KR20030031174A

KR20030031174A - 복수의 레이저 빔의 레이저 미스얼라인먼트를 검출 및정정하기 위한 효율적인 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20030031174A
Application number: KR10-2003-7003039A
Authority: KR
Inventors: 에드워드 더블유. 매튜스
Original assignee: 소니 일렉트로닉스 인코포레이티드
Priority date: 2000-08-30
Filing date: 2001-08-15
Publication date: 2003-04-18
Also published as: CN1250935C; JP5392958B2; EP1328773B1; EP1328773A1; AU2001290537A1; WO2002018870A1; US6424412B1; JP2004507751A; KR100832182B1; EP1328773A4; CN1471624A; EP1328773B8

Abstract

복수의 레이저 빔과 관련된 하나 이상의 개개의 컴포넌트 빔(16, 18, 20)의 광축으로부터 이탈을 검출하기 위한 시스템이 제공된다. 특정 실시예에서는, 시스템은, 복수의 빔의 각 컴포넌트 빔의 검출된 이탈을 자동 정정(14)하는 메커니즘을 포함한다. 픽 오프 콜리메이팅 렌즈 또는 빔 스플리터(36) 등의 빔 픽 오프 장치는 복수의 분리된 빔을 나타내는 복수의 빔의 샘플을 컬러 휠(90)로 리다이렉팅한다. 빔 스플리터(98)는 분리된 컴포넌트 빔을 제1 분할 빔(100) 및 제2 분할 빔(102)으로 분할하여 제1 검출기(7)에서 종료되는 제1 광 경로 및 제2 검출기(72)에서 종료되는 제2 광 경로를 따라 제1 분할 빔 및 제2 분할 빔을 각각 향하게 한다. 제1 및 제2 광 경로의 길이는 소정 거리만큼 서로 다르다. 컴퓨터(92) 상에서 실행되는 소프트웨어는 소정의 거리를 참조하여 제2 검출기에 기초하여 제2 분할 빔의 위치에 대한 제1 검출기 상의 제1 분할 빔의 상대 위치를 비교하고, 그에 응답하여 빔 이탈 신호를 제공한다.

Description

복수의 레이저 빔의 레이저 미스얼라인먼트를 검출 및 정정하기 위한 효율적인 시스템 및 방법{EFFICIENT SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING AND CORRECTING LASER MISALIGNMENT OF PLURAL LASER BEAMS}

다수의 레이저 빔은 영화관에서의 전후방 투사 디바이스, 가정용 씨어터(theater) 시스템, 자동차 및 우주선 조종석용 헤드업(head-up) 디스플레이, 및 설계 워크스테이션을 포함한 다양한 요구 어플리케이션에 이용된다. 이런 어플리케이션은 최대 디스플레이 품질을 위해 다수의 레이저 빔의 정확한 동축 정렬을 종종 필요로 한다. 전형적으로, 다수의 빔들 각각은 다른 주파수에 있다.

바람직하지 않은 레이저 빔 이탈(deviation)은, 빔 미스얼라인먼트가 이미지 품질을 크게 열화시키는 투사 디스플레이 어플리케이션에서 특히 문제가 된다. 레이저 투사 시스템에서, 광학 컴포넌트들은 시간에 대한 쉬프트와, 대응하는 바람직하지 않은 레이저 빔 경로 이탈을 생성하여 디스플레이 품질을 열화시킨다. 소비자는 신뢰성 있는 고품질 디스플레이를 필요로 한다.

예시적인 투사 디스플레이 시스템은 적색, 청색 및 녹색 레이저 빔을 포함하는 다수의 동축 레이저 빔을 포함한다. 제어기는 이미지 정보를 이용하여 하나 이상의 광 변조기들 및 스캐너에 제공되는 제어 신호를 생성한다. 광 변조기들은 제어기로부터 수신된 제어 신호에 따라서 각각의 빔 강도를 선택적으로 변조하여 다수의 동축 빔들의 전체 컬러를 조절한다. 스캐너(투사 옵틱스(optics))는 변조된 빔을, 소정의 스크린 위치에서 도트(픽셀)을 형성하는 스크린에 투사한다. 전체 스크린을 스캐닝하고, 광 변조기들 및 연관된 제어 신호를 통해 각 픽셀의 컬러를 선택적으로 제어함에 의해, 원하는 이미지 정보가 디스플레이된다.

원하는 광축에 대한 동축 빔의 미스얼라인먼트는 스크린상의 빔 수렴을 열화시켜 이미지 품질을 열화시킨다. 더욱이, 빔 미스얼라인먼트는 광 변조기 입력면들의 적당한 조사를 방해하여 디스플레이 밝기 및 이미지 아티팩트를 감소시키며, 정확한 비균일 정정(non-uniformity correction)을 방해하여 스크린 강도에서 바람직하기 않은 픽셀-대-픽셀 이탈을 가져온다.

다수의 빔을 이용하는 레이저 어플리케이션은 비교적 신규하고, 복수의 레이저 빔을 자동적으로 정렬하기 위한 빔 배향 시스템이 더디게 개발되고 있다. 각각의 레이저 빔을 소정의 광축에 정렬시키기 위한 시스템 및 방법이 공지되어 있다. 불행하게도, 기존의 시스템은 일반적으로 빔 미스얼라인먼트를 정확하고 자동적으로 검출할 수 없으며, 다수의 레이저 빔 또는 가깝게 이격된 평행 빔의 세트들을 재정렬할 수 없다.

따라서, 레이저 빔 미스얼라인먼트를 자동적으로 검출하고 정정하기 위한 효율적인 시스템 및 방법이 요구되고 있다. 또한, 소정의 광축을 따라서 방향을 두는 복수의 빔의 미스얼라인먼트를 효율적이며 자동적으로 검출하고 정정할 수 있는 시스템이 필요하게 되었다.

<발명의 요약>

본 발명은 복수의 빔의 미스얼라인먼트를 검출하기 위한 시스템에 대한 기술적인 필요를 지향하게 된다. 예시적인 실시예에서, 본 발명의 시스템은 레이저 프로젝터를 사용하는데 적응된다. 이 시스템은 복수의 빔으로부터 개별 컴포넌트 빔을 자동적으로 선택 분리하며, 이에 응답하여 출력으로서 개별 컴포넌트 빔 각각을 제공하기 위한 제1 메카니즘을 포함한다. 제2 메카니즘은 제1 메카니즘으로부터 출력된 개별 컴포넌트 빔의 원하는 광축에 대한 미스얼라인먼트를 검출한다.

더욱 구체적인 실시예에서, 시스템은 검출된 미스얼라인먼트를 자동적으로 정정하기 위한 메카니즘을 포함한다. 제1 메카니즘은 복수의 빔을 샘플링하며 이에 응답하여 분리된 복수의 빔을 제공하기 위한 메카니즘을 포함한다. 샘플링 메카니즘은 콜리메이팅(collimating lens) 렌즈 또는 픽오프 빔 스플리터(pick-off beam splitter)를 포함한다. 개별 컴포넌트 빔은 적색, 청색 및 녹색 빔을 포함한다. 컬러 휠은 분리된 복수의 빔으로부터 적색, 청색 및/또는 녹색 빔을 선택적으로 분리하며, 이에 응답하여 분리된 컴포넌트 빔을 출력으로서 제공한다. 빔 스플리터는 분리된 컴포넌트 빔을 제1 및 제2 분할(split) 빔으로 분할하고, 제1 및 제2 분할 빔을 제1 및 제2 광경로 각각에 따라 향하게 한다. 제1 광 경로는 제1 검출기에서 종료되며, 제2 광 경로는 제2 검출기에서 종료된다. 제1 및 제2 광 경로들의 길이는 소정 거리 만큼 다르다. 제1 제어 알고리즘은 상기 소정 거리를 참고하여 제1 검출기 상의 제1 분할 빔의 상대적인 위치와 제2 검출기 상의 제2 분할 빔의 위치를 비교하고, 이에 응답하여 빔 이탈 신호를 제공한다. 제2 제어 알고리즘은 빔 이탈 정정 시스템을 기동하여, 분리된 빔과 연관된 빔 이탈 신호에 의해 나타난 빔 이탈에 대한 복수의 빔을 정정한다.

제1의 선택적인 실시예에서, 제1 광 경로는 제1 전기 제어가능한 셔터를 통과하며, 제1 반사기로부터 반사되고, 빔 스플리터를 다시 통과하여, 단일 검출기의 표면을 통과하게 된다. 제2 광 경로는 제2 전기 제어가능한 셔터를 통과하며, 제2 반사기로부터 반사되고, 빔 스플리터를 다시 통과하여 단일 검출기의 표면을 통과하게 된다. 제2 메카니즘은 제어 신호를 제공하여 제1 및 제2 전기 제어가능한 셔터를 통해 제1 및 제2 분할 빔을 선택적으로 셔터하여, 단일 검출기의 표면상에 제2 및 제2 스폿을 각각 생성하는 컴퓨터를 포함한다. 컴퓨터는 제1 및 제2 스폿의 위치들을 분석하여 분리된 빔과 연관된 빔 이탈 또는 미스얼라인먼트를 측정한다.

제2의 선택적인 실시예에서, 샘플을 리다이렉팅(redirecting)하기 위한 메카니즘은 제1 경로를 따라 복수의 빔의 제1 샘플(들)을, 그리고 제2 경로를 따라 복수의 빔의 제2 샘플(들)을 각각 리다이렉팅하기 위한 제2 픽오프 빔 스플리터와 직렬로 된 제2 픽오프 빔 스플리터를 포함한다. 제1 경로는 제1 컬러 휠을 통과하고 제1 검출기의 표면상에서 종료된다. 제2 경로는 제2 컬러 휠을 통과하고 제2 검출기의 표면상에서 종료된다. 제1 및 제2 경로들은 소정의 다른 길이를 가진다. 제어기는 제1 및 제2 컬러 휠을 제어하며, 제1 및 제2 컬러 휠로부터 출력된 분리된 빔과 연관된 빔 미스얼라인먼트를 계산한다.

본 발명의 신규한 설계는 복수의 레이저 빔의 개별 컴포넌트 빔이 빔 위치 및 소정의 광축으로부터의 배향 이탈에 대해 자동적이며 선택적으로 분리되고 분석되게 하는 제1 메카니즘에 의해 용이하게 된다. 컴포넌트 빔 이탈이 검출된 후, 이것이 정정되어, 정확하게 정렬된 복수의 빔이 생성된다. 결과적으로, 본 발명의 복수의 빔 이탈 검출 및 정정 시스템을 채용함에 의해, 복수의 정확하게 정렬된 레이저 빔을 요구하는 레이저 투사 시스템 및 다른 어플리케이션의 부가는 보다 효율적이며 신뢰성 있게 동작할 수 있다.

본 발명은 레이저에 관한 것으로, 특히 투사 디스플레이 및 다른 레이저 시스템과 같은 다수의 레이저 빔을 채용한 시스템에서 빔 미스얼라인먼트를 검출하고 정정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 교시에 따라 구성된 신규한 다수의 빔 이탈 검출 시스템 및 이탈 정정 시스템을 구비한 레이저 투사 시스템을 도시한 도.

도 2는 본 발명의 교시를 따라 구성된 시퀀셜 레이저 투사 시스템을 도시한 도.

도 3은 도 1 및 2의 다수의 빔 이탈 검출 시스템에 의해 채용된 빔 이탈 원리를 예시하는 도.

도 4는 도 1 및 2의 다수의 빔 이탈 검출 시스템을 예시한 상세도.

도 5는 도 4의 다수의 빔 이탈 검출 시스템의 제1의 선택적인 실시예를 예시한 도.

도 6은 도 4의 다수의 빔 이탈 검출 시스템의 제2의 선택적인 실시예를 예시한 도.

도 7은 도 4-6의 빔 이탈 검출 시스템에 의해 검출된 이탈 효과를 예시하는 중첩(super-imposed) 검출기 표면들을 도시한 도.

도 8은 도 4-6의 다수의 빔 이탈 검출 시스템 및 정정 시스템에 의해 구현되는 방법을 도시한 플로우챠트.

본 발명이 특정 어플리케이션에 대한 예시적인 실시예를 참고로 이하 설명되고 있지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 기술 분야의 당업자에게는 본 발명의 단일성 범위에 있는 부가적인 분야 및 범위 내에서의 실시예, 부가적인 변형 및 어플리케이션을 인식할 수 있다.

도 1은 본 발명의 교시에 따라 구성되는 신규한 다수의 빔 이탈 검출 시스템(12) 및 이탈 정정 시스템(14)을 구비한 레이저 투사 시스템(10)을 도시한다. 간략화를 위해, 전력원 및 이미지 입력 디바이스 등과 같은 여러 컴포넌트들은 도 1에 도시되지 않았으나, 본 기술 분야의 당업자에게는 부가적인 필요 컴포넌트들이 어디서 그리고 어떻게 구현되는지가 공지되어 있다.

레이저 투사 시스템(10)은 적색 레이저(16), 녹색 레이저(18) 및 청색 레이저(20)를 포함하며, 이는 제1의 조사 옵틱스 세트(optics)(22), 제2의 조사 옵틱스 세트(24) 및 제3의 조사 옵틱스 세트(26)를 각각 제공한다. 제1의 조사 옵틱스 세트(optics)(22), 제2의 조사 옵틱스 세트(24) 및 제3의 조사 옵틱스 세트(26)는 적색 광 변조기(28), 녹색 광 변조기(30) 및 청색 광 변조기(32) 각각에 출력을 제공한다. 광 변조기(28, 30 및 32)는 빔 결합기(34)에 출력을 제공한다. 빔 결합기(34)는 대략 유사한 광축을 따라 향하는 다수의 빔을, 대략 동축인 다수의 빔을 제공하는 픽오프 렌즈(36)에, 또한 빔 이탈 검출 시스템(12)에, 그리고 빔 이탈 정정 시스템(14)에 출력한다. 빔 이탈 검출 시스템(12)은 빔 이탈 정정 시스템(14)과 통신한다. 원하는 광축으로부터의 컴포넌트 빔 미스얼라인먼트 또는 이탈에 대해 정정된 다수의 대략적인 동축 빔은 투사 옵틱스(38)에 입력된다. 제어기(40)는 입력으로서 디스플레이 데이터(42)를 수신하며, 제어 입력을 광 변조기(28, 30 및 32)에, 그리고 투사 옵틱스(38)에 제공한다. 투사 옵틱스(38)는 대략 동축인 다수의 빔을 디스플레이 스크린(44)에 출력한다.

다수의 빔이 여러 평행 컴포넌트 빔을 구비한다 할지라도, 이하 설명되는 레이저 투사 어플리케이션은 컴포넌트 빔이 다수의 빔의 원하는 축에 대응하는 대략 유사한 광축을 따라 주행되는 다수의 빔을 정형적으로 채용한다. 전형적으로, 이하 설명되는 레이저 투사 어플리케이션에서, 다수의 빔은 하나 이상의 컴포넌트 빔이 픽오프 렌즈(36)와 같은 본 발명에 의해 채용된 여러 광 디바이스들의 입력 표면을 빗맞히게 하기 위하여 원하는 광축으로부터 크게 이탈되지 않는다.

동작시, 조사 옵틱스들(22, 24 및 26)은 광 변조기들(28, 30 및 32) 각각에 대한 입력 준비로 적색, 녹색 및 청색 레이저들(16, 18 및 20) 각각으로부터의 적색, 녹색 및 청색 레이저 광을 성형한다. 적색, 녹색 및 청색 빔은 광 변조기들(28, 30 및 32)에 의해 수신된 레이저 에너지를 최대화하기 위하여 통상 광 변조기들(28, 30 및 32)의 입력 면들의 크기에 따라서 조사 옵틱스(22, 24 및26) 각각에 의해 성형된다.

제어기(40)는 광 변조기들(28, 30 및 32)을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하기 위하여 디스플레이 데이터(42)를 채용한다. 제어 신호는 광 변조기들(28, 30 및 32)에 명령을 내려 디스플레이될 이미지 데이터(42)에 따라서 적색, 녹색 및 청색 레이저 빔의 강도 프로파일을 선택적으로 조절 또는 변조하게 한다. 변조된 레이저 빔은 대략 유사한 광축을 갖는 다수의 빔으로 빔 결합기(34)에 의해 결합된다.

디스플레이 데이터(42)는 전형적으로 다른 컬러의 픽셀들로 분할된다. 적색, 녹색 및 청색 빔 각각의 강도 프로파일을 광 변조기들(28, 30 및 32) 각각을 통해 개별적으로 제어함에 의해, 주어진 픽셀의 컬러가 구축되고 빔 결합기(34)에 의해 출력된 결합된 다수의 빔의 컬러에 대응된다.

빔 결합기(34)에 의해 출력된 변조된 다수의 빔의 작은 부분은 픽오프 렌즈(36)를 통해 픽오프되고 리다이렉트되거나 샘플링되어, 빔 이탈 검출 시스템(12)에 전송된다. 다수의 빔의 나머지 부분은 빔 이탈 검출 시스템(14)에 입력된다.

본 기술 분야의 당업자는 빔 스플리터와 같은 픽오프 렌즈(36) 이외의 다른 메카니즘이 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 빔 결합기(34)의 출력의 일부를 픽오프하는데 채용될 수 있음을 이해할 것이다. 더욱이, 픽오프 렌즈(36)에 의해 픽오프된 다수의 빔의 에너지의 일부는 특정 어플리케이션용이며, 주어진 어플리케이션의 필요를 만족시키기 위하여 본 기술 분야의 당업자에 의해 결정될 수 있다.

빔 이탈 검출 시스템(12)은 적색 레이저 컴포넌트, 녹색 레이저 컴포넌트 및/또는 청색 레이저 컴포넌트가 다수의 빔과 연관된 하나 이상의 소정의 바람직한 광축에 적절히 정렬되는지 여부를 판정하기 위하여 픽오프된 다수의 빔을 분석한다. 적색, 녹색 또는 청색 컴포넌트 중 어느 하나가 하나 이상의 원하는 광축으로부터 이탈되는 양은 빔 이탈 검출 시스템(12)에 의해 결정되며, 이는 이에 응답하여 빔 이탈 정정 시스템(14)에 제어 신호를 제공한다. 빔 이탈 정정 시스템(14)은 각각의 컴포넌트 빔의 광축을 조절하여, 빔 이탈 검출 시스템(12)에 의해 특정된 다수의 빔의 하나 이상의 원하는 광축들로부터 바람직하지 않은 컴포넌트 빔 이탈을 삭제한다.

폐루프 피드백 경로는 빔 이탈의 소거를 용이하게 하기 위하여 빔 이탈 검출 시스템(12)과 빔 이탈 정정 시스템(14) 사이에 존재한다. 본 기술 분야의 당업자는 빔 이탈 검출 시스템(12) 및 빔 이탈 정정 시스템(14)에 의해 구현된 빔 얼라인먼트 제어 시스템이 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 폐루프 제어 방법 보다 개방 루프 방법을 통해 구현될 수 있음을 이해할 것이다.

다수의 빔이 하나 이상의 원하는 광축과 적절히 정렬된 후, 정렬된 다수의 빔은 투사 옵틱스(38)에 출력된다. 투사 옵틱스(38)는 다수의 빔을 디스플레이 스크린(44)상으로 향하게 한다. 투사 옵틱스(38)가 디스플레이 스크린(44)을 빠르게 스캔하면서 광 변조기들(28, 30 및 32)은 디스플레이 스크린(44)에 디스플레이될 원하는 이미지를 가져오는 결합된 다수의 빔의 컬러를 조절한다. 따라서, 투사 옵틱스(38)를 통해 디스플레이 스크린(44)에 대해 변조된 다수의 빔을 선택적으로 배향하며, 제어기에 의해 수신된 이미지 정보에 따라서 광 변조기(28, 30 및 32)를 통해 다수의 빔을 변조함에 의해, 원하는 이미지가 스크린(44)상에 디스플레이된다.

레이저들(16, 18 및 20), 조사 옵틱스들(22, 24 및 26), 광 변조기들(28, 30 및 32), 빔 결합기(34), 픽오프 렌즈(36), 제어기(40), 투사 옵틱스(38), 및 디스플레이 스크린(44)의 구성은 공지되어 있다. 예컨대, 투사 옵틱스(38)는 제어기(40)로부터 제어 신호를 수신하는 모터(도시 안됨)에 의해 그 배향이 제어되는 제1 및 제2 회전축을 갖는 제1 및 제2 미러(도시 안됨)에 의해 제공되는 2도 정도의 자유도(two degrees of freedom)로 스캐너를 통해 구현될 수 있다. 예시적인 스캐너는 이하 참고로 본 명세서에 합체된 미국특허(USP No. 4,213,146, SCANNING SYSTEM FOR LIGHT BEAM DISPLAYS)에 개시된다.

본 발명의 바람직한 실시예는 Silicon Light Machine(사)에 의해 제조된 그레이팅 광값(grating light value; GLV)을 이용한다. 이런 변조기들은 대략 폭 1인치, 길이 25마이크론의 빔을 요구한다. 이들 변조기들은 www.siliconlight.com에서 상용가능한 서류와 참고로 본 명세서에 합체된 미국특허 제5,841,579호에 상세히 개시된다. 빔 이탈 검출 시스템(12) 및 빔 이탈 정정 시스템(14)은 이하 보다 상세히 설명된다.

도 2는 본 발명의 교시에 따라 구성된 시퀀셜 컬러 변조기 투사기(50)를 도시한다. 투사기(50)에서, 적색 레이저(16), 녹색 레이저(18) 및 청색 레이저(20)는 빔 결합기(34)로 향하는 대응하는 적색, 녹색 및 청색 출력 빔을 제공한다. 빔결합기(34)의 출력은 픽오프 렌즈(36)에 입력되는 적색, 녹색 및 청색 빔을 포함하는 다수의 빔이다. 픽오프 렌즈(36)의 출력은 빔 이탈 검출 시스템(12) 및 빔 이탈 정정 시스템(14)에 제공된다. 빔 이탈 정정 시스템(14)의 출력은 적색, 녹색 및 청색 빔을 조사 옵틱스(54)에 연속적으로 출력하는 컬러 분리기(52)에 입력된다. 조사 옵틱스(54)는 성형된 적색, 녹색 및 청색 빔을 시퀀셜 광 변조기들(56)에 연속적으로 출력한다. 시퀀셜 광 변조기(56)의 출력은 시퀀셜 투사 옵틱스(58)에 입력된다. 제어기(40)는 디스플레이 데이터(42)를 수신하며 대응하는 제어 신호를 시퀀셜 광 변조기(56) 및 시퀀셜 투사 옵틱스(58)에 제공한다.

동작시, 빔 이탈 검출 시스템(12) 및 빔 이탈 정정 시스템(14)은 빔 결합기(34)로부터 출력된 다수의 빔의 원하는 광축으로부터의 소정의 컴포넌트 빔 미스얼라인먼트를 각각 검출 및 정정한다. 정정된 다수의 빔은 컬러 휠 또는 관련된 메카니즘을 통해 적색, 녹색 및 청색 빔을 연속적으로 분리하는 컬러 분리기(52)에 제공된다. 조사 옵틱스(54)는 출력된 적색, 녹색 및 청색 빔을 연속적으로 성형하며, 성형된 빔을 시퀀셜 광 변조기(56)에 제공한다. 시퀀셜 광 변조기(56)는 제어기(40)로부터 수신된 제어 신호를 통해 나타난 바와 같이 제어기(40)에 의해 수신된 디스플레이 데이터(42)에 따라서 수신된 적색, 녹색 및 청색 빔을 연속적으로 변조한다. 시퀀셜 투사 옵틱스(58)는 개별 적색, 녹색 및 청색 빔을 디스플레이 스크린(44)상에 연속적으로 투사하여 원하는 이미지를 디스플레이한다.

본 기술 분야의 당업자는 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 레이저들(18, 19 및 20)이 발광 다이오드 및 콜리메이터와 같은 빔을 생성하기 위한 다른 메카니즘과 대체될 수 있음을 이해할 것이다.

도 3은 도 1 및 2의 다수의 빔 이탈 검출 시스템(12)에 의해 채용된 빔 이탈 원리를 설명하는 도이다. 도 3은 편향된 컴포넌트 빔(80 및 82)을 각각 구비한 제1 및 제2의 동일한 세트의 다수의 빔(76, 78)를 투사하는 다수의 빔원(74)으로부터 다른 거리에서 제1 검출기(70) 및 제2 검출기(72)의 표면상에서 컴포넌트 빔 분리의 차이를 설명한다. 컴포넌트 빔(80, 82)은 대응하는 원하는 빔축(84, 86) 각각으로부터의 각도만큼 편향된다.

제2 검출기(72)는 다수의 빔 발생기(74)로부터 2x의 거리에 위치하며, 제1 검출기(70)는 다수의 빔 발생기(74)와 제2 검출기(72) 사이의 거리에 절반인 다수의 빔 발생기(74)로부터 x의 거리에 위치한다. 결과적으로, 제1 검출기(70)의 표면에서, 제1 편향된 빔(80)의 중심은 대응하는 원하는 광축(84)으로부터 y의 거리만큼 이탈된다. 제2 검출기(72)의 표면상에서 제2 편향 빔(82)의 이탈은 제1 검출기(70)의 표면상에서 제1 편향 빔(80)의 이탈에 2배인 2y이다. 편향각(deflection angle)은 제1 편향빔(80) 및 제2 편향빔(82)에 대해서 동일하다. 결과적으로, 검출기들(70, 72)의 표면상에서 편향빔(80, 82)의 이탈 거리(y, 2y)의 비율은 다수의 빔 발생기(74)로부터의 거리(x, 2x)에 비례한다. 따라서, y/x = 2y/2x =tan 이다.

제1 검출기(70) 및 제2 검출기(72)로부터의 정보가 중첩된다면, 중첩된 검출기의 표면은 원하는 광축으로부터 벗어나서 위치하는 2개의 이탈 도트(deviating dot)를 가진다. 하나의 도트는 제1 편향 빔(80)과 연관된 편향에 대응하며, 다른도트는 제2 편향 빔(82)과 연관된 편향에 대응한다. 제1 도트는 제2 편향 도트와 원하는 광축 사이의 절반 위치에 있게 된다. 제1 편향빔(80)이 제2 편향빔(82)의 절반만큼 주행한다는 사전 지식에 의해, 원하는 광축에 수직한 면에 대한 2차원 공간에서 빔이 편향되는 각도는 쉽게 계산된다.

단지 1차원의 빔 이탈, 예컨대 단지 각 이탈이 존재한다면, 단지 하나의 검출기는 이탈각( =arctan(y/x))을 계산하도록 요구된다. 그러나, 빔은 원하는 광축에 수직한 평면에 대해 2차원으로 이탈한다. 예컨대, 빔은 원하는 광축에 평행하게 오프셋된다. 결과적으로, 제2 검출기는 빔 이탈을 정확하게 특정하기 위하여 부가적인 자유도를 제공하는 것이 요구된다. 비록 바람직한 실시예가 2개의 검출기들을 사용한다 할지라도, 임의의 수의 검출기가 사용될 수 있다.

도 1 및 2의 빔 이탈 검출 시스템(12)은 다수의 레이저빔으로부터 컴포넌트 적색, 녹색 및 청색 빔을 연속적으로 분리하며, 각각의 컴포넌트 빔을 다른 길이의 2개의 경로로 분할한다. 다른 길이의 빔 경로는 이하 보다 상세히 논의되는 바와 같이, 다수의 빔과 연관된 하나 이상의 원하는 축으로부터 주어진 컴포넌트 빔의 이탈을 계산하도록 채용되는 다른 빔 편향 위치들을 생성한다.

도 4는 도 1의 다수의 빔 이탈 검출 시스템의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명한 도이다. 간략화를 위하여, 다양한 컴포넌트들은 도 1에 도시되지는 않았지만, 본 기술 분야의 당업자는 부가의 필수 컴포넌트들이 어디서 그리고 어떻게 구현되는지 알 수 있을 것이다.

픽오프 렌즈(36)는 다수의 빔 이탈 검출 시스템(12)의 컬러 휠(90)에 입력되는 다수의 빔의 작은 부분을 분할(split off)한다. 나머지 빔은 픽오프 렌즈로부터 출력되며 빔 이탈 정정 시스템(14)에 입력된다. 비록 빔 정정이 픽오프 후에 일어나는 것으로 이하 논의된다고 할지라도, 이런 정정이 빔 픽오프 이전에 보다 이롭게 적용될 수 있음을 이해해야 한다. 부가적으로, 본 발명의 하나의 실시예는 다수의 빔 디바이스를 제조시 공장에서 빔 미스얼라인먼트 검출 및 정정을 수행한다. 이런 후자의 경우에, 미스얼라인먼트 검출 또는 정정 회로는 상용 디바이스에 포함되지 않는다.

컬러 휠(90)은 컬러 휠 제어기(94) 및 빔 정정 제어기(96)를 구비한 컴퓨터(92)로부터 제어 입력을 수신한다. 제어기(94 및 96)는 소프트웨어로 구현될 수 있다. 컬러 휠(90)은 컴퓨터(92)상에서 동작하는 컬러 휠 제어기(94)로부터의 제어 신호에 응답하여 수신된 다수의 빔으로부터 적색 빔, 청색 빔 및 청색 빔을 택일적으로 분리한다. 컬러 휠(90)은 단일 빔을 제1 빔 경로(100) 및 제2 빔 경로(102)로 분할하는 빔 스플리터(98)로 하나의 빔을 한번에 출력한다. 제1 빔 경로(100)는 빔을 제1 포토 검출기(70)상에 포커싱하는 포커싱 렌즈(104)를 통과한다. 제2 빔 경로(102)는 제1 빔 경로와 연관된 빔을 제2 포토 검출기(72)상에 포커싱하는 제2 포커싱 렌즈(108)를 통과한다. 다수의 빔 이탈 검출 시스템(12)의 여러 광 디바이스의 입력면들, 예컨대, 컬러 휠(90), 빔 스플리터(98) 및 검출기(70, 72)의 입력면은 입력빔의 원하는 광축에 수직하게 배향된다.

바람직한 실시예에서, 검출기들(70, 72)은 CCD(Charge-Coupled-Device) 어레이 또는 다른 초점면 어레이와 같은 검출기 어레이를 통해 구현된다.검출기들(70, 72)은 이들의 표면상에서 경로들(100, 102) 각각과 연관된 빔의 위치를 나타내는 신호를 출력한다. 각각의 검출된 빔의 중심궤적은 각각의 검출기들(70, 72)의 표면에 대해 계산되며, 컴퓨터(92)상에서 동작하는 빔 정정 제어기(96)에 제공된다. 빔 정정 제어기(96)는 검출기들(70, 72)의 표면상에서 빔의 중심궤적의 위치에 기초하여 컬러 휠(90)로부터 출력된 컴포넌트 빔의 이탈을 계산한다. 빔 정정 제어기(96)는 컴포넌트 빔을 재정렬하기 위하여 빔 이탈 정정 시스템(14)에 제공되는 적절한 제어 신호를 발생시킨다.

검출기에 대한 CCD 어레이를 사용하면 이 시스템이 비회전 대칭 빔(예컨대, 라인 빔 또는 스케어 빔)이 회전 정렬로부터 벗어나는지 여부를 검출하게 할 수 있음에 유의해야 한다.

빔 정정 제어기(96)는 검출기들(70, 72)과 통신한다. 본 특정 실시예에서, 빔 정정 제어기(96)는 컴퓨터(92)상에서 동작하는 소프트웨어로 구현된다. 빔 정정 제어기(96) 및 빔 이탈 정정 시스템(14)은 빔 이탈 정정 시스템(14)으로부터 빔 정정 제어기(96)까지의 피드백을 갖는 폐루프 제어 시스템을 구현한다. 빔 정렬 정정이 빔 이탈 정정 시스템(14)에 의해 주어진 컴포넌트 빔에서 이루어진 후, 빔 이탈 시스템(14)은 빔 정정 제어기(96)를 통해 결정된 빔 이탈의 업데이트를 요구한다. 빔 이탈 정정 시스템(14)은 이탈이 0에 도달할 때까지 조절을 계속한다. 컴포넌트 빔이 정렬된 후, 컴퓨터(92)는 컬러 휠(90)에 명령을 내려 정정을 위한 다른 빔을 분리한다.

빔 이탈 정정 시스템(14) 및 빔 정정 제어기(96)는 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 개방 루프 제어 알고리즘을 구현한다. 예컨대, 빔 이탈 정정 시스템(14) 및 빔 정정 제어기(96)로부터의 피드백은 생략된다.

빔 이탈 정정 시스템(14)은 빔이 충분한 자유도를 제공하기 위한 다른 메카니즘 또는 미러에 의해 주어진 축에 정렬되는 원리로 동작한다. 종래의 빔 정렬 시스템은 당업자가 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 본 발명을 사용하여 적응될 수 있다. 빔 이탈 정정 시스템(14)은 수신된 다수의 빔으로부터 정정을 요구하는 빔을 선택하기 위한 다른 빔 선택 시스템 또는 컬러 휠(90)을 포함한다. 빔 정정 제어기(96)로부터의 제어 신호에 의해 구동되는 통신 모터에서 수평 및 수직축을 구비한 2개의 미러는 제어 신호에 응답하여 원하는 소정의 축에 컴포넌트 빔을 정렬한다.

A Book by Gene F.Franklin, J.David Powell, and Abbas Emami-Naeini entitled FEEDBACK CONTROL OF DYNAMIC SYSTEMS, Second Edition, Published by Addison Wesley 1991에는 당업자가 빔 이탈 정정 시스템(14)에 의해 채용된 위치제어가능한 빔 정렬 미러들의 시스템을 통해 측정된 빔 이탈을 제거하기 위하여 채용되는 제어기들(94, 96)의 어플리케이션-특정 상세를 구성하는데 쉽게 적용될 수 있는 일반적인 제어 이론이 설명된다.

본 특정 실시예에서, 제1 경로(100)는 제2 경로(102)의 절반 길이이다. 당업자는 경로들(100, 102)의 길이들이 어플리케이션 특정이며 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 본 실시예에서 채용되는 2 대 1 관계와 다름을 이해해야 한다.

다수의 빔 이탈 검출 시스템(12)이 컬러 휠(90)로부터 출력된 컴포넌트 적색, 녹색 및 청색 빔의 배향 및 위치를 연속적으로 정정한다 할지라도, 본 발명은 평행한 빔 정렬을 위한 정정에 쉽게 적응될 수 있다. 이 경우, 컬러 휠은 연속적이기 보다는 평행하게 다수의 빔으로부터 적색, 녹색 및 청색 빔을 분리하기 위한 또 다른 디바이스에 의해 대체될 수 있다.

다수의 빔으로부터 컴포넌트 빔을 분리하기 위한 시스템은 당업자에 의해 개발될 수 있다. 하나 이상의 부가 빔 스플리터(도시 안됨)을 채용하며 적색, 녹색 및 청색 광 필터들을 선택적으로 위치결정하는 단순한 장치는 컬러 휠(90)에 의해 수행되는 바와 같이 평행하게 또는 연속적으로 적색, 녹색 및 청색 빔을 분리하는대 채용될 수 있다.

대안으로서, 컬러 휠(90)은 컴포넌트 빔의 분극화에 따라 컴포넌트 빔을 분리시키는 디바이스로 대체될 수 있다. 예를 들어, 역으로 분극화된 빔은 선택적으로 배치된 역으로 분극화된 필터를 통해 다수의 빔으로부터 추출될 수 있다. 예를 들어, 하나의 분극 필터는 제2 컴포넌트 빔을 차단하면서 제1 컴포넌트 빔을 통과시킬 수 있는 반면, 다른 하나의 분극 필터는 상기 제2 빔을 통과시키고 상기 제1 빔을 차단시킨다. 상기 제1 및 제2 분극 필터를 교대로 사용함으로써, 상기 제1 및 제2 빔은 관련된 다수의 빔으로부터 분리될 수 있다.

본원 발명의 권리 범위내에서, 다수의 빔이 동축(coaxial) 빔보다는 대응하는 복수의 목표한 평행 축으로 정렬된 복수의 평행 레이저 빔을 가질 수 있다는 것도 당업자에 의해 이해될 것이다. 상기 평행 빔은 단 하나의 축보다는 미리 정해진 하나 또는 복수의 목표한 광축에 정렬될 수 있다. 아울러, 본원 발명의 권리범위내에서, 빔 이탈 검출 시스템(12)이, 컬러 휠(90)을 대신하여 도2의 컬러 분리기(52) 또는 도 2의 시퀀셜 광 변조기(56)에 의해 사용되는 다른 컬러 휠(도시되지 않음)을 사용할 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.

다수의 빔 이탈 검출 시스템(12)은 주(main) 빔으로부터 정정될 빔을 분리시키기 위한 메카니즘(90) 및 목표한 축으로 대응 컴포넌트 빔을 재정렬하기 위한 메카니즘(14)을 포함한다. 빔 정정 제어기(96) 및/또는 빔 이탈 정정 시스템(14) 내에 구현되는 다른 제어기(도시되지 않음)를 통해 수행되는 제어 알고리즘이 검출된 빔 이탈을 삭제한다.

이렇게 하여, 다수의 빔 이탈 검출 시스템(12) 및 빔 이탈 정정 시스템(14)은 동일한 광축을 따라 상이한 컬러의 다수의 레이저 빔을 자동으로 정렬시킨다.

다수의 빔 이탈 정정 시스템(12)은 컬러 휠(90) 또는 유사한 디바이스, 제1 광(photo) 검출기(70), 제2 포토 검출기(72) 및 50% 빔 스플리터(98)를 사용한다. 컬러 휠(90)은 다수의 빔으로부터 각각의 컬러 빔을 순차적으로 선택한다. 다음으로, 상기 검출기들(70, 72)은 그 표면 상에서 서로에 대하여 각각의 빔의 위치를 검사한다. 상이한 간격으로 2개의 검출기들(70, 72)을 사용함으로써, 빔 위치에서의 상당량의 수평 이동 또는 각도 변화가 어떤 빔에서도 검출될 수 있다.

빔 위치 및 포인팅 검출 시스템(12)에서의 컬러 휠(90)은 축은, 동일 축을 따르지만 컬러는 상이한 다수의 빔의 위치, 포인팅 및 각도 안정도에 대해 순차적으로 모니터링하는 것을 포함한다. 컬러 휠(90)은 본원 발명의 권리 범위 내에서 다른 측정 기술과 조합될 수 있다.

도 1의 투사 시스템(10)의 특정 설계에 따라, 콜리메이팅 렌즈(36)는 분할 빔을 콜리메이트하는데 필요하거나 필요하지 않을 수도 있다. 콜리메이트된 광은 컬러 휠(90)의 일부를 조사하는데, 이것은 본 실시예에서 한 번에 하나의 컬러만이 통과되는 것을 허용한다. 컬러 휠(90)은 컴퓨터(92) 상에서 동작하는 컬러 휠 제어기(94) 또는 도 1의 투사기(10)에서의 다른 컴포넌트로부터의 동기화 신호(도시되지 않음)에 의해 제어된다.

컬러 휠(90)로부터 출력되는 컴포넌트 빔은 50%의 비분극화 빔 스플리터(98)에 이르며, 이 스플리터는 광의 절반은 통과시키고 나머지 절반은 수직 방향으로 이탈시키도록 한다. 이 결과로 형성된 빔은 포커싱 렌즈들(104, 108)에 이르며, 이 렌즈들은 개별 포토 검출기(70, 72) 상으로 광을 각각 포커싱한다. 빔 스플리터(98)와 2개의 검출기들(70, 72) 사이의 거리는 컴포넌트 빔의 각도 변화를 검출하여 컴포넌트 빔의 미스얼라인먼트를 충분히 정정할 수 있을만큼 다르다.

각각의 포토 검출기들(70, 72)은 2차원 배열이며, 광 강도 프로파일은 2차원 포인트를 제공하는 대응 전압 또는 전류 신호를 생성한다. 제1 검출기(70)에 도달하는 광은 제2 검출기(72)에 도달하는 광보다 짧은 광 경로(100)를 따른다. 결과적으로, 목표한 빔 축에 대한 컴포넌트 빔 각도의 상당한 변화는 제2 검출기(72) 상의 빔 위치의 큰 변화로서 검출된다. 광축에 평행한 경로로 빔이 이동되면, 2개의 검출기들(70, 72) 모두에서 검출된 위치 변화는 대략 동일할 것이다.

컴퓨터(92)는 결과로 얻어진 정보를 분석한다. 각각의 검출기(70, 72)에서의 빔 프로파일은 각각의 검출기 면에서의 중앙점(중심)을 계산하는데 사용된다.이 때 2 지점 사이의 라인 방정식은 빔 이탈 결정을 용이하게 하기 위해 계산될 수 있다. 이 프로세스는 각각의 컬러 빔에 대해 독립적으로 수행된다. 검출기(70, 72) 상의 중심에 관련되는 각각의 컬러의 위치를 비교함으로써, 빔이 디스플레이 스크린 상으로 집중되는 것이 측정될 수 있다. 상기 라인 방정식 및 중심 위치를 하나 이상의 기준과 비교함으로써, 상기 스크린 상의 컴포넌트 빔의 절대 위치가 계산될 수 있다. 컴포넌트 빔의 위치가 변화되는 경우, 컴퓨터(92)는 빔의 위치 및/또는 방향을 정정하기 위해 빔 이탈 정정 시스템(14)에서 수행된 미러 시스템을 원격 제어할 수 있다.

도 5는 도 4의 다수의 빔 이탈 검출 시스템(12)의 제1의 대안적 실시예(12')를 도시하는 다이어그램이다. 입력 빔 스플리터(120)는 다수의 빔 에너지의 1%를 나타내는 부분과 같은 다수의 주 입력 빔의 부분을 분할하여, 이를 입력 콜리메이팅 렌즈(122)에 제공한다. 다수의 빔의 나머지 99%는 빔 이탈 정정 시스템(14)에 입력된다. 제1 콜리메이팅 렌즈(122)로부터 출력된 다수의 콜리메이트된 빔은 컬러 휠(90)에 입력되어, 컴퓨터(124)로부터 수신된 제어 신호에 응답하여 적색, 녹색 및 청색 성분의 빔을 선택하여 50% 빔 스플리터(98)에 순차적으로 출력한다. 컴퓨터(124)는 추가의 셔터 제어기(126)를 포함하는 것을 제외하고는 도 4의 컴퓨터(92)와 유사하다. 셔터 제어기(126)는 각각 전기적으로 제어 가능한 제1 셔터(132) 및 제2 셔터(134)를 통해 50% 빔 스플리터(98)로부터 출력된 제1 분할 빔(128) 및 제2 분할 빔(130)을 선택적으로 셔터링한다.

다수의 빔 이탈 검출 시스템(12')이 제1 모드인 경우, 제1 셔터(132)는 개방되고 제2 셔터(134)는 폐쇄된다. 제1 셔터(132)가 개방되는 경우, 제1 분할 빔(128)은 50% 빔 스플리터(98)로부터 제1 광학 경로를 따라 제1 포커싱 렌즈(108)를 지나서 제1 반사기(136)의 표면으로 이동한다. 제1 분할 빔(128)은 제1 반사기(136)에 의해 반사되어, 역으로 포커싱 렌즈(108)와 빔 스플리터(98)를 따라 제3 포커싱 렌즈(138)를 지나서 하나의 검출기(140)로 이동한다. 검출기(140)는 검출기(140) 표면에 충돌하는 분할 빔(128)의 일부를 등록한다. 다음으로, 컴퓨터(124)는 빔 정정 제어기(96)에서 구현되는 소프트웨어를 통해 검출기(140) 표면 상에 충돌(impinge) 빔의 중심 위치를 계산한다. 다음으로, 그 중심 위치는 컴퓨터(124)와 관련된 메모리(도시되지 않음)에 저장된다.

다수의 빔 이탈 검출 시스템(12')이 제2 모드인 경우, 제2 셔터(134)는 개방되는 반면에, 제1 셔터(132)는 폐쇄된다. 제2 분할 빔(130)은 제2 셔터(134)와 제2 포커싱 렌즈(104)를 지나 제2 반사기(142) 표면으로 이동한 후에, 동일 경로를 따라 50% 빔 스플리터(98)까지 역으로 이동한다. 50% 빔 스플리터(98)는 제2 분할 빔(130)의 50%를 역으로 제3 포커싱 렌즈(138)를 지나 하나의 검출기(140)의 표면으로 향하게 한다. 검출기(140)는 충돌 빔을 등록하고 이에 응답하여 컴퓨터(124)에 신호를 제공한다. 다음으로, 컴퓨터는 표준 중심 계산 방법을 이용하여 검출기(140)의 표면 상에 충돌 빔의 중심 위치를 계산한다.

제1 분할 빔(128)이 이동하는 광학 경로의 길이는 제2 분할 빔(130)이 이동하는 광학 경로의 길이와 소정의 거리만큼 차이가 있다. 제2 분할 빔(130)에 대응하는 빔의 중심 위치는 컴퓨터(124)의 메모리(도시되지 않음)에 사전에 저장된 제1분할 빔(128)에 관련된 중심 위치와 비교된다. 빔 정정 제어기(96)에 의해 비교가 수행된다. 빔 정정 제어기(96)는 목표한 광축으로부터 컬러 휠(90)로부터 출력된 컴포넌트 빔의 이탈을 계산한다. 상기 이탈은 검출기(140) 표면 상의 중심 위치 및 제1 분할 빔(128)과 제2 분할 빔(130)과 관련된 경로 길이 차의 함수이다. 다음으로, 계산된 빔 이탈은 빔 정정 제어기(96)로부터 수신된 제어 신호에 응답하여 빔 이탈 정정 시스템(14)에 의해 삭제된다. 컬러 휠 제어기(94)는 컬러 휠(90)의 출력을 제어하고 다수의 입력 빔 중 어떠한 컴포넌트 빔의 정렬을 위해 선택할 지를 결정한다.

논의를 위해, 컬러 휠이라는 용어는 컴포넌트 빔 컬러에 기초하고, 컬러 휠 제어기(94)와 같은 제어기로부터 수신된 제어 신호에 응답하여 다수의 컬러 빔을 포함하는 다수의 빔의 각각의 컴포넌트 빔을 선택적으로 출력할 수 있는 모든 메카니즘을 가리킨다. 본 발명을 이용하는 당업자는 용이하게 이러한 디바이스를 구현하거나, 현재의 디바이스를 수정하거나, 디바이스가 이러한 기능을 수행하도록 할 수 있다.

당업자는 제1 포커싱 렌즈(108) 및 제2 포커싱 렌즈(104)가 본 발명의 권리범위 내에서 생략될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 아울러, 50% 빔 스플리터(98)는 본 발명의 권리범위 내에서 40-60% 빔 스플리터와 같은 다른 빔 스플리터로 대체될 수 있다.

컬러 휠(90)은 이하에서 보다 상세하게 논의되는 바와 같이 다른 위치 검출 장치로 사용될 수 있다. 아울러, 포토 검출기의 수는 바뀔 수 있다. 하나의 포토검출기만이 사용되는 경우, 검출기의 경로 길이를 변화시키는 임의의 수단이 요구될 수 있다. 도 5에서 도시된 구성에서, 한쌍의 셔터(132, 134)는 빔(128, 130)과 관련된 상이한 길이를 갖는 2개의 경로 중 하나를 선택적으로 차단하기 위해 사용된다.

보다 세밀한 측정을 위해, Mach-Zender와 같은 간섭계(interferometer : 도시되지 않음)가 컬러 휠(90) 이후에 사용될 수 있다. 간섭계는 그 프린지(fringe)가 검출될 수 있는 간섭 패턴을 생성한다. 레이저 빔의 상대적 위상에 대한 모든 변화는 이에 따른 프린지 패턴의 이동을 초래하며, 빔 위치 및/또는 포인팅의 계산 및 목표한 광축으로부터의 빔 이탈에 대한 대응 결정을 용이하게 한다.

당업자는 본 발명의 권리범위 내에서 하나 이상의 컴포넌트 빔이 컬러 휠(90) 또는 유사한 메카니즘을 통해 분리된 후에, 단 하나의 빔의 미스얼라인먼트를 정정하기 위한 다양한 통상의 빔 이탈 검출 및 얼라인먼트 시스템(도시되지 않음)이 적절하게 수정되어 본 실시예에서 기술되는 시스템을 대신하여 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

이렇게 하여, 빔 이탈 검출 시스템(12')의 대안적 구성은 2개의 원격-제어 셔터(132, 140), 2개의 예비 반사 표면(미러 : 136, 142) 및 단 하나의 검출기(140)를 채택한다. 일부 애플리케이션에 대해서는 제1 콜리메이팅 렌즈(122)를 통한 다수의 픽오프(picked-off) 레이저 빔이 필요하지 않을 수도 있다. 결과로 형성된 콜리메이팅 광은 컬러 휠(90) 및 제2 비분극화 빔 스플리터(98)를 통과한다. 이러한 구성에서, 제2 빔 스플리터(98)를 떠난 2개의빔(128, 130)은 제1 또는 제2 셔터(132, 134)에 각각 이르며, 이 셔터들 중 하나만이 소정의 시간에 개방된다.

개방시, 셔터(132 또는 134)는 광이 대응하는 반사기(136 또는 142)를 각각 통과하여, 개방된 셔터(132 또는 134)를 통해 반사되고, 제2 빔 스플리터(98)를 통과한 후에, 하나의 검출기(140)로 광을 포커싱하는 제3 포커싱 렌즈(138)에 이른다. 제2 빔 스플리터(98) 및 2개의 반사 표면(136, 142) 사이의 거리는 빔의 각도 변화를 검출하기에 충분할만큼의 차이를 갖는다.

셔터(132 또는 134)의 개방을 교대로 함으로써, 빔 경로를 따르는 2개의 포인트는 도 4의 이전에 기술된 구성과 마찬가지로, 동시에 측정되기 보다는 순차적으로 측정될 수 있다.

도 6은 도 4의 다수의 빔 이탈 검출 시스템의 제2의 대안적 실시예(12")를 도시하는 다이어그램이다. 다수의 빔 이탈 검출 시스템(12")은 제2 픽오프 빔 스플리터(152)와 직렬로 배치된 제1 픽오프 빔 스플리터(150)를 포함한다. 제1 픽오프 빔 스플리터(150)의 픽오프 출력은 제1 콜리메이팅 렌즈(154)에 입력되고, 그 출력은 제1 컬러 휠(156)에 제공된다. 제1 컬러 휠(156)은 컴퓨터(92) 상에서 동작하는 컬러 휠 제어기(94)와 통신한다. 제1 컬러 휠(156)의 출력은 컴퓨터(92)에 전기적 출력을 제공하는 제1 검출기(70)의 표면으로 향한다.

제1 픽오프 빔 스플리터(150)로부터 출력된 나머지 다수의 빔은 제2 픽오프 빔 스플리터(152)에 입력된다. 제2 픽오프 빔 스플리터(152)는 제2 픽오프 빔을 제2 콜리메이팅 렌즈(158)로 출력한다. 나머지 빔은 빔 이탈 정정 시스템(14)에입력된다. 제2 픽오프 빔은 제2 콜리메이팅 렌즈에 의해 콜리메이트되어, 컴퓨터(92) 상에서 동작하는 컬러 휠 제어기(94)와 통신하는 제2 컬러 휠(160)에 입력된다. 제2 컬러 휠(160)의 출력은 컴퓨터(92)에 전기적 출력 신호를 제공하는 제2 검출기(72)의 표면으로 향한다. 컴퓨터(92)는 전술된 바와 같은 빔 이탈 정정 시스템(14)과 통신한다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 시스템에는 바람직하게는 해당 디바이스의 동작 동안 또는 그 이전에, 또는 제조시 또는 수리 또는 보수시와 같은 동작 후에 미스얼라인먼트를 검출 및/또는 정정하기 위해, 임의의 수의 검출기 및 임의의 수의 빔이 채택될 수 있다.

동작 시, 제1 컬러 휠(156) 및 제2 컬러 휠(160)은 다수의 분석용 입력 빔으로부터 동일한 컴포넌트 빔을 선택한다. 예를 들어, 제1 컬러 휠(156)이 출력으로서 청색 빔을 선택하는 경우, 제2 컬러 휠(160)은 출력으로서 청색 빔을 선택할 것이다.

제1 픽오프 검출기(150)로부터 제2 검출기(72)의 표면으로 이동하는 빔의 경로 길이는 제1 픽오프 검출기(150)의 제2 출력 표면으로부터 제2 검출기(72)의 표면으로 이동하는 빔의 경로 길이보다 짧다. 결과적으로, 컬러 휠(156, 160)에 의해 선택된 빔은 검출기들(70, 72)의 표면 상의 상이한 양만큼 편향될 것이다. 이러한 편향 또는 이탈의 특성은 빔 이탈 정정 시스템(14)에 대한 제어 신호를 발생시키고 이에 응답하여 검출된 모든 빔 미스얼라인먼트를 정정하는 빔 정정 제어기(96)에 의해 분석된다.

이렇게 하여, 제2의 대안적 실시예(12")는 2개의 컬러 휠(156, 160) 및 2개의 포토 검출기(70, 72)를 채택한다. 검출기들(70, 72)에 도달하는 빔은 제1 픽오프 빔 스플리터(150) 및 제2 픽오프 빔 스플리터(152)에 대응하는 2개의 상이한 포인트에서 다수의 빔으로 분리된다. 이러한 2개의 포인트는 검출기들(70, 72)와 해당 컴퓨터(92)가 위칙 및 각도 빔 이탈을 정확하게 측정할 수 있을 정도로 충분히 분리된다.

도 7은 수평 x-y 평면으로부터의 45도 및 목표한 y-z 평면으로부터의 45도의 예시적 빔 이탈에 의해 야기된 도 4 내지 도 6의 빔 이탈 검출 시스템(12, 12' 및 12")에 의해 검출된 이탈 효과를 예시한 중첩(super-impose) 검출 표면(170)을 도시한 다이어그램이며, 여기서 y축은 다수 빔의 목표한 광축이다. 제1 도트(172)는 도 4의 검출기(70)와 같은 제1 검출기의 표면(x-z 평면) 상의 제1 컴포넌트 빔의 위치에 대응한다. 제2 도트(174)는 도 4의 검출기(72)와 같은 제2 검출기의 표면(x-z 평면) 상의 제2 컴포넌트 빔의 위치에 대응한다. 제2 도트(174)는 목표한 y축에서 제1 도트(172)의 2배(2h 대 h)만큼 편향된다. 제1 도트(172)와 제2 도트(174) 사이의 라인(176)에 의해 형성된 각도를 계산함으로써, 컴포넌트 빔이 x-z 평면에서 x축 및/또는 z축으로부터 편향되는 각도가 쉽게 결정된다. 컴포넌트 빔에 관련된 모든 오프셋 또한 도트(172, 174)와 원점(origin)(x, y, z 절편(intercept)) 사이의 거리를 분석함으로써 용이하게 결정된다.

도 8은 본 발명의 빔 이탈 검출 및 정정 방법(180)의 흐름도이다. 초기 픽오프 단계(182)에서, 얼라인먼트가 수행될 다수의 빔들 중 일부는 다수의 빔들의 주 세트로부터 픽오프된다. 다음으로, 컴포넌트 빔 분리 단계(184)로의 제어가 진행된다.

빔 분리 단계(184)에서, 다수의 픽오프 빔들 중 하나 이상의 컴포넌트 빔들은 빔 얼라인먼트 검사를 위해 준비할 때에 분리된다. 다음으로 빔 분할 단계(186)로의 제어가 진행된다.

빔 분할 단계(186)에서, 하나 이상의 분리된 컴포넌트 빔들이 하나 이상의 검출기의 표면 상에 축적되는 상이한 길이의 2개의 개별 경로로 분리된다. 다음으로, 이탈-계산 단계(188)로의 제어가 진행된다.

이탈 계산 단계(188)에서, 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되는 제어 알고리즘은 하나 이상의 검출기들의 표면 상의 2개의 개별 경로를 따르도록 향하는 분할 컴포넌트 빔의 위치에 기초하여 하나 이상의 분리된 컴포넌트 빔의 이탈을 계산한다. 다음으로, 빔 정정 단계(190)로의 제어가 진행된다.

빔 정정 단계(190)에서, 하나 이상의 컴포넌트 빔들은 분리된 컴포넌트 빔에 관련된 모든 이탈 또는 미스얼라인먼트를 삭제하도록 재정렬된다.

이상과 같이, 본 발명은 특정 애플리케이션용 특정 실시예를 참고로 본 실시예에서 기술되었다. 당업자 및 본 기술을 이용하는 사람들은 본원의 권리범위 내에서 추가의 수정, 응용 및 구체화를 인식할 것이다. 예를 들어, 동축 레이저 광을 구비한 다수의 빔들이 구체적으로 언급되었지만, 본원의 양상은 다른 타입의 광 또는 심지어는 다수의 비동축 빔에 대해서도 응용될 수 있다. 본 명세서에서는 가시광에 대해서 논의되었지만, 본 발명은 적외선 또는 자외선 파장과 같은 다수의 빔들의 형태로 모든 에너지에 적용될 수 있다.

따라서, 본원의 권리범위 내에서 이러한 모든 응용, 수정 및 구체화는 첨부된 청구범위에 의해 보호된다.

Claims

축으로부터의 컴포넌트 빔 -상기 컴포넌트 빔은 복수의 빔과 관련됨-의 이탈(deviation)을 검출하기 위한 시스템에 있어서,

상기 복수의 빔으로부터 개개의 컴포넌트 빔을 자동적으로 그리고 선택적으로 분리시키고, 그에 응답한 출력으로서 각각의 상기 개개의 컴포넌트 빔을 제공하는 제1 수단; 및

상기 제1 수단으로부터 출력된 개개의 컴포넌트 빔의 상기 축에 대한 미스얼라인먼트를 검출하기 위한 제2 수단

을 포함하는 시스템.
제1항에 있어서, 상기 미스얼라인먼트를 자동 정정하기 위한 수단을 더 포함하는 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 수단은 상기 복수의 빔의 샘플을 리다이렉팅(redirecting)시키고, 그에 응답하여 분리된 복수의 빔을 제공하기 위한 수단을 포함하는 시스템.
제3항에 있어서, 샘플을 리다이렉팅하기 위한 상기 수단은 콜리메이팅 렌즈를 포함하는 시스템.
제3항에 있어서,

샘플을 리다이렉팅하기 위한 상기 수단은 픽오프 빔 스플리터(pick-off beam splitter)를 포함하는 시스템.
제3항에 있어서, 상기 개개의 컴포넌트 빔은 적색 빔, 녹색 빔 및 청색 빔을 포함하는 시스템.
제6항에 있어서, 상기 제1 수단은 상기 분리된 복수의 빔으로부터 상기 적색, 녹색 및/또는 청색 빔을 자동적으로 그리고 선택적으로 분리시키고, 그에 응답한 출력으로서 분리된 컴포넌트 빔을 제공하기 위한 컬러 휠(color wheel)을 포함하는 시스템.
제7항에 있어서, 상기 제2 수단은 상기 분리된 컴포넌트 빔을 제1 분할 빔과 제2 분할 빔으로 분할하고, 상기 제1 분할 빔 및 상기 제2 분할 빔을 각각 제1 광 경로 및 제2 광 경로를 따라 향하게 하는 시스템.
제8항에 있어서, 상기 제1 광 경로는 제1 검출기에서 종료되고, 상기 제2 광 경로는 제2 검출기에서 종료되는 시스템.
제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광 경로의 길이는 소정의 거리만큼 서로 다른 시스템.
제10항에 있어서, 상기 제2 수단은, 상기 소정의 거리를 참조하여, 상기 제2 검출기 상의 상기 제2 분할 빔의 위치에 대한 상기 제1 검출기 상의 상기 제1 분할 빔의 상대적 위치를 비교하고, 그에 응답하여 빔 이탈 신호를 제공하기 위한 제1 제어 알고리즘을 더 포함하는 시스템.
제11항에 있어서, 상기 제2 수단은 빔 이탈 정정 시스템을 기동시켜, 상기 분리된 빔과 관련된 상기 빔 이탈 신호가 표시하는 빔 이탈을 정정하기 위한 제2 제어 알고리즘을 더 포함하는 시스템.
제8항에 있어서, 상기 제1 광 경로는 제1의 전기적 제어 가능 셔터를 통과하여, 제1 반사기로부터 반사되어, 다시 상기 빔 스플리터를 통과한 다음 단일의 검출기 표면에 이르는 시스템.
제13항에 있어서, 상기 제2 광 경로는 제2의 전기적 제어가능 셔터를 통과하여, 제2 반사기로부터 반사되어, 다시 상기 빔 스플리터를 통과한 다음 상기 단일의 검출기 표면에 이르는 시스템.
제14항에 있어서, 상기 제2 수단은 상기 제1 및 제2 전기적 제어가능 셔터를 통해 상기 제1 및 제2 분할 빔을 선택적으로 셔터링하여, 상기 단일의 검출기 상에 제1 및 제2 스팟을 각각 생성하는 컴퓨터를 포함하는 시스템.
제15항에 있어서, 상기 제2 수단은 상기 제1 및 제2 스팟의 위치를 분석하여 상기 분리된 빔과 관련된 빔 이탈 또는 미스얼라인먼트를 측정하는 컴퓨터를 더 포함하는 시스템.
제3항에 있어서, 샘플을 리다이렉팅하기 위한 상기 수단은, 제2 픽 오프 빔 스플리터와 직렬로 연결되어, 상기 복수의 빔 중, 제1 샘플을 제1 경로를 따라 리다이렉팅하고, 제2 샘플을 제2 경로를 따라 각각 리다이렉팅하는 제1 픽 오프 빔 스플리터를 포함하는 시스템.
제17항에 있어서, 상기 제1 경로는 제1 컬러 휠을 통과하여 제1 검출기의 표면 상에서 종료되고, 상기 제2 경로는 제2 컬러 휠을 통과하여 제2 검출기의 표면 상에서 종료하며, 상기 제1 및 제2 경로는 소정의 서로 다른 길이를 갖는 시스템.
제18항에 있어서, 상기 제1 및 제2 컬러 휠을 제어하고, 상기 제1 및 제2 컬러 휠로부터 출력된 분리된 빔과 관련된 빔 이탈을 계산하는 제어기를 더 포함하는 시스템.
복수의 컴포넌트 빔과 관련된 광축으로부터 컴포넌트 빔의 이탈을 검출하기 위한 시스템에 있어서,

상기 복수의 컴포넌트 빔으로부터 상기 컴포넌트 빔을 선택적으로 분리하고, 그에 응답한 출력으로서 각각의 상기 컴포넌트 빔 제공하는 제1 수단;

서로 다른 길이를 갖는 제1 경로 및 제2 경로를 따라 각각의 상기 컴포넌트 빔을 향하게 하는 제2 수단; 및

상기 컴포넌트 빔 각각에 기초하여 원하는 광축으로부터의 빔 이탈을 측정하는 제3 수단

을 포함하는 시스템.
복수의 빔과 관련된 개개의 컴포넌트 빔의 하나 이상의 광축으로부터의 이탈을 검출하여 보상하기 위한 시스템에 있어서,

상기 복수의 빔으로부터 상기 개개의 컴포넌트 빔을 선택적으로 분리하여, 그에 응답한 출력으로서 상기 개개의 컴포넌트 빔 각각을 제공하는 제1 수단;

상기 제1 수단으로부터 출력된 개개의 컴포넌트 빔의 상기 광축에 대한 미스얼라인먼트를 검출하고, 그에 응답한 제어 신호를 제공하는 제2 수단; 및

상기 제어 신호에 응답하여 상기 미스얼라인먼트를 정정하기 위한 제3 수단

을 포함하는 시스템.
제21항에 있어서, 상기 개개의 컴포넌트 빔은 서로 다른 컬러의 빔을 포함하는 시스템.
제22항에 있어서, 상기 제1 수단은 상기 복수의 빔으로부터 상기 서로 다른 컬러의 빔을 선택적으로 분리시키는 컬러 휠을 포함하는 시스템.
제23항에 있어서, 상기 개개의 컴포넌트 빔은 적색 빔, 청색 빔, 및 녹색 빔을 포함하는 시스템.
레이저 투사 시스템에 있어서,

소정의 광축을 따르도록 의도된 복수의 컴포넌트 빔을 갖는 복수의 레이저 빔을 생성하기 위한 제1 수단;

상기 컴포넌트 빔의 얼라인먼트 이탈을 검출하고, 그에 응답한 신호를 제공하는 제2 수단;

상기 신호에 응답하여 상기 얼라인먼트 이탈을 정정하기 위한 제3 수단; 및

상기 복수의 레이저 빔을 통해 화상을 표시하기 위한 제4 수단

을 포함하는 시스템
제25항에 있어서, 상기 컴포넌트 빔은 적색 빔, 녹색 빔, 청색 빔을 포함하는 시스템.
제26항에 있어서, 상기 제2 수단은 상기 적색, 청색 및 녹색 빔을 선택적으로 분리하고, 그에 응답한 출력으로서 상기 적색, 청색 및 녹색 빔을 출력으로서 주기적으로 제공하는 컬러 휠을 포함하는 시스템.
제27항에 있어서, 상기 제2 수단은 상기 적색 빔, 상기 청색 빔, 또는 상기 녹색 빔과 관련된 이탈을 검출하기 위한 수단을 더 포함하는 시스템.
제28항에 있어서, 편향을 검출하기 위한 상기 수단은 제1 경로 및 제2 경로를 따라 상기 적색, 청색 또는 녹색 빔을 선택적으로 향하게 하기 위한 수단을 포함하며, 상기 제1 경로 및 제2 경로는 소정의 거리만큼 서로 다른 경로 길이를 갖는 시스템.
제29항에 있어서, 편향을 검출하기 위한 상기 수단은, 상기 제1 경로 및 상기 제2 경로와 관련된 상기 적색, 청색 또는 녹색 빔의 편향차에 기초하여, 상기 적색, 청색 또는 녹색 빔의 편향을 산출하기 위한 수단을 더 포함하는 시스템.
제25항에 있어서, 상기 제4 수단은 레이저 디스플레이 스크린에 대하여 상기 광축을 선택적으로 배향시키 위한 투사 옵틱스를 포함하는 시스템.
복수의 레이저 빔과 관련된 컴포넌트 빔의 미스얼라인먼트를 검출하기 위한 시스템에 있어서,

하나의 입력과, 제1 및 제2 출력을 갖는 픽 오프 장치;

상기 픽 오프 장치의 상기 제1 출력과 통신하는 컬러 휠;

상기 컬러 휠의 출력면을 향하여 배향된 입력면을 갖고, 제1 및 제2 출력 애퍼처를 갖는 빔 스플리터;

상기 빔 스플리터의 상기 제1 출력 애퍼처와 대향하고, 상기 제1 출력 애퍼처로부터 제1의 거리에 배치되는 제1 포토 검출기;

상기 빔 스플리터의 상기 제2 출력 애퍼처와 대항하고, 상기 제2 출력 애퍼처로부터 제2 거리에 배치되는 제2 포토 검출기;

상기 픽오프 장치의 상기 제2 출력과 통신하는 빔 이탈 정정 시스템; 및

상기 제1 및 제2 포토 검출기, 상기 빔 이탈 정정 시스템, 및 상기 빔 이탈 정정 시스템과 통신하며, 빔 정정 제어 알고리즘을 실행하는 컴퓨터

를 포함하는 시스템.
복수의 레이저 빔의 개개의 컴포넌트 빔의 광축으로부터의 이탈을 검출하여 보상하기 위한 방법에 있어서,

상기 복수의 빔으로부터 상기 개개의 컴포넌트 빔을 선택적으로 분리시키고, 그에 응답한 출력으로서 상기 개개의 컴포넌트 빔 각각을 제공하는 단계;

상기 제1 수단으로부터 출력된 개개의 컴포넌트 빔의 상기 광축에 대한 미스얼라인먼트를 검출하고, 그에 응답한 제어 신호를 제공하는 단계; 및

상기 제어 신호에 응답하여 상기 미스얼라인먼트를 정정하는 단계

를 포함하는 방법.