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KR100843379B1 - 광경로차를 이용한 광변조기 - Google Patents

광경로차를 이용한 광변조기 Download PDF

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KR100843379B1
KR100843379B1 KR1020040048267A KR20040048267A KR100843379B1 KR 100843379 B1 KR100843379 B1 KR 100843379B1 KR 1020040048267 A KR1020040048267 A KR 1020040048267A KR 20040048267 A KR20040048267 A KR 20040048267A KR 100843379 B1 KR100843379 B1 KR 100843379B1
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Abstract

본 발명은 광변조기에 관한 것으로서, 특히 빔 스플릿터를 이용하여 입사광을 분리하고 분리된 일부 빔을 구동 픽셀 어레이로 보내고 일부는 고정 미러 또는 다른 구동 픽셀 어레이로 보내 반사되어 나온 두 광의 광로차에 의해 이미지 면에서 보강 또는 상쇄 간섭을 일으키도록 하여 이미지 면에 픽셀의 상이 맺히도록 하는 광경로차를 이용한 광변조기에 관한 것이다.
광변조기, 마이크로 미러, 마이크로 미러 어레이, 광경로차

Description

광경로차를 이용한 광변조기{Optical modulator using optical path-difference}
도 1은 종래 기술의 정전기 방식 격자 광 변조기를 도시하는 도면.
도 2는 종래 기술의 정전기 방식 격자 광 변조기가 변형되지 않는 상태에서 입사광을 반사시키는 것을 도시하는 도면.
도 3은 종래 기술의 격자 광 변조기가 정전기력에 의해 변형된 상태에서 입사광을 회절시키는 것을 도시하는 도면.
도 4는 종래 기술에 압전 재료를 가지고 있는 함몰부를 가진 회절형 박막 압전 마이크로 미러의 측면도.
도 5a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광경로차를 이용한 광변조기의 구조도, 도 5b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광경로차를 이용한 광변조기의 구조도.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광경로차를 이용한 광변조기의 구조도.
도 7a 내지 도 7c는 도 5a,5b 및 도 6의 구동픽셀 어레이의 박막 압전 엘리멘트의 구조도.
도 8a 내지 도 8d는 도 5a,5b 및 도 6의 구동픽셀 어레이의 후막 압전 엘리멘트의 구조도.
본 발명의 광변조기에 관한 것으로서, 특히 빔 스플릿터를 이용하여 입사광을 분리하고 분리된 일부 빔을 구동 픽셀 어레이로 보내고 일부는 고정 미러 또는 다른 구동 픽셀 어레이로 보내 반사되어 나온 두 광의 광로차에 의해 이미지 면에서 보강 또는 상쇄 간섭을 일으키도록 하여 이미지 면에 픽셀의 상이 맺히도록 하는 광경로차를 이용한 광변조기에 관한 것이다.
일반적으로, 광신호처리는 많은 데이타 양과 실시간 처리가 불가능한 기존의 디지탈 정보처리와는 달리 고속성과 병렬처리 능력, 대용량의 정보처리의 장점을 지니고 있으며, 공간 광변조이론을 이용하여 이진위상 필터 설계 및 제작, 광논리게이트, 광증폭기 등과 영상처리 기법, 광소자, 광변조기 등의 연구가 진행되고 있다.
이중 공간 광변조기는 광메모리, 광디스플레이, 프린터, 광인터커넥션, 홀로그램 등의 분야에 사용되며, 이를 이용한 표시장치의 개발 연구가 진행되고 있다.
이러한 공간 광변조기로는 일예로 도 1에 도시된 바와 같은 반사형 변형 가능 격자 광변조기(10)이다. 이러한 변조기(10)는 블룸 등의 미국특허번호 제 5,311,360호에 개시되어 있다. 변조기(10)는 반사 표면부를 가지며 기판(16) 상부에 부유(suspended)하는 다수의 일정하게 이격하는 변형 가능 반사형 리본(18)을 포함한다. 절연층(11)이 실리콘 기판(16)상에 증착된다. 다음으로, 희생 이산화 실리콘 막(12) 및 저응력 질화실리콘 막(14)의 증착이 후속한다.
질화물 막(14)은 리본(18)으로부터 패터닝되고 이산화실리콘층(12)의 일부가 에칭되어 리본(18)이 질화물 프레임(20)에 의해 산화물 스페이서층(12)상에 유지되도록 한다.
단일 파장 λO를 가진 광을 변조시키기 위해, 변조기는 리본(18)의 두께와 산화물 스페이서(12)의 두께가 λO/4가 되도록 설계된다.
리본(18)상의 반사 표면(22)과 기판(16)의 반사 표면 사이의 수직 거리 d로 한정된 이러한 변조기(10)의 격자 진폭은 리본(18)(제 1 전극으로서의 역할을 하는 리본(16)의 반사 표면(22))과 기판(16)(제 2 전극으로서의 역할을 하는 기판(16) 하부의 전도막(24)) 사이에 전압을 인가함으로써 제어된다.
변형되지 않은 상태에서, 즉, 어떠한 전압도 인가되지 않은 상태에서, 격자 진폭은 λO/2와 같고, 리본과 기판으로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 λO와 같아서, 이러한 반사광에 위상을 보강시킨다.
따라서, 변형되지 않은 상태에서, 변조기(10)는 평면거울로서 광을 반사한다. 변형되지 않은 상태가 입사광과 반사광을 도시하는 도 2에 20으로서 표시된다.
적정 전압이 리본(18)과 기판(16) 사이에 인가될 때, 정전기력이 리본(18)을 기판(16) 표면 방향으로 다운(down) 위치로 변형시킨다. 다운 위치에서, 격자 진폭은 λO/4와 같게 변한다. 전체 경로차는 파장의 1/2이고, 변형된 리본(18)으로 부터 반사된 광과 기판(16)으로부터 반사된 광이 상쇄 간섭을 하게 된다.
이러한 간섭의 결과, 변조기는 입사광(26)을 회절시킨다. 변형된 상태가 +/- 회절모드(D+1, D-1)로 회절된 광을 도시하는 도 3에 각각 28과 30으로 표시된다.
그러나, 블룸의 광변조기는 마이크로 미러의 위치 제어를 위해서 정전기 방식을 이용하는데, 이의 경우 동작 전압이 비교적 높으며(보통 30V 내외) 인가전압과 변위의 관계가 선형적이지 않은 등의 단점이 있어 결과적으로 광을 조절하는데 신뢰성이 높지 않는 단점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 국내 특허출원번호 제 P2003-077389호에는 "박막 압전 광변조기 및 그 제조방법"이 개시되어 있다.
도 4는 종래 기술에 따른 함몰형 박막 압전 광변조기의 절단면도이다.
도면을 참조하면, 종래 기술에 따른 함몰형 박막 압전 광변조기는 실리콘 기판(401)과, 엘리멘트(410)를 구비하고 있다.
여기에서, 엘리멘트(410)는 일정한 폭을 가지며 다수가 일정하게 정렬하여 함몰형 박막 압전 광변조기를 구성한다. 또한, 이러한 엘리멘트(410)는 서로 다른 폭을 가지며 교번하여 정렬하여 함몰형 박막 압전 광변조기를 구성한다. 또한, 이러한 엘리멘트(410)는 일정간격(거의 엘리멘트(410)의 폭과 같은 거리)을 두고 이격되어 위치할 수 있으며 이 경우에 실리콘 기판(401)의 상면의 전부에 형성된 마이크로 미러층이 입사된 빛을 반사하여 회절시킨다.
실리콘 기판(401)은 엘리멘트(410)에 에어 스페이스를 제공하기 위하여 함몰 부를 구비하고 있으며, 절연층(402)이 상부 표면에 증착되어 있고, 함몰부의 양측에 엘리멘트(410)의 단부가 부착되어 있다.
엘리멘트(410)는 막대 형상을 하고 있으며 중앙부분이 실리콘 기판(401)의 함몰부에 이격되어 위치하도록 양끝단의 하면이 각각 실리콘 기판(401)의 함몰부를 벗어난 양측지역에 부착되어 있고, 실리콘 기판(401)의 함몰부에 위치한 부분이 상하로 이동가능한 하부지지대(411)를 포함한다.
또한, 엘리멘트(410)는 하부지지대(411)의 좌측단에 적층되어 있으며, 압전 전압을 제공하기 위한 하부전극층(412)와, 하부전극층(412)에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전 재료층(413)와, 압전 재료층(413)에 적층되어 있으며 압전재료층(413)에 압전 전압을 제공하는 상부 전극층(414)을 포함하고 있다.
또한, 엘리멘트(410)는 하부지지대(411)의 우측단에 적층되어 있으며, 압전 전압을 제공하기 위한 하부전극층(412')과, 하부전극층(412')에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전 재료층(413')과, 압전 재료층(413')에 적층되어 있으며 압전재료층(413')에 압전 전압을 제공하는 상부 전극층(414')을 포함하고 있다.
그리고, 국내 특허출원번호 제 P2003-077389호에는 위에서 설명한 함몰형외에서 도출형에 대하여 상세하게 설명하고 있다.
한편, 블룸, 삼성전기 등의 특허에서 기술한 종류의 광변조기는 이미지를 디스플레이하기 위한 소자로서 이용될 수 있다. 그리고, 이때 최소 인접한 2개의 엘 리멘트가 하나의 화소를 형성할 수 있다. 물론, 3개를 하나의 픽셀로 하거나, 4개를 하나의 픽셀로 하거나, 6개를 하나의 픽셀로 할 수도 있다.
그러나, 블룸, 삼성전기 등의 특허에서 기술한 종류의 광변조기는 소형화를 달성하는데 일정한 한계를 가지고 있다. 즉, 광변조기의 엘리멘트의 폭은 아무리 작게 하여도 3㎛ 이하로 할 수 없으며, 엘리멘트와 엘리멘트의 간격은 0.5㎛이하로 작게할 수 없는 한계가 있다.
그리고, 이러한 엘리멘트를 이용한 회절화소 구성에는 최소 2개 이상의 엘리멘트가 필요하기에 소자의 소형화에는 한계가 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 입사된 광을 분리한 후에 분리된 광에 광경로차를 발생시켜 대상 물체에서 보강 또는 상쇄 간섭이 일어나도록 하는 광경로차를 이용한 광변조기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 광원으로부터 출사된 광을 분할하여 출사하고, 반사광을 수광하여 대상 물체로 입사시키기 위한 빔 스플릿터; 상기 빔 스플릿터로부터 입사된 광을 상하로 구동되는 다수의 픽셀을 이용하여 광경로의 길이를 변화시키며 상기 빔 스플릿터로 반사하기 위한 구동 픽셀 어레이; 상기 빔 스플릿터로부터 입사된 광을 상기 빔 스플릿터로 반사하는 반사 수단을 포함하며, 상기 구동 픽셀 어레이의 해당 픽셀로부터 반사되는 반사광과 그에 대응하 는 상기 반사 수단으로부터 반사되는 반사광의 광경로차로 인하여 보강 또는 상쇄 간섭이 일어나는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 광원으로부터 출사된 광을 두개의 편광으로 분리하여 서로 다른 방향으로 입사시키고 각각의 반사광을 대상 물체로 입사시키기 위한 편광 분리기; 상기 편광 분리기로부터 입사된 광을 상하로 구동되는 다수의 픽셀을 이용하여 광경로의 길이를 변화시키며 상기 편광 분리기로 반사하기 위한 구동 픽셀 어레이; 상기 편광 분리기와 상기 구동 픽셀 어레이 사이에 위치하여 상기 구동 픽셀 어레이로부터 입사된 편광을 변환하여 상기 편광 분리기로 출사하는 제1 편광 변환기; 상기 제1 편광 분리기와 상기 반사 수단 사이에 위치하여 상기 반사 수단으로부터 입사된 편광을 변환하여 상기 편광 분리기로 출사하는 제2 편광 변환기; 및 상기 편광 분리기로부터 입사된 편광을 상기 편광 분리기로 반사하는 반사 수단을 포함하며, 상기 구동 픽셀 어레이의 해당 픽셀로부터 반사되는 반사 편광과 그에 대응하는 상기 반사 수단으로부터 반사되는 반사 편광의 광경로차로 인하여 보강 또는 상쇄 간섭이 일어나는 것을 특징으로 한다.
이하, 도 5a 이하의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 광경로차를 이용한 광변조기의 구조도이다.
도 5a를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 광경로차를 이용한 광변조기는 광원(500), 구동 픽셀 어레이(510), 빔 스플릿터(520), 고정미러(530)로 이루어 져 있다.
광원(500)은 소정의 파장을 갖는 레이저 다이오드로 구성된 1개의 발광원으로 구성되며, 광원(500)으로부터 출사된 광은 빔 스플릿터(520)으로 입사된다.
빔 스플릿터(520)은 광원(500)로부터 입사되는 빔을 분할하여 분할된 빔을 각각 구동 픽셀 어레이(510)과, 고정 미러(530)으로 입사시킨다.
구동 픽셀 어레이(510)은 표면이 미러로 되어 있고, 상하 구동하는 다수의 구동 픽셀(510a~510e)로 이루어져 있으며, 입사되는 빛을 반사한다.
고정 미러(530)는 표면이 미러로 되어 있으며, 고정된 상태를 유지하며 입사되는 빛을 반사한다.
이제, 도 5a를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 광경로차를 이용한 광변조기의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
광원(500)으로부터 출사된 광은 빔 스플릿터(520)로 입사되며, 빔 스플릿터(520)은 입사된 광을 분할하여 분할된 광중 일부는 구동 픽셀 어레이(510)으로 입사하고, 분할된 광중 또 다른 일부는 고정 미러(530)으로 입사한다.
그러면, 구동 픽셀 어레이(510)의 각각의 구동 픽셀(510a~510e)은 입사된 광을 다시 빔 스플릿터(520)으로 반사한다. 또한, 고정 미러(530)은 입사된 광을 다시 빔 스플릿터(520)으로 반사한다.
빔 스플릿터(520)은 구동 픽셀 어레이(510)으로부터 반사된 광과 고정 미러(530)로부터 반사된 광을 대상 물체(미도시)측으로 입사시킨다.
이때, 구동 픽셀 어레이(510)로부터 반사된 광과 고정 미러(530)로부터 반사 된 광을 비교하였을 때 광경로차가 λ/2의 홀수배만큼 위상차를 갖도록 하면 상쇄 간섭이 일어나 대상 물체(540)에 어두운 상이 맺히고, λ/2의 짝수배만큼 위상차를 갖도록 하면 보강 간섭이 일어나 대상 물체(540)에 밝은 상이 맺힌다.
즉, 도면에서 a를 지나 b의 구동 픽셀(510c)로 입사된 후에 반사되어 다시 a로 돌아온 광과 a를 지나 고정 미러(530) c로 입사된 후에 반사되어 다시 a로 돌아온 λ/2의 짝수배 만큼의 위상차를 갖도록 하면 보강 간섭이 일어나 밝은 상이 맺힌다.
그리고, 도면에서 a'을 지나 b'의 구동 픽셀(510b)로 입사된 후에 반사되어 다시 a'로 돌아온 광과 a'를 지나 고정 미러(530) c'로 입사된 후에 반사되어 다시 a'로 돌아온 λ/2의 홀수배 만큼의 위상차를 갖도록 하면 상쇄간섭이 일어나 어두운 상이 맺힌다.
이때, 픽셀(510a~510e)간에 회절 간섭에 의한 원하지 않은 잡광 발생이 예상되는데 픽셀(510a~510e)간에 회절에 의한 간섭을 줄이기 위해 일예로 b와 b'간의 변위차를 λ/12 만큼으로 하고, 광경로 a-c, a-b의 위상차를 (4m+1)*λ/6로하고 광경로 a'-c'와 a'-b'의 위상차를 (2m+1)*λ/3로 하면 모든 픽셀(510a~510e)이 격주기로 구동된 경우라도 잡광이 발생하지 않는다.
도 5b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광경로차를 이용한 광변조기의 구조도로서, 제1 실시예와 다른 점은 고정 미러 대신 제2 구동 픽셀 어레이를 사용한 점에 있다.
도 5b를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 광경로차를 이용한 광변조 기는 광원(500), 제1 구동 픽셀 어레이(510), 빔 스플릿터(520), 제2 구동픽셀 어레이(530)로 이루어져 있다.
광원(500)은 소정의 파장을 갖는 레이저 다이오드로 구성된 1개의 발광원으로 구성되며, 광원(500)으로부터 출사된 광은 빔 스플릿터(520)로 입사된다.
빔 스플릿터(520)은 광원(500)로부터 입사되는 빔을 분할하여 분할된 빔을 각각 제1 구동 픽셀 어레이(510)와, 제2 구동 픽셀 어레이(530)로 입사시킨다.
제1 구동 픽셀 어레이(510) 및 제2 구동 픽셀 어레이(530)은 표면이 미러로 되어 있고, 상하 구동하는 다수의 구동 픽셀(510a~510e, 530a~530e)로 이루어져 있으며, 입사되는 빛을 반사한다.
이제, 도 5b를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 광경로차를 이용한 광변조기의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
광원(500)으로부터 출사된 광은 빔 스플릿터(520)으로 입사되며, 빔 스플릿터(520)은 입사된 광을 분할하여 분할된 광중 일부는 제1 구동 픽셀 어레이(510)으로 입사하고, 분할된 광중 또 다른 일부는 제2 구동 픽셀 어레이(530)로 입사한다.
그러면, 제1 구동 픽셀 어레이(510)의 각각의 구동 픽셀(510a~510e)은 입사된 광을 다시 빔 스플릿터(520)으로 반사한다. 또한, 제2 구동 픽셀 어레이(530)은 입사된 광을 다시 빔 스플릿터(520)로 반사한다.
빔 스플릿터(520)은 제1 구동 픽셀 어레이(510)로부터 반사된 광과 제2 구동 픽셀 어레이(530)으로부터 반사된 광을 대상 물체(미도시)측으로 입사시킨다.
이때, 제1 구동 픽셀 어레이(510)로부터 반사된 광과 제2 구동 픽셀 어레이(530)로부터 반사된 광을 비교하였을 때 광경로차가 λ/2의 홀수배만큼 위상차를 갖도록 하면 상쇄 간섭이 일어나 대상 물체(540)에 어두운 상이 맺히고, λ/2의 짝수배만큼 위상차를 갖도록 하면 상쇄 간섭이 일어나 대상 물체(540)에 밝은 상이 맺힌다.
즉, 도면에서 a를 지나 b의 제1 구동 픽셀(510c)로 입사된 후에 반사되어 다시 a로 돌아온 광과 a를 지나 제2 구동 픽셀(530c) c로 입사된 후에 반사되어 다시 a로 돌아온 λ/2의 짝수배 만큼의 위상차를 갖도록 하면 보강 간섭이 일어나 밝은 상이 맺힌다.
그리고, 도면에서 a'을 지나 b'의 제1 구동 픽셀(510b)로 입사된 후에 반사되어 다시 a'로 돌아온 광과 a'를 지나 제2 구동 픽셀(530b) c'로 입사된 후에 반사되어 다시 a'로 돌아온 λ/2의 홀수배 만큼의 위상차를 갖도록 하면 상쇄간섭이 일어나 어두운 상이 맺힌다.
이때, 픽셀(510a~510e)간에 회절 간섭에 의한 원하지 않은 잡광 발생이 예상되는데 픽셀(510a~510e)간에 회절에 의한 간섭을 줄이기 위해 일예로 b와 b'간의 변위차를 λ/12 만큼으로 하고, 광경로 a-c, a-b의 위상차를 (4m+1)*λ/6로하고 광경로 a'-c'와 a'-b'의 위상차를 (2m+1)*λ/3로 하면 모든 픽셀(510a~510e)이 격주기로 구동된 경우라도 잡광이 발생하지 않는다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광경로차를 이용한 광변조기의 구조도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 광경로차를 이용한 광변조기 는 광원(600), 구동 픽셀 어레이(610), 격자 편광자(Grid Polarizer;GP)인 편광 분리기(620), 고정 미러(630), 대상 물체(640), 제1 및 제2 편광 변환기(650a, 650b)를 구비하고 있다.
광원(600)은 소정의 파장을 갖는 레이저 다이오드로 구성된 1개의 발광원으로 구성되며, 광원(600)으로부터 출사된 광은 편광 분리기(620)로 입사된다.
편광 분리기(620)는 바람직하게 PROFLUX라는 상표로 유타, 오렘의 MOXTEX에 의해 판매되는 타입의 격자 편광자이다.
사용될 수 있지만 그렇게 바람직하지 않은 규브형 편광 빔 분리기와 비교하여 격자 편광자는 높은 총괄 효율, 입사각에 대한 낮은 민감도 즉 격자 편광자는 시준된다하여도 확대되는 소스에 항상 존재하는 사행 광선을 더 잘 다룰수 있도록 해주는 낮은 민감도; 변환 효율과 대비도의 증가뿐만 아니라 처리량을 높여주는 양 채널의 고 편광 순도를 가지며; 낮은 비용을 갖는 등의 많은 이점이 있다.
규브형 편광 빔 스플리터와 격자 편광자에 추가하여 편광 분리 기능은 예를 들면 포스터 프리즘 또는 다른 복굴절 결정을 사용하는 편광 스플리터 프리즘에 의해 수행될 수 있다.
편광 분리기(620)는 광원(600)으로부터 입사된 광을 일예로 P 편광은 투과시키고, S 편광은 90° 회전시키면서 P 편광, S 편광으로 분리하여 S 편광은 구동 픽셀 어레이(610)로 입사시키고, P 편광은 고정 미러(630)으로 입사시킨다.
구동 픽셀 어레이(610)는 표면이 미러로 되어 있고, 상하 구동하는 다수의 구동 픽셀(610a~610e)로 이루어져 있으며, 입사되는 편광된 광을 반사한다.
고정 미러(630)는 표면이 미러로 되어 있으며, 고정된 상태를 유지하며 입사되는 편광된 광을 반사한다.
제1 및 제2 편광 변환기(650a, 650b)는 일예로 반파장 판을 포함할 수 있으며, 입사된 편광된 광을 변화시키게 되는데 일예로 S 편광을 P 편광으로, P 편광을 S 편광으로 변환시킨다. 적합한 제1 및 제2 편광 변환기(650a, 650b)는 반파장 면과 프리즘 편광 회전기를 포함한다.
이제, 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광경로차를 이용한 광변조기의 동작을 상세히 설명한다.
광원(600)으로부터 출사된 광은 편광 분리기(620)으로 입사되며, 편광 분리기(620)는 입사된 광을 분할하여 분할된 광중 일예로 S 편광을 구동 픽셀 어레이(610)으로 입사시키고 분할된 광중 또 다른 일부 일예로 P 편광을 고정 미러(630)으로 입사시킨다.
그리고, 구동 픽셀 어레이(610)의 각각의 구동 픽셀(610a~610e)은 입사된 S 편광을 다시 편광 분리기(620)로 반사한다. 또한, 고정 미러(630)는 입사된 편광을 다시 편광 분리기(620)로 반사한다.
이때, 구동 픽셀 어레이(610)와 편광 분리기(620) 사이에 제1 편광 변환기(650a)가 위치하며, 제1 편광 변환기(650a)는 구동 픽셀 어레이(610)로부터 반사된 편광을 변환시켜 일예로 S 편광을 P 편광으로 변환시켜 편광 분리기(620)로 입사한다.
또한, 고정 미러(630)와 편광 분리기(620) 사이에 제2 편광 변환기(650b)가 위치하며, 제2 편광 변환기(650b)는 고정 미러(630)으로부터 반사된 편광을 변환시켜 일예로 P 편광을 S 편광으로 변환시켜 편광 분리기(620)으로 입사한다.
그러면, 편광 분리기(620)는 구동 픽셀 어레이(610)로부터 반사된 광과 고정 미러(630)로부터 반사된 동일하게 편광된 광을 대상 물체(640)측으로 입사시킨다.
이때, 구동 픽셀 어레이(610)로부터 반사된 편광과 고정 미러(630)로부터 반사된 편광을 비교하였을 때 광경로차가 λ/2의 홀수배만큼 위상차를 갖도록 하면 상쇄 간섭이 일어나 대상 물체(640)에 어두운 상이 맺히고, λ/2의 짝수배만큼 위상차를 갖도록 하면 상쇄 간섭이 일어나 대상 물체(640)에 밝은 상이 맺힌다.
즉, 도면에서 a를 지나 b의 구동 픽셀(610c)로 입사된 후에 반사되어 다시 a로 돌아온 광과 a를 지나 고정 미러(630) c로 입사된 후에 반사되어 다시 a로 돌아온 λ/2의 홀수배 만큼의 위상차를 갖도록 하면 상쇄간섭이 일어나 어두운 상이 맺힌다.
그리고, 도면에서 a'을 지나 b'의 구동 픽셀(610b)로 입사된 후에 반사되어 다시 a'로 돌아온 광과 a'를 지나 고정 미러(630) c'로 입사된 후에 반사되어 다시 a'로 돌아온 λ/2의 짝수배 만큼의 위상차를 갖도록 하면 보강간섭이 일어나 어두운 상이 맺힌다.
이때, 픽셀(610a~610e)간에 회절 간섭에 의한 원하지 않은 잡광 발생이 예상되는데 픽셀(610a~610e)간에 회절에 의한 간섭을 줄이기 위해 일예로 b와 b'간의 변위차를 λ/16 만큼으로 하고, 광경로 a-c, a-b의 위상차를 (4m+1)*λ/6로하고 광경로 a'-c'와 a'-b'의 위상차를 (2m+1)*λ/3로 하면 모든 픽셀(610a~610e)이 격주 기로 구동된 경우라도 잡광이 발생하지 않는다.
여기에서, 고정 미러(630)에 대하여 설명하였지만 제2 실시예에서 처럼 또 다른 구동 픽셀 어레이를 이용하여 광경로차를 이용한 광변조기를 구현할 수도 있다.
도 7a 내지 도 7c 는 도 5a, 5b 및 도 6의 구동 픽셀 어레이로 사용되는 박막 압전 엘리멘트의 구조도이다.
도 7a는 제1 실시예에 따른 압전 박막 회절 광변조기를 도시한 도면으로 도면을 참조하면, 실리콘 기판(701a)과 다수의 엘리멘트(710a1~710an)로 이루어져 있다.
기판(701a)은 엘리멘트(710a1~710an)에 에어 스페이스를 제공하기 위하여 함몰부를 구비하고 있으며, 함몰부의 양측에 다수의 엘리멘트(710a1~710an)의 단부가 부착되어 있다.
엘리멘트(710a1~710an)는 막대 형상을 하고 있으며 중앙부분이 기판(701a)의 함몰부에 이격되어 위치하도록 양끝단의 하면이 각각 기판(701a)의 함몰부를 벗어난 양측지역에 부착되어 있고, 마이크로 미러층(715a)이 상부에 적층되어 있으며, 기판(701a)의 함몰부에 위치한 부분이 상하로 이동가능한 하부지지대(711a)를 포함한다.
또한, 엘리멘트(710a)는 하부지지대(711a)에 적층되어 있으며, 압전 전압을 제공하기 위한 하부전극층(712a)와, 하부전극층(712a)에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전 재료층(713a) 와, 압전 재료층(713a)에 적층되어 있으며 압전재료층(713a)에 압전 전압을 제공하는 상부 전극층(714a)와, 상부전극층(714a)에 적층되어 있으며 입사되는 빔을 반사하여 회절시키기 위한 마이크로 미러층(715a)를 포함하고 있다.
도 7b는 제2 실시예에 따른 박막 압전 회절 광변조기를 도시한 도면으로 도면을 참조하면, 제 1 실시예와 제2 실시예가 다른점은 제2 실시예는 양측에 압전층이 존재하는 것이며, 기판(701b)과 다수의 엘리멘트(710b1~710bn)로 이루어져 있다.
기판(701b)은 엘리멘트(710b1~710bn)에 에어 스페이스를 제공하기 위하여 함몰부를 구비하고 있으며, 함몰부의 양측에 다수의 엘리멘트(710b1~710bn)의 단부가 부착되어 있다.
기판(701b)은 다수의 엘리멘트(710b1~710bn)에 에어 스페이스를 제공하기 위하여 함몰부를 구비하고 있으며, 함몰부의 양측에 엘리멘트(710b1~710bn)의 단부가 부착되어 있다.
엘리멘트(710b1~710bn)는 막대 형상을 하고 있으며 중앙부분이 기판(701b)의 함몰부에 이격되어 위치하도록 양끝단의 하면이 각각 기판(701b)의 함몰부를 벗어난 양측지역에 부착되어 있고, 기판(701b)의 함몰부에 위치한 부분이 상하로 이동가능한 하부지지대(711b)를 포함한다.
또한, 엘리멘트(710b1~710bn)는 하부지지대(711b)의 좌측단에 적층되어 있으며, 압전 전압을 제공하기 위한 하부전극층(712b)과, 하부전극층(712b)에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전 재료층(713b)와, 압전 재료층(713b)에 적층되어 있으며 압전재료층(713b)에 압전 전압을 제공하는 상부 전극층(714b)을 포함하고 있다.
또한, 엘리멘트(710b1~710bn)는 하부지지대(711b)의 우측단에 적층되어 있으며, 압전 전압을 제공하기 위한 하부전극층(712b')과, 하부전극층(712b')에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전 재료층(713b')과, 압전 재료층(713b')에 적층되어 있으며 압전재료층(713b')에 압전 전압을 제공하는 상부 전극층(714b')을 포함하고 있다.
도 7c는 제3 실시예에 따른 박막 압전 회절 광변조기를 도시한 도면으로 도면을 참조하면, 제 3 실시예를 제1 및 제2 실시예와 비교하면 중앙 부분에 압전층이 존재한다는 점이며, 실리콘 기판(701c)과 다수의 엘리멘트(710c1~710cn)로 이루어져 있다.
기판(701c)은 엘리멘트(710c1~710cn)에 에어 스페이스를 제공하기 위하여 함몰부를 구비하고 있으며, 함몰부의 양측에 엘리멘트(710c1~710cn)의 단부가 부착되어 있다.
엘리멘트(710c1~710cn)는 막대 형상을 하고 있으며 중앙부분이 기판(701c)의 함몰부에 이격되어 위치하도록 양끝단의 하면이 각각 기판(701c)의 함몰부를 벗어난 양측지역에 부착되어 있고, 마이크로 미러층(715c)가 함몰부의 상부(함몰부를 벗어난 부분은 에칭되어 제거되었다)에 적층되어 있으며, 기판(701c)의 함몰부에 위치한 부분이 상하로 이동가능한 하부지지대(711c)를 포함한다.
또한, 엘리멘트(710c1~710cn)는 함몰부의 상부(함몰부를 벗어난 부분은 에칭 되어 제거되었다)의 하부지지대(711c)에 적층되어 있는 압전 전압을 제공하기 위한 하부전극층(712c)와, 하부전극층(712c)에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전 재료층(713c)과, 압전 재료층(713c)에 적층되어 있으며 압전재료층(713c)에 압전 전압을 제공하는 상부 전극층(714c)과, 상부전극층(714c)에 적층되어 있으며 입사되는 빔을 반사하여 회절시키기 위한 마이크로 미러층(715c)을 포함하고 있다.
여기에서는 박막 압전 회절형 광변조기의 함몰형을 예를 들어 설명하였지만 P2003-077389호의 "박막 압전 광변조기 및 그 제조방법"에는 돌출형 박막 압전 광변조기가 개시되어 있으며, 이 또한 본 발명의 구동 픽셀 어레이로 사용가능하다.
도 8a 내지 도 8d는 도 5a, 5b 및 도 6의 구동픽셀 어레이의 후막 압전 엘리멘트의 구조도이다.
도 8a는 세로방향의 길이가 가로 방향의 길이보다 긴 후막 형상의 엑추에이팅 셀을 보여주는 도면으로, 도 8a에 도시된 바와 같이, 소정 기판(810) 상에 형성되는 하부전극(821)과, 상기 하부 전극(821)상에 형성된 압전/전왜층(822) 및 상기 압전/전왜층(822)의 상부에 형성된 상부전극(823)으로 구성되고, 외부로부터 인가되는 구동 전원에 의하여 상하 구동되는 세로 방향의 길이가 가로 방향의 길이보다 긴 후막 형상의 엑추에이팅 셀(820)을 포함하여 구성된다.
도 8b는 가로 방향의 길이가 세로 방향의 길이보다 긴 후막 형상의 엑추에이팅 셀을 보여주는 도면을, 도 8b에 도시된 바와 같이, 가로 방향의 길이가 세로 방향의 길이보다 긴 후막 형상의 엑츄에이팅 셀(820)을 포함하여 구성할 수 도 있다.
이때, 광변조기는, 도 8c 및 도 8d에 도시된 바와 같이, 상기 반사면으로 동작하는 상부 전극(823)상에 입사되는 입사광의 반사효율을 극대화 하기 위한 마이크로 미러(824)를 더 포함하여 구성할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 픽셀내의 리본의 회절 간섭에 의한 구동방식이 아니기 때문에 리본 하나가 픽셀 하나를 구성하므로 광소자 크기를 1/2~1/6로 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 위에서 설명한 바와 같이 하나의 리본이 하나의 픽셀을 구성하므로 광소자의 크기를 줄일 수 있으며 이로 인해 광학 부품 크기를 줄일 수 있도록 하는 효과가 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 광경로차를 이용한 광변조기를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (15)

  1. 광원으로부터 출사된 광을 분할하여 출사하고, 반사광을 수광하여 대상 물체로 입사시키기 위한 빔 스플릿터;
    상기 빔 스플릿터로부터 입사된 광을 상하로 구동되는 다수의 구동 픽셀을 이용하여 광경로의 길이를 변화시키며 상기 빔 스플릿터로 반사하기 위한 구동 픽셀 어레이; 및
    상기 빔 스플릿터로부터 입사된 광을 상기 빔 스플릿터로 반사하는 반사 수단을 포함하며,
    상기 구동 픽셀 어레이의 해당 구동 픽셀로부터 반사되는 반사광과 그에 대응하는 상기 반사 수단으로부터 반사되는 반사광의 광경로차로 인하여 보강 또는 상쇄 간섭이 일어나는 것을 특징으로 하며,
    상기 구동픽셀 어레이의 상기 구동 픽셀은 기판과, 상기 기판에 의해 지지되며 상기 기판에 이격되어 구동공간을 확보하며 양측에 전압이 인가되면 상기 기판으로부터 멀어지거나 가까워지는 압전 재료층을 구비하여 입사광을 반사시키는 엘리멘트를 포함하여 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 광경로차를 이용한 광변조기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 광원으로부터 출사된 광을 분할하여 출사하고, 반사광을 수광하여 대상 물체로 입사시키기 위한 빔 스플릿터;
    상기 빔 스플릿터로부터 입사된 광을 상하로 구동되는 다수의 구동 픽셀을 이용하여 광경로의 길이를 변화시키며 상기 빔 스플릿터로 반사하기 위한 구동 픽셀 어레이; 및
    상기 빔 스플릿터로부터 입사된 광을 상기 빔 스플릿터로 반사하는 반사 수단을 포함하며,
    상기 구동 픽셀 어레이의 해당 구동 픽셀로부터 반사되는 반사광과 그에 대응하는 상기 반사 수단으로부터 반사되는 반사광의 광경로차로 인하여 보강 또는 상쇄 간섭이 일어나는 것을 특징으로 하며,
    상기 구동픽셀 어레이의 상기 구동 픽셀은 기판과, 상기 기판에 적층되어 있으며 양측에 전압이 인가되면 수축 팽창하여 외부에 노출된 반사면이 상기 기판으로부터 멀어지거나 가까워지는 압전 재료층을 구비하여 입사광을 반사시키는 엘리멘트를 포함하여 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 광경로차를 이용한 광변조기.
  6. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 반사 수단은 고정 미러인 것을 특징으로 하는 광경로차를 이용한 광변조기.
  7. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 반사 수단은 구동 픽셀 어레이인 것을 특징으로 하는 광경로차를 이용한 광변조기.
  8. 광원으로부터 출사된 광을 두개의 편광으로 분리하여 서로 다른 방향으로 입사시키고 각각의 반사광을 대상 물체로 입사시키기 위한 편광 분리기;
    상기 편광 분리기로부터 입사된 광을 상하로 구동되는 다수의 픽셀을 이용하 여 광경로의 길이를 변화시키며 상기 편광 분리기로 반사하기 위한 구동 픽셀 어레이;
    상기 편광 분리기와 상기 구동 픽셀 어레이 사이에 위치하여 상기 구동 픽셀 어레이로부터 입사된 편광을 변환하여 상기 편광 분리기로 출사하는 제 1 편광 변환기;
    상기 편광 분리기로부터 입사된 편광을 상기 편광 분리기로 반사하는 반사 수단; 및
    상기 편광 분리기와 상기 반사 수단 사이에 위치하여 상기 반사 수단으로부터 입사된 편광을 변환하여 상기 편광 분리기로 출사하는 제2 편광 변환기를 포함하며,
    상기 구동 픽셀 어레이의 해당 픽셀로부터 반사되는 반사 편광과 그에 대응하는 상기 반사 수단으로부터 반사되는 반사 편광의 광경로차로 인하여 보강 또는 상쇄 간섭이 일어나는 것을 특징으로 하는 광경로차를 이용한 광변조기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 편광 분리기는 격자 편광자인 것을 특징으로 하는 광경로차를 이용한 광변조기.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 구동 픽셀 어레이는 반사형 광변조기인 것을 특징으로 하는 광경로차를 이용한 광변조기.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 구동 픽셀 어레이는 회절형 광변조기인 것을 특징으로 하는 광경로차를 이용한 광변조기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 구동 픽셀 어레이는 박막 압전 회절형 광변조기인 것을 특징으로 하는 광경로차를 이용한 광변조기.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 구동 픽셀 어레이는 후막 압전 회절형 광변조기인 것을 특징으로 하는 광경로차를 이용한 광변조기.
  14. 제 8 항 내지 제 13 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사 수단은 고정 미러인 것을 특징으로 하는 광경로차를 이용한 광변조기.
  15. 제 8 항 내지 제 13 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사 수단은 구동 픽셀 어레이인 것을 특징으로 하는 광경로차를 이용한 광변조기.
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