KR100888477B1 - 1차원 광변조기 및 이를 채용한 화상 출력 장치 - Google Patents

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Abstract

1차원 광변조기 및 이를 채용한 화상 출력 장치가 개시되어 있다. 개시된 1차원 광변조기는 인가되는 전압에 따라 국소적으로 굴절율이 달라지는 광 결정 물질로 형성되어 투과되는 선형 광을 화소 단위로 직진 또는 편향시키는 광가이드부와, 광가이드부에 각 화소 단위로 독립하여 전압을 인가하는 전극부를 구비한 광편향기와; 광편향기의 광출사면 측에 마련되어 광편향기에서 출사되는 광의 일부를 차단하는 광차단부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

1차원 광변조기 및 이를 채용한 화상 출력 장치{1-D spatial light modulator and image output device employing the same}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차원 광변조기의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 1차원 광변조기의 동작을 설명하는 도면이다.
도 3은 도 1의 1차원 광변조기에서 8개의 화소 전극을 갖는 광편향기의 개략적인 사시도이다.
도 4는 도 3의 광편향기의 광학적 등가 모델을 보여준다.
도 5는 개구를 통과하는 광의 회절 현상을 보여준다.
도 6a 내지 도 6d는 도 5의 개구에서 소정 거리 떨어진 지점에서의 광량 분포를 보여준다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 화상 출력 장치의 개략적인 구성을 나타내는 모식도이다.
도 8은 도 7의 화상 출력 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화상 출력 장치의 개략적인 구성을 나타내는 모식도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10,110,230...1차원 광변조기 11...광편향기
12,111...광가이드부 12a...광입사면
12b...광출사면 15,130...광차단부
120...마이크로 렌즈 어레이 121...투명 기판
122...렌즈셀 150...피노광체
210...광원 220...빔정형기
240...렌즈유닛 250...광스캐너
260...스크린 L...선형 광
V...전압 PX...제1 전극
P1, P2, ..., Pn...화소 전극 PC...제2 전극
R1, R2, ..., R8...화소 영역
본 발명은 1차원 광변조기 및 이를 채용한 화상 출력 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전기 광학 효과를 이용하여 선형 광을 변조하는 투과형 1차원 광변조기 및 이를 채용한 화상 출력 장치에 관한 것이다.
일반적으로 1차원 광변조기는, 선형 광을 화소 단위로 변조시키는 광학 소자로서, 프린터나 디스플레이와 같은 화상 출력 장치에 사용된다.
가령, 종래의 레이저 프린터에서의 레이저 주사 장치는 다면경을 전동기를 사용하여 회전시키고 이 다면경의 경면에 변조된 레이저 광을 조사함으로써, 반사되는 레이저 광의 진행방향을 이동시켜 1차원의 광 변조를 구현한다. 이러한 방법에 의한 레이저광의 주사는 구동 부분이 존재하므로 소음의 원인이 되고 설치의 자유도가 낮게 되는 단점이 있다. 또한, 다면경과 같은 광주사 장치는 광학적 보정을 위한 광학계가 추가로 요구된다.
종래의 다른 1차원 광변조기로는, 일렬로 배열된 발광 다이오드(Light Emitting Diode;LED)로 구성된 LED 헤드를 예로 들 수 있다. 일본 특허공개공보 2000-025265에는 이러한 LED 헤드를 이용한 프린터가 개시되어 있다. LED 헤드는 각각의 LED의 광 출력을 점멸시켜가면서 감광 장치를 노광시켜 결과적으로 1차원 광변조기의 역할을 수행하게 된다. 이러한 LED 헤드는 설치의 자유도가 높고 각 화소의 간격을 균일하게 할 수 있다는 장점이 있으나, 각 발광 다이오드의 광량이나 수명을 균일하게 유지하는 것이 어렵고, 발열이 심하다는 문제가 있다.
종래의 또 다른 1차원 광변조기로, 광의 회절 현상을 이용하는 미세 정전기 기계 소자인 GLV(Grating Light Valve)를 예로 들 수 있다. 미국 특허 제5982553호에는, 이러한 GLV를 이용한 디스플레이 장치가 개시되어 있다. GLV는, 리본 소자로 이루어진 회절 격자가 정전기 구동력에 의해 움직이고 이에 따라 입사되는 광의 회절 정도가 달라지는 것을 이용하여 광을 변조한다. 그런데, 이러한 GLV는 미세 정전기 기계 소자로서, 그 제조공정이 복잡하며, 정전기에 의한 기계적 구동에서 발생되는 잔류 전하나 스틱킹 등의 문제점이 있다.
본 발명은, 상술한 종래의 1차원 광변조기의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로, 기계적 구동 부분이 없고 구조가 간단한 1차원 광변조기 및 이를 채용한 화상 출력 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 1차원 광변조기는, 인가되는 전압에 따라 국소적으로 굴절율이 달라지는 광 결정 물질로 형성되어 투과되는 선형 광을 화소 단위로 직진 또는 편향시키는 광가이드부와, 상기 광가이드부에 각 화소 단위로 독립하여 전압을 인가하는 전극부를 구비한 광편향기와; 상기 광편향기의 광출사면 측에 마련되어 상기 광편향기에서 출사되는 광의 일부를 차단하는 광차단부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 화상 출력 장치는, 상술한 1차원 광변조기와; 상기 1차원 광변조기에서 변조된 선형 광이 조사되는 것으로, 상기 선형 광의 길이 방향에 수직한 방향으로 움직여 2차원의 잠상이 형성되는 피노광면을 갖는 피노광체;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 화상 출력 장치는 상기 1차원 광변조기와 피노광체 사이에 배치되어 상기 1차원 광변조기에서 변조된 선형 광을 화소 단위로 집광시키는 것으로, 복수의 렌즈셀이 선형으로 배열된 마이크로 렌즈 어레이를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 화상 출력 장치는 상술한 1차원 광변조기와; 상기 1차원 광 변조기에서 변조된 선형 광을 길이 방향길이 방향 방향으로 주사하는 1차원 광스캐너;를 포함할 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 1차원 광변조기 및 이를 채용한 화상 출력 장치를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차원 광변조기를 나타낸다. 도면을 참조하면, 1차원 광변조기(10)는, 투과되는 선형 광을 전기 광학(Electro-Optic) 효과를 이용하여 편향시키는 광편향기(11)와, 상기 광편향기(11)의 광출사면 측에 마련되어 상기 광편향기(11)에서 편향된 광을 차단하는 광차단부(15)를 포함한다. 여기서, 선형 광이란, 그 단면이 선형의 형상을 갖는 광을 의미한다.
광편향기(11)는 투과되는 선형 광을 화소 단위로 직진 또는 편향시킨다. 광편향기(11)는 후술하는 바와 같이 인가 전압에 따라 화소 단위로 편향되는 광의 편향각을 조절할 수 있다.
상기 광편향기(11)는 광가이드부(12)와, 광가이드부(12)에 전압을 인가하는 전극부를 구비한다.
광가이드부(12)는 인가되는 전압에 의해 투과되는 선형 광을 편향시킬 수 있는 전기 광학 성질을 갖는 광 결정 물질로 형성된다. 이러한 광 결정 물질로는, 예를 들어 리튬 니오베이트(LiNbO3; 이하, LiNbO라 한다), 포타슘-탄탈륨-니오븀(K-Ta-Nb; 이하, KTN이라 한다) 등이 알려져 있다. 광 결정 물질에 전압을 인가하게 되면, 광 결정 물질 내부에 가해지는 전기장에 따라 광학적 성질이 달라지는 성질 을 가진다. 본 실시예의 1차원 광변조기(10)는 광 결정 물질 내부에 가해지는 전기장에 따라 굴절률이 달라지는 성질을 이용한다.
도 1에 도시된 광가이드부(12)는 직육면체의 형상을 가지고 있다. 선형 광은 광가이드부(12)의 입사면(12a)으로 입사되고, 광가이드부(12)의 출사면(12b)으로 직진되거나 편향된 채로 출사된다. 이때, 직진되는 광(도 2의 L1)과 편향되는 광(도 2의 L2)이 분리되는 정도는, 광가이드부(12)의 입사면(12a)과 출사면(12b) 사이의 폭(w)과도 관련되므로, 그 폭(w)을 조절하여 입사된 선형 광이 충분히 편향될 수 있도록 할 수 있다. 또한, 선형 광은, 후술하는 바와 같이 광가이드부(12) 내에서 두께 방향(도면에서 ±x 방향)으로 편향되므로, 광가이드부(12)의 두께(t)는 편향된 선형 광이 출사면(12b)을 통해 출사될 수 있을 정도로 두꺼워야 한다. 본 발명의 광가이드부(12)는 직육면체의 형상에 한정되는 것이 아니며, 선형 광이 광가이드부(12)의 입사면(12a)으로 입사되고, 광가이드부(12)의 출사면(12b)으로 직진되거나 편향된 채로 출사될 수 있으면 충분하다.
전극부는 광가이드부(12)에 각 화소 단위로 독립하여 전압을 인가하는 것으로, 광가이드부(12)의 대향되는 양면에 각각 마련되는 제1 전극(PX)과 제2 전극(PC)을 구비한다.
상기 제1 전극(PX)은 각각 단일 전압원(sigle voltage source)(V1, V2, V3,..., Vn)에 연결된 복수의 화소 전극(P1, P2, P3,..., Pn)으로 이루어져 있다. 제2 전극(PC)은 접지되어 공통 전극으로 기능한다. 화소 전극(P1, P2, P3,..., Pn)은 각 단일 전압원(V1, V2, V3,..., Vn)으로부터 독립적으로 전압이 인가된다. 만일 복수의 화소 전극(P1, P2, P3,..., Pn) 중 어느 한 화소 전극에 전압이 인가되면, 전압이 인가된 화소 전극은 제2 전극(PC)과 정전 결합(electrostatic coupling)되어, 전압이 인가된 화소 전극과 제2 전극(PC) 사이에 전기장이 형성되게 된다.
한편, 전극부, 즉 제1 전극(PX)과 제2 전극(PC)은 광가이드부(12)에 오믹 접촉(ohmic contact)되어 있다. 예를 들어, 광가이드부(12)는 KTN으로 형성되고, 전극부는 Ti로 형성된 경우, 광가이드부(12)와 전극부 사이의 계면은 오믹 접촉되게 된다.
상기 제1 전극(PX)과 제2 전극(PC)은 직육면체 형상의 광가이드부(12)의 대향되는 양면에 서로 평행하게 놓이며, 투과되는 선형 광의 길이 방향(도면에서 y방향)으로 일렬로 배열된다. 도 1에 도시된 광가이드부(12)는 제1 전극(PX)이 놓인 면과 제2 전극(PC)이 놓인 면이 평행하게 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고, 기울어져 있어도 된다.
본 실시예의 제2 전극(PC)은 하나의 공통 전극으로 되어 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 제2 전극(PC)은 서로 절연되어 있는 복수의 전극으로 나 뉘어져, 각 화소 전극(P1, P2, P3,..., Pn)과 쌍을 이룰 수도 있다.
광차단부(15)는 스트라이프 형상으로 형성되며, 광가이드부(12)의 출사면(12b)의 편향되는 광이 출사되는 쪽에 배치된다. 광차단부(15)는, 광가이드부(12)를 투과하는 광 중 직진하는 광은 그대로 통과시키며, 편향되는 광은 차단한다. 광차단부(15)는 편향되는 광의 편향되는 정도에 따라 일부만을 차단하고 나머지는 통과시킬 수도 있다. 이에 따라, 광차단부(15)를 통과하는 선형 광은 화소 단위로 광량이 조절될 수 있다.
광가이드부(12)에서 편향된 광은, 광가이드부(12)의 출사면(12b)에서 멀어질수록, 광가이드부(12)에서 직진한 광과 떨어진다. 따라서, 광가이드부(12)와 광차단부(15) 사이의 간격(g)은 상기 광가이드부(12)에서 직진하는 광과 편향되는 광이 충분히 분리될 수 있도록 떨어져 있는 것이 바람직하다. 다만, 편향되는 광과 직진하는 광이 광가이드부(12) 내에서 충분히 분리된다면, 광차단부(15)는, 광가이드부(12)의 출사면(12b)의 일부 영역에 부착되거나 코팅될 수 있다.
본 실시예의 경우, 광차단부(15)가 광가이드부(12)의 출사면(12b)의 편향되는 선형 광이 출사되는 쪽에 배치되나, 이에 한정되는 것은 아니다. 가령, 광차단부(15)는, 광가이드부(12)의 출사면(12b)의 직진하는 선형 광이 출사되는 쪽에 배치되어, 편향되는 선형 광을 통과시키며 직진하는 선형 광을 차단할 수도 있다. 나아가, 광차단부(15)는 슬릿 형상의 광 통과부를 가져, 소정 각도로 출사되는 광만이 투과되도록 할 수도 있다.
다음으로, 본 실시예의 1차원 광변조기의 동작을 설명하기로 한다.
먼저, 도 2를 참조하여, 제1 전극 중 i번째 화소 전극(Pi)에 전압이 인가된 경우의 광 경로에 대해 설명하기로 한다. 도 2는 도 1의 1차원 광변조기(10)의 횡단면도로, 광 진행 경로를 보여준다.
상술한 바와 같이 전극부와 광가이드부(12)가 오믹 접촉하는 경우, 전극부에 전압이 인가됨에 따라 전하가 광가이드부(12) 내부로 주입되게 된다. 전하가 광가이드부(12) 내부로 주입되게 되면, 전위차에 의해 자기장이 형성된 영역은 소위 공간 전하 제한 영역(space-charge-limited region)이 되어 전기장이 불균일(nonuniform)하게 된다. 이와 관련된 공간 전하 조절 전도(space-charge-ocntrolled conduction)에 관한 이론은 당업자에게 잘 알려져 있으므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
만일 i번째 화소 전극(Pi)에 전압이 인가되지 않는다면, i번째 화소 전극(Pi)과 제2 전극(PC)은 부유된(floating) 상태가 된다. 즉, i번째 화소 전극(Pi)에 전압이 인가되지 않는다면, 광가이드부(12)의 i번째 화소 전극(Pi)과 제2 전극(PC) 사이의 영역에는 전기장이 없는 상태가 된다. 이 경우, 광가이드부(12)의 i번째 화소 전극(Pi)과 제2 전극(PC) 사이의 영역의 굴절률은 일정하므로, 입사된 선형 광(L) 중 광가이드부(12)의 i번째 화소 전극(Pi)과 제2 전극(PC) 사이의 영역을 투과하는 광(L1)은 편향되지 않고 직진하게 된다.
한편, 공간 전하 조절 전도 이론에 의하면, i번째 화소 전극(Pi)에 전압 V가 인가되고, 제2 전극(PC)이 접지된다면, 광가이드부(12) 내부의 전기장(E)은 하기의 수학식 1과 같이 제2 전극(PC)으로부터의 거리(x)의 함수로 주어지게 된다.
E ~ V/t·(x/t)1/2
여기서, t는 도 1에 도시된 바와 같이 광가이드부(12)의 두께를 나타낸다. 한편, 굴절률의 변화량 Δn은 하기의 수학식 2와 같이 전기장의 세기에 따라 달라진다.
Δn ~ E2 ~ V2/t3·x
수학식 2에서 볼 수 있듯이, 굴절률의 변화는 전기장의 세기에 따라 달라지므로, 광가이드부(12)의 i번째 화소 전극(Pi)과 제2 전극(PC) 사이의 영역의 굴절률도 제2 전극(PC)으로부터의 거리(x)의 함수로 주어지게 된다. 이와 같이 광가이드부(12)의 i번째 화소 전극(Pi)과 제2 전극(PC) 사이의 영역의 굴절률이 달라지면, 입사된 선형 광(L) 중 광가이드부(12)의 i번째 화소 전극(Pi)과 제2 전극(PC) 사이의 영역을 투과하는 광(L2)은 편향되게 된다.
상술하는 바와 같이, i번째 화소 전극(Pi)에 전압이 on/off됨에 따라, 광가 이드부(12)의 i번째 화소 전극(Pi)과 제2 전극(PC) 사이의 영역을 투과하는 광은 편향되거나 직진하게 된다. 이때, 편향되는 광(L2)는 광 차단기(15)에서 차단되는 반면에, 직진하는 광(L1)은 차단되지 않으므로, i번째 화소 전극(Pi)에 전압이 인가되는지 여부에 따라, 광가이드부(12)의 i번째 화소 전극(Pi)과 제2 전극(PC) 사이의 영역을 투과하는 광은 차단 여부가 결정된다.
편향되는 광(L2)과 직진하는 광(L1) 사이의 편향각(θ)는 광가이드부(12) 내부의 굴절률 변화량에 따라 달라지며, 광가이드부(12) 내부의 굴절률 변화량은 전극부에 인가되는 전압에 의존한다. 이는 인가 전압을 조절함으로써 편향각(θ)을 조절할 수 있음을 의미한다. 만일 편향되는 광(L2)의 편향각(θ)이 작다면, 편향되는 광(L2) 중 일부의 광은 광차단기(15)에 의해 완전히 차단되지 않고 그대로 광차단기(15)를 지나치게 된다. 즉, 본 실시예의 1차원 광변조기(10)는, 인가전압을 조절함으로써 통과 광량을 조절할 수 있으므로, 화상의 계조 표현을 보다 자유롭게 할 수 있다.
상술한 예는 복수의 화소 전극(도 1의 P1, P2, P3,..., Pn) 중 임의의 다른 화소 전극에도 동일하게 적용될 수 있다. 설명을 간략하게 하기 위하여, 도 3 및 도 4를 참조하여, 8개의 화소 전극을 갖는 1차원 광변조기를 예로 들어 설명하기로 한다.
도 3은 8개의 화소 전극(P1, P2, P3,..., P8)을 갖는 광편향기를 보여준다. 도 4는, 도 3에서 홀수 번째 화소 전극(P1, P3, P5, P7)에는 전압을 인가하고, 짝수 번째 화소 전극(P2, P4, P6, P8)에는 전압을 인가하지 않은 경우의 광가이드부(12)에 대한 광학적 등가 모델을 보여준다.
도 3을 참조하면, 광가이드부(12)는 8개의 화소 전극(P1, P2, P3,..., P8) 각각에 대응하는 8개의 화소 영역(R1, R2, R3,..., R8)으로 나누어 볼 수 있다. 8개의 화소 전극(P1, P2, P3,..., P8)은 독립적으로 전압이 인가될 수 있으므로, 광가이드부(12)에 투과되는 선형 광은 각 화소 영역(R1, R2, R3,..., R8)별로 독립적으로 직진 또는 편향될 수 있다. 가령, 도 3에 도시된 광편향기는, 홀수 번째 화소 전극(P1, P3, P5, P7) 각각에 인가되는 전압(V1, V3, V5, V7)은 on이 되도록 하고, 짝수 번째 화소 전극(P2, P4, P6, P8) 각각에 인가되는 전압(V2, V4, V6, V8)은 off되도록 한 경우이다. 제2 전극(PC)은 접지되어 있다. 이 경우, 광가이드부(12)는 도 4에 도시된 바와 같이 홀수 번째 화소 영역(R1, R3, R5, R7)은 입사면과 출사면이 평행한 투명매질로 볼 수 있고, 짝수 번째 화소 영역(R2, R4, R6, R8)은 출사면이 입사면에 대해 기울어진 투명매질로 볼 수 있다. 광가이드부(12)에 투과되는 선형 광 중에서 홀수 번째 화소 영역(R1, R3, R5, R7)을 통과하는 광은 직진하고, 짝수 번째 화소 영 역(R2, R4, R6, R8)을 통과하는 광은 굴절된다.
이와 같이 각 화소 전극(P1, P2, P3,..., P8)의 전압을 on/off함으로써, 광가이드부(12)에 투과되는 선형 광(L)을 화소 단위로 직진 또는 편향시킬 수 있으므로, 1차원 광변조기는 투과되는 선형 광(L)을 화소 단위로 변조할 수 있게 된다.
한편, 도 4에 도시된 광학적 등가 모델의 출사면은, 복수의 격자를 가진 회절 격자와 유사하다. 즉, 화소 영역(R1, R2, R3,..., R8) 각각의 사이즈가 투과되는 선형 광의 파장과 비슷하거나 그보다 작게 된다면, 투과되는 선형 광은 회절 현상을 나타낼 수가 있다. 이와 같은 회절 현상은 인접한 화소간에 간섭을 일으키게 되는 원인이 되므로, 본 발명의 1차원 광변조기는 회절 현상이 최소화될 수 있도록 사용되는 것이 바람직하다.
이하, 도 5 및 도 6a 내지 도 6d를 참조하여, 회절 현상이 최소화될 수 있는 조건에 대해 설명하기로 한다. 도 5는 개구를 투과하는 광을 보여주고 있으며, 도 6a 내지 도 6d는 개구에서 소정 거리 떨어진 곳에서의 광량 분포를 보여준다.
도 5를 참조하면, 개구의 직경은 2a이고, 입사되는 광의 파장은 λ라 할 때, 개구를 통과한 광은 λ/2a의 회절 각도를 가진다. 이때, 회절광의 사이즈가 개구 사이즈에 준하는 개구 근방은, 회절 현상이 두드러지지 않는 근접장 영역이다. 이 근접장 영역에서의 광은 광선 광학(ray optics)으로 해석될 수 있다. 반면에서, 개구에서 멀리 떨어진 원거리장 영역에서는 회절 현상이 두드러지게 나타난다. 개구에서 멀리 떨어질수록 프레넬수(Fresnel number)(NF)가 작아진다. 프레넬수(NF)는 하기의 수학식 3로 나타낼 수 있다.
NF = a2/λd
이때, d는 개구에서의 거리를 나타낸다. 도 6a 내지 도 6d는 프레넬수(NF)가 10, 1, 0.5, 0.1일 때의 광량 분포를 보여준다. 도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이 근접장 영역에서의 광은 개구 사이즈 내에 광량이 집중되어 있는 모습을 보이고 있으나, 도 6d에 도시된 바와 같이 원거리장 영역에서의 광은 퍼져 있어, 그 광량이 개구 사이즈에 집중되어 있지 않고 있다. 즉, 프레넬수(NF)가 대략적으로 0.5보다 큰 영역은 근접장 영역으로, 개구를 투과한 광은 이 영역에서 대략적으로 개구 사이즈의 빔 사이즈를 유지하고 있다.
따라서, 본 발명의 1차원 광변조기에 있어서, 광가이드부의 광출사면으로부터 프레넬수(NF)가 대략적으로 0.5보다 큰 값을 갖는 거리, 즉 근접장 영역에서는 화소 단위로 변조된 선형 광이 인접한 화소 간의 간섭없이 변조된 패턴을 그대로 유지하고 있음을 알 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 1차원 광변조기를 채용한 화상 출력 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 7과 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 화상 출력 장치를 도시한다. 도 7은 본 실시예의 화상 출력 장치의 모식도이며, 도 8은 본 실시예의 화상 출력 장 치에서, 1차원 광변조기와 마이크로 렌즈 어레이의 광학적 배치를 나타낸다.
도 7과 도 8을 참조하면, 본 실시예의 화상 출력 장치는 1차원 광변조기(110)와, 마이크로 렌즈 어레이(120)와, 피노광체(150)를 포함하는 것으로, 레이저 프린터와 같은 화상 형성 장치이다.
미도시된 광원에서 선형 광(L)은 1차원 광변조기(110)에 조명된다.
1차원 광변조기(110)는 입사된 선형 광(L)을 변조하여 출력한다. 1차원 광변조기(110)은 화상 신호에 따라 화소 단위로 전압을 인가하는 전극부와 투과되는 선형 광(L)을 화소 단위로 직진 또는 편향시키는 광가이드부(111)와 편향되는 광(L2)의 일부를 차단하는 광차단부(130)를 포함한다. 상기 1차원 광변조기(110)의 구성과 원리는 상술한 본 발명의 실시예에 따른 1차원 광변조기의 구성 및 원리와 실질상 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
마이크로 렌즈 어레이(120)는 투명한 기판(121) 위에 복수의 렌즈셀(122)이 일렬로 배열된 구조를 갖는다. 상기 복수의 렌즈셀(122)은 1차원 광변조기(110)에서 변조된 선형 광(L)을 화소 단위로 집광시킨다. 복수의 렌즈셀(122)은 1차원 광변조기(110)의 복수의 화소 영역과 일대일로 대응되는 것이 바람직하다.
상기 마이크로 렌즈 어레이(120)는 1차원 광변조기(110)의 근접장 영역에 위치하는 것이 바람직하다. 이는, 상술한 바와 같이 변조된 선형 광(L)이 회절에 의해 간섭되는 것을 최소화시키기 위함이다. 1차원 광변조기(110)의 각 화소 영역의 사이즈(p)는 대략적으로 도 5를 참조로 한 설명중 개구의 직경(2a)과 광학적으로 동등하다고 볼 수 있으므로, 상술한 수학식 3을 이용하여 1차원 광변조기(110)의 근접장 영역을 구할 수 있다. 만일, 입사되는 선형 광(L)의 파장이 0.5μm이고, 각 화소 영역의 사이즈(p)가 50μm인 경우, 프레넬수가 0.5인 거리는 대략적으로 2.5mm가 된다. 즉, 화소 영역의 사이즈(p)가 50μm인 1차원 광변조기(110)의 근접장 영역은, 0.5μm 파장의 선형 광(L)에 대하여 대략적으로 2.5mm 이내의 영역이다. 따라서, 1차원 광변조기(110)와 마이크로 렌즈 어레이(120) 사이의 거리(d1)는 2.5mm 이내가 되는 것이 바람직하다.
한편, 화소 영역의 사이즈(p)가 50μm이라면, 광가이드부(111)에서 직진하는 광(L1)이나 편향되는 광(L2)의 빔 사이즈는 대략적으로 50μm이다. 광가이드부(111)에서 직진하는 광(L1)의 빔 사이즈를 고려한다면, 1차원 광변조기(110)의 광차단부(130)는 직진하는 광(L1)의 중심축으로부터 대략적으로 60μm 이상 떨어져 있는 것이 바람직하다. 편향되는 광(L2)의 편향각(θ)이 대략적으로 12도라 할 때, 광차단부(130)와 광가이드부(111)의 근사적인 거리(l)은 대략적으로 0.28mm 이상이면 된다. 따라서, 광차단부(130와 마이크로 렌즈 어레이(120)는, 도 8에 도시되듯이 일체로 제작되어, 광가이드부(111)의 광출사면으부터 0.28mm 이상 2.5mm 이내의 범위에 배치되게 할 수 있다.
피노광체(150)는 1차원 광변조기(110)에서 변조된 선형 광(L)을 이용하여 정전잠상을 형성한다.
피노광체(150)는 빛에 감응하는 피노광면(150a)을 갖는 것으로 예를 들어 감광드럼이 될 수 있다. 1차원 광변조기(110)에서 변조된 선형 광이 피노광체(150)의 피노광면(150a)에 조사되면, 피노광체(150)가 축(150b)을 중심으로 회전함에 따라 피노광면(150a)에 2차원의 정전잠상이 형성된다.
상기 피노광체(150)는, 보다 뚜렷한 정전잠상을 얻기 위해, 상기 렌즈셀(122)의 초점 위치에 피노광면(150a)이 놓이도록 배치되는 것이 바람직하다.
화상 출력 장치는 피노광체(150)에 형성된 정전잠상을 인쇄매체에 전사하는 전사유닛(미도시)와, 인쇄매체에 전사된 화상을 정착시키는 정착유닛(미도시)를 더 포함하여, 화상신호를 인쇄매체에 출력시킨다. 피노광체(150)에 토너를 공급하는 현상유닛(미도시)이나, 전사유닛, 및 정착유닛은 당해 기술분야에서 잘 알려져 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화상 출력 장치를 도시한다.
도 9는 본 실시예의 화상 출력 장치의 광학적 구성을 개략적으로 나타내는 모식도이다. 도 9를 참조하면, 본 실시예의 화상 출력 장치는 광원(210)과, 빔정형기(220)과, 1차원 광변조기(230)와, 투사렌즈유닛(240)과, 1차원 광스캐너(250)와 스크린(260)을 포함하는 것으로 레이저 디스플레이 장치와 같은 화상 표시 장치이다. 상기 빔정형기(220)나 1차원 광스캐너(230) 또는 투사렌즈유닛(240)은 당해 기술분야에서 잘 알려져 있으므로 그 구성이나 원리에 대한 상세한 설명은 생략한다.
광원(210)은 예를 들어 램프나, 레이저 다이오드 또는 발광 다이오드가 될 수 있다.
빔정형기(220)은 광원(120)에서 출사된 광을 선형 광으로 정형한다.
1차원 광변조기(230)는 입사된 선형 광을 변조하여 출력한다. 1차원 광변조기(230)의 구성과 원리는 상술한 본 발명의 실시예에 따른 1차원 광변조기의 구성 및 원리와 실질상 동일하므로 반복된 설명을 피하기 위해 상세한 설명은 생략하기로 한다.
투사렌즈유닛(240)은 1차원 광변조기(230)에서 변조된 선형 광을 스크린(260)에 확대투사한다.
1차원 광변조기(230)에서 변조된 선형 광은 1차원 광스캐너(250)를 통해 주사된다. 1차원 광스캐너(250)는 예를 들어, 1축 구동 마이크로 스캐너가 될 수 있다. 이 1축 구동 마이크로 스캐너는 빗살 모양의 콤전극(comb-typed electrode) 구조에 의한 정전효과를 이용하여, 시소운동이 가능하도록 현가된 미러를 회동시킨 구조를 가지고 있다. 미러의 회동축(250a)은 선형 광의 길이 방향과 같도록 배치된다. 1차원 광스캐너(250)는 미러면을 회동시킴으로써 1차원 광변조기(230)에서 변조된 선형 광을 길이 방향에 수직한 방향으로 스크린(260)에 주사한다.
1차원 광스캐너(250)의 소형화나 부가적인 광학부품 필요성을 최소화하도록, 투사렌즈유닛(240)은 상기 1차원 광스캐너(250)의 미러면에 초점이 위치되도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성의 화상 출력 장치는, 1차원 광변조기(230) 및 1차원 광스캐너(230)의 조합에 의해 스크린(260) 상에 2차원 화상을 형성하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 1차원 광변조기와 이를 이용한 화상 출력 장치는, 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명에 따른 1차원 광변조기는, 다면경을 이용한 광주사장치와 같은 기계적 구동장치가 아니므로, 설치의 자유도가 높으며, 소음이 발생되지 않는다.
둘째, 본 발명에 따른 1차원 광변조기는, 다면경을 이용한 광주사장치와 같은 1점 주사 방식이 아니므로, 광학적 보정을 위한 광학적 보정을 위한 추가의 렌즈계가 불필요하다.
셋째, 인가 전압을 조절함으로써, 화소 단위로 투과되는 광의 광량을 조절할 수 있으므로, 본 발명에 따른 1차원 광변조기를 이용한 화상 출력 장치는 화상의 계조 표현이 자유롭다.
넷째, 본 발명에 따른 1차원 광변조기는 그 구조가 간단하므로, 그 제조가 용이하며 및 사후 유지 보수가 쉽다.
이러한 본 발명인 1차원 광변조기와 이를 채용한 화상 출력 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 인가되는 전압에 따라 국소적으로 굴절율이 달라지는 광 결정 물질로 형성되어 투과되는 선형 광을 화소 단위로 직진 또는 편향시키는 광가이드부와, 상기 광가이드부에 각 화소 단위로 독립하여 전압을 인가하는 전극부를 구비한 광편향기와;
    상기 광편향기의 광출사면 측에 마련되어 상기 광편향기에서 출사되는 광의 일부를 차단하는 광차단부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 1차원 광변조기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극부의 전극과 상기 광가이드부는 오믹 콘택되는 것을 특징으로 하는 1차원 광변조기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전극부는 상기 광가이드부의 대향되는 양면에 각각 마련되는 상기 복수의 화소 전극과 공통 전극을 구비하며,
    입사된 선형 광은 상기 복수의 화소 전극과 공통 전극 사이의 영역을 지나는 것을 특징으로 하는 1차원 광변조기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 화소 전극은 상기 투과되는 선형 광의 길이 방향에 평행한 방향으로 일렬로 배열되는 것을 특징으로 하는 1차원 광변조기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 전극부는 상기 전극 광학 결정의 대향되는 양면에 각각 하나씩 쌍으로 배치되어 독립적으로 전압이 인가되는 복수의 화소 전극쌍을 구비하며,
    입사된 선형 광은 상기 복수의 화소 전극쌍 사이의 영역을 지나는 것을 특징으로 하는 1차원 광변조기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 화소 전극쌍은 상기 투과되는 선형 광의 길이 방향에 평행한 방향으로 상기 전극 광학 결정의 대향되는 양면에 일렬로 배열되는 것을 특징으로 하는 1차원 광변조기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광가이드부는 LiNbO 또는 KTN으로 이루어진 것을 특징으로 하는 1차원 광변조기.
  8. 선형 광을 화상 신호에 따라 변조하는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 1차원 광변조기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 출력 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 1차원 광 변조기에서 변조된 선형 광을 화소 단위로 집광시키는 복수의 렌즈셀이 선형으로 배열된 마이크로 렌즈 어레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 출력 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈 어레이는 상기 1차원 광변조기의 근접장 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 화상 출력 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈 어레이는 상기 1차원 광 변조기의 광차단부와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 화상 출력 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 1차원 광변조기에서 변조된 선형 광이 조사되는 것으로, 상기 선형 광의 길이 방향에 수직한 방향으로 움직여 2차원의 잠상이 형성되는 피노광면을 갖는 피노광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 출력 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 1차원 광변조기와 피노광체 사이에 배치되어 상기 1차원 광변조기에서 변조된 선형 광을 화소 단위로 집광시키는 것으로, 복수의 렌즈셀이 선형으로 배열된 마이크로 렌즈 어레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 출력 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈 어레이는 그 초점 위치에 상기 피노광체의 피노광면이 놓이도록 배치되는 것을 특징으로 하는 화상 출력 장치.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 1차원 광변조기에서 변조된 선형 광을 길이 방향으로 주사하는 1차원 광스캐너를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 출력 장치.
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