KR100819872B1

KR100819872B1 - 광 변조기 캘리브레이션 장치

Info

Publication number: KR100819872B1
Application number: KR1020060044234A
Authority: KR
Inventors: 안승도; 렙척 아나톨리; 유승원
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2006-05-17
Filing date: 2006-05-17
Publication date: 2008-04-07
Also published as: US20070273889A1; JP2007310386A; KR20070111183A

Abstract

광 변조기의 캘리브레이션을 수행하는 장치에 있어서, 상기 광 변조기에 소정의 광을 출사하는 광원; 상기 광 변조기로부터 출사된 광을 스캔하여 투사하기 위한 광 스캔 장치; 상기 광원에서 출사되는 광을 측정하는 광 측정 수단; 및 상기 광 스캔 장치에 비가시적(非可視的)이고 상기 광 측정 수단이 감지 가능한 캘리브레이션 광이 출사되도록 상기 광원을 제어하는 광원 제어부를 포함하는 광 변조기 캘리브레이션 장치가 제시된다. 본 발명에 따른 광 변조기 캘리브레이션 장치는 광원의 특성을 달리하여 복잡하지 않게 구성될 수 있는 효과가 있다.

광 변조기, 캘리브레이션, 광 스캔.

Description

광 변조기 캘리브레이션 장치{Apparatus for calibrating optical modulator}

도 1은 종래 기술에 따른 광 변조기와 폴리곤 미러를 이용한 디스플레이 장치를 도시한 모식도.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 압전체를 이용한 회절형 광 변조기 모듈의 사시도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 회절형 광 변조기 어레이의 평면도.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 회절형 광 변조기 어레이에 의해 스크린에 이미지가 생성되는 모식도.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광 변조기의 캘리브레이션을 위한 레이저 파워와 스크린에 투사되는 화면과의 관계를 도시한 도면.

도 6은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 광 변조기의 캘리브레이션을 위한 장치를 도시한 도면.

도 7은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 광 변조기의 캘리브레이션을 위한 장치를 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

710 : 광원 제어부 720 : 광원

730 : 광 변조기 740 : 광 스캔 장치

750 : 광 측정 수단 760 : 스크린

770 : 반투과막

본 발명은 디스플레이 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 광 변조기를 이용한 디스플레이 장치의 캘리브레이션 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 광신호처리는 많은 데이터 양과 실시간 처리가 불가능한 기존의 디지털 정보처리와는 달리 고속성과 병렬처리 능력, 대용량의 정보처리의 장점을 지니고 있으며, 공간 광변조이론을 이용하여 이진위상 필터 설계 및 제작, 광논리게이트, 광증폭기 등과 영상처리 기법, 광소자, 광 변조기 등의 연구가 진행되고 있다.

이 중에서 광 변조기는 광섬유 또는 광주파수대(光周波數帶)의 자유공간을 전송매체로 하는 경우에 송신기에서 신호를 빛에 싣는(광변조) 회로 또는 장치이다. 광 변조기는 광메모리, 광디스플레이, 프린터, 광인터커넥션, 홀로그램 등의 분야에 사용되며, 현재 이를 이용한 표시장치의 개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 광 변조기는 멤스 기술과 관련되는데, 멤스(MEMS : Micro Electro Mechanical System)는 반도체 제조기술을 이용해 실리콘 기판 위에 3차원의 구조물을 형성하는 기술이다. 이러한 멤스의 응용 분야는 매우 다양하며, 예를 들면, 차량용 각종 센서, 잉크젯 프린터 헤드, HDD 자기헤드 및 소형화 및 고기능화가 급진전되고 있는 휴대형 통신기기 등을 들 수 있다. 멤스 소자는 기계적인 동작을 하기 위해서 기판상에서 미세 구동 가능하도록 기판으로부터 부상된 부분을 가진다. 멤스는 초소형 전기기계시스템 또는 소자라고 부를 수 있는데, 그 응용의 하나로서 광학분야에 응용되고 있다.　마이크로머시닝 기술을 이용하면 1mm보다 작은 광학부품을 제작할 수 있으며, 이들로서 초소형 광시스템을 구현할 수 있다. 별도로 제작한 반도체 레이저를 미리 마이크로머시닝 기술로 제작한 고정대에 장착하고 마이크로 프레넬 렌즈, 빔스플리터, 45°반사미러를 마이크로머시닝 기술로 제작하여 조립할 수 있다. 기존의 광학시스템은 크고 무거운 광학대 위에 미러, 렌즈 등을 조립기구를 이용하여 시스템을 구성한다. 또한, 레이저의 크기도 크다. 이렇게 구성한 광학시스템의 성능을 얻기 위해서는 정밀한 스테이지를 이용하여 광축 및 반사각, 반사면 등을 꽤 많은 노력을 거쳐서 정렬해야 하는 문제점이 있다.

현재, 초소형 광시스템은 빠른 응답속도와 작은 손실, 집적화 및 디지털화의 용이성 등의 장점으로 인하여 정보통신장치, 정보 디스플레이 및 기록장치에 채택되어 응용되고 있다. 예를 들면, 마이크로 미러, 마이크로렌즈, 광섬유고정대 등의 마이크로 광학부품은 정보저장기록장치, 대형화상 표시장치, 광통신소자, 적응광학에 응용할 수 있다.

여기에서, 마이크로 미러는 상하방향,　회전방향, 미끄러지는 방향 등의 방향 과 동적 및 정적인 운동에 따라 여러가지로 응용된다.　상하방향의 운동은 위상보정기나 회절기 등으로 응용되고, 기울어지는 방향의 운동은 스캐너나 스위치, 광신호 분배기, 광신호감쇠기, 광원어레이 등으로, 미끄러지는 방향의 운동은 광차폐기나 스위치 광신호 분배기 등으로 응용된다.

마이크로 미러는 응용에 따라 크기와 개수가 매우 다르며, 동작 방향 및 동적 또는 정적인 동작에 따라서 응용이 달라진다. 물론 그에 따른 마이크로 미러의 제작방법도 달라진다.　

최근에는 프로젝션(Projection) 텔레비전, 모바일 프로젝터 등이 개발됨에 따라 영상 디스플레이에 빔을 주사하는 수단으로서 광빔 스캐닝 장치가 이용되고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 광 변조기와 폴리곤 미러를 이용한 디스플레이 장치를 도시한 모식도이다. 도 1을 참조하면, 광원(110), 제어부(120), 렌즈(130), 폴리곤 미러(140), 스크린(150)이 도시된다. 여기서, 모바일 프로젝터에서는 반드시 광 변조기를 이용할 필요는 없으나, 이하에서는 광 변조기를 이용한 모바일 프로젝터를 중심으로 설명한다.

광원(110)은 광 변조기에 의해 반사 및 회절된 레이저빔을 발생하는 장치이다. 여기서, 광원(110)은 수직 방향으로 동시에 레이저빔을 발생하며, 이러한 레이저빔은 회전하는 폴리곤 미러(140)에 의해 2차원 영상을 구현한다. 다른 실시예에 의하면, 광원(110)은 레이저나 레이저 다이오드로 구현될 수 있으며, 이러한 광원(110)은 제어부(120)의 구동 제어에 따라 온/오프(ON/OFF)되어 레이저 빔을 발생 한다.

제어부(120)는 광원(110)의 온/오프 제어, 폴리곤 미러(140)의 구동 제어, 광 변조기 제어를 수행한다.

렌즈(130)는 광원(110)으로부터 발생되는 레이저빔을 폴리곤 미러(140)의 회전축 방향으로 집속시킨다.

폴리곤 미러(140)는 제어부(120)의 구동 제어에 따라 온/오프되며, 구동시 미리 설정된 회전 속도로 일정하게 회전한다. 이러한 폴리곤 미러(140)는 다각형으로 구현되어 있어 회전시 각 면을 통해 입사되는 빔을 반사시킨다.

폴리곤 미러(140)는 일방향 또는 양방향으로 회전할 수 있는 모터(미도시)를 구비하고 있으며, 이 모터에 의해 회전하면서 렌즈(130)를 통해 주사되는 빔을 스크린(150) 방향으로 반사하게 된다.

여기서, 광 변조기의 화질 불균일을 개선하기 위하여 제품 출시 전 각 픽셀 별로 캘리브레이션(Calibration) 후 보상 디스플레이를 하여야 한다. 일반적으로, 광 변조기의 캘리브레이션을 위해서 광 변조기를 작동하는 소정의 전압을 인가하고, 광 변조기에서 출사된 광을 검출하여 기준치에 적합한지 판단하여 보정치를 생성한 후 보정치를 적용한 전압을 광 변조기에 적용하는 방법으로 광 변조기를 캘리브레이션한다. 제품 출시 후에도 장시간 사용 및 환경변화에 의한 소자, 회로, 광학계의 변화(Drift)로 화질 불균일 발생을 방지하기 위해서 상술한 캘리브레이션을 통하여 지속적으로 보상된 디스플레이를 구현해야 할 필요성이 대두된다. 여기서, 종래 기술에 따르면, 광 변조기의 화질 불균일을 개선하기 위해서 사용되는 캘 리브레이션 광 또는 화면은 가시 영역에 있으므로 이를 차단하는 도구(예를 들면, 광학 Shutter)가 구비될 필요가 있어서, 전체적인 장치가 복잡해지는 문제점이 있다.

본 발명은 광원의 특성을 달리하여 복잡하지 않게 구성될 수 있는 광 변조기 캘리브레이션 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 간단한 구조로 전기적 제어를 통해 다양한 실시예에 적용될 수 있는 광 변조기 캘리브레이션 장치를 제공한다.

본 발명이 제시하는 이외의 기술적 과제들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 광 변조기의 캘리브레이션을 수행하는 장치에 있어서, 상기 광 변조기에 소정의 광을 출사하는 광원; 상기 광 변조기로부터 출사된 광을 스캔하여 투사하기 위한 광 스캔 장치; 상기 광원에서 출사되는 광을 측정하는 광 측정 수단; 및 상기 광 스캔 장치에 비가시적(非可視的)이고 상기 광 측정 수단이 감지 가능한 캘리브레이션 광이 출사되도록 상기 광원을 제어하는 광원 제어부를 포함하는 광 변조기 캘리브레이션 장치를 제시할 수 있다.

여기서, 상기 광 측정 수단은 상기 광원에서 출사되는 광의 광량을 측정할 수 있다.

여기서, 상기 캘리브레이션 광은 상기 광 변조기가 출사하는 영상의 프레임 에지(edge)에 상응하여 출사될 수 있다.

여기서, 상기 광 측정 수단은 포토다이오드(PhotoDiode) 센서, CMOS 이미지 센서 및 CCD 이미지 센서 중 어느 하나일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 광 변조기의 캘리브레이션을 수행하는 장치에 있어서, 상기 광 변조기에 소정의 광을 출사하는 광원; 상기 광 변조기로부터 출사된 광을 반투과시키는 반투과막; 상기 반투과막에서 일방향으로 투사된 광을 스캔하여 투사하기 위한 광 스캔 장치; 상기 반투과막에서 타방향으로 투사된 광을 측정하는 광 측정 수단; 및 상기 광 스캔 장치에 비가시적(非可視的)이고 상기 광 측정 수단이 감지 가능한 캘리브레이션 광이 출사되도록 상기 광원을 제어하는 광원 제어부를 포함하는 광 변조기 캘리브레이션 장치를 제시할 수 있다.

여기서, 상기 광 스캔 장치는 상기 반투과막에서 투과된 광을 스캔하며, 상기 광 측정 수단은 상기 반투과막에서 반사될 수 있다.

여기서. 상기 광 스캔 장치는 상기 반투과막에서 반사된 광을 스캔하며, 상기 광 측정 수단은 상기 반투과막에서 투과된 광을 측정할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 광 변조기의 캘리브레이션을 수행하는 장치에 있어서, 상기 광 변조기에 소정의 광을 출사하는 광원; 상기 광 변조기에서 출사된 광을 스캔하여 투사하기 위한 광 스캔 장치; 상기 광 스캔 장치에서 투사된 일방향의 광을 측정하는 광 측정 수단; 및 상기 광 스캔 장치에 비가시적(非可視的)이고 상기 광 측정 수단이 감지 가능한 캘리브레이션 광이 출사되도록 상기 광원을 제어하는 광원 제어부를 포함하는 광 변조기 캘리브레이션 장치를 제시할 수 있다.

여기서, 상기 광 측정 수단은 상기 광원에서 출사되는 광의 광량 또는 주파수를 측정할 수 있다.

여기서, 상기 광 측정 수단은 포토다이오드(PhotoDiode) 센서, CMOS 이미지 센서 및 CCD 이미지 센서 일 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 광 변조기 캘리브레이션 장치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기에 앞서 본 발명에 적용되는 광 변조기에 대해서 먼저 설명하기로 한다.

광 변조기는 크게 직접 광의 온/오프를 제어하는 직접 방식과 반사 및 회절을 이용하는 간접 방식으로 나뉘며, 또한 간접 방식은 정전기 방식과 압전 방식으로 나뉠 수 있다. 여기서, 광 변조기는 구동되는 방식에 상관없이 본 발명에 적용 이 가능하다. 예를 들면, 미국특허번호 제5,311,360 호에 개시된 정전 구동 방식 격자 광 변조기는 반사 표면부를 가지며 기판 상부에 부유(suspended)하는 다수의 일정하게 이격하는 변형 가능 반사형 리본을 포함한다.　절연층이 실리콘 기판상에 증착된다.　다음으로, 희생 이산화실리콘 막 및 질화실리콘 막의 증착 공정이 후속한다.

질화물 막은 리본으로부터 패터닝되고 이산화실리콘층의 일부가 에칭되어 리본이 질화물 프레임에 의해 산화물 스페이서층상에 유지되도록 한다. 단일 파장 λ0를 가진 광을 변조시키기 위해, 변조기는 리본의 두께와 산화물 스페이서의 두께가 λ0/4가 되도록 설계된다.

리본상의 반사 표면과 기판의 반사 표면 사이의 수직 거리 d로 한정된 이러한 변조기의 격자 진폭은 리본 (제 1 전극으로서의 역할을 하는 리본의 반사 표면)과 기판(제 2 전극으로서의 역할을 하는 기판 하부의 전도막) 사이에 전압을 인가함으로써 제어된다. 이하에서는 압전 방식의 회절형 광 변조기가 본 발명의 실시예에 적용된 경우를 중심으로 설명한다.

도 2는 본 발명에 적용 가능한 간접 광 변조기 중 압전체를 이용한 회절형 광 변조기 소자에 포함되는 마이크로 미러의 사시도이다. 도 2를 참조하면, 기판(210), 절연층(220), 희생층(230), 리본 구조물(240) 및 압전체(250)를 포함하는 광 변조기(100)가 도시되어 있다.

기판(210)은 일반적으로 사용되는 반도체 기판이며, 절연층(220)은 식각 정지층(etch stop layer)으로서 증착되며, 희생층으로 사용되는 물질을 식각하는 에 천트(여기서 에천트는 식각 가스 또는 식각 용액임)에 대해서 선택비가 높은 물질로 형성된다. 여기서 절연층(220)은 입사광을 반사하기 위해 반사층(220(a))이 도포될 수 있다.

희생층(230)은 리본 구조물(240)이 절연층(220)과 일정한 간격으로 이격될 수 있도록 양 사이드에서 리본 구조물(240)을 지지하고, 중심부에서 공간을 형성하는 역할을 한다.

리본 구조물(240)은 상술한 바와 같이 입사광의 회절 및 간섭을 일으켜서 신호를 광변조하는 역할을 한다. 리본 구조물(240)의 형태는 정전기 방식에 따라 복수의 리본 형상으로 구성될 수도 있고, 압전 방식에 따라 리본의 중심부에 복수의 오픈홀을 구비할 수도 있다. 또한, 압전체(250)는 상부 및 하부 전극간의 전압차에 의해 발생하는 상하 또는 좌우의 수축 또는 팽창 정도에 따라 리본 구조물(240)을 상하로 움직이도록 제어한다.

예를 들면, 빛의 파장이 λ인 경우 광 변조기가 변형되지 않은 상태에서(어떠한 전압도 인가되지 않은 상태에서) 리본 구조물(240)과 하부 반사층(220(a))이 형성된 절연층(220) 간의 간격은 λ/2와 같다. 따라서 0차 회절광(반사광)의 경우 리본 구조물(240)에서 반사된 광과 절연층(220)으로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 λ와 같아서 보강 간섭을 하여 광의 세기는 최대값을 가진다. 여기서, +1차 및 -1차 회절광의 경우 광의 세기는 상쇄 간섭에 의해 최소값을 가진다.

또한, 적정 전압이 압전체(250)에 인가될 때, 리본 구조물(240)과 하부 반사층(220(a))이 형성된 절연층(220) 간의 간격은 λ/4와 같게 된다. 따라서 0차 회절 광의 경우 리본 구조물(240)과 절연층(220)으로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 λ/2와 같아서 상쇄 간섭을 하여 광의 세기는 최소값을 가진다. 여기서, +1차 및 -1차 회절광의 경우 보강 간섭에 의해 광의 세기는 최대값을 가진다. 이러한 간섭의 결과, 광 변조기는 반사 또는 회절광의 광량을 조절하여 신호를 빛에 실을 수 있다. 이상에서는, 리본 구조물(240)과 하부 반사층(220(a))이 형성된 절연층(220) 간의 간격이 λ/2인 경우를 설명하였으나, 입사광의 회절, 반사에 의해 간섭되는 세기를 조절할 수 있는 간격을 가지고 구동할 수 있는 다양한 실시예가 본 발명에 적용될 수 있음은 당연하다.

도 3을 참조하면, 광 변조기는 각각 제1 픽셀(pixel #1), 제2 픽셀(pixel #2), …, 제n 픽셀(pixel #n)을 담당하는 n개의 마이크로 미러(100-1, 100-2, …, 100-n)로 구성된다. 광 변조기는 수직 주사선 또는 수평 주사선(여기서, 수직 주사선 또는 수평 주사선은 n개의 픽셀로 구성되는 것으로 가정함)의 1차원 영상에 대한 영상 정보를 담당하며, 각 마이크로 미러(100-1, 100-2, …, 100-n)는 수직 주사선 또는 수평 주사선을 구성하는 n개의 픽셀 중 어느 하나의 픽셀들을 담당한다. 따라서, 각각의 마이크로 미러에서 반사 및 회절된 광은 이후 광 스캔 장치에 의해 스크린에 2차원 영상으로 투사된다.

도 4를 참조하면, n개의 마이크로 미러(100-1, 100-2, …, 100-n)가 수직으로 배열된 경우 광 스캔 장치에 의해 스크린(400)에 수평으로 스캔되어 생성된 화면(410-1, 410-2, 410-3, 410-4, …, 410-(n-3), 410-(n-2), 410-(n-1), 410-n)이 도시된다. 여기서, 스캔 방향은 왼쪽에서 오른쪽 방향(화살표 방향)으로 도시되어 있으나, 그 역 방향으로도 영상이 스캔될 수 있음은 자명하다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광 변조기의 캘리브레이션을 위한 레이저 파워와 스크린에 투사되는 화면과의 관계를 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 캘리브레이션 광이 출사되는 화면(510), 스크린 영상(520) 및 시간 대 레이저 파워 그래프가 도시된다.

본 발명의 실시예에 따른 캘리브레이션 광은 광 변조기의 캘리브레이션을 수행하기 위한 광이며, 비가시적(非可視的, invisible)이고 캘리브레이션을 위해 광을 측정하는 광 측정 수단이 감지 가능한 파장을 가진다. 즉, 가시광선의 파장 범위는 사람에 따라 다소 차이가 있으나, 대체로 그 파장은 380∼770㎚이다. 가시광선 내에서는 파장에 따른 성질의 변화가 각각의 색깔로 나타나며 빨강색으로부터 보라색으로 갈수록 파장이 짧아진다. 단색광인 경우 700∼610㎚는 빨강, 610∼590㎚는 주황, 590∼570㎚는 노랑, 570∼500㎚는 초록, 500∼450㎚는 파랑, 450∼400㎚는 보라로 보인다. 본 발명의 실시예에 따르면 캘리브레이션하기 위한 광은 사람(사용자)에게 보이지 않으며, 이를 감지하여 소정의 광량인지를 판단하는 광 측정 수단만이 감지하므로, 종래 기술에 따른 캘리브레이션 광을 차단하는 도구 또는 장치가 필요하지 않는다.

도 5를 참조하면, 캘리브레이션 광의 레이저 파워의 크기는 (a)이며, 영상에 상응하는 광의 레이저 파워는 (b)이다. 여기서, 레이저 파워는 광의 주파수에 상응하여 결정될 수 있으므로, 레이저 파워가 작을수록 광의 주파수가 작다. 따라서, x 축에서 (c)~(e)까지는 하나의 프레임이 출력되는 시간이며, 하나의 프레임의 에지(edge) 부분에서 캘리브레이션 광을 출사한다. 캘리브레이션 광은 (c)~(d)의 간격동안 광원에서 출사되며, 이러한 광은 스크린 영상(520)에 상응하는 광과 서로 다른 주파수를 가진다. 또한, 다른 실시예에 의하면, 캘리브레이션 광에 의해 출사되는 이미지는 점, 선 등이 될 수 있다. 즉, 캘리브레이션 광에 의해 출사되는 이미지가 점인 경우 하나의 점이 출사되도록 광원에서 짧은 시간동안만 광을 출사할 수 있고, 캘리브레이션 광에 의해 출사되는 이미지가 선인 경우 점을 출력하는 경우보다 상대적으로 긴 시간동안 광을 출사할 수 있다. 또한, 캘리브레이션 광에 의해 출사되는 이미지가 선인 경우 직선상에 휘도가 다른 광이 출력될 수 있으며, 이 경우 광 변조기에 인가되는 전압을 제어하여 휘도를 제어할 수 있다. 예를 들면, 광 변조기에 인가되는 전압이 0V인 경우 휘도가 최소이고, 10V일 경우 휘도가 최대인 광이 출사되면, 캘리브레이션 광이 광 변조기에 조사되는 동안 광 변조기에 인가되는 전압을 0V에서 10V로 조절하여 휘도의 변화를 측정함으로써, 광 변조기의 상태를 검사하고, 최초 기준치와 서로 다른 경우 인가되는 전압을 휘도에 상응하에 조절함으로써 캘리브레이션을 수행할 수 있다.

출사된 캘리브레이션 광은 프레임의 에지(edge)에 위치하므로, 화질을 왜곡시키지 않게 된다. 캘리브레이션 광이 출사되는 주기는 프레임 당 한번으로 기재하였으나, 두 프레임 당 한번, 세 프레임 당 한 번 등 다양하게 실시될 수 있음은 자명하다.

여기서, 캘리브레이션 광의 파장은 상술한 가시광선의 파장 범위 밖에 있으 면 본 발명에 적용가능하다. 따라서, 본 발명에 따른 캘리브레이션 장치는 장치의 복잡도가 줄어들며, 광 측정 수단의 위치를 다양하게 변형할 수 있으므로, 소형의 장치에 적합하게 구비될 수 있다. 특히, 광 변조기가 모바일 디스플레이 장치에 구비되는 경우 현재 모바일 단말기의 크기가 작아지는 추세를 고려하면, 이러한 본 발명의 실시예에 따른 장치의 복잡도가 작은 캘리브레이션 장치의 활용도는 증가될 수 있다.

이상에서 광 변조기를 일반적으로 도시한 사시도, 배열도 및 캘리브레이션의원리를 설명하였으며, 이하에서는 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 광 변조기 캘리브레이션 장치를 구성하는 방법에 의해 구별되는 구체적인 실시예를 기준으로 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 실시예는 크게 2가지로 구분되는데, 이하에서 차례대로 설명한다.

도 6은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 광 변조기의 캘리브레이션을 위한 장치를 도시한 도면이다. 도 6을 참조하면, 광원 제어부(610), 광원(620), 광 변조기(630), 광 스캔 장치(640), 광 측정 수단(650) 및 스크린(660)이 도시된다. 여기서, 설명의 편의상 광원(620)에서 출사된 광을 확장하고(expender), 평행하게 하며(collimate) 집속하는 역할을 하는 렌즈가 추가될 수 있으나 이에 대한 설명은 생략한다.

광원(620)은 광 변조기(630)에 의해 반사 및 회절되는 레이저빔을 발생하는 장치이다. 광 변조기(630)가 1차원 어레이인 경우 광원(620)에서 출사된 광은 광 변조기(630)의 어레이의 각 픽셀에 광을 투사할 수 있도록 구성된다. 여기서, 광원(620)은 수직 또는 수평 방향으로 레이저빔을 발생하며, 이러한 레이저빔은 회전하는 광 스캔 장치(640)에 의해서 2차원 영상을 구현한다. 광원(620)은 레이저나 레이저 다이오드로 구현될 수 있으며, 이러한 광원(620)은 광원 제어부(610)의 구동 제어에 따라 온/오프(ON/OFF)되어 소정의 파장을 가지는 레이저 빔을 발생한다.

광원 제어부(610)는 광원(620)에서 출사되는 광의 파장을 제어할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 캘리브레이션 광은 비가시적(非可視的, invisible)이고 캘리브레이션을 위해 광을 측정하는 광 측정 수단(650)이 감지 가능한 파장을 가지므로, 스크린(660)에 투사되는 영상에 상응하여 캘리브레이션 광이 광원(620)에서 출사되도록 광원(620)을 제어한다. 광원 제어부(610)에 의해 광원(620)에서 출사되는 캘리브레이션 광은 광 변조기(630), 광 스캔 장치(640)를 경유하여 광 측정 수단(650)에서 측정된다.

광 측정 수단(650)은 캘리브레이션 광의 광량 또는 감지된 광의 주파수를 측정한다. 여기서, 광 측정 수단(650)은 광 스캔 장치(640)에서 반사된 캘리브레이션 광을 감지할 수 있는 위치에 마련된다. 예를 들면, 광 측정 수단(650)은 광 스캔 장치(640)에서 출사된 광을 직접 감지할 수 있는 위치에 마련되거나 별도의 차단 도구(미도시)에 의해 반사되어 진행하는 광을 감지할 수 있는 위치에 마련될 수 있다.

광 측정 수단(650)이 캘리브레이션 광의 광량을 측정하여 열화된 광 변조 기(630)의 각 픽셀별 열화 정도를 감지하고, 이에 상응하여 각 픽셀에 인가되는 전압을 조절함으로써 캘리브레이션을 수행할 수 있다. 광 측정 수단(650)이 광 변조기(630)의 각 픽셀에서 반사되는 광을 측정하기 위해서 각 픽셀에 상응하는 형상을 가진 일련의 배열로 형성될 수 있다.

여기서, 광 측정 수단(650)은 포토 다이오드 센서, CMOS 이미지 센서 및 CCD 이미지 센서 등이 될 수 있다. 포토 다이오드(photo diode) 센서는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광센서이며, 그 구성은 반도체의 PN 접합부에 광검출 기능을 추가한 것이다. CMOS(Complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서는 포토 다이오드(photo diode)를 포함하는 다수의 단위 픽셀로 구성되고, 1차원 또는 2차원 배열로 구성되며, 이러한 단위 픽셀은 제어 회로 및 신호 처리에 의해 구동된다. CCD(charge coupled device) 이미지 센서는 다수개의 MOS 캐패시터를 포함하며, 이 모스 캐패시터에 전하(캐리어)를 이동시킴으로써 동작된다. 이러한 이미지 센서는 광을 감지할 수 있는 복수의 픽셀들을 가지고 있다. 또한, 광 측정 수단(650)이 캘리브레이션 광의 주파수를 감지하는 경우 캘리브레이션 광이 광 스캔 장치(640)에서 반사되어 광 측정 수단(650)에 투사되는 경로가 어긋나는지를 검사할 수 있다. 즉, 캘리브레이션 광은 광원 제어부(610)의 제어에 의해 소정의 주기를 가지고 광원(620)에서 출사되는데, 이러한 주기 및 장치의 위치에 변화가 발생한 경우 이를 수정하기 위해서는 이러한 캘리브레이션 광의 경로 오차를 검사함으로써, 위치 수정을 할 수도 있다. 여기서, 광 측정 수단(650)이 캘리브레이션 광의 주파수를 감지하는 방법은 다양하게 구현될 수 있으며, 예를 들면, 광 측정 수 단(650)은 캘리브레이션 광을 감지할 수 있도록 특정 주파수 이상의 광에 대해서 광자를 발생할 수 있는 일함수를 가지는 물질로 형성될 수 있다.

여기서, 캘리브레이션 광은 광 변조기(630)가 출사하는 영상의 프레임 에지(edge)에 상응하여 출사될 수 있다. 이 경우 캘리브레이션 광은 영상에 해당하는 광과 서로 다른 주파수 및 형상을 가질 수 있으므로, 프레임 에지 부분에서 출사됨으로써, 영상의 화질이 균일하게 투사될 수 있다.

광 스캔 장치(640)는 광 스캔 장치 제어부(미도시)의 구동 제어에 따라 온/오프되며, 구동시 미리 설정된 회전 속도로 일정하게 회전한다. 이러한 광 스캔 장치(640)는 다각형으로 구현되어 있어 회전시 각 면을 통해 입사되는 빔을 반사시킨다. 이때, 광 스캔 장치(640)의 한 면으로부터 반사되는 빔은 스캐닝에 의해서 일정 간격의 스팟(Spot) 배열을 형성시키며 스크린(660)에 주사되되, 이 스팟 배열은 스크린(660)의 하나의 화면을 생성한다. 예를 들면, VGA 640*480 해상도의 경우 480개의 수직 화소에 대해 광 스캔 장치(640)의 한 면에서 640번 모듈레이션을 하여 광 스캔 장치(640)의 한 면당 화면 1 프레임이 생성된다.

광 스캔 장치(640)는 일방향 또는 양방향으로 회전할 수 있는 모터(미도시)를 구비하고 있으며, 이 모터에 의해 회전하면서 광 변조기(630)를 통해 주사되는 빔을 스크린(660) 방향으로 반사하게 된다. 여기서, 광 스캔 장치(640)는 폴리곤 미러(Polygon Mirror), 회전바(Rotating bar) 또는 갈바노 미러(Galvano Mirror) 등이 될 수 있다.

도 7은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 광 변조기의 캘리브레이션을 위한 장치를 도시한 도면이다. 도 7을 참조하면, 광원 제어부(710), 광원(720), 광 변조기(730), 광 스캔 장치(740), 광 측정 수단(750), 스크린(760) 및 반투과막(770)이 도시된다. 상술한 제1 실시예와의 차이점을 위주로 설명한다.

반투과막(770)은 광 변조기(730)와 광 스캔 장치(740) 사이에 위치하며, 광 변조기(730)로부터 출사된 광의 일부는 반사하고 나머지 일부는 투과한다. 반투과막(770)을 투과되어 일방향으로 투사된 광은 광 스캔 장치(740)에서 반사하여 스크린(760)에 투영되고, 반투과막(770)에서 반사되어 타방향으로 투사된 광은 광 측정 수단(750)으로 진행한다.

여기서, 반투과막(770)은 다양한 방법에 의해 구현될 수 있으며, 예를 들면, 반투과막(770)은 유전체를 이용하는 유전체 거울일 수 있다. 즉, 반투과막(770)은 유전체다층막을 가지며 이러한 다층막 구조에 의해, 입사광의 일부를 투과하고, 나머지를 반사하도록 구성되어 있다. 이러한 유전체로서는, 예를 들면, TiO2(산화티탄)와 SiO2(산화실리콘)의 적층구조를 이용할 수 있다. 유전체의 막두께는 입사광의 약 절반 정도는 반사하고 나머지는 투과하도록 공진 파장에 대응해서 유전체 다층막의 적층수 및 각 유전체막의 막두께가 정해져서 구성되어 있다. 즉, 유전체 다층막 및 반사전극에 의해 광학적 공진기가 구성되므로, 광 변조기(730)에서 출사한 광은 각각의 유전체막에서 반사 또는 투과될 수 있다.

이상에서는 반투과막(770)을 투과되어 일방향으로 투사된 광은 광 스캔 장 치(740)에서 반사하여 스크린(760)에 투영되고, 반투과막(770)에서 반사되어 타방향으로 투사된 광은 광 측정 수단(750)으로 진행하는 경우에 대해서 설명하였으나, 반투과막(770)에서 반사되어 일방향으로 투사된 광은 광 스캔 장치(740)에서 반사하여 스크린(760)에 투영되고, 반투과막(770)을 투과하여 타방향으로 투사된 광이 광 측정 수단(750)으로 진행할 수 있도록 장치의 구조를 변경할 수도 있음은 당연하다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 광 변조기 캘리브레이션 장치는 광원의 특성을 달리하여 복잡하지 않게 구성될 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 광 변조기 캘리브레이션 장치는 간단한 구조로 전기적 제어를 통해 다양한 실시예에 적용될 수 있는 효과가 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명 및 그 균등물의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

광 변조기의 캘리브레이션을 수행하는 장치에 있어서,

상기 광 변조기에 소정의 광을 출사하는 광원;

상기 광 변조기로부터 출사된 광을 스캔하여 투사하기 위한 광 스캔 장치;

상기 광원에서 출사되는 광을 측정하는 광 측정 수단; 및

상기 광 스캔 장치에 비가시적(非可視的)이고 상기 광 측정 수단이 감지 가능한 캘리브레이션 광이 출사되도록 상기 광원을 제어하는 광원 제어부를 포함하는 광 변조기 캘리브레이션 장치.
제1항에 있어서,

상기 광 측정 수단은 상기 광원에서 출사되는 광의 광량을 측정하는 것을 특징으로 하는 광 변조기 캘리브레이션 장치.
제1항에 있어서,

상기 캘리브레이션 광은 상기 광 변조기가 출사하는 영상의 프레임 에지(edge)에 상응하여 출사되는 것을 특징으로 하는 광 변조기 캘리브레이션 장치.
제1항에 있어서,

상기 광 측정 수단은 포토다이오드(PhotoDiode) 센서, CMOS 이미지 센서 및 CCD 이미지 센서 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광 변조기 캘리브레이션 장치.
광 변조기의 캘리브레이션을 수행하는 장치에 있어서,

상기 광 변조기에 소정의 광을 출사하는 광원;

상기 광 변조기로부터 출사된 광을 반투과시키는 반투과막;

상기 반투과막에서 일방향으로 투사된 광을 스캔하여 투사하기 위한 광 스캔 장치;

상기 반투과막에서 타방향으로 투사된 광을 측정하는 광 측정 수단; 및

상기 광 스캔 장치에 비가시적(非可視的)이고 상기 광 측정 수단이 감지 가능한 캘리브레이션 광이 출사되도록 상기 광원을 제어하는 광원 제어부를 포함하는 광 변조기 캘리브레이션 장치.
제5항에 있어서,

상기 광 스캔 장치는 상기 반투과막에서 투과된 광을 스캔하며, 상기 광 측정 수단은 상기 반투과막에서 반사된 광을 측정하는 것을 특징으로 하는 광 변조기 캘리브레이션 장치.
제5항에 있어서,

상기 광 스캔 장치는 상기 반투과막에서 반사된 광을 스캔하며, 상기 광 측정 수단은 상기 반투과막에서 투과된 광을 측정하는 것을 특징으로 하는 광 변조기 캘리브레이션 장치.
광 변조기의 캘리브레이션을 수행하는 장치에 있어서,

상기 광 변조기에 소정의 광을 출사하는 광원;

상기 광 변조기에서 출사된 광을 스캔하여 투사하기 위한 광 스캔 장치;

상기 광 스캔 장치에서 투사된 일방향의 광을 측정하는 광 측정 수단; 및

상기 광 스캔 장치에 비가시적(非可視的)이고 상기 광 측정 수단이 감지 가능한 캘리브레이션 광이 출사되도록 상기 광원을 제어하는 광원 제어부를 포함하는 광 변조기 캘리브레이션 장치.
제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 광 측정 수단은 상기 광원에서 출사되는 광의 광량을 측정하는 것을 특징으로 하는 광 변조기 캘리브레이션 장치.
제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 광 측정 수단은 상기 광원에서 출사되는 광의 주파수를 측정하는 것을 특징으로 하는 광 변조기 캘리브레이션 장치.
제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 캘리브레이션 광은 상기 광 변조기가 출사하는 영상의 프레임 에지(edge)에 상응하여 출사되는 것을 특징으로 하는 광 변조기 캘리브레이션 장치.
제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 광 측정 수단은 포토다이오드(PhotoDiode) 센서, CMOS 이미지 센서 및 CCD 이미지 센서 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광 변조기 캘리브레이션 장치.