KR100815345B1 - 회절광과 조명광을 분리한 칼라 디스플레이 장치 - Google Patents

회절광과 조명광을 분리한 칼라 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 회절광과 조명광을 분리하여 간단한 광학계를 실현한 칼라 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 복수 광원으로부터 출사된 편광된 광을 집속하여 출사하는 집속부; 상기 집속부로부터 출사되는 다중의 편광빔이 입사되면 선형의 평행광으로 변환하여 출사하는 조명렌즈계; 상기 각 파장의 편광빔에 대하여 광변조를 수행하여 복수 차수의 회절계수를 갖는 회절광을 생성하는 복수의 회절형 광변조기; 상기 조명렌즈계로부터 출사되는 편광빔은 슬릿을 이용하여 통과시키고 상기 회절형 광변조기로부터 출사되는 회절광을 상기 필터계로 반사하는 조명광과 회절광의 분리 미러; 상기 조명광과 회절광의 분리 미러로부터 다중의 편광빔을 파장별로 분리하여 해당하는 상기 회절형 광변조기로 입사시키고 상기 복수의 회절형 광변조기로부터 출사되는 회절광을 집광하여 상기 조명광과 회절광의 분리 미러로 출사시키는 편광빔 분리부; 상기 회절형 광변조기로부터 출사되는 복수의 회절차수를 갖는 각각의 회절광에서 원하는 차수의 회절광을 공간 필터를 사용하여 통과시키는 필터계; 및 상기 필터계에 의해 통과된 회절광을 집광하여 스크린에 투사하는 프로젝션 시스템을 포함하여 이루어진 디스플레이 장치가 제공된다.
칼라 디스플레이 장치, 광변조기, 단일 조명계,

Description

회절광과 조명광을 분리한 칼라 디스플레이 장치{Colar display apparatus sperated beteween diffraction light and illumination light}
도 1은 단일광원과 f-θ렌즈를 사용하는 종래의 레이저 스캐닝 방식을 도시한 도면.
도 2는 이미지 헤드에 구성된 LED 배열에 의하여 형성된 멀티빔에 의하여 레이저 스캐닝을 수행하는 종래의 레이저 스캐닝 방식을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 회절광과 조명광을 분리한 칼라 디스플레이 장치의 구성도.
도 4는 도 3의 조명렌즈계의 광경로를 포함한 사시도, 측단면도, 단면도.
도 5는 도 3의 회절형 광변조기의 사시도.
도 6은 도 3의 회절형 광변조기의 반사각을 설명하기 위한 도면.
도 7은 도 3의 회절형 광변조기에 의해 생성된 회절광의 개략도.
도 8a 및 도 8b는 필터계의 광경로를 포함한 평면도.
도 9는 도 3의 회절광과 조명광 분리용 미러의 정면도.
도 10은 도 3의 공간 필터의 정면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
300 : 광원계 310 : 편광 분리부
320 : 집광부 330 : 조명렌즈계
340 : 광변조계 350 : 필터계
360 : 프로젝션 시스템 370 : 스크린
본 발명은 칼라 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 특히 회절광과 조명광을 분리하여 간단한 광학계의 실현이 가능하도록 하는 칼라 디스플레이 장치에 관한 것이다.
광빔 스캐닝 장치는 화상 형성장치, 예를 들면 레이저 프린터, 디스플레이 장치, LED 프린터, 전자 사진 복사기 및 워드 프로세서 등에서, 광빔을 스캐닝하여 광빔을 감광매체에 스폿(spot)시켜 화상 이미지를 결상시키는 장치이다.
이러한 광빔 스캐닝 장치는 화상 형성장치가 소형화, 고속화 및 고해상화되는 방향으로 발전함에 따라 이에 대응하여 소형화, 고속화 및 고해상화의 특성을 가지도록 꾸준히 연구 개발되어 지고 있다.
화상 형성장치의 광빔 스캐닝 장치는 광빔 스캐닝 방식 및 광빔 스캐닝 장치 의 구성에 따라 크게 f·θ렌즈를 이용하는 레이저 스캐닝 방식과 이미지 헤드 프린터 방식으로 대별할 수 있다.
도 1은 f·θ렌즈를 이용하는 종래의 레이저 스캐닝 장치를 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 종래의 레이저 스캐닝 장치는 비디오 신호에 따라 광빔을 출사하는 레이저 다이오드(LD)(10)와, LD(10)에서 출력되는 광빔을 평행광으로 변환시키는 콜리메이터 렌즈(11)와, 콜리메이터 렌즈(11)를 통과한 평행광을 스캐닝 방향에 대해 수평방향의 선형광으로 만들어주는 실린더 렌즈(12)와, 실린더 렌즈(12)를 통과한 수평방향의 선형광을 등선속도로 이동시켜 스캐닝하는 폴리곤 미러(13)와, 폴리곤 미러(13)를 등속도로 회전시키는 폴리곤 미러 구동용 모터(14)와, 광축에 대해 일정한 굴절율을 가지며 폴리곤 미러(13)에서 반사된 등각속도의 광을 주조사 방향으로 편향시키고 수차를 보정하여 조사 면상에 초점을 맞추는 f·θ렌즈(15)와, f·θ렌즈(15)를 통한 광빔을 소정의 방향으로 반사시켜 결상면인 감광드럼(17)의 표면에 점상으로 결상시키는 결상용 반사미러(16)와, f·θ렌즈(15)를 통한 레이저 빔을 수평방향으로 반사시켜 주는 수평동기 미러(18)와, 수평동기 미러(18)에 반사된 레이저빔을 수광하여 동기를 맞추는 광센서(19)를 포함하여 구성된다.
상기의 레이져 스캐닝 방식은 레이져 다이오드(10)의 낮은 스위칭 속도 및 폴리곤 미러(13)의 주사 속도 문제로 인하여 고속의 프린팅을 얻기가 힘들다.
즉, 광빔의 주사 속도를 높이려면 더욱 고속의 모터를 사용하여 폴리곤 미러(13)를 회전 시켜야 하나, 이 경우에는 고속의 모터가 고가이고, 또한 고속으 로 회전하는 모터는 열, 진동 및 잡음을 유발하여 동작 신뢰도를 떨어뜨리는 등의 문제점이 있으므로 주사속도의 큰 향상을 기대할 수 없다.
광 주사장치의 속도를 향상시키는 또 다른 방법에는 멀티빔 형태의 빔 형성장치를 이용하는 이미지 헤드 프린팅 방식이 있다.
이와 같은 멀티 빔 광학 스캐닝 장치는 광원 수단으로서 복수의 광 방출부(레이저 첨두)을 가지며, 복수의 광 방출부에 의해 방출되는 복수의 광선 빔을 광 반사기를 경유해 이미징 렌즈(imaging lens)에 의해 이미징함으로써 기록 매체 표면 상에 형성되는 복수의 광선 스폿(spot)으로써 기록 매체 표면을 동시에 광학적으로 스캐닝한다.
단하나의 광선 스폿을 사용하여 고속의 프린팅을 달성하기 위해, 단위 시간당 기록 매체 표면을 광학적으로 스캐닝하는 횟수는 대단히 커야 하며, 그 결과, 광 반사기의 회전 속도, 이미지 클럭 등은 이와 같은 큰 횟수의 광학적 스캐닝을 따를 수 없다. 따라서, 기록 매체 표면을 동시에 스캐닝하는 빔 스폿의 수가 증가한다면, 광 반사기의 회전 속도, 이미지 클럭 등은 빔 스폿의 개수의 반비례하여 감소한다.
복수의 빔 스폿을 형성하는 가장 효과적인 방법으로서, 광원으로서의 역할을 하는 레이저 소자는 독립적으로 구동될 수 있는 복수의 광 방출점(광 방출부)를 가진다.
복수의 광 방출점을 갖는 이와 같은 레이저 소자는 일반적으로 “단결정 멀티-빔 레이저 소자(monolithic multi-beam laser element)”라 불린다. 단결정 멀티-빔 레이저 소자가 사용될 때, 광원 뒤에 배치되는 다양한 광학 소자는 대개 복수의 광선 빔에 의해 사용될 수 있어 비용, 작업, 조절등에 있어 큰 장점을 제공한다.
도 2는 이미지 헤드에 구성된 LED 배열에 의하여 형성된 멀티빔에 의하여 레이저 스캐닝을 수행하는 종래의 레이저 스캐닝 방식을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면 이미지 헤드(20)에 인쇄용지를 채울 수 있을 정도로 많은 양의 LED 배열(21)을 구성하여 멀티빔을 형성함으로써, 레이져 스캔방식과 다르게 폴리곤 미러 및 f-θ렌즈의 사용없이 한번에 동시에 한줄씩을 프린트 할 수 있어 프린트 속도를 현저히 향상시킬 수 있었다.
이러한 단결정 멀티-빔 레이저 소자는, 예를 들어, 이른바 표면 방출 레이저(표면 방출형 반도체 레이저)를 포함한다.
표면 방출 레이저는 실리콘 층의 두께 방향에 평행한 방출 빔을 방출하는 반면, 종래의 반도체 레이저는 실리콘 층의 두께 방향에 수직한 방향으로 광선 빔을 방출한다.
그리고, 표면 방출 레이저는 다음과 같은 특징을 가진다. 즉, 종래의 반도체 레이저는 타원형 단면을 가지며 발산각이 상당히 다양한 발산하는 광선을 방출하는 반면, 표면 방출 레이저는 안정된 발산각을 갖는 원형 빔을 방출할 수 있다.
그러나, 표면 방출 레이저는 출력 광선 빔의 불안정한 편광 방향이라는 문제를 가지고 있다. 비록 편광 방향이 어느 정도는 제조 방법에 의해 조절될 수 있지만, 편광 방향은 광 방출점, 주위 온도, 및 출력에 따라 변동한다.
대개, 광 반사기와 같은 다각형 거울, 이미징 광학 시스템으로서의 스캐닝 렌즈(f-θ), 광학적 경로를 바꾸기 위한 반향 거울등과 같은 광학 스캐닝 장치를 구성하는 광학 소자의 반사율(reflectance), 투과율(transmittance), 및 각도(angle) 특성은 입력 광선 빔의 편광 방향에 따라 변한다.
이러한 이유로, 표면 방출 레이저를 포함하는 단결정 멀티-빔 레이저 소자가 광학 스캐닝 장치의 광원으로서 사용될 때, 기록 매체 표면을 광학적으로 스캐닝하는 복수의 빔 스폿은 개개의 광 방출점의 서로 다른 편광 방향에 따라 서로 다른 세기를 가진다. 그리고, 이와 같은 세기에서의 차이는 이미지 상에서 피치 불균일로 나타나서 이미지 품질을 상당히 감소시킨다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 국내특허출원번호 2003-77391호에는 외부로부터 인가되는 구동 전압에 의하여 온/오프 구동되는 구동 셀로 구성된 압전/전왜 회절형 광변조기에 의하여 형성되는 복수의 회절빔을 이용한 고속의 스캐닝을 수행하는 압전/전왜 회절형 광변조기를 이용한 스캐닝 장치가 개시되어 있다.
개시된 종래 개선된 기술에 따른 압전/전왜 회절형 광변조기를 이용한 스캐닝 장치는, 소정 광원으로부터 출력된 단일빔을 광로 방향에 대하여 수평주사 시키는 제 1 렌즈수단; 외부로부터 인가되는 구동전원에 의하여 온/오프 구동하는 복수의 구동 셀로 구성되고, 상기 구동 셀 상호간의 온/오프 구동에 의한 반사 및 회절 현상에 의하여 상기 단일빔으로부터 복수의 회절빔을 생성하는 압전/전왜 회절형 광변조기; 상기 압전/전왜 회절형 광변조기로부터 입사되는 복수의 회절빔 중에서 소정의 회절계수를 갖는 회절빔에 대한 필터링을 수행하는 슬릿; 및 상기 슬릿에 의하여 선택적으로 필터링 된 소정의 회절계수를 갖는 회절빔을 감광부재의 감광면에 조사하는 제 2 렌즈수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
한편, 상기와 같은 종래 개선된 기술에 따른 압전/전왜 회절형 광변조기를 이용한 스캐닝 장치를 칼라 디스플레이나 프린팅에 이용하고자 할 경우에 λ1, λ2 , λ3. … 각각의 색의 파장에 대하여 서로 다른 슬릿 간격을 가지므로 그에 따른 칼라 디스플레이 장치의 개발이 요청되었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 요청에 부응하기 위하여, 회절광과 조명광을 분리하여 간단한 광학계의 실현이 가능하도록 한 칼라 디스플레이 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 복수 광원으로부터 출사된 편광된 광을 집속하여 출사하는 집속부; 상기 집속부로부터 출사되는 다중의 편광빔이 입사되면 선형의 평행광으로 변환하여 출사하는 조명렌즈계; 상기 각 파장의 편광빔에 대하여 광변조를 수행하여 복수 차수의 회절계수를 갖는 회절광을 생성하는 복수의 회절형 광변조기; 상기 조명렌즈계로부터 출사되는 편광빔은 슬릿을 이용하여 통과시키고 상기 회절형 광변조기로부터 출사되는 회절광을 상기 필터계로 반사 하는 조명광과 회절광의 분리 미러; 상기 조명광과 회절광의 분리 미러로부터 다중의 편광빔을 파장별로 분리하여 해당하는 상기 회절형 광변조기로 입사시키고 상기 복수의 회절형 광변조기로부터 출사되는 회절광을 집광하여 상기 조명광과 회절광의 분리 미러로 출사시키는 편광빔 분리부; 상기 회절형 광변조기로부터 출사되는 복수의 회절차수를 갖는 각각의 회절광에서 원하는 차수의 회절광을 공간 필터를 사용하여 통과시키는 필터계; 및 상기 필터계에 의해 통과된 회절광을 집광하여 스크린에 투사하는 프로젝션 시스템을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 회절광과 조명광을 분리한 칼라 디스플레이 장치의 구성을 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 회절광과 조명광을 분리한 칼라 디스플레이 장치의 구성도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 회절광과 조명광을 분리한 칼라 디스플레이 장치는, 복수 광원(301a~301c)으로 이루어진 광원계(300), 다수의 편광빔 분리기(311a~311c)로 이루어진 편광 분리부(310), 하나의 미러(321c)와 복수의 색선별 미러(321a, 321b)로 이루어진 집광부(320), 실린더 렌즈(331)와 콜리메이터 렌즈(332)로 이루어진 조명렌즈계(330), 회절광과 조명광 분리용 미러(341)와 X-프리즘 그리고 복수의 회절형 광변조기(344a~344c)로 이루어진 광변조계(340), 푸리에 렌즈(351)와 공간 필터(352)로 이루어진 필터계(350), 한 쌍의 프로젝션 렌즈(361, 363)와 반점(speckle) 제거기(362) 및 갈바노 미러(364)로 이루어진 프로젝션 시스템(360), 스크린(370)을 포함하고 있다.
복수 광원(300)은 일예로 적색 광원(301a), 녹색 광원(301b), 청색 광원(301c)으로 이루어져 있다. 여기에 사용되는 복수의 광원(300)은 발광 다이오드(Light emitting diode, LED)와 레이저 다이오드(Laser diode, LD) 같은 반도체를 사용하여 제작한 광원이 사용가능하다. 이러한 반도체 광원은 다른 광원에 비해 칼라 디스플레이 장치에 사용하기에 적합한 많은 특성들을 가진다.
편광 분리부(310)는 복수 광원(301a~301c)으로부터 출사되는 각 광의 편광을 분리하여 적색광은 S 편광을, 녹색광은 P 편광을, 청색광은 S 편광을 집광부(320)로 입사시킨다.
즉, 편광 분리부(310)의 적색 편광빔 분리기(splitter)(311a)는 적색광원(301a)로부터 출사되는 적색광중 S 편광을 집광부(320) 측으로 반사시키며, 녹색 편광빔 분리기(311b)는 녹색광원(301b)로부터 출사되는 녹색광중 P 편광을 집광부(320) 측으로 통과시키며, 청색 편광빔 분리기(311c)는 청색 광원(301c)로부터 출사되는 청색광중 S편광을 집광부(320) 측으로 반사시킨다.
도면부호 320의 집광부의 반사미러(321c)는 청색 광원(301c)로부터 출사한 S 편광의 청색광을 조명렌즈계(330)측으로 반사하고, 도면부호 321b의 색선별 미러는 반사미러(321c)에서 입사되는 청색광은 투과시키고 녹색 광원(301b)에서 출사한 P 편광 녹색광을 조명렌즈계(330)로 반사한다.
또한, 도면부호 321a의 색선별 미러는 전단의 색선별 미러(321b)로부터 입사되는 청색광과 녹색광을 투과시키고 적색 광원(301a)으로부터 입사되는 적색광을 조명렌즈계(330)측으로 반사한다.
이처럼 하나의 반사미러(321c)와 다수의 색선별 미러(321a, 321b)에 의해 청색광, 녹색광 그리고 적색광이 집광되어 다중빔이 형성되어 단일 조명계를 이룬다.
다음으로, 조명렌즈계(330)는 집광된 다중빔을 선형의 평행광으로 변화시켜 광변조계(340)으로 입사시킨다.
여기에 사용되는 광의 단면도의 일예가 도 4의 (A)에 도시되어 있는데 도 4의 (A)를 참조하면 광의 단면은 원형이고, 그 광의 세기 프로파일은 도 4의 (B)에 도시된 바와 같이 가우시안(Gausian) 분포를 하고 있다.
조명 렌즈계(330)는 입사광을 타원형 단면을 갖는 선형의 평행광으로 변화시키게 되는데, 실린더 렌즈(331), 콜리메이터 렌즈(332)로 이루어져 있다.
즉, 조명 렌즈계(330)는 집광부(320)에 의해 집광된 다중빔을 광로 방향에 대하여 수평 방향의 선형광으로 변환시켜 X-프리즘을 통하여 회절형 광변조기(344a~344c)에 입사시킨다.
여기에서, 실린더 렌즈(331)는 집광부(320)로부터 입사되는 광을 광로 방향에 수평으로 위치하는 대응하는 회절형 광변조기(344a~344c)에 수평으로 입사시키기 위하여, 도 4의 (C)에 도시된 바와 같이 평형광을 수평방향의 선형광으로 변환시켜 해당하는 콜리메이터 렌즈(332)를 통하여 해당 회절형 광변조기(344a~344c)로 입사시킨다.
여기서, 콜리메이터 렌즈(332)는 집광부(320)로부터 실린더 렌즈(331)를 통하여 입사되는 구면광을 평행광으로 변환한 후, 이를 해당하는 회절형 광변조기(344a~344c)로 입사시킨다.
콜리메이터 렌즈(332)는 도 4에 도시된 바와 같이 일예로 오목렌즈(332a)와 볼록 렌즈(332b)를 구비하고 있다.
오목 렌즈(332a)는 실린더 렌즈(331)로부터 입사되는 선형광을 도 4의 (D)에 도시된 바와 같이 위 아래로 확장하여 볼록 렌즈(332b)로 입사시킨다. 볼록렌즈(332b)는 오목렌즈(332a)로부터 입사되는 입사광을 도 4의 (E)에 도시된 바와 같이 평행광을 변화시켜 출사한다. 도 4에서 (a)는 광원과 실린더 렌즈, 콜리메이터 렌즈로 이루어진 광학계의 사시도이고, 도 4에서 (b)는 평면도이며, 도 4의 (c)는 측단면도이고, 도 4의 (d)는 절단면도이다.
한편, 회절광과 조명광 분리용 미러(341)는 중앙 부분에 도 9에 도시된 바와 같이 오픈홀(341a)이 형성되어 있어 조명광을 통과시킨다.
그리고, X-프리즘의 제1 대각면(345)은 청색광을 반사하여 청색용 회절형 광변조기(344c)로 입사시키고, 녹색광과 적색광을 투과시킨다.
다음으로, X-프리즘의 제2 대각면(346)은 녹색광이 입사되면 투과시켜 녹색용 회절형 광변조기(344b)에 입사시키며, 적색광이 입사되면 반사시켜 적색용 회절형 광변조기(344a)에 입사시킨다.
각각의 회절형 광변조기(344a~344c)는 X-프리즘으로부터 입사된 각각의 선형광을 회절시켜 회절광을 형성한 후, 형성된 회절광을 X-프리즘으로 재입사시킨다.
이때, 회절형 광변조기(344a~344c)에 의해 형성된 회절광의 회절각은 파장에 비례하며, 여기에 사용가능한 회절형 광변조기(344a~344c)로는 여러 종류의 회절형 광변조기가 가능한데, 그 일예로 도 5에 오픈홀 기반의 회절형 광변조기가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 오픈홀 기반의 회절 광변조기는 실리콘 기판(501)과, 절연층(502), 하부 마이크로 미러(503)와, 복수의 회절부재(510a~510n))로 구성되어 있다. 여기에서, 절연층과 하부 마이크로 미러를 별개의 층으로 구성하였지만 절연층에 광을 반사하는 성질이 있다면 절연층 자체가 하부 마이크로 미러로서 기능하도록 할 수 있다.
실리콘 기판(501)은 회절부재(510a~510n)에 이격 공간을 제공하기 위하여 함몰부를 구비하고 있으며, 절연층(502)이 적층되어 있으며, 하부 마이크로 미러(503)가 상부에 증착되어 있고, 함몰부를 벗어난 양측에 회절부재(510a~510n)의 하면이 부착되어 있다. 실리콘 기판(501a)을 구성하는 물질로는 Si, Al2O3, ZrO2, 석영(Quartz), SiO2 등의 단일물질이 사용되며, 바닥면과 위층(도면에서 점선으로 표시됨)을 다른 이종의 물질을 사용하여 형성할 수도 있다.
하부 마이크로 미러(503)는 실리콘 기판(501)의 상부에 증착되어 있으며, 입사하는 빛을 반사하여 회절시킨다. 하부 마이크로 미러(503)에 사용되는 물질로는 금속(Al, Pt, Cr, Ag 등)이 사용될 수 있다.
회절부재(대표적으로 도면부호 510a에 대해서만 설명하지만 나머지도 같다)는 리본 형상을 하고 있으며 중앙부분이 실리콘 기판(501)의 함몰부에 이격되어 위치하도록 양끝단의 하면이 각각 실리콘 기판(501)의 함몰부를 벗어난 양측지역에 부착되어 있는 하부 지지대(511a)를 구비하고 있다.
하부 지지대(511a)의 양측면에는 압전층(520a, 520a')이 구비되어 있으며, 구비된 압전층(520a, 520a')의 수축 팽창에 의해 회절부재(510a)의 구동력이 제공된다.
하부 지지대(511a)를 구성하는 물질로는 Si 산화물(일예로 SiO2 등), Si 질화물 계열(일예로 Si3N4 등), 세라믹 기판(Si, ZrO2, Al2O3 등), Si 카바이드 등이 될 수 있다. 이러한 하부 지지대(511a)는 필요에 따라 생략할 수 있다.
그리고, 좌우측의 압전층(520a, 520a')은 압전 전압을 제공하기 위한 하부전극층(521a, 521a')과, 하부전극층(521a, 521a')에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전 재료층(522a, 522a')과, 압전 재료층(522a, 522a')에 적층되어 있으며 압전재료층(522a, 522a')에 압전 전압을 제공하는 상부 전극층(523a, 523a')을 구비하고 있다. 상부 전극층(523a, 523a')과 하부 전극층(521a, 521a')에 전압이 인가되면 압전재료층(522a, 522a')은 수축 팽창을 하여 하부 지지대(511a)의 상하 운동을 발생시킨다.
전극(521a, 521a', 523a, 523a')의 전극재료로는 Pt, Ta/Pt, Ni, Au, Al, RuO2 등이 사용될 수 있으며, 0.01~3㎛ 범위에서 스퍼터(sputter) 또는 증착(evaporation) 등의 방법으로 증착한다.
한편, 하부 지지대(511a)의 중앙 부분에는 상부 마이크로 미러(530a)가 증착 되어 있으며 복수의 오픈홀(531a1~531a3)을 구비하고 있다. 여기에서 오픈홀(531a1~531a3)의 모양은 직사각형이 바람직하지만 원형, 타원형 등 어떤 폐곡선의 형상도 가능하다. 그리고 여기에서 하부 지지대를 광반사성 물질로 형성한다면 별도로 상부 마이크로 미러를 증착할 필요가 없으며 하부 지지개가 상부 마이크로 미러로 기능하도록 할 수 있다.
이러한 오픈홀(531a1~531a3)은 회절부재(510a)에 입사되는 입사광이 관통하여 오픈홀(531a1~531a3)이 형성된 부분에 대응하는 하부 마이크로 미러(503)에 입사광이 입사되도록 하며, 이렇게 하여 하부 마이크로 미러(503)와 상부 마이크로 미러(530a)가 화소를 형성할 수 있도록 한다.
즉, 일예로 오픈홀(531a1~531a3)이 형성된 상부 마이크로 미러(530a)의 (가) 부분과 하부 마이크로 미러(503)의 (나) 부분이 하나의 화소를 형성할 수 있다.
이때, 상부 마이크로 미러(530a)의 오픈홀(531a1~531a3)이 형성된 부분을 관통하여 입사되는 입사광은 하부 마이크로 미러(503)의 해당 부분에 입사할 수 있으며 상부 마이크로 미러(530a)와 하부 마이크로 미러(503)의 간격이 λ/4의 홀수배가 될 때 최대의 회절광을 발생시킨다. 이외에도 본 발명에 이용가능한 오픈홀 회절 광변조기는 국내출원번호 제P2004-030159호에 개시되어 있다.
한편, 각각의 오픈홀 회절형 광변조기(344a~344c)는 위에서 설명한 바와 같이 조명렌즈계(330)로부터 입사된 각각의 선형광을 회절시켜 회절광을 형성한 후, 회절광을 X-프리즘를 거쳐 회절광과 조명광 분리용 미러(341)로 입사시킨다.
이때, 형성된 회절광의 반사 각도는 도 6에 도시되어 있는데, 도면을 참조하면 입사각과 반사각이 같음을 알 수 있다. 즉, 입사각이 회절형 광변조기(344a~344c)에 θ°입사하면, 반사각도 θ°가 되며, 본 발명에서는 입사각이 90°를 사용하며 반사각도 90°가 된다. 회절형 광변조기(344a~344c)에 의해 형성되는 회절광이 도 7에 도시되어 있는데, 격자의 주기적인 방향으로 0차, ±1차 회절광이 형성되게 되며, 격자의 주기적인 방향이 선형 평행광의 세로 방향과 동일하면 도 7에 도시된 바와 같은 회절광이 형성된다.
이때, 회절형 광변조기(344a, 344c)를 지면에 대한 수직 경사 ±1.41°를 두면 파장별로 각각 5.4mm폭을 갖고 서로간에 2mm의 사이를 갖도록 하여 공간 필터(352)를 사용하여 파장별 분리가 가능하다.
필터계(350)은 푸리에 렌즈(351)과 공간 필터(352)로 구성되는 것이 바람직하며, 푸리에 렌즈(351)는 입사되는 회절광을 차수별로 분리하며, 공간 필터(352)는 원하는 차수의 회절광만을 투과시킨다.
즉, 도 8a 및 도 8b는 도 7와 같이 회절된 회절광이 회절광과 조명광 분리용 미러(341)를 통과한 절단면도를 보여주고 있는데, 0차 회절광과 ±1차 회절광이 서로 겹침을 알 수 있다. 따라서, 푸리에 렌즈(351)는 0차 회절광과 ±1차 회절광을 분리할 필요가 있으며, 0차 회절광과 ±1차 회절광이 분리한 후에 원하는 차수의 회절광을 기구적인 공간 필터(352)를 사용하여 필터링하면 된다.
도8a를 참조하면 파장이 서로 다른 세개의 빔이 푸리에 렌즈(351)로 입사되면 푸리에 렌즈(351)는 각빔을 집광시킨다.
또한, 도 8b는 세개의 빔중 어느 하나의 빔에 대한 측단면도를 나타내는 것 으로 0차의 회절광은 푸리에 렌즈(351)를 통과하면 어느 한 점으로 집광되게 되는데, 이때 +1차의 회절광은 0차의 회절광이 집광되는 위치로부터 떨어진 위쪽에 그리고 -1차의 회절광은 0차의 회절광이 집광되는 위치로부터 떨어져 아래쪽에 집광된다. 이러한 집광점에 가까운 지점에 공간 필터(352)를 위치시키면 원하는 차수의 회절광만을 통과시킬 수 있다. 이때 사용되는 필터(352)의 정면도가 도 10에 도시되어 있는데 각 파장마다 0차 회절광과 ±1차 회절광의 거리가 서로 다르기 때문에 공간 필터(352)를 사용하여 분리할 수 있다.
프로젝션 시스템(360)은 한 쌍의 프로젝션 렌즈(361, 363)과, 반점 제거기(362)를 구비하고 있으며 입사된 회절광을 스크린(370)에 투사한다. 즉, 프로젝션 시스템(370)은 필터계(350)을 통하여 입사되는 소정의 회절계수를 갖는 회절빔을 스크린(370)에 집속시켜 스팟을 형성시키는 역할을 수행한다.
본 발명에 따른 회절광과 조명광 분리용 미러를 사용하여 간단한 광학계를 구성하여 칼라 이미지를 구현할 수 있는 효과가 있다.
여기서, 상술한 본 발명에서는 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 복수 광원으로부터 출사된 편광된 광을 집속하여 출사하는 집속부;
    상기 집속부로부터 출사되는 다중의 편광빔이 입사되면 선형의 평행광으로 변환하여 출사하는 조명렌즈계;
    상기 각 파장의 편광빔에 대하여 광변조를 수행하여 복수 차수의 회절계수를 갖는 회절광을 생성하는 복수의 회절형 광변조기;
    상기 조명렌즈계로부터 출사되는 편광빔은 슬릿을 이용하여 통과시키고 상기 회절형 광변조기로부터 출사되는 회절광을 상기 필터계로 반사하는 조명광과 회절광의 분리 미러;
    상기 조명광과 회절광의 분리 미러로부터 다중의 편광빔을 파장별로 분리하여 해당하는 상기 회절형 광변조기로 입사시키고 상기 복수의 회절형 광변조기로부터 출사되는 회절광을 집광하여 상기 조명광과 회절광의 분리 미러로 출사시키는 편광빔 분리부;
    상기 회절형 광변조기로부터 출사되는 복수의 회절차수를 갖는 각각의 회절광에서 원하는 차수의 회절광을 공간 필터를 사용하여 통과시키는 필터계; 및
    상기 필터계에 의해 통과된 회절광을 집광하여 스크린에 투사하는 프로젝션 시스템을 포함하여 이루어진 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조명렌즈계는,
    상기 광원에서 출사된 광을 선형화시키는 실린더 렌즈; 및
    상기 실린더 렌즈에 의해 선형화된 광을 평행광을 만드는 콜리메이터 렌즈를 포함하여 이루어진 디스플레이 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 편광빔 분리부는 X-프리즘인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터계는,
    상기 조명광과 회절광 분리 미러로부터 출사되는 회절광을 차수별로 집광하는 푸리에 렌즈; 및
    상기 푸리에 렌즈에 의해 집광된 회절광을 공간적으로 분리된 다수의 슬릿을 사용하여 분리하는 공간 필터를 포함하여 이루어진 디스플레이 장치.
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