DE2748064B2

DE2748064B2 - Subtraktives Farbfiltersystem mit einem Phasengitter

Info

Publication number: DE2748064B2
Application number: DE2748064A
Authority: DE
Inventors: Karl Zuerich Knop (Schweiz)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1976-10-26
Filing date: 1977-10-26
Publication date: 1979-05-31
Also published as: BE860047A; AU2988277A; JPS613411B2; FR2369580A1; DE2748064C3; GB1589766A; CA1080524A; SE7711491L; NL7711688A; CH626178A5; US4130347A; DE2748064A1; JPS53146650A; AU510962B2; FR2369580B1; SE442682B

Description

Die Erfindung betrifft ein subtraktives Farbfiltersystpm, wie es im Oberbegriff d«*s Anspruchs 1 vorausgesetzt ist.

in Subtraktive Beugungsfarbfilier mit einem Oberflachenrelief rechteckförmigen Profils sind z. B. aus der DE-OS 26 02 790 und der BE-PS 8 49 407 bekannt. In diesen Veröffentlichungen wird der funktioneile Zusammenhang zwischen der Filterübertragungsfunktion für

r, die nullte Beugungsordnung des subtraktiven Beugungsfarbfilters und den Gilterparametern aufgrund der einfachen Beugungstheorie bestimmt (die für den Fall gilt, daß der Strichabstand des Gitters wesentlich größer ist als alle Wellenlängen im Spektrum des auf das Filter faxenden weißen Lichtes ist). Die einfache Theorie der Beugung, die auf Huygens (1629—1695) und von v. Kirch hoff (1824-1887) zurückgeht, vernachlässigt die Vektornatur (also die Polarisation) der Lichtweiler, und geht von der Annahme aus, daß Jer Einfluß des Gitters auf eine einfallende ebene Welle lediglich in einer örtlichen Phasenverschiebung entsprechend dem Gitterprofil besteht. Die einfache Beugungstheorie ist also eine Näherung, die außer acht läßt, daß Licht tatsächlich eine elektromagnetische Schwingung ist. Es wurde gefunden, daß der sich durch diese Näherung ergebende Fehler für alle Wellenlängen im sichtbarin Spektralbereich (Λ=400— 700 nm) vernachlässigbar ist. solange der effektive Abstand der Gitterlinien gleich oder größer als 5 μπι ist. Hinsichtlich des Begriffes »effektiver Linien- oder Strichabstand« soll hier vorausgesetzt werden, daß der Brechungsindex der

Umgebung des Gitters entweder gleich Eins ist oder auf Eins normiert worden ist. Wenn der effektive Gitterabstand kleiner als 5 μπι

Μ wird, nimmt der durch die Näherung der einfachen Theorie der Beugung verursachte Fehler immer mehr und mit zunehmender Rate zu. Für feingeteilte Beugungsgitter mit einem effektiven Strichabstand von 2 μπι oder weniger, wird der Fehler schließlich so groß, daß die einfache Beugungstheorie nicht mehr für die Bestimmung der Übertragungsfunktion der nullten Beugungsordnung solcher feingeteilter subtraktive?· Beugungsfarbfilter verwendet werden kann. Solche

fcingctciitcn Beugungsgitter sind jedoch vorteilhart, du sie ausreichend große Beugungswinkel ergeben, die gewährleisten, daß das subtrahierte gebeugte Licht höherer Ordnung über den Annahme- oder Apcrturwinkel der konventionellen optischen Systeme, die zur Projektion des Lichtes nullter Ordnung verwendet werden, hinaus abgelenkt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, für ein subtraklives Farbfiltersystem mit Beugungsgitter ein Phasengitter anzugeben, das bei Beleuchtung mit unpolarisiertcm weißem Licht Bcugungswinkcl für die höheren Ordnungen aufweist, die über dem Aperturwinkel der konventionellen optischen Systeme, wie z. B. Diaprojektoren, liegen.

Diese Aufgabe wird durch ein feingctciltcs subtraktives Beugungsfilter der eingangs genannten Art gelöst, das gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist. daß die Werte von n\dund b in dem Diagramm gemäß

Γ"* * *"ΐ " -~ Γ1 -.Ia-Jf" Λ ' 1— 11_ " _l

^- I £1 f fi I Tt f* ti \-Jl 9 W\ I^ W fWe%W ■ ·"% ■ *· ^ ^* ^* r9 rt ^ r ^* »^ ^* ·*·* ** # »v <r* · ■· -* ~- «"· ^^ —

• ' f ·· fc·"«-" « «»ti»« u^.iiitiv.l^tr, \i\.t MIIIl^IIMItL/ U HTt-3 UCI dort eingezeichneten Bereiche 200, 202, 204, 206 und 208 liegt.

Bei der vorliegenden Erfindung wird die Übertragungsfunktion für die nullte Ordnung eines beugenden subtraktiven Farbfilters, das Beugungsgitter mit rechteckigen Furchenprofilen, die einen effektiven Slrichabstand von 2 μπι oder weniger haben, nicht mehr unter Verwendung der einfachen Beugungstheorie berechnet, sondern aufgrund der strengen Theorie der Beugung. Bei der strengen Beugungstheorie wird der Tatsache Rechnung getragen, daß Licht eine elektromagnetische Schwingung ist. wie sie durch die Maxwell-Gleichungen beschrieben wird. Bei der strengen Beugungsiheorie müssen die Maxwell-Gleichungen hinsichtlich der exakten Grenzbedingungen an der Oberfläche des Oberflächenreliefs der Beugungsgitterstruktur gelöst werden. Dies läßt sich im allgemeinen nur numerisch und mit der Hilfe eines Computers durchführen. In die Rechnungen gehen alle Gitterparameter ein und das Ergebnis hängt von diesen Parametern in einer komplizierten Weise ab. Durch die vorliegende Erfindung werden, basierend auf solchen mit Hilfe eines Computers durchgeführten numerischen Lösungen, diejenigen speziellen Werte von Gitterparametern von subtraktiven Beugungsgitterfarbfiltern mit Oberflächenrelief-Furchenprofilen, die effektive Strichabstände zwischen 0.7 μΐη und 2,0 μπι haben, angegeben, welche bei Beleuchtung des Filters mit weißem Licht zumindest annehmbare Farbeigenscliaften des Bündeis nullter Ordnung ergeben.

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

Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Teiles eines Oberflächenrelief-Transmissionsbeugungsgitters mit rechteckigem Furchenprofil,

F i g. 2 ein Diagramm, in dem längs der Abszisse das Aspektverhältnis b in einem Bereich von 0 bis 0,6 und längs der Ordinate der effektive Strichabstand ti\ d in einem Bereich von 0,7 bis 2,0 μττΐ aufgetragen sind und in das auf der Basis der strengen Beugungstheorie diejenigen Bereiche eingezeichnet sind, welche bei einem mit unpolarisiertem weißem Licht beleuchteten Beugungsgitter, das eine optische Amplitude geeigneten Wertes hat, gute Farbtöne für grünes, magentafarbenes, gelbes und cyaniarbenes Licht nuiker Ordnung ergeben,

F i g. 3 ein Diagramm, in dem die Werte der optischen Amplitude in einem Bereich zwischen etwa 350 und 1400 nm über dem Aspektverhältnis in einem Bcrcicl· von 0 bis 0,6 aufgetragen ist und diejenigen Punkte eingezeichnet sind, die bei einem effektiven Gitter strichabstand von 1,4 μπι die Farbtöne Grün, Magenta -, Gelb und Cyan für das Licht im Bündel nullter Ordnung ergeben,

F i g. 4 ein F i g. 3 entsprechendes Diagramm für der effektiven Gitterstrichabstand von 1,7 μηι und

Fig.5 ein Fig.3 entsprechendes Diagramm für der

in effektiven Gitterstrichabstand von 2,0 μηι.

Fig. I zeigt schematisch ein Obcrilächenrelief-Bcu gungsgittcr 100 mit rechteckigem Furchenprofil, wcl ches mit einer ebenen Welle einfallenden weißen Lichtes 102 beleuchtet wird. Das Beugungsgitter IOC

ti besteht aus einem Material 104, wie einer geprägter oder gepreßten Folie aus Polyvinylchlorid (PVC), das einen Brechungsindex η (z_ B. 1.5) hat, der sich vom Brechungsindex n\ der Umgebung des Beugungsgitters ünicrschcrdc-i. (Gewijln'iiici'i ucsiciri uic Umgebung aus

_><> Luft, deren Brechungsindex n< gleich 1 ist, und der Brechungsindex «des Materials 104 ist größer als I. Die Umgebung braucht jedoch weder Luft zu sein noch den Brechungsindex I bzw. einen kleineren Brechungsindex als das Material 104 zu haben). Das in Fig. I

r> dargestellte rechteckige Furchenprofil des Obcrflächcnrelief-Beugungsgitters 100 hat einen tatsächlichen Strichabstand d, eine körperliche Tiefe a' und ein AspeK'.vsrhältnis i>(das entsprechend dem Tastverhältnis einer Impulsfolge definiert ist). Die Breite eines

μι Gitterelements 106, das einen Gitterstrich bildet, ist gleich dem Produkt aus der.i Aspektverhältnis b multipliziert mit dem Strichabshiiid d

Das Beugungsgitter 100 arbeitet als Phasengitter, das einen gewissen Teil jeder Wellenlängenkomponentc A

j-, des einfallenden weißen Lichts 102 in höhere Beugungsordnung ablenkt. Der verbleibende Teil des einfallenden weißen Lichtes 102 tritt nach Transmission durch das Beugungsgitter 100 als unabgelenktes Ausgangslicht 108 nullter Ordnung aus.

Die optische Amplitude a eines Transmissions-Phasengitters, wie des Beugungsgitters 100, ist bekanntlich gleich der Differenz inzwischen den Brechungsindizes π des Materials 104 und n, der Umgebung multipliziert mit der körperlichen Amplitude a'des Beugungsgitters.

Wenn die Umgebung aus Luft besteht, ist n\ = I. Bei der vereinfachten Beugungstheorie hängt der Teil einer Komponente der Wellenlänge A des einfallenden weißen Lichtes 102, der in das Licht 108 der nullten Ordnung durchgelassen wird, anstatt in höhe.-e Ordnungen gebeugt zu werden, lediglich vom Verhältnis alX der optischen Amplitude a zur Wellenlänge A ab, wie in der erwähnten US-PS 39 57 354 im einzelnen erläutert ist. Nach der vereinfachten Beugungstheorie wird also der Farbton des Ausgangslichtes 108 nullter Ordnung von einem Beugungsgitter, das ein rechteckiges Furchenprofil hat, aus einem bestimmten Material 104 (z. B. PVQ besteht, bei einem bestimmten Brechungsindexverhältnis n/n, (z. B. 1,5) bezüglich der Umgebung lediglich durch den Wert a'der körperlichen Tiefe des

M) Beugungsgitters bestimmt. Gemäß der vereinfachten Beugungstheorie hat die Farbsättigung ein Maximum, wenn der Wert von b gleich einhalb ist und nimmt symmetrisch auf Null ab, wenn der Wert von b entweder von einhalb auf Eins erhöht oder von einhalb auf Null verringert wird. Ferner ist bei der vereinfachten Beugungstheorie der Wen von (/unwesentlich, solange er genügend klein ist, um einen ausreichend großen Beugungswinkel zu ergeben, der verhindert, daß sich

das Lieht der höheren Beugungsordntingcn mit dem Ausgangslichl 108 der nullten Ordnung in der Apertur der Betrachtungs- oder Projektionsoptik überlappt, wie ebenfalls in der erwähnten US-PS 39 57 354 erläutert ist. Im Falle der strengen Beugungstheorie, bei der die Maxwell-Gleichungen hinsichtlich der genauen Grenzbcdingungcn an der Oberfläche des Beugungsgitters 100 geltet werden müssen, hängt der Farbton des Ausgangslichts 108 von sämtlichen Gitterparametern /;, πι, a'. b und d in komplizierter Weise ab. Bei der strengen Bcugungsthcoric ist ferner sciost wenn alle diese Gitterparametcr bestimmte vorgegebene Werte haben, der Farbton des Ausgangslichtes 108 nulltcr Ordnung von weißem Licht 102. dessen elektrischer Vektor parallel zu den Gilterlinien polarisiert ist. anders als der Farbton des Ausgangslichlcs 108 nulller Ordnung von weißem licht 102, dessen elektrischer Vektor senkrecht zu den Giticrlinicn polarisiert isl. Dies

Seine wi'StiCnc u<itm,

Übertragungsfunktion der nullten Ordnung eines sublraktivcn Beugungsfarbfilters mit einem effektiven .Strichabstand von 2 μιη oder weniger von der Wellenlänge des Lichts für die beiden erwähnten orthogonalen Polarisation des einfallenden weißen Lichtes ganz verschieden ist. In der Praxis, wie bei der Reproduktion von Farbbildern, wird fast immer unpolansicrtes Licht benutzt. Die Übertragungseigenschaflen hinsichtlich des Ausgangslichtcs nulltcr Ordnung in Abhängigkeit von der Wellenlange für ein mit unpolarisiertem Licht beleuchtetes Beugungsgitter läßt sich jinfach dadurch gewinnen, daß man das Mittel der Transmissionseigenschaften für das Parallel und senkrecht polarisierte Licht nimmt. Die Diagramme gemäß den F i g. 2, 3, 4 und 5 sind jeweils unter der Annahme, daß das einfallende weiße Licht 102 unpolarisiert ist. gewonnen worden.

Zur Gewinnung einer Lösung des Beugungsproblems entsprechend der strengen Beugungstheorie wird ein Computer für die Lösung der Maxwell-Gleichungen mit jeweils verschiedenen vorgegebenen Bereichen von Grenzbedingungen an der Oberfläche einer Transmissions-Phasengitterstruktur programmiert, ferner wird eine bestimmte Differenz Δη des Brechungsindex der Phasengitterstruktur bezüglich der Umgebung angenommen (z.B. /7=1,5; n, = 1). Zu den vorausgesetzten Grenzbedingungen gehören verschiedene Werte des Verhältnisses dlX. verschiedene Werte des Verhältnisses a'lX und verschiedene Werte des Aspektverhältnisses b. Die Maxwell-Gleichungen werden für jeden Satz verschiedener angenommener Werte dieser Parameter sowohl für den Fall paralleler Polarisation als auch für den Fall senkrechter Polarisation gelöst und aus den Lösungen für diese beiden Polarisationen wird das Mittel gebildet Auf diese Weise läßt sich die Transmissionscharakteristik nullter Ordnung für unpolarisiertes Licht über den sichtbaren Spektralbereich für jedes Beugungsgitter mit rechteckigem Furchenprofil als Funktion der Gitterparameter entsprechend der strengen Beugungstheorie so berechnen, daß sich jede gewünschte subtraktive Farbe ergibt

In der erwähnten US-Patentschrift 39 57 354 ist erläutert daß man einen für die Praxis voll ausreichenden Farbtonbereich mit einem Satz von nur drei subtraktiven Beugungsfarbfiltern erzeugen kann, die kolorimetrisch den drei verschiedenen subtraktiven Primärfarben "rviagenta. Geib und Cyan entsprechen, in der erwähnten BE-PS 8 49 407 ist dargelegt, daß es zweckmäßig sein kann, zusätzlich zu diesen drei subtraktiven l'rimärfarbfiltcrn noch ein viertes stibtraktives Farbfilter zu verwenden, das kolorimetrisch der Farbe Grün entspricht.

Mit dem Ziel, einen optimalen Salz von Gittcrpara-

■, mctcrn zu gewinnen, die das beste Magenta. GcIb. Cyan und Grün in der nullten Beugungsordnung liefern.

wurden umfangreiche CompiUerrechnungcn sowohl für die parallele als auch für die senkrechte Polarisation durchgeführt, wobei n=1.5 und n\, entsprechend

κι /!/> = 0,5, gesetzt wurden. Die übrigen Gitterparameter wurden in den folgenden Bereichen geändert:

dl λ = 0.7 ... ^r>.0

ίΐ'/λ = 1.0... 7.0

Aus den auf diese Weise erhaltenen Daten wurden Spektren für den sichtbaren Spcktralbercich (A = 400 bis 700 nm) für von Luft umgebene Beugungsgitter mit einem StiicMiiimanu υ /.wischen 0,5 μιιι uiici 2 μιιι und

jii einer körperlichen Tiefe a'zwischen 0.7 μιη und 2.8 μηι abgeleitet. Die Abstände zwischen den einzelnen Parameterwerten wurden klein genug gewählt, um eine Interpolation zu ermöglichen.

Fs ist aus den Gesetzen der Optik bekannt, daß die

.■'-, gleichen Daten auch für den Fall n< Φ I (d. h. für den Fall, daß die Umgebung nicht Luft ist) gelten, solange «/«i = l,5 ist. Die F i g. 2 bis 5 lesen sich dann richtig, wenn man die Größen n. d und a', für die Umgebung Luft, durch nlii\. dih bzw. a'rt\ ersetzt, um im allgemeinen

in Fall, daß die Umgebung nicht Luft ist. zu erfassen. Die Rechnungen haben ferner gezeigt, daß die Bedingung π/πι = 1.5 nicht sehr streng ist. In der Praxis kann man F i g. 2 bis 5 für alle Werte im Bereich 1.3 < n/n\ < 1.7 mit tragbarem Verlust an Genauigkeit verwenden. Bei

π einem Subtraktiv-Farbensystem, das auf den drei festen Primärfarben Cyan, Magenta und Gelb (gegebenenfalls unter Zusatz von Grün) basiert, ist es nicht nur wichtig, daß die Farben den richtigen Farbton haben, sondern auch, daß sie hell sind und daß sie Minima aufweisen, so

Jn daß sich gute Mischfarben und ein dunkles Schwarz ergeben. Mit anderen Worten gesagt sind nicht nur die Lagen der Maxima und Minima in der Übertragungsfunktion von Bedeutung, sondern auch ihre Größen.
Für eine »optimale« Primärfarbe wurde daher

4-, gefordert, daß das Maximum in der Transmissionskurve für unpolarisiertes Licht 80% bei der erforderlichen Wellenlänge überschreiten und daß das Minimum unter 5% liegen soll. Für ein optimales Magenta (minus Grün) sind z. B. ein unter 5% liegendes Minimum um 520 nm

-,ο (Gn"n) und zwei Maxima über 80% an den beiden Enden des sichtbaren Spektralbereichs erforderlich. Der Bereich optimaler Gitterparameter für eine Beleuchtung mit unpolarisiertem weißem Licht wurde unter diesen Voraussetzungen auf der Basis der strengen Theorie der Beugung ermittelt wobei der Mittelwert der Daten genommen wurde, die für die parallele Polarisation und die senkrechte Polarisation errechnet worden war.

In F i g. 2 ist das Ergebnis in Form von Diagrammbereichen in der /j|d/2>-Ebene (effektiver Linienabstand/ Aspektverhältnis-Ebene) angegeben, die »optimale« Farben ergeben. Nur innerhalb der n\d- und b-Werte, die innerhalb dieser Diagrammbereiche liegen, können die oben aufgeführten Kriterien für die entsprechende Farbe mit einer geeignet gewählten Gittertiefe n_ta' erfüllt werden. Nur wenn die entsprechenden Werte von n\d und b einen Punkt im Diagrammbereich 200 oder im Diagrammbereich 202 definieren, ist es also

möglich, cine Tiefe «ι,Γ/.ιι finden, die ein »optimales« Grün liefern. Außerhalb der Diagrammbereiche 200 und 202 isl es also nicht möglich, mit einem feinteiligen Beugungsgitter (effektiver Strichabstand ii\d nichi größer als 2 μ.η), das mit unpolarisiertem weißem Licht beleuchtet wird, Ausgangslicht nullter Ordnung eines »optimalen« Grüns zu erzeugen, gleichgültig welche Tiefe das Beugungsgitter hat. In entsprechender Weise läßt sich ein »optimales« Magenta nur innerhalb des Diagrammberciehes 204 erhallen urul ein »optimales« Gelb nur in einem Diagrammbereioh 206. und ein »optimales« Cyan nur innerhalb eines Diagrammbereiches 208 der I·'i g. 2. Wie I' i g. 2 zeigt, läßt sich mil solchen fcingetcilten Beugungsgittern überhaupt keine »optimale« Farbe mehr mit einem Aspektverhältnis b erzeugen, das unter 0.19 oder über 0,47 liegt. Ferner lassen sich keine »optimalen« Farben erzielen, wenn /in/

wird, daß sich die richtige optische Amplitude für eine gewünschte Farbe ergibt. In den F i g. 3, 4 und 5 ist jeweils der Zusammenhang zwischen der optischen Amplitude ;j (effektiven Giltertiefe n\a') und dem Aspektverhällnis für die verschiedenen gewünschten Farben für die effektiven Strichabstände «ic/von 1.4 μιη, 1,7 μηι und 2,0 μιη angegeben. Fig. 3 gilt also für ein Beugungsgitter mit einem effektiven Strichabstand »ic/ gleich 1,4 μηι und zeigt die optische Amplitude a (effektive Tiefe iua') in Abhängigkeit vom Aspektverhältnis b für Grün ff/,¹ durch die Kurve .JOO. für Cyan (C ") durch die Kurve 308, für Magenta (M)durch die Kurve JIO. für Gelb (VVdureh die Kurve 312 und für Cyan (C) durch die Kurve 320. In den I i g. 3, 4 und ¹J sind ferner jeweils Punkte 330, 332 b/w. 334 eingezeichnet, die Jie entsprechenden optischen Amplituden ;i(effck'iveTiefe «ι<■/V für ein Aspektverliältnis b von 50% angeben, bei

Ergebnisse wurden durch Experimente bestätigt. Die F.rgebnissc weichen von denen ab, die sich aus der vereinfachten Beugungstheorie ergeben, gemäß letzterer »optimale« Farben für jeden Wert von (/für Werte von ή zwischen 0,39 und 0.61 erhältlich sein sollten, was für feingetciltc Beugungsgitter einfach nicht richtig ist.

Wie die Diagramme gemäß den F i g. 3, 4. und 5 zeigen, gibt es für jede der Farben Magenta, Gelb und Grün einen entsprechenden einzigen Bereich der optischen Amplitude ;i (a — Ana'). Für Cyan gibt es jedoch für die meisten Werte des effektiven Strichabstandes ihd zwei getrennte und unterschiedliche Bereiche der optischen Amplitude a, die clic Farbe Cyan ergeben. Der erste dieser Bereiche, der in den F i g. 3, 4 und 5 mit C bezeichnet ist, tritt bei einer optischen Amplitude ,7 (oder physikalischen oder körperlichen Tiefe Πι,ί7auf, die etwas kleiner ist als die für GcIb. Der zweite Bereich, der in den Fig. 3 und 5 mit C" bezeichnet ist, entspricht optischen Amplituden ;/ (und effektiven körperlichen Tiefen n\a'), die etwas größer sind als die fur Magenta. Für grobe Gitter der in den obenerwähnten Patentschriften beschriebenen Art wird das Cyan C immer bevorzugt, da es eine höhere Sättigung aufweist. Für feingeteilte Beugungsgitter der hier beschriebenen Art ist dagegen das Cyan C kolorimetrisch immer überlegen. Außerdem ist das Cyan C wegen der geringeren Tiefe in der Praxis leichter genau zu kontrollieren.

Gemäß der erwähnten BE-PS 8 49 407 kann mit einem einzigen Beugungsgitter durch Änderung seiner Amplitude Cyan, Gelb und Grün erzeugt werden. Für feingeteilte Beugungsgitter, deren /7ic/-i>-Werte durch die Diagrammbereiche gemäß Fig. 2 bestimmt sind, werden für ein solches einziges Gitter Werte von n_td und b benötigt, wo die drei Farben Cyan, Gelb und G rün alle gleichzeitig »optimal« sind. Diese Bedingung läßt sich in einem Bereich erfüllen, in dem n_td einen Wert zwischen 1,3 und 1,8 μιη und b einen Wert in der Nähe von 0,3 hat Im Idealfall sollte für grobe Beugungsgitter die Amplitude für Grün genau gleich der Summe der Amplituden für Cyan und Gelb sein. Im Falle der feingeteilten Beugungsgitter ist die physikalische oder körperliche Amplitude für Grün nahezu, jedoch nicht genau gleich der Summe der körperlichen Amplituden für Cyan und Gelb. Trotzdem lassen sich jedoch kolorimetrisch gute cyanfarbene, gelbe und grüne Farbtöne erzielen.

Bei dem Diagramm gemäß F i g. 2 sind nur die beiden Parameter n\d und b variabel und es ist angenommen worden, daß die effektive Gittertiefe n,a' so gewählt

theorie die am tiefsten gesättigten subtraktivcn Primärfarben Cyan C". Magenta Mund Gelb V ergeben sollten.

In F i g. 4, clic für den Fall gilt, daß der effektive Stichabstand ii\d gleich 1,7 μιη ist, entsprechen die Kurven 400, 410, 418 und 426 den Kurven 300, 310, 312 bzw. 320 in Fi g. 3. In Fig. 5, die für den Fall gilt, daß der effektive Stric habstand n_td gleich 2,0 μηι ist, entsprechen die Kurven 500, 510, 512. 520 und 528 den Kurven 300,308,310,312 bzw. 320 in F i g. 3.

Fs ist aus der kolorimetrie bekannt, dall eine bestimmte Farbe, wie Cyan. Magenta. Gelb oder Grün nicht ausschließlich durch einen einzigen Farbton manifestier: wird. Fine bestimmte Farbe wird vielmehr durch einen Farbton in einem gewissen Farbtonband oder -bereich dargestellt. Fs gibt also verschiedene Farbtöne, die etwas voneinander verschieden sind, aber trotzdem alle die Farbe Cyan darstellen. In entsprechender Weise gilt dieses auch für Magenta, Gelb und Grün. Die koiorimetrischen Kriterien für die Kurven in den Fig. 3, 4 und 5 sind also nicht so präzise, wie die Kriterien, die oben hinsichtlich der Diagr^mmbereiche der F i g. 2 diskutiert worden sind. Die Kurven in F i g. 3, 4 und 5 stellen also in der Praxis die Mittellinie oder den Schwerpunkt eines schmalen Bandes dar, das sich etwas über und etwas unter die dargestellte Kurve selbst erstreckt.

Zu den koiorimetrischen Eigenschaften einer Farbe gehören außer dem Farbton noch die Farbsättigung und die Helligkeit. Die Sättigungswerte, die sich mit feingeteilten Beugungsgittern erzielen lassen, neigen dazu, etwas unter denen zu liegen, die die vereinfachte Beugungstheorie für grobe Beugungsgitter liefert, d. h. für die Punkte 330, 332 bzw. 334. Die speziellen optischen Amplituden für die Punkte 330, 332 und 334 wurden jeweils in enger Übereinstimmung mit der europäischen Norm CEl. 13: 6/7/67 für Druckfarben gewählt. Wegen der quantitativen Ungenauigkeit, mit der zufriedenstellende kolorimetrische Eigenschaften angegeben werden können, wurden die Kurven in F i g. 3,4 und 5 in »gute« Farbeigenschaften (ausgezogene Teile) und nur »annehmbare« Farbeigenschaften (gestrichelte Teile) unterteilt. Im Falle der Farben Gelb (Y), Magenta (M) und Grün (G) werden die Farben etwas willkürlich als »gut« angesehen, wenn die Sättigung 90% oder mehr des obenerwähnten Satzes von Normfarben für grobe Gitter und die Helligkeit mindestens 60% der mit groben Gittern theoretisch realisierbaren Helligkeit betragen. Im Falle von Cyan (C) wurde die Farbe als »gut« gesehen, wenn die

Sättigung 80"/(i oder besser und die Helligkeit 60% oder besser is; als es theoretisch mit groben Gittern erreicht werden kann. Diese »guten« Farben werden in Pig. 3 nur in den ausgezogen gezeichneten Kurvenahschnitten 302, 314 und 322 erhalten, in F-" i g. 4 nur in den ausgezogen gezeichneten Kurvenabschnitten 402, 404, 412, 420 und 428 und in F i g. 5 nur in den ausgezogen gezeichneten Kurvenabschnitten 502, 504, 514, 522 und 530.

Sättigungs- und Helligkeiiswcrtc. dir unterhalb des »gut«-Bereiches liegen, jedoch noch mindestens 8O¹Vn hiervon betragen, werden als »annehmbar« angesehen. In Γ i g. 3 geben also die gestrichelten Abschnitte 304 und 306 der !iurve 300. die gestrichelten Abschnitte 31f> und 318 tier Kurve 312 sowie die gestrichelten Abschnitte 324 und 326 der Kurve 320 die mir »annehmbaren« Werte wieder. In F i g. 4 entsprechen diese nur »annehmbaren« Werte den gestrichenen Abschnitten, 406 und 408 der Kurve 400, den gestrichelten Abschnitten 414 und 416 ihr Kurve 410. den gestrichelten Abschnitten 422 und 424 der Kurve 418 und den gestrichelten Abschnitten 430 und 432 der Kurve 426. In F i g. 5 sind die nur annehmbaren und nicht mehl' guten Werte durch die gestrichelten Abschnitte 506 und 508 der Kurve 500. die gestrichelten Abschnitte 516 und 518 der Kurve 512. dem gestrichelten Abschnitt 528 dor Kurve 520 und die gestrichelten Abschnitte 552 und 534 der Kurve 528 dargestellt. In F i g. 5 enthalt die Kurve 510 nur »annehmbare« und keine »guten« Werte. Wenn die Kriterien für »gut« und »annehmbar« auch etwas willkürlich sind, so stellen sie doch eine große Hilfe für die Wahl geeigneter subtraktive!' l'rimärfarben sowie einer geeigneten grünen Farbe für Beugungsgitter des in der erwähnten BE-PS 8 49 407 beschriebenen Typs dar.

In den folgenden drei Tabellen sind noch alternative ί Möglichkeiten für die drei subtraktiven (rimärfarben und im Falle der Tabellen I und 3 auch für Grün angegeben:

Tabelle 1

	/ii </[(im]	/ι	,/[um
Cyan (O Magenta Gelb Grün	1,4 1,7 1,4 1.4	0.325 0,325 0,325 0.325	430 <H)5 710 1 180
Tnhi-Ili- 7
	Π\|ί/[(1Πΐ]	b	■i [nm
Cyan Gelb Magenta	1.4 1.4 1.7	0.25 0.35 0.35	520 700 870
Tabelle 3
	Π\|ί/[μπι]	b	./ [ π m
Cyan Gelb Grün Magenta	1.4 1.4 1.4 1,7	0.3 Oj 0.3 0.35	460 710 1 200 870

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Subtraktives Farbfiltersystem mit einem Phasengitter, das von einem Medium mit einem Brechungsindex it\ umgeben ist, einen vorgegebenen Strichabstand tf sowie ein rechteckiges Furchenprofil mit vorgegebenem als Verhältnis von Strichbreite zu Strichabstand definiertes Aspektverhältnis b und vorgegebener optischer Tiefe a hat und bei in Beleuchtung mit weißem Licht in der nullten Ordnung ein Ausgangslichtbündel einer der Farben Cyan. Magenta und Grün liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte von n\d und b in dem Diagramm gemäß Fig.2 einen Punkt n definieren, der innerhalb der dort eingezeichneten Bereiche 200,202,204,206 bzw. 208 liegt

2. System nach Anspruch 1 für die Farbe Grün, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte von nirfund b einen Punkt in einem der Diagrammbereiche 200 und 202 der F i g. 2 definieren.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß n\d im wesentlichen den Wert 1,4 μηι hat und daß die Werte von a und b einen F'unkt definieren, der im wesentlichen auf einer Kurvi; 300 in F i g. 3 liegt.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte von a und b einen Punkt definieren, der im wesentlichen auf dem ausgezogenen Abschnitt 302 der Kurve 300 in Fig. 3 liegt. so

5. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß r.\d\m wesentlich»· ί den Wert 1,4 hai: und daß a und b im wesentlichen 1200 nm bzw. 0,3 betragen.

6. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich- y, net, daß n\deinen Wert von im wesentlichen 1,4 hat und daß a und b im wesentlichen den Wert 1180 nm bzw. 0325 haben.

7. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von n\d \m wesentlichen 1,7 μιη w beträgt und daß die Werte von a und b einen Punkt definieren, der im wesentlichen auf der Kurve 40G in Fig. 4 liegt.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte von a und b in dem Diagramm γ, gemäß Fig.4 einen Punkt definieren, der im wesentlichen auf einem der ausgezogen gezeichneten Abschnitte 402 und 404der Kurve 400 liegt.

9. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von n\d im wesentlichen 2,0 μπι w beträgt und daß die Werte von a und b in dem Diagramm gemäß F i g. 5 einen Punkt definieren, der im wesentlichen auf der Kurve SOO liegt.

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte von a und b in dem τ, Diagramm gemäß F i g. 5 einen Punkt definieren, der im wesentlichen auf einem der ausgezogen gezeichneten Abschnitte 502 und 504 der Kurve 500 liegt.

11. System nach Anspruch I für die Farbe Magenta, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte w> von ri\d und hindern Diagramm gemäß Fig. 2 einen Punkt innerhalb des Diagrammbereiches 204 definieren.

12. System nach Anspruch II, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von n\d im wesentlichen <,■; 1,4 μιη beträgt und daß die Werte von a und b in dem Diagramm gemäß F i g. 3 einen Punkt definieren, der im wesentlichen au/ der Kurve 310 liegt.

13. System nach Anspruch H. dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von ii\d im wesentlichen 1,7 μπι beträgt und daß die Werte von a und b in dem Diagramm gemäß F i g. 4 einen Punkt definieren, der int wesentlichen auf der Kurve 410 liegt

14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte von a und b in dem Diagramm gemäß F i g. 4 einen Punkt defilieren, der im wesentlichen auf dem ausgezogen gezeichneten Abschnitt 412 der Kurve 410 liegt

15. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von n\d im wesentlichen 1,7 μπι ist und daß a und b im wesentlichen den Wert 870 nm bzw. 035 haben.

16. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet daß der Wert von n\d im wesentlichen 1,7 μπι beträgt und daß die Werte von .» und b im wesentlichen 905 nm bzw. 0325 betragen.

17. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet daß der Wert von n\d im wesentlichen 2,0 μιη ist und daß die Werte von a und b in dem Diagramm gemäß F i g. 5 einen Punkt definieren, der im wesentlichen auf der Kurve 512 liegt

18. System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet daß die Werte von a und b in dem Diagramm geenäß F i g. 5 einen Punkt definieren, der im wesentlichen auf dem ausgezogen gezeichneten Abschnitt 514der Kurve 512 liegt

19. System nach Anspruch 1 für die Farbe Gelb, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte von n,dund b in dem Diagramm gemäß Fig.2 einen Punkt im Diagrammbereich 206 definieren.

20. System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von n\d im wesentlichen 1,4 μπι ist und daß die Werte von a und b in dem Diagramm gemäß F i g. 3 einen Punkt definieren, der im wesentlichen auf einer Kurve312 liegt.

21. System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte von a und b in dem Diagramm gemäß F i g. 3 einen Punkt definieren, der im wesentlichen auf einem ausgezogen gezeichneten Abschnitt 314 der Kurve 312 liegt

22. System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet daß der Wert von n\d im wesentlichen 1,4 μιη ist und daß a und b im wesentlichen den Wert 700 nm bzw. 035 haben.

23. System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von n\d im wesentlichen 1,4 μηι beträgt und daß die Werte von a und b im wesentlichen 710 nm bzw. 0325 sind.

24. System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von ti\d im wesentlichen Ι,4μΓη beträgt und daß a und b im wesentlichen 710 nm bzw. 03 betragen.

25. System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von n\d im wesentlichen 1,7 μιη beträgt und daß die Werte von a und 6 in dem Diagramm gemäß F i g. 4 einen Punkt definieren, der im wesentlichen auf einer Kurve 418 liegt.

26. System nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte von a und b in dem Diagramm gemäß F i g. 4 einen Punkt definieren, der im wesentlichen auf einem ausgezogen gezeichneten Abschnitt 420 der Kurve 4(8 liegt.

27. System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von n\d im wesentlichen 2,0 μπι beträgt und daß die Werte von a und b in dem Diagramm gemäß F i g. 5 einen Punkt definieren, der

im wesentlichen auf einer Kurve 520 liegt.

28. System nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte von a und b in dem Diagramm gemäß F i g. 5 einen Punkt definieren, der im wesentlichen auf einem ausgezogen gezeichneten Abschnitt 522 der Kurve 520 liegt.

29. System nach Anspruch 1 für die Farbe Cyan, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte van a und b in dem Diagramm gemäß F i g. 2 einen Punkt in einem Bereich 208 definieren.

30. System nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von nid im wesentlichen 1,4 μηι beträgt und daß die Werte von a und b in dem Diagramm gemäß F i g. 3 einen Punkt definieren, der im wesentlichen auf einer der Kurven 308 und 312 liegt

31. System nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte von a und b in dem Diagramm gemäß Fig. 3 einen Punkt definieren, der im wesentlichen auf einem ausgezogen gezeichneten Abschnitt 322 der Kurve 320 liegt.

32. System nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von n\d im wesentlichen 1,4 (im ist und daß a und ft im wesentlichenden Wert 520 nm bzw. 0,25 haben.

33. System nach Anspruch 29. dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von n\d im wesentlichen 1,4 μΓΠ beträgt und daß a und b im wesentlichen den Wert 460 nm bzw. 03 haben.

34. System nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von n\d im wesentlicher. 1,4 μπι beträgt und daß a und b im wesentlichen den Wert 430 nm bzw. 0325 haben.

35. System nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von n\d im wesentlichen 1,7 μπι beträgt und daß die Werte von a und 6 in dem Diagramm gemäß F i g. 4 einen Punkt definieren, der im wesentlichen auf einer Kurve 426 liegt.

36. System nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte von a und b in dem Diagramm gemäß F i g. 4 einen Punkt definieren, der im wesentlichen auf einem ausgezogen gezeichneten Abschnitt 428 der Kurve 426 liegt.

37. System nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von .ud im wesentlichen 2,0 μιτι beträgt und daß die Werte von a und b in dem Diagramm gemäß F i g. 5 einen Punkt definieren, der im wesentlichen auf einer der Kurven 510 und 528 liegt.

38. System nach Anspruch 37. dadurch gekennzeichnet, daß die Werte von a und b in dem Dingramm gemäß F i g. 5 einen Punkt definieren, der im wesentlichen auf einem ausgezogen gezeichneten Abschnitt 530 der Kurve 528 liegt.

39. System nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasengitter in einem ersten Bereich einen Strichabstand multipliziert mit n\ von im wesentlichen 1,4 μπι, ein Aspektverhältnis von im wesentlichen 03 und eine optische Amplitude von im wesentlichen 460 nm hat und in diesem Bereich cyanfarbenes Ausgangslicht liefert; daß das Phasengitter in einem zweiten Bereich einen Strichabstand mutlipliziert mit n_t von im wesentlichen 1,4 μιη, ein Aspektverhältnis von im wesentlichen 03 und eine optische Amplitude von im wesentlichen 710 nm hat und in diesem Bereich gelbes Ausgangslicht liefert und daß das Phasengitter in einem dritten Bereich einen Strichabstand multipliziert mit Πι von im

wesentlichen 1,4 μπι, ein Aspektveihält.nis von im wesentlichen 03 und eine optische Amplitude von im wesentlichen 1200 nm hat und in diesem Bereich grünes Ausgangslicht liefert

40. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasengitter in einem ersten Bereich einen Strichabstand multipliziert mit n\ von im wesentlichen 1,4 μιη, ein Aspektverhältnis von im wesentlichen 0325 und eine optische Amplitude von im wesentlichen 430 nm hat und in diesem Bereich cyanfarbenes Ausgangslicht liefert; daß das Phasengitter in einem zweiten Bereich einen Strichabstand multipliziert mit /Ji von im wesentlichen 1,4 μπι, ein Aspektverhältnis von im wesentlichen 0325 und eine optische Amplitude von im wesentlichen 710 nm hat und in diesem Bereich gelbes \ugangslicht liefert und daß das Phasengitter in einem dritten Bereich einen Strichabstand multipliziert mit n\ von im wesentlichen 1,4 μπι, ein AspeMverhältnis von im wesentlichen 0325 und eine optische Amplitude von im wesentlichen 1180 nm hat und in diesem Bereich grünes Ausgangslicht lieferL