfarben sowie einer geeigneten grünen Farbe für Beugungsgitter des in der erwähnten BE-PS 849 407 beschriebenen Typs dar.

30 In den folgenden drei Tabellen sind noch alternative Möglichkeiten für die drei subtraktiven Primärfarben und im Falle der Tabellen 1 und 3 auch für Grün angegeben:

35

Tabelle 1

njd [[im]

b a[nm]

Cyan(C)

1,4

0,325

430

Magenta

1,7

0,325

905

Gelb

1,4

0,325

710

Grün

1,4

0,325

1180

Tabelle 2

nid [[im]

b a[nm]

Cyan

1,4

0,25

520

Gelb

1,4

0,35

700

Magenta

1,7

0,35

870

Tabelle 3

nid[[un]

b a[nm]

Cyan

1,4

0,3

460

Gelb

1,4

0,3

710

Grün

1,4

0,3

1200

Magenta

1,7

0,35

870

c

2 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Feingeteiltes subtraktives Beugungsfarbfilter, das von einem Medium mit einem Brechungsindex nj umgeben ist, einen Strichabstand d sowie ein rechteckiges Furchenprofil mit einem Aspektverhältnis b und einer optischen Tiefe a hat und bei Beleuchtung mit unpolarisiertem weissen Licht ein Ausgangslichtbündel nullter Ordnung einer der Farben Cyan, Magenta, Gelb und Grün liefert, dadruch gekennzeichnet, dass die Werte von njd und b in dem Diagramm gemäss Fig. 2 einen Punkt definieren, der innerhalb der dort eingezeichneten Bereiche 200,202, 204,206 bzw. 208 liegt.
2. Filter nach Anspruch 1 für die Farbe Grün, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte von ntd und b einen Punkt in einem der Diagrammbereiche 200 oder 202 der Fig. 2 definieren.
3. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass njd mindestens annähernd den Wert 1,4 (im hat und dass die Werte von a und b einen Punkt definieren, der mindestens angenähert auf der Kurve 300 in Fig. 3 liegt.
4. Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte von a und b einen Punkt definieren, der mindestens angenähert auf dem ausgezogenen Abschnitt 302 der Kurve 300 in Fig. 3 liegt.
5. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass njd mindestens annähernd den Wert 1,4 (im hat und dass a und b mindestens angenähert 1200 nm bzw. 0,3 betragen.
6. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ntd einen Wert von mindestens annähernd 1,4 (im hat und dass a und b mindestens angenähert den Wert 1180 nm bzw. 0,325 haben.
7. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert von n,d mindestens annähernd 1,7 (im beträgt und dass die Werte von a und b einen Punkt definieren, der mindestens angenähert auf der Kurve 400 in Fig. 4 liegt.
8. Filter nach Anspruch 7, dadruch gekennzeichnet, dass die Werte von a und b im Diagramm gemäss Fig. 4 einen Punkt definieren, der mindestens angenähert auf einem der ausgezogen gezeichneten Abschnitte 402 oder 404 der Kurve 400 liegt.
9. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert von njd mindestens annähernd 2,0 um beträgt und dass die Werte von a und b im Diagramm gemäss Fig. 5 einen Punkt definieren, der mindestens angenähert auf der Kurve 500 liegt.
10. Filter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte von a und b im Diagramm gemäss Fig. 5 einen Punkt definieren, der mindestens angenähert auf einem der ausgezogen gezeichneten Abschnitte 502 oder 504 der Kurve 500 liegt.
11. Filter nach Anspruch 1 für die Farbe Magenta, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte von ntd und b im Diagramm gemäss Fig. 2 einen Punkt innerhalb des Diagrammbereiches 204 definieren.
12. Filter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert von njd mindestens annähernd 1,4 (im beträgt und dass die Werte von a und b im Diagramm gemäss Fig. 3 einen Punkt definieren, der mindestens angenähert auf der Kurve 310 liegt.
13. Filter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert von njd mindestens annähernd 1,7 (im beträgt und dass die Werte von a und b im Diagramm gemäss Fig. 4 einen Punkt definieren, der mindestens angenähert auf der Kurve 410 liegt.
14. Filter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte von a und b im Diagramm gemäss Fig. 4 einen Punkt definieren, der mindestens angenähert auf dem ausgezogen gezeichneten Abschnitt 412 der Kurve 410 liegt.
15. Filter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert von njd mindestens annähernd 1,7 (im ist und dass a und b mindestens angenähert den Wert 870 nm bzw. 0,35 haben.
16. Filter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert von njd mindestens annähernd 1,7 (im beträgt und dass die Werte von a und b mindestens angenähert 905 nm bzw. 0,325 betragen.

5 17. Filter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert von njd mindestens annähernd 2,0 (im ist und dass die Werte von a und b in dem Diagramm gemäss Fig. 5 einen Punkt definieren, der mindestens angenähert auf der Kurve 512 liegt.

io 18. Filter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte von a und b in dem Diagramm gemäss Fig. 5 einen Punkt definieren, der mindestens angenähert auf dem ausgezogen gezeichneten Abschnitt 514 der Kurve 512 liegt.
19. Filter nach Anspruch 1 für die Farbe Gelb, dadurch

15 gekennzeichnet, dass die Werte von njd und b im Diagramm gemäss Fig. 2 einen Punkt im Diagrammbereich 206 definieren.
20. Filter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert von njd mindestens annähernd 1,4 (im ist und dass die Werte von a und b im Diagramm gemäss Fig. 3 einen Punkt

20 definieren, der mindestens angenähert auf der Kurve 312 liegt.
21. Filter nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte von a und b im Diagramm gemäss Fig. 3 einen Punkt definieren, der mindestens angenähert auf dem ausgezogen gezeichneten Abschnitt 314 der Kurve 312 liegt.

25 22. Filter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert von njd mindestens annähernd 1,4 (im ist und dass a und b mindestens angenähert den Wert 700 nm bzw. 0,35 haben.
23. Filter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass

30 der Wert von njd mindestens annähernd 1,4 (im beträgt und dass die Werte von a und b mindestens angenähert 710 nm bzw. 0,325 sind.
24. Filter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert von njd mindestens annähernd 1,4 (im beträgt und

35 dass a und b mindestens angenähert 710 nm bzw. 0,3 betragen.
25. Filter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert von njd mindestens annähernd 1,7 (im beträgt und dass die Werte von a und b im Diagramm gemäss Fig. 4 einen Punkt definieren, der mindestens angenähert auf der Kurve 418

40 liegt.
26. Filter nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte von a und b im Diagramm gemäss Fig. 4 einen Punkt definieren, der mindestens angenähert auf dem ausgezogen gezeichneten Abschnitt 420 der Kurve 418 liegt.
27. Filternach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert von njd mindestens annähernd 2,0 (im beträgt und dass die Werte von a und b im Diagramm gemäss Fig. 5 einen Punkt definieren, der mindestens angenähert auf der Kurve 520 liegt.
28. Filter nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte von a und b im Diagramm gemäss Fig. 5 einen Punkt definieren, der mindestens angenähert auf dem ausgezogen gezeichneten Abschnitt 522 der Kurve 520 liegt.

55 29. Filter nach Anspruch 1 für die Farbe Cyan, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte von njd und b im Diagramm gemäss Fig. 2 einen Punkt im Bereich 208 definieren.
30. Filter nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert von njd mindestens annähernd 1,4 (im beträgt und

60 dass die Werte von a und b im Diagramm Fig. 3 einen Punkt definieren, der mindestens angenähert auf einer der Kurven 308 oder 320 liegt.
31. Filter nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte von a und b im Diagramm gemäss Fig. 3 einen Punkt

65 definieren, der mindestens angenähert auf dem ausgezogen gezeichneten Abschnitt 322 der Kurve 320 liegt.
32. Filter nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert von njd mindestens annähernd 1,4 (im ist und dass a

45

50

626 178

und b mindestens angenähert den Wert 520 nm bzw. 0,25 haben.
33. Filter nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert von njd mindestens annähernd 1,4 fxm beträgt und dass a und b mindestens angenähert den Wert 460 nm bzw. 0,3 haben.
34. Filter nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert von n,d mindestens annähernd 1,4 (im beträgt und dass a und b mindestens angenähert den Wert 430 nm bzw.

0,325 haben.
35. Filter nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert von njd mindestens annähernd 1,7 (im beträgt und dass die Werte von a und b im Diagramm gemäss Fig. 4 einen Punkt definieren, der mindestens angenähert auf der Kurve 426 liegt.
36. Filter nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte von a und b im Diagramm gemäss Fig. 4 einen Punkt definieren, der mindestens angenähert auf dem ausgezogen gezeichneten Abschnitt 428 der Kurve 426 liegt.
37. Filter nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert von njd mindestens annähernd 2,0 (im beträgt und dass die Werte von a und b im Diagramm gemäss Fig. 5 einen Punkt definieren, der mindestens angenähert auf einer der Kurven 510 und 528 liegt.
38. Filter nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte von a und b im Diagramm gemäss Fig. 5 einen Punkt definieren, der mindestens angenähert auf dem ausgezogen gezeichneten Abschnitt 530 der Kurve 528 liegt.
39. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter in einem ersten Bereich einen Strichabstand multipliziert mit nj von mindestens angenähert 1,4 (im, einen Aspektverhältnis von mindestens angenähert 460 nm hat und in diesem Bereich cyanfarbenes Ausgangslicht liefert; dass das Filter in einem zweiten Bereich einen Strichabstand multipliziert mit nj von mindestens angenähert 1,4 (im, ein Aspektverhältnis von mindestens angenähert 0,3 und eine optische Amplitude von mindestens angenähert 710 nm hat und in diesem Bereich gelbes Ausgangslicht liefert und dass das Filter in einem dritten Bereich einen Strichabstand multipliziert mit nj von mindestens angenähert 1,4 (im, ein Aspektverhältnis von mindestens angenähert 0,3 und eine optische Amplitude von mindestens angenähert 1200 nm hat und in diesem Bereich grünes Ausgangslicht liefert.
40. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter in einem ersten Bereich einen Strichabstand multipliziert mit nj von mindestens angenähert 1,4 (im, ein Apektver-hältnis von mindestens angenähert 0,325 und eine optische Amplitude von mindestens angenähert 430 nm hat und in diesem Bereich cyanfarbenes Ausgangslicht liefert; dass das Filter in einem zweiten Bereich einen Strichabstand multipliziert mit nt von mindestens angenähert 1,4 (im, ein Aspektverhältnis von mindestens angenähert 0,325 und eine optische Amplitude von mindestens angenähert 710 nm hat und in diesem Bereich gelbes Ausgangslicht liefert, und dass das Filter in einem dritten Bereich einen Strichabstand multipliziert mit nj von mindestens angenähert 1,4 (im, ein Aspektverhältnis von mindestens angenähert 0,325 und eine optische Amplitude von mindestens angenähert 1180 nm hat und in diesem Bereich grünes Ausgangslicht liefert.