KR19990009016A - 복굴절 물질을 이용한 레이저 투사 영상 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 투사 영상 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 레이저 빔을 복굴절 물질을 이용해 두 개의 빔으로 분리시킴으로써, 고화질 TV와 같은 고해상도의 영상을 이루는데 용이한 이중주사를 가능하게 하도록, 광원인 레이저 빔과 상기 레이저 빔의 편광을 원형으로 변환시키는 편광변환판, 상기 변환된 레이저 빔을 두 개의 레이저 빔으로 분리해 각각 굴절시키는 복굴절 물질, 상기 분리된 레이저 빔을 변조시키기 위한 광 변조기, 상기 광 변조기 내부에 위치한 두 개의 광 변조기 전극, 상기 광 변조기 전극에 고주파를 제공하는 RF 구동 회로부와 상기 광 변조기에서 변조된 두 개의 분리된 빔을 스크린에 주사하는 주사부(200)로 구성한, 복굴절 물질을 이용한 레이저 투사 영상 장치를 제공한다. 그리고 본 발명은 레이저 빔을 복굴절 물질을 써서 이중 빔으로 분리하는 과정, 상기 빔을 변조시키는 과정, 상기 빔을 주사부로 보내 이중 주사시키는 과정을 포함하여 이루어지는, 복굴절 물질을 이용한 레이저 투사 방법을 제공한다.

Description

복굴절 물질을 이용한 레이저 투사 영상 장치 및 방법

본 발명은 레이저 투사 영상 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 레이저 빔을 복굴절 물질을 이용해 두 개의 빔으로 분리시킴으로써, 고화질 TV와 같은 고해상도의 영상을 이루는데 용이한 이중주사를 가능하게 하여 고화질 TV(High Definition Television:HDTV)와 같은 고해상도의 영상을 이룰 수 있도록 한 복굴절 물질을 이용한 레이저 투사 영상 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 대형 화면의 실현이 가능한 장치로는 음극선관(Cathode-Ray Tube)이나 액정 표시 소자를 이용한 장치가 있으나, 화면이 커질수록 고해상도의 영상을 얻기가 쉽지 않아 문제가 되고 있다.

이에 반해 화상 정보가 실려 있는 레이저 빔을 직접 스크린에 투사시키는 레이저 투사 영상 장치는 대화면 실현이 용이하고 높은 콘트라스트(contrast)비를 가지며 광효율이 높다.

또한 빔의 왜곡이나 색오차가 없고 투사 거리에 무관하게 높은 콘트라스트비와 휘도의 실현이 가능하다.

종래의 레이저 투사 영상 장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 광원인 레이저 빔과 상기 빔을 변조시키는 광 변조기(10)와 상기 광 변조기 내부에 광 변조기 전극(15)과 상기 광 변조기 전극에 고주파(Radio Frequency:RF)를 공급하는 RF 구동회로(30)와 상기 광 변조기에서 변조된 빔을 스크린에 투사하는 주사부(20)로 구성되어 있다.

상기 광 변조기에는 음향 광 변조기,광전기 변조기,음향광 조절 필터가 있다.

현재 NTSC(National Television System Committee) 영상은 수평 주사선이 525개로 이루어져 있으나, HDTV의 수평주사선 수는 1125개로 구성되어 HDTV는 고화질의 영상을 제공하는 차세대 TV로 각광 받고 있다.

상기한 바와 같이 고화질 영상의 필수요건인 수평주사선의 증가를 위해서, 폴리고널 미러(polygonal mirror)의 미러수를 증가시키거나, 상기 폴리고널 미러의 회전 속도를 증가시키는 방법들이 제기되었다.

하지만 폴리고널 미러의 미러수를 증가시키면 상기 폴리고널 미러의 크기가 커져 회전구동력이 증가해 전력 소모가 커지는 단점이 있다.

또한 폴리고널 미러의 회전속도를 증가시키는 것은 어느 정도까지 한계가 있기 때문에 문제가 되어 왔다.

또한 고화질의 영상을 이루기 위해서는 레이저 빔의 직경을 줄여야 하지만 종래의 수평 주사선의 갯수로는 스크린에 주사되는 수평주사선 사이의 간격이 넓어서 화면이 선명하지 못하고 거칠어지는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해소시키기 위해

창안된 것으로, 레이저 빔이 복굴절 물질(90)에서 두 개의 빔으로 분리된 후, 주사부(200)로 입사 되어 이중주사(double scan)를 시킴으로써, HDTV와 같은 고화질 영상을 얻을 수 있는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 레이저 투사 영상 장치의 구성도

도 2는 본 발명에 의한 레이저 투사 영상 장치의 구성도

도 3은 복굴절 물질에서 레이저 빔이 분리되는 것을 나타내는 도면

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10,100 : 광 변조기

15,150 : 광 변조기 전극

20,200 : 주사부

30,300 : RF 구동회로부

80 : 편광변환판

90 : 복굴절 물질

t : 복굴절 물질의 두께

θ_i: 입사각

θ_o: 정상빔(ordinary beam)의 굴절각

θ_e: 이상빔(extraordinary beam)의 굴절각

d : 분리된 빔 사이의 간격

본 발명에 따른 복굴절 물질을 이용한 레이저 투사 영상 장치는 도 2에 도시한 바와 같이 광원인 레이저 빔과 상기 레이저 빔의 편광을 원형으로 변환시키는 편광변환판(80); 상기 변환된 레이저 빔을 두 개의 레이저 빔으로 분리해 각각 굴절시키는 복굴절 물질(90); 상기 분리된 레이저 빔을 변조시키기 위한 광 변조기(100); 상기 광 변조기 내부에 위치한 두 개의 광 변조기 전극(150); 상기 광 변조기 전극에 고주파를 제공하는 RF 구동 회로부(300)와 상기 광 변조기(100)에서 변조된 두 개의 분리된 빔을 스크린에 주사하는 주사부(200)로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 도 3을 통해 상세히 설명하면 다음과 같다.

복굴절 물질(90)을 편광변환판(80)에서 나온 레이저빔이 입사각 θ_i로 입사하게끔, 비스듬히 위치시킨다.

상기 복굴절 물질(90)로 입사한 레이저 빔은 굴절각 θo을 가지는 정상빔(ordinary beam)과 굴절각 θe를 가지는 이상빔(extraordinary beam)으로 분리된다.

상기 복굴절 물질(90)에서 방출된 분리된 상기 정상빔과 이상빔은 서로 거리 d만큼 간격을 두고 광변조기(100)의 내부에 광 변조기 전극(150)으로 각각 입사하여 RF 구동회로(300)에 의해 구동된다.

상기 RF 구동회로에서 구동되어져 분리된 정상빔과 이상빔은 주사부(200)로 입사하여 스크린에 투사된다.

상기 복굴절 물질로는 방해석,소듐(sodium),질산염,석영,토말라이트(tourmalite) 등을 사용할 수 있지만 특히 방해석은 본 발명과 가장 잘 부합된다.

상기 정상빔과 이상빔의 굴절률을 각각 n_o와 n_e라고 하고 상기 두 빔이 스넬(Snell) 법칙을 따르므로, n_o와 n_e는 다음의 수학식 1과 같이 표현된다.

n_e= sin θo / sin θe

도 3에서 ℓ은 다음의 수학식 2와 같이 구해진다.

정상빔과 이상빔은 다음 수학식 3에 의해 각각 빔 경로 d_o, d_e를 나타낼 수 있다.

d_e=ℓsin(θ_i- θe)

상기 수학식 2의 ℓ을 수학식 3에 대입시키면 다음의 수학식 4를 얻을 수 있다.

d_e=(t/cosθe)*(sinθ_icosθe-cosθ_isinθe)

상기 복굴절 물질(90)을 통해 굴절된 정상빔과 이상빔과의 수직 거리 d는 d_e에서 d_o를 빼주면 되므로 다음 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.

또한 상기 굴절된 빔은 스넬의 법칙을 만족하므로 상기 수학식 1을 수학식 4에 대입이 가능하다.

상기 수학식 5를 보면 광 변조기 전극(150)간의 거리 d는 레이저 빔의 입사각θ_i과 복굴절 물질의 두께 t를 변화시킴으로써 조절이 가능하다.

광 변조기(100)는 분리된 두 빔이 통과할 때, 평행 편광(P파)이 수직 편광(S파)보다 더 높은 회절효율을 나타낸다.

한편 특정 초음파에서는 상기 수평 편광과 수직 편광 모두 같은 회절 효율을 나타낸다.

따라서 광 변조기(100)를 특정 초음파로 구동시키면 회절효율을 빔의 편광에 무관하게 만들 수 있으며, 이는 상기 광 변조기(100)를 통해 나오는 두 개의 분리된 빔의 세기가 같게 된다.

본 발명에 의한 복굴절 물질을 이용한 레이저 투사 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

영상의 해상도를 증가시키기 위해 복굴절물질(90)을 이용하여 빔을 정상빔과 이상빔으로 분리하는 단계;

상기 정상빔과 이상빔을 광 변조기(100)에서 변조시키는 단계;

상기 변조된 정상빔과 이상빔을 주사부(200)로 보내서 이중주사하여 고화질 영상을 얻는 단계을 포함하여 이루어진다.

다음은 본 발명에 대한 실시예로서, 복굴절 물질로서는 방해석, 석영, 소듐(sodium) 질산염과 토말라이트(tourmalite)를 예로 들었으며, 광변조기 전극(150)간의 간격 d가 2.0mm ∼ 5.0mm일 경우에 물질의 두께 t를 상기 수학식 5에 의해 계산하였다.

각 결정의 굴절율 값은 파장 λ=589.3 nm일 때 다음 표 1과 같다.

결정별 굴절율값

굴절율결정	no	ne	t(mm)
			d=5mm	d=4mm	d=3mm	d=2mm
방해석	1.6584	1.4864	94.3	75.4	56.6	37.7
석영	1.5443	1.5534	388.1	310.0	232.8	155.2
소듐	1.5854	1.3369	62.3	49.8	37.4	24.9
토말라이트	1.669	1.638	247.0	197.7	148.3	98.8

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 종래의 레이저 투사 영상 장치에 복굴절 물질(90)을 구비하여 이중 주사를 가능하게 함으로써, 차세대 HDTV와 같은 고화질의 대형 영상을 제공하는 것이 용이하다.

Claims (9)

1. 광원인 레이저 빔과;

   상기 레이저 빔을 원형편광으로 변환시키는 편광변환판(80)과;

   상기 편광변환된 레이저 빔을 두 개의 레이저 빔으로 분리해 각각 굴절시키는 복굴절 물질(90)과;

   상기 분리된 레이저 빔을 변조시키기 위한 광 변조기(100)와;

   상기 광 변조기 내부에 위치한 두 개의 광 변조기 전극(150)과;

   상기 광 변조기 전극에 고주파를 제공하는 RF 구동 회로부(300)와;

   상기 광 변조기에서 변조된 두 개의 분리된 빔을 스크린에 주사하는 주사부(200)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는, 복굴절 물질을 이용한 레이저 투사 영상 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 복굴절 물질(90)은 편광 변환판(80)에 의해 편광이 원형으로 변환된 레이저 빔의 방향에 대해 비스듬히 경사지게 배치된 것을 특징으로 하는, 복굴절 물질을 이용한 레이저 투사 영상 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 복굴절 물질(90)은 편광 변환판(80)에 의해 편광이 원형으로 변환된 레이저 빔을 상이한 굴절각의 정상빔과 이상빔으로 분리하여 굴절시키는 것을 특징으로 하는, 복굴절 물질을 이용한 레이저 투사 영상 장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 광 변조기(100) 내부에 두 개의 광 변조기 전극을 가지는 것을 특징으로 하는, 복굴절 물질을 이용한 레이저 투사 영상 장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 복굴절 물질(90)은 두께 (t)와 입사각 (θ_i)를 변화시킴으로써, 이중주사되는 빔 사이의 수직거리 (d)를 조절 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 ,복굴절 물질을 이용한 레이저 투사 영상 장치.
6. 제 3항에 있어서, 상기 복굴절물질(90)로 방해석, 소듐, 질산염, 석영, 토말라이트(tourmalite) 가운데 하나를 사용하는 것이 특징인, 복굴절 물질을 이용한 레이저 투사 영상 장치.
7. 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 상기 복굴절물질(90)로 방해석, 소듐, 질산염, 석영, 토말라이트(tourmalite) 가운데 하나를 사용하는 것이 특징인, 복굴절 물질을 이용한 레이저 투사 영상 장치.
8. 레이저 영상 투사장치에 있어서, 영상의 해상도를 증가시키기 위해 복굴절물질(90)을 이용하여 빔을 정상빔과 이상빔으로 분리하는 단계;

   상기 정상빔과 이상빔을 광 변조기(100)에서 변조시키는 단계;

   상기 변조된 빔들을 주사부(200)로 보내서 이중주사하여 고화질 영상을 얻는 단계;을 포함하여 이루어지는 것이 특징인, 복굴절 물질을 이용한 레이저 투사 방법.
9. 제 8항에 있어서, 상기 복굴절물질(90)로 방해석, 소듐, 질산염, 석영, 토말라이트(tourmalite) 가운데 하나를 사용하는 것이 특징인, 복굴절 물질을 이용한 레이저 투사 방법.