KR20080107349A

KR20080107349A - 레이저 스펙클을 감소시키는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20080107349A
Application number: KR1020087009504A
Authority: KR
Inventors: 나예프 엠. 아부-아길
Original assignee: 나예프 엠. 아부-아길
Priority date: 2005-09-21
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2008-12-10
Also published as: JP2009512883A; US20090128918A1; US20060012842A1; EP1934646A4; CN101529288A; WO2007035905A3; US7379651B2; EP1934646A2; US7719738B2; WO2007035905A2

Abstract

레이저 빔의 스펙클을 감소시키는 장치(200) 및 방법이 개시된다. 이 장치(200)는 광 가이드(45), 광 가이드 입력부의 고 반사 거울(43), 광 가이드 출력부의 부분 반사 거울(46)을 포함한다. 간섭성 레이저 빔(40)은 고반사 거울의 뚜렷한 구경(41)을 통해 광 가이드로 삽입된다. 광 가이드(45) 내에서, 레이저 빔(40)은 상이한 위상 시프트, 상이한 편광 상태, 및/또는 레이저 빔의 간섭성 길이와 동일하거나 그보다 큰 경로 길이 차를 갖는 복수의 연속적인 빔렛들로 분리된다. 빔렛들은 부분 반사 거울(46)을 통해 광 가이드(45)를 빠져나감으로써 감소된 스펙클을 갖는 출력 레이저 광을 제공한다. 광 가이드(45)는 전송 가능한 재료의 고형 광 파이프 또는 반사하는 내부 측벽을 갖는 속이 빈 터널 중 어느 하나일 수 있다.

광 가이드, 고반사 거울, 부분 반사 거울, 빔렛

Description

레이저 스펙클을 감소시키는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR REDUCING LASER SPECKLE}

관련 출원들과의 상호 참조

본 출원은 발명의 명칭이 "광 가이드 어레이, 제조 방법 및 이를 사용하는 광학 시스템(Light Guide Array, Fabrication Methods, and Optical System Employing Same)"인 2003년 6월 10일에 출원된 미국 특허출원 제10/458,390호; 발명의 명칭이 "광학 디스플레이에 관한 컴팩트 편광 변환 시스템(Compact Polarization Conversion System For Optical Displays)"인 2005년 2월 25일에 출원된 미국 특허출원 제11/066,605호; 발명의 명칭이 "광 가이드 어레이를 포함하는 컴팩트 투영 시스템(Compact Projection System Including A Light Guide Array)"인 2005년 2월 25일에 출원된 미국 특허출원 제11/066,616호; 발명의 명칭이 "광 재생처리기 및 이를 포함하는 컬러 디스플레이 시스템(Light Recycler and Color Display System Including Same)"인 2005년 2월 25일에 출원된 미국 특허출원 제11/067,591호의 부분 연속출원이다. 또한 본 출원은 발명의 명칭이 "광 복구 시스템 및 이를 이용하는 디스플레이 시스템(Light Recovery System and Display Systems Employing Same)"인 2004년 12월 22일에 출원된 미국 가출원 제60/639,925호의 우선권의 이익을 주장한다. 또한 본 출원은 발명의 명칭이 "컴팩트 광 수집 시스템(Compact Light Collection Systems)"이고 사건번호 제00024.0009.PZUS00인 동일자로 출원된 미국 가출원과 관련된다. 상기 언급된 출원들은 전체적으로 제시되는 것처럼 여기에 참조로서 병합된다.

본 발명은 일반적으로 레이저 조명 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 레이저 스펙클을 감소시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.

레이저는 고휘도와 바람직한 스펙트럼 및 각도의 빔 특성을 포함하는 많은 이점들로 인해, 투영 디스플레이, 마이크로스코피(microscopy), 마이크로리소그래피(microlithography), 기계 비전 및 프린팅과 같은 다양한 애플리케이션들에 사용되는 매력적인 광원으로 간주된다. 그러나 이러한 시스템들에서 레이저를 사용하는 것의 한 가지 단점은 스펙클이다. 기본적으로, 스펙클은 레이저 빔의 단면 강도의 바람직하지 않은 변화이다. 레이저 투영 시스템에서는 이미지들이 입자가 보통 거칠고 덜 예리하게 보인다. 스펙클은 대부분의 레이저에 의해 방출되는 광의 높은 시공간적 간섭성(coherency) 정도로부터 야기되는 간섭 패턴으로 인한 것이다. 그러한 간섭광이 거친 표면으로부터 반사되거나 또는 임의의 굴절률 변화를 갖는 매개체를 통해 전파되는 경우에, 균일하지 않고 임의적인 분포의 광 강도로서 스펙클이 나타나게 된다. 이러한 균일하지 않은 휘도는 레이저 조명 시스템의 품질 및 유용성을 저하시킨다.

종래 기술은 스펙클 감소에 관한 다양한 기술을 개시한다. 예를 들어, 미국 등록특허 제5,224,200호에서 라스무센 등(Rasmussen et al.)은 도 1에 도시된 바와 같은 스펙클 감소 장치(10)를 제안한다. 이 시스템은 레이저와 균일화 장치(homogenizer)(28) 사이에서 간섭된 지연(coherent delay) 라인으로 구성된다. 간섭된 지연 라인은 오리지널 레이저 빔의 간섭성 길이의 반의 정수 배와 동일한 거리(25)만큼 분리되어 있는 전반사 거울(24) 및 부분 반사 거울(22)로 구성된다. 레이저 빔(20)은 부분 반사 거울(22)에 먼저 충돌하는데, 부분 반사 거울(22)에서는 빔의 일부분이 전달되고 나머지 부분은 전반사 거울(24)을 향해 반사시키며 이는 다시 부분 반사 거울(22)을 향해 반사되어 돌아온다. 이러한 프로세스는 반사된 빔이 부분 반사 거울(22)을 바이패스할 때까지 계속된다. 이러한 파이널 빔 및 부분 반사 거울(22)을 통해 전달되는 연속 빔들은 렌즈(26)에 의해 균일화 장치(28)로 초점이 맞추어진다. 균일화 장치(28)로 들어가는 빔들은 그들의 간섭성 길이의 배수들에 의해 오프셋되어, 그들의 명백한 간섭성 길이의 감소를 야기하며 이는 또한 스펙클의 양도 감소시킨다.

J.M. Florence의 미국 등록특허 제5,313,479호 및 Kruschwitz et al.의 미국 등록특허 제6,594,090B2호에서, 스펙클 패턴을 제거 또는 감소시키기 위해 이동식 확산기가 사용된다.

H. Kikuchi의 미국 등록특허 제6,897,992B2호에서, 레이저 빔이 회전하여 그것의 S 및 P 편광 컴포넌트들로 동등하게 나누어진다. S 및 P 편광 컴포넌트들을 분리시킨 이후에, 적절한 지연 수단을 통해 S 및 P 편광 컴포넌트들 사이에서 레이저 빔의 간섭성 길이와 적어도 동일한 광학 경로차가 발생한다. 또한, '992 특허는 레이저 빔을 둘 이상의 병렬 빔렛들(beamlets)로 나누고, 레이저의 간섭성 길이 와 적어도 동일한 광학 경로차에 의해 서로에 관하여 빔렛들을 지연시키는 강도 분리 수단을 개시한다.

Optics Letters, Vol.18, No.7, April 1993, pp549-551에서, B. Dingel et al.의 "광학 피드백 효과를 이용하는 것에 의한 레이저-다이오드 현미경에서의 스펙클 없는 이미지(Speckle-Free Image in a Laser-Diode Microscope by Using the Optical Feedback Effect)"는 레이러의 스펙트럼 라인폭을 넓히는 것에 의해 레이저 스펙클을 제거하고, 시간에 따라 변화하는 다중모드 스펙트럼을 갖는 출력 빔을 생성하는 방법을 개시한다. 이러한 결과는 거울, 빔 스플리터 및 다중모드 파이버의 사용을 통해 레이저의 강(cavity)으로 적당한 양의 레이저 광을 다시 전달(feeding)함으로써 얻어진다.

스펙클 감소에 관한 상기 방법들이 일부 애플리케이션들에서 효과적이라고 해도, 움직이거나 또는 진동하는 부분들, 낮은 컴팩트함 정도, 긴 집적 시간, 광 에너지의 과도한 손실(즉, 비효율성), 및/또는 각도 및 강도에 관한 광의 공간적인 분포에 대한 제어 부족과 같은 하나 이상의 문제점들을 갖는다.

따라서, 디스플레이 패널의 활성 영역과 같은 특정한 타깃 영역에 걸쳐서 강도 및 각도에 관한 레이저 광의 공간적인 분포에 대한 제어를 제공하는 단순하고, 컴팩트하고, 가볍고, 집적 시간이 짧고, 효율적인 스펙클 감소 장치가 필요하다.

요약

선택된 단면 영역과 강도 및 각도에 관한 공간적인 분포에 대한 출력 광 빔을 생성시킬 수 있는, 상대적으로 컴팩트하고, 가볍고, 집적 시간(또는 순간 집적 시간)이 짧고, 효율적인 스펙클 감소 장치를 제공하는 것이 본 발명의 이점이다. 개선된 스펙클 감소 장치는 다양한 크기 및 형태를 갖는 레이저 소스(예를 들어, 단일 레이저 또는 레이저 어레이)로부터 다양한 형태 및 크기를 갖는 조명 타깃들로 광을 효율적으로 연결할 수 있다. 또한 본 발명은 개선된 스펙클 감소 방법을 제공한다.

본 발명의 다양한 관점, 특정, 실시형태 및 이점들이 이하의 도면 및 상세한 설명에서 기술되거나, 또는 이하의 도면 및 상세한 설명을 당업자가 검토함으로써 명백해질 것이다. 이러한 관점, 특성, 실시형태 및 이점들은 모두 본 명세서 내에 포함되고, 본 발명의 범위 내에 있으며, 본 발명을 궁극적으로 정의하는 첨부된 청구범위에 의해 보호된다.

도면은 단지 설명을 위한 것이고 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니다. 또한, 도면의 구성요소들은 스케일, 강조하는 것보다는 본 발명의 원리를 설명하려는 것이다. 도면에서, 동일한 참조번호는 상이한 도면들에서 대응되는 부분들을 지시한다.

도 1은 종래의 스펙클 감소 장치에 대한 단면도이다.

도 2a는 고반사(highly reflective) 거울, 부분 반사 거울, 광 가이드 및 임의의 평면 오목 렌즈를 이용하는 스펙클 감소 장치에 대한 투시도이다.

도 2b는 도2a의 시스템에 대한 단면도이다.

도 3a는 고반사 거울, 부분 반사 거울, 광 가이드, 지연판 및 임의의 평면 오목 렌즈를 이용하는 제1 구조를 갖는 스펙클 감소 장치에 대한 투시도이다.

도 3b는 도 3a의 시스템에 대한 단면도이다.

도 4a는 고반사 거울, 부분 반사 거울, 광 가이드, 지연판 및 임의의 평면 오목 렌즈를 이용하는 제2 구조를 갖는 스펙클 감소 장치에 대한 투시도이다.

도 4b는 도 4a의 시스템에 대한 단면도이다.

도 5a는 고반사 거울, 부분 반사 거울, 광 가이드, 임의의 지연판, 전달 가능한(transmissive) 확산기 및 임의의 평면 오목 렌즈를 이용하는 스펙클 감소 장치에 대한 투시도이다.

도 5b는 도 5a의 시스템에 대한 단면도이다.

도 6a는 부분 반사 거울, 광 가이드, 임의의 지연판, 반사 확산기 및 임의의 평면 오목 렌즈를 이용하는 스펙클 감소 장치에 대한 투시도이다.

도 6b는 도 6a의 시스템에 대한 단면도이다.

도 7a는 고반사 거울, 부분 반사 거울, 광 가이드, 임의의 지연판, 가변 두께 판 및 임의의 평면 오목 렌즈를 이용하는 스펙클 감소 장치에 대한 투시도이다.

도 7b는 도 7a의 시스템에 대한 단면도이다.

도 8a는 고반사 거울, 시준(collimating)판, 광 가이드, 임의의 지연판, 임의의 가변 두께 판 및 임의의 평면 오목 렌즈를 이용하는 스펙클 감소 장치에 대한 투시도이다.

도 8b는 도 8a의 시스템에 대한 단면도이다.

도 9a는 마이크로-구경(aperture), 마이크로-가이드 및 마이크로-렌즈 어레이를 포함하는 제1 시준판에 대한 세부 투시도이다.

도 9b는 도 9a의 시준판에 대한 단면도이다.

도 9c는 도 9a의 시준판에 대한 분해도이다.

도 10a는 마이크로-구경 및 마이크로-가이드 어레이를 포함하는 제2 시준판에 대한 투시도이다.

도 10b는 도 10a의 시준판에 대한 단면도이다.

도 11a는 마이크로-구경 및 마이크로-터널 어레이를 포함하는 제3 시준판에 대한 표면도이다.

도 11b는 도 11a의 시준판에 대한 단면도이다.

도 12a는 마이크로-구경 및 마이크로-렌즈 어레이를 포함하는 제4 시준판에 대한 투시도이다.

도 12b는 도 12a의 시준판에 대한 분해도이다.

도 12c는 도 12a의 시준판에 대한 단면도이다.

도 13은 광선을 수신하는 스펙클 감소 장치에 대한 단면도이다.

도 14a는 에지-점화(edge-lit) 디렉트-뷰(direct-view) 액정 디스플레이에서의 스펙클 감소 장치에 대한 표면 개요도이다.

도 14b는 도 14a의 LCD 시스템에 대한 분해 투시 측면도이다.

도 14c는 예시적인 마이크로-소자 판에 대한 투시도이다.

도 14d는 예시적인 광 가이드 판에 대한 투시도이다.

도 15a는 적색, 녹색 및 청색 레이저와 전달 가능한 마이크로-디스플레이를 이용하는 조명 시스템에 대한 표면 개요도이다.

도 15b는 도 15a의 전달 가능한 마이크로-디스플레이에 대한 세부 단면도 및 전달 가능한 마이크로-디스플레이의 하나의 픽셀에 대한 세부 투시도이다.

도 15c는 튜너블(tunable) 레이저 및 전달 가능한 마이크로-디스플레이를 이용하는 조명 시스템에 대한 단면도이다.

도 15d는 적색, 녹색, 및 청색 레이저를 이용하는 투영 시스템에 대한 단면도이다.

도 16은 마이크로-렌즈 어레이(MLA)를 구비한 액정 마이크로-디스플레이에 대한 단면도이다.

도 17은 입력 측에서 이동하는 확산기를 이용하는 스펙클 감소 장치에 대한 단면도이다.

도 18은 출력 측에서 이동하는 확산기를 이용하는 스펙클 감소 장치에 대한 단면도이다.

도 19a 및 도 19b는 예시적인 전달 가능한 마이크로-디스플레이 시스템에 대한 단면도이다.

이하 도면을 참조로 하여 병합하는 상세한 설명은 본 발명에 대한 하나 이상의 특정한 실시형태들을 설명 및 예시한다. 본 발명을 한정하려는 것이 아니라 예시하고 설명하기 위해 제시되는 이러한 실시형태들은 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 충분히 상세하게 도시되고 설명된다. 따라서, 본 발명이 불명확하게 되지 않도록 본 명세서에서는 당업자에게 알려진 특정한 정보를 생략할 수도 있다.

적어도 광 가이드(예를 들어, 광 파이프 또는 터널), 고반사 거울(예를 들어, 거울 판) 및 부분 반사 거울(예를 들어, 거울 판)을 포함하는 레이저 스펙클 감소 장치에 대한 다양한 예시적인 실시형태들을 개시한다. 작동에 있어서, 스펙클 감소 장치는 입력 레이저 빔을 레이저 빔의 간섭성 길이와 바람직하게는 적어도 동일한 광학 경로 길이 차만큼 서로 분리되어 있는 많은 빔렛들로 나눈다. 레이저 스펙클 감소 장치는 그것이 정적이라는 점, 즉, 어떤 이동 또는 진동하는 부분들을 포함하지 않는다는 점에서 유리하다.

또한, 여기에 설명되는 레이저 스펙클 감소 구조의 일부를 구현하는 예시적인 디스플레이 시스템이 개시된다.

도면을 살펴보면, 도 2a 및 도 2b는 반사하는 측벽을 갖는 광 가이드와 같은 광 가이드(45), 고반사 거울(43), 부분 반사 거울(46) 및 임의의 평면 오목 렌즈(42)(도 2b에 도시됨)를 포함하는 스펙클 감소 장치(200)의 실시형태에 대한 투시도 및 단면도를 나타낸다. 부분 반사 거울(46)은 광 가이드(45)의 출구 면에 위치하고 전반사(또는 적어도 고반사) 거울(43)은 가이드의 입력 면에 위치한다. 고반사 거울(46)에 형성되어 있는 뚜렷한 구경(clear aperture)은 입력 레이저 빔이 광 가이드(45)로 삽입될 수 있도록 한다.

고반사 거울(43)은 바람직하게는 부분 반사 거울(46)을 향하는 모든 또는 대부분의 입사광을 반사시키는 금속 및/또는 절연체 코팅으로 이루어진다. 부분 반 사 거울(46)은 바람직하게는 고반사 거울(43)을 향하는 입사광의 일부를 반사시키고 그 나머지를 전달하는 절연체 코팅으로 이루어진다.

평면 오목 렌즈(42)의 기능은 레이저 빔(40)의 원추각(cone angle)을 원하는 원추각으로 확대하는 것이다. 이 렌즈(42)는 광학적으로 전달하는 접착제를 이용하여 고반사 거울(43)에 부착된다. 고반사 거울(43) 및 부분 반사 거울(46)은 적당한 접착제를 이용하여 광 가이드(45)의 입구 및 출구 면에 각각 부착된다. 고반사 거울(43)과 부분 반사 거울(46) 사이의 거리 L은 입력 레이저 빔(40)의 간섭성 길이의 반의 정수 배와 동일한 것이 바람직하다. 레이저의 간섭성 길이는 레이저 빔이 나누어질 때 간섭이 발생하게 되는 거리와 같다는 것은 당업자에게 명백하다.

광 가이드(45)는 연마된 표면을 갖는 유리 또는 반사하는 측벽을 갖는 속이 빈 광 터널과 같은 광학적으로 전달 가능한 물질로 만들어진 고형 광 파이프일 수 있고, 또한 평행하거나 또는 끝이 차차 가늘어지는 광 가이드일 수 있다. 광 가이드의 길이는 그것의 입구 및 출구 구경의 크기, 광 가이드(45) 내에서 전파되는 광의 원추각, 전파되는 광의 간섭성 길이 및 원하는 광 균일성의 정도에 따라 수 밀리미터에서 수십 밀리미터까지의 범위를 갖는다. 몇몇 적당한 광 가이드들의 예가 여기에 참조로 병합되는 2003년 6월 10일에 출원된 관련된 미국 특허출원 제10/458,390호 및 2005년 2월 25일에 출원된 관련된 미국 특허출원 제11/066,616호에서 설명된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 레이저 광(40)은 뚜렷한 구경(clear aperture; 41)을 통하여 임의의 평면 오목 렌즈(42)로 들어간다. 뚜렷한 구경(41)은 전반사 거울(43)에 형성되어 레이저 광(40)이 광 가이드(45)로 삽입될 수 있도록 한다. 뚜렷한 구경(41)의 크기 및 형태는 원형, 정사각형, 직사각형, 타원형 또는 임의의 다른 형태일 수 있다. 또한 임의의 평면 오목 렌즈의 어레이와 관련되며 레이저의 어레이에 대응되는 뚜렷한 구경의 어레이를 갖는 것도 가능하다.

평면 오목 렌즈(42)는 시스템(200)의 광학 축을 따라 대칭적으로 조정되는 원추(conical) 빔 분기(divergence)를 형성하는 데에 이용된다. 평면 볼록 렌즈, 평면 볼록 마이크로 렌즈 어레이, 평면 오목 마이크로 렌즈 어레이, 홀로그램(holographic) 확산기 또는 비홀로그램(non-holographic) 확산기 등과 같은 다른 유형의 렌즈들이 렌즈(42)의 기능을 수행하는 데에 이용될 수 있다.

빔(40)을 생성하는 광원은 단일파장의(monochromatic) 레이저, 복수파장의(polychromatic) 레이저(예를 들어, 튜너블 레이저) 또는 미리-결합된 단일파장의 레이저일 수 있다. 예를 들어, UV, 가시광선 또는 적외선 범위에 있을 수 있는 레이저 전력 또는 파장에는 제한이 없다. 스펙클 감소 장치(200)는 작은 것(수 밀리미터)부터 큰 것(미터)까지의 범위를 갖는 간섭성 길이를 가지는 레이저와 함께 사용될 수 있다.

레이저 광(40)은 원하는 원추각으로 분기하는 빔(44)으로서 임의의 평면 오목 렌즈(42)를 빠져나간다. 이 광(44)은 그것이 광 가이드(45) 내에서 이동함에 따라 보다 공간적으로 균일하게 된다. 이 광(44)이 부분 반사 거울(46)에 최초로 충돌할 때, 그것의 일부(즉, 제1 빔렛)가 통과되어 나가서 스펙클 감소 장치(200)를 빠져나가는 한편 그 나머지는 고반사 거울(43)을 향해 다시 반사되어 나간다. 이 반사되는 광의 작은 부분은 레이저를 향하여 뚜렷한 구경(41)을 통해 스펙클 감소 장치(200)를 빠져나가고, 그 나머지 부분은 부분 반사 거울(46)을 항하여 고반사 거울(43)에 의해 다시 반사되어 나간다. 이 광은 두 번째로 부분 반사 거울(46)에 충돌하고 제2 빔렛은 스펙클 감소 장치(200)를 빠져나가는 한편 그 나머지는 고반사 거울(43)을 향하여 다시 반사되어 나간다. 이러한 프로세스는 광 빔(44)이 부분 반사 거울(46)을 통해 스펙클 감소 장치(200)를 빠져나갈 때까지 계속된다.

두 개의 거울(43, 46)이 바람직하게는 입력 레이저 빔(40)의 간섭성 길이의 반의 정수 배와 동일한 거리 만큼 분리되어 있기 때문에, 부분 반사 거울(46)을 빠져나가는 빔렛들은 간섭성 길이의 배수들에 의해 모두 오프셋된다. 따라서, 스펙클 감소 장치(200)를 빠져나가는 빔렛들은 이질적을(incoherently) 재결합되어, 출력 재결합 빔의 간섭성 길이의 감소를 야기한다.

두 개의 거울(43, 46) 사이의 거리가 레이저(40) 빔의 간섭성 길이의 반보다 작더라도, 부분 반사 거울(46)을 빠져나가는 빔렛들은 강도 및 각도에 관하여 동일하지 않은 공간적인 분포를 가질 것이며, 이에 따라 스펙클 패턴의 애버리징 및 감소를 야기할 것이다. 임의의 평면 오목 렌즈(42)는 레이저 광의 동일하지 않은 공간적인 분포를 증가시키고, 이에 따라, 거울 간격(spacing)이 간섭성 길이보다 작은 경우에 있어서의 스펙클 감소를 증가시킨다.

스펙클 감소 장치(200)에 대한 또 다른 구성에 있어서, 두 개의 거울(43, 46) 뿐만 아니라 뚜렷한 구경(41)의 크기는 레이저의 스펙트럼 라인폭을 넓히고 시 간에 따라 변하는 라인폭 스펙트럼을 생성하기 위해 요구되는 양만큼의 레이저 광이 레이저 강(cavity)으로 다시 전달(feeding)되어 들어갈 수 있도록 설계된다. 이러한 경우에, 단일-모드 레이저는 다중-모드 레이저로 변환되는데, 이 다중-모드 레이저의 다중-모드 스펙트럼은 완화 발진 및 다수의 외부 강(cavity) 모드에 의해 시간에 따라 변하고, 이에 따라 레이저의 간섭성 길이 및 관찰되는 스펙클 패턴의 감소를 야기한다. 이러한 광학 피드백 효과는 여기에 참조로 병합되는 B. Dingel et al.에 의한 Optics Letters, Vol.18, No.7, April 1993, pp 549-551의 "광학 피드백 효과를 이용하는 것에 의한 레이저-다이오드 현미경의 스팩클 없는 이미지(Speckle-Free Image in a Laser-Diode Microscope by Using the Optical Feedback Effect)"에서 보다 상세하게 설명된다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 스펙클 감소 장치(300)의 투사도 및 단면도를 각각 나타낸다. 이 장치(300)는 광 가이드(45), 고반사 거울(43), 부분 반사 거울(46), 지연판(47), 및 임의의 평면 오목 렌즈(42)를 포함한다. 지연판(47)은 부분 반사 거울의 앞에 또는 전반사 거울의 뒤에 위치한다. 지연판은 스펙클 감소 장치가 레이저 빔의 간섭성 길이와 적어도 동일한 광학 경로차만큼 서로 분리되어 있는 다양한 편광 컴포넌트들을 이용하여 빔렛들을 전달할 수 있도록 한다.

고반사 거울(43)과 부분 반사 거울(46) 사이의 거리 L은 레이저 빔(40)의 간섭성 길이의 반의 정수 배가 동일한 것이 바람직하다. 지연판(47)은 상이한 편광 상태들 및 감소된 스펙클 패턴을 갖는 다수의 빔렛들을 야기하는 원하는 값의 위상 지연을 유도하는데에 이용된다. 웨이브판은 수정 및 MgF₂ 와 같은 단축(uniaxial) 결정의 절단 및 연마된 조각인 것이 바람직하다. 단축 결정에서, 결정을 통과하는 광은 다른 두 개의 결정 축에 대한 나머지 하나의 결정 축에서 상이한 굴절률 및 위상 지연을 경험하게 된다.

스펙클 감소 장치(300)의 또 다른 구성에서, 지연판(47)은 시스템(300)의 반대편 끝에서 고반사 거울(43)과 광 가이드(45) 사이에 위치한다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 스펙클 감소 장치(400)를 나타낸다. 이 장치(400)는 레이저 빔(40)의 편광 컴포넌트를 S 편광 컴포넌트 및 P 편광 컴폰넌트로 나누고(이하 논의됨) 레이저 빔(40)의 간섭성 길이보다 작지 않은 S 및 P 편광 컴포넌트들 사이의 광학 경로차를 발생시킨다. 이 두 개의 컴포넌트들은 두 개의 동등한 S 및 P 편광 컴포넌트들로 나누어지는 것이 바람직하다.

스펙클 감소 장치(400)는 앞서의 실시형태에서의 스펙클 감소 장치(300)에 대한 특별한 경우로서, 어떠한 지연도 경험하지 않고 광 가이드(45)에 레이저 편광(40)을 초기에 삽입하기 위해 개구부를 갖는 4분의 1 파장 판(47a)을 이용한다. 이 판(47a)은 고반사 거울(43)과 광 가이드(45) 사이에 위치한다. 레이저 편광(44)은 부분 반사 거울(46)에 충돌하는데, 이때 S 편광 컴포넌트(또는 레이저 및 그것의 방위에 따라 P 편광 컴포넌트)를 갖는 제1 빔렛이 전달되고 그 나머지는 고반사 거울(43)을 향해 반사되어 나간다. 고형 광 파이트 또는 속이 빈 광 터 널(45)에서의 한 번의 라운트-트립 동안에 광이 4분의 1 파장 판(47a)을 두 번 통과하고 그것의 편광 상태는 90도 만큼 회전한다. 따라서, 제2 전송된 빔렛은 P 편광 컴포넌트로 빠져나가고, 이것은 제1 빔렛의 P편광 컴포넌트와 직교한다. 연속적인 빔렛들은 P 및 S 상태 사이에서 변화하는 직교하는 편광 상태들을 가질 것이다. 두 개의 거울(43, 46)이 바람직하게는 레이러 빔(40)의 간섭성 길이의 반의 정수 배와 동일한 거리만큼 분리되어 있기 때문에, 부분 반사 거울(46)을 빠져나가는 빔렛들은 그들의 간섭성 길이의 배수에 의해 모두 오프셋된다. 따라서, 스펙클 감소 장치(400)를 빠져나가는 빔렛들은 이질적으로 재결합함으로써 재결합된 빔의 간섭성 길이의 감소를 야기한다.

스펙클 감소 장치(400)의 또 다른 구성에서, 4분의 1 파장 판(47a)은 부분 반사 거울(46)과 광 가이드(45) 사이에 위치한다. 이러한 구성에서, 레이저 빔(40)은 최초에 회전하여 순환적인 편광 컴포넌트가 4분이 1 파장 판(47a)에 충돌하도록 하고, 이는 또한 부분 반사 거울(46)을 빠져나가는 선형 편광 컴포넌트를 갖는 제1 빔렛을 야기한다. 고형 광 파이프 또는 속이 빈 광 터널(45)에서의 한 번의 라운드-트립 동안에, 광이 4분의 1 파장 판(47a)을 두 번 통과하고 그것의 편광 상태는 90도 만큼 회전한다. 따라서, 제2 전송된 빔렛은 제1 빔렛의 편광 컴포넌트와 직교하는 편광 컴포넌트로 빠져나간다. 연속적인 빔렛들은 P 및 S 상태 사이에서 변화하는 직교하는 편광 상태들을 가질 것이다.

레이저 빔(40)은 최초에 회전함으로써, 예를 들어, 또 다른 4분의 1 파장 판을 고반사 거울(43) 바로 앞에 위치시키는 것에 의해 순환적으로 편광된 컴포넌트 를 생성할 수 있다. 순환적으로 편광된 컴포넌트는 그 후 구경(41)을 통하여 스펙클 감소 장치(400)로 들어간다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 스펙클 감소 장치(500)에 대한 투시도 및 단면도를 각각 나타낸다. 이 장치(500)는 광 가이드(45), 고반사 거울(43), 부분 반사 거울(46), 임의의 지연판(47), 전송 가능한 확산기(48a) 및 임의의 평면 오목 렌즈(42)를 포함한다. 확산기는 레이저 빔을 취하여 광을 원하는 각도 패턴으로 재분배할 수 있는 회절성 광학 컴포넌트의 한 유형이다. 확산기는 홀로그래피(holography) 및 이진 광학(binary optics)을 포함하는 다양한 방법들을 이용하여 만들어질 수 있다. 확산기는 그 유형 및 재료에 따라 편광에 대한 상이한 효과를 갖는다. 전송 가능한 확산기(48a)는 원하는 값의 위상 시프트를 유도하는 데에 이용되는데, 이는 상이한 위상 시프트로 빔렛들을 전송하는 것과 감소되고 평균화된 스펙클 패턴들을 야기한다.

고반사 거울(43)과 부분 반사 거울(46) 사이의 거리 L은 레이저 빔(40)의 간섭성 길이의 정수 배와 동일한 것이 바람직하다.

스펙클 감소 장치(500)의 또 다른 구성에서, 전송 가능한 확산기(48a)는 임의의 지연판(47)과 광 가이드(45) 사이에 위치한다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 스펙클 감소 장치(600)의 투시도 및 단면도를 각각 나타낸다. 이 장치(600)는 광 가이드(45), 부분 반사 거울(46), 임의의 지연판(47), 반사하는 확산기(48b) 및 임의의 평면 오목 렌즈(42)를 포함한다. 반사하는 확산기는 (전송 가능한 확산기(48a)의 경우에서와 같이) 수신된 광 빔을 전달하기보다는 이를 반사하고, 반사되는 광은 원하는 각도 분포를 갖는다. 확산기로서 동작하는 것에 더하여, 반사하는 확산기(48b)는 고반사 거울(43)의 기능을 수행한다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 스펙클 감소 장치(700)에 대한 투시도 및 단면도를 각각 나타낸다. 이 장치(700)는 광 가이드(45), 고반사 거울(43), 부분 반사 거울(46), 임의의 지연판(47), 가변 두께판(49) 및 임의의 평면 오목 렌즈(42)를 포함한다. 가변 두께 판(49)은 광 빔 내에서 가변 위상 시프트를 유도하는 데에 이용되는데, 이는 상이한 위상 시프트로 빔렛들을 전송하는 것과 감소된 스펙클 패턴들을 야기한다. 가변 두께 판(49)은 표면 영역에 걸쳐서 일률적이거나 또는 임의적인 두께 변화를 갖는다. 그러한 변화들은 단계적이거나 또는 유연하게 변화할 수 있으며 광 빔의 각도 분포를 재배열하지 않는다.

고반사 거울(43)과 부분 반사 거울(46) 사이의 거리 L은 레이저 빔(40)의 간섭성 길이의 반의 정수 배와 동일한 것이 바람직하다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 스펙클 감소 장치(800)에 대한 투시도 및 단면도를 각각 나타낸다. 이 장치(800)는 광 가이드(45), 임의의 지연판(47), 임의의 가변 두께판(49), 임의의 평면 오목 렌즈(42) 및 시준판(50)을 포함한다. 광 시준기로서 동작하는 것에 더하여, 시준판(50)은 부분 반사 거울(46)의 기능을 수행한다. 보다 상세하게는, 시준판(50)은 광 가이드(45)의 출구 면에서 부분 반사 거울로 이용됨으로써 시준판(50)의 표면상의 각 지점에서 전달되는 광의 강도 및 각도에 대한 제어를 제공할 수 있다.

임의의 가변 두께 판(49)을 임의의 전송 가능한 확산기로 대체할 수 있다. 고반사 거울(43) 및 임의의 가변 두께 판(49)을 모두 반사 확산기로 대체하는 것도 가능하다.

도 9a는 도 8a 및 도 8b의 시준판(50)에 대한 세부 투시도를 나타낸다. 시준판(50)은 구경판(34a), 마이크로-가이드 어레이(34b) 및 마이크로-렌즈 어레이(34c)를 포함한다. 각각의 마이크로-렌즈는 마이크로-가이드 및 마이크로-구경에 대응된다. 도 9d에 도시된 바와 같이, 구경 어레이(34a)는 원하는 레이저 파장의 높은 전송률을 갖는 전송 가능한 재료(34a1)로 만들어진 판을 포함한다. 판의 표면은 패터닝되어 있고, 높은 반사율을 갖는 코팅(34a2)이 되어 있다.

마이크로-가이드(34b) 및 마이크로-렌즈(34c) 어레이의 투시도가 도 9c에 도시되어 있다. 이 두 어레이들(34b 및 34c)은 단일 유리판 위에 형성된다. 구경(34a), 마이크로-가이드(34b) 및 마이크로-렌즈(34c) 어레이의 단면도가 9b에 도시되어 있다. 레이저의 편광 상태를 유지하는 것이 중요한 애플리케이션에서, 마이크로-가이드 어레이(34b) 내의 마이크로-가이드 측벽은 마이크로-가이드 어레이(34b)로 들어가고 이를 빠져나가는 광의 편광 상태가 유지되도록 배열될 수 있다.

어레이(34a, 34b, 및 34c) 내의 각각의 마이크로-소자(예를 들어, 마이크로-가이드, 마이크로-렌즈 또는 마이크로-터널)의 설계 파라미터는 입구 및 출구 구경의 형태와 크기, 깊이, 측벽 형태 및 테이퍼(taper) 및 배열(orientation)을 포함 한다. 어레이(34a, 34b, 및 34c) 내의 마이크로-소자들은 균일한, 불균일한, 임의적인 또는 비임의적인 분포를 가질 수 있고, 하나의 마이크로-소자로부터 수백만 개까지의 범위를 가질 수 있으며, 각각의 마이크로-소자는 그것의 설계 파라미터에서 구별될 수 있다. 광 회절 현상을 피하기 위해서 가시광선을 이용하는 애플리케이션에서 각각의 마이크로-소자의 입/출구 구경의 크기는 ≥5㎛인 것이 바람직하다. 그러나, 마이크로-소자의 입/출구 구경의 크기가 〈 5㎛가 되도록 설계하는 것이 가능하다. 그러한 애플리케이션에 있어서, 그 설계는 특정 영역에 걸쳐서 강도, 조망 각도 및 색에 관한 균질의 광 분포를 제공하기 위해 그러한 스케일(scale)에서의 광의 회절 현상 및 작용을 고려해야 한다. 그러한 마이크로-소자들은 1차원 어레이, 2차원 어레이, 순환 어레이로서 배열될 수 있고, 개별적으로 정렬 또는 배열될 수 있다. 또한, 시준판(50)은 가이드(45)의 출구면 보다 더 작은 크기를 가질 수 있고, 그것의 형태는 직사각형, 정사각형, 원형 또는 임의의 다른 형태일 수 있다.

시준판(50)의 작동은 이하에서와 같이 설명된다. 시준판(50)에 충돌하는 광의 일부는 구경 어레이(34a)의 개구부를 통하여 들어가고, 그 나머지는 높은 반사율을 갖는 코팅(34a2)에 의해 다시 반사되어 나간다. 마이크로-가이드 어레이(34b)에 의해 수신되는 광은 마이크로-가이드 내에서 전체적인 내부 반사를 경험하게 되고 그것이 어레이(34b)를 빠져나가면서 고도로 시준된다. 이 시준된 광은 더욱 시준된 광으로서 굴절을 통해 마이크로-렌즈 어레이(34c)를 빠져나간다. 이 높은 레벨의 시준에 더하여, 시준판(50)은 각각의 마이크로-소자의 위치에서 강도 및 원추각에 관하여 전달되는 광의 분포에 대한 제어를 제공한다.

도 10a 및 도 10b는 스펙클 감소 장치(800)와 함께 사용될 수 있는 또 다른 시준판(60)의 투시도 및 단면도를 나타낸다. 시준판은 마이크로-가이드 어레이(34b) 및 구경 어레이(34a)를 포함한다.

도 11a 및 도 11b는 스펙클 감소 장치(800)와 함께 사용될 수 있는 또 다른 시준판(70)의 표면도 및 단면도를 나타낸다. 시준판(70)은 속이 빈 마이크로-터널 어레이(37b) 및 구경 어레이(37a)를 포함한다. 각각의 마이크로-터널의 내부 측벽(38b)(도 11a의 분해도)은 높은 반사율을 갖는 코팅(39b)으로 코팅되어 있다(도 11b). 시준판(70)에 충돌하는 광의 일부는 속이 빈 마이크로-터널 어레이(37b)로 들어가고 반사를 통해 시준된다. 이 광의 나머지 부분은 구경 어레이(37a)의 높은 반사율을 갖는 코팅(39a)에 의해 다시 반사되어 나간다. 시준판(70)의 이점은 컴팩트함과 마이크로-터널의 입구(38a) 및 출구(38c) 구경에서 반-반사성(antireflective; AR) 코팅이 필요 없는 광의 높은 전달 효율이다.

도 12a 내지 도 12c는 스펙클 감소 장치(800)와 함께 사용될 수 있는 또 다른 시준판(80)의 투시도(집적 및 분해) 및 단면도를 나타낸다. 시준판(80)은 단일 판 위에 형성되는 구경 어레이(74a) 및 마이크로-렌즈 어레이(74c)를 포함한다. 시준판(80)에서, 마이크로-렌즈 어레이(74c)는 굴절을 통해 전달되는 복사(radiation)의 시준 기능을 수행한다.

예시적인 시준판(50, 60, 70 및 80)과 같은 시준판의 구성, 제조 및 동작에 관한 추가 세부사항들은, 여기에 참조로 병합되는 관련 출원으로서, 2003년 6월 10 일에 출원된 미국 특허출원 제10/458,390호; 2005년 2월 25일에 출원된 미국 특허출원 제11/066,616호; 및 발명의 명칭이 "컴팩트 광 수집 시스템(Compact Light Collection Systems)"인 미국 가특허출원 제60/ 호, 사건번호 제00024.0009.PZUS00호에서 제시된다.

도 13은 도 13에 도시된 원형 또는 타원형 레이저 빔(951)보다는 광선(955)을 수신하는 스펙클 감소 장치(1000)를 나타낸다. 성형 렌즈(shaping optics;952)는 하나 이상의 레이저(950)으로부터 방출되는 원형 또는 타원형 광 빔(951)을 모든 광선이 광학 축(즉, z-축)에 평행한 광의 시준선(953)으로 변환한다. 원기둥형 렌즈(954)는 이러한 광의 시준선(953)을 높은 반사율을 갖는 거울(961)에 형성된 직사각형 구경(960)으로 초점을 맞춘다. 성형 렌즈(952)의 일부 실시예들은 여기에 참조로 병합되는 J.I. Trisnadi의 미국 등록특허 제6,323,984B1호에서 기술된다. 부분 반사 거울은 스펙클 감소 장치(1000)를 빠져나가는 광의 (z-축에 대한) 원추각을 감소시키는 1차원 시준판(966)인 것이 바람직하다. 또한 임의의 지연판(965) 및 가변 두께판(962)이 도 13에 도시되어 있다. 광 가이드(964)의 길이는 최초 레이저 빔(951)의 간섭성 길이의 반의 정수 배와 동일한 것이 바람직하다.

도 14a는 에지-점화 디렉트 뷰 액정 디스플레이에서 이용되는 스펙클 감소 장치(1200)의 표면 개요도이다. 이러한 애플리케이션에서는 우선 광이 스펙클 감소 장치(1200)를 통과한 이후에, 광 가이드 판(1120)의 에지를 따라 레이저(1150)의 광 빔(1151)을 균일하게 분포시키기 위해 마이크로-소자 판(1100)이 이용된다. 스펙클 감소 장치(1200)는 여기에 개시되는 임의의 스펙클 감소 장치(200, 300, 400, 500, 600, 700, 800)를 포함할 수 있다.

도 14b는 도 14a의 LCD 시스템의 분해 투시 측면도이다. 반사하는 하부면(1121)을 갖는 판(1120)은 보통 광원으로부터의 광을 판(1120)의 표면에 위치하는 디스플레이 패널에 연결하기 위해 디렉트 뷰 액정 디스플레이(LCD)에서 이용된다. 스펙클 감소 장치(1200)를 빠져나가는 레이저 광(1152)은 광 파이프(1110)로 들어가고 광 가이드(1110)의 반대편 끝을 향해 이동한다. 도 14a 및 도 14b에 도시된 바와 같이 마이크로-소자 판(1100)은 광 가이드(1110)에 부착되어 있다.

마이크로-소자 판(1100)의 표면에 형성되어 있는 수백만 개의 마이크로-소자들(예를 들어, 마이크로-렌즈, 마이크로-가이드, 마이크로-터널)은 광(1152)을 광 가이드 판(1120)에 연결시키는 데에 이용된다. 연결되는 광은 광(1153)으로서 광 가이드 판(1120)으로 들어가고 광 가이드 판(1120)으로부터 나와서 +Y 방향으로 디스플레이 패널을 향한다. 마이크로-소자들은 마이크로-소자 판(1100)을 따라 불균일하게 분포되고 그들의 밀도는 마이크로-소자판(1100)의 후단 부분 향하여 증가된다. 광 밀도는 그것이 후단 부분 향해 이동함에 따라 감소하기 때문에, 이러한 유형의 불균일한 마이크로-소자 분포는 광 가이드판(1120)의 에지를 따라 균일한 광 분포를 야기한다. 마이크로-소자 판(1100)의 후단 부분은 광 누설을 피하기 위해 높은 반사율을 갖는 층(1111)으로 코팅되는 것이 바람직하다.

도 14c는 마이크로-판(1100)에 대한 하나의 실시예로서의 판(2100)을 나타낸다. 광(1152)이 광 가이드(1110) 내에서 이동함에 따라, 그것은 판(2100)의 마이크로-가이드(2100a)로 들어가서 마이크로-가이드(2100a)의 측벽에 충돌한다. 마이 크로-가이드의 측벽에 충돌하는 광은 광 가이드 판(1120)을 향해 굴절된다. 마이크로-소자 판(1100)의 설계, 동작 및 제조에 대해서는 2003년 6월 10일에 출원된 미국 특허출원 제10/458,390호와 2005년 2월 25일에 출원된 미국 특허출원 제11/066,616호에서 기술된다.

단일 판 위에 마이크로-소자 판(1100) 및 광 파이프(1110)가 집적되는 것도 가능하다.

도 14d는 광 가이드 판(1120)의 또 다른 가능한 설계로서의 판(2120)을 나타낸다. 판(2120)의 일 실시형태에서, 높은 반사율을 갖는 흰색 페인트가 그것의 뒷 부분(2120b)에 칠해진다. 판(2120) 내에서 이동하는 광(1153)은 흰색 페인트에 충돌함에 따라 확산된다. 확산되는 광의 많은 부분이(그리고 흰색 페인트에 여러번 충돌한 이후에) 결국 그것의 전면 표면(2120a)을 통해 (Y+ 방향으로) 판(2120)을 빠져나가고 디스플레이 패널(광 시준을 위해 디스플레이 패널과 광 가이드 판(2120) 사이에 일반적으로 위치하는 또는 휘도 강화 필름)으로 들어간다.

이러한 판(2120)은 그것의 전면(2120a) 및/또는 후면(2120b)에서 흰색 페인트를 사용하지 않고 마이크로-소자들을 이용함으로써 구현될 수도 있다. 그러한 설계는 종래기술로서 공지되어 있다. 광 가이드(1110), 마이크로-소자 판(1100, 2100) 및 광 가이드 판(1120, 2120)은 유리 또는 폴리머와 같은 광학적으로 전송 가능한 재료로 만들어진다.

도 15a 및 15b는 적색, 녹색 및 청색 레이저를 이용하는 조명 시스템(1500)과 전송 가능한 마이크로-디스플레이를 나타낸다. 이 시스템(1500)은 3개의 간섭 성 광원(1A, 1B 및 1C), 3개의 이색성(dichroic) 빔 스플리터(2A, 2B 및 2C), 레이저 스펙클 감소 장치(1400) 및 전송 가능한 디스플레이(1410)을 포함한다. 스펙클 감소 장치(1400)는 여기에 개시된 임의의 스펙클 감소 장치(200, 300, 400, 500, 600, 700, 800)를 포함한다.

3개의 간섭성 광원은, 예를 들어, 완전한 색 디스플레이를 생성하기 위해 순차적으로 게이팅되는 적색(1A), 녹색(1B) 및 청색(1C) 레이저일 수 있다. 3개의 간섭성 광원(1A, 1B 및 1C)이 게이팅되기 보다는 계속적으로 작동된다면, 전송 가능한 마이크로-디스플레이는 그 구조에서 적색, 녹색 및 청색 필터를 이용하여 완전한 색 마이크로-디스플레이 이미지를 생성할 것이다. 적색(1A), 녹색(1B) 및 청색(1C) 레이저는 이색성 빔 스플리터(2A, 2B 및 2C)를 이용하여 결합된다. 소자(2A)는 높은 반사율을 갖는 거울 또는 적색을 반사시키는 이색성 빔 스플리터일 수 있다. 소자(2B)는 레이저(1A)로부터 적색을 통과시키고 레이저(1B)로부터 청색을 반사시키는 이색성 빔 스플리터이고, 소자(2C)는 레이저(1C)로부터 녹색을 반사시키면서 적색 및 청색을 통과시키는 이색성 빔 스플리터이다.

도 15b는 전송 가능한 마이크로-디스플레이(1410)의 단면도이고, 이것은, 예를 들어, 고온 폴리 실리콘(HTPS) 또는 저온 폴리 실리콘 기반의 마이크로-디스플레이일 수 있다. 각각의 픽셀(1411)은 광이 통과해나갈 수 있는 열린 영역(1411b)과 입사하는 광을 레이저 스펙클 감소 장치(1400)를 향하여 다시 반사되어 나가게 하는 높은 반사율을 갖는 영역(1411a)을 갖는다. 각 픽셀(1411)의 배선 및 트랜지스터 영역(1411c)은 높은 반사율을 갖는 영역(1411a) 뒤에 숨겨져 있다.

도 15c는 완전한 색 디스플레이를 생성하기 위해 단일 튜너블 레이저(1D)를 이용하는 조명 시스템(1550)을 나타낸다. 이 시스템(1550)에서, 도 15a의 3개의 이색성 빔 스플리터(2A, 2B 및 2C)가 제거된다.

도 15d는 완전한 색 디스플레이를 생성하기 위해 적색(1A), 녹색(1B) 및 청색(1C) 레이저, 3개의 스펙클 감소 장치(1400a, 1400b 및 1400c), 3개의 전송 가능한 마이크로-디스플레이(1410a, 1410b 및 1410c), 크로스-이색성 프리즘(1420), 투사 렌즈(1430) 및 스크린(1440)을 이용하는 투사 시스템(1600)을 나타낸다.

스펙클 감소 장치(1400a 내지 1400c)는 여기에 개시된 임의의 스펙클 감소 장치(200, 300, 400, 500, 600, 700, 800)를 포함한다.

이러한 시스템(1600)에서, 레이저(1A, 1B 및 1C)는 그들의 대응하는 마이크로-디스플레이(1410a, 1410b 및 1410c)를 계속적으로 조명한다. 3개의 전송 가능한 마이크로-디스플레이(1410a(적색), 1410b(녹색) 및 1410c(청색))는 이미지 신호에 따라 적색, 녹색 및 청색의 광을 각각 조정한다. 크로스-이색성 프리즘(1420)은 적색광을 반사시키는 다중층 절연체 필름 스택(1420a)과 크로스 형태로 배열되는 청색광을 반사시키는 다중층 절연체 필름 스택(1420b)을 갖는다. 필름 스택(1420a 및 1420b)은 y-축을 따라 연장되는 중심 축(1420c)에 의해 교차된다. 크로스-이색성 프리즘(1420)에 의해 결합되는 광은 투사 렌즈(1430)로 전달되고, 그 다음에 이 광(즉, 이미지)을 스크린(1440) 상으로 투사한다.

도 15d의 투사 시스템(1600)은 적색, 녹색 및 청색의 광원을 마이크로-디스플레이에 제공하기 위해, 간섭성(예를 들어, 레이저) 및 비간섭성(예를 들어, 발광 다이오드(LED) 및 아크(arc) 램프) 광원의 조합을 이용한다. 청색 레이저는 (적절한 전력 레벨 및 적당한 가격으로 일반적으로 이용가능한)녹색 및 적색 레이저에 비하여 매우 비싸기 때문에, 상이한 유형의 광원을 이용하는 데 있어서의 이러한 유연함은 청색에 대하여 다른 비간섭성을 이용하면서 녹색 및 적색 레이저를 이용하게 되는 이점을 갖는다. 이러한 구성에 있어서, LED 광 및/또는 초점을 맞춘 아크 램프 광은 높은 반사율을 갖는 거울의 구경을 통해 시스템(1400a 및 1400b)으로 들어간다. LED 및 아크 램프는 비간섭성 광을 방출하기 때문에, 시스템(1400a 및 1400b)은 스펙클 감소 기능을 제공하지 않을 것이고, 여전히 나머지 이점들을 제공할 것이다. 아크 램프 광은 초점렌즈 뒤에 있는 타원형 반사기 또는 포물선형 반사기를 이용하여 높은 반사율을 갖는 거울의 구경으로 초점이 맞추어질 수 있다. LED 자체는 높은 반사율은 갖는 거울의 구경에 기계적으로 또는 적절한 접착제를 이용하여 부착될 수 있다. 도 15d의 투사 시스템(1600)의 마이크로-디스플레이는 다양항 유형 및 해상도를 가질 수 있다. 예를 들어, 청색 광을 수신하는 마이크로-디스플레이(1410c)는 다른 두 개의 마이크로-디스플레이(1410a 및 1410b)에 비하여 낮은 해상도를 가질 수 있다. 사람의 눈은 녹색 및 적색에 비하여 청색에 덜 민감하기 때문에, 이러한 배열은 투사 시스템 이미지 품질을 손상시키지 않고서 더 낮은 비용을 달성할 수 있다.

시스템(1500, 1550, 1600)의 다른 구성에 있어서, 전송 가능한 마이크로-디스플레이(1410, 1410a, 1410b 및 1410c)는 그 자체가 스펙클 감소 장치(1400, 1400a, 1400b 및 1400c)에서 부분적으로 반사하는 거울로서 이용되고, 이에 따라 스펙클 감소 장치(800)에서와 같이, 스펙클 감소 장치(200, 300, 400, 500, 600 및 700) 또는 시준판(50)에서는 추가적인 부분적으로 반사하는 거울(46)이 필요 없게 된다.

전술한 조명 시스템(1500, 1550 및 1600)의 이점들은 스펙클 제거, 높은 컴팩트함, 및 고휘도이다. 이러한 조명 시스템(1500, 1550 및 1600)을 이용하는 디스플레이 시스템의 휘도는 픽셀(1411)의 구경 비율이 감소되는 경우에도 종래의 시스템의 휘도보다 높다. 구경 비율은 픽셀(1411)의 열린 영역 (1411b)(도 15b)와 픽셀(1411)의 전체 영역 사이의 비율이다. 더 높은 휘도는 픽셀의 열린 영역(1411b)을 통과할 때까지 스펙클 감소 장치(1400) 내에서 픽셀(1411)의 높은 반사율을 갖는 영역(1411a)(도 15b)에 충돌하는 광의 재활용(recycling)으로 인해 얻어진다. 이러한 증가된 휘도는 마이크로-렌즈 어레이(MLA)의 필요성 없이 달성되고 전송 가능한 마이크로-디스플레이의 휘도를 향상시킨다. MLA 내의 각각의 마이크로-렌즈는 전송 가능한 마이크로-디스플레이에서 사용되어 수신되는 광을 대응하는 픽셀의 구경에 초점이 맞추어지도록 함으로써 디스플레이 휘도를 향상시킨다. (대부분 구경 비율에 의존하는) 향상된 휘도가 픽셀 및 마이크로-디스플레이의 크기가 더 감소되는 것을 허용함에 따라, 마이크로-디스플레이 및 투사 시스템 비용이 감소된다.

도 16은 마이크로-렌즈 어레이(MLA; 1621)을 구비하는 액정 마이크로-디스플레이(1650)의 단면도이다. 액정 마이크로-디스플레이(1650)는 그 자체가 정적 스펙클 감소 장치(1400, 1400a, 1400b 및 1400c)에서 부분적으로 반사하는 거울로서 이용되고, 이에 따라 정적 스펙클 감소 장치(800)에서와 같이, 정적 스펙클 감소 장치(200, 300, 400, 500, 600 및 700) 또는 시준판(50)에서는 추가적인 부분적으로 반사하는 거울(46)이 필요 없게 된다.

액정 마이크로-디스플레이(1650)는 하나 이상의 액정 셀(1630), 마이크로-렌즈 어레이(1621) 및 한 쌍의 편광기(1620 및 1629)를 포함한다.

액정 셀(1630)은 투명 전극 기판(1628), 투명 카운터 기판(1623) 및 기판들(1628 및 1623) 사이에 끼워져 있는 액정 층(1626)을 갖는다. 박막 트랜지스터(1635) 및 픽셀 전극(1627)은 각각의 픽셀에 대하여 전극 기판(1628) 상에 형성된다. 공통 전극(1625)은 카운터 기판(1623) 상에 형성된다. 높은 반사율을 갖는 층(1624)은 카운터 기판(1623)과 공통 전극(1625) 사이에 제공된다. 높은 반사율을 갖는 층(1624)은 각각의 픽셀 전극(1627)에 대하여 대응되는 구경(즉, 광 전송 개구부)(1624A)를 갖는다.

각각의 픽셀은 하나의 전극(1627), 공통 전극(1625) 및 전극들(1627 및 1625) 사이에 끼워져 있는 액정층(1626)으로 구성된다. 다른 구성으로서, 높은 반사율을 갖는 층이 액정 셀(1630)의 입사 평면(즉, 카운터 기판(1623)의 상부 표면) 상에 또는 전극 기판(1628) 상에 제공될 수 있다.

마이크로-렌즈 어레이(1621)는 결합층(1622)을 통해 카운터 기판(1623)의 상부 측면에 결합된다. 마이크로-렌즈 어레이(1621)는 복수 개의 마이크로-렌즈(1621a)를 갖는다. 마이크로-렌즈 어레이(1621)는 바람직하게는 대응되는 픽셀 구경(1624A)의 중심 축으로부터의 오프셋에 위치하는 집중적인(concentric)(또는 집중적이지 않은(non-concentric))렌즈를 포함한다.

마이크로-렌즈 어레이(1621)로 들어가는 광은 복수 개의 마이크로-렌즈(1621a)에 의해 서브-빔들로 나누어진다. (통상 최상의 이미지 콘트라스트를 야기하는) 또렷한 시청(viewing) 방향 VD에 평행한 각각의 서브-빔(1610a)은 구경(1624A), 액정층(1626), 픽셀 전극(1627), 전극 기판(1628) 및 편광기(1629)를 통과하는 대응되는 픽셀 전극(1627)의 부근에 초점이 맞추어진다. 작은 빔의(1610a) 입사각과 대칭적인 입사각을 갖는 서브-빔(1610b)과 같은 또렷한 시청 방향 VD에 평행하지 않은 광은, 그것이 높은 반사율을 갖는 층(1624B)에 충돌하는 대응되는 픽셀 전극(1627)의 부근에서 또한 한 점에 모아진다. 이러한 서브 빔(1610b)은 다시 반사되어 나가서 정적 스펙클 감소 장치(1400, 1400a, 1400b 및 1400c) 내에서 재활용된다. (정적 스펙클 감소 장치(1400, 1400a, 1400b 및 1400c) 내에서 한 번 재활용된 이후에) 이 반사된 광은 액정 마이크로-디스플레이(1650) 상에 두 번 충돌하는데, 이때 또렷한 시청 방향 VD를 따라 빠져나감으로써 마이크로-디스플레이 및 투사 시스템의 콘트라스트를 향상시킬 수 있다. 이러한 재활용 프로세스는 대부분의 광이 또렷한 시청 방향 VD로 빠져나갈 때까지 계속된다. 액정 마이크로-디스플레이(1650)가 모노크롬(monochrome) 또는 색 이미지들을 디스플레이하도록 할 수 있다.

마이크로-렌즈 어레이(MLA; 1621)는 전송 가능한 마이크로-디스플레이의 콘트라스트 비율을 향상시키는 이점을 갖는다. 그러한 마이크로-디스플레이는 여기에 참조로 병합되는 Ogawa의 미국 등록 특허 제6,195,143B1호와 Saito, et al.의 미국 등록특허 제825,889B1호에서 논의된다. 더 나은 광 결합 효율을 갖기 위해, 마이크로-디스플레이에서 이용되는 광 차폐체가 높은 반사율을 갖는 층인 것이 바람직하다.

도 17은 정적 스펙클 감소 장치(1710)의 입력부에서 이동하는 확산기(1720)를 포함하는 스펙클 감소 장치(1750)를 나타낸다. 정적 스펙클 감소 장치(1710)는 임의의 정적 스펙클 감소 장치(200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 1000, 1200, 1400, 1400a, 1400b 및 1400c)일 수 있다. 도 15d의 투사 시스템(1600)의 경우에 3개의 이동하는 또는 진동하는 확산기 필요하다. 확산기(1720)는 그 평면 내에서 회전, 진동 또는 다른 동작에 의해 일반적으로 (1730)으로 표시된 수단에 의해 이동된다. 회전 동작은 모터 또는 코일에 의해 제공될 수 있다. 또한, 진동 동작은 피에조(piezo) 변환기를 이용하여 제공될 수 있는데, 이는 교류(alternating) 신호원에 의해 구동됨으로써 필요한 진동을 생성시킨다.

이동하는 확산기(1720)는 스펙클 패턴 또는 노이즈를 더 감소시킬 수 있도록 하는데, 이는 설계를 단순화시키고 정적 스펙클 감소 장치(1710)의 광학적인 효율성을 향상시킨다.

도 18은 정적 스펙클 감소 장치(1710)의 출력부에서 이동하는 확산기(1720)를 이용하는 스펙클 감소 장치(1850)를 나타낸다. 정적 스펙클 감소 장치(1710) 및 이동하는 확산기(1720)에 대해서는 전술하였다. 이러한 장치(1850)에서, 이동하는 확산기(1720)는 추가적인 스펙클 감소를 제공한다. 투사 디스플레이 시스템에서, 이동하는 확산기를 이미지 평면의 중간 부분에 위치시키는 것이 바람직하다. 긴 사정거리를 갖는(long-throw) 투사 시스템에서, 이동하는 확산기는 스크린에 결합되는(conjugate) 위치에 놓여지는 것이 바람직하다.

스펙클을 감소시키기 위한 다른 장치들이 그들의 입력부 또는 출력부 측면에서 여기에 개시되는 정적 스펙클 감소 장치(200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 1000, 1200, 1400, 1400a, 1400b 및 1400c)와 연결되어 사용될 수 있다. 이러한 장치들의 예시로는, 여기에 참조로서 병합되는 Ramanujan et al.의 미국 등록특허 제6,791,739호에 개시된 전자-광학 장치의 이용과 Hargis et al.의 미국 등록특허 제5,534,950호에 개시된 유동(flowing) 유체 확산기; 비유동(non-flowing) 유체 확산기; 및 장동(nutating) 확산기 판이 있다.

유동 유체 확산기는 그 사이로 매우 탁한 유체가 흐르는 한 쌍의 인접하게 위치하는 유리판을 포함한다. 그러한 탁한 유체의 예로는 Liquid Paper가 있다. 이러한 기술로 적당한 유속에서 스펙클을 제거할 수 있다. 비유동 유체 확산기에서는, 유체 확산기에 걸려 있는 충분히 작은 크기의 입자들의 존재로 인하여 유동 또는 이동 부분 없이도 스펙클이 제거된다. 이러한 현상은 산란되는 입자들의 프라우니안(Brownian) 동작에 의해 야기된다.

스펙클을 더 감소시키기 위해 정적 스펙클 감소 장치(200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 1000, 1200, 1400, 1400a, 1400b 및 1400c)는 진동하는 스크린과도 연결되어 사용될 수 있다.

또한, (예를 들어, 전송 가능한 마이크로-디스플레이일 수 있는) 부분적으로 반사하는 거울은 진동 또는 다른 동작에 의해 이동되어 스펙클을 더 감소시킬 수 있다. 이러한 경우에, 부분적으로 반사하는 거울은 광 터널/파이프에 단단하게 부착되지 않은 채 그것에 근접하게 위치한다.

도 19a는 전송 가능한 마이크로-디스플레이(2000)를 나타낸다. 도 19b는 전송 가능한 마이크로-디스플레이(2000)를 부분적으로 반사하는 판으로서 이용하는 스펙클 감소 장치(2100)를 나타낸다.

도 19a는 액정 마이크로-디스플레이(2000)의 일부분의 확대 단면도로서, 마이크로-가이드 어레이(2621), 투명 전극 기판(2628), 투명 카운터 기판(2623) 및 마이크로-가이드 어레이(2621)와 투명 카운터 기판(2623) 사이에 끼워져 있는 액정층(2626)으로 구성된다. 박막 트랜지스터(2635) 및 픽셀 전극(2627b)은 각각의 픽셀에 대하여 전극 기판(2628) 상에 형성된다. 공통 전극(2625)은 카운터 기판(2623) 상에 형성된다. 높은 반사율을 갖는 층(2624)은 투명 전극 기판(2628)과 박막 트랜지스터(2635) 사이에 제공된다. 높은 반사율을 갖는 층(2624)은 각각의 픽셀 전극 베이스(2627a)에 대하여 대응되는 구경(즉, 광 전송 개구부)(2624A)을 갖는다.

각각의 픽셀은 하나의 전극(2627b), 전극 베이스(2627a), 픽셀 전극 커넥터(2627c), 공통 전극(2625) 및 전극들(2627b 및 2625) 사이에 끼워져 있는 액정층(2626)으로 구성된다. 픽셀 전극 커넥터(2627c)와 전극 베이스(2627a)는 모두 박막 트랜지스터(2635)와 픽셀 전극(2627b) 사이의 전기적인 접촉을 제공하기 위해 이용된다. 픽셀 전극 커넥터(2627c)는 측벽 및 각각의 마이크로-가이드(2621a)의 입구 구경(즉, 전극 베이스(2627a)에 접하는 마이크로-가이드(2621a) 측면)에 증착 된다.

마이크로-가이드 어레이(2621)는 우선 캐리어 기판(미도시)상에서 형성되고 그 후 인접하는 마이크로-가이드들 사이의 영역들은 바람직하게는 마이크로-가이드(2621a) 재료의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 재료(2622)로 충전된다. 충전 재료(2622)는 평탄화되고 그 후 박막 트랜지스터(2635) 어레이보다 더 두껍게 백-에칭된다. 그 후 캐리어 기판의 상위 부분(즉, 마이크로-가이드 어레이(2621) 측면)은 결합층(미도시)을 통해 전극 기판(2628)의 상위 부분에 결합된다. 마이크로-가이드 어레이(2621)는 바람직하게는 대응되는 픽셀 구경(2624A)의 중심 축에 위치하는 복수 개의 마이크로-가이드(2621a)를 갖는다. 캐리어 기판의 표면은 픽셀 전극 커넥터(2627c)가 노출될 때까지 제거 또는 에칭 다운된다. 이 단계는 전극(2627b)의 증착 단계 이후에 수행되며, 이는 전기적인 접촉이 픽셀 전극(2627b)에 제공되도록 전극(2627b)이 전극 커넥터(2627c)를 오버래핑하는 것을 보증한다.

마이크로-가이드 어레이(2621)로 들어가는 광은 복수 개의 마이크로-가이드(2621a)에 의해 서브-빔들로 나누어진다. 각각의 서브-빔(1610a)은 마이크로-가이드(2621a)에 의해 시준되고 픽셀 전극(2627b)으로 전달된다. 시준은 전체적인 내부 반사에 의해 발생한다. 마이크로-가이드(2621a)가 픽셀 전극 커넥터(2627c)와 충전 재료(2622) 사이 또는 마이크로 가이드(2621a)의 측벽 자체와 픽셀 전극 커넥터(2627c) 사이의 추가적인 반사층으로 코팅되는 경우에, 정반사성 반사에 의해 시준이 발생한다. 시준된 광은 픽셀 전극(2627b), 액정층(2626), 공통 전극(2625), 카운터 기판(2623) 및 편광기(2620)를 통과한다. 광선(1610b)과 같이 구경(2624a)을 통해 들어가지 않는 광은 반대 방향에서 높은 반사율을 갖는 층(2624B)에 의해 반사된다. 이 광선(1610b)은 다시 반사되어 나가고 도 19b에 따른 본 발명의 정적 스펙클 감소 장치(1400) 내에서 재활용된다. (정적 스펙클 감소 장치(1400) 내에서 한 번 재활용된 이후에) 이 반사된 광은 액정 마이크로-디스플레이(2000) 상에 두 번 충돌하는데, 이때 구경(2624a)을 통해 빠져나갈 수 있다. 이러한 재활용 프로세스는 대부분의 광이 구경(2624a)을 통해 빠져나갈 때까지 계속된다. 액정 마이크로-디스플레이(2000)가 모노크롬 또는 색 이미지들을 디스플레이하도록 할 수 있다.

종래의 액정 마이크로-디스플레이와 비교했을 때, 마이크로-디스플레이(2000)의 이점은 높은 광학적 전송 효율, 높은 콘트라스트 및 스크린 도어 효과(즉, 빛을 통하지 않는(opaque) 픽셀 간 영역들로 인해 이미지가 스크린 도어를 통해 보는 것처럼 보여지는 것)의 제거이다.

여기에 설명되는 반사 코팅은 정반사 유형이고, 금속 코팅, 절연체 코팅, 콜드 거울 코팅, 이색성 미러 코팅, 또는 이들의 조합일 수 있다. 광 가이드(45)는 평행하거나, 끝이 차차 가늘어지거나, 원기둥형, 정사각형, 직사각형 또는 구형일 수 있다. 광 가이드의 길이는 레이저원의 크기, 터널 입구 및 출구 구경의 크기, 광 가이드(45) 내에서 전파되는 광의 원추각, 스펙클 감소 장치(200, 300, 400, 500, 600, 700 및 800)에 의해 전달되는 원하는 광 균일성 정도에 따라 수 밀리미터에서 수십 밀리미터까지의 범위를 갖는다. 광 가이드(45)의 입구 및 출구 구경은 크기 및 형태에 관하여 의존적일 수 있고, 정사각형, 직사각형, 원형, 사다리 꼴, 다각형, 비대칭형 및 심지어는 불규칙한 형태일 수 있다.

본 발명에 관하여 하나 이상의 특정한 실시형태들이 기술되었지만, 본 발명의 범위 내에서 더 많은 실시형태들이 가능하다는 것은 당업자들에게 명백하다. 또한, 전술한 요약, 상세한 설명, 및 도면은 본 발명의 원리를 예시한 것에 불과하다. 다른 수정 및 변형예들이 당업자에게 명확하기 때문에, 본 발명은 전술한 구체적인 구성 및 동작에 한정되지 않으며, 이에 따라 모든 적절한 변형예 및 균등물이 첨부되는 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 범위 내에 있다.

Claims

입구면 및 출구면을 갖는 광 가이드;

상기 광 가이드의 입구면의 제1 거울로서, 상기 광 가이드로 소정의 입력 레이저 빔이 들어오도록 하는 구경(aperture)이 형성되어 있는 것인, 상기 제1 거울;

상기 광 가이드의 출구면의 부분 반사 거울인 제2 거울로서, 상기 제2 거울은 상기 제2 거울로 입사되는 레이저 빔의 일부는 통과시키고 상기 레이저 빔의 일부는 상기 제1 거울을 향해 상기 광 가이드로 다시 반사시킬 수 있는 것인, 상기 제2 거울을 포함하는 레이저 스펙클 감소 장치.
제1항에 있어서,

상기 광 가이드는 고형 광 파이프 및 속이 빈 광 터널로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것인, 레이저 스펙클 감소 장치.
제2항에 있어서,

상기 속이 빈 광 터널은 상기 속이 빈 광 터널의 내부 측벽 상에 반사하는 재료를 포함하는 것인, 레이저 스펙클 감소 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 거울 및 상기 제2 거울 사이의 거리는 상기 소정의 입력 레이저 빔 의 간섭성(coherence) 길이의 반의 정수 배인 것인, 레이저 스펙클 감소 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 거울 및 상기 제2 거울 사이의 거리는 상기 소정의 입력 레이저 빔의 간섭성 길이의 반보다 작은 것인, 레이저 스펙클 감소 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 거울 및 상기 제2 거울 사이의 거리는 적어도 상기 소정의 입력 레이저 빔의 간섭성(coherence) 길이의 반인 것인, 레이저 스펙클 감소 장치.
제1항에 있어서,

소정의 입력 레이저 빔을 수신하기 위해 상기 구경의 출구 측 상에서 상기 레이저 스펙클 감소 장치의 광학 축의 중심에 위치하는 렌즈를 더 포함하고, 상기 렌즈는 소정의 원추각(cone angle)으로 분기하는 레이저 빔을 생성하는 것인, 레이저 스펙클 감소 장치.
제7항에 있어서,

상기 렌즈는 평면-오목 렌즈, 평면-볼록 렌즈, 평면-오목 마이크로-렌즈 어레이, 평면-볼록 마이크로-렌즈 어레이, 홀로그래픽(holographic) 확산기 또는 홀로그래픽이 아닌(non-holographic) 확산기인 것인, 레이저 스펙클 감소 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 거울 및 상기 제2 거울 사이에 위치하는 지연판을 더 포함하는 레이저 스펙클 감소 장치.
제9항에 있어서,

상기 지연판은 4분의 1 파장 판인 것인, 레이저 스펙클 감소 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 거울 및 상기 제2 거울 사이에 위치하는 전송 가능한 확산기를 더 포함하는 레이저 스펙클 감소 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 거울 및 상기 광 가이드 사이에 위치하는 반사하는 확산기를 더 포함하는 레이저 스펙클 감소 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 거울 및 상기 제2 거울 사이에 위치하는 가변 두께판을 더 포함하는 레이저 스펙클 감소 장치.
제1항에 있어서,

상기 광 가이드 및 상기 제2 거울 사이에 위치하는 시준판(collimating plate)을 더 포함하는 레이저 스펙클 감소 장치.
제1항에 있어서.

상기 제2 거울의 출구면에 위치하는 시준판을 더 포함하는 스펙클 감소 장치.
제1항에 있어서,

상기 제2 거울을 결합하지 않고서 상기 광 가이드의 출구면에 위치하는 시준판을 더 포함하는 스펙클 감소 장치.
제14항에 있어서,

상기 시준판은 구경판 및 마이크로-광 가이드의 어레이를 포함하는 것인, 스펙클 감소 장치.
제17항에 있어서,

상기 시준판은 마이크로-렌즈의 어레이를 더 포함하는 것인, 스펙클 감소 장치.
제14항에 있어서,

상기 시준판은 구경판 및 마이크로-렌즈의 어레이를 포함하는 것인, 스펙클 감소 장치.
제17항에 있어서,

상기 마이크로-광 가이드는 고형 광 파이프, 속이 빈 터널 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것인, 스펙클 감소 장치.
제20항에 있어서,

하나 이상의 상기 속이 빈 터널의 내부 측벽은 반사하는 코팅으로 코팅되는 것인, 스펙클 감소 장치.
입구면 및 출구면을 갖는 광 가이드를 제공하는 단계;

상기 광 가이드의 입구면에 구경(aperture)이 형성되어 있는 제1 거울을 제공하는 단계;

상기 광 가이드의 출구면에 부분 반사 거울인 제2 거울을 제공하는 단계로서, 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울 사이의 거리는 적어도 소정의 입력 레이저 빔의 간섭성(coherence) 길이의 반의 정수 배이고, 상기 제2 거울은 상기 제2 거울로 입사되는 레이저 빔의 일부는 통과시키고 상기 레이저 빔의 일부는 상기 제1 거울을 향해 상기 광 가이드로 다시 반사시킬 수 있는 것인, 상기 제2 거울을 제공하는 단계; 및

상기 소정의 입력 레이저 빔이 뚜렷한 구경으로 향하게 함으로써, 감소된 스펙클을 갖는 출력 레이저 광이 상기 부분 반사 거울로부터 빠져나오도록 하는 단계를 포함하는 레이저 스펙클 감소 방법.
제22항에 있어서,

상기 광 가이드와 상기 제2 거울 사이에 위치하는 시준판을 제공하는 단계를 더 포함하는 레이저 스펙클 감소 방법.
제22항에 있어서,

상기 제2 거울의 상기 출구 면에 위치하는 시준판을 제공하는 단계를 더 포함하는 레이저 스펙클 감소 방법.
제22항에 있어서,

상기 광 가이드의 상기 출구 면에 위치하는 시준판을 제공하는 단계를 더 포함하는 레이저 스펙클 감소 방법.
제23항에 있어서,

상기 시준판은 구경판 및 마이크로-광 가이드의 어레이를 포함하는 것인, 레이저 스펙클 감소 방법.
제23항에 있어서,

상기 시준판은 마이크로-렌즈의 어레이를 더 포함하는 것인, 레이저 스펙클 감소 방법.
제27항에 있어서,

상기 시준판은 구경판을 포함하는 것인, 레이저 스펙클 감소 방법.