KR100901500B1 - Optical modulator module for reducing laser speckle - Google Patents
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Abstract
1차원 선형광을 스캔하여 2차원 영상을 디스플레이 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 광변조기 또는 광변조기 모듈에 위상 조정 패턴을 형성하여 레이저 반점(laser speckle)을 감소시키는 디스플레이 장치에 관한 것이다. 입사광을 입사받고, 상기 입사광을 변조한 출력광을 출력하는 광변조기; 및 상기 광변조기 상에 위치하여 상기 입사광과 상기 출력광이 통과하며, 광경로가 되는 표면 일부에 위상 조정 패턴이 형성되어 있는 광투과성 기판을 포함하는 광변조기 모듈이 제공될 수 있다. 별도의 추가적인 장치가 구비되지 않고 레이저 반점을 감소시키는 위상 조정 패턴이 광변조기 또는 광변조기 모듈과 일체화되어 부피 증가가 없는 효과가 있다.
레이저 반점, 광변조기, 디스플레이, 위상
The present invention relates to a display apparatus for scanning a 1-dimensional linear light, and more particularly, to a display apparatus for reducing a laser speckle by forming a phase adjustment pattern on an existing optical modulator or an optical modulator module. . An optical modulator for receiving incident light and outputting output light of modulating the incident light; And an optically transmissive substrate positioned on the optical modulator, wherein the incident light and the output light pass, and a light transmissive substrate having a phase adjustment pattern formed on a portion of a surface of the optical path. A phase adjusting pattern for reducing laser spots without additional additional devices is integrated with the optical modulator or the optical modulator module, so that there is no increase in volume.
Laser spot, optical modulator, display, phase
Description
도 1은 사람의 눈이 확산 표면(diffuse surface)를 보는 것을 도시한 도면.1 shows a human eye seeing a diffuse surface.
도 2는 밝은 점, 중간 밝기의 점, 어두운 점이 그레인성(granular) 패턴을 보이는 반점의 사진.2 is a photograph of spots in which light, medium brightness, and dark spots exhibit a grainy pattern.
도 3은 종래의 레이저 반점을 감소시키기 위한 디스플레이 장치의 개략적인 평면도.3 is a schematic plan view of a display device for reducing conventional laser spots.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 평면도.4 is a plan view of a display device according to an embodiment of the present invention;
도 5는 도 4에 도시된 광축을 따라 전개한 디스플레이 장치의 측면도.FIG. 5 is a side view of the display device deployed along the optical axis shown in FIG. 4. FIG.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치에 포함되는 광변조기의 사시도.6 is a perspective view of an optical modulator included in a display device according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광투과성 기판에 위상 조정 패턴이 형성된 광변조기 모듈의 단면도.7 is a cross-sectional view of an optical modulator module having a phase adjusting pattern formed on a light transmissive substrate according to an embodiment of the present invention.
도 8은 바커 코드 시퀀스 패턴의 일례.8 is an example of a Barker code sequence pattern.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 위성 조정 패턴을 가지는 광변조기의 사시도.9 is a perspective view of an optical modulator having a satellite adjustment pattern according to another embodiment of the present invention.
본 발명은 1차원 선형광을 스캔하여 2차원 영상을 디스플레이 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 광변조기 또는 광변조기 모듈에 위상 조정 패턴을 형성하여 레이저 반점(laser speckle)을 감소시키는 디스플레이 장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
인간의 눈은 분해능(resolution)에 있어서 유한한 한계를 가지고 있다. 눈을 통해 물체를 보는 경우, 눈은 물체를 분해능에 따라 다수의 점들로 양자화한다. 예를 들어, 특정 물체의 표면이 사람으로부터 3미터 정도의 간격을 가지고 앞에 있는 경우 사람의 눈은 표면을 각각 1㎜의 직경을 가지는 점들로 분해하여 인지한다. The human eye has a finite limitation in resolution. When viewing an object through the eye, the eye quantizes the object into multiple points according to the resolution. For example, if the surface of a particular object is in front of a person about three meters apart, the human eye perceives the surface by decomposing it into dots each having a diameter of 1 mm.
도 1은 사람의 눈이 확산 표면(diffuse surface)를 보는 것을 도시하고 있다. 레이저 광원에 의한 레이저 광(16)은 확산 표면(14)에 비춰지고 있다. 사람의 눈(12)의 망막 상에는 확산 표면(14)의 특정 점(18)에 관한 상이 맺힌다. 특정 점(18)보다 작은 확산 표면(14) 상의 모양들은 눈(12)에 의해 분해될 수는 없다. 하나의 특정 점(18) 내에는 다수의 산란 중심(scattering center)들이 포함되어 있고, 이들은 레이저 광(16)을 산란시킨다. 레이저 광(16)은 특성상 간섭성을 가지고 있으므로, 산란 중심들은 눈(12)에 간섭(interference)을 발생시킨다. 간섭으로 인해 눈(12)은 가장 밝은 점으로부터 가장 어두운 점까지의 명암도(gray scale) 범위 내에 있는 특정 점(18)을 인지한다. 특정 점(18) 내의 각각의 산란 중심은 다양한 광파(lightwave)의 중심이 되고, 각 광파들은 보강간섭 및/또는 상쇄간섭을 하여 특정 점(18)의 명암도를 결정한다. 예를 들어, 특정 점(18)은 각 광파들이 보강간섭을 하면 밝은 점이 되며, 상쇄간섭을 하면 어두운 점이 된다. 따라서, 눈(12)은 확산 표면(14)에 대해 밝은 점, 중간 밝기의 점, 어두운 점 등이 랜덤으로 패터닝된 입자성 패턴을 만들게 되고, 이러한 입자성 패턴을 반점(speckle)이라 한다. 1 shows the human eye seeing a diffuse surface. The
도 1에서 예시를 든 것은 사람의 눈(12)이지만, 일반적인 광학 시스템 역시 사람의 눈(12)과 동일한 원리에 의해 레이저 광과 같은 간섭광에 의해 확산 표면(14)과 같은 거친 표면을 비추게 되면 반점을 검출하게 된다. The example illustrated in FIG. 1 is the
도 2는 밝은 점, 중간 밝기의 점, 어두운 점이 그레인성(granular) 패턴을 보이는 반점의 사진이다. 이러한 반점은 표시되는 영상의 화질을 저하시키는 원인이 되므로 감소시킬 필요가 있다. FIG. 2 is a photograph of spots in which light, medium brightness, and dark spots exhibit a grainy pattern. Such spots need to be reduced because they cause a deterioration in the image quality of the displayed image.
도 2에 도시된 것과 같은 반점은 N개의 무상관(uncorrelated) 반점 패턴을 중첩시킴으로써 감소될 수 있다. N개의 무상관 반점 패턴이 동일한 평균 강도를 가지면, 반점 감소 인자는 이 될 수 있다. 또한, N개의 무상관 반점 패턴이 동일하지 않은 평균 강도를 가지면, 반점 감소 인자는 이하가 될 것이다. 또한, 무상관 반점 패턴은 공간적으로 중첩되지 않고서도 평균 시간, 주파수 또는 편파에 의해 획득될 수 있다. Spots as shown in FIG. 2 can be reduced by superimposing N unrelated correlated spot patterns. If the N uncorrelated spot patterns have the same average intensity, the spot reduction factor is This can be Also, if the N uncorrelated spot patterns have unequal average intensities, the spot reduction factor is Will be In addition, the uncorrelated spot pattern can be obtained by average time, frequency or polarization without spatially overlapping.
도 3은 종래의 레이저 반점을 감소시키기 위한 디스플레이 장치의 개략적인 평면도이다. 3 is a schematic plan view of a display apparatus for reducing conventional laser spots.
레이저 광원(146)은 레이저 광(172)을 방출한다. 발산 렌즈(174), 시준 렌즈(176) 및 원통 렌즈(178)를 포함하는 조명 광학장치(148)는 레이저 광(172)을 광변조기(150) 상에 집중시킨다. 광변조기(150)에 의해 변조된 변조광은 제1 및 제2 릴리즈 렌즈(182 및 184)와 쉬리렌 정지(Schlieren stop, 180)을 포함하는 쉬리렌 광학장치(152)와, 여러 번의 스캔에 의해 위상 변이를 생성하는 2차원의 직사각형 배열을 가지는 확산기(154)와, 프로젝션 렌즈(186) 및 스캐닝 미러(188)를 포함하는 프로젝션 장치(156)를 통과하여 스크린(164) 상에 조명된다. The
여기서, 여러 번의 스캔시 위상 변이를 생성하기 위해 N개의 무상관 반점 패턴에 상응하는 2차원의 직사각형 배열을 가지는 확산기(154)를 통해 레이저 반점을 감소시키게 되지만, 이는 기존의 디스플레이 장치(142)에서 별도로 구비될 필요가 있다. 또한, 중간 영상 평면(intermediate image plane)이 반드시 필요하고, 이로 인해 디스플레이 장치(142)의 전체 부피가 커지게 되고 복잡하게 되는 문제점이 있다. Here, laser spots are reduced through a
그리고 소형 프로젝터와 같은 소형의 디스플레이 장치가 요구되는 곳에서는 사용하기가 힘든 단점이 있다. And it is difficult to use where a small display device such as a small projector is required.
따라서, 본 발명은 별도의 추가적인 장치가 구비되지 않고 레이저 반점을 감소시키는 위상 조정 패턴이 광변조기 또는 광변조기 모듈과 일체화되어 부피 증가 가 없는 광변조기 및 광변조기 모듈을 제공한다. Accordingly, the present invention provides an optical modulator and an optical modulator module having no volume increase since a phase adjusting pattern for reducing laser spots is not provided without any additional device and is integrated with the optical modulator or the optical modulator module.
또한, 본 발명은 레이저 반점을 감소시켜 표시되는 영상의 화질 저하를 방지하는 것이 가능한 광변조기 및 광변조기 모듈을 제공한다. The present invention also provides an optical modulator and an optical modulator module capable of reducing laser spots and preventing deterioration of image quality of the displayed image.
또한, 본 발명은 모바일 광학계와 같은 소형 광학계에서도 적용 가능한 광변조기 및 광변조기 모듈을 제공한다. In addition, the present invention provides an optical modulator and an optical modulator module applicable to a small optical system such as a mobile optical system.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다. Other objects of the present invention will be readily understood through the following description.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 입사광을 입사받고, 상기 입사광을 변조한 출력광을 출력하는 광변조기; 및 상기 광변조기 상에 위치하여 상기 입사광과 상기 출력광이 통과하며, 광경로가 되는 표면 일부에 위상 조정 패턴이 형성되어 있는 광투과성 기판을 포함하는 광변조기 모듈이 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, an optical modulator for receiving incident light and outputting output light modulated by the incident light; And an optically transmissive substrate positioned on the optical modulator, wherein the incident light and the output light pass, and a light transmissive substrate having a phase adjustment pattern formed on a portion of a surface of the optical path.
바람직하게는, 상기 광투과성 기판은 상기 입사광의 광경로가 되는 표면 일부에 상기 위상 조정 패턴이 형성되어 있을 수 있다. 또는 상기 광투과성 기판은 상기 출력광의 광경로가 되는 표면 일부에 상기 위상 조정 패턴이 형성되어 있을 수 있다. Preferably, the light transmissive substrate may have the phase adjustment pattern formed on a portion of a surface of the incident light that is an optical path of the incident light. Alternatively, in the light transmissive substrate, the phase adjustment pattern may be formed on a portion of the surface of the light transmissive light path.
바람직하게는, 상기 입사광은 레이저 광일 수 있다. 여기서, 상기 위상 조정 패턴은 상기 레이저 광에 의해 발생되는 레이저 반점(speckle)을 감소시킬 수 있 다. Preferably, the incident light may be laser light. Here, the phase adjustment pattern may reduce laser speckles generated by the laser light.
또한, 상기 위상 조정 패턴은 각각 0 및 파이(π) 라디안인 제1 및 제2 상대 위상 변이들을 유도할 수 있다. 그리고 상기 위상 조정 패턴은 음각으로 형성되고 바커 코드(Barker code) 시퀀스 패턴의 깊이를 가질 수 있다. 또는 상기 위상 조정 패턴은 양각으로 형성되고 바커 코드 시퀀스 패턴의 높이를 가질 수 있다. 여기서, 상기 깊이(h) 또는 상기 높이(h)는 하기의 수학식을 만족시킬 수 있다. In addition, the phase adjustment pattern may induce first and second relative phase shifts that are 0 and pi (π) radians, respectively. The phase adjustment pattern may be intaglio and have a depth of a Barker code sequence pattern. Alternatively, the phase adjustment pattern may be embossed and have a height of the Barker code sequence pattern. Here, the depth h or the height h may satisfy the following equation.
여기서, λ는 광의 파장, n0는 상기 광투과성 기판의 굴절률이다.Is the wavelength of light and n 0 is the refractive index of the light-transmissive substrate.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 기판; 상기 기판 상에 위치하는 절연층; 중앙 부분이 상기 절연층과의 사이에서 소정 간격 이격되어 위치하고, 표면에 상부 미러가 형성되어 있으며, 상기 중앙 부분에 제1 위상 조정 패턴이 형성되어 있는 구조물층; 및 상기 구조물층의 양 측단 상에 형성되어 상기 구조물층의 중앙 부분을 상하로 움직이게 하는 압전 구동체를 포함하는 광변조기가 제공될 수 있다.In order to achieve the above objects, according to another aspect of the invention, a substrate; An insulating layer on the substrate; A structure layer in which a central portion is spaced apart from the insulating layer by a predetermined interval, an upper mirror is formed on a surface thereof, and a first phase adjustment pattern is formed in the central portion; And a piezoelectric driving body formed on both side ends of the structure layer to move the central portion of the structure layer up and down.
또한, 상기 구조물층은 상기 중앙 부분에 길이 방향으로 하나 이상의 슬릿(slit)이 형성되어 있고, 상기 절연층은 표면에 하부 미러가 형성되어 있으며 상기 제1 위상 조정 패턴 하부에 제2 위상 조정 패턴이 형성되어 있을 수 있다. In addition, the structure layer has at least one slit formed in a longitudinal direction in the center portion, the insulating layer has a lower mirror formed on the surface, and a second phase adjustment pattern under the first phase adjustment pattern. It may be formed.
바람직하게는, 상기 제1 위상 조정 패턴은 레이저 광에 의해 발생되는 레이저 반점을 감소시킬 수 있다. 여기서, 상기 제1 위상 조정 패턴은 각각 0 및 파이 (π) 라디안인 제1 및 제2 상대 위상 변이들을 유도할 수 있다. 상기 제1 위상 조정 패턴은 음각으로 형성되고 바커 코드 시퀀스 패턴의 깊이를 가지거나 상기 제1 위상 조정 패턴은 양각으로 형성되고 바커 코드 시퀀스 패턴의 높이를 가질 수 있고, 상기 깊이 또는 상기 높이는 광의 파장의 1/4일 수 있다. Preferably, the first phase adjustment pattern may reduce laser spots generated by laser light. Here, the first phase adjustment pattern may induce first and second relative phase shifts that are 0 and pi (π) radians, respectively. The first phase adjustment pattern may be intaglio and have a depth of a Barker code sequence pattern, or the first phase adjustment pattern may be embossed and have a height of a Barker code sequence pattern, wherein the depth or the height is a wavelength of light. May be 1/4.
또한, 상기 제2 위상 조정 패턴은 레이저 광에 의해 발생되는 레이저 반점을 감소시킬 수 있다. 여기서, 상기 제2 위상 조정 패턴은 각각 0 및 파이(π) 라디안인 제1 및 제2 상대 위상 변이들을 유도할 수 있다. 상기 제2 위상 조정 패턴은 음각으로 형성되고 바커 코드 시퀀스 패턴의 깊이를 가지거나 상기 제2 위상 조정 패턴은 양각으로 형성되고 바커 코드 시퀀스 패턴의 높이를 가질 수 있으며, 상기 깊이 또는 상기 높이는 광의 파장의 1/4일 수 있다.In addition, the second phase adjustment pattern may reduce laser spots generated by laser light. Here, the second phase adjustment pattern may induce first and second relative phase shifts, which are 0 and pi (π) radians, respectively. The second phase adjustment pattern may be intaglio and have a depth of a Barker code sequence pattern, or the second phase adjustment pattern may be embossed and have a height of a Barker code sequence pattern, wherein the depth or the height is a wavelength of light. May be 1/4.
또한, 상기 제1 위상 조정 패턴과 상기 제2 위상 조정 패턴은 동일한 형상을 가질 수 있다. In addition, the first phase adjustment pattern and the second phase adjustment pattern may have the same shape.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 1차원 선형광을 스캔하여 2차원 영상을 표시하는 디스플레이 장치에 있어서, 광원; 상기 광원으로부터의 입사광을 입사받고, 상기 입사광을 변조한 출력광을 출력하는 광변조기; 상기 광변조기 상에 위치하여 상기 입사광과 상기 출력광이 통과하며, 광경로가 되는 표면 일부에 위상 조정 패턴이 형성되어 있는 광투과성 기판; 및 상기 출력광을 스크린 상에 소정 방향으로 스캔하는 스캐닝 미러를 포함하는 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.In order to achieve the above object, according to another aspect of the present invention, a display device for displaying a two-dimensional image by scanning a one-dimensional linear light, the light source; An optical modulator that receives incident light from the light source and outputs output light of modulating the incident light; A light transmissive substrate positioned on the optical modulator, through which the incident light and the output light pass, and having a phase adjustment pattern formed on a portion of a surface of the optical path; And a scanning mirror configured to scan the output light on a screen in a predetermined direction.
바람직하게는, 상기 광투과성 기판은 상기 입사광의 광경로가 되는 표면 일부에 상기 위상 조정 패턴이 형성되어 있거나 상기 광투과성 기판은 상기 출력광의 광경로가 되는 표면 일부에 상기 위상 조정 패턴이 형성되어 있을 수 있다. Preferably, the light transmissive substrate may have the phase adjustment pattern formed on a portion of the surface which becomes the optical path of the incident light, or the light transmissive substrate may have the phase control pattern formed on a portion of the surface which becomes the optical path of the output light. Can be.
여기서, 상기 광원은 레이저 광원이고, 상기 입사광 및 상기 출력광은 레이저 광일 수 있다. The light source may be a laser light source, and the incident light and the output light may be laser light.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 1차원 선형광을 스캔하여 2차원 영상을 표시하는 디스플레이 장치에 있어서, 광원; 상기 광원으로부터의 입사광을 입사받고, 상기 입사광을 변조한 출력광을 출력하는 광변조기; 및 상기 출력광을 스크린 상에 소정 방향으로 스캔하는 스캐닝 미러를 포함하되, 상기 광변조기는, 기판과, 상기 기판 상에 위치하는 절연층과, 중앙 부분이 상기 절연층과의 사이에서 소정 간격 이격되어 위치하고, 표면에 상부 미러가 형성되어 있으며, 상기 중앙 부분에 제1 위상 조정 패턴이 형성되어 있는 구조물층과, 그리고 상기 구조물층의 양 측단 상에 형성되어 상기 구조물층의 중앙 부분을 상하로 움직이게 하는 압전 구동체를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.In order to achieve the above object, according to another aspect of the present invention, a display device for displaying a two-dimensional image by scanning a one-dimensional linear light, the light source; An optical modulator that receives incident light from the light source and outputs output light of modulating the incident light; And a scanning mirror that scans the output light on a screen in a predetermined direction, wherein the optical modulator comprises a substrate, an insulating layer positioned on the substrate, and a center portion spaced apart from the insulating layer by a predetermined distance. And a top layer is formed on the surface, and a structure layer having a first phase adjustment pattern formed on the center portion, and formed on both side ends of the structure layer to move the center portion of the structure layer up and down. A display device may include a piezoelectric driver.
또한, 상기 구조물층은 상기 중앙 부분에 길이 방향으로 하나 이상의 슬릿(slit)이 형성되어 있고, 상기 절연층은 표면에 하부 미러가 형성되어 있으며 상기 제1 위상 조정 패턴 하부에 제2 위상 조정 패턴이 형성되어 있을 수 있다. In addition, the structure layer has at least one slit formed in a longitudinal direction in the center portion, the insulating layer has a lower mirror formed on the surface, and a second phase adjustment pattern under the first phase adjustment pattern. It may be formed.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 레이저 반점을 감소시키는 광변조기, 광변조기 모듈 및 이를 포함하는 디스플레이 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 동일 또는 유사한 개체를 순차적으로 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.Hereinafter, exemplary embodiments of an optical modulator, an optical modulator module, and a display device including the same, which reduce laser spots according to the present invention, will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related known technology may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Numbers (eg, first, second, etc.) used in the description of the present specification are merely identification symbols for sequentially distinguishing identical or similar entities.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 평면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 광축을 따라 전개한 디스플레이 장치의 측면도이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 디스플레이 장치에 포함되는 광변조기의 사시도이다. 4 is a plan view of a display apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention, FIG. 5 is a side view of the display apparatus deployed along the optical axis shown in FIG. 4, and FIG. 6 is a display according to an exemplary embodiment of the present invention. A perspective view of an optical modulator included in the device.
디스플레이 장치(400)는 광원(401), 조명 광학계(402), 광변조기(405), 프로젝션 광학계(407) 및 스캐닝 미러(410)를 포함한다. 조명 광학계(402) 및 프로젝션 광학계(407)는 일반적인 디스플레이 장치에 포함되는 것임을 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하 '당업자'라 한다)라면 용이하게 인식할 수 있다. The
광원(401)은 조명 광학계(402)를 통과하여 광축(412)을 따라 광변조기(405)에 입사광을 방출한다. 본 발명에서는 레이저 광의 간섭성을 이용하고 그에 따른 레이저 반점을 감소시키는 것이 목적이므로, 광원(401)은 레이저 광을 방출하는 레이저 광원 또는 레이저 다이오드(laser diode)인 것이 바람직하다. The
조명 광학계(402)는 광원(401)에서 방출되는 광(413)을 광축(412)에 평행하 도록 모으는 빛모음 렌즈(Condenser, 403)와, 광변조기(405)의 미러들 상에 빛모음 렌즈(403)에 의해 모인 광(413)을 집중시키는 원통 렌즈(404)를 포함한다. 이 외에도 도시되지 않았지만, 빛모음 렌즈(403) 대신에 발산 렌즈와 시준 렌즈를 이용하여 원통 렌즈(404)로 광(413)을 전달할 수 있음은 당업자에게 자명하다. 조명 광학계(402)는 광원(401)으로부터의 광(413)이 도 5의 Y축 방향으로 평행하게, 그리고 Z축에 수직인 평면 방향으로는 집중시켜 1차원 선형광 형태로 광변조기(405) 상에 입사하도록 한다. 여기서, 광변조기(403)로의 광(413), 즉 입사광(413)의 입사각은 반사광과 회절광이 프로젝션 광학계(407)의 쉬리렌 정지부(409)에 도달하도록 하는 각을 가진다. The illumination
조명 광학계(402) 이외에 다른 광학계에 의해서도 광변조기(405)에 입사광(413)을 비추는 것이 가능함은 당업자에게 명백할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 렌즈는 단일 구성품 렌즈에 제한되지 않고 복합 렌즈 또는 반사성 광학 소자로 대체될 수 있음 역시 당업자에게 명백할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that it is possible to illuminate the incident light 413 to the
광변조기(405)는 각각 미러층을 가지는 복수의 리본들(415-1 ~ 415-n, 여기서, n은 임의의 자연수)이 원통 렌즈(404)의 초점선(여기서는 도 5의 Y축)을 따라 선형 배열되어 있다. 광변조기(405)는 광변조기 구동회로(미도시)의 전기신호에 따라 각 리본(415-1, …, 415-n)을 상하 방향(여기서는 도 6의 Z축 방향)으로 구동시켜 입사광을 변조한다. The
도 6을 참조하면, 광변조기(405)는 다수의 리본들(415-1, …, 415-n, 이하 415라 함)을 포함하는 바, 도 6에서는 (ℓ-1)번째, ℓ번째, (ℓ+1)번째 리본(415- (ℓ-1), 415-ℓ, 415-(ℓ+1))(여기서, ℓ<n)을 중심으로 설명한다. Referring to FIG. 6, the
광변조기(405)는 기판(미도시) 상에 위치하는 절연층(610)과, 중앙 부분(630)이 절연층(610)과의 사이에서 소정 간격 이격되어 위치하는 구조물층(600)과, 구조물층(600)의 양 측단 상에 형성되어 구조물층(600)의 중앙 부분(630)을 상하로 움직이게 하는 압전 구동체(미도시)를 포함한다. 구조물층(600)은 중앙 부분(630)을 포함하는 일표면 상에 광반사 특성을 가지는 상부 미러(650)가 형성되어 있다. 구조물층(600) 및 상부 미러(650)를 포함하여 일방향으로 긴 모양을 가지고 있는 바 리본(415)으로 칭한다. The
리본(415)의 중앙 부분(630)에 슬릿(640)이 형성되지 않은 경우에는 하나 이상의 리본들(415)이 모여 영상 중 하나의 화소를 담당하게 된다. 복수의 리본들(415)은 압전 구동체에 가해지는 전압(광변조기 구동회로의 전기신호에 따라 변화함)에 따라 상하로 구동하게 된다. 복수의 리본들(415)이 모두 일정한 높이를 유지하다가, 예를 들어 짝수번째 리본들에 제1 전압이 가해져 짝수번째 리본들이 상방향 또는 하방향으로 움직이게 되면, 짝수번째 리본들에서 반사되는 제1 반사광과, 홀수번째 리본들에서 반사되는 제2 반사광 간에 경로 차이가 발생하여 회절(간섭)이 발생하게 되고, 이 특성을 이용하여 광의 강도를 변조하게 된다. 이를 통해 영상의 각 화소의 명암도를 표현할 수 있다. When the
또는 리본(415)의 중앙 부분(630)에 하나 이상의 슬릿(640)이 형성된 경우(도 6에 도시)에는 하나의 리본(415)이 영상 중 하나의 화소를 담당하게 된다. 슬릿(640)은 리본(415)의 길이 방향(도 6의 x축 방향)으로 긴 직사각형의 홀(hole)인 것이 바람직하다. 이때 절연층(610)의 표면에 광반사 특성을 가지는 하부 미러(620)가 형성되어 있어야 한다. 압전 구동체에 가해지는 전압으로 조절하면 리본(415)이 상하로 움직이게 되어 리본(415) 표면의 상부 미러(650)와 절연층의 하부 미러(620) 간의 간격 조절이 가능해진다. 상부 미러(650)에서 반사되는 제3 반사광과, 하부 미러(620)에서 반사되는 제4 반사광 간에 경로 차이가 발생하게 되어 회절(간섭)이 발생하게 된다. Alternatively, when one or
리본(415)에 슬릿(640)이 있는 경우와 없는 경우 모두 각 반사광 간의 경로 차이를 이용하여 하나의 화소의 명암도를 표현하게 되며, 각 반사광들은 회절(간섭) 원리에 의해 반사광(420) 이외에 +1 회절 차수와 -1 회절 차수(D+1, D-1) 등의 회절광(421, 422)을 만들어 낸다. 이하 본 발명에서는 후술할 프로젝션 광학계(407)에 포함되는 쉬리렌 정지부(409)에서 반사광(420)을 진행시키고 +1 회절 차수와 -1 회절 차수(D+1, D-1) 등의 회절광(421, 422)의 진행을 정지시키는 것을 중심으로 설명한다. 하지만, 필요에 따라 쉬리렌 정지부(409)가 반사광(420)을 정지시키고 +1 회절 차수와 -1 회절 차수(D+1, D-1) 등의 회절광(421, 422)을 진행시킬 수도 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 또한, 리본(415)을 상하로 구동시키기 위해 압전 구동체 이외에 정전 방식에 의한 구동체 등이 사용가능함은 당업자에게 명백할 것이다. In the case of the
광변조기(405)는 하나 또는 둘 이상의 리본(415)이 영상의 한 화소의 명암도를 표현하도록 입사광을 변조하여 출력광을 방출한다. 출력광은 앞서 설명한 것과 같이 반사광(420)과 회절광(421, 422)을 포함한다. 광변조기(405)는 도 5 및 도 6 의 y축 방향으로 평행하게 배열된 다수의 리본들(415)에 의해 1차원 직선 영상을 표현하게 된다. 특정 시점에서 광변조기(405)는 2차원 영상 중 어느 하나의 1차원 직선 영상(수직 방향 또는 수평 방향)의 명암도를 표현하게 되고, 스캐닝 미러(410)는 스크린(411) 상의 특정 위치에 해당 1차원 직선 영상을 표시하게 된다. 스캔 주파수에 따라 광변조기(405)는 다수의 1차원 직선 영상을 변조하고 스캐닝 미러(410)가 소정 방향(일방향 또는 양방향)으로 스캔을 하여 전체적으로 2차원 영상을 표시하게 된다. The
광변조기(405)에서의 출력광(420, 421, 422)은 프로젝션 광학계(407)를 통과하여 스캐닝 미러(410)로 전달된다. 프로젝션 광학계(407)는 프로젝션 렌즈(408) 및 쉬리렌 정지부(409)를 포함한다. 프로젝션 렌즈(408)는 1차원 직선 영상인 출력광(420, 421, 422)을 2차원 공간 영상(1차원 직선 영상이 좌우로 펼쳐진 형태)으로 펼친 후 스캐닝 미러(410)를 통해 최종적으로 스크린(411) 상에 1차원 직선 영상으로 투영되도록 한다. 쉬리렌 정지부(409)는 출력광 중에서 반사광(420) 또는 회절광(421, 422)를 선별하여 통과시키도록 한다. Output light 420, 421, 422 from the
갈바노 미러는 제1 스캔 운동(A)에 의해 제자리로 돌아가고, 제2 스캔 운동(B)에 의해 1차원 직선 영상인 출력광을 스크린(411) 상에 투영한다. 혹은 그 반대일 수 있다. 또한, 갈바노 미러 대신에 폴리곤 미러(미도시)가 위치하여 일방향으로만 회전하면서 출력광을 스크린(411) 상에 투영할 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 본 발명에서는 갈바노 미러와 폴리곤 미러를 통칭하여 스캐닝 미러라 한다. The galvano mirror returns to its original position by the first scan motion A, and projects the output light, which is a one-dimensional linear image, on the
광변조기(405)에서 프로젝션 광학계(407)로 향함에 있어서, 레이저 반점을 감소시키기 위한 위상 조정 부분이 포함되는 바, 이하에서는 위상 조정을 통해 레이저 반점을 감소시키는 장치 및 그 방법을 상세히 설명한다. In the direction from the
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 광투과성 기판에 위상 조정 패턴이 형성된 광변조기 모듈의 단면도이다. 7 is a cross-sectional view of an optical modulator module having a phase adjusting pattern formed on a light transmissive substrate according to an exemplary embodiment of the present invention.
광변조기 모듈(700)은 광변조기(405)와, 광투과성 기판(710)을 포함한다. 광투과성 기판(710)은 광변조기(405)의 양 표면 중에서 광변조와 관련된 일면 상부에 위치하며, 입사광(413)과 출력광(420, 421, 422)을 통과시킨다. 광변조기(405)는 미소 전기(전압, 전류 등)에 따라 기계적인 운동을 하는 멤스(MEMS: Micro Electro Mechanical Systems) 장치이므로, 외부 환경에 의한 영향을 최소화하기 위해 모듈(module)화하게 된다. 모듈화를 통해 외부 환경(특히 공기)에 의한 영향을 최소화하면서 모듈 자체의 크기를 최소화하기 위해 도 7에 도시된 것과 같이 입사광(413)과 출력광(420, 421, 422)이 통과할 수 있는 광투과성 기판(710)을 이용하여 광변조기(405)에서 기계적인 운동을 하는 리본(415) 부분을 밀봉한다. The
광투과성 기판(710)은 광을 99% 이상 투과시킬 수 있는 재질로, 유리 등으로 구성된다. The
도 7을 참조하면, 광투과성 기판(710)의 표면 중 출력광(420, 421, 422)이 지나는 광경로 내에 위상 조정 패턴(720)이 형성되어 있다. Referring to FIG. 7, a
위상 조정 패턴(720)은 음각으로 형성되며, 두 가지의 깊이(0 또는 h)를 가지고 있다. 각 깊이에 따라 출력광(420, 421, 422)는 0 라디안의 제1 상대 위상 변 이 또는 파이(π) 라디안의 제2 상대 위상 변이가 유도된다. 또는 위상 조정 패턴(720)은 도 7에 도시된 것과 달이 양각으로 형성될 수 있으며, 이 경우 두 가지의 높이(0 또는 h)를 가지게 된다. 각 높이에 따라 출력광(420, 421, 422)는 0 또는 파이(π) 라디안의 제1 또는 제2 상대 위상 변이가 유도된다. The
또한, 위상 조정 패턴(720)은 출력광(420, 421, 422)의 광경로 대신에 입사광(413)의 광경로가 되는 표면 일부(730)에 형성될 수도 있다. 그러나 이 경우 도 4 및 5에 도시된 디스플레이 장치(400)의 콘트라스트 비(contrast ratio)가 나빠진다. 그러므로 위상 조정 패턴(720)은 출력광(420, 421, 422)이 통과하는 광투과성 기판(710)의 표면(730) 중 일부에 형성되는 것이 바람직하다. In addition, the
광변조기(405)의 리본 표면으로부터 위상 조정 패턴(720)까지의 거리(z0, 즉 d+D)는 하기의 수학식 1을 만족해야 한다. The distance z 0 , ie, d + D, from the ribbon surface of the
또는 광투과성 기판(710)의 두께는 다음과 같은 조건을 만족한다: Alternatively, the thickness of the
여기서, d는 광변조기(405)의 상면과 광투과성 기판(710)의 하면 간의 간격이다. Here, d is a gap between the upper surface of the
여기서, T는 광 폭(beam width) 또는 X 축으로의 하나의 픽셀 크기 즉, 리본 피치(pitch)를 나타내고, λ는 광의 파장을 나타낸다. Here, T represents one pixel size, i.e., ribbon pitch, on the beam width or the X axis, and λ represents the wavelength of the light.
d << D 인 경우 광변조기(405)의 상면와 광투과성 기판(710) 간의 간격 d는 무시될 수 있고, 이 경우 광투과성 기판(710)의 두께는 다음과 같다. When d << D, the distance d between the top surface of the
위상 조정 패턴(720)은 바커 코드(Barker code) 시퀀스 패턴을 따르게 되며, 바커 코드 시퀀스 패턴은 최대 13의 길이를 가지는 무상관 시퀀스 패턴으로 하기의 수학식 2와 같은 바커 코드의 일례 및 하기의 수학식 3에 의해 생성된다. The
여기서, rect(x-i)는 x가 i 내지 i+1 구간에서만 1이고, 그 외 구간에서는 0인 함수이다. N(N = 13)은 바커 코드 길이이다. 상기의 수학식 2와 수학식 3에 의해 획득되는 바커 코드 시퀀스 패턴이 도 8에 도시되어 있다. Here, rect (x-i) is a function in which x is 1 in only i to i + 1 intervals and 0 in other intervals. N (N = 13) is the Barker code length. Barker code sequence patterns obtained by the above equations (2) and (3) are shown in FIG.
상기의 수학식 2에서 양(+)의 부호는 0 라디안인 제1 상대 위상 변이를, 음(-)의 부호는 파이(π) 라디안인 제2 상대 위상 변이를 의미한다. 혹은 그 반대 일 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 바커 코드 시퀀스 패턴에서의 깊이(또는 높이) h는 하기의 수학식 4를 만족시켜야 한다. In
여기서, n0는 광투과성 기판(720)의 굴절률(refractive index)이다. Here, n 0 is a refractive index of the
도 7에 도시된 위상 조정 패턴(720)은 h*H(x) 이다. 상기 수학식 3에 기재된 위상 조정 패턴(720)의 전체 길이는 광변조기(405)에서 x축 방향으로 단일 픽셀 사이즈, 또는 광폭(beam width) T와 동일해야 한다. 이 패턴은 광과 위상 조정 패턴(720)의 불일치를 피하기 위해 x축 방향으로 주기적으로 반복될 수 있다. The
상기 수학식 3에 따른 패턴의 특징은 패턴의 자기 상관 함수(autocorrelation function)가 협소한 피크(대략 단일 비트 또는 피치(T/N)와 동일)와 낮은 부엽 준위(low side lobe level)를 가진다는 것이다. 이는 단일 피치(T/N)와 동일하거나 이상인 거리 Δx 만큼 (Δx ≥ T/N) x축 방향으로 이 패턴을 쉬프트시킨 후에는 이전 패턴과 상관되지 않는다는 것을 의미한다. The characteristic of the pattern according to
도 8에 도시된 것과 같은 바커 코드 시퀀스 패턴을 위상 조정 패턴(720)으로 이용함으로써 무상관 반점 패턴을 중첩하여 레이저 반점을 감소시킬 수 있다. 본 예에서는 바커 코드 시퀀스 패턴의 길이가 13이므로, 반점 감소 인자는 최대 이 될 수 있다. By using the Barker code sequence pattern as shown in FIG. 8 as the
도 9는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 위성 조정 패턴을 가지는 광 변조기의 사시도이다. 9 is a perspective view of an optical modulator having a satellite adjustment pattern according to another preferred embodiment of the present invention.
광변조기(405)의 각 리본(415)은 슬릿(640)이 형성되어 있다. 각 리본(415)의 중앙 부분(630), 즉 상부 미러(650)에 제1 위상 조정 패턴(Hup(x), 910)이 형성되어 있다. 또한, 절연층(610) 표면의 하부 미러(620)가 형성된 부분에 제2 위상 조정 패턴(920, Hdn(x))에 형성되어 있다. Each
제1 위상 조정 패턴(910) 및 제2 위상 조정 패턴(920)은 동일(Hup(x) = Hdn(x))한 것이 바람직하며, 도 8에 도시된 것과 같은 바커 코드 시퀀스 패턴(H(x))일 수 있다. 또한, 음각으로 형성(도 9에 도시됨)되거나 양각으로 형성될 수 있다. Preferably, the first
또한, 광변조기(405)의 각 리본(415)에 슬릿(640)이 형성되어 있지 않은 경우에는 각 리본(415)의 상부 미러(650)에만 제1 위상 조정 패턴(910)이 형성될 수 있다. 이 경우 둘 이상의 리본들(415)을 이용하여 하나의 화소의 명암도를 표현하게 된다. In addition, when the
어느 경우이든지 위상 조정 패턴(900)은 광변조기(405)의 리본(415) 표면에 형성되어 있으므로(즉, z0 = 0), 상기의 수학식 1을 항상 만족하게 된다. 여기서, 제1 위상 조정 패턴(910) 및/또는 제2 위상 조정 패턴(920)의 깊이(또는 높이) h는 λ/4이면 된다(위상 변이의 반사 타입).In any case, since the
상술한 바에 따르면 광변조기 모듈의 광투과성 기판(710) 또는 광변조기의 리본(415) 표면에 위상 조정 패턴을 형성한다. 1차원 선형광이었던 출력광은 프로 젝션 광학계(407)에서 2차원 공간광으로 펼쳐졌다가 프로젝션 렌즈(408)에 의해 하나의 1차원 선형광으로 집광되고, 스캐닝 미러(410)에 의해 스크린(411) 상으로 향하게 된다. As described above, a phase adjustment pattern is formed on the
스크린 상에 스캐닝되는 광은 인간 눈의 해상 영역(human eye resolution area)으로 이동한다. 상기 수학식 3에 따른 위상 조정 패턴을 가진다. 모든 설계가 정확하다면, 광폭은 인간 눈의 해상 영역의 크기와 일치할 것이다. 광이 피치 거리(M*T/N)(M은 스크린 상에서의 배율)만큼 쉬프트할 때마다 인간 눈에 새로운 무상관 랜덤 강도(new non correlated random intensity)를 생성한다. 이러한 무상관 강도의 총 수는 N과 같다. 결과적으로 N 번 평균화된 강도 레벨이 인간 눈에 생성된다. 이 과정이 전체 스크린을 통해 반복되고, 전체 반점 콘트라스트는 배 줄어든다. The light scanned on the screen moves to the human eye resolution area. It has a phase adjustment pattern according to the equation (3). If all the designs were correct, the width would match the size of the human eye's maritime area. Each time the light shifts by the pitch distance M * T / N (M is the magnification on the screen), a new non correlated random intensity is produced in the human eye. The total number of these uncorrelated strengths is equal to N. As a result, an intensity level averaged N times is produced in the human eye. This process is repeated throughout the entire screen, and the overall spot contrast Fold
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광변조기 및 광변조기 모듈은 별도의 추가적인 장치가 구비되지 않고 레이저 반점을 감소시키는 위상 조정 패턴이 광변조기 또는 광변조기 모듈과 일체화되어 부피 증가가 없는 효과가 있다. As described above, the optical modulator and the optical modulator module according to the present invention are not provided with an additional device, and a phase adjustment pattern for reducing laser spots is integrated with the optical modulator or the optical modulator module, thereby having no effect of increasing the volume.
또한, 레이저 반점을 감소시켜 표시되는 영상의 화질 저하를 방지하는 것이 가능하다. In addition, it is possible to reduce laser spots and to prevent deterioration of image quality of the displayed image.
또한, 모바일 광학계와 같은 소형 프로젝션 장치에서도 적용 가능하다. 그리고 추가 장치가 필요하지 않으므로 전체 장치를 구성하는 비용이 적게 들고 무게가 가벼운 장점이 있다.It is also applicable to small projection devices such as mobile optical systems. And since no additional device is required, the cost of configuring the entire device is low and light.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art can understand that the present invention can be variously modified and changed without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. There will be.
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |