KR100584403B1

KR100584403B1 - 회절 격자와 그를 이용한 레이저 텔레비젼

Info

Publication number: KR100584403B1
Application number: KR1020040022530A
Authority: KR
Inventors: 안필수; 세라피모; 정병호; 문용권; 이진호
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-04-01
Filing date: 2004-04-01
Publication date: 2006-05-26
Also published as: US7633462B2; US20050219700A1; KR20050097270A

Abstract

본 발명에 따른 회절 격자는 기판과, 상기 기판 상에 형성되며, 홀수 위상 구조를 갖도록 3이상의 홀수 단들을 갖는 계단 형태의 격자부를 포함하며, 상기 격자부의 단들 사이의 위상차는 기준 파장의 광에 대해서 실질적으로 π가 된다.

회절 격자, 간섭성, 위상차

Description

회절 격자와 그를 이용한 레이저 텔레비젼{DIFFCRACTION GRATING AND LASER TELEVISION USING THE SAME}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 회절 격자의 구조를 설명하기 위한 단면도,

도 2는 본 발명의 제2 실시예로서, 본 발명의 제1 실시예에 도시된 회절 격자를 포함하는 레이저 텔레비젼의 구성을 설명하기 위한 도면,

도 3은 도 1과 도 2에 도시된 회절 격자의 동작을 설명하기 위한 그래프.

본 발명은 회절 격자에 관한 것으로서, 특히 레이저에 의한 이미지 재생 장치의 스파클 현상을 제어하기 위한 회절 격자 구조에 관한 것이다.

일반적인 프로젝션 티비(Projection T.V), 레이저 티비(Laser T.V) 등과 같은 이미지 재생 장치들은 화면 상에 색상을 구현하기 위해서 레드, 그린, 블루(Red, Green, Blue) 등의 상호 다른 파장의 광들을 생성할 수 있는 레이저들을 사용한다. 상술한 이미지 재생 장치는 상술한 상호 다른 파장의 광들의 조합으로부터 칼라(Color)의 이미지를 재현할 수 있다.

상술한 레이저들 각각은 상호 다른 파장을 갖는 각각의 광들을 생성하며, 상기 광들은 높은 간섭성으로 인해서 화면 또는 스크린 상에 이미지 재현시 불규칙적인 세기 분포를 유발하는 요인이 된다. 상술한 상기 광들의 높은 간섭성으로 인해서 화면 또는 스크린 상에 불규칙적으로 생성된 세기 분포를 스파클(Speckle) 잡음이라 한다.

상기 스파클 잡음은 상기 광들에 의해서 이미지가 생성되는 화면 또는 스크린 등이 고르지 못하고, 상기 광들의 진행 경로 상에 존재하는 일부의 미세한 먼지 등에 의해서 발생될 수 있다.

일반적으로, 상술한 스파클 잡음을 제거하기 위한 수단으로는 상기 광들의 진행 경로 상에 간유리 등을 위치시키고, 상기 간유리를 미세하게 진동시킴으로써 화면 또는 스크린 상에 스파클 잡음을 억제하기 위한 수단들이 제안되고 있다. 그러나, 간유리 등을 투과한 광은 세기 손실이 크게 발생하는 문제가 있다.

상술한 바와 같은 간유리를 대체하기 위한 수단으로서, 회절 격자 등을 사용한 스파클 잡음의 제거 수단이 제안되고 있다. 상기 회절 격자는 상기 간유리보다 상기 간섭성 광에 대한 투과율이 높다. 즉, 상기 간섭성 광의 세기 손실을 낮출 수 있는 이점이 있다.

그러나, 회절 격자를 포함하는 스파클 잡음 제거 수단은 간섭성 광들 각각의 파장에 따라서 상호 다른 격자 주기를 갖는 복수의 회절 격자들을 포함해야 하는 문제가 있다. 즉, 각각의 회절 격자들을 포함함으로써 생산 원가가 상승하고, 광축 정렬 등이 복잡해지는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해서 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 상호 다른 파장의 광들에 의해서 영상을 화면 상에 재생시키기 위한 레이저 텔레비젼의 스파클 잡음을 방지하기 위한 회절 격자를 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 회절 격자는,

기판과;

상기 기판 상에 형성되며, 홀수 위상 구조를 갖도록 3이상의 홀수 단들을 갖는 계단 형태의 격자부를 포함하며,

상기 격자부의 단들 사이의 위상차는 기준 파장의 광에 대해서 실질적으로 π가 된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 상호 회절 격자의 구조를 설명하기 위 한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 회절 격자(100)는 기판(110)과, 상기 기판(110) 상에 형성된 계단 형태의 격자부(120)를 포함한다.

상기 격자부(120)는 복수의 단들(121, 122, 123)을 포함하며, 상기 단들(121, 122, 123)의 높이는 기준 파장의 광에 대해서 실질적으로 π의 위상차를 갖도록 설정된다. 상기 단들(121, 122, 123) 각각의 폭(W₁, W₂, W₃)은 회절시키고자 하는 해당 광의 파장에 따라서 설정될 수 있다. 하기 하는 <수학식 1>은 상기 단들(121, 122, 123) 각각에 입사되는 광의 파장과 그에 따른 폭(W₁, W₂, W₃)과의 관계를 설명하기 위한 수학식이다.

<수학식 1에서> w는 상기 격자부를 이루는 각 단들의 폭을 의미하고, θ는 각 층에서 회절된 광의 회절 각도를 나타내고, λ는 각 층에서 회절되는 광의 파장을 나타낸다. 상기 격자부(120) 각 단들(121, 122, 123)의 폭(w₁, w₂, w₃)은 <수학식 1>과 같이 회절시키고자하는 해당 광의 파장에 따라서 결정될 수 있다.

도 3은 상호 다른 파장을 갖는 광들의 스펙트럼 분포와 회절 격자에 의해 생성된 회절 차수의 위치를 비교하기 위한 그래프이다. 도 3을 참조해서, 본 발명에 따른 회절 격자에서 위상차를 이용한 스파클 잡음의 억제에 관해서 보다 구체적인 예를 들어 설명한다. 일반적인, 레이저 텔레비젼 등은 적색(Red), 녹색(Green), 청 색(Blue) 파장의 광들을 사용한다 상기 녹색 광의 파장 범위는 500 ~ 565㎚이고, 적색 광의 파장 범위는 630 ~ 780㎚이고, 청색 광의 파장 범위는 435 ~ 500㎚이다.

스파클 잡음은 상기 각 광들의 0차 회절 패턴에서의 불규칙적인 위상 변화가 공간적 스파클 잡음의 발생 요인 중 하나이며, 이를 제거하기 위해서 녹색의 상기 광을 기준으로 상기 적색 및 청색의 광들의 0차 회절 패턴들이 서로 간에 π의 위상차를 갖도록 해당 단(121, 122, 123)의 높이를 설정함으로써 상기 광들의 공간 간섭성으로 인한 스파클 잡음을 억제하게 된다.

상기 광들에 의해 이미지가 재생되는 영상과 상기 회절 격자 사이가 일정할 경우에 상기 스크린 상에 일정한 회절 패턴을 구현할 수 있다. 즉, 녹색의 광을 기준 파장으로 한다면, 상기 적색 및 청색의 광들은 상기 그린 색의 광을 기준으로 π만큼의 위상차를 갖도록 해당 단(121, 122, 123)의 높이를 설정할 수 있다. 즉, 상기 격자부(120)를 구성하는 상기 단들(121, 122, 123)이 π의 위상차를 갖게 함으로써 입력되는 광들의 공간 간섭성에 의한 스파클 노이를 최소화시킨다.

청색 및 적색 광의 0차 회절 패턴 위상을 0이 되게 설정하기 위해서는 도 3에 도시된 바와 같이 녹색 광의 파장을 기준으로 하기 하는 <수학식 2> 또는 <수학식 3>에 나타난 바와 같이 해당 단(121, 122, 123)의 높이를 설정함으로써 상기 청색 및 적색 광이 상기 녹색 광에 대해서 π의 위상차를 갖게 할 수 있다.

n은 격자부(120)의 굴절률을 나타내고, <수학식 2>는 해당 단(121, 122, 123)에서 회절되는 해당 광의 파장이 λ_g일 경우에 λ/2의 위상(π의 위상)으로 해당 광을 회절시키기 위한 해당 단(121, 122, 123)의 물리적 높이(d_g)를 나타낸다.

n은 격자부(120)의 굴절률을 나타내고, <수학식 3>는 해당 단(121, 122, 123)에서 회절되는 해당 광의 파장이 λ_g일 경우에 λ의 위상(2π의 위상)으로 해당 광을 회절시키기 위한 해당 단(121, 122, 123)의 물리적 높이(d_g)를 나타낸다.

즉, 각 단 사이의 위상차가 상기 녹색 광을 회절시키기 위한 단을 기준으로 π의 위상차를 갖을 수 있도록 해당 단의 높이를 설정함으로써 상기 광들의 공간 간섭성에 의한 스페클 잡음을 최소화시킬 수 있다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예로서, 본 발명의 제1 실시예에 도시된 회절 격자를 포함하는 레이저 텔레비젼의 구성을 나타내기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 텔레비젼(200)은 서로 다른 파장의 간섭성 광들을 생성하기 위한 복수의 레이저들(211, 212, 213)과, 상기 각 간섭성 광들로부터 천연색의 영상을 화면 상에 재연하기 위한 스캐너(260)와, 상기 레이저들(211, 212, 213)과 상기 스캐너(260)의 사이에 위치된 회절 격자(280)와, 상기 레이저들 각각에서 출력되는 상호 다른 파장의 광들 각각을 변조시키기 위한 복수의 변조기들(221, 222, 223)과, 상기 변조기들 각각을 제어하기 위한 제어기(230)와, 상기 변조기들(221, 222, 223)에서 변조된 상기 광들(211a, 212a, 213a)을 상기 스캐너(260)에 입사시키기 위한 렌즈계(250)를 포함한다.

상기 레이저들(211, 212, 213)은 500 ~ 565㎚ 파장을 갖는 녹색의 제1 광(211a)을 출력하기 위한 제1 레이저(211)와, 630 ~ 780㎚ 파장을 갖는 적색의 제2 광(212a)을 출력하기 위한 제2 레이저(212)와, 435 ~ 500㎚ 파장을 갖는 청색의 제3 광(213a)을 출력하기 위한 제3 레이저(213)를 포함하며, 상기 제1 내지 제3 광들(211a, 212a, 213a)은 가간섭성의 성질을 갖는다.

상기 회절 격자(280)는 본 발명의 제1 실시예와 동일하게 기판과 상기 기판 상에 형성되며 홀수 위상 구조를 갖도록 3 이상의 홀수 단들을 갖는 계단 형태의 격자부를 갖으며, 상기 레이저들(211, 212, 213)과 상기 스캐너(260)의 사이에 위치된다. 더욱이 상기 격자부의 상기 단들은 기준 파장의 광에 대해서 실질적으로 π의 위상차를 갖도록 높이를 설정함으로써 상기 제1 내지 제3 광(211a, 212a, 213a)에 의한 공간 스페클 잡음을 억제하게 된다. 또한, 상기 회절 격자(280)에 일정 수 이상의 진동을 가함으로서 시간 스페클 잡음을 제거할 수 있다.

본 발명은 레이저들에서 서로 상이한 파장을 갖는 가간섭성 광 광들의 스페클 잡음을 제거하기 위한 π의 위상차를 갖는 복수의 단들로 이루어진 격자부를 갖 는 회절 격자를 사용함으로써 하나의 회절 격자를 사용해서 상호 다른 파장을 갖는 복수 광들의 스페클 잡음을 제거할 수 있는 이점이 있다. 즉, 생산성 및 수율 향상이 가능하다.

Claims

회절 격자에 있어서,

기판과;

상기 기판 상에 형성되며, 홀수 위상 구조를 갖도록 3이상의 홀수 단들을 갖는 계단 형태의 격자부를 포함하며,

상기 격자부의 단들 사이의 위상차는 기준 파장의 광에 대해서 실질적으로 π가 됨을 특징으로 하는 회절 격자.
제1 항에 있어서,

상기 단들 각각의 폭은 입사되는 회절시키고자 하는 해당 광의 파장에 의해서 결정됨을 특징으로 하는 회절 격자.
레이저 텔레비젼에 있어서,

상호 다른 파장의 간섭성 광들을 생성하기 위한 복수의 레이저들과;

상기 각 간섭성 광들로부터 천연색의 영상을 화면 상에 재연하기 위한 스캐너와;

기판과, 상기 기판 상에 형성되며 홀수 위상 구조를 갖도록 3이상의 홀수 단 들을 갖는 계단 형태의 격자부를 갖으며 상기 레이저들과 상기 스캐너의 사이에 위치된 회절 격자를 포함하며,

상기 격자부의 단들 사이의 위상차는 기준 파장의 광에 대해서 실질적으로 π가 됨을 특징으로 하는 레이저 텔레비젼.
제3 항에 있어서, 상기 레이저 텔레비젼은,

상기 레이저들 각각에서 출력되는 상호 다른 파장의 광들 각각을 변조시키기 위한 복수의 변조기들과;

상기 변조기들 각각을 제어하기 위한 제어기와;

상기 변조기들에서 변조된 상기 광들을 상기 스캐너에 입사시키기 위한 렌즈계를 포함함을 특징으로 하는 레이저 텔레비젼.
제3 항에 있어서,

상기 레이저들은 500 ~ 565㎚ 파장을 갖는 녹색의 제1 광을 출력하기 위한 제1 레이저를 포함함을 특징으로 하는 레이저 텔레비젼.
제3 항에 있어서,

상기 레이저들은 630 ~ 780㎚ 파장을 갖는 적색의 제2 광을 출력하기 위한 제2 레이저를 포함함을 특징으로 하는 레이저 텔레비젼.
제3 항에 있어서,

상기 레이저들은 435 ~ 500㎚ 파장을 갖는 청색의 제3 광을 출력하기 위한 제3 레이저를 포함함을 특징으로 하는 레이저 텔레비젼.
제3 항에 있어서,

상기 광들은 높은 가간섭성을 갖는 간섭성 광들임을 특징으로 하는 레이저 텔레비젼.