KR100396707B1 - 레이저 시스템의 레이저 다이오드 광 모듈 장치 - Google Patents

Abstract

레이저 시스템의 LD 광 모듈 장치에 관한 것으로서, 특히 LD로 공급되는 파워의 듀티 타임을 조정하여 LD에서 출력되는 광량을 변조함으로써, LD에서 나오는 광의 손실없이 R,G,B의 광량을 조절하여 화이트 밸런스를 조절하며, 낮은 레이저 파워에서도 영상을 표현할 수 있다. 또한, LD의 자체 수명으로 인해 점차적으로 LD의 출력이 감소할 경우, 피드백에 의해 상기 LD로 공급되는 파워의 듀티 타임을 조정하여 떨어진 출력만큼 LD의 파워를 보상함으로써, LD 자체 수명보다 더 오래 레이저 디스플레이에서 LD를 사용할 수 있다.

Description

레이저 시스템의 레이저 다이오드 광 모듈 장치{Apparatus for laser diode optic module of laser system}

본 발명은 레이저 시스템에 관한 것으로서, 특히 시분할을 이용하여 레이저 다이오드(Laser Diode ; LD)로 공급되는 파워의 듀티 타임을 조정함으로써, LD에서 발광하는 광량을 변조하는 레이저 시스템의 LD 광 모듈 장치에 관한 것이다.

일반적으로 레이저 스캔 시스템은 R,G,B 레이저 광원에서 나오는 광을 각각의 변조기(음향 광 변조기(AOM) 또는, 전기 광 변조기(EOM))에 입사시켜서 빔의 광량을 조절하였다.

즉, 레이저 스캔 시스템은 R,G,B 레이저에서 나온 빛을 변조기(AOM 또는, EOM)에 넣어 빔을 변조시킨 후 스캐너를 사용하여 스크린에 2차원 영상을 만들어낸다. 이때 쓰이는 레이저의 대부분은 연속파(CW)로서, 빛이 연속적으로 일정하게 나오는 레이저이다.

도 1은 일반적인 레이저 스캔 시스템의 구성도로서, 레이저와 변조기, 그리고 스캐너를 구비한다.

도 1을 보면, R,G,B 레이저 다이오드(LD)(11)는 파워 서플라이부(19)에서 각각 전원을 공급받으며, 상기 R,G,B LD(11)에서 나온 빔은 각각의 광 변조기(AOM 또는, EOM)(12)에 입사된다. 상기 광 변조기(12)에 입사된 빔의 세기는 영상 신호에 따라 조절이 된다. 즉, 영상 신호 예컨대, 구현할 그레이 레벨에 따라 빔의 세기를 조절하는 것을 광 변조라 한다.

상기 변조된 R,G,B 빔은 화소 단위로 각각 미러(13∼15)를 통해 하나로 모아져 갈바노미터(Galvanometer)(16)로 입사된다. 상기 입사된 빔은 갈바노미터(16)에 의해 영상의 세로 방향으로 스캔되고, 다시 폴리곤 미러(17)에 의해 영상의 가로방향으로 스캔되어 스크린(18)에 영상을 만들어낸다.

그러나, 상기된 AOM이나 EOM을 사용하여 빛을 변조시키는 방식은 조사되고 있는 레이저 빔을 음파를 이용하여 AOM이나 EOM의 내부의 굴절률에 의해 스캐너에 조사하는 빔의 세기를 조절하거나 또는, 그레이팅(grating)을 형성하여 스캐너에 조사되는 빔의 각도에 따라 그레이 스케일(gray scale)을 구현한다. 이는 실제로 스크린에 나오는 영상의 어둡고 밝음과 관계없이 일정한 파워의 레이저를 계속 조사시킴으로써, 빔을 낭비하는 비효율적인 방법이다. 즉, 블랙을 표현하는데 있어 레이저에서 나오는 에너지는 화이트를 만들어낼 때 쓰이는 에너지와 같은 양이 나오면서 변조기에서 광을 모두 다른 곳으로 버려버린다. 그러면, 실제로 화면에 나오는 것은 아무것도 나오지 않은 블랙이 구현되는 것이다.

이는 도 1에 도시된 스캔 시스템 뿐만 아니라 GLV(Grating Light Value), LCD(Liquid Crystal Display), DMD(Digital Micromirror Display)와 같은 광 밸브를 이용한 시스템에서도 상술한 바와 같이 빔을 버리는 방식을 사용하여 영상을 구현하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 영상 신호에 따라 LD로 공급되는 파워의 듀티 타임을 조정하여 LD의 광량을 변조함으로써, LD에서 나오는 빔의 손실없이 낮은 레이저 파워에서 영상을 표현하는 레이저 시스템의 LD 광 모듈 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 피드백 시스템을 통해 LD의 출력 파워를 검출하여 LD로 공급되는 파워의 듀티 타임을 조정함으로써, LD의 수명을 연장하는 레이저 시스템의 LD 광 모듈 장치를 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 레이저 시스템의 구성도

도 2는 본 발명에 따른 레이저 시스템의 LD 광 모듈 장치의 구성 블록도

도 3은 본 발명의 LD 입력 파워의 듀티 타임 조정을 통한 LD의 출력 파워 변조 과정을 보인 도면

도 4는 본 발명의 LD의 입력 파워의 듀티 타임 조정을 통해 LD의 출력 파워를 모듈화하여 그레이 레벨을 구현하는 예를 보인 도면

도 5는 본 발명에 따른 LD 광 모듈 장치가 적용된 레이저 시스템의 구성도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

21 : R,G,B 분리부 22 : A/D 변환부

23 : PWM부 24 : 파워부

25 : 피드백부 26 : H,V 분리부

27 : LD 28 : 스캐닝 시스템

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 시스템의 LD 광 모듈 장치는, 입력되는 영상 신호로부터 R,G,B 신호를 분리하여 디지털화는 신호 처리부와, 상기 신호 처리부에서 출력되는 R,G,B 신호에 따라 시분할을 이용하여 상기 R,G,B 신호의 듀티 타임을 변화시키는 펄스 폭 변조(PWM)부와, 상기 PWM부에서 출력되는 R,G,B 신호의 듀티 타임에 비례하는 R,G,B 파워를 생성하여 출력하는 파워부와, 상기 파워부에서 출력되는 R,G,B 파워에 비례하는 R,G,B 빔을 발광하는 레이저 광원과, 상기 레이저 광원에서 발광하는 R,G,B 빔을 수직 방향과 수평 방향으로 스캔하여 스크린 상에 화상을 구성하는 스캐닝부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 레이저 광원에서 출력되는 빔의 세기를 검출하여 펄스 보정 신호를 생성한 후 상기 PWM부로 피드백하는 피드백부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 PWM부에서 변화되는 듀티 타임에 따라 한 픽셀당 빔이 조사되는 시간동안 발생하는 펄스의 수가 달라지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 레이저 시스템의 LD 광 모듈 장치의 구성 블록도로서, 영상 신호에 따라 LD로 입력되는 파워의 듀티 타임을 시분할을 이용하여 조정한 후 LD에 입력시키면 LD에서 출력되는 R,G,B 광량을 조절할 수 있다.

도 2를 보면, 영상 신호로부터 R,G,B 각각을 분리하는 R,G,B 분리부(21), 상기 분리된 R,G,B 신호를 각각 디지털화하는 A/D 변환부(22), 상기 디지털화된 R,G,B 신호 즉, 구현할 그레이 레벨에 따라 상기 디지털화된 R,G,B 신호의 듀티 타임을 조정하는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation ; PWM)부(23), 상기 PWM부(23)에서 출력되는 R,G,B 신호의 듀티 타임에 비례하는 R,G,B 파워를 생성하여 출력하는 파워부(24), 상기 파워부(24)에서 출력되는 R,G,B 파워에 비례하는 R,G,B 빔을 각각 발광하여 스캐닝 시스템(28)으로 출력하는 R,G,B LD(27), 상기 LD(27)에서 출력되는 R,G,B 빔의 파워를 검출하여 상기 PWM부(23)로 피드백하는 피드백부(25), 및 상기 영상 신호로부터 수평, 수직 동기 신호를 분리하여 스캐닝 시스템(28)으로 출력하는 H,V 분리부(26)로 구성된다. 여기서, 상기 스캐닝 시스템(28)은 도 1의 경우 갈바노미터와 폴리곤 미러에 해당된다.

그리고, 설명의 편의상 상기된 R,G,B 분리부(21), A/D 변환부(22), PWM부(23), 파워부(24), 피드백부(25), 및 H,V 분리부(26)를 파워 서플라이부라 칭한다.

이와 같이 구성된 본 발명에서, R,G,B 분리부(21)는 입력되는 영상 신호를 R,G,B 각각의 색으로 분리하여 각 A/D 변환부(22)로 출력한다. 상기 A/D 변환부(22)는 아날로그 R,G,B 신호를 각각 디지털 R,G,B 신호로 변환하여 PWM부(23)로 출력한다. 상기 PWM부(23)는 시분할을 사용하여 디지털화된 R,G,B 신호에 따라 상기 R,G,B 신호의 펄스 수를 변화시킨다. 상기 펄스 수에 따라 스크린 상에 표현할 그레이 레벨이 달라지며, 펄스 수가 많아질수록 듀티 타임이 길어지게 된다.

즉, 상기 PWM부(23)는 표현할 그레이 레벨(gray level)에 따라 파워부(24)에 들어갈 R,G,B 신호의 펄스 수를 조정함으로써, 파워부(24)에서 LD(27)로 출력하는 에너지를 변조하는 것이다. 상기 변조된 출력 에너지를 공급받은 R,G,B LD(27)는 파워부(24)의 듀티 타임에 비례하는 R,G,B 빔을 발광한다. 결국, 상기 PWM부(23)에서 조절하는 듀티 타임에 따라 그레이 레벨이 정해진다. 여기서, 한 픽셀의 그레이 레벨은 도 4에서 보는 바와 같이, 단위 시간 t(한 픽셀당 빔이 조사되는 시간)동안 펄스 형태의 전압의 개수에 의해 LD의 빔이 변조된다.

예를 들어, 256 그레이 스케일을 구현하고자 할 때는 도 3에서와 같이 한 픽셀에 조사되는 시간 t를 256개의 펄스로 시분할한 후 표현할 그레이 스케일에 따라 펄스 수를 조절한다. 만일, 영상 신호에 따라 특정한 색의 밝은 빔이 필요할 때는 요구하는 색의 빔을 발광하는 LD로 들어가는 파워의 펄스 개수를 늘리면 된다. 또한, 스크린을 완전한 블랙으로 구현하고자 할 때는 PWM부(23)에서 파워부(24)로 인가되는 전압을 0 즉, 펄스 수를 0으로 하면 된다.

도 3은 파워부(24)로 인가되는 전압 비율과 상기 파워부(24)에서 방출되는 LD의 출력 파워 비율의 예를 보인 도면으로서, 입력 전압을 그레이 레벨에 따라 시분할하여 펄스 형태의 파워를 LD에 공급하는 예를 보이고 있다.

도 3에서 시분할 개수는 그레이 레벨에 비례하며, 시분할된 펄스 수가 많을수록 듀티 타임이 길어지며, 그레이 레벨도 높아진다. 그리고, 듀티 타임에 비례하는 파워가 LD(27)로 공급됨을 알 수 있다.

이러한 과정을 통해 LD(27)에서 발광하는 R,G,B 빔은 피드백부(25)와 스캐닝 시스템(28)으로 출력된다.

상기 피드백부(25)는 상기 LD(27)에서 발광하는 빔의 파워를 검출하여 PWM부(23)로 피드백함으로써, 일정한 파워를 계속 유지시킨다. 즉, R,G,B LD(27) 중 수명의 문제로 어느 하나 이상의 LD 출력이 떨어지면 실제 의도했던 영상의 색온도가 변화하게 된다. 이것을 막기 위하여 상기 피드백부(25)는 LD(27)에서 나온 빔의 출력을 검출한 후 상기 파워부(24)에서 실제 인가한 신호에 대응한 출력이 나올 수 있도록 보정 신호를 발생하여 상기 PWM부(23)로 출력하는 것이다. 이렇게 함으로써, LD 자체 수명보다 더 오랜 시간 레이저 시스템을 사용할 수 있게 된다.

한편, 상기 H,V 분리부(26)는 입력되는 영상 신호로부터 수평, 수직 동기 신호를 분리한 후 X축, Y축 신호로서 상기 스캐닝 시스템(28)으로 출력한다.

이와 같이, 상기 파워 서플라이부는 크게 두가지 역할을 하는데, 첫째는 영상 신호를 PWM 방식으로 변조시키는 것이다. 둘째는 화면상의 영상 신호의 위치를 구현하기 위해 스캐닝 시스템(28)을 제어하는 구동 파형을 발생시키는 것이다. 즉, 상기 스캐닝 시스템(28)은 H,V 분리부(26)에서 나온 수평, 수직 동기 신호에 ??춰 상기 LD(27)에서 나온 빔을 X축, Y축으로 스캔한다.

도 5는 상기된 LD 광 모듈 장치가 적용된 레이저 시스템으로서, 파워 서플라이부(51)는 도 2의 파워 서플라이부와 동일한 구성을 갖는다.

즉, 상기된 파워 서플라이부(51)에서 영상 신호 즉, 그레이 레벨에 따라 R,G,B 신호의 듀티 타임이 조정되고, 상기 R,G,B 신호의 듀티 타임에 비례하는 파워가 각 LD(52)로 공급된다. 상기 LD(52)는 파워에 비례하는 펄스 형태의 R,G,B 빔을 발광하여 각 미러(53∼55)로 출사한다. 상기 미러(53∼55)는 입력되는 R,G,B 빔을 하나로 모아 갈바노미터(56)로 출사한다. 즉, B 빔은 미러(55)를 통과해 그대로 갈바노미터(56)로 입사되고, G 빔은 먼저 미러(54)에서 미러(55)로 반사되고, 다시 미러(55)에서 반사되어 갈바노미터(56)로 입사된다. 또한, R 빔은 미러(53)에서 반사되고 미러(55)를 통과한 후 미러(55)에서 반사되어 갈바노미터(56)로 입사된다. 이렇게 모아진 빔이 갈바노미터(56)에 입사한 후 다시 반사되어 폴리곤 미러(57)에 입사한다. 상기 갈바노미터(56)는 수직 동기 신호(V)에 의해 동기된 속도로 상하 진동하면서 화면의 수직 이미지(Y축)를 구현하고, 폴리곤 미러(57)는 수평 동기 신호(H)에 동기된 속도로 고속 회전하면서 상기 갈바노미터(56)에서 반사되는 빔을 스캔하여 화면의 수평 이미지(X축)를 구현하게 된다. 즉, 변조된 광은 갈바노미터(56)에 의해 주사 경로가 수직 방향으로 변화하게 되고, 폴리곤 미러(57)에 의해 주사 경로가 가로 방향으로 변화하게 되어 스크린의 전면에 화상을 구성하게 된다.

또한, 본 발명은 화이트 밸런스를 조정하고 싶을 경우, 사용자가 PWM부에서 R,G,B 신호의 듀티 타임을 조정하여 파워부로 출력함으로써, 레이저 광의 손실없이 R,G,B의 광량을 조절하여 화이트 밸런스를 조정할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 레이저 시스템의 LD 광 모듈 장치에 의하면, 시분할을 사용하여 LD로 입력되는 파워의 듀티 타임을 조정함에 의해 LD에서 발광하는 R,G,B의 광량을 조절함으로써, 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, LD에서 나오는 광의 손실없이 R,G,B의 광량을 조절하여 원하는 영상을 디스플레이하며, 낮은 레이저 파워에서도 영상을 표현할 수 있다. 또한, 사용자가 디스플레이 화이트 밸런스를 조정할 경우 LD로 인가되는 파워의 듀티 타임을 조정함으로써, 에너지 낭비가 없다.

둘째, LD의 자체 수명으로 인해 점차적으로 LD의 출력이 감소할 경우, 피드백에 의해 LD로 인가되는 파워의 듀티 타임을 조정하여 떨어진 출력만큼 LD의 파워를 보상함으로써, 화이트 밸런스를 계속 일정하게 유지시킬 수 있다. 또한, 이로 인해 LD 자체 수명보다 더 오래 레이저 디스플레이서 LD를 사용할 수 있다.

셋째, 고가인 AOM이나 EOM등의 변조기를 사용하지 않으므로 레이저 시스템의 가격을 다운시킬 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (4)

1. 입력되는 영상 신호로부터 R,G,B 신호를 분리하여 디지털화는 신호 처리부;

   상기 신호 처리부에서 출력되는 R,G,B 신호에 따라 시분할을 이용하여 상기 R,G,B 신호의 듀티 타임을 변화시키는 펄스 폭 변조(PWM)부;

   상기 PWM부에서 출력되는 R,G,B 신호의 듀티 타임에 비례하는 R,G,B 파워를 생성하여 출력하는 파워부;

   상기 파워부에서 출력되는 R,G,B 파워에 비례하는 R,G,B 빔을 발광하는 레이저 광원; 그리고

   상기 레이저 광원에서 발광하는 R,G,B 빔을 수직 방향과 수평 방향으로 스캔하여 스크린 상에 화상을 구성하는 스캐닝부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템의 레이저 다이오드 광 모듈 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 광원에서 출력되는 빔의 세기를 검출하여 펄스 보정 신호를 생성한 후 상기 PWM부로 피드백하는 피드백부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템의 LD 광 모듈 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 PWM부에서 변화되는 듀티 타임에 따라 한 픽셀당 빔이 조사되는 시간동안 발생하는 펄스의 수가 달라지는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템의 LD 광 모듈 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 PWM부는

   스크린 상을 블랙으로 구성할 경우 상기 파워부로 공급되는 R,G,B 신호의 듀티 타임을 제로로 하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템의 LD 광 모듈 장치.