DE3884376T2

DE3884376T2 - Farbeanzeigeanordnung und verfahren unter verwendung von holographischen linsen.

Info

Publication number: DE3884376T2
Application number: DE88907481T
Authority: DE
Inventors: Jan Grinberg; Ronald Smith
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: AT&T MVPD Group LLC
Priority date: 1987-09-10
Filing date: 1988-07-29
Publication date: 1994-04-28
Anticipated expiration: 2008-07-30
Also published as: EP0333785B1; KR920001810B1; DE3884376D1; WO1989002612A1; EP0333785A1; JPH02500937A; JP2899601B2; KR890702063A; US4807978A

Description

(Hintergrund der Erfindung)

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Farbanzeigevorrichtungen und Verfahren und insbesondere Farbanzeigevorrichtungen, in denen eingehendes weißes Licht farbkodiert wird zur Übertragung durch die Anzeige.

Stand der Technik

Ein herkömmliches Verfahren, um vollständige Farbdarstellung in einer Farbanzeige, wie zum Beispiel einer von hinten beleuchteten transmissiven Flachpanel-Matrixanzeige, zu erreichen, verwendet eine sich wiederholende Serie von rot-, grün- und blau-transmissiven Filterstreifen, um einfallendes weißes Licht farbzukodieren. Das weiße Licht geht durch die absorbierenden Farbfilterstreifen hindurch, welche die Filterfarbe transmittieren, jedoch andere Farben absorbieren. Die Matrixanzeige besteht auch aus einer sich wiederholenden Serie von roten, grünen und blauen Informationen enthaltenden Zeilen. Die Filterstreifen werden bezüglich der Matrixanzeige genau ausgerichtet, so daß das aus den Filtern herauskommende rote, grüne und blaue Licht durch die roten, grünen bzw. blauen Information enthaltenden Streifen der Matrixanzeige geht. Eine typische Anzeige kann 525 Farbzeilen aufweisen, die von dem Zuschauer visuell zu einem vollständigen Farbbild integriert werden.
Einer der Hauptnachteile dieses Ansatzes ist, daß jeder Filterstreifen Licht außerhalb seines Durchgangsbandes absorbiert. Deshalb wird das meiste auf die Anzeigevorrichtung gerichtete Licht generell absorbiert und nie angezeigt, was eine reduzierte Ausgangsilntensität zur Folge hat und/oder ein Lichtverstärkungsgerät notwendig macht. Des weiteren muß das Auge des Beobachters die Intensitäten der drei farbigen Anzeigestreifen integrieren, um den gewünschten Farbton wahrzunehmen. Dies schränkt die Auflösung der Anzeige ein. Das komplizierte lithographische Verfahren, das mit der Aufbringung der Farbstreifen verbunden ist, fügt weitere Komplexität zu dem Verfahren hinzu.
Es ist auch möglich, von einer monochromatischen Kathodenstrahlröhre (CRT) eine vollständige Farbanzeige anhand einer oder mehrerer auf den CRT-Ausgang reagierender Farblichtventile zur Verfügung zu stellen. In einem Lösungsansatz werden drei CRTs mit drei getrennten Lichtventilen und zugeordnete Optik verwendet, um eine integrierte vollständige Farbanzeige herzustellen. Das System benötigt eine große Menge an Ausrüstung und Koordination und ist teuer und kompliziert. Ein anderer Lösungsansatz verwendet drei Ein- Zoll-CRTs um ein Zwei-Zoll-Lichtventil mit optischen Vorrichtungen, welche die drei primären Farbbilder auf dem Schirm vereinen, zu adressieren. Dieser Ansatz wird in der US-A-4,650,286 detaillierter beschrieben. Ein weiterer Ansatz beinhaltet ein aufeinanderfolgendes Adressieren einer CRT/Lichtventil-Kombination durch die roten, grünen und blauen Felder und eine synchrone Rotation eines Farbrades vor einem Lichtventil. Um dies zu erreichen, wird eine sehr schnelle CRT/Lichtventil-Kombination zusätzlich zu einem Dreifeld-Speicher (three field memory) benötigt. Mehr als zwei Drittel des Lichts geht in dem System verloren und erscheint nicht auf der Ausgangsanzeige.

Kurzfassung der Erfindung

Im Hinblick auf die obigen Probleme, die mit den oben erläuterten Ansätzen verbunden sind, ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein neues und verbessertes Farbanzeigesystem und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches das meiste seines eingehenden Lichts erhält und eine viel höhere Ausgangslichtleistung als frühere Geräte erreicht.
Diese und andere Ziele werden durch Vorrichtungen gemäß den Ansprüchen 1, 8 und 14 und einem Verfahren gemäß Anspruch 24 erreicht.
Die Erfindung stellt eine Farbanzeigevorrichtung zur Verfügung, welche ein Zielfeld aufweist, das eine Mehrzahl von generell benachbart zueinander angeordneten Zielbereichen aufweist, die jeweils vorbestimmten Wellenbandkomponenten, vorzugsweise roten, grünen und blauen Bändern, eines eingehenden Lichtstrahls zugeordnet sind. Eine Bereichslinsenanordnung ist von dem Zielfeld beabstandet und zum Empfang des eingehenden Lichtstrahl ausgelegt. Die Linsenanordnung weist für jeden Zielbereich in dem Zielfeld eine Linse auf, die optisch zu dem Zielbereich ausgerichtet ist. Jede Linse fokussiert zumindest teilweise Licht in dem Wellenband ihres entsprechenden Zielbereichs auf diesen Bereich und transmittiert generell Licht außerhalb ihres Wellenbandes. Die verschiedenen Linsen sind so in der Linsenanordnung angeordnet, daß mindestens eine Linse für jede Wellenbandkomponente in dem Pfad des eingehenden Lichtstrahls an im wesentlichen allen Positionen des Strahls angeordnet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden holographische Linsen, die auf rote, grüne und blaue Wellenbänder abgestimmt sind, in der Linsenanordnung verwendet. Gleichfarbige Linsen sind seitlich zueinander angeordnet, während sich verschiedenfarbige Linsen überlappen und um etwa ein Drittel der Linsenbreite seitlich versetzt zueinander angeordnet sind. Licht innerhalb eines jeden der Farbbänder trifft auf eine Linse für jedes verschiedene Farbband und wird generell durch die anderen beiden Farblinsen transmittiert, aber durch seine eigene Farblinse auf einen bestimmten Zielbereich fokussiert. Das eingehende Licht wird so in seine Komponentenwellenbänder zerlegt, wobei im wesentlich das gesamte Licht auf den einen oder anderen Zielbereich gerichtet wird. Im Prinzip kann ein 100%iger Lichtwirkungsgrad erreicht werden.
Das System kann für eingehende Strahlung verallgemeinert werden, welche n verschiedene Strahlungswellenbänder und Zielbereiche von ungefähr A umfaßt, so daß der Bereich einer jeden Linse ungefähr nA ist und der überlappende Bereich zwischen jeder Linse und der nächsten benachbarten Linse ungefähr (n-1)A ist. Die Linse für jedes Wellenband weist vorzugsweise einen Ansprech-Peak für Strahlung nahe dem Zentrum des Wellenbandes auf und spricht generell progressiv abnehmend auf Strahlung an, die weiter weg vom Zentrum des Wellenbandes liegt, wodurch eingehende Strahlung über jeden Zielbereich entsprechend der Position ihrer Wellenlänge innerhalb des Wellenbandes verteilt wird.
Die Herstellung der holographischen Linsen ist weniger kompliziert als das früher verwendete lithographische Verfahren zur Aufbringung von Farbstreifen. Es sind verschiedene Konstruktionen möglich einschließlich die Bildung von roten, grünen und blauen Linsen auf einem einzigen Substrat, die Bildung der drei Farblinsen auf einzelnen Substraten, welche dann zusammen laminiert werden, oder die Bildung der roten Linsen auf einem Substrat und der blauen und grünen Linsen auf einem zweiten Substrat, welches dann mit dem ersten Substrat laminiert wird.
Die Erfindung kann für mehrere verschiedene Anwendungen angepaßt werden. Eine Anwendung ist ein Lichtventil, wobei vorzugsweise Flüssigkristalle als lichtmodulierendes Medium verwendet werden. Die holographischen Linsen sind an der Seite des Flüssigkristallmediums, die den den Zielbereich bildenden Pixeln gegenüberliegt, angeordnet. In einem Reflexionsmode sind die Pixel tatsächlich auf einem Spiegel aufgebracht, der eingehendes Licht durch das Flüssigkristallmedium zurückreflektiert. Die Pixel werden entweder durch einen CRT-Elektronenstrahl oder einen Kontrollichtstrahl elektrisch adressiert, welcher durch ein photoleitendes Medium wirkt. Die Flüssigkristall-Lichtmodulation wird durch das auf jeden Pixel beaufschlagte Signal lokal gesteuert, so daß die Ausgangsanzeige eine Akkumulation der einzelnen Pixelzustände darstellt. Das eingehende Licht konvergiert von den Linsen auf die Pixel, divergiert aber dann wieder nach der Reflexion, so daß die verschiedenen Farben einander überlagern. Dies ermöglicht eine bedeutende Verbesserung der Bildqualität, da dadurch der Betrachter nicht mehr getrennte Farbstreifen in ein Gesamtbild visuell integrieren muß.
Ein weiterer Vorteil ist, daß ein System und Verfahren zur Verfügung gestellt wird, in dem die verschiedenen Farbstreifen einander durch die Anzeigevorrichtung selbst inhärent überlagert werden, wobei der Zuseher nicht mehr die Intensitäten der getrennten Farbstreifen visuell integrieren muß. Dies verbessert die Auflösung der Anzeige signifikant.
Darüber hinaus macht die Erfindung ein kompliziertes lithographisches Verfahren zur Aufbringung von Farbstreifen unnötig und ist weniger kompliziert und teuer als manche der Ansätze gemäß dem Stand der Technik.
Andere Anwendungen beinhalten ein von hinten beleuchtetes, Einzellinsen-Farbanzeigepanel. In dieser Anwendung sind die Luminanzleistung und auch die Bildschärfe bedeutend verbessert.
Diese und andere Ziele und Merkmale der Erfindung sind für die Fachwelt aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen zusammen mit den dazugehörigen Zeichnungen erkennbar.

Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines theoretischen Linsensystems zum Zweck der Beschreibung der Erfindung, das äquivalent zu dem Linsensystem der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 ist ein Diagramm, das die Wellenbänder der in einer bevorzugten Ausführungsform verwendeten Linsen darstellt;
Fig. 3(a), 3(b) und 3(c) sind Darstellungen der fokussierenden Wirkung von holographischen Zylinder-, Facettenbzw. Diffusionslinsenfeldern;
Fig. 4 ist eine vergrößerte illustrierende Schnittansicht einer Flachpanelanzeige aus dem Stand der Technik;
Fig. 5(a) ist eine vergrößerte illustrierende Ansicht einer Flachpanelanzeige mit vorliegender Erfindung;
Fig. 5(b) ist ein Aufriß eines Anzeigesystems, das die Flachpanelanzeige von Fig. 5(a) umfaßt;
Fig. 6 ist eine vergrößerte illustrierende Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer die vorliegende Erfindung umfassenden Flachpanelanzeige;
Fig. 7 ist eine Draufsicht des Anzeigesteuersystems, das in einer Flachpanelanzeige verwendet wird, in der die vorliegende Erfindung verwendet werden kann;
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm eines Flüssigkristall- Lichtventil-Projektionssystems, in dem die vorliegende Erfindung verwendet werden kann;
Fig. 9 ist eine vergrößerte illustrierende Schnittansicht eines Flüssigkristall-Lichtventils, welches die vorliegende Erfindung umfaßt und durch einen Elektronenstrahl gesteuert wird;
Fig. 10 ist eine vergrößerte darstellende Schnittansicht eines Flüssigkristall-Lichtpanels, welche die vorliegende Erfindung verwendet und durch einen Lichtstrahl gesteuert wird;
Fig. 11a und 11b zeigen Aufrisse, welche die verschiedenen Techniken zur Anordnung der in der vorliegenden Erfindung verwendeten holographischen Linsen darstellen;
Fig. 12 ist eine Teildraufsicht eines Streifenmasken- Retikelmusters, das bei der Bildung einer der holographischen Linsen verwendet wurde;
Fig. 13 ist ein Blockdiagramm, welches die Bestrahlung einer der erfindungsgemäßen Hologrammlinsen illustriert; und
Fig. 14 ist ein Blockdiagramm, welche den Endbelichtungsaufbau für die Hologrammlinse zeigt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Ein Linsensystem ist in Fig. 1 dargestellt, welches mit dem Linsensystem einer erfindungsgemäßen Ausführungsform funktionell gleichwertig ist, und dient zur Illustration der Grundprinzipien der Erfindung. Getrennte Serien von roten, grünen und blauen Linsen 1, 2 bzw. 3, sind so angeordnet, daß jede Linse derselben Farbe in einer Ebene liegt und die Ebenen mit den verschiedenen Farben direkt hintereinander liegen. Die Linsen sind aus Illustrationsgründen als konvexe Glasgebilde dargestellt. In der tatsächlichen Praxis werden holographische Linsen bevorzugt, die entweder, wie dargestellt, in getrennten Ebenen gebildet sein können oder in einer generell gemeinsamen Ebene.
Jede Linse spricht nur auf eine Farbe an oder genauer auf ein Strahlungswellenlängenband, welches nur auf eine Farbe zentriert ist. Die Linsen sind darauf ausgelegt, eine fokussierende Wirkung auf Licht innerhalb ihrer jeweiligen Wellenbänder zu haben, wobei der Anteil des fokussierten Lichts davon abhängt, wie weit die jeweilige Wellenlänge von Interesse von dem Zentrum des Farbbandes entfernt ist; der Anteil des fokussierten Lichts nimmt generell mit zunehmendem Abstand vom Wellenlängenzentrum ab. Jede der Linsen transmittiert generell Licht außerhalb ihres Wellenbandes, ohne daß ein wesentlicher Prozentsatz fokussiert wird.
Die Linsen für die verschiedenen Farben sind versetzt angeordnet, so daß die Linsen für jede einzelne Farbe zu den Linsen der anderen Farben um den gleichen Betrag versetzt sind. Somit geht ein Strahl, der in die Linsenmatrix von hinten einfällt, durch eine Linse für jede der verschiedenen Farben. Die versetzte Linsenanordnung ergibt Brennpunkte für die verschiedenen Farblinsen in gleichmäßig beabstandeten Intervallen entlang einer Brennlinie, welche im wesentlichen parallel zu der Linsenebene ist; die Brennpunkte für eine Gruppe von roten, grünen und blauen Linsen werden von den Punkten FR, FG und FB in Fig. 1 dargestellt.
Bei Linsen für drei verschiedene Primärfarben ist jede Linse zu den Linsen für die anderen Farben um etwa ein Drittel ihrer Fläche versetzt, um die gewünschte Farbtrennung zu erzielen. Dies ist in Fig. 1 durch die gestrichelten Linienverlängerungen von den Enden jeder der Linsen, welche, wie ersichtlich, durch die entsprechenden Linsen für die anderen Farben bei etwa ein Drittel der Linsenbreite von deren äußeren Enden hindurchgehen. Die Linsen sind so gestaltet, daß Licht am Zentrum der Wellenlängen ihrer entsprechenden Wellenbänder direkt auf den Brennpunkt der Linse fokussiert wird, während Licht, das zwar noch innerhalb des Wellenbandes aber weiter von dem Wellenlängenzentrum entfernt ist, nur teilweise fokussiert wird. Licht am Ende eines jeden Wellenbands wird auf einen Punkt fokussiert, der auf halbem Wege zum Zentralbrennpunkt der nächsten benachbarten Linse liegt. Bei Linsen für drei verschiedene Farben ist somit der Abstand zwischen den Brennpunkten für die verschiedenfarbigen Linsen ein Drittel der Breite der Linsen selbst. Da die ebene Vorderseite einer jeden Linse einen Bereich umfaßt, wird Licht mit seinem Wellenband auf einen Bereichs streifen fokussiert; drei solcher Farbstreifen sind in dem Einschub rechts oben in Fig. 1 angegeben. Entsprechend ist der Brennebenenbereich A, der von Licht innerhalb des gesamten Wellenbandes für jede Linse ausgefüllt ist, ein Drittel des Bereiches der Linse selbst. Dieses Konzept kann auf einen allgemeinen Fall ausgedehnt werden, in dem die eingehende Strahlung in n Wellenbandkomponenten auf zuteilen ist, wobei der Zielbereich für jede Linse gleich A ist. In diesem Fall ist der Bereich jeder Linse etwa nA und jede Linse überlappt die nächste benachbarte Linse um (n-1)A.
Die Wirkung der Linsenanordnung auf eingehende Lichtstrahlen wird in dem unteren Abschnitt von Fig. 1 dargestellt. Ein weißer Lichtstrahl, mit W bezeichnet, besteht aus roten, grünen und blauen Wellenbandkomponenten. Der Strahl erreicht zuerst eine rote Linse, welche (für eine holographische Linse) den Teil des Strahl in dem roten Wellenband beugt und den übrigen Strahl ohne wesentliche Änderung transmittiert. Der Strahl erreicht dann eine grüne Linse, welche die Strahlung in dem grünen Wellenband beugt und die verbleibende blaue Bandstrahlung transmittiert. Schließlich erreicht die verbleibende blaue Bandstrahlung eine blaue Linse, wo sie auf den Brennbereich für diese Linse gebeugt wird.
Der Durchgang der roten, grünen und blauen (R, G und B) Lichtstrahlen durch die Linsenanordnung ist ebenfalls dargestellt. Es ist ersichtlich, daß jeder Strahl ohne wesentliche Änderung durch die Farblinsen transmittiert wird und nur von seiner eigenen Farblinse gebeugt wird. Somit wird im wesentlichen alles eingehende Licht durch die Linsenanordnung bearbeitet und erreicht den Zielbereich. Dies stellt im Vergleich zu früheren Farbanzeigen, in denen das meiste Licht von dem Anzeigebereich durch Absorption in der Linse selbst ferngehalten wird, eine große Wirkungsgradverbesserung dar.
Wieder Bezug nehmend auf den oberen Teil von Fig. 1 ist ersichtlich, daß jede Linse Licht innerhalb ihres Wellenbandes auf einen diskreten Zielbereich fokussiert, als Farbstreifen im Einschub dargestellt, wodurch vollständige Farbtrennung ermöglicht wird. Auf die getrennten Zielbereiche kann dann so eingewirkt werden, daß das darauf einfallende Licht vor seiner Anzeige eliminiert, reduziert oder andersweitig modifiziert wird. Auf diese Weise kann einfallendes weißes Licht in seine verschiedenen Farbkomponenten aufgeteilt werden, wobei jede Komponente von der letztendlichen Anzeige entweder ein- oder ausgeschlossen wird. Darüberhinaus kann man feststellen, daß jede Linse Licht in ihrem Wellenband auf ihren entsprechenden Zielbereich konvergieren läßt, welcher kleiner als die Linse selbst ist. Nach Erreichen des Zielbereichs können ausgewählte Teile des konvergierenden Lichts durch die Linsenanordnung zurück reflektiert werden oder über den Zielbereich hinaus transmittiert werden. In beiden Fällen weist das reflektierte oder transmittierte Licht eher eine Winkeldivergenz als Konvergenz auf, wenn es den Zielbereich verläßt. Die Erscheinung kann vorteilhaft dazu verwendet werden, eine Anzeige zu produzieren, in welcher nach Wellenbändern zerlegtes Licht von den diskreten Zielbereichen divergiert und einander wirksam in der Anzeige überlappt. Dies verbessert die Auflösung der Anzeige auf bedeutsame Weise im Vergleich zu den Anzeigen aus dem Stand der Technik, in denen das Auge die Intensitäten von getrennten Farbstreifen integrieren muß, um den gewünschten Farbton wahrzunehmen. Beispiele bestimmter Anwendungen dieser Prinzipien werden nachfolgend angegeben.
Die Gestaltung der einzelnen holographischen Linsen ist wichtig; sie sollten auf ausreichend breite Lichtwellenbänder ansprechen, so daß alles eingehende Licht der Beugung auf die geeigneten Zielbereiche unterworfen wird; allerdings sollten die Wellenbänder nicht so breit sein, daß sich benachbarte Linsen signifikant beinträchtigen. Die erste holographische Linse, als "rote" Linse bezeichnet, ist so gestaltet, daß sie rotes Licht am effizientesten beugt und das gebeugte Licht auf den roten Streifen- oder Zielbereich der Matrixanzeige richtet. Die rote Linse beugt jedoch auch andere Wellenlängen über und auch unter der roten Peak- Wellenlänge. Eine spezifische Eigenschaft von Hologrammen ist, daß Licht von verschiedenen Wellenlängen, welches auf das Hologramm einfällt, mit verschiedenen Ausfallwinkeln gebeugt wird; diese Eigenschaft ist als chromatische Dispersion bekannt. Das Ausmaß der Dispersion kann dadurch gesteuert werden, indem der Abstand der Linsenoberflächenstreifen gesteuert wird - je enger die Ränder beabstandet sind (und folglich je mehr das einfallende Licht außeraxial im Vergleich zu den ausfallenden Strahlen ist), um so größer ist der Dispersionseffekt. Deshalb ist die rote holographische Linse vorzugsweise so gestaltet, daß das von ihr gebeugte Licht auf dem Matrixanzeigen-Zielbereich in einem regenbogengleichen Strahlenfächer einfällt, wobei dunkelrotes, rotes, orange-rotes und oranges Licht den "roten" Anzeigestreifen beleuchtet, gelbes, gelb-grünes, grünes und blau-grünes Licht den "grünen" Matrixanzeigestreifen beleuchtet und blaues, indigofarbenes und violettes Licht den "blauen" Matrixanzeigestreifen beleuchtet. Da jeder Streifen in Bezug auf den Zuseher unter einem spitzen Winkel erscheint, vermischt das Auge die Farben zu einer einzigen, und sollte die Streifen als wirklich blau, grün und rot wahrnehmen. Wenn jedoch Farben hoher Reinheit gewünscht sind, kann ein Vorfilter verwendet werden, um die organgen und gelben Wellenlängen aus dem erleuchtenden Spektrum zu eliminieren. Auf ähnliche Weise ist die grüne holographische Linse gestaltet, um möglichst effizient in dem grünen Teil des Spektrums zu beugen, und die "blaue" Linse, um möglichst effizient den blauen Teil des Spektrums zu beugen; aber beide Linsen sind so gestaltet, daß sie Licht aller Wellenlängen auf ihre entsprechenden Streifen auf der Matrixanzeige beugen.
Die Gestaltung der spektralen Bandbreiten jeder der drei holographischen Linsen muß mit Sorgfalt ausgeführt werden. Wenn die Bandbreiten sehr groß sind, beugt jede Linse blaues, grünes und auch rotes Licht wirksam, was Farbübersprechprobleme zur Folge hat. Zum Beispiel würde rotes Licht, welches von den roten Linsen zu dem vorbestimmten Streifen auf der Matrixanzeige gebeugt wurde, teilweise von den grünen Linsen an eine unerwünschte Stelle erneut gebeugt. Farbübersprechen bewirkt eine Verringerung der Farbreinheit des einfallenden Lichts auf der Matrixanzeige. Andererseits würde eine Gestaltung von sehr engen spektralen Bandbreiten zur Folge haben, daß eine beträchtliche Menge eingehenden Lichts ungebeugt durch alle drei Linsen auf unerwünschte Stellen auf der Matrixanzeige fällt, was wiederum verringerte Farbreinheit und -kontrast zur Folge hat.
Die spektralen Bandbreiten der drei Linsen sind so gestaltet, daß sie zwischen diesen beiden Extremen liegen, wie in den Spektren in Fig. 2 gezeigt wird. Für jede Linse ist der Beugungswirkungsgrad für Wellenlängen im Zentrum ihres Wellenbandes am größten und nimmt mit zunehmendem Abstand vom Zentrum generell progressiv ab. Das "Wellenband" für jede Linse kann als der Teil des Spektrums betrachtet werden, in welchem ihr Beugungswirkungsgrad größer als 50% des maximalen Wirkungsgrads ist (welcher bis zu 100% betragen kann). Während die Linsen einen 100%igen Beugungswirkungsgrad nur bei ihren zentralen Wellenlängen erreichen, können sie bei Wellenlängen innerhalb ihres jeweiligen Wellenbandes als generell beugend und bei anderen Wellenlängen als generell transmissiv bezeichnet werden. Da holographische Volumentransmissionslinsen einen Beugungswirkungsgrad von eigentlich 100% bei den Peak-Wellenlängen erbringen können, kann eine sorgfältige Gestaltung der Hologrammspektren einen Gesamtwirkungsgrad von 80-90% zu Folge haben.
Die Beschreibung wurde bisher auf zylindrische holographische Linsen beschränkt, welche die Wirkungsweise der zylindrischen Linsenanordnung von Fig. 1 simulieren und welche einfallendes Licht nur in einer Dimension fokussieren. Dies ist in Fig. 3(a) dargestellt, worin eine kleine zylindrische Linse in einer holgraphischen zylindrischen Anordnung 4 gezeigt ist, welche ein Paar eindimensionaler Strahlen auf entsprechende Pixelzellen eines "Streifen"-Ziels 5 fokussieren. Alles bisher Gesagte würde ebenso gut auf ein Hologramm zutreffen, das Licht in zwei Dimensionen fokussiert, wie das Facettenlinsen-Hologramm in Fig. 3(b) oder das Diffusionshologramm von Fig. 3(c). Die Facettenlinsenanordnung 6 besteht aus Spalten von einzelnen Facettenlinsen, von denen jede Licht in zwei Dimensionen auf einen Punkt fokussiert, welcher einer Pixelzelle entspricht. Die Diffusionslinsenanordnung 7 besteht aus einer Serie von Spalten von Diffusionslinsen, von denen jede als eine Überlagerung einer unendlichen Zahl von Facettenlinsen betrachtet werden kann. Jedes dieser drei Hologramme fokussiert Licht in einer bestimmten Bandbreite von einer holographischen Linsen-"Spalte" auf ein enges vertikales "Ziel", aber jedes auf eine andere Art. Eine Facettenlinse ist in einem Text von Takanori Okoshi, "Three-Dimensional Imaging Techniques", Academic Press, 1976, Seiten 2.4/21-22 und 5.2/127-128 beschrieben, während eine bevorzugte Herstellungstechnik für eine Diffusionslinse nachfolgend beschrieben ist.
Eine Anwendung der Erfindung ist in einer von hinten beleuchteten transmissiven Flachpanel-Matrixanzeige. Eine herkömmliche Matrixanzeige dieser Art, welche vollständige Farbdarstellung erreicht, ist in Fig. 4 dargestellt. Kollimiertes eingehendes weißes Licht W wird farbkodiert, indem es durch einen absorbierenden Farbfilterstreifen 8 fällt, welcher aus einer sich wiederholenden Serie von roten, grünen und blauen transmissiven Streifen besteht. Der gestreifte Filter ist bezüglich einer Matrixanzeige 10 genau ausgerichtet, so daß das rote Licht durch die roten Informationen enthaltenden Streifen 12 der Matrixanzeige hindurchgeht, das grüne Licht durch die grünen Informationen enthaltenden Streifen 14 hindurchgeht und das blaue Licht durch die blauen Informationen enthaltenden Streifen 16. Ein Frontschirm 18 ist auf der gegenüberliegenden Seite der Matrixanzeige vorgesehen, um eine Betrachtungsfläche zur Verfügung zu stellen.
Da der Filter 8 ein subtraktiver Filter ist, ist seine Gesamttransmittanz ziemlich niedrig - typischerweise nicht mehr als etwa 30-40%. Dies ist der Fall, weil der Filter rotes Licht aus weißem Licht extrahiert, indem er die grünen und blauen Teile des Spektrums absorbiert, und ein gleichartiges subtraktives Verfahren verwendet, um grünes und blaues Licht zu extrahieren. In einer typischen Panelanzeige wird das kollimierte durch die Matrixanzeige transmittierte weiße Licht durch den Frontbildschirm 18 gestreut. In diesem Fall ist es ein zusätzliches Problem, daß auf den Frontbildschirm einfallendes Umgebungslicht zurückgestreut wird und einen verminderten Farbkontrast zur Folge hat.
Eine neuartige Flachpanelanzeige, die die erfindungsgemäßen Grundprinzipien zur Lösung dieser Aufgaben anwendet, ist in Fig. 5(a) dargestellt. Dieses System verbessert signifikant die Transmission durch die Panelanzeige, um effizientere Nutzung des eingehenden weißen Lichts zu ermöglichen, wobei eine genaue Ausrichtung des farbigen Lichts mit der Matrixanzeige ermöglicht wird. Darüberhinaus leitet es Licht im geeigneten Winkel auf die Matrixanzeigenelemente. Zum Beispiel ist bei transmissiven Flüssigkristallmatrixanzeigen, bei denen Lichtmodulation entweder durch Polarisatoren oder durch die Verwendung von Gast-Wirt-Molekülen erreicht wird, nur ein begrenzter Konus einfallenden Lichts, der um normale Einfallsrichtung zentriert ist, nutzbar. Das vorliegende Anzeigegerät kann dieser Anforderung entsprechen.
In dieser Anwendung wird eine Linsenanordnung vorgesehen, welche aus mehreren Serien von sich wiederholenden roten, grünen und blauen holographischen Linsen 20, wie oben beschrieben, besteht. Die Linsen sind auf eine Anordnung einzelner Flüssigkristall-Matrixzellen 22 ausgerichtet. Die Zellen sind typischerweise Quadrate mit einer Seitenlänge von 25,4 bis 508 um (1 bis 20 mil) und sind typischerweise von einem transparenten Glasabstandshalter 23 in einem Abstand von etwa 54 bis 3810 um (10 bis 150 mils) von den Linsen gehalten. Die Zellen sind so angeordnet, daß sich die Rot-enthaltende Information in einer Spalte oder einem "Streifen" der Zellen befindet, die Grün-enthaltende Information in einem benachbarten Streifen ist und die Blau-enthaltende Information in einem anderen benachbarten Streifen ist, wobei das Muster immer wieder wiederholt wird. Bei Betrachtung mit einem Abstand von 762 mm (30 Zoll), ohne Linsen auf der Seite des Betrachters, werden die roten, grünen und blauen Streifen vom Auge zu einem vermischt.
Weißes Licht W aus einem Projektor wird durch eine Feldlinse (nicht gezeigt) kollimiert und bei normaler Einfallsrichtung auf die Linsen 20 geleitet, welche vorzugsweise 76,2-1524 um (3-60 mil) breite Transmissionshologramme sind. Die drei Hologrammebenen sind gegeneinander um 254 um (10 mils) verschoben damit sich identische Beugungsstrahlgeometrien ergeben. Andere Anordnungen bzw. Ausrichtungen zwischen den Hologrammen sind möglich, aber die um 25,4-508 um (1-10 mil) verschobene Anordnung wird bevorzugt, wobei ein Wert von etwa 25,4 um (1 mil) typischerweise für eine Projektionsanzeige geeignet ist und ungefähr 254 um (10 mil) typischerweise für eine Flachpanelanzeige geeignet ist.
Darüberhinaus sind die in diesen Hologrammen gezeigten hohen Beugungswirkungsgrade, wie sie in Fig. 2 gezeigt sind, nur bei einem dichromatischen Gelatinefilm möglich, wenn der Winkel zwischen den einfallenden und gebeugten Strahlen ziemlich groß ist (nicht kleiner als 10 Grad). Für die Teile des Hologramms, welche weniger als 10 Grad bezüglich des Einfallwinkels beugen, ist der Beugungswirkungsgrad bedeutend verringert und ein wesentlicher Teil des einfallenden Lichts geht hindurch. Jede kleine Hologrammlinse weist einen zentralen Bereich auf, in dem der Beugungswinkel sehr klein ist und deshalb ein wesentlicher Teil des einfallenden Lichts durch das Hologramm hindurch geht. So lange jedoch der Bereich geringer Beugung nicht breiter als die Breite des Ziels ist, sollte der holographische Filter weißes Licht wirksam in Rot, Grün und Blau trennen. Nehmen wir zum Beispiel an, daß weißes Licht auf das rote Hologramm einfällt, wie in Fig. 5a. Unter der Annahme, daß der Bereich mit niedrigem Wirkungsgrad eines jeden Hologramms 1/3 der Hologrammlinsenbreite ist oder gleich der Zielbreite ist, so wird der rote Teil des weißen, auf die äußeren 2/3 des roten Hologramms fallenden Lichts wirksam auf das rote Ziel gebeugt, während das blaue und grüne Licht hindurch geht. Im zentralen Drittel des roten Hologramms geht weißes Licht im wesentlichen ungehindert hindurch. Die blauen und grünen Teile des weißen Lichts werden durch die nachfolgenden blauen bzw. grünen Hologramme auf die geeigneten Ziele gebeugt. Der rote Teil des weißen, durch das rote Hologramm transmittierten Lichts fällt durch die blauen und roten Hologramme auf das rote Ziel. In gleicher Weise wird ein wesentlicher Teil des blauen und grünen Lichts auch die jeweiligen Ziele erreichen, solange der zentrale Bereich mit niedrigem Wirkungsgrad eng genug ist. Vorausgesetzt, daß der Bereich mit niedrigem Wirkungsgrad im Bereich von Ablenkungswinkeln von 5 Grad oder weniger liegt, muß der f-Stop (die f-Blende) der Hologramme kleiner als 1,87 sein, wobei der f-Stop das Verhältnis des Abstands Linse-zu-Anzeige zum Linsendurchmesser ist.
Andererseits ist es aus anderen Gründen vorteilhaft, den f- Stop relativ groß zu machen. Ein Grund dafür ist, daß die Beugungseigenschaften der Hologrammlinsen als eine Funktion des Ausfallwinkels des gebeugten Strahls variieren. In einem System mit niedrigem f-Stop, in dem die Linse so gestaltet ist, daß sie sich nahe der Matrixanzeige befindet, variiert der Ausfallwinkel der gebeugten Strahlen bedeutend von einer Seite der Linse zur anderen, ebenso wie die Leistungseigenschaften der Linse. Es kann deshalb schwierig sein, die Linse in allen Punkten so auszuführen, daß sie optimal arbeitet; das Ergebnis ist verminderter Wirkungsgrad und Farbkontrast. Ein anderer Grund ist, daß sich die Strahlen, die von der holographischen Linse auf die engen Matrixanzeigestreifen fokussieren, an der anderen Seite der Matrixzelle in einem divergierenden Strahl fächerförmig ausbreiten. Für Anwendungen, in denen die Austrittspupille klein und hochgradig lokalisiert ist, wie zum Beispiel in einem Flugzeugcockpit, kann der aus jeder Materixanzeigezelle in einem niedrigen f-Stop-System hervorgehende Strahlenfächer unnötig breit sein, was eine herabgesetzte Anzeigehelligkeit zur Folge hat. Des weiteren verlieren die meisten transmissiven Flüssigkristall-Matrixanzeigen an Bildkontrast, wenn der Bildstrahl merklich von der Normalen abweicht. Deshalb sollte der auf die Matrixanzeige einfallende Strahl keinen zu niedrigen f-Stop haben. Wenn andererseits die Linsen zu weit von der Matrixanzeigenfläche entfernt sind, kann die genaue Ausrichtung der von den Linsen auf die Matrixanzeige gebeugten Strahlen schwierig werden.
Bei geeigneter Einstellung des f-Stops kann man Rot, Grün und Blau bis zu einem akzeptablen Grad an Farbreinheit für viele Anzeigeanwendungen trennen. Da jedoch die Farbfilter nicht perfekt wirksam sind, wird es eine Verringerung der Farbreinheit der Anzeige geben, welche durch Licht, das von dem Filter ungebrochen ist und die "falschen" Zielstreifen beleuchtet, verursacht wird. In den Fällen, in denen ein hoher Grad an Farbreinheit gewünscht ist, gibt es eine andere Ausführungsform dieser Erfindung, in Fig. 6 dargestellt, welche diese Anforderung erfüllt. Diese andere Konfiguration beinhaltet, den Farbfilter so zu gestalten, daß er kollimiertes weißes Licht annimmt, welches ihn statt dem normalen Einfall von einem außeraxialen Winkel beleuchtet, und eine Reihe von absorptiven Blenden bzw. Jalousien zwischen den Farbfilter und der Matrixanzeige zu Positionieren. In dieser Konfiguration erreicht nur das Licht die Zielstreifen, das von den Hologrammschichten gebeugt wird. Die Blenden 24 erstrecken sich vorzugsweise von den Rändern von jedem aufeinanderfolgenden Zellensatz zurück, um die kleine Menge an ungebeugtem Licht nullter Ordnung zu blockieren, welches sonst die falschen Pixelelemente erreichen würde und somit den Kontrast und die Farbreinheit der Anzeige verringern würde. Das von dem Hologramm gebeugte Licht geht jedoch durch die Blenden hindurch zu den Zielen.
Eine faseroptische Frontplatte 25 kann auf die Matrixanzeigezellen 22 laminiert sein. Bei jeder der drei Arten der verwendeten holographischen Linsenanordnungen ist der von jedem Matrixstreifen ausgehende Strahlenfächer tatsächlich ein Regenbogen leicht verschiedenfarbiger Strahlen. Ohne die Frontplatte kann ein Betrachter, der auf einen Punkt der Anzeige blickt, einen kleinen aber bemerkbaren Farbwechsel beobachten, wenn er sich über die Austrittspupille bewegt. Selbst wenn eine Mattscheibe oder ein anderer hochwertiger herkömmlicher Schirm vor die Matrixanzeige positioniert wird, würde die Richtung der Strahlen genügend erhalten bleiben, um eine wahrnehmbare Farbverschiebung über der Austrittspupille zu verursachen. Wenn die zylindrische holographische Linsenanordnung verwendet wird, dann verlassen die jedes Pixelelement verlassenden Strahlen diese in einem ebenen Strahlenfächer, welche einer richtigen Betrachtung nicht förderlich sind. Wenn jedoch Licht auf jede einzelne optische Faser in der faseroptischen Frontplatte einfällt und durch sie hindurchgeht, erfährt jeder Strahl eine sehr große Zahl interner Reflexionen an der Grenzschicht zwischen Kern und Beschichtung, was eine Drehung der Orientierung eines jeden Strahls bewirkt. Die Orientierung der verschiedenen Ausfallstrahlen ist eine so komplexe und sensible Funktion der Orientierung der einfallenden Strahlen, daß sie praktisch annähernd zufällig ist. Ein Bündel viel-farbiger Strahlen verschiedener Orientierungen, welches in eine optische Faser geleitet wird, verläßt das andere Ende als farb-gemischter, kreisförmig symmetrischer Lichtkonus. Die Oberfläche einer jeden Faser wirkt fast wie ein Streupunkt in einem Streuschirm. Die Frontplatte dient deshalb nicht nur zur Farbmischung des eingehenden Lichts sondern auch zur Erzeugung einer Schirmfläche.
Durch die Gestaltung der Frontplatte 25 sind ihre Fasern so orientiert sind, daß deren Achsen parallel zu den zentralen Strahlen des einfallenden Lichtfächers sind. Der Raumwinkel des diffusen Ausgangskonus wird durch den f-Stop des Hologrammsystems bestimmt - je kleiner der f-Stop, desto größer der Konusraumwinkel. Ein zusätzlicher Vorteil ist, daß eine faseroptische Frontplatte höchst unempfindlich gegenüber Rückstreuung von Umgebungslicht ist. Das Netto-Ergebnis der dreischichtigen holographischen Linse und faseroptischen Frontplatte ist eine Vollfarbhochhelligkeitsanzeige mit hoher Farbreinheit und Anzeigenkontrast.
Ein vollständiges Anzeigensystem ist in Fig. 5(b) dargestellt. Da die Lichtkonen, die aus der Frontplatte 25 heraustreten, parallel zueinander sind, ist es für gewöhnlich wünschenswert, eine fokussierende Linse 26 an der Vorderseite der Frontplatte zu positionieren. Dies fokussiert die Konen auf eine gemeinsame Austrittspupille für den Betrachter 27.
Eine transparente Pixelelektrodenanordnung, die für die Art von Flachpanelanzeige, in der die vorliegende Erfindung genutzt werden kann, geeignet ist, ist in Fig. 7 dargestellt. Die Pixelelektroden 36, mit gestrichelten Linien angedeutet, umfassen dünne Schichten von auf einem Glaspanel aufgebrachter Siliziuminseln. Die Transistorschalter, die, wie angegeben, vorzugsweise FETs sind, sind mittels Metalldrahtleitern 58 mit einer geeigneten elektrischen Steuerung des Gates (nicht gezeigt) verbunden. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die transparenten Pixel 36 Quadrate mit einer Seitenlänge von 508 um (20 mils) und mit einem Abstand zwischen benachbarten Pixeln von 50,8 um (2 mil), um die Transistorschalter und Verdrahtung unterzubringen. Somit hat das Panel einen möglichen Transmissionswirkungsgrad von bis zu 81%.
Eine andere Anwendung der Erfindung ist in einem Flüssigkristall-Lichtventil (LCLV). Solch eine Anwendung ist in Fig. 8 dargestellt, worin ein faseroptischer CRT 60 gezeigt ist, der Eingabedaten 62 erhält und daraufhin eine Rasterabtastaufgabe für LCLV 64 zur Verfügung stellt. Die LCLV-Ausgabe wird durch einen polarisierenden Strahlenteiler 66 unter dem Einfluß einer Xenonlampe und Kondensator 68 verarbeitet, so daß die gewünschten Teile der LCLV-Ausgabe auf eine Projektor-Linse 70 zwecks Anzeige gerichtet werden. Die Verwendung eines Elektronenstrahls von einem CRT, um einen LCLV zu adressieren, wird in einem Artikel von Duane Haven, "Electron-Beam Addressed Liquid-Crystal Light Valve", Proceedings of the International Display Research Conference, Seiten 72-74 (1982), diskutiert.
Die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf solch ein System ist in Fig. 9 dargestellt. In dieser Anwendung kann entweder die holographische zylindrische Linsenanordnung oder die holographische Facettenlinsenanordnung verwendet werden. Der CRT umfaßt einen Elektronenstrahl-Generator 72 und eine Abtasteinrichtung bzw. einen Scanner 74, welche den Elektronenstrahl als einen Rasterstrahl ablenkt. Das LCLV besteht aus einer drei farbigen holographischen Linsenanordnung 76, wie oben beschrieben, einer transparenten Glasplatte 78, welche die Linsenanordnung auf einer Seite trägt, einer transparenten leitenden Elektrode 80 auf der anderen Seite der Glasplatte, einer zu der transparenten Elektrode benachbarten Flüssigkristallzelle 82 und einem breitbandigen partiell leitendenden dielektrischen Spiegel oder Metall- Matrixspiegel 84 auf der anderen Seite der Flüssigkristallzelle. Eine Anordnung von Pixelansteuerungselektroden 86 sind unmittelbar hinter dem Spiegel 84 angeordnet. Die transparente Elektrodenschicht 80 wird auf einer konstanten Spannung V gehalten, welche Masse sein kann, um für die Pixelelektroden eine Referenz zur Verfügung zu stellen. Jede Pixelelektrode ist auf die entsprechende Farblinse in der Linsenanordnung 76 ausgerichtet; die Elektroden sind mit Farbbuchstaben in Fig. 9 bezeichnet, um die entsprechenden roten, grünen oder blauen Linsen anzuzeigen. Die vertikale Ausdehnung jeder Pixelelektrode ist ungefähr 1/3 der Ausdehnung der entsprechenden Linse, während sich die Pixelelektroden gleich weit wie die Linsen in die Seite erstrecken.
In Betrieb wird der Elektronenstrahl über die Pixelelektrodenanordnung geführt und gleichzeitig gemäß einem gewünschten Signalmuster moduliert. Einige der Pixelelektroden werden von dem einfallenden Elektrodenstrahl aktiviert, wie von seinem Modulationsmuster bestimmt. Die aktivierten Pixelelektroden erzeugen eine Spannungsdifferenz bezüglich der transparenten Referenz-Elektrodenschicht 80, wobei bewirkt wird, daß das der Pixelelektrode benachbarte Flüssigkristall polarisiertes Licht von der Linsenanordnung zum und auch vom Spiegel 84 weg leitet. Das Flüssigkristallmedium in der Nähe der nicht-aktivierten Pixelelektroden wird ausgerichtet, um einen Zwei-Wege Durchgang polarisierten Lichts von der Linsenanordnung zu vermeiden.
Der Betrieb des LCLV für einfallendes polarisiertes Licht, das auf die drei Primärfarben Rot, Grün und Blau beschränkt ist, ist im oberen Teil von Fig. 9 angegeben. Zum Beispiel wird grünes Licht, das auf die grüne holographische Linse 88 einfällt, auf den Spiegel 84 unmittelbar vor der grünen Pixelelektrode 90 gebeugt. Wenn die Pixelelektrode durch den Elektronenstrahl aktiviert wurde, wird das vom Spiegel reflektierte Licht durch das Flüssigkristallmedium 82 zurück transmittiert und von der Linse 88 kollimiert, um einen grünen Ausgangsstrahl zu erzeugen. Ähnlich wird das einfallende blaue und rote Licht von den blauen und roten Linsen auf ihre jeweiligen Pixelelektroden gebeugt und, wenn die Elektroden aktiviert worden sind, durch das Flüssigkristallmedium auf ihre jeweiligen, kollimiertes Ausgangslicht liefernden Linsen zurück transmittiert. Durch eine geeignete Modulierung des Elektronenstrahls kann jede beliebige Elektrode vollständig aktiviert, vollständig deaktiviert oder teilweise aktiviert werden, und das Ausgangslicht von dieser Elektrode wird den Aktivierungsgrad wiederspiegeln. Das LCLV bewirkt nicht nur einen höchst wirksamen Betrieb, sondern überlagert auch jede Farbe mit der anderen, statt die Farben wie im herkömmlichen Farbstreifenansatz zu trennen. Dies ergibt eine bedeutende Verbesserung der Auflösung des Systems.
Der untere Teil von Fig. 9 stellt die Situation dar, bei der das einfallende Licht ein breites Spektrum umfaßt. Es wird nur die Wirkungsweise von den roten und blauen Pixelelektroden gezeigt, wobei die Wirkungsweise der grünen Pixelelektrode ausgelassen wurde, um die Figur nicht unnötig unübersichtlich zu machen. Da das einfallende Licht im wesentlichen das gesamte, mit jeder Primärfarbe assoziierte Wellenband belegt, statt auf die zentralen Wellenlängen beschränkt zu sein, werden die Linsen 76 nur teilweise die Wellenlängen an die Ränder eines jeden Wellenbandes fokussieren. Bei geeigneter Auswahl der Linsen und Systemabmessungen ergibt dies eine Aufspreizung des gebeugten Lichts innerhalb jedes Wellenbandes über im wesentlichen den gesamten Bereich der entsprechenden Pixelelektrode. Wiederum wird das Licht, das auf den Spiegel unmittelbar vor einer aktivierten Pixelelektrode einfällt, reflektiert und durch die Flüssigkristallzelle zurück transmittiert, und bewegt sich zur Linse zurück, um in einen Ausgangslichtstrahl kollimiert zu werden.
Eine andere Form des LCLV, in welchem die Vorrichtung statt auf einen Elektronenstrahl auf einen Steuerungslichtstrahl anspricht, ist in Fig. 10 dargestellt. Diese Art von Lichtventil ist zum Beispiel in dem U.S. Patent Nr. 3,824,002 von Terry Beard beschrieben, das auf Hughes Aircraft Company überschrieben wurde. Die Vorrichtung umfaßt eine holographische Linsenanordnung 92 wie oben beschrieben (welche entweder eine holographische, zylindrische Linsenanordnung oder eine holographische Facettenlinsenanordnung sein kann), welche auf einer Seite einer transparenten Glasplatte 94 angebracht ist, eine transparente leitende Elektrodenschicht 96 auf der anderen Seite der Glasplatte, eine lichtmodulierende Flüssigkristallzelle 98, die in einem Quartzfilm 100 nach der Elektrodenschicht enthalten ist, ein breitbandiger dielektrischer Spiegel oder metallischer Matrixspiegel 102 nach der Flüssigzelle, eine Licht blockierende Schicht 104 nach dem Spiegel und eine fotoleitende Schicht 106 nach der Licht blockierenden Schicht mit einer transparenten Pixelelektrodenanordnung 108, die an dem äußeren Glassubstrat 110 aufgebracht ist. Eine Spannungsquelle 112 erzeugt einen Potentialunterschied zwischen der Elektrodenanordnung 108 und der Elektrodenschicht 96. Alternativ könnte die Elektrodenanordnung 108 als eine durchgängige Elektrodenschicht vorgesehen sein, welche funktionell in Pixelbereiche aufgeteilt ist.
Das räumliche Intensitätsmuster eines einfallenden Steuerungslichtstrahls 114 steuert die räumlichen reflektierenden Eigenschaften des Ventils. Bei Abwesenheit von Steuerungslicht, wird die Spannung zwischen den Pixelelektroden 108 und dem Elektrodenblatt 96 primär über die fotoleitende Schicht 106 erzeugt, welche bei Abwesenheit von Licht als Isolator wirkt. Wenn Steuerungslicht auf eine bestimmte Pixelelektrode gelenkt wird, wird es durch die transparente Elektrode zu den unmittelbar benachbarten Teilen der fotoleitenden Schicht transmittiert, wobei dieser Teil der Schicht leitend wird. Der Spannungabfall zwischen der Pixelelektrode und der Elektrodenschicht wird so primär auf den Teil der Flüssigkristallzelle 98 übertragen, welcher auf die aktivierte Pixelelektrode ausgerichtet ist. Dadurch kann dieser Teil des Flüssigkristallmediums polarisiertes Projektionslicht 116 in beide Richtungen transmittieren, während die Transmission von reflektiertem Licht von dem Spiegel 102 an den auf die nicht-aktivierten Pixelelektroden ausgerichteten Positionen blockiert ist. So können die Pixelelektroden 108 als auf den Spiegel 102 projizierende Pixel betrachtet werden, wobei die Transmission des reflektierten Lichts von den Spiegelpixelstellen von der Aktivierung oder Nicht-Aktivierung der entsprechenden Pixelelektroden 108 abhängt. Diese Projektion der wirksamen Pixelbereiche ist in Fig. 10 durch Projektionslinien 118 angegeben.
Das licht-kontrollierte LCLV von Fig. 10 weist einen hohen Wirkungsgrad und Auflösung ähnlich der des Elektronenstrahlkontrollierten LCLV von Fig. 9 auf. Während das LCLV von Fig. 10 als eine reflektierende Vorrichtung dargestellt ist, kann es auch als eine transmissive Vorrichtung aufgebaut werden, indem der Spiegel 102 und die Licht blockierende Schicht 104 entfernt werden.
Der Aufbau der holographischen Linsenanordnung selbst wird nun in Zusammenhang mit Fig. 11a und 11b diskutiert. Die einfachste, in Fig. 11a dargestellte Ausgestaltung wäre das Ergebnis, wenn alle drei Hologramme in einer einzigen Gelatinefilmschicht 120 auf einem transparenten Substrat 122 belichtet werden könnten, wobei eine transparente Deckplatte 124 die andere Seite der Filmschicht schützt. Eine einzige Gelatineschicht weist aber vielleicht keinen ausreichenden Dynamikbereich bei der Indexmodulation auf, um drei leistungsstarke Transmissionshologramme zu unterstützen. Dies kann gelöst werden, indem die Linsenanordnung so gestaltet wird, daß die drei Hologramme nicht alle in der gleichen Ebene liegen. Zum Beispiel können drei getrennte Hologrammfilme 125, einer für jedes Farbband, auf drei getrennten transparenten Substraten 126 gebildet werden und die resultierenden Hologrammplatten, wie in Fig. 11b angegeben, gestapelt werden. Wenn zwei Hologramme in einer einzigen Filmschicht untergebracht werden können, ist es möglich, eine im wesentlichen einzige ebene Linsenanordnung für alle drei Linsen zu bilden. Dies wird erreicht, indem ein Film mit einer einzigen Farbe auf einem Substrat 128, ein Film mit zwei Farben auf einem zweiten Substrat 130 gebildet wird und dann die beiden Hologrammplatten mit den beiden Hologrammfilmen auf der Innenseite zusammenlaminiert werden.
Das Verfahren zur Herstellung der holographischen Diffusionslinsenanordnung wird nun beschrieben. Die Verfahren zur Herstellung der holographischen zylindrischen Linsenanordnung und zur Herstellung der holographischen Facettenlinsenanorndung sind ziemlich ähnlich. Die Herstellung von nur einem Hologramm, zum Beispiel dem grünen Hologramm, wird zuerst beschrieben. Die Techniken zur Herstellung aller drei Hologramme mit der geeigneten Anordnung wird dann diskutiert.
Ein einstufiges Verfahren zur Belichtung eines zylindrischen holographischen Linsensatzes für die axialen Hologramme ist in Fig. 12 dargestellt. Es nutzt eine Standardtechnik zur Bildung von Hologrammen, welche für jede Farbe wiederholt wird. Für die erste Farbe (Rot, Grün oder Blau) wird ein Laser 128, der einen Strahl dieser Farbe erzeugt, auf einen Strahlaufweiter 130 gerichtet. Der aufgeweitete Strahl wird von einer kollimierenden Linse 132 kollimiert und auf eine Glas- oder klare Plastikplatte 134 gerichtet. Die entgegengesetzte Seite der Platte 134 weist eine Serie von benachbarten Halbzylinderlinsen 136 auf, welche den einfallenden Strahl auf eine Serie von überkreuzten Linien 138 fokussiert. Die holographischen Linsen werden in einem Gelatinefilm 140 gebildet, welcher auf eine transparente Platte 142 auf der der Linse 136 entgegengesetzten Seite der Strahlüberkreuzungen getragen wird. Die Platte 142 ist so positioniert, daß die aufeinanderfolgenden Linsen 136 auf den Gelatinefilm 140 in benachbarten Bildstreifen 144 abgebildet werden. Ein Referenzstrahl 146 von demselben Laser 128 wird auf den Gelatinefilin 140 mittels eines Strahlspalters 141 entlang eines getrennten Pfades (nicht gezeigt) gerichtet. In der üblichen Art und Weise des Bildens von Hologrammen erzeugen die periodischen Bilder des "Objekt"-Strahls von den Linsen 136 und dem Referenzstrahl 146 ein Interferenzmuster in der Gelatine.
Wenn die erste Farbe holographisch auf dem Gelatinefilm abgebildet ist, wird der Laser 128 durch einen anderen, der zweiten Farbe entsprechenden Laser ersetzt. Entweder die Platte 134 oder die Platte 142 wird bezüglich der anderen vertikal verschoben, so daß holographische Bildstreifen der zweiten Farbe in der Gelatine gebildet werden, welche um 1/3 der Breite der ersten Farbbildstreifen vertikal verschoben sind. Ein Laser, der einen Strahl der dritten Farbe erzeugt, ersetzt dann den zweiten Laser und die Platte 134 oder 142 wird wieder vertikal verschoben, um die Streifen der dritten Farbe gegen die Streifen der zweiten Farbe um 1/3 der Streifenbreite zu versetzen. Die Gelatine 140 wird dann entwickelt und getrocknet, um eine dreifarbige holographische Linse mit teilweise überlappenden Linsenstreifen, wie oben beschrieben, herzustellen.
Eine andere Methode zur Herstellung der holographischen Linse ist in Fig. 13 und 14 dargestellt. Die erste Stufe der anderen Methode zur Herstellung des grünen Hologramms ist die Erzeugung eines Streifenmaskenmusters. Das Streifenmuster ist vorzugsweise in Computercode spezifiziert, wird automatisch auf einen Gerber Plotter gezogen und wird auf ein Retikel mit Streifenmaskenmuster fotoreduziert. Die Streifen bestehen aus einem sich wiederholenden Muster von geschwärzten Streifen, die durch transparente Streifen getrennt sind. In Übereinstimmung mit den vorher beschriebenen Anwendungen der Erfindung wäre jedes Muster 762 um (30 mils) breit. Da chromatische Dispersion einen Lichtfächer erzeugt, der gebeugt von jedem Hologramm ausgeht, sollten die transparenten Streifen etwas weniger als 254 um (10 mils) breit sein, aber nicht so schmal, daß zu wenig Licht durch das Retikel gehen kann.
Fig. 13 stellt den Aufbau für die zweite Stufe in der Herstellung dar - die Belichtung eines Zwischenhologramms. Ein kollimierter Strahl Laserlicht 166, der eine Wellenlänge von 514,5 nm eines Argon-Lasers aufweisen kann, wird von einer Mattscheibe 168 diffus gemacht, geht durch das Streifenmasken-Retikel 170 hindurch und wird von einer plankonvexen sphärischen Linse 172 auf eine Silberhalogenid- Filmplatte 174 fokussiert. Die Brennweite der Linse 172 und der Durchmesser der Filmplatte 174 sind so gewählt, daß der gewünschte f-Stop (f-Blende) in dem sich ergebenden fertigen Hologramm erzeugt wird. Auf der Filmebene erzeugt die Interferenz zwischen dem fokussierten Bildstrahl (genannt Objektstrahl) und einem kollimierten Referenzstrahl 176 eine holographische Aufnahme in dem Film.
Der letztendliche Hologrammbelichtungsaufbau ist in Fig. 14 gezeigt. In diesem Aufbau steht das teilweise belichtete Silberhalogenidhologramm 174 in gleicher Beziehung zu der plankonvexen Linse 172 wie in dem anfänglichen Aufbau von Fig. 13. Ein kollimierter Referenzstrahl 178 mit der genau entgegengesetzten Ausrichtung zum kollimierten Strahl 176 von Fig. 13 wird auf das Silberhalogenidhologramm gerichtet und von dem Hologramm auf die plankonvexe Linse 172 gebeugt, wo das Bild des Retikels an die Rückseite der ebenen Fläche der Linse fokussiert wird. Eine Bestätigung dieser Fokussierung kann erhalten werden, indem das gestreifte Retikel 170 auf der ebenen Fläche der Linse 172 positioniert wird und ihre Ausrichtung angepaßt wird, bis das Retikel vollständig hindurchgeht. Dann sollte durch seitliche Verschiebung des Retikels um 254 um (10 mils) das dadurch transmittierte Bildlicht fast eliminiert sein. Auf diese Art kann der korrekte Fokus und Abstand des Retikels bestätigt werden.
Eine andere Bestätigungstechnik besteht darin, das Retikelbild auf eine Silberhalogenid-Filmplatte 150 zu belichten, die unter der ebenen Linsenfläche positioniert ist, und die Dimensionen des erfaßten Bildes durch Betrachtung der entwickelten Silberhalogenidplatte unter einem Mikroskop genau abzumessen. Zwischen der ebenen Fläche der Linse 172 und der dichromatischen Gelatinefilmebene ist eine Lücke 152, die genau groß genug ist, daß die von benachbarten Streifen des fokussierten Retikelbildes ausgehenden Strahlenfächer sich auf der Filmebene gerade berühren.
Beugungsstreifen auf dem Hologramm sollten vernachlässigbar sein, da die Aperturdimension von 254 um (10 mils) viel größer ist als die Laserwellenlänge mit 514,5 nm. Eine sphärische Referenzwelle 154 wird von der plankonvexen Linse 172 kollimiert und interferiert mit dem diffusen Objektstrahl auf der Filmebene 150 und erzeugt so eine Hologrammaufzeichnung. Die Beugungswinkeleigenschaften und der Beugungswirkungsgrad gegenüber den Wellenlängeneigenschaften des Hologramms werden von der Geometrie und Wellenlänge des Belichtungsstrahls, durch das Belichtungsenergieniveau und durch die Dicke der Filmschicht bestimmt. Diese Parameter können eingestellt werden, um die gewünschten Hologrammeigenschaften zur erreichen.
Wenn das grüne Hologramm unter Verwendung der 514,5-nm-Linie eines Argonlaser belichtet wird, kann das blaue Hologramm auf ähnliche Weise unter Verwendung der blauen 488-nm-Argonlaserlinie belichtet werden. Während der Argonlaserausgang bei 488 nm weniger intensiv ist als bei 514,5 nm, ist der dichromatische Gelatinefilm 150 empfindlicher gegenüber dem 488-nm-Licht als dem 514,5-nm-Licht; diese beiden Wirkungen heben sich einander daher im Prinzip auf. Demgemäß kann die grüne und die blaue Belichtung unter Verwendung desselben Argonlasers durchgeführt werden, indem der Laser zwischen den Belichtungen abgestimmt wird. Für die blaue Belichtung muß ein getrenntes Silberhalogenid-Zwischenhologramm aufgezeichnet werden. Da die Bestätigung, daß der Abstand des gestreiften Retikelbildes genau stimmt, eine anspruchsvolle und zeitraubende Aufgabe ist, kann es vorteilhaft sein, einen getrennten Belichtungsaufbau für die grüne und die blaue Belichtung zu verwenden. Sobald die geeignete Ausrichtung des Hologrambildes erreicht ist, kann auf diese Weise der Aufbau fest und unbeweglich bleiben, ohne daß Komponenten ersetzt werden müssen. Vorzugsweise werden die blaue und die grüne Belichtung in derselben dichromatischen Gelatineschicht durchgeführt. Wenn das blaue und das grüne Hologramm auf derselben Filmplatte belichtet werden, ist es wichtig, daß die blaue Belichtung genau 254 um (10 mils) bezüglich der grünen Belichtung verschoben wird.
Die Belichtung des roten Hologramms sollte auf andere Weise durchgeführt werden. Ein Grund dafür ist, daß der dichromatische Gelatine (DCG)-Film nicht für rotes Licht empfindlich ist. Während ein farb-sensibilisierter DCG-Film zwar eine Rotempfindlichkeit erreicht, ist seine Verwendung aufgrund der Probleme bei der Anwendung und seiner kurzen Lagerfähigkeit nicht ratsam. Ein holographischer, rotlicht-empfindlicher Silberhalogenidfilm steht zur Verfügung, aber seine Gelatineschicht kann zu dünn sein um ein hocheffizientes rotes Transmissionshologramm unterzubringen. Des weiteren weist der Argonlaser keinen verwertbaren roten Ausgangsstrahl auf, so daß ein anderer Laser, wie Helium-Neon mit einem 632,8-nm-Ausgang, benötigt würde.
Eine Möglichkeit, das rote Hologramm zu belichten, ist mit einem rot-empfindlichen Fotopolymerfilm, der von Polaroid Corporation unter der Bezeichnung DMP-128 produziert wird. Während dieser Film keinen so großen Dynamikbereich bietet wie DCG, erlaubt er die Herstellung von ausreichend hocheffizienten roten Transmissionshologrammen. Für die rote Hologrammbelichtung sollte ein getrenntes rotes Silberhalogenid-Zwischenhologramm hergestellt werden, wie bei dem blauen und dem grünen Hologramm-Aufbau.
Durch einen alternativen Lösungsansatz zur oben beschriebenen Herstellung des roten Hologramms kann das Hologramm in einem DCG-Film mit 514,5-nm-Argonlaserlicht belichtet werden. Eine Verringerung des Winkels zwischen Objekt- und Referenzstrahl in Fig. 14 vergrößert den Abstand der Beugungsstreifen in dem Film, was wiederum die Wellenlänge vergrößert, bei der es mit maximalem Wirkungsgrad beugt. Demgemäß kann das rote Hologramm mit einer geeigneten Gestaltung in einem vor-verzerrten Aufbau unter Verwendung von 514, 5-nm-Argonlicht belichtet werden. Ein getrenntes Silberhalogenid-Zwischenhologramm muß erzeugt werden und das Retikelbild sollte sorgfältig ausgerichtet werden, wie bei dem blauen und dem grünen Belichtungsaufbau. Da zwischen der Belichtungswellenlänge und der Wellenlänge mit dem maximalen Wiedergabewirkungsgrad ein großer Unterschied besteht, sollte der f-Stop des letztendlichen Holgramm-Wiedergabesystems so groß wie möglich sein, um Verzerrungsprobleme zu minimieren.
Die letzte Stufe ist, das rote Hologramm mit dem blau/grünen Hologramm zu laminieren oder, falls nötig, drei getrennte rote, grüne und blaue Hologramme zusammenzulaminieren. In beiden Fällen muß eine geeignete Anordnung der drei Bilder erreicht werden. Dies kann anhand einer Laminierungsfixierung erreicht werden, in der die Hologrammplatten während der Laminierung genau gegen Ausrichtungsnadeln positioniert werden und genaue 254-um-(10 mil)-Verschiebungen zwischen den Platten erzeugt werden. Die Klebestreifen sollten sehr dünn und steuerbar sein, um eine geeignete Ausrichtung zu erreichen.
Die Herstellung der roten, grünen und blauen Hologramme kann wie folgt zusammengefaßt werden:
1) Herstellung eines gestreiften Retikels und eines vollfarbigen Wiedergabe-Retikels.
2) Herstellung von drei Silberhalogenid-Zwischenhologrammen.
3) Anordnung und genaue Ausrichtung der drei getrennten letztendlichen Belichtungssysteme.
4) Belichtung der letztendlichen roten, grünen und blauen Hologramme.
5) Laminierung der Hologramme mit genauer Ausrichtung.
Es ist ein Vorteil der Erfindung, daß die Belichtungstechnik leicht auf Massenproduktion angepaßt werden kann. Die obengenante Stufe 4) erzeugt rote, grüne und blaue Masterholgramme, welche dann zur schnellen Erzeugung von Repliken durch Kontaktdruck verwendet werden können.
Es wurden zwar verschiedene Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben, es versteht sich jedoch, daß zahlreiche Variationen und andere Ausführungsformen der Fachwelt einfallen werden. Dementsprechend ist es beabsichtigt, daß die Erfindung nur im Rahmen der anhängigen Ansprüche beschränkt ist.

Claims

1. Hochleistungsfarbanzeigevorrichtung zum Anzeigen von ausgewählten Elementen eines eingehenden Strahles elektromagnetischer Strahlung mit einer Mehrzahl von unterschiedlichen Wellenbandkomponenten, mit:

einem Bereichszielfeld (22), das eine Mehrzahl von generell benachbart zueinander angeordneten Zielbereichen (R, G, B) aufweist, die jeweils vorbestimmten Wellenbandkomponenten des eingehenden Strahles zugeordnet sind, um darauffokussierte Wellenbandkomponenten des eingehenden Strahles zu empfangen und um diese mit Winkeldivergenz zwecks Anzeige zu reflektieren oder zu transmittieren, und

einer Bereichslinsenanordnung (20) beabstandet von dem Bereichszielfeld (22) und zum Empfang des eingehenden Strahles ausgelegt, wobei die Linsenanordnung (20) für jeden Zielbereich (R, G, B) in dem Bereichszielfeld (22) eine Linseneinrichtung (1, 2, 3) aufweist, die optisch zu dem Zielbereich (R, G, B) ausgerichtet ist,

wobei jede dieser Linseneinrichtungen (1, 2, 3) ausgelegt ist, eingehende Strahlung innerhalb des Wellenbandes seines zugehörigen Zielbereiches (R, G, B) auf diesen Bereich zu konvergieren und generell eingehende Strahlung außerhalb dieses Wellenbandes ohne wesentliche Änderung zu transmittieren,

wobei jede dieser Linseneinrichtungen (1, 2, 3) und zugehörige Zielbereiche (R, G, B) ausgelegt sind, die konvergierende eingehende Strahlung nach der Konvergenz mit Winkeldivergenz zwecks überlagerter Anzeige zu lenken,

wobei die Linseneinrichtungen für die verschiedenen Wellenbänder derart in der Linsenanordnung (20) angeordnet sind, so daß für jede der Wellenbandkomponenten wenigstens eine Linseneinrichtung im wesentlichen über dem Bereich der Linsenanordnung (20) im Pfad der eingehenden Strahlung angeordnet ist,

wobei jede Linseneinrichtung teilweise eine Linseneinrichtung für jede der anderen Wellenbandkomponenten überlappt.

2. Farbanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, worin der Strahl n Wellenbandkomponenten aufweist, die Fläche jedes Zielbereichs (R, G, B) ungefähr A beträgt und die Fläche jeder Linseneinrichtung ungefähr nA beträgt.

3. Farbanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, worin die Linseneinrichtung (1, 2, 3) holographische Linsen (4; 6; 7) aufweist.

4. Farbanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, worin die Linseneinrichtung (1, 2, 3) für jedes Wellenband einen Ansprech-Peak für Strahlung nahe dem Zentrum des Wellenbandes aufweist und generell progressiv abnehmend auf Strahlung anspricht, die weiter weg vom Zentrum des Wellenbandes liegt, wodurch eingehende Strahlung über jeden Zielbereich (R, G, B) entsprechend ihrer Wellenlänge relativ zu dem Zentrum seines Wellenbandes verteilt wird.

5. Farbanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, worin das Bereichszielfeld (22) ein Feld von transmissiven Lichtmodulationszellen und eine faseroptische Frontplatte (25), die auf der von der Linsenanordnung (20) abliegenden Seite der Zellen angeordnet ist, aufweist, um von den Zellen transmittiertes Licht zu vermischen.

6. Farbanzeigevorrichtung nach Anspruch 5, worin das Bereichszielfeld (22) desweiteren eine fokussierende

Linse (26) aufweist, die über der faseroptischen Frontplatte (25) positioniert ist, um von der Frontplatte (25) emittiertes Licht zu empfangen und zu fokussieren.

7. Farbanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, des weiteren mit einer Mehrzahl von Jalousielamellen (24), die sich von dem Bereichszielfeld (22) in Richtung auf die Linsenanordnung (20) erstrecken, um die Linsenanordnung (20) durchlaufendes Störlicht von unerwünschten Stellen auf dem Zielbereich (22) abzublocken.

8. Eine Linsenstruktur zum räumlichen Trennen von weißem Licht in Komponentenstrahlungswellenbänder, die um eine Mehrzahl von diskreten Wellenlängen zentriert sind, mit:

einer Mehrzahl von holographischen Bereichslinsen von denen jede Linse auf ein Strahlungswellenband anspricht, das um eine entsprechende der diskreten Wellenlängen zentriert ist, und

einem optisch durchlässigen Substrat (122; 126), wobei die holographischen Linsen für jedes Wellenband auf dem Substrat (122; 126) angeordnet und zu den Linsen für die anderen Wellenbändern versetzt angeordnet sind, so daß die Summe der inkrementellen Versetzungen der aufeinanderfolgenden Linsen in einem vollen Satz von diskreten Wellenlängen gleich der Abmessung jeder Linse in Richtung der Versetzung ist.

9. Linsenstruktur nach Anspruch 8 zum räumlichen Trennen von weißem Licht in Komponentenstrahlungswellenbänder, die um rote, grüne und blaue Wellenlängen zentriert sind, mit

einem ersten, zweiten und dritten holographischen Linsenfeld, wobei jedes Linsenfeld eine Mehrzahl von holographischen Linsen umfaßt, und die drei Linsenfelder auf Strahlungswellenbänder ansprechen, die um Rot, Grün bzw. Blau zentriert sind.

10. Linsenstruktur nach Anspruch 9, worin die auf Grün ansprechenden Linsen auf eine Strahlungsbandbreite ansprechen, die die Bandbreiten der anderen Linsen überlappt.

11. Linsenstruktur nach Anspruch 9, worin die auf Rot, Grün und Blau ansprechenden Linsen auf einem gemeinsamen Substrat (122) gebildet sind.

12. Linsenstruktur nach Anspruch 9, worin die auf Rot, Grün und Blau ansprechenden Linsenfelder jeweils auf einem entsprechenden individuellen Substrat (126) gebildet sind und die Substrat/Linsen-Anordnungen zusammen laminiert sind.

13. Linsenstruktur nach Anspruch 9, worin das auf Rot ansprechende Linsenfeld auf einem Substrat gebildet ist und die auf Blau und Grün ansprechenden Linsenfelder auf einem zweiten Substrat gebildet sind und die Substrat/Linsen-Anordnungen zusammen laminiert sind.

14. Ein Farbanzeigen-Lichtventil für einen eingehenden Lichtstrahl bestehend aus einer Mehrzahl von Wellenbändern mit:

einem Pixelfeld,

einer Einrichtung (80; 96, 112) zum Zuführen von elektrischen Steuersignalen zu gewünschten Mustern der Pixel,

einer Bereichslinsenanordnung (76; 92) von dem Pixelfeld beabstandet und ausgelegt, einen eingehenden Lichtstrahl zu empfangen, wobei die Linsenanordnung (76; 92) für jedes Pixel eine Linseneinrichtung aufweist, die optisch zu dem Pixel ausgerichtet ist, wobei jede Linseneinrichtung ausgelegt ist, aus einem entsprechenden Wellenband eingehendes Licht wenigstens teilweise auf einen durch das zugehörige Pixel kontrollierten Bereich zu fokussieren und eingehendes Licht außerhalb dieses Wellenbandes generell ohne wesentliche Änderung zu transmittieren,

wobei die Linseneinrichtung für die verschiedenen Wellenbänder in der Linsenanordnung (76; 92) versetzt angeordnet sind, so daß wenigstens eine Linseneinrichtung für jede der Wellenbandkomponenten an im wesentlichen allen Punkten über den Querschnitt des Pfades des eingehenden Lichtstrahls zur Verfügung steht, und

einem Lichtmodulationsmedium (82; 98) zwischen dem Pixelfeld und der Linsenanordnung (76; 92), das auf das räumliche Muster der den Pixeln zugeführten Steuersignale anspricht, um die Transmission des in dem Wellenband eingehenden Lichts zu steuern,

wodurch die Elemente des Farbanzeige-Lichtventils so angeordnet sind, daß der von dem eingehenden Lichtstrahl abgeleitete Ausgang im wesentlichen nur das Licht ausschließt, das als Antwort auf die den Pixeln zugeführten Steuersignale ausgeschlossen wurde.

15. Farbanzeigen-Lichtventil nach Anspruch 14, worin die Linseneinrichtung für jedes Wellenband einen Ansprech- Peak für Strahlung nahe dem Zentrum des Wellenbandes aufweist und generell progressiv abnehmend auf Strahlung anspricht, die weiter weg vom Zentrum des Wellenbandes liegt, wodurch eingehende Strahlung über jedes Pixel entsprechend ihrer Wellenlänge relativ zu dem Zentrum seines Wellenbandes verteilt wird.

16. Farbanzeigen-Lichtventil nach Anspruch 14, worin die Anzahl der Wellenbänder n ist, worin die Fläche jeder der Linseneinrichtungen ungefähr das n-fache der Fläche des zugehörigen Pixels beträgt, und jede Linseneinrichtung benachbarte Linseneinrichtungen überlappt, so daß die Fläche der Linsenanordnung ungefähr gleich der Fläche des Pixelfeldes ist.

17. Farbanzeigen-Lichtventil nach Anspruch 16, worin die Linseneinrichtung holographische Linsen umfaßt.

18. Farbanzeigen-Lichtventil nach Anspruch 17 als Flüssigkristall-Lichtventil ausgebildet, worin das Lichtmodulationsmedium ein Flüssigkristallmedium (98) umfaßt und die Einrichtung zum Zuführen von elektrischen Steuersignalen zu gewünschten Mustern von Pixeln ein Feld von transparenten Elektroden (108), deren Geometrie im wesentlichen ähnlich dem Pixelfeld ist, eine Fotoleiterschicht (106) mit einer räumlichen elektrischen Leitfähigkeit, die mit der Intensität des auf die Fotoleiterschicht (106) einfallenden Lichts variiert, wobei die Fotoleiterschicht (106) das Elektrodenfeld (108) und das Pixelfeld elektrisch koppelt, und eine Einrichtung (112) zum Aufbau eines Spannungspotentials zwischen dem Elektrodenfeld und dem Flüssigkristallmedium (98) umfaßt, wodurch die räumliche Lichtmodulation des Flüssigkristallmediums (98) sich entsprechend dem Muster des auf die Fotoleiterschicht (106) einfallenden Lichts ändert.

19. Flüssigkristall-Lichtventil nach Anspruch 18 als reflektierendes Bauteil ausgebildet, worin auf der Flüssigkristallseite der Fotoleiterschicht (106) eine Licht blockierende Schicht (104) und eine dein Flüssigkristall zugewandte Spiegelschicht (102) zwischen der Licht blockierenden Schicht (104) und dem Flüssigkristallmedium (98) aufgebracht ist, wobei die Pixel auf der Spiegelschicht Pixelflächen aufweisen, die den transparenten Elektroden entsprechen.

20. Flüssigkristall-Lichtventil nach Anspruch 18 als transmissives Bauteil ausgebildet, worin die Fotoleiterschicht im wesentlichen direkt mit dem Flüssigkristallmedium gekoppelt ist.

21. Flüssigkristall-Lichtventil nach Anspruch 17, worin das Lichtmodulationsmedium ein Flüssigkristallmedium (82) umfaßt und die Einrichtung zum Zuführen von elektrischen Steuersignalen zu gewünschten Mustern von Pixeln ein Elektrodenfeld (86), deren Geometrie im wesentlichen ähnlich dem Pixelfeld ist, eine Einrichtung (74) zum Abtasten des Elektrodenfeldes (86) mit einem e- Strahl und eine Spiegelschicht (84) mit dem auf einer Seite montierten Elektrodenfeld (86) und einer reflektierenden Oberfläche, die dem Flüssigkristallmedium (82) zugewandt ist, umfaßt, wobei das Pixelfeld Pixelflächen auf der reflektierenden Oberfläche der Spiegelschicht aufweist.

22. Farbanzeigepanel nach Anspruch 1, worin der eingehende Lichtstrahl n Wellenbandkomponenten aufweist, die Fläche jedes Pixels ungefähr A beträgt, die Fläche jeder Linse ungefähr nA beträgt und die überlappende Fläche zwischen jeder Linse und den nächsten benachbarten Linsen ungefähr (n-1)A ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Wellenbänder um Rot, Grün bzw. Blau zentriert sind.

24. Verfahren zum Anzeigen eines eingehenden Strahles elektromagnetischer Strahlung in seinen diskreten Komponentenwellenbändern, wobei der Strahl eine Mehrzahl von unterschiedlichen Wellenbandkomponenten aufweist, mit: Führen jedes räumlichen Teils des Strahles durch eine Serie von Linsen (1, 2, 3) in versetzter Anordnung, in der Anzahl gleich der Anzahl der Komponentenwellenbänder, jede Linse ist ausgelegt, Strahlung innerhalb ihres Wellenbandes wenigstens teilweise auf räumlich diskrete Zielbereiche (R, G, B) für dieses Wellenband zu fokussieren und generell Strahlung außerhalb ihres Wellenbandes zu transmittieren, jede Linse überlappt wenigstens eine Linse für jedes der anderen Wellenbänder.

25. Verfahren nach Anspruch 24, worin die eingehende Strahlung n Wellenbandkomponenten aufweist, die Fläche jedes Zielbereichs ungefähr A beträgt, die Fläche jeder Linse ungefähr nA beträgt und die überlappende Fläche zwischen jeder Linse und den nächsten benachbarten Linsen ungefähr (n-1)A ist.

26. Verfahren nach Anspruch 24, worin die Linsen holographische Linsen sind.

27. Verfahren nach Anspruch 26, worin die Wellenbandkomponenten um rote, grüne bzw. blaue optische Strahlung zentriert sind.

28. Verfahren nach Anspruch 24, worin die Linsen ausgelegt sind, im wesentlichen Strahlung nahe dem Zentrum ihrer Wellenbänder auf ihren jeweiligen Zielbereich zu fokussieren und Strahlung innerhalb des Wellenbandes, die weiter weg von dem Zentrum des Wellenbandes liegt, weniger zu fokussieren.