KR100686131B1 - 레이저 반점 감소 장치 및 이를 이용한 광학계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화면의 출렁거림이나 밝기 저하 없이 레이저 반점을 감소시킬 수 있는 장치를 제공하기 위한 것으로서, 본 발명에 의한 레이저 반정 감소 장치는 입력되는 빔을 일정 크기로 확산시키며 출사시키는 확산렌즈와 각 렌즈의 회전각에 따라 소정 영역이 투과되도록 서로 다른 오픈된 형태의 패턴을 갖는 2개 이상의 서로 다른 굴절렌즈로 조합되어 상기 확산렌즈에서 출사되는 빔을 서로 다른 빔의 경로를 만들어 출사하는 광학소자와 상기 광학소자에서 투사되어진 빔을 다시 모아서 출사시키는 집속렌즈를 포함하여 구성되어 레이저의 진행경로를 다변화 시켜줌으로 인해서 레이저의 고유한 특성인 간섭성을 줄여 스크린 상에서 레이저 반점을 줄이는 효과를 제공한다.

레이저 반점, Goodman

Description

레이저 반점 감소 장치 및 이를 이용한 광학계{apparatus for speckle reduction in laser and projection system of the same}

도 1 은 본 발명에 따른 레이저 반점 감소 장치를 이용한 광학계를 나타낸 전체 구성도

도 2 내지 도 4 는 본 발명에 따른 레이저 반점 감소 장치를 나타낸 도면

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 광원 200 : 광학소자

310 : 확산렌즈 320 : 집속렌즈

400 : 투사계 500 : 스크린

본 발명은 광학계에 관한 것으로, 특히 조명 검출기가 레이저 조명에 의해 조사된 표면을 관측하여 강도 검출기에 의해 검출된 레이저 반점을 감소시키기 위한 레이저 조명분야에 관한 것이다.

최근 디스플레이 분야의 급격한 발전이 이루어지면서 소비자들은 좀더 밝고 선명한 이미지를 좀더 큰 화면으로 보기를 원하고 있다. 이러한 소비자의 욕구를 충족시키기 위한 수단의 하나로 레이저를 이용한 디스플레이의 개발이 활발하게 진행되고 있다.

하지만 레이저 조명은 간섭성이기 때문에 스크린에 의해 확산될 때, 인간의 눈에 밝고 어두운 간섭무늬인 레이저 반점을 만들게 된다. 따라서 이러한 현상으로 인해서 본래의 이미지를 선명하게 보지 못하게 되는 현상이 나타나게 된다.

이러한 레이저 반점을 없애기 위해 사용된 종래의 방법들은 'Goodman'에 의해 알려진 N개의 무관계(uncorelated) 반점 패턴을 중첩시킴으로서 감소시키고 있다.

즉, Goodman에 의해 알려진 시간평균을 사용하는 진동으로 시청 스크린이나 파이버를 움직임으로써 다중 반점 패턴을 생성한다. 이때 진동은 광학 축을 중심으로 작은 원 또는 작은 타원을 통상적으로 뒤따른다. 이는 반점 패턴이 시청 스크린을 보는 눈에 대해 변이 되도록 하여, 시간에 걸쳐 다중 반점 패턴을 형성한다.

따라서 임의의 시간에서 반점의 양이 변화되지 않더라도, 눈은 진동 속도가 임계 속도 이상이 되는 경우 감소된 반점을 인지한다. 즉, 눈은 진동이 통합 시간 내에서 무관계 반점 패턴을 생성할 만큼 눈에 대한 통합 시간이 충분히 길다면 감소된 반점을 검출하게 된다.

또한, 레이저 조명 디스플레이 분야에서는 회절성 광학소자가 레이저 반점을 감소시키기 위해 레이저 조명 영상 시스템에 부가될 수 있다는 것이 알려져 있다. 즉, 상기 회절성 광학소자는 중간 영상 평면에 또는 중간 영상 평면 근처에 위치되어 디스플레이 스크린에서 변화하는 위상을 생성하기 위해 디스플레이 시스템 광학 층을 중심으로 회전 또는 환상 패턴인 중간 영상 평면에서 이동된다. 이렇게 변화하는 위상은 시간에 따라 무관계 반점 패턴을 생성하여서 시간 평균을 사용하여 감소된 반점을 검출한다.

하지만, 이와 같이 시청 스크린이나 파이버를 움직임으로써 다중 반점 패턴을 생성하여 감소된 반점을 검출하는 방법은 화면의 출렁거림으로 시청에 불쾌감을 유발할 수 있으며, 또한 밝기 저하와 같은 문제점을 가지고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 화면의 출렁거림이나 밝기 저하 없이 레이저 반점을 감소시킬 수 있는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 레이저 빔의 이동경로를 다변화 할 수 있는 광학계를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 광 파이버(Fiber)를 사용하지 않는 광학계를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 반점 감소 장치의 특징은 입력되는 빔을 일정 크기로 확산시키며 출사시키는 확산렌즈와 각 렌즈의 회전각에 따라 소정 영역이 투과되도록 서로 다른 오픈된 형태의 패턴을 갖는 2개 이상의 서로 다른 굴절렌즈로 조합되어 상기 확산렌즈에서 출사되는 빔을 서로 다른 빔의 경로를 만들어 출사하는 광학소자와 상기 광학소자에서 투사되어진 빔을 다시 모아서 출사시키는 집속렌즈를 포함하여 구성되는데 있다.

바람직하게 상기 확산렌즈, 광학소자의 굴절렌즈들 및 집속렌즈는 입사면에 AR 코팅된 것을 특징으로 한다.

삭제

바람직하게 상기 2개 이상의 서로 다른 굴절렌즈는 중심을 축으로 서로 다른 속도 또는 방향성을 갖으며 회전하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광학계의 특징은 빔(beam)의 소스를 제공하는 광원과, 상기 광원에서 빔을 입력으로 일정 크기로 확산시키며 출사시키는 확산렌즈와, 위와 같은 구조로 구성되어 상기 확산렌즈에서 출사되는 빔을 서로 다른 빔의 경로를 만들어 출사하는 광학소자와, 상기 광학소자에서 투사되어진 빔을 다시 모아서 출사시키는 집속렌즈와, 상기 집속렌즈에서 출사되는 빔을 이용하여 스크린에 영상을 확대 투사시키는 투사계를 포함하여 구성되는데 있다.

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

본 발명에 따른 레이저 반점 감소 장치 및 이를 이용한 광학계의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 따른 레이저 반점 감소 장치를 이용한 광학계를 나타낸 전체 구성도이다.

도 1과 같이, 빔(beam)의 소스를 제공하는 광원(100)과, 상기 광원(100)에서 빔을 입력으로 일정 크기로 확산시키며 출사시키는 확산렌즈(310)와, 적어도 2개 이상의 서로 다른 굴절렌즈로 조합되어 상기 확산렌즈(310)에서 출사되는 빔을 서로 다른 빔의 경로를 만들어 출사하는 광학소자(200)와, 상기 광학소자(200)에서 투사되어진 빔을 다시 모아서 출사시키는 집속렌즈(320)와, 상기 집속렌즈(320)에서 출사되는 빔을 이용하여 스크린(500)에 영상을 확대 투사시키는 투사계(400)로 구성된다.

이때, 모든 렌즈 입사면은 무반사(anti-reflection : AR) 코팅을 하여 빔의 반사를 최소화하도록 구성된다.

그리고 상기 광학소자(200)는 도 2 내지 도 4와 같이 구성되며, 이를 통해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도시된 것과 같이, 광학소자(200)는 서로 다른 굴절률을 가지는 렌즈의 조합들로 구성된다. 이때 조합되는 렌즈의 수는 시스템에 따라 다르게 사용될 수 있으며, 본 명세서에서는 실시예로서 4개의 렌즈로 광학소자(200)를 구성한다.

그리고 각각의 렌즈에는 서로 겹쳐있을 때 각 렌즈의 회전각에 따라 소정 영역이 투과되도록 서로 다른 오픈된 형태의 패턴을 갖도록 구성된다.

도 4a 내지 도 4d는 각각의 렌즈에 형성된 패턴의 모양을 나타낸 도면이다.

그리고, 모터에 의해서 상기 각 렌즈는 중심을 축으로 서로 다른 속도 또는 방향성을 갖도록 도 3에서 나타내고 있는 것과 같이 회전한다. 이때, 상기 방향성은 시계 방향 또는 반시계 방향으로의 회전을 의미한다.

이를 위해서는 다수개의 렌즈와 동일한 개수의 모터를 이용하여 각 렌즈의 속도 및 방향을 제어하거나, 또는 서로 다른 회전 속도를 갖는 다수개의 톱니에 각 렌즈의 중심축을 연결하고 하나의 모터의 회전을 통해 각 렌즈의 속도 및 방향을 제어할 수도 있다.

이에 따라 확산렌즈(310)를 투과한 빔은 서로 다른 속도 및/또는 방향성을 갖는 4개의 렌즈로 구성된 광학소자(200)의 각 렌즈에 각각 형성된 패턴을 통해 16종류의 서로 다른 빔의 경로를 생성하게 된다. 그리고 이 서로 다른 빔의 경로를 통해 투과된 빔은 집속렌즈(320)를 통해 다시 모아서 출사되게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 레이저 반점 감소 장치를 이용한 광학계의 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 레이저 광원(100)에서 나온 빔은 확산렌즈(310)의 입사면으로 받아 들여서 이를 일정한 크기로 확산시키면서 진행되게 된다.

이렇게 상기 확산렌즈(310)에서 확산되어서 나온 빔은 그대로 회전하고 있는 광학소자(200)로 진행을 하게 된다.

그러면 상기 광학소자(200)는 적어도 2개 이상의 서로 다른 굴절렌즈로 조합되어 서로 다른 방향 및/또는 속도를 통한 회전을 통해 상기 확산렌즈(310)에서 출사되는 빔을 서로 다른 빔의 경로를 만들어 출사시키게 된다.

이때, 각 렌즈의 회전을 통해 빔은 각 렌즈를 통과하는 시간 동안에 빔이 렌즈를 통해서 지나가는 부분과 통과하지 않고 지나가는 부분으로 나눌 있도록 부분적으로 패턴이 되어 있다.

그러면, 각 렌즈의 패턴을 통해서 렌즈를 통과하는 빔은 다수개의 렌즈와 에어(air)를 반복적으로 통과하게 된다.

이러한 과정을 통해서 광학소자(200)를 통과하는 동안에 빔의 경로는 계속적으로 바뀌어지게 된다. 이러한 빔의 경로 변화로 인하여 스크린 상에는 서로 다른 레이저 반점 패턴이 독립적으로 생기게 된다.

이렇게 생긴 서로 독립적인 레이저 반점 패턴들이 스크린 상에서 보여질 때는 이러한 패턴들의 평균으로 보여지기 때문에 레이저 반점을 줄이는 것과 같은 효과를 나타낸다.

결과적으로 레이저 빔에서 나온 빔은 진술한 광학소자(200)를 거치는 동안 본래 가지고 있던 간섭(Coherency) 성질이 줄어들게 되고, 이는 스크린 상에서 레이저 반점의 감소로 나타나게 된다.

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.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 레이저 반점 감소 장치 및 이를 이용한 광학계는 레이저의 진행경로를 다변화 시켜줌으로 인해서 레이저의 고유한 특성인 간섭성을 줄여 스크린 상에서 레이저 반점을 줄이는 효과가 있다.

따라서, 본 발명은 레이저를 광원으로 하는 디스플레이 분야에 적용하여 보 다 선명한 이미지를 구현하는 효과를 볼 수 있다.

Claims (5)

1. 입력되는 빔을 일정 크기로 확산시키며 출사시키는 확산렌즈와,

   각 렌즈의 회전각에 따라 소정 영역이 투과되도록 서로 다른 오픈된 형태의 패턴을 갖는 2개 이상의 서로 다른 굴절렌즈로 조합되어 상기 확산렌즈에서 출사되는 빔을 서로 다른 빔의 경로를 만들어 출사하는 광학소자와,

   상기 광학소자에서 투사되어진 빔을 다시 모아서 출사시키는 집속렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 반점 감소 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 확산렌즈, 광학소자의 굴절렌즈들 및 집속렌즈는 입사면에 무반사(anti-reflection : AR) 코팅된 것을 특징으로 하는 레이저 반점 감소 장치.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 2개 이상의 서로 다른 굴절렌즈는 중심을 축으로 서로 다른 속도 및 방향성 중 적어도 하나 이상을 갖으며 회전하는 것을 특징으로 하는 레이저 반점 감소 장치.
5. 빔(beam)의 소스를 제공하는 광원과,

   상기 광원에서 빔을 입력으로 일정 크기로 확산시키며 출사시키는 확산렌즈와,

   청구항 1항의 구조로 구성되어 상기 확산렌즈에서 출사되는 빔을 서로 다른 빔의 경로를 만들어 출사하는 광학소자와,

   상기 광학소자에서 투사되어진 빔을 다시 모아서 출사시키는 집속렌즈와,

   상기 집속렌즈에서 출사되는 빔을 이용하여 스크린에 영상을 확대 투사시키는 투사계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광학계.

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