KR100408505B1 - 레이저영상투사장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광원으로 레이저를 사용하고, 이 광원으로부터의 광을 영상 신호에 따라 광음향 변조기(acousto-optic modulator; AOM)로 변조시켜 이를 스캐너를 이용하여 영상 정보를 스크린에 투사하는 레이저 영상 투사 장치에 관한 것으로, 광원; 광 분리 수단; 광 변조 수단; 광 합성 수단; 광 분리 수단 및 광 변조 수단 사이에 광 변조 수단의 광효율에 영향을 미치지 않는 방향으로의 빔 사이즈는 그대로 두면서 상기 광 변조 수단의 광 효율에 영향을 미치는 방향으로의 빔 사이즈는 축소되도록 단색광의 빔들을 집속시키는 제1방향성 광학계들; 광 변조 수단 및 광 합성 수단 사이에 제1방향성 광학계에 의해 집속된 빔을 원래 모양의 빔으로 복구시켜 주는 제2방향성 광학계들; 및 광 주사 수단;을 구비한다. 본 발명에 따르면, 포커싱 렌즈로서 실린더리컬 렌즈를 사용하여, 광변조 효율에 영향을 미치지 않는 방향으로는 빔 사이즈를 입사빔과 동일한 사이즈로 유지시키면서 광변조 효율에 크게 영향을 주는 방향으로는 빔을 집속하여 광음향변조기에 입사시킴으로써, 광변조 효율을 확보하면서도 광음향변조기에 입사되는 빔의 단위 면적당의 광파워를 감소시킬 수 있다. 따라서 광음향변조기에 입사되는 입사빔의 광파워를 크게 증가시키더라도 광음향변조기 코팅면의 광손상을 방지할 수 있어서 스크린에 맺히는 화상의 최대 휘도를 크게 증가시킬 수 있다.

Description

레이저 영상 투사 장치{Laser image projector}
본 발명은 레이저 영상 투사 장치에 관한 것으로, 상세하게는 광원으로 레이저를 사용하고, 이 광원으로부터의 광을 영상 신호에 따라 광음향 변조기(acousto-optic modulator; AOM)로 변조시켜 이를 스캐너를 이용하여 영상 정보를 스크린에 투사하는 레이저 영상 투사 장치에 관한 것이다.
종래의 대표적 영상 표시 수단은 텔리비젼 수상기의 음극선관이나 액정 표시소자와 같은 평판 표시 소자이다. 그러나 음극선관이나 액정 표시 소자는 대형 화면일수록 제작이 어렵고, 해상도가 저하하여 실용화하는데 한계가 있다. 따라서 종래에는 대형 화면을 구현하기 위하여 음극선관이나 액정 표시기에 나타나는 영상을 렌즈로 확대하여 스크린에 투사하는 방식을 사용하였다.
이와 같은 영상 투사 방식에는 칼라 영상을 위하여 3개의 음극선관과 3개의 렌즈를 독립적으로 사용하여 적,녹,청 단색의 영상들을 스크린에 중첩되게 투사하는 방법(USP 4,942,525)과 3개의 음극선관으로부터 각각의 단색 영상들을 합성한 후, 이를 한 개의 렌즈로 스크린에 투사하는 방법(USP 4,842,394)이 있다.
이와 같이, 대형의 화면에 영상을 표시하기 위하여 사용하는 종래의 음극선관이나 액정 표시 소자에서의 영상 표시 방법은 표시되는 영상을 단지 렌즈로 확대하여 투사함으로써 스크린에 투영되는 화질이 선명하지 못하며, 영상 표시 수단 특히 광학계의 온도 특성상 손상을 입을 우려 때문에 광원의 출력이 제한되어 휘도가 낮은 등의 문제점이 있다.
또한, 레이저 영상 투사 장치에 있어서 고휘도, 고해상도의 화상을 얻기 위해서는 우수한 성능의 광음향변조기를 사용해야 한다. 즉, 스크린에 맺히는 화상의 휘도는 광음향 변조기의 성능에 따라 좌우된다. 광음향 변조기는 TeO2 단결정체 위에 LN(LiNbO3) 단결정 박막이 접합되어 있는 구조로 되어 있으며, 레이저 빔은 TeO2 면을 통과하게 된다. TeO2 면은 사용 파장에 알맞게 코팅되어 있다. 여기서, TeO2 면에 사용되는 코팅면의 광파워 손상 한계치(damage threshold)로 인하여 입사빔의 파워가 제약을 받는다. 본 발명에 따른 레이저 영상 투사 장치에 있어서는 광음향변조기에서 TeO2 코팅면의 광파워 손상 한계치는 약 40W/mm2 이다. 본 발명의 레이저 영상 투사 장치의 광음향변조기를 통과하는 레이저 빔의 굵기는 약 200??m 미만이어야 한다. 따라서, 광음향변조기가 견딜 수 있는 레이저 빔의 한계 파워는 5W 이하가 된다. 스크린에 맺히는 빔은 청,녹,적 3색의 합성으로 이루어지므로 약 15W 정도의 스크린을 형성할 수 있을 것 처럼 보이나, 실제로는 광음향변조기의 효율 및 수평 주사부와 수직 주사부 그리고 그 외의 광학계에 의한 광 손실 등을 고려할 경우 10W를 넘기기 어렵다. 옥외 광고용으로 스크린의 크기를 극장의 대형 스크린 이상으로 키울 경우 종래 방식의 일반 포커싱 렌즈를 사용하게 되면, 광 변조기의 광 손상 한계 때문에 광 파워에 제약을 받게 되어 스크린의 휘도를 확보할 수 없는 결과를 초래하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안된 것으로, 화질이 선명한 영상을 표시할 수 있으며, 특히 대형 화면에 맺히는 화상의 휘도를 높여줄 수 있는 레이저 영상 투사 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 레이저 영상 투사 장치의 개략적 블록도이고,
도 2는 도 1의 레이저 영상 투사 장치의 광학계의 개략적 배치도이며,
그리고 도 3은 광음향변조기 전후에 배치된 실린더리컬 렌즈에 따른 레이저 빔의 모양을 보여주는 설명도이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 레이저 영상 투사 장치는, 백색광의 빔을 출력하는 광원;상기 백색광의 빔을 제1,2 및 3파장의 단색광의 빔들로 분리하여 주는 광 분리 수단; 상기 단색광의 빔들을 각각 색 신호에 따라 변조하여 주는 광 변조 수단; 상기 광 변조 수단에 의해 변조된 단색광들을 하나의 빔으로 합성하는 광 합성 수단; 상기 광 분리 수단 및 상기 광 변조 수단 사이에 상기 광 변조 수단의 광효율에 영향을 미치지 않는 방향으로의 빔 사이즈는 그대로 두면서 상기 광 변조 수단의 광 효율에 영향을 미치는 방향으로의 빔 사이즈는 축소되도록 상기 단색광의 빔들을 집속시키는 제1방향성 광학계들; 상기 광 변조 수단 및 상기 광 합성 수단 사이에 상기 제1방향성 광학계에 의해 집속된 빔을 원래 모양의 빔으로 복구시켜 주는 제2방향성 광학계들; 및 상기 변조된 단색광들의 합성된 빔이 영상을 형성하도록 주사하여 주는 광 주사 수단;을 구비하여 된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 광 분리 수단은, 상기 제1파장의 단색광은 반사시키고 상기 제2,3파장의 단색광들은 통과시키는 제1다이크로익 미러; 상기 제2파장의 단색광은 반사시키고 상기 제3파장의 단색광은 통과시키는 제2다이크로익 미러; 및상기 제3파장의 단색광을 반사시키는 고반사 미러;를 구비하고,상기 광 변조 수단은 상기 제1,2 및 3파장의 단색광의 빔들을 각각 변조하도록 3개의 광 음향 변조기를 구비하며, 상기 광 합성 수단은, 상기 제1파장의 단색광의 빔은 통과시키고 상기 제2,3파장의 단색광의 빔들은 반사시키는 제3다이크로익 미러; 상기 제2파장의 단색광의 빔은 반사시키고 상기 제3파장의 단색광의 빔은 통과시키는 제4다이크로익 미러; 및 상기 제3파장의 단색광의 빔을 반사시키는 고반사 미러;를 구비한 것이 바람직하며, 특히, 상기 제1방향성 광학계는 실린더리컬 렌즈를 구비하고, 상기 제2방향성 광학계는 상기 제1방향성 광학계와 동일한 초점 거리를 갖는 실린더리컬 렌즈를 구비하여 된 것이 바람직하다.
이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 레이저 영상 투사 장치 및 방법을 설명한다.
본 발명에 따른 레이저 영상 투사 장치는 영상을 일차적인 영상 표시 수단에 의해 형성시키지 않고, 변조된 광을 스크린에 주사함으로써 보다 선명한 화질을 표현할 수 있게 하며, 특히, 실린더리컬 렌즈를 이용하여 광음향변조기로 입사되는레이저 빔을 광변조에 영향을 주지 않는 방향으로는 집속시키지 않고, 광변조시 광집속이 요구되는 방향으로만 집속시켜 광음향변조기의 광변조 면적을 증가시켜 줌으로써, 스크린에 맺히는 화상의 휘도를 향상시키는 동시에 광음향변조기에 입사되는 단위 면적당의 레이저 빔 출력을 낮게하여 광음향변조기의 손상을 방지한다. 따라서 광음향 변조기의 광파워 손상 한계치로 인하여 입사 광 파워를 일정한 한계 출력 이상으로 올릴 수 없던 문제를 개선한다.
도 1은 본 발명에 따른 레이저 영상 투사 장치의 개략적 블럭도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 영상 투사 장치는 백색광을 방출하는 광원(100), 광원(100)으로부터 방출되는 백색광을 빔 형태로 집속시키는 광학계(200), 광학계(200)에서 입사되는 백색광의 레이저 빔을 적,녹,청색의 단색광의 빔으로 각각 분리하는 광 분리부(250), 소정의 영상 신호를 제공하는 영상 신호 발생부(300), 영상 신호 발생부로부터 제공되는 영상 신호에서 수평 및 수직 동기 신호를 분리하는 동기 신호 분리부(350), 상기 영상 신호 발생부(300)로부터 제공되는 영상 신호로부터 색신호를 분리하는 색 신호 분리 디코더(400), 색 신호 분리 디코더(400)에서 분리된 색 신호를 증폭하는 고주파 신호 증폭기(500), 상기 광학계(200)로부터 입사되는 빔을 상기 고주파 증폭기(500)로부터 제공되는 영상 신호(색 신호)를 이용하여 변조하기 위한 광변조부(600), 변조된 적,녹,청색의 단색광 빔을 합성하는 광 합성부(650), 광변조부(600)로 입사되는 레이저 빔을 광변조에 영향을 주지 않는 방향으로는 집속시키지 않고 광변조시 광집속이 요구되는 방향으로만 집속시켜 주는 제1실린더리컬 렌즈(64a,65a,66a) 및 광변조부(600)에서출사되는 레이저 빔의 모양을 입사시의 원래 모양으로 환원시켜 주는 제2실린더리컬 렌즈(64b,65b,66b), 상기 동기 신호 분리부(350)에서 제공되는 수평 및 수직 동기 신호를 각각 이용하여 상기 광 합성부(650)로부터의 변조된 레이저 빔을 수직 및 수평 방향으로 주사하는 수직 주사부(700) 및 수평 주사부(800), 그리고 스크린(900)을 구비하여 이루어진다.
이상과 같이 구성된 레이저 영상 투사 장치의 실시예가 도 2에 도시되어 있다. 광원(100)은 백색광을 발생하는 백색광 레이저로 이루어진다. 이 광원(100)의 광 경로 상에는 광원(100)에서 발생되는 레이저 빔의 경로를 바꿔주는 고반사 미러(21), 레이저빔을 평행광으로 만들어 주는 콜리메이팅 렌즈(22)와 평행빔의 크기를 줄여주기 위한 텔리스코핑 렌즈계(23,24)로 이루어진 광학계(200)가 배치된다. 텔리스코핑 렌즈계(23,24)는 앞단에 초점 거리가 긴 것이, 뒷단에 초점 거리가 짧은 것이 놓이게 된다. 일정한 발산각을 가진 레이저 빔은 광학계(200)의 콜리메이팅 렌즈(22)를 통과하면서 평행광이 되고, 텔리스코핑 렌즈계(23,24)를 통과하면서 텔리스코핑 렌즈를 구성하는 두 렌즈의 배율비 만큼 축소된 빔의 크기를 가지게 된다. 여기서, 빔의 크기를 줄여주는 것은 한정된 공간 내에 광음향 변조기를 설치하면서도 최대 효율로 광변조가 이루어질 수 있도록 하기 위한 것이다.
광 분리부(250)는 광학계(200)의 텔리스코핑 렌즈계(23,24)로부터 입사된 백색광의 레이저 빔을 적,녹,청색의 단색광으로 분리하여 준다. 광 분리부(250)는 두 개의 다이크로익 미러(67a, 68a)와 하나의 고반사 미러(69a)를 구비한다. 다이크로익 미러(dichroic mirror; 67a, 68a)는 백색광을 적,녹,청색광으로 분리시겨 주며,고반사 미러(69a)는 광 경로를 변경시켜 준다.
일반적으로, 광변조 효율을 최대로 유지하기 위해서는 광 분리부(250)를 거쳐 광변조기(61,62,63)로 입사되는 빔의 굵기가 200 ??m미만으로 집속이 되어야 한다. 하지만, 본 발명에서는 이러한 빔의 집속(focusing)을 위하여 실린더리컬 렌즈(64a, 65a, 66a)들을 각각 일정한 거리 만큼 광음향변조기(61,62,63)들 앞단에 설치하여, 레이저 빔을 광변조 효율에 영향을 주지 않는 TeO2 단결정과 LN(LiNbO3) 단결정 접합면 방향으로는 집속시키지 않고, 광변조시 광집속이 요구되는 TeO2 단결정과 LN(LiNbO3) 단결정 접합면의 수직 방향으로만 집속시켜 광음향변조기의 광변조 면적을 증가시켜 줌으로써, 광음향변조기에 입사되는 단위 면적당의 레이저 빔 출력을 낮게하여 광음향변조기의 손상을 방지하면서도, 스크린에 맺히는 화상의 휘도를 향상시킨다. 따라서, 광음향 변조기의 광파워 손상 한계치로 인하여 입사 광 파워를 일정한 한계 출력 이상으로 올릴 수 없던 문제를 개선한다. 여기서, 포커싱용의 실린더리컬 렌즈(64a, 65a, 66a)로 입사되는 빔의 집속 정도에 따라서 실린더리컬 렌즈(64a, 65a, 66a)들과 광음향변조기(61, 62, 63)들 사이의 거리가 각각 결정되게 된다. 또한, 제2도에 도시된 바와 같이, 광음향변조기(61,62,63)들 다음에는 앞서의 실린더리컬 렌즈(64a, 65a, 66a)들과 같은 초점거리를 가지고 집속된 빔의 모양을 원래 상태로 복구시켜주는 실린더리컬 렌즈(64b, 65b, 66b)들이 있다.
광 변조부(600)는 영상 신호 발생부(300)에서 제공되는 영상 신호에서 색분리 디코더(400)에 의해 분리된 색신호(고주파 증폭기(500)에 의해 증폭된)에 따라서 광원(100)에서 제공되는 백색광의 빔이 광학계(200)와 광 분리부(250)를 거쳐 분리된 적,녹,청색의 단색광의 빔을 각각 단색광의 광 신호로 변조하는 3개의 광음향 변조기(AOM; 61,62,63)를 구비하여 이루어진다.
광 합성부(650)는 광음향 변조기(61, 62, 63)에서 광 신호로 변조된 단색광의 빔들을 하나로 모아서 다양한 색상의 빔 형태의 영상 신호를 형성한다. 광 합성부(650)은 단색광의 빔들을 스크린(900)에 투사하기 위한 상기 빔 형태의 영상 신호로 합성하기 위하여 설치된 다이크로익 미러(67b, 68b) 및 분리된 단색광의 경로를 바꾸어 주기 위한 고반사 미러(69b)로 구성된다.
수직 주사부(700)는 갈바노미터를 구비하여 이루어지며, 수평 주사부(800)는 폴리고날 미러를 구비하여 이루어진다.
이상과 같은 구성의 레이저 영상 투사 장치는 다음과 같이 동작한다.
먼저, 광원(100)으로부터 방출된 백색광은 고반사 미러(21)에 반사되어 콜리메이팅 렌즈(22)에서 평행광 형태의 레이저 빔으로 된다. 이 레이저 빔은 텔리스코핑 렌즈계(23,24)를 통과한 다음, 다이크로익 미러(67a, 68a)를 통과하면서 차례로 청색, 녹색, 적색광으로 분리되어 광음향변조기(61,62,63)로 입사된다. 즉, 청색광은 다이크로익 미러(67a)에서 광음향 변조기(61)로 반사되고 나머지 파장의 광은 투과된다. 마찬가지로, 녹색광은 다이크로익 미러(68a)에서 광음향 변조기(62)로 반사되고 적색광은 투과된다. 투과된 적색광은 고반사 미러(69a)에 의하여 반사되어 광음향변조기(63)로 입사된다. 광음향변조기(61,62,63)들로 입사된 적,녹,청의 단색광들은 영상 신호 발생부(300)로부터 제공되는 영상 신호가 색신호 분리 디코더(400)에 의해 분리된 청,녹,적색광의 색신호에 의해 변조된다.
여기서, 광 변조기 앞단에 배치된 적정 초점거리의 실린더리컬 렌즈(64a, 65a, 66a)는 광음향변조기(61,62,63)의 광효율을 최대로 하기 위한 것이고, 광음향변조기(61,62,63)들의 뒷단에 위치한 실린더리컬 렌즈(64b,65b,66b)들은 실린더리컬 렌즈(64a, 65a, 66a)들과 각각 동일 초점거리를 가지며, 광음향변조기(61,62,63)들에 의해 광변조된 단색광의 레이저 빔들을 각각 다시 실린더리컬 렌즈(64a,65a,66a)들로 입사되기 전 상태의 레이저 빔 크기로 복구시키기 위한 것이다. 도 3은 실린더리컬 렌즈(64a,65a,66a), 광음향변조기(61,62,63) 및 실린더리컬 렌즈(64b,65b,66b)를 통과하기 전후의 레이저 빔의 굵기 및 단면 모양의 변화를 설명하기 위한 설명도이다. 도시된 바와 같이, 단색광의 원형 빔(예를 들어 Dx=0.8mm, Dy=0.8mm)들은 실린더리컬 렌즈(64a,65a,66a)들을 통과하면서 광음향변조기(61,62,63)들에 타원형 빔(Dx=0.8mm, Dy=0.2mm)으로 집속되고, 이 타원형 빔은 다시 광음향변조기(61,62,63)들을 통과한 후에 다시 동일한 초점거리의 실린더리컬 렌즈(64b,65b,66b)를 통과하면서 원래의 원형 빔(예를 들어 Dx=0.8mm, Dy=0.8mm)들로 복구된다. 광음향변조기(61,62,63)들은 TeO2 단결정과 LN(LiNbO3) 단결정의 접합면 방향에 대해서 회절 현상이 생기기 때문에 접합면의 수직한 방향으로는 레이저 빔의 굵기가 일정 범위 이내로 한정되어야만 광변조 효율이 확보되지만, 접합면 방향으로는 접합면 길이 범위 내에서 레이저 빔의 굵기와 거의 무관하다. 따라서, 포커싱 렌즈로 실린더리컬 렌즈를 사용하여 광변조 효율에 영향을 미치지 않는 방향(TeO2 단결정과 LN(LiNbO3) 단결정의 접합면 방향)으로는 빔의 사이즈를 입사 원형 빔과 동일한 사이즈로 유지시키면서, 광변조 효율에 크게 영향을 주는 방향(TeO2 단결정과 LN(LiNbO3) 단결정의 접합면과 수직 방향)으로는 빔을 원하는 사이즈로 집속하여 광음향변조기에 입사시킴으로써 광변조 효율을 확보하면서도 단위 면적당의 광파워를 감소시킬 수 있다. 그러므로, 입력 빔의 광파워를 크게 증가시키더라도 광음향변조기들의 코팅면에 광손상을 일으키지 않게 되므로, 대형 스크린 상에 형성되는 화상의 최대 휘도를 크게 증가시킬 수 있다.
광변조된 청,녹,적색의 단색광은 다이크로익 미러(67b,68b)와 고반사 미러(69b)에 의해 다시 하나의 빔으로 합쳐지게 된다. 녹색광은 다이크로익 미러(68b)에서 반사되고 적색광은 투과되며, 청색광은 다이크로익 미러(67b)에서 투과되고 적색 및 녹색광은 반사된다. 그러나, 경우에 따라서 다이크로익 미러의 설계는 바뀔 수 있으며, 청,녹,적색광의 분리 순서도 바뀔 수 있다.
광 합성부(650)에서 합성된 광은 수직 주사부(700)에 의해 수직 주사되며, 수평 주사부(800)에 의해 수평 주사되어 스크린 상에 화상을 구성하게 된다. 수직 주사부(700)의 갈바노미터와 수평 주사부(800)의 폴리고날 미러 사이에는 릴레이 렌즈계(31,32)가 구비된다. 수직 주사부(700)의 갈바노미터는 수평/수직 동기 신호 분리부(350)로부터 분리된 수직 동기 신호에 의해 동기된 속도로 상하 진동하게 되며, 수평 주사부(800)의 폴리고날 미러는 수평/수직 동기 신호 분리부(350)로부터 분리된 수평 동기 신호에 의해 동기된 속도로 고속 회전하게 된다. 즉, 광변조된 빔은 갈바노미터(700)에 의해 주사 경로가 세로 방향으로 변화하게 되고, 폴리고날 미러(800)에 의해 주사 경로가 가로 방향으로 변화하게 되어, 스크린(900)의 전면에 주사된다. 갈바노미터(700)와 폴리고날 미러(800) 사이의 릴레이 렌즈계(31,32)는 수직 주사된 레이저 빔이 수평 주사면인 폴리고날 미러면의 유효 면적 내로 입사되도록 광을 모아주는 역할을 한다. 릴레이 렌즈계(31,32)는 동일한 초점 거리를 가지는 렌즈 두 개로 구성되며, 초점 거리의 합 만큼의 간격을 두어 배치된다.
또한, 폴리고날 미러(800)의 스크린(900) 쪽의 앞단에는 f?? 렌즈계(34)가 설치된다. f?? 렌즈계(34)는 스크린 상에 맺히는 빔의 모양과 크기가 스크린의 전면적에 대해 동일하도록 보정해 주는 역할을 한다. 또한, 스크린으로 주사되는 빔의 발산각을 조정해 주어 스크린 상에서 요구되는 빔의 크기를 조정해 주는 역할도 한다. 즉 스크린을 앞뒤로 움직여도 스크린의 화상이 항상 자연스럽게 유지되도록 조정해주는 역할을 한다.
한편, 빛은 파장에 따라 사람이 느끼는 시감도가 각각 다르다. 동일한 출력의 광에 대하여 녹색광이 적색광이나 청색광 보다 훨씬 밝게 보인다. 그러므로, 시감도를 고려하여 청,녹,적색광의 출력을 조정해 주어야만 고명도의 밝은 화상을 얻을 수 있다. 그러나 이와 같은 눈의 시감도를 고려하지 않을 경우 스크린에 맺히는 화상은 명도가 맑지 못하고 탁한 색상을 보여주게 되어 고휘도, 고해상도의 장점을 살리지 못하게 될 수 있다. 따라서 본 발명에서는 청,녹,적색광에 대한 사람의 눈의 시감도를 고려한 구조가 첨가되어 있다. 즉, 다이크로익 미러(67a,68a)와 고반사 미러(69a) 및 실린더리컬 렌즈(64a,65a,66a)들 사이에는 각각 뉴터럴 덴시티 필터(35,36,37)가 삽입되어 있다. 단일 광원을 사용하여 적,녹,청의 3색을 분리하여 사용할 경우에 각 파장의 광출력을 단독적으로 조정하기가 곤란하다. 따라서 본 발명에서는 이와 같은 점을 고려하여 분리된 단색광이 광변조기로 입사하기 전단에 뉴터럴 덴시티 필터를 삽입하는 구조로 시스템을 디자인하여 레이저의 출력을 조정하여 줌으로써 이와 같은 문제를 해결한다. 즉. 상기 뉴터럴 덴시티 필터(35,36,37)들은 각각 사용되는 적,녹,청색의 단색광의 파장에 맞게 디자인된 것으로, 단색광의 투과율을 조정하여 주는 역할을 한다. 레이저 빔이 동일한 빛의 세기를 가질 경우 560nm 부근의 빛이 가장 밝게 보인다. 청색광의 경우는 녹색광에 비하여 거의 20% 미만의 시감도를 가진다. 따라서, 고선명도의 화상을 얻기 위해서는 시감도를 고려하여 적정 비율로 각 파장의 광출력을 조정해 주어야 하는데, 본 발명에서와 같은 단일 광원을 사용하는 레이저 영상 투사 장치에서 청,녹,적색광을 분리 사용할 경우 뉴터럴 덴시티 필터(35,36,37)를 사용하는 것이 상기와 같은 시감도 문제를 해결하는데 가장 효율적이며 색상비의 조정이 가장 용이하다. 또한, 청,녹,적색광을 분리하는 경우 다이크로익 미러를 사용하여 100%의 완벽한 색분리는 어려우며, 단색광에 다른 파장의 광이 일부 섞여 나오는 것이 일반적이다. 따라서, 뉴터럴 덴시티 필터(35,36,37)를 사용할 경우 이와 같이 원치 않는 파장의 빛은 차단하여 주므로 색분리 효과가 우수하다. 그러므로, 원형 뉴터럴 덴시티 필터의 경우 투과시키고자 하는 파장에 대해서는 필터의 회전 방향에 따라 일정한 비율로 투과율이 변화하도록 하면서, 제거하고자 하는 파장의 빛은 완벽하게 차단하도록 뉴터럴 덴시티 필터를 설계하는 것이 가장 이상적이다. 또는, 투과시키고자 하는 파장의 광에 대해서는 각각 90%, 80%, 70%, 60%, 50% 등의 투과율을 가지면서, 다른 파장의 광에 대해서는 100% 반사되도록 필터를 설계하여, 스크린 상에 구성된화상의 색상을 관찰하면서 필터를 교체 사용함으로서 색상비 조정을 할 수도 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 영상 투사 장치는 광음향변조기로 광을 집속하기 위한 포커싱 렌즈로서 실린더리컬 렌즈를 사용하여, 광변조 효율에 영향을 미치지 않는 방향(TeO2 단결정과 LN(LiNbO3) 단결정의 접합면 방향)으로는 빔 사이즈를 입사빔과 동일한 사이즈로 유지시키면서 광변조 효율에 크게 영향을 주는 방향(TeO2 단결정과 LN(LiNbO3) 단결정의 접합면과 수직 방향)으로는 빔을 집속하여 광음향변조기에 입사시킴으로써, 광변조 효율을 확보하면서도 광음향변조기에 입사되는 빔의 단위 면적당의 광파워를 감소시킬 수 있다. 따라서 광음향변조기에 입사되는 입사빔의 광파워를 크게 증가시키더라도 광음향변조기 코팅면의 광손상을 방지할 수 있어서 스크린에 맺히는 화상의 최대 휘도를 크게 증가시킬 수 있다. 이러한 잇점을 고려할 때 본 발명에 따른 레이저 영상 투사 장치는, 기존의 영상 투사 장치로는 구현하기가 곤란하였던, 고휘도, 고 해상도의 대형 화면을 구현할 수 있으므로, 옥외 광고용이나 대형 화면의 레이저 텔리비젼으로 응용될 수 있다.

Claims (16)

  1. 백색광의 레이저 빔을 출력하는 광원;
    상기 백색광의 레이저 빔을 제1,2 및 3파장의 단색광의 빔들로 분리하여 주는 광 분리 수단;
    상기 광 분리 수단으로부터 제공되는 상기 제1,2 및 3파장의 단색광의 빔들을 소정의 영상신호로부터 분리된 색신호를 이용하여 광신호로 각각 변조하기 위한 광 변조 수단;
    상기 광 변조 수단에 의해 변조된 단색광들을 하나의 빔으로 합성하는 광 합성 수단;
    상기 광 분리 수단 및 상기 광 변조 수단 사이에 위치하며, 상기 광 변조 수단의 광효율에 영향을 미치지 않는 방향으로의 빔 사이즈는 그대로 두면서 상기 광 변조 수단의 광 효율에 영향을 미치는 방향으로의 빔 사이즈는 축소되도록 하여 상기 단색광의 빔의 모양을 변형시켜 집속시키는 제1방향성 광학계들;
    상기 광 변조 수단 및 상기 광 합성 수단 사이에 위치하며, 상기 제1방향성 광학계에 의해 집속된 빔을 원래 모양의 빔으로 복구시켜 주는 제2방향성 광학계들; 및
    상기 변조된 단색광들의 합성된 빔이 영상을 형성하도록 주사하여 주는 광 주사 수단;을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 레이저 영상 투사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광 분리 수단은,
    상기 제1파장의 단색광은 반사시키고 상기 제2,3파장의 단색광들은 통과시키는 제1다이크로익 미러; 및
    상기 제2파장의 단색광은 반사시키고 상기 제3파장의 단색광은 통과시키는제2다이크로익 미러;를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 레이저 영상 투사 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광 분리 수단은 상기 제3파장의 단색광을 반사시키는 고반사 미러를 더 구비하여 된 것을 특징으로 하는 레이저 영상 투사 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광 변조 수단은 상기 제1,2 및 3파장의 단색광의 빔들을 각각 변조하도록 3개의 광 음향 변조기를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 레이저 영상 투사 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광 합성 수단은,
    상기 제1파장의 단색광의 빔은 통과시키고 상기 제2,3파장의 단색광의 빔들은 반사시키는 제3다이크로익 미러; 및
    상기 제2파장의 단색광의 빔은 반사시키고 상기 제3파장의 단색광의 빔은 통과시키는 제4다이크로익 미러;를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 레이저 영상 투사 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광 합성 수단은 상기 제3파장의 단색광의 빔을 반사시키는 고반사 미러를 더 구비하여 된 것을 특징으로 하는 레이저 영상 투사 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광 분리 수단 및 상기 광 변조 수단 사이에 상기 제1,2 및 3파장의 단색광들의 투과율을 각각 조절하여 주는 뉴터럴 덴시티 필터들이 더 구비된 것을 특징으로 하는 레이저 영상 투사 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1방향성 광학계는 실린더리컬 렌즈를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 레이저 영상 투사 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2방향성 광학계는 상기 제1방향성 광학계와 동일한 초점 거리를 갖는 실린더리컬 렌즈를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 레이저 영상 투사 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 광 주사 수단은,
    상기 광 합성 수단으로부터 출력되는 합성 빔을 수직 방향으로 주사하여 주는 수직 주사 수단; 및
    상기 수직 주사 수단으로부터 출력되는 합성 빔을 수평 방향으로 주사하여 주는 수평 주사 수단;을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 레이저 영상 투사 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 수직 주사 수단은 갈바노미터를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 영상 투사 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 수평 주사 수단은 폴리고널 미러를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 영상 투사 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 수직 주사 수단 및 상기 수평 주사 수단 사이의 광 경로 상에 상기 수직 주사된 합성 빔이 상기 수평 주사 수단의유효 면적에 입사되도록 조정하는 릴레이 렌즈를 더 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 영상 투사 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 수평 주사 수단의 출력측 광 경로 상에 스크린으로 주사되는 합성 빔을 보정하는 f│H 렌즈계를 더 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 영상 투사 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 광원 및 상기 광 분리 수단 사이의 광 경로 상에 상기 광원으로부터 방출된 백색광의 레이저 빔을 평행빔으로 만들고, 상기 평행빔의 굵기를 조절해주는 광학계를 더 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 영상 투사 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 광학계는,
    상기 백색광의 레이저 빔을 평행광으로 바꿔주는 콜리메이팅 렌즈; 및
    상기 평행광의 굵기를 조절해 주는 텔리스코핑 렌즈계;를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 레이저 영상 투사 장치.
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