DE69227221T2 - Räumlicher Lichtmodulator mit Flüssigkristall - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen optisch schreibbaren Raumlichtmodulator vom Flüssigkristalltyp gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Antriebsmethode dafür, der in einer Bildverarbeitungsvorrichtung und einer optischen Informationsverarbeitungsvorrichtung eingesetzt werden kann. So ein optisch schreibbarer Raumlichtmodulator sowie seine Antriebsmethode sind z. B. bekannt aus Applied Optics, Bd. 28 Nr. 22, November 1989, New York, US; S 4763-4771, D. Armitage et al.: "Photoaddressed Liquid Crystal SLM", der sich hauptsächlich mit der Anwendung von nematischen Flüssigkristallen befaßt. Die vorliegende Erfindung konzentriert sich jedoch auf einen Flüssigkristalltyp, der aus einem ferroelektrischen Flüssigkristalltyp mit optischer Bistabilität besteht.
• Herkömmlicherweise wird der Raumlichtmodulator vom ferroelektrischen Flüssigkristalltyp als optische Vorrichtung zum Modulieren einer Intensität einer eingegebenen Bildinformation auf Echtzeitbasis benutzt, um das modulierte Ergebnis auszugeben. Im allgemeinen wird das ausgegebene Bild eine dualisierte Form des eingegebenen Bildes sein. Ferner haben die Erfinder im Japanischen Patent Nr. 4119318 ein Verfahren zum Treiben des obigen optischen Modulators geoffenbart, um ein ausgegebenes Bild zu erzeugen, das eine kontinuierliche Abstufung aufweist.
• Jedoch wird mit herkömmlichen Treibermethoden nur ein ausgegebenes Bild erzeugt, das einer Intensitätsverteilung eines eingegebenen Bildes zugeordnet ist. Es könnte kein ausgegebenes Bild mit verstärkter oder ausgeblendeter Kante direkt erzeugt werden, was doch für die Technik der Weiterverarbeitung optischer Informationen sehr nützlich wäre.
• Angesichts der Nachteile der bekannten optischen Modulatoren und herkömmlichen Treiberverfahren ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Direktfunktion zur Verstärkung bzw. zum Ausblenden der Bildkanten vorzusehen, die für die Technik der Weiterverarbeitung optischer Informationen verwendbar ist, ohne eine besondere Vorrichtungsstruktur zu benutzen.
• Die ferroelektrische Flüssigkristallschicht wird so weit ausgedünnt, daß ihre Schichtdicke auf weniger als einen natürlichen Schraubengang reduziert wird, so daß sich die Flüssigkristallmoleküle aus der Schraubentextur in einer Einkristalltextur anordnen. Diese Einkristalltextur entwickelt eine bistabile Funktion so daß, wenn eine bipolare Impulsspannung oder eine Rechteckwellenspannung mit einer Größenordnung über einer Schwellenhöhe an die Flüssigkristallschicht angelegt wird, sich spontan eine Polarisierung des Flüssigkristalls stark an ein elektrisches Feld der angelegten Spannung ankoppelt.
• Der optisch schaltbare Raumlichtmodulator vom ferroelektrischen Flüssigkristalltyp in Kombination mit der lichtleitenden Dünnschicht hat im Grunde die gleiche Funktion. Nämlich, die Höhe der angelegten Spannung, eine Intensität des Aus leselichts und die Intensität des Schreiblichts werden auf geeignete Weise so eingestellt, daß ein optisch eingegebenes Bild aus Binärdaten geschrieben und so wie es ist in Binärform gespeichert wird.
• Falls das optisch eingegebene Bild eine Abstufung aufweist, wird der binäre Antrieb unter Verwendung einer Impulsspannung aktiviert, so daß das geschriebene Bild dualisiert und gemäß einer Impuls-Schwellenspannung gespeichert wird. Alternativ kann ein gestufter Antrieb ausgeführt werden unter Verwendung einer Rechteckwellenspannung, die mit einer DC-Vorspannung überlagert wird, um ein gestuftes Bild entsprechend einer Intensitätsverteilung des Eingangsbildes auszulesen.
• Zur Lösung der obigen Probleme wird der erfindungsgemäße Raumlichtmodulator des ferroelektrischen Flüssigkristalltyps so konstruiert, daß ein optisches Lesesystem in einen Gekreuzter-Nicols-Modus gesetzt wird und eine Polarisierungsachse des einfallenden linearpolarisierten Lichts desselben entlang einer Zwischenrichtung zwischen einem Paar optischer Achsen bistabiler Zustände des ferroelektrischen Flüssigkristalls ausgerichtet wird, oder die Polarisierungsachse wird senkrecht zu der Zwischenrichtung ausgerichtet. Ein bipolarer Impuls wird angelegt während ein Schreiblicht und ein Leselicht kontinuierlich eingestrahlt wird, um den Modulator zu treiben und so direkt ein kantenverstärktes oder kantenausgeblendetes Bild zu schaffen, das verwendbar für die Verarbeitung der optischen Information sein könnte.
• Im Falle, daß der Raumlichtmodulator mit einem dielektrischen Spiegel versehen ist, kann die Intensität des Leselichts verstärkt werden ohne die Schreibfunktion des Raumlichtmodulators zu beeinflussen, weil die photoleitende Dünnschicht vom Leselicht nicht bestrahlt wird, und produziert somit ein helles und klar ausgelesenes Bild.
• Ferner wird mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens des Treibens des Raumlichtmodulators vom ferroelektrischen Typ anstatt Anwendens der herkömmlichen bipolaren Impulsspannung oder der Rechteckwellenspannung der Modulator der Reihe nach mit einer ersten Impulsspannung, die so bewirkt, daß ein Bild gelöscht oder rückgestellt wird, einer zweiten Impulsspannung umgekehrter Polarität, wie die der ersten Impulsspannung zum Schreiben eines Bildes, und einer dritten Impulsspannung der gleichen Polarität wie die erste Impulsspannung zum Löschen eines Teils des geschriebenen Bildes mit Ausnahme einer Kante desselben beschickt, um so ein kantenverstärktes Bild abzuspeichern. Bei einer solchen Treibmethode werden das Schreiblicht und das Ausleselicht kontinuierlich auf die optische Eingangsbildinformation abgestrahlt, so daß das kantenverstärkte oder kantenausgeblendete Bild direkt produziert wird, das in der Technik der Weiterverarbeitung optischer Informationen verwendbar ist.
• Erfindungsgemäß wird der Raumlichtmodulator vom ferroelektrischen Flüssigkristalltyp so betrieben, daß das optische Auslesesystem in den Gekreuzter-Nicols-Modus gesetzt wird und die Polarisationsachse des linear polarisierten einfallenden Lichts entlang einer Zwischenrichtung zwischen einem optischen Achsenpaar der bistabilen Zustände des ferroelektrischen Flüssigkristalls ausgerichtet wird, oder die Polarisationsachse wird senkrecht zur Zwischenrichtung ausgerichtet. Die Impulse der entgegengesetzten Polaritäten werden angelegt während das Schreiblicht und das Ausleselicht kontinuierlich einstrahlen, um den Modulator anzutreiben. Durch einen solchen Betrieb kann eine Übertragungslichtintensität durch einen stabilen Zustand der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle im gelöschten Zustand einer anderen Lichtübertragungsintensität durch einen anderen stabilen Zustand der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle gleichgesetzt werden, die durch die Schreiboperation umgekehrt werden. Bei dieser Operation wird eine Bildinformation durch das Schreiblicht geschrieben, so daß die ferroelektrische Flüssigkristallschicht zwei unterschiedliche Gebiete der bistabilen Zustände nach dem Löschen aufweist. Erfindungsgemäß sind diese zwei Bereiche optisch äquivalent; jedoch wird zwischen den zwei regulären Bereichen eine unregelmäßige Zone gelassen, so daß die ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle in den unregelmäßigen Bereichen nicht einachsig ausgerichtet werden. Erfindungsgemäß wird diese unregelmäßige Zone ausgelesen, daher unterscheidet sich die Grenzzone optisch von den anderen Bereichen, wodurch ein Ausgangsbild erzielt wird, das nur aus einer ausgeblendeten Kantenlinie besteht.
• Ferner wird laut dem erfindungsgemäßen Treibverfahren nach Anlegen der ersten Impulsspannung zwecks Löschen oder Rückstellen des alten Bildes die zweite Impulsspannung mit umgekehrter Polarität angelegt, um das binäre Schreiben eines gegebenen Bildes zu bewirkt. Auf dieser Stufe wird zunächst an einer Eingabefläche der photoleitenden Dünnschicht ein elektrischer Träger generiert. Dann bewegt sich der Träger vertikal durch die photoleitende Dünnschicht, um so ein elektrisches Feld an die ferroelektrische Flüssigkristallschicht anzulegen, um eine Umkehrung der Flüssigkristallmoleküle zu bewirken, während der Träger horizontal entlang der Eingabe- und Ausgabefläche der photoleitenden Dünnschicht wandert bzw. diffundiert. Das geschriebene d.i. aufgezeichnete Bild wird infolge der horizontalen Diffusion des Trägers gegenüber dem eingegebenen Originalbild etwas erweitert. Ähnliches beobachtet man in dem Fall, daß ein abgestuftes Eingabebild in einer dualisierten Form aufgezeichnet wird. Die Polarität des angelegten elektrischen Feldes wird so eingestellt, daß sich ein Elektron zur ferroelektrischen Flüssigkristallschicht bewegt. Der wirksame Träger bei der Schreiboperation ist nämlich das Elektron. Ferner wird die dritte Impulsspannung der gleichen Polarität wie die erste Impulsspannung so angelegt, daß ein größerer Teil des geschriebenen Bildes gelöscht wird, mit Ausnahme des Kantenteils, so daß ein kantenverstärktes Bild abgespeichert wird. Wenn die dritte Impulsspannung angelegt wird, bewegt sich ein Träger senkrecht, ähnlich wie in dem Augenblick, in dem die zweite Impulsspannung angelegt wird. Da die Polarität entgegengesetzt ist, besteht der sich bewegende Träger aus Löchern, so daß der horizontale Diffusionsgrad derselben kleiner ist als beim Anlegen der zweiten Spannung. Wenn das Loch eine Grenze zur ferroelektrischen Flüssigkristallschicht erreicht, wird das geschriebene Bild innerhalb des aktivierten Bereichs gelöscht. Der horizontale Diffusionsgrad wird leicht reduziert, während sich das eingegebene Bild beim Umschalten zwischen dem zweiten und dem dritten Impuls nicht ändert, daher blendet der Modulator eine Kante des Eingabebildes aus und speichert eine Kante des eingegebenen Bildes, was dem horizontal vergrößerten Bereich des geschriebenen Bildes entspricht, das durch das Anlegen des zweiten Impulses aufgezeichnet wird.
• Laut der obigen Beschreibung wird der Raumlichtmodulator vom ferroelektrischen Flüssigkristalltyp mit der erfindungsgemäßen Antriebsmethode betrieben, um direkt ein kantenverstärktes bzw. kantenausgeblendetes Bild zu erzeugen, das zum Weiterverarbeiten der optischen Information verwendbar ist.
• Fig. 1 ist ein Diagramm, das die relative Einstellung der Molekülachsenrichtungen ferroelektrischer Flüssigkristallmoleküle in bistabilen Zuständen und Polarisationsachsen des Polarisators und Analysators eines optischen Lesesystems im erfindungsgemäßen Raumlichtmodulator aus ferroelektrischen Flüssigkristallen zeigt.
• Fig. 2 ist eine Prinzipskizze, die das Prinzip der erfindungsgemäßen Kantenverstärkungsoperation zeigt.
• Fig. 3 ist eine Prinzipskizze, die eine Struktur des erfindungsgemäßen Raumlichtmodulators zeigt.
• Fig. 4 ist ein Blockschaltbild des optischen Systems für Schreib- und Leseoperationen.
• Fig. 5(A) und Fig. 5(B) sind Kennlinienfelder, die eine Antriebswellenform des erfindungsgemäßen Raumlichtmodulators und eine optische Reaktion des Raumlichtmodulators darstellt, der in eine Gekreuzte-Nicols-Bedingung eingestellt ist.
• Fig. 6 ist eine schematische Darstellung, die das Prinzip der Kantenverstärkungsoperation gemäß der Erfindung erklärt.
• Fig. 7 ist eine schematische Darstellung, die das Prinzip der Kantenverstärkungsoperation gemäß der Erfindung zeigt.
• Fig. 8 ist eine schematische Darstellung, die das Prinzip der Kantenverstärkungsoperation gemäß der Erfindung zeigt.
• Nachstehend soll die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausbildungsformen und Zeichnungen in Einzelheiten beschrieben werden.
• Fig. 3 ist eine schematische Darstellung, die ein Lichtsteuergerät zeigt, das in einem erfindungsgemäßen Raumlichtmodulator vom ferroelektrischen Flüssigkristalltyp im optisch beschreibbaren Modus benutzt wird. Flüssigkristallmoleküle sind in einem Substratpaar 31a und 31b eingefaßt, das aus einem Paar durchsichtiger Glasplatten mit einer Dicke von je 5 mm besteht und deren beide Flächen poliert sind, um eine Planparallelität von weniger als λ/5 zu garantieren, wobei λ eine Wellenlänge eines He-Ne-Laserstrahls bezeichnet. Durchsichtige ITO Elektrodenschichten 32a, 32b sind auf Oberflächen der entsprechenden Substrate ausgebildet. Die eine durchsichtige Elektrodenlage 32a ist auf einer optisch beschreibbaren Seite geformt und wird darauf in einer photoleitenden Schicht 35 mit 2,5 um Dicke gebildet, bestehend aus hydriertem amorphen Silicium (a-Si : H). Ferner sind Ausrichtlagen 33a, 33b auf den entsprechenden Substraten ausgebildet, so daß das Siliciummonoxid schräg in einem Einfallswinkel von 85 relativ zur Normalen jedes Substrats aufgedampft wird und zwar so, daß die entsprechenden Einfallswinkel zwischen der Schreib- und der Leseseite miteinander zusammenfallen, sobald das Substratpaar zusammengekoppelt ist.
• Die beiden Substratplatten werden durch einen peripheren Schließer aneinander befestigt, der mit Hilfe eines Reliefdruckverfahren aufgebracht wird. Dieser Schließer enthält dispergierte Siliciumdioxidkugeln mit einem Durchschnittsdurchmesser von 1,0 um. Zwischen den Substraten bleibt ein Spalt zum Aufnehmen der ferroelektrischen Flüssigkristalle.
• Ein ferroelektrisches Flüssigkristallgemisch 34 besteht z. B. aus SCE-13 (hergestellt von BDH). Das Gemisch wird erwärmt über eine nematische isotrope Phasen-Übergangstemperatur. Danach wird das Gemisch unter Vakuum in den Spalt gespritzt und wird dann langsam auf eine smektische C-Phase abgekühlt, um eine einheitliche Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle zu erreichen.
• Als nächstes wird die Betriebsfunktion des gebauten Raumlichtmodulator beschrieben.
• Fig. 4 ist ein Diagramm eines optischen Systems, das experimentell bei Schreibe-, und Leseoperationen benutzt wurde. Ein Raumlichtmodulator 41 wird auf einer Bühne 43 eines Polari sationsmikroskops 42 vom Reflexionstyp mit eingestellter Gekreuzte-Nicols-Bedingung gesetzt. Eine Treiberspannung 44 wird zwischen die gegenüberliegenden durchsichtigen Elektroden des Modulators 41 gelegt. Eine PIN-Photodiode 46 ist auf einer Fokalebene eines Okulars des polarisierenden Mikroskops angeordnet, so daß eine optische Reaktion eines Beleuchtungslichts 47 nach dem Modulieren und Reflektieren durch den Raumlichtmodulator erfaßt wird. Die erfaßte optische Reaktion wird in einem Oszilloskop 48 zusammen mit der Wellenform der angelegten Spannung angezeigt.
• Fig. 1 ist ein Diagramm, das relative Einstellungen der entsprechenden Molekülachsenrichtungen in bistabilen Zuständen der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle und entsprechende Polarisierungsachsen eines Polarisators und eines Analysators des optischen Lesesystems im erfindungsgemäßen Raumlichtmodulator vom ferroelektrischen Flüssigkristalltyp zeigt. Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm, das das Prinzip der erfindungsgemäßen Kantenverstärkungsoperation zeigt.
• In der vorliegenden Erfindung wird im Gegensatz zu herkömmlichen optischen Lesesystemen der Raumlichtmodulator vom ferroelektrischen Flüssigkristalltyp gebaut wie in Fig. 1 gezeigt wird, so daß eine Polarisationsachse eines linear polarisierten einfallenden Lichts des optischen Lesesystems sich unter der Gekreuzte-Nicols-Bedingung an einer Zwischenrichtung zwischen einem Paar optischer Achsen der bistabilen Zustände des ferroelektrischen Flüssigkristalls ausrichtet, oder die Polarisierungsachse senkrecht auf der Zwischenrichtung steht.
• In dieser Ausführungsform sind der Polarisator und der Analysator in den Zustand der Gekreuzte-Nicols-Bedingung eingestellt. Dann wird ein einziger Impuls angelegt, um einen abgespeicherten oder stabilen Zustand zu erstellen während ein Schreiblicht gleichmäßig über den Aktivbereich des Modulators abgestrahlt wird. Der Raumlichtmodulator des abgespeicherten Zustands wird rotiert, um die optische Achsenrichtung 11' eines stabilen Zustands 11 der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle einzustellen. Anschließend wird ein weiterer einziger Impuls angelegt, um einen anderen abgespeicherten oder stabilen Zustand zu erzeugen. Dann wird der räumliche optische Modulator gedreht, um eine weitere optische Achse 12' eines anderen stabilen Zustands 12 der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle zu erfassen. In der vorliegenden Ausführungsform schneiden sich die zwei optischen Achsen 11' und 12' in einem Kegelwinkel 13 von 45º. Ferner wird der Raumlichtmodulator so rotiert, daß eine Polarisationsrichtung 14 des durch den Polarisator einfallenden Leselichts gerade zwischen die zwei optischen Achsenrichtungen 11' und 12' ausgerichtet wird. Andererseits wird der Analysator mit einer anderen Polarisierungsrichtung 15 in den Zustand der Gekreuzte-Nicols-Bedingung relativ zum Polarisator gesetzt.
• In der oben beschriebenen Einstellung werden Impulse entgegengesetzter Polarität zum Antrieb des Modulators angelegt während das Schreiblicht und das Leselicht kontinuierlich abgestrahlt wird. Durch diese Konstruktion und Operation kann ein von einem stabilen Zustand der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle im gelöschten Zustand abgestrahltes Licht einem anderen, aus einem anderen stabilen Zustand abgestrahlten Licht gleichgesetzt werden, in dem die ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle durch die Schreiboperation umgedreht werden. Die Fig. 2 wird zur Erklärung dieser Funktion angezogen. Im allgemeinen hat die ferroelektrische Flüssigkristallschicht eine gefaltete Struktur, die als Zickzackstruktur angesprochen wird; diese gefaltete Struktur kann jedoch auch keine Auswirkung im optischer Sinn haben in dem Falle, daß ein linear polarisiertes Licht auf eine Schicht trifft, in der ferroelektrische Flüssigkristallmoleküle planar ausgerichtet sind.
• In Wirklichkeit kann der Effekt auftreten, daß ein wirksamer Kegelwinkel reduziert wird; das verursacht jedoch keine Probleme, weil sich die Erfassung der optischen Achsen 11' und 12' auf die augenblickliche Messung gründet. Ein einfallendes Licht pflanzt sich durch die Lage der einachsig ausgerichteten ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle fort über eine Entfernung, die zweimal so groß ist wie eine physikalische Dicke d (d = 1,0 um in der vorliegenden Ausführungsform) der ferroelektrischen Flüssigkristallschicht des Raumlichtmodulators, da der Modulator vom Reflexionstyp ist. Sofern die Polarisierungsachse des linear polarisierten Eingangslichts entlang der Y-Achse in Fig. 2 ausgerichtet ist und sich mit einer optischen Achse 21 des ferroelektrischen Flüssigkristalls, der ein einem der bistabilen Zustände gehalten wird, in einem Winkel θ (θ = 22,5º in der vorliegenden Ausführungsform) schneidet, wird das Ausgangslicht durch die nachstehende Formel 1 wiedergegeben.
• Formel 1:
• (Ex/cosθ)² + (Ey/cosθ)² - 2(ExEy/cosθsinθ)cosδ = EO²sin²δ
• dabei ist δ = 2d(Ke-Ko), und Ex und Ey bezeichnen entsprechend elektrische Feldkomponenten in x- und y-Richtung, und ferner ist Ke = ωne/c und Ko = ωno/c.
• Wie aus der obigen Formel hervorgeht, ist das ausgegebene Licht im allgemeinen elliptisch polarisiert mit einer bestimmten Wellenlängenstreuung. Dieses Ausgangslicht wird beobachtet durch den Analysator, der in den Zustand der Gekreuzte-Nicols-Bedingung relativ zum Polarisator gesetzt wird, und so erhält man ein linear polarisiertes Licht mit einem bestimmten Wellenlängenspektrum.
• Wenn andererseits der ferroelektrische Flüssigkristall im anderen der bistabilen Zustände entlang einer anderen optischen Achse 22 gesetzt wird, kreuzt sich die Polarisierungsebene des einfallenden Lichts mit der anderen Achse in einem Winkel -θ (= -22,5º in der vorliegenden Ausführungsform). Also wird das abgestrahlte Licht durch eine ähnliche Formel wiedergegeben, die erhalten wird durch Ersetzen von θ durch -θ in Formel 1. Das Ausgangslicht ist nämlich ein anderes elliptisch polarisiertes Licht mit einer Drehrichtung der Ellipsenachse, die dem erstgenannten Ausgangslicht durch den ersten stabilen Zustand gegenüber der Y-Achse gegenüberliegt. Dieses Ausgangslicht wird durch den Analysator beobachtet, so daß das Wellenlängenspektrum des erhaltenen linearpolarisierten Lichts identisch ist mit dem, das im ersten stabilen Zustand erhalten wird.
• Wie oben beschrieben wird durch die erfindungsgemäße Methode der erste stabile Zustand, d.i. ein gelöschter Zustand, optisch gleichgesetzt mit dem zweiten stabilen Zustand, in dem die ferroelektrischen Flüssigkeitsmoleküle umgekehrt werden d.i. umgeschaltet werden zum Schreiben bzw. zum Aufzeichnen eines Bildes.
• Wenn das Bild in den erfindungsgemäßen Raumlichtmodulator vom ferroelektrischen Flüssigkristalltyp geschrieben wird, enthält die Flüssigkristallschicht ein Gemisch des einen Bereichs, in dem die ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle umgekehrt sind, und einem anderen Bereich, in dem die Moleküle nicht umgekehrt sind. Entlang der Grenze zwischen den zwei Bereichen sind die ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle nicht in einem der beiden bistabilen Zustände gleichmäßig ausgerichtet, um einen Übergangsbereich zu bilden. Das geschieht unvermeidlich, um eine elastische Deformationsenergie des Flüssigkristalls zu minimieren. Dieser Übergangsbereich unterscheidet sich optisch von den bistabilen Zuständen, daher wird nur dieser Übergangsbereich in der Form eines kantenausgeblendeten Bildes durch die oben beschriebene Leseoperation gelesen oder erkannt.
• In dieser Konstruktion wird die Bildinformation durch das mitschreibende Licht über das optische System gemäß Fig. 4 geschrieben bzw. eingegeben, so daß der Modulator ein Ausgangsbild erzeugen kann, in dem eine Kante des Originalbilds ausgeblendet ist.
• Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann der Raumlichtmodulator direkt ein kantenverstärktes oder kantenausgeblendetes Bild erzeugen, das für die Technik der Weiterverarbeitung optischer Informationen verwendbar ist.
• Ferner läßt sich bei Verwendung des Raumlichtmodulators mit einem dielektrischen Spiegel die Intensität des Leselichts erhöhen ohne Beeinträchtigung der Schreibfunktion des Raumlichtmodulators, weil das Leselicht nicht auf die photoleitenden Dünnschicht fällt und so ein helles und klares gelesenes Ausgangsbild produziert.
• Fig. 5(A) und S(B) zeigen eine Triebwellenform des erfindungsgemäßen Raumlichtmodulators und eine optische Reaktion des in einen Zustand der Gekreuzte-Nicols-Bedingung gesetzten Raumlichtmodulators. Die Fig. 6-8 sind schematische Illustrationen, die das Prinzip der erfindungsgemäßen Kantenverstärkungsoperation zeigen.
• Im Gegensatz zu der herkömmlichen bipolaren Impulsspannung bzw. der Rechteckwellenspannung gemäß der Erfindung wird eine erste Impulsspannung 51 angelegt, um zunächst ein Bild zu löschen oder rückzustellen. Danach wird eine zweite Impulsspannung 52 mit umgekehrter Polarität wie der erste Impulsspannung angelegt, um ein Bild in dualisierter Form zu schreiben. Auf dieser Stufe bewegen sich, wie in Fig. 6 gezeigt ist, die Lichtträger, die an einer Eingabeoberfläche einer photoleitenden Dünnschicht 71 generiert werden, vertikal durch die photoleitende Dünnschicht während die Träger entlang der Eingangs- und Ausgangsfläche horizontal diffundieren oder wandern, und dabei ein elektrisches Feld auf die ferroelektrische Flüssigkristallschicht 62 legen, um eine Inversion einzuleiten. Ein Bild 63 wird ausgebildet, das vom Eingabebild infolge der horizontalen Streuung vergrößert wird. Auch ein Eingangsbild mit Abstufung kann auf ähnliche Weise in einer digitalisierten Form geschrieben werden. Die Polarität des angelegten elektrischen Feldes ist so eingestellt, daß sich der Träger der Elektronen 64 zur ferroelektrischen Flüssigkristallschicht 62 bewegt. Dann wird eine dritte Impulsspannung 53 der gleichen Polarität wie die erste Impulsspannung angelegt, so daß ein Teil des geschriebenen Bildes gelöscht wird mit Ausnahme eines Kantenteils desselben, um so ein kantenverstärktes Bild abzuspeichern. In diesem Augenblick bewegen sich, wie in Fig. 7 gezeigt ist, die Träger auf ähnliche Weise wie im Augenblick des Anlegens des zweiten Impulses; jedoch sind die sich bewegenden Träger Löcher 65, weil die angelegte Spannung die entgegengesetzte Polarität hat, so daß der horizontale Diffusionsgrad kleiner ist als der der Elektronen, wenn die dritte Impulsspannung angelegt wird. Diese Löcher erreichen die Grenze zur ferroelektrischen Flüssigkristallschicht, so daß das geschriebene Bild innerhalb eines gegebenen Bereichs gelöscht wird. Auf dieser Stufe wird das Eingangsbild nicht geändert während die horizontale Streuung etwas kleiner ist. Somit wird, wie in Fig. 8 gezeigt wird, das geschriebene Bild umgewandelt und hinterläßt nur eine Kante 66, die dem vergrößerten peripheren Teil entspricht wenn das Bild durch den zweiten Impuls geschrieben wird.
• In der oben beschriebenen Ausführungsform weist die erste Impulsspannung eine Impulsbreite auf, die größer eingestellt ist als die der zweiten Impulsspannung, um die eingeleitete Löschoperation perfekt durchzuführen. Ferner hat die zweite Impulsspannung die gleiche Impulsbreite und die gleiche absolute Größenordnung wie die dritte Impulsspannung. Das letztlich abgespeicherte kantenverstärkte Bild weist eine Linienbreite auf, die einer Differenz zwischen einem Bereich des von der zweiten Impulsspannung geschriebenen Bildes und einem anderen Bereich, der von der dritten Impulsspannung gelöscht wird. Diese Linienbreite kann gemäß dem Verhältnis zwischen den Impulsbreiten und den absoluten Größenordnungen der zweiten und der dritten Impulsspannung eingestellt werden. Im Normalfall kann die Impulsbreite oder die absolute Größenordnung der dritten Impulsspannung kleiner eingestellt werden als die zweite Impulsspannung.
• Wie oben beschrieben wird der Raumlichtmodulator vom ferroelektrischen Flüssigkristalltyp laut erfindungsgemäßem Antriebssystem so betrieben, daß er das kantenverstärkte bzw. kantenausgeblendete Bild direkt produziert, das mit der Technik der Weiterverarbeitung optischer Informationen bearbeitet werden kann.
• Dieser oben beschriebene Betrieb kann auf ähnliche Weise ausgeführt werden, wenn ein dielektrischer Spiegel zwischen die photoleitende Dünnschicht und die ferroelektrische Flüssigkristallschicht gelegt wird. In diesem Fall beeinflußt das Leselicht die photoelektrische Dünnschicht nicht, daher kann der Modulator ein starkes Leselicht verwenden, um so die Anwendung auf die optischen Informationsverarbeitung zu ermöglichen.
• Das geschriebene Bild kann in einer Form mit dunklem Hintergrund gelesen werden, die einen optimalen Kontrast bietet, wenn eine Übertragungsachse des Polarisators parallel oder senkrecht zu einer optischen Achsenrichtung der Flüssigkristallmoleküle im gelöschten Zustand eingestellt wird, der im reflektieren optischen System stabilisiert ist, das in den Zustand der Gekreuzte-Nicols-Bedingung eingestellt ist. Das Lesebild ist in negativer Form gegeben, in der ein vom Leselicht erleuchteter Bereich eine helles Aussehen hat.
• Als Alternative kann das gespeicherte Bild in positiver Form mit einem relativ reduzierten Kontrast gelesen werden, wenn eine übertragende Achse parallel oder senkrecht zu einer optischen Achsenrichtung der Flüssigkristallmoleküle im geschriebenen Zustand eingestellt ist, der im reflektierenden optischen System stabilisiert wird, das in den Zustand der Gekreuzte-Nicols-Bedingung eingestellt ist, weil der stabile Ausrichtungszustand der Flüssigkristallmoleküle umgekehrt ist.
• Wie oben beschrieben wird erfindungsgemäß der optisch schreibbare Raumlichtmodulator, der den ferroelektrischen Flüssigkristall benutzt, so aufgebaut und betrieben, daß er direkt ein kantenverstärktes oder ein kantenausgeblendetes Bild produziert, das von der Technik zur Verarbeitung optischer Informationen benutzt werden kann, und erweitert so wirksam die Anwendungsmöglichkeiten für die optische Informationsverarbeitung.

Claims (4)

1. Ein Raumlichtmodulator vom ferroelektrischen Flüssigkristalltyp, der aufweist:

Optische Schreibmittel (50),

optische Lesemittel (42),

Spannungsanlegemittel (44), und

ein Lichtsteuergerät (41), bestehend aus

einem Glassubstrat (31a) mit, nacheinander darauf ausgebildet, einer durchsichtigen Elektrode (32a), einer photoleitenden Dünnschicht (35) und einer flüssigkristallausrichtenden Dünnschicht (33a),

einem weiteren Glassubstrat (31b) mit, nacheinander darauf ausgebildet, einer durchsichtigen Elektrode (32b) und einer flüssigkristallausrichtenden Dünnschicht (33b), das dem ersten Glassubstrat (31a) gegenüberliegt, und

einer ferroelektrischen Flüssigkristallzusammensetzung (34), die zwischen den zwei Glassubstaten (31a, 31b) enthalten ist, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Polarisator so eingestellt ist, daß eine Polarisationsachse eines vom optischen Lesemittel (42) einfallenden linear polarisierten Lichts entlang einer Zwischenrichtung zwischen einem Paar optischer Achsen (11, 12) bistabiler Zustände der ferroelektrischen Kristallzusammensetzung (34) oder der Polarisationsachse senkrecht auf die Zwischenrichtung ausgerichtet ist, und

daß das Spannungsanlegemittel (44) einen bipolaren Impuls (51 -53) zwischen die durchsichtigen Elektroden (32a, 32b) zum Treiben der Lichtsteuerung (41) anlegt, während das optische Schreibmittel (50) und das optische Lesemittel (42) ein Schreiblicht und ein Leselicht auf die Lichtsteuerung (41) abstrahlen, um so ein ausgelesenen Bild zu erzeugen, das sich zusammensetzt aus einer Kantenlinie (66), die von einem geschriebenen Eingangsbild (63) ausgeblendet wird.

2. Ein Raumlichtmodulator vom ferroelektrischen Flüssigkristalltyp gemäß Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Lichtsteuerung (41) einen dielektrischen Spiegel aufweist, der zwischen der photoleitenden Dünnschicht (35) und der Flüssigkristall-Ausrichtdünnschicht (33a) zum Lichtabschirmen ausgebildet ist.

3. Ein verfahren zum Treiben eines Raumlichtmodulator vom ferroelektrischen Flüssigkristalltyp im Kantenausblendmodus, der aufweist:

Optische Schreibmittel (50),

optische Lesemittel (42),

Spannungsanlegemittel (44), und

ein Lichtsteuergerät (41), bestehend aus

einem Glassubstrat (31a) mit, nacheinander darauf ausgebildet, einer durchsichtigen Elektrode (32a), einer photo leitenden Dünnschicht (35) und einer flüssigkristallausrichtenden Dünnschicht (33a),

einem weiteren Glassubstrat (31b) mit, nacheinander darauf ausgebildet, einer durchsichtigen Elektrode (32b) und einer flüssigkristallausrichtenden Dünnschicht (33b), das dem ersten Glassubstrat (31a) gegenüberliegt, und

einer ferroelektrischen Flüssigkristallzusammensetzung (34), die zwischen den zwei Glassubstaten (31a, 31b) enthalten ist,

gekennzeichnet durch

Einstellen eines Polarisators, so daß die Polarisationsachse eines von einem optischen Lesemittel (42) einfallenden linear polarisierten Lichts entlang einer Zwischenrichtung zwischen einem Paar optischer Achsen (11, 12) bistabiler Zustände der ferroelektrischen Kristallzusammensetzung (34) oder der Polarisationsachse senkrecht auf die Zwischenrichtung ausgerichtet ist, und

nacheinander Anlegen zwischen dem Paar einander gegenüberliegender durchsichtiger Elektroden (32a, 32b)

einer ersten Impulsspannung (51), die das Löschen eines alten Bildes (63) bewirkt,

einer zweiten Impulsspannung (52) mit gegenüber der ersten Impulsspannung (51) umgekehrter Polarität, um ein Bild zu schreiben, und

einer dritten Impulsspannung (53) mit der gleichen Polarität wie die erste Impulsspannung (51), zum Löschen eines Teils des geschriebenen Bildes (63) abgesehen von einer Kante (66) desselben, um eine ausgeblendete Kante abzuspeichern, und so Erzeugen eines gelesenen Ausgabebildes, das aus der ausgeblendeten Kante (66) besteht, während des Abstrahlens eines Schreiblichts zum Eingeben eines Bildes, und eines Leselichts.

4. Ein Verfahren zum Treiben eines Lichtmodulators zum Kantenbildausblenden gemäß Anspruch 3, in dem

die Flüssigkristallschicht (34), die aus ferroelektrischem Flüssigkristallmaterial besteht, bistabile optische Zustände aufweist.