KR20100014835A - 광전자 장치 - Google Patents

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KR20100014835A
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오스람 게젤샤프트 미트 베쉬랭크터 하프퉁
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Abstract

간섭성의 제 1 전자기 복사의 제 1 빔(110)을 표면(91) 상에 투영하는 광전자 장치는 특히, 동작시에 상기 간섭성의 제 1 전자기 복사의 제 1 빔(110)을 방출하기에 적절한 제 1 복사원(11)을 포함한다. 상기 광전자 장치는 추가로, 상기 제 1 빔(110)의 서브영역(1102)에서 상기 제 1 전자기 복사의 위상을 변형시키는, 제 1 전자기 복사의 빔 경로에 있는 제 1 위상-변형 소자(21), 및 상기 제 1 빔(110)의 빔 방향(P1, P2)을 변화시키는, 상기 제 1 전자기 복사의 빔 경로에 있는 복사-지향 소자(4)를 포함한다.
제 1 전자기 복사, 제 2 전자기 복사, 제 3 전자기 복사, 제 1 위상-변형 소자, 복사-지향 소자, 제 1 복사원, 제 2 복사원, 제 3 복사원

Description

광전자 장치{OPTOELECTRONIC DEVICE}
본 발명은 청구항 제 1 항의 서두에 따른 광전자 장치에 관한 것이다.
간섭성 광(coherent light)에 의해, 또는 간섭성 광의 투영에 의해 표면 상에서 조명된 표면을 관찰할 시, "스페클 패턴(speckle pattern)"의 형태로 밝기를 불규칙하게 나타내는 조명 패턴은 반사된 광의 원거리 장(far field)에서 인식될 수 있다. 스페클 패턴은, 예를 들면, 표면의 표면 구조물에서 반사된 광의 간섭 효과들을 통하여 공간적으로 해상하는 검출기 상에서 또는 눈의 망막 상에서, 상기 조명된 표면의 상을 만드는 동안 일어날 수 있다. 전형적인 표면 구조물은 일반적으로 표면 거칠기의 결과물이다. 표면 또는 눈 또는 검출기 위치의 조명된 영역에서 연속적으로 변형하는 경우에서, 연속적으로 변화하는 스페클 패턴은 깜박거림(flickering)과 같이 대부분 원치 않는 방식으로 인식될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예들 중 적어도 하나의 과제는 스페클 패턴의 인상을 감소시킬 수 있는 간섭성 복사원을 광전자 장치에 제공하기 위한 것이다.
이 과제는 독립 청구항 제 1 항의 특징들을 통해 해결된다. 바람직한 실시예들 및 추가적인 개선점은 종속 청구항들에서 제공되고, 다음 설명 및 도면들에 의해 제시된다.
적어도 하나의 실시예에 따른 광전자 장치는 특히,
- 동작시에 간섭성의 제 1 전자기 복사의 제 1 빔을 방출하기에 적절한 제 1 복사원,
- 상기 제 1 빔의 서브영역(subzone)에서 상기 제 1 전자기 복사의 위상을 변형시키는, 상기 제 1 전자기 복사의 빔 경로에 있는 제 1 위상-변형 소자, 및
- 상기 제 1 빔의 빔 방향을 변화시키는, 상기 제 1 전자기 복사의 빔 경로에 있는 복사-지향 소자를 포함한다.
특히, 제 1 빔의 서브영역에서 위상의 변형은 제 1 빔의 제 2 서브영역에서의 위상에 대해 제 1 서브영역에서의 위상의 변형을 의미할 수 있다. 특히, 2 개의 서브영역의 위상들의 위상 차이점의 변형을 의미할 수도 있다.
간섭성의 제 1 전자기 복사의 제 1 빔은 제 1 전자기 복사선의 광속 또는 제 1 전자기 복사선일 수 있다. 특히, 전자기 복사의 빔은 소기의 또는 특정의 전파 방향, 빔 경로 또는 빔 방향을 따라 바람직하게 전파할 수 있는, 특히 바람직하게는 빔 경로를 공간적으로 가로질러 한정될 수 있는 전자기 복사의 타입을 나타낼 수 있다.
또한, 광전자 장치는 표면 상에 제 1 빔을 지향하기에 적절할 수 있다. 상기 표면은 예를 들면 투영 스크린일 수 있다.
제 1 위상-변형 소자의 작동은 제 1 전자기 복사의 위상이 적어도 부분적으로 변형되도록, 즉 제 1 서브영역 또는 복수의 서브영역들에서 "거친(rough)" 동위상 파면(phase front)이 생성될 수 있는 방식으로 변형되도록 할 수 있다. 이는 특히, 제 1 전자기 복사가 다음에 있는 간섭성의 제 1 위상-변형 소자에 여전히 있음에도 불구하고, 매끄러운 동위상 파면을 더 이상 가질 수 없음을 의미할 수 있다.
광전자 장치에 의해 조명될 수 있는 표면 또는 제 1 빔이 투영된 표면은 일반적으로 거칠기를 표시하기 때문에, 관찰자는 이 표면의 조명에 따른 스페클 패턴의 인상을, 매끄러운 동위상 파면을 가진 간섭성 전자기 복사를 이용하여 얻는다. 이 스페클 패턴은 간섭 이미지이고, 이때 상기 간섭 이미지는 거친 표면의 개별적 서브영역들에서 간섭성 전자기 복사의 반사에 의해 일어난 것이다. 스페클 패턴의 인상은 매끄러운 동위상 파면을 가진 이러한 간섭성 전자기 복사의 빔이 표면 상에서 이동될 시에도 생성되는데, 그 이유는 상기 전자기 복사의 위상이 빔 내에 위치한, 즉, 빔에 의해 덮어진 서브영역을 제공하는 주어진 표면의 서브영역에 동일하게 남아있기 때문이다.
이러한 스페클 패턴의 인상은 본 발명에 따른 광전자 장치에 의해 생성되는 제 1 전자기 복사의 거친 동위상 파면에 의해 유리하게 감소되거나 막아질 수 있다. 이는, 고정된 서브영역의 표면 상에 충돌하는 전자기 복사의 위상이 "거친" 동위상 파면으로 인해 연속적으로 변화하기 때문에, 표면 상의 제 1 빔의 최소 이동에 따라 관찰자에 생성된 간섭 이미지가 연속적으로 변화하여, 이루어질 수 있다. 회선(convolution)으로 인해, 즉, 거친 표면 상의 거친 동위상 파면의 중첩으로 인해, 변화 간섭 이미지 또는 스페클 패턴은 연속적으로 생성될 수 있다. 관찰자에 일어난 간섭 이미지의 연속적인 변형의 결과로서, 간섭 이미지 또는 스페클 패턴의 시간 평균(time averaging)의 효과는 관찰의 지속성으로 인해 일어난다. 이로써, 눈에 의해 일어난 시간 평균은 스페클 패턴의 인상을 감소시키거나 또는 막는 효과를 유리하게 가진다.
바람직한 실시예에서, 제 1 위상-변형 소자는 제 1 빔의 타측 부분에 대해 제 1 빔의 일측 부분의 위상을 변화시키기에 적절하다. 이를 위해, 제 1 위상-변형 소자가 제 1 영역 및 제 2 영역을 포함하는 것이 바람직하고, 이때 상기 제 1 영역 및 제 2 영역 각각은 구비되고 그리고/또는 제 1 전자기 복사의 위상이 서로 다른 각도로 각각 변형되기에 적절하다. 특히, 상기 제 1 위상-변형 소자는 제 1 빔의 복수의 서브영역들 각각에서 제 1 전자기 복사의 위상을 변화시키기에 적절하다. 이를 위해, 상기 제 1 위상-변형 소자는 복수의 위상-변형 영역들을 포함할 수 있다. 이 방식으로, 빔 방향에서 제 1 위상-변형 소자 다음의 제 1 전자기 복사는 제 1 빔의 빔 방향으로 가로지르는 서로 다른 위상들, 특히, 예를 들면 제 1 빔의 빔 단면의 서로 다른 영역들에서 빔 방향에 수직하는 서로 다른 위상들을 포함할 수 있다. 이 경우에서, 제 1 전자기 복사의 위상의 변형이 제 1 영역 전체에서 일정하고, 제 1 전자기 복사의 위상의 변형이 제 2 영역 전체에서 일정하지만 제 1 영역에서의 변형과는 다르도록 제 1 영역 및 제 2 영역이 구성되는 것이 바람직하고, 계단형 위상 프로파일은 제 1 빔의 빔 단면 상에 생성될 수 있다. 이로써, 상기 제 1 전자기 복사는 제 1 빔의 빔 방향을 가로지르는 위상 이동 또는 위상 계단형을 포함할 수 있다. 본원에서, 특히, 무작위하게 분포된 계단형 위상 프로파일이 생성되는 것이 바람직할 수 있는데, 그 이유는 이러한 위상 프로파일이 상술된 바와 같이, 관찰자 눈의 평준화 효과를 통한 스페클 패턴 인식의 억제에 유리한 효과를 가질 수 있는, 표면 상의 스페클 페턴에 대해 빠른 변화를 일으킬 수 있기 때문이다.
대안적으로 또는 추가적으로, 상기 제 1 위상-변형 소자는 제 1 영역 및 제 2 영역 각각을 구성하는 방식으로 이루어질 수 있어서, 제 1 전자기 복사의 위상이 제 1 빔 방향을 연속적으로 가로지르는, 특히, 제 1 빔 방향에 수직하게 변형된다. 이 방식으로, 연속적인 위상 프로파일은 생성될 수 있다. 특히, 예를 들면, 주기적인, 특히 바람직하게는 사인 곡선 위상(sinusoidal phase) 프로파일은 생성될 수 있다. 연속적인 위상 프로파일을 생성할 수 있는 위상-변형 소자는 본원에서 바람직한데, 그 이유는 회절 손실이 최소화될 수 있기 때문이다.
추가적인 실시예에서, 상기 위상-변형 소자는 제 1 빔의 빔 방향을 가로지르는 2 개의 연장된 주 방향, 특히 제 1 빔의 빔 방향에 수직한 2 개의 주된 방향을 가진 원반- 및 판-형상 구조물이고, 이때 상기 형상 구조물은, 예를 들면, 다각형, 특히 사각형 또는 정사각형 또는 원형, 타원형 또는 그의 조합형일 수도 있다. 상기 2 개 연장의 주된 방향은 예를 들면 서로 수직될 수 있다. 원형 또는 타원형 위상-변형 소자의 경우에서, 일측의 연장된 주 방향은 반경을 따르고, 그리고 타측의 연장된 주 방향은 회전 각을 따를 수 있다. 제 1 위상-변형 소자의 서로 다른 위상-변형 영역들은 하나의 연장된 주 방향을 따라 배치되어, 복수의 서로 다른 위상-변형 영역들은 스트라이프형 패턴(striped pattern)을 취할 수 있다. 원형 또는 타원형 위상-변형 소자의 경우에서, 복수의 서로 다른 위상-변형 영역들은 섹터-형상 또는 원형 또는 타원형 링-형상 패턴을 취할 수도 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 서로 다른 위상-변형 영역들은 연장된 제 2 주 방향에 배치될 수 있어서, 복수의 위상-변형 영역들은 매트릭스의 방식에 배치될 수 있다. 위상-변형 영역의 크기, 즉, 예를 들면, 스프라이프의 폭은 바람직하게는 제 1 전자기 복사의 파장보다 더 클 수 있다. 위상 프로파일은 본원에서 위상-변형 영역들의 배치와 동일한 패턴을 유용하게 가질 수 있고, 이로써 예를 들면 스트라이프형 또는 매트릭스-형태 패턴을 가질 수 있다.
위상 프로파일의 진폭, 즉 제 1 위상-변형 소자에 의해 일어난 위상에 대한 변화가 제 1 영역과 제 2 영역 사이에서 적어도 1.5π만큼 변화하도록, 즉, 적어도 270°만큼 변화하는 것이 특히나 바람직할 수 있다. 이 경우에서, 제 1 영역 및 제 2 영역은 서로 인접하지 않아야 한다. 특히, 계단형 위상 프로파일은 무작위의 위상 분포를 나타낼 수 있다. 제 1 위상-변형 소자는 5 이상이고 15 이하인 수많은 서브영역들을 포함할 수 있다. 또한, 연속적인 주기 위상 프로파일, 예를 들면, 사인 곡선 위상 프로파일은 조명된 영역에서 1 이상이고 5 이하인 수많은 주기를 포함할 수 있다.
예를 들면, 제 1 빔이 표면 상에서 이동되는 경우, 제 1 빔의 위상 프로파일이 표면 내에 있다면, 변화들이 표면 상의 제 1 빔의 이동 방향에 평행하도록 위상-변형 소자는 제 1 빔에 배치되는 것이 바람직할 수 있다. 상기 위상-변형 영역들이 스트라이프들에 배치되는 상태에서, 표면 상의 제 1 빔의 결과적인 위상 프로파일은 제 1 빔의 이동 방향에 수직으로 바람직하게 위치한 스트라이프들을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 빔은 2 개의 이동 방향으로 표면 상에서 이동될 수도 있고, 이때, 상기 빔은 타측의 이동 방향보다 일측의 이동 방향으로 더 빠르게 이동된다. 본원에서, 상술한 것이 빠른 이동 방향에 대해 적용되는 것이 바람직할 수 있다.
위상-변형 소자는 본원에서 제 1 전자기 복사의 진폭 및/또는 강도가 변화되지 않거나 거의 변화가 없는 것이 바람직하여, 그 결과, 상기 위상-변형 소자에 의해 발생된 파워손실은 없거나 약간만 있을 뿐이다. 특히, 제 1 위상-변형 소자는 제 1 빔 전체를 덮을 수 있고, 동시에 바람직하게는 투명할 수 있다.
상기 제 1 위상-변형 소자는 본원에서 제 1 전자기 복사에 대해 서로 다른 광학 경로 길이를 가진 적어도 2 개의 영역들을 포함할 수 있고, 상기 서로 다른 경로 길이는 서로 다른 두께 및/또는 서로 다른 굴절률에 의해 일어날 수 있다. 이는 특히, 제 1 빔이 제 1 위상-변형 소자의 적어도 2 개의 영역들에서 2 개의 서로 다른 광학 경로를 가로질러야 하고, 그 결과, 상기 제 1 영역에 의해 방출된 제 1 빔의 일부의 제 1 전자기 복사의 위상이 제 2 영역에 의해 방출된 제 1 빔의 일부의 위상에 대해 변화할 수 있다는 것을 의미한다. 서로 다른 두께는 예를 들면 위상-변형 소자의 적어도 하나의 복사 도입면 또는 하나의 복사 출구면을 구성하여 이루어질 수 있다. 서로 다른 굴절률은 예를 들면 서로 다른 물질뿐만 아니라 지지물질 추가 및 사용에 의해 이루어질 수 있다. 예를 들면, 제 1 위상-변형 소자는 투명한 유리계 또는 투명한 플라스틱계를 포함할 수 있거나 또는 이러한 물질로 구현될 수 있다. 이 일례에서, 굴절률의 변화는 이온 변화 또는 주입에 의해 서브영역들에서 일어날 수 있다. 또한, 위상-변형 소자의 물질 밀도는 서로 다른 서브영역들에서 다를 수 있다.
또한, 제 1 위상-변형 소자는 홀로그래픽(holographic)의 형태를 취할 수 있다. 이 경우에서, 위상-변형 영역들, 즉, 예를 들면 제 1 영역 및 제 2 영역은 서로 각각 다른 제 1 전자기 복사의 위상을 변형하기에 적절한 홀로그래픽 구조물들을 포함할 수 있다.
특히, 위상-변형 소자는 전달되거나 반사될 수 있다. 즉, 위상-변형 소자는 위상-변형 소자를 통해 제 1 전자기 복사의 전달에 따라 또는 표면에서의 반사에 따라 제 1 전자기 복사의 위상을 변형할 수 있다.
추가적인 실시예에서, 제 1 위상-변형 소자에 의한 제 1 전자기 복사의 위상에서의 변화는 시간이 경과함에 따라 변화될 수 있다. 이는, 예를 들면 상기 제 1 위상-변형 소자가 제 1 빔의 빔 방향을 가로질러 이동할 수 있어서, 즉, 제 1 전자기 복사의 빔 경로에 평행하지 않고 이동할 수 있어서 이루어질 수 있다. 예를 들면, 본원에서 상기 이동은 주기적인 이동일 수 있고, 특히나 바람직하게는 제 1 전자기 복사의 빔 경로에 수직한 방향으로의 주기적인 이동일 수 있다. 또한, 본원에서 상기 이동은 선형 이동 또는 회전일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제 1 전자기 복사의 위상 변형은 제 1 위상-변형 소자의 적어도 하나의 영역 또는 복수의 영역들에서 시간이 경과함에 따라 변화될 수 있다. 이 경우에서, 상기 이동은 예를 들면 그에 제공된 그리고/또는 적절한 모터 또는 압전 소자에 의해 일어날 수 있다. 제 1 위상-변형 소자가 제 1 빔에 대해 이동되는 경우, 스페클 패턴의 연속적인 변형은 예를 들면 거친 표면 상의 제 1 빔의 이동으로 인한 스페클 패턴의 변형 등의 추가로 생성될 수 있고, 변화하는 스페클 패턴을 평준화하는 관찰자의 눈의 상술된 효과를 더 강화시킬 수 있다.
한 실시예에서, 제 1 복사원에 의해 방출된 전자기 복사는 특히, 자외선 내지 적외선 파장 범위의 스펙트럼을 가진 전자기 복사이다. 또한, 상기 스펙트럼은 가시광의 파장 범위에 있는 것이 바람직할 수 있다. 특히, 상기 스펙트럼은 약 400 ㎚ 내지 약 800 ㎚ 사이의 파장을 가진 적어도 하나의 구성요소를 포함할 수 있다. 특히 바람직하게는, 제 1 전자기 복사는 청색, 녹색 또는 적색 파장을 나타내고, 특히나 바람직하게는 단색의 전자기 복사를 포함한다.
한 실시예에서, 간섭성의 제 1 전자기 복사는 큰 간섭성 길이를 가진다. 이는 특히, 제 1 전자기 복사가 수 미터에서 백 미터 이상에 이르기까지 간섭성의 길이를 가질 수 있다는 것을 의미한다.
특히 바람직하게는, 제 1 전자기 복사는 쉽게 시준될 수 있어, 그 결과 간섭성의 제 1 전자기 복사의 제 1 빔을 시준한 후에는 단지 약한 발산만 나타날 뿐이고, 제 1 복사원으로부터 떨어진 제 1 빔의 빔 단면은 전혀 넓어지지 않거나 약간만 넓어질 뿐이다. 제 1 전자기 복사의 거리는 수 미터일 수 있다.
또한, 제 1 복사원이 고 강도로 제 1 전자기 복사를 방출하기에 적절한 것이 바람직하다. 고 강도는, 이 경우에서, 높은 파워를 가지고 빔 단면이 작은 제 1 전자기 복사에 의해 이루어질 수 있다. 예를 들면, 빔 단면은 일 내지 몇 마이크로미터까지의 범위에 있는, 바람직하게는 약 5 마이크로미터의 직경 또는 측면 길이를 포함할 수 있다.
바람직한 한 실시예에서, 제 1 복사원은 레이저를 포함한다. 상기 레이저는, 예를 들면, 콤팩트한 크기를 가지고, 높은 빔 품질을 가지는 간섭성의 제 1 전자기 복사를 생성할 수 있는 레이저 다이오드를 포함한다.
이 경우에서, 레이저 다이오드는 동작시에 간섭성의 제 1 전자기 복사의 제 1 빔을 방출하기에 적절한 활성 영역을 가진 반도체 층들의 시퀀스를 포함할 수 있다. 반도체 층 시퀀스는 이 경우에서, 엑피택셜(epitaxial) 층 시퀀스 또는 엑피택셜 층 시퀀스를 가진 복사-방출 반도체 칩의 형태를 취할 수 있다. 즉, 엑피택셜하게 성장한 반도체 층 시퀀스의 형태를 취할 수 있다. 이 경우에서, 상기 반도체 층 시퀀스는 예를 들면 InGaAlN계이다. InGaAlN계 반도체 칩들 및 반도체 층 시퀀스들은 특히 엑피택셜하게 생성된 반도체 층 시퀀스를 포함하고, 이때 상기 반도체 층 시퀀스는 일반적으로, 적어도 하나의 개별 층을 포함하여, 서로 다른 개별 층들의 층 스퀀스를 포함하는데, 상기 적어도 하나의 개별 층은 Ⅲ-V 화합물 반도체 InxAlyGa1-x-yN 물질계로부터의 물질을 포함하고, 여기서 0≤x≤1, 0≤y≤1 그리고 x+y≤1이다. InGaAlN계인 적어도 하나의 활성층을 포함하는 반도체 층 시퀀스들은 바람직하게, 예를 들면, 자외선 내지 녹색 파장 범위에서 하나 이상의 스펙트럼 구성요소들을 가진 전자기 복사를 방출할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 반도체 층 시퀀스 또는 반도체 칩은 또한 InGaAlP계일 수 있다. 즉, 상기 반도체 층 시퀀스는 서로 다른 개별 층들을 포함할 수 있고, 이에 대한 적어도 하나의 개별 층은 Ⅲ-V 화합물 반도체 InxAlyGa1 -x- yP 물질계로부터의 물질을 포함하고, 여기서 0≤x≤1, 0≤y≤1 그리고 x+y≤1이다. InGaAlP계인 적어도 하나의 활성층을 포함하는 반도체 층 시퀀스들 또는 반도체 칩들은 바람직하게, 예를 들면, 녹색 내지 적색 파장 범위에서 하나 이상의 스펙트럼 구성요소들을 가진 전자기 복사를 방출할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 반도체 층 시퀀스 또는 반도체 칩은 다른 Ⅲ-V 화합물 반도체 물질계, 예를 들면 AlGaAs계 물질 또는 Ⅱ-Ⅵ 화합물 반도체 물질계도 포함할 수 있다. 특히, AlGaAs계 물질을 포함하는 활성층은 적색 내지 적외선 파장 범위에서 하나 이상의 스펙트럼 구성요소들을 가진 전자기 복사를 방출하기에 적절할 수 있다.
추가적인 실시예에서, 제 1 복사원은 복사 출구면을 포함하고, 상기 복사 출구면을 통해 동작시에 생성된 간섭성의 제 1 전자기 복사가 방출될 수 있다. 특히 반도체 층 또는 반도체 칩을 포함하는 레이저 다이오드의 경우에서, 반도체 층 시퀀스 또는 반도체 칩은 복사 출구면을 포함할 수 있다. 예를 들면, 반도체 층 시퀀스 또는 반도체 칩은 에지-발광 레이저 다이오드일 수 있다. 이는 특히, 복사 출구면이 반도체 층 시퀀스 또는 반도체 칩의 측면에 형성된 것을 의미한다. 또한, 복사 출구면은 예를 들면 복수의 측면들도 포함할 수 있다. 대안적으로, 반도체 층 시퀀스 또는 반도체 칩은 수직 발광 레이저 다이오드("VCSEL")일 수도 있어서, 그 결과, 복사 출구면은 반도체 층 시퀀스 또는 반도체 칩의 주요 표면에서 형성될 수 있다. 또한, 제 1 복사원은 복수의 반도체 층 시퀀스들 또는 반도체 칩들, 또는 복수의 활성 영역들을 가진 반도체 층 시퀀스 또는 반도체 칩을 포함할 수 있다. 이 방식으로, 예를 들면, 전자기 복사가 제 1 활성 영역에서 생성될 수 있고, 그 후 전자기 복사가 제 2 활성 영역에서, 예를 들면, 광학 펌핑(pumping)에 의해 제 1 전자기 복사를 생성할 수 있다. 또한, 제 1 복사원은 예를 들면, 주파수 혼합을 위한 또는 특히 주파수 더블링(frequency doubling)을 위한 소자들도 포함할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 제 1 복사원은 시준 광학계를 포함하지 않는다. 이는 특히, 제 1 복사원에 의해 방출된 제 1 전자기 복사가 발산되는 빔, 즉 시준되지 않는 빔을 구성한다는 것을 의미할 수 있다. 특히, 제 1 복사원에 의해 방출된 제 1 빔은 5도 이상이고 20도 이하인 발산 각을 나타낼 수 있다. 특히, 제 1 복사원으로부터 나오는 제 1 빔은 몇 제곱 마이크로미터에 이르는 빔 단면을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 제 1 빔 단면은 일 내지 몇 마이크로미터까지의 범위의, 예를 들면 3 내지 5 마이크로미터의 에지 길이를 가진 형상으로 실질적으로 사각형일 수 있다.
특히, 바람직한 실시예에서, 제 1 위상-변형 소자는 제 1 전자기 복사의 빔 경로에서 제 1 복사원의 바로 다음에 인접하여 배치된다. 이는 특히, 포커싱 또는 시준하는 광학계가 제 1 복사원과 제 1 위상-변형 소자 사이에서 배치되지 않는다는 것을 의미할 수 있다. 이는, 제 1 빔이 발산 빔으로서, 비-시준된 빔으로서 제 1 위상-변형 소자에 충돌한다는 것을 의미할 수 있다.
더 바람직한 실시예에서, 상기 장치는 추가로 제 1 광학 소자를 포함하고, 상기 제 1 광학 소자는 제 1 전자기 복사의 빔 경로에서 제 1 위상-변형 소자 다음에 배치된다. 제 1 광학 소자는 특히, 제 1 빔을 시준 및 또는 포커싱하기에 적절할 수 있고, 이로써, 예를 들면 시준 또는 포커싱하는 광학계를 포함할 수 있다. 이 경우에서, 제 1 광학 소자를 통한 후, 제 1 빔은 예를 들면 작거나 없는 발산 각 및/또는 작은 빔 단면을 가질 수 있다. "작은 발산 각" 및 "작은 빔 단면"은 본원에서 특히, 제 1 빔의 발산 각 또는 빔 단면이 제 1 빔의 빔 방향에서 제 1 광학 소자의 이전 위치(upstream)보다 제 1 광학 소자의 다음 위치(downstream)가 작다는 것을 의미할 수 있다. 제 1 광학 소자는 이 경우에서 제 1 복사원으로부터 0.5 밀리미터 이상이고 5 밀리미터 이하인 거리에서 배치될 수 있다. 바람직하게는, 제 1 광학 소자는 제 1 복사원으로부터 1 밀리미터 이상이고 5 밀리미터 이하인 거리에서, 바람직하게는 2 밀리미터 이상인 거리에서 배치될 수 있다. 제 1 광학 소자는 예를 들면 하나 이상의 렌즈들 또는 렌즈계를 포함하고, 상기 렌즈들 또는 렌즈계는 제 1 복사원에 의해 방출된 발산 빔을 시준 및/또는 포커싱하기에 적절하다. 제 1 광학 소자는 이 경우에서, 예를 들면 시준 광학계 또는 시준 광학계의 일부로서, 왜상적으로(anamorphically) 형상된 렌즈를 포함할 수 있다.
추가로 상술된 바와 같이, 위상-변형 소자는 제 1 전자기 복사의 "거친" 동위상 파면을 생성하기에 적절할 수 있고, 제 1 빔은 발산이 가능하다. 제 1 빔의 빔 경로에서, 제 1 위상-변형 소자 다음에 제 1 광학 소자가 배치됨으로써, "거친" 동위상 파면을 가진 평면파는 켤레면(conjugate plane)에서, 즉 무한적인 표면이거나 표면에서 제 1 빔을 시준함으로써, 생성될 수 있다.
제 1 복사원과 제 1 광학 소자 사이의 제 1 위상-변형 소자를 배치시킴으로써, 콤팩트하고 간단한 구조로 이루어진 장치를 유리하게 이룰 수 있는데, 그 이유는 광전자 장치는 제 1 전자기 복사의 빔 경로에서 광학 소자 다음에 배치된 위상-변형 소자를 위한 추가적인 공간을 포함하지 않기 때문이다.
추가적인 실시예에서, 상기 제 1 위상-변형 소자는 제 1 광학 소자와 제 1 복사원 사이의 거리 절반 이하로 제 1 복사원으로부터 떨어져 있다. 특히 바람직하게는, 제 1 복사원으로부터 위상-변형 소자의 거리는 제 1 광학 소자의 거리의 10% 이상이고 20% 이하이다. 이 방식으로, 콤팩트한 제 1 위상-변형 소자는 유리하게 사용될 수 있고, 무시하거나 수용될 수 있는 회절 효과를 위해 여전하게 충분히 크게 할 수 있다.
더 바람직한 실시예에서, 복사-지향 소자는 제 1 빔을 표면 상에 지향하기에 적절하다. 이는 제 1 빔이 표면 상에 지향하도록 설정될 수 있다는 것을 의미한다. "표면 상의 지향"은, 본원에서, 예를 들면 제 1 빔이 서로 다른 시간에서 표면의 서로 다른 영역들에 충돌하는 것을 의미할 수 있다. 이에 대해, 복사-지향 소자는 시간 또는 시간 주기가 경과함에 따라 제 1 빔의 빔 방향의 연속적이거나 계단형적인 변형을 허용하고 일으킬 수 있도록 설정될 수 있다. 복사-지향 소자는 본원에서 적어도 하나의 지향가능한 미러를 포함할 수 있다. 이러한 미러는 "스캐너 미러(scanner mirror)"로 공지되기도 하고, 예를 들면 1개 또는 2개 면적들에 지향될 수 있다. 예를 들면, 상기 미러는 2 개의 서로 수직인 축들 각각 주위에서 일정 각도량 만큼 회전할 수 있다. 또한, 상기 미러는 연속적으로 또는 계단형으로 변위될 수 있고, 그리고/또는 하나 이상의 공간적 방향, 예를 들면 2 개의 비-평행 공간적 방향으로 주기적으로 변위될 수 있다.
또한, 복사-지향 소자는 제 1 빔이 고정된 입체각 영역을 주기적으로 지나가도록 하기에 적절하고, 그리고/또는 제 1 빔이 고정된 입체각 영역을 주기적으로 지나도록 설정될 수 있다. 특히, 고정된 입체각 영역은 정사각형 또는 직사각형을 가진 입체각 영역일 수 있다. 이는 특히, 제 1 빔이 4 변형 상에, 특히 바람직하게는 표면의 정사각형 또는 직사각형 영역에 지향될 수 있다는 것을 의미할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 고정된 입체각 영역은 원형, 타원형 또는 다른 형상 단면도 가질 수 있고, 이러한 단면은 특히 상술된 형상의 조합일 수 있다. 그 후 입체각 영역은 연속적인 라인(line)에서 선형 방식으로 바람직하게 퍼질 수 있다.
스캐너 미러에 의해, 제 1 빔은 표면상에, 예를 들면 벽, 스크린, 형광성 스크린 등에 지향되어, 제 1 전자기 복사는 표면 상에 투영될 수 있다. 특히, 제 1 빔에 의해 서로 다른 시간에서 조명된 표면의 서브영역들은 알파벳문자 또는 그래픽 표시의 픽셀들로서 이해될 수 있어서, 표면의 연속적인 조명으로 정보는 제 1 전자기 복사의 강도를 동시에 변화시키면서 라인들 및 컬럼들(columns)에서 표면의 정의 영역을 스캐닝함으로써 표면 상에 표시될 수 있다. 이로써, 광전자 장치는 정보를 투영하는 "플라잉-스팟(flying-spot)" 방법을 사용하는 프로젝터 장치일 수 있다.
특히, 바람직한 실시예에서, 광전자 장치는 프로젝터의 적어도 일부, 특히 레이저 프로젝터를 형성한다. 또한, 광전자 장치는 이러한 프로젝터일 수 있다.
추가적인 실시예에서, 상기 장치는 동작시에 간섭성의 제 2 전자기 복사의 제 2 빔을 방출하기에 적절한 제 2 복사원을 추가로 포함한다.
게다가, 상기 장치는 제 2 전자기 복사의 빔 경로에서 배치되고, 제 2 빔의 서브영역에서 제 2 전자기 복사의 위상을 변화시키기에 적절하거나, 또는 상기 제 2 전자기 복사의 위상을 변형시키도록 설정하는 제 2 위상-변형 소자를 포함할 수 있다. 대안적으로, 상기 장치는 사실 제 2 위상-변형 소자를 포함하지 않을 수 있다. 이는, 제 1 위상-변형 소자가 제 1 복사원 바로 다음에 인접하여 배치된다는 것을 의미할 수 있다.
또한, 상기 장치는 제 1 빔 및 제 2 빔을 조합하여 생성하도록 제 2 빔 상에 제 1 빔을 중첩시키는 광학 콤바이너(optical combiner)를 포함할 수 있다. 상기 광학 콤바이너는 본원에서, 예를 들면, 이색성 미러 또는 이색성 프리즘(dichroic prism)의 형태를 취할 수 있고, 이때 상기 이색성 미러 또는 이색성 프리즘은 예를 들면 제 1 빔을 반사하고 제 2 빔을 전달하기에 또는 그 반대로 하기에 적절하다.
특히, 제 2 복사원은 제 1 복사원에 대해 상술한 특징들을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 제 2 위상-변형 소자는 제 1 위상-변형 소자와 관련하여 상술한 바와 같은 특징들을 포함할 수 있다.
특히 바람직하게는, 조합된 제 1 빔 및 제 2 빔은 복사-지향 소자 상에 이르러서, 제 1 전자기 복사 및 제 2 전자기 복사를 포함하는 단 하나의 빔이 표면 상에 복사되고, 이때 상기 제 1 전자기 복사 및 제 2 전자기 복사 각각의 강도를 변화시킴으로서 상기 빔은 빔 색상 형태로 변화될 수 있다.
특히 바람직하게는, 제 1 전자기 복사 및 제 2 전자기 복사는 서로 다를 수 있다.
더 바람직한 실시예에서, 상기 장치는 추가로 제 3 복사원을 포함하고, 상기 제 3 복사원은 동작시에 간섭성의 제 3 전자기 복사의 제 3 빔을 방출하기에 적절하거나 방출하도록 설정할 수 있다.
또한, 상기 장치는 제 3 빔의 서브영역에서 제 3 전자기 복사의 위상을 변형시키는, 제 3 전자기 복사의 빔 경로에 있는 제 3 위상-변형 소자를 포함할 수 있다. 대안적으로, 상기 장치는 사실 제 3 위상-변형 소자를 포함하지 않을 수 있다. 이는, 제 1 위상-변형 소자가 제 1 복사원 바로 다음에 배치되는 것을 의미할 수 있다. 대안적으로, 이는, 제 1 복사원 다음에 배치된 제 1 위상-변형 소자, 및 제 2 복사원 다음에 배치된 제 2 위상-변형 소자만이 있다는 것을 의미할 수 있다.
또한, 상기 장치는 예를 들면 제 3 빔 상에 제 1 빔 및/또는 제 2 빔을 중첩시키는 광학 콤바이너, 예를 들면 이색성 미러 또는 이색성 프리즘을 포함할 수 있다.
제 3 복사원 또는 제 3 위상-변형 소자는 제 1 복사원 또는 제 1 위상-변형 소자와 관련하여 상술된 바와 같은 특징들을 포함할 수 있다. 특히, 복사-지향 소자는 제 1 복사 및/또는 제 2 복사 및/또는 제 3 복사의 빔 경로에서 광학 콤바이너 다음에 배치될 수 있다.
특히 바람직하게는, 제 1 전자기 복사, 제 2 전자기 복사 및 제 3 전자기 복사는 서로 다를 수 있다. 이에 대해, 제 2 광학 소자는 제 2 위상-변형 소자 및/또는 제 2 복사원 다음에 배치될 수 있고, 상기 제 2 광학 소자는 제 1 광학 소자와 관련하여 상술된 바와 같은 특징들을 포함한다. 또한, 제 3 광학 소자는 제 3 위상-변형 소자 및/또는 제 3 복사원 다음에 배치될 수 있고, 상기 제 3 광학 소자는 제 1 광학 소자와 관련하여 상술된 바와 같은 특징들을 포함한다.
제 1 전자기 복사, 제 2 전자기 복사 및 제 3 전자기 복사는 특히, 바람직하게는, 적색, 녹색 및 청색 파장을 가질 수 있어서, 제 1 빔, 제 2 빔 및 제 3 빔이 중첩이 된 표면 상에 지향되는 빔은 혼합된 색상 광의 형태를 생성한다. 제 1 전자기 복사, 제 2 전자기 복사 및 제 3 전자기 복사의 강도를 서로와 관련되어 변화시킴으로써, 변화될 수 있는 광의 형태가 생성될 수 있다. 이로써, 광전자 장치는 RGB 프로젝터의 형태를 취할 수 있다.
본 발명의 추가적인 이점, 바람직한 실시예들 및 개선점은 도 1 내지 3을 참조하여 하술된 다음 실시예들에 의해 제시되고, 상기 도면에서:
도 1은 하나의 대표 실시예에 따른 제 1 복사원를 가지는 광전자 장치의 개략적인 실시예를 제시하고,
도 2 및 3은 추가적인 대표 실시예들에 따른 제 1 복사원을 가지는 광전자 장치들의 개략적인 실시예들을 제시하고,
도 4는 추가적인 대표 실시예에 따른 제 1 복사원, 제 2 복사원, 제 3 복사 원을 가지는 광전자 장치의 개략적인 실시예를 제시하고,
도 5A 내지 5D는 추가적인 대표 실시예들에 따른 위상-변형 소자들의 개략적인 실시예들을 제시하고,
도 6A 및 6B는 위상-변형 소자들에 의해 제공될 수 있는 위상 프로 파일들을 가진 그래프를 제시하고, 그리고
도 7 및 8은 계단형 위상 프로파일의 위상-변형 영역들의 수 및 위상 프로파일의 최대 진폭에 따라 달라지는 스페클 패턴 콘트라스트(speckle pattern contrast)에 관한 그래프를 제시한다.
대표 실시예들 및 도면들에서, 동일하거나 유사한 동작 구성재 각각은 동일 참조 번호로 제공될 수 있다. 제시된 소자들 및 그들의 상호 크기 비율은 치수화되어 대체로 간주되는 것이 아니라, 오히려 예를 들면, 표면들 및 그의 영역들 뿐만 아니라, 층들, 구성요소들, 구조적 소자들 등의 개별적 소자들을 더 설명하기 위해 및/또는 이해를 더 도모하기 위해 과장된 두께 또는 크기로 구현될 수 있다.
도 1은 제 1 복사원(11)을 가진 광전자 장치(1)의 대표 실시예를 제시한다. 상기 제 1 복사원(11)은 동작시에 간섭성의 제 1 전자기 복사의 제 1 빔(110)을 방출하기에 적절하다. 본원에서, 간섭성의 제 1 전자기 복사는 매끄러운 동위상 파면(111)을 가지고, 상기 제 1 전자기 복사의 빔 경로는 P1으로 표기된 방향으로 나아간다. 바람직하게는, 제시된 대표 실시예에서, 복사원(11)은 레이저일 수 있고, 이때 상기 레이저는 큰 간섭성 길이를 가진 제 1 전자기 복사의 제 1 빔을 방출할 수 있다.
제 1 전자기 복사의 제 1 빔(110)의 빔 경로에서, 제 1 위상-변형 소자(21)는 복사원(11) 다음에 배치되고, 상기 소자는 제 1 빔(110)의 빔 단면 내에서 제 1 위상-변형 영역 및 제 2 위상-변형 영역(211, 212)을 포함하고, 이때 상기 제 1 빔의 영역들 각각은 제 1 전자기 복사를 위한 서로 다른 광학 경로 길이를 가진다. 특히, 제시된 대표 실시예에서, 제 1 위상-변형 소자(21)의 제 1 영역(211)은 제 2 영역(212) 보다 광학 경로 길이가 더 짧다. 이 방식으로, 제 1 위상-변형 소자(21)를 가로지른 후, 제 1 빔(110)은 2 개의 서브영역들(1101 및 1102)을 가진 동위상 파면(112)을 포함하고, 상기 서브영역(1102)의 위상은 상기 서브영역(1101)의 위상에 대해 이동되고, 특히, 제 1 서브영역(1101)의 위상은 제 2 서브영역(1102)의 위상에 뒤떨어진다. 이로써, 제 1 위상-변형 소자(21)는 계단형 프로파일을 가진 거친 동위상 파면(112)을 이룰 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제 1 위상-변형 소자(21)는 홀로그래픽 구조물을 포함할 수 있고, 상기 구조물은 대안적으로 또는 추가적으로 서브 영역들(1101 및 1102)의 위상 사이의 위상 차이를 불러일으킬 수 있다.
특히, 장치(1)는 추가적인 소자를 포함하지 않고, 특히 제 1 복사원(11)과 제 1 위상-변형 소자(21) 사이에서 추가적인 광학 소자를 포함하지 않아서, 제 1 위상-변형 소자(21)는 빔 경로에서 제 1 복사원(11) 바로 다음에 배치된다.
빔 경로에서, 즉, 제 1 전자기 복사의 P1 방향에서 제 1 위상-변형 소자(21) 다음에 배치된 것은 복사-지향 소자(4)이고, 상기 복사-지향 소자(4)는 빔 방향을 P1 방향에서 P2 방향으로 변화시킨다. 특히, 복사-지향 소자(4)는 P2 방향으로 변형하기에 적절하다.
도 2는 레이저 다이오드의 형태를 취하는 제 1 복사원(11)을 가지는 광전자 장치(2)의 추가적인 대표 실시예를 제시한다. 이 경우에서, 레이저 다이오드는 일반적인 설명의 일부에서 적어도 하나의 실시예에 따른 특징들을 포함한다. 특히, 레이저 다이오드는 반도체 칩을 포함하고, 에지-방출 또는 수직으로 방출하는 반도체 칩의 형태를 취한다. 동작시에 레이저 다이오드는 P1 방향으로 나아가는 빔 경로에서 매끄러운 동위상 파면(111)을 가진 간섭성의 제 1 전자기 복사의 제 1 빔(110)을 방출한다. 복사원(11)은, 본원에서, 시준 또는 포커싱하는 광학계를 포함하지 않고, 오히려 약 3 마이크로미터 및 약 5 마이크로미터의 초기 에지 길이를 가진 거의 사각형인 빔 단면 및 만곡된 매끄러운 동위상 파면을 가지는 발산 간섭성의 제 1 전자기 복사의 제 1 빔(110)을 방출한다. 본원에서, 제 1 빔(110)은 일반적으로 약 5 내지 약 20 도의 발산 각(1100)을 포함한다. 이러한 값은 일례로서, 그리고 사용된 제 1 복사원(1)의 타입에 따라 순수하게 주어진 것으로 이해되어야 한다.
발산 제 1 빔(110)은 복수의 위상-변형 영역들을 가진 위상-변형 소자(21)를 가로질러서, 제 1 위상-변형 소자(21)를 통해 전달된 후에 상기 제 1 빔은 만곡된 거친 동위상 파면(112)을 가진 간섭성의 제 1 전자기 복사를 포함한다.
복사원(11)으로부터 약 1 내지 2 mm 떨어진 거리에서, 제 1 위상-변형 소자(21), 제 1 광학 소자(31)가 배치되고, 상기 제 1 광학 소자는 시준 및 빔 형상 을 위한 에너모픽 렌즈(anamorphic lens)로서 설정된다. 이 방식으로, 제 1 빔(110)이 제 1 광학 소자(31)를 가로지른 후, 상기 제 1 빔은 실질적인 원형 빔 단면 및 평평하고 거친 동위상 파면(113)을 가진다. 특히, 제 1 빔(110)은 제 1 광학 소자(21)에 의해 시준되고, 그리고 약간의 발산만을 나타낸다.
빔 방향은, 이동가능한 예를 들면 회전가능한 스캐너 미러의 형태를 취하는 복사-지향 소자(4)에 의해 P2로 표기된 방향으로 변화된다. 스캐너 미러(4)는 본원에서, 2 중-선두 회살표(41)에 의해 나타난 바와 같이, 이미지 평면에 수직한 축 주위를 회전할 수 있다. 또한, 스캐너 미러(4)는 또한 그에 수직한 축 주위에서 이동가능하고 예를 들면 회전가능하지만, 이는 명료성의 이유로 도시되지는 않았다. 이 방식으로, P2 방향은 소정의 스캐너 미러(4)의 각에 의해, 입체각 영역 내에서 연속적으로 변할 수 있다.
스캐너 미러(4)에 의해, 제 1 빔(110)은 표면(91) 상에, 예를 들면, 벽, 스크린, 형광성 스크린 등의 바람직한 평평한 장치(9)에 지향되어, 광전자 장치(2)에 의해 서브영역들(90)에 조명될 수 있거나, 또는 제 1 빔(110)은 이러한 서브영역들(90)의 표면 상에서 투영될 수 있다. 특히, 서브영역들(90)은 알파벳문자 또는 그래픽 표시의 픽셀들로서 이해될 수 있어서, 표면(91)의 연속적인 조명을 이용하여, 정보는, 2 중-선두 화살표(41)에 의해 나타난 바와 같이, 제 1 전자기 복사의 강도를 동시에 변화시키면서 라인들 및 컬럼들에서 표면(91)의 정의 영역을 스캐닝함으로써 표면(91) 상에 표시될 수 있다. 이로써, 광전자 장치(2)는 제시된 대표 실시예에 따라서 프로젝터 장치이다.
이로써, 예를 들면, 표면을 바라보는 관찰자는 표기된 정보를 P3 방향으로부터 인식할 수 있다. 때가 되면, 본원에서 관찰자는 P3 방향에 반대되는, 표면(91)에 의해 반사되는 제 1 전자기 복사의 간섭 이미지를 인식하는데, 이는 표면(91)의 거칠기 및 제 1 빔(110)의 거친 동위상 파면(113)에 의해 생성된다. 관찰자가 인식할 수 있는 간섭 이미지 또는 스페클 패턴은 표면(9)의 위상적인 거칠기 구조물들에서 제 1 빔(110)의 산란 및 회절로부터 나온 결과이다. 제 1 빔(110)이 표면(91) 상에서 이동하는 동안, 예를 들면 방향(941)으로 이동하는 동안에, 거친 동위상 파면(113)의 위치가 위상적인 거칠기 구조물들에 대해 연속적으로 변화하기 때문에, 간섭 이미지도 변화되고, 이로써 관찰자에게 스페클 패턴의 인상을 준다. 이로써, 관찰자의 관찰의 지속성은, 사람이 시간-평균화 스페클 패턴을 단지 인식할 수 있다는 것, 스페클 패턴의 인상이 상당하게 약해지거나 간섭 이미지의 무작위 성질로 인해 더 이상 인식될 수 없다는 것을 의미한다.
이러한 효과를 강화시키기 위해, 위상-변형 소자(21)가 예를 들면 추가적으로 P1 방향으로 빔 방향에 평행하지 않는 방향으로 이동될 수 있어서, 거친 동위상 파면(113)은 시간이 경과하여 변화하는 방식으로 변형된다.
도 3은 광전자 장치(3)의 추가적인 대표 실시예의 개략적으로 나타낸 사시도이다. 광전자 장치(3)는 본원에서, 이전의 대표 실시예의 광전자 장치(2)와 유사한 특징들을 포함하고 있어, 단지 추가적인 특징들만 하술할 것이다. 상기 제 1 빔은 가우시안(Gaussian) 빔 프로파일을 포함하고, 대표 실시예에서 시준기 렌즈로 제시된 광학 소자(31)에 의해 시준된다. 이 일례에서, 광학 소자(31)는 제 1 복사 원(11)으로부터 거리(1103)만큼 이격된다.
2 개의 상호 직교 방향(41 및 42)으로 이동가능한 미러(4)에 의해, 제 1 빔(110)은 표면(91) 상에 지향될 수 있고, 2 개의 방향(941 및 942)으로 라인들 및 컬럼들의 표면(91) 상에서 이동될 수 있다. 방향(941)으로의 이동은 방향(942)으로의 이동보다 더 빠르게 진행되고 빔(110)은 연속적 라인으로 표면(91)을 스캔할 수 있다. 특히, 방향(942)으로의 이동은 계단식으로 진행될 수 있다.
또한, 광전자 장치(3)는 위상-변형 소자(21)를 포함하고, 이때, 상기 위상-변형 소자(21)는 복사원(11)으로부터 거리(1102)를 두고 위치하는데, 이때 상기 거리(1102)는 거리(1103)의 20% 미만이다. 위상-변형 소자(21)는, 제 1 영역(211) 및 제 2 영역(212)이 일례로서 순수하게 나타난 스트라이프들로 배치된다. 위상-변형 소자(21)는 본원에서, 제 1 전자기 복사의 스트라이프형 및 계단형 위상 프로파일을 생성하기에 적절하고, 스트라이프들(9211, 9212)이 동일 위상을 가지고 고속 이동 방향(941)에 수직으로 위치한 제 1 빔(110)에 배향된다. 이 방식으로, 시간-평균화 스페클 패턴의 도 2에 관해 기술된 효과는 유리하게 선호될 수 있다. 이 효과를 강화하기 위해, 위상-변형 소자(21)는 추가적으로 스트라이프들(211, 212)에 수직인 방향으로 동요하면서 이동될 수 있다.
도 4는 상술된 대표 실시예들에 따른 표면(91) 상의 완전한-색상(full-colour) 정보를 투영할 수 있는 광전자 장치(4)의 대표 실시예를 제시한다. 이를 위해, 광전자 장치(3)는 제 1 복사원(11), 제 2 복사원(12) 및 제 3 복사원(13)을 포함하여, 각 경우에서, 예를 들면 제 1 복사원은 적색을, 제 2 복사원은 녹색을, 그리고 제 3 복사원은 청색을 단색의 간섭성 전자기 복사로 방출한다. 각 파장들이 어떻게 각각의 복사원들에 할당되느냐가 일례로서 순수하게 나타난다. 상술된 대표 실시예에서와 같이, 제 1 광학 소자(31), 제 2 광학 소자(32), 제 3 광학 소자(33)와 함께 제 1 위상-변형 소자(21), 제 2 위상-변형 소자(22) 및 제 3 위상-변형 소자(23)는 복사원들(11, 12, 13) 다음에 각각 배치된다.
제 1 복사원(11)에 의해 방출된 제 1 빔(110) 및 제 2 복사원(12)에 의해 방출된 제 2 빔(120)은 광학 콤바이너에 의해 중첩되어, 제 1 전자기 복사 및 제 2 전자기 복사인 제 1 빔(110) 및 제 2 빔(120)을 포함하는 빔(152)을 생성한다. 본원에서, 광학 콤바이너(51)는 이색성 미러의 형태를 취하고, 이때 상기 이색성 미러는 제 1 전자기 복사를 전달하고 제 2 전자기 복사를 반사시킨다. 빔(152)은 제 3 복사원(13)에 의해 방출된 제 3 빔(130) 상에 추가적인 광학 콤바이너(52)에 의해 추가로 중첩되어 제 1 전자기 복사, 제 2 전자기 복사 및 제 3 전자기 복사를 포함하는 빔(153)을 생성한다. 본원에서, 광학 콤바이너(52)는 마찬가지로 이색성 미러이고, 이때 상기 이색성 미러는 제 1 전자기 복사 및 제 2 전자기 복사를 전달하고, 제 3 전자기 복사를 반사시킨다. 대안적으로, 상기 광학 콤바이너(51 및 52)는 한-부분 구성요소로 구현될 수 있다.
상술된 대표 실시예에서와 같이, 제 1 빔(110), 제 2 빔(120) 및 제 3 빔(130)을 포함하는 빔(153)은, 복사-지향 소자(4), 예를 들면, 스캐너 미러에 의해 표면(91)에 지향된다. 이로써, 스캐너 미러 위치의 주기적인 변화 및 제 1 전자기 복사, 제 2 전자기 복사 및 제 3 전자기 복사의 상대적인 강도들을 통해서, 정보는 완전한 색상으로 표면 상에서 투영될 수 있다.
도 5A 및 5B는 사각형의 위상-변형 소자들(21)의 대표 실시예들을 제시하고, 상기 위상-변형 소자들(21)은 스트라이프들 또는 매트릭스로서 배치된 복수의 위상-변형 영역들을 나타낸다. 명료성을 위해, 단지 제 1 영역(211) 및 제 2 영역(212)만이 본원에서 제시된다. 도 5C 및 5D에서 제시된 대표 실시예들의 위상-변형 소자들(21)은 원형 형상이다. 도 5C에서는 위상-변형 영역들의 섹터 타입 배치를 도시하고, 도 5D에서는 대응하는 매트릭스-타입 배치를 도시한다. 계단형 위상 프로파일을 생성할 수 있는 이산 위상-변형 영역들 대신에 상기 영역들은 서로 연속적으로 병합될 수 있어서, 연속적인 위상 프로파일이 생성될 수 있다. 도 5A 내지 도 5D에서 제시된 사각형 및 원형 형상은 단지 일례일 뿐이다.
도 6A는 일례로서 무작위하게 분포된 계단형 위상 프로파일을 나타내는 그래프(601)를 도시한 것이다. 본원에서 x-축은 빔 단면 상의 계단형들의 분포를 나타내고, y-축은 위상 편향, 즉, 위상-변형 소자(21)의 20 개의 복수의 위상-변형 영역들에 의해 일어난 상대적인 위상 변형을 나타낸다. 최대 위상 편향 진폭("진폭"), 즉, 위상 편향의 최대 차이는 본원에서 270°보다 더 크다. 이론상의 관찰 및 계산은, 도 6A에 따른 위상 프로파일을 생성할 수 있는 위상-변형 소자(21)를 이용하여 스페클 콘트라스트가 팩터(factor) 5에 의해 실질적으로 감소될 수 있다는 것을 보여준다.
그래프(602)에서, 도 6B는 약 1.8 주기 및 약 2π의 진폭을 가진 연속적인 사인 곡선 위상 프로파일을 제시한다. 이론상의 관찰 및 계산은, 이 방식으로 스 페클 콘트라스트가 팩터 3에 의해 실질적으로 감소될 수 있으면서 동시에, 이 감소가 전자기 복사의 빔에 대응하는 위상-변형 소자(21)를 이동시킴으로써 예를 들면 더 증가될 수 있다는 것을 제시한다.
도 7의 그래프(701)는 최대 위상 편향 진폭의 함수로서 위상-변형 소자(21)에 의해 일어난 스페클 콘트라스트 감소를 제시한다. 최대 위상 편향 진폭은 본원에서 x-축 (라디안) 상에 나타나고, 결과적인 스페클 콘트라스트 감소(SCR)는 y-축 상에 나타난다. 적어도 1.5π의 최대 위상 편향 진폭이 유리한 것은 분명하다.
도 8의 그래프(801)는 1.5π보다 큰 최대 위상 편향 진폭에 대해서, y-축 상의 스페클 콘트라스트 감소가 위상-변형 소자의 위상-변형 영역들의 x-축 상에 나타난 수에 따라 어떻게 달라지는지를 제시하는 것으로서, 이때 상기 위상-변형 소자는 예를 들면 도 6A에서 제시된 바와 같이, 무작위하게 분포된 계단형 위상 프로파일을 생성할 수 있다.
기술된 실시예들 및 대표 실시예들에 따라서, 투영 장치는 콤팩트화되고 공간이 절약되고 비싸지 않은 구조물로 얻어지고, 크게 감소되거나 전혀 인식될 수 없는 스페클 패턴 인상에 대해 양호한 표시 특성을 가진다. 대표 실시예들을 참조하여 이루어진 설명은, 본원에서, 본 발명을 이러한 실시예들에 한정하지는 않는다. 오히려, 본 발명은 새로운 특징 및 특징들의 조합을 포함하고, 특히, 이러한 점은 청구항들의 특징의 조합을 포함하고, 비록 이러한 특징 또는 이러한 조합이 그 자체로 명백하게 청구항들 또는 대표 실시예들에 제공되지 않더라도 그러하다.

Claims (24)

  1. 간섭성의 제 1 전자기 복사의 제 1 빔(110)을 표면(91) 상에 투영하는 광전자 장치에 있어서, 상기 광전자 장치는,
    - 동작시에 상기 간섭성의 제 1 전자기 복사의 제 1 빔(110)을 방출하기에 적절한 제 1 복사원(11),
    - 상기 제 1 빔(110)의 서브영역(1102)에서 상기 제 1 전자기 복사의 위상을 변형시키는, 상기 제 1 전자기 복사의 빔 경로에 있는 제 1 위상-변형 소자(21) 및
    - 상기 제 1 빔(110)의 빔 방향(P1, P2)을 변화시키는, 상기 제 1 전자기 복사의 빔 경로에 있는 복사-지향 소자(4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 복사원(11)은 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 레이저는 레이저 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 복사원(11)에 의해 방출된 상기 제 1 빔(110)은 발산하는 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 복사원(11)에 의해 방출된 상기 제 1 빔(110)은 5도 이상이고 20도 이하인 발산 각(1100)을 나타내는 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 위상-변형 소자(21)는 상기 제 1 전자기 복사의 빔 경로에 있는 제 1 복사원(110) 다음에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 추가로 제 1 광학 소자(31)를 포함하고, 그리고
    상기 제 1 광학 소자(31)는 상기 제 1 전자기 복사의 빔 경로에 있는 제 1 위상-변형 소자(21) 다음에 배치되는 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 소자(31)는 상기 제 1 빔(110)을 시준 및/또는 포커싱하기에 적절한 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 소자(31)는 상기 제 1 복사원(110)으로부터 0.5 mm 이상이고 5 mm 이하인 거리로 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 위상-변형 소자(21)는 상기 제 1 복사원(110)으로부터 거리(1102)만큼 떨어져 있고, 이때 상기 거리(1102)는 제 1 광학 소자(31)와 제 1 복사원(110) 사이의 거리(1103) 절반 미만인 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 위상-변형 소자(21)는 적어도 제 1 영역(211) 및 제 2 영역(212)을 포함하고, 상기 제 1 영역(211) 및 제 2 영역(212)은 상기 제 1 전자기 복사의 위상을 서로 다른 각도로 각각 변형시키도록 구비된 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역(211, 212) 각각은, 상기 제 1 전자기 복사의 위상의 변형이 상기 제 1 영역(211) 전체에 일정하도록, 그리고 상기 제 1 전자기 복사의 위상의 변형이 상기 제 2 영역(212) 전체에 일정하도록 구비된 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역(211, 212) 각각은 상기 제 1 전자기 복사의 위상이 상기 제 1 빔 방향을 연속적으로 가로지르게 변형되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역(211, 212)은 적어도 부분적으로 서로 다른 제 1 전자기 복사용 광학 경로 길이를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역(211, 212)은 적어도 부분적으로 서로 다른 홀로그래픽 구조물들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 위상-변형 소자(21)에 의해 일어난 상기 제 1 전자기 복사의 위상 변화는 시간이 경과함에 따라 변화될 수 있는 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 위상-변형 소자(21)는 상기 제 1 전자기 복사의 빔 경로를 가로질러 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복사-지향 소자(4)는 상기 제 1 빔(110)을 상기 표면(91) 상에 지향하기에 적합한 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복사-지향 소자(4)는 적어도 하나의 지향가능한 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복사-지향 소자(4)는 고정된 입체각 영역을 주기적으로 지나가는 상기 제 1 빔(110)을 일으키기에 적절한 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면(91) 상에 간섭성의 제 2 전자기 복사의 제 2 빔(120)의 추가적인 투영을 위해, 상기 장치는 추가로:
    - 동작시에 상기 간섭성의 제 2 전자기 복사의 제 2 빔(120)을 방출하기에 적절한 제 2 복사원(12), 및
    - 상기 제 1 빔(110)을 상기 제 2 빔(120) 상에 중첩(152)시키는 광학 콤바이너(51)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 2 빔(120)의 서브영역에서 상기 제 2 전자기 복사의 위상을 변화시키는 제 2 위상-변형 소자(22)가 상기 제 2 전자기 복사의 빔 경로에 배치된 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,
    상기 표면(91) 상에 간섭성의 제 3 전자기 복사의 제 3 빔의 추가적인 투영을 위해, 상기 장치는,
    - 동작시에 상기 간섭성의 제 3 전자기 복사의 제 3 빔(130)을 방출하기에 적절한 제 3 복사원(13), 및
    - 상기 제 1 빔(110) 및/또는 제 2 빔(120)을 상기 제 3 빔(130) 상에 중첩(153)시키는 광학 콤바이너(52)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 3 빔(130)의 서브영역에서 상기 제 3 전자기 복사의 위상을 변화시키는 제 3 위상-변형 소자(23)가 상기 제 3 전자기 복사의 빔 경로에 배치된 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
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