KR20080020053A - 회절형 광변조기에 있어서 반사부의 변위 변화량 보정 장치 - Google Patents

회절형 광변조기에 있어서 반사부의 변위 변화량 보정 장치 Download PDF

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KR20080020053A
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Abstract

본 발명은 회절형 광변조기에 있어서 반사부의 변위 변화량 보정 장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 회절광의 광세기를 집광 렌즈와 광검출기를 이용하여 측정하여 상부 반사부의 변위의 변화량을 측정하고 측정된 상부 반사부의 변위의 변화량을 보상할 수 있도록 하는 회절형 광변조기에 있어서 반사부의 변위 변화량 보정 장치에 관한 것이다.
회절형 광변조기, 변위 변화량, 보정 장치, calibration, 집광 렌즈

Description

회절형 광변조기에 있어서 반사부의 변위 변화량 보정 장치{Calibration apparatus of the displacement for the reflective part in the diffractive optical modulator}
도 1은 종래 기술에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 사시도.
도 2는 도 1의 오픈홀 기반의 회절형 광변조기의 평면도.
도 3는 도 1의 A-A'선에 따른 일부 절단면을 나타낸 도면으로, 제1 상부 반사부(106a)와 제2 상부 반사부(106b)의 단면도.
도 4은 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 광변조기에 있어서 반사부의 변위 변화량 보정 장치가 적용된 회절형 광변조기를 이용한 디스플레이 장치의 구성도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 광변조기에 있어서 반사부의 변위 변화량 보정 광학계의 구성도.
도 6는 도 5a 및 도 5b의 스크린에 있어서 유효 화면 구간과 제1 및 제2 블랭크 타임 구간을 보여주는 정면도.
도 7a는 도 5a 및 도 5b의 회절형 광변조기의 후단에서 스캐닝 회절 점광의 겹침을 설명하기 위한 개념도이고, 도 7b는 도 5a 및 도 5b의 집광 렌즈의 후단에서 스캐닝 회절 점광의 분리를 설명하기 위한 개념도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 회절형 광변조기에 있어서 반사부의 변위 변화량 보정 광학계의 구성도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회절형 광변조기에 있어서 반사부의 변위 변화량 보정 전자계의 구성도.
도 10 및 도 11은 시간 경과에 따른 상부 반사부와 하부 반사부의 변위가 최초 설정된 변위에서 증가 또는 감소하는 경우에 출력 광세기를 나타내는 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
402 : 디스플레이 광학계 404 : 디스플레이 전자계
406 :광원 408 : 조명 광학부
410 : 회절형 광변조기 412 : 투사부
413 : 광세기 측정부 416 : 필터 광학부
418 : 스크린 510 : 투사 렌즈
512 : 반투과성 반사부 520 : 스캐너
522 : 반사미러 530 : 집광 렌즈
540 : 광검출기 950 : 반사부 변위 보정 전자계
951 : 제어부 952 : 구동부
953 : 시험전압 저장부 954 : 예상 광세기 저장부
955 : 구동전압 저장부 956 : 픽셀별 보정 전압 산출부
본 발명은 회절형 광변조기에 있어서 반사부의 변위 변화량 보정 장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 회절광의 광세기를 집광 렌즈와 광검출기를 이용하여 측정하여 상부 반사부의 변위의 변화량을 측정하고 측정된 상부 반사부의 변위의 변화량을 보상할 수 있도록 하는 회절형 광변조기에 있어서 반사부의 변위 변화량 보정 장치에 관한 것이다.
차세대 디스플레이 장치로서 각종 평판 디스플레이 장치(FPD:Flat Panel Display)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며 그 중 일반화된 디스플레이 장치에는 액정의 전기광학적 특성을 이용하는 액정 디스플레이 장치(LCD:Liquid Crystal Display)와, 가스 방전을 이용하는 플라즈마 디스플레이 패널(PDP:Plasma Display Panel) 등이 있다.
그 중 액정 디스플레이 장치(이하, " LCD" 라 약칭함)는 시야각이 좁고 응답속도가 느릴 뿐 아니라 반도체 제조공정을 이용한 박막 트랜지스터(TFT:Thin Film Transistor) 및 전극 등을 형성하여야 하므로 공정이 복잡하다는 난점이 있다.
플라즈마 디스플레이 패널(PDP)은 제조 공정이 단순하여 대면적화에 유리하다는 장점은 있으나, 전력 소비가 클 뿐 아니라, 방전 및 발광 효율이 낮고 고가라 는 난점이 있다.
이러한 평판 디스플레이 장치의 문제들을 해결할 수 있는 새로운 디스플레이 장치의 개발이 진행되고 있으며, 최근에는 극초미세 가공기술인 마이크로 일렉트로메카니컬 시스템(Micro Electromechanical System : 이하, " MEMS" 라 약칭함)을 이용하여 픽셀(Pixel)마다 미세한 공간 광변조기(Spatial Light Modulator; SLM)를 형성하는 것에 의해 화상을 디스플레이 할 수 있는 디스플레이 장치가 제안된 바 있다.
여기에서, 공간 광 변조기(SLM)란 전기적이거나 광학적인 입력에 대응하는 공간 패턴으로 입사 광선을 변조시키는 변환기이다. 입사 광선은 이것의 위상, 강도, 편광 또는 방향으로 변조될 수 있고, 광 변조는 여러 가지 전기 광학 또는 자기 광학 효과가 있는 여러 가지 물질, 및 표면 변형에 의해 광선을 변조시키는 물질에 의해 달성될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기의 사시도이다.
도면을 참조하면, 종래 기술에 따른 오픈홀 기반의 회절 광변조기는 기판(101)을 포함하고 있다.
또한, 오픈홀 기반의 회절 광변조기는 기판(101)의 상부에 형성된 절연층(102)을 포함하고 있다.
또한, 오픈홀 기반의 회절형 광변조기는 절연층(102)의 일부분에 형성되어 있으며 상부 반사부(106a~106n)의 홀(106aa~106nb)과 상부 반사부(106a~106n)의 사이의 공간을 통과하여 입사되는 광을 반사하는 하부 반사부(103)를 포함하고 있다.
또한, 오픈홀 기반의 회절형 광변조기는 사이에 하부 반사부(103)가 위치하도록 하여 기판(101)의 표면에 서로 이격된 위치에 형성되어 있는 한쌍의 측면 지지 부재(104, 104')를 포함하고 있다.
또한, 오픈홀 기반의 회절형 광변조기는 한쌍의 측면 지지 부재(104, 104')에 의해 양측면이 각각 지지되며 기판(101)으로부터 이격되어 있고 중앙 부위가 상하 이동가능하며 중앙 부위에 상부 반사부(106a~106n)에 형성된 홀(106aa~106nb)에 대응되는 홀(미도시)이 형성되어 있으며 어레이를 형성하고 있는 복수의 적층체 지지판(105a~105n)을 포함하고 있다.
또한, 오픈홀 기반의 회절형 광변조기는 적층체 지지판(105a~105n)의 중앙 부위에 형성되어 있으며 중앙에 홀(106aa~106nb)을 가지고 있어 입사되는 광을 일부는 반사하고 일부는 홀(106aa~106nb)를 통하여 통과시키며 어레이를 형성하고 있는 상부 반사부(106a~106n)를 포함하고 있다.
또한, 오픈홀 기반의 회절형 광변조기는 적층체 지지판(106a~106n)에 각각 서로 이격되어 형성되어 있으며 측면 지지 부재(104, 104')의 상부에 위치하고 있고 적층체 지지판(106a~106n)을 상하로 이동시키기 위한 복수의 한쌍의 압전체(110a~110n, 110a'~110n')를 구비하고 있다.
여기에서, 한쌍의 압전체(110a~110n, 110a'~110n')는 하부 전극층(110aa~110na, 110aa'~110na'), 압전 재료층(110ab~110nb, 110ab~110nb'), 상부 전극층(110ac~110nc 110ac'~110nc)에 전압이 인가되는 경우에 압전 재료층(110ab~110nb, 110ab'~110nb')의 수축과 팽창에 의하여 적층체 지지 판(105a~105n)의 중앙 부위가 상하로 움직으며 이에 따라 상부 반사부(106a~106n)도 상하로 움직이게 된다.
한편, 광이 오픈홀 회절형 광변조기의 상부 반사부(106a~106n)에 입사될 때 상부 반사부(106a~106n)는 일부의 광은 반사하고 일부의 광은 홀(106aa~106nb)를 통하여 통과시키며, 하부 반사부(103)는 상부 반사부(106a~106n)의 홀(106aa~106nb)을 통하여 통과된 광을 반사시키게 된다.
그 결과, 상부 반사부(106a~106n)에서 반사하는 반사광과 하부 반사부(103)에서 반사한 반사광은 여러 회절계수를 갖는 회절광을 형성하게 되는데, 그 회절광의 광세기는 상부 반사부(106a~106n)와 하부 반사부(103)의 단차가 입사광의 파장이 λ라 할때 λ/4의 홀수배가 될 때 최대가 되며, 짝수배가 될 때 최소가 된다.
여기에서, 하나의 상부 반사부(106a)와 그에 대응되는 하부 반사부(103)는 스크린에 형성되는 영상의 픽셀을 형성하기 위한 스캐닝 회절 점광을 형성할 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명하기 위하여 도 2를 참조하면, 회절형 광변조기는 스크린에 형성되는 영상의 제a 픽셀, 제b 픽셀, 제c 픽셀, 제d 픽셀, 제e 픽셀, ..., 제n 픽셀의 각각에 대응되는 n개의 상부 반사부(106a~106n)로 구성되어 있다. 회절형 광변조기는 도면부호 106a의 하나의 상부 반사부를 참고하여 설명하면 상부 반사부(106a)의 반사면(106a1, 106a2, 106a3)에서 반사된 반사광과 상부 반사부(106a)의 오픈홀(107a1, 107a2, 107a3-여기에서 107a3는 상부 반사부(106a)와 인접한 상부 반사부(106b)의 사이의 간격을 말한다)을 통과하여 하부 반사부(103)에서 반사된 반사광이 회절광을 형성하게 되는데 이러한 회절광은 스크린에 형성되는 영상의 픽셀에 대응되는 스캐닝 회절 점광이 된다.
즉, 상부 반사부(106a~106n)의 각각은 그에 대응되는 하부 반사부(103)의 반사면과 함께 스크린에 형성되는 영상의 픽셀에 대응되는 스캐닝 회절 점광을 형성하며 이러한 스캐닝 회절 점광은 복수개가 일렬로 정렬하여 주사선(여기에서, 주사선은 n개의 픽셀에 대응되는 n개의 스캐닝 회절 점광으로 구성되는 것으로 가정함)을 형성한다.
도 3는 도 1의 A-A'선에 따른 일부 절단면을 나타낸 도면으로, 제1 상부 반사부(106a)와 제2 상부 반사부(106b)의 단면을 보여주고 있다.
도 3에서 상부 반사부(106a, 106b)와 절연층상에 형성된 하부 반사부(103) 사이의 간격이 제1 간격(λ/4+(nλ/2), λ는 입사광의 파장, n은 정수)이 되도록 하면 최소의 광세기를 나타낸다.
그리고, 상부 반사부(106a, 106b)와 절연층 상에 형성된 하부 반사부(103) 사이의 간격이 제2 간격(λ/4+(nλ/2), λ는 입사광의 파장, n은 정수)이 되도록 하면 최대의 광세기를 나타낸다.
한편, 최대의 광세기를 나타내기 위하여 실선으로 표시된 제1 상부 반사부(106a)는 l1 또는 L1 만큼 변위의 변화가 있어야 하고, 제2 상부 반사부(106b)는 l2 또는 L2 만큼 변위의 변화가 있어야 한다.
하지만, 상부 반사부(106a, 106b)는 시간이 지남에 따라 잦은 상하 운동으로 인해 압전체(110a, 110a', 110b, 110b')에 전압이 인가되지 않는 경우에도 실선 으로 표시된 초기 위치가 아닌 점선으로 표시된 위치에 있게 되는 경우가 발생한다. 이 경우에는 최소 광세기 또는 최대 광세기를 얻기 위해 제1 상부 반사부(106a, 106b)은 l1' 또는 L1'의 변위의 변화가 있어야 하고, 제2 상부 반사부(106b, 106b')는 l2 '또는 L2'의 변위의 변화가 있어야 한다.
결론적으로, 각 상부 반사부(106a~106n)는 최소 광세기 또는 최대 광세기를 표시하기 위한 변위의 변화량은 차이가 있으며, 이후 이러한 변위의 변화량을 보상하여야 원하는 최소 광세기 또는 최대 광세기를 정확하게 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 필요를 만족시키기 위하여 안출된 것으로서, 회절광의 광세기를 정확하게 측정하여 상부 반사부의 변위의 변화량을 정확하게 측정하고 측정된 변위의 변화량을 보상할 수 있도록 하는 회절형 광변조기에 있어서 반사부의 변위 변화량 보정 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 시험 전압이 인가되면 인가된 시험 전압에 따라 입사된 입사광을 회절시켜 복수의 스캐닝 회절 점광이 선형으로 배열되어 형성된 주사선을 출사하는 회절형 광변조기; 상기 회절형 광변조기에서 출사된 복수의 스캐닝 회절 점광이 선형으로 배열되어 형성된 주사선에서 복수의 스캐닝 회절 점광이 서로 분리되도록 하는 분리 수단; 상기 분리 수단을 통하여 입사되는 주사선의 광세기를 측정하여 출력하는 광검출기; 및 상기 회절형 광변조기에 시험 전압을 인가하고, 상기 광검출기에서 측정된 광세기 측정값과 상기 회절형 광변조기에 시험 전압이 인가될 경우에 상기 광검출기에서 측정될 것이라고 예상되는 예상 광세기를 비교하여 보정 전압을 산출하고 산출된 보정 전압을 이후의 구동 전압에 반영하는 구동 전압 보정부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이제, 도 4 이하의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 회절형 광변조기에 있어서 반사부의 변위 변화량 보정 장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 4은 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 광변조기에 있어서 회절광의 광세기를 집광 렌즈와 광검출기를 이용한 반사부의 변위 변화량 보정 장치가 적용된 회절형 광변조기를 이용한 디스플레이 장치의 구성도이다.
도 4을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 광변조기에 있어서 회절광의 광세기를 집광 렌즈와 광검출기를 이용한 반사부의 변위 변화량 보정 장치가 적용된 회절형 광변조기를 이용한 디스플레이 장치는, 디스플레이 광학계(402)와 디스플레이 전자계(404)를 포함한다.
디스플레이 광학계(402)는 광을 생성하여 출사하는 광원(406)을 포함하며, 광원(406)은 외부공동표면방출 레이저(VECSEL;Vertical External Cavity Surface Emitting Laser), 수직공진표면발광 레이저(VCSEL;Vertical Cavity Surface Emitting Laser), 발광 다이오드(Light emitting diode, LED), 레이저 다이오드(Laser diode, LD), 고발광 다이오드(SLED; Super Luminescent Diode) 등과 같은 반도체를 사용하여 제작한 광원이 사용가능하다.
광원(406)은 레이저 조명을 방출하는데, 레이저 조명의 단면은 원형이고, 그 광의 세기 프로파일은 가우시안(Gausian) 분포를 하고 있으며, 일예로 광원(406)(실제로는 R광원의 레이저, G광원의 레이저, B광원의 레이저로 이루어져 있다)은 R광, G광, B광을 순차적으로 방출하도록 할 수 있다.
또한, 디스플레이 광학계(402)는 광원(406)으로부터 나오는 빛을 회절형 광변조기(410)에 선형(line shape)의 평행광으로 조사하기 위해 조명 광학부(408)를 포함한다.
조명 광학부(408)는 광원(406)이 방출한 레이저 조명을 선형의 길이가 길고 폭이 좁은 광으로 만든 후에 평행광으로 변환하여 회절형 광변조기(410)상에 입사시킨다.
이러한 조명 광학부(408)는 일예로 볼록렌즈(미도시)로 이루어지거나 볼록렌즈(미도시)와 콜리메이팅 렌즈(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 디스플레이 광학계(402)는 조명 광학부(408)로부터 조사된 선형광을 회절시켜 회절광의 광세기가 조절된 복수의 회절차수의 회절광을 생성하는 회절형 광변조기(410)를 포함한다.
여기에서 회절형 광변조기(410)가 출사하는 회절광은 0차 회절광, ±1차 회절광, ±2차 회절광, ±3차 회절광 등등의 여러 회절차수의 회절광을 포함하며, 홀 수 차수의 회절광과 짝수 차수의 회절광은 그 위상이 서로 180° 차이가 난다.
그리고, 회절형 광변조기(410)가 출사하는 회절광은 선형(line shape)의 길이가 길고 폭이 좁은 회절광이 된다.
또한, 회절형 광변조기(410)가 출사하는 회절광은 하나의 상부 반사부와 그에 대응되는 하부 반사부가 형성하는 회절광이 스크린(418)에 형성되는 영상의 하나의 픽셀에 대응하는 회절광을 생성하도록 할 수 있고, 2개 또는 그 이상의 상부 반사부와 그에 대응되는 하부 반사부가 형성하는 회절광이 스크린(418)에 형성되는 하나의 픽셀에 대응되는 회절광을 형성하도록 할 수 있다.
다음으로, 디스플레이 광학계(402)는 회절형 광변조기(410)에서 출사된 복수의 회절차수를 갖는 회절광을 특정 시간(도 6의 블랭크 타임 구간(610, 630))에 광세기 측정부(413)로 향하도록 하고 다른 시간에는 스크린(418)로 향하도록 하거나 일부만을 광세기 측정부(413)로 향하도록 하고 회절광의 대부분을 스크린(418)을 향하도록 하여 스크린(418)에 스캐닝을 수행하는 투사부(412)를 포함하고 있다.
즉, 투사부(412)는 회절형 광변조기(410)에서 회절광이 출사되면 복수의 회절차수를 갖는 회절광을 특정 시간(도 6의 블랭크 타임 구간(610, 630))에 광세기 측정부(413)로 향하도록 하고 다른 시간(도 6의 유효 화면 구간(620))에는 스크린(418)로 향하도록 하거나 일부만을 광세기 측정부(413)로 향하도록 하고 회절광의 대부분을 스크린(418)을 향하도록 한다.
그리고, 투사부(412)는 회절광을 스크린(418)을 향하도록 하여 스크린(418)에 스캐닝을 수행한다. 이러한 투사부(412)의 일예가 도 5a 및 도 5b에서 도시되어 있는데 투사 렌즈(510)와 회절광을 스크린(418)을 향하도록 하는 스캐닝을 수행하는 스캐너(520)로 이루어져 있다.
투사 렌즈(510)는 복수의 볼록 렌즈와 복수의 오목렌즈의 조합으로 이루어져 있으며 회절광의 초점을 스크린(418)에 위치하도록 입사광을 집광하는 역할을 수행한다.
스캐너(520)는 갈바노 스캐너(galvanometer scanner) 또는 폴리곤 미러 스캐너(polygon mirror scanner)일 수 있다. 갈바노 스캐너는 사각형 판자 형태를 가지고 있으며, 일면에 미러가 부착되어 있다. 축을 중심으로 소정 각도 범위 내에서 좌우로 회전을 한다. 폴리곤 미러 스캐너는 다각 기둥 형태를 가지고 있으며, 다각 기둥의 옆면에 미러가 부착되어 있다. 축을 중심으로 일방향으로 회전하며 각 옆면에 부착된 미러가 회전에 의해 입사되는 빛의 반사각을 변화시켜 스크린(418)에 영상을 투사한다.
한편, 광세기 검출부(413)의 일예가 도 5b에 도시되어 있는데 스캐너(520)에서 반사된 회절광을 특정 시간(도 6의 블랭크 타임 구간(610, 30))에 광검출기(540)로 반사하는 반사미러(스크린의 양측중 어느 한측 또는 양측에 다 위치할 수 있다)(522)와, 반사미러(522)를 통과한 회절광을 집광하는 집광 렌즈(530)와, 집광렌즈(530)을 통과한 회절광의 광세기를 측정하는 광검출기(540)로 이루어져 있다.
여기에서, 반사 미러(522)는 스캐너(520)의 후단에 위치하며 스크린(418)의 우측 또는 좌측에 위치하여야 하며 도 6의 블랭크 타임 영역(610, 630)에 입사되는 입사광을 광검출기(540)로 반사시킬 수 있는 장소에 위치하여야 한다.
그리고, 집광 렌즈(530)은 반사미러(522)에서 반사되어 나온 선형의 회절광을 집광하게 되는데 그렇게 되면 스캐닝 회절 점광별로 뚜렸하게 구별되도록 할 수가 있다.
즉, 투사 렌즈(510)과 스캐너(520)을 거쳐 입사되는 선형의 회절광은 스크린(418)에 이르기 전에는 도 7에 도시된 바와 같이 스캐닝 회절 점광이 서로 겹치는 영역이 다수 존재한다. 따라서, 이러한 스캐닝 회절 점광이 서로 겹치는 영역으로 인하여 회절형 광변조기(410)에서 출사되는 선형의 회절광의 광세기를 정확하게 측정할 수가 없다. 따라서, 회절형 광변조기(410)의 후단에 집광렌즈(530)을 위치시키면 도 7b에 도시된 바와 같이 스캐닝 회절 점광의 각각이 집광되어 서로 구별되게 되며 그렇게 되면 회절형 광변조기(410)에서 출사되는 회절광의 광세기를 정확하게 측정할 수가 있다. 더욱이, 이처럼 집광 렌즈(530)을 사용하여 회절광의 광세기를 측정하면 스캐닝 회절 점광별로 광세기를 측정할 수 있어 각각의 엘리멘트에 대한 변위 변화량 보정이 가능하다.
광검출기(540)의 포토센서등이 사용가능하며 입사되는 회절광의 광세기를 측정하여 출력한다.
한편, 광세기 검출부(413)의 다른 예가 도 8에 도시되어 있는데 투사렌즈(510)을 통과한 회절광의 일부를 광검출기(540)으로 반사시키고 대부분을 스캐너(520)로 통과시키는 반투과성 반사부(512)와, 반투과성 반사부(512)에서 반사된 회절광을 집광하는 집광 렌즈(530)와, 집광렌즈(530)을 통과한 회절광의 광세기를 측정하는 광검출기(540)로 이루어져 있다.
여기에서, 반투과성 반사부(512)는 회절형 광변조기(410)의 후단에 위치할 수 있으며 바람직하게 투사렌즈(510)의 후단에 위치하며 입사광의 일부를 광검출기(540)로 반사시킬 수 있는 장소에 위치하여야 한다.
그리고, 집광 렌즈(530)은 반투과성 반사부(512)에서 반사되어 나온 선형의 회절광을 집광하게 되는데 그렇게 되면 스캐닝 회절 점광별로 뚜렸하게 구별되도록 할 수가 있다.
즉, 투사 렌즈(510)을 거쳐 입사되는 선형의 회절광은 스크린(418)에 이르기 전에는 도 7에 도시된 바와 같이 스캐닝 회절 점광이 서로 겹치는 영역이 다수 존재한다. 따라서, 이러한 스캐닝 회절 점광이 서로 겹치는 영역으로 인하여 회절형 광변조기(410)에서 출사되는 선형의 회절광의 광세기를 정확하게 측정할 수가 없다. 따라서, 회절형 광변조기(410)의 후단에 집광렌즈(530)을 위치시키면 도 7b에 도시된 바와 같이 스캐닝 회절 점광의 각각이 집광되어 서로 구별되게 되며 그렇게 되면 회절형 광변조기(410)에서 출사되는 회절광의 광세기를 정확하게 측정할 수가 있다. 더욱이, 이처럼 집광 렌즈(530)을 사용하여 회절광의 광세기를 측정하면 스캐닝 회절 점광별로 광세기를 측정할 수 있어 각각의 엘리멘트에 대한 변위 변화량 보정이 가능하다.
한편, 디스플레이 광학계(402)는 투사부(412)와 스크린(418) 사이에 위치하여 투사부(412)에서 투사된 여러 차수의 회절광에서 사용하기를 원하는 차수의 회절광을 스크린(418)로 통과시키는 필터 광학부(416)를 포함하여 이루어져 있다. 필 터 광학부(416)의 일예는 슬릿이 사용될 수 있다.
한편, 디스플레이 전자계(404)는 광원(406), 회절형 광변조기(410), 투사부(412), 광세기 측정부(413)에 접속된다. 디스플레이 전자계(404)는 광원(406)에 전원을 제공한다. 그리고, 디스플레이 전자계(404)는 회절형 광변조기(410)의 압전체의 상부 전극층과 하부 전극층에 구동 전압을 제공하여 상부 반사부를 구동시킨다. 이때, 디스플레이 전자계(404)는 광세기 측정부(413)에서 측정한 광세기를 참조하여 상부 전극층과 하부 전극층에 제공되는 구동 전압을 증가시키거나 감소시킨다.
즉, 디스플레이 전자계(404)는 회절형 광변조기(410)의 압전체의 상부 전극층과 하부 전극층에 지정된 구동 전압을 인가하였을 때 측정될 것이라고 예상되는 광세기 보다 실제 측정된 광세기가 작은 경우에는 회절형 광변조기(410)의 상부 반사부의 변위 변화가 있는 것으로 판단한다.
그리고, 디스플레이 전자계(404)는 그 변위 변화를 보상하기 위해서는 도 3에 도시된 바와 같이 상부 반사부를 더 많은 거리로 이동시킬 필요가 있으며 그러한 상부 반사부의 거리의 이동을 달성하기 위해서는 더 높은 구동 전압이 필요하다. 따라서, 디스플레이 전자계(404)는 그러한 구동 전압의 보상을 수행하여 상부 반사부의 변위 변화량을 보정한다.
도 9 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 광변조기에 있어서 반사부의 변위 변화량 보정 전자계의 구성도이다.
도 9를 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 광변조기에 있어서 반사 부의 변위 변화량 보정 전자계(950)는 제어부(951), 구동부(952), 시험 전압 저장부(953), 예상 광세기 저장부(954), 구동 전압 저장부(955), 픽셀별 보정 전압 산출부(956)를 구비하고 있다.
먼저, 제어부(951)는 특정 시간에 구동부(952)를 제어하여 시험 전압 저장부(953)에 저장되어 있는 시험 전압을 구동전압으로 사용하여 회절형 광변조기(410)를 구동하도록 한다.
여기에서, 특정 시간이란 도 6를 참조하면 제1 블랭크 타임 영역(610) 또는 제2 블랭크 타임 영역(630)을 말한다. 즉, 도 6를 참조하면 한 프레임 영상은 사용자에게 보여주고자 하는 영상 정보를 출력하는 주요 화면(620)과, 주요 화면(620)의 출력 전후에 주요 화면(620)의 양끝에서 제1 또는 제2 블랭크 타임 영역(blank time area; 610 또는 630)으로 구성되어 있는데, 제어부(951)는 제1 또는 제2 블랭크 타임 영역(610 또는 630)에서 미리 지정한 시험 전압이 회절형 광변조기(410)에 인가되도록 하고, 그 때의 광세기를 광세기 검출부(540)(포토 다이오드)로 측정되도록 한다.
여기에서 제1 또는 제2 블랭크 타임 영역(610 또는 630)은 수평 방향으로 하나의 픽셀이 스캐닝되는 시간일 수도 있고 아니면 복수의 픽셀이 스캐닝되는 시간일 수 있으며 응용에 따라 조정이 가능하다.
한편, 구동부(952)는 제어부(951)의 제어에 의해 시험 전압 저장부(953)에 저장되어 있는 시험 전압을 읽어와서 읽어온 시험 전압을 구동 전압으로 하여 회절형 광변조기(410)를 구동한다. 여기에서, 시험 전압 저장부(953)에 저장되어 있는 시험 전압은 후술하는 중간 구동 전압일 수도 있고 1개 이상의 시험 전압일 수도 있다.
그러면, 회절형 광변조기(410)는 구동부(952)로부터 출사되는 구동 전압이 상부 전극층에 인가되어 압전체가 수축 팽창하게 되고 그에 따라 상부 반사부가 이동되어 입사되는 입사광의 광세기를 변화시켜 출사한다.
이후에, 투사 렌즈(510)는 회절형 광변조기(410)에서 출사되는 회절광을 확대하여 평행광을 형성시킨다.
다음으로, 광세기 측정부(413)는 입사되는 회절광의 광세기를 측정하여 반사부 변위 변화량 보정 전자계(950)의 픽셀별 보정 전압 산출부(956)으로 출력한다.
여기에서, 가장 바람직하게는 광세기 측정부(413)가 각 픽셀에 대응하는 회절광의 광세기를 측정하여 출력하는 것이다. 그렇게 되면, 위에서 설명하였듯이 하나의 상부 반사부가 스크린(418)에 형성되는 주사선의 하나의 픽셀에 대응되는 영상을 형성하는 경우에 각 픽셀에 대응되는 회절광의 광세기를 측정하게 되어서 각 상부 반사부의 정확한 변위를 얻을 수 있어 변위 변화량에 대한 정밀한 보정을 수행할 수 있다.
이때, 시험 전압은 도 6에 도시된 바와 같이 제1 또는 제2 블랭크 타임 영역(610, 630)에서 회절형 광변조기(410)에 인가되도록 설정되므로 광검출기(540)는 제1 또는 제2 블랭크 타임 영역(610, 630)에서만 동작하도록 하는 것이 전력 소모에 유리하다.
광검출기(540)는 측정된 광세기가 아날로드 신호이기 때문에 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환기(미도시)를 더 포함할 수 있다.
한편, 제어부(951)는 구동부(952)를 제어하여 시험 전압으로 회절형 광변조기(410)를 구동하도록 제어한 후에 픽셀별 보정 전압 산출부(956)에 픽셀별 보정 전압을 산출하도록 제어한다.
그러면, 픽셀별 보정 전압 산출부(956)는 광검출기(540)에서 입력된 광세기 측정값과 예상 광세기 저장부(954)에 저장되어 있는 광세기 예상값을 비교하여 픽셀별 보정 전압을 산출한다. 즉, 예상 광세기 저장부(954)에는 시험 전압 저장부(953)에 저장되어 있는 시험 전압값이 입력되었을 때 측정되어야 하는 광세기 값을 저장하고 있다. 물론 예상 광세기 저장부(954)에 저장되어 있는 예상 광세기는 광검출기(540)에 입사되는 특정 회절차수의 회절광의 광세기이다.
이해를 돕기 위하여 시간 경과에 따른 상부 반사부와 하부 반사부의 변위가 최초 설정된 변위에서 증가 또는 감소하는 경우를 나타낸 도 10와 도 11를 참조하여 픽셀별 보정 전압을 산출하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
도 10를 참조하면, 상부 반사부의 제작 당시 설정된 구동 전압(Voltage Applied) 대 변위(Displacement)의 곡선(1000), 변위 대 광세기(Intensity)의 곡선(1010)은 구동 전압이 Vmin인 경우에 변위가 Dmin(1006), 광세기가 Imin(1002)이며, 구동 전압이 Vmax인 경우에 변위가 Dmax(1005), 광세기가 Imax(1001)이 되도록 한다.
즉, 구동 전압을 Vmin ~ Vmax로 조절하여 변위를 Dmin(1006) ~ Dmax(1005)로 변화시키고, 회절광의 광세기가 최소 광세기인 Imin(1002) ~ 최대 광세기인 Imax(1001)를 가지도록 한다.
하지만, 시간에 따라 도 3에 도시된 바와 같이 상부 반사부의 위치가 초기 위치와 달라진 경우에 구동 전압을 동일하게 Vmin ~ Vmax로 인가하더라도 변위 및 광세기가 의도하는 값이 출력되지 않게 된다.
예를 들어, 도 3의 제1 상부 반사부에 도시된 바와 같이 시간에 따라 상부 반사부의 위치가 하부 반사부에 가까워진 경우에 구동 전압을 Vmin ~ Vmax를 인가하여도 목표로 하는 변위에 도달하지 못하고 제1 변위(1036) ~ 제2 변위(1035)에 이를 뿐이다. 이로 인해 제1 변위(1036)의 경우에는 제1 광세기(1032)를 가지는 회절광을, 제2 변위(1035)의 경우에는 제2 광세기(1031)를 가지는 회절광을 출력하게 된다. 즉, 최소 광세기를 가지는 회절광 및/또는 최대 광세기를 가지는 회절광을 출력하고자 하였으나, 최소 광세기(1002) 및/또는 최대 광세기(1001)가 아닌 제1 광세기(1032)및/또는 제2 광세기(1031)를 가지는 회절광을 출력하게 된다.
다른 예를 들면, 상부 반사부의 위치가 하부 반사부로부터 멀어진 경우에 구동 전압을 Vmin ~ Vmax를 인가하여도 목표로 하는 변위에 도달하지 못하고 제3 변위(1026) ~ 제4 변위(1025)에 이를 뿐이다. 이로 인해 제3 변위(1026)의 경우에는 제3 광세기(1022)를 가지는 회절광을, 제4 변위(1025)의 경우에는 제4 광세기(1021)를 가지는 회절광을 출력하게 된다. 즉, 최소 광세기를 가지는 회절광 및/또는 최대 광세기를 가지는 회절광을 출력하고자 하였으나, 최소 광세기(1002) 및/또는 최대 광세기(1001)가 아닌 제3 광세기(1022) 및/또는 제4 광세기(1021)를 가지는 회절광을 출력하게 된다.
따라서, 시간에 따른 변위 대 광세기의 곡선(1010)은 변화가 없고, 구동 전압 대 변위의 곡선(1000)이 변위 증가 곡선(1020) 또는 변위 감소 곡선(1030)으로 변화하기 때문에 변위의 변화량을 보상하면 된다.
최소 광세기(Imin; 1002)를 중심으로 하는 경우, 변위가 증가한 제3 변위(1026)에 해당할 때의 광세기인 제3 광세기(1022)와, 변위가 감소한 제1 변위(1036)에 해당할 때의 광세기인 제1 광세기(1032)가 모두 최소 광세기(Imin; 1002)보다 크게 되어 변위가 증가하였는지 감소하였는지를 판단하기가 어렵다.
또한, 최대 광세기(Imax; 1001)를 중심으로 하는 경우에도, 변위가 증가한 제4 변위(1025)에 해당할 때의 광세기인 제4 광세기(1021)와, 변위가 감소한 제2 변위(1035)에 해당할 때의 광세기인 제2 광세기(1031)가 모두 최대 광세기(Imax; 1001)보다 작게 되어 변위가 증가하였는지 감소하였는지를 판단하기가 어렵다.
따라서, 도 10에 도시된 바와 같이 최소 광세기(Imin)와 최대 광세기(Imax)의 중간값 정도 되는 중간 광세기(Imid; 1003)에 상응하는 중간 변위(Dmid; 1007)와 중간 구동 전압(Vmid)를 시험 전압으로 정하는 것이 바람직하다.
그리고 중간 구동 전압(Vmid)을 시험 전압으로 인가한 경우에 변위 증가 곡선(1020)에 따르면 제5 변위(1027)를 가지게 되고 이에 상응하는 제5 광세기(1023)를 표시하게 되고, 변위 감소 곡선(1030)에 따르면 제6 변위(1037)를 가지게 되고 이에 상응하는 제6 광세기(1033)를 표시하게 된다. 중간 광세기(Imid; 1003)와 비교할 때 제5 광세기(1023)는 큰 값을 가지고 제6 광세기(1033)는 작은 값을 가지게 되므로, 현재 해당하는 상부 반사부와 하부 반사부 간의 간격 즉, 변위가 증가하였 는지 감소하였는지에 대한 정보 획득이 가능하다. 이를 기초로 하여 변위를 감소시키거나 증가시키는 등의 보상 방향을 정하는 것이 가능하다.
또는 Vmin ~ Vmax 의 구동 전압 중 임의의 3개 이상의 구동 전압을 시험 전압으로 선택하여 각각 상응하는 변위 및 광세기를 검색한다. 3개 이상의 구동 전압에 따른 변위 및 광세기 역시 3개 이상씩 검색이 되며, 이를 이용하여 광세기 대 구동 전압 간의 관계에 대하여 근사화된 곡선으로부터 최대점 및 최소점을 찾는 것이 가능하다. 이는 변위 대 광세기 곡선(1010)이 3차 곡선과 유사한 형태를 가지고 있으므로(도 11참조), 3개 이상의 점으로부터 변위 대 광세기 곡선(1010)을 근사화하는 것이 가능하기 때문이다.
이처럼, 픽셀별 보정 전압 산출부(956)가 보정 전압을 산출하게 되면 산출된 보정 전압에 따라 시험 전압 저장부(953)의 시험 전압값을 갱신하고, 예상 광세기 저장부(954)의 예상 광세기값을 갱신하며, 구동 전압 저장부(955)의 구동 전압을 갱신하여 보정을 완료한다. 여기에서 구동 전압 저장부(955)에는 원하는 광세기를 얻기 위하여 인가하여야 하는 구동 전압에 대하여 참조표 형식으로 저장되어 있으며, 이러한 참조표를 이용하여 구동부(952)는 회절형 광변조기(410)에 구동 전압을 인가할 수 있다. 따라서, 픽셀 보정 전압 산출부(956)에서 산출한 보정 전압을 구동 전압 제어부(956)에 저장되어 있는 구동 전압에 가산하거나 감산하여 이후에 원하는 광세기를 얻기 위한 구동전압을 얻게 된다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 회절형 광변조기의 상부 반사부의 변위 변화량을 정확하게 측정하여 그에 따른 구동 전압의 보상을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 집광 렌즈를 사용하여 광경로를 단축시킬 수 있게 됨에 따라 소형화가 가능하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 집광 렌즈를 사용하여 광경로를 단축시킬 수 있게 됨에 따라 소형화가 가능하기 때문에 소형 단말에 용이하게 사용가능하도록 하는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 시험 전압이 인가되면 인가된 시험 전압에 따라 입사된 입사광을 회절시켜 복수의 스캐닝 회절 점광이 선형으로 배열되어 형성된 주사선을 출사하는 회절형 광변조기;
    상기 회절형 광변조기에서 출사된 복수의 스캐닝 회절 점광이 선형으로 배열되어 형성된 주사선에서 복수의 스캐닝 회절 점광이 서로 분리되도록 하는 분리 수단;
    상기 분리 수단을 통하여 입사되는 주사선의 광세기를 측정하여 출력하는 광검출기; 및
    상기 회절형 광변조기에 시험 전압을 인가하고, 상기 광검출기에서 측정된 광세기 측정값과 상기 회절형 광변조기에 시험 전압이 인가될 경우에 상기 광검출기에서 측정될 것이라고 예상되는 예상 광세기를 비교하여 보정 전압을 산출하고 산출된 보정 전압을 이후의 구동 전압에 반영하는 구동 전압 보정부를 포함하여 이루어진 회절형 광변조기에 있어서 반사부의 변위 변화량 보정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리 수단은 상기 회절형 광변조기에서 출사된 주사선이 스크린에 투사될 때 상기 스크린의 일측에 위치하여 상기 회절형 광변조기에서 출사되는 주사선 을 비유효 화면 시간 구간에 상기 광검출기로 반사하는 반사미러; 및
    상기 반사미러에서 반사되는 복수의 스캐닝 회절점광이 선형으로 배열되어 형성된 주사선에서 복수의 스캐닝 회절 점광이 서로 분리되도록 하는 집광렌즈를 포함하여 이루어진 회절형 광변조기에 있어서 반사부의 변위 변화량 보정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리 수단은 상기 회절형 광변조기에서 출사된 주사선을 대부분을 스크린으로 통과시키고 일부를 상기 광검출기로 반사하는 반투과성 반사부; 및
    상기 반투과성 반사부에서 반사되는 복수의 스캐닝 회절점광이 선형으로 배열되어 형성된 주사선에서 복수의 스캐닝 회절 점광이 서로 분리되도록 하는 집광렌즈를 포함하여 이루어진 회절형 광변조기에 있어서 반사부의 변위 변화량 보정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광검출기는,
    상기 회절형 광변조기에서 출사되는 선형의 회절광에서 특정 구간의 회절광의 광세기를 측정하여 출력하는 것을 특징으로 하며,
    상기 구동 전압 보정부는,
    상기 특정 구간의 회절광에 대하여 측정이 예상되는 광세기를 상기 광검출기에서 측정된 광세기 측정값과 비교하는 것을 특징으로 하는 회절형 광변조기에 있어서 반사부의 변위 변화량 보정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광검출기는,
    상기 회절형 광변조기에서 출사되는 선형의 회절광에서 스크린에 형성되는 영상의 각 픽셀에 대응되는 스캐닝 회절 점광별로 광세기를 측정하여 출력하는 것을 특징으로 하며,
    상기 구동 전압 보정부는,
    상기 스크린에 형성되는 영상의 각 픽셀에 대응되는 스캐닝 회절 점광별로 회절광에 대하여 측정이 예상되는 광세기를 상기 광검출기에서 측정된 광세기 측정값과 비교하는 것을 특징으로 하는 회절형 광변조기에 있어서 반사부의 변위 변화량 보정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 회절형 광변조기에서 출사되는 회절광이 복수의 회절차수의 회절광인 경우에 특정 회절차수의 회절광을 통과시키는 필터를 더 포함하여 이루어진 회절형 광변조기에 있어서 반사부의 변위 변화량 보정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 전압 보정부는,
    시험 전압을 저장하고 있는 시험 전압 저장부;
    상기 회절형 광변조기에 시험 전압이 인가될 경우에 상기 광검출기가 입사되는 회절광의 일부에 대하여 측정이 예상되는 광세기를 저장하고 있는 예상 광세기 저장부;
    상기 회절형 광변조기에서 특정 광세기의 회절광을 얻기 위하여 인가되어야 하는 구동전압을 저장하고 있는 구동전압 저장부;
    상기 회절형 광변조기에 상기 시험 전압 저장부에 저장된 시험전압을 인가하고 상기 구동전압 저장부에 저장되어 있는 구동 전압을 인가하기 위한 구동부;
    상기 광검출기에서 측정된 광세기 측정값과 상기 예상 광세기 저장부에 저장된 예상 광세기를 비교하여 보정 전압을 산출하고 산출된 보정 전압을 상기 시험 전압 저장부에 저장된 시험 전압에 가산 또는 감산하거나 상기 구동전압 저장부에 저장된 구동전압에 가산 또는 감산하는 픽셀별 보정 전압 산출부; 및
    상기 구동부와 픽셀별 보정 전압 산출부를 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진 회절형 광변조기에 있어서 반사부의 변위 변화량 보정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 시험 전압 저장부에 저장된 시험 전압은 최대 구동전압값과 최소 구동전압의 중간 구동 전압값인 것을 특징으로 하는 회절형 광변조기에 있어서 반사부의 변위 변화량 보정 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 시험 전압 저장부에 저장된 시험 전압은 3개 이상의 시험 전압인 것을 특징으로 하는 회절형 광변조기에 있어서 반사부의 변위 변화량 보정 장치.
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