DE1589382B2

DE1589382B2 - Verfahren zum steuern der lumineszenzfarbe lumineszenzfaehiger substanzen

Info

Publication number: DE1589382B2
Application number: DE19671589382
Authority: DE
Inventors: Georg Prof Dr se nat Zurich Wächter Peter Dipl Phys Dr Zollikerberg Zurich Busch, (Schweiz)
Original assignee: Verein zur Forderung der Fest korperphysik an der Eidgenossischen Technischen Hochschule, Zurich (Schweiz)
Priority date: 1966-01-21
Filing date: 1967-01-19
Publication date: 1973-06-07
Also published as: GB1167757A; FR1508745A; US3535519A; US3697688A; DE1589382A1; NL6701027A; AT265368B; DE1589382C3; CH438489A

Description

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 Herstellungsmethode 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 Luminophors einmal ein oder mehrere Aktivatoren eingebaut worden, ist die Lumineszenzfarbe damit festgelegt. Nur durch starke Temperaturänderungen (z. B. zwischen flüssigem Stickstoff und Zimmertemperatur) kann man bei Anwesenheit mehrerer Aktivatoren die Emissionsfarbe etwas beeinflussen. Selbst durch Anlegen hoher elektrischer und magnetischer Felder 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 ferrimagnetischer Art sein.

ίο Es wurde nun gefunden, daß es möglich ist, die Lumineszenzfarbe einer lumineszenzfähigen Substanz zu steuern, indem als lumineszenzfähige Substanz eine chemische Verbindung verwendet wird, die als Verbindungspartner mindestens ein chemisches EIement mit nicht abgeschlossener innerer Elektronenschale und Aktivatoren enthält, und daß die Steuerung der Lumineszenzfarbe durch Veränderung eines die lumineszenzfähige Substanz durchdringenden Magnetfeldes bewirkt wird. Zweckmäßig wird mindestens einer der Verbindungspartner aus den seltenen Erden, aus den Übergangselementen oder aus den Aktiniden ausgewählt. So kann einer der Verbindungspartner z. B. Cer, Praseodym, Neodym, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Scandium, Titan, Vanadium, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Thorium oder Uran sein.

Die lumineszenzfähige magnetische Verbindung kann z.B. im Wirkungsbereich einer Magnetspule angeordnet und die Lumineszenzfarbe durch Änderung des durch die Spule fließenden Erregerstroms gesteuert werden.

Das Verfahren und verschiedene Anwendungen des Verfahrens sind an Hand der nun folgenden Ausführungsbeispiele und der Zeichnungen beschrieben. An Hand der Fig. 1 bis 3 wird das erfindungsgemäße Verfahren zunächst am Beispiel von EuSe erläutert. In den Fig. 4 und 5 ist als Anwendungsbeispiel des Verfahrens ein Laser mit veränderbarer Emissionsfarbe des Laserstrahles veranschaulicht, während die Fig. 6 bis 14 mehrere Anwendungsbeispiele auf dem Gebiet des Farbfernsehens zeigen. Im einzelnen ist in den Zeichnungen folgendes dargestellt:

F i g. 1 zeigt die spektrale Verteilung der Lumineszenz von EuSe bei der Temperatur von 5,2° K, einmal ohne Magnetfeld (Kurve a) und einmal unter dem Einfluß eines starken Magnetfeldes (Kurve b).

Fig. 2 veranschaulicht durch zwei Kurven den Einfluß der Temperatur auf die Wellenlänge und auf

so die Intensität des Lichtes beim Emissionsmaximum von EuSe.

F i g. 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 2,3° K und 5,8° K dar;

F i g. 4 zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine Einrichtung zur Erzeugung eines Laserstrahles mit veränderbarer Emissionsfarbe;

F i g. 5 stellt einen Schnitt nach der Linie V-V in F i g. 4 dar;

F i g. 6 veranschaulicht schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Fernsehempfängers zur Erzeugung von Farbbildern nach dem Sequentialverfahren; F i g. 7 zeigt die zeitlichen Abläufe der empfangenen Fernsehsignale und eines Magneüsierungsstromes zur Steuerung der Lumineszenzfarbe des Fernsehbildschi rmes;

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

F i g. 9 zeigt die zeitlichen Abläufe der empfangenen Femsehsignale 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 Abbildungsmaßstab;

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

Fig. 14 zeigt ein ähnliches weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Projektionsvorrichtung zur Abbildung des in der Farbe steuerbaren Lumineszenzschirmes auf einem gewöhnlichen Projektionsschirm.

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 tief en 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 5,2° K dunkelrot mit einem Maximum in der spektralen Verteilung bei 850 ΐημ, wie die Kurve a in F i g. 1 zeigt. Man kann die Lumineszenz noch bis zu einer Temperatur von 100° K 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 4,6° K, d. h. in der Nähe dieser Temperatur finden magnetische Ordnungsphänomene statt. Untersucht man z. B. bei der Temperatur von 5,2° K die Lumineszenz in einem Magnetfeld, so wird die Emissionsfarbe, abhängig von der Stärke des Feldes, nach längeren Wellenlängen verschoben, wobei die Intensität der Emission abnimmt (Kurve b in F i g. 1). 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 Änderungen der Emissionsfarbe und der Intensität sind von der jeweils herrschenden Temperatur abhängig. In Fig. 3 sind die Charakteristiken der Emissionswellenlänge λ und der Emissionsintensität I von EuSe bei den Temperaturen von 2,3° K und 5,8° K in Funktion der magnetischen Feldstärke/? dargestellt. Die mit λ 2,3° K bzw. λ 5,8° K bezeichneten Kurven können »magnetooptische« 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 ferromagnetischen Halbleiter, konnte das Verständnis des

ίο 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 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.

Für manche technische Anwendungen ist ein Effekt, der bei den oben angeführten, tiefen Temperaturen auftritt, nicht ohne weiteres 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 Nähe 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. Zum Zeitpunkt der Anmeldung war jedoch nur eine Farbsteuerung im langwelligen Bereich etwa gemäß den F i g. 1 bis 3 untersucht worden.

An zwei Beispielen, dem Laser und dem Farbfernsehen, sollen nun die technischen Anwendungsmöglichkeiten 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 Fall für EuSe und andere magnetische Verbindungen. Ein Laser arbeitet bekanntlich nur in einer scharfen Emissionslinie, der Grundfrequenz und deren höheren Harmonisehen. Wie erwähnt, läßt sich aber nun die Emissionsfarbe durch ein Magnetfeld steuern. Zum ersten Male ist damit eine realisierbare Möglichkeit gefunden, einen abstimmbaren oder in der Emissionsfrequenz 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 F i g. 4 und 5 schematisch dargestellt.

Ein als Laserstrahl quelle dienender Körper 20 ist in einem doppelwandigen Glasgefäß 21 zur Aufnahme einer Kühlflüssigkeit angeordnet. Der Körper 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 Spiegelschicht des Körpers 20 aus.

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 24 eine Frequenzmodulation, die z. B. zur Nachrichtenübertragung mittels des Laserstrahles benutzt werden kann.

In Fi g. 4 ist zusätzlich gezeigt, daß der Laserstrahl 24 mittels eines Objektivs 33 in eine elektro-optische Intensitätssteuervorrichtung. 34 zur Amplitudenmodulation der Laserschwingung 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. Der in seiner Intensität modulierte Laserstrahl 37 verläßt die Vorrichtung 34 durch ein Objektiv 38.

Die Frequenzmodulation und die Amplitudenmodulation der Laserschwingung 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 Übertragung 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 Änderung 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 (vgl. F i g. 3).

Als zweites Anwendungsgebiet sei das Farbfernsehen genannt. Bei dem in F i g. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Farbfernsehempfängers ist der Bildschirm 40 einer Braun'schen Elektronenröhre 41 aus einer magnetischen Verbindung hergestellt, welche durch den Kathodenstrahl zu Limuneszenz angeregt werden kann. Der Bildschirm 40 ist wie in einer konventionellen Schwarzweiß-Fernsehröhre uniform ausgebildet.

Zur Lenkung des Brennflecks des Elektronenstrahles über den Bildschirm 40 sind um den Hals der Röhre 41 in bekannter Weise zwei Paare von Ablenkspulen 42 bzw. 43 angeordnet, die um 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 Bildschirm 40 angeordnet, so daß ihr Magnetfeld möglichst wenig auf den Bildschirm einwirkt. Die zweite Spule 45.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 Fernsehsignale 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 Verstärker49 zur Intensitätsmodulation des Elektronenstrahles .entsprechend der Helligkeit der Bildpunkte. Die. Apparate 46 bis 49 wären auch bei einem Schwarzweiß^Fernsehempfänger vorhanden. Gemäß Fig. 6 ist nun der Decoder 46 zusätzlich mit einem Treppenspannungs-Generator 50 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 Fig. 7 wird nun erläutert, wie mit der beschriebenen Empfangseinrichtung ein mehrfarbiges Fernsehbild erzeugt wird. Der obere Teil von Fig. 7 zeigt stark schematisiert den zeitlichen Verlauf der dem Decoder 46 zugeführten Femsehsignale U. Man sieht die Bildwechselimpulse 52, die Zeilensprungimpulse 53 und dazwischen die Signale 54 für den Inhalt der einzelnen Zeilen. Außerdem 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 Fig. 7 ist der zeitliche Verlauf der Ausgangsspannung S des Generators 50 im gleichen Zeitmaßstab dargestellt.

Durch den ersten Bildwechselimpuls 52 wird der Generator 50 zur Abgabe einer maximalen Spannung S₁ veranlaßt, die bis zum Eintreffen des zweiten Bildwechselimpulses konstant bleibt. Mittels des Verstärkers 51 wird der Magnetspule 44 ein der Spannung S₁ 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 ein bestimmter Farbton ist. Das auf dem Schirm 40 erscheinende Bild ist dasjenige eines entsprechenden Farbauszuges des zu übermittelnden Mehrfarbenbildes. Durch den zweiten Bildwechselimpuls 52 wird der Generator 50 zur Abgabe einer kleineren Spannung S„ veranlaßt, die bis zum Eintreffen des dritten

309 523/373

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 Bildschirmes 40 weniger stark magnetisiert wird. Die Lumineszenzfarbe des Schirmes 40 ist daher zu kürzeren Wellenlängen verschoben, und das auf dem Schirm 40 erscheinende Bild ist dasjenige eines entsprechend geänderten Farbauszuges des zu übertragenden Mehrfarbenbildes. Der dritte Bildwechselimpuls 52 hat zur Folge, daß die Ausgangsspannung S₃ 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 zu noch kürzeren Wellenlängen verschoben und das auf dem Schirm 40 erscheinende Bild ist dasjenige eines entsprechenden Farbauszuges des zu übertragenden Mehrfarbenbildes. Beim Eintreffen des nächsten Bildwechselimpulses 52 wird der Generator 50 wieder zur Abgabe der maximalen Spannung S₁ 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 41 ist entgegengesetzt jener der Magnetspule 44 und hebt die von der Magnetspule 44 verursachten Abbildungsfehler auf, ohne die Substanz des Bildschirmes 40 nennenswert magnetisch zu beeinflussen. 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 treppenförmige Ausgangsspannung S des Generators 50 z. B. den Apparaten 47 und 48 zur Speisung der Ablenkmittel 42 und 43 zugeführt werden.

Ein anderes Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zum Empfangen mehrfarbiger Fernsehbilder ist in F i g. 8 schematisch veranschaulicht. Soweit Übereinstimmung 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 Magnetfeldes 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 F i g. 9 veranschaulicht ist. Dem Generator 60 ist ein Impulsverstärker 61 nachgeschaltet, welcher die Magnetspule 44 speist.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise wird nun auf die Fig. 9 und 10 verwiesen. Im oberen Teil von Fi¹'. 9 ist der zeitliche Verlauf der dem Decoder 46 zugeführten Fernsehimpulse U in gleicher Weise dargestellt wie mit Bezug auf F i g. 7 beschrieben wurde. Beim Eintreffen des ersten Bildwechselimpulses 52 wird der Generator 60 veranlaßt, unmittelbar nacheinander zuerst einen negativen Spannungsimpuls Q₀ und dann einen positiven Spannungsimpuls Q₁ zu erzeugen. Mittels des Verstärkers 61 wird die Magnetspule 44 mit Stromimpulsen gespeist, die den Spannungsimpulsen Q proportional sind. Der

ίο Impuls Q₀ hat ein Magnetfeld zur Folge, dessen Feldstärke H₀ beträgt und z.B. eine negative Polarität aufweist. Gemäß Fig. 10 bewirkt diese Feldstärke H₀ in der Substanz des Bildschirmes 40 eine Magnetisierung B₀, welche jede andere vorher gegebenenfalls vorhandene positive Magnetisierung der Substanz verschwinden läßt. Man kann den Impuls Q₀ somit als Löschimpuls bezeichnen. Der nachfolgende Impuls Q₁ bewirkt eine Feldstärke H₁ entgegengesetzter, d. h. positiver Polarität, wodurch in der Substanz des Bildschirmes 40 eine Magnetisierung B₁ hervorgerufen wird. Wenn der Impuls Q₁ beendet ist, geht die Magnetisierung B₁ auf den Remanenzwert R₁ zurück, den die Substanz des Bildschirmes bis zum Eintreffen des nächsten Löschimpulses Q₀ beibehält. Die Remanenz R₁ ist so groß, daß unter ihrem Einfluß die Lumineszenzfarbe des Bildschirmes 40 ein bestimmter Farbton ist. Das dem Impuls Q₁ folgende Fernsehbild ist ein entsprechender Farbauszug des zu übertragenden Mehrfarbenbildes. Der zweite Bildwechselimpuls 52 veranlaßt den Generator 60 zur Erzeugung eines negativen Löschimpulses Q₀ und eines unmittelbar daran anschließenden Farbwechselimpulses Q₂. Der Löschimpuls hat wieder eine negative Magnetisierung B₀ der Bildschirmsubstanz zur Folge, wonach der Impuls ßo eine positive Feldstärke H₁, des durch die Spule 44 hervorgerufenen Magnetfeldes und eine Magnetisierung B₂ des Bildschirmes bewirkt. Am Ende des Impulses Q., geht die Magnetisierung auf den Remanenzwert R₀ zurück. Die Remanenz i?., ist derart, daß unter ihrem Einfluß die Lumineszenzfarbe des Bildschirmes 40 zu kürzeren Wellenlängen verschoben ist. Das nachfolgende Fernsehbild ist ein entsprechender Farbauszug des zu übertragenden Mehrfarbenbildes. Der dritte Bildwechselimpuls 52 ruft zunächst wieder einen Löschimpuls Q₀ und anschließend einen Farbwechselimpuls Q₃. Letzterer hat eine Magnetisierung B₃ des Bildschirmes 40 zur Folge, die am Ende des Impulses Q₃ auf die Remanenz R₃ zurückgeht, die wenigstens annähernd null beträgt. Während des nun folgenden dritten Fernsehbildes ist der Schirm 40 praktisch nicht magnetisiert, weshalb die Lumineszenzfarbe zu noch kürzeren Wellenlängen verschoben ist. Das Bild entspricht demnach einem entsprechend kurzwelligeren Farbauszug des zu übertragenden Mehrfarbenbildes. Beim Eintreffen des vierten Bildwechselimpulses beginnt ein neuer Zyklus der verschiedenen monochromatischen Bilder. Wegen der Reaktionszeit des menschliehen 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 62 einer pulverisierten anderen Substanz mit Remanenzeigenschaften, z. B. eines Ferriten, in feiner Verteilung unter die lumineszenzfähige Sub-

stanz 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 remanenzfähigen Materials durchsichtig oder lichtdurchscheinend sind. 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 Remanenzschicht 64 aufgebracht. In beiden Fällen ist die Wirkungsweise gleich wie mit Bezug auf die Fi g. 8 bis 10 beschrieben worden ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Fernsehempfangs-Einrichtung ist in F i g. 13 teilweise dargestellt, welches als Variante zu F i g. 6 gedacht ist und sich vom ersten Ausführungsbeispiel in folgendem unterscheidet: Die Braun'sche Elektronenstrahlröhre 41 weist einen gewöhnlichen Bildschirm 70 auf, wie er z.B. bei Oszillographenröhren oder bei Schwarzweiß-Femsehröhren üblich ist. Auf dem Bildschirm 70 werden somit die zeitlich nacheinanderfolgenden verschiedenen Farbauszüge des zu übertragenden Mehrfarbenbildes alle in der gleichen Lumineszenzfarbe abgebildet. Diese Bilder werden mit Hilfe eines Objektives 71 optisch auf einen zweiten Bildschirm 73 geworfen, der auf einer durchsichtigen 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 F i g. 6 gezeigten ersten Ausführungsbeispieles. Um den Rand des Bildschirmes 73 herum ist die Magnetspule 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 Femsehbild entsprechend einem bestimmten Farbauszug zeichnet, wird der Brennfleck des Kathodenstrahles mittels des Objektives 71 gleichzeitig auf den 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 ein bestimmter Farbton 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 zu kürzeren WeI-lenlängen verschoben ist. Wenn das dritte Fernsehbild auf dem Bildschirm 70 erscheint, fließt durch die Spule 44 praktisch kein Strom. Die Lumineszenzfarbe des Bildschirmes 73 ist dann noch kurzwelliger. Obwohl auf dem Schirm 70 der Elektronenstrahlröhre 41 alle Farbauszüge in demselben Farbton wiedergegeben werden, erscheinen sie auf dem zweiten Bildschirm 73 abwechselnd in Farben unterschiedlicher spektraler Verteilung, so daß ein Betrachter 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 unterschiedliehe Abmessungen aufweisen. So ist es möglich, ein verhältnismäßig großes farbiges Fernsehbild auf dem Schirm 73 unter Benützung einer verhältnismäßig kleinen Schwarzweiß-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 Außenfläche 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 welcher die magneto-optisehe Kennlinie der genannten Substanz eine brauchbare Steilheit aufweist. Wenn der Körper 75 magnetische Remanenzeigenschaften besitzt, ist es zweckmäßig, die Steuerung und den Wechsel der Lumineszenzfarbe des Bildschirmes 73 durch kurze Impulse Q₀, Q₁, Q₂ und Q₃ durchzuführen, wie mit Bezug auf die F i g. 8 bis 10 erläutert worden ist.

Sequential-Farbfernsehverfahren, bei denen verschiedene Farbauszüge in zeitlicher Nacheinanderfolge übertragen werden, sind an sich bereits 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 oben erläuterte Erfindung werden solche mechanisch bewegte Teile zumindest in der Empfangseinrichtung vermieden, da die sequentielle Farbsteuerung durch Änderung eines Magnetfeldes hervorgerufen wird.

Ein weiterer erheblicher Vorteil der beschriebenen erfindungsgemäßen Empfangseinrichtung für Farbfernsehbilder liegt in der Tatsache, daß eine Elektronenstrahlröhre mit einem uniformen Leuchtschirm genügt, die auf verhältnismäßig einfache Weise hergestellt werden kann und auch eine feinere Rasterung als bei bekannten Farbfernsehbildern ergibt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Steuern der Lumineszenzfarbe lumineszenzfähiger Substanzen, dadurch gekennzeichnet, daß als lumineszenzfähige Substanz eine chemische Verbindung verwendet S wird, die als Verbindungspartner mindestens ein chemisches Element mit nicht abgeschlossener innerer Elektronenschale und Aktivatoren enthält, und daß die Steuerung der Lumineszenzfarbe durch Veränderung eines die lumineszenzfähige Substanz durchdringenden Magnetfeldes bewirkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der lumineszenzfähigen Substanz konstant auf einem Wert gehalten wird, bei welchem die Änderung der Lumineszenzfarbe bei Änderung der magnetischen Feldstärke optimal ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lumineszenzfähige Substanz im Wirkungsbereich einer stromdurchflossenen Magnetspule angeordnet und die Lumineszenzfarbe durch Änderung der Stromstärke gesteuert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lumineszenzfähige Substanz im Wirkungsbereich eines Permanentmagneten angeordnet und die Lumineszenzfarbe durch Lageänderung des Permanentmagneten gesteuert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lumineszenzfähige Substanz im Wirkungsbereich mindestens eines magnetischen Körpers mit Remanenzeigenschaften angeordnet und die Lumineszenzfarbe durch Änderung 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 benützt wird, von deren Verbindungspartnern mindestens der eine zu den seltenen Erden, zu den Ubergangselementen oder zu den Aktiniden gehört.

7. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Steuerung der Emissionsfarbe eines Lasers.

8. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Erzeugung mehrfarbiger Fernsehbilder mittels eines umformen Leuchtschirmes.

9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 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 chemische Verbindung ist, welche als Verbindungspartner mindestens ein chemisches Element mit nicht abgeschlossener 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.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der eine variable Lumineszenzfarbe aufweisende Bildschirm (40) jener einer Braun'schen Elektronenröhre (41) ist und im Wirkungsbereich einer Magnetspule (44) zur Erzeugung des die lumineszenzfähige Substanz beeinflussenden Magnetfeldes liegt, und daß ein der Ablenkung des Elektronenstrahles dienendes Ablenkorgan (45) zur Kompensation der von der Magnetspule (44) gegebenenfalls verursachten Abbildungsverzerrung vorgesehen und durch eine elektrische Größe gespeist wird, welche sich mit der Stärke des die Magnetspule (44) erregenden Stromes ändert (F i g. 6 und 7).

11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die lumineszenzfähige Substanz des Bildschirmes (40) magnetische Remanenzeigenschaften 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).

12. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der lumineszenzfähigen Substanz (63) des Bildschirmes (40) ein Stoff (62) mit magnetischen Remanenzeigenschaften in feiner Verteilung beigemischt ist und der Bildschirm (40) im Wirkungsbereich mindestens einer Magnetspule (44) liegt, durch deren impulsartige Erregung die Remanenz des beigemengten Stoffes (62) und damit die Lumineszenzfarbe des Bildschirmes (40) veränderbar ist (F i g. 8 bis 11).

13. Einrichtung nach Anspruch 9, 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 die Remanenz der Schicht (64) und damit die Lumineszenzfarbe des Bildschirmes (40) veränderbar ist (Fig. 8 bis 10 und 12).

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11, 12 oder 13, 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).

15. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem eine variable Lumineszenzfarbe aufweisenden Bildschirm (73) jener (70) einer einfarbigen Braun'schen 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 Lumineszenzfarbe im Wirkungsbereich des Magnetfeldes zur Steuerung der Lumineszenzfarbe liegt.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der eine variable Lumineszenzfarbe aufweisende Bildschirm (73) in einer Vorrichtung (77) mit Mitteln zur Temperaturregelung angeordnet ist.

17. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Erzeugung eines Laserstrahles mit einem als Laserstrahlquelle dienenden Körper und einer Pumpstrahlungsquelle, dadurch gekennzeichnet, daß der als Laserstrahlquelle dienende Körper (20) mindestens zum Teil aus einer Substanz besteht, welche eine lumineszenzfähige chemische Verbindung ist, 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 (F i g. 4 und 5).

18. Einrichtung nach Anspruch 17, 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.

19. Einrichtung nach Anspruch 18, 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.

20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, 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.