KR20030073607A - 다중채널음향 광 변조기를 구비하는 레이저 영상투사장치및 그 구동방법과 구동회로 - Google Patents

다중채널음향 광 변조기를 구비하는 레이저 영상투사장치및 그 구동방법과 구동회로 Download PDF

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Abstract

다중채널 음향 광 변조기를 구비하는 레이저 영상투사장치 및 그 구동방법과 구동회로에 관해 개시되어 있다. 본 발명은 레이저 영상 투사에 사용될 광을 방출하는 광 발생부, 상기 광 발생부로부터 입사되는 광을 영상신호에 따라 변조시키는 광 변조부, 상기 광 변조부에서 방출되는 변조된 광들을 통합시키는 광 통합부, 상기 광 통합부로부터 입사되는 광을 스크린에 주사하는 광 주사부를 구비하는 레이저 영상투사장치에 있어서, 상기 광 변조부는 광 변조에 적합한 상태로 입사되는 복수의 적색, 녹색 및 청색광들을 동시에 광 변조시킬 수 있도록 적어도 6개 이상의 광 변조채널들을 구비하는 레이저 영상투사장치를 비롯해서 그 구동방법과 그 구동을 위한 구동회로를 제공한다. 이러한 본 발명을 이용하면, 광 변조기와 광 주사수단의 성능 한계를 극복할 수 있고, 장치의 부피를 줄일 수 있으며, 구성요소들의 배치 자유도를 증가시킬 수 있고, 정렬도를 높일 수 있다. 또한, 고휘도의 영상을 구현할 수 있다.

Description

다중채널음향 광 변조기를 구비하는 레이저 영상투사장치 및 그 구동방법과 구동회로{Laser video projector having multi-channel acoustic optic modulator, method and circuit of driving the same}
본 발명은 영상투사장치에 관한 것으로서, 자세하게는 다중채널음향 광 변조기를 구비하는 레이저 영상투사장치 및 그 구동방법과 구동회로에 관한 것이다.
레이저는 자체의 광학적 특성, 예컨대 스펙트럼 폭이 0에 가까운 선 스펙트럼을 갖는 단색성, 거의 퍼지지 않고 평행하게 직진하는 직진성, 직진성으로 인한 집광성, 고휘도 등으로 인해 여러 디스플레이 장치에 사용되고 있다.
레이저를 디스플레이 장치에 적용하는 경우, 형광체를 적용하였을 때보다 3배정도 많은 자연색을 구현할 수 있다. 그리고 램프를 광원으로 사용할 때보다 광 변환효율을 크게 향상시키면서 동일한 밝기를 얻는데 필요한 전력소모를 줄일 수 있다. 때문에 장치에서 발생되는 열을 크게 줄일 수 있다. 또한, 레이저를 디스플레이 장치의 광원으로 사용하는 경우, 광원의 수명을 10,000시간 이상 확보할 수 있다. 이외에, 레이저의 고휘도 특성을 이용하여 고휘도와 고선명도를 갖는 영상을 대화면에 구현할 수 있다.
도 1은 레이저가 광원으로 사용된 디스플레이 장치의 하나인 레이저 영상투사장치의 개략적 구성을 보여준다. 도 1에서 참조번호 900은 영상이 투영되는 스크린을, 850은 스크린(900)에 투영되도록 아래로부터 입사되는 상기 영상을 반사시키는 반사판을, 750은 상기 영상을 형성하여 반사판(850)에 주사하는 광학엔진을 나타낸다.
광학엔진(750)은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 영상을 형성하는데 사용될 백색 레이저가 방출되는 광원(100)을 비롯한 여러 요소들로 구성된다.
구체적으로, 광원(100)의 상기 백색 레이저 방출면 앞쪽에 상기 백색 레이저를 평행광으로 만들어 주는 제1 콜리메이팅 렌즈(collimating lens)(220)가 위치해 있고, 그 앞쪽에 상기 평행광의 진행 방향을 변화시키는 제1 고 반사미러(210)가 존재한다. 제1 콜리메이팅 렌즈(220)는 상기 평행광의 색수차(chromatic aberration)가 제거될 수 있는 복수의 렌즈들로 구성된다. 제1 콜리메이팅 렌즈(220)와 제1 고 반사미러(210)는 모두 동일한 광 경로 상에 존재한다. 상기 평행광은 제1 고 반사미러(210)에 의해 광 분리부(250)로 입사된다. 상기 평행광은 광 분리부(250)에 의해 세 개의 단색광, 곧 청색(Blue)광(B), 녹색(Green)광(G) 및 적색(Red)광(R)으로 분리된다. 광 분리부(250)는 상기 평행광에서 청색광(B)을 분리시키는 제1 색선별 거울(dichroic mirror)(670a), 제1 색선별 거울(670a)을 통과한 광 중에서 녹색광(G)을 분리시키는 제2 색선별 거울(680a) 및 제2 색선별 거울(680a)을 통과한 적색광(R)을 반사시켜 그 진행 방향을 변경시키는 제2 고 반사미러(690a)로 구성된다. 제1 색선별 거울(670a)에 의해 상기 평행광으로부터 분리된 청색광(B)은 제1 포커싱 렌즈(640a)에 의해 제1 음향 광 변조기(610)에 집속되고, 제2 색선별 거울(680a)에 의해 분리된 녹색광(G)은 제2 포커싱 렌즈(650a)에 의해 제2 음향 광 변조기(620)에 집속되며, 제2 고 반사미러(690a)로부터 반사된 적색광(R)은 제3 포커싱 렌즈(660a)에 의해 제3 음향 광 변조기(630)에 집속된다. 각 음향 광 변조기들(610, 620, 630)에 집속된 광들(R, G, B)은 입력되는 영상신호에 의해 광변조 된다. 제1 내지 제3 음향 광 변조기들(610, 620, 630)에 의해 광변조된 청색광(B'), 녹색광(G') 및 적색광(R')은 제1 내지 제3 음향 광 변조기들(610, 620, 630) 뒤쪽에 각각 마련된 제2 내지 제4 콜리메이팅렌즈들(640b, 650b, 660b)에 의해 제1 내지 제3 포커싱 렌즈들(640a, 650a, 660a)에 입사되기 전과 같은 평행광이 된다. 제2 내지 제4 콜리메이팅 렌즈들(640b, 650b, 660b)과 제1 내지 제3 음향 광 변조기들(610, 620, 630)사이에 제1 내지 제3 음향 광 변조기들(610, 620, 630)로부터 출사되는 변조광들 중에서 제2 내지 제4 콜리메이팅 렌즈들(640b, 650b, 660b)의 광축을 벗어난 성분들이 제2 내지 제4 콜리메이팅 렌즈들(640b, 650b, 660b)에 입사되는 것을 차단하기 위한 제1 내지 제3 어퍼쳐들(apertures)(A1, A2, A3)이 마련되어 있다. 제1 내지 제3 어퍼쳐들(A1, A2, A3)은 제2 내지 제4 콜리메이팅 렌즈들(640b, 650b, 660b)의 근처에 마련되어 있다. 제2 내지 제4 콜리메이팅 렌즈들(640b, 650b, 660b)을 통과한 광변조된 광들(B', G', R')은 광 통합부(650)에 입사되어 합쳐짐으로써 하나의 광(R'+G'+B')이 된다. 먼저, 광 통합부(650)을 구성하는 요소들 중 제3 고 반사미러(690b)에 의해 반사되는 상기 광변조된 적색광(R')은 제3 콜리메이팅 렌즈(650b)와 동일한 광 경로 상에 구비된 제4 색선별 거울(680b)을 통과하면서 이것에 의해 반사되는 상기 광변조된 녹색광(G')과 합쳐진다. 이렇게 합쳐진 광(G'+B')은 제2 콜리메이팅 렌즈(640b)와 동일한 광경로 상에 구비된 제3 색선별 거울(670b)에 의해 반사되면서 이것을 통과하는 상기 광변조된 청색광(B')과 합쳐져서 하나의 광(R'+G'+B')이 된다. 하나의 광(R'+G'+B')은 제3 색선별 거울(670b)과 동일한 광 경로 상에 구비된 제4 고 반사미러(710)에 의해 이것과 동일한 평면 상에 위치하여 입사광을 주어진 방향으로 주기적으로 주사시키기 위한 복수의 반사면이 구비된 수평 주사부인 회전 다면경(polygon mirror)(800)으로 반사된다. 회전 다면경(800)에 입사된 하나의 광(R'+G'+B')은 회전 다면경(800)의 반사면들에 반사되어 수평주사 되는데, 회전 다면경(800)과 갈바노미터(galvanometer)(700)사이의 제1 및 제2 릴레이 렌즈계(310, 320)를 통과하면서 갈바노미터(700)의 미러면(700a)에 집속된다. 이렇게 집속된 하나의 광(R'+G'+B')은 갈바노미터(700)의 미러면(700a)에 의해 수직 주사되며, 수평 및 수직 주사를 통하여 형성된 영상은 도 1에 도시된 반사판(850)을 이용하여 스크린(900)으로 투사된다.
상기한 바와 같은 종래의 레이저 영상투사장치에서 스크린(900)에 맺혀지는 영상의 해상도는 장치에 구비된 제1 내지 제4 음향 광 변조기들(610, 620, 630)과 광 스캐너인 회전 다면경(800)에 의해 결정된다.
일반적으로, 음향 광 변조기(AOM)의 영상처리성능은 레이저를 얼마만큼 집속하는가에 따라 결정되는데, 이것은 레이저 빔(beam)의 크기와 레이저의 품질 그리고 사용하는 초점 렌즈에 따라 결정되기 때문에, 레이저를 어느 이상으로 집속하는데는 한계가 있다. 때문에 종래와 같은 레이저 영상투사장치를 이용하여 XGA급 영상에 해당하는 영상신호를 처리하는 것은 가능하나, 그 이상은 실제적으로 어렵다. 또한, 회전 다면경(800)에 의한 수평 주사선 수는 회전 다면경(800)의 미러면 수와 회전속도에 의해 결정되는 바, 상기 미러면의 수와 회전속도를 증가시키는데 한계가 있기 때문에 종래의 레이저 영상투사장치를 이용하는 경우, 실제적으로 XGA급 이상의 영상을 구현하기는 어렵다.
향후, 현재 널리 연구되고 있는 멤스(MEMS) 스캐너를 적용하는 경우에도, 동작 속도의 한계 때문에 종래의 레이저 영상투사장치를 이용하여 XGA급 이상의 영상을 구현하는 것은 어려울 수 있다.
이와 같이 종래의 레이저 영상투사장치를 이용하여 XGA급 이상의 영상을 구현한다는 것은 음향 광 변조기와 광 스캐너의 성능 향상에 대한 한계로 매우 어렵다.
따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, XGA급 이상의 영상 구현이 가능하고 부피를 줄일 수 있는 레이저 영상투사장치를 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 레이저 영상투사장치의 구동방법을 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기 레이저 영상투사장치의 구동회로를 제공함에 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 레이저 영상투사장치의 구성을 간략히 보여주는 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 레이저 영상투사장치의 광학엔진 부분의 구성을 보여주는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 레이저 영상투사장치의 구성을 보여주는 구성도이다.
도 4 및 도 5는 도 3에 도시한 레이저 영상투사장치에 구비된 단색광 분할수단에 의한 레이저 분할을 설명하기 위한 상세도로서, 도 4는 제1 실시예에 의한, 도 5는 제2 실시예에 의한 단색광 분할수단에 대한 것이다.
도 6은 도 3에 도시한 레이저 영상투사장치에 구비된 다중 채널 음향 광 변조기를 확대하여 보여주는 확대도이다.
도 7은 도 3에 도시한 레이저 영상투사장치에 적용된 다중 채널 음향 광 변조기의 다른 예를 보여주는 평면도이다.
도 8은 도 3에 도시한 레이저 영상투사장치에 구비된 광 주사부의 변형예를보여주는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 의한 레이저 영상투사장치의 구성을 보여주는 구성도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 의한 레이저 영상투사장치의 구성을 보여주는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 의한 레이저 영상투사장치에 광섬유 정렬을 위한 정렬 스테이지가 구비된 경우를 보여주는 평면도이다.
도 12는 도 11을 12-12'방향으로 절개하여 보여주는 단면도이다.
도 13은 도 3, 도 9 및 도 10에 도시한 레이저 영상투사장치의 구동방법과 구동회로를 설명하기 위한 회로 블록도이다.
도 14는 도 13에 도시한 회로 블록도에서 각 채널에 인가되는 라이트/리드 클럭 신호들을 보여주는 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명*
10:광원 21, 69a, 67b:제1 내지 제3 고 반사미러
26, 27, 28:제1 내지 제3 단색광 분할수단
63, 62, 61:제1 내지 제3 다중채널음향 광 변조기
64a, 65a, 66a:제1 내지 제3 렌즈군
64b, 65b, 66b:제4 내지 제6 렌즈군
64c, 65c, 66c:제7 내지 제9 렌즈군
67a, 68a, 68b, 69b:제1 내지 제4 광 투과/반사수단
70, 80:제1 및 제2 광 주사수단 71, 72:제1 및 제2 포커스 렌즈
90:스크린 910, 920:광원부
920a 내지 920l:제1 내지 제12 레이저 방출원
930:아날로그/디지털 변환기
940a, 940b, 940c, 940d:제1 내지 제4 디지털/아날로그 변환기
BS1, BS2, BS3:제1 내지 제3 빔 스프리터
ch1, ch2, ch3, ch4:제1 내지 제4 채널
ch1', ch2', ...ch11', ch12':제1 내지 제12 채널
COF1, COF2, COF3, COF4:제1 내지 제4 결합된 광섬유
E1, E2, E3, E4:제1 내지 제4 전극
E1', E2', ...E11', E12':제1 내지 제12 전극
FL1, FL2, FL3:제1 내지 제3 미소 포커스 렌즈
FS1, FS2, FS3:제1 내지 제3 가상 정렬 스테이지
HM:고 반사미러 L1 내지 L24:제1 내지 제24 미소렌즈
LD1 내지 LD12:제1 내지 제12 광원
LR, LG, LB:적색, 녹색 및 청색 레이저광
LR+G:적색+녹색 레이저광 LR+G+B:적색+녹색+청색 레이저광
LR1, LR2, LR3, LR4:제1 내지 제4 적색 레이저광
LG1, LG2, LG3, LG4:제1 내지 제4 녹색 레이저광
LB1, LB2, LB3, LB4:제1 내지 제4 청색 레이저광
LR1', LR2', LR3', LR4':광 변조된 제1 내지 제4 적색 레이저광
LG1', LG2', LG3', LG4':광 변조된 제1 내지 제4 녹색 레이저광
LB1', LB2', LB3', LB4':광 변조된 제1 내지 제4 청색 레이저광
LS, P1, P5, P7:광 발생부
M1, M2, M3, M4:제1 내지 제4 FIFO 메모리
OF1, OF2,...OF23, OF24:제1 내지 제24 광섬유
P2:광 변조부 P3, P6:광 통합부
P4:광 주사부 P2a:단일 다중채널음향 광 변조기
R:리드(read) 클럭 신호 RL1, RL2:제1 및 제2 릴레이 렌즈
R1, R8:제1 및 제2 비 반사(Anti-Reflection) 코팅막
R2, R3, R4:제1 내지 제3 고 반사 코팅막
R5, R6, R7:제1 내지 제3 투과/반사막들
RP:반사판 S1, S2, S3:제1 내지 제3 정렬 스테이지
SL:주사선 T1 내지 T12:제1 내지 제12 트랜스듀서
W1, W2, W3, W4:제1 내지 제4 라이트(write) 클럭 신호
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 영상 투사에 사용될 광을 방출하는 광 발생부, 상기 광 발생부로부터 입사되는 광을 영상신호에 따라 변조시키는 광 변조부, 상기 광 변조부에서 방출되는 변조된 광들을 통합시키는 광 통합부, 상기 광 통합부로부터 입사되는 광을 스크린에 주사하는 광 주사부를 구비하는 레이저 영상투사장치에 있어서, 상기 광 변조부는 광 변조에 적합한 상태로 입사되는 복수의 적색, 녹색 및 청색광들을 동시에 광 변조시킬 수 있도록 적어도 6개 이상의 광 변조채널들을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치를 제공한다.
이때, 상기 광 변조부는 각각 적어도 2개 이상의 광 변조채널들을 구비하는 제1 내지 제3 다중 채널 음향 광 변조기들로 구성되거나, 적어도 6개 이상의 광 변조채널들이 모두 구비된 하나의 다중 채널 음향 광 변조기로 구성된다.
상기 광 발생부는 상기 영상 투사에 사용될 광을 방출하는 광원부, 상기 광원부에서 방출되는 광의 경로를 변경시키는 제1 광 경로 변경수단, 상기 제1 광 경로 변경수단으로부터 입사되는 광에서 각각 서로 다른 단색인 제1 및 제2 광을 순차적으로 분리시키도록 구비된 제1 및 제2 광 투과/반사수단들, 상기 제2 광 투과/반사수단으로부터 입사되는 광의 경로를 변경시키는 제2 광 경로 변경수단, 제1 및 제2 광 투과/반사수단들과 상기 제2 광 경로 변경수단으로부터 입사되는 광들을 상기 광 변조기에 구비된 광 변조채널의 수와 동수가 되도록 균등 분할하는 제1 내지 제3 단색광 분할수단들 및 상기 제1 내지 제3 단색광 분할수단들과 일대 일로 대응되어 상기 각 단색광 분할수단으로부터 입사되는 광들을 각각 상기 광 변조기에 구비된 채널들에 집속시키는 제1 내지 제3 렌즈군들을 구비한다.
상기 제1 내지 제3 단색광 분할수단들 중 적어도 선택된 어느 하나는 상기 제1 및 제2 광 투과/반사수단들과 상기 제2 광 경로 변경수단으로부터 입사되는 광을 다단계의 내부 반사과정을 통해서 균등 분할하는 투광성 플레이트 또는 제1 내지 제4 빔 스프리터들로 구성된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 광 발생부는 상기 광 변조부에 구비된 광 변조채널들의 수와 동수의 레이저광들을 방출하는 광원부 및 상기 광 변조부와 상기 광원부사이에 구비되어 상기 광 변조채널들과 일대 일로 대응하고 상기 방출되는 레이저광들을 각각 상기 광 변조채널들에 집속시키는 렌즈군으로 구성된다.
이때, 상기 광원부와 상기 렌즈군사이에 상기 광원부에서 방출되는 레이저광들을 각각 상기 렌즈군에 전송시키기 위한 광 전송수단으로써, 상기 광원부에서 방출되는 레이저들 수와 동수의 광섬유들이 구비되어 있다.
상기 광 통합부는 상기 광 변조부에서 방출되는 변조된 광을 평행광으로 바꾸어주는 제4 내지 제6 렌즈군들, 상기 제4 렌즈군으로부터 입사되는 광들의 경로를 변경시키는 제3 광 경로 변경수단, 상기 제5 렌즈군으로부터 입사되는 광들을 반사시키면서 상기 제3 광 경로 변경수단으로부터 입사되는 광들을 투과시켜 상기 두 광들이 통합되게 하는 제3 광 투과/반사수단 및 상기 제6 렌즈군으로부터 입사되는 광들을 반사시키면서 상기 제3 광 투과/반사수단으로부터 입사되는 광들을 투과시켜 상기 두 광들이 통합되게 하는 제4 광 투과/반사수단을 구비한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 광 통합부는 상기 광 변조채널들로부터 방출되는 변조된 광들을 상기 광 주사부로 전송시키되, 상기 전송과정에서 상기 변조된 광들 중, 적색, 녹색 및 청색광들이 통합될 수 있도록 구비된 광 전송수단들과, 상기 광 변조채널들로부터 방출되는 변조된 광들이 각각 상기 광 전송수단들에 집속될 수 있도록 상기 광 전송수단들의 일단에 구비된 제1 미소 포커스 렌즈들과, 상기 광 전송수단들을 통해서 전송된 광이 상기 광 주사부에 입사될 수 있도록 상기 광 전송수단들의 타단에 구비된 제2 미소 포커스 렌즈들로 구성된다.
이때, 상기 광 전송수단들은 상기 광 변조채널들의 수와 동수로 시작해서 상기 광 주사부로 가면서 그 수가 1/3이 되도록 구성된 광섬유들이다.
상기 광 주사부는 상기 광 통합부로부터 입사되는 광을 집속시키는 제1 포커스 렌즈, 상기 제1 포커스 렌즈에 의해 집속된 광이 상기 스크린에 수평으로 주사되도록 하는 제1 광 주사수단, 상기 제1 광 주사수단에 의해 반사된 광을 상기 스크린으로 투사시키되, 상기 반사된 광이 상기 스크린에 주사되는 수직 위치를 결정하는 제2 광 주사수단, 상기 제1 및 제2 광 주사수단들 사이에 구비되어 상기 제1 광 주사수단으로부터 반사되는 광을 상기 제2 광 주사수단으로 모아주는 릴레이 렌즈계 및 상기 스크린과 상기 제2 광 주사수단사이에 상기 스크린에 주사되는 광의 수직 주사위치를 조절하기 위한 제2 포커스 렌즈로 구성된다.
이때, 상기 제1 및 제2 포커스 렌즈들, 상기 제1 및 제2 광 주사수단들 및 상기 릴레이 렌즈계는 수평으로 구비되어 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제2 광 주사수단 위에 상기 제2 광 주사수단으로부터 반사되는 광을 상기 제2 포커스 렌즈를 통해 상기 스크린으로 투사시키는 반사판이 더 구비되어 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 아날로그 영상신호를 디지털 신호로 변환시키는 아날로그/디지털 변환기와 상기 디지털 신호로 변환된 영상신호가 기록될 수 있도록 상기 아날로그/디지털 변환기에 연결된 복수의 FIFO 메모리들을 구비하는 레이저 영상투사장치의 구동방법에 있어서, 상기 아날로그/디지털 변환기로부터 출력되는 영상신호들을 상기 복수의 FIFO 메모리들에 순차적으로 기록하되, 마지막 FIFO 메모리에 영상신호가 기록됨과 동시에 상기 복수의 FIFO메모리들에 각각 기록된 영상신호들이 동시에 출력되게 하는 것을 특징으로 하는 구동방법을 제공한다.
이때, 상기 복수의 FIFO 메모리들 각각에 상기 영상신호가 기록되는 속도보다 느린 속도로 상기 복수의 FIFO 메모리들로부터 상기 영상신호들이 동시에 출력되게 한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 아날로그 영상신호를 디지털 신호로 변환시키는 아날로그/디지털 변환기, 상기 디지털 신호로 변환된 영상신호가 기록되는 메모리, 상기 메모리로부터 출력되는 영상정보를 아날로그 신호로 변환시키는 디지털/아날로그 변환기 및 상기 디지털/아날로그 변환기로부터 출력되는 아날로그 신호를 이용하여 광을 변조시키는 광 변조기를 구비하는 레이저 영상투사장치의 구동회로에 있어서, 상기 메모리는 상기 아날로그/디지털 변환기로부터 출력되는 영상신호들이 순차적으로 기록되는 복수의 FIFO 메모리들로 구성되고, 상기 디지털/아날로그 변환기는 상기 복수의 FIFO 메모리들과 동수로 구성되며, 상기 광 변조기에 상기 복수의 FIFO 메모리들과 동수의 광 변조채널이 구비된 것을 특징으로 하는 구동회로를 제공한다.
이러한 본 발명을 이용하면, 광 변조기와 광 주사수단의 성능 한계를 극복할 수 있고, 장치의 부피를 크게 줄일 수 있다. 그리고 광섬유를 사용함으로써, 구성 요소들을 배치함에 있어 배치 자유도를 증가시킬 수 있다. 또한, 정렬 스테이지를 사용하여 광섬유를 정렬함으로써, 구성요소의 정렬도를 높일 수 있다. 아울러, 다수의 반도체 레이저 다이오드가 사용될 경우에 저 출력의 레이저 다이오드를 모아서 고휘도의 영상을 구현할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 레이저 영상투사장치 및 그 구동방법과 구동회로를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.
먼저, 본 발명의 실시예에 의한 레이저 영상투사장치에 관해 설명한다. 이 과정에서 광 변조부 채널은 스크린에 동시에 주사되는 주사선이 2개 이상인 것을 고려하여 적어도 6채널 이상이 구비될 수 있지만, 편의 상, 동시에 주사되는 주사선이 4개인 것으로 하여 광 변조부에 12개 채널이 구비된 것으로 한다.
<제1 실시예>
도 3에 도시한 바와 같이, 제1 실시예에 의한 레이저 영상투사장치는 광 변조 과정을 거쳐서 외부 입력 영상을 표시하는데 사용될 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 광을 발생시키되, 상기 각 광을 스크린(90) 상에 동시에 주사하고자 하는 주사선 수만큼 발생시키는, 예를 들면 스크린(90)에 동시에 주사하고자 하는 주사선 수가 4개인 경우, 4개의 적색, 녹색 및 청색광들을 동시에 발생시키는 광 발생부(P1)를 구비한다. 그리고 상기 동시에 주사하고자 하는 주사선의 수(적어도 2개 이상으로)만큼 각각 분할된 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 영상신호들이 입력되고, 이러한 영상신호들에 의해 광 발생부(P1)로부터 입사되어 집속되는 복수의 적색광, 녹색광 및 청색광들이 동시에 변조되는 광 변조부(P2)를 구비한다. 또한, 광 변조부(P2)에 의해 변조된 상기 복수의 적색광, 녹색광 및 청색광들이 정해진 순서에 따라 통합되는, 예를 들면 상기 변조된 적색광, 녹색광 및 청색광들이 각각 제1 내지 제4 변조된 적색광, 녹색광 및 청색광들로 구성된 경우, 제1 적색광, 제1 녹색광 및 제1 청색광이 통합되고, 제2 적색광, 제2 녹색광 및 제2 청색광이 통합되며, 동일한 방식으로 제3 및 제4 변조된 광들도 통합되는 광 통합부(P3)를 구비하고, 상기 통합된 광들을 스크린(90)에 주사하는 광 주사부(P4)를 구비한다.
광 발생부(P1)는 영상 투사에 사용될 광이 발생되는 광원(10), 입사되는 광을 반사시켜 그 경로를 변경시키는 제1 및 제2 광 경로 변경수단들(21, 69a)과, 이들 사이에 순차적으로 구비되어 입사광 중 일부는 투과시키고 나머지는 반사시키는 제1 및 제2 광 투과/반사수단들(67a, 68a)을 구비한다. 광원(10)은 레이저 광원으로서 백색광 레이저가 방출되는 가스 레이저, 적색(R), 녹색(G) 또는 청색(B) 레이저가 방출되는 가스 레이저, 파장변환방식 고체레이저 또는 반도체 레이저 다이오드가 될 수 있다. 그리고 상기 제1 및 제2 광 경로 변경수단들(21, 69a)은 각각 제1 및 제2 고 반사거울인 것이 바람직하나, 동일한 역할을 수행할 수 있는 다른 광학 요소들로 대체될 수 있다. 제1 및 제2 광 투과/반사수단들(67a, 68a)은 제1 및 제2 다이크로익 미러들인 것이 바람직하다. 아울러, 도면에 도시하지는 않았지만, 방출된 레이저광(LR+G+B)이 적색, 녹색 및 청색 레이저광이 혼합된 백색 레이저인 경우, 광원(10)과 제1 광 경로 변경수단(21)사이에 방출된 레이저광(LR+G+B)을 평행하게 하기 위한 콜리메이팅 렌즈로서 색수차 보정렌즈가 사용될 수 있다.
광 발생부(P1)는 또한 입사되는 단색광, 예를 들면 적색(R) 레이저, 녹색(G) 레이저 또는 청색(B) 레이저를 스크린(90) 상에 동시에 주사하고자 하는 주사선의수만큼 분할시키되, 동일한 출력으로 분할시키는 제1 내지 제3 단색광 분할수단들(26, 27, 28)을 구비한다.
도 4 및 도 5는 이러한 제1 내지 제3 단색광 분할수단들(26, 27, 28)에 대한 제1 및 제2 실시예를 보여주는데, 도 4를 참조하면, 제1 내지 제3 단색광 분할수단들(26, 27, 28)은 상기 단색광이 입사되는 면에 입사되는 광의 99%이상을 투과시키는 제1 비 반사(Anti-Reflection) 코팅막(R1)과 입사되는 광의 99%이상을 반사시키는 제1 내지 제3 고 반사 코팅막들(R2, R3, R4)이 구비되어 있고, 상기 단색광이 출광되는 면에 입사되는 광의 일부는 투과시키고 나머지는 반사시키도록 소정의 투과율과 반사율을 갖는 제1 내지 제3 투과/반사막들(R5, R6, R7)과 제3 고 반사 코팅막(R4)으로부터 반사되어 입사되는 광을 99%이상 투과시키는 제2 비 반사 코팅막(R8)이 구비되어 있는 투명(투광성) 플레이트(P)인 것을 알 수 있다.
상기한 바와 같이, 제1 내지 제3 단색광 분할수단들(26, 27, 28)은 각각 입사되는 단색광을 동일한 광 출력을 갖는 복수의 광들로 분할할 수 있게 구비된 것이 바람직한데, 상기 단색광은 제1 내지 제3 단색광 분할수단들(26, 27, 28)에 구비된 제1 내지 제3 투과/반사막들(R5, R6, R7)에 의해 실질적으로 분할되기 때문에, 제1 내지 제3 투과/반사막들(R5, R6, R7)은 상기 단색광을 균등분할 할 수 있도록 구비된 투과/반사막인 것이 바람직하다.
구체적으로, 제1 투과/반사막(R5)은 제1 비 반사 코팅막(R1)을 통과해서 입사되는 단색광, 곧 적색 레이저, 녹색 레이저 또는 청색 레이저의 1/4을 먼저 분리시키기 위해, 투과율이 25%정도이고, 반사율이 75%정도인 투과/반사막인 것이 바람직하다. 그리고 제1 투과/반사막(R5)으로부터 상기 단색광의 75%(3/4)가 입사되는 제1 고 반사 코팅막(R2)과 대향하도록 구비된 제2 투과/반사막(R6)은 제1 고 반사 코팅막(R2)으로부터 입사되는 상기 단색광의 75%(3/4) 중에서 1/3에 해당하는 광을 투과시키고, 나머지(3/4 * 2/3 = 6/12 = 1/2, 50%)는 제2 고 반사 코팅막(R3)으로 반사시키는, 따라서 투과율이 33.3%이고 반사율이 66.7%정도인 투과/반사막인 것이 바람직하다. 또한, 제3 투과/반사막(R7)은 대향하는 제2 고 반사 코팅막(R3)으로부터 입사되는 상기 단색광의 50% 중에서 1/2에 해당하는 25%의 광만을 투과시키고 나머지 광은 제3 고 반사 코팅막(R4)으로 반사시키는, 따라서 투과율 및 반사율이 각각 50%정도인 투과/반사막인 것이 바람직하다. 이러한 제1 내지 제3 투과/반사막들(R5, R6, R7)은 투과율 및 반사율을 다르게 하기 위해 다층으로 코팅된 막인 것이 바람직하다.
이와 같이, 투명 플레이트(P)의 상기 제2 면에 상기 단색광의 분할 비율에 맞춰 투과율을 조정한 적어도 1개 이상의 투과/반사막과 투과율이 99%이상인 한 개의 비 반사 코팅막을 구비함으로써, 상기 단색광을 동일한 광 출력을 갖는 적어도 2개 이상의 단색광으로 분할할 수 있다.
한편, 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 내지 제3 단색광 분할수단들(26, 27, 28)은 제1 내지 제3 빔 스프리터들(BS1, BS2, BS3)과 반사율이 99%이상인 한 개의 고 반사미러(HM)로 구성될 수 있다. 제1 빔 스프리터(BS1)는 상기 단색광의 75%정도가 제2 빔 스프리터(BS2)로 반사되고, 나머지 25%정도가 투과되도록 구비된 것이 바람직하다. 그리고 제2 빔 스프리터(BS2)는 제1 빔 스프리터(BS1)로부터 입사된75%의 광 중에서 33.3% 정도가 반사되고, 66.7%정도가 투과되도록 구비된 것이 바람직하다. 또한, 제3 빔 스프리터(BS3)는 제2 빔 스프리터(BS2)로부터 입사된 66.7%의 광(상기 단색광의 50%에 해당함) 중에서 50%가 반사되고, 나머지 50%는 투과되도록 구비된 것이 바람직하다. 또한, 고 반사 미러(HM)는 제3 빔 스프리터(BS3)로부터 입사되는 50%의 광(상기 단색광의 25%에 해당함) 중 99%이상이 반사되도록 구비된 것이 바람직하다. 이렇게 해서, 제1 내지 제3 빔 스프리터(BS1, BS2, BS3) 및 고 반사미러(HM)으로부터 동일한 출력을 갖는 네 개의 광이 얻어진다.
이와 같이 제1 내지 제3 단색광 분할수단들(26, 27, 28)이 빔 스프리터와 고 반사미러로 구성된 경우에도, 상기 단색광의 분할 비율에 맞춰 투과율을 조정한 적어도 1개 이상의 빔 스프리터와 반사율이 99%이상인 한 개의 고 반사미러를 구비하여 상기 단색광을 동일한 광 출력을 갖는 적어도 2개 이상의 단색광으로 분할할 수 있다.
계속해서, 광 발생부(P1)는 또한 제1 내지 제3 단색광 분할수단들(26, 27, 28)과 광 변조부(P2)사이에 구비되어 제1 내지 제3 단색광 분할수단들(26, 27, 28)로부터 입사되는 광들을 광 변조부(P2)에 집속시키는 제1 내지 제3 렌즈군들(64a, 65a, 66a)을 구비한다. 제1 내지 제3 렌즈군들(64a, 65a, 66a) 각각은 상기 단색광이 분할된 수에 맞게 제1 내지 제4 미소렌즈들(L1, L2, L3. L4), 제5 내지 제8 미소렌즈들(L5, L6, L7, L8) 및 제9 내지 제12 미소렌즈들(L9, L10, L11, L12)로 구성된다. 이렇게 해서, 적색 레이저광이 제1 단색광 분할수단(26)에 의해 4분할된결과인 제1 내지 제4 적색 레이저광들(LR1, LR2, LR3, LR4), 녹색 레이저광이 제2 단색광 분할수단(27)에 의해 4분할된 결과인 제1 내지 제4 녹색 레이저광들(LG1, LG2, LG3, LG4) 및 청색 레이저광이 제3 단색광 분할수단(28)에 의해 4분할된 결과인 제1 내지 제4 청색 레이저광들(LB1, LB2, LB3, LB4)은 각각 제1 내지 제12 미소렌즈들(L1, L2,...L11, L12)과 일대 일로 대응되어 광 변조부(P2)에 집속된다.
이러한 구성을 갖는 광 발생부(P1)에서의 광의 진행을 살펴보면, 광원(10)으로부터 방출된 레이저광(LR+G+B)은 진행 경로 상에 있는 제1 광 경로 변경수단(21)에 의해 제1 광 투과/반사수단(67a)으로 반사된다. 제1 광 투과/반사수단(67a)에서 방출된 레이저광(LR+G+B)에 대한 색선별이 이루어진다. 이 과정에서 방출된 레이저광(LR+G+B)의 일부(청색(B) 레이저광(LB))는 제3 단색광 분할수단(28)으로 반사되고 나머지(적색(R) 및 녹색(G) 레이저광(LR+G))은 제2 광 투과/반사수단(68a)으로 투과된다. 제2 광 투과/반사수단(68a)에서 적색 및 녹색 레이저광(LR+G)에 대한 색선별이 이루어진다. 이 과정에서 녹색 레이저광(LG)은 제2 단색광 분할수단(27)으로 반사되고, 적색 레이저광(LR)은 제2 광 경로 변경수단(69a)으로 투과된다. 적색 레이저광(LR)은 제2 광 경로 변경수단(69a)에 의해 제1 단색광 분할수단(26)로 반사된다. 제1 내지 제3 단색광 분할수단들(26, 27, 28)로 입사된 단색광들, 곧 적색, 녹색 및 청색 레이저광들(LR, LG, LB)은 각각 스크린(90) 상으로 동시에 주사되는 주사선의 수에 맞게 분할된다. 예를 들어, 스크린(90) 상으로 4개의 주사선이 동시에 주사되는 경우, 상기 각 레이저광들(LR, LG, LB)은 각각 제1 내지 제3 단색광 분할수단들(26, 27, 28)에 의해 제1 내지 제4 적색, 녹색 및 적색 레이저광들(LR1..LR4, LG1..LG4, LB1..LB4)로 분할된다. 제1 내지 제4 적색 레이저광들(LR1..LR4)은 각각 제3 렌즈군(66a)을 구성하는 제9 내지 제12 미소렌즈들(L9..L12)을 통해서, 제1 내지 제4 녹색 레이저들(LG1..LG4)은 제2 렌즈군(65a)을 구성하는 제5 내지 제8 미소렌즈들(L5..L8)을 통해서, 그리고 제1 내지 제4 청색 레이저광들(LB1..LB4)은 제1 렌즈군(64a)을 구성하는 제1 내지 제4 미소렌즈들(L1, L2, L3, L4)을 통해서 광 변조부(P2)로 집속된다.
이와 같이 제1 내지 제12 미소렌즈들(L1, L2,...L11, L12)을 통해서 제1 내지 제4 적색, 녹색 및 청색 레이저광들(LR1..LR4, LG1..LG4, LB1..LB4)이 집속되는 광 변조부(P2)는 제1 내지 제4 적색 레이저들(LR1..LR4)을 동시에 변조시키는 제1 다중채널음향 광 변조기(63), 제1 내지 제4 녹색 레이저광들(LG1..LG4)을 동시에 변조시키는 제2 다중채널음향 광 변조기(62) 및 제1 내지 제4 청색 레이저광들(LB1..LB4)을 동시에 변조시키는 제3 다중채널음향 광 변조기(61)로 구성된다. 도 6은 이러한 제1 내지 제3 다중채널음향 광 변조기들(63, 62, 61)중 하나를 확대하여 보여주는 사시도로써, 제1 내지 제3 다중채널음향 광 변조기들(63, 62, 61)은 각각 산화 텔루륨(TeO2)과 같은 광학단결정 매질로 구성된 네 개의 광 변조채널들(ch1, ch2, ch3, ch4)로 구성되어 있다. 각 광 변조채널들(ch1..ch4) 상면에 제1 내지 제4 트랜스듀서(transducer)들(T1, T2, T3, T4)이 존재하고, 제1 내지 제4 트랜스듀서들(T1..T4) 상에 광 변조를 위한 영상신호가 동시에 인가되는 제1 내지 제4 전극들(E1, E2, E3, E4)이 존재한다. 제1 내지 제4 트랜스듀서들(T1..T4)은 LiNbO3단결정 박판들이 바람직하다. 제1 내지 제4 전극들(E1-E4)은 각각 금속 박막으로 구성된 것이 바람직하다. 참조부호 C는 제1 내지 제3 다중채널음향 광 변조기들(63, 62, 61)의 각 채널들(ch1..ch4)사이가 주어진 깊이만큼 절단된 것을 나타낸다. 이것은 상기 광 변조 과정에서 각 채널간의 크로스토크(cross talk)를 방지하기 위한 것이다. 또, 제1 내지 제3 다중채널음향 광 변조기들(63, 62, 61)의 제1 내지 제4 전극들(E1..E4)과 대향하는 면은 각 채널들(ch1..ch4)에서 발생된 초음파에 대한 반사파가 발생되는 것을 방지하기 위해 스크래치(scratch)(SC)되어 있다. 동일한 목적으로, 상기 면에 스크래치(SC)를 형성하는 대신에 상기 초음파 흡수물질(미도시)을 구비할 수 있다.
이러한 광 변조부(P2)에 입사되는 상기 각 레이저들을 동시에 변조시키기 위해, 제1 내지 제3 다중채널음향 광 변조기들(63, 62, 61)은 각각 스크린(90)에 동시에 주사되는 복수의 주사선들의 수와 동일하게 네 개씩의 광 변조채널을 구비한다. 예컨대, 제1 다중채널음향 광 변조기(63)는 제1 내지 제4 광 변조채널을 구비하여 입사되는 제1 내지 제4 적색 레이저광들(LR1..LR4)을 동시에 변조시킨다.
제1 내지 제3 다중채널음향 광 변조기들(63, 62, 61)에 입사되는 레이저광들의 동시 변조는 제1 내지 제3 다중채널음향 광 변조기들(63, 62, 61) 각각에 인가되는 색상별 영상신호에 의해 이루어진다. 곧, 제1 다중채널음향 광 변조기(63)의 제1 내지 제4 광 변조채널들에 각각 제1 내지 제4 적색 레이저광들(LR1..LR4)이 집속되는 것에 맞춰서 적색의 영상 신호들을 상기 각 광 변조채널들에 동시에 인가함으로써, 상기 제1 내지 제4 광 변조채널들을 통과하는 제1 내지 제4 적색 레이저광들(LR1..LR4)이 동시에 변조되게 된다. 인가되는 영상신호가 다른 것을 제외하고는 제1 내지 제4 녹색 및 청색 레이저광들(LG1..LG4, LB1..LB4)도 동일한 과정으로 변조된다.
한편, 광 변조부(P2)는 제1 내지 제3 다중채널음향 광 변조기들(63, 62, 61) 대신, 제1 내지 제3 다중채널음향 광 변조기들(63, 62, 61)에 구비된 모든 채널들을 포함하는 한 개의 다중채널음향 광 변조기로 구성될 수 있다. 도 7은 이에 대한 일 예를 도시한 것으로써, 한 개의 다중채널음향 광 변조기(P2a)에 제1 내지 제12 채널들(ch1', ch2',... ch11', ch12')이 포함되어 있다. 상기 12개의 채널들(ch1'..ch12') 중에서 제1 내지 제4 채널들(ch1'..ch4')은 광 발생부(P1)로부터 집속되는 제1 내지 제4 적색 레이저광들(LR1..LR4)의 변조를 위한 채널들이고, 제5 내지 제8 채널들(ch5'-ch8')은 제1 내지 제4 녹색 레이저들광(LG1..LG4)의 변조를 위한 채널들이며, 제9 내지 제12 채널들(ch9'..ch12')은 제1 내지 제4 청색 레이저광들(LB1..LB4)의 변조를 위한 채널들이다. 제1 내지 제12 채널들(ch1'..ch12')에 광 변조를 위한 레이저광들이 인가될 때, 제1 내지 제4 채널들(ch1'..ch4')의 전극들(E1', E2', E3', E4')에 적색 영상신호들이 동시에 인가되고, 제5 내지 제8 채널들(ch5'..ch8')에 녹색 영상신호들이 동시에 인가되며, 제9 내지 제12 채널들(ch9'..ch12')에 청색 영상신호들이 동시에 인가된다. 참조부호들, C1 내지 C11은 상기 12개 채널들사이가 주어진 깊이만큼 절단된 것을 나타낸다. 그리고 T1 내지 T12는 각각 제1 내지 제12 트랜스듀서들을, E1' 내지 E12'는 각각 제1 내지 제12 전극들을 나타낸다.
광 변조부(P2)의 각 채널들을 통과하면서, 인가되는 영상신호들에 의해 광 변조된 레이저광들이 입사되어 정해진 채널별로 통합되는 광 통합부(P3)는 광 변조부(P2)의 제1 내지 제3 다중채널음향 광 변조기들(63, 62, 61)과 일대 일로 대응하도록 구비된 제4 내지 6 렌즈군들(64b, 65b, 66b), 제4 렌즈군(64b)으로부터 입사되는 광 변조된 청색 레이저광들(LB1'..LB4')을 광 주사부(P4)를 향해 반사시키도록 구비된 제3 광 경로 변경수단(67b), 제5 렌즈군(65b)으로부터 입사되는 광 변조된 녹색 레이저광들(LG1'..LG4')을 광 주사부(P4)로 반사시키면서 제3 광 경로 변경수단(67b)으로부터 입사되는 광 변조된 청색 레이저광들(LB1'..LB4')을 투과시키는 제3 광 투과/반사수단(68b) 및 제6 렌즈군(66b)으로부터 입사되는 광 변조된 적색 레이저광들(LR1'..LR4')을 광 주사부(P4)로 반사시키면서 제3 광투과/반사수단(68b)으로부터 입사되는 레이저광들(LG1'+LB1', LG2'+LB2', LG3'+ LB3', LG4'+ LB4')을 투과시키는 제4 광 투과/반사수단(69b)으로 구성된다.
제3 광 경로 변경수단(67b)은 제3 고 반사미러이고, 제3 및 제4 광 투과/반사수단들(68b, 69b)은 각각 녹색광에 대해서는 투과율이 매우 낮은 반면 청색광에 대해서는 투과율이 매우 높은 제3 다이크로익 미러 및 적색광에 대해서는 투과율이 매우 낮은 반면 녹색광과 청색광에 대해서는 투과율이 매우 높은 제4 다이크로익 미러이다. 그리고 제4 내지 제6 렌즈군들(64b, 65b, 66b)은 광 변조부(P2)로부터 입사되는 레이저광들을 평행광으로 바꿔준다. 이를 위해, 제4 내지 제6 렌즈군들(64b, 65b, 66b)은 각각 4개씩의 미소 렌즈들을 구비한다. 제4 렌즈군(66b)의 제13 내지 제16 미소렌즈들(L13..L16)은 제3 다중채널음향 광 변조기(61)에 구비된 네 채널들과 일대 일로 대응하도록 구비되어 있다. 제5 렌즈군(65b)의 제17 내지 제20 미소렌즈들(L17..L20)은 제2 다중채널음향 광 변조기(62)에 구비된 네 채널들과 일대일도 대응하도록 구비되어 있다. 제6 렌즈군(66b)의 제21 내지 제24 미소렌즈들(L21..L24)은 제1 다중채널음향 광 변조기(63)의 네 채널들과 일대 일로 대응하도록 구비되어 있다.
광 변조부(P2)로부터 이러한 광 통합부(P3)에 입사되는 광 변조된 레이저광들의 진행을 살펴보면, 제1 내지 제3 다중채널음향 광 변조기들(63, 62, 61)의 12 채널들로부터 입사되는 광 변조된 적색, 녹색 및 청색 레이저광들(LR1'..LR4', LG1'..LG4', LB1'..LB4')은 각각 제6 내지 제4 렌즈군들(66b, 65b, 64b)의 12개 미소렌즈들(L24, L23, ... L14, L13)을 통과하면서 평행광으로 된다. 제4 렌즈군(64b)의 제13 내지 제16 미소렌즈들(L13..L16)을 통과한 광 변조된 청색 레이저광들(LB1'..LB4')은 제3 광 경로 변경수단(67b)에 의해 반사된 다음, 제3 및 제4 광 투과/반사수단들(68b, 69b)을 순차적으로 투과하여 광 주사부(P4)로 입사된다. 이 과정에서, 광 변조된 청색 레이저광들(LB1'..LB4')은 각각 제3 광 투과/반사수단(68b)을 투과하면서 제3 광 투과/반사수단(68b)에 의해 제4 광 투과/반사수단(69b)을 향해 반사된 광 변조된 녹색 레이저광들(LG1'..LG4')과 통합되고, 이렇게 통합된 레이저광들(LG1'+LB1', LG2'+LB2', LG3'+LB3', LG4'+LB4')은 각각 제4 광 투과/반사수단(69b)을 투과하면서 제4 광 투과/반사수단(69b)에 의해 광 주사부(P4)를 향해 반사된 광 변조된 적색 레이저광들(LR1', LR2', LR3', LR4')과 통합된다. 이렇게 통합된 레이저들(LR1'+LG1'+LB1', LR2'+LG2'+LB2', LR3'+LG3'+LB3', LR4'+LG4'+LB4') 각각은 적색, 녹색 및 청색을 모두 포함하는, 스크린(90)에 주사되는 하나의 주사선에 대응되기 때문에, 결국 광 통합부(P3)에서 광 주사부(P4)로 4개의 주사선들에 대응되는 4개의 통합된 레이저들(LR1'+LG1'+LB1'..LR4'+LG4'+LB4')이 동시에 입사되게 된다.
이와 같이, 4개의 통합된 레이저광들(LR1'+LG1'+LB1'..LR4'+LG4'+LB4')이 동시에 입사되는 광 주사부(P4)는 동시에 입사되는 4개의 통합된레이저광들(LR1'+LG1'+LB1'.. LR4'+LG4'+LB4')을 집속시키는 제1 포커스 렌즈(71), 제1 포커스 렌즈(71)에 의해 집속되는 광을 정해진 시간에 따라 주기적으로 반사시켜 상기 집속되는 광이 스크린(90) 상에 수평으로 주사되게 하는 제1 주사수단(70), 제1 주사수단(70)으로부터 입사되는 광을 스크린(90) 상으로 주사시키되, 상기 입사되는 광이 주사될 수직 위치를 결정하는 제2 주사수단(80), 제1 및 제2 주사수단들(70, 80)사이의 광 경로 상에 구비되어 제1 주사수단(70)에 의해 반사된 광이 제2 주사수단(80)으로 집속되게 하는 제1 릴레이 렌즈(RL1), 제2 릴레이 렌즈(RL2), 및 스크린(90)과 제2 주사수단(80)사이에 구비되어 제2 주사수단(80)으로부터 스크린(90)상으로 동시에 주사되는 복수의 주사선들사이의 간격을 조절하기 위한 제2 포커스 렌즈(72)를 구비한다. 참조부호 SL은 주사선을 나타낸다.
이러한 광 주사부(P4)에서 제1 및 제2 릴레이 렌즈들(RL1, RL2)은 제1 주사수단(70)에 의해 수평 주사된 광을 수직 주사하기 위하여 제2 주사수단(80)의 유효 면적내로 입사되도록 상기 수평 주사된 광을 모아주는 역할을 한다. 제1 주사수단(70)은 회전다면체인 것이 바람직하고, 제2 주사수단(80)은 갈바노미터인 것이 바람직하나,동등한 역할을 수행할 수 있는 다른 광학 요소들로 대체될 수도 있다. 제1 및 제2 포커스 렌즈들(71, 72)과 제1 및 제2 릴레이 렌즈들(RL1, RL2)은 모두 볼록렌즈들인 것이 바람직하다.
한편, 도 8에 도시한 바와 같이, 동일한 평면상에 제1 및 제2 주사수단들(70, 80)과 제1 및 제2 릴레이 렌즈들(RL1, RL2)을 구비하고, 제2 주사수단(80) 위쪽에 스크린(90)을 향해 제2 주사수단(80)으로부터 입사되는 광을 투사하도록 구비된 반사판(RP)을 구비하는 광 주사부가 있을 수 있다.
<제2 실시예>
적색 레이저광을 방출하는 복수의 제1 광원, 녹색 레이저광을 방출하는 복수의 제2 광원 및 청색 레이저광을 방출하는 복수의 제3 광원으로 구성되는 광원부를 구비하고 이러한 광원부들로부터 광 변조부로 광을 전송하는데 및 상기 광 변조부로부터 광 주사부로 변조된 광을 전송하는데 광섬유를 사용하여 제1 실시예에 비해 장치의 전체 부피를 줄인 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치에 관한 것이다.
하기 설명될 이러한 레이저 영상투사장치를 구성하는 부재들 중에서 제1 실시예와 동일한 부재에 대해서는 동일한 참조번호(부호)를 그대로 사용하고, 그에 대한 설명은 생략한다.
도 9를 참조하면, 제2 실시예에 의한 레이저 영상투사장치는 영상 투사에 사용될 광, 예컨대 레이저를 발생시키는 광 발생부(P5), 광 발생부(P5)에서 발생된 광을 변조시키는 광 변조부(P2), 광 변조부(P2)에서 방출되는 광을 정해진 채널별로 통합시키는 광 통합부(P6), 통합된 광을 스크린(90) 상에 주사하여 주어진 영상을 표시하는 광 주사부(P4) 및 상기 영상이 표시되는 스크린(90)을 구비한다.
광 발생부(P5)는 적색 레이저광을 방출하는 제1 내지 제4 광원들(LD1..LD4), 녹색 레이저광을 방출하는 제5 내지 제8 광원들(LD5..LD8) 및 청색 레이저광을 방출하는 제9 내지 제12 광원들(LD9..LD12)을 구비하다. 그리고 제1 내지 제12 광원들(LD1..LD12)로부터 방출되는 단색 레이저광을 광 변조부(P2)까지 전송하기 위하여, 한쪽이 제1 내지 제12 광원들(LD1..LD12)과 일대 일로 접속된 12개의광섬유들(OF1, OF2,...OF11, OF12)을 구비한다. 또한, 이러한 광섬유들(OF1..OF12)의 다른 쪽으로 방출되는 단색 레이저광을 광 변조부(P2)의 정해진 위치로 집속시키기 위해 12개의 광섬유들(OF1..OF12)의 다른 쪽에 각 한 개씩, 총 12개의 제1 미소 포커스 렌즈(FL1)들을 구비한다. 이러한 제1 미소 포커스 렌즈(FL1)들은 각각 광 변조부(P2)의 제1 내지 제3 다중채널음향 광 변조기들(63, 62, 61)에 각 4개씩 구비된, 총 12개의 채널과 일대 일로 대응한다. 이렇게 해서, 제1 내지 제12 광원들(LD1..LD12)로부터 방출된 각 4개씩의 적색, 녹색 및 청색 레이저광들은 각각 12개의 광섬유들(OF1..OF12)을 통해서 광 변조기(P2)에 가까운 곳까지 전송된 다음, 12개의 제1 미소 포커스 렌즈(FL1)들에 의해 광 변조기(P2)에 구비된 12개의 채널들에 집속된다.
이와 같이 12개의 제1 미소 포커스 렌즈(FL1)들은 제1 실시예의 제1 내지 제3 렌즈군(64a, 65a, 66a)과 동등한 역할을 수행한다. 이러한 제1 미소 포커스 렌즈(FL1)들을 이용함으로써, 장치의 부피를 크게 줄일 수 있다.
광 변조부(P2)에서 이렇게 집속된 적색, 녹색 및 청색 레이저광들이 광 변조되는 과정은 제1 실시예에서 설명한 바와 같다. 그리고 광 변조부(P2)는 제1 실시예와 마찬가지로 도 7에 도시한 12개의 광 변조채널을 구비하는 하나의 다중채널음향 광 변조기로 구성된 것일 수 있다.
광 발생부(P5)의 이러한 구성에서, 제1 내지 제12 광원들(LD1..LD12)은 모두 반도체 제조 공정에 따라 형성된 반도체 레이저 다이오드인 것이 바람직하나, 영상 투사에 사용될 수 있는 적색, 녹색 및 청색 레이저광을 방출할 수 있는 다른 레이저 방출 장치일 수도 있다.
상기 반도체 레이저 다이오드나 광섬유 등은 제1 실시예의 제1 및 제2 광 경로 변경수단들(21, 69a), 제1 및 제2 광 투과/반사수단들(67a, 68a) 및 제1 내지 제3 단색광 분할수단들(26, 27, 28)에 비해 부피가 상대적으로 작기 때문에, 제2 실시예에 의한 레이저 투사영상장치의 부피는 제1 실시예에 의한 것보다 작아지게 된다.
다음, 광 통합부(P6)는 광 변조부(P2)의 12채널들로부터 방출되는 광 변조된 적색, 녹색 및 청색 레이저광들을 집속시키기 위해, 광 변조부(P2)의 상기 12채널들과 일대 일로 대응하도록 구비된 12개의 제2 미소 포커스 렌즈(FL2)들을 구비한다. 그리고 광 변조부(P2)에서 방출되는 광 변조된 레이저광들을 광 주사부(P4)로 전송하기 위한 12개의 광섬유들(OF13, OF14,...OF23, OF24)을 구비하는데, 제13 내지 제16 광섬유들(OF13..OF16)들은 광 변조된 적색 레이저광들을, 제17 내지 제20 광섬유들(OF17..OF20)은 광 변조된 녹색 레이저광들을, 제20 내지 제24 광섬유들(OF20..OF24)은 광 변조된 청색 레이저광들을 각각 전송한다. 12개의 제2 미소 포커스 렌즈(FL2)들은 이러한 12개의 광섬유들(OF13..OF24)의 상기 광 변조된 레이저광들이 수광되는 쪽에 하나씩 부착되어 있다. 이러한 12개의 광섬유들(OF13..OF24)은 광 주사부(P4)로 가면서 3개의 광섬유들이 하나로 되어 4개의 결합된 광섬유들(COF1, COF2, COF3, COF4)로 된다. 곧, 12개의 광섬유들(OF13..OF24) 중에서 제13, 제17 및 제21 광섬유들(OF13, OF17, OF21)이 결합되어 제1 결합된 광섬유(COF1)가 되고, 제14, 제18 및 제22 광섬유들(OF14,OF18, OF22)이 결합되어 제2 결합된 광섬유(COF2)가 되고, 제15, 제19 및 제23 광섬유들(OF15, OF19, OF23)이 결합되어 제3 결합된 광섬유(COF3)가 되며, 제16, 제20 및 제24 광섬유들(OF16, OF20, OF24)이 결합되어 제4 결합된 광섬유(COF4)가 된다. 제1 내지 제4 결합된 광섬유들(COF1..COF4)의 각 끝단은 주어진 렌즈가 부착되기에 적합하도록 연마되어 있다. 제1 내지 제4 결합된 광섬유들(COF1..COF4)의 각각을 구성하는 3개의 광섬유들은 각각 결합되기 전에 광 변조부(P2)에서 영상신호들에 의해 광 변조된 적색, 녹색 및 청색 레이저광들이 전송되던 전송로였기 때문에, 각각 상기한 3개의 광섬유들이 결합된 결과물인 제1 내지 제4 결합된 광섬유들(COF1..COF4)을 통해 전송되는 레이저광은 상기 광 변조된 적색, 녹색 및 청색 레이저광들을 포함하는 통합된 레이저광이 된다. 이것은 상기한 결합된 광섬유들(COF1..COF4) 하나 하나가 스크린에 주사될 적색, 녹색 및 청색 영상이 주어진 비율로 혼합되어 형성되는 영상이 전송되는 채널인 것을 의미한다. 곧, 제1 내지 제4 결합된 광섬유들(COF1..COF4)은 스크린(90)에 주사될 영상이 전송되는 채널들이다. 제1 내지 제4 결합된 광섬유들(COF1..COF4)을 통해서 전송된 레이저는 제1 실시예의 광 주사부(P4)를 통해서 스크린(90)에 동시에 주사되므로, 결국 스크린(90) 상에는 4개의 주사선이 동시에 주사되게 된다. 스크린(90) 상에 투영되는 영상의 해상도는 동시에 주사되는 주사선의 수만큼 증가되므로, 본 발명의 경우 해상도를 종래에 비해 4배 정도까지 높일 수 있다. 제1 내지 제4 결합된 광섬유들(COF1..COF4)의 각 끝단에는 각각 제3 미소 포커스 렌즈(FL3)가 부착되어 있다. 제3 미소 포커스 렌즈(FL3)에 의해 제1 내지 제4 결합된광섬유들(COF1..COF4)을 통해서 전송된 레이저광들은 광 주사부(P4)의 제1 포커스 렌즈(71)에 평행하게 입사된다. 이렇게 입사된 레이저광들이 광 주사부(P4)를 통해서 스크린(90)에 주사되는 과정은 제1 실시예와 동일하다.
<제3 실시예>
광 발생부에서 광섬유를 제거하여 구성을 보다 간결하게 한 경우로, 광 변조부, 광 통합부 및 광 주사부 등의 구성은 제2 실시예와 동일하다. 따라서 본 실시예에서 설명은 광 발생부에 대한 것으로 한정한다. 또한, 도면에서 광 변조부, 광 통합부 및 광 주사부 등은 블록으로 도시하였으며, 스크린은 도시하지 않았다.
구체적으로, 도 10을 참조하면, 본 실시예에 의한 레이저 영상투사장치의 광 발생부(P7)는 적색, 녹색 및 청색 레이저광을 개별적으로 방출하는 광원부(920)와 광 변조부(P2)에 근접해서 광원부(920)에서 방출되는 레이저들을 광 변조부(P2)에 구비된 각 채널에 집속시키는 제7 내지 제9 렌즈군들(64c, 65c, 66c)로 구성된다. 광원부(920)는 제2 실시예의 광원부(910)와 동일하게 4개의 적색 레이저 방출원(920a, 920b, 920c, 920d), 4개 녹색 레이저 방출원(920e, 920f, 920g, 920h) 및 4개의 청색 레이저 방출원(920i, 920j, 920k, 920l)들로 구성된다. 상기 각 레이저 방출원들(920a..920l)은 반도체 레이저 다이오드인 것이 바람직하다. 그리고 제7 내지 제9 렌즈군들(64c, 65c, 66c)은 각각 제1 실시예의 제1 내지 제3 렌즈군들(64a, 65a, 66a)과 동등한 것이다. 곧, 제7 내지 제9 렌즈군들(64c, 65c, 66c)은 각 렌즈군에 네 개씩, 총 12개의 동일한 미소 렌즈들(L1..L12)로 구성되어 있다. 이러한 12개의 미소 렌즈들(L1..L12)은 각각 광원부(920)를 구성하는 12개의레이저 방출원들(920a..920l)에 일대 일로 대응된다. 12개의 레이저 방출원들(920a..920l)로부터 방출되는 적색, 녹색 및 청색 레이저들이 상기한 12개의 미소 렌즈들(L1..L12)을 통해서 광 변조부(P2)에 구비된 12채널에 집속되는 집속 효율을 높이기 위해, 12개의 레이저 방출원들(920a..920l)과 12개의 미소 렌즈들(L1..L12)은 근접 배치된 것이 바람직하다.
한편, 제2 및 제3 실시예에서, 광 발생부(P5 또는 P7)에 구비된 광섬유들(OF1..OF12) 또는 광 통합부(P6)에 구비된 12개의 광섬유들(OF13..OF24) 및 4개의 결합된 광섬유들(COF1..COF4)을 구성함에 있어 직선 형태를 비롯해서 다양한 곡선 형태로 구성할 수 있다. 하지만, 적어도 광 변조부(P2) 부근에서는 상기한 광섬유들로부터 방출되는 레이저광들이 광 변조부(P2)의 정해진 채널에 정확히 집속될 수 있도록, 또한 광 변조부(P2)의 각 채널에서 방출되는 광 변조된 레이저광이 광 통합부(P6)의 정해진 광섬유로 정확히 집속될 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 도 11에 도시한 바와 같이, 광 발생부(P5)에 속하는 12개의 광섬유들(OF1..OF12), 광 통합부(P6)에 속하는 12개의 광섬유들(OF13..OF24) 및 4개의 결합된 광섬유들(COF1..COF4)을 각각 정렬하기 위한 제1 내지 제3 정렬 스테이지들(S1, S2, S3)이 제2 실시예에 의한 레이저 영상투사장치에 더 구비될 수 있다. 이 경우에, 제1 내지 제3 정렬 스테이지들(S1, S2, S3)은 상기한 광섬유들의 최소 부분만을 정렬하도록 구비될 수 있는데, 예를 들면 제1 정렬 스테이지(S1)는 가상의 제1 정렬 스테이지(FS1)와 같이 광섬유들(OF1..OF12)의 전체 길이 중에서 제1 미소 포커스 렌즈(FL1)들이 부착되는 부분을 포함하는 소정의 길이만큼만 정렬시키도록 구비될 수 있다. 그리고 제2 정렬 스테이지(S2)는 가상의 제2 정렬 스테이지(FS2)와 같이 광섬유들(OF13..OF24)의 전체 길이 중에서 제2 미소 포커스 렌즈(FL2)들이 부착되는 부분을 포함하는 소정의 길이만큼만 정렬시키도록 구비될 수 있다. 마찬가지로, 제3 정렬 스테이지(S3)는 가상의 제3 정렬 스테이지(FS3)와 같이 제3 미소 포커스 렌즈(FS3)들이 부착되는 부분을 포함하는, 제1 내지 제4 결합된 광섬유들(COF1..COF4)의 전제 길이 중, 소정 길이만큼만 정렬시키도록 구비될 수 있다.
도 12는 도 11을 12-12'방향으로 절개한 단면도로써, 이를 참조하면, 제1 정렬 스테이지(S1) 표면에 광섬유 정렬을 위한 V자 형상의 그루브(groove)(G)가 복수개 형성되어 있고, 이러한 그루브(G)에 광섬유들(OF1..OF12)이 정렬된 것을 알 수 있다. 이와 같은 제1 정렬 스테이지(S1)의 단면 형태는 제2 및 제3 정렬 스테이지들(S2, S3)의 단면 형태를 설명하는데 그대로 적용될 수 있다.
상술한 본 발명에 의한 레이저 영상투사장치에서 스크린(90)에 투사되는 영상의 해상도는 수평 주사를 위한 제1 광 주사수단(70)의 수평주사 속도와 제1 내지 제3 다중채널음향 광 변조기들(63, 62, 61)의 영상처리속도에 의해 결정되는데, 각각 4채널을 구비하는 제1 내지 제3 다중채널음향 광 변조기들(63, 62, 61)을 이용하여 영상신호를 동시에 처리하게 되면, 각각의 다중채널음향 광 변조기들(63, 62, 61)은 1/4배의 속도로 영상신호를 처리하면 되고, 제1 광 주사수단(70)도 4개의 주사선을 동시에 주사하는 관계로 1개의 주사선을 주사할 때의 1/4배에 해당하는 주사 속도로 구동하면 된다. 상기 영상신호 처리속도는 수평동기신호를 1/4로 나누어인가함으로써 조절될 수 있다.
다음에는 상술한 제1 내지 제3 실시예에 의한 레이저 영상투사장치들에 대한 구동방법에 대해 설명한다.
레이저 영상투사장치에 입력되는 아날로그 영상신호는 아날로그/디지털 변환부(A/D converter)를 통하여 디지털 신호로 변환된다. 이렇게 변환된 디지털 신호는 FIFO 메모리에 저장된 후, 디지털/아날로그 변환기(D/A converter)를 통하여 아날로그 신호로 변환된다. 이렇게 변환된 아날로그 신호가 광 변조기 구동 드라이브에 인가되어 상기 광 변조기에 집속되는 레이저가 광 변조된다. 이때, 상기 광 변조기가 상술한 바와 같이 적어도 2채널 이상을 구비하는 다중채널음향 광 변조기인 경우, 상기 아날로그/디지털 변환기를 통해서 입력되는 영상신호를 동시에 처리하고자 하는 수평 주사선 수만큼의 FIFO 메모리와 디지털/아날로그 변환기를 이용하여 처리하게 된다.
도 13은 상술한 본 발명의 실시예들에 의한 레이저 영상투사장치의 구동방법 및 구동회로 구성을 설명하기 위한 회로 블록도로써, 제1 내지 제3 다중채널음향 광 변조기들(63, 62, 61) 각각에 네 개의 광 변조채널이 구비된 경우에 대한 것이다. 각각 네 개씩의 광 변조채널들을 구비하는 제1 내지 제3 다중채널음향 광 변조기들(63, 62, 61)이 구비된 광 변조부를 통한 광 변조과정에서, 각 광 변조기에서 수행되는 광 변조과정은 동일한 것이므로, 도 13에는 편의 상 적색 레이저광이 입사되는 제1 다중채널음향 광 변조기(63)와 관련된 부분만 도시하였고, 제2 및 제3 다중 채널 음향 광 변조기들(62, 61)과 관련된 부분은 단순히 블록으로 도시하였다.
도 13을 참조하면, 아날로그/디지털 변환부(930)를 통하여 입력되는 영상신호(R)는 복수의 FIFO 메모리로 구성된 메모리에 기록된다. 곧, 4분할되어 인가되는 수평동기신호(Hs)에 따라 제1 내지 제3 FIFO 메모리들(M1, M2, M3)에 순차적으로 기록한다(Write). 이와 같이 3개의 주사선에 해당하는 영상정보가 제1 내지 제3 FIFO 메모리들(M1, M2, M3)에 다 입력된 직후, 제4 FIFO 메모리(M4)에 4번째 주사선에 해당하는 영상정보가 기록됨과 동시에 제1 내지 제4 FIFO 메모리들(M1..M4)로부터 4개의 주사선에 해당하는 영상정보들을 제1 내지 제4 FIFO 메모리들(M1..M4)에 입력되는 입력신호들보다 4배정도 느린 속도로 동시에 출력(Read)한다. 이렇게 출력된 영상정보들은 각각 제1 내지 제4 FIFO 메모리들(M1..M4)과 일대 일로 연결된 제1 내지 제4 디지털/아날로그 변환기들(940a, 940b, 940c, 940d)로 전송된다. 이렇게 전송된 신호들이 각각 제1 다중채널음향 광 변조기(63)에 구비된 4개 채널들(ch1..ch4)에 동시에 인가됨으로써, 광 발생부(LS)로부터 4개의 채널들(ch1..ch4)에 입사되는 레이저광들에 대한 광 변조가 동시에 일어나게 된다. 이렇게 광 변조된 4개의 레이저광들을 광 주사수단을 이용하여 스크린 상에 동시에 주사함으로써 고 해상도의 영상을 구현할 수 있다.
도 14는 이러한 회로 블록도의 제1 내지 제4 FIFO 메모리들(M1..M4)에 영상 정보를 저장하기 위한 라이트 클럭 신호(write clock signal)와 제1 내지 제4 메모리들(M1..M4)에 저장된 영상 정보를 동시에 출력시키기 위한 리드 클럭 신호(read clock signal)를 보여준다. 도면에서 참조부호들 W1 내지 W4는 각각 제1 내지 제4FIFO 메모리에 순차적으로 인가되는 제1 내지 제4 라이트 클럭 신호들을, R은 리드 클럭 신호를 나타낸다.
이러한 도 14를 참조하면, 제1 내지 제4 라이트 클릭 신호들(W1..W4)이 각각 수평동기신호(Hs)의 1/4주기마다 순차적으로 발생되어 제1 내지 제4 FIFO 메모리들(M1..M4)에 순차적으로 인가된다. 이 과정에서, 리드 클럭 신호(R)는 제4 라이트 클럭 신호(W4)가 발생됨과 동시에 발생되어 다음의 영상 신호를 저장하기 위한 제1 내지 제3 라이트 클럭 신호들(M1..M3)이 발생 완료될 때까지 지속된 다음, 새로운 제4 라이트 클럭 신호(W4)가 발생됨과 동시에 출력된다. 이것은 제1 내지 제3 FIFO 메모리들(M1..M3)에 영상정보가 기록된 후, 제4 FIFO 메모리(M4)에 영상 정보가 기록되면서 제1 내지 제4 FIFO 메모리들(M1..M4)에 기록된 영상 정보들이 동시에 출력됨을 의미한다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 제1 내지 제3 다중채널음향 광 변조기들과 광섬유들을 일렬로 구비하기보다 적층된 형태로 구비할 수도 있을 것이다. 곧, 제1 내지 제3 다중채널음향 광 변조기들을 순차적으로 적층한 다음, 12개의 광섬유들도 이들에 맞게 4개씩 적층할 수 있을 것이다. 또한, 광 발생부는 본 발명의 제2 실시예에 따라 구성하고, 광 통합부는 본 발명의 제1 실시예에 따라 구성한 레이저 영상투사장치를 구현할 수도 있을 것이며, 반대로 광 발생부는 본 발명의 제1 실시예에 따라 구성하고, 광 통합부는 본 발명의제2 실시예에 따라 구성한 레이저 영상투사장치를 구현할 수도 있을 것이다. 또한, 광 발생부는 본 발명의 제3 실시예에 따라 구성하고, 광 통합부는 본 발명의 제1 또는 제2 실시예에 따라 구성한 레이저 영상투사장치를 구현할 수도 있을 것이다. 또한, 도 1에 도시한 종래의 레이저 영상투사장치를 구성하는 요소의 일부를 대응되는 본 발명의 구성요소로 대체한 레이저 영상투사장치를 구현할 수도 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 레이저 영상투사장치는 다수의 주사선을 동시에 처리하여 주사하도록 함으로써, 광 변조기의 영상처리 능력과 광 주사 수단의 주사 속도를 크게 향상시키는 효과를 갖는다. 광 변조채널 수에 비례하여 투사되는 영상의 해상도는 지속적으로 증가하게 되는데, 이를 통하여 광 변조기와 광 주사수단의 성능 한계를 극복할 수 있다. 그리고 개별 레이저 방출원과 광섬유 및 미소 포커스 렌즈들을 이용함으로써 장치의 부피를 크게 줄일 수 있고, 광섬유로 인해, 구성 요소들을 임의 위치에 배치시킬 수 있기 때문에, 구성 요소들을 배치함에 있어 배치 자유도가 증가된다. 또한, 광섬유들은 정렬 스테이지를 사용함으로써 쉽게 정렬시킬 수 있으므로, 구성요소들 간의 정렬도가 높아진다. 또한, 다수의 반도체 레이저 다이오드가 사용될 경우에 저 출력의 레이저 다이오드를 모아서 고휘도의 영상을 구현할 수 있다.

Claims (38)

  1. 영상 투사에 사용될 광을 방출하는 광 발생부, 상기 광 발생부로부터 입사되는 광을 영상신호에 따라 변조시키는 광 변조부, 상기 광 변조부에서 방출되는 변조된 광들을 통합시키는 광 통합부, 상기 광 통합부로부터 입사되는 광을 스크린에 주사하는 광 주사부를 구비하는 레이저 영상투사장치에 있어서,
    상기 광 변조부는 광 변조에 적합한 상태로 입사되는 복수의 적색, 녹색 및 청색광들을 동시에 광 변조시킬 수 있도록 적어도 6개 이상의 광 변조채널들을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광 변조부는 각각 적어도 2개 이상의 광 변조채널들을 구비하는 제1 내지 제3 다중 채널 음향 광 변조기들로 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 6개 이상의 광 변조채널들은 하나의 다중 채널 음향 광 변조기에 구비된 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 광 발생부는,
    상기 영상 투사에 사용될 광을 방출하는 광원부;
    상기 광원부에서 방출되는 광의 경로를 변경시키는 제1 광 경로 변경수단;
    상기 제1 광 경로 변경수단으로부터 입사되는 광에서 각각 서로 다른 단색인제1 및 제2 광을 순차적으로 분리시키도록 구비된 제1 및 제2 광 투과/반사수단들;
    상기 제2 광 투과/반사수단으로부터 입사되는 광의 경로를 변경시키는 제2 광 경로 변경수단;
    제1 및 제2 광 투과/반사수단들과 상기 제2 광 경로 변경수단으로부터 입사되는 광들을 상기 광 변조기에 구비된 광 변조채널의 수와 동수가 되도록 균등 분할하는 제1 내지 제3 단색광 분할수단들; 및
    상기 제1 내지 제3 단색광 분할수단들과 일대 일로 대응되어 상기 각 단색광 분할수단으로부터 입사되는 광들을 각각 상기 광 변조기에 구비된 채널들에 집속시키는 제1 내지 제3 렌즈군들을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광 경로 변경수단들 중 적어도 어느 하나는 고 반사미러인 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광 투과/반사수단들 중 적어도 어느 하나는 다이크로익 미러인 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 단색광 분할수단들 중 적어도 선택된 어느 하나는 상기 제1 및 제2 광 투과/반사수단들과 상기 제2 광 경로 변경수단으로부터 입사되는 광을 다단계의 내부 반사과정을 통해서 균등 분할하는 투광성 플레이트인 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  8. 제 4 항에서, 상기 제1 내지 제3 단색광 분할수단들 중 적어도 선택된 어느 하나는 상기 제1 및 제2 광 투과/반사수단들과 상기 제2 광 경로 변경수단으로부터 입사되는 광을 다단계의 투과/반사과정을 통해서 균등 분할하는 제1 내지 제4 빔 스프리터들로 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  9. 제 4 항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 렌즈군들은 각각 상기 광 변조기에 구비된 채널들과 일대 일로 대응하는 복수의 미소 렌즈들로 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  10. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 광 통합부는,
    상기 광 변조부에서 방출되는 변조된 광을 평행광으로 바꾸어주는 제4 내지 제6 렌즈군들;
    상기 제4 렌즈군으로부터 입사되는 광들의 경로를 변경시키는 제3 광 경로 변경수단;
    상기 제5 렌즈군으로부터 입사되는 광들을 반사시키면서 상기 제3 광 경로 변경수단으로부터 입사되는 광들을 투과시켜 상기 두 광들이 통합되게 하는 제3 광 투과/반사수단; 및
    상기 제6 렌즈군으로부터 입사되는 광들을 반사시키면서 상기 제3 광 투과/반사수단으로부터 입사되는 광들을 투과시켜 상기 두 광들이 통합되게 하는 제4 광투과/반사수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제4 내지 제6 렌즈군들은 각각 상기 광 변조기에 구비된 채널들과 일대 일로 대응하는 복수의 미소 렌즈들로 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 제3 및 제4 광 투과/반사수단들 중 적어도 어느 하나는 다이크로익 미러인 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 광 발생부는
    상기 광 변조부에 구비된 광 변조채널들의 수와 동수의 레이저광들을 방출하는 광원부; 및
    상기 광 변조부와 상기 광원부사이에 구비되어 상기 광 변조채널들과 일대 일로 대응하고 상기 방출되는 레이저광들을 각각 상기 광 변조채널들에 집속시키는 렌즈군으로 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 광원부와 상기 렌즈군사이에 상기 광원부에서 방출되는 레이저광들을 각각 상기 렌즈군에 전송시키기 위한 광 전송수단이 더 구비된 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 광원부는 복수의 적색, 녹색 및 청색 레이저 방출원들로 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 레이저 방출원들은 반도체 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 렌즈군은 상기 레이저 방출원들로부터 방출되는 적색, 녹색 및 청색 레이저광들을 각각 상기 광 변조부의 대응하는 광 변조채널들로 집속시키도록 구비된 복수의 제1 내지 제3 미소 렌즈들로 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 광 전송수단은 상기 광원부에서 방출되는 레이저들 수와 동수의 광섬유들인 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 광 통합부는,
    상기 광 변조채널들로부터 방출되는 변조된 광들을 상기 광 주사부로 전송시키되, 상기 전송과정에서 상기 변조된 광들 중, 적색, 녹색 및 청색광들이 통합될 수 있도록 구비된 광 전송수단들;
    상기 광 변조채널들로부터 방출되는 변조된 광들이 각각 상기 광 전송수단들에 집속될 수 있도록 상기 광 전송수단들의 일단에 구비된 제1 미소 포커스 렌즈들; 및
    상기 광 전송수단들을 통해서 전송된 광이 상기 광 주사부에 입사될 수 있도록 상기 광 전송수단들의 타단에 구비된 제2 미소 포커스 렌즈들로 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 광 전송수단들은 상기 광 변조채널들의 수와 동수로 시작해서 상기 광 주사부로 가면서 그 수가 1/3이 되도록 구성된 광섬유들인 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  21. 제 13 항에 있어서, 상기 광 통합부는,
    상기 광 변조부에서 방출되는 변조된 광을 평행광으로 바꾸어주는 제4 내지 제6 렌즈군들;
    상기 제4 렌즈군으로부터 입사되는 광들의 경로를 변경시키는 제3 광 경로 변경수단;
    상기 제5 렌즈군으로부터 입사되는 광들을 반사시키면서 상기 제3 광 경로 변경수단으로부터 입사되는 광들을 투과시켜 상기 두 광들이 통합되게 하는 제3 광 투과/반사수단; 및
    상기 제6 렌즈군으로부터 입사되는 광들을 반사시키면서 상기 제3 광 투과/반사수단으로부터 입사되는 광들을 투과시켜 상기 두 광들이 통합되게 하는 제4 광 투과/반사수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 제4 내지 제6 렌즈군들은 각각 상기 광 변조기에 구비된 채널들과 일대 일로 대응하는 복수의 미소 렌즈들로 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 제3 및 제4 광 투과/반사수단들 중 적어도 어느 하나는 다이크로익 미러인 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  24. 제 13 항에 있어서, 상기 광 통합부는,
    상기 광 변조채널들로부터 방출되는 변조된 광들을 상기 광 주사부로 전송시키되, 상기 전송과정에서 상기 변조된 광들 중, 적색, 녹색 및 청색광들이 통합될 수 있도록 구비된 광 전송수단들;
    상기 광 변조채널들로부터 방출되는 변조된 광들이 각각 상기 광 전송수단들에 집속될 수 있도록 상기 광 전송수단들의 일단에 구비된 제1 미소 포커스 렌즈들; 및
    상기 광 전송수단들을 통해서 전송된 광이 상기 광 주사부에 입사될 수 있도록 상기 광 전송수단들의 타단에 구비된 제2 미소 포커스 렌즈들로 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 광 전송수단들은 상기 광 변조채널들의 수와 동수로 시작해서 상기 광 주사부로 가면서 그 수가 1/3이 되도록 구성된 광섬유들인 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  26. 제 4 항에 있어서, 상기 광 통합부는
    상기 광 변조채널들로부터 방출되는 변조된 광들을 상기 광 주사부로 전송시키되, 상기 전송과정에서 상기 변조된 광들 중, 적색, 녹색 및 청색광들이 통합될 수 있도록 구비된 광 전송수단들;
    상기 광 변조채널들로부터 방출되는 변조된 광들이 각각 상기 광 전송수단들에 집속될 수 있도록 상기 광 전송수단들의 일단에 구비된 제1 미소 포커스 렌즈들; 및
    상기 광 전송수단들을 통해서 전송된 광이 상기 광 주사부에 입사될 수 있도록 상기 광 전송수단들의 타단에 구비된 제2 미소 포커스 렌즈들로 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 광 전송수단들은 상기 광 변조채널들의 수와 동수로 시작해서 상기 광 주사부로 가면서 그 수가 1/3이 되도록 구성된 광섬유들인 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  28. 제 1 항에 있어서, 상기 광 주사부는 상기 광 통합부로부터 입사되는 광을 집속시키는 제1 포커스 렌즈;
    상기 제1 포커스 렌즈에 의해 집속된 광이 상기 스크린에 수평으로 주사되도록 반사시키는 제1 광 주사수단;
    상기 제1 광 주사수단에 의해 반사된 광을 상기 스크린에 투사시키되, 상기 반사된 광이 상기 스크린에 주사되는 수직 위치를 결정하는 제2 광 주사수단;
    상기 제1 및 제2 광 주사수단들 사이에 구비되어 상기 제1 광 주사수단으로부터 반사되는 광을 상기 제2 광 주사수단으로 모아주는 릴레이 렌즈계; 및
    상기 스크린과 상기 제2 광 주사수단사이에 상기 스크린에 투사되는 광의 수직 주사위치를 조절하기 위한 제2 포커스 렌즈로 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 포커스 렌즈들, 상기 제1 및 제2 광 주사수단들 및 상기 릴레이 렌즈계는 수평으로 구비된 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  30. 제 28 항에 있어서, 상기 제2 광 주사수단 위에 상기 제2 광 주사수단으로부터 반사되는 광을 상기 제2 포커스 렌즈를 통해 상기 스크린에 투사시키는 반사판이 더 구비된 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  31. 제 28 항 또는 제 29 항에 있어서, 상기 릴레이 렌즈계는 상기 제1 광 주사수단으로부터 반사된 광을 제2 광 주사수단에 집속시키는 제1 릴레이 렌즈 및 제2릴레이 렌즈로 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  32. 제 28 항 또는 제 29 항에 있어서, 상기 제1 광 주사수단은 회전다면체(polygon mirror)인 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  33. 제 28 항 내지 제 30 항 중 선택된 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 광 주사수단은 갈바노미터(galvanometer)인 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  34. 제 28 항 또는 제 29 항에 있어서, 상기 제1 광 주사수단 및 제2광 주사수단은 반도체 공정 또는 MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System) 공정을 이용하여 제작한 미소 거울 또는 미소 스캐너(micro mirror, micro scanner)인 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  35. 아날로그 영상신호를 디지털 신호로 변환시키는 아날로그/디지털 변환기와 상기 디지털 신호로 변환된 영상신호가 기록될 수 있도록 상기 아날로그/디지털 변환기에 연결된 복수의 FIFO 메모리들을 구비하는 레이저 영상투사장치의 구동방법에 있어서, 상기 아날로그/디지털 변환기로부터 출력되는 영상신호들을 상기 복수의 FIFO 메모리들에 순차적으로 기록하되, 마지막 FIFO 메모리에 영상신호가 기록됨과 동시에 상기 복수의 FIFO 메모리들에 각각 기록된 영상신호들이 동시에 출력되게 하는 것을 특징으로 하는 구동방법.
  36. 제 35 항에 있어서, 영상신호들은 적색, 녹색 또는 청색 영상신호인 것을 특징으로 하는 구동방법.
  37. 제 35 항에 있어서, 상기 복수의 FIFO 메모리들 각각에 상기 영상신호가 기록되는 속도보다 느린 속도로 상기 복수의 FIFO 메모리들로부터 상기 영상신호들이 동시에 출력되게 하는 것을 특징으로 하는 구동방법.
  38. 아날로그 영상신호를 디지털 신호로 변환시키는 아날로그/디지털 변환기, 상기 디지털 신호로 변환된 영상신호가 기록되는 메모리, 상기 메모리로부터 출력되는 영상정보를 아날로그 신호로 변환시키는 디지털/아날로그 변환기 및 상기 디지털/아날로그 변환기로부터 출력되는 아날로그 신호를 이용하여 광을 변조시키는 광 변조기를 구비하는 레이저 영상투사장치의 구동회로에 있어서,
    상기 메모리는 상기 아날로그/디지털 변환기로부터 출력되는 영상신호들이 순차적으로 기록되는 복수의 FIFO 메모리들로 구성되고,
    상기 디지털/아날로그 변환기는 상기 복수의 FIFO 메모리들과 동수로 구성되며,
    상기 광 변조기에 상기 복수의 FIFO 메모리들과 동수의 광 변조채널이 구비된 것을 특징으로 하는 구동회로.
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