KR20100050513A

KR20100050513A - 파장 변환, 파장 변조 반도체 레이저에서의 정렬 방법

Info

Publication number: KR20100050513A
Application number: KR1020107003631A
Authority: KR
Inventors: 에티엔느 알모릭; 빅람 바티아; 잭큐어스 골리어; 드라간 피쿨라; 다니엘 오 릭케츠
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2008-07-18
Publication date: 2010-05-13
Also published as: EP2179481A1; EP2179481B1; CN101785160B; ATE532241T1; JP2010534416A; US7756170B2; WO2009014662A1; CN101785160A; TW200922059A; US20090022188A1

Abstract

반도체 레이저들의 제어 방법은 반도체 레이저가 파장 변환 장치의 입력 면 쪽으로 유도된 파장 변조 출력 빔(λ_MOD)을 생성하는 곳에 제공된다. 상기 장치의 파장 변화 출력(λ_CONV)의 강도는 레이저의 출력 빔이 변조되고, 파장 변환 장치의 입력 면에서 변조된 출력 빔(λ_MOD)의 위치가 변경될 때 관측된다. 관측된 강도의 최대값은 파장 변환 장치의 입력 면에서 변조된 출력 빔(λ_MOD)의 위치를 나타내는 최적의 좌표와 서로 관련된다. 상기 광 패키지는 반도체 레이저에서 최적의 위치 좌표를 사용하는 파장 변조 장치로 강도 변조 출력 빔을 유도하는 데이터 프로젝션 모드에서 동작된다. 부가적인 실시 예들은 공개되고, 청구된다. 또한, 레이저 제어기들과 프로젝션 시스템들이 제공된다.

Description

파장 변환, 파장 변조 반도체 레이저에서의 정렬 방법{Alignment Method in Wavelength-Converted, Wavelength-Modulated Semiconductor Lasers}

본 발명은 파장 변환 레이저 광원의 광 정렬에서의 주파수 변조에 관한 것으로, 2007년 7월 20일 출원되어 계류중이고, 양도된 미국 특허출원 제11/880,386호의 우선권을 주장한다.

향상된 파장 변환 레이저 광원의 광 정렬에서의 파장 변환가 요구되고 있다.

본 발명은 파장 변환 레이저 광원의 광 정렬에서의 파장 변환를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 일반적으로 반도체 레이저들, 레이저 컨트롤러들, 레이저 프로젝션 시스템들, 및 반도체 레이저들을 포함하는 다른 광학 시스템들에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 실시 예들은 일반적으로 무엇보다도 반도체 레이저, 및 2차 하모닉 생성(second harmonic generation; SHG) 크리스탈 또는 파장 변환 장치의 다른 형태를 포함하는 패키지에서의 광 정렬에 관한 것이나, 실시 예들로 한정되는 것은 아니다.

단파장 광원들은 적외선 또는 근적외선 분포 귀환형(Distributed Feedback; DFB) 레이저, 분포 브락 반사(Distributed Bragg reflector; DBR) 레이저, 또는 페브리-페롯 레이저와 같은 단일 파장의 상대적으로 긴 반도체 레이저와 SHG 크리스탈과 같은 광 파장 변환 장치의 결합으로 형성될 수 있다. 일반적으로, SHG 크리스탈은 기본적인 레이저 신호의 고조파를 생성하기 위해 사용된다. 이렇게 하기 위해, 레이저를 발산하는 파장은 바람직하게 파장 변환 SHG 크리스탈의 스펙트럼 중간으로 조율되고, 레이저의 출력은 바람직하게 파장을 변환하는 크리스탈의 입력 면(input face)에서 도파관부(waveguide portion)와 정렬된다.

산화마그네슘(MgO)이 도핑된 주기적 분극 반점 리튬 니오베이트(periodically poled lithium niobate; PPLN) 크리스탈과 같은 일반적인 SHG 크리스탈의 모드 직경(mode diameter)은 수 마이크로미터의 범위에 있을 수 있다. 그 결과, 본 발명자들은 레이저 다이오드와 SHG 크리스탈의 도파관에서 빔을 정확하게 정렬하는 게 매우 난해하다는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 목적은 정렬 방법들과 SHG 크리스탈 또는 더 긴 파장원(예를 들면, 근 적외선 레이저 다이오드)로부터 더 짧은 파장 방출(예를 들면, 녹색 레이저 광)를 생성하는 다른 형태의 파장 변환 장치를 이용하는 광 패키지에 대한 대응 광학 설계들을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 광 패키지의 제어 방법이 제공된다. 방법에 따르면, 반도체 레이저는 파장 변환 장치의 입력 면 쪽으로 유도된 파장 변환 출력 빔(λ_MOD)을 생성한다. 상기 장치의 파장 변환 출력(λ_CONV) 강도는 레이저의 출력 빔이 변조되고, 파장 변환 장치의 입력 면에서 변조된 출력 빔(λ_MOD)의 위치가 변경될 때 관측된다. 관측된 강도의 최대값은 파장 변환 장치의 입력 면에서 변조된 출력 빔(λ_MOD)의 위치를 나타내는 최적의 좌표와 서로 관련된다. 상기 광 패키지는 반도체 레이저에서 최적의 위치 좌표를 이용한 파장 변환 장치로 강도가 변조된 레이저 빔을 유도하는 데이터 프로젝션 모드에서 동작 된다.

본 발명의 부가적인 실시 예들은 파장 변환 장치들을 이용하는 광 패키지에서 정렬 초과 시간을 유지하는 것과 관련된다. 특히, 본 발명의 실시 예들은 장치의 온도 변화 또는 패키지 구성요소들 초과 시간의 구조적인 특성 변화가 패키지 미정렬을 이끌 수 있는 곳에서 정렬을 유지하기에 적합하다. 본 발명의 이러한 면들은 일반적으로 실제 프로젝션(actual projection) 되는 동안 또는 패키지 시작 시 최대 정렬을 위한 모니터링을 포함한다. 도 2를 참조하여 아래에 논의된 바와 같이, 만약 정렬이 프로젝션 되는 동안 관측되어 진다면, 장치의 파장이 변환된 출력(λ_CONV)의 강도는 프로젝터 플라이백(fly-back) 시간 동안 또는 강도가 변조된 레이저 빔이 운송 프로젝션 데이터가 아닌 다른 주기에서 즉, 강도가 변조된 레이저 빔의 상대적으로 낮은 강도의 주기 동안 관측될 수 있다. 또한, 본 발명은 강도가 변조된 레이저 빔이 운송 프로젝션 데이터일 때 즉, 전술한 강도가 변조된 레이저 빔의 낮은 강도 플라이백 주기에 의존하지 않을 때 정렬을 모니터링하기 위한 루틴(routin)들을 고려한다.

본 발명의 또 다른 실시 예들은 본 발명의 개념에 따라 반도체 레이저를 동작시키도록 프로그램된 레이저 프로젝션 시스템들과 레이저 컨트롤러들에 관한 것이다. 본 발명의 다양한 개념들은 컬러 이미지 형성 레이저 시스템들, 자동차의 경고등과 같은 레이저 기반 디스플레이, 또는 광 정렬 및/또는 파장 조정이 쟁점인 임의의 레이저 어플리케이션에 응용할 수 있도록 고려되었다. 더욱이, 이곳에서 논의된 제어 체계들은 DBR 및 DFB 레이저로 한정되는 것은 아니나 이를 포함하는 다양한 형태의 반도체 레이저, 페브리-페롯 레이저, 및 많은 형태의 외부 함몰 레이저(external cavity laser)에서 유용함을 가질 것이라는 것을 알 수 있다. 마지막으로, 조절 가능한 광학 구성요소들이 전술한 정렬 정밀도를 가능하게 하도록 구성된 본 발명의 다양한 실시 예들은 그들이 일반적으로 장치 어셈블리에서 사용된 일부 상대적으로 강한 정렬 절차의 삭제를 허용할 수 있기 때문에 더 용이하고 사실상 더 적은 비용으로 광 패키지의 구조와 어셈블리를 허용할 것이라는 것을 알 수 있다.

본 발명은 향상된 파장 변환 레이저 광원의 광 정렬에서의 파장 변환를 제공할 수 있다.

본 발명의 특정 실시 예의 다음 상세한 설명은 동일한 구조가 동일한 참조번호로 나타내어지는 다음 도면과 함께 판독될 때 가장 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 관점에 따른 시작 또는 교정 정렬 절차를 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 다른 관점에 따른 모니터링 및 교정 정렬에 대한 절차를 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 MEMS 미러 사용 가능 광 정렬 패키지의 개략도이다.
도 4는 파장 변환 장치의 도파관부에 관한 레이저 출력 빔의 1차원 스캐닝 경로를 나타내는 도면이다.

비록 본 발명의 특정 실시 예의 개념들이 결합 될 수 있는 다양한 형태의 광 패키지의 일반적인 구조가 주파수 또는 파장 변환 반도체 레이저 광원의 설계 및 제조와 관련된 즉시 유용한 기술 문헌을 알려줄지 라도 본 발명의 특정 실시 예의 개념은 일반적으로 예를 들면, DBR-형태의 근적외선 반도체 레이저 및 주파수 배가(frequenct-doubling) PPLN SHG 크리스탈을 포함하는 광 패키지에 대해 유용하게 기술될 것이다. 이런 구성에서, 반도체 레이저에 의해 방출된 근 적외선 광은 SHG 파장 변환 장치의 도파관에 직접 연결되거나 콜리메이팅 및 포커싱 광학기기나 몇 가지 다른 형태의 적당한 광학 요소 또는 광학 시스템을 통해 도파관에 연결된다. 파장 변환 장치는 만약 입력 빔이 적당하게 정렬되고 조정된다면 입사되는 근적외선 광을 주파수가 배가된 녹색 레이저 광으로 변환한다. 더욱 일반적으로, 이러한 형태의 구성은 다양한 장파장 반도체 레이저에서 다양한 단파장 레이저 빔들을 생성하는 데 유용하고, 예를 들면, 레이저 프로젝션 시스템의 가시광원으로 사용될 수 있다.

도 1의 흐름도와 도 3의 개략도에 도시된 본 발명의 실시 예에 따르면, 광 패키지는 반도체 레이저(10), 파장 변환 장치(20), 하나 또는 그 이상의 조절 가능 광학 구성요소(30), 렌즈 요소(35), 빔 스플리터 또는 적당한 광학 필터(40), 강도 센서(50), 및 프로그램 가능 컨트롤러(60)를 포함한다. 조절 가능 광학 구성요소(30)는 파장 변환 장치(20)의 광 입력 면과 반도체 레이저(10)의 광 출력을 결합하도록 구성된다. 상기 스플리터/필터(40), 강도 센서(50) 및 프로그램 가능 컨트롤러(60)는 파장 변환 장치(20)의 파장이 변환된 출력(λ_CONV)의 강도를 관측하는 데 도움이 된다.

도 3은 파장 변환 장치(20)의 출력에서 강도를 관측하도록 구성된 스플리터/필터(40) 및 강도 센서(50)를 나타내는 도면이다. 상기 스플리터/필터(40)는 반도체 레이저(10)(예를 들면, 적외선(IR) 또는 근적외선(near-IR)에서)의 고유 파장, 파장 변환 장치(20)(예를 들면, 가시광선 스팩트럼에서)의 변환된 파장 또는 둘 모두에서 강도 관측을 허용하도록 구성될 수 있다. 많은 경우에 있어 파장 변환 장치(20)의 변환 효율은 결코 100%에 도달하지 않기 때문에 반도체 레이저(10)의 고유 파장에서 강도를 관측하는 게 바람직할 것이고, 그로 인해 고유 파장은 파장 변환 장치(20)의 파장 변환 대역 내에서 떨어지는 것과 관계없이 관측을 위해 사용될 수 있는 파장 변환 장치(20)의 출력에서 항상 최소 고유 신호일 것이다. 불행히도, 많은 경우 IR 관측의 사용은 홀로 충분히 정밀하지 않을 것이다. 예를 들면, 파장 변환 장치(20)에 결합 되지 않은 광의 일부는 사용할 수 없는 신호를 만드는 관측 시스템에 의해 부분적으로 검출되는 표유 광(stray light)을 생성할 수 있다. 신호 혼란(signal confusion)의 다른 원인은 IR 결합에서 파장 변환 장치(20)에 의해 제공된 모드들의 일부로 될 수 있다. 따라서, 사용하는 IR 신호는 최적화된 결합을 유도할 수는 있으나, 최적 결합을 보장하지는 않는다. 그 결과, 많은 경우 예를 들면, 파장 변환 장치(20)의 광로(optical path) 하류로 스펙트럼 필터를 삽입하여 파장 변환 장치(20)의 파장 변환된 출력의 강도를 관측하는 게 바람직할 것이다. 이 경우, 주의사항은 반도체 레이저(10)의 파장이 올바르게 조정되는 것을 보장해 주어야 한다는 것이다. 이에 반해, 파장 변환 장치(20)의 변환 효율은 매우 낮을 수 있고, 정렬 시 사용을 위해 파장 변환 장치(20)의 출력에서 신호가 없는 위치를 유도할 수 있다.

도 1에 도시된 본 발명의 방법에 따르면, 상기 광 패키지는 파장 변환 장치(20)의 FWHM 변환 효율 대역폭의 상당 부분을 포함하는 파장 범위 이상 변조된 파장 변조 출력 빔(λ_MOD)을 생성하기 위해 레이저 반도체(10) 동작에 의해 제어된다(단계 100 "레이저 다이오드 동작", 102 "고주파 λ변조 실행"). 변조된 출력 빔(λ_MOD)은 파장 변환 장치(20)의 입력 면으로 유도되고, 조절 가능 광학 구성요소(30)들은 파장 변환 장치(20)의 입력 면에서 변조된 출력 빔(λ_MOD)의 위치를 변경하기 위해 조절된다(단계 104X "X-스캔", 104Y "Y-스캔", 104Z "Z-스캔). 기술된 예시에서, 파장 변환 장치(20)의 입력 면에서 변조된 출력 빔(λ_MOD)의 위치는 X와 Y 구성요소들이 입력 면의 평면에서 변조된 출력 빔(λ_MOD)의 위치를 나타내고, Z 구성요소가 입력 면의 평면에서 변조된 출력 빔(λ_MOD)의 초점을 나타내는 X, Y, 및 Z 영역에서 변경된다.

파장 변환 장치의 파장 변환 출력(λ_CONV)의 강도는 레이저(10)의 출력 빔이 변조되고, 파장 변환 장치(20)의 입력 면에서 변조된 출력 빔(λ_MOD)의 위치가 변경될 때 관측된다(단계 106X "최대 강도?", 106Y "최대강도?", 106Z "최대 강도?). 출력 빔이 파장의 범위 이상 변조되기 때문에 상대적으로 고주파수 예를 들면, 10㎑에서 레이저의 파장은 변조 주기의 적어도 일부분에 대해 파장 변환 장치(20)의 변환 효율 대역폭을 정합 또는 거의 정합할 것이고, 그 때문에 통계적으로 상당한 파장 변환 광의 상당량이 생성될 것이다. 예를 들면, PPLN SHG 크리스탈에 연결된 적외선 레이저의 경우 만약 PPLN 주파수 결합 크리스탈의 스펙트럼 대역폭이 0.2㎚이고, PPLN 정합 파장에 레이저의 불안정이 2㎚라면, 2㎚ 진폭과 함께 레이저를 발산하는 파장의 변조는 파장 정합과 적어도 시간의 10%에 대한 녹색 레이저 광의 생성을 보장할 것이다.

도 4를 참조하면, 레이저 출력 빔의 1차원 스캐닝 경로는 파장 변환 장치(20) 입력 면의 도파관부(22)와 관련하여 기술된다. 실시하는 본 발명에서, 주의사항은 레이저(10)의 출력 빔이 변조되는 곳에서의 주파수가 출력 빔이 파장 변환 장치(20) 입력 면의 도파관부(22)를 거쳐 스캔 되는 곳에서의 주파수보다 상당히 크다는 것이 보장될 수 있다. 만약 그렇지 않다면, 이곳에 기술된 다양한 정렬 루틴들은 많은 경우 레이저(10)의 스캔 된 출력 빔이 레이저 출력의 파장이 파장 변환 장치(20)의 파장 변환 대역폭의 범위에 포함되기 전에 종종 파장 변환 장치(20)의 도파관부(22)를 거치는 게 필요하기 때문에 상당히 효율이 낮고 실행하는 게 더 어려워지게 된다. 바람직하게, 레이저(10)의 출력 빔이 변조되는 곳에서의 주파수는 각각에 대해 적어도 한번 완전한 변조 주파수 범위(Δf)를 거치는 출력 빔이 파장 변환 장치(20)의 도파관부(22)를 거쳐 통과하는 것을 보장하기에 충분히 높을 수 있다.

녹색 광 관측에 대해 고려된 다른 관점은 시스템이 미정렬일 때 PPLN의 출력에서 수집된 전력의 대부분이 도파관에 연결되지 않고 PPLN 크리스탈로 전해지는 IR 표유 광이라는 것이다. IR 표유 광에 연결되지 않은 것은 센서(50)에 의해 수집되고, 정렬을 위한 모니터가 사용하기 어려울 때 IR을 사용하는 2차 최대치(secondary maxima)의 일부와 함께 매우 혼동하는 신호를 만들 수 있다. 그러나, 레이저의 파장을 변조함에 있어, 단지 녹색, 파장 변환된 광은 파장 변환 장치(20)의 출력에서 변조된다. 그 결과, 적당한 전자 또는 다른 형태의 필터가 컨트롤러(60)에 포함되거나 또는 단자 파장 변환된 신호가 변조되기 때문에 고유 IR 신호를 거부하기 위해 다른 곳에 포함될 수 있다. 따라서, 본 발명의 파장 변조 관점은 또한 검출된 신호의 가시광 및 IR 구성요소들을 분리하기 위한 편리한 수단을 제공하고, 떨어지는 IR의 배제를 가질 수 있는 검출기를 사용할 때 특히 유용할 수 있는 장점을 제공한다.

상술한 실시 예에서, 파장 변환 출력(λ_CONV)의 관측 강도의 최대값은 먼저 최적 위치 좌표의 X 구성요소와 관련되고, X 셋 포인트로 저장된다(단계 106X "최대 강도?", 108X "X 셋 포인트 저장"). 그 후, 파장 변환 출력(λ_CONV)의 관측 강도의 최대값은 최적 위치 좌표의 Y 구성요소와 관련되고, Y 셋 포인트로 저장된다(단계 106Y "최대 강도?", 108Y "Y 셋 포인트 저장"). 빔이 파장 변환 장치(20)의 표면에 적당히 정렬되면, 파장 변환 출력(λ_CONV)의 관측 강도의 최대값은 최적 위치 좌표의 적당한 Z 구성요소와 관련되고, Z 셋 포인트로 저장된다(단계 106Z "최대 강도?", 108Z "Z 셋 포인트 저장").

이러한 방법에서, 검출된 강도 데이터는 파장 변환 장치(20)의 입력 면에서 변조된 출력 빔(λMOD)의 위치와 초점을 나타내는 최적 좌표와 함께 최대 강도 값과 관련되도록 사용될 수 있다. 이러한 상관관계가 전부 갖추어지면, 파장 변환 장치(20)의 입력 면에서 변조된 출력 빔의 위치 변화는 광학 구성요소(30)들을 조절하고, 데이터 프로젝션 모드에서 레이저(10)를 동작하기 위해 이용하는 최적 좌표에 의해 한정된다(단계 110 "광학 구성요소들을 조절", 112 "데이터 프로젝션 모드에서 레이저 다이오드 동작"). 광학 구성요소(30)들은 또한 요청이 있을 때 그 이후의 X-Y-Z 조절을 허용하도록 설계된다. 동작에서, 상기 광학 구성요소들은 각각의 X, Y 및 Z 영역에서 동시에 조절되거나 각각의 셋 포인트가 저장될 때 조절될 것이다. 부가적으로, 조절은 세 개의 영역에서 모두 만들어질 필요는 없다는 것을 알 수 있다. 많은 경우에, 하나 또는 두 영역에서의 스캐닝과 강도 관측은 충분할 것이다.

비록 도 1의 흐름도에서는 도시되지 않았으나, 본 발명은 또한 광 패키지의 조절 가능한 광학 구성요소(30)들이 반도체 레이저(10)의 고유 레이저를 발산하는 파장에서 파장 변환 장치(20)의 출력 강도 관측으로 미완성 정렬 동작(rough alignment operation)을 받는 미완성 정렬 서브-루틴을 계획하고 있다. 본 발명의 이러한 관점은 적어도 레이저(10)에 의해 생성된 광의 일부가 파장 변조 출력 빔(λ_MOD)을 사용하는 정렬이 초기화되기 전에 파장 변환 장치(20)에 연결되는 것을 유지할 필요가 있는 곳에서 특히 유익할 수 있다.

최적 좌표에 고정된 광학 구성요소(30)들과 최적화된 파장에 대해 광 패키지는 강도 변조된 레이저 빔이 반도체 레이저(10)에서 파장 변환 장치(20)로 유도되는 데이터 프로젝션 모드에서 동작으로 변화될 수 있다. 데이터 프로젝션 모드에서, 파장 변조 출력 빔(λ_MOD)은 광 패키지에 의해 방출된 데이터를 운송하는 강도 변조 레이저 빔을 위해 한정된다. 예를 들면, 광 패키지가 스캐닝 레이저 이미지 프로젝션 시스템의 일부로 사용되도록 구성된 곳에서 강도 변조 레이저 빔은 방출된 이미지의 강도 변화 컬러 구성요소를 형성할 수 있다. 물론, 변하는 픽셀 강도가 이미지를 통해 생성되는 스캐닝 레이저 이미지 프로젝션 시스템의 구성 및 방법과 관련하는 더욱 자세한 설명은 본 발명의 관점 이상이고 그 주제에 관해 즉시 유효한 다양한 내용에서 수집되어 질 것이다.

비록 도 1에 도시된 정렬 절차가 데이터 프로젝션 모드에서의 동작을 위해 광 패키지가 정해질 때 실행된 절차로 이곳에 기재되어 있을지라도, 도 1에 도시된 정렬 단계가 광 패키지 수명의 임의의 지점에서 실행될 수 있다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 정렬 관측 절차를 참조하면, 도 1에 도시된 정렬 단계들은 데이터 프로젝션 모드에서 동작하는 동안 조절 불량이 검출될 때 실행될 수 있다.

특히, 도 2는 데이터 프로젝션 모드 동안 파장 변환 장치(20)와 함께 강도 변조 레이저 빔의 정렬을 관측하고 수집하기 위한 절차를 나타내고 있다(단계 200 "데이터 프로젝션 모드에서 레이저 다이오드 동작"). 도시된 절차에 따르면, 정렬은 단지 강도 변조된 레이저 빔이 프로젝션 데이터를 운송하지 않을 때, 즉, 강도 변조 레이저 빔의 상대적으로 낮은 강도 주기 동안 관측된다(단계 202 "데이터 프로젝션이 작동하지 않는지?"). 예를 들어, 픽셀 기반 레이저 프로젝션 시스템의 맥락에서 강도 변조 레이저 빔은 일반적으로 다수의 디스플레이 픽셀을 통해 스캔 되고, 강도 변조 레이저 빔의 변조는 디스플레이 픽셀 강도를 나타낸다. 스캐닝하는 동안 강도 변조 레이저 빔은 일반적으로 픽셀들의 하나의 행(row) 끝에 있는 과도 디스플레이 픽셀(transitional display pixel)에서 상대적으로 낮은 강도에서 픽셀들의 다른 행의 시작점에 있는 과도 디스플레이 픽셀까지 스캔 된다. 이러한 형태의 스캐닝 동작은 보통 이미지 프로젝터 플라이 백(fly-back)으로 언급된다. 이런 형태의 플라이 백 변화는 일반적으로 각각의 이미지 라인의 끝에서 수 마이크로 초를 차지하고, 각 프레임의 끝에서 수 밀리 초를 차지한다. 이러한 플라이 백 주기 동안, 레이저(10)는 출력 강도를 낮게 할 수 있고, 광 패키지 내에서 정렬을 관측하기 위해 사용될 수 있다(단계 204 "낮은 IR 전력에서 레이저 동작"). 파장 변환 장치(20)의 변환 효율은 레이저(10)가 낮은 전력에서 동작 될 때 매우 낮다. 따라서, 본 발명의 이러한 관점은 강도가 파장 변환 장치(20)에 의해 다른 방법으로 생성된 강도 변조, 주파수 변환 광에 의한 방해 없이 관측될 수 있기 때문에 특히 유용하다. 그 결과, 거의 없거나 아예 없는 주파수 변환 광이 플라이 백 동안 생성되고, 강도 센서(40)는 주파수 변환 광에서 중요한 방해 없이 파장 변환 장치(20)의 출력에서 레이저(10)의 고유 레이저를 발산하는 파장 장도를 관측하기 위해 사용될 수 있다(단계 206 "IR 강도 관측").

그의 고유 레이저를 발산하는 파장에서 동작하는 레이저(10)의 강도가 충분히 낮을 때, 파장 변환 장치(20)의 출력은 반도체 레이저(10)의 고유 레이저를 발산하는 파장에 의해 영향을 받을 것이다. 이러한 동작 모드에서, 정렬은 파장 변환 장치(20)의 출력에서 고유 레이저를 발산하는 파장의 강도 관측에 의해 관측될 수 있다(단계 208 "IR 강도가 미정렬을 나타내는가?"). 미정렬의 시작 레벨이 파장 변환 장치(20)의 출력에서 나타내어질 때, 데이터 프로젝션 모드에서의 레이저(10) 동작은 도 1에 관해 위에서 기술된 동작의 파장 변조 모드를 위해 종결될 수 있다(단계 210 "정렬 수집"). 정렬 모드에서, 출력 빔의 파장은 도 1에 관해 이곳에서 기술된 일반적인 방법론에 따른 갱신된 X, Y, 및 Z 셋 포인트들을 생성하기 위해 변조된다(단계 212 "새로운 X, Y, X 셋 포인트 저장").

비록 본 발명이 제어 알고리즘의 사용으로 한정되지 않더라도, 이는 강도 변조 레이저 빔이 프로젝션 데이터를 운송할 때, 즉, 상술 된 강도 변조 레이저 빔의 낮은 강도 플라이 백 주기에 의존하지 않고 정렬을 관측하기 위한 루틴들을 계획하고 있다. 그렇게 하기 위해, 광 패키지가 셋 업에서 예를 들면, 도 1에 관해 이곳에서 설명하는 루틴들을 이용하여 정렬되어 지는 것을 보장하는 게 최선일 수 있다. 그의 최대 정렬에 이미 근접한 광 패키지에 대해, 하나는 파장 변환 출력 강도에서 예상된 변화보다 큰 인지에 의한 데이터 프로젝션 동안 정렬을 관측할 수 있다. 예를 들면, 데이터 프로젝션 모드에서 동작하는 파장 변환 녹색 레이저의 경우, 대략 2%이하의 절차에서 출력 강도의 변화를 예상할 수 있다. 이러한 문턱값 이하의 강도 변화는 정렬 모드로 광 패키지를 변환하기 위해 사용될 수 있다. 정렬 모드에서, 관측된 강도는 패키지에서 광학 구성요소들의 직접 조절로 사용될 수 있다. 그 대신, 관측된 강도는 초기 재정렬을 위한 트리거(trigger)로 사용될 수 있다.

도 3에서 개략적으로 기술된 조절 가능한 광학 구성요소는 다양한 종래 또는 개발될 형태를 취할 수 있다. 예를 들면, 조절 가능한 광학 구성요소(30)가 변조된 출력 빔(λ_MOD)을 조절하여 파장 변환 장치(20)의 입력 면에서 변조된 출력 빔(λ_MOD)의 위치를 바꾸기 위해 구성되고 정렬된 하나 또는 그 이상의 이동 가능한 미세 시각 전자기계 미러(micro-opto-electromechanical mirror), 또는 다른 MEMS 또는 MOEMS 장치들을 포함할 것이라는 것을 알 수 있다. 그 대신, 조절 가능한 광학 구성요소(30)는 빔 조절 및 초점 조절을 위해 구성된 하나 또는 그 이상의 액정 렌즈 구성요소들을 포함할 것이다. 더욱이, 조절 가능한 광학 구성요소(30)는 빔 조절 및 초점 조절을 위해 마이크로 액추에이터에 설치된 하나 또는 그 이상의 렌즈들을 포함할 것이라는 것을 알 수 있다.

더욱 상세하게 말하면, 비록 조절 가능한 광학 구성요소(30)들이 상대적으로 단순히 이동 가능한 미러로 도 3에 도시될지라도, 조절 가능한 광학 구성요소(30)들은 하나 또는 그 이상의 축 방향으로 한정되지 않고, 회전할 수 있게 또는 기울일 수 있는 렌즈들 이나 미러들, 또는 그의 조합을 포함하는 다양한 형태를 취할 수 있다는 것을 알 수 있다. 부가적으로, 상기 조절 가능한 광학 구성요소(30)들은 그들의 광학 특성들이 파장 가변 액정 렌즈에 대한 경우일 때 물리적으로 움직이는 구성요소들에 대한 요구 없이 조절될 수 있도록 구성될 수 있다는 것을 알 수 있다.

상기 조절 가능한 광학 구성요소들은 상대적으로 딱딱한 굴곡과 함께 설계된 미러들을 허용하는 이동 가능한 미세 시각 전자기계 미러들을 포함하는 곳에서 상기 미러들은 대략 1~2도의 값으로 미러들에 의해 설정된 반사 각의 범위를 한정하여 광 패키지에서 진동으로 감도를 감소시키도록 설계된다. 물론, 본 발명자는 1~2도의 범위가 대략 50 내지 100 마이크로미터의 측면 빔 스팟 미정렬을 포함하기에 충분하다는 것을 알고 있다.

상기 조절 가능한 광학 구성요소들은 하나 또는 그 이상의 액정 렌즈 구성요소들을 포함하고, 그들은 일반적으로 액정 렌즈 구성요소들의 광학 특성의 열 변화를 설명하기 위해 프로그램 가능한 제어 설계로 하나 또는 그 이상의 열 렌즈 알고리즘을 결합하는 게 바람직할 것이다.

비록 본 발명이 픽셀 기반 프로젝션 시스템에 관해 기술되어 있을지라도, 레이저 기반 광원을 포함하는 공간 광 변조기 기반 시스템(디지털 광원 처리(DLP), 전달 LCD, 및 LCOS(Liquid Crystal on Silcon)를 포함)과 같은 다른 프로젝션 시스템들이 이곳에 기술된 정렬 기술에서 도움이 될 것이라는 것을 알 수 있다.

본 발명의 절차에 대한 상세한 설명은 청구된 것과 같이 본 발명의 본질 및 특성을 이해하기 위한 요약이나 구성을 제공하기 위한 것이라는 것을 알 수 있다. 다양한 변경 및 변형이 발명의 정신 및 관점을 벗어나지 않고 본 발명으로 만들어질 수 있다는 것은 당해 기술분야에서 숙련된 당업자들에게 자명할 것이다. 그러므로, 이 발명의 변경 및 변화를 포함하는 본 발명이 첨부된 청구항과 그와 동등한 관점 안에서 발생하는 것들이 제공되도록 의도된다.

본 발명의 한정 및 설명을 위해, 이곳에 "대략(on the order of)"으로 한정된 크기의 값은 하나 또는 그 이상의 크기에 의한 특정 크기에서 변하지 않는 임의의 값을 포함하는 것을 알 수 있다. 더욱이, 이곳에 특정 방법으로 또는 특정한 특성 또는 기능을 포함하기 위해 "구성된(configured)" 본 발명 구성요소의 설명은 의도된 사용의 설명에 대비되는 것처럼 구조적인 설명이다. 예를 들면, 특정 방법으로 두 개의 요소들을 광학적으로 결합하기 위해 "구성된" 조절 가능한 광학 구성요소로 이곳에 언급된 것은 조절 가능한 광학 구성요소에 존재하는 물리적인 조건을 나타내고, 그들만으로, 구조적인 특성들의 정확한 설명으로 취해진다.

"오히려(preferably)", "일반적으로(commonly)", 및 "전형적으로(typically)"와 같은 용어는 이곳에서 사용될 때 청구된 발명의 관점을 한정하거나 또는 확실한 특징들이 결정적이고, 필수적이며, 또는 청구된 발명의 구조나 기능에 중요하다는 것을 나타내기 위한 의도가 아니라는 것을 알 수 있다. 오히려, 이러한 용어들은 단지 본 발명의 특정 실시 예에서 사용되거나 사용되지 않는 중요한 선택 또는 부가적인 특징을 의도한다.

Claims

반도체 레이저, 파장 변환 장치, 상기 반도체 레이저의 출력을 상기 파장 변환 장치의 입력 면과 광학적으로 연결하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 조절 가능한 광학 구성요소들 및 상기 파장 변환 장치의 파장 변환 출력(λ_CONV)의 강도를 관측하도록 구성된 강도 센서를 포함하는 광 패키지를 제어하는 방법에 있어서,
파장 변환 장치의 FWHM 변환 효율 대역의 상당 부분을 포함하는 파장의 범위 이상으로 변조된 파장 변조 출력 빔(λ_MOD)을 생성하기 위해 상기 반도체 레이저를 동작하는 단계;
상기 파장 변환 장치의 입력 면 쪽으로 변조된 출력 빔(λ_MOD)을 유도하는 단계;
레이저의 출력 빔이 변조되고, 파장 변환 장치의 입력 면에서 변조된 출력 빔(λ_MOD)의 위치가 변경될 때 상기 파장 변환 장치의 파장 변환 출력(λ_CONV)의 강도를 관측하는 단계;
상기 파장 변환 장치의 입력 면에서 변조된 출력 빔(λ_MOD)의 위치를 나타내는 최적 좌표와 함께 관측된 파장 변환 출력(λ_CONV) 강도의 최대값을 서로 연관시키는 단계;
적어도 임시적으로 조절 가능한 광학 구성요소들을 고정하기 위한 최적 좌표를 이용하여 파장 변환 장치의 입력 면에서 변조된 출력 빔(λ_MOD)의 위치 변화를 종결시키는 단계; 및
조절 가능한 광학 구성요소들을 위한 최적 위치 좌표를 이용하여 상기 반도체 레이저에서 파장 변환 장치로 강도 변조 레이저 빔을 유도하여 데이터 프로젝션에서 광 패키지를 동작하는 단계를 포함하는 광 패키지 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
레이저 출력 빔이 변조된 곳에서의 주파수는 변조된 출력 빔의 위치가 파장 변환 장치의 입력 면을 통해 변경된 곳에서의 주파수보다 상당히 큰 것을 특징으로 하는 광 패키지 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 레이저의 출력 빔이 변조된 곳에서의 주파수는 최소한 한번 완전한 변조 주파수 범위 Δf를 통과한 출력 빔 주기가 파장 변환 장치의 입력 면의 도파관부를 거쳐 통과하는 것을 보장하기에 충분히 높은 것을 특징으로 하는 광 패키지 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
파장 변환 장치의 입력 면에서의 변조된 출력 빔(λ_MOD)의 위치는 X와 Y 구성요소들을 포함하고, 및
관측된 파장 변환 출력(λ_CONV) 강도의 최대값은 남아 있는 구성요소와의 상관 관계에 앞서 최적 위치 좌표의 X 또는 Y 구성요소 중 어느 하나와 서로 관련된 것을 특징으로 하는 광 패키지 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
파장 변환 장치의 입력 면에서의 변조된 출력 빔(λ_MOD)의 위치는 X, Y 및 Z 구성요소들을 포함하고, 및
상기 Z 구성요소가 입력 면의 평면에서 출력 빔(λ_MOD)의 초점을 나타내는 반면, 상기 X와 Y 구성요소들은 입력 면의 평면에서 변조된 출력 빔(λ_MOD)의 위치를 나타내는 것을 특징으로 하는 광 패키지 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
데이터 프로젝션 모드에서 광 패키지의 동작 이전에 동작을 위해 광 패키지가 셋 업 될 때 또는 데이터 프로젝션 모드에서 동작하는 동안 미정렬이 나타날 때 실행되는 것을 특징으로 하는 광 패키지 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 광 패키지는 데이터 프로젝션에서의 동작이 파장 변환 출력 강도에서의 예상된 변화보다 큰 변화를 만드는 지점을 나타내는 미정렬 문턱 값을 넘어 파장 변환 장치의 파장 변환 출력 강도에서의 변화 검출에서 정렬 모드로 변환되는 것을 특징으로 하는 광 패키지 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
데이터 프로젝션 모드 동안 강도 변조 레이저 빔과 파장 변환 장치의 정렬을 관측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 패키지 제어 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 정렬은 강도 변조된 레이저 빔의 상대적으로 낮은 강도 부분 동안 관측되는 것을 특징으로 하는 광 패키지 제어 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 강도 변조된 레이저 빔의 상대적으로 낮은 강도 부분의 강도는 파장 변환 장치의 출력이 반도체 레이저의 고유 레이저를 발산하는 파장에 의해 영향을 받도록 하는 것을 특징으로 하는 광 패키지 제어 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 정렬은 파장 변환 장치의 출력에서 고유 레이저를 발산하는 파장의 강도를 관측하는 것에 의해 관측되는 것을 특징으로 하는 광 패키지 제어 방법.
청구항 11에 있어서,
파장의 출력에서 고유 레이저를 발산하는 파장의 강도가 미정렬을 나타낼 때 파장 변조된 출력 빔(λ_MOD)을 생성하기 위해 데이터 프로젝션 모드에서 레이저의 동작을 종결시키고, 반도체 레이저의 동작을 다시 시작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 패키지 제어 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 데이터 프로젝션 모드에서의 동작은
강도 변조된 레이저 빔이 다수의 디스플레이 픽셀을 통해 스캔되고, 강도 변조된 레이저 빔의 변조가 디스플레이 픽셀 강도를 나타내며,
상기 강도 변조된 레이저 빔이 선택된 픽셀들 사이에서 변화를 허용하기 위해 상대적으로 낮은 강도에서 선택된 과도 디스플레이 픽셀들 사이에서 스캔되고, 및
정렬이 선택된 픽셀들 사이에서 변화하는 동안 관측되도록 하는 것을 특징으로 하는 광 패키지 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 조절 가능한 광학 구성요소들은 상기 반도체 레이저의 고유 레이저를 발산하는 파장에서 파장 변환 장치의 출력 강도를 관측하는 것에 의해 거친 정렬 동작을 받는 것을 특징으로 하는 광 패키지 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 조절 가능한 광학 구성요소들은
대략 1~2도의 반사 각도를 한정하는 적어도 하나의 이동 가능한 미세 시각 전자기계 미러의 사용을 통해 변조된 출력 빔(λ_MOD)을 조절하여 파장 변환 장치의 입력 면에서 변조된 출력 빔(λ_MOD)의 위치를 변경하기 위해 동작되는 것을 특징으로 하는 광 패키지 제어 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 미세 시각 전자기계 미러는 상기 미세 시각 전자기계 미러가 광 경로를 접도록 구성된 곳에서 접힌 경로 광학 시스템에 포함되어 미러에 도달하기 위해 처음에 광학 렌즈 또는 렌즈 어셈블리를 통해 통과하고, 그 후 상기 광학 렌즈 또는 렌즈 어셈블리를 통해 되돌아가며; 및
상기 광학 렌즈 또는 렌즈 어셈블리는 대략 1의 광 배율로 구성되는 것을 특징으로 하는 광 패키지 제어 방법.
청구항 16에 있어서,
상기 조절 가능한 광학 구성요소들은 하나 또는 그 이상의 액정 렌즈 구성요소들의 사용을 통해 변조된 출력 빔(λ_MOD)을 조정하여 상기 파장 변환 장치의 입력 면에서 변조된 출력 빔(λ_MOD)의 위치를 변경하도록 동작 되고; 및
상기 액정 렌즈 구성요소들의 광학적 특성의 열 변화를 설명하기 위한 하나 또는 그 이상의 열 렌즈 알고리즘의 사용을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 패키지 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 조절 가능한 광학 구성요소들은 상기 조절 가능한 광학 구성요소들을 기계적으로 변형하도록 구성된 마이크로 액추에이터의 사용을 통해 변조된 출력 빔(λ_MOD)을 조정하여 파장 변환 장치의 입력 면에서 변조된 출력 빔(λ_MOD)의 위치를 변경하도록 동작 되는 것을 특징으로 하는 광 패키지 제어 방법.
청구항 18에 있어서,
상기 기계적으로 조절 가능한 광학 구성요소들은 조절 가능한 광학 구성요소들의 감도를 진동으로 감소시키기 위한 광학 시스템에 광학 비배율기(demultiplicator) 인자를 삽입하도록 구성된 부가적인 렌즈 구성요소들을 포함하는 광학 시스템에 포함되는 것을 특징으로 하는 광 패키지 제어 방법.
적어도 하나의 반도체 레이저, 파장 변환 장치, 상기 반도체 레이저의 출력을 상기 파장 변환 장치의 입력 면과 광학적으로 연결하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 조절 가능한 광학 구성요소들, 상기 파장 변환 장치의 파장 변환 출력(λ_CONV)의 강도를 관측하도록 구성된 강도 센서; 및 상기 반도체 레이저를 동작하기 위해 프로그램된 레이저 제어기를 포함하고,
상기 제어기는 상기 반도체 레이저 동작을 위해
셋 업 동작의 초기화로 상기 반도체 레이저가 파장 변환 장치의 FWHM 변환 효율 대역의 상당 부분을 포함하는 파장의 범위 이상으로 변조된 파장 변조 출력 빔(λ_MOD)을 생성하고;
변조된 출력 빔(λ_MOD)이 상기 파장 변환 장치의 입력 면 쪽으로 유도되며;
상기 조절 가능한 광학 구성요소들이 파장 변환 장치의 입력 면에서 변조된 출력 빔(λ_MOD)의 위치를 변경하기 위해 동작 되고;
파장 변환 장치의 파장 변환 출력(λ_CONV)의 강도가 상기 레이저의 출력 빔이 변조되고, 상기 파장 변환 장치의 입력 면에서 변조된 출력 빔(λ_MOD)의 위치가 변경될 때 강도 센서에 의해 관측되며;
관측된 파장 변환 출력(λ_CONV) 강도의 최대값이 상기 파장 변환 장치의 입력 면에서 변조된 출력 빔(λ_MOD)의 위치를 나타내는 최적 좌표와 서로 연관되고;
상기 파장 변환 장치의 입력 면에서 변조된 출력 빔(λ_MOD)의 위치 변화가 적어도 임시적으로 셋 업 동작을 종결시키도록 종결되며; 및
데이터 프로젝션 모드에서의 동작이 반도체 레이저에서 상기 조절 가능한 광학 구성요소들에 대한 최적의 위치 좌표를 이용하는 파장 변환 장치로 강도 변조 레이저 빔을 유도하여 초기화시키는 조건을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝션 시스템.