KR20090021615A - Method for calculating driving voltage of optical modulator and driving method for optical modulating apparatus and optical modulating apparatus using it - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광변조기의 구동 전압 산출 방법과 광변조 장치의 구동 방법 및 이를 이용한 광변조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압전 방식의 광변조기에 있어서 발생하는 히스테리시스 특성 곡선(분극 이력 곡선)으로부터 목표 광량에 상응하는 2개의 전압값의 평균값을 산출하여 이를 광변조기의 구동 전압(계조 전압)으로서 이용하는 광변조기의 구동 전압 산출 방법과 광변조 장치의 구동 방법 및 이를 이용한 광변조 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for calculating a driving voltage of an optical modulator, a driving method of an optical modulator, and an optical modulator using the same. More specifically, the present invention relates to a hysteresis characteristic curve (polarization hysteresis curve) generated in a piezoelectric type optical modulator. The present invention relates to a driving voltage calculation method of an optical modulator using an average value of two voltage values corresponding to a light amount and using the same as a driving voltage (gradation voltage) of an optical modulator, a driving method of an optical modulation device, and an optical modulation device using the same.
압전 소자는 인가된 구동 전압에 따라 수축 또는 팽창하는 압전 재료의 특성을 이용하여 위치 변화를 유도하고자 하는 대상(이하, 이를 변위 대상이라 함)의 변위 발생을 위한 구동력을 부여하는 마이크로 머신(Micromachine)이다. 압전 소자 는 주사 현미경, 광학 프로브, 광변조기, 데이터 저장 장치 등의 다양한 멤스 소자(MEMS : Micro Electro Mechanical System)에 광범위하게 활용되고 있다.The piezoelectric element is a micromachine that gives a driving force for generating displacement of an object (hereinafter, referred to as a displacement object) to induce a position change by using characteristics of a piezoelectric material that contracts or expands according to an applied driving voltage. to be. Piezoelectric devices are widely used in various MEMS devices, such as scanning microscopes, optical probes, optical modulators, and data storage devices.
이러한 압전 소자는 인가된 구동 전압과 그에 따라 변위 대상에 발생되는 변위 간의 전압-변위 관계가 도 1a에 도시된 것과 같은 히스테리시스 특성을 나타낸다. 이와 같은 압전 소자의 히스테리시스(hysteresis) 특성은 구동 전압의 인가에 따른 압전 소자에서의 압전 효과(즉, 압전층의 분극(polarization)에 따른 수축 또는 팽창)와 관련된 분극 이력 현상에 의해 발생한다. 이를 도 1a을 중심으로 도 1b 및 도 1c를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도 1b는 압전 소자에 인가되는 계단 형태의 구동 전압을 나타낸 도면이고, 도 1c는 도 1b에 도시된 구동 전압이 압전 소자에 인가되었을 경우 압전 소자의 히스테리시스 특성에 따라 변위 대상에 발생하는 변위를 나타낸 도면이다.Such a piezoelectric element exhibits a hysteresis characteristic such that the voltage-displacement relationship between the applied driving voltage and thus the displacement generated at the displacement object is shown in Fig. 1A. The hysteresis characteristic of the piezoelectric element is caused by a polarization hysteresis phenomenon related to the piezoelectric effect (ie, shrinkage or expansion due to polarization of the piezoelectric layer) in the piezoelectric element due to the application of a driving voltage. This will be described below with reference to FIGS. 1B and 1C with reference to FIG. 1A. Here, FIG. 1B is a diagram illustrating a stepped driving voltage applied to the piezoelectric element, and FIG. 1C is a displacement occurring in the displacement target according to the hysteresis characteristics of the piezoelectric element when the driving voltage shown in FIG. 1B is applied to the piezoelectric element. The figure which shows.
도 1a에 도시된 압전 소자의 히스테리시스 특성 곡선을 살펴보면, 압전 소자에 구동 전압을 점점 증가시켜 인가하는 경우에는 제1 특성 곡선(11)을 따라 변위 대상의 위치가 변화하고, 압전 소자에 구동 전압을 점점 감소시켜 인가하는 경우에는 제2 특성 곡선(12)을 따라 변위 대상의 위치가 변화한다. 즉, 압전 소자의 히스테리시스 특성(분극 이력 현상)에 의하여 전압-변위 관계는 구동 전압의 증가 방향과 감소 방향에 대해 다른 특성을 나타내게 된다. 이러한 이유로 도 1b에 도시된 계단 형태의 구동 전압을 인가하게 되면, 압전 소자에는 동일 크기의 구동 전압이 인가됨에도 불구하고, 그때에 변위 대상에 발생하는 변위는 구동 전압이 증가하는 방향에 있느냐와 감소하는 방향에 있느냐에 따라 그 변위값이 상이해지는 문제점이 있다. 이를 도 1b 및 도 1c를 예로 들어 설명하면, 압전 소자에 동일한 크기의 구동 전압인 V2 전압이 인가되는 경우에도, 구동 전압이 V1으로부터 V2로 증가하는 경우 변위 대상에 발생하는 변위는 S21로 나타나고, 구동 전압이 Vmax로부터 V2로 감소하는 경우 변위 대상에 발생하는 변위는 S22로 나타나서 서로 다른 값을 갖는다는 것을 확인할 수 있다.Referring to the hysteresis characteristic curve of the piezoelectric element shown in FIG. 1A, when the driving voltage is gradually increased and applied to the piezoelectric element, the position of the displacement target is changed along the
따라서, 종래 기술에 의하면, 동일 크기의 구동 전압을 인가함에도 불구하고 압전 소자의 히스테리시스 특성 문제에 의하여 변위 대상의 변위가 서로 다른 변위값을 갖는 경우가 발생하므로, 압전 소자를 활용한 다양한 응용 소자 및 장치(특히, 본 발명에서와 같은 광변조기)에 있어서 그 동작의 정확성 및 신뢰성을 기할 수 없는 문제점이 있다.Therefore, according to the related art, even when the driving voltage of the same magnitude is applied, the displacement of the displacement target may have different displacement values due to the hysteresis characteristic problem of the piezoelectric element, and thus, various application elements utilizing the piezoelectric element and In a device (especially an optical modulator as in the present invention), there is a problem in that the accuracy and reliability of its operation cannot be determined.
따라서, 본 발명은 압전 방식의 광변조기에서의 히스테리시스 문제를 해결하여 압전 방식의 광변조기를 이용하는 디스플레이 장치를 포함하여 다양한 응용 장치에 있어서 그 동작의 정확성 및 신뢰성을 기할 수 있는 광변조기의 구동 전압 산출 방법과 광변조 장치의 구동 방법 및 이를 이용한 광변조 장치를 제공한다.Accordingly, the present invention solves the hysteresis problem in the piezoelectric optical modulator, and includes a display device using the piezoelectric optical modulator. A method, a method of driving an optical modulator, and an optical modulator using the same are provided.
또한, 본 발명은 압전 방식의 광변조기에서의 히스테리시스 특성에 따라 발생하는 변조광의 광량 오차를 크게 줄임으로써 보다 고화질, 고선명의 영상을 구현 할 수 있는 광변조기의 구동 전압 산출 방법과 광변조 장치의 구동 방법 및 이를 이용한 광변조 장치를 제공한다.In addition, the present invention provides a method for calculating a driving voltage of an optical modulator and a driving of an optical modulator capable of realizing a higher quality and higher definition image by greatly reducing the light quantity error of modulated light generated according to hysteresis characteristics in a piezoelectric optical modulator. A method and an optical modulation device using the same are provided.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention will be readily understood through the following description.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전극간 인가되는 구동 전압에 따른 압전층의 수축 또는 팽창에 의하여 변위 대상의 위치 변화가 유도되고, 상기 변위 대상에 유도된 변위에 상응하여 입사광을 회절시킨 회절광을 출력하는 광변조기의 구동 전압 산출 방법에 있어서, (a) 상기 압전층의 분극 이력에 따른 상기 광변조기에서의 인가 전압과 출력 광량 간의 전압-광량 특성을 측정하는 단계; (b) 상기 측정된 전압-광량 특성으로부터 상기 회절광의 목표 광량에 상응하는 2개의 전압값을 추출하는 단계; 및 (c) 상기 추출된 2개의 전압값 사이의 일 전압값을 상기 목표 광량에 대한 구동 전압으로 산출하는 단계를 포함하는 광변조기의 구동 전압 산출 방법이 제공될 수 있다.According to an aspect of the invention, the position change of the displacement target is induced by the contraction or expansion of the piezoelectric layer according to the driving voltage applied between the electrodes, and diffracted light diffracted incident light corresponding to the displacement induced on the displacement target A method of calculating a driving voltage of an optical modulator for outputting, the method comprising: (a) measuring a voltage-light quantity characteristic between an applied voltage and an output light quantity in the optical modulator according to the polarization history of the piezoelectric layer; (b) extracting two voltage values corresponding to a target light quantity of the diffracted light from the measured voltage-light quantity characteristic; And (c) calculating one voltage value between the extracted two voltage values as a driving voltage for the target amount of light.
여기서, 상기 전압-광량 특성은 상기 분극 이력에 의해 인가 전압이 증가되는 방향과 감소되는 방향에 따라 동일 광량에 대하여 다른 전압값을 갖는 히스테리시스 곡선 형태로 나타나고, 상기 단계 (b)에서 추출되는 상기 2개의 전압값은 상기 목표 광량에 대하여 상기 히스테리시스 곡선 중 각각 증가 방향과 감소 방향에 상응하여 얻어지는 전압값일 수 있다.Here, the voltage-light quantity characteristic is represented by a hysteresis curve having different voltage values for the same light quantity according to the direction in which the applied voltage increases and decreases due to the polarization history, and the 2 extracted in the step (b). Voltage values may be voltage values obtained corresponding to increasing and decreasing directions of the hysteresis curve with respect to the target amount of light.
여기서, 상기 일 전압값은 상기 추출된 2개의 전압값의 산술 평균값일 수 있다.Here, the one voltage value may be an arithmetic mean value of the extracted two voltage values.
본 발명은 상기 단계 (c) 이후에, (d) 상기 목표 광량에 대하여 산출된 상기 구동 전압을 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.The present invention may further include, after step (c), (d) storing the driving voltage calculated for the target amount of light.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전극간 인가되는 구동 전압에 따른 압전층의 수축 또는 팽창에 의하여 변위 대상의 위치 변화가 유도되고, 상기 변위 대상에 유도된 변위에 상응하여 입사광을 회절시킨 회절광을 출력하는 광변조기와 상기 구동 전압을 발생시키는 구동부를 포함하는 광변조 장치를 구동하는 방법에 있어서, (a) 상기 압전층의 분극 이력에 따른 상기 광변조기에서의 인가 전압과 출력 광량 간의 전압-광량 특성 곡선으로부터 상기 회절광의 목표 광량에 상응하여 추출되는 2개의 전압값 사이의 일 전압값을 상기 목표 광량에 대한 구동 전압으로 발생시키는 단계; 및 (b) 상기 목표 광량에 대한 구동 전압을 상기 전극간에 인가하는 단계를 포함하는 광변조 장치의 구동 방법이 제공될 수 있다.According to another aspect of the invention, the position change of the displacement target is induced by the contraction or expansion of the piezoelectric layer according to the driving voltage applied between the electrodes, diffracted light diffracted incident light corresponding to the displacement induced on the displacement target A method of driving an optical modulator comprising an optical modulator for outputting and a driving unit for generating the driving voltage, the method comprising: (a) a voltage-light quantity between an applied voltage and an output light quantity in the optical modulator according to the polarization history of the piezoelectric layer; Generating one voltage value between two voltage values extracted corresponding to the target light amount of the diffracted light from the characteristic curve as a driving voltage for the target light amount; And (b) applying a driving voltage with respect to the target amount of light between the electrodes.
여기서, 상기 일 전압값은 상기 추출된 2개의 전압값의 산술 평균값일 수 있다.Here, the one voltage value may be an arithmetic mean value of the extracted two voltage values.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전극간 인가되는 구동 전압에 따른 압전층의 수축 또는 팽창에 의하여 변위 대상의 위치 변화가 유도되고, 상기 변위 대상에 유도된 변위에 상응하여 입사광을 회절시킨 회절광을 출력하는 광변조기; 및 상기 전극간 인가될 상기 구동 전압을 발생시키는 구동부를 포함하되, 상기 구동부는 상기 압전층의 분극 이력에 따른 상기 광변조기에서의 인가 전압과 출력 광량 간의 전압-광량 특성 곡선으로부터 상기 회절광의 목표 광량에 상응하여 추출되는 2개의 전압값 사이의 일 전압값을 상기 목표 광량에 대한 구동 전압으로 발생시키는 것을 특징으로 하는 광변조 장치가 제공될 수 있다.According to another aspect of the invention, the position change of the displacement target is induced by the contraction or expansion of the piezoelectric layer according to the driving voltage applied between the electrodes, diffracted light diffracted incident light corresponding to the displacement induced on the displacement target An optical modulator outputting the light; And a driving unit generating the driving voltage to be applied between the electrodes, wherein the driving unit includes a target light amount of the diffracted light from a voltage-light-quantity characteristic curve between an applied voltage and an output light amount in the optical modulator according to the polarization history of the piezoelectric layer. An optical modulation device may be provided that generates one voltage value between two voltage values extracted corresponding to the driving voltage for the target light amount.
여기서, 상기 일 전압값은 상기 추출된 2개의 전압값의 산술 평균값일 수 있다.Here, the one voltage value may be an arithmetic mean value of the extracted two voltage values.
본 발명에 따른 광변조기 구동 방법 및 이를 이용한 광변조 장치에 의하면 압전 방식의 광변조기에서의 히스테리시스 문제를 해결하여 압전 방식의 광변조기를 이용하는 디스플레이 장치를 포함하여 다양한 응용 장치에 있어서 그 동작의 정확성 및 신뢰성을 기할 수 있는 효과가 있다.The optical modulator driving method and the optical modulator using the same according to the present invention solve the hysteresis problem in the piezoelectric optical modulator, and include the display device using the piezoelectric optical modulator. There is an effect that can be trusted.
또한, 본 발명은 압전 방식의 광변조기에서의 히스테리시스 특성에 따라 발생하는 변조광의 광량 오차를 크게 줄임으로써 보다 고화질, 고선명의 영상을 구현할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of realizing a higher-quality, high-definition image by greatly reducing the light amount error of the modulated light generated by the hysteresis characteristics of the piezoelectric optical modulator.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것 으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. The term and / or includes a combination of a plurality of related items or any item of a plurality of related items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.
본 발명의 실시예에 따른 광변조기 구동 방법 및 광변조 장치에 대하여 상세히 설명하기에 앞서, 광변조기에 대한 이해를 돕기 위하여 도 2 내지 도 9를 참조하여 압전 방식의 광변조기 및 이의 일 응용례로서 컬러 디스플레이 장치에 대하여 먼저 본 발명과 관련되는 내용을 중심으로 간략히 설명하기로 한다.Prior to describing the optical modulator driving method and the optical modulator according to the embodiment of the present invention in detail, a piezoelectric optical modulator and an application example thereof are described with reference to FIGS. 2 to 9 to assist in understanding the optical modulator. The color display device will first be briefly described with reference to the contents related to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 광변조 장치의 구동 방법이 적용 가능한 압전 방식의 광변조기의 일 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 광변조 장치의 구동 방법이 적용 가능한 압전 방식의 광 변조기의 다른 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 6는 도 3에 도시된 압전 방식의 광변조기에서의 광 변조 원리를 설명하기 위한 도면이다.2 is a perspective view schematically showing a structure of a piezoelectric optical modulator to which the driving method of the optical modulation device according to the present invention is applicable, and FIG. 3 is a piezoelectric method to which the driving method of the optical modulation device according to the present invention is applicable. FIG. 6 is a perspective view schematically showing another structure of the optical modulator, and FIG. 6 is a view for explaining a light modulation principle in the piezoelectric type optical modulator shown in FIG. 3.
도 2 및 도 3을 참조하면, 압전 방식의 광변조기는 기판(110), 절연층(120), 희생층(130), 리본층(140) 및 압전 소자(150)를 포함한다. 여기서, 리본층(140)의 중앙 부분(이하, 이를 리본이라 함)에는 복수개의 홀(hole)(도 2의 140(b) 또는 도 3의 140(d))이 구비되어 있다. 또한, 리본 중 홀이 형성되어 있지 않은 부분 상에는 상부 광반사층(도 2의 140(a) 또는 도 3의 140(c))이 형성되고, 홀의 위치와 대응되는 절연층(120) 상에는 하부 광반사층(도 2의 120(a) 또는 도 3의 120(b))이 형성된다.2 and 3, the piezoelectric optical modulator includes a
또한, 압전 소자(150)는 2개의 전극(즉, 하부 전극(151) 및 상부 전극(153))간에 인가되는 구동 전압에 의해 발생하는 압전층(152)의 수축 또는 팽창 정도에 따라 리본을 상하로 움직이게 하는 구동력을 부여한다. 예를 들어, 압전 소자(150)에 구동 전압이 인가되지 않았을 경우 리본은 도 4에 도시된 것과 같은 원 위치(즉, 절연층(120)과 이격 거리 Smin인 위치)에 있다가, 임의의 구동 전압이 인가되는 경우 도 5에 도시된 것과 같이 인가 전압에 상응하는 소정 위치(즉, 절연층(120)과 소정 이격 거리 S1인 위치)로 움직이게 된다.In addition, the
이하, 도 6을 참조하여 압전 방식의 광변조기(즉, 압전 회절형 광변조기)에서의 광변조 원리를 설명한다. 여기서, 도 6은 후술할 도 7의 BB'선을 기준선으로 하여 나타낸 단면도이다.Hereinafter, the light modulation principle in the piezoelectric type optical modulator (that is, piezoelectric diffraction type optical modulator) will be described with reference to FIG. 6. 6 is a cross-sectional view showing the BB 'line of FIG. 7 to be described later as a reference line.
먼저 도 6의 (a)에서, 광변조기로 입사된 빛의 파장이 λ인 경우 상부 광반사층(140(a))이 형성된 리본과 하부 광반사층(120(a))이 형성된 절연층(120)간의 간격이 (2n)λ/4(n은 자연수)가 되도록 하는 제1 구동 전압이 압전 소자(150)에 인 가되는 경우를 가정한다. 이때, 0차 회절광의 경우 상부 광반사층(140(a))에서 반사된 광과 하부 광반사층(120(a))에서 반사된 광 사이의 전체 경로차는 nλ와 같아서 보강 간섭을 하여 회절광은 최대 휘도를 가지며, +1차 및 -1차 회절광의 경우 광의 휘도는 상쇄 간섭에 의해 최소 휘도를 갖는다.First, in FIG. 6A, when the wavelength of light incident on the light modulator is λ, the insulating
도 6의 (b)에서, 상부 광반사층(140(a))이 형성된 리본과 하부 광반사층(120(a))이 형성된 절연층(120)간의 간격이 (2n+1)λ/4(n은 자연수)가 되도록 하는 제2 구동 전압이 압전 소자(150)에 인가되는 경우를 가정한다. 이때, 0차 회절광의 경우 상부 광반사층(140(a))에서 반사된 광과 하부 광반사층(120(a))에 반사된 광 사이의 전체 경로차는 (2n+1)λ/2와 같아서 상쇄 간섭을 하여 회절광은 최소 휘도를 가지며, +1차 및 -1차 회절광의 경우 보강 간섭에 의해 광의 휘도는 최대 휘도를 갖는다.In FIG. 6B, the distance between the ribbon on which the upper light reflection layer 140 (a) is formed and the insulating
이와 같이 압전 방식의 광변조기는 압전 소자에 인가된 구동 전압에 따라 상부 광반사층(140(a)) 및 하부 광반사층(120(a))에 의해 각각 반사된 반사광의 간섭의 결과를 이용하여 반사광 또는 회절광의 광량을 조절함으로써 신호를 빛에 실을 수 있게 된다. 도 6에서는 리본과 절연층(120)간의 간격이 (2n)λ/4 또는 (2n+1)λ/4가 되도록 하는 2가지 구동 전압을 인가한 경우만을 예를 들어 설명하였으나, 입사광의 반사 또는 회절에 의해 간섭되는 회절광의 세기(즉, 광량)를 조절할 수 있는 간격을 가지고 구동할 수 있는 다양한 크기의 구동 전압이 압전 소자에 인가될 수 있음은 자명하다. 예를 들어, 도 2 내지 도 6에서 설명한 압전 방식의 광변조기에서 픽셀별로 광변조를 위해 그 광강도 값을 0 ~ 255 단계로 구분하는 경우를 가 정(즉, 1 픽셀을 8비트 영상 데이터로 표현하는 경우를 가정)하면, 총 256개의 구분되는 전압값(즉, 계조 전압값)을 갖는 구동 전압이 이용될 수 있을 것이다. 또한, 본 명세서에서는 압전 방식의 광변조기의 구동에 있어서 전압을 인가하는 전압 제어 방식을 중심으로 설명하지만, 이외에도 다양한 구동 방식, 구동 신호에 의하여 압전 방식의 광변조기가 구동될 수 있음은 물론이다.As described above, the piezoelectric type optical modulator reflects the reflected light using the result of the interference of the reflected light reflected by the upper light reflecting layer 140 (a) and the lower light reflecting layer 120 (a) according to the driving voltage applied to the piezoelectric element. Alternatively, the signal can be loaded on the light by adjusting the amount of diffracted light. 6 illustrates only the case where two driving voltages are applied such that the distance between the ribbon and the insulating
또한, 도 4 내지 도 6에서는 리본에 복수개의 홀이 구비된 광변조기를 중심으로 도시하였지만, 광 회절 특성을 구현하기 위해 전극간 인가되는 구동 전압에 따라 수축 및 팽창하여 변위 대상인 리본에 상하 구동력을 발생시키는 압전 소자를 포함하는 압전 방식의 광변조기라면 아무런 제한없이 본 발명이 적용될 수 있음은 자명하다.4 to 6 illustrate the optical modulator having a plurality of holes in the ribbon, the upper and lower driving force is applied to the ribbon to be displaced by contracting and expanding according to the driving voltage applied between the electrodes in order to realize the optical diffraction characteristics. If the piezoelectric type optical modulator including a piezoelectric element to generate it is obvious that the present invention can be applied without any limitation.
도 7은 도 2에 도시된 압전 방식의 광변조기로 구성된 광변조기 어레이의 평면도이고, 도 8은 도 7의 광변조기 어레이의 일 응용례로서 컬러 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 9는 도 8의 컬러 디스플레이 장치에 따라 스크린에 투사되는 1 프레임의 영상 구현 방법을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 7 및 도 9를 참조하여 도 8의 압전 방식의 광변조기 어레이의 일 응용례로서 컬러 디스플레이 장치를 설명한다.FIG. 7 is a plan view of an optical modulator array including the piezoelectric type optical modulator shown in FIG. 2, and FIG. 8 is a view schematically illustrating a configuration of a color display apparatus as an application example of the optical modulator array of FIG. 7. FIG. 8 is a diagram for describing a method of realizing an image of one frame projected on a screen according to the color display device of FIG. 8. Hereinafter, a color display apparatus will be described as an application example of the piezoelectric type optical modulator array of FIG. 8 with reference to FIGS. 7 and 9.
도 8의 컬러 디스플레이 장치는 3색 광원(210), 조명 광학계(220), 광변조기 어레이(230), 구동부(235), 릴레이 광학계(240), 스캐너(250), 투사 광학계(260), 스크린(270), 영상 제어 회로(280)을 포함한다. 여기서, 3색 광원(210), 조명 광학 계(220), 릴레이 광학계(240), 투사 광학계(260)는 프로젝션 장치 등의 디스플레이 장치에서는 일반적인 구성부인바, 그 상세한 설명은 생략한다.The color display device of FIG. 8 includes a three-
3색 광원(210)은 영상 제어 회로(280)로부터 전달되는 소정의 광원 제어 신호(212, 214 또는 216)에 해당하는 색광을 조사하며, 이는 조명 광학계(220)를 거쳐 광변조기 어레이(230)로 입사된다.The three-
광변조기 어레이(230)는 도 7과 같이 구성될 수 있다. 즉, 광변조기 어레이(230)는 도 7에서와 같이 제1 화소(pixel #1), 제2 화소(pixel #2), …, 제m 화소(pixel #m)를 각각 하나씩 담당하는 m개의 광변조기(100-1, 100-2, …, 100-m)로 구성됨으로써, 수직 주사선 혹은 수평 주사선에 해당하는 1차원 영상의 구현을 위한 광변조를 수행하게 된다. 예를 들어, 스크린에 구현되는 영상이 도 9와 같이 640(수평 픽셀수) ㅧ 480(수직 픽셀수) 해상도를 갖고, 광변조기 어레이(230)가 수직 주사선에 해당하는 1차원 영상의 구현을 위한 광변조를 담당하는 경우를 가정하면, 광변조기 어레이(230)는 상기 수직 픽셀수에 대응되는 총 480개의 광변조기로 구성될 수 있다.The
이때, 광변조기 어레이(230)를 구성하는 각각의 광변조기는 수직 주사선을 구성하는 각각의 픽셀에 대한 광강도 정보에 따라 입사된 색광에 대한 광변조를 수행하여 회절광을 생성한다. 여기서, 광강도 정보는 영상 제어 회로(280)로부터 전달(도 8의 광변조기 제어 신호 참조)되며, 구동부(235)는 전달된 해당 광강도 정보에 상응하는 소정 크기의 구동 전압을 각각의 광변조기(정확하게는 각 광변조기에 포함된 압전 소자)에 인가함으로써, 광변조기 어레이(230)가 1차원 영상의 구현을 위한 광변조를 수행할 수 있게 한다.At this time, each optical modulator constituting the
스캐너(250)는 광변조기 어레이(230)로부터 전달된 변조광(즉, 회절광)을 영상 제어 회로(280)로부터 전달된 스캐너 제어 신호에 따라 스크린(270) 상에 스캔한다. 예를 들어, 스캐너(250)는 도 9와 같이 광변조기 어레이(230)로부터 전달된 각각의 수직 주사선(제1 수직 주사선 내지 제n 수직 주사선)에 해당하는 1차원 영상을 수평 방향으로 스캔함으로써 스크린(280) 상에 2차원 영상이 표시될 수 있게 한다.The
상술한 색광의 광변조 및 스캔 과정을 적색광, 녹색광 및 청색광에 대하여 각각 1회씩 수행하게 되면, 스크린(280) 상에는 1 프레임의 컬러 영상이 표시될 수 있다. 여기서, 적색광, 녹색광 및 청색광에 대한 광변조에 걸리는 총 시간은 1/(텔레비전 방송 방식에 따른 필드 주파수) 내 이어야 한다. 본 명세서에서는 빛의 3원색인 적색광, 녹색광 및 청색광을 이용하여 컬러 영상을 구현하는 경우를 예로 들어 설명하지만, 이와 다른 색광의 조합에 의해 컬러 영상을 구현할 수 있음은 자명하다.When the light modulation and scanning process of the color light is performed once for the red light, the green light, and the blue light, the color image of one frame may be displayed on the
텔레비전 방송 방식에 따른 필드 주파수는 사람이 시각적으로 동영상 화면의 끊김을 감지할 수 없는 최소 주파수를 의미한다. 컬러 디스플레이 장치로서 텔레비전 방송방식은 NTSC(national television system committee) 방식, PAL(phase alternation by line) 방식 등이 있다. NTSC 방식은 적색, 녹색, 청색의 삼원색 신호를 하나의 휘도신호(Y)와 두 개의 색차신호(I, Q)로 행렬변환한 다음 다중화하여 6MHz의 주파수 대역폭으로 전송하는 방식이다. PAL 방식은 NTSC 방식의 단점인 색 상의 전송방식을 보완한 방식이다. NTSC 방식은 주사선이 525개, 필드 주파수가 60Hz로 구성되어 있으며, PAL 방식은 주사선이 625개, 필드 주파수가 50Hz로 구성되어 있다.The field frequency according to the television broadcasting method means a minimum frequency at which a human cannot visually detect a break in the moving picture screen. As a color display apparatus, a television broadcasting method includes an NTSC (national television system committee) method, a PAL (phase alteration by line) method, and the like. The NTSC method converts the three primary color signals of red, green, and blue into one luminance signal (Y) and two color difference signals (I, Q), and then multiplexes and transmits them in a frequency bandwidth of 6 MHz. The PAL method complements the color transmission method, which is a disadvantage of the NTSC method. The NTSC system consists of 525 scan lines and 60 Hz field frequency. The PAL method consists of 625 scan lines and 50 Hz field frequency.
따라서, 필드 주파수에 따라 빛의 3원색인 적색광, 녹색광, 청색광에 대한 각각의 변조광이 1/(필드 주파수, 예를 들어 NTSC 방식의 경우 60Hz, PAL 방식의 경우 50Hz) 시간내에 한 화면 상에 각각 한번씩 투사되면 사람의 눈은 동시에 적색, 녹색, 청색을 모두 포함하는 풀 컬러 영상이 표현된 화면이 형성되고 있는 것으로 인식하게 된다. 즉, 적색, 녹색, 청색에 대한 총 3개의 서브 프레임이 일 화면상에 디스플레이됨으로써 1 프레임의 컬러 영상이 구현되는 것이다.Therefore, according to the field frequency, each modulated light for the three primary colors of light, red light, green light, and blue light, is displayed on one screen within 1 / (field frequency, for example, 60 Hz for NTSC, 50 Hz for PAL). Once projected once, the human eye recognizes that a screen in which a full color image including red, green, and blue is simultaneously formed is formed. That is, a total of three subframes of red, green, and blue are displayed on one screen to realize a color image of one frame.
이하, 도 10 내지 도 12를 참조하여 본 발명에 따른 압전 방식의 광변조기에 있어서의 그 구동 전압 산출 방법과 이에 따른 구동 방법 및 광변조 장치를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the driving voltage calculation method, the driving method, and the optical modulation device in the piezoelectric optical modulator according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 10 to 12.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 광변조 장치는 전극간(예를 들어, 상술한 도 2 내지 도 5의 하부 전극(151) 및 상부 전극(153) 참조) 인가되는 구동 전압에 따라 압전층(도 2 내지 도 5의 식별번호 152 참조)의 수축 또는 팽창에 의하여 변위 대상의 위치 변화가 유도되고, 변위 대상에 유도된 변위에 상응하여 입사광을 회절시킨 회절광을 출력하는 압전 방식의 광변조기(도 2 내지 도 5 참조)와, 전극간 인가될 구동 전압을 발생시키는 구동부(도 8의 식별번호 235 참조)를 포함할 수 있다. 따라서, 이하의 설명에서 압전 소자, 광변조기, 구동부는 상술한 도 2 내지 도 9에서 사용한 식별번호와 동일한 식별번호를 사용하기로 한다.Here, the optical modulation device according to an embodiment of the present invention is a piezoelectric layer according to the driving voltage applied between the electrodes (for example, the
도 10은 압전 방식의 광변조기에서의 인가 전압과 출력 광량 간의 전압-광량 특성을 나타낸 도면이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 광변조 장치의 구동 방법에 이용되는 목표 광량에 대한 산출 구동 전압에서의 광량 오차를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 10 is a diagram illustrating voltage-light quantity characteristics between an applied voltage and an output light quantity in a piezoelectric optical modulator, and FIG. 11 is a calculation of a target light quantity used in a method of driving an optical modulator according to an exemplary embodiment of the present invention. It is a figure for demonstrating the light quantity error in a drive voltage.
도 10 및 도 11에는 압전 방식의 광변조기에서의 인가 전압과 출력 광량 간의 전압-광량 특성을 나타내는 특성 곡선의 예가 도시되고 있다. 여기서, 전압-광량 특성 곡선의 수평축은 인가 전압을, 수직축은 그에 따른 회절광의 광량을 나타낸다.10 and 11 show examples of characteristic curves showing voltage-light quantity characteristics between an applied voltage and an output light amount in a piezoelectric optical modulator. Here, the horizontal axis of the voltage-light-quantity characteristic curve represents the applied voltage, and the vertical axis represents the light quantity of the diffracted light accordingly.
즉, 도 10 및 도 11은 압전 방식의 광변조기에서 2개의 전극(즉, 하부 전극(151) 및 상부 전극(153))에 인가된 전압에 따라 변화된 절연층(120)(보다 정확히는 절연층(120) 상에 형성된 하부 광반사층)과 변위 대상인 리본(보다 정확히는 리본 상에 형성된 상부 광반사층) 간의 이격 간격에 의하여 입사광이 회절되어 출력된 회절광의 광량(즉, 출력 휘도)의 출력 특성을 보여주고 있다.That is, FIGS. 10 and 11 illustrate an insulating layer 120 (or more precisely, an insulating layer) changed according to a voltage applied to two electrodes (ie, the
이러한 압전 방식의 광변조기에서의 전압-광량 특성은 앞서 설명한 압전층(152)에서 발생하는 인가 전압에 따른 분극 현상과 관련되어 도 1에 예시된 분극 이력 곡선과 유사한 형태의 특성을 나타내고 있음을 또한 확인할 수 있다. 이는 별도의 상세한 설명을 통하지 아니하고서도 당업자가 쉽게 이해할 수 있는 내용이므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 왜냐하면, 광변조기로부터 출력 되는 회절광의 휘도 세기(즉, 광량)는 인가 전압에 따라 변화하는 절연층(120)과 리본 간의 이격 간격에 의해 결정되는 것임을 앞서 도 6에서 설명하였고, 또한 이러한 이격 간격(즉, 변위)는 압전층(152)의 분극에 따라 도 1에 예시된 바와 같은 분극 이력 특성(즉, 전압-변위 특성)을 나타내는 것이기 때문이다.In the piezoelectric optical modulator, the voltage-light quantity characteristic is similar to the polarization hysteresis curve illustrated in FIG. 1 in relation to the polarization phenomenon according to the applied voltage generated in the
즉, 압전 방식의 광변조기에서의 전압-광량 특성은 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 인가 전압이 증가하는 방향에서의 특성에 따른 증가 곡선(식별번호 50 참조)과 인가 전압이 감소하는 방향에서의 특성에 따른 감소 곡선(식별번호 60 참조)의 2가지 형태를 갖게 된다. 이는 앞서 누차 설명한 바와 같이 압전층(152)의 분극 이력 곡선과 유사하게 일반적인 히스테리시스 곡선의 형태를 가짐을 알 수 있다. 따라서, 도 10 및 도 11의 전압-광량 특성 곡선을 참조하면, 동일 수치를 갖는 출력 광량에 대하여 이에 대응되는 인가 전압값은 증가 곡선(50) 및 감소 곡선(60)에 의하여 각각 1개씩 총 2개가 존재한다. 예를 들어, 도 10 및 도 11에서 출력 광량의 크기(또는 출력 휘도의 세기) P4에 해당하는 인가 전압값은 증가 곡선(50)에 대응하여 V1과 감소 곡선(60)에 대응하여 V2가 존재하고 있다. 결국 이는 압전 방식의 광변조기에서의 전압-광량 특성이 압전층(152)의 분극 이력 특성에 상응하는 곡선의 형태를 가지게 됨으로써, 서로 다른 전압값(즉, V1과 V2)이 전극간에 인가됨에도 광변조기로부터 출력되는 회절광의 광량은 동일 수치(즉, P4)를 갖게 된다는 것을 의미한다.That is, the voltage-light quantity characteristic of the piezoelectric type optical modulator is an increase curve according to the characteristic in the direction in which the applied voltage increases as shown in FIGS. 10 and 11 and the direction in which the applied voltage decreases. There are two forms of decay curves (see Ident. No. 60) depending on the characteristics of. As described above, it can be seen that the hysteresis curve has a general shape similar to the polarization hysteresis curve of the
상술한 전압-광량 특성에 따라서 광변조기에 구동 전압을 인가함에 있어서 다음과 같은 문제에 봉착하게 된다. 즉, 실제 목표하는 광량을 갖는 회절광을 정확히 생성해내기 위해서는 전압-광량 특성에 따라 인가 전압이 증가되는 방향을 가질때와 감소하는 방향을 가질때를 분리 고려하여 각각에 상응하는 전압값을 광변조기의 구동 전압으로서 사용하여야 하는 문제가 발생하게 되는 것이다. 그러나 이와 같이 인가 전압의 증가 방향과 감소 방향을 분리 고려하여 구동 전압을 광변조기에 인가하는 방식은 그 구동부의 설계가 복잡해지고, 이에 따라 광변조 장치의 제작 비용이 상승하는 문제를 아울러 발생시키게 된다. 결국, 광변조 장치의 설계, 구성 및 비용상의 문제를 고려할 때 목표하는 광량치를 구현하기 위한 실제 구동 전압으로서는 어느 하나의 전압값을 적용하는 것이 바람직하며, 전압-광량 특성 곡선에서의 증가 곡선(50) 및 감소 곡선(60) 중 어느 하나의 곡선에 상응하는 어느 하나의 전압값(즉, V1 또는 V2)을 선택하는 경우에는 목표 광량을 기준으로 큰 광량 오차가 발생하는 문제점이 있다. 이를 도 11을 참조하여 아래에서 상세히 설명한다.According to the voltage-light-quantity characteristic described above, the following problems are encountered in applying the driving voltage to the optical modulator. That is, in order to accurately generate the diffracted light having the actual target amount of light, the voltage value corresponding to each of the light modulators is separately considered when the applied voltage increases or decreases according to the voltage-light quantity characteristics. There is a problem that should be used as the driving voltage. However, the method of applying the driving voltage to the optical modulator in consideration of the increase direction and the decrease direction of the applied voltage in this way complicates the design of the driving unit, thereby causing a problem that the manufacturing cost of the optical modulator increases. . In conclusion, considering the design, configuration, and cost of the optical modulation device, it is preferable to apply any one of the voltage values as the actual driving voltage for realizing the target light quantity value, and to increase the
예를 들어, 도 11에서 목표 광량 P4를 구현하기 위한 구동 전압으로서 전압-광량 특성 곡선 중 감소 곡선(60)에 해당하는 전압값인 V2를 선택하는 경우를 가정한다. 이 경우, 광변조기에 인가되는 인가 전압이 감소 방향에 있을 때에는 감소 곡선(60)에 따라 광변조기로부터 출력되는 회절광의 출력 광량이 원래 의도하는 목표 광량치인 P4를 정확히 구현할 수 있게 된다. 하지만 이와 반대로 광변조기에 인가되는 인가 전압이 증가 방향에 있을 때를 가정하게 되면, 증가 곡선(50)에 따라 회절광의 목표 광량이 원래의 의도와는 달리 목표 광량치인 P4에 훨씬 못미치는 임의의 값(도 11의 식별부호 PK 참조)을 갖게 된다. 이때의 광량 오차는 도 11에 도시된 바와 같이 ΔP0만큼 발생하게 된다. 따라서 상술한 가정에 있어서 인가 전압이 증가 방향에 있게 되면, 광변조기로부터 출력된 회절광의 휘도가 의도하는 목표치를 갖지 못하게 되어 이를 컬러 디스플레이 장치에 이용하는 경우를 예로 들면 스크린 상에 실제 의도하는 컬러와 큰 차이를 갖는 의도하지 않은 컬러에 의한 왜곡된 컬러 영상이 구현되게 되는 문제점을 발생시키게 된다.For example, assume a case in which V 2 , which is a voltage value corresponding to the
상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광변조 장치의 구동 방법 및 이를 이용한 광변조 장치는 아래와 같은 구동 방식을 채용한다.In order to solve the above problems, the optical modulation device driving method and the optical modulation device using the same according to an embodiment of the present invention adopts the following driving method.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 광변조 장치의 구동 방법으로서 광변조기에서의 전압-광량 특성 곡선으로부터 목표하는 회절광의 출력 광량에 상응하여 각각 증가 곡선(50) 및 감소 곡선(60)에서 추출되는 2개의 전압값의 산술 평균치를 목표 광량에 대한 구동 전압으로 산출하여 이를 광변조기(보다 정확히는 2개의 전극)에 인가하는 방식을 이용하는 것이다.That is, the driving method of the optical modulation device according to an embodiment of the present invention is extracted from the
이를 도 11을 예로 들어 설명하면 다음과 같다. 도 11에서 목표 광량 P4를 구현하기 위한 구동 전압으로서 전압-광량 특성 곡선 중 각각 증가 곡선(50)에 해당하는 전압값인 V1과 감소 곡선(60)에 해당하는 전압값인 V2의 산술 평균값인 Vmean(즉, Vmean = {V1 + V2}/2) 선택하는 경우를 가정한다. 이와 같이 산술 평균값인 Vmean을 목표 광량 P4에 대한 구동 전압으로 선택하게 되면, 인가 전압이 증가 방향에 있든지 그리고 감소 방향에 있는지에 상관없이 실제 목표하는 목표 광량 P4를 구현할 수는 없다. 하지만, 목표 광량 P4를 기준으로 할 때의 목표 광량과 실제 출력 광량 간의 광량 오차를 줄일 수 있다. 즉, 목표 광량 P4에 대한 구동 전압으로서 Vmean을 인가하는 경우, 광변조기에 인가되는 인가 전압이 증가 방향에 있을 때의 광량 오차는 ΔP1만큼 발생하고, 광변조기에 인가되는 인가 전압이 감소 방향에 있을 때의 광량 오차는 ΔP2만큼 발생한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 방법을 이용하게 되면, 전압-광량 특성 곡선에서 인가 전압이 증가 방향에 있든, 감소 방향에 있든 목표 광량과 비교하였을 때 광량 오차가 발생하게 되지만, 이때의 광량 오차(도 11의 경우 ΔP1 또는 ΔP2)는 종래의 방식에 따라 증가 곡선(50) 또는 감소 곡선(60)에 해당하는 어느 하나의 전압값을 구동 전압으로 사용하였을 때의 광량 오차(도 11의 경우 ΔP0)에 비하여 대략 절반으로 줄어들게 된다(아래의 수학식 1 참조).This will be described with reference to FIG. 11 as an example. In FIG. 11, arithmetic expressions of a voltage value V 1 corresponding to an
따라서, 전압-광량 특성 곡선으로부터 추출되는 목표 광량에 상응하는 2개의 전압값의 산술 평균치를 목표 광량에 대한 구동 전압으로서 인가하는 본 발명의 일 실시예에 따른 광변조 장치의 구동 방법에 의하면, 설계자가 의도하는 실제 목표 광량과는 약간의 오차가 있는 출력 광량을 갖는 회절광을 광변조기로부터 생성 출력시키게 되지만, 종래 방식에 비하여 그 광량 오차를 절반 정도로 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명의 광변조 장치의 구동 방법을 컬러 디스플레이 장치에 응용하는 경우를 가정할 때 회절광의 광량에 따라 표현하고자 하는 아주 정확한 컬러 영상을 구현하지는 못하지만, 종래에 비하여 그 오차가 훨씬 줄어들게 되므로 보다 선명하고 목표 색상에 보다 근접한 화질, 색상을 갖는 컬러 영상을 구현할 수 있는 이점이 있게 된다.Therefore, according to the driving method of the optical modulation device according to an embodiment of the present invention, the arithmetic mean value of two voltage values corresponding to the target light quantity extracted from the voltage-light quantity characteristic curve is applied as the driving voltage for the target light quantity. Although the diffracted light having the output light amount having a slight error from the intended actual target light amount is generated and output from the optical modulator, the light amount error can be reduced by about half as compared with the conventional method. Therefore, assuming that the driving method of the optical modulation device of the present invention is applied to a color display device, a very accurate color image to be expressed according to the amount of diffracted light is not realized, but the error is much reduced as compared with the prior art. There is an advantage of realizing a color image having a vivid, closer image quality and color closer to the target color.
이하, 도 12의 순서도에 따라 본 발명에 따른 광변조 장치의 구동 방법에 적용되는 구동 전압의 산출 방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a driving voltage calculation method applied to the driving method of the optical modulation device according to the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. 12.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 광변조기의 구동 전압 산출 방법을 나타낸 순서도이다.12 is a flowchart illustrating a driving voltage calculation method of an optical modulator according to an embodiment of the present invention.
도 12의 단계 S110을 참조하면, 먼저 광변조기에서 인가 전압과 출력 광량 간의 전압-광량 특성을 측정한다. 본 단계를 통하여 제작된 광변조기에서의 압전층(152)의 분극 이력에 따라 발생하는 도 10 및 도 11에서와 같은 전압-광량 특성 곡선이 얻어질 수 있게 된다. 즉, 본 단계에서는 소정의 정격 전압을 광변조기의 전극간에 증가하는 방향으로 또한 감소하는 방향으로 각각 인가해보면서 이에 따라 출력되는 회절광의 출력 광량(즉, 회절광의 휘도 세기)를 측정하여 제작된 광변조기가 나타내는 전압-광량 특성 곡선(또는 이에 상응하는 전압-광량 특성 테이블)을 구하게 된다.Referring to step S110 of FIG. 12, first, a voltage-light quantity characteristic between an applied voltage and an output light quantity is measured in an optical modulator. Through this step, the voltage-light-quantity characteristic curves as shown in FIGS. 10 and 11 generated according to the polarization history of the
도 12의 단계 S120을 참조하면, 앞선 단계를 통하여 측정된 광변조기의 전압-광량 특성으로부터 회절광의 목표 광량에 상응하는 2개의 전압값을 추출한다. 즉, 앞서 도 10 및 도 11을 통하여 설명한 바와 같이, 본 단계를 통하여서는 어느 임의의 목표 광량에 상응하여 전압-광량 특성 곡선에서 각각 증가 곡선(50) 및 감소 곡선(60)에 해당하는 각 전압값을 추출하게 된다.Referring to step S120 of FIG. 12, two voltage values corresponding to the target amount of diffracted light are extracted from the voltage-light quantity characteristic of the optical modulator measured through the previous step. That is, as described above with reference to FIGS. 10 and 11, through this step, each voltage corresponding to the
도 12의 단계 S130을 참조하면, 전압-광량 특성 곡선으로부터 목표 광량에 상응하여 추출된 2개의 전압값의 산술 평균치를 목표 광량에 대한 구동 전압으로서 산출한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 광변조기의 구동 전압 산출 방법은 전압-광량 특성 곡선으로부터 목표 광량에 상응하여 추출된 2개의 전압값의 산술 평균치에 해당하는 대체 전압값을 목표 광량에 대한 구동 전압으로서 이용하고 있다. 이와 같이 산술 평균치에 해당하는 대체 전압을 목표 광량에 대한 구동 전압으로 이용함으로써 앞서 상술한 바와 같이 종래의 방식에 비하여 발생하는 광량 오차를 절반 정도로 줄일 수 있다.Referring to step S130 of FIG. 12, an arithmetic mean value of two voltage values extracted corresponding to the target light quantity from the voltage-light intensity characteristic curve is calculated as the driving voltage for the target light quantity. That is, the driving voltage calculation method of the optical modulator according to an embodiment of the present invention drives the replacement voltage value corresponding to the arithmetic mean value of two voltage values extracted corresponding to the target light quantity from the voltage-light intensity characteristic curve for the target light quantity. It is used as a voltage. As described above, by using the substitute voltage corresponding to the arithmetic mean as the driving voltage for the target light amount, the light amount error generated as compared with the conventional method can be reduced by about half.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 광변조기의 구동 전압 산출 방법 및 이에 따른 광변조 장치의 구동 방법에 있어서는 전압-광량 특성 곡선으로부터 추출된 2개의 전압값의 산술 평균치에 해당하는 대체 전압을 목표 광량에 대한 구동 전압으 로서 이용하는 경우를 중심으로 설명하였지만, 산술 평균치 이외에도 상기 2개의 전압값 사이의 어느 일 전압값(예를 들어, 기하 평균값 등)에 해당하는 대체 전압을 목표 광량에 대한 구동 전압으로서 이용하는 것도 가능하며, 이 경우에도 광량 오차가 종래의 방식에 비하여 줄어듬을 당업자는 상술한 설명을 통하여 쉽게 이해할 수 있을 것이다.However, in the method of calculating the driving voltage of the optical modulator and the driving method of the optical modulator according to an embodiment of the present invention, the target voltage is a target of an alternative voltage corresponding to an arithmetic mean value of two voltage values extracted from the voltage-light intensity characteristic curve. Although a description has been made mainly on the case of using as a driving voltage for the light quantity, in addition to the arithmetic mean value, an alternative voltage corresponding to one voltage value (for example, geometric mean value, etc.) between the two voltage values is a driving voltage for the target light quantity. It is also possible to use it as an example, and in this case, it will be easily understood by those skilled in the art through the above description that the light quantity error is reduced as compared with the conventional method.
본 단계를 통하여 목표 광량에 대한 구동 전압으로서 산출된 대체 전압값은 별도 저장 장치(예를 들어, 이러한 대체 전압의 저장을 위한 저장 장치는 도 8의 영상 제어 회로(280)의 내부 또는 별도 구비될 수 있음)에 저장되어 이후 광변조기의 구동에 이용될 수 있음은 물론이다(도 12의 단계 S140 참조).The alternative voltage value calculated as the driving voltage for the target light amount through this step may be a separate storage device (for example, a storage device for storing the replacement voltage may be provided inside or separately of the
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below It will be readily understood that modifications and variations are possible.
도 1a는 압전 소자에 인가된 구동 전압에 따른 변위 대상에 발생된 변위에 나타나는 히스테리시스 특성을 예시한 도면.1A is a diagram illustrating hysteresis characteristics in displacements generated at displacement objects according to driving voltages applied to piezoelectric elements.
도 1b는 압전 소자에 인가되는 구동 전압의 일 예로서 계단 형태의 전압을 나타낸 도면.1B is a diagram illustrating a stepped voltage as an example of a driving voltage applied to a piezoelectric element.
도 1c는 도 1b에 도시된 구동 전압이 압전 소자에 인가되었을 경우 압전 소자의 히스테리시스 특성에 따라 변위 대상에 발생하는 변위를 나타낸 도면.FIG. 1C is a view showing a displacement occurring in a displacement target according to the hysteresis characteristics of the piezoelectric element when the driving voltage shown in FIG. 1B is applied to the piezoelectric element.
도 2는 본 발명에 따른 광변조 장치의 구동 방법이 적용 가능한 압전 방식의 광변조기의 일 구조를 개략적으로 나타낸 사시도.Figure 2 is a perspective view schematically showing one structure of a piezoelectric optical modulator to which the driving method of the optical modulator according to the present invention is applicable.
도 3은 본 발명에 따른 광변조 장치의 구동 방법이 적용 가능한 압전 방식의 광 변조기의 다른 구조를 개략적으로 나타낸 사시도.3 is a perspective view schematically showing another structure of a piezoelectric light modulator to which a method of driving an optical modulator according to the present invention is applicable.
도 4는 도 3에 도시된 압전 방식의 광변조기에 구동 전압을 인가하지 않은 경우의 리본의 위치를 예시한 도면.4 is a diagram illustrating a position of a ribbon when no driving voltage is applied to the piezoelectric optical modulator shown in FIG. 3.
도 5는 도 3에 도시된 압전 방식의 광변조기에 구동 전압을 인가한 경우의 리본의 위치를 예시한 도면.FIG. 5 is a diagram illustrating a position of a ribbon when a driving voltage is applied to the piezoelectric optical modulator shown in FIG. 3.
도 6는 도 3에 도시된 압전 방식의 광변조기에서의 광 변조 원리를 설명하기 위한 도면.6 is a view for explaining a light modulation principle in the piezoelectric optical modulator shown in FIG.
도 7은 도 2에 도시된 압전 방식의 광변조기로 구성된 광변조기 어레이의 평면도.7 is a plan view of an optical modulator array including the piezoelectric optical modulator shown in FIG.
도 8은 도 7의 광변조기 어레이의 일 응용례로서 컬러 디스플레이 장치의 구 성을 개략적으로 나타낸 도면.FIG. 8 is a view schematically illustrating a configuration of a color display device as an application example of the optical modulator array of FIG. 7.
도 9는 도 8의 컬러 디스플레이 장치에 따라 스크린에 투사되는 1 프레임의 영상 구현 방법을 설명하기 위한 도면.FIG. 9 is a diagram for describing a method of realizing an image of one frame projected on a screen according to the color display device of FIG. 8; FIG.
도 10은 압전 방식의 광변조기에서의 인가 전압과 출력 광량 간의 전압-광량 특성을 나타낸 도면.10 is a diagram showing voltage-light quantity characteristics between an applied voltage and an output light quantity in a piezoelectric optical modulator.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 광변조 장치의 구동 방법에 이용되는 목표 광량에 대한 산출 구동 전압에서의 광량 오차를 설명하기 위한 도면.FIG. 11 is a view for explaining a light amount error in a calculated driving voltage with respect to a target light amount used in a method of driving an optical modulator according to an embodiment of the present invention; FIG.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 광변조기의 구동 전압 산출 방법을 나타낸 순서도.12 is a flowchart illustrating a driving voltage calculation method of an optical modulator according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
150 : 압전 소자 151 : 하부 전극150
152 : 압전층 153 : 상부 전극152: piezoelectric layer 153: upper electrode
230 : 광변조기 어레이 235 : 구동부230: optical modulator array 235: drive unit
Claims (8)
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KR1020070086256A KR20090021615A (en) | 2007-08-27 | 2007-08-27 | Method for calculating driving voltage of optical modulator and driving method for optical modulating apparatus and optical modulating apparatus using it |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016206541A (en) * | 2015-04-27 | 2016-12-08 | 株式会社リコー | Optical deflector, two-dimensional image display device, optical scanner and image formation device |
-
2007
- 2007-08-27 KR KR1020070086256A patent/KR20090021615A/en not_active Application Discontinuation
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