KR100498223B1 - 광변조소자 및 투영장치 - Google Patents
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Abstract
광변조소자는, 반사면을 각각 가진 복수의 소자의 높이가 주기적으로 변화하는 반사회절격자를, 형성할 수 있다. 복수의 소자중 적어도 하나의 반사면은 압전소자에 의해 높이의 방향으로 구동한다. 반사면으로서의 표면을 각각 가진 복수의 소자는 긴쪽을 나란히 놓음으로써 2차원적으로 배치된다. 각 소자의 유효반사부의 이면측은 압전소자에 고정된다.
Description
본 발명은 광변조소자 및 광변조소자를 사용한 투영장치에 관한 것이다.
종래에는, 도 3의 사시도에서 도시한 바와 같이 반사회절격자형 광변조소자가 제안되었다.
도 3은, 기판(30)위에 박막을 1차원어레이로 각각 형성한 스트립형소자(31)를 지니고 3차원적으로 변형되는 반사면을 가지는 광변조기(광변조소자)를 도시한다. 4개의 스트립형소자(31)는 단일의 화소에 대응한다. 스트립형소자(31)는 수평방향의 화소에 대응하는 수로 형성한다.
기판(30)은, 예를들면, 실리콘을 사용하여 형성할 수 있다. 예를들면, 텅스텐 또는 텅스텐합금으로 이루어진 도전층(34)은, 예를들면, 질화실리콘(Si3N4)으로 이루어진 보호층(도시되지 않음)을 개재하여 기판위에 형성된다. 각각의 스트립형소자(31)는, 예를들면, 질화실리콘으로부터 형성될 수 있고, 또한 도전층(34)으로부터 분리된 위치에서 기판(30)위에 고정된 두 개의 단부를 가진다. 중간의 편평부(32)는 갭(33)을 형성하면서 기판(30)으로부터 떨어져서 위치한다. 편평부(32)의 윗면은 알루미늄막 등의 광반사재료로 도포된다.
갭(33)의 두께는 스트립형소자(31)와 도전층(34)사이에 인가될 전압의 크기를 변동시킴으로써 조정할 수 있다. 무전압이 인가될 때, 도 4a에서 도시된 바와 같이 스트립형소자(31)는 돌출된다. 적절한 전압이 스트립형소자(31)와 도전층(34)사이에 인가될 때, 스트립형소자(31)는 정전인력에 의해 변형되므로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 스트립형소자(31)의 편평부(32)는 기판(30)쪽으로 구부러져 기판(30)과 접촉한다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 모든 스트립형소자(31)는 돌출되는 것으로 가정한다. 파장(λ)을 가진 광이 기판(30)의 표면에 대해 수직으로 입사될 때, 스트립형소자(31)의 소자편평부(32)로부터의 모든 반사광은 동위상으로 되고, 또한 단일의 화소를 형성하는 4개의 소자(31)는 평면거울로서 기능한다.
4개의 스트립형소자(31)는 볼록형상과 오목형상을 교대로 나타내는 것으로 가정하고, 또한 예를들면, 볼록부와 오목부사이의 높이차는 λ/4인 것으로 가정한다. 파장(λ)을 가지는 광이 기판(30)의 표면에 대해 수직으로 입사할 때, 도 6에 도시된 바와 같이, 각 볼록부의 표면으로부터 반사된 광의 위상은, 각각의 오목부의 표면으로부터의 반사광의 위상으로부터 λ/2만큼 이동한다. 간섭은 이들 반사광의 성분사이에서 발생하고, 따라서 반사광은 표면에 수직인 선에 대하여 각(θ)을 가진 반사된 회절광으로서 표면으로부터 나타난다.
그러므로, 예를들면, 각(θ)으로 반사된 광을 집속하기 위한 렌즈를 배치할 때, 복수의 화소중 임의의 하나는, 화소에 대응하는 4개의 스트립형소자(31)를 도 5에 도시된 상태로 변조함으로써, 어두운 화소로서 표시될 수 있고, 또한 복수의 화소중 임의의 하나는, 화소에 대응하는 4개의 스트립형소자(31)를 도 6에 도시된 상태로 변조함으로써, 수광시에 밝은 화소로서 표시될 수 있다. 도 7은 상기 구조를 가진 반사회절격자에 의한 인가전압 대 반사광강도의 특성을 나타내는 그래프이다.
그러나, 상기 종래기술에서는, 도 3 또는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 기판(30)위에 유효반사부(32)를 지지하고 고정하기 위한 고정부(301)가 필요하다. 고정부(301)의 크기는 20㎛이상이므로, 고정부(301)에 대한 광입사가 플레어를 초래한다. 또한, 상기 종래기술에서는, 스트립형소자는 수직방향으로 컴팩트하게 만들 수 없고, 소자의 2차원어레이는 화소의 개구율을 저하시킨다.
본 발명의 목적은, 플레어를 제거하거나 저하시킬 수 있는 광변조소자 및 광변조소자를 사용한 투영장치를 제공하는데 있다.
본 발명은 다음의 구성(1) 내지 구성(10)을 개시한다.
(1) 복수의 반사면과, 복수의 압전소자를 사용해서 반사면의 높이를 제어하는 수단을 가진 광변조소자에 있어서, 상기 제어수단은, 상기 반사면의 높이가 주기적으로 변화하는 회절격자와, 상기 반사면의 높이가 일정한 미러를 형성가능하고, 상기 회절격자는, 상기 복수의 압전소자중의 인접한 소자에 압전재료의 극성에 대한 전계의 극성이 인접한 소자사이에서 변화하도록 전압을 인가하는 것에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 광변조소자.
삭제
(2) 상기 (1)항에 따른 광변조소자에 있어서, 반사면을 각각 가진 복수의 소자는 긴쪽을 나란히 놓음으로써 2차원적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 광변조소자.
(3) 상기 (1)항에 따른 광변조소자에 있어서, 각 소자의 유효반사부의 이면측은 압전소자에 고정되는 것을 특징으로 하는 광변조소자.
삭제
(4) 상기 (1)항에 따른 광변조소자에 있어서, 각 소자의 볼록형상 및/또는 오목형상의 변형량은 압전소자에 인가될 전압을 조정함으로써 변하고, 이에 의해 반사광강도가 제어되는 것을 특징으로 하는 광변조소자.
(5) 상기 (1)항 내지 상기 (3)항중 어느 하나에 따른 광변조소자에 있어서, 복수의 소자의 반사면이 서로 동일한 면으로될 때, 상기 반사면은 전체적으로 평면거울로서 기능하는 것을 특징으로 하는 광변조소자.
(6) 상기 (1)항 내지 상기 (5)항중 어느 하나에 따른 광변조소자에 있어서, 각각의 소자는 5㎛의 폭을 가진 스트립형소자인 것을 특징으로 하는 광변조소자.
(7) 상기 (1)항 내지 상기 (6)항중 어느 하나에 따른 광변조소자에 있어서, 인접한 소자사이의 간격은 최소화 되는 것을 특징으로 하는 광변조소자.
(8) 상기 (1)항 내지 상기 (7)항중 어느 하나에 따른 광변조소자에 있어서, 복수의 소자로 각각 형성된 화소는 2차원어레이로 배치되는 것을 특징으로 하는 광변조소자.
(9) 영상신호에 따라서 입사광을 변조하기 위한 광변조소자를 포함하는 투영장치에 있어서, 상기 광변조소자는 상기 (1)항 내지 상기 (8)항중 어느 하나에 기재된 광변조소자로 형성되는 것을 특징으로 하는 투영장치.
다음에 설명할 실시예에서는, 상기 구성을 적용함으로써 종래기술에서와 같은 고정부(301)는 제거될 수 있고, 따라서 플레어를 억제할 수 있다. 또한, 화소가 2차원어레이로 배치될 때에도, 개구율을 높게 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 대하여 다음에 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광변조소자의 구조를 도시하는 사시도이고, 이는 반사회절격자를 형성할 수 있다.
도 1을 참조하면, 광변조소자는 유효반사부, 금속부재(102), 금속전극(107), 압전재료(103), 금속전극(104), 지지부재(105) 및 기판(106)을 형성하는 거울로서 각각 기능하는 알루미늄부(101)로 구성된다.
본 실시예에서, 압전재료를 팽창하고/수축하기 위한 금속전극(104, 107)사이에 삽입된 압전재료에 전하를 인가하고, 이에 의해 인접한 유효반사부사이의 갭에서 상기한 변화를 초래한다.
즉, 압전재료(103)가 충전될 때, 또한 전계의 극성은 압전재료의 극성과 일치되고, 재료는 수축한다. 전계의 극성이 압전재료의 극성과 반대로될 때, 재료는 팽창한다. 그러므로, 복수의 거울부(101)는 충전시에 위로/아래로 이동하여, 이들의 높이를 교대로 변화시키고, 따라서 반사형회절격자 즉 단순한 평면거울이 나타날 수 있다. 회절격자에 의한 반사광의 변조도는, 반사형 회절격자의 오목부 또는 볼록부의 높이를 변화시켜서 인접한 광성분사이의 위상차를 변화시킴으로써, 조정할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 유효반사부를 형성하는 거울(101)자체가 구동부를 통해서 기판위에 고정될 때, 종래기술과 다르게, 소비적인 어떤 고정부재도 제조할 필요가 없다. 그러므로, 2차원어레이의 사용시에도 고개구율을 얻을수 있고 플레어를 제거할 수 있는 광변조소자를 형성할 수 있다.
도 2는 본 실시예에 따른 소자를 사용한 투영장치의 구성을 도시한 도이다.
도 2를 참조하면, 투영장치는, 반사회절격자, 광원(202), 렌즈(203), 해프미러(208), 투영렌즈(209) 및 스토퍼(210)를 형성할 수 있는 광변조소자(201)를 포함한다.
광원(202)으로부터 방출된 광은, 렌즈(203)에 의해 평행광으로 변환되고, 해프미러(208)에 의해 반사되고, 광변조소자(201)로 들어간다.
한편, 변조신호(전압펄스)는, 영상신호에 따라서 구동기(1)로부터 광변조소자(201)의 각 스트립형소자에 인가되어, 수평방향(도면의 수직방향)으로 해당 화소의 휘도에 따라서 각 소자를 변조한다.
임의의 화소에 대응하는 4개의 스트립형소자는, 도 5에 도시된 무변조상태에 있을 때, 광은, 회절하지 않고 입사광(204)의 광로를 따라서 전파되어 되돌아가고, 해프미러(208)를 통해서 광속(207)으로 변화시키고,광속(213)으로서 투영렌즈(209)의 초점에 집속하고, 또한 스토퍼(210)에 의해 흡수된다.
임의의 화소에 대응하는 4개의 스트립형소자가 도 6에 도시된 변조상태에 있을 때, 광변조소자의 회절격자(201)의 높이는 λ/4이고, 회절이 발생한다. 반사광은 입사광(205)의 방향과 상이한 방향으로 나타나고, 해프미러(208)를 통해서 광속(206)을 변화시키고, 투영렌즈(209)를 통해서 광속(212)을 변화시키고, 표시면(5)의 소정의 수평선위에 갈바노미러(도시되지 않음)를 개재하여 조사된다. 갈바노미러는 소망의 화상을 표시하기 위해 수평선에 수직인 방향으로 입사광선을 주사하는 스캐너이다.
상기 실시예에서 설명한 바와 같이, 상기 구성을 적용함으로써 종래기술에서와 같은 고정부(301)를 제거할 수 있고, 따라서 플레어를 억제할 수 있다. 또한, 화소가 2차원어레이로 배치될 때, 개구율을 높게 만들 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광변조소자의 구조를 도시한 사시도.
도 2는 본 실시예에 따른 소자를 사용한 투영장치의 구성을 도시한 도,
도 3은 종래의 광변조소자의 구조를 도시한 사시도.
도 4a와 도4b는, 도 4a는 무인가상태를 설명하기 위한 도이고, 또한 도 4b는 인가상태를 설명하기 위한 도인 종래의 광변조소자의 기능을 설명하기 위한 도.
도 5는 광변조소자의 스트립형소자의 무변조상태를 설명하기 위한 도.
도 6은 광변조소자의 스트립형소자의 변조상태를 설명하기 위한 도.
도 7은 광변조소자의 인가전압 대 반사광강도의 특성을 도시하는 그래프.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 구동기 30, 106 : 기판
31 : 스트립형소자 32 : 소자편평부
33 : 갭 34 : 도전층
101 : 알루미늄부 102 : 금속부재
103 : 압전재료 104, 107 : 금속전극
105 : 지지부재 201 : 광변조소자
202 : 광원 203 : 렌즈
204, 205 : 입사광 206, 207, 212, 213 : 광속
208 : 해프미러 209 : 투영렌즈
210 : 스토퍼 301 : 고정부
Claims (10)
- 복수의 반사면과, 복수의 압전소자를 사용해서 반사면의 높이를 제어하는 수단을 가진 광변조소자에 있어서,상기 제어수단은, 상기 반사면의 높이가 주기적으로 변화하는 회절격자와, 상기 반사면의 높이가 일정한 미러를 형성가능하고, 상기 회절격자는, 상기 복수의 압전소자중의 인접한 소자에 압전재료의 극성에 대한 전계의 극성이 인접한 소자사이에서 변화하도록 전압을 인가하는 것에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 광변조소자.
- 제 1항에 있어서, 상기 반사면을 각각 가진 복수의 소자는 긴쪽을 나란히 놓음으로써 2차원적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 광변조소자.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 소자의 각각의 유효반사부의 이면측은 압전소자에 고정되는 것을 특징으로 하는 광변조소자.
- 제 1항에 있어서, 압전소자에 인가될 전압을 조정함으로써 상기 각 소자의 볼록형상 또는 오목형상의 변형량을 변화시키고, 이에 의해 반사된 광의 강도를 제어하는 것을 특징으로 하는 광변조소자.
- 제 1항에 있어서, 복수의 소자의 반사면이 서로 동일한 면으로 될 때, 상기 반사면은 전체적으로 평면거울로서 기능하는 것을 특징으로 하는 광변조소자.
- 제 1항에 있어서, 상기 각 소자는 5㎛의 폭을 가진 스트립형소자인 것을 특징으로 하는 광변조소자.
- 제 1항에 있어서, 상기 인접한 소자사이의 간격은 최소화 되는 것을 특징으로 하는 광변조소자.
- 제 1항, 제2항 및 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 소자로 각각 형성된 화소는 2차원어레이로 배치되는 것을 특징으로 하는 광변조소자.
- 제 1항, 제2항 및 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 광변조소자와 상기 광변조소자와 함께 화상을 투영하는 투영광학계로 이루어진 것을 특징으로 하는 투영장치.
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