DE3148427A1 - Spatially modulatable interference filter - Google Patents

Spatially modulatable interference filter

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Klaus Dipl.-Phys. Dr. 8035 Gauting Dietrich
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Airbus Defence and Space GmbH
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    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/21Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference

Abstract

The spatially modulatable interference filter is constructed in the manner of a Fabry-Perot Etalon and has two partially reflecting mirrors arranged at a slight distance one behind another. Arranged between the mirrors (1, 2) is an electrooptically active medium (6) whose refractive index or indices can be varied by the effect of electrical fields. At least one of the mirrors (2) is subdivided into a multiplicity of mirror elements (2.1, 2.2, 2.3, ...) arranged in the shape of a matrix, which are separated from one another by a material (3) which absorbs strongly optically. The electric charge or the electric potential can be applied to the mirror electrodes either by external circuitry, by an electron beam, by a semiconductor structure, applied to at least one mirror side, in the form of a charge-coupled element (CCD), or by optical interaction of light of a specific wavelength with a photoelectric layer which influences the potential of the mirror electrodes. <IMAGE>

Description

Ortsabhängig modulierbarer Interferenzfilter Interference filter that can be modulated depending on the location

Die Erfindung betrifft einen ortsabhängig modulierbaren Interferenzfilter nach Art eines Fabry-Etalons mit zwei in einem geringen Abstand hintereinander angeordneten teildurchlässigen Spiegeln.The invention relates to an interference filter that can be modulated as a function of location in the manner of a Fabry etalon with two arranged one behind the other at a small distance partially transparent mirrors.

Es ist bekannt, daß Interferenzfilter vom Typ Fabry-Perot durch Abstandsänderungen der reflektierenden Ebenen oder durch Druckvariationen eines dazwischen befindlichen Gases modulierbar sind (DE-OS 1 572 699 bzw. DE-OS 1 901 977).It is known that interference filters of the Fabry-Perot type by changing the distance the reflective planes or through pressure variations of one in between Gas can be modulated (DE-OS 1 572 699 and DE-OS 1 901 977).

Derartige Interferenzfilter sind jedoch nicht abhängig vom Ort der Filterfläche modulierbar.Such interference filters are not dependent on the location of the Filter surface can be modulated.

Andererseits sind sog. räumliche Lichtmodulatoren (Spatial-Light-Modulators) bekannt, bei denen durch Einwirkung inhomogener elektrischer Felder auf elektrooptisch aktive Medien die Transmission bzw. Reflexion ortsabhängig steuerbar ist. Derartige Modulatoren dienen zur Bilddarstellung und sind z.B. unter den Bezeichnungen "Titus-Röhre, Phototitus-Röhre, PROM (Pockels Readout Optical Modul--tor) oder LCLV (Liquid Crystal Light Valve) bekannt. Mit derartigen Modulatoren ist jedoch die spektrale Zusammensetung des Lichtes nicht nennenswert beeinflußbar.On the other hand, so-called spatial light modulators are known in which by the action of inhomogeneous electric fields on electro-optical active media the transmission or reflection can be controlled depending on the location. Such Modulators are used to display images and are, for example, under the designation "Titus tube, Phototitus tube, PROM (Pockels Readout Optical Modul - tor) or LCLV (Liquid Crystal Light Valve) known. With such modulators, however, the spectral composition is of the light cannot be influenced significantly.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen ortsabhängig modulierbaren Interferenzfilter zu schaffen, mit dem die spektrale Zusammensetzung des Lichtes abhängig vom Ort der Modulatorfläche veränderbar ist.It is the object of the invention to provide an interference filter that can be modulated as a function of location to create with which the spectral composition of the light depends on the place the modulator area is changeable.

Diese Aufgabe wird durch einen nach den Patentansprüchen ausgebildeten Interferenzfilter gelöst.This object is trained according to the claims Interference filter solved.

Der erfindungsgemäße Interferenzfilter weist über die gesamte Modulatorfläche eine nahezu konstante, ortsunabhängige Transmission, Reflexion oder Polarisation des Lichtes auf; die spektralen Transmissinseigenschaften sind jedoch vergleichbar mit dem eines Interferenzfilters, wobei die Wellenlänge maximaler Transmission durch ein elektrisches Feld über dem Modulatormaterial ortsabhängig gesteuert werden kann. Die elektrische Ladung, bzw. das elektrische Potential kann auf die Spiegelelektroden entweder durch externe Beschaltung, durch einen Elektronenstrahl, durch eine auf mindestens eine Spiegelseite aufgebrachte Halbleiterstruktur in Form eines ladungsgekoppelten Elementes (CCD) oder durch optische Wechselwirkung von Licht einer bestimmten Wellenlänge mit einer fotoelektrischen Schicht, die das Potential der Spiegelelektroden beeinflußt, aufgebracht werden.The interference filter according to the invention covers the entire modulator area an almost constant, location-independent transmission, reflection or polarization of the light on; however, the spectral transmission properties are comparable with that of an interference filter, with the wavelength of maximum transmission through an electric field over the modulator material can be controlled as a function of location. The electrical charge or the electrical potential can act on the mirror electrodes either by external wiring, by an electron beam, by an on at least one mirror side applied semiconductor structure in the form of a charge-coupled Element (CCD) or by optical interaction of light of a certain wavelength with a photoelectric layer that influences the potential of the mirror electrodes, be applied.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Figuren teilweise schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.In the following the invention is explained in part with reference to in the figures schematically illustrated embodiments described.

Es zeigen Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines ortsabhängig modulierbaren Interferenzfilters, Fig. 2 ein durch einen Elektronenstrahl ansteuerbaren Interferenzfilter und Fig. 3 einen optisch ansteuerbaren Interferenzfilter.1 shows the basic structure of a location-dependent modulatable Interference filter, Fig. 2 an interference filter controllable by an electron beam and FIG. 3 shows an optically controllable interference filter.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Querschnitt durch einen ortsabhängig modulierbaren Interferenzfilter ist einer teildurchlässigen Spiegelfläche 1 eine ebenfalls teildurchlässige Spiegelfläche 2 gegenüberliegend in einem Abstand von der Größenordnung einer Wellenlänge angeordnet, welche aus matrixförmig nebeneinander angeordneten Spiegelelementen 2.1, 2.2, 2.3 ..... aufgebaut ist. Diese Spiegelelemente sind voneinander durch ein elektrisch isolierendes, optisch absorbierendes Material 3 getrennt. Auf die Spiegelfläche 1 sowie auf die Spiegelelemente 2.1, 2.2 sind Elektroden 4 und 5 (5.1, 5.2 5.3....) aus einem optisch transparenten Material aufgedampft, oder die Spiegelelemente 1 und 2 (2.1, 2.2 ) selbst sind aus elektrisch leitendem Material und übernehmen damit die Funktion der Elektroden 4 und 5 (5.1, 5.2 ....). Durch Anlegen einer Spannung zwischen der Elektrode 4 und einer oder mehreren der Elektroden 5 wird in dem Raum zwischen den Spiegelflächen 1 und 2 ein elektrisches Feld erzeugt, welches auf eine darin befindliche Schicht 6 auf einem elektrooptisch aktiven Material einwirkt. Ein derartiges Material kan beispielsweise von der Art eines Flüssigkristalls sein, dessen Brechungsindex bzw. Brechungsindizes in Abhängigkeit von der angelegten Feldstärke verändert werden kann.In the cross section shown in Fig. 1 through a location-dependent modulatable interference filter is a partially transparent mirror surface 1 also partially transparent mirror surface 2 opposite at a distance of the order of magnitude of a wavelength, which is made up of a matrix next to each other arranged mirror elements 2.1, 2.2, 2.3 ..... is constructed. These mirror elements are separated from each other by an electrically insulating, optically absorbing material 3 separated. On the mirror surface 1 and on the mirror elements 2.1, 2.2 are Electrodes 4 and 5 (5.1, 5.2, 5.3 ....) made of an optically transparent material vapor-deposited, or the mirror elements 1 and 2 (2.1, 2.2) themselves are made of electrically conductive material Material and thus take over the function of electrodes 4 and 5 (5.1, 5.2 ....). By applying a voltage between the electrode 4 and one or more of the Electrodes 5 is an electrical one in the space between the mirror surfaces 1 and 2 Field generated, which is applied to a layer 6 located therein on an electro-optic active material acts. Such a material can, for example, be of the type of a liquid crystal, whose refractive index or refractive indices are dependent can be changed by the applied field strength.

Die Funktionsweise des Filters gemäß Fig. 1 entspricht ansonsten dem eines Interferenzfilters, bei dem durch Mehrfachreflexion von Licht zwischen den Spiegelflächen gewisse Spektrallinien eines einfallenden Lichtes ausgelöscht bzw. durchgelassen werden. Hierbei ist jedoch die Wellenlänge des jeweils durchgelassenen bzw. absorbierten Lichtes in Abhängigkeit von der an den Elektroden 4 und 5 anliegenden Spannung modulierbar, so daß der Interferenzfilter die Funktion eines Farbmodulators erfüllt, der durch die Unterteilung der Elektrode 5 außerdem ortsabhängig angesteuert werden kann.The functioning of the filter according to FIG. 1 otherwise corresponds to that an interference filter, in which multiple reflections of light between the Mirror surfaces extinguish or eliminate certain spectral lines of incident light. be let through. Here, however, is the wavelength of the one that is transmitted or absorbed light depending on the amount applied to electrodes 4 and 5 The voltage can be modulated so that the interference filter functions as a color modulator fulfilled, which is also controlled depending on the location by the subdivision of the electrode 5 can be.

In Fig. 2 ist ein Farbmodulator dargestellt, der in Transmission betrieben und von einem Elektronenstrahl 7 gesteuert wird. Dicht vor den Spiegelelementen 2.1, 2.2, 2.3 ..... ist eine feinmaschige Gitterelektrode 8 angeordnet. Die Modulatorfläche wird mittels eines Ablenksystems 9 rasterförmig von dem Elektronenstrahl 7 konstanter Intensität abgetastet, während an der Gitterelektrode das Modulationssignal für die Spiegelelemente 2.1, 2.2, 2.3 angelegt wird. Trifft der Elektronenstrahl ein Spiegelelement, dann wird dieses auf das momentane Potential der Gitterelektrode aufgeladen; dieses Potential wird dort bis zur nächsten Abtastung des gleichen Spiegelelementes gespeichert. Durch die unterschiedlichen Ladungen der einzelnen Spiegelelemente entstehen zwischen diesen Spiegelelementen und der gegenüberliegenden Elektrode 4 ortsabhängig unterschiedliche Feldstärken, welche auf das zwischen den Spiegelflächen 1 und 2 befindliche elektrooptisch aktive Material 6 einwirken und zu ortsabhängig unterschiedlichen Brechungsindizes führen.In Fig. 2, a color modulator is shown which is operated in transmission and controlled by an electron beam 7. Right in front of the mirror elements 2.1, 2.2, 2.3 ..... a fine-meshed grid electrode 8 is arranged. The modulator area becomes more constant from the electron beam 7 by means of a deflection system 9 Intensity sampled while the modulation signal for the mirror elements 2.1, 2.2, 2.3 is applied. When the electron beam arrives Mirror element, then this is set to the current potential of the grid electrode charged; this potential is there until the next scanning of the same mirror element saved. Due to the different charges of the individual mirror elements arise between these mirror elements and the opposite electrode 4 different field strengths depending on the location, which affect the between the mirror surfaces 1 and 2 located electro-optically active material 6 act and too location-dependent different refractive indices lead.

Fig. 3 zeigt einen optisch steuerbaren Farbmodulator, der analog zu den Figuren 1 und 2 aus zwei gegenüberliegende teildurchlässige Spiegel 1 und 2 mit einer dazwischen befindlichen elektrooptisch aktiven Schicht 6 besteht. Auf der wiederum aus einzelnen Spiegelelementen zusammengesetzten Spiegelflächen 2 ist eine fotoelektrische Schicht 10 aufgebracht, welche durch eine transparente Elektrode 11 abgedeckt wird. Vor diesem Modulator, auf welchen Licht mit einer Intensität I1 in einem Frequenzintervall zwischen V1 und V2 senkrecht einfällt, ist ein halbdurchlässiger Spiegel 12 in einem Winkel von 450 gegen die Modulatorfläche bzw. gegen das einfallende Licht geneigt angeordnet.Fig. 3 shows an optically controllable color modulator, which is analogous to FIGS. 1 and 2 show two opposite partially transparent mirrors 1 and 2 with an electro-optically active layer 6 located in between. on which in turn is mirror surfaces 2 composed of individual mirror elements a photoelectric layer 10 is applied, which through a transparent electrode 11 is covered. In front of this modulator, on which light with an intensity I1 is perpendicular in a frequency interval between V1 and V2, is a semipermeable Mirror 12 at an angle of 450 to the modulator surface or to the incident one Light inclined.

ueber diesen Spiegel 12 wird seitlich Licht mit der Intensität 12 und der Frequenz V3 eingespiegelt. Die Frequenz V3 liegt dabei außerhalb des Intervalles zwischen den Fre- quenzen V1 und V2 des zu modulierenden Lichtes. Weiterhin sollte die fotoelektrische Schicht 10 vor allem bei der Frequenz V3 empfindlich sein, hingegen im Frequenzintervall zwischen V1 und V2 weitestgehend unempfindlich sein.Light with the intensity 12 is emitted laterally via this mirror 12 and the frequency V3. The frequency V3 lies outside the interval between the sequences V1 and V2 of the light to be modulated. Furthermore, the photoelectric layer 10 should be particularly sensitive at the frequency V3 be, however, largely insensitive in the frequency interval between V1 and V2 be.

Die Elektroden 1 und 11 werden auf konstante Potentiale U2 und U3 gelegt. Entsteht durch Einwirkung des Lichtes I2 (V3) in der Fotoschicht 10 über dem i-ten Spiegelelement 2.i das Potential Up, dann ist dort auf das elektrooptisch aktive Material 6 das Potential U3 - U2 - Up i wirksam. Durch eine ortsabhängige Intensität der Strahlungsquelle 12 (V3) über den Spiegelelementen kann der Interferenzfilter ortsabhängig moduliert werden.The electrodes 1 and 11 are at constant potentials U2 and U3 placed. Arises from the action of the light I2 (V3) in the photo layer 10 over the i-th mirror element 2.i the potential Up, then there is electro-optical there active material 6 the potential U3 - U2 - Up i effective. By a location-dependent The interference filter can measure the intensity of the radiation source 12 (V3) above the mirror elements be modulated depending on the location.

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Claims (5)

11ortsabhängig modulierbarer Interferenzfilter" P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Ortsabhängig modulierbarer Interferenzfilter nach Art eines Fabry-Perot-Etalons mit zwei in einem geringen Abstand hintereinander angeordneten teildurchlässigen Spiegeln, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, a) daß zwischen den Spiegeln (1Z2) ein elektrooptisch aktives Medium (6) angeordnet ist, dessen Brechungsindex bzw. -indizes durch Einwirkung elektrischer Felder veränderbar ist bzw. sind, b) daß die Spiegel (1,2) Elektroden (4,5) aufweisen und c) daß zumindest einer der Spiegel (2) in eine Vielzahl matrixförmig angeordneter Spiegelelemente (2.1, 2.2, 2.3,....) unterteilt ist, welche durch ein optisch stark absorbierendes Material (3) voneinander getrennt sind. Interference filter that can be modulated depending on the location "P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Interference filter that can be modulated as a function of location in the manner of a Fabry-Perot etalon with two partially permeable ones arranged one behind the other at a short distance Mirroring, by not showing a) that between the mirrors (1Z2) an electro-optically active medium (6) is arranged, whose refractive index or -indices can be changed by the action of electric fields, b) that the mirrors (1,2) have electrodes (4,5) and c) at least one of the mirrors (2) in a large number of mirror elements (2.1, 2.2, 2.3, ....) arranged in the form of a matrix is divided, which by an optically highly absorbing material (3) from each other are separated. 2. Interferenzfilter nach Anspruch 1, dadurch ! e k e n nz e i c h n e t, daß dieser innerhalb einer Elektronenstrahlröhre angeordnet und durch einen ablenKbaren Elektronenstrahl (7) ortsabhngig ansteuerbar ist. 2. interference filter according to claim 1, characterized! e k e n nz e i c h n e t that this is arranged within a cathode ray tube and through a deflectable electron beam (7) can be controlled as a function of location. 3. Interferenzfilter nach Anspruch 1, dadurch g ek e n n z e i c h n e t, daß zumindest ein Spiegel eine photoelektrische Schicht (10) aufweist, welche über eine Lichtquelle mit ortsabhängiger Intensität (I2) und einer Wellenlänge (V3), welche außerhalb des Wellenspektrums (V1,V2) des zu modulierenden Lichtes (I1) liegt, ansteuerbar ist.3. interference filter according to claim 1, characterized g ek e n n z e i c h n e t that at least one mirror has a photoelectric layer (10) which via a light source with location-dependent intensity (I2) and a wavelength (V3), which lies outside the wave spectrum (V1, V2) of the light to be modulated (I1), is controllable. 4. Interferenzfilter nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß zumindest eine der Elektroden als ladungsgekoppeltes Element (CCD) ausgebildet ist.4. Interference filter according to claim 1, characterized in that g e -k e n n z e i c h n e t that at least one of the electrodes is a charge coupled device (CCD) is trained. 5. Interferenzfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das elektrooptisch aktive Medium (6) mehrfach brechend ist und vor mindestens einer Spiegelseite ein Polfilter angeordnet ist.5. interference filter according to one of claims 1 to 4, characterized g e it is not indicated that the electro-optically active medium (6) refracts several times and a polarizing filter is arranged in front of at least one mirror side.
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