KR102593403B1

KR102593403B1 - 구동형 발광 장치

Info

Publication number: KR102593403B1
Application number: KR1020160094257A
Authority: KR
Inventors: 김지성; 강이임; 이창혁; 주양현
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2016-07-25
Filing date: 2016-07-25
Publication date: 2023-10-25
Also published as: KR20180011636A

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 구동형 발광 장치는 광을 출력하는 광원, 상기 광원에서 출력된 광을 집광하는 집광부, 상기 광원 및 상기 집광부의 중심을 포함하는 광축을 기준으로 수직한 방향으로 구동되어, 상기 집광부에서 집광된 광의 발산각을 제어하는 광조정부, 및 상기 광조정부로부터 입사되는 광이 출사되는 출사각을 확대시키는 확대부를 포함할 수 있다.

Description

구동형 발광 장치{DRIVE TYPE LIGHT EMITTING DEVICE}

본 발명은 라이다(LiDAR, light detection and ranging) 모듈에 있어 피사체로 출력되는 광의 발산각을 제어하는 구동형 발광 장치에 관한 것이다.

최근, 지능형 자동차 및 스마트카 분야에서는 돌발상황에 대한 차량의 능동적 대처기능을 요구하고 있다. 즉, 보행자의 급작스런 출현을 인지하거나, 어두운 야간에 조명의 범위를 벗어난 곳에 대한 장애물을 사전에 감지하거나, 우천시 전조등 조명의 약화로 인한 장애물을 감지하거나, 또는 도로 파손을 사전에 감지하는 등, 운전자와 보행자의 안전을 위협하는 상황을 사전에 확인할 필요가 있다.

이러한 요구에 대해, 윈드실드 또는 차량의 전방에 설치되어, 자체 출사광을 기반으로 차량이 움직이는 경우 전방의 물체를 확인하여 사전에 운전자에게 경고함을 물론, 차량 스스로가 정지 또는 회피하는데 기초가 되는 영상을 차량의 전자제어유닛(electronic control unit; ECU)에 전달하고, ECU는 이 영상을 이용하여 각종 제어를 수행하게 되는데, 이러한 영상을 획득하는 것을 스캐너(scanner)라 한다.

종래 스캐너로서는, 레이더(radio detection and ranging; RADAR) 장비가 사용되었다. 레이더는 마이크로파(극초단파, 10cm 내지 100cm 파장) 정도의 전자기파를 물체에 발사시켜 그 물체에서 반사되는 전자기파를 수신하여 물체와의 거리, 방향, 고도 등을 알아내는 무선감시장치로서, 차량용 스캐너에 이용되고 있으나, 가격이 고가이므로 다양한 차종에 보급이 용이하지 않은 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 라이다(LiDAR)를 이용한 스캐너가 개발되고 있다. 라이다는, 펄스 레이저광을 대기중에 발사해 그 반사체 또는 산란체를 이용하여 거리 또는 대기현상 등을 측정하는 장치로서, 레이저 레이더라고도 한다. 반사광의 시간측정은 클럭펄스로 계산하며, 그 진동수 30㎒로 5m, 150㎒로 1m의 분해능을 가진다.

특히, 소형화된 크기로 차량에 탑재되면서도 장거리에 있는 작은 사물들까지 정확히 감지하기 위해서 원하는 각도로 광을 조사하는 기술에 대하여 많은 연구가 진행되고 있다.

본 발명의 목적은 발광 장치에 구비되는 일부 구성을 광축에 수직되는 방향으로 구동하고, 그에 따라 출력되는 광의 발산각을 제어하는 구동형 발광 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 렌즈의 디센터(decenter)를 통하여 광의 진행 각도를 변경하여, 상대적으로 작은(약 3mm 수준) 구동으로 140도 이상의 스캐닝이 가능한 구동형 발광 장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 구동형 발광 장치는 광을 출력하는 광원, 상기 광원에서 출력된 광을 집광하는 집광부, 상기 광원 및 상기 집광부의 중심을 포함하는 광축을 기준으로 수직한 방향으로 구동되어, 상기 집광부에서 집광된 광의 발산각을 제어하는 광조정부, 및 상기 광조정부로부터 입사되는 광이 출사되는 출사각을 확대시키는 확대부를 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 광조정부 또는 상기 확대부는 적어도 2 이상의 렌즈를 구비하는 렌즈군을 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 집광부는 적어도 1 이상의 렌즈를 구비하는 렌즈군을 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 출사각은 상기 광축을 기준으로 최대 +70도 내지 -70도 범위에 포함될 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 확대부는 음의 군에 해당하고, 상기 적어도 2 이상의 렌즈를 구비하는 제1렌즈군을 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 광조정부는 양의 군에 해당하고, 상기 적어도 2 이상의 렌즈를 구비하는 제2렌즈군을 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 집광부는 양의 군에 해당하고, 상기 적어도 1 이상의 렌즈를 구비하는 제3렌즈군을 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 제1렌즈군은 피사체 방향으로 볼록한 음의 제1렌즈, 및 음의 제2렌즈를 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 제2렌즈군은 양면이 모두 볼록하거나 또는 상면 방향으로 볼록한 양의 제3렌즈, 및 양면이 모두 볼록하거나 또는 피사체 방향으로 볼록한 양의 제4렌즈를 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 제3렌즈군은 양면이 모두 볼록하거나 또는 피사체 방향으로 볼록한 양의 제5렌즈를 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 제3렌즈군은 양면이 모두 볼록하거나 또는 상기 피사체 방향으로 볼록한 양의 제6렌즈를 더 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 집광부, 상기 광조정부 또는 상기 확대부는 액체 렌즈, 액정 렌즈, 또는 폴리머 렌즈 중 적어도 1 이상을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 구동형 발광 장치의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 발광 장치에 구비되는 일부 구성을 광축에 수직되는 방향으로 구동하고, 그에 따라 출력되는 발산각을 제어할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 렌즈의 디센터를 통하여 광의 진행 각도를 변경하여, 상대적으로 작은(약 3mm 수준) 구동으로 140도 이상의 스캐닝이 가능할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 구동형 발광 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 구동형 발광 장치에서, 광조정부가 광축을 기준으로 아래로 구동한 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 구동형 발광 장치에서, 광조정부가 광축을 기준으로 아래로 구동한 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 구동형 발광 장치를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1, 도 3 및 도 4의 실시 예들에 따른 구동형 발광 장치에 포함되는 구성요소들의 사양(specification)을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1, 도 3 및 도 4의 실시 예들에 따른 구동형 발광 장치에 포함되는 구성요소들의 사양들이 만족하는 조건들을 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 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.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 구동형 발광 장치를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 구동형 발광 장치는 광원(110), 집광부(120), 광조정부(130) 및 확대부(140)를 포함할 수 있다. 여기서, 확대부(140)는 제1렌즈(142) 및 제2렌즈(141)를 포함할 수 있고, 광조정부(130)는 제3렌즈(132) 및 제4렌즈(131)를 포함할 수 있고, 집광부(120)는 제5렌즈(122) 및 제6렌즈(121)를 포함할 수 있다.

한편, 도 1 내지 도 4에서 광원(110, 210, 310, 410)은 하나의 광원으로 도시되어 있지만, 이는 본 발명에 관한 설명의 편의상 하나의 광원으로 도시된 것이고, 본 발명에 따른 구동형 발광 장치에 복수의 광원이 포함될 수 있음을 배제하는 것은 아니다.

즉, 하나의 광원(110)이 배치될 수 있지만, 본 발명의 실시 예는 이에 국한되지 않고, 다른 실시 예에 의하면, 광원(110)의 개수는 복수 개일 수 있다. 이렇게 광원(110)이 복수 개의 광원을 포함할 경우 복수 개의 광원의 종류는 모두 동일할 수도 있고, 적어도 2 이상의 광원의 종류는 서로 다를 수도 있다.

그리고, 도 1 내지 도 4를 통하여 설명되는 구동형 발광 장치는, 본 발명에 따른 특징적인 기능을 소개함에 있어서, 필요한 구성요소만이 도시된 것으로서, 그 외 다양한 구성요소가 구동형 발광 장치에 포함될 수 있음은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명하다.

먼저, 광원(110)은 레이저 광을 방출할 수 있고, 적어도 1 이상의 광원을 포함할 수 있다.

한편, 광원(110)으로부터 출력되는 광의 중심 파장이 2 ㎛보다 클 경우, 이는 원적외선 광에 해당하므로 광파 탐지 및 거리 측정에 적합하지 않을 수 있다. 또한, 광원(110)으로부터 방출되는 광의 중심 파장이 0.2 ㎛보다 작을 경우, 확대부(140)로부터 방출된 광이 인체에 해로울 수 있을 뿐만 아니라 피사체(object)를 향해 진행하는 동안 공기 중에 존재하는 이물질 등에 흡수되어 원거리에 위치한 피사체까지 도달하기 어려울 수도 있다.

따라서, 본 발명에 포함되는 광원(110)으로부터 출력되는 광의 중심 파장은 약 0.2 ㎛ 내지 약 2 ㎛의 범위에 포함되는 것이 바람직하다. 하지만, 본 발명에 따른 구동형 발광 장치에서 출력되는 광이 항상 이러한 조건에 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명에 적용되는 피사체는 공중에 떠 있거나 지상에 놓여진 물체가 될 수도 있고, 공중에 부유하는 입자가 될 수도 있다. 따라서, 피사체의 대상은 특정한 종류의 물체에 한정되는 것이 아니다.

한편, 광원(110)에서 출력되는 광의 파장 분포는 1 ㎛ 이하일 수 있다. 그리고, 광원(110)은 일정한 듀티 비율(duty rate)을 갖는 펄스 형태의 레이저 광을 출력하는 광원 소자일 수도 있다. 여기서, 펄스의 온 타임(on time)은 1 ㎚ 이상일 수 있고, 펄스의 형태는 사각파, 삼각파, 톱니파, 사인파, 델타 함수 및 사인 함수(sinc function) 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 펄스의 주기는 일정한 값을 가지거나 또는 가변 가능하여 일정하지 않은 값을 가질 수 있다.

또한, 광원(110)은 1개 이상의 공간 모드를 갖는 광원 소자일 수도 있다. 이때, 공간 모드는 가우시안(Gaussian) 또는 램버시안(Lambertian) 공간 모드의 n차로 표현될 수 있으며, 여기서, n은 1 이상일 수 있다.

그리고, 광원(110)은 선형 편광 혹은 원형 편광의 합으로 표현할 수 있는 광원 소자일 수도 있다. 이때, 편광 성분의 비는 하나의 편광 성분을 기준으로 1:A로 나타낼 수 있으며 A는 1 이하일 수 있다.

집광부(120)는 광원(110)에서 출력된 광을 집광(focusing)하는 구성으로, 광원(110)에서 출력된 광을 굴절시켜 집광한 뒤 광조절부(130)에 전달할 수 있다.

여기서, 집광부(120)는 적어도 2 이상의 렌즈(또는 광학부재, 121, 122)를 구비하는 렌즈군을 포함할 수 있다. 구체적으로, 도 1 에 도시된 바와 같이 집광부(120)에 포함되는 렌즈군은 양의 군에 해당하고, 양면이 모두 볼록하거나 또는 피사체 방향으로 볼록한 양의 제5렌즈(122) 및 양면이 모두 볼록하거나 또는 피사체 방향으로 볼록한 양의 제6렌즈(121)를 포함할 수 있다.

집광부(120)에 포함되는 제5렌즈(122) 및 제6렌즈(121)는 투과율이 높은 광 투광성 수지 재질로 형성될 수 있고, 광원(110)으로부터 입사된 광의 손실을 줄일 수 있는 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 집광부(120)에 포함되는 제5렌즈(122) 및 제6렌즈(121)는 폴리카보네이트(polycarbonate), 아크릴(acryl) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 본 발명에 따른 구동형 발광 장치의 집광부(120)가 항상 이러한 재질에 한정되는 것은 아니다.

광조정부(130)는 집광부(120)에서 집광된 광의 경로를 조정하는 구성으로, 광원(110) 및 집광부(120)의 중심을 포함하는 광축(150)을 기준으로, 수직한 방향으로 구동할 수 있다. 구체적으로, 도 1의 경우, 광축(150)은 X축에 해당하고, 그에 따라 광조정부(130)는 Y축을 따라 구동할 수 있다.

즉, 위와 같은 광조정부(130)의 구동(예를 들어, Y축)을 통해 출력되는 광의 지향방향이 조절되고, 그에 따라 본 발명에 따른 구동형 발광 장치는 집광부(120)에서 집광된 광의 발산각을 조절할 수 있게 된다.

광조정부(130) 역시 집광부(120)와 마찬가지로 적어도 2 이상의 렌즈(또는 광학부재, 131, 132)를 구비하는 렌즈군을 포함할 수 있다. 구체적으로, 도 1 에 도시된 바와 같이 광조정부(130)에 포함되는 렌즈군은 양의 군에 해당하고, 양면이 모두 볼록하거나 또는 상면 방향으로 볼록한 양의 제3렌즈(132) 및 양면이 모두 볼록하거나 또는 피사체 방향으로 볼록한 양의 제4렌즈(131)를 포함할 수 있다.

광조정부(130)에 포함되는 제3렌즈(132) 및 제4렌즈(131)는 투과율이 높은 광 투광성 수지 재질로 형성될 수 있고, 집광부(120)로부터 입사된 광의 손실을 줄일 수 있는 재질로 형성될 수 있다.

확대부(140)는 광조정부(130)로부터 입사되는 광이 출사되는 출사각을 확대하는 구성으로, 광조정부(130)에서 출력된 광을 굴절시킨 뒤 피사체에 전달할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 구동형 발광 장치는 광조정부(130)의 구동(예를 들어, Y축)을 통해 집광부(120)에서 집광된 광의 발산각을 조절하고, 확대부(140)를 통해 광조정부(130)로부터 입사되는 광의 출사각을 더욱 확대할 수 있다. 출사각은 광축(150)을 기준으로 최대 +70도 내지 -70도 범위에 포함될 수 있다.

확대부(140) 역시 집광부(120) 및 광조정부(130)와 마찬가지로 적어도 2 이상의 렌즈(또는 광학부재, 141, 142)를 구비하는 렌즈군을 포함할 수 있다. 구체적으로, 도 1 에 도시된 바와 같이 확대부(140)에 포함되는 렌즈군은 음의 군에 해당하고, 피사체 방향으로 볼록한 음의 제1렌즈(142) 및 음의 제2렌즈(141)를 포함할 수 있다.

확대부(140)에 포함되는 제1렌즈(142) 및 제2렌즈(141)는 투과율이 높은 광 투광성 수지 재질로 형성될 수 있고, 광조정부(130)로부터 입사된 광의 손실을 줄일 수 있는 재질로 형성될 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 구동형 발광 장치는 아래의 수학식 1 내지 수학식 5의 조건 중 적어도 하나 이상을 만족할 수 있다.

여기서, Group1은 확대부(140)에 포함되는 제1렌즈군의 초점거리를 나타내고, Group2는 광조정부(130)에 포함되는 제2렌즈군의 초점거리를 나타낸다. 즉, 수학식 1은 제1렌즈군과 제2렌즈군의 초점거리 비율이다.

본 발명에 따른 구동형 발광 장치에서 제1렌즈군과 제2렌즈군의 초점거리 비율이 상한(-1.5) 또는 하한(-3)을 벗어나게 되면, 타겟팅하는 스캐닝 해상도에 적합하지 않게 된다.

여기서, EFL는 광학계 전체의 초점거리를 나타낸다. 즉, 수학식 2는 전체 광학계의 초점거리와 제1렌즈군의 초점거리의 비율이다.

본 발명에 따른 구동형 발광 장치에서 전체 광학계의 초점거리와 제1렌즈군의 초점거리의 비율이 상한(1.4) 또는 하한(0.7)을 벗어나게 되면 스캐닝 각도가 140도의 범위를 벗어나게 된다.

여기서, FL1은 확대부(140)에 포함되는 제1렌즈(142)의 피사체 방향으로부터의 초점거리를 나타내고, FL3은 광조정부(130)에 포함되는 제3렌즈(132)의 피사체 방향으로부터의 초점거리를 나타낸다. 즉, 수학식 3은 제1렌즈(142)와 제3렌즈(132)의 초점거리 비율이다.

본 발명에 따른 구동형 발광 장치에서 제1렌즈(142)와 제3렌즈(132)의 초점거리 비율이 상한(-0.08) 또는 하한(-0.14)을 벗어나게 되면 타겟팅하는 스캐닝 해상도에 적합하지 않게 된다.

여기서, Group3는 집광부(120)에 포함되는 제3렌즈군의 초점거리를 나타낸다. 즉, 수학식 4는 제3렌즈군의 초점거리이다.

본 발명에 따른 구동형 발광 장치에서 제3렌즈군의 초점거리가 상한(1.8) 또는 하한(1.3)을 벗어나게 되면 광원에서 출력되는 광을 집광하기 어려워져 타겟팅하는 스캐닝 해상도에 적합하지 않게 된다.

여기서, 70 Dec.dist는 발산각이 70도에 해당하는 제3렌즈군의 디센터(decenter) 거리(mm)를 나타낸다. 즉, 수학식 5는 제3렌즈군의 이동량과 제1렌즈군의 초점거리의 비율이다.

본 발명에 따른 구동형 발광 장치에서 제3렌즈군의 이동량과 제1렌즈군의 초점거리의 비율이 상한(-3.5) 또는 하한(-5)을 벗어나게 되면 렌즈 사이즈가 커지게 되고, 그에 따라 타겟팅하는 스캐닝 해상도에 적합하지 않게 된다.

결국, 위와 같은 수학식 1 내지 수학식 5의 조건 중 적어도 하나 이상을 만족하는 경우, 본 발명에 따른 구동형 발광 장치는 상대적으로 작은(약 3mm 수준) 광조정부(130)의 구동으로 140도의 스캐닝이 가능하게 되고, 타겟팅한 스캐닝 해상도를 얻을 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 구동형 발광 장치는 광조정부(130)를 광원(110) 및 집광부(120)의 중심을 포함하는 광축(150)을 기준으로, 수직한 방향으로 구동시키는 구동부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 구동부는 VCM(voice coil motor)를 이용하거나 스텝 모터(step motor) 등의 모터를 이용하거나, 또는 피에조(piezo)를 이용하여, 광조정부(130)를 구동할 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 구동형 발광 장치는 피사체에 광을 조사하여 해당 피사체를 감지하기 위해, 피사체까지의 거리와 피사체의 크기를 고려하여, 광조절부(130)에서 제어되는 발산각의 크기를 결정할 수 있다.

구체적으로, 피사체의 크기가 크거나 또는 피사체까지의 거리가 먼 경우, 발산각의 크기를 증가시킬 수 있다. 반대로 피사체의 크기가 작거나 또는 피사체까지의 거리가 가까운 경우, 발산각의 크기를 감소시킬 수 있다.

한편, 본 발명에 포함되는 집광부(120), 광조정부(130) 및 확대부(140)는 액체 렌즈, 액정 렌즈, 또는 폴리머 렌즈 중 적어도 1 이상을 포함할 수 있다. 여기서, 액체 렌즈는 전압 변화를 통해 액체와 액체 사이의 곡률을 변형시키고 이에 따라, 렌즈를 통과한 광의 초점 길이를 제어할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 구동형 발광 장치에서, 광조정부가 광축을 기준으로 아래로 구동한 예를 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 구동형 발광 장치는 광원(210), 집광부(220), 광조정부(230) 및 확대부(240)를 포함할 수 있다. 여기서, 확대부(240)는 제1렌즈(242) 및 제2렌즈(241)를 포함할 수 있고, 광조정부(230)는 제3렌즈(232) 및 제4렌즈(231)를 포함할 수 있고, 집광부(220)는 제5렌즈(222) 및 제6렌즈(221)를 포함할 수 있다.

도 2에 도시된 광원(210), 집광부(220) 및 확대부(240)는 앞서 설명한 도 1에 도시된 구성들과 실질적으로 동일하므로 중복되는 설명은 생략하고, 본 발명에 따른 구동형 발광 장치의 특징적인 구성인 광조정부(230)에 대하여 설명한다.

광조정부(230)는 집광부(220)에서 집광된 광의 경로를 조정하는 구성으로, 광원(210) 및 집광부(220)의 중심을 포함하는 광축(250)을 기준으로, 수직한 방향으로 구동할 수 있다. 구체적으로, 도 2의 경우, 광축(250)은 X축에 해당하고, 그에 따라 광조정부(230)가 Y축을 따라 아래로 특정 간격(233)만큼 구동한 예를 확인할 수 있다.

즉, 위와 같은 광조정부(230)의 구동(233)을 통해 출력되는 광의 지향방향이 도 1과 달리 아래 방향으로 조절되고, 그에 따라 본 발명에 따른 구동형 발광 장치는 집광부(220)에서 집광된 광의 발산각을 조절할 수 있게 된다.

그리고, 도 2의 구동형 발광 장치 역시 앞서 설명한 수학식 1 내지 수학식 5의 조건 중 적어도 하나 이상을 만족할 수 있고, 그에 따라 상대적으로 작은(약 3mm 수준) 광조정부(130)의 구동으로 140도의 스캐닝이 가능하게 되고, 타겟팅한 스캐닝 해상도를 얻을 수 있게 된다.

도 3은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 구동형 발광 장치에서, 광조정부가 광축을 기준으로 아래로 구동한 예를 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 구동형 발광 장치는 광원(310), 집광부(320), 광조정부(330) 및 확대부(340)를 포함할 수 있다. 여기서, 확대부(340)는 제1렌즈(342) 및 제2렌즈(341)를 포함할 수 있고, 광조정부(330)는 제3렌즈(332) 및 제4렌즈(331)를 포함할 수 있다.

도 3에 도시된 광원(310) 및 확대부(340)는 앞서 설명한 도 1 및 도 2에 도시된 구성들과 실질적으로 동일하므로 중복되는 설명은 생략하고, 본 발명에 따른 구동형 발광 장치의 특징적인 구성인 집광부(320) 및 광조정부(330)에 대하여 설명한다.

집광부(320)는 광원(310)에서 출력된 광을 굴절시켜 집광한 뒤 광조절부(330)에 전달할 수 있다. 여기서, 집광부(320)는 도 1 및 도 2의 집광부(120, 220)와 달리 1개의 렌즈(또는 광학부재, 320)만을 포함할 수 있다. 구체적으로, 도 3의 집광부(320)는 양면이 모두 볼록하거나 또는 피사체 방향으로 볼록한 양의 렌즈를 포함할 수 있다.

그리고, 광조정부(330)는 집광부(320)에서 집광된 광의 경로를 조정하는 구성으로, 도 1 및 도 2의 광조정부(130, 230)에 구비되는 렌즈들과 다른 형상을 가지는 2개의 렌즈(331, 332)를 구비하는 렌즈군을 포함할 수 있다. 여기서, 2개의 렌즈(331, 332)를 구비하는 렌즈군은 양의 군에 해당한다.

마찬가지로, 도 3의 광조정부(330)는 광원(310) 및 집광부(320)의 중심을 포함하는 광축(350)을 기준으로 수직한 방향으로 구동할 수 있다. 여기서, 광축(350)은 X축에 해당하고, 그에 따라 광조정부(330)가 Y축을 따라 아래로 특정 간격(333)만큼 구동한 예를 확인할 수 있다.

즉, 위와 같은 광조정부(330)의 구동(333)을 통해 출력되는 광의 지향방향이 도 1과 달리 아래 방향으로 조절되고, 그에 따라 본 발명에 따른 구동형 발광 장치는 집광부(320)에서 집광된 광의 발산각을 조절할 수 있게 된다.

그리고, 도 3의 구동형 발광 장치 역시 앞서 설명한 수학식 1 내지 수학식 5의 조건 중 적어도 하나 이상을 만족할 수 있고, 그에 따라 상대적으로 작은(약 3mm 수준) 광조정부(130)의 구동으로 140도의 스캐닝이 가능하게 되고, 타겟팅한 스캐닝 해상도를 얻을 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 구동형 발광 장치를 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 구동형 발광 장치는 광원(410), 집광부(420), 광조정부(430) 및 확대부(440)를 포함할 수 있다. 여기서, 확대부(440)는 제1렌즈(442) 및 제2렌즈(441)를 포함할 수 있고, 광조정부(430)는 제3렌즈(432) 및 제4렌즈(431)를 포함할 수 있고, 집광부(420)는 제5렌즈(422) 및 제6렌즈(421)를 포함할 수 있다.

도 4에 도시된 광원(410), 집광부(420) 및 확대부(440)는 앞서 설명한 도 1 및 도 2에 도시된 구성들과 실질적으로 동일하므로 중복되는 설명은 생략하고, 본 발명에 따른 구동형 발광 장치의 특징적인 구성인 광조정부(430)에 대하여 설명한다.

광조정부(430)는 집광부(420)에서 집광된 광의 경로를 조정하는 구성으로, 광원(410) 및 집광부(420)의 중심을 포함하는 광축(450)을 기준으로, 수직한 방향으로 구동할 수 있다. 구체적으로, 도 4의 경우, 광축(450)은 X축에 해당하고, 그에 따라 광조정부(430)는 Y축을 따라 구동할 수 있다.

즉, 위와 같은 광조정부(430)의 구동(예를 들어, Y축)을 통해 출력되는 광의 지향방향이 조절되고, 그에 따라 본 발명에 따른 구동형 발광 장치는 집광부(420)에서 집광된 광의 발산각을 조절할 수 있게 된다.

그리고, 광조정부(430)는 도 1 및 도 2의 광조정부(130, 230)에 구비되는 렌즈들과 다른 형상을 가지는 2개의 렌즈(431, 432)를 구비하는 렌즈군을 포함할 수 있다. 여기서, 2개의 렌즈(431, 432)를 구비하는 렌즈군은 양의 군에 해당하고, 양면이 모두 볼록하거나 또는 상면 방향으로 볼록한 양의 제3렌즈(432) 및 양면이 모두 볼록하거나 또는 피사체 방향으로 볼록한 양의 제4렌즈(431)를 포함할 수 있다.

그리고, 도 4의 구동형 발광 장치 역시 앞서 설명한 수학식 1 내지 수학식 5의 조건 중 적어도 하나 이상을 만족할 수 있고, 그에 따라 상대적으로 작은(약 3mm 수준) 광조정부(130)의 구동으로 140도의 스캐닝이 가능하게 되고, 타겟팅한 스캐닝 해상도를 얻을 수 있게 된다.

도 5는 도 1, 도 3 및 도 4의 실시 예들에 따른 구동형 발광 장치에 포함되는 구성요소들의 사양(specification)을 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 도 1(실시예1), 도 3(실시예2) 및 도 4(실시예3)의 실시 예들에 포함되는 구성들의 사양들을 확인할 수 있다. 그리고, 이들은 앞서 설명한 수학식 1 내지 수학식 5에 포함되는 각종 변수에 해당함을 알 수 있다.

도 6은 도 1, 도 3 및 도 4의 실시 예들에 따른 구동형 발광 장치에 포함되는 구성요소들의 사양들이 만족하는 조건들을 나타내는 도면이다.

도 6을 참조하면, 도 1(실시예1), 도 3(실시예2) 및 도 4(실시예3)의 실시 예들에 포함되는 구성들의 사양들을 앞서 설명한 수학식 1 내지 수학식 5에 대입된 결과를 확인할 수 있다.

구체적으로, 해당 실시예1, 실시예2 및 실시예3 모두 앞서 설명한 수학식 1 내지 수학식 5의 조건 모두를 만족하는 것을 확인할 수 있다. 결국, 실시예1, 실시예2 및 실시예3에 따른 구동형 발광 장치는 상대적으로 작은(약 3mm 수준) 광조정부(130)의 구동으로 140도의 스캐닝이 가능하고, 타겟팅한 스캐닝 해상도를 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.

결국, 본 발명에 따른 구동형 발광 장치는 구비되는 광조정부를 광축에 수직되는 방향으로 구동하여, 출력되는 광의 발산각을 제어할 수 있고, 렌즈의 디센터를 통하여 광의 진행 각도를 변경하기 때문에, 상대적으로 작은 구동으로 140도 이상의 스캐닝이 가능하게 된다.

따라서, 이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims

물체측으로부터 순서대로,
음(-)의 군에 해당하는 제1렌즈군;
양(+)의 군에 해당하는 제2렌즈군;
양(+)의 군에 해당하는 제3렌즈군; 및
상기 제1 내지 제3렌즈군을 관통하는 광을 출력하는 광원을 포함하고,
상기 제1렌즈군은 음(-)의 굴절력을 갖는 제1렌즈와 음(-)의 굴절력을 갖는 제2렌즈를 포함하고,
상기 제2렌즈군은 양(+)의 굴절력을 갖는 제3렌즈와 양(+)의 굴절력을 갖는 제4렌즈를 포함하고,
상기 제3렌즈군은 양(+)의 굴절력을 갖는 제5렌즈와 양(+)의 굴절력을 갖는 제6렌즈를 포함하고,
상기 광원으로부터 상기 제1렌즈군으로 출사되는 광의 출사각은 광축을 기준으로 최대 +70도 내지 -70도 범위인 발광형 구동 장치.
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제1항에 있어서,
상기 제1렌즈는 물체측면이 볼록한 매니스커스 형상을 갖고,
상기 제2렌즈는 물체측면이 볼록한 매니스커스 형상을 갖는 발광형 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 제3렌즈는 양면이 볼록한 형상을 갖고,
상기 제4렌즈는 양면이 볼록한 형상을 갖는 발광형 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 제5렌즈는 양면이 모두 볼록한 형상을 갖고,
상기 제6렌즈는 양면이 모두 볼록한 형상을 갖는 발광형 구동 장치.
제1항 및 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
아래의 수학식 1을 만족하는 발광형 구동 장치.
<수학식 1>

(상기 수학식 1에서 Group1은 상기 제1렌즈군의 초점 거리를 의미하고, Group2는 상기 제2렌즈군의 초점 거리를 의미한다.)
제1항 및 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
아래의 수학식 2를 만족하는 발광형 구동 장치.
<수학식 2>

(상기 수학식 2에서 Group1은 상기 제1렌즈군의 초점 거리를 의미하고, EFL은 광학계 전체의 초점 거리를 의미한다.)
제1항 및 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
아래의 수학식 3을 만족하는 발광형 구동 장치.
<수학식 3>

(상기 수학식 3에서 FL3은 상기 제3렌즈의 초점 거리를 의미하고, FL1은 상기 제1렌즈의 초점 거리를 의미한다.)
제1항 및 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
아래의 수학식 4를 만족하는 발광형 구동 장치.
<수학식 4>

(상기 수학식 4에서 Group3은 상기 제3렌즈군의 초점 거리를 의미한다.)
제1항 및 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
아래의 수학식 5를 만족하는 발광형 구동 장치.
<수학식 5>

(상기 수학식 5에서 Group1은 상기 제1렌즈군의 초점 거리를 의미하고, 70 Dec.dist는 발산각이 70도에 해당하는 상기 제3렌즈군의 디센터(decenter) 거리를 의미한다.)
제1항에 있어서,
상기 제3렌즈군은 상기 광원에서 출력되는 광을 집광하고,
상기 제2렌즈군은 광축을 기준으로 수직 방향으로 구동되어 상기 제3렌즈군으로부터 집광된 광의 발산각을 제어하고,
상기 제1렌즈군은 상기 제2렌즈군으로부터 입사된 광의 출사각을 확대시키는 발광형 구동 장치.
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