KR920008979Y1 - Exposing control apparatus using twisted neumatic liquid crystal plate - Google Patents

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Abstract

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Description

트위스티드 뉴매틱 액정판을 이용한 노출제어 장치Exposure control device using twisted pneumatic liquid crystal panel

제1도는 본 고안의 평면도.1 is a plan view of the present invention.

제2도는 본 고안의 액정분자에 대한 경사각 및 회전각 변화좌표도.2 is a view of the tilt angle and rotation angle change coordinates for the liquid crystal molecules of the present invention.

제3도는함수로 계산된 경사각 및 회전각 좌표도.3 is Tilt and rotation angle coordinate plots calculated as a function.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 트위스티드 뉴매틱 액정 2 : 유전체박막1: twisted pneumatic liquid crystal 2: dielectric thin film

3 : 편광자 4 : 검광자3: polarizer 4: analyzer

5 : 무반사코팅층5: antireflective coating layer

본 고안은 광응용기기에서 광량을 일정시간 제어하는 노출제어 장치에 관한 것으로, 특히 트위스티드 뉴매틱(Twisted Neumatic) 액정(Liquid Crystal)판을 중앙에 위치시키고 양측에 편광자 및 검광자를 일체화시켜서 카메라 등에 사용될수 있게한 노출제어장치이다.The present invention relates to an exposure control device that controls the amount of light in a light application device for a certain period of time. In particular, a twisted Neumatic Liquid Crystal plate is placed at the center and the polarizer and the analyzer are integrated at both sides to be used for a camera. Exposure control device.

종래의 노출제어장치는 쵸퍼(Chopper)를 이용하여 회전수와 쵸퍼의 면적을 조절하여 제어하는 기계적인 장치와, 압전변화기(Piezoelectric Transducer)와 고주파신호(RF Signal)에 의한 공진조건을 이용하여 투과되는 광량을 제어하는 음향광학(Acousto-optic)적 제어장치가 알려져있다. 상기 쵸퍼방식을 이용한 장치는 쵸퍼를 회전시킴에 따른 쵸퍼의 정밀한 회전수 제어가 용이하지 않으며, 쵸퍼의 면적을 조절함에 따른 면적제어 역시 정밀성을 요구하는 현대 광응용기기에는 한계가 있으며 노출제어가 어려운것이었다. 또한 압전변환기와 고주파 신호를 사용하는 음향 광학제어 역시 고주파를 발생시켜야 하므로 이로인한 원가상승의 요인이 되며 주위환경의 변화에 따라 일정주파수를 유지시켜 주기가 어려운것이었다.Conventional exposure control device is a mechanical device that controls the rotation speed and the area of the chopper by using a chopper, and transmits by using a resonance condition by a piezoelectric transducer and an RF signal. Acousto-optic control devices are known that control the amount of light being emitted. The device using the chopper method is not easy to control the precise rotation speed of the chopper by rotating the chopper, and the area control by adjusting the area of the chopper also has limitations in modern optical applications that require precision and difficult to control the exposure. Was. In addition, the acoustic and optical control using the piezoelectric transducer and the high frequency signal must also generate a high frequency, thereby causing a cost increase and it is difficult to maintain a constant frequency according to the change of the surrounding environment.

본 고안은 광량조절시에 개폐작동되는 기구부품을 사용하지 않고 편광자와 검광자 사이에 트위스티드 뉴매틱 액정을 성장시키고, 성장된 액정에 전압을 인가하여 액정분자의 배열이 변화됨으로써 광이 투과되게 하며, 인가전압에 의하여 액정분자가 받게되는 에너지 양에 의하여 배열이 변화되므로 전기적 신호의 크기에 따라서 노출시간을 제어할수 있도록 함을 목적으로 한다.The present invention grows the twisted pneumatic liquid crystal between the polarizer and the analyzer without using the opening and closing mechanism parts for light control, and applies the voltage to the grown liquid crystal to change the arrangement of the liquid crystal molecules so that light is transmitted. Therefore, since the arrangement is changed by the amount of energy received by the liquid crystal molecules by the applied voltage, an object of the present invention is to control the exposure time according to the magnitude of the electrical signal.

상기 목적을 위하여 본 고안은 트위스티드 뉴매틱 액정을 성장하며, 상기 액정 양측면 유전체박막을 형성하고, 상기 유전체 박막에 편광자 및 검광자를 일체화시키며, 유전체박막에 전압을 제공하도록 구성하여 본 고안을 완성할수 잇다. 이경우 편광자 및 검광자 외측은 무반사 코팅창을 형성한다.For this purpose, the present invention can be achieved by growing a twisted pneumatic liquid crystal, forming a dielectric thin film on both sides of the liquid crystal, integrating a polarizer and an analyzer into the dielectric thin film, and providing a voltage to the dielectric thin film. . In this case, the polarizer and the analyzer outside form an antireflective coating window.

이하 일실시예를 나타낸 도면을 참조하여 본 고안을 상세히 설명한다. 액정을 트위스티드 상태로 성장시킨 트위스티드 뉴매틱 액정(1)과, 트위스티드 뉴매틱 액정(1) 양측에 일체로된 유전체박막(2)과, 상호 수직방향의 빛을 통과시키도록 유전체박막(2) 양측에 고정되는 편광자(3) 및 검광자(4)로 구성된다. 각 편광자(3) 및 검광자(4)로의 외측에는 무반사 코팅창(5)을 코팅하고 양 유전체박막(2) 단부에는 가변저항(Rv)에 의하여 전류가 제어되는 전압(V)이 제공된다. 상기 유전체박막(2)은 틴 다이옥사이드(SnO2)을 사용한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The twisted pneumatic liquid crystal 1 in which the liquid crystal is grown in a twisted state, the dielectric thin film 2 integrated on both sides of the twisted pneumatic liquid crystal 1, and both sides of the dielectric thin film 2 so as to pass light in the mutually perpendicular direction It consists of a polarizer 3 and an analyzer 4 fixed to it. The outside of each polarizer 3 and the analyzer 4 is coated with an antireflective coating window 5, and a voltage V at which the current is controlled by the variable resistor Rv is provided at the ends of both dielectric thin films 2. The dielectric thin film 2 uses tin dioxide (SnO 2 ).

이와같이 구성된 본 고안을 사용함에 있어서, 노출동작 보턴(도시하지 않음)을 누르면, 본 고안의 노출제어장치 안으로 들어오는 광량의 세기를 검지하는 광량검지장치(도시하지 않음)에 의하여 본 고안에 인가될 전압의 량이 결정된다. 이에 따라 인가되는 전압(V)이 일정시간 동안 인가되면, 트위스티드 뉴매틱 액정(1)의 액정분자 배열이 변화함으로써, 편광자(3)를 통과한 빛의 편광방향을 변화시켜서 빛을 투과할 수 있게 되는 것이다.In using the present invention configured as described above, when the exposure operation button (not shown) is pressed, the voltage to be applied to the present invention by the light amount detecting device (not shown) which detects the intensity of the light quantity entering the exposure control device of the present invention. The amount is determined. Accordingly, when the applied voltage V is applied for a predetermined time, the arrangement of the liquid crystal molecules of the twisted pneumatic liquid crystal 1 is changed, so that the polarization direction of the light passing through the polarizer 3 can be changed to transmit the light. Will be.

이때 편광자(3) 및 검광자(4)는 일방향을 투과시키는 필름 또는 유리 같은 재질을 액정(1) 양측에 상호 직교되도록 고정시킨 것이다.At this time, the polarizer 3 and the analyzer 4 are fixed to a material such as a film or glass that transmits in one direction to be orthogonal to both sides of the liquid crystal 1.

더욱 상세히 설명하면, 편광자(3)에 입사하는 광은 수직의 편광자(3)(예를들면)에 의해 수평성분이 흡수되고 수직성분만 통과한다. 이때 액정(1)의 액정분자에 유전체막(2)을 통하여 전압(V)이 인가되지 않을 경우, 수직의 편광자(3)에 의하여 통과된 수직성분은 액정(1)을 그대로 통과하고, 검광자(4)는 수평의 편광자 역할을 하므로 수직성분이 흡수되어, 광은 검광자(4)를 통과하지 못하게 된다. 이는 검광자(4)와 편광자(3)가 같은 재질이나 상호 직교되게 설치하였기 때문이다. 만약 유전체박막(2)에 전압(V)이 인가되어 액정(1)의 액정분자에 전압이 인가되면, 전기장에 의하여 가해지는 에너지를 액정분자가 흡수하므로 액정분자의 배열이 변하게 되고, 편광자(3)를 통과한 빛의 편광상태를 바꿔주게 되므로 검광자(4)를 통하여 빛이 투과할 수 있게되는 것이다. 이경우 편광자(3) 및 검광자(4) 외측에 무반사 코팅층(5)을 형성하여 편광자(3) 및 검광자(4)를 보호할 뿐만 아니라 투광성을 향상시킨다. 트위스티드 뉴매틱 액정(1)의 액정분자에 전기장이 인가되어 배열이 변화되는 현상을 수식을 통하여 설명한다.In more detail, the light incident on the polarizer 3 is absorbed by the vertical polarizer 3 (e.g., a horizontal component) and passes only the vertical component. At this time, when the voltage V is not applied to the liquid crystal molecules of the liquid crystal 1 through the dielectric film 2, the vertical component passed by the vertical polarizer 3 passes through the liquid crystal 1 as it is, and the analyzer Since 4 serves as a horizontal polarizer, the vertical component is absorbed, so that light cannot pass through the analyzer 4. This is because the analyzer 4 and the polarizer 3 are installed in the same material or perpendicular to each other. If the voltage V is applied to the dielectric thin film 2 and the voltage is applied to the liquid crystal molecules of the liquid crystal 1, the arrangement of the liquid crystal molecules is changed because the liquid crystal molecules absorb energy applied by the electric field, and thus the polarizer Since the polarization state of the light passing through is changed, the light is transmitted through the analyzer 4. In this case, the antireflective coating layer 5 is formed outside the polarizer 3 and the analyzer 4 to protect the polarizer 3 and the analyzer 4 as well as to improve light transmittance. A phenomenon in which an arrangement is changed by applying an electric field to the liquid crystal molecules of the twisted pneumatic liquid crystal 1 will be described through a formula.

먼저 액정분자의 광학적 성질은 장축배열 방향에 의해 영향을 받으므로, 이러한 장축 배열방향의 변화를 설명하기 위하여 제2도와 같은 좌표계를 이용한다. 액정분자의 장축 단위벡터 n은 α, β의 각도로 나타낼수 있으며, α는 n이 xy 평면과 이루는 각도이고, β는 xy평면에 투사한 선과 x축이 이루는 각도이다. 액정의 자유에너지는 탄성에너지와 인가전기장에 의한 자유에너지로 구분되며, 액정분자를 계의 자유에너지를 최소화 하는 조건을 만족시키면서 배열한다. 또한 전체 에너지 밀도 ft는 fk와 fε의 합으로 나타내지며 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.First, since the optical properties of the liquid crystal molecules are influenced by the long axis alignment direction, a coordinate system as shown in FIG. 2 is used to explain the change in the long axis alignment direction. The long axis unit vector n of the liquid crystal molecules may be represented by angles α and β, where α is an angle between n and the xy plane, and β is an angle between the x-axis and the line projected on the xy plane. The free energy of the liquid crystal is divided into elastic energy and free energy by the applied electric field, and the liquid crystal molecules are arranged while satisfying the conditions for minimizing the free energy of the system. In addition, the total energy density ft is represented by the sum of fk and fε.

fk : 탄성에너지 밀도fk: elastic energy density

fε : Z축 방향으로 전기장 인가시 에너지 밀도fε: Energy density when electric field is applied in Z direction

f(α) : k1Cos2α+k3Sin2αf (α): k 1 Cos 2 α + k 3 Sin 2 α

g(α) =Cos2α(k2Cos2α+k3Sin2α)g (α) = Cos 2 α (k 2 Cos 2 α + k 3 Sin 2 α)

k1, k2, k3는 액정의 스프레이(Splay), 트위스트(Twist), 벤드(Bend)에 대한 탄성 계수k 1 , k 2 , and k 3 are the modulus of elasticity of the spray, twist and bend of the liquid crystal

액정계는 ft를 최소화하는 조건을 이용하여 오일러 라그랑지안(Euler-Lagrangian) 방정식을 적용하면The liquid crystal system applies the Euler-Lagrangian equation using a condition that minimizes ft.

[2], [3]식을 기초로, 예를들어 n=0일때 α=5°, β=0°, n=1일때 α=5°, β=90°인 경계조건을 이용하면 Z축에 따른 α, β의 변화는 제3도와 같이 나타낼수 있으므로 인가전압(V)의 변화에 따라 경사각 α와 회전각 β의 각도가 달라지게 되고 이에따라 액정분자의 배열이 변함을 알수 있다. 제3도에서 인가전압(V)은 기준전압(Vc)과의 대소비교 되어 배열이 변화되는 것이며, 기준전압(Vc)은 액정(1)을 설계함에 따라 달라질수 있다.Based on the formulas [2] and [3], for example, the Z-axis is used when using boundary conditions with α = 5 ° when n = 0, β = 0 °, and α = 5 ° and n = 90 ° when n = 1. As shown in FIG. 3, the angles of inclination angle α and rotation angle β vary according to the change of the applied voltage V, and thus the arrangement of liquid crystal molecules changes accordingly. In FIG. 3, the applied voltage V is compared with the reference voltage Vc to change the arrangement, and the reference voltage Vc may vary according to the design of the liquid crystal 1.

이상과 같이 본 고안은 액정을 편광자와 검광자 사이에 위치시켜 인가되는 전압의 변동에 따라 액정분자의 장축방향의 변화로 입사광의 편광상태를 바꾸어 광의 투과를 제어함으로써 노출을 제어할 수 있으며, 쵸퍼나 고주파 생기 같은 별도의 제어요소가 필요없이 단순히 전압을 변화시킴으로써 노출을 제어할수 있는 편리한 장치이다.As described above, the present invention can control exposure by controlling the transmission of light by changing the polarization state of incident light in the direction of the long axis of the liquid crystal molecules according to the change in the voltage applied by placing the liquid crystal between the polarizer and the analyzer. It is a convenient device that can control the exposure by simply changing the voltage without the need for a separate control element such as high frequency energy.

Claims (4)

트위스티드 뉴매틱 액정(1)과, 상기 액정(1) 양측에 일체로 형성된 유전체박막(2)과, 상기 유전체박막(2) 양측에 각각 고정되는 편광자(3) 및 검광자(4)로 구성되며, 유전체 박막(2)으로 전압(V)을 가변시켜 광투과량을 조절할수 있도록 함을 특징으로 하는 트위스티드 뉴매틱 액정을 이용한 노출제어장치.It consists of a twisted pneumatic liquid crystal (1), a dielectric thin film (2) integrally formed on both sides of the liquid crystal (1), and a polarizer (3) and an analyzer (4) fixed to both sides of the dielectric thin film (2), respectively. , Exposure control device using a twisted pneumatic liquid crystal, characterized in that to adjust the light transmittance by varying the voltage (V) to the dielectric thin film (2). 제1항에 있어서, 유전체박막(2)은 틴-다이옥사이드(SnO2)임을 특징으로 하는 트위스티드 뉴매틱 액정을 이용한 노출제어장치.The exposure control apparatus using twisted pneumatic liquid crystal according to claim 1, wherein the dielectric thin film (2) is tin-dioxide (SnO 2 ). 제1항에 있어서, 편광자(3) 및 검광자(4) 외측표면에는 무반사코팅층(5)이 형성됨을 특징으로 하는 트위스티드 뉴매틱 액정을 이용한 노출제어장치.The exposure control apparatus using twisted pneumatic liquid crystal according to claim 1, wherein an antireflective coating layer (5) is formed on outer surfaces of the polarizer (3) and the analyzer (4). 제1항에 있어서, 편광자(3) 및 검광자(4)는 상호 직교성분을 흡수 또는 투과시키도록 구성함을 특징으로 하는 트위스티드 뉴매틱 액정을 이용한 노출제어장치.The exposure control apparatus using twisted pneumatic liquid crystal according to claim 1, wherein the polarizer (3) and the analyzer (4) are configured to absorb or transmit mutually orthogonal components.
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