DE1564223A1

DE1564223A1 - Elektrooptische Anordnung zur Lichtsteuerung

Info

Publication number: DE1564223A1
Application number: DE19661564223
Authority: DE
Inventors: Myers Robert Anthony
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1966-01-03
Filing date: 1966-12-31
Publication date: 1970-03-26
Also published as: GB1123840A; FR1506133A; US3445826A

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. H. E. BÖHMER

703 BDBLINCEN SINDELFINGER STRASSE 49 *·

FERNSPRECHER (07031)6613040 1 R g Λ Ο ^ ί

Böblingen, 29. 12. 1966 pr-hn

Anmelderin: _t International Business Machines

Corporation, Armonk, N. Y. 10 504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket 10 908

Elektrooptisehe Anordnung zur Lichtsteuerung

Die Anmeldung betrifft eine elektrooptis ehe Anordnung zur Lichtsteuerung mittels einer auf einer elektrooptischen Schicht befindlichen Potentialverteilung. Es ist bekannt, mittels eines Elektronenstrahls auf einem elektrooptischen Kristall eine als Potentialgebirge bezeichnete Potentialverteilung aufzubringen, die eine Drehung der Polarisationsebene einer diesen Kristall durchsetzenden linear polarisierten Strahlung bewirkt, Während das beispielsweise bestimmte Muster oder Bilder darstellende Potentialgebirge mit Hilfe eines Elektronenstrahls geeigneter Stärke sehr schnell aufgebracht werden kann, dauert es relativ lang, bis die dieses Potentialgebirge darstellenden Ladungen wieder abgeflossen sind, so daß ein neues Potentialgebirge aufgetragen werden kann. Zum schnellen Entfernen eines mittels eines Elektronenstrahls aufgebrachten Potentialgebirges

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ist es weiterhin schon bekannt, in unmittelbarer Nachbarschaft der die Ladungen tragenden Fläche ein engmaschiges Gitter anzuordnen, und die gesamte Fläche mit einem Elektronenstrahl erhöhter Beschleunigung abzutasten, so daß durch Auslösen von Sekundär elektronen, die von dem feinmaschigen Netz aufgenommen und abgeleitet werden, die Ladung abgetragen wird. Derartige Anordnungen haben aber den Nachteil, daß das Auflösungsvermögen der mittels der Potentialverteilung aufgezeichneten Bilder durch die Struktur des feinmaschigen Gitters beeinträchtigt wird, Darüberhinaus bedingen diese Anordnungen eine zusätzliche Erhöhung des technischen Aufwandes.

Um diese Nachteile zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung eine elektrooptische Anordnung zur Lichteteuerung mittels einer auf einer elektrooptischen Schicht befindlichen Potentialverteilung vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß zum steuerbaren Löschen der Potentialverteilung durch außerhalb de· zu steuernden Frequenzbereiches liegende Frequenzen beeinflußbare photoelektrische Mittel und eine Strahlung der zur BeeinflussungAieser Mittel erforderlichen Hrequenzjemittierende Lichtquelle vorgesehen ist.

Eine besonder« vorteilhafte Ausbildungsform des Erfindimgegedankens ist dadurch gekennzeichnet, daß die elektroöptieche Schicht zur steuerbaren Ableitung der da· Licht steuernden Ladungen auch photoelektrische Eigenschaften aufweist,

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Eine andere vorteilhafte Ausbildungsform des Erfindungsgedankens ist dadurch gekennzeichnet, daß zur steuerbaren Ableitung der das Licht steuern· den Ladungen eine besondere photoelektrische Schicht vorgesehen ist.

Eine weitere Ausbildungsform des Erfindungsgedankens ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß die die photoelektrischen Mittel steuernde Lichtquelle durch eine Impulsquelle und/oder durch eine kontinuierliche Stromquelle mit veränderbarer Spannung gesteuert wird.

Ein anderes besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung aus einem. Polarisator, einem Strahlenteiler, einer Kathodenstrahlröhre mit einem von einem Elektronenstrahl beaufschlagten elektrooptischen Kristall, einem das vom Strahlenteiler kommende und den elektrooptischen Kristall durchsetzende Licht reflektierenden dielektrischen Schicht, einer photoelektrischen Schicht, eine dieser beaufschlagenden Lampe und einem zweiten Polarisator besteht, dessen Durchlassrichtung senkrecht zur Durchlassrichtung des ersten Polarisators liegt, so daß nur Licht, dessen Polarisationsebene in der elektrooptischen Schicht gedreht wurde, durchtreten kann«

Eine weitere Ausführungsform des Erfindungsgedankens ist schließlich dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem ^aIb-«durchlaseigen Spiegel,

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eine'r Linse, einem optischen Sender oder Verstärker, einer zweiten Linse, einem Polarisator, einer Phasenplatte und einer Kathodenstrahlröhre mit einer durch einen Elektronenstrahl beeinflußbaren elektrooptischen und photoelektrischen Schicht, einen dielektrischen Spiegel, einer steuerbaren Lichtquelle und einer geerdeten Schicht zur Beschleunigung des Elektronenstrahls und zur Ableitung der auf der dazu parallelen elektrooptischen Schicht aufgebrachten Ladungen besteht.

Die Erfindung wird anschließend an Hand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der

erfindungs gemäßen Anordnung,

Fig. 2: die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des

Erfindungsgedankens im Zusammenhang mit einer Projektionseinrichtung.

In der in Fig. 1 dargestellten Anordnung, wird die Emissionsrichtung eines aus einem Rubin 10 bestehenden optischen Senders oder Verstärkers mit Hilfe der Kathodenstrahlröhre 12 gesteuert. Die Emission des optischen Senders oder Verstärkers erfolgt in Richtung der mit 16 bezeichneten Strahlen, die durch den elektrooptischen Effekt im Kristall 18 bestimmt

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wird . Durch den Elektronenstrahl 14 wird auf dem Kristall 18 ein Potentialgebirge erzeugt, das ein den Kristall 18 durchsetzendes und • seinen Brechungsindex veränderndes elektrisches Feld erzeugt. Dieses ein bestimmtes Muster darstellendes Potentialgebirge hat eine relativ lange Lebensdauer, so daß ein anderes Muster erst nach einer bestimmten Zeit aufgebracht werden kann. Die bisher vorgeschlagenen Verfahren zum Entfernen des Potentialgebirges bedingen einen hohen technischen Aufwand und haben darüberhinaus den Nachteil, daß sie die Struktur der aufzutragenden Potentialgebirge oder Potential,verteilungen beeinflussen. Gemäß der Erfindung erfolgt das Löschen der Potentialverteilung auf dem Kristalli8 mit Hilfe einer Lampe 20, mit deren Hilfe die' durch den Elektronenstrahl aufgebrachten Ladungen durch den elektrooptischen Kristall hindurch entladen werden. Der Kristall 18 ' besteht daher aus einem Material, das neben dem elektrooptischen Effekt auch einen photoelektrischen Effekt aufweist, der durch die Bestrahlung mit der Lampe 20 ausgelöst wird. In Fig. 1 wird mit 12 eine übliche Kathoden, strahlröhre bezeichnet, deren Beschleunigungsspannung durch die Batterie 22 geliefert wird. An seiner Außenfläche ist der Kristall 18 mit einer durchsichtigen Schicht 24 aus Zinn-Oxydul (SnO) bedeckt, die für den Elektronenstrahl 14 eine geerdete Elektrode darstellt. An der inneren Seite des Kristalls 18 ist eine dielektrische Verspiegelungsschicht 26 angeordnet, die die eine Begrenzung eines optischen Resonators/bildet. Die andere Begrenzung des optischen Resonators wird durch einen Spiegel 28 gebildet.

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Die beispielsweise in Richtung der gestrichelten Linien 16 verlaufende stimulierte Strahlung wird mit Hilfe der Linsen 3OA und 30B auf die Spiegel 28 und 26 fokussiert. Andere, nicht dargestellte Emissionsrichtungen, die" durch eine Drehung der mit 16 bezeichneten Linien um den Mittelpunkt des Rubins 10 entstehen, werden, wie leicht einzusehen ist, in gleicher Weise durch die Linsen 3OA und 3OB auf den reflektierenden Flächen 28 und 26 fokussiert.

Ein Polarisator 32 ist im Strahlengang so angeordnet, daß er von Strahlen aller möglichen Richtungen durchsetzt wird. Hinter diesem nur in einer bestimmten Richtung linear polarisiertes Licht durchlassenden Polarisator ist eine Platte 24 angeordnet, die eine festgelegte Phasendifferenz zwischen zwei senkrecht aufeinanderstellenden Komponenten des sie durchsetzenden Lichtes erzeugt. Die Phasenplatte ist so angeordnet, daß die beiden senkrecht zu-einanderliegenden Komponenten einen Winkel von

45 mit der Durchlassrichtung des Polarisators 32 einschließen. Der Kristall 18 ist so angeordnet, daß die elektrisch induzierbaren Achsen ebenfalls einen Winkel von 45 mit der Durchlassrichtung des Polarisators 32 bilden. In diesem Zusammenhang wird auf die Patentanmeldung US_y Serial No. 412 814 bezug genommen.

Die Anregungsquellen 36, die beispielsweise aus »wir Blitzlampe mit ■ chaubenförmiger Wendel bestehen können, stimulieren den optischen Sender oder Verstärker 10, so daß Licht in einer Vielzahl von einander

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abweichenden Richtungen erzeugt wird, beispielsweise Licht der durch die mit 16 bezeichneten gestrichelten Linien dargestellten Richtung. Der Polarisator 32 läßt nur * Licht mit einer einzigen Lage der Polarisationsebene durch. Nachdem das Licht durch den Polarisator 32 und durch die Phasenplatte 34 durchgetreten ist, sind die beiden senkrecht zueinander stehenden Komponenten der polarisierten Strahlung gegeneinander phasenverschoben. Nach der Reflexion am Spiegel 26 erfährt das Licht beim neuerlichen Durchtritt durch die Platte 34 eine zusätzliche Phasenverschiebung, so daß ein Teil davon vom Polarisator 32 nicht durchgelassen wird, der für das sich in Richtung auf den optischen Sender oder Verstärker 10 fortpflanzende Licht als Analysator wirkt.

Die durch die Phasenplatte 34 erzeugte Phasenverschiebung ist so groß gewählt, daß die Intensität des zum optischen Sender oder Verstärker zurückkehrenden Lichtes nicht ausreicht, unter der Wirkung der Anregungsquellen 36 Licht zu emittieren. Um eine Emission des optischen Senders oder Verstärkers zu erreichen, muß die in der Platte 34 erzeugte Phasenverschiebung durch eine im Kristall 18 erzeugte Phasenverschiebung kompensiert werden. Dies wird dadurch erreicht, daß auf dem Kristall 18 eine Ladung erzeugt wird, die ein den Kristall durch-

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ο setzendes elektrisches Feld erzeugt. Dieses elektrische Feld erzeugt

seinerseits einen elektrooptischen Effekt im KristalH8, der den PoIa-"*-. risationszustand des den Kristall durchsetzenden Lichtes so ändert, daß

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j^j die Wirkung der Phasenplatte 34 aufgehoben wird. Trifft der Elektronen-

strahl 14 den Kristall 18 in der in Figi 1 wiedergegebenen Stelle, so Docket 10 908

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erfolgt ein Senden des optischen Senders oder Verstärkers 10 in Richtung der durch die gestrichelten Linien 16 dargestellten Strahlen, wobei ein Lichtdurchtritt durch den halbdurchlässigen Reflektor 28 an der in der Figur gezeigten Stelle eintritt. Wird ein Senden des optischen Senders oder Verstärkers entlang einer anderen Richtung gewünscht, so muß die an der dargestellten Stelle aufgetragene Ladung wieder entfernt werden. Diese Ladung wird am Kristall während einer Zeit gespeichert, die von der Fähigkeit des Kristalls die Ladung zur geerdeten leitenden Schicht

abhängt

zu übertragenTDer Kristall 18 kann aus verschiedenen Arten von Materialien, beispielsweise aus Zink-Sulfid (ZnS), Galium-Arsenid (GaAs) Gallium-Phosphid (GaP) Silizium-Karbid (SiC) und Zink-Tellurit (ZnTe) bestehen. Aus diesen und ähnlichen Materialien bestehende Kristalle können zwecks Veränderung ihrer Leitfähigkeit mit Verunreinigungen dotiert werden. Sie werden auch als Halbleiter bezeichnet. Daher ist es möglich, die Speicherzeit der auf dem Kristall 18 durch den Elektronenstrahl 14 aufgebrachten Ladungen durch verschiedene Art der Dotierung des Kristalls in einer aus der Halbleitertechnik an sich bekannten Art zu verändern. Diese Speicherzeit ist für den Kristall 18 charakteristisch und wird während der Herstellung desselben entgültig festgelegt.

Zur Änderung der Speicher zeit des Kristalls 18 ist die Lampe 20 vorgesehen, die so ausgebildet ist, daß das von ihr erzeugte Licht diejenigen Frequenzen umfaßt, die im Kristall 18 einen photoelektrischen Effekt erzeugen, d. h., seine elektrische Leitfähigkeit verändern. Jede der oben angeführten Substanzen weist unter der Einwirkung bestimmter Wellen-

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längen des Lichtes einen photoelektrischen Effekt auf. Dieser Effekt kann durch geeignete Dotierung des Kristalls in bekannter Weise vergrößert werden. Für einen aus Zink-Sulfid (ZnS) bestehenden Kristall muß die Lampe 20 ultraviolettes Licht erzeugen. Das vom optischen Sender oder Verstärker 10 herrührende Licht, das im roten Bereich des Spektrums liegt, hat daher keinen Einfluß auf den photoelektrischen Effekt des Kristalls 18, d"er/edoch durch die ultraviolette Bestrahlung durch die Lampe 20 in erheblichem Umfang beeinflußt wird. Das Verhältnis von Hell-zu Dunkel-Leitfähigkeit beträgt bis zu 10 :1.

Wird der Kristall 18 beleuchtet, so wird die auf ihn mittels des Elektronenstrahls 14 aufgebrachte Ladung an die geerdete Schicht 24 abgeführt. Andererseits können die Ladungen bei leitendwerden der Schicht 18 durch eine an der oberen Seite des Kristalls angeordnete und mit einer Batterie 40 verbundene Elektrode und eine zweite geerdete Elektrode 43 abgeführt werden. Bei der in der Fig, I dargestellten Anordnung der Elektroden 41 und 43 ist das durch diese Elektroden erzeugte Feld -transversal zu dem durch den Elektronenstrahl 14 erzeugten Feld, so daß es nicht den Polarisations zustand des Lichtes beeinflußt. Die Lampe 20 kann sowohl im kontinuierlichen als auch im Impulsbetrieb verwendet werden. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist eine Impulsquelle 42 mit der Lampe 20 verbunden, so daß kruze Lichtimpulie erzeugt werden. Die Impuls quelle 42 kann auch dann verwendet werden, wenn auf den Kristall 18 durch den Elektronenstrahl 14 ein ganzes Muster aufgezeichnet wird. Bevor ein anderes Muster aufgezeichnet

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wird, wird durch die Impuls quelle 42 und die Lampe 20 ein Lichtimpuls erzeugt, der das ganze Muster auf dem Kristall löscht. Dieses Verfahren entspricht dem Bildwechsel in einem Laufbild-Projektionsapparat.

Die Anordnung nach Fig. 1 und 2 kann aber auch in anderer Weise betrieben werden. In diesem Fall liefert die Lampe 20 eine konstante Beleuchtung, die die -charakteristische Leitfähigkeit des Kristalls 18 erhöht. Soll daher die Speicherdauer des Kristalls 18 erhöht werden, dann wird der veränderliche Widerstand vergrößert, was eine Herabsetzung der Beleuchtungsstärke und daher eine Verlängerung der Speicherzeit des Kristalls 18 zur Folge hat. Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung ist es daher möglich, die Speicher zeit durch Einstellung der konstanten Beleuchtung durch die Lampe 20 zu verändern und mit Hilfe der Impulsquelle 42 eine vollständige Auslöschung zu erreichen.

In der Anordnung gemäß Fig. 2 ist an der Rückseite des Spiegels 26 eine zusätzliche Schicht 18B mit photoelektrischen Eigenschaften vorgesehen. Der Kristall 18A weist in diesem Ausführungsbeispiel ausschließlich elektrooptische Eigenschaften auf, so daß für den Kristall 18A und die Schicht 18B verschiedene Materialien verwendet werden können. Der Kristall 18A kann beispielsweise aus Kalium-Dihydrogen-Phosphat* (KDP) bestehen, das keine photoelektrischen Eigenschaften aufweist.

Eine andere Änderung gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Aueführungeform besteht in der Quelle für polarisiertes Licht, bei der das Licht einer

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■ Lampe 50 durch eine öffnung 52 hindurchtritt. In einer Linse 54 wird das Licht zu einem parallelen Strahlenbündel kollimiert, das durch die mit 56 bezeichneten Linien dargestellt wird. Ein Filter 58 und ein Polarisator 32A lassen nur Licht einer einzigen Wellenlänge und einer einzigen Polarisationsrichtung durch. Die Lichtstrahlen 46 durchsetzen

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einen Strahlenteiler 60, den Kristall und werden zum Strahlenteiler zurückreflektiert. Bevor das Licht sichtbar wird, durchsetzt es einen zweiten Polarisator 32B dessen Polarisations richtung senkrecht zur Polarisationsrichtung des Polarisators 32A liegt. Liegt daher kein elektrisches Feld am elektrooptischen Kristall 18A an, so sieht der Betrachter kein Licht. Das durch den Polarisator 32B zum Betrachter gelangende Licht entspricht dem durch den Elektronenstrahl 14 erzeugten Ladungsrnuster.

Die Lampe 20 arbeitet wie im Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. 1 angegeben. Die Schicht 18B wird leitend, wenn die Lampe 20 mittels der Impulsquelle 42 angeregt wird und ein Ableiten des Ladungsmusters

bewirkt.

Es ist selbstverständlich auch möglich, an Stelle der in den Figuren dargestellten Kathodenstrahlröhre eine Röhre zu verwenden, bei der die Quelle des Elektronenstrahls exzentrisch angeordnet ist, so daß man das Bild durch die Rückseite der Röhre sehen kann, auf diese Weise würde in der in Fig. 2 dargestellten Anordnung der Strahlenteiler 60

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Elektrooptische Anordnung zur Lichtsteuerung mittels einer auf einer elektrooptischen Schicht befindlichen Potentialverteilung, dadurch gekennzeichnet, daß zum steuerbaren Löschen der Potentialverteilung durch, außerhalb des zu steuernden Frequenzbereiches liegende Frequenzen beeinflußbare photoelektrische Mittel und eine Strahlung der zur Beeinflussung dieser Mittel erforderliche Frequenz emittierende Lichtquelle vorgesehen ist.
2. Elektrooptische Anordnung zur Lichtsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrooptische Schicht zur steuerbaren Ableitung der das Licht steuernden Ladungen auch photoelektrische Eigenschaften aufweist.

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3. Elektrooptische Anordnung zur Lichteteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur steuerbaren Ableitung der da β Licht steuernden Ladungen eine besondere photoelektrische Schicht vorgesehen ist.
4. Elektrooptische Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die das Licht steuernde Potentialverteilung mit Hilfe eines stete rbar ablenkbaren Elektronenstrahls aufgebracht wird.
5. Elektrooptische Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die photoelektrischen Mittel steuernde Lichtquelle durch eine kontinuierliche Stromquelle mit veränderbarer Spannung gesteuert wird.
6. Elektrooptische Anordnung zur Lichtsteuerung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die photoelektrischen Mittel steuernde Lichtquelle zur Abgabe von eine Löschung der gespeicherten Ladungen bewirkenden Lichtimpulse steuerbar ist.
7. Elektrooptische Anordnung zur Lichtsteuerung nach den Ansprüchen

1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Polarisator (32A) aus einem Strahlenteiler (60), einer Kathodenstrahlröhre (12) mit einem von einem Elektronenstrahl beaufschlagten elektrooptischen Kristall (18A), einem das vom Strahlenteiler kommende und imn elektrooptischen Kristall durchsetzende Licht reflektierenden dielektrischen Spiegel

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(26), einer photoelektrischen Schicht (18B), einer diese beaufschlagenden Lichtquelle (20) und einem zweiten Polarisator (32B) besteht, dessen Durchlassrichtung senkrecht zur Durchlassrichtung des ersten Polarisator· liegt, so dall nur in der elektrooptischen Schicht in seinem Polarisationszustand beeinflußtes Licht durchtreten kann.
8. Elektrooptische Anordnung zur Lichteteuerung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem halbdurchlässigen Spiegel (28), einer Linse (30A), einem optischen Sender oder Verstärker (10), einer zweiten Linse (30B), einem Polarisator (32), einer Phasenplatte (34) und einer Kathodenstrahlröhre (12) mit einem durch einen Elektronenstrahl (14) beeinflußbaren elektrooptischen und photoelektrisch wirksamen Kristall (18), einem dielektrischen Spiegel (26), einer steuerbaren Lampe (20) und einer geerdeten.Schicht (24) besteht.

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