DE19731135C2

DE19731135C2 - Anordnung und Verfahren zur elektrischen Steuerung der Intensität von unpolarisiertem Licht

Info

Publication number: DE19731135C2
Application number: DE1997131135
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Prof Dr Dultz; Leonid Dr Beresnev; Galina Patrusheva
Original assignee: Deutsche Telekom AG
Current assignee: Deutsche Telekom AG
Priority date: 1997-07-19
Filing date: 1997-07-19
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2017-07-20
Also published as: DE19731135A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur elektrischen Steuerung der Intensität von unpolarisiertem Licht, wobei ein polarisierender Strahlenteiler über eine Eintrittsfläche derart mit dem zu steuernden Licht beaufschlagt ist, daß es in zwei orthogonal zueinander polarisierte Lichtbündel aufgespalten wird.

Für eine Vielzahl von Anwendungen auf dem Gebiet der Optik, beispielsweise in der Informationsverarbeitung, in der Lasertechnik und für viele geodätische, astronomische und navigatorische Anwendungen werden Anordnungen benötigt, die Licht schalten oder modulieren können.

Bei bekannten derartigen elektro-optischen Schaltern und Modulatoren werden entweder Kristalle oder Flüssigkristalle verwendet. Transparente Kristalle, wie beispielsweise LiNbO3, benötigen hohe Arbeitsspannungen, erlauben nur geringe Aperturen und sind kostenspielig. Wegen der kleinen Lichtbündeldurchmesser sind sie zur Schaltung von Lichtbündeln, welche Abbildungen enthalten, wenig geeignet. Infolge der hohen Dispersion ist außerdem die Verwendung von monochromatischen Lichtquellen (Laser) erforderlich. Die optischen und elektrischen Parameter werden im Gebrauch verändert und verschlechtern somit die Eigenschaften des elektro-optischen Schalters bzw. Modulators. Außerdem geht 50% des Lichtes verloren, da diese Schalter und Modulatoren in Verbindung mit Polarisatoren eingesetzt werden.

Bei einem bezüglich dieser Eigenschaften verbesserten optischen Modulator, der durch DE 30 13 498 A1 bekanntgeworden ist, werden beide Polarisationsrichtungen in Verbindung mit einem polarisierenden Strahlenteiler genutzt. Die übrigen genannten Nachteile bleiben jedoch bestehen. Ferner ist es bei dem bekannten Modulator nachteilig, daß die Arbeitsspannung über 100 V trägt. Außerdem entstehen durch eine notwendige Kaskadierung des Modulators erhebliche Kosten.

Bei einer anderen bekannten Anordnung, die von Hirabayashi, T. Kurokawa in "Liquid crystal devices for optical communication and information processing systems", Liquid Crystals Vol. 14 pp 307-317 (1993), beschrieben wurde, wird ein nematischer Flüssigkristall in sogenannter Twist-Anordnung genutzt. Dabei lassen sich größere Aperturen erreichen. Nachteilig bei nematischen Flüssigkristallen sind jedoch ihre große Schaltzeit von beispielsweise einigen 100 ms und Probleme bei der Darstellung von Zwischenwerten. Durch Chiung-Shevy Wu, Shine Tsou Wu: "New liquid crystal operation modes", Vol. 2949 SPIE, Image Sciences and Display Technologies. Proc. Berlin Conf. FRG 7-10 (1996) ist ein Modulator bekanntgeworden, bei dem die von einem polarisierenden Strahlenteiler erzeugten beiden Polarisationszustände s und p in Gegenrichtung durch eine elektro-optische Flüssigkristallzelle geführt werden. Dieses führt zu hohen Rotationswinkeln. Außerdem sind die Zellen mit einer Schaltfrequenz von etwa 10 Hz zu langsam.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung und ein Verfahren zur elektrischen Steuerung der Intensität von unpolarisiertem Licht anzugeben, die bei geringer Steuerspannung, wie sie beispielsweise in üblichen Transistorschaltungen und integrierten Schaltungen zur Verfügung steht, eine möglichst schnelle Steuerung ermöglicht. Dabei soll ferner eine hohe Schalteffizienz erreicht werden, das heißt, eine hohe Transparenz im Ein-Zustand und eine möglichst hohe Dämpfung des zugeführten Lichtes im Aus-Zustand.

Diese Aufgabe wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung dadurch gelöst, daß eine erste reflektierende Einrichtung zur Reflexion mindestens eines der polarisierten Lichtbündel ausgebildet ist, so daß beide polarisierten Lichtbündel parallel verlaufen, daß im Weg der parallel verlaufenden polarisierten Lichtbündel mindestens ein elektro-optisches Element, das die Polarisation in Abhängigkeit von einer zugeführten Steuerspannung verändert, und eine zweite reflektierende Einrichtung zur Reflexion der Lichtbündel in die Gegenrichtung derart angeordnet sind, daß die Lichtbündel zweimal durch das mindestens eine elektro-optische Element hindurchtreten und durch die erste reflektierende Einrichtung auf den polarisierenden Strahlenteiler gerichtet werden, und daß mindestens einer Austrittsfläche des polarisierenden Strahlenteilers das gesteuerte Licht entnehmbar ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung läßt sich zur schnellen Verarbeitung von Grauwertskalen und als schneller optischer Schalter bei niedriger Schalterspannung verwenden sowie als aktives Element zur automatischen Kontrolle von Lichtintensitäten in Rückkoppelungsschleifen mit geeigneten Lichtquellen. Er kann in faser-optischen Aufbauten sowie in optischen Parallelprozessoren zur Verarbeitung von Nachrichten eingesetzt werden.

Die erfindungsgemäße Anordnung läßt sich ferner als optischer Begrenzer in Brillen, Videokameras oder in der optischen Nachrichtenübertragung einsetzen. In Folge der geringen Verluste und der hohen Effizienz sind auch Anwendungen für Laserlicht mit hoher Leistung möglich.

Gegenüber den bekannten elektro-optischen Schaltern und Modulatoren hat die erfindungsgemäße Anordnung mehrere Vorteile. Die Schalteffizienz beträgt für unpolarisiertes Licht mehr als 99% zwischen den beiden Schaltzuständen. Die an sich schon geringen Verluste durch Reflexionen an den optischen Flächen der einzelnen Komponenten bei der erfindungsgemäßen Anordnung können durch Antireflexschichten weiter vermindert werden.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung werden je nach Ausführungsform im einzelnen kleine Drehwinkel der optischen Indikatrix des Flüssigkristalls im elektrischen Feld benötigt. Daraus ergibt sich eine Fülle von Möglichkeiten für die Anwendung verschiedener elektro-optischer Effekte von Flüssigkristallen in der erfindungsgemäßen Anordnung. Insbesondere bei der Anwendung von Flüssigkristallen mit dem SSFLC-Effekt lassen sich Schaltzeiten im Bereich von µs erreichen. Der SSFLC-Effekt ist beispielsweise beschrieben in N. Clark et al. Appl. Phys. Lett. 899 (1980); US-Patent 4,563,059 vom 7. Jan. 1986.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung lassen sich in vorteilhafter Weise Zwischenwerte zwischen dem Ein- und dem Aus-Zustand einstellen, so daß eine Grauwert-Modulation mit Zeitkonstanten im Mikro- und Submikrosekundenbereich bei Anwendung des elektroklinen Effektes möglich ist.

Bei Anwendung des DHF-Effektes (deformed helix ferro-electric effect) in der helixförmigen smektischen C-Phase können Arbeitsspannungen von etwa 1 V und Zeitkonstanten von etwa 100 µs erreicht werden.

Außerdem hat die erfindungsgemäße Anordnung den Vorteil, daß die Schalteffizienz von der Farbe des Lichtes nur äußerst geringfügig abhängig ist. Deshalb ist die erfindungsgemäße Anordnung auch für Farbbilder hervorragend geeignet. Schließlich ergibt sich als weiterer Vorteil ein einfacher und kostengünstiger Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung.

Die meisten Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung beruhen darauf, daß durch den doppelten Durchgang durch das elektro-optische Element die elektrische Drehung der Indikatrix des Flüssigkristalls auch in Verbindung mit der Verzögerungsplatte viel kleiner sein kann als bei einmaligem Durchgang.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß das elektro-optische Element und die zweite reflektierende Einrichtung getrennte Bauelemente sind, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, daß das mindestens eine elektro-optische Element eine Flüssigkristallzelle ist mit einer Flüssigkristallschicht zwischen transparenten Elektroden, denen die Steuerspannung zuführbar ist.

Eine andere vorteilhafte Ausführungsform mit noch geringerem technischen Aufwand besteht darin, daß das elektro-optische Element eine Flüssigkristallzelle ist mit einer Flüssigkristallschicht zwischen einer transparenten und einer reflektierenden Elektrode, welche die zweite reflektierende Einrichtung bildet, und daß den Elektroden die Steuerspannung zuführbar ist.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgesehen, daß im Weg der parallel verlaufenden polarisierten Lichtbündel ferner eine Verzögerungsplatte angeordnet ist, wobei die Verzögerungsplatte eine optische Stärke von einem Viertel der Wellenlänge des Lichtes oder bei breitbandigem Licht der Schwerpunktwellenlänge aufweist.

Eine weitere Verringerung des für die Steuerung erforderlichen Drehwinkels ist gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung dadurch möglich, daß zwei elektro-optische Elemente hintereinander im Weg der parallel verlaufenden polarisierten Lichtbündel angeordnet sind.

Je nach Voraussetzungen und Anforderungen im einzelnen kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung die erste reflektierende Einrichtung verschieden ausgebildet sein. Einige dieser Ausbildungen sind in Unteransprüchen aufgeführt. In weiteren Unteransprüchen sind verschiedene vorteilhafte Ausgestaltungen der zweiten reflektierenden Einrichtung angegeben.

Eine andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß die mindestens eine Flüssigkristallzelle einen nematischen Flüssigkristall enthält. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß der nematische Flüssigkristall eine positive dielektrische Anisotropie besitzt und im elektrischen Feld in an sich bekannter Weise in eine homeotrope Orientierung übergeht.

Diese Weiterbildung kann derart ausgebildet sein, daß die Dicke d des Flüssigkristalls ohne Beaufschlagung durch ein elektrisches Feld die Bedingung δn . d = lambda/4 + N . lambda bezüglich seiner Phasenverzögerung erfüllt, wobei N eine ganze Zahl und δn die Doppelbrechung des Flüssigkristalls ist. Es ist jedoch ebenfalls möglich, daß die Dicke d des Flüssigkristalls die Bedingung δn . d = 3/8 . lambda + N . lambda oder die Bedingung δn . d = lambda/2 + N . lambda erfüllt.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß die mindestens eine Flüssigkristallzelle einen ferro-elektrischen Flüssigkristall enthält, wobei die Dicke d des ferro-elektrischen Flüssigkristalls die Bedingungen δn . d = lambda/4 + N . lambda, die Bedingung δn . d = (3/8)lambda + (N . lambda) oder die Bedingung δn . d = (lambda/2) + (N . lambda) erfüllt.

Der ferro-elektrische Effekt hat den Vorteil, daß infolge des kleinen Drehwinkels und der schnellen Drehung der langsamen Achse sehr kurze Schaltzeiten erreicht werden können.

Wie bereits erwähnt ist die erfindungsgemäße Anordnung in vorteilhafter Weise zur Modulation oder zum Schalten von Licht geeignet. Ein Umschalten oder ein Überblenden zwischen zwei Ausgangslichtbündeln ist außerdem bei einer anderen Weiterbildung dadurch möglich, daß die erste reflektierende Einrichtung, das elektro-optische Element und die zweite reflektierende Einrichtung derart angeordnet sind, daß Licht, das invers zu dem der Austrittsfläche entnehmbaren Licht gesteuert ist, an der Eintrittsfläche versetzt zu dem zu steuernden Licht austritt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine erste reflektierende Einrichtung zur Reflexion mindestens eines der polarisierten Lichtbündel ausgebildet ist, so daß beide polarisierten Lichtbündel parallel verlaufen, daß im Weg der parallel verlaufenden polarisierten Lichtbündel mindestens ein elektro-optisches Element angeordnet ist, das von beiden Lichtbündeln durchstrahlt wird und die Polarisation der Lichtbündel in Abhängigkeit von einer zugeführten Steuerspannung verändert, daß eine zweite reflektierende Einrichtung die beiden Lichtbündel nach dem Verlassen des elektro-optischen Elementes in sich oder parallel versetzt in ihrer Richtung umkehrt und erneut auf das elektro-optische Element wirft, daß die Polarisation der beiden Lichtbündel im elektro-optischen Element erneut verändert wird, so daß die Summe der Veränderungen der Polarisation der beiden Lichtbündel beim Durchgang durch das erste reflektierende Element, dem anschließenden Durchgang durch das elektro-optische Element, der anschließenden Reflexion am zweiten reflektierenden Element, dem zweiten Durchgang durch das elektro-optische Element und endlich dem zweiten Durchgang durch das erste reflektierende Element in umgekehrter Richtung eine Gesamtveränderung der Polarisation der beiden Lichtbündel erzeugt, die je nach Steuerspannung am elektro-optischen Element das Licht der beiden Lichtbündel am polarisierenden Strahlenteiler entweder in die Eintrittsfläche führt (dies entspricht einem jeweils unveränderten Polarisationszustand) oder zur Austrittsfläche führt (dies entspricht dem jeweils orthogonalen Polarisationszustand).

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Prinzip-Skizze der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 2 einen elektro-optischen Schalter nach dem Stand der Technik,

Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einer schematischen Darstellung der reflektierenden Einrichtungen,

Fig. 4 die in Fig. 3 dargestellte Anordnung mit einer zusätzlichen Verzögerungsplatte,

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel mit zwei Flüssigkristallzellen,

Fig. 6 bis Fig. 13 verschiedene Ausführungsbeispiele der ersten reflektierenden Einrichtung bei lediglich schematischer Darstellung des elektro-optischen Elementes und der zweiten reflektierenden Einrichtung,

Fig. 14 bis Fig. 23 verschiedene Ausführungsbeispiele für die zweite reflektierende Einrichtung bei lediglich schematischer Darstellung der ersten reflektierenden Einrichtung und des elektro-optischen Elementes,

Fig. 24 ein Ausführungsbeispiel, bei welchem beide reflektierenden Einrichtungen von Prismen gebildet werden,

Fig. 25 ein Ausführungsbeispiel mit zwei Pentaprismen als zweite reflektierende Einrichtung,

Fig. 26 ein Ausführungsbeispiel mit zwei Dachkantprismen als reflektierende Einrichtung,

Fig. 27 ein Ausführungsbeispiel mit zwei hohlen Dachkantspiegeln als zweite reflektierende Einrichtung,

Fig. 28 ein Ausführungsbeispiel in perspektivischer Darstellung,

Fig. 29 ein weiteres Ausführungsbeispiel in perspektivischer Darstellung,

Fig. 30 ein drittes Ausführungsbeispiel in perspektivischer Darstellung,

Fig. 31 ein Ausführungsbeispiel mit jeweils einem Prisma als reflektierende Einrichtung, einer nematischen Flüssigkristallzelle und einer Verzögerungsplatte,

Fig. 32 ein Ausführungsbeispiel wie in Fig. 31, jedoch ohne Verzögerungsplatte,

Fig. 33 ein Ausführungsbeispiel wie in Fig. 31, jedoch mit einer ferro-elektrischen Flüssigkristallzelle,

Fig. 34 die Temperaturabhängigkeit der Schaltzeit eines elektroklinen Materials,

Fig. 35 die Modulationstiefe der Anordnung nach den Fig. 30 und 33 als Funktion der Steuerspannung.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. In den Figuren sind die Lichtbündel als Geraden dargestellt mit in Längsrichtung weisenden Pfeilen, welche die Ausbreitungsrichtung des jeweiligen Lichtbündels anzeigen. Doppelpfeile quer zur Längsrichtung bedeuten eine Polarisation in der Zeichenebene, während Kreise mit einem Punkt eine Polarisation senkrecht zur Zeichenebene darstellen.

Fig. 2 stellt einen bekannten elektro-optischen Schalter in einer geschlossenen Stellung (Fig. 2a) und in einer offenen Stellung (Fig. 2b) dar. Das zu schaltende unpolarisierte Lichtbündel wird über eine Eintrittsfläche 1a einem polarisierenden Strahlenteiler 1 zugeführt. Der Strahlenteiler 1 schaltet das unpolarisierte kollimierte Licht an der Eintrittsfläche in seine polarisierten Komponenten s und p, die als Lichtbündel 2, 3 den polarisierenden Strahlenteiler wieder verlassen. Über je einen Spiegel 102, 103 werden die polarisierten Lichtbündel 2, 3 in Richtung auf eine TN-Flüssigkristallzelle 104 geleitet. Die reflektierten Lichtbündel durchlaufen die Flüssigkristallzelle 104 in entgegengesetzter Richtung und werden von dem jeweils anderen Spiegel 103, 102 wieder zum polarisierenden Strahlenteiler reflektiert.

Ist keine Spannung an die Elektroden der Flüssigkristallzelle angelegt, so dreht diese die Polarisationsebene der Lichtbündel jeweils um 90°. Dieser Fall ist in Fig. 2a dargestellt. Das Lichtbündel 2, das zunächst senkrecht zur Zeichenebene polarisiert ist, erhält damit eine Polarisation in der Zeichenebene und wird damit über den Spiegel 103 zum polarisierenden Strahlenteiler geleitet. Wegen dieser Polarisation wird dieses Strahlenbündel der Strahlenteiler nicht reflektiert, sondern in Richtung auf den Eintrittsstrahl gerade hindurchgelassen.

Licht, das zunächst in der Zeichenebene polarisiert ist, wird senkrecht zur Zeichenebene gedreht und gelangt über den Spiegel 108 zum Strahlenteiler 1, wo es in Richtung auf das zugeführte Lichtbündel reflektiert wird. An einer Austrittsfläche 1b tritt kein Licht aus.

Bei dem in Fig. 2b dargestellten Fall ist die Flüssigkristallzelle 104 mit Spannung beaufschlagt und dreht die Polarisationsebene nicht. Damit gelangen die polarisierten Lichtbündel 2, 3 jeweils mit einer gegenüber dem Pfeil nach Fig. 2a gedrehten Polarisation zum Strahlenteiler 1. Dort wird das zurückkehrende Lichtbündel 2 reflektiert und das zurückkehrende Lichtbündel 3 nicht reflektiert, so daß beide Lichtbündel aus der Austrittsfläche 1b austreten.

Fig. 1 zeigt zwei Varianten eines ersten Ausführungsbeispiels, bei dem das zu steuernde Lichtbündel über die Eintrittsfläche 1a des polarisierenden Strahlenteilers 1 zugeführt wird und zunächst wie bei der bekannten Anordnung nach Fig. 2 in zwei polarisierte Lichtbündel 2 und 3 aufgespalten wird. In einer ersten reflektierenden Einrichtung 4 werden die polarisierten Lichtbündel 2, 3 dann derart umgelenkt, daß sie parallel verlaufen. Von dort gelangen sie zu einer Einrichtung 5, die ein elektro-optisches Element 6 enthält, das die Polarisation in Abhängigkeit von einer zugeführten Steuerspannung dreht. Eine zweite reflektierende Einrichtung ist in den Fig. 1a und 1b verschieden ausgebildet, nämlich derart, daß im Falle von Fig. 1a jedes der parallel verlaufenden polarisierten Lichtbündel 2, 3 in sich selbst zurückgespiegelt wird, während im Falle von Fig. 1b das Lichtbündel 2 als Lichtbündel 2' entgegengesetzt zum Lichtbündel 3 und das Lichtbündel 3 entgegengesetzt zum Lichtbündel 2 als Lichtbündel 3' reflektiert wird. Beide Varianten sind im Ein-Zustand dargestellt.

In Fig. 3 ist das elektro-optische Element 6 etwas detaillierter als Flüssigkristallzelle 8 dargestellt mit einem Flüssigkristall 9 zwischen transparenten Elektroden 9', 9" und einem Pfeil 8', der die langsame Achse kennzeichnet. Gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 enthält das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 eine Verzögerungsplatte 10.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine weitere Flüssigkristallzelle 11 mit einem Flüssigkristall 12 und durchsichtigen Elektroden 12' und 12" vorgesehen. Durch die Hintereinanderschaltung zweier Flüssigkristallzellen 8, 11 wird gegenüber den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 3 und 4 lediglich die halbe Drehung zur Erreichung des gleichen Intensitätsunterschiedes beim gesteuerten Lichtbündel benötigt. Wie später noch im einzelnen ausgeführt wird, genügt unter bestimmten Voraussetzungen ein Winkel von ±5,625° zur vollständigen Durchsteuerung.

Die Fig. 6 bis 13 zeigen Ausführungsbeispiele mit verschiedenen Varianten der ersten reflektierenden Einrichtung 4, die in Fig. 6 als Spiegel ausgeführt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 werden zur Umlenkung der polarisierten Lichtbündel in parallele Richtungen zwei Spiegel 14, 15 verwendet. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 erfolgt eine Umlenkung des einen polarisierten Lichtbündels 3 in die Richtung des anderen Lichtbündels 2 mit Hilfe eines Prismas 16, während dazu beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 zwei Prismen 17, 18 verwendet werden. Diese Prismen sind bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 jeweils mit einem Teilprisma des polarisierenden Strahlenteilers zu einem Glaskörper vereinigt. Dies hat den Vorteil, daß an den ansonsten vorhandenen Grenzflächen zwischen dem Strahlenteiler 1 und den Prismen 17, 18 keine Verluste durch Reflexionen auftreten können. Außerdem wird bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 Montageaufwand gespart.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 11 bis 13, welche jeweils drei Ansichten zeigen, liegen das zugeführte Lichtbündel sowie das gesteuerte Lichtbündel jeweils in einer Ebene parallel zur Flüssigkristallzelle 6 und zur zweiten reflektierenden Einrichtung 7. Die beiden aus dem polarisierten Strahlenteiler austretenden polarisierten Lichtbündel werden mit Hilfe von Spiegeln 19, 20 in Richtung auf das elektro-optische Element 6 umgelenkt (Fig. 11). Dieses erfolgt bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 12 mit Hilfe von zwei Prismen 21, 22. In Fig. 12 ist ferner zur Flüssigkristallzelle 6, welche in dem Fall einen ferro-elektrischen Flüssigkristall enthält, der Drehwinkel von 22,5° zwischen negativer und positiver Spannung dargestellt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 13 werden zum Umlenken bei dem polarisierten Lichtbündel 2, 3 Pentaprismen 23, 24 verwendet.

Die Fig. 14 bis 20 zeigen Ausführungsbeispiele für die zweite reflektierende Einrichtung 7, während die erste reflektierende Einrichtung 4 und das elektro-optische Element 6 nicht näher ausgeführt sind. Fig. 14 stellt als zweite reflektierende Einrichtung einen Spiegel 25 dar, während die zweite reflektierende Einrichtung bei Fig. 15 von einem hohlen Trippel-Spiegel 26 gebildet wird, der aus drei Ebenenspiegeln 27, 28, 29 besteht.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 16 umfaßt zwei solche Trippel-Spiegel 30, 31, die aus jeweils drei Ebenenspiegeln 32, 33, 34 bzw. 35, 36, 37 bestehen. In Fig. 16 ist außerdem angedeutet, daß es bei der erfindungsgemäßen Anordnung nicht unbedingt erforderlich ist, die parallelen polarisierten Lichtbündel in sich selbst oder in dem jeweils anderen Lichtbündel zu reflektieren.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 17 enthält einen massiven Trippel-Spiegel als zweite reflektierende Einrichtung, das Ausführungsbeispiel nach Fig. 18 zwei massive Trippel-Spiegel 39, 40.

Fig. 19 zeigt zwei Spiegel 41, 42, die einen Winkel von 90° einschließen und die parallelen polarisierten Lichtbündel in das jeweils andere reflektieren. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 20 sind zwei Paar Spiegel 43, 44 vorgesehen, die aus jeweils zwei Einzelspiegeln 45, 46 bzw. 47, 48 bestehen.

Fig. 21 zeigt ein Beispiel für Maßnahmen, um gleiche optische Weglängen für die polarisierten Lichtbündel 2, 2', 3, 3' zu erhalten. Die zusätzliche Weglänge 49 des Lichtbündels 3, 3' wird dadurch ausgeglichen, daß das Spiegelpaar 44 näher an dem elektro-optischen Element 6 angeordnet ist als das Spiegelpaar 43. Der Unterschied 50 beträgt genau die Weglängendifferenz 49.

Die optischen Weglängen beider Lichtbündel sind bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 22 wegen des symmetrischen Aufbaus gleich. Als zweite reflektierende Einrichtung wird ein 90°-Prisma 51 verwendet. Bei ansonst gleichem Aufbau umfaßt das Ausführungsbeispiel nach Fig. 23 zwei 90°-Prismen 52, 53 als zweite reflektierende Einrichtung.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 24 enthält als erste reflektierende Einrichtung ein Prisma 16, wobei sich wiederum eine Weglängendifferenz 54 zwischen den beiden polarisierten Lichtbündeln ergibt. Diese wird durch einen Versatz 55 der als zweite reflektierende Einrichtung dienenden Prismen 52, 53 ausgeglichen.

Im Falle der Anordnung nach Fig. 25 sind als zweite reflektierende Einrichtung zwei Pentaprismen 56, 57 vorgesehen bei symmetrischen Aufbau der gesamten Anordnung. Dabei kann die in Fig. 25 lediglich schematisch dargestellte erste reflektierende Einrichtung 4 beispielsweise von zwei Spiegeln und Prismen gebildet werden entsprechend den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 7, 9 oder 10.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 26 sind als zweite reflektierende Einrichtung 7 zwei Dachkantprismen 58, 59 vorgesehen, die der Anschaulichkeit halber ein zweites Mal in einer anderen Ansicht dargestellt sind. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 27 enthält zwei Dachkantspiegelsysteme 60, 61, die jeweils aus zwei Einzelspiegeln 62, 63 bzw. 64, 65 bestehen.

Fig. 28 ist eine dreidimensionale Darstellung eines Ausführungsbeispiels in Form einer Explosionszeichnung. Als erste reflektierende Einrichtung dient ein Prisma 16 als zweite ein Spiegel 25. Der Winkel α ist der Winkel zwischen der langsamen Achse 8' des Flüssigkristalls 9 und der s-Polarisation des Bündels 2. Der Winkel β ist der Winkel zwischen der schnellen Achse 10' der Verzögerungsplatte 10 (auf einer Lambda/4-Platte) und der s-Polarisation des Lichtbündels 2.

Bei dem ansonsten entsprechend Fig. 28 aufgebauten Ausführungsbeispiel nach Fig. 29 ist als zweite reflektierende Einrichtung ein Trippelspiegel 38 vorgesehen. Dadurch werden die reflektierten parallel verlaufenden polarisierten Lichtbündel gegenüber den nicht reflektierten vertauscht, so daß sich insgesamt für beide Lichtbündel der gleiche optische Weg ergibt. Dieses gilt auch für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 30, bei welchem als zweite reflektierende Einrichtung ein 90°-Prisma 51 angeordnet ist.

Fig. 31 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem 90°-Prisma 16 als erste reflektierende Einrichtung, einer Flüssigkristallzelle und einer Lambda/4-Platte 10 als elektro-optisches Element 6. Ferner ist ein 90°-Prisma 51 als zweite reflektierende Einrichtung vorgesehen. Fig. 31a stellt die Anordnung im Aus-Zustand bzw. geschlossen dar, während Fig. 31b die Einrichtung im Ein-Zustand bzw. offen zeigt.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 31 enthält eine nematische Flüssigkristallzelle mit positiver dielektrischer Anisotropie. n ist der nematische Direktor, der der schaltbaren optischen Achse 8' entspricht. Die Lichtbündel 2" und 3" haben bei diesem Winkel eine Polarisation von 45° bzw. -45°. In der Lambda/4-Platte 10 wird diese lineare Polarisation in eine rechts- bzw. linksdrehende Zirkular-Polarisation umgewandelt, die nach der Reflexion im Prisma 51 einen anderen Drehsinn erhält.

Bei dem nochmaligen Durchtritt durch die Lambda/4-Platte 10 entsteht wieder eine lineare Polarisation im Falle des Lichtbündels 2''' von -45°, im Falle des Lichtbündels 3''' von +45°. Diese Polarisation wird bei dem nochmaligen Durchlaufen der Flüssigkristallzelle um 45° gedreht, so daß das Lichtbündel 2' in der Zeichenebene polarisiert ist, während das Lichtbündel 3' senkrecht zur Zeichenebene polarisiert ist. In dieser Polarisation wird das Lichtbündel 2" gerade durch den polarisierenden Strahlenteiler 1 hindurchgelassen, während das Lichtbündel 3" nach der Umlenkung im Prisma 16 im polarisierenden Strahlenteiler 1 reflektiert wird und durch die Eintrittsfläche 1a austritt. Damit tritt kein Licht durch die Austrittsfläche 1b auf, so daß im beschriebenen spannungslosen Fall gemäß Fig. 31a der Schalter geschlossen ist. Durch entsprechende Weiterleitung des Lichtes auch von der Eintrittsfläche 1a bzw. entsprechende Anordnung von Sensoren kann die Anordnung nach Fig. 31 auch als Umschalter oder im Falle eines allmählichen Überganges als Überblender verwendet werden.

Bei dem in Fig. 31b dargestellten Fall ist die Flüssigkristallzelle 8 mit einer Spannung beaufschlagt, so daß der nematische Flüssigkristall in den homeotropen Zustand überführt ist. Das unpolarisierte Licht an der Eintrittsfläche 1a wird zur Austrittsfläche 1b übertragen. Der Direktor 8' des nematischen Flüssigkristalls 9 ist senkrecht zur Fläche der Elektroden.

Fig. 32 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer ferro-elektrischen Flüssigkristallzelle 8 mit einer Dicke der Flüssigkristallschicht, die einen optischen Gangunterschied von (3/8)lambda im Sperrzustand gemäß Fig. 32a bewirkt. Das Prisma 16 wird als erste reflektierende Einrichtung verwendet, ein 90°-Prisma 51 als zweite reflektierende Einrichtung. Zum Schalten vom Aus-Zustand in den Ein-Zustand wird die Spannung an den Elektroden 9', 9" umgepolt. Im Aus-Zustand (closed) sind die aus der Flüssigkristallzelle 8 austretenden Lichtbündel 2" und 3" elliptisch polarisiert. Durch die Reflexion im Prisma 51 werden der Drehsinn und der Winkel der Achsen der Ellipse geändert. Beim Aus-Zustand gemäß Fig. 32b erfolgt keine Drehung der Polarisation durch die Flüssigkristallzelle 8.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 33 enthält eine ferro-elektrische Flüssigkristallzelle, deren Flüssigkristallschicht 9 eine derartige Dicke d aufweist, daß der optische Gangunterschied lambda/2 beträgt. Außerdem wird eine Lambda/4-Platte 10 benutzt. Im Durchlaßzustand gemäß Fig. 33a ist die langsame Achse 8' wie die Polarisationsebene des Lichtbündels 3 ausgerichtet. Im Sperrzustand gemäß Fig. 33b ist die langsame Achse 8' um 22,5° von der Polarisationsebene des Lichtbündels 3 versetzt. Das Prisma 16 und das Prisma 51 werden wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 32 als erste und zweite reflektierende Einrichtung eingesetzt.

Fig. 34 zeigt die Temperatur des induzierten Neigewinkels ±Θ für das elektrokline Material FLC-392. Die Dicke der Flüssigkristallzelle beträgt 1,6 µm, die Steuerspannung ±10 V von der Temperatur T in °C. Fig. 35 gibt die Modulationstiefe einer Anordnung nach den Fig. 30 und 33 in Abhängigkeit von der Steuerspannung V wieder. Der Messung liegt eine Flüssigkristallzelle mit einem elektroklinen Flüssigkristall und einer Lambda/4-Platte zugrunde.

Durch die Art des Flüssigkristalls und dessen Ansteuerung, durch die Dicke des Flüssigkristalls, durch die Anordnung einer Verzögerungsplatte und weiterer optischer Voraussetzungen bei einer erfindungsgemäßen Anordnung ergeben sich sehr viele verschiedene Kombinationsmöglichkeiten. Einige davon sind im folgenden beschrieben.

Wird beispielsweise im nematischen Flüssigkristall die Umwandlung von planar auf homeotrop vorgenommen, so ist eine Nutzung für binäre Schaltvorgänge (ein/aus) gegeben. Für diesen Fall fällt die Orientierung der langsamen Achse 8' mit dem Direktor der langen molekularen Achse zusammen. Sie soll unter 45° zu den Polarisationsrichtungen des polarisierenden Strahlenteilers stehen. Dabei soll die Dicke d der Flüssigkristallschicht die Bedingung δn . d = lambda/4 + N . lambda erfüllen, wobei N = 0, ±1, ±2, ±3 ... ist. Dabei ist δn die Doppelbrechung der Schicht (δn = n_L- n_S), wobei n_L der Brechungsindex des Flüssigkristalls in der langsamen Achse und n_S in der schnellen Achse ist. Ohne elektrisches Feld ist der Schalter im Aus-Zustand. Mit elektrischem Feld wird der Flüssigkristall homeotrop und das Licht tritt an der Fläche 1b aus (Ein-Zustand). Beispiele für solche Anordnungen zeigen die Fig. 15 bis 18 und 29.

Bei den Bauformen nach den Fig. 19 bis 27 sind die Eigenschaften des Flüssigkristalls anders als in den vorhergehenden Feldern. Zum einen ist die Dicke d der Flüssigkristallzelle derart, daß sich eine Verzögerung δn . d = (3/8)lambda + N . lambda ergibt. Außerdem wird der Direktor der Schicht von 22,5° auf -22,5° im elektrischen Feld bezüglich der p-Polarisationsebene umgeschaltet. Ohne elektrisches Feld ist die Anordnung ausgeschaltet. Mit elektrischem Feld tritt eine homeotrope Orientierung ein, die Anordnung ist eingeschaltet.

Flüssigkristallzellen unter Verwendung des S-Effektes in nematischen Flüssigkristallen können für Schalter hoher Apertur und mit Schaltzeiten in der Größenordnung von ms, das heißt, in einem Frequenzbereich von 0 Hz bis 100 Hz, vorzugsweise mit einer Lambda/4-Platte, eingesetzt werden.

Der SSFLC-Effekt (surface stabilized ferroelectric liquid crystals) kann für zwei verschiedene Kippwinkel in chiralen smektischen und ferro-elektrischen Phasen des Flüssigkristalls eingesetzt werden. Das FLC-Material kann mit dem Kippwinkel 22,5° in den Ausführungsformen nach den Fig. 14 bis 18 ohne Verzögerungsplatte eingesetzt werden. Die Dicke d des Flüssigkristalls soll für beide Polaritäten der angelegten Spannung die Bedingung δn . d = lambda/4 + N . lambda erfüllen. Die Orientierung der Normalen der smektischen Lagen (Reibrichtung) soll einen Winkel von +22,5° oder -22,5° mit der Polarisationsrichtung des s- bzw. des p-Lichtbündels 2, 3 einschließen. Für die eine Feldpolung tritt aus der Austrittsfläche Licht aus, für die andere Feldpolung nicht. Für die Ausführungsbeispiele in den Fig. 14, 28 hat die Polarität ein umgekehrtes Vorzeichen im Vergleich zu den Fig. 15 bis 18 und 29.

Für die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 19 bis 27, 30, 32 und 33 sind die optischen Eigenschaften des Flüssigkristalls anders als im vorher beschriebenen Fall. Die FLC-Lagen sollen eine Verzögerung von (3/8)lambda + N . lambda haben. Der Wert des Schaltwinkels beträgt nur 11,25°. Die Normale zur smektischen Lage des FLC-Materials soll den Winkel +11,25° oder -11,25° oder +33,75° oder -33,75° zur p-Polarisationsrichtung des Lichtbündels 3 haben. Derartige Anordnungen können für Schaltzeiten zwischen 10 µs und 20 µs und Spannung zwischen 20 V und 30 V verwendet werden.

Der elektrokline Effekt und der DHF-Effekt (deformed helix ferroelectrics) werden in erfindungsgemäßen Anordnungen zur optischen Modulation mit Zwischenwerten eingesetzt. Für die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 14 bis 18, 28 und 29 soll die Orientierung der Normalen der smektischen Lagen einen Winkel von +45° oder -45° mit der s- bzw. der p-Polarisationsebene bilden. Die Dicke der Flüssigkristallschicht soll die Verzögerung lambda/4 + N . lambda erlauben. Die von der Fläche 1a zur Fläche 1b des polarisierenden Strahlenteilers durchgelassene Lichtintensität variiert kontinuierlich von 0% bis 100%, wenn der elektrisch induzierte Kippwinkel der langsamen Achse der Indikatrix zwischen 0° und 45° variiert. Für den Fall, daß der DHF-Effekt verwendet wird, beträgt die notwendige Achskippung ±22,5°, was mit wenigen Volt Steuerspannung erreicht werden kann. Die Schaltzeit beträgt dabei etwa 100 µs. Geeignete Flüssigkristallzellen sind beispielsweise beschrieben in: L. A. Beresnev et al: "Deformed helical ferroelectric liquid crystal display: a new electro-optical mode in ferroelectric liquid crystals", Liquid Crystals Vol. 5, p. 1171-1179 (1989) und in L. A. Beresnev et al. "Ferro-elektrische Flüssigkristallanzeige", Schweizerisches Patent 3722/87.

In den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 19 bis 27, 30, 32 und 33 beträgt der Kippwinkel der langsamen Achse 8' im elektrischen Feld nur 11,25°. Dazu wird sehr schnelles elektroklines Material mit Schaltzeiten von wenigen µs verwendet, wie es beispielsweise durch US-Patent 4,838,663 bekanntgeworden ist. Diese Ausführungsbeispiele erlauben eine kontinuierliche Modulation von unpolarisiertem Licht zwischen 0% und 100% bei einer Steuerspannung im Bereich von ±30 V. Dabei wird das FLC-Material als Flüssigkristall eingesetzt, beispielsweise in den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 34 und 35.

Eine vorteilhafte erfindungsgemäße Anordnung umfaßt eine ferro-elektrische Flüssigkristallzelle und eine Lambda/4-Platte, die beispielsweise in den Fig. 4, 28 bis 30, 32 und 33 dargestellt ist. Dabei gibt es eine Fülle von Möglichkeiten, die Orientierung der langsamen Achse 8' der Flüssigkristallschicht 8 und der schnellen Achse 10' der Verzögerungsplatte 10 um den Aus- und den Ein-Zustand der Anordnung zu verwirklichen. Dies ist in Fig. 33 dargestellt.

Beim Ein-Zustand sind die Polarisationsrichtungen der Lichtbündel 2, 3 parallel bzw. senkrecht zur langsamen Achse des Flüssigkristalls und der Verzögerungsplatte 10 orientiert. Dadurch wird das Licht weder in der Flüssigkristallzelle noch in der Verzögerungsplatte in seinem Polarisationszustand verändert. Die zweite reflektierende Einrichtung 7 verändert den Polarisationszustand ebenfalls nicht, so daß das Licht beider Polarisationsrichtungen ungehindert die Austrittsfläche 1b des polarisierenden Strahlenteilers 1 erreicht.

Im Aus-Zustand kippt der Direktor (Indikatrix-Orientierung) des Flüssigkristalls 9 durch die Wirkung des elektrischen Feldes um 22,5°. Da die Verzögerung im Flüssigkristall gleich lambda/2 ist, dreht die Flüssigkristallzelle die Polarisationsrichtung um 2 . 22,5° = 45%. Nach der Lambda/4-Platte 10 erhält man zirkular polarisiertes Licht, das durch die zweite reflektierende Einrichtung 7 zirkular polarisiert reflektiert wird, wobei der Drehsinn umgekehrt ist. Nach dem zweiten Durchgang durch die Lambda/4-Platte 10 erhält man im Lichtbündel 2''' bzw. 3''' linear polarisiertes Licht, das orthogonal zum Licht der Lichtbündel 2" und 3" nach dem ersten Durchgang durch die Flüssigkristallzelle polarisiert ist (-45°). Diese Lichtbündel werden beim zweiten Durchgang durch die Flüssigkristallzelle um 2 . (45° + 22,5°) = (90° + 45°) gedreht und erreichen somit die jeweils orthogonale Orientierung 2', 3' der Polarisation. Der polarisierende Strahlenteiler 1 führt die Lichtbündel in der Fläche 1b zusammen.

In den Fällen des elektroklinen Effektes und des DHF-Effektes kann die elektrisch kontrollierte Durchlässigkeit der erfindungsgemäßen Anordnung zwischen den Flächen 1a und 1b des polarisierenden Strahlenteilers 1 für unpolarisiertes Licht zwischen den Werten 0% und fast 100% kontinuierlich verändert werden. Als Anwendung kommen schnelle optische Begrenzer oder die schnelle automatische Steuerung von Lichtintensitäten in Frage. Dabei können sich Lichtdetektoren am Ausgang der Anordnung befinden, die durch elektrische Rückkoppelung auf die Elektroden der Flüssigkristallzelle Steuerfunktionen ausüben. Anwendungen sind beispielsweise beschrieben in EP 0 335 056 A1 sowie in M. Eve et al. "New automatic-gain-control system optical receivers", Electronics Letter 15, p. 146-147 (1979).

Die elektrisch verstellbaren Kippwinkel lassen sich bei der erfindungsgemäßen Anordnung halbieren, wenn zwei Flüssigkristallzellen hintereinander angeordnet werden. Beim elektroklinen Effekt benötigt man dann den extrem kleinen Kippwinkel von ±5,625°, um das Licht bei Schaltzeiten von 1 µs und Arbeitsspannungen von ±10 V durchzuschalten. Schnelle elektrokline Flüssigkristallmaterialien mit Schaltzeiten von 1 µs und darunter in niedrigen Arbeitsspannungen bestehen aus Gemischen einer lamellaren Matrix, beispielsweise einer smektischen A- oder C-Phase und chiralen Dotiermolekülen mit einem Neigungswinkel Om und sind beispielsweise aus DE 196 24 769 A1 bekannt. Versuche haben gezeigt, daß sich Zeitkonstanten von 100 ns bei Steuerspannungen von 10 V bis 20 V bei Zimmertemperaturen erreichen lassen.

Claims

1. Anordnung zur elektrischen Steuerung der Intensität von unpolarisiertem Licht, wobei ein polarisierender Strahlenteiler (1) über eine Eintrittsfläche (1a) derart mit dem zu steuernden Licht beaufschlagt ist, daß es in zwei orthogonal zueinander polarisierte Lichtbündel (2, 3) aufgespalten wird, dadurch gekennzeichnet,

1. daß eine erste reflektierende Einrichtung (4) zur Reflexion mindestens eines der polarisierten Lichtbündel (2, 3) ausgebildet ist, so daß beide polarisierten Lichtbündel (2, 3) parallel verlaufen,
2. daß im Weg der parallel verlaufenden polarisierten Lichtbündel (2, 3) mindestens ein elektro-optisches Element (6), das die Polarisation in Abhängigkeit von einer zugeführten Steuerspannung verändert, und eine zweite reflektierende Einrichtung (7) zur Reflexion der Lichtbündel in die Gegenrichtung (2', 3') derart angeordnet sind, daß die Lichtbündel zweimal durch das mindestens eine elektro-optische Element (6) hindurchtreten und durch die erste reflektierende Einrichtung (4) auf den polarisierenden Strahlenteiler (1) gerichtet werden, und
3. daß mindestens einer Austrittsfläche (1b) des polarisierenden Strahlenteilers (1) das gesteuerte Licht entnehmbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektro-optische Element (6) und die zweite reflektierende Einrichtung (7) getrennte Bauelemente sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine elektro-optische Element (6) eine Flüssigkristallzelle (8) ist mit einer Flüssigkristallschicht (9) zwischen transparenten Elektroden (9', 9"), denen die Steuerspannung zuführbar ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektro-optische Element eine Flüssigkristallzelle ist mit einer Flüssigkristallschicht zwischen einer transparenten und einer reflektierenden Elektrode, welche die zweite reflektierende Einrichtung bildet, und daß den Elektroden die Steuerspannung zuführbar ist.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Weg der parallel verlaufenden polarisierten Lichtbündel (2, 3, 2', 3') ferner eine Verzögerungsplatte (10) angeordnet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsplatte (10) eine optische Stärke von einem Viertel der Wellenlänge des Lichtes oder bei breitbandigem Licht der Schwerpunktwellenlänge aufweist.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei elektro-optische Elemente (8, 11) hintereinander im Weg der parallel verlaufenden polarisierten Lichtbündel angeordnet sind.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste reflektierende Einrichtung ein Spiegel (13) ist (Fig. 6).

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste reflektierende Einrichtung ein hohles Dachkantprisma ist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste reflektierende Einrichtung ein massives Dachkantprisma ist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste reflektierende Einrichtung aus zwei Spiegeln (14, 15) besteht (Fig. 7).

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste reflektierende Einrichtung ein 90°-Prisma (16) ist (Fig. 8).

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste reflektierende Einrichtung aus zwei 90°-Prismen (17, 18) besteht (Fig. 9).

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste reflektierende Einrichtung gemeinsam mit dem polarisierenden Strahlenteiler aus zwei Prismen (17', 18') besteht, die durch eine polarisierende Schicht voneinander getrennt sind (Fig. 10).

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste reflektierende Einrichtung aus zwei hohlen Dachspiegeln besteht.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste reflektierende Einrichtung aus zwei hohlen Dachkantprismen mit Totalreflexion besteht.

17. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste reflektierende Einrichtung ein Pentaprisma ist.

18. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste reflektierende Einrichtung aus zwei Spiegeln (19, 20) besteht, die derart angeordnet sind, daß die parallel verlaufenden polarisierten Lichtbündel (2, 3) senkrecht zur Ebene verlaufen, die von dem zu steuernden und von dem gesteuerten Lichtbündel gebildet ist (Fig. 11).

19. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste reflektierende Einrichtung aus zwei 90°-Prismen (21, 22) besteht, die derart angeordnet sind, daß die parallel verlaufenden polarisierten Lichtbündel (2, 3) senkrecht zur Ebene verlaufen, die von dem zu steuernden und von dem gesteuerten Lichtbündel gebildet ist (Fig. 12).

20. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste reflektierende Einrichtung aus zwei hohlen Dachkantspiegeln besteht, die derart angeordnet sind, daß die parallel verlaufenden polarisierten Lichtbündel senkrecht zur Ebene verlaufen, die von dem zu steuernden und von dem gesteuerten Lichtbündel gebildet ist.

21. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste reflektierende Einrichtung aus zwei hohlen Dachkantprismen mit Totalreflexion besteht, die derart angeordnet sind, daß die parallel verlaufenden polarisierten Lichtbündel senkrecht zur Ebene verlaufen, die von dem zu steuernden und von dem gesteuerten Lichtbündel gebildet ist.

22. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste reflektierende Einrichtung aus zwei Pentaprismen (23, 24) besteht, die derart angeordnet sind, daß die parallel verlaufenden polarisierten Lichtbündel (2, 3) senkrecht zur Ebene verlaufen, die von dem zu steuernden und von dem gesteuerten Lichtbündel gebildet ist (Fig. 13).

23. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der polarisierende Strahlenteiler und die 90°-Prismen eine Baueinheit bilden.

24. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite reflektierende Einrichtung ein Spiegel (25) ist (Fig. 14).

25. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite reflektierende Einrichtung aus drei Spiegeln (27, 28, 29) besteht, die in Form einer hohlen Würfelecke angeordnet sind (Retroreflektor) (26) (Fig. 15).

26. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite reflektierende Einrichtung aus sechs Spiegeln besteht, die zwei hohle Retroreflektoren (30, 31) bilden (Fig. 16).

27. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite reflektierende Einrichtung ein Retroreflektor (38) aus einem massiven Prisma ist (Fig. 17).

28. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite reflektierende Einrichtung aus zwei Würfeleckenprismen (39, 40) besteht (Fig. 18).

29. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite reflektierende Einrichtung aus zwei Spiegeln (41, 42) besteht, die einen Winkel von 90° bilden (Fig. 19).

30. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite reflektierende Einrichtung aus zwei Paaren (43, 44) von Spiegeln (45, 46; 47, 48) besteht, wobei jeweils ein Paar (43, 44) einen Winkel von 90° bildet (Fig. 20).

31. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite reflektierende Einrichtung ein 90°-Prisma (51) ist (Fig. 22).

32. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite reflektierende Einrichtung aus zwei Prismen (52, 53) besteht (Fig. 23, 24).

33. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite reflektierende Einrichtung aus zwei Pentaprismen (56, 57) besteht (Fig. 25).

34. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite reflektierende Einrichtung aus zwei Dachkantprismen (58, 59) besteht (Fig. 26).

35. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite reflektierende Einrichtung aus Spiegeln besteht, die zwei hohle Dachkantreflektoren (60, 61) bilden (Fig. 27).

36. Anordnung nach einem der Ansprüche 8, 9, 11, 15, 18, 20, 24, 25, 26, 29, 30 oder 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegel dielektrische Spiegel sind.

37. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Flüssigkristallzelle (8) einen nematischen Flüssigkristall enthält.

38. Anordnung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß der nematische Flüssigkristall (9) eine positive dielektrische Anisotropie besitzt und im elektrischen Feld in an sich bekannter Weise in eine homeotrope Orientierung übergeht.

39. Anordnung nach einem der Ansprüche 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke d des Flüssigkristalls (9) ohne Beaufschlagung durch ein elektrisches Feld die Bedingung δn . d = lambda/4 + N . lambda bezüglich seiner Phasenverzögerung erfüllt, wobei N eine ganze Zahl und δn die Doppelbrechung des Flüssigkristalls ist.

40. Anordnung nach einem der Ansprüche 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke d des Flüssigkristalls (9) die Bedingung δn . d = 3/8 . lambda + N . lambda erfüllt.

41. Anordnung nach einem der Ansprüche 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke d des Flüssigkristalls (9) die Bedingung δn . d = lambda/2 + N . lambda erfüllt.

42. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Flüssigkristallzelle (8) einen ferro-elektrischen Flüssigkristall (9) enthält.

43. Anordnung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke d des ferro-elektrischen Flüssigkristalls (9) die Bedingung δn . d = lambda/4 + N . lambda erfüllt.

44. Anordnung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke d des ferro-elektrischen Flüssigkristalls (9) die Bedingung δn . d = (3/8)lambda + (N . lambda) erfüllt.

45. Anordnung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke d des ferro-elektrischen Flüssigkristalls (9) die Bedingung δn . d = (lambda/2) + (N . lambda) erfüllt.

46. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste reflektierende Einrichtung (4, 16), das elektro-optische Element und die zweite reflektierende Einrichtung (7, 51) derart angeordnet sind, daß Licht, das invers zu dem der Austrittsfläche (1b) entnehmbaren Licht gesteuert ist, an der Eintrittsfläche (1a) versetzt zu dem zu steuernden Licht austritt (Fig. 31 bis 33).

47. Verfahren zur elektrischen Steuerung der Intensität von unpolarisiertem Licht, wobei ein polarisierender Strahlenteiler (1) über eine Eintrittsfläche (1a) derart mit dem zu steuernden Licht beaufschlagt ist, daß es in zwei orthogonal zueinander polarisierte Lichtbündel (2, 3) aufgespalten wird, dadurch gekennzeichnet,

1. daß eine erste reflektierende Einrichtung (4) zur Reflexion mindestens eines der polarisierten Lichtbündel (2, 3) ausgebildet ist, so daß beide polarisierten Lichtbündel (2, 3) parallel verlaufen,
2. daß im Weg der parallel verlaufenden polarisierten Lichtbündel (2, 3) mindestens ein elektro-optisches Element (6) angeordnet ist, das von beiden Lichtbündeln durchstrahlt wird und die Polarisation der Lichtbündel in Abhängigkeit von einer zugeführten Steuerspannung verändert,
3. daß eine zweite reflektierende Einrichtung (7) die beiden Lichtbündel nach dem Verlassen des elektro-optischen Elementes (6) in sich oder parallel versetzt in ihrer Richtung umkehrt und erneut auf das elektro-optische Element (6) wirft,
4. daß die Polarisation der beiden Lichtbündel im elektro-optischen Element (6) erneut verändert wird, so daß die Summe der Veränderungen der Polarisation der beiden Lichtbündel beim Durchgang durch das erste reflektierende Element (4), dem anschließenden Durchgang durch das elektro-optische Element (6), der anschließenden Reflexion am zweiten reflektierenden Element (7), dem zweiten Durchgang durch das elektro-optische Element (6) und endlich dem zweiten Durchgang durch das erste reflektierende Element (4) in umgekehrter Richtung eine Gesamtveränderung der Polarisation der beiden Lichtbündel erzeugt, die je nach Steuerspannung am elektro-optischen Element das Licht der beiden Lichtbündel am polarisierenden Strahlenteiler (1) entweder in die Eintrittsfläche (1a) führt (dies entspricht einem jeweils unveränderten Polarisationszustand) oder zur Austrittsfläche (1b) führt (dies entspricht dem jeweils orthogonalen Polarisationszustand).