KR20090076599A - Optical scanner and method of driving the same - Google Patents

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Abstract

An optical scanner and a method of driving the same are provided to realize stable image by improving the range of an operation frequency in relation to the rotation of a mirror plate. An optical scanner comprises a mirror plate(10), a spring section(20), and a driving part(30). The mirror plate is rotatable, and a spring section supports the rotation of the mirror plate. The driving part provides a torque for the mirror plate. An optical scanner has a resonant frequency at a range where the operation frequency of the driving part is multiple of an integral number. The driving part rotates the mirror plate at the external force driving method or the electromechanical power driving method.

Description

광스캐너 및 광스캐너 구동 방법{Optical scanner and method of driving the same}Optical scanner and method of driving the same}

본 발명은 광스캐너 및 이의 구동방법에 관한 것으로, 특히, 라인 패널을 이용하는 레이저 디스플레이 장치에 유용하게 사용될 수 있는 광스캐너 및 이의 구동방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical scanner and a driving method thereof, and more particularly, to an optical scanner and a driving method thereof that can be usefully used in a laser display device using a line panel.

최근, 레이저 디스플레이 장치를 소형화하여 핸드폰, PDA 등의 모바일 디바이스에 장착하려는 시도가 진행되고 있다.Recently, attempts have been made to miniaturize a laser display device and mount it on a mobile device such as a cellular phone or a PDA.

이러한 레이저 디스플레이 장치에서 영상의 수직 한 줄에 해당하는 화소 처리 부분만을 가지는 라인 패널 방식을 사용하며, 이에 따라 라인 패널에서 형성된 수직 라인의 영상을 수평 방향으로 펼쳐주는 광스캐너가 필요하다.In such a laser display apparatus, a line panel method having only a pixel processing part corresponding to one vertical line of an image is used. Accordingly, an optical scanner for spreading an image of a vertical line formed in the line panel in a horizontal direction is required.

광스캐너는 기존의 기계식 갈바노미터(galvanometer)에서 MEMS (Micro-Electro Mechanical System) 기술을 근간으로 제조되는 마이크로 미러의 형태로 교체되고 있다. 멤스 방식의 광스캐너는 반도체 공정을 이용하여 초소형으로 제작할 수 있으며 저소비전력으로 구동이 가능하여 모바일 디바이스에 적용하기에 매우 유리하다. Optical scanners are being replaced in the form of micromirrors based on MEMS (Micro-Electro Mechanical System) technology from conventional galvanometers. MEMS type optical scanner can be manufactured in small size using semiconductor process and can be operated with low power consumption, which is very advantageous for application to mobile devices.

광스캐너를 구동하기 위해 인가되는 구동주파수는 프레임 레이트의 배수로 결정되며, 멤스 방식의 광스캐너는 다수의 공진 주파수를 가지는데, 안정적인 영상 구현을 위해서는 인가되는 구동주파수 및 파형에 따라 광스캐너의 공진 주파수를 적정 범위내로 조절하는 설계가 필요하다. The driving frequency applied to drive the optical scanner is determined as a multiple of the frame rate, and the MEMS optical scanner has a plurality of resonant frequencies. For the stable image realization, the resonant frequency of the optical scanner according to the applied driving frequency and waveform It is necessary to design a control system within an appropriate range.

본 발명은 상술한 필요성에 따라 안출된 것으로, 안정적인 영상을 구현하기 에 적합한 구동 성능을 가지는 광스캐너 및 이의 구동방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made in accordance with the above-described needs, and an object of the present invention is to provide an optical scanner and a driving method thereof having a driving performance suitable for realizing a stable image.

본 발명에 따른 광스캐너는 광을 반사하며, 회전 가능한 미러 플레이트; 상기 미러 플레이트의 회전을 지지하는 스프링부; 상기 미러 플레이트에 회전력을 제공하는 구동부;를 포함하며, 상기 구동부의 구동주파수의 정수배 값이 아닌 범위에서 공진주파수를 갖는 것을 특징으로 한다.The optical scanner according to the present invention reflects light and includes a rotatable mirror plate; A spring unit supporting the rotation of the mirror plate; And a driving unit providing a rotational force to the mirror plate, and having a resonance frequency in a range that is not an integer multiple of a driving frequency of the driving unit.

본 발명의 광스캐너는 상기 구동주파수의 정수배를 중심으로 ±10Hz의 대역을 제외한 범위에서 공진주파수를 가질 수 있다.The optical scanner of the present invention may have a resonant frequency in a range excluding a band of ± 10 Hz based on an integer multiple of the driving frequency.

상기 구동부는 정전기력 구동방식 또는 전자기력 구동방식으로 상기 미러 플레이트를 회전 구동시키는 구성을 가질 수 있다. The driving unit may have a configuration of rotating the mirror plate by an electrostatic force driving method or an electromagnetic force driving method.

또한, 본 발명의 광스캐너 구동방법은 광을 반사하며 회전 가능한 미러 플레이트, 상기 미러 플레이트의 회전을 지지하는 스프링부 및 상기 미러 플레이트에 회전력을 제공하는 구동부를 포함하는 광스캐너의 구동 방법에 있어서, 상기 광스캐너의 공진주파수에 인접하는 상기 구동부의 구동주파수의 정수배 주파수 성분의 진폭을 조절하여 상기 미러 플레이트의 시간에 따른 회전각 파형이 삼각파형이 되도록 구동하는 것을 특징으로 한다.In addition, the optical scanner driving method of the present invention includes a mirror plate which is rotatable and reflects light, a spring unit for supporting the rotation of the mirror plate and a driving unit for providing a rotational force to the mirror plate, And controlling the amplitude of the frequency component of an integer multiple of the driving frequency of the driving unit adjacent to the resonance frequency of the optical scanner so that the rotation angle waveform over time of the mirror plate becomes a triangular waveform.

본 발명의 레이저 디스플레이 장치는 레이저 광원; 상기 레이저 광원에서 조사된 광을 콜리메이팅 하는 콜리메이팅 렌즈 유닛; 상기 콜리메이팅 렌즈 유닛에서 콜리메이팅 되어 입사된 광을 화상 정보에 따라 변조하는 라인 패널; 상기 라인 패널에서 변조된 광을 스크린 쪽으로 투사하는 투사렌즈 유닛; 상기 투사렌즈 유닛과 스크린 사이에 배치되어 상기 투사렌즈 유닛에서 투사된 광을 스크린 상에 스캐닝하기 위해 회전 구동되는 것으로, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 광스캐너;를 포함한다.The laser display device of the present invention comprises a laser light source; A collimating lens unit collimating the light irradiated from the laser light source; A line panel configured to modulate the incident light collimated by the collimating lens unit according to image information; A projection lens unit projecting the light modulated by the line panel toward a screen; And a light scanner according to any one of claims 1 to 4, disposed between the projection lens unit and the screen and rotationally driven to scan the light projected by the projection lens unit onto the screen.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, like reference numerals refer to like elements, and the size of each element in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 광스캐너의 구성을 개략적으로 설명하는 도면이다. 도면을 참조하면, 광스캐너(100)는 미러 플레이트(10)와 스프링부(20)와 구동부(30)를 포함한다. 미러 플레이트(10)는 광을 반사하는 반사면을 가지며, 회전 가능한 구조로 되어 있어, 입사광을 일방향으로 스캔할 수 있다. 스프링부(20)는 미러 플레이트(10)의 양단에 연결되어 미러 플레이트(10)를 지지하며 미러 플레 이트(10)의 회전시 회전축이 된다. 구동부(30)는 미러 플레이트(10)가 회전하도록 구동하는 것으로, 정전력 또는 전자기력을 이용하여 미러 플레이트(10)를 구동할 수 있는 구성을 갖는다.1 is a diagram schematically illustrating a configuration of an optical scanner according to an embodiment of the present invention. Referring to the drawings, the optical scanner 100 includes a mirror plate 10, a spring unit 20, and a driving unit 30. The mirror plate 10 has a reflective surface that reflects light and has a rotatable structure, so that the incident light can be scanned in one direction. The spring part 20 is connected to both ends of the mirror plate 10 to support the mirror plate 10 and becomes a rotation axis when the mirror plate 10 rotates. The driving unit 30 drives the mirror plate 10 to rotate, and has a configuration capable of driving the mirror plate 10 using electrostatic force or electromagnetic force.

도 2 및 도 3은 각각 구동부(30)가 정전력을 이용하는 구성 및 전자기력을 이용하는 구성을 갖는 경우를 예시하여 미러 플레이트(10)의 회전 원리를 설명한다.2 and 3 illustrate the rotation principle of the mirror plate 10 by illustrating a case in which the driving unit 30 has a configuration using electrostatic force and a configuration using electromagnetic force, respectively.

도 2를 참조하면, 구동부(30)는 미러 플레이트(10)의 양측에 형성된 이동콤(31)과 이동콤(31)에 각각 마주하게 형성된 고정콤(32)을 포함한다. 미러 플레이트(10) 일측에 마련된 이동콤(31)과 고정콤(32)에는 인력이 작용하도록 반대 부호의 전압이 인가된다. 예로서, 죄측 고정콤(32) 전극에는 (+) 전압, 우측 고정콤(32) 전극에는 (-) 전압이 인가되고, 이동콤(31) 전극에 (+) 전압과 (-) 전압이 교대로 변경되어 인가되면, 좌우측의 이동콤(31)과 고정콤(32) 사이의 인력이 작용하는 방향으로 회전 운동하게 된다. 콤 전극 사이의 척력은 작용하지 않으며, 스프링의 복원력을 이용하여 원위치로 복귀하게 된다. 이에 따라, 미러 플레이트(10)는 스프링부(20)를 회전축으로 화살표 방향 또는 반대 방향으로 회전 구동된다. Referring to FIG. 2, the driving unit 30 includes moving combs 31 formed on both sides of the mirror plate 10 and fixed combs 32 formed to face the moving combs 31, respectively. The opposite sign voltage is applied to the movable comb 31 and the fixed comb 32 provided at one side of the mirror plate 10 so that an attractive force acts. For example, a positive voltage is applied to the positive fixed comb 32 electrode, a negative voltage is applied to the right fixed comb 32 electrode, and a positive voltage and a negative voltage alternate with the movable comb 31 electrode. When changed to and applied to, the rotary motion in the direction in which the attraction force between the left and right moving comb 31 and the fixed comb 32 acts. The repulsive force between the comb electrodes does not work, and returns to its original position using the restoring force of the spring. Accordingly, the mirror plate 10 is driven to rotate the spring portion 20 in the direction of the arrow or the opposite direction to the rotation axis.

도 3을 참조하면, 구동부(30)는 미러 플레이트(10)의 하면에 형성된 코일(35)과 미러 플레이트(10)에 양측에 마련된 영구자석(36)을 포함한다. 미러 플레이트(10)의 하면 일측을 지나는 코일(35) 부분과 타측을 지나는 코일(35) 부분에는 반대 방향으로 전류가 인가된다. 또한, 상기 일측과 마주하는 영구자석(36)은 N극이 코일(35)을 향하도록 배치되고 상기 타측과 마주하는 영구자석(36)은 S극이 코 일(35)을 향하도록 배치된다. 이에 따라, 미러 플레이트(10) 하면에 마련된 코일(35)은 상기 일측과 타측에서 서로 반대 방향으로 전자기력을 받게 되므로, 미러 플레이트(10)는 스프링부(20)를 회전축으로 화살표 방향으로 회전 구동된다.Referring to FIG. 3, the driving unit 30 includes a coil 35 formed on the bottom surface of the mirror plate 10 and permanent magnets 36 provided on both sides of the mirror plate 10. A current is applied to the coil 35 portion passing through one side of the mirror plate 10 and the coil 35 portion passing through the other side in the opposite direction. In addition, the permanent magnet 36 facing the one side is disposed so that the N pole toward the coil 35 and the permanent magnet 36 facing the other side is disposed so that the S pole toward the coil 35. Accordingly, since the coil 35 provided on the lower surface of the mirror plate 10 receives electromagnetic force in the opposite direction from the one side and the other side, the mirror plate 10 is driven to rotate in the direction of the arrow with the spring portion 20 in the rotation axis. .

이와 같이, 광스캐너(100)를 구동함에 있어, 구동부에 인가되는 입력 신호, 예를 들어 전압 또는 전류의 파형에 따라 스캔 속도 및 스캔 범위가 정해진다. 구동부에 인가되는 입력신호는 예를 들어, 디스플레이 장치에 채용될 때, 프레임 레이트의 정수배의 주파수를 갖는다.As described above, in driving the optical scanner 100, a scan speed and a scan range are determined according to an input signal applied to the driver, for example, a waveform of a voltage or a current. The input signal applied to the driver has, for example, a frequency that is an integer multiple of the frame rate when employed in the display device.

한편, 광스캐너(100)는 광스캐너(100)를 이루는 구성요소들의 재질, 질량 형상 등의 특성에 의해 정해지는 공진주파수를 갖는다. 예를 들어, 미러 플레이트(10)의 질량, 형상, 회전축에 의해 결정되는 관성모멘트와 스프링부(20)의 탄성계수에 의해 다수의 공진주파수가 정해지는데, 이러한 공진주파수는 광스캐너(100)를 구동하는 구동주파수와의 관계에서 소정 조건을 만족하도록 설계되어야 한다.On the other hand, the optical scanner 100 has a resonant frequency determined by the characteristics of the material, mass shape, etc. of the components constituting the optical scanner 100. For example, a plurality of resonant frequencies are determined by the moment of inertia determined by the mass, shape, and rotation axis of the mirror plate 10 and the elastic modulus of the spring unit 20. It should be designed to satisfy certain condition in relation to driving frequency.

이하에서 입력신호의 구동주파수 및 이에 의한 광스캐너 출력 신호 그래프들을 참조하여, 본 발명의 광스캐너의 공진주파수 설계 조건, 광스캐너 구동방법에 대해 설명한다. Hereinafter, the resonant frequency design condition of the optical scanner and the optical scanner driving method will be described with reference to the driving frequency of the input signal and the optical scanner output signal graphs.

도 4a는 구동부에 인가된 120Hz의 삼각파 형태의 입력 신호 그래프이고, 도 4b는 도 4a의 입력 신호에 대한 주파수 분포를 나타낸 그래프이며, 도 4c는 입력 신호에 대한 광스캐너의 출력 신호로서 회전각을 보인 그래프이다.FIG. 4A is a graph showing an input signal in the form of a triangular wave of 120 Hz applied to a driving unit, FIG. 4B is a graph showing a frequency distribution of the input signal of FIG. 4A, and FIG. This is the graph shown.

도 4a와 같은 삼각파 형태의 입력 신호를 사용하는 것은 광스캐너를 일정한 속도로 구동시키고, 또한, 광스캐너가 좌우 방향으로 지그 재그로 반복 회전되므로 각 방향으로 대칭성을 유지하기 위해서이다. 입력 신호를 스펙트럼 분석한 도 4b의 주파수 분포 그래프를 살펴보면, 구동주파수 120Hz 성분뿐만 아니라 구동주파수의 홀수배인 주파수 성분이 나타남을 볼 수 있다. 구동주파수의 홀수배 주파수 성분은 상기 홀수값이 커질수록 감소하는 형태이다. 광스캐너의 1차 공진주파수를 약 3kHz 이상으로 충분히 높게 설계한다면 홀수배 주파수 성분은 문제가 되지 않지만, 모바일 디바이스에 적용하기 위한 저소비전력의 요구에는 적합하지 않다. 일반적으로 1차 공진주파수는 400~1000Hz 범위에서 설계되게 된다. 따라서, 광스캐너의 공진주파수가 구동주파수의 홀수배에 근접한 값인 경우 이에 의해 광스캐너가 1차 공진을 일으키며, 이는 도 4c와 같은 광스캐너 구동특성으로 나타난다. 도 4c의 그래프를 참조하면, 스캐너 회동각은 입력 신호와는 다른 형태로서, 불안정한 구동 특성을 보이고 있으며, 이는 영상의 화면 떨림 현상으로 나타나게 된다.The use of an input signal in the form of a triangular wave as in FIG. 4A is intended to maintain the symmetry in each direction because the optical scanner is driven at a constant speed and the optical scanner is repeatedly rotated in a zigzag in the left and right directions. Looking at the frequency distribution graph of FIG. 4b of the spectral analysis of the input signal, it can be seen that not only the driving frequency 120 Hz component but also the frequency component which is an odd multiple of the driving frequency appears. The odd frequency component of the driving frequency decreases as the odd value increases. If the primary resonant frequency of the optical scanner is designed to be high enough above about 3 kHz, odd frequency components are not a problem, but they are not suitable for low power consumption requirements for mobile devices. In general, the first resonant frequency will be designed in the 400 ~ 1000Hz range. Therefore, when the resonant frequency of the optical scanner is close to an odd multiple of the driving frequency, the optical scanner causes a first resonance, which is represented by the optical scanner driving characteristics as shown in FIG. 4C. Referring to the graph of FIG. 4C, the scanner rotation angle is different from the input signal, and shows an unstable driving characteristic, which is represented by a screen shake of an image.

이러한 현상을 줄이기 위해서 본 발명에서는 광스캐너의 공진주파수가 구동주파수 정수배에 근접하지 않도록 광스캐너를 설계하거나, 이와 함께, 또는 선택적으로, 구동부 입력 신호의 주파수 분포 특성이 구동주파수의 홀수배 주파수 성분을 줄이는 특성을 갖도록 구동하는 방법을 채택하고 있다.In order to reduce this phenomenon, in the present invention, the optical scanner is designed so that the resonance frequency of the optical scanner does not approach an integer multiple of the driving frequency. It adopts the driving method to have the characteristic of reducing.

즉, 광스캐너의 공진주파수가 구동주파수 정수배에 근접하지 않도록 설계되는 것＊이 필요하며, 예를 들어, 구동주파수 정수배를 중심으로 약 ±10Hz의 대역을 제외한 범위에서 공진주파수를 갖도록 한다. 본 발명의 실시예에 의한 광스캐너의 1차 공진주파수(f1) 및 고차 공진주파수(fh)는 다음의 조건을 만족할 수 있다.In other words, it is necessary to be designed so that the resonance frequency of the optical scanner does not approximate the driving frequency integer multiple. For example, the optical scanner has a resonance frequency in a range excluding a band of about ± 10 Hz around the driving frequency integral multiple. The first resonant frequency f 1 and the high resonant frequency f h of the optical scanner according to the embodiment of the present invention may satisfy the following conditions.

n＊fd+10 < f1 < (n+2)＊fd-10n ＊ f d +10 <f 1 <(n + 2) ＊ f d -10

m＊fd+10 < fh < (m+2)＊fd-10m ＊ f d +10 <f h <(m + 2) ＊ f d -10

여기서, n은 3 이상의 홀수, m은 n보다 큰 홀수, fd는 구동부의 구동주파수이다.Here, n is an odd number of 3 or more, m is an odd number larger than n, and f d is a driving frequency of the driving unit.

또한, 본 발명의 실시예에 의한 광스캐너의 1차 공진주파수(f1) 및 고차 공진주파수(fh)는 다음의 조건을 만족할 수도 있다.Further, the first resonant frequency f 1 and the high resonant frequency f h of the optical scanner according to the embodiment of the present invention may satisfy the following conditions.

n＊fd+10 < f1 < (n+1)＊fd-10n ＊ f d +10 <f 1 <(n + 1) ＊ f d -10

m＊fd+10 < fh < (m+1)＊fd-10m ＊ f d +10 <f h <(m + 1) ＊ f d -10

여기서, n은 3 이상의 정수, m은 n보다 큰 정수, fd는 상기 구동부의 구동주파수이다.Here, n is an integer greater than or equal to 3, m is an integer greater than n, and f d is a driving frequency of the drive unit.

이는 도 4b의 주파수 분포 그래프에서는 구동주파수의 홀수배 성분만 존재하지만, 실제 광스캐너의 구동특성을 센서를 이용하여 측정한 도 5의 주파수 분포 그래프를 참조하면 구동주파수의 짝수배 성분도 관측됨을 고려한 것이다. 이와 같은 현상은 제작 편차등에 의한 광스캐너의 미세한 비대칭 구동에 기인하는 것으로 그 양은 홀수배 성부에 비해 작지만, 상기 수학식2의 조건에 따라 구동주파수의 짝수배 주파수 성분도 피하도록 공진주파수를 설계하는 경우 보다 안정적인 구동특성을 기대할 수 있다. Although only odd-numbered components of the driving frequency exist in the frequency distribution graph of FIG. 4B, the even-numbered components of the driving frequency are also observed when referring to the frequency distribution graph of FIG. . This phenomenon is caused by the fine asymmetrical driving of the optical scanner due to manufacturing deviation, etc. The amount is small compared to the odd multiple, but the resonant frequency is designed to avoid even frequency components of the driving frequency according to the condition of Equation (2). More stable driving characteristics can be expected.

다음은, 구동부 입력 신호의 주파수 분포가 구동주파수의 홀수배 주파수 성분을 줄이는 특성을 갖도록 구동하는 방법에 관한 것이다.Next, the present invention relates to a method of driving so that the frequency distribution of the driver input signal has a characteristic of reducing an odd frequency component of the driving frequency.

도 6a는 구동부에 인가되는 변형된 입력 신호 파형을 보인다. 도 6a의 그래프를 참조하면, 구동주파수의 홀수배 주파수 성분을 낮추기 위하여, 삼각파의 꼭지점 근방의 형태를 조절하고 있다. 도 6b는 도 6a의 입력 신호를 스펙트럼 분석한 주파수 분포를 보이며, 이를 참조하면, 도 4b에 비해 구동주파수의 홀수배 주파수 성분중에서 공진주파수 (실험에서는 500Hz 근방) 주변의 360Hz, 600Hz의 주파수 성분의 크기가 줄어든 것을 볼 수 있다. 도 6c는 이와 같은 입력 신호에 의한 광스캐너 구동각을 보이고 있으며, 도 4c와 비교할 때 보다 안정적인 구동 특성을 나타냄을 볼 수 있다.6A shows a modified input signal waveform applied to the driver. Referring to the graph of FIG. 6A, in order to lower the odd frequency component of the driving frequency, the shape of the vicinity of the vertex of the triangular wave is adjusted. 6B shows a frequency distribution obtained by spectrum analysis of the input signal of FIG. 6A. Referring to FIG. 4B, the frequency components of 360 Hz and 600 Hz around the resonance frequency (near 500 Hz in the experiment) of odd frequency components of the driving frequency are compared with FIG. 4B. You can see the size decrease. FIG. 6C shows the optical scanner driving angle by the input signal and shows more stable driving characteristics when compared with FIG. 4C.

이와 같은 수정된 입력 신호를 인가하는 경우에도 광스캐너의 공진주파수 특성이 전술한 수학식 1 또는 수학식 2의 조건에 따르는 것이 필요할 수 있다. 도 6b를 도 4b와 비교하면, 변형된 삼각파를 인가한 도 6b의 경우, 공진주파수 주변의 구동주파수의 홀수배 성분의 크기가 감소하는 효과가 있으나 이와 함께 고차 주파수 쪽으로 주파수 성분의 증가가 있음을 알 수 있다. 이 때, 고차 공진주파수가 수정된 인가 파형의 홀수배 주파수 성분과 인접하게 되면 스캐너의 고차 공진구동이 발생하여 스캐너가 불안정하게 구동될 수 있기 때문이다.Even when such a modified input signal is applied, it may be necessary for the resonance frequency characteristic of the optical scanner to comply with the above-described condition of Equation 1 or Equation 2 above. 6b compared with FIG. 4b, in the case of FIG. 6b to which a modified triangular wave is applied, the magnitude of an odd multiple of a driving frequency around a resonance frequency is reduced, but the frequency component is increased toward a higher order frequency. Able to know. In this case, when the higher-order resonant frequency is adjacent to the odd-numbered frequency component of the modified applied waveform, the higher-order resonance drive of the scanner may occur, and the scanner may be driven unstable.

상술한 조건의 공진주파수 특성을 갖도록 광스캐너가 설계되고, 이와 함께 또는 선택적으로, 구동부의 입력 신호를 조절함으로써 광스캐너의 구동 성능을 안 정적으로 유지할 수 있으므로, 즉, 구동 선형성 및 반복성을 확보할 수 있으므로, 본 발명은 고품질의 영상을 구현할 수 있는 디스플레이 장치에 적합하게 적용될 수 있다. The optical scanner is designed to have the resonant frequency characteristics under the above-described conditions, and together with or alternatively, it is possible to stably maintain the driving performance of the optical scanner by adjusting the input signal of the driving unit, that is, to ensure the driving linearity and repeatability. Therefore, the present invention can be suitably applied to a display device capable of realizing a high quality image.

본 발명의 광스캐너는 상술한 바와 같이 다수의 공진주파수를 적정 범위에서 조절하거나 또는 구동을 위한 입력 신호의 파형을 조절하여 광스캐너의 안정적인 구동 특성을 얻고 있으며, 이러한 특징은 광스캐너의 제어 방식이 피드포워드(feedforward) 제어 방식이거나 피드백(feedback) 제어 방식이거나 제한되지 않고 적용될 수 있다. 또한, 광스캐너를 구동하는 구성을 정전기력을 이용하거나 전자기력을 이용하는 구성으로 예시하여 설명되었으나, 입사된 광을 소정 방향으로 스캔할 수 있도록 회전력을 제공할 수 있는 어떤 구성이든지 가능하다. The optical scanner of the present invention obtains stable driving characteristics of the optical scanner by adjusting a plurality of resonant frequencies in an appropriate range as described above or by adjusting the waveform of the input signal for driving. The feedforward control method or the feedback control method may be applied without limitation. In addition, although the configuration for driving the optical scanner has been described as an example using a configuration using an electrostatic force or an electromagnetic force, any configuration capable of providing a rotational force to scan the incident light in a predetermined direction is possible.

도 7은 본 발명의 실시예에 의한 레이저 디스플레이 장치(300)의 구성을 개략적으로 보이는 도면이다. 도면을 참조하면, 레이저 디스플레이 장치(300)는 레이저 광원(310), 콜리메이팅 렌즈 유닛(320), 라인 패널(330), 투사 렌즈 유닛(340), 광스캐너(100)를 포함한다. 레이저 광원(310)은 한 개로 도시되었으나, 이는 예시적인 것이며, 일반적으로, 컬러 화상을 형성하기 위하여 R,G,B의 광을 생성하는 복수의 레이저가 마련되어 프레임 레이트에 따라 순차 구동되게 된다. 콜레메이팅 렌즈 유닛(310)은 광원(310)에서 생성 조사된 광을 라인 패널(330)에 대응하는 형태로 콜리메이팅 시켜 라인 패널(330)에 입사되게 한다. 라인 패널(330)은 수직 한 줄에 해당하는 화소 처리 부분을 가지며 입사된 광을 화상 정보에 따라 변조하는 광변조기로, 예를 들어 GLV, GEMS, SOM 등의 알려진 라인 광변조기가 채용될 수 있 다. 투사 렌즈 유닛(340)은 라인 패널(330)에서 변조된 광을 스크린(S) 상에 투사한다. 광스캐너(100)는 투사렌즈 유닛(340)과 스크린(S) 사이에 배치되어 회전 구동됨으로써 라인 패널(330)에서 형성된 영상을 스크린 상에 스캐닝한다. 광스캐너(100)는 전술한 본 발명의 광스캐너(100)와 같다. 즉, 공진주파수 대역이 구동주파수를 고려하여 정해진 적정 범위로 설계되며, 또한, 광스캐너(100)를 구동하는 입력 신호의 파형은 구동주파수의 홀수배 주파수 성분을 낮추도록 조절된 삼각파형이 될 수 있다. 광스캐너(100)가 일정한 속도로 안정적으로 구동되며 영상을 스크린 상에 스캐닝하므로, 화면 떨림과 같은 현상이 없는 균일성있는 영상이 형성되게 된다.7 is a view schematically showing the configuration of a laser display device 300 according to an embodiment of the present invention. Referring to the drawings, the laser display apparatus 300 includes a laser light source 310, a collimating lens unit 320, a line panel 330, a projection lens unit 340, and an optical scanner 100. Although the laser light source 310 is shown as one, this is exemplary and generally, a plurality of lasers for generating light of R, G, and B are provided to form a color image, and are sequentially driven according to the frame rate. The collimating lens unit 310 collimates the light generated by the light source 310 in a form corresponding to the line panel 330 to be incident on the line panel 330. The line panel 330 has a pixel processing portion corresponding to one vertical line, and is an optical modulator for modulating incident light according to image information. For example, a known line optical modulator such as GLV, GEMS, SOM, etc. may be employed. All. The projection lens unit 340 projects the light modulated by the line panel 330 on the screen S. FIG. The optical scanner 100 is disposed between the projection lens unit 340 and the screen S to be rotated to scan an image formed in the line panel 330 on the screen. The light scanner 100 is the same as the light scanner 100 of the present invention described above. That is, the resonant frequency band is designed in an appropriate range in consideration of the driving frequency, and the waveform of the input signal for driving the optical scanner 100 may be a triangular waveform adjusted to lower an odd multiple frequency component of the driving frequency. have. Since the optical scanner 100 is stably driven at a constant speed and the image is scanned on the screen, a uniform image without phenomenon such as screen shaking is formed.

이러한 본원 발명인 광스캐너, 이의 구동방법 및 레이저 디스플레이 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.Such an optical scanner, a driving method thereof, and a laser display device of the present invention have been described with reference to the embodiments shown in the drawings for clarity, but these are merely exemplary, and those skilled in the art can various modifications therefrom. And other equivalent embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the appended claims.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 광스캐너의 구성을 개략적으로 설명하는 도면이다.1 is a diagram schematically illustrating a configuration of an optical scanner according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 광스캐너의 구동부가 정전기력을 이용하는 구성인 경우 미러 플레이트의 회전 원리를 설명하는 도면이다.2 is a view for explaining the principle of rotation of the mirror plate when the drive unit of the optical scanner of FIG. 1 uses electrostatic force.

도 3은 도 1의 광스캐너의 구동부가 전자기력을 이용하는 구성인 경우 미러 플레이트의 회전 원리를 설명하는 도면이다.3 is a view for explaining the principle of rotation of the mirror plate when the drive unit of the optical scanner of FIG. 1 uses an electromagnetic force.

도 4a는 구동부에 인가된 120Hz의 삼각파 형태의 입력 신호 그래프이고, 도 4b는 도 4a의 입력 신호에 대한 주파수 분포를 나타낸 그래프이며, 도 4c는 입력 신호에 대한 광스캐너의 출력 신호로서 회전각을 보인 그래프이다.FIG. 4A is a graph showing an input signal in the form of a triangular wave of 120 Hz applied to a driving unit, FIG. 4B is a graph showing a frequency distribution of the input signal of FIG. 4A, and FIG. This is the graph shown.

도 5는 실제 광스캐너의 구동특성을 센서를 이용하여 측정한 주파수 분포 그래프이다.5 is a frequency distribution graph of measuring the driving characteristics of an actual optical scanner using a sensor.

도 6a는 구동부에 인가되는 변형된 입력 신호 파형을 보이는 그래프이고, 도 6b는 도 6a의 입력 신호에 대한 주파수 분포를 나타낸 그래프이며, 도 6c는 입력 신호에 대한 광스캐너의 출력 신호로서 회전각을 보인 그래프이다.FIG. 6A is a graph showing a modified input signal waveform applied to a driving unit, FIG. 6B is a graph showing a frequency distribution of the input signal of FIG. 6A, and FIG. 6C is a rotation angle as an output signal of an optical scanner with respect to the input signal. This is the graph shown.

도 7은 본 발명의 실시예에 의한 레이저 디스플레이 장치의 개략적인 구성을 보이는 도면이다.7 is a view showing a schematic configuration of a laser display device according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10...미러 플레이트 20...스프링부10 ... mirror plate 20 ... spring part

30...구동부 31...이동콤30.Moving unit 31 ... Moving com

32...고정콤 35...코일32.Fixed com 35.Coil

36...영구자석 100...광스캐너36 Permanent magnet 100 Optical scanner

310...레이저광원 320...콜리메이팅 렌즈 유닛310 ... laser light source 320 ... collimating lens unit

330...라인 패널 340...투사렌즈 유닛330 ... line panel 340 ... projection lens unit

Claims (10)

광을 반사하며, 회전 가능한 미러 플레이트;A mirror plate that reflects light and is rotatable; 상기 미러 플레이트의 회전을 지지하는 스프링부;A spring unit supporting the rotation of the mirror plate; 상기 미러 플레이트에 회전력을 제공하는 구동부;를 포함하며, 상기 구동부의 구동주파수의 정수배 값이 아닌 범위에서 공진주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 광스캐너.And a driving unit providing a rotational force to the mirror plate, wherein the optical scanner has a resonance frequency in a range that is not an integer multiple of a driving frequency of the driving unit. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 구동주파수의 정수배를 중심으로 ±10Hz의 대역을 제외한 범위에서 공진주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 광스캐너.An optical scanner having a resonant frequency in a range excluding a band of ± 10 Hz around an integer multiple of the driving frequency. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 1차 공진주파수(f1)와 고차 공진주파수(fh)는 하기의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광스캐너.And a first resonant frequency f 1 and a higher resonant frequency f h satisfy the following conditions. <식 ><Expression> n＊fd+10 < f1 < (n+2)＊fd-10n ＊ f d +10 <f 1 <(n + 2) ＊ f d -10 m＊fd+10 < fh < (m+2)＊fd-10m ＊ f d +10 <f h <(m + 2) ＊ f d -10 여기서, n은 3 이상의 홀수, m은 n보다 큰 홀수, fd는 상기 구동부의 구동주 파수이다.Here, n is an odd number of 3 or more, m is an odd number larger than n, and f d is a driving frequency of the driving unit. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 1차 공진주파수(f1)와 고차 공진주파수(fh)는 하기의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광스캐너.And a first resonant frequency f 1 and a higher resonant frequency f h satisfy the following conditions. <식 ><Expression> n＊fd+10 < f1 < (n+1)＊fd-10n ＊ f d +10 <f 1 <(n + 1) ＊ f d -10 m＊fd+10 < fh < (m+1)＊fd-10m ＊ f d +10 <f h <(m + 1) ＊ f d -10 여기서, n은 3 이상의 정수, m은 n보다 큰 정수, fd는 상기 구동부의 구동주파수이다.Here, n is an integer greater than or equal to 3, m is an integer greater than n, and f d is a driving frequency of the drive unit. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 구동부는 정전기력 구동방식 또는 전자기력 구동방식으로 상기 미러 플레이트를 회전 구동시키는 것을 특징으로 하는 광스캐너.The driving unit is an optical scanner, characterized in that for rotating the mirror plate by an electrostatic force drive method or an electromagnetic force drive method. 광을 반사하며 회전 가능한 미러 플레이트, 상기 미러 플레이트의 회전을 지지하는 스프링부 및 상기 미러 플레이트에 회전력을 제공하는 구동부를 포함하는 광스캐너의 구동 방법에 있어서,In the method of driving the optical scanner including a mirror plate that reflects light and rotatable, a spring unit for supporting rotation of the mirror plate, and a driving unit for providing rotational force to the mirror plate, 상기 광스캐너의 공진주파수에 인접하는 상기 구동부의 구동주파수의 홀수배 주파수 성분의 진폭을 조절하여 상기 미러 플레이트의 시간에 따른 회전각 파형이 삼각파형이 되도록 구동하는 것을 특징으로 하는 구동 방법.And adjusting the amplitude of an odd multiple frequency component of the driving frequency adjacent to the resonance frequency of the optical scanner so that the rotation angle waveform over time of the mirror plate becomes a triangular waveform. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 광스캐너의 1차 공진주파수(f1)와 고차 공진주파수(fh)는 하기의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 구동 방법.And a first order resonance frequency f 1 and a high order resonance frequency f h of the optical scanner satisfy the following conditions. <식 ><Expression> n＊fd+10 < f1 < (n+2)＊fd-10n ＊ f d +10 <f 1 <(n + 2) ＊ f d -10 m＊fd+10 < fh < (m+2)＊fd-10m ＊ f d +10 <f h <(m + 2) ＊ f d -10 여기서, n은 3 이상의 홀수, m은 n보다 큰 홀수, fd는 상기 구동부의 구동주파수이다.Here, n is an odd number of 3 or more, m is an odd number greater than n, and f d is a driving frequency of the driving unit. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 광스캐너의 1차 공진주파수(f1)와 고차 공진주파수(fh)는 하기의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 구동 방법.And a first order resonance frequency f 1 and a high order resonance frequency f h of the optical scanner satisfy the following conditions. <식 ><Expression> n＊fd+10 < f1 < (n+1)＊fd-10n ＊ f d +10 <f 1 <(n + 1) ＊ f d -10 m＊fd+10 < fh < (m+1)＊fd-10m ＊ fd+10 <fh <(m + 1) ＊ fd-10 여기서, n은 3 이상의 정수, m은 n보다 큰 정수, fd는 상기 구동부의 구동주파수이다.Here, n is an integer greater than or equal to 3, m is an integer greater than n, and f d is a driving frequency of the drive unit. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 6 to 8, 상기 구동부는 정전기력 구동방식 또는 전자기력 구동방식으로 상기 미러 플레이트를 회전 구동시키는 것을 특징으로 하는 구동 방법.And the driving unit rotates the mirror plate by an electrostatic force driving method or an electromagnetic force driving method. 레이저 광원;Laser light source; 상기 레이저 광원에서 조사된 광을 콜리메이팅 하는 콜리메이팅 렌즈 유닛;A collimating lens unit collimating the light irradiated from the laser light source; 상기 콜리메이팅 렌즈 유닛에서 콜리메이팅 되어 입사된 광을 화상 정보에 따라 변조하는 라인 패널;A line panel configured to modulate the incident light collimated by the collimating lens unit according to image information; 상기 라인 패널에서 변조된 광을 스크린 쪽으로 투사하는 투사렌즈 유닛;A projection lens unit projecting the light modulated by the line panel toward a screen; 상기 투사렌즈 유닛과 스크린 사이에 배치되어 상기 투사렌즈 유닛에서 투사된 광을 스크린 상에 스캐닝하기 위해 회전 구동되는 것으로, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 광스캐너;를 포함하는 레이저 디스플레이 장치.The laser display device of claim 1, wherein the light scanner of any one of claims 1 to 4 is disposed between the projection lens unit and the screen to be rotationally driven to scan the light projected by the projection lens unit onto the screen. .
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