KR970011526B1 - 홀로그램 주사장치 - Google Patents

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Abstract

없음.

Description

홀로그램 주사장치
제1도는 종래 홀로그램 주사장치의 사시도.
제2도는 제 1 도의 개략도.
제3도는 제 1 도를 설명하기 위한 회전격자의 회전 원리도.
제4도는 제 1 도를 설명하기 위한 디스크 홀로그램 광학소자에 의한 주사선 패턴도.
제5도는 제 4 도를 설명하기 위한 파장 변화에 따른 에러 보정 원리도.
제6도는 본 발명 홀로그램 주사장치의 개략도.
제7도는 제 6 도를 설명하기 위한 기울기 오차 보정의 원리도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 레이저 다이오드
15 : 파장 안정화 레이저 다이오드
20 : 시준렌즈25 : 색수차 무보정 시준렌즈
30 : 제 1 홀로그램 광학소자
31 : 제 1 홀로그램 광학소자의 격자
40 : 색수차 보정 디스크 홀로그램 광학소자
45 : 색수차 무보정 디스크 홀로그램 광학소자
50 : 색수차 보정용 곡면거울51 : 주사궤적
53 : 주주사 방향의 곡면54 : 부주사 방향의 곡면
55 : 색수차 무보정 곡면거울60 : 제 2 홀로그램 광학소자
61 : 제 2 홀로그램 광학소자의 격자
70 : 감광드럼90 : 비엘씨디 모터
100 : 중심주사선101 : 양쪽끝 주사선.
본 발명은 홀로그램 주사장치에 관한 것으로, 특히 파장 안정화 레이저 다이오드를 이용하여 종래 주사장치의 복잡성 및 조립성의 난점을 개선하는데 그 목적이 있다.
종래 홀로그램 주사장치의 구조를 살펴보기에 앞서 상기 홀로그램 주사장치의 기본 원리를 이해하기 위한 기술인 파장변화의 보정원리에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
첨부한 도면 제 3 도를 보면, 격자점 간의 간격이 d인 회절격자에 파장이 λP인 레이저 비임이 입사될 경우, 이때 입사각 θ1와 회절각 θd사이에는 하기 식(1)과 같은 관계가 성립한다.
λP=md(sinθ1+sinθd)(1)
상기 식에서 m은 0,±1,±2… 등의 정수이다.
상기 식에서 입사각 θ1와 반사각 θd가 같을 경우를 브래그 회절(Bragg Diffraction)이라고 하며, 이때 입사광량에 대한 회절광량의 비, 즉, 회절효율이 가장 크게 된다.
상기 회절법칙을 이용하여 파장 λP로부터 격자간 거리 d를 산출하므로써 물질의 구조를 판단할 수 있게 된다.
또한 상기 원리를 이용하면, 파장 λP가 변화할 경우라도 여러 장의 회절격자를 조합하여 원하는 지점으로 레이저 비임을 보낼 수 있다.
홀로그램 광학소자(Holographic Optical Element : 이하 HOE로 표기)는 회절을 이용하는 소자의 일종으로 렌즈기능을 가지며 상기 식(1)에서도 알 수 있는 것처럼 파장변화에 따라 회절각의 변화가 심하다.
첨부한 도면 제 1 도는 종래 홀로그램 주사장치의 구성도로서, 레이저 비임을 방사하는 레이저 다이오드(10)와, 레이저 다이오드로부터 방사된 비임을 평행파에 가까운 비임으로 변환하는 시준렌즈(Collimator : 20)와, 상기 시준렌즈 출력비임의 주주사성분 위치에러를 보정하는 제 1 HOE(30)와, 상기 제 1 HOE의 레이저 비임을 비엘씨디(BLCD)모터(90)의 회전에 따라 회전하면서 회절하는 디스크 HOE부(40)와, 상기 디스크 HOE부의 회절된 레이저 비임 출력을 반사하는 곡면렌즈부(50)와, 상기 곡면렌즈부의 부주사성분 위치에러를 보정하는 제 2 HOE부(60)와, 제 2 HOE부의 출력을 감광하는 감광드럼(70)으로 구성된다.
이와 같이 구성된 종래 홀로그램 주사장치의 동작을 제 1 도 내지 제 3 도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
레이저 다이오드(10)에서 방사된 레이저 비임은 시준렌즈(20)에 의해서 평행파에 가까운 비임으로 전환되어 제 1 홀로그램 광학소자(30)에 입사된다.
상기 제 1 HOE(30)는 제 4 도에 표시한 파장변화로 생기는 주사선 위치 에러의 주주사 방향성분(LX)을 보정하는 기능을 갖는다.
디스크 HOE(40)의 주사패턴은 제 3 도와 같이 되고, 상기 디스크 HOE의 임의 회전각에 대하여 파장이 λP에서 λP'로 변할 경우, 벡터량 L 만큼 위치이동이 생기게 된다.
상기 위치이동 벡터량 L를 보정하기 위해서는 X방향의 이동성분, LX와 Y방향의 위치이동성분 LY를 각각 보정해 주어야 한다.
그러므로, 상기 디스크 HOE(40)에 입사된 레이저 비임은 상기 디스크 판밑에 설치된 비엘디씨(BLDC)모터의 회전력에 따라 회전하는 디스크 HOE에 주사되며, 이러한 주사선은 상기 디스크 HOE(40)의 레이저 비임 입사점을 정점으로 원뿔의 일부를 이룬다.
따라서 주사선에 굴곡 현상이 나타나게 된다.
이와 같은 굴곡현상을 없애고 상기 디스크 HOE의 회전각에 따른 레이저 비임의 주사위치를 비례화시키는 색수차 보정용 곡면거울(50)에서 반사된 비임은 제 2 HOE(60)에 입사된다.
그런데 상기 색수차 보정용 곡면거울(50)상의 레이저 비임 궤적은 구부러진 형태의 주사선을 이루므로, 파장변화에 따른 주사선 위치에러 중 주주사방향, 즉 제 3 도의 y방향의 성분을 보정해 주어야 한다.
이와 같은 보정기능은 제 2 HOE(60)에 입사된 비임을 회절시키므로써 가능해지고, 상기 제 2 HOE에서 직선성을 회복한 비임은 감광드럼(70)에 입사되어 내용을 표시하게 된다.
그러나 이와 같은 종래 홀로그램 주사장치는 회절격자의 특성상 파장변화에 따른 회절각의 변화가 매우 민감하기 때문에 이것을 보정하기 위한 광학계가 요구된다.
종래에는 이와같은 보정수단으로 제 1 HOE와 제 2 HOE를 사용하여 파장변화에 따른 주사선 위치오차를 보정하여 주었지만, 이로 인하여 재료비의 상승과 조립성이 복잡하게 되고 그 보정이 어려운 문제점이 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 색수차를 보정해 줄 필요가 없이 단순화한 홀로그램 주사장치를 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명의 목적은 색수차가 없는 레이저 비임을 방사하는 레이저 다이오드와, 상기 레이저 다이오드로부터의 출력을 색수차가 없는 평행파에 가까운 비임으로 변환하여 출력하는 색수차 무보정 시준(Collimator)렌즈와, 상기 색수차 무보정 시준렌즈 비임 출력의 기울기 오차를 보정하는 색수차 무보정 디스크 홀로그램 광학소자와, 상기 색수차 무보정 디스크 홀로그램 광학소자의 회전각과 주사위치 사이에 비례성을 제공하고 굽은 주사선을 펴주는 색수차 무보정 곡면거울로 구성하므로써 달성될 수 있다.
첨부한 도면 제 5 도는 본 발명 홀로그램 주사장치의 개략도로서 파장변화에 따른 주사선 위치오차를 보정할 필요없는 레이저 비임을 방사하는 레이저 다이오드(15)와, 상기 레이저 다이오드의 비임 출력을 평행화에 가까운 비임으로 변환하여 출력하는 색수차 무보정 시준렌즈(25)와, 상기 색수차 무보정 시준렌즈의 비임 출력의 기울기 오차를 보정하는 색수차 무보정 디스크 홀로그램 광학소자(45)와, 상기 색수차 무보정 디스크 홀로그램 광학소자로부터 출력되는 비임의 구부러진 주사선을 펴주는 색수차 무보정 곡면거울로 구성한다.
상기 구성에서 파장안정화 레이저 다이오드(15)와 색수차 무보정 시준렌즈는 주사전부, 비엘디씨(BLDC)모터와 색수차 무보정 디스크 홀로그램 광학소자는 주사부, 색수차 무보정 곡면거울은 주사후부로 표시한다.
상기에서 색수차(Chromatic abberration)란 백색광선을 렌즈를 통해 투사하여 상을 맺게 했을 경우, 상의 가장자리에 색이 붙어서 흐르게 보이는 현상을 말한다.
이것은 백색광선에 포함되어 있는 파장이 다른 각종의 색에 대한 렌즈의 굴절율이 다르기 때문에 발생하는 것으로서, 이것을 방지하려면 굴절율이 다른 몇개의 렌즈를 조합하여 사용하여야 한다.
상기와 같이 구성한 본 발명의 동작 및 효과를 첨부한 도면 제 5 도 내지 제 7 도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
색수차가 없는 파장 안정화 레이저 다이오드(15)로부터 출력된 레이저 비임은 색수차 무보정 시준렌즈(25)에 의하여 평행 비임과 같은 형태로 되어 색수차 무보정 디스크 홀로그램 광학소자(45)에 입사된다.
상기 파장 안정화 레이저 다이오드(15)에 의하여 주사선 위치오차가 없어져서 상기 색수차 무보정 시준렌즈(25)를 통하여 상기 색수차 무보정 디스크 홀로그램 광학소자(45)로 입사되는 평형 비임은 기울기 오차를 가지므로 이러한 오차를 상기 색수차 무보정 디스크 홀로그램 광학소자에서 보정하게 된다.
그 원리를 첨부한 도면 제 7 도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
상기 디스크 HOE(45)가 ø만큼 기울기 변화가 생길 경우 식(1)로부터
상기 식에서 θd'=θd-ø이고, θ1'=θ1+ø이므로
sin(θd-ø)=-sin(θ1+ø)±
상기 식의 양변을 ø에 대해서 미분한다. 상기 식은 기울기 각 ø의 변화에 따른 출력비임이 이루는 각 θd의 변화이므로, 변수는 ø와, θd가 된다.
따라서,
dsin(θd-ø)d(θd-ø)=-dsin(θ1+ø)d(θ1+ø)±d ()
cos(θd-ø)(dθd-dø)=-cos(θ1+ø)dø
∴cos(θd-ø)dθd-cos(θd-ø)dø=-cos(θd+ø)dø
cos(θd-ø)dθd=cos(θd-ø)dø-cos(θ1+ø)dø
∴dθd=
가 된다.
기울기가, ø가 작아지게 되면, θ1≒θd가 되고, dθd는 0에 수렴하게 된다.
따라서 브래그 회절조건(즉, θ1=θd)인 경우, 기울기가 생기더라도 회절방향은 거의 변화가 없게 되어 투과형 디스크 홀로그램 광학소자에 의한 주사는 기울기 보정 광학계가 된다.
상기의 방법으로 기울기 오차가 보정되어 출력되는 비임은 상기 색수차 무보정 디스크 HOE 하부의 비엘디씨(BLDC) 모터의 회전에 따라 회전하므로써 원추모양의 주사선을 형성하게 되는데, 이러한 주사선은 구부러져 있으며 정속성이 없다.
상기의 특성을 가진 주사빔은 색수차 무보정 곡면거울(55)에 입사되는데, 상기 색수차 무보정 곡면거울은 첨부한 도면 제 4 도에서 볼 수 있는 것처럼, 주주사방향(X방향)과 부주사방향(Y방향)으로 원하는 정도의 주사선의 직선성과 정속성을 갖게 하는 곡률을 가지고 있다.
그러므로, 색수차 무보정 디스크 HOE로부터 출력된 구부러지고 정속성이 없는 주사비임은 상기 색수차 무보정 곡면거울의 곡률특성으로 직선성과 정속성이 회복되어 감광드럼으로 입사된다.
상기 감광드럼은 입력된 비임으로부터 필요한 화상의 내용을 표시하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 홀로그램 주사장치는 종래 장치에 비하여 부품수가 줄어서 재료비와 조립성이 향상되고, 각 부품간의 색수차 보정이 필요없게 되므로 비용절감 및 생산성은 향상시키는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 색수차가 없는 레이저 비임을 방사하는 레이저 다이오드와, 상기 레이저 다이오드로부터의 출력을 색수차가 없는 평행파에 가까운 비임으로 변환하여 출력하는 색수차 무보정 시준렌즈와, 상기 색수차 무보정 시준렌즈 비임출력의 기울기 오차를 보정하는 색수차 무보정 디스크 홀로그램 광학소자와, 상기 색수차 무보정 디스크 홀로그램 광학소자의 회전각과 주사위치 사이에 비례성을 제공하고 굽은 주사선을 펴주는 색수차 무보정 곡면거울로 구성됨을 특징으로 하는 홀로그램 주사장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2009097232A1 (en) * 2008-01-31 2009-08-06 Daniel Measurement And Control, Inc. Dual chamber orifice fitting body

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