KR100651502B1 - 광스캔 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 광 스캔장치는 서로 다른 파장을 갖는 가시 파장 대역의 광 각각을 생성하기 위한 적어도 하나 이상의 광원들과, 상기 각 광의 경로를 변환시키기 위한 필터들과, 상기 필터로부터 입력된 광을 시준화시키기 위한 시준화 렌즈계와, 상기 광의 원형 스폿을 사각 형태로 변환시키기 위한 원통형 렌즈와, 상기 원통형 렌즈로부터 입력된 광을 변조시키기 공간 광 변조기와, 상기 공간 광 변조기에서 변조된 광을 집광시키기 위한 집광 렌즈계와, 상기 집광 렌즈계로부터 입력된 광을 스크린에 조사하기 위한 멤스 미러를 포함한다.

멤스 미러(Mems mirror), 레이저, 다면 미러

Description

광스캔 장치{OPTICAL SCANNING DEVICE}

도 1은 종래 기술에 따른 광 스캔장치의 구성을 나타낸 도면,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광 스캔장치의 구성을 나타낸 도면,

도 3은 도 2에 도시된 멤스 미러를 도시한 도면.

본 발명은 광 스캔장치에 관한 발명으로서, 특히 가시 파장 대역의 광을 생성할 수 있는 레이저 광원들을 포함하는 광 스캔장치에 관한 발명이다.

전파 또는 데이터 형태의 영상은 CRT(Cathode Ray Tube) 또는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), LED(Light Emitting Diode) Display 등에 의해서 재생, 구현될 수 있다.

특히, 근래에는 사실적이고 화려한 영상을 구현하기 위한 수단으로서 포화 색(saturated color)의 특성을 크게 갖는 레이저 광원을 이용한 광 스캔장치가 제안되고 있다. 상술한 레이저 광원은 파장의 선폭이 좁은 단일 파장 특성의 광을 생 성하며, 상술한 광 스캔장치는 적색, 녹색, 청색의 3파장 광을 생성하기 위한 각각의 레이저 광원을 구비하며 상술한 3색의 조합으로부터 천연색의 영상을 재연할 수 있다.

상술한 레이저 광원을 구비한 광 스캔장치는 프로젝터, 프로젝터 텔레비젼, 칼라 스캐너, 칼라 프린터 등에 이용될 수 있다. 다만, 레이저 광원을 구비한 광 스캔장치가 프로젝터 또는 프로젝터 텔레비젼 등에 이용될 경우에는 스크린 또는 화면 상에 영상을 구현하는 반면에, 칼라 프런터 또는 스캐너 등에 사용될 경우는 드럼 상에 영상을 재생하게 된다.

도 1은 종래 기술에 따른 광 스캔장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래의 광 스캔장치(100)는 레이저 발진된 서로 다른 파장의 3색 광을 생성할 수 있는 광원(130)과, 상기 광원(130)에서 생성된 광을 공간 변조시키기 위한 격자 반사 미러(Grating light valve; 120)와, 상기 격자 반사 미러(120)에서 공간 변조된 광을 라인 패턴으로 주사시키기 위한 반사 미러(150) 및 상기 반사 미러(150)를 고정시키고 반사 각을 조정하기 위한 척(140), 구동부(160)와, 상기 반사 미러(150)에서 반사된 광을 영상으로 투영시키기 위한 투영 렌즈(110)를 포함한다.

상술한 격자 반사 미러(150)는 상기 광을 6개의 리본을 갖는 하나의 화소로 형성하기 위한 소자로서, 인가된 전압에 따라서 각 리본 간 위상 차이가 파장의 1/4배가 되도록 변조시키는 회절에 의한 공간 광 변조 특성을 갖는다. 상술한 격자 반사 미러(150)는 소니 사의 GLV 이외에도 코닥 사의 GEMS 등이 있다.

상기 반사 미러(150)는 상기 격자 반사 미러(120)에서 공간 변조된 광을 드 럼 또는 스크린으로 반사시키기 위한 미러로써, 다면 미러(Polygon mirror) 등이 사용될 수 있다. 상술한 다면 미러는 다면에 가시 광에 대해서 높은 반사 특성을 갖는 반사층이 형성되고 360도 회전하면서 공간 변조된 광을 스크린 또는 드럼 등으로 반사시킨다.

그러나, 광 스캔장치는 부피가 크고 전력 소모가 커서 소형화가 용이하지 않은 문제가 있다. 즉, 광 스캔장치는 반사 미러나 격자 반사 미러 등을 일정 각도로 구동시키기 위한 구동 수단들을 다수 구비해야되며 이로 인해 부피와 전력 소모의 증가는 불가피하다. 다면 미러를 예로 들면, 다면 미러는 소형의 모터로 구동된다고 가정하더라도 다면 미러 자체가 구동 축을 중심으로 이미 일정 이상의 체적을 차지하고 있어서 전체 시스템의 부피를 증가시키는 요인이 될 수 있다.

그 외에도, 다면 미러의 각 면에서 사용하는 유효 각도는 전체 영역의 일 부분만을 사용하게 되며 사용되는 일부를 제외한 나머지는 손실이 된다. 또한, 다면 미러에서 반사된 광은 동일 간격의 광을 얻기 위해서는 별도의 에프-세타(F-θ) 렌즈를 더 포함해야되는 문제가 있다.

본 발명은 개인 휴대가 가능한 전자 장치 또는 소형화된 프로젝터 구현이 가능한 레이저 광원을 포함하는 광 스캔장치를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명에 따른 광 스캔장치에 있어서,

서로 다른 파장을 갖는 가시 파장 대역의 광 각각을 생성하기 위한 적어도 하나 이상의 광원들과;

상기 각 광의 경로를 변환시키기 위한 필터들과;

상기 필터로부터 입력된 광을 시준화시키기 위한 제1 시준화 렌즈계와;

상기 광의 원형 스폿을 사각 형태로 변환시키기 위한 원통형 렌즈와;

상기 원통형 렌즈로부터 입력된 광을 변조시키기 공간 광 변조기와;

상기 공간 광 변조기에서 변조된 광을 집광시키기 위한 집광 렌즈계와;

상기 집광 렌즈계로부터 입력된 광을 스크린에 조사하기 위한 멤스 미러를 포함한다.

이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능, 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광 스캔장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 광 스캔장치(200)는 서로 다른 파장을 갖는 가시 파장 대역의 적색, 청색, 녹색의 가시광들 생성하기 위한 광원들(211, 212, 213)과, 상기 각 광의 경로를 변환시키기 위한 필터들(221, 222, 223)과, 상기 필터(221, 222, 223)로부터 입력된 광을 시준화시키기 위한 시준화 렌즈계(230)와, 상기 광을 주사(Scan) 가능한 형태로 변환시키기 위한 원통형 렌즈(250)와, 상기 원통형 렌즈(250)로부터 입력된 광을 변조시키기 공간 광 변조기(Spatial optical modulator; 261) 및 상기 공간 광 변조기(261)의 구동을 제어하기 위한 드라이버(262)와, 상기 공간 광 변조기(261)에서 변조된 광을 집광시키기 위한 집광 렌즈계(270; 271, 272, 273)와, 상기 집광 렌즈계(270)로부터 입력된 광을 스크린에 조사하기 위한 멤스 미러(290)와, 상기 시준화 렌즈계(230)와 상기 원통형 렌즈(250)의 사이에 위치되며 시준화된 광을 상기 원통형 렌즈(250)로 반사시키기 위한 미러(240)를 포함한다.

상기 광원들(211, 212, 213)은 적색, 청색, 녹색의 3색의 가시광을 생성할 수 있는 제1 내지 제3 반도체 레이저 모듈들(211, 212, 212)을 포함하며, 상기 제1 및 제3 반도체 레이저 모듈(211, 212, 213)은 반도체 레이저 등을 포함할 수 있다.

상기 제1 반도체 레이저 모듈(211)은 적색광을 생성할 수 있는 반도체 레이저 등을 포함할 수 있고, 상기 제3 반도체 레이저 모듈(213)은 청색광을 생성할 수 있는 반도체 레이저를 포함할 수 있다. 다만, 상기 제2 반도체 레이저 모듈(212)은 녹색 파장의 가시 광을 생성하기 위해서 반도체 레이저 이외에 별도의 펌핑 광원과, 펌핑 광에 의해 근 적외선 광을 생성하는 고체 레이저와, 2차 고조파 생성기(second harmonic generator)를 더 포함해야 한다. 즉, 녹색 파장의 가시 광은 반도체 레이저로부터 직접 변조가 용이하지 않다.

상기 필터들(221~223)은 제1 내지 제3 필터(221, 222, 223)로 구성되며 상기 제1 필터(221)는 적색광의 경로를 수직 방향으로 변환시키고, 상기 제2 필터(222)는 녹색광의 경로를 수직 방향으로 변환시키고 상기 적색광을 투과시킨다. 상기 제3 필터(223)는 청색광의 경로를 수직 방향으로 변화시키고 상기 적색 및 녹색광을 투과시킨다. 즉, 상기 필터들(221 ~ 223)은 해당 파장의 광의 경로를 변경시키는 역할을 제공하며, 일부는 해당 파장 이외의 다른 파장의 광을 선택적으로 투과시킬 수 있다. 상기 필터들(221 ~ 223)은 다수의 유전체 물질들이 적층된 다층 박막 형태를 갖는다.

상기 시준화 렌즈계(230)는 상기 필터들(221 ~ 223)로부터 입력받은 광들을 시준화시켜서 상기 미러(240)로 출력한다.

본 발명에 따른 멤스 미러(290)는 가해지는 전계 변화에 따라 부피가 변화되는 피아조 원리(piezoelectric effect) 등을 이용할 수 있다. 즉, 서로 다른 피아조 특성을 갖는 멤스 미러(290)를 구성해서 필요에 따라 각각 가해지는 전압을 조절함으로써 멤스 미러로 입사되는 광의 반사각을 조절할 수 있다. 상기 멤스 미러(290)는 라스터 주사(Raster scan) 또는 라인 주사(Line scan) 방식으로 사용될 수 있다.

종래 다면 미러는 외부의 인위적인 구동 수단에 의해 360도 회전함으로써 입사된 광을 주사(Scan)시킨 반면에, 본 발명에 따른 광 스캔장치(200)는 멤스 미러(290)를 이용함으로써 추가적인 구동 수단을 더 포함할 필요가 없다.

라스터 주사(Raster scan) 방식에 사용되는 멤스 미러(MEMS mirror)는 화면의 해상도와 크기에 따라서 분해 주파수(resonant frequency)를 높여야 하고, 회전 각도를 크게 해야 한다.

보다 구체적인 예로 30㎝ 이격된 10인치 크기의 화면 상에 VGA 정도의 영상을 구현하기 위해서 라스터 주사 방식을 사용한 경우의 멤스 미러는 빠른 축의 주 파수가 15.75㎑이고, 느린 축의 주파수는 최소 60㎐를 필요로 하게된다. 또한, 상술한 경우의 멤스 미러는 빠른 축의 반사각이 45도이고, 느린 축의 반사각은 30도 이내의 범위에서 조절 가능해야된다. 상술한 VGA 보다 향상된 화질의 영상을 구현하기 위해서는 빠른 축의 주파수가 더 큰 멤스 미러를 필요로 한다.

도 3은 도 2에 도시된 라인 주사 방식의 멤스 미러를 도시한 도면이다. 도 3을 참조해서 멤스 미러를 설명한다. 도 2에 도시된 멤스 미러는 라인 주사 방식에 사용가능한 구조로서, 라인 주사는 수직 화상 정보를 가진 공간 광 변조기로부터 입력된 픽셀들을 가로 방향으로 주사시키는 방식을 의미한다. 본 발명에 따른 라인 주사 방식의 멤스 미러는 60㎐ 이 내에서 사용될 수 있다. 또한, 시간 연속(Time sequential) 방식으로 영상을 구현할 경우 최대 180㎐의 주파수를 보장해 주면 되며, 멤스 미러의 속도는 용이하게 구현될 수 있다.

공간 광 변조로부터 입사된 빔이 300㎛, 1.6㎜의 크기를 갖는 경우의 멤스 미러는 30㎝ 이격된 거리에서 10인치의 영상을 구현하기 위해서는 세로 1㎜, 가로 3㎜의 크기를 갖고 40도 이내에서 반사각 조절이 가능해야 된다.

본 발명에 따른 광 스캔장치는 멤스 미러를 포함함으로써 추가적인 구동부의 구성 없이도 광의 반사각 조절이 가능한 이점이 있다. 따라서, 장치의 부피를 소형화시킬 수 있고 전력 소모도 최소화시킬 수 있다. 결과적으로 본 발명은 소형의 전력 소모가 적은 휴대가 용이한 광 스캔장치를 제공하는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 광 스캔장치에 있어서,

   서로 다른 파장을 갖는 가시 파장 대역의 광 각각을 생성하기 위한 적어도 하나 이상의 광원들과;

   상기 각 광의 경로를 변환시키기 위한 필터들과;

   상기 필터로부터 입력된 광을 시준화시키기 위한 시준화 렌즈계와;

   상기 광을 주사가 가능한 형태로 변환시키기 위한 원통형 렌즈와;

   상기 원통형 렌즈로부터 입력된 광을 변조시키기 공간 광 변조기와;

   상기 공간 광 변조기에서 변조된 광을 집광시키기 위한 집광 렌즈계와;

   상기 집광 렌즈계로부터 입력된 광을 스크린에 조사하기 위한 멤스 미러를 포함함을 특징으로 하는 광 스캔장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 광 스캔장치는,

   시준화 렌즈계와 상기 원통형 렌즈의 사이에 위치되며 시준화된 광을 상기 원통형 렌즈로 반사시키기 위한 미러를 더 포함함을 특징으로 하는 광 스캔장치.
3. 제1 항에 있어서, 상기 각 광원들은,

   적색광을 생성하기 위한 제1 반도체 레이저 모듈과;

   녹색광을 생성하기 위한 제2 반도체 레이저 모듈과;

   청색광을 생성하기 위한 제3 반도체 레이저 모듈을 포함함을 특징으로 하는 광 스캔장치.
4. 제1 항에 있어서, 상기 각 필터들은,

   적색광의 경로를 수직 방향으로 변환시키기 위한 제1 필터와;

   녹색광의 경로를 수직 방향으로 변환시키고 상기 적색광을 투과시키기 위한 제2 필터와;

   청색광의 경로를 수직 방향으로 변화시키고 상기 적색 및 녹색광을 투과시키기 위한 제3 필터를 포함함을 특징으로 하는 광 스캔장치.
5. 제4 항에 있어서,

   상기 제1 내지 제3 필터는 다층 박막 구조임을 특징으로 하는 광 스캔장치.

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