KR100748690B1

KR100748690B1 - 스펙클을 감소시키는 광모듈 및 이를 이용한 스펙클 감소방법

Info

Publication number: KR100748690B1
Application number: KR1020060000178A
Authority: KR
Inventors: 황선령; 이중기; 박성수
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-01-02
Filing date: 2006-01-02
Publication date: 2007-08-13
Anticipated expiration: 2026-01-02
Also published as: KR20070072732A

Abstract

광모듈은 제1 레이저광을 방출하는 제1 광원, 상기 제1 레이저광과 서로 다른 편광 모드를 갖는 제2 레이저광을 방출하는 제2 광원 및, 상기 제1 레이저광과 상기 제2 레이저광을 결합시켜 출력광을 발생시키는 필터를 포함한다. 두 개의 편광 모드가 서로 교차된 출력광을 발생시킴으로써 스펙클을 감소시킨다.

레이저, 스펙클, 광모듈, 가간섭성, 편광

Description

스펙클을 감소시키는 광모듈 및 이를 이용한 스펙클 감소 방법{optical module for reducing speckle and method using the same}

도 1은 스펙클을 설명하기 위한 개념도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광모듈을 나타낸 구성도이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스펙클 감소 방법을 나타낸 순서도이다.

** 도면의 주요부분의 부호에 대한 설명 **

110 : 제1 광원

120 : 제2 광원

130 : 필터

본 발명은 광모듈 및 이를 이용한 스펙클 감소 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레이저광의 편광 특성을 통해 스펙클을 감소시키는 광모듈 및 이를 이용한 스펙클 감소 방법에 관한 것이다.

레이저를 이용한 디스플레이 장치는 레이저 다이오드에서 방출된 레이저를 SLM(spatial light modulator) 이나 mirror를 통해 스크린으로 주사하여 화상을 형성한다. 레이저광을 광원으로 사용하면 화상의 색상이 선명하고 순색에 가까우며 색을 재현하는 범위가 넓은 장점이 있다.

레이저광을 광원으로 이용한 디스플레이 장치에 있어서 문제점 중 하나가 스펙클(speckle)이다. 스펙클은 거친 표면에 높은 가간섭성(coherence)을 갖는 광을 비출 때 발생하는 간섭 패턴이다.

도 1은 스펙클을 설명하기 위한 개념도이다.

도 1을 참조하면, 레이저광(S)이 스크린(20)에 입사되면, 스크린(20)에 화상이 형성된다. 스크린(20)에 형성된 화상은 광학계(30)를 통해 검출기(40)로 검출된다. 여기서, 검출기(40)는 인간의 눈(eye)이나 CCD(charged coupled device) 카메라와 같은 화상을 검출하는 기기를 말한다.

여기서 스크린(20)은 완전한 평면이 아니고, 물리적으로 보면 미세하게 거친 표면을 갖는다. 일반적으로 스크린(20) 표면의 거칠기가 레이저광(S)의 파장보다 1/4 이상 크다면 간섭이 발생한다. 즉 레이저광(S)이 스크린(20)에 비추어지면 간섭으로 인해 검출기(40)에는 원래의 화상 외에 주위에 다수의 밝고 어두운 무늬와 같은 반점이 발생한다. 레이저광(S)의 간섭으로 인해 검출기(40)에서 검출되는 반점을 스펙클이라 할 수 있다. 스펙클은 레이저광(S)의 높은 가간섭성에 기인한다.

스펙클은 인간의 눈에 실재적으로 보여지는 반점이므로, 스펙클이 발생하는 것은 디스플레이 장치의 화상 품질을 저하시키는 주요인 중의 하나가 된다. 따라서 스펙클을 줄이기 위한 다양한 방법이 제안되어 왔다.

대한민국 특허공개번호 제2004-0068725호는 확산자(diffuser)를 통해 스펙클을 감소시키는 레이저 표시 장치를 개시한다. 레이저광을 회전하는 확산자에 투과시킨다. 확산자가 회전함에 따라 레이저광이 투과되어 확산되는 정도를 불규칙하게 만들어 레이저광의 위상을 불규칙하게 한다. 따라서 레이저광의 고유한 성질인 가간섭성을 줄인다.

대한민국 특허공개번호 제2003-0046500호는 파면변조기를 통해 스펙클을 감소시키는 디스플레이 장치를 개시한다. 레이저광을 파면변조기에 통과시키면 레이저광의 위상이 변화한다. 위상 공간 변화를 갖는 파면은 다중 스펙클 패턴을 발생시킴으로써 스펙클이 감소된다.

미국특허 제5,272,473호는 스크린에 표면 음파(surface acoustic wave)를 발생시키는 트랜스듀서(transducer)를 배치한 디스플레이 장치를 개시한다. 스크린에 표면 음파를 쏘아 스크린에 입사되는 레이저광의 입사각을 변화시켜 스펙클을 감소시킨다.

상기의 문헌들에 의하면 스크린을 이동시키거나, 레이저광의 입사각도 등을 을 변화시킴으로써 스펙클을 감소시킨다. 그러나 레이저광을 방출하는 광원 또는 광모듈 자체에서 스펙클을 감소시키기 위한 것에 대하여는 개시하고 있지 않다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기의 문제점을 해결하기 위해 레이저광의 편광 특성을 통해 스펙클을 감소시키는 광모듈 및 이를 이용한 스펙클 감 소 방법을 제공한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양태에 의한 광모듈은 제1 레이저광을 방출하는 제1 광원, 상기 제1 레이저광과 서로 다른 편광 모드를 갖는 제2 레이저광을 방출하는 제2 광원 및, 상기 제1 레이저광과 상기 제2 레이저광을 결합시켜 출력광을 발생시키는 필터를 포함한다. 두 개의 편광 모드가 서로 교차된 출력광을 발생시킴으로써 스펙클을 감소시킨다.

바람직하게는 제1 레이저광의 파장과 상기 제2 레이저광의 파장은 서로 다를 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 양태에 의한 스펙클 감소 방법은 실질적으로 서로 다른 편광 모드를 갖는 2개의 레이저광을 방출하는 단계 및, 레이저광들을 결합시켜 두 개의 편광 모드가 서로 교차된 출력광을 발생시켜 스펙클을 감소시키는 단계를 포함한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 실시예가 이하에서 개시되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 광 모듈은 제1 광원(110), 제2 광원(120) 및 양 광원(110, 120)에서 나오는 레이저광(S1, S2)을 결합시키는 필터(130)를 포함한다.

제1 광원(110)은 제1 레이저광(S1)을 방출하고, 제2 광원(120)은 제2 레이저광(S2)를 각각 방출한다. 제1 레이저광(S1)과 제2 레이저광(S2)은 모두 가간섭성(coherence)가 높은 광이다. 도 1에는 제1 광원(110)의 광축과 제2 광원(120)의 광축이 서로 직교하는 것을 나타내고 있으나, 광축의 배치는 기타 다양한 형태로 이루어질 수 있다.

제1 레이저광(S1)과 제2 레이저광(S2)은 서로 다른 편광 모드를 갖는다. 두 개의 편광 모드를 교차시켜 출력함으로써 편광 모드에 변화를 주어 스펙클을 감소시킨다. 바람직하게는 제1 레이저광(S1)과 제2 레이저광(S2)의 편광 모드는 실질적으로 서로 수직인 것일 수 있다. 예를 들어, 제1 레이저광(S1)은 TE(transverse electric) 모드를 가질 수 있고, 제2 레이저광(S1)은 TE 모드에 대해 수직인 TM(transverse magnetic) 모드를 가질 수 있다. 또는 제1 레이저광(S1)이 TM 모드를 갖고, 제2 레이저광(S2)이 TE 모드를 가질 수 있다.

그러나 제1 레이저광(S1)과 제2 레이저광(S2)의 편광 모드가 TE 모드나 TM 모드에 한정되는 것은 아니다. 제1 레이저광(S1)과 제2 레이저광(S2)은 각각 S-편광 또는 P-편광을 가질 수 있다. 또한, 제1 레이저광(S1)과 제2 레이저광(S2)은 각각 방위 편광(azimuthal polarization) 또는 방사 편광(radial polarization)을 가질 수 있다.

제1 레이저광(S1)과 제2 레이저광(S2)의 파장은 서로 다르다. 예를 들어, 제 1 레이저광(S1)의 파장을 λ라 할 때, 제2 레이저광(S2)의 파장은 제1 레이저광(S1)의 파장과 Δλ의 차이를 가질 수 있다. 제1 레이저광(S1)과 제2 레이저광(S2)의 파장에 차이를 두어 공간적인 가간섭성에 변화를 주어 스펙클을 줄인다. 이때 Δλ가 클수록 스펙클을 감소시킬 수 있으나, 지나치게 큰 차이는 출력되는 출력광의 특성을 변화시킬 수 있다. 바람직하게는 Δλ는 λ의 ~수% 이내일 수 있다.

필터(130)는 제1 레이저광(S1)과 제2 레이저광(S2)을 결합시켜 출력광을 발생시킨다. 출력광이 광모듈(100)의 출력이 되며, 출력광의 경로에는 별도의 광학계(미도시)가 추가되어 레이저를 이용한 디스플레이 장치 등에 사용될 수 있다.

필터(130)는 편광 필터일 수 있다. 편광 필터를 이용하여 제1 레이저광(S1)과 제2 레이저광(S2)을 결합시키는 것을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 도 2에 도시된 바와 같이 출력광의 광축과 제1 광원(110)에 의한 제1 레이저광(S1)의 광축이 같도록 배치한다. 제1 레이저광(S1)이 TE 모드를 가지고, 제2 레이저광(S2)이 TM 모드를 갖는다면, 필터(130)는 TE 모드는 투과하고 TM 모드는 반사하는 편광 필터를 사용한다. 이 경우 제1 레이저광(S1)은 필터(130)를 통과하여 그대로 지나가고 제2 레이저광(S2)은 필터(130)에 의해 반사되어 제1 레이저광(S1)과 결합하여 출력광을 형성한다.

제1 레이저광(S1) 및 제2 레이저광(S2)의 듀티비(duty ratio)는 100%보다 작게 설정한다. 제1 레이저광(S1) 및 제2 레이저광(S2)은 필터(130)에 의해 결합되므로, 제1 레이저광(S1)과 제2 레이저광(S2)의 듀티비를 적절히 조절하여 출력광을 연속적으로 형성한다. 예를 들어 제1 레이저광(S1)의 듀티비를 50%로 하고, 제2 레 이저광(S2)의 듀티비를 50%라 한다. 제1 레이저광(S1)과 제2 레이저광(S2)의 하이 레벨과 로우 레벨을 서로 반대가 되도록 맞추면, 필터(130)를 통과하면서 양 레이저(S1, S2)이 합쳐지면서 연속적인 출력광이 생성된다. 제1 레이저광(S1)과 제2 레이저광(S2)의 듀티비는 50%에 한정되는 것은 아니고 바뀔 수 있다.

즉 본 발명에 의하면 제1 레이저광(S1)과 제2 레이저광(S2)을 결합시켜 출력광을 방출한다. 제1 레이저광(S1)과 제2 레이저광(S2)은 편광 모드가 서로 다르고 또한, 파장이 서로 다를 수 있다. 따라서 공간적으로 가간섭성을 줄여 스펙클을 감소시킨다.

일반적으로 스펙클 감소 인자(R)는 수학식 1과 같이 주어진다.

R = R1 × R2 × R3

여기서, R1은 각도 변화량(angle diversity), R2는 편광 변화량(polarization diversity), R3는 파장 변화량(wavelength diversity)이다. 즉 스펙클은 레이저광을 각도의 측면에서, 편광의 측면에서 또는 파장의 측면에서 변화시킴으로써 감소시킬 수 있다.

본 발명에 의하면 2개의 편광 모드가 교차되어 출력되므로 편광이 변화된다. 따라서 R2의 크기가 커진다. 또한, 교차되는 2개의 레이저광의 파장은 서로 다르다. R3는 파장의 차이가 Δλ인 경우, Δλ의 제곱근에 비례한다. 결국 본 발명에 의하면 편광 변화량(R2)과 파장 변화량(R3)이라는 양 측면에서 스펙클을 감소시킨 다고 할 수 있다.

도 3을 참조하면, 2개의 광원(110, 120)으로부터 2개의 레이저광(S1, S2)을 출력한다(210). 제1 광원(110)은 제1 레이저광(S1)을 방출하고, 제2 광원(120)은 제2 레이저광(S2)을 각각 방출한다. 제1 레이저광(S1)과 제2 레이저광(S2)의 편광 모드는 서로 다르며, 바람직하게는 제1 레이저광(S1)과 제2 레이저광(S2)의 편광 모드는 실질적으로 서로 수직일 수 있다. 또한, 편광 모드와 더불어 제1 레이저광(S1)과 제2 레이저광(S2)의 파장은 서로 다를 수 있다.

이어서, 제1 레이저광(S1)과 제2 레이저광(S2)을 필터(130)를 통해 결합시켜 출력광을 출력한다(220). 두 개의 레이저광(S1, S2)을 결합하여 출력하므로 제1 레이저광(S1)과 제2 레이저광(S2)의 듀티비를 조절하여 연속적인 출력광을 방출할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 명세서에서 사용된 용어 및 표현들은 서술의 목적으로 사용된 것일 뿐 어떠한 제한을 가지는 것은 아니며, 이와 같은 용어 및 표현의 사용은 도시되고 기술된 구성 요소 또는 그 일부분들의 등가물을 배제하고자 하는 것이 아니며, 청구된 발명의 범주 안에서 다양한 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

상기에서 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 레이저광의 편광 특성을 이용하여 스펙클을 감소시킨다. 이는 레이저광 자체를 변조하여 출력하므로 확산자 등과 같은 별도의 장치가 불필요하다. 레이저광이 별도의 장치를 통과하는 데 따르는 레이저광의 손실도 줄어든다. 따라서 레이저광의 효율이 뛰어나다.

또한, 광모듈 자체는 그 구성이 간단하여 소형화가 쉽고 다른 장치와 쉽게 통합이 가능하다.

Claims

제1 레이저광을 방출하는 제1 광원;

상기 제1 레이저광과 서로 다른 편광 모드를 갖는 제2 레이저광을 방출하는 제2 광원; 및

상기 제1 레이저광과 상기 제2 레이저광을 결합시켜 두 개의 편광 모드가 서로 교차된 출력광을 발생시킴으로써 스펙클을 감소시키는 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 광모듈.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 레이저광의 파장과 상기 제2 레이저광의 파장은 서로 다른 것을 특징으로 하는 광모듈.
제 1항에 있어서,

상기 제1 레이저광과 상기 제2 레이저광의 상기 편광 모드는 실질적으로 서로 수직인 것을 특징으로 하는 광모듈.
실질적으로 서로 다른 편광 모드를 갖는 2개의 레이저광을 방출하는 단계; 및

2개의 상기 레이저광들을 결합시켜 두 개의 편광 모드가 서로 교차된 출력광을 발생시켜 스펙클을 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스펙클 감 소 방법.
제 4 항에 있어서,

2개의 상기 레이저광의 파장은 서로 다른 것을 특징으로 하는 스펙클 감소 방법.