DE1964648A1

DE1964648A1 - Light wave modulation system, especially for viewing devices

Info

Publication number: DE1964648A1
Application number: DE19691964648
Authority: DE
Inventors: Raymond Marcy
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1968-12-26
Filing date: 1969-12-23
Publication date: 1970-07-09

Description

"Lichtwellenmodulationssystem insbesondere für Sichtgeräte" Die Erfindung betrifft ein Lichtwellenmodulationssystem insbesondere für Sichtgeräte innerhalb der Bildfernübertragung."Light wave modulation system especially for vision devices" The invention relates to a lightwave modulation system particularly for viewing devices within remote image transmission.

Die herkömmlichen Lichtwellenmodulatoren besitzen im allgemeinen ein elektronen-optisches Kristall, das sich zwischen einem Polarisator und einem Analysator befindet und die Polarisationsebene des Lichtes, das es überträgt, in Abhängigkeit vom Wert eines elektrischen Feldes, in dem es liegt, verändert und zwar mit Hilfe eines Elektrodensystems, dem eine Steuerspannung zugeführt wird. Der Analysator wandelt diese Änderungen der Richtung der Polarisationsebene der vom Kristall übertragenen Lichtwelle in Stärkeschwankungen einer Lichtwelle um, deren Polarisationsebene feststeht und der Bezugsebene des Analysators entspricht. The conventional light wave modulators generally have an electron-optic crystal that sits between a polarizer and a Analyzer and the plane of polarization of the light it transmits in Depending on the value of an electric field in which it is located, changes and with the help of an electrode system to which a control voltage is fed. The analyzer converts these changes in the direction of the plane of polarization light wave transmitted by the crystal to fluctuations in the strength of a light wave, whose polarization plane is fixed and corresponds to the reference plane of the analyzer.

Ein wesentlicher Nachteil dieser Modulatoren liegt darin, daß ihre Übertragungsfunktion nicht linear verläuft. A major disadvantage of these modulators is that their Transfer function is not linear.

Insbesondere bei bestimmten elektronen-optischen Substanzen, die mit dem Pockels- oder Kerr-Effekt arbeiten, ist die Änderung der Intensität der übertragenen Lichtwelle,nach Durchgang durch den Analysator, eine Sinusfunktion der an die Steuerelektroden angelegten Spannung Bei anderen, kürzlich entwidelten Lichtwellenmodulatoren wird ein spontaner, elektronen-optischer Effekt ausgenutzt, der bei bestimmten ferro-elektrischen Kristallen auftritt, die die Eigenschaft einer spontanen Doppelbrechung besitzen und praktisch bistabile optische Systeme darstellen. Einer der Vorteile dieser Substanzen liegt darin, daß die Umschaltung von einem Zustand zum anderen mit Hilfe von wesentlich schwächeren Steuerspannungen als derjenigen erfolgt, mit denen Kristalle gesteuert werden, bei denen der Pockels-Effekt ausgenutzt wird und bei denen die sogenannte induzierte Eigenschaft der Doppelbrechung durch Anlegen eines permanenten elektrischen Feldes erwirkt wird. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß diese Substanzen eine "Speicher" Funktion des Hysterese-Typs aufweisen, wobei ihre beiden spontanen Zustände als stabil anzusehen sind. Ein kurzer Abriß der Eigenschaften der spontanen Doppelbrechung dieser Kristalle ist in einem Artikel der amerikanischen Fachzeitschrift "Proceedings of the IEEE von S.E.In particular with certain electron-optical substances that contain Working the Pockels or Kerr effect is the change in the intensity of the transmitted Light wave, after passing through the analyzer, a sine function of the to the control electrodes applied voltage In other recently developed lightwave modulators a spontaneous, electron-optical effect is used, which occurs with certain ferro-electric Crystals occurs, which have the property of spontaneous birefringence and represent practically bistable optical systems. One of the advantages of these substances is that switching from one state to another with the help of essential weaker control voltages than those with which crystals are controlled in which the Pockels effect is exploited and in which the so-called induced property of birefringence by applying a permanent electrical Field is obtained. Another advantage is that these substances are a "Memory" function of the hysteresis type having their two spontaneous states are to be regarded as stable. A brief outline of the properties of spontaneous birefringence this crystal is in an article in the American journal Proceedings of the IEEE by S.E.

Cummins, Band 55, 1967, Seiten 1537 und 1538 gegeben.Cummins, Vol. 55, 1967, pages 1537 and 1538.

Trotz der Vorteile dieser Kristalle handelt es sich hierbei noch nicht um lineare Modulatoren. Despite the advantages of these crystals, this is still the case not about linear modulators.

Gegenstand der Erfindung ist die Ausnutzung der gegenwärtig bekannten Lichtwellenmodulatoren nach einer neuen Art, um mit Hilfe einer geeigneten Digitalschaltung bzw. -steuerung eine Modulatoreinheit zu erstellen, deren Gesamt-übertragungsfunktion einer linearen Funktion sehr naheliegt. The object of the invention is to utilize those currently known Lightwave modulators of a new kind with the help of a suitable digital circuit or control to create a modulator unit, its overall transfer function is very close to a linear function.

Es liegt ferner in der Zielsetzung der Erfindung, mit Hilfe dieser Modulatoreinheiten Anzeigegeräte aufzubauen, die sich insbesondere zur Sichtbarmachung von definierten Bildern in digitaler Form eignen. It is also the aim of the invention to use this Modulator units to build display devices, in particular for visualization of defined images in digital form.

Gemäß der Erfindung arbeitet ein Lichtwellenmodulationssystem mit einem elektronen-optischen Material im Wellenzug der zu modulierenden Welle und zwar zwischen einem Polarisator und einem Analysator, wobei die Polarisationsebene der zugehörigen Welle eine Rotation erfährt, die von einer Steuerspannung abhängt, die an ein Elektrodensystem angelegt wird und diese Veränderung durch den Analysator in Stärkeschwankungen der übertragenen Welle umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dieses System in Serie zwischen dem Polarisator und dem Analysator n Elemente aus diesem elektronen-optischen Material umfaßt, die jeweils einen Grundmodulator darstellen, der durch ein eigenes Elektrodensystem gesteuert wird und von einem zwei Stellungen besitzenden (0 und 1 z.B.) Schalter die eine oder andere der beiden Steuerspannungen erhält, deren Werte so bemessen sind, daß die Digitalsteuerung der Einheit der n Schalter an das Modulationssystem eine praktisch lineare Ubertragungsfunktion liefert Weitere Grundzüge und Merkmale werden in der nun folgenden, beispielhaft aufzufassenden Beschreibung behandelt und zwar im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen, wobei - Fig. 1 ein Prinzipschema des erfindungsgemäßen Lichtwellen-Mbdulatinssystems, - Fig. 2 ein Schaubild zur Darstellung der Übereinstimmung zwischen den einzelnen Intensitätsstufen am Ausgang einer erfindungsgemäßen Modulatoranordnung sowie die entsprechenden Stellungen der n Steuerschalter in der Art der in Zeichnung 1 dargestellten, - Fig. 3 eine Kurve zur Darstellung der Dämpfung, die von einem der Grundmodulatoren eingebracht wird, die zu der in Zeichnung 1 dargestellten Anordnung gehören und zwar in Abhängigkeit von der angelegten Steuerspannung im Falle eines mit induziertem Pockels-Effekt arbeitenden elektronenoptischen Kristalls. According to the invention, a light wave modulation system cooperates an electron-optical material in the wave train of the wave to be modulated and although between a polarizer and an analyzer, the plane of polarization the associated shaft experiences a rotation that depends on a control voltage, which is applied to an electrode system and this change through the analyzer in strength fluctuations of the transmitted wave is implemented, thereby characterized that this system is in series between the polarizer and the analyzer Includes n elements made of this electron-optical material, each having a basic modulator which is controlled by its own electrode system and by a Switches with two positions (0 and 1 e.g.) one or the other of the two Receives control voltages, the values of which are such that the digital control the unit of the n switches to the modulation system has a practically linear transfer function supplies Further basic features and characteristics are given in the following, by way of example treated description to be understood in connection with the attached Drawings, wherein - Fig. 1 is a basic diagram of the light wave Mbdulatinssystems according to the invention, FIG. 2 is a diagram showing the correspondence between the individual Intensity levels at the output of a modulator arrangement according to the invention and the corresponding positions of the n control switches in the manner of the one shown in drawing 1, 3 is a graph showing the attenuation exerted by one of the basic modulators is introduced, which belong to the arrangement shown in drawing 1 and depending on the applied control voltage in the case of one with induced Pockels effect working electron optical crystal.

- Fig. 4 eine Kurve zur Veranschaulichung der Drehung der Richtungrder Polarisationsebene des Lichtes über einen der in Zeichnung 1 dargestellten Grundmodulatoren und zwar in Abhängigkeit von der ihm angelegten Steuer spannung im Beispiel eines mit spontaner Dbppelbrechung arbeitenden elektronen-optischen Kristalls, - Fig. 5 ein Prinzipschema eines Grundmodulators des erfindungsgemäßen Modulationssystems innerhalb einer Sonderanwendung auf einen Sichtschirm, - Fig. 6 ein Symbolschema der Matrixanordnung der Steuerelektroden eines Grundmodulators in der Art der in Zeichnung 51 dargestellten zum Gegenstand hat. 4 is a graph illustrating the rotation of the directional wheels Polarization plane of the light via one of the basic modulators shown in drawing 1 and depending on the control voltage applied to it in the example of one electron-optical crystal working with spontaneous double refraction, - Fig. 5 shows a basic diagram of a basic modulator of the modulation system according to the invention within a special application on a viewing screen, - Fig. 6 a symbol scheme of the matrix arrangement of the control electrodes of a basic modulator in the manner of that shown in drawing 51 as its subject.

Gemäß der Erfindung besteht das in Zeichnung 1 dargestellte Modulationssystem aus einer Anzahl von n Elementen, die als Grundmodulatoren bezeichnet werden (M1 bis Mm) und in Kaskadenanordnung im Wellenzug des nach seiner Intensität zu modulierenden Lichtbündels liegen und zwar zwischen einem Polarisator und einem Analysator, die beide nicht dargestellt wurden. Jeder dieser Grundmodulatoren M1 bis Mn trägt in bekannter Weise n elektronen-optisches Material, das einen der vorher genannten elektronen-optischen Effekte ausnutzt, z.B. entweder den Pockels-Effekt oder den Kerr-Effekt. Im weiteren Verlauf der Beschreibung werden Beispiele gegeben, innerhalb derer mit Kristallen gearbeitet wird, die mit induzierter Doppelbrechung arbeiten und den sogenannten ,induzierten" Pockels-Effekt (Zeichnung 3)auswerten; ferner werden Kristalle mit spontaner Doppelbrechung beschrieben, die den sogenannten "spontanen" Pockels-Effekt (Zeichnung 4) aus-i nutzen. In beiden Fällen wurde die Anordnung der n Elemente in der Form gewählt, daß die normalerweise nicht linear verlaufende Übertragungskurve (Zeichnungen 3 und 4) durch eine Treppenkurve (Zeichnung 2) ersetzt wird, deren allgemeiner Verlauf einer Geraden sehr nahekommt und innerhalb der meisten Anwendungsfälle als linear angesehen werden kann. According to the invention, there is the modulation system shown in drawing 1 from a number of n elements, which are referred to as basic modulators (M1 to Mm) and in a cascade arrangement in the wave train of the to be modulated according to its intensity Light bundle lie between a polarizer and an analyzer, which neither were shown. Each of these basic modulators M1 to Mn contributes to known manner n electron-optical material, which one of the aforementioned exploits electron-optical effects, e.g. either the Pockels effect or the Kerr effect. In the further course of the description, examples are given within who work with crystals that work with induced birefringence and evaluate the so-called "induced" Pockels effect (drawing 3); crystals with spontaneous birefringence are described, the so-called "spontaneous" Use the Pockels effect (drawing 4) from-i. In both cases the arrangement was of the n elements chosen in the form that the normally non-linear Transfer curve (drawings 3 and 4) replaced by a stepped curve (drawing 2) whose general course comes very close to a straight line and within most of them Use cases can be viewed as linear.

Innerhalb eines ersten Aufbaubeispiels werden elektronenoptische Kristalle verwendet, die mit dem induzierten Pockels-Effekt arbeiten. In diesem Falle ist der Aufbau aller Elementarmodulatoren 111 bis Mm gleich und es liegt eine Übertragungsfunktion vor, bei der nach Durchgang durch einen Analysator die Lichtinten4 sität der übertragenen Welle von der Steuerspannung V abhängt, wie aus der in Zeichnung 3 dargestellten Kurve I = f (V) ersichtlich ist. Die Steuerung dieser n Modulatoren erfolgt über die Schalter 1 bis Kn, die jeweils zwei Schaltstellungen besitzen, die mit 0 und 1 bezeichnet werden. In der Stellung 0 legen diese Schalter K1 bis Kn an die Steuerelektroden der entsprechenden Modulatoren M1 bis Mn eine Steuerspannung Vo in, der Form an, daß diq, übertragene Welle eine Polarisationsebene aufweist, die dem Übertragungsmaximum 10 dieser Modulatoren entspricht, wie aus der Kurt ve in Zeichnung 3 ersichtlich ist. In der Stellung 1 legen die Schalter K1 bis Kn die Spannungen V1 bis Vn an die Steuerelektroden der entsprechenden Modulatoren M1 bis Mn an. Within a first structural example, electron-optical Used crystals that work with the induced Pockels effect. In this Case, the structure of all elementary modulators 111 to Mm is the same and there is one Transfer function before, in which, after passing through an analyzer, the light inks 4 sity of the transmitted wave depends on the control voltage V, as shown in the drawing 3 shown curve I = f (V) can be seen. The control of these n modulators takes place via switches 1 to Kn, each of which has two switch positions, which are denoted by 0 and 1. In the 0 position, these are placed counter K1 to Kn to the control electrodes of the corresponding modulators M1 to Mn Control voltage Vo in, of the form that diq, transmitted wave has a plane of polarization which corresponds to the transmission maximum 10 of these modulators, as from the Kurt ve in drawing 3 can be seen. The switches are in position 1 K1 to Kn transfer the voltages V1 to Vn to the control electrodes of the corresponding modulators M1 to Mn.

Der Wert dieser Spannungen ist dabei so bemessen, daß das durch eine Spannung V. gesteuerte Element M. die Polarisationt-1 1 ebene der übertragenen Welle in der Weise dreht, daß - ist 10 die Stärke bzw. Intensität der empfangenen Welle - die Intensität der ausgehenden Welle, nach Analyse, in dem Verhältnis 2n t gedämpft wird und den Wert 2n 1 40 besitzt. 2n 2n Die Zeichnungen 2 und 3 betreffen den Fall, bei dem n gleich 3 ist. Die in Stellung 1 der Schalter K1, K2, K3 an die Modulatoren. The value of these tensions is measured in such a way that the through a Voltage V. controlled element M. the polarizationt-1 1 plane of the transmitted wave rotates in such a way that - 10 is the strength or intensity of the received wave - the intensity of the outgoing wave, according to analysis, attenuated in the ratio 2n t and has the value 2n 1 40. 2n 2n Drawings 2 and 3 relate to the case where n equals 3. The switches K1, K2, K3 in position 1 to the modulators.

M1, M2, M3 angelegten Spannungen V1, V2 und V3 sind, wie aus der Kurve in Zeichnung 3 ersichtlich, index Weise gewählt, daß jeder, dieser genannten Modulatoren, der die Polarisationsebene der übertragenen Welle dreht, dazu beiträgt, die resultierende Welle In zu dämpfen, die sich nach Analyse im Verhältnis ½, 1/4 und 1/8 jeweils für M1, M2 und M3 ergibt.M1, M2, M3 applied voltages are V1, V2 and V3 as shown from the graph can be seen in drawing 3, index way chosen that each of these mentioned modulators, which rotates the plane of polarization of the transmitted wave, contributes to the resulting Wave In to attenuate, which according to analysis is in the ratio ½, 1/4 and 1/8 respectively for M1, M2 and M3 results.

Eine Digitalsteuerung der Schalter K1, K2, K3 ermöglicht somit, 2n = 23 = 8 bestimmte Ebenen für die Ubertragungskurve der Einheit des mit drei Grundmodulatoren arbeitenden Systems festzulegen, wobei diese untereinander durch gleiche Ebenenintervalle getrennt sind. A digital control of the switches K1, K2, K3 thus enables 2n = 23 = 8 specific levels for the transmission curve of the unit with three basic modulators working system, these with each other by the same level intervals are separated.

Aus Zeichnung 2 sind diese acht möglichen Ebenen ersichtlich, sowie darüberhinaus für jede von ihnen die entsprechende Stellung der Schalter K1, K2, K3. Jeder Ebene entspricht demnach ein bestimmter Binärausdruck, der sich im Beispiel der Zeichnung j aus 3 Digits zusammensetzt. From drawing 2 these eight possible levels can be seen, as well In addition, for each of them the corresponding position of the switches K1, K2, K3. Each level corresponds to a certain binary expression, which is shown in the example of drawing j is composed of 3 digits.

Die Gleichheit der einzelnen Ebenenintervalle ermöglicht somit die Linearisierung der Amplitude des Signals und zwar unabhängig davor, b das Signal der Grundmodulatoren M1 bis Mn des na£nten Systems einen nicht linearen Charakter aufweist. The equality of the individual level intervals thus enables the Linearization of the amplitude of the signal independently of it, b the signal the basic modulators M1 to Mn of the specified system have a non-linear character having.

Somit wurde eine Gerade näherungsweise auf einem Schaubild als "Treppenkurve" dargestellt.Thus, a straight line was approximated on a graph as a "staircase curve" shown.

Die Digitalsteuerung der Schalter K1 bis Kn führt zu einer Kodierung der Ebenen der übertragenen Lichtintensität, eine Tatsache, die in sich betrachtet, zahlreiche Vorteile aufweist. So kann beispielsweise mit Hilfe des erfindungsgemäß aufgebauten Systems ohne weiteres eine Bildfernübertragung nach einem linearen Modulationsgesetz und einer Kodierung des Videofrequenzsignals durchgeführt werden, wodurch gewisse Ubertragungsfehler ausgeschlossen werden können, deren Einfluß auf ein binär kodiertes Signal nicht so starke Folgen hat. The digital control of the switches K1 to Kn leads to a coding of the levels of transmitted light intensity, a fact that, considered in itself, has numerous advantages. For example, with the aid of the invention built-up system easily a remote image transmission according to a linear modulation law and an encoding of the video frequency signal are performed, whereby certain Transmission errors can be excluded, their influence on a binary coded Signal does not have such strong consequences.

Diese Form der Bildübertragung kann beispielsweise innerhalb eines künstlichen Satelliten bzw. auf Telefonkanäle Anwendung finden. soeben beschriebene Aufbauform unter Verwendung des sogenannten "induzierten" Pockels-Effekt von bestimmten elektronen-optischen Kristallen bietet trotz der Verbesserungen durch das Modulationsverfahren noch gewisse Nachteile. This form of image transmission can, for example, within a artificial satellites or telephone channels are used. just described Design using the so-called "induced" Pockels effect of certain electron-optic crystals offers despite the improvements made by the modulation method still have certain disadvantages.

Ermöglicht dieses System die Modulation eines Lichtbündels gemäß einem annähernd linearen Gesetz und kann eine direkte Dekodierung eines digital verarbeiteten Signals vorgenommen werden, so wird hierbei keine Speicherfunktion geboten und die Drehungen der Polarisatipnsebene des von den Grundmodulatoren übertrag, genen Lichtes und demzufolge die hieraus entstehende Lichtintensitätsmodulation werden sich in dem Augenblick aufheben, in dem die Steuerspannungen V1 bis Vn nicht mehr auf die Steuerelektroden der Modulatoren M1 bis Mn wirken. Außerdem benötigen diese Modulatoren M1 bis Mn, wie bereits erwähnt wurde, sehr hohe Steuerspannungen in der Größenordnung von beispielsweise einigen Kilo-Volt, um die Polarisationsebene der übertragenen Welle um 90 zu drehen, d.h. um beispielsweise von einem übertragungsminimum zu einem -maximum bzw. umgekehrt umzuschalten. This system enables the modulation of a light beam according to an approximately linear law and can be a direct decoding of a digital processed signal, there is no storage function required and the rotations of the polarization plane of the transmitted by the basic modulators, Genes of light and consequently the resulting light intensity modulation will cancel each other out the moment the control voltages V1 to Vn fail act more on the control electrodes of the modulators M1 to Mn. Also need these modulators M1 to Mn, as already mentioned, have very high control voltages on the order of, for example, a few kilo-volts, around the plane of polarization of the transmitted shaft by 90, i.e. by, for example, from a transmission minimum to switch to a maximum or vice versa.

Zur Beseitigung-dieser Nachteile erweist es sich als interessant, ein erfindungsgemäßes Lichtmodulationssystem mit digitaler Steuerung zu verwenden, fernerhin elektronen-optische Kristalle mit spontaner Doppelbrechung, wie diese z.B. durch transparente ferro-elektrische Substanzen wie z,B. Molybdate seltener Erden oder Boracite geliefert werden Es ist bekannt, daß Kristalle dieser Art mit spontaner Doppelbrechung, die zwischen Elektroden angeordnet werden, denen eine Steuerspannung V zugeführt wird, die Polarisationsebene eine; empfangenen polarisierten Welle drehen und zwar gemäß einer Kurve; wie in Zeichnung 4 dargestellt, vom Typ einer Hystereseschleife. In order to eliminate these disadvantages, it turns out to be interesting to use a light modulation system according to the invention with digital control, furthermore, electron-optical crystals with spontaneous birefringence, like this one e.g. through transparent ferroelectric substances such as Molybdates rare earths or Boracite are supplied It is known that crystals of this Type with spontaneous birefringence, which are placed between electrodes, which a control voltage V is supplied, the polarization plane a; received polarized Rotate shaft according to a curve; as shown in drawing 4, of the type a hysteresis loop.

Die Drehung P der Polarisationsebene der übertragenen Welle, die von der Steuerspannung V abhängt, ist darüberhinaus von der Stärke des Kristalls abhängig, das die zu modulierende Welle durchdringt. Hierbei handelt es sich immer um eine geringe Stärke in der Größenordnung von einigen Mikron und zwar für Kristalle dieser Art. Handelt es sich hingegen um Kristalle mit induziertem Pockels-Effekt, so handelt es sich um wesentlich stärkere Exemplare, eine Tatsache, die wiederum als Nachteil zu werten ist. The rotation P of the plane of polarization of the transmitted wave that depends on the control voltage V, is also on the strength of the crystal that penetrates the wave to be modulated. This is always the case a small thickness, on the order of a few microns, for crystals of this type. If, on the other hand, it is a matter of crystals with an induced Pockels effect, so the specimens are much stronger, a fact that in turn is to be rated as a disadvantage.

Diese Kristalle mit spontaner Doppelbrechung eignen sich gut zur Herstellung eines erfindungsgemäß aufgebauten Modulators vom Typ des in Zeichnung Idargestellten. Diese bieten nicht nur zwei optisch-stabile Zustände, die sich hervorragend für eine Digitalsteuerung eignen, sondern darüberhinaus kann die Schaltung von einem Zustand in den anderen mit relativ geringen Steuerspannungen vollzogen werden, Spannungen in der Größenordnung von einig gen zehn Volt.These crystals with spontaneous birefringence are well suited for manufacture a modulator constructed according to the invention of the type shown in the drawing. These not only offer two optically stable states that are excellent for a digital control are suitable, but in addition, the circuit of a State in the other are accomplished with relatively low control voltages, tensions on the order of a few tens of volts.

Zum Aufbau eines Modulationssystems mit agitaler Steuerung entsprechend dem Prinzipschema der Zeichnung 1 werden n Grundmodulatoren Mi, die jeweils aus einer Platte dieses Kristalls bestehen, wie vorher beschrieben zwischen zwei Elektroden gebracht, zwischen denen eine Steuerspannung V. angelegt wird, wobei diese in Kaskadenanordnung im Wellenzug der zu modulierenden Welle liegen und zwar zwischen einem Polarisator und einem Analysator. Corresponding to the construction of a modulation system with agital control the basic scheme of drawing 1 are n basic modulators Mi, each from a plate of this crystal exist, as previously described, between two electrodes brought, between which a control voltage V. is applied, these in a cascade arrangement lie in the wave train of the wave to be modulated, namely between a polarizer and an analyzer.

Über einen zwei Stellungen besitzenden Schalter Ki (Stellungen O und 1) wird die Steuerspannung V. an die Steuerelektroden jedes Modulators Mi herangeführt. Im vorliegenden Falle weichen die über die Schalter K1 bis Kn auf die Elektroden der Modulatoren geschalteten Steuer spannungen leicht von den in Zeichnung 1 dargestellten Spannungen VO und V1 bis Vn ab und zwar infolge der bistabilen Art der Kristalle, aus denen die Modulatoren bestehen.A switch Ki with two positions (positions O and 1) the control voltage V. is applied to the control electrodes of each modulator Mi. In the present case, the switches K1 to Kn give way to the electrodes of the modulators switched control voltages slightly different from those shown in drawing 1 Tensions VO and V1 to Vn due to the bistable nature of the crystals from which the modulators exist.

Somit wird in der'Stellung 0 eines Schalters K. z.B. Thus, in the 'position 0 of a switch K. e.g.

eine Spannung + Vi empfangen, die ausreicht, um das Kristall in den optischen Zustand Eo umzuschalten, für den die Polarisationsebene der übertagenen Welle eine Drehung von + Pi gegenüber einer Bezugsposition erfahren hat, während in der Stellung 1 des gleichen Schalters K eine symmetrische Spannung - Vi empfangen wird, bei der sich das Kristall im optischen Zustand E1 befindet, bei dem wiederum die Polarisationsebene der übertragenen Welle eine Drehung von - pi gegenüber der gleichen Bezugsposition erfahren hat. Davon ausgegangen, daß die beiden Zustände Eo und E1 als stabil anzusehen sind, ist es verständlich, daß es ausreicht, an die Steuerelektroden einen Spannungsimpuls + V. anzulegen.receive a voltage + Vi sufficient to move the crystal into the to switch optical state Eo for which the plane of polarization of the transmitted Shaft has experienced a rotation of + Pi with respect to a reference position, while in position 1 of the same switch K a symmetrical voltage - Vi received in which the crystal is in the optical state E1, in which again the plane of polarization of the transmitted wave a rotation of - pi with respect to the has experienced the same reference position. Assume that the two states Eo and E1 are to be regarded as stable, it is understandable that it is sufficient to Apply a voltage pulse + V to the control electrodes.

Eine derartige Impulssteuerung bietet den Vorteil, daß der Durchschnittswert der erforderlichen Leistung herabgesetzt werden kann . Außerdem reichen, wie bereits erwähnt, Spannungen relativ geringer Amplitude von einigen zehn Volt aus, um das Kristall von einem Zustand in den anderen umzuschalten. Vorteile dieser Art vereinfachen erheblich die Steuerschaltungen, die Schalter K1 bis K die demzufolge durch Niederspannungs-Transietoren oder selbst durch integrierte Schaltkreise dargestellt werden können. Such a pulse control has the advantage that the average value the required performance can be reduced. In addition, they are enough, as already mentioned, voltages of relatively low amplitude of a few tens of volts to the To switch crystal from one state to the other. Simplify advantages of this kind considerably the control circuits, the switches K1 to K which are consequently through low-voltage transit gates or can be represented by integrated circuits themselves.

Um sicherzustellen, daß die somit gebildete Modulators einheit eine treppenförmige Übertragungsfunktion in der Art der in Zeichnung 2 dargestellten besitzt, ist es ausreichend, wenn die Stärke des Kristalls jedes Grundmodulators Mi und die entsprechende Steuerspannung Vi in der Form bemessen werden, daß jeder dieser genannten Modulatoren dazu beiträgt, die Welle 1n in dem Verhältnis 2n i zu dämpfen. To ensure that the modulator unit thus formed one step-shaped transfer function of the type shown in drawing 2 it is sufficient if the strength of the crystal has each basic modulator Mi and the corresponding control voltage Vi are dimensioned in such a way that each these modulators mentioned contributes to the wave 1n in the ratio 2n i to dampen.

2n Zeichnung 5 zeigt in schematischer Form eine Schnittdarstellung eines Teiles eines Sichtgeräts unter Anwendung der erfindungsgemäßen Lichtmodulationsverfahren eines Bündels F. 2n drawing 5 shows a sectional illustration in schematic form of a part of a viewing device using the light modulation method according to the invention a bundle F.

Dieses Sichtgerät kann entweder für eine Direktdarstellung oder für die Projektion eines Bildes verwendet werden, das durch verschlüsselte Informationen definiert wird.This display device can either be used for direct display or for the projection of an image used by encrypted information is defined.

Auf dieser Zeichnung ist lediglich eine der n Einheiten Mi dargestellt, die sich im Wellenzug des zu modulierenden Lichtbündels F, vor dem Analysator A, befinden. In this drawing only one of the n units Mi is shown, which are in the wave train of the light bundle F to be modulated, in front of the analyzer A, are located.

Innerhalb dieses Beispieles besteht jeder Grundmodulator Mi aus einer Platte C eines elektronen-optischen Kristalls mit spontanem, elektronen-opischen Effekt, der, wie vorher beschrieben, zwei stabile Zustände bietet Die Steuerelektroden werden in hekannter Weise durch transparente, horizontal und senkrecht verlaufende (h und v) Bänder gebildet, die sich auf transparenten Auflagen (T) befinden und somit einen Matrixzutritt zu den verdeckten Zonen des Kristalls C ermöglichen, die die,Punkte" des übertragenen Bildes darstellen. Within this example, each basic modulator Mi consists of one Plate C of an electron-optical crystal with spontaneous, electron-optical Effect that, as previously described, offers two stable states The control electrodes are known in a well-known way through transparent, horizontal and vertical ones (h and v) formed bands that are on transparent supports (T) and thus allow a matrix access to the hidden zones of the crystal C, which represent the "points" of the transmitted image.

Zeichnung 6 zeigt schematisch die Zugriffsmatrix, die durch diese Elektroden gebildet wird. Die Anzahl m von horizontalen Streifen hi und p der senkrechten Streifen vi hängt von der gewünschten Bildauflösung ab, deren "Punkt"-Zahl gleich m x p ist" Die Modulation des Bündels F in jdem dieser m x p Punkte Pii, die somit entstehen, wird z.B. dadurch erreicht, daß man an die beiden Elektrodenbänder hi und vi, die somit die Spannungen festlegen, jeweils + Vi l 2 und - Vi 1 2 (wie aus Zeichnung 4 ersichtlich) oder - Vi 1 2 und + V. / 2 in der Form anlegt, daß 1 1 die betreffende Zone des Kristalls, wie vorher beschrieben, entweder in den Zustand Eo oder in den Zustand E1 kippt. Der Übergang von einem Zustand in den anderen erfolgt wie vorher beschrieben über die Schaltersteuerung, wobei die Spannungen + Vi/2 in - V. l2 und umgekehrt umgeschaltet werden. Bei einer solchen Steu-; erung gerät lediglich die Zone des Kristalls unter die Wirkung eines von der Spannung + V. erzeugten Feldes, die sich im Punkt Pii befindet, wobei die genannte Spannung für den Kippvorgang ausreicht, wobei die anderen Zonen unter die Einwirkung von Feldern geraten, die durch die Spannungen + Vi oder - Vi entstehen, jedoch nicht ausreichen, 2 2 um ein Kippen zu verursachen (siehe Zeichnung 4). Drawing 6 shows schematically the access matrix created by this Electrodes is formed. The number m of horizontal strips hi and p of the vertical ones Stripe vi depends on the desired image resolution, whose "point" number is the same m x p is "The modulation of the bundle F in each of these m x p points Pii, which thus is achieved, for example, by attaching hi to the two electrode strips and vi, which thus determine the voltages, + Vi l 2 and - Vi 1 2 (as from Drawing 4 can be seen) or - Vi 1 2 and + V. / 2 applies in the form that 1 1 the relevant zone of the crystal, as previously described, either in the state Eo or to the state E1. The transition from one state to the other takes place as previously described via the switch control, where the voltages + Vi / 2 in - V. l2 and vice versa can be switched. With such a tax; eration device only the zone of the crystal under the action of one generated by the voltage + V Field, which is located at point Pii, said voltage for the tilting process sufficient, with the other zones coming under the action of fields that due to the voltages + Vi or - Vi arise, but not sufficient, 2 2 um a To cause tilting (see drawing 4).

Die Steuerung aller Elementarzonen wie Pii, die das Kristall bilden, erfolgt nach Sequenzen, wobei jede Zone die Binärinformation speichert: Zustand Eo oder Zustand E1 Das innerhalb der Erfindung beschriebene Modulationsverfahren eignet sich besonders für derartige Systeme Um eine annähernd lineare Uhergangskurve zu erzielen reicht es demnach aus, eine Anzahl von n Grundmodulatoren wie Mi in Serie im Wellenzug des Bündels F anzuordnen, wobei jeder Grundmodulator in der Lage ist, die Lichtintensität in einem Verhältnis von zn 2 zu dämpfen und darüberhinaus jedem Punkt Pij 2n jeder Grundmodulatoreinheit einen Steuerschalter zuzuordnen, der an die betreffenden Elektroden die Spannungen t Vi anlegt.The control of all elementary zones like Pii that make up the crystal, takes place according to sequences, with each zone storing the binary information: state Eo or state E1 The modulation method described within the invention is particularly suitable for such systems. Around an approximately linear transition curve it is therefore sufficient to achieve a number of n basic modulators such as Mi in To arrange series in the wave train of the bundle F, each basic modulator being able to is to attenuate the light intensity in a ratio of zn 2 and beyond assign a control switch to each point Pij 2n of each basic modulator unit, which applies the voltages t Vi to the electrodes concerned.

2 Die Digitalsteuerung der n Schalter, die jeweils selbst den Zustand der n Zonen wie Pii steuern, die vom gleichen Bruchteil des Bündels F durchflossen werden und für einen Beobachter OE (Zeichnung 5) den gleichen Bildpunkt definieren,- liefert eine praktisch lineare Modulation der Leuchtstärke des Bündels. 2 The digital control of the n switches, each with its own state of the n zones like Pii through which the same fraction of the bundle F traversed and define the same image point for an observer OE (drawing 5), provides a practically linear modulation of the light intensity of the beam.

Somit dienen die erfindungsgemäßen Modulationsverfahren sowie die verwendeten Systeme der Vereinfachung insbesondere bei der Sichtbarmachung von Bildern, die durch digitale Informationen definiert werden, woraus sich eine vielseitige Anwendung ergibt wie beispielsweise bei der Bild-Fernübertragung über Telefonkanäle oder z.B. Satelliten. The modulation method according to the invention and the systems of simplification used, in particular for the visualization of images, which are defined by digital information, resulting in a versatile Application results, for example, in remote image transmission via telephone channels or e.g. satellites.

Neben der Schaffung von optischen Modulatoren mit praktisch linear verlaufender Übergangsfunktion ermöglicht die Erfindung den Aufbau von wesentlich flacheren Bildschirmen im Vergleich zu den üblichen Katodenstrahlröhren und bieten darüberhinaus eine erhöhte Zuverlässigkeit. In addition to creating optical modulators with practically linear running transition function, the invention enables the construction of essential flatter screens compared to the usual cathode ray tubes and offer in addition, increased reliability.

Bildschirme dieser Art weisen darüberhinaus einen punktweisen Matrixzugriff auf, wobei jeder Punkt einen eigenen Speicher besitzt. Dadurch ist es möglich, z.B. bei einem Wechsel des übertragenen Bildes, lediglich den Zustand der Punkte zu verändert, wodurch bei einer Bild-Fernübertragung die Anzahl der zu übertragenden Informationen verringert werden kann. Screens of this type also have point-by-point matrix access each point has its own memory. This makes it possible, e.g. when changing the transmitted image, only changing the state of the points, whereby the number of information to be transmitted in a remote image transmission can be reduced.

Es gilt als selbstverständlich, daß die beispielhaft gegebene Beschreibung alle hieraus ableitbaren Varianten gleicher maßen in die Erfindung einschließt. It goes without saying that the description given by way of example includes all variants derived therefrom equally in the invention.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Light wave modulation system especially for viewing devices under Use of an electron-optical material that is located in the wave train of the to be modulated Wave is located between a polarizer and an analyzer and the polarization o plane of the received wave imparted a rotation caused by a control voltage depends, which is carried to an electrode system and through the analyzer in Intensity fluctuations of the transmitted wave is implemented, characterized in that that this is a number n elements in series between the polarizer and the analyzer (M1 to Mn) of this electron-optical material possesses, each of which has a basic modulator which is controlled by an associated electrode system and by a Switches (K1 to Kn) with two positions (0 and 1) one or the other of the receives both control voltages, the values of which are such that the digital control the unit of the n switches with the aid of a digital signal consisting of n digits provides a practically linear transition function to the modulators.

2. Light wave modulation system according to claim 1, characterized in that that one of the two positions of the switch (K1 - Kn) the creation of a first of the corresponds to both control voltages at the control electrodes of each basic modulator (Mi), which leads to a transmission maximum of these modulators, while the other position applying the second of the two control voltages to the control electrodes each Basic modulator (Mi) corresponds to the rotations of the plane of polarization of the transmitted Wave leads, while each basic modulator (Mi) to it contributes to attenuate the wave emanating from the analyzer in the ratio n-i C where i is a whole Represents a number which 2n has a different value for each of the named modulators).

3. Modulation system according to claim 2, characterized in that in the case of the basic modulators, which are made from electron-optical crystals len with induced Birefringence are built up, the n basic modulators arranged in cascade form (M1 to Mn) have the same structure and also the first (VO) of the two control voltages for all n basic modulators (M1 to Mm)) is the same and the second (V1 to Vn) this control voltages depends on the attenuation 2, which is the basic modulator in question 2n (Mi) of the wave to be modulated.

4. modulation system according to claim 2, characterized in that the basic modulators, which are made up of electron-optical crystals with spontaneous birefringence are built up, as well as the two mentioned control voltages (+ Vi, - Vi), which are behave symmetrically to a reference potential, are dimensioned so that each tilting of the crystal into one of the two optically stable states (E0, E1) and also the strength of the crystal through which the wave to be modulated flows for each basic modulator (Mi) depends on the attenuation 2n i that the relevant Basic modulator (04 i) has to convey the 2n wave to be modulated.

5. modulation system according to claim 4, characterized in that the said switches, which have two positions (O and 1), are made by transistors are shown corresponding to the value of a pulse control signal applied to them locked or saturated.

6. Application of modulation systems for the intensity of a light wave according to one of claims 4 or 5 to a viewing device, characterized in that the bundle of light to be modulated includes the n basic modulators (M1 to Mn) mentioned in Cascade arrangement goes through, the latter each from an electron optisehen Crystal plate with spontaneous birefringence be formed that is arranged between the control electrodes and in one opposite to the bundle perpendicular allowing point-by-point matrix access to the crystal plate said electrodes being two groups of parallel to each other Form conductor tracks that are electrically independent of one another and these are arranged in the groups on both sides of the plate in such a way that the m bands of one group are perpendicular to the p bands of the other group and the m x p intersection zones of said groups define the image points.

7. Viewing device according to claim 6, characterized in that the light intensity modulation of the bundle (F) at each of the m x p points (Pii) by using out of n digits existing digital signals, these digits being the ones to be made visible Contain information about the n switches with two positions between the two perpendicular electrodes (ii and vi), whose intersection zone den relevant point (Pii) defines one or the other of the two control voltages place.

8. Viewing device according to claim 7, characterized in that to achieve one or the other control voltage - between the two perpendicular ones Electrodes (hi and vi), the intersection zone of which has a point (Pii) between the m x p Points defined - the two electrodes mentioned receive voltages that their absolute value according to the help (Vi / 2) of the absolute value of both control voltages and are symmetrical to each other (i.e. + Vi / 2 and - Vi / 2 or - Vi / 2 and + Vi (2) where the other electrodes (h1 hi - 1 'hi + 15 hm; v1 ... vi-1, vi + 1 .... vp) Form reference potential.

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