Die Erfindung betrifft eine Lichtmodulationsvorrichtung mit einer kohärenten Lichtquelle und einem einen Flüssigkeits¬ film aufweisenden,__ räumlichen Licht odulator gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine bekannte Vorrichtung dieser Art arbeitet nach dem Prin¬ zip des Eidophors: Ein auf einen Träger aufgebrachter Oel- fil wird mit einem entsprechend dem Bildsignal modulierten Ξle__tronenstrahl bestrahlt. Durch die auf den Film gelangen¬ den Elektronen verbiegt sich die Filmoberfläche. Von einer kohärenten Lichtquelle ausgesandte Lichtwellen werden dann beim Durchlaufen des Films entsprechend dessen Verformung örtlich phasenmoduliert. Die bekannte Vorrichtung hat eine schlechte optische Qualität und eine geringe Empfindlichkeit. Zudem ist die Vorrichtung teuer und das "Löschen" eines durch die Elektronen auf dem Film gespeicherten Bildes ist aufwendig. (Vgl. D. Casasent, "Spatial Light Modulators", Proc. IEEE, Vol 65, p. 143 - 157, Jan.1977).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und billige Lichtmodulationsvorrichtung mit hoher Empfindlichkeit

und Auflösung zu schaffen, bei der das gespeicherte Bild von selbst innerhalb einer Zeit unter einer Sekunde löscht.

Die erfindungsge ässe Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand des Patentanspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen und eine Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 2 - 14 ^" umschrieben.

Im folgenden werden anhand der beiliegenden Zeichnung Aus- führungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Lichtmodulations vorrichtung,

Fig. 2 einen vergrösserten Ausschnitt aus dem Lichtmodula¬ tor der Vorrichtung nach Fig. 1, (Kreis II in Fig. 1

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Teil des Lichtmodulators in Richtung des Pfeiles III in Fig. 1, in grösserem Massstab und

Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Teil des Lichtmodulators einer Variante der Vorrichtung nach Fig. 1.

Die in Fig. 1 - 3 dargestellte Lichtmodulationsvorrichtung h einen räumlichen Lichtmodulator 1, eine aus einer UV-Lampe 2 und einer Linse 3 bestehende AbbildungsVorrichtung, die ein Objekt 4 auf den Lichtmodulator 1 abbildet und einen He-Ne-Laser 5 mit einem den Laserstrahl aufweitenden Kolli¬ mator 6. Der aufgeweitete Laserstrahl ist schräg auf den Lichtmodulator 1 gerichtet und wird durch diesen - wie weite unten näher erläutert - entsprechend dem abgebildeten Objekt 4 örtlich phasenmoduliert. Den räumlichen Lichtmodulator 1 bildet ein mit einem Oelfilm 7 überzogener Träger aus einer Glasplatte 8, die an der mit dem Oelfilm 7 überzogenen Seite

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mit einer Goldschicht 9 beschichtet ist. Diese ist durch gitterartig verlaufende, rinnen rmige Aussparungen 10 in eine Vielzahl von Teilbereichen 11 unterteilt. Die Breite der Rinnen 10 beträgt etwa 1 - 2 m, die Seitenlänge der quadra¬ tischen Teilbereiche 11 etwa 10 um. Die Oberfläche der Gold¬ schicht 9 ist (abgesehen von den Rinnen) optisch eben.

Für die Funktion der Vorrichtung ist es notwendig, dass die Wellenlängen des von der Lampe 2 und dem Laser 5 ausgesandten Lichts und das Material der Schicht 9 so aufeinander abge¬ stimmt sind, dass die Schicht 9 das Licht von der Lampe 2 absorbiert, das Licht vom Laser 5 jedoch nicht absorbiert, also reflektiert oder durchläset. Im vorliegenden Fall ist dies gewährleistet, denn Gold absorbiert blaues und kurz¬ welligeres Licht, also das UV-Licht der Lampe 2, (Wellen¬ länge ca. 300 - 400 nm) , wogegen grünes und langwelligeres Licht, also das rote Licht des Lasers 5, (Wellenlänge 633 nm) nicht absorbiert wird.Die Dicke der Goldschicht9 istim vor¬ liegenden Beispiel gerade so gross gewählt, dass das Laser¬ licht praktisch vollständig reflektiert wird. Daraus ergibt sich folgende Wirkungsweise der Vorrichtung: Das UV-Licht der Lampe 2 wird vom Objekt 4 reflektiert und mittels der Linse 3 durch den Oelfilm 7 hindurch auf die Goldschicht 9 abgebildet. Diese absorbiert das UV-Licht und wird dadurch aufgeheizt. Das entstehende Temperaturprofilder Goldschicht 9 entspricht dabei der örtlichen Intensitätsverteilung des auftreffenden UV-Lichts und damit dem Bild des Objekts 4. Der Oelfilm 7 wird durch den Wärmeübergang von der Schicht 9 entsprechend deren Temperaturpro il örtlich erhitzt, wobei seine Oberflächenspannung und damit seine Dicke mit zunehmen¬ der Temperatur abnimmt. An den erhitzten Stellen entstehen deshalb Einbuchtungen 12 in der Filmoberfläche. An den git¬ terartig angeordneten Rinnen 10, welche die Goldschicht 9 unterbrechen, wird der Film 7 nicht erhitzt, so dass seine

Einbuchtungen 12 dort rasterartig unterbrochen sind, was besonders bei Bildern mit grösseren Bereichen gleicher In¬ tensität vorteilhaft ist. Die Rinnen 10 verhindern zudem einen zu raschen Wärmeausgleich in der Goldschicht 9 _» in¬ dem eine Wärmeübertragung zwischen den Teilbereichen 11 nur durch den Oelfilm 7 erfolgt, dessen Wärmeleitfähig¬ keit wesentlich kleiner als diejenige der Goldschicht ist. (Die Wärmeleitung der Glasplatte 8 ist dabei vernachlässig- bar.) Würde der Wärmeausgleich in der Goldschicht 9 rascher als der Wärmeübergang zum Oelfilm 7 erfolgen, dann würde dieser gleich ässig erwärmt. Die durch die Rinnen 10 er¬ zielte Vergrösserung der Wärmeausgleichszeit in der Schicht 9 erhöht jedenfalls das Auflösungsvermögen des Modulators 1.

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Die vom Laser 5 ausgesandten, kohärenten, ebenen Lichtwellen 13 werden von der Goldschicht 9 reflektiert, wobei sie vor und nach der Reflexion durch den Oelfilm 7 laufen. Da die Filmdicke entsprechend dem Intensitätsprofil des Bilds ört¬ lich variiert, werden die Lichtwellen 13 beim Durchlaufen des Films 7 örtlich phasenmoduliert. Die austretenden, re¬ flektierten Wellen 14 sind also nicht mehr eben sondern ent- ■ sprechend dem Bild des Objekts 4 örtlich phasenmoduliert. Das Wellenfeld 14 kann dann mit den bekannten kohärent-opti¬ schen Methoden, beispielsweise nach dem Dunkelfeld-, Phasen¬ kontrast- oder Interferenz-Verfahren weiterverarbeitet werden»

Für den Oelfilm 7 wird zweckmässig ein dünnflüssiges Silikon- öl, z.B. Dirnethylpolysiloxan mit einer Viskosität von 1 cP verwendet. Zum Auftragen dieses Oels auf die Goldschicht 9 kann ein (nicht dargestellter) Schieber verwendet werden, der in einem Abstand von wenigen Mikrometern von unten nach oben und wieder zurück über die Goldschicht 9 geführt wird, wobei vor der Verschiebung auf die der Schicht zugewandte Kante des Schiebers ein Oeltropfen gegeben wird, den der Schieber dann homogen über die Schicht 9 verteilt. Das dünnflüssige Silikonöl hat neben seiner leichten Auftragbarkeit als dünner Film den Vorteil, dass die Zeitkonstante der Verformung des Films bei der Aenderung der Oberflächenspannung lediglich etwa 0,1 Sekunden beträgt, was Bildfolgefrequenzen bis etwa 10 Hz ermöglicht. Da das dünnflüssige Oel verhältnismässig rasch verdampft, uss der Film periodisch, beispielsweise alle 15 Minuten mittels des Schiebers erneuert werden.

Die Empfindlichkeit des Modulators 1 ist mit derjenigen photographischer Filme vergleichbar: Ein UV-Strahlungsfeld . der Intensität von etwa 50 ^ s/cm führt zu einer Modulation der Phase des Laserlichts um etwa die halbe Wellenlänge. Das Auflösungsvermögen ist durch den Abstand der die Wärme¬ leitung in der Goldschicht 9 unterbrechenden Rinnen.10 und

die Wärmeleitung im Oelfilm bestimmt und beträgt etwa zehn Linien pro mm. Die maximale Bildfolgefrequenz ist durch die Zeitkonstante der Verformung des Films 7 und die Wärmeleitu im Film begrenzt, durch welche jeweils das Bild "gelöscht", die Temperaturunterschiede in der Schicht 9 und dem Film 7 also wieder ausgeglichen werden. Es wurden Bildfolgefre¬ quenzen von über.einem Hertz erreicht.

Die Vorrichtung nach Fig. 1 - 3 eignet sich beispielsweise für die optische Kontrolle und Erkennung von diffus reflek¬ tierenden Werkstücken. Würde man solche Werkstücke mit ko¬ härentem Licht beleuchten und das reflektierte Licht in eine kohärent-optischen Korrelator verarbeiten, dann würde die Struktur der Werkstückoberfläche sog. Speckle-Rauschen er¬ zeugen: Kratzer, Staub, unregelmässige Bearbeitung usw. wür¬ den mit statistischen Anteilen im Fourier-Spektru als multiplikatives Rauschen auftreten. Diese störenden Rauschan teile werden im erfindungsgemässen Aus ührungsbeispiel durch die inkohärente Beleuchtung des das Objekt 4 bildenden Werk¬ stücks mittels der UV-Lampe 2 vermieden. Durch den Lichtmodu lator 1 wird dann das inkohärente Bildsignal des Werkstücks in ein kohärentes Signal 14 umgewandelt, das nach den bekann ten kohärent-optischen Verfahren (in Korrelatoren) weiter¬ verarbeitet werden kann.

Bei einem geeignet beschaffenen Objekt 4 kann die UV-Lampe 2 auch durch einen Laser ersetzt werden, dessen Wellenlänge im Absorptionsbereich der Goldschicht 9 liegt.

Anstelle der Goldschicht 9 kann auch eine Schicht aus einem anderen Material, etwa aus Kunstharz verwendet werden, wobei das Material auf die Wellenlängen des von der Lampe 2 und de Laser 5 ausgesandten Lichts wie oben beschrieben abgestimmt sein muss. Eine Goldschicht hat aber den Vorteil, dass eine optisch ebene Schichtoberfläche besonders einfach erreicht

werden kann, (z.B. durch Aufdampfen auf eine ebene Glas¬ platte)die Rinnen 10 mittels Photolithographie leicht ge¬ ätzt werden können und der Absorptionssprung von Gold bei blauem Licht die Wahl verschiedener Lichtquellen mit Wellen¬ längen über und unter dem Absorptionssprung erlaubt. Dadurch können der Beschaffenheit des Objekts 4 und des Korrelators für die Auswertung, der Wellen 14 angepasste Lichtquellen verwendet werden. Beispielsweise kann anstelle des He-Ne- Lasers 5 auch ein Argon-Laser verwendet werden, dessen grünes Licht vom Gold gerade noch nicht absorbiert wird. Die gleichen Vorteile wie die Goldschicht haben auch eine Silber- und eine Chromschicht. Es könnten auch noch andere Metallschichten verwendet werden.

Die Goldschicht 9 kann ferner so dünn gewählt werden, dass sie den grössten Teil des Laserlichts 13 durchlässt, je¬ doch noch genügend UV-Licht der Lampe 2 absorbiert, was bei einer Schichtdicke von etwa ^" 20 nm der Fall ist. Der Laserstrahl, der beim Durchlaufen des Films 7 örtlich pha¬ senmoduliert wird, läuft dann durch die Schicht 9 und die Glasplatte 8 hindurch und tritt an deren in der Zeichnung rechten Seite aus. Bei einer solchen dünnen Goldschicht 9 kann der Laser 5 auch auf die der Schicht 9 abgewandte Sei¬ te der Glasplatte 8 gerichtet sein, wobei der an der Film¬ oberfläche austretende oder von dieser reflektierte Laser¬ strahl örtlich phasenmoduliert ist. Ebenso kann die Abbil¬ dungsvorrichtung 2, 3 an der in Fig. 1 rechten Seite der Platte 8 angeordnet sein, wobei das Objekt 4 auf die dem Film 7 abgewandte Seite der Goldschicht 9 abgebildet wird. (Der Träger 8 muss dabei aus UV-durchlässigem Material, z.B. Quarzglas bestehen.) Dann kann der Laser 5 senkrecht auf die Goldschicht 9 gerichtet werden und der reflektier¬ te Strahl mittels eines Strahlteilers abgelenkt werden. Dadurch wird eine beim schrägen Einfall des Laserstrahls 13 in Fig. 1 auftretende Begrenzung der Auflösung vermieden. Diese Begrenzung ist dadurch bedingt, dass die einzelnen Strahlen des Strahlenbündels 13 vor und nach der Reflexion an der Goldschicht 9 nicht durch genau dieselbe Stelle

Films laufen.

Bei einer anderen Ausführungsform ist die Glasplatte 8 nicht mit einer Metallschicht sondern mit einer beispielsweise aus Zink-Selenid (ZnSe) bestehenden Halbleiterschicht überzogen. Eine Halbleiterschicht hat den Vorteil, dass ihre Wärmeleit¬ fähigkeit wesentlich kleiner als diejenige einer Metallschic ist. In der Halbleiterschicht erfolgt also im Gegensatz zur Metallschicht kein rascher Wärmeausgleich, so dass die Halb¬ leiterschicht nicht durch Rinnen 10 in Teilbereiche 11 aufge teilt zu werden braucht. Damit das von der Lampe 2 ausge¬ sandte Licht absorbiert und das vom Laser 5 ausgesandte Licht transmittiert (oder reflektiert) wird, wird zweck äs- sig ein Halbleitermaterial gewählt, dessen Bandlücke grösser als die Energie des vom He_Te-Laser 5 ausgesandten Lichts 13 und kleiner als die Energie des UV-Lichts der Lampe 2 ist. Unter der Bandlücke versteht man bekanntlich die Energie¬ lücke zwischen dem Valenz- und dem Leitungsband des Halb¬ leiters. Im Fall eines amorphen Halbleiters, z.B. einer auf¬ gedampften Zink-Selenid-Schicht, kann die Bandlücke natür¬ lich nicht so definiert werden, man bestimmt aber auch eine "Bandlücke" wie bei den halbleitenden Kristallen und zwar durch optische Absorptionsmessungen. (Die Bandlücke entspricht dann der Energie der Strahlung, die gerade noch absorbiert wird.) Die Bandlücke des ZnSe-Kristalls beträgt 2,6 eV und entspricht einer Wellenlänge von 483 n . Die im Ausführungsbeispiel auf die Glasplatte 8 aufgedampfte, amorphe ZnSe-Schicht von ungefähr einem Mikrometer Dicke hatte eine etwas grössere Bandlücke entsprechend einer Wel¬ lenlänge von etwa 450 nm. Sie war also für den HeNe-Laser- strahl durchsichtig, wogegen sie das UV-Licht der Lampe 2 vollständig absorbierte. Der Laserstrahl 13 des HeNe-Lasers 5 läuft bei dieser Ausführungsform durch die Halbleiterschic und die Glasplatte 8 oder umgekehrt - wenn er auf die der Halbleiterschicht abgewandte Seite der Glasplatte 8 ge-

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richtet ist - durch die Glasplatte 8 und die Schicht hin¬ durch. Man arbeitet also wie bei der oben erwähnten dünnen Goldschicht von 20 nm in Transmission, wodurch die erwähnte, beim schrägen Einfall des Laserstrahls auf die Schicht auf¬ tretende Begrenzung der Auflösung vermieden wird. Die Halb¬ leiterschicht ist beim Arbeiten in Transmission gegenüber der Goldschicht insofern vorteilhaft, als sie genügend dick gewählt werden kann, so dass das UV-Licht vollständig ab¬ sorbiert wird. Mit der im Ausführungsbeispiel verwendeten, aufgedampften, amorphen ZnSe-Halbleiterschicht konnte ohne weiteres ein Auflösungsvermögen von 20 Linien pro mm er¬ reicht werden. Die Zeit vom "Einlesen" bis zum "Löschen" des Bildes war etwa 0,5 sec; auch mit der Halbleiterschicht konnten also Bildfolgefrequenzen von über 1 Hz erreicht wer¬ den.

Anstelle von Zink-Selenid können natürlich auch andere Halbleitermaterialien verwendet werden, wobei entweder die Bandlücke des Halbleiters auf die beiden Lichtquellen oder umgekehrt die Wellenlängen der Lichtquellen auf die Band¬ lücke abzustimmen sind. Die Vielfalt der verschiedenen Halb¬ leitermaterialien ermöglicht es, praktisch für zwei belie¬ bige Lichtquellen jeweils ein Halbleitermaterial zu finden, dessen Bandlücke zwischen den Lichtenergien der beiden ge¬ wählten Lichtquellen liegt.

Im übrigen könnte die Halbleiterschicht natürlich auch durch Aetzen von gitterartigen Rillen in Teilbereiche unterteilt werden, wodurch eine Rasterwirkung erzielt würde. Ferner könnte auch ein Halbleitermaterial mit für das Licht der ersten Lichtquelle (dem Laser 5) hohem Reflexionsgrad ge¬ wählt, die Lichtmodulationsvorrichtung also in Reflextion betrieben werden. Schliesslich könnte der Träger 8 grund-

sätzlich auch aus demselben Halbleitermaterial wie die Schicht bestehen.

Der in Fig. 4 dargestellte Lichtmodulator hat auf einer isolierenden Platte 15 gitterartig angeordnete Bandleiter

16 (oder Drähte) ^" , die an den Kreuzungssteilen 17 durch hoch- ohmige Uebergangswiderstände (z.B. Kontakte aus einer Heiz¬ leiterlegierung) verbunden und an eine durch eine Stromquel¬ le_8 gespeiste Steuereinrichtung 19 angeschlossen sind. Es sind so viele Bandleiter 16 -vorgesehen, dass die Anzahl der Kreuzungssteilen 17 einer gewünschten Anzahl Bildpunkte ent¬ spricht und die Steuereinrichtung 19 ist so ausgebildet, dass die im Betrieb durch die verschiedenen Uebergangswider¬ stände an den Kreuzungssteilen 17 fliessenden Ströme einzeln steuerbar sind. Auf die mit den Bandleitern 16 versehene Sei te der Platte 15 ist ein dem Film 7 entsprechender Oelfilm aufgetragen. Ein (nicht dargestellter) Laser ist auf den Film gerichtet, wobei das durch den Film laufende Laser¬ licht wenigstens von den Oberflächenbereichen der Bandlei¬ ter 16 an den Kreuzungsstellen 17 reflektiert wird.

Im Betrieb werden die Stromstärken an den Kreuzungsstellen

17 mittels der Steuereinrichtung 19 entsprechend den Bild¬ werten der ihnen zugeordneten Bildpunkte eingestellt. Die Kreuzungsstellen 17 werden dann entsprechend verschieden erhitzt, was - wie im Zusammenhang mit Fig. 1 bis 3 beschrie ben - zu einer entsprechend örtlich verschiedenen Verfor¬ mung des Films führt. Der reflektierte Laserstrahl ist dann entsprechend örtlich phasenmoduliert.

Anstelle der Bandleiter können auch bandförmige Schichten aus Metall oder Halbleitermaterial verwendet werden, wobei diese zum Beispiel so nacheinander aufgedampft werden kön¬ nen, dass sie an den Kreuzungssteilen durch eine geeignete

Kontak schicht getrennt übereinander liegen.

Der in Fig. 4 dargestellte Lichtmodulator bildet einen ~ elektrisch-optischen. Signalwandler und kann deshalb auf ver- . schiedenen Gebi-eten angewendet, beispielsweise in sog. "optischen Computern" verwendet werden.

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