DE2602790C2

DE2602790C2 - Verfahren zur subtraktiven Farbfilterung durch Beugung, Farbfiltervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und Verwendung einer solchen Farbfiltervorrichtung

Info

Publication number: DE2602790C2
Application number: DE2602790A
Authority: DE
Inventors: Karl Zürich Knop
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1975-02-03
Filing date: 1976-01-26
Publication date: 1982-05-06
Also published as: DE2602790A1; GB1538776A; SE414235B; NL7601022A; JPS5530606B2; FR2299661B1; CA1048315A; JPS51103449A; FR2299661A1; CH614538A5; IT1054227B; JPS51103450A; BE838127A; AU498655B2; JPS6048733B2; SE7600999L; AU1063876A; US3957354A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur subtraktiven Farbfilterung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Farbfiltervorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens und Verwendungen einer solchen Farbfiltervorrichtung.

Bei den konventionellen Verfahren zur subtraktiven Farbfilterung werden bestimmte Wellenlängenbcreiche eines polychromatischen, z. B. unbunten Eingangslichtbündels durch Farbstoffe absorbiert Ein typisches Beispiel einer solchen subtraktiven Farbfilterung ist die Projektion eines Diapositivs. Nachteilig hieran ist, daß die absorbierte Strahlungsenergie im Farbfilter als Wärme frei wird. Farbdiapositive sind außerdem relativ teuer und die Farbstoffe weisen im allgemeinen eine ungenügende Lichtbeständigkeit und Alterungsfestigkeit auf.

Aus der Zeitschrift »Journal of the Optica Society of America« Band 48, Nummer 11, November 1958, Seiten 841 bis 843 ist ferner ein zur Farbprojektion dienendes Verfahren zur subtraktiven Farbfilterung bekannt, das nicht wie die konventionellen Verfahren auf einer selektiven Absorption bestimmter Wellenlängenbereiche, sondern auf dem Prinzip der Beugung mittels eines ungefärbten, transparenten Phasengitters beruht Im Prinzip wird das von einer Anzahl linienförmiger Lichtquellen gelieferte polychromatische Licht durch ein Beugungsgitter in die Spektralfarben zerlegt und durch eine der Lichtquellenanordnung entsprechende Blendenanordnung werden das Bündel nullter Ordnung und von den Bündeln erster Ordnung die nicht gewünschten Spektralbereiche ausgeblendet, so daß nur derjenige Teil der gebeugten Bündel erster Ordnung, der die gewünschte Farbe hat, zu einer Projektionslinse gelangt und auf den Bildschirm projiziert wird. Die Lichtquellenanordnung und die Blendenanordnung sind unveränderlich; der Farbton und die Farbsättigung des projizierten Lichtes werden durch die Gitterkonstante und die Gitterampütude des betreffenden Bildbereiches bestimmt Die Gitterkonstante bestimmt ja den Winkel, den die Strahlen der verschiedenen Wellenlänge mit der Richtung des einfallenden Lichtes bilden und damit den Spektralbereich, der von der mehrere im Abstand voneinander angeordnete Spalte enthaltende Blende durchgelassen wird.

Aus der US-PS 29 85 866 ist schließlich ein Informationsspeichersystem bekannt, bei dem die Information in Form eines periodischen Oberflächenreliefs einer Folie aus thermoplastischem Material gespeichert ist. Das Oberflächenrelicf bildet ein Beugungsgitter und die Wiedergabe erfolgt mittels einer verhältnismäßig komplizierten Phasenkontrastoptik um trotz der im Vergleich zur nullten Ordnung geringen Intensität des gebeugten Nutzlichtes einen annehmbaren Kontrast im reproduzierten Bild zu erhalten.

Die mit Beugung arbeitenden bekannten Verfahren kommen zwar ohne Farbstoffe aus, sie erfordern jedoch spezielle optische Geräte, so daß konventionelle Projektoren, Mikrofilmbetrachtungsgeräte und dergl. nicht verwendet werden können.

Auf die oben erwähnten Nachteile der bekannten Verfahren zur subtraktiven Farbfifterung ist es u.a.

to zurückzuführen, daß sie für verschiedene Zwecke, wie z. B. Mikrofilmkarten, Farbbildprojektionsvorlagen bisher noch keine breite Anwendung fanden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur subtraktiven Farbfilterung anzugeben, das ohne Farbstoffe auskommt, einfach durchzuführen, insbesondere mit den bekannten Projektionsverfahren kompatibel ist und bei dem die erforderlichen subtraktiven Farbfilter verhältnismäßig einfach hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird durch das hu Patentanspruch 1 angegebene Verfahren gelöst

Die Unteransprüche betreffen Weiterbildungen dieses Verfahrens, Farbfiltervorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung und verschiedene Verwendungen für solche Farbfiltervorrichtungen.

Das Verfahren gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß das zur Verfügung stehende Eingangslicht optimal genutzt wird, daß es mit einfachen Mitteln durchgeführt werden kann, insbesondere mit gewöhnlichen Dia-, Kinofilm- und Mikrofilm-Projektoren und daß der Farbton durch die Amplitude der beugenden Elemente bestimmt wird und nicht durch deren Periodizität (Gitterkonstante), die sich bei der Herstellung nicht so gut steuern läßt wie die Amplitude.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine beugende Struktur so bemessen werden kann, daß bei ihrer Beleuchtung mit polychromatischem (z. B. weißem) Licht das Bündel nullter Ordnung (oder alternativ die Gesamtheit im wesentlichen aller Bündel höherer Ordnung als der nullten Ordnung) einen gewünschten Farbton und eine gewünschte Farbsättigung hat Die Farbeigonschaften des das Bündel nullter Ordnung bildenden Lichts von einer als subtraktives Farbfilter dienenden beugenden Struktur in Form eines Musters räumlich verteilter beugender Elemente sind allein durch das Profil (Wellenform) der einzelnen Beugungselemente und den Absolutbetrag der effektiven »optischen Scheitelhöhe«

so des Profils der betreffenden beugenden Elemente bestimmt Die Farbeigenschaften des das Bündel nulltcr Ordnung bildenden Lichts sind außerdem so lange unabhängig von der räumlichen Frequenz (»Gitterkonstante«), mit der die beugenden Elemente auftreten, wie diese räumliche Fiequenz genügend groß ist, um die gebeugten Bündel aller anderen als der nullten Ordnung über den Aperturwinkel des Bündels nullter Ordnung hinaus abzulenken. Die gebeugten Bündel höherer Ordnung als der nullten Ordnung bilden zusammen das

6ö Komplement (d. h. das Negativ) des Bündels der nullten Ordnung.

Eine beugende Struktur kann bekanntlich eine mit Reflexion oder eine mit Transmission arbeitende Struktur sein. Während die beugenden Elemente einer reflektierenden brechender/ Struktur normalerweise durch ein Oberflächenreliefmuster gebildet werden, können die beugenden Elemente einer in Transmission arbeitenden, nicht absorbierenden beugenden Struktur

entweder aus Bereichen unterschiedlichen Brechungsindex oder aus einem reliefartigen Oberflächenmuster oder irgendeiner Kombination dieser beiden Alternativen bestehen. Bei der vorliegenden Erfindung kommt es hinsichtlich der Beugung auf die Phase und nicht auf die Amplitude an. Die Erfindung läßt sich zwar in gleicher Weise mit jeder der oben erwähnten verschiedenen beugenden Phasenstrukturen erreichen, bevorzugt wird jedoch eine in Transmission arbeitende beugende Struktur mit Oberflächenreliefmuster, weil solche beugenden Strukturen mit den derzeit gebräuchlichen Projektoren für Farbtransparentbilder, die Farbstoffe enthalten, kompatibel gemacht werden können. Außerdem lassen sich die beugenden Elemente einer in Transmission arbeitenden beugenden Struktur, die durch ein Oberflächenreliefmuster gebildet werden, auf relativ billige Weise durch Heißpreßverfahren in Kunststoff reproduzieren bzw. vervielfältigen. Die in Transmission arbeitende beugende Struktur besteht vorzugsweise aus klarem, durchsichtigem Material, das eine verhältnismäßig hohe Brechzahl bezüglich der der Umgebung aufweist, z. B. aus Kunststoff, gebleichter Emulsion oder Glas, damit möglichst wenig Lichtenergie durch Absorption in der beugenden Struktur verlorengeht.

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

F i g. I zeigt schematisch einen Projektor zur Projektion des Bündels nullter Ordnung von einer in Transmission arbeitenden beugenden Struktur mit Oberflächenreliefmuster;

Fig. ia zeigt einen abgewandelten Teil des Projektors gemäß F i g. 1, der ein Raumfilter (Blende) enthält:

Fig. 2 zeigt eines der periodisch angeordnete-! beugenden Elemente eines Beugungsgitters mit willkürlichem Profil und bestimmter optischer Scheitelhöhe:

Fig. 3 zeigt in einer graphischen Darstellung ciie Lichtausbeute des Bündels niillter Ordnung für Beugungsgitter mit sinusförmigen und mit symmetrisch rechteckwellenförmigen Profilen als Funktion «ic Verhältnisses der optischen Scheitelhöhe des Gn'ers zur Lichtwellenlänge;

Fig.4 zeigt in einer graphischen Darstellung dic Lichtausbeute des Bündels nullter Ordnung für zwei Beugungsgitter mit jeweils symmetriseh-rechteckwelienförmigem Profil und zwei verschiedenen spezifischen optischen Scheitelhöhen als Funktion der Lichtwelleniänge;

F i g. 5 zeigt in einem CIE-Diagramm die kolorimetrischen Werte dti Lichts im Bündel nuliter Ordnung für ein symmetrisch-rechteckwellenförmiges und mit breitbandigem weißem Licht beleuchtetes Beugungsgitter als Funktion der optischen Scheitelhöhe dieses mit symmetrisch-rechteckwellenförmigen Profil ausgebildeten Beugungsgitters;

Fig.6 zeigt ein asymmetrisch-rechteckwellenförmiges Furchenprofil;

Fig.7 zeigt in einer graphischen Darstellung den Einfluß der Unsymmetrie in dem rechteckwellenförmigen Profil auf die optische Ausbeute für das Bande! nullter Ordnung als Funktion der Wellenlänge;

F j g. 8 zeigt schematisch drei überlagerte winkelversetzte Beugungsgitter:

F i g. 9 zeigt in einem CIE-Diagramm die kolorimetrischen Eigenschaften des Ausgangslichts im Bündel nuUter Ordnung bei drei überlagerten Gittern mit rechteckwellenförmigem Profil, die mit breitbandigem weißem Licht beleuchtet werden;

Fig. 10 zeigt schematisch einen Projektor mit einer Schlieren-Optik zur Projektion der Gesamtheit oder Summe von im wesentlichen allen gebeugten Bündeln anderer Ordnungen als der nullten Ordnung.

Die Fig. 1 zeigt schematisch ein typisches Ausführungsbeispiel eines Projektors, der allein das Bündel nullter Ordnung einer als subtraktives Farbfilter wirkenden beugenden Struktur 100 auf einen Schirm projiziert. Die beugende Struktur 100 ist vorzugsweise ein Blatt aus transparentem Material wie z. B. geprägtem Kunststoff mit einer im wesentlichen gleichförmigen vorgegebenen Brechungszahl, die sich von derjenigen des umgebenden Mediums (etwa Luft) unterscheidet. Dieses Blatt hat auf seiner Oberfläche ein Reliefmuster aus räumlich verteilten beugenden Elementen. Jedes beugende Element hat ein Profil v:>rbestimmter Wellenform und eine vorgegebene opiiji-i'ic Spitzenamplitude («optische Scheitelhöhe«).

Die beugende Struktur 100 wird mit polychromatisch<:ni Licht von einer Quelle beleuchtet, die vorzugsweise einen Glühfaden 102 enthält, der breitbancliges weißes Licht emittiert. Die Breite (d. h. der Durchmesser bzw. die größte Querschnittsausdehnung) des Glühfadens 102 sei D, wie es in Fig. 1 veranschaulicht ist.

Zv/ei Kondcnsorlinsen 104 und 106 mit jeweils einer Brennweite von /"sind auf die in F i g. 1 gezeigte Weise angeordnet, wobei sich der Glühfaden 102 in der vorderen Brennebene der Kondensorlinse 104 befindet. Hiermit wird das divergierende Lichtbündel 108 durch die Kondensorlinse 104 zu einem parallelen Bündel 110 gesammelt. Die Kondensorlinse 106 wandelt das parallele Lichtbündel 110 in ein konvergierendes Lichtbündel 112 um. Die beugende Struktur 100, welche sich, wie gezeigt, relativ nahe an der Kondensorlinse 106 up.J. im Weg des konvergierenden Lichtbündels 112 '•cfindet. wird vom konvergierenden l.ichtbündel 112 beleuchtet. Das Ausgangslicht der beugenden Struktur 100 besteht aus dem Anteil oder Bündel 114 der Beugung nullter Ordnung und den Anteilen oder Bündeln der Beugungen höherer Ordnung, wie z. B. der Beugung -1. Ordnung 116 und der Beugung +1. Ordnung 118. Eine Projekiionslinse 120, die nur im Wege des Bündels nullter Ordnung 114 liegt, wirit nur das Ausgangslicht 114 dieses Bündels nullter Ordnung auf einen Schirm. Diese selektive Projektion wird dadurch erreicht, daß das Ausgangslicht aller Bündel 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 F i g. 1 gezeigt ist Die Selektion kann alternativ oder zusätzlich auch dadurch erfolgen, daß man vor der Projektionslinse 120 ein undurchsichtiges räumliches Filter in Form einer Blende 122 vorsieht, wie es in Fig. la gezeigt ist Die Blende 122 hat eine Öffnung 124 begrenzter Größe, um nur den Lichtanteil 114 der Beugung nullter Ordnung durchzulassen, so daß alles licht der Beugungen höherer Ordnungszahlen abgehalten wird.

Der in F i g. 1 dargestellte Projektor ist kompatibel mit den üblichen für herkömmliche subtraktive Farbfilter ausgelegten Projektionsgeräten wie etwa den üblichen Diaprojektoren oder Kinofflmprojektoren. Der Projektor zur Projektion von Beugungslicht nullter Ordnung ist jedoch nicht zwangsläufig auf solche herkömmlichen Geräte begrenzt, ebenso wenig wie das subtraktive Farbfilter unbedingt die Form eines

Oberflächen-Reliefmusters 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 Muster aus räumlich verteilten Beugungs- '■> elementen enthält, worin jedes Beugungselement ein eigenes vorbestimmtes Wellenformprofil und eine eigire gegebene optische Scheitelhöhe hat. Was der Projektor als mindestes enthalten muß, ist eine Quelle für polychromatisches Licht eines gegebenen Wellen- n> längenspektrums. um ein aus einem derartigen Beugungsmedium bestehendes subtraktive«; Farbfilter mit diesem polychromatischen licht zu beleuchten.

Es ist bekannt, daß. wenn man monochromatisches Licht einer gegebenen Wellenlänge auf eine beugende ι · Struktur fallen läßt, welche Elemente enthält, die eine Phasenverzögerung entsprechend einer halben Wellenlängp bewirken (wie z. B. ein Beugungsgitter mit dem Prcii! eirier ^cvnirnetr!^c^h^tan Re^lv^ck^**!!*¹ und einer optischen Spitzenamplitude gleich einer halben Wellen- -'' länge des beleuchtenden monochromatischen Lichts), das in die nullte Ordnung gebeugte Licht gleich Null ist. Die vorliegende Erfindung befaßt sich demgegenüber mit der subtraktivcn Farbfilter¹* irkung einer solchen beugenden Struktur (oder anderer Typen von beugen- -'■ den Strukturen mit andersartigen Mustern aus räumlich verteilten Beugungselementen), wenn man dieses Medium mit polychromatischem anstatt mit monochromatischem Licht beleuchtet.

Als Beispiel seien die periodischen Beugungselemen- ;< > te 'es Beugungsgitters nach Fig. 2 betrachtet. Das in Fig. 2 gezeigte Beugungsgitter sei gebildet durch ein Oberflächen-Reliefmuster in einem Material der Brechungszahl n. Es sei angenommen, daß sich das Beugungsgitter in einer Umgebung wie etwa Luft π befindet, deren Brechungszahl im wesentlichen gleich 1 ist. Das Beugungsgitter besteht aus periodischen Beugungselementen 200 mit einem Abstand «/(Linienabstand oder Giiterkonstante) zwischen korrespondierenden Punkten benachbarter Elemente. ledes Beu- *<> gungselement 200 habe ein verallgemeinertes räumliches oder körperliches Wellenformprofil mit einem Verlauf S (X). Die optische Spitzenamplitude jedes Beugungsgitters sei gleich a. Unter diesen Voraussetzungen ist die körperliche Scheitelhöhe des Wellen- ·»> formprofils eines jeden Beugungselements in dem

Oberflächen-Reliefmuster nach F i g. 2 gleich——. (Falls

π — ]

das Umgebungsmedium des Beugungsgitters eine Brechungszahl von n-, statt 1 haben würde, dann wäre v> die körperliche oder räumliche Spitzenamplitude gleich

Die relative Amplitude des vom Beugungsgitter nach Fig.2 in irgendeine Beugungsordnung gebeugten Lichts hängt ab von der Ordnungszahl m, der Wellenlänge λ des beleuchtenden Lichts, der Gitterkonstanten d, der Differenz zwischen den Brechungszahlen des Beugungsgittermediums (η) und des umgebenden Mediums (1 im Falle von Luft) sowie vom Wellenform- eo profil S (X) eines jeden Beugungselements. Wenn die Amplitude des einfallenden Lichts auf 1 normiert ist dann gilt für die relative Amplitude A_m der m-ten Ordnung folgende Gleichung (1):

b5

• 2 - er li«

dx (1)

Die »Beugungsausbeute« /„. ausgedrückt durch die Intensität (Energie) ist dann:

⁼ I A„

Für das Ausgangslicht /(,,im Bünde! nullter Ordnung, welches geradeaus durch das Gitter dringt, reduziert sich Gleichung (1) auf die nachstehende Gleichung (3):

(I J

li- ir I MKl

Sinusförmige und symmetriseh-rechteckförmige Profile sind zwei gebräuchliche Formen für Beugungsgitterprofile. Im Falle eines sinusförmigen Prodis, bei welchem

η J - »·

(/ι - l).s(.x) = — cos — ——
2 d

wird Gleichung (3) zu:
,·!„ = J_tlna//.).

wobei J₀ die Besselfunktion nullter Ordnung ist.

Wenn man in ähnlicher Weise die Gleichung (3) fur den Fall eines symmetrisch-reehteckformigen Profils setzt, wobei

- all wenn 0 < X < dll

+ a/2 wenn dll <X<d\
dann erhält man folgende Gleichung:

A_n = cos (rra/λ) (5)

Es ist festzuhalten, daß in den beiden Gleichungen (4) und (5) die Amplitude des Ausgangslichts An im Bündel nullter Ordnung eine Funktion des Verhältnisses de. optischen Scheitelhöhe a zur Wellenlänge λ des beleuchtenden Lichts ist. während die spezielle Funktion selbst von dem jeweiligen Wellenformprofil abhängt.

Indem man jede der Gleichungen (4) und (5) in die Gleichung (2) einsetzt, läßt sich sowohl für das sinusförmige Profil als auch für das symmetrisch-rechteckwellenförmige Profil eines jeden Beugungselements graphisch darstellen, wie sich die Intensität I₀ des Ausgangslichts der Beugung nullter Ordnung als

i-'unktion von—— ändert. Entsprechende Diagramme

sind in F i g. 3 gezeigt

Wie in F i g. 3 zu erkennen ist zeigt der Intensitätsverlauf für jedes dieser 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—7-(der Phasenände-

rung) immer kleiner werden, ist dies beim symmetriscnrechteckwellenförmigen Profil nicht der FaIL Vielmehr zeigt die für das symmetrisch-rechteckwellenförmige Profil geltende Kurve 302 in Fig.3, daß die Intensität des in das Bündel nullter Ordnung durchgelassenen Lichts periodisch auf null Prozent absinkt und dann wieder auf 100% ansteigt Für irgendeinen festen Wert

der optischen Spitzenamplitude a zeigen diese Änderungen eine Abhängigkeit der Transmission von der Wellenlänge. Diese Abhängigkeit von der Wellenlänge ist es, die es gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung möglich macht, ein Beugungsmedium als subtraklives Farbfilter zu verwenden.

Während unter mit einem sinusförmigen oder symmetrisch-rechteckwellenförmigen Profil mindestens eine gewisse Selektivität hinsichtlich der Wellenlänge haben, erkennt man aus F i g. 3, daß die Wellenlängen-Selektivität eines Gitters mit symmetrisch-rechteckwcllenförmigem 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 Wellenformprofilen zur Erzeugung einer guten Farbe vorzuziehen, weil es eine

kae.or» QoIsI/ 1 i,,il« t rilneI^KilI^U ,1» U/«1Ur.l»_n„„ U-. Ir. A'·

bei den beiden mit symmetrisch-rechteckwellenförmigen 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 mit einem beugenden Medium die Wirkung eines speziellen subtraktiven Farbfilters zu erzielen.

Wie es in der Kolorimetrie bekannt ist, können kolorimetrisehe Normdaten, die aus den trichromatischen Koeffizienten eines »Normal-Betrachters« bestehen, dazu dienen, sowohl die Farbe als auch die Helligkeit bezüglich einer Normal-Weißlichtquelle zu definieren. Wenn man z. B. ein Beugungsgitter mit symmetrischem Rechteckwellenprofil mittels ein-τ Normal-Weißlichtquelle beleuchtet, deren effektive Strahlungstemperatur 7=3200 Kelvin beträgt, dann ist

A rKo iinA /-lio Mollinlfait Ae>K Δ itccranncliohtc Aar

bestimmten Fällen kann es jedoch erwünscht sein, trotz ihrer niedrigeren Wellenlängen-Selektivität irgendwelche anderen Wellenformprofile als das Rechteckwellenprofil zu verwenden. Daher ist die vorliegende Erfindung nicht auf Rechteckwellenprofile beschränkt. Die Fig.4 zeigt die relative Intensität des Bündels nullter Ordnung als Funktion der Wellenlänge für zwei verschiedene Beugungsgitter. Die Kurve 400 gilt für ein erstes Beugungsgitter mit einem symmetrisch-rechteckwellenförmigen Profil und einer optischen Scheitelhöhe von 650 Nanometer, und die Kurve 402 gilt für ein zweites Beugungsgitter mit einem symmetrisch-rechteckwellenförmigen Profil und einer optischen Scheitelhöhe von 800 Nanometer. Man erkennt, daß die Abhängigkeit der Transmission in die nullte Ordnung

Tabelle I

Beugung nullter Ordnung eindeutig bestimmt durch den speziellen Wert der optischen Scheitelhöhe a des symmetrisch-rechteckwellenförmigen Beugungsgitters. In der folgenden Tabelle I sind die Farbe und der optische Wirkungsgrad eines jeden von mehreren symmetrisch-rechteckwellenförmigen Beugungsgittern jeweils unterschiedlicher gegebener optischer Scheitelhöhe a aufgeführt. Die in der Tabelle I angegebenen Werte wurden unter Verwendung von Durchlaßkurven ähnlich denjenigen nach F i g. 2 errechnet, wobei die kolorimetrischen Normdaten eines Normal-Betrachters verwendet wurden. Solche kolorimetrischen Normdaten können aus dem »Handbook of Chemistry and Physics«. 46. Auflage 1965/66, Seite E-166 entnommen werden.

Scheitelhöhe α	Farbe
(nm)
250	dunkelbraun
265	dunkelmagenta
300	blau
500	grünlich-weiß
700	gelb
800	magenta
900	cyan
1050	gelblich-grün

optischer Wirkungsgrad C»)
Lichtquelle Γ- 3200 K

4,3

2,6

2.3

84,1

54,3

15,6

16.8

70,4

Wie aus der Tabelle I ersichtlich ist, liefert ein symmetrisch-rechteckwellenförmiges Gitter mit einer optischen Scheitelhöhe a von 800 Nanometer bei Beleuchtung mit weißem Licht von einer Lichtquelle einer effektiven Strahlungstemperatur von 3200 Kelvin ein magentafarbenes Licht in der nullten Ordnung. Die eine der beiden graphischen Darstellungen in Fig.4, nämlich die Kurve 402, gilt für ein solches symmetrischrechteckwellenförmiges Gitter mit einer optischen Scheitelhöhe von 800 Nanometer. Wie die Kurve 402 in Fig.4 zeigt, wird bei diesem rechteckwellenförmigen Gitter mit der optischen Scheitelhöhe von 800 Nanometer ein relativ großer Anteil des beleuchtenden Lichts im blauen und im roten Endbereich-des sichtbaren Spektrums durchgelassen, während im mittleren Teil des sichtbaren Spektralbereichs (in der Umgebung von grün) nur wenig Licht durchgelassen wird. Diese subtraktive Farbfilterwirkung gemäß F i g. 4 ist der Grund dafür, daß das durchgelassene Licht im Bündel nullter Ordnung magentafarbig (eine Mischung von rot und blau) erscheint Da, wie in Fig.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 symmetrisch-rechteckweUenförmigen 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 F i g. 5 zeigt die m der Tabelle ί aufgeführten acht Beispiele für verschiedene optische Scheitelhöhen a in der CIE-FarbtafeL Wie in der Kolorimetrie bekannt, entspricht jeder Punkt in der CIE-Farbtafel eindeutig

einem bestimmten Farbton bestimmter Sättigung. Wie in der CIE-rarbtafel nach F i g. 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 beschränkt. Wenn ein Beugungsgitter 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 l.inie_; dip sirh von der einem symmetrisrhpn Rprhlprkwellenprofil entsprechenden spiraligen Linie unterscheidet.

Von besonderem Interesse für die vorliegende subtraktive Farbilterung ist ein Gitterprofil mit unsymmetrischer Rechteckwellenform, wie es in F i g. 6 gezeigt ist. Dieses unsymmetrische Rechteckwellenprofil 600 gleicht einem symmetrischen Rechteckwellenprofil in jeder Hinsicht, nur daß der »Asymmetrie-Parameter« ε 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 ε = -1 oder +1 (Tastverhältnis 0% oder !00%), überhaupt kein Anteil des beleuchtenden Lichts in höhere Ordnungen als der nullten Ordnung gebeugt, weil die Beugungselemente des Oberflächen-Reliefmusters in den besagten Extremfällen vollständig verschwinden. Daher dringt in diesen Extremfällen das gesamte beleuchtende Licht geradeaus und ohne Beugung durch das im Normalfall beugende Medium und erscheint als Ausgangslicht der nullten Beugungsordnung.

Der Einfluß der Unsymmetrie des Rechteckwellenprofils auf die Intensität des Lichts in der nullten Ordnung ist allgemein in F i g. 7 veranschaulicht. F i g. 7 zeigt eine erste Kurve 700, welche ähnlich den Kurven nach F i g. 4 die relative Intensität des Ausgangslichts in der nullten Ordnung als Funktion der Wellenlänge darstellt und zwar für den Fall eines symmetrisch-rechteckwellenförmigen Profils (ε=0) mit irgendeiner vorbestimmten optischen Scheitelhöhe. Die F i g. 7 zeigt ferner eine zweite Kurve 702 für den Fall eines unsymmetrisch-rechteckwellenförmigen Profils (ε hat irgendeinen bestimmten, von 0 verschiedenen Wert), während alle anderen Gegebenheiten die gleichen wie im Falle der ersten Kurve sind. Man erkennt aus F i g. 7, daß die Durchlaßmaxhna bei beiden Kurven 700 und 702 an gleicher Stelle liegen und jeweils Z₀=I beträgt Während jedoch die Minima der für den Fall ε=0 geltenden ersten Kurve 700 bei /o=O liegen, liegen die Minima der zweiten Kurve 702, die für einen bestimmten von 0 verschiedenen Wert ε gilt, bei k=ε². Dies zeigt, daß, wenn alle anderen Gegebenheiten gleich sind, die Sättigung bei dem durch das Licht nulller Ordnung hervorgeruf er en Farbton abnimmt, wenn die Unsymmetrie der Rechteckwelle zunimmt (d. h. um den Betrag, um den das Tastverhältnis von 50% abweicht).

Das unsymmetrisch-rechteckwellenförmige Gitter-

■) profil 600 nach F i g. 6 sei nun quantitativ betrachtet. Die Intensitätsausbeute /o für die nullte Ordnung bei einem unsymmetrisch-rechteckwellenförmigen Gitterprofil erhält man, wenn man die Gleichungen (1) und (2) für den Fall eines solchen speziellen Gitterprofils auswer-

w tet. Es ergibt sich dann:

/„ = (1 -γ') cos² (πα/λ) + r²

Der Einfluß eines ε mit einem von Null verschiedenen Wert auf die Abhängigkeit der Intensität /o von d*:r Wellenlänge besteht also darin, daß ein konstanter Ausdruck ε² addiert wird, der weißem Licht entspricht. Folglich bleibt der Farbton des durchgelassenen Lichts konstant, aber die Sättigung ändert sich.

Vorstehend sind 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-Farbreizempfindlichkeit des Auges wünschenswert, drei überlagerte Gitter zu verwenden, deren jedes eine optische Scheitelhöhe hat, die einer gesonderten von drei Primärfarben entspricht. Fig.8 zeigt eine Anordnung aus drei überlagerten Gittern 800, 802 und 804. Wie in Fig. 8 erkennbar, haben diese Gitter 800, 802 und 804 alle denselben Linienabstand, sie sind jedoch winkelmäßig gegeneinander versetzt. Diese Winkelversetzung, die 60° betragen kann, verhindert das Auftreten unerwünschter räumlicher Schwebungsfrequenzen. Diese unerwünschten räumlichen Schwebungsfrequenzen können auch dadurch vermieden werden, daß man statt der in Fig.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 kombinieren, 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 Ic (λ), I_M (A) bzw. Iy(X) beträgt, ist die resultierende Ausbeute der Beugung nullter Ordnung I₀ (X) gegeben durch das nachstehende Produkt:

Z₀(A) = I_c(λ) I„(λ)

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 Schwebungsfrequenzen zu vermeiden. Wenn dies nicht der Fall ist, dann führen Intermodulaüonseffekte zu zusätzlichen Ausdrücken in der Gleichung (7), die sich auf unerwünschte räumliche Schwebungsfrequenzen beziehen (die Gleichung (7) läßt sich auch auf einen herkömmlichen Farbfilm anwenden,

wenn man für Jc, hi und Ιγ die optischen Durchlaßkurven für die drei Farbstoffschichten nimmt).

Als Beispiel seien die jeweiligen optischen Scheitelhöhen der Gitter 800,802 und 804 so gewählt, daß sie den Primärfarben Cyan (minus rot), Magenta (minus grün) und Gelb (minus blau) entsprechen. Für den Fall eines Gitters mit Rechteckwellenprofil läßt sich errechnen, daß die Farbe Cyan einer optischen Scheitelhöhe ac= 920 Nanometer, die Farbe Magenta einer optischen Scheitelhöhe aA/=785 Nanometer und die Farbe Gelb einer optischen Scheitelhöhe ay=655 Nanometer entspricht Wenn die drei in Fig.8 gezeigten Gitter zueinander um 60° verdreht sind, dann kann man bei unverändert bleibender optischer Scheitelhöhe ac-, a,w und ay verschiedene Farben erhalten, indem man die zugehörigen Asymmetrie-Parameter se, Bm und e>unabhä-Tgig kontrolliert. Eine hierdurch erzielbare Farbenskala ist in der nachstehenden Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 2

r_r ε,\ι i) Leucht

wirksamkeit

weiß	1	1	1	100,0%
gelb	1	I	0	74,5%
magenta	1	0	1	19,5%
cyan	0	1	1	22,2%
blau	0	0	1	1,8%
grün	0	1	0	11,9%
rot	1	0	0	17,2%
schwarz	0	0	0	2,8%

vorsehen, um eine oder mehrere überlagerte periodische »binäre« Phasenverzögerungsstrukturen zu schaffen, die fein genug sind, um das in die nullte Ordnung gebeugte Licht vom Licht der höheren Beugungsordnungen zu trennen. Beispielsweise kann man anstelle eines Gitters mit unsymmetrisch-rechteckwellenförmigem Profil eine regelmäßige Anordnung von Punkten genau definierter Dicke vorsehen. Dies entspricht den Strukturen, wie sie gewöhnlich beim Drucken verwendet werden. Eine Beziehung zu den obigen Gittergleichungen 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:

Der gesamte Farbbereich, den man durch Heranziehung der in Tabelle 2 angegebenen Primärfarben Cyan, Magenta und Gelb erhalten kann, ist in der CIE-Farbtafel nach F i g. 9 eingezeichnet Durch geeignete Wahl von 8c, Bm und ε >· kann man jede innerhalb des in F i g. 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% oder weniger haben. Lediglich die jeweiligen Werte der drei Asymmetrie- Parameter er. ε ,wund ε >-sollten sich von Ort zu Ort im räumlich verteilten Muster der Beugungselemente 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

Fläche mit optischer Dicke -I—

2 1

Fläche mit optischer Dicke - —

1 -ε

(8)

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 F i g. 1 betrachtet Die Tatsache, daß der eine polychromatische Lichtquelle darstellende Glühfaden 102 eine endliche Breite D hat, bedeutet, daß die jeweils eine Brennweite / aufweisenden Kondensorlinsen 104 und 106 den Glühfaden in die Hauptebene der Projektionslinse 120 mit einer Verbreiterung oder Ausbreitung O entsprechend dem Durchmesser der Projektionslinse 120 projiziert Um sicherzustellen, daß sowohl das Ausgangslicht 116 des gebeugten Bündels — 1. Ordnung als auch das Ausgangslicht 118 des gebeugten Bündels +1. Ordnung ganz außerhalb der Öffnung der Projektionslinse 120 fällt und sich nicht mit dem Ausgangslicht 114 des Bündels nullter Ordnung überlappt, muß der kleinste Beugungswinkel des in die erste Ordnung gebeugten Lichts größer sein als die durch die Glühfadenbreite hervorgerufene Ausbreitung. Bekanntlich ist der Sinus des kleinsten Winkels der Beugung zwischen der nullten und der ersten Ordnung gleich XId₁ wobei d die räumliche Periode der in F i g. 2 gezeigten Beugungselemente und λ die kleinste Lichtwellenlänge, d. h. die Wellenlänge des blauen Lichts ist. Ebenso ist bekannt, daß der Sinus des Winkeis der sich durch die Glühfadenbreite D ergebenden Ausbreitung gleich D/f ist. Da das Beugungslicht der höheren Ordnungen ausreichend weit abgelenkt werden soll, um jede Überlappung mit 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 Lichtausbreitung infolge der Glühfadenbreite. Diese Bedingung ist immer erfüllt, wenn:

Md>Dlf oder </<^

(9)

Da die dem blauen Licht entsprechende Wellenlänge von 0,4 Mikrometer die kürzeste Wellenlänge im sichtbaren Bereich ist, sollte die Größe A in der Formel b5 (9) einen Wert von 0,4 Mikrometer haben. Typische Werte für die anderen Größen bei handelsüblichen Projektoren, wie sie beispielsweise in Lesegeräten für Mikrofilmkarten verwendet werden, sind f-40 mm und

D= 6 mm. Falls λ = 0,4 Mikrometer ist, darf nach der Formel (9) die räumliche Periode d eines Beugungselementes 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 Ao, welche die Farbe beeinflussen, vorkommt Somit wirkt sich d nur auf das Auflösungsvermögen der beugenden Struktur 100 und die Kollimationsbedingungen in der Leseoptik aus.

Bei dem in F i g. 1 gezeigten Projektor wird nur die nullte Ordnung der Beugung als Nutzlicht von der beugenden Struktur 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 nullten Ordnung entspricht, denn die Summe >n des Beugungslichts nutlter Ordnung und des Beugungslichts aller höheren Ordnungen ist stets gleich dem einfallenden beleuchtenden polychromatischen Licht (vermindert um die normalerweise vernachlässigbare Absorption und Reflexion am Filter). Die F i g. 10 zeigt eine Abwandlung des in F i g. 1 dargestellten Projektors, mit der das Beugungslicht aller (oder mindestens im wesentlichen aller) anderen Ordnungen als der nullten Ordnung projiziert werden kann. Gemäß Fig. 10 wird dies dadurch erreicht, daß man die Projektionslinse 120 nach Fig. 1 durch eine Schlierenoptik 1000 ersetzt. Bekanntlich vermag eine Schlierenoptik die Summe ,»Her (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 der beugenden Struktur 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.

Beugende Strukturen, in denen die Prinzipien der vorliegenden Erfindung realisiert sind, lassen sich physikalisch in verschiedener Weise unter Anwendung 4; an sich bekannter Verfahren herstellen. Eine einfache Methode zur Herstellung eines Gitters mit symmetrischem Rechteckwellenprofi], 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 Photolacks als Kontaktabzug von einem Chrom-auf-Glas-Beugungsgitter erfolgt dann bildet der entwickelte Photolack ein Beugungsgitter mit symmetrisch-rechteckwellenföravgem Profil, dessen optische Scheitelhöhe allein durch die Dicke des entwickelten unbelichteten Photolacks bestimmt ist Auf diese Weise erhält man eine beugende Struktur, bei weicher das durchgeiassene Beugungsiicht nuilter Ordnung die gewünschte Farbe hat

Unter Anwendung ähnlicher Verfahren kann man auch ein Far'oauszug-Negativ einer gegebenen Farbszene 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 weiier oben beschrieben wurde) erhält man ein subtraktives Farbfilter, welches ein Farbbild der Farbszene zu erzeugen gestattet

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

I-lior/ii 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur subtraktiven Farbfilterung eines Bündels polychromatischen Lichts vorgegebenen s Wellenlängenspektrums zum Erzeugen eines gefilterten Ausgangslichtbündels, das nur einen gewünschten Teil des vorgegebenen Wellenlängenspektrums enthält, bei welchem das Bündel polychromatischen Lichts durch Beugung an einer ι ο Beugungsstruktur in ein Bündel nullter Ordnung und gebeugte Bündel höherer Ordnung zerlegt und ein Teil dieser Bündel als gefiltertes Ausgangsbündel verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerlegung durch entsprechende Formung des optischen Profils sowie durch Bemessung der optischen Scheitelhöhe der beugenden Elemente der Beugungsstruktur derart erfolgt, daß im Bündel nullter Ordnung der gewünschte Teil des Wellenlängenspektmais oder dessen Komplement verbleiben und daß das Bündel nullter Ordnung bzw. im wesentlichen die Gesamtheit der gebeugten Bündel höherer Ordnung als Null als gefiltertes Ausgangsbündel verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gefilterte Ausgangsbündel zur Projektion eines Bildes verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ausgangsbündel erzeugt werden und der spektrale Anteil sowie die relative Intensität der verschiedenen Ausgangsbündel entsprechend eine? Farbb^a.dinformation gewählt werden.

4. Farbfiltervorrichtung mit -inem eine beugende Struktur enthaltenden subtraktiven Farbfilter und >s einer diesem nachgeschalteten Optik vorgegebener Eingangsapertur, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beugende Struktur (100) ein Muster aus räumlich verteilten, die Phase des Lichts ändernden Beugungselementen (200) mit solchem Profil und solcher optischer Scheitelhöhe enthält, daß das in ώε Eingangsapertur (124) der Optik (120) fallende Bündel nullter Ordnung oder die in die Eingangsapertur der Optik fallende Gesamtheit im wesentli- chen aller gebeugter Bündel höherer Ordnung als Null den gewünschten Teil des Wellenlängenspektrums enthält.

5. Farbfiltervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beugende Struktur (100) aus einem transparenten Blatt eines Materials mit im wesentlichen gleichförmiger, vorgegebener Brechzahl besteht, die sich von derjenigen des umgebenden Mediums unterscheidet, und daß die räumlich verteilten Beugungselemente (200) ein Oberflächenrelief auf diesem Blatt bilden.

6. Farbfiltervorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Beugungselement ein Profil entsprechend einer Sprungfunktion (F i g. 6) hai so

7. Farbfiltervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beugungselemente ein Oberflächenreliefmuster bilden, das einer Phasenverzögerungsstruktur entsprechend mindestens einer periodischen binären Sprungfunktion entspricht, deren Amplitude entsprechend dem gewünschten Farbton des durch die betreffende Funktion erzeugten Ausgangslichtbündels gewählt ist.

8. Farbfiltervorricbtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis (Tastverhältnis) der beiden binären Teile jeder Periode der Phasenverzögerungsstruktur entsprechend einer gewünschten Farbsättigung des durch die betreffende Periode bestimmten Farbtones gewählt ist (F i g. 6).

9. Farbfiltervorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasen ;/erzögerungsstruktur ein rechteckwellenförmiges Beugungsgitter ist, wobei jede Periode der binären Sprungfunktion eine Rille des Beugungsgitters enthält

10. Farbfiltervorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverzögerungsstruktur die Form einer unsymmetrischen Rechteckwelle hat

11. Farbfiltervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächenreliefmuster mehrere überlagerte periodische Phasenverzögerungsstrukturen enthält die jeweils die Form einer binären Sprungfunktion haben, und daß sich die Amplitude jeder periodischen Phasenverzögerungsstruktur von der Amplitude der anderen periodischen Phasenverzögerungsstrukturen unterscheidet

12. FarbfilteFvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächenreliefmuster drei einander überlagerte Phasenverzögerungsstrukturen mit unterschiedlichen, jeweils einer Primärfarbe entsprechenden Amplituden enthält (F ig. 8).

13. Farbfiltervorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die einander überlagerten Phasenverzögerungsstrukturen jeweils aus einem rechteckwellenförmigen Beugungsgitter bestehen und daß sich jedes Beugungsgitter hinsichtlich seiner Winkelorientierung und/oder seiner Periode von jedem anderen Beugungsgitter unterscheidet.

14. Farbfiltervorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Glühfaden der Breite D als Quelle für das polychromatische Licht sowie ein Kondensor-Linsensystem mit einer Brennweite / enthält und daß die maximale Ausdehnung (d) jedes Beugungselements kleiner ist als λί/d, wobei λ die kleinste Wellenlänge in einem Nutzspektralbereich des polychromatiscben Lichtes ist.

15. Farbfiltervorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Ausdehnung (d)jedes Beugungselementes kleiner als 2,7 μηι ist

16. Verwendung einer Farbfiltervorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 15 in einem Projektionsgerät wobei die Optik durch ein Projektionsobjektiv (120), das derart angeordnet ist, daß es nur das Bündel nullter Ordnung projiziert gebildet wird.

17. Verwendung einer subiraktiven Farbfiltervorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 15 in einem Projektionsgerät, wobei die Optik durch ein Projektionsobjektiv (120) und eine zwischen der beugenden Struktur (100) und dem Projektionsobjektiv (120) angeordnete Blende (122), die so angeordnet ist daß nur das Bündel nullter Ordnung von der beugenden Struktur (100) zum Projektionsobjektiv (120) gelangt gebildet wird.

18. Verwendung einer subtraktiven Farbfiltervorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 15 in einem

Projektionsgerät, wobei die Optik durch eine Schlierenoptik (tOQQ) in solcher Anordnung bezüglich der beugenden Struktur (100) gebildet wird, daß das Bündel nullter Ordnung blockiert und die Gesamtheit im wesentlichen aller gebeugter Bündel höherer Ordnung als der nullten Ordnung projiziert wird (F ig. 10).