DE2033805A1

DE2033805A1 - Farbbildwiedergabeanordnung

Info

Publication number: DE2033805A1
Application number: DE19702033805
Authority: DE
Inventors: Douglas Arthur Berkeley Heights; Uitert Le Grand Gerard van Morris Township; N.J. Pinnow (V.St.A.)
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1970-01-23
Filing date: 1970-07-08
Publication date: 1971-11-18
Also published as: SE367256B; FR2074863A5; US3652956A; JPS5110732B1; NL7010547A

Description

2033Q₀₅

WESTERN ELECTRIC COMPANY -Incorporated Pinnow 5/7-43/51

New York, N. Y., 10007, VStA Farbbildwiedergabeanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf Projektionssysteme zur visuellen Farbbildwiedergabe.

Der einschlägige Stand der Technik ist in "IEEE Spectrum", Dezember 1968, Seite 3 9, beschrieben. In diesem zusammenfassenden Artikel ist angegeben, daß die Aussicht, eine kathodenstrahlrohrartige Bildwiedergabe mit praktisch unbegrenzter Bildschirm größe eine der Hauptursachen für das gegenwärtige Interesse an Laser-Bildwiedergabeanordnungen ist. In diesem Artikel ist des weiteren angegeben, daß zwar adequate Modulations- und Abtastmethoden derzeit verfügbar sind, es aber noch einer adequaten Dreifarbenquelle ermangelt.

Das wahrscheinlich aussichtsreichste Laser-Farbbildwiedergabe system verwendet die blaue (4880 A ) und die grüne (5145 A) Emissionslinie eines Argonionen-Lasers. Dabei sind Mittel verfügbar, um diese beiden in stimulierter Emission auftretenden Linien wirksam selektiv mit Hilfe von Q-Schaltmethoden zu

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schalten, und die derzeit verfügbaren Laser arbeiten bei hinreichend hohen Leistungen , um die für eine Zuschauergruppe erforderliche Helligkeit von projezierten Bildern sicherzustellen, die durch Reflexion erzeugt werden.

Wie gleichfalls in dem genannten Artikel angegeben ist, ist der offensichtliche Nachteil eines solchen Systems das Fehlen einer Rot-Emission. Es sei bemerkt, daß ein Versuch gemacht worden ist, Rot-Emission mit Hilfe eines gesonderten Helium-Neon-Lasers bereitzustellen, der bei 6328 A. stimuliert emittiert. Leider bedingt die geringere Empfindlichkeit des Auges gegenüber dieser langwelligen Emission in der Nähe des langwelligen Endes des sichtbaren Spektrums, gekoppelt mit den vergleichsweise niedrigen Leistungswerten, die bei diesem Laser-Typus eigen sind, daß die scheinbare Helligkeit dieses Rotlichts ungenügend ist .

Ein weiterer Versuch lag in der Verwendung der roten Emissionslinie eines Kryptonionen-Lasers bei 6471 A . Diese Wellenlänge ist noch größer als die der roten Emissionslinie eines Helium-Neon-Lasers, gegenüber der das Auge

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demgemäß noch unempfindlicher ist. Der erreichbare Wirkungsgrad ist niedrig, aus diesem Grunde hat dieser Weg nicht vollständig befriedigt.

Nach der Erfindung ist ein Laser-Projektions system vorgesehen, bei welchem eine, kohärente Lichtquelle und ein Leuchtschirm verwendet werden, der zumindest zwei Lichtfarben unter der anregenden Wirkung der Lichtquelle beiträgt. Der Schirm enthält einen oder mehrere Leuchtphosphore, die bei zumindest zwei Farben emittieren können, wobei alternativ auch zumindest eine Farbe durch Reflexion erzeugt und zumindest eine zweite Farbe von dem Leuchtphosphor geliefert werden kann. Ein beispielhaftes Las er-Dr eifarbenbildprojektions system verwendet die Emissionslinien eines Argon-Lasers bei 4880 A und 5145 A zusammen mit der Rot-Emission einer Leuchtphosphor beschichtung, die mit der 4880 A -, 5145 A -oder der anderweitigen Argonlaser-Einissionsstrahlung angeregt wird. Bei diesem System und bei den am stärksten bevorzugten Ausführungsformen beruht die Wirkungsweise des Leuchtphosphors auf dem Einbau aktiver Materialien, die im Roten fluoreszieren. Die Leuchtphosphorekönnen Farbstoffe, wie Rhodamin B oder hieraus

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2 O 3 3 8 G 5 ■

hergestellte Pigmente , sein, ferner anorganische Verbindungen wie Zn pCd 4^³ °*^{as n1}^ ^-^uP^^er aktiviert ist,'oder

NaTb,.. _oEu„ _n ^w ₀0₀, das mit TIi sensibilisiert und mit Eu (J, ü U₃ Δ Δ ο

2-|- 3-1-aktiviert ist. In gewissen Fällen kann der Eu -Eu -Übergang gleichfalls benutzt werden. Bei der beispielhaften Ausführungsfoirm wird die Absorption der 4880 A - Strahlung bewerkstelligt durch

34 3-1-

Tb , und die Energie wird auf das eng angekoppelte Eu -Ion übertragen. Die Emission umfaßt eine starke Spitze in der Nähe von 01 00 A zusammen mit Beiträgen bei etwa 5 900 A und bei längeren Wellenlängen.

Die Auswahl zwischen der Emission, die z.u reflektieren ist. und der Emission, die durch den Leuchtphosphor zu absorbieren ist, IcS)Hi auf verschiedenen Wegen erreicht wer den. Eine Anordnung berulrf auf selektiver Ablenkung auf spezielle leuehtphosphoi'-be schicht de Gebiete. Eine weitere Anordnung beruht auf selektivem Durchgang und/oder selektiver Reflexion eines bestimmten Po] ;i ri ',:■ al j ons sinne! ,

I auk htplmi-.plmr zu rammen set/ "ungon, voll denen oben M'itf.'j-ialien gt^;vmnn1 worchiii sind, sind

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nachstehend im einzelnen erläutert.

Die Erfindung ist in den Ansprüchen angegeben und nachstehend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Schrägansicht eines erfindungsgemäßen Systemteils zum Erhalt eines speziellen selektiven Q-Schaltens zur Änderung der beiden vorherrschenden Emissionswellenlängen, beispielsweise eines Argonionen-Lasers,

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines erfindungs gemäßen Systems zur Darstellung einer Auswahbaethode zwischen der anregenden Emission zum Erzeugen der Sekundäremission des Leuchtphosphors und der zu reflektierenden Emission,

Fig. 3 einen alternativen Mechanismus zur Durchführung der Funktion der Apparatur nach Fig. 2,

Fig. 4 die Abhängigkeit der relativen Absorption und Emission von der Wellenlänge (in A ) zur Darstellung der relevanten Teile der Absorptions- und Emissions-Spektren eines Leuchtphosphors, der sich ent-

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sprechend der Erfindung zur Rot-Emission eignet,

Fig. 5 eine schematische Ansicht -einer alternativen Ausführungsform, bei der zwei gleichartige Laserquellen benutzt werden, von denen die eine selektiv einen rotlichtemittierenden Leuchtphosphor bestrahlt,

Fig. 6 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform, bei der zwei unterschiedliche Leuchtphosphore benutzt werden, von denen der eine Rotlicht und der andere Grünlicht emittiert, und

Fig. 7 das CIE-Chromasie -Diagramm zur Darstellung der Koordinaten verschiedener, besonders brauchbarer Leuchtphosphor-Emissionen.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung ist ein Resonator, der aus dem total reflektierenden Planspiegel 1 und dem teildurchlässigen gekrümmten Spiegel 2 aufgebaut ist. Der Resonator enthält ein Laser-Rohr 3, beispielsweise einen Argonionen-Laser, der - wie erwähnt - zwei vorherrschende Emissionslinien hat, nämlich die erste bei 4880 A und die zweite bei 5145 A. Ein selektives

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ο π ·" ·■·> ο η

·■·> ο η γ-

v O L· D

Q-Schalten wird bewerkstelligt mit Hilfe eines akusto-optischen Bragg-Ablenkbauelement 4, das -mit zwei gesonderten Wandlern 5 und 6 versehen ist. Diese Wandler,- die von nichtdargestellten Einrichtungen betrieben werden, können piezoelektrische-oder magnetostriktiv«- Bauelemente sein. Die beiden Wandler 5 und ■6. werden mit Hochfrequenz-Energie betrieben, um elastische Welle in das Bauelement 4 so einzuführen, daß die erste Welle, beispielsweise die vom Wandler 5 erzeugte Welle, eine Beugung hauptsächlich für die 5145 A -Grünemission erzeugt, während der zweite Wandler, der Wandler (>, bei einer solchen Frequenz betrieben wird,- daß eine elastische Welle eingeführt wird, die JiHupisächlich mit der 4880 A-Blauemibsion in Wechselwirkung -tritt. Die Wandler 5 und G .sind geometrisch so im Abstand Voneinander,' dal¹ die resultierenden ti a Ft is dien Wellen weitj ( bend unabhängigen Wehren durch das Bauelement 4 hindurch folgen. Da die Größe jedes abgebeugti-n: Strahls ]>roportional ziir Ampliiude der zugeordneten elastischen Welle ist, können sich änderiulr- Antdle eines jeden 81rahl·-: una1)hän,'Bg aus dem I .asei --Ii ( ;-(jnator' heraxisgestreut v. erden_Λ um so eine wirksame Dämpfun." nii dk betroffene Emis.-ion r.nd damit eine entsprechende Int( nsilf ι ·obiiul nie ih.-i". f-lben./.i-- c.i^r;,t.-uj.-.-i:.

ι (j «m 7 /1 u i'u '" ^; '■ "■:'■■'■■'''■ ^l

■BAD

Die Anordnung nach Pig. 1 ist ähnlich wie die in den anderen Figuren dargestellten Anordnungen lediglich beispielhaft. Der Argon-Laser 3 und das akusto-optische Bragg-Ablenkbauelement 4 sind beide so angeordnet, daß sie unter dem Brewster-Winkel zu den Laserstrahlen orientiert sind. Die Verluste werden weiterhin reduziert, wenn die Bragg-Ablenkbauelemente in einem einzigen Körper eines geeigneten Materials (beispielsweise aus Alpha-Jodsäure oder aus Bleimolybdat) vereinigt sind. Alternativ können getretinte Ablenkbauelemente, oder kann ein Ablenkbauelement benutzt werden, das selbst an der vom Laser-Rohr abgewandten Seite verspiegelt ist, um zugleich auch die Funktion des Spiegels 1 zu übernehmen.

Fig, 2 zeigt eine mögliche Anordnung für denjenigen Teil , der dem Laser-Resonator beispielsweise der in Fig. 1- dargestellten Art folgt. Diese Anordnung ist für ein spezielles System beispielhaft, mit welchem der Laser-Strahl in seine beiden funktioneilen Teile getrennt wird. Der erste dieser Teile, der Teil 17, wird direkt bei seiner ursprümglichen Wellenlänge reflektiert und liefert so einen blauen und/oder grünen Beitrag zum Bild. Der zweite Teil, der Teil 16, wird zumindest .

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teilweise von dem Leuchtphosphor absorbiert, um zu einer sekundären Rotlicht-Emission zu führen. .

Die Anordnung nach Fig. 2 verwendet einen Projektionsschirm 10, der mit Leuchtphosphor-Materialien in den Bereichen 11 selektiv beschichtet ist. Für die beschriebene Anordnung können die Bereiche 11 eine Reihe äquidistanter horizontaler Bänder definieren. In einem optimalen System ist der Abstand zwischen den Bändern 11 gleich der Breite einer auflösbaren Zeilenkennlinie oder Liniencharakteristik eines speziellen Ablenksystems. Bei einer Ausführungsform,, bei der nur der 4880 A-Strahl 12 verarbeitet wird, wird der Leuchtphosphor nicht von 5145 A -Licht angeregt. Wie dargestellt, ist die Polarisation des Strahls 12 so, daß der E-Vektor 13 vertikal verläuft (dieser Polarisations sinn kann von der Gegenwart der Br ewster-Flächen innerhalb des Laser-Resonators herrühren). Der Strahl 12 wird zunächst durch einen Modulator 14-, beispielsweise einen elektrooptischen Modulator aus LiTaO „ oder Ba„NaNb O₁₅, hindurchgeschickt, der mit nichtdargestellten Elektroden und Anregungsquellen versehen ist, um eine Maximaldrehung um 90 oder eine zwischenliegende elliptische Polarisation zu erzeugen.

-10 -

^109847/1018 PSaiNALIN8P6CT6,

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Ein Hindurchschicken durch ein Calcit- oder ein anderes polarisationsabhängiges Prisma 15 führt zu Anregungsstrahlen 16 und 17, deren relativen Lagen und Intensitäten von der Größe der relativen Phasenverschiebung des ordentlichen und des außerordentlichen Strahls abhängen, welche vom Modulator 14 erzeugt werden. Die Strahlen 16 und 17 laufen dann durch k ein Ablenksystem 18, das den Schirm 10 mit den Strahlen 16

und 17 in der gewünschten Reihenfolge und in der gewünschten Flächengröße abtastet. Das Ablenksystem 18 kann beispielsweise aus zwei gesonderten Orthogonalen akustisch betriebenen Bragg-Beugungselementen bestehen oder kann auf mechanischem Abtasten, beispielsweise unter Verwendung sich drehender Spiegel, beruhen. Die Reihenfolge der Bauelemente ist nicht wesentlich, und bei einer alternativen Ausführungsform durchläuft der Lichtstrahl 12 das Ablenksystem 18, bevor er das polarisationsabhängige Prisma 15 durchquert.

Bei der dargestellten Anordnung ist das Ablenksystem so ausgelegt, daß eine Reihe in gleichförmigem Abstand voneinander liegender horizontaler Rasterlinien entstehen, wie dieses

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109847/1018 > ·: -

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AA

beim Fernsehen üblich ist. Die Wirkung des C alcit-Prismas 15 (oder der anderen polarisationsempfindlichen Ablenkmittel) ist die, daß jede Rasterzeile in zwei parallele Linien aufgespalten wird/ von denen je eine einem der beiden orthogonalen Polarisationsrichtungen des Strahls (der Strahlen 16 und 17) entspricht. Die Streifenbelegung 11 ist so, daß eine der beiden Teilstrahlen, z.B. derjenige, der den vertikal orientierten i

Ε-Vector besitzt (Strahl 16), so abgelenkt wird, daß er mit einem Streifen 11 ausgerichtet ist. Dieser Teil der Strahlung wird demgemäß durch den Leuchtphosphor in Rotlicht umgewandelt. Der andere, hierzu senkrecht polarisierte Strahl (E-Vector horizontal - Strahl 17) wird von dem Prisma 15 versetzt emittiert derart, daß er im unbeschichteten Zwischenraum zwischen zwei Streifen 11 am Schirm auftrifft. Dieser Teil der Strahlung wird ohne Frequenzänderung reflektiert und liefert so seinen eigenen Beitrag zum Bild. Da der elektro-optische Modulator 14 so entworfen ist, daß er jede dieser Polarisationsrichtungen oder eine Mischung hieraus überträgt, können die relativen Anteile von Rotlicht zu Blau- oder Grünlicht, die vom Schirm 10 reemittiert oder reflektiert werden, über einen weiten Bereich geändert werden.

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Der Umstand, daß alle reellen Materialien ₃ aus denen beispielsweise die Bauelemente 14 und 15, ebenso die Bauelenaente des Systems 18, aufgebaut sind, dispersiv sind ■ und deshalb etwas unterschiedliche Wirkungen auf die beiden Emissions weilenlängen des Lasers haben, führt zu einerkleineren Komplizierung, die eine Korrektur erfordert. Alle derartigen kleineren Korrektionen können mit Hilfe einer geeigneten Schaltung bewerkstelligt werden, die beispielsweise der selektiven Q-Schaltvorrichtung nach Fig. 1 beigegeben ist.

Die Anordnung nach Fig. 2 hat den Nachteil, daß eine kritische Ausrichtung des Schirms gegenüber dem restlichen System erforderlich ist. Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung, die mit derselben Laser-Quelle betrieben wird, überwindet dieses Problem. Entsprechend dieser Anordnung durchquert der Lichtstrahl 20, der aus einem 4880 A-Teil 21 und einem 5145 A-Teil 22 zusammengesetzt ist und eine Polarisation besitzt, wie diese durch den vertikalen E-Vector 23 dargestellt isTpelnen-Mo-djjlator 24, der mit nichtdargestellten Elektroden und Speisequellen v
sationsverschiebung entsprechend einem Videosignal zu

- 13

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α β .H * r ι υ ι ρ . , .-.■.., _0R|_Q|NAL INSPECTED

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erzeugen. Wiederum dient ein Ablenksystem 25 dazu, ein Raster auf dem Schirm 26 zu erzeugen oder den gewünschten Teil desselben anderweitig abzutasten. Bei dieser Ausführungsform ist der gesamte Schirm 26 mit einem Leuchtphosphor 27 beschichtet, der durch selektiv polarisierte Strahlung zur Erzeugung von Rotlicht -Emission angeregt wird. Die Trennung des zu reflektierenden Teils des Lichtes von demjenigen Teil, der umzusetzen ist, beruht wiederum auf unterschiedlicher Polarisation.

Diese Trennung wird bewerkstelligt durch ein polarisierendes Bauelement 28, das eine flüssige Kristall-Schicht sein kann. Eine solche Anordnung erlaubt das Durchlassen der einen Polarisationsrichtung und die Reflexion der anderen. In ähnlicher Weise können solche Kristalle in einer erstarrten Kunststoffmatrix oder können orientierte Folien aus Tourmalin oder ähnlich polarisierenden Kristallen oder handelsübliche Polaroid-Folien benutzt werden.

Die bevorzugte Form des polarisierendjnJBleäKrentes28 ist _ejjae-e-rientierte Schicht aus Cholesterin-Flüssigkristallen

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oder ähnlichem Material, das nicht dichroitisch ist, wie Tourmalin und Polaroid. Solche Flüssigkristalle sind dafür bekannt, daß sie die nichtdurchgelassene Polarisationsrichtung streuen und nicht in erster Linie absorbieren (Dichroismus)j wie dieses beschrieben ist von G.W. Gray, Molecular Structure and the Properties of Liquid Crystals, (Academic Press, New York, 1962), Seiten 47 und 48. Da diese Flüssigkristalle zirkulär statt linear polarisiertes Licht selektiv streuen, ist es notwendig, eine Viertelwellenlängen-Platte 29 dem optischen System hinzuzufügen. Diese Platte wandelt einfach-das einfallende vertikal polarisierte Licht in links drehendes, zirkulär polarisiertes Licht um, und horizontal polarisiertes Licht in rechtsdrehendes, zirkulär polarisiertes Licht. Die Flüssigkristalle werden linksdrehend oder rechtsdrehend bezeichnet, je nach dem ob sie links drehendes oder rechts drehendes zirkulär polarisiertes Licht selektiv streuen. Beide Formen sind als existent bekannt. Da diese'Flüssigkristalle die Eigenschaft iiäben, nur einen sehr schmalen Bereich optischer Wellen-" längen wirksam zu streuen, der durch entsprechende Modifikation der Struktur geändert werden kann, kann es erwünscht sein, das Element 28 aus zwei benachbarten Flüssigkristall-

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schichten aufzubauen, deren Strukturen die selektive Polarisations streuung bei jeder der beiden einfallenden Las er-Wellenlängen (4880 A und 5145 A für einen Argon-Laser) optimalisieren wird.

Der durchgelassene Teil ist der einzige Anteil der einfallenden Strahlung, die auf die Leuchtphosphor schicht 27 auffällt und deshalb als einziges zu einer Rot-Emission führt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der blaue Strahl 21 als in einen reflektierten blauen Strahl 21A und einen durch gelassenen Strahl unterteilt dargestellt, der zu einem roten Strahl 2IB führt. Der grüne Strahl 22 wird gleichfalls in der Phase so verschoben, daß er in zwei Anteile aufgeteilt wird, von denen der eine von der Schicht 28 durchgelassen und der andere an der Schicht 28 reflektiert wird, um ähnliche Effekte wie vorstehend für den blauen Strahl beschrieben, zu erzeugen. Wenn jedocli-mii J?b sensibilisierte und mit Eu aktivierte Leuchtphosphore benutzt werden^ li^fern^beide Teile einen Grün-Beitrag, da diese Wellenlänge dann nicht die Leuchtphosphorschicht 27 (Fig. 4) nennenswert anregt.

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Ai₀

Fig. 4 zeigt ein typisches Absorptions- und Emissions- '

3+ ^?+ spektrum für den oben angegebenen Tb -Eu -Leuchtphosphor.

Auf der Ordinate des Diagramms ist die relative Intensität aufgetragen und auf der Abszisse die Wellenlänge in A. Es existiert eine günstige Übereinstimmung zwischen der 4880 A-Emission eines Argonionen-Lasers und der Absorption des

5 3+

D₄ -Energiezustandes von Tb . Für ausreichend hohe Terbium-

3+ Konzentration gibt es einen wirksamen.Übergang auf Eu . Der

5 Übergang erfolgt anfänglich auf einen D₁ -Energiezustand von

3+ 5

Eu und von dort aus auf den D_n-Energiezustand, gleichfalls

im Wege eines nichtstrahlenden Übergangs. Die vorherrschende Europium-Strahlung von diesem Energiezustand aus'erfolgt

7
durch einen Übergang auf den F₀-Energiezustand und erfolgt in einem Wellenlängenbereich bei einer Spitze von etwa 6140 A. Geeignete Zusammensetzungen sind nachstehend erläutert.

Fig. 5 zeigt ein Bildwiedergabesystem, bei dem zwei Laser 30 und 31 verwendet werden, von denen beide ähnlich dem in Fig. 1 in größerem Detail dargestellten Laser sind.

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1 0 9 8 A 7 / 1 0 1 8 . . _; . _ , , . ._omöfNAL inspected

Die Ausgangsstrahlen 32 und 33 dieser Laser werden gesondert moduliert, und zwar unter Verwendung von Einrichtungen, wie diese im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert worden sind. Der Strahl 32 besteht aus moduliertem Blaugrün Licht, das durch das Bauelement 34 abgelenkt wird. Der Ausgang dieser Ablenkeinheit ist der Strahl 36, der auf einen geriffelten Sichtschirm 38 nur in denjenigen Bereichen auftrifft, in welchen er direkt gestreut werden kann. Der Strahl 33 ist gleichfalls blaugrün, er wird aber mit der Rot-Signalinformation moduliert. Nach Ablenkung im Systemteil 35 tritt er als Strahl 37 auf und fällt auf den Schirm 38 nur in denjenigen Bereichen auf, wo sich ein Leuehtphosphor 39 befindet, der den Strahl in rotfarbenes Licht umsetzt. Die Winkel, unter welchen die Strahlen 36 und 37 auf den Schirm auftreffen, sind so gewählt, daß der Schatten der geriffelten Oberfläche den roten Leuehtphosphor 3 9 dem Strahl 36 gegenüber effektiv maskiert, während es dem gesamten Strahl ermöglicht wird, auf diesen Leuehtphosphor aufzutreffen.

Die Anordnung in Fig. 5 ist dort brauchbar, wo mehr als eine Laser-Lichtquelle erforderlich ist, um die erforderliche

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Leuchtdichte am Projektionsschirm zu haben. Wenn diese Äusleuchtung mit einem einzigen Laser bewerkstelligt werden kann, kann die in Fig. .6 dargestellte Anordnung mit Vorteil benutzt werden, da nur eine einzige Strahlablenkeinheit 41 erforderlich ist. Bei dieser Anordnung ist der Strahl 40 stimuliert emittiertes Blaulicht eines Lasers, z.B.

" die 4416 Α-Linie eines Cadmium-Lasers. Die Intensität

dieses Strahls kann durch ein akusto-optisches Bauelement innerhalb des Laser-Resonators in ähnlicher Weise moduliert werden, wie dieses in Fig. 1 dargestellt ist, die Modulation kann aber auch durch äußere Mittel erfolgen. Der Strahl 40 wird dann im Ablenksystem 41 zu Abtastzwecken abgelenkt. Der Ausgang des Ablenksystems 41 ist dann der Strahl 42. Dieser Strahl wird dann seinerseits in einer Ablenkeinheit

h 43 in drei verschiedene Ausgangsstrahlen 44, 45 und 46

aufgeteilt, die in unterschiedlichen Richtungen laufen. Die anteiligen Intensitäten dieser drei Ausgangsstrahlen werden entsprechend den gewünschten Intensitäten der Grundfarben blau, grün Und rot geändert. Die Strahlaufteilung kann entweder auf akusto-optischem oder auf elektro-optischem Weg erfolgen. Die Spiegel 47 und 48 werden dann zur Umlenkung

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-yf-

der Strahlen 44 und 46 dergestalt benutzt, daß diese wieder mit dem Strahl 45 am Betrachtungsschirm 50 zusammenfallen. Der Schirm 50 ist mit einer Reihe durchlässiger Zylinderlihsen 49 beschichtet, die den Strahl 44 nur auf einen Streifen 51 fokusieren, der mit einem Blaulicht in Grünlicht umsetzenden Leuchtphosphor beschichtet ist, ferner den Strahl 45 nur auf einen Streifen 52 fokusieren, der mit einem Blaulicht in Rot licht umsetzenden Leuchtphosphor beschichtet ist, und schließlich den Strahl auf einen Streifen 53 fokusieren, der das Blaulicht direkt streut. ; ', . ' :

Alternativ kann der Streifen 53 ein Leüchtphosphor sein, der den kohärenten blauen Strahl in inkohärentes Blau-Licht umsetzt, wodurch eine mögliche Fleckigkeit infolge der direkten Streuung beseitigtwird. Der Schirm 50 kann von der Rückseite her betrachtet werden, wie dieses in Fig. dargestellt ist. Der Vorteil dieses Systems gegenüber dem in Fig. 2 dargestellten ist der, daß eine Farbausrichtung nicht von einer kritischen Ausrichtung des Projektionssystems gegenüber dem Schirm abhängt. Die einzig erforderliehe

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kritische Ausrichtung ist die der Zylinderlinsen gegenüber den Leuchtphosphor-Streifen. Jedoch kann dieses während der Schirmherstellung sehr genau berücksichtigt werden.

Fig. 7 zeigt das international gebrauchte CIE-Chromasie-Diagramm ( s. Applied Coptics, "A Guide to Modern Optical System Design", Kap. I₃ von L. Levi(J. Wiley & Sons^ 1968)., das als ein Maßstab zur Betirteilung der Farbqualität eines Bildwiedergabesystems benutzt werden kann. In diesem Diagramm sind die gesättigten (monochromatischen) Farben auf dem Umfang der hufeisenförmigen Kurve angeordnet, während Farben mit abnehmender Sättigung sich dem Punkt C nähern, der weißfarben ist, wie dieses der durchschnittlichen Tageslichtbeleuchtung entspricht. Jede tatsächliche Farbe kann - unabhängig von ihrer spektralen Zusammensetzung - innerhalb dieses Diagramms durch einen einzelnen Punkt dargestellt werden. Eine gerade Linie, die irgend zwei Punkte (Primärfarben) verbindet, stellt den geometrischen Ort der möglichen Farben dar, wie diese durch Mischen dieser beiden Primärfarben in unterschiedlichen Anteilen erhalten werden. In ähnlicher Weise liegen die insgesamt möglichen Farben, welche durch die Kombination von mehr als zwei Primärfarben

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sich in jeweils ändernder Zusammensetzung insgesamt erhältlich sind, innerhalb des durch die Verbindungslinien zwischen benachbarten Primärfarben-punkten definierten Polygons. Als Beispiel ist ein Dreieck gestrichelt eingezeichnet, das die Farbenskala einer Schattenmaskenfarbe CRT einschließt. Zu Vergleichszwecken sind auch die Hauptlinien eines Cadmium- und eines Argon-Lasers bei 4416 Ä*, 4880 A und 5145 A eingezeichnet,, ebenso die Emissionslinie von mit Cer dotiertem Ytrium-Aluminium-Granat als Leuchtphosphor und dreier organischer Farbstoffe als Leuchtphosphore, die mit 3485, 3483 und 3484 bezeichnet sind und sich auf 4-Amino,-1, 8-Napthal-p-Xenylimid bzw. auf Pigmente auf Rhodamin-Basis beziehen. Der Pfeil an der 3 48 5-Farbstoff emission zeigt den Einfluß einer Zugabe von Phthalocyanin Töner, der die längere Wellenlänge bei gelb und im roten Teil der Emission selektiv absorbiert, um ein lebhafteres Grün zu erzeugen. Es ist einzusehen, daß die Kombination von Licht eines jeden dieser blauen Laser-Lichtquellen und der Emission von den bei 3483 und 3485 A phosphoreszierenden Leuchtphosphor en zu'einer-'..Farbskala ähnlich derjenigen einer Farbkathodenstrahlröhre (CRT) führt.

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ORiQiMAL iftiaPECTID

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Eine Schwarz-Weiß-Bildwiedergabe kann erreicht werden durch abtastendes Beaufschlagen eines Sichtschirms mit einem monochromatischen Laser-Strahl, wobei der Sichtschirm mit einer geeigneten Mischung von Leuchtphosphoren und direktstreuenden Materialien wie gepulvertes Magnesiumoxyd oder Talkum beschichtet ist. Beispielsweise kann eine ' Kombination aus dem gestreuten Licht eines blauen Argon-Ionen-Laserstrahls (4880 A) und einem von blau nach rot umgesetzten Licht eines der Rhodamin-Farbstoff-Leuchtphosphore ein weißes Aussehen erzeugen, da die gerade Linie, welche diese beiden Primärfarben auf dem Chromasie-Diagramm verbindet, sehr nahe am Weiß-Punkt C vorbeiläuft.

Auch eine Kombination von mehr als zwei Primärfarben kann gleichfalls zur Erzeugung von weiß benutzt werden. Beispielsweise kann ein Lichtstrahl eines Cd-He-Lasers, der eine richtig eingestellte Mischung von Magnesium-Oxyd und Farbstoff-Leuchtphosphor en (3484 und 3485 R) hat, dazu benutzt werden, um weiß zu erhalten. Alternativ kann das Magnesium-Oxyd ersetzt werden durch pyrelenhaltige Materialien ,

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OFUGiNAL INSPECTED

47/1018 ·<■■■'■■■■

( blau-zu*blau umsetzende Leuchtphosphore),, um eine Fleckigkeit vollständig zu eliminieren.

Unabhängig davon, wieviele Leuchtphosphore benutzt werden, ist es aus dem Chromasie-Diagramm ersichtüch_a daß eine notwendige Bedingung zum Erhalt eines tatsächlichen weiß-farbenen Aussehens die ist, daß der beleuchtende Laser-Strahl eine Wellenlänge von annähernd 4950 A oder kürzer hat. Anderenfalls ist es unmöglich, den Weiß-Punkt C innerhalb eines Polygons zu erfassen, dessen Primärfarben die Quelle und irgendeine Kombination von größeren Wellenlängen ist, die durch Abwärtswandlung der Frequenz erreicht werden können. .

Leuchtphosphor-Zusammensetzung

Die Leuchtphosphor-Zusammensetzungen, die sich für die erfindungsgemäßen Zwecke eignen, müssen im langwelligen Teil des sichtbaren Spektrums fluoreszieren. Sie umfassen Farbstoffe, hieraus hergestellte Pigmente, beispielsweise durch Adsorption des dispergierten Farbstoffes auf Colloid-

1 0 9 8 Λ 7 / 1018

Partikeln, ferner umfassen sie anorganische Leuchtphosphore wie Zn _RCd .S:Cu, und Leuchtphosphore, die

3+ 3+ 3+

mit Eu , Sm oder in gewissen Fällen mit Er oder

3+
Pr aktiviert sind. Die hier interessierenden Farbstoffe

umfassen Rhodamin-B, Rhodamin-6G, Magdalarot oder Naphthalenrot, Safranin und Methylenblau. Die Eigenschaften h dieser Verbindungen sind beschrieben im "Merk Index", von

E. G. Bobalek in Organic Protective Coatings, herausgegeben von William Von Fisher und E. G. Bobalek, Rheinhold Publishing Co. (1953) und in Fluorescence and Phosphorescence von P. Pringsheim, Interscience (1949), ebenso in den Handels katalogen der Aldrich Chemical Company, Allied Chemical Company usw. Die anorganischen Leuchtphosphore , die hier von Interesse sind, umfassen die (Zn, Cd, Sr) (S, SeJt(CUjA und Mg₀TiO.:Mn - Systeme, die beschrieben sind in

Introduction to the Luminescence of Solids von H. Leverenz,

3+

Wiky (1950), ferner die mit Tb sensibilisierten und mit

3+
Eu aktivierten Wolframate und Molybdate, die beschrieben sind von L. G. Van Uitert und R. R. Soden, Journal of Applied Physics, Band 36, Seiten 1289-1293 (1962), ebenso auch die ähnlichen Phosphate, Borate, Aluminate, Gallate, Indate, Silicate und Germanate.

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Ein breiter Einschlußbereich der Elemente Tb und Eu kann anhand von Α-Stellen beschrieben werden, die als diejenigen Stellen definiert sind, in welchen Ionen von seltenen Erden in der jeweiligen Verbindung untergebracht, werden können. Entsprechend dieser Definition können 5 bis etwa 99% dieser Α-Stellen von Terbium besetzt sein, während 0,1 bis 50% dieser Stellen von Europium besetzt sind. Die unteren Grenzen ergeben sich aus der Beobachtung, daß geringere Mengen eines jeden Ions zu einer für die meisten Zwecke nicht mehr ausreichenden Rot-Intensität führen. Die oberen Grenzen ergeben sich aus der Beobachtung, daß ein Überschreiten dieses Wertes durch entweder Tb oder Eu nur zu wenig Verstärkung der Intensität führt. Im Falle von Europium können große Mengen in bestimmten Strukturen zu einer gewissen Konzentrationsabschnürung führen. Es ist deshalb zweckmäßig, den Bereich von Terbium und Europium, als den Ionen-Prozentsatz von R-Ionen in der Zusammensetzung auszudrücken. Hierbei sind die R-Ionen definiert als Tb, Eu, Bi, La_a Ce, Gd, Lu Y, In, und Sc. Während die für die vorliegenden Zwecke zumeist benutzten Leuchtphosphore oxydischer Natur sind, können auch andere Anionen vorhanden sein.

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20338C5

Beispiele sind die Halogenide, F, Cl, Br, I und die Chalkogenide, S, Se, Te.

Die bevorzugte Klasse der Tb-Eu-Leuchtphosphore ist von der Form M ⁺ _{Q 5}__XR_{Q 5+}|M ⁶⁺0₄ mit M⁶⁺ gleich W oder Mo, M gleich Li oder Na₃ R wie oben definiert und x gleich null bis O, 5. Beispielhafte Materialien innerhalb dieser Klasse sind Li Tb ,,Eu WO und

Uj u \)j 4t Uj J. 4

Gd oßßTb _QEu ..MoO und eine breitere Klasse geeig-

U₃ ZbD U, ο U₃ L 4

neter Zusammensetzungen können dargestellt werden durch

die Verbindungen Μ¹⁺ _χ I₃R₁ /₂ ^m6+°4' ^m2+1-2x^m1+x^Rx^m6+04' R₂ /3M⁶⁺O₄, R₃M³⁺ ₅0₁₂ und RM⁸⁺O₃ mit M⁶⁺ gleich W

1+ 3+

oder Mo, M gleich Li, Na, K, Rb, Cs und M gleich Al oder Ga. Eine noch breitere Klasse kann die folgenden zu-

5+ 4+

sätzlichen Verbindungen enthalten RM 0 , R₀M 0 , M²⁺R_1/2M⁵⁺ _1/20₃, R₂M⁴⁺ ₂0₇, M¹⁺RO₂, RZ₃, ROZ, R_Q0Z_, R₀O , RO Q und R_OQ_Q- Substitutionen von R-Ionen

Ot Ct ö Δ at Lt O

2+ 2+

in M 0 und M Q können gleichfalls verwendet werden. In allen vorstehenden Formeln sind die R-Ionen wie oben definiert und die zusätzlichen Cationen sind wie folgt definiert:

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ORIGINAL INSPECTED

033805

f2 ι

M ist W, Mo, S, Se₃ Te; M⁵⁺ ist Nb, Ta, V, P, As, Sb; M⁺istSi, Ge, Ti, Zr, Hf, Sn; M³⁺ ist B, Al, Ga, Sc, In, Bi; M²⁺ist Pb, Ba, Sr, Ca, Cd; M¹⁺ ist Li, Na, K, Rb, Cs, Tl; Q ist S, Se, Te; und Z ist P, Cl, Br oder I.

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Claims

l\ Bildwiedergabeanordnung mit zumindest einer Quelle für kohärente elektromagnetische Strahlung, die bei zumindest einer Wellenlänge emittiert, einem Schirm, der mit Mitteln für eine Lichtemission bei zumindest

- zwei verschiedenen Wellenlängen im sichtbaren Bereich versehen ist, einer Einrichtung zum Versetzen der Emission der kohärenten Lichtquelle derart, daß ihre Ausgangsstrahlung auf verschiedene Teile des
Schirms auftrifft, und einer Einrichtung zur Änderung der relativen Anteile der beiden von dem Schirm emittierten Wellenlängen in gegebenen Zeitintervallen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Emission bei zumindest

) einer der Wellenlängen durch einen Leuchtphosphor-

Teil des Schirms erzeugt wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der von dem Schirm emittierten Wellenlänge die reflektierte Emission der kohärenten Lichtquelle ist.

-

ORSGSfSIAL INSPECTED

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3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm einen Leuchtphosphor-Teil aufweist, der im wesentlichen aus einer organischen Farbsubstanz besteht.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbsubstanz zumindest eine fluoreszente organische Komponente auf Coumarinbasis, Xanthenbasis, Acridin,-basis, Rhodaminnaphthalimidbasis, Azinbasis und/oder Thiazinbasis enthält.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente ausgewählt ist aus der aus Pyrelen, 7-Diäthylamino-4-Methylcoumarin_a Rhodamin B, Rhodamin 6 G, Acridin, 4-Amino-l, 8-naphthal-p-xenylimid bestehenden Gruppe.
6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß lageempfindliche Auswahlmittel vorgesehen sind und daß nur ausgewählte Teile des Schirms einen Leuchtphosphor haben, der bei einer der Wellenlängen emittiert.
7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß polarisationsempfindliche Auswahlmittel vorgesehen

^sind109847/1018 - so -

3Ö
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daßdie Polarisation im wesentlichen als ebene Polarisation vorliegt.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm eben-polarisierende Teile aufweist, die teilweise zumindest einige Leuchtphosphor-Teile über» decken.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionilder kohärenten Lichtquelle vor ihrem Einfall aufdden Schirm eben polarisiert wird.
11. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisation als zirkuläre Polarisation vorliegt.
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl erfolgt durch Verwendung eines Schirmoberflächenteils, der im wesentlichen aus Flüssigkristallen besteht.
13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkristalle Cholesterinkristalle vorgesehen sind.

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109847/1018 original inspected

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: -rf.
14* Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Emission der kohärenten Lichtquelle zirkulär polarisiert ist.
15. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein bei 4416 A emittierender Cadmium-Helium-Las er als die kohärente Lichtquelle vorgesehen ist.
16. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein bei 4880 A emittierender Argonionen-Laser als die kohärente Lichtquelle vorgesehen ist.
17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser zusätzlich bei einer Wellenlänge von etwa 5145 A emittiert.
18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm für eine Streuung zumindest eines Teils der von dem Laser erzeugten Strahlung ausgelegt ist.
19. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm phosphoreszente Teile aufweist, die zumindest einen Teil der Strahlung bei der

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109847/1018

Wellenlänge von 4880 A in Rotlicht umsetzen.
20. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die phosphoreszenten Teile in Form von in regelmäßigem Abstand und parallel zueinander verlaufenden Streifen vorliegen.

W
21. Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,

daß die 4880 A -Strahlung des Lasers polarisiert ist, daß die Polarisation durch eine polarisierende Einrichtung moduliert wird und daß die so modulierte Strahlung durch eine polarisationsunabhängige Ablenkeinrichtung übertragen wird.
22. Anordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulations einrichtung ein elektro-optischer Modulator ist.
23. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung des Lasers polarisiert ist, daß die Modulations einrichtung zur Modulation der Polarisation vorgesehen ist und daß die modulierte Strahlung

- 33.-

109847/1018 OBiGWAL INSPECTED

- a/ 33 ' -

auf eine Auswähleinrichtung zum Einfall gebracht wird, die hauptsächlich nur einen polarisierten Teil der Strahlung zu einem Leuchtphosphor-Teil des Schirms durchläßt, aber zumindest einen Teil der restlichen modulierten Strahlung reflektiert.
24. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein akusto-optisches Element vorgesehen ist.
25. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtphosphor im wesentlichen aus zumindest einer Zusammensetzung besteht, die aus der Gruppe der nachstehenden Verbindungen ausgewählt ist:

^m1+1/2^R1/2^M% ^m2+1.2x^m1+x^Rx^m6+04' ^R2/3^m6+V

Cj. aj. 4+

RM⁺O₄, R₂M O₅, R₂M ₂0_?, RZ₃, ROZ, R₃OZ, RO, R O₀Q, R_OQ_Q und Substitutionen von R oder R plus M¹⁺in M²⁺O oder M²⁺Q
mit M gleich W, Mo, S, Se, Te, M⁵⁺gleich Nb, Ta, V, P, As, Sb,

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OKIQiWA MSPBCTiD 1 0984 7/1018

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M⁴⁺ gleich Si, Ge, Ti, Zr, Hf, Sn,

3+
M gleich B, Al, Ga, Sc, In, Bi,

2+
M gleich Pb, Ba, Sr, Ca, Cd,

M¹⁺ gleich Li, Na, K, Rb, Cs, Tl, Z gleich F, Cl, Br, I,

Q gleich S, Se, Te,

R gleich Tb+Eu mit oder ohne Bi, La, Ce, Gd, Lu, Y, In, Sc; und mit 5 bis 99. 9 Ionenprozent Tb sowie 0.1 bis Ionenprozent Er, als R-Ionen.
26. Anlage nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtphosphor im wesentlichen besteht aus

^M 0. 5-x^R0. 5+x ^M °4 mit M¹⁺ gleich Li und Na, 3

M gleich W und Mo, R gleich (Tb+Eu)-haltig.
27. Anlage nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtphosphor im wesentlichen besteht aus ^L10.5^Tb0.5-x^W04.

OR5QWAL INSPECTED

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