DE3712730A1

DE3712730A1 - Optical filter arrangement

Info

Publication number: DE3712730A1
Application number: DE19873712730
Authority: DE
Inventors: Helge Eichholz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-04-15
Filing date: 1987-04-15
Publication date: 1988-11-03

Abstract

Known optical filter arrangements possess invariable optical properties. The invention creates an optical filter arrangement in which the optical properties can be controlled. The optical filter arrangement consists of a colour-selective translucent (light-transmitting) liquid crystal cell having at least two transparent electrodes which enclose liquid crystal molecules, preferably in the nematic phase. Connected to the electrodes is an electronic control circuit, by means of which voltages of adjustable level can be applied to the electrodes. In a preferred embodiment, additional dye molecules are dissolved inside the liquid crystal molecules.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Filteranordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an optical filter arrangement according to the preamble of claim 1.

Optische Filteranordnungen sind in Gestalt von Inter ferenz- oder Absorbtionsfiltern bei optischen Ge räten gebräuchlich. Anwendung finden sie z.B. in der Meßtechnik (Spektrometer), zum Ausgleich von nicht linearen Eigenschaften optischer Empfänger oder Sen der, zum Ausblenden störender Spektralkomponenten (UV-Filter in der Fotographie) oder bei der Farbbild zerlegung und- zusammensetzung (Farbfernsehen, Farbdruck).Optical filter arrangements are in the form of Inter reference or absorption filters for optical Ge advise in use. They are used e.g. in the Measuring technology (spectrometer), to compensate for not linear properties of optical receivers or sen the, to hide interfering spectral components (UV filter in photography) or color image disassembly and composition (color television, color printing).

Die bekannten optischen Filteranordnungen umfassen Filter mit unveränderlichen optischen Eigenschaften. The known optical filter arrangements include filters with unchangeable optical properties.

Verlangt der Anwendungsfall mehrere unterschiedliche optische Eigenschaften, wie z.B. bei einer Farbfern sehkamera, die Farbbilder in rote, grüne und blaue Teilbilder zerlegt, so müssen die den jeweiligen op tischen Eigenschaften zugeordneten Komponenten mehr fach vorhanden sein. Eine bekannte Farbfernsehkamera besitzt zu diesem Zweck drei Aufnahmeröhren und zwar eine für rote, eine für grüne und eine für blaue Teil bilder. Das über ein gemeinsames Objektiv einfallende Lichtbündel gelangt zu einer Anordnung aus unter einem Winkel von 45° angestellten Farbteilern, die eine Auf teilung des Spektralbereichs auf Transmission und Re flektion vornehmen. Der transmittierte Spektralanteil pflanzt sich längs der optischen Achse zu einer ersten Aufnahmeröhre fort, die reflektierten Anteile werden unter 90° zur optischen Achse umgelenkt und gelangen nach einer weiteren Umlenkung zu einer zweiten bzw. dritten Aufnahmeröhre. Die Anordnung ist baulich auf wendig, verlangt einen hohen Raumbedarf und erfordert eine sehr genaue Justage um die getrennt zerlegten Teil bilder zur Deckung zu bringen.If the use case requires several different ones optical properties, e.g. with a color distant vision camera, the color images in red, green and blue Disassembled drawing files, so the respective op components assigned to properties be available. A well-known color television camera has three tubes for this purpose one for red, one for green and one for blue part pictures. The one falling through a common lens Beam of light arrives at an arrangement under one Angles of 45 ° color dividers that have an up division of the spectral range on transmission and Re make flexion. The transmitted spectral component plants itself along the optical axis to a first Recording tube continues, the reflected portions deflected at 90 ° to the optical axis and arrive after a further diversion to a second or third recording tube. The arrangement is structural agile, requires a lot of space and requires a very precise adjustment around the separately disassembled part to match images.

Eine andere bekannte Ausführung umfaßt farbempfindliche oder mit Filtern versehene Bildsegmente, die in soge nannte Farbtripel unterteilt sind. Bei Beschränkungen der Grundfläche der Bildsegmente verringern sich die aufgrund der Farbtripel je Flächeneinheit unterbring baren Bildsegmenten, wodurch die Auflösung der Kamera eingeschränkt ist.Another known design includes color sensitive or image segments with filters, which are divided into so-called called color triples are divided. With restrictions the base area of the image segments decrease due to the triple color per unit area edible image segments, reducing the resolution of the camera is restricted.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfin dung die allgemeine Aufgabe zugrunde, eine optische Filteranordnung so auszubilden, daß die optischen Eigen schaften steuerbar sind.The Erfin is based on this state of the art the general task, an optical one Filter arrangement so that the optical Eigen are controllable.

Diese Aufgabe wird bei einer optischen Filteranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kenn zeichnenden Teil angegebenen Merkmale gelöst.This task is accomplished with an optical filter arrangement according to the preamble of claim 1 by the in the kenn drawing part specified features solved.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der optischen Filter anordnung ermöglicht, die Farbselektivität der Flüssig kristallzelle durch Veränderung der Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle zu steuern. Die Flüssigkristall zelle kann so von einem farbselektiven Zustand in einen farbneutralen Zustand und umgekehrt überführt werden. Dadurch ist es möglich, die Flüssigkristallzelle stän dig im Strahlengang zu belassen und die Veränderung der optischen Eingenschaften lediglich durch Spannungs änderung zu bewirken. Dies ist gegenüber einer mecha nischen Lösung baulich einfacher, schneller und ener giesparender.The configuration of the optical filter according to the invention arrangement allows the color selectivity of the liquid crystal cell by changing the orientation of the To control liquid crystal molecules. The liquid crystal cells can change from a color-selective state into one color neutral condition and vice versa. This makes it possible to stand the liquid crystal cell dig in the beam path and the change the optical properties only by voltage to effect change. This is compared to a mecha solution is structurally simpler, faster and more energy-efficient more economical.

In Anwendungsfällen, in denen verschiedene optische Eigenschaften in kurz aufeinander folgender Reihen folge verlangt werden, können mehrere Flüssigkristall zellen auch hintereinander angeordnet werden, so daß ein optischer Empfänger oder Sender nur einmal vor handen sein muß. Dieser kann in allen Betriebszustän den wie ein monochromes Gerät gesteuert werden.In applications where different optical Properties in quick succession can be requested, several liquid crystal cells can also be arranged one behind the other so that an optical receiver or transmitter only once must be available. This can be in all operating states which are controlled like a monochrome device.

Aus der Druckschrift "Auf dem Weg zum flachen Bild schirm" der Firma Merck sind zwar farbliche Flüssig kristallzellen bekannt, diese sind aber ausschließlich für Anzeigezwecke vorgesehen.From the publication "On the way to a flat picture screens "from Merck are colored liquids known crystal cells, but these are exclusive intended for display purposes.

Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Elektroden in der optischen Achse hinterein ander angeordnet und gleichzeitig mit unterschiedlichen Spannungen beaufschlagt.In a first embodiment of the invention several electrodes behind each other in the optical axis arranged differently and simultaneously with different Tensions applied.

Diese Ausgestaltung kommt allein mit Flüssigkristall molekülen aus, die durch unterschiedliche Felder eine Verbiegung ihrer Vorzugsrichtung erfahren. Dabei wird durch Interferenzbildung des Lichts ein Teil des Ge samtspektrums ausgelöscht, so daß die restlichen An teile farbig erscheinen und die Flüssigkristallzelle ungeschwächt passieren.This configuration comes with liquid crystal alone molecules made up by different fields Experienced bending of their preferred direction. Doing so by interference formation of light part of the Ge entire spectrum wiped out, so that the remaining An parts appear in color and the liquid crystal cell pass undiminished.

Bei einer zweiten Ausführung der Erfindung sind in der Flüssigkristallzelle zusätzlich anisotrope Leitsalz ionen angeordnet.In a second embodiment of the invention are in the Liquid crystal cell additionally anisotropic conductive salt ions arranged.

Auch in diesem Fall erfolgt die Farbselektion durch Interferenzbildung, hervorgerufen durch streuende Be reiche innerhalb der Flüssigkristallzelle in Folge eines Stromflusses.In this case too, the color is selected Interference formation, caused by scattering Be range within the liquid crystal cell in a row of a current flow.

Bei einer dritten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die elektronische Steuerschaltung wenigstens zwei Fre quenzgeneratoren unterschiedlicher Frequenz, mittels der einander überlagernde Wechselspannungen an die Elek troden angelegt werden.In a third embodiment of the invention the electronic control circuit at least two Fre frequency generators of different frequencies, by means of the overlapping alternating voltages to the elec treads.

Bei dieser Ausgestaltung erfolgt die Farbselektion durch Interferenzbildung in Folge der Abhängigkeit der die elektrischen Anisotropie der Flüssigkristallmoleküle in Abhängigkeit der angelegten elektrischen Wechsel felder.In this embodiment, the color selection is carried out Interference formation due to the dependence of the electrical anisotropy of the liquid crystal molecules depending on the applied electrical changes fields.

Bei einer vierten Ausführung der Erfindung sind in der Flüssigkristallzelle zusätzlich Farbstoffmole küle angeordnet.In a fourth embodiment of the invention are in the liquid crystal cell also dye moles arranged cool.

Die Farbstoffmoleküle befinden sich vorzugsweise in Lösung und zwar in einer geringeren Konzentration als die Flüssigkristallmoleküle. Zwischen den Flüssigkris tallmolekülen und den Farbstoffmolekülen besteht ein Wirt-Gast-Verhältnis. Die Farbstoffmoleküle, welche Spektralanteile des eintretenden Lichts in Abhängigkeit einer Vorzugsrichtung absorbieren und in der anderen Richtung durchlassen, folgen den Flüssigkristallmole külen bei Veränderung des elektrischen Feldes. Auf diese Weise wird auf dem Umweg über die Verlagerung der Flüssigkristallmoleküle die gewünschte Ausrichtung der Farbstoffmoleküle herbeigeführt.The dye molecules are preferably in Solution in a lower concentration than the liquid crystal molecules. Between the liquid crystals tall molecules and the dye molecules Host-guest relationship. The dye molecules, which Spectral components of the incoming light depending on absorb in a preferred direction and in the other Pass direction, follow the liquid crystal moles cool when the electric field changes. On this way is on the detour via the relocation the desired orientation of the liquid crystal molecules of the dye molecules.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Höhe der Span nung bzw. die Amplitude der Wechselspannung zwischen zwei Extremwerten veränderbar. Die beiden Extremwerte können beispielsweise Null und ein Maximalwert sein und die Veränderung kann stufenlos oder in Stufen er folgen. In a further development of the invention, the height of the chip voltage or the amplitude of the alternating voltage between two extreme values changeable. The two extreme values can be zero and a maximum value, for example and the change can be made gradually or in stages consequences.

Durch diese Maßnahme können Zwischenwerte zwischen den Extremwerten maximaler Absorbtion und der farbneutralen Durchlässigkeit der Flüssigkristallzelle eingestellt werden. Die Flanken der Absorbtionskurve werden so flacher. Die Einstellung von Zwischenwerten hilft, die Variations- und Mischmöglichkeiten von farbselek tiven Filtern sehr stark zu erweitern.This measure allows intermediate values between the Extreme values of maximum absorption and color neutral Permeability of the liquid crystal cell set will. The edges of the absorption curve are like this flatter. The setting of intermediate values helps the variation and mixing possibilities of farbselek tive filters to expand very much.

Gegebenenfalls können die Farbstoffmoleküle aus einem Gemisch von Molekülen unterschiedlicher Spektral absorbtion bestehen.If necessary, the dye molecules from one Mixture of molecules of different spectral absorption exist.

Auf diese Weise lassen sich die optischen Eigenschaften der optischen Filteranordnung den Erfordernissen des Anwendungsfalls optimal anpassen. Insbesondere können so Hochpaß, Tiefpaß, Bandpaß oder Bandsperren-Filter unterschiedlicher Spektralgrenzfrequenz geschaffen wer den.In this way, the optical properties the optical filter arrangement the requirements of Adjust optimally if necessary. In particular can so high pass, low pass, band pass or band stop filter different spectral cutoff frequency who created the.

Eine Möglichkeit der Veränderung der Spektralab sorbtionsbereiche besteht darin, die Farbstoffmole küle so auszuwählen, daß sich ihre einzelnen Spektral absorbtionsbereiche überlappen. One way of changing the spectralab Sorption areas consists of the dye moles cool so that their individual spectral overlap absorption areas.

Auf diese Weise läßt sich z.B. die Bandbreite eines Bandpasses oder einer Bandsperre beeinflussen.In this way, e.g. the range of one Bandpass or a band lock affect.

Bei einer Weiterbildung sind mehrere Zellen auf einer gemeinsamen optischen Achse hintereinander angeordnet.In a further training there are several cells on one common optical axis arranged one behind the other.

Diese Ausgestaltung wird dadurch ermöglicht, daß die Flüssigkristallzellen bedarfsweise farbneutral gesteuert werden können und dann ein durchtretendes Lichtbündel praktisch nicht mehr beeinflussen. Aufgrund dieser Anordnung lassen sich sehr viele unterschiedliche optische Eigenschaften realisieren, während dies bei der bekannten Anordnung mit reflektierenden Spie geln sehr schnell an eine räumliche Grenze kommen würde. Die Anordnung ist sehr raumsparend, da die Flüssig kristallzellen extrem flach ausgebildet werden können und in seitlicher und länglicher Hinsicht nur den durch ihre Abmessungen vorgegebenen Platz beanspruchen. Op tische Fehler durch eine Dejustage sind praktisch aus geschlossen, da das Licht in allen Betriebsarten die selbe optische Filteranordnung passiert. Sollten dabei kleine optische Verzerrungen vorhanden sein, so treten diese nicht störend hervor, da sie in allen Betriebs arten gleich sind. This configuration is made possible in that the If necessary, liquid crystal cells controlled in a color-neutral manner and then a beam of light passing through practically no longer influence. Based on these Arrangement can be very different realize optical properties while this in the known arrangement with reflective spie would quickly reach a spatial limit. The arrangement is very space-saving because the liquid crystal cells can be made extremely flat and in the lateral and elongated sense only through their dimensions take up predetermined space. Op Table errors caused by misalignment are practically out closed because the light in all modes same optical filter arrangement happens. Should be there there are small optical distortions these do not interfere as they operate in all species are the same.

In Weiterbildung der vorgenannten Ausführung sind die Elektroden für benachbarte Zellen gemeinsam ausge bildet.In a further development of the aforementioned embodiment, the Common electrodes for neighboring cells forms.

Diese Lösung trägt einmal zur Vereinfachung des Zellen aufbaus und der Ansteuerung bei und vermindert weiter hin noch etwa vorhandene Restabsorbtionsverluste, wel che durch die Ausbildung transparenter Elektroden ent stehen.This solution helps to simplify the cells construction and control in and further reduced any residual absorption losses still present, wel through the formation of transparent electrodes stand.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die elek tronische Steuerschaltung eine Multiplexschaltung, mit tels der die einzelnen Flüssigkristallzellen zyklisch ansteuerbar sind.In a preferred embodiment, the elec tronic control circuit a multiplex circuit, with of the individual liquid crystal cells cyclically are controllable.

Neben einer Vermischung der verschiedenen Eigenschaften der Flüssigkristallzellen ist so auch eine zeitversetzte Abfolge der optischen Eigenschaften jeder einzelnen Zelle gegeben. Diese ist Voraussetzung für eine Zer legung von farbigen Bildern in monochrome Teilbilder. Die Ansteuerung und Reaktion der Flüssigkristallzellen ist nahezu trägheitslos, so daß sich eine wesentlich höhere Multiplexrate erzielen läßt als bei einer An ordnung, bei der die optischen Filter auf mechanischem Wege aus dem Strahlengang entfernt und anschließend in diesen wieder eingebracht werden. Besonders vorteilhaft ist dabei die unmittelbare Ansteuerbarkeit mit elek trischen Signalen, welche eine einfache Integration der optischen Filteranordnung in elektronische Schalt kreise ermöglicht.In addition to a mixture of the different properties the liquid crystal cell is also a time-shift Sequence of the optical properties of each one Given cell. This is a prerequisite for a cer Laying of colored pictures in monochrome drawing files. The control and reaction of the liquid crystal cells is almost inertia, so that one is essential can achieve higher multiplex rate than with an on order in which the optical filters are based on mechanical Paths removed from the beam path and then in these are reintroduced. Particularly advantageous is the direct controllability with elek trical signals, which are easy integration the optical filter arrangement in electronic switching circles enabled.

Bei einer besonders vorteilhaften Anwendung ist die optische Filteranordnung im Strahlengang einer Farb bildaufnahme- oder Wiedergabeeinrichtung angeordnet, wobei die Einrichtung synchron durch die Multiplex schaltung angesteuert ist.In a particularly advantageous application, the optical filter arrangement in the beam path of a color arranged image recording or playback device, the device being synchronized by the multiplex circuit is controlled.

In dieser Kombination kommen die Eigenschaften der op tischen Filteranordnung besonders zum tragen, da so wohl im kommerziellen als auch im Unterhaltungsbereich der Trend zu einer Miniaturisierung der Geräte anhält. Gegenüber bekannten Farbbildaufnahme und- Wiedergabe einrichtungen, die für die einzelnen Teilbilder in 3-facher Ausfertigung vorhanden sind, ermöglicht die optische Filteranordnung eine Reduktion wesentlicher Bauelemente um den Faktor 3, ohne daß dabei eine Qualitätseinbuße hinzunehmen wäre.In this combination, the properties of the op table filter arrangement especially to carry because probably in the commercial as well as in the entertainment area the trend towards miniaturization of the devices continues. Compared to known color image recording and playback facilities for the individual drawing files in 3 copies are available, which enables optical filter arrangement a reduction essential Components by a factor of 3 without one Loss of quality would have to be accepted.

Eine Weiterbildung sieht vor, die optische Filteran ordnung im Strahlengang einer CCD-Kamera anzuordnen. A further development provides for the optical filter order in the beam path of a CCD camera.

Derartige Kameras lassen sich bei guter Aufnahmequali tät sehr kompakt ausbilden. Allerdings erfordern die lichtempfindlichen Bildelemente eine gewisse Mindest fläche, so daß bei vorgegebener Grundfläche der die Bildelemente tragenden aktiven Schicht nur eine ver hältnismäßig geringe Anzahl von CCD-Bildelementen da rauf untergebracht werden kann. Wird eine solche Kamera zur Aufnahme von Farbbildern ausgebildet, so besteht die Möglichkeit, jeweils drei Bildelemente zu einem Farbtripel zusammenzufassen. Die Auflösung vermindert sich dadurch aber um den Faktor 3. Mit der erfindungs gemäßen Filteranordnung wird der ursprüngliche Auf lösungsbereich wieder hergestellt, ohne dabei Ab striche an der Kompaktheit der CCD-Kamera hinnehmen zu müssen.Such cameras can be used with good recording quality training very compact. However, they do require photosensitive picture elements a certain minimum area, so that the given Image-bearing active layer only one ver relatively small number of CCD picture elements can be accommodated up there. Becomes such a camera trained to take color images, so there is the possibility of three picture elements at a time Summarize color triples. The resolution diminishes but by a factor of 3. With the invention According to the filter arrangement, the original on solution area restored without losing ab Accept the compactness of the CCD camera to have to.

Gemäß einer anderen Weiterbildung ist die optische Fil teranordnung im Strahlengang eines LCD-Bildschirms ange ordnet.According to another development, the optical fil teranordnung in the beam path of an LCD screen arranges.

Auch in diesem Fall wird bei einer vorgegebenen Bau größe des LCD-Bildschirms das Auflösungsvermögen gegen über einer Ausführung mit Farbtripeln um den Faktor 3 erhöht. Die Auflösung ist damit vergleichbar einem LCD- Schwarz/Weiß-Bildschirms. Also in this case, given a construction size of the LCD screen over a version with color triples by a factor of 3 elevated. The resolution is therefore comparable to an LCD Black and white screen.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der weiteren Beschreibung und der Zeichnung, die Ausführungsbei spiele des Gegenstands der Erfindung veranschaulicht.Further developments and advantageous embodiments of the Invention result from the claims, the others Description and the drawing, the execution games of the subject of the invention illustrated.

In der Zeichnung zeigen:The drawing shows:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine op tische Filteranordnung nach der Erfindung, Fig. 1 is a plan view of an op diagram filter assembly according to the invention,

Fig. 2 einen 0uerschnitt durch eine Flüssigkristallzelle der optischen Filteranordnung, Fig. 2 is a 0uerschnitt by a liquid crystal cell of the optical filter arrangement,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Reihenschaltung aus mehreren Flüssigkristallzellen und Fig. 3 shows a cross section through a series circuit of several liquid crystal cells and

Fig. 4 ein Anwendungsbeispiel für optische Filteranordnung als RGB-Filter bei einer CCD- Kamera. Fig. 4 shows an application example for optical filter arrangement as an RGB filter in a CCD camera.

Die in Fig. 1 dargestellte Filteranordnung besteht aus einer Flüssigkristallzelle 10, in der Flüssigkristall moleküle und Farbmoleküle eingeschlossen sind, und einer elektronischen Steueranordnung 18. Die Flüssig kristallzelle 10 ist senkrecht zur Zeichenebene licht durchlässig. Liegt keine Spannung an, so erscheint sie durchgehend in der Farbe des Außenbereichs 36, in der keine Elektroden vorhanden sind. Dies kann je nach Art der verwendeten Farbstoffmoleküle z.B. Rot, Blau, Grün oder eine Mischfarbe sein. Wird eine Span nung an die Elektroden angelegt, so wird der Innen bereich 38 farbneutral, d.h. weißes oder einfarbiges Licht wird unverändert durchgelassen.The filter arrangement shown in FIG. 1 consists of a liquid crystal cell 10 , in which liquid crystal molecules and color molecules are enclosed, and an electronic control arrangement 18 . The liquid crystal cell 10 is translucent perpendicular to the plane of the drawing. If there is no voltage, it appears continuously in the color of the outer region 36 , in which there are no electrodes. Depending on the type of dye molecules used, this can be, for example, red, blue, green or a mixed color. If a voltage is applied to the electrodes, the inner region 38 becomes neutral in color, ie white or monochrome light is transmitted unchanged.

Die Flüssigkristallzelle 10 kann in den Strahlengang eines optischen Gerätes eingebracht werden und wahl weise zwischen Farbselektivität und Farbneutralität hin und her geschaltet werden. Der Wechsel zwischen den beiden Betriebsarten ist nahezu trägheitslos, im Vergleich zu einer mechanischen Anordnung, bei der das Filter für den vorgesehenen Zweck aus dem Strahlen gang entfernt werden müßte also wesentlich schneller. Darüberhinaus ist durch Variieren der angelegten Span nung auch ein kontinuierlicher Übergang von Farb selektivität zu Farbneutralität möglich. The liquid crystal cell 10 can be introduced into the beam path of an optical device and optionally switched between color selectivity and color neutrality. The change between the two operating modes is almost inertia, compared to a mechanical arrangement in which the filter for the intended purpose would have to be removed from the beam path much faster. In addition, a continuous transition from color selectivity to color neutrality is possible by varying the voltage applied.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine Flüssig kristallzelle 10 der optischen Filteranordnung. Die se besteht aus zwei äußeren Glasplatten 40, 42, zwei transparenten Elektroden 12, 14, die als Indium- oder Zinnoxydschicht auf die Glasplatten 40, 42 aufgedampft ist, zwei Polyimid-Schichten 44, 46 zur Isolation so wie einer durch Abstandshalter 48 gebildeten Kammer 50. An den Elektroden 12, 14 sind Anschlüsse 52, 54 ange bracht, über die mittels der hier nicht dargestellten elektronischen Steuerschaltung eine Spannung angelegt werden kann. In der Kammer 50 befinden sich Flüssig kristallmoleküle 16 und Farbstoffmoleküle 20 die in geringerer Konzentration als die Flüssigkristallmole küle 16 vorliegen und in der durch die Flüssigkristall moleküle 16 gebildeten Flüssigkeit gelöst sind. Die Farbstoffmoleküle 20 bestimmen die Farbselektivität der Flüssigkristallzelle 10, wenn keine Spannung an den Elektroden 12, 14 anliegt. Fig. 2 shows a cross section through a liquid crystal cell 10 of the optical filter arrangement. This consists of two outer glass plates 40 , 42 , two transparent electrodes 12 , 14 , which is vapor-deposited as an indium or tin oxide layer on the glass plates 40 , 42 , two polyimide layers 44 , 46 for insulation as well as a chamber formed by spacers 48 50 . At the electrodes 12 , 14 connections 52 , 54 are introduced , via which a voltage can be applied by means of the electronic control circuit, not shown here. In the chamber 50 there are liquid crystal molecules 16 and dye molecules 20 which are present in a lower concentration than the liquid crystal molecules 16 and are dissolved in the liquid formed by the liquid crystal molecules 16 . The dye molecules 20 determine the color selectivity of the liquid crystal cell 10 when there is no voltage at the electrodes 12 , 14 .

Statt einer einzigen Art Farbstoffmoleküle 20 kann auch ein Gemisch von Farbstoffmolekülen 20 unter schiedlicher Art verwendet werden. So lassen sich durch gezielt zusammengestellte Mischungen verschiedener Farbstoffmoleküle 20 z.B. optische Filter mit Hoch paß-, Tiefpaß-, Bandpaß- oder Bandsperren-Charakte ristik erzielen.Instead of a single type of dye molecules 20 , a mixture of dye molecules 20 of different types can also be used. So can be achieved by specifically composed mixtures of different dye molecules 20, for example optical filters with high-pass, low-pass, band-pass or band-stop characteristics.

Wie die Zeichnung in Fig. 2 zeigt, sind die Farbstoff moleküle 20 in den Zwischenräumen der Flüssigkristall moleküle 16 angeordnet und in gleicher Weise ausge richtet. Die Flüssigkristallmoleküle 16 werden als Wirt- und die Farbstoffmoleküle 20 als Gastmoleküle bezeichnet. Liegt an den Elektroden 12, 14 keine Span nung an, entspricht die Ausrichtung der Flüssigkris tallmoleküle 16 und der Farbstoffmoleküle 20 der ge zeichneten Lage. Sobald Spannung an die Elektroden 12, 14 angelegt wird, bildet sich ein elektrisches Feld aus, das den Flüssigkristallmolekülen 16 seine Richtung aufprägt. Diese schwenken daraufhin um 90° in eine Richtung, die senkrecht zu den Elektroden 12, 14 verläuft. Die Farbstoffmoleküle 20, die selbst keine polaren Eigenschaften besitzen, werden von den Flüssigkristallmolekülen 16 mitgenommen und ebenfalls um 90° geschwenkt. Da in Achsrichtung der Farbstoff moleküle 20 keine Absorbtion des Lichtes mehr statt findet, gelangt dieses unbeeinflußt durch die Flüssig kristallzelle 10, d.h. weißes Licht erscheint weiß, alle anderen Farben werden ungeschwächt durchgelassen.As the drawing in Fig. 2 shows, the dye molecules 20 are arranged in the spaces between the liquid crystal molecules 16 and aligned in the same way. The liquid crystal molecules 16 are referred to as host molecules and the dye molecules 20 as guest molecules. If there is no voltage at the electrodes 12 , 14 , the orientation of the liquid crystal molecules 16 and the dye molecules 20 corresponds to the position shown. As soon as voltage is applied to the electrodes 12 , 14 , an electric field is formed which imprints its direction on the liquid crystal molecules 16 . These then pivot by 90 ° in a direction perpendicular to the electrodes 12 , 14 . The dye molecules 20 , which themselves have no polar properties, are carried along by the liquid crystal molecules 16 and also pivoted through 90 °. Since in the axial direction of the dye molecules 20 no absorption of the light takes place, this passes unaffected by the liquid crystal cell 10 , ie white light appears white, all other colors are let through without weakening.

Nach Abschalten der Spannung kehren die Flüssigkris tallmoleküle 16 und die Farbstoffmoleküle 20 wieder in die waagerechte Lage zurück. Wird die Spannung langsam erhöht, so nehmen die Flüssigkristallmole küle 16 und die Farbstoffmoleküle 20 eine Zwischen stellung ein. Die Absorbtion ist dann weniger stark ausgeprägt. Dieser Effekt kann dazu ausgenutzt werden, elektronisch den Grad der Absorbtion der Flüssig kristallzelle zu verändern und auf diese Weise bei Verwendung mehrerer hintereinander geschalteter Flüssig kristallzellen eine unterschiedliche Farbmischung zu ermöglichen.After switching off the voltage, the liquid crystal molecules 16 and the dye molecules 20 return to the horizontal position. If the voltage is slowly increased, the liquid crystal molecules 16 and the dye molecules 20 take an intermediate position. The absorption is then less pronounced. This effect can be used to electronically change the degree of absorption of the liquid crystal cell and in this way to enable a different color mixture when using several liquid crystal cells connected in series.

Für die Steuerung der Flüssigkristallzelle 10 ist nur eine geringe elektrische Leistung erforderlich. Die erfindungsgemäße optische Filteranordnung ist daher auch besonders bei nichtstationären Geräten verwend bar, die ihre Energie aus Batterien oder Akkus be ziehen.Only a small electrical power is required to control the liquid crystal cell 10 . The optical filter arrangement according to the invention is therefore also particularly useful for non-stationary devices which draw their energy from batteries or rechargeable batteries.

Die Flüssigkristallzellen 10 im Aufbau nach Fig. 2 können auch zu mehreren hintereinander geschaltet werden, um wahlweise verschiedene optische Eigen schaften erzeugen zu können. Dies wird dann der Fall sein, wenn farbige Bilder in monochrome Teilbilder zerlegt werden sollen, z.B. bei Mehrfarbendruck, beim Farbfernsehen, oder auch bei der dreidimensionalen Bild wiedergabe nach dem Anaglyphenverfahren. In diesem Fall wird jede Flüssigkristallzelle 10 mit verschiedenen Farbmolekülen versehen, um so verschiedene optische Eigenschaften zu erhalten.The liquid crystal cells 10 in the structure according to FIG. 2 can also be connected in series to several, in order to be able to selectively produce different optical properties. This will be the case if colored images are to be broken down into monochrome partial images, for example in multi-color printing, in color television, or also in three-dimensional image reproduction using the anaglyph method. In this case, each liquid crystal cell 10 is provided with different color molecules so as to obtain different optical properties.

Bei Hintereinanderschaltung mehrerer Flüssigkristall zellen 10 läßt sich eine weitere Verkleinerung der räumlichen Abmessungen erhalten, wenn die Flüssig kristallzellen entsprechend Fig. 3 ausgebildet werden. In diesem Beispiel sind drei Flüssigkristallzellen 22, 24, 26 hintereinandergeschaltet. Statt jeder Zelle jeweils Elektroden zuzuordnen, erhalten benachbarte Flüssigkristallzellen 22, 24 bzw. 24, 26 gemeinsame Elektroden 28, 30. Bei dieser Ausgestaltung müssen allerdings die Spannungen an den übrigen Elektroden nachgeführt werden. Dadurch ergibt sich zwar ein et was höherer Schaltungsaufwand auf Seiten der elektro nischen Steuerschaltung 18, dieser wird aber durch den mit dem geringeren Gewicht, der flacheren Abmessungen sowie dem einfacheren Aufbau verbundenen Vorteile auf gehoben.When cascading several liquid crystal cells 10 , a further reduction in the spatial dimensions can be obtained if the liquid crystal cells are formed in accordance with FIG. 3. In this example, three liquid crystal cells 22 , 24 , 26 are connected in series. Instead of assigning electrodes to each cell, adjacent liquid crystal cells 22 , 24 and 24 , 26 are given common electrodes 28 , 30 . With this configuration, however, the voltages at the other electrodes have to be tracked. This results in a somewhat higher amount of circuitry on the part of the electronic control circuit 18 , but this is offset by the advantages associated with the lower weight, the flatter dimensions and the simpler structure.

Schließlich ist in Fig. 4 noch ein Anwendungsbeispiel veranschaulicht. Die Anordnung umfaßt eine CCD-Kamera 34, in dessen Strahlengang hinter einem Objektiv 56 die erfindungsgemäße optische Filteranordnung aus drei Flüssigkristallzellen eingefügt ist. Die Filteranord nung besteht aus einer Flüssigkristallzelle 22 für rote Teilbilder, einer Flüssigkristallzelle 24 für grüne Teilbilder und einer Flüssigkristallzelle 26 für blaue Teilbilder. Die Zuordnung zu den verschie denen Farben ist mit den Großbuchstaben RGB veranschau licht. Die elektronische Steuerschaltung 18 beinhaltet eine Multiplexschaltung 32, mit der die einzelnen Flüs sigkristallzellen 22, 24, 26 zyklisch angesteuert wer den. Die CCD-Kamera 34 ist mit der Multiplexschaltung 32 derart synchronisiert, daß während der Abtastung eines Bildes jeweils die entsprechende Flüssigkristall zelle angesteuert ist.Finally, an application example is illustrated in FIG. 4. The arrangement comprises a CCD camera 34 , in the beam path of which the optical filter arrangement according to the invention comprising three liquid crystal cells is inserted behind an objective 56 . The Filteranord voltage consists of a liquid crystal cell 22 for red fields, a liquid crystal cell 24 for green fields and a liquid crystal cell 26 for blue fields. The assignment to the different colors is illustrated with the capital letters RGB. The electronic control circuit 18 includes a multiplex circuit 32 , with which the individual liquid crystal cells 22 , 24 , 26 are cyclically driven. The CCD camera 34 is synchronized with the multiplex circuit 32 in such a way that the respective liquid crystal cell is driven during the scanning of an image.

In Fig. 4 ist die Phase veranschaulicht, in der ein rotes Teilbild abgetastet wird. Die Flüssigkristall zelle 22 ist daher auf rote Farbselektivität gesteuert, während die beiden anderen Flüssigkristallzellen 24 und 26 farbneutral gesteuert sind. In einem folgenden Zyklus wird dann die Flüssigkristallzelle 24 auf grüne Farbse lektivität gesteuert und die beiden anderen Flüssig kristallzellen 22 und 26 farbneutral gesteuert. Danach erfolgt eine entsprechende Aktivierung der Flüssig kristallzelle 26 und eine Steuerung der Flüssigkristall zellen 22 und 24 auf Farbneutralität. Anschließend be ginnt der Zyklus wieder von vorn.In FIG. 4, the phase is illustrated, in a red sub-image is sampled. The liquid crystal cell 22 is therefore controlled for red color selectivity, while the other two liquid crystal cells 24 and 26 are color neutral controlled. In a subsequent cycle, the liquid crystal cell 24 is then controlled for green color selectivity and the other two liquid crystal cells 22 and 26 are controlled in a color-neutral manner. This is followed by a corresponding activation of the liquid crystal cell 26 and a control of the liquid crystal cells 22 and 24 for color neutrality. Then the cycle starts all over again.

Um die entsprechenden Teilbilder auch getrennt weiter verarbeiten zu können, ist dem Ausgang 58 der CCD-Kame ra 34 eine weitere Multiplexschaltung 60 nachgeschaltet. An dessen Ausgangsanschlüssen 62 sind die verschiedenen Teilbilder abgreifbar. Die Zuordnung ist wiederum durch die Großbuchstaben RGB veranschaulicht.In order to be able to process the corresponding partial images separately, a further multiplex circuit 60 is connected downstream of the output 58 of the CCD camera 34 . The various partial images can be tapped at its output connections 62 . The assignment is again illustrated by the capital letters RGB.

Die beschriebene Ausgestaltung besitzt den Vorteil, daß im Gegensatz zu einer CCD-Kamera mit Farbtripeln alle Bildelemente 64 für alle farbigen Teilbilder ausgenutzt werden können. Bei vorgegebener Größe der die Bildele mente 64 aufnehmenden Grundfläche der CCD-Kamera 34 und damit der maximal möglichen Anzahl der Bildelemente 64 wird so die Auflösung verbessert. Im Vergleich mit einer Mehrröhrenkamera, bei der für jedes der farbigen Teilbilder eine gesonderte Aufnahmeröhre vorhanden ist und die Umlenkung der Strahlen durch Spiegel erfolgt, reduziert die Erfindung den Bauaufwand und die Bau größe um den Faktor 3. Außerdem entfallen Probleme bei der exakten Justage der Aufnahmeröhre zur exakten Deckung der Teilbilder. Darüberhinaus ist bei allen far bigen Teilbildern die Absorbtion gleich, so daß Unter schiede nicht durch zusätzliche Graufilter ausgeglichen werden müssen. Im übrigen ist auch die Gesamtabsorbtion geringer, wodurch die CCD-Kamera besser für die Aufnahme lichtschwacher Motive geeignet wird.The embodiment described has the advantage that, in contrast to a CCD camera with color triples, all picture elements 64 can be used for all colored partial images. For a given size of the image elements 64 receiving base area of the CCD camera 34 and thus the maximum possible number of image elements 64 , the resolution is improved. In comparison with a multi-tube camera, in which there is a separate recording tube for each of the colored partial images and the deflection of the beams by mirrors, the invention reduces the construction effort and the construction size by a factor of 3. In addition, problems with the exact adjustment of the recording tube are eliminated for exact coverage of the drawing files. In addition, the absorption is the same for all colored fields, so that differences do not have to be compensated for by additional gray filters. Moreover, the total absorption is also lower, which makes the CCD camera more suitable for taking low-light subjects.

Claims

1. Optical filter arrangement, characterized by at least one color-selective translucent liquid liquid crystal cell ( 10 ) with at least two transparent electrodes ( 12 , 14 ) enclosed liquid crystal molecules ( 16 ), preferably in ne matic phase and by one connected to the electrodes ( 12 , 14 ) electronic control circuit ( 18 ) by means of which voltages of variable height can be applied to the electrodes ( 12 , 14 ).

2. Optical filter arrangement according to claim 1, characterized in that several electrodes in the optical axis arranged one behind the other and be at the same time with different voltages are opened.

3. Optical filter arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that in the liquid crystal cell additionally arranged anisotropic conducting salt ions are.

4. Optical filter arrangement according to one of the An Proverbs 1-3, characterized in that the elec tronic control circuit at least two frequency generators of different frequencies includes, by means of the superimposed alternating voltages to the elec treads are put on.

5. Optical filter arrangement according to one of claims 1-4, characterized in that in the liquid crystal cell ( 10 ) additional dye molecules are arranged ( 20 ).

6. Optical filter arrangement according to one of the An sayings 1-5, characterized in that the height the voltage or the amplitude of the alternating voltages between two extreme values, e.g. between zero and a maximum voltage or maximum amplitude continuously or is continuously changeable.

7. Optical filter arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that the dye molecules ( 20 ) consist of a mixture of molecules of different spectral absorption properties.

8. Optical filter arrangement according to claim 7, characterized in that the spectral absorption areas of the dye molecules ( 20 ) overlap each other.

9. Optical filter arrangement according to claim 7 or 8, characterized in that the spectral absorption areas spectral windows low Ab limit sorbtion.

10. Optical filter arrangement according to one of claims 1-9, characterized in that a plurality of liquid crystal cells ( 22 , 24 , 26 ) are arranged one behind the other on a common optical axis ( 28 ).

11. Optical filter arrangement according to claim 10, characterized in that the liquid crystal cells ( 22, 24, 26 ) have different spectral absorption areas.

12. Optical filter arrangement according to claim 10 or 11, characterized in that adjacent liquid crystal cells ( 22 , 24 , 26 ) have common electrodes ( 28 , 30 ).

13. Optical filter arrangement according to one of claims 10-12, characterized in that the electronic control circuit ( 18 ) comprises a multiplex circuit ( 32 ) by means of which the individual liquid crystal cells ( 22 , 24 , 26 ) can be controlled cyclically.

14. Optical filter arrangement according to one of claims 10-13, characterized in that it is arranged in the beam path of a color image recording device ( 34 ) and / or color image reproduction device and that the color image recording or reproduction device is controlled synchronously by the multiplex circuit ( 32 ).

15. Optical filter arrangement according to claim 14, characterized in that the color image recording device is a CCD sensor ( 34 ).

16. Optical filter arrangement according to claim 14, characterized in that the color image reproduction device is an LCD screen.