KR100864017B1 - Line beam generator - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 라인 빔 발생 장치가 이용된 디스플레이 장치의 구성도. 1 is a block diagram of a display apparatus using a line beam generator according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2a는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 압전체를 이용한 일 형태의 회절형 광 변조기 모듈의 사시도. 2A is a perspective view of one type of diffractive light modulator module using a piezoelectric body applicable to a preferred embodiment of the present invention.
도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 압전체를 이용한 다른 형태의 회절형 광 변조기 모듈의 사시도.2B is a perspective view of another type of diffractive light modulator module using a piezoelectric body applicable to a preferred embodiment of the present invention.
도 2c는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 회절형 광 변조기 어레이의 평면도. 2C is a plan view of a diffractive light modulator array applicable to a preferred embodiment of the present invention.
도 2d는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 회절형 광 변조기 어레이에 의해 스크린에 이미지가 생성되는 모식도.FIG. 2D is a schematic diagram in which an image is generated on a screen by a diffractive light modulator array applicable to a preferred embodiment of the present invention. FIG.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 반사 미러 방식을 이용한 라인 빔 발생 장치의 구성도.3 is a configuration diagram of a line beam generator using a multiple reflection mirror method according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 반사 미러 방식을 이용한 라인 빔 발생 장치의 구성도. 4 is a configuration diagram of a line beam generator using a multiple reflection mirror method according to another embodiment of the present invention.
도 5은 본 발명의 실시예에 따른 다중 반사 미러 방식을 이용한 라인 빔 발 생 장치에 의해 생성된 라인 빔의 균일도 프로파일.5 is a uniformity profile of the line beam generated by the line beam generation apparatus using a multiple reflection mirror method according to an embodiment of the present invention.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 다중 반사 미러 방식을 이용한 라인 빔 발생 장치의 반투과 미러의 연속적인 투과율을 도시한 도면. 6 is a diagram illustrating a continuous transmittance of a transflective mirror of the line beam generator using a multiple reflection mirror method according to an embodiment of the present invention.
도 7는 본 발명의 실시예에 따른 다중 반사 미러 방식을 이용한 라인 빔 발생 장치의 반투과 미러의 불연속적인 투과율을 도시한 도면.7 is a diagram illustrating discontinuous transmittance of a transflective mirror of a line beam generator using a multiple reflection mirror according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다중 반사 미러 방식을 이용한 라인 빔 발생 장치의 반사율 및 투과율에 따른 빔 세기를 도시한 도면. 8 is a diagram illustrating beam intensity according to reflectance and transmittance of a line beam generator using a multiple reflection mirror method according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 고조파 레이저를 이용한 라인 빔 발생 장치를 나타낸 도면.9 is a view showing a line beam generator using a harmonic laser according to an embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 고조파 레이저를 이용한 라인 빔 발생 장치를 나타낸 도면.10 illustrates a line beam generator using a harmonic laser according to another embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 반사 미러 방식과 고조파 레이저를 이용한 라인 빔 발생 장치를 나타낸 도면.11 is a view showing a line beam generator using a multiple reflection mirror method and a harmonic laser according to an embodiment of the present invention.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 반사 미러 방식과 고조파 레이저를 이용한 라인 빔 발생 장치를 나타낸 도면.12 illustrates a line beam generator using a multiple reflection mirror method and a harmonic laser according to another embodiment of the present invention.
본 발명은 라인 빔 발생 장치에 관한 것으로, 특히 다중 반사 미러 방식 및 고조파 레이저를 이용한 라인 빔 발생 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a line beam generator, and more particularly, to a line beam generator using a multiple reflection mirror system and a harmonic laser.
종래 기술에 따라 라인 빔(Line Beam)을 만들기 위한 방식에는 다양한 방법이 있다. 그 중에 대표적이라 할 수 있는 몇 가지 예를 들면, 빔을 확대하여 소정의 균일도 이상 되는 빔만을 잘라서 라인 빔으로 사용하는 트런케이션(Truncation)방식, 파웰 렌즈(Powell Lens)와 같은 비구면 렌즈나 HOE 또는 DOE소자를 이용하여 빔을 균일하게 하는 플랫 탑(Flat-Top) 방식, 광 섬유(Optical Fiber)를 사용하여 빔을 여러 개로 나누어 광파이버를 적당히 배열하는 방식, 광원을 1차원으로 배열하는 방식, FEL과 같은 렌즈 어레이 같은 방식 등 다양한 방식이 있다.According to the prior art, there are various methods for making a line beam. Some of the typical examples include a truncation method, an aspherical lens such as a truncation method, a Powell lens, a HOE or Flat-top method to uniformize beam using DOE element, method of arranging optical fiber properly by dividing beam into several using optical fiber, method of arranging light source in one dimension, FEL There are various methods such as a lens array method.
그러나, 트런케이션(Truncation) 방식은 균일도를 높이기 위해서는 효율이 떨어지고 효율을 올리려면 균일도가 떨어지는 트레이드 오프(Trade-off) 관계에 있기에 두 가지를 동시에 올릴 수가 없는 단점이 있다. 또한, Powell 렌즈와 같은 비구면 렌즈를 이용한 플랫 탑(Flat-Top) 방식은 렌즈 제작이 쉽지 않고, 렌즈간 거리가 일정거리 이상 확보 되어야 하며, 입사 빔의 폭이나 콜리메이션 정도에 민감하게 반응하므로 조정이 쉽지 않다. However, the truncation method has a disadvantage in that it cannot raise both at the same time because there is a trade-off relationship in which the efficiency is lowered to increase the uniformity and the uniformity is lowered to increase the efficiency. In addition, the flat top method using aspherical lens such as Powell lens is not easy to manufacture the lens, and the distance between lenses should be secured over a certain distance, and it is sensitive to the width of the incident beam or the degree of collimation. This is not easy.
또한, HOE 또는 DOE소자는 제작 성능과 효율이 떨어지고, 출사된 빔들의 출사각이 서로 평행하지 않아, 설계된 거리를 벗어나면 균일도가 떨어진다. 광 섬유(Optical Fiber)를 이용한 방식은 광 섬유(Optical Fiber)를 경유한 다음에 에텐듀(Etendue)가 증가되어 에텐듀가 작은 라인 조명에는 적합하지 않다. 여기서, 에텐듀는 기하학적인 광학에서 중요한 획득 크기로서, 광선 두께를 지칭한다. 광선 두께는 광원의 평면 면적과 광원이 방사하는 공간각에 의해 결정된다. 또한, 광원 을 1차원으로 배열하는 방식이나 FEL과 같은 방식은 광학계가 복잡하고 광 경로가 길어지는 문제점이 있다.In addition, the HOE or DOE device is inferior in fabrication performance and efficiency, and the exit angles of the emitted beams are not parallel to each other, so that the uniformity is inferior when the designed distance is out of range. The method using optical fiber is not suitable for the line illumination with small etendue because the etendue is increased after passing through the optical fiber. Here, etendue is an important acquisition size in geometric optics and refers to the beam thickness. The beam thickness is determined by the planar area of the light source and the spatial angle at which the light source emits. In addition, a method of arranging light sources in one dimension or a method such as FEL has a problem in that an optical system is complicated and a light path is long.
또한, 종래에는 영상의 디스플레이 등을 위한 라인 빔을 발생시키는 데에 레이저 다이오드 하나당 각각 분리된 비선형 결정을 사용하여 고조파 레이저를 발생시켰다. 그리고 고조파 레이저 발생 장치를 배열함으로써 라인 빔을 형성하였다. In addition, conventionally, harmonic lasers are generated by using separate nonlinear crystals for each laser diode to generate a line beam for displaying an image. And the line beam was formed by arranging a harmonic laser generator.
종래 기술에 따르면, 레이저 다이오드 펌핑 제2 고조파 발진기는 고밀도 광자기 기록용으로서의 매우 유용한 광원이다. 특히 내부 공진기 안에 주파수 배가용 비선형 단결정이 마련되어 있는 제2고조파 발생 장치는 출력 레이저의 진폭이 불안정하다는 고유 특성을 갖는 레이저 장치 중에 하나이다. 이러한 이유에서 제2 고조파 발진의 방법 및 안정화에 대한 많은 연구가 진행되고 있고, 그 결과가 다수 제안되었다.According to the prior art, the laser diode pumped second harmonic oscillator is a very useful light source for high density magneto-optical recording. In particular, the second harmonic generator in which the nonlinear single crystal for frequency doubling is provided in the internal resonator is one of laser devices having inherent characteristics that the amplitude of the output laser is unstable. For this reason, many studies on the method and stabilization of the second harmonic oscillation have been conducted, and a number of results have been proposed.
상대적으로 낮은 출력에서 효과적인 제2고조파 발진을 이룰 수 있는 기술이 현재 다수 제안되고 있다. 이 레이저 공진기는 기본파에 대해 고반사율의 물질이 코팅된 한쌍의 거울을 이용하고 있다. 이 방식에서는 높은 강도의 기본파가 순환되고 있는 공진기 내부에 주파수 배가를 위한 비선형 단결정 물질이 놓여졌을 때 효과적인 제2고조파 발진을 최소한의 손실로 얻을 수 있다.Many techniques for achieving effective second harmonic oscillation at relatively low power have been proposed. The laser resonator uses a pair of mirrors coated with a material with high reflectivity for fundamental waves. In this method, an effective second harmonic oscillation can be obtained with minimal loss when a nonlinear single crystal material for frequency doubling is placed inside a resonator through which high intensity fundamental waves are circulated.
그러나 이러한 방법에 의하면 라인 빔이 휘는 현상이나 광 분포의 균일성(uniformity)을 조절하기가 어려웠다. 또한 복수의 고조파 레이저 발생 장치를 배열하는 방식에 의하면, 레이저 다이오드 칩 간 거리가 필요 이상 멀어지게 되어, 결과적으로 광학계의 전체 크기가 커 질 수 있다. 또한 종래에는 외부 공진기에 의 해 레이저의 주파수를 배가하는 방법이 사용되었으나, 외부 공진기를 사용함으로 인해서 레이저의 출력 면에서 효율이 떨어질 수 있었다.However, according to this method, it is difficult to control the warpage phenomenon or the uniformity of light distribution. In addition, according to the arrangement of the plurality of harmonic laser generators, the distance between the laser diode chips is further than necessary, and as a result, the overall size of the optical system can be increased. In addition, the conventional method of doubling the frequency of the laser by the external resonator was used, but by using the external resonator could be less efficient in terms of the output of the laser.
본 발명은 광학계가 단순하고 민감하지 않아서 조정이 쉽고 균일도 확보가 용이한 라인 빔 발생 장치를 제공한다. The present invention provides a line beam generator that is easy to adjust and secure uniformity because the optical system is not simple and sensitive.
또한, 본 발명은 광학계 길이를 기존 방식에 비해 짧게 할 수 있으며, 반사광간의 거리차를 광원의 가간섭 거리보다 길게 함으로서 간섭성이 없는 광을 여러 개 합한 결과로 스페클을 줄일 수 있는 라인 빔 발생 장치를 제공한다.In addition, the present invention can shorten the optical system length compared to the conventional method, and by generating a line beam that can reduce the speckle as a result of combining a number of non-interfering light by increasing the distance difference between the reflected light than the interference distance of the light source Provide the device.
또한, 본 발명은 라인 빔이 휘는 현상을 방지하고, 광 분포의 균일성(uniformity)을 확보할 수 있는 라인 빔 발생 장치를 제공한다.In addition, the present invention provides a line beam generator that can prevent the line beam from bending, and ensure uniformity of light distribution.
본 발명이 제시하는 이외의 기술적 과제들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Technical problems other than the present invention will be easily understood through the following description.
본 발명의 일 측면에 따르면, 라인 빔 발생 장치에 있어서, 광원 및 전반사 미러로부터 입사되는 광의 일부를 반사하고 일부는 투과시키며, 상기 투과된 광이 라인 빔을 형성하도록 하는 반투과 미러; 상기 반투과 미러로부터 반사된 광을 상기 반투과 미러를 향하여 반사하는 전반사 미러; 일면에 상기 반투과 미러로부터 출사된 투과광에 대해 저반사 코팅층이 형성되고, 타면에 상기 투과광에 대해 고반 사 코팅층 및 상기 투과광으로부터 형성된 고조파 레이저를 투과할 수 있도록 고투과 코팅층이 형성되어 상기 투과광의 주파수를 변화시켜서 고조파(harmonics) 레이저를 생성하는 매질부; 및 상기 고조파 레이저가 투과되는 소정의 곡률을 가지는 투과점을 포함하며, 상기 매질부에 접촉되어 있는 투과부를 포함하는 라인 빔 발생 장치를 제공할 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a line beam generating apparatus comprising: a semi-transmissive mirror which reflects and partially transmits a part of light incident from a light source and a total reflection mirror, and allows the transmitted light to form a line beam; A total reflection mirror that reflects light reflected from the transflective mirror toward the transflective mirror; A low reflection coating layer is formed on one surface of the transmitted light emitted from the transflective mirror, and a high transmission coating layer is formed on the other surface to transmit a high reflection coating layer and a harmonic laser formed from the transmitted light on the other surface to change the frequency of the transmitted light. A medium portion for changing to generate a harmonic laser; And a transmission point having a predetermined curvature through which the harmonic laser beam is transmitted, and a line beam generator including a transmission part in contact with the medium part.
여기서, 상기 광원으로부터 입사되는 광은 상기 반투과 미러에 예각으로 입사할 수 있다. Here, the light incident from the light source may be incident at an acute angle to the transflective mirror.
여기서, 상기 반투과 미러와 상기 전반사 미러는 평행할 수 있다. The transflective mirror and the total reflection mirror may be parallel to each other.
여기서, 상기 반투과 미러는 연속적인 투과율을 가지며, 상기 반투과 미러를 투과하여 형성된 라인 빔은 위치에 따라 동일한 세기를 가질 수 있다. Here, the transflective mirror has a continuous transmittance, and the line beam formed through the transflective mirror may have the same intensity according to the position.
여기서, 상기 연속적인 투과율은 상기 광원으로부터 최초로 입사된 광이 입사되는 부분과 멀어질수록 커질 수 있다. Here, the continuous transmittance may increase as the distance from the first incident light from the light source is incident.
여기서, 상기 반투과 미러는 불연속적인 투과율을 가지며, 상기 반투과 미러를 투과하여 형성된 라인 빔은 위치에 따라 동일한 세기를 가질 수 있다. Here, the transflective mirror has a discontinuous transmittance, and the line beam formed through the transflective mirror may have the same intensity according to the position.
여기서, 상기 불연속적인 투과율은 상기 광원으로부터 최초로 입사된 광이 입사되는 부분과 멀어질수록 커질 수 있다. Here, the discontinuous transmittance may increase as the distance from the first incident light from the light source is incident.
여기서, 상기 고조파 레이저는 제2 고조파일 수 있다. Here, the harmonic laser may be a second harmonic pile.
여기서, 상기 매질부는 비선형 결정일 수 있다. Here, the medium portion may be a nonlinear crystal.
여기서, 상기 비선형 결정은 PPLN(Periodically Poled LiNbO3) 또는 크리스 탈 중 어느 하나일 수 있다. Here, the nonlinear crystal may be either PPLN (Periodically Poled LiNbO 3 ) or crystallization.
여기서, 상기 고조파 레이저는 녹색광일 수 있다. Here, the harmonic laser may be green light.
여기서, 상기 투과점의 상기 소정 곡률은 상기 레이저광이 상기 투과점에서 반사됨으로 인한 열팽창에 의해 발생할 수 있다. Here, the predetermined curvature of the transmission point may be caused by thermal expansion due to the laser light is reflected at the transmission point.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 라인 빔 발생 장치에 있어서, 광원 및 전반사 미러로부터 입사되는 광의 일부를 반사하고 일부는 투과시키며, 상기 투과된 광이 라인 빔을 형성하도록 하는 반투과 미러; 상기 반투과 미러로부터 반사된 광을 상기 반투과 미러를 향하여 반사하는 전반사 미러; 일면에 상기 전반사 미러가 위치하며, 타면에 상기 반투과 미러가 위치하고, 상기 광원으로부터 투사된 광 및 상기 반사된 광이 진행하는 제1 매질부; 일면에 상기 반투과 미러로부터 출사된 투과광에 대해 저반사 코팅층이 형성되고, 타면에 상기 투과광에 대해 고반사 코팅층 및 상기 투과광으로부터 형성된 고조파 레이저를 투과할 수 있도록 고투과 코팅층이 형성되어 상기 투과광의 주파수를 변화시켜서 고조파(harmonics) 레이저를 생성하는 제2 매질부; 및 상기 고조파 레이저가 투과되는 소정의 곡률을 가지는 투과점을 포함하며, 상기 제2 매질부에 접촉되어 있는 고조파 레이저 투과부를 포함하는 라인 빔 발생 장치를 제공할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a line beam generator, comprising: a semi-transmissive mirror for reflecting and partially transmitting a part of light incident from a light source and a total reflection mirror, and allowing the transmitted light to form a line beam; A total reflection mirror that reflects light reflected from the transflective mirror toward the transflective mirror; A first medium part on which one side of the total reflection mirror is located, and the other side of the transflective mirror, and the light projected from the light source and the reflected light travel; A low reflection coating layer is formed on one surface of the transmitted light emitted from the transflective mirror, and a high transmission coating layer is formed on the other surface to transmit a high reflection coating layer and a harmonic laser formed from the transmitted light on the other surface to change the frequency of the transmitted light. A second medium portion to change to produce a harmonic laser; And a transmission point having a predetermined curvature through which the harmonic laser beam is transmitted, and a line beam generating device including a harmonic laser transmission part contacting the second medium part.
여기서, 상기 광원으로부터 입사되는 광을 투과하며, 상기 전반사 미러가 위치한 상기 매질부의 일면에 위치한 입사광 투과부가 더 포함될 수 있다. The incident light transmitting part may further include an incident light transmitting part that transmits light incident from the light source and is disposed on one surface of the medium part in which the total reflection mirror is located.
여기서, 상기 광원으로부터 입사되는 광은 상기 반투과 미러에 예각으로 입사할 수 있다. Here, the light incident from the light source may be incident at an acute angle to the transflective mirror.
여기서, 상기 반투과 미러와 상기 전반사 미러는 평행할 수 있다. The transflective mirror and the total reflection mirror may be parallel to each other.
여기서, 상기 반투과 미러는 연속적인 투과율을 가지며, 상기 반투과 미러를 투과하여 형성된 라인 빔은 위치에 따라 동일한 세기를 가질 수 있다. Here, the transflective mirror has a continuous transmittance, and the line beam formed through the transflective mirror may have the same intensity according to the position.
여기서, 상기 연속적인 투과율은 상기 광원으로부터 최초로 입사된 광이 입사되는 부분과 멀어질수록 커질 수 있다. Here, the continuous transmittance may increase as the distance from the first incident light from the light source is incident.
여기서, 상기 반투과 미러는 불연속적인 투과율을 가지며, 상기 반투과 미러를 투과하여 형성된 라인 빔은 위치에 따라 동일한 세기를 가질 수 있다. Here, the transflective mirror has a discontinuous transmittance, and the line beam formed through the transflective mirror may have the same intensity according to the position.
여기서, 상기 불연속적인 투과율은 상기 광원으로부터 최초로 입사된 광이 입사되는 부분과 멀어질수록 커질 수 있다. Here, the discontinuous transmittance may increase as the distance from the first incident light from the light source is incident.
여기서, 상기 고조파 레이저는 제2 고조파일 수 있다. Here, the harmonic laser may be a second harmonic pile.
여기서, 상기 매질부는 비선형 결정일 수 있다. Here, the medium portion may be a nonlinear crystal.
여기서, 상기 비선형 결정은 PPLN(Periodically Poled LiNbO3) 또는 크리스탈 중 어느 하나일 수 있다. Here, the nonlinear crystal may be any one of PPLN (Periodically Poled LiNbO 3 ) or a crystal.
여기서, 상기 고조파 레이저는 녹색광일 수 있다. Here, the harmonic laser may be green light.
여기서, 상기 투과점의 상기 소정 곡률은 상기 레이저광이 상기 투과점에서 반사됨으로 인한 열팽창에 의해 발생일 수 있다. Here, the predetermined curvature of the transmission point may be generated by thermal expansion due to the laser light is reflected at the transmission point.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. Terms including ordinal numbers such as first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. The term and / or includes a combination of a plurality of related items or any item of a plurality of related items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.
또한, 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. 또한, 본 발명의 실시예는 일반적으로 외부로 신호를 전송하거나 외부로부터 신호를 수신하기 위한 멤스 패키지에 결합하여 적용될 수 있으며, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기에 앞서 본 발명에 적용되는 멤스 패키지 중 광 변조기 및 이를 이용한 디스플레이 시스템에 대해서 먼저 설명하기로 한다. In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same components regardless of reference numerals will be given the same reference numerals and duplicate description thereof will be omitted. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, embodiments of the present invention can be applied in combination with a MEMS package for transmitting a signal to or receiving a signal from the outside in general, MEMS applied to the present invention before explaining the preferred embodiments of the present invention in detail An optical modulator in a package and a display system using the same will be described first.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 라인 빔 발생 장치가 이용된 디스플레이 장치의 구성도이다. 디스플레이(display) 장치는 광원인 라인 빔 발생 장 치(110), 조명 광학계(120), 광 변조기(130), 릴레이 광학계(140), 스캐닝 미러(scanning mirror)(150), 투사 광학계(160), 촬상면(170) 및 영상 제어부(180)를 포함한다. 1 is a block diagram of a display apparatus using a line beam generator according to a preferred embodiment of the present invention. The display device includes a
라인 빔 발생 장치(110)는 광을 발생하는 장치로서, 라인 빔 발생 장치에는 발광 다이오드(LED), 레이저 다이오드(LD) 또는 레이저 등이 사용될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의상 레이저 다이오드가 사용된 라인 빔 발생 장치가 광원의 역할을 하는 경우를 예로 들어 설명한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 디스플레이 장치에 라인 빔을 제공할 수 있는 라인 빔 발생 장치(110)를 제공할 수 있다.The
라인 빔 발생 장치(110)에서 조사된 라인 빔은 조명 광학계(120)에서 소정 각도로 반사 또는 분포가 변형되어 광 변조기(130)에 조사된다. 광 변조기(130)는 영상 제어부(180)로부터 수신한 영상제어신호에 따라 입사광을 변조하여 회절광을 생성한다. 이후 생성된 회절광은 릴레이 광학계(140)를 거쳐 스캐닝 미러(150)로 전달된다. 스캐닝 미러(150)는 영상 제어부(180)로부터 수신한 미러제어신호에 따라 소정 각도로 회전하며 상기 회절광을 투사 광학계(160)를 이용하여 촬상면(170) 상에 투사한다. The line beam emitted from the
여기서 투사 광학계(160)는 생성된 상기 회절광을 확대 투사시켜 촬상면(170) 상에 디스플레이하기 위한 광학계이다.The projection
또한 여기서 조명 광학계(120)는 콜리메이터 렌즈와 실린더 렌즈를 포함할 수 있다. 콜리메이터 렌즈와 실린더 렌즈는 입사광을 선형의 평행광으로 변화시킨다. 즉, 콜리메이터 렌즈는 집광된 다중빔을 광로 방향에 대하여 수평 방향의 선형 광으로 변환시켜 편광 빔스플릿터와 λ/4 파장판 그리고 X-프리즘을 통하여 광 변조기(130)에 입사시킨다. 콜리메이터 렌즈는 오목렌즈 및 볼록 렌즈를 구비할 수 있다. 오목 렌즈는 실린더 렌즈로부터 입사되는 선형광을 확장하여 볼록 렌즈로 입사시킨다. 볼록렌즈는 오목렌즈로부터 입사되는 입사광을 평행광으로 변화시켜 출사한다. 여기에서, 실린더 렌즈는 집광부로부터 입사되는 광을 광로 방향에 수평으로 위치하는 대응하는 광 변조기(130)에 수평으로 입사시키기 위하여, 평행광을 수평방향의 선형광으로 변환시켜 해당하는 콜리메이터 렌즈를 통하여 해당 광 변조기(130)로 입사시킨다.In addition, the illumination
여기서, 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 적용이 가능하다.Here, the optical modulator can be divided into a direct method of controlling direct on / off of light and an indirect method using reflection and diffraction, and the indirect method may be divided into an electrostatic method and a piezoelectric method. Herein, the optical modulator is applicable to the present invention regardless of the manner in which the optical modulator is driven.
종래의 정전 구동 방식 격자 광 변조기는 반사 표면부를 가지며 기판 상부에 부유(suspended)하는 다수의 일정하게 이격하는 변형 가능 반사형 리본을 포함한다. Conventional electrostatically driven grating light modulators include a plurality of regularly spaced deformable reflective ribbons having reflective surface portions and suspended above a substrate.
먼저, 절연층이 실리콘 기판상에 증착되고, 이후, 희생 이산화실리콘 막 및 질화실리콘 막의 증착 공정이 후속한다. 질화실리콘 막은 리본으로 패터닝되고 이산화실리콘층의 일부가 에칭되어 리본이 질화물 프레임에 의해 산화물 스페이서층상에 유지되도록 한다. 단일 파장 λ0를 가진 광을 변조시키기 위해, 변조기는 리 본의 두께와 산화물 스페이서의 두께가 λ0/4가 되도록 설계된다. First, an insulating layer is deposited on a silicon substrate, followed by a deposition process of a sacrificial silicon dioxide film and a silicon nitride film. The silicon nitride film is patterned with a ribbon and a portion of the silicon dioxide layer is etched so that the ribbon is held on the oxide spacer layer by the nitride frame. To modulate light with a single wavelength [lambda] 0, the modulator is designed so that the thickness of the ribbon and the thickness of the oxide spacers are [lambda] 0/4.
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.The lattice amplitude of this modulator, defined by the vertical distance d between the reflective surface on the ribbon and the reflective surface of the substrate, is the conduction of the ribbon (reflective surface of the ribbon serving as the first electrode) and the substrate (substrate serving as the second electrode). Film).
도 2a는 본 발명에 적용 가능한 간접 광 변조기 중 압전체를 이용한 일 형태의 회절형 광 변조기 모듈의 사시도이며, 도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 압전체를 이용한 다른 형태의 회절형 광 변조기 모듈의 사시도이다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 기판(210), 절연층(220), 희생층(230), 리본 구조물(240) 및 압전체(250)를 포함하는 광 변조기가 도시되어 있다. Figure 2a is a perspective view of one type of diffractive light modulator module using a piezoelectric of the indirect light modulator applicable to the present invention, Figure 2b is another type of diffractive light modulator module using a piezoelectric applicable to a preferred embodiment of the present invention Perspective view. 2A and 2B, an optical modulator including a
기판(210)은 일반적으로 사용되는 반도체 기판이며, 절연층(220)은 식각 정지층(etch stop layer)으로서 증착되며, 희생층으로 사용되는 물질을 식각하는 에천트(여기서 에천트는 식각 가스 또는 식각 용액임)에 대해서 선택비가 높은 물질로 형성된다. 여기서 절연층(220) 상에는 입사광을 반사하기 위해 반사층(220(a), 220(b))이 형성될 수 있다. The
희생층(230)은 리본 구조물이 절연층(220)과 일정한 간격으로 이격될 수 있도록 양 사이드에서 리본 구조물(240)을 지지하고, 중심부에서 공간을 형성하는 역할을 한다. The
리본 구조물(240)은 상술한 바와 같이 입사광의 회절 및 간섭을 일으켜서 신호를 광변조하는 역할을 한다. 리본 구조물(240)의 형태는 상술한 바와 같이 정전 기 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. 여기서, 반사층(220(a), 220(b))은 리본 구조물(240)에 형성된 홀(240(b), 240(d))에 대응하여 형성된다. As described above, the
예를 들면, 빛의 파장이 λ인 경우 어떠한 전압도 인가되지 않거나 또는 소정의 전압이 인가된 상태에서 리본 구조물에 형성된 상부 반사층(240(a), 240(c))과 하부 반사층(220(a), 220(b))이 형성된 절연층(220) 간의 간격은 nλ/2(n은 자연수)와 같다. 따라서 0차 회절광(반사광)의 경우 리본 구조물에 형성된 상부 반사층(240(a), 240(c))에서 반사된 광과 절연층(220)으로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 nλ와 같아서 보강 간섭을 하여 회절광은 최대 휘도를 가진다. 여기서, +1차 및 -1차 회절광의 경우 광의 휘도는 상쇄 간섭에 의해 최소값을 가진다.For example, when the wavelength of light is λ, no voltage is applied or a predetermined voltage is applied to the upper reflective layers 240 (a) and 240 (c) and the lower reflective layer 220 (a) formed on the ribbon structure. ), The gap between the insulating
또한, 상기 인가된 전압과 다른 적정 전압이 압전체(250)에 인가될 때, 리본 구조물에 형성된 상부 반사층(240(a), 240(c))과 하부 반사층(220(a), 220(b))이 형성된 절연층(220) 간의 간격은 (2n+1)λ/4(n은 자연수)와 같게 된다. 따라서 0차 회절광(반사광)의 경우 리본 구조물에 형성된 상부 반사층(240(a), 240(c))과 절연층(220)으로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 (2n+1)λ/2 와 같아서 상쇄 간섭을 하여 회절광은 최소 휘도를 가진다. 여기서, +1차 및 -1차 회절광의 경우 보강 간섭에 의해 광의 휘도는 최대값을 가진다. 이러한 간섭의 결과, 광 변조기는 반사 또는 회절광의 광량을 조절하여 신호를 빛에 실을 수 있다. In addition, when an appropriate voltage different from the applied voltage is applied to the
이상에서는, 리본 구조물(240)과 하부 반사층(220(a), 220(b))이 형성된 절연층(220) 간의 간격이 nλ/2 또는 (2n+1)λ/4인 경우를 설명하였으나, 입사광의 회절, 반사에 의해 간섭되는 세기를 조절할 수 있는 간격을 가지고 구동할 수 있는 다양한 실시예가 본 발명에 적용될 수 있음은 당연하다. In the above, the case in which the distance between the
이하에서는, 상술한 도 2a에 도시된 형태의 광 변조기를 중심으로 설명한다. Hereinafter, the optical modulator of the type shown in FIG. 2A will be described.
도 2c를 참조하면, 광 변조기는 각각 제1 픽셀(pixel #1), 제2 픽셀(pixel #2), …, 제m 픽셀(pixel #m)을 담당하는 m개의 마이크로 미러(100-1, 100-2, …, 100-m)로 구성된다. 광 변조기는 수직 주사선 또는 수평 주사선(여기서, 수직 주사선 또는 수평 주사선은 m개의 픽셀로 구성되는 것으로 가정함)의 1차원 영상에 대한 영상 정보를 담당하며, 각 마이크로 미러(100-1, 100-2, …, 100-m)는 수직 주사선 또는 수평 주사선을 구성하는 m개의 픽셀 중 어느 하나의 픽셀들을 담당한다. 따라서, 각각의 마이크로 미러(100-1, 100-2, …, 100-m)에서 반사 및 회절된 광은 이후 광 스캔 장치에 의해 스크린에 2차원 영상으로 투사된다. 예를 들면, VGA 640*480 해상도의 경우 480개의 수직 픽셀에 대해 광 스캔 장치(미도시)의 한 면에서 640번 모듈레이션을 하여 광 스캔 장치의 한 면당 화면 1 프레임이 생성된다. 여기서, 광 스캔 장치는 폴리곤 미러(Polygon Mirror), 회전바(Rotating bar) 또는 갈바노 미러(Galvano Mirror) 등이 될 수 있다.Referring to FIG. 2C, the optical modulator includes a first pixel (pixel # 1), a second pixel (pixel # 2),. And m micromirrors 100-1, 100-2,..., 100-m that are responsible for the m-th pixel (pixel #m). The optical modulator is responsible for the image information of the one-dimensional image of the vertical scanning line or the horizontal scanning line (assuming that the vertical scanning line or the horizontal scanning line is composed of m pixels), and each micromirror 100-1, 100-2. , ..., 100-m) is in charge of any one of m pixels constituting the vertical scan line or the horizontal scan line. Thus, the light reflected and diffracted by each of the micromirrors 100-1, 100-2, ..., 100-m is then projected on the screen by a light scanning device as a two-dimensional image. For example, in the case of VGA 640 * 480 resolution, 640 modulations are performed on one side of an optical scanning device (not shown) for 480 vertical pixels, thereby generating one frame of one screen per side of the optical scanning device. The optical scanning device may be a polygon mirror, a rotating bar, a galvano mirror, or the like.
이하 제1 픽셀(pixel #1)을 중심으로 광변조의 원리에 대하여 설명하지만, 다른 픽셀들에 대해서도 동일한 내용이 적용가능함은 물론이다. Hereinafter, the principle of light modulation will be described based on the first pixel (pixel # 1), but the same may be applied to other pixels.
본 실시예에서 리본 구조물(240)에 형성된 홀(240(b)-1)은 2개인 것으로 가정한다. 2개의 홀(240(b)-1)로 인하여 리본 구조물(240) 상부에는 3개의 상부 반사층(240(a)-1)이 형성된다. 절연층(220)에는 2개의 홀(240(b)-1)에 상응하여 2개의 하부 반사층이 형성된다. 그리고 제1 픽셀(pixel #1)과 제2 픽셀(pixel #2) 사이의 간격에 의한 부분에 상응하여 절연층(220)에는 또 하나의 하부 반사층이 형성된다. 따라서, 각 픽셀당 압전체(250-1)에 의해 구동되는 상부 반사층(240(a)-1)과 하부 반사층의 개수는 동일하게 되며, 도 2a를 참조하여 전술한 바와 같이 0차 회절광 또는 ±1차 회절광을 이용하여 변조광의 휘도를 조절하는 것이 가능하다.In the present embodiment, it is assumed that there are two holes 240 (b) -1 formed in the
도 2d를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 회절형 광 변조기 어레이에 의해 스크린에 이미지가 생성되는 모식도가 도시된다.Referring to FIG. 2D, there is shown a schematic diagram in which an image is generated on a screen by a diffractive light modulator array applicable to a preferred embodiment of the present invention.
수직으로 배열된 m개의 마이크로 미러(100-1, 100-2, …, 100-m)에 의해 반사 및 회절된 광이 광 스캔 장치에서 반사되어 스크린(270)에 수평으로 스캔되어 생성된 화면(280-1, 280-2, 280-3, 280-4, …, 280-(k-3), 280-(k-2), 280-(k-1), 280-k)이 도시된다. 광 스캔 장치에서 한번 회전하는 경우 하나의 영상 프레임이 투사될 수 있다. 여기서, 스캔 방향은 왼쪽에서 오른쪽 방향(화살표 방향)으로 도시되어 있으나, 다른 방향(예를 들면, 그 역 방향)으로도 영상이 스캔될 수 있음은 자명하다.Light reflected and diffracted by the m micromirrors 100-1, 100-2,..., 100-m arranged vertically is reflected by the optical scanning device, and is generated by scanning the
이상에서 본 발명이 적용되는 디스플레이 장치에 대해 설명하였으며, 이하에 서는 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 다중 반사 미러 방식과 펌핑 방식을 이용한 라인 빔 발생 장치를 구체적인 실시예를 기준으로 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 실시예는 다중 반사 미러 방식을 이용하는 2가지 실시예와 펌핑 방식을 이용하는 2가지 실시예로 나뉘며, 이를 혼합한 형태의 라인 빔 발생 장치가 될 수 있으며, 이하에서 차례대로 설명한다. The display apparatus to which the present invention is applied has been described above. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a line beam generating apparatus using a multiple reflection mirror method and a pumping method according to the present invention will be described with reference to specific embodiments. do. The embodiment according to the present invention is divided into two embodiments using a multiple reflection mirror method and two embodiments using a pumping method, and may be a line beam generator having a mixed type, which will be described in order below.
본 발명은 하나의 펌핑 광원을 다중 반사 미러를 통해 여러 개의 빔으로 구성된 라인 빔을 만들어 라인형태의 펌핑광에 의해라인 형태의 녹색광원을 발생시키고자 하는데 목적이 있다. 디스플레이에서 나타나는 스페클을 줄이는 방법 중 하나는 여러 광원을 사용하여 가간섭성을 떨어뜨리는 것이 있는데, 그 일환으로 비록 하나의 광원에서 나온 빔이지만 다중반사 미러를 통해 형성된 여러 빔들간 가간섭성을 떨어뜨리면 스페클을 줄일 수 있다. 따라서 가간섭성을 떨어뜨린다는 것은 나누어진 여러 빔들을 서로 다른 광원으로 만든다는 것인데 그렇게 하기 위해서는 빔들간에 빔 경로 차이를 가간섭성 거리보다 길게 두면 된다. 여기서 가간섭성 거리(lc)라 함은 펌핑 광원의 파장과 선폭으로 표현되는데 다음과 같다. An object of the present invention is to generate a line-type green light source by a line-type pumping light by making a line beam consisting of a plurality of beams through a multi-reflective mirror with one pumping light source. One way to reduce speckle on the display is to The use of a light source reduces coherence, and as part of this, speckle can be reduced by reducing the coherence between multiple beams formed through a multi-reflective mirror, although it is a beam from one light source. Degrading the coherence means that the divided beams are made of different light sources. To do this, the beam path difference between the beams is longer than the coherence distance. Here, the coherence distance (lc) is expressed as the wavelength and line width of the pumping light source.
다중반사 미러에서 빔 경로차(반사광간 의 거리차)가 상기 가간섭성거리보다 길게 하면 다중반사 미러에 의해 형성된 여러 펌핑 광원의 가간섭성이 사라져 SHG 방식에 의해 발생된 레이저 광원의 서로간의 가간섭성도 사라지게 되어 스페클을 줄일 수 있다는 라인빔 발생장치를 제공한다.When the beam path difference (distance difference between the reflected light) in the multi-reflection mirror is longer than the coherence distance, the coherence of various pumping light sources formed by the multi-reflection mirror disappears and thus the mutual difference between the laser light sources generated by the SHG method is eliminated. Coherence also disappears, providing a line beam generator capable of reducing speckle.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 반사 미러 방식을 이용한 라인 빔 발생 장치의 구성도이다. 도 3을 참조하면, 광원으로부터 입사된 광(310), 라인 빔(320), 전반사 미러(330), 반투과 미러(340)이 도시된다. 3 is a configuration diagram of a line beam generator using a multiple reflection mirror method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the light 310 incident from the light source, the
광원으로부터 입사된 광(310)은 그 진행방향과 예각을 형성하여 위치한 반투과 미러(340)에서 일부가 반사되고 나머지 일부가 투과된다. 반투과 미러(340)가 형성하는 평면의 법선은 광원으로부터 입사된 광(310)의 진행방향과 평행하지 않으므로, 일부는 투과되어 라인 빔(320)의 일부를 형성하고, 그 나머지는 반사되어 전반사 미러(330)를 향한다. 즉, 반투과 미러(340)를 투과한 개별 투과광이 라인 빔(320)을 형성한다. Part of the light 310 incident from the light source is reflected by the
전반사 미러(330)에서 반사된 광은 광원으로부터 입사된 광(310)과 마찬가지로 반투과 미러(340)에서 일부가 반사되고 나머지 일부(T1)가 투과된다. 이러한 과정이 반복되면서 투과광(T1, T2, …, TN)이 라인빔을 형성한다. 광의 반사 및 투과 수는 미리 설정된 라인 빔(320)의 길이 및 세기에 따라 조절될 수 있다. The light reflected by the
여기서, 전반사 미러(330)와 반투과 미러(340)는 서로 평행할 수 있으며, 이외에도 투과광(T1, T2, …, TN)을 형성할 수 있는 결합 구조도 본 발명에 적용될 수 있다. 또한, 전반사 미러(330)와 반투과 미러(340)는 상술한 바와 같은 기능을 수행한다면, 그 결합관계 또는 구조에 한정되지 않고 구현될 수 있다. 예를 들면, 전반사 미러(330)와 반투과 미러(340)는 서로의 가장자리(edge)에서 결합하여 소정의 거리를 두고 이격되어 고정될 수 있다.
또한, 광이 전반사 미러(330)와 반투과 미러(340) 사이에서 여러 번 반사되는 경우, 흡수에 의하여 손실되는 량이 있기 때문에 광의 세기가 줄어들 수 있다. 이 경우 라인 빔(320)은 균일하지 않고, 그 위치에 따라서 세기가 달라질 수 있다. 반투과 미러(340)는 연속적으로 변화하는 투과율을 가지며, 반투과 미러(340)를 투과하여 형성된 라인 빔이 위치에 따라 동일한 세기를 가지도록 즉, 균일한 세기를 갖도록 할 수 있다. 예를 들면, 반투과 미러(340)의 투과율은 광원으로부터 최초로 입사된 광이 입사되는 반투과 미러(340)의 부분과 멀어질수록 커질 수 있다. 이러한 투과율의 변화는 연속적으로(continuously) 설정될 수도 있고, 불연속적으로(discontinuously) 설정될 수도 있다. 반투과 미러(340)의 투과율 변화가 연속적인 경우 및 불연속적인 경우 모두, 반투과 미러(340)를 투과하여 형성되는 라인 빔은 위치에 따라 균일한 세기를 갖도록 할 수 있다. 이에 대해서는 도 4를 참조하여 후술하도록 한다.Here, the
In addition, when the light is reflected several times between the
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도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 반사 미러 방식을 이용한 라인 빔 발생 장치의 구성도이다. 도 4를 참조하면, 광원으로부터 입사된 광(410), 라인 빔(420), 투과부(425), 매질부(427), 전반사 미러(430), 반투과 미러(440)이 도시된다. 이하에서는 도 4에서 상술한 바와의 차이점을 위주로 설명한다. 4 is a block diagram of a line beam generator using a multiple reflection mirror method according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the light 410 incident from the light source, the
투과부(425)(후술할 고조파 레이저 투과부와 구별하기 위해 입사광 투과부로 지칭될 수 있음), 매질부(427), 전반사 미러(430), 반투과 미러(440)는 하나의 평판을 형성한다. 즉, 매질부(427)를 중심으로 그 일면에 상기 투과부(425)와 전반사 미러(430)가 위치하며, 타면에 반투과 미러(440)가 위치한다. 광원으로부터 입사된 광(410)은 투과부(425)에 입사한 후 매질부(427)를 경유하여 반투과 미러(340)에서 일부가 반사되고 나머지 일부가 투과된다. 투과부(425), 매질부(427), 전반사 미러(430), 반투과 미러(440)는 하나의 평판을 형성을 형성하기 때문에 일체로 관리하기 용이하고 제품화하기 편리한 장점이 있다. The transmissive portion 425 (which may be referred to as incident light transmissive portion to distinguish it from the harmonic laser transmissive portion described below), the
여기서, 상술한 평판은 별도의 투과부(425)가 생략될 수 있다. 즉, 광원으로부터 입사된 광(410)은 투과부(425)를 경유하지 않고 매질부(427)로 직접 입사될 수 있다. 즉, 투과부(425)는 필요에 따라 부착이 가능하다. 예를 들면, 매질부(427)를 보호하기 위해서 투과부(425)는 전반사 미러(430)에 인접하여 마련할 수 있다.In this case, the
여기서, 라인 빔(420)의 길이는 L, 전반사 미러(430)에서 반사광이 반사되는 인접 지점간의 거리는 p, 전반사 미러(430)와 반투과 미러(440)간의 거리는 d이다. 또한, 매질부(427)의 굴절률에 따라서 광원으로부터 입사된 광(410)의 입사각(Θi)에 상응하는 굴절각(Θm)이 결정되고, 이에 따라서 매질부(427)에서의 광 경로를 변경시킬 수도 있다.Here, the length of the
본 발명의 일실시예에 따른 다중 반사 미러 방식을 이용한 라인 빔 발생 장치의 동작 원리를 살펴보면 다음과 같다. 다음과 같은 조건을 만족하도록 d, Θi를 설정한다. The operating principle of the line beam generator using the multiple reflection mirror method according to an embodiment of the present invention is as follows. Set d and Θi to satisfy the following conditions.
2 * d * sec(Θm) > λ2/Δλ (1)2 * d * sec (Θm)> λ2 / Δλ (1)
n * sin(Θm) = sin(Θi) (2)n * sin (Θm) = sin (Θi) (2)
p = 2 * d * tan(Θm) (3)p = 2 * d * tan (Θm) (3)
L = (N-1)* α (4)L = (N-1) * α (4)
α = p*cos(Θi) (5)α = p * cos (Θi) (5)
여기서, λ는 매질부(427)에서의 광의 파장이며, Δλ는 선 폭이다. 또한, n은 매질부(427)의 굴절률이고, N은 개별 투과광의 수이며, L은 라인 빔의 길이이다. Is the wavelength of light in the
전반사 미러(430)의 반사율을 r1이라고 하고, 반투과 미러(440)의 반사율을 rAR 이라 한다. 또한, 반투과 미러(440)의 위치에 따른 투과율을 t1,t2,t3,…tN 이라 하고, 전반사 미러(430)와 반투과 미러(440) 사이에서 광이 진행할 때 발생하는 광 손실을 a라고 한다. The reflectance of the
빔 세기가 1인 광원에서 입사된 광이 전반사 미러 면에서 투과율(tAR)이 높은 투과부(425)를 통해 투과하여 투과율이 t1 인 반투과 미러(440)를 통해 투과한 빔 세기 P1 이라 하면 다음과 같은 식이 성립한다.When the light incident from a light source having a beam intensity of 1 is transmitted through the
P1= tAR* t1 (6)P 1 = t AR * t 1 (6)
반투과 미러(440) 면에서 반사된 빔이 반사율 r1인 전반사 미러(430) 면에 빔 세기 1-P1-a로 도달하고, 빔 세기가 r1* (1- P1-a)를 갖고 반사되어, 투과율 t2를 갖는 반투과 미러(440) 면 두 번째 위치에서의 투과한 빔의 세기를 P2라 하면 다음과 같은 식이 성립한다. The beam reflected from the
P2 = t2* r1* (1- P1-a) (7)P 2 = t 2 * r 1 * (1- P 1 -a) (7)
반투과 미러(440) 면에서 r1* (1- tAR* t1 -a) * (1-t2-a) 의 빔 세기를 갖고 반사하여 전반사 미러(430) 면에서 두 번째 반사(r1) 하고 투과율이 t3를 갖는 반투과 미러(440) 세 번째 투과 위치에서의 투과한 빔의 세기를 P3라 하면 다음과 같은 식이 성립한다.Reflect with a beam intensity of r 1 * (1-t AR * t 1 -a) * (1-t 2 -a) on the side of the
P3 = r1 2 * (1- tAR* t1 -a) * (1-t2-a) *t3 (8)P 3 = r 1 2 * (1- t AR * t 1 -a) * (1-t 2 -a) * t 3 (8)
마찬가지로 N 번째 빔 다발의 투과율을 PN 이라 하면 다음과 같은 식이 성립한다. Similarly, when the transmittance of the N th beam bundle is P N , the following equation is established.
PN = r1 * PN- 1 * (1-tN -1-a) *tN / tN -1 (9)P N = r 1 * P N- 1 * (1-t N -1 -a) * t N / t N -1 (9)
따라서, 반투과 미러(440)를 투과한 라인빔이 균일광이 되로록, P1= P2=P3=…. PN 가 되도록 하는 반투과 미러(440)의 각 위치에서 반사율조건은 다음과 같다.Therefore, P 1 = P 2 = P 3 =... So that the line beam transmitted through the
tN = 1/r1 * tN- 1 / (1-tN -1- a) (10) t N = 1 / r 1 * t N- 1 / (1-t N -1 -a) (10)
t2 = tAR* t1/{ r1* (1- tAR* t1 -a) } (11)
상기 10, 11번의 수학식은 반투과 미러(440)를 투과한 라인빔이 균일광이 되기 위한 반투과 미러(440) 각 위치에서의 투과율 조건을 나타낸 것이다. 따라서, 반투과 미러(440)의 위치별 투과율은 상기 10, 11번 수학식을 만족시키기만 하면, 반투과 미러(440)의 투과율 변화가 연속적인 경우 및 불연속적인 경우 모두, 반투과 미러(440)를 투과한 빛은 위치별 동일한 세기를 갖는 균일광이 될 수 있다.t 2 = t AR * t 1 / {r 1 * (1- t AR * t 1 -a)} (11)
N = 23 인 투과율 함수를 나타낸 예에 대해서는 도 8에서 설명한다. An example showing the transmittance function with N = 23 is described in FIG. 8.
또한, 반투과 미러(440)를 통과한 개별 투과광간의 주기 α [=p * cos(Θi)] 는 콜리메이션된 빔의 빔경이 r 인 위치에서 빔의 빔세기(I(r))가 중심(r=0)세기에 비해 1/e2 인 빔폭(Φ)과 요구되는 길이 방향 빔 균일도(U) 에 의해 결정된다. 입사광 빔 분포 함수I(r) 와 투과광 빔세기 분포함수 (Itr(y))는 다음과 같다In addition, the period α [= p * cos (Θi)] between the individual transmitted light passing through the
, ,
(12) (12)
일례로, 빔 폭 Φ가 1.6 (σ =0.4) 이고, 개별 투과광간의 주기 α가 1.6 *σ 이면 빔 균일도는 99%가 된다. 이처럼 빔 균일도를 요구되는 정도에 맞게 빔 폭 Φ과 투과 빔 다발간 주기 α 를 조정하고, 요구된 빔 길이 l 에 맞도록 l= (N-1)* α 에 의해 빔다발 수 N을 결정한다.For example, if the beam width Φ is 1.6 (σ = 0.4) and the period α between the individual transmitted lights is 1.6 * σ, the beam uniformity becomes 99%. As such, the beam uniformity and the transmission beam bundle period α are adjusted to the required degree of beam uniformity, and the beam bundle number N is determined by l = (N−1) * α to match the required beam length l.
전반사 미러(430), 반투과 미러(440) 간 거리d 는 상술한 수학식(1), (2)에서 사용하는 광원의 λ, Δλ 및 입사각 (Θi)에 의해 결정한다. The distance d between the
반투과 미러(440)를 투과한 개별 투과광간의 주기 α는 다음 두식에 의해 입사각 Θi 와 반사미러간 거리 d에 의해 결정된다. The period? Between the individual transmitted light beams passing through the
= =
= (13)= (13)
위와 같은 방식에 의해 y축 방향으로 균일성을 유지하도록 출사된 빔을 곡률이 y축을 중심으로 갖는 y-실린더렌즈로 빔을 x축 방향으로 수렴시켜 빔을 좁고 긴 라인 빔을 만들 수 있다.In the same manner as above, the beam emitted to maintain uniformity in the y-axis direction may be converged by the y-cylinder lens having the curvature around the y-axis to make the beam narrow in the x-axis direction, thereby forming a narrow and long line beam.
따라서, 반사광간의 거리차를 광원의 가간섭 거리보다 길게 함으로서 간섭성이 없는 광을 여러 개 합한 결과로 스페클을 줄일 수 있다.Therefore, the speckle can be reduced as a result of combining a plurality of non-interfering light by making the distance difference between the reflected light longer than the interference distance of the light source.
도 5은 본 발명의 실시예에 따른 다중 반사 미러 방식을 이용한 라인 빔 발생 장치에 의해 생성된 라인 빔의 균일도 프로파일이다.5 is a uniformity profile of the line beam generated by the line beam generator using the multiple reflection mirror method according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 상술한 반투과 미러를 통과한 개별 투과광(510, 520)이 서로 중첩되어 형성하는 라인 빔의 프로파일이 도시된다. 개별 투과광(510, 520)의 최대 세기를 100%로 나타내면, 서로 중첩되어 형성된 중간 영역의 최대 세기는 U%로 나타난다. 또한, 개별 투과광(510)의 최대 세기에서 형성되는 다른 개별 투과광(520)의 세기는 13.5%로 나타난다. 개별 투과광(510, 520)의 최대 세기를 나타내는 부분간의 거리는 α이고, 개별 투과광(510)의 유효 폭(φ)은 4σ로 나타난다. Referring to FIG. 5, a profile of a line beam is formed in which the individual transmitted
상술한 반투과 미러와 전반사 미러의 거리를 조절함으로써, α를 제어할 수 있고, 따라서, 라인 빔의 균일도를 제어할 수 있다.By adjusting the distance between the above-mentioned semi-transmissive mirror and the total reflection mirror, α can be controlled, and therefore, uniformity of the line beam can be controlled.
도 6과 도 7은 각각 본 발명의 실시예에 따른 다중 반사 미러 방식을 이용한 라인 빔 발생 장치의 반투과 미러의 연속적인 투과율과 불연속적인 투과율을 도시한 도면이다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 가로축은 상기 개별 투과광의 번호이며, 세로축은 투과율을 나타낸다. 6 and 7 are diagrams illustrating continuous transmittance and discontinuous transmittance of the transflective mirror of the line beam generator using the multiple reflection mirror method according to an embodiment of the present invention, respectively. 6 and 7, the horizontal axis represents the number of the individual transmitted light, and the vertical axis represents the transmittance.
광원으로부터 입사된 광이 상술한 반투과 미러와 전반사 미러 간에 여러 번 반사되는 경우 손실광이 생길 수 있으므로, 라인 빔의 세기를 균일하게 보장할 필요가 있다. 따라서, 반투과 미러의 투과율은 그 위치에 따라서 변화될 수 있다. When the light incident from the light source is reflected several times between the transflective mirror and the total reflection mirror described above, lost light may be generated, and thus the intensity of the line beam needs to be uniformly ensured. Thus, the transmittance of the transflective mirror can vary depending on its position.
여기서, 반투과 미러의 투과율은 광원으로부터 최초로 입사된 광이 입사되는 부분과 멀어질수록 커질 수 있다. Herein, the transmittance of the transflective mirror may increase as the distance from the first incident light from the light source is incident.
반투과 미러의 투과율이 연속적인 경우 반투과 미러의 투과율은 라인 빔의 세기가 전반적인 부분에 대해서 일정하게 형성될 수 있도록 설정할 수 있다. In the case where the transmittance of the transflective mirror is continuous, the transmittance of the transflective mirror can be set so that the intensity of the line beam can be uniformly formed with respect to the overall portion.
또한, 반투과 미러의 투과율이 불연속적인 경우 반투과 미러와 전반사 미러 간에 광이 반사되어 반투과 미러에 입사되는 지점을 미리 설정하여 투과율을 조절할 수 있다. 예를 들면, 9개의 개별 투과광이 발생하는 경우 각각의 개별 투과광이 입사되는 반투과 미러 부분의 투과율을 도 7과 같이 설정할 수 있다.In addition, when the transmittance of the transflective mirror is discontinuous, the transmittance may be adjusted by presetting a point at which light is reflected between the transflective mirror and the total reflection mirror and incident on the transflective mirror. For example, when nine individual transmitted lights are generated, the transmittance of the transflective mirror portion where each individual transmitted light is incident can be set as shown in FIG. 7.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다중 반사 미러 방식을 이용한 라인 빔 발생 장치의 반사율 및 투과율에 따른 빔 세기를 도시한 도면이다. 8 is a diagram illustrating beam intensity according to reflectance and transmittance of a line beam generator using a multiple reflection mirror method according to an exemplary embodiment of the present invention.
여기서, 빔다발수 1, 2, 3, 23에 표시된 화살표는 다중 반사가 수행됨을 의미한다. Loss는 매질(Media)내에서 갖는 파워에서 반사면의 반사율을 뺀 나머지 손실률을 곱한 값으로 Loss1은 매질내에서 진행하면서 흡수되고 전반사 미러 면에 도 달한 빔이 전반사면의 스캐터링이나 흡수에 의한 손실을 계산한 값이다. Loss2도 전반사 면에서 반사되어 나온 빔이 매질을 통과하면서 손실된 흡수율과 부분반사 미러 면의 흡수와 스캐터링되는 빔의 손실률을 고려한 값이다. 즉, 매질 내에서 빔이 진행하면서 빔이 흡수되는 것을 고려한 값이다. Power in the media는 두 미러사이에 남아있는 광세기를 의미한다. Here, the arrows indicated by the
두번째 면의 투과율을 개별 투과광(빔 다발수로 표현됨)에 따라서 달리함으로서, 라인 빔의 전체 아웃풋 및 균일도(uniformity)가 일정하게 정해질 수 있다. By varying the transmittance of the second side according to the individual transmitted light (expressed in the beam bundle), the overall output and uniformity of the line beam can be determined constant.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 고조파 레이저를 이용한 라인 빔 발생 장치를 나타낸 도면이다.9 illustrates a line beam generator using a harmonic laser according to an embodiment of the present invention.
도 9에 도시된 라인 빔 발생기는 크게 광 방출부(910), 매질부 (940) 그리고 투과부(960)(상술한 전반사 미러의 측면에 위치한 투과부와 구별하기 위해 고조파 레이저 투과부로 지칭될 수 있음)로 구성된다. 광 방출부(910)에서는 복수의 레이저광이 방출될 수 있다. 광 방출부(960)는 베이스판(920)과 복수의 레이저 다이오드 칩(930)의 결합을 포함한다. The line beam generator shown in FIG. 9 is largely a
여기서 복수의 레이저 다이오드 칩(930)은 베이스판(920) 상에서 일렬로 배열됨으로써 광 방출부(910)에서 나온 복수의 레이저광들이 라인 빔을 형성할 수 있다. 광 방출부(910)로부터 방출된 레이저광은 먼저 매질부(940)로 입사한다. 매질부(940)는 비선형 결정 또는 주파수 배가 결정일 수 있으며, 예컨대 제2고조파를 발생시킬 수 있는 물질이다. 주파수 배가 결정은 그 결정에 입사 예로는 크리스탈 이나 PPLN(Periodically Poled LiNbO3) 등이 있다. 일반적으로, 매질부(940) 물질내에 공진이 일어나서 펌핑광(950)의 보강에 의해서 고조파 레이저가 발생되는 기술에 대해서는 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가지는 자에게 자명한 사항이므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다. Here, the plurality of
주파수 배가 물질인 매질부(940) 내에 공진이 일어나는 발명은 공지되어 있다. 효율적인 제2고조파 발생은 펌핑광(950)의 반복적인 반사에 의해 얻어질 수 있다. 여기서 매질부(940)는 상술한 전반사 미러와 반투과 미러 사이에 형성된 매질부(제1 매질부)와 구별하기 위해 제2 매질부로 지칭될 수도 있다. It is known that resonance occurs in the
먼저 본 발명의 실시예에 의한 매질부(940)는 입사된 광의 주파수를 2배로 만드는, 즉 파장을 1/2 로 만드는 결정일 수 있다. 이러한 결정의 예를 들면, SHG 결정(제2 고조파 결정)이 있을 수 있다. 이러한 SHG 결정의 예로는 크리스탈 또는 PPLN이 있는데 이하에서는 이 결정들을 비선형 결정으로 통칭한다. PPLN(Periodically Poled LiNbO3)은 주기적으로 극화된 리튬나이오베이트 또는 리튬나이오브산염으로서 비선형 상호작용에 의한 고속 파장변환을 제공하는 물질이다. 또한 제3 고조파 결정은 입사된 광 또는 레이저의 주파수를 3배로 만드는 결정을 말한다. 또한 마찬가지 원리로 제4 고조파 결정도 있을 수 있다. 그러나 본 명세서에서는 매질부(940)가 비선형 결정 중에서도 제2 고조파 결정인 경우를 중심으로 설명하기로 한다. 그러나 이것이 본 발명의 권리범위를 제한하는 것으로 해석될 수 없음은 자명하다.First, the
또한 본 명세서에서 등의 주파수 배가와 파장의 감소는 동일한 의미로 사용 될 수 있다. 즉, 레이저 등의 주파수가 2배가 되는 것과 레이저 등의 파장이 반으로 감소하는 것, 레이저 등의 주파수가 3배가 되는 것과 레이저 등의 파장이 1/3으로 감소하는 것 등은 서로 동일한 의미로 사용된다. In addition, in the present specification, frequency doubling and wavelength reduction may be used in the same sense. In other words, doubling the frequency of a laser or the like, halving the wavelength of the laser or the like, doubling the frequency of the laser or the like, or decreasing the wavelength of the laser or the like by 1/3 is used in the same sense. do.
매질부(940)에 의해 레이저의 주파수를 배가하는 경우, 광원으로부터 출사된 펌핑광은 비선형 결정을 통해 통과하면서 그 에너지의 일부가 특정 주파수 영역에 상응하는 에너지의 출력으로 변환된다. When the frequency of the laser is doubled by the
도 9에 의하면 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 빔 발생기가 도시되어 있다. 광 방출부(910)로부터 방출된 특정 파장을 가지는 레이저광, 예컨대 1064nm의 파장을 가지는 레이저광은 매질부(940)로 입사한다. 광 방출부(910)로부터 방출된 레이저광이 마주보는 양측 내벽에 고반사율의 물질, 예컨대 고반사율을 가지는 코팅재가 도포된 매질부(940)에 입사되면 레이저광은 비선형 결정(940) 내부에 광학적으로 포획된다. 여기서 '레이저광의 광학적 포획'은 레이저광이 매질부(940)를 통과하지 않고 매질부(940) 내벽을 왕복하며 반사되는 경우를 포함한다. 9 shows a line beam generator according to an embodiment of the present invention. A laser light having a specific wavelength emitted from the
도 9의 실시예에서, 매질부(940)에 있어서, 광 방출부(910) 쪽에 대향하는 면에 도포된 물질(코팅재)은 레이저광이 입사된 이후 매질부(940) 내부를 왕복하는 펌핑광(950)에 대해서 높은 반사율을 가진다. 따라서 펌핑광(950)은 광 방출부(910) 쪽에 대향하는 면으로는 투과되어 나가지 않으며, 주파수가 배가되어 펌핑광(950)이 매질부(940)의 외부로 출력되는 경우에도 광 방출부(910) 쪽이 아닌, 투과부(960) 쪽에 대향하는 면을 거쳐 매질부(940)의 외부로 출력되게 된다. In the embodiment of FIG. 9, in the
또한, 매질부(940)에 있어서 투과부(960) 쪽과 대향하는 면에 도포된 물질 (코팅재)은 펌핑광의 파장에 대해 매우 높은 투과율을 가지며(HT : highly transmissive, 고투과적), 매질부(940)에 입사하여 매질부(940) 내에서 반사된 이후의 광(이하 펌핑광(950)이라 한다)의 파장에 대해서는 높은 반사율을 가진다(HR : highly reflective). In addition, the material (coating material) coated on the side of the
또한 매질부에서 투과부(960) 쪽과 대향하는 면에는 특정 주파수를 가지는 펌핑광(950)에 대해서는 높은 투과율을 가지고, 특정 주파수 이하의 주파수를 가지는 펌핑광(950)에 대해서는 높은 반사율을 가지는 물질(코팅재)이 도포되어 있다. 따라서 투과부(960) 쪽과 대향하는 면에 도포된 물질(코팅재)은 레이저광의 주파수의 두 배의 주파수 또는 세 배의 주파수 등의 특정 주파수를 가지는 펌핑광(950)만을 투과시킬 수 있다. 그리고 특정 주파수에 이르지 못한 펌핑광(950)은 매질부(940) 내에 포획된 채로 매질부(940) 내에서 반사를 반복하면서 주파수가 배가된다.In addition, a material having a high transmittance with respect to the pumping light 950 having a specific frequency on the surface of the medium facing the
본 발명의 일 실시예에 의할 때, 비선형 결정(940)에서 광 방출부(910) 측에 대향하는 면은 1064nm의 기본 파장에 대해 반사방지(AR) 코팅되므로, 1064nm의 기본 파장을 가지는 펌핑광(950)이 매질부(940) 내부로 입사할 수 있게 된다. 또한, 레이저광(950)은 매질부(940) 내부에서 주파수 배가되는 경우에 532nm에 대해 반사방지(AR) 코팅된 비선형 결정(940)의 투과부에 대향하는 면에서 투과된다.According to one embodiment of the invention, the surface facing the
여기서, 레이저에 대한 고반사 또는 저반사 물질(코팅재)을 이용하여 주파수에 따른 반사율과 투과율을 조절하는 것은 이미 공지된 기술인 바, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다. Here, adjusting the reflectance and the transmittance according to the frequency using a high or low reflection material (coating material) for the laser is already known, and a detailed description thereof will be omitted.
본 실시예에서 매질부(940)와 투과부(960)는 접촉되어 있을 수 있다. 그리고 매질부(940)를 통과하면서 주파수가 배가된 고조파 레이저(980)는 투과부(960)를 통해 외부로 출력된다. 본 실시예에서와 같이 매질부(940)와 투과부(960)가 접촉되는 경우 광학계의 크기가 줄어들게 되므로, 라인 빔 발생기의 부피는 물론 라인 빔 발생기가 사용되는 디스플레이 장치의 부피 역시 줄일 수 있게 된다. In this embodiment, the
다른 실시예에 의할 경우, 도면 상으로 도시되어 있지 아니하나 매질부(940)와 투과부(960)는 접촉되어 있지 않을 수 있다. 이 경우 매질부(940)와 투과부(960) 사이의 공간(cavity)은 공진기의 역할을 하게 된다. According to another embodiment, although not shown in the drawings, the
다만, 매질부(940)와 투과부(960)가 접촉되어 있는 도 9에 도시된 실시예의 경우에는 파장이 감소하기 전의 레이저 광은 매질부(940)에 흡수되고, 파장이 감소된 레이저 광만이 투과부(960)를 통해 투과된다. 따라서 공진기가 포함되는 실시예에 비하여, 도 9과 같은 실시예의 경우, 매질부(940)는 길게 설계되어 레이저가 매질부(940)를 통과하는 시간이 길어지게 할 수 있다. 매질부(940)가 파장이 긴 레이저를 보다 효과적으로 흡수하게 하기 위함이다. However, in the embodiment shown in FIG. 9 in which the
이 경우, 투과부(960)에서 레이저가 입사되는 면은 파장에 따라 선택적으로 레이저를 투과 및 반사시키는 물질(예컨대 코팅재 등)이 도포되어 있다. 이러한 물질은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게는 자명한 사항인 바, 이에 관한 상세한 설명은 생략하도록 한다. In this case, the surface on which the laser is incident on the
투과부(960)에서 고조파 레이저(980)가 일렬로 출력되면 라인빔이 형성될 수 있다. 투과부(960)에는 고조파 레이저(980)가 출력되는 점인 투과점(970)이 있다. 필요한 경우 고조파 레이저(980)를 발산시키거나 평행광으로 출력하기 위해 출력면, 즉 투과점(970)은 곡률(curvature)을 채용할 수 있다.When the
여기서, 투과점(970)은 투과부(960) 중에서 특히 고조파 레이저(980)가 투과되는 지점이다. 투과점(970)은 투과부(960)에서 투과점(970)을 제외한 영역과는 달리 도 9에 도시된 바와 같은 소정의 곡률을 가짐으로써 고조파 레이저(980)를 투과시킬 수 있다. 투과점(970)에 곡률을 채용함으로 인해, 고조파 레이저(980)가 평행한 형태로 출사될 것인지 발산하는 형태로 출사될 것인지 여부가 달라질 수 있다. Here, the
투과점(970)의 곡률을 증가시키기 위한 방법의 일 실시예로는, 투과점(970)에 열을 공급하여 열팽창을 하게 함으로써 투과부(960)의 다른 부분보다 오목한 면을 가지게 하는 방법이 있을 수 있다. 그리고 일 실시예에 의할 경우, 투과점(970)의 열 공급원은 투과점(970)에 대향하는 매질부(940)의 면에 반복적으로 반사된 레이저광(950)이 될 수 있다.As an embodiment of the method for increasing the curvature of the
상술한 과정을 통해 투과점(970)으로부터 출사된 복수의 고조파 레이저(980)는 라인 빔을 구성하게 된다. 즉, 복수의 고조파 레이저(980)가 소정의 라인을 형성하여 출력되는 빔을 라인 빔으로 칭한다. 이 때 형성된 라인 빔은 적색광, 녹색광 및 청색광 중 어느 하나일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 펌핑광의 파장이 1064nm인 경우, 본 실시예에 의한 라인 빔 발생 장치에 의해 형성된 라인 빔(980)은 주파수가 배가 되어 532nm의 파장을 가지는 녹색광일 수 있다. Through the above-described process, the plurality of
여기서, 레이저 다이오드 칩(930)의 배열 상태에 따라 라인 빔의 균일도 또는 라인 빔이 휘거나 구부러지는 정도가 달라질 수 있음을 예측할 수 있다. 이 경 우, 레이저 다이오드 칩(930)의 배열 상에 오차가 있으면 라인 빔이 휘거나 구부러지는 현상이 발생할 수 있다. 최종적으로 형성되어 디스플레이 장치 등을 통해 조사된 라인 빔이 휘거나 구부러져 있는 이러한 현상을 스마일 이펙트라 한다. 이러한 공정 오차를 없애거나 줄이기 위해서 베이스판 위에 배열된 레이저 다이오드 칩(930)의 간격이나 정렬 상태를 수정할 수 있다. Here, it may be expected that the uniformity of the line beam or the degree to which the line beam is bent or bent may vary according to the arrangement state of the
여기서 광 방출부(910)(또는 라인 빔 발생기)는 웨이퍼를 이용하여 제조될 수 있다. 웨이퍼가 사용되면, 베이스판(920)에 레이저 다이오드 칩(930)을 하나씩 배치하여 배열하는 공정에 비하여 보다 쉽게 레이저 다이오드 칩(930)을 일렬로 배열할 수 있다. 즉, 광 방출부(910)의 제조 공정에 웨이퍼가 사용되면 레이저 다이오드 칩(930)의 정렬 상태가 좋아질 수 있고, 스마일 이펙트 등의 공정 오차가 최소화될 수 있다. The light emitter 910 (or line beam generator) may be manufactured using a wafer. When the wafer is used, the
라인 빔 발생기를 통해 출사된 고조파 레이저의 세기가 일정하다고 가정하였을 때, 레이저 다이오드 칩(930)의 간격이 일정할수록 라인 빔의 균일도는 높아질 수 있다. 또한 레이저 다이오드 칩(930)의 배열이 일직선에 가까울수록 라인 빔은 곧은 형태를 띨 수 있게 된다. When the intensity of the harmonic laser emitted through the line beam generator is assumed to be constant, the uniformity of the line beam may be increased as the interval of the
따라서 본 실시예에 의해 라인 빔을 발생시키는 경우는, 각각 별개의 레이저 다이오드 칩(930)과 비선형 결정 및 투과부 등을 포함하는 고조파 발생기에서 출사된 고조파 레이저들의 배열 상태를 수정하는 것보다 쉽게 공정 오차를 조정할 수 있게 된다.Therefore, in the case of generating the line beam according to the present embodiment, the process error is easier than correcting the arrangement of the harmonic lasers emitted from the harmonic generators each including a separate
또한, 고조파 발생기들을 배열하는 경우보다, 하나의 베이스판(920) 상에 레 이저 다이오드 칩을(930) 촘촘히 배열하게 되면 광 방출부의 부피가 줄어들게 되고, 결과적으로 라인 빔 발생기와 같은 광원이 사용되는 전체 기기(예컨대, 디스플레이 장치)의 부피도 축소할 수 있게 된다.In addition, when the
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 고조파 레이저를 이용한 라인 빔 발생 장치를 나타낸 도면이다. 10 is a view showing a line beam generator using a harmonic laser according to another embodiment of the present invention.
도 9에 도시된 실시예에 의한 라인 빔 발생기와의 차이는 광 방출부(1000)가 복수의 레이저 다이오드(1010)의 배열(레이저 다이오드 어레이)을 포함한다는 점이다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 레이저 다이오드 칩(1030) 하나에 상응하는 베이스판(1020)이 하나씩 따로 존재한다는 특징이 있다. A difference from the line beam generator according to the embodiment shown in FIG. 9 is that the
도 10에 도시된 라인 빔 발생기는 크게 광 방출부(1000), 매질부(1040) 그리고 투과부(1060)로 구성된다. 광 방출부(1000)에서는 레이저광이 방출될 수 있다. 광 방출부(1000)는 하나의 베이스판(1020)에 하나의 레이저 다이오드 칩(1030)이 결합된 복수개의 레이저 다이오드(1010)가 배열됨으로써 구성된다. 즉 광 방출부(1000)는 일렬로 배열된 복수의 레이저 다이오드(1010)를 포함한다. 여기서 복수의 레이저 다이오드(1010)가 일렬로 배열됨으로써, 광 방출부에서 나온 레이저광들이 고조파 레이저로 변환되어 라인 빔을 형성할 수 있다.The line beam generator illustrated in FIG. 10 is largely composed of a
광 방출부(1000)에서 나온 레이저광은 먼저 매질부(1040)로 입사한다. 매질부(1040)를 이루는 물질은 고조파 레이저(예컨대 제2고조파(SHG 레이저))를 발생시키는 물질일 수 있다. 따라서 매질부(1040)는 크리스탈이나 PPLN과 같은 물질 등 비선형 결정으로 이루어질 수 있다. 매질부(1040)로 입사한 광, 즉 펌핑광(1050)들은 매질부(1040)의 내부에서 광 방출부(1000)측의 면과 투과부(1060)측의 면을 왕복하면서 반복하여 반사된다(1050). 이와 같은 반사는 매질부(1040)의 양 면에 고반사율을 가지는 물질이 도포되어 있음으로 인해 가능한 것임은 도 9에서 설명한 바와 같다. The laser light emitted from the
이 과정에서 매질부(1040)에 입사한 레이저광으로부터 제2 고조파가 발생될수 있다. 상술한 과정을 통해 발생된 고조파 레이저(1080)는 투과부(1060)의 투과점(1070)을 통해 라인 빔 발생기의 외부로 방출된다.In this process, second harmonics may be generated from the laser light incident on the
여기서 도 9의 실시예와 마찬가지로, 투과부(1060) 중에서 특히 고조파 레이저(1080)가 투과되는 지점이 있는데 이를 투과점(1070)이라고 한다. 투과점(1070)은 투과부(1060)를 형성하는 면의 다른 부분과 달리 곡률을 가짐으로써 고조파 레이저(1080)를 평행하게 또는 발산시키면서 투과시킬 수 있다. 투과점(1070)의 곡률을 증가시키기 위한 방법의 일 실시예로는, 투과점(1070)에 열을 공급하여 열팽창을 하게 함으로써 투과부(1060)의 다른 부분보다 오목한 면을 가지게 하는 것이 있을 수 있다.Here, as in the embodiment of FIG. 9, there is a point at which the
상술한 과정을 통해 투과점(1070)을 통과한 고조파 레이저(1080)(제2 고조파)는 라인 빔을 구성하게 된다. 이 때 펌핑광의 파장이 1064nm이고 고조파 레이저(1080)의 파장이 532nm 인 경우, 형성된 라인 빔은 녹색광일 수 있다. The harmonic laser 1080 (second harmonic) passing through the
본 발명의 일 실시예에 의하면, 펌핑광의 파장이 1064nm인 경우, 본 실시예에 의한 라인 빔 발생 장치에 의해 형성된 라인 빔(1080)은 주파수가 배가 되어 532nm의 파장을 가지는 녹색광일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when the wavelength of the pumped light is 1064 nm, the
본 실시예의 경우처럼, 레이저 다이오드(1010)을 배열함으로써 광 방출부(1000)를 구성하는 경우에는 공정 오차에 의하여 라인 빔이 휘는 현상(smile effect)의 방지나 수정이 용이한 장점이 있다. 또한 레이저 다이오드(1010) 간 거리 조정에 의해 전체 광학계의 크기를 조절할 수 있다.As in the case of the present embodiment, when the
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 반사 미러 방식과 고조파 레이저를 이용한 라인 빔 발생 장치를 나타낸 도면이며, 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 반사 미러 방식과 고조파 레이저를 이용한 라인 빔 발생 장치를 나타낸 도면이다.상술한 도 3, 4, 9, 10과의 차이점을 위주로 설명한다. 11 is a diagram illustrating a line beam generator using a multiple reflection mirror method and a harmonic laser according to an embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a line using a multiple reflection mirror method and a harmonic laser according to another embodiment of the present invention. It is a figure which shows the beam generating apparatus. The difference with FIG. 3, 4, 9, 10 mentioned above is demonstrated mainly.
도 11을 참조하면, 광원으로부터 입사된 광(1110), 라인 빔(1120), 전반사 미러(1130), 반투과 미러(1140), 제2 매질부(940), 펌핑광(950), 광 방출부(960), 투과점(970) 및 고조파 레이저(980)가 도시된다. 반투과 미러(1140)와 전반사 미러(1130)를 통해서 형성된 라인 빔(1120)은 제2 매질부(940)에 입사된다. 이후 펌핑광(950)이 형성되어 광 방출부(960)의 투과점(970)을 경유하여 고조파 레이저(980)가 출사된다. 이러한 구조를 통해서 세기가 균일한 라인 빔(1120)이 미리 설정된 파장을 가지는 고조파 레이저(980)로 변환되어 출사된다. Referring to FIG. 11, the light 1110 incident from the light source, the
또한, 도 12를 참조하면, 광원으로부터 입사된 광(1210), 라인 빔(1220), 투과부(1225), 제1 매질부(1227), 전반사 미러(1230), 반투과 미러(1240), 제2 매질부(940), 펌핑광(950), 광 방출부(960), 투과점(970) 및 고조파 레이저(980)가 도 시된다. 투과부(1225), 전반사 미러(1230), 반투과 미러(1240) 및 제1 매질부(1227)를 통해서 형성된 라인 빔(1220)이 제2 매질부(940)에 입사된다. 이후 펌핑광(950)이 형성되어 광 방출부(960)의 투과점(970)을 경유하여 고조파 레이저(980)가 출사된다. 이러한 구조를 통해서 상술한 도 4의 라인 빔 형성의 용이성를 갖추면서, 세기가 균일한 라인 빔(1120)이 미리 설정된 파장을 가지는 고조파 레이저(980)로 변환되어 출사된다.In addition, referring to FIG. 12, the light 1210, the
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.The present invention is not limited to the above embodiments, and many variations are possible by those skilled in the art within the spirit of the present invention.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 다중 반사 미러 방식 및 펌핑 방식을 이용한 라인 빔 발생 장치는 광학계가 단순하고 민감하지 않아서 조정이 쉽고 균일도 확보가 용이한 효과가 있다. As described above, the line beam generator using the multiple reflection mirror method and the pumping method according to the present invention has an effect that the optical system is simple and insensitive so that adjustment is easy and uniformity is easily secured.
또한, 본 발명에 따른 다중 반사 미러 방식 및 펌핑 방식을 이용한 라인 빔 발생 장치는 광학계 길이를 기존 방식에 비해 짧게 할 수 있으며, 반사광간의 거리차를 광원의 가간섭 거리보다 길게 함으로서 간섭성이 없는 광을 여러 개 합한 결과로 스페클을 줄일 수 있다.In addition, the line beam generator using the multi-reflective mirror method and the pumping method according to the present invention can make the optical system length shorter than the conventional method, the light having no interference by increasing the distance difference between the reflected light than the interference distance of the light source It is possible to reduce the speckle as a result of combining several.
또한, 본 발명에 따른 다중 반사 미러 방식 및 펌핑 방식을 이용한 라인 빔 발생 장치는 라인 빔이 휘는 현상을 방지하고, 광 분포의 균일성(uniformity)을 확 보할 수 있다. In addition, the line beam generator using the multiple reflection mirror method and the pumping method according to the present invention can prevent the bending of the line beam, it is possible to secure the uniformity (uniformity) of the light distribution.
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.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those of ordinary skill in the art to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention and equivalents thereof described in the claims below It will be understood that various modifications and changes can be made.
Claims (25)
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