KR100863196B1

KR100863196B1 - 라인 빔 생성 장치

Info

Publication number: KR100863196B1
Application number: KR1020070064431A
Authority: KR
Inventors: 양행석; 유로프 빅토르; 아나톨리 렙척; 오승경; 슈쉬킨 아이하르; 윤상경
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2007-06-28
Filing date: 2007-06-28
Publication date: 2008-10-13

Abstract

라인 빔 생성 장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 라인 빔 생성 장치는 제1 방향의 빔이 입사되는 빔 입사부; 상기 빔 입사부에 대하여 경사지게 배치되며 서로 평행하게 배열된 N개의 미러를 포함하는 반사부-상기 미러는 상측면과 하측면에 빔을 반사하거나 투과시키는 반사면이 구비됨-; 및 상기 미러들에 의해 제2 방향으로 출력빔들이 출사되는 빔 출력부를 포함한다. 라인 빔의 균일도와 광 효율이 높아질 수 있다.

라인 빔, 미러, 반사, 균일 빔

Description

라인 빔 생성 장치{LINE BEAM GENERATOR}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 빔 생성 장치의 단면도.

도 2는 도 1에 도시된 라인 빔 생성 장치의 미러의 임의의 셀을 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 빔 생성 장치를 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 빔 생성 장치를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 빔 생성 장치의 입체도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110 : 빔 입사부

120 : 반사부

120-N : N번째 미러

130 : 빔 출력부

본 발명은 라인 빔 생성 장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 다중 반사를 이용하는 라인 빔 생성 장치에 관련된다.

기존의 Line Beam 을 만들기 위한 방식으로 다양한 방법이 있다. 그러한 방법에는 트렁케이션(Truncation) 방식, 플랫 탑(Flat-Top) 방식, 광 파이버(Optical Fiber)를 사용하여 빔을 여러 개로 나누어 광 파이버(Optical Fiber)를 적절히 배열하는 방식, 광원을 1차원으로 배열하는 방식, FEL(Fly Eye Lens) 어레이(array)와 같은 렌즈 어레이 방식 등 다양한 방식이 있다.

트렁케이션(Truncation) 방식은 빔을 확대하여 소정의 균일도 이상 되는 빔만을 잘라 사용하는 방식이다. 그리고 플랫 탑(Flat-Top) 방식은 Powell 렌즈와 같은 비구면 렌즈나 HOE(홀로그램 광학소자, Hologram Optical Element) 또는 DOE(회절 광학 렌즈, Diffractive Optical Element)를 이용하여 빔을 균일하게 하는 방식을 말한다.

트렁케이션(Truncation) 방식은 균일도를 높이기 위해서는 효율이 떨어지고 효율을 올리려면 균일도가 떨어지는 트레이드 오프(Trade-off) 관계에 있다. 따라서 균일도와 효율 두 가지를 동시에 올릴 수가 없다. 그리고 Powell 렌즈와 같은 비구면 렌즈를 이용한 플랫 탑 방식은 렌즈 제작이 쉽지 않고, 렌즈간 거리가 일정거리 이상 확보 되어야 하는 어려움이 있다. 또한 플랫 탑 방식에 따르면 입사 빔의 폭이나 콜리메이션 정도에 따라 공정 오차가 커지므로 제조 공정이 까다로워진다.

HOE 소자 또는 DOE 소자는 제작 성능과 효율이 떨어지고, 출사된 빔들의 출 사각이 서로 평행하지 않아, 설계된 거리를 벗어나면 균일도가 떨어진다. 광 파이버(Optiocal Fiber)를 이용한 방식은 광이 파이버를 지난 다음에 너비(Etendue)가 증가되므로, 광의 너비(Etendue)가 작게 유지될 것을 필요로 하는 라인 조명에는 적합하지 않다.

또한 광원을 1차원으로 배열하는 방식이나 FEL(Fly Eye Lens)과 같은 방식은 광학계가 복잡하고 광 경로가 길어진다.

본 발명은 광학계가 단순하고 민감하지 않은 다중 반사 미러 방식을 채택함으로써 조정이 용이한 라인 빔 생성 장치를 제공하고자 한다.

또한 본 발명은 균일한 라인 빔을 생성하는 라인 빔 생성 장치를 제공하고자 한다.

또한 본 발명은 광학계의 길이를 줄일 수 있는 라인 빔 생성 장치를 제공하고자 한다.

또한 본 발명은 출력되는 빔들간의 거리를 조정함으로써 간섭성이 적은 라인 빔을 얻을 수 있는 라인 빔 생성 장치를 제공하고자 한다.

또한 반사광간의 거리차를 광원의 가간섭 거리보다 길게 함으로서 간섭성이 없는 여러 개의 빔을 합하고, 그 결과 스페클을 줄일 수 있는 라인 빔 생성 장치를 제공하고자 한다.

또한 본 발명은 라인 빔의 균일도를 획득하면서도 광 효율도 높일 수 있는 라인 빔 생성 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일측면에 따르면 제1 방향의 빔이 입사되는 빔 입사부; 상기 빔 입사부에 대하여 경사지게 배치되며 서로 평행하게 배열된 N개의 미러를 포함하는 반사부-상기 미러는 상측면과 하측면에 빔을 반사하거나 투과시키는 반사면이 구비됨-; 및 상기 미러들에 의해 제2 방향으로 출력빔들이 출사되는 빔 출력부를 포함하는 라인 빔 생성 장치가 제공된다.

여기서 상기 상측면은 상기 제1 방향으로 입사된 빔을 상기 제2 방향으로 반사하며, 상기 하측면은 상기 제2 방향으로 입사된 빔을 상기 제1 방향으로 반사할 수 있다.

또한 상기 미러의 상측면의 반사율은 0보다 크거나 같고 1보다 작거나 같으며, 상기 하측면의 반사율은 0보다 크거나 같고 1보다 작거나 같을 수 있다.

또한 상기 반사부는 3개 이상의 미러를 포함할 수 있다.

여기서 상기 반사부에 포함된 미러는 상기 빔 출력부에서 바라볼 때 상기 제2 방향으로 4개 이상의 미러가 겹쳐서 배치될 수 있다.

또한 상기 미러들 중 k번째 미러에는 k-1번째 미러로부터 상기 제1 방향으로 투과된 빔 또는 상기 빔 입사부로부터 상기 제1 방향으로 입사된 빔 중 어느 하나의 빔과, k+1번째 미러로부터 상기 제2 방향으로 반사된 빔이 입사될 수 있고, 여기서 k는 1보다 크거나 같고 N보다 작다.

또한 상기 미러들 중 k번째 미러는 k-1번째 미러로부터 상기 제1 방향으로 투과된 빔 또는 상기 빔 입사부로부터 상기 제1 방향으로 입사된 빔 중 어느 하나의 빔을 상기 제2 방향으로 반사하고, k+1번째 미러로부터 상기 제2 방향으로 반사된 빔을 상기 제2 방향으로 투과킬 수 있고, 여기서 k는 1보다 크고 N보다 작다.

또한 상기 미러들 중 1번째 미러는 상기 빔 입사부로부터 상기 제1 방향으로 입사된 빔을 상기 제2 방향으로 반사하고, 2번째 미러로부터 반사되어 상기 제2 방향으로 입사된 빔을 상기 제2 방향으로 투과시킬 수 있다.

또한 상기 미러들 중 N번째 미러는 N-1번째 미러로부터 상기 제1 방향으로 투과된 빔을 모두 상기 제2 방향으로 반사할 수 있다.

또한 상기 미러들 중 k번째 미러의 반사율은 k-1번째 미러의 반사율보다 크거나 같을 수 있다.

여기서 상기 빔 입사부는 반사 방지 코팅될 수 있다.

또한 상기 빔 출력부는 반사 방지 코팅될 수 있다.

또한 상기 출력빔들 간의 간섭성을 감소시킬 수 있도록 상기 미러들 간의 간격이 조정될 수 있다.

여기서 상기 출력빔들이 일렬로 출사되어 라인 빔을 형성할 수 있도록 상기 미러들은 일렬로 배열되며 상기 미러들의 각도가 조정 가능하다.

여기서 상기 출력빔들의 세기는 균일할 수 있다.

또한 상기 미러들에 대한 빔들의 입사각은 40도 이상 50도 이하일 수 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2, 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하는" 또는 "탑재된" "장착된" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

이하, 본 발명에 따른 라인 빔 생성 장치의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 빔 생성 장치의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 빔 생성 장치는 빔 입사부(110), 반사부(120) 및 빔 출력부(130)를 포함한다.

반사부(120)는 복수 개(N개)의 미러(120-1, 120-2, 120-3, … 120-N)를 포함하는데, 이들 미러는 상호 평행하게 배치되어 있다. 또한 빔 입사부로부터 N개의 미러들이 배열된다. 도 1에 따른 실시예에서 빔은 빔 입사부(110)에 수직으로 입사되는 것으로 가정한다.

즉 도 1에 도시된 실시예에 따르면, 빔은 빔 입사부(110)에 대하여는 수직으로 입사하며, 반사부(120)의 미러들(120-1, 120-2, 120-3, … 120-N)에 대하여는 약 45도로 경사지게 입사한다. 즉 빔 입사부(110)에 대하여 반사부(120)의 미러들(120-1, 120-2, 120-3, … 120-N)은 경사지게 배치되어 있다.

빔이 미러에 입사하는 방향을 제1 방향이라 한다. 미러(120-1, 120-2, 120-3, … 120-N)에 대한 빔의 입사각 또는 반사각은 45도로 제한되지 않는다.

빔은 40도 내지 50도의 입사각으로 미러(120-1, 120-2, 120-3, … 120-N)에 입사할 수 있다. 다른 실시예에 의할 경우 빔의 미러(120-1, 120-2, 120-3, … 120-N)에 대한 입사각은 또 다른 값을 가질 수 있음은 물론이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 반사부(120)는 3 이상의 미러를 포함할 수 있다. 본 명세서에서는 반사부가 3 이상의 미러를 포함하는 경우를 예로 들어 설명하도록 한다. 여기서, 임의의 빔이 반사부(120)를 통과할 때 반사 및/또는 투과의 방법으로 거치게 되는 수평 방향으로의 미러의 수는 면간 겹침 정도로 지칭된다.

즉 면간 겹침 정도는 수평 방향으로 겹쳐있는 미러 중 빔을 반사 및/또는 투과시키는 미러의 개수와 같은 값을 가진다. 따라서 도 1에 도시된 실시예에 따른 반사부(120)의 면간 겹침 정도는 4이다.

미러(120-1, 120-2, 120-3, … 120-N)는 입사된 빔의 일부는 반사하고 일부를 투과시킨다. 빔은 미러에서 반사되면서 진행 방향이 바뀌는데, 제1 방향으로 진행하던 빔이 반사된 후 진행하는 방향을 제2 방향이라 한다. 이 때 미러들(120-1, 120-2, 120-3, … 120-N)의 반사율 또는 투과율은 서로 다르게 조정될 수 있다. 즉 첫번째 미러(120-1)의 반사율을 r1, 두번째 미러(120-2)의 반사율을 r₂라 할 경우, r₁과 r₂는 서로 다른 값일 수 있다.

제1 방향이 수직 또는 수평 방향 중 어느 하나의 방향인 경우, 일 실시예에 따르면 제2 방향은 수평 또는 수직 방향 중 나머지 하나의 방향일 수 있다. 그러나 다른 실시예에 따르면, 제1 방향과 제2 방향은 반드시 수직일 필요는 없다.

이하 도 2에서는 면간 겹침 정도가 1인 라인 빔 생성 장치의 실시예를 설명하도록 한다.

다만 면간 겹침 정도가 2 이상인 경우에는 반사부를 셀 별로 나누어 빔의 입사와 출사를 설명할 필요가 있다. 반사부를 임의로 구분하여, 구분된 한 부분을 하나의 셀이라 할 경우, 반사부(120)를 이루는 여러 셀 중 하나의 셀(300)을 예로 들어 설명할 수 있다. 하나의 셀(300) 내에서의 빔의 입사와 반사 및 투과는 도 3에서 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 라인 빔 생성 장치를 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 실시예에 따르면 반사부(200)는 다수의 미러를 포함하고 있으나, 빔 입사부(215)를 통해 입사되는 빔(210)은 반사부(200)의 첫번째 미러로만 입사하여 반사 및 투과된다. 따라서 P₁(220)은 0이 아니나(P₁≠0), P₂, P₃ 및 P₄는 0이다(P₂=P₃=P₄=0). 따라서 도 1의 설명에 따른 면간 겹침 정도의 정의에 따르면, 도 2에 도시된 라인 빔 생성 장치의 면간 겹침 정도는 1이 된다.

빔 세기가 P₁인 입사 빔(220)이 반사 방지 코팅으로 인해 투과율이 높은 빔 입사부(215)를 통해 입사된다. 그리고 반사율이 r₁인 첫번째 미러(M₁)를 통해 반사 되여 출사된 빔 세기를 T₁ 이라 하면, T₁= P₁× r₁를 만족한다.

반사율이 r₁인 미러 M₁을 통해 투과된 빔이 반사율 r₂인 두번째 미러 M₂에 도달하였을 때, 그 빔의 세기는 P₁ × (1-r₁-a)이다.

따라서 두 번째 미러 M₂에서 반사되어 출사되는 빔의 세기 T₂는 다음과 같다.

T₂ = P₁× (1-r₁-a) × r₂ = P₁× t₁ × r₂

여기서 t_i=1-r_i-a이며, a는 흡수 또는 산란으로 인한 빔의 손실률을 의미한다.

마찬가지로 M₃에서 반사되어 출사되는 빔의 세기는

T₃ = P₁× t₁ × t₂ × r₃가 된다.

이를 일반화하여 N-1, N번째 미러인 M_N-1, M_N을 통해 출사되는 출사빔들(240)의 세기를 각각 T_N-1, T_N이라 하면 다음과 같은 식이 성립한다.

T_N-1 = P₁× t₁× t₂× … × t_N-2 × r_N-1

T_N = P₁× t₁ × t₂ ×… × t_N-2 × t_N-1 × r_N

또한 T₁= T₂=… =T_N-1=T_N이 되기 위한 각 미러들의 반사율 조건은 다음과 같다.

r_N-1 = t_N-1 × r_N → r_N-1 = (1-r_N-1 - a) × r_N

여기서 빔의 손실률 a를 0이라 가정하면 1/r_N = 1/(r_N-1) -1의 관계식이 성립된다.

광 효율을 높이기 위한 조건(; ∑T_N= T₁+T₂+ … +T_N ≒ P₁)과 균일한 빔 세기 조건(; T₁= T₂=… = T_N ≒ P₁ / N)에 의해, 다음의 수식을 얻을 수 있다.

r₁ = 1/N

r₂ = 1/ (N -1)…

여기서 N번째 미러(230)의 반사율(r_N)은 1 또는 1에 가까운 값일 수 있다. 결과적으로 균일한 라인 조명 빔(240)을 획득함과 동시에 광 효율도 높일 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 라인 빔 생성 장치의 미러의 임의의 셀(300)을 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 셀(300)이 도 1의 반사부(120)에서 i번째 열, j번째 행에 위치한 경우, 이 셀(300)의 좌표가 (i, j)이 된다. 셀(300)에 상응하는 미러의 부분을 M(i, j)라 표시한다. 미러 M(i, j)는 k번째 미러에 포함된다.

i는 셀이 빔 출력부(도 1의 130)로부터 몇 번째 열에 있는지에 따라 정해지며, j는 셀이 빔 입사부(도 1의 110)로부터 몇 번째 행에 있는지에 따라 정해진다. 그리고 M(i, j)의 반사율은 r_i _,j라 한다. 또한 M(i, j)는 도 1의 반사부(120)에서 k 번째 미러에 포함된다고 가정한다.

M(i, j)에 입사되는 수직 방향의 빔은 (i, j-1)의 좌표를 가지는 셀의 미러(M(i, j-1))로부터 투과된 빔으로서, V_i,j-1로 표시된다. 미러 M(i, j-1)는 k-1번째 미러에 포함된다. V_i,j-1은 M(i, j)의 상측면으로 입사된다. 그리고 M(i, j)에 입사되는 수평 방향의 빔은 (i+1, j)의 좌표를 가지는 셀의 미러(M(i+1, j))로부터 출사된 빔으로서, H_{i+1, j}로 표시된다. H_i+1,j는 M(i, j)의 하측면으로 입사된다.

또한, M(i, j)로부터 출사되는 수평 방향의 빔은 H_{i, j}로서, M(i, j)를 통해 투과한 H_{i+1, j}와, V_{i, j-1}이 M(i, j)의 상측면에서 반사된 빔의 합이다. 그리고 M(i, j)로부터 출사되는 수직 방향의 빔은 V_{i, j}로서, V_{i, j-1}이 M(i,j)를 통해 투과된 빔과, H_i+1,j 빔이 M(i, j)의 하측면에서 반사된 빔의 합이다.

도 3에서는 M(i, j)의 상측면과 하측면의 반사율이 r_{i, j}로 동일한 경우를 예로 들어 설명하도록 한다. 이 경우 M(i, j)의 상측면과 하측면의 투과율은 (1-r_i,j)이 된다.

M(i, j)로부터 수평 방향으로 출사되는 빔인 H_i,j와, 수직 방향으로 출사되는 빔인 V_i,j는 다음의 수식을 만족하게 된다.

다만, j가 1인 경우, 즉 V_i,j-1= P_i가 된다. P_i는 도 4에 도시된 바와 같이, 빔 입사부를 통해 반사부에 처음 입사되어 미러를 통과하지 않은 빔으로서, i번째 미러로 입사되는 단위 빔을 의미한다. 예컨대 P₁은 빔 출력부에서 가까운 빔 입사부로 입사되어, 반사부의 첫번째 미러에서 반사 및 투과되는 단위 빔을 의미한다. 또한 P₂는 처음 입사되는 미러가 두번째 미러인 단위 빔을 의미한다.

임의의 셀의 미러(M(i, j))로부터 출사되는 수평 방향의 빔을 수식으로 나타내면 다음과 같다.

H_i,j = (1- r_i,j ) × H_i+1,j + r_i,j × V_i,j-1

H_i,1 = (1- r_i,1 ) × H_i+1,1 + r_i,j × P_i(; j=1 인 경우)

또한 임의의 셀의 미러(M(i, j))로부터 출사되는 수직 방향의 빔을 수식으로 나타내면 다음과 같다.

V_i,j = r_i,j × H_i+1,j+ (1- r_i,j )× V_i,j-1

V_i,1 = r_i,1 × H_i+1,1+ (1- r_i,1 )× P_i,(; j=1인 경우)

임의의 셀에서 수직 방향의 빔인 V_i,j 와 수평 방향의 빔 H_i,j이 위의 수식을 만족하면, 입사 빔의 세기가 가우시안 빔의 형태를 가지거나 임의의 불균일한 분포를 갖는 경우에도 균일한 조명 빔이 만들어질 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 빔 생성 장치를 나타낸 도면이다.

반사부의 두께와 수직 방향의 길이를 각각 d와 l이라 할 때, 단위 입사 빔의 폭을 w라 한다. 단위 입사 빔(420, P₁, P₂, P₃, P₄)은 입사빔(410)을 면간 겹침 정도 로 나눈 빔일 수 있다. 도 4에서 면간 겹침 정도는 4이며, 이에 상응하여 입사빔(420)은 4개의 단위 빔(420)으로 나누어진다.면간 겹침 정도 M이 M≥2이면 P₁≠ P₂ ≠ P₃ ≠ … ≠ P_M ≠ 0이 된다. 그리고 다음의 수식이 도출될 수 있다.

l = N × w,

w= d/M

도 4를 참조하면, 라인 빔 생성 장치의 반사부(400)를 구성하는 셀들 중 하나가 도 2에 도시된 셀(300)일 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 면간 겹침 정도 M이 M=4인 경우, i =1,2,3,4 이고, j는 j = 1 … N인 양의 정수가 된다. 여기서,

i > M 이면 r_i-1면으로 입사하는 빔 H_i,j의 세기 =0

i = 1 이면 r_i면으로부터 출사되는 빔 H_i,j의 세기 =T_j가 된다.

j = 1 이면 V_i,1 = P_i 로 V_i,1 = P₁ , V_2,1 = P₂ , V_3,1 = P₃ , V_4,1 = P₄ 이 성립된다. 입사 빔은 단위 빔으로 나누어져, w의 빔 폭을 가지게 된다.

여기서 본 발명의 일 실시예에 따라, j = 1, 2, 3, 4, 5, … , N-2, N-1, N 인 경우 각 셀에서 출사되는 빔의 세기를 구하는 식을 나타내면 다음과 같다.

[표 1]

j = 1	j = 2
H_1,1 = (1- r_1,1) × H_2,1 + r_1,1 × P₁ V_1,1 = r_1,1 × H_2,1+ (1- r_1,1) × P₁ H_2,1 = (1- r_2,1) × H_3,1 + r_2,1 × P₂ V_2,1 = r_2,1 × H_3,1 + (1- r_2,1) × P₂ H_3,1 = (1- r_3,1) × H_4,1 + r_3,1 × P₃ V_3,1 = r_3,1 × H_4,1 + (1- r_3,1) × P₃ H_4,1 = (1- r_4,1) × H_5,1 + r_4,1 × P₄ V_4,1 = r_4,1 × H_5,1 + (1- r_4,1) × P₄	H_1,2 = (1- r_1,2) × H_2,2 + r_1,2 × V_1,1 V_1,2 = r_1,2 × H_2,2 + (1- r_1,2) × V_1,1 H_2,2 = (1- r_2,2) × H_3,2 + r_2,2 × V_2,1 V_2,2 = r_2,2 × H_3,2 + (1- r_2,2) × V_2,1 H_3,2 = (1- r_3,2) × H_4,2 + r_3,2 × V_3,1 V_3,2 = r_3,2 × H_4,2 + (1- r_3,2) × V_3,1 H_4,2 = (1- r_4,2) × H_5,2 + r_4,2 × V_4,1 V_4,2 = r_4,2 × H_5,2 + (1- r_4,2) × V_4,1

[표 2]

j = 3	j = 4
H_1,3 = (1- r_1,3) × H_2,3 + r_1,3×V_1,2 V_1,3 = r_1,3× H_2,3+ (1- r_1,3) ×V_1,2 H_2,3 = (1- r_2,3) × H_3,3 + r_2,3×V_2,2 V_2,3 = r_2,3× H_3,3+ (1- r_2,3) ×V_2,2 H_3,3 = (1- r_3,3) × H_4,3 + r_3,3×V_3,2 V_3,3 = r_3,3 × H_4,3+ (1- r_3,3) ×V_3,2 H_4,3 = (1- r_4,3) × H_5,3 + r_4,3×V_3,2 V_4,3 = r_4,3 × H_5,3+ (1- r_4,3) ×V_3,2	H_1,4 = (1- r_1,4) × H_2,4 + r_1,4×V_1,3 V_1,4 = r_1,4× H_2,4+ (1- r_1,4) ×V_1,3 H_2,4 = (1- r_2,4) × H_3,4 + r_2,4×V_2,3 V_2,4 = r_2,4× H_3,4+ (1- r_2,4) ×V_2,3 H_3,4 = (1- r_3,4) × H_4,4 + r_3,4×V_3,3 V_3,4 = r_3,4 × H_4,4+ (1- r_3,4) ×V_3,3 H_4,4 = (1- r_4,4) × H_5,4 + r_3,4×V_3,3 V_4,4 = r_4,4 × H_5,4+ (1- r_4,4) ×V_3,3

[표 3]

j = 5	j = N-2
H_1,5 = (1- r_1,5) × H_2,1 + r_1,5×V_1,4 V_1,5 = r_1,5× H_2,1+ (1- r_1,5) ×V_1,4 H_2,5 = (1- r_2,5) × H_3,1 + r_2,5×V_2,4 V_2,5 = r_2,5× H_3,5+ (1- r_2,5) ×V_2,4 H_3,5 = (1- r_3,5) × H_4,1 + r_3,5×V_3,4 V_3,5 = r_3,1 × H_4,5+ (1- r_3,5) ×V_3,4 H_4,5 = (1- r_4,5) × H_5,5 + r_4,5×V_3,4 V_4,5 = r_4,5 × H_5,5+ (1- r_4,5) ×V_3,4	H_1,N-2 =(1-r_1,N-2)×H_2,N-2+ r_1,N-2×V_1,N-3 V_1,N-2 = r_1,N-2×H_2,N-2+(1-r_1,N-2)×V_1,N-3 H_2,N-2 = (1-r_2,N-2)×H_3,N-2+r_2,N-2×V_2,N-3 V_2,N-2 = r_2,N-2×H_3,N-2+(1-r_2,N-2)×V_2,N-3 H_3,N-2=(1-r_3,N-2)×H_4,N-2+r_3,N-2×V_3,N-3 V_3,N-2 = r_3,N-2×H_4,N-2+(1-r_3,N-2)×V_3,N-3 H_4,N-2 = (1-r_4,N-2)×H_5,N-2+r_4,N-2×V_3,N-3 V_4,N-2 = r_4,N-2×H_5,N-2+(1-r_4,N-2)×V_3,N-3

[표 4]

j = N-1	j = N
H_1,N-1 =(1-r_1,N-1)×H_2,N-1+r_1,N-1×V_1,N-2 V_1,N-1 =r_1,N-1×H_2,N-1+(1-r_1,N-1)×V_1,N-2 H_2,N-1 =(1-r_2,N-1)×H_3,N-1+r_2,N-1×V_2,N-2 V_2,N-1 = r_2,N-1×H_3,N-1+(1-r_2,N-1)×V_2,N-2 H_3,N-1 =(1-r_3,N-1)×H_4,N-1+r_3,N-1×V_3,N-2 V_3,N-1 = r_3,N-1×H_4,N-1+(1-r_3,N-1)×V_3,N-2 H_4,N-1 =(1-r_4,N-1)×H_5,N-1+r_3,N-1×V_3,N-2 V_4,N-1 = r_4,N-1×H_5,N-1+(1-r_4,N-1)×V_3,N-2	H_1,N = (1- r_1,N) × H_2,N + r_1,N×V_1,N-1 V_1,N = r_1,N× H_2,N+ (1- r_1,N) ×V_1,N-1 H_2,N = (1- r_2,N) × H_3,N + r_2,N×V_2,N-1 V_2,N = r_2,N× H_3,N+ (1- r_2,N) ×V_2,N-1 H_3,N = (1- r_3,N) × H_4,1 + r_3,N×V_3,N-1 V_3,N = r_3,N × H_4,N+ (1- r_3,N) ×V_3,N-1 H_4,N = (1- r_4,N) × H_5,N + r_4,N×V_3,N-1 V_4,N = r_4,N × H_5,N+ (1- r_4,N) ×V_3,N-1

또한 광 효율을 높이기 위한 조건은 다음과 같다.

∑T_N = T₁+ T₂+ … + T_N ≒ P₁+ P₂ + P₃ + P₄

r_1,N = r_2,N-1 = r_3,N-2 = r_4,N-3 = r_N ≒ 1 (r_N은 N번째 미러(430)의 반사율임)

이에 따라, 균일한 출력빔(440)의 세기를 얻기 위한 조건 식 T₁ = T₂ = … = T_N ≒ ∑ P_i / N = (P₁ + P₂ + P₃ + P₄ )/N 에 의해 다음과 같은 초기 조건식을 얻을 수 있다.

H_1,1 = T₁

= (1- r_1,1) ×{(1- r_2,1) × {(1-r_3,1) × (r_4,1 × P₃)+ r_3,1× P₃}+ r_2,1 × P₂} + r_1,1 × P₁

= (1- r_1,1)×(1- r_2,1)×(1- r_3,1)× r_4,1× P₄ + (1- r_1,1)×(1- r_2,1 )× r_3,1× P₃ + (1- r_1,1 ) × r_2,1 × P₂ + r_1,1 × P₁

= ∑ (P₁~ P₄) / N

H_1,1 = T₁ 의 초기 조건식과 상기 관계식들을 풀어 다중반사 미러의 각 층마다 반사율을 구하면 결과적으로 높은 광 효율의 균일한 라인 조명 빔(450)을 얻을 수 있다.

도 4의 출력빔들(440)이 일렬로 배열됨으로써 라인 빔이 생성될 수 있다. 라인 빔이 휘는 현상 등을 방지하는 등 오차를 수정하거나, 라인 빔의 균일도를 높이는 등 조정을 가하기 위해 미러의 간격이나 미러의 각도 등은 조정이 가능하다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 반사부에 포함되는 미러들의 반사율은 조절이 가능하다. 상술한 실시예에서는 하나의 미러가 같은 반사율 또는 투과율을 가지는 경우를 설명하였다.

그러나 다른 실시예에 따르면, 하나의 미러일지라도 미러의 각 부분에 따라 반사율 값은 서로 달라질 수 있다. 즉 셀 별로 미러는 다른 반사율을 가질 수 있다. M(i, j)의 상측면 또는 하측면의 반사율인 r_{i, j}는 i값, j값의 변화에 따라 다른 값을 가질 수 있게 된다.

하나의 미러의 반사율은 연속적으로 또는 불연속적으로 변화할 수 있다. 미러의 부위별(또는 셀별) 반사율은 미러에 가해지는 부분 반사 코팅의 재료 또는 방법 등에 의해 달라질 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 빔 생성 장치의 입체도이다.

도 5의 설명에서는 n은 매질(미러와 미러 사이의 매질)의 굴절률을 의미하 고, t는 미러와 미러 사이의 간격(미러들의 층간 거리)를 의미한다. 도 5에 도시된 실시예에서, 라인 빔 발생 장치의 면간 겹침 정도는 M이다. 인접한 두 미러의 층간 거리 t 와 굴절률 n은 조정이 가능하다.

입사빔 P₁, P₂, P₃, P₄이 H_1,1의 형태로 출사될 때, 인접한 미러들 간 광경로 차가 2π/M 의 홀수배가 되도록 다음과 같이 t와 매질의 굴절률 n이 조절되면 겹쳐진 빔들의 위상 차가 발생될 수 있고, 결과적으로 빔들의 간섭성이 떨어질 수 있다. 이에 따라 출력빔의 스페클이 저감되는 효과가 있을 수 있다.

입사빔 P₁, P₂, P₃, P₄가 H_1,1의 형태로 출사될 때 발생하는 광경로 차가 광원의 가간섭 거리보다 길어지면 빔들 간 간섭성이 떨어질 수 있다. 이 경우 출력빔은 비간섭 빔을 여러 개 합한 빔와 같게 되며, 이로서 출력빔의 스페클이 줄어들게 된다.

전술한 방법에 의해 y축 방향으로 균일성을 유지하는 출력빔이 출력된다. 그리고 수직 방향의 축(y축)을 중심으로 갖는 y-실린더렌즈에 의해 출력빔은 x축 방 향으로 수렴될 수 있다. 그러면 좁고 긴 라인 빔이 생성될 수 있다.

도 5에 도시된 실시예에 따른 라인 빔 생성 장치는 표 5 및 표 6과 같은 사양을 가질 수 있다(N=19(l=10.75)인 실시예). 이는 라인 빔 생성 장치의 일 실시예에 불과하며, 본 발명의 권리 범위를 제한하지 아니함은 물론이다.

여기서 A면은 빔 입사부(110), B면은 빔 출력부(130)를 나타낸다. AR coating은 빔의 투과율을 좋게 하기 위한 반사 방지 코팅(anti-reflection coating)을 의미한다. d는 반사부(120)의 너비(라인 빔 생성 장치의 두께(thickness)), W는 출력부(130)의 너비(라인 빔 생성 장치의 너비(width)), l은 반사부(120)의 길이(length)이다.

또한 반사부(120)의 미러(120-1, 120-2, …, 120-N)의 재질은 BK7 glass일 수 있다. BK7 glass에 부분 반사 코팅, 전반사 코팅 또는 반사 방지 코팅 등의 미러 코팅(mirror coating)을 함으로써 본 발명의 실시예에 따른 미러가 만들어질 수 있다.

즉 BK7은 렌즈나 프리즘의 재료가 되는 물질로서, 멀티 코팅 처리되는 광학 유리의 하나이다. 다른 실시예에 따를 경우 미러(120-1, 120-2, …, 120-N)의 재질에 제한은 없다. 아래의 표 5 내지 표 8에서 r_k는 k번째 미러의 반사율을 의미한다.

빔의 입사각은 반사부(120)의 미러들(120-1, 120-2, …, 120-N)에 빔이 입사되는 각을 의미한다. 기준 파장은 빔의 파장을 의미하며, 아래의 표에 기재된 기준 파장 역시 하나의 예시에 불과하다.

[표 5]

반사율(%)
r₁	5.7%
r₂	5.7%
r₃	5.7%
r₄	6.5%
r₅	6.5%
r₆	7.0%
r₇	8.0%
r₈	8.0%
r₉	9.5%
r₁₀	10.0%
r₁₁	10.5%
r₁₂	13.5%
r₁₃	13.5%
r₁₄	17.0%
r₁₅	21.0%
r₁₆	23.0%
r₁₇	36.0%
r₁₈	48.0%
r₁₉	100.0%

[표 6]

Thickness (d)	2.263mm
Width (W)	5mm
Length (l)	10.75
Material	BK7
기준 파장	532 nm
빔의입사각	45±5deg
A/B면	AR Coating

또한 다른 실시예에 따른 라인 빔 생성 장치는 표 7 및 표 8과 같은 사양을 가질 수 있다(N=16(l=9.05)인 실시예). 마찬가지로 이는 라인 빔 생성 장치의 일 실시예에 불과하며, 본 발명의 권리범위를 제한하지 아니함은 물론이다.

[표 7]

반사율(%)
r₁	6.5%
r₂	6.5%
r₃	7.0%
r₄	8.0%
r₅	8.0%
r₆	9.5%
r₇	10.0%
r₈	10.5%
r₉	13.5%
r₁₀	13.5%
r₁₁	17.0%
r₁₂	21.0%
r₁₃	23.0%
r₁₄	36.0%
r₁₅	48.0%
r₁₆	100.0%

[표 8]

Thickness (d)100.0	2.263mm
Width (W)	5mm
Length (l)	9.05
Material	BK7
기준 파장	532 nm
빔의입사각	45±5deg
A/B면	AR Coating

상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 광학계가 단순하고 민감하지 않은 다중 반사 미러 방식을 채택함으로써 조정이 용이한 라인 빔 생성 장치를 제 공할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면 균일한 라인 빔을 생성하는 라인 빔 생성 장치를 제공할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면 광학계의 길이를 줄일 수 있는 라인 빔 생성 장치를 제공할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면 출력되는 빔들간의 거리를 조정함으로써 간섭성이 적은 라인 빔을 얻을 수 있는 라인 빔 생성 장치를 제공할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면 반사광간의 거리차를 광원의 가간섭 거리보다 길게 함으로서 간섭성이 없는 여러 개의 빔을 합하고, 그 결과 스페클을 줄일 수 있는 라인 빔 생성 장치를 제공할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면 라인 빔의 균일도를 획득하면서도 광 효율도 높일 수 있는 라인 빔 생성 장치를 제공할 수 있다.

Claims

제1 방향의 빔이 입사되는 빔 입사부;

상호간 평행하게 배열된 N(N은 3 이상의 자연수)개의 미러가 상기 빔 입사부에 대하여 경사지게 배치됨으로써, 상기 빔 입사부를 통해 입사된 제1 방향의 빔을 제2 방향으로 각각 반사시키는 반사부-상기 미러는 상측면과 하측면에 빔을 반사하거나 투과시키는 반사면이 구비됨-; 및

상기 N개의 미러에 의해 제2 방향으로 반사된 각각의 출력빔들이 상기 N개의 미러의 배열 간격에 상응하여 일렬 출사됨으로써 전체적으로는 하나의 라인 빔이 생성되도록 하는 빔 출력부

를 포함하는 라인 빔 생성 장치.
제1항에 있어서,

상기 미러의 상측면은 상기 제1 방향에서 입사된 빔을 상기 제2 방향으로 반사하며, 상기 미러의 하측면은 타 미러의 상측면에 의해 반사되어 상기 제2 방향에서 입사된 빔을 상기 제1 방향으로 반사하는 것을 특징으로 하는 라인 빔 생성 장치.
제2항에 있어서,

상기 미러의 상측면의 반사율은 0보다 크고 1보다 작으며, 상기 하측면의 반사율은 0보다 크고 1보다 작은 것을 특징으로 하는 라인 빔 생성 장치.
삭제
제1항에 있어서,

상기 반사부에 포함된 미러는 상기 빔 출력부에서 바라볼 때 상기 제2 방향으로 4개 이상의 미러가 겹쳐서 배치되는 것을 특징으로 하는 라인 빔 생성 장치.
제1항에 있어서,

상기 미러들 중 상기 빔 입사부로부터 k번째 배치된 미러에는 k-1번째 미러로부터 상기 제1 방향으로 투과된 빔 또는 상기 빔 입사부로부터 상기 제1 방향으로 입사된 빔 중 어느 하나의 빔과, k+1번째 미러로부터 상기 제2 방향으로 반사된 빔이 입사되는 것을 특징으로 하는 라인 빔 생성 장치-여기서 k는 1보다 크고 N보다 작은 자연수임-.
제1항에 있어서,

상기 미러들 중 상기 빔 입사부로부터 k번째 배치된 미러는 k-1번째 미러로부터 상기 제1 방향으로 투과된 빔 또는 상기 빔 입사부로부터 상기 제1 방향으로 입사된 빔 중 어느 하나의 빔을 상기 제2 방향으로 반사하고, k+1번째 미러로부터 상기 제2 방향으로 반사된 빔을 상기 제2 방향으로 투과시키는 것을 특징으로 하는 라인 빔 생성 장치-여기서 k는 1보다 크고 N보다 작은 자연수임-.
제1항에 있어서,

상기 미러들 중 상기 빔 입사부로부터 1번째 배치된 미러는 상기 빔 입사부로부터 상기 제1 방향으로 입사된 빔을 상기 제2 방향으로 반사하고, 2번째 미러로부터 반사되어 상기 제2 방향으로 입사된 빔을 상기 제2 방향으로 투과시키는 것을 특징으로 하는 라인 빔 생성 장치.
제1항에 있어서,

상기 미러들 중 상기 빔 입사부로부터 N번째 배치된 미러는 N-1번째 미러로부터 상기 제1 방향으로 투과된 빔을 모두 상기 제2 방향으로 반사하는 것을 특징으로 하는 라인 빔 생성 장치.
제1항에 있어서,

상기 미러들 중 상기 빔 입사부로부터 k번째 배치된 미러의 반사율은 k-1번째 미러의 반사율보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 라인 빔 생성 장치-여기서 k는 1보다 크고 N보다 작은 자연수임-.
제1항에 있어서,

상기 빔 입사부는 반사 방지 코팅된 것을 특징으로 하는 라인 빔 생성 장치.
제1항에 있어서,

상기 빔 출력부는 반사 방지 코팅된 것을 특징으로 하는 라인 빔 생성 장치.
제1항에 있어서,

상기 출력빔들 간의 간섭성을 감소시킬 수 있도록 상기 미러들 간의 간격이 조정되는 것을 특징으로 하는 라인 빔 생성 장치.
제1항에 있어서,

상기 미러들은 일렬로 배열되며 상기 미러들의 각도가 조정 가능한 것을 특징으로 하는 라인 빔 생성 장치.
제14항에 있어서,

상기 출력빔들의 세기는 균일한 것을 특징으로 하는 라인 빔 생성 장치.
제1항에 있어서,

상기 미러들에 대한 빔들의 입사각은 40도 이상 50도 이하인 것을 특징으로 하는 라인 빔 생성 장치.