JPH09179146A - Beam deflecting device - Google Patents

Beam deflecting device

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JPH09179146A
JPH09179146A JP34156795A JP34156795A JPH09179146A JP H09179146 A JPH09179146 A JP H09179146A JP 34156795 A JP34156795 A JP 34156795A JP 34156795 A JP34156795 A JP 34156795A JP H09179146 A JPH09179146 A JP H09179146A
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JP
Japan
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voltage
liquid crystal
frequency
deflection device
transparent electrodes
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP34156795A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigeo Kayashima
茂生 茅嶌
Shin Eguchi
伸 江口
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the linearity of stripe and to suppress the spread of deflected beam. SOLUTION: This deflecting device has structure sandwiching liquid crystal 20, for which the anisotropy of dielectric constant is negative, between transparent electrodes 12 on facing transparent substrates 10 and generates parallel stripe-shaped patterns having the close/tight distribution of spatial defraction factor through an electric field, and incident light is deflected and emitted. In this case, this device is driven by impressing the AC current of low frequency between the transparent electrodes 12.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は入射された光を偏向
して出射する光偏向デバイスに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light deflection device that deflects incident light and emits it.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、光偏向を行うには機械的な可動部
を有するガルバノミラー等の光偏向手段が用いられてい
た。しかし、このような機械的な可動部を有する光偏向
手段では、可動部を振動源とする振動が発生するなど好
ましくなかった。
2. Description of the Related Art Conventionally, a light deflecting means such as a galvanometer mirror having a mechanically movable portion has been used for performing light deflection. However, such an optical deflecting unit having a mechanically movable portion is not preferable because vibrations are generated from the movable portion as a vibration source.

【0003】更に可動部を有するため、電気的に高速、
高精度で制御を行うことも困難であった。そこで、機械
的な可動部を持たない液晶ディスプレイを用いた光偏向
デバイスが提案されている。この光偏向デバイスの原理
は以下の通りである。
Further, since it has a movable part, it is electrically high speed,
It was also difficult to control with high accuracy. Therefore, an optical deflection device using a liquid crystal display having no mechanically movable part has been proposed. The principle of this optical deflection device is as follows.

【0004】液晶分子の長軸、短軸方向の誘電率差(Δ
ε)が負である、あるネマティック液晶に対し、直流電
界を印加すると、電圧がある一定の閾値を超えたところ
で、平行縞状のパターンが現れることが報告されている
(W. Greubelet,al,App.Phys.Lett.19,7,1971)。
Dielectric constant difference (Δ
It has been reported that when a DC electric field is applied to a nematic liquid crystal with a negative ε), parallel stripe patterns appear when the voltage exceeds a certain threshold (W. Greubelet, al, App.Phys.Lett.19,7,1971).

【0005】この現象はVGM(Variable Grating Mod
e)と呼ばれている。この縞は、液晶内の二次配向の分布
に起因したもので、電圧の変化とともに縞の間隔(空間
周波数)が変化する。印加電圧に比例した空間周波数の
白黒の縞が発生する。
This phenomenon is caused by VGM (Variable Grating Mod).
e). This fringe is caused by the distribution of the secondary alignment in the liquid crystal, and the fringe spacing (spatial frequency) changes as the voltage changes. Black and white stripes with a spatial frequency proportional to the applied voltage are generated.

【0006】図1は上述したような原理を有するVGM
液晶デバイスの印加電圧に対する空間周波数変化を示し
ている。閾値電圧Vminを超えた直流電圧を印加する
ことによって、印加電圧に比例した空間周波数の白黒の
縞が発生する。
FIG. 1 shows a VGM having the above-described principle.
9 shows a change in spatial frequency with respect to an applied voltage of a liquid crystal device. By applying a DC voltage exceeding the threshold voltage Vmin, black and white stripes having a spatial frequency proportional to the applied voltage are generated.

【0007】図2はVGM液晶デバイスに対して直流電
圧を加えたときの縞の様子を示している。一対の透明電
極2,4が直流電源6に接続されており、電源6により
直流電圧を印加すると、液晶の初期配向方向(ラビング
方向)に対して平行な縞5が発生する。
FIG. 2 shows the appearance of stripes when a DC voltage is applied to the VGM liquid crystal device. A pair of transparent electrodes 2 and 4 is connected to a DC power source 6, and when a DC voltage is applied from the power source 6, stripes 5 parallel to the initial alignment direction (rubbing direction) of the liquid crystal are generated.

【0008】図3にVGM液晶デバイスの構造の一例を
示す。VGM液晶デバイス8はガラス等の一対の透明基
板10a,10b上にITO等の透明電極12a,12
bがそれぞれ形成されている。
FIG. 3 shows an example of the structure of the VGM liquid crystal device. The VGM liquid crystal device 8 includes transparent electrodes 12a, 12 made of ITO or the like on a pair of transparent substrates 10a, 10b made of glass or the like.
b are formed respectively.

【0009】各透明電極12a,12b上には液晶分子
を配列させるための、ポリイミド等の配向膜14が形成
され、この配向膜14に対してラビング処理が行われて
いる。
An alignment film 14 of polyimide or the like for aligning liquid crystal molecules is formed on each transparent electrode 12a, 12b, and the alignment film 14 is subjected to a rubbing process.

【0010】これらの透明電極12a,12bをスペー
サ16を介在させてあるギャップ間隔(2〜6μm)を
保って対向させ、ギャップ中に液晶20が満たされ、封
止剤18で封止されている。配向膜14がラビング処理
されているため、ギャップ中に満たされた液晶20はラ
ビング方向に沿って液晶分子の長軸が初期配向する。
These transparent electrodes 12a, 12b are opposed to each other with a gap 16 (2 to 6 μm) interposed with a spacer 16 interposed therebetween, and the liquid crystal 20 is filled in the gap and sealed with a sealant 18. . Since the alignment film 14 is rubbed, the liquid crystal 20 filled in the gap has the major axis of liquid crystal molecules initially aligned along the rubbing direction.

【0011】一対の透明電極12a,12bにはそれぞ
れリード線24が銀ペースト22で接合されている。リ
ード線24を図示しない直流電源に接続し、一対の透明
電極12a,12bの間に閾値電圧以上の電圧を印加す
ると、図2に示したような液晶の初期配向方向に対して
平行な縞が発生する。
A lead wire 24 is joined to the pair of transparent electrodes 12a and 12b with a silver paste 22. When the lead wire 24 is connected to a DC power source (not shown) and a voltage equal to or higher than the threshold voltage is applied between the pair of transparent electrodes 12a and 12b, stripes parallel to the initial alignment direction of the liquid crystal as shown in FIG. Occur.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】ところが、VGM液晶
デバイスを直流駆動すると、何らかの原因で発生する縞
の直線性がよくないことが実験的に確認された。液晶中
に異物が介在すると、この縞の直線性が更に乱される。
このように直線性がよくない縞で回折した光は散乱し、
入射光のビーム径よりも広がってしまうという問題があ
った。
However, it has been experimentally confirmed that when the VGM liquid crystal device is driven by direct current, the linearity of the stripes generated for some reason is not good. The presence of foreign matter in the liquid crystal further disturbs the linearity of these stripes.
Light diffracted by fringes with poor linearity is scattered,
There is a problem that it becomes wider than the beam diameter of the incident light.

【0013】本発明はこのような点に鑑みて成されたも
のであり、その目的とするところは、偏向ビームのビー
ム径の広がりを抑制することのできる光偏向デバイスを
提供することである。
The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide an optical deflection device capable of suppressing the spread of the beam diameter of a deflected beam.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明によると、誘電率
の異方性が負である液晶を対向する透明基板上の透明電
極間に挟んだ構造を有し、電界により空間的な屈折率の
粗密分布を有する平行縞状のパターンを発生させ、入射
された光を偏向して出射する光偏向デバイスであって、
前記透明電極間に低周波の交流電圧を印加して駆動する
ことを特徴とする光偏向デバイスが提供される。
According to the present invention, a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy is sandwiched between transparent electrodes on opposing transparent substrates, and a spatial refractive index is generated by an electric field. An optical deflection device for generating a parallel striped pattern having a coarse and dense distribution of, deflecting incident light, and outputting the deflected light.
There is provided an optical deflection device characterized in that a low-frequency AC voltage is applied between the transparent electrodes for driving.

【0015】好ましくは、印加する低周波の周波数は約
20Hz〜約200Hzの範囲内である。この範囲内で
印加電圧の周波数を変化させることにより、空間周波数
を制御することができ、その結果偏向角を制御すること
ができる。
Preferably, the applied low frequency frequency is in the range of about 20 Hz to about 200 Hz. By changing the frequency of the applied voltage within this range, the spatial frequency can be controlled, and as a result, the deflection angle can be controlled.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】透明電極12a,12b間のギャ
ップが2μmである図3に示すようなVGM液晶デバイ
スを作成した。そして、一対のリード線24を交流電源
に接続し、透明電極12a,12bの間に低周波の交流
電圧を印加した。駆動に用いた交流波形はサイン波であ
る。本実施形態の配向膜はポリイミドから形成されてお
り、液晶はエステル系のネマチック液晶である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A VGM liquid crystal device having a gap between transparent electrodes 12a and 12b of 2 μm as shown in FIG. 3 was prepared. Then, the pair of lead wires 24 was connected to an AC power source, and a low-frequency AC voltage was applied between the transparent electrodes 12a and 12b. The AC waveform used for driving is a sine wave. The alignment film of this embodiment is formed of polyimide, and the liquid crystal is an ester nematic liquid crystal.

【0017】図4に交流電圧を20Hz〜200Hzで
変化させたときの印加電圧に対する空間周波数変化を示
す。参考のために、直流電圧を印加したときの空間周波
数変化を●で示している。
FIG. 4 shows the change in spatial frequency with respect to the applied voltage when the AC voltage is changed from 20 Hz to 200 Hz. For reference, the change in spatial frequency when a DC voltage is applied is indicated by ●.

【0018】直流電圧を印加したときには、電圧15V
付近から縞(空間周波数)が発生し、60Vまで縞の本
数が直線的に増加し、印加電圧60Vで縞の本数が約
1,100本となっている。
When a DC voltage is applied, a voltage of 15V
Stripes (spatial frequency) are generated from the vicinity, and the number of stripes linearly increases up to 60V, and the number of stripes is about 1,100 at an applied voltage of 60V.

【0019】低周波の交流駆動では、印加電圧約30V
〜約80Vの間で縞が発生する。交流200Hzを印加
した場合には、閾値電圧が約40Vとなる。交流500
Hzの電圧を印加したところ、縞の発生は見られなかっ
た。
In low frequency AC driving, an applied voltage of about 30V
Stripes occur between ~ 80V. When AC 200 Hz is applied, the threshold voltage becomes about 40V. AC 500
When a voltage of Hz was applied, no stripes were observed.

【0020】よって、約20Hz〜約200Hzの周波
数の交流電圧を透明電極に印加することにより、空間的
な屈折率の粗密分布を有する平行縞状のパターンを発生
させることができ、この縞の直線性がよいことが確認で
きた。
Therefore, by applying an AC voltage having a frequency of about 20 Hz to about 200 Hz to the transparent electrode, it is possible to generate a parallel striped pattern having a spatially uneven distribution of the refractive index, and the straight line of this strip. It was confirmed that it was good.

【0021】図5に印加電圧60Vで駆動周波数を変化
させた場合の空間周波数変化を示す。駆動周波数を20
Hz〜200Hzの範囲内で変化させると、空間周波数
は約850〜約1,150本の領域で変化する。この変
化は周波数の二次関数で表すことができる。駆動周波数
を変化させることによって空間周波数が変化し、レーザ
ビームの偏向角を制御することができる。
FIG. 5 shows a change in spatial frequency when the drive frequency is changed with an applied voltage of 60V. Drive frequency 20
When changed within the range of Hz to 200 Hz, the spatial frequency changes in the region of about 850 to about 1,150 lines. This change can be represented by a quadratic function of frequency. By changing the drive frequency, the spatial frequency changes, and the deflection angle of the laser beam can be controlled.

【0022】本実施形態で用いた光偏向デバイスでは、
縞の空間周波数をy、駆動周波数をxとすると、xとy
の関係は、 y=−0.006x2 +3.009x+807.684 で表すことができる。
In the optical deflection device used in this embodiment,
If the spatial frequency of the stripe is y and the drive frequency is x, then x and y
Can be expressed as y = −0.006x 2 + 3.009x + 807.684.

【0023】次に図6乃至図9を参照して、本実施形態
の光偏向デバイスを使用して光ビームを偏向させたとき
のビームの広がり及び強度分布を説明する。図6に実験
に使用したビームの強度分布測定装置の概略を示す。
Next, the spread and intensity distribution of the beam when the light beam is deflected using the optical deflection device of this embodiment will be described with reference to FIGS. 6 to 9. FIG. 6 shows an outline of the beam intensity distribution measuring device used in the experiment.

【0024】He−Neレーザ28から出射したレーザ
ビームを光偏向デバイス8に入射し、この光偏向デバイ
ス8から100mmの位置にスクリーン30を配置し、
スクリーン30に投射したビームをCCDカメラ32で
撮影する。
The laser beam emitted from the He-Ne laser 28 is incident on the optical deflection device 8, and the screen 30 is arranged at a position 100 mm from the optical deflection device 8.
The beam projected on the screen 30 is photographed by the CCD camera 32.

【0025】図7乃至図9はスクリーン30に投射した
ビームスポットとその強度分布を示している。各図にお
いて、上段がビームスポットを示し、下段がその強度分
布を示している。
7 to 9 show the beam spot projected on the screen 30 and its intensity distribution. In each figure, the upper part shows the beam spot and the lower part shows the intensity distribution.

【0026】図7はデバイスに電圧を印加しないときの
強度分布であり、このときにはレーザビームは偏向せず
に直進する。図8は一次回折光の偏向角(回折角)が約
40°となるように直流電圧を印加したときのビームス
ポット及びその強度分布を示している。
FIG. 7 shows the intensity distribution when no voltage is applied to the device. At this time, the laser beam goes straight without being deflected. FIG. 8 shows a beam spot and its intensity distribution when a DC voltage is applied so that the deflection angle (diffraction angle) of the first-order diffracted light is about 40 °.

【0027】(A)は主走査方向(この場合には縦方
向)のビームスポット及びその強度分布を示し、(B)
は副走査方向(横方向)のビームスポット及びその強度
分布を示している。この図から明らかなように、特に副
走査方向のビームの広がりが著しいことが観察される。
(A) shows a beam spot in the main scanning direction (in this case, the vertical direction) and its intensity distribution, and (B).
Indicates a beam spot in the sub-scanning direction (lateral direction) and its intensity distribution. As is clear from this figure, it is observed that the beam spread is particularly remarkable in the sub-scanning direction.

【0028】図9は50Hzの交流電圧を光偏向デバイ
スに印加したときのビームスポット及びその強度分布で
あり、(A)は主走査方向の、(B)は副走査方向のビ
ームスポット及びその強度分布を示している。
FIG. 9 shows a beam spot and its intensity distribution when an AC voltage of 50 Hz is applied to the optical deflecting device. (A) shows the beam spot in the main scanning direction, and (B) shows the beam spot in the sub scanning direction and its intensity. The distribution is shown.

【0029】この図から明らかなように、図8に示した
直流電圧印加の場合に比較して交流電圧の駆動時にはビ
ームの広がりがかなり抑えられている。これは交流駆動
により、縞の直線性が改善されたことを示している。
As is clear from this figure, the spread of the beam is considerably suppressed when the AC voltage is driven as compared with the case of applying the DC voltage shown in FIG. This indicates that the AC drive has improved the linearity of the stripes.

【0030】周波数を20Hz〜200Hzの範囲内で
変化させて同様な測定をしたところ、ビームスポットの
広がりが直流駆動の場合に比較してかなり改善されてい
ることが確認された。
The same measurement was performed by changing the frequency within the range of 20 Hz to 200 Hz, and it was confirmed that the spread of the beam spot was considerably improved as compared with the case of DC drive.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明によると、光偏向デバイスを低周
波の交流で駆動することにより、直流駆動で問題であっ
た偏向ビームの広がりを抑制できるという効果を奏す
る。更に、一定電圧で周波数を変化させることにより、
空間周波数を変化させ、その結果ビームの偏向角を任意
に変化させることができる。
According to the present invention, it is possible to suppress the spread of the deflected beam, which is a problem in DC driving, by driving the optical deflecting device with a low-frequency alternating current. Furthermore, by changing the frequency with a constant voltage,
The spatial frequency can be changed, and as a result, the beam deflection angle can be arbitrarily changed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】印加電圧に対する空間周波数変化を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing a change in spatial frequency with respect to an applied voltage.

【図2】直流駆動時の縞の様子を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the appearance of stripes during DC driving.

【図3】代表的なVGM液晶デバイスの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a typical VGM liquid crystal device.

【図4】周波数を変化させたときの印加電圧に対する空
間周波数変化を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a change in spatial frequency with respect to an applied voltage when the frequency is changed.

【図5】印加電圧60Vで駆動周波数を変化させたとき
の空間周波数変化を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a change in spatial frequency when a drive frequency is changed with an applied voltage of 60V.

【図6】実験に使用したビームの強度分布測定装置を示
す図である。
FIG. 6 is a view showing a beam intensity distribution measuring device used in an experiment.

【図7】電圧を印加しないときのビームの強度分布を示
す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a beam intensity distribution when a voltage is not applied.

【図8】直流電圧を印加したときのビームの強度分布を
示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a beam intensity distribution when a DC voltage is applied.

【図9】50Hzの交流電圧を印加したときのビームの
強度分布を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a beam intensity distribution when an AC voltage of 50 Hz is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

8 VGM液晶デバイス 10a,10b 透明基板 12a,12b 透明電極 14 配向膜 20 液晶 28 He−Neレーザ 30 スクリーン 32 CCDカメラ 8 VGM liquid crystal device 10a, 10b transparent substrate 12a, 12b transparent electrode 14 alignment film 20 liquid crystal 28 He-Ne laser 30 screen 32 CCD camera

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 誘電率の異方性が負である液晶を対向す
る透明基板上の透明電極間に挟んだ構造を有し、電界に
より空間的な屈折率の粗密分布を有する平行縞状のパタ
ーンを発生させ、入射された光を偏向して出射する光偏
向デバイスであって、 前記透明電極間に低周波の交流電圧を印加して駆動する
ことを特徴とする光偏向デバイス。
1. A parallel striped structure having a structure in which a liquid crystal having a negative anisotropy of dielectric constant is sandwiched between transparent electrodes on opposing transparent substrates, and having a spatially uneven distribution of refractive index due to an electric field. An optical deflection device that generates a pattern, deflects incident light, and emits the light, wherein the device is driven by applying a low-frequency AC voltage between the transparent electrodes.
【請求項2】 前記低周波は約20Hz〜約200Hz
の範囲内であることを特徴とする請求項1記載の光偏向
デバイス。
2. The low frequency is about 20 Hz to about 200 Hz.
The light deflection device according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記範囲内で交流電圧の周波数を変化さ
せることにより、偏向角を制御することを特徴とする請
求項2記載の光偏向デバイス。
3. The optical deflection device according to claim 2, wherein the deflection angle is controlled by changing the frequency of the AC voltage within the range.
【請求項4】 前記透明電極上に形成されたポリイミド
製の配向膜を更に具備したことを特徴とする請求項1〜
3のいずれかに記載の光偏向デバイス。
4. An alignment film made of polyimide formed on the transparent electrode is further provided.
3. The optical deflection device according to any one of 3 above.
【請求項5】 前記液晶はエステル系のネマチック液晶
であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載
の光偏向デバイス。
5. The optical deflection device according to claim 1, wherein the liquid crystal is an ester-based nematic liquid crystal.
JP34156795A 1995-12-27 1995-12-27 Beam deflecting device Withdrawn JPH09179146A (en)

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