DE19508754A1 - Avoidance of speckling effects on surface receiving coherent light beam - Google Patents

Avoidance of speckling effects on surface receiving coherent light beam

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Abstract

The interference of a coherent light beam on a surface (64) producing an effect known as speckling is reduced by using different polarisation paths. For a video system light from different light sources (30,40,50) is directed through monomode fibres (82,84,86) and into a multimode fibre (74). Located in the paths of the separate light sources are different polarising elements (87,88,89) that produce different conditions for the cells of an LCD matrix. The control voltages applied by the cyclically varying conditions suppress the interference effect.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vermindern von Interferenzen eines kohärenten Lichtbündels. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens, zur Beleuchtung einer Fläche mit einem kohärenten Lichtbündel mittels einer Einrichtung zum Verändern der Interferenzfähigkeit des Lichtbündels.The invention relates to a method for reducing interference from a coherent light beam. Furthermore, the invention relates to a device in particular to carry out the method for illuminating an area with a coherent light beam by means of a device for changing the Interference ability of the light beam.

Für Lichtzeiger bei Vorträgen mit Lichtbildern oder zur Beleuchtung eines Objekts in einem Mikroskop werden häufig Lichtbündel verwendet. Außerdem ist die technische Anwendung von gerasterten Lichtbündeln zur Darstellung eines Videobildes oder zur Erstellung eines Ausdrucks bei einem Laserdrucker über eine größere Fläche bekannt. Wegen der guten Parallelität und der damit möglichen guten Abbildungseigenschaften einzelner Bildpunkte werden dabei oft Laser-Lichtbündel eingesetzt.For light pointers during lectures with photographs or for illuminating an object in A microscope often uses light beams. In addition, the technical Use of rasterized light beams for displaying a video image or for Creation of a printout with a laser printer known over a larger area. Because of the good parallelism and the possible good imaging properties individual pixels are often used with laser light beams.

Insbesondere Laserlicht zeichnet sich durch hohe zeitliche und räumliche Kohärenz aus. Deshalb sind bei Beleuchtung einer Fläche Interferenzen von beispielsweise an der beleuchteten Fläche gestreuten Teilstrahlen eines Laserlichtbündels beobachtbar. Aufgrund der Interferenzen entstehen räumlich unterschiedliche Helligkeiten, die zudem bei unterschiedlichen Beobachtungsrichtungen wegen unterschiedlicher Phasenbeziehungen bei der Interferenz variieren. Diese Variation wird als Glitzern wahrgenommen und ist beispielsweise bei der Darstellung von Videobildern unerwünscht. Laser light in particular is characterized by high temporal and spatial coherence out. Therefore, when a surface is illuminated, there is interference from, for example, the Illuminated area scattered partial beams of a laser light beam can be observed. Due to the interference, spatially different brightnesses arise also with different directions of observation because of different Interference phase relationships vary. This variation is called glitter perceived and is, for example, in the display of video images undesirable.  

Derartige glitzernde Helligkeitsmaxima werden in der Literatur als "Speckle" bezeichnet. Sie können insbesondere auf zweierlei Weise beobachtet werden:Such glittering brightness maxima are known in the literature as "speckle" designated. In particular, they can be observed in two ways:

  • - Das an einer streuenden Oberfläche abgelenkte Licht wird bei einem Meßverfahren mittels einer Meßsonde aufgezeichnet. Das Meßergebnis vermittelt die sogenannten objektiven Speckle. Diese treten beispielsweise bei einem Laserdrucker auf, bei dem eine unterschiedliche Helligkeitsverteilung innerhalb eines Bildpunktes in einer photosensitiven Schicht aufgezeichnet wird.- The light deflected on a scattering surface is at one Measuring method recorded using a measuring probe. The measurement result conveys the so-called objective speckle. These occur, for example, with a laser printer in which a different brightness distribution within a pixel in a photosensitive layer is recorded.
  • - Das gestreute Laserlicht wird durch ein abbildendes System auf eine Bildfläche, beispielsweise die Netzhaut des menschlichen Auges eines Betrachters, abgebildet. Auf dieser Bildfläche erscheint das störende statistische Interferenzmuster mit in der Helligkeit verstärkten Bildelementen und dunkleren Bildelementen, bei denen sich das Licht mehr oder weniger auslöscht.- The scattered laser light is applied to an image area by an imaging system, for example, the retina of a viewer's human eye. On The disturbing statistical interference pattern appears in this image area in the Brightness intensified picture elements and darker picture elements, in which the Light more or less extinguishes.

Aus der Literatur sind verschiedene Verfahren zur Reduzierung der Anzahl oder Helligkeit dieser störenden Speckle bekannt. Die Verfahren lassen sich grundsätzlich in die drei folgenden Kategorien einteilen:Various methods for reducing the number or are known from the literature Brightness of this annoying speckle is known. The procedures can basically be in divide the three following categories:

  • - Verringern der zeitlichen Kohärenz,- reducing time coherence,
  • - Verringern der räumlichen Kohärenz,- reducing spatial coherence,
  • - schnelle Bewegung der Speckle, dadurch keine störende Speckelerscheinung.- Fast movement of the speckle, therefore no annoying speckle phenomenon.

Die zeitlichen Kohärenz soll gemäß B. Dingel und S. Kawata, "Speckle-free image in a laser-diode microscope using the optical feedback effect", Optics Letters, April 1, (1993), Vol. 18, No. 7, Seiten 549-551, durch eine Modulation der Laserpumpleistung aufgehoben werden. Bei Gaslasern und bei diodengepumpten Festkörperlasern ist eine solche Methode nicht realisierbar.According to B. Dingel and S. Kawata, "Speckle-free image in a laser diode microscope using the optical feedback effect ", Optics Letters, April 1, (1993), Vol. 18, No. 7, pages 549-551, by modulating the laser pump power To get picked up. One is for gas lasers and for diode-pumped solid-state lasers such a method cannot be implemented.

Die räumlichen Kohärenz wird beispielsweise gemäß S. Jutamulia und T. Asakura, "Reduction of coherent noise using various artificial incoherent sources", Optik 70, (1985), Seiten 52 bis 57, durch eine mit einem Vibrator bewegte Multimodefaser zur Lichtübertragung verringert. Aufgrund der Bewegung des Lichtleiters entstehen Phasenverschiebungen der im Lichtleiter geführten Lichtstrahlen durch Veränderung ihres Weges, so daß zeitlich unterschiedliche Modenmuster abgebildet werden, die sich bei Mittelung über ein bestimmtes Zeitintervall kompensieren sollen. Dieses bekannte Verfahren zur Verringerung der Speckle über die Bewegung des Lichtleiters ist aber lediglich geeignet, die unterschiedlichen Moden, die sich beim Durchgang des Laserlichts durch eine Multimodefaser einstellen, zeitlich zu variieren, so daß sich bei der Abbildung auf einer photoempfindlichen Schicht annähernd gleiche Helligkeiten ergeben, indem die verschiedenen Interferenzmuster der einzelnen Moden "verwischt" werden. Das aus der Lichtleitfaser austretende Licht ist aber immer noch teilkohärent, so daß sich nach Abbildung auf einem Schirm durch die Abbildung des Auges immer noch subjektive Speckle ergeben können.The spatial coherence is, for example, according to S. Jutamulia and T. Asakura, "Reduction of coherent noise using various artificial incoherent sources", Optik 70, (1985), pages 52 to 57, by a multimode fiber moved with a vibrator for Light transmission reduced. Due to the movement of the light guide Phase shifts of the light beams guided in the light guide due to changes their way, so that temporally different fashion patterns are mapped, which compensate for averaging over a certain time interval. This well known The method for reducing the speckle is through the movement of the light guide  only suitable, the different fashions, which are in the passage of the Adjust laser light through a multimode fiber to vary in time, so that at the brightness on the photosensitive layer is approximately the same result by "blurring" the different interference patterns of the individual modes will. The light emerging from the optical fiber is still partially coherent, so that after imaging on a screen by imaging the eye always can still result in subjective speckle.

Eine ebenfalls bekannte schnelle Bewegung der Speckle, beispielsweise so schnell, daß das Auge aufgrund seiner Trägheit die Speckle nicht mehr erfassen kann, läßt sich durch eine Bewegung der streuenden Oberfläche, beispielsweise des Bildschirms bei einem Videosystem, erreichen. Dadurch entsteht zwischen den Streuzentren und dem menschlichen Auge eine Relativbewegung. Die Speckleverteilung variiert dann auf der Netzhaut des Auges und wird verwischt. Dies ist in einem Videosystem, insbesondere bei großen Bildschirmen, allerdings nur mit großem Aufwand durchführbar. Außerdem ist dieses Verfahren für die Beleuchtung in einem Mikroskop nicht anwendbar, da das Objekt bei der Beobachtung ruhen soll.Another known rapid movement of the speckle, for example so fast that the eye can no longer grasp the speckle due to its sluggishness by moving the scattering surface, for example the screen a video system. This creates between the scattering centers and the human eye a relative movement. The speckle distribution then varies on the Retina of the eye and is blurred. This is in a video system, in particular with large screens, but can only be carried out with great effort. also this method is not applicable for illumination in a microscope, because the Object should rest during observation.

Man könnte allerdings in Umkehrung des Prinzips der bewegten Oberfläche den Laserstrahl mit kleiner Auslenkung relativ zur Bildwand bewegen. Überraschenderweise werden die Speckle dadurch nicht beeinflußt. Das läßt sich allerdings verstehen, wenn man berücksichtigt, daß der Laser eine ebene Wellenfront besitzt und durch das Auftreffen der quer bewegten Wellenfront keine Änderungen in der räumlichen bzw. zeitlichen Kohärenz relativ zur Bildfläche eintreten kann. Andererseits kommt das gestreute Laserlicht, das ja erst das Bild im Auge erzeugt, von einem relativ zum Auge unbewegten Streuzentrum. Dadurch kann es nicht zu einer Relativbewegung und damit zu keiner Verringerung der Speckle auf der Netzhaut kommen.However, one could reverse the principle of the moving surface Move the laser beam with a small deflection relative to the screen. Surprisingly, this does not affect the speckle. That can be however, if you take into account that the laser has a flat wavefront owns and no changes in the impact of the transverse wavefront spatial or temporal coherence can occur relative to the image surface. On the other hand, the scattered laser light, which creates the image in the eye, comes from a scattering center that is immobile relative to the eye. As a result, it cannot become one Relative movement and therefore no reduction in speckle on the retina come.

Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung der Anzahl oder der Helligkeit der Speckle besteht im Einbringen einer sich drehenden Streuscheibe in den Strahlengang. Da durch die Streuscheibe die gute Parallelität des Lichtbündels aufgehoben wird und gestreutes Laserlicht sich praktisch nicht wieder kollimieren läßt, ist dieses Verfahren mit einer sehr hohen Verlustleistung verbunden.Another way to reduce the number or brightness of the speckle consists of inserting a rotating lens into the beam path. Thereby the diffuser the good parallelism of the light beam is lifted and scattered Laser light can practically not be collimated again very high power loss.

Hieraus ergibt sich, daß alle bisherigen Lösungen zur Problematik der Speckle unbefriedigend und insbesondere bei der Erzeugung von Videobildern unter Verwendung großer Bildschirme nicht einsetzbar sind. Insbesondere ist auch keine befriedigende Lösung für die Verminderung subjektiver Speckle, die erst auf der Netzhaut des Auges des Betrachters eines Videobildes entstehen, bekannt.From this it follows that all previous solutions to the problem of speckle unsatisfactory and especially when generating video images below  Use of large screens cannot be used. In particular, there is none satisfactory solution for reducing subjective speckle that is only on the Retina of the eye of the viewer of a video image are known.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu finden, die eine Reduzierung des Kontrastes subjektiver Speckle in einem Bild ohne wesentliche Verluste in der Laserleistung erlauben. Insbesondere soll das Verfahren auch bei einem Videosystem anwendbar und in einem ein Lichtbündel rasternden Videosystem ohne wesentliche Lichtverluste einsetzbar sein.Proceeding from this, the object of the invention is a method and a Finding a device that reduces the contrast in subjective speckle allow an image without significant loss in laser power. In particular, should the method can also be used in a video system and in a light beam rastering video system can be used without significant loss of light.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Lichtbündel senkrecht zur Ausbreitungsrichtung örtlich unterschiedlich polarisiert wird.The object is achieved in a method of the type mentioned solved in that the light beam locally perpendicular to the direction of propagation is polarized differently.

Dabei macht man sich zunutze, daß unterschiedliche Polarisationszustände des Lichts nicht mehr vollständig miteinander interferieren können. Weisen zwei Lichtbündel sogar zwei zueinander orthogonalen Polarisationsrichtungen auf, verschwindet eine Interferenz vollständig. Orthogonale Polarisationsrichtungen sind bei linear polarisiertem Licht beispielsweise durch zwei senkrecht aufeinander stehende Schwingungsebenen verwirklicht. Bei zirkular polarisiertem Licht sind rechtsdrehende und linksdrehende Polarisationszustände zueinander orthogonal. Für einen im allgemeinen elliptisch polarisierten Polarisationszustand kann man den dazu orthogonalen Zustand immer dadurch finden, daß man die Schwingungskomponenten in lineare Polarisationszustände aufspaltet und den dazu orthogonalen Zustand durch Anwendung einer Drehung des Polarisationszustandes um 90° gewinnt.It takes advantage of the fact that different polarization states of light can no longer completely interfere with each other. Assign two bundles of light even two directions of polarization orthogonal to one another, one disappears Interference completely. Orthogonal directions of polarization are linear polarized light, for example, by two perpendicular to each other Vibration levels realized. In the case of circularly polarized light, they are clockwise and left-handed polarization states orthogonal to each other. For one in general elliptically polarized polarization state can be added to this always find the orthogonal state by looking at the vibration components split into linear polarization states and the orthogonal state Applying a rotation of the polarization state by 90 ° wins.

Durch örtlich unterschiedliche Änderung des Polarisationszustandes wird die Interferenzfähigkeit vermindert. Dadurch werden die Speckle durch Verringern der Interferenzfähigkeit des Lichtbündels mindestens teilweise unterdrückt.By different local changes in the polarization state Interference capability reduced. This will reduce the speckle Interference ability of the light beam is at least partially suppressed.

Eine Bewegung der Polarisationseinrichtung wie bei dem erwähnten Beispiel mit der Lichtleitfaser oder der sich drehenden Streuscheibe ist nicht mehr notwendig. Da man deshalb allgemein auf Bewegungsmechanismen verzichten kann, ist die erfindungsgemäße Lösung bezüglich der Wartung von entsprechenden Vorrichtungen außerordentlich vorteilhaft, da sie keine mechanisch verschleißenden Teile benötigt. A movement of the polarization device as in the example mentioned with the Optical fiber or the rotating lens is no longer necessary. Since one therefore can generally dispense with movement mechanisms is the Solution according to the invention with regard to the maintenance of corresponding devices extremely advantageous since it does not require any mechanically wearing parts.  

Gegenüber Streuscheiben ergibt sich auch der Vorteil, daß die gesamte Lichtintensität von dieser Polarisationseinrichtung durchgelassen wird. Es treten also keine Verluste auf. Solche Verluste können beispielsweise die Streuscheibe erwärmen und aufgrund thermischer Spannungen zerstören. Derartige nachteiligen Effekte sind ebenfalls bei der erfindungsgemäßen Lösung ausgeschlossen.Compared to diffusers there is also the advantage that the total light intensity is let through by this polarization device. So there are no losses on. Such losses can heat the diffuser, for example, and destroy thermal stresses. Such adverse effects are also in the solution according to the invention excluded.

Erfindungsgemäß lassen sich sogar subjektive Speckle verringern, da erfindungsgemäß aufgrund der Zerstörung der Interferenzfähigkeit auch Interferenzen auf der Netzhaut verringert oder sogar vollständig vermieden werden.According to the invention, even subjective speckle can be reduced since it is according to the invention due to the destruction of the interference ability also interference on the retina can be reduced or even completely avoided.

Wie vorstehend schon erläutert, kann die Interferenzfähigkeit zweier nebeneinander von der Polarisationseinrichtung ausgehender Teillichtbündel sogar vollständig aufgehoben werden. Dafür sieht eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, daß die Polarisation des Lichtbündels diskontinuierlich in senkrecht zur Ausbreitungsrichtung örtlich nebeneinanderliegenden Bereichen so polarisiert wird, daß die von jeweils zwei nebeneinanderliegende Bereichen ausgehenden Teillichtbündel zueinander orthogonal polarisiert sind.As already explained above, the interference ability of two side by side partial light beams emanating from the polarization device even completely To get picked up. A preferred further development of the inventive method that the polarization of the light beam discontinuously in adjacent to each other perpendicular to the direction of propagation Areas are polarized so that those of two lying side by side Regions outgoing partial light beams are polarized orthogonally to each other.

Wenn also mehrere Bereiche zur Änderung des Polarisationszustandes der von diesen ausgehenden Teillichtbündeln verwendet werden, erhält man eine Vielzahl von Teillichtbündeln, die bei unterschiedlichem Polarisationszustand nicht mehr miteinander interferenzfähig sind. Die Interferenzfähigkeit wird praktisch vollständig aufgehoben, so daß Speckle theoretisch vollständig vermieden werden können. In der Praxis gibt es allerdings auch Übergangszonen an den nebeneinanderliegenden Bereichen zum Beaufschlagen mit unterschiedlichen Polarisationszuständen. Der Einfluß solcher Übergangszonen kann jedoch durch später noch näher beschriebene Maßnahmen stark verringert werden.So if there are several areas for changing the state of polarization of these outgoing partial light beams are used, you get a variety of Partial light bundles that are no longer connected to one another with different polarization states are capable of interference. The interference ability is practically completely eliminated, so that speckle can theoretically be completely avoided. In practice there are but also transition zones on the adjacent areas to Applying different polarization states. The influence of such Transition zones can, however, be strong through measures described in more detail later be reduced.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung geht von der Vorrichtung der eingangs genannten Art aus und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verändern der Interferenzfähigkeit des Lichtbündels eine im Strahlengang des Lichtbündels befindliche Polarisationseinrichtung aufweist, durch die unterschiedliche Teillichtbündel des eingangsseitigen Lichtbündels unterschiedlich polarisierbar sind.The device according to the invention is based on the device of the aforementioned Kind of and is characterized in that the device for changing the Interference capability of the light beam in the beam path of the light beam has located polarization device, through the different partial light beams of the light beam on the input side can be polarized differently.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist also nur eine speziell ausgestaltete Polarisationseinrichtung notwendig. Bewegungsmechanismen, wie sie bei dem Stand der Technik häufig notwendig sind, entfallen im Prinzip bei der Erfindung. Dadurch wird ein mechanischer Verschleiß unterbunden und ein häufiges Auswechseln von Ersatzteilen ist vermeidbar.In the device according to the invention there is therefore only one specially designed Polarization device necessary. Mechanisms of movement, as in the stand the technology are often necessary, in principle omitted in the invention. Thereby  mechanical wear is prevented and frequent replacement of Spare parts can be avoided.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung können also Speckle zuverlässig unterdrückt werden, ohne daß irgendeine Wartung bei längerem Gebrauch notwendig wird.In a device according to the invention, speckles can thus be reliably suppressed without any maintenance for long periods of use.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Polarisationseinrichtung in besonderer Weise ausgestaltet, indem sie senkrecht zur Richtung des Lichtbündels sich erstreckende Bereiche aufweist, in denen Teillichtbündel unterschiedlich polarisierbar sind, wobei mindestens zwei der Bereiche zueinander orthogonale Polarisationszustände erzeugen.In a preferred development of the device according to the invention, the Polarization device designed in a special way by being perpendicular to Direction of the light beam has areas in which Partial light beams can be polarized differently, with at least two of the areas generate mutually orthogonal polarization states.

Der Vorteil zur Verminderung der Speckle aufgrund orthogonaler Polarisationszustände wurde schon beim Verfahren ausgeführt. Gemäß der Weiterbildung kann eine Polarisationseinrichtung in einfacher Weise durch Vorsehen verschiedener Bereiche strukturiert werden.The benefit of reducing speckle due to orthogonal Polarization states have already been carried out during the process. According to the A polarization device can be developed in a simple manner by providing different areas.

Gemäß einer anderen vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung ist die Polarisationseinrichtung so ausgebildet, daß die von ihr ausgehenden Teillichtbündel eines Polarisationszustandes die gleiche Gesamtintensität wie die Teillichtbündel eines zu diesem orthogonalen Polarisationszustandes aufweisen.According to another preferred development of the invention Polarization device designed so that the partial light beams emanating from it of a polarization state has the same overall intensity as the partial light beam have to this orthogonal polarization state.

Dann entsteht eine gleichmäßige Mischung der Polarisationszustände, welche die Interferenzfähigkeit maximal stört.Then a uniform mixture of the polarization states, which the Interference ability disturbs to a maximum.

Üblicherweise lassen, abgesehen von Absorption, alle Stoffe einen Teilstrahl eines Lichtbündels durch und reflektieren einen Teilstrahl. Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Polarisationseinrichtung als reflektierende Umlenkeinrichtung für das Lichtbündel ausgebildet ist. Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Polarisationseinrichtung für Licht im Lichtbündel durchlässig und für eine Transmission im Strahlengang des Lichtbündels angeordnet. Bei beiden Weiterbildungen läßt sich die gesamte Lichtintensität des eingangsseitigen Lichtbündels in der Gesamtintensität aller Teilstrahlen weiter verwenden. Dadurch wird ein hoher Aufwand, der sich beispielsweise bei einem Videosystem bei Erhöhung der Laserleistung überproportional erhöhen würde, bei einer erfindungsgemaßen Vorrichtung vermieden. Apart from absorption, all substances usually leave a partial jet of one Beam of light through and reflect a partial beam. A preferred training The invention provides that the polarization device as a reflective Deflection device for the light beam is formed. Another advantageous one The polarization device for is a further development of the method according to the invention Light in the light beam permeable and for transmission in the beam path of the Light beam arranged. In both training courses, the entire Light intensity of the light beam on the input side in the total intensity of all Continue to use partial beams. This will involve a lot of effort for example in a video system when the laser power is increased disproportionately would increase avoided in a device according to the invention.  

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Polarisationseinrichtung auf mindestens einer ihrer Oberflächen, durch die das Lichtbündel hindurchgeht bzw. von der es reflektiert wird, eine polarisierende Struktur mit in Form einer Matrix angeordneten Bereichen auf, die abhängig vom Ort des Durchgangs bzw. der Reflexion der Teillichtbündel unterschiedliche Phasenverschiebungen für Polarisationskomponenten im Teillichtbündel erzeugen.In a preferred development of the invention, the polarization device has on at least one of their surfaces through which the light beam passes or from which it is reflected, a polarizing structure in the form of a matrix arranged areas depending on the location of the passage or the reflection the partial light beam has different phase shifts for Generate polarization components in the partial light beam.

Bei dieser Weiterbildung wird die unterschiedliche Polarisation von Teillichtbündeln durch eine Struktur zur Erzeugung einer Polarisationsänderung aufgrund von Phasenverschiebungen erreicht. Wie aus den später beschriebenen Weiterbildungen ersichtlich wird, läßt sich dies in verschiedenster Weise verwirklichen. Allen Beispielen ist aber gemeinsam, daß sich der Polarisationseinrichtung durch einfache Strukturierungstechniken, wie physikalisches oder chemisches Ätzen herstellen läßt.In this development, the different polarization of partial light beams by a structure for generating a polarization change due to Phase shifts reached. As from the further training described later can be seen, this can be achieved in various ways. All examples is common, however, that the polarization device by simple Structuring techniques, such as physical or chemical etching can be produced.

Diese einfache Fertigungsweise macht den Polarisationseinrichtung besonders kostengünstig und erlaubt auch eine kostengünstige Massenproduktion. Deswegen ist eine derartige Polarisationseinrichtung insbesondere in der Videotechnik für den Konsumerbereich besonders vorteilhaft einsetzbar.This simple production method makes the polarization device special inexpensive and also allows inexpensive mass production. That's why such a polarization device, in particular in video technology for the Consumer area can be used particularly advantageously.

Mit Strukturen, die beispielsweise durch Erhöhungen und Vertiefungen auf einem doppelbrechenden Kristall ausgebildet sind, kann man jedoch nur in einem begrenzten Wellenlängenbereich eine Polarisation bezüglich der gewollten orthogonalen Polarisationszuständen erreichen. In der Farbvideotechnik benötigt man allerdings mindestens drei Wellenlängen, um den vom Menschen erfaßbaren Farbtonbereich mindestens annähernd abzudecken.With structures that are, for example, raised and deepened on one birefringent crystal are formed, but can only be in a limited Wavelength range a polarization with respect to the desired orthogonal Reach polarization states. In color video technology, however, you need at least three wavelengths around the range of hues that man can grasp cover at least approximately.

Die Ausbildung des Polarisationseinrichtung für derartige Anwendungen erfolgt gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung in vorteilhafter Weise dadurch, daß die Struktur für jede Wellenlänge Bereiche zum Beaufschlagen eines Teillichtbündels mit einem Polarisationszustand hat, der zum Polarisationszustand der zu dem von anderen Bereichen ausgehenden Teillichtbündel orthogonal ist. Wie vorstehend schon näher erläutert, sind orthogonale Zustände für eine besonders effektive Unterdrückung der Speckle geeignet.The polarization device for such applications is designed in accordance with a preferred development of the invention in an advantageous manner that the Structure for each wavelength Areas for exposure to a partial light beam has a state of polarization that is the same as that of others Areas outgoing partial light beam is orthogonal. As above are explained, orthogonal states for a particularly effective suppression of the Suitable for speckle.

Für die Anwendung im Farbvideobereich ist bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Struktur auf der Polarisationseinrichtung für jede Wellenlänge Bereiche zum Beaufschlagen eines Teillichtbündels mit einem Polarisationszustand hat, der zum Polarisationszustand anderer Teillichtbündel orthogonal ist. Bei dieser Weiterbildung kann man für alle in dem Lichtbündel enthaltenen Wellenlängen die weiter oben beschriebenen vorteilhaften Eigenschaften von zueinander orthogonalen Polarisationszuständen ausnutzen.For use in the color video area, in a preferred development, the Invention provided that the structure on the polarizer for each Wavelength Areas for applying a partial light beam to a  Polarization state has that of the polarization state of other partial light beams is orthogonal. With this training you can do it for everyone in the light beam contained wavelengths the advantageous properties described above of mutually orthogonal polarization states.

Wie durch die vorstehenden Ausführungen schon deutlich wurde, reicht es zur vollständigen Unterdrückung der Speckle nicht aus, nur zwei Teillichtbündel unterschiedlich zu polarisieren, da dann eine Interferenz des in einem Teillichtbündel enthaltenden Lichts immer noch möglich ist. Die Anzahl derartiger Teillichtbündel ist um so größer, je kleiner die das Teillichtbündel aussenden Bereiche sind. Auch um flächenmäßig sehr kleine Helligkeitsmaxima, die Speckle, zu verringern, sollte man die Teillichtbündel sehr klein wählen und beim Strukturieren der Polarisationseinrichtung möglichst eine Vielzahl von kleinen Bereichen zum Erzeugen unterschiedlicher Polarisationszustände vorsehen.As has already been made clear by the above explanations, it is sufficient for complete suppression of the speckle does not stop, only two partial light beams polarize differently, because then there is interference in a partial light beam containing light is still possible. The number of such partial light beams is the larger the smaller the areas emitting the partial light beam are. Also around in terms of area, very small brightness maxima, the speckle, should be reduced Select the partial light beam very small and when structuring the polarization device as many small areas as possible to create different ones Provide polarization states.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung sind diese Bereiche zum Erzeugen gleicher Polarisationszustände der Polarisationseinrichtung örtlich gemäß einem statistischen Muster verteilt. Aufgrund dieser Verteilung werden regelmäßige Strukturen, die bei Teillichtbündeln ein und desselben Polarisationszustandes wieder zu Interferenzen führen könnten, vermieden. Vorteilhafterweise werden dadurch die bei regelmäßige Anordnung zu erwartenden, neu entstehenden Speckle unterdrückt.In a preferred development, these areas are the same for generating Polarization states of the polarization device locally according to a statistical Pattern distributed. Because of this distribution, regular structures that are Partial light beams of one and the same polarization state cause interference again avoided. Advantageously, the regular Arrangement of expected, emerging speckle suppressed.

Um derartige Strukturen zu realisieren, beispielsweise mittels physikalischer oder chemischer Ätztechniken, kann man beim Entwurf der Ätzmaske für jeden Bereich mit einem Zufallsgenerator würfeln, ob ein bestimmter Polarisationszustand oder der dazu orthogonale Polarisationszustand durch diesen Bereich bei Transmission oder Reflexion eines Teillichtbündels eingestellt werden soll und die Ätzmaske entsprechend ausbilden.To implement such structures, for example by means of physical or chemical etching techniques, you can design the etching mask for each area with a random number generator, whether a certain polarization state or that orthogonal polarization state through this area with transmission or Reflection of a partial light beam should be set and the etching mask accordingly form.

Wie vorstehend schon mehrfach angesprochen wurde, ist das Fertigen der Struktur mit Hilfe von physikalischem oder chemischen Ätzen besonders günstig. Derartige Strukturen lassen sich bei einer bevorzugten Weiterbildung besonders einfach realisieren, bei welcher die Polarisationseinrichtung aus doppelbrechendem Material besteht und Bereiche zum Beaufschlagen unterschiedlicher Teillichtbündel mit verschiedenen Polarisationszuständen durch unterschiedliche Dicken des Materials verwirklicht sind. As has been mentioned several times above, the fabrication of the structure is included With the help of physical or chemical etching particularly cheap. Such Structures are particularly simple in a preferred further training realize in which the polarization device made of birefringent material exists and areas for applying different partial light beams with different polarization states due to different thicknesses of the material are realized.  

Aufgrund der doppelbrechenden Eigenschaften des Materials hat Licht in Abhängigkeit der Polarisation unterschiedliche Laufzeiten, was sich in unterschiedlichen Brechungsindizes auswirkt. Das bedeutet, bei bestimmten Dicken des Materials, wie später noch anhand von Ausführungsbeispielen dargestellt wird, lassen sich durch die aufgrund der Laufzeiten verschiedenen Phasen von Polarisationszuständen neue Polarisationszustände gezielt erreichen.Because of the birefringent properties of the material, light has a dependency The polarization has different terms, which can be different Refractive indices. That means at certain thicknesses of the material, like is shown later using exemplary embodiments, can be by new phases due to the different phases of polarization states Target polarization states.

Die Weiterbildung erlaubt deshalb vorteilhafterweise eine einfache Ausbildung einzelner Bereiche für die Einstellung eines bestimmten Polarisationszustandes in Abhängigkeit vom Polarisationszustand des einlaufenden Lichtbündels. In Abhängigkeit seiner doppelbrechenden Eigenschaften und der Wellenlänge des Lichts muß die Dicke des Materials für jeden Bereich nur entsprechend gewählt werden. Zur Ausbildung einer Struktur mit verschiedenen Dicken sind beispielsweise übliche Ätztechniken anwendbar.The training therefore advantageously allows simple training individual areas for setting a certain polarization state in Dependence on the polarization state of the incoming light beam. In Dependence of its birefringent properties and the wavelength of light the thickness of the material for each area must only be chosen accordingly. For Forming a structure with different thicknesses are common, for example Etching techniques applicable.

Weiter hat diese Weiterbildung der Erfindung den Vorteil, daß die Polarisationseinrichtung nicht als Filter wirkt, sondern den Polarisationszustand des einfallenden Lichtes nur ändert. Während ein Filter einen Teil der Lichtleistung aufnehmen würde, ist bei dieser Ausführungsform nahezu kein Leistungsverlust zu befürchten. Lokale Erwärmung und eine damit verbunden Beanspruchung werden somit gemäß der Weiterbildung vermieden, und die Lebensdauer der Polarisationseinrichtung ist erhöht.Furthermore, this development of the invention has the advantage that the Polarization device does not act as a filter, but the polarization state of the incident light only changes. While a filter is part of the light output would record, there is almost no loss of power in this embodiment fear. Local warming and associated stress thus avoided according to the training, and the lifespan of Polarization device is increased.

Der vernachlässigbare Leistungsverlust bei gemäß der Weiterbildung ausgestalteten Polarisationseinrichtungen zeigt weitere Vorteile beim Einsatz der Erfindung in Laservideosystemen. Die Leistung der Laserquellen läßt sich wegen der geringen Verluste auf das zur Beleuchtung eines Bildpunktes notwendige Maß reduzieren. Ein bei erhöhter Leistung nötiger zusätzlicher Aufwand für die Laser und ihre Kühlung bzw. Temperaturstabilisierung ist dann vermeidbar.The negligible loss of performance when configured according to the training Polarization devices show further advantages when using the invention in Laser video systems. The power of the laser sources can be because of the low Reduce losses to what is necessary to illuminate a pixel. On additional effort required for the lasers and their cooling with increased power or temperature stabilization can then be avoided.

Wie vorstehend ausgeführt, gibt es für das Vermeiden von Speckle bei der Erfindung Grenzen, die im wesentlichen durch die Fertigungstechnik bedingt sind. So lassen sich theoretisch Strukturen betrachten, bei denen die Speckle vollständig unterdrückt werden, wenn die Bereiche gleicher Polarisation statistisch verteilt sind und aufgrund der Polarisationseinrichtung nur orthogonale Zustände erzeugt werden. In der Praxis gibt es aber immer Übergangszonen zwischen Bereichen eines Polarisationszustandes zu einem benachbarten Bereich eines anderen Polarisationszustandes. Um den Einfluß derartiger Übergangszonen sehr gering zu halten, sollten diese sehr klein sein.As stated above, there is speckle avoidance in the invention Limits that are essentially due to manufacturing technology. So you can theoretically consider structures in which the speckle is completely suppressed if the areas of equal polarization are statistically distributed and due to only orthogonal states are generated by the polarization device. In practice but there are always transition zones between areas of a polarization state  to an adjacent area of another polarization state. About the influence To keep such transition zones very small, they should be very small.

Deshalb ist gemäße einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Polarisationseinrichtung durch Ionenstrahlätzen strukturiert ist. Im Gegensatz zu chemischem Ätzen ermöglicht diese Technik besonders steile Flanken, die im wesentlichen nur von der Genauigkeit der Ionenstrahlrichtung beim Materialabtrag bestimmt sind. Durch diese Herstellungsweise lassen sich Polarisationseinrichtungen für eine besonders gute Unterdrückung von Speckle erzeugen. Ionenätztechniken sind beim heutigen Stand der Technik auch großtechnisch anwendbar, wie die Halbleitertechnik zeigt, bei der Ionenätztechniken aufgrund fortschreitenden Miniaturisierung auch für kostengünstige Fertigung in Massenproduktion standardmäßig eingesetzt werden.Therefore, according to a preferred development of the invention, it is provided that the polarization device is structured by ion beam etching. In contrast to chemical etching enables this technique to have particularly steep flanks which essential only from the accuracy of the ion beam direction when removing material are determined. This method of manufacture enables polarization devices for a particularly good suppression of speckle. Ion etching techniques are with today's state of the art also applicable on an industrial scale, such as Semiconductor technology shows where ion etching techniques are progressing Miniaturization also for cost-effective mass production be used as standard.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Polarisation eines Teillichtbündels in der Polarisationseinrichtung Bereiche zum Erzeugen des jeweiligen Polarisationszustandes vorgesehen sind, die sich jeweils in jeder Richtung senkrecht zum Strahlenverlauf des Teillichtbündels zwischen einer Wellenlänge und dem Zwanzigfachen der Wellenlänge des Lichtbündels erstrecken.According to a further preferred development of the invention, it is provided that for the polarization of a partial light beam in the polarization device Generating the respective polarization state are provided, which are each in any direction perpendicular to the beam path of the partial light beam between one Wavelength and twenty times the wavelength of the light beam.

Aufgrund dieser Merkmale werden solche Bereiche sehr klein gehalten. Wie vorstehend schon angemerkt wurde, werden die Speckle um so effektiver unterdrückt, um so geringer derartige Bereiche sind. Andererseits sollten sie sich auch nicht so klein sein, daß das Lichtbündel aufgrund von Beugung an den kleinen Strukturen zu stark aufweitet wird. Die Dimensionierung der Bereiche zwischen dem ein und dem zwanzigfachen der Wellenlänge hat sich diesbezüglich als besonders günstig herausgestellt.Because of these features, such areas are kept very small. How already noted above, the more effectively suppressing the speckle, the smaller such areas are. On the other hand, they shouldn't be that small either be that the light beam is too strong due to diffraction at the small structures is expanded. The dimensioning of the areas between the one and the Twenty times the wavelength has proven particularly favorable in this regard exposed.

Bei sichtbarem Licht, beispielsweise um Wellenlängen von 400 nm, liegt die durch das zwanzigfache gegebene Obergrenze ungefahr bei 8 Mikrometern, also in einer Größenordnung, die sich durch aus der Halbleitertechnologie bekannte Mikrostrukturierungstechniken leicht verwirklichen läßt.In visible light, for example around wavelengths of 400 nm, this is due to the Twenty times the upper limit is approximately 8 micrometers, i.e. in one The order of magnitude known from semiconductor technology Microstructuring techniques can be easily implemented.

Es wurde zwar vorstehend schon erwähnt, daß eine Bewegungsvorrichtung bei Verwendung der erfindungsgemäßen Polarisationseinrichtung prinzipiell nicht nötig ist, wenn diese so ausgestaltet ist, daß die Interferenzfähigkeit vollständig gestört ist. Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht jedoch eine an die Polarisationseinrichtung gekoppelte Bewegungsvorrichtung zur Bewegung senkrecht zum Lichtbündel vor.It has already been mentioned above that a moving device In principle, use of the polarization device according to the invention is not necessary, if it is designed so that the interference ability is completely disturbed. A  However, an advantageous further development sees a coupling coupled to the polarization device Movement device for movement perpendicular to the light beam in front.

Diese hat den Vorteil, daß kleine noch übrigbleibende Speckle, die dadurch verursacht sein können, daß die Struktur mechanisch nicht beliebig einer theoretischen Form zur Auslöschung von Speckle angepaßt werden kann, zeitlich verwischt werden. Mit Hilfe des Bewegungsmechanismus wird die Polarisationseinrichtung verschoben und unterschiedliche Teillichtbündel nehmen während der Bewegung die verschiedenen Polarisationszustände an, so daß die restlichen Speckle auf der Netzhaut des Auges wandern. Wenn die Bewegung so schnell ist, daß die Trägheit des Auges diese nicht mehr erfassen kann, werden diese Speckle "verwischt".This has the advantage of causing small, remaining speckle may be that the structure is not mechanically arbitrary to a theoretical form Elimination of speckle can be adjusted, blurred in time. With help of the movement mechanism, the polarization device is displaced and different partial light beams take the different ones during the movement Polarization states so that the remaining speckle on the retina of the eye hike. If the movement is so fast that the sluggishness of the eye does not can capture more, these speckle are "blurred".

Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Polarisationseinrichtung ein aktives Bauelement, das zur Erzeugung der verschiedenen Polarisationszustände elektrooptische oder magnetooptische Effekte nutzt. Mit elektrooptischen oder magnetooptischen Bauelementen kann die Polarisation durch Einstellen einer Spannung oder eines Magnetfeldes verändert werden. Eine derartige Polarisationseinrichtung kann also leicht an die gewünschte Wellenlänge angepaßt werden. Die Einstellmöglichkeit ermöglicht auch ein Optimieren zur Unterdrückung von Speckles.In another advantageous development of the invention, the Polarization device is an active component that is used to generate the various Polarization states uses electro-optical or magneto-optical effects. With electro-optical or magneto-optical components can polarization through Setting a voltage or a magnetic field can be changed. Such Polarization device can therefore be easily adapted to the desired wavelength will. The setting option also enables optimization for suppression from Speckles.

Insbesondere ist für eine schnelle zeitliche Variation der Polarisation gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß zum Erzielen verschiedener Polarisationszustände für Teillichtbündel an einer strukturierten Polarisationseinrichtung LCD-Matrixen angeordnet sind oder die Polarisationseinrichtung elektrooptische oder magnetooptische Kristalle, wie DKDP, LiNbO₃, optische Keramiken oder Flüssigkristalle enthält und daß die Einstellung der Polarisationszustände verschiedener Teillichtbündel durch eine elektrische oder magnetische Anregung durchführbar ist.In particular, for a rapid temporal variation of the polarization according to one preferred development of the invention provided that to achieve different Polarization states for partial light beams on a structured Polarizing LCD matrixes are arranged or the Polarizing device electro-optical or magneto-optical crystals, such as DKDP, Contains LiNbO₃, optical ceramics or liquid crystals and that the setting of Polarization states of different partial light beams through an electrical or magnetic excitation is feasible.

Durch Schalten verschiedener Bereiche der oben näher beschriebenen Polarisationseinrichtung über eine LCD-Matrix oder wenn die Polarisationseinrichtung selbst eine LCD-Matrix ist, lassen sich ebenfalls die Polarisationszustände schnell ändern, so daß man von dem vorstehend bezüglich der Bewegung beschriebenen Vorteil Gebrauch machen kann, ohne daß ein Verschleiß von zu einem Bewegungsmechanismus gehörigen Teilen zu erwarten ist. Gleiches gilt auch, wenn die verschiedene Polarisation durch elektrische oder magnetische Anregung erfolgt, also man beispielsweise den Kerr-Effekt zur Polarisationsänderung ausnutzt.By switching different areas of the above described Polarization device via an LCD matrix or if the polarization device itself is an LCD matrix, the polarization states can also be quickly change so that one of the above described with respect to the movement Can make use of advantage without wear from one Movement mechanism associated parts is expected. The same applies if the  Different polarization takes place through electrical or magnetic excitation for example, the Kerr effect is used to change the polarization.

Die angegebenen Materialien sind handelsüblich mit hoher Reinheit zum Erreichen hoher Polarisationsgrade erhältlich. Deswegen eignen sie sich besonders beim Einsatz bezüglich der Erfindung.The specified materials are commercially available with high purity to achieve high degrees of polarization available. That is why they are particularly suitable for use regarding the invention.

Wenn man die Polarisationseinrichtung selbst als LCD-Matrix ausbildet, kann die lokal unterschiedliche Polarisation der Flüssigkristalle aufgrund unterschiedlicher Spannungen an den Matrizenelementen zu unterschiedlichen Polarisation des Lichtbündels ausgenutzt werden. Man spart dabei die vorhergehend genannten Strukturierungsschritte. Durch die Massenproduktion von LCD-Matrixen als Anzeige im Konsumerbereich sind diese besonders kostengünstig einsetzbar.If one forms the polarization device itself as an LCD matrix, it can be local different polarization of the liquid crystals due to different Tensions on the matrix elements to different polarization of the Light beam can be used. You save the previously mentioned Structuring steps. Through the mass production of LCD matrixes as a display these can be used particularly cost-effectively in the consumer sector.

Bei einer vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung ist auch ein das von der Polarisationseinrichtung ausgehende Lichtbündel erfassendes optisches System vorgesehen.In a preferred further development of the invention is also one of the Optical system that detects outgoing light beams intended.

Mit einem derartigen optischen System wird auch Licht aus dem Beugungsbild erfaßt, das an den Rändern der Bereiche zum Beaufschlagen mit einem bestimmten Polarisationszustand das Lichtbündel aufweitet. Mit Hilfe des optischen Systems läßt sich der Leistungsverlust deswegen noch weiter verringern, bzw. es erlaubt noch kleinere Bereiche zum Beaufschlagen eines Polarisationszustandes, ohne daß ein Intensitätsverlust durch Beugung befürchtet werden muß. Diese Weiterbildung ist somit ebenfalls zum Vermindern von Speckle vorteilhaft anwendbar.With such an optical system, light is also detected from the diffraction pattern, that on the edges of the areas to be loaded with a certain one The state of polarization expands the light beam. With the help of the optical system the loss of performance is therefore reduced even further, or it still allows smaller areas for applying a polarization state without a Loss of intensity due to diffraction must be feared. This training is thus also advantageously applicable for reducing speckle.

Die im folgenden angegebenen Weiterbildungen der Erfindung betreffen vor allem den Einsatz bei einem Videogerät.The further developments of the invention specified below relate primarily to the Use with a video device.

Bei Videosystemen werden die Speckle als besonders störend empfunden. Die Anwendung des Verfahrens erlaubt im Gegensatz zum zitierten Stand der Technik sogar eine vollständige Auslöschung der Speckle, ohne daß wie bei der rotierenden Streuscheibe wesentliche Lichtverluste auftreten. Bei einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Videobildes ist eine Rastereinrichtung zum bild- und zeilenmäßigen Rastern eines mit einem Videosignal modulierten Lichtbündels auf einem Bildschirm vorgesehen und die Polarisationseinrichtung im Strahlengang des Lichtbündels und bei Vorsehen eines optischen Systems vor diesem angeordnet. The speckle is perceived as particularly annoying in video systems. The In contrast to the cited prior art, application of the method allows even a complete wiping out of the speckle without the rotating speckle Diffusion disc substantial loss of light occur. In a device for production A video image is a raster device for raster and image rastering a light beam modulated with a video signal on a screen provided and the polarization device in the beam path of the light beam and at Providing an optical system arranged in front of this.  

Bei einem Farbvideosystem werden mindestens drei Lichtbündel mit unterschiedlichen Wellenlängen zu einem gemeinsamen Lichtbündel vereinigt. Bei einem derartigen System sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung vor, daß sie mehrere Einzellichtbündel unterschiedlicher Wellenlängen und eine Vereinigungseinrichtung zur Erzeugung des Lichtbündels aus diesen enthält und daß für jede Wellenlänge eine Polarisationseinrichtung zur Änderung der Polarisationszustände verschiedener Teillichtbündel im Strahlengang jedes Einzellichtbündels vor der Vereinigungseinrichtung vorgesehen ist.In a color video system, at least three light beams with different Wavelengths combined into a common light beam. With such a The system provides an advantageous development of the device according to the invention, that they have several individual light beams of different wavelengths and one Unification device for generating the light beam from these contains and that a polarization device for changing the wavelength for each wavelength Polarization states of different partial light beams in the beam path of each Single light beam is provided in front of the union.

Aufgrund dieser Merkmale wird die Interferenzfähigkeit für Licht jeder Wellenlänge unabhängig von den anderen Wellenlängen gestört. Dadurch läßt sich für jede Wellenlänge separat die Interferenzfähigkeit aufheben, was gegenüber der vorhergehend beschriebenen Polarisationseinrichtung, die auf drei verschiedene Wellenlängen angepaßt ist, eine bessere Optimierung bezüglich der Unterdrückung von Speckles ermöglicht.Because of these features, the interference ability for light of any wavelength disturbed regardless of the other wavelengths. This makes it possible for everyone Wavelength cancel the interference ability separately, what compared to the previously described polarization device that operates on three different Wavelengths adjusted, a better optimization regarding the suppression of Speckles allows.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielshalber noch näher erläutert. Es zeigen:The invention will now be described in more detail by way of example with reference to the drawing explained. Show it:

Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung einer bei der Erfindung einsetzbaren Polarisationseinrichtung; Fig. 1 shows a schematic representation of a polarization device usable in the invention;

Fig. 2 eine Seitenansicht der in Fig. 1 dargestellten Polarisationseinrichtung; FIG. 2 is a side view of the polarization device shown in FIG. 1;

Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Polarisationsänderung bei einer Polarisationseinrichtung gemäß Fig. 1 und 2; Fig. 3 is a schematic diagram for explaining the change in polarization with a polarizing device according to Figures 1 and 2.

Fig. 4 eine Polarisationseinrichtung für ein Ausführungsbeispiel, in dem diese zur Reflexion eines Lichtbündels ausgestaltet ist; Figure 4 is a polarizing device for an embodiment in which this is constructed for reflecting a light beam.

Fig. 5 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel für ein Videosystem; Fig. 5 shows an inventive embodiment of a video system;

Fig. 6 ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel für ein Videosystem. Fig. 6 shows a further embodiment of this invention for a video system.

In den Fig. 1 bis 3 ist schematisch das erfindungsgemäße Verfahren erläutert, bzw. ist eine Polarisationseinrichtung 1 dargestellt, die bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt werden kann.In Figs. 1 to 3, the inventive method is schematically illustrated, and is a polarization device 1 illustrated, which can be used in an inventive device.

In Fig. 1 ist eine Aufsicht auf die Polarisationseinrichtung 1 bezüglich der Richtung eines einfallenden Lichtbündels gezeigt. Die beispielhaft dargestellte Polarisationseinrichtung 1 ist in gleichmäßige Bereiche 2, die im Ausführungsbeispiel als quadratische Felder ausgebildet sind, unterteilt. Diese Bereiche 2 dienen dazu, das einfallende Lichtbündel in von jedem Bereich 2 ausgehende Teillichtbündel zu unterteilen. Jeder Bereich 2 beaufschlagt das von diesem ausgehende Teillichtbündel mit einem definierten Polarisationszustand bei vorgegebenem Polarisationszustand des einfallenden Lichtbündels. Das Verfahren zur Unterdrückung der Speckle verwendet die Eigenschaft, daß zwei Lichtbündel mit zueinander orthogonalen Polarisationszuständen nicht miteinander interferieren. Durch Änderung der Polarisationszustände eines kohärenten Lichtstrahls wird die Interferenzfähigkeit des Lichts herabgesetzt, Speckleintensitäten also verringert.In Fig. 1 is a plan view is shown on the polarizing means 1 with respect to the direction of an incident light beam. The polarization device 1 shown as an example is subdivided into uniform regions 2 , which in the exemplary embodiment are designed as square fields. These areas 2 serve to divide the incident light beam into partial light beams emanating from each area 2 . Each area 2 acts on the partial light bundle emanating from it with a defined polarization state for a given polarization state of the incident light bundle. The method for suppressing the speckle uses the property that two light beams with mutually orthogonal polarization states do not interfere with one another. By changing the polarization states of a coherent light beam, the interference ability of the light is reduced, that is, bacon intensities are reduced.

In Fig. 1 sind beispielhaft zwei Bereiche 4 und 6 eingezeichnet, deren ausgehendes Teillichtbündel mit verschiedenen linearen Polarisationen beaufschlagt sind. Die Richtung der linearen Polarisation der Teillichtbündel ist durch in den Bereichen 4 und 6 eingezeichnete Pfeile angedeutet.In Fig. 1, two areas 4 and 6 are shown by way of example, the outgoing partial light beam are acted upon by different linear polarizations. The direction of the linear polarization of the partial light beams is indicated by the arrows drawn in the regions 4 and 6 .

Die verschiedenen Polarisationszustände der aus den Bereichen 4 und 6 stammenden Teillichtbündel sind orthogonal, das heißt das Produkt der beiden Polarisationsvektoren ist Null. Deswegen interferieren die aus den Bereichen 4 und 6 stammenden Teillichtbündel nicht miteinander.The different polarization states of the partial light beams originating from regions 4 and 6 are orthogonal, that is to say the product of the two polarization vectors is zero. For this reason, the partial light beams originating from areas 4 and 6 do not interfere with one another.

Für die Zerstörung der Interferenzfähigkeit ist es vor allem vorteilhaft, wenn Bereiche 4 und 6, die jeweils unterschiedliche Polarisationszustände der ausgehenden Teillichtbündel verursachen, ungleichmäßig über die Fläche der Polarisationseinrichtung 1 verteilt sind. Insbesondere eine statistische Verteilung verhindert ein regelmäßiges Muster für die Emission von Teilstrahlen, das wieder zu scharfen Interferenzen oder Speckle führen könnte. For the destruction of the interference capability, it is particularly advantageous if regions 4 and 6 , which each cause different polarization states of the outgoing partial light beams, are distributed unevenly over the surface of the polarization device 1 . A statistical distribution in particular prevents a regular pattern for the emission of partial beams, which could again lead to sharp interference or speckle.

Wie die verschiedene Polarisation unterschiedlicher Bereiche 2 verwirklicht werden kann, ist aus der schematischen Seitenansicht der Polarisationseinrichtung 1 in Fig. 2 zu erkennen.How the different polarization of different regions 2 can be realized can be seen from the schematic side view of the polarization device 1 in FIG. 2.

Fig. 2 zeigt, daß das Licht des Lichtbündels eine größere Materialdicke in den Bereichen 4 durchlaufen muß als in den Bereichen 6. Diese unterschiedlichen Materialdicken führen zu unterschiedlichen Polarisationszuständen bei den ausgehenden Teillichtbündeln bei vorgegebenem Polarisationszustand des einfallenden Lichtbündels. Dies wird in Verbindung mit der Beschreibung von Fig. 3 noch deutlicher werden. FIG. 2 shows that the light of the light bundle has to pass through a greater material thickness in the areas 4 than in the areas 6 . These different material thicknesses lead to different polarization states in the outgoing partial light bundles for a given polarization state of the incident light bundle. This will become more apparent in connection with the description of FIG. 3.

Ferner ist in Fig. 2 auch die unregelmäßige Anordnung der Bereiche 4 und 6 angedeutet. Eine statistische Anordnung mit unterschiedlichen Bereichen 4 und 6 erreicht man beispielsweise bei Ätzen durch eine Maske, deren freie Flächen mittels eines Zufallsgenerators bestimmt werden.Furthermore, the irregular arrangement of regions 4 and 6 is also indicated in FIG. 2. A statistical arrangement with different areas 4 and 6 is achieved, for example, in the case of etching through a mask, the free areas of which are determined by means of a random generator.

Das im Ausführungsbeispiel für die Polarisationseinrichtung 1 verwendete Material ist ein doppelbrechender Kristall. Je nach linearem Polarisationszustand des einfallenden Lichtbündels zu einer durch das Material und der Schnittrichtung bedingten Kristallrichtung sind zwei Komponenten unterschiedlicher Polarisation eines Lichtstrahles gegeben, denen unterschiedliche Brechungsindizes n₁ und n₂ für die Ausbreitung im Material zugeordnet sind.The material used for the polarization device 1 in the exemplary embodiment is a birefringent crystal. Depending on the linear polarization state of the incident light beam to a crystal direction caused by the material and the cutting direction, two components of different polarization of a light beam are given, which are assigned different refractive indices n 1 and n 2 for the propagation in the material.

Die Laufzeiten der beiden Komponenten des Lichts mit verschiedenen Polarisationszuständen sind, wie durch die unterschiedlichen Brechungsindizes gegeben, verschieden voneinander, und bei Durchlaufen des Materials ergeben sich unterschiedliche Phasen der einzelnen Komponenten zueinander. Aufgrund dieser Veränderung der Phasen in Abhängigkeit der Dicke des durchlaufenen Materials werden unterschiedliche Polarisationszustände beim austretenden Licht erzeugt.The terms of the two components of light with different States of polarization are as by the different refractive indices given, different from each other, and result from passing through the material different phases of the individual components to each other. Based on these Change of phases depending on the thickness of the material passed through different polarization states are generated when the light emerges.

Dies wird anhand der Fig. 3 näher verdeutlicht. Das durch unterbrochen Linien 10 und 12 gekennzeichnete Koordinatenkreuz bezeichnet die Achsen, in denen das Material die beiden zu den Brechungsindizes n₁ und n₂ gehörigen linearen Polarisationszustände eines Lichtbündels ohne Polarisationsänderung durchläßt. Der nach oben zeigende Vektor 14 bezeichnet beispielhaft einen linearen Polarisationszustand des einfallenden Lichtbündels. Dieser hat bezüglich des mit den Linien 11 und 12 gekennzeichneten Koordinatenkreuzes gleiche Komponenten. Wenn die Komponenten des Lichtbündels aufgrund der unterschiedlichen Laufzeit nach Durchlaufen wieder die gleiche Phase zueinander haben wie beim einfallenden Lichtbündel, addieren sich die Komponenten für das ausgehende Lichtbündel wieder zu dem gleichen mit dem Vektor 14 bezeichneten Polarisationszustand.This is illustrated in more detail in FIG. 3. The coordinate cross marked by broken lines 10 and 12 designates the axes in which the material allows the two linear polarization states of a light bundle belonging to the refractive indices n 1 and n 2 to pass without a change in polarization. The vector 14 pointing upward denotes, by way of example, a linear polarization state of the incident light beam. This has the same components with respect to the coordinate cross marked with lines 11 and 12 . If the components of the light bundle again have the same phase to one another as in the incident light bundle after passing through them, the components for the outgoing light bundle add up again to the same polarization state denoted by the vector 14 .

Wird die entlang der Linie 12 aufgetragene Komponente aufgrund der unterschiedlichen Laufzeit gegenüber der auf der Linie 10 aufgetragenen Komponente um eine halbe Wellenlänge verschoben, ergibt sich für diese Komponente eine Richtungsumkehr, wie in Fig. 3 durch den weißen Pfeil 16 angedeutet ist. Die Komponenten für das ausgehende Teillichtbündel addieren sich dann zu dem mit dem weißen Pfeil 18 gekennzeichneten Polarisationsvektor. Die Fig. 3 macht erstens deutlich, daß orthogonale Polarisationszustände bei der Polarisationseinrichtung 1 durch unterschiedliche Materialdicken erreichbar sind. Zweitens lassen sich aus den genannten Erörterungen auch die Abhängigkeiten der Polarisationsänderungen von der relativen Phase des ordentlichen und des außerordentlichen Strahls gewinnen.If the component plotted along line 12 is shifted by half a wavelength due to the different transit times compared to the component plotted on line 10 , a reversal of direction results for this component, as indicated in FIG. 3 by the white arrow 16 . The components for the outgoing partial light beam then add up to the polarization vector identified by the white arrow 18 . FIG. 3 firstly makes it clear that orthogonal polarization states in the polarization device 1 can be achieved by different material thicknesses. Secondly, the dependencies of the polarization changes on the relative phase of the ordinary and the extraordinary beam can also be obtained from the discussions mentioned.

Die gleichen Betrachtungen wie bei der linearen Polarisation im einfallenden Lichtbündel lassen sich mit Hilfe der Fig. 3 auch auf zirkular polarisiertes Licht anwenden. Allerdings sind die Komponenten bei zirkular polarisierten Licht im durch die Linien 10 und 12 bezeichneten Koordinatenkreuz imaginär, so daß eine Rechnung statt einer graphischen Darstellung geeigneter ist. Eine derartige Rechnung führt zu dem Ergebnis, daß das der Fig. 3 zugrunde gelegte doppelbrechende Material mit der durch die Kristallrichtung bestimmten, durch die Linien 10 und 12 dargestellten Koordinatenkreuz auch geeignet ist, zirkular polarisiertes Licht aufgrund der in Fig. 2 gezeigten, unterschiedlichen Dicken der Bereiche 4 und 6 in Teilstrahlen aus rechts- und linkspolarisiertem Licht zu zerlegen.The same considerations as for linear polarization in the incident light beam can also be applied to circularly polarized light with the aid of FIG. 3. However, in the case of circularly polarized light, the components in the coordinate system indicated by lines 10 and 12 are imaginary, so that a calculation is more suitable than a graphic representation. Such a calculation leads to the result that the birefringent material on which FIG. 3 is based, with the coordinate cross determined by the crystal direction and represented by lines 10 and 12, is also suitable, circularly polarized light due to the different thicknesses shown in FIG to divide the areas 4 and 6 into partial beams of right and left polarized light.

In Fig. 2 sind zwei Abmessungen h und d eingetragen, welche die Laufzeit von Teillichtbündeln durch die Polarisationseinrichtung 1 und damit den Polarisationszustand des ausgehenden Teillichtbündels festlegen. Aufgrund der vorstehend angegebenen Betrachtungen erhält man, wenn gemäß Fig. 1 und Fig. 3 nach dem Durchlaufen eines Lichtbündels durch den Bereich 6 eine relative Phasenänderung von einem ganzzahligen Vielfachen und in dem Bereich 4 eine relative Phasenänderung um ein halbzahliges Vielfaches der Wellenlänge erfolgen soll, die Beziehungen:In Fig. 2 two dimensions h and d are entered, which determine the transit time of partial light beams through the polarization device 1 and thus the polarization state of the outgoing partial light beam. On the basis of the considerations given above, if, according to FIG. 1 and FIG. 3, a relative phase change of an integral multiple is to take place after the passage of a light bundle through the region 6, and in the region 4 a relative phase change by a half-number multiple of the wavelength is to take place, the relationships:

bei der die Größen d und h, die in Fig. 2 bezeichneten Größen, n₁ und n₂ die Brechungsindizes für ordentlichen und außerordentlichen Strahl, m₁ und m₂ frei wählbare ganze Zahlen und λ die Wellenlänge des Lichts im Lichtbündel bedeuten.in which the sizes d and h, the sizes shown in Fig. 2, n₁ and n₂ the refractive indices for ordinary and extraordinary beam, m₁ and m₂ freely selectable integers and λ mean the wavelength of light in the light beam.

Für λ/[[2(n₁-n₂)] ergibt sich bei einer im Ausführungsbeispiel verwendete Quarzplatte bei einer Wellenlänge von 434 nm eine Größe von 23 um und bei Licht mit 508 nm Wellenlänge eine Größe von 27 µm. Dies sind die minimalen Größen von d und h. Andere geeignete Größen für d und h ergeben sich aus diesen, indem die angegebenen Werte mit einer beliebigen ungeraden Zahl multipliziert werden.For λ / [[2 (n₁-n₂)] results in a quartz plate used in the exemplary embodiment a size of 23 µm at a wavelength of 434 nm and 508 nm in light Wavelength a size of 27 µm. These are the minimum sizes of d and h. Other suitable sizes for d and h result from these by the given Values are multiplied by any odd number.

Soll ein eingangsseitig linear polarisiertes Lichtbündel in Teilstrahlen mit zirkularen Polarisationszuständen zerlegt werden, ist statt der Verschiebung um eine halbe Wellenlänge für h oder d eine weitere Phasenverschiebung um ein viertel der Wellenlänge zu berücksichtigen. Die Größe d wird dann gegenüber den angegebenen Werten um die Hälfte kleiner gewählt.If a light beam is linearly polarized on the input side in partial beams with circular Decomposition of polarization states is instead of shifting by half Wavelength for h or d a further phase shift by a quarter of the Wavelength to be considered. The size d is then compared to the specified Values chosen half smaller.

Wird ein doppelbrechendes Material verwendet, das senkrecht zu seiner optischen Achse geschnitten ist, kann man auch die spezifische Polarisationsdrehung des Materials ausnutzen. Für Quarz ergibt sich dann beispielsweise bei einer Wellenlänge von 404 nm eine Dicke von 1, 84 mm für eine Drehung der linearen Polarisation um 90°.A birefringent material is used that is perpendicular to its optical Is cut, you can also see the specific polarization rotation of the Use material. For quartz, this results, for example, at one wavelength of 404 nm a thickness of 1.84 mm for a rotation of the linear polarization around 90 °.

Während im Beispiel von Fig. 2 eine Polarisationseinrichtung 1 für die Transmission eines Lichtbündels gezeigt wurde, ist in Fig. 4 beispielhaft eine für die Reflexion des einfallenden Lichtbündels geeignete Polarisationseinrichtung dargestellt.While a polarization device 1 for the transmission of a light bundle was shown in the example of FIG. 2, a polarization device suitable for reflecting the incident light bundle is shown by way of example in FIG. 4.

Um ein einfallendes Lichtbündels 20 mit unterschiedlichen Polarisationszuständen zu beaufschlagen, ist eine Schicht 22 optisch aktiven Materials vorgesehen, die an ihrer Rückseite mit einer spiegelnden Schicht 24 versehen ist. Auf der Oberseite befindet sich eine Struktur aus weiteren spiegelnden Flächen 26. Die spiegelnden Flächen 24 und 26 können beispielsweise durch Aufdampfen von Aluminium und nachfolgendem Strukturieren der aufgedampften Aluminiumschicht mittels einer Maske angefertigt werden. In order to apply different polarization states to an incident light bundle 20 , a layer 22 of optically active material is provided, which is provided on its rear side with a reflective layer 24 . On the top there is a structure made up of further reflecting surfaces 26 . The reflecting surfaces 24 and 26 can be produced, for example, by vapor deposition of aluminum and subsequent structuring of the vapor-deposited aluminum layer using a mask.

Ein Lichtbündel, das auf einer der spiegelnden Flächen 26 auftrifft, ändert durch Reflexion seine Polarisation in gleicher Weise wie ein an der spiegelnden Schicht 24 reflektiertes Lichtbündel. Jedoch erfährt das von der spiegelnden Schicht 24 reflektierte Lichtbündel bei Durchlaufen der Schicht 22 optisch aktiven Materials zusätzlich eine Polarisationsänderung nach dem in Fig. 3 dargestellten Prinzip.A light beam that strikes one of the reflecting surfaces 26 changes its polarization by reflection in the same way as a light beam reflected on the reflecting layer 24 . However, the light bundle reflected by the reflecting layer 24 additionally undergoes a change in polarization as it passes through the layer 22 of optically active material, in accordance with the principle shown in FIG. 3.

Bei diesem Beispiel kann die Polarisationsänderung nicht nur durch Phasenverschiebung der beiden Komponenten in einem doppelbrechenden Material sondern auch mit Hilfe elektrooptischer oder magnetooptischer Effekte vorgenommen werden. Für das Material eignen sich insbesondere DKDP-Kristalle, LiNbO₃ oder optische Keramiken.In this example, the change in polarization cannot only be caused by Phase shift of the two components in a birefringent material but also with the help of electro-optical or magneto-optical effects will. DKDP crystals, LiNbO₃ or are particularly suitable for the material optical ceramics.

Weiter kann man statt strukturierter Matrizen auch LCD-Matrixen einsetzen. In LCD- Matrixen werden Flüssigkristalle bei Anlegen elektrischer Felder polarisiert. Die so ausgerichteten Flüssigkristalle können in gleicher Weise, wie bei der Polarisationseinrichtung 1 gemäß Fig. 1 beschrieben, ein einfallendes Lichtbündel in Teillichtbündel mit unterschiedlichen Polarisationszuständen zerlegen, damit die Specklebildung vermindert oder sogar vollständig vermieden wird.You can also use LCD matrices instead of structured matrices. Liquid crystals are polarized in LCD matrixes when electrical fields are applied. The liquid crystals thus aligned can, in the same way as described for the polarization device 1 according to FIG. 1, break down an incident light bundle into partial light bundles with different polarization states, so that speckle formation is reduced or even completely avoided.

Bei fehlender elektrischer Ansteuerung befinden sich die Kristallrichtungen der Flüssigkeitskristalle schon in einer statistischen Anordnung, so daß bei diesen sogar schon eine effektive Unterdrückung von Speckle ohne definierte Ausrichtung durch ein Spannung zu erwarten ist.In the absence of electrical control, the crystal directions are Liquid crystals already in a statistical arrangement, so that even with these effective suppression of speckle without a defined orientation by a Suspense is expected.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Erfindung innerhalb eines Farbvideosystem verwendet wird. Bei der einleitend schon beschriebene Art von Videogeräten werden zur Farbdarstellung üblicherweise drei Lichtquellen 30, 40, 50 unterschiedlicher Wellenlänge, d. h. unterschiedlicher Farbe, eingesetzt, die bezüglich dem Farbton und Helligkeit für jeden Bildpunkt eines Videobildes intensitätsmäßig angesteuert werden. Die so erzeugten drei Lichtbündel werden über Spiegel 32, 42 und 52 vereinigt. Insbesondere lassen sich, wenn die Spiegel 32, 42 und 52 als dichroitische Spiegel ausgeführt sind, alle drei Lichtstrahlen ohne Verluste in einfacher Weise, wie in Fig. 5 gezeigt, zu einem gemeinsamen parallelen Lichtbündel 60 zusammenführen. Fig. 5 shows an embodiment in which the invention is used within a color video system. In the type of video devices already described in the introduction, three light sources 30 , 40 , 50 of different wavelengths, that is to say different colors, are usually used for the color display, the intensity of which is controlled with respect to the color tone and brightness for each pixel of a video image. The three light beams generated in this way are combined via mirrors 32 , 42 and 52 . In particular, if the mirrors 32 , 42 and 52 are designed as dichroic mirrors, all three light beams can be combined in a simple manner, as shown in FIG. 5, into a common parallel light bundle 60 without losses.

Das Lichtbündel 60 wird zur Darstellung eines Videobildes mittels einer Rastereinrichtung 62 bild- und zeilenmäßig über einen Bildschirm 64 gerastert. Durch die intensitätsmäßige Ansteuerung der drei Lichtquellen 30, 40 und 50 und durch das Rastern wird das Videobild analog zum bekannten Fernsehen erzeugt, bei dem allerdings Elektronenquellen intensitätsmäßig angesteuert werden und durch magnetische oder elektrische Felder abgelenkt auf einen Bildschirm geworfen werden, der die Energie der Elektronen in Photonen verschiedener Farbe konvertiert.The light beam 60 is rasterized by means of a raster device 62 in terms of image and lines on a screen 64 in order to display a video image. By controlling the intensity of the three light sources 30 , 40 and 50 and by rastering, the video image is generated analogously to the known television, in which, however, electron sources are controlled in terms of intensity and are deflected by magnetic or electrical fields onto a screen which displays the energy of the electrons converted into photons of different colors.

Bei einem Videosystem, das mit Lichtquellen 30, 40, 50 arbeitet, setzt man üblicherweise Laser wegen der innen eigenen Emission eines hochparallelen Lichtbündels ein. Aufgrund der Kohärenz solcher Laserstrahlen entstehen aber die erwähnten, vom Betrachter als störend empfundenen Speckle.In a video system that works with light sources 30 , 40 , 50 , lasers are usually used because of the internal emission of a highly parallel light beam. However, due to the coherence of such laser beams, the speckles mentioned, which are considered by the viewer to be disturbing, arise.

Zur Unterdrückung derartiger Speckle ist die Polarisationseinrichtung 1 von Fig. 1 im Strahlengang des Lichtbündels 60 angeordnet. Diese ist allerdings wie beschrieben durch statistische Anordnung der Bereiche zur unterschiedlichen Polarisation für alle drei Wellenlängen des von den Lichtquellen 30, 40, 50 strukturiert.In order to suppress such speckle, the polarization device 1 from FIG. 1 is arranged in the beam path of the light beam 60 . However, as described, this is structured by statistical arrangement of the regions for different polarization for all three wavelengths of the light sources 30 , 40 , 50 .

Um auch eventuelle Restspeckle aufgrund eventueller zu berücksichtigender Fertigungstoleranzen bei der Herstellung der Polarisationseinrichtung zu unterdrücken, ist in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 5 auch eine Bewegungsvorrichtung 66 vorgesehen, welche die Polarisationseinrichtung 1 senkrecht zum Strahlenverlauf des Lichtbündels 60 schnell oszillierend bewegt. Aufgrund der so erzeugten Bewegung der Polarisationseinrichtung 1 werden zeitlich unterschiedliche Teillichtbündel polarisiert, was zu einem zeitlich unterschiedlichen Ort möglicher Restspeckle auf dem Bildschirm 64 oder der Netzhaut eines Beobachters führt. Die Speckle werden also zeitlich verwischt. Wenn die Bewegung so schnell erfolgt, daß sie aufgrund der Trägheit des Auges nicht mehr wahrgenommen wird, sind auch Restspeckle nicht mehr erfaßbar.In order to suppress any residual speckle due to possible manufacturing tolerances to be taken into account in the manufacture of the polarization device, a movement device 66 is also provided in the exemplary embodiment of FIG. 5, which rapidly moves the polarization device 1 oscillating perpendicular to the beam path of the light beam 60 . Due to the movement of the polarization device 1 thus generated, temporally different partial light beams are polarized, which leads to a temporally different location of possible residual speckles on the screen 64 or the retina of an observer. The speckle is thus blurred in time. If the movement occurs so quickly that it is no longer perceived due to the sluggishness of the eye, residual speckle can no longer be detected.

Im Ausführungsbeispiel von Fig. 5 sind im Strahlengang des Lichtbündels auch noch zwei Umlenkspiegel 68 zu sehen, die aber nur zweckmäßig sind, wenn die räumlichen Abmessungen des Videosystems verringert werden sollen.In the exemplary embodiment of FIG. 5, two deflection mirrors 68 can also be seen in the beam path of the light bundle, but these are only useful if the spatial dimensions of the video system are to be reduced.

Die Polarisationseinrichtung 1 wurden bei diesem Ausführungsbeispiel mit sehr kleinen Bereichen 2, in der Größenordnung einiger Wellenlängen, ausgebildet, damit möglichst viele Teillichtbündel entstehen. An den Grenzen derartiger Bereiche kann deshalb eine Beugung des Lichtstrahls 60, also eine unerwünschte Aufweitung des Lichtbündels 60 erfolgen. Um das Lichtbündel ohne größere Lichtverluste wieder zu parallelisieren wurde das in Fig. 5 dargestellte optische System 70 im Ausführungsbeispiel bezüglich der Ausbreitung des Lichtbündels 60 hinter der Polarisationseinrichtung 1 angeordnet. In this exemplary embodiment, the polarization device 1 was designed with very small regions 2 , on the order of a few wavelengths, so that as many partial light beams as possible are created. Therefore, a diffraction of the light beam 60, so an unwanted expansion of the light beam 60 can be made to the limits of such areas. In order to parallelize the light bundle again without major light losses, the optical system 70 shown in FIG. 5 was arranged in the exemplary embodiment with respect to the propagation of the light bundle 60 behind the polarization device 1 .

In einfachster Ausführung besteht das optische System 70 aus einer einzigen Linse, deren der Polarisationseinrichtung 1 zugewandter Brennpunkt nahe bei dem Ort liegt, an dem das Lichtbündel 60 nach Durchlaufen von dieser wieder austritt.In the simplest embodiment, the optical system 70 consists of a single lens, whose focal point facing the polarization device 1 is close to the location at which the light bundle 60 emerges again after passing through it.

In Fig. 6 ist ein weiteres Videosystem gezeigt. Es verdeutlicht vor allem auch die vielen möglichen Ausführungsformen für ein Farbvideosystem beim Vergleich mit Fig. 5.Another video system is shown in FIG . Above all, it also illustrates the many possible embodiments for a color video system when compared with FIG. 5.

Mit Fig. 5 sind vor allem die Lichtquellen 30, 40, 50 zur Bildung des gemeinsamen Lichtbündels 60 und die Rastereinrichtung 62 zur Ablenkung auf dem Bildschirm 64 gemeinsam. Es ist auch ein optisches System 72 erkennbar, das hier aber nur das aus einer Multimodefaser 74 kommende Lichtbündel 60 in die Rastereinrichtung abbildet. Das optische System 72 parallelisiert wieder, ähnlich wie das optische System 70 in Fig. 5, das Lichtbündel für die Rastereinrichtung 62. Es läßt sich am einfachsten durch eine Linse realisieren, dessen in Richtung der Multimodefaser 74 gelegener Brennpunkt auf dem Kern der Multimodefaser 74 liegt.With FIG. 5 in particular, the light sources 30, 40, 50 together to form the common light beam 60 and the rasterizer 62 to the deflection on the screen 64 are. An optical system 72 can also be seen, but here it only images the light bundle 60 coming from a multimode fiber 74 into the raster device. The optical system 72 again parallelizes the light beam for the raster device 62 , similar to the optical system 70 in FIG. 5. It can be realized by a lens easiest whose focal point is situated 74 in the direction of the multimode fiber to the core of the multimode fiber 74th

In die Multimodefaser 74 wird das Licht von den drei Lichtquellen 30, 40, 50 über Monomodefasern 82, 84, 86 über Leckfeldkopplung (evanescent field coupling) eingekoppelt.The light from the three light sources 30 , 40 , 50 is coupled into the multimode fiber 74 via single-mode fibers 82 , 84 , 86 via leakage field coupling (evanescent field coupling).

Zur Aufhebung der Interferenzfähigkeit befinden sich zwischen den Lichtquellen 30, 40 und 50 und den Monomodefasern 82, 84, 86 Polarisationseinrichtungen 87, 88 und 89, die auf die jeweilige Wellenlänge der Lichtquellen 30, 40, 50 angepaßt sind. Diese können wie die Polarisationseinrichtung 1 ausgestaltet sein. In diesem Ausführungsbeispiel wurde jedoch auf den in Fig. 5 gezeigten Bewegungsmechanismus 66 zur Verringerung von Restspecklen verzichtet. Restspeckle werden in diesem Ausführungsbeispiel jedoch ebenfalls zeitlich verwischt, da für die Polarisationseinrichtungen 87, 88 und 89 LCD-Matritzen eingesetzt wurden, die zeitlich für unterschiedliche Polarisationszustände der durch die LCD-Matrix gegebenen Bereiche angesteuert werden.To cancel the interference capability, there are polarization devices 87 , 88 and 89 between the light sources 30 , 40 and 50 and the single-mode fibers 82 , 84 , 86 , which are adapted to the respective wavelength of the light sources 30 , 40 , 50 . These can be designed like the polarization device 1 . In this exemplary embodiment, however, the movement mechanism 66 shown in FIG. 5 for reducing residual speckles was dispensed with. In this exemplary embodiment, however, residual speckles are also blurred in time, since LCD matrices were used for the polarization devices 87 , 88 and 89 , which are driven in time for different polarization states of the regions given by the LCD matrix.

Die Polarisation erfolgt bei LCD Matrizen durch Ausrichtung von Flüssigkristallen mittels einer Spannung. Die Zellen der LCD Matrix werden also unterschiedlich mit Spannungen beaufschlagt, damit eine Matrix entsteht, wie sie schon bei der Polarisationseinrichtung 1 in Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 3 beschrieben wurde. Die Spannungen zur Ansteuerung werden variiert, so daß sich zeitlich unterschiedliche Polarisationsmatrizen ergeben. Diese so entstehende zeitlich sich ändernde Polarisation macht die Verwendung eines zusätzlichen Bewegungsmechanismus zur Unterdrückung von Restspecklen unnötig.In the case of LCD matrices, the polarization takes place by aligning liquid crystals using a voltage. The cells of the LCD matrix are therefore subjected to voltages differently, so that a matrix is formed, as has already been described for the polarization device 1 in connection with FIGS. 1 to 3. The voltages for driving are varied so that temporally different polarization matrices result. This polarization, which changes over time, makes it unnecessary to use an additional movement mechanism to suppress residual speckles.

Zwischen den Polarisationseinrichtungen 87, 88 und 89 befinden sich optische Systeme 90, 92, 94. Diese optischen Systeme 90, 92, 94 lassen sich im einfachsten Fall mit zwei Linsen verwirklichen. Die erste Linse parallelisiert dabei das Lichtbündel, wie es schon bezüglich des optischen Systems 70 von Fig. 5 beschrieben wurde. Die zweite Linse koppelt das parallelisierte Lichtbündel in die jeweilige Monomodefaser 82, 84 oder 86 ein.Optical systems 90 , 92 , 94 are located between the polarization devices 87 , 88 and 89 . In the simplest case, these optical systems 90 , 92 , 94 can be implemented with two lenses. The first lens parallelizes the light bundle, as has already been described with regard to the optical system 70 from FIG. 5. The second lens couples the parallelized light bundle into the respective single-mode fiber 82 , 84 or 86 .

Insbesondere fällt bei den Ausführungsbeispielen von Fig. 5 und Fig. 6 auf, mit welchen einfachen Mitteln die Unterdrückung von Speckle erfindungsgemäß bei einem Farbvideosystem durchgeführt werden kann. Vor der Erfindung hatte die Fachwelt einen wesentlich höheren Aufwand, wie die Bewegung des überaus großen Bildschirms gefordert, wovon aber subjektive Speckle überhaupt nicht beeinflußt werden. Aufgrund der Erfindung gelingt es dagegen, sogar derartige Speckle mit vertretbar geringem Aufwand zu unterdrücken oder sogar vollständig zu beseitigen.In particular, 5 and FIG. 6 falls in the embodiments of FIG. On, with which by simple means the suppression may be performed speckle according to the invention in a color video system. Before the invention, the experts had a much higher effort, such as the movement of the extremely large screen required, but this does not affect subjective speckle at all. On the other hand, the invention succeeds in suppressing or even eliminating even such speckle with justifiable effort.

Claims (20)

1. Verfahren zum Vermindern von Interferenzen eines kohärenten Lichtbündels (20; 60), dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtbündel (20; 60) senkrecht zur Ausbreitungsrichtung örtlich unterschiedlich polarisiert wird.1. A method for reducing interference of a coherent light beam ( 20 ; 60 ), characterized in that the light beam ( 20 ; 60 ) is polarized locally differently perpendicular to the direction of propagation. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisation des Lichtbündels (20; 60) diskontinuierlich in senkrecht zur Ausbreitungsrichtung örtlich nebeneinanderliegenden Bereichen (4, 6) so polarisiert wird, daß die von jeweils zwei nebeneinanderliegende Bereichen (4, 6) ausgehenden Teillichtbündel zueinander orthogonal polarisiert sind.2. The method according to claim 1, characterized in that the polarization of the light bundle ( 20 ; 60 ) is polarized discontinuously in regions ( 4 , 6 ) which are locally adjacent to one another perpendicular to the direction of propagation, such that the regions ( 4 , 6 ) lying next to one another each emanate Partial light beams are polarized orthogonally to each other. 3. Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, zur Beleuchtung einer Fläche (64) mit einem kohärenten Lichtbündel (20; 60) mittels einer Einrichtung zum Verändern der Interferenzfähigkeit des Lichtbündels (20; 60), dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine im Strahlengang des Lichtbündels befindliche Polarisationseinrichtung (1; 87, 88, 89) aufweist, durch die unterschiedliche Teillichtbündel des eingangsseitigen Lichtbündels (20; 60) unterschiedlich polarisierbar sind. 3. A device, in particular for performing the method according to claim 1, for illuminating a surface ( 64 ) with a coherent light beam ( 20 ; 60 ) by means of a device for changing the interference ability of the light beam ( 20 ; 60 ), characterized in that the device has a polarization device ( 1 ; 87 , 88 , 89 ) located in the beam path of the light beam, by means of which different partial light beams of the light beam ( 20 ; 60 ) on the input side can be polarized differently. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationseinrichtung (1) senkrecht zur Richtung des Lichtbündels sich erstreckende Bereiche (2, 4, 6) aufweist, in denen Teillichtbündel unterschiedlich polarisierbar sind, wobei mindestens zwei der Bereiche (4, 6) zueinander orthogonale Polarisationszustände erzeugen.4. The device according to claim 3, characterized in that the polarization device ( 1 ) perpendicular to the direction of the light beam extending areas ( 2 , 4 , 6 ) in which partial light beams can be polarized differently, at least two of the areas ( 4 , 6 ) generate mutually orthogonal polarization states. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationseinrichtung (1; 87, 88, 89) so ausgebildet ist, daß die von ihr ausgehenden Teillichtbündel eines Polarisationszustandes die gleiche Gesamtintensität wie die Teillichtbündel eines zu diesem orthogonalen Polarisationszustandes aufweisen.5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the polarization device ( 1 ; 87 , 88 , 89 ) is designed such that the partial light beams of a polarization state emanating from it have the same overall intensity as the partial light beams of a polarization state orthogonal to this. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationseinrichtung als reflektierende Umlenkeinrichtung für das Lichtbündel ausgebildet ist.6. Device according to one of claims 3 to 5, characterized in that the polarization device as a reflective deflection device for the Beam of light is formed. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationseinrichtung (1; 87, 88, 89) für Licht im Lichtbündel (20; 60) durchlässig und für eine Transmission im Strahlengang des Lichtbündels (20; 60) angeordnet ist.7. Device according to one of claims 3 to 5, characterized in that the polarization device ( 1 ; 87 , 88 , 89 ) for light in the light beam ( 20 ; 60 ) is transparent and arranged for transmission in the beam path of the light beam ( 20 ; 60 ) is. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationseinrichtung (1) auf mindestens einer ihrer Oberflächen, durch die das Lichtbündel (20; 60) hindurchgeht bzw. von der es reflektiert wird, eine polarisierende Struktur mit in Form einer Matrix angeordneten Bereichen (2, 4, 6) aufweist, die abhängig vom Ort des Durchgangs bzw. der Reflexion der Teillichtbündel unterschiedliche Phasenverschiebungen für Polarisationskomponenten im Teillichtbündel erzeugen. 8. Device according to one of claims 3 to 7, characterized in that the polarization device ( 1 ) on at least one of its surfaces through which the light beam ( 20 ; 60 ) passes or from which it is reflected, a polarizing structure with in shape areas ( 2 , 4 , 6 ) arranged in a matrix, which generate different phase shifts for polarization components in the partial light beam depending on the location of the passage or the reflection of the partial light beams. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8 für Lichtbündel mit einer Vielzahl von Wellenlängen, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur auf der Polarisationseinrichtung für jede Wellenlänge Bereiche (4, 6) zum Beaufschlagen eines Teillichtbündels mit einem Polarisationszustand hat, der zum Polarisationszustand anderer Teillichtbündel orthogonal ist.9. The device according to claim 8 for light beams with a plurality of wavelengths, characterized in that the structure on the polarization device for each wavelength has areas ( 4 , 6 ) for applying a partial light beam with a polarization state which is orthogonal to the polarization state of other partial light beams. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß Bereiche (4, 6) zum Erzeugen gleicher Polarisationszustände der Polarisationseinrichtung örtlich gemäß einem statistischen Muster verteilt sind.10. The device according to claim 8 or 9, characterized in that areas ( 4 , 6 ) for generating the same polarization states of the polarization device are locally distributed according to a statistical pattern. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationseinrichtung (1) aus doppelbrechendem Material besteht und Bereiche zum Beaufschlagen unterschiedlicher Teillichtbündel mit verschiedenen Polarisationszuständen durch unterschiedliche Dicken des Materials verwirklicht sind.11. Device according to one of claims 3 to 10, characterized in that the polarization device ( 1 ) consists of birefringent material and areas for applying different partial light beams with different polarization states are realized by different thicknesses of the material. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationseinrichtung (1) durch Ionenstrahlätzen strukturiert ist.12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the polarization device ( 1 ) is structured by ion beam etching. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Polarisation eines Teillichtbündels in der Polarisationseinrichtung (1) Bereiche (4, 6) zum Erzeugen des jeweiligen Polarisationszustandes vorgesehen sind, die sich jeweils in jeder Richtung senkrecht zum Strahlenverlauf des Teillichtbündels zwischen einer Wellenlänge und dem Zwanzigfachen der Wellenlänge des Lichtbündels (20; 60) erstrecken.13. Device according to one of claims 3 to 12, characterized in that for the polarization of a partial light beam in the polarization device ( 1 ) areas ( 4 , 6 ) are provided for generating the respective polarization state, which are in each direction perpendicular to the beam path of the partial light beam extend between a wavelength and twenty times the wavelength of the light beam ( 20 ; 60 ). 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine an die Polarisationseinrichtung (1) gekoppelte Bewegungsvorrichtung (66) zur Bewegung senkrecht zum Lichtbündel (60) vorgesehen ist. 14. Device according to one of claims 3 to 13, characterized in that a movement device ( 66 ) coupled to the polarization device ( 1 ) is provided for movement perpendicular to the light beam ( 60 ). 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationseinrichtung (87, 88, 89) ein aktives Bauelement ist, das zur Erzeugung der verschiedenen Polarisationszuständen elektrooptische oder magnetooptische Effekte nutzt.15. Device according to one of claims 3 to 14, characterized in that the polarization device ( 87 , 88 , 89 ) is an active component which uses electro-optical or magneto-optical effects to generate the different polarization states. 16. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzielen verschiedener Polarisationszustände für Teillichtbündel an einer strukturierten Polarisationseinrichtung (1; 87, 88, 89) LCD- Matrizen angeordnet sind oder die Polarisationseinrichtung (87, 88, 89) elektrooptische oder magnetooptische Kristalle, wie DKDP, LiNbO₃, optische Keramiken oder Flüssigkristalle enthält, und daß die Einstellung der Polarisationszustände verschiedener Teillichtbündel durch eine elektrische oder magnetische Anregung durchführbar ist.16. The apparatus according to claim 3 to 15, characterized in that to achieve different polarization states for partial light beams on a structured polarization device ( 1 ; 87 , 88 , 89 ) LCD matrices are arranged or the polarization device ( 87 , 88 , 89 ) electro-optical or magneto-optical Contains crystals such as DKDP, LiNbO₃, optical ceramics or liquid crystals, and that the setting of the polarization states of various partial light beams can be carried out by an electrical or magnetic excitation. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 16, gekennzeichnet durch ein das von der Polarisationseinrichtung (1) ausgehende Lichtbündel (60) erfassendes optisches System (70; 90, 92, 94).17. Device according to one of claims 3 to 16, characterized by an optical system ( 70 ; 90 , 92 , 94 ) which detects the light bundle ( 60 ) emanating from the polarization device ( 1 ). 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Videobildes eine Rastereinrichtung (62) zum bild- und zeilenmäßigen Rastern eines mit einem Videosignal modulierten Lichtbündels (60) auf einem Bildschirm (64) vorgesehen ist und die Polarisationseinrichtung (1; 87, 88, 89) im Strahlengang des Lichtbündels (60) und bei Vorsehen eines optischen Systems (70; 72) vor diesem angeordnet ist.18. Device according to one of claims 1 to 17, characterized in that for generating a video image, a raster device ( 62 ) for image and line screening of a light beam modulated with a video signal ( 60 ) is provided on a screen ( 64 ) and the polarization device ( 1 ; 87 , 88 , 89 ) is arranged in the beam path of the light bundle ( 60 ) and if an optical system ( 70 ; 72 ) is provided in front of it. 19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere Einzellichtbündel unterschiedlicher Wellenlängen und eine Vereinigungseinrichtung (32, 42, 52; 74, 82, 84, 86) zur Erzeugung des Lichtbündels (60) aus diesen enthält und daß für jede Wellenlänge eine Polarisationseinrichtung (87, 88, 89) zur Änderung der Polarisationszustände verschiedener Teillichtbündel im Strahlengang jedes Einzellichtbündels vor der Vereinigungseinrichtung (82, 84, 86) vorgesehen ist. 19. The apparatus according to claim 18, characterized in that it contains a plurality of individual light beams of different wavelengths and a combining device ( 32 , 42 , 52 ; 74 , 82 , 84 , 86 ) for generating the light beam ( 60 ) therefrom and that for each wavelength Polarization device ( 87 , 88 , 89 ) for changing the polarization states of different partial light beams in the beam path of each individual light beam is provided in front of the combining device ( 82 , 84 , 86 ). 20. Anwendung des Verfahrens oder der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei einem Videosystem.20. Application of the method or the device according to one of the previous claims in a video system.
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