KR20130092388A - 스펙클 감소기 및 스펙클 감소기를 포함하는 프로젝션 유닛 - Google Patents

Abstract

본 스펙클 감소 장치는 처리될 간섭 광빔이 통과하도록 의도된 광학 요소(20, 120)를 포함한다. 또한, 이는 상기 광학 요소(20, 120)를 가열시킬 수 있는 수단(22, 123); 및 광학 요소를 냉각시킬수 있도록 상기 광학 요소(20, 120)에 결합된 냉각 요소(26)를 포함한다. 제어 모듈(34, 134)은 상기 광학 요소(20, 120)에서의 열 변화를 생성하기 위해 상기 가열 수단 및 상기 냉각 수단을 제어하도록 구성되어, 상기 광학 요소의 굴절률에서의 대응하는 변이를 발생시킨다. 광학 요소는 가열을 유발하는 특정 변형 모드에서 여기되는 압전 결정이다.

Description

스펙클 감소기 및 스펙클 감소기를 포함하는 프로젝션 유닛{SPECKLE REDUCER AND PROJECTION UNIT COMPRISING A SPECKLE REDUCER}

본 발명은, 스펙클 감소 장치 및 특히 자동차용 헤드업 디스플레이 타입의 간섭 광원을 이용하는 프로젝션 유닛에 대한 그 애플리케이션에 관한 것이다.

헤드업 디스플레이 장치는 일반적으로 운전자의 시야에 위치되는 가상 이미지의 형태로 특히 차량 또는 더욱 일반적으로는 운전에 관한 작동 정보인 이미지의 투영을 위하여 결합기로 지향되도록 의도되는 광빔을 생성하는 프로젝션 유닛을 포함한다.

이러한 헤드업 디스플레이 장치 또는 더욱 일반적으로는 레이저와 같은 간섭 광원을 이용하는 임의의 종류의 프로젝션 시스템에서 발생하는 문제 현상은 영어로 "스펙클(speckle)"로 알려져 있다. "반점(travelures)[marks]", "광채(chatoiement)[sparkling]" 또는 레이저 입도(laser granularity)가 사용되지만, 스펙클이라는 용어가 본 기술분야에서 프랑스어로도 현재 사용되고 있다.

레이저 광의 특정 공간적 및 시간적 간섭 특성은 스펙클 현상의 원인이다. 자연적으로 거친 표면에 의한 확산 후에, 레이저 광원에 의해 방출된 간섭 광파(coherent light waves)는 공간에서의 소정의 점에서 보강 간섭하고, 다른 점에서 소멸 간섭한다; 형성된 광 스팟(light spots)은 전체로서 스펙클 패턴이라 불리고, 표면에 의해 확산된 파가 중첩되는 모든 공간에 존재한다.

스펙클 현상은 물체의 변형을 측정하는 소정의 경우에 사용된다. 그러나, 많은 애플리케이션에서, 그리고 특히 회절 요소를 사용하는 프로젝션 시스템에서, 스펙클 현상은 문제이며, 사용자에 의해 인지되는 이미지의 품질을 개선하기 위해 이를 감소시키는 것이 중요하다.

다수의 해결책이 스펙클을 감소시키기 위해 제안되었고, 대부분은 광학 소자를 움직이게 하여 방사 위상(radiation phase)을 평균하는 것에 기초한다. 예를 들어, 회전식 확산 시스템이 알려져 있다. 또는 더하여, 액추에이터 또는 압전 모터에 의해 이동될 수 있는 확산기 또는 미러를 평행 이동 및/또는 상하 이동하는 것이 알려져 있다. 특허 문헌 EP-A1-1 510 851호 및 EP-A1-1 655 636호는 이러한 종류의 해결책을 설명한다.

또한, 이러한 전술한 특허 출원에 기재된 바와 같이, 이동식 및 전술한 모든 회전식 시스템은 부피가 크고, 엄격한 이동 제어를 필요로 하며, 사용자의 안락함과 내구성의 문제를 제공할 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 종래의 스펙클 감소 시스템의 부피는 소정의 소형화된 광학 설계에서 자신들의 애플리케이션을 제한한다.

특허 문헌 US 2009/016390호는 파장 선택 요소와 관련된 광 방출 유닛을 포함하는 스펙클 감소 시스템을 설명하며, 그 원리는 간섭 및 이에 따른 스펙클을 감소시키기 위해 약간 상이한 파장으로 방출하는 복수의 광 이미터(light emitter)를 갖는 것이다. 펠티에(Peltier) 요소는 장치의 각 영역이 필요한 주파수에서 양호하게 방출하는 것을 보장되는 것을 허용한다. 왜곡이 펠티에 요소 대신에 액추에어터로서 사용된 압전 타입의 열 발생 요소에 의해 유입될 수 있다.

US 2001/007510호는 유체에서 그리고 일정한 상대 운동으로 현탁액 내의 확산하는 입자를 갖는 프로젝션 표면을 포함하는 스펙클 감소기를 설명한다. 유체는 저항으로 가열되거나 압전 액추에이터에 의해 교반될 수 있다.

유사한 방식으로, 특허 문헌 US 2007/058135호는 광선의 위상을 변경하고 현탁액 내의 입자의 교반에 근거한 전기 영동 확산기(electrophoretic diffuser)를 포함하는 시스템을 제공한다.

본 발명의 목적은 알려진 이동식 및 회전식 시스템의 단점을 갖지 않는 간섭 광빔용의 개선된 스펙클 감소 시스템을 제안하는 것이다.

본 발명에 따라, 이러한 목적은,

처리될 간섭 광빔이 통과하도록 의도된 광학 요소;

상기 광학 요소를 가열시킬 수 있는 수단;

상기 광학 요소를 냉각할 수 있도록 상기 광학 요소에 결합된 냉각 요소; 및

상기 광학 요소에서 열 변화를 생성하기 위하여 상기 가열 수단 및 상기 냉각 수단을 제어하도록 구성되어, 상기 광학 요소의 굴절률에서의 대응하는 변이를 발생시키는 제어 모듈

을 포함하는 간섭 광빔(coherent light beam)용 스펙클 감소 장치에 의해 획득된다.

본 발명의 일 양태에 따라, 처리될 광선이 통과하는 광학 요소는 압전 결정(piezoelectric crystal)이고, 상기 결정의 적어도 하나의 진동 모드는 가열을 발생시키도록 여기된다. 이와 관련해서, 바람직하게, 압전 결정이 결정의 "두께-전단(thickness-shear)"으로 알려진 진동 모드에서 바이어스되어 사용된다는 것이 이해될 것이다(이것이 사실 명백한 진동을 발생시키지 않고 작동에 대하여 사용될 수 없는 미소 변형(infinitesimal deformation) 모드라는 것이 주목되어야 한다). 이러한 경우에, 가열 수단은 유익하게는 결정에 적용되고 요구된 진동 모드를 여기할 수 있도록 제어 모듈에 연결된 전극을 포함한다.

따라서, 확산기의 회전 또는 이동에 기초한 스펙클 감소 시스템에 비해서, 본 발명에 따른 장치는 처리될 간섭 광빔이 통과하는 광학 요소의 굴절률 변이에 의한 스펙클 현상의 감쇠를 제안한다. 따라서, 이용된 스펙클 감소 원리는 확산기의 변위가 아니라, 광학 요소의 본질적인 특성의 변이에 기초한다.

굴절률에서의 변이는 광학 요소에서 의도적으로 발생된 열 변화로부터 기인한다는 것이 이해될 것이다. 사실, 공지된 바와 같이, 매질의 굴절률도 이 매질의 온도에 의존한다. 다시 말해서, 본 발명은 초기 온도(예를 들어, 25℃)로부터 광학 소자의 온도에서의 변이를 발생시키는 것에 의한 투과 광학 요소의 굴절률에서의 변이를 활용한다.

온도 변이는 가열 요소 및 냉각 요소의 결합된 사용에 의해 생성되어, 광학 요소에서의 제어된 온도 변이의 형성을 허용한다. 제어기는 유익하게는 랜덤(random) 또는 의사 랜덤(pseudo-random) 열 변화를 형성하도록 구성된다.

광학 요소의 굴절률에서의 변이는 이를 통과하는 광빔의 위상 변위를 발생시키며, 열 변화의 주파수 및 크기의 적합한 제어로 인간의 눈에 대한 보상 또는 평균화 효과를 제공하고, 따라서 스펙클 감소를 제공한다. 이를 위하여, 제어 모듈은 유익하게는 인간의 눈의 감도(망막 인지)보다 더 높은 주파수에서 굴절률에서의 변이를 제공하는 열 변화를 발생하도록 구성된다.

본 발명을 구현하기 위해, 광학 요소에 대하여 선택된 물질은 처리될 광빔의 파장에서 실질적으로 투과성이어야 하며, 그 굴절률은 요구된 현상을 관찰하기 위해 요구되는 작동 온도 범위 내에서 검출가능한 변이를 제공하여야 한다. 바람직하게는, 굴절률에서의 변이는 20℃ 내지 125℃의 사이에서 대략 적어도 15%(절대값), 바람직하게 대략 30%이다.

또한, 광학 요소를 가열하기 위한 수단은 예를 들어 이에 적용된 하나 이상의 저항성 가열 요소를 포함할 수 있다.

개선된 제어를 위해, 유익하게는, 장치는 광학 요소의 온도를 결정하기 위한 수단을 포함한다. 한 가지 가능한 것은 서모커플(thermocouple) 또는 다른 적합한 장치로 온도를 측정하는 것을 포함한다. 그러나, 투과성 요소가 압전 결정인 경우에, 결정의 온도는 쿼츠(quartz)의 열탄성(thermoelastic) 결합에 의해 그리고 그에 따라 결정의 실제 발진 주파수를 측정함으로써 결정될 수 있다.

바람직하게, 광학 요소는 금속성 고정 지지부에 의해 유지되어, 냉각 요소와의 열적 결합도 보장한다.

냉각 요소는 바람직하게 열 소산기(heat dissipater)와 관련된 펠티에 요소를 포함할 수 있다. 펠티에 요소는 제어 및 소형화된 장치에서의 통합 설비에 유익하다.

이해되는 바와 같이, 본 스펙클 감소 장치는 간섭 광원을 이용하는 프로젝션 유닛에서 주된 애플리케이션을 찾는다. 따라서, 추가 애플리케이션은 본 스펙클 감소 장치가 제공되는 프로젝션 유닛을 포함하는 헤드업 디스플레이 장치 분야이다.

또한, 본 발명에 따른 장치에서 회전 또는 이동 메커니즘을 가지지 않는 것은 극소형화를 허용하여, 장치의 크기가 대략 200 ㎛의 치수를 획득할 수 있게 한다는 것이 주목될 것이다. 결과적으로, 본 스펙클 감소 장치를 레이저와 같은 간섭 광원으로 직접 통합하는 것이 가능하여, 광학 요소는 예를 들어 광원의 출력 윈도우를 형성할 수 있다.

광원에서의 이러한 통합에 대한 경우에, 광학 요소는 빔의 직경에 맞추어진 간섭 광빔이 통과하는 처리 구역(treatment zone)을 갖는다; 이 처리 구역은 예를 들어 대략 200 ㎛ 직경을 가진다. 그 다음, 광학 요소는, 적절하다면, 광 발생 요소(예를 들어, 반도체 타입) 또는 주파수 배가 결정(frequency-doubling crystal) 후의 출력 윈도우로서 사용될 수 있다. 광학 요소는 광원의 경우에 외부적으로 장착된 펠티에 요소에 열적으로 결합될 수 있다.

다른 양태에 따라, 또한, 본 발명은 처리될 간섭 광빔이 광학 요소를 통과하는 스펙클 감소 방법에 관한 것이며, 광학 요소가 가열 수단 및 냉각 요소와 관련되고, 열 변화(thermal perturbation)가 광학 요소 내에 형성되어 그 굴절률이 변이하게 하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 열 변화는 랜덤 또는 의사 랜덤 방식으로 생성된다. 유익하게는, 결과에 따른 굴절률에서의 변이는 인간의 눈의 감도보다 높은 주파수를 갖는다.

다른 실시예에 따라, 광학 요소는 가열을 발생시키는 진동 모드, 바람직하게 두께-전단 모드에 바이어스된 압전 결정이다.

또 다른 실시예에 따라, 가열 수단은 광학 요소에 부착된 하나 이상의 저항성 전극을 포함한다.

발명의 다른 특징 및 특성은 첨부된 도면을 참조하여 예로서 아래에 제공되는 소정의 유익한 실시예에 대한 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용으로부터 명백해 질 것이다:
도 1은 본 스펙클 감소 장치를 포함하는 프로젝션 유닛을 도시하는 기본적인 다이아그램이다;
도 2는 저항성 전극을 사용하는 스펙클 감소 장치의 다이아그램이다;
도 3은 온도 함수로의 쿼츠 결정의 굴절률에서의 변이를 나타내는 그래프이다;
도 4는 전극 및 가열 요소의 작동 상태와 굴절률에서의 대응하는 변동을 시간의 함수로서 도식적으로 도시하는 그래프이다;
도 5는 도 1의 스펙클 감소 장치의 작동에 대한 기본 다이아그램이다;
도 6은 본 스펙클 감소 장치의 바람직한 일 실시예의 다이아그램이다; 그리고,
도 7은 도 6의 스펙클 감소 장치의 섹션 A-A에 대한 도면이다.

본 스펙클 감소 장치는 처리될 간섭 광빔이 통과하는 광학 요소의 굴절률에서의 변이에 의해 획득된 광선의 위상 변이에 의한 스펙클 감소에 기초하며, 상기 변이는 광학 요소에서 발생된 열 변화에 의해 획득된다.

굴절률 n의 매질에서의 파의 전파 속도 v는 다음의 관계에 의해 주어진다고 알려져 있다:

v = c / n

여기에서, c는 진공에서의 빛의 속도이다. 따라서, 파의 위상 속도는 이 파가 전파되는 매질의 굴절률에 의존한다.

또한, 매질의 굴절률은 다소 온도에 반응하여 의존한다는 것이 알려져 있다.

따라서, 본 장치는 이를 통과하는 방사에서 제어된 위상 변이를 발생시키도록 굴절률과 온도 사이의 이러한 관계를 이용하며, 변이는 사용자의 눈에서의 위상의 평균화를 발생시키도록 생성되어, 스펙클 효과를 감쇠시킨다.

도 1은 종래의 구성에서, 예를 들어 레이저와 같은 간섭 광원(12), 레이저 빔(14)을 성형하기 위한 광 유닛(회절식 또는 다른 것) 및 디스플레이(16)를 포함하는 프로젝션 유닛(10)의 일례를 도시한다.

스펙클 감소 장치(18)는 광원(12)과 디스플레이(16) 사이의 간섭 광빔의 경로 내에, 여기에서는 빔(14)을 형성하기 위한 광 유닛 뒤에 배치된다.

스펙클 감소 장치(18)의 실시예는 도 2에 상세히 도시된다. 이는 처리될 레이저 빔이 통과하도록 의도된 광학 요소(20)를 포함한다. 다른 본 실시예에서, 이 광학 요소(20)는 쿼츠 결정이다. 본 발명에 따라, 이는 스펙클을 감소시키기 위하여 사용되는 쿼츠 결정(20)의 굴절률에서의 온도의 함수로서의 변이이다. 이 변이는 도 3의 그래프로 도시된다. 도시된 바와 같이, 25℃로부터 125℃로의 쿼츠 결정의 가열은 결정의 굴절률에서 30%의 감소를 발생시킨다.

도 2에서, 도면 부호 22는 서로 연결되고 결정(20)의 전면에 부착된 2개의 저항성 전극(예를 들어, 백금으로 제조)을 나타내며, 이는 굴절률을 변이시키도록 결정의 가열을 허용한다. 바람직하게는, 전극은 결정(20)에서의 온도의 불균일한 분포를 형성하기 위해 비대칭 구성으로 배열된다.

선택된 구성의 관점에서, 본 장치(18)는 처리될 광선이 쿼츠 결정(20)의 중심부(24)를 통과하도록 배열되어야만 하고, 이는 광 처리 경로를 형성한다.

냉각 요소(26)는 결정(20)으로부터 열을 선택적으로 추출하여 그 온도를 변경할 수 있도록 결정(20)과 관련된다. 바람직하게는, 냉각 요소(26)는 열 소산기(heat dissipater)(30)에 대항하여 배치되는 펠티에 요소(28)를 포함한다. 펠티에 요소 자체의 작동 원리는 공지되어 있으며, 여기서는 설명되지 않을 것이다. 냉각 요소(26)와 결정(20) 사이의 열적 결합은 결정의 금속 고정 지지부(32)를 통하여 영향을 받는다. 결정(20)의 베이스는 펠티에 요소(28)와 직접 접촉할 수 있다.

마지막으로, 장치(18)는 냉각 요소(26) 뿐만 아니라 가열 전극(22)을 제어하는 제어 모듈(34)에 의해 제어된다. 설명된 바와 같이, 제어 모듈(34)은 결정에서의 온도 변이를 발생시키고 그 굴절률이 변이하게 하도록 가열 및 냉각 효과를 결합한다.

온도 변이의 최적 제어를 위해, 처리 구역(24)의 근처에서 결정의 온도를 결정하는 것이 바람직하다. 종래의 온도 측정에 의해 수행될 수 있더라도, 이는 압전 결정의 발진 주파수로부터 이를 도출하는 것이 바람직할 것이다. 이를 위해, 전극(36)은 결정의 전면에 고정되고, 대칭 전극(도시하지 않음)은 반대면에 고정되고, 제어 모듈(34)은 발진기 회로(oscillator circuit)를 포함한다. 이러한 전극(36) 중 하나에 전기장을 인가하는 것은 정전기장 및 전극의 무게로 인하여 주파수의 생성을 허용한다(바람직하게는, 주파수는 "두께-전단"으로 알려진 여기에 대한 것이다). 반대면 상의 전극에 의한 이러한 주파수의 검출은 사용된 물질(즉, 절단하기 위해 사용된 쿼츠)의 주파수 온도 계수를 이용하여, 결정(crystal)의 온도의 결정을 허용한다.

따라서, 전극(36)을 이용한 쿼츠의 발진 주파수의 측정은 결정(20)의 온도 결정을 허용하며, 전술한 바와 같은 결정 구성으로 주파수 변이가 대략 500 Hz/℃로 예측된다는 것을 알 것이다.

또한, 압전 결정의 가열은 뒤에 있는 것의 진동 모드를 여기시킴으로써 영향을 받을 수만 있다는 것이 주목될 것이다. 이러한 실시예는 도 6에 도시된다; 도 1과 동일하거나 유사한 요소는 100만큼 증가된 동일한 도면 부호로 표시된다. 저항성 전극(22) 대신에, 2개의 여기 전극(123)이 쿼츠 결정(120)의 양면 상에 대칭으로 배열된다. 결정(120)의 중심부(124)는 처리될 광빔이 통과하여야 하는 광 처리 경로를 구성한다.

도 1의 장치에 대하여, 냉각 요소(126)는 결정(120)으로부터 열을 선택적으로 추출하여 그 온도를 변경할 수 있도록 결정(120)과 관련된다. 바람직하게는, 냉각 요소(126)는 열 소산기(130)에 부착되는 펠티에 요소(28)를 포함한다. 냉각 요소(126)와 결정(120) 사이의 열적 결합은 결정의 금속 고정 지지부(132)를 통하여 영향을 받는다. 결정(120)의 베이스는 펠티에 요소(128)와 직접 접촉할 수 있다.

제어 모듈(134)은 결정에서의 온도 변이를 발생시키고 그 굴절률이 변이하게 하도록 가열 및 냉각 효과의 결합을 관리한다.

여기 전극(123)에 대하여, 금 또는 은으로 이루어진 대체로 고리 형태의 전극이 바람직하게 사용된다; 전극은 제어 모듈(134) 내에 통합된 발진기 회로에 의해 제어된다. 온도를 측정하기 위해, 동일한 중심 전극(136)이 보유된다.

도 1 내지 6에 도시된 바와 같이, 실제로, 저항성이고 그리고/또는 온도를 검출하는 여기 전극과 같은 광학 요소에 가해진 요소는, 바람직하게는, 광학 요소의 처리 구역(24)의 주변부에 위치 설정된다. 물론, 이 처리 구역의 치수(면적)는 처리될 빔의 직경에 맞추어진다.

본 장치(18, 118)의 일반적인 작동 원리는 도 5에 도시된다. 제어 모듈은 결정(20, 120)에서 제어된 온도 변이를 발생시키도록 가열 전극(22) 및 여기 전극(123)의 각각과 냉각 유닛(26, 126)을 제어한다. 또한 제어 모듈(34, 134)은 결정(20, 120)의 온도를 결정하고 그에 따라 가열/냉각 사이클을 제어하기 위하여 전극(36, 136)을 제어한다.

본 장치의 바람직한 제어 시나리오는 도 4에 도시된다. 도시된 바와 같이, 결정은 전극(22, 123) 각각을 통해 영구적으로 가열된다. 냉각 요소(26, 126)는 임시적으로 활성화되는 부분을 위한 것이며, 진동 모드에 의해 발생된 가열에 반작용한다. 적합한 방식으로 펠티에 요소(28, 128)의 동작 기간 및 정지 기간을 제어함으로써, 결정된 진폭 및 주파수의 변이가 쿼츠 결정(20, 120)에서의 굴절률에 생성된다.

바람직하게는, 제어 모듈은 굴절률에서 그리고 시각 인지 주파수 이상의 주파수에서 랜덤 또는 의사 랜덤 변이를 생성한다. 따라서, 사용자의 눈에서 간섭 빔의 위상 평균화 효과가 획득된다.

이 목적을 위하여, 펠티에 요소(28, 128)가 적어도 50 Hz의 주파수에서 제어되며, 이는 결정에 대하여 초당 굴절률의 적어도 50개의 상승 및 하강 에지 교번을 포함한다. 일반적으로, 이는 대략 100 내지 5000 Hz의 주파주에서 작동 가능할 것이다.

또한, 반응 효과를 위해, 바람직하게는, 기간의 최소 온도와 최대 온도 사이에서 굴절률의 적어도 15% 내지 20%(절대값), 더욱 바람직한 방식으로 적어도 30%의 변이를 발생시키는 온도 범위가 사용될 것이다. 따라서, 결정의 온도는 각 기간에서 주위 온도로부터 100℃ 이상으로 변동되게 된다. 일 실시예에 따라, 선택된 압전 결정은 대략 40℃ 내지 50℃, 즉 주위 온도로부터 대략 60℃ 크기의 온도 범위에 대하여 대략 10 내지 25%, 특히 15% 내지 20%의 굴절률에서의 변이를 제공한다.

일반적인 작동 원리가 제공되었고, 실행에 대한 일부 바람직한 상세를 제공하는 것이 남는다.

바람직하게는, 결정(20, 120)은 얇은 두께의 플레이트 형태를 가지며, 바람직하게 "두께-전단"으로 알려진 진동/변형 모드에서 기능하도록 절단되는 무한 플레이트를 지향하는 경향이 있다. 무한 플레이트는 플레이트의 평면에서의 연장에 비해 두께가 얇은 플레이트를 의미하며, 그 결과, 바람직하게 직경(또는 길이) 대 두께의 비율은 10보다 크다. 예를 들어, 직경(또는 지름) 대 두께의 비율이 10 또는 15보다 큰 플레이트 형태를 가질 수 있다. 이는 상기 2개의 다른 실시예에서 사용되는 진동(또는 미소 변형) 두께-전단 모드이며, 따라서 장치(118)에 대한 결정의 가열을 획득하기 위한 온도 측정에 대한 것이다.

따라서, 이는 일반적으로 γ+θ로 불리는, 단일 회전 절단에서의 쿼츠 단결정 절단을 사용하는 것이 가능할 것이다. 공지된 바와 같이, 관계가 여전히 실험적이지만, 쿼츠의 열 특성은 그 절단 각도에 의존한다. 본 장치에서의 애플리케이션에 대해, 절단은 AT로 알려진 절단과 B로 알려진 절단 사이의 범위 내에서 변경될 수 있으며, 이는 θ에 대하여 -49° ≤ θ ≤ 35°를 의미한다.

-30℃ 내지 대략 160℃의 온도 범위 내에서 작동하기 위해, 각도 θ는 특히 4 내지 24° 의 간격 내에 있을 수 있고, 특히 바람직한 값은 대략 14°이다.

쿼츠 결정의 이러한 절단은 수 MHz 내지 수백 MHz, 전형적으로 1 내지 500 MHz의 공진 주파수를 제공한다.

압전 효과가 결정에서 발생된 가열을 감지하기 위해 도 1의 다른 실시예에 사용되고, 도 6의 다른 실시예에서는 압전 효과도 굴절률에서의 필요한 변이를 발생시키기 위하여 결정을 가열하는데 사용된다는 것이 이해될 것이다. 높은 발진 주파수는 일반적으로 작동하기 위해 의도되지 않은 진동 모드에서 이용된다. 결정의 변형은 대략 수 nm이고, 따라서 거시적 스케일로 관찰할 수 없다. 따라서, 본 장치는, 압전 효과를 이용하지만, 회전식 또는 이동식 메커니즘을 사용하는 스펙클 감소 시스템과는 대조적으로 정적(또는 준정적)인 것으로서 고려될 수 있다.

통상적으로, 결정의 절단은 x-레이 회절에 의한 각도 θ의 측정 후에 생성되며, 그 다음 획득된 쿼츠 조각은 연마된다.

전극을 제조하기 위해, 쿼츠 공진기의 제조에 통상적으로 사용되는 공정이 적용될 수 있다. 변경된 실시예에 따라, 크롬층 및 그 다음에 금층이 각 면에 그리고 진공 하에서 연속적으로 부착된다. 저항성 전극을 위해, 백금이 사용될 수 있다.

도 6의 다른 실시예에서, 전극(123, 136)이 쿼츠 플레이트의 각 면의 거의 전체(광(124)의 통과 구역을 제외하고)를 덮도록 선택된다는 것이 주목될 것이다. 예를 들어, 결정(120)의 일 면 상에, 전극의 면적과 플레이트(120)(중심 구역(124) 이 없는) 면적 사이의 비율은 바람직하게 0.6보다 더 크다. 전극(123, 136)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 플레이트의 양면 상에 대칭하여 부착된다.

전극(123, 136)의 무게는 두께에서의 변형(두께-전단 변형)을 발생시키는데 기여한다.

그 다음, 전극의 형태는 포토리소그라피에 의해 제조된다. 감광성 수지층은 양면에 적용된다. 전극의 형태에 대응하는 어퍼처를 갖는 포토 마스크는 결정의 각측에 위치 설정된다. 그리고 결정의 양면은 수지의 노출된 부분을 중합화하기 위해 포토 마스크를 통해 동시에 UV에 노출되고, 이는 전극의 상대적인 위치 설정에서 높은 정밀도가 얻어지는 것을 허용한다.

중합화되지 않은 수지는 제거되고, 그 다음 수지의 중합화되지 않은 층으로 보호되지 못한 크롬 및 금은 적합한 화학 용액에 의해 제거된다. 마지막으로, 남아 있는 수지가 제거되어, 전극을 남긴다.

제어 레벨에서, 제어 모듈은 전극(36, 136)에 결합된 발진기 회로를 포함하고, 쿼츠 공진기(20, 120)를 제어한다. 전극(36, 136) 아니면 전극(123)의 고리 형태는 두께-전단 모드의 최적 여기를 허용하는 것이 고려된다.

마지막으로, 본 다른 실시예가 쿼츠 결정을 사용하지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 적합한 광학 및 압전 특성을 갖는 다른 결정으로 본 발명을 구현할 수 있을 것이라는 것이 명백하다. 특히, 예를 들어, 베르리나이트(AlPO₄)가 이용될 수 있다.

Claims (14)

1. 간섭 광빔에 대한 스펙클 감소 장치에 있어서,
   처리될 간섭 광빔이 통과하도록 의도된 광학 요소(20, 120);
   상기 광학 요소(20, 120)를 가열시킬 수 있는 수단(22, 123);
   상기 광학 요소를 냉각할 수 있도록 상기 광학 요소(20, 120)에 결합된 냉각 요소(26); 및
   상기 광학 요소(20, 120)에서의 랜덤 또는 의사 랜덤 열 변화를 생성하기 위하여 상기 가열 수단 및 상기 냉각 수단을 제어하도록 구성되어, 상기 광학 요소의 굴절률에서의 대응하는 변이를 발생시키는 제어 모듈(34, 134)
   를 포함하며,
   상기 광학 수단은 압전 결정이며,
   상기 가열 수단은 결정(120)에 적용되고 가열을 발생시키는 상기 결정의 진동 모드를 여기하도록 상기 제어 모듈(134)에 결합되는 전극(123)을 포함하는,
   스펙클 감소 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 열 변화는 50Hz보다 높은, 바람직하게는 100 Hz보다 높은 주파수에서 상기 굴절률이 변화하도록 수행되는,
   스펙클 감소 장치.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 광학 요소(20, 120)는 처리될 빔의 파장에 실질적으로 투과성이고 굴절률이 온도에 따라 변화하는 재료로 이루어진,
   스펙클 감소 장치.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 압전 결정은 쿼츠 또는 베르리나이트인,
   스펙클 감소 장치.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어 모듈(134)은 상기 압전 결정의 두께-전단 모드를 여기하도록 구성된,
   스펙클 감소 장치.
   
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 가열 수단은 상기 광학 요소(20)에 적용된 하나 이상의 저항성 가열 요소(22)를 포함하는,
   스펙클 감소 장치.
   
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 결정(20, 120)의 발진 주파수를 측정하고 이에 근거하여 상기 결정의 온도를 결정하기 위한 수단(36)을 포함하는,
   스펙클 감소 장치.
   
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 냉각 요소(26)는 바람직하게는 열 소산기(30)와 관련된 펠티어 요소(28)를 포함하는,
   스펙클 감소 장치.
   
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 결정(20, 120)은 두께에 대한 직경 및 길이의 비가 각각 10보다 큰 무한 플레이트 형태를 갖는,
   스펙클 감소 장치.
   
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 스펙클 감소 장치를 포함하는,
    프로젝션 유닛.
    
11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 스펙클 감소 장치이 제공되는 프로젝션 유닛을 포함하는,
    헤드업 디스플레이 장치.
    
12. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 스펙클 감소 장치를 포함하는,
    간섭 광원.
    
13. 처리될 간섭 광빔이 광학 요소(20, 120)를 통과하는 스펙클 감소 방법에 있어서,
    상기 광학 요소는 가열 수단(22, 123) 및 냉각 요소(26)와 관련되고,
    인간의 눈의 감도보다 높은 주파수에서 굴절률을 변화시키도록 상기 광학 요소에서 랜덤 또는 의사 랜덤 방식으로 열 변화가 형성되고,
    상기 가열 수단은 가열을 발생시키는 결정의 진동 모드를 여기시키기 위해 상기 결정(120)에 적용되는 전극(123)을 포함하는,
    스펙클 감소 방법.
    
14. 제13항에 있어서,
    상기 결정(20, 120)은 무한 플레이트 형태를 갖고, 상기 두께-전단 모드가 여기되는,
    스펙클 감소 방법.

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