KR19990012823A - Optical logic device and logic operation method using same - Google Patents
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Abstract
액츄에이티드 미러 어레이(AMA) 소자를 이용한 광 논리 소자 및 이를 이용한 논리 연산 방법이 개시되어 있다. 제1 논리 입력부는 인가되는 전기적 신호에 의해 광원에서 발생되는 광선을 변조시키도록 변형되는 미러 화소들로 이루어진 제1 AMA 소자와, 상기 제1 AMA 소자에 전기적 신호를 인가하기 위한 제1 수광 소자를 포함한다. 제2 논리 입력부는 인가되는 전기적 신호에 의해 상기 광선을 변조시키도록 변형되는 미러 화소들로 이루어진 제2 AMA 소자와, 상기 제2 AMA 소자에 전기적 신호를 인가하기 위한 제2 수광 소자를 포함한다. 광로 변경 부재는 상기 광원으로부터 발생된 광선이 상기 제1 AMA 소자와 제2 AMA 소자에 의해 순차적으로 변조되도록 그 광로를 변경시킨다. 프로젝션 렌즈는 상기 제1 및 제2 논리 입력부를 순차적으로 통과한 광선을 논리 출력부에 투사한다. AMA 소자의 각 미러 화소별로 독립적인 논리 연산을 수행할 수 있으므로, 다량의 데이터를 동시에 처리할 수 있다.Disclosed are an optical logic device using an actuated mirror array (AMA) device and a logic operation method using the same. The first logic input unit includes a first AMA element made of mirror pixels deformed to modulate a light beam generated from a light source by an applied electrical signal, and a first light receiving element for applying an electrical signal to the first AMA element. Include. The second logic input unit includes a second AMA element made of mirror pixels deformed to modulate the light beam by an applied electrical signal, and a second light receiving element for applying an electrical signal to the second AMA element. The optical path changing member changes the optical path so that light rays generated from the light source are sequentially modulated by the first AMA element and the second AMA element. The projection lens projects light rays that sequentially pass through the first and second logic input units to a logic output unit. Independent logic operations may be performed for each mirror pixel of the AMA device, and thus a large amount of data may be processed simultaneously.
Description
본 발명은 광 논리 소자(optical logic element) 및 이를 이용한 논리 연산 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액츄에이티드 미러 어레이(Actuated Mirror Array; 이하 AMA라 칭함) 소자를 이용하여 다량의 논리 연산을 동시에 수행할 수 있는 광 논리 소자 및 이를 이용한 논리 연산 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical logic element and a logic operation method using the same. More specifically, a large amount of logic operation is simultaneously performed using an Actuated Mirror Array (AMA) element. The present invention relates to an optical logic device that can be performed and a logic operation method using the same.
일반적으로, 광학 에너지(optical energy)를 스크린 상에 투영하기 위한 장치인 공간적인 광 변조기(spatial light modulator)는 광 통신, 화상 처리, 및 정보 디스플레이 장치와 같은 다양한 분야에 응용될 수 있다. 통상적으로 이러한 장치들은 광학 에너지를 스크린 상에 표시하는 방법에 따라 직시형 화상 표시 장치(direct-view image display device)와 투사형 화상 표시 장치(projection-type image display device)로 구분된다.In general, spatial light modulators, which are devices for projecting optical energy onto a screen, can be applied to various fields such as optical communication, image processing, and information display devices. Typically, such devices are classified into a direct-view image display device and a projection-type image display device according to a method of displaying optical energy on a screen.
직시형 화상 표시 장치의 예로서는 CRT(Cathode Ray Tube)를 들 수 있는데, 이러한 CRT 장치는 소위 브라운관으로 불리는 것으로서 화질은 우수하나 화면의 대형화에 따라 그 중량과 용적이 증가하여 제조 비용이 상승하게 되는 문제가 있다.An example of a direct-view image display device is a CRT (Cathode Ray Tube). The CRT device is called a CRT, which has excellent image quality but increases in weight and volume as the screen is enlarged, leading to an increase in manufacturing cost. There is.
투사형 화상 표시 장치로는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display : 이하 LCD라 칭함), 디포머블 미러 디바이스(Deformable Mirror Device; 이하 DMD라 칭함), 및 액츄에이티드 미러 어레이(Actuated Mirror Array; 이하 AMA라 칭함)를 들 수 있다. 이러한 투사형 화상 표시 장치는 다시 그들의 광학적 특성에 따라 2개의 그룹으로 나뉠 수 있다. 즉, LCD와 같은 장치는 전송 광 변조기(transmissive spatial light modulators)로 분류될 수 있는데 반하여, DMD 및 AMA는 반사 광 변조기(reflective spatial light modulators)로 분류될 수 있다.Projection type image display apparatuses include liquid crystal displays (hereinafter referred to as LCDs), deformable mirror devices (hereinafter referred to as DMDs), and actuated mirror arrays (hereinafter referred to as AMAs). And the like). Such projection image display devices can be further divided into two groups according to their optical characteristics. That is, devices such as LCDs can be classified as transmissive spatial light modulators, while DMD and AMA can be classified as reflective spatial light modulators.
LCD와 같은 전송 광 변조기는 광학적 구조가 매우 간단하므로, 얇게 형성하여 중량을 가볍게 할 수 있으며 용적을 줄이는 것이 가능하다. 그러나, 빛의 극성으로 인하여 광 효율이 낮으며, 액정 재료에 고유하게 존재하는 문제, 예를 들면 응답 속도가 느리고 그 내부가 과열되기 쉬운 단점이 있다. 또한, 현존하는 전송 광 변조기의 최대 광 효율은 1 내지 2 % 범위로 한정되며, 수용 가능한 디스플레이 품질을 제공하기 위해서 암실 조건을 필요로 한다.Transmission optical modulators, such as LCDs, have a very simple optical structure, which makes them thinner, lighter in weight, and smaller in volume. However, due to the polarity of the light, the light efficiency is low, there is a problem inherent in the liquid crystal material, for example, there is a disadvantage that the response speed is slow and the inside is easy to overheat. In addition, the maximum light efficiency of existing transmission light modulators is limited to a range of 1-2% and requires dark room conditions to provide acceptable display quality.
DMD 및 AMA와 같은 광 변조기는 전술한 LCD 타입의 광 변조기가 갖고 있는 문제점들을 해결하기 위하여 개발되었다.Optical modulators such as DMD and AMA have been developed to solve the problems of the aforementioned LCD type optical modulators.
DMD는 5% 정도의 비교적 양호한 광 효율을 나타내지만, DMD에 채용된 힌지 구조물에 의해서 심각한 피로 문제가 발생한다. 또한, 매우 복잡하고 값비싼 구동 회로가 요구된다는 단점이 있다.DMD shows a relatively good light efficiency of about 5%, but serious fatigue problems are caused by the hinge structure employed in the DMD. In addition, there is a disadvantage that a very complicated and expensive driving circuit is required.
AMA는 그 내부에 설치된 각각의 거울들이 광원으로부터 입사되는 빛을 소정의 각도로 반사하고, 상기 반사된 빛이 슬릿(slit)이나 핀홀(pinhole)과 같은 개구(aperture)를 통과하여 스크린에 투영되어 화상을 맺도록 광속을 조절할 수 있는 장치이다. 따라서, 그 구조와 동작 원리가 간단하며, LCD나 DMD에 비해 높은 광 효율 (10% 이상의 광 효율)을 얻을 수 있다. 또한, 콘트라스트(contrast)가 향상되어 밝고 선명한 화상을 얻을 수 있다.In the AMA, each of the mirrors installed therein reflects light incident from the light source at a predetermined angle, and the reflected light is projected on the screen through an aperture such as a slit or a pinhole. It is a device that can adjust the speed of light to form an image. Therefore, the structure and operation principle are simple, and high light efficiency (more than 10% light efficiency) can be obtained compared with LCD and DMD. In addition, contrast can be improved to obtain a bright and clear image.
AMA의 각 액튜에이터는 인가되는 전기적인 화상 신호 및 바이어스 전압에 의하여 발생되는 전기장에 따라 변형을 일으킨다. 상기 액튜에이터가 변형을 일으킬 때 그 상부에 장착된 각각의 거울들이 경사지게 된다. 따라서, 상기 경사진 거울들은 광원으로부터 입사된 빛을 소정의 각도로 반사시켜 스크린 상에 화상을 맺을 수 있도록 한다. 상기 각각의 거울들을 구동하는 액튜에이터로서 PZT (Pb(Zr, Ti)O3), 또는 PLZT ((Pb, La)(Zr, Ti)O3) 등의 압전 물질이 이용된다. 또한, PMN (Pb(Mg, Nb)O3) 등의 전왜 물질로서 상기 액튜에이터를 구성할 수도 있다.Each actuator of the AMA generates a deformation in accordance with the electric field generated by the applied electric image signal and the bias voltage. As the actuator deforms, each of the mirrors mounted thereon is tilted. Accordingly, the inclined mirrors reflect light incident from the light source at a predetermined angle to form an image on the screen. Piezoelectric materials such as PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ), or PLZT ((Pb, La) (Zr, Ti) O 3 ) are used as actuators for driving the respective mirrors. The actuator may also be configured as a warping material such as PMN (Pb (Mg, Nb) O 3 ).
이러한 AMA는 크게 벌크형(bulk type)과 박막형(thin film type)으로 구분된다. 벌크형 AMA는 Gregory Um 등에게 허여된 미합중국 특허 제 5,085,497호에 개시되어 있다. 벌크형 AMA는 다층 세라믹을 얇게 절단하여 내부에 금속 전극이 형성된 세라믹 웨이퍼를 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(active matrix)에 장착한 후, 쏘잉 방법으로 가공하고 그 상부에 거울을 설치함으로써 이루어진다. 그러나, 벌크형 AMA는 설계 및 제조에 있어서 매우 높은 정밀도가 요구되며, 변형층의 응답이 느리다는 단점이 있다. 이에 따라, 최근에는 반도체 제조 공정을 이용하여 제조할 수 있는 박막형 AMA가 개발되었다. 예를 들면, 본 출원인이 대한민국 특허청에 특허출원한 특허출원 제95-13353호(발명의 명칭 : 광로 조절 장치의 제조 방법)에 이러한 박막형 AMA가 개시되어 있다.These AMAs are largely divided into bulk type and thin film type. Bulk AMA is disclosed in US Pat. No. 5,085,497 to Gregory Um et al. The bulk AMA is made by thinly cutting a multilayer ceramic to mount a ceramic wafer having a metal electrode formed therein in an active matrix in which a transistor is built, and then processing by a sawing method and installing a mirror thereon. However, bulk AMA requires very high precision in design and manufacture, and has a disadvantage of slow response of the strained layer. Accordingly, recently, a thin film type AMA that can be manufactured using a semiconductor manufacturing process has been developed. For example, such a thin film type AMA is disclosed in Korean Patent Application No. 95-13353 (name of the invention: a method for manufacturing an optical path control device), filed by the applicant with the Korean Patent Office.
박막형 AMA는 반도체 산업 분야에서 널리 알려진 박막 공정을 이용하여 제조된다. 박막형 AMA는 보통의 실내 조명 조건 하에서 디지탈 화상을 고 휘도(high brightness)와 고 콘트라스트(high contrast)로 디스플레이하기에 충분한 빛을 스크린상에 전송하기 위하여 개발된 것이다. 박막형 AMA는 100μm-100μm 크기의 현미경적인 거울들과 관련하여 박막 압전 액튜에이터(thin film piezo-electric actuators)를 이용하는 반사형 광 변조기이다. 박막형 AMA는 고 콘트라스트를 위한 향상된 경사각, 고 휘도를 위한 충분한 광효율 및 단일 패널로 이루어진 미러의 300,000 개의 화소(pixel)에 걸쳐서 대규모 집적의 균등도를 갖도록 개발되어 왔다. 박막형 AMA는 각각 적색, 녹색 및 청색을 나타내는 640×480 화소의 패널들로 구성된다. 상기 화소들은 광 효율을 높이도록 거울 표면적을 최대화하기 위해서 캔틸레버(cantilever) 구조물로 고안된다. 캔틸레버 구조물은 크게 화상 신호 전압이 인가되는 액티브 매트릭스와 인가된 신호 전압에 의해서 작동되는 캔틸레버 미러를 포함한다.Thin film type AMA is manufactured using thin film processes well known in the semiconductor industry. Thin film type AMA was developed to transmit enough light on the screen to display a digital image at high brightness and high contrast under normal room lighting conditions. Thin film type AMA is a reflective light modulator using thin film piezo-electric actuators with respect to microscopic mirrors of 100 μm-100 μm. Thin-film AMAs have been developed to have a high degree of inclination for high contrast, sufficient light efficiency for high brightness, and uniformity of large-scale integration over 300,000 pixels of a single panel mirror. The thin-film AMA consists of panels of 640x480 pixels, each representing red, green and blue. The pixels are designed as cantilever structures to maximize the mirror surface area to increase light efficiency. The cantilever structure largely includes an active matrix to which an image signal voltage is applied and a cantilever mirror operated by an applied signal voltage.
한편, 최근에는 하나의 소자에 입력 단자와 출력 단자를 붙여 논리 회로(logical circuit)로서의 동작을 수행하도록 만들어진 논리 소자를 광 섬유(optical fiber)를 이용한 정보 전송 방식으로 형성하는 광 논리 소자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 여기서, 논리 회로란 여러 조건의 논리적 관계를 논리 기호로 나타내고 식의 형식으로 대수의 연산과 같이 다루는 논리 대수(logical algebra)에 의한 연산을 실시하기 위해 사용하는 회로를 의미한다.On the other hand, in recent years, a study on an optical logic device for forming a logic device made by attaching an input terminal and an output terminal to a single device to perform an operation as a logic circuit by using an information transmission method using an optical fiber Is actively underway. Here, the logic circuit refers to a circuit used to perform arithmetic by logical algebra, which represents a logical relation of various conditions as a logical symbol and deals with algebraic operations in the form of an expression.
본 발명의 제1의 목적은 AMA 소자를 이용하여 다량의 논리 연산을 동시에 수행할 수 있는 광 논리 소자를 제공하는데 있다.It is a first object of the present invention to provide an optical logic device capable of simultaneously performing a large amount of logic operations using an AMA device.
본 발명의 제2의 목적은 상기 광 논리 소자를 이용한 논리 연산 방법을 제공하는데 있다.A second object of the present invention is to provide a logic operation method using the optical logic element.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 액츄에이티드 미러 어레이 소자를 이용한 광 논리 소자를 나타내는 개략도이다.1 is a schematic diagram showing an optical logic device using an actuated mirror array device according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에 도시한 광 논리 소자에 의한 배타적 논리합 연산을 나타내는 논리표이다.FIG. 2 is a logic table showing an exclusive OR operation by the optical logic element shown in FIG. 1.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings
100 : 광 논리 소자 112 : 광원100: optical logic element 112: light source
114 : 소오스 스톱 115 : 광로 변경 부재114: source stop 115: optical path change member
116a, 116b : 제1 및 제2 필드 렌즈116a, 116b: first and second field lenses
118a, 118b : 제1 및 제2 AMA 소자118a, 118b: first and second AMA elements
120a, 120b : 제1 및 제2 수광 소자120a and 120b: first and second light receiving elements
122a, 122b : 제1 및 제2 광 섬유 다발122a, 122b: first and second optical fiber bundles
125a, 125b : 제1 및 제2 논리 입력부125a, 125b: first and second logic inputs
126 : 프로젝션 스톱 128 : 프로젝션 렌즈126: projection stop 128: projection lens
130 : 논리 출력부130: logic output unit
상기한 본 발명의 제1의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 광선을 발생시키기 위한 광원; 인가되는 전기적 신호에 의해 상기 광선을 변조시키도록 변형되는 미러 화소들로 이루어진 제1 AMA 소자와, 상기 제1 AMA 소자에 전기적 신호를 인가하기 위한 제1 수광 소자를 포함하는 제1 논리 입력부; 인가되는 전기적 신호에 의해 상기 광선을 변조시키도록 변형되는 미러 화소들로 이루어진 제2 AMA 소자와, 상기 제2 AMA 소자에 전기적 신호를 인가하기 위한 제2 수광 소자를 포함하는 제2 논리 입력부; 상기 광원으로부터 발생된 광선이 상기 제1 AMA 소자와 제2 AMA 소자에 의해 순차적으로 변조되도록 그 광로를 변경시키는 광로 변경 수단; 및 상기 제1 및 제2 논리 입력부를 순차적으로 통과한 광선을 논리 출력부에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 논리 소자를 제공한다.In order to achieve the first object of the present invention described above, the present invention, a light source for generating a light ray; A first logic input unit comprising a first AMA element comprising mirror pixels deformed to modulate the light beam by an applied electrical signal, and a first light receiving element for applying an electrical signal to the first AMA element; A second logic input unit comprising a second AMA element made of mirror pixels deformed to modulate the light beam by an applied electrical signal, and a second light receiving element for applying an electrical signal to the second AMA element; Optical path changing means for changing an optical path such that light rays generated from the light source are sequentially modulated by the first AMA element and the second AMA element; And a projection lens for projecting light rays passing through the first and second logic input units sequentially to a logic output unit.
또한, 본 발명은, 전기적 신호가 인가되는 액티브 매트릭스와, 상기 액티브 매트릭스로부터 전기적 신호를 전달받아 작동되는 액츄에이터들을 포함하는 AMA 소자; 및 상기 AMA 소자의 각 액츄에이터들에 대응되도록 상기 액티브 매트릭스에 연결되며, 광 섬유 다발로부터 전송된 빛을 전기적 신호로 전환하여 상기 전기적 신호를 상기 액티브 매트릭스에 인가하는 수광 소자들의 어레이를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치(light modulator)를 제공한다.The present invention also provides an AMA device including an active matrix to which an electrical signal is applied, and actuators operated by receiving an electrical signal from the active matrix; And an array of light receiving elements connected to the active matrix so as to correspond to respective actuators of the AMA device, and converting light transmitted from the optical fiber bundle into an electrical signal to apply the electrical signal to the active matrix. A light modulator is provided.
상기한 본 발명의 제2의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광원으로부터 발생된 광선을 광로 변경 수단을 통해 다수의 미러 화소들로 이루어진 제1 AMA 소자와 제1 수광 소자를 포함하는 제1 논리 입력부에 조사하는 단계; 상기 제1 수광 소자로부터 상기 제1 AMA 소자에 전기적 신호를 인가하여 제1 AMA 소자의 미러 화소들을 변형시키는 단계; 상기 제1 AMA 소자의 각 미러 화소로부터 반사된 광선을 상기 광로 변경 수단을 통해 다수의 미러 화소들로 이루어진 제2 AMA 소자와 제2 수광 소자를 포함하는 제2 논리 입력부에 조사하는 단계; 상기 제2 수광 소자로부터 상기 제2 AMA 소자에 전기적 신호를 인가하여 제2 AMA 소자의 미러 화소들을 변형시키는 단계; 및 상기 AMA 소자의 각 미러 화소로부터 반사된 광선을 프로젝션 렌즈를 통해 논리 출력부로 투사함으로써 논리 연산을 수행하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 논리 연산 방법을 제공한다.In order to achieve the above-described second object of the present invention, the present invention provides a first logic including a first AMA element and a first light receiving element made up of a plurality of mirror pixels through light path changing means for light rays generated from a light source. Irradiating an input unit; Deforming mirror pixels of the first AMA device by applying an electrical signal from the first light receiving device to the first AMA device; Irradiating, by the optical path changing means, light rays reflected from each mirror pixel of the first AMA element to a second logic input unit including a second AMA element consisting of a plurality of mirror pixels and a second light receiving element; Deforming mirror pixels of the second AMA device by applying an electrical signal from the second light receiving device to the second AMA device; And performing a logic operation by projecting light rays reflected from each mirror pixel of the AMA element to a logic output unit through a projection lens.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, AMA 소자, 상기 AMA 소자에 전기적 신호를 인가하는 수광 소자, 및 상기 수광 소자에 빛을 인가하는 광 섬유 다발로 이루어진 광 변조 장치를 이용하여 두 개의 논리 입력부를 구성한다. 또한, 하프 미러 코팅된 프리즘(half mirror coated prism)을 이용하여 광원으로부터 발생된 광선이 상기 두 개의 논리 입력부를 순차적으로 통과하여 광 섬유 다발을 포함하는 논리 출력부로 향하게 한다.As described above, according to the present invention, two logic input units are configured by using an optical modulation device comprising an AMA element, a light receiving element for applying an electrical signal to the AMA element, and an optical fiber bundle for applying light to the light receiving element. do. In addition, a half mirror coated prism is used to direct the light rays generated from the light source through the two logic inputs sequentially to a logic output including an optical fiber bundle.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 광원과 소오스 스톱의 광축은 제1 논리 입력부의 광축으로부터 벗어나게 하고, 프로젝션 스톱과 프로젝션 렌즈의 광축은 제2 논리 입력부의 광축과 일치하게 함으로써, 배타적 논리합 연산(exclusive OR operation)을 수행한다. 예를 들어, AMA 소자의 미러가 틸팅(tilting)된 경우를 상태 1이라 하고 틸팅되지 않은 경우를 상태 0이라 하면, 제1 논리 입력부와 제2 논리 입력부의 상태가 서로 다를 때, 즉 제1 및 제2 논리 입력부 중의 어느 한 입력부의 AMA 미러 화소가 틸팅되었을 때 출력의 상태가 1이 된다.According to a preferred embodiment of the present invention, the optical axis of the light source and the source stop is deviated from the optical axis of the first logic input unit, and the optical axis of the projection stop and the projection lens is coincident with the optical axis of the second logic input unit, thereby exclusive. OR operation). For example, when the mirror of the AMA device is tilted as state 1 and the non-tilted state as state 0, when the states of the first logic input unit and the second logic input unit are different from each other, that is, the first and The state of the output becomes 1 when the AMA mirror pixel of any of the second logic input units is tilted.
따라서, AMA 소자를 이용하여 마이크로 광 로직 게이트(micro optical logic gate)를 제작할 수 있다. 또한, AMA 소자의 각 미러 화소별로 독립적인 논리 연산을 수행할 수 있으므로, 다량의 데이터를 동시에 처리할 수 있다.Therefore, a micro optical logic gate can be manufactured using the AMA device. In addition, since independent logic operations may be performed for each mirror pixel of the AMA device, a large amount of data may be processed simultaneously.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 AMA 소자를 이용한 광 논리 소자를 나타내는 개략도이다.1 is a schematic diagram showing an optical logic device using an AMA device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 광 논리 소자(100)는 광원(112), 소오스 스톱(114), 광로 변경 부재(115), 제1 및 제2 필드 렌즈(116a, 116b), 제1 및 제2 AMA 소자(118a, 118b), 제1 및 제2 수광 소자(120a, 120b), 제1 및 제2 광 섬유 다발(122a, 122b), 제1 및 제2 논리 입력부(125a, 125b), 프로젝션 스톱(126), 프로젝션 렌즈(128), 및 논리 출력부(130)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the optical logic device 100 includes a light source 112, a source stop 114, an optical path changing member 115, first and second field lenses 116a and 116b, and first and second AMAs. Elements 118a and 118b, first and second light receiving elements 120a and 120b, first and second optical fiber bundles 122a and 122b, first and second logic inputs 125a and 125b, and projection stops ( 126, projection lens 128, and logic output 130.
상기 광원(112)은 바람직하게는 발광 다이오드(light emitting diode; LED)이다. 발광 다이오드(112)는 전류를 흘리면 발광하는 소자로서, 전류를 흘려서 반도체의 pn 접합에 소수 캐리어를 주입시키면 전자가 보다 높은 에너지 레벨로 여기하고 그 후 다시 안정한 상태로 되돌아올 때 가지고 있던 에너지가 빛의 파장대를 가진 전자파로써 방사되는 소자이다.The light source 112 is preferably a light emitting diode (LED). The light emitting diode 112 is a device that emits light when a current flows, and when a small number of carriers are injected into a pn junction of a semiconductor by flowing a current, the energy possessed when the electrons are excited at a higher energy level and then returned to a stable state is light. A device that emits as electromagnetic waves with a wavelength band of.
소오스 스톱(114)은 광학적으로 불투명한 부재이며, 광선을 통과시키도록 형성된 개구(aperture)를 갖는다. 상기 소오스 스톱(114)은 화상을 형성하는 광선의 양을 결정한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 배타적 논리합 연산을 수행하기 위하여 상기 광원(112)과 소오스 스톱(114)의 광축을 제1 논리 입력부(125a)의 광축과 일치하지 않도록 한다.The source stop 114 is an optically opaque member and has an aperture formed to pass light rays. The source stop 114 determines the amount of light that forms the image. According to a preferred embodiment of the present invention, the optical axes of the light source 112 and the source stop 114 do not coincide with the optical axes of the first logic input unit 125a in order to perform an exclusive OR operation.
광로 변경 부재(115)는 바람직하게는 하프 미러 코팅된 프리즘이다. 즉, 프리즘에 알루미늄과 같은 금속을 얇게 코팅시키면, 상기 프리즘에 입사되는 광량의 1/2은 반사되고 나머지 1/2은 투과된다. 이러한 프리즘(115)을 이용하면, 광원(112)으로부터 발생된 광선이 제1 논리 입력부(125a)와 제2 논리 입력부(125b)를 순차적으로 통과할 수 있으며, 최종적으로 초기 광량의 1/4이 논리 출력부(130)로 향하게 된다.The optical path changing member 115 is preferably a half mirror coated prism. That is, when a thin metal such as aluminum is coated on the prism, half of the light incident on the prism is reflected and the other half is transmitted. Using the prism 115, light rays generated from the light source 112 may sequentially pass through the first logic input unit 125a and the second logic input unit 125b, and finally, one quarter of the initial light amount may be It is directed to the logic output unit 130.
제1 및 제2 필드 렌즈(116a, 116b)는 상기 광로 변경 부재(115)를 통과한 광선이 평행광으로 제1 및 제2 AMA 소자(118a, 118b)에 조사되도록 한다. 바람직하게는, 상기 제1 필드 렌즈(116a)의 초점 거리(f)와 제2 필드 렌즈(116b)의 초점 거리(f)가 서로 동일하다.The first and second field lenses 116a and 116b allow the light rays passing through the optical path changing member 115 to be irradiated to the first and second AMA elements 118a and 118b by parallel light. Preferably, the focal length f of the first field lens 116a and the focal length f of the second field lens 116b are the same.
제1 논리 입력부(125a)는 제1 AMA 소자(118a), 상기 제1 AMA 소자(118a)에 전기적 신호를 인가하기 위한 제1 수광 소자(120a), 및 상기 제1 수광 소자(120a)에 빛을 인가하기 위한 제1 광 섬유 다발(122a)을 포함한다. 제2 논리 입력부(125b)는 제2 AMA 소자(118b), 상기 제2 AMA 소자(118b)에 전기적 신호를 인가하기 위한 제2 수광 소자(120b), 및 상기 제2 수광 소자(120b)에 빛을 인가하기 위한 제2 광 섬유 다발(122b)을 포함한다. 여기서, 상기 제1 AMA 소자(118a)의 미러 화소들과 상기 제2 AMA 소자(118b)의 미러 화소들은 서로 반대 방향으로 틸팅되도록 배치된다. 따라서, 상기 제1 AMA 소자(118a)의 각 미러로부터 반사된 광선은 광로 변경 부재(115)에 의해 반사될 때 그 광로가 제2 AMA 소자(118b)로 향하도록 변경된다.The first logic input unit 125a is configured to provide light to the first AMA element 118a, the first light receiving element 120a for applying an electrical signal to the first AMA element 118a, and the first light receiving element 120a. It includes a first optical fiber bundle (122a) for applying. The second logic input unit 125b is configured to light the second AMA element 118b, the second light receiving element 120b for applying an electrical signal to the second AMA element 118b, and the second light receiving element 120b. And a second optical fiber bundle 122b for applying the light. Here, the mirror pixels of the first AMA element 118a and the mirror pixels of the second AMA element 118b are disposed to be tilted in opposite directions. Thus, the light rays reflected from each mirror of the first AMA element 118a are changed such that the light path is directed to the second AMA element 118b when reflected by the light path changing member 115.
AMA 소자(118a, 118b)는 전기적 신호가 인가되는 액티브 매트릭스와 상기 액티브 매트릭스로부터 전기적 신호를 전달받아 작동하는 액츄에이터들을 포함한다. 상기 액티브 매트릭스는 간단한 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 스위치 어레이, 바람직하게는 P-MOS 스위치 어레이가 만들어지는 반도체 웨이퍼이며, 액정판(LCD panel) 상에 사용되는 액티브 매트릭스와 유사하다. 상기 액츄에이터는 액티브 매트릭스의 상부에 형성된 지지층, 상기 지지층의 상부에 형성되고 신호 전극으로 작용하는 하부 전극, 상기 하부 전극의 상부에 형성되고 변형 가능한 변형층, 및 상기 변형층의 상부에 형성되고 입사되는 광선을 반사시키는 상부 전극을 포함한다.The AMA elements 118a and 118b include an active matrix to which an electrical signal is applied and actuators that operate by receiving an electrical signal from the active matrix. The active matrix is a semiconductor wafer from which a simple metal oxide semiconductor (MOS) switch array, preferably a P-MOS switch array, is made and is similar to the active matrix used on a liquid crystal panel (LCD panel). The actuator may include a support layer formed on the active matrix, a lower electrode formed on the support layer and serving as a signal electrode, a strained layer formed on the lower electrode, and deformable on the lower electrode, and formed and incident on the strained layer. And an upper electrode that reflects light rays.
수광 소자(120a, 120b)는 AMA 소자(118a, 118b)의 각 액츄에이터들에 대응되도록 어레이 형태로 형성되며, 바람직하게는 전하 결합 소자(charge coupled device; CCD)로 형성된다. 각 수광 소자(120a, 120b)에 연결된 광 섬유의 다발(122a, 122b)을 통해 전송된 빛은 상기 수광 소자(120a, 120b)에 의해 전기적 신호로 전환된 후, 상기 전기적 신호가 AMA 소자(118a, 118b)의 액티브 매트릭스에 전달된다. 상기 전기적 신호가 액티브 매트릭스에 내장된 MOS 트랜지스터로부터 신호 전극인 하부 전극에 인가되고 상부 전극에 바이어스 전압이 인가되면, 상기 상부 전극과 하부 전극 사이에 전기장이 발생한다. 이 전기장에 의하여 상부 전극과 하부 전극 사이에 적층되어 있는 변형층이 변형을 일으킨다. 상기 변형층은 전기장에 대하여 수직인 방향으로 수축하며, 변형층을 포함하는 액츄에이터들은 지지층이 형성되어 있는 방향의 반대 방향으로 휘어진다. 따라서, 각 액츄에이터의 상부에서 미러로 작용하는 상부 전극도 같은 방향으로 틸팅되어, 입사되는 광선을 반사시킨다.The light receiving elements 120a and 120b are formed in an array so as to correspond to the actuators of the AMA elements 118a and 118b, and are preferably formed as a charge coupled device (CCD). Light transmitted through the bundles 122a and 122b of the optical fiber connected to each of the light receiving elements 120a and 120b is converted into an electrical signal by the light receiving elements 120a and 120b, and then the electrical signal is converted into an AMA element 118a. 118b). When the electrical signal is applied from the MOS transistor embedded in the active matrix to the lower electrode, which is a signal electrode, and a bias voltage is applied to the upper electrode, an electric field is generated between the upper electrode and the lower electrode. By this electric field, the strained layer laminated between the upper electrode and the lower electrode causes deformation. The strained layer contracts in a direction perpendicular to the electric field, and actuators including the strained layer are bent in a direction opposite to the direction in which the support layer is formed. Thus, the upper electrode serving as a mirror at the top of each actuator is also tilted in the same direction to reflect the incident light beam.
프로젝션 스톱(126)은 광학적으로 불투명한 부재이며, 광학적으로 반사면인 전면 및 광선을 통과시키도록 형성된 개구를 구비한다. 프로젝션 렌즈(128)는 프로젝션 스톱(126)의 개구를 통과한 광선을 논리 출력부(130)에 투사하는 기능을 수행한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 배타적 논리합 연산을 수행하기 위하여 상기 프로젝션 스톱(126)과 프로젝션 렌즈(128)의 광축이 제2 논리 입력부(125b)의 광축과 일치하도록 한다.The projection stop 126 is an optically opaque member and has an optically reflective surface and an opening formed to pass a light beam. The projection lens 128 functions to project the light beams passing through the opening of the projection stop 126 to the logic output unit 130. According to a preferred embodiment of the present invention, the optical axes of the projection stop 126 and the projection lens 128 coincide with the optical axes of the second logic input unit 125b in order to perform an exclusive OR operation.
논리 출력부(130)는 바람직하게는 광 섬유 다발을 포함한다. 상기 광 섬유 다발(130)은 단독으로 사용되어 수광 소자의 역할을 할 수 있으며, 또 다른 논리 회로의 입력부로서 사용될 수도 있다.Logic output 130 preferably includes an optical fiber bundle. The optical fiber bundle 130 may be used alone to serve as a light receiving element, or may be used as an input of another logic circuit.
상술한 구조를 갖는 본 발명에 따른 광 논리 소자(100)를 이용한 논리 연산 방법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the logic operation method using the optical logic device 100 according to the present invention having the above-described structure in more detail as follows.
먼저, 발광 다이오드(112)로부터 방출된 광선이 소오스 스톱(114)을 통과하여 광로 변경 부재(115)에 입사된다. 상기 광로 변경 부재(115)는 하프 미러 코팅된 프리즘으로 구성되므로, 입사되는 광량의 1/2이 상기 광로 변경 부재(115)을 투과하여 제1 필드 렌즈(116a)를 통해 평행광으로 제1 논리 입력부(125a)에 조사된다.First, the light rays emitted from the light emitting diodes 112 pass through the source stop 114 and are incident on the optical path changing member 115. Since the optical path changing member 115 is composed of a half mirror coated prism, one half of the incident light amount passes through the optical path changing member 115 to be parallel to the first light through the first field lens 116a. The input unit 125a is irradiated.
제1 광 섬유 다발(122a)을 통해 전송된 빛이 제1 수광 소자(120a)에 입사되면, 상기 제1 수광 소자(120a)는 상기 빛을 전기적 신호로 전환시킨 후 이를 제1 AMA 소자(118a)에 인가한다. 상기 제1 AMA 소자(118a)의 각 미러는 인가된 전기적 신호에 의해 틸팅된다.When light transmitted through the first optical fiber bundle 122a is incident on the first light receiving element 120a, the first light receiving element 120a converts the light into an electrical signal and then converts the light into an electrical signal. ) Is applied. Each mirror of the first AMA element 118a is tilted by an applied electrical signal.
상기 제1 논리 입력부(125a)의 제1 AMA 소자(118a)로부터 반사된 광선은 다시 제1 필드 렌즈(116)를 통과하여 광로 변경 부재(115)에 조사된다. 상기 광로 변경 부재(115)에 조사된 광량의 1/2은 발광 다이오드(112)로 되돌아가며, 나머지 1/2의 광량이 반사되어 제2 필드 렌즈(116b)를 통해 제2 논리 입력부(125b)에 조사된다.The light rays reflected from the first AMA element 118a of the first logic input unit 125a are again passed through the first field lens 116 and irradiated to the optical path changing member 115. One half of the amount of light irradiated to the optical path changing member 115 is returned to the light emitting diode 112, and the other half of the amount of light is reflected to reflect the second logic input unit 125b through the second field lens 116b. Is investigated.
상기 제2 광 섬유 다발(122b)을 통해 전송된 빛이 제2 수광 소자(120b)에 입사되면, 상기 제2 수광 소자(120b)는 상기 빛을 전기적 신호로 전환시킨 후 이를 제2 AMA 소자(118b)에 인가한다. 상기 제2 AMA 소자(118b)의 각 미러는 인가된 전기적 신호에 의해 틸팅된다.When light transmitted through the second optical fiber bundle 122b is incident on the second light receiving element 120b, the second light receiving element 120b converts the light into an electrical signal and then converts the light into an electrical signal. 118b). Each mirror of the second AMA element 118b is tilted by an applied electrical signal.
상기 제2 논리 입력부(125b)의 제2 AMA 소자(118b)로부터 반사된 광선은 제2 필드 렌즈(116b) 및 광로 변경 부재(115)를 거쳐 프로젝션 스톱(126)으로 향한다. 이때, 상기 발광 다이오드(112)와 소오스 스톱(114)의 광축은 상기 제1 논리 입력부(125a)의 광축으로부터 벗어나 있고 상기 프로젝션 스톱(126)과 프로젝션 렌즈(128)의 광축은 상기 제2 논리 입력부(125b)의 광축과 일치하고 있으므로, 제1 및 제2 AMA 소자(118a, 118b) 중의 어느 한 소자의 미러 화소가 틸팅되었을 때에만 상기 광선이 프로젝션 스톱(126)의 개구를 통과한다. 이를 도 2를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Light rays reflected from the second AMA element 118b of the second logic input unit 125b are directed to the projection stop 126 via the second field lens 116b and the optical path changing member 115. In this case, the optical axes of the light emitting diodes 112 and the source stop 114 deviate from the optical axes of the first logic input unit 125a and the optical axes of the projection stop 126 and the projection lens 128 are the second logic input unit. Since the light axis coincides with the optical axis of 125b, the light beam passes through the opening of the projection stop 126 only when the mirror pixel of any one of the first and second AMA elements 118a and 118b is tilted. This will be described in more detail with reference to FIG. 2 as follows.
도 2는 도 1에 도시한 본 발명의 광 논리 소자에 의한 배타적 논리합 연산을 나타내는 논리표이다.FIG. 2 is a logic table showing an exclusive OR operation by the optical logic element of the present invention shown in FIG. 1.
도 2를 참조하면, AMA 소자의 미러가 틸팅된 경우를 상태 1이라 하고 틸팅되지 않은 경우를 상태 0이라 하면, 제1 논리 입력부(125a)와 제2 논리 입력부(125b)의 상태가 서로 다를 때 논리 출력부(130)의 상태가 1이 된다.Referring to FIG. 2, when the mirror of the AMA device is tilted as state 1 and when the mirror is not tilted as state 0, when the states of the first logic input unit 125a and the second logic input unit 125b are different from each other, The logic output unit 130 is in a state of 1.
즉, 제1 AMA 소자(118a)와 제2 AMA 소자(118b) 중의 어느 한 소자의 미러가 틸팅되었을 때, 상기 제1 논리 입력부(125a) 및 제2 논리 입력부(125b)로부터 순차적으로 반사된 광선은 프로젝션 스톱(126)의 개구를 통과한 후 프로젝션 렌즈(128)에 의해 논리 출력부(130)에 투사된다.That is, when the mirror of any one of the first AMA element 118a and the second AMA element 118b is tilted, the light beams sequentially reflected from the first logic input unit 125a and the second logic input unit 125b are used. Is projected by the projection lens 128 to the logic output 130 after passing through the opening of the projection stop 126.
반면에, 제1 AMA 소자(118a)의 미러와 제2 AMA 소자(118b)의 미러가 모두 틸팅되거나 틸팅되지 않으면, 상기 제1 논리 입력부(125a) 및 제2 논리 입력부(125b)로부터 순차적으로 반사된 광선은 프로젝션 스톱(126)에서 벗어나 상을 맺게 되므로 논리 출력부(130)에 도달되지 못한다.On the other hand, if both the mirror of the first AMA element 118a and the mirror of the second AMA element 118b are not tilted or tilted, they are sequentially reflected from the first logic input unit 125a and the second logic input unit 125b. The light beam is phased out of the projection stop 126 and thus cannot reach the logic output unit 130.
이러한 방식으로 본 발명의 광 논리 소자는 배타적 논리합 연산을 수행하게 된다.In this manner, the optical logic device of the present invention performs an exclusive OR operation.
상술한 바와 같이 본 발명은 AMA 소자, 상기 AMA 소자에 전기적 신호를 인가하는 수광 소자, 및 상기 수광 소자에 빛을 인가하는 광 섬유 다발로 이루어진 광 변조 장치를 이용하여 두 개의 논리 입력부를 구성한다. 또한, 하프 미러 코팅된 프리즘을 이용하여 광원으로부터 발생된 광선이 상기 두 개의 논리 입력부를 순차적으로 통과하여 광 섬유 다발을 포함하는 논리 출력부로 향하게 한다.As described above, the present invention configures two logic input units using an optical modulation device including an AMA device, a light receiving device for applying an electrical signal to the AMA device, and an optical fiber bundle for applying light to the light receiving device. A half mirror coated prism is also used to direct light rays from the light source through the two logic inputs sequentially to a logic output including the fiber bundles.
따라서, 본 발명에 의하면 AMA 소자를 이용하여 마이크로 광 로직 게이트를 제작할 수 있다. 또한, AMA 소자의 각 미러 화소별로 독립적인 논리 연산을 수행할 수 있으므로, 다량의 데이터를 동시에 처리할 수 있다.Therefore, according to the present invention, it is possible to fabricate a micro optical logic gate using an AMA device. In addition, since independent logic operations may be performed for each mirror pixel of the AMA device, a large amount of data may be processed simultaneously.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 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 will be variously modified and changed within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand that you can.
Claims (18)
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| KR1019970036367A KR19990012823A (en) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | Optical logic device and logic operation method using same |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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ID=66000636
Family Applications (1)
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| KR1019970036367A Withdrawn KR19990012823A (en) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | Optical logic device and logic operation method using same |
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1997
- 1997-07-31 KR KR1019970036367A patent/KR19990012823A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 19970731 |
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| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |