KR101533147B1 - 레이저 광원 프로젝터 - Google Patents

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KR101533147B1
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히사노부 미야나가
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Abstract

본 발명은, 복수개의 레이저 광원을 구동할 때에, 하나 혹은 복수개의 광원의 시간 변화 등에 의한 열화가 원인으로 광출력이 저하된 경우에, 나머지의 정상적인 광원의 광출력을 조정함으로써, 적절한 화이트 밸런스의 유지가 가능한 레이저 광원 프로젝터의 제공을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 레이저 광원 프로젝터는, 각각이 복수의 레이저 광원을 구비하는 각 색 그룹의 레이저 광원을 구동하여 화상을 투사하는 레이저 광원 프로젝터로서, 임의의 색 그룹의 하나 또는 복수의 상기 레이저 광원의 광출력 특성의 변화에 따라, 당해 임의의 색 그룹의 나머지의 상기 레이저 광원의 광출력을 조정하는 것에 의해, 화이트 밸런스를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 한다.

Description

레이저 광원 프로젝터{LASER LIGHT SOURCE PROJECTOR}
본 발명은 레이저 광원 프로젝터에 관한 것으로, 특히 복수의 레이저 광원을 구동하여 화상을 투사하는 레이저 광원 프로젝터에 관한 것이다.
영상을 투사하여 표시하는 프로젝터의 광원으로서, 예를 들면, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 각 색레이저 광원을 이용해서 화상광을 형성하는 것이 알려져 있다. 레이저 소자의 시간 변화에 따른 열화나 온도 변화 등에 의해, 레이저 광원의 광출력 특성이 열화된 경우는, 백색을 표시할 경우에 R, G, B 각 색광의 휘도비에 변화가 생겨, 화이트 밸런스가 변동하게 되는 문제가 있다. 그래서, 광출력 특성의 변화에 따라, 화이트 밸런스가 적절히 유지되도록 보정을 행할 필요가 있었다.
화이트 밸런스의 보정 방법으로서, 가장 열화가 진행된 광원의 광출력에 다른 광원의 광출력을 맞추는 제어를 행함으로써, 전체의 휘도를 저하시켜, 화이트 밸런스를 일정하게 유지하는 기술이 알려져 있다(특허문헌 1).
또한, 레이저 광원의 온도를 제어하는 기술로서, 레이저 광원을 냉각하는 펠티어 소자(Peltier element)의 구동율이 소정값에 도달한 경우에는, 레이저 광원의 광출력을 낮추는 것에 의해 레이저 광원의 온도 상승을 억제하는 기술이 알려져 있다(특허문헌 2).
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2007-65574호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2011-191526호 공보
전술한 특허문헌 1에 기재된 기술은, R, G, B 각 색광원으로서, 단일의 레이저 광원을 이용하는 프로젝터에 대한 보정 방법이다. 따라서, 각 색광원으로서, 복수의 레이저 광원을 이용한 경우의 화이트 밸런스의 보정에는, 종래의 기술을 적용할 수 없다고 하는 문제가 있다.
본 발명은, 상술한 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 복수개의 레이저 광원을 구동할 때에, 1개 혹은 복수개의 광원의 시간 변화에 따른 변화 등에 의한 열화가 원인으로 광출력이 저하한 경우에, 나머지의 정상적인 광원의 광출력을 조정함으로써, 적절한 화이트 밸런스의 유지가 가능한 레이저 광원 프로젝터의 제공을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 레이저 광원 프로젝터는, 각각이 복수의 레이저 광원을 구비하는 각 색 그룹의 레이저 광원을 구동하여 화상을 투사하는 레이저 광원 프로젝터로서, 임의의 색 그룹의 하나 또는 복수의 상기 레이저 광원의 광출력 특성의 변화에 따라, 당해 임의의 색 그룹의 나머지의 상기 레이저 광원의 광출력을 조정하는 것에 의해, 화이트 밸런스를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 레이저 광원 프로젝터는, 임의의 색 그룹에서, 하나 또는 복수의 레이저 광원의 광출력 특성이 열화되어, 광출력이 저하한 경우에는, 당해 임의의 색 그룹의 광출력 특성이 열화되어 있지 않은 레이저 광원의 광출력을 상승시킴으로써, 광출력의 저하분을 보충한다. 따라서, 당해 임의의 색 그룹 전체적으로는, 광출력을 낮추지 않고 유지할 수 있기 때문에, 색 그룹간에 휘도의 차이가 생기는 일이 없어, 화이트 밸런스를 일정하게 유지하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 레이저 광원 프로젝터의 기능 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 레이저 광원 프로젝터의 레이저 광원의 기능 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 화이트 밸런스 보정에 관한 제 1 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 화이트 밸런스 보정에 관한 제 2 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 화이트 밸런스 보정에 관한 제 3 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 따른 화이트 밸런스 보정에 관한 제 4 흐름도이다.
(실시 형태 1)
<구성>
도 1에 본 실시 형태에 따른 레이저 광원 프로젝터의 기능 블럭도를 나타낸다. 본 실시 형태에 있어서의 레이저 광원 프로젝터에 구비되는 복수의 레이저 광원은, 레이저광의 색마다, 제 1~3 색 그룹으로 그룹 분할되어 있고, 제 1 색 그룹 1G는 N1개의 적색 레이저 광원을 구비하고, 제 2 색 그룹 2G는 N2개의 녹색 레이저 광원을 구비하고, 제 3 색 그룹 3G는 N3개의 청색 레이저 광원을 구비한다. 각 레이저 광원의 구동은 마이크로컨트롤러(16)에 의해서 제어되고 있다.
각 레이저 광원의 광출력은 레이저 합성부(19)에서 합성된다. 레이저 합성부(19)는, 예를 들면, 미러(mirror)나 프리즘, 로드 인티그레이터(rod integrator) 등으로 구성된다.
합성된 레이저광은, 소정의 광학계(20)에서 변조 등의 처리가 행해지고, 스크린(21)에 투사된다. 여기서, 소정의 광학계(20)란, 예를 들면, 광변조기로서의 액정 패널이나, 변조광을 투사하는 투사 렌즈 등이다.
도 2에, 도 1에서의 임의의 레이저 광원의 기능 블럭도를 나타낸다. 레이저광을 발생시키는 레이저 소자(이하, LD)(5)는 마이크로컨트롤러(16)에 의해 레이저 구동 회로(3)를 거쳐서 구동 제어되고 있다. LD(5)로부터 사출된 레이저광의 일부는 하프 미러(half mirror)(12)에서 반사되고, 레이저 광원으로부터 출력되고, 다른 레이저 광원으로부터 출력되는 레이저광과 합성된다. 또한, 하프 미러(12)를 투과한 광은 광량 검출 회로(10)에 입력되고, 검출된 광량의 데이터는 AD 컨버터(11)를 거쳐서 마이크로컨트롤러(16)에 입력된다. 마이크로컨트롤러(16)는 LD(5)의 광출력이 일정하게 되도록 레이저 구동 회로(3)로의 신호를 제어하고 있다.
LD(5)의 온도는 온도 검출 회로(13)에 의해서 검출되고, AD 컨버터(14)에서 데이터 변환되고, 마이크로컨트롤러(16)에 입력된다. 마이크로컨트롤러(16)는 LD(5)의 온도가 일정하게 되도록, DA 컨버터(15)를 거쳐서 펠티어 소자(6)의 구동을 제어하고 있다. 펠티어 소자(6)는 DC-DC 컨버터(4)를 거쳐서 전원(2)에 의해 구동되고, 펠티어 소자(6)로부터 발생하는 열은 히트 파이프(7)를 거쳐서 라디에이터(8)에 전달되고, 팬(9)에 의해 열 배출된다.
<동작>
각 레이저 광원의 광량 검출 회로(10)에는, 그 레이저 광원의 광출력의 목표값이 기억되어 있고, 마이크로컨트롤러(16)는 레이저 구동 회로(3)를 거쳐서 레이저 광원의 광출력이 목표값과 일치하도록 피드백 제어를 행하고 있다. 예를 들면, 광량 검출 회로(10)로부터 얻은 광출력의 데이터가 목표값을 하회하고 있는 경우에는, 광출력을 높이기 위해 LD(5)에 흘리는 전류(ID)를 증대시키고, 광출력과 목표값이 일치하도록 제어를 행한다. 또한, 광출력의 증감은 광출력의 목표값을 변경하는 것에 의해 행해진다.
또한, 상술한 바와 같이, LD(5)의 온도는 항상 일정하게 유지되도록 제어되고 있지만, 예를 들면, 환경 온도가 갑자기 상승한 경우에는, 펠티어 소자(6)의 냉각 능력이 부족하여 LD(5)는 온도 상승을 일으킨다.
LD(5)가 시간 변화에 따른 열화나 온도 상승을 일으키면, 그 LD(5)를 구비하는 레이저 광원의 광출력 특성이 열화되어, 광출력이 저하한다. 이 경우, 마이크로컨트롤러(16)는, 상술한 바와 같이 피드백 제어를 행하여, 광출력을 목표값으로 유지하기 위해 ID를 증대시킨다. 이 때, ID가 한계 전류(IMAX)에 도달하면, 그 이상 전류를 증대시켜도 광출력이 증대하지 않게 되는 포화 상태, 즉 광출력 특성이 열화된 상태로 되어, 광출력의 목표값을 만족시킬 수 없게 된다. 광출력의 목표값을 만족시킬 수 없는 레이저 광원이 존재하는 경우, 각 색 그룹간에 광출력의 차, 즉 휘도의 차가 생겨 화이트 밸런스가 변화하게 된다. 또, 각 레이저 광원의 LD(5)의 한계 전류값(IMAX)은 미리 마이크로컨트롤러(16)에 기억되어 있다.
<화이트 밸런스의 보정>
그래서, 본 실시 형태에서는, 전술한 제어에 부가하여, 각 레이저 광원이 포화 상태로 되지 않도록 각 레이저 광원의 광출력의 목표값을 조정해서, 화이트 밸런스를 일정하게 유지하는 화이트 밸런스 보정을 행한다. 또, 화이트 밸런스 보정은, 예를 들면, 일정한 시간 간격으로 행해진다. 또한, 환경 온도가 소정값 이상 변화한 경우나, 포화 상태의 레이저 광원의 개수가 소정값에 도달한 경우에 행하더라도 좋다.
화이트 밸런스 보정으로서, 이하의 3가지의 보정을 행한다. 즉, 임의의 색 그룹에서 포화 상태로 된 레이저 광원의 출력 저하를, 당해 임의의 색 그룹의 나머지 레이저 광원의 출력을 상승시켜 보충하여, 화이트 밸런스를 일정하게 유지하는 상승 보정, 상승 보정이 불가능한 경우에, 모든 색 그룹의 광출력을 저하시켜, 화이트 밸런스를 일정하게 유지하는 저하 보정, 저하 보정 후에, 모든 레이저 광원이 포화 상태를 벗어난 경우, 모든 색 그룹의 광출력을 상승시켜, 화이트 밸런스를 일정하게 유지한 채로, 휘도를 회복시키는 회복 보정이다.
이하에서는, 포화 상태에 도달하여 광출력 특성이 열화된 레이저 광원이 있는 경우(A>0)와 없는 경우(A=0)로 나누고, 흐름도(도 3, 도 4, 도 5, 도 6)를 이용해서 화이트 밸런스 보정을 설명한다. 여기서, A는, 예를 들면 적색의 제 1 색 그룹 1G에서의 포화 상태의 레이저 광원의 개수(A1)와, 예를 들면 녹색의 제 2 색 그룹 2G에서의 포화 상태의 레이저 광원의 개수(A2)와, 예를 들면 청색의 제 3 색 그룹 3G에서의 포화 상태의 레이저 광원의 개수(A3)의 합이다.
<광출력 특성이 열화된 레이저 광원이 있는 경우>
도 3의 스텝 S1에서, 광출력 특성이 열화된 레이저 광원, 즉 포화 상태의 레이저 광원이 있는 경우, 즉 A=0이 아닌 경우는, 스텝 S101(도 4)로 진행된다. 우선, 제 n 색 그룹(예를 들면 n=1은 적색, 2는 녹색, 3은 청색)의 광출력의 조정을 행한다(스텝 S101). 또, n=1로 미리 설정되어 있기 때문에, 실제로는 제 1 색 그룹 1G의 광출력의 조정을 행한다.
스텝 S102에서, 제 n 색 그룹에서 포화 상태(ID≥IMAX)로 되어 있는 레이저 광원의 개수(An)가 0을 상회하고 있는지 여부의 판단을 행하고, An=0의 경우는 제 n 색 그룹에서 열화된 레이저 광원이 존재하지 않기 때문에, 제 n 색 그룹의 광출력의 조정을 행할 필요가 없으므로, 제 n 색 그룹의 광출력의 조정을 종료하고(스텝 S111), 스텝 S112로 진행한다. 스텝 S112에서, n이 3이 아니면, 스텝 103에서 n를 n+1로 하여 다음 그룹의 보정을 행한다. 한편, n이 3인 경우는, 모든 색 그룹의 광출력의 조정이 종료되었기 때문에, 화이트 밸런스 보정을 종료한다.
한편, 스텝 S102에서 An>0인 경우는, 스텝 S104에서, An으로 카운트된 레이저 광원의 광출력의 목표값을 X% 저하시킨다. 여기서, X는 정수이고, 예를 들면 4%이다.
여기서, Dn를, 제 n 색 그룹에 대한 조정 개시 시점으로부터 포화 상태로 된 적이 없는 레이저 광원의 개수라고 정의한다. 스텝 S105에서, Dn으로서 카운트되는 레이저 광원의 광출력의 목표값을 Z% 상승시킨다. 여기서, Z는 이하의 식에 의해 구해진다.
Figure 112013022149444-pat00001
다음으로, 스텝 S106에서, 스텝 S105에서 광출력의 목표값을 높인 것에 의해서 포화 상태(ID≥IMAX)로 된 레이저 광원의 개수(Cn)를 카운트한다.
스텝 S107에서, Cn=0인지 여부의 판단을 행하고, Cn=0인 경우는, 포화 상태로 되어 있던 레이저 광원의 광출력의 저하를, 나머지 레이저 광원의 광출력을 포화 상태에 도달하지 않고 상승시키는 것에 의해서 보충할 수 있었던 것을 의미하기 때문에, 제 n 색 그룹의 광출력의 조정을 종료한다(스텝 S111). 스텝 S112로 진행하고, n이 3이 아니면, 스텝 103에서 n=n+1로 하여, 다음 색 그룹의 보정을 행한다. 한편, n이 3인 경우는, 모든 색 그룹의 조정이 종료되었기 때문에, 화이트 밸런스 보정을 종료한다.
한편, 스텝 S107에서 Cn=0이 아닌 경우는, 새롭게 포화 상태(ID≥IMAX)로 된 레이저 광원에 대하 보정을 행할 필요가 있다. 스텝 S108에서, 조정 개시 시점으로부터 포화 상태로 도달하고 있지 않은 레이저 광원의 개수(Dn)를 카운트하고, 스텝 S109에서, Dn이 0인지 여부의 판단을 행한다. Dn이 0이 아닌 경우는, Dn으로서 카운트된 레이저 광원에 의해서, Cn으로서 카운트된 레이저 광원의 광출력 저하를 보충하기 위해서, An의 값을 Cn의 값으로 치환하고(스텝 S110), 즉, 광출력 특성이 열화된 레이저 광원의 개수를 An으로서 카운트하고, S102로 되돌아가, 재차 조정을 행한다.
한편, Dn=0인 경우는, 제 n 색 그룹의 모든 레이저 광원에서 광출력이 상한에 이르고 있다는 것을 의미한다. 즉, Cn으로서 카운트된 레이저 광원의 광출력 저하를 나머지 레이저 광원에 의해서 보충할 수 없다.
따라서, 스텝 S201(도 5)로 진행하고, 각 색 그룹의 광출력의 목표값을 일률적으로 W% 내린다. 이에 따라, 각 색 그룹의 레이저 광원의 광출력의 목표값도 일률적으로 W% 내리고, 화이트 밸런스 보정을 종료한다. 이와 같이, 각 색 그룹의 광출력을 일률적으로 내리는 것에 의해서, 화이트 밸런스를 일정하게 유지하는 것이 가능하다. 또, 상기 W의 값은 휘도의 변화로서 시인될 수 없는 양으로서, 예를 들면 4%로 한다.
<광출력 특성이 열화된 레이저 광원이 없는 경우>
도 3의 스텝 S2에서, 광출력 특성이 열화된 레이저 광원이 없는 경우, 즉, A=0인 경우에는, 전회(前回)의 화이트 밸런스 보정에서 각 색 그룹의 광출력의 목표값을 저하시켰는지 여부의 판단을 행한다(스텝 S3). 각 색 그룹의 광출력 목표값을 저하시키지 않은 경우에는, 조정을 행할 필요가 없기 때문에, 화이트 밸런스 보정을 종료한다.
한편, 전회 행한 광출력 목표값 제어에서, 각 색 그룹의 광출력 목표값을 저하시킨 경우, 즉, 스텝 S201(도 5)을 행하고 있는 경우에는, 스텝 S301(도 6)에서, 각 색 그룹의 광출력의 목표값을 일률적으로 Y% 상승시킨다. 이에 따라, 각 색 그룹의 레이저 광원의 광출력의 목표값도 일률적으로 Y% 상승시킨다. 또, Y의 값으로서는, 상기 W보다 작은 값으로서, 예를 들면 0.25%로 한다.
다음으로, 스텝 S302에서, 모든 레이저 광원에서 포화 상태(ID≥IMAX)인지 여부를 조사하고 포화 상태(ID≥IMAX)로 되는 레이저 광원이 하나도 없는 경우는, 새로운 광출력의 상승이 가능하다고 판단하고, 스텝 S301로 되돌아간다. 이렇게 해서, 서서히 광출력을 회복시킨다.
한편, 스텝 S302에서, 포화 상태(ID≥IMAX)의 레이저 광원이 하나라도 존재하는 경우는, 광출력이 상한값에 도달했다고 판단하고, 화이트 밸런스 보정을 종료한다.
상술한 바와 같이, 일단 저하시킨 광출력을 회복시키는 경우로서는, 예를 들면, 환경 온도의 갑작스러운 상승에 의해, 일시적으로 레이저 광원의 광출력 특성이 열화되었기 때문에, 전체의 광출력을 내리는 제어를 행하여, 열화되어 있던 레이저 광원의 광출력 특성이, 환경 온도의 저하에 의해 회복된 후에, 다시 전체의 광출력을 소정의 값까지 회복시키는 경우를 생각할 수 있다.
<효과>
본 실시 형태에 있어서의 레이저 광원 프로젝터는, 각각이 복수의 레이저 광원을 구비하는 각 색 그룹의 레이저 광원을 구동하여 화상을 투사하는 레이저 광원 프로젝터로서, 임의의 색 그룹의 하나 또는 복수의 레이저 광원의 광출력 특성의 변화에 따라, 당해 임의의 색 그룹의 나머지 레이저 광원의 광출력을 조정하는 것에 의해, 화이트 밸런스를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 임의의 색 그룹에서, 하나 또는 복수의 레이저 광원의 광출력 특성이 열화되어, 광출력이 저하된 경우에는, 당해 임의의 색 그룹의 광출력 특성이 열화되어 있지 않은 레이저 광원의 광출력을 상승시킴으로써, 광출력의 저하분을 보충한다. 따라서, 당해 임의의 색 그룹 전체적으로는, 광출력을 내리지 않고 유지할 수 있기 때문에, 색 그룹간에 휘도의 차이가 생기는 일이 없고, 화이트 밸런스를 일정하게 유지하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시 형태에 있어서의 레이저 광원 프로젝터는, 임의의 색 그룹의 레이저 광원의 광출력이 상한에 도달한 경우, 모든 색 그룹의 레이저 광원의 광출력을 저하시키는 것에 의해서, 화이트 밸런스를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 임의의 색 그룹에서, 하나 또는 복수의 레이저 광원의 광출력 특성이 열화되고, 광출력이 저하된 경우로서, 당해 색 그룹의 나머지 레이저 광원으로 광출력의 저하를 보충할 수 없는 경우에는, 모든 색 그룹에서 일률적으로 광출력을 저하시키는 것에 의해, 화이트 밸런스를 일정하게 유지하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시 형태에 있어서의 레이저 광원 프로젝터는, 상기 임의의 색 그룹의 레이저 광원이 상한에 도달한 상태를 벗어난 경우, 모든 색 그룹의 레이저 광원의 광출력을 상승시키는 것에 의해서, 화이트 밸런스를 적절히 유지하면서 휘도를 회복시키는 것을 특징으로 한다.
따라서, 임의의 색 그룹에서, 하나 또는 복수의 레이저 광원의 광출력 특성이 열화되고, 광출력이 저하된 경우로서, 당해 색 그룹의 나머지의 레이저 광원으로 광출력의 저하를 보충하지 못하고, 모든 색 그룹의 광출력을 일률적으로 저하시킨 후에, 광출력 특성이 열화되어 있던 레이저 광원의 광출력 특성이 회복된 경우에는, 모든 색 그룹의 레이저 광원의 광출력을 일률적으로 상승시키는 것에 의해서, 화이트 밸런스를 일정하게 유지한 채로, 휘도를, 광출력을 저하시키기 전의 상태까지 회복시키는 것이 가능하다.
또, 본 발명은, 그 발명의 범위 내에서, 실시 형태를 적당히 변형, 생략하는 것이 가능하다.
1G: 제 1 색 그룹 2: 전원
2G: 제 2 색 그룹 3: 레이저 구동 회로
3G: 제 3 색 그룹 4: DC-DC 컨버터
5: 레이저 소자 6: 펠티어 소자
7: 히트 파이프 8: 난방기
9: 팬 10: 광량 검출 회로
11, 14: AD 컨버터 12: 하프 미러
13: 온도 검출 회로 15: DA 컨버터
16: 마이크로컨트롤러 19: 레이저 합성부
20: 광학계 21: 스크린

Claims (3)

  1. 각각이 복수의 레이저 광원을 구비하는 각 색 그룹의 레이저 광원을 구동하여 화상을 투사하는 레이저 광원 프로젝터로서,
    (a) 임의의 색 그룹의 하나 또는 복수의 상기 레이저 광원의 광출력 특성의 열화에 따라, 광출력 특성이 열화된 해당 레이저 광원의 광출력을 저하시킴과 아울러, 상기 임의의 색 그룹의 나머지의 상기 레이저 광원의 광출력을 상승시키는 것에 의해, 화이트 밸런스를 일정하게 유지하고,
    상기 (a)에 있어서 임의의 색 그룹의 레이저 광원의 광출력이 상한에 도달함으로써 화이트 밸런스를 일정하게 유지할 수 없는 경우, (b) 모든 색 그룹의 상기 레이저 광원의 광출력을 저하시키는 것에 의해서, 화이트 밸런스를 일정하게 유지하고,
    상기 (b) 이후에, 상기 임의의 색 그룹의 레이저 광원이 상한에 도달한 상태를 벗어난 경우, (c) 모든 색 그룹의 상기 레이저 광원의 광출력을 상승시키는 것에 의해서, 화이트 밸런스를 적절히 유지하면서 휘도를 회복시키는 것
    을 특징으로 하는 레이저 광원 프로젝터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c)에 있어서, 모든 색 그룹의 상기 레이저 광원의 광출력을, 임의의 색 그룹의 적어도 하나의 레이저 광원의 광출력이 상한에 도달하기까지 상승시키는 것에 의해, 화이트 밸런스를 적절히 유지하면서 휘도를 회복시키는 것
    을 특징으로 하는 레이저 광원 프로젝터.
  3. 삭제
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