KR101264009B1 - 디스플레이 및 다른 애플리케이션용 2차원 다각형 스캐너에 기초한 빔 스캐닝 - Google Patents

디스플레이 및 다른 애플리케이션용 2차원 다각형 스캐너에 기초한 빔 스캐닝 Download PDF

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Abstract

상이한 틸트 패싯 각도로 틸트된 상이한 반사성 다각형 패싯을 갖는 2차원 다각형 스캐너에 기초한 스캐닝 빔 시스템은 다각형 스캐너의 회전을 사용하여 디스플레이 스크린 또는 인쇄면일 수 있는 표면상에 하나 이상의 광 빔을 수평 및 수직으로 스캔한다.

Description

디스플레이 및 다른 애플리케이션용 2차원 다각형 스캐너에 기초한 빔 스캐닝{BEAM SCANNING BASED ON TWO-DIMENSIONAL POLYGON SCANNER FOR DISPLAY AND OTHER APPLICATIONS}
본 특허 명세서는 2008년 7월 25일에 출원된 "디스플레이 및 다른 애플리케이션용 2차원 다각형 스캐너에 기초한 빔 스캔" 명칭의 미국 특허 출원 번호 12/180,114의 우선권 및 이익을 주장한다.
본 특허 명세서는 다각형 스캐너를 사용하여 하나 이상의 광 빔을 스캔하는 기술, 장치 및 시스템에 관한 것이다. 이미지 및 비디오 디스플레이, 인쇄 시스템 및 촬상 장치 및 시스템은 스크린상에 하나 이상의 광 빔을 스캔하도록 설계될 수 있다. 이러한 디스플레이 시스템에서 다각형 스캐너가 사용될 수 있다. 예를 들면, 몇몇 다각형-기반 디스플레이 시스템은, 이미지 정보를 전달하는 하나 이상의 변조된 광 빔을 사용하여, 광 빔을 수평으로 스캔하기 위한 다각형 스캐너와 광 빔을 수직으로 스캔하기 위한 수직 스캐너를 사용함으로써 스크린상에 이미지를 생성한다. 이러한 스캐너 시스템은 디스플레이 시스템 이외의 시스템에서 사용될 수 있다.
본 명세서는 디스플레이 스크린 또는 인쇄 또는 촬상 면 등의 면 위에 하나 이상의 광 빔을 수평으로 스캔하기 위해 다각형 스캐너의 회전을 사용하기 위해 상이한 틸트 패싯 각도로 기울어진 상이한 반사 다각형 패싯을 갖는 2차원 다각형 스캐너에 기초한 스캐닝 빔 시스템용 기술, 장치 및 설계를 제공한다. 구현시, 하나 이상의 광 빔이 2차원 다각형 스캐너에 의한 수평 스캐닝과 동기하여 면 위의 위치에서 수직으로 스테핑될 수 있다.
일 구성에서, 이미지를 전송하도록 변조된 복수의 광 빔을 생성하여 표면에 대해 스캔하여 2차원 다각형 스캐닝 패턴에 기초하여 표면에 이미지를 생성하도록 동작가능한 광학 모듈을 포함하는 스캐닝 빔 시스템이 제공된다. 광학 모듈은, 광 빔의 광로에 위치된 다각형 스캐너를 포함한다. 다각형 스캐너는 표면에 수평으로 광 빔을 스캔하기 위해 다각형 스캐너가 그 주위를 회전하는 회전축과, 광 빔을 동시에 수광하는 규모이며, 각각 표면상의 상이한 수직 위치에서 광 빔을 수평으로 각각 스캔하기 위해, 각각 상이한 패싯 틸트 각도에서 상기 회전축에 대해 틸트된 복수의 반사 다각형 패싯을 포함한다. 이 광학 모듈은, 표면상의 광 빔의 수직 위치를 제어 및 조정하기 위해 상기 광 빔의 광로에 위치하는 수직 조정기, 및 상기 다각형 스캐너가 상기 광 빔을 수평으로 스캔하여 표면상에 평행 수평 라인을 생성할 때 표면상의 각각 고정된 수직 위치에 광 빔을 위치시키도록 고정된 수직 위치에서 수직 조정기를 제어하는 제어 유닛을 포함한다.
또 다른 구성에서, 이미지를 전송하도록 변조된 복수의 광 빔을 생성하여 표면에 대해 스캔하여 표면에 이미지를 생성하도록 동작가능한 광학 모듈을 포함한다. 이 광학 모듈은, 광 빔의 광로에 위치한 다각형 스캐너를 포함하고, 다각형은, 표면에 수평으로 광 빔을 스캔하기 위해 다각형 스캐너가 그 주위를 회전하는 회전축과, 광 빔을 동시에 수광하는 규모인 복수의 다각형 패싯을 포함한다. 다각형 패싯은 표면상의 상이한 수직 위치에서 광 빔을 수평으로 각각 스캔하기 위해, 각각 상이한 틸트 각도로 상기 회전축에 대해 틸트된다. 이 광학 모듈은 상기 광 빔의 광로에 위치하며 표면상의 광 빔의 수직 위치를 조정하는 수직 조정기, 및 다각형 스캐너의 하나의 전체 회전에서 다각형 패싯에 의해 생성된 표면 위의 동시의 수평 스캐닝 라인의 순차적인 세트(각각 다각형 패싯 당 하나의 세트)의 하나의 프레임을, 다각형 스캐너의 직후의 전체 회전에서 다각형 패싯에 의해 생성된 표면 위의 동시의 수평 스캐닝 라인의 순차적인 세트(각각 다각형 패싯 당 하나의 세트)의 후속 프레임과 공간적으로 인터레이스하기 위해 표면상의 광 빔의 수직 위치를 조정하도록 다각형 스캐너에 수직 조정기를 동기시키는 스캐닝 제어 기구를 포함한다.
또 다른 구성에서, 스캐닝 빔 시스템에서 광 빔을 스캔하는 방법은, 이미지를 전송하도록 변조된 복수의 광 빔을 생성하여 표면에 대해 스캔하여 표면에 이미지를 생성하는 단계, 및 광 빔의 광로에 있는 다각형 스캐너를 사용하여, 표면상에 광 빔을 수평으로 스캔하는 단계를 포함한다. 다각형 스캐너는 다각형 스캐너가 그 주위를 회전하는 회전축과, 광 빔을 동시에 수광하는 규모이며 광 빔의 광에 반사성인 다각형 패싯을 포함한다. 다각형 패싯은 표면상의 상이한 수직 위치에서 수평으로 광 빔을 각각 스캔하기 위해, 각각 상이한 틸트 각도로 회전축에 대해 틸트되어, 다각형 스캐너의 하나의 전체 회전에서 다각형 패싯에 의해 생성된 표면 위에 동시의 수평 스캐닝 라인의 순차적인 세트(각각 다각형 패싯 당 하나의 세트)의 하나의 프레임을 생성한다. 이 방법은, 각 광 빔이 표면에서 수평으로 스캔될 때, 각 광 빔의 수직 위치를 고정된 위치에 유지하는 단계를 포함하고, 각 광 빔의 광은 다각형의 회전축에 따른 수직 방향을 따라 각 광 빔을 스캔하지 않고, 표면에 투영된다.
또 다른 구성에서, 하나 이상의 광 빔을 생성하여 2차원 스캐닝 패턴에 기초하여 표면에 대해 스캔하도록 동작가능한 광학 모듈을 포함하는 스캐닝 빔 시스템이 제공된다. 이 광학 모듈은, 2차원 다각형 스캐너와 광 빔 다이렉팅 모듈을 포함한다. 2차원 다각형 스캐너는 하나 이상의 광 빔의 하나 이상의 광로에 위치하며, 표면상에서 제1 방향에 따라서 하나 이상의 광 빔을 스캔하기 위해 2차원 다각형 스캐너가 그 주위를 회전하는 회전축을 포함한다. 다각형 패싯은, 하나 이상의 광 빔을 동시에 수광하는 규모이며, 각각 표면상에서 제1 방향에 직교하는 제2 방향에 따른 상이한 위치에서 제1 방향에 따라 하나 이상의 광 빔을 스캔하기 위해, 각각 상이한 패싯 틸트 각도로 상기 회전축에 대해 틸트된다. 광 빔 다이렉팅 모듈은, 2차원 다각형 스캐너로부터 상류에 하나 이상의 광 빔의 하나 이상의 광로에 위치되고, 회전축에 직교하지 않은 하나 이상의 각각의 입사 방향에서 2차원 다각형 스캐너를 향해 하나 이상의 광 빔이 향하게 한다.
또 다른 구성에서, 스캐닝 빔 시스템은, 하나 이상의 광 빔을 생성하여 2차원 스캐닝 패턴에 기초하여 표면에 대해 스캔하도록 동작가능한 광학 모듈을 포함한다. 이 광학 모듈은, 레이저 빔을 생성하는 레이저를 포함하는 레이저 어레이, 및 레이저빔의 광로에 위치하는 2차원 다각형 스캐너로서, 표면상에서 제1 방향에 따라서 레이저빔을 스캔하기 위해 2차원 다각형 스캐너가 그 주위를 회전하는 회전축과, 레이저빔을 동시에 수광하는 규모이며 각각 표면상에서 제1 방향에 직교하는 제2 방향에 따른 상이한 위치에서 제1 방향에 따라 레이저빔을 스캔하기 위해, 각각 상이한 패싯 틸트 각도로 상기 회전축에 대해 틸트된 복수의 다각형 패싯을 포함하는 2차원 다각형 스캐너를 포함한다. 레이저 어레이는 2차원 다각형 스캐너로부터 상류에 위치되고, 상기 2차원 다각형 스캐너의 회전축에 직교하지 않은 각각의 입사 방향에서 2차원 다각형 스캐너를 향해 레이저빔이 향하도록 구성된다.
이들 및 다른 실시예 및 구현예는 도면, 상세한 설명, 및 청구항에서 상세히 설명된다.
도 1a는 상이하게 틸트된 패싯을 갖는 2차원 다각형 스캐너, 및 광 여기 하에서 패시브 스크린 또는 발광 스크린일 수 있는 디스플레이 스크린용 수직 조정기의 조합에 기초한 스캐닝 빔 디스플레이 시스템을 나타낸다.
도 1b는 2개 필드(필드 1, 필드 2)를 풀 프레임으로 인터레이스하기 위해 도 1에서 2차원 다각형 스캐너 및 수직 조정기에 의해 스캔하는 예를 나타낸다.
도 1c는 디스플레이되는 이미지 정보를 보유하는 스캐닝 레이저 빔의 여기 하에서 칼라 광을 방사하는 레이저-여기성 형광 재료(예를 들면, 형광체)로 만들어진 형광 스크린을 갖는 스캔 레이저 디스플레이 시스템의 일 예를 나타낸다.
도 2a 및 2b는 스크린 구조의 일 예와, 도 1c에서 스크린상의 칼라 픽셀 구조를 나타낸다.
도 3은 스크린상에 다중 레이저빔을 향하게 하는 다중 레이저를 갖는 도 1c의 레이저 모듈의 구현예를 나타낸다.
도 4a는 상이하게 틸트된 패싯 각도를 갖는 동일한 다각형 패싯을 갖는 2차원 다각형 스캐너의 일 예를 나타낸다.
도 4b는 2차원 다각형 스캐너의 동작을 도시한다.
도 5는 도 4a 및 4b의 다각형 스캐너와, 다각형 스캐너로 입사되는 빔의 수직 위치를 시프트하는 수직 조정기를 사용함으로써 스크린상의 2차원 스캐닝 패턴에서 블랭킹 기간의 예를 도시한다.
도 6a 및 6b는 다각형 스캔 동안 블랭킹 시간을 만들도록 지정된 상이한 패싯을 갖는 2차원 다각형 스캐너의 추가 예를 도시한다.
도 7은 비노멀 입사 광 구성에서 동작하는 2차원 다각형 스캐너의 예를 나타낸다.
도 8a 및 8b는 도 7의 비노멀 입사 광 구성에서 동작하는 2차원 다각형 스캐너의 2개의 전형적인 예를 도시한다.
도 9a 및 9b, 10a 및 10b는 하부 및 상부 공급 배열에서 비노멀 입사 광 구성하에서 2차원 다각형 스캐너를 각각 갖는 스캐닝 시스템의 예를 도시한다.
도 11a 및 11b, 12a 및 12b는 측면 공급 배열에서 2차원 다각형 스캐너를 갖는 스캐닝 시스템의 예를 도시한다.
도 13은 스캐닝 빔 시스템에서 2차원 다각형 스캐너의 수평 스캐닝 및 수직 스테핑에 기초한 수직 조정기의 스택 동작을 도시한다.
도 14는 2차원 다각형 스캐너에 기초한 스캐닝 빔 시스템의 또 다른 예를 도시한다.
스크린상에 하나 이상의 광 빔을 스캔하는 것에 기초한 다양한 디스플레이 시스템, 인쇄 시스템 및 촬상 시스템은 수평 다각형 스캐너 및 수직 스캐너의 조합을 사용하여 스크린에 원하는 래스터 스캐닝 패턴을 생성하여 이미지를 생성한다. 예를 들면, 몇몇 구현예에서, 수평 다각형 스캐너가 수직 스캐닝 기능을 실행하지 않고 수평으로만 광 빔을 스캔하도록 사용될 수 있고, 수직 다각형 스캐너가 수평 스캐닝을 행하지 않고 스크린에 빔을 스캔하도록 사용될 수 있다. 이러한 수평 및 수직 스캐닝는 통상적으로 서로 동기화되어 스캔를 동시에 행한다. 그러므로, 다각형 스캐너가 빔을 수평으로 스캔하면서, 수직 스캐너는 동시에 빔을 수직으로 스캔한다. 그 결과, 스크린상의 빔의 각 스캔 트레이스는 기울어진 선이며, 수평이 아니다. 동시에 수평 스캐닝와 수직 스캐닝의 조합시, 수직 스캐너는 스크린상의 모든 원하는 수직 위치를 포함하기에 충분한 수직 각도 스캔 범위, 수직 스캐닝용 허용가능한 선형 범위, 및 원하는 리프레시 레이트에 대해 충분히 짧은 응답 시간 및 래스터 스캐닝의 리트레이스 시간을 가지도록 설계된다. 1080p HDTV 시스템 등의 고 해상도 디스플레이 시스템에서, 수직 스캐너에 대한 다양한 기술 및 설계가 디스플레이의 고해상도와 관련된 고스캔 레이트, 수직 스캐너에서 스크린까지의 광로를 수용하기 위해 제한된 공간, 및 다른 요인들로 인한 스캔 요구사항을 만족시키기 어려울 수 있다.
본 명세서에서 디스플레이, 인쇄, 촬상 및 다른 애플리케이션용 스캐닝 빔 시스템의 예 및 구현 예는 상이한 틸트 패싯 각도로 틸트된 상이한 반사 다각형 패싯을 갖는 2차원 다각형 스캐너에 기초하며, 스크린상에 하나 이상의 수평 스캐닝 라인을 생성하기 위해 동시에 수직 스캐닝를 행하지 않고 하나 이상의 광 빔을 수평으로 스캔하기 위해 다각형 스캐너의 회전을 사용하고, 수평 스캐닝를 행하기 위해 상이한 패싯을 사용하여 스크린에 투영되는 광이 없는 블랭킹 기간 동안 하나 이상의 광 빔의 수직 위치를 조정한다. 몇몇 예에서, 수직 조정기는 2차원 다각형 스캐너와 함께 사용되어 스크린에 투영되는 광이 없는 블랭킹 기간 동안 빔의 수직 위치에 대해 추가로 수직 조정을 제공하여 스크린상의 수평 라인의 수를 증가시킨다. 이 수직 조정기는 각 빔을 반사하는 반사기와, 스크린상의 빔의 수직 위치를 조정하기 위해 반사기의 배향을 제어하는 액츄에이터를 포함할 수 있다. 수직 조정기는 빔이 스크린에 수평으로 스캔될 때 스크린상의 고정된 수직 위치에 빔의 수직 위치를 유지하도록 동작된다. 그러므로, 이러한 구현 예에서 수직 조정기는 2차원 다각형 스캐너의 동작으로 인한 종래의 수직 스캐닝을 행하지 않는다. 그러므로, 본 명세서에 서술된 2차원 다각형 스캐너에 기초한 스캔 기술, 장치 및 시스템이 사용되어, 수직 스캐너와 비교하여 수직 조정기에 대해 기술 성능 파라미터를 줄이고, 다양한 1차원 빔 스캐너, 스테핑 액츄에이터와 결합된 반사기 등의 수직 조정기로서 사용되는 조정 액츄에이터를 갖는 다양한 빔 편향 장치가, 본 명세서에 서술된 2차원 다각형 스캐너에 기초한 스캐닝 디스플레이 시스템에서 사용될 수 있게 한다. 특정 예로서, 반사 미러 및 미러와 결합된 스위핑 또는 스테핑 갈보노미터 액츄에이터를 갖는 빔 편향기가 수직 조정기를 구현하기 위해 사용될 수 있다.
도 1a는 스크린상의 상이한 수직 위치에서 평행 수평 라인을 생성하기 위해 상이한 틸트 패싯 각도로 틸트된 상이한 반사 다각형 패싯을 갖는 2차원 다각형 스캐너 및 하나의 그룹의 평행 수평 라인의 수직 위치를 스크린상에서 이전 그룹 다음의 시간에 생성된 또 다른 그룹에서 평행 수평 라인의 수직 위치에 대해 조정하는 수직 조정기 기반의 스캐닝 빔 디스플레이 시스템의 일 예를 도시한다. 수직 조정기는 2개 이상의 그룹의 평행 수평 라인에 의해 형성된 인터레이스된 스캐닝 패턴 또는 다른 스캐닝 패턴을 생성하도록 제어될 수 있다. 일반적으로 2개의 직교 방향을 나타내기 위해 수직 및 수평 방향이 사용되지만, 지구 중력에 대해 수직 방향과 같이 임의의 특정 방향을 나타내도록 의도된 것은 아니다. 이 시스템은 이미지가 디스플레이되는 스크린(1)과, 스크린(1)으로 하나 이상의 스캐닝 광 빔(12)을 생성 및 스캔하는 레이저 모듈(10)을 포함한다. 광 빔(12)은 이미지를 전송하도록 변조되어, 레이저 펄스의 시퀀스는 이미지 데이터를 전달한다. 레이저 모듈(10)은 스크린(1)에 이미지를 디스플레이하기 위해 래스터 스캐닝 패턴으로 하나 이상의 광 빔(12)을 스캔한다.
2차원 다각형 스캐너 및 수직 조정기는 레이저 모듈(10) 내부에 스캐닝 모듈의 일부로서 포함된다. 하나 이상의 레이저가 레이저 모듈에 포함되어 하나 이상의 광 빔(12)을 생성한다. 스캐닝 제어 모듈이 제공되어 다각형 스캐너와 수직 조정기를 제어한다. 다각형 스캐너는 하나 이상의 광 빔(12)의 광로에 위치하며 수직 방향에 따른 회전 축을 포함하며, 다각형 스캐너는 이 회전축 주위를 회전하여 도시된 것같이 수평 스캐닝 방향에 따라서 스크린(1) 상에 수평으로 광 빔(12)을 스캔한다. 다각형은 하나 이상의 레이저로부터 향해진 하나 이상의 광 빔(12)을 동시에 수광하는 크기의 다중 다각형 패싯을 갖도록 설계된다. 다각형 패싯은 각각 광 빔(12)의 광에 대해 반사되고, 상이한 틸트 각도로 회전 축에 대해 틸트되어, 스크린상의 상이한 수직 위치에서 각각 수평으로 광 빔을 스캔한다. 수직 조정기는 광 빔(12)의 광로에 위치하여 스크린상의 광 빔의 수직 위치를 조정한다.
동작시, 다각형 스캐너는 스캐닝 빔을 스캔하도록 회전한다. 각각의 다각형 패싯은 스크린(1)상의 하나 이상의 빔(12)을 수평으로 수광, 반사 및 스캔한다. 바로 다음의 다각형 패싯은 상이한 틸트 각도로 틸트되어, 스크린(1)상의 상이한 수직 위치에서 하나 이상의 빔(12)을 수평으로 수광, 반사 및 스캔한다. 다중 광 빔(12)을 갖는 시스템에서, 하나의 다각형 패싯으로부터의 상이한 광 빔이 스크린(1)에서 상이한 수직 위치로 향해진다. 상이한 다각형 패싯이 순차적으로 차례가 되어 다각형 스캐너가 회전하면서 하나 이상의 빔(12)의 수평 스캐닝을 행하므로, 스크린(1)에서 하나 이상의 빔(12)의 수직 위치는, 다른 스캐닝 시스템에서 종래의 수직 스캐너없이 수직 스테핑 방향을 따라서 상이한 위치에서 수직으로 스테핑한다. 패싯이 스크린(1) 상에서 하나 이상의 빔(12)을 스캔하는 동안, 수직 조정기는 고정된 배향으로 동작하므로, 각 빔(12)은 동시에 수직 스캐닝을 행하지 않고 수평 방향을 따라서만 스캔된다.
도 1b는 도 1a의 2차원 다각형 스캐너와 수직 조정기에 대한 인터레이스 래스터 스캐닝의 일 예를 도시한다. 다각형에 M개의 패싯과 N개의 광 빔(12)이 있는 것으로 가정한다. 다각형 패싯의 틸트 패싯 각도는 스크린을 M개의 수직 세그먼트로 수직으로 분할하여 각각의 수직 세그먼트에서 N개의 평행 수평 스캔 라인을 투영하도록 설계된다. 몇몇 구현예에서, N개의 라인 중 2개의 인접한 라인 사이에 위치하는 라인은 적어도 하나의 수평 스캔 라인을 허용하도록 설정될 수 있고, 이 구성은 인터레이스된 스캐닝 동작을 지원하도록 사용될 수 있다. 다각형이 회전하면서, 상이한 패싯이 상이한 수직 세그먼트를 상이한 시간에 한번에 하나씩 향하여 스캔한다. 그러므로, 다각형 스캐너의 하나의 전체 회전에서 상이한 다각형 패싯에 의한 스캐닝은 N개의 동시 수평 라인의 M개의 순차 세트로 만들어진 M x N개의 수평 스캐닝 라인의 프레임 또는 필드를 생성한다. 이 동작은 각각의 패싯에 의한 수평 스캐닝과 다각형 패싯의 순차 변화에 의한 수직 스테핑을 모두 제공한다. 그러므로, 하나의 전체 회전에서, 다각형 스캐너는 다각형 패싯에 의해 생성된 스크린상의 동시의 수평 스캐닝 라인의 순차 세트의 일 프레임을 생성하고, 각각의 다각형 패싯은 일 세트의 동시 및 수평 스캐닝 라인을 생성한다.
현저하게, 각각의 전체 회전 동안, 수직 조정기는 고정된 배향에서 제어된다. 다각형의 하나의 전체 회전의 완료 후 및 다각형의 다음의 전체 회전 전에, 다각형 스캐너의 하나의 전체 회전에서 생성된 하나의 프레임의 수평 스캐닝 라인을 다각형 스캐너의 직후 전체 회전에서 생성된 후속 프레임의 수평 스캐닝 라인과 공간적으로 인터레이스하기 위해 스크린(1)에서 광 빔(12)의 수직 위치를 변화시키기 위해 배향을 조정하도록 수직 조정기가 동작된다. 상기 인터레이스된 래스터 스캐닝를 행하기 위해 수직 조정기와 다각형 스캐너는 서로 동기된다. 도 1b의 예에서, 공간적으로 인터레이스된 2개의 프레임 또는 필드(필드 1 및 필드 2)에 의해 각각의 전체 프레임 이미지가 형성되고, 각각의 패싯에 의해 생성된 2개의 인접한 라인들 사이에 위치하는 라인 공간은 인터페이스 동작을 용이하게 하는 하나의 수평 스캐닝 라인이다. 그러므로, 이 예에서 수직 조정기는 각각 필드 1에 대해서 하나의 배향, 필드 2에 대해서 또 다른 배향의 2개의 배향으로 동작하도록 조작된다. 이 특정 예에서, 빔 위치의 수직 조정에 대한 비율은 전체 프레임 당 오직 2개의 배향 조정이다.
도 1a의 시스템에서, 스크린(1)과 레이저 모듈(10)은 다양한 구성으로 구현될 수 있다. 예를 들면, 스크린(1)은 가시광을 방사하지 않고, 이미지를 전송하는 하나 이상의 광 빔(12)의 가시 광을 반사, 확산, 또는 산란하여 이미지를 렌더링하는 패시브 스크린도 가능하며, 하나 이상의 광 빔(12)은 가시광 빔, 예를 들면, 적색, 녹색 및 청색 빔이다.
또 다른 예를 들면, 도 1a에서 스크린(1)은 UV 또는 자색광일 수 있는 하나 이상의 광 빔(12)의 광을 흡수하며, 하나 이상의 광 빔에 의해 전달된 이미지를 렌더링하는 가시광을 방사하는 스크린도 가능하다. 이러한 시스템은 형광체 및 형광 재료 등의 발광 재료를 갖는 스크린을 사용하여 광학 여기 하에서 광을 방사하여 이미지를 생성한다. 발광 또는 형광 재료를 갖는 스크린 설계의 각종 예를 설명한다. 하나 이상의 스캐닝 여기 레이저 빔의 여기 하에서 형광체 재료를 갖는 스크린을 보다 상세히 설명하며, 이 스크린은 이 애플리케이션에서 각종 시스템 및 장치 예에서 광학적으로 여기된 형광 재료의 특정 구현 예로서 사용된다.
도 1c는 스캐닝 빔(120)의 광학적 여기 하에서 발광 스크린(101)을 사용하는 레이저 기반 디스플레이 시스템의 예를 도시한다. 하나의 구현 예에서, 예를 들면, 칼라 이미지를 형성하기에 적합한 적색, 녹색 및 청색의 광을 각각 생성하도록 레이저 빔에 의해 광학적으로 여기가능한 3개의 상이한 칼라 형광체가 스크린상에서 픽셀 도트 또는 각각의 적색, 녹색 및 청색의 평행의 형광 스트라이프로서 형성될 수 있다. 이 애플리케이션에서 서술되는 각종 예는 레이버-기반 디스플레이의 각종 특징을 도시하기 위해 적색, 녹색 및 청색의 광을 방사하기 위한 평행 칼라 형광체 스트라이프를 갖는 스크린을 사용한다.
형광체 재료는 발광 재료의 하나의 유형이다. 형광 재료로서 형광체를 사용하는 예에서 각종 서술된 시스템, 장치 및 특징은 다른 광학적으로 여기가능한, 발광, 비형광체 형광 재료로 만들어진 스크린을 갖는 디스플레이에 적용가능하다. 예를 들면, 양자 도트 재료는 적절한 광학적 여기 하에서 광을 방사하여, 이 애플리케이션에서 시스템 및 장치용 형광 재료로서 사용될 수 있다.
도 1c의 시스템 및 발광 스크린에 기초한 스캐닝 빔 디스플레이 시스템의 또 다른 예는 칼라 이미지를 생성하기 위해 스크린상에 놓여진 칼라 발광 재료를 여기시키기 위해 적어도 하나의 스캐닝 레이저 빔을 사용한다. 스캐닝 레이저 빔은 적색, 녹색 및 청색 또는 다른 가시성 칼라의 이미지를 전송하도록 변조되고, 레이저 빔이 적색, 녹색 및 청색의 이미지를 갖는 적색, 녹색 및 청색의 칼라 발광 재료를 각각 여기시키는 방식으로 제어된다. 그러므로, 스캐닝 레이저 빔은 이미지를 전송하지만, 시청자에 의해 보여지는 가시광을 직접 생성하지 않는다. 대신에, 스크린상의 칼라 발광 형광 재료는 스캐닝 레이저 빔의 에너지를 흡수하여 적색, 녹색 및 청색 또는 다른 칼라의 가시광을 방사하여 시청자에 의해 보여지는 실제 칼라 이미지를 생성한다.
형광재료가 발광하거나 냉광을 발하게 하기에 충분한 에너지를 갖는 하나 이상의 레이저 빔을 사용한 형광 재료의 레이저 여기는 광 여기의 다양한 형태 중 하나이다. 다른 구현 예에서, 스크린에서 사용되는 형광 재료를 여기하기에 충분한 에너지의 비-레이저 광원에 의해 광 여기가 생성될 수 있다. 비-레이저 여기 광원의 예는 다양한 발광 다이오드(LED), 광 램프, 및 더 높은 에너지의 광을 가시 범위의 더 낮은 에너지의 광으로 변환하는 형광 재료를 여기시키는 파장 또는 스펙트럼 밴드에서 광을 생성하는 다른 광원을 포함한다. 스크린상의 형광 재료를 여기시키는 여기 광 빔은 형광 재료에 의한 방사된 가시광의 주파수보다 더 높은 주파수 또는 스펙트럼 범위에 있을 수 있다.
따라서, 여기 광 빔은 예들 들면 420 nm 아래의 자색 스펙트럼 범위 및 자외(UV) 스펙트럼 범위에 있을 수 있다. 아래에 서술된 예에서, 자외광 또는 자외 레이저 빔이 형광체 재료 또는 다른 형광 재료용 여기 광의 예로서 사용되며, 다른 파장의 광이 가능하다.
도 1c에서, 스크린(101)은 칼라 형광체 스트라이프를 갖도록 설계되어 있다. 또는, 칼라 형광체 도트는 스크린상에서 이미지 픽셀을 지정하기 위해 사용될 수 있다. 시스템은 적어도 하나의 스캐닝 레이저 빔(120)을 생성하여 스크린(101)으로 투영하는 레이저 모듈(110)을 포함한다. 스크린(101)은 수직 방향의 평행 칼러 형광체 스트라이프를 갖고, 2개의 인접한 형광체 스트라이프는 상이한 칼라로 광을 방사하는 상이한 형광체 재료로 만들어진다. 도시된 예에서, 적색 형광체는 적색의 광을 방사하는 레이저 광을 흡수하고, 녹색 형광체는 녹색의 광을 방사하는 레이저 광을 흡수하고, 청색 형광체는 청색의 광을 방사하는 레이저 광을 흡수한다. 인접한 3개의 칼라 형광체 스트라이프는 3개의 상이한 칼라를 갖는다. 스트라이프의 하나의 특정 공간 칼라 시퀀스가 도 1c에 적색, 녹색 및 청색으로 도시되어 있다. 다른 칼라 시퀀스가 또한 사용될 수 있다. 레이저 빔(120)은 칼라 형광체의 광 흡수 대역폭 내의 파장을 가지며, 통상적으로 칼라 이미지에 대해 가시성 청색, 녹색 및 적색보다 짧은 파장 길이를 갖는다. 예를 들면, 칼라 형광체는 원하는 적색, 녹색 및 청색 광을 생성하도록 대략 380nm ~ 대략 420 nm의 스펙트럼 범위의 자외광을 흡수하는 형광체일 수 있다. 레이저 모듈(110)은 빔(120)을 생성하기 위한 UV 다이오드 레이저 등의 하나 이상의 레이저, 스크린(101)에 한번에 하나의 이미지 프레임을 렌더링하기 위해 왼쪽에서 오른쪽으로, 맨위에서 아래로 수평으로 빔(120)을 스캔하는 빔 스캐닝 메카니즘, 및 적색, 녹색 및 청색용 이미지 채널에 대해 정보를 전달하기 위해 빔(120)을 변조하는 광신호 변조 메카니즘을 포함한다. 이러한 디스플레이 시스템은 시청자와 레이저 모듈(110)이 스크린(101)의 반대 측에 있는 후방 스캐닝 시스템으로 구성될 수 있다. 또는, 이러한 디스플레이 시스템은 시청자와 레이저 모듈(110)이 스크린(101)과 동일한 측에 있는 전방 스캐닝 시스템으로 구성될 수 있다.
도 2a는 도 1c의 스크린(101)의 설계의 예를 나타낸다. 스크린(101)은 스캐닝 레이저 빔(120)에 투명하고, 스캐닝 레이저 빔(120)을 수광하도록 레이저 모듈(110)을 향하는 후방 기판(201)을 포함할 수 있다. 제2 전방 기판(202)이 후방 기판(201)에 대해 고정되고, 후방 스캔 구성으로 시청자를 향한다. 칼라 형광체 스트라이프 층(203)이 기판(201, 202) 사이에 놓여지고, 형광체 스트라이프를 포함한다. 적색, 녹색 및 청색을 방사하는 칼라 형광체 스트라이프는 "R", "G", "B"로 각각 표시된다. 전방 기판(202)은 형광체 스트라이프에 의해 방사되는 적색, 녹색 및 청색에 대해 투명하다. 기판(201, 202)은 다양한 광학적 기능을 갖는 유리 또는 플라스틱의 얇거나 두꺼운 패널을 포함하는 각종 재료들로 만들어질 수 있다. 각각의 칼라 픽셀은 수평 방향의 3개의 인접한 칼라 형광체 스트라이프의 일부를 포함하고, 그 수직 치수는 수직 방향에서 레이저 빔(120)의 빔 스프레드에 의해 한정된다. 이와 같이, 각각의 칼라 픽셀은 3개의 상이한 칼라(예를 들면, 적색, 녹색 및 청색)의 3개의 서브 픽셀을 포함한다. 레이저 모듈(110)은 레이저 빔(130)을 한번에 하나의 수평 라인, 예를 들면, 왼쪽에서 오른쪽으로, 맨위에서 아래로 수평으로 스캔하여 스크린(101)을 채운다. 레이저 모듈(110)이 스크린(101)에 대해 위치 고정되므로 레이저 빔(120)과 스크린(101) 상의 각각의 픽셀 위치 사이의 적절한 정렬을 확실하게 하기 위해 빔(120)의 스캐닝은 소정의 방식으로 제어될 수 있다.
도 2a에서, 스캐닝 레이저 빔(120)은 픽셀 내의 녹색 형광체 스트라이프를 향하여 그 픽셀에 대해 녹색 광을 생성한다. 도 2b는 스크린(101)의 표면에 직교한 방향 B-B에 따른 도면에서 스크린(101)의 동작을 또한 나타낸다. 각각의 칼라 스트라이프는 세로가 긴 형상이므로, 빔(120)의 단면은 픽셀에 대한 각 칼라 스트라이프 내의 빔의 필 팩터를 최대화하기 위해 스트라이프 방향을 따라서 연장되는 형상을 가질 수 있다. 이것은 레이저 모듈(110)에서 빔 형성 광학 소자를 사용하여 얻어질 수 있다. 스크린에서 형광체 재료를 여기시키는 스캐닝 레이저 빔을 생성하기 위해 사용되는 레이저 소스는 단일 모드 레이저 또는 멀티모드 레이저가 가능하다. 레이저는 각각의 형광체 스트라이프의 폭에 의해 한정된 작은 빔 스프레드를 갖도록 형광체 스트라이프의 연장된 방향에 직교한 방향에 따른 단일 모드일 수 있다. 형광체 스트라이프의 연장된 방향에 따라서, 이 레이저 빔은 형광체 스트라이프에 따른 방향의 빔 스프레드보다 더 큰 영역에 걸쳐 스프레드하는 멀티플 모드를 가질 수 있다. 이것은 스크린상에 작은 빔 풋프린트를 가지는 일 방향의 단일 모드와, 스크린상에 더 큰 풋프린트를 가지는 직교 방향의 멀티플 모드를 갖는 레이저 빔을 사용하여, 빔이 스크린상의 연장된 칼라 서브픽셀에 들어맞는 형상을 가지게 하고, 스크린이 충분한 밝기를 확실히 가지도록 멀티모드를 통해서 빔에 충분한 레이저 세기를 제공하게 한다.
그러므로, 이미지 데이터를 갖는 광 펄스를 전달하기 위해 변조되는 레이저 빔(120)은 스크린(101) 상의 적절한 칼라 픽셀과 정렬되는 것이 필요하다. 레이저 빔(120)은 스크린(101)에 대해 공간적으로 스캔되어 상이한 칼라 픽셀에 상이한 시간에 부딪힌다. 따라서, 변조된 빔(120)은 상이한 시간에 각 픽셀에 대해 그리고 상이한 시간에 상이한 픽셀에 대해 적색, 녹색 및 청색용 이미지 신호를 전달한다. 그러므로, 빔(120)은 상이한 시간에 상이한 픽셀에 대한 이미지 정보로 부호화된다. 그래서, 빔 스캐닝은 빔(120)에서 적시에 부호화된 이미지 신호를 스크린(101)의 공간 픽셀에 매핑한다.
본 명세서에 서술된 스캐닝 디스플레이 시스템은, 레이저 빔의 온-오프 타이밍, 및 스크린(101)에서 형광 스트라이프에 대한 레이저 빔의 위치를 알고 허용가능한 허용 오차 마진 내에서 제어되도록 제조 공정 동안 눈금이 매겨질 수 있어서, 시스템이 특정 이미지 품질로 적절히 동작하도록 한다. 그러나, 시스템의 스크린(101) 및 레이저 모듈(101)의 구성 부품은, 스캐닝 장치 지터, 온도 또는 습도의 변화, 중력에 대한 시스템의 배향의 변화, 진동으로 인한 세틀링, 에이징 및 기타 등의 각종 인자로 인해 시간에 따라 변할 수 있다. 이러한 변화는 시간에 걸쳐 스크린(101)에 대한 레이저 소스의 위치에 영향을 줄 수 있어서, 이러한 변화로 인해 공장출하시 설정 배열이 바뀔 수 있다. 현저하게, 이러한 변화는 디스플레이된 이미지에 가시적이고 종종 원하지 않는 효과를 줄 수 있다. 예를 들면, 스캔 여기 빔(120)의 레이저 펄스는 수평 스캐닝 방향에 따른 스크린에 대한 스캐닝 빔(120)의 오정렬로 인해 그 레이저 펄스에 대해 의도된 목표 서브픽셀에 인접한 서브픽셀에 부딪힐 수 있다. 이 일이 발생되면, 디스플레이된 이미지의 칼라링이 이미지의 의도된 칼라링으로부터 변경된다. 그러므로, 의도된 이미지의 적색 플래그가 스크린상에 녹색 플래그로 디스플레이될 수 있다. 또 다른 예를 들면, 스캔 여기 빔(120)의 레이저 펄스는 수평 스캐닝 방향에 따라서 스크린에 대한 스캐닝 빔(120)의 오정렬로 인해 의도된 목표 서브픽셀과 의도된 목표 서브픽셀 다음의 인접한 서브픽셀에 모두 부딪힐 수 있다. 이 일이 발생되면, 디스플레이된 이미지의 칼라링이 이미지의 의도된 칼라링으로부터 변경되고, 이미지 해상도가 왜곡된다. 더 작은 픽셀은 위치의 변화에 대해 더 작은 허용오차를 의미하기 때문에 스크린 디스플레이 해상도가 증가하면서 이들 변화의 가시 효과가 증가할 수 있다. 또한, 스크린의 크기가 증가하면서, 큰 스크린과 연관된 큰 모멘트 암은 각도 에러가 스크린에서 큰 위치 에러를 가져오는 것을 의미하므로 정렬에 영향을 줄 수 있는 변화의 효과가 보다 현저해질 수 있다. 예를 들면, 알려진 빔 각도에 대해 스크린상의 레이저 빔의 위치가 시간에 따라 변화하면, 그 결과 이미지의 칼라 시프트가 생긴다. 이 효과는 현저하므로 시청자에게 바람직하지 않을 수 있다.
원하는 이미지 품질을 얻기 위해 원하는 서브-픽셀에서 스캐닝 빔(120)의 적절한 정렬을 유지하기 위해 도 1c의 시스템에 피드백 제어 정렬 메카니즘이 제공될 수 있다. 빔(120)의 정렬 상태를 나타내기 위해 스크린 피드백 신호(130)를 제공하기 위해 스크린(101)이 사용된다. 정렬이 에러를 가지는 경우, 제어 모듈(110)은 스크린 피드백의 에러에 응답하고, 에러를 보상하기 위해 스캐닝 빔(120)을 제어한다. 이러한 피드백 제어는 스크린(101) 상에 형광 영역 및 이 형광 영역 외부의 하나 이상의 주변 영역에 참조 마크를 포함할 수 있어서 여기 빔(120)에 의해 생긴 피드백 광을 제공하고, 스크린(101) 상에 스캐닝 빔의 위치 및 다른 성질을 표시한다. 피드백 서보 신호를 생성하기 위해 하나 이상의 광학 서보 센서를 사용하여 피드백 광이 측정될 수 있다. 레이저 모듈(110)에서 서보 제어는 이 피드백 서보 신호를 처리하여 빔 위치에 관한 정보 및 스크린상에서 빔의 다른 성질을 추출하고, 이에 따라서 스캐닝 빔(120)의 방향 및 다른 성질을 조정하여 디스플레이 시스템의 적절한 동작을 확실하게 한다.
피드백 서보 제어 시스템이 제공되어, 예를 들면, 형광 스트라이프에 직교하는 수평 스캐닝 방향에 따른 수평 위치, 형광 스트라이프의 길이 방향에 따른 수직 위치, 이미지 선명도를 제어하기 위한 스크린상의 빔 포커싱, 및 이미지 밝기를 제어하기 위한 스크린상의 빔 파워 등의 각종 빔 성질에 대한 제어를 제공하기 위해 시청자에게는 안보이는 디스플레이 영역 외부에 위치하는 주변 서보 참조 마크를 사용한다. 또 다른 예를 들면, 스크린 캘리브레이션 과정이 타임 도메인에서 스크린상의 서브 픽셀의 정확한 위치를 갖는 캘리브레이션 맵으로서 빔 위치 정보를 측정하기 위해 디스플레이 시스템의 시동 시에 실행될 수 있다. 이 캘리브레이션 맵이 레이저 모듈(110)에 의해 사용되어 스캐닝 빔(120)의 타이밍과 위치를 제어하여 원하는 칼라 순도를 얻는다. 또 다른 예를 들면, 시청자의 시청 경험에 영향을 주지 않고 피드백 광을 제공하기 위해 스크린의 형광 영역에 서보 참조 마크를 사용하여 디스플레이 시스템의 통상 동작 동안 캘리브레이션 맵을 정기적으로 갱신하기 위해 다이나믹 서보 제어 시스템이 제공될 수 있다.
2007년 2월 15일에 출원된 "형광 스크린을 사용하는 서보-보조된 스캐닝 빔 디스플레이 시스템" 명칭의 PCT 출원 번호 PCT/US2007/004004(PCT 공개 번호 WO 2007/095329)는 이 출원에서 서술된 3D 시스템으로 사용하기에 적합한 스캐닝 빔 시스템용 피드백 제어의 예를 서술하며, 이 출원의 명세서의 일부로서 참고로 통합되어 있다.
도 3을 참조하면, 도 1c의 레이저 모듈(110)의 구현예가 도시되어 있다. 디스플레이 밝기의 개선을 위해 스크린(101)을 동시에 스캔하도록 멀티플 레이저 빔(312)을 생성하기 위해 멀티플 레이저를 갖는 레이저 어레이(310)가 사용된다. 레이저 어레이(310)에서 레이저를 제어 및 변조하기 위해 신호 변조 제어기(320)가 제공되므로, 레이저 빔(312)은 스크린(101)에 디스플레이되는 이미지를 전송하도록 변조된다. 신호 변조 제어기(320)는 3개의 상이한 칼라 채널용 디지털 이미지 신호를 생성하는 디지털 이미지 프로세서와, 디지털 이미지 신호를 전달하는 레이저 제어 신호를 생성하는 레이저 구동 회로를 포함할 수 있다. 레이저, 예를 들면, 레이저 어레이(310)에서 레이저 다이오드용 전류를 변조하도록 레이저 제어 신호가 인가된다.
도 3의 시스템에서 빔 스캐닝은 수직 스캐닝용 갈보(galvo) 미러 등의 수직 조정기(340)와, 상이한 각도로 틸트된 상이한 패싯을 갖는 2차원 멀티-패싯 다각형 스캐너(350)를 사용하여 얻어진다. 스캔 렌즈(360)는 스크린(101)에 다각형 스캐너(350)로부터의 스캐닝 빔을 투영하기 위해 사용될 수 있다. 레이저 어레이(310)에서 각 레이저를 스크린(101)으로 이미징하도록 스캔 렌즈(360)가 설계된다. 다각형 스캐너(350)의 각각의 상이한 반사 패싯은 N개의 수평 라인을 동시에 스캔하며, 여기서 N은 레이저의 수이다. 도시된 예에서, 레이저 빔은 우선 갈보 수직 조정기(340)를 향하며, 다음에 갈보 수직 조정기(340)로부터, 출력 스캐닝 빔(120)으로 수광된 레이저 빔을 스크린(101)으로 스캔하는 다각형 스캐너(350)를 향한다. 다각형 스캐너(350)에 의한 스캐닝을 위해 레이저 빔(312)의 공간적 성질을 변경하여 꽉 찬 번들의 빔(332)을 생성하도록 레이저 빔(312)의 광로에 릴레이 광학 모듈(330)이 위치한다. 스크린(101)으로 투영된 스캐닝 빔(120)은 형광체를 여기시키고, 광학적으로 여기된 형광체는 칼라 광을 방사하여 가시성 이미지를 디스플레이한다.
레이저 빔(120)은 스크린(101)에 대해 공간적으로 스캔되어 상이한 시간에 상이한 칼라 픽셀에 부딪힌다. 따라서, 각각의 변조된 빔(120)은 상이한 시간에 각 픽셀에 대해서 또한 상이한 시간에 상이한 픽셀에 대해서 적색, 녹색 및 청색용 이미지 신호를 전달한다. 그러므로, 빔(120)은 신호 변조 제어기(320)에 의해 상이한 시간에 상이한 픽셀에 대해서 이미지 정보를 갖고 부호화된다. 그래서 빔 스캐닝은 빔(120)에서 타임-도메인 부호화 이미지 신호를 스크린(101)의 공간 픽셀로 매핑한다. 예를 들면, 변조된 레이저 빔(120)은 3개의 상이한 칼라 채널에 대한 3개의 칼라 서브픽셀용 3개의 순차 타임 슬롯으로 동등하게 분할된 각 칼라 픽셀 시간을 가질 수 있다. 빔(120)의 변조는 각 칼라에서 원하는 그레이 스케일, 각 픽셀에서 적절한 칼라 조합, 및 원하는 이미지 밝기를 생성하는 펄스 변조 기술을 사용할 수 있다.
일 구현 예에서, 광학 릴레이 모듈(330)은 무한 초점의 장치일 수 있으며, 레이저로부터 레이저 빔을 수광해 포커싱하는 제1 초점 거리를 갖는 제1 렌즈, 제1 초점 거리보다 짧은 제2 초점 거리를 가지며, 제1 초점 거리 만큼 제1 렌즈로부터 떨어져 제1 렌즈로부터 레이저 빔을 포커싱하는 제2 렌즈, 및 제2 초점 거리보다 긴 제3 초점 거리를 가지며, 제3 초점 거리 만큼 제2 렌즈로부터 떨어져 제2 렌즈로부터 레이저 빔을 스캐닝 모듈로 포커싱 및 향하게 하는 제3 렌즈를 포함한다. 무한초점의 광학 릴레이 모듈(330)의 예가 2006년 10월 25일에 출원된 "형광 스크린을 사용하는 스캐닝 빔 디스플레이 시스템용 광학 설계" 명칭의 PCT 출원 번호 CT/US2006/041584(PCT 공개 번호 WO 2007/050662) 및 2006년 8월 24일에 출원된 "형광 스크린을 사용하는 스캐닝 빔 디스플레이 시스템용 광학 설계" 명칭의 미국 특허 출원 번호 11/510,495(미국 공개 번호 US 2007-0206258 A1)에 서술되어 있고, 본 명세서의 일부로서 참고로 통합되어 있다.
몇몇 구현예에서, 이미징 모듈(370)이 수직 조정기(340)와 다각형 사이의 광로에 위치하여 수직 조정기(340)의 반사면의 표면을, 스크린(101)으로 빔을 현재 반사하는 다각형 패싯으로 이미징한다. 이 이미징은 수직 조정기(340)를 현재 반사중인 다각형 패싯과 효과적으로 일치하게 하여, 결국 스캔 렌즈(360)의 입사 퓨필과 일치한다. 그러므로, 스캔 렌즈(360)의 입사 퓨필은 스캔 렌즈(360)로 향하는 스캐닝 빔용 피봇 포인트이다. 이미징 모듈(370)은 다양한 광학 구성을 가질 수 있으며, 예를 들면 1의 배율을 갖는 4f 이미징 구조에서 2개의 렌즈를 포함할 수 있다.
도 4a는 도 1a, 1c 및 3의 시스템 등의, 스캐닝 빔 디스플레이 시스템용 2차원 다각형 스캐너(400)의 예를 나타낸다. 다각형 스캐너(400)는 수직 방향에 따른 라인(401)으로 표시되는 회전 축을 갖고, 회전 축(401) 에 대해 상이한 틸트 패싯 각도로 틸트된 다중 반사 다각형 패싯(예를 들면, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470)을 갖는다.
수직 조정기의 동작 및 다각형 스캐너의 동작은 시스템의 제어 유닛에 의해 동기화되어 적절한 타이밍에 수직으로 스테핑되는 빔이 상이한 수직 위치에도 적용될 수 있게 한다. 이 제어 유닛은 이미지를 전송하도록 광의 변조를 제어하는 회로와 별개의 회로이거나, 광 변조 제어 및 다른 제어 기능과 통합될 수 있다.
도 4b는 이 동기화의 일 예를 도시하기 위해 도 4a의 다각형 스캐너(400)의 상이한 다각형 패싯에 의한 수직 스테핑을 도시한다. 수직 조정기(480)는 광(490)으로 하여금 수직 회전축(401) 주위로 회전하는 다각형 스캐너(400)를 향하게 한다. 다각형 스캐너(400)는 수직 회전축(401) 주위를 일정한 속도로 회전하여, 수직 조정기(480)로부터 고정된 입사 방향에서 입사 광 빔이, 스크린(1)을 향하는 수평 스캐닝 빔(12)으로서 수직 방향으로 상이한 각도로 상이한 패싯에 의해 반사된다.
동작시, 스캐닝 빔(12)의 광은 블랭킹 구간을 만들기 위해 특정 시간 오프되므로, 스크린상에서 원하는 시각 효과를 최소화하도록 빛이 스크린(1)에 투영되지 않는다. 예를 들면, 다각형 스캐너(400)의 회전 동안, 입사 빔을 통해 2개의 인접한 패싯 사이의 경계부가 스캔될 때 다각형 스캐너(400)로 입사된 각 빔이 짧은 시간 동안 오프되어 전체 빔보다 적은 빔의 일부가 스크린(1)으로 향하는 것을 방지한다. 도 4a를 참조하면, 스크린으로 빔을 반사 및 스캔하기 위한 중앙 스캐닝 영역(411)과, 2개의 인접한 디바이더로부터 빔 지름보다 적은 폭을 가지며 중앙 스캐닝 영역(411)의 양측의 2개의 블랭킹 영역(412, 413)을 나타내도록 다각형 패싯(410)이 표시된다. 전체 빔 스폿의 일부만이 패싯(410)에 있으며 블랭킹 영역(412 또는 413)에 빔이 들어올 때 각 빔의 광이 오프된다. 이 블랭킹은 스크린(1)으로의 원하지 않는 산란광을 감소시켜서 이미지 품질을 개선시킨다.
하나의 패싯에서 후속의 패싯으로의 상기 전이에 추가하여, 시스템은 다각형 스캐너의 하나의 전체 회전의 끝과 다각형 스캐너(400)의 후속의 전체 회전의 시작 사이에 전이 위상이 생긴다. 전체 프레임 동안 2개의 인터레이스된 필드 중 하나의 필드에 대해 수평 라인을 생성하기 위해 다각형의 하나의 전체 회전 내의 스캔 동안, 수직 조정기는 주어진 수직 위치에 고정된다. 수직 조정기는 하나의 전체 회전의 완료 후와 다음의 전체 회전 전에 그 배향을 상이한 고정된 배향으로 변경한다. 이 전이는 스크린상의 원하지 않는 시각 효과를 감소시키기 위해 각 광 빔에서 광이 오프되는 시간 동안 또 다른 블랭킹 시간을 필요로 한다.
도 5는 도 4a 및 4b의 시스템용 스크린상에 형성된 평행 수평 스캔 라인을 도시하며, 스크린으로의 광이 오프될 때 블랭킹 구간을 나타낸다. 2개의 상이한 유형의 블랭킹 시간이 도시된다. 제1 유형은 다각형 스캐너에 의한 수평 스캐닝 도안 2개의 인접한 패싯의 경계 영역에 걸친 전이시 다각형에 의한 수직 스테핑용 블랭킹 시간이다. 제2 유형은 전체 이미지를 형성하기 위해 2개의 이미지 필드를 인터레이스하기 위해 앞의 이미징 필드에 대한 이미지 필드의 수직 부분을 시프트하도록 수직 조정기가 그 배향을 조정하는 블랭킹 시간이다.
2개의 인접한 패싯 사이의 전이 동안의 블랭킹 시간과 2개의 순차 전체 회전 사이의 전이 동안의 블랭킹 시간이 다양한 구성으로 구현될 수 있다. 도 4a를 참조하면, 예를 들면, 블랭킹 시간을 제공하는 하나의 방법은, 각 패싯의 양 끝에서 블랭킹 영역(412, 413)을 가지도록 크기와 형상이 모두 동일하고 수평 스캐닝 방향에 따라 스캔 영역(411)보다 긴 치수를 갖는 다각형 패싯을 설계하는 것이다. 이 설계하에서, 빔이 블랭킹 영역(412 또는 413)에 위치할 때 각 빔의 광이 오프된다. 다각형 스캐너(400)의 인접한 패싯 사이 및 2개의 순차 전체 회전 사이의 전이를 위해 원하는 블랭킹 시간 동안 수용할 수 있도록 충분히 길게 블랭킹 영역(412, 413)을 설계한다.
또 다른 예로서, 다각형 패싯이 동일하게 만들어질 수 있고, 하나의 패싯은, 다각형 스캐너(400)의 2개의 순차 전체 회전 사이의 전이를 용이하게 하기 위해 블랭킹 패싯에 빔이 오는 시간 동안 각 빔의 광이 오프되는 블랭킹 패싯으로서 설계된다.
도 6a는 통상의 다각형 패싯과 상이한 크기를 갖도록 특별한 "블랭킹" 다각형 패싯(601)이 제공 및 구성되는 다각형 스캐너(600)의 또 다른 예를 나타낸다. 많은 애플리케이션에서, 이 블랭킹 다각형 패싯(601)이 통상의 다각형 패싯보다 더 작게 만들어진다. 동작시, 다각형 스캐너(600)의 2개의 순차 전체 회전 사이의 전이를 용이하게 하기 위해 빔이 블랭킹 패싯(601)에 오는 시간 동안 각 빔의 광이 오프된다.
도 6b는 특별한 "블랭킹" 영역을 제공하기 위해 사용되는 연장된 영역을 갖도록 하나의 패싯이 선택되는 다각형 스캐너의 또 다른 예를 나타낸다. 빔이 동일한 다각형 패싯의 또 다른 부분에 있을 때 광이 온이 되는 다각형 패싯의 블랭킹 영역에 빔이 오는 시간 동안 각 빔의 광이 오프된다. 이 연장된 블랭킹 영역은 다각형 스캐너의 2개의 순차 전체 회전 사이의 전이를 용이하게 하기 위한 것이다.
도 3을 다시 참조하면, 다각형 스캐너(350), 2차원 다각형 스캐너로부터 상방으로 수직 조정기(340)가 위치하며, 릴레이 광 모듈(330)로부터의 광 빔이, 스크린(101)으로 2차원으로 빔을 스캔하는 다각형 스캐너(350)로 향하게 한다. 이 광 트레인의 설계하에서, 각 광 빔(120)에 대한 광로가 겹쳐지고, 다앙한 배열로 수직 조정기가 다각형 스캐너(350)보다 스크린(101)에 더 가깝게 위치될 수 있다.
예로서, 2차원 다각형 스캐너(350)와 수직 조정기(340)가 스크린(101)의 중앙에 수평으로 있는 2개의 위치에 위치될 수 있고, 수직 조정기(340)는 다각형 스캐너(350)의 회전축에 대해 예각으로 광 빔(120)이 다각형 스캐너(350)를 향하도록 다각형 스캐너(350)보다는 스크린에 가깝다. 스크린상에 대칭적인 이미지왜곡을 감소시키기 위해 다각형 스캐너(350)의 회전 축에 대해 스크린(101)이 틸트될 수 있다. 수직 조정기(340)는 다각형 스캐너(350)의 수직 위치의 아래 또는 위에 위치할 수 있다.
상기 환경은 2차원 다각형 스캐너(350)가 본 명세서에 서술된 기술에 기초한 다양한 시스템, 장치 및 애플리케이션에서 사용되는 일반적인 조건을 나타낸다. 도 3의 예 및 본 명세서의 다른 예 이외에, 본 명세서에 서술된 기술에 기초한 2차원 다각형 스캐너를 구현하는 디스플레이, 프린팅 또는 이미징 시스템 내의 광학 모듈은, 목표 면(예를 들면, 디스플레이 시스템의 스크린)으로 투영되는 하나 이상의 레이저 빔을 생성하기 위한 하나 이상의 레이저, 및 2차원 다각형 스캐너 위에 있으며, 하나 이상의 레이저 빔을 2차원 다각형 스캐너로 향하게 하는 광 빔 다이렉팅 모듈을 포함하며, 결국 2차원 다각형 스캐너는 광 빔 다이렉팅 모듈로부터 수광된 하나 이상의 레이저 빔을 목표 면으로 반사시킨다. 광 빔 다이렉팅 모듈은 하나 이상의 레이저와 2차원 다각형 스캐너 사이의 광로에 위치하며, 하나 이상의 레이저 빔이, 목표 면으로 스캔되는 광 빔에 대해 겹쳐진 광로를 제공하도록 목표면(예를 들면, 스크린)이 위치하는 동일한 측인 수광 다각형 패싯의 일 측으로부터 2차원 다각형 스캐너를 향하게 하며, 컴팩트한 광학 구성을 얻을 수 있고, 공간을 절약할 수 있다.
본 명세서의 예에서, 하나 이상의 레이저 광 빔이 광 빔 다이렉팅 모듈에 의해, 2차원 다각형 스캐너의 회전축에 직교하지 않고 회전축에 대해 90도와는 다른 틸트 각도를 갖는 방향으로 2차원 다각형 스캐너를 향한다.
도 7은 비통상 입사 구성을 도시한다. 입사 빔이 하나의 틸트된 다각형 패싯으로 입사되고, 목표면을 향해 반사되는 것이 도시되어 있다. 입사 빔은 다각형 회전축과 90도와는 다른 각도를 형성한다. 스크린 면 또는 목표 면이 놓여진 면에 대한 다각형 회전축의 배향은 레이저 스캐닝을 위해 이러한 2차원 다각형 스캐너를 구현하는 특정 시스템의 요구에 기초하여 하나의 시스템으로부터 다른 시스템으로 변경된다. 스크린은 다른 각도로 회전되거나 다른 시스템에서 다각형의 회전축에 대해 피봇되도록 설정될 수 있다.
도 8a 및 8b는 2차원 다각형 스캐너가, 다각형 회전축 및 이 회전축에 직교하는 면을 나타내기 위해 스피닝-탑(spinning-top)형 오브젝트로서 도시되는, 도 7에 도시된 비통상 입사 광학 구성에서 동작되는 2차원 다각형 스캐너의 2개의 구체 예를 나타낸다. 도 8a에서, 스캔되는 입사 레이저 빔이 다각형 회전 축이 놓여진 면에서 다각형을 향하고, 다각형의 회전축에 직교하는 면에 대해 각도를 이룬다. 입사 빔은 다각형 회전 축에 직교하는 도시된 면에 있지 않고, 이 면과 교차한다. 도 8b의 구성은, 입사 레이저 빔과 다각형 회전 축이, 서로 교차하는 2개의 상이한 면에 있는 점에서 다르다. 또한, 이 입사 레이저 빔은 다각형의 회전축에 직교하는 면과 다른 면에서 향해진다.
2차원 다각형 스캐너로부터 상류의 광 빔 다이렉팅 모듈은 도 3의 340 또는 도 4b에서 480으로 표시된 갈보 반사기(340) 등의 수직 조정기를 포함할 수 있으며, 하나 이상의 렌즈 또는 광학과 연관되어 있다. 도 3 및 4b는 수직 조정기(340 또는 480)가 광 빔 다이렉팅 모듈의 구성 부품인 광 빔 다이렉팅 모듈의 2개 예를 나타낸다. 시스템의 제어 유닛은, 2차원 다각형 스캐너에 하나 이상의 광 빔을 다이렉팅하는 것과 2차원 다각형 스캐너의 회전을 동기화하도록 광 빔 다이렉팅 모듈을 제어하기 위해 사용된다. 예를 들면, 제어 유닛에 의한 이 동기화는, 표면 위에 평행 수평 라인을 생성하기 위해 다각형 스캐너가 광 빔을 수평으로 스캔할 때 표면의 각각의 고정된 수직 위치에 다중 광 빔을 놓기 위해 고정된 위치에서 수직 조정기를 제어할 수 있다.
도 9a는 이 예에서는 수직 방향으로 표시된 다각형 회전축을 따라서 다각형 스캐너(350) 아래의 위치에서 스크린(101)과 다각형 스캐너(350) 사이에 수직 조정기(340)가 놓여진 예를 나타낸다. 입사 빔의 입사 각도는 회전 축(이 예에서 수직 방향)에 대해서 45도 각도의 입사이다. 도 9b는 직선이 아니며 따라서 왜곡되는 스크린상의 투영된 이미지 영역의 경계 트레이스를 나타낸다.
도 10a는 이미지 왜곡을 감소시키기 위해 1.25 도만큼 다각형 스캐너를 향하는 도 7a에서 시스템의 스크린을 틸트하는 것을 나타낸다. 도 10b는 스크린 영역 내에서 왜곡이 감소되는 틸트된 스크린상의 투영된 이미지 영역의 경계 트레이스를 나타낸다.
또 다른 예로서, 도 3의 다각형 스캐너(350)와 수직 조정기(340)가, 서로 수평으로 오프셋인 2개의 위치에 위치할 수 있고, 수직 조정기(340)는 광 빔(120)이 다각형 스캐너(350)를 향하도록 다각형 스캐너(350)보다 스크린(101)에 더 가깝다. 수직 조정기(340)로부터의 입사 빔이 측면 공급 배열에서 다각형 스캐너(350)로 향하도록 수직 조정기(340)와 다각형 스캐너(350)는 동일한 높이에 있을 수 있다.
도 11a는 동일한 수평면에서 수직 조정기로부터 다각형 스캐너로 45도 각도의 입사를 갖는 측면 공급 배열의 예를 나타낸다. 도 11b는 왜곡이 존재하는 스크린상에서 투영된 이미지 영역의 경계 트레이스를 나타낸다. 도 12a는 왜곡을 감소시키기 위해 측면 공급 배열에 의해 생긴 왜곡을 계수하도록 수직 축 주위로 스크린을 틸팅하는 것을 나타낸다.
상기 예에서, 다각형 스캐너에 의한 수평 스캐닝 동안 스크린상의 고정된 수직 위치에 각 빔의 수직 위치를 유지하고, 또한 블랭킹 구간 동안, 스크린상에서 이전 그룹 다음에 생성된 또 다른 그룹에서 평행 수평 라인의 수직 위치에 대해 하나의 그룹에서 평행 수평 라인의 수직 위치를 조정하기 위해 수직 조정기가 사용된다. 이 수직 조정은 인터레이스된 이미지 필드의 합계와 동등한 수평 라인의 수를 갖는 전체 프레임을 형성하기 위해 2개 이상의 이미지 필드를 인터레이스하도록 사용될 수 있다.
2개의 이미지 필드를 인터레이스하는 것이 도 1b의 예에 도시되어 있다. 단일 다각형 패싯으로부터의 빔의 반사에 의해 생긴 스크린상의 2개의 인접한 라인 사이의 간격이 (P-1)로 설정될 수 있으며, 여기서 P는 인터레이스되는 필드의 수이고, 2 이상의 정수이다. 그러므로, 하나의 다각형 패싯으로부터 반사된 2개의 인접한 레이저 빔에 의해 형성된 스크린상의 스캐닝 라인 사이의 간격은 2개의 필드를 인터레이스 하기 위한 1개의 수평 라인과 3개의 필드를 인터레이스 하기 위한 2개의 수평 라인일 수 있다.
또한, 전체 이미지를 형성하기 위해 수직 스테핑 방향을 따라서 2개 이상의 상이한 이미지 필드를 스택하기 위해 수직 조정기가 사용될 수 있다. 제어부는, 다각형 스캐너의 전체 회전에서 수직 조정기의 제1 고정된 위치에서 제1 표면 세그먼트 위에 광 빔을 스캔하고, 다각형 스캐너의 후속의 전체 회전에서 제2 고정된 위치에 수직 조정기가 있을 때 제1 표면 세그먼트와 중첩하지 않고 수직으로 떨어져 있는 제2 표면 세그먼트 위에 광 빔을 스캔하기 위해 수직 조정기를 제어하도록 구성된다.
도 13은 수직 조정기의 이 동작 모드의 일 예를 도시한다. 이 예에서, 다각형의 하나의 전체 회전은 도시된 바와 같이 N x M의 평행 수평 라인을 갖는 필드 1을 생성한다. 다음에, 수직 조정기는 필드 2에 대한 다음의 스캐닝 전의 블랭킹 시간 동안, 빔의 수직 위치를 이동시켜 필드 1 아래에 필드 2를 만들도록 동작된다. 블랭킹 시간의 끝에서, 빔의 광이 온으로 되어 다각형 스캐너가 필드 2에 대해서 N x M 평행 수평 라인을 투영하는 것을 허용한다. 이 동작은 2 x N x M 수평 라인의 이미지가 스크린상에 형성되는 것을 허용한다.
여기서 서술된 2차원 스캔 다각형의 실제 구현시, 각 패싯은 제조시 부정확 및 다른 팩터로 인해, 설계시 지정된 틸트 각도로부터 편향될 수 있다. 이 틸트 패싯 각도의 편향은 에러이며, 다각형 스캐너의 상이한 패싯에 의해 스캔된 상이한 수평 라인의 수직 위치에 에러를 발생시킬 수 있다. 이 패싯 각도 에러는 스크린상에서 이미지 품질을 떨어뜨릴 수 있다.
다각형 스캐너는 패싯 각도 에러를 최소화하기 위해 높은 정밀도를 갖고 설계 및 제조될 수 있다. 그러나, 낮은 패싯 각도 에러를 갖는 다각형은 값이 비쌀수 있다. 비용을 감소시키기 위해, 패싯 각도 에러 보정 메카니즘이 이러한 시스템에 구현되어, 설치된 다각형 스캐너의 알려진 패싯 각도 에러를 보정할 수 있다. 이 보정 메카니즘을 구현함으로써 디스플레이 성능을 떨어뜨리지 않고, 패싯 각도 에러를 갖는 비교적 비싸지 않은 다각형의 사용을 허용한다. 또한, 다각형 스캐너의 패싯의 배향은 온도의 변화 등 및 다른 환경적 팩터(예를 들면, 습기), 다각형 스캐너에 사용된 재료의 시간에 따른 노화 및 기타 등의 다양한 팩터로 인해 시간에 따라 변화할 수 있다. 또한, 시스템에서 다각형 스캐너는 원래의 다각형의 오동작 또는 손상으로 인해 다른 다각형 스캐너로 대체될 수 있고, 2개의 상이한 다각형이 상이한 패싯 각도 에러를 갖는 경향이 있으므로, 이렇게 대체함으로써 패싯 각도 에러를 변화시킬 수 있다. 그러므로, 패싯 각도 에러의 변동이 존재해도 높은 이미지 품질을 유지하도록, 패싯 각도 에러 보정 메카니즘은, 상이한 패싯 각도와 관련된 상이한 에러 및 패싯의 패싯 각도 에러의 변동에 대응하기 위해 패싯 각도 에러에 대한 조정가능한 보정을 행하도록 설계될 수 있다.
예를 들면, 특정 다각형 패싯에 대한 알려진 패싯 각도 에러에 기초한 수직 배향에 조정을 행하도록 수직 조정기가 사용되어, 알려진 에러의 효과를 보정할 수 있다. 패싯 각도 에러가 측정되어 룩업 테이블에 저장될 수 있다. 패싯 각도 에러가 온도, 습도 등을 현저하게 변화시키지 않으면, 이 룩업 테이블 방법은, 상기 서술된 수직 참조 마크를 사용하는 측정된 수직 빔 위치에 기초한 서보 피드백을 사용하지 않아도 충분할 수 있다. 구현시, 피드백 제어는, 라인을 현재 스캐닝하고 있는 다각형 패싯의 식별을 필요로 하며, 그래서 그 다각형 패싯에 대한 대응하는 패싯 각도 에러 값을 룩업 테이블에서 검색할 수 있다. 이 현재 다각형 패싯의 식별은 다각형에서 패싯 번호 센서로부터 결정될 수 있다.
동작시, 수직 조정기를 조정하는 것에 기초한 상기 패싯 각도 보정이 활성화되고, 하나의 패싯으로부터 후속의 패싯으로 전이시 광-오프 기간 동안 적용된다. 시스템에서 스캐닝 제어 모듈은 저장된 룩업 테이블로부터 패싯 각도 에러를 찾고 검색하기 위해 후속 패싯의 패싯 식별 번호를 사용하고, 검색된 에러에 대응하기 위해 수직 스캐너의 수직 배향에 보정을 행한다. 이 보정 후, 후속 패싯을 갖는 스캐닝이 시작된다. 이 처리는 광-오프 기간마다 실행된다.
수직 조정기는, 이미지의 상이한 필드를 인터레이스 및 스택히지 않고, 하나의 패싯으로부터 후속의 패싯으로 전이시 광-오프 기간 동안 수직 조정기의 조정에 기초해 상기 패싯 각도 보정을 간단히 제공하도록 동작될 수 있다. 이 설계하에서, 다각형에 의한 2차원 스캐닝의 전체 프레임은 N x M 수평 스캐닝 라인을 갖는다.
2차원 다각형 스캐너와 수직 조정기를 사용하는 상기 기술 및 설계가 상기 예에 서술된 디스플레이 시스템 이외의 다양한 스캐닝 빔 시스템에서 구현될 수 있다. 예를 들면, 2차원 다각형 스캐너에 기초한 본 스캐닝 시스템이, 광 패턴을 만들기 위해 스캐닝 빔을 사용하는 광학 시스템에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 레이저 인쇄 시스템은 스크린이 인쇄 매체(예를 들면, 종이, 패브릭 또는 마스터 인쇄 플레이트)에 의해 대체되는 본 스캐닝 시스템을 사용할 수 있다. 인쇄 매체는, 인쇄 매체 위에 형성되는 이미지를 전송하는 하나 이상의 스캐닝 레이저 빔을 검색하기 위해 사용된다. 광에 의해 전달된 이미지가 예를 들면, 사진제판법, 광화학 또는 레이저 식각 공정의 다양한 포토 효과에 기초한 인쇄 매체 위에 형성될 수 있다. 인쇄 매체는 종이 또는 다른 인쇄 재료로 이미지를 전송하기 위해 사용되는 인쇄 플레이트일 수 있다. 레이저 어레이에서 레이저는 인쇄 매체 위에 레이저 인쇄 동작을 위해 적절한 파장으로 방사하는 다이오드 레이저 등의 레이저에 의해 구현될 수 있다. 하나의 특정 예는 급속한 전환이 소망되는 레이저 스캐닝에 기초하여 마스크 패턴을 생성하는 인쇄 시스템이다. 이 인쇄는 마스크 준비에 대한 필요를 제거할 수 있다.
일부 래스터 스캐닝 시스템에서, 다중 레이저의 레이저 어레이는, 레이저에 의해 틸트된 각도로 출력된 레이저 빔을 다각형의 회전축에 대해 90도가 아닌 입사각으로 다각형의 각 패싯으로 향하도록 2차원 다각형에 대해 실장될 수 있다. 다중 레이저 빔이, 레이저 모듈과 다각형 사이에 위치하는 빔 다이렉팅 모듈없이, 목표 면으로 빔을 반사하는 공통 다각형 패싯으로 직접 향해진다. 도 14는 레이저 어레이(1410)의 레이저에 의해 생성된 3개의 레이저 빔이 다각형(1420)에 의해 목표면(1401)으로 향해지도록 도시된 일 예를 도시한다. 다각형(1420)의 상이한 패싯은 회전축에 대해 상이한 각도로 틸트되므로 목표 면(1401)에서 빔 위치는, 빔을 향하도록 다각형(1420)의 상이한 패싯에 의해 변화된다. 레이저 어레이(1410)에서 레이저의 수는 목표면(1401)에 충분한 수의 라인을 제공하도록 선택되고, 다각형(1420)의 하나의 전체 회전은 다각형(1420)으로의 빔 입사 각도를 조정하지 않고 하나의 전체 프레임을 생성한다.
본 명세서는 많은 구체적인 것을 포함하며, 이들은 본 발명의 또는 청구될 수 있는 범위에 대한 제한으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 본 발명의 특정 실시예에 대한 구체적인 특징의 설명으로서 이해되어야 한다. 별개의 실시예를 고려하여 본 명세서에 서술되어 있는 특정 특징들은 단일 실시예와 결합되어 실행될 수 있다. 역으로, 단일 실시예를 고려하여 서술된 다양한 특징들이 다중 실시예 또는 임의의 적합한 서브조합에서 별개로 구현될 수 있다. 또한, 특징들이 특정 조합으로 동작하는 것으로 서술되고 , 이와 같이 처음에 청구되었지만, 청구된 조합으로부터 하나 이상의 특징이 몇몇 경우에 조합으로 청구될 수 있고, 청구된 조합이 서브조합 또는 서브조합의 변동으로 될 수 있다.
단지 몇개의 실시예만이 개시되었다. 그렇지만, 본 명세서에 서술 및 도시된 것에 기초하여 변동, 개선 및 다른 구현이 행해질 수 있는 것으로 이해된다.

Claims (30)

  1. 이미지를 전송하도록 변조된 복수의 광 빔을 생성하여 표면에 대해 스캔하여 2차원 스캐닝 패턴에 기초하여 상기 표면에 이미지를 생성하도록 동작가능한 광학 모듈을 포함하고,
    상기 광학 모듈은,
    광 빔의 광로에 위치하는 다각형 스캐너로서, 상기 표면에 수평으로 광 빔을 스캔하기 위해 상기 다각형 스캐너가 그 주위를 회전하는 회전축; 및 광 빔을 동시에 수광하는 규모이며 각각 상이한 패싯 틸트 각도로 상기 회전축에 대해 틸트된 반사성 다각형 패싯들인 복수의 다각형 패싯을 포함하고, 상기 표면상의 상이한 수직 위치에서 광 빔을 수평으로 각각 스캔하는 다각형 스캐너;
    광 빔의 광로에 위치하며, 상기 표면상의 광 빔의 수직 위치를 제어 및 조정하는 수직 조정기; 및
    상기 다각형 스캐너가 광 빔을 수평으로 스캔하여 상기 표면상에 평행 수평 라인을 생성할 때 상기 표면상의 각각 고정된 수직 위치에 광 빔을 위치시키도록 고정된 위치에서 상기 수직 조정기를 제어하는 제어 유닛을 포함하는, 스캐닝 빔 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 광 빔의 위치가 2개의 다각형 패싯 사이의 경계 및 그 근방에 있는 블랭킹 기간 동안 광 빔의 광을 오프하도록 구성되고, 상기 블랭킹 기간은 각각의 광 빔이 수평 방향에 따른 각 광 빔의 빔 폭보다 적은 치수만큼 패싯의 에지 근방의 영역 내에 위치하는 기간에 대응하는, 스캐닝 빔 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    이미지가 디스플레이되는 표면을 제공하고, 이미지를 생성하는 가시광을 방사하기 위해 광 빔의 광을 흡수하도록 수평 방향에 직교하는 평행 형광 스트라이프를 포함하는 스크린을 포함하는, 스캐닝 빔 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 2차원 스캐닝 패턴은 상기 수직 조정기의 상이한 수직 위치에서 상기 다각형 스캐너의 2개 이상의 상이한 순차 전체 회전에 의해 생긴 수평 라인의 2개 이상의 상이한 패턴을 각각 인터레이스하여 전체 프레임 디스플레이를 형성하도록 인터레이스된 패턴인, 스캐닝 빔 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 하나의 패턴의 수평 라인을 투영하는 것으로부터 다른 인터레이스된 패턴의 수평 라인을 투영하는 것으로 전환하도록 상기 수직 조정기가 수직 각도를 조정하는 기간과 동등한 블랭킹 기간 동안 광 빔의 광을 오프하도록 구성된, 스캐닝 빔 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 광학 모듈은, 반사성 다각형 패싯에 대해 설계된 원하는 패싯 틸트 각도로부터 상기 반사성 다각형 패싯의 패싯 틸트 각도의 편향에 의해 생긴 상기 표면상의 광 빔의 수직 위치에서 에러를 감소시키기 위해, 상기 반사성 다각형 패싯이 광 빔을 스캔할 때, 상기 수직 조정기의 수직 각도를 제어하는, 스캐닝 빔 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 수직 조정기는, 광 빔을 상기 다각형 스캐너로 향하게 하도록 상기 다각형 스캐너로부터 상류에 위치하는, 스캐닝 빔 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 다각형 스캐너와 상기 수직 조정기는, 상기 표면의 중앙에 수평으로 있는 2개의 위치에 위치하고, 상기 수직 조정기는 상기 다각형 스캐너의 회전 축에 대해서 예각으로 광 빔을 상기 다각형 스캐너를 향하게 하도록 상기 다각형 스캐너보다 상기 표면에 더 가까운, 스캐닝 빔 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 표면은 상기 다각형 스캐너의 회전축에 대해 틸트되는, 스캐닝 빔 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 다각형 스캐너의 하나의 전체 회전에서 상기 수직 조정기가 제1 고정된 위치에 있을 때 제1 표면 세그먼트에 대해 광 빔을 스캔하고, 상기 다각형 스캐너의 후속의 전체 회전에서 상기 수직 조정기가 제2 고정된 위치에 있을 때 상기 제1 표면 세그먼트로부터 수직으로 변위되어 중첩되지 않은 제2 표면 세그먼트에 대해 광 빔을 스캔하기 위해 상기 수직 조정기를 제어하도록 구성되어 있는, 스캐닝 빔 시스템.
  11. 이미지를 전송하도록 변조된 복수의 광 빔을 생성하여 표면에 대해 스캔하여 상기 표면에 이미지를 생성하도록 동작가능한 광학 모듈을 포함하고,
    상기 광학 모듈은,
    광 빔의 광로에 위치하는 다각형 스캐너로서, 상기 표면에 광 빔을 수평으로 스캔하기 위해 상기 다각형 스캐너가 그 주위를 회전하는 회전축; 및 광 빔을 동시에 수광하는 규모이며 광 빔의 광에 반사적이고 각각 상이한 틸트 각도로 상기 회전축에 대해 틸트된 복수의 다각형 패싯을 포함하고, 상기 표면상의 상이한 수직 위치에서 광 빔을 수평으로 각각 스캔하는 다각형 스캐너;
    상기 표면상의 광 빔의 수직 위치를 제어 및 조정하기 위해 광 빔의 광로에 위치하는 수직 조정기; 및
    상기 다각형 스캐너의 하나의 전체 회전에서 상기 다각형 패싯에 의해 생성된 상기 표면 위의 동시의 수평 스캐닝 라인의 순차적인 세트(각각 다각형 패싯 당 하나의 세트)의 하나의 프레임을, 상기 다각형 스캐너의 직후의 전체 회전에서 상기 다각형 패싯에 의해 생성된 상기 표면 위의 동시의 수평 스캐닝 라인의 순차적인 세트(각각 다각형 패싯 당 하나의 세트)의 후속 프레임과 공간적으로 인터레이스하기 위해 표면상의 광 빔의 수직 위치를 조정하도록 상기 다각형 스캐너에 상기 수직 조정기를 동기시키는 스캐닝 제어 기구를 포함하는, 스캐닝 빔 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    이미지가 디스플레이되는 상기 표면을 제공하고, 이미지를 생성하는 가시광을 방사하기 위해 광 빔의 광을 흡수하도록 수평 방향에 직교하는 평행 형광 스트라이프를 포함하는 스크린을 포함하는, 스캐닝 빔 시스템.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 다각형 스캐너의 적어도 하나의 반사성 다각형 패싯은 원하는 패싯 틸트 각도로부터 패싯 틸트 각도에 있어서의 주지의 편향을 갖고,
    상기 스캐닝 제어 기구는, 상기 반사성 다각형 패싯의 주지의 편향에 의해 생긴 상기 표면상의 광 빔의 수직 위치에서 에러를 감소시키기 위해 각각의 광 빔의 수직 각도를 오프셋시키도록, 패싯 틸트 각도에 있어서의 주지의 편향을 갖는 상기 반사성 다각형 패싯이 광 빔을 스캔할 때, 상기 수직 조정기의 수직 각도를 제어하는, 스캐닝 빔 시스템.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 수직 조정기는, 광 빔을 상기 다각형 스캐너로 향하게 하도록 상기 다각형 스캐너로부터 상류에 위치하는, 스캐닝 빔 시스템.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 다각형 스캐너와 상기 수직 조정기는, 상기 표면의 중앙에 수평으로 있는 2개의 위치에 위치하고, 상기 수직 조정기는 상기 다각형 스캐너의 회전 축에 대해서 예각으로 상기 광 빔을 상기 다각형 스캐너를 향하게 하도록 상기 다각형 스캐너보다 상기 표면에 더 가까운, 스캐닝 빔 시스템.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 표면은 상기 다각형 스캐너의 회전축에 대해 틸트되는, 스캐닝 빔 시스템.
  17. 스캐닝 빔 시스템에서 광 빔을 스캐닝하는 방법으로서,
    이미지를 전송하도록 변조된 복수의 광 빔을 생성하여 표면에 대해 스캔하여 상기 표면에 이미지를 생성하는 단계;
    광 빔의 광로에 위치하는 다각형 스캐너로서, 상기 다각형 스캐너가 그 주위를 회전하는 회전축과, 광 빔을 동시에 수광하는 규모이며 광 빔의 광에 반사성인 복수의 다각형 패싯을 포함하는 상기 다각형 스캐너를 사용하여, 상기 표면상에 광 빔을 수평으로 스캔하고, 상기 다각형 패싯은 각각 상이한 틸트 각도로 회전축에 대해 틸트되어, 각각 상기 표면상의 상이한 수직 위치에서 수평으로 광 빔을 스캔하여, 상기 다각형 스캐너의 하나의 전체 회전에서 상기 다각형 패싯에 의해 생성된 상기 표면 위의 동시의 수평 스캐닝 라인의 순차적인 세트(각각 다각형 패싯 당 하나의 세트)의 하나의 프레임을 생성하는 단계; 및
    각 광 빔이 상기 표면상에 수평으로 스캔되어 각 광 빔의 광이 상기 표면에 투영될 때 각 광 빔을 수직 방향을 따라 스캔하지 않고, 각 광 빔의 수직 위치를 고정된 위치에 유지하는 단계를 포함하는, 광 빔 스캔 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    광 빔의 광로에 있는 수직 조정기를 사용하여 상기 표면상의 광 빔의 수직 위치를 제어하고, 상기 다각형 스캐너의 하나의 전체 회전에서 생성된 하나의 프레임의 수평 스캐닝 라인을 상기 다각형 스캐너의 직후의 전체 회전에서 생성된 후속 프레임의 수평 스캐닝 라인으로 공간적으로 시프트하도록 상기 표면상의 광 빔의 수직 위치를 조정하는 단계를 포함하는, 광 빔 스캔 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    반사성 다각형 패싯에 대해 설계된 원하는 패싯 틸트 각도로부터 상기 반사성 다각형 패싯의 틸트 각도의 편향에 의해 생긴 상기 표면상의 광 빔의 수직 위치에서의 에러를 감소시키기 위해, 상기 반사성 다각형 패싯이 광 빔을 스캔할 때, 상기 수직 조정기의 수직 각도를 제어하는, 광 빔 스캔 방법.
  20. 청구항 17에 있어서,
    광 빔의 광로에 있는 수직 조정기를 사용하여 상기 표면상의 광 빔의 수직 위치를 제어하는 단계; 및
    상기 수직 조정기가 그 수직 위치를 상기 다각형 스캐너의 하나의 전체 회전과 상기 다각형 스캐너의 직후의 전체 회전 사이에서 조정하는 시간 동안 상기 표면에 광 빔의 광이 향하지 않도록 광 빔을 제어하는 단계를 포함하는, 광 빔 스캔 방법.
  21. 하나 이상의 광 빔을 생성하여 2차원 스캐닝 패턴에 기초하여 표면에 대해 스캔하도록 동작가능한 광학 모듈을 포함하고,
    상기 광학 모듈은,
    하나 이상의 광 빔의 하나 이상의 광로에 위치하는 2차원 다각형 스캐너로서, 상기 표면상에서 제1 방향에 따라서 하나 이상의 광 빔을 스캔하기 위해 상기 2차원 다각형 스캐너가 그 주위를 회전하는 회전축과, 하나 이상의 광 빔을 동시에 수광하는 규모이며 각각 상기 표면상에서 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향에 따른 상이한 위치에서 상기 제1 방향에 따른 하나 이상의 광 빔을 스캔하기 위해, 각각 상이한 패싯 틸트 각도로 상기 회전축에 대해 틸트되는 복수의 다각형 패싯을 포함하는 2차원 다각형 스캐너; 및
    상기 2차원 다각형 스캐너로부터 상류에 하나 이상의 광 빔의 하나 이상의 광로에 위치하고, 상기 회전축에 직교하지 않는 하나 이상의 각각의 입사 방향에서 상기 2차원 다각형 스캐너를 향해 하나 이상의 광 빔을 향하게 하는 광 빔 다이렉팅 모듈(optical beam directing module)을 포함하는, 스캐닝 빔 시스템.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 광 빔 다이렉팅 모듈은, 상기 2차원 다각형 스캐너의 회전축이 위치하는 면과 상이한 면에서 광 빔을 지향시키도록 상기 2차원 다각형 스캐너에 대해 위치하는, 스캐닝 빔 시스템.
  23. 청구항 21에 있어서,
    상기 광 빔 다이렉팅 모듈은, 상기 2차원 다각형 스캐너의 회전축이 위치하는 면에서 광 빔을 지향시키도록 상기 2차원 다각형 스캐너에 대해 위치하는, 스캐닝 빔 시스템.
  24. 청구항 21에 있어서,
    상기 2차원 다각형 스캐너로 하나 이상의 광 빔을 다이렉팅하는 것과 상기 2차원 다각형 스캐너의 회전을 동기시키도록 상기 광 빔 다이렉팅 모듈을 제어하는 제어 유닛을 포함하는, 스캐닝 빔 시스템.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 광 빔 다이렉팅 모듈은 상기 제2 방향에 따른 면에서 광 빔의 위치를 제어 및 조정하기 위해 광 빔의 광로에 위치한 빔 조정기를 포함하고,
    상기 제어 유닛은, 상기 2차원 다각형 스캐너가 광 빔을 수평으로 스캔하여 상기 표면상에 평행 수평 라인을 생성할 때 제2 방향에 따라서 상기 표면상의 각각의 고정된 위치에 광 빔을 위치시키도록 고정된 위치에서 상기 빔 조정기를 제어하는, 스캐닝 빔 시스템.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 2차원 스캐닝 패턴은, 각각 상기 빔 조정기의 상이한 수직 위치에서 상기 다각형 스캐너의 2개 이상의 상이한 순차 전체 회전에 의해 생성된 수평 라인의 2개 이상의 상이한 패턴을 인터레이스함으로써 전체 프레임 디스플레이를 형성하도록 인터레이스된 패턴인, 스캐닝 빔 시스템.
  27. 청구항 26에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 빔 조정기가 제1 방향을 따라서 하나의 패턴의 스캐닝 라인을 투영하는 것으로부터 상기 제1 방향을 따라서 다른 인터레이스된 패턴의 스캐닝 라인을 투영하는 것으로 전환하기 위해 제2 방향에서 빔 위치에 대해 각도를 조정하는 기간과 동등한 블랭킹 기간 동안 광 빔의 광을 오프하도록 구성되는, 스캐닝 빔 시스템.
  28. 청구항 24에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 광 빔의 위치가 2개의 다각형 패싯 사이의 경계 및 그 근방에 있는 블랭킹 기간 동안 광 빔의 광을 오프하도록 구성되고, 상기 블랭킹 기간은 각 광 빔이 제1 방향에 따른 각 광 빔의 빔폭보다 더 적은 치수만큼 패싯의 에지 근방의 영역 내에 위치하는 기간에 대응하는, 스캐닝 빔 시스템.
  29. 청구항 24에 있어서,
    이미지가 디스플레이되는 상기 표면을 제공하고, 이미지를 생성하는 가시광을 방사하기 위해 광 빔의 광을 흡수하도록 제1 방향에 직교하는 평행 형광 스트라이프를 포함하는 스크린을 포함하는, 스캐닝 빔 시스템.
  30. 하나 이상의 광 빔을 생성하여 2차원 스캐닝 패턴에 기초하여 표면에 대해 스캔하도록 동작가능한 광학 모듈을 포함하고,
    상기 광학 모듈은,
    레이저 빔을 생성하는 복수의 레이저를 포함하는 레이저 어레이;및
    레이저빔의 광로에 위치하는 2차원 다각형 스캐너로서, 상기 표면상에서 제1 방향에 따라서 레이저빔을 스캔하기 위해 상기 2차원 다각형 스캐너가 그 주위를 회전하는 회전축과, 레이저빔을 동시에 수광하는 규모이며 각각 상이한 패싯 틸트 각도로 상기 회전축에 대해 틸트되는 복수의 다각형 패싯을 포함하며, 각각 상기 표면상에서 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향에 따른 상이한 위치에서 상기 제1 방향에 따라 레이저빔을 스캔하는, 2차원 다각형 스캐너를 포함하며,
    상기 레이저 어레이는 상기 2차원 다각형 스캐너로부터 상류에 위치되고, 상기 2차원 다각형 스캐너의 회전축에 직교하지 않은 각각의 입사 방향에서 상기 2차원 다각형 스캐너를 향해 레이저빔을 지향시키도록 구성되는, 스캐닝 빔 시스템.
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