DE60035075T2

DE60035075T2 - Lichtmodulationsvorrichtung, Bildaufnahmevorrichtung und Verfahren zu deren Belichtungszeitsteuerung

Info

Publication number: DE60035075T2
Application number: DE60035075T
Authority: DE
Inventors: Keiichi Nito; Toru Udaka
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-11-12
Filing date: 2000-11-10
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2020-11-11
Also published as: US6804037B1; EP1099976A2; US7110155B2; EP1099976A3; KR100813080B1; EP1607933A1; EP1607933B1; KR100761236B1; KR20070046800A; DE60035075D1; US20040196523A1; KR20010082549A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Lichtmodulationsvorrichtung zum Modulieren einer Menge einfallenden Lichts und zum Ausgeben des modulierten Lichts sowie eine Bildaufnahmevorrichtung unter Verwendung der Lichtmodulationsvorrichtung, und sie betrifft Verfahren zum Ansteuern der Lichtmodulationsvorrichtung und der Bildaufnahmevorrichtung.
Es sind Lichtmodulationsvorrichtungen von einem Typ bekannt, der eine Flüssigkristallzelle, typischerweise eine verdrillt-nematische (TN) Flüssigkristallzelle oder eine solche vom Gast-Wirt-Typ (GH-Zelle) und eine Polarisationsplatte enthält.
Die 1A und 1B sind schematische Ansichten, die ein Betriebsprinzip einer einschlägigen Lichtmodulationsvorrichtung, die hauptsächlich über eine Polarisationsplatte 1 und eine GH-Zelle 2 verfügt, veranschaulichen, und die 1C ist ein Kurvenbild, das den Rechtecksignalverlauf einer Ansteuerspannung, die an die GH-Zelle anzulegen ist, zeigt. In den Figuren sind, für ein einfaches Verständnis der Beschreibung, Komponenten einer Flüssigkristallvorrichtung, die nicht die GH-Zelle 2 aufbauen, weggelassen, beispielsweise zwei Glassubstrate, zwischen denen die GH-Zelle 2 gehalten wird, Betriebselektroden und auf den Substraten ausgebildete Flüssigkristallausrichtungsfilme. Die GH-Zelle 2 enthält Flüssigkristallmoleküle 3 und Moleküle 4 eines dichroitischen Farbstoffs. Die Moleküle 4 des dichroitischen Farbstoffs verfügen über positive (p-Typ) Anisotropie der Lichtabsorption, so dass sie Licht in der Ausrichtungsrichtung der Hauptachsen der Moleküle absorbieren können, und die Flüssigkristallmoleküle 3 verfügen über positive (p-Typ) Anisotropie der Dielektrizitätskonstante.
Die 1A zeigt den Zustand der GH-Zelle 2, wenn keine Spannung an sie angelegt ist. Einfallendes Licht 5, das die Polarisationsplatte 1 durchläuft, wird durch diese linear polarisiert. Bei dieser Lichtmodulationsvorrichtung gemäß der einschlägigen Technik wird, da die Polarisationsrichtung des linear polarisierten Lichts der Ausrichtungsrichtung der Hauptachsen der dichroitischen Farbstoffmolekülen 4 entspricht, das Licht in diesen absorbiert, mit dem Ergebnis, dass das Transmissionsvermögen der GH-Zelle 2 verringert ist.
Wenn eine Spannung mit rechteckigem Signalverlauf, wie er in der 1C dargestellt ist, an die in der 1B dargestellte GH-Zelle 2 angelegt wird, wird die Ausrichtungsrichtung der Hauptachsen der dichroitischen Farbstoffmoleküle 4 orthogonal zur Polarisationsrichtung des linear polarisierten Lichts, mit dem Ergebnis, dass das Licht nur wenig in der GH-Zelle 2 absorbiert wird, d.h., dass der größte Teil desselben durch die GH-Zelle 2 läuft.
Wenn eine GH-Zelle mit dichroitischen Farbstoffmolekülen vom Negativtyp (n-Typ) verwendet wird, die Licht in der Ausrichtungsrichtung ihrer Nebenachsen absorbieren können, ist die Beziehung zwischen der Lichtabsorption und der Lichttransmission der GH-Zelle umgekehrt zu der der GH-Zelle 2 mit den dichroitischen Farbstoffmolekülen 4 vom Positivtyp. Genauer gesagt, wird in einer GH-Zelle mit dichroitischen Farbstoffmolekülen vom Negativtyp kein Licht absorbiert, wenn keine Spannung an sie angelegt ist, während Licht in einer solchen GH-Zelle mit dichroitischen Farbstoffmolekülen vom Negativtyp absorbiert wird, wenn eine Spannung an sie angelegt wird.
Das Verhältnis der optischen Dichte (Absorption) der in den 1A bis 1C dargestellten Lichtmodulationsvorrichtung, d.h. das Verhältnis der optischen Dichte der Vorrichtung beim Anlegen einer Spannung zur optischen Dichte derselben ohne angelegte Spannung beträgt ungefähr 10. Dieses Verhältnis der optischen Dichte der in den Figuren dargestellten Vorrichtung ist ungefähr doppelt so groß wie dasjenige einer Lichtmodulationsvorrichtung, die nur die GH-Zelle 2 ohne die Polarisationsplatte 1 enthält.
Bei der in den Figuren dargestellten Lichtmodulationsvorrichtung gemäß der einschlägigen Technik besteht ein Problem. Da die Polarisationsplatte 1 im effektiven optischen Lichtpfad befestigt ist, wird im Allgemeinen in ihr ein Teil des Lichts, beispielsweise 50 % desselben, absorbiert, und weiteres Licht kann von der Oberfläche der Polarisationsplatte 1 reflektiert werden.
Im Ergebnis kann das maximale Transmissionsvermögen des durch die Polarisationsplatte 1 laufenden Lichts einen bestimmten Wert, beispielsweise 50 %, nicht überschreiten, und demgemäß wird die Menge des durch die Lichtmodulationsvorrichtung laufenden Lichts durch die Lichtmodulationsvorrichtung der Polarisationsplatte 1 deutlich verringert. Dieses Problem ist einer der Faktoren, die es erschweren, eine Lichtmodulationsvorrichtung unter Verwendung einer Flüssigkristallzelle in der Praxis zu verwenden.
Andererseits wurden verschiedene Arten von Lichtmodulationsvorrichtungen ohne Polarisationsplatte vorgeschlagen. Zu Beispielen dieser Vorrichtungen gehört ein Typ unter Verwendung eines Stapels zweier GH-Zellen, wobei die GH-Zelle in der ersten Schicht eine Polarisationskomponente in der Richtung identisch mit der des polarisierten Lichts absorbiert und die GH-Zelle in der zweiten Schicht eine Polarisationskomponente in der Richtung orthogonal zum polarisierten Licht absorbiert; ein Typ unter Verwendung eines Phasenübergangs zwischen einer cholesterischen Phase und einer nematischen Phase einer Flüssigkristallzelle; und ein Hochpolymer-Streutyp unter Verwendung einer Streuung eines Flüssigkristalls.
Diese Lichtmodulationsvorrichtungen ohne Polarisationsplatte zeigen ein Problem. Da das Verhältnis der optischen Dichte (Absorption) beim Anlegen keiner Spannung und beim Anlegen einer Spannung den kleinen Wert von nur 5 aufweist, wie oben beschrieben, ist das Kontrastverhältnis der Vorrichtung zu klein, um auf normale Weise eine Lichtmodulation an irgend einer Stelle in einem Weitenbereich von einer hellen Stelle bis zu einer dunklen Stelle auszuführen. Die Lichtmodulationsvorrichtung vom Hochpolymer-Streutyp zeigt ein anderes Problem einer deutlichen Beeinträchtigung, wenn sie für eine Bildaufnahmevorrichtung verwendet wird, der Bilderzeugungsfunktion eines optischen Systems derselben.
Lichtmodulationsvorrichtungen gemäß der einschlägigen Technik zeigen ein weiteres Problem. Da das Transmissionsvermögen im transparenten Zustand abhängig von der Art einer für die Vorrichtung verwendeten Flüssigkristallvorrichtung dunkel werden kann, muss, wenn eine mit der Lichtmodulationsvorrichtung versehene Bildaufnahmevorrichtung ein Bild mit ausreichender Lichtmenge in einem derartigen transparenten Zustand aufnehmen soll, die Lichtmodulationsvorrichtung vom optischen System der Bildaufnahmevorrichtung entfernt werden.
Die Lichtmodulationsvorrichtung gemäß der einschlägigen Technik zeigt das folgende Problem in Zusammenhang mit ihrer Ansteuerung. Um die Lichtmodulationsvorrichtung gemäß der einschlägigen Technik anzusteuern, wird das Transmissionsvermögen dadurch gesteuert, dass die Stärke einer an die Vorrichtung gelegten Gleichspannung oder Wechselspannung moduliert wird; jedoch ist es für eine Lichtmodulationsvorrichtung von Verbraucherqualität schwierig, eine Spannungssteuerung genau auszuführen und eine Charakteristik mit niedrigem Schwellenwert zu erzielen. Eine Einschränkung liegt in der Anzahl der Graustufen im Transmissionsgrad; außerdem ist zur Spannungsteuerung auf Grundlage der Stärke des Transmissionslichts eine D/A-Wandlung erforderlich, was die Schaltungskosten erhöht.
Die Ansteuerung der Lichtmodulationsvorrichtung gemäß der einschlägigen Technik, insbesondere eines Typs mit einem Flüssigkristall vom Negativtyp mit negativer Anisotropie der Dielektrizitätskonstante zeigt ein weiteres Problem. Bei der Lichtmodulationsvorrichtung gemäß der einschlägigen Technik wurde das Transmissionsvermögen in einem großen Schritt von der aktuellen Transmission auf die Zieltransmission geändert; jedoch tritt bei einer derartigen Änderung der Transmission durch einen großen Schritt, insbesondere von Transmission im transparenten Zustand zu Transmission im Lichtausblendzustand, ein Defekt bei der Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen auf, was zu instabilen optischen Eigenschaften führt, insbesondere zu einer Transmissionsungleichmäßigkeit in der Ebene (was später beschrieben wird).
Genauer gesagt, tritt, wenn eine an den Flüssigkristall gelegte Spannung mit einem großen Schritt geändert wird, um das Transmissionsvermögen mit einem großen Schritt zu ändern, ein Übergangszustand auf, in dem Flüssigkristallmoleküle in verschiedenen Richtungen ausgerichtet werden, und wenn ein derartiger vorübergehender Zustand für eine Zeit andauert, die ausreichend lang ist, um einen Effekt auf die Transmission zu haben, tritt bei dieser eine Ungleichmäßigkeit in der Ebene auf. Im Allgemeinen verschwindet der Übergangszustand nach dem Verstreichen einer bestimmten Zeit, die dazu erforderlich ist, die Flüssigkristallmoleküle und Pigmentmoleküle erneut auszurichten; jedoch kann schlimmstenfalls der Übergangszustand selbst nach dem Verstreichen einer langen Zeit teilweise verblieben sein.
Ein weiteres Problem bei der Ansteuerung der Lichtmodulationsvorrichtung gemäß der einschlägigen Technik besteht darin, dass selbst in einem Zustand, in dem Ansteuerungsimpulse mit einem speziell gesteuerten Signalverlauf an eine Flüssigkristallvorrichtung der Lichtmodulationsvorrichtung angelegt werden, eine Variation der Transmission aufgrund einer Temperaturänderung der Umgebung, in der die Vorrichtung angeordnet ist, auftritt.
Eine Lichtmodulationsvorrichtung mit allen Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist in US 4923285 offenbart. Ferner sind Flüssigkristalldisplays vom Gast-Wirt-Typ in US 4387965 offenbart. US 5488496 betrifft einen beweglichen Polarisator, und US 5669022 offenbart eine Bildaufnahmevorrichtung auf Grundlage einer Lichtmodulationsvorrichtung mit einem Flüssigkristall vom Gast-Wirt-Typ.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Lichtmodulationsvorrichtung, deren Transmission stabil gesteuert werden kann, eine Bildaufnahmevorrichtung unter Verwendung dieser Lichtmodulationsvorrichtung sowie Verfahren zum Ansteuern der Lichtmodulationsvorrichtung und der Bildaufnahmevorrichtung zu schaffen.
Um diese Aufgabe zu lösen, sind, gemäß der Erfindung, eine Lichtmodulationsvorrichtung mit einer Flüssigkristallvorrichtung, einer Erfassungseinheit zum Erfassen der Intensität von Transmissionslicht, das die Flüssigkristallvorrichtung durchlaufen hat, oder der Umgebungstemperatur der Flüssigkristallvorrichtung, einer Steuerschaltungseinheit zum Einstellen der Zielintensität des Transmissionslichts abhängig von der Umgebungstemperatur der Flüssigkristallvorrichtung auf Grundlage des von der Erfassungseinheit gelieferten Erfassungswerts, und einer Ansteuersignal-Erzeugungseinheit zum Erzeugen eines Ansteuersignals, das Ansteuerungsimpulse enthält, die zur Erzeugung der Zielintensität des Transmissionslichts durch die Steuerschaltungseinheit verwendet werden, und einer Polarisationsplatte, die in einem beweglichen Teil einer mechanischen Iris auf solche Weise angeordnet ist, dass sie in den optischen Pfad von Licht oder aus ihm heraus beweglich ist, wobei durch Betrieb des beweglichen Teils der mechanischen Iris dafür gesorgt wird, dass dieses Licht auf die Flüssigkristallvorrichtung fällt, sowie eine Bildaufnahmevorrichtung mit der Lichtmodulationsvorrichtung, mit Anordnung in einem optischen Pfad eines optischen Systems der Bildaufnahmevorrichtung, geschaffen.
Die Lichtmodulationsvorrichtung kann ferner über eine Steuerschaltungseinheit verfügen, und sie kann so konfiguriert sein, dass die Transmission dadurch gesteuert werden kann, dass das Transmissionslicht überwacht wird, die Erfassungsinformation zur Steuerschaltungseinheit zurückgeführt wird und die Intensität des Transmissionslichts auf einen konstanten Wert eingestellt wird oder die Umgebungstemperatur der Flüssigkristallvorrichtung überwacht wird, die Erfassungsinformation zur Steuerschaltungseinheit zurückgeführt wird, die Erfassungsinformation mit einem vorbestimmten Charakteristikwert verglichen wird und die Intensität des Transmissionslichts auf einen konstanten Wert eingestellt wird.
Die Steuerschaltungseinheit kann jeden Ansteuerungsimpuls mit einem Wechselspannungsverlauf erzeugen, dessen Impulshöhe moduliert ist, oder jeder Ansteuerungsimpuls ist in der Impulsbreite oder der Impulsdichte moduliert.
Die Lichtmodulationsvorrichtung kann so konfiguriert sein, dass die Impulsbreite jedes Ansteuerungsimpulses mit einem Grundsignalverlauf moduliert wird und die Impulshöhe des Ansteuerungsimpulses abhängig von der Umgebungstemperatur der Flüssigkristallvorrichtung kontrolliert wird oder die Impulshöhe jedes Ansteuerungsimpulses mit einem Grundsignalverlauf moduliert wird und die Impulsbreite desselben abhängig von der Umgebungstemperatur der Flüssigkristallvorrichtung moduliert wird.
Die Lichtmodulationsvorrichtung kann ferner über eine Treiberschaltungseinheit verfügen, und sie kann so konfiguriert sein, dass jeder Ansteuerungsimpuls synchron mit einem durch diese erzeugten Taktsignal erzeugt wird.
Bei den obigen Konfigurationen gemäß der Erfindung wird die Intensität von Transmissionslicht der Flüssigkristallvorrichtung zur Lichtmodulation oder die Umgebungstemperatur der Flüssigkristallvorrichtung erfasst, die Sollintensität des Transmissionslichts wird abhängig von der Umgebungstemperatur der Flüssigkristallvorrichtung auf Grundlage der erfassten Intensität des Transmissionslichts oder der Umgebungstemperatur eingestellt, und es wird ein spezielles Ansteuersignal zum Realisieren der Sollintensität des Transmissionslichts erzeugt, wodurch es möglich ist, die Ansteuerung der Flüssigkristallvorrichtung zu realisieren, während der Effekt der Umgebungstemperatur soweit wie möglich beseitigt wird, und die Lichtmodulationsvorrichtung auf solche Weise anzusteuern, dass eine Solltransmission im Allgemeinen dadurch erzielt werden kann, dass eine Temperaturkorrektur unabhängig von der Transmissionssteuerung ausgeführt wird.
Um die Aufgabe zu lösen, sind, gemäß der Erfindung, auch Verfahren zum Steuern der Lichtmodulationsvorrichtung und der Bildaufnahmevorrichtung geschaffen, die jeweils die folgenden Schritte enthalten: Ansteuern einer Flüssigkristallvorrichtung durch Erfassen der Intensität der Transmissionslicht, das durch sie gelaufen ist, oder der Umgebungstemperatur der Flüssigkristallvorrichtung, Einstellen der Sollintensität des Transmissionslichts abhängig von der Umgebungstemperatur der Flüssigkristallvorrichtung auf Grundlage des von der Erfassungseinheit gelieferten Erfassungswerts, und Erzeugen eines Ansteuersignals, das zum Erzeugen der Sollintensität des Transmissionslichts verwendet wird.
Die Verfahren zum Ansteuern der Lichtmodulationsvorrichtung und der Bildaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung sind jeweils zum Ansteuern einer Lichtmodulationsvorrichtung und einer Bildaufnahmevorrichtung mit guter Steuerbarkeit von Vorteil.
Die oben beschriebene Erfindung kann ferner wie folgt konfiguriert sein.
Jede Ansteuerelektrode der Flüssigkristallvorrichtung kann ferner über den gesamten Bereich zumindest eines Abschnitts mit effektiver Lichttransmission ausgebildet sein. Bei dieser Konfiguration kann die Transmission über die gesamte Breite eines effektiven optischen Pfads kollektiv durch Steuern der Impulsbreite jedes Ansteuerungsimpulses, der zwischen die so ausgebildeten Ansteuerelektroden zu legen ist, genau gesteuert werden.
Bei der für die Lichtmodulationsvorrichtung verwendeten Flüssigkristallvorrichtung vom Gast-Wirt-Typ kann das Wirtsmaterial ein Flüssigkristall vom Negativ- oder Positiv-Typ mit negativer oder positiver Anisotropie der Dielektrizitätskonstante sein, und das Gastmaterial kann ein dichroitisches Farbstoffmolekülmaterial mit positiver oder negativer Anisotropie der Lichtabsorption sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A und 1B sind schematische Ansichten zum Veranschaulichen des Betriebsprinzips einer Lichtmodulationsvorrichtung gemäß einer einschlägigen Technik unter Verwendung eines Flüssigkristalls vom Positivtyp, und die 1C ist ein Kurvenbild, das den Rechtecksignalverlauf einer an den Flüssigkristall angelegten Steuerschaltungseinheit zeigt;
2A und 2B sind Kurvenbilder zum Veranschaulichen der Beziehung zwischen der Transmission der in den 1A und 1B angelegten Vorrichtung und einer an sie angelegten Steuerschaltungseinheit, wobei die 2A die Beziehung in einem Steuerschaltungseinheitsbereich von 0 bis 10 V zeigt und die 2B die Beziehung in einem Steuerschaltungseinheitsbereich von 0 bis 20 V zeigt;
3A und 3B sind schematische Ansichten zum Veranschaulichen des Betriebsprinzips einer Lichtmodulationsvorrichtung gemäß einer einschlägigen Technik unter Verwendung eines Flüssigkristalls vom Negativtyp, und die 3C ist ein Kurvenbild, das den Rechtecksignalverlauf einer an den Flüssigkristall angelegten Steuerschaltungseinheit zeigt;
4A und 4B sind Kurvenbilder zum Veranschaulichen der Beziehung zwischen der Transmission der in den 3A und 3B angelegten Vorrichtung und einer an sie angelegten Steuerschaltungseinheit, wobei die 4A die Beziehung in einem Steuerschaltungseinheitsbereich von 0 bis 10 V zeigt und die 4B die Beziehung in einem Steuerschaltungseinheitsbereich von 0 bis 20 V zeigt;
5A bis 5C sind schematische Ansichten zum Veranschaulichen eines Parallelreibprozesses, eines Antiparallelreibeprozesses und eines einseitigen Reibprozesses zum jeweiligen Reiben einer Flüssigkristallvorrichtung;
6A bis 6C sind Kurvenbilder, die jeweils die Beziehung zwischen der Transmission der Lichtmodulationsvorrichtung mit der in den 3A bis 3C dargestellten Flüssigkristallvorrichtung, wobei diese Vorrichtung durch den Parallelreibeprozess, den Antiparallelreibeprozess bzw. den einseitigen Reibeprozess gerieben wurde, und einer an die Flüssigkristallvorrichtung gelegten Steuerschaltungseinheit zeigen;
7 ist ein Kurvenbild, das die Abhängigkeit der Ausgangstransmission der Lichtmodulationsvorrichtung mit der in den 3A und 3B dargestellten Flüssigkristallvorrichtung, die durch den Antiparallelreibeprozess gerieben wurde, von einem Zwischenraum zeigt;
8A bis 8D sind Kurvenbilder, die jeweils die Abhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit der Lichtmodulationsvorrichtungen mit der in den 3A und 3B dargestellten Flüssigkristallvorrichtung, die durch den Antiparallelreibeprozess bzw. den einseitigen Reibprozess gerieben wurde, von einem Zwischenraum zeigt;
9 ist ein Diagramm, das vier Beziehungen jeweils zwischen Transmissionsflackern und dem Signalverlauf eines Ansteuerungsimpulses mit einer jeweiligen von vier Arten von Impulsruheperioden zeigt, wobei der Ansteuerungsimpuls an die in den 3A und 3B dargestellte Lichtmodulationsvorrichtung angelegt wird;
10 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Transmission der in den 3A und 3B dargestellten Lichtmodulationsvorrichtung und der Impulsbreite eines ihr zugeführten Ansteuerungsimpulses zeigt, der über jeweilige Impulshöhen von 5 V und 10 V verfügt;
11 ist ein Diagramm, das drei Arten modulierter Signalverläufe von Ansteuerungsimpulsen zeigt, wie sie an die in den 3A und 3B dargestellte Lichtmodulationsvorrichtung angelegt werden;
12 ist ein Kurvenbild zum Veranschaulichen des Relaxationsstadiums eines Flüssigkristalls vom Negativtyp bei der in den 3A und 3C dargestellten Lichtmodulationsvorrichtung;
13A bis 13C sind Kurvenbilder, die jeweils die Ansprechcharakteristik der in den 3A und 3B dargestellten Lichtmodulationsvorrichtung unter Verwendung eines Flüssigkristalls vom Negativtyp zeigen;
14 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Transmission der in den 3A und 3C dargestellten Lichtmodulationsvorrichtung und einem jeweiligen Ansteuerungsimpuls zeigen, der sowohl hinsichtlich der Impulsbreite als auch der Impulshöhe moduliert wurde;
15 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen dem Tastverhältnis und der Transmission der in den 3A und 3C dargestellten Lichtmodulationsvorrichtung zeigt, an die jeweils ein Ansteuerungsimpuls angelegt wird, der sowohl hinsichtlich der Impulsbreite als auch der Impulshöhe moduliert wurde;
16A bis 16D sind Diagramme, die Signalverläufe von vier Arten von Ansteuerungsimpulsen zeigen, deren Impulsbreiten verschieden moduliert wurden, um an die in den 3A und 3C dargestellte Lichtmodulationsvorrichtung angelegt zu werden, und die 16E ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Transmissionsintensität und der Impulsbreite jedes Ansteuerungsimpulses zeigt;
17 ist ein Kurvenbild, das die Transmissionsintensität der in den 3A bis 3C dargestellten Lichtmodulationsvorrichtung und die Anzahl der ihr zugeführten positiven und negativen Ansteuerungsimpulse zeigt;
18A bis 18D sind schematische Ansichten, die jeweils einen Ausrichtungszustand von Direktoren von Flüssigkristallmolekül der in den 3A bis 3C dargestellten Lichtmodulationsvorrichtung zeigen;
19 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen eines Defekts bei der Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen abhängig von der Beziehung zwischen der Transmission der in den 3A bis 3C dargestellten Lichtmodulationsvorrichtung und einer an sie angelegten Steuerschaltungseinheit;
20 ist ein Kurvenbild, das Vergleichsdaten zu einer Änderung der Transmission der in den 3A bis 3C dargestellten Lichtmodulationsvorrichtung abhängig von einer an sie angelegten Steuerschaltungseinheit zeigt;
21A und 21B sind Kurvenbilder, die jeweils die Beziehung zwischen der Transmission der in den 3A bis 3C dargestellten Lichtmodulationsvorrichtung und einem jeweiligen Ansteuerungsimpuls zeigen, dessen Impulshöhe in zwei Stufen moduliert wurde, wobei der Signalverlauf des Ansteuerungsimpulses an der Unterseite der Figur dargestellt ist;
22 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Transmission der in den 3A bis 3C dargestellten Lichtmodulationsvorrichtung und einem je weiligen Ansteuerungsimpuls zeigt, dessen Impulshöhe in zwei Stufen moduliert wurde, wobei der Signalverlauf des Ansteuerungsimpulses an der Unterseite der Figur dargestellt ist;
23 ist ein Diagramm, das den Signalverlauf jeder von verschiedenen Arten von an die in den 3A und 3C dargestellte Lichtmodulationsvorrichtung angelegten Ansteuerungsimpulsen zeigt;
24 ist ein Kurvenbild, das Vergleichsdaten zu einer Transmissionsänderung der in den 3A bis 3C dargestellten Lichtmodulationsvorrichtung und einem jeweiligen Ansteuerungsimpuls zeigt, dessen Impulshöhe in einer einzelnen Stufe moduliert ist;
25 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Transmission der in den 3A bis 3C dargestellten Lichtmodulationsvorrichtung und ein im jeweiligen Ansteuerungsimpuls zeigt, dessen Impulsbreite in zwei Stufen moduliert ist, wobei der Signalverlauf des Ansteuerungsimpulses an der Unterseite der Figur dargestellt ist;
26 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Transmission bei jeder von verschiedenen Temperaturen einer in den 3A bis 3C dargestellten Lichtmodulationsvorrichtung und der Impulshöhe jedes an sie angelegten Ansteuerungsimpulses zeigt;
27 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen Impulshöhen von an die in den 3A bis 3C dargestellte Lichtmodulationsvorrichtung angelegten Ansteuerungsimpulsen bei verschiedenen Temperaturen zeigt;
28 ist ein Kurvenbild, das die Kompensationsdifferenz zwischen an die in den 3A bis 3C dargestellte Lichtmodulationsvorrichtung angelegten Steuerschaltungseinheiten bei 65°C und 23,5°C, um dasselbe Transmission zu erzielen, zeigt;
29 ist ein Kurvenbild, das die Kompensationsdifferenz zwischen an die in den 3A bis 3C dargestellte Lichtmodulationsvorrichtung angelegten Steuerschaltungseinheiten bei 65°C und 25°C, um dasselbe Transmission zu erzielen, zeigt;
30 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Transmission bei jeder von verschiedenen Temperaturen der in den 3A bis 3C dargestellten Lichtmodulationsvorrichtung und der Impulshöhe jedes von an sie angelegten Ansteuerungsimpulsen zeigt;
31 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Transmission bei jeder von zwei Temperaturen der in den 3A bis 3C dargestellten Lichtmodulationsvorrichtung und der Impulshöhe jedes von an sie angelegten Ansteuerungsimpulsen zeigt;
32 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen Impulshöhen von bei verschiedenen Temperaturen an die in den 3A bis 3C angelegte Lichtmodulationsvorrichtung angelegten Ansteuerungsimpulsen zeigt;
33 ist eine schematische Seitenansicht, die eine Konfiguration einer Lichtmodulationsvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt;
34 ist eine Vorderansicht einer mechanischen Iris, wie sie in der in der 33 dargestellten Lichtmodulationsvorrichtung vorhanden ist;
35A bis 35C sind schematische, teilvergrößerte Ansichten zum Veranschaulichen des Betriebs der mechanischen Iris nahe einem effektiven optischen Pfad der in der 33 dargestellten Lichtmodulationsvorrichtung;
36 ist eine schematische Schnittansicht eines Kamerasystems, in das die in der 33 dargestellte Lichtmodulationsvorrichtung eingebaut ist;
37 ist ein Diagramm, das einen Algorithmus zum Steuern der Transmission des in der 36 dargestellten Kamerasystems veranschaulicht; und
38 ist ein Blockdiagramm des in der 36 dargestellten Kamerasystems mit einer Treiberschaltung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen einer Lichtmodulationsvorrichtung gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Erstes Beispiel
Es wird auf die 3A bis 3C Bezug genommen, in denen eine Lichtmodulationsvorrichtung gemäß einem ersten Beispiel dargestellt ist, die über eine Flüssigkristallzelle (GH-Zelle) 12 vom Gast-Wirt-Typ, die ein Hostmaterial 13 und ein Gastmaterial 4 enthält, und eine an der Innenseite der GH-Zelle 12 angeordnete Polarisationsplatte 11 verfügt.
Als Hostmaterial 13 wurde ein Flüssigkristall vom Negativtyp mit negativer Anisotropie der Dielektrizitätskonstante (Δε), mit dem Handelsname MLC-6608 von Merck hergestellt, verwendet. Als Gastmaterial 4 wurde ein dichroitischer Farbstoff vom Positivtyp mit positiver Anisotropie der Lichtabsorption (Δ_A) hergestellt, von BDH unter dem Handelsnamen D5, verwendet.
Für die auf die oben beschriebene Weise konfigurierte Lichtmodulationsvorrichtung wurde eine Änderung der Transmission (ausgedrückt als Prozentsatz bezogen auf die Gesamtmenge von Licht, das perfekt durch die Flüssigkristallzelle und die Polarisationsplatte läuft) an Luft durch Anlegen einer Betriebsspannung mit einem in der 3C dargestellten rechteckigen Signalverlauf an die GH-Zelle 12 gemessen.
Es sei darauf hingewiesen, dass bei dieser Messung, da das Hostmaterial 13 ein Flüssigkristall vom Negativtyp verwendet ist, Licht dann durch die GH-Zelle 12 läuft, wenn keine Steuerschaltungseinheit an sie angelegt ist, während Licht in der GH-Zelle 12 absorbiert wird, wenn eine Steuerschaltungseinheit an sie angelegt ist.
Wie es aus dem in den 4A und 4B dargestellten Messergebnis ersichtlich ist, ändert oder verkleinert sich die mittlere Transmission (an Luft) für sichtbares Licht von der maximalen Transmission (ungefähr 75 %) steil auf einige Prozent, wenn die angelegte Steuerschaltungseinheit erhöht wird.
Der Grund, weswegen sich die Transmission der Lichtmodulationsvorrichtung dieses Beispiels beim Erhöhen der angelegten Steuerschaltungseinheit steil und stark verringert, kann wie folgt angenommen werden: wenn nämlich ein Hostmaterial vom Negativtyp verwendet wird, kann, da die Wechselwirkung von Flüssigkristallmolekülen an der Grenze zwischen einem Flüssigkristallausrich tungsfilm der Flüssigkristallzelle und den Flüssigkristallmolekülen ohne angelegte Spannung sehr schwach ist, Licht leicht durch die Flüssigkristallzelle laufen, wenn keine Steuerschaltungseinheit an sie angelegt ist, und die Direktoren (Ausrichtungsvektoren) der Flüssigkristallmoleküle ändern sich leicht, wenn eine Steuerschaltungseinheit an sie angelegt wird.
Zum Vergleich wurde eine Änderung der Transmission der in den 1A bis 1C dargestellten Lichtmodulationsvorrichtung auf dieselbe Weise, wie sie oben beschrieben ist, gemessen. Wie es in den 1A bis 1C dargestellt ist, verfügt die Lichtmodulationsvorrichtung über eine Flüssigkristallzelle (GH-Zelle) 2 vom Gast-Wirt-Typ, die ein Hostmaterial 3 und ein Gastmaterial 4 enthält, sowie eine Polarisationsplatte 1, die auf der Eintrittsseite der GH-Zelle 2 angeordnet ist.
Als Hostmaterial 3 wurde ein üblicher Flüssigkristall vom Positivtyp mit positiver Anisotropie der Dielektrizitätskonstante (Δε), hergestellt von Merck unter dem Handelsnamen MLC-6849 verwendet, und als Gastmaterial 4 wurde derselbe dichroitische Farbstoff D5 (Handelsname, hergestellt von BDH) vom Positivtyp wie beim ersten Beispiel verwendet.
Betreffend die auf die oben beschriebene Weise konfigurierte Lichtmodulationsvorrichtung wurde eine Änderung der Transmission derselben durch Anlegen einer Betriebsspannung mit rechteckigem Signalverlauf, wie in der 1C dargestellt, an die GH-Zelle 2 gemessen.
Es sei darauf hingewiesen, dass bei dieser Messung, da als Hostmaterial 3 ein Flüssigkristall vom Positivtyp verwendet ist, Licht dann in der GH-Zelle 2 absorbiert wird, wenn keine Steuerschaltungseinheit an sie angelegt ist, während Licht durch sie läuft, wenn eine Steuerschaltungseinheit an sie angelegt ist.
Wie es aus dem in den 2A und 2B dargestellten Messergebnis ersichtlich ist, änderte oder erhöhte sich die mittlere Transmission für sichtbares Licht bei einer Erhöhung der angelegten Spannung auf langsame Weise, und es wurde die maximale Transmission (ungefähr 60 %) erreicht, wenn eine Spannung von 20 V an die Flüssigkristallzelle 2 angelegt wurde.
Der Grund, weswegen sich die Transmission der Lichtmodulationsvorrichtung dieses Vergleichsbeispiels bei einer Erhöhung der angelegten Steuerschaltungseinheit langsam ändert, und weswegen ihre Maximaltransmission relativ klein ist, kann wie folgt angenommen werden Wenn nämlich ein Hostmaterial vom Positivtyp verwendet wird, verbleiben, da die Wechselwirkung der Flüssigkristallmoleküle an der Grenze zwischen einem Flüssigkristallausrichtungsfilm der Flüssigkristallzelle und dem Flüssigkristallmolekülen ohne angelegte Steuerschaltungseinheit hoch ist, diejenigen Flüssigkristallmoleküle, deren Direktoren sich nicht ändern oder nicht leicht ändern, obwohl eine Steuerschaltungseinheit an sie angelegt wird.
Wie oben beschrieben, ist eine Lichtmodulationsvorrichtung mit der GH-Zelle 12 unter Verwendung eines Hostmaterials vom Negativtyp gemäß dem ersten Beispiel dahingehend vorteilhaft, dass sie, da die Maximaltransmission bis auf ungefähr 75 % erhöht werden kann, so konzipiert werden kann, dass sie in einem Bereich hoher Transmission arbeitet, und da die Transmission steil geändert werden kann, kann die Vorrichtung die Transmission leicht durch die Betriebsspannung steuern.
Die Kombination aus dem Wirtsmaterial und dem Gastmaterial, die die GH-Zelle 12 bilden, kann auf verschiedene Weise geändert werden, wobei zu Beispielen die Folgenden gehören können: eine Kombination aus einem Hostmaterial vom Negativtyp (Δε < 0) und einem Gastmaterial vom Positivtyp (Δ_A > 0); eine Kombination aus einem negativen Wirtsmaterial (Δε < 0) und einem Gastmaterial vom Negativtyp (Δ_A < 0); eine Kombination aus einem Wirtsmaterial vom Positivtyp (Δε > 0) und einem Gastmaterial vom Positivtyp (Δ_A > 0); und eine Kombination aus einem Wirtsmaterial vom Positivtyp (Δε > 0) und einem Gastmaterial vom Negativtyp (Δ_A < 0).
Obwohl bei der GH-Zelle 12 eine Ansteuerelektrode, typischerweise eine ITO(Indiumzinnoxid: mit Zinn dotiertes Indiumoxid)-Elektrode durchgehend auf einer Substratoberfläche vorhanden ist, kann sie unterteilt werden, um in einem Segmentmodus oder einem Matrixmodus verwendet zu werden.
Zu Beispielen von Wirtsmaterialien vom Negativtyp (Δε < 0), wie sie für die Lichtmodulationsvorrichtung verwendbar sind, können Verbindungen mit den folgenden Molekülstrukturen gehören: [Beispiel 1]
[Beispiel 2]
<Andere Grundskelette>
R, R¹, R² und L drücken eine normalkettige oder verzweigte Alkylgruppe, Alkoxygruppe, Alkenylgruppe, Fluoralkoxygruppe, Fluoralkenylgruppe, -CN-Gruppe usw. aus.
[Beispiel 3]
[Beispiel 4]
[Beispiel 5]
[Beispiel 6]
[Beispiel 7]

Zu Beispielen von Wirtsmaterialien vom Negativtyp, wie sie für die Lichtmodulationsvorrichtung verwendbar sind, können die folgenden kommerziell erhältlichen Verbindungen gehören: [Beispiel 1] MLC-6608 (hergestellt von Merck)

S-N-Verschiebung	← 30,0 Grad
Reinigungstemperatur	+90,0°C
Rotationsviskosität ½₁	20°C	136,0 mPa·s
Optische Anisotropie	Δn	0,0830
+20°C, 589,3 nm	n_e	1,5586
	n₀	1,4756
Dielektrische Anisotropie	Δε	–4,2
+20°C, 1,0 kHz	ε⏊	7,8
	ε\|\|	3,6
Elastizitätskonstante	K₁₁	16,7 pN
+20°C	K₃₃	18,1 pN
	K₃₃/K₁₁	1,08
Stabilität bei niedriger
Temperatur	–30°C	1.000 h cr

[Beispiel 2] MLC-22039 (hergestellt von Merck)

Reinigungstemperatur	+91,0°C
Rotationsviskosität ½₁	20°C	163,0 mPa·s
Optische Anisotropie	Δn	0,0821
+20°C, 589,3 nm	n_e	1,5575
	n₀	1,4754
Dielektrische Anisotropie	Δε	–4,1
+20°C, 1,0 kHz	ε⏊	7,6
	ε\|\|	3,5

[Beispiel 3] MLC-2038 (hergestellt von Merck)

Reinigungstemperatur	+80,0°C
Fließviskosität ½	20°C	29 mm²s^–1
	0°C	128 mm²s^–1
	–20°C	1.152 mm²s^–1
	–30°C	6.369 mm²s^–1
Rotationsviskosität ½₁	20°C	179,0 mPa·s
Optische Anisotropie	Δn	0,1032
+20°C, 589,3 nm	n_e	1,5848
	n₀	1,4816
Dielektrische Anisotropie	Δε	–5,0
+20°C, 1,0 kHz	ε⏊	9,0
	ε\|\|	4,0
Elastizitätskonstante	K₁₁	13,8 pN
+20°C	K₃₃	18,1 pN
	K₃₃/K₁₁	1,31
Stabilität bei niedriger
Temperatur	–30°C	48 h cr
	–20°C	432 h cr

[Beispiel 4] MLC-2037 (hergestellt von Merck)

S-N-Verschiebung	← 20,0 Grad
Reinigungstemperatur	+71,0°C
Rotationsviskosität ½₁	20°C	132,0 mPa·s
Optische Anisotropie	Δn	0,0649
+20°C, 589,3 nm	n_e	1,5371
	n₀	1,4722
Dielektrische Anisotropie	Δε	–3,1
+20°C, 1,0 kHz	ε⏊	6,7
	ε\|\|	3,6
Stabilität bei niedriger
Temperatur	–20°C	1.000 h cr

Die obigen Verbindungen können einzeln oder in Kombination verwendet werden, um in einem tatsächlichen Betriebstemperaturbereich die nematische Eigenschaft zu zeigen.
Zu Beispielen dichroitischer Farbstoffmolekülmaterialien, wie sie für die Lichtmodulationsvorrichtung verwendbar sind, können Verbindungen mit den folgenden Molekülstrukturen gehören: [Beispiel 1]

B: blau, P: Purpur, V: violett, R: rot, Y: gelb
D5, D35: hergestellt von BDH
L-Farbstoff B: hergestellt von Roche
Andere: hergestellt von Japan Photosensitive Pigment Laboratory

[Beispiel 2]
[Beispiel 3]
Zweites Beispiel
Bei diesem Beispiel wurde die Ansprechgeschwindigkeit einer Lichtmodulationsvorrichtung beim Anlegen einer Steuerschaltungseinheit an sie untersucht.
Die Ansprechgeschwindigkeit einer Lichtmodulationsvorrichtung beim Anlegen einer Steuerschaltungseinheit an sie variiert abhängig nicht nur von der Art der Ansteuerung der Vorrichtung sondern auch abhängig von der Maßnahme, die zum Herstellen einer Flüssigkristallvorrichtung verwendet wird, beispielsweise einem Reibprozess. Zum Reibeprozess gehört das Herstellen eines Films aus einem hochpolymeren Stoff wie Polyimid oder Polyvinylalkohol auf einem Substrat, und ein Reiben des Films durch ein Tuch, um dadurch Flüssigkristallmoleküle gleichmäßig in der Reiberichtung auszurichten [D. W. Berrenan, Mol. Cryst. & Liq. Cryst., 23.215 (1973)].
Zu Beispielen von Reibeprozessen gehören ein Parallelreibeprozess, ein Antiparallelreibeprozess, und ein einseitiger Reibeprozess. Zum in der 5A veranschaulichten Parallelreibeprozess gehört das Reiben beider Ausrichtungsfilme, die auf einem oberen und einem unteren Substrat ausgebildet sind, auf solche Weise, dass die Reiberichtung auf dem oberen Ausrichtungsfilm parallel zu der auf dem unteren Ausrichtungsfilm verläuft. Zum durch die 5B veranschaulichten Antiparallelreibeprozess gehört das Reiben beider Ausrichtungsfilme, die auf dem oberen und dem unteren Substrat ausgebildet sind, auf solche Weise, dass die Reiberichtung auf dem oberen Ausrichtungsfilm antiparallel zu der auf dem unteren Ausrichtungsfilm verläuft. Zum durch die 5C veranschaulichten einseitigen Reibeprozess gehört das Reiben nur eines Ausrichtungsfilms, der auf dem oberen oder dem unteren Substrat ausgebildet ist.
Da die Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen stark vom Material eines Ausrichtungsfilms und der Filmbildungsbedingung desselben abhängt, ist es erforderlich, ein für ein Flüssigkristallmaterial geeignetes Ausrichtungsfilmmaterial auszuwählen und die Filmbildungsbedingungen und die Reibebedingungen für das Flüssigkristallmaterial geeignet auszuwählen. Diesbezüglich ist es möglich, Bedingungen, insbesondere Reibeprozessbedingungen zu bestimmen, die für eine für eine Lichtmodulationsvorrichtung verwendete Flüssigkristallzusammensetzung geeignet sind.
Als Erstes wurde eine Transmissionsänderung abhängig von einer Steuerschaltungseinheit, die an eine Lichtmodulationsvorrichtung angelegt wurde, die eine durch den Parallelreibeprozess geriebene Flüssigkristallvorrichtung enthielt, angelegt wurde, wie folgt untersucht:
Es wurde eine Lichtmodulationsvorrichtung mit derselben Grundkonfiguration, wie sie in den 3A bis 3C dargestellt ist, d.h. mit einer ein Wirtsmaterial 13 und ein Gastmaterial 4 enthaltenden GH-Zelle 12 und einer auf der Eintrittsseite derselben angeordneten Polarisationsplatte 11 hergestellt. Bei diesem Beispiel wurde als Wirtsmaterial 13 ein üblicher Flüssigkristall vom Negativtyp mit negativer Anisotropie der Dielektrizitätskonstante (Δε), wie von Merck Incorporation unter dem Handelsnamen MLC-2039 hergestellt, verwendet; als Gastmaterial 4 wurde derselbe dichroitische Farbstoff vom Positivtyp, wie er beim ersten Beispiel verwendet wurde, wie von BDH Incorporation unter dem Handelsnamen D5 hergestellt, verwendet; und die GH 12 wurde durch den durch die 5A veranschaulichten Parallelreibeprozess gerieben. Betreffend jede von drei Proben der so hergestellten Lichtmodulationsvorrichtungen wurde eine Transmissionsänderung der Probe beim Anlegen einer Betriebsspannung mit rechteckigem Signalverlauf, wie in der 3C dargestellt, an die GH-Zelle 12 gemessen.
Aus dem in der 6A dargestellten Ergebnis ist es ersichtlich, dass das Transmission nicht von der Betriebsspannung abhängt und nicht auf einen speziellen Wert abfällt. Dies bedeutet, dass der Parallelreibeprozess zur Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle vom Negativtyp ungeeignet ist.
Als Zweites wurde eine Transmissionsänderung abhängig von einer Steuerschaltungseinheit, die an eine Lichtmodulationsvorrichtung angelegt wurde, die über eine durch den Antiparallelreibeprozess geriebene Flüssigkristallvorrichtung verfügte, wie folgt untersucht:
Es wurde eine Lichtmodulationsvorrichtung mit derselben Grundkonfiguration, wie sie in den 3A bis 3C dargestellt ist, d.h. mit einer Wirtsmaterial 13 und ein Gastmaterial 4 enthaltenden GH-Zelle 12 und einer auf der Eintrittsseite derselben angeordneten Polarisationsplatte 11 hergestellt. Bei diesem Beispiel wurde als Wirtsmaterial 13 derselbe Flüssigkristall vom Negativtyp, wie er beim ersten Beispiel verwendet wurde, hergestellt von Merck Incorporation unter dem Handelsname MLC-6608, verwendet; als Gastmaterial 4 wurde derselbe dichroitische Farbstoff vom Positivtyp verwendet, wie er beim ersten Beispiel verwendet wurde, hergestellt von BDH Incorporation unter dem Handelsnamen D5; und die GH-Zelle 12 wurde durch den durch die 5B veranschaulichten Antiparallelreibeprozess gerieben. Betreffend jede von drei so hergestellten Proben der Lichtmodulationsvorrichtungen wurde eine Transmissionsänderung der Probe durch Anlegen einer Betriebsspannung mit reckeckigem Signalverlauf, wie in der 3C dargestellt, an die GH-Zelle 12 gemessen.
Aus dem in der 6 dargestellten Ergebnis ist es ersichtlich, dass sich die mittlere Transmission (an Luft) für sichtbares Licht ausgehend von einer Maximaltransmission (75 %) bei einer Erhöhung der Betriebsspannung steil einige Prozent ändert oder verringert.
Auf diese Weise zeigt die Transmission einer durch den Antiparallelreibeprozess geriebenen GH-Zelle eine starke Steuerschaltungseinheitsabhängigkeit, d.h., sie kann auf Grundlage einer an die GH-Zelle angelegten Steuerschaltungseinheit gesteuert werden, und ferner ist der durch die Steuerschaltungseinheit kontrollierbare Transmissionsbereich vergrößert. Außerdem kann der Grund, weswegen sich die Transmission bei einer Erhöhung der Betriebsspannung steil verringert und die Maximaltransmission in der 6B hoch ist, wie folgt angenommen werden: wenn nämlich ein Wirtsmaterial vom Negativtyp verwendet wird, kann, da die Wechselwirkung von Flüssigkristallmolekülen an der Grenze zwischen einem Flüssigkristallausrichtungsfilm der Flüssigkristallzelle und den Flüssigkristallmolekülen ohne angelegte Steuerschaltungseinheit sehr schwach ist, Licht leicht durch die Flüssigkristallzelle laufen, wenn keine Steuerschaltungseinheit an sie angelegt ist, und Direktoren der Flüssigkristallmoleküle können sich leicht ändern, wenn eine Steuerschaltungseinheit an sie angelegt wird.
Als Drittes wurde eine Transmissionsänderung abhängig von einer Spannung, die an eine Lichtmodulationsvorrichtung angelegt wurde, die über eine durch den einseitigen Reibeprozess geriebene Flüssigkristallvorrichtung enthielt, wie folgt untersucht:
Es wurde eine Lichtmodulationsvorrichtung mit derselben Grundkonfiguration, wie sie in den 3A bis 3C dargestellt ist, d.h. mit einer Wirtsmaterial 13 und ein Gastmaterial 4 enthaltenden GH-Zelle 12 und einer auf der Eintrittsseite derselben angeordneten Polarisationsplatte 11 hergestellt. Bei diesem Beispiel wurde als Wirtsmaterial 13 derselbe Flüssigkristall vom Negativtyp, wie er beim ersten Beispiel verwendet wurde, hergestellt von Merck Incorporation unter dem Handelsnamen MLC-6608, verwendet; als Gastmaterial 4 wurde derselbe dichroitische Farbstoff vom Positivtyp, wie er beim ersten Beispiel verwendet wurde, hergestellt von BDH Incorporation unter dem Handelsnamen D5, verwendet; und die GH-Zelle 12 wurde durch den durch die 5C veranschaulichten einseitigen Reibeprozess gerieben. Betreffend jede der drei so hergestellten Proben der Lichtmodulationsvorrichtungen wurde die Transmissionsänderung der Probe durch Anlegen einer Betriebsspannung mit einem rechteckigen Signalverlauf, wie er in der 3C dargestellt ist, an die GH-Zelle 12 gemessen.
Aus dem in der 6C dargestellten Ergebnis ist es ersichtlich, dass sich die mittlere Transmission (an Luft) von sichtbarem Licht ausgehend von einer Maximaltransmission (ungefähr 75 %) beim Anlegen einer Betriebsspannung auf einige Prozent steil ändert oder verringert.
Auf diese Weise zeigt die Transmission einer durch den Antiparallelreibeprozess geriebenen GH-Zelle eine hohe Steuerschaltungseinheitsabhängigkeit, d.h., sie kann auf Grundlage einer an die GH-Zelle angelegten Steuerschaltungseinheit kontrolliert werden. Außerdem kann der Grund, weswegen die Transmission beim Erhöhen der Betriebsspannung steil abfällt und die Maximaltransmission in der 6C hoch ist, wie folgt angenommen werden: Wenn nämlich das Wirtsmaterial vom Negativtyp verwendet wird, kann, da die Wechselwirkung von Flüssigkristallmolekülen an der Grenze zwischen einem Flüssigkristallausrichtungsfilm der Flüssigkristallzelle und den Flüssigkristallmolekülen ohne angelegte Steuerschaltungseinheit sehr schwach ist, Licht leicht durch die Flüssigkristallzelle laufen, wenn keine Steuerschaltungseinheit an sie angelegt ist, und Direktoren der Flüssigkristallmoleküle können sich leicht ändern, wenn eine Steuerschaltungseinheit an sie angelegt wird.
Als Nächstes wurde ein Faktor, typischerweise der Vorkippwinkel zum Bestimmen der Anfangstransmission (ohne angelegte Steuerschaltungseinheit) bei der durch den einseitigen Reibeprozess geriebenen GH-Zelle untersucht.
Die 7 ist ein Kurvenbild, das die Abhängigkeit des Vorkippwinkels von der Anfangstransmission (im Auszustand der Steuerschaltungseinheit) der in den 3A bis 3C dargestellten Lichtmodulationsvorrichtung zeigt. Der Vor kippwinkel ist als Winkel definiert, unter dem Flüssigkristallmoleküle entlang der Kipprichtung von Hauptketten eines Films aus einem hochpolymeren Stoff wie Polyimid oder Polyvinylalkohol im Reibeschritt verkippt werden. Der Vorkippwinkel hat daher starke Beziehung zum Reibeprozess.
Aus dem in der 7 dargestellten Ergebnis ist es ersichtlich, dass dann, wenn der konzipierte Zellenzwischenraum 6 μm oder mehr beträgt, die Anfangstransmission nicht vom Vorkippwinkel abhängt. Anders gesagt, kann die Transmission durch den Ausrichtungsprozess eingestellt werden, wenn der Zellenzwischenraum der Flüssigkristallvorrichtung der Lichtmodulationsvorrichtung im Bereich von 5 μm oder weniger liegt.
Wenn eine durch den Antiparallelprozess geriebene GH-Zelle verwendet wurde, wurde ein Ergebnis ähnlich dem in der 7 dargestellten erzielt.
Ein Effekt des Antiparallelreibeprozesses auf die Ansprechgeschwindigkeit wurde mit dem, wie er durch den einseitigen Reibeprozess auf die Ansprechgeschwindigkeit ausgeübt wurde, wie folgt verglichen: d.h., es wurde die Beziehung zwischen der Ansprechgeschwindigkeit der Lichtmodulationsvorrichtung mit einer Flüssigkristallvorrichtung, die durch den Antiparallelreibeprozess bzw. den einseitigen Reibeprozess gerieben wurde und durch eine Steuerschaltungseinheit steuerbar war, und dem Zellenzwischenraum dadurch untersucht, dass jeweils in einem Ansteuerungsmodus mit großer Skala (Ansteuerungssignalverlauf: 0–5 V bei 1 kHz) und einem Ansteuerungsmodus mit mittlerer Skala (Ansteuerungssignalverlauf: 2–3 V bei 1 kHz) sowohl bei 22°C als auch bei 65°C eine Steuerschaltungseinheit an die Flüssigkristallvorrichtung angelegt wurde. Die Ergebnisse sind in den 8A bis 8D dargestellt. In diesem Figuren ist, für einen einfachen Vergleich die Ansprechgeschwindigkeit als Absorptionsänderung pro Einheitsansprechzeit ausgedrückt.
Aus den in den 8A und 8B dargestellten Ergebnissen ist es ersichtlich, dass die Abhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit vom Zwischenraum beim Ansteuerungsmodus mit mittlerer Skala (2–3 V) bei einer Niedertemperaturumgebung, 22°C (siehe die 8A) vom Zwischenraum nicht auftritt, während die Abhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit beim Ansteuerungsmodus mit großer Skala (0–5 V) bei 22°C (siehe die 8B) vom Zwischenraum auftritt; außerdem ist die Ansprechgeschwindigkeit der Vorrichtung mit einer durch den Antiparallelreibeprozess geriebenen Zelle bei 22°C höher als diejenige der Vorrichtung mit einer durch den einseitigen Reibeprozess geriebenen Zelle, und zwar unabhängig vom Vorliegen oder Fehlen einer Abhängigkeit vom Zwischenraum.
Aus den in den 8C und 8D dargestellten Ergebnissen ist es ersichtlich, dass die Abhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit vom Zwischenraum bei der Hochtemperaturumgebung, 65°C, sowohl im Ansteuerungsmodus mit mittlerer Skala (2–3 V) als auch im Ansteuerungsmodus mit großer Skala (0–5 V) auftritt; außerdem ist die Ansprechgeschwindigkeit der Vorrichtung mit einer durch den Antiparallelreibeprozess geriebenen Zelle bei 65°C höher als die der Vorrichtung mit der durch den einseitigen Reibeprozess geriebenen Zelle, wenn der Ansteuerungsmodus mit mittlerer Skala vorliegt, während die Ansprechgeschwindigkeit der Vorrichtung im Ansteuerungsmodus mit großer Skala (0–5 V) bei 65°C nicht von der Art des Reibeprozesses abhängig ist.
Auf diese Weise kann die Ansprechgeschwindigkeit einer Lichtmodulationsvorrichtung mit einer Flüssigkristallvorrichtung, die für einen Vorkippwinkel, der einen Effekt auf die Anfangstransmission hat, im Bereich von 5 μm oder weniger durch den Antiparallelreibeprozess gerieben wurde, höher als diejenige einer Vorrichtung mit einer Flüssigkristallvorrichtung gemacht wurden, die durch den einseitigen Reibeprozess für denselben Vorkippwinkel gerieben wurde. Der Grund dafür kann darin angenommen werden, dass bei der durch den Antiparallelreibeprozess geriebenen Flüssigkristallvorrichtung Direktoren ausgerichteter Flüssigkristallmoleküle durch ein angelegtes elektrisches Feld leicht geändert werden können.
Drittes Beispiel
Bei diesem Beispiel wurde die Steuerung der Transmission einer Lichtmodulationsvorrichtung durch Modulieren der Impulsbreite oder der Impulsdichte von an eine GH-Zelle der Vorrichtung angelegten Ansteuerungsimpulsen untersucht.
Insbesondere ist die Modulation der Impulsbreite jedes Ansteuerungsimpulses zum Steuern der Transmission der Lichtmodulationsvorrichtung von Wirkung, um die Steuerung der Transmission und eine Kompensation derselben unabhängig auszuführen. Genauer gesagt, wird die Transmission normalerweise dadurch gesteuert, dass die Impulsbreite jedes Ansteuerungsimpulses auf Grundlage eines normalen Rückkopplungssignals für einen Regelungsvorgang moduliert wird, und die Transmission wird dadurch kompensiert, dass die Impulshöhe des Ansteuerungsimpulses auf Grundlage eines Rückkopplungssignal zur Temperatur moduliert wird, oder die Transmission wird normalerweise dadurch gesteuert, dass die Impulshöhe jedes Ansteuerungsimpulses auf Grundlage eines normalen Rückkopplungssignals zur Regelung moduliert wird, und die Transmission wird dadurch kompensiert, dass die Impulsbreite des Ansteuerungsimpulses auf Grundlage eines Rückkopplungssignals zur Temperaturkorrektur moduliert wird.
(1) Grundlegender Rechtecksignalverlauf eines Ansteuerungsimpulses sowie Flackern einer Lichtmodulationsvorrichtung
Der Signalverlauf einer an die GH-Zelle 12 anzulegenden Steuerschaltungseinheit ist ein rechteckiger Signalverlauf, wie er in der 3C dargestellt ist; jedoch kann es sich um einen trapezförmigen oder sinusförmigen Signalverlauf handeln. Wenn jeder in der 3C dargestellte Ansteuerungsimpuls an eine Flüssigkristallvorrichtung angelegt wird, ändern sich Direktoren von Flüssigkristallmolekülen abhängig vom Differenzpotenzial zwischen beiden Elektroden, um dadurch die Transmission von Licht zu steuern. Demgemäß wird die Transmission allgemein auf Grundlage einer Impulshöhe (oder Impulsspannung) des Ansteuerungsimpulses kontrolliert.
Die Steuerung einer derartigen Impulshöhe jedes Ansteuerungsimpulses muss jedoch grundsätzlich einer D/A-Wandlung unterzogen werden, und daher ist es schwierig, die Impulshöhe mit hoher Genauigkeit zu steuern, mit dem Ergebnis, dass die Steuerung der Impulshöhe hinsichtlich einer Erhöhung der Schaltungskosten zu einem Problem führt.
Übrigens ist das elektrooptische Ansprechverhalten eines nematischen Flüssigkristallmaterials minimal so langsam, dass es einigen ms entspricht, wobei es maximal einigen 100 ms entspricht. Von diesem Standpunkt aus hat der Erfinder der vorliegenden Sache eine geeignete, grundsätzliche Impulserzeugungsperiode von Ansteuerungsimpulsen zum stabilen Kontrollieren der Transmission eines Materials mit einer derartigen Ansprechcharakteristik unter Anpassen der Betriebsart eines Modulierens der Impulsbreite jedes an das Material angelegten Ansteuerungsimpulses untersucht.
Ein Test zum Bestimmen der Impulserzeugungs-Grundperiode wurde dadurch ausgeführt, dass Ansteuerungsimpulse in der Reihenfolge 0 V → 5 V → 0 V → –5 → 0 V ..., wie es in der 9 dargestellt ist, an eine Flüssigkristallvorrichtung der Lichtmodulationsvorrichtung angelegt wurden und eine Änderung der Transmission der Vorrichtung beim Ändern der Breite jedes Impulses, insbesondere der Breite jedes Ruheimpulses (0 V) beobachtet wurde.
Wie es aus den in der 9 dargestellten Ergebnissen ersichtlich ist, tritt ein Flackern der Transmission auf, d.h., die Transmission ist instabil, wenn die Ruheimpulsperiode 300 μs oder mehr beträgt, und es tritt keinerlei Flackern der Transmission auf, wenn die Ruheimpulsperiode 200 μs oder weniger ist.
Demgemäß sollte die Impulsbreite jedes an die Flüssigkristallvorrichtung der Lichtmodulationsvorrichtung angelegten Impulses auf solche Weise moduliert werden, dass die Ruheimpulsperiode ungefähr 200 μs nicht überschreitet. Da die Ansprechgeschwindigkeit eines Flüssigkristalls von seiner Art und der Umgebungstemperatur abhängt, muss die Ruheimpulsperiode auf einen solchen Wert eingestellt werden, dass es unter den Betriebsbedingungen zu keinem Flackern der Transmission kommt. Ferner ist es, um stabile optische Eigenschaften einer Flüssigkristallvorrichtung zu erzielen, wirkungsvoll, die Impulsbreite jedes Ansteuerungsimpulses auf Grundlage eines Rückkopplungssignals zur Umgebungstemperatur zu kontrollieren.
(2) Modulation der Impulsbreite
Als Ergebnis der oben beschriebenen Untersuchung wurde die Impulserzeugungs-Grundperiode auf 100 μs eingestellt, und die Impulsbreite (PW) wurde innerhalb derselben moduliert. Die 10 zeigt eine Änderung der Transmission der Lichtmodulationsvorrichtung abhängig von der Impulsbreite PW jedes an die Flüssigkristallvorrichtung der Vorrichtung angelegten Ansteuerungsimpuls, wobei die Impulshöhe desselben auf eine konstanten Wert eingestellt wurde, beispielsweise 5 V bzw. 10 V. Außerdem wird die Transmission als Prozentsatz bezogen auf die Gesamtmenge des Lichts ausgedrückt, das durch die Flüssigkristallzelle und die Polarisationsplatte läuft, wenn keine Spannung an die Flüssigkristallvorrichtung angelegt wird.
Wie es aus der 10 ersichtlich ist, kann die Transmission leicht dadurch kontrolliert werden, dass die Impulsbreite jedes Ansteuerungsimpulses innerhalb der Impulserzeugungsperiode von 100 μs moduliert wird, wenn die Impuls höhe des Ansteuersignals auf 5 V bzw. 10 V eingestellt wird. Dies, da Direktoren von Flüssigkristallmolekülen durch die Energie eines elektrischen Felds geändert werden, die der Impulsbreite jedes Ansteuerungsimpulses entspricht, wodurch die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle kontrolliert wird. Aus dem in der 10 dargestellten Ergebnis ergibt es sich auch, dass die Transmission durch eine Kombination der Impulshöhe und der Impulsbreite jedes Ansteuerungsimpulses frei kontrolliert werden kann. Dies bedeutet, dass eine Begrenzung der Grauabstufung aufgrund einer Begrenzung des Minimaltakts beseitigt werden kann, d.h., dass die Auflösung der Gradationssteuerung dadurch erhöht werden kann, dass die Impulshöhe auf digitale Weise entsprechend einem unteren Bit kontrolliert wird, wobei gleichzeitig die Impulsbreite entsprechend einem oberen Bit moduliert wird, oder es wird die Impulsbreite digital entsprechend einem unteren Bit kontrolliert, und gleichzeitig wird die Impulshöhe entsprechend einem oberen Bit moduliert. Die Modulation der Impulsbreite jedes Ansteuerungsimpulses zeigt einen weiteren Vorteil hinsichtlich der Kosten, da die Impulsbreite des Grundsignalverlaufs des Ansteuerungsimpulses synchron zu einem Kontaktsignal moduliert werden kann, das durch eine Peripherieschaltung einer die Lichtmodulationsvorrichtung enthaltenden Vorrichtung erzeugt wird.
Die 11A und 11B zeigen zwei Signalverläufe eines jeweiligen hinsichtlich der Impulsbreite modulierten Ansteuerungsimpulses. Beim in der 11A dargestellten Signalverlauf wird der Impuls zu Beginn der Impulserzeugungs-Grundperiode angelegt, und beim in der 11B dargestellten Signalverlauf wird der Impuls angelegt, nachdem eine spezielle Verzögerungszeit ab dem Start der Impulserzeugungs-Grundperiode verstrichen ist. Der Effekt des Ansteuerungsimpulses mit dem Signalverlauf der 11A ist derselbe wie derjenige des Ansteuerungsimpulses mit dem Signalverlauf der 11B. Betreffend den Signalverlauf in der 11B kann der Impuls angelegt werden, nachdem die Verzögerungszeit ab jeder Impulserzeugungs-Grundperiode verstrichen ist. Ferner kann der Signalverlauf in der 11B mit demjenigen in der 11A kombiniert werden. Außerdem kann die erforderliche Anzahl von Ansteuerungsimpulsen innerhalb der Impulserzeugungs-Grundperiode angelegt werden. Die 11C zeigt auch die Modulation der Impulsdichte, wobei die zahlenmäßige Dichte von Impulsen innerhalb der Impulserzeugungs-Grundperiode moduliert wird.
Die 12 zeigt ein Relaxationsstadium eines als Wirtsmaterial verwendeten Flüssigkristalls vom Negativtyp, beispielsweise bei der in den 3A bis 3C dargestellten GH-Zelle.
Das Relaxationsstadium eines Flüssigkristallsystems vom Negativtyp ist durch die folgende Gleichungen ausgedrückt: R = R1[1 – exp (–T/τ1)] + R2[1 – exp – (T/τ2 2] Grundperiode ≤ – (Relaxationszeit) × In (0,98) T = –τ × In [1 – 2/100] Relaxationsstadium bei der Relaxationszeit τ1 – T = 300 bis 400 μs
Die Werte R₁, τ₁, R₂ und τ₂ sind in der 12 dargestellt, beispielsweise R₁ = 78 %, τ₁ = 15,8 ms, R₂ = 22 % und τ₂ = 17,6 ms im Relaxationsstadium von 3 V 0 V.
Aus dem in der 12 dargestellten Ergebnis ist es ersichtlich, dass sich die Relaxationszeit nach dem Anlegen einer Impulsspannung und einem anschließenden Abschalten abhängig von der Impulshöhe ändert, genauer gesagt, dass die Relaxationszeit länger wird, wenn die Impulshöhe höher wird.
Die 13A zeigt die Stärke des Transmissionslichts der Lichtmodulationsvorrichtung in einem Relaxationsstadium, das dem in der 12 dargestellten ähnlich ist, und die 13B und 13C zeigen jeweils eine Intensitätsänderung des Transmissionslichts der Lichtmodulationsvorrichtung im Relaxationsstadium. Aus den Daten zur Änderung der Intensität des Transmissionslichts im Bereich von 0 bis 5 ms, in dem Relaxation linear entsteht (13B), ist es ersichtlich, dass eine Auszeit von 300 μs oder weniger erforderlich ist, um die Änderung in einem Bereich von 1 % oder weniger zu spezifizieren, und eine Auszeit von 420 μs oder weniger erforderlich ist, um eine Änderung im Bereich von 2 % oder weniger zu spezifizieren.
Die obige Auszeit entspricht der Ruheimpulsperiode zum Beseitigen von Flackern in der Transmission, wie in der 9 dargestellt, so dass die Impulserzeugungs-Grundperiode beispielsweise auf 100 μs eingestellt werden kann, wenn eine Intensitätsänderung des Transmissionslichts im Bereich von 2 % oder weniger zulässig ist.
Die Intensitätsänderung des Transmissionslichts im Bereich von 2 % oder weniger wird auf Grundlage der Bildaufnahmespezifikation des vorliegenden CCD (wird später beschrieben) eingestellt.
Bei einer Bildaufnahme durch ein CCD wird, selbst dann, wenn eine Intensitätsänderung des Transmissionslichts im Bereich von mehr als 2 % auftritt, davon ausgegangen, dass im üblichen Betrieb des CCD geringes Flackern auftritt, da die Bildaufnahme eines CCD auf einer mittleren Lichtmenge beruht, wie sie in einer Halbbildperiode angesammelt wird; jedoch ist der Dynamikbereich der Transmissionssteuerung beeinträchtigt, und wenn ein Verschluss verwendet wird, ist die Öffnungszeit desselben nicht proportional zur Lichtmenge, was zu einem Problem bei der Steuerung führt. Im Ergebnis kann es bei der Bildaufnahme durch ein CCD wünschenswert sein, die Intensitätsänderung für Transmissionslicht im Bereich von 2 % oder weniger zu spezifizieren.
Wenn die Impulserzeugungs-Grundperiode die Halbbildperiode des CCD überschreitet, kann beim üblichen Betrieb des CCD Flackern auftreten. Demgemäß ist es, um eine Modulation der Impulsbreite jedes Ansteuerungsimpulses auszuführen, wesentlich, die Impulserzeugungs-Grundperiode innerhalb der Halbbildperiode des CCD einzustellen.
(3) Vergleiche zwischen einer Modulation der Impulsbreite und einer Modulation der Impulshöhe
Die 14 zeigt ein Kurvenbild für einen Vergleich der Charakteristik eines herkömmlichen Modus mit Impulshöhenmodulation (PHM) und der Charakteristik eines Modus mit Impulsbreitenmodulation (PBM). In diesem Kurvenbild kennzeichnet die Abszisse den Mittelwert von Absolutwerten von zwischen Elektroden gelegten Differenzpotenzialen pro Zeiteinheit, wobei dieser Wert als Ersatzspannung verwendet wird.
Wie es aus der 14 erkennbar ist, zeigt, im Vergleich zur den PHM-Modus kennzeichnenden Kurve, die den PWM-Modus kennzeichnende Kurve eine niedrigere Schwellenspannung, und sie ist insgesamt zur Seite niedrigerer Steuerschaltungseinheiten hin verschoben. Im Ergebnis kann, durch den PWM-Modus die Transmission durch eine kleinere Steuerschaltungseinheit gesteuert werden, wodurch der Energieverbrauch sinkt, und da sich die Transmission abhängig von der Steuerschaltungseinheit nur relativ moderat ändert, ist es einfach, sie durch die Steuerschaltungseinheit so zu steuern, dass die Gradation verbessert ist.
Auf diese Weise zeigt der Modus mit Impulsbreitenmodulation (PWM) die folgenden Vorteile:

(1) Absenken einer Schwellenspannung;
(2) Erhöhen der Gradationszahl betreffend den Transmissionsgrad, und hochgenaue Steuerung der Transmission; und
(3) Senken der Schaltungskosten wegen fehlender D/A-Wandlung.

(4) Modulation der Impulsbreite sowie Modulation der Impulsdichte
Ein anstelle einer Modulation der Impulshöhe jedes Ansteuerungsimpulses verwendeter Modus mit Impulsdichtemodulation (PDM) wurde mit dem oben beschriebenen PWM-Modus verglichen. Im PDM-Modus wird die Anzahl der pro Zeiteinheit erzeugten Impulse moduliert und allgemein werden Impulse mit jeweils sehr kurzer Breite, pro Zeiteinheit häufig erzeugt.
Wie es in der 15 dargestellt ist, ist die Ansteuerungscharakteristik im PWM-Modus derjenigen im PDM-Modus sehr ähnlich; jedoch ist der PWM-Modus hinsichtlich des Energieverbrauchs dem PDM-Modus überlegen, da im PWM-Modus ein kleinerer Strom als im PDM-Modus vorliegt, der pro Zeitzeit in eine Flüssigkristallzelle geladen wird. Der PWM-Modus ist auch hinsichtlich der Impedanzanpassung dem PDM-Modus überlegen.
(5) Effekt der Impulszahl
Beim Steuern der Transmission einer Lichtmodulationsvorrichtung durch den Modus mit Impulsbreitenmodulation ist es möglich, eine Polarisationsabweichung von Ionen oder dergleichen in der Lichtmodulationsvorrichtung dadurch zu beseitigen, dass die Vorrichtung auf solche Weise angesteuert wird, dass der Mittelwert von Differenzpotenzialen (Gleichspannungskomponenten), wie sie zwischen Elektroden einer Flüssigkristallvorrichtung der Vorrichtung gelegt werden, pro Zeiteinheit nahezu null wird, wodurch die Transmission der Vorrichtung mit hoher Genauigkeit gesteuert wird.
Wenn beispielsweise zwei positive Impulse und zwei negative Impulse, wie es in der 16B dargestellt ist, abwechselnd bei einem Grundansteuerungs-Signalverlauf gemäß der 16A angelegt werden und der Mittelwert der Anzahl positiver Impulse pro Zeiteinheit derjenigen der Anzahl negativer Impulse entspricht, ist es allgemein möglich, dieselbe Ansteuerungscharakteristik betreffend die Transmission zu erzielen.
Wie es in der 16C dargestellt ist, ändert sich die Beziehung zwischen der Transmission und der Parallelreibeprozess unabhängig von der Anzahl (m = 1, 2,...) positiver Impulse und der Anzahl (m = 1, 2,...) negativer Impulse nicht, insoweit die Anzahl (m = 1, 2,...) der positiven Impulse der Anzahl (m = 1, 2,...) der negativen Impulse entspricht.
Wie es in der 16D dargestellt ist, ändert sich die Beziehung zwischen der Transmission und der Impulsbreite unabhängig von der Erzeugungsreihenfolge der Impulse insoweit nicht, als die Anzahl der positiven Impulse derjenigen der negativen Impulse entspricht. Ferner kann es leicht abgeschätzt werden, dass sich die Beziehung zwischen der Transmission und der Impulsbreite selbst dann nicht ändert, wenn die Impulsbreiten individuell moduliert werden, insoweit ein Mittelwert pro Zeiteinheit für die Impulsbreiten spezifiziert ist.
Wenn dagegen die Anzahl positiver Impulse von derjenigen negativer Impulse verschieden ist, ändert sich die Beziehung zwischen der Transmission und der Impulsbreite. Nun sei angenommen, dass die Anzahl negativer Impulse das k-fache der Anzahl positiver Impulse entspricht. Wenn k = 1 gilt, werden die Ansteuerungsimpulse (positive und negative Impulse) symmetrisch in Bezug zu 0 V angelegt, und in diesem Fall ändert sich die Beziehung zwischen der Transmission und der Impulsbreite nicht. Wenn dagegen der Wert von k größer als 1 wird, werden die Ansteuerungsimpulse (positive und negative Impulse) asymmetrisch in Bezug auf 0 V angelegt, und in diesem Fall ändert sich die Beziehung zwischen der Transmission und der Impulsbreite, und genauer gesagt wird, wie es in der 17 dargestellt ist, die Transmission größer als eine spezifizierte Transmission, wodurch die Steuerbarkeit der Transmission beeinträchtigt ist. d.h., dass die Transmission nicht abhängig vom Wert "m" sondern abhängig vom Wert "k" variiert.
Wenn die Polaritäten der asymmetrischen Impulse momentan umgekehrt werden, nimmt die Transmission vorübergehend ab, und sie kehrt nach einigen Sekunden zur ursprünglichen Transmission zurück. Es kann davon ausgegangen werden, dass eine derartige vorübergehende Variation in der Größenordnung von Sekunden, die als Flackern mit langer Periode wahrgenommen wird, aufgrund einer Abweichung beweglicher Ionen in einer Flüssigkristallzelle auftritt, die durch einen Mittelwert von Vorspannungen pro Zeiteinheit hervorgerufen wird.
Wie oben beschrieben, kann es, um die Transmission stabil zu kontrollieren, wünschenswert sein, die Ansteuerungsimpulse (positive und negative Impulse) symmetrisch in Bezug auf 0 V anzulegen, d.h., dafür zu sorgen, dass die Anzahl der positiven Impulse derjenigen der negativen Impulse entspricht.
Viertes Beispiel
Bei diesem Beispiel wurde die Steuerung der Transmission einer Lichtmodulationsvorrichtung durch stufenweises Modulieren der Impulsbreite jedes an eine Flüssigkristallvorrichtung der Vorrichtung gelegten Ansteuerungsimpulses untersucht.
Reibeeffekt und Ausrichtungsdefekt
Ein Test zum Untersuchen des Reibeeffekts und eines Ausrichtungsdefekts von Flüssigkristallmolekülen wurde unter Verwendung einer Lichtmodulationsvorrichtung mit einer Flüssigkristallzelle, wie sie in den 3A bis 3C dargestellt ist, ausgeführt. Die Zelle wurde dadurch hergestellt, dass dafür gesorgt wurde, dass Glassubstrate mit jeweils einer transparenten Elektrode an der Oberseite, an der eine Flüssigkristallausrichtungsschicht vorhanden war, einander unter Einhaltung eines speziellen Zwischenraums zugewandt waren, wobei der Zwischenraum bei Unterdruck mit einem Gast-Wirt-Flüssigkristall gefüllt wurde. Jeder Ansteuerungsimpuls mit rechteckigem Wechselspannungsverlauf, wie er in der 3C dargestellt ist, wurde an die Zelle der Vorrichtung angelegt, und es wurde ein Ausrichtungsdefekt von Flüssigkristallmolekülen beobachtet.
Wenn die Flüssigkristallausrichtungsschicht (nicht dargestellt) keiner Reibebehandlung unterzogen ist, wie es in der 18A dargestellt ist, werden, wenn eine Steuerschaltungseinheit an die Zelle angelegt wird, Flüssigkristallmoleküle in Bezug auf die Substratebene verkippt, und gleichzeitig werden Flüssigkristallmoleküle und Pigmentmoleküle in einer Ebene parallel zur Glassubstratebene gestört, was das Ergebnis zeigt, dass in der Substratebene ungleichmäßige Transmission auftritt. Um ein solches Problem zu lösen, wird, als bekannte Technik, die Kipprichtung der Flüssigkristallmoleküle vorab durch Reiben der Flüssigkristallausrichtungsschicht spezifiziert, wie es durch die 18B veranschaulicht ist, um die Flüssigkristallmoleküle gleichmäßig zu verkippen, wodurch die Gleichmäßigkeit derselben in der Ebene verbessert wird.
Wenn jedoch eine große Ansteuerspannung mit einem einzelnen Schritt an die auf die oben beschriebene Weise geriebene Flüssigkristallvorrichtung angelegt wird, tritt ein Übergangszustand auf, in dem Flüssigkristallmoleküle in verschiedenen Richtungen ausgerichtet sind, und wenn ein derartiger Übergangszustand für eine Zeit andauert, die ausreichend lang ist, um einen Effekt auf die Transmission auszuüben, erscheint in dieser eine Ungleichmäßigkeit in der Ebene. Im Allgemeinen verschwindet der Übergangszustand nach dem Verstreichen einer bestimmten Zeit, die für eine Neuausrichtung der Flüssigkristallmoleküle und der Pigmentmoleküle erforderlich ist; jedoch kann schlimmstenfalls der Übergangszustand selbst nach dem Verstreichen einer langen Zeit teilweise verbleiben sein.
Um ein derartiges Problem zu lösen, wird an die Flüssigkristallvorrichtung, wie es durch die 18D dargestellt ist, eine Vorbereitungsspannung angelegt, die ausreichend niedrig ist, um keinen Ausrichtungsdefekt von Flüssigkristallmolekülen zu verursachen, um diese in gewissem Ausmaß zu verkippen, und dann wird eine abschließende Steuerschaltungseinheit an die Flüssigkristallvorrichtung angelegt, die ausreichend hoch ist, um eine gewünschte Transmission zu erzielen, um die Transmission auf einen in der Ebene gleichmäßigen Zustand zu steuern.
Transmission und Ausrichtungsdefekt bei einem einstufigen Ansteuerungsmodus (1)
Wie es in der 19 dargestellt ist, treten beim Anlegen einer Steuerschaltungseinheit (bezogen auf 0 V) in einem einzigen Schritt zum Erzielen einer Transmission von 15 % oder weniger durch entweder den Impulsbreitenmodulati ons(PWM)- oder den Impulshöhenmodulations(PHM)-Modus Ausrichtungsdefekte der Flüssigkristallmoleküle und der Pigmentmoleküle auf, wie es unter Bezugnahme auf die 18C beschrieben wurde. Es sei darauf hingewiesen, dass beim Anlegen einer Steuerschaltungseinheit in einem einzelnen Schritt zum Erzielen einer Transmission von 15 % oder mehr mit entweder dem PWM- oder dem PHM-Modus keine Ausrichtungsdefekte von Flüssigkristallmolekülen und Pigmentmolekülen auftreten.
Die 20 zeigt eine Änderung der Transmission einer Lichtmodulationsvorrichtung sowie die Häufigkeit von Ausrichtungsdefekten abhängig von einer impulsförmigen Steuerschaltungseinheit, die sowohl im PWM- als auch im PHM-Modus an eine Flüssigkristallvorrichtung der Vorrichtung angelegt wird. Wie es aus diesem Kurvenbild ersichtlich ist, hängen die Transmissionsänderung und die Häufigkeit von Ausrichtungsdefekten von der Impulsspannung ab, und insbesondere dann, wenn diese auf 5 V oder mehr erhöht wird (d.h., die Transmission wird 15 % oder weniger), besteht die Neigung, dass Ausrichtungsdefekte von Flüssigkristallmolekülen auftreten.
Transmissionsänderung bei einem zweistufigen Ansteuerungsmodus (1)
Nun wird ein Verfahren zum Ansteuern einer Flüssigkristallvorrichtung durch Modulieren der Impulshöhe jedes Wechselspannungsimpulses in zwei Schritten beschrieben.
Bei einem in der 21A dargestellten Beispiel wird anstelle eines einstufigen Ansteuerungsmodus von 0 V–10 V ein zweistufiger Ansteuerungsmodus ausgeführt, bei dem als Erstes eine Vorbereitungsspannung von 4 V für 90 ms angelegt wird und dann eine endgültige Steuerschaltungseinheit von 10 V angelegt wird. Bei diesem zweistufigen Ansteuerungsmodus tritt die in der 20 dargestellte instabile Transmissionsänderung nicht auf, und statt dessen tritt eine stabile Transmissionsänderung auf.
Bei einem in der 21B dargestellten Beispiel ist ein zweistufiger Ansteuerungsmodus ausgeführt, bei dem als Erstes eine Vorbereitungsspannung für 4 V für 15 ms angelegt wird und dann eine endgültige Steuerschaltungseinheit von 10 V angelegt wird. Selbst bei diesem Beispiel ist die Transmissionsänderung stabilisiert. Wie es bei den obigen Beispielen beschrieben ist, kann die Impulszeitbreite bei jedem Schritt frei ausgewählt werden. Außerdem kann der durch die 21B veranschaulichte zweistufige Ansteuerungsmodus für ein schnelles Ansprechverhalten geeignet sein.
Die 22 zeigt detailliert einen Ansteuersignalverlauf, der dem in der 21B dargestellten ähnlich ist. Beim durch dieses Kurvenbild veranschaulichten zweistufigen Ansteuerungsmodus werden in einem ersten Schritt positive und negative Impulse (Impulshöhe: 4,5 V, Impulsbreite: 500 μs) abwechselnd 15 mal wiederholt, und im zweiten Schritt werden positive und negative Impulse (Impulshöhe: 10 V, Impulsbreite: 500 μs) abwechselnd 75 mal wiederholt. Im Ergebnis wird es ersichtlich, dass dann, wenn vorab positive und negative Impulse (Impulshöhe: 4,5 V, Impulsbreite: 500 μs) für 15 ms oder mehr an die Flüssigkristallvorrichtung angelegt werden, selbst dann kein Ausrichtungsdefekt auftritt, wenn anschließend ein Ansteuerungsimpuls (Impulshöhe: 5 V oder mehr) an die Flüssigkristallvorrichtung angelegt wird.
Auf diese Weise ist es, wenn eine Ansteuerung der Lichtmodulationsvorrichtung durch zweistufiges Anlegen von Impulsen erfolgt, möglich, eine Transmissionsänderung mit gewünschtem Profil zu erhalten, um die Steuerungsgenauigkeit für die Transmission zu verbessern, und um die Gleichmäßigkeit der Transmission der Vorrichtung in der Ebene zu verbessern.
Bei diesem zweistufigen Ansteuerungsmodus können die Impulsbreite und die Impulshöhe des Vorbereitungsimpulses frei spezifiziert werden, und es kann jedes der in den 23A bis 23E dargestellten Muster als Kombination von Vorbereitungs- und endgültigen Impulsen ausgewählt werden. Der Ansteuerungsimpuls kann entsprechend den Erfordernissen der Lichtmodulationsvorrichtung in mehreren Schritten, also mehr zwei Schritten, moduliert werden, und ferner kann, wie es später beschrieben wird, ein Verfahren angewandt werden, gemäß dem nur die Impulsbreite moduliert wird, während die Impulshöhe konstant gehalten wird, beispielsweise gemäß einem Impulsbreitenmodulationsmodus.
Transmission und Ausrichtungsdefekt bei einem einstufigem Ansteuerungsmodus (2)
Wenn eine Transmission von 15 % oder weniger durch Anlegen eines Ansteuerungsimpulses erzielt wird, dessen Impulsbreite moduliert ist, während die Impulshöhe konstant gehalten ist, wie es unter Bezugnahme auf die 18C beschrieben wurde, ändert sich die Transmission entsprechend der Impulshöhe des Ansteuerungsimpulses. Wie es in der 24A dargestellt ist, tritt, wenn die Impulshöhe auf 5 V eingestellt wird, keine instabile Transmissionsänderung aufgrund eines Ausrichtungsdefekts auf, und wenn, wie es in der 24B dargestellt ist, die Impulshöhe auf 10 V eingestellt wird, besteht die Tendenz, dass aufgrund eines Ausrichtungsdefekts eine instabile Änderung (anormales Ansprechverhalten) der Transmission auftritt.
Transmissionsänderung beim zweistufigen Ansteuerungsmodus (2)
Um das Auftreten eines Ausrichtungsdefekts von Flüssigkristallmolekülen zu verhindern, insbesondere dann, wenn die Impulshöhe jedes an die Flüssigkristallvorrichtung angelegten Ansteuerungsimpulses hoch ist, wird die Impulsbreite des obigen Ansteuerungsimpulses in zwei Schritten moduliert. Beispielsweise werden beim Anlegen eines Ansteuerungsimpulses, dessen Impulshöhe 10 V (bezogen auf 0 V) beträgt, wie es in der 25 dargestellt ist, positive und negative Vorbereitungsimpulse (Impulshöhe: 10 V. Impulsbreite: 20 μs) für 15 ms angelegt, und dann werden positive und negative Impulse (Impulshöhe: 10 V, Impulsbreite: 100 μs) angelegt. In diesem Fall wird, wie es in der 25 dargestellt ist, die Transmissionsänderung stabil. Für die Kombination von Impulsen mit verschiedenen Impulsbreiten besteht keine Einschränkung auf das oben Beschriebene. Die Impulsbreite jedes Ansteuerungsimpulses kann in zwei oder mehr Schritten moduliert werden und die Impulshöhe des Ansteuerungsimpulses kann auf verschiedene Weisen geändert werden.
Fünftes Beispiel
Bei diesem Beispiel wurde die Abhängigkeit der Transmission-Anlegespannungs-Charakteristik einer Lichtmodulationsvorrichtung von der Temperatur untersucht.
Abhängigkeit der Transmissions-Anlegespannung-Charakteristik einer Flüssigkristallvorrichtung vom Negativtyp von der Temperatur
Eine GH-Flüssigkristallvorrichtung 12 unter Verwendung eines nematischen Flüssigkristalls vom Negativtyp, die bei jeweiligen Umgebungstemperaturen (23,5°C, 40°C, 55°C und 65°C) angeordnet wurde, wurde durch Anlegen einer Ansteuerspannung mit jeweils einem Wechselspannungsverlauf (1 kHz), wie er in der 3C dargestellt ist, betrieben, und es wurde die Transmission-Anlegespannungs-Charakteristik (V-T-Charakteristik) dieser GH-Flüssigkristallvorrichtung 12 gemessen. Die Ergebnisse sind in der 26 dargestellt. Bei 23,5°C entspricht die Transmission der Vorrichtung einem hellen Wert von ungefähr 80 %, wenn der Bereich von 0 bis 1,5 V vorliegt, wobei eine Verringerung bei Erhöhung der angelegten Spannung von 2 V oder mehr auftritt, und in einem Bereich von 5 V oder mehr eine allmähliche Sättigung erfolgt.
Eine derartige V-T-Charakteristik zeigt die in der 26 dargestellte Temperaturabhängigkeit, gemäß der die Transmission bei Erhöhung der Umgebungstemperatur im Bereich von 0 bis ungefähr 4 V abnimmt und sie bei einer Erhöhung der Umgebungstemperatur in einem Bereich von mehr als ungefähr 4 V zunimmt. Die durch die Temperaturänderung hervorgerufene Transmissionsänderung tritt aufgrund einer thermischen Fluktuation von Molekülen des Flüssigkristalls als Wirtsmaterial und Pigmentmolekülen als Gastmaterial der GH-Flüssigkristallvorrichtung 12 auf. Genauer gesagt, nehmen dann, wenn die Moleküle des Flüssigkristalls und des Pigments in der Richtung orthogonal zur Substratebene ausgerichtet sind, diejenigen Komponenten der Absorptionsachsen der Pigmentmoleküle, die auf der Substratebene vorstehen (parallel zu den Hauptachsen der Pigmentmoleküle) aufgrund einer Fluktuation der Moleküle zu, mit dem Ergebnis, dass die Lichtabsorption durch die Pigmentmoleküle zunimmt, d.h., die Lichtausblendeigenschaften erhöht sind. Wenn dagegen die Moleküle des Flüssigkristalls und des Pigments in der Richtung parallel zur Substratebene ausgerichtet sind, sind die Komponenten der Absorptionsachsen der Pigmentmoleküle, die auf der Substratebene vorstehen, aufgrund der Fluktuation der Moleküle verringert, mit dem Ergebnis, dass die Absorption von Licht durch die Pigmentmoleküle verringert ist, d.h., die Lichtabschirmungseigenschaften verkleinert sind.
Rückkopplungsregelung auf Grundlage eines überwachten Lichterfassungssignals
Um eine Variation der Transmission abhängig von der Umgebungstemperatur zu vermeiden, wurde, gemäß diesem Beispiel, ein Verfahren zum Überwachen der gesteuerten Menge von Transmissionslicht (d.h. der gesteuerten Transmission) verwendet, wozu diese mit einer Solltransmission verglichen wurde, die auf Grundlage der Umgebungstemperatur vorbestimmt wurde, und es erfolgte eine Rückkopplung von Korrekturinformation an eine Regelungseinheit, um dadurch den Signalverlauf der an die Flüssigkristallvorrichtung angelegten Steuerschaltungseinheit so zu korrigieren, dass die Transmission konstant gemacht wurde. Durch dieses Verfahren kann der auf die Transmission ausgeübte Effekt der Umgebungstemperatur beseitigt werden, ohne dass die Umgebungstemperatur direkt überwacht wird. Wenn beispielsweise die Isttransmission aufgrund des Effekts eines Temperaturanstiegs größer als die Solltransmission wird, kann die Impulshöhe jedes Ansteuerungsimpulses so erhöht werden, dass die Isttransmission der Solltransmission entspricht (siehe die 26). Die Einrichtung zum Überwachen des Lichts kann als Detektor, wie als Fotodiode, konfiguriert sein, oder als Bildaufnahmevorrichtung, typischerweise als CCD (Charge Coupled Device).
Regelungsverfahren auf Grundlage eines Temperaturerfassungssignals
Wie es in der 26 dargestellt ist, differiert die Transmission einer mit derselben angelegten Steuerschaltungseinheit angesteuerten Flüssigkristallvorrichtung von einer Temperaturänderung. Jedoch ist Wiederholbarkeit der V-T-Charakteristik der Flüssigkristallvorrichtung, mit einer Variation abhängig von der Umgebungstemperatur, wünschenswert. Beispielsweise kann, wie es in der 27 dargestellt ist, eine im Wesentlichen lineare Wandlungsbeziehung zwischen der an den Flüssigkristall zum Erzielen einer Transmission bei 23,5°C angelegten Steuerschaltungseinheit und einer an die Flüssigkristallvorrichtung bei 65°C zum Erzielen derselben Transmission angelegten Steuerschaltungseinheit erhalten werden.
Demgemäß kann die Transmission einer Flüssigkristallvorrichtung im Allgemeinen dadurch ohne Effekt einer Temperaturänderung dadurch konstant gehalten werden, dass die Umgebungstemperatur der Vorrichtung überwacht wird, die aktuelle Steuerschaltungseinheit auf eine neue, der überwachten Umgebungstemperatur entsprechende Steuerschaltungseinheit auf Grundlage der in der 27 dargestellten Wandlungsbeziehung korrigiert wird, oder eine aus einer Nachschlagetabelle ausgelesene Spannungsdifferenz (in der 28 dargestellt), die einer Steuerschaltungseinheit bei der überwachten Umgebungstemperatur (in der 27 dargestellt) entspricht, zur aktuellen Steuerschaltungseinheit addiert oder von ihr abgezogen wird. Auf diese Weise kann eine durch die Umgebungstemperatur weniger beeinflusste Transmissionscharakteristik der Flüssigkristallvorrichtung dadurch erzielt werden, dass die aktuelle Impulsspan nung auf eine Steuerschaltungseinheit gesteuert wird, die der überwachten Umgebungstemperatur entspricht.
Abhängigkeit der Transmission-Anlegespannungs-Charakteristik einer Flüssigkristallvorrichtung vom Positivtyp von der Temperatur
Dieselbe GH-Zelle, wie sie oben beschrieben ist, mit der Ausnahme, dass als Wirtsmaterial ein Flüssigkristall vom Positivtyp (Handelsname: MLC-6849, hergestellt von Merck) verwendet wurde, wurde hergestellt, und es wurde die Abhängigkeit der Transmission-Anlegespannungs-Charakteristik dieser GH-Zelle von der Temperatur untersucht.
Als Ergebnis der Ansteuerung der GH-Flüssigkristallzelle unter Verwendung eines solchen nematischen Flüssigkristalls vom Positivtyp unter Verwendung einer angelegten Steuerschaltungseinheit mit Wechselspannungsverlauf (1 kHz, wie in der 3C dargestellt), ergab es sich, dass, wie im Fall der 2 auf der Niederspannungsseite, die Lichtabsorption durch den Flüssigkristall aufgrund einer Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen in der horizontalen Richtung erhöht war, und diese Lichtabsorption nahm, wie es in den 30 und 31 dargestellt ist, bei einem Temperaturanstieg ab, während auf der Seite hoher Steuerschaltungseinheiten die Lichtabsorption durch den Flüssigkristall abnahm, und diese Lichtabsorption nahm, wie es in den 30 und 31 dargestellt ist, bei einem Temperaturanstieg zu. Demgemäß kann selbst in diesem Fall die Temperatur einer GH-Zelle, die abhängig von der Umgebungstemperatur variierte, auf dieselbe Weise konstant gehalten werden, wie sie oben beschrieben ist.
Zu Beispielen von Wirtsmaterialien vom Positivtyp (Δε > 0), wie sie für die Lichtmodulationsvorrichtung verwendbar sind, können Verbindungen mit den folgenden Molekülstrukturen gehören: [Beispiel 1]
[Beispiel 2]
[Beispiel 3]
[Beispiel 4]
[Beispiel 5]
[Beispiel 6]
[Beispiel 7]
[Beispiel 8]
[Beispiel 9]
[Beispiel 10]
[Beispiel 11]
[Beispiel 12]
[Beispiel 13]
[Beispiel 14]
[Beispiel 15]
Zu Beispielen von Wirtsmaterialien vom Positivtyp, wie sie für die Lichtmodulationsvorrichtung geeignet sind, können die folgenden im Handel erhältlichen Verbindungen gehören: (Erste Beispiele (Handelsnamen) von durch Merck hergestellten Verbindungen)
[Zweite Beispiele (Handelsnamen) von von Chisso hergestellten Verbindungen]

[Beispiel 1]

LIXON 5035XX
S-N-Übergang			← 30°C
Reinigungstemperatur			82,2°C
Viskosität	η	bei 20°C	24,3 mPa·s
		bei 0°C	70,8 mPa·s
		bei –20°C	287,9 mPa·s
Spezifischer Widerstand	ρ	bei 25°C	> 1 × 10¹³ω-cm
Optische Anisotropie	Δn	bei 25°C, 589 nm	0,0749
	n_ε		1,5582
	n_ρ		1,4833
Dielektrische Anisotropie	Δε	bei 25°C, 1 kHz	4,4
	ε\|\|		8,1
	ε⏊		3,7

[Beispiel 2]

LIXON 5036XX
S-N-Übergang			← 30°C
Reinigungstemperatur			91,8°C
Viskosität	η	bei 20°C	26,0 mPa·s
		bei 0°C	79,3 mPa·s
		bei –20°C	324,1 mPa·s
Spezifischer Widerstand	ρ	bei 25°C	> 1 × 10¹³ω-cm
Optische Anisotropie	Δn	bei 25°C, 589 nm	0,0754
	n_ε		1,5586
	n_ρ		1,4832
Dielektrische Anisotropie	Δε	bei 25°C, 1 kHz	4,5
	ε\|\|		8,1
	ε⏊		3,6

[Beispiel 3]

LIXON 5037XX
S-N-Übergang			← 20,0°C
Reinigungstemperatur			101,4°C
Viskosität	η	bei 20°C	28,9 mPa·s
		bei 0°C	93,5 mPa·s
		bei –20°C	370,6 mPa·s
Spezifischer Widerstand	ρ	bei 25°C	> 1 × 10¹³ω-cm
Optische Anisotropie	Δn	bei 25°C, 589 nm	0,0752
	n_ε		1,5584
	n_ρ		1,4832
Dielektrische Anisotropie	Δε	bei 25°C, 1 kHz	4,5
	ε\|\|		8,1
	ε⏊		3,6

[Beispiel 4]

LIXON 5038XX
S-N-Übergang			← 30°C
Reinigungstemperatur			81,6°C
Viskosität	η	bei 20°C	25,0 mPa·s
		bei 0°C	71,1 mPa·s
		bei –20°C	291,0 mPa·s
Spezifischer Widerstand	ρ	bei 25°C	> 1 × 10¹³ω-cm
Optische Anisotropie	Δn	bei 25°C, 589 nm	0,0813
	n_ε		1,5671
	n_ρ		1,4858
Dielektrische Anisotropie	Δε	bei 25°C, 1 kHz	4,6
	ε\|\|		8,3
	ε⏊		3,7

[Beispiel 5]

LIXON 5039XX
S-N-Übergang			← 30°C
Reinigungstemperatur			91,1°C
Viskosität	η	bei 20°C	25,2 mPa·s
		bei 0°C	77,6 mPa·s
		bei –20°C	317,2 mPa·s
Spezifischer Widerstand	ρ	bei 25°C	> 1 × 10¹³ω-cm
Optische Anisotropie	Δn	bei 25°C, 589 nm	0,0806 n_ε
	1,5658
	n_ρ		1,4852
Dielektrische Anisotropie	Δε	bei 25°C, 1 kHz	4,7
	ε\|\|		8,4
	ε⏊		3,7

[Beispiel 6]

LIXON 5040XX
S-N-Übergang			← 30°C
Reinigungstemperatur			101,8°C
Viskosität	η	bei 20°C	28,4 mPa·s
		bei 0°C	93,5 mPa·s
		bei –20°C	363,0 mPa·s
Spezifischer Widerstand	ρ	bei 25°C	> 1 × 10¹³ω-cm
Optische Anisotropie	Δn	bei 25°C, 589 nm	0,0794
	n_ε		1,5649
	n_ρ		1,4855
Dielektrische Anisotropie	Δε	bei 25°C, 1 kHz	4,7
	ε\|\|		8,3
	ε⏊		3,6

[Beispiel 7]

LIXON 5041XX
S-N-Übergang			← 30°C
Reinigungstemperatur			81,7°C
Viskosität	η	bei 20°C	25,4 mPa·s
		bei 0°C	748 mPa·s
		bei –20°C	302,0 mPa·s
Spezifischer Widerstand	ρ	bei 25°C	> 1 × 10¹³ω-cm
Optische Anisotropie	Δn	bei 25°C, 589 nm	0,0847
	n_ε		1,5715
	n_ρ		1,4868
Dielektrische Anisotropie	Δε	bei 25°C, 1 kHz	4,7
	ε\|\|		8,4
	ε⏊		3,7

[Beispiel 8]

LIXON 5043XX
S-N-Übergang			← 30°C
Reinigungstemperatur			101,9°C
Viskosität	η	bei 20°C	28,7 mPa·s
		bei 0°C	92,5 mPa·s
		bei –20°C	354,6 mPa·s
Spezifischer Widerstand	ρ	bei 25°C	> 1 × 10¹³ω-cm
Optische Anisotropie	Δn	bei 25°C, 589 nm	0,0850
	n_ε		1,5713
	n_ρ		1,4863
Dielektrische Anisotropie	Δε	bei 25°C, 1 kHz	4,9
	ε\|\|		8,5
	ε⏊		3,6

[Beispiel 9]

LIXON 5044XX
S-N-Übergang			← 30°C
Reinigungstemperatur			81,0°C
Viskosität	η	bei 20°C	24,4 mPa·s
		bei 0°C	71,3 mPa·s
		bei –20°C	293,1 mPa·s
Spezifischer Widerstand	ρ	bei 25°C	> 1 × 10¹³ω-cm
Optische Anisotropie	Δn	bei 25°C, 589 nm	0,0895
	n_ε		1,5784
	n_ρ		1,4889
Dielektrische Anisotropie	Δε	bei 25°C, 1 kHz	4,9
	ε\|\|		8,7
	ε⏊		3,8

[Beispiel 10]

LIXON 5046XX
S-N-Übergang			← 30°C
Reinigungstemperatur			100,3°C
Viskosität	η	bei 20°C	30,2 mPa·s
		bei 0°C	92,8 mPa·s
		bei –20°C	372,9 mPa·s
Spezifischer Widerstand	ρ	bei 25°C	> 1 × 10¹³ω-cm
Optische Anisotropie	Δn	bei 25°C, 589 nm	0,0895
	n_ε		1,5776
	n_ρ		1,4881
Dielektrische Anisotropie	Δε	bei 25°C, 1 kHz	4,9
	ε\|\|		8,6
	ε⏊		3,7

[Beispiel 11]

LIXON 5047XX
S-N-Übergang			← 30°C
Reinigungstemperatur			80,3°C
Viskosität	η	bei 20°C	25,0 mPa·s
		bei 0°C	74,0 mPa·s
		bei –20°C	306,8 mPa·s
Spezifischer Widerstand	ρ	bei 25°C	> 1 × 10¹³ω-cm
Optische Anisotropie	Δn	bei 25°C, 589 nm	0,0997
	n_ε		1,5922
	n_ρ		1,4925
Dielektrische Anisotropie	Δε	bei 25°C, 1 kHz	5,1
	ε\|\|		8,9
	ε⏊		3,8

[Beispiel 12]

LIXON 5049XX
S-N-Übergang			← 30°C
Reinigungstemperatur			101,0°C
Viskosität	η	bei 20°C	30,4 mPa·s
		bei 0°C	92,8 mPa·s
		bei –20°C	429,3 mPa·s
Spezifischer Widerstand	ρ	bei 25°C	> 1 × 10¹³ω-cm
Optische Anisotropie	Δn	bei 25°C, 589 nm	0,1015
	n_ε		1,5935
	n_ρ		1,4920
Dielektrische Anisotropie	Δε	bei 25°C, 1 kHz	5,1
	ε\|\|		8,8
	ε⏊		3,7

[Beispiel 13]

LIXON 5050XX
S-N-Übergang			← 30°C
Reinigungstemperatur			100,2°C
Viskosität	η	bei 20°C	23,5 mPa·s
		bei 0°C	69,1 mPa·s
		bei –20°C	291,3 mPa·s
Spezifischer Widerstand	ρ	bei 25°C	> 1 × 10¹³ω-cm
Optische Anisotropie	Δn	bei 25°C, 589 nm	0,0855
	n_ε		1,5732
	n_ρ		1,4877
Dielektrische Anisotropie	Δε	bei 25°C, 1 kHz	3,1
	ε\|\|		6,5
	ε⏊		3,4

[Beispiel 14]

LIXON 5051XX
S-N-Übergang			← 30°C
Reinigungstemperatur			101,5°C
Viskosität	η	bei 20°C	23,9 mPa·s
		bei 0°C	69,1 mPa·s
		bei –20°C	295,1 mPa·s
Spezifischer Widerstand	ρ	bei 25°C	> 1 × 10¹³ω-cm
Optische Anisotropie	Δn	bei 25°C, 589 nm	0,0803
	n_ε		1,5794
	n_ρ		1,4891
Dielektrische Anisotropie	Δε	bei 25°C, 1 kHz	3,1
	ε\|\|		6,5
	ε⏊		3,4

Steuerungsverfahren auf Grundlage eines Temperaturerfassungssignals
Wie es in den 30 und 31 dargestellt ist, differiert die Transmission einer mit derselben angelegten Steuerschaltungseinheit angesteuerten Flüssigkristallvorrichtung vom Positivtyp abhängig von einer Temperaturänderung. Jedoch ist eine Wiederholbarkeit der V-T-Charakteristik der Flüssigkristallvorrichtung, mit einer Variation abhängig von der Umgebungstemperatur wünschenswert. Beispielsweise kann, wie es in der 32 dargestellt ist, eine im Wesentlichen lineare Wandlungsbeziehung zwischen einer an den Flüssigkristall zum Erhalten einer Transmission bei 25°C angelegten Steuerschaltungseinheit und einer an die Flüssigkristallvorrichtung bei 65°C zum Erhalten derselben Transmission angelegten Steuerschaltungseinheit erhalten werden.
Demgemäß kann die Transmission der Flüssigkristallvorrichtung ohne einen Effekt einer Temperaturänderung im Allgemeinen dadurch konstant gehalten werden, dass die Umgebungstemperatur der Vorrichtung überwacht wird, die aktuelle Steuerschaltungseinheit in eine neue Steuerschaltungseinheit entsprechend der überwachten Umgebungstemperatur auf Grundlage der in der 32 dargestellten Wandlungsbeziehung korrigiert wird, oder eine aus einer Nachschlagetabelle ausgelesene Steuerschaltungseinheitsdifferenz (in der 29 dargestellt) entsprechend einer Steuerschaltungseinheit bei der überwachten Umgebungstemperatur (in der 32 dargestellt), zur aktuellen Steuerschaltungs einheit addiert oder von ihr abgezogen wird. Auf diese Weise kann eine Transmissionscharakteristik der Flüssigkristallvorrichtung, die weniger durch die Umgebungstemperatur beeinflusst ist, dadurch erzielt werden, dass die aktuelle Impulsspannung auf eine Steuerschaltungseinheit gesteuert wird, die der überwachten Umgebungstemperatur entspricht.
Erste Ausführungsform
Nun wird ein Konfigurationsbeispiel einer Lichtmodulationsvorrichtung gemäß der Erfindung unter Verwendung der in den 3A bis 3C dargestellten GH-Zelle unter Bezugnahme auf die 33, 34 sowie 35A bis 35C beschrieben.
Es wird auf die 33 Bezug genommen, in der eine Lichtmodulationsvorrichtung 23 mit einer GH-Zelle 12 und einer Polarisationsplatte 11 dargestellt ist. Die GH-Zelle 12, die zwischen zwei Glassubstraten (nicht dargestellt) eingeschlossen ist, enthält Flüssigkristallmoleküle vom Negativtyp als Wirtsmaterial sowie dichroitische Farbstoffmoleküle vom Positivtyp oder vom Negativtyp als Gastmaterial. Die Flüssigkristallmoleküle vom Negativtyp verfügen über eine Anisotropie der Dielektrizitätskonstante vom Negativtyp, und die dichroitischen Farbstoffmoleküle verfügen über eine Anisotropie der Lichtabsorption vom Positivtyp, wodurch sie Licht in der Ausrichtungsrichtung ihrer Hauptachsen absorbieren können. Die Lichtabsorptionsachse der Polarisationsplatte 11 ist auf solche Weise eingestellt, dass sie orthogonal zu derjenigen der GH-Zelle verläuft, wenn an diese eine Steuerschaltungseinheit angelegt wird.
Die Lichtmodulationsvorrichtung 23 wird zwischen einer vorderen Linsengruppe 15 und einer hinteren Linsengruppe 16 angeordnet, von denen jede aus mehreren Linsen, wie Zoomlinsen, besteht. Licht, das durch die vordere Linsengruppe 15 gelaufen ist, wird durch die Polarisationsplatte 11 linear polarisiert, und es wird dafür gesorgt, dass es auf die GH-Zelle 12 fällt. Das aus der GH-Zelle 12 austretende Licht wird durch die hintere Linsengruppe 16 gesammelt und als Bild auf einen Bildaufnahmeschirm 17 projiziert.
Die einen Teil der Lichtmodulationsvorrichtung 23 bildende Polarisationsplatte 11 ist in den effektiven optischen Pfad von Licht, für das dafür gesorgt ist, dass es auf die GH-Zelle 12 fällt, beweglich, oder sie ist aus diesem heraus beweglich. Genauer gesagt, kann die Polarisationsplatte 11 an eine durch eine gestrichelte Linie dargestellte Position bewegt werden, um so auf dem effektiven Lichtpfad heraus bewegt zu werden. Als Einrichtung zum Bewegen der Polarisationsplatte 11 in den effektiven optischen Lichtpfad, oder aus ihm heraus, kann eine mechanische Iris verwendet werden, wie sie in der 34 dargestellt ist.
Die mechanische Iris, die ein mechanisches Membranbauteil ist, wie es allgemein für eine digitale Stehbildkamera oder Videokamera verwendet wird, verfügt hauptsächlich über zwei Irisschneiden 18 und 19 sowie eine auf die Irisschneide 18 gesteckte Polarisationsplatte 11. Die Irisschneiden 18 und 19 sind in der vertikalen Richtung beweglich. Wie es in der 34 dargestellt ist, werden die Irisschneiden 18 und 19 durch einen Antriebsmotor (nicht dargestellt) relativ in den durch Pfeile 21 gekennzeichneten Richtungen bewegt.
Durch die Relativbewegung der Irisschneiden 18 und 19 überlappen diese teilweise miteinander, wie es in der 34 dargestellt ist, und wenn die Überlappungsfläche größer wird, wird eine Öffnung 22 im effektiven optischen Pfad 20, die nahe einem zentralen Abschnitt zwischen den Irisschneiden 18 und 19 positioniert ist, durch die Polarisationsplatte 11 bedeckt.
Die 35A bis 35C sind teilvergrößerte Ansichten eines Abschnitts der mechanischen Iris nahe dem effektiven optischen Pfad 20. Wenn die Irisschneide 18 nach unten bewegt wird und gleichzeitig die Irisschneide 19 nach oben bewegt wird, wird auch die auf die Irisschneide 18 gesteckte Polarisationsplatte 11 aus dem effektiven optischen Pfad 20 bewegt, wie es in der 35A dargestellt ist. Wenn dagegen die Irisschneide 18 nach oben bewegt wird und gleichzeitig die Irisschneide 19 nach unten bewegt wird, überlappen die Irisschneiden 18 und 19 miteinander, und, wie es in der 35B dargestellt ist, wird die Polarisationsplatte 11 in den effektiven optischen Pfad 20 bewegt, um die Öffnung 22 allmählich zu bedecken. Wie es in der 35C dargestellt ist, wird die Überlappungsfläche der Irisschneiden 18 und 19 größer, und die Polarisationsplatte 11 bedeckt schließlich vollkommen die Öffnung 20.
Nachfolgend wird der Betrieb der Lichtmodulationsvorrichtung 23 unter Verwendung der mechanischen Iris beschrieben.
Wenn ein Objekt (nicht dargestellt) hell wird, werden die Irisschneiden 18 und 19, die in den Richtungen nach oben und unten geöffnet werden, wie es in der 35A dargestellt ist, durch den Motor (nicht dargestellt) so angetrieben, dass sie allmählich miteinander überlappen. Einhergehend mit einer derartigen Bewegung der Irisschneiden 18 und 19 beginnt die auf die Irisschneide 18 aufgesteckte Polarisationsplatte 11 in den effektiven optischen Pfad 20 einzutreten, um dadurch die Öffnung 22 teilweise zu bedecken, wie es in der 35B dargestellt ist.
Dabei befindet sich die GH-Zelle 12 in einem Zustand, in dem sie kein Licht absorbieren darf, mit Ausnahme einer geringen Lichtabsorption aufgrund einer thermischen Fluktuation oder von Oberflächenreflexion. Demgemäß entspricht die Intensitätsverteilung des Lichts, das durch die Polarisationsplatte 11 gelaufen ist, nahezu derjenigen des Lichts, das durch die Öffnung 22 gelaufen ist.
Dann wird die Polarisationsplatte 11 in einen Zustand gebracht, in dem sie Öffnung 22 vollkommen bedeckt, wie es in der 35C dargestellt ist. Wenn in diesem Zustand die Helligkeit des Objekts stärker wird, nimmt die an die GH-Zelle 12 gelegte Steuerschaltungseinheit zu, um das Licht durch Absorbieren desselben in der GH-Zelle 12 zu modulieren.
Wenn dagegen im obigen Zustand das Objekt dunkel wird, wird die an die GH-Zelle 12 gelegte Steuerschaltungseinheit verringert oder unterbrochen, um den Lichtabsorptionseffekt durch sie zu beseitigen. Wenn das Objekt dunkler wird, wird die Irisschneide 18 nach unten bewegt, und die Irisschneide 19 wird durch den Motor (nicht dargestellt) nach oben bewegt, um die Polarisationsplatte 11 aus dem effektiven optischen Pfad 20 zu bewegen, wie es in der 35A dargestellt ist.
Gemäß dieser Ausführungsform wird, da die Polarisationsplatte 11, deren Transmission typischerweise im Bereich von 40 bis 50 % liegt, aus dem effektiven optischen Pfad 20 des Lichts herausbewegt werden kann, das Licht in ihr nicht absorbiert, mit dem Ergebnis, dass die maximale Transmission der Lichtmodulationsvorrichtung gemäß der Erfindung bis zu einem Wert erhöht werden kann, der bis zum Doppelten oder mehr der maximalen Transmission der Lichtmodulationsvorrichtung gemäß der einschlägigen Technik mit einer GH-Zelle und einer festen Polarisationsplatte entspricht. Es sei darauf hingewiesen, dass die minimale Transmission der Lichtmodulationsvorrichtung gemäß der Erfindung derjenigen der Lichtmodulationsvorrichtung gemäß der einschlägigen Technik entspricht.
Da die Polarisationsplatte 11 unter Verwendung der mechanischen Iris, wie sie in der Praxis für eine digitale Stehbildkamera verwendet wird, in den effektiven optischen Pfad von Licht hinein oder aus ihm herausbewegt wird, kann eine Lichtmodulationsvorrichtung mit der obigen Konfiguration leicht realisiert werden.
Da bei der Lichtmodulationsvorrichtung dieser Ausführungsform die GH-Zelle 12 verwendet ist, kann die Lichtmodulation auf effektive Weise durch die Kombination der Lichtmodulation durch die Polarisationsplatte 11 und die Lichtabsorption der GH-Zelle 12 ausgeführt werden.
Auf diese Weise ist es, durch die Lichtmodulationsvorrichtung dieser Ausführungsform, möglich, das Hell-Dunkel-Kontrastverhältnis zu verbessern und die Lichtmengenverteilung auf einem nahezu konstanten Wert zu halten.
Betreffend die bei dieser Ausführungsform verwendeten GH-Zelle 12 können, wenn als Wirtsmaterial Flüssigkristallmoleküle mit negativer Anisotropie der Dielektrizitätskonstante verwendet werden, als Gastmaterial dichroitische Farbstoffmoleküle vom Negativtyp (n-Typ) verwendet werden.
Bei der in den 1A bis 1C dargestellten Lichtmodulationsvorrichtung gemäß der einschlägigen Technik besteht ein Problem. Da die Polarisationsplatte 1 im effektiven optischen Pfad des Lichts fixiert ist, wird in ihr allgemein ein Teil des Lichts, beispielsweise 50 % desselben, aborbiert, und weiter kann Licht von der Oberfläche der Polarisationsplatte 1 reflektiert werden. Im Ergebnis kann die maximale Polarisationsplatte von durch die Polarisationsplatte 1 laufendem Licht einen bestimmten Wert, beispielsweise 50 %, nicht überschreiten, und demgemäß ist die Menge des durch die Lichtmodulationsvorrichtung laufenden Lichts durch die Lichtabsorption der Polarisationsplatte 1 deutlich verringert. Dieses Problem ist einer der Faktoren, die es erschweren, eine Lichtmodulationsvorrichtung unter Verwendung einer Flüssigkristallzelle dem praktischen Gebrauch zuzuführen.
Andererseits wurden verschiedene Arten von Lichtmodulationsvorrichtungen ohne Verwendung einer Polarisationsplatte vorgeschlagen. Zu Beispielen dieser Vor richtungen gehören ein Typ unter Verwendung eines Stapels zweier GH-Zellen, wobei die GH-Zelle in der ersten Schicht eine Polarisationskomponente in der Richtung identisch mit der des polarisierten Lichts absorbiert und die GH-Zelle in der zweiten Schicht eine Polarisationskomponente in der Richtung orthogonal zum polarisierten Licht absorbiert; ein Typ unter Verwendung eines Phasenübergangs zwischen einer cholesterischen Phase und einer nematischen Phase einer Flüssigkristallzelle; sowie ein Hochpolymer-Streutyp unter Verwendung der Streuung eines Flüssigkristalls.
Bei diesen Lichtmodulationsvorrichtung ohne Polarisationsplatte besteht ein Problem. Da das Verhältnis der optischen Dichte (Absorption ohne angelegte Steuerschaltungseinheit und mit angelegter Steuerschaltungseinheit den kleinen Wert von nur 5 aufweist, wie oben beschrieben, ist das Kontrastverhältnis der Vorrichtung zu klein, um auf normale Weise eine Lichtmodulation an irgendeiner Stelle in einem Weitenbereich von einer hellen Stelle bis zu einer dunklen Stelle auszuführen. Bei der Lichtmodulationsvorrichtung vom Hochpolymer-Streutyp besteht ein weiteres Problem einer deutlichen Beeinträchtigung, wenn die Vorrichtung für eine Bildaufnahmevorrichtung verwendet wird, der Bilderzeugungsfunktion eines optischen Systems derselben.
Die Lichtmodulationsvorrichtung gemäß der einschlägigen Technik zeigt ein weiteres Problem. Da die Transmission im transparenten Zustand abhängig von der Art einer für die Vorrichtung verwendeten Flüssigkristallvorrichtung dunkel werden kann, muss, wenn eine mit dieser Lichtmodulationsvorrichtung versehene Bildaufnahmevorrichtung in einem derartigen transparenten Zustand ein Bild ausreichender Bildmenge aufnehmen soll, die Lichtmodulationsvorrichtung vom optischen System der Bildaufnahmevorrichtung abgenommen werden.
Dagegen ist es, gemäß dieser Ausführungsform, da die Polarisationsplatte 11 in den effektiven optischen Pfad von Licht hinein oder aus ihm heraus beweglich ist, möglich, die Lichtmenge zu erhöhen, das Kontrastverhältnis zu verbessern und die Lichtmenge konstant zu halten.
Zweite Ausführungsform
Nun wird unter Bezugnahme auf die 36 bis 38 ein Beispiel beschrieben, bei dem die bei der ersten Ausführungsform beschriebene Lichtmodulationsvorrichtung 23 in eine CCD(Charge Coupled Device)-Kamera eingebaut ist.
Es wird auf die 36 Bezug genommen, in der eine CCD-Kamera 50 mit einer ersten Linsengruppe 51 und einer zweiten Linsengruppe (zum Zoomen) 52, die der oben beschriebenen vorderen Linsengruppe 15 entspricht; einer dritten Linsengruppe 53 und einer vierten Linsengruppe (zum Fokussieren) 54, die der oben beschriebenen hinteren Linsengruppe 16 entsprechen; und einem CCD-Baustein 55 dargestellt ist. Diese Komponenten der CCD-Kamera 50 sind in dieser Reihenfolge mit geeigneten Intervallen beabstandet voneinander entlang einer durch eine gestrichelte Linie dargestellten optischen Achse angeordnet. Im CCD-Baustein 55 sind ein Infrarotstrahlungsausblendfilter 55a, ein optisches Tiefpassfilter 55b und ein CCD-Bildaufnahmebauteil 55c enthalten. Die Lichtmodulationsvorrichtung 23 mit der GH-Zelle 12 und der Polarisationsplatte 11 gemäß der Erfindung zum Einstellen oder Begrenzen der Lichtmenge ist am selben optischen Pfad an einer Position angebracht, die zwischen der zweiten Linsengruppe 52 und der dritten Linsengruppe 53 liegt, während ein Versatz zur dritten Linsengruppe 53 vorliegt. Die vierte Linsengruppe 54 zum Fokussieren ist entlang dem optischen Pfad in einem Bereich zwischen der dritten Linsengruppe 53 und dem CCD-Baustein 55 durch einen Linearmotor 57 beweglich, und die zweite Linsengruppe 52 zum Zoomen ist entlang dem optischen Pfad in einem Bereich zwischen der ersten Linsenguppe 51 und der Lichtmodulationsvorrichtung 23 beweglich.
Die 37 zeigt einen Algorithmus einer Steuerungssequenz für die Transmission eines Kamerasystems durch die Lichtmodulationsvorrichtung 23.
Bei dieser Ausführungsform ist es, da die Lichtmodulationsvorrichtung 23 gemäß der Erfindung, die zwischen die zweiten Linsengruppe 52 und die dritte Linsengruppe 53 eingesetzt ist, die Lichtmenge aufgrund eines an sie gelegten elektrischen Felds einstellen kann, möglich, das System zu miniaturisieren und den effektiven Bereich eines optischen Pfads wesentlich zu verkleinern und demgemäß die CCD-Kamera zu miniaturisieren. Da die Lichtmenge durch den Wert einer an strukturierte Elektroden angelegten Steuerschaltungseinheit geeignet kontrolliert werden kann, ist es möglich, einen herkömmlichen Beugungseffekt zu verhindern und das Dimmen eines Bilds dadurch beseitigen, dass dafür gesorgt wird, dass eine ausreichende Lichtmenge auf die Bildaufnahmevorrichtung fällt.
Treiberschaltung des Kamerasystems
Die 38 ist ein Blockdiagramm, das eine Treiberschaltung der CCD-Kamera zeigt. Gemäß der 38 verfügt die CCD-Kamera über eine Treiberschaltungseinheit 60 der CCD-Bildaufnahmevorrichtung 55c, die auf der Lichtaustrittsseite der Lichtmodulationsvorrichtung 23 angeordnet ist. Ein Ausgangssignal von der CCD-Bildaufnahmevorrichtung 55c wird durch eine Y/C-Signalverarbeitungseinheit 61 verarbeitet und als Luminanzinformation (Y-Signal) an eine Treibersteuerungsschaltungseinheit 62 für eine GH-Zelle zurückgeführt. Die Umgebungstemperatur der GH-Zelle 12 wird durch einen Thermistor 65 erfasst, und die erfasste Temperaturinformation wird an die Steuerschaltungseinheit 62 zurückgeführt. Jeder Ansteuerungsimpuls, dessen Impulshöhe oder Impulsbreite synchron mit einem Grundtakt moduliert wird, der von der Treiberschaltungseinheit 60 auf Grundlage eines Steuerungssignals von der Steuerschaltungseinheit 62 erzeugt wird, wird von einer Impulserzeugungsschaltungseinheit 63 erzeugt. Die Steuerschaltungseinheit 62 und die Impulserzeugungsschaltungseinheit 63 bilden eine GH-Flüssigkristall-Treiberschaltungseinheit 64 zum Modulieren der Impulshöhe oder der Impulsbreite jedes Ansteuerungsimpulses.
Das oben beschriebene Kamerasystem kann durch ein anderes System ersetzt werden, bei dem aus der Lichtmodulationsvorrichtung 23 austretendes Licht durch einen Fotodetektor (oder eine Fotovervielfacherröhre) erfasst wird; durch den Fotodetektor erfasste Luminanzinformation des Lichts gemeinsam mit durch den Thermistor 65 erfasster Temperaturinformation an die Steuerschaltungseinheit 62 zurückgeführt wird, und durch die Impulserzeugungsschaltungseinheit alle Ansteuerungsimpulse erzeugt werden, deren Impulshöhe oder Impulsbreite synchron mit einem durch eine Treiberschaltungseinheit (nicht dargestellt) für eine GH-Zelle erzeugten Taktsignal auf Grundlage der obigen Luminanzinformation und Temperaturinformation moduliert wird.
Außerdem kann als Synchronisiersignal zum Ändern des GH-Steuersignalverlaufs in einer anderen Periode als einer CCD-Bildaufnahmeakkumulierzeit ein Grundtaktsignal wie ein Halbbilderkennungssignal, ein Vertikalsynchronisiersignal oder ein Austastsignal oder ein Rücksetztorsignal verwendet werden. Ferner können die Luminanzinformation und die Temperaturinformation unabhängig oder gleichzeitig zurückgeführt werden.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, dient diese Beschreibung nur zu veranschaulichenden Zwecken, und es ist zu beachten, dass viele Änderungen und Variationen vorgenommen werden können, ohne vom technischen Gedanken der Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise können die Struktur und das Material der Flüssigkristallvorrichtung und der Polarisationsplatte, ihres zugehörigen Antriebsmechanismus sowie die Konfiguration sowohl der Treiberschaltung als auch der Steuerschaltung auf verschiedene Weise geändert werden. Der Ansteuersignalverlauf jedes zwischen Elektroden gelegten Ansteuerungsimpulses kann ein rechteckiger, trapezförmiger oder sinusförmiger Signalverlauf sein, insoweit er Änderungen von Direktoren von Flüssigkristallmolekülen erlaubt, um die Transmission der Lichtmodulationsvorrichtung zu kontrollieren. Für die Einrichtung zum Erfassen der Temperatur der Lichtmodulationsvorrichtung besteht keine Einschränkung auf einen Thermistor, sondern es kann ein anderer Sensor sein.
Für die GH-Zelle besteht keine Einschränkung auf die bei den Ausführungsformen beschriebene, sondern sie kann eine GH-Zelle mit Doppelschichtstruktur sein. Obwohl die Position der Polarisationsplatte 11 in Bezug auf die GH-Zelle 12 bei der Ausführungsform eine solche zwischen der vorderen Linsengruppe 15 und der hinteren Linsengruppe 16 ist, besteht keine Einschränkung hierauf, sondern sie kann unter Berücksichtigung der Einstellbedingungen der Bildaufnahmelinsen geeignet bestimmt werden. Genauer gesagt, kann die Polarisationsplatte 11 auf der Objektseite oder der Seite der Bildaufnahmevorrichtung frei positioniert werden, beispielsweise an einer Position zwischen dem Bildaufnahmeschirm 17 und der hinteren Linsengruppe 16. Ferner kann die Polarisationsplatte 11 an der Vorderseite oder der Rückseite einer Einzellinse, abgeändert von der vorderen Linsengruppe 15 oder der hinteren Linsengruppe 16, angeordnet sein.
Für die Anzahl der Irisschneiden 18 und 19 besteht keine Einschränkung auf zwei, sondern es können zwei oder mehr sein. Die Irisschneiden 18 und 19 können in einer anderen Richtung als der vertikalen Richtung bewegt werden, um miteinander zu überlappen, oder sie können spiralförmig in der Richtung vom Umfang zum Zentrum bewegt werden.
Während die Polarisationsplatte 11 bei der Ausführungsform auf die Irisschneide 18 gesteckt ist, kann sie auf die Irisschneide 19 gesteckt sein.
Bei der Ausführungsform wird, wenn das Objekt hell wird, als Erstes eine Lichtmodulation durch Bewegen der Polarisationsplatte 11 ausgeführt, und dann wird eine Lichtabsorption durch die GH-Zelle 12 ausgeführt; jedoch kann, wenn das Objekt hell wird, als Erstes die Lichtabsorption durch die GH-Zelle 12 ausgeführt werden, bis die Transmission derselben auf einen spezifischen Wert verringert ist, und dann kann die Lichtmodulation durch Bewegen der Polarisationsplatte 11 ausgeführt werden.
Die Lichtmodulationsvorrichtung kann in Kombination mit einem Beliebigen bekannter Filtermaterialien verwendet werden, wie einem organischen elektrochromem Material, einem Flüssigkristall oder einem Elektrolumineszenzmaterial oder dergleichen.
Die Lichtmodulationsvorrichtung gemäß der Erfindung kann nicht nur für eine optische Blende einer Bildaufnahmevorrichtung wie einer CCD-Kamera verwendet werden, sondern auch für andere optische Systeme wie eine Lichtmengeneinstellvorrichtung für eine Maschine zur elektrofotografischen Reproduktion oder eine Einrichtung für optische Kommunikation. Die Lichtmodulationsvorrichtung kann nicht nur für ein optisches Filter sondern auch für andere Bildanzeigevorrichtungen zum Anzeigen von Zeichen oder Bildern verwendet werden.

Claims

Lichtmodulationsvorrichtung (23) mit: – einer Flüssigkristallvorrichtung (12); – einer Erfassungseinheit (65), die dazu ausgebildet ist, die Intensität von Transmissionslicht, das durch die Flüssigkristallvorrichtung gelaufen ist, oder die Temperatur der Umgebung derselben zu messen; – einer Steuerschaltungseinheit (62), die dazu ausgebildet, eine Sollintensität des Transmissionslichts abhängig von der Umgebungstemperatur der Flüssigkristallvorrichtung auf Grundlage des von der Erfassungseinheit gelieferten Erfassungswerts einzustellen; – einer Ansteuersignal-Erzeugungseinheit (60), die dazu ausgebildet ist, ein Ansteuersignal mit Ansteuerimpulsen zum Erzeugen der Sollintensität des Transmissionslichts zu erzeugen; und – einer Polarisationsplatte (11), die in einem optischen Pfad (5) von Licht angeordnet ist, das auf die Flüssigkristallvorrichtung (12) fällt; dadurch gekennzeichnet, dass – die Polarisationsplatte in einem beweglichen Teil einer mechanischen Iris (18, 19) auf solche Weise angeordnet ist, dass die durch Betreiben des beweglichen Teils der mechanischen Iris in den optischen Pfad oder aus diesem bewegbar ist.
Lichtmodulationsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Steuerschaltungseinheit (62) dazu ausgebildet ist, jeden Ansteuerimpuls mit einem Wechselsignalverlauf zu erzeugen, dessen Impulshöhe moduliert ist, oder jeden Ansteuerimpuls mit modulierter Impulsbreite oder Impulsdichte zu modulieren.
Lichtmodulationsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Impulsbreite jedes Ansteuerimpulses mit einem Grundsignalverlauf moduliert wird und die Impulshöhe des Ansteuerimpulses abhängig von der Umgebungstemperatur der Flüssigkristallvorrichtung (12) kontrolliert wird oder die Impulshöhe jedes Ansteuerimpulses mit einem Grundverlauf moduliert wird und die Impulsbreite desselben abhängig von der Umgebungstemperatur der Flüssigkristallvorrichtung moduliert wird.
Lichtmodulationsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der jeder Ansteuerimpuls synchron mit einem durch die Ansteuerschaltungseinheit erzeugten Taktsignal erzeugt wird.
Lichtmodulationsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Flüssigkristallvorrichtung eine solche vom Gast-Wirt-Typ ist.
Lichtmodulationsvorrichtung nach Anspruch 5, bei der ein Wirtsmaterial (13) ein Flüssigkristall vom Negativ- oder Positiv-Typ mit negativer oder positiver Anisotropie der Dielektrizitätskonstante ist.
Lichtmodulationsvorrichtung nach Anspruch 5, bei der ein Gastmaterial (14) der Flüssigkristallvorrichtung (12) ein dichroitisches Farbstoffmolekülmaterial vom Positiv- oder Negativ-Typ mit positiver oder negativer Anisotropie der Lichtabsorption ist.
Lichtmodulationsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Ansteuerelektrode der Flüssigkristallvorrichtung (12) zumindest über dem gesamten Bereich eines effektiven Lichttransmissionsabschnitts ausgebildet ist.
Bildaufnahmevorrichtung – mit einer Lichtmodulationsvorrichtung (23) nach Anspruch 1, – wobei diese Lichtmodulationsvorrichtung (23) in einem optischen Pfad (5) eines optischen Systems der Bildaufnahmevorrichtung angeordnet ist.
Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Steuerschaltungseinheit (62) dazu ausgebildet ist, jeden Ansteuerimpuls mit einem Wechselsignalverlauf zu erzeugen, dessen Impulshöhe moduliert ist, oder jeden Ansteuerimpuls mit modulierter Impulsbreite oder Impulsdichte zu modulieren.
Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Impulsbreite jedes Ansteuerimpulses mit einem Grundsignalverlauf moduliert wird und die Impulshöhe des Ansteuerimpulses abhängig von der Umgebungstemperatur der Flüssigkristallvorrichtung (12) kontrolliert wird oder die Impulshöhe jedes Ansteuerimpulses mit einem Grundverlauf moduliert wird und die Impulsbreite desselben abhängig von der Umgebungstemperatur der Flüssigkristallvorrichtung moduliert wird.
Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 9, bei der jeder Ansteuerimpuls synchron mit einem durch die Ansteuerschaltungseinheit (60) erzeugten Taktsignal erzeugt wird.
Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Flüssigkristallvorrichtung (12) eine solche vom Gast-Wirt-Typ ist.
Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 13, bei der ein Wirtsmaterial (13) ein Flüssigkristall (12) vom Negativ- oder Positiv-Typ mit negativer oder positiver Anisotropie der Dielektrizitätskonstante ist.
Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 13, bei der ein Gastmaterial (14) der Flüssigkristallvorrichtung (12) ein dichroitisches Farbstoffmolekülmaterial vom Positiv- oder Negativ-Typ mit positiver oder negativer Anisotropie der Lichtabsorption ist.
Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 9, bei der eine Ansteuerelektrode der Flüssigkristallvorrichtung zumindest über dem gesamten Bereich eines effektiven Lichttransmissionsabschnitts ausgebildet ist.
Verfahren zum Ansteuern einer Lichtmodulationsvorrichtung (23) nach Anspruch 1, mit den folgenden Schritten: – Erfassen der Intensität von Transmissionslicht, das durch die Flüssigkristallvorrichtung (12) gelaufen ist, oder der Umgebungstemperatur derselben; – Einstellen einer Sollintensität des Transmissionslichts abhängig von der Umgebungstemperatur der Flüssigkristallvorrichtung auf Grundlage eines von der Erfassungseinheit gelieferten Erfassungswerts; – Bewegen des Polarisators in den optischen Pfad oder aus diesem heraus; und – Erzeugen eines Ansteuersignals, das dazu verwendet wird, die Sollintensität des Transmissionslichts zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Transmission durch Folgendes kontrolliert wird: – Überwachen des Transmissionslichts, Zurückführen der Erfassungsinformation an die Steuerschaltungseinheit (62) und Einstellen der Intensität des Transmissionslichts durch diese auf einen konstanten Wert auf Grundlage der Erfassungsinformation, oder – Überwachen der Umgebungstemperatur der Flüssigkristallvorrichtung (12), Zurückführen der Erfassungsinformation an die Steuerschaltungseinheit, Vergleichen derselben mit einem vorbestimmten, charakteristischen Wert, und Einstellen der Intensität des Transmissionslichts durch die Steuerschaltungseinheit (62) auf einen konstanten Wert auf Grundlage der verglichenen Erfassungsinformation.
Verfahren zum Ansteuern einer Lichtmodulationsvorrichtung nach Anspruch 17, bei dem die Steuerschaltungseinheit (62) jeden Ansteuerimpuls mit einem Wechselsignalverlauf, dessen Impulshöhe moduliert ist, oder jeden Ansteuerimpuls mit modulierter Impulsbreite oder Impulsdichte zu modulieren, erzeugt.
Verfahren zum Ansteuern einer Lichtmodulationsvorrichtung nach Anspruch 18, bei dem die Impulsbreite jedes Ansteuerimpulses mit einem Grundsignalverlauf moduliert wird und die Impulshöhe des Ansteuerimpulses abhängig von der Umgebungstemperatur der Flüssigkristallvorrichtung (12) kontrolliert wird oder die Impulshöhe jedes Ansteuerimpulses mit einem Grundverlauf moduliert wird und die Impulsbreite desselben abhängig von der Umgebungstemperatur der Flüssigkristallvorrichtung moduliert wird.
Verfahren zum Ansteuern einer Lichtmodulationsvorrichtung nach Anspruch 1, bei dem jeder Ansteuerimpuls synchron mit einem durch eine in der Lichtmodulationsvorrichtung (23) vorhandene Ansteuerschaltungseinheit erzeugten Taktsignal erzeugt wird.
Verfahren zum Ansteuern einer Lichtmodulationsvorrichtung nach Anspruch 17, bei dem die Flüssigkristallvorrichtung (12) eine solche vom Gast-Wirt-Typ ist.
Verfahren zum Ansteuern einer Lichtmodulationsvorrichtung (23) nach Anspruch 22, bei dem ein Wirtsmaterial (13) der Flüssigkristallvorrichtung (12) ein Flüssigkristall vom Negativ- oder Positiv-Typ mit negativer oder positiver Anisotropie der Dielektrizitätskonstante ist.
Verfahren zum Ansteuern einer Lichtmodulationsvorrichtung nach Anspruch 22, bei dem ein Gastmaterial (4) der Flüssigkristallvorrichtung (12) ein dichroitisches Farbstoffmolekülmaterial vom Positiv- oder Negativ-Typ mit positiver oder negativer Anisotropie der Lichtabsorption ist.
Verfahren zum Ansteuern einer Lichtmodulationsvorrichtung nach Anspruch 17, bei der eine Ansteuerelektrode der Flüssigkristallvorrichtung (12) zumindest über dem gesamten Bereich eines effektiven Lichttransmissionsabschnitts ausgebildet ist.
Verfahren zum Ansteuern einer Bildaufnahmevorrichtung (23) nach Anspruch 9, mit den folgenden Schritten: – Erfassen der Intensität von Transmissionslicht, das durch die Flüssigkristallvorrichtung (12) gelaufen ist, oder der Umgebungstemperatur derselben; – Einstellen einer Sollintensität des Transmissionslichts abhängig von der Umgebungstemperatur der Flüssigkristallvorrichtung auf Grundlage eines von der Erfassungseinheit gelieferten Erfassungswerts; – Bewegen des Polarisators in den optischen Pfad oder aus diesem heraus; und – Erzeugen eines Ansteuersignals, das dazu verwendet wird, die Sollintensität des Transmissionslichts zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 26, bei dem die Transmission durch Folgendes kontrolliert wird: Überwachen des Transmissionslichts, Zurückführen der Erfassungsinformation an die Steuerschaltungseinheit (62) und Einstellen der Intensität des Transmissionslichts durch diese auf einen konstanten Wert auf Grundlage der Erfassungsinformation, oder Überwachen der Umgebungstemperatur der Flüssigkristallvorrichtung (12), Zurückführen der Erfassungsinformation an die Steuerschaltungseinheit (62), Vergleichen derselben mit einem vorbestimmten, charakteristischen Wert, und Einstellen der Intensität des Transmissionslichts durch die Steuerschaltungseinheit (62) auf einen konstanten Wert auf Grundlage der verglichenen Erfassungsinformation.
Verfahren zum Ansteuern einer Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 26, bei dem die Steuerschaltungseinheit jeden Ansteuerimpuls mit einem Wechselsignalverlauf, dessen Impulshöhe moduliert ist, oder jeden Ansteuerimpuls mit modulierter Impulsbreite oder Impulsdichte zu modulieren, erzeugt.
Verfahren zum Ansteuern einer Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 27, bei dem die Impulsbreite jedes Ansteuerimpulses mit einem Grundsignalverlauf moduliert wird und die Impulshöhe des Ansteuerimpulses abhängig von der Umgebungstemperatur der Flüssigkristallvorrichtung (12) kontrolliert wird oder die Impulshöhe jedes Ansteuerimpulses mit einem Grundverlauf moduliert wird und die Impulsbreite desselben abhängig von der Umgebungstemperatur der Flüssigkristallvorrichtung moduliert wird.
Verfahren zum Ansteuern einer Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, bei dem jeder Ansteuerimpuls synchron mit einem durch eine in der Lichtmodulationsvorrichtung vorhandene Ansteuerschaltungseinheit (60) erzeugten Taktsignal erzeugt wird.
Verfahren zum Ansteuern einer Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 26, bei dem die Flüssigkristallvorrichtung eine solche (12) vom Gast-Wirt-Typ ist.
Verfahren zum Ansteuern einer Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 31, bei dem ein Wirtsmaterial (4) der Flüssigkristallvorrichtung (12) ein Flüssigkristall vom Negativ- oder Positiv-Typ mit negativer oder positiver Anisotropie der Dielektrizitätskonstante ist.
Verfahren zum Ansteuern einer Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 31, bei dem ein Gastmaterial (14) der Flüssigkristallvorrichtung (12) ein dichroitisches Farbstoffmolekülmaterial vom Positiv- oder Negativ-Typ mit positiver oder negativer Anisotropie der Lichtabsorption ist.
Verfahren zum Ansteuern einer Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 26, bei der eine Ansteuerelektrode der Flüssigkristallvorrichtung (12) zumindest über dem gesamten Bereich eines effektiven Lichttransmissionsabschnitts ausgebildet ist.