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液晶シャッター

Optical Shutter

LC-TecのFOS(Fast Optical Shutter)シリーズは、外部から印加される駆動電圧によって光の透過率を制御する液晶(LC)ベースの光シャッター(可変フィルター)シリーズです。

従来の機械式シャッターと比較して、液晶シャッターは可動部品がありませんので、動作中の振動が完全にありません。また設置面積を小さくすることができるといった長所もございます。

FOSシリーズは交差した直線偏光子の間に液晶セルが挟まれる形で構成されています(一部のモデルは、2枚の液晶セルで構成されています)。駆動電圧を印加して複屈折液晶分子を再配向し、液晶セルを通過する光の位相差を変化させます。

この結果、光の透過率を制御しシャッターとして機能します。印加電圧を変調することによって、完全に開いた状態と閉じた状態との間のアナログ階調を実現でき、可変フィルタとして使用することもできます。


FOSシリーズ液晶シャッター概要カタログ(PDF 258KB)

FOSシリーズ液晶シャッター概要カタログ日本語版(PDF 1.88MB)



                        
アプリケーション: アドバンテージ:
o 3Dグラフィック o 低消費電力
o カメラ o 可動部分がない(振動が起きない)
o オプティカルレーザーシャッター o 小型化&大型化対応可(高い設計自由度)
o メディカル o 高コントラスト
o ウェルディング o 高速スイッチング
o 自動車 o 高耐久性
o マイクロスコープ o 優れた光学品質
など など

標準品仕様

様々なアプリケーションに対応できるよう、異なる電気光学特性のモデルがあります。

                                   
Model Open state
transmittance
Contrast Closing time
(T100-T10)
Opening time
(T0-T90)
VD
FOS ≥39.5% ≥1,000:1
≥1,800:1
    ≤6ms
≤150μs
≤30ms
≤35ms
@4VRMS
@24VRMS
FOS-ETR ≥32.5% ≥850:1
≥1,200:1
    ≤6ms
≤500μs
≤35ms
≤40ms
@5VRMS
@18VRMS
FOS-NIR(1100HT) ≥37.0% ≥250:1
≥350:1
    ≤5ms
≤120μs
≤15ms
≤20ms
@5VRMS
@24VRMS
X-FOS(G2) ≥37.5% ≥1,800:1     ≤50μs ≤1.8ms @18VRMS
X-FOS(G2)-CE ≥30.0% ≥120,000:1     ≤50μs ≤1.8ms @18VRMS
X-FOS(G2)-LAS Under development
PolarSpeed®-S ≥37.5% ≥300:1     ≤30μs ≤30μs @24VRMS
PolarView®ND(212) ≥25% ≥1,000:1     ≤10ms ≤15ms @4.5VRMS
PolarView®ND(14)-F ≥50% ≥10:1     ≤200ms ≤700ms @7VRMS
FSD ≥83% Light scattering     ≤7ms ≤9ms @110VRMS


上記数値は1x1inchのサイズを室温且つ無偏光光源で使用した場合です。上記における透過率とコントラストの定義については、1100nmに最適化されたFOS-NIR(1100)を除き、カタログの10.1に記載されております。仕様詳細は個別のカタログをご覧下さい。



標準品サイズ

標準サイズは、7mmx8mm、13mmx15mm、 1インチ角、2インチ角、1インチ径、2インチ径ですが、カスタム設計にて最大14インチx16インチサイズまで対応可能です。

     
Standard Size Outer dimensions Clear aperture Thickness
7x8 7.0mm x 8.0mm 5.0mm x 5.0mm     

Model dependent,
ranging from
1.3 to 5.3mm
13x15 13.0mm x 15.0mm 9.8mm x 9.8mm
1x1 25.4mm x 25.4mm 22.2mm x 20.2mm
2x2 50.8mm x 50.8mm 47.6mm x 45.6mm
D1(circular) 25.4mm diameter 22.2mm diameter
D2(circular) 50.8mm diameter 47.0mm diameter


各モデルの正確な寸法/公差およびご提供可能な標準サイズについては各製品仕様詳細をご参照ください。




トップコートおよび反射防止(AR)カバーガラス

大半のモデルにおいてシャッター表面に反射防止と耐傷性のあるハードコートがされております。また、アプリケーションによってはシャッター両面に高効率の反射防止コートがされたカバーガラスを張り付けることも可能です。これは表面反射やビームのずれ、波面のゆがみ等を最小限に抑えられますのでイメージングの用途に最適です。




接続部・コネクタについて

標準品は液晶シャッターに接合されましたコンタクトピンによる接続となっておりますが、フレキシブル・フラットケーブル(FFC)やリード線などへの設計変更も可能です。




駆動波形

シャッターは単安定(mono-stable)のノーマリーホワイト(nomally-white)駆動ですので、電圧が印加されていない時が全開の透光状態*となります。そして電圧が印加されますとシャッターが閉じ、光吸収状態**となります。電圧が印加されている間は閉じた状態を保つことができます。

一般的に駆動電圧値を上げることでコントラストが強くなり、シャッターが閉じるまでの時間(closing time)が短くなります。またシャッターの透過率はRMS電圧によります。シャッターの性能や寿命を損ないかねない液晶層内のイオン移動(Ion migration)を避けるためには、完全にDCバイアスの無い駆動信号を使用されることを推奨いたします。

下図は2種類のAC矩形波による理想的な駆動パターンです。

(A)



(B)



(A)の駆動パターンにおいてチラツキ(visual flicker)を抑えるためには60Hz以上の周波数を推奨します。一方(B)の駆動パターンはシャッター開閉を周期的に行う場合に適しています。


* PolarSpeed®-S, PolarView-ND®(212), FDSは逆の駆動(Normally-Black Operation) です。
** PolarSpeed®-Sは特定のデュアルシグナルの駆動電圧波形が必要です(詳細は個別カタログをご覧下さい)



液晶シャッター標準品ラインアップ

・ FOS (Fast Optical Shutter)
ベーシックモデルのFOSは高コントラストと高速開閉が可能な液晶シャッターです。極度な高速動作を必要としない、汎用の光シャッターをお求めの方に適したモデルです。カスタムモデルとして、シャッター閉状態において視野角全体での光減衰の均一性に優れたFOS-WV (wide-view version)、より高速開閉となるFOS(G2)-CN (color-neutral version)などもございます。
FOS 詳細カタログ(PDF 1.47MB)


・ FOS-ETR (Fast Optical Shutter - Extended Temperature Range)
FOS-ETRは温度耐性に特化したモデルで、-40度〜100度の環境下において保管及び使用が可能です。
FOS-ETR 詳細カタログ(PDF 1.30MB)


・ FOS-NIR(1100) (Fast Optical Shutter - Near Infrared Operation, 1100nm optimized)
FOS-NIR(1100)は最適化波長が1100nmで可視〜近赤外(up to 2000nm)の広帯域において高い透過率が得られます。
FOS-NIR(1100) 詳細カタログ(PDF 1.30MB)


・ X-FOS(G2) (Extra Fast Optical Shutter-2nd generation)
第2世代のX-FOS(G2)は最も高速な単一セルのシャッターで、ベーシックモデルのFOSに比べてシャッター開閉の動作がより高速になっています。高周波数でシャッター開閉をするアプリケーションに適しています。
X-FOS(G2) 詳細カタログ(PDF 1.48MB)


・ X-FOS(G2)-CE (Extra Fast Optical Shutter-2nd generation Contrast Enhanced)
X-FOS(G2)-CEは2層セル構造になっており、シャッター閉の状態で非常に高い光減衰(消光比)を実現します。 溶接作業時の目の保護など、より高速でシャッターを閉じ且つ完全に閉じた状態が求められる用途に適しています。
X-FOS(G2)-CE 詳細カタログ(PDF 1.44MB)


・ X-FOS(G2)-LAS (Extra Fast Optical Shutter-Laser Operation)
X-FOS(G2)-LASは高エネルギーレーザー用に開発中です。以下PDFはプレリミナリーの仕様です。
X-FOS(G2)-LAS プレリミナリーカタログ(PDF 760KB)


・ PolarSpeed®-S (PolarSpeed®-Shutter)
LC-TECの特許技術であるPolarSpeed®を用いた2層セルのシャッターで、開閉動作速度が30マイクロ秒という前例のない速さです。PolarSpeed®は時間多重方式の3次元映像のような高フレームレートでの用途に最適であり、最大540FPSの駆動にも適しています。
PolarSpeed®-S 詳細カタログ(PDF 1.42MB)


・ PolarView®-ND(212) (PolarView®Neutral Density Filter, 2 to 12 stop range)
特許を持つPolarView®-ND(212)はカメラ用NDフィルターとして特別に設計されたモデルです。他のモデルに比べて、全開閉の状態だけでなく中間のグレーレベルにおいても、角度依存のない透過率の均一性と色収差の低減という特性があります。また、Fストップは2〜12(透過率:25%〜0.024%)までに対応しています。


PolarView®-ND(212) 日本語パンフレット(PDF 585KB)PolarView®-ND(212) 詳細カタログ(PDF 1.26MB)

・ PolarView®-ND(14)-F (PolarView®Neutral Density Filter, 1 to 4 stop range - Flexible)
PolarView®-ND(14)-FはND(212)の透過率を上げたモデルです。柔軟性のある基板を用いることで1軸方向への曲げができるので、AR(augmented-reality)用のメガネやサングラスなども含めた高性能アイウエアの電気的な調光フィルターとして使用できます。標準的な調光レンジは50%〜5%ですが、ご要望に応じてカスマイズも可能です。
PolarView®-ND(14)-F 日本語パンフレット(PDF 642KB))


・ FSD (Fast Switchable Diffusor)
偏光子のついていないFSDは透過と光散乱の状態を切り替えることができます。シャッターを開いた状態での透過率は83%以上であり、閉じると光が拡散された状態になります。
FSD 詳細カタログ(鋭意作成中)


偏光変調器

・ FPM Series (Fast Polarization Modulators)
FOS、X-FOS(G2)、PolarSpeed®-Sの各モデルは前後の偏光子を外し、偏光変調器としてご提供することも可能です。

FPM Series のページ


液晶シャッター用コントローラ

・ Drive Electronics LCC-230
シャッターは電圧が印加されていない場合、完全に開いた状態にあります。
電圧が印加されると閉まる状態になります。電圧が印加されている間はシャッターは閉じています。(Polar xxxの製品はこの逆になります。)一般に、駆動電圧の振幅を大きくすると、コントラストを向上させ、閉鎖時間を短縮することができます。

シャッターの透過率は、RMS電圧に反応します。
駆動信号にDCバイアスが無い状態にすることでシャッターの性能と寿命をより長く維持することができます。
これは下図 (B)のような矩形波を使用することによって達成されます。
下図(A)のように使用する場合、最小周波数60Hzで使用することを推奨します。
これは視覚フリッカを避けるためです。
(B)のような開閉状態の循環動作で使用することを推奨します。

(A)



(B)



LCC-230 ユーザーマニュアル(PDF 776KB)



カスタムデザイン

標準品の中で望ましい液晶シャッターが無い場合、お客様の仕様に合わせた(電気的特性、サイズ他)カスタム設計が可能です。
1個のカスタム品から数百万/月産の大量生産に対応可能です。


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