KR20140132059A - 레이저를 광원으로 이용한 등명기 - Google Patents

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KR20140132059A
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Abstract

본 발명은 등명기를 제공한다. 이 등명기는 레이저 광원, 레이저 광원의 출력광을 제공받아 2차원적으로 스캐닝하는 스캐닝 소자, 스캐닝 소자를 제어하는 스캐닝 제어부, 및 스캐닝 소자로부터 제공받은 광을 평행하게 출력하는 렌즈를 포함한다.

Description

레이저를 광원으로 이용한 등명기{Beacon using a laser as a light source}
본 발명의 등명기에 관한 것으로, 더 구체적으로 레이저 광원을 포함하는 등명기에 관한 것이다.
등명기는 장애물 위, 방파제, 또는 등대에 설치되어 수로를 운항하는 야간 항해자에게 장애물과 방파제의 위치 정보를 제공하여, 선박의 안전한 운항을 돕는 광파 신호기의 일종이다. 상기 등명기의 광색이나 시계열 점멸 패턴은 근방의 다른 등명기와 구별할 수 있도록 국제적으로 표준을 정해서 사용되고 있으며, 이 표준 코드는 해도 상에 상기 등명기의 위치와 함께 표시된다.
등명기는 광원에서 발생된 광파 신호를 먼 거리까지 전달하기 위하여 렌즈를 포함하고 있다. 일반적으로 등명기에서는 사용하는 렌즈의 두께가 너무 두꺼워져서 부피가 커지고 무게가 많이 나가는 것을 피하기 위하여 프레넬 (Fresnel) 렌즈를 사용한다.
한국 등록 특허 10-0583765 및 10-0583766를 참조하면, 국내에서는 원통형 프레넬 렌즈를 채용한 지름이 250 mm와 300 mm인 두 종류의 등명기가 개시되어 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 발산각을 억제한 등명기를 제공하는 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 광색이나 시계열 점멸 패턴 이외에 부가 정보를 제공할 수 있는 등명기를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 등명기는 레이저 광원; 상기 레이저 광원의 출력광을 제공받아 2차원적으로 스캐닝하는 스캐닝 소자; 상기 스캐닝 소자를 제어하는 스캐닝 제어부; 및 상기 스캐닝 소자로부터 제공받은 광을 평행하게 출력하는 렌즈를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 렌즈의 후단에 배치되어 스캐닝되는 평행광을 차단하여 영상 패턴을 제공하는 편광 조절부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 편광 조절부는 LCD 패널; 및 상기 LCD 패널을 제어하는 LCD 패널 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 레이저 광원은 레이저 빔을 출력하는 레이저 다이오드; 상기 레이저 다이오드에 전력을 공급하는 레이저 다이오드 전원; 상기 레이저 다이오드와 상기 스캐닝 소자 사이에 배치되어 상기 레이저 다이오드의 출력의 일부를 상기 스캐닝 소자에 제공하는 광분할기; 및 상기 광분할기의 출력의 나머지 일부를 제공받는 광검출기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 렌즈는 동심원 형상의 패턴을 포함하는 평판형 프레넬 렌즈일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 스캐닝 소자는 스캐닝 미러일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 스캐닝 소자는 음향 광학 변조기일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 레이저 광원은 적색 영역의 제1 파장을 출력하는 제1 레이저 광원; 녹색 영역의 제2 파장을 출력하는 제2 레이저 광원;
청색 영역의 제3 파장을 출력하는 제3 레이저 광원; 상기 제1 레이저 광원의 출력광과 상기 제2 레이저 광원의 출력광을 결합하는 제1 이색성 거울(dichroic mirror); 및 상기 제1 이색성 거울을 통하여 결합한 광을 상기 제3 레이저 광원의 출력광과 결합하는 제2 이색성 거울을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 등명기는 레이저 광원; 상기 레이저 광원의 출력광을 제공받아 2차원적으로 빔을 퍼트리는 회절광 분할기(diffractive beam splitter); 및 상기 회절광 분할기로부터 제공받은 광을 평행하게 제공하는 렌즈를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 렌즈의 후단에 배치되어 입사하는 광을 차단하여 영상 패턴을 제공하는 편광 조절부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 편광 조절부는 LCD 패널; 및 상기 LCD 패널을 제어하는 LCD 패널 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 레이저 광원은 레이저 빔을 출력하는 레이저 다이오드; 상기 레이저 다이오드에 전력을 공급하는 레이저 다이오드 전원; 상기 레이저 다이오드와 상기 회절광 분할기 사이에 배치되어 상기 레이저 다이오드의 출력의 일부를 상기 회절광 분할기에 제공하는 광분할기; 및 상기 광분할기의 출력의 나머지 일부를 제공받는 광검출기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 렌즈는 동심원 형상의 패턴을 포함하는 평판형 프레넬 렌즈일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 회절광 분할기는 서로 연속적으로 배치된 제1 회절광 분할기 및 제2 회절광 분할기를 포함하고, 상기 제2 회절광 분할기는 상기 제1 회절광 분할기로부터 제공된 광을 제공받아 다시 2차원적으로 빔을 퍼트릴 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 레이저 광원은 적색 영역의 제1 파장을 출력하는 제1 레이저 광원; 녹색 영역의 제2 파장을 출력하는 제2 레이저 광원;및
청색 영역의 제3 파장을 출력하는 제3 레이저 광원; 상기 제1 레이저 광원의 출력광과 상기 제2 레이저 광원의 출력광을 결합하는 제1 이색성 거울(dichroic mirror); 및 상기 제1 이색성 거울을 통하여 결합한 광을 상기 제3 레이저 광원의 출력광과 결합하는 제2 이색성 거울을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 등명기는 발산각을 억제할 수 있고, 문자 패턴과 같은 부가 정보를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 소자(scanning device)을 포함하는 등명기를 설명하는 도면이다.
도 2a는 도 1의 스캐닝 소자에 스캐닝 방식을 설명하는 도면이고, 도 2b는 LCD 패널의 픽셀 및 편광 상태를 표시하는 도면이고, 도 2c는 LCD 패널을 투과한 영상 패턴을 표시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 등명기를 설명하는 도면이다.
도 4a는 도 3의 스캐닝 소자를 설명하는 단면도이고, 도 4b는 도 3의 스캐닝 소자를 설명하는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 등명기를 설명하는 도면이다.
도 6은 도 5의 회절광 분할기를 설명하는 도면이다.
도 7은 도 5의 다른 회절광 분할기를 설명하는 도면이다.
도 8a는 도 5의 회전광 분할기에 의하여 형성된 빔 패턴을 설명하는 도면이고, 도 8b는 도 5의 편광 조절부의 편광 상태를 나타내는 도면이고, 도 8c는 도 5의 편광 조절부를 통과한 영상 패턴을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 등명기를 설명하는 도면이다.
등명기의 광파 전달 거리를 늘리기 위하여 렌즈의 성능을 개선하는 연구가 진행되고 있다. 하지만, 사용된 광원이 완벽한 점 광원(point light souce)이 아니기 때문에 렌즈를 통과한 후에도 광선이 발산하여, 상기 등명기는 광파 전달 거리가 제한되는 근본적인 문제를 안고 있다.
또한, 백색광원을 사용하면서 특별한 광색을 얻기 위해서는 렌즈에 착색이 수행될 수 있다. 이 착색 방법은 등명기의 광 효율을 크게 떨어뜨리는 결과를 초래한다. 이런 문제를 극복하기 위하여 최근에는 백색 광원 대신에 원하는 광색을 발생하는 발광다이오드 (LED)를 광원으로 사용하는 등명기가 많이 사용되고 있다. 하지만, LED 등명기 역시 광선의 발산에 의한 도달거리 또는 광파 전달 거리의 한계를 극복할 수 없다.
발산이 가장 작은 광원은 레이저이다. 발광 다이오드처럼 손쉽게 점멸이 가능한 레이저가 레이저 다이오드 (laser diode; LD)이다. 현재는 다양한 색깔의 레이저 다이오드가 개발되어 판매되고 있다. 레이저 광원은 발산각이 작기 때문에 먼 곳으로 보낼 수 있는 장점을 가진다. 하지만, 상기 레이저 광원의 작은 발산각 때문에 눈에 직접 들어가면, 레이저는 수정체에 의하여 망막에 집속될 수 있다. 이에 따라, 망막은 광생물학적으로 손상될 수 있는 위험을 내포하고 있다. 따라서 레이저 광의 출력과 발산각에 따라 안정성 등급을 정해서, 엄격하게 규제하는 것이 세계적인 추세이다. 또한, 레이저 빔(laser beam)은 단면적이 매우 좁기 때문에 한 개의 빔을 보낼 경우에 항해자의 시야에 들어가서 인식될 가능성이 매우 낮다. 따라서, 시인성을 높이기 위한 대책이 수립되지 않으면 등명기에서 채용되기 어렵다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 광원을 포함하는 등명기는 레이저를 광원으로 사용할 때 발생할 수 있는 문제점을 극복할 뿐만 아니라 새로운 기능을 부가하여 기존의 등명기로는 구현할 수 없는 장점을 제공할 수 있다. 또한, 상기 등명기는 다양한 색체를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 등명기는 레이저 광원, 레이저 빔의 각도를 주사(scanning)하는 스캐닝 소자, 및 스캐닝된 광선을 다시 한 방향으로 수렴시키는 렌즈를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 등명기는 레이저 광원, 레이저 빔을 여러 개의 서브 빔으로 갈라서 퍼뜨리는 회절광 분리기, 및 분리된 서브 빔을 한 방향으로 수렴시키는 렌즈를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 등명기는 렌즈 뒤에 배치된 편광 조절부를 포함할 수 있다. 상기 편광 조절부는 광선이 지나는 위치의 픽셀을 조작하여 영상 패턴을 제공할 수 있다. 상기 등명기는 렌즈를 바라보는 먼 거리의 항해자에게 특별한 문자나 기호, 또는 이것들의 조합을 순차적으로 제시함으로써 부가 정보를 제공할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 보다 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 소자(scanning device)를 포함하는 등명기를 설명하는 도면이다.
도 2a는 도 1의 스캐닝 소자에 스캐닝 방식을 설명하는 도면이고, 도 2b는 LCD 패널의 픽셀 및 편광 상태를 표시하는 도면이고, 도 2c는 LCD 패널을 투과한 영상 패턴을 표시하는 도면이다.
도 1, 및 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 등명기(100)는 레이저 광원(110), 상기 레이저 광원(110)의 출력광을 제공받아 2차원적으로 스캐닝하는 스캐닝 소자(120), 상기 스캐닝 소자(120)를 제어하는 스캐닝 제어부(130), 및 상기 스캐닝 소자(120)로부터 제공받은 광을 평행하게 출력하는 렌즈(140)를 포함한다.
상기 레이저 광원(110)의 출력광은 광분할기()에서 대부분 통과하고 상기 스캐닝 소자(120)에서 반사된 후 상기 렌즈(140)로 입사하고, 상기 렌즈(140)에서 굴절된 후 상기 렌즈(140)가 배치된 평면에 수직한 방향으로 원거리까지 진행한다.
상기 레이저 광원(110)은 가간섭성(coherent)을 가진 레이저를 출력할 수 있다. 상기 레이저 광원(110)은 CW 레이저 다이오드일 수 있다. 상기 레이저 광원(110)은 고속으로 점멸될 수 있다. 상기 레이저 광원(110)은 서로 다른 색을 가지는 복수의 레이저 다이오드들을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 레이저 광원은 적색, 녹색, 및 청색 레이저를 동시에 출력할 수 있다. 상기 레이저 광원(110)은 레이저 다이오드(112) 및 레이저 다이오드 전원(114)을 포함할 수 있다. 상기 레이저 다이오드(112)는 상기 레이저 다이오드 전원(114)으로부터 전력을 공급받을 수 있다. 상기 레이저 다이오드 전원(114)은 상기 레이저 광원(110)의 출력을 조절하거나 점멸시킬 수 있다. 상기 레이저 광원(110)이 적색, 녹색, 및 청색 레이저를 동시에 출력하는 경우, 상기 등명기(100)는 적색 레이저, 녹색 레이저, 및 청색 레이저의 강도를 가지고 색을 표현할 수 있다.
광분할기(116)는 상기 레이저 다이오드(112)과 상기 스캐닝 소자(120) 사이에 배치되어 상기 레이저 다이오드(112)의 출력의 일부를 상기 스캐닝 소자(120)에 제공할 수 있다. 이에 따라, 상기 스캐닝 소자(120)는 2차원 스캐닝을 제공할 수 있다.
광검출기(118)는 상기 광분할기(116)의 출력의 나머지 일부를 제공받을 수 있다. 상기 광검출기(118)는 상기 레이저 광원(110)의 출력을 검출하여 제어부(170)에 제공할 수 있다. 이에 따라, 상기 제어부(170)는 상기 레이저 광원(110)의 출력을 일정하게 유지할 수 있다. 상기 광분할기(116)에서 반사된 일부( 1 퍼센트 이하)의 레이저 빔은 상기 광검출기(118)에 제공되고, 상기 광 검출기(118)는 상기 레이저 광원(110)의 출력을 모니터링할 수 있다. 만약, 상기 레이저 광원(110)의 출력이 문턱 신호를 넘게 되면, 상기 제어부(170)는 상기 레이저 다이오드 전원(114)을 제어하여 상기 레이저 광원(110)을 소등할 수 있다.
스캐닝 소자(120)는 2차원 스캐닝을 제공하는 스캐닝 거울(scanning mirrors)일 수 있다. 상기 스캐닝 거울은 스캐닝 갈바노 거울 (scanning galvo-mirror) 또는 압전 스캐닝 거울(piezoelectric scanning mirror)일 수 있다. 상기 스캐닝 소자(120)는 2축 스캐닝을 제공할 수 있다. 스캐닝 방법에 따라 다양한 방식의 스캐닝 패턴을 제공할 수 있다. 빠른 스캐닝이 이루어지면, 원거리에 있는 관측자는 상기 등명기(100)를 평면 광원으로 인식할 수 있다. 즉, 상기 등명기(100)는 초당 20 프레임 이상을 스캐닝할 수 있다. 하나의 스캐닝 주기를 단위 시간으로 보면, 상기 레이저 광원(110)은 상기 단위 시간에 동기화되어 점멸될 수 있다. 이에 따라, 다양한 종류의 점멸 패턴이 제공될 수 있다.
상기 스캐닝 제어부(130)는 상기 스캐닝 소자(120)를 통하여 라스터 스캔(raster scan)을 제공할 수 있다. 상기 스캐닝 방법은 다양하게 변형될 수 있다.
상기 렌즈(140)는 프레넬 렌즈(Fresnel lens)일 수 있다. 상기 렌즈(140)는 상기 스캐닝 소자(120)가 제공된 광을 제공받아 평행광을 출력할 수 있다. 상기 프레넬 렌즈는 동심원 형상의 패턴을 포함하는 평판형 프레넬 렌즈일 수 있다. 상기 평판형 프레넬 렌즈의 형상은 원판, 사각판, 또는 다각형판일 수 있다. 상기 평판 프레넬 렌즈는 상기 등명기(100)의 부피를 감소시킬 수 있다.
상기 스캐닝 소자(120)는 상기 렌즈(140)의 초점거리에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 렌즈(140)를 통과한 광선은 평행하게 진행할 수 있다. 또는, 상기 렌즈(140)는 상기 렌즈의 초점거리 보다 약간 가까이 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 렌즈(140)를 통과한 광선은 미세한 각도로 발산할 수 있다.
상기 렌즈(140)를 투과한 광선은 편광 조절부(162)에 입사할 수 있다. 상기 편광 조절부(160)는 LCD 패널(162) 및 LCD 패널 제어부(164)를 포함할 수 있다. 상기 LCD 패널(162)은 상기 스캐닝 빔을 제공받아 영상 패턴을 제공할 수 있다. 상기 LCD 패널 제어부(164)는 상기 LCD 패널(162)의 픽셀의 편광 상태를 변경하여 상기 픽셀을 투과하는 광량을 제어할 수 있다. 상기 LCD 패널은 양면에 배치된 한 쌍의 편광판을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 편광 조절부(160)에 의하여 형성된 영상 패턴은 문자패턴을 포함할 수 있다. 상기 편광 조절부(160)는 상기 스캐닝 제어부(130)의 스캐닝 주기와 동기화될 수 있다. 상기 스캐닝 소자(120)에 의하여 소정의 각도로 굴절(deflection)된 광선이 상기 LCD 패널(162)을 통과하는 시점에서, 상기 LCD 패널(162)의 픽셀 또는 픽셀 군이 동기화되어 동작할 수 있다. 상기 편광 조절부(160)는 문자 패턴 또는 기호 패턴을 제공할 수 있다.
도 2a를 참조하면, 렌즈(140)의 표면에 스캐닝되는 궤적이 표시된다. 스캐닝 방식은 라스터(raster) 스캔일 수 있다. 라스터(raster) 스캔은 x축 방향으로 좌측에 우측으로 스캔하고, y축으로 일정한 간격을 이동한 후 다시 x축 방향으로 좌측에서 우측으로 스캔한다. 스캐닝 영역을 모두 스캐닝하면, 다음 프레임이 진행된다. 상기 렌즈(140)를 투과한 광은 평행광을 제공한다.
상기 LCD 패널(162)은 복수의 픽셀(163)로 구성될 수 있다. 통상적인 LCD 의 디스플레이의 백라이드(back lighgt)는 상기 레이저 광원, 스캐닝 소자, 및 상기 렌즈로 대체될 수 있다. 상기 LCD 패널(162)의 각 픽셀은 상기 LCD 패널 제어부(164)로부터 영상 신호를 제공받아, 영상 패턴(168)을 형성하도록 상기 LCD 패널(162)을 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 LCD 패널(162)의 각 픽셀을 투과하는 광의 세기는 동일한 프레임 내에서 서로 다를 수 있다. 이에 따라, 상기 LCD 패널(162)의 후단의 가상 스크린 면(169)이 배치된 경우, 관찰자는 영상 패턴을 인식할 수 있다.
제어부(170)는 상기 스캐닝 제어부(130), 상기 LCD 패널 제어부(164), 및 상기 레이저 다이오드 전원(114)을 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 등명기(100)는 평행한 2차원 평면광을 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 등명기를 설명하는 도면이다.
도 4a는 도 3의 스캐닝 소자를 설명하는 단면도이고, 도 4b는 도 3의 스캐닝 소자를 설명하는 사시도이다.
도 3, 도 4a, 및 도 4b를 참조하면, 등명기(200)는 레이저 광원(110), 상기 레이저 광원(110)의 출력광을 제공받아 2차원적으로 스캐닝하는 스캐닝 소자(220), 상기 스캐닝 소자(220)를 제어하는 스캐닝 제어부(130), 및 상기 스캐닝 소자(220)로부터 제공받은 광을 평행하게 출력하는 렌즈(140)를 포함한다.
편광 조절부(160)는 상기 렌즈(140)의 후단에 배치되어 스캐닝되는 평행광을 차단하여 영상 패턴을 제공할 수 있다. 상기 편광 조절부(160)는 LCD 패널(162) 및 LCD 패널 제어부(164)를 포함할 수 있다.
광분할기(116)는 상기 레이저 광원(110)과 상기 스캐닝 소자(120) 사이에 배치되어 상기 레이저 광원(110)의 출력의 일부를 상기 스캐닝 소자(120)에 제공할 수 있다. 광검출기(118)는 상기 광분할기(116)의 출력의 나머지 일부를 제공받을 수 있다. 상기 렌즈(140)는 동심원 형상의 패턴을 포함하는 평판형 프레넬 렌즈일 수 있다.
상기 스캐닝 소자(220)는 음향광학 변조기(222,224)를 포함할 수 있다. 상기 음향광학 변조기(222)는 음파를 발생시키는 트랜스듀서(transdducer;222a), 음파가 진행하는 매질(medium;222b), 및 음파를 흡수하는 흡수체(acoustic absorber; 222c)를 포함할 수 있다. 상기 트랜스듀서(222a)는 음파를 발생시키고, 상기 음파는 수정(Quartz)과 같은 상기 매질(222b)을 진행하면서 회절 격자(diffraction grating)기능을 제공할 수 있다. 상기 음파의 주파수에 따라 굴절각(deflection angle)은 변조될 수 있다. 상기 트랜스듀서(222a)는 압전소자를 포함할 수 있다.
상기 트렌스튜서(222a)에서 발생된 초음파는 상기 매질(222b) 내에서 정상파를 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 매질(222b)에 입사된 광선은 브라그(Bragg) 회절에 의하여 회절 또는 굴절할 수 있다. 회절 각도 (굴절 각도)는 입사광의 주파수, 음파의 파장, 및 회절 차수에 의존할 수 있다. 회절 효율은 주로 음파의 세기에 의존할 수 있다. 통상적으로 높은 회절 차수(high diffraction order)로 굴절된 빔은 큰 회절 각도를 가진다. 하지만, 빔의 세기는 낮기 때문에 주로 1차 회절 빔이 사용될 수 있다.
상기 음향광학 변조기(222)의 음파 주파수가 주파수 변조되면, 굴절(deflection)된 각도 또는 스캐닝 각도(θ)는 조절될 수 있다. 2 개의 음향광학 변조기(222,224)가 연속적으로 서로 수직으로 배치된 경우, 2차원 스캐닝 기능이 수행될 수 있다. 제1 음향 광학 변조기(222)는 yz 평면에서 제1 스캐닝 각도(θ)를 제어할 수 있다. 또한, 제2 음향 광학 변조기(224)는 xz 평면의 제2 스캐닝 각도(φ)를 제어할 수 있다. 스캐닝 방식은 라스터 스캐닝일 수 있다.
편광 조절부(160)는 LCD 패널(162) 및 LCD 패널 제어부(164)를 포함할 수 있다. 상기 LCD 패널(162)은 상기 음향광학 변조기(220)와 동기화되어 영상 패턴을 제공할 수 있다.
제어부(170)는 상기 스캐닝 제어부(130), 상기 편광 조절부(160), 및 상기 레이저 다이오드 전원(114)을 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 등명기를 설명하는 도면이다.
도 6은 도 5의 회절광 분할기를 설명하는 도면이다.
도 7은 도 5의 다른 회절광 분할기를 설명하는 도면이다.
도 8a는 도 5의 회전광 분할기에 의하여 형성된 빔 패턴을 설명하는 도면이고, 도 8b는 도 5의 편광 조절부의 편광 상태를 나타내는 도면이고, 도 8c는 도 5의 편광 조절부를 통과한 영상 패턴을 설명하는 도면이다.
도 5 및 도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 등명기(300)는 레이저 광원(110), 상기 레이저 광원(110)의 출력광을 제공받아 2차원적으로 빔을 퍼트리는 회절광 분할기(diffractive beam splitter; 320), 및 상기 회절광 분할기(320)로부터 제공받은 광을 평행하게 제공하는 렌즈(140)를 포함한다.
편광 조절부(160)는 상기 렌즈(140)의 후단에 배치되어 입사하는 광을 차단하여 영상 패턴을 제공할 수 있다. 상기 편광 조절부는 LCD 패널(162) 및 LCD 패널 제어부(164)를 포함할 수 있다.
광분할기(116)는 상기 레이저 광원(110)과 상기 회절광 분할기(320) 사이에 배치되어 상기 레이저 광원(110)의 출력의 일부를 상기 회절광 분할기(320)에 제공할 수 있다.
광검출기(118)는 상기 광분할기(116)의 출력의 나머지 일부를 제공받을 수 있다. 상기 광검출기(118)의 출력 신호는 제어부(170)에 제공되고, 제어부(170)는 상기 레이저 광원(110)을 안정적으로 제어할 수 있다. 상기 렌즈(140)는 동심원 형상의 패턴을 포함하는 평판형 프레넬 렌즈일 수 있다.
제어부(170)는 상기 스캐닝 제어부(130) 및 상기 레이저 다이오드 전원(114)을 제어할 수 있다.
상기 회절광 분할기(320)는 서로 연속적으로 배치된 제1 회절광 분할기(322) 및 제2 회절광 분할기(324)를 포함할 수 있다. 상기 제2 회절광 분할기(324)는 상기 제1 회절광 분할기(322)로부터 제공된 광을 제공받아 다시 2차원적으로 빔을 퍼트릴 수 있다.
회절광 분할기(320)는 레이저 광원에서 나온 빔(beam)을 여러 개의 빔으로 분할할 수 있다. 분할된 빔은 서로 다른 각도로 진행할 수 있다. 시중에서 판매되는 회절광 분할기는 한 개의 광선을 7 x 7로 분할할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 회절광 분할기(322)에 녹색의 레이저가 입사하면, 49개의 제1 서브 빔(sub-beam)이 얻어질 수 있다. 제1 회절광 분할기(322)의 뒤에 제2 회절광 분할기(324)가 배치될 수 있다. 상기 제2 회절광 분할기(324)는 49 개일 수 있다. 이에 따라, 각 제2 회절광 분할기(324)는 상기 제1 회절광 분할기(322)의 하나의 제1 서브 빔을 제공받아 49 개의 제2 서브 빔을 생성할 수 있다. 결국, 49 개의 제2 회절광 분할기(324)는 (7 x 7)2개로 분할된 제2 서브 빔을 얻을 수 있다.
(7 x 7)2개로 분할된 후 렌즈의 중심축에 대하여 소정의 각도로 진행하는 제2 서브 빔들은 상기 렌즈(140)에 제공되고, 상기 렌즈(140)는 평행광을 출력할 수 있다.
상기 렌즈(140) 뒤에 편광 조절부(160)가 배치될 수 있다. 상기 편광 조절부(160)는 LCD 패널(162) 및 LCD 패널 제어부(164)를 포함할 수 있다. 상기 렌즈(140)를 통과한 제2 서브 빔들은 상기 LCD 패널(162)의 각 픽셀에 의하여 투과량이 조절될 수 있다. 상기 LCD 패널 제어부(164)는 소정의 영상 패턴을 가지도록 상기 LCD 패널(162)을 제어할 수 있다. 또한, 상기 레이저 광원(110)을 점멸하면, 점멸 신호가 생성될 수 있다.
상기 회절광 분할기(320)에서 굴절(deflection)된 빔의 굴절 각도는 레이저의 파장에 의존할 수 있다. 따라서, 제1 파장을 가진 제1 레이저와 상기 제1 파장과 다른 제2 파장을 가진 제2 레이저가 상기 회절광 분할기(320)에 동시에 입사할 수 있다. 상기 제1 레이저의 굴절각과 상기 제2 레이저의 굴절각은 서로 약간 다를 수 있다. 하지만, 원거리에서 관측자는 제1 레이저에 의한 제2 서브 빔과 상기 제2 레이저에 의한 제2 서브 빔은 서로 겹쳐 보이게 된다.
적색, 녹색, 및 청색 레이저가 동시에 상기 회절광 분할기(320)에 입사하는 경우, 상기 레이저들의 세기가 각각 조절되면, 다양한 색상이 표시될 수 있다. 이런 방법을 통해서, 천연색 단일 문자, 시계열 문자열이 표시될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 등명기는 기존 등명기에서는 기대할 수 없는 부가정보 서비스를 제공할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 등명기를 설명하는 도면이다.
도 9를 참조하면, 등명기(400)는 레이저 광원(410), 상기 레이저 광원(410)의 출력광을 제공받아 2차원적으로 빔을 퍼트리는 회절광 분할기(diffractive beam splitter; 320), 및 상기 회절광 분할기(320)로부터 제공받은 광을 평행하게 제공하는 렌즈(140)를 포함한다.
상기 레이저 광원(410)은 제1 레이저 광원(411a), 제2 레이저 광원(411b), 제3 레이저 광원(411c), 제1 이색성 거울(dichroic mirror,417), 및 제2 이색성 거울(419)를 포함할 수 있다.
상기 제1 레이저 광원(411a)은 적색 영역의 제1 파장을 출력할 수 있다. 상기 제1 레이저 광원(411a)은 제1 레이저 다이오드(412a), 제1 레이저 다이오드 전원(414a), 제1 광 분할기(416a), 및 제1 광 검출기(418a)를 포함할 수 있다. 상기 제1 레이저 다이오드(412a)는 적색의 레이저를 출력하고, 이 출력광은 상기 제1 광분할기(416a)에 제공될 수 있다. 상기 제1 광분할기(416a)는 일부의 광을 제1 이색성 거울(417)에 제공하고, 나머지 일부의 광을 상기 제1 광 검출기(418a)에 제공할 수 있다. 상기 제1 광 검출기(418a)는 제1 레이저 다이오드(412a)의 출력을 검출하여, 검출 신호를 제어부(170)에 입력 신호로 제공할 수 있다. 이에 따라, 제어부(170)는 상기 제1 레이저 다이오드 전원(418a)을 제어할 수 있다.
상기 제2 레이저 광원(411b)은 녹색 영역의 제2 파장을 출력할 수 있다. 상기 제2 레이저 광원(411b)은 제2 레이저 다이오드(412b), 제2 레이저 다이오드 전원(414b), 제2 광 분할기(416b), 및 제2 광 검출기(418b)를 포함할 수 있다. 상기 제2 레이저 다이오드(412b)는 녹색의 레이저를 출력하고, 이 출력광은 상기 제2 광분할기(416b)에 제공될 수 있다. 상기 제2 광분할기(416b)는 일부의 광을 제1 이색성 거울에 제공하고, 나머지 일부의 광을 상기 제2 광 검출기(418b)에 제공할 수 있다. 상기 제2 광 검출기(418b)는 제2 레이저 다이오드(412b)의 출력을 검출하고, 검출 신호를 제어부(170)에 입력 신호로 제공할 수 있다. 이에 따라, 제어부(170)는 상기 제2 레이저 다이오드 전원(414b)을 제어할 수 있다.
상기 제3 레이저 광원(411c)은 청색 영역의 제3 파장을 출력할 수 있다. 상기 제3 레이저 광원(411c)은 제3 레이저 다이오드(412c), 제3 레이저 다이오드 전원(414c), 제3 광 분할기(416c), 및 제3 광 검출기(418c)를 포함할 수 있다. 상기 제3 레이저 다이오드(412c)는 청색의 레이저를 출력하고, 이 출력광은 상기 제3 광분할기(416c)에 제공될 수 있다. 상기 제3 광분할기(416c)는 일부의 광을 제2 이색성 거울(419)에 제공하고, 나머지 일부의 광을 상기 제3 광 검출기(418c)에 제공할 수 있다. 상기 제3 광 검출기(418c)는 제3 레이저 다이오드(412c)의 출력을 검출하고, 검출 신호를 제어부(170)에 입력 신호로 제공할 수 있다. 이에 따라, 제어부(170)는 제3 레이저 다이오드 전원(414c)을 제어할 수 있다.
상기 제1 이색성 거울(dichroic mirror, 417)은 제1 레이저 다이오드(412a)의 출력광을 투과시키고, 상기 제2 레이저 다이오드(412b)의 출력광을 반사시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 레이저 다이오드(412a)의 출력광과 상기 제2 레이저 다이오드(412b)의 출력광은 결합하여 동일한 광경로를 제공할 수 있다. 상기 제1 레이저 다이오드와 상기 제2 레이저 다이오드의 출력광은 상기 제1 이색성 거울에 수직으로 입사할 수 있다.
상기 제2 이색성 거울(419)은 상기 제1 이색성 거울(417)이 제공하는 제1 파장과 제2 파장의 결합 광을 투과시키고, 제3 레이저 다이오드(412c)의 출력광을 반사시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 이색성 거울(419)은 제1 내지 제3 파장을 결합하여 동일한 광 경로를 제공할 수 있다. 제1 내지 제3 파장의 레이저 빔은 상기 회절광 분할기(320)에 제공될 수 있다. 상기 제1 이색성 거울의 결합광과 상기 제3 레이저 다이오드의 출력광은 상기 제2 이색성 거울에 수직으로 입사할 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면 상기 회절광 분할기는 레이저 광원의 출력 광을 제공받아 2차원적으로 스캐닝하는 스캐닝 소자로 대체될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
110: 레이저 광원
120: 스캐닝 소자
130: 스캐닝 제어부
140: 렌즈
160: 편광 조절부

Claims (15)

  1. 레이저 광원;
    상기 레이저 광원의 출력광을 제공받아 2차원적으로 스캐닝하는 스캐닝 소자;
    상기 스캐닝 소자를 제어하는 스캐닝 제어부; 및
    상기 스캐닝 소자로부터 제공받은 광을 평행하게 출력하는 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 등명기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 렌즈의 후단에 배치되어 스캐닝되는 평행광을 차단하여 영상 패턴을 제공하는 편광 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 등명기.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 편광 조절부는:
    LCD 패널; 및
    상기 LCD 패널을 제어하는 LCD 패널 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 등명기.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 레이저 광원은:
    레이저 빔을 출력하는 레이저 다이오드;
    상기 레이저 다이오드에 전력을 공급하는 레이저 다이오드 전원;
    상기 레이저 다이오드와 상기 스캐닝 소자 사이에 배치되어 상기 레이저 다이오드의 출력의 일부를 상기 스캐닝 소자에 제공하는 광분할기; 및
    상기 광분할기의 출력의 나머지 일부를 제공받는 광검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 등명기.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 렌즈는 동심원 형상의 패턴을 포함하는 평판형 프레넬 렌즈인 것을 특징으로 하는 등명기.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 스캐닝 소자는 스캐닝 미러인 것을 특징으로 하는 등명기.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 스캐닝 소자는 음향 광학 변조기인 것을 특징으로 하는 등명기.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 레이저 광원은:
    적색 영역의 제1 파장을 출력하는 제1 레이저 광원;
    녹색 영역의 제2 파장을 출력하는 제2 레이저 광원;
    청색 영역의 제3 파장을 출력하는 제3 레이저 광원;
    상기 제1 레이저 광원의 출력광과 상기 제2 레이저 광원의 출력광을 결합하는 제1 이색성 거울(dichroic mirror); 및
    상기 제1 이색성 거울을 통하여 결합한 광을 상기 제3 레이저 광원의 출력광과 결합하는 제2 이색성 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 등명기.
  9. 레이저 광원;
    상기 레이저 광원의 출력광을 제공받아 2차원적으로 빔을 퍼트리는 회절광 분할기(diffractive beam splitter); 및
    상기 회절광 분할기로부터 제공받은 광을 평행하게 제공하는 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 등명기.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 렌즈의 후단에 배치되어 입사하는 광을 차단하여 영상 패턴을 제공하는 편광 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 등명기.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 편광 조절부는:
    LCD 패널; 및
    상기 LCD 패널을 제어하는 LCD 패널 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 등명기.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 레이저 광원은:
    레이저 빔을 출력하는 레이저 다이오드;
    상기 레이저 다이오드에 전력을 공급하는 레이저 다이오드 전원;
    상기 레이저 다이오드와 상기 회절광 분할기 사이에 배치되어 상기 레이저 다이오드의 출력의 일부를 상기 회절광 분할기에 제공하는 광분할기; 및
    상기 광분할기의 출력의 나머지 일부를 제공받는 광검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 등명기.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 렌즈는 동심원 형상의 패턴을 포함하는 평판형 프레넬 렌즈인 것을 특징으로 하는 등명기.
  14. 제9 항에 있어서,
    상기 회절광 분할기는 서로 연속적으로 배치된 제1 회절광 분할기 및 제2 회절광 분할기를 포함하고,
    상기 제2 회절광 분할기는 상기 제1 회절광 분할기로부터 제공된 광을 제공받아 다시 2차원적으로 빔을 퍼트리는 것을 특징으로 하는 등명기.
  15. 제9 항에 있어서,
    상기 레이저 광원은:
    적색 영역의 제1 파장을 출력하는 제1 레이저 광원;
    녹색 영역의 제2 파장을 출력하는 제2 레이저 광원;
    청색 영역의 제3 파장을 출력하는 제3 레이저 광원;
    상기 제1 레이저 광원의 출력광과 상기 제2 레이저 광원의 출력광을 결합하는 제1 이색성 거울(dichroic mirror); 및
    상기 제1 이색성 거울을 통하여 결합한 광을 상기 제3 레이저 광원의 출력광과 결합하는 제2 이색성 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 등명기.
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