KR100287217B1 - 3채널음향-광변조기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 레이저 프로젝터 등에 사용되어 서로 다른 파장의 입사광을 전기적인 신호에 따라 광신호로 변조시키는 3채널 음향-광 변조기에 관한 것으로서, 서로 다른 3개의 파장을 갖는 입사광들을 회절에 의해 각각 제어하기 위한 음향 광학 매질과, 상호 분리되어 음향 광학 매질에 본딩된 3개의 트랜듀서, 및 음향 광학 매질에 입사광들을 각각 회절시키는 초음파면이 음향 광학 매질 내에 형성되도록 전기 신호를 제공하는 3개의 구동 회로를 구비하되, 상기 3개의 구동 회로에서 서로 다른 주파주의 전기 신호들을 제공함으로써, 음향 광학 매질 내에서 동일한 입사각을 갖는 서로 다른 파장의 3개의 입사광들이 동일한 회절 각도로 회절되어 입사광들의 1차 회절빔들이 평행하게 출사되도록 함으로써 주변의 광학계 구성을 용이하게 할 수 있다.

Description

3채널 음향-광 변조기{3 channel acousto-optic modulator}
본 발명은 레이저 프로젝션 표시 장치(Laser Projection Display) 등에 사용되는 음향-광 변조기(Acousto-Optic Modulator)에 관한 것으로서, 특히 3채널 음향-광 변조기에 관한 것이다.
기존의 영상 표시 수단인 음극선관이나 액정 표시 장치(LCD)는 대형화될수록 제작이 어렵고 해상도가 떨어져 실용화에 한계가 있다. 그리고, 대형 화면의 실현이 가능한 영상 표시 장치로 음극선관이나 액정 표시 장치를 이용하여 대형 스크린에 화상을 투영하는 프로젝터 등이 등장하고 있지만 기술적으로 많은 제약이 따르는 실정이다. 이에 반하여, 화상 정보가 실려있는 레이저 빔을 직접 스크린에 투사하는 레이저 프로젝터는, 대화면의 구현이 가능하고, 높은 콘트라스트를 가지며, 광효율이 높은 장점을 갖고 있다. 또한, 왜곡이나 색오차가 없으며, 거리에 무관한 휘도 및 콘트라스트를 구현할 수 있어서 대화면의 HDTV에 적용될 수 있다.
도 1에는 이와 같은 레이저 프로젝터의 개략적 블록도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 광원(10)에서는 백색광의 빔을 출사하며, 이 백색광의 빔은 광 분리부(20)를 거치면서 서로 다른 파장의 3개의 단색광, 예컨대 적, 녹 및 청색 파장의 빔들로 분리된다. 이 적, 녹 및 청색 파장의 빔들은 각각 3개의 음향-광 변조기(30)로 입사된다. 각 음향-광 변조기(30)는 입력되는 색신호에 따라서 입사되는 빔을 광 신호로 변조시킨다. 이 변조된 광 신호는 광 합성부(40)에 의해 합성된 후, 수직 및 수평 주사부(50)(60)에 의해 스크린(70)에 주사되어 영상을 표시한다. 도면에는 도시되지 않았지만, 적절한 광 경로 형성 등을 위하여 각 구성 요소들 사이에는 복수개의 광학계가 배치된다.
상기와 같이 구성된 레이저 프로젝터에 있어서, 입사되는 레이저 광을 광 신호로 변조하는 음향-광 변조기(30)의 단면도가 도 2에 개략적으로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 음향-광 변조기(30)는, 음향 광학 매질(31; acoustic-optic medium)의 한 쪽 면에 트랜듀서(32; tranducer)가 본딩되어 있으며, 구동 회로(34)가 음향 광학 매질(31) 및 트랜듀서(32)에 연결되어 형성된 구조로 되어 있다. 이 때, 트랜듀서(32)에 연결된 구동 회로(34)는 전극(33)을 통하여 연결된다.
이와 같이 구성된 음향-광 변조기에서, 외부로부터의 전기적 신호를 받은 구동 회로(34)는 트랜듀서(32)에 고주파(Radio Frequency) 신호를 가한다. 이 고주파 신호에 의해 구동되는 트랜듀서(32)는 음향 광학 매질(31) 내에 초음파면(acoustic wave plane)(35)을 형성시킨다. 이 초음파면(35)은 음향 광학 매질(31) 내에서 빠른 속도로 전파진다. 이 때, 외부 광원(미도시)로부터 레이저 빔(30)이 음향 광학 매질(31)의 한 쪽 면으로 입사하면, 이 입사하는 레이저 빔(30)의 대부분은 초음파면(35)과 상호 작용하여 브래그 조건(Bragg's condition)을 만족시켜 1차 회절 빔(36)으로 출력되며, 입사되는 레이저 빔의 나머지 일부는 입사광의 입사 방향과 동일한 방향으로 출사되는 0차 회절빔(37)으로 출력된다. 이 때, 출력되는 1차 회절빔(36)의 파워는 최대화된다. 그리고, 여기서 적용되는 브래그 조건은 아래의 수학식 1과 같다.
여기서, Λ는 초음파 파장으로 Λ=VS/f로 표시되고, λ는 음향 광학 매질로 입사되는 레이저 빔의 파장이며, f는 초음파의 주파수이며, VS는 음향 광학 매질 내에서의 음파 속도이다.
그런데, 도 1에 도시된 레이저 프로젝터에서처럼, 서로 다른 파장의 레이저 빔을 변조하기 위하여 각각의 음향-광 변조기를 사용하는 경우, 그 비용이 증가되며 광학계의 유효 면적이 늘어나는 단점이 있다. 이를 개선하기 위하여, 하나의 음향-광 변조기에서 서로 다른 파장의 레이저 빔이 변조되도록 하기 위하여 상기와 같은 종래의 음향-광 변조기에 서로 다른 파장의 입사광을 동일한 입사각으로 입사시키는 경우에는, 상기 수학식 1에 나타낸 바와 같이, 1차 회절빔들의 회절 각도(θB)가 서로 달라지며, 이에 따라 주변의 광학계 배치가 복잡해지는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 동일한 입사각을 갖는 레이저 빔들의 1차 회절빔들이 동일 회절각을 갖는 3채널 음향-광 변조기를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 음향-광 변조기가 사용된 레이저 프로젝터의 개략적 블록도,
도 2는 일반적인 음향-광 변조기의 개략적 단면도,
그리고 도 3은 본 발명에 따른 3채널 음향-광 변조기의 개략적 사시도이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100, 200, 300...입사광 110, 210, 310...트랜듀서
120, 220, 320...전극 130, 230, 330...구동 회로
140, 240, 340...1차 회절빔 150, 250, 350...0차 회절빔
400...음향 광학 매질
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 3채널 음향-광 변조기는, 서로 다른 3개의 파장을 갖는 입사광들을 회절에 의해 각각 제어하기 위한 음향 광학 매질; 상호 분리되어 상기 음향 광학 매질에 본딩된 3개의 트랜듀서; 및 상기 음향 광학 매질에 상기 입사광들을 각각 회절시키는 초음파면이 상기 음향 광학 매질 내에 형성되도록 전기 신호를 제공하는 3개의 구동 회로;를 구비하는 3채널 음향-광 변조기에 있어서, 상기 3개의 구동 회로에서 서로 다른 주파주의 전기 신호들을 제공함으로써, 상기 음향 광학 매질 내에서 동일한 입사각을 갖는 상기 서로 다른 3개의 입사광들이 동일한 회절 각도로 회절되어 상기 입사광들의 1차 회절빔들이 평행하게 출사되도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 주파수는 회절 제어하고자 하는 입사광의 파장에 반비례하도록 설정된 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명인 3채널 음향-광 변조기의 실시예를 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 3채널 음향-광 변조기를 개략적으로 나타낸 사시도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 3채널 음향-광 변조기는, 각각 3개의 트랜듀서(110, 210, 310), 전극(120, 220, 320) 및 구동 회로(130, 230, 330)가 3개의 채널을 형성하며, 각 채널의 구동 회로(130, 230, 330)에서 서로 다른 주파수(fR,fG,fB) 의 전기적 신호를 인가함으로써, 동일한 입사각(θin)으로 각 채널로 입사되는 서로 다른 파장의 레이저 빔들의 1차 회절빔이 동일한 회절 각도(θout)로 출력된다. 이와 같은 본 발명에 따르면, 각 채널 사이의 전기적인 크로스토크가 방지되며, 변조된 레이저 빔들이 평행하게 출사됨으로써 주변의 광학계 구성이 용이해진다.
보다 상세히 설명하면, 본 발명에 따른 3채널 음향-광 변조기는, 서로 다른 파장의 입사광을 변조하기 위한 3개의 채널을 형성하기 위하여, 음향 광학 매질(400)의 일면에 제1, 제2 및 제3 트랜듀서(110, 210, 310)가 본딩되어 있으며, 각 트랜듀서 위에는 제1, 제2 및 제3 전극(120, 220, 320)가 부착된다. 그리고, 제1, 제2 및 제3 구동 회로(130, 230, 330)가 각 트랜듀서(110, 210, 310)와 각 전극(120, 220, 320)에 연결된다.
상기 3개의 채널 중, 제1 채널은 제1 파장, 예컨대 적색 파장의 레이저 빔(100)을 변조하기 위한 것으로서, 제1 트랜듀서(110), 제1 전극(120) 및 제1 구동 회로(130)로 구성된다. 제2 채널은 제2 파장, 예컨대 녹색 파장(200)의 레이저 빔을 변조하기 위한 것으로서, 제2 트랜듀서(210), 제2 전극(220) 및 제2 구동 회로(230)로 구성된다. 제3 채널은 제3 파장, 예컨대 청색 파장의 레이저 빔(300)을 변조하기 위한 것으로서, 제3 트랜듀서(310), 제3 전극(320) 및 제3 구동 회로(330)로 구성된다.
이와 같이 구성된 3채널 음향-광 변조기에서, 각 구동 회로(130, 230, 330)에서는 서로 다른 주파수의 고주파 신호를 각 트랜듀서(110, 210, 310)로 인가한다. 그러면, 각 트랜듀서(110, 210, 310)에서는 음향 광학 매질(400) 내에 초음파면(미도시)을 발생시킨다. 이 때, 적, 녹, 청색 파장의 레이저 빔이 동일한 입사각으로 음향 광학 매질(400)로 입사하면, 대부분은 초음파면과 상호 작용하여 브래그 조건을 만족하여 일정한 각도로 회절된 1차 회절빔(140, 240, 340)으로 출사되며, 나머지는 입사 방향과 동일한 방향의 0차 회절빔(150, 250, 350)으로 출사된다.
여기서, 브래그 조건은 앞서 설명한 바와 같이, 수학식 1과 같으며, 이에 따라 각 1차 회절빔(140, 240, 340)의 회절 각도(θout)는 아래의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
여기서, λ는 음향 광학 매질 내로 입사하는 레이저 빔의 파장이고, f는 초음파면의 주파수이고, VS는 음향 광학 매질 내에서의 음파 속도이다.
상기 수학식 2에서 알 수 있는 바와 같이, 음향 광학 매질(400) 내에서의 음파 속도(VS)는 일정하므로, 1차 회절빔의 회절 각도(θ)는 입사광의 파장(λ)과 초음파면의 주파수(f)에 관한 함수이다. 따라서, 각 채널의 구동 회로(130, 230, 330)에서 서로 다른 주파수의 전기적 신호를 인가하면, 적, 녹, 청색의 서로 다른 파장의 1차 회절빔들의 회절 각도를 일치시킬 수 있다.
이 때, 상기 1차 회절빔들의 회절 각도를 동일하게 하기 위해서는, 즉 제1 채널을 통과하는 적색 파장(λR)의 레이저 빔의 회절 각도와, 제2 채널을 통과하는 녹색 파장(λG)의 레이저 빔의 회절 각도와, 제3 채널을 통과하는 청색 파장(λB)의 레이저 빔의 회절 각도를 동일하게 하기 위해서는, 각 채널에 형성되는 초음파면의 주파수를 아래의 수학식 3 내지 수학식 5와 같이 설정한다.
수학식 3 내지 수학식 5에서, fR, fG, fB는 제1, 제2 및 제3 채널에 형성되는 초음파면의 주파수이고, λR, λG, λB는 적색, 녹색 및 청색 파장이다.
이와 같이, 각 채널에 형성되는 초음파면의 주파수가 상기 수학식 3 내지 수학식 5와 같이 되도록, 각 구동 회로(130, 230, 330)로부터의 전기적 신호가 각 채널로 인가되면, 적, 녹, 청색 파장의 레이저 빔의 1차 회절빔들이 동일한 회절 각도로 회절되어 출사된다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 3채널 음향-광 변조기에 의하면, 각 채널을 통해 변조된 서로 다른 파장의 1차 회절빔들이 서로 평행하게 출사되므로 주변의 광학계 구성을 용이하게 할 수 있으며, 각 채널이 서로 다른 주파수로 구동되므로 각 채널 사이의 전기적인 크로스토크가 방지된다.

Claims (2)

  1. 서로 다른 3개의 파장을 갖는 입사광들을 회절에 의해 각각 제어하기 위한 음향 광학 매질; 상호 분리되어 상기 음향 광학 매질에 본딩된 3개의 트랜듀서; 및 상기 음향 광학 매질에 상기 입사광들을 각각 회절시키는 초음파면이 상기 음향 광학 매질 내에 형성되도록 전기 신호를 제공하는 3개의 구동 회로;를 구비하는 3채널 음향-광 변조기에 있어서,
    상기 3개의 구동 회로에서 서로 다른 주파주의 전기 신호들을 제공함으로써, 상기 음향 광학 매질 내에서 동일한 입사각을 갖는 상기 서로 다른 3개의 입사광들이 동일한 회절 각도로 회절되어 상기 입사광들의 1차 회절빔들이 평행하게 출사되도록 한 것을 특징으로 하는 3채널 음향-광 변조기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주파수는 회절 제어하고자 하는 입사광의 파장에 반비례하도록 설정된 것을 특징으로 하는 3채널 음향-광 변조기.
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