WO2005066706A1 - Optical switch - Google Patents

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WO2005066706A1
WO2005066706A1 PCT/EP2004/013859 EP2004013859W WO2005066706A1 WO 2005066706 A1 WO2005066706 A1 WO 2005066706A1 EP 2004013859 W EP2004013859 W EP 2004013859W WO 2005066706 A1 WO2005066706 A1 WO 2005066706A1
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optical switch
optical
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PCT/EP2004/013859
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Simon Brattke
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Carl Zeiss Ag
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    • H04N9/3102Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators

Definitions

  • Fig. 1 shows a first embodiment for the optical switch according to the invention with the polarization device not switched.
  • 2 shows the first exemplary embodiment with the polarization device switched.
  • the output beam b ⁇ or b ⁇ 'therefore has the full intensity of the input beam b1.
  • a general attenuation of the usable beam to 50% does not occur since the halves of the intensity of the input beam b1 present in the two branches of the optical switch are combined again in the output channel A or in the input channel E.
  • the optical switch thus acts as an optical element that the unpolarized input beam b1 either transmits completely to the output A or reflects to the input E.
  • the switch shows the same spectral characteristic that a switch according to the conventional scheme with a polarizer liquid crystal cell analyzer arrangement would also show.

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Abstract

The invention relates to an optical switch comprising a polarisation beam splitter (1) which divides an input beam (b1) into a first partial beam (b2) having a first polarisation state and a second partial beam (b3) having a second polarisation state in such a way that the first partial beam (b2) exits the polarisation beam splitter (1) in a first direction and the second partial beam (b3) exits the polarisation beam splitter (1) in a second direction, a diverting optics (3, 5) which is designed and disposed in such a way with respect to the polarisation beam splitter (1) that said optics reorients the partial beam (b2, b4) exiting said polarisation beam splitter (1) in the first direction towards the polarisation beam splitter (1) by the second direction and reorients the partial beam (b3, b5) exiting said polarisation beam splitter (1) in the second direction towards the polarisation beam splitter (1) by the first direction and a switchable polarisation device (7) which has at least two switching states and constructed in such a way that the switching state selection influences the polarisation states of the partial beams (b2, b3). The inventive polarisation beam splitter (1) is constructed and disposed in the optical switch in such a way that said splitter recombines the received partial beam (b4, b5) in the form of a beam (b6) and transmits said beams to an output (A) at an intensity depending on the switching state of the polarisation device (7).

Description

Optischer Schalter Optical switch
Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Schalter, insbesondere für unpolarisierte Strahlenbündel, sowie eine bilderzeugende Vorrichtung mit einem derartigen optischen Schalter.The present invention relates to an optical switch, in particular for unpolarized beams, and to an image-forming device with such an optical switch.
Optische Schalter werden dazu verwendet, den Strahlengang in optischen Vorrichtungen, beispielsweise in bilderzeugenden Vorrichtungen wie etwa Mikroskope oder Projektoren, nach Bedarf freizugeben oder zu blockieren. Derartige Schalter umfassen häufig eine zwischen zwei Polarisatoren angeordnete Flüssigkristallzelle (LC-Zelle, LC: Liquid Crystal), wobei die Polarisatoren ein durch sie hindurchtretendes Strahlenbündel jeweils linear polarisieren und als Polarisator und Analysator dienen. Die verwendeten Flüssigkristallzelien lassen sich durch Anlegen einer geeigneten Spannung von einem ungeschalteten Zustand, in dem keine Drehung der Polarisationsrichtung eines durch sie hindurchtretenden Strahlenbündels erfolgt, in einen geschalteten Zustand, in dem eine Drehung der Polarisationsrichtung um 90° erfolgt, bringen. Je nach Typ der verwendeten Flüssigkristallzelle kann dabei der geschaltete "Zustand bei elektrisch spannungsloser Flüssigkristallzelle oder bei Anliegen einer Spannung an der Flüssigkristallzelle vorliegen.Optical switches are used to enable or block the beam path in optical devices, for example in imaging devices such as microscopes or projectors, as required. Such switches often comprise a liquid crystal cell (LC cell, LC: Liquid Crystal) arranged between two polarizers, the polarizers each linearly polarizing a beam of rays passing through them and serving as polarizer and analyzer. The liquid crystal cells used can be switched from an unswitched state, in which there is no rotation of the polarization direction of a beam passing through them, to a switched state, in which the polarization direction is rotated by 90 °, by applying a suitable voltage. Depending on the type of liquid crystal cell used, the " switched " state can exist in the case of an electrically de-energized liquid crystal cell or when a voltage is applied to the liquid crystal cell.
Die beschriebenen optischen Schalter arbeiten typischerweise nach dem folgenden Prinzip: Das zu schaltende Strahlenbündel, also das zu sperrende oder durchzulassende Strahlenbündel, wird zunächst vom ersten Polarisator linear polarisiert. Der polarisierte Strahl durchläuft dann die Flüssig- kristallzelle, in welcher die Polarisationsrichtung des linear polarisierten Strahlenbündels je nach Schaltzustand der Flüssigkristalle unverändert bleibt oder um 90° gedreht wird. Anschließend durchläuft das Strahlenbündel einen weiteren Polarisator, der wie der erste Polarisator ausgebildet, aber im Vergleich zu diesem um 90° gedreht ist. Der zweite Polarisator dient als Analysator. Falls die Polarisationsrichtung des Strahlenbündels in der Flüssigkristallzelle nicht gedreht wird, so kann das Strahlenbündel nicht durch den zweiten Analysator hindurchtreten, der Strahlengang ist daher gesperrt. Wird andererseits die Polarisationsrichtung des Strahlenbündels in der Flüssigkristallzelle um 90° gedreht, so kann das Strahlenbündel durch den Analysator hindurchtreten, der Strahlengang ist daher freigegeben.The optical switches described typically work according to the following principle: the beam to be switched, that is to say the beam to be blocked or transmitted, is first linearly polarized by the first polarizer. The polarized beam then passes through the liquid crystal cell in which the direction of polarization of the linearly polarized beam remains unchanged or rotated by 90 ° depending on the switching state of the liquid crystals. The beam then passes through a further polarizer, which is designed like the first polarizer, but is rotated through 90 ° in comparison to this. The second polarizer serves as an analyzer. If the direction of polarization of the beam in the liquid crystal cell is not rotated, the beam cannot pass through the second analyzer, the beam path is therefore blocked. If, on the other hand, the direction of polarization of the beam in the liquid crystal cell is rotated by 90 °, the beam can pass through the analyzer and the beam path is therefore released.
Im Falle von unpolarisierten Strahlenbündeln tritt bei den beschriebenen optischen Schaltern im transparenten Zustand des Schalters ein Lichtverlust von 50% auf. Ursache hierfür ist das lineare Polarisieren des Strahlenbündels am ersten Polarisator und der damit einhergehende Verlust der Strahlung mit der anderen Polarisationsrichtung. Für viele Anwendungen ist ein Intensitätsverlust von 50% jedoch nicht akzeptabel.In the case of unpolarized beams, the described optical switches have a light loss of 50% in the transparent state of the switch. The reason for this is the linear polarization of the beam at the first polarizer and the associated loss of radiation with the other polarization direction. However, an intensity loss of 50% is not acceptable for many applications.
Eine weitere Möglichkeit zum Schalten unpolarisierter Lichtbündel sind Schalter auf Polymer-LC-Basis. Diese weisen zwar nicht den prinzipbedingten Lichtverlust von 50% wie die oben beschriebenen Schalter auf, jedoch zeigen sie im den Strahlengang blockierenden Zustand lediglich eine Zerstreuung des in seiner Intensität vollständig transmittierten Strahlen- bündeis, und somit keine völlige Blockierung des Strahlengangs. Schalter nach diesem Prinzip geben den Strahlengang im spannungslosen Zustand frei.Another option for switching unpolarized light beams are switches based on polymer LC. Although these do not have the principle-related loss of light of 50% like the switches described above, they only show in the state blocking the beam path a diffusion of the beam of rays that is completely transmitted in terms of their intensity, and thus no complete blocking of the beam path. Switches based on this principle release the beam path when de-energized.
Gegenüber dem beschriebenen Stand der Technik besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen verbesserten optischen Schalter, insbesondere für unpolarisierte Strahlenbündel, zur Verfügung zu stellen, mit dem sich insbesondere die genannten Nachteile vermeiden lassen. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bilderzeugende optische Vorrichtung mit einem verbesserten optischen Schalter, insbesondere für unpolarisiertes Licht, zur Verfügung zu stellen.Compared to the described prior art, it is an object of the present invention to provide an improved optical switch, in particular for unpolarized beams, with which the disadvantages mentioned can be avoided in particular. It is a further object of the present invention to provide an imaging optical device with an improved optical switch, particularly for unpolarized light.
Die erste Aufgabe wird durch einen optischen Schalter nach Anspruch 1 und die zweite Aufgabe durch eine bilderzeugende optische Vorrichtung nach Anspruch 17 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.The first object is achieved by an optical switch according to claim 1 and the second object by an image-forming optical device according to claim 17. The dependent claims contain advantageous refinements of the invention.
Ein erfindungsgemäßer optischer Schalter umfasstAn optical switch according to the invention comprises
- einen Polarisationsstrahlteiler, der ein Eingangsstrahlenbündel derart in ein erstes Teilstrahlenbundel mit einem ersten Polarisationszustand und ein zweites Teilstrahlenbundel mit einem zweiten Polarisationszustand aufteilt, dass das erste Teilstrahlenbundel den Polarisationsstrahlteiler in einer ersten Teilstrahlrichtung verlasst und das zweite Teilstrahlenbundel den Polarisationsstrahlteiler in einer zweiten Teilstrahlrichtung verlasst,a polarization beam splitter which divides an input beam into a first partial beam with a first polarization state and a second partial beam with a second polarization state such that the first partial beam leaves the polarization beam splitter in a first partial beam direction and the second partial beam leaves the polarization beam splitter in a second partial beam direction,
- eine Umlenkoptik, die derart ausgestaltet und relativ zum Polarisationsstrahlteiler angeordnet ist, dass sie ein den Polarisationsstrahlteiler in der ersten Teilstrahlrichtung verlassendes Teilstrahlenbundel dem Polarisations- strahlteiler aus der zweiten Teilstrahlrichtung kommend wieder zuführt und ein den Polarisationsstrahlteiler in der zweiten Teilstrahlrichtung verlassendes Teilstrahlenbundel dem Polarisationsstrahlteiler aus der ersten Teilstrahlrichtung kommend wieder zuführt, unddeflecting optics which are designed and arranged relative to the polarization beam splitter such that they return a partial beam bundle leaving the polarization beam splitter in the first partial beam direction to the polarization beam splitter coming from the second partial beam direction and a partial beam bundle leaving the polarization beam splitter in the second partial beam direction from the polarization beam splitter coming in first partial beam direction again, and
- eine schaltbare Polarisationseinrichtung mit mindestens zwei Schaltzustän- den, die derart ausgestaltet ist, dass durch die Wahl des Schaltzustandes auf die Polarisationszustände der Teilstrahlenbundel Einfluss zu nehmen ist. Der Polarisationsstrahlteiler ist im erfindungsgemäßen optischen Schalter derart ausgestaltet und angeordnet, dass er die ihm zugeführten Teilstrahlenbundel wieder zu einem Strahlenbündel kombiniert und mit einer vom Schaltzustand der Polarisationseinrichtung abhängenden Intensität an einen Ausgang leitet.a switchable polarization device with at least two switching states, which is designed in such a way that the polarization states of the partial beam bundle can be influenced by the selection of the switching state. The polarization beam splitter is configured and arranged in the optical switch according to the invention in such a way that it combines the partial beam bundles supplied to it again to form a beam bundle and directs them to an output with an intensity that depends on the switching state of the polarization device.
Der Aufbau des erfindungsgemäßen optischen Schalters ermöglicht es, unpolarisierte Strahlenbündel ohne den prinzipiellen Lichtverlust von 50% zu schalten. Insbesondere ermöglicht es der erfindungsgemäße optische Schalter, den Polarisationsstrahlteiler, die Umlenkoptik und die Polarisationseinrichtung derart auszugestalten, d.h. derart aufeinander abzustimmen, dass der Polarisationszustand des aus den Teilstrahlenbündeln kombinierten Strahlenbündels dem Polarisationszustand des Eingangsstrahlenbündels entspricht.The structure of the optical switch according to the invention makes it possible to switch unpolarized beams without the basic loss of light of 50%. In particular, the optical device according to the invention makes it possible To configure the switch, the polarization beam splitter, the deflecting optics and the polarization device in such a way, that is to match them in such a way that the polarization state of the beam bundle combined from the partial beam bundles corresponds to the polarization state of the input beam bundle.
Wenn beispielsweise die Polarisationseinrichtung den Polarisationszustand eines Teilstrahlenbündels vom ersten Polarisationszustand in den zweiten Polarisationszustand ändern kann, so kann der Schalter von einem vollständig durchlässigen Zustand in einen vollständig den Strahlengang blockierenden Zustand und umgekehrt geschaltet werden. In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Schalters weist die Polarisationseinrichtung daher mindestens einen Schaltzustand, in dem sie den Polarisationszustand eines einfallenden Teilstrahlenbündels vom ersten Polarisationszustand in den zweiten Polarisationszustand und umgekehrt ändert, und einen Schaltzustand, in dem sie den Polarisationszustand eines einfallenden Teilstrahlenbündels nicht ändert, auf. Der erste und der zweite Polarisationszustand können dabei bspw. linear polarisierte Zustände sein, deren Polarisationsrichtungen senkrecht aufeinander stehen. In diesem Fall kann als schaltbare Polarisationseinrichtung eine Flüssigkristallzelle Verwendung finden, welche den Polarisationszustand im geschalteten Zustand um 90° dreht.If, for example, the polarization device can change the polarization state of a partial beam from the first polarization state to the second polarization state, the switch can be switched from a completely transparent state to a completely blocking state and vice versa. In one embodiment of the optical switch according to the invention, the polarization device therefore has at least one switching state in which it changes the polarization state of an incident partial beam from the first polarization state to the second polarization state and vice versa, and a switching state in which it does not change the polarization state of an incident partial beam , The first and the second polarization state can be, for example, linearly polarized states whose polarization directions are perpendicular to one another. In this case, a liquid crystal cell can be used as the switchable polarization device which rotates the polarization state by 90 ° in the switched state.
Der erfindungsgemäße optische Schalter ermöglicht es jedoch auch, Schalter herzustellen, die verschiedene Transmissionsgrade zur Verfügung stellen. Dazu weist die Polarisationseinrichtung mindestens einen weiteren Schaltzustand auf, in welchem sie den Polarisationszustand eines einfallenden Teilstrahlenbündels so ändert, dass er weder dem ersten Polarisationszustand noch dem zweiten Polarisationszustand entspricht. Wenn beispielsweise der erste und der zweite Polarisationszustand linear polarisierte Zustände sind, deren Polarisationsrichtungen senkrecht aufeinander stehen, so kann dieser dritte Schaltzustand beispielsweise eine Drehung der Polarisationsrichtung um einen anderen Winkel als 90° verursachen. Ein derart ausgebildeter optischer Schalter ermöglicht es, neben einem den Strahlengang vollständig blockierenden Schaltzustand (Intensität am Ausgang des opt. Schalter: Null) und einem den Strahlengang vollständig freigebenden Schaltzustand (Intensität am Ausgang entspricht der Intensität am Eingang des opt. Schalters), einen Schaltzustand zur Verfügung zu stellen, in welchem der optische Schalter teildurchlässig ist. Selbstverständlich können mehr als drei Schaltzustände vorhanden sein, sodass verschiedene Grade der Teildurchlässigkeit zu realisieren sind. Insbesondere kann in einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung die Polarisationseinrichtung derart zu schalten sein, dass der Polarisationszustand eines einfallenden Teilstrahlenbündels in Abhängigkeit vom Schaltzustand in einen frei wählbaren anderen Polarisationszustand umzuwandeln ist. Im Falle von linear polarisierten Zuständen könnte dies etwa bedeuten, dass die Polarisationseinrichtung in der Lage ist, die Polarisationsrichtung in Abhängigkeit vom Schaltzustand um einen beliebigen Winkel zwischen 0° und 90° zu drehen.However, the optical switch according to the invention also makes it possible to manufacture switches which provide different degrees of transmission. For this purpose, the polarization device has at least one further switching state in which it changes the polarization state of an incident partial beam so that it does not correspond to either the first polarization state or the second polarization state. If, for example, the first and second polarization states are linearly polarized states whose directions of polarization are perpendicular to one another, this third switching state can, for example, cause the direction of polarization to rotate by an angle other than 90 °. An optical switch designed in this way enables in addition to a switching state that completely blocks the beam path (intensity at the output of the optical switch: zero) and a switching state that completely releases the beam path (intensity at the output corresponds to the intensity at the input of the optical switch), to provide a switching state in which the optical switch is partially transparent. Of course, there can be more than three switching states, so that different degrees of partial permeability can be realized. In particular, in a further development of this embodiment, the polarization device can be switched in such a way that the polarization state of an incident partial beam is to be converted into a freely selectable other polarization state depending on the switching state. In the case of linearly polarized states, this could mean, for example, that the polarization device is able to rotate the polarization direction by any angle between 0 ° and 90 ° depending on the switching state.
Die schaltbare Polarisationseinrichtung kann im erfindungsgemäßen optischen Schalter als selbständige Einheit ausgebildet oder in die Umlenkoptik integriert sein.The switchable polarization device can be designed as an independent unit in the optical switch according to the invention or can be integrated into the deflecting optics.
Wenn die schaltbare Polarisationseinrichtung in die Umlenkoptik integriert ist, kann sie als eines der lichtlenkenden Elemente der Umlenkoptik, bspw. als schaltbarer Reflektor, der den Polarisationszustand eines reflektierten Strahlenbündels je nach Schaltzustand erhält oder ändert, realisiert sein. Dies kann soweit gehen, dass als Umlenkoptik lediglich ein einziges optisches Element vorhanden ist, welches gleichzeitig als Polarisationseinrichtung dient, so dass sich der erfindungsgemäße optische Schalter mit sehr wenigen Einzelteilen realisieren lässt.If the switchable polarization device is integrated in the deflecting optics, it can be implemented as one of the light-directing elements of the deflecting optics, for example as a switchable reflector that maintains or changes the polarization state of a reflected beam depending on the switching state. This can go so far that only a single optical element is present as the deflecting optics, which also serves as a polarization device, so that the optical switch according to the invention can be implemented with very few individual parts.
Wenn die schaltbare Polarisationseinrichtung nicht Teil der Umlenkoptik ist, kann sie stattdessen auch als ein selbständiges Element im Strahlengang des optischen Schalters, insbesondere im Strahlengang der Umlenkoptik, ausgebildet sein und bspw. den Polarisationszustand eines durch sie hindurchtretenden Strahlenbündels je nach Schaltzustand erhalten oder ändern. Die Polarisationseinrichtung ist dann vorzugsweise in einem Bereich des Strahlenganges des optischen Schalters angeordnet, in dem die Strahlrichtung der Teilstrahlenbundel gegenläufig ist. In einer Ausgestaltung kann die Umlenkoptik bspw. zwei lichtlenkende Elemente umfassen, die insbesondere derart ausgebildet sein können, dass sie den Polarisationszustand eines gelenkten Teilstrahlenbündels erhalten, wobei die Polarisationseinrichtung zwischen den beiden lichtlenkenden Elementen angeordnet ist.If the switchable polarization device is not part of the deflecting optics, it can instead also be designed as an independent element in the beam path of the optical switch, in particular in the beam path of the deflecting optics, and can, for example, maintain the polarization state of a beam of rays passing through it, depending on the switching state to change. The polarization device is then preferably arranged in a region of the beam path of the optical switch in which the beam direction of the partial beam is opposite. In one configuration, the deflecting optics can comprise, for example, two light-directing elements, which can in particular be designed in such a way that they maintain the polarization state of a directed partial beam, the polarization device being arranged between the two light-directing elements.
Schließlich ist es auch möglich, die Funktion der schaltbaren Polarisationseinrichtung aufzuteilen, so dass die Änderung des Polarisationszustandes erst durch ein Zusammenspiel der Umlenkoptik mit einer selbständigen Polarisationseinrichtung erreicht wird.Finally, it is also possible to divide the function of the switchable polarization device, so that the change in the polarization state is only achieved by an interaction of the deflection optics with an independent polarization device.
Das Wirkprinzip des er indungsgemäßen optischen Schalters lässt sich ohne große konstruktive Änderungen auch umkehren. Der optische Schalter ist dann derart ausgebildet, dass er den Strahlengang im ungeschalteten Zustand blockiert und im geschalteten Zustand freigibt. Dazu wird in den Strahlengang des erfindungsgemäßen optischen Schalters zusätzlich eine weitere Polarisationseinrichtung eingebracht, welche immer den ersten Polarisationszustand in den zweiten Polarisationszustand und den zweiten Polarisationszustand in den ersten Polarisationszustand ändert. Ein derart ausgestalteter optischer Schalter ist im geschalteten Zustand vollständig transparent und im ungeschalteten Zustand vollständig undurchlässig. Die zusätzliche Polarisationseinrichtung kann dabei eine selbständige Einheit sein. Dieselbe Wirkung kann aber auch erzielt werden, wenn die zusätzliche Polarisationseinrichtung nicht als selbständige Einheit ausgebildet ist, indem zumindest ein Teil der Umlenkoptik derart ausgestaltet wird, dass sie den ersten Polarisationszustand in den zweiten Polarisationszustand und den zweiten Polarisationszustand in den ersten Polarisationszustand ändert. Bspw. kann, wenn die Polarisationszustände linear polarisiert Zustände mit zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen sind und die Umlenkoptik zwei Umlenkspiegel umfasst, jeder der beiden Umlenkspiegel derart ausgestaltet sein, dass er die Polarisationsrichtung um 45° in dieselbe Richtung dreht, so dass die Polarisationsrichtung in der Summe von der Umlenkoptik um 90° gedreht wird. In diesem Beispiel ist die schaltbare Polarisationseinrichtung ggf. gegenüber der Ausführung, welche die Wirkung der zusätzlichen Polarisationseinrichtung nicht aufweist, anzupassen, um am Polarisationsstrahlteiler weiterhin Teilstrahlenbundel mit dem ersten bzw. dem zweiten Polarisationszustand zur Verfügung zu stellen zu können. Außerdem ist es möglich, einen derartigen optischen Schalter mit umgekehrtem Wirkprinzip auch mit weiteren Schaltzuständen zu realisieren, in welchen er teildurchlässig ist.The principle of operation of the optical switch according to the invention can also be reversed without major design changes. The optical switch is then designed such that it blocks the beam path in the unswitched state and releases it in the switched state. For this purpose, a further polarization device, which always changes the first polarization state to the second polarization state and the second polarization state to the first polarization state, is additionally introduced into the beam path of the optical switch according to the invention. An optical switch designed in this way is completely transparent in the switched state and completely impermeable in the unswitched state. The additional polarization device can be an independent unit. However, the same effect can also be achieved if the additional polarization device is not designed as an independent unit, in that at least a part of the deflecting optics is designed such that it changes the first polarization state to the second polarization state and the second polarization state to the first polarization state. For example. If the polarization states are linearly polarized states with mutually perpendicular polarization directions and the deflecting optics comprise two deflecting mirrors, each of the two deflecting mirrors can be designed in such a way that the polarization direction is 45 ° into the same Direction rotates so that the total polarization direction is rotated by 90 ° by the deflecting optics. In this example, the switchable polarization device may have to be adapted to the version which does not have the effect of the additional polarization device, in order to be able to continue to provide partial beams with the first or the second polarization state on the polarization beam splitter. In addition, it is possible to implement an optical switch of this type with a reversed operating principle with other switching states in which it is partially transparent.
Polarisationseinrichtungen zum Beeinflussen der Polarisation reflektierter oder hindurchtretender Strahlenbündel lassen sich bspw. in Form von schaltbaren Flüssigkristallelementen realisieren.Polarization devices for influencing the polarization of reflected or transmitted beams can be implemented, for example, in the form of switchable liquid crystal elements.
Als lichtlenkende Elemente kommen bspw. Spiegel, Prismen und optische Fasern (einzeln oder gebündelt), insbesondere auch die Polarisation eines Strahlenbündels erhaltende Spiegel, Prismen und optische Fasern, in Betracht. Spiegel, Prismen und Faserbündel eignen sich dabei insbesondere für Schalter, die in abbildenden optischen Geräten zum Einsatz kommen sollen, opt. Einzelfasern dagegen bspw. zum Schalten von Laserstrahlen. Selbstverständlich kann in einem erfindungsgemäßen optischen Schalter auch eine Kombination aus Spiegeln, Prismen und/oder optische Fasern als lichtlenkende Elemente Verwendung finden.Examples of possible light-directing elements are mirrors, prisms and optical fibers (individually or bundled), in particular also mirrors, prisms and optical fibers which maintain the polarization of a beam. Mirrors, prisms and fiber bundles are particularly suitable for switches that are to be used in imaging optical devices. In contrast, individual fibers, for example, for switching laser beams. Of course, a combination of mirrors, prisms and / or optical fibers can also be used as light-directing elements in an optical switch according to the invention.
Wenn der Polarisationsstrahlteiler, die lichtlenkenden Elemente und die schaltbare Polarisationseinrichtung symmetrisch zueinander angeordnet sind, sind die Laufwege zwischen dem Polarisationsstrahlteiler und der schaltbaren Polarisationseinrichtung gleich lang, sodass sich für beide Teilstrahlengänge die gleichen Strahlkonvergenzen, Fokussiereigenschaften, etc. ergeben.If the polarization beam splitter, the light-directing elements and the switchable polarization device are arranged symmetrically to one another, the paths between the polarization beam splitter and the switchable polarization device are of equal length, so that the same beam convergences, focusing properties, etc. result for both partial beam paths.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemaßen optischen Schalters ist die schaltbare Polarisationseinrichtung flächig ausgebildet und weist eine Anzahl individuell schaltbarer Bereiche auf. Mit einer derartigen Polarisationseinrichtung können die Abbildungseigenschaften des optischen Schalters gezielt manipuliert werden, abhängig davon, an welcher Stelle im Strahlengang des Gesamtsystems die Polarisationseinrichtung angeordnet ist.In a further advantageous embodiment of the optical switch according to the invention, the switchable polarization device is flat and has a number of individually switchable regions. With a With such a polarization device, the imaging properties of the optical switch can be manipulated in a targeted manner, depending on the position in the beam path of the overall system for the polarization device.
Wenn in einer flächig ausgebildeten und mit individuell schaltbaren Bereichen versehenen Polarisationseinrichtung die Abmessungen der individuell schaltbaren Bereiche klein genug sind, insbesondere wenn sie in etwa in der Größenordnung der Wellenlänge des Eingangsstrahlenbündels liegen, kann der optische Schalter als schaltbarer diffraktiver Lichtmodulator eingesetzt werden. Die Anordnung kann so bspw. als adaptives optisches Element, etwa ein optisches Element mit Autofokusfunktion, Verwendung finden. Die Strukturierung der individuell schaltbaren Bereiche ist dabei vorzugsweise an die gewünschte Anwendung, also etwa die Autofokusfunktion, angepasst.If the dimensions of the individually switchable regions are small enough in a planar polarization device provided with individually switchable regions, in particular if they are approximately in the order of the wavelength of the input beam, the optical switch can be used as a switchable diffractive light modulator. The arrangement can thus be used, for example, as an adaptive optical element, for example an optical element with an auto focus function. The structuring of the individually switchable areas is preferably adapted to the desired application, for example the auto focus function.
Eine erfindungsgemäße bilderzeugende optische Vorrichtung ist mit mindestens einem erfindungsgemäßen optischen Schalter ausgestattet. Insbesondere kann die bilderzeugende optische Vorrichtung mit einem optischen Schalter ausgestattet sein, dessen Polarisationseinrichtung flächig ausgebildet ist und eine Anzahl individuell schaltbarer Bereiche aufweist. In einer derartigen Vorrichtung kann die Polarisationseinrichtung als Display Verwendung finden. Insbesondere kann eine derartige bilderzeugende optische Vorrichtung mit einer abbildenden optischen Anordnung versehen sein, deren Bildebene mit der Ausdehnungsebene der flächig ausgebildeten schaltbaren Polarisationseinrichtung zusammenfällt, um die Funktion als Display zu realisieren. Da die Polarisationseinrichtung auf beide Teilstrahlenbundel wirkt, lässt sich somit beispielsweise ein Projektor auf Flüssigkristall- Display-Basis realisieren, der einen gegenüber einem Projektor auf Basis eines Flüssigkristall-Displays mit konventioneller Technik um einen Faktor 2 erhöhten Lichtfluss aufweist. Unter konventioneller Technik ist hierbei die eingangs beschriebene Anordnung Polarisator - Flüssigkristallelement - Analysator zu verstehen. Insbesondere kann die bilderzeugende optische Vorrichtung zwei abbildende optische Anordnungen umfassen, die innerhalb des Strahlengangs des optischen Schalters symmetrisch um die schaltbare Polarisationseinrichtung herum angeordnet sind. Befindet sich der optische Schalter im parallelen Strahlengang des Gesamtsystems der bilderzeugenden optischen Vorrichtung, so können die abbildenden optischen Anordnungen derart angeordnet werden, dass die flächig ausgebildete Polarisationseinrichtung in der Brennebene beider Anordnungen zu liegen kommt. Die flächig ausgedehnte Polarisationseinrichtung dient dann als Display, welches durch die Optiken in das Unendliche abgebildet wird. Alternativ können die abbildenden optischen Anordnungen auch derart um die Polarisationseinrichtung herum angeordnet sein, dass sich die Ausdehnungsebene der flächig ausgebildeten Polarisationseinrichtung in der Fourierebene der beiden optischen Anordnungen befindet. In einer derartigen bilderzeugenden optischen Vorrichtung kann der optische Schalter als räumlicher Frequenzfilter (Bildfilter) eingesetzt werden. Der erfindungsgemäße optische Schalter lässt dabei eine Frequenzfilterung des Bildes zu, ohne dass ein prinzipbedingter Lichtverlust erfolgt. Dies kann Anwendungen in allen Bereichen der abbildenden Optik haben. Speziell zu erwähnen ist hierbei die Mikroskopie, da sich mit dem räumlichen Frequenzfilter eine gut zu manipulierende Kontrastgestaltung erzielen lässt.An image-forming optical device according to the invention is equipped with at least one optical switch according to the invention. In particular, the imaging optical device can be equipped with an optical switch, the polarization device of which is flat and has a number of individually switchable regions. In such a device, the polarization device can be used as a display. In particular, such an image-forming optical device can be provided with an imaging optical arrangement, the image plane of which coincides with the plane of expansion of the planar switchable polarization device in order to implement the function as a display. Since the polarization device acts on both partial beam bundles, it is thus possible, for example, to implement a projector based on a liquid crystal display which has a light flux which is increased by a factor of 2 compared to a projector based on a liquid crystal display using conventional technology. Conventional technology is to be understood here as the polarizer-liquid crystal element-analyzer arrangement described at the beginning. In particular, the imaging optical device can comprise two imaging optical arrangements which are arranged symmetrically around the switchable polarization device within the beam path of the optical switch. If the optical switch is located in the parallel beam path of the overall system of the image-forming optical device, the imaging optical arrangements can be arranged such that the planar polarization device comes to lie in the focal plane of both arrangements. The extensive polarization device then serves as a display, which is imaged by the optics into the infinite. Alternatively, the imaging optical arrangements can also be arranged around the polarization device in such a way that the plane of expansion of the planar polarization device is located in the Fourier plane of the two optical arrangements. In such an imaging optical device, the optical switch can be used as a spatial frequency filter (image filter). The optical switch according to the invention permits frequency filtering of the image without a loss of light due to the principle. This can have applications in all areas of imaging optics. Microscopy should be mentioned here in particular, since the spatial frequency filter can be used to achieve a manipulation of the contrast that is easy to manipulate.
Die bilderzeugende optische Vorrichtung kann insbesondere als Projektionsvorrichtung oder als optisches Beobachtungsgerät, beispielsweise als Operationsmikroskop, ausgestaltet sein.The imaging optical device can in particular be designed as a projection device or as an optical observation device, for example as an operating microscope.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.Further features, properties and advantages of the present invention result from the following description of exemplary embodiments, with reference to the attached figures.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen optischen Schalter bei ungeschalteter Polarisationseinrichtung. Fig. 2 zeigt das erste Ausführungsbeispiel bei geschalteter Polarisationseinrichtung..Fig. 1 shows a first embodiment for the optical switch according to the invention with the polarization device not switched. 2 shows the first exemplary embodiment with the polarization device switched.
Fign. 3a u. 3b zeigen die Strahlengänge von Strahlenbündeln, die mit unterschiedlichen Einfallswinkeln in den optischen Schalter des ersten Ausführungsbeispiels einfallen bei ungeschalteter Polarisationseinrichtung.FIGS. 3a u. 3b show the beam paths of beams which are incident on the optical switch of the first exemplary embodiment with different angles of incidence with the polarization device not switched.
Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für den erfindungs- gemäßen optischen Schalter bei ungeschalteter Polarisationseinrichtung.4 shows a second exemplary embodiment of the optical switch according to the invention with the polarization device not switched.
Fig. 5 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel bei geschalteter Polarisationseinrichtung.5 shows the second exemplary embodiment with the polarization device switched.
Fig. 6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel für den erfindungemäßen optischen Schalter.6 shows a third exemplary embodiment of the optical switch according to the invention.
Fig. 7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel für den erfindungemäßen optischen Schalter.Fig. 7 shows a third embodiment of the optical switch according to the invention.
Fig. 8 zeigt schematisch eine beispielhafte Verwendung des erfindungsgemäßen optischen Schalters in einem Bildprojektor.8 schematically shows an exemplary use of the optical switch according to the invention in an image projector.
Das Prinzip des Schalters ist in Figur 1 und Figur 2 schematisch dargestellt. Figur 1 zeigt den optischen Schalter im ungeschalteten und Figur 2 im geschalteten Zustand der schaltbaren Polarisationseinrichtung.The principle of the switch is shown schematically in Figure 1 and Figure 2. Figure 1 shows the optical switch in the unswitched and Figure 2 in the switched state of the switchable polarization device.
Der erfindungsgemäße optische Schalter umfasst einen Polarisations- strahlteiler 1 , der im Ausführungsbeispiel linear polarisiere Teilstrahlenbundel erzeugt und bspw. als doppelbrechendes Element ausgebildet sein kann, zwei die Polarisation erhaltende Spiegel 3, 5 als eine Umlenkoptik zum Umlenken der Teilstrahlenbundel und eine Flüssigkristallzelle 7 als eine schaltbare, den Polarisationszustand in Abhängigkeit der angelegten Spannung erhaltende oder ändernde Polarisationseinrichtung. Die Flüssigkristallzelle 7 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel derart ausgestaltet, dass sie bei Anliegen einer Spannung die Polarisationsrichtung eines durch sie hindurchtretenden linear polarisierten Strahlenbündels um 90° dreht.The optical switch according to the invention comprises a polarization beam splitter 1, which generates linearly polarized partial beams in the exemplary embodiment and can be designed, for example, as a birefringent element, two mirrors 3, 5 which maintain the polarization as deflecting optics for deflecting the partial beams and a liquid crystal cell 7 as a switchable one , the polarization state depending on the applied Voltage-maintaining or changing polarization device. In the present exemplary embodiment, the liquid crystal cell 7 is designed such that when a voltage is applied, it rotates the direction of polarization of a linearly polarized beam passing through it by 90 °.
Ein vom Eingang E des optischen Schalters kommendes Eingangsstrahlenbündel b1 aus unpolarisiertem Licht wird vom Polarisationsstrahlteiler 1 in ein erstes Teilstrahlenbundel b2, dessen Licht linear polarisiert ist, und ein zweites Teilstrahlenbundel b3, dessen Licht ebenfalls linear polarisiert ist und dessen Polarisationsrichtung senkrecht auf der Polarisationsrichtung des Teilstrahlenbündels b2 steht, aufgespaltet.An input beam bundle b1 of unpolarized light coming from the input E of the optical switch is converted by the polarization beam splitter 1 into a first partial beam bundle b2, the light of which is linearly polarized, and a second partial beam bundle b3, the light of which is also linearly polarized and whose direction of polarization is perpendicular to the direction of polarization of the partial beam b2 stands, split.
Das erste Teilstrahlenbundel b2 passiert dabei den Polarisationsstrahlteiler 1 ohne aus seiner Richtung abgelenkt zu werden und wird dann vom zweiten Spiegel 5 in Richtung auf den ersten Spiegel 3 reflektiert. Zwischen dem zweiten Spiegel 5 und dem ersten Spiegel 3 ist die Flüssigkristallzelle 7 angeordnet. Ein vom zweiten Spiegel 5 in Richtung auf den ersten Spiegel 3 reflektiertes Teilstrahlenbundel b2 muss daher auf seinem Weg zum ersten Spiegel 3 durch dies Flüssigkristallzelle 7 hindurchtreten. Das durch die Flüssigkristallzelle 7 hindurchgetretene erste Teilstrahlenbundel wird im Folgenden mit b4 bezeichnet. Vom ersten Spiegel 3 wird das erste Teilstrahlenbundel b4 schließlich in Richtung auf den Polarisationsstrahlteiler 1 reflektiert.The first partial beam bundle b2 passes the polarization beam splitter 1 without being deflected from its direction and is then reflected by the second mirror 5 in the direction of the first mirror 3. The liquid crystal cell 7 is arranged between the second mirror 5 and the first mirror 3. A partial beam bundle b2 reflected by the second mirror 5 in the direction of the first mirror 3 must therefore pass through this liquid crystal cell 7 on its way to the first mirror 3. The first partial beam bundle that has passed through the liquid crystal cell 7 is referred to below as b4. The first partial beam b4 is finally reflected by the first mirror 3 in the direction of the polarization beam splitter 1.
Das zweite Teilstrahlenbundel b3 wird vom Polarisationsstrahlteiler 1 in Richtung auf den ersten polarisationserhaltenden Spiegel 3 abgelenkt, von dem es wiederum in Richtung auf den zweiten polarisationserhaltenden Spiegel 5 abgelenkt wird. Wie das erste Teilstrahlenbundel b2 muss auch das zweite Teilstrahlenbundel b3 auf seinem Weg vom einen polarisationserhaltenden Spiegel 3 zum anderen polarisationserhaltenden Spiegel 5 die Flüssigkristallzelle 7 durchqueren. Das durch die Flüssigkristallzelle 7 hindurchgetretene zweite Teilstrahlenbundel wird im Folgenden mit b5 bezeichnet. Vom zweiten polarisationserhaltenden Spiegel 5 wird das zweite Teilstrahlenbundel b5 schließlich in Richtung auf den Polarisationsstrahlteiler 1 reflektiert.The second partial beam bundle b3 is deflected by the polarization beam splitter 1 in the direction of the first polarization-maintaining mirror 3, from which it in turn is deflected in the direction of the second polarization-maintaining mirror 5. Like the first partial beam b2, the second partial beam b3 must also pass through the liquid crystal cell 7 on its way from one polarization-maintaining mirror 3 to the other polarization-maintaining mirror 5. The second partial beam that has passed through the liquid crystal cell 7 is referred to below as b5. The second polarization-maintaining mirror 5 second partial beam b5 finally reflected in the direction of the polarization beam splitter 1.
Die Flüssigkristallzelle 7 ist derart ausgestaltet, dass sie das Licht der Teilstrahlenbündels hindurchtreten lässt, ohne die Polarisationsrichtung zu ändern, wenn keine Spannung an ihr anliegt. Liegt hingegen eine Spannung an der Flüssigkristallzelle 7 an, so wird die Polarisationsrichtung des durch sie hindurchtretenden Lichtes um 90° gedreht. Mit anderen Worten, die Flüssigkristallzelle 7 stellt dann, wenn an ihr eine geeignete Spannung anliegt, ein λ/2-Element, dessen schnelle Achse einen Winkel von 45° mit den Polarisationsrichtungen der Teilstrahlenbundel einschließt, dar. Je nachdem, ob eine Spannung an der Flüssigkristallzelle 7 anliegt oder nicht, wird daher die Polarisationsrichtung des Lichtes der durch sie hindurchtretenden Teilstrahlenbundel b2, b4 bzw. b3, b5 um 90° gedreht oder nicht gedreht.The liquid crystal cell 7 is designed in such a way that it allows the light of the partial light beams to pass through without changing the polarization direction when no voltage is applied to it. If, however, a voltage is present at the liquid crystal cell 7, the direction of polarization of the light passing through it is rotated by 90 °. In other words, the liquid crystal cell 7, when a suitable voltage is applied to it, represents a λ / 2 element, the fast axis of which forms an angle of 45 ° with the polarization directions of the partial beam bundle. Depending on whether a voltage is applied to the Liquid crystal cell 7 is present or not, the polarization direction of the light of the partial beam bundles b2, b4 or b3, b5 passing through it is therefore rotated by 90 ° or not rotated.
Wenn sich, wie in Figur 1 dargestellt, die Flüssigkristallzelle 7 im ungeschalteten Zustand befindet, d.h. wenn die Teilstrahlenbundel b2, b4 bzw. b3, b5 ohne Änderung der Polarisationsrichtung durch die Flüssig- kristallzelle 7 hindurchtreten, so tritt das vom ersten polarisationserhaltenden Spiegel 3 in Richtung auf den Polarisationsstrahlteiler 1 abgelenkte Teilstrahlenbundel b4 ohne Richtungsablenkung durch den Polarisationsstrahlteiler 1 in Richtung auf den Ausgang des optischen Schalters A hindurch, da das erste Teilstrahlenbundel b4 nach dem Durchtritt durch die Flüssigkristallzelle 7 dieselbe Polarisationsrichtung aufweist wie das Teilstrahlenbundel b2 vor dem Durchtritt durch die Flüssigkristallzelle 7 und diese Polarisationsrichtung diejenige Polarisationsrichtung ist, die den Polarisationsstrahlteiler 1 ohne Richtungsablenkung des Strahls passiert.As shown in Figure 1, when the liquid crystal cell 7 is in the unswitched state, i.e. If the partial beam bundles b2, b4 and b3, b5 pass through the liquid crystal cell 7 without changing the polarization direction, the partial beam bundle b4 deflected by the first polarization-maintaining mirror 3 in the direction of the polarization beam splitter 1 occurs without directional deflection by the polarization beam splitter 1 in the direction of the Output of the optical switch A through, since the first beam bundle b4 after passing through the liquid crystal cell 7 has the same polarization direction as the beam bundle b2 before passing through the liquid crystal cell 7 and this polarization direction is the polarization direction that passes the polarization beam splitter 1 without deflecting the beam.
Die Polarisationsrichtung des vom zweiten polarisationserhaltenden Spiegel 5 in Richtung auf den Polarisationsstrahlteiler 1 reflektierten zweiten Teilstrahlenbündels b5 wird von der Flüssigkristallzelle 7 im ungeschalteten Zustand ebenfalls nicht verändert, so dass seine Polarisationsrichtung weiterhin derjenigen Polarisationsrichtung entspricht, die vom Polarisations- strahlteiler 1 reflektiert wird. Der Polarisationsstrahlteiler 1 ist dabei derart angeordnet, dass die Reflexion des zweiten Teilstrahlenbündels b5 in Richtung auf den Ausgang A erfolgt. Das zweite Teilstrahlenbundel b5 wird dabei dem ersten Teilstrahlenbundel b4 überlagert, so dass ein Ausgangsstrahlenbündel b6 entsteht, dessen Licht unpolarisiert ist.The direction of polarization of the second partial beam b5 reflected by the second polarization-maintaining mirror 5 in the direction of the polarization beam splitter 1 is likewise not changed by the liquid crystal cell 7 in the unswitched state, so that its direction of polarization continues to correspond to that direction of polarization which is determined by the polarization beam splitter 1 is reflected. The polarization beam splitter 1 is arranged such that the reflection of the second partial beam b5 takes place in the direction of the output A. The second sub-beam b5 is superimposed on the first sub-beam b4, so that an output beam b6 is formed, the light of which is unpolarized.
Aufgrund der Tatsache, dass das Licht des Eingangsstrahlenbündels b1 zuerst in zwei Teilstrahlenbundel b2, b3 mit zueinander senkrecht polarisiertem Licht aufgespaltet wird und anschließend die beiden Teilstrahlenbundel b4, b5 als Ausgangsstrahlenbündel b6 wieder vereinigt werden, tritt kein prinzipbedingter Intensitätsverlust im erfindungsgemäßen optischen Schalter auf.Due to the fact that the light of the input beam b1 is first split into two partial beams b2, b3 with perpendicularly polarized light and then the two partial beams b4, b5 are combined again as an output beam b6, there is no principle-related loss of intensity in the optical switch according to the invention.
Figur 2 zeigt den Strahlengang und die Polarisationsrichtung der Strahlen- bündel im erfindungsgemäßen optischen Schalter bei geschalteter Flüssigkristallzelle 7. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel befindet sich die Flüssigkristallzelle 7 im geschalteten Zustand, wenn eine geeignete Spannung anliegt. In diesem Fall wird die Polarisationsrichtung der durch die Flüssigkristallzelle 7 hindurchtretenden Teilstrahlenbundel b2, b4 bzw. b3, b5 um 90° gedreht. Für das Licht des ersten Teilstrahlenbündels b2, b4 bedeutet dies, dass seine Polarisationsrichtung nach dem Durchtritt durch die Flüssigkristallzelle 7 derjenigen Polarisationsrichtung entspricht, die vom Polarisationsstrahlteiler 1 reflektiert wird. Entsprechend wird das erste Teilstrahlenbundel b4 vom Polarisationsstrahlteiler 1 nun in Richtung auf den Eingang E reflektiert. Auch die Polarisationsrichtung des zweiten Teilstrahlenbündels b3, b5 ist nach dem Durchtritt durch die Flüssigkristallzelle 7 gegenüber der Polarisationsrichtung vor dem Durchtritt um 90° gedreht, so dass sie nun derjenigen Polarisationsrichtung entspricht, die den Polarisationsstrahlteiler 1 ohne Richtungsablenkung passiert. Entsprechend wird das zweite Teilstrahlenbundel b5 vom Polarisationsstrahlteiler 1 nun in Richtung auf den Eingang E durchgelassen. Das zweite Teilstrahlenbundel b5 wird dabei dem ersten Teilstrahlenbundel b4 überlagert, so dass ein Ausgangsstrahlenbündel bδ' entsteht, dessen Licht unpolarisiert ist. In Richtung auf den Ausgang A des optischen Schalters wird im geschalteten Zustand kein Licht mehr durchgelassen bzw. reflektiert.FIG. 2 shows the beam path and the direction of polarization of the beams in the optical switch according to the invention when the liquid crystal cell 7 is switched. In the present exemplary embodiment, the liquid crystal cell 7 is in the switched state when a suitable voltage is present. In this case, the direction of polarization of the partial beam bundle b2, b4 or b3, b5 passing through the liquid crystal cell 7 is rotated by 90 °. For the light of the first partial beam b2, b4, this means that its polarization direction after passing through the liquid crystal cell 7 corresponds to the polarization direction which is reflected by the polarization beam splitter 1. Accordingly, the first partial beam b4 is now reflected by the polarization beam splitter 1 in the direction of the input E. The direction of polarization of the second partial beam b3, b5 is also rotated by 90 ° with respect to the direction of polarization before it has passed through the liquid crystal cell 7, so that it now corresponds to the direction of polarization that passes through the polarization beam splitter 1 without directional deflection. Correspondingly, the second partial beam b5 is now let through by the polarization beam splitter 1 in the direction of the input E. The second sub-beam b5 is superimposed on the first sub-beam b4, so that an output beam bδ 'is formed, the light of which is unpolarized. In Direction towards output A of the optical switch is no longer transmitted or reflected in the switched state.
Im ungeschalteten Zustand der Flüssigkristallzelle 7 verlassen die beiden Teilstrahlenbundel b2, b4 und b3, b5 den optischen Schalter als Ausgangsstrahlenbündel b6 durch den Ausgangskanal A. Im geschalteten Zustand der Flüssigkristallzelle 7 laufen sie dagegen wieder in den Eingangskanal E zurück. In jedem Fall sind die beiden Teilstrahlenbundel b2, b4 und b3, b5 senkrecht zueinander polarisiert, haben, sofern der optische Schalter symmetrisch aufgebaut ist, die gleichen optischen Elemente und Lichtwege durchlaufen und werden wieder zu einem unpolarisierten Ausgangsstrahlenbündel bδ (bei ungeschalteter Flüssigkristallzelle) bzw. bδ' (bei geschalteter Flüssigkristallzelle) kombiniert. Das Ausgangsstrahlenbündel bδ bzw. bδ' besitzt im Falle idealer, verlustfreier optischer Elemente daher die volle Intensität des Eingangsstrahlenbündels b1. Eine prinzipielle Abschwächung des nutzbaren Strahlenbündels auf 50% tritt nicht auf, da die in den beiden Zweigen des optischen Schalters vorhandenen Hälften der Intensität des Eingangsstrahlenbündels b1 im Ausgangskanal A oder im Eingangskanal E wieder kombiniert werden. Der optische Schalter wirkt somit als ein optisches Element, dass das unpolarisierte Eingangsstrahlenbündel b1 wahlweise vollständig zum Ausgang A hin transmittiert oder zum Eingang E hin reflektiert. Der Schalter zeigt die gleiche spektrale Charakteristik, die auch ein Schalter nach konventionellem Schema mit Polarisator-Flüssigkristallzelle-Analysator-Anordnung zeigen würde.In the unswitched state of the liquid crystal cell 7, the two partial beam bundles b2, b4 and b3, b5 leave the optical switch as the output beam bundle b6 through the output channel A. In contrast, in the switched state of the liquid crystal cell 7 they run back into the input channel E. In any case, the two partial beam bundles b2, b4 and b3, b5 are polarized perpendicular to one another, have, provided the optical switch has a symmetrical structure, pass through the same optical elements and light paths and become an unpolarized output beam bundle bδ (with an unswitched liquid crystal cell) or bδ '(when the liquid crystal cell is switched) combined. In the case of ideal, lossless optical elements, the output beam bδ or bδ 'therefore has the full intensity of the input beam b1. A general attenuation of the usable beam to 50% does not occur since the halves of the intensity of the input beam b1 present in the two branches of the optical switch are combined again in the output channel A or in the input channel E. The optical switch thus acts as an optical element that the unpolarized input beam b1 either transmits completely to the output A or reflects to the input E. The switch shows the same spectral characteristic that a switch according to the conventional scheme with a polarizer liquid crystal cell analyzer arrangement would also show.
Im beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Polarisationsstrahlteiler 1 derart ausgestaltet, dass die Teilstrahlenbundel b2, b3 nach dem ersten Durchtritt durch den Polarisationsstrahlteiler 1 bzw. der ersten Reflexion am Polarisationsstrahlteiler 1 senkrecht zueinander verlaufen, und dass das Eingangsstrahlenbündel b1 und das Ausgangsstrahlenbündel bδ ebenfalls senkrecht zueinander verlaufen. Der Polarisationsstrahlteiler 1 kann in alternativen Ausgestaltungen jedoch auch derart ausgebildet sein, dass die Teilstrahlenbundel b2, b3 nach dem ersten Durchtritt durch den Polarisationsstrahlteiler 1 bzw. der ersten Reflexion am Polarisationsstrahl- teuer 1 in einem anderen Winkel als 90° zueinander verlaufen und/oder das Eingangsstrahlenbündel b1 und das Ausgangsstrahlenbündel bδ in einem anderen Winkel als 90° zueinander verlaufen. Schließlich sei auch darauf hingewiesen, dass mehr als zwei polarisationserhaltende Spiegel vorhanden sein können. Durch das Verwenden mindestens eines weiteren polarisationserhaltenden Spiegels kann der Winkel zwischen dem Eingangsstrahlenbündel b1 und dem Ausgangsstrahlenbündel bδ beliebig eingestellt werden. Insbesondere lässt sich so erreichen, dass das Eingangsstrahlenbündel b1 und das Ausgangsstrahlenbündel bδ parallel zueinander verlaufen.In the exemplary embodiment described, the polarization beam splitter 1 is designed such that the partial beams b2, b3 run perpendicular to one another after the first passage through the polarization beam splitter 1 or the first reflection on the polarization beam splitter 1, and that the input beam bundle b1 and the output beam bundle bδ also run perpendicular to one another. In alternative configurations, however, the polarization beam splitter 1 can also be designed such that the partial beam bundles b2, b3 after the first passage through the polarization beam splitter 1 or the first reflection on the polarization beam expensive 1 run at an angle other than 90 ° to each other and / or the input beam b1 and the output beam bδ run at an angle other than 90 ° to each other. Finally, it should also be pointed out that there can be more than two polarization-maintaining mirrors. By using at least one further polarization-maintaining mirror, the angle between the input beam b1 and the output beam bδ can be set as desired. In particular, it can be achieved that the input beam b1 and the output beam bδ run parallel to one another.
Die Wirkungsweise des optischen Schalters als Transmitter oder Spiegel lässt sich umkehren, wenn zusätzlich zu der Flüssigkristallzelle 7 ein λ/2-Elelement für die entsprechende Wellenlänge bzw. den entsprechenden Wellenlängenbereich des Eingangsstrahlenbündels b1 im Strahlengang des optischen Schalters vorhanden ist. Die Orientierung des λ/2-Elelemnts ist dabei derart, dass die Polarisationsrichtungen der Teilstrahlenbundel jeweils einen Winkel von 45° mit der schnellen Achse des λ/2-Elelemnts aufweisen, so dass das λ/2-EleIement die Polarisationsrichtung der Teilstrahlenbundel um 90° dreht. Da das λ/2-Element eine zusätzliche, vom Schaltzustand der Flüssigkristallzelle 7 unabhängige Drehung der Polarisationsrichtung der beiden Teilstrahlenbundel b2, b3 bzw. b4, b5 bewirkt, wird das Verhalten der beiden Teilstrahlenbundel b4, b5 beim zweiten Zusammentreffen mit dem Polarisationsstrahlteiler 1 im Vergleich zur Ausführung ohne zusätzliches λ/2-Element umgekehrt, sodass ein Eingangsstrahlenbündel b1 bei ungeschalteter Flüssigkristallzelle 7 in Richtung auf den Eingang reflektiert wird, wohingegen es bei geschalteter Flüssigkristallzelle 7 in Richtung auf den Ausgang A abgelenkt wird. Der optische Schalter transmittiert daher jetzt bei geschalteter Flüssigkristallzelle und reflektiert bei ungeschalteter Flüssig- kristallzelle.The mode of operation of the optical switch as a transmitter or mirror can be reversed if, in addition to the liquid crystal cell 7, there is a λ / 2 element for the corresponding wavelength or the corresponding wavelength range of the input beam b1 in the beam path of the optical switch. The orientation of the λ / 2 element is such that the polarization directions of the partial beam bundle each have an angle of 45 ° with the fast axis of the λ / 2 element, so that the λ / 2 element changes the polarization direction of the partial beam bundle by 90 ° rotates. Since the λ / 2 element causes an additional rotation of the polarization direction of the two partial beam bundles b2, b3 and b4, b5, which is independent of the switching state of the liquid crystal cell 7, the behavior of the two partial beam bundles b4, b5 when compared with the polarizing beam splitter 1 is compared reversed for execution without an additional λ / 2 element, so that an input beam b1 is reflected towards the input when the liquid crystal cell 7 is not switched, whereas it is deflected towards the output A when the liquid crystal cell 7 is switched. The optical switch therefore now transmits when the liquid crystal cell is switched and reflects when the liquid crystal cell is not switched.
Durch Verwendung einer Flüssigkristallzelle, die in der Lage ist, die Polarisation um einen beliebigen Winkel zwischen 0° und 90° zu drehen, erlaubt der erfindungsgemäße Schalter einen kontinuierlichen Übergang zwischen dem transmittierenden und dem reflektierenden Zustand. Eine derartige Flüssigkristallzelle kann bspw. um die optische Achse des Strahlengangs rotierbar angeordnet sein. Im geschalteten Zustand stellt die Flüssigkristallzelle dann ein λ/2-Element dar, bei dem der Winkel zwischen der Polarisationsrichtung der Teilstrahlenbundel und der schnellen Achse des λ/2-Elementes durch Drehen der Flüssigkristallzelle eingestellt werden kann, so dass sich der Drehwinkel, um den die Polarisationsrichtung gedreht wird, einstellen lässt.By using a liquid crystal cell which is able to rotate the polarization through any angle between 0 ° and 90 °, the switch according to the invention allows a continuous transition between the transmitting and reflecting states. Such a liquid crystal cell can be arranged, for example, rotatably about the optical axis of the beam path. In the switched state, the liquid crystal cell then represents a λ / 2 element in which the angle between the direction of polarization of the partial beam and the fast axis of the λ / 2 element can be adjusted by rotating the liquid crystal cell, so that the angle of rotation by the direction of polarization is rotated.
Der erfindungsgemäße optische Schalter ist nicht darauf beschränkt, dass ein Eingangsstrahlenbündel in linear polarisierte Teilstrahlenbundel aufgespaltet wird. Vielmehr ist es auch möglich, ein unpolarisiertes Eingangsstrahlenbündel in zwei zirkulär oder elliptisch polarisierte Teilstrahlenbundel aufzuspalten, bspw. in ein Teilstrahlenbundel mit linkszirkular polarisiertem Licht und ein Teilstrahlenbundel mit rechtszirkular polarisiertem Licht.The optical switch according to the invention is not limited to the fact that an input beam is split into linearly polarized partial beams. Rather, it is also possible to split an unpolarized input beam into two circularly or elliptically polarized partial beams, for example into a partial beam with left circularly polarized light and a partial beam with right-hand circularly polarized light.
Anwendungen für den erfindungsgemäßen optischen Schalter lassen sich in vielen abbildenden Systemen finden, in denen die Möglichkeit des Ein- u nd Ausschaltens des abbildenden Strahlengangs oder auch der Beleuchtung gegeben sein soll. Insbesondere bei Operationsmikroskopen sind häufig schnell arbeitende Verschlüsse, sog. Shutterelemente, zum Schließen und Freigeben eines Strahlenganges gewünscht. Daneben sollen die Shutterelemente eine möglichst hohe Transmission aufweisen, weswegen die eingangs beschriebenen konventionellen Shutterelemente zumeist nicht in Frage kommen. Der erfindungsgemäße optische Schalter ermöglicht dagegen ein schnelles Schalten bei sehr hoher Transmission im den Strahlengang freigebenden Zustand. Aber auch die Möglichkeit, den erfindungsgemäßen optischen Schalter als schaltbaren Spiegel einzusetzen, bietet in vielen Bereichen optisch abbildender Systeme interessante Anwendungsmöglichkeiten, insbesondere im Bereich der optischen Beobachtungsgeräte, wie etwa im medizinischen Bereich bei Operationsmikroskopen, Endoskopen etc., in denen zwischen verschiedenen Strahlengängen hin und her geschaltet werden soll. Außer im Bereich der abbildenden optischen Systeme kann der optische Schalter auch zum Schalten von Laserstrahlen mit beliebiger Polarisation Verwendung finden, vorausgesetzt die Lichtintensität des Laserstrahl übersteigt nicht eine Schwelle, die zu Beschädigungen der Pola- risationseinrichtung führt. Insbesondere wenn der optische Schalter symmetrisch aufgebaut ist, durchlaufen die beiden Teillaserstrahlen optisch die gleichen Wege. Die linear polarisierten Teilstrahlen des Lasers werden daher mit der richtigen Phase wieder zusammengeführt, sodass die ursprüngliche Polarisation wieder hergestellt wird. Dabei ist sicherzustellen, dass sich die durch die Reflektion im Polarisationsstrahlteiler auftretenden Phasensprünge zu einem Vielfachen von 2π aufaddieren.Applications for the optical switch according to the invention can be found in many imaging systems, in which the possibility of switching the imaging beam path on and off or the lighting should be given. In the case of surgical microscopes in particular, fast-acting closures, so-called shutter elements, are often desired for closing and releasing a beam path. In addition, the shutter elements should have the highest possible transmission, which is why the conventional shutter elements described above are mostly out of the question. The optical switch according to the invention, on the other hand, enables fast switching with very high transmission in the state releasing the beam path. But also the possibility of using the optical switch according to the invention as a switchable mirror offers interesting application possibilities in many areas of optically imaging systems, in particular in the field of optical observation devices, such as in the medical field for surgical microscopes, endoscopes etc., in which there are different beam paths should be switched here. In addition to the field of imaging optical systems, the optical switch can also be used to switch laser beams with any polarization, provided that the light intensity of the laser beam does not exceed a threshold that leads to damage to the polarization device. In particular if the optical switch is constructed symmetrically, the two partial laser beams optically follow the same paths. The linearly polarized partial beams of the laser are therefore brought together again with the correct phase, so that the original polarization is restored. It must be ensured that the phase jumps occurring due to the reflection in the polarization beam splitter add up to a multiple of 2π.
Des Weiteren ist es auch möglich, als Polarisationseinrichtung eine segmen- tierte bzw. pixelierte Flüssigkristallzelle zu verwenden. Die segmentierte bzw. pixelierte Flüssigkristallzelle stellt dabei eine Polarisationseinrichtung mit Bereichen (Segmente bzw. Pixel), die individuell zwischen verschiednenen Schaltzuständen, bspw. zwischen einem den Polarisationszustand erhaltenden und den Polarisationszustand ändernden Zustand, hin und her zu schalten sind, dar. Die Abbildungseigenschaften des optischen Systems, in welchem sich der erfindungsgemäße optische Schalter befindet, können mit Hilfe der segmentierten bzw. pixelierten Flüssigkristallzelle gezielt manipuliert werden. Die Manipulationsmöglichkeiten sind dabei abhängig davon, an welcher Stelle im Strahlengang des Gesamtsystems die segmentierte bzw. pixelierte Flüssigkristallzelle eingesetzt wird. Eine symmetrische Anordnung, sowie sie in den Abbildungen 1 und 2 gezeigt ist, erlaubt eine ähnliche Flexibilität, wie man sie bei Verwendung einer konventionellen segmentierten oder pixelierten Flüssigkristallzelle hat, da die Lichtlaufwege zwischen Strahlteiler und Flüssigkristallzelle für beide Lichtwege gleich lang sind und sich damit die gleichen Strahlkonvergenzen, Fokussiereigenschaften, etc. für die beiden Wege ergeben.Furthermore, it is also possible to use a segmented or pixelated liquid crystal cell as the polarization device. The segmented or pixelated liquid crystal cell represents a polarization device with areas (segments or pixels) that can be switched back and forth individually between different switching states, for example between a state that maintains the polarization state and changes the polarization state. The imaging properties of the optical system, in which the optical switch according to the invention is located, can be manipulated in a targeted manner with the aid of the segmented or pixelated liquid crystal cell. The manipulation options depend on the point in the beam path of the overall system where the segmented or pixelated liquid crystal cell is used. A symmetrical arrangement, as shown in Figures 1 and 2, allows a similar flexibility as you have when using a conventional segmented or pixelated liquid crystal cell, since the light paths between the beam splitter and the liquid crystal cell are the same length for both light paths and thus the result in the same beam convergences, focusing properties, etc. for the two paths.
In den Figuren 3a und 3b sind diejenigen Teilstrahlenbundel b4 (Fig. 3a) und b5 (Fig. 3b) dargestellt, die gemeinsam das Ausgangsstrahlenbündel bδ bilden und die sich für verschiedene Einfallswinkel des Eingangsstrahlen- bündeis b1 in den optischen Schalter ergeben. Die Teilstrahlenbundel b4 und b5 der unterscheiden sich im Ausgangszweig des optischen Schalters außer in ihrer Polarisationsrichtung nicht, sodass die Abbildungseigenschaften eines abbildenden optischen Systems durch den erfindungsgemäßen Schalter nicht beeinträchtigt werden. Die pixelierte Flüssigkristallzelle kann insbesondere als Display in einer optischen Abbildungsvorrichtung Verwendung finden. Dies eröffnet umfangreiche Möglichkeiten in der Bildprojektionstechnik.FIGS. 3a and 3b show those partial beam bundles b4 (FIG. 3a) and b5 (FIG. 3b) which together form the output beam bundle bδ and which are suitable for different angles of incidence of the input beam bündeis b1 result in the optical switch. The partial beams b4 and b5 in the output branch of the optical switch do not differ except in their direction of polarization, so that the imaging properties of an imaging optical system are not impaired by the switch according to the invention. The pixelated liquid crystal cell can be used in particular as a display in an optical imaging device. This opens up extensive possibilities in image projection technology.
Die Figuren 4 und 5 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen optischen Schalter in einer schematischen Darstellung. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass als Polarisationseinrichtung eine Flüssigkristallzelle 71 dient, die einen Bestandteil der Umlenkeinrichtung bildet. Die Flüssigkristallzelle 71 ist als schaltbarer Reflektor mit einem ungeschalteten Zustand, in dem die Polarisationsrichtung eines reflektierten Strahlenbündels unverändert bleibt, und einem geschalteten Zustand, in dem die Polarisationsrichtung eines reflektierten Strahlenbündels um 90° gedreht ist, ausgebildet. Elemente, die sich nicht von den Elementen des ersten Ausführungsbeispiels unterscheiden, sind mit denselben Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet. Die Funktionsweise des optischen Schalters entspricht der des ersten Ausführungsbeispiels.Figures 4 and 5 show a second embodiment of the optical switch according to the invention in a schematic representation. The second exemplary embodiment differs from the first exemplary embodiment in that a liquid crystal cell 71, which forms part of the deflection device, serves as the polarization device. The liquid crystal cell 71 is designed as a switchable reflector with an unswitched state in which the direction of polarization of a reflected beam remains unchanged and a switched state in which the direction of polarization of a reflected beam is rotated by 90 °. Elements that do not differ from the elements of the first exemplary embodiment are denoted by the same reference symbols as in the first exemplary embodiment. The mode of operation of the optical switch corresponds to that of the first exemplary embodiment.
Im ungeschalteten Zustand der Flüssigkristallzelle 71 (Fig.4) weisen die Teilstrahlenbundel b2, b4 bzw. b3, b5 vor und nach der Reflektion an der Flüssigkristallzelle 71 dieselbe Polarisationsrichtung auf, so dass das Teilstrahlenbundel b4 den Polarisationsstrahlteiler 1 ohne Richtungsablenkung in Richtung auf den Ausgang A passiert und das Teilstrahlenbundel b5 vom Polarisationsstrahlteiler 1 in Richtung auf den Ausgang A abgelenkt wird.In the unswitched state of the liquid crystal cell 71 (FIG. 4), the partial beam bundles b2, b4 and b3, b5 have the same polarization direction before and after reflection on the liquid crystal cell 71, so that the partial beam bundle b4 has the polarization beam splitter 1 without directional deflection in the direction of the output A passes and the partial beam b5 is deflected by the polarization beam splitter 1 in the direction of the output A.
Im geschalteten Zustand der Flüssigkristallzelle 71 (Fig. 5) ist die Polarisationsrichtung der Teilstrahlenbundel b4, b5 nach der Reflektion gegenüber der Polarisationsrichtung der Teilstrahlenbundel b2 bzw. b3 vor der Reflektion um 90° gedreht, so dass nun das Teilstrahlenbundel b5 den Polarisationsstrahlteiler 1 in Richtung auf den Eingang E passiert und das Teilstrahlenbundel b4 vom Polarisationsstrahlteiler 1 in Richtung auf den Eingang E abgelenkt wird.In the switched state of the liquid crystal cell 71 (FIG. 5), the direction of polarization of the partial beams b4, b5 after the reflection is opposite to the polarization direction of the partial beams b2 and b3, respectively the reflection is rotated by 90 °, so that the partial beam b5 now passes the polarization beam splitter 1 in the direction of the input E and the partial beam b4 is deflected by the polarization beam splitter 1 in the direction of the input E.
Ein drittes Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen optischen Schalter ist in Fig. 6 dargestellt. Im Unterschied zu zweiten Ausführungsbeispiel dient die reflektierende Flüssigkristallzelle 75 gleichzeitig zum Ablenken des Teilstrahlenbündels b2 in Richtung auf den Spiegel 3 und des Teilstrahlenbündels b5 in Richtung auf den Polarisationsstrahlteiler 1. Mit dieser Ausgestaltung des erfindungemäßen optischen Schalters lässt sich die Anzahl der Bauelemente gegenüber dem zweiten Ausführungsbeispiel reduzieren.A third exemplary embodiment of the optical switch according to the invention is shown in FIG. 6. In contrast to the second exemplary embodiment, the reflecting liquid crystal cell 75 simultaneously serves to deflect the partial beam b2 in the direction of the mirror 3 and the partial beam b5 in the direction of the polarization beam splitter 1. With this configuration of the optical switch according to the invention, the number of components can be compared to the second exemplary embodiment to reduce.
Statt Reflektoren bzw. Spiegel können im erfindungsgemäßen optischen Schalter auch optische Fasern als lichtlenkende Elemente Verwendung finden. Falls der Schalter in keinem abbildenden optischen Gerät eingesetzt werden soll, genügt grundsätzlich eine einzige optische Faser pro lichtlenkendes Element. Ein derartiger optischer Schalter mit lediglich einer einzigen optischen Faser pro lichtlenkendes Element kann bspw. zum Schalten von Laserstrahlen eingesetzt werden. Soll der optische Schalter mit optischen Fasern als lichtlenkenden Elementen dagegen in einem abbildenden optischen Gerät zur Anwendung kommen, so kann als ein lichtlenkendes Element ein Faserbündel mit einer Vielzahl von Fasern Verwendung finden, wobei die einzelnen Fasern jeweils ein Pixel eines pixelierten Bildes lenken können.Instead of reflectors or mirrors, optical fibers can also be used as light-directing elements in the optical switch according to the invention. If the switch is not to be used in any imaging optical device, a single optical fiber per light-directing element is generally sufficient. Such an optical switch with only a single optical fiber per light-directing element can be used, for example, for switching laser beams. If, on the other hand, the optical switch with optical fibers as light-directing elements is to be used in an imaging optical device, a fiber bundle with a multiplicity of fibers can be used as a light-directing element, wherein the individual fibers can each direct one pixel of a pixelated image.
Fig. 7 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen optischen Schalter. Der Schalter umfasst einen Polarisationsstrahlteiler 1 , welcher ein von Eingang E her einfallendes Eingangsstrahlenbündel b1 in ein erstes Teilstrahlenbundel und ein zweites Teilstrahlebündel b3 aufteilt und die beiden Teilstrahlenbundel jeweils verschiedenen Enden 101 , 103 einer optischen Faser 100 zuführt, welche u.a. als Umlenkoptik dient. Als optische Faser 101 findet eine optische Faser Verwendung, die nur linear polarisierte Strahlung überträgt. Derartige Fasern übertragen linear polarisierte Strahlung nur bei vorliegen einer Polarisationsrichtung, die einer von zwei zueinander sowie zur Ausdehnungsrichtung der Faser senkrecht stehenden Richtungen entspricht. Beim Durchgang durch die Faser bleibt die Polarisationsrichtung der Strahlung relativ zum Koordinatensystem der Faser erhalten.7 shows a fourth exemplary embodiment of the optical switch according to the invention. The switch comprises a polarization beam splitter 1, which divides an input beam b1 incident from input E into a first partial beam and a second partial beam b3, and feeds the two partial beams to different ends 101, 103 of an optical fiber 100, which serves, among other things, as deflecting optics. An optical fiber which only linearly polarizes is used as the optical fiber 101 Transmits radiation. Such fibers transmit linearly polarized radiation only when there is a polarization direction which corresponds to one of two directions perpendicular to one another and to the direction of expansion of the fiber. As it passes through the fiber, the polarization direction of the radiation relative to the coordinate system of the fiber is retained.
Der optische Schalter weist außerdem eine Einrichtung auf, mit der sich die beiden Faserenden 101 , 103 gegeneinander verdrehen lassen. Diese Einrichtung ist in Fig. 7 durch die Pfeile an den Faserenden 101 , 103 angedeutet.The optical switch also has a device with which the two fiber ends 101, 103 can be rotated relative to one another. This device is indicated in FIG. 7 by the arrows on the fiber ends 101, 103.
Wenn die Enden 101 , 103 der optischen Faser 100 nicht gegeneinander verdreht sind, so bleibt die Polarisationsrichtung der Teilstrahlenbundel b2, b3 beim Durchgang durch die Faser 100 relativ zu einem ortsfesten Koordinatensystem unverändert. Als Konsequenz fügt der Polarisationsstrahlteiler 1 die Teilstrahlenbundel b4, b5 zu einem Ausgangsstrahlenbündel bδ zusammen, welches er in Richtung auf den Ausgang A lenkt. Somit transmittiert der Schalter das Eingangsstrahlenbündel b1 vollständig vom Eingang E zum Ausgang A.If the ends 101, 103 of the optical fiber 100 are not twisted relative to one another, the direction of polarization of the partial beam bundles b2, b3 remains unchanged relative to a stationary coordinate system during the passage through the fiber 100. As a consequence, the polarization beam splitter 1 combines the partial beams b4, b5 into an output beam bδ, which it directs in the direction of the output A. The switch thus completely transmits the input beam b1 from the input E to the output A.
Wenn die Enden 101 , 103 der optischen Faser 100 dagegen um 90° gegeneinander verdreht sind, so werden die Polarisationsrichtung der Teilstrahlenbundel b2, b3 beim Durchgang durch die Faser 100 relativ zu einem ortsfesten Koordinatensystem ebenfalls um 90° gedreht. Der Polarisationsstrahlteiler 1 fügt als Konsequenz die Teilstrahlenbundel b4, b5 zu einem Strahlenbündel zusammen, welches er in Richtung auf den Eingang E lenkt. Somit blockiert der Schalter den Strahlengang vom Eingang E zum Ausgang A vollständig.If, on the other hand, the ends 101, 103 of the optical fiber 100 are rotated by 90 ° relative to one another, then the direction of polarization of the partial beam bundles b2, b3 is likewise rotated by 90 ° when passing through the fiber 100 relative to a stationary coordinate system. As a consequence, the polarization beam splitter 1 combines the partial beam bundles b4, b5 into a beam bundle, which it directs in the direction of the input E. The switch thus completely blocks the beam path from input E to output A.
Wenn die Enden 101 , 103 der optischen Faser weniger als 90° gegeneinander verdreht werden, so lässt sich eine Abschwächung der Intensität des Ausgangsstrahlenbündels bδ relativ zur Intensität des Eingangsstrahlenbündels b1 erzielen. Da das Verdrehen stufenlos möglich ist, lässt sich so ein optischer Schalter realisieren, dessen Transmission stufenlos zwischen vollständiger Transmission des Eingangsstrahlenbündels und vollständiger Blockade des Eingangsstrahlenbündels einzustellen ist.If the ends 101, 103 of the optical fiber are rotated less than 90 ° relative to one another, the intensity of the output beam bδ can be attenuated relative to the intensity of the input beam b1. Since the rotation is infinitely possible, an optical switch can be realized, its transmission is to be set continuously between complete transmission of the input beam and complete blockage of the input beam.
In den beschriebenen Ausführungsbeispielen für den erfindungsgemäßen optischen Schalter waren zwei bzw. drei lichtlenkende Elemente (Spiegel, Reflektoren, opt. Fasern) im Bereich des Strahlengangs der Teilstrahlenbundel b2, b3, b4, b5 vorhanden. Es können jedoch bei Bedarf auch weitere lichtlenkende Elemente im Strahlengang der Teilstrahlenbundel b2, b3, b4, b5 vorhanden sein.In the exemplary embodiments described for the optical switch according to the invention, two or three light-directing elements (mirrors, reflectors, optical fibers) were present in the region of the beam path of the partial beam bundles b2, b3, b4, b5. However, if necessary, further light-directing elements can also be present in the beam path of the partial beam bundles b2, b3, b4, b5.
In Figur 8 ist beispielhaft ein erfindungsgemäßer optischer Schalter als Teil einer Bildprojektionsvorrichtung dargestellt. Als Polarisationseinrichtung findet eine pixelierte Flüssigkristallzelle 70 Verwendung, welche symmetrisch zwischen den polarisationserhaltenden Spiegeln 3, 5 des optischen Schalters angeordnet ist. Innerhalb des Strahlengangs des optischen Schalters sind zudem zwei abbildende optische Anordnungen 72, 74 symmetrisch zur pixelierten Flüssigkristallzelle 70 angeordnet, die in Fig. 8 vereinfacht als Linsen dargestellt sind. Wenn sich ein derart ausgestalteter optischer Schalter innerhalb des parallelen Strahlenganges der Bildprojektions- Vorrichtung befindet, so sind die beiden abbildenden optischen Anordnungen 72, 74 im vorliegenden Ausführungsbeispiel derart ausgestaltet und im Strahlengang des optischen Schalters platziert, dass sich die pixelierte Flüssigkristallzelle 70 in der Brennebene der optischen Anordnungen 72, 74 erstreckt. Die Flüssigkristallzelle 70 dient dann als Display, welches mittels der beiden abbildenden optischen Anordnungen 72, 74 ins Unendliche abgebildet wird. Alternativ kann auch eine außerhalb des Strahlengangs des optischen Schalters angeordnete abbildende Anordnung vorhanden sein, mit der ein Bild auf einen ebenfalls außerhalb des Strahlengangs des optischen Schalters liegenden Schirm projiziert wird. Die Bildebene der abbildenden optischen Anordnung liegt in diesem Fall innerhalb des optischen Schalters und fällt mit der Ebene der pixelierten Flüssigkristallzelle zusammen. Da die Flüssigkristallzelle auf beide Teilstrahlenbundel im optischen Schalter wirkt, lässt sich somit ein Projektor mit einem Display auf der Basis einer Flüssigkristallzelle realisieren, der im Vergleich mit einem Projektor, welcher ein konventionelles Flüssigkristalldisplay, d.h. eine Polarisator-Display- Analysator-Anordnung, besitzt, einen um einen Faktor 2 erhöhten Lichtfluss aufweist.FIG. 8 shows an example of an optical switch according to the invention as part of an image projection device. A pixelated liquid crystal cell 70 is used as the polarization device, which is arranged symmetrically between the polarization-maintaining mirrors 3, 5 of the optical switch. Within the beam path of the optical switch, two imaging optical arrangements 72, 74 are also arranged symmetrically to the pixelated liquid crystal cell 70, which are shown in simplified form in FIG. 8 as lenses. If an optical switch configured in this way is located within the parallel beam path of the image projection device, then the two imaging optical arrangements 72, 74 in the present exemplary embodiment are configured and placed in the beam path of the optical switch in such a way that the pixelated liquid crystal cell 70 is located in the focal plane of FIG optical arrangements 72, 74 extends. The liquid crystal cell 70 then serves as a display which is imaged to infinity by means of the two imaging optical arrangements 72, 74. Alternatively, there may also be an imaging arrangement arranged outside the beam path of the optical switch, with which an image is projected onto a screen which is also outside the beam path of the optical switch. In this case, the image plane of the imaging optical arrangement lies within the optical switch and coincides with the plane of the pixelated liquid crystal cell. Since the liquid crystal cell acts on both partial beam bundles in the optical switch, a projector with a display based on a liquid crystal cell can be realized, which in comparison with a projector which a conventional liquid crystal display, ie a polarizer display analyzer arrangement, has an increased light flux by a factor of 2.
Die beschriebenen Projektionsvorrichtungen können in vielen Bereichen zur Anwendung kommen. Denkbar sind etwa Großprojektionssysteme, die sehr hohe Lichtflüsse erfordern, oder Kleinprojektionssysteme, wie etwa Head Mounted Displays (HMD), Head-Up-Displays (HUD), Videookulare (Boomsysteme), etc.The described projection devices can be used in many areas. Large projection systems that require very high light fluxes or small projection systems such as head-mounted displays (HMD), head-up displays (HUD), video eyepieces (boom systems), etc. are conceivable.
Wenn als Polarisationseinrichtung eine pixelierte Flüssigkristallzelle zur Anwendung kommt, bei der die Ausdehnung der Pixel etwa im Bereich der Wellenlänge des zu schaltenden Strahlenbündels liegt, kann die Flüssigkristallzelle zur Beugung des durch sie hindurchtretenden Strahlenbündels benutzt und daher als schaltbarer diffraktiver Lichtmodulator eingesetzt werden. So lassen sich beispielsweise adaptive optische Elemente, z.B. Autofokus-Elemente, realisieren.If a pixelated liquid crystal cell is used as the polarization device, in which the extension of the pixels lies approximately in the range of the wavelength of the beam to be switched, the liquid crystal cell can be used to diffract the beam passing through it and can therefore be used as a switchable diffractive light modulator. For example, adaptive optical elements, e.g. Realize autofocus elements.
Wenn die optisch abbildenden Anordnungen und die pixelierte Flüssig- kristallzelle nicht so angeordnet werden, dass sich die Flüssigkristallzelle in der Brennebene der abbildenden optischen Systeme sondern in deren Fourierebene befindet, so lässt sich eine Frequenzfilterung eines Bildes durchführen, ohne dass dabei ein Lichtverlust aufgrund einer Polarisator- Analysator-Anordnung erfolgen würde. Ein derartiger Frequenzfilter kann Anwendungen in allen Bereichen der abbildenden Optik haben. Insbesondere kann ein derartiger Frequenzfilter in der Mikroskopie dazu verwendet werden, den Bildkontrast mittels einer geeigneten Steuerung für das pixelierte Flüssigkristallelement gezielt zu manipulieren, bspw. um ihn an bestimmte Erfordernisse anzupassen oder ihn zu optimieren. If the optical imaging arrangements and the pixelated liquid crystal cell are not arranged so that the liquid crystal cell is in the focal plane of the imaging optical systems but in their Fourier plane, frequency filtering of an image can be carried out without loss of light due to a polarizer - Analyzer arrangement would take place. Such a frequency filter can have applications in all areas of imaging optics. In particular, such a frequency filter can be used in microscopy to specifically manipulate the image contrast by means of a suitable control for the pixelated liquid crystal element, for example to adapt it to specific requirements or to optimize it.

Claims

Patentansprüche claims
1. Optischer Schalter mit - einem Polarisationsstrahlteiler (1), der ein Eingangsstrahlenbündel (b1) derart in ein erstes Teilstrahlenbundel (b2, b4) mit einem ersten Polarisationszustand und ein zweites Teilstrahlenbundel (b3, b5) mit einem zweiten Polarisationszustand aufteilt, dass das erste Teilstrahlenbundel (b2, b4) den Polarisationsstrahlteiler (1) in einer ersten Teilstrahlrichtung verlasst und das zweite Teilstrahlenbundel (b3, b5) den Polarisationsstrahlteiler (1) in einer zweiten Teilstrahlrichtung verlasst, - einer Umlenkoptik (3, 5; 71 ; 75; 100), die derart ausgestaltet und relativ zum Polarisationsstrahlteiler (1) angeordnet ist, dass sie ein den Polarisationsstrahlteiler (1) in der ersten Teilstrahlrichtung verlassendes Teilstrahlenbundel (b2, b3) dem Polarisationsstrahlteiler (1) aus der zweiten Teilstrahlrichtung kommend wieder zuführt und ein den Polarisationsstrahlteiler (1) in der zweiten Teilstrahlrichtung verlassendes Teilstrahlenbundel (b4, b5) dem Polarisationsstrahlteiler (1) aus der ersten Teilstrahlrichtung kom- mend wieder zuführt, und - einer schaltbaren Polarisationseinrichtung (7; 70; 71; 75; 100) mit mindestens zwei Schaltzuständen, die derart ausgestaltet ist, dass durch die Wahl des Schaltzustandes auf die Polarisationszustände der Teilstrahlenbundel Einfluss zu nehmen ist, wobei - der Polarisationsstrahlteiler (1) derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass er die ihm zugeführten Teilstrahlenbundel (b4, b5) wieder zu einem Strahlenbündel (bδ, bδ') kombiniert und mit einer vom Schaltzustand der Polarisationseinrichtung (7; 70; 71 ; 75; 100) abhängenden Intensität an einen Ausgang leitet.1. Optical switch with - a polarization beam splitter (1), which divides an input beam (b1) into a first partial beam (b2, b4) with a first polarization state and a second partial beam (b3, b5) with a second polarization state that the first Partial beam bundle (b2, b4) leaves the polarization beam splitter (1) in a first partial beam direction and the second partial beam bundle (b3, b5) leaves the polarization beam splitter (1) in a second partial beam direction, - deflecting optics (3, 5; 71; 75; 100) , which is designed and arranged relative to the polarization beam splitter (1) in such a way that it feeds a partial beam bundle (b2, b3) leaving the polarization beam splitter (1) in the first partial beam direction to the polarization beam splitter (1) coming from the second partial beam direction and a 1) partial beam (b4, b5) leaving the polarization in the second partial beam direction ns beam splitter (1) coming in again from the first partial beam direction, and - a switchable polarization device (7; 70; 71; 75; 100) with at least two switching states, which is designed in such a way that the selection of the switching state influences the polarization states of the partial beam bundle, the polarization beam splitter (1) being designed and arranged in such a way that it supplies the partial beam bundle (b4, b5) again combined to form a beam (bδ, bδ ') and conducts it to an output with an intensity which depends on the switching state of the polarization device (7; 70; 71; 75; 100).
2. Optischer Schalter nach Anspruch 1 , bei dem der Polarisationsstrahlteiler (1), die Umlenkoptik (3, 5; 71 ; 75; 100) und die Polarisationseinrichtung (7; 70; 71 ; 75; 100) derart ausgestaltet sind, dass der Polarisationszustand des aus den Teilstrahlenbündeln (b4, b5) kombinierten Strahlenbündels (bδ, bδ') dem Polarisationszustand des Eingangsstrahlenbündels (b1) entspricht.2. Optical switch according to claim 1, in which the polarization beam splitter (1), the deflecting optics (3, 5; 71; 75; 100) and the polarization device (7; 70; 71; 75; 100) are designed in such a way, that the polarization state of the combined beam bundle (b4, b5) (bδ, bδ ') corresponds to the polarization state of the input beam (b1).
3. Optischer Schalter nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Polarisationseinrichtung (7; 70; 71 ; 75; 100) mindestens einen Schaltzustand aufweist, in dem sie den ersten Polarisationszustand in den zweiten Polarisationszustand und den zweiten Polarisationszustand in den ersten Polarisationszustand ändert, und einen, in dem sie den Polarisationszustand eines Teilstrahlenbündels (b2, b3, b4, b5) nicht ändert.3. Optical switch according to claim 1 or 2, in which the polarization device (7; 70; 71; 75; 100) has at least one switching state in which it changes the first polarization state to the second polarization state and the second polarization state to the first polarization state, and one in which it does not change the polarization state of a partial beam (b2, b3, b4, b5).
4. Optischer Schalter nach Anspruch 3, bei dem die Polarisationseinrichtung (7; 70; 71 ; 75; 100) mindestens einen dritten Schaltzustand aufweist in dem sie den Polarisationszustand eines Teilstrahlenbündels (b2, b3) so ändert, dass er weder dem ersten Polarisationszustand, noch dem zweiten Polarisationszustand entspricht.4. Optical switch according to claim 3, wherein the polarization device (7; 70; 71; 75; 100) has at least a third switching state in which it changes the polarization state of a partial beam (b2, b3) such that it does not match the first polarization state, still corresponds to the second polarization state.
5. Optischer Schalter nach Anspruch 4, bei dem die Polarisationseinrichtung (7; 70; 71 ; 75; 100) derart zu schalten ist, dass sie den Polarisationszustand eines Teilstrahlenbündels (b2, b3) in Abhängigkeit vom Schaltzustand in einen frei wählbaren anderen Polarisationszustand umwandelt.5. Optical switch according to claim 4, wherein the polarization device (7; 70; 71; 75; 100) is to be switched such that it converts the polarization state of a partial beam (b2, b3) depending on the switching state into a freely selectable other polarization state ,
6. Optischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Polarisationseinrichtung (71 ; 75; 100) Teil der Umlenkoptik (3, 5; 71 ; 75; 100) ist.6. Optical switch according to one of claims 1 to 5, wherein the polarization device (71; 75; 100) is part of the deflecting optics (3, 5; 71; 75; 100).
7. Optischer Schalter nach Anspruch 6, bei dem die Umlenkoptik (3, 5; 75) mindestens ein erstes lichtlenkendes Element (3) und ein zweites lichtlenkendes Element (75) umfasst und das zweite lichtlenkende Element (75) gleichzeitig als schaltbare Polarisationseinrichtung ausgestaltet ist. 7. Optical switch according to claim 6, wherein the deflecting optics (3, 5; 75) comprises at least a first light-directing element (3) and a second light-directing element (75) and the second light-directing element (75) is simultaneously designed as a switchable polarization device ,
8. Optischer Schalter nach Anspruch 7, bei dem das zweite lichtlenkende Element als schaltbarer Reflektor (75) ausgebildet ist.8. Optical switch according to claim 7, wherein the second light-directing element is designed as a switchable reflector (75).
9. Optischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Polarisationseinrichtung (7, 70) als selbständiges Element ausgestaltet und im Strahlengang des optischen Schalters angeordnet ist.9. Optical switch according to one of claims 1 to 5, in which the polarization device (7, 70) is designed as an independent element and is arranged in the beam path of the optical switch.
10. Optischer Schalter nach Anspruch 9, bei dem die Polarisationsein- richtung (7; 70) in einem Bereich des Strahlengangs des optischen Schalters angeordnet ist, in dem die Strahlrichtung der Teilstrahlenbundel (b2, b3, b4, b5) gegenläufig ist.10. Optical switch according to claim 9, in which the polarization device (7; 70) is arranged in a region of the beam path of the optical switch in which the beam direction of the partial beam bundle (b2, b3, b4, b5) is opposite.
11. Optischer Schalter nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die Polarisationseinrichtung (7; 70) im Strahlengang der Umlenkoptik (3, 5) angeordnet ist.11. Optical switch according to claim 9 or 10, wherein the polarization device (7; 70) is arranged in the beam path of the deflecting optics (3, 5).
12. Optischer Schalter nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , bei dem die Umlenkoptik mindestens zwei lichtlenkende Elemente (3, 5) umfasst und die Polarisationseinrichtung (7; 70) im Strahlengang zwischen den beiden Lichtlenkenden Elementen angeordnet ist.12. Optical switch according to one of claims 9 to 11, wherein the deflecting optics comprises at least two light-directing elements (3, 5) and the polarization device (7; 70) is arranged in the beam path between the two light-directing elements.
13. Optischer Schalter nach Anspruch 13, bei dem die lichtlenkenden Elemente (3, 5) derart ausgestaltet sind, dass sie den Polarisations- zustand eines Teilstrahlenbündels erhalten.13. Optical switch according to claim 13, in which the light-directing elements (3, 5) are designed such that they receive the polarization state of a partial beam.
14. Optischer Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem im Strahlengang des optischen Schalters zusätzlich eine weitere Polarisationseinrichtung vorhanden ist, welche immer den ersten Polarisationszustand in den zweiten Polarisationszustand und den zweiten Polarisationszustand in den ersten Polarisationszustand ändert. 14. Optical switch according to one of the preceding claims, in which there is additionally a further polarization device in the beam path of the optical switch, which always changes the first polarization state to the second polarization state and the second polarization state to the first polarization state.
15. Optischer Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem mindestens ein Spiegel (3, 5) als ein lichtlenkendes Elemente vorhanden ist.15. Optical switch according to one of the preceding claims, in which at least one mirror (3, 5) is present as a light-directing element.
16. Optischer Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem mindestens eine optische Faser (100) als ein lichtlenkendes Element vorhanden ist.16. Optical switch according to one of the preceding claims, in which at least one optical fiber (100) is present as a light-guiding element.
17. Optischer Schalter nach Anspruch 16, bei dem ein Faserbündel mit einer Vielzahl von optischen Fasern (100) als ein lichtlenkendes Element vorhanden ist.17. An optical switch according to claim 16, wherein a fiber bundle with a plurality of optical fibers (100) is provided as a light-directing element.
18. Optischer Schalter nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem das mindestens eine lichtlenkende Element den Polarisationszustand eines gelenkten Strahlenbündels erhält.18. Optical switch according to one of claims 15 to 17, in which the at least one light-directing element receives the polarization state of a directed beam.
19. Optischer Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die schaltbare Polarisationseinrichtung eine Flüssigkristallzelle (7; 70; 71 ; 75) ist.19. Optical switch according to one of the preceding claims, wherein the switchable polarization device is a liquid crystal cell (7; 70; 71; 75).
20. Optischer Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Polarisationsstrahlteiler (1), die lichtlenkenden Elemente (3, 5; 100) und die schaltbare Polarisationseinrichtung (7; 70; 71 ; 100) symmetrisch zueinander angeordnet sind.20. Optical switch according to one of the preceding claims, in which the polarization beam splitter (1), the light-directing elements (3, 5; 100) and the switchable polarization device (7; 70; 71; 100) are arranged symmetrically to one another.
21. Optischer Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die schaltbare Polarisationseinrichtung (70) flächig ausgebildet ist und eine Anzahl individuell schaltbarer Bereiche aufweist.21. Optical switch according to one of the preceding claims, in which the switchable polarization device (70) is flat and has a number of individually switchable regions.
22. Optischer Schalter nach Anspruch 21 , bei dem die Größe der individuell schaltbaren Bereiche in der Größenordnung der Wellenlänge des Eingangsstrahlenbündels (b1) liegt. 22. Optical switch according to claim 21, in which the size of the individually switchable regions is in the order of magnitude of the wavelength of the input beam (b1).
23. Bilderzeugende optische Vorrichtung mit einem optischen Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 22.23. An image-forming optical device with an optical switch according to one of claims 1 to 22.
24. Bilderzeugende optische Vorrichtung nach Anspruch 23 mit einem optischen Schalter nach Anspruch 21 oder 22 und mit einer abbildenden optischen Anordnung (72, 73), deren Bildebene mit der Ausdehnungsebene der flächig ausgebildeten schaltbaren Polarisationseinrichtung (70) zusammenfällt.24. An image-forming optical device according to claim 23 with an optical switch according to claim 21 or 22 and with an imaging optical arrangement (72, 73), the image plane of which coincides with the plane of expansion of the planar switchable polarization device (70).
25. Bilderzeugende optische Vorrichtung nach Anspruch 23 mit einem optischen Schalter nach Anspruch 21 oder 22 und mit zwei abbildenden optischen Anordnungen (72, 73), die symmetrisch um die schaltbare Polarisationseinrichtung (70) herum angeordnet sind.25. An image-forming optical device according to claim 23 with an optical switch according to claim 21 or 22 and with two imaging optical arrangements (72, 73) which are arranged symmetrically around the switchable polarization device (70).
26. Bilderzeugende optische Vorrichtung nach Anspruch 25, bei der die abbildenden optischen Anordnungen (72, 73) innerhalb des Strahlengangs des optischen Schalters angeordnet sind.26. The imaging optical device according to claim 25, wherein the imaging optical arrangements (72, 73) are arranged within the beam path of the optical switch.
27. Bilderzeugende optische Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, bei der die abbildenden optischen Anordnungen (72, 73) derart um die schaltbare Polarisationseinrichtung (70) herum angeordnet sind, dass sich ihre Ausdehnungsebene in der Brennebene der beiden optischen Anordnungen (72, 73) befindet.27. An image-forming optical device according to claim 25 or 26, in which the imaging optical arrangements (72, 73) are arranged around the switchable polarization device (70) such that their plane of expansion is in the focal plane of the two optical arrangements (72, 73) located.
28. Bilderzeugende optische Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, bei der die abbildenden optischen Anordnungen (72, 73) derart um die schaltbare Polarisationseinrichtung (70) herum angeordnet sind, dass sich ihre Ausdehnungsebene in der Fourierebene der beiden optischen Anordnungen (72, 73) befindet.28. An image-forming optical device according to claim 25 or 26, in which the imaging optical arrangements (72, 73) are arranged around the switchable polarization device (70) such that their plane of expansion is in the Fourier plane of the two optical arrangements (72, 73) located.
29. Bilderzeugende optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 28, die als Projektionsvorrichtung ausgestaltet ist. 29. An image-forming optical device according to one of claims 23 to 28, which is designed as a projection device.
30. Bilderzeugende optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 28, die als optisches Beobachtungsgerät ausgestaltet ist.30. Imaging optical device according to one of claims 23 to 28, which is designed as an optical observation device.
31. Bilderzeugende optische Vorrichtung nach Anspruch 30, die als Operationsmikroskop ausgestaltet ist. 31. An image-forming optical device according to claim 30, which is designed as a surgical microscope.
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