KR100897673B1 - 프리즘 스캐너와 그를 이용한 회절형 광변조기의디스플레이 장치 - Google Patents

프리즘 스캐너와 그를 이용한 회절형 광변조기의디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 프리즘 스캐너와 그를 이용한 회절형 광변조기의 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 특히 프리즘을 이용하여 스캐너를 구성하고 이러한 스캐너를 이용하여 회절형 광변조기가 사용되는 디스플레이 장치를 구현하여 소형화와 저전력화가 가능하도록 하는 프리즘 스캐너와 그를 이용한 회절형 광변조기의 디스플레이 장치에 관한 것이다.
광변조기, 회절형, 디스플레이, 스캐닝, Scanning, 프리즘

Description

프리즘 스캐너와 그를 이용한 회절형 광변조기의 디스플레이 장치{Prism scanner and display apparatus of the diffractive optical modulator using its}
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 격자 광밸브에 대한 구성도.
도 2는 종래 기술에 따른 투영 및 스캐닝 광학부의 상세 구성도.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 프리즘 스캐너의 사시도이고, 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 프리즘 스캐너의 스캐닝 동작을 보여주는 개념도.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프리즘 스캐너의 사시도이고, 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프리즘 스캐너의 스캐닝 동작을 보여주는 개념도.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프리즘 스캐너의 사시도이고, 도 5b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프리즘 스캐너의 스캐닝 동작을 보여주는 개념도.
도 6는 본 발명의 일실시예에 따른 프리즘 스캐너를 이용한 회절형 광변조기의 디스플레이 장치의 구성도.
도 7은 도 6의 투영 및 스캐닝 광학부의 상세 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
30, 30', 30 : 프리짐 스캐닝부 31, 31', 31" : 입사면
32, 32', 32" : 반사면 33, 33', 33" : 출사면
40, 40', 40" : 구동 모터 50, 50', 50" : 구동회로
102 : 디스플레이 광학계 104 : 디스플레이 전자계
106R, 106G, 106B : 광원 108R, 108G, 108B : 조명 광학부
109 : 판형 칼라휠 110 : 회절형 광변조기
112 : 슐리렌 광학부 116 : 투영 및 스캐닝 광학부
118 : 스크린
본 발명은 프리즘 스캐너와 그를 이용한 회절형 광변조기의 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 특히 프리즘을 이용하여 스캐너를 구성하고 이러한 스캐너를 이용하여 회절형 광변조기가 사용되는 디스플레이 장치를 구현하여 소형화와 저전력화가 가능하도록 하는 프리즘 스캐너와 그를 이용한 회절형 광변조기의 디스플레이 장치에 관한 것이다.
미세기술의 진전에 따라서, 소위 마이크로 머신(MEMS: Micro Electro Mechanical Systems, 초소형 전기적·기계적 복합체)소자 및 MEMS소자를 조립한 소형기기가 주목되고 있다.
MEMS소자는 실리콘기판, 글래스기판 등의 기판상에 미세구조체로서 형성되고, 기계적 구동력을 출력하는 구동체와, 구동체를 제어하는 반도체 집적회로 등을 전기적으로, 또한 기계적으로 결합시킨 소자이다. MEMS소자의 기본적인 특징은 기계적 구조로서 구성되어 있는 구동체가 소자의 일부에 조립되어 있는 것이며, 구동체의 구동은 전극간의 쿨롱의 힘 등을 응용하여 전기적으로 행해진다.
최근에는, 이러한 MEMS 소자를 사용하는 회절형 광변조기가 개발되었다. 도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 회절형 광변조기로서 개발된 격자 광밸브 (GLV:Grating Light Valve)의 구성을 나타낸다.
격자 광밸브(11)는 도 1a에 나타낸 것과 같이, 글래스 기판 등의 절연기판(12)상에 공통의 기판측 전극(13)이 형성되고, 이 기판측 전극(13)에 교차하여 브리지형으로 거는 복수, 본 예에서는 6개의 빔(14)[141, 142, 143, 144, 145, 146] 이 병렬 배치되어 구성된다.
브리지부재(15)와, 그 위에 설치된 반사막겸 구동측 전극(16)으로 이루는 빔(14)은 리본으로 통칭되고 있는 부위이다.
기판측 전극(13)과 반사막겸 구동측전극(16)과의 사이에 미소 전압을 인가하면, 전술한 정전현상에 의해 빔(14)이 기판측 전극(13)에 향하여 근접하고, 또, 전압의 인가를 정지하면 이간하여 원래의 상태로 되돌린다.
격자 광밸브(11)는 기판측 전극(13)에 대한 복수의 빔(14)의 근접, 이간의 동작(즉, 1개 거른 빔의 근접, 이간의 동작)에 의해, 광반사막겸 구동측 전극(16)의 높이를 교대로 변화시키고, 광의 회절에 의해 (6개의 빔(14)전체에 대하여 1개의 점광이 조사된다), 구동측전극(16)에서 반사하는 광의 강도를 변조한다.
한편, 위에서 설명한 회절형 광변조기는 여러 응용 분야에 사용될 수 있는데 그 일예로 디스플레이 장치에 사용될 수 있다.
일반적으로, 종래 기술에 따른 회절형 광변조기를 이용한 디스플레이 장치는 광원, 조명렌즈, 회절형 광변조기, 프로젝션 시스템, 스크린 등을 포함하고 있다.
광원은 복수의 광원으로 이루어져 있으며, 일예로 적색 광원, 녹색 광원, 청색 광원으로 이루어져 있다.
다음으로, 조명렌즈는 광원에서 출사되는 광을 선형의 평행광으로 변화시켜 회절형 광변조기로 입사시킨다. .
회절형 광변조기는 선형의 평행광이 입사되면 광변조를 수행하여 복수의 회절차수를 갖는 회절광을 형성한다. 이때, 회절형 광변조기가 형성하는 회절광은 각 회절차수에 대하여 살펴볼 때 선형의 회절광을 형성하고 있다. 즉, 회절형 광변조기에서 출사되는 회절광은 스크린에 형성되는 영상의 픽셀을 형성하기 위하여 그에 대응되는 스캐닝 회절 점광이 복수개 모여 선형으로 배열되어 선형의 주사선을 형성한다.
그리고, 프로젝션 시스템은 복수개의 스캐닝 회절 점광이 선형으로 배열되어 형성한 선형의 주사선을 스크린에 투사하여 스캐닝하여 2차원 영상을 생성한다.
일예로 범용 HDTV 표준인 경우, 한 프레임의 이미지는 행길이(K) = 1080개의 픽셀, 열길이(L) = 1920 픽셀로 구성되는데, 위에서 설명한 회절형 광변조기를 이용하여 HDTV급 영상을 출력하기 위해서는 1080개의 픽셀(pixel)에 해당하는 스캐닝 회절 점광이 선형으로 배열되어 형성된 선형의 주사선을 가로 방향으로 스캐닝하여 2차원 영상을 생성한다.
이러한 프로젝션 시스템의 종래 기술에 따른 투영 및 스캐닝 광학부가 도 2에 도시되어 있는데, 투영 및 스캐닝 광학부는은 회절형 광변조기에서 생성된 복수의 스캐닝 회절 점광으로 이루어진 주사선을 스크린(26)에 스캐닝을 수행하여 2차원 영상을 생성한다.
이러한 투영 및 스캐닝 광학부는 집광 렌즈(20), 스캐너(22)와 프로젝션 렌즈(24)로 구성되어 있으며, 입사된 회절광을 스크린(26)에 투사한다.
여기에서, 집광 렌즈(20)는 광학 필터 또는 다이크로닉 필터(미도시)를 통과한 선형의 회절광을 스크린(26)에 초점이 맞도록 회절광을 집광시킨다. 물론 집광렌즈(20)이후에 오목렌즈(미도시)를 더 구비하여 광학 필터 또는 다이크로닉 필터(미도시)를 통과한 회절광을 집광한 후에 평행광으로 변화시켜 스캐너(22)에 투영할 수도 있다.
스캐너(22)는 X 스캐닝 미러로서 디스플레이 전자계의 제어에 따라 입사된 라인 이미지를 스크린(26)에 좌에서 우로 스캐닝을 수행하고, 이후에 우에서 좌로 스캐닝을 수행하며, 이러한 동작을 반복한다.이러한 스캐너의 종류로는 갈라노 미터 미러 스캐너가 사용되거나 폴리곤 미러 스캐너가 사용가능한다.
한편, 이와 같은 종래 갈바노 미터 미러 스캐너나 폴리곤 미러 스캐너의 경우에 스크린에 영상을 디스플레이 하기 위해서는 큰 회전각이 요구되며 그에 따라 전력 소모가 크다는 문제점이 있었다.
또한, 종래 갈바노 미터 미러 스캐너나 폴리곤 미러 스캐너의 경우에 스크린에 영상을 디스플레이 하기 위해서는 큰 회전각이 요구되며 그에 따라 큰 회전력을 얻기 위하여 구비되는 스캐너 구동모터 등은 부피가 커 회절형 광변조기를 이용한 디스플레이 장치를 휴대용 단말기 등에 사용하는 경우에 그 소형화에 큰 장애가 되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 적은 동작으로도 큰 회전각을 얻을 수 있는 프리즘을 이용한 스캐너와 그를 이용한 회절형 광변조기의 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 프리즘 형상을 하고 있으며, 입사된 광을 투과하는 입사면과 입사면을 투과한 광을 반사하는 반사면과 반사면에서 반사되어 나온 광을 출사하는 출사면을 포함하고 있으며 스크린의 스캐닝 방향에 수직한 방향으로 이동하면서 입사되는 라인 이미지를 상기 스크린에 스캐닝을 수행하여 2차원 영상을 생성하는 프리즘 스캐닝부; 상기 프리즘 스캐닝부를 상 기 스크린의 스캐닝 방향에 수직한 방향으로 이동시키는 구동 모터; 및 상기 구동 모터를 제어하기 위한 스캐너 구동회로를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이제, 도 3a 이하의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프리즘 스캐너와 그를 이용한 회절형 광변조기의 디스플레이 장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 3a는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 프리즘 스캐너의 사시도이다.
도 3a를 참조하면 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 프리즘 스캐너는, 프리즘 스캐닝부(30), 구동모터(40), 스캐너 구동회로(50)로 이루어져 있다.
프리즘 스캐닝부(30)는 프리즘 형상으로 투명체로 되어 있으며, 입사광을 입사받는 평평한 면의 입사면(31)과, 입사면(31)을 통과한 입사광을 반사하는 평평한 면의 반사면(32)과, 반사면(32)에서 반사되어 나온 반사광을 출사하는 평평한 면의 출사면(33)으로 이루어져 있다.
여기에서 입사면(31)과 반사면(30)이 이루는 각과, 반사면(30)과 출사면(33)이 이르는 각과, 출사면(33)과 입사면(31)이 이루는 각은 바람직하게 예각을 가지고 있다. 물론, 응용에 따라서는 세개의 각중 어느 하나 또는 둘이 둔각을 가지도록 할 수 있다.
한편, 반사면(32)는 입사면(31)을 통과한 각이 반사되도록 반사물질로 코팅되어 있으며, 그러한 코팅부위는 응용에 따라서는 일부만 코팅될 수도 있다.
그리고, 구동 모터(40)는 프리즘 스캐닝부(30)를 상하 이동시키며-스캐닝 방 향에 수직방향으로-, 스캐너 구동회로(50)의 제어에 의하여 프리즘 스캐닝부(30)를 상하 이동시킨다.
스캐너 구동회로(50)는 외부의 스캐너 제어 신호에 응답하여 구동모터(40)를 제어하여 프리즘 스캐닝부(30)가 상하 이동되도록 하는 것으로, 프리즘 스캐닝부(30)에서 출사된 출사광이 스크린에 동일한 속도로 스캐닝을 수행하도록 구동모터(40)를 제어한다.
이러한 프리즘 스캐너가 수행하는 스캐닝 동작이 도 3b에 도시되어 있는데, 프리즘 스캐닝부(30)이 상하 이동하는 경우에 입사되는 입사광이 스크린(60)에 스캐닝되는 과정을 보여준다.
여기에서 도 3b는 프리즘 스캐닝부(30)가 A위치에서 B위치로 그리고 C위치로 변화되고 다시 A위치로 변화된 후에 이와 같은 동작을 반복하여 수행하게 될 때 스크린(60)에 스캐닝되는 과정을 보여준다.
도면에서 프리즘 스캐닝부(30)가 A위치에 있을 때 입사광(PI)가 입사면(31)의 A지점에 입사될 때 투사광의 투사각은 입사각과 같게 되어 반사면(32)의 A' 지점에 도달한다. 그리고, 반사면(32)에서 반사되는 반사광의 반사각은 입사광의 입사각과 같게 되어 출사면(33)의 A" 지점에 이르게 되며 출사면(33)에서 출사되는 출사광의 출사각은 출사면(33)의 입사각과 같게 되어 스크린(60)의 A'''의 지점에 이르게 된다.
이와 동일하게 프리즘 스캐닝부(30)가 B위치에 있을 때 입사광(PI)가 입사면(31)의 B지점에 입사될 때 투사광의 투사각은 입사각과 같게 되어 반사면(32)의 B' 지점에 도달한다. 그리고, 반사면(32)에서 반사되는 반사광의 반사각은 입사광의 입사각과 같게 되어 출사면(33)의 B" 지점에 이르게 되며 출사면(33)에서 출사되는 출사광의 출사각은 출사면(33)의 입사각과 같게 되어 스크린(60)의 B'''의 지점에 이르게 된다.
또한, 프리즘 스캐닝부(30)가 C위치에 있을 때 입사광(PI)가 입사면(31)의 C지점에 입사될 때 투사광의 투사각은 입사각과 같게 되어 반사면(32)의 C' 지점에 도달한다. 그리고, 반사면(32)에서 반사되는 반사광의 반사각은 입사광의 입사각과 같게 되어 출사면(33)의 C" 지점에 이르게 되며 출사면(33)에서 출사되는 출사광의 출사각은 출사면(33)의 입사각과 같게 되어 스크린(60)의 C'''의 지점에 이르게 된다.
따라서, 도 3b를 참조하여 살펴보면, 프리즘 스캐닝부(30)가 구동모터(40)에 의하여 상하 이동하게 될 때 입사광(PI)는 프리즘 스캐닝부(30)을 거쳐 스크린(60)에 좌우 스캐닝을 수행하게 된다.
그리고, 이러한 프리즘 스캐닝부(30)는 상하 이동에 의한 입사광의 회전각을 입사면(31), 반사면(32) 그리고 출사면(33)이 모두 영향을 주기 때문에 일반적인 갈바노 미터 미러 스캐너나 폴리곤 미러 스캐너와 달리 작은 상하 이동으로 큰 회전각을 얻을 수 있어 전력 소모를 줄일 수 있으며, 그에 따라 소형의 구동모터를 사용할 수 있게 되어 소형화가 가능하다.
도 4a는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 프리즘 스캐너의 사시도이다.
도 4a를 참조하면 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 프리즘 스캐너는, 프리즘 스캐닝부(30'), 구동모터(40'), 스캐너 구동회로(50')으로 이루어져 있다.
프리즘 스캐닝부(30')는 프리즘 형상으로 투명체로 되어 있으며, 입사광을 입사받는 평평한 면의 입사면(31')과, 입사면(31')을 통과한 입사광을 반사하는 원형의 반사면(32')과, 반사면(32')에서 반사되어 나온 반사광을 출사하는 평평한 출사면(33')으로 이루어져 있다.
여기에서 입사면(31')과 반사면(30')이 이루는 각과, 반사면(30')과 출사면(33')이 이르는 각과, 출사면(33')과 입사면(31')이 이루는 각은 바람직하게 예각을 가지고 있다. 물론, 응용에 따라서는 세개의 각중 어느 하나 또는 둘이 둔각을 가지도록 할 수 있다.
한편, 반사면(32')는 입사면(31')을 통과한 각이 반사되도록 반사물질로 코팅되어 있으며, 그러한 코팅부위는 응용에 따라서는 일부만 코팅될 수도 있다.
그리고, 구동 모터(40')는 프리즘 스캐닝부(30')를 상하 이동시키며, 스캐너 구동회로(50')의 제어에 의하여 프리즘 스캐닝부(30')를 상하 이동시킨다.
스캐너 구동회로(50')는 외부의 스캐너 제어 신호에 응답하여 구동모터(40')를 제어하여 프리즘 스캐닝부(30')가 상하 이동되도록 하는 것으로, 프리즘 스캐닝부(30')에서 출사된 출사광이 스크린에 동일한 속도로 스캐닝을 수행하도록 구동모터(40')를 제어한다.
이러한 프리즘 스캐너가 수행하는 스캐닝 동작이 도 4b에 도시되어 있는데, 프리즘 스캐닝부(30')이 상하 이동하는 경우에 입사되는 입사광이 스크린(60')에 스캐닝되는 과정을 보여준다.
여기에서 도 4b는 프리즘 스캐닝부(30')가 A위치에서 B위치로 그리고 C위치로 변화되고 다시 A위치로 변화된 후에 이와 같은 동작을 반복하여 수행하게 될 때 스크린(60')에 스캐닝되는 과정을 보여준다.
도면에서 프리즘 스캐닝부(30')가 A위치에 있을 때 입사광(PI)가 입사면(31')의 A지점에 입사될 때 투사광의 투사각은 입사각과 같게 되어 반사면(32')의 A' 지점에 도달한다. 그리고, 반사면(32')에서 반사되는 반사광의 반사각은 입사광의 입사각과 같게 되어 출사면(33')의 A" 지점에 이르게 되며 출사면(33')에서 출사되는 출사광의 출사각은 출사면(33')의 입사각과 같게 되어 스크린(60')의 A'''의 지점에 이르게 된다. 여기에서 스크린(60')의 A'''지점은 도 3b와 비교하였을 때 더 좌측으로 이동되어 있음을 알 수 있다.
이와 동일하게 프리즘 스캐닝부(30')가 B위치에 있을 때 입사광(PI)가 입사면(31')의 B지점에 입사될 때 투사광의 투사각은 입사각과 같게 되어 반사면(32')의 B' 지점에 도달한다. 그리고, 반사면(32')에서 반사되는 반사광의 반사각은 입사광의 입사각과 같게 되어 출사면(33')의 B" 지점에 이르게 되며 출사면(33')에서 출사되는 출사광의 출사각은 출사면(33')의 입사각과 같게 되어 스크린(60')의 B'''의 지점에 이르게 된다.
또한, 프리즘 스캐닝부(30')가 C위치에 있을 때 입사광(PI)가 입사면(31')의 C지점에 입사될 때 투사광의 투사각은 입사각과 같게 되어 반사면(32')의 C' 지점에 도달한다. 그리고, 반사면(32')에서 반사되는 반사광의 반사각은 입사광의 입사 각과 같게 되어 출사면(33')의 C" 지점에 이르게 되며 출사면(33')에서 출사되는 출사광의 출사각은 출사면(33')의 입사각과 같게 되어 스크린(60')의 C'''의 지점에 이르게 된다. 여기에서 스크린(60')의 C'''지점은 도 3b와 비교하였을 때 더 우측으로 이동되어 있음을 알 수 있다.
따라서, 도 3b와 도 4b를 비교하여 살펴보면, 반사면(32')이 곡면으로 되어 있는 프리즘 스캐닝부(30')가 반사면(32)이 평면으로 되어 있는 프리즘 스캐닝부(30) 보다 더 큰 회전각을 얻을 수 있음을 알 수 있으며, 그에 따라 전력 소모를 더 줄일 수 있으며, 그에 따라 더 작은 소형의 구동모터를 사용할 수 있게 되어 소형화가 가능하도록 하는 효과가 있다.
도 5a는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 프리즘 스캐너의 사시도이다.
도 5a를 참조하면 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 프리즘 스캐너는, 프리즘 스캐닝부(30"), 구동모터(40"), 스캐너 구동회로(50")로 이루어져 있다.
프리즘 스캐닝부(30")는 프리즘 형상으로 투명체로 되어 있으며, 입사광을 입사받는 평평한 면의 입사면(31")과, 입사면(31")을 통과한 입사광을 반사하는 원형의 반사면(32")과, 반사면(32")에서 반사되어 나온 반사광을 출사하는 원형의 출사면(33")으로 이루어져 있다.
여기에서 입사면(31")과 반사면(30")이 이루는 각과, 반사면(30")과 출사면(33")이 이르는 각과, 출사면(33")과 입사면(31")이 이루는 각은 바람직하게 예각을 가지고 있다. 물론, 응용에 따라서는 세개의 각중 어느 하나 또는 둘이 둔각 을 가지도록 할 수 있다.
한편, 반사면(32")는 입사면(31")을 통과한 각이 반사되도록 반사물질로 코팅되어 있으며, 그러한 코팅부위는 응용에 따라서는 일부만 코팅될 수도 있다.
그리고, 구동 모터(40")는 프리즘 스캐닝부(30")를 상하 이동시키며, 스캐너 구동회로(50")의 제어에 의하여 프리즘 스캐닝부(30")를 상하 이동시킨다.
스캐너 구동회로(50")는 외부의 스캐너 제어 신호에 응답하여 구동모터(40")를 제어하여 프리즘 스캐닝부(30")가 상하 이동되도록 하는 것으로, 프리즘 스캐닝부(30")에서 출사된 출사광이 스크린에 동일한 속도로 스캐닝을 수행하도록 구동모터(40")를 제어한다.
이러한 프리즘 스캐너가 수행하는 스캐닝 동작이 도 5b에 도시되어 있는데, 프리즘 스캐닝부(30")이 상하 이동하는 경우에 입사되는 입사광이 스크린(60")에 스캐닝되는 과정을 보여준다.
여기에서 도 5b는 프리즘 스캐닝부(30")가 A위치에서 B위치로 그리고 C위치로 변화되고 다시 A위치로 변화된 후에 이와 같은 동작을 반복하여 수행하게 될 때 스크린(60")에 스캐닝되는 과정을 보여준다.
도면에서 프리즘 스캐닝부(30")가 A위치에 있을 때 입사광(PI)가 입사면(31")의 A지점에 입사될 때 투사광의 투사각은 입사각과 같게 되어 반사면(32")의 A' 지점에 도달한다. 그리고, 반사면(32")에서 반사되는 반사광의 반사각은 입사광의 입사각과 같게 되어 출사면(33")의 A" 지점에 이르게 되며 출사면(33")에서 출사되는 출사광의 출사각은 출사면(33")의 입사각과 같게 되어 스크린(60")의 A'''의 지점에 이르게 된다. 여기에서 스크린(60")의 A'''지점은 도 4b와 비교하였을 때 더 좌측으로 이동되어 있음을 알 수 있다.
이와 동일하게 프리즘 스캐닝부(30")가 B위치에 있을 때 입사광(PI)가 입사면(31")의 B지점에 입사될 때 투사광의 투사각은 입사각과 같게 되어 반사면(32")의 B' 지점에 도달한다. 그리고, 반사면(32")에서 반사되는 반사광의 반사각은 입사광의 입사각과 같게 되어 출사면(33")의 B" 지점에 이르게 되며 출사면(33")에서 출사되는 출사광의 출사각은 출사면(33")의 입사각과 같게 되어 스크린(60")의 B'''의 지점에 이르게 된다.
또한, 프리즘 스캐닝부(30")가 C위치에 있을 때 입사광(PI)가 입사면(31")의 C지점에 입사될 때 투사광의 투사각은 입사각과 같게 되어 반사면(32")의 C' 지점에 도달한다. 그리고, 반사면(32")에서 반사되는 반사광의 반사각은 입사광의 입사각과 같게 되어 출사면(33")의 C" 지점에 이르게 되며 출사면(33")에서 출사되는 출사광의 출사각은 출사면(33")의 입사각과 같게 되어 스크린(60")의 C'''의 지점에 이르게 된다. 여기에서 스크린(60")의 C'''지점은 도 4b와 비교하였을 때 더 우측으로 이동되어 있음을 알 수 있다.
따라서, 도 3b, 도 4b 그리고 도 5b를 비교하여 살펴보면, 반사면(32")과 출사면(33")가 곡면으로 되어 있는 프리즘 스캐닝부(30")가 반사면(32)과 출사면(33)이 평면으로 되어 있는 프리즘 스캐닝부(30)나 반사면(32')은 곡면으로 되어 있으나 출사면(33')이 평평하게 되어 있는 프리즘 스캐닝부(30')보다 더 큰 회전각을 얻을 수 있음을 알 수 있으며, 그에 따라 전력 소모를 더욱더 줄일 수 있으며, 그 에 따라 더욱더 작은 소형의 구동모터를 사용할 수 있게 되어 소형화가 가능하도록 하는 효과가 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 프리즘 스캐너를 이용한 회절형 광변조기의 디스플레이 장치의 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 프리즘 스캐너를 이용한 회절형 광변조기의 디스플레이 장치는 디스플레이 광학계(102)와 디스플레이 전자계(104)를 포함한다.
*디스플레이 광학계(102)는 적색 광원(106R)과, 녹색 광원(106G), 청색 광원(106B), 적색 광원에 대한 조명광학부(108R), 녹색 광원에 대한 조명 광학부(108G), 청색 광원에 대한 조명 광학부(108B), 판형 칼라휠(109), 회절형 광변조기(110), 슐리렌 광학부(112), 투영 및 스캐닝 광학부(116), 스크린(118)을 구비하고 있다.
여기에서, 레이저 광원(106R, 106G, 106B)는 레이저 조명을 방출하는데, 방출된 레이저 조명의 단면도의 일예로 원형이고, 그 광의 세기 프로파일은 가우시안(Gausian) 분포를 하고 있다.
그리고, 조명 광학부(108R, 108G, 108B)는 각각의 레이저 광원(106R, 106G, 106B)으로부터 나오는 빛을 회절형 광변조기(110)에 좁고 긴 선모양의 광으로 조사하기 위해 선형광을 만들어 준다.
회절형 광변조기(110)는 조명 광학부(108R, 108G, 108B)로부터 조사된 선형 광을 변조하여 회절광을 생성한다. 이때, 판형 칼라휠(109)은 조명 광학부(108R, 108G, 108B)와 회절형 광변조기(110) 사이에 위치하고 있으며, 3개의 구간으로 분할되어 있고, 각각의 구간은 하나의 색이 통과되도록 형성되어 있다. 따라서, 판형 칼라휠(109)이 회전하게 되고, 조명광학부(108R, 108G, 108B)로부터 출사되는 선형광이 동일한 광경로를 가지고 있다면, 판형 칼라휠(109)을 통과하여 회절형 광변조기(110)로 입사되는 선형광은 시분할되게 된다. 이때, 일예로 판형 칼라휠(109)이 R 영역, G 영역, B 영역 순으로 분할되어 있다면, 판형 칼라휠(109)을 통과하는 선형광도 R 광원, G 광원, B 광원순으로 통과한다.
이처럼, 회절형 광변조기(110)로 입사되는 선형광이 시분할 되어 통과되면, 그에 따라 회절형 광변조기(110)도 디스플레이 전자계(104)의 광변조기 구동회로(미도시)의 제어에 의해 입사되는 각각의 광에 따른 광변조를 수행하여 회절광을 생성하여 출사한다.
다음으로, 슐리렌 광학부(Schlieren optics)(112)(일면 필터부라고 부를 수 있다)는 회절형 광변조기(110)에서 변조된 회절된 광을 차수분리하여 분리된 여러 차수의 회절광중에서 원하는 차수의 회절광을 통과시킨다.
이러한 슐리렌 광학계(112)는 일예로 푸리에 렌즈(미도시)와 공간 필터 또는 다이크로닉 필터(미도시)로 구성되어 있으며, 입사되는 회절광중 0차 회절광 또는 ±1차 광을 선택적으로 통과시킨다.
그리고, 투영 및 스캐닝 광학부(116)는 슐리렌 광학부(112)를 통과한 복수의 스캐닝 회절 점광으로 이루어진 주사선을 스크린(118)에 스캐닝을 수행하여 2차원 영상을 생성한다.
이러한 투영 및 스캐닝 광학부(116)는 도 7에 도시된 바와 같이 집광 렌즈(116a), 프리즘 스캐너(116b)와 프로젝션 렌즈(116c)로 구성되어 있으며, 입사된 회절광을 스크린(118)에 투사한다.
여기에서, 집광 렌즈(116a)는 광학 필터 또는 다이크로닉 필터(미도시)를 통과한 선형의 회절광을 스크린(118)에 초점이 맞도록 회절광을 집광시킨다. 물론 집광렌즈(116a)이후에 오목렌즈(미도시)를 더 구비하여 광학 필터 또는 다이크로닉 필터(미도시)를 통과한 회절광을 집광한 후에 평행광으로 변화시켜 프리즘 스캐너(116b)에 투영할 수도 있다.
프리즘 스캐너(116b)는 위에서 도 3a내지 도 5b를 참조하여 설명한 바와 같이 디스플레이 전자계(104)의 제어에 따라 스크린(118)의 스캐닝 방향과 수직 방향으로 움직이면서 입사된 라인 이미지를 스크린(118)에 좌에서 우로 스캐닝을 수행하며, 이러한 동작을 반복한다.
이때, 일예로 프리즘 스캐너(116b)는 첫번째 좌에서 우로 스캐닝을 수행할때 스크린(118)에 Red 칼라의 주사선을 스캐닝하고, 이후에 좌에서 우로 스캐닝을 수행할 때 스크린(118)에 Green 칼라의 주사선을 스캐닝하고, 다시 좌에서 우로 스캐닝을 수행할 때 스크린(118)에 Blue 칼라의 주사선을 스캐닝하면 Red, Green, Blue로 이루어진 하나의 칼라 영상이 완성된다.
한편, 여기에서는 수평방향 스캐닝에 대하여 예를 들어 설명하였지만 수직 방향 스캐닝의 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
한편, 상기와 같은 본 발명에 따른 프리즘 스캐너의 경우에 스크린에 영상을 디스플레이 하기 위하여 적은 구동으로 큰 회전각을 얻을 수 있기 때문에 그에 따라 전력 소모를 줄일 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 프리즘 스캐너를 이용하는 경우에 스크린에 영상을 디스플레이 하기 위해서는 큰 회전각을 얻을 수 있기 때문에 그에 따라 요구되는 회전력을 얻기 위하여 구비되는 스캐너 구동모터 등은 부피를 줄일 수 있어 회절형 광변조기를 이용한 디스플레이 장치를 휴대용 단말기 등에 사용하는 경우에 그 소형화가 가능하도록 하는 효과가 있다.

Claims (16)

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  4. 프리즘 형상을 하고 있으며, 입사된 광을 투과하는 입사면과 입사면을 투과한 광을 반사하는 반사면과 반사면에서 반사되어 나온 광을 출사하는 출사면을 포함하고 있으며 스크린의 스캐닝 방향에 수직한 방향으로 이동하면서 입사되는 라인 이미지를 상기 스크린에 스캐닝을 수행하여 2차원 영상을 생성하는 프리즘 스캐닝부;
    상기 프리즘 스캐닝부를 상기 스크린의 스캐닝 방향에 수직한 방향으로 이동시키는 구동 모터; 및
    상기 구동 모터를 제어하기 위한 스캐너 구동회로를 포함하며,
    상기 프리즘 스캐닝부는, 반사면이 볼록한 곡면인 것을 특징으로 하는 프리즘 스캐너.
  5. 프리즘 형상을 하고 있으며, 입사된 광을 투과하는 입사면과 입사면을 투과한 광을 반사하는 반사면과 반사면에서 반사되어 나온 광을 출사하는 출사면을 포함하고 있으며 스크린의 스캐닝 방향에 수직한 방향으로 이동하면서 입사되는 라인 이미지를 상기 스크린에 스캐닝을 수행하여 2차원 영상을 생성하는 프리즘 스캐닝부;
    상기 프리즘 스캐닝부를 상기 스크린의 스캐닝 방향에 수직한 방향으로 이동시키는 구동 모터; 및
    상기 구동 모터를 제어하기 위한 스캐너 구동회로를 포함하며,
    상기 프리즘 스캐닝부는, 출사면이 볼록한 곡면인 것을 특징으로 하는 프리즘 스캐너.
  6. 프리즘 형상을 하고 있으며, 입사된 광을 투과하는 입사면과 입사면을 투과한 광을 반사하는 반사면과 반사면에서 반사되어 나온 광을 출사하는 출사면을 포함하고 있으며 스크린의 스캐닝 방향에 수직한 방향으로 이동하면서 입사되는 라인 이미지를 상기 스크린에 스캐닝을 수행하여 2차원 영상을 생성하는 프리즘 스캐닝부;
    상기 프리즘 스캐닝부를 상기 스크린의 스캐닝 방향에 수직한 방향으로 이동시키는 구동 모터; 및
    상기 구동 모터를 제어하기 위한 스캐너 구동회로를 포함하며,
    상기 프리즘 스캐닝부는, 반사면과 출사면이 볼록한 곡면인 것을 특징으로 하는 프리즘 스캐너.
  7. 프리즘 형상을 하고 있으며, 입사된 광을 투과하는 입사면과 입사면을 투과한 광을 반사하는 반사면과 반사면에서 반사되어 나온 광을 출사하는 출사면을 포함하고 있으며 스크린의 스캐닝 방향에 수직한 방향으로 이동하면서 입사되는 라인 이미지를 상기 스크린에 스캐닝을 수행하여 2차원 영상을 생성하는 프리즘 스캐닝부;
    상기 프리즘 스캐닝부를 상기 스크린의 스캐닝 방향에 수직한 방향으로 이동시키는 구동 모터; 및
    상기 구동 모터를 제어하기 위한 스캐너 구동회로를 포함하며,
    상기 스캐너 구동 회로는 상기 프리즘 스캐닝부가 상기 스크린에 스캐닝하는 라인 이미지가 모든 점에서 등속도를 갖도록 상기 구동모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 프리즘 스캐너.
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  11. 광을 생성하여 출사하는 광원계;
    상기 광원계에서 출사된 광을 선형의 입사광으로 변환하는 조명 광학부;
    상기 조명 광학부에서 입사된 선형의 입사광을 구동 신호에 따라 변조하여 선형의 회절광을 생성하는 회절형 광변조기; 및
    상기 회절형 광변조기에서 출사되는 선형의 회절광을 프리즘 스캐너를 사용하여 스크린에 스캐닝을 수행하여 영상을 생성하는 투영 및 스캐닝 광학부를 포함하며,
    상기 투영 및 스캐닝 광학부의 프리즘 스캐너는,
    프리즘 형상을 하고 있으며, 입사된 광을 투과하는 입사면과 입사면을 투과한 광을 반사하는 반사면과 반사면에서 반사되어 나온 광을 출사하는 출사면을 포함하고 있으며 스크린의 스캐닝 방향에 수직한 방향으로 이동하면서 입사되는 라인 이미지를 상기 스크린에 스캐닝을 수행하여 2차원 영상을 생성하는 프리즘 스캐닝부;
    상기 프리즘 스캐닝부를 상기 스크린의 스캐닝 방향에 수직한 방향으로 이동시키는 구동 모터; 및
    상기 구동 모터를 제어하기 위한 스캐너 구동회로를 포함하고,
    상기 프리즘 스캐닝부는 반사면이 볼록한 곡면인 것을 특징으로 하는 프리즘 스캐너를 이용한 회절형 광변조기의 디스플레이 장치.
  12. 광을 생성하여 출사하는 광원계;
    상기 광원계에서 출사된 광을 선형의 입사광으로 변환하는 조명 광학부;
    상기 조명 광학부에서 입사된 선형의 입사광을 구동 신호에 따라 변조하여 선형의 회절광을 생성하는 회절형 광변조기; 및
    상기 회절형 광변조기에서 출사되는 선형의 회절광을 프리즘 스캐너를 사용하여 스크린에 스캐닝을 수행하여 영상을 생성하는 투영 및 스캐닝 광학부를 포함하며,
    상기 투영 및 스캐닝 광학부의 프리즘 스캐너는,
    프리즘 형상을 하고 있으며, 입사된 광을 투과하는 입사면과 입사면을 투과한 광을 반사하는 반사면과 반사면에서 반사되어 나온 광을 출사하는 출사면을 포함하고 있으며 스크린의 스캐닝 방향에 수직한 방향으로 이동하면서 입사되는 라인 이미지를 상기 스크린에 스캐닝을 수행하여 2차원 영상을 생성하는 프리즘 스캐닝부;
    상기 프리즘 스캐닝부를 상기 스크린의 스캐닝 방향에 수직한 방향으로 이동시키는 구동 모터; 및
    상기 구동 모터를 제어하기 위한 스캐너 구동회로를 포함하고,
    상기 프리즘 스캐닝부는 출사면이 볼록한 곡면인 것을 특징으로 하는 프리즘 스캐너를 이용한 회절형 광변조기의 디스플레이 장치.
  13. 광을 생성하여 출사하는 광원계;
    상기 광원계에서 출사된 광을 선형의 입사광으로 변환하는 조명 광학부;
    상기 조명 광학부에서 입사된 선형의 입사광을 구동 신호에 따라 변조하여 선형의 회절광을 생성하는 회절형 광변조기; 및
    상기 회절형 광변조기에서 출사되는 선형의 회절광을 프리즘 스캐너를 사용하여 스크린에 스캐닝을 수행하여 영상을 생성하는 투영 및 스캐닝 광학부를 포함하며,
    상기 투영 및 스캐닝 광학부의 프리즘 스캐너는,
    프리즘 형상을 하고 있으며, 입사된 광을 투과하는 입사면과 입사면을 투과한 광을 반사하는 반사면과 반사면에서 반사되어 나온 광을 출사하는 출사면을 포함하고 있으며 스크린의 스캐닝 방향에 수직한 방향으로 이동하면서 입사되는 라인 이미지를 상기 스크린에 스캐닝을 수행하여 2차원 영상을 생성하는 프리즘 스캐닝부;
    상기 프리즘 스캐닝부를 상기 스크린의 스캐닝 방향에 수직한 방향으로 이동시키는 구동 모터; 및
    상기 구동 모터를 제어하기 위한 스캐너 구동회로를 포함하고,
    상기 프리즘 스캐닝부는 반사면과 출사면이 볼록한 곡면인 것을 특징으로 하는 프리즘 스캐너를 이용한 회절형 광변조기의 디스플레이 장치.
  14. 광을 생성하여 출사하는 광원계;
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    상기 조명 광학부에서 입사된 선형의 입사광을 구동 신호에 따라 변조하여 선형의 회절광을 생성하는 회절형 광변조기; 및
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