KR101855554B1

KR101855554B1 - Optical system for sensors with optical method and photo sensors including the same optical system

Info

Publication number: KR101855554B1
Application number: KR1020140178089A
Authority: KR
Inventors: 박정익
Original assignee: (주)트루아이즈; 이문재
Priority date: 2014-12-11
Filing date: 2014-12-11
Publication date: 2018-05-08
Also published as: WO2016093425A1; KR20160071492A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 기존 렌즈에서 발생하는 색수차, 광 경로 왜곡 문제를 해결할 수 있고, 기존 렌즈를 이용한 것보다 광 효율이 높일 수 있음과 동시에 광학계 및 이를 포함하는 포토 센서를 소형화할 수 있는 효과가 있다. 이를 위해 특히, 본 발명의 일 실시예는 광원에 대응하는 제1 초점에서 소정 조사각으로 광을 조사하는 광원부와 조사된 광을 반사시켜 제1 초점을 포함하는 광축에 나란한 평행광을 형성하는 비구면의 제1 반사체를 포함하는 발광부; 및 형성된 평행광과 광학적 상호작용으로 경로가 변경된 평행광의 일부를 반사시켜 제2 초점에 수렴시키는 비구면의 제2 반사체와 제2 초점에 위치하여 제2 초점에 수렴된 광을 검출하는 광검출기를 포함하는 수광부;를 포함하는 광학계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, chromatic aberration and optical path distortion problems occurring in conventional lenses can be solved, optical efficiency can be higher than that using conventional lenses, and the optical system and the photo sensor including the optical system can be miniaturized There is an effect. To this end, in one embodiment of the present invention, a light source unit that emits light at a predetermined irradiation angle at a first focal point corresponding to a light source, and an aspheric surface that forms parallel light parallel to the optical axis including the first focal point, A light emitting portion including a first reflector of the light emitting portion; And a photodetector for detecting a second reflector of the aspherical surface that reflects a part of the parallel light whose path has changed due to the optical interaction with the collimated light and converges to the second focus point and a light spot that is located at the second focus point and converges to the second focus point. And an optical system including a light receiving part for receiving the light.

Description

TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an optical system for an optical sensor and a photosensor including the optical system.

본 발명은 광학식 센서를 위한 광학계 및 이를 포함하는 포토 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 포물 반사체를 이용한 물체 및 물질 검지를 위한 광학계 및 이를 포함하는 포토 센서에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical system for an optical sensor and a photosensor including the same, and more particularly, to an optical system for detecting objects and materials using a parabolic reflector and a photosensor including the same.

일반적으로 포토 센서(photo sensor)는 광원에서 방출된 광이 광 검출기에 도달하는 경로 상에 물체 내지 물질이 위치하게 되면 이를 검지하는 센서로써 예를 들어 엘리베이터 자동 문에 설치되어 문이 자동으로 닫히는 순간 사람이 급히 엘리베이터에 탑승하는 경우 이를 검지하여 문을 다시 열도록 하는 센서(도 1), 공장 자동화 시스템에서 조립되고 있는 제품이 컨베이어 벨트를 타고 이동하면서 작업자 앞에 자동으로 정지하도록 하는 센서(도 2) 등 매우 다양한 분야에 적용되고 있다.In general, a photo sensor is a sensor for detecting when an object or a substance is located on a path through which light emitted from a light source reaches a photodetector. For example, the sensor is installed in an elevator automatic door, A sensor (Fig. 1) for detecting when a person rides in an elevator in an emergency and opening the door again (Fig. 1), a sensor (Fig. 2) for automatically stopping the work in front of the worker while the product being assembled in the factory automation system moves on the conveyor belt, And so on.

일반적인 포토 센서는 광원과 광 검출기와 렌즈(lens)를 이용하여 그 기능을 하도록 구성된다. 도 3은 종래 볼록렌즈(convex lens)를 구성으로 하는 포토 센서의 일례에 대한 개략도이다.A typical photo sensor is configured to perform its function using a light source, a photodetector, and a lens. 3 is a schematic view of an example of a photosensor having a conventional convex lens.

볼록렌즈는 광 효율을 높이기 위함인데, 정도의 차이는 있겠으나 광 검출기는 일정한 광량(amount of light) 이상이 광 검출기에 도달하여야 전기 신호를 출력한다. 또한 전자회로에서의 노이즈(noise), 외부 잡광의 간섭에 의한 전기 신호보다 검지 물체에서 반사되어 광 검출기에 도달하는 광량이 더 커야 하며 그 크기가 클수록 성능이 우수한 포토 센서를 제작할 수 있다.The convex lens is used to increase the light efficiency. However, the photodetector outputs an electric signal when the amount of light reaches a photodetector. Also, the amount of light that is reflected by the detection object and reaches the photodetector must be larger than the electrical noise due to noise in the electronic circuit and the interference of external misfit, and as the size of the photodetector increases, the photo sensor can be manufactured.

볼록렌즈1은 광원에서 방출된 광이 가능한 많은 양이 검지 물체에 도달하도록 하며 볼록렌즈2는 검지물체에서 반사된 광이 가능한 많은 양이 광 검출기에 모이도록 하여 광 효율을 높여 결과적으로 우수한 성능의 포토 센서를 제작할 수 있도록 한다.The convex lens 1 allows the light emitted from the light source to reach as much as possible to the sensing object while the convex lens 2 collects as much light as possible from the sensing object in the light detector to increase the light efficiency, So that a photo sensor can be manufactured.

렌즈는 광의 굴절(refraction) 특성을 이용한 것이며 굴절률(index of refraction)이 같은 매질(media)라도 광의 파장(wavelength)에 따라 다르다. 그러므로 렌즈를 이용하는 경우 색수차(chromatic aberration)에 기인하여 파장에 따라 한 점(초점)에 수렴하지 않아 광 효율을 떨어뜨리는 문제가 있다.Lenses are based on the refraction properties of light, and even media with the same refractive index (index of refraction) depend on the wavelength of the light. Therefore, when the lens is used, there is a problem that the light efficiency is lowered because the light does not converge to one point (focus) according to the wavelength due to chromatic aberration.

또한 구면 렌즈(spherical lens)를 적용하는 경우 렌즈의 초점 거리가 짧을수록, 직경이 클수록 광 경로의 왜곡(distortion)이 발생하여 광을 초점에 수렴하지 않아 광 효율을 낮추는 문제가 있다.Also, when a spherical lens is used, there is a problem that the light path is distorted as the focal length of the lens is shorter and the diameter is larger, and the light is not converged to the focus, thereby lowering the light efficiency.

이러한 문제를 해결하는 방법으로 볼록렌즈와 굴절률이 다른 오목렌즈(concave lens)를 조합하여 색수차 문제를 해결해야 하나 추가 렌즈에 의해 비용이 상승되는 문제가 있었다. 또한 왜곡 문제를 해결하기 위해 비구면 렌즈를 제작할 수 있으나 이 또한 렌즈 제작이 난해해져 제작 과정에서 많은 비용이 소요되는 문제점이 있었다.As a method for solving such a problem, there has been a problem that a chromatic aberration problem has to be solved by combining a convex lens and a concave lens having a different refractive index, but the cost is increased by the additional lens. In addition, aspherical lens can be manufactured to solve the distortion problem, but lens manufacture is also difficult, which is costly in the manufacturing process.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 제1 목적은 광원에서 조사된 광의 광학적 상호작용 결과 경로가 변경된 광을 효율적으로 검출 또는 검지할 수 있는 광학계를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is a first object of the present invention to provide an optical system capable of efficiently detecting or detecting light whose optical path of an optical interaction result from a light source is changed .

아울러, 본 발명의 제2 목적은 광원에서 방출된 광이 광 검출기로 진행하는 경로 상에 물체 등이 광의 진행을 차단하는 경우 이를 인지하는 투과형 포토 센서 또는 광원에서 방출된 광이 물체에 반사되어 돌아오는 광을 광 검출기에서 검출하는 반사형 포토 센서에 활용되어 광 효율을 높일 수 있는 광학계 및 이를 이용한 포토 센서를 제공하는 데 있다.A second object of the present invention is to provide a transmissive photosensor that recognizes when an object or the like intercepts the progress of light on the path of light emitted from the light source to the photodetector, And a photosensor that uses the optical system to increase light efficiency by being utilized in a reflection type photosensor that detects light coming from a light detector.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 광원에 대응하는 제1 초점에서 소정 조사각으로 광을 조사하는 광원부와 조사된 광을 반사시켜 제1 초점을 포함하는 광축에 나란한 평행광을 형성하는 비구면의 제1 반사체를 포함하는 발광부; 및 형성된 평행광과 광학적 상호작용으로 경로가 변경된 평행광의 일부를 반사시켜 제2 초점에 수렴시키는 비구면의 제2 반사체와 제2 초점에 위치하여 제2 초점에 수렴된 광을 검출하는 광검출기를 포함하는 수광부;를 포함하는 광학계를 제공함으로써 달성될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided an optical pickup device comprising: a light source unit that emits light at a predetermined irradiation angle at a first focal point corresponding to a light source; and a light source unit that reflects the irradiated light to form parallel light parallel to the optical axis including the first focal point, A light emitting portion including a reflector; And a photodetector for detecting a second reflector of the aspherical surface that reflects a part of the parallel light whose path has changed due to the optical interaction with the collimated light and converges to the second focus point and a light spot that is located at the second focus point and converges to the second focus point. And a light receiving portion which is provided on the light receiving surface.

제1 반사체는 제1 초점을 가지는 포물 반사체로 형성된 것이고, 제2 반사체는 제2 초점을 가지는 포물 반사체로 형성될 수 있다.The first reflector may be formed of a parabolic reflector having a first focal point, and the second reflector may be formed of a parabolic reflector having a second focal point.

제1 반사체와 제2 반사체는, 각각의 광축이 상호 교차되거나 각각의 광축이 상호 공유되는 것일 수 있다.The first reflector and the second reflector may be such that the respective optical axes are mutually intersected or the respective optical axes are mutually shared.

제2 초점에 수렴된 광은, 가시광선, 적외선 및 자외선 중 적어도 하나에 대응하는 파장 대역을 가지는 것일 수 있다.The light converged at the second focus may have a wavelength band corresponding to at least one of visible light, infrared light and ultraviolet light.

한편, 본 발명의 목적은 전술한 광학계를 포함하는 포토 센서를 제공함으로써 달성될 수 있다.On the other hand, the object of the present invention can be achieved by providing a photosensor including the optical system described above.

상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 의하면, 기존 렌즈에서 발생하는 색수차, 광 경로 왜곡 문제를 해결할 수 있고, 기존 렌즈를 이용한 것보다 광 효율이 높일 수 있음과 동시에 광학계 및 이를 포함하는 포토 센서를 소형화할 수 있는 효과가 있다.According to one embodiment of the present invention, chromatic aberration and optical path distortion problems occurring in conventional lenses can be solved, optical efficiency can be enhanced more than that using existing lenses, and an optical system and a photosensor There is an effect that it can be downsized.

도 1은 종래 광학계의 일 예인 투과형 포토 센서의 사용예를 나타낸 도면,
도 2는 종래 광학계의 일 예인 반사형 포토 센서의 사용예를 나타낸 도면,
도 3은 종래 광학계의 일 예인 반사형 포토 센서가 볼록렌즈(convex lens)를 사용하여 물체를 검지하는 상태를 개략적으로 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계의 구성 중 포물 반사체를 설명하기 위해 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계를 이용한 투과형 포토 센서를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 투과형 포토 센서에 활용되는 회구 구성도를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계를 이용한 반사형 포토 센서를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 포토 센서에 활용되는 회구 구성도를 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계를 적용한 포토 센서의 광 시뮬레이션의 구성 개념을 나타낸 도면,
도 10은 도 9에 따른 광 시뮬레이션 결과를 표로 나타낸 도면,
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계와 기존 볼록 렌즈를 적용한 광학계의 입체각을 나타낸 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a view showing an example of using a transmissive photosensor, which is an example of a conventional optical system,
2 is a view showing an example of using a reflection type photo sensor, which is an example of a conventional optical system,
3 is a schematic view showing a state in which a reflection type photosensor, which is an example of a conventional optical system, detects an object using a convex lens,
4 is a view for explaining a parabolic reflector in the configuration of an optical system according to an embodiment of the present invention,
5 is a view illustrating a transmissive photosensor using an optical system according to an embodiment of the present invention,
FIG. 6 is a perspective view illustrating a perspective structure used in a transmission type photosensor according to an embodiment of the present invention. FIG.
7 is a view illustrating a reflection type photo sensor using an optical system according to an embodiment of the present invention,
FIG. 8 is a perspective view of a reflection type photo sensor according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 9 is a view illustrating a configuration concept of optical simulation of a photosensor to which an optical system according to an embodiment of the present invention is applied,
FIG. 10 is a table showing results of optical simulation according to FIG. 9,
11 and 12 are views showing a solid angle of an optical system using an optical system and an existing convex lens according to an embodiment of the present invention.

본 발명인 광학계의 각 실시예에 대응하는 도면들은 발명의 이해를 돕기 위해 각 구성의 크기, 축적, 형상 등에 있어서 일부 과장되거나 생략되어 표현될 수 있고 동일한 구성에 대한 도면부호는 동일하게 사용되었음을 밝혀둔다.
The drawings corresponding to the embodiments of the optical system according to the present invention are exaggerated or partially exaggerated in size, accumulation, shape, and the like of each constitution to facilitate understanding of the invention, and the same reference numerals are used for the same constituents .

<광학계에 사용되는 포물 반사체><Parabolic reflector used in optical system>

본 실시예인 광학계의 구성 중 포물 반사체에 대하여 설명한다. 도 4는 본 실시예인 광학계 구성 중 포물경의 형상을 이해하기 위한 포물 함수의 기본적인 형태에 관한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 광원은 원점 O에 위치하며 원점을 포함한 x축을 광축으로 한다. The parabolic reflector in the structure of the optical system of this embodiment will be described. Fig. 4 is a diagram showing a basic form of the parabolic function for understanding the shape of the parabolic shape in the optical system configuration of this embodiment. As shown in Fig. 4, the light source is located at the origin O, and the x-axis including the origin is taken as an optical axis.

광원에서 방출된 광은 포물 반사체의 임의의 반사면 A(x,y)에 반사되어 광축인 x축과 평행하게 진행한다. The light emitted from the light source is reflected on an arbitrary reflection plane A (x, y) of the parabolic reflector and travels in parallel with the x-axis which is the optical axis.

포물 반사체의 함수를

라 하고 광원에서 방출된 광의 진행하는 방향의 단위 벡터를

, 포물 반사체의 반사면의 법선 단위 벡터를

, 광축인 x 축과 평행한 벡터의 단위 벡터를

라 하면 각 벡터는 다음과 같이 구해진다.Function of the parabolic reflector

And the unit vector of the traveling direction of the light emitted from the light source

, The normal unit vector of the reflection surface of the parabolic reflector

, A unit vector of a vector parallel to the x axis which is an optical axis

The vector is obtained as follows.

[수학식1], [수학식2], [수학식3]에서 ∇은 미분연산자이며,

,

은 각각 x축, y축의 단위벡터이다. 반사 법칙(입사각 = 반사각)에 의해 도 4에서 각 벡터의 내적(inner product)은 다음과 같다.In Equation (1), Equation (2), and Equation (3), ∇ is a differential operator,

,

Are unit vectors of the x-axis and the y-axis, respectively. The inner product of each vector in FIG. 4 by the reflection law (incident angle = reflection angle) is as follows.

도 4에서 보면 원점에서 방출된 광 중에 포물 반사체에 반사된 모든 광은 광축과 평행하게 진행된다. 역으로 광축과 평행하게 진행되어 포물 반사체에서 반사된 광은 원점에 수렴한다. 광학적인 관점에서 원점을 초점이라 할 수 있고 포물 반사체와 가장 가까운 거리는 초점거리이며 그 값은 -q/p이며 이 값을 f(초점거리)라 하면 수학식 8은 수학식 9와 같이 정리된다.4, all the light reflected from the parabolic reflector in the light emitted from the origin goes parallel to the optical axis. Conversely, parallel to the optical axis, the light reflected from the parabolic reflector converges to the origin. From the optical point of view, the origin can be defined as the focal point, and the closest distance to the parabolic reflector is the focal distance, and the value is -q / p. Assuming this value as f (focal distance)

수학식 9의 의의는 포물 반사체를 설계할 때 기준이 되는 함수이며 초점 f가 가장 중요한 파라미터가 되는 것이다.
The significance of Equation (9) is a function as a reference when designing the parabolic reflector, and the focus f is the most important parameter.

<< 포물Par 반사체를 이용한 광학계와 이를 적용한 Optical system using reflector and its application 포토Photo 센서> Sensor>

본 발명은 포토 센서에 적용하는 광학계와 이를 이용한 포토 센서에 관한 것이다. '포토 센서'는 일반적으로 광 경로 상에 물체가 위치하는 경우 물체에 의한 광 경로의 차단 내지 물체에 의한 광의 반사를 측정하여 물체의 존재 유무를 검지하는 센서로써 관련 분야에서 통상적으로 사용되는 이름이다. 본 발명에서의 '포토 센서'라는 단어 자체에 의해 발생할 수 있는 기능적인 혼선은 전술한 '포토 센서'의 기능적 정의로부터 본 발명의 취지에 영향을 줄 수 없음은 자명하다.The present invention relates to an optical system applied to a photosensor and a photosensor using the same. The 'photosensor' is a sensor commonly used in the related art as a sensor for detecting the presence or absence of an object by measuring the blocking of an optical path by an object or the reflection of light by an object when an object is located on a light path . It is obvious that the functional crosstalk that may be caused by the word 'photosensor' in the present invention can not affect the purpose of the present invention from the functional definition of the above-mentioned 'photosensor'.

본 실시예인 광학계는 전술한 포물 반사체를 포함하는 광학 시스템이다. 보다 구체적으로 포물 반사체는 한 점에서 방출된 광이 포물 반사체의 반사면에서 반사되면 광 축과 평행광이 형성되는 광학계로써 이를 기존의 렌즈를 이용한 포토 센서의 광학계를 대체하여 결과적으로 높은 광 효율을 얻고자 하는 것이다. 또한 본 발명은 이러한 광학계를 이용하여 도 1에서 예시로 든 투과형 포토 센서, 도 2에서 예시로 든 반사형 포토 센서를 제작하는 것이다.
The optical system of this embodiment is an optical system including the above-described parabolic reflector. More specifically, the parabolic reflector is an optical system in which light emitted from a point is reflected at the reflection surface of the parabolic reflector to form parallel light with the optical axis, and this can replace the optical system of the photosensor using the conventional lens, I want to get it. In the present invention, the transmission type photosensor exemplified in Fig. 1 and the reflection type photosensor exemplified in Fig. 2 are manufactured by using such an optical system.

투과형 Transmission type 포토Photo 센서 sensor

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계를 이용한 투과형 포토 센서를 나타낸 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 투과형 포토 센서는 마주 보는 2개의 제1 포물 반사체와 제2 포물 반사체를 기본 구성으로 포함한다. 제1포물 반사체의 초점에는 광원이 위치하며 제2포물 반사체의 초점에는 광 검출기가 위치한다. 광원에서 방출된 광은 제1 포물 반사체의 반사면에서 반사되어 평행한 광 경로을 형성하고 제2 포물 반사체의 반사면에 반사되어 광 검출기에 수렴한다. 광 경로 상에 불투명한 물체가 위치하여 광의 진행을 차단하게 되면 광 검출기에 도달하는 광량이 줄어들게 되고 줄어든 광량을 측정하여 광 경로 상에 물체의 유무를 판정한다. 이러한 검지 과정은 도 6에서와 같은 회로를 구성함으로써 실현될 수 있다. 이러한 회로 구성은 포토 센서의 성능 및 기능 개선, 다양한 패턴의 데이터 취득 등의 목적으로 회로는 수정, 보완될 수 있다.
5 is a view illustrating a transmission type photosensor using an optical system according to an embodiment of the present invention. As shown in Fig. 5, the transmissive photosensor includes two first parabolic reflectors and a second parabolic reflector facing each other in a basic configuration. A light source is located at the focus of the first parabolic reflector and a photodetector is located at the focus of the second parabolic reflector. The light emitted from the light source is reflected by the reflecting surface of the first parabolic reflector to form a parallel optical path, reflected on the reflecting surface of the second parabolic reflector, and converged on the photodetector. When an opaque object is positioned on the light path and the light is blocked from proceeding, the amount of light reaching the photodetector is reduced and the amount of light is measured to determine the presence or absence of an object on the light path. This detection process can be realized by constructing a circuit as shown in Fig. Such a circuit configuration can be corrected or supplemented for the purpose of improving the performance and function of the photosensor and obtaining various patterns of data.

반사형 Reflective type 포토Photo 센서 sensor

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계를 이용한 반사형 포토 센서를 나타낸 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 반사형 포토 센서는 나란하거나 일정한 각도를 갖는 제1 포물 반사체와 제2 포물 반사체에 대하여 제1포물 반사체의 초점에는 광원이 위치하고 제2 포물 반사체의 초점에는 광 검출기가 위치하며 광원과 광 검출기의 위치는 상호 바뀌어도 무방하다. 광원에서 방출된 광은 제1 포물 반사체의 반사면에 반사되어 평행광을 형성하여 진행하다 검지 물체의 존재 시 검지 물체에 반사된 광 중에 평행하게 진행하고 제2포물 반사체의 반사면에 도달한 광은 광 검출기에 수렴한다. 이러한 과정을 통해 광 검출기에 광이 검출되면 물체가 존재함을 의미한다. 이러한 검지 과정은 도 8에서와 같은 회로를 구성함으로써 실현될 수 있다. 이러한 회로 구성은 포토 센서의 성능 및 기능 개선, 다양한 패턴의 데이터 취득 등의 목적으로 회로는 수정, 보완될 수 있다.
7 is a view illustrating a reflection type photo sensor using an optical system according to an embodiment of the present invention. As shown in Fig. 7, the reflection type photosensor has a first parabolic reflector having a parallel or constant angle and a light source positioned at a focus of the first parabolic reflector with respect to the second parabolic reflector, and a photo detector And the positions of the light source and the photodetector may be mutually changed. The light emitted from the light source is reflected by the reflection surface of the first parabolic reflector to form parallel light and proceeds in parallel to the light reflected by the detection object in the presence of the detection object and reaches the reflection surface of the second parabolic reflector Converge to the photodetector. If light is detected in the photodetector through this process, it means that an object exists. This detection process can be realized by constructing a circuit as shown in Fig. Such a circuit configuration can be corrected or supplemented for the purpose of improving the performance and function of the photosensor and obtaining various patterns of data.

광 시뮬레이션 실험Optical simulation experiment

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계를 적용한 포토 센서 광 시뮬레이션의 구성 개념을 나타낸 도면이고, 도 10은 도 9에 따른 광 시뮬레이션 결과를 표로 나타낸 도면이다. 기존 렌즈를 이용한 포토 센서의 광 시뮬레이션 구성의 개념은 도 3에 도시된 바와 같으며, 본 발명인 광학계의 일 실시예에 따른 포물 반사체를 이용한 광 시뮬레이션의 구성 개념은 도 9에 도시된 바와 같다. 아울러, 도 10에 도시된 표의 결과는 동일한 광 단면적(optical cross section)인 경우 반사형 포토 센서에서 기존 렌즈를 적용한 경우와 본 발명의 포물 반사체를 적용한 경우에 대한 광 시뮬레이션 (optical simulation)에 의한 광 효율을 보여준다.FIG. 9 is a view showing a construction concept of a photo sensor optical simulation using an optical system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a table showing results of optical simulation according to FIG. The concept of the optical simulation configuration of the photo sensor using the conventional lens is as shown in FIG. 3, and the concept of the optical simulation using the parabolic reflector according to an embodiment of the optical system of the present invention is as shown in FIG. In addition, the results of the table shown in FIG. 10 show that the optical cross section is the same as the case of using the conventional lens in the reflection type photosensor and the optical by the optical simulation of the case where the parabolic reflector of the present invention is applied. Show efficiency.

여기서, 검지 물체는 시뮬레이션의 편의를 위해 100 % 반사체로 설정하였으며 검지 물체의 반사면은 100 mm X 100 mm의 정사각형이다. 광원의 광 방출 영역(emission area)는 0.5 mm X 0.5 mm이며 700 nm의 적색광을 이용하였다. 광 검출기의 광 검출 영역(detection area)는 1 mm X 1 mm이다. 반사체는 50 mm부터 1000 mm 까지 50 mm 간격으로 이동하여 광 효율을 시뮬레이션 하였다.Here, the detection object is set as a 100% reflector for convenience of simulation, and the reflection surface of the detection object is a square of 100 mm X 100 mm. The light emission area of the light source is 0.5 mm X 0.5 mm and 700 nm of red light is used. The optical detection area of the photodetector is 1 mm X 1 mm. Reflectors were moved from 50 mm to 1000 mm at 50 mm intervals to simulate light efficiency.

이러한 광 시뮬레이션 결과, 도 10의 표에서 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계는 광 효율은 동일한 조건에서 기존 볼록렌즈를 이용한 것보다 최소 약 2.72배, 최대 8.09배 높았다. 이는 본 발명의 일 실시예 따른 광학계의 포물 반사체가 광원에서 방출된 광의 반사 입체각(solid angle)을 기존 볼록 렌즈보다 더 크게 할 수 있기 때문이다(도 11 및 도 12 참조). 즉, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 볼록 렌즈의 입체각은 ~ θ1 X φ1 인데 비하여 포물 반사체의 입체각은 ~ θ2 X φ2으로 크기 때문이다.As a result of the optical simulation, as shown in the table of FIG. 10, the optical system according to an embodiment of the present invention has a light efficiency of at least about 2.72 times and a maximum of 8.09 times higher than that of the conventional convex lens under the same condition. This is because the parabolic reflector of the optical system according to the embodiment of the present invention can make the reflection solid angle of the light emitted from the light source larger than that of the conventional convex lens (see FIGS. 11 and 12). That is, as shown in Figs. 11 and 12, the solid angle of the parabolic reflector is larger by? 2 X? 2 than the solid angle of the convex lens is? 1 X? 1.

전술한 광 효율에 관한 시뮬레이션 결과는 본 실시예는 기존의 렌즈를 이용한 포토 센서에 비해 높은 광 효율을 가지며, 이는 같은 광 효율을 갖는 포토 센서의 경우 본 실시예에 따라 제작하면 그 크기를 작게 제작할 수 있음은 물론, 같은 성능과 가격이라면 보다 경쟁력이 있는 작은 크기로 포토 센서를 구현할 수 있다.
The simulation results on the light efficiency described above show that the present embodiment has a higher light efficiency than a conventional photosensor using a lens. In the case of a photosensor having the same light efficiency, As a matter of course, if the same performance and price are available, the photo sensor can be implemented with a smaller size that is more competitive.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당 업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, As will be understood by those skilled in the art. It is therefore to be understood that the embodiments described above are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive. In addition, the scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description. Also, all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.

Claims

A light source unit that emits light at a predetermined irradiation angle at a first focus corresponding to the light source, and a first reflector of an aspherical surface that reflects the irradiated light and forms parallel light parallel to the optical axis including the first focus, ;
A second reflector that reflects a portion of the parallel light whose path has changed due to optical interaction with the formed parallel light and converges to a second focus point, and a second reflector that is located at the second focus point and detects light converged at the second focus point. A light receiving unit including a detector; And
And an amplifier for amplifying the detected light of the photodetector,
Wherein the first reflector is formed of a first parabolic reflector having the first focal point, the second reflector is formed of a second parabolic reflector having the second focal point,
Wherein the first reflector and the second reflector,
Wherein each optical axis is mutually intersected or each optical axis is mutually shared.

delete

The method according to claim 1,
The light converged at the second focal point,
And has a wavelength band corresponding to at least one of visible light, infrared light, and ultraviolet light.

A photosensor comprising an optical system according to any one of claims 1 to 4.