KR100695130B1 - 하이브리드 광통합/분리 소자를 채용한 레이저 영상투사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 광통합/분리 소자를 채용한 레이저 영상투사장치에 관한 것이다. 본 발명의 한 유형에 따르면, 백색광 레이저 광원; 상기 광원에서 방출된 백색광을 서로 다른 파장을 갖는 3개의 광으로 분리하는 광분리소자; 상기 광분리소자에서 분리된 각각의 파장의 광을 외부로부터 입력되는 영상신호에 따라 변조시키는 3중채널 음향광학 변조기; 상기 3중채널 음향광학 변조기로부터 변조된 각각의 파장의 광을 통합하여 하나의 혼합광으로 만들는 광통합소자; 및 상기 광통합조자에 의해 혼합된 광을 스크린에 주사시키기 위한 주사수단;을 구비하는 레이저 영상투사장치에서, 상기 광분리소자는, 제 1 파장의 광만을 투과시키고 다른 파장의 광은 반사시키는 제 1 다이크로익 미러와 제 2 파장의 광만을 투과시키고 다른 파장의 광은 반사시키는 제 2 다이크로익 미러가 나란하게 접합된 제 1 미러 및 상기 제 1 다이크로익 미러와 제 2 다이크로익 미러에서 반사된 광을 반사시키는 제 2 미러가 서로 평행하게 대향하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 광통합/분리 소자를 채용한 레이저 영상투사장치{Color laser display apparatus adopting an optical devision/integration element}

도 1은 종래의 레이저 영상투사장치를 도시한다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 레이저 영상투사장치를 개략적으로 도시한다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 영상투사장치를 개략적으로 도시한다.

도 4는 본 발명에 따른 빔경로 확대기를 도시한다.

도 5는 본 발명에 따른 광분리소자를 예시적으로 도시한다.

도 6은 본 발명에 따른 광통합소자를 예시적으로 도시한다.

도 7은 본 발명에 따른 광통합소자의 다른 예를 도시한다.

도 8은 본 발명에 따른 광통합소자의 또 다른 예를 도시한다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 영상투사장치를 개략적으로 도시한다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

100.....레이저 영상투사장치 110.....광원

120.....광경로확장기 200.....광분리소자

260.....음향광변조기 300.....광통합소자

본 발명은 하이브리드 광통합/분리 소자를 채용한 레이저 영상투사장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하이브리드 광통합/분리 소자를 이용하여 초소형으로 구현된 레이저 영상투사장치에 관한 것이다.

21세기 멀티미디어 사회 생활을 원활이 하는데 필요한 디스플레이 화면의 크기는 적어도 60 인치 이상은 되어야 할 것이다. 기존의 대표적 영상 표시 수단은 텔레비전 수상기의 음극선관(CRT)이나 액정표시소자(LCD)와 같은 평판소자이다. 그러나 음극선관이나 액정표시소자는 40 인치 대화면화할수록 제작이 어렵고 해상도가 떨어져 실용화하는데 한계가 있다. 따라서 종래의 대화면화의 실현은 음극선관이나 액정표시소자에 나타나는 영상을 렌즈로 확대하여 스크린에 투사하므로써 가능하였다. 영상을 렌즈로 확대하여 투사하는 방법은 표시되는 영상을 단지 확대하므로 스크린에 투영되는 화질이 선명하지 못하며 영상표시 수단의 온도 특성상 광원의 출력이 제한되어 휘도가 낮은 등의 문제점이 있다.

따라서 이러한 문제점을 해결 할 수 있는 레이저를 이용한 영상투사장치가 개발되고 있다. 레이저를 디스플레이에 사용했을때 얻을 수 있는 장점은 이미 앞절에서 설명된 바와 같다. 하지만 지금까지 개발된 레이저 디스플레이 장치가 가정용으로 사용되기 위해 가장 시급히 해결해야 할 난제는 소형 저가화이다. 지금까지 개발된 상당히 콤팩트(compact)한 구조(미국 특허 제4,533,215호, 미국 특허 제4,720,747호, 미국 특허 제5,253,073호, 미국 특허 제5,311,321호)도 큰 부피와 고가로서 레이저 디스플레이의 가정용화에 한계를 넘지 못한다.

도 1은 종래의 일반적인 레이저 영상투사장치의 도식적 구조도이다. 광원(10)은 레이저 광원으로서 백색광 레이저 또는 R, G, B 각각에 대한 가스(gas) 레이저가 될 수 있다. 이 광원(10)의 광경로 상에는 광원에서 발생되는 레이저 빔의 경로를 바꾸어주는 고반사 미러(21), 레이저 빔을 평행광으로 만들어 주는 콜리메이팅 렌즈(22), 평행광의 크기를 조정해주기 위한 텔리스코핑 렌즈계(23,24)로 구성된 광학계(20)가 배치된다.

광분리부(25)는 광학계(20)의 텔리스코핑 렌즈계(23, 24)로부터 입사된 백색광의 레이저 빔을 적, 녹, 청색의 단색광으로 분리하여 준다. 광분리부(25)는 두 개의 다이크로익 미러(67a, 68a)와 하나의 고반사 미러(69a)를 구비한다. 다이크로익 미러(67a, 68a)는 백색광을 적, 녹, 청색광으로 분리시켜 주며, 고반사 미러(69a)는 단색광의 광경로를 변경시켜 준다. 여기서 R, G, B 각각에 개별 레이저 광원이 사용되면 광분리 광학계를 사용하지 않을 수 있다.

적, 녹, 청색광으로 분리된 레이저 빔은 포커싱 렌즈(64a, 65a, 66a)에 의해 음향광변조기(61, 62, 63)로 집속되며, 영상신호에 의해 광변조된다. 광변조기의 비디오 신호 처리속도는 광변조기를 투과하는 레이저빔의 직경에 관계되고 빔의 직경이 적을수록 처리속도가 빨라진다. 포커싱렌즈는 광변조기에서 충분한 광신호 처리속도를 얻을 수 있도록 레이저 빔을 집속 시키는 역할을 한다.

광변조기 뒷단에는 레이저 빔을 포커싱 렌즈(64a, 65a, 66a) 입사전의 평행광 형태로 복구시키기 위한 콜리메이팅 렌즈(64b, 65b, 66b)가 위치한다.

광통합부(65)는 변조된 단색광의 빔들을 하나로 모아준다. 이는 광주사를 효과적으로 해주기 위함이다. 광통합부는 두 개의 다이크로익 미러(67b, 68b)와 하나의 고반사 미러(69b)를 구비한다. 다이크로익 미러(67b, 68b)는 적, 녹, 청색광을 백색광으로 다시 통합시켜 주며, 고반사 미러(69b)는 하나의 단색광의 광경로를 변경시켜 준다.

통합된 광은 갈바노미터(70)에 의해 수직 주사되며, 폴리고널 미러(80)에 의해 수평 주사되어 스크린(90) 상에 화상을 구성한다. 갈바노미터(70)는 수직 동기 신호에 의해 동기된 속도로 상하 진동하며, 폴리고널 미러(80)는 수평 동기 신호에 의해 동기된 속도로 고속 회전한다. 즉, 변조된 광은 갈바노미터(70)에 의해 주사 경로가 세로 방향으로 변화하게 되고 폴리고날 미러(80)에 의해 주사 경로가 가로 방향으로 변화하게 되어 스크린(90)의 전면에 화상을 구성하게 된다. 갈바노미터(70)와 폴리고널 미러(80) 사이에는 릴레이 렌즈계(31, 32)가 설치되어 있어서 수직 주사된 레이저 빔이 수평 주사면인 폴리고널 미러(80)면의 유효 면적 내로 입사되도록 광을 모아주는 역할을 한다. 릴레이 렌즈계(31, 32)는 동일한 초점 거리를 가지는 렌즈 두 개로 구성되었으며, 초점 거리의 합 만큼의 간격을 두어 배치된다. 필요할 경우 폴리고널 미러(80) 앞 단에는 fθ 렌즈계(34)가 설치된다.

이상과 같은 구조에서 화상의 크기는 주사 각도에 의해 좌우되며, 주사 각도는 수평 주사각도에 의해 결정된다. 또한 수평주사 각도는 폴리고널 미러의 회전미 러 면수에 의해서 정해진다. 수평주사 각도(θ)는 720°/ 미러면수에 의해 결정된다.

따라서 24면체의 폴리고널 미러의 경우 수평주사 각도는 30°로 고정되게 된다. 반면에 갈바노미터는 단지 상하 진동하므로 수직주사 각도를 임의로 조정할 수 있다. 이와 같은 구조에서는 결국 영상 신호에 따라 4:3의 화면비를 갖는 영상을 구성하기 위해서 폴리고널 미러의 수평주사 각도에 맞추어 갈바노미터의 수직주사 각도를 조정하여야 한다.

NTSC 영상 신호에 의하여 동영상을 구현하기 위해서는 525개의 수평 주사선으로 매초 30장의 화면이 구성되어야 한다. 이것에 의하면 수평주사 속도는 15.75kHz가 된다. 이와 같은 주사 속도를 처리하기 위해서는 24면체의 폴리고널 미러의 경우 39,375rpm의 속도로 회전하여야만 한다.

이상과 같이 종래에 고안된 레이저 영상투사장치의 경우, 현재까지 개발된 대부분의 시스템은 크기가 2m x 2m x 1.5m를 상회하고 가격도 억대를 넘는다. 이렇게 시스템이 대형이고 고가인 원인은 우선 요구되는 스크린 크기에서 충분한 크기의 휘도를 얻도록 최소 수 와트(Watt) 이상의 충분한 출력을 가지는 R, G, B 레이저 광원이 필요하다. 현재까지 개발된 레이저 광원으로서 이에 충족하는 것은 가스레이저 뿐이다. 따라서 광원자체가 고가이고 대형이다. 그 다음 큰 부피를 차지하고 고가이게 하는것으로서 광변조기 및 관련 광학계, 광분리 및 통합 광학계, 광주사(scanning)에 필요한 광학계등 종래에는 이들을 각각 개별 광학 소자를 사용해 구성 되었으므로 많은 면적과 이에 수반된 큰 부피 그리고 많은 개별 부품을 사용 함에 기인한 고가화등의 문제가 있었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점들을 개선하기 위한 것으로서, 하이브리드 광통합/분리 소자를 이용하여 콤팩트한 대화면 레이저 영상투사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 한 유형에 따르면, 백색광 레이저 광원; 상기 광원에서 방출된 백색광을 서로 다른 파장을 갖는 3개의 광으로 분리하는 광분리소자; 상기 광분리소자에서 분리된 각각의 파장의 광을 외부로부터 입력되는 영상신호에 따라 변조시키는 3중채널 음향광학 변조기; 상기 3중채널 음향광학 변조기로부터 변조된 각각의 파장의 광을 통합하여 하나의 혼합광으로 만들는 광통합소자; 및 상기 광통합조자에 의해 혼합된 광을 스크린에 주사시키기 위한 주사수단;을 구비하는 레이저 영상투사장치에서, 상기 광분리소자는, 제 1 파장의 광만을 투과시키고 다른 파장의 광은 반사시키는 제 1 다이크로익 미러와 제 2 파장의 광만을 투과시키고 다른 파장의 광은 반사시키는 제 2 다이크로익 미러가 나란하게 접합된 제 1 미러 및 상기 제 1 다이크로익 미러와 제 2 다이크로익 미러에서 반사된 광을 반사시키는 제 2 미러가 서로 평행하게 대향하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 유형에 따르면, 제 1 내지 제 3 파장의 광을 각각 발생시키는 레이저 광원; 상기 광원에서 방출된 서로 다른 파장을 갖는 3개의 광을 외부로부터 입력되는 영상신호에 따라 변조시키는 3중채널 음향광학 변조기; 상기 3중채 널 음향광학 변조기로부터 변조된 각각의 파장의 광을 통합하여 하나의 혼합광으로 만들는 광통합소자; 및 상기 광통합조자에 의해 혼합된 광을 스크린에 주사시키기 위한 주사수단;을 구비하는 레이저 영상투사장치에서, 상기 3중채널 음향광학 변조기에 의해 변조된 각각의 파장의 광을 평행광으로 바꾸는 콜리메이팅 렌즈가 상기 3중채널 음향광학 변조기의 각 광출사면에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 영상투사장치의 구성 및 동작에 대해 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 레이저 영상투사장치(100)의 구성을 개략적으로 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 영상투사장치(100)는, 3원색 레이저빔을 발생하는 광원부(110), 3원색 레이저에 영상 신호를 실어주는 3채널 음향광변조기(260)(또는 전기광변조기, 전기광변조기를 사용하는 경우에는 상기 전기광변조기 앞단에 상기 전기광변조기로부터 변조된 각각의 파장의 빛을 직선편광시키기 위한 3개의 분극기가 설치된다), 3원색광을 3 채널 음향 광변조기(260)의 각 채널에 각각의 색을 입사하도록하는 하이브리드 광분리기(200), 음향광변조기(260)의 각 채널에서 광변조된 3 색 레이저 빔을 색합성되도록 하나의 빔으로 합쳐주는 하이브리드 광통합기(300), 색합성된 레이저빔을 스크린에 영상을 형성 시키기위한 레이저빔 주사(scanning) 수단(400), 주사된 빔을 효과적으로 반사 또는 투사시켜 영상을 형성하는 스크린(500), 음향광 변조기에서 충분한 신호처리속도를 얻을수 있는데 필요한 적절한 레이저빔 직경이 되도록 해주는 집속렌즈(112), 집속된 레이저광이 하이브리드 삼색광 분리기를 거쳐 분리된 삼색 각각 의 빔이 음향 광 변조기에 도달했을때 하이브리드 광분리기의 광 분리시 각색의 광경로 차에의해 생기는 각 채널 상호간의 광경로차를 보상해주는 위상보상 크리스탈(crystal)(250)(이 소자는 광경로차가 심각한 문제가 되지 않을 경우 삽입하지 않아도 된다), 음향광변조기(260)를 통과한 광을 평행빔으로 바꾸어 주는 콜리메이팅 렌즈(261-263), 집속렌즈(112)와 음향광변조기(260) 사이 또는 음향광변조기(260)와 주사수단(400) 사이의 광경로가 긴 경우(수십 cm) 이 긴 광경로가 차지하는 공간을 수 cm대로 축소해주는 BPE(Beam Pass Expander)(120), 그리고 비디오 신호를 전자적으로 처리해 시스템을 구동해주는 구동회로(270)로 구성된다.

특히, 본 발명은 광학계, 광분리/통합, 광변조의 초소형화에 관한 것으로서, 도 1에서 볼 수 있는 종래의 일반적인 레이저 디스플레이 시스템에서는 삼원색 광 분리부(25)의 3개의 광부품(67a, 68a, 69a), 삼원색의 각각에 대한 집속렌즈(64a, 65a, 66a), 삼원색에 대한 각각의 음향광변조기(61, 62, 63), 삼원색의 각각에 대한 콜리메이팅 렌즈(64b, 65b, 66b), 광통합부(65)의 3개의 광부품(67b, 68b, 69b)등이 본 발명의 구조에서는 하이브리드화하거나 하나의 소자로 통합된다. 즉, 종래의 광분리부(25)의 3개의 광부품은 본 발명에서 하나의 하이브리드 광분리기(200)로 통합 단순화되었다. 또한, 종래의 3개의 집속렌즈(64a, 65a, 66a)의 경우, 본 발명에서는 하나의 집속렌즈(200)만 사용하도록 되었고, 종래의 3개의 음향광변조기는 본 발명에서 하나의 3채널 음향광변조기(260)로 통합되었다. 그리고, 종래의 3개의 개별적인 콜리메이팅 렌즈(64b, 65b, 66b)는 본 발명에서 3채널 음향광변조기(260)에 일체로 형성되어 있다. 또, 종래의 광통합부에 사용된 3개의 광부품 (67b, 68b, 69b)은 본 발명에서는 하나의 하이브리드 광통합기(300) 또는 광필터 프리즘으로 통합되었다. 더욱이, BPE(120)를 사용하여 긴 광경로가 차지하는 공간을 축소할 수 있도록 고안되어 있다. 이와 같이 본 발명의 구조에서와 같은 구조를 사용하면 레이저 영상투사장치의 크기를 대폭 축소할 수 있어 시스템의 단순화 소형화를 실현할 수 있다.

이러한 구조의 레이저 영상투사장치(100)의 동작은 다음과 같다. 먼저, 백색광(110)을 3채널 음향광변조기(260)에서 요구되는 비디오 신호처리속도를 얻을수 있도록 집속렌즈(112)를 통해 집속해 준다. 집속된 빔의 집속점이 음향광변조기 내에서 집속되도록 집속거리와 음향광변조기 사이의 광경로 거리가 선정되어야 한다. 음향광변조기(260)에서 신호처리속도는 음향광변조기(260)를 통과하는 레이저빔의 직경에 비례하여 빨라진다. 5MHz NTSC 일반 비디오 신호를 처리하기 위해서는 집속점에서 빔직경이 250㎛ (음향광변조기의 carrier 주파수가 150MHz일 경우) 정도가 되도록 집속해야 한다. 집속된 빔은 반사경(113,130)을 거쳐 하이브리드 광분리기(200) 입사면에 소정의 입사각으로 입사된다.

이때, 집속거리가 수십cm 정도로 긴 경우, 차지하는 공간을 수 cm대로 대폭 축소할 목적으로, 집속렌즈(112)와 하이브리드 광분리기(200) 사이에 빔경로확대기(Beam Pass Expander; BPE)(120)를 삽입할 수 있다. 따라서, 집속거리가 10cm이하로 짧은 거리일 경우 BPE를 사용하지 않아도 된다. BPE(120)를 사용함으로써 긴 집속거리의 공간 축소 효과를 얻는 원리는, 직선상의 거리를 여러 번 접어(folding) 공간은 축소되고 광경로 거리는 같게 하는 것이다. 도 4는 상기 BPE(120)의 구조를 자세히 도시하고 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 BPE(120)는, 소정의 굴절율을 가진 매질내로 소정의 파장을 가진 광을 반사없이 입사시키기 위해 비반사막이 형성된 입사면(121);과 상기 입사면(121)으로부터 입사된 광을 매질내로 전반사시키기 위해 상기 매질의 굴절율로부터 결정되는 전반사각도로 절단된 제 1 전반사면(125);과 상기 제 1 전반사면(125)으로부터 반사된 빛을 상기 전반사각도로 상기 매질내로 전반사시키기 위해 상기 전반사각도로 절단된 제 2 전반사면(126);과 상기 제 2 전반사면(126)으로부터 반사된 빛을 상기 매질내로 전반사시켜 소정의 광경로만큼 진행시키기 위해 상기 전반사각도로 절단된 적어도 하나의 제 3 전반사면(127,128);과 상기 제3 전반사면(127,128)으로부터 반사된 광을 매질 밖으로 출사시키기 위해 비반사막이 형성된 출사면(122)으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

하이브리드 광분리기(200)는 입사한 백색광을 적(R), 녹(G), 청(B)의 삼원색으로 분리시켜 주는 역할을 한다. 본 발명에 사용된 하이브리드 광분리기(200)의 구조는 도 5에 자세히 도시되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 하이브리드 광분리기(200)는, 입사광에 대해 제 1 파장의 빛만을 투과시키고 다른 파장의 빛에 대해서는 반사시키는 제 1 다이크로익 미러(Dichroic Mirror)(211);와 상기 제 1 다이크로익 미러(211)로부터 반사된 빛을 반사시키는 광대역 고반사 미러(213);와 상기 광대역 고반사 미러(213)로부터 반사된 빛에 대해 제 1 파장과 다른 제 2 파장의 빛만을 상기 투과된 제 1 파장의 빛과 평행한 방향으로 투과시키고 다른 파장의 빛에 대해서는 반사시키는 제 3 다이크로익 미러(215);를 포함한다. 광대역 고반사 미러(213)는 또한 상기 제 3 다이크로익 미러(215)로부터 반사된 상기 제 1 및 제 2 파장과 다른 제 3 파장을 갖는 빛을 반사시킨 후 상기 투과된 제 2 파장의 빛과 평행한 방향으로 투과시킨다. 상기 제 1 및 제 3 다이크로익 미러(211,215)와 상기 광대역 고반사 미러(213) 사이에는 상기 입사광 및 반사광이 진행하는 공기와 같은 매질(12)이 존재한다.

여기서, 상기 광분리기(200)의 출사빔간(B와G 사이, G와R 사이)의 간격은 백색광의 입사각과 두 평판 미러 사이의 간격에 의해 결정된다. 음향광변조기(260)의 각 채널간의 빔간격은 채널의 상호 크로스토크(crosstalk)를 충분히 제거하는 것을 감안할 때 약 5mm 정도가 필요하므로, 광분리기(200)의 빔입사각과 두 평판 미러의 설치 간격은 이를 감안해 설정한다. 예컨대, 빔 입사각이 30°일 경우, 빔간격 5mm가 되도록 하기 위해서는 두 평판간의 분리 간격 d는 2x5cos(60°)의 관계에서 8.66mm가 필요하다. 하이브리드 광분리기(200)는, 두께 1mm 유리 기판으로 제작하다면, 그 총 크기는 최대 넓이(3원색 분리방향) 2cm, 폭(두 평판 분리 간격 + 두 기판 두께의 합) 1.2cm 를 초과하지 않는 초소형이 된다. 이는 종래의 개별 소자를 사용한 경우 광 분리기가 차지하는 공간 크기인 약 20cm x 10cm x 10cm에 비해 대폭 소형화 된 것이다. 크기의 축소 면에서 뿐만 아니라, 광 정열(alignment) 면에서도 종래의 각개별 소자의 복잡한 정렬 방법에서 자동정열(self-alignment)로 단순화되는 정열상의 향상 효과도 얻어진다.

하이브리드 광분리기(200)로부터 일정 빔간격을 유지하며 평행하게 분리된 B, G, R의 집속된 빔은 3채널 음향광변조기(260)의 각 해당 채널로 입사된다. 앞서 설명한 바와 같이, 음향광변조기에서 레이저빔이 광변조될 때, 외부에서 가해지는 비디오 신호의 처리속도는 집속된 레이저 빔의 직경에 관련되어 있다. 따라서, 각 채널별 신호처리 속도를 일정하게 하기 위해서는, 3채널 음향광변조기의 각 채널상에 같은 점에서 B, G, R의 모든 빔이 집속되어야 한다. 위상 보상 크리스탈(250)은 음향광변조기의 B, G, R 각 채널상의 같은 점에서 집속점(focucing point)이 맺히도록 하기 위한 광경로 보상기이다.

도 2의 하이브리드 광분리기(200)의 각 빔의 출사점에서 비교해 본 광경로차는, R의 경우 B의 출사점에 비해 제일 긴 경로를 취하고, G의 경우 B의 출사점에 비해 다음으로 긴 광경로를 취한다. 따라서 도 2에서 위상보상 크리스탈(250)이 삽입되지 않을 경우, 각 빔의 집속 빔경이 다르게 되어 음향 변조기에서 각 채널별 신호처리 속도가 다르게 되고, 광변조 효율이 떨어지는 결과를 초래한다. 음향광변조기(260)에서 광변조 효율은 평행광일 때 최대의 변조 효율이 되며 레이저 빔의 집속광에서는 집속점 근처에서 거의 평행광 상태가 유지 되다. 위상보상 크리스탈(250)의 역할은 길이가 각각 d1과 d2인 위상보상결정(예컨대, 광투명 유리 등)을 삽입해 음향 광변조기(260)에서 B, G, R빔이 동일선상에서 집속되도록 하기 위함이다. 그러나, 집속렌즈의 집속거리가 긴(수십cm) 경우에는, 이 위상보상 크리스탈(250)을 삽입하지 않아도 된다. 집속길이가 긴 경우, 비록 집속점이 각각 다른 위치에서 맺힌다 해도 빔의 직경 차가 무시할 만큼 적게 되기 때문이다.

위상보상기(250)에 의해 광경로가 같게 조정된 B, G, R빔은 3채널 음향광변조기(260)에 입사된다. 상기 3채널 음향광변조기(260)에 입사된 각 빔은 각 채널에 해당하는 비디오신호에 따라 빔의 세기가 변조된다. 3채널의 전극간 간격은 채널상 호간의 크로스토크를 제거하는데 필요한 전극 분리거리를 감안해 5mm정도 분리되어 부착되므로, 3채널 음향 광변조기(260)의 전체 크기는 2cm(전극과 나란한 쪽) x 1cm(두께;레이저 빔이 통과 하는 방향) X 1cm (높이;음향탄성파가 진행하는 방향) 정도가 된다. 이는 종래의 삼원색 각채널마다 개별소자를 사용할 때 필요한 설치공간 약 20cm x 5cm x 10 cm에 비해 크게 축소화 할 뿐만 아니라, 제작비용과 원가 절감의 효과도 얻을 수 있다.

한편, 3채널 음향광변조기(260)에서 변조된 각 광의 광출사면에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 콜리메이팅 렌즈(261-263)가 일체로 형성되어 있다. 3채널 음향광변조기(260)에서 변조된 각각의 RGB 광은 상기 콜리메이팅 렌즈(261-263)에 의해 평행광으로 바뀐다. 따라서, 종래와는 달리 별도의 콜리메이팅 렌즈(261-263)를 사용할 필요가 없어, 공간을 더욱 절약할 수 있다.

이렇게 3채널 음향광변조기(260)와 콜리메이팅 렌즈(261-263)를 통과한 광변조된 삼원색 빔은 각각 일정 간격을 유지하며 평행하게 하이브리드 광통합기(300)로 입사한다. 광통합기(300)의 역할은 분리된 삼원색의 각 빔을 하나로 통합하기 위한 것이다. 광통합기(300)에 의해 하나로 통합된 빔은 비디오 신호에 따라 칼라가 형성된 빔이 된다.

도 2의 하이브리드 광통합기(300)의 동작 원리는 도 2의 하이브리드 광분리기(200)의 동작 프로세스(process)와 반대의 과정이다. 도 6은 이러한 하이브리드 광통합기(300)를 보다 상세히 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 하이브리드 광통합기(300)는, 상기 변조기(260)에 의해 변조된 3개의 빛 중 매질(308)인 공기내 로 입사된 제 1 파장의 빛을 상기 매질 내로 1차 반사시키는 반사막(304);과 상기 제 1 파장과 다른 제 2 파장의 빛만을 투과시키고 다른 파장의 빛에 대해서는 반사시키는 제 2 다이크로익 미러(305);와 상기 제 1 파장 및 상기 제 2 파장과 다른 제 3 파장의 빛만을 투과시키고 다른 파장의 빛에 대해서는 반사시키는 제 4 다이크로익 미러(306);를 포함한다. 상기 제 2 다이크로익 미러(305)는 또한 상기 1차 반사된 제 1 파장의 빛을 상기 매질내로 2차 반사시키며, 상기 2차 반사된 제 1 파장의 빛과 상기 제 1 파장 빛의 2차 반사지점에서 상기 제 2 다이크로익 미러(305)에 의해 상기 매질내로 투과된 제 2 파장의 빛이 합쳐져 만든 제 1 합성빛은 상기 반사막(304)에 의해 매질내로 3차 반사되고, 상기 3차 반사된 제 1 합성빛은 상기 제 4 다이크로익 미러(306)에 의해 상기 매질내로 4차 반사된다. 마지막으로, 상기 4차 반사된 제 1 합성빛과 상기 제 1 합성빛의 4차 반사지점에서 상기 제 4 다이크로익 미러(306)에 의해 상기 매질내로 투과된 제 3 파장의 빛이 합쳐져 만든 제 2 합성빛은 출사광(307)로서 상기 매질밖으로 출사된다.

하나의 빔으로 합쳐진 빔은 주사수단(400)에 입력되며, 주사수단(400)에 의해 수평주사와 수직주사가 된다. 이 수평 및 수직 주사된 빔은 스크린(500)에 투사되고 스크린에서 영상이 형성된다. 수평주사 수단에 사용되는 대표적인 것으로 폴리곤 미러(고속 회전 다면경 미러)가 있으며, 수직 주사에는 갈바노메터를 사용한다. 최근 MEMS 기술의 급격한 발달로 마이크로 미러 어레이(예; DMD등)등이 많이 개발되고 있고 이러한 소자를 수평 및 수직 주사수단에 적용하면 주사수단(400)을 매우 소형화할 수 있다.

이때, 광통합기(300)와 주사수단(400) 사이에에서 차지하는 공간을 축소할 목적으로, 광통합기(300)와 주사수단(400) 사이에 BPE(120)를 삽입할 수도 있다.

한편, 도 2의 실시예에서는 백색광 레이저 광원(110)이 사용되었나, 도 3과 같이, 삼원색 각각에 대한 개별 레이저(110R,110G,110B)가 사용될 수도 있다. 이렇게 개별 레이저(110R,110G,110B)가 사용되는 경우, 도3에 나타낸 것과 같이, 상기 광원(110R,110G,110B)과 상기 광변조기(260)의 각 채널간의 간극을 감안해 각 레이저빔이 광변조기의 각 채널에 정확히 입사할 수 있도록, 광경로를 조정해주는 전반사 미러(TIR mirror, 350)를 구비한다. 대신, 도 2에 도시되었던 하이브리드 광분리기(200)는 사용할 필요가 없다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 광필터 프리즘을 이용한 광통합기를 사용하는 경우이다. 이러한 광필터 프리즘을 이용한 광통합기(300)는 도 7에 상세히 도시되어 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제 1 파장의 광을 전반사시키는 전반사미러(311); 상기 전반사미러(311)에서 반사된 제 1 파장의 광은 직진 투과시키고 제 2 파장의 광은 반사시켜 상기 제 1 및 제 2 파장의 광이 동일 경로로 진행하도록 하는 제 1 이색필터(313); 및 상기 제 1 이색필터(313)를 경유하여 입사된 제 1 및 제 2 파장의 광은 반사시키고 제 3 파장의 광은 직진 투과시켜 상기 제 1 내지 제 3 파장의 광이 동일 경로 진행하도록 하는 제 2 이색필터(315)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 광필터 프리즘을 이용한 광통합기(300)에서, 상기 제 1 내지 제 3 파장의 광이 각각 입사되는 입사면과, 출사되는 출사면은 대략 1% 미만의 반사율을 가 지도록 비반사 코팅된 것이 바람직하다. 그리고, 상기 전반사미러(311)는 상기 제 1 파장의 광에 대해 대략 99%의 반사율을 가지도록 코팅 형성된 것이 바람직하다. 상기 제 1 이색필터(313)는 상기 제 1 파장의 광에 대해 대략 95%의 투과율을 가지고, 상기 제 2 파장의 광에 대해 대략 99%의 반사율을 가지도록 코팅 형성된 것이 바람직하다. 또한, 상기 제 2 이색필터(315)는 상기 제 1 이색필터(313)를 경유하여 입사된 제 1 및 제 2 파장의 광에 대해 대략 99%의 반사율을 가지고, 제 3 파장의 광에 대해 대략 95%의 투과율을 가지도록 코팅 형성된 것이 바람직하다.

한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 내지 제 3 파장의 광이 각각 입사되는 입사면에 콜리메이팅 렌즈(316-318)를 일체로 형성할 수 있다. 이 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 음향광변조기(260)의 출사면에는 콜리메이팅 렌즈를 형성할 필요가 없다. 이렇게, 광통합기(300)의 입사면에 콜리메이팅 렌즈를 일체로 형성하면, 별도의 콜리메이팅 렌즈를 사용할 필요가 없으므로 공간이 절약된다.

본 발명은 고화질의 콤팩트 레이저 영상투사장치의 실현을 위한 것이다. 본 발명에 따르면, 하이브리드 광분리기, 위상 보상기, 3채널 음향광변조기, 하이브리드 광통합기는 한 모듈에 집적할 수 있다. 따라서, 종래의 개별 광학 부품을 사용해 실현했을 경우에 비해 수십배의 부피 축소 효과를 얻게 되며, 제조 원가 절감, 제작의 단순화, 특히 광 정열이 거의 자동정열되므로 광 정열 면에서도 종래에 비해 훨씬 유리하다.

Claims (11)

1. 백색광 레이저 광원; 상기 광원에서 방출된 백색광을 서로 다른 파장을 갖는 3개의 광으로 분리하는 광분리소자; 상기 광분리소자에서 분리된 각각의 파장의 광을 외부로부터 입력되는 영상신호에 따라 변조시키는 3중채널 음향광학 변조기; 상기 3중채널 음향광학 변조기로부터 변조된 각각의 파장의 광을 통합하여 하나의 혼합광으로 만들는 광통합소자; 및 상기 광통합조자에 의해 혼합된 광을 스크린에 주사시키기 위한 주사수단;을 구비하는 레이저 영상투사장치에 있어서,

   상기 3중채널 음향광학 변조기에 의해 변조된 각각의 파장의 광을 평행광으로 바꾸는 콜리메이팅 렌즈가 상기 3중채널 음향광학 변조기의 각 광출사면과 일체로 형성되어 있으며,

   상기 광분리소자는, 제 1 파장의 광만을 투과시키고 다른 파장의 광은 반사시키는 제 1 다이크로익 미러와 제 2 파장의 광만을 투과시키고 다른 파장의 광은 반사시키는 제 2 다이크로익 미러가 나란하게 접합된 제 1 미러 및 상기 제 1 다이크로익 미러와 제 2 다이크로익 미러에서 반사된 광을 반사시키는 제 2 미러가 서로 평행하게 대향하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 광통합소자는,

   제 2 파장의 광만을 투과시키고 다른 파장의 광은 반사시키는 제 3 다이크로익 미러와 제 3 파장의 광만을 투과시키고 다른 파장의 광은 반사시키는 제 4 다이크로익 미러가 나란하게 접합된 제 3 미러; 및

   제 1 파장의 광을 제 3 다이크로익 미러로 반사시키고, 제 3 다이크로익 미러에서 온 광을 제 4 다이크로익 미러로 반사시키는 제 4 미러;를 구비하며,

   상기 제 3 미러와 제 4 미러는 서로 평행하게 대향하는 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치
4. 제 1 항에 있어서,

   소정의 굴절율을 가진 매질내로 소정의 파장을 가진 광을 반사없이 입사시키기 위해 비반사막이 형성된 입사면; 상기 입사면으로부터 입사된 광을 상기 매질내로 전반사시키기 위해 상기 매질의 굴절율로부터 결정되는 전반사각도로 절단된 제 1 전반사면; 상기 제 1 전반사면으로부터 반사된 빛을 상기 전반사각도로 상기 매질내로 전반사시키기 위해 상기 전반사각도로 절단된 제 2 전반사면; 상기 제 2 전반사면으로부터 반사된 빛을 상기 매질내로 전반사시켜 소정의 광경로만큼 진행시키기 위해 상기 전반사각도로 절단된 적어도 하나의 제 3 전반사면; 상기 제 3 전반사면으로부터 반사된 광을 매질밖으로 출사시키기 위해 비반사막이 형성된 출사면으로 이루어진 빔경로확대기가, 상기 레이저 광원과 광분리소자 사이에 구비된 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 광통합소자는,

   제 1 파장의 광을 전반사시키는 전반사미러;

   상기 전반사미러에서 반사된 제 1 파장의 광은 직진 투과시키고 제 2 파장의 광은 반사시켜 상기 제 1 및 제 2 파장의 광이 동일 경로로 진행하도록 하는 제 1 이색필터;

   상기 제 1 이색필터를 경유하여 입사된 제 1 및 제 2 파장의 광은 반사시키고 제 3 파장의 광은 직진 투과시켜 상기 제 1 내지 제 3 파장의 광이 동일 경로 진행하도록 하는 제 2 이색필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제 1 내지 제 3 파장의 광이 각각 입사하는 상기 광통합소자의 각각의 입사면과 일체로, 상기 제 1 내지 제 3 파장의 광을 평행광으로 바꾸기 위한 콜리메이팅 렌즈가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
7. 제 1 내지 제 3 파장의 광을 각각 발생시키는 레이저 광원; 상기 광원에서 방출된 서로 다른 파장을 갖는 3개의 광을 외부로부터 입력되는 영상신호에 따라 변조시키는 3중채널 음향광학 변조기; 상기 3중채널 음향광학 변조기로부터 변조된 각각의 파장의 광을 통합하여 하나의 혼합광으로 만들는 광통합소자; 및 상기 광통합조자에 의해 혼합된 광을 스크린에 주사시키기 위한 주사수단;을 구비하는 레이저 영상투사장치에 있어서,

   상기 3중채널 음향광학 변조기에 의해 변조된 각각의 파장의 광을 평행광으로 바꾸는 콜리메이팅 렌즈가 상기 3중채널 음향광학 변조기의 각 광출사면과 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 광통합소자는,

   제 2 파장의 광만을 투과시키고 다른 파장의 광은 반사시키는 제 3 다이크로익 미러와 제 3 파장의 광만을 투과시키고 다른 파장의 광은 반사시키는 제 4 다이크로익 미러가 나란하게 접합된 제 3 미러; 및

   제 1 파장의 광을 제 3 다이크로익 미러로 반사시키고, 제 3 다이크로익 미러에서 온 광을 제 4 다이크로익 미러로 반사시키는 제 4 미러;를 구비하며,

   상기 제 3 미러와 제 4 미러는 서로 평행하게 대향하는 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
9. 제 7 항에 있어서,

   소정의 굴절율을 가진 매질내로 소정의 파장을 가진 광을 반사없이 입사시키기 위해 비반사막이 형성된 입사면; 상기 입사면으로부터 입사된 광을 상기 매질내로 전반사시키기 위해 상기 매질의 굴절율로부터 결정되는 전반사각도로 절단된 제 1 전반사면; 상기 제 1 전반사면으로부터 반사된 빛을 상기 전반사각도로 상기 매질내로 전반사시키기 위해 상기 전반사각도로 절단된 제 2 전반사면; 상기 제 2 전반사면으로부터 반사된 빛을 상기 매질내로 전반사시켜 소정의 광경로만큼 진행시키기 위해 상기 전반사각도로 절단된 적어도 하나의 제 3 전반사면; 상기 제 3 전반사면으로부터 반사된 광을 매질밖으로 출사시키기 위해 비반사막이 형성된 출사면으로 이루어진 빔경로확대기가, 상기 광통합소자와 주사수단 사이에 구비된 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
10. 제 7 항에 있어서,

    상기 광통합소자는,

    제 1 파장의 광을 전반사시키는 전반사미러;

    상기 전반사미러에서 반사된 제 1 파장의 광은 직진 투과시키고 제 2 파장의 광은 반사시켜 상기 제 1 및 제 2 파장의 광이 동일 경로로 진행하도록 하는 제 1 이색필터; 및

    상기 제 1 이색필터를 경유하여 입사된 제 1 및 제 2 파장의 광은 반사시키고 제 3 파장의 광은 직진 투과시켜 상기 제 1 내지 제 3 파장의 광이 동일 경로 진행하도록 하는 제 2 이색필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 제 1 내지 제 3 파장의 광이 각각 입사하는 상기 광통합소자의 각각의 입사면과 일체로, 상기 제 1 내지 제 3 파장의 광을 평행광으로 바꾸기 위한 콜리메이팅 렌즈가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.

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