DE69531147T2

DE69531147T2 - Optische Ablenkvorrichtung

Info

Publication number: DE69531147T2
Application number: DE69531147T
Authority: DE
Inventors: Shigeo Kawasaki-shi Kanagawa Kayashima; Shin Kawasaki-shi Kanagawa Eguchi; Takahiro Kawasaki-shi Kanagawa Matsuda; Manabu Kawasaki-shi Kanagawa Ishimoto; Yoshihiro Kawasaki-shi Kanagawa Mizuno
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1995-03-20
Filing date: 1995-11-08
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2015-11-09
Also published as: US5831711A; DE69531147D1; JPH08262391A; EP0733932A2; EP0733932B1; EP0733932A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine optische Ablenkeranordnung und insbesondere auf eine optische Ablenkeranordnung, welche eine Verteilung von Raumfrequenzen durch elektrisches Steuern einer Zelle mit variabler Gittermode (VGM) der optischen Ablenkeranordnung erzeugt.
Ein herkömmlicher optischer Ablenker vom mechanischen Typ wurde zur optischen Ablenkung verwendet. Der Ablenker vom mechanischen Typ wie ein Galvanospiegel verwendet eine Bewegungseinheit wie einen Spiegel, um einen ausgesendeten oder reflektierten Strahl abzulenken. Wenn jedoch die Bewegungseinheit im Ablenker bewegt wird, wird der ausgesendete oder reflektierte Strahl zusammen mit der Bewegungseinheit oszilliert. Es ist schwierig, die Brennweite unter Verwendung des optischen Ablenkers vom mechanischen Typ mit hoher Genauigkeit mechanisch zu steuern. Daher ist es wünschenswert, eine optische Ablenkeranordnung vorzusehen, die keine Bewegungseinheit erfordert, und die einen hohen Genauigkeitsgrad der optischen Ablenkung realisiert.
1 zeigt eine herkömmliche optische Ablenkeranordnung 71, die eine Zelle 72 mit variabler Gittermode (VGM) einschließt. Es wird festgestellt, dass eine Verteilung von Raumfrequenzen durch elektrisches Steuern der VGM-Zelle 72 erzeugt wird.
Mit Bezugnahme auf 1 schließt die optische Ablenkeranordnung 71 die VGM-Zelle 72 und eine Energiezufuhr 73 ein. Die VGM-Zelle 72 generiert eine spannungsgesteuerte Verteilung von Raumfrequenzen in Übereinstimmung mit einem elektrischen Feld, das an die VGM-Zelle 72 angelegt wird. Die Energiezufuhr 73 generiert ein elektrisches Feld, dem die VGM-Zelle 72 ausgesetzt wird.
In der herkömmlichen optischen Ablenkeranordnung 71 schließt die VGM-Zelle 72 zwei transparente Glasplatten 74 und 77 ein, die jeweils einander gegenüberliegende planparallele Flächen aufweisen. Die Glasplatten 74 und 77 sind einander gegenüberliegend positioniert, so dass die benachbarten Innenflächen der beiden Platten parallel sind.
Eine transparente Elektrode 75 ist kontinuierlich an der Innenfläche der Glasplatte 74 gebildet, und eine Orientierungsschicht 76 ist auf der transparenten Elektrode 75 gebildet. Eine transparente Elektrode 78 ist kontinuierlich an der Innenfläche der Glasplatte 77 gebildet, und eine Orientierungsschicht 79 ist auf der transparenten Elektrode 78 gebildet.
Die transparenten Elektroden 75 und 78 sind aus einem transparenten leitfähigen Material wie Indiumzinnoxid (ITO) hergestellt.
Die Distanz zwischen den Innenflächen der beiden Glasplatten 74 und 77 wird von einem Abstandshalter 80 bei einer vorherbestimmten Distanz gehalten. Der Abstandshalter 80 ist zwischen den Orientierungsschichten 76 und 79 eingesetzt. Ein Flüssigkristall 81 wird in einen Innenraum zwischen den Glasplatten 74 und 77 injiziert. Der Flüssigkristall 81 ist aus einem "nematischen" Flüssigkristallmaterial hergestellt, und die Filmdicke des Flüssigkristalls 81 wird entlang den Innenflächen der Glasplatten 74 und 77 konstant gehalten.
Wenn die VGM-Zelle 72 einem elektrischen Feld über einem Schwellenwert ausgesetzt wird, werden "Beugungs"muster der ausgesendeten Strahlen vom Flüssigkristall 81 der VGM-Zelle 72 erzeugt. Die Verteilung der Raumfrequenzen, die von der VGM-Zelle 72 generiert wird, wird in Abhängigkeit von der Filmdicke des Flüssigkristalls 81 und in Abhängigkeit von dem an die VGM-Zelle 72 angelegten elektrischen Feld variiert.
2 zeigt einen Betrieb der optischen Ablenkeranord nung in 1, die Charakteristiken einer zylindrischen Linsenanordnung vorsieht. Der Flüssigkristall der VGM-Zelle 72 ist, wie in 2 gezeigt, in kleine Flüssigkristallelemente geteilt, und das jeweilige elektrische Feld, dem die Flüssigkristallelemente ausgesetzt werden, wird in Bezug aufeinander variiert. Da die Ablenkrichtungen der ausgesendeten Strahlen von den Flüssigkristallelementen in Bezug aufeinander variiert werden, werden die ausgesendeten Strahlen zu den einfallenden Strahlen abgelenkt, und sie konvergieren an einem Brennpunkt. Somit sieht der Betrieb der optischen Ablenkeranordnung die Charakteristiken einer zylindrischen Linsenanordnung vor.
In der optischen Ablenkeranordnung in 2 ist es jedoch unmöglich, eine Breite des konvergierenden Bündels der ausgesendeten Strahlen von der obigen optischen Ablenkeranordnung kleiner zu machen als die Größe jedes Flüssigkristallelements. Die Größe jedes Flüssigkristallelements ist durch einen Pfeil "d" in 2 angezeigt. Die Verteilungen von Raumfrequenzen, die durch die kleinen Flüssigkristallelemente erzeugt werden, sind gleich.
Demgemäß ist es schwierig, die in 2 gezeigte optische Ablenkeranordnung an eine Scan-Anordnung anzupassen, die das Scannen eines Bilds durch einen sehr kleinen Strahl erfordert.
3 zeigt eine herkömmliche Flüssigkristall-Anzeigeanordnung, die eine ein Flüssigkristallmaterial enthaltende Zelle verwendet. Die herkömmliche Flüssigkristall-Anzeigeanordnung vom obigen Typ ist beispielsweise im US-Patent 3 813 145 geoffenbart, das alle Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 zeigt.
In 3 schließt die Flüssigkristall-Anzeigeanordnung eine VGM-Zelle 82, eine Spannungssteuereinheit 83, die ein elektrisches Feld generiert, das an die VGM-Zelle 82 ange legt wird, und eine Lichtquelle 84 ein, welche Lichtstrahlen zuführt, die auf die VGM-Zelle 82 einfallen. Die Spannungssteuereinheit 83 kann ein mit GS erregtes oder WS erregtes Feld generieren, das an die VGM-Zelle 82 angelegt wird. Dies ermöglicht, dass die ausgesendeten Strahlen von der VGM-Zelle 82 das Scannen über eine Anzeigeebene in X- und Y-Richtungen vornehmen. 4 zeigt die Bereiche des Scannens, das von der Anzeigeanordnung in 3 vorgenommen wird.
5A und 5B zeigen Betriebe der Anzeigeanordnung in 3, wenn die VGM-Zelle dem mit GS erregten Feld ausgesetzt wird, und wenn die VGM-Zelle dem mit WS erregten Feld ausgesetzt wird. In 5A und 5B ist die anfängliche Orientierungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle durch einen Pfeil "A" angezeigt.
Wenn die Spannungssteuereinheit 83 beispielsweise das mit GS erregte Feld über einem vorherbestimmten Schwellenwert generiert, werden die "Beugungs"muster, die parallel zur anfänglichen Orientierungsrichtung "A" sind, von der VGM-Zelle 82 erzeugt. Die einfallenden Strahlen von der Lichtquelle 84 treten in die VGM-Zelle 82 ein, und die ausgesendeten Strahlen von der VGM-Zelle 82 scannen die Anzeigeebene aufgrund einer periodischen Änderung des an die VGM-Zelle 42 angelegten elektrischen Felds. Der Bereich des Scannens, das mit den ausgesendeten Strahlen von der VGM-Zelle 82 vorgenommen wird, ist auf der X-Achse, wie in 5A gezeigt.
Wenn die Spannungssteuereinheit 83 das mit WS erregte Feld über dem vorherbestimmten Schwellenwert generiert, werden die "Beugungs"muster, die rechtwinklig zur anfänglichen Orientierungsrichtung "A" sind, von der VGM-Zelle 82 erzeugt. Der Bereich des Scannens, das mit den ausgesendeten Strahlen von der VGM-Zelle 82 vorgenommen wird, ist auf der Y-Achse, wie in 5B gezeigt.
In der obigen Flüssigkristall-Anzeigeanordnung wird jedoch die VGM-Zelle 82 einem von dem mit GS erregten Feld und dem mit WS erregten Feld ausgesetzt, die größer sind als der Schwellenwert, um das Scannen über die Anzeigeebene in jeder von der X- und Y-Richtung vorzunehmen. Es wird festgestellt, dass der Bereich des Scannens in der X-Richtung und der Bereich des Scannens in der Y-Richtung voneinander verschoben sind. Das heißt, die obige Flüssigkristall-Anzeigeanordnung hat insofern ein Problem, als der Bereich des Scannens in Bezug auf die Strahlen, die von der VGM-Zelle 82 abgelenkt werden, wenn sie dem mit GS erregten Feld ausgesetzt wird, und der Bereich des Scannens in Bezug auf die Strahlen, die abgelenkt werden, wenn sie dem mit WS erregten Feld ausgesetzt wird, einander kaum überlappen. Somit ist es schwierig, ein zweidimensionales Scannen durch elektrisches Steuern der VGM-Zelle der obigen Flüssigkristall-Anzeigeanordnung geeignet durchzuführen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine optische Ablenkeranordnung mit einer Zelle mit variabler Gittermode vorgesehen, die einen Film aus einem nematischen Flüssigkristallmaterial einschließt, wobei die Zelle mit variabler Gittermode angeordnet ist, einfallende Strahlen in einer Ablenkrichtung rechtwinklig zu einer anfänglichen Orientierungsrichtung des Flüssigkristalls abzulenken, wenn sie einem mit GS erregten Feld mit einer Amplitude ausgesetzt wird, die einen vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet, und die periodisch variiert, und die einfallenden Strahlen in einer Ablenkrichtung parallel zur anfänglichen Orientierungsrichtung des Flüssigkristalls abzulenken, wenn sie einem mit WS erregten Feld mit einer Amplitude ausgesetzt wird, die den vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet, und die periodisch variiert, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Ablenkeranordnung umfasst: eine Span nungssteuereinrichtung, die angeordnet ist, abwechselnd eines von dem mit GS erregten Feld und dem mit WS erregten Feld zu generieren, und abwechselnd das eine von dem mit GS erregten Feld und dem mit WS erregten Feld an den Film der Zelle mit variabler Gittermode anzulegen; und eine Ablenkeinrichtung zum Ablenken von Strahlen, die von der Zelle mit variabler Gittermode in einer von der parallelen Richtung und der rechtwinkligen Richtung abgelenkt werden, zu einer vorherbestimmten Position, so dass ein Scan-Bereich in Bezug auf die abgelenkten Strahlen von der Ablenkeinrichtung und ein Scan-Bereich in Bezug auf die abgelenkten Strahlen von der Zelle mit variabler Gittermode, die nicht von der Ablenkeinrichtung abgelenkt werden, einander im wesentlichen überlappen.
Die vorliegende Erfindung kann es ermöglichen, dass ein zweidimensionales Scannen durch elektrisches Steuern der VGM-Zelle durchgeführt wird.
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen besser verständlich, die in Verbindung mit den beigeschlossenen Zeichnungen zu lesen ist, in denen:
1 eine Schnittansicht einer herkömmlichen optischen Ablenkeranordnung ist, die eine VGM-Zelle einschließt;
2 eine Darstellung zur Erläuterung eines Betriebs der optischen Ablenkeranordnung in 1 ist, die Charakteristiken einer zylindrischen Linsenanordnung vorsieht;
3 eine Darstellung einer spannungsgesteuerten zweidimensionalen Flüssigkristall-Anzeigeanordnung ist, welche eine VGM-Zelle verwendet, die ein Flüssigkristallmaterial enthält;
4 eine Darstellung ist, die Bereiche eines Scannens zeigt, das von der Anzeigeanordnung in 3 vorgenommen wird;
5A und 5B Darstellungen zur Erläuterung von Betrieben der Anzeigeanordnung in 3 sind;
6 eine perspektivische auseinandergezogene Ansicht einer optischen Ablenkeranordnung ist;
7 eine Schnittansicht der optischen Ablenkeranordnung in 6 ist;
8 ein Diagramm der Charakteristiken Filmdicke gegenüber Raumfrequenz einer VGM-Zelle der optischen Ablenkeranordnung in 6 ist;
9 und 10 Darstellungen zur Erläuterung eines Betriebs der VGM-Zelle der optischen Ablenkeranordnung in 6 sind;
11 ein Diagramm der Charakteristiken angelegte Spannung gegenüber Brennweite einer weiteren VGM-Zelle ist; 12 eine perspektivische auseinandergezogene Ansicht einer weiteren optischen Ablenkeranordnung ist;
13 eine Schnittansicht der optischen Ablenkeranordnung in 12 ist;
14A und 14B Darstellungen zur Erläuterung der Charakteristiken radiale Distanz gegenüber Raumfrequenz einer VGM-Zelle der optischen Ablenkeranordnung in 12 sind;
15 eine Darstellung zur Erläuterung eines Betriebs der VGM-Zelle der optischen Ablenkeranordnung in 12 ist; 16 eine Darstellung einer optischen Ablenkeranordnung in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
17 eine perspektivische auseinandergezogene Ansicht der optischen Ablenkeranordnung in 16 ist;
18 eine Darstellung einer Spannungssteuereinheit der optischen Ablenkeranordnung in 16 ist;
19A bis 19D Diagramme zur Erläuterung von Betrieben der Spannungssteuereinheit in 18 sind;
20 eine Darstellung zur Erläuterung eines Betriebs der optischen Ablenkeranordnung in 16 ist;
21A und 21B Darstellungen zur Erläuterung eines Betriebs einer weiteren Spannungssteuereinheit in der ersten Ausführungsform sind;
22 eine Darstellung einer optischen Ablenkeranordnung in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
23 eine Darstellung einer Spannungssteuereinheit der optischen Ablenkeranordnung in 22 ist;
24A bis 24G Diagramme zur Erläuterung von Betrieben der Spannungssteuereinheit in 22 sind; und
25 eine Darstellung zur Erläuterung eines Betriebs der optischen Ablenkeranordnung in 22 ist.
6 und 7 zeigen eine optische Ablenkeranordnung. Diese optische Ablenkeranordnung verwendet eine VGM-Zelle (Zelle mit variabler Gittermode), um Charakteristiken einer zylindrischen Linse mit einer variablen Brennweite vorzusehen, die durch elektrisches Steuern der VGM-Zelle variiert wird.
Mit Bezugnahme auf 6 und 7 schließt die optische Ablenkeranordnung 1 eine rechtwinklige VGM-Zelle 2 und eine Energiezufuhreinheit 3 ein. Die VGM-Zelle 2 schließt ein nematisches Flüssigkristallmaterial mit Charakteristiken ein, um eine spannungsgesteuerte Verteilung von Raumfrequenzen in Übereinstimmung mit dem elektrischen Feld zu generieren, das an die VGM-Zelle 2 angelegt wird.
Die Energiezufuhreinheit 3 generiert ein elektrisches Feld, dem die VGM-Zelle 2 ausgesetzt wird. Die Energiezufuhreinheit 3 schließt eine GS-Energiequelle 12 und einen Schalter 13 ein.
In der obigen optischen Ablenkeranordnung 1 schließt die VGM-Zelle 2 zwei transparente Glasplatten 4 und 7 ein, die jeweils parallele Flächen und eine rechtwinklige Form aufweisen. Die Glasplatte 4 schließt eine flache Innenfläche ein, und die Glasplatte 7 schließt eine Innenfläche mit einem gekrümmten konkaven Teil ein, der nachstehend detaillierter beschrieben wird.
Eine transparente Elektrode 5 ist kontinuierlich an der flachen Innenfläche der Glasplatte 4 gebildet, und eine Orientierungsschicht 6 ist auf der transparenten Elektrode 5 gebildet. Eine transparente Elektrode 8 ist kontinuierlich an der Innenfläche der Glasplatte 7 gebildet, und eine Orientierungsschicht 9 ist auf der transparenten Elektrode 8 gebildet.
Die transparenten Elektroden 5 und 8 sind aus einem transparenten leitfähigen Material wie Indiumzinnoxid (ITO) hergestellt.
Die Distanz zwischen den Innenflächen der beiden Glasplatten 4 und 7 wird von einem Abstandshalter 10 bei einer vorherbestimmten Distanz gehalten. Der Abstandshalter 10 ist ein ringförmiges Glied, und er ist zwischen den Orientierungsschichten 6 und 9 eingesetzt und an den peripheren Teilen der Orientierungsschichten 6 und 9 angeordnet.
Ein Flüssigkristall 11 wird in einen Innenraum zwischen den Glasplatten 4 und 7 injiziert. Der Flüssigkristall 11 besteht aus einem "nematischen" Flüssigkristallmaterial. Das "nematische" Flüssigkristallmaterial hat Charakteristiken, um eine Verteilung von Raumfrequenzen zu generieren, wenn es einem elektrischen Feld ausgesetzt wird. Im Fall des nematischen Flüssigkristallmaterials wird die Dielektrizitätskonstante der Flüssigkristallmoleküle in der Längsachse kleiner als die Dielektrizitätskonstante der Flüssigkristallmoleküle in der lateralen Richtung, wenn es einem elektrischen Feld ausgesetzt wird.
Die Innenfläche der Glasplatte 7 hat einen gekrümmten konkaven Teil, und die transparente Elektrode 8 und die Orientierungsschicht 9 sind in einem Stück mit der Innenfläche der Glasplatte 7 entlang der Krümmung des gekrümmten konkaven Teils davon gebildet. Die Filmdicke des Flüssigkristalls 11 zwischen den Glasplatten 4 und 7 wird von den Glasplatten 4 und 7 in Übereinstimmung mit einer Filmdickenverteilung eingestellt, die durch eine vorherbestimmte Funktion einer Brennweite der ausgesendeten Strahlen und eines Einfallspunkts jedes auf die VGM-Zelle einfallenden Strahls definiert ist.
Eine Elektrode der GS-Energiequelle 12 der Energiezufuhreinheit 3 ist mit der transparenten Elektrode 5 an der Glasplatte 4 verbunden, und die andere Elektrode der GS-Energiequelle 12 ist mit der transparenten Elektrode 8 an der Glasplatte 7 über den Schalter 13 verbunden.
Der Flüssigkristall 11 der VGM-Zelle 2 wird dem elektrischen Feld ausgesetzt, das von der Energiezufuhreinheit 3 generiert wird. Die Verteilung der Raumfrequenzen, die vom Flüssigkristall 11 generiert wird, wird in Abhängigkeit von der Filmdicke des Flüssigkristalls 11 und in Abhängigkeit vom an die VGM-Zelle 72 angelegten elektrischen Feld variiert.
Die Orientierungsschichten 6 und 9 werden so verarbeitet, dass die anfängliche Orientierungsrichtung mit einer durch den Pfeil "A" angezeigten Richtung übereinstimmt.
8 zeigt Charakteristiken Filmdicke gegenüber Raumfrequenz der VGM-Zelle 2 der optischen Ablenkeranordnung 1. Die Charakteristiken der VGM-Zelle 2, wie in 8 gezeigt, wurden festgestellt, indem die von der Energiezufuhreinheit 3 zugeführte Spannung von 13,0 V auf 50,0 V variiert wurde.
Die Charakteristiken der VGM-Zelle 2 zeigen die Bezie hung zwischen der Filmdicke "t" des Flüssigkristalls 11 der VGM-Zelle 2 und der Raumfrequenz "f" davon. Diese Beziehung wird repräsentiert durch
f = a·log(t) + b (1) ,
worin a und b Konstanten sind, die in Abhängigkeit von der angelegten Spannung und dem Flüssigkristallmaterial bestimmt werden.
Wie aus der obigen Formel hervorgeht, nimmt die Raumfrequenz "f" der VGM-Zelle 2 allmählich mit zunehmender Filmdicke "t" des Flüssigkristalls 11 ab.
Wenn die Filmdicke "t" des Flüssigkristalls 11 der VGM-Zelle 2 kontinuierlich entlang der Oberfläche der VGM-Zelle 2 variiert wird, kann die Raumfrequenz "f" davon kontinuierlich entlang der Oberfläche der VGM-Zelle 2 variiert werden.
In der optischen Ablenkeranordnung 1 wird die Filmdicke des Flüssigkristalls 11 in der VGM-Zelle 2 durch die Glasplatten 4 und 7 in Übereinstimmung mit einer Filmdickenverteilung eingestellt, die durch eine vorherbestimmte Funktion definiert wird, welche eine Variable, die eine Brennweite der ausgesendeten Strahlen anzeigt, und eine Variable, die eine Position eines Einfallspunkts jedes auf die VGM-Zelle 2 einfallenden Strahls anzeigt, umfasst. Somit kann die optische Ablenkeranordnung 1 Charakteristiken einer Sammellinse vorsehen.
9 und 10 zeigen einen Betrieb der optischen Ablenkeranordnung 1.
In 9 sind eine x-Achse (eine Hauptachse der VGM-Zelle 2), die durch einen Brennpunkt (F, 0) der ausgesendeten Strahlen und das Zentrum der VGM-Zelle 2 hindurchgeht, und eine y-Achse vorgesehen, die rechtwinklig zur x-Achse ist und durch das Zentrum der VGM-Zelle 2 hindurchgeht. Es wird angenommen, dass ein einfallender Strahl, rechtwinklig zur y-Achse, in die VGM-Zelle 2 an einem Einfallspunkt (0, y) eintritt und von der VGM-Zelle 2 unter einem Winkel Θ zum einfallenden Strahl abgelenkt wird. Die einfallenden Strahlen werden von der VGM-Zelle 2 unter verschiedenen Winkeln abgelenkt, so dass sie zum Brennpunkt gerichtet werden. Die ausgesendeten Strahlen von der VGM-Zelle 2 konvergieren am Brennpunkt (F, 0). Die Brennweite der VGM-Zelle 2 zeigt eine Distanz (= F) vom Zentrum der VGM-Zelle 2 zum Brennpunkt an.
Im Fall von 9 erfüllen die einfallenden Strahlen und die ausgesendeten Strahlen die Formel sinΘ = f·λ. Daher wird die Raumfrequenz "f" repräsentiert durch
f = y/λ·√(F2 + y2) (2) .
Aus den Formeln (1) und (2) ergibt sich log(t) = (1/a)·(y/λ·√(F2 + y2) + b) (3) .
Somit wird die Filmdicke "t" des Flüssigkristalls 11 am Punkt (0, y) auf der VGM-Zelle 2 repräsentiert durch t = exp[(1/a)·(y/λ·√(F2 + y2) + b)] (4) ,
worin a und b Konstanten sind, die in Abhängigkeit von der angelegten Spannung und dem Flüssigkristallmaterial bestimmt werden.
In der obigen Formel (4) umfasst die Funktion "t" eine Variable, welche die Brennweite (F) der ausgesendeten Strahlen anzeigt, und eine Variable, welche eine Position (y) eines Einfallspunkts jedes auf die VGM-Zelle einfallenden Strahls anzeigt. Auch zeigt λ eine Wellenlänge der einfallenden Strahlen an, F zeigt eine Distanz zwischen dem Zentrum der VGM-Zelle und dem Brennpunkt der ausgesendeten Strahlen an, und y zeigt die Position des Einfallspunkts jedes auf die VGM-Zelle einfallenden Strahls in Bezug auf die x-Achse an.
Die Filmdicke des Flüssigkristalls 11 wird durch die Glasplatten 4 und 7 in Übereinstimmung mit der Filmdickenverteilung eingestellt, die durch die obige Formel (4) de finiert wird. Wenn sie einem elektrischen Feld über einem vorherbestimmten Schwellenwert ausgesetzt wird, generiert die VGM-Zelle 2 eine Verteilung von Raumfrequenzen in Übereinstimmung mit dem elektrischen Feld.
Wie in 10 gezeigt, kann die optische Ablenkeranordnung 1, welche die VGM-Zelle 2 einschließt, die Charakteristiken einer zylindrischen Linsenanordnung realisieren, in der die ausgesendeten Strahlen von der VGM-Zelle 2 an einem Brennpunkt konvergieren.
Wie aus den Diagrammen von 8 hervorgeht, erhöht sich, wenn angenommen wird, dass die Filmdicke "t" für jeden von verschiedenen Werten der angelegten Spannung gleich ist, die Raumfrequenz "f" proportional mit zunehmendem Wert der angelegten Spannung.
Unter der Annahme, dass die Filmdicke des Flüssigkristalls 11 von den Glasplatten 4 und 7 in Übereinstimmung mit der Filmdickenverteilung eingestellt wird, die durch die obige Formel (4) definiert wird, kann die von der VGM-Zelle 2 generierte Verteilung der Raumfrequenzen modifiziert werden, indem das an die VGM-Zelle 2 angelegte elektrische Feld variiert wird. Wenn die von der VGM-Zelle 2 generierte Verteilung der Raumfrequenzen modifiziert wird, werden auch die Ablenkrichtungen der ausgesendeten Strahlen relativ zu den einfallenden Strahlen modifiziert. Daher ist die Brennweite der ausgesendeten Strahlen von der VGM-Zelle 2 steuerbar, indem das an die VGM-Zelle 2 angelegte elektrische Feld variiert wird.
Beispielsweise kann, wie in 10 gezeigt, die Brennweite der ausgesendeten Strahlen von der VGM-Zelle 2 geringfügig geändert werden, indem die angelegte Spannung von der Energiezufuhreinheit 3 auf 29 V, 30 V und 31 V variiert wird. Wenn die angelegte Spannung von der Energiezufuhreinheit 3 gesperrt wird, indem der Schalter 13 ausgeschaltet wird, wird die Verteilung der Raumfrequenzen von der VGM-Zelle 2 nicht erzeugt, so dass die ausgesendeten Strahlen von der VGM-Zelle 2 nicht abgelenkt werden und parallel sind, wie durch die gestrichelten Linien in 10 angezeigt.
11 zeigt einen Betrieb einer VGM-Zelle, die ausgebildet ist, einen Aperturdurchmesser von 20 mm und eine Brennweite von 20 mm bei der angelegten Spannung von 30 V zu haben. Wenn die angelegte Spannung auf 29 V und 31 V variiert wird, wird die Brennweite der ausgesendeten Strahlen von der VGM-Zelle geändert, wie in FIG. 11 gezeigt.
Wenn, wie in 11 gezeigt, die von der Energiezufuhreinheit angelegte Spannung von 30 V auf 29 V variiert wird, wird die Brennweite der ausgesendeten Strahlen von der VGM-Zelle von 20 mm auf etwa 21 mm erhöht. Die Distanz eines Brennpunkts bei 29 V von der VGM-Zelle ist größer als die Distanz des vorhergehenden Brennpunkts bei 30 V. Wenn die angelegte Spannung von 30 V auf 31 V variiert wird, wird die Brennweite der ausgesendeten Strahlen von der VGM-Zelle von 20 mm auf etwa 19 mm reduziert. Eine Aberration kann in Bezug auf die ausgesendeten Strahlen von zentralen Teilen der VGM-Zelle nahe beim Zentrum der VGM-Zelle stattfinden. Die Brennweite der ausgesendeten Strahlen von den anderen Teilen der VGM-Zelle ist ungefähr 19 mm, wenn die angelegte Spannung 31 V beträgt. Demgemäß ermöglicht es der obige Betrieb der VGM-Zelle, die Charakteristiken einer Sammellinsenanordnung mit einer variablen Brennweite vorzusehen.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung einer weiteren optischen Ablenkeranordnung.
12 und 13 zeigen eine optische Ablenkeranordnung 21. In 12 und 13 sind die Elemente, die gleich sind wie entsprechende Elemente in 6 und 7, mit denselben Bezugszahlen bezeichnet, und eine Beschreibung davon wird wegge lassen.
Mit Bezugnahme auf 12 und 13 schließt die optische Ablenkeranordnung 21 eine kreisförmige VGM-Zelle 22 und die Energiezufuhreinheit 3 ein. Die VGM-Zelle 22 generiert eine spannungsgesteuerte Verteilung von Raumfrequenzen in Übereinstimmung mit dem an die VGM-Zelle 22 angelegten elektrischen Feld.
In der obigen optischen Ablenkeranordnung 21 schließt die VGM-Zelle 22 zwei transparente Glasplatten 23 und 27 ein, die jeweils parallele Flächen und eine kreisförmige Gestalt aufweisen. Die Glasplatte 23 schließt eine flache Innenfläche ein, und die Glasplatte 27 schließt eine Innenfläche mit einem gekrümmten konkaven Teil 26 ein. Der gekrümmte konkave Teil 26 ist koaxial mit dem Zentrum der Glasplatte 27 angeordnet.
Eine transparente Elektrode 24 ist kontinuierlich an der flachen Innenfläche der Glasplatte 23 gebildet, und eine Orientierungsschicht 25 ist auf der transparenten Elektrode 24 gebildet. Eine transparente Elektrode 28 ist kontinuierlich an der Innenfläche der Glasplatte 27 gebildet, und eine Orientierungsschicht 29 ist auf der transparenten Elektrode 28 gebildet.
Die transparenten Elektroden 24 und 28 sind aus einem transparenten leitfähigen Material wie Indiumzinnoxid (ITO) hergestellt.
Die Distanz zwischen den Innenflächen der beiden Glasplatten 23 und 27 wird von einem Abstandshalter 30 bei einer vorherbestimmten Distanz gehalten. Der Abstandshalter 30 ist ein ringförmiges Glied, und er ist zwischen den Orientierungsschichten 25 und 29 plaziert und an den peripheren Teilen der Orientierungsschichten 25 und 29 angeordnet. Der Flüssigkristall 11 wird in einen Innenraum zwischen den Glasplatten 23 und 27 injiziert. Der Flüssigkristall 11 be steht aus einem "nematischen" Flüssigkristallmaterial. Die transparente Elektrode 28 und die Orientierungsschicht 29 sind in einem Stück mit der Innenfläche der Glasplatte 27 entlang der Krümmung des gekrümmten konkaven Teils 26 gebildet. Die Filmdicke des Flüssigkristalls 11 zwischen den Glasplatten 23 und 27 wird von den Glasplatten 23 und 27 in Übereinstimmung mit einer Filmdickenverteilung eingestellt, die durch eine vorherbestimmte Funktion definiert wird.
Eine Elektrode der GS-Energiequelle 12 der Energiezufuhreinheit 3 ist mit der transparenten Elektrode 24 an der Glasplatte 23 verbunden, und die andere Elektrode der GS-Energiequelle 12 ist mit der transparenten Elektrode 28 an der Glasplatte 27 über den Schalter 13 verbunden.
Der Flüssigkristall 11 der VGM-Zelle 21 wird dem elektrischen Feld ausgesetzt, das von der Energiezufuhreinheit 3 generiert wird. Die Verteilung der Raumfrequenzen wird in Abhängigkeit von der Filmdicke des Flüssigkristalls 11 und in Abhängigkeit vom an die VGM-Zelle 22 angelegten elektrischen Feld variiert.
Die Orientierungsschichten 25 und 29 werden so verarbeitet, dass die anfängliche Orientierungsrichtung mit einer durch den Pfeil "B" in 12 angezeigten Umfangsrichtung übereinstimmt.
14A, 14B und 15 zeigen Betriebe der optischen Ablenkeranordnung 21. In der optischen Ablenkeranordnung 21 hat der gekrümmte konkave Teil 26 der Innenfläche der Glasplatte 27 eine sphärische Krümmung. Eine Verteilung der Filmdicke des Flüssigkristalls 11 in der VGM-Zelle 21 ist im wesentlichen in Übereinstimmung mit der sphärischen Krümmung der Glasplatte 27 eingestellt.
Da die Verteilung der Filmdicke des Flüssigkristalls 11 in der VGM-Zelle 21 in Übereinstimmung mit der sphärischen Krümmung der Glasplatte 27 eingestellt ist, wird es ermöglicht, dass die Raumfrequenzen in dem Maße erhöht werden, in dem die radiale Distanz vom Zentrum der Glasplatten 23 und 27 größer wird, wie in 14B gezeigt. 14A zeigt eine solche Verteilung der Raumfrequenzen an der VGM-Zelle 22.
In der VGM-Zelle 22 kann ein Beugungswinkel, wenn die einfallenden Strahlen in den peripheren Teil des Flüssigkristalls 11 eintreten, der größte sein. Wie in 15 gezeigt, kann die VGM-Zelle 22 der optischen Ablenkeranordnung 21 Charakteristiken einer Sammellinse vorsehen, wenn die Verteilung der Filmdicke des in der VGM-Zelle 22 eingeschlossenen Flüssigkristalls 11 in Übereinstimmung mit einer Filmdickenverteilung eingestellt ist, welche durch die vorherbestimmte Funktion definiert wird, die durch die obige Formel (4) repräsentiert wird.
16 und 17 zeigen eine optische Ablenkeranordnung 41 in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese optische Ablenkeranordnung 41 ist konstruiert, um ein mehrdirektionales Scannen mit den ausgesendeten Strahlen von einer VGM-Zelle durch elektrisches Steuern der VGM-Zelle durchzuführen.
Mit Bezugnahme auf 16 schließt die optische Ablenkeranordnung 41 eine rechtwinklige VGM-Zelle 42, eine Spannungssteuereinheit 43, einen Ablenkspiegel 44 und eine Lichtquelle 45 ein.
Die VGM-Zelle 42 schließt ein "nematisches" Flüssigkristallmaterial mit Charakteristiken ein, um eine Verteilung von Raumfrequenzen zu generieren, wenn es einem elektrischen Feld ausgesetzt wird.
Die Spannungssteuereinheit 43 generiert selektiv eines von einem mit GS erregten Feld und einem mit WS erregten Feld, das an die VGM-Zelle 42 angelegt wird. Der Ablenkspiegel 44 lenkt die abgelenkten Strahlen von der VGM-Zelle 42 zu einer vorherbestimmten Position ab. Spezifischer ist der Spiegel 44 in dieser Ausführungsform angeordnet, um die Strahlen zu reflektieren, die von der VGM-Zelle 42 abgelenkt werden, wenn sie einem mit WS erregten Feld ausgesetzt wird, so dass ein Scan-Bereich in Bezug auf die abgelenkten Strahlen von der VGM-Zelle 42, die nicht vom Ablenkspiegel 44 abgelenkt werden, wenn die VGM-Zelle 42 dem mit GS erregten Feld ausgesetzt wird, und ein Scan-Bereich in Bezug auf die abgelenkten Strahlen vom Ablenkspiegel 44 einander im wesentlichen überlappen.
Die Lichtquelle 45 führt parallele Strahlen zu, die auf die VGM-Zelle 42 unter rechten Winkeln zur Oberfläche der VGM-Zelle 42 einfallen.
Die VGM-Zelle 42 schließt einen Flüssigkristall ein, der aus einem nematischen Flüssigkristallmaterial vom Typ mit homogener Orientierung oder vom Typ mit planarer Orientierung hergestellt ist. Wenn sie einem mit GS erregten Feld über einem Schwellenwert ausgesetzt wird, werden "Beugungs"muster, die parallel zur anfänglichen Orientierungsrichtung (oder in der Richtung "A") sind, von der VGM-Zelle 42 erzeugt. Die einfallenden Strahlen, die in die VGM-Zelle 42 zu dieser Zeit eintreten, werden in einer Richtung parallel zur X-Richtung abgelenkt. Wenn sie hingegen einem mit WS erregten Feld über dem Schwellenwert ausgesetzt wird, werden "Beugungs"muster, die rechtwinklig zur anfänglichen Orientierungsrichtung (oder in der Richtung "B") sind, von der VGM-Zelle 42 erzeugt. Die einfallenden Strahlen, die in die VGM-Zelle 42 zu dieser Zeit eintreten, werden in einer Richtung parallel zur Y-Richtung abgelenkt.
Mit Bezugnahme auf 17 schließt die VGM-Zelle 42 zwei transparente Glasplatten 46 und 49 ein, die jeweils parallele Flächen und eine rechtwinklige Form aufweisen. Die Glasplatte 46 schließt eine flache Innenfläche ein, und die Glasplatte 49 schließt eine Innenfläche mit einem gekrümmten konkaven Teil ein.
Eine transparente Elektrode 47 ist kontinuierlich an der flachen Innenfläche der Glasplatte 46 gebildet, und eine Orientierungsschicht 48 ist auf der transparenten Elektrode 47 gebildet. Eine transparente Elektrode 50 ist kontinuierlich an der Innenfläche der Glasplatte 49 gebildet, und eine Orientierungsschicht 51 ist auf der transparenten Elektrode 50 gebildet.
Die transparenten Elektroden 47 und 50 sind aus einem transparenten leitfähigen Material wie Indiumzinnoxid (ITO) hergestellt.
Die Distanz zwischen den Innenflächen der beiden Glasplatten 46 und 49 wird von einem Abstandshalter 52 bei einer vorherbestimmten Distanz gehalten. Der Abstandshalter 52 ist rechtwinkliges, rahmenartiges Glied, und er ist zwischen den Orientierungsschichten 48 und 51 so eingesetzt, dass er an den peripheren Teilen der Orientierungsschichten angeordnet ist.
Ein Flüssigkristall 53 wird in einen Innenraum zwischen den Glasplatten 46 und 49 injiziert. Der Flüssigkristall 53 besteht aus dem oben angegebenen "nematischen" Flüssigkristallmaterial.
Die Orientierungsschichten 48 und 51 werden so verarbeitet, dass die anfängliche Orientierungsrichtung mit der Richtung "A" übereinstimmt.
Elektroden von der Spannungssteuereinheit 43 sind mit den transparenten Elektroden 47 und 50 verbunden, und die Spannungssteuereinheit 43 führt die GS-Spannung oder die WS-Spannung dem Flüssigkristall 53 der VGM-Zelle 42 über die Verbindungen zu.
Die Innenfläche der Glasplatte 49 hat den gekrümmten konkaven Teil, und die transparente Elektrode 50 und die Orientierungsschicht 51 sind in einem Stück mit der Innenfläche der Glasplatte 49 entlang der Krümmung des gekrümmten konkaven Teils davon gebildet. Die Dicke des Films des Flüssigkristalls 53 wird von den Glasplatten 46 und 49 in Übereinstimmung mit einer Filmdickenverteilung eingestellt, die durch die obige Formel (4) definiert wird.
Der Flüssigkristall 53 der VGM-Zelle 42 wird einem von dem mit GS erregten Feld und dem mit WS erregten Feld ausgesetzt, das selektiv von der Spannungssteuereinheit 43 generiert wird. Die Verteilung der Raumfrequenzen wird in Abhängigkeit vom an die VGM-Zelle 72 angelegten elektrischen Feld variiert. Die Ablenkrichtungen der Strahlen von der VGM-Zelle 42 zu den einfallenden Strahlen werden variiert, wenn die Verteilung der Raumfrequenzen durch die VGM-Zelle 42 geändert wird.
Wenn der Flüssigkristall 53 der VGM-Zelle 42 dem mit GS erregten Feld über dem Schwellenwert ausgesetzt wird, werden die in die VGM-Zelle 42 eintretenden einfallenden Strahlen parallel zur X-Richtung abgelenkt. Somit ist es möglich, das Scannen in der X-Richtung mit den ausgesendeten Strahlen zu dieser Zeit durchzuführen. Wenn er dem mit WS erregten Feld über dem Schwellenwert ausgesetzt wird, werden die in die VGM-Zelle 42 eintretenden einfallenden Strahlen parallel zur Y-Richtung abgelenkt. Somit ist es möglich, das Scannen in der Y-Richtung mit den ausgesendeten Strahlen zu dieser Zeit durchzuführen.
18 zeigt die Spannungssteuereinheit 43 der optischen Ablenkeranordnung 41 in 16.
Mit Bezugnahme auf 18 schließt die Spannungssteuereinheit 43 eine Takteinheit 54, eine GS-Spannungsquelle 55, eine WS-Spannungsquelle 56 und eine Schalteinheit 57 ein. Die Takteinheit 54 generiert ein Taktsignal, das zu den Elementen 55, 56 und 57 gesendet wird, um Operationen der Elemente 55, 56 und 57 zu synchronisieren. Die Takteinheit 54 hat einen Ausgang (in 18 mit "c" angezeigt), der mit jedem der Elemente 55, 56 und 57 verbunden ist.
Die GS-Spannungsquelle 55 generiert ein GS-Spannungssignal mit einer dreieckigen Wellenform synchron mit dem Taktsignal von der Takteinheit 54. Die WS-Spannungsquelle 56 generiert ein WS-Spannungssignal synchron mit dem Taktsignal von der Takteinheit 54, wobei das WS-Spannungssignal eine Wellenform hat, die im wesentlichen gleich ist wie die dreieckige Wellenform des GS-Spannungssignals.
Die Schalteinheit 57 hat einen GS-Eingang, der mit einem Ausgang (in 18 mit "a" angezeigt) der GS-Spannungsquelle 55 verbunden ist, einen WS-Eingang, der mit einem Ausgang (in 18 mit "b" angezeigt) der WS-Spannungsquelle 56 verbunden ist, und einen Spannungsausgang (in
18 mit "d" angezeigt), der mit der VGM-Zelle 42 verbunden ist. Die Schalteinheit 57 nimmt ein Schalten synchron mit dem Taktsignal von der Takteinheit 54 vor, wobei der GS-Eingang und der WS-Eingang abwechselnd mit dem Spannungsausgang der Schalteinheit 57 gemäß den von der Takteinheit 54 gesendeten Taktsignalen verbunden werden. Somit werden unter Verwendung dieses Betriebs der Schalteinheit 57 die GS-Spannung von der GS-Spannungsquelle 55 und die WS-Spannung von der WS-Spannungsquelle 56 abwechselnd an die VGM-Zelle 42 in Übereinstimmung mit den von der Takteinheit 54 gesendeten Taktsignalen angelegt.
19A bis 19D zeigen Betriebe der Spannungssteuereinheit 43 in 18. 19A zeigt eine Wellenform des GS-Spannungssignals am Ausgang "a" der GS-Spannungsquelle 55. 19B zeigt eine Wellenform des WS-Spannungssignals am Ausgang "b" der WS-Spannungsquelle 56. 19C zeigt eine Wellenform des Taktsignals am Ausgang "c" der Takteinheit 54. 19D zeigt eine Wellenform des Spannungssignals am Spannungsausgang "d" der Schalteinheit 57.
Die GS-Spannungsquelle 55 gibt das GS-Spannungssignal an die Schalteinheit 57 in Übereinstimmung mit den Taktsignalen von der Takteinheit 54 aus. Das GS-Spannungssignal hat die in 19A gezeigte dreieckige Wellenform, und die durch das GS-Spannungssignal angezeigte GS-Spannung erhöht sich proportional und fällt abrupt, ist jedoch immer größer als ein vorherbestimmter Schwellenwert.
Die WS-Spannungsquelle 56 gibt das WS-Spannungssignal an die Schalteinheit 57 in Übereinstimmung mit den Taktsignalen von der Takteinheit 54 aus. Das WS-Spannungssignal hat eine Wellenform, die im wesentlichen gleich ist wie die dreieckige Wellenform des GS-Spannungssignals, und, wie in 19B gezeigt, steigt die durch das WS-Spannungssignal angezeigte WS-Spannung intermittierend und fällt in der abwechselnden Weise, ist jedoch immer größer als der vorherbestimmte Schwellenwert.
Die Schalteinheit 57 gibt das GS-Spannungssignal an die VGM-Zelle 42 aus, wenn das Taktsignal von der Takteinheit 54 auf einen Hochpegel eingestellt ist, und gibt das WS-Spannungssignal an die VGM-Zelle 42 aus, wenn das Taktsignal von der Takteinheit 54 auf einen Niederpegel eingestellt ist, wie in 19C gezeigt.
Demgemäß ist das von der Schalteinheit 57 an die VGM-Zelle 42 ausgegebene Spannungssignal wie in 19D gezeigt, und das GS-Spannungssignal von der GS-Spannungsquelle 55 und das WS-Spannungssignal von der WS-Spannungsquelle 56 werden abwechselnd an die VGM-Zelle 42 ausgegeben. Daher wird unter Verwendung der Spannungssteuereinheit 43 die VGM-Zelle 42 einem von dem mit GS erregten Feld und dem mit WS erregten Feld abwechselnd ausgesetzt.
Mit erneuter Bezugnahme auf 16 werden, wenn die VGM-Zelle 42 dem mit GS erregten Feld ausgesetzt wird, "Beu gungs"muster in einer Richtung (in 16 durch einen Pfeil "B" angezeigt) unter rechten Winkeln zur anfänglichen Orientierungsrichtung "A" im Flüssigkristall 53 der VGM-Zelle 42 erzeugt. Die einfallenden Strahlen werden zu dieser Zeit von der VGM-Zelle 42 parallel zur Richtung "B" abgelenkt. Die GS-Spannung, die vom Schwellenwert auf ein höchstes Maximum gemäß der dreieckigen Wellenform erhöht wird, wie in 19A gezeigt, wird an die VGM-Zelle 42 angelegt, und ein Ablenkwinkel θ der abgelenkten Strahlen zu den einfallenden Strahlen wird von θ₀ beim Schwellenwert auf θ₁ beim höchsten Maximum dementsprechend erhöht.
In 16 ist der Scan-Bereich in Bezug auf die abgelenkten Strahlen von der VGM-Zelle 42, wenn sie dem mit GS erregten Feld ausgesetzt wird, mit einem Pfeil "LDC" angezeigt.
Wenn die VGM-Zelle 42 dem mit WS erregten Feld ausgesetzt wird, werden "Beugungs"muster in einer Richtung parallel zur anfänglichen Orientierungsrichtung "A" im Flüssigkristall 53 der VGM-Zelle 42 erzeugt. Die einfallenden Strahlen werden zu dieser Zeit von der VGM-Zelle 42 parallel zur anfänglichen Orientierungsrichtung "A" abgelenkt. Die WS-Spannung, deren Amplitude im wesentlichen vom Schwellenwert auf das höchste Maximum erhöht wird, wie in 19B gezeigt, wird an die VGM-Zelle 42 angelegt, und ein Ablenkwinkel Φ der abgelenkten Strahlen zu den einfallenden Strahlen wird von Φ₀ beim Schwellenwert auf Φ₁ beim höchsten Maximum dementsprechend erhöht.
In 16 ist der Scan-Bereich in Bezug auf die abgelenkten Strahlen von der VGM-Zelle 42, wenn sie dem mit WS erregten Feld ausgesetzt wird, wie mit einem Pfeil "LAC'" angezeigt. Da der Ablenkspiegel 44 die Strahlen ablenkt, die von der VGM-Zelle 42 abgelenkt werden, wenn sie dem mit WS erregten Feld ausgesetzt wird, ist der Scan-Bereich in Bezug auf die abgelenkten Strahlen vom Ablenkspiegel 44 wie mit einem Pfeil "LAC" angezeigt. Demgemäß überlappen einander im wesentlichen der Scan-Bereich "LAC" in Bezug auf die abgelenkten Strahlen vom Ablenkspiegel 44 und der Scan-Bereich "LDC" in Bezug auf die anderen abgelenkten Strahlen von der VGM-Zelle 42, die nicht vom Spiegel 44 abgelenkt werden.
20 zeigt den oben beschriebenen Betrieb der optischen Ablenkeranordnung 41 in 16. In der optischen Ablenkeranordnung 41 ist es unter Verwendung der VGM-Zelle 42, der Spannungssteuereinheit 43 und des Ablenkspiegels 44 möglich, ein bidirektionales Scannen mit den abgelenkten Strahlen, die vom Ablenkspiegel 44 abgelenkt werden, wenn sie dem mit WS erregten Feld ausgesetzt wird, und den anderen abgelenkten Strahlen von der VGM-Zelle 42 durchzuführen, wenn sie dem mit GS erregten Feld ausgesetzt wird. Zusätzlich schneiden einander eine Scan-Linie in der Richtung "A" und eine Scan-Linie in der Richtung "B" unter rechten Winkeln im Zentrum jedes der Scan-Bereiche.
Die optische Ablenkeranordnung 41 erfordert keine Verwendung einer Bewegungseinheit, um das bidirektionale Scannen vorzunehmen. Die optische Ablenkeranordnung 41 in der ersten Ausführungsform kann das bidirektionale Scannen mit guter Zuverlässigkeit unter Verwendung des Ablenkspiegels 44 und der Spannungssteuereinheit 43 zusätzlich zur VGM-Zelle 42 durchführen.
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ist die Größe des Ablenkspiegels 44 so bestimmt, dass sie einen Scan-Bereich abdeckt, bei dem die Beugungsstrahlen erster Ordnung durch die VGM-Zelle 42 geführt werden. Die durch die VGM-Zelle 42 geführten Beugungsstrahlen nullter Ordnung und zweiter Ordnung werden vom Ablenkspiegel 44 nicht abgelenkt und für ein bidirektionales Scannen nicht verwendet.
Zusätzlich kann in der oben beschriebenen ersten Aus führungsform der Ablenkspiegel 44 entweder ein Totalreflexionsspiegel oder ein halbdurchlässiger Spiegel sein. Wenn ein halbdurchlässiger Spiegel verwendet wird, wird ein durch den halbdurchlässigen Spiegel ausgesendeter Strahl so von einem Spiegel reflektiert, dass der reflektierte Strahl verwendet wird, um ein Scannen in einer anderen Richtung vorzunehmen.
21A und 21B zeigen einen Betrieb einer weiteren Spannungssteuereinheit in der ersten Ausführungsform. 21A zeigt eine Spannungssteuereinheit 58, die von der Spannungssteuereinheit 42 verschieden ist: 21B zeigt eine Wellenform eines von der Spannungssteuereinheit 58 der VGM-Zelle 42 zugeführten Spannungssignals.
Mit Bezugnahme auf 21A generiert die Spannungssteuereinheit 58 zufällig eines von dem mit GS erregten Feld und dem mit WS erregten Feld, das an den Flüssigkristall 53 der VGM-Zelle 42 angelegt wird.
Wie in 21B gezeigt, wird eines von einem GS-Spannungssignal und einem WS-Spannungssignal von der Spannungssteuereinheit 58 zufällig an die VGM-Zelle 42 ausgegeben. Daher wird unter Verwendung der Spannungssteuereinheit 58 die VGM-Zelle 42 dem mit GS erregten Feld oder dem mit WS erregten Feld zufällig ausgesetzt.
Unter Verwendung der Spannungssteuereinheit 58 ist eine Schalteinheit wie die Schalteinheit 57 nicht erforderlich, um die optische Ablenkeranordnung 41 in der ersten Ausführungsform zu konstruieren.
22 zeigt eine optische Ablenkeranordnung 61 in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 22 sind die Elemente, die gleich sind wie entsprechende Elemente in 16, mit denselben Bezugszahlen bezeichnet, und eine Beschreibung davon wird weggelassen.
Mit Bezugnahme auf 22 schließt die optische Ablen keranordnung 61 eine zusätzliche VGM-Zelle 62, einen ersten Ablenkspiegel 63 und einen zweiten Ablenkspiegel 64 zusätzlich zu der VGM-Zelle 42, dem Ablenkspiegel 44 und der Lichtquelle 45 ein, die in der optischen Ablenkeranordnung 41 in der ersten Ausführungsform eingeschlossen sind. Ferner ist in der zweiten Ausführungsform eine Spannungssteuereinheit 65 vorgesehen, um abwechselnd ein mit GS erregtes Feld und ein mit WS erregtes Feld zu generieren, das an die VGM-Zelle 42 und die VGM-Zelle 62 in einer gesteuerten Sequenz angelegt wird.
Die zusätzliche VGM-Zelle 62 ist unter 45 Grad zur anfänglichen Orientierungsrichtung "A" der VGM-Zelle 42 angeordnet. Der erste und zweite Ablenkspiegel 63 und 64 lenken alle abgelenkten Strahlen von der VGM-Zelle 62 an einer vorherbestimmten Position so ab, dass ein Scan-Bereich in Bezug auf die abgelenkten Strahlen von den zusätzlichen Ablenkspiegeln 63 und 64, der Scan-Bereich in Bezug auf die abgelenkten Strahlen vom Ablenkspiegel 44 und der Scan-Bereich in Bezug auf die abgelenkten Strahlen von der VGM-Zelle 42 einander im wesentlichen überlappen.
Die zusätzliche VGM-Zelle 62 hat dieselbe Konstruktion wie die VGM-Zelle 42, und eine Beschreibung davon wird weggelassen. Auch hat jeder der Ablenkspiegel 63 und 64 dieselbe Konstruktion wie der Ablenkspiegel 44, und eine Beschreibung davon wird weggelassen.
23 zeigt die Spannungssteuereinheit 65 der optischen Ablenkeranordnung in 22.
Mit Bezugnahme auf 23 schließt die Spannungssteuereinheit 65 eine Takteinheit 66, eine GS-Spannungsquelle 67, eine WS-Spannungsquelle 68, eine Schalteinheit 69 und eine Schalteinheit 70 ein. Die Takteinheit 66 generiert ein Taktsignal, das zu den Elementen 67, 68, 69 und 70 gesendet wird, um Operationen der Elemente 67, 68, 69 und 70 zu synchronisieren. Die Takteinheit 66 hat einen ersten Ausgang (mit "CL1" angezeigt), der mit jedem der Elemente 67, 68 und 69 verbunden ist, und einen zweiten Ausgang (mit "CL2" angezeigt), der mit dem Element 70 verbunden ist. Aus dem ersten Ausgang "CL1" gibt die Takteinheit 66 ein erstes Taktsignal CL1 an die Elemente 67-69 aus. Aus dem zweiten Ausgang "CL2" gibt die Takteinheit 66 ein zweites Taktsignal CL2 an das Element 70 aus. Eine Periode des zweiten Taktsignals CL2 ist zweimal so groß wie eine Periode des ersten Taktsignals CL1.
Die GS-Spannungsquelle 67 generiert ein GS-Spannungssignal mit einer dreieckigen Wellenform synchron mit dem ersten Taktsignal CL1 von der Takteinheit 66. Die WS-Spannungsquelle 68 generiert ein WS-Spannungssignal synchron mit dem Taktsignal CL1 von der Takteinheit 66, wobei das WS-Spannungssignal eine Wellenform hat, die im wesentlichen gleich ist wie die dreieckige Wellenform des GS-Spannungssignals.
Die Schalteinheit 69 hat einen GS-Eingang, der mit einem Ausgang der GS-Spannungsquelle 67 verbunden ist, einen WS-Eingang, der mit einem Ausgang der WS-Spannungsquelle 68 verbunden ist, und einen Ausgang, der mit einem Eingang der Schalteinheit 70 verbunden ist. Die Schalteinheit 69 nimmt ein Schalten synchron mit dem ersten Taktsignal CL1 von der Takteinheit 66 vor, wobei der GS-Eingang und der WS-Eingang abwechselnd mit dem Ausgang der Schalteinheit 69 gemäß dem ersten Taktsignal CL1 verbunden werden. Unter Verwendung dieses Betriebs der Schalteinheit 69 werden die GS-Spannung von der GS-Spannungsquelle 67 und die WS-Spannung von der WS-Spannungsquelle 68 abwechselnd dem Eingang der Schalteinheit 70 in Übereinstimmung mit dem ersten Taktsignal CL1 von der Takteinheit 66 zugeführt.
Die Schalteinheit 70 hat einen Takteingang, der mit dem zweiten Ausgang "CL2" der Takteinheit 66 verbunden ist, einen Spannungseingang, der mit dem Ausgang der Schalteinheit 69 verbunden ist, einen ersten Ausgang, der mit der VGM-Zelle 42 verbunden ist, und einen zweiten Ausgang, der mit der zusätzlichen VGM-Zelle 62 verbunden ist. Die Schalteinheit 70 nimmt ein Schalten synchron mit dem zweiten Taktsignal CL2 von der Takteinheit 66 vor, wobei der Spannungseingang abwechselnd mit einem vom ersten Ausgang und zweiten Ausgang gemäß dem zweiten Taktsignal CL2 verbunden wird. Somit wird das GS- oder WS-Spannungssignal von der Schalteinheit 69 einer von der VGM-Zelle 42 und der zusätzlichen VGM-Zelle 62 abwechselnd gemäß dem zweiten Taktsignal CL2 von der Takteinheit 66 zugeführt.
24A bis 24G zeigen Operationen der Spannungssteuereinheit 65 in 23. 24A zeigt eine Wellenform des GS-Spannungssignals am Ausgang der GS-Spannungsquelle 67. 24B zeigt eine Wellenform des WS-Spannungssignals am Ausgang der WS-Spannungsquelle 68. 24C zeigt eine Wellenform des ersten Taktsignals CL1 am ersten Ausgang der Takteinheit 66. 24D zeigt eine Wellenform des GS- oder WS-Spannungssignals am Spannungsausgang der Schalteinheit 69. 24E zeigt eine Wellenform des zweiten Taktsignals CL2 am zweiten Ausgang der Takteinheit 66. 24F zeigt eine Wellenform des GS- oder WS-Spannungssignals am ersten Ausgang der Schalteinheit 70, wobei dieses Spannungssignal der VGM-Zelle 42 zugeführt wird. 24G zeigt eine Wellenform des GS- oder WS-Spannungssignals am zweiten Ausgang der Schalteinheit 70, wobei das Spannungssignal der zusätzlichen VGM-Zelle 62 zugeführt wird.
Wie aus der vorhergehenden Beschreibung der ersten Ausführungsform hervorgeht, gibt die Schalteinheit 69 das GS-Spannungssignal (24A) an die Schalteinheit 70 aus, wenn das erste Taktsignal CL1 (24C) auf einem Hochpegel ist, und gibt das WS-Spannungssignal (24B) zur Schalteinheit 70 aus, wenn das erste Taktsignal CL1 auf einem Niederpegel ist. Diese Operation der Schalteinheit 70 wird gemäß dem ersten Taktsignal CL1 wiederholt. Somit wird, wie in 24D gezeigt, das GS- oder WS-Spannungssignal am Spannungsausgang der Schalteinheit 69 erzeugt. Dieses Spannungssignal wird der Schalteinheit 70 zugeführt.
Die Schalteinheit 70 gibt das Spannungssignal von der Schalteinheit 69 an eine von der VGM-Zelle 42 und der zusätzlichen VGM-Zelle 62 abwechselnd gemäß dem zweiten Taktsignal CL2 aus. Wenn das zweite Taktsignal CL2 auf einem Hochpegel ist, gibt die Schalteinheit 70 das Spannungssignal an die VGM-Zelle 42 aus. Wenn das zweite Taktsignal CL2 auf einem Niederpegel ist, gibt die Schalteinheit 70 das Spannungssignal an die zusätzliche VGM-Zelle 62 aus.
Da die Periode des zweiten Taktsignals CL2 (24E) zweimal so groß ist wie die Periode des ersten Taktsignals CL1 (24C), wird das Spannungssignal, wie in 24F gezeigt, von der Schalteinheit 70 der VGM-Zelle 42 zugeführt, und wird das Spannungssignal, wie in 24G gezeigt, von der Schalteinheit 70 der zusätzlichen VGM-Zelle 62 zugeführt.
Die Operation der VGM-Zelle 42, um die einfallenden Strahlen abzulenken, ist gleich wie jene der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, und eine Beschreibung davon wird weggelassen.
Mit Bezugnahme auf 22 wird die Operation der zusätzlichen VGM-Zelle 62 beschrieben, um die einfallenden Strahlen abzulenken.
Die VGM-Zelle 62 (die zusätzliche VGM-Zelle 62 wird im nachstehenden VGM-Zelle 62 genannt) ist unter 45 Grad zur anfänglichen Orientierungsrichtung "A" der VGM-Zelle 42 angeordnet. Wenn das GS-Spannungssignal von der Spannungssteu ereinheit 65 der VGM-Zelle 62 zugeführt wird, werden die einfallenden Strahlen von der VGM-Zelle 62 in der Richtung "E" abgelenkt. Wenn das WS-Spannungssignal von der Spannungssteuereinheit 65 der VGM-Zelle 62 zugeführt wird, werden die einfallenden Strahlen von der VGM-Zelle 62 in der Richtung "D" abgelenkt.
Der erste Ablenkspiegel 63 lenkt die abgelenkten Strahlen in der Richtung "E" ab, und der zweite Ablenkspiegel 64 lenkt die abgelenkten Strahlen in der Richtung "D" ab. Somit lenken der erste und zweite Ablenkspiegel 63 und 64 alle abgelenkten Strahlen von der VGM-Zelle 62 so ab, dass der Scan-Bereich in Bezug auf die abgelenkten Strahlen von den zusätzlichen Ablenkspiegeln 63 und 64, der Scan-Bereich in Bezug auf die abgelenkten Strahlen vom Ablenkspiegel 44 und der Scan-Bereich in Bezug auf die abgelenkten Strahlen von der VGM-Zelle 42 einander im wesentlichen überlappen.
25 zeigt die oben beschriebene Operation der optischen Ablenkeranordnung in 22. In 25 ist der Scan-Bereich in Bezug auf die abgelenkten Strahlen vom Ablenkspiegel 44 durch einen Pfeil "LAC" angezeigt, der Scan-Bereich in Bezug auf die abgelenkten Strahlen von der VGM-Zelle 42 ist mit einem Pfeil "LDC" angezeigt, und die Scan-Bereiche in Bezug auf die abgelenkten Strahlen vom ersten und zweiten Ablenkspiegel 63 und 64 sind mit Pfeilen "LDC2" bzw. "LAC2" angezeigt.
In der optischen Ablenkeranordnung 61 in der zweiten Ausführungsform, wie in 25 gezeigt, ist es möglich, dass die vier Scan-Linien in den Richtungen "A", "B", "D" und "E" einander unter rechten Winkeln im Zentrum jedes der Scan-Bereiche schneiden. Demgemäß kann die optische Ablenkeranordnung 61 in der zweiten Ausführungsform das vierdirektionale Scannen mit einer guten Zuverlässigkeit durch die Verwendung der Ablenkspiegel 44, 63 und 64 und der Spannungssteuerein heit 65 zusätzlich zu den VGM-Zellen 42 und 62 durchführen. Es ist nicht notwendig, eine Bewegungseinheit zu verwenden, um das vierdirektionale Scannen vorzunehmen.
Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen begrenzt, und Variationen und Modifikationen können vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Optische Ablenkeranordnung mit einer Zelle mit variabler Gittermode, die einen Film aus einem nematischen Flüssigkristallmaterial einschließt, wobei die Zelle mit variabler Gittermode angeordnet ist, einfallende Strahlen in einer Ablenkrichtung rechtwinklig zu einer anfänglichen Orientierungsrichtung des Flüssigkristalls abzulenken, wenn sie einem mit GS erregten Feld mit einer Amplitude ausgesetzt wird, die einen vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet, und die periodisch variiert, und die einfallenden Strahlen in einer Ablenkrichtung parallel zur anfänglichen Orientierungsrichtung des Flüssigkristalls abzulenken, wenn sie einem mit WS erregten Feld mit einer Amplitude ausgesetzt wird, die den vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet, und die periodisch variiert, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Ablenkeranordnung umfasst: eine Spannungssteuereinrichtung (43) zum abwechselnden Generieren eines von dem mit GS erregten Feld und dem mit WS erregten Feld, und zum abwechselnden Anlegen des einen von dem mit GS erregten Feld und dem mit WS erregten Feld an den Film der Zelle (42) mit variabler Gittermode; und eine Ablenkeinrichtung (44) zum Ablenken von Strahlen, die von der Zelle (42) mit variabler Gittermode in einer von der parallelen Richtung und der rechtwinkligen Richtung abgelenkt werden, zu einer vorherbestimmten Position, so dass ein Scan-Bereich in Bezug auf die abgelenkten Strahlen von der Ablenkeinrichtung und ein Scan-Bereich in Bezug auf die abgelenkten Strahlen von der Zelle mit variabler Gittermode, die nicht von der Ablenkeinrichtung abgelenkt werden, einander im wesentlichen überlappen.
Optische Ablenkeranordnung nach Anspruch 1, bei welcher die Ablenkeinrichtung ein Spiegel (44) ist, der eingerichtet ist, die abgelenkten Strahlen von der Zelle (42) mit variabler Gittermode zu reflektieren.
Optische Ablenkeranordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Amplitude des mit GS erregten Felds eine dreieckige Wellenform hat, und die Amplitude des mit WS erregten Felds eine Wellenform hat, die im wesentlichen gleich ist wie die dreieckige Wellenform.
Optische Ablenkeranordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die optische Ablenkeranordnung ferner umfasst: eine zusätzliche Zelle (62) mit variabler Gittermode, die einen Film aus einem nematischen Flüssigkristallmaterial einschließt, das dasselbe ist wie das nematische Flüssigkristallmaterial der Zelle (42) mit variabler Gittermode, wobei die zusätzliche Zelle mit variabler Gittermode eingerichtet ist, die einfallenden Strahlen in einer schiefen Ablenkrichtung unter einem schiefen Winkel zur anfänglichen Orientierungsrichtung der Zelle mit variabler Gittermode abzulenken, wenn sie einem von dem mit GS erregten Feld und dem mit WS erregten Feld ausgesetzt wird; und zusätzliche Ablenkeinrichtungen (63, 64) zum Ablenken der abgelenkten Strahlen von der zusätzlichen Zelle (62) mit variabler Gittermode zu einer vorherbestimmten Position, so dass ein Scan-Bereich in Bezug auf die abgelenkten Strahlen von den zusätzlichen Ablenkereinrichtungen (63, 64), der Scan-Bereich in Bezug auf die abgelenkten Strahlen von der Ablenkereinrichtung (44) und der Scan-Bereich in Bezug auf die abgelenkten Strahlen von der Zelle (42) mit variabler Gittermode einander im wesentlichen überlappen.