DE2047651A1 - Anordnung zur zweidimensional räumlich und zeitlichen Modulation von Lichtbündeln - Google Patents

Anordnung zur zweidimensional räumlich und zeitlichen Modulation von Lichtbündeln

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DE2047651A1 DE19702047651 DE2047651A DE2047651A1 DE 2047651 A1 DE2047651 A1 DE 2047651A1 DE 19702047651 DE19702047651 DE 19702047651 DE 2047651 A DE2047651 A DE 2047651A DE 2047651 A1 DE2047651 A1 DE 2047651A1
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Description

Anordnung zur zweidimensional räumlichen und zeitlichen Modulation von Lichtbündeln
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur zweidimensional räumlichen und zeitlichen Modulation von Lichtbündeln mittels Flüssigkristallen.
Bei zahlreichen Anwendungen der modernen Optik, z.B. in der akustischen Holografie und der Mikrowellenholografie, besteht die Notwendigkeit aus elektrischen Signalen, die aus den jeweiligen Interferenzfeldern abgeleitet werden, ein Hologramm aufzubauen. Hierzu benötigt man elektrooptische Bauteile, deren Transmissionseigenschaften für kohärentes Licht zweidimensional räumlich und als Funktion der Zeit elektrisch gesteuert werden müssen. Ein ähnliches Problem existiert in der kohärent-optischen Datenverarbeitung, wobei inkohärente optische Informationen in ähnlicher Weise einer kohärenten Lichtwelle aufmoduliert werden müssen.
In nematischen Flüssigkristallen sind die langgestreckten Moleküle parallel zu einer Vorzugsrichtung angeordnet. Diese Struktur führt zu einer optischen Anisotropie. Y/ird an eine Schicht einer nematischen Substanz ein elektrisches Feld angelegt, wo wird die ursprüngliche Ordnung zerstört. Die Vorzugsrichtung unterliegt räumlich und zeitlich starken Fluktuationen. Dieser Effekt, der zur Lichtsteuerung in der Flüssigkristallschicht führt, ist unter der Bezeichnung "dynamische Streuung" bekannt. Verwendet man nun matrixförmige FlÜ3sigkristalldisplays zur Modulation von Lichtstrahlen, so v/erden neben dem angesteuerten Kreuzungspunkt die benachbarten Kreuzungspunkte miterregt, und es ic:, ,.hne zusätzliche Schaltelemente an den Kreuzungspunkten nicht
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UH/BK
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möglich, benachbarte Kreuzungspunkte elektrisch voneinander zu entkoppeln.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur zweidimensional räumlichen und zeitlichen Modulation von kohärenten Lichtbündeln anzugeben unter Verwendung eines nematischen, dynamisch streuenden, Flüssigkristalle, der zwischen zwei transparenten, mit elektrisch leitenden transparenten Schichten versehenen, Trägerplatten angeordnet ist und bei der eine Entkopplung nicht nötig ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß fokussierende Elemente vorgesehen sind, in deren Brennpunkte Blenden angeordnet sind zur Trennung des dynamisch gestreuten Lichtes vom ungestreuten Licht.
Vorteilhafterweise sind die elektrisch leitenden Schichten jeder Trägerplatte streifenförmig ausgebildet und um 90° versetzt zueinander angeordnet, so daß sie eine zweidimensionale Matrix bilden, wobei jedem durch Überlappung zweier Streifen definierten Bereich ein fokussierendes Element mit zugehöriger Blende zugeordnet ist. Jede der streifenförmigen Elektroden ist individuell mit einer Spannungsquelle verbunden.
Die fokussierenden Elemente können vorzugsweise aus Linsen, Hohlspiegeln oder Presnel-Zonenplatten bestehen.
Die Blenden werden vorzugsweise als Loch- oder Spaltblenden ausgebildet und ihre öffnungen werden so bemessen, daß sie in der Größenordnung des Brennfleckes der durch die fokU3sierenden Elemente gebündelten ungestreuten Strahlung liegen.
Ein erfindim.cspcemäßes Verfahren zur Herstellung einer solchen Blenueiianorunung besteht darin, daß die in die Oberfläche einer der beiden Trägerplatten rasterförmig eingearbeiteten, fokussierenden Elemente mit räumlich kohärentem Licht bestrahlt werden und durch Abbildung dieses Rasters auf eine
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im Brennpunktabstand der foKussierenden Elemente angebrachten, lichtempfindlichen Schicht oder Metallfolie Blendenöffnungen in dieser Schicht entstehen.
Die Erfindung geht von der grundlegenden Erkenntnis aus, daß bei Belichtung nematischer Flüssigkristalle mit kohärentem Licht die Kohärenz des ungestreuten, durch den Flüssigkristall durchtretenden Lichtes unabhängig vom angelegten Feld voll erhalten bleibt. Die Intensität des ungestreuten Anteils zeigt dagegen eine Abhängigkeit von dem am Flüssigkristall anliegenden Feld. Die Miterregung der benachbarten Kreuzungspunkte hat einen vernachlässigbar kleinen Einfluß auf die Intensität des ungestreuten Lichtanteils, da die Abhängigkeit einen nicht linearen Verlauf aufweist, wodurch ein Entkopplungsproblem bei Display-Matrizen nicht auftritt. Trennt man den gestreuten vom ungestreuten Anteil durch räumliche Filterung, so erhält man eine Amplitudenmodulation des ungestreuten kohärenten Lichtanteils, dessen Amplitude durch die Höhe der am Flüssigkristall anliegenden Spannung gesteuert werden kann. Zur räumlichen Modulation wird der Flüssigkristall durch die matrixförmige Elektrodenstruktur in Elemente unterteilt, die individuell angesteuert werden können.
An dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert.
Die in der Figur dargestellten Pfeile 1 stellen das vom Laser kommende kohärente Strahlenbündel dar. Die Flüssigkristallschicht 4 befindet sich zwischen zwei Glasplatten 3 und 5, die auf ihren Innenflächen transparente Elektroden 6, 7 tragen. Die Elektroden können durch Ätzung als schmale, parallele Streifen ausgebildet und am Plattenrand kontakiert werden. Die Streifensysteme der beiden Glasplatten stehen aufeinander senkrecht. Durch Anlegen einer Spannung an zwei eich überkreuzende Elektroden wird die nematische Flüssigkeit am Kreuzungspunkt lichtstreuend. Hinter dem Plüssigkriotall sind eine Anzahl fokussierender Elemente 2 rasterförmig ange-
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2 O A 7 β 5 1
ordnet, wobei es zweckmäßig ist, daß der Rasterabstand der fokussierenden Elemente mit dem der Elektrodenmatrxx übereinstimmt. Die fokussierenden Elemente, z.B. Linsen, sind entweder in einem Trägerrahmen befestigt, oder in die Oberfläche der Glasplatte 5, z.B. durch Pressen, eingearbeitet. Dahinter befindet sich ein Körper 8, der so viele Blendenöffnungen 9 enthält, daß jedem fokusrierenden Element eine Blendenöffnung zugeordnet ist. Zweckmäßigerweise wird der Körper 8 im Brennpunktabstand der fokussierenden Elemente 2 aufgestellt. Der Körper 8 kann beispielsweise aus einem fotografischen Film bestehen, in dem durch Bestrahlung des Rasters der fokusnierenden Elemente 2 Blendenöffnungen geschaffen wurden. Dies Verfahren hat den Vorteil, daß die Blendenöffnungen in der Größenordnung des Brennf3ecks der durch die fokussierenden Elemente gebündelten ungestreuten Strahlung liegt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, statt des fotografischen Films eine Metallfolie zu verwenden und in ihr die entsprechenden Blendenöffnungen durch thermische Wirkung ύβα LiolitöW'tthXöfci bu öulitofJ'tm·
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende: Der Lichtstrahl durchsetzt erst den Flüssigkristall und danach das Linsenraster und wird von diesem auf das Blendenraster fokussiert. Die Kreuzungspunkte der Elektrodenmatrix, die spannungsfrei sind, lassen die gesamte Lichtintensität durch. An den unter Spannung stehenden Kreuzungopunkten befindet sich der nematische Flüssigkristall im Zustand der dynamischen Streuung.
Je nach der Gröi.io der angelegten Spannung, wird ein größerer oder kleinerer Tel] des Lichtes zerstreut und durch den ΒΊendenkörper ausgefiltert. Nur der ungectreute Anteil, dessen Kohärenzeigenschaft unverändert erhalten bleibt, tritt durch die Blendenöffnungen durch.
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Il P JM '■ / Il !> 3 2
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AIs weiteres Anwendungsgebiet kann noch der Einsatz der oben beschriebenen Anordnung als elektrisch steuerbares Hologramm zur Realisierung synthetischer (mit dem Computer errechneter) Hologramme genannt werden, sowie in Verbindung mit einer Fernsehkamera der Einsatz als inkohärent-kohärenter Umsetzer für kohärent-optische Datenverarbeitung inkohärent beleuchteter Objekte.
12 Patentansprüche
1 Figur
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.-1U1IH 1 li / Ü 5 3 2

Claims (12)

Patentansprüche
1. Anordnung zur zweidimensionalen räumlichen und zeitlichen Modulation von Lichtbündeln, unter Verwendung eines nematischen, dynamisch streuenden Plüssigkristalles, der zwischen zwei transparenten, mit elektrisch leitenden transparenten Schichten versehenen Trägerplatten angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet , daß fokussierende Elemente vorgesehen sind, in deren Brennpunkten Blenden angeordnet sind, um das dynamisch gestreute Licht vom ungestreuten Licht zu trennen.-
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrisch leitenden Schichten jeder Trägerplatte streifenförmig ausgebildet sind, wobei beide Streifensysteme um 90° versetzt zueinander angeordnet sind, und jedem durch die Überlappung zweier Streifen definierten Bereich des Flüssigkristalls ein fokussierendes Element mit zugehöriger Blende zugeordnet ist.
3. Anspruch nach Anordnung 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Streifensysteme in Form einer ein- oder zweidimensionalen Matrix angeordnet sind und jeder Streifen individuell mit einer Spannungsquelle verbunden ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die fokussierenden Elemente aus Linsen bestehen.
5. Anordnung nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet , daß die Linsen Zylinderlinsen sind.
6. Anordnung nach Anspruch 1 und 2,dadurch gekennzeichnet , daß die fokussierenden Elemente Hohl-
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spiegel sind.
7. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet , daß die fokussierenden Elemente Fresnelzonenplatten sind.
8. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn· zeichnet , daß die Blenden aus Lochblenden bestehen.
9. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blenden aus Spalfbienden "bestehen.
10. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Blendenöffnung so bemessen ist, daß sie in der Größenordnung des Brennflecks der durch die fokussierenden Elemente gebündelten ungectreuten Strahlung liegt.
11. Verfahren zur Herstellung einer Blendenanordnung nach Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Oberfläche einer der beiden Trägerplatten rasterförmig eingearbeiteten fokussierenden Elemente mit räumlich kohärentem Licht bestrahlt werden und durch Abbildung dieses Rasters auf einer im Brennpunktabstand der fokussierenden Elemente angebrachten lichtempfindlichen Schicht Blendenöffnungen in dieser Schicht entstehen.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß statt der lichtempfindlichen Schicht eine Metallfolie verwendet wird und die Blendenöffnungen durch die thermische Wirkung des Lichtes entstehen.
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