DE2602790A1

DE2602790A1 - Einrichtungen und verfahren zur substraktiven farbfilterung

Info

Publication number: DE2602790A1
Application number: DE19762602790
Authority: DE
Inventors: Karl Knop
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1975-02-03
Filing date: 1976-01-26
Publication date: 1976-08-05
Also published as: CA1048315A; AU1063876A; SE7600999L; AU498655B2; CH614538A5; US3957354A; GB1538776A; BE838127A; NL7601022A; JPS51103449A; FR2299661B1; DE2602790C2; JPS5530606B2; JPS51103450A; FR2299661A1; SE414235B; IT1054227B; JPS6048733B2

Description

RCA 68,660

U.S. Serial ITo. ,

Piled: February ?, 197?

H C /·
Hew York, N. I., V. Ot. v.A,

Einrichtungen und Verfahren zur substraktiven

Farbfilterung

Die Erfindung bezieht sich auf subtraktive Farbfilterung: und betrifft speziell eine für die Projektion von Farbbildern geeignete subtraktive Parbfiltertechnik, bei welcher Beugungserscheinungen aungenutzt werden, um unerwünschte 8pektralbereiche bestimmter Wellenlänge eines polychromatischen beleuchtenden Lichts auszusondern.

Bei dem bekannten Methoden zur subtraktiven Farbfilterung, wie sie beispielsweise zur Projektion eines Farbbildes von einem Farbtransparent oder auch einfach zur Ableitung eines Lichtstrahl? bestimmter Farbe von einer polychromatischen (z.B. itfeißen) Lichtciuelle angewendet werden, bedient man sich eines oder mehrerer ausgewählter Farbstoffe oder Tönungsmittel, um in diskriminierender Weise bestimmte unerwünschte Wellenlängen des polychromatischen beleuchtenden Lichts zu absorbieren ind die übrigen Spektralbereiche anderer Wellenlängen des polychromatischen beleuchtenden Lichts durchzulassen.

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Die Utrahlungsenergie des im erwünschten absorbierten Lichts muß hierbei ;iedoch notwendigerweise als Wärme innerhalb des Fiediuffis des Farbtransparents durch dessen Farbstoffe aufgezehrt werden. Dies ist einer der Nachteile, die .jeder subtraktiven Farbfilternng unter Verv/endung von Farbstoffen oder Tönungsmitteln zu eigen sind. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß ein mit Farbstoffen versehenes Farbtransparent teurer i?t als ein Bchwarz-l'.'eiß-Transparentbild. Diese relativ hohen Kosten haben bisher verhindert, daß Farbtransparente für bestimmte Zwecke wie z.B. für Mikrofilmkarten (Microfiche-) eine breite Anwendung fanden. Schließlich ist noch von !lacht eil, daß die Farbeigen.scha:rten von Farbstoffen oder Tönungomitteln mit dem Verstreichen längerer Zeitspannen schlechter verden.

Dem Prinzip der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die "Beugung nullter Ordnung (oder alternativ die Summe der Beugungen aller anderen Ordnungen als der nullten Ordnung) eines von polychromatischem (z.B. weißem)Licht beleuchteten Beugungsmediums dazu verwendet werden kann, eine subtraktive Farbfilterung ohne die ITotwendigkeit irgendeines Farbstoffs herbeizuführen. Genauer gesagt: die Farbcharakteristika der Beugung nullter Ordnung bei einem subtraktiven Farbfilter, welches ein Beugmigcmedium mit einem Muster räumlicher verteilter Beugungselemente besitzt, sind allein bestimmt durch das V/ellenformprofil ,jedes Beugungselement und durch den Absolutbetrag der effektiven "optischen Soheitelhöhe" dieses i/ellenformprofils. Außerdem sind diese Farbcharakteristika der Beugung nullter Ordnung solange unabhängig von der räumlichen Frequenz, mit der die Beugungselemente auftreten, wie diese räumliche Frequenz genügend hoch ist, um alle Beugungen anderer als der nullten Ordnung über den Aperturwinkel der Beugung nullter Ordnung hinaus abzulenken. Alle Beugungen anderer als der nullten Ordnung bilden zusammengenommen das Komplement (d.h., das Negativ) der nullten Ordnung.

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Wie in der Optik bekannt, kann ein Bournrngsmediuin entweder ein Reflexions- oder ein TrannminsioiiR-QDiircblaß-) Medium sein. Während die aus reflektierendem, brechendem Medium bestehenden Beugungselemente normalerv;eise durch ein reliefartigeπ Oberflächenmuster dargestellt werden, kann ein durchläüsiges, nicht-absorbierendes brechender. Medium die Beugungselemente entweder -als Muster aus I■ereichen verschiedener Brechunkszahl (Brechungsindex) oder als reliefartiges Oberflächenmuster oder als irgendeine Kombination dieser beiden Muster darstellen. Somit ist das bei der Erfindung verwendete beugende Medium ein Phasen-Beugunnsmedium im Gegensatz zn einem Amplituden-Beugungsmedium. Die Prinzipien der vor Ii ep; enden Erfindung können /.war pilaichermassen in Verbindung; mit ,jedem der oben beschriebenen verschiedenen Typen von Phasen-Beugungsmedien realisiert v.'erden, ,jedoch ist ein Transmissions-Beugungsmedium mit Oberflächen-Reliefmuster vorzuziehen, weil es mit den derzeit gebräuchlichen Projektoren für mit Farbstoffen versehene Parbtransparentbilder kompatibel gemacht werden kann. Außerdem lassen sich Transmißsions-Beugungselemente, die durch ein Oberflächen-Reliefmuster gebildet sind, auf relativ billige V/eise durch Wärmepressverfahren in Kunststoff reproduzieren bzw. vervielfältigen. Jedes Transmissions-Beugungsmedium sollte vorzugsweise aus klarem, durchsichtigem Material bestehen, welches eine relativ hohe Brechungszahl bezüglich der Umgebung aufweist, (z.B. aus Plastikkunststoff, gebleichter Emulsion oder Glas), damit praktisch jede Absorption an beleuchtender Lichtenergie innerhalb des beugenden Mediums vermieden wird.

Diese Merkmale und weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen ausführlich erläutert.

Figur 1 zeigt das iJchema eines Projektors zur Projektion der Beugung nullter Ordnung, die an einem Transmissions-Beugungsmedium mit Oberflächen-Reliefmuster erhalten wird;

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Figur 1a reifet eine Abwandlung des Gegenstands der Figur 1, bei welcher ein sogenanntes räumlicher? Filter (etwa Schablonen- oder Streifenfilter) verwendet wird$

Figur 2 se igt die periodisch angeordneten Beugungselemente eines Γ-eugungsgitters, wobei ,jedes Beugungselement ein verallgemeinertes liellenformprofil und eine "bestimmte "optische Scheitelhöhe" hat;

Figur 5 zeigt in einer graphischen Darstellung die Lichtausbeute der Beugung nullter Ordnung an Beugungsgittern mit sinusf.örmigen und mit symmetrisch rechteck? örmigen Wellenformprofilen als Funktion des Verhältnisses der optischen Scheitelhöhe eines Gitters zur Lichtwellenlänge;

Figur ¹I zeigt in einer graphischen Darstellung die Lichtausbeute der Beugung nullter Ordnung an zwei Beugungsgittern mit ,jeweils symmetrisch-rechteckförmigem Profil und zwei verschiedenen spezifischen optischen Scheitelhöhen als Funktion der Lichtwellenlänge ;

Figur 5 zeigt in einem CIE-Diagramm die kolorimetrischen I'Jerte des Ausgangslichts der Beugung nullter Ordnung an einem symmetrisch-rechteckförmigen und mit breitbandigem weißem Licht beleuchteten Beugungsgitter als Funktion der optischen Scheitelhöhe dieses mit symmetrisch-rechteckförmigen Profil ausgebildeten Beugungsgitters;

Figur 6 zeigt ein asymmetrisch-rechteckförmiges Wellenformprofil;

Figur 7 zeigt in einer graphischen Darstellung den Einfluß der Unsymmetrie in dem rechteckformigen Profil

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auf die optische Ausbeute der "Beugung nullter Ordnung als Punktion der Wellenlänge;

Figur 8 zeigt schematisch drei überlagerte winkelversetzte Beugungsgitter;

Figur 9 zeigt in einem CIE-Diagramm die kolorimetrischen Fähigkeiten des Ausgangslichts der Beugung nullter Ordnung "bei drei überlagerten Gittern mit rechteckib'rmigom Profil, die mit breitbandigem weißem Licht beleuchtet werden;

Figur 10 zeigt schematisch einen Progektor mit einer Schlieren-Optik zur Projektion der Gesamtheit oder Summe von im !wesentlichen allen Beugungen anderer Ordnungen als der nullten Ordnung.

Die Figur 1 zeigt schematisch ein typisches Ausführungsbeispiel eines Projektors, der allein die Beugung nullter Ordnung eines subtraktiven Farbfilters 100 auf einen Schirm projiziert. Das subtraktive Farbfilter 100 ist vorzugsweise ein Blatt aus transparentem Material wie z.B. geprägtem Kunststoff mit einer im wesentlichen gleichförmigen vorbestimmten Brechungszahl, die sich von derjenigen des umgebenden Mediums (etwa Luft) unterscheidet. Dieses Blatt hat auf seiner Oberfläche ein Reliefmuster aus räumlich verteilten Beugungselementen. Jodes Beugungselement hat ein Profil vorbestimmter Wellenform und eine gegebene optische Spitzenamplitude ("optische Scheitelhöhe").

Das substraktive Farbfilter 100 wird mit polychromatischen Licht beleuchtet, und zwar aus einer Quelle, die vorzugsweise einen Glühfaden 102 enthält, der breitbandiges weißes lacht aussendet. Die Breite (d.h. der Durchmesser bzw. die

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pröP-te Querschnittπausdehnung) des Glühfadens 102 sei D,. wie es in Fi-rur 1 veranschaulicht ist.

Kondensorlinsen 104- und 106 mit jeweils einer Brennweite von f sind auf die in Figur 1 gezeigte Meise angeordnet, wobei sich der Glühfaden 102 in der -vorderen Brennebene der Kondensorlinse 104- befindet. Hiermit wird das divergierende Licht bündel 1Ο^π d.urch die Kondensorlinse 104· zu einem parallelen Bündel 11C gesammelt. Die Kondensorlinse wandelt das parallele Lichtbündel 110 in ein konvergierendes Lichtbündel 112 um. Das subtraktive Farbfilter 100, welches sich_?wie gezeigt, relativ nahe an der Kondensorlinse 106 und im v/eg des konvergierenden Lichtbündels 112 befindet, wird vom konvergierenden Lichtbündol 112 beleuchtet. Das Ausgangslicht de σ subtraktiven Farbfilters 110 bestellt aus dem Anteil 114- der Beugung nulltor Ordnung und den Anteilen der Beugungen höherer Ordmmc, wie z.B. der Beugung -I.Ordnung 116 und der Beugung +I.Ordnung 11B. Sine Projektionslinse 120, die nur im v.^rege der Beugung nullt er Ordnung 114- liegt, wirft nur das Ausgangslicht 114- dieser Beugung nullter Ordnung auf einen Schirm. Diese selektive Projektion wird dadurch erreicht, daf das Ausgangslicht aller Beugungen höherer Ordnungen (wie z.B. die Anteile 116 und 118) des Ausgangslichts, die zu den Beugungen der Ordnungszahlen -1 bzw. +1 gehören, über die Apertur oder Öffnung der Projektionslinse 120 hinaus abgelenkt werden, wie es in Figur 1 gezeigt ist. Die Selektion kann alternativ oder zusätzlich auch dadurch erfolgen, daß man vor der Projektionslinse 120 ein undurchsichtiges räumliches Filter 120 vorsieht, wie es in Figur 1a gezeigt ist. Das räumliche Filter 122 hat eine Öffnung 124- begrenzter Größe, um nur -den Lichtanteil 114- der Beugung nullter Ordnung durchzulassen, so daß alles Licht der Beugungen höherer Ordnungs-* zahlen abgehalten wird.

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Der in Figur 1 dargestellte Projektor ist koinpatibel mit den-üblichen für herkömmliche subtraktive Farbfilter ausgelegten Projektionsgeräten v?ie etwa den ilblichen Dieprojektoren oder Kinofilmprojektoren. Der Projektor ,"ur j-rojektion von Beugunp:slicht nullt er Ordnung ist ,jedoch nicht zwan-^släufig auf solche herkömmlichen Gerrite begrenzt, ebenso wenig wie das subtraktive Farbfilter unbedingt die Forr.¹ eines Oberflächen-Relief musters auf einem transparenten Blatt haben muß. Das subtraktive Farbfilter nach der vorliegenden Erfindung kann allgemein aus einem lichtbeugenden Medium jedes Typs gebildet sein, welches ein Huster aus räumlich verteilten Beugungselementen enthält, worin jedes Beugungselement ein eigenes vorbestimmtes Wellenformprofil und eine eigene gegebene optische Scheitelhöhe hat. Was der Projektor als mindestes enthalten muß, ist eine Quelle für polychromatisches Licht eines gegebenen Uellenlängenspektrums,um ein aus einem derartigen Beugungsmedium bestehendes subtraktives Farbfilter mit diesem polychromatischen Licht zu beleuchten.

Es ist bekannt, daß, wenn man monochromatisches Licht einer gegebenen Wellenlänge auf ein Beugungsmedium fallen läßt, welches eine Beugungsstruktur für Phasenverzögerung entsprechend einer halben Wellenlänge aufweist (wie z.B. ein Beugungsgitter mit dem Profil einer symmetrischen Rechteckwelle und einer optischen Spitzenamplitude gleich einer halben Wellenlänge des beleuchtenden monochromatischen Lichts), das in der nullten Ordnung gebeugte Licht gleich Null ist. Die vorliegende Erfindung befaßt sich dem-gegenüber mit der subtraktiven Farbfilterwirkung eines solchen Beugungsmediums (oder anderer Typen von Beugungsmedien mit andersartigen Mustern aus räumlich verteilten Beugungselementen), wenn man dieses Medium mit polychromatischem anstatt mit monochromatischem Licht beleuchtet.

Als Beispiel seien die periodischen Beugungselemente des Beugungsgitters nach Figur 2 betrachtet. Das in Figur 2 ge-

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Beugungsgitter sei gebildet durch ein Oberflächen-Relief must er in einem Material der Brechungszahl n. Es sei angenommen, daß sich das Beugungsgitter in einer Umgebung wie etwa Luft befindet, deren Brechnungszahl im wesentlichen gleich 1 ist. Das Beugungsgitter besteht aus periodischen Beugungselementen POO mit einem Abstand d zwischen korrespondierenden Punkten benachbarter Elemente (Linienabstand oder Gitterkonstante). Jedes Beugungselement 200 habe ein verallgemeinertes räumliches oder körperliches Wellenformprofil mit einem Verlauf 8 (X). Die optische Spitzenamplitude n'eäes Beugungsgitters sei gleich a. Unter diesen angenommenen Bedingungen ist die körperliche Scheitelhöhe des Wellenformprofils eines jeden Beugungselements in dem Oberflächen-Reliefmuster nach Figur 2 gleich rr~br· (Falls das Umgebungsmedium des Beugungsgitters eine Brechungszahl von n. statt 1 haben würde, dann wäre die körperliche oder räumliche opitζenacrolitude gleich -~— ).

ⁿ"ⁿ1

Die relative Amplitude des vom Beugungsgitter nach Figur in irgendeine BeugungsOrdnung gebeugten Lichts hängt ab von der Ordnungszahl m, der Wellenlänge X des beleuchtenden Lichts, der G-itterkonstanten d, der Differenz zwischen den Brechnungszahl en des Beugungsgittermediums (η) und des umgebenden Mediums (1 in Falle von Luft) sowie vom Wellenformprofil S (X) eines .jeden Beugungselements. Wenn die Amplitude des einfallenden Lichts auf 1 normiert ist, dann gilt für die relative Amplitude A der m-ten Ordnung folgende Gleichung (1):

-7 β ί 2ττ Qn-i) s (χ) i 2trxm ^m of e dx

Die "Seugungsausbeute" I ausgedrückt durch die Intensität (Energie) ist dann:

(2)

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Für das Ausgangslicht A der Beugungs nullter Ordnung, welches geradeaus durch das Gitter dringt, reduziert sich Gleichung (1) auf die nachstehende Gleichung (3):

λ ^d i 2?r(n-i)s(x)

Άγ\ ~ "Έ" I " '*· UUi. \J J

U u. J "

Sinusförmige und symmetrisch-rechteckförmige Wellengestalten sind Ev?ei gebräuchliche Formen für Beugungngitterprofile. Im Folie einen sinusförmigen Profils, bei welchem (n-i)s(x) = a. cos 2TTx, wird Gleichung (^:?) zu:

2 d

A₀ = J₀(ITaA) W

wobei Jp die Besselfunlrbion nullter Ordnung int.

Wenn man in ähnlicher Ueise die Gleichung (>) für den Fall einen s^rometrisch-rechteckföraiigen Profils setzt, wobei (n--i)s(x) =

f-a/2 wenn 0<X<d/2list, dann erhält man folgende Gleichung

[+a/2 wenn d/2<X<dJ (5)

A_n = cos Orra/TO

Es ist festzuhalten, daß in den beiden Gleichungen (4·) und (5) die Amplitude des Ausgangslichts A_Q der Beugung nullter Ordnung eine Funktion des Verhältnisses der optischen Scheitelhöhe zur Wellenlänge λ des beleuchtenden Lichts ist, während die spezielle Funktion selbst von dem geweiligen Wellenformprofil abhängt.

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Indem man ,jede der Gleichungen (4) und (5) in die Gleichung (,?.) einrretz-t, läi?t sich sowohl für das sinusförmige Profil als auch für das symmetrisch-rechteckförmige Profil eines _t1eden Beugungselement£3 graphisch, darstellen, wie sich die Identität I-, des Ausgangslichts der Beugung nullter Ordnung als Punktion von —·— ändert. Entsprechende Schaubilder sind in Figur 5 pre^eigt.

Wie in Figur 3 zu erkennen ist, zeigt das Schaubild für _tiede diese beiden verschiedenen Wellenformprofile eine ganze Reihe von Maxima und Minima. Während die Maxima jeder der aufeinanderfolgenden Perioden der für das sinusförmige Profil geltenden Kurve 300 mit wachsendem Wert —■— (der Phasen-

änderung) immer kleiner werden, ist dies beim symmetrischrechteckförmigen Profil nicht der Fall. Vielmehr zeigt die für das symmetrisch-rechteckförrnifre Profil geltende Kurve 302 in Figur ?-, daß das Durchlaßlicht der Beugung nullter Ordnung periodisch auf null Prozent absinkt und dann wieder auf IOC fj ansteigt. "Für irgendeinen festen Wert der optischen Gpitzenamplitu.de a zeigen diese Änderungen eine Abhängigkeit des Durchlasses von der Wellenlänge. Diese Abhängigkeit von der Wellenlänge ist es, die es gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung möglich macht, ein Beugungsmedium als stibtraktives Farbfilter zu verwenden.

Während Gitter mit einem sinusförmigen oder symmetrischrechteckförmigen Profil mindestens eine gewisse Selektivität hinsichtlich der Wellenlänge haben, erkennt man aus Figur 3, daß die Wellenlängen-Selektivität eines Gitters mit symmetrisch-rechteckförmigem Wellenprofil und vorbestimmter optischer Scheitelhöhe a größer ist als die Selektivität bei einem entsprechenden sinusförmigen Profil. Daher ist bei einem subtraktiven Farbfilter ein Rechteckwellenprofil gewöhnlich gegenüber anderen vorbestimmten Wellenformprofilen

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zur Erzeugung einer guten Farbe vorzuziehen, weil es eine bessere Selektivität hinsichtlich der Wellenlänge hat. In bestimmten Fällen kann es ,jedoch erwünscht sein, trotz ihrer niedrigeren Wellenlängen-Selektivität irgendwelche anderen vorbestimmten Wellenformprofile als das Rechteckprofil zu verwenden. Daher ißt die vorliegende Erfindung nicht auf Recbteckwellenprofile beschränkt.

Die Figur 4 zeigt in einem Schaubild die relative Intensität der !Beugung nullter Ordnung ale Funktion der Wellenlänge für zwei verschiedene Beugungsgitter. Die Kurve 400 gilt für ein erstes Beugungsgitter mit einem symmetrisch-rechteckförmigen Profil und einer optischen Scheitelhöhe von 650 Manometern, und die Kurve 402 gilt für ein zweites Beugungsgitter mit einem symmetrisch-rechteckförmigen Profil und einer optischen Scheitelhöhe von 800 Nanometern. Man erkennt, daß die Abhängigkeit des Durchlasses der Beugung nullter Ordnung bei den beiden mit symmetrisch-rechteckförmigen Profilen ausgebildeten Beugungsgittern 400 und 402 im sichtbaren Bereich des Spektrums (400 bis 700 Nanometer) sehr verschieden ist. Dieser Umstand wird gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ausgenutzt, um ein spezielles subtraktives Farbfilter aus einem beugenden Medium zu bilden.

Wie es in der Kolorimetrie bekannt ist, können kolorimetrische Formdaten, die aus den trichromatischen Koeffizienten des "Standard-Observer" bestehen, dazu dienen, sowohl die Farbe aits auch die Leuchtwirksamkeit bezüglich einer Normal-Weißlichtquelle zu definieren. Wenn man z.B. ein Beugungsgitter mit symmetrischem Rechteckwellenprofil mittels einer Normal-Weißlichtquelle beleuchtet, deren effektive Strahlungstemperatur T= 3200° Kelvin beträgt, dann ist die Farbe und die Leuchtwirksamkeit des Ausgangslichts der Beugung nullter Ordnung eindeutig bestimmt durch den speziellen Wert der optischen Scheitelhöhe a des symmetrisch-rechteekwellen-

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förmigen Beugungsgitters.

Die nachfolfrende Tabelle I nennt die Farbe und die Leuchtwirksamkeit eines mieden von mehreren symmetrisch-rechteckwellenförmieren Beugungsgittern .jeweils unterschiedlicher gegebener optischer Scheitelhöhe a. Die in der Tabelle I angegebenen Werte wurden unter Verwendung von Durchlaßkurven ähnlich denjenigen nach Figur 2 errechnet, wobei die kolorimetrischen ITormdaten des "Standard Observer" verwendet wurden. Solche kolorimetrischen Hormdaten können aus den "Handbook of Chemistry and Physics", 4-6. Auflage 1965/66, Seite E-166 entnommen werden.

Tabelle I

Scheitelhöhe a	Farbe
(no)
	dunkelbraun
265	dunkelmagenta
3CO	blau
500	grünlich-we iß
700	gelb
800	magenta
900	cyan
1050	gelblich-grün

Leuchtwirksamkeit ( Lichtquelle T = ?200°K

2,6

2,3 84-, 1

54-, 3 15,6 16,8 70,4-

Wie aus der Tabelle I ersichtlich, liefert ein symmetrischrechteckweilenförmiges Gitter mit einer optischen Scheitelhöhe a von 800 Nanometer bei Beleuchtung mit weißem Licht von einer Lichtquelle einer effektiven Strahlungstemperatur von 5200° Kelvin : ein magentafarbenes Licht in der Beugung nuilter Ordnung. Die eine der beiden graphischen Darstellungen in Figur 4-, nämlich die Kurve 402, gilt für ein

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solches symmetrinch-recliteckwellenfürmigeß Gibber mit einer optischen Scheitelhöhe von 3CO ITanometern. Wie die Kurve 402 in Figur 4 zeigt, wird bei diesem rechteckwellenförmir-en Gitter mit der optischen Scheitelhöhe γοη ?00 ITanometern ein relativ großer Anteil den beleuchtenden Lichts im blauen und im roten Endbereich des sichtbaren Spektrums durchgelassen, während ira mittleren Teil des sichtbaren Spektralbereichs (in der Umgebung von grün) nur wenig Licht durchgelassen wird. Diese subtraktive Farbfilterwirkung gemäß Figur 4 ist der Grund dafür, daß das durehgelassene Beugungslicht nullter Ordnung magentafarbig (eine liochung von rot und blau) erscheint. Da, wie in Figur 4 angedeutet, bei einem Gitter mit symmetrisch-rechteckwellenförmigem Profil der Verlauf der Durchlaßkurve im sichtbaren Bereich des Spektrums eindeutig durch die optische Scheitelhöhe a des symmetrischrechteckwellenförmigen Beugungsgitters bestimmt ist, läßt sich durch geeignete Wahl dieser optischen Scheitelhöhe a die Farbe des Ausgangslichts der Beugung nullter Ordnung auf jede der in der Tabelle I aufgeführten Farben festlegen.

Die Figur 5 zeigt die in der Tabelle I aufgeführten acht Beispiele für verschiedene optische Scheitelhöhen a in der CIE-Farbtafel. Wie in der Kolorimetrie bekannt, entspricht jeder Punkt in der OIE-Farbtafel eindeutig einem bestimmten Farbton bei einer bestimmten Sättigung. Wie in der OIE-Farbtafel nach Figur 5 zu erkennen ist, liegen alle acht Punkte dieser Tafel, die den acht verschiedenen optischen Scheitelhöhen a nach der Tabelle I zugeordnet sind, auf einer spiralförmigen Linie. Jeder Punkt auf dieser spiralförmigen Linie entspricht einem Beugungsgitter mit einem symmetrisch-rechteckwellenförmigen Profil, und die einzige Variable ist die diesem Punkt entsprechende optische Scheitelhöhe a des symmetrischen Rechteckwellenprofils des Beugungsgitters. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf Gitter mit symmetrischen Rechteckwellenprofilen begrenzt. Wenn ein Beugungs-

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gitter irgendein vorbestimmtes von der symmetrischen Rechteckwellenform abweichendes Profil hat und man die Wirkung dieses Profils in der CIE-Farbtafel als Funktion der optischen Scheitelhöhe a einträgt, dann erhält man irgendeine andere eindeutige Linie, die sich von der einem symmetrischen Rechteckwellenprofil entsprechenden spiraligen Linie unterscheidet.

Von besonderem Interesse bei subtraktiven Farbfiltern ist ein Gitterprofil mit unsymmetrischer Rechteckwellenform, wie es in Figur 6 gezeigt ist. Dieses unsymmetrische Rechteckwellenprofil 600 gleicht einem symmetrischen Rechteckwellenprofil in jeder Hinsicht, nur daß der"Asymmetrie-Parameter" S nicht gleich 0 ist (d.h. während bei einer symmetrischen Rechteckwelle das sogenannte "Tastverhältnis" genau 50 % beträgt, hat eine unsymmetrische Rechteckwelle irgendein bestimmtes Tastverhältnis anders als 50 #). Man erkennt, daß wenn alle anderen Gegebenheiten gleich sind, ein Maximum des beleuchtenden Lichts in höheren Ordnungen als der nullten Ordnung gebeugt wird, wenn die Rechteckwelle symmetrisch ist, d.h. wenn ε=0(Tastverhältnis 50$). Andererseits wird in den Extremfällen einer Asymmetrie, d.h. wenn S = -1 oder +1 (Tastverhältnis O % oder 100 #)» überhaupt kein Anteil des beleuchtenden Lichts in höheren Ordnungen als der nullten Ordnung gebeugt wird. Dies ist deswegen so, weil die Beugungselemente des Oberflächen-Relief musters in den besagten Extremfällen vollständig verschwinden. Daher dringt in diesen Extremfällen das gesamte beleuchtende Licht geradeaus und ohne Beugung durch das im Kormalfall beugende Medium und erscheint als Ausgangslicht der nullten Beugungsordnung·

Der Einfluß der Unsymmetrie des Rechteckwellenprofils auf die Intensität des Lichts der Beugung nullter Ordnung ist allgemein in Figur 7 veranschaulicht. Die Figur 7 zeigt eine erste Kurve 700, welche ährüLch den Kurven nach Fig. 4

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die relative Intensität des Ausgangslichts der Beugung nullter Ordnung als Punktion der Wellenlänge darstellt, und zwar für den lall eines symmetrisch-rechteckwellenförmigen Profils (ε=0) mit irgendeiner vorbestimmten optischen Scheitelhöhe· Die Figur 7 zeigt ferner eine zweite Kurve 7°2 für den lall eines unsymmetrisch-rechteckwellenförmigen Profils (e hat irgendeinen bestimmten von O verschiedenen Wert), während alle anderen Gegebenheiten die gleichen wie im Falle der ersten Kurve sind· Man erkennt aus Figur 7» daß die JDurchlaßmaxima bei beiden Kurven 700

be— und 702 an gleicher Stelle liegen und jeweils I₀=i/tragen· Während jedoch die Minima der für den Fall ε =0 geltenden ersten Kurve 7OO auf I_Q = 0 liegen, liegen die Minima der zweiten Kurve 702, die für einen bestimmten von 0 verschiedenen Wert S gilt, auf Iq = S . Dies zeigt, daß, wenn alle anderen Gegebenheiten gleich sind, die Sättigung bei dem durch die Beugung nullter Ordnung hervorgerufenen Farbton abnimmt, wenn die Unsymmetrie der Rechteckwelle zunimmt (d.h. um den Betrag, um den das Tastverhältnis von 50 % abweicht)·

Das uhsymmetrisch-rechteckförmige Gitterprofil 600 nach Figur sei nun quantitativ betrachtet. Die Intensitatsausbeute Iq der Beugung nullter Ordnung bei einem unsymmetrisch-rechteckförmigen Gitterprofil erhält man, wenn man die Gleichungen (1) und (2) für den Fall eines solchen speziellen Gitterprofils auswertet· Es ergibt sich dann:

I₀ = (i-e²) cos² (traA) +£² (6)

Der Einfluß eines ε mit einem von null verschiedenen Wert auf die Abhängigkeit der Intensität I_Q von der W_ellenlange besteht also darin, daß ein konstanter Ausdruck ε addiert wird, der weißem Licht entspricht. Folglich bleibt der Farbton des durchgelassenen Lichts konstant, aber die Sättigung ändert sich·

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Vorstehend sind erfindungsgemäß ausgebildete subtraktive Farbfilter beschrieben worden, die aus einem einzigen Beugungsgitter bestehen. Dies muß jedoch nicht unbedingt der Fall sein, vielmehr kann das subtraktive Farbfilter auch aus zwei oder mehr überlagerten Gittern aufgebaut sein. Im Falle von Farbbildern ist es wegen der Dreikomponenten-Farbreizemepfindlichkeit des Auges wünschenswert, drei überlagerte Gitter zu verwenden, deren jedes eine optische Scheitelhöhe hat, die einer gesonderten von drei Primärfarben entspricht. Die Figur 8 zeigt eine Anordnung aus drei überlagerten Gittern 800, 8o2 und 804·. Wie ±l Figur 8 erkennbar, haben diese Gitter 800, 802 und 804- alle denselben Iinienabstand, sie sind jedoch winkelmässig zueinander versetzt. Diese Winkelversetzung, die 60 betragen kann, verhindert das Auftreten unerwünschter räumlicher Schwebungsfrecfuenzen. Diese unerwünschten räumlichen Schwebungsfrequenzen können auch dadurch vermieden werden, daß man statt der in Figur 8 gezeigten gegenseitigen Winkelversetzung Beugungsgitter mit unterschiedlichen Linienabständen vorsieht. Natürlich kann man auch beide Maßnahmen, d.h. sowohl eine Winkelversetzung als auch unterschiedliche Linienabstände der verschiedenen Gitter miteinander konibhieren, um räumliche Schwebungsfrequenzen zu vermeiden.

Wenn mehrere Phasengitter einander überlagert werden, dann ist die resultierende Ausbeute der Beugung nullter Ordnung Quantitativ gegeben durch das Produkt der Ausbeute der Beugung nullter Ordnung jedes einzelnen der überlagerten Gitter. 'Für den speziellen Fall einer Überlagerung von drei Phasengittern, deren Beugungsausbeute nullter Ordnung Iq (λ), Ijjj ( λ ) bzw. Iy ( λ ) beträgt, ist die resultierende Ausbeute der Beugung nullter Ordnung Iq (X ) gegeben durch das nachstehende Produkt:

I₀ (*) = I₀ (λ) . I_M (a) . Ι_γ (λ) (?)

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Die Gleichung (7) gilt für "unabhängige" "Beugungsgitter, d.h. die Gitter müssen wie oben beschrieben verschiedene Gitterlinienabstände und/oder verschiedene Winkelorientierungen haben, um das Auftreten von räumlichen Schviebungsfrenuenzen zu vermeiden, '..'enn die?, nicht der 'Fall ist, dann führen Intermodulationseffekte zu zusätzlichen Ausdrucken in der Gleichunp; (7), die sich auf unerwünschte räumliche Schwebungsfrecmenzen beziehen (Die Gleichung (7) könnte auch auf die Verhältnisse bei einem herkömmlichen Farbfilm passen, wenn man für Ι_β, I™ und Ι_γ die optischen Durchlaßkurven für die drei Farbstoffschichten nimmt).

Als Beispiel seien die geweiligen optischen S_cheitenhöhen der Gitter 800, 802 und 804 so gewählt, daß sie den Primärfarben Oyan (minus rot), Magenta (minus grün) und Gelb (minus blau) ent sprechen. Für den Fall eines Gitters mit Eechteckwellenprofil läßt sich errechnen, daß die Farbe Cyan einer optischen Scheitelhöhe a_n = 920 Nanometer, die Farbe Magenta einer optischen Scheitelhöhe a_M = 785 Nanometer und die Farbe Gelb einer optischen Scheitelhöhe ay = 655 Nanometer entspricht. Wenn die drei in Figur 8 gezeigten Gitter zueinander um 60 verdreht sind, dann kann man bei unverändert bleibender optischer Scheitelhöhe a^, a™ und a-y verschiedene Farben erhalten, indem man die zugehörigen Asymmetrie-Parameter £~, 8_M und £ γ unabhängig kontrolliert. Eine hierdurch erzielbare Farbenskala ist in der nachstehenden Tabelle 2 angegeben.

	Cc	Tabelle 2	1	1	Leuchtwirksamkeit
	1	^£M	0		100,0 %
weiß	1	1	1	74,5 %
gelb	1	1	1	19,5 %
magenta	0	0	1	22,2 #
cyan	0	1	O	1,8 #
blau	0	0	O	11,9 %
grün	1	1	0	17,2 #
rot	0	0	2,8 # - 18 -
schwarz		0
	6 0 9 8 3 2/06-4

Der gesamte Farbenbereich, den man durch Heranziehung der in Tabelle 2 aneegebenen Primärfarben Cyan, Magenta und Gelb erhalten kann, ist in der CIE-I¹ arbtafel nach Figur 9 eingezeichnet. Durch geeignete Wahl von £q, S^ und S^. kann man jede innerhalb des in Figur 9 gezeichneten Sechsecks liegende Farbe erhalten. Die Helligkeit der Farbe läßt sich verändern, indem man alle drei Asymmetrie-Parameter gemeinsam um denselben Betrag und im selben Sinne verändert. Der Bereich der Farben entspricht demjenigen Farbbereich, der sich mit herkömmlichem Farbfilm erzielen läßt (und der etwas kleiner als der mit dem Farbfernsehen erzielbaren Farbbereich ist).

Für eine zuverlässige Wirkungsweise ist es wichtig, daß die Scheitelhöhe jedes Gitters innerhalb einer Toleranz von wenigen Prozent konstant bleibt und daß die Flanken der Rechteckwellenprofile relativ scharf sind, d.h. eine Schräge von etwa 10 °/o oder weniger haben. Lediglich die jeweiligen Werte der drei Asymmetrie-Parameter £q, £_m und Sj sollten sich von Ort zu Ort im räumlich verteilten Muster der Beugungselelemente entsprechend der Farbart-und Leuchtdichte-Information des Bildes ändern.

In der vorstehenden Beschreibung wurde vorausgesetzt, daß das subtraktive Farbfilter entweder aus einem einzigen Beugungsgitter oder aus mehreren einander überlagerten Beugungsgittern besteht. Es ist jedoch nicht wesentlich, daß die räumlich verteilten Beugungselemente des das subtraktive Farbfilter bildenden Beugungsmediums ein Gitter im strengen Sinne darstellen. Statt eines Rechteckwellenprofils kann man für das Gitter auch andere Arten stufenförmiger Profile vorsehen, um eine ödere mehrere überlagerte periodische "binäre" Phasenverzögerungsstrukturen zu schaffen, die fein genug sind, um das in nullter Ordnung gebeugte Licht vom Licht der höheren Beugungsordnungen zu trennen. Beispielsweise kann man anstelle eines Gitters mit unsymmetrisch-rechteckwellenförmigem Profil

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eine regelmässige Anordnung von Punkten genau definierter Dicke vorsehen. Dies entspricht den Strukturen, die gewöhnlich beim Drucken verwendet werden. Eine Beziehung zu den obigen G-ittergleichungen wird dadurch hergestellt, daß man das gegenseitige Verhältnis der Flächen der beiden Dickewerte gleichsetzt mit demjenigen, wie es für das Gitter mit unsymmetrischem "Rechteckwellenprofil gilt. Das heißt:

Fläche mit optischer Dicke ^l 1 + ε

Fläche mit optischer Dicke a 1 - ε (8)

~ 5

Eine Punktstruktur kann man erhalten, indem man die Punktgröße variiert, wie es beim Drucken mittels Raster geschieht. Die spezielle Wahl der beugenden Struktur ist jedoch für die eigentliche Erfindung ohne Belang.

Es sei im folgenden wieder der Projektor nach Figur 1 betrachtet. Die Tatsache, daß der eine polychromatische Lichtquelle darstellende Glühfaden 102 eine endliche Breite D hat, bedeutet, daß die jeweils mit einer Brennweite f ausgelegten Kondensorlinsen 104- und 106 den Glühfaden in die Hauptebene der Projektionslinse 120 mit einer Lichtbreitung D entsprechend dem Durchmesser der Projektionslinse 120 projiziert. Um sicherzustellen, daß sowohl das Ausgangslicht 116 der Beugung -I.Ordnung als auch das Ausgangslicht 118 der Beugung +I.Ordnung ganz außerhalb der Öffnung der Projektionslinse 120 fällt und sich nicht mit dem Ausgangslicht 114 der Beugung nullter Ordnung überlappt, muß der kleinste Beugungswinkel des in erster Ordnung gebeugten Lichts größer sein als die durch die Glühf ad enbreite hervorgerufene Lichtbreitung. Bekanntlich ist der Sinus des kleinsten Winkels der Beugung zwischen der nullten und der ersten Ordnung gleich λ/d, wobei d die 3?äumliche Periode der in Figur 2 gezeigten Beugungselemente i-nd λ die kleinste Lichtwellenlänge, d.h. die Wellenlänge ''.es blauen Lichts ist. Ebenso ist bekannt, daß der Sinus

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des Winkels der sich durch die Glühfadenbreite D ergebenden Lichtbreitung gleich D/f ist. Da das Beugungsliht der höheren Ordnungen ausreichend weit abgelenkt werden soll, um jede Überlappung nlt dem Beugungslicht nullter Ordnung und jedes Eindringen von Licht der höheren Beugungsordnungen in die Öffnung der Projektionslinse 120 zu vermeiden, muß der Winkel des Beugungslichts größer sein, als die Lichtaufbreitung infolge der Glühfadenbreite. Diese Bedingung ist immer erfüllt, wenn:

Vd >D/f oder d<-|

Da die dem blauben Licht entsprechende Wellenlänge von 0,4-MikiKmetern die kürzestes Wellenlänge im sichtbaren Bereich ist, sollte die Größe λ in der Formel (9) einen Wert von 0,4 Mikrometern haben. Typische Werte für die anderen Größen bei handelsüblichen Projektoren, wie sie beispielswdse in Lesegeräten für Mikrofilmkarten verwendet werden, sind f= 4-0 mm und D = 6 mm. Falls Λ = 0,4 Mikrometer ist, darf nach der Formel (9) die räumliche Periode d eines Beugungseleffientes den Wert 2,7 Mikrometer in solchen handelsüblichen Projektoren nicht überschreiten, wenn eine Überlappung der Beugung nullter Ordnung mit der Beugung erster Ordnung vermieden werden soll. Die Forderung nach der Formel (9) ist die einzige Beschränkung für den Maximalwert von d, da die Größe d in keinem der Ausdrücke für A_Q, welche die Farbe beeinflussen, vorkommt. Somit wirkt sich d nur auf das Auflösungsvermögen des subtraktiven Farbfilters 100 und die KoMmationsbedingungen in der Leseoptik aus.

Bei dem in Figur 1 gezeigten Projektor wird nur die nullte Ordnung der Beugung als Nutslicht vom subtraktiven Farbfilter 100 ausgenutzt. Es bedarf jedoch keiner näheren Erläuterung, daß bei einer nicht-absorbierenden Beugungsstruktur die Summe des Ausgangslichts aller anderen Ordnungen als der nullten Ordnung dem Komplement (d.h. dem Negativ) des Beugungslichts der

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nullten Ordnung entspricht, denn de Summe des Beugungslichts nullter Ordnung und des Beugungslichts aller höheren Ordnungen ist stets gleich dem einfallenden beleuchtenden polychromatischen Licht (vermindert um die normalerv/eise vernachlässigbare Absorption und Reflexion am Filter). Die Figur zeigt eine Abwandlung des in Figur 1 dargestellten Projektors, mit der das Beugungslicht aller (odermindestens im wesentlichen aller) anderen Ordnungen als der nullten Ordnung projiziert werden kann. Gemäß Figur 10 wird"dies-dadurch erreicht, daß man die Projektionslinse 120 nach Figur 1 durch die Schlierenoptik 1000ersetzt. Bekanntlich vermag eine Schlierenoptik die Summe aller (oder im wesentlichen aller) anderen Beugungsordnungen als der nullten Ordnung zu projizieren. Man könnte auch daran denken, das von verschiedenen höheren Beugungsordnungen kommende Licht innerhalb eines geeigneten sphärischen Winkels hinter dem subtraktiven Farbfilter zu sammeln. Infolge der Winkeldispersion von weißem Licht hängt die resultierende Farbe dann nicht nur von der Gestalt der Beugungselemente sondern auch von ihrem gegenseitigen Abstand d ab.

Subtraktive Farbfilter, in denen die Prinzipien der vorliegenden Erfindung realisiert sind, lassen sich physikalisch in verschiedener V/eise unter Anwendung an sich bekannter Verfahren herstellen. Eine einfache Methode zur Herstellung eines Gitters mit symmetrischem Redfceckwellenprofil, welches einen vorbestimmten Farbton hervorbringt, besteht beispielsweise darin, ein dünnes Glassubstrat ähnlich einem Mikroskop-Objektglas mit einer Schicht positiven Photolacks (Photoresist) vorbestimmter Dicke zu versehen. Diese vorbestimmte Dicke wird so berechnet, daß nach Belichtung und Entwicklung der Schicht (wobei aller Photolack, der sich in den zuvor belichteten Bereichen befindet, vom Glassubstrat entfernt wird) die Tiefe der entwickelten unbelichteten Photolackschicht einen Wert hat, der gerade der optischen Scheitelhöhe entspricht, die zu einem vorgewählten Farbton gehört. Wenn die Belichtung des

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Photolacks als Kontaktabzug von einem Ohrom-auf-Glas-Beugungsgitter erfolgt, dann bildet der entwickelte Photolack ein Beugungsgitter mit symmetrisch-rechteckwellenförmigem Profil, dessen optische Scheitelhöhe allein durch die Dicke des entwickelten unbelichteten Photolacks bestimmt ist. Auf diese Weise erhält man ein subtraktives Farbfilter, bei welchem das durchgelassene Beugungslicht nullter Ordnung die gewünschte Farbe hat.

Unter Anwendung ähnlicher Verfahren kann man auch ein Farbaus zug-Neg at i ν einer gegebenen jarbszene heranziehen ,.um'ein Gitter mit Rechteckwellenprofil im Photolack zu schaffen, bei welchem die optische Scheitelhöhe so bemessen ist, daß sie die vom Farbauszug-Negativ dargestellte Farbe hervorbringt, und bei welchem die Tastverhältnisse der Rechteckwellenform die verschiedenen dem Negativ entsprechenden Helligkeiten hervorbringen. Durch Herstellung dreier solcher Photolack-Gitter, deren jedes eine optische Scheitelhöhe entsprechend einer anderen Primärfarbe hat, und Hintereinanderschaltung dieser drei Gitter (mit einer geeigneten gegenseitigen Winkelversetzung, wie sie weiter oben beschrieben wurde) erhält man ein subtraktives Farbfilter, welches ein Farbbild der Farbszene bringt.

Zur Bildung räumlich verteilter Beugungselemente auf einem Photolack kann man auch andere Mittel wie etwa einen pulsbreitenmodulierten Elektronenstrahlschrexber verwenden, um räumlich verteilte Beugungselemente herzustellen, bei denen der Wert des Asymmetrie-Parameters B kontrolliert wird, um eine Grauleiter in der Farbszene zu bilden oder die Sättigung des subtraktiven Farbfilters anderweitig zu steuern.

Die Erfindung läßt sich nicht ausschließlich mit den vorstehend als Beispiel beschriebenen Methoden realisieren, vielmehr können zur Realisierung der Prinzipien der Erfindung auch andere, dem Fachmann zugängliche Methoden angewendet werden.

Pat ent ansprüehe:

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Claims

Patentansprüche

(i. J Subtraktives Farbfilter zur Filterung von polychromatischem Licht, welches das Filter mit einem gegebenen Wellenlängenspektrum beleuchtet, gekennzeichnet durch:

ein phasenänderndes Beugungsmedium mit einem Muster aus räumlich verteilten Beugungselementen, deren jedes ein eigenes Profil vorbestimmter Wellenform und eine eigene optische Scheitelhöhe hat, so daß sich derjenige Anteil des irgendein Beugungselement mit irgendeiner Wellenlänge des gegebenen Spektrums beleuchtenden Eingangslichts, der in die nullte Beugungsordnung des vom Beugungsmedium ausgehenden Ausgangslichts fällt, als Funktion der spektralen Wellenlänge entsprechend der vorbestimmten Profilwellenform und der gegebenen optischen Scheitelhöhe des betreffenden Beugungselements ändert;

eine solche Wahl der vorbestimmten Profilwellenform raid der gegebenen optischen Scheitelhöhe jedes Beugungselements des Musters entsprechend dem gegebenen Wellenlängenspektrum des polychromatischen beleuchtenden Lichts, daß sich für das Ausgangslicht der nullten BeugungsOrdnung eine .bestimmte Farbfilter-Übertragungsfunktion ergibt.

2· Subtraktives Farbfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsmedium aus einem transparenten ■ Blatt eines Materials mit einer im wesentlichen gleich-

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förmigen vorbestimmten Brechnungszahl besteht, die sich
von derjenigen des umgebenden Mediums unterscheidet, und daß die räumlich verteilten Beugungselemente ein Oberflächen-Reliefmuster auf diesem Blatt darstellen.

3. Subtraktives Farbfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilwellenform jedes der Beugungselemente eine Sprungfunktion ist.

M-. Subtraktives Farbfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsmedium aus einem transparenten Blatt eines Materials mit im wesentlichen gleichförmiger vorbestimmter Brechungszahl besteht, die sich von derjenigen des umgebenden Mediums unterscheidet; daß die räumlich verteilten Beugungselemente ein Oberflächen-Reliefmuster auf diesem Blatt bilden; daß dieses Oberflächen-Relief muster mindestens eine periodische, einer binären
Sprungfunktion folgende Phasenverzögerungsstruktur enthält, deren alle Perioden im wesentlichen die gleiche vorgewählte Amplitude haben; daß diese eine Phasenverzögerungsstruktur einem gegebenen Farbton entspricht, der allein
durch die vorgewählte Amplitude bestimmt ist.

5. Subtraktives Farbfilter nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Tastverhältnis jeder einzelnen
Periode der besagten einen periodischen Phasenverzögerungsstruktur entsprechend dem Maß der Sättigung des sich durch die jeweilige Periode zeigenden gegebenen Farbtons ändert.

6· Subtraktives Farbfilter nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte eine Phasenverzögerungstruktur ein rechteckwellenförmiges Beugungsgitter ist, in welchem jede Rille jeweils einer Periode der besagten binären
Sprungfunktion entspricht.

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7. Subtraktives Farbfilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechteckwellenform eine unsymmetrische Rechteckwelle ist, deren Tastverhältnis für jede Periode sich entsprechend dem Betrag der Sättigung desjenigen gegebenen Farbtons ändert, der sich durch diese Periode zeigt.

8. Subtraktives Farbfilter nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächen-Reliefmuster mehrere überlagerte periodische Phasenverzögerungsstrukturen enthält, deren jede einer binären Sprungfunktion fojit; daß alle Perioden jeweils derselben Verzögerungsstruktur im wesentlichen die gleiche vorgewählte Amplitude haben, die sich jedoch von der vorgewählten Amplitude jeder anderen der überlagerten Phasenverzögerungsstrukturen unterscheidet; daß jede der Phasenverzögerungsstrukturen einem anderen gegebenen Farbton ent spricht, der durch die vorgewählte Amplitude der jeweiligen Struktur bestimmt ist.

9. Subtraktives Farbfilter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Tastverhältnis für jede Periode jeder einzelnen Phasenverzögerungsstruktur entsprechend dem Maß der Sättigung des sich durch die jeweilige Periode darstellenden gegebenen Farbtons ändert.

10. Subtraktives Farbfilter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Phasenverzogerungsstrukturen gleich 3 ist und daß die individuelle vorgewählte Amplitude jeder der 3 Phasenverzögerungsstrukturen einem anderen Primärfarbton entspricht.

11. Subtraktives Farbfilter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Tastverhältnis für jede Periode einer jeden der 3 Phasenverzögerungsstrukturen entsprechend dem Maß der Sättigung des Primärfarbtons ändert, der sich durch die betreffende Periode darstellt.

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12. Subtraktives Farbfilter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede einzelne der überlagerten Phasenverzögerungsstrukturen ein rechteckwellenförmiges Beugungsgitter ist, in welchem ,jede Rille jeweils einer Periode der binären Sprungfunktion der betreffenden Phasenverzögerungsstruktur entspricht, und daß sich jedes rechteckwellenförmige Beugungsgitter in seiner Winkelorientierung und/oder seiner Periode von ,jedem anderen der rechteckwellenförmigen Beugungsgitter unterscheidet.

13· Subtraktives Farbfilter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechteckwellenform eines jeden der Beugungsgitter eine unsymmetrische Rechteckwelle ist, deren Tastverhältnis für jede Periode sich entsprechend dem Maß der Sättigung desjenigen gegebenen Farbtons ändert, der sich durch die betreffende Periode des jeweiligen Beugungsgitters erstellt.

14-, Subtraktives Farbfilter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Beugungsgitter gleich 3 ist und daß jedes der drei Beugungsgitter eine einem anderen Primärfarbton entsprechende vorgewählte Amplitude hat.

15· Subtraktives Farbfilter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechteckwellenforrc jedes der drei Beugungsgitter eine unsymmetrische Rechteckwelle ist, deren Tastverhältnis für jede Periode sich entsprechend dem Maß der Sättigung desjenigen Primärfarbtons ändert, der sich durch die betreffende Periode des jeweiligen Beugungsgitters darstellt.

16. Vorrichtung zur Lichtfilterung, mit einem subtraktiven Farbfilter und aner Quelle piychromatisehen Lichts zur Beleuchtung des Filters, dadurch gekennzeichnet,

a)daß das subtraktive Farbfilter (100) aus einem phasenändernden Beugungsmedium mit einem Muster räumlich ver-

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teilter Beugungselemente (200) "besteht, deren jedes ein •eigenes Profil vorbestimmter Wellenform (S(X)) und eine eigene vorbestimmte optische Scheitelhöhe (a) hat, so daß sich derjenige Anteil des irgendein Beugungselement mit irgendeiner spektralen Wellenlänge eines gegebenen Wellenlängenspektrums beleuchtenden Eingangslichts, der in die nullte Beugungsordnung des vom Farbfilter ausgehenden Ausgangslichts übertragen wird, als Funktion der spektralen Wellenlänge entsprechend der vorbestimmten Profilwellenform und der gegebenen optischen Scheitelhöhe des betreffenden Beugungselements ändert, und daß die vorbestimmte Profilwellenform und die gegebene optische Scheitelhöhe des Musters so vorgewählt sind, daß sich für das Ausgangslicht der nullten Beugungsordnung des subtraktiven Farbfilters eine bestimmte Farbcharakteristik ergibt, wenn es mit polychromatischem Licht des gegebenen Wellenlängenspektrums beleuchtet wird;

b)daß die Quelle (102) des polychromatischen Lichts das gegebene Wellenlängenspektrum aufweist.

17· Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (102) polychromatischen Lichts einen Glühfaden mit der Breite D und ein Kondensorlinsensystem (110) mit einer Brennweite f aufweist, und daß die maximale Ausdehnung d jedes der Beugungselemente kleiner ist als -4 , wobei λ die niedrigste Wellenlänge im gegebenen Wellenlängenspektrum ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch- gekennzeichnet, daß d kleiner ist als 2,7 Mikrometer.

19. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Projektionslinse (120) mit gegebener Linsenöffnung derart angeordnet ist, daß nur das Ausgangslicht der nullten Beugungsordnung projiziert wird.

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20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Beugungsmedium (i00)und der Projektionslinse (120) ein räumliches Filter (Schablone 122) angeordnet ist, um das vom Beugungsmedium kommende Ausgangslicht aller höheren Beugungsordnungen als der nullten Beugungsordnung abzufangen und nur die nullte Ordnung zur Projektionslinse gelangen zu lassen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Schlierenoptik (1000), die derart angeordnet ist, daß sie nur das Ausgangslicht der nullten Beugungsordnung blockiert und die Gesamtheit des Ausgangslichts von im wesentlichen allen anderen BeugungsOrdnungen als der nullten Beugungsordnunj" projiziert, so daß das projizierte Licht dem Komplement cfer für das Ausgangslicht nullter Beugurigsordnung des subtraktiven Farbfilters geltenden Übertragungsfunktion entspricht.

22. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilwellenform jedes der Beugungselemente eine Sprungfunktion ist; daß das Beugungsmedium ein transparentes Blatt aus einem Material mit-einer im wesentlichen gleichförmigen vorbestimmten Brechungszahl ist, die sich von derjenigen des umgebenden Mediums unterscheidet; daß die räumlich verteilten Beugungselemente ein Oberflächen-Relief muster auf diesem Blatt darstellen; daß dieses Oberflächen-Heliefmuster mindestens eine periodische, einer binären Sprungfunktion folgende Phasenverzögerungsstruktur aufweist, deren alle Perioden im wesentlichen dieselbe vorgewählte Amplitudehaben; daß diese eine Phasenverzögerungsstruktur einem gegebenen Farbton entspricht, der allein der besagten vorgewählten Amplitude entspricht.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (102) polychromatischen Lichts einen Glühfaden

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mit einer Breite D und ein Kondensorlinsensystem (110) mit einer Brennweite f aufweist, und daß die maximale Breite d jedes der Beugungselemente kleiner ist als

"T) » wobei Λ die kürzeste Wellenlänge im gegebenen Wellenlängensprektrum ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß d kleiner ist als 2,7 Mikrometer.

25· Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine Projektionslinse (120) mit einer gegebenen Linsenöffnung derart angeordnet ist, daß sie nur das Ausgangslicht (114) der nullten BeugungsOrdnung projiziert.

26. Vorrichtung nach Anspruch 251 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Beugungsmedium (1OO) und der Projektionslinse (120) ein räumliches Filter (SchaBone 122) angeordnet ist, um im wesentlichen das vom Beugungsmedium ausgehende Ausgangslicht (II6, 118) aller anderen Beugungsordnungen als der nullten BeugungsOrdnung abzufangen und nur das Licht (114) der nullten Beugungsordnung zur Projektionslinse gelangen zu lassen.

27· Vorrichtung nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch eine Schlierenoptik (1OOO), die so angeordnet ist, daß sie nur das Ausgangslicht der nullten Beugungsordnung blockiert und die Gesamtheit des vom Beugungsmedium ausgehenden Ausgangslichts von im wesentlichen allen anderen Beugungsordnungen als der nullten Beugungsordnung projiziert, so daß das projizierte Licht dem Komplement der für das Ausgangslicht der nullten Ordnung geltenden Übertragungsfunktion des subtraktiven Farbfilters entspricht.

28. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Tastverhältnis für die einzelnen Perioden der be-

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sagten einen periodischen Phasenverzogerungsstruktur entsprechend dem Maß der Sättigung des gegebenen Farbtons ändert, der sich durch die jeweils betreffende Periode darstellt.

29. Vorrichtung nach Anspruch 22, daß die besagte eine Phasenverzögerungsstruktur ein rechteckwellenförmiges Beugungsgitter ist, in welchem jede Rille einer gesonderten Periode der binären Sprungfunktion entspricht.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechteckwellenform eine xnsymmetrische Rechteckwelle ist, in welcher sich das Tastverhältnis für jede ihrer Perioden entsprechend dem Maß der Sättigung des gegebenen Farbtons ändert, der sich durch die betreffende Periode darstellt.

31. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächen-Reliefmuster eine Vielzahl von überlagerten periodischen, jeweils einer binären Sprungfunktion folgenden Phasenverzögerungsstrukturen (800, 802, 804) enthält; daß alle Perioden jeweils derselben periodischen Phasenverzögerungsstruktur die gleiche vorgewählte

. Amplitude haben, die sich jedoch von der vorgewählten Amplitude jeder anderen der überlagerten periodischen Phasenverzögerungsstrukturen unterscheidet; daß jede einzelne Phasenverzögerungsstruktur einem anderen, durch ihre vorgewählte Amplitude bestimmten Farbton entspricht.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31» dadurch gekennzeichnet, daß sich das Tastverhältnis für die einzelnen Perioden jeder der Phasenverzogerungsstrukturen entsprechend dem Maß der Sättigung desjenigen gegebenen Farbtons ändert, der sich durch die jeweils betreffende Periode darstellt.

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33· Vorrichtung nach Anspruch 31» dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Phasenverzögerungsstrukturen gleich 3 ist und daß die vorgewählte Amplitude jeder der drei Phasenverzögerungsstrukturen jeweils einem anderen Primärfarbton entspricht.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33» dadurch gekennzeichnet, daß sich das Tastverhältnis in den einzelnen Perioden jeder der drei Phasenverzögerungsstrukturen entsprechend dem Maß der Sättigung desjenigen Primärfarbtons ändert, der sich durch die jeweils betreffende Periode darstellt.

35· Vorrichtung nach Anspruch 3^, dadurch gekennzeichnet, daß die. Quelle (102) des polychromatischen Lichts einen Glühfaden mit einer Breite D und ein Kondensorlinsensystem (110) mit einer Brennweite f enthält, und daß die maximale Breite d jedes der Beugungselemente kleiner ist als -^, wobei λ die kürzeste Wellenlänge im gegebenen Wellenlängenspektrum ist.

36. Vorrichtung nach Anspruch 35» dadurch gekennzeichnet, daß d kleiner ist als 2,7 Mikrometer.

37· Vorrichtung nach Anspruch 34·» dadurch gekennzeichnet, daß eine Projektionslinse (120) mit einer gegebenen Linsenöffnung vorgesehen ist, um nur das Ausgangslicht der nullten Beugungsordnung zu projizieren.

38. Vorrichtung nach Anspruch 37» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Beugungsmedium (100) und der Projektionslinse (120) ein räumliches Filter (Schablone 122) angeordnet ist, um das vom Beugungsmedium ausgehende Ausgangslicht von im wesentlichen allen anderen Beugungsordnungen als der nullten Beugungsordnung abzufangen und nur das Licht der nullten Beugungsordnung zur Projektionslinse gelangen zu lassen.

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39. Vorrichtung nach Anspruch 34, gekennzeichnet durch eine Schlierenoptik, die derart angeordnet ist, daß sie nur das Ausgangslicht der nullten Beugungsordnung blockiert und. die Gesamtheit des vom Beugungsmedium ausgehenden Ausgangslichts im wesentlichen aller anderen BeugungsOrdnungen als der nullten Beugungsordnung projiziert, so daß das projizierte Licht dem Komplement der für das Beugungslicht der nullten Beugungsordnung gebenden Übertragungsfunktion des subtraktiven Farbfilters entspricht.

40. Vorrichtung nach Anspruch 31» dadurch gekennzeichnet, daß jede der überlagerten Phasenverzögerungsstrukturen ein rechteckwellenförmiges Beugungsgitter ist, in dem jede Rille jeweils einer Periode der binären Sprungfunktion der jeweiligen Phasenversögerungsstruktur entspricht, und daß sich jedes rechteckwellenförmige Beugungsgitter von jedem and.eren rechteckwellenförmigen Beugungsgitter in seiner Winkelorientierung und/oder seiner Periode, unterscheidet.

41. Vorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechteckwellenform ,-jedes der Beugungsgitter eine unsymmetrische Rechteckwelle ist, in welcher sich das Tastverhältnis für jede Periode entsprechend dem Maß der Sättigung desjenigen gegebenen Farbtons ändert, der sich durch die betreffende Periode des jeweiligen Beugungsgitters darstellt.

42. Vorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Beugungsgitter gleich 3 ist und daß die vorgewählte Amplitude jedes der drei Beugungsgitter jeweils einem anderen Primärfarbton entspricht.

43- Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechteckwellenform jedes der drei Beugungsgitter eine unsymmetrische Rechteckwelle ist, in welcher sich das Tastverhältnis für jede Periode entsprechend dem Maß der Sätti-

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gung desjenigen Primärfarbtons ändert, der sich durch die betreffende Periode des jeweils betreffenden der drei Beugungsgitter darstellt.

44. Vorrichtung nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle piychromatischen Lichts (102) einen Glühfaden mit einer Breite D und ein Kondensorlinsensystem (110) mit einer Brennweite f enthält und daß die maximale Größe

λ f d jedes der Beugungselemente kleiner ist als ^^ wobei /V die kürzeste Wellenlänge im gegebenen Wellenlängenspektrum ist.

45. Vorrichtung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß d kleiner ist als 2,7 Mikrometer.

46. Vorrichtung nach Anspruch43, dadurch gekennzeichnet, daß eine Projektionolinse (120) mit einer gegebenen Linsen-Öffnung vorgesehen ist, um nur das Ausganpslicht der nullten Beugungsordnung zu projizieren.

47. Vorrichtung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet,

daß zwischen dem Beugungsmedium (IOO) und der Projektionslinse (120) ein räumliches Filter (Schablone 122) angeordnet ist, um im wesentlichen das Ausgangslicht alls? anderen Beugungsordnungen als der nullten BeugungsOrdnung abzufangen und nur die nullte BeugungsOrdnung zur Projektionslinse gelangen zu lassen.

48. Vorrichtung nach Anspruch 43, gekennzeichnet durch eine Schlierenoptik (1OOO), die derart angeordnet ist, daß sie nur das Ausgangslicht der nullten BeugungsOrdnung blockiert und die Gesamtheit des vom Beugungsmedium ausgehenden Ausgangslichts von im wesentlichen allen anderen Beugungsordnungen als der nullten Beugungsordnung projiziert, so daß das projizierte Licht dem Komplement der für das Aus-

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gangslicht der nullten Beugungsordnung geltenden Übertragungsfunktion des subtraktiven Farbfilters entspricht.

49. Verfahren zur subtraktiven Farbfilterung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil eines zugeführten polychromatischen, ein gegebenes Wellenlängenspektrum aufweisenden Lichts zumindest in einem bestimmten Winkel gebeugt wird, um einen bestimmten Anteil jeder Spektralkomponente des zugeführten Lichts als vorbestimmte Funktion ihrer Wellenlänge in höhere BeugungsOrdnungen als die nullte Beugungsordnung diskriminierend zu übertragen und den gesanten Rest des zugeführten Lichts in die nullte Beugungsordnung zu übertragen, wobei der besagte bestimmte Winkel ausreichend ist, um eine Überlappung zwischen dem Ausgangslicht der nullten Beugungsordnung und dsm Ausgangslicht jeder höheren als der nullten Beugungsordnung auszuschließen, so daß die für das Ausgangslicht der nullten Beugungsordnung geltende Farbfilter-Übertragungsfunktian im wesentlichen das Komplement cfer Übertragungsfunktion ist, die für das Ausgangslicht der Gesamtheit aller höheren als der nullten BeugungsOrdnung gilt.

50. Verfahren nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß nur das Ausgangslichtcter nullten Beugungsordnung projiziert wird.

51'. Verfahren nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen nur die Gesamtheit der anderen als der nullten Beugungsordnung projiziert wird.

52. Verfahren nach Anspruch 49 ·, dadurch gekennzeichnet, daß das zugeführte Licht aus einem zweidimensionalen Paket benachbarter räumlich verteilter Lichtkomponenten besteht, und daß gleichseitig aus dem Spektrum jeder zugeführten Lichtkomponente einbesonderer Teil gebeugt wird, wobei jeder besondere Teil einen vorgewählten relativen Betrag Totti,

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53· Verfahren nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, daß das pdLychromatische Licht breitrandiges weißes Licht ist; daß die besagte vorbestimmte Funktion der spektralen Wellenlänge so vorgewählt ist, daß das Ausgangslicht der nullten Beugungsordnung einen gegebenen Farbton hat; daß der relative Betrag der besonderen Kombination jeder zupeführtei Lichtkomponente so vorgewählt ist, daß sich für den gegebenen Farbton im Ausgangslicht nullter BeugungsOrdnung der betreffenden zugeführten Lichtkomponente eine gegebene Sättigung einstellt·

54·. Verfahren nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, daß sich der relative Betrag und die spektrale Abhängigkeit jedes besonderen Teils entsprechend einer Farbbildinformation ändert.

55· Verfahren nach Anspruch 4-9, dadurch gekennzeichnet, daß das zugeführte Licht gleichzeitig in eine Vielzahl von höheren Ordnungen als der nullten Ordnung gebeugt wird, wobei die Abhängigkeit einer jedaieinzelnen oder einer bestimmten Kombination dieser höheren Ordnungen von der spektralen Wellenlänge jeweils eine gesonderte vorbestimmte Funktion ist.

56. Verfahren nach Anspruch 55» dadurch gekennzeichnet, daß jede cfer gesonderten vorbestimmten Funktionen der spektralen Wellenlänge einem anderen gegebenen Farbton entspricht und daß das Ausgangslicht der nullten Ordnung einer Farbe entspricht, die durch die jeweiligen verschiedenen gegebenen Farbtöne bestimmt ist.

57· Verfahren nach Anspruch 56, dadurch gekennzeichnet, daß das polychromatisehe Licht ein breitbandiges weißes Licht - ist und daß die gesonderten vorbestimmten Funktionen der spektralen Wellenlänge so vorgewählt sind, daß das Ausgangslicht der nullten BeugungsOrdnung einen besonderen spezifischen Farbton in der ÖIE-Farbtafel hat.

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58. Verfahren nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, daß das zugeführte Licht aus einem zweidimensionalen Paket benachbarter räumlich verteilter Lichtkomponenten besteht und daß gleichzeitig aus ,-jeder dieser Lichtkomponenten ein besonderer Anteil gebeugt wird, und daß die relative Größe dieses besonderen Anteils jeweils vorgewählt ist.

59. Verfahren nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, daß jede der gesonderten vorbestimmten Funktionen der spektralen Wellenlänge einem anderen gegebenen Farbton entspricht; daß die relative Größe der besonderen Teile jeder zuführten Lichtkomponente so vorgewählt ist, daß sich für jede der verschiedenen Farbtöne des von der betreffenden zugeführten Lichtkomponente abgeleiteten Ausgangslichts höherer Ordnung eine- andere gegebene Sättigung ergibt, so daß das von der betreffenden zugeführten Lichtkomponente abgeleitete Ausgangslicht der ersten Beugungsordnung einem besonderen Farbton und einerbesonderen Sättigung entspricht, die durch die jeweiligen verschiedenen gegebenen Farbtöne bzw. die jeweiligen verschiedenen gegebenen Sättigungen bestimmt sind.

60. Verfahren nach Anspruch 59» dadurch gekennzeichnet, daß das polychromatische Licht ein breitbandiges weißes Licht ist und daß die gesonderten vorbestimmten Funktionen und die relative Größe des besonderen Anteils jeder Komponente des zugeführten Lichts so gewählt sind, daß das von der betreffenden Komponente des zugeführten Lichts abgeleitete Ausgangslicht der nullten BeugungsOrdnung einen besonderen speziellen Farbton- und Sättigungswert in der OIE-Farbtafel hat.

61. Verfahren nach Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, daß sich die relsüve Größe jedes besonderen Teils entsprechend einer Farbbildinformation ändert·

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