KR20080059421A - 제어 가능한 광 변조기 소자 그리고 상기 소자가 사용되는장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기장 세기에 의해서 제어될 수 있는 투과성을 갖는, 제어 가능한 광 변조기에 관한 것으로서, 이 경우 상기 광 변조기에는 세기 조절된 마이크로파장이 제공된다. 본 발명은 또한 상기와 같은 광 변조기에 의해서 제어되는 레이저 투영 장치에 관한 것이다.

Description

제어 가능한 광 변조기 소자 그리고 상기 소자가 사용되는 장치 {CONTROLLABLE LIGHT MODULATOR ELEMENT AND DEVICE FOR USE}

본 발명은 전자기장의 세기에 의해 투과성이 조절될 수 있는 광 통로를 갖는 제어 가능한 광 변조기 소자, 그리고 특히 컬러 화상 송신기에 사용되는 상기 소자의 용도에 관한 것이다.

전기장 또는 자기장에 의해서 변동될 수 있는 편광 특성들을 갖는 편광 가능한 매질, 소위 커-셀(kerr-cell)에 의해서 그리고 변동 불가능한 편광 필터에 의해서 광의 경로를 설정하는 것은 공지되어 있으며, 이로써 상기 셀의 제어에 따라 다수의 광이 상기 편광기를 통과하거나 또는 소수의 광이 상기 편광기를 통과하게 된다. 이와 같은 유형의 커-셀은 높은 전기적 제어 전압 그리고 그 형성이 상대적으로 복잡한 강력한 자기장을 필요로 하며, 전기적인 또는 자기적인 여기 현상이 감소하면, 상기와 같은 커-셀이 자신의 출발 상태로 역으로 접속되는 동작은 상당히 지연된다. 또한, 여기 상태가 고주파수로 변동되면, 매질 내에서는 확연한 에너지 변환이 발생하게 된다.

또한, 세 가지 상이한 컬러의 세기 제어된 광원을 이용하여 컬러 화상 송신기를 작동시키는 것도 공지되어 있으며, 상기 광원의 광은 하나의 투영 스크린상에 서 움직이는 X-Y-편향계 위에 중첩된 상태로 나타난다.

또한, 예컨대 용접공-보호용 안경에 사용되고, 입사광의 세기에 따라 감쇠 됨으로써, 광의 세기가 증가함에 따라 투과성이 심하게 감소하는 고형물도 공지되어 있다. 상기와 같은 효과는 상기 고형물의 매우 낮은 이완 값과 결부되어 있다. 생성되는 광 플래시는 상기와 같은 유형의 디스크를 통과하지 않지만, 상기 디스크는 나중에 다시 투과성을 나타낸다.

본 발명의 과제는, 제어 가능한 고속-광 변조기를 제조하는 것이다.

상기 과제는, 광 변조기 소자의 광 통로에 세기 제어된 마이크로파장이 제공됨으로써 해결된다.

바람직한 실시예들 그리고 사용예들은 종속 청구항들에 기재되어 있다.

새로운 유형의 광 변조기 소자는 특히 레이저 빔의 세기를 제어하기에 적합하다. 상기 광 변조기 소자는 레이저 빔의 직경이 작기 때문에 소형화될 수 있다.

상기 광 변조기 소자의 광 통로는 유리로 이루어지며, 상기 유리의 투과 특성은 전자기 교번 자장의 세기에 의해서 제어될 수 있다. 상기 교번 자장의 주파수 및 강도는 유리 제조 파라미터에 따라 달라진다. 지금까지 상기와 같은 유리들은 광 투과성(투과율)이 조사된 밝기에 따라 달라지는 안경, 말하자면 선글라스 또는 용접공 안경에 활용되고 있다. 상기와 같은 유리는 또한, 광 대신에 광선의 주파수보다 더 낮은 특정 주파수를 갖는 전자기장이 투과율을 제어하도록 제조될 수도 있다. 상기 주파수는 통상적으로 5 내지 100 GHz의 범위에 있다. 유리의 투과율은 인가된 전기장 강도에 직접적으로 의존한다. 따라서, 마이크로파장도 광 변조기의 투과율을 제어할 수 있다.

바람직하게 마이크로파 안테나는 변조기 소자의 한 측에 또는 양측에 쌍으로 배치되어 있다. 극성이 교대되는 안테나들을 원형으로 배열하는 것이 특히 바람직한 것으로 입증되었다. 그럼으로써, 변조 작용할 광선보다 단지 약간만 더 크면 되는 중앙 광 통로 주변에는 예컨대 사중극장(quadrupole field), 오중극장 등이 형성된다.

다른 한 실시예에서 유리는 원통형으로 형성되었고, 안테나 전극들은 유리 원통 둘레에 링으로서 배치되어 있다.

예컨대 50 GHz의 마이크로파 주파수용 전극들은 단지 밀리미터 크기이다. 바람직하게 전극 쌍들은 변조기 소자 둘레에 원형으로 배치된 인덕터와 함께 공진 회로를 형성하는 커패시터의 부분이다. 이 경우 디스크의 두께가 얇고 전극들 간격이 좁기 때문에 유리 내에서는 높은 전기장 강도가 나타난다.

공진 회로가 위상 변위된 상태로 구동되어 각각의 최대 위상이 중앙 광 통로 둘레를 회전하면, 중앙 광 통로 내에서의 전기장 강도는 더욱 증가하게 된다.

광 변조기는 180 GHz까지의 주파수를 갖는 상응하는 구조에서 작동될 수 있다. 이 경우 상기 주파수는 제어 주파수에 의해 변조된 반송파 주파수로서 이용될 수 있다.

50 GHz-제너레이터의 세기는 예를 들어 5 GHz의 제어 주파수로써 세기 제어될 수 있고, 광선 또는 레이저 빔에 대한 광 변조기 소자의 투과율도 상기 주파수를 따른다. 이와 같은 방식으로 제어가 이루어지면, 연속으로 작동되는 레이저 광선은 다양하게 사용될 수 있는데, 예를 들면 메시지의 아날로그 방식 전송 또는 디지털 방식 전송을 목적으로, 정보의 기록을 목적으로, 자료 처리를 목적으로, 또는 더 상세하게 기술하자면 화상 디스플레이를 목적으로 사용될 수 있다. 연속으로 작동되는 레이저의 상기와 같은 변조 유형 및 방식은 펄스 방식으로 작동되는 레이저의 공지된 모든 단점들을 회피한다.

단색 화상 송신기를 위하여, 레이저 광선은 직접적으로 또는 필터에 의해 간접적으로 컬러로 변동된 상태로, 예컨대 백색 광으로 변동된 상태로 광 변조 소자를 통과하게 되고, 그 다음에 X-편향 및 Y-편향을 목적으로 회전하는 두 개의 프리즘 미러로 차례로 보내지며, 이곳으로부터 상기 레이저 광선은 광 변조에 따라 하나의 화상이 그 위에 형성되는 투영면으로 입사된다. 제어 기능을 하는 마이크로파의 변조가 단색의 비디오 신호에 의해서 이루어지고, 회전하는 프리즘 미러들이 주사선- 및 화상 교체 신호와 동기화된 상태로 작동되면, 하나의 비디오 화상이 재현된다.

세 가지 상이한 컬러의 레이저가 중첩된 각각 하나의 변조된 광선이 프리즘에 제공되면, 상응하는 방식으로 컬러 텔레비전 화상이 발생하게 되며, 이 경우 상기 변조는 컬러 신호에 상응하게 이루어지는데, 다시 말하자면 마이크로파 에너지는 개별 컬러 신호가 높으면 높을수록 그만큼 더 낮게 유지된다.

바람직하게는 추가로 백색 광선이 휘도 신호에 따라 변조되어 프리즘 앞에서 세 가지 컬러 레이저 광선에 혼합된다. 상기 백색 광선은 청색 레이저 광선으로부터 공지된 간단한 방식으로 황색 필터 안에서 이루어지는 변형에 의해 얻어진다. 이와 같이 휘도 신호를 추가로 혼합하면, 컬러 레이저의 출력을 변경하지 않고서도 투영된 화상의 밝기를 제어할 수 있게 된다. 그럼으로써, 명도 변동시에 레이저 안에서 발생하는 비선형성으로 인한 컬러 이동이 피해진다.

상기와 같은 유형의 완전한 컬러 화상 투광기는 DIN A5-치수를 갖는 3 cm 두께의 하우징 안에 설치되어 있고, 약 15 k 루멘을 출력한다. 5 GHz의 도달 가능한 높은 변조 주파수에 의하여, 250 Hz의 화상 연속 주파수에서는 10개의 메가 픽셀을 갖는 화상들이 지금까지 달성되지 않았던 품질 및 휘도로 발생할 수 있게 된다.

본 발명의 실시예는 도면들에 예로 도시되어 있다.

도 1은 광 변조기의 개략도며,

도 2는 제 1 전극 어레이고,

도 3은 제 2 전극 어레이며,

도 4는 원통형 어레이고,

도 5는 제너레이터를 갖는 광 변조기의 개략도며,

도 6은 레이저 투광기의 개략도다.

도 1에는 광 변조기(M)가 개략적으로 도시되어 있으며, 상기 광 변조기의 중앙에는 디스크(2)가 고정되어 있다. 광 투과 영역(3)에서는 레이저 광선(L)이 상기 디스크를 통과한다. 상기 디스크(2) 상에는 안테나 전극(4)이 환상으로 배치되 어 있으며, 이 경우에는 언제나 두 개의 전극(4a, 4b)이 하나의 전극 쌍을 형성한다. 마이크로파 공진 회로의 부분인 상기 전극(4a, 4b)을 통해 전기장 강도가 유리(2) 안으로 제공되어 유리(2)의 투과율을 제어한다.

또한 전극(4)은 유리로부터 손실 열을 방출하기 위해서 이용된다.

도 2에는 디스크(2) 상에서 실현된 전극(4a, 4b)의 제 1 어레이가 도시되어 있다. 상기 어레이에서는 한 쌍의 전극(4a, 4b)이 유리의 각각 한 측에 존재하고, 인덕터(5)와 함께 하나의 마이크로파 공진 회로를 형성한다. 마주 놓인 측에도 마찬가지로 공진 회로가 존재하기 때문에, 사중극장이 형성된다.

전극(4a, 4b)이 단지 유리(2)의 한 측에만 존재하여 이중극장을 형성하는 것도 또한 가능하다.

도 3에는 디스크(2) 상에서 실현된 전극(4a, 4b)의 제 2 어레이가 도시되어 있다. 상기 어레이에서는 한 쌍의 전극(4a, 4b)이 유리(2) 상에서 각각 마주 보도록 존재하고, 인덕터(5)와 함께 하나의 마이크로파 공진 회로를 형성한다. 그 옆에도 마찬가지로 공진 회로가 존재하기 때문에, 사중극장이 형성된다.

도 4에는 광 변조기 소자가 원통형으로 도시되어 있다. 두 개의 안테나 전극(4a 및 4b)은 유리 실린더 둘레에 환상으로 놓여 있다. 상기 안테나 전극들은 커패시터의 플레이트를 형성하며, 상기 커패시터는 표시된 인덕터(5)와 함께 공진 회로를 형성하고, 상기 전극들 사이에서는 상응하는 교번 자장이 형성된다. 상기 교번 자장은 유리 실린더(2)를 축 방향으로 통과하는 레이저 빔(L)을 제어한다.

도 5에는 도 1에 상응하는 변조기(M)의 개략도가 다시 한 번 도시되어 있다. 디스크(2) 상에 있는 전극(4)은 상응하게 네 개의 제너레이터(6)에 의해서 구동되며, 도면에는 네 개의 제너레이터 중에서 단 하나의 제너레이터만 도시되어 있다. 각각의 제너레이터(6)는 인덕터(5) 및 전극(4a, 4b)을 구비한 공진 회로에 전력을 공급한다. 발생된 마이크로파장의 세기는 유효 신호(N)에 상응하게 제어된다. 이 경우 제너레이터(6)는 디스크(2) 상에 회전하는 장이 형성되는 상태에서 제어되었고, 이와 같은 상황은 화살표로 지시되어 있다. 상기 회전하는 장은 레이저 빔(L)을 위한 광 통로(3) 안에서 투과율을 균일하게 제어한다.

도 6에는 컬러 레이저 R, G, B, W 및 변조기(M)를 갖는 투광기(1)가 개략적으로 도시되어 있다. 컬러 레이저(R, G, B)용 변조기(M)는 공지된 방식으로 한 화상의 컬러 신호에 상응하게 구동되고(도시되지 않음), 미러(7) 및 프리즘을 통해 광 합산 장치(8) 안에서 하나의 컬러 빔으로 통합된다. 처음에는 청색인 상기 레이저(W)의 빔은 명도 신호에 상응하게 해당 변조기(M) 안에서 변조된다. 상기 명도 신호(H)는 필터(F) 내에서 백색의 빔으로 변형되고, 프리즘(9)을 통해 마찬가지로 컬러 빔(12) 안으로 주입된다. 상기 명도 신호(H)의 상응하는 변조에 의해서는, 컬러 레이저(R, G, B)의 균등화(equalization)에 맞추어 조정하지 않고서도, 발생된 화상의 명도가 조절될 수 있다.

상기 컬러 빔(12)은 공지된 방식에 따라, 회전하는 프리즘 미러 롤러(11)를 통해서는 수평으로 편향되고, 회전하는 프리즘 미러 롤러(10)를 통해서는 수직으로 편향된다. 이 경우에는 프리즘 면들이 비스듬하게 세워져 있음으로써, 투영면에서는 투영 빔(P)의 직선의 파형이 나타나게 된다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1: 투광기 2: 디스크

3: 광 통로 4: 전극

4a: 제 1 전극 4b: 제 2 전극

5: 인덕터 6: 제너레이터

7: 미러 8: 광 중첩부

9: 휘도 주입부 10: 수직 프리즘 미러 롤러

11: 수평 프리즘 미러 롤러 12: 중첩된 빔

B: 청색 레이저 F: 필터

G: 녹색 레이저 H: 명도 신호

L: 레이저 빔 M: 광 변조기

N: 유효 신호 P: 투영 빔

R: 적색 레이저 W: 백색 레이저

Claims (19)

1. 광 변조기(M)로서,

   전자기장의 세기에 의해서 상기 광 변조기의 광 투과율을 제어할 수 있는 광 통로를 갖는 광 변조기(M)이며,

   상기 광 변조기에는 세기가 제어되는 마이크로파장이 제공되는 것을 특징으로 하는, 광 변조기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 광 통로는 유리로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 광 변조기.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 광 투과 특성은 실질적으로 특정 주파수 영역에서 인가되는 마이크로파장에 의존하는 것을 특징으로 하는, 광 변조기.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 마이크로파장은 5 내지 180 GHz 범위의 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는, 광 변조기.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 마이크로파 주파수는 약 10배 만큼 상기 마이크로파 주파수 아래에 놓여 있는 주파수까지 진폭 변조되는 반송파 주파수로서 이용되는 것을 특징으로 하는, 광 변조기.
6. 제 2 항에 있어서,

   상기 광 변조기는 하나의 유리 측에서 또는 다양한 유리 측에서 상기 광 통로(3) 주변에 극성 교대 방식으로 쌍으로 배치된 마이크로파 안테나(4a, 4b)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 변조기.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 광 통로(3)는 변조할 레이저 빔의 직경보다 약간 더 큰 직경을 갖는 것을 특징으로 하는, 광 변조기.
8. 제 6 항에 있어서,

   커패시터로서 기능을 하는 상기 평탄한 안테나 전극(4a, 4b)은 에지 측에서 유리쪽을 향해 배치된 인덕터(5)와 함께 공진 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는, 광 변조기.
9. 제 6 항에 있어서,

   상기 공진 회로 내에서의 파(wave)의 위상은 상기 광 통로(3)를 중심으로 회 전하는 것을 특징으로 하는, 광 변조기.
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 유리는 실린더로서 형성되었고, 안테나 전극(4a, 4b)은 상기 실린더 둘레에 환상으로 배치된 것을 특징으로 하는, 광 변조기.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 광 변조기를 구비한 장치에 있어서,

    상기 장치에는 레이저 빔(L)이 제공되고, 상기 레이저 빔의 변조된 광은 광 검출기 또는 광 기록 장치를 구비한 메시지 전송 장치, 자료 처리 장치 또는 투영 장치에 제공되는 것을 특징으로 하는, 장치.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 변조된 레이저 빔(L)은 X- 및 Y-편향 장치(10, 11)에 제공되고, 상기 장치로부터 투영면으로 방향 전환되는 것을 특징으로 하는, 장치.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 편향 장치는 금속 코팅된 프리즘 형태의 두 개의 롤러(10, 11)로 구성되는 것을 특징으로 하는, 장치.
14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

    컬러가 상이한 각각 하나의 레이저(R, G, B)가 다수의 광 변조기(M)에 제공되고, 이와 같은 방식으로 형성되는 변조된 레이저 빔(L)은 중첩된 상태로 상기 편향 장치(10, 11)에 제공되는 것을 특징으로 하는, 장치.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 레이저(R, G, B)는 적어도 세 가지 기본 컬러를 갖는 광을 방출하는 것을 특징으로 하는, 장치.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 세 개의 레이저(R, G, B)는 각각 하나의 비디오 신호의 RGB-신호들 중에서 하나의 RGB-신호에 상응하게 변조되는 것을 특징으로 하는, 장치.
17. 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,

    추가의 광 변조기(M)에 백색의 광선(H)이 제공되며, 상기 백색의 광선은 휘도 신호에 상응하게 변조되는 것을 특징으로 하는, 장치.
18. 제 17 항에 있어서,

    투영의 밝기는 상기 백색 광선(H)의 세기를 통해 제어되는 것을 특징으로 하는, 장치.
19. 제 17 항에 있어서,

    상기 백색의 광선(H)은 청색 레이저 빔으로부터 필터(F) 내에서의 변환에 의하여 발생하는 것을 특징으로 하는, 장치.

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