DE1589382A1

DE1589382A1 - Verfahren zum Steuern der Lumineszenzfarbe einer lumineszenzfaehigen Substanz

Info

Publication number: DE1589382A1
Application number: DE19671589382
Authority: DE
Inventors: Nat Busch Georg Prof Dr Sc; Peter Dipl-Phys Dr Wachter
Original assignee: VEREIN FOERDERUNG DER FESTKOER
Current assignee: VEREIN FOERDERUNG DER FESTKOER
Priority date: 1966-01-21
Filing date: 1967-01-19
Publication date: 1972-03-23
Also published as: US3697688A; CH438489A; DE1589382C3; US3535519A; DE1589382B2; AT265368B; NL6701027A; FR1508745A; GB1167757A

Description

l>r. O*fc«r König

PofMtanwdt · '

Verein zur Förderung der Festkörperphysik an der Eidgenössischen Technischen Hochschule

Zürich (Schweiz)

Verfahren zum Steuern der Lumineszenzfarbe einer lumineszenz-

fähigen Substanz .

Man kennt heute eine grosse Zahl von Halbleitern und Isolatoren, die durch Licht geeigneter Wellenlänge, durch Kathodenstrahlen oder durch radioaktive Strahlung zum Leuchten angeregt werden können. Die Farbe dieser Lumineszenz kann je nach Substanz zwischen dem Ultravioletten und dem fernen Infrarot . liegen. Man kennt Substanzen, bei denen die Leuchtzentren (Aktivatoren) durch die Herstellungsmetbode bestimmt sind und solche, bei denen die Aktivatoren als Störatome absichtlich der Grundsubstanz beigemischt werden. Eine ideal reine Substanz zeigt keine Lumineszenz, Sind bei der Herstellung eines Luminophore einmal ein oder mehrere Aktivatoren eingebaut worden, ist die Lumineezenzfarbe damit festgelegt. Nur durch starke Temperaturänderungen (a. B.* zwischen flüssigem Stickstoff und Zimmer-

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temperatur) kann man bei Anwesenheit mehrerer Aktivatören die Emissionsfarbe etwas beeinflussen. Selbst durch Anlegen hoher elektrischer und magnetischer Pelder kann man die lumineszenz nur unwesentlich verändern/

Die schon jetzt sehr vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten der Lumineszenz in Industrie und Technik würden sich erheblich erweitern lassen, wenn es gelingen würde, die Farbe durch äussere Einflüsse zu steuern. Das ist das hauptsächliche Ziel der vorliegenden Erfindung.

Seit einigen Jahren kennt man auch Substanzen, die unterhalb einer gewissen Temperatur (der Curie-Temperatur) eine spontane magnetische Ordnung aufweisen, ähnlich wie Eisen bei Zimmertemperatur. Diese Substanzen enthalten immer als Verbindungspartner chemische Elemente mit nicht abgeschlossenen inneren Elektronenschalen. Die magnetische Ordnung kann ferromagnetischer, antiferromagnetischer, metamagnetischer oder ferrimagentiseher Art sein.

Es wurde nun gefunden, dass es möglich ist, die Lumineszenzfarbe einer lumineszenzfähigen Substanz zu steuern, indem als lumineszenzfähige Substanz eine magnetische chemische Verbindung benützt wird, welche als Verbindungspartner mindestens ein chemisches Element mit nicht abgeschlossener innerer Elektronenschale und zusätzlich Aktivatoren enthält, und dass diese Verbindung dem Einfluss eines Hagnetfeldes unterworfen wird, das zur Steuerung der Lumineszenzfarbe verändert wird. Zweckmässig wird mindestens einer der Verbindungepartner aus den seltenen Erden,*-aus den Uebergangselementen oder aus den Aktiniden ausge-. wählt. So kann einer der Verbindungapartner b.B. Ger, Praseodym, Neodym, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Scandium, Titan,- Vanadium, Chrom, Man gan, Eisen, Kobalt, Nickel, Thorium oder Uran eein. _BAD OniG.MAL

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Die lumiheszenzfäbige magnetiscbe Verbindung kann z.B. im Wirküngsbereicti einer Magnetspule angeordnet und die Lumineszenzfarbe durch Aenderung des durch die Spule fliessenden Er-

■-».--regerstroms gesteuert werden.

Weitere Merkmale'und -Einzelheiten, des Verfahrens gemäss der Erfindung und verschiedener Anwendungen des Verfahrens ergeben sich aus den Ansprüchen, aus der nun folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den zugehörigen Zeicbnungen. An Hand der Pig. 1 bis 3 wird das ,erfindungsgemässe Verfahren zunächst am Beispiel.von EuSe erläutert. In den Pig. 4 und 5 ist als Anwendungsbeispiel des Verfahrens ein Laser mit veränderbarer Emissionsfarbe des Laserstrahles veranschaulicht, während die Pig. 6 bis14 mehrere AnwendungBbeispiele auf dem Gebiet des Farbfernsehens zeigen. Im einzelnen ist in den Zeichnungen folgendes dargestellt:

Pig. 1 zeigt die spektrale Verteilung der Lumineszenz von EuSe bei der Temperatur von 5,2⁰K, einmal ohne Magnetfeld (Kurve a) und einmal unter dem Einfluss eines starken Magnetfeldes (Kurve b).

Pig» 2 veranschaulicht durch zwei Kurven den Einfluss der Temperatur auf die/Wellenlänge und auf die Intensität des Lichtes beim Emissionsmaximum von EuSe.

Pig. 3 stellt durch zwei Kurvenpaare den Einfluss eines Magnetfeldes auf die Wellenlänge und die Intensität des Lichtes beim Emissionsmaximum von EuSe bei den Temperaturen von 2,3⁰K und 5,8⁰K dar; . .

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Fig. 4 zeigt scbematiscb eine Draufsicht auf eine Einrichtung zur Erzeugung eines Laserstrahles mit veränderbarer Emissionsfarbe; - ■

Pig. 5 stellt einen Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 4 dar;

Fig. 6 veranschaulicht schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Fernsehempfängers zur Erzeugung von Farbbildern nach dem Sequentialverfahren;

Fig. 7 zeigt die zeitliehen Abläufe der empfangenen Fernsebsignale und eines Magnetisierungsstromes zur Steuerung der Lumineszenzfarbe des Fernsehbildscbirmes;

Fig. 8 ist eine zu Fig. 6 analoge Darstellung eines zweiten Aueführungsbeispieles des Farbfernsehempfängers, der einen lumineszenzfähigen Bildschirm mit magnetischen Remanenzeigenschaften aufweist;

Fig. 9 zeigt die zeitlichen Abläufe der empfangenen Fernsehsignale und von Magnetisierungsstrom-Impulsen zur Steuerung der Lumineszenzfarbe des Fernsehbildschirmes;

Fig. 10 veranschaulicht eine Magnetisierungskurve zur Erläuterung der Wirkungsweise des Fernsehempfängers nach Fig. 8;

Fig. 11 und 12 zeigen zwei verschiedene AusführungsVarianten des Bildschirmes des Fernsehempfängers nach Fig. 8, im Schnitt und in grösserem Abbildungsmasstab;

Fig. 13 stellt schematisch einen Teil eines dritten Ausführungsbeispieles des Farbfernsehempfängers dar, bei welchem ein stets gleichfarbiges Fernsehbild optisch auf einen lumineezenzfähigen Bildschirm geworfen wird, dessen "Lumineesenzfarbe steuerbar ist; - -

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Pig. 14 zeigt ein ähnliches weiteres AusfÜbrungsbeispiel mit einer Projektionsvorrichtung zur Abbildung des in der Farbe steuerbaren Lumineszenzschirmes auf einem gewöhnlichen Projek-, tionsscbirm.

EuSe ist eine lumineszenzfähige Substanz, in der die Energiedifferenz zwischen dem oberen Rand des letzten mit Elektronen ■ gefüllten Bandes und dem unteren Rand des ersten leeren Bandes (verbotene Zone) 1,76 eV beträgt. Es können daher-durch Licht genügend hoher Energie (z.B. durch grünes Licht) Elektronen des gefüllten Bandes dermassen angeregt werden, dass sie in das leere obere Band übertreten. Diese Elektronen fallen bei tiefen Temperaturen über einen Aktivator unter Emission eines Lichtquants in das tiefere Band zurück. Als Aktivatoren in EuSe können Fehlstellen im Kristallaufbau, wie z.B. Zwischengitteratome, wirken. Die Art der Aktivatoren ist durch die Herstellungsmethode des EuSe bestimmt. Das emittierte Licht ist bei der Temperatur von 5,2⁰K dunkelrot mit einem Maximum in der spektralen Verteilung bei 850 m/u, wie die Kurve a in Fig. 1 zeigt. Man kann die Lumineszenz noch bis zu einer Temperatur von 10O⁰K nachweisen, wobei die Intensität der Emission jedoch abnimmt und die Farbe sich etwas nach kürzeren Wellenlängen verschiebt (Fig. 2).

EuSe besitzt eine Curie-Temperatur von 4,6⁰K, d.h. in der Habe dieser Temperatur finden magnetische Ordnungsphänomene stat&. Untersucht man z.B. bei der Temperatur von 5,2⁰K die Lumineszenz in einem Magnetfeld, so wird die Emissionsfarbe,ab-

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hängig von der Stärke des Feldes, nach längeren Wellenlängen verschoben, wobei die Intensität der Emission abnimmt (Kurve b in Fig. l). Bei einer magnetischen Feldstärke von 19 kOe wird die Emissionsfarbe infrarot« Dieser Farbwechsel ist von einer Grössenordnung, dass, wäre die Emission z.B. im Grünen, ein Farbumschlag ins Orange erfolgen würde.

Die durch eine bestimmte Variation der magnetischen Feldstärke verursachten Aenderungen der Emissionsfarbe und der Intensität sind von der jeweils herrschenden Temperaturabhängig. In Fig. 3 sind die Charakteristiken der Emissionswellenlänge "Νικία der Emissionsintensität I von EuSe bei den Temperaturen von 2,3⁰K und 5,8⁰K in Funktion der magnetischen Feldstärke H dargestellt. Die mit T^ ο -zOg .bzw. u ,- gO^- bezeichneten Kurven können "magneto-optische" Kennlinien genannt werden. Es ist ersichtlich, dass diese Kennlinien einen wenigstens annähernd linearen Teil aufweisen, dessen Steilheit mit der Temperatur ändert. Dieser lineare Kennlinienteil wird bei den meisten technischen Anwendungen des gefundenen Verfahrens zur Steuerung der Emissionsfarbe benutzt werden.

Durch Untersuchungen an EuO, einem ferromagnetiscben Halbleiter, konnte das Verständnis des magnetischen Farbumschlages von EuSe gefördert werden* Es wurde dort durch Absorptionsmessungen unterhalb der Curie-Temperatur festgestellt, dass sich die verbotene Zone im Magnetfeld stark verkleinert. Ein ähnlicher Effekt existiert auch für EuSe. Es scheint aber, als würde nicht

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nur die Energie der verbotenen Zone reduziert, sondern auch die Energiedifferenz zwischen freien Elektronen und Aktivatoren. Dies erklärt die Verschiebung der Emission nach kleineren Energien im Magnetfeld. .

Pur manche technische Anwendungen ist ein Effekt, der bei den oben angeführten, tiefen Temperaturen auftritt, nicht ohne weItere8- zu verwenden. Es wurden jedoch bereits magnetische Verbindungen gefunden mit Curie-Temperaturen bis zu 190⁰K, und es ist praktisch sicher, dass es auch solche mit Curie-Temperaturen in der STähe der Zimmertemperatur gibt. Ebenso besteht begründete Hoffnung, dass man magnetische Verbindungen finden wird, deren Bandabstand eine" blaue Lumineszenz gestattet, die durch ein Magnetfeld kontinuierlich bis ins Rote verschoben werden kann.

An zwei Beispielen, dem Laser und dem Farbfernsehen, sollen nun die technischen Anwendungsmögrichkeiten des beschriebenen Verfahrens gemäss der Erfindung erläutert werden.

Man kann heute fast jeden Halbleiter durch Beimischung charakteristischer Störatome zur "Laser-Aktion" bringen. Das ist auch der Pail für EuSe und andere magnetische Verbindungen. Ein Laser arbeitet bekanntlich nur in einer scharfen Emissionslinie, der Grundfrequenz und deren höheren Harmonischen. Wie erwähnt, lässt sich aber nun die Emissionsfarbe durch ein Magnetfeld steuern. Zum ersten Male ist damit eine realisierbare Mög-

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liebkeit gefunden, einen abstimmbaren oder in der Emissionsfrequeriz modulierbaren Laser herzustellen. Der Laser kann damit z.B. wie ein Monochromator Verwendung finden, jedoch mit erheblich grösseren Vorteilen: Höhere Auflösung, kohärentes Licht, höhere Intensität. Die niedrigen Curie-Temperaturen der bisher bekannten magnetischen Verbindungen sind für deren Anwendung als Laser kein Hindernis, da die meisten bekannten Laser ebenfalls bei tiefen Temperaturen betrieben werden.

Ein Ausführungsbeispiel eines solchen neuartigen Lasers ist in den Pig. 4 und 5 schematisch dargestellt. Ein als Laserstrahlquelle dienender Körper 20 ist in einem, doppelwandigen Glasgefäss 21 zur Aufnahme einer Kühlflüssigkeit angeordnet. Der Kör-" per 20 besteht ganz oder teilweise aus einer Substanz, die eine lumineszenzfähige, magnetische chemische Verbindung ist, die als Verbindungspartner mindestens' ein chemisches Element mit nicht abgeschlossener innerer Elektronenschale und zugleich Aktivatoren enthält. Als Beispiel einer solchen Substanz kann das oben beschriebene EuSe genannt werden. In bekannter Weise ist der Körper 20 an zwei einander gegenüberliegenden Aussenflächen mit einer Spiegelschicht versehen, von denen die eine teildurchlässig ist. Oberhalb des Gefässes 21 ist eine als Pumpstrahlungsquelle dienende Glühlampe 22 angeordnet, deren Licht mit Hilfe eines Objektivs 23 in den Körper 20 konzentriert ist, um in diesem eine Laserstrahlung anzuregen. Der Laserstrahl 24 tritt durch die teildurchlässige Spiegelscbicht des Körpers 20 aus.

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. Das Gefäss 21 ist zwischen den Polen 25 und 26 eines Elektromagneten angeordnet, der allgemein mit 27 bezeichnet ist und zwei Feldspulen 28 und 29 aufweist zur Erregung eines Magnetfeldes zwischen den Polen 25 und 26. Der Körper 20 befindet sich innerhalb des genannten Magnetfeldes. Die eine Feldspule 28 ist . an eine elektrische Stromquelle 30 angeschlossen, die einen Strom - einstellbarer,aber konstanter Stärke an die Spule 28 liefert. Die andere Feldspule 29 ist an den Ausgang eines Verstärkers 31 angeschlossen, an dessen Eingang 32 .gewünschtenfalls ein elektrisches Steuersignal zugeführt wird. Die Emissionsfarbe des Laserstrahles 24 ist von der Feldstärke des Magnetfeldes zwischen den Polen 25 und 26 abhängig, und die magnetische Feldstärke ihrerseits ergibt sich aus der kombinierten Wirkung der beiden Feldspulen 28 und 29. Durch Veränderung der von der Quelle 30 gelieferten Stromstärke lässt sich die Emissionsfarbe auf eine gewünschte Wellenlänge oder Schwingungsfrequenz abstimmen. Wenn an den Eingang 32 des Verstärkers 31 eine elektrische Signalfolge, z.B. eine niederfrequente Wechselspannung, angelegt wird, erfährt der Laserstrahl 24eine Frequenzmodulation, die z.B. zur Nachrichtenübertragung mittels des Laserstrahles benutzt werden kann.

In Fig. 4 ist zusätzlich gezeigt, dass der Laserstrahl 24 mittels eines Objektivs 33 in eine elektro-optische Intensitäteeteuervorricbtung 34 zur Amplitudenmodulation der Lasersohwin- :- gung geworfen wird. Die Vorrichtung 34 kann z.B. eine Kerrzelle sein, die ihre Steuerspannung vom Ausgang eines Verstärkers 35 erhält, an dessen Eingang 36 ein elektrisches ModuLationssignal geliefert wird./Dar in silber Intensität modulierte Laserstrahl verläset die Vorrichtung 34 durch ein Objektiv 38.

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Die Frequenzmodulation und die Amplitudenmodulation der Laserschwirigung können wahlweise getrennt oder kombiniert zur 'Anwendung gelangen, wobei die zwei Modulationsarten gleichzeitig oder periodisch intermittierend und abwechselnd benutzt werden können. Auf diese Weise kann eine grosse Anzahl von Kanälen zur Uebertragung von voneinander unabhängigen Informationen geschaffen werden.

Die im Gefäss 21 vorhandene Kühlflüssigkeit kann ein verflüssigtes Gas sein und hat die Aufgabe, die Temperatur des Körpers 20 konstant auf einem Wert zu halten, bei welchem die gewünschte Aenderung der Emissionsfarbe des. Laserstrahles durch das Magnetfeld des Magneten 27 auftritt, d.h. mit anderen Worten, bei welcher die "magneto-optische Kennlinie" der lumineszenzfähigen Substanz im Körper 20 eine brauchbare Steilheit aufweist (vergl.; Pig. 3)»

Als zweites Anwendungsgebiet sei das Farbfernsehen genannt. Bei dem in Pig. 6 dargestellten Ausfübrungsbeispiel eines Farbfernsehempfängers ist der Bildschirm 40 einer Braun'sehen Elektronenröhre 41 aus einer magnetischen Verbindung hergestellt, welche durch den Kathodenstrahl zu einer blauen Lumineszenz angeregt werden kann. Der Bildschirm 40 ist wie in einer konventionellen Schwarzweiss-Pernsehröhre uniform ausgebildet.

. Zur Lenkung des Brennflecks des Elektronenetraales Über den Bildschirm 40 sind um den Hals der Röhre 41 in. bekannter . Weise zwei Paare von Ablenkspulen 42 bzw. 43 angeordnet, die um

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90° zueinander versetzt sind. Das vordere, den Bildschirm 40 aufweisende Ende der Röhre 41 ist von einer Magnetspule 44 umgeben, die dazu bestimmt ist, ein Magnetfeld zu erzeugen, 'das die Substanz des Bildschirmes 40 beeinflusst, um dessen Lumineszenzfarbe zu steuern. Eine zweite Magnetspule 45 ist in einigem Abstand vom Bildschirm40 angeordnet, so dass ihr Magnetfeld möglichst wenig auf den Bildschirm einwirkt. Die zweite Spule hat die Aufgabe, allenfalls auftretende Abbildungsfehler, die durch Einwirkungen der Magnetspule 44 auf den Elektronenstrahl hervorgerufen werden, zu kompensieren,' weshalb sie im folgenden Kompensationsspule genannt wird.

Die mittels einer Antenne oder über ein Kabel empfangenen Pernsehsignale werden zunächst in einem*Decoder 46 verarbeitet. Dieser steuert einen Zeilenablenkstrom-Generator 47, welcher die Ablenkspulen 42 speist, und einen Kippgenerator 48 zur Speisung der Ablenkspulen 43. Der Decoder 46 steuert auch einen Verstärker zur Intensitätsmodulation des Elektronenstrahles entsprechend der Helligkeit der Bildpunkte. Die Apparate 46 bis 49 wären auch bei einem Scbwarzweiss-Fernsehempfänger vorhanden. Gemäss Pig. 6 ist nun der Decoder 46 zusätzlich mit einem Treppenspannungs-Generator 5Q verbunden, der einen Verstärker 51 mit zwei Ausgängen steuert, von denen der eine die Magnetspule 44 und der andere die Kompensationsspule 45 speist.

Unter Bezugnahme auf Pig. 7 wird nun erläutert, wie mit der beschriebenen Empfangeeinrichtung ein mehrfarbiges Fernsehbild erzeugt wird. Der obere Teil von Pig. 7 zeigt stark sche-

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matisiert.den zeitlichen Verlauf der dem Decoder 46 zugeführten Fernsehsignal? U. Man sieht die Bildwechselimpulse 52, die Zeilensprungimpulse 53 und dazwischen die Signale 54 für den Inhalt der einzelnen Zeilen. Ausserdenr enthalten die Fernsehsignale U noch Farbsteuerungssignale, die nicht dargestellt sind. Im Prinzip genügt es, jedem dritten Bildwechselimpuls 52 ein Farbsynchronisier-Signal beizugeben. Im unteren Teil von Pig. 7 ist der zeitliche Verlauf der Ausgangsspannung S des Generators 50 im gleichen Zeitmasstab dargestellt. .

Durch den ersten Bildwechselimpuls 52 wird der Generator 50 zur Abgabe einer maximalen Spannung S, veranlasst, die bis zum Eintreffen des zweiten Bildwechselimpulses konstant bleibt. Mittels des Verstärkers 51 wird der Magnetspule 44 ein der Spannung S, proportionaler Strom zugeführt, welcher während der ganzen Dauer des ersten Bildes eine maximale Erregung der Magnetspule 44 hervorruft. Durch das magnetische Feld der Spule 44 Wird die den Bildschirm 40 bildende Substanz derart beeinflusst, dass die Lumineszenzfarbe des Bildschirmes 40 rot ist. Das auf dem Schirm 40 erscheinende Bild ist dasjenige eines roten Farbauszuges des zu übermittelnden Mehrfarbenbildes. Durch den zweiten Bildwechselimpuls 52 wird der Generator 50 zur Abgabe einer kleineren Spannung Sp veranlasst, die bis zum Eintreffen des dritten Bildwechselimpulses konstant bleibt. "Die Erregung der Magnetspule 44 ist folglich während der ganzen Dauer des zweiten Bildes entsprechend kleiner als"zuvor, so dass die Substanz des BiId-

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Schirmes 40 weniger stark magnetisiert wird· Die Lumineszenzfarbe des Schirmes 40 iet daher grün, und das auf dem Schirm erscheinende Bild ist dasjenige eines grünen Farbauszuges des zu übertragenden Mehrfarbenbildes. Der dritte Bildwechselimpuls 52 bat zur Folge, dass die Ausgangsspannung S, des Generators .50 während der Dauer des dritten Bildes wenigstens annähernd null ist und die Magnetspule 44 kein Magnetfeld erzeugt. Die Lumineszenzfarbe des Schirmes 40 ist dann blau, und das auf dem Schirm 40 erscheinende Bild ist dasjenige eines blauen Farbauszuges des zu übertragenden Mehrfarbenbildes. Beim Eintreffen des nächsten Bildwechselimpulses 52 wird der Generator 50 wieder zur Abgabe der maximalen Spannung S-, veranlasst, wonach sich die beschriebenen Vorgänge periodisch wiederholen. Die zeitliche Nacheinanderfolge der verschiedenen monochromatischen Farbauszüge auf dem Bildschirm 40 geschieht rascher als die Reaktion des menschlichen Auges, so dass der Betrachter des Bildschirmes den Eindruck eines mehrfarbigen Fernsehbildes bekommt.

Der Verstärker 51 liefert an die Kompensationsspule 45 ebenfalls einen der Treppenspannung S proportionalen Strom zur stufenweisen Erregung der Spule 45. Die magnetische Wirkung der Kompensationsspule 45 auf den Elektronenstrahl der Bildröhre ist entgegengesetzt jener der Magnetspule 44 und bebt die von der Magnetspule 44 verursachten Abbildungsfehler auf, ohne die Substanz des Bildschirmes^40 nennenswert magnetisch zu beein-

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flüssen. Anstatt durch die spezielle Kompensationsspule 45 könnte der Ausgleich der Abbildungsfehler gegebenenfalls auch mit. Hilfe der üblichen Ablenkmittel 42 und 43 durchgeführt werden. Zu diesem Zweck würde die treppenförtnige Aus gangs spannung S des Generators 50 z.B. den Apparaten 47 und 48 zur Speisung der Ablenkmittel 42 und 43 zugeführt werden.

Ein anderes Ausfübrungsbeispiel einer Einrichtung zum Empfangen mehrfarbiger Fernsehbilder ist in Fig. 8 schematisch veranschaulicht. Soweit Uebereinstimmung mit dem soeben beschriebenen Beispiel nach Fig. 6 vorliegt, sind die gleichen Bezugszeichen verwendet. Die Unterschiede sind wie folgt: Die Kompensationsspule 45 oder eine ähnlich wirkende Vorrichtung ist weggelassen, da sie hier nicht benötigt wird. Der Bildschirm 40 besteht aus einer lumineszenzfähigen, magnetischen Substanz, die ausser den im vorigen Beispiel genannten Eigenschaften zusätzlich noch Remanenzeigenschaften aufweist, d.h. fähig ist, eine ihr erteilte Magnetisierung beizubehalten, auch wenn die Quelle des Hagnetfeldes abgeschaltet wird. Des weitern ist der Treppenspannungs-Generator 50 durch einen Impuls-Generator 60 ersetzt, an dessen Ausgang eine Folge von kurzen Spannungsimpulsen Q auftritt, wie im unteren Teil von Fig. 9 veranschaulicht ist. Dem Generator 60 ist ein Impulsverstärker 61 nachgeschaltet, welcher die Magnetspule 44 speist.

Zur Erläuterung dex Wirkungsweise wird nun auf die Fig. 9 und 10 verwiesen. Im oberen Teil von Fig. 9 ist der zeitliche Verlauf der dem Decoder 46 zugeführten Fernsehimpulse U in

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gleicher Weise dargestellt wie mit Be'zug auf Pig. 7 beschrieben wurde. Beim Eintreffen des ersten Bildwecbeelimpulses 52 wird der Generator 60 veranlasst, unmittelbar nacheinander zuerst einen negativen Spannungsimpuls Q und dann einen positiven Spannungsimpuls Q₁ zu erzeugen. Mittels des Verstärkers 61 wird die Magnetspule 44 mit Stromimpülsen gespeist, die den Spannungsimpulsen Q proportional sind. Der Impuls Q_ hat ein Magnetfeld zur Folge, dessen Feldstärke H beträgt und z.B. eine negative Polarität aufweist. Gemäss Pig. 10 bewirkt diese Feldstärke H_Q in der Substanz des Bildschirmes 40 eine Magnetisierung B_Q, welche jede andere vorher gegebenenfalls vorhandene positive Magnetisierung der Substanz verschwinden lässt. Man kann den Impuls Q somit als Löscbimpuls bezeichnen. Der nachfolgende Impuls Q, bewirkt eine Feldstärke E, entgegengesetzter, d.h. positiver Polarität, wodurch in der Substanz des Bildschirmes 40 eine Magnetisierung B-, hervorgerufen wird. Wenn der Impuls Q-, beendet ist, geht die Magnetisierung B₁ auf den Remanenzwert R₁ zurück, den die Substanz des Bildschirmes bis zum Eintreffen des nächsten Löschimpulses Q beibehält. Die Remanenz R-, ist so gross, dass unter ihrem Einfluss die Lumineszenzfarbe des Bildschirmes 40 rot ist. Das dem Impuls Q₁ folgende Fernsehbild ist ein roter Farbauszug des zu übertragenden Mehrfarbenbildes. Der zweite Bildwechselimpuls 52 veranlasst den Generator 60 zur Erzeugung eines negativen Löscbimpulses Q₀ und eines unmittelbar daran anschliessenden Farbwechselimpulses Qg. Der Löschimpuls hat wieder eine negative Magnetisierung B_Q der BildschirmsubBtanz zur Folge,

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wonach der Impuls Q₂ eine positive Feldstärke H₂ des durch die Spule 44 hervorgerufenen Magnetfeldes und eine Magnetisierung B₂ des Bildschirmes bewirkt. Am Ende des Impulses Q₂ geht die Magnetisierung auf den Remanenzwert R₂ zurück. Die Remanenz R₂ ist derart, dass unter ihrem .Einfluss die Lumineszenzfarbe des Bildschirmes 40 grün ist. Das nachfolgende Fernsehbild ist ein grüner Farbauszug des zu übertragenden Mehrfarbenbildes. Der dritte Bildwechselimpuls 52 ruft zunächst wieder einem Lösch- *impuls Q und anschliessend einem F.arbwecbselimpuls Q^. Letzterer hat eine Magnetisierung B, des Bildschirmes 40 zur Folge, die am Ende des Impulses Q~ auf die Remanenz R, zurückgeht, die wenigstens annähernd null beträgt. Während des nun folgenden dritten Fernsehbildes ist der Schirm 40 praktisch nicht magnetisiert, weshalb die Lumineszenzfarbe blau ist. Das Bild entspricht demnach einem blauen Farbauszug des zu übertragenden Mehrfarbenbildes. Beim Eintreffen des vierten Bildwechselimpulses beginnt ein neuer Zyklus der verschiedenen monochromatischen Bilder. Wegen der Reaktionszeit des menschlichen Auges hat ein Betrachter des Bildschirmes den Eindruck eines mehrfarbigen Fernsehbildes. ·

Die lumineszenzfähige Substanz des Bildschirmes 40 braucht nicht in jedem Fall selbst magnetische Remanenzeigenschaften zu besitzen. In Fig. 11 ist in einem stark vergrösserten Schnittbild gezeigt, dass die Körner 63? einer pulverisierten anderen Substanz mit Remanenzeigenschaften, z.B. eine« Ferriten, in feiner

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Verteilung unter die lumineszenzfähige Substanz 63 gemischt sein kann* wobei eine, gleichmässige oder unregelmässige Verteilung der beiden Substanzen 62 und 63 möglich ist. Es ist vorteilhaft, wenn die Körner 62 des remanenzfäbigen Materials durchsichtig oder lichtdurchscheinend sihdy Eine andere Variante ist in Fig. 12 gezeigt. Hier ist die Innenseite der vorderen Endwandung der Elektronenstrahlröhre 41 zunächst mit einer durchsichtigen Schicht 64 aus magnetisch remanenzfähigem Material belegt. Diese Schicht 64 ist beispielsweise durch Aufdampfen im Vakuum erzeugt worden. Eine zweite Schicht 63 aus der lumineszenzfähigen magnetischen Substanz ist auf die fiemanenzschicht 64 aufgebracht. In beiden Fällen ist die Wirkungsweise gleich wi$ mit Bezug auf die Fig. 8 bis 10 beschrieben worden ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Fernsehempfangs-Einrichtung ist in Fig. 13 teilweise dargestellt, welches als Variante zu Fig; 6 gedacht ist und sich vom ersten Ausführungsbeispiel in folgendem unterscheidet: Die Braun'sehe Elektronenstrahlröhre 41 weist einen gewöhnlichen Bildschirm 70 auf, wie er z.B. bei Oszillograpbenröhren oder bei Scbwarzweiss-Fernsebröhren üblich ist. Auf dem Bildschirm 70 werden somit die zeitlich nacheinanderfolgenden verschiedenen Farbauszüge des zu übertragenden Mebrfarbenbildes alle in der gleichen Lumineszenzfarbe abgebildet. Diese Bilder werden mit Hilfe eines Objektives 71 optisch

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auf einen zweiten Bildschirm/geworfen, der auf einer durchsicbtl-

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gen Trägerplatte 74 in»einiger Entfernung von der Kathodenstrahlröhre 41 angeordnet ist. Dieser zweite Bildschirm 73 besteht aus der gleichen lumineszenzfähigen magnetischen Substanz wie der Bildschirm 40 des in Fig. 6 gezeigten ersten Ausfübrungsbeispieles. Um den Rand des Bildschirmes 73 herum ist die Hagnetspule 44 angeordnet, welche durch den vom Verstärker 51 gelieferten Strom gespeist wird. Eine Kompensationsspule 45 ist bei dieser Ausführung nicht erforderlich. Während der Kathodenstrahl der Röhre 41 auf dem Bildschirm 70 das erste Fernsehbild entsprechend dem roten Farbauszug zeichnet, wird der Brennfleck des Katbodenstrahles mittels des Objektives 71 gleichzeitig auf dem zweiten Bildschirm 73 abgebildet, der nun ebenfalls zur lumineszenz angeregt wird. Durch Steuerung des Treppenspannungs-Generators 50 wird mit Hilfe des Verstärkers 51 die Magnetspule 44 während der ganzen Dauer des ersten Bildes mit maximaler Stärke erregt. Das entstehende Magnetfeld beeinflusst die Substanz des Bildschirmes 73 derart, dass dessen Lumineszenzfarbe rot ist. Während das zweite Fernsehbild auf dem Bildschirm 70 der Röhre 41 gezeichnet wird, ist die Substanz des Bildschirmes 73 durch die Wirkung der Magnetspule 44 weniger stark magnetisiert als zuvor, so dass die Lumineszenzfarbe des Schirmes 73 grün ist. Wenn das dritte Fernsehbild auf dem Bildschirm 70 erscheint, flieset durch die Spule 44 praktisch kein Strom. Die Lumineszenzfarbe des Bildschirmes 73 ist dann blau. Obwohl auf dem Schirm 70 der Elektronenstrahlröhre 41 alle Farbauszüge in der gleichen Farbe wiedergegeben werden, erscheinen sie auf dem zweiten Bildschirm 73 abwechselnd rot, grün

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und blau, so dass ein Betrachte*· des zweiten Bildschirmes 73 den Eindruck eines mehrfarbigen Fernsehbildes bekommt. Der Schirm 73 kann wahlweise in Durchsicht durch die Trägerplatte 74 oder in Aufsicht von der anderen Seite betrachtet werden. Die beiden Bildschirme 70 und 73* können gewünschtenfalls erheblich unterschiedliche Abmessungen aufweisen. So ist es möglich, ein verhältnismässig grosses, farbiges-.Fernsehbild auf. dem Schirm 73 unter Benutzung einer verhältnismässig kleinen Schwarzweis s -Fernsehröhre 41 zu erzeugen.

Das in Fig. 14 dargestellte weitere Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem soeben beschriebenen dadurch, dass der zweite lumineszenzfähige Bildschirm 73 auf einer Aussen- _fläche eines undurchsichtigen Körpers 75 aus magnetisch leitendem Material, z.B. einem Ferriten, angeordnet ist. Um den Körper 75 herum ist die Magnetspule 44 gelegt. Der Bildschirm 73 wird mit Hilfe eines Spiegelobjektives 76 auf einen in grösserer Entfernung davon angeordneten, nicht dargestellten Projektionsschirm geworfen, der z.B. in der Art einer Kinoleinwand ausgebildet sein kann. Der Körper 75 mit dem Bildschirm 73 und der Spule 44, sowie zweckmässig auch das Spiegelobjektiv 76 und gegebenenfalls das Objektiv 71, sind in einem Gehäuse 77 untergebracht, das in Fig. 14 lediglich schematisch angedeutet ist und Mittel zur Konstanthaltung der Temperatur der eingeschlossenen Teile enthält, um die den Bildschirm 73 bildende Substanz auf der günstigsten Arbeitstemperatur zu halten, bei

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welcher die magneto-optische Kennlinie der genannten Substanz eine brauchbare Steilheit aufweisif. Wenn der Körper 75 magnetische Remanenzeigenschaften besitzt, ist es zweckmässig, die Steuerung und den Wechsel der Lumineszenzfarbe des Bildschirmes 73 durch kurze Impulse Q , Q₁, Q₂ und Q, durchzuführen, wie mit Bezug auf die Fig. 8 bis 10 erläutert worden ist.

Sequential-Farbfernsehverfahren, bei denen verschiedene Farbauszüge in zeitlicher Nacbeinanderfolge übertragen werden, sind an sich bereue bekannt. Sie hatten bisher jedoch den Nachteil, dass sowohl sendeseitig als auch empfangsseitig mechanisch bewegte, z.B. rotierende Farbfilterscheiben benötigt wurden,.

Durch die vorliegende und o"ben erläuterte Erfindung werden solche

' ein,

mechanisch bewegte Teile zumindest in der Empfangsrichtung vermieden, da die sequentielle Farbsteuerung durch Aenderung eines Magnetfeldes hervorgerufen wird.

Ein weiterer erheblicher Vorteil der beschriebenen erfindungsgemässen Empfangseinrichtungen für Farbfernsehbilder liegt in der Tatsache, dass eine Elektronenstrahlröhre mit einem uniformen Leuchtschirm genügt, die auf verhältnismässig einfache Weise hergestellt werden· kann, im Gegensatz zu den bisher meistens gebräuchlichen Farbfemsehröhren. Bei jenen besteht der Leuchtschirm aus mosaikartig aneinandergereihten rot, grün und blau lumineszierenden Partien. Es müssen drei Elektronenkanonen vorbanden sein, und jede von ihnen beleuchtet auf Grund ihrer räumlichen Position durch ein Gitter Vocodern Leuchtschirm nur eine Sorte der genannten Leuchtechirmpartien. Der Leuchtschirm selbst

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kann nicht durch Sedimentation der lumineszierenden Substanzen in einer Flüssigkeit erzeugt werden, sondern er muss aufgedampft weTden. Dazu werden an denselben Orten der Fernsehröhre , an denen sich später die Elektronenkanonen befinden werden, Aufdampfapparaturen angebracht, die durch dasselbe Gitter, das später von den Elektronen durchlaufen wird, den Schirm erst mit der rot, dann mit der grün und dann mit der blau lumineszierenden.Substanz bedampfen.

Dieses bekannte Herstellungsverfahren ist so kompliziert, dass derzeit die Produktion der Farbfernsebröbren in Amerika hinter der Herstellung der gesamten Elektronik des Fernsehapparates nachhinkt, weshalb die Nachfrage nach Farbfernsehempfängern nicht sofort befriedigt werden kann. Die Qualität des bisherigen Farbfernsehbildes leidet ausserdem unter der Tatsache, dass die Rasterung sehr grob ist, da z.B. die rot lumineszierenden Körner voneinander einen dreimal so grossen Abstand wie die Körner einer Schwarzweis8-Fernsehröhre haben, weil zwischen den roten Körnern noch die grünen und blauen verteilt sind.

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Claims

Patentansprüche,

(l) Verfahren zum Steuern der Lumineszenzfarbe einer lumineezenzfähigen Substanz, dadurch gekennzeichnet, dass als lumineszenzfähige Substanz eine magnetische chemische Verbindung benützt wird, welche als Verbindungepartner mindestens ein chemisches Element mit nicht abgeschlossener innerer Elektronenschale und zusätzlich Aktivatoren enthält, und dass diese Verbindung dem Einfluss eines Hagnetfeldes unterworfen wird, das zur Steuerung der Lumineszenzfarbe verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der lumineszenzfähigen Substanz konstant auf einem Wert gehalten wird, bei welchem die Charakteristik "Lumineszenzfarbe/magnetiscbe Feldstärke" eine optimale Steilheit aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die lumineszenzfähige Substanz im Wirkungsbereich einer stromdurchfloäsenen Magnetspule angeordnet und die Lumineszenzfarbe durch Aenderung der Stromstärke gesteuert wird·

₀ 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die lumineazenzfänige Substanz im Wirkungsbereich eines Permanentmagneten angeordnet und die Lumineazenzfarbe durch Lageänderung des Permanentmagneten gesteuert wird.·

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5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeicb-

net, dass die lumineszenzfähige Substanz im Wirkungsbereich mindesten« eines magnetischen Körpers mit Remanenzeigenschaften angeordnet und die Lumineszenzfarbe durch Aenderung der Remanenz des Körpers durch impulsartige Erregung-einer Magnetspule gesteuert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als lumineszenzfähige Substanz eine chemische Verbindung benutzt wird, von deren Verbindungspartner mindestens der

eine zu denl·Seltenen Erden, zu den Üebergangselementen oder zu den Aktiniden gehört. .

7» Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren- der

Ansprüche 1 bis 6, zur Abstimmung der Emissionsfarbe eines Lasers oder zur Erzeugung mehrfarbiger Fernsehbilder mittels eines uniformen Leuchtschirmes.

8. Einrichtung zur Erzeugung mehrfarbiger Fernsehbilder durch eine zeitliche Nacheinanderfolge monochromatischer Bilder entsprechend verschiedener Farbauszüge des zu übertragenden Originalbildes, wobei im optischen Abbildungsweg des zu erzeugenden Fernsehbildes ein Bildschirm aus einer lumineszenzfähigen Substanz angeordnet ist,,dadurch gekennzeichnet, dass die den -Bildschirm (40 oder 73) bildende lumineszenzfähige Substanz eine magnetische chemische Verbindung ist, welche als Verbindungspartner mindestens ein chemisches Element mit nicht abgeschlossener

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innerer Elektronenschale und zusätzlich Aktivatoren enthält, und dass ein die lumineszenzfähige Substanz beeinflussendes Magnetfeld sowie Mittel zur stufenweisen Veränderung des Magnetfeldes .in Abhängigkeit von in den Fernsehsignalen enthaltenen Farbsteuerinformationen vorhanden sind, um die Lumineszenzfarbe des Bildschirmes zu steuern.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der eine variable Lumineszenzfarbe aufweisende Bildschirm (40) jener einer Braun'scben Elektronenröhre (41) ist und im Wirkungsbereich einer Magnetspule (44) zur Erzeugung des die lumineszenzfähige Substanz .beeinflussenden Magnetfeldes liegt, und dass ein der Ablenkung des Elektronenstrahls dienendes. Ablenkorgan (45) zur Kompensation der von der Magnetspule (44) gegebenenfalls verursachten Abbildungsverzerrung vorgesehen und durch eine elektrische Grosse gespeist ist, welche mit der Stärke des die Magnetspule (44) erregenden Stromes ändert (Fig. 6 und 7).

10. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die lumineszenzfähige Substanz des Bildschirmes (40) magnetische Remanenzeigenschaf ten aufweist und im Wirkungsbereich mindestens einer Magnetspule (44) liegt, durch deren impulsartige Erregung die Remanenz der lumineszenzfähigen Substanz und damit die Lumineszenzfarbe veränderbar ist (Fig. 8 bis 10).

11. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der lumineszenzfähigen Substanz (63) des Bildschirmes (40)

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ein Stoff (62) mit magnetischen Remanenzeigenscbaften in feiner Verteilung beigemischt ist und der Bildschirm (40) im Wirkungs.-bereich mindestens einer Magnetspule (44) liegt,durch deren impulsartige Erregung die Remanenz¹ des beigemengten Stoffes (62) und damit die Lupineszenzfarbe des Bildschirmes (40) veränderbar iat (Pig. 8 bis 11). ^l

12. Einrichtung-nach Ansprach 8, dadurch gekennzeichnet, dass die lumineszenzfähige Substanz des Bildschirmes ein Belag (63) auf einer Schicht (64) aus Material mit magnetischen Remanenzeigenschaften ist, welche Schicht im Wirkungsbereich mindestens einer Magnetspule (44) liegt, durch deren impulsartige Erregung <ftie Remanenz der Schicht (64) und damit 'die Lumineszenzfarbe des Bildschirmes (40) veränderbar ist (Fig. 8 bis 10 und 12)

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10, 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (60 und 61) zur impulsartigen Speisung der Magnetspule (44) vorhanden und derart ausgebildet sind, dass sie die Magnetspule (44) jeweils nur zwischen aufeinanderfolgenden Bildern erregen (Fig. 8 bis 10).

14. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem eine variable Lumineszenzfarbe aufweisenden Bildschirm (73) jener (70) einer einfarbigen Braun'sehen Elektronenstrahlröhre (41) durch optische Mittel (71) abgebildet ist, wobei die zwei Bildschirme (70 und 73) voneinander getrennt angeordnet sind, und dass nur der Bildschirm (73) mit variabler Lumin_aszenz-

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farbe im Wirkungsbereich des Magnetfeldes ^zur Steuerung der Lumineszenzfarbe liegt. ·

* . 15- Einrichtung nach Anspruch 8 oder einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der eine variable Lumineszenzfarbe aufweisende Bildschirm (73) in einer Vorrichtung (77) mit Mitteln zur Temperaturregelung angeordnet ist.

16. Einrichtung zur Erzeugung eines Laserstrahles mit einem als Laserstrabiquelle dienenden Körper und einer Pumpstrahlungsquelle, dadurch gekennzeichnet, dass der als Laeerstrablquelle dienende Körper (20) mindestens zum Teil aus einer Substanz besteht, welche eine lumineazenzfäbige magnetische chemische Verbindung ist j die als Verbindungspartner mindestens ein chemisches Element mit nicht abgeschlossener innerer Elektronenschale und zugleich Aktivatoren enthält, und dass der erwähnte Körper (20) in einem Magnetfeld angeordnet ist, das zur Steuerung der Emissionsfarbe des Laserstrahles veränderbar ist (Pig. 4 und 5).

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der als Laserstrahlquelle dienende Körper (2) zwischen, den einander gegenüberliegenden Polen (25 und 26) eines Elektromagneten (27) angeordnet ist, welcher mindestens eine an eine Speisevorrichtung (30 bzw. 31) zur Lieferung eines in der Stärke veränderbaren Erregerstromes angeschlossene Feldspule (28 bzw. 29) aufweist. , -*. .

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■'-' 18. Einrichtung nach Anspruch 17% dadurch gekennzeichnet, dass die Speisevorrichtung (31) eine Modulation der Erregerstromstärke in Abhängigkeit von einem Steuersignal (32) und somit eine Frequenzmodulation des Laserstrahles entsprechend dem Steuersignal (32) ermöglicht. ■

19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der als Laserstrahlquelle dienende-Körper (20) in einer Vorrichtung (21) mit Mitteln zur Temperaturregelung angeordnet ist und die Pumpstrahlungsquelle (22) sich im Abstand von der genannten Vorrichtung (21) befindet.

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