KR100326396B1 - 투명판상의레이저제거를이용한레이저패턴발생기및그제조방법 - Google Patents

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Abstract

광패턴발생기는 적외선복사에 흡수되는 반사층을 포함하며, 바람직한 패턴은 상(像)형태에 광빔을 통과시켜 제거함으로서 얻어진다. 광패턴발생기 제조방법은 투명기판에 대한 반사물질층을 형성하고 레이저로 그 물질층부분을 제거함으로서 적정 형(型)을 창출해 내는 것을 포함한다.

Description

투명판상의 레이저제거를 이용한 레이저패턴발생기 및 그 제조방법
본 발명은 무대조명설비에 관련된 것으로 특히, 무대조명설비에 의한 상(像)들의 투사와 그러한 설비들을 사용하여 투명기면(transparent substrate)상에 광패턴발생기(Light pattern generator)를 만들기 위한 장치와 방법에 관한 것이다.
무대조명시스템의 주요한 특징은 무대조명기구들에 의한 상들의 투사이다. 상은 전형적으로 고보(gobo,이하 차광판이라 함)또는 광패턴발생기를 통과한 광빔(Light beam)과 그 부근에 형성되어 있는 상의 투사에 의해 만들어진다. 전형적인 고보는 광빔이 통과하여 일정모양을 갖도록 하는 개구부를 만들기 위해 원하는 상모양으로 절단된 부분을 갖는 금속판으로 만들어진다. 그러므로 차광판은 광빔의 어떤부분은 차단하고, 다른 부분은 통과시키는 광형판으로 작용한다. 빛의 패턴을 만들기 위한 전형적인 형태는 광원을 갖는 빛투사기의 초점평면에 위치한 투사구에 설치된 차광판과 초점평면에 광선들을 모으는 반사기와 초점평면에 형성된 상을 투사하기 위한 하나 또는 그 이상의 렌즈들로 구성되어 있다.
종래의 차광판들은 생성되는 상들에 제한을 받는다. 차광판의 모든 금속요소들은 반드시 지지되어져야 하므로 설계에 종종 원하지 않은 지지부재들이 포함되어져야만 한다. 예를들어,지지부재들은 내부금속을 지지하기 위하여 반드시 외부부재로부터 연장되어져야 하므로 완벽한 링의 설계는 불가능하다.
많은 종래의 차광판들은 금속판으로 찍혀져 만들어지는데 이와같은 방법으로 많은 량이 생산될 경우 생산단가가 낮아진다. 이 차광판들은 무대조명에 사용되는 강렬한 광빔들을 직접 받게 되고, 붉은 체리색을 발할정도로 충분히 뜨거워질수도 있다. 이 광빔들에 의해 만들어지는 강한 열은 금속차광판에 흡수된다. 이 열에 의해 금속차광판은 물러지고, 말려들게 되며 결국은 원하는 상을 일그러지게 한다. 어떤 차광판들은 바깥부분으로부터 광형판의 내부 금속부분들을 지지하는 매우 얇은 연결링크들을 구비하고 있다. 하지만,이 얇은 연결링크들은 특히 빔에 의한 열로부터 손상되기 쉽고, 어떤상황하에서는 완전히 연소될 수도 있다. 이에 따라 상은 심하게 왜곡되고 차광판들을 사용할 수 없게 된다.
내열차광판들은 만들기 위한 일환으로, 어떤 차광판들은 레이저빔을 사용하여 원하는 상으로 자른 스테인레스스틸등과 같은 내열재질로서 만들어진다. 하지만 이러한 재질들로 만들어진 차광판들조차 수명이 상대적으로 짧고, 자주 교체되어져야 한다. 비록 레이저-절단법으로 차광판들을 만들경우 찍어 내어 고보를 만드는 경우보다 더 복잡한 상들을 만들수 있지만, 통상 이 상들은 광빔의 강열한 열에 파괴되어질수 있는 많은 량의 매우 얇은 연결링크들과 다른 세세한 부분들에 의해 특정지워진다.
알루미늄차광판들과 스테인레스스틸 차광판들을 만들기 위하여 파장이 10.6마이크로미터이고 전형적인 빔의 지름이 12 내지 15밀리미터 또는 약 0.5인치인 이산화탄소레이저를 이용한 레이저 절단법이 사용된다. 이러한 레이저절단법의 한방법으로 레이저를 덮개를 통하여 고보를 만들기 위한 금속판에 직접 쬔다. 이 덮개는 이 파장(10.6㎛)의 레이저에 대하여 반사적이어야하고 원하는 상모양의 개구부가 형성되어 있어야 한다. 금은 이 파장의 레이저를 반사하는 좋은 재료로서 종종 사용된다. 금은 상대적으로 값이 비싸기 때문에 상대적으로 많은수의 동일한 차광판들을 만들때 차광판의 생산단가가 적정해진다.
두번째 방법으로 빔을 빔의 직경을 줄여 집속하기 위하여 하나 또는 그 이상의 렌즈들에 레이저를 통과시키고, 이 집속된 빔을 움직일 수 있는 지지용 테이블에 장착되어 있는 차광판에 쬔다. 지지테이블은 두 축사이에서 움직일 수 있고, 차광판의 이동을 조절할 수 있어, 레이저빔으로 원하는 상을 자를 수 있다. 이 방법은 상대적으로 적은 갯수의 차광판들을 만들경우 위에서 기술한 덮개를 사용하는 방법보다 경제적이다. 하지만 이 방법은 상대적으로 느리다. 10.6 마이크로미터의 레이저빔을 전달하고 접속하기 위한 렌즈들은 노란색외에 대부분의 가시광선에 투명한 아연셀레늄(ZnSe) 또는 가시광선에 불투명한 갈륨비소(GaAs), 또는 게르마늄(Ge)등의 색다르고 값비싼 재료들로 이루어진다.
레이저절단법을 사용함에도 불구하고, 만들어진 금속 차광판은 가장 단순한형태의 것들을 제외하고는 내부의 금속형태의 세세한 부분들을 지지하는 원하지 않는 연결링크들을 포함하고 있다. 또한, 금속차광판들은 강력한 오락 조명기구들의 강한 열에 견딜 수 있도록 사용되는 특정금속에 따라 정해지는 최소두께를 필요로 한다. 차광판의 두께는 투사되는 상의 또렷함의 정도에 제한을 받는다. 왜냐하면, 두꺼운 차광판에 의해 만들어지는 상보다 얇은 차광판에 의해 만들어지는 상을 나타내기가 쉽기 때문이다. 더구나, 금속차광판에는 연결링크들과 찍혀지거나 레이저 절단되어 만들어진 금속차광판들에서 얻을 수 있는 세세한 부분들의 결속을 한정하고, 스스로 지지되는 충분한 물질강도를 얻기 위한 세세한 부분들에 상응하는 최소한의 폭이 요구된다. 파장이 1.06마이크로미터이고 전형적인 빔의 지름이 0.001 인치 또는 이 보다 더 작은 네오디뮴:이트륨-알루미늄-가네트(Nd:YGA) 레이저들은 이산화탄소 레이저로 자를수 있는 어떠한 금속도 자를수 있지만 속도가 대단히 느리다. Nd:YGA 레이저들은 1.06마이크로미터에서의 에너지 흡수율이 낮은 비금속물질들에는 좀처럼 사용되지 않는다. Nd:YGA 레이저들은 창에 손상을 미치지 않고 금속내면유리 또는 석영 덮개(enclosure)를 처리하는데 어느 정도 활용되었다. 보다 최근의 차광판들은 내열유리등과 같은 투명판의 표면에 접착된 알루미늄등의 광반사물질의 박층으로 되어있다. 빛반사박층은 상모양의 개구부를 가지고 있다. 이 광범의 개구부를 통과하는 부분은 상모양을 가지는 빔을 만들어 낸다. 반사층은 개구부를 통과하지 않는 광빔부분을 반사한다. 이런형태의 유리차광판들은 오락조명 빔들의 강한 열에 잘견디며, 원하지 않는 지지부재들 또는 연결링크들이 빠진 상을 만들어 내고, 반사층의 모든 부분들은 투명판의 지지를 받는다. 미합중국 특허 제4,779,176호에 기술되어 있는 유리차광판들은 상대적으로 제작에 비용이 많이 들고, 시간이 오래 걸린다.
위에 표시한 특허에 따르면 양성감광물질(Positive photo resist material)의 박층이 넓고, 얇은 투명유리판위에 원하는 상의 모양으로 놓여지게 된다. 알루미늄의 얇은 박층은 유리와 감광박층 위에 놓인다. 알루미늄박층 위에 코팅된 다수 박층의 절연체는 가시광선이 흡수되어 반사되지 않는 검은 거울을 형성한다. 유리판과 다양한 코팅들은 감광물질을 용해시키는 아세톤에 노출되게 되고, 유리에는 아무런 영향도 미치지 않고 감광물질위의 여러박층들을 상승시킨다. 아세톤 에칭법은 상모양을 갖는 박층을 통하여 개구부를 만든다. 이 방법은 하나의 판위에 복수의 유리차광판을 만들때 사용될수 있으며, 이렇게 형성된 선을 긋고 각각의 차광판들을 분리한다.
위에서 기술한 방법은 감광층의 침전을 쉽게하기 위하여 형성해둔 원하는 상모양을 갖는 포토덮개가 필요하며, 완성된 차광판들을 만들기 위하여 시간이 많이 걸린다. 이와같은 방법은 주문생산과 같이 작은 갯수의 생산에보다는 상대적으로 다수의 차광판들을 만드는데 보다 적당하다. 비록 이산화탄소의 집속된 빔은 기술한 바와같이 작은 양의 레이저 절단 금속차광판들의 경제적 생산에는 적합하지만,유리차광판들을 만드는데는 적당하지 않다. 왜냐하면, 이산화탄소 레이저들의 파장은 가시광선을 투과하는에 물질들에 즉시 흡수되고, 투명물질을 에칭하거나, 크랙을 발생시키거나 아니면 투명판을 파괴시킬 것이기 때문이다.
본 발명의 광빔에 상을 생성하기 위한 광패턴발생기를 포함 하는데 있다. 이발생기는 광빔에 두기 위한 투명판을 구비하고 있다. 광반사층은 상모양의 개구부를 갖는 반사층을 가진 판의 표면에 접착된다. 바람직한 실시예로, 이 반사층은 가시광선에 대하여 높은 반사성을 갖고, 850 내지 2500 nm 범위에서 근적외선 방출의 소정 파장들을 흡수하는데 특징이 있다. 광빔의 일부분은 개구부의 모양을 가지는 빔을 만들기 위해 반사층의 개구부를 통과한다. 반사층은 개구부를 통과하지 않는 광빔의 일부분을 반사시킨다.
본 발명의 또다른 형태는 광패턴발생기를 만들기 위한 장치를 포함하는데 있다. 이 장치는 일반용 컴퓨터와 레이저표시시스템 및 움직일 수 있는 지지용 테이블을 구비하고 있다. 일반용 컴퓨터는 호스트컴퓨터로서 레이저표시시스템에 접속되어 있다. 이동가능한 지지 메카니즘은 복수의 블랭크 고브들중의 하나를 그 위에 상을 새겨주는 레이저표시시스템의 위치에 있도록 하여 준다. 레이저표시시스템은 붙여진 반사층을 갖는 투명판에 상을 그려준다. 이 상은 호스트 컴퓨터에 접속되어 있고, 별도로 선택되어진 디지탈 컴퓨터데이타에 의존한다. 레이저표시시스템은 레이저표시시스템의 제어부로 로드된다. 이 레이저빔은 매우 좁은 빔 직경과 근적외선 영역과 특정 파장을 지닌다. 블랭크 차광판의 반사층은 이 레이저빔의 에너지에 대하여 흡수성을 가지고 있으며, 투명판으로부터 제거되어 원하는 상모양의 개구부를 남긴다.
본 발명의 또다른 특징은 광패턴발생기를 만들기 위한 방법을 포함하는데 있다. 본 발명의 방법은 가시광선을 반사하고, 근적외선 방출의 특정파장을 흡수하는 반사물질의 박층을 투명판에 접착하는 단계; 일정한 적외선파장에서 매우 작은 빔직경을 가지는 레이저빔을 생성하는 단계; 이 레이저빔을 투명판에 쬐는 단계; 투명판의 표면을 가로지르는 레이저빔을 조정하는 단계; 반사층의 일정 영역으로부터 반사물질을 제거하도록 빔의 에너지를 허용하는 단계; 및 레이저빔에 의해 영향을 받는 반사층의 영역을 제어하기 위해 레이저빔을 온-오프 스위칭하는 단계를 포함하는데 특징이 있다.
본 발명의 또다른 특징은 적외선 흡수물질의 층과 이 흡수층위에 적용된 이색필터(Dichroic filter)물질의 층을 갖는 투명판을 구비하는 컬러 광패턴발생기를 포함하는데 있다. 적외선 레이저빔은 흡수층의 일정 영역과 컬러 필터 재질에 원하는 상모양의 개구부를 만들기 위한 특정 영역은 절개하기 위해 사용된다.
본 발명의 또다른 특징은 투명판의 한 측면 또는 양측면에 적외선 흡수층들에 의해 분리된 복수의 이색필터층들을 가지는 다수의 색광패턴발생기를 포함하는데 있다. 적외선 레이저빔은 하나 또는 그 이상의 흡수층들의 절개와 서로 다른 층들에 서로 다른 모양들의 개구부를 만들기 위해 필터물질들의 절개를 위해 사용된다. 다수의 색광패턴발생기는 색분리 필터링장치를 사용하지 않고도 둘 또는 그 이상의 색들을 투사한다.
제 1도는 광패턴발생기를 완성하는데 사용될 수 있는 블랭크 광패턴발생기, 또는 오락용 조명응용에 적합한 차광판(gobo)에 대해 설명한다. 블랭크 광패턴발생기는 한면에 접착된 반사피복면(14)을 지닌 투명판(12)을 포함한다. 이 피복면은 본 판(10)의 표면(11)에 접합된 고강도 알루미늄의 층상으로 이루어져 있다. 반사층(14)은 파장 대 반사율에 대한 그래프가 제 2도에 도시된대로, 400 내지 700 나노미터(nm) 범위내에서 가시광선을 반사하고, 850 나노미터(nm) 내지 2 마이크로미터(㎛)의 범위내에서 근적외선을 흡수한다.
본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위에서 반사 및 흡수범위는 가변될 수 있다. 투명판은 뉴욕, 코닝의 코닝 인코오포레이션(Corning, Inc)에 의해 제조된 7059 유리, 또는 독일 메인즈의 스코트 글라스월케(Schott Glasswerke)에 의해 제조된 템팩스(Tempax) 유리와 같이, 낮은 열팽창계수를 지닌 유리로 만들어지는 것이 바람직하나, 저열응용용 투명플라스틱 물질로 만들어지기도 한다. 반사층(14)은 근적외선 범위내에서 작용하는 좁은 직경의 레이저 빔을 적용함으로서 투명판으로부터 제거되도록 고안되었으므로, 가시광선이 세게 반사되는 동안 그 파장에서 복사를 흡수한다.
바람직한 실시예에서, 반사층(14)은 피복을 생성하는 진공용착공정에 의해 접착된 고강도의 4층상 구조의 알루미늄으로 이루어지는 것이 바람직하며, 이 피복은 가시광선을 잘 반사하고, 1.06 마이크로미터에서 적외선을 흡수하며 고열에 안정하다. 반사층은 가시광선에 대한 우수한 반사율과 근적외선반사의 흡수 및 중간열보다 저온에서의 안정성을 지닌 크롬이 사용될 수 있다. 반사층은 물질이 매우 불투명하지 않더라도 가시광선에 대한 양호한 반사율을 얻을 수 있는 인코넬(inconel)이 사용될 수 있다. 인코넬은 잘 제거되나, 상대적으로 저온에서만 안전하다. 절연저온거울(dielectric cold mirror)는 우수한 반사율을 지니고 다색 차광판을 제조하는데 사용가능하다.
제 3도 내지 제 5도에서, 레이저표시시스템(20)은 레이저헤드(22), 반사거울조립체(24), 분리가능한 제어패널부(27)를 지닌 제어부(26) 및 물공급부(28)를 포함한다. 이러한 유형의 레이저표시시스템은 제 4도 및 제 5도에서 상세히 도시된다. 레이저헤드(22)는 헤드의 한 단부에 장착된 반사거울조립체(27)를 지니며, 작업용테이블(30)에 의해 지지된다. 이동가능한 지지용기구(32)는 반사거울조립체(24)에 인접하여 작업용테이블(30)의 한 단부에 장착되고, 보호용 본체(enclosure)에 둘러싸여 있다. 본체(34)는 진입문(35)과 보호창(36)을 구비한다. 이 진입문(35)은 문이 열릴 때 레이저빔을 침수시키는 안전연동장치 네트워크에 연결된다. 보호창(36)은 본체내의 레이저표시동작을 눈으로 관찰할 수 있는 안전한 방법을 제공한다.
일반용 컴퓨터(38)는 제어부(26)에 연결되고, 레이저표시동작을 제어하는 컴퓨터의 디지탈데이타 원을 제공한다. 컴퓨터의 직렬데이타포트는 컴퓨터에서 제어부(26)에 상(像)제어화일을 전송하기 위한 제어부(26)상에 연결된다. 컴퓨터를 작동시키는 적당한 프로그램은 소정의 상을 나타내는 디지탈 데이타화일을 레이저표시시스템의 요구조건을 충족시키는 상 제어화일로 변환한다. 상은 컴퓨터에 나타나게 되고, 레이저표시시스템에 의해 변환된 상화일 또는 그밖의 다른 컴퓨터상에 창출된 상들은 네트워크나 플로피디스크드라이브를 거쳐 컴퓨터에 로드(load)되고 변환될 수 있다. 선택적으로, 제어부(26)는 변환된 상 제어화일을 적절히 로딩하거나 저장하기 위한 플로피디스크드라이브를 포함한다.
지지용기구(32)는 90° 의 아크(arc)를 거쳐 제 1표면(42)을 회전하도록 작동하는 회전식 색인작성기(40)를 포함한다. 스테퍼모터(44)는 제 1표면에 수직으로장착되고, 이는 모터수용한도이상 연장된 축(45)을 포함한다. 동작시, 다수의 블랭크 차광판(blank gobo)이 휠(46)의 주위에 장착되고, 차광판 휠(46)은 축의 단부에 장착된다. 제 1표면(42)은 수평으로 위치하여 다수의 블랭크 차광판들중의 한 차광판이 레이저헤드(22)에 의해 발생된 레이저빔이 반사거울조립체(24)의 작동에 의해 블랭크 차광판의 표면을 교차하여 스캔될 수 있는 위치에 놓이도록 한다.
본 시스템은 아래에 상세히 기술될 공정에 의해 블랭크 차광판에 상을 그리고, 스테퍼 모터는 또다른 상을 나타내는 위치로 또다른 블랭크 차광판을 회전시키는 제어부에 의해 전압을 받게 된다.
공정을 시작하기 위해, 상 제어화일은 제어부로 로드되고, 조작자는 제어패널(27)상에 구비된 제어장치를 조절한다. 그후 레이저표시시스템은 차례로 한번에 한번 차광판 휠상에 장착된 블랭프 차광판에 상을 새긴다. 서열은 휠에 장착된 모든 블랭크 차광판에 상을 나타내도록 조정될 수 있다. 대신에 서열은 휠에 장착된 선택된 차광판들에 상을 나타내도록 조정될 수 있다. 서열은 휠에 장착된 각 블랭크 차광판에 다른 상을 나타내도록 조정될 수 있다. 대신에, 동일한 상이 휠에 장착된 차광판들중 하나 이상이나 모두에 표시될 수 있다. 상이 차광판들에 표시된 후에, 회전식 색인작성기(40)는 제 5도에 도시된대로 차광판 휠의 모서리가 레이저빔에 향하도록 90° 각도로 회전된다, 이때, 표시시스템은 다수의 차광판들 각각의 모서리에 식별용 바코드를 나타내고, 각 차광판이 레이저빔에 순서대로 향하도록 스테퍼모터를 회전시킨다.
본 공정의 마무리에서, 조작자는 진입문을 열고 모터축으로부터 차광판 휠을제거하고, 이때 블랭크 차광판이 장착된 새로운 휠을 설치하고 동일하거나 다른 순서로 공정을 반복한다.
제 6도로 돌아가서, 레이저헤드(22)는 Q-스위치인 네오디뮴(Neodymium)대 이트륨 - 알루미늄 - 가니트(Yttrium-Aluminum-Garnet)(Nd:YAG) 산업용 레이저부를 포함하는데, 이는 근적외선 범위, 특히 1.06㎛에서 파장을 지니고 0.001 인치의 빔직경을 지닌 레이저빔을 발생한다.
Nd:YAG 레이저는 유리와 플라스틱이 1.06㎛ 파장에 대해 투명하고 빔직경이 상당히 작기 때문에 다른 레이저보다 선택이용된다. 다소의 Nd:YAG 레이저빔은 빔직경을 0.001 인치로 증가시키기 위해 렌즈를 첨가할 필요가 있다. 대조하면, 금속표시용 레이저로 널리 사용된 이산화탄소(CO2) 레이저는 적외선 중간범위의 끝부분에서 10.6㎛의 파장을 지니며, 약인치 정도의 빔직경을 지닌다. 10.6㎛ 파장에서의 이산화탄소 레이저는 유리나 플라스틱을 부식시키거나 부패시키고, 상 투사에 부적합한 투명기판(transparent substrate)을 만든다.인치 직경의 빔은 레이저빔의 부분들을 차단하는 마스크를 사용해야 하고, 마스크의 제조는 본 발명의 극복해야 할 동일한 문제점을 제시한다.
Nd:YAG 레이저부(22)는 온상태 및 오프상태에서 레이저빔의 강도를 조절하는 Q-스위치(146)을 포함한다. 온상태에서 빔의 세기는 제어부(26)내에 위치하고 이에 의해 제어되는 레이저 전원공급에 의해 결정된다. Q-스위치(146)는 레이저 공동상태의 광석(crystal)이며, 레이저빔과 같이 광학공진기의 Q형상을 급속히 변경하는데 사용된다. 광석 Q-스위치(146)는 레이저봉(140)과 제 1거울(144)사이에 위치한다. 제 2거울(142)은 레이저부(22)의 개출구(148)에 인접하여 위치한다. 정상적인 동작하에서, 레이저봉(140)은 전압을 받게 되고,광선은 특징적인 파장을 지닌 간섭성 빛인 빔(150)을 형성하기 위해 제 1 및 제 2거울(144,142)사이에서 공진하는 봉의 길이를 운회한다. 광석스위치(146)가 무선주파수범위에서 고주파의 전류에 의해 전압을 받게 될때, 레이저빔(150)은 제 1거울(144)을 향해 정상경로로부터 반사되고, 빔은 효율적으로 소거되어 오프상태로 된다. 광석스위치(146)에 전압이 가해지지 않을때, 레이저빔은 정상적인 온(on) 동작을 위해 재저장된다. 빔(150)이 레이저부를 벗어나 반사거울조립체(24)내에 있는 X-Y 반사거울(152,154)로 전해진다. 빔(150)은 반사거울(152,154)에 의해 평면렌즈(55)를 통해 블랭크차광면(10)을 향해 방향유도된다. 빔(150)은 투명한 기판(12)을 이상없이 통과하여 반사피복층(14)의 부분들을 태운다. 반사거울(152,154)은 블랭크 차광판(10)을 가로지르는 빔(150)을 조정하여 바람직한 형태의 상이 만들어지도록 일정한 위치에서 반사피복층(14)을 제거한다. 레이저부(22)의 온-오프상태는 반사피복(14) 부위가 레이저빔에 의해 제거되도록 제어하는 Q-스위치(146)의 작동에 의해 조절된다.
다른 적합한 레이저로는 1.047 내지 1.053㎛에서의 Nd:YLF, 1.06㎛에서의 Nd:Glass, 1.08㎛에서의 Nd:YAP, 2.06㎛에서의 Ho:YLF, 2.1㎛에서의 Ho:YAG 및 2.02㎛에서의 Tm:YAG를 들 수 있다 Nd:YAG 레이저는 물리적 특성들 뿐만아니라 이용가능성면에서 선택되고, 금속절단에 있어서 널리 사용된다.
상은 두 스캐닝 기술중 한 기술을 사용한 상술된 레이저 제거 방법에 의해블랭크 차광판에 명백히 나타나게 된다. 벡터-스캔 기술은 우선 상의 윤곽을 그리고, 상의 실제 영역을 채운다. 윤곽과 채워진 영역은 레이저 빔이 쐬이는 반사피복부위를 태워버림으로서 바람직한 상 형태의 개공이 된다. 벡터-스캔방식에 의한 전형적인 상이 제 7(가) 내지 제 7(다)도에 표시된다. 제 7(가)도는 매우 세부적인 상을 나타내고, 제 7(나)도는 선행기술의 금속 차광판을 특징으로 하는 어떠한 연결링크 없이 완전한 링형상을 보여준다. 제 7(다)도는 격자위에 겹쳐놓은 원을 나타낸다. 벡터-스캔방식에의한 상은 2초 내지 15초 내에 블랭크 차광판위에 그려질 수 있으며 완전한 상을 나타낸다.
라스터-스캔기술은 한번에 한줄씩 블랭크차광판의 전 표면을 스캔하고, 화소로 이루어지거나(pixellated) 비트-배열된(bit-mapped)된 상을 형성하기 위해 반사층의 일정한 영역을 제거하도록 레이저부의 온-오프상태를 조절한다. 사진은 라스터-스캔기술을 사용하는 유리차광판과 마찬가지로 재생될 수 있다. 라스터-스캔방식에 의한 전형적인 상은 제 8(가)내지 제 8(나)도에 도시된다. 제 8(가)도는 사람과 유사하게 나타나고, 제 8(나)도는 건축구조물을 나타낸다. 레이저표시시스템은 상이 시작되지 않는 블랭크차광판의 일정영역을 건너뛰도록 고안될 수 있고, 이에 의해 빔이 턴오프되는 큰 영역을 스캔하지 않음으로서 처리시간을 단축한다. 그러므로, 라스터 스캔방식에 의한 상은 1분 내지 2분내에 블랭크차광판에 그려질 수 있고, 완전한 상을 만들어낸다.
레이저표시시스템에서 사용되는 X-Y 반사거울들(152,154)은 집속된 이산화탄소 레이저빔에 의한 절단기기를 사용하는 X-Y 테이블보다 훨씬 작고 가벼우므로,적은 시간에 훨씬 빨리 상을 그릴 수 있다. 그러한 X-Y스캐닝 거울들을 움직이는데 사용되는 갈바노미터(galvanometer)는 전형적으로 스텝(step)당 0.000025에서 움직이고, 아직도 너무 빨리 구동되므로 스테핑 움직임이 감지되지 않는다. 오히려, 완만하고 빠른 레이저 그리기 동작이 매우 높은 정확성과 정밀성을 얻게 된다.
본 발명의 또 다른 견지에서, 제 9도에 도시된 블랭크 색차광판(60)은 이중(Dichroic)필터물질(62)의 다층상의 절연피복부를 지닌 투명판(12)을 구성한다. 이색필터(62)는 본래 백색광원으로부터 두가지 색을 분리하는 방해원리로 작용하며, 한 색은 전달되고, 다른 색, 즉 전달될 색의 보조, 은 반사된다. 이색필터를 통해 전달되는 색은 필터층에 사용된 물질의 유형과 그 굴절률, 각 층의 두께, 층들의 수 및 필터를 통과하는 백색광의 투사각도에 의존한다. 이 유형의 이색필터들은 참증문헌으로서 여기에 제시된 미합중국 특허 제 4,800,474호에 기술된 조명설비용 색휠조립에 사용된다.
색차광판(60)은 휠(46)의 주변에 장착가능하고 레이저표시시스템(20)에 로드된다. 상술된 공정의 사용에서, 레이저빔(150)은 블랭크 색 차광판에 상을 그리고, 바람직한 형태의 상을 지닌 개공이 이색필터 피복층(62)에 형성되도록 이색필터 피복층을 태워 없앤다.
제 10(가)도는 블랭크를 나타내고, 이색 차광판(70)은 투명판(12), 제 1 이색필터피복층(62), 볼 수 있는 투명한 산화물층(64) 및 제 2이색필터피복층(66)을 구성한다. 피복층(62,66)은 다른 특성들을 지님에 의해 각 피복층은 다른 피복층과 비교하여 다른 색을 전달한다. 투명한 산화물층(64)은 가시광선을 투과시키고 근적외선 반사를 흡수하도록 고안되었다. 이색 블랭크 차광판은 휠(46)의 주변부에 장착가능하고, 레이저표시시스템(20)에 로드된다. 상술된 공정을 이용함에 있어서, 레이저부(22)는 저출력의 레이저빔(150)을 발생하고 이색 블랭크에 상을 그리고, 필터피복층(66)을 태워 없애고 산화물층(64)에 흡수됨으로서 바람직한 상의 형태를 지닌 개공이 피복층(66)에 형성된다. 피복층(62)은 본래대로 남아있고 상을 착색한다. 이색 차광판은 바람직한 상은 피복층(62)의 특성들에 의존하는 일정한 색으로 투사되고, 두 피복층(62,64)의 특성들에 의존하는 배경색의 필드내에 나타나도록 형성된다.
제 11(가)도는 삼색 블랭크 차광판(70)을 나타내며, 이는 투명판(12), 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO)와 마찬가지로 가시광선을 투과하고 여전히 근적외선 영역에서 에너지를 흡수하고, 투명판의 제 1표면에 배치된 투명한 산화물층(61), 제 1의 투명한 산화물층위에 배치된 제 1이색필터피복층(62), 제 1피복층(62)위에 배치된 제 2산화물층(64), 제 2산화물층(64)위에 배치된 제 2필터피복층(66), 투명판(12)의 제 2표면에 배치된 제 3산화물층(63), 제 1표면에 대향하는 제 2표면 및 제 3산화물층에 배치된 제 3이색필터피복층(68)을 구성한다. 삼색 블랭크 차광판은 휠(46)의 주변부에 장착가능하고 레이저표시시스템(20)에 로드된다. 상술된 공정을 이용함에 있어서, 레이저부(22)는 저출력의 레이저빔을(150)을 발생시키고 삼색 블랭크 차광판위에 상을 그리며 바람직한 상 형태를 지닌 개공이 제 2필터피복층(66)에 형성되도록 제 2필터피복층(66)만을 태워 없앤다. 산화물층(64)은 제 1필터피복층(62)을 태워 없애 버림으로서 레이저빔을 차단하도록 구비되며, 레이저빔이 제 1필터층(62)에 도달하기전에 에너지를 흡수한다. 제 1필터피복층(62)은 상을 착색한 본래상태로 남아있을 수 있거나, 제 3필터층(68)이 상을 착색하도록 본래위치에서 태워 없어진다. 휠은 레이저빔(150)이 차광판의 다른 표면에 상을 나타내도록 회전하고, 피복층(62,66)에 의해 형성된 색을 전달하여 선택된 위치에서 피복층(68)을 태워 없앤다.
다른 위치에서, 피복층(68)은 본래대로 남아있고, 상을 착색하기 위해 제 1피복층(62)이나 제 2피복층(66)과 결합할지도 모른다. 삼색 차광판은 소정의 상이 피복층(62,66,68)들의 특성에 의존하는 일정한 색으로 투사되도록 형성된다.
제 12(가)도는 블랭크 저온거울 차광판을 나타내며, 투명판(12)을 구성하고 그 위에 배치된 다층 절연 피복층(91,92,93)을 지닌다. 저온거울은 가시광선의 모든 파장을 반사한다. 상술된대로, 매우 낮은 출력의 레이저빔은 다수의 통로를 통해 차광판위에 상을 나타내고, 선택된 파장의 광선이 통과시켜 하나 이상의 저온거울층들을 태워없앤다. 그 결과에 따른 상의 색은 피복층의 특성 및 피복층이 타버리는 범위에 의존한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 광패턴발생기는 검은 배경위에 색상(色像)을 형성하고, 제 13도에 횡단면도로 표시된다. 그러한 광패턴발생기는 투명한 기판(200)의 한 측면상에 반사층(202)을 지니며, 투명한 산화물층(204)에 의해 지지되고 다른 측면상에 칼라필터층(206)을 지닌다.
그러한 광패턴발생기를 생성하기 위해, 개공은 상술된 방식에서 레이저에 의해 산화물층(204)을 통해 태워지고, 레이저는 반사층(202)에 의해 차단된다. 이에의한 개공은 검은 배경위에 착색된 광 형판(light stencil)을 제공한다.
본 발명에 의한 다수의 실시예들이 설명되고 묘사되었음에도 불구하고 본 발명은 개시된 실시 예에 한정되지 않고, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 재배열, 변형 및 대체가 가능하다.
제 1도는 본 발명의 제 1견지에 따른 블랭크 광패턴발생기에 대한 단면도;
제 2도는 알루미늄 코팅(coating)에 의한 외부 스펙트럼 반응곡선;
제 3도는 본 발명의 제 2견지에 따른 레이지 표시시스템의 블럭다이어그램;
제 4도는 제 3도 시스템의 표시 성분들을 상세히 도시하는 블럭다이어그램;
제 5도는 제 3도 시스템의 표시 성분들을 상세히 도시하는 블럭다이어그램;
제 6도는 본 발명의 제 3견지에 따른 반사물질의 레이저 제거를 설명하기 위한 광패턴발생기의 단면도:
제 7(가) 내지 제 7(다)도는 전형적인 벡터-스캔 상(像)을 나타내는 광패턴발생기의 평면도;
제 8(가) 내지 제 8(다)도는 전형적인 라스터-스캔 상(像)을 나타내는 광패턴발생기의 평면도;
제 9도는 원색의 광패턴발생기의 단면도;
제 10(가)도는 이색의 광패턴발생기의 단면도;
제 10(나)도는 본 발명에 따른 이색의 광패턴발생기의 레이저 차단을 위한 단면도;
제 11(가)도는 삼색의 광패턴발생기의 단면도;
제 11(나)도는 본 발명에 따른 삼색 광패턴발생기의 생성을 나타내는 단면도;
제 12(가)도는 저온거울(cold-mirro) 광패턴발생기의 부분도;
제 12(나)도는 제 12(가)도의 저온거울 광패턴발생기의 레이저 제거를 나타내며, 및
제 13도는 검은 배경위에 착색된 광패턴을 생성하는 광패턴발생기를 나타낸다.

Claims (13)

  1. 광패턴발생기에 있어서,
    투명판; 및
    상기 투명판에 접합된 층을 포함하며, 상기 층은 가시광선에 반사되고 근적외선 방사에 흡수되며,상기 층은 상(像)형태의 개공이 있으므로써 상기 광패턴 발생기는 상기 발생기로 향하는 광빔의 일부분이 반사층의 개공을 통과하여 개공 형태의 빔을 생성하고 그 개공을 통과하지 않는 광빔의 일부분을 반사하는 것을 구성하는 광패턴 발생기.
  2. 광패턴발생기 제조장치에 있어서,
    투명판위에 바람직한 상을 바꾸기 위해 디지탈데이타 명령을 하는 컴퓨터;
    근적외선 범위에서 특징적인 파장을 지닌 레이저빔을 생성하기 위해 상기 명령에 의해 제어가능한 레이저; 및
    상기 빔의 경로에 위치하며 이에 접합된 층을 지닌 투명판을 움직임으로서 형(型)이 상기 빔에 의해 형성되는 지지수단을 구성함을 특징으로 하는 광패턴발생기 제조용 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 지지수단은 이동가능하고 다수의 투명판을 지지하며, 상기 이동가능한 지지수단은 순서대로 상기 투명판을 상기 광빔의 경로로 이동하여각각에 대한 형(型)을 형성하는 것을 특징으로 하는 광패턴 발생기 제조용 장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 레이저빔은 좁은 직경을 지님을 특징으로 하는 광패턴발생기 제조용 장치.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 층은 레이저 에너지를 흡수하고 가시 스펙트럼의 빛에 반사됨을 특징으로 하는 광패턴 발생기 제조장치.
  6. 광패턴발생기 제조방법에 있어서,
    가시광선에 반사되고, 일정한 근적외선 파장의 빛에 흡수되는 반사물질의 층을 투명판에 접합하는 단계;
    투명판위에 레이저빔을 향하게 하는 단계; 및
    투명판위의 선택된 영역으로부터 반사물질을 제거하도록 투명판의 표면을 횡단하는 레이저빔을 조정하는 단계를 포함하는 광패턴 발생기의 제조 방법.
  7. 착색된 광패턴발생기의 제조방법에 있어서,
    적외선 흡수물질의 층을 투명기판에 적용시키는 단계;
    이색필터물질의 층을 흡수층에 적용시키는 단계; 및
    바람직한 형태의 개공을 생성하기 위해 적외선 레이저빔을 사용하여 흡수층과 필터물질충의 선택된 영역을 제거하는 단계를 포함하는 착색된 광패턴발생기의제조방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 이색필터층(dichroic filter layer)에 제 2적외선 홉수층을 적용시키고 이색필터물질의 제 2층을 적외선 흡수물질의 상기 제 2층에 적용시키는 단계; 및
    상기 제 2흡수물질 및 필터물질의 선택된 영역을 적외선 레이저빔을 사용하여 제거하는 단계를 더 포함하는 착색된 광패턴 발생기의 제조방법.
  9. 색광패턴발생기에 있어서,
    투명판;
    상기 투명판의 표면위에 적외선 흡수물질로 이루어진 층; 및
    상기 적외선 흡수물질위에 이색필터물질로 이루어져, 소정형태의 개공을 지니고 광빔으로부터 색필드에 있는 상기 개공에 해당하는 패턴을 생성하는 흡수층 및 필터물질층을 구성하는 색광패턴발생기.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 이색필터층위에 놓인 제 2적외선 흡수층; 및
    상기 적외선 흡수층위에 제 2이색필터층을 더 구성하며, 상기 제 2흡수층과 제 2필터층은 제 2개공을 지님을 특징으로 하는 색광패턴발생기.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 투명판의 또다른 면위에 놓인 제 3적외선 흡수층;및
    상기 제 3적외선 흡수층위의 제 3이색필터층을 더 구성하며, 상기 제 3흡수층 및 상기 제 3필터층은 제 3개공을 지님을 특징으로 하는 색광패턴발생기.
  12. 색광패턴발생기에 있어서,
    투명판; 및
    상기 투명판의 한 표면위에 이색필터물질의 제 1층을 구성하며, 상기 층은 색필터물질의 필드내에서 소정형태의 상에 대한 개공을 지님을 특징으로 하는 색광패턴발생기.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 제 1층에 적용된 이색필터의 제 2층을 구성하는 색광패턴발생기.
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