JP6822466B2 - Laser scanning device and its driving method - Google Patents
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Description
本発明は、車両に搭載されるレーザー走査装置及びその駆動方法に係り、特に、赤外線レーザーを用いたレーザー走査装置及びその駆動方法に関する。 The present invention relates to a laser scanning device mounted on a vehicle and a driving method thereof, and more particularly to a laser scanning device using an infrared laser and a driving method thereof.
車両の自動運転、又は車両の走行支援を行う機器が盛んに開発されている。車両の自動運転化には、（１）交通事故低減、（２）交通渋滞の緩和、（３）環境負荷の低減、（４）高齢者等の移動支援、（５）運転の快適性向上などの効果が期待される。 Equipment for automatic driving of vehicles or driving support for vehicles is being actively developed. For automatic driving of vehicles, (1) reduction of traffic accidents, (2) alleviation of traffic congestion, (3) reduction of environmental load, (4) mobility support for elderly people, (5) improvement of driving comfort, etc. The effect of is expected.
例えば、車両前方にレーザー光や電波を照射して、車両前方の対象物までの距離を検出し、先行車両との車間距離を制御する車間距離制御装置が知られている。この際、レーザー光を対象物に向けて走査する必要がある。このようなレーザー走査装置には、ポリゴンミラーを回転させてレーザー光を反射する方式や、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）でミラーを動かしてレーザーを反射する方式などがある。しかし、これらの方式では、レーザー走査装置が大型化する傾向にあり、レーザー走査装置の小型化が望まれている。 For example, there is known an inter-vehicle distance control device that irradiates the front of a vehicle with laser light or radio waves to detect the distance to an object in front of the vehicle and controls the inter-vehicle distance with the preceding vehicle. At this time, it is necessary to scan the laser beam toward the object. Such a laser scanning device includes a method of rotating a polygon mirror to reflect a laser beam and a method of moving a mirror with a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) to reflect a laser. However, in these methods, the laser scanning device tends to be large in size, and miniaturization of the laser scanning device is desired.
本発明は、小型化が可能なレーザー走査装置及びその駆動方法を提供する。 The present invention provides a laser scanning device capable of miniaturization and a method for driving the same.
本発明の一態様に係るレーザー走査装置は、レーザー源からのレーザー光を透過し、前記レーザー光の出射角を変化させるレーザー走査装置であって、対向配置された第１及び第２基板と、前記第１及び第２基板間に挟持された液晶層と、前記第１基板に設けられ、第１方向に沿って並んだ複数のセル電極を各々が有する複数の単位電極と、前記第２基板に設けられた共通電極と、前記複数のセル電極にそれぞれ異なる電圧を印加し、電圧の勾配を生じさせる駆動回路とを具備する。 The laser scanning device according to one aspect of the present invention is a laser scanning device that transmits laser light from a laser source and changes the emission angle of the laser light, and comprises a first and second substrates arranged to face each other. A liquid crystal layer sandwiched between the first and second substrates, a plurality of unit electrodes each having a plurality of cell electrodes provided on the first substrate and arranged along the first direction, and the second substrate. A common electrode provided in the above and a drive circuit for applying different voltages to the plurality of cell electrodes to generate a voltage gradient are provided.
本発明の一態様に係るレーザー走査装置は、レーザー源からのレーザー光を透過し、前記レーザー光の出射角を変化させるレーザー走査装置であって、対向配置された第１及び第２基板と、前記第１及び第２基板間に挟持された液晶層と、前記第１及び第２基板を挟むように設けられた第１及び第２偏光板と、前記第１基板に設けられ、少なくとも１つの第１セル電極を各々が含む複数の第１単位電極と、前記第１基板に設けられ、第１方向に沿って前記複数の第１単位電極と交互に配置され、少なくとも１つの第２セル電極を各々が含む複数の第２単位電極と、前記第２基板に設けられた共通電極と、前記第１単位電極を含む第１領域を透過状態にし、前記第２単位電極を含む第２領域を遮断状態にする制御回路とを具備する。 The laser scanning device according to one aspect of the present invention is a laser scanning device that transmits laser light from a laser source and changes the emission angle of the laser light, and is a laser scanning device in which the first and second substrates arranged to face each other are used. A liquid crystal layer sandwiched between the first and second substrates, first and second polarizing plates provided so as to sandwich the first and second substrates, and at least one provided on the first substrate. A plurality of first unit electrodes each including a first cell electrode, and at least one second cell electrode provided on the first substrate and alternately arranged with the plurality of first unit electrodes along a first direction. A plurality of second unit electrodes each containing the above, a common electrode provided on the second substrate, and a first region including the first unit electrode are made transparent, and a second region including the second unit electrode is provided. It is provided with a control circuit for shutting off.
本発明の一態様に係るレーザー走査装置の駆動方法は、レーザー源からのレーザー光を透過し、前記レーザー光の出射角を変化させる。前記レーザー走査装置は、対向配置された第１及び第２基板と、前記第１及び第２基板間に挟持された液晶層と、前記第１基板に設けられ、第１方向に沿って並んだ複数のセル電極を各々が有する複数の単位電極と、前記第２基板に設けられた共通電極とを具備する。前記駆動方法は、前記複数のセル電極にそれぞれ異なる電圧を印加し、電圧の勾配を生じさせる工程を具備する。 The method for driving the laser scanning apparatus according to one aspect of the present invention transmits the laser light from the laser source and changes the emission angle of the laser light. The laser scanning apparatus is provided on the first substrate, the first and second substrates arranged to face each other, the liquid crystal layer sandwiched between the first and second substrates, and arranged along the first direction. It includes a plurality of unit electrodes, each of which has a plurality of cell electrodes, and a common electrode provided on the second substrate. The driving method includes a step of applying different voltages to the plurality of cell electrodes to generate a voltage gradient.
本発明によれば、小型化が可能なレーザー走査装置及びその駆動方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a laser scanning device capable of miniaturization and a driving method thereof.
以下、実施形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率等は必ずしも現実のものと同一とは限らないことに留意すべきである。また、図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。特に、以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. However, it should be noted that the drawings are schematic or conceptual, and the dimensions and ratios of each drawing are not necessarily the same as the actual ones. Further, even when the same part is represented between the drawings, the relationship and ratio of the dimensions of each other may be represented differently. In particular, some embodiments shown below exemplify devices and methods for embodying the technical idea of the present invention, and depending on the shape, structure, arrangement, etc. of the components, the technical idea of the present invention. Is not specified. In the following description, elements having the same function and configuration are designated by the same reference numerals, and duplicate explanations will be given only when necessary.
［１］ 第１実施形態
［１−１］ レーザー走査装置の構成
図１は、第１実施形態に係るレーザー走査装置１の使用態様を説明する概略図である。[1] First Embodiment [1-1] Configuration of Laser Scanning Device FIG. 1 is a schematic view illustrating a usage mode of the
レーザー走査装置１は、車両の前側（例えば、フロントバンパー、又はフロントグリル）に配置される。前側に加えて又は前側に代えて、車両の後ろ側（例えば、リアバンパー、又はリアグリル）、又は側方（例えば、フロントバンパーの側方）に配置してもよい。さらに、ルーフやボンネット等、車両の上方に備えられていてもよい。
The
車両の前方を走査する場合、レーザー走査装置１は、車両の前方へ向けて、想定する検知範囲よりも広い角度範囲（走査範囲）を走査するように赤外線レーザーを出射する。そして、レーザー走査装置１は、発光と受光との時間差や受光強度などから、先行車両や歩行者等を含む前方対象物を検知し、さらに、対象物との間の距離や相対速度を検出する。なお、レーザー走査装置１が出射するレーザーは、赤外線レーザーに限定されず、赤外線以上の波長を有するレーザーを用いてもよい。例えば、車両から検知対象である対象物までの距離は、１００ｍ程度を想定している。しかし、これに限定されるものではなく、この距離は任意に設計可能である。
When scanning the front of the vehicle, the
レーザー走査装置１は、ＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging）とも呼ばれる。ＬＩＤＡＲとは、照射光が対象物で反射してセンサーに戻るまでの光の往復時間（ＴＯＦ：Time of Flight）に基づく距離計測装置である。
The
図２は、レーザー走査装置１の走査動作を説明する模式図である。レーザー走査装置１は、レーザー源１０、及び液晶パネル１１を備える。レーザー源１０は、赤外線レーザー（赤外線レーザー光と同意）を出射する。液晶パネル１１は、レーザー源１０からの赤外線レーザーを受け、時分割で液晶を駆動し、赤外線レーザーを走査する。これにより、対象物に対して複数点の赤外線レーザーを照射することができる。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a scanning operation of the
図３は、レーザー走査装置１のブロック図である。レーザー走査装置１は、前述したレーザー源１０、及び液晶パネル１１に加えて、駆動回路（ドライバ）１２、検知回路１３、電源回路１４、及び制御回路１５を備える。
FIG. 3 is a block diagram of the
駆動回路１２は、液晶パネル１１を駆動する。この際、駆動回路１２は、液晶パネル１１が所望の動作を実現できるように、各種電圧を液晶パネル１１に供給する。電源回路１４は、外部から電源を受け、この外部電源を用いてレーザー走査装置１内の各回路に各種電圧を供給する。
The
検知回路１３は、対象物によって反射された赤外線レーザーを検知する。検知回路１３は、例えば赤外線センサーから構成される。その他、検知回路１３として赤外線カメラを用いてもよい。
The
制御回路１５は、レーザー走査装置１の全体動作を制御する。特に、制御回路１５は、駆動回路１２の電圧生成動作を制御する。また、制御回路１５は、検知回路１３からの検知信号に基づいて、対象物までの距離を算出する。
The
［１−１−１］ 液晶パネル１１の構成
次に、液晶パネル１１の構成について説明する。図４は、液晶パネル１１の断面図である。液晶パネル１１は、透過型の液晶パネルである。[1-1-1] Configuration of
液晶パネル１１は、対向配置された基板２１、２２と、基板２１、２２間に挟持された液晶層２３とを備える。基板２１、２２の各々は、透明基板から構成され、例えば、ガラス基板から構成される。基板２１は、レーザー源１０に対向配置され、レーザー源１０からの赤外線レーザーは、基板２１側から液晶層２３に入射する。なお、レーザー源１０側に基板２２を配置してもよい。
The
液晶層２３は、基板２１、２２間を貼り合わせるシール材２４によって封入された液晶材料により構成される。シール材２４は、例えば、紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂、又は紫外線・熱併用型硬化樹脂等からなり、製造プロセスにおいて基板２１又は基板２２に塗布された後、紫外線照射、又は加熱等により硬化させられる。
The
液晶材料は、基板２１、２２間に印加された電界に応じて液晶分子の配向が操作されて光学特性が変化する。液晶モードとしては、例えば、ポジ型（Ｐ型）のネマティック液晶を用いたホモジニアスモードが用いられる。すなわち、ホモジニアスモードでは、電界を印加しない時には基板面に対して概略水平方向に液晶分子を配向させる。液晶の配向は、液晶層２３を挟むように設けられた配向膜（図示せず）によって制御される。ホモジニアスモードの液晶分子配列は、電界を印加しない時に液晶分子の長軸（ダイレクタ）が概略水平方向に配向し、電界を印加した時に液晶分子のダイレクタが垂直方向に向かって傾く。本実施形態では、ホモジニアスモードを用いた場合について説明する。
The optical characteristics of the liquid crystal material are changed by manipulating the orientation of the liquid crystal molecules according to the electric field applied between the
なお、液晶モードとして、ネガ型（Ｎ型）のネマティック液晶を用いた垂直配向（ＶＡ：Vertical Alignment）モードを用いてもよい。すなわち、ＶＡモードでは、電界を印加しない時には基板面に対して概略垂直方向に液晶分子を配向させる。ＶＡモードの液晶分子配列は、電界を印加しない時に液晶分子の長軸（ダイレクタ）が概略垂直方向に配向し、電界を印加した時に液晶分子のダイレクタが水平方向に向かって傾く。 As the liquid crystal mode, a vertical alignment (VA: Vertical Alignment) mode using a negative type (N type) nematic liquid crystal may be used. That is, in the VA mode, the liquid crystal molecules are oriented substantially perpendicular to the substrate surface when no electric field is applied. In the VA mode liquid crystal molecule arrangement, the long axis (director) of the liquid crystal molecule is oriented substantially vertically when no electric field is applied, and the director of the liquid crystal molecule is tilted in the horizontal direction when an electric field is applied.
基板２１の液晶層２３側には、マトリクス状に配置された複数のセル電極２５Ａを備える。任意の数のセル電極群を単位電極２５と呼称する。単位電極２５のサイズは、これを構成するセル電極２５Ａの数を変更することで変えることができる。図４には、１つの単位電極２５に含まれる複数のセル電極２５Ａの様子を、破線の四角で抽出して示している。セル電極２５Ａは、透明電極から構成され、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）が用いられる。
A plurality of
複数の単位電極２５は、互いに電気的に分離されており、また、複数のセル電極２５Ａは、互いに電気的に分離されている。すなわち、各セル電極２５Ａに対して個別に電圧制御が可能であり、また、各単位電極２５に対して個別に電圧制御が可能である。単位電極２５は、液晶パネル１１の駆動単位である。単位電極２５のＸ方向の長さをＷ（Ｙ方向の長さも同様にＷ）と表記する。
The plurality of
図５は、複数の単位電極２５の平面図である。図５に示すように、複数の単位電極２５は、Ｘ方向及びこれに直交するＹ方向にマトリクス状に配置される。図５の破線は、赤外線レーザーの照射領域を示している。
FIG. 5 is a plan view of the plurality of
基板２２の液晶層２３側には、１つの共通電極２６が設けられる。共通電極２６は、液晶パネル１１の液晶層２３が設けられる領域全体に平面状に形成される。共通電極２６は、透明電極から構成され、例えばＩＴＯが用いられる。
One
なお、液晶パネル１１として、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）方式を用いた透過型液晶パネル（透過型ＬＣＯＳ）を用いてもよい。透過型ＬＣＯＳを用いることで、電極を微細加工することが可能となり、より小型の液晶パネル１１を実現できる。透過型ＬＣＯＳでは、シリコン基板（又は透明基板上に形成されたシリコン層）が用いられる。シリコン基板は、バンドギャップとの関係で、特定の波長以上の波長を有する光（赤外線を含む）を透過するため、ＬＣＯＳを透過型液晶パネルとして使用することができる。ＬＣＯＳを使用することにより、セル電極がより小さい液晶パネルとすることができるため、さらに小型化することが可能となる。また、液晶分子の移動度が高いため、レーザーを高速で走査することが可能となる。
As the
［１−１−２］ 駆動回路１２の構成
次に、駆動回路１２の構成について説明する。図６は、駆動回路１２の回路図である。駆動回路１２は、スイッチ素子１２Ａ、１２Ｂと、複数のセル電極２５Ａに対応して設けられた複数の可変抵抗素子１２Ｃとを備える。図６では、一例として４つの可変抵抗素子１２Ｃ−１〜１２Ｃ−４を示している。[1-1-2] Configuration of
スイッチ素子１２Ａの一端は、電源回路１４に接続される。スイッチ素子１２Ａの他端は、複数の可変抵抗素子１２Ｃの一端に接続される。複数の可変抵抗素子１２Ｃの他端はそれぞれ、単位電極２５に含まれる複数のセル電極２５Ａに接続される。スイッチ素子１２Ｂの一端は、電源回路１４に接続され、その他端は、共通電極２６に接続される。
One end of the
スイッチ素子１２Ａ、１２Ｂのオン／オフ動作は、制御回路１５によって制御される。また、複数の可変抵抗素子１２Ｃの抵抗値は、制御回路１５によって個別に制御される。
The on / off operation of the
なお、図６に示した駆動回路１２の構成は一例であり、セル電極２５Ａを個別に電圧制御できる回路であれば他の構成でもよい。
The configuration of the
［１−２］ 動作
次に、上記のように構成されたレーザー走査装置１の動作について説明する。[1-2] Operation Next, the operation of the
本実施形態では、例えば、液晶層２３を挟む単位電極２５及び共通電極２６間の電界の極性を所定周期で反転させる反転駆動（交流駆動）が行われる。反転駆動を行うことで、液晶の劣化などを防止することができる。反転駆動の周期は任意に設定可能である。図７は、反転駆動における電圧波形の一例を説明する図である。
In the present embodiment, for example, inversion drive (alternating current drive) is performed in which the polarity of the electric field between the
図７に示すように、電源回路１４は、所定の正電圧Ｖ１と、これと極性反転された負電圧−Ｖ１との一方を単位電極２５（具体的には可変抵抗素子１２Ｃ）に供給し、他方を共通電極２６に供給する。電圧Ｖ１は、液晶層に電圧振幅“Ｖ１×２”を印加した場合に、液晶分子が基板に概略垂直に配向するように設定される。さらに、電源回路１４は、単位電極２５及び共通電極２６に交流電圧を供給する。
As shown in FIG. 7, the
まず、オフ状態における液晶パネル１１の動作を説明する。図８は、オフ状態における液晶パネル１１の動作を説明する図である。オフ状態において、制御回路１５は、スイッチ素子１２Ａ、１２Ｂをオフさせる。これにより、液晶層２３に電界が印加されず、液晶層２３の全領域において、液晶分子は、基板に対して水平方向に配向している。この場合、液晶層２３に屈折率の勾配は生じていない。よって、レーザー源１０からの赤外線レーザーは、液晶パネル１１に垂直に入射し、そのまま屈折せずに液晶パネル１１から出射する。
First, the operation of the
次に、液晶パネル１１のオン状態における動作を説明する。以下では、Ｘ方向に沿って１次元に走査する動作を例に挙げて説明する。図９は、オン状態における液晶パネル１１の動作を説明する図である。オン状態において、制御回路１５は、スイッチ素子１２Ａ、１２Ｂをオンさせる。これにより、電源回路１４から駆動回路１２及び共通電極２６に所定の電圧が印加される。また、制御回路１５は、単位電極２５を単位として、駆動回路１２に含まれる複数の可変抵抗素子１２Ｃの抵抗値をＸ方向に沿って順に大きくする。
Next, the operation of the
駆動回路１２は、複数の可変抵抗素子１２Ｃの抵抗値に応じて決まる電圧を、それぞれ複数のセル電極２５Ａに印加する。図９の例では、駆動回路１２は、Ｘ方向に沿って順に電圧が順に低くなるように、複数のセル電極２５Ａにそれぞれ複数の電圧を印加する。
The
図１０は、駆動回路１２が出力する電圧の波高値を説明する図である。図１０の縦軸が電圧の波高値（電圧振幅のうち正側の電圧）、図１０の横軸が可変抵抗素子１２Ｃの番号を表している。なお、図１０では、図６に一例として示した４つの可変抵抗素子１２Ｃ−１〜１２Ｃ−４に対応する電圧を図示しているが、電圧の数は、単位電極２５に含まれるセル電極２５Ａの数に応じて変更される。
FIG. 10 is a diagram for explaining the peak value of the voltage output by the
図１０に示すように、駆動回路１２は、可変抵抗素子１２Ｃ−１〜１２Ｃ−４を用いて、勾配を有する複数の電圧を生成することができる。図１０の勾配を有する複数の電圧がそれぞれ対応するセル電極２５Ａに印加される。
As shown in FIG. 10, the
オン状態では、図９に示すように、液晶層２３では、印加電圧が高い（電界が高い）領域では、液晶分子が概略垂直方向に配向し、印加電圧が低い（電界が低い）領域では、液晶分子が概略水平方向に配向し、これらの中間の領域では、印加電圧の大きさに応じて水平方向に対して斜め方向に配向する。
In the on state, as shown in FIG. 9, in the
これにより、長さＷ内で赤外線レーザーの進行方向に対し垂直の方向の屈折率に勾配が生じる。また、隣り合う単位電極２５には同じ勾配となるように電圧が印加される。レーザー源１０からの赤外線レーザーが液晶パネル１１に対して概略垂直方向に入射すると、屈折が起こり、出射角θｏｕｔで液晶パネル１１から赤外線レーザーが出射する。図９の距離Δは、単位電極２５（すなわち、長さＷ）内で発生する最大光路差である。赤外線レーザーの入射角θｉｎ＝０°とすると、赤外線レーザーの出射角θｏｕｔでは、以下の式（１）で表される。
ｔａｎθｏｕｔ＝｛（ｎｅ−ｎｏ）／ｎｅ ２｝（Ｄ／Ｗ） ・・・（１）
As a result, a gradient is generated in the refractive index in the direction perpendicular to the traveling direction of the infrared laser within the length W. Further, a voltage is applied to the
tanθ out = {(n e -n o) / n e 2} (D / W) ··· (1)
液晶層２３の厚さＤ、単位電極２５の長さＷ、液晶分子の長軸に沿った屈折率（異常光の屈折率）ｎｅ、液晶分子の短軸に沿った屈折率（常光の屈折率）ｎ０である。図１１は、液晶分子の屈折率を説明する概念図である。屈折率の関係は、“ｎｅ＞ｎ０”である。図１１において、大きい楕円は、液晶分子が水平方向に配向している場合の上面図であり、小さい楕円は、液晶分子が垂直方向に立っている場合の上面図である。進行方向が液晶分子の短軸と平行な光（振動方向が液晶分子の長軸に平行な光）は、相対的に遅く進み、一方、進行方向が液晶分子の長軸と平行な光（振動方向が液晶分子の短軸に平行な光）は、相対的に速く進む。このように、本実施形態では、液晶層２３の複屈折性を利用して、赤外線レーザーを屈折させることができる。The thickness D of the
例えば、ｎｅ＝１．３、ｎ０＝１．１、Ｄ＝１０μｍ、Ｗ＝２０μｍとすると、θｏｕｔ＝３.４°となる。図１２は、単位電極２５の長さＷと出射角θｏｕｔとの関係を示すグラフである。図１２の縦軸が出射角θｏｕｔ（度）、図１２の横軸が単位電極２５の長さＷ（μｍ）である。For example, if ne = 1.3, n 0 = 1.1, D = 10 μm, and W = 20 μm, then θ out = 3.4 °. FIG. 12 is a graph showing the relationship between the length W of the
図１２から理解できるように、長さＷを変えることで、出射角θｏｕｔを任意に設定することができる。すなわち、レーザー走査装置１は、赤外線レーザーを所定範囲で走査することができる。長さＷを変えるには、単位電極２５のサイズを変えればよく、単位電極２５を構成するセル電極２５Ａの数を変えればよい。As can be understood from FIG. 12, the emission angle θ out can be arbitrarily set by changing the length W. That is, the
換言すると、単位電極２５に印加される電圧の勾配を変化させることで、単位電極２５を含む液晶領域で屈折率の勾配を変化させることができる。すなわち、単位電極２５に印加される電圧の勾配を変化させることで、出射角θｏｕｔを変化させることができる。１つの単位電極に印加されかつ勾配を有する複数の電圧のうち、最大電圧（＝Ｖ１）と最小電圧（＝０Ｖ）は常に同じである。そして、駆動回路１２は、単位電極２５の長さＷを変えることで、最大電圧から最小電圧までの勾配を変化させる。In other words, by changing the gradient of the voltage applied to the
図１３及び図１４は、単位電極２５のサイズを変化させる様子を説明する図である。図１４は、図１３に比べて、単位電極２５のサイズが大きい。すなわち、図１４の単位電極２５に含まれるセル電極２５Ａの数は、図１３の単位電極２５に含まれるセル電極２５Ａの数より多い。これに応じて、図１４の長さＷは、図１３の長さＷよりも大きくなっている。図１２から理解できるように、図１４の出射角は、図１３の出射角よりも小さい。
13 and 14 are views for explaining how the size of the
なお、Ｘ方向に沿った一次元で走査する場合は、図５に示す１つの単位電極２５においてＹ方向に並んだセル電極列には、同じ電圧が印加される。一方、二次元で走査する場合は、１つの単位電極２５においてＹ方向に並んだセル電極列には、複数の異なる電圧を印加し、単位電極内で電圧の勾配を生じさせる。他の単位電極２５についても同じである。
When scanning in one dimension along the X direction, the same voltage is applied to the cell electrode rows arranged in the Y direction in one
図１５は、二次元における単位電極２５の屈折率の勾配を説明する図である。二次元で走査する場合は、Ｘ方向及びＹ方向において、複数の異なる電圧を印加し、単位電極内で電圧の勾配を生じさせる。このように、単位電極２５の電圧を制御することで、二次元的に赤外線レーザーを走査させることができる。
FIG. 15 is a diagram for explaining the gradient of the refractive index of the
［１−３］ 第１実施形態の効果
以上詳述したように第１実施形態では、レーザー走査装置１は、赤外線レーザーを出射するレーザー源１０と、レーザー源１０からの赤外線レーザーを透過するとともに、赤外線レーザーの出射角を変化させる液晶パネル１１と、液晶パネル１１に電圧を印加する駆動回路１２とを備える。液晶パネル１１は、対向配置された基板２１、２２と、基板２１、２２に挟持された液晶層２３と、基板２１に設けられた複数の単位電極２５と、基板２２に設けられた共通電極２６とを備える。複数の単位電極２５の各々は、Ｘ方向に並んだ複数のセル電極２５Ａを備える。そして、駆動回路１２は、複数のセル電極２５Ａにそれぞれ複数の異なる電圧を印加し、電圧の勾配を生じさせる。さらに、駆動回路１２は、電圧の勾配の大きさを変化させることで、赤外線レーザーの出射角を変化させるようにしている。[1-3] Effect of First Embodiment As described in detail above, in the first embodiment, the
従って第１実施形態によれば、液晶層２３の複屈折性を利用することで、１つの単位電極２５に対応する液晶領域において、屈折率の勾配を形成することができる。これにより、屈折原理を用いて、液晶パネル１１に入射した赤外線レーザーを所望の出射角で屈折させることができる。
Therefore, according to the first embodiment, by utilizing the birefringence of the
また、単位電極２５に含まれるセル電極２５Ａの数を変えることで、単位電極２５の一方向の長さＷを変化させることができる。これにより、赤外線レーザーによって所望の範囲を走査可能なレーザー走査装置１を実現できる。
Further, the length W in one direction of the
また、本実施形態に係るレーザー走査装置１は、小型化、高速走査、及び低コスト化が可能となる。
Further, the
また、本実施形態に係るレーザー走査装置１は、機械的な構成部品がなく、かつ機械的な可動部がないため、信頼性を向上できる。
Further, the
［２］ 第２実施形態
第２実施形態は、回折原理を利用して、赤外線レーザーの出射角を変化させるようにしている。[2] Second Embodiment In the second embodiment, the emission angle of the infrared laser is changed by utilizing the diffraction principle.
［２−１］ 液晶パネル１１の構成
液晶パネル１１の構成について説明する。液晶パネル１１は、第１実施形態と同じものを用いることができる。図１６は、第２実施形態に係る液晶パネル１１の断面図である。液晶パネル１１は、透過型の液晶パネルである。[2-1] Configuration of
液晶パネル１１は、対向配置された基板２１、２２と、基板２１、２２間に挟持された液晶層２３とを備える。基板２１、２２の各々は、透明基板から構成され、例えば、ガラス基板から構成される。基板２１は、レーザー源１０に対向配置され、レーザー源１０からの赤外線レーザーは、基板２１側から液晶層２３に入射する。なお、レーザー源１０側に基板２２を配置してもよい。
The
液晶層２３は、基板２１、２２間を貼り合わせるシール材２４によって封入された液晶材料により構成される。
The
液晶材料は、基板２１、２２間に印加された電界に応じて液晶分子の配向が操作されて光学特性が変化する。液晶モードとしては、例えば、ポジ型（Ｐ型）のネマティック液晶を用いたホモジニアスモードが用いられる。なお、液晶モードとして、ネガ型（Ｎ型）のネマティック液晶を用いた垂直配向（ＶＡ）モードを用いてもよい。
The optical characteristics of the liquid crystal material are changed by manipulating the orientation of the liquid crystal molecules according to the electric field applied between the
基板２１の液晶層２３側には、マトリクス状に配置された複数のセル電極２５Ａを備える。任意の数のセル電極群を単位電極２５と呼称する。単位電極２５のサイズは、これを構成するセル電極２５Ａの数を変更することで変えることができる。単位電極２５は、１つ又はマトリクス状に配置された複数のセル電極２５Ａを備える。図１６には、１つの単位電極２５に含まれる複数のセル電極２５Ａの様子を、破線の丸で抽出して示している。セル電極２５Ａは、透明電極から構成され、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）が用いられる。
A plurality of
複数の単位電極２５は、互いに電気的に分離されており、また、複数のセル電極２５Ａは、互いに電気的に分離されている。すなわち、各セル電極２５Ａに対して個別に電圧制御が可能であり、また、各単位電極２５に対して個別に電圧制御が可能である。
The plurality of
図１７は、複数の単位電極２５の平面図である。図１７に示すように、複数の単位電極２５は、Ｘ方向及びこれに直交するＹ方向にマトリクス状に配置される。図１７の破線は、赤外線レーザーの照射領域を示している。
FIG. 17 is a plan view of the plurality of
本実施形態では、回折格子の原理を用いて赤外線レーザーの出射角を変化させる。単位電極２５のＸ方向の長さは、回折格子における格子間隔Λに対応する。より正確には、格子間隔Λは、着目する単位電極とこれのＸ方向両側にそれぞれ隣接する２つの単位電極との隙間の２つの中間点間の距離に対応する。Ｘ方向と同様に、Ｙ方向においても格子間隔Λが定義される。
In this embodiment, the emission angle of the infrared laser is changed by using the principle of a diffraction grating. The length of the
基板２２の液晶層２３側には、１つの共通電極２６が設けられる。共通電極２６は、液晶パネル１１の液晶層２３が設けられる領域全体に平面状に形成される。共通電極２６は、透明電極から構成され、例えばＩＴＯが用いられる。
One
［２−２］ 駆動回路１２の構成
次に、駆動回路１２の構成について説明する。図１８は、駆動回路１２の回路図である。駆動回路１２は、スイッチ素子１２Ａ、１２Ｂと、複数のセル電極２５Ａに対応して設けられた複数の可変抵抗素子１２Ｃとを備える。図１８では、一例として１１個の可変抵抗素子１２Ｃ−１〜１２Ｃ−１１を示している。[2-2] Configuration of
スイッチ素子１２Ａの一端は、電源回路１４に接続される。スイッチ素子１２Ａの他端は、複数の可変抵抗素子１２Ｃの一端に接続される。複数の可変抵抗素子１２Ｃの他端はそれぞれ、単位電極２５に含まれる複数のセル電極２５Ａに接続される。スイッチ素子１２Ｂの一端は、電源回路１４に接続され、その他端は、共通電極２６に接続される。
One end of the
スイッチ素子１２Ａ、１２Ｂのオン／オフ動作は、制御回路１５によって制御される。また、複数の可変抵抗素子１２Ｃの抵抗値は、制御回路１５によって個別に制御される。
The on / off operation of the
なお、図１８に示した駆動回路１２の構成は一例であり、セル電極２５Ａを個別に電圧制御できる回路であれば他の構成でもよい。
The configuration of the
［２−３］ 動作
次に、上記のように構成されたレーザー走査装置１の動作について説明する。[2-3] Operation Next, the operation of the
前述した図１８は、オフ状態における液晶パネル１１の動作を表している。図１９は、オン状態における液晶パネル１１の動作を説明する図である。
FIG. 18 described above shows the operation of the
第２実施形態においても、液晶層２３を挟む単位電極２５及び共通電極２６間の電界の極性を所定周期で反転させる反転駆動（交流駆動）が行われる。第１実施形態で説明した図７と同様に、電源回路１４は、所定の正電圧Ｖ１と、これと極性反転された負電圧−Ｖ１との一方を単位電極２５（具体的には可変抵抗素子１２Ｃ）に供給し、他方を共通電極２６に供給する。電圧Ｖ１は、液晶層に電圧振幅“Ｖ１×２”を印加した場合に、液晶分子が基板に概略垂直に配向するように設定される。さらに、電源回路１４は、単位電極２５及び共通電極２６に交流電圧を供給する。
Also in the second embodiment, inversion drive (alternating current drive) is performed in which the polarity of the electric field between the
まず、オフ状態における液晶パネル１１の動作を説明する。図１８に示すように、オフ状態において、制御回路１５は、スイッチ素子１２Ａ、１２Ｂをオフさせる。これにより、液晶層２３に電界が印加されず、液晶層２３の全領域において、液晶分子は、基板に対して水平方向に配向している。この場合、液晶層２３に屈折率の勾配は生じていない。
First, the operation of the
次に、オン状態における液晶パネル１１の動作を説明する。以下では、Ｘ方向に沿って１次元に走査する動作を例に挙げて説明する。図１９に示すように、オン状態において、制御回路１５は、スイッチ素子１２Ａ、１２Ｂをオンさせる。これにより、電源回路１４から駆動回路１２及び共通電極２６に所定の電圧が印加される。また、制御回路１５は、単位電極２５を単位として、駆動回路１２に含まれる複数の可変抵抗素子１２Ｃの抵抗値をＸ方向に沿って順に大きくする。
Next, the operation of the
駆動回路１２は、複数の可変抵抗素子１２Ｃの抵抗値に応じて決まる電圧を、それぞれ複数のセル電極２５Ａに印加する。図１９の例では、駆動回路１２は、Ｘ方向に沿って電圧が順に低くなるように、複数のセル電極２５Ａにそれぞれ複数の電圧を印加する。
The
図２０は、駆動回路１２が出力する電圧の波高値を説明する図である。図２０の縦軸が電圧の波高値（電圧振幅のうち正側の電圧）、図２０の横軸が可変抵抗素子１２Ｃの番号を表している。なお、図２０では、図１８に一例として示した可変抵抗素子１２Ｃ−１〜１２Ｃ−１１に対応する電圧を図示しているが、電圧の数は、単位電極２５に含まれるセル電極２５Ａの数に応じて変更される。
FIG. 20 is a diagram for explaining the peak value of the voltage output by the
図２０に示すように、駆動回路１２は、可変抵抗素子１２Ｃ−１〜１２Ｃ−１１を用いて、勾配を有する複数の電圧を生成することができる。図２０の勾配を有する複数の電圧がそれぞれ対応するセル電極２５Ａに印加される。
As shown in FIG. 20, the
これにより、図１９に示すように、液晶層２３では、印加電圧が高い（電界が高い）領域では、液晶分子が概略垂直方向に配向し、印加電圧が低い（電界が低い）領域では、液晶分子が概略水平方向に配向し、これらの中間の領域では、印加電圧の大きさに応じて水平方向に対して斜め方向に配向する。
As a result, as shown in FIG. 19, in the
図２１は、液晶パネル１１の屈折率とレーザー光の位相との関係を説明する模式図である。液晶パネル１１の単位電極２５に勾配を有する複数の電圧を印加すると、液晶層２３に屈折率の勾配が生じる。この時、液晶パネル１１は、等価的にブレーズド（blazed）回折格子として機能する。よって、１つの単位電極２５を含む液晶領域において、屈折率の勾配に応じて赤外線レーザーの位相が変化する。これにより、レーザー源１０からの赤外線レーザーが液晶パネル１１に対して概略垂直方向に入射すると、出射角が変化し、出射角θｏｕｔで液晶パネル１１から赤外線レーザーが出射する。赤外線レーザーの入射角θｉｎ＝０°とすると、赤外線レーザーの出射角θｏｕｔでは、以下の式（２）で表される。
ｓｉｎθｏｕｔ＝λ／Λ ・・・（２）
FIG. 21 is a schematic diagram illustrating the relationship between the refractive index of the
sinθ out = λ / Λ ・ ・ ・ (2)
λは赤外線レーザーの波長である。Λは格子間隔である。例えば、λ＝１５５０ｎｍ、Λ＝２９.６μｍである場合、θｏｕｔ＝３°となる。λ is the wavelength of the infrared laser. Λ is the grid spacing. For example, when λ = 1550 nm and Λ = 29.6 μm, θ out = 3 °.
なお、Ｘ方向に沿った一次元で走査する場合は、図１７に示す１つの単位電極２５においてＹ方向に並んだセル電極列には、同じ電圧が印加される。一方、二次元で走査する場合は、１つの単位電極２５においてＹ方向に並んだセル電極列には、複数の異なる電圧を印加し、単位電極内で電圧の勾配を生じさせる。他の単位電極２５についても同じである。
When scanning in one dimension along the X direction, the same voltage is applied to the cell electrode rows arranged in the Y direction in one
さらに、格子間隔Λを変えることで、出射角θｏｕｔを任意に設定することができる。格子間隔Λを変えるには、単位電極２５のサイズを変えればよく、単位電極２５を構成するセル電極２５Ａの数を変えればよい。図２２は、出射角θｏｕｔと格子間隔Λとの関係を示す図である。図２３は、出射角θｏｕｔと格子間隔Λとの関係を示すグラフである。図２３の縦軸が出射角θｏｕｔ（度）、図２３の横軸が格子間隔Λ（μｍ）である。図２２及び図２３も同様に、赤外線レーザーの波長λ＝１５５０ｎｍである。Further, the emission angle θ out can be arbitrarily set by changing the grid spacing Λ. To change the lattice spacing Λ, the size of the
図２２及び図２３から理解できるように、赤外線レーザーの出射角θｏｕｔを任意に変えることができる。すなわち、レーザー走査装置１は、赤外線レーザーを所定範囲で走査することができる。As can be understood from FIGS. 22 and 23, the emission angle θ out of the infrared laser can be arbitrarily changed. That is, the
図２４及び図２５は、単位電極２５のサイズを変化させる様子を説明する図である。図２５は、図２４に比べて、単位電極２５のサイズが大きい。すなわち、図２５の単位電極２５に含まれるセル電極２５Ａの数は、図２４の単位電極２５に含まれるセル電極２５Ａの数より多い。これに応じて、図２５の格子間隔Λは、図２４の格子間隔Λよりも大きくなっている。図２２及び図２３から理解できるように、図２５の出射角は、図２４の出射角よりも小さい。
24 and 25 are views for explaining how the size of the
図２６は、二次元における単位電極２５の屈折率の勾配を説明する図である。二次元で走査する場合は、Ｘ方向及びＹ方向において、複数の異なる電圧を印加し、単位電極内で電圧の勾配を生じさせるこのように、単位電極２５の電圧を制御することで、二次元的に赤外線レーザーを走査させることができる。
FIG. 26 is a diagram for explaining the gradient of the refractive index of the
なお、走査方向は、１方向のみであってもよい。この場合は、１方向（Ｘ方向又はＹ方向）のみに屈折率の勾配を形成すればよい。 The scanning direction may be only one direction. In this case, the refractive index gradient may be formed in only one direction (X direction or Y direction).
［２−４］ 第２実施形態の効果
以上詳述したように第２実施形態では、レーザー走査装置１は、赤外線レーザーを出射するレーザー源１０と、レーザー源１０からの赤外線レーザーを透過するとともに、赤外線レーザーの出射角を変化させる液晶パネル１１と、液晶パネル１１に電圧を印加する駆動回路１２とを備える。液晶パネル１１は、対向配置された基板２１、２２と、基板２１、２２に挟持された液晶層２３と、基板２１に設けられた複数の単位電極２５と、基板２２に設けられた共通電極２６とを備える。複数の単位電極２５の各々は、Ｘ方向に並んだ複数のセル電極２５Ａを備える。そして、駆動回路１２は、複数のセル電極２５Ａにそれぞれ複数の異なる電圧を印加し、電圧の勾配を生じさせるようにしている。[2-4] Effect of Second Embodiment As described in detail above, in the second embodiment, the
従って第２実施形態によれば、１つの単位電極２５に対応する液晶領域において、屈折率の勾配を形成することができる。よって、液晶パネル１１をブレーズド回折格子として機能させることができる。これにより、液晶パネル１１に入射した赤外線レーザーを所望の出射角で出射させることができる。
Therefore, according to the second embodiment, the gradient of the refractive index can be formed in the liquid crystal region corresponding to one
また、単位電極２５を構成するセル電極２５Ａの数を変えることで、格子間隔Λを変化させることができる。これにより、赤外線レーザーによって所望の範囲を走査可能なレーザー走査装置１を実現できる。その他の効果は、第１実施形態と同じである。
Further, the lattice spacing Λ can be changed by changing the number of
［３］ 第３実施形態
第３実施形態は、第２実施形態と異なる回折原理を用いて、赤外線レーザーを走査するようにしている。[3] Third Embodiment In the third embodiment, the infrared laser is scanned by using a diffraction principle different from that of the second embodiment.
［３−１］ 液晶パネル１１の構成
図２７は、第３実施形態に係る液晶パネル１１の断面図である。第３実施形態に係る液晶モードは、例えば、ＴＮ（Twisted Nematic）モードである。[3-1] Configuration of
液晶層２３は、基板２１、２２に挟持される。液晶層２３は、ポジ型（Ｐ型）のネマティック液晶を用いたＴＮ液晶から構成される。すなわち、液晶層２３に含まれる液晶分子は、初期状態（無電界時）において、液晶層２３の上下で６０度〜１２０度の範囲（概略９０度）でねじれている。液晶の配向は、液晶層２３を挟むように設けられた配向膜（図示せず）によって制御される。なお、液晶モードとして、ホモジニアスモード、ＶＡモード、又はＩＰＳ（In Plane Switching）モードなどを用いてもよい。
The
基板２１の液晶層２３側には、複数のセル電極２５Ａがマトリクス状に配置される。複数のセル電極２５Ａは、互いに電気的に分離されている。すなわち、各セル電極２５Ａに対して個別に電圧制御が可能である。セル電極２５Ａは、透明電極から構成され、例えばＩＴＯが用いられる。
A plurality of
基板２２の液晶層２３側には、１つの共通電極２６が設けられる。共通電極２６は、液晶パネル１１の液晶層２３が設けられる領域全体に平面状に形成される。共通電極２６は、透明電極から構成され、例えばＩＴＯが用いられる。
One
基板２１の液晶層２３と反対面には、偏光板３０が設けられる。基板２２の液晶層２３と反対面には、偏光板３１が設けられる。偏光板３０、３１は、ランダムな方向の振動面を有する光から、透過軸と平行な一方向の振動面を有する光、すなわち直線偏光の偏光状態を有する光を取り出すものである。偏光板３０、３１は、面内において吸収軸及び透過軸がそれぞれ平行になるように配置される。
A
無電界時の液晶層２３では、偏光板３０側の液晶分子は、偏光板３０の透過軸と平行に配列され、偏光板３１側の液晶分子は、偏光板３１の透過軸と直交するように配列される。なお、本実施形態では、ノーマリーブラック方式の液晶パネル１１を例示しているが、勿論、ノーマリーホワイト方式を用いることも可能である。
In the
本実施形態では、格子間隔Λは、２つの単位電極によって規定され、例えばＸ方向に隣接する２つのセル電極２５Ａで規定される領域の長さに対応する。図２７に示すように、１つの格子間隔Λに含まれる２つの領域のうち一方を領域ＡＲ１、他方を領域ＡＲ２と表記する。図２７において示したＡＲ１、ＡＲ２はそれぞれ同じ構造を有する。領域ＡＲ１、ＡＲ２は、Ｘ方向及びＹ方向に交互に配置される。
In this embodiment, the grid spacing Λ is defined by two unit electrodes and corresponds, for example, to the length of the region defined by the two
［３−２］ 動作
上記のように構成されたレーザー走査装置１の動作について説明する。[3-2] Operation The operation of the
オフ状態における液晶パネル１１では、全てのセル電極２５Ａ及び共通電極２６に電圧が印加されない。これにより、液晶パネル１１は、全領域において光を遮断する。
In the
以下に、オン状態における液晶パネル１１の動作を説明する。オン状態では、光を遮断する領域ＡＲ１と、光を透過する領域ＡＲ２とを用いて、液晶パネル１１に回折格子を形成する。
The operation of the
図２８は、液晶パネル１１の遮断領域である領域ＡＲ１の動作を説明する図である。駆動回路１２は、複数のスイッチ素子１２Ａと、１つのスイッチ素子１２Ｂとを備える。複数のスイッチ素子１２Ａは、セル電極２５Ａごとに設けられる。
FIG. 28 is a diagram illustrating the operation of the region AR1 which is the blocking region of the
領域ＡＲ１を遮断状態にする場合、制御回路１５は、対応するスイッチ素子１２Ａをオフさせる。なお、スイッチ素子１２Ｂはオンしている。これはオフ状態の動作と同じであり、領域ＡＲ１に入射した赤外線レーザーは、偏光板３０、３１によって遮断される。
When the region AR1 is cut off, the
図２９は、液晶パネル１１の透過領域である領域ＡＲ２の動作を説明する図である。領域ＡＲ２を透過状態にする場合、制御回路１５は、対応するスイッチ素子１２Ａをオンさせる。
FIG. 29 is a diagram illustrating the operation of the region AR2, which is a transmission region of the
この場合、領域ＡＲ２では、液晶分子が基板に概略垂直方向に配向する。よって、液晶パネル１１に入射した赤外線レーザーは、領域ＡＲ２を透過する。なお、領域ＡＲ１は、遮断状態のままである。
In this case, in the region AR2, the liquid crystal molecules are oriented substantially perpendicular to the substrate. Therefore, the infrared laser incident on the
図３０は、二次元における液晶パネル１１の動作を説明する平面図である。オン状態における液晶パネル１１は、遮断領域（領域ＡＲ１）と透過領域（領域ＡＲ２）とが市松模様を構成する。市松模様とは、Ｘ方向及びＹ方向の各々において、透過領域と遮断領域とを交互に配置した模様である。
FIG. 30 is a plan view illustrating the operation of the
このように、液晶パネル１１に回折格子を形成することができる。これにより、レーザー源１０からの赤外線レーザーが液晶パネル１１に概略垂直に入射すると、出射角が変化し、出射角θｏｕｔで液晶パネル１１から赤外線レーザーが出射する。In this way, a diffraction grating can be formed on the
さらに、格子間隔Λを変えることで、出射角θｏｕｔを任意に設定することができる。格子間隔Λを変えるには、第２実施形態と同様に、単位電極２５を構成するセル電極２５Ａの数を変えればよく、換言すると、単位電極２５のサイズを変えればよい。Further, the emission angle θ out can be arbitrarily set by changing the grid spacing Λ. In order to change the lattice spacing Λ, the number of
図３１は、単位電極２５のサイズを変化させる様子を説明する図である。図３０の単位電極２５のサイズを図３１の単位電極２５のサイズに変化させる。図３１に示すように、単位電極２５は、複数のセル電極２５Ａを備える。説明を簡略化するために、図３０の単位電極２５が１つのセル電極２５Ａを備えた構成とすると、図３１の単位電極２５は、４個のセル電極２５Ａを備える。１つの単位電極２５に含まれる複数のセル電極２５Ａは同じ動作（遮断状態及び透過状態の一方）を行う。
FIG. 31 is a diagram illustrating how the size of the
このように、単位電極２５のサイズを変えることで、格子間隔Λが変化する。これにより、液晶パネル１１は、赤外線レーザーを走査することができる。出射角θｏｕｔと格子間隔Λとの関係は、第２実施形態で示した図２２及び図２３と同じである。By changing the size of the
［３−３］ 第３実施形態の効果
第３実施形態によれば、通常の回折格子の原理を用いて、赤外線レーザーの出射角を制御することができる。その他の効果は、第２実施形態と同じである。[3-3] Effect of Third Embodiment According to the third embodiment, the emission angle of the infrared laser can be controlled by using the principle of a normal diffraction grating. Other effects are the same as in the second embodiment.
［４］ 第４実施形態
レンズを用いることで、走査範囲を広くすることができる。第４実施形態は、単位電極２５の長さによって規定された走査範囲をさらに広くするための構成例である。[4] Fourth Embodiment By using the lens, the scanning range can be widened. The fourth embodiment is a configuration example for further widening the scanning range defined by the length of the
図３２は、第４実施形態に係るレーザー走査装置１の主要部を示す断面図である。液晶パネル１１の構成は、第１乃至第３実施形態のいずれかと同じである。
FIG. 32 is a cross-sectional view showing a main part of the
レーザー走査装置１は、平凸レンズ４０をさらに備える。平凸レンズ４０としては、例えば半球レンズ、又は球面平凸レンズが用いられる。本実施形態では、半球レンズ４０を例に挙げて説明する。
The
液晶パネル１１の光出射面は、半球レンズ４０の平面に対向配置される。液晶パネル１１の光出射面の中心は、半球レンズ４０の中心Ｃを通りかつ半球レンズ４０の平面に垂直な中心線Ｃ上に配置される。半球レンズ４０の固定方法は任意に設計可能である。
The light emitting surface of the
図３３は、レーザー走査装置１の走査範囲を説明する模式図である。
検知対象物４２における中心線Ｃから上側の走査範囲をｙとする。液晶パネル１１と半球レンズ４０との距離ｄ、半球レンズ４０の半径Ｒ、半球レンズ４０と対象物４２との距離Ｌである。θ０は、液晶パネル１１から出射される赤外線レーザーの出射角であり、前述したθｏｕｔに対応する。半球レンズ４０の屈折率ｎ、空気の屈折率＝１とする。角度φは、半球レンズ４０の中心と光出射点とを通る直線と、中心線Ｃとの成す角である。θ１、θ２は、屈折角である。FIG. 33 is a schematic diagram illustrating a scanning range of the
Let y be the scanning range above the center line C of the
走査範囲ｙは、以下の式（３）で表される。
ｙ＝ｄ・ｔａｎθ０＋Ｒ・ｓｉｎφ＋｛Ｒ（１−ｃｏｓφ）＋Ｌ｝ｔａｎ（φ−θ２） ・・・（３）
ｓｉｎθ０＝ｎ・ｓｉｎθ１
ｎ・ｓｉｎ（φ−θ１）＝ｓｉｎθ２
y = d · tan θ 0 + R · sinφ + {R (1-cosφ) + L} tan (φ−θ 2 ) ・ ・ ・ (3)
sinθ 0 = n · sinθ 1
n · sin (φ−θ 1 ) = sinθ 2
図３４は、第４実施形態に係る出射角θ０と走査範囲ｙとの関係を示すグラフである。図３４の縦軸が走査範囲ｙ（ｍｍ）を表し、図３４の横軸が出射角θ０（度）を表している。液晶パネル１１と半球レンズ４０との距離ｄ＝５ｍｍ、半球レンズ４０の半径Ｒ＝２０ｍｍ、半球レンズ４０と対象物４２との距離Ｌ＝１００ｍ、半球レンズ４０の屈折率ｎ＝１．６とする。図３４から理解できるように、出射角θ０に応じて、走査範囲ｙを変化させることができる。FIG. 34 is a graph showing the relationship between the emission angle θ 0 and the scanning range y according to the fourth embodiment. The vertical axis of FIG. 34 represents the scanning range y (mm), and the horizontal axis of FIG. 34 represents the emission angle θ 0 (degrees). The distance d between the
以上詳述したように第４実施形態によれば、液晶パネル１１から出射された赤外線レーザーを半球レンズ４０に通すことで、液晶パネル１１単体で赤外線レーザーを出射する場合に比べて、走査範囲を広くすることができる。
As described in detail above, according to the fourth embodiment, by passing the infrared laser emitted from the
［５］ 第５実施形態
反射鏡を用いることで、走査範囲を広くすることができる。第５実施形態は、単位電極２５の長さによって規定された走査範囲をさらに広くするための他の構成例である。[5] Fifth Embodiment By using a reflector, the scanning range can be widened. A fifth embodiment is another configuration example for further widening the scanning range defined by the length of the
図３５は、第５実施形態に係るレーザー走査装置１の主要部を示す断面図である。液晶パネル１１の構成は、第１乃至３実施形態のいずれかと同じである。
FIG. 35 is a cross-sectional view showing a main part of the
レーザー走査装置１は、凸面鏡４１をさらに備える。凸面鏡４１としては、例えば球面鏡、又は半球面鏡が用いられる。本実施形態では、半球面鏡４１を例に挙げて説明する。
The
液晶パネル１１の光出射面は、半球面鏡４１の鏡面に対向して配置される。液晶パネル１１の光出射面の中心は、半球面鏡４１の中心を通る中心線Ｃ上に配置される。半球面鏡４１の固定方法は任意に設計可能である。
The light emitting surface of the
レーザー源１０からの赤外線レーザーは、液晶パネル１１を透過した後に、半球面鏡４１によって反射される。半球面鏡４１によって反射された赤外線レーザーは、対象物に照射される。すなわち、レーザー走査装置１から最終的に出射される赤外線レーザーは、液晶パネル１１の裏面（光出射面と反対面）に向けて出射される。
The infrared laser from the
図３６は、レーザー走査装置１の走査範囲を説明する模式図である。
検知対象物４２における中心線Ｃから上側の走査範囲をｙとする。液晶パネル１１の光出射面と半球面鏡４１との距離ｄ、半球面鏡４１の半径Ｒ、液晶パネル１１の光出射面と対象物４２との距離Ｌである。θ０は、液晶パネル１１から出射される赤外線レーザーの出射角であり、前述したθｏｕｔに対応する。角度φは、半球面鏡４１の中心と光入射点とを通る直線と、中心線Ｃとの成す角である。“ｙ０”は、半球面鏡４１の光入射点と中心線Ｃとの距離である。FIG. 36 is a schematic diagram illustrating a scanning range of the
Let y be the scanning range above the center line C of the
走査範囲ｙは、以下の式（４）で表される。
ｙ＝ｙ０＋（Ｌ＋ｙ０・ｃｏｔθ０）ｔａｎ（θ０＋２φ） ・・・（４）
y = y 0 + (L +
図３７は、第５実施形態に係る出射角θ０と走査範囲ｙとの関係を示すグラフである。図３７の縦軸が走査範囲ｙ（ｍｍ）を表し、図３７の横軸が出射角θ０（度）を表している。液晶パネル１１と半球面鏡４１との距離ｄ＝５ｍｍ、半球面鏡４１の半径Ｒ＝２０ｍｍ、液晶パネル１１と対象物４２との距離Ｌ＝１００ｍとする。図３７から理解できるように、出射角θ０に応じて、走査範囲ｙを変化させることができる。FIG. 37 is a graph showing the relationship between the emission angle θ 0 and the scanning range y according to the fifth embodiment. The vertical axis of FIG. 37 represents the scanning range y (mm), and the horizontal axis of FIG. 37 represents the emission angle θ 0 (degrees). The distance d between the
以上詳述したように第５実施形態によれば、液晶パネル１１から出射された赤外線レーザーを半球面鏡４１によって反射させることで、液晶パネル１１単体で赤外線レーザーを出射する場合に比べて、走査範囲を広くすることができる。
As described in detail above, according to the fifth embodiment, by reflecting the infrared laser emitted from the
なお、上記各実施形態で説明した液晶層の配向制御が実施可能であれば、基板２１、２２にそれぞれ形成される電極の構造は、他の構造を用いてもよい。例えば、単純マトリクス方式（パッシブマトリクス方式）を用いることが可能である。具体的には、基板２１には、それぞれがＹ方向に延在する複数の下側電極が形成され、基板２２は、それぞれがＸ方向に延在する複数の上側電極が形成される。パッシブマトリクス方式は、ドットマトリクスのパターンを有する。液晶パネルは、１つの下側電極と１つの上側電極とが交差する１つのドット毎に、液晶配向を制御できる。
As long as the orientation control of the liquid crystal layer described in each of the above embodiments is feasible, other structures may be used as the structure of the electrodes formed on the
上記各実施形態では、レーザー走査装置１が扱うレーザー光として赤外線レーザー光を用いている。しかし、これに限定されず、本実施形態は、赤外線以外の光にも適用可能である。
In each of the above embodiments, infrared laser light is used as the laser light handled by the
上記各実施形態では、車両に搭載されるレーザー走査装置１について説明している。しかし、これに限定されず、レーザー光を走査する機能を有する様々な電子機器に適用できる。
In each of the above embodiments, the
本明細書において、「平行」とは、完全に平行であることが好ましいが、必ずしも厳密に平行である必要はなく、本発明の効果に鑑みて実質的に平行と同視できるものを含み、また、製造プロセス上発生しうる誤差を含んでいても良い。また、「垂直」とは、必ずしも厳密に垂直である必要はなく、本発明の効果に鑑みて実質的に垂直と同視できるものを含み、また、製造プロセス上発生しうる誤差を含んでいても良い。 In the present specification, "parallel" is preferably completely parallel, but does not necessarily have to be exactly parallel, and includes those that can be equated with substantially parallel in view of the effect of the present invention. , It may include errors that may occur in the manufacturing process. Further, "vertical" does not necessarily have to be strictly vertical, and includes those that can be substantially equated with vertical in view of the effect of the present invention, and also includes errors that may occur in the manufacturing process. good.
本明細書において、板、フィルムなどは、その部材を例示した表現であり、その構成に限定されるものではない。例えば、偏光板は、板状の部材に限定されるものではなく、明細書で記載した機能を有するフィルムやその他の部材であっても良い。 In the present specification, the plate, the film, and the like are expressions exemplifying the members thereof, and are not limited to the configuration thereof. For example, the polarizing plate is not limited to the plate-shaped member, and may be a film or other member having the functions described in the specification.
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で、構成要素を変形して具体化することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、１つの実施形態に開示される複数の構成要素の適宜な組み合わせ、若しくは異なる実施形態に開示される構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を構成することができる。例えば、実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素が削除されても、発明が解決しようとする課題が解決でき、発明の効果が得られる場合には、これらの構成要素が削除された実施形態が発明として抽出されうる。 The present invention is not limited to the above embodiment, and the constituent elements can be modified and embodied within a range that does not deviate from the gist thereof. Further, the above-described embodiments include inventions at various stages, and by an appropriate combination of a plurality of components disclosed in one embodiment or by an appropriate combination of components disclosed in different embodiments. Various inventions can be constructed. For example, even if some components are deleted from all the components disclosed in the embodiment, these components are deleted when the problem to be solved by the invention can be solved and the effect of the invention is obtained. The embodiment can be extracted as an invention.
Claims (10)
対向配置された第１及び第２基板と、
前記第１及び第２基板間に挟持された液晶層と、
前記第１基板に設けられ、第１方向と前記第１方向に交差する第２方向とに沿ってマトリクス状に配置された複数のセル電極を各々が有する複数の単位電極と、
前記第２基板に設けられた共通電極と、
前記複数のセル電極に複数の電圧を印加し、電圧の勾配を生じさせる駆動回路と
を具備するレーザー走査装置。 A laser scanning device that transmits laser light from a laser source and changes the emission angle of the laser light.
The first and second substrates arranged facing each other,
The liquid crystal layer sandwiched between the first and second substrates,
A plurality of unit electrodes provided on the first substrate and each having a plurality of cell electrodes arranged in a matrix along a first direction and a second direction intersecting the first direction .
With the common electrode provided on the second substrate,
A laser scanning apparatus including a drive circuit that applies a plurality of voltages to the plurality of cell electrodes to generate a voltage gradient.
請求項１に記載のレーザー走査装置。 The laser scanning apparatus according to claim 1, wherein the drive circuit changes the emission angle by changing the magnitude of the gradient.
請求項２に記載のレーザー走査装置。 The laser scanning apparatus according to claim 2, further comprising a control circuit for changing the magnitude of the gradient by changing the number of cell electrodes constituting the unit electrode.
請求項１に記載のレーザー走査装置。 The laser scanning apparatus according to claim 1, wherein the drive circuit causes the gradient in the unit electrode.
請求項４に記載のレーザー走査装置。 The laser scanning apparatus according to claim 4, wherein the drive circuit changes the emission angle by changing the magnitude of the gradient.
請求項４に記載のレーザー走査装置。 The laser scanning apparatus according to claim 4, further comprising a control circuit for changing the magnitude of the gradient by changing the number of cell electrodes constituting the unit electrode.
対向配置された第１及び第２基板と、
前記第１及び第２基板間に挟持された液晶層と、
前記第１基板に設けられ、少なくとも１つの第１セル電極を各々が含む複数の第１単位電極と、
前記第１基板に設けられ、第１方向に沿って前記複数の第１単位電極と交互に配置され、少なくとも１つの第２セル電極を各々が含む複数の第２単位電極と、
前記第２基板に設けられた共通電極と、
前記第１及び第２基板を挟むように設けられた第１及び第２偏光板と、
前記第１単位電極を含む第１領域を透過状態にし、前記第２単位電極を含む第２領域を遮断状態にする制御回路と
を具備するレーザー走査装置。 A laser scanning device that transmits laser light from a laser source and changes the emission angle of the laser light.
The first and second substrates arranged facing each other,
The liquid crystal layer sandwiched between the first and second substrates,
A plurality of first unit electrodes provided on the first substrate, each containing at least one first cell electrode,
A plurality of second unit electrodes provided on the first substrate, alternately arranged with the plurality of first unit electrodes along the first direction, and each containing at least one second cell electrode.
With the common electrode provided on the second substrate,
With the first and second polarizing plates provided so as to sandwich the first and second substrates,
A laser scanning apparatus including a control circuit that puts a first region including the first unit electrode in a transmissive state and puts a second region including the second unit electrode in a cutoff state.
請求項７に記載のレーザー走査装置。 The laser scanning apparatus according to claim 7 , wherein the control circuit changes the number of first cell electrodes included in the first unit electrode and changes the number of second cell electrodes included in the second unit electrode.
前記第２単位電極は、前記第１方向と前記第２方向とに沿ってマトリクス状に配置された複数の第２セル電極を含む
請求項７に記載のレーザー走査装置。 The first unit electrode includes a plurality of first cell electrodes arranged in a matrix along the first direction and the second direction intersecting the first direction.
The laser scanning apparatus according to claim 7 , wherein the second unit electrode includes a plurality of second cell electrodes arranged in a matrix along the first direction and the second direction.
前記レーザー走査装置は、
対向配置された第１及び第２基板と、
前記第１及び第２基板間に挟持された液晶層と、
前記第１基板に設けられ、第１方向と前記第１方向に交差する第２方向とに沿ってマトリクス状に配置された複数のセル電極を各々が有する複数の単位電極と、
前記第２基板に設けられた共通電極とを具備し、
前記駆動方法は、
前記複数のセル電極に複数の電圧を印加し、電圧の勾配を生じさせる工程を具備する
レーザー走査装置の駆動方法。 A method for driving a laser scanning device that transmits laser light from a laser source and changes the emission angle of the laser light.
The laser scanning device is
The first and second substrates arranged facing each other,
The liquid crystal layer sandwiched between the first and second substrates,
A plurality of unit electrodes provided on the first substrate and each having a plurality of cell electrodes arranged in a matrix along a first direction and a second direction intersecting the first direction .
It is provided with a common electrode provided on the second substrate.
The driving method is
A method for driving a laser scanning apparatus, comprising a step of applying a plurality of voltages to the plurality of cell electrodes to generate a voltage gradient.
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