KR20160019798A - 피코 프로젝터의 조명광학계 장치 및 그 광전달 방법 - Google Patents

피코 프로젝터의 조명광학계 장치 및 그 광전달 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 피코 프로젝터의 조명광학계 장치 및 그 광전달 방법에 관한 것이다. 개시된 피코 프로젝터의 조명광학계 장치는 N개의 광원과, 광원에 일대일 결합된 N개의 광섬유와, N개의 광섬유에 포함된 N개의 코어가 인접한 코어간에 설정 길이만큼 일렬로 평행하게 배열된 N개의 코어 출력단을 가지도록 N개의 광섬유를 결합하는 광섬유 결합부를 포함한다. 따라서, 조명광학계 장치에서 다수의 광섬유 코어 입력을 하나의 광섬유 코어로 출력하지 않고 다수의 광섬유 코어로 출력하기 때문에, 종래 기술과 비교할 때에 제작이 상대적으로 더 쉬워 코스트가 절감되며, 다수의 코어가 단일의 코어로 되는 부분에서 발생되던 광손실이 존재하지 않기 때문에 광손실을 줄일 수 있다.

Description

피코 프로젝터의 조명광학계 장치 및 그 광전달 방법{ILLUMINATION OPTICAL SYSTEM FOR PICO PROJECTOR, AND OPTICAL TRANSMISSION METHOD THEREOF}
본 발명은 피코 프로젝터(pico projector)의 조명광학계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 광원에서 출사된 광을 출력 패널까지 전달할 수 있는 피코 프로젝터의 조명광학계 장치와 그 광전달 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 휴대폰이나 컴퓨터, MP3 플레이어 또는 소형 디지털 카메라 등과 같은 각종 디스플레이 장치에 저장된 자료나 동영상을 외부에 영상으로 투사하여 확대 표시할 수 있는 휴대형 피코 프로젝터(pico projector)에 관한 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있으며, 휴대폰이나 노트북 등에 일체화할 수 있는 내장형 피코 프로젝터에 대한 연구도 활발하게 이루어지고 있다.
이러한 피코 프로젝터의 구성을 크게 살펴보면, 조명광학계, 패널부, 투사광학계로 이루어진다고 할 수 있다.
이 중에서 조명광학계는 복수의 광원에서 출사된 광을 혼합하여 패널부까지 전달하기 위한 것이다. 빨강/파랑/초록의 삼색 광원이 사용되는 경우라면, 각각의 광원을 평행빔으로 만들기 위한 평행렌즈, 삼색 광원을 혼합하기 위한 2~3개의 색선별 거울, 필드렌즈, 빔 성형을 위한 디퓨저 및 FEL(Fly Eye Lens)을 포함하여 구성될 수 있다.
패널부는 LCoS(Liquid Crystal on Silicon) 방식을 기준으로 하였을 때에 영상을 생성하는 LCoS 패널, 빔의 방향 전환을 위한 편광 빔스플리터(polarization beam splitter), 쿼터 웨이브 플래이트(quarter wave plate)를 포함할 수 있다.
투사광학계는 패널부의 작은 화상을 렌즈에 의하여 확대 투사하여 대화면을 구성하는 것이며, 복수의 렌즈를 포함할 수 있다.
종래 기술에 의하면, 피코 프로젝터의 소형화를 위한 노력의 일환으로 복잡한 구조의 조명광학계를 간소화하기 위해 광섬유를 이용하여 부피를 줄이고자 하였다.
이러한 종래 기술에 따른 조명광학계는, 광원에 각각 결합된 광섬유, 광합성을 위한 빔합성부, 빔을 패널형태로 만들기 위한 빔성형부 등을 포함한다.
이 중에서 빔합성부는 입력측은 N개의 광섬유이지만 출력측은 1개의 광섬유로 이루어져 N개의 광입력을 1개의 광출력으로 합성하는 것이다.
그러나, 이러한 종래 기술은 다수의 광섬유 코어 입력을 하나의 광섬유 코어로 출력하는 광섬유 합성기의 제작에 어려움이 따르기 때문에 코스트(cost)가 높으며, 다수의 코어가 단일의 코어로 되는 부분에서 광손실이 발생한다.
또한, 빔성형부가 반드시 필요하며, 가격적인 면에서 글래스 디퓨저보다 유리한 폴리머 디퓨저를 사용하는 경우라면 ~10%의 광손실이 발생한다. 아울러, FEL은 설계 및 제작에 높은 비용이 요구되는 문제점이 있었다.
한국등록특허 제10-1217739호, 등록일자 2012년 12월 26일.
본 발명의 실시예에 따르면, 다수의 광섬유 코어 입력을 하나의 광섬유 코어로 출력하지 않고 다수의 광섬유 코어로 출력하도록 광섬유를 결합하는 피코 프로젝터의 조명광학계 장치를 제공한다.
또, 다수의 광섬유 코어 입력을 다수의 광섬유 코어로 출력하는 조명광학계에서 광을 전달하는 방법을 제공한다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 관점에 따른 피코 프로젝터의 조명광학계 장치는, N(단, N은 2이상의 자연수)개의 광원과, 상기 N개의 광원에 각각 결합된 N개의 광섬유로서, 각각의 광섬유의 코어의 단면은 사각형 형상을 가지는 상기 N개의 광섬유와, 상기 N개의 광섬유에 포함된 N개의 코어가 인접한 코어간에 설정 길이만큼 일렬로 평행하게 배열된 N개의 코어 출력단을 가지도록 상기 N개의 광섬유를 결합하는 광섬유 결합부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따른 피코 프로젝터의 조명광학계 장치는, R, G, B 광원과, 상기 R, G, B 광원에 각각 결합된 3개의 광섬유와, 상기 3개의 광섬유를 설정 거리만큼 인접하게 되도록 결합하고 하나의 코어로 R, G, B 광이 커플링되도록 하는 광섬유 결합부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따른 피코 프로젝터의 조명광학계의 광전달 방법은, N개의 광원에서 출사된 광을 일대일 결합된 N(단, N은 2이상의 자연수)개의 광섬유를 통해 전달받는 단계와, 상기 N개의 광섬유에 포함된 N개의 코어를 인접한 코어간에 광결합이 유발될 만큼 근접하게 배치하여 설정 길이만큼 일렬로 평행하게 배열한 N개의 코어 출력단에서 광이 커플링되도록 하여 전달하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 피코 프로젝터의 조명광학계 장치에서 다수의 광섬유 코어 입력을 하나의 광섬유 코어로 출력하지 않고 다수의 광섬유 코어로 출력하기 때문에, 종래 기술과 비교할 때에 제작이 상대적으로 더 쉬워 코스트가 절감되며, 다수의 코어가 단일의 코어로 되는 부분에서 발생되던 광손실이 존재하지 않는다.
나아가, 폭 방향으로 자른 단면이 사각형 구조를 가지는 광섬유를 사용하기 때문에, 종래 기술과 비교할 때에 빔 성형을 위한 디퓨저 및 FEL를 사용할 필요가 없어서 그 만큼 코스트가 더 절감된다.
또한, 광섬유 코어를 인접한 코어간에 광결합이 유발될 만큼 근접하게 배치하여 광이 단일 코어로 커플링되도록 하여 전달할 수 있으며, 이때는 광손실을 더욱 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조명광학계 장치를 포함하는 피코 프로젝터의 구성도이다.
도 2a는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 피코 프로젝터의 조명광학계 장치를 구성하는 광섬유 결합부의 길이 방향 단면도이며, 도 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 피코 프로젝터의 조명광학계 장치를 구성하는 광섬유 결합부의 너비 방향 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 피코 프로젝터의 조명광학계 장치에서 사용할 수 있는 광섬유의 가로/세로 비율에 따른 빔프로파일의 형상도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 피코 프로젝터의 조명광학계 장치에 의한 광전달 경로 및 최종 빔프로파일을 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따라 피코 프로젝터의 조명광학계 장치를 구성하는 광섬유 결합부의 길이 방향 단면도이다.
도 6은 광 방향성 결합기의 커플링 특성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 피코 프로젝터의 조명광학계 장치에 의한 광전달 경로 및 최종 빔프로파일을 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 피코 프로젝터의 조명광학계 장치에 의한 광 커플링 결과에 의한 출력 광의 예시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조명광학계 장치를 포함하는 피코 프로젝터의 구성도로서, 총 3개의 광원을 이용하는 경우를 예시하였다.
이에 나타낸 바와 같이 실시예에 따른 피코 프로젝터는, 조명광학계 장치(10), 패널부(20), 투사광학계(30)를 포함할 수 있다.
조명광학계 장치(10)는, R(적색), G(녹색), B(청색)에 각각 해당하는 3개의 광원(110, 120, 130)에 의해 발생되는 광신호를 각각 전달받을 수 있도록 광원(110, 120, 130)에 일대일 결합된 3개의 광섬유(310, 320, 330)를 포함한다. 광원(110, 120, 130)과 광섬유(310, 320, 330)는 각각의 광 연결부(210, 220, 230)에 의해 분리 가능하게 체결될 수 있다. 아울러, N개의 광원(110, 120, 130)이 사용될 때에는 N(단, N은 2이상의 자연수)개의 광섬유(310, 320, 330)가 각각 일대일 결합된다.
그리고, 3개의 광섬유(310, 320, 330)에 포함된 3개의 코어가 인접한 코어간에 설정 길이만큼 일렬로 평행하게 배열된 3개의 코어 출력단을 가지도록 3개의 광섬유를 결합하는 광섬유 결합부(400)를 더 포함한다. 이러한 광섬유 결합부(400)는 3개의 광섬유를 설정 거리만큼 인접하게 되도록 결합하고 하나의 코어로 R, G, B 광이 커플링되도록 한다. N개의 광섬유(310, 320, 330)가 사용될 때에는 평행하게 배열된 N개의 코어 출력단을 가진다.
또, 광섬유 결합부(400)에 의한 출력 빔을 콜리메이션(collimation)하여 패널부(20)까지 전달하는 필드렌즈(500)를 더 포함할 수 있다. 여기서, NA(Numerical Aperture)값이 0.21 이하인 광섬유를 사용하여 광섬유 결합부(400)의 코어 출력단을 패널부(20)의 근처에 정렬하여 광섬유 출력빔이 바로 패널부(20)로 입력되게 하면 필드렌즈(500)는 생략될 수도 있다.
패널부(20)는 조명광학계 장치(10)로부터 제공되는 출력 빔을 이용하여 영상을 생성한다. 예컨대, 빔의 방향 전환을 위한 편광 빔스플리터, 쿼터 웨이브 플래이트 등을 포함할 수 있다. 이러한 패널부(20)는 공지의 기술에 해당하기에 더 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
투사광학계(30)는 패널부(20)의 작은 화상을 렌즈에 의하여 확대 투사하여 대화면을 구성한다. 예컨대, 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 이러한 투사광학계(30)는 공지의 기술에 해당하기에 더 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 2a는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 피코 프로젝터의 조명광학계 장치(10)를 구성하는 광섬유 결합부의 길이 방향 단면도이며, 도 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 피코 프로젝터의 조명광학계 장치(10)를 구성하는 광섬유 결합부의 너비 방향 단면도이다.
이에 나타낸 바와 같이 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광섬유 결합부(410)는 일렬로 배열된 N개의 코어(411, 412, 413)를 클래드(414)가 일체로 감싼 구조를 가지며, N개의 코어(411, 412, 413)는 폭 방향으로 자른 단면이 사각형 구조를 가질 수 있다. 도 2a 및 도 2b에는 도시를 생략하였지만 클래드(414)를 일체로 감싸서 광섬유를 보호하는 코팅층을 더 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 조명광학계 장치에서 사용할 수 있는 광섬유의 가로/세로 비율에 따른 빔프로파일의 형상도이다.
이에 나타낸 바와 같이 실시예에 따라 조명광학계 장치(10)에 이용하는 광섬유(310, 320, 330)의 가로/세로 비율을 조정하면 빔프로파일을 조절할 수 있다. 이를 위해, 광섬유(310, 320, 330)의 코어의 가로/세로 비율은 출력 빔의 가로/세로 비율과 동일한 비율을 가질 수 있다. 광섬유(310, 320, 330)의 가로/세로 비율을 1:1로 조정하면 (가)와 같은 빔프로파일을 획득할 수 있고, 광섬유(310, 320, 330)의 가로/세로 비율을 4:3으로 조정하면 (나)와 같은 빔프로파일을 획득할 수 있으며, 광섬유(310, 320, 330)의 가로/세로 비율을 2:1로 조정하면 (다)와 같은 빔프로파일을 획득할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 피코 프로젝터의 조명광학계 장치에 의한 광전달 경로 및 최종 빔프로파일을 나타낸 개략도이다.
본 발명의 실시예에 따르면 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이 광섬유(310, 320, 330)의 출력 부분에 코어(411, 412, 13)가 일렬로 배열된다. 따라서, 삼색의 광원(110, 120, 130)을 사용할 경우에, 도 4에 나타낸 바와 같이 최종 빔프로파일의 사이드 부분에서 3가지 색상의 빔이 겹치지 못하는 부분이 발생하게 되고, 이 부분은 디스플레이에서 사용할 수 없기 때문에 광손실이 발생된다. 이때 발생되는 광손실 비율은 첫 번째 광섬유 코어의 시작 부분에서 세 번째 광섬유 코어 끝 부분까지의 간격(G)과 사용할 광섬유 출력 빔프로파일의 너비(W)의 비율로 결정된다.
예컨대, 소형의 피코 프로젝터를 고려하여 10mm 너비를 가지는 출력 패널에 입사되는 빔을 고려하며, 일반적으로 부품의 정렬공차와 빔의 균일도를 고려하여 패널보다 ~15% 크게 빔을 입사시키기 때문에 11.5mm의 빔 너비를 고려하고, 클래드 지름 0.125mm와 코어 지름 0.1mm의 광섬유를 사용하는 경우를 고려한다. 이 경우에, 첫 번째 광섬유 코어 시작에서 세 번째 광섬유 코어 끝부분까지의 거리(G)는 0.35mm이며, 출력 패널에 입사되는 빔의 유효 빔프로파일 너비(W-G)는 11.5mm가 되고, 삼색광원의 불일치에 의한 상부의 광손실 3%와 하부의 불일치에 의한 광손실 3%를 합하면 6%가 된다.
그런데, 본 발명에 의하면 광섬유(310, 320, 330)를 구성하는 코어(411, 412, 413)를 그 단면이 사각형 구조를 갖도록 하여 사각형의 빔프로파일을 얻게 된다. 그러므로, 빔 성형을 위해 디퓨저와 FEL을 사용할 필요가 없다.
종래 기술에 의하여 디퓨저와 FEL을 사용할 경우에는 디퓨저 투과손실 약 10%과 FEL 프레넬 손실 약 5%를 합하면 약 15% 이상의 광손실이 발생한다.
이러한 본 발명과 종래 기술을 비교하면, 본 발명은 종래 기술과 비교할 때에 광손실이 절반 이하로 줄어든다.
더욱이, 본 발명에 의하면 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이 광섬유 결합부(410)의 출력 부분에서 광섬유 코어(411, 412, 413)가 복수이기 때문에 제작이 용이할 뿐만 아니라 광섬유 코어를 합성할 때에 발생될 수 있는 광손실이 원천적으로 발생되지 않는다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따라 조명광학계 장치를 구성하는 광섬유 결합부의 길이 방향 단면도이다.
이에 나타낸 바와 같이 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광섬유 결합부(420)는 N개의 광섬유에 포함된 N개의 코어(421, 422, 423)가 인접한 코어간에 설정 길이(L1, L2)만큼 일렬로 평행하게 배열된 N개의 코어 출력단을 가지며, N개의 코어(421, 422, 423)를 클래드(424)가 일체로 감싼 구조를 가진다. 또, N개의 코어(421, 422, 423) 중에서 상호 인접한 코어(421과 422, 422과 423) 간에 광커플링이 유발될 만큼 설정 거리만큼 근접(G1, G2)하여, 상호 인접한 코어(421과 422, 422과 423)로 진행되는 광이 커플링된다.
3개의 코어(421, 422, 423)를 광 도파로로 이용되기 때문에, 인접한 도파로로 커플링되는 광파워는 도파로의 너비(W1, W2, W3), 두 도파로 사이 간격(G1, G2), 클래드 굴절률(Nclad), 코어 굴절률(Ncore), 두 인접 도파로의 인접해서 진행하는 길이(L1, L2), 진행하는 빔의 파장(λ) 등과 같은 각종 파라미터들에 의해서 결정된다. 따라서 이러한 파라미터들을 조절하면 특정 대역의 파장만 인접한 도파로(광섬유 코어)로 커플링 시킬 수 있고, 특정 파장대역의 빔은 인접 도파로로 커플링 되지 않고 본래 자신의 도파로로 진행하도록 할 수 있다.
프로젝터에서 사용되는 광원은 레드(Red), 그린(Green), 블루(Blue)의 삼색 광원이기 때문에, 첫 번째 도파로(너비 W1), 두 번째 도파로(너비 W2), 세 번째 도파로(너비 W3)를 진행하는 빔의 파장은 각각 차이가 있다. 따라서, L1, L2, G1, G2, Nclad, Ncore, W1, W2, W3 값을 조절하여 두 번째 도파로로 삼색광을 모을 수 있다. 프로젝터에 사용되는 삼색광의 파장대역은 레드 λ=~630nm, 그린 λ=~530nm, 블루 λ=~460nm로 파장 간격이 넓기 때문에 삼색광이 중앙의 도파로에 모이도록 구현하기 용이하다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 광섬유 결합부(420)에 의한 광 커플링 특성은 공지의 광 방향성 결합기(optical directional coupler)에 의한 동작 특성을 통해 이해할 수 있다.
도 6은 광 방향성 결합기의 커플링 특성을 설명하기 위한 단면도이다.
예시된 광 방향성 결합기에서 두 도파로(광섬유 코어)가 충분하게 인접하여 위치할 경우에 한쪽의 도파로로 입사되어 진행하는 광 파워(P1(0))는 인접한 다른 도파로로 커플링되어 진행되며, 두 도파로에서 각각 광 파워(P1(z), P2(z))가 출력된다. 이때, 커플링은 주기적으로 발생되며, 사인 파형의 형태를 가진다. 두 도파로의 굴절률(Ncore)이 동일한 경우라면 두 도파로에서 출력되는 광 파워(P1(z), P2(z))는 다음의 수학식 1과 같이 도파로가 인접하는 길이(z)와 결합계수(coupling coefficient)(Γ)에 의해 결정된다.
Figure pat00001
또, 결합계수(Γ)는 코어의 너비(W), 코어의 굴절률(Ncore), 클래드의 굴절률(Nclad), 상호 인접한 코어의 간격(G) 등에 의해 결정된다.
따라서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광섬유 결합부(420)에 의한 광 커플링 특성은 코어(421, 422, 423)의 너비(W1, W2, W3), 상호 인접한 코어의 간격(G1, G2), 코어의 굴절률(Ncore), 광섬유를 구성하는 클래드의 굴절률(Nclad), N개의 코어를 일렬로 평행하게 배열한 설정 길이(L1, L2) 중에서 적어도 하나 이상의 파라미터에 의해 광파워가 조절될 수 있다. 예컨대, 상호 인접한 코어의 간격(G1, G2)과 광파장(λ)이 길수록 커플링 주기가 짧아진다.
앞서 설명한 바와 같이 종래 기술에 의하여 디퓨저와 FEL을 사용할 경우에는 디퓨저 투과손실 약 10%과 FEL 프레넬 손실 약 5%를 합하면 약 15% 이상의 광손실이 발생한다. 하지만, 광 방향성 결합기는 광결합시 발생하는 손실을 5%이하로 구현 가능하기 때문에 본 발명의 제 2 실시예에 의하면 종래 기술과 비교할 때에 광손실을 1/3 이하로 줄일 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 피코 프로젝터의 조명광학계 장치에 의한 광전달 경로 및 최종 빔프로파일을 나타낸 개략도이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따르면 도 5에 나타낸 바와 같이 광섬유의 코어(421, 422, 423)가 인접한 코어간에 광결합이 유발될 만큼 근접하게 배치하여 설정 길이만큼 일렬로 평행하게 배열된다. 예컨대, 삼색의 광원(110, 120, 130)을 사용할 경우에, 도 7에 나타낸 바와 같이 두 번째 광섬유의 코어(422)와 세 번째 광섬유의 코어(423) 사이에 광결합이 먼저 유발될 수 있고, 이후 첫 번째 광섬유의 코어(421)와 두 번째 광섬유의 코어(422) 사이에 광결합이 유발될 수 있다. 즉, 최종적으로 두 번째 광섬유의 코어(422)를 통해 광이 출력될 수 있다.
이러한 도 7과 앞서 설명한 도 4를 비교하여 보면 본 발명의 제 2 실시예에 의하면 제 1 실시예와는 달리 빔프로파일의 상부 및 하부에서 광손실이 발생되지 않는 것을 알 수 있다.
이러한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광섬유 결합부(420)에 의한 광전달 과정을 살펴보면, 먼저 N개의 광원에서 출사된 광을 일대일 결합된 N개의 광섬유를 통해 전달받는다. 그리고, N개의 광섬유에 포함된 N개의 코어를 인접한 코어간에 광결합이 유발될 만큼 근접하게 배치하여 설정 길이만큼 일렬로 평행하게 배열한 N개의 코어 출력단에서 광이 커플링되도록 하여 후단의 필드렌즈(500) 또는 패널부(20)로 전달한다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 피코 프로젝터의 조명광학계 장치에 의한 광 커플링 결과에 의한 출력 광의 예시도이다. 여기서, 도 5를 참조한 시뮬레이션 조건은 코어(421, 422, 423)의 너비(W1, W2, W3)는 9um, 상호 인접한 코어의 간격(G1, G2)은 0.2um, 코어의 굴절률(Ncore)은 1.47, 클래드의 굴절률(Nclad)은 1.46, 첫 번째 코어와 두 번째 코어를 일렬로 평행하게 배열한 설정 길이(L1)는 6,300um, 두 번째 코어와 세 번째 코어를 일렬로 평행하게 배열한 설정 길이(L2)는 12,900um이다. 이러한 시뮬레이션 조건에서, 코어(421)의 도파로1에 레드 λ=~630nm를 입력하고, 코어(422)의 도파로2에 그린 λ=~530nm를 입력하며, 코어(423)의 도파로3에 블루 λ=~460nm를 입력하면 삼색 광원의 95% 이상의 빔을 중앙의 도파로, 즉 두 번째 코어(422)를 통해 출력시킬 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면 조명광학계 장치에서 다수의 광섬유 코어 입력을 하나의 광섬유 코어로 출력하지 않고 다수의 광섬유 코어로 출력하기 때문에, 종래 기술과 비교할 때에 제작이 상대적으로 더 쉬워 코스트가 절감되며, 다수의 코어가 단일의 코어로 되는 부분에서 발생되던 광손실이 존재하지 않는다.
나아가, 폭 방향으로 자른 단면이 사각형 구조를 가지는 광섬유를 사용하기 때문에, 종래 기술과 비교할 때에 빔 성형을 위한 디퓨저 및 FEL를 사용할 필요가 없어서 그 만큼 코스트가 더 절감된다.
또한, 광섬유 코어를 인접한 코어간에 광결합이 유발될 만큼 근접하게 배치하여 광이 커플링되도록 하여 전달할 수 있으며, 이때는 광손실을 더욱 줄일 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 피코 프로젝터의 조명광학계 장치에서 다수의 광섬유 코어 입력을 하나의 광섬유 코어로 출력하지 않고 다수의 광섬유 코어로 출력하기 때문에, 종래 기술과 비교할 때에 제작이 상대적으로 더 쉬워 코스트가 절감되며, 다수의 코어가 단일의 코어로 되는 부분에서 발생되던 광손실이 존재하지 않기 때문에 광손실을 줄일 수 있다. 아울러, 폭 방향으로 자른 단면이 사각형 구조를 가지는 광섬유를 사용하기 때문에, 종래 기술과 비교할 때에 빔 성형을 위한 디퓨저 및 FEL를 사용할 필요가 없어서 그 만큼 코스트가 더 절감된다. 또한, 광섬유 코어를 인접한 코어간에 광결합이 유발될 만큼 근접하게 배치하여 광이 커플링되도록 하여 전달할 수 있으며, 이때는 광손실을 더욱 줄일 수 있다.
이러한 본 발명은 휴대형 피코 프로젝터 뿐만 아니라 광원으로부터 출사된 광을 패널까지 전달하는 조명광학계가 필요한 기술분야에 널리 이용할 수 있다.
10 : 조명광학계 장치 20 : 패널부
30 : 투사광학계 110, 120, 130 : 광원
210, 220, 230 : 광 연결부 310, 320, 330 : 광섬유
400, 410, 420 : 광섬유 결합부 411, 412, 413, 421, 422, 423 : 코어
414, 424 : 클래드 500 : 필드렌즈

Claims (6)

  1. N(단, N은 2이상의 자연수)개의 광원과,
    상기 N개의 광원에 각각 결합된 N개의 광섬유로서, 각각의 광섬유의 코어의 단면은 사각형 형상을 가지는 상기 N개의 광섬유와,
    상기 N개의 광섬유에 포함된 N개의 코어가 인접한 코어간에 설정 길이만큼 일렬로 평행하게 배열된 N개의 코어 출력단을 가지도록 상기 N개의 광섬유를 결합하는 광섬유 결합부를 포함하는 피코 프로젝터의 조명광학계 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광섬유 결합부는, 일렬로 배열된 상기 N개의 코어를 클래드가 일체로 감싼 구조를 가지는 피코 프로젝터의 조명광학계 장치.
  3. R, G, B 광원과,
    상기 R, G, B 광원에 각각 결합된 3개의 광섬유와,
    상기 3개의 광섬유를 설정 거리만큼 인접하게 되도록 결합하고 하나의 코어로 R, G, B 광이 커플링되도록 하는 광섬유 결합부를 포함하는 피코 프로젝터의 조명광학계 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 광섬유는, 단면이 사각형 형상을 가지는 코어의 가로/세로 비율이 출력 빔의 가로/세로 비율과 동일한 비율을 가지는 피코 프로젝터의 조명광학계 장치.
  5. N(단, N은 2이상의 자연수)개의 광원에서 출사된 광을 일대일 결합된 N개의 광섬유를 통해 전달받는 단계와,
    상기 N개의 광섬유에 포함된 N개의 코어를 인접한 코어간에 광결합이 유발될 만큼 근접하게 배치하여 설정 길이만큼 일렬로 평행하게 배열한 N개의 코어 출력단에서 광이 커플링되도록 하여 전달하는 단계를 포함하는 피코 프로젝터의 조명광학계의 광전달 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 코어의 너비, 상기 인접한 코어의 간격, 상기 코어의 굴절률, 상기 광섬유를 구성하는 클래드의 굴절률, 상기 설정 길이 중에서 적어도 하나 이상에 의해 광파워가 조절되는 피코 프로젝터의 조명광학계의 광전달 방법.

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