KR20090021622A - 광변조기 캘리브레이션 장치 - Google Patents

광변조기 캘리브레이션 장치 Download PDF

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송종형
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Abstract

광변조기 캘리브레이션 장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따르면 광변조기에 대한 캘리브레이션을 수행하는 장치에 있어서, 상기 회절광의 출력 광량을 측정하는 광측정기; 상기 광측정기에 의해 측정된 상기 회절광의 출력 광량으로부터 상기 변위 대상에 유도된 변위를 역으로 환산하고, 초기 설정된 참조표에 따른 구동 전압값을 상기 광변조기에 인가하였을 때 상기 변위 대상에 유도될 것으로 기대된 기대 변위와 상기 변위 대상에 실제 유도된 역산 변위 간의 변위 오차를 계산하는 환산부; 및 상기 변위 오차에 상응하는 보상 전압값을 계산하고, 상기 계산된 보상 전압값을 적용하여 상기 변위 대상에 상기 기대 변위만큼의 변위가 실제 유도될 수 있도록 상기 초기 설정된 참조표를 갱신하는 전압 보상부를 포함하는 광변조기 캘리브레이션 장치가 제공된다. 본 발명에 의하면 광변조기의 구동 중에 주변의 열, 온도, 습도 등의 환경 변화 또는 구동 시간의 누적에 따라 발생하는 변위 오차를 보상하여 광변조의 정확성, 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.
광변조기, 캘리브레이션, 광측정기, 광원 제어부.

Description

광변조기 캘리브레이션 장치{Apparatus for calibrating optical modulator}
본 발명은 광변조기를 이용한 컬러 디스플레이 장치, 광학 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광변조기의 구동 중에 발생할 수 있는 변위 오차를 보상하는 광변조기 캘리브레이션 장치에 관한 것이다.
최근 디스플레이 기술이 발달함에 따라 대형 영상의 구현에 대한 요구가 날로 증가하고 있다. 현재 대부분의 대형 영상 표시장치(주로 프로젝터)는 액정을 광스위치로 사용하고 있다. 과거의 CRT 프로젝터에 비해서는 소형이고 가격도 저렴하며 광학계도 간단하여 많이 사용되고 있다. 그러나, 광원으로부터의 빛이 액정판을 투과하여 스크린에 비춰지므로 광손실이 많다는 것이 단점으로 지적된다. 따라서, 전극간 인가되는 구동 전압값에 따라 변위 대상(예를 들어, 리본)에 유도된 변위를 이용하여 입사광을 회절시켜 광변조를 수행하는 광변조기 등의 마이크로머신을 활용하게 되면, 상술한 광손실을 크게 줄일 수 있어 보다 밝고 선명한 영상을 구현할 수 있다.
마이크로머신(Micromachine)은 육안으로 식별이 어려운 극히 소형의 기계를 의미한다. 이를 멤스(MEMS : Micro Electro Mechanical System), 즉 초소형 전기 기계 소자라 부르기도 한다. 이러한 멤스(MEMS)는 다양한 응용 분야 중 하나로서 광학 분야에 응용될 수 있다. 멤스(MEMS) 기술을 이용하면 1mm보다 작은 광학부품을 제작할 수 있으며, 이에 의해 초소형 광시스템을 구현할 수 있다. 특히 이 중에서도 광변조기는 빠른 응답속도와 작은 손실, 집적화 및 디지털화의 용이성 등의 장점으로 인하여 통신장치, 디스플레이 장치, 기록 장치 등에 채택되어 다양히 응용되고 있다.
광변조기는 일반적으로 제품 출시 전 화질 불균일을 개선하기 위하여 각 픽셀별 광변조를 담당하는 엘리멘트 별로 캘리브레이션(calibration)을 수행하게 된다. 예를 들어, 광변조기에 소정의 구동 전압값을 인가하고, 이에 따라 광변조기로부터 출력되는 변조광을 검출하여 소정의 기준치에 적합한지를 판단함으로써 보정치(즉, 보상 전압값)를 생성한 후, 이러한 보정치를 적용한 전압값을 광변조기의 구동을 위한 구동 전압값으로 결정하는 것이다. 이와 같이 제품 출시전에 미리 캘리브레이션하는 과정을 통하여 결정된 구동 전압값은 소정의 참조표로서 저장되어 이후 광변조기의 구동에 이용되게 된다.
그러나 광변조기를 장시간 사용함에 따라 또는 광변조기의 주변 환경의 변화(예를 들어, 온도, 열, 습도 등에 따른 영향)에 따라 광변조기는 그 동작에 영향을 받게 되므로, 제품이 출시된 이후에도(즉, 광변조기가 사용되고 있는 중에도) 화질 불균일, 영상 왜곡의 문제를 개선하기 위하여 광변조기에 대한 캘리브레이션 을 지속적으로 수행하여야 할 필요가 있다. 그러나 종래 기술에 의하면, 구동 중인 광변조기의 화질 불균일, 영상 왜곡의 문제를 개선하기 위한 캘리브레이션 과정에 사용되는 캘리브레이션 광 또는 화면은 가시 영역에 있으므로, 이를 차단하는 광기구(예를 들어, 광학 셔터)가 구비될 필요가 있어 전체 광학 시스템 또는 컬러 디스플레이 장치가 복잡해지고 그 크기, 부피가 커지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 광변조기의 구동 중에 주변의 열, 온도, 습도 등의 환경 변화 또는 구동 시간의 누적에 따라 발생하는 변위 오차를 보상하여 광변조의 정확성, 신뢰성을 높일 수 있는 광변조기 캘리브레이션 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 광변조기의 구동 중에 발생할 수 있는 변위 오차를 보상함으로써 광변조기를 이용한 컬러 디스플레이 장치 등에 있어서 영상 왜곡을 방지하여 보다 고화질, 고선면의 영상을 구현할 수 있는 광변조기 캘리브레이션 장치를 제공한다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전극간 인가되는 구동 전압값에 상응하여 변위 대상의 위치 변화가 유도되고, 상기 변위 대상에 유도된 변위에 상응하여 입사광을 회절시킨 회절광을 출력하는 광변조기에 대한 캘리브레이션을 수행하는 장치에 있어서, 상기 회절광의 출력 광량을 측정하는 광측정기; 상기 광측정기에 의해 측정된 상기 회절광의 출력 광량으로부터 상기 변위 대상에 유도된 변위를 역으로 환산하고, 초기 설정된 참조표에 따른 구동 전압값을 상기 광변조기에 인가하였을 때 상기 변위 대상에 유도될 것으로 기대된 기대 변위와 상기 변위 대상에 실제 유도된 역산 변위 간의 변위 오차를 계산하는 환산부; 및 상기 변위 오차에 상응하는 보상 전압값을 계산하고, 상기 계산된 보상 전압값을 적용하여 상기 변위 대상에 상기 기대 변위만큼의 변위가 실제 유도될 수 있도록 상기 초기 설정된 참조표를 갱신하는 전압 보상부를 포함하는 광변조기 캘리브레이션 장치가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 광측정기는 포토 다이오드 센서, 시모스(CMOS) 이미지 센서 및 시시디(CCD) 이미지 센서 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명은 상기 광변조기에서 출력될 회절광의 각 계조도(界調度)에 상응하여 상기 광변조기에 인가할 각각의 구동 전압값을 정해놓은 상기 참조표를 저장하기 위한 제1 저장부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 환산부는 상기 변위 대상의 변위와 상기 광변조기로부터 출력되는 상기 회절광의 광량 간의 관계를 미리 측정해둔 변위-광량 테이블을 이용하여 상기 측정 광량으로부터 상기 변위 대상에 유도된 변위를 역산할 수 있다.
본 발명은 상기 변위-광량 테이블을 저장하는 제2 저장부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전극간 인가되는 구동 전압값에 상응하여 변위 대상의 위치 변화가 유도되고, 상기 변위 대상에 유도된 변위에 상응하여 광원부으로부터 입력된 광을 회절시킨 회절광을 출력하는 광변조기에 대한 캘리브레이션을 수행하는 장치에 있어서, 상기 회절광의 출력 광량을 측정하는 광측정기; 시각적으로는 비가시적(非可視的)이되, 상기 광측정기에 의해서는 측정 가능한 출력 세기를 갖는 캘리브레이션 광이 출사되도록 상기 광원부을 제어하는 광원 제어부; 상기 캘리브레이션 광이 상기 광변조기에 입력됨에 따라 생성되어 상기 광측정기에 의해 측정된 회절광의 출력 광량으로부터 상기 변위 대상에 유도된 변위를 역으로 환산하고, 초기 설정된 참조표에 따른 구동 전압값을 상기 광변조기에 인가하였을 때 상기 변위 대상에 유도될 것으로 기대된 기대 변위와 상기 변위 대상에 실제 유도된 역산 변위 간의 변위 오차를 계산하는 환산부; 및 상기 변위 오차에 상응하는 보상 전압값을 계산하고, 상기 계산된 보상 전압값을 적용하여 상기 변위 대상에 상기 기대 변위만큼의 변위가 실제 유도될 수 있도록 상기 초기 설정된 참조표를 갱신하는 전압 보상부를 포함하는 광변조기 캘리브레이션 장치가 제공될 수 있다.
본 발명은 상기 광변조기에서 출력될 회절광의 각 계조도(界調度)에 상응하여 상기 광변조기에 인가할 각각의 구동 전압값을 정해놓은 상기 참조표를 저장하기 위한 제1 저장부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 환산부는 상기 변위 대상의 변위와 상기 광변조기로부터 출력되는 상기 회절광의 광량 간의 관계를 미리 측정해둔 변위-광량 테이블을 이용하여 상기 측정 광량으로부터 상기 변위 대상에 유도된 변위를 역산할 수 있다.
본 발명은 상기 변위-광량 테이블을 저장하는 제2 저장부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 광원 제어부는 상기 캘리브레이션 광이 상기 광변조기에서 3개의 픽셀을 변조하는데 소요되는 시간을 초과하여 연속 출사되지 않도록 상기 광원부을 제어할 수 있다.
여기서, 상기 광변조기가 상기 광원부로부터 소정 주기를 갖고 순차 출사된 적색광, 녹색광 및 청색광을 입력받아 순차 변조시키는 경우, 상기 광원 제어부는 상기 광변조기에 의한 상기 청색광의 변조 주기 내에 상기 캘리브레이션 광이 출사되도록 상기 광원부를 제어할 수 있다.
여기서, 상기 광변조기가 상기 광원부로부터 소정 주기를 갖고 순차 출사된 적색광, 녹색광 및 청색광을 입력받아 순차 변조시키는 경우, 상기 광원 제어부는 상기 캘리브레이션 광이 미리 설정된 주기 간격마다 출사되도록 상기 광원부를 제어할 수 있다. 이때, 상기 미리 설정된 주기 간격은 N(N은 자연수)/(텔레비전 방송 방식에 따른 필드 주파수) 시간일 수 있다.
본 발명은 상기 광변조기로부터 출력된 회절광이 일 방향으로는 상기 광측정기로 입력되고, 타 방향으로는 상기 회절광이 스크린 상에 결상될 수 있도록 스캔하여 투사하는 광 스캔 장치로 입력될 수 있도록 분기(分岐)시키는 광분기기를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 광분기기는 상기 회절광의 일부는 투과시키고, 나머지는 반사시키는 반투과면을 포함할 수 있다.
이때, 상기 광측정기가 상기 광분기기를 투과한 회절광을 입력받는 경우, 상기 반투과면은 상기 회절광에 대해서 투과 광량이 반사 광량보다 작은 반투과 물질이 코팅될 수 있다. 반대로 상기 광측정기가 상기 광분기기에 의해 반사된 회절광을 입력받는 경우, 상기 반투과면은 상기 회절광에 대해서 투과 광량이 반사 광량보다 큰 반투과 물질이 코팅될 수 있다.
본 발명에 따른 광변조기 캘리브레이션 장치에 의하면 광변조기의 구동 중에 주변의 열, 온도, 습도 등의 환경 변화 또는 구동 시간의 누적에 따라 발생하는 변위 오차를 보상하여 광변조의 정확성, 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 광변조기의 구동 중에 발생할 수 있는 변위 오차를 보상함으로써 광변조기를 이용한 컬러 디스플레이 장치 등에 있어서 영상 왜곡을 방지하여 보다 고화질, 고선면의 영상을 구현할 수 있는 효과가 있다.
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 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체 적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
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.
어떤 구성요소로부터 다른 구성요소로 "입력된다"거나 "투사된다"라고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소로 직접 입력되거나 투사될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소를 거쳐 입력되거나 투사될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소로부터 다른 구성요소로 "직접 입력된다"거나 "직접 투사된다"라고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소를 거치지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
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 특징 들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
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.
본 발명의 실시예에 따른 광변조기 캘리브레이션 장치에 대하여 상세히 설명하기에 앞서, 먼저 그 이해를 돕기 위하여 도 1 내지 도 9를 참조하여 광변조기 및 이의 일 응용례로서 투사 방식의 컬러 디스플레이 장치에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 압전 방식의 회절형 광변조기의 일 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 압전 방식의 회절형 광변조기의 다른 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 6은 도 2에 도시된 광변조기에서의 광 변조 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 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 1의 140(b) 또는 도 2의 140(d))이 구비되어 있다. 또한, 리본 중 홀이 형성되어 있지 않은 부분 상에는 상부 광반사층(도 1의 140(a) 또는 도 2의 140(c))이 형성되고, 홀의 위치와 대응되는 절연층(120) 상에는 하부 광반사층(도 1의 120(a) 또는 도 2의 120(b))이 형성된다.
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 3에 도시된 것과 같은 원 위치(즉, 절연층(120)과 이격 거리 Smin인 위치)에 있다가, 임의의 구동 전압이 인가되는 경우 도 4에 도시된 것과 같이 인가 전압에 상응하는 소정 위치(즉, 절연층(120)과 소정 이격 거리 S1인 위치)로 움직이게 된다. 이때, 전극간 인가되는 구동 전압은 도 5에 도시된 바와 같이 광변조기에서 픽셀별 광변조에 소요되는 시간에 동기하여 출력하는 계단 형태의 계조 전압값일 수 있다. 도 5에서는 4 단계로 구분되는 계조 전압값만을 나타냈지만, 이는 도면 도시의 편의를 위한 것에 불과함은 굳이 부가 설명을 하지 않더라도 자명하다 할 것이다.
이하, 도 6을 참조하여 광변조기(즉, 압전 회절형 광변조기)에서의 광변조 원리를 설명한다. 여기서, 도 6은 후술할 도 7의 BB'선을 기준선으로 하여 나타낸 단면도이다.
먼저 도 6의 (a)에서, 광변조기로 입사된 빛의 파장이 λ인 경우 리본 상에 형성된 상부 광반사층(140(a))과 절연층(120) 상에 형성된 하부 광반사층(120(a))간의 간격이 (2n)λ/4(n은 자연수)가 되도록 하는 제1 구동 전압값이 압전 소자(150)에 인가되었다고 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.
도 6의 (b)에서, 리본 상에 형성된 상부 광반사층(140(a))과 절연층(120) 상에 형성된 하부 광반사층(120(a))간의 간격이 (2n+1)λ/4(n은 자연수)가 되도록 하는 제2 구동 전압값이 압전 소자(150)에 인가되었다고 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.
이와 같이 압전 회절형 광변조기는 압전 소자에 인가된 구동 전압에 따라 상부 광반사층(140(a)) 및 하부 광반사층(120(a))에 의해 각각 반사된 반사광의 간섭의 결과를 이용하여 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 전압값을 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 있음 은 자명하다. 예를 들어, 압전 회절형 광변조기에서 픽셀별 광변조를 위해 그 광강도 값을 0 ~ 255 단계로 구분하는 경우를 가정(즉, 1 픽셀을 8비트 영상 데이터로 표현하는 경우를 가정)하면, 총 256개의 구분되는 계조 전압값을 갖는 구동 전압이 이용될 수 있을 것이다. 또한, 본 명세서에서는 광변조기의 구동에 있어서 전압을 인가하는 전압 제어 방식을 중심으로 설명하지만, 이외에도 다양한 구동 방식, 구동 신호에 의하여 압전 방식의 광변조기가 구동될 수 있음은 물론이다.
또한, 도 1 내지 도 6에서는 리본에 복수개의 홀이 구비된 광변조기를 중심으로 도시하였지만, 광 회절 특성을 구현하기 위해 전극간 인가되는 구동 전압값에 상응하여 압전층(152)이 수축 및 팽창함으로써 변위 대상(도 1 내지 도 6의 경우에는 리본)에 위치 변화를 유도되고, 변위 대상에 유도된 변위에 상응하여 입사광을 회절시킨 회절광을 생성 출력하는 압전 회절 방식의 광변조기라면 아무런 제한없이 본 발명이 적용될 수 있음은 자명하다.
도 7은 도 1에 도시된 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 영상을 구현하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 7 및 도 9를 참조하여 도 8의 광변조기 어레이의 일 응용례로서 컬러 디스플레이 장치를 설명하기로 한다.
도 8을 참조하면, 컬러 디스플레이 장치는 광원부(210)(적색 광원(212), 녹 색 광원(214) 및 청색 광원(216)으로 구성됨), 조명 광학계(220), 광변조기 어레이(230), 구동부(235), 릴레이 광학계(240), 광 스캔 장치(250), 투사 광학계(260), 스크린(270), 영상 제어 회로(280)을 포함한다. 여기서, 광원부(210), 조명 광학계(220), 릴레이 광학계(240), 투사 광학계(260)는 프로젝션 장치 등의 디스플레이 장치에서는 일반적인 구성 요소인바, 그 상세한 설명은 생략한다.
광원부(210)는 영상 제어 회로(280)로부터 전달되는 소정의 광원 제어 신호에 해당하는 색광을 조사하며, 이는 조명 광학계(220)를 거쳐 광변조기 어레이(230)로 입사된다.
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(이때 광변조기 어레이를 구성하는 각 광변조기를 이하 엘리멘트라 함)(100-1, 100-2, …, 100-m)로 구성되며, 각각의 엘리멘트들은 각각 하나씩의 픽셀을 담당하도록 대응됨으로써, 수직 주사선 또는 수평 주사선에 해당하는 1차원 영상에 대한 광변조를 수행하게 된다.
예를 들어, 스크린에 구현되는 영상이 640(수평 픽셀 수) ㅧ 480(수직 픽셀 수)의 해상도를 갖고, 광변조기 어레이(230)가 수직 주사선에 해당하는 1차원 영상의 구현을 위한 광변조를 담당하는 경우를 가정하면, 광변조기 어레이(230)는 상기 수직 픽셀 수에 대응되는 총 480개의 엘리멘트로 구성될 수 있다.
이때, 광변조기 어레이(230)를 구성하는 각각의 엘리멘트들은 수직 주사선을 구성하는 각각의 픽셀에 대한 광강도 정보에 따라 입사된 색광에 대한 광변조를 수 행하여 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 구동 전압값을 각각의 광변조기(정확하게는 각 광변조기의 전극간)에 인가함으로써, 광변조기 어레이(230)가 1차원 영상의 구현을 위한 광변조를 수행할 수 있게 한다.
여기서, 영상 제어 회로(280)는 영상 신호를 수신하고, 이에 상응하여 광원부(210), 광변조기 어레이(230), 광 스캔 장치(250)을 제어하는 역할을 수행한다. 영상 신호에는 한 화면을 형성하는 프레임에 대한 영상 정보가 포함되어 있으며, 영상 정보는 (수직 주사선의 픽셀 수) ㅧ (수평 주사선의 픽셀 수) 만큼의 화소의 적색, 녹색 및 청색의 광강도 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어 수직 주사선의 픽셀 수를 m(자연수), 수평 주사선의 픽셀 수를 n(자연수)이라 하면, 1 프레임은 n개의 제1 내지 제n 수직 주사선으로 구성(도 9의 (a) 참조)되거나 m개의 제1 내지 제m 수평 주사선으로 구성(도 9의 (b) 참조)된다고 할 수 있다.
광 스캔 장치(250)는 광변조기 어레이(230)로부터 전달된 변조광(즉, 회절광)을 영상 제어 회로(280)로부터 전달된 스캐너 제어 신호에 따라 스크린(270) 상에 스캔하는 역할을 수행한다. 예를 들어, 광 스캔 장치(250)는 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 광변조기 어레이(230)로부터 전달된 각각의 수직 주사선(제1 수직 주사선 내지 제n 수직 주사선)에 해당하는 1차원 영상을 일 수평 방향을 따라 스캔함으로써 스크린(270) 상에 2차원 영상이 구현될 수 있게 한다. 이러한 광 스캔 장치(250)로는 예를 들어 갈바노 스캐너(Galvanometer scanner)(도 8의 식별번호 250 참조) 또는 폴리곤 미러 스캐너(Polygon mirror scanner)(도 14 및 도 16의 식별번호 250 참조) 등이 이용될 수 있다.
상술한 색광의 광변조 및 스캔 과정을 적색광, 녹색광 및 청색광에 대하여 각각 1회씩 수행하게 되면, 스크린(270) 상에는 1 프레임의 풀컬러 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 1 프레임의 풀컬러 영상을 구현하는 경우를 예로 들어 설명하지만, 이와 다른 색광의 조합에 의해 컬러 영상을 구현할 수 있음은 자명하다.
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 색상의 전송방식을 보완한 방식이다. NTSC 방식은 주사선이 525개, 필드 주파수가 60Hz로 구성되어 있으며, PAL 방식은 주사선이 625개, 필드 주파수가 50Hz로 구성되어 있다.
따라서, 상술한 필드 주파수에 대응하여 빛의 3원색인 적색광, 녹색광, 청색광에 대한 각각의 변조광이 1/(필드 주파수, 예를 들어 NTSC 방식의 경우 60Hz, PAL 방식의 경우 50Hz) 시간 내에 일 화면 상에 각각 한번씩 투사되게 되면 사람의 눈은 동시에 적색, 녹색, 청색을 모두 포함하는 풀컬러 영상이 표시된 화면이 구현되고 있는 것으로 인식하게 된다. 즉, 적색, 녹색, 청색에 대한 총 3개의 서브 프레임이 일 화면상에 디스플레이됨으로써 1 프레임의 풀컬러 영상이 구현될 수 있게 되는 것이다.
이하, 도 10 내지 도 16을 참조하여 본 발명에 따른 광변조기 캘리브레이션 장치를 상세히 설명한다. 다만, 설명의 편의를 위하여 도 8에서 광변조기 어레이(230)를 이하 광변조기(230)라 간략히 명칭하기로 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 광변조기 캘리브레이션 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 11 및 도 12는 광변조기의 구동 중에 발생하는 인가 구동 전압에 따른 회절광의 출력 광량의 변화 및 변위 대상의 변위의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광변조기 캘리브레이션 장치(300)는 광측정기(310), 환산부(320), 제2 저장부(325), 전압 보상부(330) 및 제1 저장부(335)를 포함한다.
광원부(210)는 전술한 영상 제어 회로(280)의 제어에 따라 소정의 색광을 순차 출사시킬 수 있다. 또한, 광변조기(230)는 전술한 바와 같이 전극간 인가되는 구동 전압값에 상응하여 변위 대상에 위치 변화가 유도되며, 이와 같이 변위 대상 에 유도된 변위에 상응하여 광원부(210)로부터 입사된 입사광이 회절됨으로써 입사광에 대한 광변조(즉, 회절광의 생성)가 수행될 수 있게 된다.
이때, 광측정기(310)는 광변조기(230)로부터 출력된 회절광의 일부를 수광하여 광변조기(230)로부터 출력되는 전체 회절광의 출력 광량을 측정한다. 즉, 광측정기(310)는 예를 들어 후술할 도 14에서와 같은 방식(광분기기(350)에 의해 일부 반사된 회절광을 수광하는 방식)을 이용하여 광변조기(230)로부터 출력된 회절광의 일부를 수광하고, 수광된 회절광의 비율에 따라 전체 출력된 회절광의 광량을 측정할 수 있다.
이러한 광측정기(310)로는 포토 다이오드 센서, 시모스(CMOS) 이미지 센서, 시시디(CCD) 이미지 센서 등이 이용될 수 있다.
이와 같이 광측정기(310)에 의해 측정된 회절광의 출력 광량에 대한 정보는 환산부(320)로 전달된다. 환산부(320)는 전달받은 광량 정보를 이용하여 이로부터 광변조기(230)에서 변위 대상에 유도된 변위를 역으로 환산한다.
이때, 환산부(320)는 전달받은 회절광의 광량 정보로부터 광변조기(230)에 유도된 변위를 역산하기 위하여, 변위 대상의 변위와 회절광의 출력 광량 간의 관계를 미리 측정해둔 변위-광량 테이블을 이용할 수 있다. 이러한 변위-광량 테이블을 광변조기(230)의 각 엘리멘트 별로 미리 측정해둔 후, 소정의 저장부에 저장될 수 있다. 도 10의 경우에는 변위-광량 테이블이 본 발명의 광변조기 캘리브레이션 장치(300) 내에 환산부(320)와 별도로 구비된 제2 저장부(325)에 저장된 것으로 도시하였지만, 환산부(320) 내에 또는 광변조기 캘리브레이션 장치(300) 외부에 존재 할 수도 있음은 자명하다.
이어, 환산부(320)는 전술한 방법 등을 이용하여 역산한 역산 변위와 초기 설정된 참조표에 근거한 구동 전압값을 광변조기(230)에 인가하였을 때 유도될 것으로 기대된 기대 변위 간의 변위 오차를 계산한다. 이를 도 8, 도 11 및 도 12를 참조하여 이하 상세히 설명한다.
도 8을 통해 전술한 바와 같이, 영상 제어 회로(280)는 스크린(270) 상에 실제 구현하고자 하는 1 프레임의 2차원 영상 중 어느 하나의 수직 주사선을 구성하는 모든 픽셀에 대한 픽셀별 광강도 정보(예를 들어, 1 픽셀을 8비트 영상 데이터로 표현하는 경우, 픽셀별 광강도 정보는 0 ~ 255의 계조도(界調度) 중 어느 하나를 의미함)를 광변조기 제어 신호에 실어 구동부(235)로 전달하게 된다. 즉, 하나의 수직 주사선이 총 480개의 수직 픽셀로 구성된다고 가정하면, 영상 제어 회로(280)는 구동부(235)로 총 480개의 광강도 정보(계조도)를 전달하며, 이때 구동부(235)는 미리 저장된 참조표를 참조하여 전달받은 480개의 광강도 정보에 대응되는 각각의 구동 전압값을 광변조기(230)를 구성하는 총 480개의 엘리멘트 각각에 인가한다.
이러한 참조표(reference table)는 광변조기(230)의 각 엘리멘트 별로 출력될 회절광의 각 계조도에 상응하여 각 엘리멘트에 인가할 각각의 구동 전압값을 미리 일대일 맵핑시켜 정해놓은 것이다. 이는 보통 제품 출시전에 미리 측정되어 소정의 저장부에 저장될 수 있다. 예를 들어, 제품 출시전 미리 측정해본 결과 광변조기(230)의 1 엘리멘트가 도 11의 제1 곡선(11)과 같은 전압-광량 관계를 갖는다 고 가정할 때, 제1 곡선(11)에 상응하는 전압-광량 관계가 참조표에 정의되어 있을 수 있다. 즉, 광변조기(230)의 상기 1 엘리멘트의 경우, 계조도 0(도 11의 최소 광량 Pmin 참조)에 대응되는 구동 전압값은 Vmin1이고, 계조도 255(도 11의 최대 광량 Pmax 참조)에 대응되는 구동 전압값은 Vmax1인 것으로 참조표를 통하여 초기 설정되어 저장되는 것이다.
따라서, 구동부(235)는 이러한 참조표를 참조함으로써, 전달된 광강도 정보에 상응하여 광변조기(230)의 각 엘리멘트 별로 인가할 구동 전압값을 결정한다. 그러나 광변조기(230)의 각 엘리멘트에서의 전압-광량 관계는 광변조기(230)의 구동 중 주변 환경의 변화(온도, 열, 습도 등의 변화)에 의해서 또는 광변조기(230)를 장시간 사용함에 따라서 그 특성이 필연적으로 변화하게 된다. 결국, 광변조기(230)의 구동 중에 전압-광량 관계가 도 11의 제2 곡선(12)과 같이 변화하였다고 가정할 때, 초기 설정된 참조표에 따라 구동 전압값 Vmin1을 인가한 경우 계조도 0에 해당하는 기대 광량, 구동 전압값 Vmax1을 인가한 경우 계조도 255에 해당하는 기대 광량을 더이상 얻을 수 없게 되며, 새로이 캘리브레이션을 수행한 후 이에 따라 참조표를 수정(갱신)해 주어야 할 필요가 있다. 즉, 광변조기(230)의 상기 1 엘리멘트에 대하여 초기 설정된 참조표를 제2 곡선(12)에 따른 전압-광량 관계에 맞도록(계조도 0에 대응되는 구동 전압값이 Vmin2이고, 계조도 255에 대응되는 구동 전압값은 Vmax2, 물론 이외의 각 계조도에 대한 구동 전압값도 제2 곡선(12)과 상응하도록) 갱신해주어야 하는 것이다.
상술한 바와 같이 광변조기(230)에서의 전압-광량 관계가 광변조기(230)의 구동 중에 변화하게 되는 이유는 전극간 인가되는 구동 전압값에 따라 광변조기(230)에서 변위 대상에 유도되는 변위가 도 12에 도시된 바와 같이 변화되기 때문이다. 예를 들어, 초기 설정된 참조표에 따라 구동 전압값인 V1을 광변조기(230)에 인가하였을 때 변위 대상(즉, 도 12의 식별번호 140의 리본)에 유도될 것으로 기대된 기대 변위가 제품 출시전에 미리 측정해본 결과에 따라 도 12의 (a)에서와 같이 초기에는 S11이 유도된다고 가정한다. 그러나 광변조기(230)의 주변 환경의 변화에 따른 영향으로 또는 광변조기(230)의 장시간 사용에 따른 영향으로, 동일 구동 전압값인 V1을 인가한 경우에도 변위 대상에 실제 유도되는 변위가 이후 도 12의 (b)에서와 같이 S12으로 변동될 수 있다. 이러한 변위 대상의 변위의 변동은 결국 회절광의 출력 광량을 변화(도 11의 경우를 참조하면 P11에서 P12로 변화됨)시키게 되는 직접적 요인으로 작용하게 되는 것이다.
따라서, 본 발명의 광변조기 캘리브레이션 장치(300)에서의 환산부(320)는 초기 설정된 참조표에 근거한 구동 전압값을 광변조기(230)에 인가하였을 때 변위 대상에 유도될 것으로 기대된 기대 변위와 광측정기(310)에서 측정된 회절광의 출력 광량 정보로부터 역산된 역산 변위(즉, 당시 실제로 변위 대상에 유도된 변위)간의 변위 오차(예를 들어, 도 12의 △S 참조)를 계산함으로써, 이후 전압 보상부(330)에 의한 구동 전압값의 보상(즉, 초기 설정된 참조표의 갱신, 수정)을 가능하게 기초 데이터를 제공하는 역할을 수행하는 것이다.
전압 보상부(330)는 환산부(320)로부터 계산된 변위 오차에 관한 정보를 전 달받고, 전달된 정보에 상응하여 보상시켜 주어야할 보상 전압값을 계산한다. 여기서, 전압 보상부(330)로 전달되는 변위 오차에 관한 정보는 변위 오차 자체일 수도 있지만, 변위 오차 비율에 관한 정보일 수도 있음은 물론이다.
여기서, 보상 전압값은 도 11에서와 같이 초기에 제1 곡선(11)에 따른 전압-광량 관계에서 구동 중에 제2 곡선(12)에 따른 전압-광량 관계로 변화하는 경우를 가정할때, 계조도 0의 경우에는 (Vmin2 -Vmin1)에 해당하는 전압값이고, 계조도 255의 경우에는 (Vmax2 - Vmax1)에 해당하는 전압값일 수 있다. 물론 이와 같이 전압 보상부(330)가 광변조기(230)가 실제 구동 중인 과정에서 그 전압-광량 관계가 변화되었음을 확인할 수 있다면, 환산부(320)로부터 변위 오차에 관한 정보를 전달받지 않더라도 쉽게 보상 전압값을 계산해낼 수 있을 것이다. 그러나 광변조기(230)의 실제 구동 과정에 있어서, 보상 전압값의 계산을 위하여 실제 구동 중에 있는 광변조기(230)에서의 전압-광량 관계의 변화를 별도로 다시 측정하는 방식을 이용하는 것은 현실적으로 불가능하다 할 것이다. 따라서, 본 발명에 있어서의 전압 보상부(330)는 환산부(320)로부터 계산되어 전달된 변위 오차에 관한 정보를 이용함으로써, 변위 오차에 관한 정보로부터 이에 따라 보상해주어야 할 보상 전압값을 간접적으로 계산하는 방식을 이용한다. 이러한 보상 전압값의 계산에는 예를 들어 변위 대상에 발생하는 최소 변위와 최대 변위 간의 차이를 1로 표준화시켜 보았을 때, 발생된 변위 오차의 비율(0 ~ 1 사이의 값)만큼에 해당하는 전압값을 보상 전압값으로 결정하는 방식 등이 이용될 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 보상 전압값이 계산되면, 이후 전압 보상부(330)는 계산된 보상 전압값을 적용하여 초기 설정된 참조표를 갱신(수정)한다. 본 발명의 광변조기 캘리브레이션 장치(300)는 이와 같이 보상 전압값을 적용하여 초기 설정된 참조표를 갱신함으로써, 광변조기(230)의 구동 중에 발생하게 되는 변위 오차에 따른 전압-광량 관계의 변화에도 불구하고, 변위 대상에 목표한 기대 변위만큼의 변위가 지속적으로 유도될 수 있도록 한다.
이때, 본 발명의 광변조기 캘리브레이션 장치(300)에서 참조표 갱신은 실시간으로 이루어질 수도 있지만, 소정의 시간 간격을 가지고 주기적으로 이루어질 수도 있음은 물론이다. 또한, 도 10에서는 본 발명의 광변조기 캘리브레이션 장치(300) 내의 제1 저장부(335)에 참조표가 저장되는 것으로 도시하고 있지만, 참조표는 구동부(235) 내에, 전압 보상부(330) 내에 또는 광변조기 캘리브레이션 장치(300) 외부의 별도의 저장부를 두고 저장될 수도 있음은 다른 설명이 없더라도 자명하다 할 것이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광변조기 캘리브레이션 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 14는 도 13에 도시된 광변조기 캘리브레이션 장치에서 광측정기에 의한 회절광의 검출 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광변조기 캘리브레이션 장치(300)는 광측정기(310), 환산부(320), 제2 저장부(325), 전압 보상부(330), 제1 저장부(335) 및 광원 제어부(340)를 포함한다. 즉, 도 13에 도시된 광변조기 캘리브레이션 장치(300)는 도 10에 도시된 광변조기 캘리브레이션 장치의 각 구성부 이 외에도 광원 제어부(340)를 더 구비하고 있는 형태를 취하고 있다. 따라서, 이하에서는 도 10을 통해 전술한 내용과 중복되는 설명은 생략하며, 도 13에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 광변조기 캘리브레이션 장치(300)에 특징적인 내용을 중심으로 설명한다.
광원 제어부(340)는 시각적으로는 비가시적(非可視的)이되, 광측정기(310)에 의해서는 측정 가능한 출력 세기를 갖는 캘리브레이션 광이 광원부(210)로부터 출사되도록 광원부(210)를 제어한다. 여기서, 광측정기(310), 환산부(320), 전압 보상부(330)는 광원부(210)로부터 캘리브레이션 광이 출사되는 시간 동안을 이용하여 앞서 도 10을 통해 설명한 바와 같은 방식으로 광변조기(230)의 캘리브레이션을 수행하게 된다.
본 발명에서 캘리브레이션 광은 광변조기(230)의 캘리브레이션을 수행하기 위한 용도로 광원 제어부(340)의 제어에 따라 광원부(210)로부터 출사되는 광이다. 따라서 캘리브레이션 광은 사람(시청자)에게 비가시적(非可視的, invisible)인 대신, 광측정기(310)에 의해서는 측정 가능할 정도의 광출력 세기(광파워)를 가짐으로써, 광변조기(230)에 대한 캘리브레이션이 수행될 수 있도록 한다. 이러한 캘리브레이션 광이 갖는 광출력 세기의 조정, 제어는 광원 제어부(340)에 의해 수행된다.
가시광선의 파장 범위는 사람의 시각에 따라 다소 차이가 있으나, 대체적으로 그 파장 범위는 380 ~ 770nm이다. 가시광선 내에서는 파장에 따른 성질의 변화가 각각의 색깔로 나타나며, 빨강색으로부터 보라색으로 갈수록 그 파장이 짧아진 다. 단색광의 경우 700 ~ 610nm는 빨강, 610 ~ 590nm는 주황, 590 ~ 570nm는 노랑, 570 ~ 500nm는 초록, 500 ~ 450nm는 파랑, 450 ~ 400nm는 보라로 보인다. 즉, 캘리브레이션 광은 이러한 가시광선의 영역에 존재하는 색광으로서 광원부(210)에 구비된 각 색광별 광원 모듈(예를 들어, 색광별 LD)로부터 동일하게 출사되는 광이지만, 사람의 눈에는 보이지 않으며 대신 광측정기(310)만이 측정 가능할 정도의 낮은 광출력 세기를 갖도록 광원 제어부(340)에 의해 제어된다.
예를 들어, 원 영상 구현을 위해 광원부(210)로부터 출사되는 광출력의 세기가 도 15의 그래프의 (b)와 같다고 가정하는 경우, 광원 제어부(340)는 도 15의 그래프의 (a)와 같은 광출력 세기를 갖는 캘리브레이션 광이 1 프레임의 영상이 구현되고 있는 도중의 소정 시간 동안 출사되도록 광원부(210)를 제어할 수 있다. 이 경우, 스크린(270) 상에는 캘리브레이션 광이 출사되는 소정 시간에 상응하는 만큼의 영상 픽셀은 손실된 영상이 구현되게 된다(도 15의 상측 도면 참조).
그러나, 캘리브레이션 광은 사람의 눈에 비가시적일 정도로 낮은 광출력 세기를 갖는 광이며, 또한 캘리브레이션 광이 출사되는 동안에 발생하는 영상 픽셀의 손실을 최소화하여 사람이 이러한 영상 손실, 영상 왜곡을 인식할 수 없을 정도의 짧은 시간 동안만 캘리브레이션 광이 출사되도록 제어하게 되면, 캘리브레이션 광을 상술한 바와 같은 방식(영상 구현 도중에 출사하는 방식)으로 광변조기(230)의 캘리브레이션을 위하여 이용하는 데에 아무런 지장이 없게 되는 것이다.
예를 들어, 광원 제어부(340)는 캘리브레이션 광이 광변조기(230)에서 3개의 픽셀을 변조하는데 소요되는 시간을 초과하여 연속 출사되지 않도록 광원부(210)를 제어함으로써, 사람이 이 동안의 영상 픽셀의 손실을 인식할 수 없도록 할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 영상 픽셀의 손실을 사람이 인식할 수 없게 하기 위하여, 광원 제어부(340)는 광변조기(230)에 의한 청색광의 변조 주기 내에 캘리브레이션 광이 출사되도록 광원부(210)를 제어할 수 있다. 이는 가시광선 중에서도 청색광의 경우 다른 적색광 또는 녹색광에 비하여 사람의 눈에 덜 민감하기 때문에 청색광의 변조 주기 동안에 캘리브레이션 광을 포함시켜 이를 캘리브레이션에 이용하는 것이 유리할 수 있기 때문이다. 즉, 광원 제어부(340)는 도 16에서와 같이 청색광에 대한 변조 주기(즉, 1 프레임의 풀컬러 영상이 적색, 녹색, 청색의 3개의 서브 프레임의 조합으로 구현된다고 가정할 때, 청색에 관한 서브 프레임의 스캔 주기)내에 캘리브레이션 광이 출사되도록 광원부(210)를 제어하고 있다.
다만, 도 16의 경우에는 청색에 관한 서브 프레임의 스캔 주기 때마다 캘리브레이션 광이 출사되는 것으로 도시되었지만, 이와는 다른 주기에 따라 캘리브레이션 광이 출사되도 무관하다. 예를 들어, 광원 제어부(340)는 캘리브레이션 광이 미리 설정된 주기 간격(60 프레임마다 한번씩 등)을 가지고 출사되도록 광원부(210)를 제어할 수 있다. 즉, 광원 제어부(340)는 캘리브레이션 광이 N(N은 자연수)/(텔레비전 방송 방식에 따른 필드 주파수, NTSC 방식의 경우 60Hz) 시간의 간격을 가지고 출사되도록 광원부(210)를 제어할 수 있는 것이다.
본 발명은 상술한 바와 같이 캘리브레이션 광의 광출력 세기를 광측정 기(310)만이 측정할 수 있고 사람의 눈에는 보이지 않도록 조정함으로써, 스크린(270) 상에 영상이 구현되고 있는 도중에도 이러한 캘리브레이션 광을 출사하여 광변조기(230)의 캘리브레이션을 수행할 수 있는 이점이 있다. 따라서, 종래 기술에서와 같이 가시 영역에 있는 캘리브레이션 광을 차단하기 위한 광기구 등을 별도로 구비해야 할 필요가 없어 전체 광학 시스템 또는 컬러 디스플레이 장치의 구성이 복잡해지는 문제를 해결할 수 있다.
또한, 종래 기술에서는 가시 영역에 있는 캘리브레이션 광이 스크린(270) 상에 결상되어 이를 사람이 인식하게 되는 문제를 해결하기 위하여, 영상 프레임의 에지(edge) 부분에 맞추어 출사하여야 하였으므로, 이에 따라 광측정기도 반드시 스크린(270)이 배치된 영역의 외측에 위치시켜야 하는 배치 상의 제약이 있었다. 그러나 본 발명의 경우 캘리브레이션 광이 스크린(270) 상에 결상되어도 상관 없으므로 광측정기(310)의 배치상의 제약이 없어 전체 광학 시스템 또는 컬러 디스플레이 장치의 크기, 부피를 줄일 수 있는 이점이 있다.
예를 들어, 광측정기(310)는 도 14에 도시된 바와 같이 배치될 수 있다. 도 14를 참조하면, 광변조기(230)의 전방에 광분기기(350)를 둠으로써, 광변조기(230)로부터 출력된 회절광이 일 방향으로는 광측정기(310)로 입력되고, 타 방향으로는 광 스캔 장치(250)로 입력될 수 있도록 분기(分岐)시키고 있다. 광분기기(350)에는 회절광의 일부는 투과시키고, 나머지는 반사시키는 반투과면이 포함될 수 있다. 이때, 반투과면은 다음과 같이 설계될 수 있다.
만일 광측정기(310)가 도 14에서와 같이 광분기기(350)에 의해 일부 반사된 회절광을 입력받는 경우를 가정하면, 반투과면은 회절광에 대하여 그 투과 광량이 반사 광량보다 큰 반투과 물질로 코팅될 수 있다. 반대로 광측정기(310)가 광분기기(350)를 일부 투과한 회절광을 입력받는 경우를 가정하면, 반투과면은 회절광에 대하여 그 반사 광량이 투과 광량보다 큰 반투과 물질로 코팅될 수 있다. 왜냐하면 스크린(270) 상에 결상되는 영상이 보다 선명하고 밝은 색상, 화질을 갖기 위해서는 스크린(270)까지 전달되는 광량이 보다 많아야 하기 때문이다. 즉, 광변조기(230)로부터 출력된 회절광의 대부분(예를 들어 98% 이상)은 광 스캔 장치(250)를 거쳐 스크린(270) 상으로 전달되고, 아주 소량(예를 들어 2% 이하)의 일부 회절광이 본 발명에 따라 캘리브레이션에 이용되도록 함으로써, 스크린(270) 상에 구현되는 영상의 밝기, 화질, 색상 등에 전혀 영향을 주지 않도록 설계될 필요가 있는 것이다.
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.
도 1은 압전 방식의 회절형 광변조기의 일 구조를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 2은 압전 방식의 회절형 광변조기의 다른 구조를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 광변조기에 구동 전압을 인가하지 않은 경우의 리본의 위치를 예시한 도면.
도 4는 도 2에 도시된 광변조기에 구동 전압을 인가한 경우의 리본의 위치를 예시한 도면.
도 5는 광변조기에 인가되는 구동 전압의 일 예로서 계단 형태의 계조 전압값을 나타낸 도면.
도 6는 도 2에 도시된 광변조기에서의 광 변조 원리를 설명하기 위한 도면.
도 7은 도 1에 도시된 광변조기로 구성된 광변조기 어레이의 평면도.
도 8은 도 7의 광변조기 어레이의 일 응용례로서 컬러 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 9는 도 8의 컬러 디스플레이 장치에 따라 스크린에 투사되는 1 프레임의 영상을 구현하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 광변조기 캘리브레이션 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 11 및 도 12는 광변조기의 구동 중에 발생하는 인가 구동 전압에 따른 회 절광의 출력 광량의 변화 및 변위 대상의 변위의 변화를 설명하기 위한 도면.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광변조기 캘리브레이션 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 14는 도 13에 도시된 광변조기 캘리브레이션 장치에서 광측정기에 의한 회절광의 검출 원리를 설명하기 위한 도면.
도 15는 도 13에 도시된 광변조기 캘리브레이션 장치에서 광원 제어부에 의해 제어되어 광원에서 출사되는 캘리브레이션 광을 설명하기 위한 도면.
도 16은 광원에서 소정 주기 간격을 가지고 출사되는 캘리브레이션 광의 일 예를 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
210 : 광원부 230 : 광변조기
235 : 구동부 310 : 광측정기
320 : 환산부 325 : 제2 저장부
330 : 전압 보상부 335 : 제1 저장부
340 : 광원 제어부 350 : 광분기기

Claims (18)

  1. 전극간 인가되는 구동 전압값에 상응하여 변위 대상의 위치 변화가 유도되고, 상기 변위 대상에 유도된 변위에 상응하여 입사광을 회절시킨 회절광을 출력하는 광변조기에 대한 캘리브레이션을 수행하는 장치에 있어서,
    상기 회절광의 출력 광량을 측정하는 광측정기;
    상기 광측정기에 의해 측정된 상기 회절광의 출력 광량으로부터 상기 변위 대상에 유도된 변위를 역으로 환산하고, 초기 설정된 참조표에 따른 구동 전압값을 상기 광변조기에 인가하였을 때 상기 변위 대상에 유도될 것으로 기대된 기대 변위와 상기 변위 대상에 실제 유도된 역산 변위 간의 변위 오차를 계산하는 환산부; 및
    상기 변위 오차에 상응하는 보상 전압값을 계산하고, 상기 계산된 보상 전압값을 적용하여 상기 변위 대상에 상기 기대 변위만큼의 변위가 실제 유도될 수 있도록 상기 초기 설정된 참조표를 갱신하는 전압 보상부
    를 포함하는 광변조기 캘리브레이션 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광측정기는 포토 다이오드 센서, 시모스(CMOS) 이미지 센서 및 시시디(CCD) 이미지 센서 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광변조기 캘리브레이션 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광변조기에서 출력될 회절광의 각 계조도(界調度)에 상응하여 상기 광변조기에 인가할 각각의 구동 전압값을 정해놓은 상기 참조표를 저장하기 위한 제1 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광변조기 캘리브레이션 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 환산부는 상기 변위 대상의 변위와 상기 광변조기로부터 출력되는 상기 회절광의 광량 간의 관계를 미리 측정해둔 변위-광량 테이블을 이용하여 상기 측정 광량으로부터 상기 변위 대상에 유도된 변위를 역산하는 것을 특징으로 하는 광변조기 캘리브레이션 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 변위-광량 테이블을 저장하는 제2 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광변조기 캘리브레이션 장치.
  6. 전극간 인가되는 구동 전압값에 상응하여 변위 대상의 위치 변화가 유도되고, 상기 변위 대상에 유도된 변위에 상응하여 광원부으로부터 입력된 광을 회절시킨 회절광을 출력하는 광변조기에 대한 캘리브레이션을 수행하는 장치에 있어서,
    상기 회절광의 출력 광량을 측정하는 광측정기;
    시각적으로는 비가시적(非可視的)이되, 상기 광측정기에 의해서는 측정 가능한 출력 세기를 갖는 캘리브레이션 광이 출사되도록 상기 광원부를 제어하는 광원 제어부;
    상기 캘리브레이션 광이 상기 광변조기에 입력됨에 따라 생성되어 상기 광측정기에 의해 측정된 회절광의 출력 광량으로부터 상기 변위 대상에 유도된 변위를 역으로 환산하고, 초기 설정된 참조표에 따른 구동 전압값을 상기 광변조기에 인가하였을 때 상기 변위 대상에 유도될 것으로 기대된 기대 변위와 상기 변위 대상에 실제 유도된 역산 변위 간의 변위 오차를 계산하는 환산부; 및
    상기 변위 오차에 상응하는 보상 전압값을 계산하고, 상기 계산된 보상 전압값을 적용하여 상기 변위 대상에 상기 기대 변위만큼의 변위가 실제 유도될 수 있도록 상기 초기 설정된 참조표를 갱신하는 전압 보상부
    를 포함하는 광변조기 캘리브레이션 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광측정기는 포토 다이오드 센서, 시모스(CMOS) 이미지 센서 및 시시디(CCD) 이미지 센서 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광변조기 캘리브레이션 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 광변조기에서 출력될 회절광의 각 계조도(界調度)에 상응하여 상기 광변조기에 인가할 각각의 구동 전압값을 정해놓은 상기 참조표를 저장하기 위한 제1 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광변조기 캘리브레이션 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 환산부는 상기 변위 대상의 변위와 상기 광변조기로부터 출력되는 상기 회절광의 광량 간의 관계를 미리 측정해둔 변위-광량 테이블을 이용하여 상기 측정 광량으로부터 상기 변위 대상에 유도된 변위를 역산하는 것을 특징으로 하는 광변조기 캘리브레이션 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 변위-광량 테이블을 저장하는 제2 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광변조기 캘리브레이션 장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 광원 제어부는 상기 캘리브레이션 광이 상기 광변조기에서 3개의 픽셀을 변조하는데 소요되는 시간을 초과하여 연속 출사되지 않도록 상기 광원부를 제어하는 것을 특징으로 하는 광변조기 캘리브레이션 장치.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 광변조기가 상기 광원부로부터 소정 주기를 갖고 순차 출사된 적색광, 녹색광 및 청색광을 입력받아 순차 변조시키는 경우,
    상기 광원 제어부는 상기 광변조기에 의한 상기 청색광의 변조 주기 내에 상기 캘리브레이션 광이 출사되도록 상기 광원부를 제어하는 것을 특징으로 하는 광변조기 캘리브레이션 장치.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 광변조기가 상기 광원부로부터 소정 주기를 갖고 순차 출사된 적색광, 녹색광 및 청색광을 입력받아 순차 변조시키는 경우,
    상기 광원 제어부는 상기 캘리브레이션 광이 미리 설정된 주기 간격마다 출사되도록 상기 광원부를 제어하는 것을 특징으로 하는 광변조기 캘리브레이션 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 미리 설정된 주기 간격은 N(N은 자연수)/(텔레비전 방송 방식에 따른 필드 주파수) 시간인 것을 특징으로 하는 광변조기 캘리브레이션 장치.
  15. 제6항에 있어서,
    상기 광변조기로부터 출력된 회절광이 일 방향으로는 상기 광측정기로 입력되고, 타 방향으로는 상기 회절광이 스크린 상에 결상될 수 있도록 스캔하여 투사하는 광 스캔 장치로 입력될 수 있도록 분기(分岐)시키는 광분기기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광변조기 캘리브레이션 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 광분기기는 상기 회절광의 일부는 투과시키고, 나머지는 반사시키는 반투과면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광변조기 캘리브레이션 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 광측정기가 상기 광분기기를 투과한 회절광을 입력받는 경우,
    상기 반투과면은 상기 회절광에 대해서 투과 광량이 반사 광량보다 작은 반투과 물질이 코팅되는 것을 특징으로 하는 광변조기 캘리브레이션 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 광측정기가 상기 광분기기에 의해 반사된 회절광을 입력받는 경우,
    상기 반투과면은 상기 회절광에 대해서 투과 광량이 반사 광량보다 큰 반투과 물질이 코팅되는 것을 특징으로 하는 광변조기 캘리브레이션 장치.
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