KR100746341B1 - 광반사각 미소변위 제어를 위해 반사표면에 박막 코팅된회전다면경 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투사(Projection) 디스플레이, 프린터 및 스캐너 등 광학장치에 핵심적으로 사용되는 회전다면경(Polygon mirror)의 반사면 반사각에 대한 미소변위 제어를 위한 반사면 두께분포(Profile) 정밀제작 방법으로써, 기존의 연삭가공 방법으로 구현하기 힘든 서브마이크로 이하 정밀도를 용이하게 구현할 수 있는 방법이며, 이를 위해 반사박막을 진공증착 방법으로 제작하되 증착챔버 구조변경 또는 마스크 적용 등 미세한 두께분포를 얻기 위한 방법에 관한 것이다.

회전다면경, 박막 코팅, 반사각 미소변위 제어, 투사 디스플레이

Description

광반사각 미소변위 제어를 위해 반사표면에 박막 코팅된 회전다면경 {Thin-film coated polygon mirror for control the fine reflectance angle}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 회전다면경 평면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 회전다면경의 사용예를 도시한 것이다.

도 3은 도 1의 회전다면경의 각 반사면의 회전축방향 두께차이를 도시한 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 회전다면경 110: 회전중심

본 발명은 투사(Projection) 디스플레이, 프린터 및 스캐너 등 광학장치에 핵심적으로 사용되는 회전다면경(Polygon mirror)의 반사면 반사각에 대한 미소변위 제어를 위한 회전다면경 및 그 제작방법에 관한 것으로, 기존의 연삭가공 방법 으로 구현하기 힘든 서브마이크로 이하 정밀도를 용이하게 구현할 수 있는 반사면 두께분포(Profile) 을 가지는 회전다면경에 관한 것이며, 이를 위해 반사박막을 진공증착 방법으로 제작하면서 증착챔버 구조변경 또는 마스크 적용 등 미세한 두께분포를 얻을 수 있는 회전다면경 제작방법에 관한 것이다.

광학기기에 적용되는 회전다면경은 레이저 등 입사된 광이 다면경의 다면에 반사되어 스크린 또는 프린터드럼 등으로 반사되며 이러한 다면경을 회전시키면 스크린 또는 프린터드럼에 각도방향(θ 방향)으로 스캔(scan)되게 하는 구조이다.

회전다면경 반사면은 보통 금속재질을 연삭가공하거나 금속재질 표면에 반사박막 코팅을 적용하여 얻어진다.

프린터 등에 적용되는 회전다면경은 육각형 구조가 많으며 회전축에 직각 방향으로 6개의 반사면이 배치되는 구조이다(특개평7-325260(1995.12.12)).

프린터에 적용되는 광학계의 경우 회전다면경을 중심으로 입사되는 광은 레이저 또는 광정렬광학계로 구성되고 회전다면경으로부터의 반사광은 회전다면경에 의한 각도방향 반사광 분포가 선형방향으로 고르게 분포되도록 f-θ렌즈를 통해 변환된다(US6648482 B2(2003.11.18)).

이러한 전형적인 구조의 경우 회전다면경으로부터의 반사광은 회전다면경의 회전에 의해 θ방향의 분포만을 갖게 되므로, θ 방향 이외의 방향성분(y-방향)을 얻기 위해서는 다른 구조의 회전다면경 또는 회전반사체가 필요하다.

따라서, 회전반사체의 모양을 변경시켜 θ방향 이외의 y-방향 성분을 도출한 경우도 있다(JP1991130715(1991.6.4), US 6809847 B2(2004.10.26)).

그 외에 액상 수지(Resin) 등을 회전시켜 회전속도 변화에 의한 원심력 변화를 이용한 회전반사체(US H2123 H(2005.9.6))를 구성하는 방법 등이 있으나, 제작 및 제어방법 상 효율적인 구조가 되지는 못한다.

회전반사체 반사면의 모양을 변화시켜 구성하는 경우(KR 19920021975U (1991.5.30), 특1999-0066792(1999.8.16), 특개평8-122508(1996.5.17))에도 반사광 분포가 특정방향에 국한되거나 분포범위가 한정된 경우가 많다.

특히, 투사 디스플레이의 경우 회전다면경을 통해 반사된 광의 분포는 θ방향 뿐만 아니라 y-방향도 가능하여 반사광 분포가 선형이 아닌 면적이 되도록 하는 것이 필요하며, 특히 고해상도를 위해서는 y-방향 분포를 매우 정밀하게 제어하는 방법이 필요하다.

그러나, 아직 이러한 회전다면경에 대한 개발이 이루어지지 않고 있다.

상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 회전다면경에서 반사된 광이 θ 방향 선형이 아닌 θ 및 y-방향 면적형태가 되도록 회전다면경 반사면이 순차적으로 상호간에 일정한 각도차이를 가지는 회전다면경을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 고해상도 투사 디스플레이 등 고정밀 공간스캔이 필요한 경우를 위해서 반사박막 코팅을 통해 반사각을 미세하게 제어할 수 있는 회전다면경을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기와 같은 회전다면경을 제작할 수 있는 회전다면경 제작방법을 제공하는 데에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 측면에 3개 이상의 반사면을 가지는 회전다면경에 있어서, 각 반사면의 반사각은 상호 다른 것을 특징으로 하는 회전다면경이다.

상기 각 반사면에서의 y방향 반사각은 선형적으로 변하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 각 반사면의 반사각이 상호 다르도록 박막이 형성된 것을 특징으로 한다.

또, 상기 각 반사면에서의 반사각이 선형적으로 변하도록 박막의 두께를 미세조절하는 것을 특징으로 한다.

또 다른 발명은, 측면에 3개 이상의 반사면을 가지는 회전다면경을 제조하는 회전다면경 제조방법에 있어서, 상기 각 반사면의 반사각이 상호 다르도록 박막을 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 코팅은 진공증착법에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 코팅재료의 양의 조절은 진공증착장비와 회전다면경 사이에 차단마스크를 개재하거나 또는 진공증착장비의 기하구조를 변형시키는 것에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명은 회전다면경 각 면에 반사기능을 갖는 박막을 각 면 상호간에 일정한 반사각 차이를 갖도록 코팅하는 것이다.

또한, 상기 회전다면경 각 면은 반사각이 선형적으로 변화되며, 이는 박막의 두께를 선형적으로 변화시키는 것에 의하여 이루어질 수 있다.

코팅재질 및 방법으로는 알루미늄 등 일반적인 금속박막 또는 유전체박막이 적용되고 금속박막의 경우 산화를 방지하기 위한 유전체보호막을 최종표면에 적용한다.

또, 이러한 미세 반사각 제어용 박막을 증착하기 위해서 진공증착 방법을 사용하게 되고, 미세 반사각 제어를 위한 진공증착법을 활용하게 된다.

진공증착법을 통해 미세 두께분포를 갖도록 코팅하기 위한 방법을 두가지 제시할 수 있다.

우선 진공증착 장비를 구성하는 파라미터 중에 회전다면경 증착위치와 증발원 사이의 높이, 증발원과 돔 중심회전축과의 거리, 돔 회전속도 및 돔 중심회전축과 회전다면경 반사면 사이의 거리를 파라미터로 조절하여 증착박막의 두께분포를 계산할 수 있다.

그러므로, 이러한 파라미터 조절을 통해서, 회전다면경의 각 반사면에 도달하는 코팅재료의 도포량을 조절하여, 회전다면경의 각 반사면에 원하는 반사각을 주는 박막의 두께분포(Profile)를 얻는 방법이다.

또다른 방법으로는, 이러한 코팅재료의 도포량을 조절하기 위해, 증발원과 회전다면경 사이에 차단마스크(mask)를 설치하여, 마스크 설계를 통해 박막의 두께분포를 계산할 수 있으므로, 차단마스크를 도입하는 방법이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 회전다면경(100)의 평면도를 도시한 것이다.

회전중심(110)을 중심으로 회전하는 회전다면경(100)은 6개의 반사면을 가지고 있으며, 상기 6개의 반사면의 모든 반사각은 각각 δ1, δ2, δ3, δ4, δ5, δ6으로써 각각의 고유의 반사각을 가진다.

상기 6개의 반사면은 그 두께가 도 3에 도시된 바와 같이 선형적으로 변하거나, 일정하다. 여기서 도 3의 각 반사면 두께분포는 박막에 의한 회전축 방향의 반사면 두께분포에 대해 각 면간의 상대적 두께분포 차이를 도시한 것이다.

따라서, 상기 6개의 반사면의 반사각은, 그 해당 반사면에서 선형적으로 변하거나 일정하게 유지된다.

따라서, 상기 회전다면경(100)의 반사각이 다르기 때문에, 도 2에 도시되는 바와 같이 상기 회전다면경(100)이 회전함에 따라서, 입사광이 반사되는 각도가 달라서 θ 및 y-방향 면적형태를 이루게 된다.

즉, 회전다면경 반사면의 반사박막 두께 분포를 위에서 언급한 방법을 적용하여, 상기 θ 및 y-방향 면적형태를 미세하게 구현할 수 있다.

예를 들어, 만약 회전다면경 반사면의 길이(높이)가 10 mm이고 이 위에 증착된 박막의 끝지점과 끝지점의 두께 차이가 1 ㎛라면, 본 발명의 실시예의 회전다면경(100)의 경사각 θ의 탄젠트 값은 10^-4 수준이 된다.

만약, 회전다면경 반사면이 총 20면이라면 회전에 따른 최대-최소 경사각 차이는 2×10^-3가 되게 되며, 이는 거리 1 m 떨어진 지점에서 2 mm의 변위를 주는 효과를 갖는다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명을 통해 회전다면경으로부터의 반사광을 θ 방향 뿐만 아니라 박막코팅을 통해 y-방향으로도 스캔할 수 있는 방법을 제시하였고, 또한 위에서 언급된 방법을 사용하여 y-방향 반사각을 매우 높은 수준의 정밀도로 조절할 수 있는 방법이다.

이는 기존의 프린터, 스캐너 및 투사 디스플레이에서도 새로운 응용분야로서 확대 적용될 수 있으며, θ방향 뿐만 아니라 매우 높은 y-방향 정밀도를 갖는 계측, 의료 및 영상 광학시스템에도 응용분야 확대가 가능하다.

Claims (6)

1. 측면에 3개 이상의 반사면을 가지는 회전다면경에 있어서, 상기 반사면의 반사각이 상호 다르고, 상기 각 반사면에서의 반사각이 선형적으로 변하도록 반사면 표면에 축방향 두께분포가 변하는 박막이 형성된 것을 특징으로 하는 회전다면경.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 박막은 금속 또는 유전체 재료로 코팅된 것을 특징으로 하는 회전다면경.
4. 측면에 3개 이상의 반사면을 가지는 회전다면경을 제조하는 회전다면경 제조방법에 있어서, 상기 반사면의 반사각이 상호 다르고, 상기 각 반사면에서의 반사각이 선형적으로 변하도록 박막을 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전다면경 제조방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 코팅은 진공증착법에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전다면경 제조방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 각 반사면의 반사각이 상호 다르도록 반사면 표면에 축방향 두께분포가 변하는 박막이 형성되고, 상기 박막의 두께분포 변화는 진공증착장비 파라미터 조절 또는 회전다면경 사이에 차단마스크를 개재하는 것에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전다면경 제조방법.

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