DE2629836A1 - Elektrooptische modulatorvorrichtung - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE BERLIN-DAHLEM 33 · POOBIELSKIALLEE

β MÜNCHEN 22 · WIDENMAYERSTRASSE 49

BATTELLE MEMORIAL INSTITUTE

BERLIN: DIPL.-ING. R. MÜLLER-BÖRNER

_{müncheN; D1PL}.._ING. _hans._h._wey

Berlin, den 30. Juni 1976

Elektrooptieche Modulatorvorrichtung

(Schweiz, Nr. 8672/75 vom 3. Juli 1975)

23 Seiten Beschreibung 16 Patentansprüche 10 Blatt Zeichnungen

25 965

709815/ 1024

BKRLlNi TKLEPON (O3O) ·319Οβ· KABKLi PROPINDUS · TKLKX OI ·*Ο·7 M Ü NCH EN : TELEFON (O· 11) 93 SB SS KABKLl PROPINDUS · TKkKX 0*94944

Battelle Memorial Institute Carouge-Genf (Schweiz)

Elektrooptische Moduiatorvorrichtung

Bei einer elektrooptischen Verarbeitung und Uebertragung von Bild-Informationen sind normalerweise zwei Vorgänge der Bildverarbeitung erforderlich :

(i) Eine codierung der räumlichen Bi Idinformation der Vorlage in eine zeitliche Folge von elektrischen Signalen ist einerseits zur Weiterverarbeitung und/oder Uebertragung erforderlich. (ii) Anderseits soll die verarbeitete oder übertragene Information, die in den meisten Fällen in Form von codierten, elektrischen Signalen vorliegt, wieder in ein gedrucktes Bild übergeführt werden.

Diese zwei Vorgänge werden in herkömmlichen Apparaten von zwei getrennten Systemen durchgeführt, nämlich mit einem Abtast- bzw. Lesesystem einerseits, un mit einem Wiedergabe- bzw. Schreibsystem andererseits.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrooptische Modulatorvorrichtung, welche die Steuerung der beiden o.e. Vorgänge des Ablesens und des Schreibens ermöglicht und gekennzeichnet ist durch : - eine Mehrzahl von Modulatorelementen, die in Form eines Zeilenpunkt-

709815/1024

I"

rasters ausbildet sind, wobei jeder Punkt des Rasters einen Verschluss bildet, mit einem elektrooptischen Medium aus einem optischen ferroelektrischen Material, dessen Curie Temperatur unter der Raumtemperatur liegt und das in der paraelektrischen Phase einen quadratischen elektrooptischen Doppelbrechungseffekt aufweist, sowie mit einem dem Medium vorgeschalteten Polarisator und einem dem Medium nachgeschalteten Analysator; und

- einem im wesentlichen integrierten, DilnnfiImtransistören aufweisenden Steuerkreis, der derart vorgesehen ist, dass er In Abhängigkeit von Steuersignalen, die selektive sequentielle Schaltung der Modulatorelemente des Zeilenpunktrasters zwischen Lichtsperrung und Lichtdurchlass ermöglicht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobei:

Fig. 1 die Hauptteile des erfindungsgemMssen Modulators schematisch darstellt;

Fig. 2 ein Detail des Modulators nach Fig. I In auseinandergezogener Anordnung darstelIt;

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionswelse des Modulators darstelIt;

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Rasterelemente nach einem AusfUhfungsbeispiel des Modulators von Fig. I darstellt;

Fig. 5 eine Variante der Rasterelemente nach Fig. 4 darstellt;

Fig. 6 ein Blockdiagramm eines Steuerkreises gemSss einem Ausführungsbeispiel darstellt;

709815/1024

Flg. 7 ein Schaltschema des Steuerkreises nach Fig. 6 darstellt; Fig. 8 und 9 Diagramme zeigen zur Erläuterung von Fig. 7;

Fig. IO ein Blockdiagramm eines Steuerkreises nach einem zweiten Ausftfhrungsbei spiel zeigt;

Fig. Il ein Schaltschema des Steuerkreises nach Fig. 10 zeigt; Fig. 12 ein Diagramm zur Erläuterung von Fig. Il zeigt;

Fig. 13 ein optisches System zur Beleuchtung des Modulators beim Schreibvorgang darstellt; und

Fig. 14 ein optisches System zum Projizieren einer Vorlage auf den Modulator beim Lesevorgang darstellt.

Wie in Fig, I schematisch gezeigt ist, umfasst die erfindungsgemässe Vorrichtung zwei Hauptteile, nämlich eine Modulatoranordnung M in Form eines schaltbaren ZeiIenPunktrasters, sowie einen Steuerkreis S, der die sequentielle Schaltung der aneinandergereihten Modulatorelemente M. bis M_n des Rasters M erlaubt, wobei jedes dieser Elemente einen Rasterpunkt in Form eines elektrooptischen Verschlusses bildet.

Der Aufbau und die Funktionsweise dieser Teile M und S werden nachfolgend beschrieben.

In Fig. 2 ist ein Modulatorelement M im Schnitt, stark vergrössert und in auseinandergezogener Anordnung dargestellt.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist das Modulatorelement M durch eine optisch transparente Keramikplatte I sowie durch eine beidseitig derselben aufgebrachte, gleichartige Elektrodenstruktur ES gebildet, die

709815/1024

nachfolgend nMher beschrieben wird.

Die Funktionsweise des Modulatorelements beruht auf der Interferenz von polarisiertem Licht, wobei die Platte I zu diesem Zweck mit einem Polarisationssystem versehen ist, bestehend,einerseits,aus einem Polarisator P und, andererseits, aus einem Analysator A, deren Polarisationsebenen p-p und a-a in gekreuzter Stellung stehen, d.h. um zueinander verdreht sind (siehe Fig. 3).

Diese Platte I besteht aus einer ferroelektrischen, optischen Keramik, z.B. die im Handel erhältliche Perovskit-Keramik mit der Bezeichnung: PLZT, mit der Zusammensetzung /9/65/35/', nämlich : ^Pb0,9l ' ^La0,09 ^(Zi0,65 ^T10,35⁾0,9775 °3 *

Mit dem erfindungsgemäss vorgesehenen Zeilenpunktraster wird eine Lichtmodulation durch einen elektrooptischen Doppelbrechungseffekt erzielt, wobei durch Verwendung von ferroelektrischen Perovskiten, insbesondere aufgrund des durch ein elektrisches Feld induzierbaren Phasenüberganges in denselben, besonders wichtige praktische, nachstehend erläuterte, Vorteile sich ergeben.

Der Pfeil F in Fig. 3 zeigt die Orientierung des elektrischen Feldes (relativ zu den o.e. Polarisationsebenen p-p und a-a), das mittels der Elektrodenstruktur ES zum Lichtdurchlass durch jedes Modulatorelement M. bis Mj. erzeugt wird.

Die Funktionsweise des Modulatorelements ist wie folgt:

feldfreien Zustand, d.h. in Abwesenheit des elektrischen Feldes ist die Keramikplatte I optisch isotrop. Durch die gekreuzte Anordnung der Polarisatoren P und A ergibt sich dann, dass das einfallende Licht durch den ersten Polarisator P in der Ebene p-p polarisiert wird, durch die im isotropen Zustand befindliche Platte I unverändert durchgeht und zufolge der gekreuzten Anordnung des Analysators

709815/1024 "*"

A beim Austritt aus der Platte I vollständig blockiert wird, so dass das Modulatorelement M. insgesamt (mit den Polarisatoren P und A) das Licht nicht durch lässt.

(b) Beim Erzeugen eines Feldes mittels der nachstehend genauer beschriebenen Elektrodenstruktur wird das keramische Material optisch anisotrop, d.h. es wird doppeIbrechend. Bei der in Fig. 3 gezeigten Orientierung der Polarisationsebenen p-p und a-a, relativ zum FeIdvektor F, bei einer gegebenen Feldstärke E und bei einer gegebenen Dicke d der Platte I, wird die Polarisationsebene durch das zwischen Polarisator P und Analysator A befindliche Kere^ikmateriai der Platte I um 90° gedreht und führt dann zur maximalen Transmission im Polarisationssystem P,A, d.h. das Modulatorelement M. ist auf Lichtdurchlass geschaltet.

Die für den erzielten Effekt relevanten Grossen sind dabei durch die nachstehend erläuterten Beziehungen verknöpft.

In einem optischen Material, das einen induzierten, quadratischen, elektrooptischen Effekt aufweist, wird durch ein elektrisches Feld eine Doppel brechung Δ* η erzeugt, die mit dem Quadrat der Feldstärke E wie folgt variiert :

, .a?-. K-E²* _(l)

wobei: R die Kerr-Konstante und

η der Brechungsindex des Materials ist.

In dem doppeIbrechenden Material wird das Iinear-polarisierte Licht in zwei senkrecht zueinanderI legende WellenzQge W.. und W. aufgespalten, die durch die Achsen des Brechungsindex-El Ifpsoids bestimmt sind und in einem doppeIbrechenden Medium phasenverschoben werden können. Diese optischen Achsen sind bei einem induzierten Effekt in

709815/1024

einer Keramik normalerweise parallel bzw. senkrecht zum elektrischen Feldvektor gerichtet.

In dem doppeIbrechenden Material wird eine Drehung der Polarisationsebene um 90 nur dann erzielt, wenn die zwei nachfolgenden Bedingungen erlOllt sind:

(i) die WellenzOge W.j und W. müssen die gleiche Amplitude aufweisen;

Ui) die Phasenverschiebung zwischen diesen WeJlenzögen muss 180° betragen.

Die obige Bedingung (i) kann nur efüllt werden, wenn beide Polarisationsebenen einen Winkel von 45 mit dem Feldvektor einschliessen: Die Phasenverschiebung i| ergibt sich aus der Dicke d des optischen Materials und der induzierten Doppelbrechung Δ. η bei einer bestimmten Wellenlänge A durch die nachfolgende Beziehung:

Mit anderen Worten, bei einer bestimmten Dicke d muss eine bestimmte Feldstärke E erzeugt werden, damit sich bei einer Wellenlänge A eine Phasenverschiebung von 180 (d.h. g> = Ji ) ergibt.

FQY die oben angeführte PLZT - Keramik, wo R = 3,8 · lo"^l6(m²/V²)

und η » 2,3, ergibt sich dann für d - 250^-m, A= 0,55^m und «£ * Ji eine Feldstärke von 690 kV/m, und somit eine Schaltspannung von ca 85 V, bei einem Elektrodenabstand w * 0,125 mm.

Die in Fig. 4 beispielsweise dargestellte Elektrodenanordnung mit

709815/1024

einer kammartigen Konfiguration ist auf beiden Seiten der Keramikplatte i gleichartig aufgebracht. Sie setzt sich einerseits aus einer Reihe von auf Masse gelegten Elektroden 6, weiche die Breite jedes Modulatorelements bzw, Rasterpunktes bestimmen und denen jeweils eine mittlere Schaltelektrode 5. bis 5_W zugeordnet ist.

Durch das Anlegen einer Spannung an jede Steuerelektrode 5. bis 5 können die Modulatorelemente M. bis M^ wahlweise und voneinander ganz unabhängig geschaltet werden, wie nachstehend nMher erläutert wird.

Die Elektrodenanordnung gemäss der in Fig. 5 gezeigten Variante ist jener gemäss Fig. 4 ahnlich, wobei jedoch die Schaltelektroden 5 bis Sj. in diesem Fall abwechselnd nach oben und nach unten weggeführt werden, um dadurch einen grösseren Abstand zwischen benachbarten Schaltelektroden zu erhalten.

In den beiden Fällen (Fig. 4 und 5) sind die jedem Moduiatorelement zugeordneten Elektroden 5 und 6 deckungsgleich auf beiden Seiten der Keramikplatte I aufgebracht, damit in derselben die höchste Feldstärke E bei gegebener Spannung erzielt wird.

Die Leiterbahnen dieser Elektrodenanordnungen_p die das Zeilenpunktraster bestimmen, können mit Hilfe von herkömmiichen_s bei der Herstellung von integrierten elektronischen Schaltkreisen verwendeten Techniken äusserst einfach erzeugt werden.

So kann beispielsweise zunächst auf beiden Seiten der polierten Keramikplatte I eine leitende Schicht aus Metall oder (InSn)O, aufgedampft werden. Die gewünschte Elektrodenstruktur kann dann mit Hilfe der PhotoIithographie und durch Aetzen erhalten werden. Somit kann das gesamte Zeilenpunktraster in integrierter Bauweise erzeugt werden, wodurch seine Fabrikation wesentlich vereinfacht wird.

7098 15/1024

Po lar i satoren, i η Formvon Folien, können zudem an beiden Seiten der Platte I direkt auf das integrierte Zeilenpunktraster aufgebracht werden.

Wie bereits erwähnt, wird die Schaltfläche der Modulatorelemente durch die den Schaltelektroden 5 jeweils zugeordneten bzw. benachbarten, auf Masse gelegten Leiterbahnen, d.h. durch die Elektroden 6 bestimmt. Ferner können die Modulatorelemente unabhängig voneinander, ohne physikalische Trennung geschaltet werden, da keine Wechselwirkung zwischen denselben eintritt.

Es kann beispielsweise eine Rasterpunktfläche von 0,254 χ 0,254 mm ohne weiteres hergestelIt werden, da Leiterbahnen mit einer Breite bis zu 5yi/m mit Hilfe der oben erwähnten Technologie aus einer Metallschicht geätzt werden können.

Der induzierte elektrooptische Effekt, der den beschriebenen Modulatorelementen des Zeilenpunktrasters zugrunde liegt, weist eine monostabile Schaltcharakteristik auf. Die Steuersignale zur selektiven Schaltung der Elemente des Rasters können vorübergehend gespeichert werden, wie nachstehend beschrieben wird.

Bei den o.a. Abmessungen von 0,254 χ 0,254 für jeden Rasterpunkt bzw. jedes Modulatorelement unter Verwendung der o.a. PLZT - Keramik, ist eine Schaltspannung von ca. 80 Volt erforderlich. Diese ist jedoch mit den herkömmlich verwendeten integrierten Logikschaltungen auf Siliziumbasis nicht kompatibel.

Die nachstehend beschriebenen Schaltkreise können mit Hilfe von herkömmlichen Verfahren der Aufdampftechnik in integrierter Bauweise hergestellt werden und erlauben eine vorübergehende Speicherung der Steuersignale.

709815/1024

Wie aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich ist, I3sst sich aufgrund der geringen Schaltenergie der Modulatorelemente des Rasters und der kurzen Schaltzeiten des darin induzierten elektrooptischen Effekts, eine sequentielle Ansteuerung derselben mit Hilfe von Diinnfi I mtransi stören ("TFT- Transistor") bewerkstelligen, wobei die Elektroden, die isolierende Oxydschicht und das Halbleitermaterial auf einem Substrat aufgedampft sind.

Zwei prinzipielle Steuerkrefsanordnungen zur sequentiellen Schaltung der Modulatorelemente des Zeilenpunktrasters können in Betracht gezogen werden:

- dynamische Register in Verbindung mit einem Spefr-Regϊster ("Latch-Register")

- Matrix-Ansteuerung bei der durch ein aktives elektronisches Element eine künstfiche SpannungsschwelIe erzeugt wird.

So zeigt Fig. 6 ein Blockdiagramm eines Ausfiihrungsbeispieles des Steuerkreises zur sequentiellen Steuerung der Modulatorelemente M. bis M_n des Zeilenpunktrasters gemMss der Erfindung, mit einem Zweitakt-Schieberegister als dynamisches Register und mit einem Latch-Register. Eine mögliche Ausführung des Schieberegisters R und der Treiberschaltung TS for die sequentielle Ansteuerung der Modulatorelemente M. bis M., nach dem Blockschema von Fig. 6 ist ferner beispielsweise im Schaltschema von Fig. 7 dargestellt.

Die Fig. 8 bzw. 9 zeigen den Zeitverlauf von verschiedenen Signalen zur Steuerung des Schreibvorgangs bzw. des Lesevorgangs mit einem Steuerkreis gemäss Fig. 6 und 7.

Wie aus den Fig. 6 und 7 ersichtlich, sind die Modulatorelemente M. bis M„ des Zeilenpunktrasters je über ihre Schaltelektrode 5. bis 5_N mit einer zugeordneten (ais "Latch-Register" ausgebildeten) Treiberschaltung TS verbunden, welcher der Zweitakt-Schieberegister R vor-

709815/1024

geschaltet ist. *

Der Steuerkreis nach dem Blockdiagramm von Fig. 6 enthält ferner einen Taktgeber TA zur Erzeugung der zwei periodischen Schiebe-Impulsfolgen t| . und df ₂ für das Schieberegister R und für den Zähler Z Modulo N. Dieser Zähler Z liefert ein "Inhibit" - Signal s_für das Latch-Register nach Zählung von jeweils N-I Taktimpulsen i . und stellt sich nach Zählen von N Impulse wieder auf Null.

Wie aus dem Blockdiagramm von Fig. 6 ersichtlich, besitzt der Steuerkreis ferner zwei Schalter SI und S2 für die Umschaltung vom Lesevorgang auf den Schreibvorgang.

Das in Fig. 7 dargestellte Zwei-Taktschieberegister besteht aus N Registerzellen, die je vier Dünnfilmtransistoren (TFT) T3 bis 6 sowie zwei Widerstände R2, R3 aufweisen und jeweils einem der Modulatorelemente M. bis M_n zugeordnet sind, wobei in Fig. 7 nur die ersten vier Elemente M. bis M. des Zeilenpunktrasters sowie ihre entsprechenden Registerzellen dargestellt sind.

Wie aus Fig. 7 ferner ersichtlich, sind die Steuereiektroden (Gates) der Transistoren T3 durch die Schiebe-impulsfolge $ . gesteuert, sowie jene der Transistoren T5 durch § ₂» wobei ein Steuersignal s_ dem Eingang des Transistors T3 der ersten Registerzelle (entspr. M) zugeleitet wird. Ferner wird eine Spannung V. über die Widerstände R2 bzw. R3 an den Eingängen der daran anschIiessenden Transistoren T5 bzw. T3 gelegt, wobei die Transistoren T4 und T6 in der in Fig. 7 dargestellten Weise einerseits mit einer Masse verbunden und andererseits mit den Transistoren T3 und T5 abwechselnd im Schieberegister R hintereinander geschaltet sind.

Die Treiberschaltung TS umfasst zwei Dünnfilmtransistoren TI und T2, sowie einen Widerstand'R., dem gemäss Fig. 7 eine Spannung V^ ange-

709815/1024

legt ist. TI ist jeweils einerseits mit dem Eingang des Transistors T5 der entsprechenden Registerzelle und andererseits mit der Schaltelektrode 5 des entsprechenden Modulatorelementes verbunden.

Die Funktionsweise des oben beschriebenen Steuerkreises wird nun anhand der Fig. 6 bis 9 erläutert:

Schreibvorgang

Bei Verwendung des Zeilenpunktrasters im Schreibvorgang werden die Modulatorelemente M bis M in Abhängigkeit von einem codierten Informationssignal bzw. Schreibsignal am Eingang E (Fig. 6) angesteuert, das als Steuersignal s über den Schalter SI (in Stellung I) dem Eingang L3 der ersten Schieberegisterzelle R zugeführt wird. Dabei steht der Ausgang des Zählers Z über dem Schalter S2 (in Stellung I) mit der Treiberschaltung TS in Verbindung, "um dieser ein "Inhibit"-Signal s_T während dem Zählen von N - ! Schiebeimpulsen S . zuzuführen.

Das am Eingang L3 vorliegende Steuersignal s_ zum Schreiben wird jeweils mit Hilfe der Schiebeimpulse φ . und <§ sequentiell durch das Schieberegister durchgeschoben und in deren Kapazitäten Ci in Form von Ladungen gespeichert.

Der Speichervorgang im Schieberegister R gemäss Fig. 8 geschieht in an sich bekannter Weise wie folgt:

Der erste Transistor T3 wird jeweils beim Auftreten eines Schiebe-Jmpulses $ . leitend, sodass ein zugleich auftretendes Steuersignal s_s in der ersten Kapazität Cl der ersten Registerzelle in Form einer Ladung zunächst gespeichert wird. Dieser Transistor T3 wird nach dem Verschwinden dieses Impulses φ . gesperrt, sodass die Ladung in Cl zunächst erhalten bleibt, wodurch der anschIiessende Transistor T4

709815/1024

leitend wird; dadurch befindet sich die Leitung zwischen T5 und TI etwa auf NuI!potential.

Beim Auftreten des nächstanschIiessenden Schiebe impulses <j _ wird T5 leitend, sodass die zweite Kapazität C2 der ersten Speicherzelle nicht aufgeladen wird, da der Eingang von T5 auf Nullpotential liegt.

Wenn zunächst kein weiteres Steuersignal auftritt, entlädt sich die Kapazität C in der ersten Speicherzelle über T3 beim nächsten Impuls

φ ., wobei zugleich in der zweiten Registerzelle die Kapazität Cl geladen wird.

Durch die danach abwechselnd auftretenden Impulse <$ und φ ~ (siehe Fig. 9) wird das erste Steuersignal s_ sequentiell durch das Schieberegister durchgeschoben.

Alle weiterenSteuersignale s_ werden in gleicher Weise durch die Registerzellen geschoben bzw. in der Kapazität Cl kurzzeitig gespeichert.

Das "Inhibit" - Signal verhindert dabei, dass während dieses Schiebevorganges die Steuersignale s_ über die Treiberschaltung TS den Schaltelektroden 5 der Modulatorelemente weitergeleitet werden. Erst wenn alle Steuersignale, die einer Zeile des Zeilenpunktrasters entsprechen eingespeichert sind, findet die Uebertragung der Information über die Treiberschaltung TS zu den Modulatoren statt.

Wie aus Fig. 8 ersichtlich, geht das "Inhibit" - Signal s_ auf Null beim Zählerstand N-I und bewirkt einerseits, dass die Impulse des Taktgebers TA gesperrt werden, solange s « o.

Sobald das "Inhibit" - Signal s. Null wird, werden andererseits

70981S/1024

die entsprechenden Modulatorelemente gemäss den im Schieberegister (in Cl) gespeicherten Steuersignalen über die Treiberschaltung TS zugleich geschaltet. Bei nicht vorhandenem s werden nämlich alle T2 gesperrt, wobei jedes Tf dann ebenfalls gesperrt ist, wenn T4 in der entsprechenden Registerzelfe durch eine aufgeladene Kapazität Cl leitend ist, sodass der Eingang von TI praktisch auf Nullpotential liegt, TI somit gesperrt ist, und die entsprechende Schaltelektrode 5 durch die Spannung V über den Widerstand Rl unter Spannung gesetzt wird.

Somit werden die Modulatorelemente M. bis M des Zeilenpunktrasters gemäss den gespeicherten Steuersignalen s„ selektiv geschaltet, indem jeweils ein elektrisches Feld zwischen der Schaltelektrode 5 und den zwei benachbarten geerdeten Elektroden 6 in dem Modulatorelement erzeugt wird.

Wie bereits erwähnt, wird somit jedes Modulatorelement durch ein angelegtes elektrisches Feld optisch anisotrop, wobei eine Drehung der Polarisationsebene um 90° zufolge eines induzierten quadratischen, elektrooptischen Effektes (induzierte Doppelbrechung) bewerkstelligt wird, um eine maximale Transmission durch die gekreuzten Polarisatoren P und A bei der Anordnung gemäss Fig. 2 und 3 zu erzielen.

Das derart durch jedes Modulatorelement M bis M des Zeilenpunktrasters selektive transmittierte Licht kann dann ausgangsseitig durch ein geeignetes lichtempfindliches Element erfasst werden. Auf diesem kann ein latentes Bild erzeugt werden, das durch einen geeigneten Entwicklungsprozess sichtbar gemacht werden kann.

Der Schreibvorgang wird somit durch die beschriebene Modulatorvorrichtung gemSss Fig. I bis 8 gesteuert, in Abhängigkeit von einer codierten Information, d.h. von den Steuersignalen s_, die dem oben beschriebenen Steuerkreis S gemäss Fig. 6 und 7 von aussen her zugeführt werden.

709815/1024

Dieselbe Vorrichtung gemäss Fig. I bis 8 kann ebenfalls zur Steuerung des Lesevorganges verwendet werden, wie nachfolgend beschrieben.

Lesevorgang

Beim Lesen werden die Schalter SI und S2 in ihre zweite Schaltstellung Il (siehe Fig. 6) gebracht, sodass dann das Schieberegister R mit dem umgekehrten "Inhibit" - Signal s · und die Treiberschaltung mit umgekehrten Schiebeimpulsen φ _?· versorgt werden (siehe Fig. 9).

Dabei wird die zu lesende Vorlage beleuchtet, Zeile für Zeile vorgeschoben und auf das Zeilenpunktraster sukzessive projiziert, wobei die Intensität des durch jedes Modulatorelement transmitter te Lichts durch einen geeigneten Detektor wahrgenommen und in ein entsprechendes codiertes Lesesignal umgewandelt wird.

Die Steuerung des Lesevorganges wird nun folgendermassen erzielt:

- Der Zähler Z liefert über den Inverter J und Schalter Sl_s am " Anfang des Schiebezyklus, einen Impuls s_' (siehe Fig. 9) am Eingang des Schieberegisters, wobei s·' in gleicher Weise wie oben mit Bezug auf das Steuersignal s_ beschrieben, von einer Registerzelle zur nächsten durchgeschoben wird.

- Dabei gelangt das periodischer als Synchronisationssignal dienende Signal <$ -' ^vom Taktgeber TA über den Inverter I„ und dem Schalter S2 zum Eingang der Treiberschaltung.

- Da beim o.e. Schiebevorgang die Kapazitäten Cl der Registerzel-Ien nacheinander aufgeladen werden, werden die Modulatorelemente M₁ bis M.. somit sequentiell einzeln aktiviert.

I N

- Dadurch wird eine auf das Zeilenpunktraster sukzessive (Zeile für ZeiIe) projizierte Bildvorlage durch die Elemente M. bis M_M sequentiell durchgelassen und das durchgelasseoe Licht wird mit Hilfe des Detektors in eine Folge von elektrischen Signalen umgewandelt.

709815/1024

•Κ

Das ZeiIenpunktraster kann selbstredend eine beliebige Anzahl N von Modulatorelementen aufweisen. So sind zum Beispiel zum Lesen und zum Schreiben einer Seite im Format DIN A4 (mit ca. 21 cm Breite), ca. 840 Modulatorelemente bei einer Auflösung von ca. 4 Linien pro Mi 11imeter erforder I ich.

In Fig. 10 ist ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsmöglichkeit des Modulatoi—Steuerkreises mit einer Matrix-Adressierung über eine künstliche (mit einem aktiven Element erzeugten) Spannungsschwelle gezeigt, der für die Schaltung von 128 ModuIator-elementen des Zeilenpunktrasters vorgesehen ist.

Wie aus Fig. 10 ersichtlich, enthält das gezeigte Ausführungsbeispiel des Steuerkreises einen Taktgeber TA¹, einen Zähler Z^! (Modulo 128 mit sieben Ausgängen), einen Dekodierer D und eine Register- und Treiberschaltung RT, die mit 128 Modulatorelementen M₁ bis M₁₀₀ verbunden ist.

Der Taktgeber TA' liefert einen periodischen Taktimpuls s einerseits dem Zähler Z' und andererseits dem Dekodierer D, wenn der Schalter S3 in der entsprechenden Stellung (II) steht.

Der Zähler Z¹ zählt die Taktimpulse S- durchgehend von I bis 128 und liefert 128 codierte Signale s , die dem jeweiligen Zahlerstand entsprechen und dem Dekodierer D über 7 Leitungen (in 128 Kombinationen) aufeinanderfolgend zugeführt werden.

Wie aus Fig. Il ersichtlich, enthält der Dekodierer D einerseits einen Dekodierer DI6 (I aus 16) mit vier Eingangsleitungen und 16 Ausgangsleitungen, sowie andererseits einen Dekodierer D8 (I aus 8) mit 3 Eingangs leitungen und 8 Ausgangs leitungen, wobei diese Eingangsleitungen von DI6 und D8 mit dem Zähler Z' (Fig. 10) verbunden sind.

Der Dekodierer D besitzt ferner 128 Dünnfilmtransistoren T8, deren

709815/1024

Steuerelektroden (Gates) jeweils mit einer der 16 Ausgangs leitungen von DI6, wie in Fig. Il gezeigt, verbunden sind. Zudem besitzt der Dekodierer D auch 8 Dtlnnfi Imtransίstören T9, deren Steuerelektroden (Gates) jeweils mit einer der 8 Ausgangs leitungen von D8 verbunden sind. Dabei sind die Transistoren T9 alle zwischen einer gemeinsamen Eingangs leitung L9 und einer für jeweils 16 Modulatorelemente gemeinsamen Verbindungsleitung L9-8 geschaltet, welche die Eingangsleitung der Transistoren T8 bildet, deren Ausgänge mit der Register- und Treiber—schaltung RT verbunden sind.

Diese Schaltung RT besteht aus 128 DünnfiImtransίstören T7, denen je ein Widerstand R4 zugeordnet ist. Alle R4 sind dabei zwischen Masse und dem entsprechenden T7, sowie mit der Schaltelektrode 5 des entsprechenden Modulatorelementes verbunden.

Die Funktionsweise des beschriebenen Steuerkreises gemäss Fig. IO und Il wird nun anhand der Fig. 12 erläutert.

Schreibvorgang

Der Schalter S3 wird in die Stellung I gebracht, sodass ein codiertes Steuersignal ε_ς (zum Schreiben) der Leitung L9 zugeführt wird.

Der Zähler Z¹ zählt durchgehend die Taktimpulse s_T (von I bis 128) und liefert fortlaufend dem Dekodierer D die codierten Signale s^, ₇, wobei die Dekodierer D8 bzw. DI6 die Transistoren T9 bzw. T8 sequentiell leitend machen.

Wenn ein Steuersignal s bei L9 vorliegt, so dass die Transistoren T9 alle unter Spannung stehen, und wenn zugleich zwei Transistoren ■T9 und T8 in Serie leitend sind, so wird die Kapazität C7 des entsprechenden Transistors T7 geladen, wobei T7 leitend wird.

709815/1024

Die Steuersignale s_c für die 128 Modulatorelemente M. bis M₁₀₀

j I I Zo

werden auf diese Weise in den Kapazitäten C7 gespeichert, wobei der Dekodierer D8 (über T9) die sequentielle Aktivierung von jeweils 16 Modulatorelementen bewirkt. Durch die Leitung L4 wird nämlich die Spannung V„ Ober die durch C7 jeweils leitenden Transistoren T7 an den zugeordneten Schaltelektroden 5 angelegt.

Die 128 Modulatorelemente werden somit selektiv geschaltet, so dass der Schreibvorgang in Abhängigkeit von den eingehenden Steuersignalen s. durch das Zeilenpunktraster gesteuert werden kann.

Lesevorgang (Fig. 12)

Der Schalter S3 wird beim Lesevorgang in die Stellung II gebracht, sodass das Taktsignal s (anstatt s_) der Leitung L9 des Dekodierers D zugeführt wird.

Die Dekodierer D8 und Dl6 steuern nun die Schaltelektroden 5 der Modulatorelemente sequentiell (auf Lichtdurchlass) beim aufeinanderfolgenden Auftritt von s_T, wenn gleichzeitig jeweils zwei Transistoren T9 und T8 leitend werden.

Diese sequentielle Schaltung der 128 Modulatorelemente auf Licht durchlass erlaubt somit das sequentielle Abtasten einer Bildvorlage, Punkt für Punkt und Zeile für Zeile, wie nachstehend näher erläutert wird.

Es sei jedoch zu bemerken, dass die obige Beschreibung und Darstellung des Steuerkreises von Fig. Il nur zwecks Vereinfachung beispielsweise auf 128 Modulatorelemente sich bezieht, wobei die Anzahl der Rasterpunkte selbstredend vervielfacht werden kann, und wobei in diesem Fall ein Steuerkreis gemäss Fig. Il jeweils für 128 Punkte des

-r-

709815/102«

Zeilenpunktrasters vorgesehen werden kann.

In Fig. 13 ist ein optisches System beispielsweise dargestellt, in welchem die Modulatorvorrichtung gemäss der Erfindung zum Steuern eines Schreibvorganges angewendet wird.

Eine Lampe 9 erzeugt mit Hilfe einer Linse 10 ein paralleles Lichtbündel II, das durch einen Spiegel 12 umgelenkt und durch eine zylindrische Linse 13 in einer Brennlinie BLI konzentriert wird.

Das Zeilenpunktraster M, „ befindet sich im Bereich der Brennlinie BLI und so nahe wie möglich an einem photoempfindlichen Element 14, um Verzerrungen des RasterbiIdpunktes zu vermeiden.

Die Modulatorelemente M, bis M des Zeilenpunktrasters werden durch die Anordnung gemäss Fig. 13 gleichmässig beleuchtet und werden beim Schreibvorgang in der oben beschriebenen Weise durch den Steuerkreis in Abhängigkeit von den eingehenden Steuersignalen s_ auf Lichtdurchlass geschaltet.

Das einfallende Licht wird somit durch das Zeilenpunktraster selektiv durchgelassen bzw. moduliert, und gelangt anschliessend zum photoempfindlichen Element 14, mit dessen Hilfe das Bild beim , Schreibvorgang aufgezeichnet wird.

In Fig. 14 ist ein zweites optisches System beispielsweise dargestelIt in welchem die Modulatorvorrichtung gemäss der Erfindung zum Steuern des Lesevorganges angewendet wird.

Eine Lampe 9 erzeugt mit Hilfe einer Linse 10 ein paralleles Lichtbündel II, das auf einen Strahlungstel ler-WCIrfel 15 gerichtet ist und nach Durchgang der Teilerfläche 16 derselben durch eine Linse in einer Brennlinie BL2 konzentriert wird, die jeweils eine Zeile der abzulesenden Bildvorlage BV beleuchtet.

709815/1024

Die Teilerfläche 16 wirkt zugleich als halbreflektierender Spiegel, wobei die beleuchtete Bildzeile ober die Linse 17, die Teilerflache 16 und eine Linse 13 auf das Zeilenpunktraster des Modulators projiziert wird.

Ein Photodetektor 18 empfängt das durch das Raster sequentiell transmittierte Licht und wandelt es in eine zeitliche Folge von elektrischen Signalen, die der Bildzeile der Vorlage entsprechen, wobei diese durch eine nicht gezeigte Transportvorrichtung verschoben wird, um die Vorlage Zeile vür Zeile abzutasten.

Vorzugsweise besteht der Photodetektor 18 zum Nachweis der Intensität des über jedes Modulatorelement transmittierten Lichtes aus einem Silizium-Photodetektor, wobei ein Streifendetektor vom "Schottky-Barrier" - Typ für diesen Lichtnachweis besonders geeignet ist.

Es versteht sich, dass die Struktur und Funktionsweise des Zeilenpunktrasters sowie des Steuerkreises sich nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränken, und dass verschiedene Varianten derselben im Rahmen der Erfindung in Betracht gezogen werden können.

So kann beispielsweise die Elektrodenstrucktur zur Bestimmung des Zeilenpunktrasters jede geeignete andere Konfiguration als jene gemäss Fig. 4 und 5 aufweisen. Zudem kann der Steuerkreis ebenfalls jede andere Schaltanordnung zum Ansteuern der Modulatorelemente in ähnlicher Weise aufweisen.

Ferner könnten die Polarisationsebenen des Polarisators und des Analysators, anstatt gekreuzt, parallel zueinander angeordnet werden, so dass durch Anlegen des elektrischen Feldes die Lichttransmission in diesem Fall verringert bzw. der Lichtdurchgang durch die Modulatorelemente beim Schalten blockiert wird.

709816/1024

Dank der oben beschriebenen Konzeiption der erfIndungsgemMssen Modulatorvorrichtung, ermöglicht sie eine äusserst rasche Datenverarbeitung, so dass sie für den Einsatz in peripheren Geräten von Datenverarbeitungsmaschinen (Computer), wie schlaglose Schnelldrucker oder otpische Informations leser, in Geräten zur Informationsübertragung wie FacsimiIigeräte mit hoher Geschwindigkeit, sowie in Mikrofilmgeräten besonders geeignet ist.

Es werden nämlich Dank der speziellen Anordnung der Modulatorelemente in Form eines Integrierten Zeilenpunktrasters in Wirkverbindung mit dem Steuerkreis, verschiedene Vorteile erfIndungsgemäss erzielt:

Ca) Durch die polykristtalI Ine Struktur des elektrooptischen Materials, insbesondere eine Perovskitkeramik, wird eine Wechselwirkung zwischen benachbarten Modulatorelementen vermieden, so dass keine physikalische Trennung dieser Elemente notwendig ist und somit das Zeilenpunktraster, wie oben beschrieben, In integrierter Bauweise hergestellt werden kann.

(b) Der erf Indungsgemäss verwendete induzierte elektrooptische Doppelbrechungseffekt weist kurze Schaltzelten auf, so dass eine hohe Geschwindigkeit der Informationsverarbeitung erreicht werden kann.

(c) Durch Verwendung des Doppelbrechungseffektes in Perovsklten können Modulatorelemente mit niedriger Schaltspannung hergestellt werden, die eine hohe Integrationsdichte und eine Ansteuerung mit Integrierbaren elektronischen Komponenten gestatten.

(d) Durch die doppelte Funktion des Zeilenpunktrasters kann die Modulatorvorrichtung mit sehr geringem Aufwand In verschiedenen Schreib- oder Abtastvorrichtungen eingesetzt werden.

709815/1024

•St.

(θ) Durch die Verwendung von Modulatorelementen mit relativ niedriger Schaltspannung für den induzierten Doppelbrechungs-Effekt, ist es möglich das Zellenpunktraster mit einer Steuerelektronik aus integrierten Bauelementen anzusteuern. Die Verwendung von teueren und komplizierten HochspannungsverstSrkern ist somit nicht notwendig,

(f) Zufolge der niedrigen Schaltspannung und der Abwesenheit von störenden Wechselwirkungen zwischen den benachbarten Modulatorelementen können diese flä'chenmä'ssig sehr klein gehalten werden, wodurch eine hohe Auflösung erzielt werden kann.

(g) Die einzelnen Modulatorelemente können durch die Steuerelektronik so geschaltet werden, dass sie Speichereigenschaften aufweisen. Dadurch kann die Steuerelektronik wesentlich vereinfacht werden.

(h) Der Energieverbrauch der Modulatorelemente pro Schaltvorgang ist relativ gering, so dass der Leistungsbedarf niedrig ist.

(i) Die Treiberschaltung für die Modulatorelemente des Rasters kann durch die niedrigen Schaltspannungen aus Dünnfilmtransistoren, ähnlich den MOS - Transistoren, hergestellt werden, die mit den Schaltspannungen der Modulatorelemente kompatibel sind und durch die Aufdampftechnik auf derselben Unterlage wie das Zellenpunktraster in integrierter Bauweise sehr einfach hergestellt werden können.

(j) Durch die hohe Schaltgeschwindigkeit der einzelnen Teile (Zeilenpunktraster, Steuerelektronik, Lichtnachweissystem und Entwicklungssystem) und durch den nichtmechanischen Aufbau dieser Teile, kann eine hohe Schreib- bzw. Lesegeschwindigkeit gewärleistet werden, wodurch die erfindungsgemSsse Modulatorvorrichtung sich besonders gut zur Verwendung für periphere ComputergerMte eignet, bei denen die Verarbeitungsgeschwindigkeit entscheidend ist.

709815/1024

. tv

Die beschriebene Modulatorvorrichtung kann mit verschiedenen lichtempfindlichen Entwicklungssystemen kombiniert und zur Informationsverarbeitung eingesetzt werden, wobei die folgenden Entwicklungssysteme in Frage kommen können:

- Photopapier

- Silberbromid-FiIm

- ThermoempfindIiches Papier

- EIectrofax-Papier

- eine elektrophotgraphische Trommel.

Da das Zeilenpunktraster sowohl als Scanner zum Abtasten bzw. Lesen von Informationen, wie auch zum Schreiben auf lichtempfindlichen Substraten eingesetzt werden kann, ist eine Verwendung desselben in vielen informationsverarbeitenden Systemen-mögI ich, wie z.B. in einem Schnelldrucker mit Electrofax-Papier als Nachweis- bzw. Entwicklungssystem. So können z.B. IO 000 Charakterlinien pro Minute gedruckt werden.

Durch die bereits erwähnte DoppeIfunktion des Zeilenpunktrasters kann es auch mit besonderm Vorteil in Facsimilegersten mit hoher Geschwindigkeit eingesetzt werden.

709815/1024

Claims (16)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Elektrooptische Modulatorvorrichtung, gekennzeichnet durch:

   eine Mehrzahl von Modulatorelementen, die in Form eines Zeilenpunktrasters ausgebiIdet sind, wobei jeder Punkt des Rasters einen Verschluss bildet, mit einem elektrooptischen Medium aus einem optischen ferroelektrischen Material, dessen Curie Temperatur unter der Raumtemperatur liegt und das in der paraelektrischen Phase einen quadratischen elektrooptischen Doppelbrechungs-Effekt aufweist, sowie mit einem dem Medium vorgeschalteten Polarisator und einem dem Medium nachgeschalteten Analysator; und

   einen im wesentlichen integrierten, Dünnfilmtransistoren aufweisenden Steuerkreis, der derart vorgesehen ist, dass er in Abhängigkeit von Steuersignalen, die selektive sequentielle Schaltung der Modulatorelemente des Zeilenpunktrasters zwischen Lichtsperrung und Lichtdurchlass ermöglicht.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrooptische Medium aus einer Perovskit-Keramlk besteht.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrooptische Material aus einer PLZT - Keramik besteht.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulatorelemente (M. bis M_n) des Zeilenpunktrasters an einer optisch transparenten Platte (I) aus dem elektrooptischen Material, mit Hilfe einer auf der Platte beidseitig aufgebrachten

   709815/1024

   Elektroden-Anordnung gebildet sind, wobei jedes Modulatorelement eine mit dem SteuerkreEs CS) verbundene Schaltelektrode (5) aufweist, und wobei dfe Modulatorelemente durch eine Reihe von passiven Eletroden (6) voneinander abgegrenzt sind, die auf einem konstanten Potential liegen.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die passiven Elektroden an Masse gelegt sind.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationsebenen des Polarisators (P) und des Analysators (A) senkrecht zueinander bzw. gekreuzt angeordnet sind;
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden-Anordnung derart ausgebildet ist, dass beim Anlegen einer Schaltspannung (V_) auf jede Schaltelektrode (5) ein elektrisches Feld in dem entsprechenden Modulatorelement erzeugt wird mit einem Feldvektor (F), der einen Winkel von 45 mit den beiden Polarisationsebenen des Potarisators und des Analysators elnschliesst (Fig. 3).
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulatorelemente (M. bis M_n) des Zeilenpunktrasters sowie der Steuerkreis (S) und deren Verbindungen in einer integrierten Bauweise auf einer Platte (I) aus dem elektrooptischen Material angeordnet sind.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 4, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkreis ein dynamisches Register (R) mit einer Registei— zelle for jedes Mbdulatorelement aufweist, sowie eine Treiberschaltung (TS) mit mindestens einem Dünnfilmtransistor, um das Anlegen der Schaltspannung (V_) an der entsprechenden Schaltelektrode (5) zu steuern.

   709815/1024
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das dynamische Register (R) aus einem Schieberegister besteht.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkreis einen Taktgeber (TA) in Wirkverbindung mit einem Zähler (Z) aufweist, so dass der Taktgeber Schiebe-lmpulsfogen ( % . bzw. <§ „) dem dynamischen Register (R) zuführt, wobei der ZShler jeweils nach N Schiebe impulsen, wo N die Anzahl Modula+oi— elemente im Zellenpunktraster ist, ein Signal (s.) abgibt zur Bestimmung des Anfangs bzw. des Endes jedes Speicherzyklus.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Taktgeber zwei, um eine Halbphase gegeneinander verschobene Sch lebe-Impulsfolgen ( <J . ,^₂' ^m'⁺ 9'^e'^cner Frequenz abgibt, und dass das Register (R, Fig. 7) mit N Registerzellen ausgebildet ist.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass jede Registerzelle vier DOnnfiIm-Transistoren (T3 bis T6, Fig. 7) und zwei Widerstände (R2, R3) aufweist, wobei die Steuerelektrode eines ersten Transistors (T3) eine erste Schiebe-Impulsfolge ( $ .) empfängt, und die Steuerelektrode eines dritten Transistors T5 eine zweite Sch lebe-Impulsfolge empfängt, und wobei die Steuersignale (s_) zum Schalten der Modulatorelemente am Eingang des ersten Transistors T3 der ersten Registerzelle angelegt und jeweils mit Hilfe der Schiebeimpulse bis zu der entsprechenden Registerzelle im Schieberegister durchgeschoben werden, bis die Steuersignale zum Schalten aller Modulätorelemente (M. bis M_n) des Rasters im Schieberegister (R) eingespeichert sind.
14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibenschaltung (TS) zwei Transistoren (TI und T2) sowie einen Widerstand (Rl) for.jedes Modulatorelement aufweist.

    709815/1024
15. 15. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkreis ein aktives elektronisches Element (T8 bzw. T9) aufweist, das eine künstliche Spannungsschwelle für eine Matrix- Anordnung erzeugt, so dass die Modulatorelemente (M bis M) mittels Dekodierer (D) einzeln wahlweise angesteuert werden können.
16. 16. Vorrichtung nach Anspruch I oder einem der Ansprüche 2 bis 8 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkreis einen Zähler (T¹), einen Dekodierer (D) mit zwei Transistoren (T8, T9,), so wie eine Register- und Treiberschaltung (RT) aufweist, wobei der Steuerkreis derart angeordnet ist, dass die Modulatorelemente ober diese zwei Transistoren (T8, T9) wovon ein Transistor (T8) eine Spannungsschwelle erzeugt, wahlweise in Abhängigkeit von der ZMhI erste I lung geschaltet werden können.

    709815/1024