KR20050116233A

KR20050116233A - 스위칭 신호에 연동하여 순차 주사를 수행하는 주사 장치

Info

Publication number: KR20050116233A
Application number: KR1020040041363A
Authority: KR
Inventors: 여인재; 윤상경; 한규범
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2004-06-07
Filing date: 2004-06-07
Publication date: 2005-12-12
Also published as: KR100855814B1

Abstract

본 발명은 스위칭 신호에 따른 순차 주사를 수행하는 주사 장치에 관한 것으로서, 주사면에 수직 방향으로 위치하는 광변조기를 구성하는 각 액츄에이팅 셀의 온/오프 구동용 스위칭 신호를 순차적으로 인가함으로써, 소정 형상을 갖는 주사면에 대칭 형상의 스팟 궤적을 형성시키는 주사장치에 관한 것이다.

따라서, 본 발명은 광변조기를 구성하는 각 액츄에이팅 셀의 광경로 차로 인하여 주사면에 발생하는 비대칭 형상의 스팟 궤적의 발생을 방지함으로써, 2차원 형상의 평면 또는 곡면을 갖는 주사면에 대한 화상정보의 왜곡을 방지하여 보다 정확한 화상정보를 표현할 수 있다는 효과를 제공한다.

Description

스위칭 신호에 연동하여 순차 주사를 수행하는 주사 장치{Scanning apparatus for sequentially scanning light according to a switching signal}

본 발명은 스위칭 신호에 연동하여 순차 주사를 수행하는 주사 장치에 관한 것이다.

보다 구체적으로는, 주사면에 수직 방향으로 위치하는 광변조기를 구성하는 각 액츄에이팅 셀에 대한 스위칭 신호를 순차적으로 인가함으로써, 대칭 형상의 스팟 궤적을 주사면에 형성시키는 스위칭 신호에 따른 순차 주사를 수행하는 주사 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 광신호처리는 많은 데이타 양과 실시간 처리가 불가능한 기존의 디지탈 정보처리와는 달리 고속성과 병렬처리 능력, 대용량의 정보처리의 장점을 지니고 있으며, 공간 광변조이론을 이용하여 이진위상 필터 설계 및 제작, 광논리게이트, 광증폭기 등과 영상처리 기법, 광소자, 광변조기 등의 연구가 진행되고 있다. 이중 광변조기는 광메모리, 광디스플레이, 프린터, 광인터커넥션, 그리고 홀로그램 등의 분야에 사용되며, 이를 이용한 광빔 주사 장치의 연구 개발이 진행되어 오고 있다.

이러한 광빔 주사 장치는 화상 형성장치 예를 들면, 레이저 프린터, LED 프린터, 전자 사진 복사기 및 워드 프로세서 등에서 광빔을 스캐닝하여 광빔을 감광매체에 스폿(spot)시켜 화상 이미지를 결상시키는 역할을 한다.

최근에는 프로젝션(Projection) 텔레비젼 등이 개발됨에 따라 영상 디스플레이에 빔을 주사하는 수단으로서 광빔 스캐닝 장치가 이용되고 있다.

이러한 광빔 주사 장치에 반드시 광변조기가 채용되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 1에 도시된 종래의 광빔 스캐닝 장치는 광변조기를 구비하고 있지 않다. 이에 대한 보다 상세한 구성은 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 종래의 광빔 주사 장치는 비디오 신호에 따라 광빔을 출사하는 레이저 다이오드(LD)(10)와, LD(100)에서 출력되는 광빔을 평행광으로 변환시키는 콜리메이터 렌즈(11)와, 콜리메이터 렌즈(11)를 통과한 평행광을 스캐닝 방향에 대해 수평방향의 선형광으로 만들어주는 실린더 렌즈(12)와, 실린더 렌즈(12)를 통과한 수평방향의 선형광을 등선속도로 이동시켜 스캐닝하는 폴리곤 미러(13)와, 폴리곤 미러(13)를 등속도로 회전시키는 폴리곤 미러 구동용 모터(14)와, 광축에 대해 일정한 굴절율을 가지며 폴리곤 미러(13)에서 반사된 등각속도의 광을 주조사 방향으로 편향시키고 수차를 보정하여 조사 면상에 초점을 맞추는 f·θ렌즈(15)와, f·θ렌즈(15)를 통한 광빔을 소정의 방향으로 반사시켜 결상면인 감광드럼(17)의 표면에 점상으로 결상시키는 결상용 반사미러(16)와, f·θ렌즈 (15)를 통한 레이저 빔을 수평방향으로 반사시켜 주는 수평동기 미러(18)와, 수평동기 미러(18)에 반사된 레이저빔을 수광하여 동기를 맞추는 광센서(19)를 포함하여 구성된다.

이와 같은 종래의 레이저 스캐닝 장치는 레이저 다이오드(10)에서 출력된 광빔이 콜리메이터 렌즈(11)를 투과하여 평행광으로 변환되고 실린더 렌즈(12)에 의해 폴러곤 미러(13)의 회전 축방향으로 집광된 후, 등각속도로 회전하는 폴리곤 미러(13)에 반사되어, f·θ렌즈(15)를 통과한 후 일정한 빔경으로 감광드럼(17)에 스폿을 형성하게 된다. 여기서, 프린터의 해상도는 감광드럼(17)에 형성된 스폿의 빔경에 의해 결정되기 때문에, f·θ렌즈의 가공성이 매우 우수해야 한다.

그러나, 일반적으로 광빔 스캐닝 장치는 소형화 및 비용측면을 고려하여한다. 따라서, f·θ렌즈는 그 매수를 줄이기 위해 Y - 토릭, 아나몰픽, 자유곡면등으로 구성된다. 따라서, f·θ렌즈의 렌즈면을 가공하기가 매우 어려워 가공성이 떨어진다. 결국 광빔 스캐닝 장치의 성능 및 해상도는 떨어지게 된다는 단점이 있다.

또한, 상기한 바와 같은 종래의 스캐닝 장치는 프린팅 속도가 폴리곤 미러의 회전 속도에 비례하고 폴리곤 미러의 한 면당 한줄씩 프린팅이 되기 때문에, 고속프린팅을 수행할 경우 폴리곤 미러의 회전속도가 더 빨라야 하므로 이로 인해 레이져 빔의 조사 시간이 줄어들어 동일한 광 스캐닝 효과를 위해서는 파워가 센 레이저 다이오드를 사용해야 하는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 기술적 사상으로서, 도 2 에 도시된 바와 같이, 광변조기에 의하여 형성되는 회절 다중빔을 이용한 주사 장치가 개시되어 있다.

도 2를 참조하면, 광변조기를 이용한 종래의 주사 장치는, 레이저 빔을 발생하기 위한 레이저 다이오드(LD)(21)와, 레이저 다이오드(21)로부터 조사된 레이저 빔을 평행광으로 변경시키기 위한 제 1 렌즈(22)와, 제 1 렌즈(22)를 통해 평행광으로 변형된 레이저 빔을 회절 및 변조시켜 N(N은 자연수) 개의 다중빔을 출력하는 다중빔제어용 광변조기(23)와, 다중빔제어용 광변조기(23)로부터 출력되는 회절 다중빔을 등선속도로 이동시켜 스캐닝하는 폴리곤 미러(24)와, 다중빔제어용 광변조기(23)에 의해 회절 및 변조되어 출력되는 회절 다중빔을 폴리곤 미러(240)의 회전축 방향으로 집속시키기 위한 제 2 렌즈(25)와, 폴리곤 미러(24)에서 반사된 등각속도의 회절 다중빔을 주조사 방향으로 편향시키고 수차를 보정하여 드럼(Drum)(27)등의 피스캐닝 객체의 조사면상에 초점을 맞추어 조사하는 어셉터 렌즈(26)를 구비하고 있다.

상술한 바와 같은 광변조기(23)를 이용한 종래의 주사장치에 있어서, 제 1 렌즈(22)를 통하여 입사되는 레이저 광에 대한 회절 및 변조를 수행하는 광변조기 (23)를 구성하는 각 액츄에이팅 셀(미도시)이 동시에 스위칭되는 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 액츄에이팅 셀 상호간의 광경로 차로 인하여 소정 형상을 갖는 피스캐닝 객체, 즉 드럼(27)의 조사면상에 비대칭 형상의 스팟 궤적(27a)이 발생하게 된다.

즉, 종래의 주사장치는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 광변조기(23)를 구성하는 각 픽셀 상호간의 광경로 차로 인하여 소정 형상, 즉 2차원 형상의 평면 또는 곡면을 갖는 피스캐닝 객체(27)의 주사면에 대하여 직사각형과 같은 대칭 형상의 스팟 궤적(27b)이 형성되지 않고 사다리골 형상의 비대칭 스팟 궤적(27a)이 형성되게 된다.

따라서, 광변조기(22)를 구성하는 각 픽셀 상호간의 광경로차로 인하여 주사면상에 발생되는 비대칭 형상의 스팟 궤적(27a)으로 인하여 2차원 형상의 평면 또는 곡면을 갖는 주사면에 화상정보의 왜곡이 발생하고, 이에 의하여 정확한 화상정보를 표현할 수 없었다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 주사면에 수직 방향으로 위치하는 광변조기를 구성하는 각 액츄에이팅 셀에 대한 스위칭 신호를 순차적으로 인가하여 대칭 형상의 스팟 궤적을 형성시키는 주사 장치를 제공하는데 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 스위칭 신호에 따른 순차 주사를 수행하는 주사 장치는, 레이저빔을 발생하기 위한 광원; 상기 광원으로부터 출력된 단일빔을 광로 방향에 대하여 평형하게 주사시키는 광학수단; 상기 광학수단으로부터 입사되는 입사광에 대한 회절을 수행하여 다수의 회절빔을 형성하고, 외부로부터 인가되는 스위칭 신호에 연동하여 순차적으로 온/오프 구동하여 주사면상에 대칭 형상의 스팟 궤적을 형성하는 광변조 수단; 상기 광변조 수단을 통하여 입사되는 다수의 회절빔을 상기 주사면상에 비등선속도나 등선속도로 이동시켜 스캐닝을 수행하는 광주사 수단; 및 상기 주사면상에 대칭 형상의 스팟 궤적을 형성하기 위하여 스위칭 제어 신호를 순차적으로 상기 광변조 수단으로 전달하는 제어수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 스위칭 신호에 따른 순차 주사를 수행하는 주사 장치의 구성 및 동작 과정을 상세하게 설명한다.

먼저, 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 주사장치의 구성 및 동작 과정을 상세하게 설명한다.

여기서, 도 5는 본 발명에 따른 스위칭 신호에 따른 순차 주사를 수행하는 주사 장치의 구성도 이다.

본 발명에 의한 스위칭 신호에 따른 순차 주사를 수행하는 주사장치(100)는 주사면에 수직 방향으로 위치하는 광변조기를 구성하는 액츄에이팅 셀에 대한 스위칭 신호를 순차적으로 인가하여 주사면상에 대칭 형상의 스팟 궤적을 형성시키는 것으로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 광원(100), 광학수단(200), 광변조 수단 (300), 광주사 수단(400) 및 제어수단(500)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 광원(100)은 소정의 파장을 갖는 단일빔을 형성한 후, 이를 후술하는 광학수단(200)으로 출사시키는 것으로서, 보다 구체적으로는 레이더 다이오드 (LD)이다.

이때, 상기 광원(100)인 레이저 다이오드는 비교적 낮은 출력을 갖는데, 이는 동시에 다수개의 빔을 주사하므로 단일 픽셀에 대해서는 노광에 필요한 레이저 다이오드의 주사 시간을 길게 허용할 수 있기 때문이다.

광학수단(200)은 광원(100)으로부터 입사되는 단일빔을 후술하는 광변조 수단(300)으로 입사시키는 것으로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 평형광 렌즈(210), 빔스피리트(220) 및 실린더 렌즈(230)를 포함하여 구성된다.

여기서, 평행광 렌즈(210)는 상기 광원(100)으로부터 입사되는 구형 파형의 단일빔을 평면 파형의 단일빔으로 변환시킨 후, 이를 빔스피리트(220)로 전달하는 역할을 수행한다.

이때, 상기 평형광 렌즈(210)는 광원(100)과 후술하는 빔스피리트(220) 사이에 배치되되, 평형광 렌즈(210)가 2개 이상이 채용될 경우, 다수의 평형광 렌즈(210)들은 일정 간격으로 이격되어 배열된다.

빔스피리티(220)는 상기 평행광 렌즈(210)를 통하여 입사되는 평면 파형의 단일빔을 후술하는 실린더 렌즈(230)가 설치되어 있는 광로방향으로 반사시키는 역할을 수행한다.

실린더 렌즈(230)는 상기 빔스피리트(220)를 통하여 반사되어 입사되는 평면 파형의 단일빔을 수직 방향의 선형광으로 변환시키는 후, 후술하는 광변조 수단 (300)을 구성하는 광변조기(310)에 수직방향으로 입사시키는 역할을 수행한다.

광변조 수단(300)은 상기 광학수단(200)으로부터 입사되는 입사광에 대한 회절을 수행하여 다수의 회절빔을 형성한 후, 후술하는 제어수단을 통하여 인가되는 스위칭 신호에 따라 순차적으로 온/오프 구동하여 주사면상에 대칭 형상의 스팟 궤적을 형성하는 것으로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 광변조기(310), 빔스피리트(320), 실린더 렌즈(330), 제 1 집속 렌즈(340), 슬릿(350), 평행광 렌즈(360) 및 제 2 집속 렌즈(370)를 포함하여 구성되어 있다.

광변조기(310)는 광로 방향에 대하여 수직방향으로 위치하고, 상기 광학 수단을 통하여 입사되는 단일빔에 대한 회절을 수행하여 다수의 회절빔을 형성하는 1차원 형상으로 배열된 엑츄에이팅 셀(312)을 포함하여 구성되어 있다.

이하, 도 6 내지 도 9를 참조하여 상기 광변조기에 의하여 다수의 회절빔이 발생하는 원인에 대한 이해를 돕기 위하여, 본 발명에 적용되는 1차원 회절형 광변조기의 구조 및 동작 특성에 대하여 상세하게 살펴본다.

여기서, 도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 1차원 형상으로 배열된 후막 및 박막 형상을 갖는 다수의 액츄에이팅 셀로 구성된 광변조기의 단면도 이고, 도 8 및 도 9는 상술한 바와 같이 구성된 광변조기에 의하여 회절빔이 형성되는 과정을 설명하기 위한 단면도 이다.

광변조기(310)는 빔스피리트(320)를 경유하여 광학수단(200)으로부터 입사되는 단일빔을 인접하는 액츄에이팅 셀(312) 상호간에 발생하는 단차에 의하여 회절시켜 소정의 회절계수를 갖는 회절빔을 형성하는 것으로서, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 박막 또는 후막 구조를 갖는 다수의 액추에이팅 셀(312)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 액츄에이팅 셀(312)은 1차원 형상으로 배열되어 있으나, 여기에 한정되는 것은 아니고 2차원 형상으로 배열될 수 도 있다는 점에 유의하여야 한다.

즉, 상기 광변조기(310)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 소정의 실리콘 기판(310) 상에 형성되는 하부전극(313), 상기 하부 전극(313)상에 형성된 압전층 (314)및 상기 압전층(314)상에 형성되는 상부전극(315)으로 구성되고, 외부로부터 하부 전극(313) 및 상부 전극(315)에 인가되는 구동 전원에 의하여 상기 압전층(314)이 상하 방향으로 구동하여 단차를 형성하는 후막 형상의 엑추에이팅 셀(312)을 포함하여 구성된다.

이때, 상기 광변조기(310)는 반사면으로 동작하는 상부 전극(315)상에 입사되는 입사광의 반사효율을 극대화 하기 위한 마이크로 미러(316)를 더 포함하여 구성할 수 있다.

또한, 상기 광변조기(310)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 중앙 부분에 함몰부가 형성되어 있는 기판(311)상에 형성되어 액츄에이팅 셀(312)의 상·하 구동을 위한 에어 스페이스를 형성하는 하부 지지대(311'), 상기 하부 지지대(311')상에 형성되는 하부전극(313), 상기 하부전극(313)상에 형성되는 압전층(314) 및 상기 압전층(314)상에 형성되는 상부전극(315)으로 구성되되, 외부로부터 인가되는 하부 전극(313) 및 상부 전극(315)에 인가되는 구동 전원에 의하여 좌우 방향으로 구동되어 단차를 형성하는 박막 형상의 다수의 엑추에이팅 셀(312)로 구성되어 있다.

여기서, 상기 하부전극(313)은 하부 지지대(311')를 개재하지 않고서 함몰부가 형성되는 기판(311)상에 직접 형성될 수 있다는 점에 유의 하여야 한다.

여기서, 하부 전극(313)은 후막 구조의 액추에이팅 셀(312)을 구성하는 소정의 기판(311)상에 형성되어 외부로부터 인가되는 구동 전압을 압전층(314)에 제공하는 것으로서, Pt, Ta/Pt, Ni, Au, Al, RuO2 등의 전극 재료에 대한 스퍼터링 또는 증착방법에 의하여 기판(311)상에 형성시킨다.

또한, 하부 전극(313)은 박막 구조의 액추에이팅 셀(312)을 구성하는 소정의 기판(311) 또는 하부 지지대(311')상에 형성되어 외부로부터 인가되는 구동전압을 압전층(314)에 제공하는 역할을 또한 수행한다.

여기서, 하부 지지대(311')은 박막 구조를 갖는 액추에이팅 셀(312)의 압전층(314)을 지지하기 위하여 실리콘 기판(311)상에 증착되어 형성되는 것으로서, SiO2, Si3N4, Si, ZrO2, Al2O3 등의 재료로 구성되고, 이러한 하부 지지대(311')는 필요에 따라 생략할 수 있다.

압전층(314)은 외부로부터 인가되는 구동 전원에 연동하여 발생하는 압전 현상에 의하여 상·하 방향 또는 좌.우 방향으로 길이가 변화하는 압전/전왜 재료, 보다 구체적으로는, PzT, PNN-PT, ZnO. Pb, Zr 또는 타이타늄 등의 압전/전왜 재료를 습식(스크린 프린팅, Sol-Gel coting 등) 및 건식 방법(스퍼터링, Evaporation, Vapor Deposition 등)을 통하여 0.01~20.0㎛ 범위로 상기 하부 전극(313)상에 형성된다.

상부 전극(315)은 상기 압전층(314)의 상부에 형성되어 외부로부터 입사되는 입사광에 대한 반사 및 회절을 수행하는 것으로서, 보다 구체적으로는 Pt, Ta/Pt, Ni, Au, Al, RuO2 등의 전극재료를 스퍼터링 또는 증착 방법을 통하여 0.01~3㎛ 범위로 형성된다.

이때, 상부 전극(315)은 외부로부터 입력되는 광신호에 대한 반사 및 회절을 수행하는 마이크로 미러로서 동작하거나, 또는 상기 광신호에 대한 반사 및 회절을 강화 시키기 위하여 소정의 광반사 물질인 Al, Au, Ag, Pt, Au/Cr로 구성된 마이크로 미러(316)를 더 포함하여 구성될 수 도 있다.

상술한 바와 같이 구성된 광변조기는 외부로부터 구동전원이 인가되지 않는 경우, 도 8(도 8a 및 도 8b)에 도시된 바와 같이, 엑추에이팅 셀(312) 상호간에 단차가 형성되지 않아 회절현상이 초래되지 않고, 이에 의하여 상기 단일빔을 입사 방향에 대하여 동일한 방향으로 반사시키는 0차 회절빔을 형성한다.

이때, 상기 광변조기는 외부로부터 구동전원이 인가되는 경우, 도 9(도 9a 및 도 9b)에 도시된 바와 같이, 상·하 방향 또는 좌·우 방향으로 구동하는 압전층(315)에 의하여 액츄에이팅 셀(312) 상호간에 단차가 형성되고, 이에 의하여 외부로부터 입사된 단일빔에 대한 회절을 수행하여 소정의 회절계수, 보다 구체적으로는 ±1차 회절계수를 갖는 회절빔을 형성하게 되는 것이다.

상술한 바와 같이 구성되어 동작하는 광변조기(310)에 있어서, 상기 광변조기(310)를 구성하는 각각의 액츄에이팅 셀(312)에 의하여 형성되는 회절빔은 피스캐닝 객체, 보다 구체적으로는 프린터, 디스플레이 장치 등의 주사면을 구성하는 각 픽셀에 대응하여 하나의 스팟을 형성시킨다.

이때, 상기 광변조기(310)는 각 액츄에이팅 셀(312) 상호간의 단차에 의하여 복수의 회절빔을 형성하되, 상기 액츄에이팅 셀(312)이 동시에 온/오프 구동하는 경우 소정 형상의 피스케닝 객체(600)의 주사면, 보다 구체적으로는 프린터 등의 구형 주사면 또는 프로젝션 디스플레이와 같은 평면 주사면과의 광경로 차로 인하여 주사면상에 비대칭 형상의 스팟 궤적의 발생을 초래한다.

상술한 바와 같은 비대칭 형상의 스팟 궤적의 발생을 방지하여 위하여, 상기 광변조기(310)를 구성하는 각 액츄에이팅 셀(312)은, 도 10에 도시된 바와 같이, 빔 주사의 기하학적 구조에 의하여 후술하는 제어수단(500)에 기 설정된 소정의 시간 간격(T=0, T =T0, T=T1, T=T2,…T=TN)에 연동하여 입사되는 스위칭 신호에 의거하여 순차적으로 온/오프 구동을 수행한다.

따라서, 상기 광변조기는, 도 10에 도시된 바와 같이, 피스캐닝 객체(600)의 주사면상에 실선으로 표시된 바와 같은 사다리골 형상의 비대칭 구조를 갖는 스팟 궤적(610a)이 발생하는 대신에 점선으로 표시된 바와 같은 직사각형 형상의 대칭 구조를 갖는 스팟 궤적(610b)이 형성되고, 이에 의하여 2차원 형상의 평면 또는 곡면을 갖는 피스캐닝 객체(600)의 주사면에 대한 화상정보의 왜곡을 방지할 수 있는 것이다.

빔스피리티(320)는 상기 광학수단(200)으로부터 입사되는 입사빔을 상기 광변조기(310)로 투과시키는 동시에, 상기 광변조기(310)로부터 출사되는 회절빔을 후술하는 광조사 수단(400)이 위치하는 광로 방향으로 반사시키는 역할을 수행한다.

실린더 렌즈(330)는 상기 빔스피리트(320)에 의해 반사되어 입사되는 회절빔을 광조사 수단(400)이 위치하는 방향으로 조사시키는 역할을 수행한다.

제 1 집속 렌즈(340)는 상기 실린더 렌즈(330)를 통해 조사되는 0차, ±1차 회절계수를 갖는 회절빔 중에서 특정 회절계수를 갖는 회절빔만을 통과시키는 슬릿(350)으로 집속시키는 역할을 수행한다.

슬릿(350)은 상기 제 1 집속 렌즈(340)를 통하여 집속되는 회절빔 중에서 특정 회절계수를 갖는 회절빔에 대한 필터링을 수행하고, 이에 의하여 필터링된 소정의 회절계수를 갖는 회절빔을 후술하는 평형광 렌즈(360)로 통과시키는 역할을 수행한다.

평형광 렌즈(360)는 상기 슬릿(350)을 통하여 필터링된 소정의 회절계수를 갖는 회절빔을 평형광으로 변형시킨 후, 상기 평형광으로 변형된 회절빔을 후술하는 제 2 집속렌즈(370)로 전달하는 역할을 수행한다.

제 2 집속렌즈(370)는 상기 평형광 렌즈(360)에 의하여 평형광으로 변환된 회절빔을 후술하는 광주사 수단(400)을 구성하는 회전미러(410), 보다 구체적으로는 폴리건 미러 또는 갈바노 미러에 집속시키는 역할을 수행한다.

광조사 수단(400)은 상기 광변조 수단(300)을 통하여 입사되는 다수의 회절빔을 소정 형상을 갖는 피스캐닝 장치(600), 보다 구체적으로는 프린터, 디스플레이장치 등의 피스캐닝 장치(600)의 주사면상에 비등선속도나 등선속도로 이동시켜 스캐닝을 수행하는 것으로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 회전미러(410) 및 포커스 렌즈(420)를 포함하여 구성되어 있다.

여기서, 회전 미러(410)는 양방향으로 회전할 수 있는 모터(미도시)를 구비하고 있으며, 이 모터에 의해 회전하면서 회절 다중빔을 주사하게 된다. 이러한 회전 미러(410)는 폴리곤 미러(Polygon Mirror)나 갈바노 미러(Galvano Mirror)로 구현될 수 있다.

상기 폴리곤 미러가 회전 미러(410)로 사용될 경우, 상기 폴리곤 미러는 다중빔 광변조기(310)로부터 출력되는 회절 다중빔을 등선속도로 이동시키는 특징이 있다. 이때, 포커싱 렌즈(420)는 상기 폴리곤 미러에서 반사된 등각속도의 회절 다중빔을 집속시켜 주주사 방향으로 편향시킨다.

상기 갈바노 미러가 회전 미러(410)로 채용될 경우, 상기 갈바노 미러는 다중빔 광변조기(310)로부터 출력되는 회절 다중빔을 비등선속도로 이동시키는 특징이 있다. 이때, 포커싱 렌즈(410)는 상기 갈바노 미러에서 반사된 비등각속도의 회절 다중빔을 집속시켜 주 주사 방향으로 편향시킨다.

이때, 상기 회전 미러(410)는 후술하는 제어수단(500)으로부터 입력되는 제어신호에 연동하여 온/오프 구동되며, 구동시 미리 설정된 회전 속도로 일정하게 회전한다.

이러한 회전 미러(410)는 다각형으로 구현되어 있어 회전시 각 면을 통해 입사되는 빔을 반사시킨다. 이때, 회전 미러(410)의 한 면으로부터 반사되는 빔은 일정 간격의 스팟(Spot) 배열을 형성시키며 피스캐닝 객체(600)에 주사되되, 이 스팟 배열은 피스캐닝 객체(600)의 횡단면 상에 일렬로 형성된다. 현재 반사면의 바로 다음 면에 의해 반사되는 빔도 역시 피스캐닝 객체(600)의 횡단면 상에 일정 간격의 스팟 배열을 형성시키지만, 이때 빔의 스팟 배열은 이전 면에 의해 반사된 빔의 스팟 배열과 일정 간격으로 이격되어 그 하부에 위치한다. 이에 따라, 회전 미러(410)의 각 면에 의해 반사되는 빔의 스팟 배열은 피스캐닝 객체(600)상에 종과 횡으로 형성된다.

포커스 렌즈(420)는 상기 회전미러(410)에 의하여 스캐닝되는 회절빔을 피스캐닝 객체(600)를 구성하는 조사면상에 기 설정된 어드레스를 갖느 픽셀에 정확히 집속시켜주는 역할을 수행한다.

이때, 상기 포커스 렌즈(420)는 회전 미러(410)와 피스캐닝 객체(600)의 조사면 사이에 위치되되, 포커스 렌즈(420)가 2개 이상이 배치될 경우 다수의 렌즈들은 일정 간격으로 이격되어 배열된다.

제어부(500)는 광주사 수단(400)을 구성하는 회전 미러(410)에 소정의 속도 제어 신호를 전달하여 기 설정된 속도로 상기 회전 미러(410)가 일정하게 회전할 수 있도록 함으로써, 광변조기(310)로부터 생성되는 회절빔에 의하여 피스캐닝 객체(600)의 주사면상에 형성되는 스팟 배열을 일정 간격으로 배열시켜 주는 역할을 수행한다.

또한, 제어부(500)는 피스캐닝 객체(600)를 구성하는 구형 또는 평면 형상의 주사면상에 대칭 형상의 스팟 궤적(610b)을 형성하기 위하여, 도 10에 도시된 바와 같이, 소정 시간 간격(T=0, T =T0, T=T1, T=T2,…T=TN)으로 온/오프 스위칭 신호를 광변조기(310)를 구성하는 액츄에이팅 셀(312)로 순차적으로 전달하는 역할을 수행한다.

이때, 상기 액츄에이팅 셀(312)은 제어부(500)로부터 순차적으로 입력되는 스위칭 신호에 연동하여 주사면과의 광경로 차에 대응하는 시간 간격을 가지고 온/오프 구동함으로써, 도 10에 도시된 바와 같이, 구형 또는 평면 형상을 갖는 주사면상에 대칭 형상의 스팟 궤적(610b)을 형성하게 된다.

즉, 피스캐닝 객체(600)의 주사면상에 대칭 형사의 스팟 궤적(610b)을 형성함으로써, 종래의 비대칭 스팟 궤적(610a)으로 인하여 피스캐닝 객체(600)의 주사면상에 발생하는 화상정보의 왜곡을 방지하고, 이에 의하여 보다 정확한 화상정보를 피스캐닝 객체(600)의 주사면상에 표현할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 주사면에 수직 방향으로 위치하는 광변조기의 각 액츄에이팅 셀에 대한 온/오프 스위칭 신호를 순차적으로 인가하여 주사면상에 대칭 형상의 스팟 궤적을 방지함으로써, 2차원 형상의 평면 또는 곡면을 갖는 주사면에 대한 화상정보의 왜곡을 방지하여 보다 정확한 화상정보를 표현할 수 있다는 효과를 제공한다.

여기서, 상술한 본 발명에서는 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 광빔 주사 장치의 구성도.

도 2는 종래의 광변조기를 이용한 주사 장치의 구성도.

도 3은 종래의 주사 장치를 구성하는 광변조기의 각 액츄에이팅 셀에 대한 동시 스위칭에 의하여 발생하는 비대칭 형상의 스팟 궤적을 도시한 도면.

도 4(도 4a 및 도 4b)는 종래의 주사장치에 의하여 소정 형상의 조사면을 갖는 피스캐닝 객체에 생성되는 비대칭 형상의 스팟 궤적을 도시한 도면.

도 5는 본 발명에 따른 스위칭 신호에 따른 순차 주사를 수행하는 주사 장치의 구성도.

도 6은 본 발명에 따른 후막 형상의 액츄에이팅 셀로 구성된 광변조기의 구성 단면도.

도 7은 본 발명에 따른 박막 형상의 액츄에이팅 셀로 구성된 광변조기의 구성 단면도.

도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 구동전원의 인가 여부에 연동하여 동작하는 광변조기의 동작 과정을 설명하기 위한 도면.

도 10은 본 발명에 따른 주사장치를 구성하는 광변조기에 순차적으로 인가되는 스위칭 신호에 의하여 주사면상에 형성되는 대칭 형상의 스팟 궤적을 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 광원 200 : 광학수단

210 : 평형광 렌즈 220 : 빔스피리트(220)

230 : 실린더 렌즈 300 : 광변조 수단

310 광변조기 320 : 빔스피리트

330 : 실린더 렌즈 340 : 제 1 집속 렌즈

350 : 슬릿 360 : 평행광 렌즈

370 : 제 2 집속 렌즈 400 : 광 조사 수단

410 : 회전 미러 420 : 포커싱 렌즈

500 : 제어부 600 : 피스캐닝 장치

Claims

레이저빔을 발생하기 위한 광원;

상기 광원으로부터 출력된 단일빔을 광로 방향에 대하여 평형하게 주사시키는 광학수단;

상기 광학수단으로부터 입사되는 입사광에 대한 회절을 수행하여 다수의 회절빔을 형성하고, 외부로부터 인가되는 스위칭 신호에 연동하여 순차적으로 온/오프 구동하여 주사면상에 대칭 형상의 스팟 궤적을 형성하는 광변조 수단;

상기 광변조 수단을 통하여 입사되는 다수의 회절빔을 상기 주사면상에 비등선속도나 등선속도로 이동시켜 스캐닝을 수행하는 광주사 수단; 및

상기 주사면상에 대칭 형상의 스팟 궤적을 형성하기 위하여 소정의 시간 간격으로 스위칭 제어 신호를 상기 광변조 수단으로 전달하는 제어부

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 주사장치.
제 1 항에 있어서, 상기 광학수단은,

상기 광원으로부터 발생되는 빔을 광로 방향에 대하여 평행광으로 변형시키기 위한 평형광 렌즈;

상기 평형광 렌즈를 통해 평행광으로 변형된 입사빔을 상기 광주사 수단이 위치하는 방향으로 반사하는 빔스피리트; 및

상기 빔스피리트를 통해 반사되어 입사되는 입사빔을 상기 광변조 수단으로 조사하는 실린더 렌즈

를 포함하는 구성된 것을 특징으로 하는 주사장치.
제 1 항에 있어서, 상기 광변조 수단은,

상기 광학수단을 통하여 입사되는 입사빔에 대한 회절을 수행하는 소정 개수의 액츄에이팅 셀로 구성되고, 상기 제어부를 통하여 인가되는 스위칭 신호에 따라 상기 액츄에이팅 셀을 순차적으로 온/오프 구동하여 형성된 회절빔을 순차적으로 외부로 출사시키는 광변조기;

상기 광학수단으로부터 입사되는 입사빔을 상기 광변조기로 투과시키고, 상기 광변조기로부터 출사되는 회절빔을 외부로 반사시키는 빔스피리트;

상기 빔스피리트를 통해 반사되는 회절빔을 상기 광조사 수단이 위치하는 방향으로 조사하는 실린더 렌즈;

상기 실린더 렌즈를 통해 조사되는 회절빔을 집속시키기 위한 제 1 집속 렌즈;

상기 제 1 집속 렌즈를 통해 집속된 회절빔 중에서 일정 차수의 회절 신호빔만을 통과시키는 슬릿;

상기 슬릿을 통해 통과된 회절빔을 평형광으로 변형시키기 위한 평형광 렌즈; 및

상기 평형광 렌즈에 의해 평형광으로 변형된 회절빔을 상기 광주사 수단에 집속시키기 위한 제 2 집속 렌즈

를 포함하는 구성된 것을 특징으로 하는 주사장치.
제 3항에 있어서, 상기 광변조기는,

광입사 방향에 대하여 수직 방향으로 위치하고, 상기 스위칭 신호에 따라 순차적으로 온/오프 구동하는 다수의 액츄에이팅 셀이 1차원 형상으로 배열된 것을 특징으로 하는 주사장치.
제 1 항에 있어서, 상기 광주사 수단은,

상기 광주사 수단을 통하여 입사되는 회절빔을 비등선속도나 등선속도로 이동시켜 스캐닝하는 회전 미러(Rotating Mirror)(240); 및

상기 회전 미러에 의하여 반사되는 회절빔을 고유 어드레스를 갖는 주사면의 각 픽셀 위치에 집속시키기 위한 포커스 렌즈

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 주사장치.
제 1 항에 있어서, 상기 회전 미러는,

양방향 회전 모터에 의하여 양방향 회전하여 상기 회절빔을 주사면상에 비등선 속도로 이동시키는 폴리곤 미러인 것을 특징으로 하는 주사장치
제 1 항에 있어서, 상기 회전 미러는,

양방향 회전 모터에 의하여 양방향 회전하여 상기 회절빔을 주사면상에 등선 속도로 이동시키는 갈바노 미러인 것을 특징으로 하는 주사장치