KR20070018805A - Optical system and method for use in projection systems - Google Patents

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KR20070018805A KR1020067009634A KR20067009634A KR20070018805A KR 20070018805 A KR20070018805 A KR 20070018805A KR 1020067009634 A KR1020067009634 A KR 1020067009634A KR 20067009634 A KR20067009634 A KR 20067009634A KR 20070018805 A KR20070018805 A KR 20070018805A
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유발 카펠너
이자르 에얄
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익스플레이 엘티디.
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Abstract

광학 시스템과 방법이 조절된 조사 라이트 패턴을 생산하기 위하여 제시된다. 본 시스템은 다수의 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 형태로 구조화된 라이트를 생산하기 위하여 실시가능하게 구성된 라이트 소스 시스템; 그리고 빔 형상화 배열을 포함한다. 빔 형상화 배열은 적어도 하기의 하나를 수행하기 위하여 실시 가능하게 구성된 회절성의 광학 유닛으로 구성된다: (ⅰ) 공간적으로 분리된 라이트 빔들을의 배열을 단순 라이트 빔으로 결합하여 이것에 의하여 조사 라이트의 강도가 충분하게 증가하거나; (ⅱ) 실질상 직사각형인 일정 강도 프로파일의 조사 라이트를 제공하기 위하여 라이트 빔의 강도 프로파일을 적용한다Optical systems and methods are presented to produce controlled illumination light patterns. The system comprises a light source system operatively configured to produce light structured in the form of a plurality of spatially separated light beams; And a beam shaping arrangement. The beam shaping arrangement consists of diffractive optical units operatively configured to perform at least one of the following: (i) combining an array of spatially separated light beams into a simple light beam, thereby intensifying the intensity of the irradiated light; Increases sufficiently; (Ii) apply the intensity profile of the light beam to provide a substantially uniform rectangular intensity illumination beam;

반도체, 투사시스템, 광학 시스템 Semiconductor, Projection System, Optical System

Description

투사 시스템들에 사용하기 위한 광학 시스템 및 방법{OPTICAL SYSTEM AND METHOD FOR USE IN PROJECTION SYSTEMS}Optical system and method for use in projection systems {OPTICAL SYSTEM AND METHOD FOR USE IN PROJECTION SYSTEMS}

본 발명은 일반적으로 투사 시스템들에 사용하기에 적합한 광학 시스템들 및 방법들 그리고 최적화된 라이트(light) 소스 그리고 빔 형상화(shaping) 시스템 및 방법에 관련된 것이다.The present invention relates generally to optical systems and methods suitable for use in projection systems and to optimized light source and beam shaping systems and methods.

라이트 소스 기술 진보에 있어서, 라이트 발광 다이오드들(LEDs) 및 레이저들은 지속적으로 성장하는 응용분야에 이용되고 있다. 라이트 소스들의 이러한 형태들은, 그들의 향상된 광학 효율 및 낮은 동력 소비 때문에 표준 라이트 소스인 할로겐, 플러리슨(florescent) 등과 같은 것들을 대체하고 있다.In light source technology advances, light emitting diodes (LEDs) and lasers are being used for ever-growing applications. These forms of light sources are replacing standard light sources such as halogen, florescent and the like because of their improved optical efficiency and low power consumption.

발광/멀티미디어 산업 분야에서 핵심이 되는 라이트 소스들인 LEDs 및 레이저들이 여전히 가지고 있는 문제들은 높은 광학 동력을 제공하면서 상대적으로 낮은 동력 소비가 불가능하고, 높은 동력 소스들을 요구하는 오늘날의 투사 시스템의 낮은 효율 때문에 라이트 소스를 전반적으로 낮은 가격대에 물리적으로 작은 크기로 제공하는 것이 불가능하다는 것이다. The problems still present with LEDs and lasers, the key light sources in the luminescence / multimedia industry, are due to the low efficiency of today's projection systems that provide high optical power, relatively low power consumption, and require high power sources. It is impossible to provide a light source in a physically small size at a low price point overall.

단일 레이저 다이오드로 이루어진 레이저 라이트 소스는 높은 동력 출력이 필요성 및 그 제조방법 때문에 라이트 소소 응용분야에 사용되기에는 비용이 많이 든다.Laser light sources consisting of a single laser diode are expensive to use in light source applications due to the need for high power output and manufacturing methods.

수직 공진기형 표면 발광 레이저(VCSEL)는 발전 되어왔다. VCSEL은 현재 라이트섬유 통신 소자들에 대부분 사용되는 말단 발광 레이저들(EEL)에 비하여 상당한 이점을 제공하는 반도체 마이크로레이저이다. EELs는 반도체 층들 사이의 경계들에 평행한 가간섭성(coherent)의 라이트 또는 적외선 에너지를 방출한다. VCSEL은 층들 간의 경계와 수직으로 그것의 가간섭성의 에너지를 방출한다. VCSELs는 높은 작동효율 및 낮은 가격의 이점이 있다. 구조에 기초한 VCSELs는 2차원 배열 구성의 웨이퍼(wafer)로부터 작은 입체 모양으로 바로 잘려 질 수 있다. VCSEL은 고도의 집적 배열이 가능하므로 낮은 초기 전류로 작동한다. 라이트검출기 형상과 거의 동일한 VCSEL의 표면-노멀(normal) 방출은 용이한 정렬 및 패키징을 제공하며; VCSELs는원형의 낮은 발산 출력 빔들을 제공하므로 광학 교정의 필요를 없애준다. VCSEL는 말단 발광 레이저 다이오드들에 비하여 온도에 덜 민감하고, 낮은 전력 소비로 빠른 전송 속도를 낸다. Vertical resonator surface emitting lasers (VCSELs) have been developed. VCSELs are semiconductor microlasers that offer significant advantages over end-emitting lasers (EEL), which are currently used mostly in light fiber communication devices. EELs emit coherent light or infrared energy parallel to the boundaries between semiconductor layers. The VCSEL emits its coherent energy perpendicular to the boundaries between the layers. VCSELs have the advantages of high operating efficiency and low cost. Structure-based VCSELs can be cut straight into small solid shapes from wafers in a two-dimensional array configuration. The VCSELs operate at low initial currents because of their highly integrated arrangement. Surface-normal emission of the VCSEL, which is nearly identical to the light detector shape, provides easy alignment and packaging; VCSELs provide circular low divergence output beams, eliminating the need for optical calibration. VCSELs are less temperature sensitive compared to terminal light emitting laser diodes, resulting in high transfer rates with low power consumption.

수직 공진기형 표면 발광 레이저 및 이것의 제조 방법은 예를 들면 미합중국 특허 제6,542,531에 개시되어 있다. 여기서 전자적으로 펌프된(펌프된) VCSEL은 DBR 상부 및 하부 적층들 사이에 끼워진 활성 공동(공동) 재료들을 포함한다. 상부 DBR은 적어도 하나의 n-반도체 층을 가진다. 상기 소자는 구조화된 활성 공동 재료표면 및 상기 상부 DBR 적층의 n-반도체 층 사이의 간극 영역을 명시한다. 상기 구조화된 표면은 적어도 p++/n++ 터널 접합의 상부의 n++층 및 메사 외측의 p-타입(type) 층의 표면을 포함하는 메사(mesa)의 상부 표면에 형성된다. 상기 구조 화된 표면은 이러한 표면들의 변형 때문에 상기 DBR 적층의 n-반도체 층의 표면에 융합되며, 이것에 의하여 융합된 표면들 사이의 메사의 부근에 공기 갭(gap)을 형성한다. 상기 활성 영역은 공기 갭에 의하여 둘러쌓인 메사를 포함하는 전류 간극에 의하여 한정되는데, 이것에 의하여 상기 공기 갭이 VSCEL에서 굴절률의 측면 편자를 제공하는 동안, 활성 영역으로의 전류 흐름을 제한할 수 있다. Vertical resonator type surface emitting lasers and methods for their preparation are disclosed, for example, in US Pat. No. 6,542,531. The electronically pumped (pumped) VCSEL here comprises active cavity (cavity) materials sandwiched between the DBR top and bottom stacks. The upper DBR has at least one n-semiconductor layer. The device specifies a gap region between a structured active cavity material surface and an n-semiconductor layer of the upper DBR stack. The structured surface is formed on the top surface of the mesa including at least the n ++ layer on top of the p ++ / n ++ tunnel junction and the surface of the p-type layer outside the mesa. The structured surface fuses to the surface of the n-semiconductor layer of the DBR stack because of the deformation of these surfaces, thereby forming an air gap in the vicinity of the mesa between the fused surfaces. The active region is defined by a current gap comprising a mesa surrounded by an air gap, thereby limiting the flow of current into the active region while the air gap provides a side deflection of the refractive index in the VSCEL. .

미합중국 특허 제6,546,029는 미세하고-전기기계적으로 조화된 수직 공동 라이트(사진nic)소자 및 이것의 제조 방법에 대하여 개시하고 있다. 조화된 파브리-페롯(Fabry-Perot) 수직 공동 라이트소자는 그들간의 조화된 공기-갭 공동 및 상부와 하부 반도체 DBR 적층들을 포함한다. 상기 공기-갭 공동은 하부 DBR 적층 위의 절연물내의 와(recess) 내부에 형성된다. 상기 상부 DBR 적층은 외측 DBR 적층 및 와의 상부 지지 구조의 영역은 상기 소자 접촉으로의 전압 조정의 적용에 의한 파막 편향을 제공하는 동안 와의 중심 영역의 위에 위치된 지지구조 영역 내의 그 영역에 의하여 유지된다.U. S. Patent No. 6,546, 029 discloses a fine, electromechanically coordinated vertical cavity light (photonic) device and a method of manufacturing the same. Harmonized Fabry-Perot vertical cavity light devices include harmonized air-gap cavities and top and bottom semiconductor DBR stacks therebetween. The air-gap cavity is formed inside a recess in the insulator above the bottom DBR stack. The upper DBR stack is maintained by the region in the support structure region located above the center region of the vortex while the region of the outer DBR stack and the upper support structure of the vortex provide rupture deflection by application of voltage regulation to the device contact. .

비록 몇몇 프러미스(promise)가 가시적인 적색 VCSELs를 실연함에 있어서 만들어졌지만, 오늘날 대부분의 VSCELs은 비(non)-가시영역(visible range)에서 주로 원거리통신의 목적으로 사용한다.Although some promises have been made in demonstrating visible red VCSELs, most VSCELs today are used primarily for telecommunication purposes in the non-visible range.

내부에 45°의 반사 거울을 가진 차세대 FP 레이저들 역시 표면 발광을 가능하게 하는 FP 레이저들로 제작되어 진다.Next-generation FP lasers with a 45 ° reflective mirror inside are also manufactured with FP lasers that enable surface light emission.

응용분야에 사용되기 위하여 효율을 높이고 바람직하게는 크기가 작은 광학 시스템들이 본 분야에서 요구된다.There is a need in the art for optical systems of high efficiency and preferably small size for use in applications.

본 발명은 광학 시스템 효율(예, 투사 시스템들), 비용 및 크기를 극적으로 최적화하기 위한 라이트 전파 측면(광학 경로) 및 라이트소스 측면을 위한 새로운 접근을 제공하며; 또한 라이트 빔 속성들을 총체적으로 제한하는 광학 요소들을 위한 저렴한 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a novel approach for light propagation side (optical path) and light source side for dramatically optimizing optical system efficiency (e.g., projection systems), cost and size; It also provides an inexpensive manufacturing method for optical elements that collectively limits light beam properties.

본 발명의 라이트 소스 시스템은 구조(structure) 라이트(light)을 생성하기 위하여 구성되며, 바람직하게는 마이크로 라이트 소스들의 배열을 포함하고, 이것은 상기 라이트 소스 시스템 성능효율을 향상하기 위한 최적화된 방법(구체적인 응용에 좌우됨) 내에서 실시할 수 있다. 또한, 상기 라이트 소스 시스템은 라이트 수집/전달 유닛(예, 컬렉션(collection) 렌즈들)을 포함한다. 마이크로 라이트 소스들은 바람직하게는 종래 기판에 의해 지지되며, 컬렉션 렌즈들은 라이트 소스들 평면 위에 위치된다. 마이크로 라이트 소스들은 라이트 소소 시스템(내부 논리(logic) 유닛) 의 내부에 통합되거나 또는 라이트 소스 시스템과 연결 가능한 독립 유닛(외부 유닛)일 수 있는 제한 유닛에 의하여 제한된 연속적인 메커니즘을 사용하여 실시될 수 있다. 이와 같은 논리 유닛은, 결과적으로 두 개의 라이트 소스 요소들 상의 최대 거리, 열 발생의 최소화 및 열 발산의 최대화를 제공하는 방법으로 라이트 소스 요소(레이저)의 접촉 및 단락을 제한하기 위하여 구조화되고 실시가 가능하다. The light source system of the present invention is configured to generate structure light, and preferably comprises an arrangement of micro light sources, which is an optimized method for improving the light source system performance efficiency. Depending on the application). The light source system also includes a light collection / transmission unit (eg, collection lenses). The micro light sources are preferably supported by a conventional substrate and the collection lenses are located above the light source planes. Micro light sources can be implemented using a continuous mechanism limited by a limiting unit that can be integrated inside the light source system (internal logic unit) or can be an independent unit (external unit) connectable to the light source system. have. Such a logic unit is structured and implemented to limit contact and shorting of the light source element (laser) in a way that provides maximum distance on the two light source elements, minimizing heat generation and maximizing heat dissipation. It is possible.

바람직하게는, 본 발명의 라이트 소스 시스템은 VCSELs과 같은 다수의 SE 레이저들, 또는 밀접하게 채워진 다수의 EE 레이저들을 이용한다. VCSELs는 펌핑(pumping) 소스가 아니라 실제 라이트 소스로 사용될 수 있다. 선택적으로, 가 시적인 스펙트럼의 범위(예를 들면 녹색 라이트 또는 청색 라이트)내에서 가시적인 스펙트럼의 범위 밖의 VCSELs 발광 라이트를 사용하여 실시하기 위하여, VCSELs는 직접적으로 VCSEL 레이저 라이트선을 발하는 주파수를 배가하거나, 또는 펌프 소스로서 VCSEL을 사용하여 레이저 라이트선을 발하는 크리스털들과 결합 되고 그런 연후에 레이저 크리스털로부터 가시적인 범위로 방출된 주파수를 배가하는, 비선형 광학 매체(예, 크리스털 혹은 폴리머)와 함께 사용된다. Preferably, the light source system of the present invention utilizes multiple SE lasers, such as VCSELs, or a plurality of closely filled EE lasers. VCSELs can be used as actual light sources, not as pumping sources. Optionally, to implement using VCSELs emitting light outside the visible spectrum within the visible spectrum (eg green light or blue light), the VCSELs directly multiply the frequency that emits the VCSEL laser light line. Or with nonlinear optical media (e.g., crystals or polymers), which are combined with crystals that emit laser light using the VCSEL as a pump source and subsequently multiply the frequency emitted in the visible range from the laser crystal. .

추가적으로, 본 발명은 새로운 빔 형상화 기술을 제공한다. 일반적으로, 빔 형상화는 일정한 라이트 입력(단순 빔 또는 다수의 빔)으로부터, 조절된 cross section 단면의 출력 라이트를 제공하는 것이 목적이다. 빔 형상화의 이용은 최적화된 라이트 소스로서 다수의 마이크로 라이트 소스들(예, VCSELs)을 실시할 때에 필수적이다. 다수의 마이크로 라이트 소스들은 구조화된 라이트를 발생시키는데, 말하자면, 다수의 공간적으로 분리된 라이트 빔들, 조합될 때는, 한편으로는 고 밀도의 출력 빔을 제공하며, 그리고 다른 한편으로는 적절하게 형상화시킨다. 본 발명의 빔 형상화 기술은, 탑햇(tophat) 또는 탑햇 요소들의 배열; 담만(Dammann) 격자들; 역 담만 격자; 다중-픽셀 회절성의 광학 페이스(phase) 마스크(필터); 그리고/또는 프랙털(fractal)에 기초한 접근을 이용하는 회절성의 광학 요소를 사용하는, 회절성의 광학 구조체를 이용한다.In addition, the present invention provides new beam shaping techniques. In general, the beam shaping aims to provide an output light of controlled cross section cross section from a constant light input (simple beam or multiple beams). The use of beam shaping is essential when implementing multiple micro light sources (eg VCSELs) as an optimized light source. Multiple micro light sources generate structured light, that is, multiple spatially separated light beams, when combined, provide a high density output beam on the one hand and properly shape on the other. Beam shaping techniques of the present invention include a top hat or an arrangement of top hat elements; Dammann gratings; Reverse fencing lattice; Multi-pixel diffractive optical phase masks (filters); And / or using a diffractive optical structure, using a diffractive optical element using a fractal based approach.

따라서, 본 발명의 넓은 견지에 따르면, 다수의 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 형태로 구조화된 라이트를 산출하기 위하여 작동가능하고 구조화된 라이트 소스 시스템; 그리고 빔 형상화 배열; 빔 형상화 배열은 적어도: (ⅰ) 공간적으로 분리된 라이트 빔들을 단순 라이트 빔으로 결합시켜서 조사하는 라이트 강도를 충분히 증가시키고; (ⅱ) 실질적으로 직교하는 일정한 강도 프로필(profile)의 라이트을 조사하기 위한 라이트 빔의 강도 프로필을 적용하는것; 중의 하나를 수행하기 위하여 실시 가능하고 구조화된 회절성의 광학 유닛으로 구조화되는 것을 포함하는, 조절된 발광 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템을 제공한다.Thus, in accordance with a broad aspect of the present invention, there is provided a light source system operable and structured to produce structured light in the form of a plurality of spatially separated light beams; And beam shaping arrangement; The beam shaping arrangement can at least: (i) combine spatially separated light beams into a simple light beam to sufficiently increase the light intensity to be irradiated; (Ii) applying an intensity profile of the light beam to irradiate light of a substantially orthogonal constant intensity profile; A structured optical system is provided to provide a regulated luminescent light pattern, which is structured into a structured diffractive optical unit that is feasible to perform one of the following.

라이트 소스 시스템(light source 시스템)은 구조 라이트 중의 하나에 대응하는 것들을 각각 생산하는 다수의 라이트 소스 요소들 배열을 포함한다. 선택적 또는 추가적으로, 라이트 소스 시스템은 단일 라이트 빔을 생성하는 적어도 하나의 라이트 소스, 그리고 라이트 빔을 다수의 공간적으로 분리된 라이트 빔들로 나누기 위한 라이트 스플릿팅 유닛(light splitting unit)을 포함할 수 있다. The light source system includes a plurality of arrays of light source elements each producing one corresponding to one of the structured lights. Optionally or additionally, the light source system may include at least one light source for generating a single light beam, and a light splitting unit for dividing the light beam into a plurality of spatially separated light beams.

라이트 스플릿팅 유닛(light splitting unit)은 라이트 빔으로부터 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 배열을 생성하게 하기 위해 구성된 다중-픽셀(multi-fixel) 회절성의 광학 페이스 마스크를 포함할 수 있다. 다중-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크는 각각의 다중 픽셀들 범위 내에서 하위-픽셀들의 배열로 정의 되도록 구성될 수 있는데, 이것에 의하여 각각의 공간적으로 분리된 라이트 빔들로부터 다수의 공간적으로 분리된 라이트 빔들(프랙털 접근)(fractal approch)을 생성한다. 라이트 스플릿팅 유닛은 라이트 빔으로부터 공간적으로 분리된 다수의 라이트 빔들을 생성하도록 구성된 담만 격자 구조체을 포함할 수 있다. 라이트 스플릿팅 유닛은, 하나의 담만 격자 구조체로부터의 각각의 라이트 빔 출력은 연속하는 담 만 격자 구조체을 통해 직접 연결되는 것과 같은, 종속적인 방법으로 배열되는 담만 격자 구조체들(적어도 두 개)의 배열을 포함할 수 있으며, 이것에 의하여 제1 담만 격자 구조체에 의해 생성되는 다수의 라이트 빔들이 증가한다.The light splitting unit may include a multi-fixel diffractive optical face mask configured to generate an array of light beams spatially separated from the light beam. The multi-pixel diffractive optical face mask can be configured to be defined as an array of sub-pixels within each multiple pixels range, whereby multiple spatially separated light beams from each spatially separated light beams Create a fractal approch. The light splitting unit may comprise a Damman grating structure configured to generate a plurality of light beams spatially separated from the light beam. The light splitting unit comprises an array of at least two Damman lattice structures arranged in a dependent manner, such that each light beam output from one Damman lattice structure is directly connected through a continuous Damman lattice structure. Which may increase the number of light beams produced by the first Damman grating structure.

광학 시스템은, 보다 바람직하게는 렌즈의 라이트축을 따라 그것들을 유도하기 위한 모든 라이트 빔들의 라이트상에 배열된 단일 렌즈를 포함하거나, 또는 라이트 빔들 중 대응하는 것의 각각 광경로 상에 렌즈들의 배열을 포함하는 포커싱과학(focusing optics)을 포함한다. The optical system more preferably comprises a single lens arranged on the light of all the light beams for guiding them along the light axis of the lens, or comprises an arrangement of the lenses on each optical path of the corresponding one of the light beams. Focusing optics.

라이트 소스 시스템은 직접적으로 혹은 부가적인 레이저 크리스탈을 통하여 펌핑 소스에 의해 발생되는 라이트에 의해 실시되기 위해 하나 또는 그 이상의 비선형 매체와 하나 또는 그 이상의 펌핑 라이트 소스를 포함할 수 있다. 펌핑 소스는 VCSELs와 같은 라이트 소스 요소들의 배열을 포함할 수 있다. 라이트 소스 시스템은 적어도 하나의 라이트 방광 다이오드(LED), 그리고 또는 적어도 하나의 EE 레이저, 그리고/또는 적어도 하나의 VCSEL를 포함할 수 있다. The light source system may include one or more nonlinear media and one or more pumping light sources to be effected by the light generated by the pumping source either directly or through an additional laser crystal. The pumping source may comprise an array of light source elements such as VCSELs. The light source system may include at least one light bladder diode (LED), and / or at least one EE laser, and / or at least one VCSEL.

빔 형상화 배열은 구조화된 광으로부터 단일 고-밀도 출력 빔을 생산하기 위해 역 담만 격자 구조체을 포함할 수 있다. 선택적으로 또는 추가적으로, 빔 형상화 배열은 다수의 라이트 빔들 중의 하나에 대응하는 것의 각각의 광학경로내에 탑햇 요소들의 배열 형태으로 되어있는 적어도 하나의 탑햇 요소 구조체(tophat element assembly)를 포함할 수 있다. 탑햇 요소 구조체는 그것으로부터 가상된 표면에 빔들의 모자이크를(mosaic) 발생시키거나, 또는 전체 표면을 충분히 커버링하고 그들의 강도를 합한 각각의 빔에 의하여, 가상된 표면(예를 들면, SLM 픽셀 또는 전체 픽셀 배열)의 형상에 대응하는 상당한 사각형의 강도 프로파일의 빔 출력을 생산하기 위하여 대응하는 라이트 빔의 프로파일의 강도에 영향을 주도록 구성된다. 역 담만 구조체는 역 담만 격자 구조체의 출력이 설치되어있는 탑햇 구조체과 같은 탑햇 구조체과 함께 사용된다. The beam shaping arrangement may include an inverted grating only grating structure to produce a single high-density output beam from the structured light. Alternatively or additionally, the beam shaping arrangement may comprise at least one top hat element assembly in the form of an arrangement of top hat elements in each optical path of the one corresponding to one of the plurality of light beams. The top hat element structure generates a mosaic of beams on the surface virtualized therefrom, or a virtualized surface (e.g., an SLM pixel or the whole) by each beam that sufficiently covers the entire surface and sums their intensities. And to influence the intensity of the profile of the corresponding light beam in order to produce a beam output of a substantial rectangular intensity profile corresponding to the shape of the pixel array). The inverse damman structure is used in conjunction with a top hat structure such as the top hat structure in which the output of the inverse damman lattice structure is installed.

역 담만 격자은 비선형 광학 매체를 펌핑하는 것을 이용한 종류의 라이트 소스 시스템과 사용된다. 이 경우에, 역 담만 격자는 광학 시스템을 통한 라이트 전파의 방향에 관계하여 비선형 매체의 상층에 설치된다. 추가적으로, 탑햇 요소 구조체는 역 담만 격자에 의해 생성되는 결합한 라이트 빔의 광학경로상에 설치되어 있다. 탑햇 요소 구조체는 비선형의 광학 매체를 펌핑하여 이용하는 종류의 라이트 소스 시스템과 사용될 수도 있으며, 여기에서 탑햇 요소 구조체는 비선형 매체의 출력부에 직접적으로 설치된다. Inverted Damman gratings are used with light source systems of the kind using pumping nonlinear optical media. In this case, the reverse damman grating is installed on top of the nonlinear medium in relation to the direction of light propagation through the optical system. In addition, the top hat element structure is mounted on the optical path of the combined light beams generated by the inverted dam grating. The top hat element structure may be used with a light source system of the kind that pumps non-linear optical media, where the top hat element structure is installed directly at the output of the non-linear media.

광학 시스템은, 보다 바람직하게는 라이트 소스 시스템과 결합된(associated) 제한유닛을 포함한다. 제한유닛은 연속된 메커니즘에 의해 미리 설정된 패턴에 따라 다수의 라이트 소스 요소들을 연속적으로 발동시키기 위하여 미리 프로그램된다. 패턴은 주어진 모든 시간에 오직 하나의 라이트 소스 요소만이 실시될 수 있고, 그리고 전체 라이트 소스 시스템은 필요한 실시 시간을 위해 일정하게 실시되는 동안 인간의 눈으로 볼수 있어서, 그것에 의해 라이트 소스 시스템에 의해 한정되는 단일 지역내의 과열을 줄인다. 패턴은 주어진 모든 시간의 순간에 가장 먼 라이트 소스 요소는 그것 전에 실시되었던 라이트 소스 요소와 관련하여 작동되는 것일 수 있다. 패턴은 주어진 모든 시간에 라이트 소스 요소들 중 오직 하나의 그룹만이 작동되는 것일 수 있다. The optical system more preferably comprises a restriction unit associated with the light source system. The limiting unit is pre-programmed to successively trigger a plurality of light source elements according to a pattern preset by a continuous mechanism. The pattern can be implemented only one light source element at any given time, and the entire light source system is visible to the human eye while being consistently carried out for the required runtime, thereby being defined by the light source system. Reduce overheating in a single area. The pattern may be that at any given moment of time the furthest light source element is operated in relation to the light source element that was implemented before it. The pattern may be that only one group of light source elements is active at any given time.

라이트 소스 시스템은 다른 파장 범위들에서 작동되는 것과 같이 각각 적어도 두 개의 라이트 소스들과 결합된 적어도 두 개의 공간적으로 분리된 광학경로 한정되도록 구성될수 있다. 라이트 소스들 중 적어도 하나는, 비선형 매체의 펌핑을 이용한 부류일 수 있으며, 그리고 적어도 다른 라이트 소스 하나는 활성 라이트 소스이다. 이 경우에, 빔 형상화 배열은 보다 바람직하게는, 그것을 통해 공간적으로 분리된 라이트 빔들이 통과하고, 그리고 그것에 의해 상당한 사각형 강도 프로파일의 출력 라이트 빔들을 생성되는 것을 허용하기 위해 광학경로중 하나 안에 설치되어있는 탑햇 요소 구조체; 그리고 일반적인 광학경로를 따라 전달되기 위한 적어도 두 개의 광학경로로부터 라이트를 결합하기 위한 라이트 결합 유닛을 포함한다.The light source system can be configured to be limited to at least two spatially separated optical paths, each coupled with at least two light sources, such as operating in different wavelength ranges. At least one of the light sources may be of a class using pumping of a nonlinear medium, and at least one other light source is an active light source. In this case, the beam shaping arrangement is more preferably installed in one of the optical paths to allow the spatially separated light beams to pass through and thereby produce output light beams of considerable rectangular intensity profile. A top hat element structure; And a light coupling unit for coupling light from at least two optical paths for transmission along a general optical path.

이러한 시스템은 SLM의 픽셀 배열을 조사하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 분리된 라이트 빔들은 SLM의 픽셀 배열에 대응하는 배열내에 배치된다. 탑햇 요소 구조체는 각각 라이트 빔들의 대응하는 것과 연관된 탑햇 요소들의 배열을 포함한다. 또한 빔 형상화 배열은 비선형 매체로부터, 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 미리 설정된 배열로 나타나는 스플릿팅 라이트를 위한 적어도 하나의 라이트 스플릿팅 유닛를 포함한다. Such a system can be used to examine the pixel arrangement of the SLM. The spatially separated light beams are placed in an array corresponding to the pixel array of the SLM. The top hat element structure includes an array of top hat elements each associated with the corresponding of the light beams. The beam shaping arrangement also includes at least one light splitting unit for splitting light, represented from a non-linear medium, as a preset arrangement of spatially separated light beams.

라이트 소스 시스템은 제1 및 제2 비선형 매체와 연관된 각각 다른 파장으로 작동되는 제1 및 제2 VCSEL 배열들과; 그리고 제3의 다른 파장으로 작동되는 레이저 다이 배열(raser die 배열들)들을 포함할 수 있다. 이 경우에, VCSEL 배열들은 비가시 스펙트럼 범위(non-visible spectral range)에서 작동되고, 그리고 크리스탈들은 각각 가시 스펙트럼 범위(visible spectral range)의 두 가지 다른 색깔을 생산하기 위해 사용된다.The light source system includes first and second VCSEL arrangements that operate at different wavelengths associated with the first and second nonlinear media, respectively; And laser die arrays operated at a third, different wavelength. In this case, the VCSEL arrays operate in the non-visible spectral range, and the crystals are each used to produce two different colors of the visible spectral range.

본 발명의 넓은 견지에 따르면, 공간적으로 분리된 다수의 라이트 빔들의 형태의 구조화된 라이트를 생성하기위해 실시되고 구성된 라이트 소스 시스템; 그리고 빔 형상화 배열을 포함하고; 빔 형상화 배열이 상기 다수와 결합하도록 작동되고 구조화된 역 담만 격자 구조체을 포함하고, 그것에 의하여 조사 라이트의 강도가 두드러지게 증가하는 것을 포함하는 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위해 구조화된 광학 시스템을 제공한다.According to a broad aspect of the present invention, there is provided a light source system implemented and configured to produce structured light in the form of a plurality of spatially separated light beams; And a beam shaping arrangement; A structured optical system is provided to provide a controlled illumination light pattern comprising a beam shaping arrangement comprising an inverted anti-lattice grating structure that is operated and structured to engage the plurality, thereby significantly increasing the intensity of the illumination light. .

본 발명의 또 다른 넓은 견지에 따르면, 공간적으로 분리된 다수의 라이트 빔들의 형태의 구조화된 라이트를 생성하기위해 실시되고 구성된 라이트 소스 시스템; 그리고 빔 형상화 배열을 포함하고; 그리고 그것으로부터 상당한 사각형의 균일한 강도의 프로파일의 라이트 빔을 생성하기 위해 그것을 통해 통과하는 라이트의 프로파일 강도에 영향을 주기 위해 작동 가능하고 각각 구조화된 탑햇 요소들의 배열을 포함하는 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위해 구성되는 광학 시스템을 제공한다. According to another broad aspect of the present invention, there is provided a light source system embodied and configured to produce structured light in the form of a plurality of spatially separated light beams; And a beam shaping arrangement; And from it a controlled irradiation light pattern operable to influence the profile intensity of the light passing through it to produce a light beam of profile of a substantially uniform uniform intensity. It provides an optical system configured to provide.

본 발명의 또 다른 넓은 견지에 따르면, 적어도 하나의 라이트 빔을 생성하기 위해 작동 가능하고 구조화된 라이트 소스 시스템; 그리고 실질적으로 동등한 강도 값과 프로파일의 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 미리 설정된 배열에 의해 형성되는 구조화된 라이트인 라이트 빔을 적어도 한 개를 상기로부터 생성하기 위 해 구조화된 다중-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크 배열, 픽셀들의제1 배열을 한정하기 위해 구조화된 다중-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크 배열, 하부-픽셀들의 제2 배열을 한정하기 위해 패턴된 각각의 상기 픽셀들, 상기 픽셀들의 상지 제2베열에 따라 배열된 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 형태로 구조화된 상기 라이트를 포함하는 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위해 구성된 광학 시스템을 제공한다. According to another broad aspect of the present invention, there is provided a light source system operable and structured to produce at least one light beam; And a structured multi-pixel diffractive optical face mask for generating at least one light beam from above, which is a structured light formed by a predetermined arrangement of spatially separated light beams of substantially equal intensity values and profiles. An array, a multi-pixel diffractive optical face mask array structured to define a first array of pixels, each of the pixels patterned to define a second array of sub-pixels, and an upper second column of the pixels. An optical system configured to provide a controlled illumination light pattern comprising the light structured in the form of spatially separated light beams arranged accordingly.

발명의 또 다른 견지에 따르면, 적어도 하나의 라이트 빔을 생성하기 위해 작동 가능하고 구조화된 라이트 소스 시스템; 그리고 실질적으로 동등한 강도 값과 프로파일의 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 미리 설정된 배열에 의해 형성되는 구조화된 라이트인 라이트 빔을 적어도 하나를 상기로부터 생성되도록 구조화된 다중-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크 배열, 제1 마스크는 라이트 빔을 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 제1 배열로 분열하고, 그리고 제2 마스크는 상기의 공간적으로 분리된 라이트 빔들을 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 제2 배열로 분할시키는 것과 같은 종속적인 방법으로 배열된 적어도 제1 및 제2 다중-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크들을 포함하는 다중-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크 배열을 포함하는 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위해 구성된 광학 시스템을 제공한다.According to another aspect of the invention, there is provided a light source system operable and structured to produce at least one light beam; And a multi-pixel diffractive optical face mask array structured to produce at least one light beam from said structure, said structured light being formed by a predetermined arrangement of spatially separated light beams of substantially equal intensity values and profiles. The first mask splits the light beam into a first array of spatially separated light beams, and the second mask is dependent such as splitting the spatially separated light beams into a second array of spatially separated light beams. An optical system configured to provide a regulated illumination light pattern comprising a multi-pixel diffractive optical face mask array comprising at least first and second multi-pixel diffractive optical face masks arranged in a way.

본 발명의 또 다른 넓은 견지에 따르면, 표면을 패턴화하는데 사용하기 위한 광학 시스템을 제공하는데, 광학시스템은 적어도 하나의 라이트 빔을 생성하기 위하여 실시 가능하고 구조화된 라이트 소스 시스템; 그리고 실질적으로 동등한 강도 값과 프로파일의 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 미리 설정된 배열에 의해 형성 되는 구조화된 라이트인 라이트 빔의 적어도 하나를 상기로부터 생성되도록 구조화된 다중-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크 배열을 포함한다.According to another broad aspect of the present invention, there is provided an optical system for use in patterning a surface, the optical system being embodied and structured to produce at least one light beam; And a multi-pixel diffractive optical face mask arrangement structured to produce at least one of the light beams, which are structured lights formed by a predetermined arrangement of spatially separated light beams of substantially equal intensity values and profiles. do.

본 발명의 또 다른 넓은 견지에 따르면, 라이트 소스 요소들의 배열을 포함하는 라이트 소스 시스템; 그리고 미리 설정된 패턴에 따라 라이트 소스 요소들을 연속적으로 활성화시키기 위한 연속적 메커니즘을 실행시키도록 실시 가능하고 구조화된 제한유닛을 포함하는 광 소스 시스템을 제공한다.According to another broad aspect of the present invention, there is provided a light source system comprising an array of light source elements; And provide a light source system comprising a constrained and structured implementable to implement a continuous mechanism for continuously activating light source elements in accordance with a predetermined pattern.

본 발명의 또 다른 넓은 견지에 따르면, 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 배열의 형태으로 구조화된 라이트를 생성하기 위해 구조되어 있는 상기에서 적어도 두 개의 라이트 소스들 중 적어도 하나에 각각 적어도 두 개의 광학경로들을 따라 전파하는 다른 파장들의 라이트를 생성하는 적어도 두 개의 라이트 소스들; 출력 광학경로로 상기의 적어도 두 개의 광학경로를 상기 출력 광학경로로 결합하기 위한 라이트 결합 배열; 그리고 상기 출력 광학경로에 기계적인 스캐너를 포함하는 이미지를 스캔하는데 사용하기 위한 광학 시스템을 제공한다. According to another broad aspect of the present invention, at least two optical paths are respectively provided to at least one of the at least two light sources, which are structured to produce a structured light in the form of an array of spatially separated light beams. At least two light sources for generating light of different wavelengths propagating along; A light coupling arrangement for combining said at least two optical paths into said output optical path; And an optical system for use in scanning an image comprising a mechanical scanner on the output optical path.

발명의 또 다른 견지에 따르면, 상당한 사각형의 균일한 강도 프로파일의 각각 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 배열의 형태으로 구조화된 라이트를 생성하기 위해 구성된 상기 적어도 두 개의 라이트 소스들 중 적어도 하나; 적어도 두 개의 광학경로들을 따라 전파하는 다른 각각의 파장들의 라이트를 생성하는 적어도 두 개의 개별적으로 어드레스(address)할 수 있는 라이트 소스들; 적어도 상기 두 개의 광학경로를 출력 광학경로로 결합하기 위한 라이트 결합 배열; 그리고 상기 출력 광학경로상에 설치된 기계적인 스캐너를 포함하는 이미지를 스캐닝하기 위해 사 용되는 광학 시스템을 제공한다. According to another aspect of the invention, there is provided an apparatus comprising: at least one of said at least two light sources configured to produce a structured light in the form of an array of spatially separated light beams each of a substantially rectangular uniform intensity profile; At least two individually addressable light sources for generating light of different respective wavelengths propagating along at least two optical paths; A light coupling arrangement for combining at least the two optical paths into an output optical path; And an optical system used for scanning an image comprising a mechanical scanner mounted on the output optical path.

또한 본 발명은, 다수의 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 형태로 구조화된 라이트 생성하고; 그리고 구조 라이트에 빔 형상화를 적용하고,: (i) 다중 라이트 빔들을 단일 라이트 빔으로 결합하고 그것에 의하여 조사 라이트의 강도가 두드러지게 증가하고; (ii) 상당한 사각형의 균일한 형태의 강도 프로파일의 라이트 빔들 배열의 형태에 조사 라이트를 제공하기 위해 입력 라이트의 강도 프로파일에 영향을 주는 것 중 적어도 하나를 실행하도록 실시 가능하고 구성된 회절성의 광학유닛를 통해 구조화된 라이트 빔 통과를 포함하는 상기 빔 형상화를 포함하는 조절된 패턴의 조사 라이트 생성을 위한 방법을 제공한다.The invention also provides for the generation of structured light in the form of a plurality of spatially separated light beams; And applying beam shaping to the structural light: (i) combining the multiple light beams into a single light beam, thereby significantly increasing the intensity of the irradiated light; (ii) through a diffractive optical unit embodied and configured to carry out at least one of affecting the intensity profile of the input light to provide the irradiation light in the form of an array of light beams of a substantially rectangular uniform shape intensity profile. A method is provided for generating a controlled pattern of illuminated light including the beam shaping that includes structured light beam passing.

본 발명의 또 다른 넓은 견지에 따르면, 적어도 하나의 라이트 빔 생성; 그리고 상기에서 적어도 하나의 라이트 빔이 실질적으로 동등한 강도 값과 가우스(Gaussian) 강도 프로파일의 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 미리 설정된 배열에 의해 형성된 구조화된 상기의 적어도 하나의 라이트 빔으로부터 생성되기 위해 구성된 다중-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크를 통하여 통과하는 렌슬렛 열(leslet 배열)을 생성하기 위해 표면을 패턴화하는데 사용하기 위한 방법을 제공한다.According to another broad aspect of the invention, at least one light beam generation; And wherein said at least one light beam is configured to be generated from said structured at least one light beam formed by a preset arrangement of spatially separated light beams of a substantially equivalent intensity value and a Gaussian intensity profile. Provides a method for use in patterning a surface to create a lenslet array passing through a pixel diffractive optical face mask.

본 발명의 또 다른 넓은 견지에 따르면, 적어도 두 개의 광학경로들을 따라 퍼지는 적어도 서로 다른 파장들의 제1 및 제2 라이트 부분들을 생성하고, 각각, 이미지 픽셀들의 배열에 대응하는 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 배열의 형태 안에 있는 라이트 부분들 중 적어도 하나; 상기에서 적어도 두 개의 광학경로를 단 일 출력 광학경로로 결합하고 그리고, 라이트 빔들의 열을 상기 단일 출력 광학경로를 따른 라이트 빔들의 배열을 메커니컬 스캐너에 연결하고 이미지를 스캔하는데에 사용하기 위한 방법을 제공한다.According to another broad aspect of the present invention, first and second light portions of at least different wavelengths spread along at least two optical paths, each of which are spatially separated light beams corresponding to an array of image pixels, At least one of the light portions in the form of an array; A method for combining at least two optical paths into a single output optical path and using the array of light beams to connect an array of light beams along the single output optical path to a mechanical scanner and to scan an image. to provide.

본 발명의 기술은, 각각 픽셀이 개별적으로 켜지고 이미지를 거친 밝기의 확산을 100% 통합할 수 있기 때문에 투사된 이미지에 통합된 밝기를 전달해주는 것을 제공한다. 예를들면, 프로젝션 디스플레이와 같이 라이트 소스 시스템을 수반하는빔 형상화 배열을 사용하는 것은 SLM의 물리적 크기를 충분히 줄이는 것을 가능케하고 디스플레이 프로젝션 기술을 위한 방대하고 다양한 새로운 응용분야를 여는 것이다. The technique of the present invention provides for delivering integrated brightness into the projected image since each pixel is individually turned on and can incorporate 100% of the diffusion of brightness through the image. For example, the use of beam shaping arrangements involving light source systems, such as projection displays, makes it possible to sufficiently reduce the physical size of the SLM and opens up a vast variety of new applications for display projection technology.

혼합된 소스들 조합(간섭(coherence)과 비간섭(non coherence), 극성화(polarity)와 비극성화(non polarity), 서로 다른 타입들의 조사 소스들을 포함 (VCSELs, LEDS, 레이저 다이즈), 빔 형상화 배열(담만, 역담만, 담만과 렌슬렛 배열, 다중-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크, 프렉탈 빔 형상화)은 프로젝션 시스템들을 향상시키고 최적화할 수 있으며, 본 기술분야를 넘어서 두드러지게 진보하는 다른 응용분야(예: 렌슬렛 제작)들을 위한 조사 시스템으로써 사용될 수 있다. Mixed source combinations (coherence and non coherence), polarity and non polarity, including different types of irradiation sources (VCSELs, LEDS, laser dice), beam Shaping arrays (bamman, blightman, damman and lenslet arrays, multi-pixel diffractive optical face masks, fractal beam shaping) can enhance and optimize projection systems and other applications that make significant strides beyond the art. It can be used as a survey system for (eg, lenslet production).

단일 매체에서 여러 라이트 소스들의 조합은 더 낮은 에너지 소모와 더 높은 출력 광학 강도와 아주 적은 소모(speckle reduction)를 얻기 위해 빠른 펄스 모드 드라이브로 실시하고, 라이트 그룹들의 세트들과 (레이저 다이 열들, LED 다이, VCSEL 배열들) 그리고 단일 라이트 모듈로의 연속하는 메커니즘은 본 기술분야를 넘어서는 두드러진 진보이다.The combination of several light sources in a single medium is carried out with a fast pulse mode drive to achieve lower energy consumption, higher output optical intensity and very little speckle reduction, and sets of groups of light (laser die rows, LEDs) Die, VCSEL arrays), and the continuous mechanism into a single light module is a significant advance over the art.

이 발명을 이해하기 위해서 그리고 실제로 어떻게 실행되는지를 보기 위해 보다 바람직한 실시태양이, 본 실시예에 국한되지 않은 방법으로 수반하는 도들을 참조하여 아래에 서술할 것이다:A more preferred embodiment for understanding this invention and to see how it is actually implemented will be described below with reference to the accompanying figures in a manner not limited to this embodiment:

도.1 은 연속된 메커니즘에 의해 실시 가능한 본 발명의 라이트 소스 시스템의 블록선도(block diagram)이다;1 is a block diagram of a light source system of the present invention that can be implemented by a continuous mechanism;

도.2A 내지 2C는 도.1의 라이트 소스 시스템의 가능한 실시들을 더욱 구체적으로 도시하고, 여기에서 도.2A는 다중 마이크로 라이트 소스들의 배열을 보여주고, 그리고 도.2B와 2C는 각각 연속하는 메커니즘을 실행하는 두 가지 실시예들을 보여준다.FIGS. 2A-2C more specifically illustrate possible implementations of the light source system of FIG. 1, where FIG. 2A shows an arrangement of multiple micro light sources, and FIGS. 2B and 2C are contiguous mechanisms, respectively. Shows two embodiments of executing.

도.3은 본 발명의 광학 시스템의 블록선도이다;3 is a block diagram of the optical system of the present invention;

도.4는 VCSELs의 2차원 배열에 의해 형성되는 라이트 소스 모듈을 예시한다;Figure 4 illustrates a light source module formed by a two dimensional array of VCSELs;

도.5는 가우스 강도 프로파일의 탑햇 프로파일로의 전환을 도시한다. FIG. 5 illustrates the conversion of a Gaussian intensity profile to a top hat profile.

도.6A 내지 6F는 실행되는 빔 형상화의 시뮬레이션과의 탑햇 요소 어셈블리의 사용에 기초한 빔 형상화를 이용하는 광학 시스템들을 예시한다.6A-6F illustrate optical systems that utilize beam shaping based on the use of top hat element assembly with simulation of beam shaping performed.

도.7A 내지 7G는 본 발명에서 사용되기 위한 회절성의 광학유닛(빔 형상화 배열) 설계의 원리들을 도시하는데, 여기에서 도.7A는 빔 형상화 획득을 위한 이반적인 광학 표본(set up)을 보여주고; 도.7B는 사용된 반복하는 알고리즘의 몇몇 단계들을 보여주고; 도.7C는 회절성의 광학 요소에서의 입력 필드 분포(가우스 필드)와 밀집 출력 형상(사각형)을 보여주며, 그리고 도.7D 내지 7G는 시뮬레이션 결과 들을 보여준다;7A through 7G illustrate the principles of diffractive optical unit (beam shaping arrangement) design for use in the present invention, where FIG. 7A shows a typical optical set up for beam shaping acquisition. ; 7B shows some steps of the iterative algorithm used; Fig. 7C shows the input field distribution (Gaussian field) and dense output shape (square) in the diffractive optical element, and Figs. 7D to 7G show the simulation results;

도.8은 빔 형상기로써 역 담만 광학 요소를 사용하는 본 발명의 광학 시스템을 도시한다.8 illustrates an optical system of the present invention using an inverted-only optical element as the beam shaper.

도.9A 내지 9C는 본 발명에서 사용되기 위하여 설계된 담만 격자의 원리들을 도시한다; 여기에서 도.9A는 광학 장비(setup)를 보여주고, 도.9B는 1차원에서 격자 투명도(transparency)를 보여주고, 그리고 도.9C는 하나의 변환점과 함께 담만 격자의 출력을 보여준다;9A-9C illustrate the principles of a Damman grating designed for use in the present invention; 9A shows the optical setup, FIG. 9B shows the lattice transparency in one dimension, and FIG. 9C shows the output of the Damman grating with one transition point;

도.10A 내지 10F는 와이드(wide) 라이트 소스배열은 균일한 포인트 소스들의 배열로 변환시키기 위한 도.8의 장치 사용의 원리를 설명하는데, 여기에서 도.10A는 9개의 포인트 소스들(1차원에서)의 매트릭스를 포함하는 입력을 보여주고, 도.10B와 10C는 2차원과 1차원에서 각각 출력 평면에 계산되는 라이트 강도를 보여주며, 도.10D는 출력 평면에서 라이트 강도의 1차원 퓨리에(Fourier) 변환을 보여주고, 도.10E는 컬렉션 렌즈의 초점 평면으로부터 하나의 초점 길이 거리를 자유 공간 전파(FSP)한 후 라이트 강도를 보여주며, 그리고 도.10F는 상기 FSP이후에 1차원에서 같은 라이트 강도를 도시한다.10A through 10F illustrate the principle of using the apparatus of FIG. 8 to convert a wide light source array into a uniform array of point sources, where FIG. 10A illustrates nine point sources (one-dimensional). 10B and 10C show light intensities computed in the output plane in two dimensions and one dimension respectively, and FIG. 10D shows a one-dimensional Fourier of light intensity in the output plane. Fig. 10E shows the light intensity after free space propagation (FSP) of one focal length distance from the focal plane of the collection lens, and Fig. 10F shows the same in one dimension after the FSP. The light intensity is shown.

도.11은 단일 라이트 빔을 빔렛들의 2D열로 변환시키기 위한 회절성의 광학유닛를 이용하는 본 발명의 광학 시스템을 개략적으로 도시한다.Fig. 11 schematically illustrates the optical system of the present invention using a diffractive optical unit for converting a single light beam into a 2D array of beamlets.

도.12는 출력이 제로여야만 하는 에너지 스팟(△σ) 영역과 스팟이 나타나는 영역(△μ) 사이에서 수학적 유도식(mathematical derivation)을 얻기 위한 기수법(notations)을 보이는 단지 필터 페이스(phase)를 위한 분석적 해법의 원리를 도 시한다; Figure 12 shows just a filter phase showing the notations for obtaining mathematical derivation between the energy spot (Δσ) region where the output should be zero and the region where the spot appears (Δμ). Illustrate the principles of analytical solutions for

도.13A 내지 13C는 본 발명에서 빔 형상화 배열로써 사용되기에 적당한 회절성의 광학유닛의 두 개의 프랙털 항(fractal terms)들 접근을 위한 숫자로 나타낸 예를 표시한다; 13A-13C show numerical examples for accessing two fractal terms of a diffractive optical unit suitable for use as a beam shaping arrangement in the present invention;

도.14는 역 담만 격자 어셈블리와 탑햇 요소 어셈블리를 이용하는, 본 발명의 광학 시스템의 또 다른 예를 개략적으로 도시한다.FIG. 14 schematically illustrates another example of the optical system of the present invention, which uses an inverse damman grating assembly and a top hat element assembly.

도.15는 또 다른 광학 요소의 타입에 의한 도.14에서의 역 담만 격자 대체에 의해 비선형 광학 매체에서 다수의 라이트 스팟들의 생산을 예시한다;FIG. 15 illustrates the production of multiple light spots in a non-linear optical medium by reverse damman grating replacement in FIG. 14 by another type of optical element;

도.16A 및 16B는 서로 다른 파장 범위들에서 실시되는 서로 다른 라이트 소스들로부터 라이트를 결합하는 프로젝션 시스템으로써 구성되는 본 발명의 광학 시스템의 두 가지 예들을 각각 보여준다;16A and 16B show two examples of the optical system of the present invention, respectively, configured as a projection system combining light from different light sources implemented in different wavelength ranges;

도.17A 및 17B는 프로젝션 시스템에서의 사용에 적당한 본 발명의 광학 시스템의 두 가지 예들을 더 보여준다;17A and 17B further show two examples of the optical system of the present invention suitable for use in a projection system;

도.18은 표면 릴리프(relief) 패턴으로서 제조되는 마이크로 렌즈 배열과 같은, 마이크로 구조들의 제조를 위한 사진석판술 도구 배열의 사용을 위해 구성된 본 발명의 광학 시스템을 예시한다; 그리고18 illustrates an optical system of the present invention configured for use of a photolithography tool arrangement for the fabrication of microstructures, such as a microlens array fabricated as a surface relief pattern; And

도.19A 및 19B는 각각 다양한 색으로 프로젝트된 이미지를 획득하기 위해 세 가지 색깔 채널들을 얻기 위한 구조물에 기초 하여 펌프된 풀 2D 어드레서블(어드레서블) VCSEL의 두 가지 예들을 각각 보여준다.19A and 19B respectively show two examples of a full 2D addressable (addressable) VCSEL pumped based on a structure to obtain three color channels to obtain an image projected in various colors.

도.1을 참조하면, 블록 선도의 방법에 의해, 본 발명의 라이트 소스 시스템 (10)은 도시된다. 시스템 (10)은 마이크로 라이트 소스(6)의 배열; 초점 광학(4)(라이트 수집/전달 광학렌즈); 라이트 소스 드라이버 어셈블리 (20); 그리고 라이트 연속적 메커니즘(18)을 실행하기 위해 미리 프로그램된 프로세서를 포함한다.Referring to Fig. 1, by way of a block diagram, the light source system 10 of the present invention is shown. System 10 includes an arrangement of micro light sources 6; Focusing optics 4 (light collecting / transmitting optics); Light source driver assembly 20; And a pre-programmed processor for executing the write continuous mechanism 18.

도.2A 내지 2C는 도.1의 라이트 소스 시스템의 가능한 실시들을 더욱 자세하게 도시한다.2A-2C illustrate in more detail possible implementations of the light source system of FIG.

도.2A는 일반 기판(substrate)(2)에 의해 모두 지지되는 다수의 N 마이크로 라이트 소스들에 의해 형성된 라이트 소스 모듈(1)의 상부를 보여주고, 그리고 라이트 수집/전달 광학 렌즈(4)는 상기 다수의 마이크로 라이트 소스(6)의 위에 위치한다. 본 실시예에서, 광학 렌즈(4)는 모든 마이크로 라이트 소스(6)에 의해 발생되는 라이트를 수집하고 비교적 통일된 병렬적 방법(parallel manner)내에서 수집된 라이트를 바깥쪽으로 전달하기 위한 단일 컬렉션 렌즈를 포함한다. 하기에서 더 설명 되어질 빔 형상화 같은, 부가적인 광학 렌즈는 컬렉션 렌즈의 상층부(upstream) 그리고/또는 하층부(downstream)이 더해질 수 있다는 것을 유의해야 한다. 도.2B와 2C는 마이크로 라이트 소스들에서의 연속적인 메커니즘 실행을 위한 두 가지 예를 각각 도으로 도시한다. 각각의 도면들은 라이트 소스 모듈(1)의 뒷부분(rear view)을 보여준다.2A shows the top of a light source module 1 formed by a number of N micro light sources all supported by a normal substrate 2, and the light collection / transmission optical lens 4 It is located above the plurality of micro light sources 6. In this embodiment, the optical lens 4 collects the light generated by all the micro light sources 6 and a single collection lens for transmitting the collected light outward in a relatively uniform parallel manner. It includes. It should be noted that additional optical lenses, such as beam shaping, which will be described further below, may add upstream and / or downstream of the collection lens. 2B and 2C show two examples, respectively, for a continuous mechanism implementation in micro light sources. Each of the figures shows a rear view of the light source module 1.

도.2B의 실시예에서, 라이트 소스 모듈(1)은 라이트 연속 메커니즘과 라이트 소스 드라이버(도.1의 (18)과 (20))를 통합시키고(incorporates) 연속적 메커니즘을 제한하기 위해 작동하는, 다시 말하면 자동으로 동시에 진행하고 마이크로 라이트 소스 6이 켜지고(lit) 꺼지는 것을 제한하는 내부 제한유닛(전자회로)8을 이용한다. 두 개의 입력 포트(11)은 입력 전압(voltage) 공급과 결합되어 제공되는 한편, 라이트 소스 오/오프 작동 단계(on/off operational steps)의 나머지는 내부 제한유닛 8에 의해 자동으로 끝마친다.  In the embodiment of Fig. 2B, the light source module 1 operates to integrate the light continuous mechanism and the light source driver (18 and 20 of Fig. 1) and to limit the continuous mechanism, In other words, it uses an internal limiting unit (electronic circuit) 8 which automatically proceeds simultaneously and limits the micro light source 6 from turning on and off. Two input ports 11 are provided in combination with the input voltage supply, while the rest of the light source on / off operational steps are automatically completed by an internal limiting unit 8.

도.2C의 실시예에서, 장치(12)는 라이트 연속 메커니즘과 라이트 소스 드라이버(도.1의 18과 20)를 통합하는데에 사용된다. 그것의 뒷부분에 있는 라이트 소스 모듈1은 각각 N 마이크로 라이트 소스들과 연관된 N 입력 포트 14가 제공되고, 그리고 제한유닛에 의해 적당히 분리되어 작동된다; 그리고 또한 하나의 공통 연결 포트가 사용된다(도시하지 않음).In the embodiment of FIG. 2C, device 12 is used to integrate the light continuation mechanism and the light source driver (18 and 20 of FIG. 1). The light source module 1 at its rear is provided with N input port 14 associated with each of the N micro light sources, and is operated properly separated by a limiting unit; And also one common connection port is used (not shown).

연속적 메커니즘은 하기들로 구성(consists)되는데: 각 시간에 가장 먼 소스가 그것 전에 켜졌던 라이트 소스에 호응하는 방법(manner)으로 켜지는 방법(manner)과 같이 마이크로 라이트 소스6들은 소스당 짧은 시간 주기(period)동안 켜진다. 이것은 라이트 소스 모듈에 의해 한정 되어지는 단일 지역에서의 과열을 줄이기 위하여 허용된다.The continuous mechanism consists of the following: Micro light sources 6 have a short time per source, such as the method in which the furthest source at each time responds to the light source that was turned on before. Lights up during periods. This is allowed to reduce overheating in a single area defined by the light source module.

적절하게 연속되는 라이트 소스6에 의해, 주어진 시간에 오직 하나의 라이트 소스가 켜진다. 하나의 라이트 소스가 어떤 시간 주기동안 켜져있은 후, 상기 라이트 소스는 꺼지고 다른 라이트 소스는 켜진다. 매 주어진 시간에 적어도 하나의 라이트 소스가 켜진 상태이기 때문에, 전체 라이트 모듈은 인간의 눈에 주어진 작동시간동안 계속 켜져있는 것처럼 보여진다. With a suitably continuous light source 6, only one light source is turned on at a given time. After one light source is on for some time period, the light source is turned off and the other light source is turned on. Since at least one light source is turned on at any given time, the entire light module appears to stay on for a given operating time to the human eye.

하나의 라이트 소스에 의해 발생되는 열은 전체 라이트 모듈 매체에 의해 흡수되기 때문에, 연속적 메커니즘은 라이트 모듈이 더 작은 물리적 크기를 가질 수 있도록 한다. 매번 다른 소스가 켜지기 때문에, 어떤 주어진 시간에 먼저 켜있던 라이트 소스는 지금 냉각되는 반면, 켜져있는 다른 라이트 소스는 가열된다. 이것은 또한 광학 전환(conversion) 효율에 더 나은 전기적인(electrical) 최고점(higher-pezk) 파워 라이트 펄스들이 발생하는 라이트 소스의 과전류(over-current) 작동을 가능하게 한다.Since the heat generated by one light source is absorbed by the entire light module medium, the continuous mechanism allows the light module to have a smaller physical size. Because each time the other source is turned on, the light source that was turned on first at any given time is now cooled, while the other light source that is turned on is heated. This also allows for over-current operation of the light source where electrical higher-pezk power light pulses are generated, which is better for optical conversion efficiency.

라이트 소스 모듈내의 각각의 마이크로 라이트 소스의 정기적인 시간과 소스들의 선택도는 특정한 응용 요구사항과 작동하는 라이트 모듈의 설정된 방법에 따라 선택되어 질 수 있고 제한될 수 있는 그것들의 내부 위치에 따라 켜질 것이다. The periodic time of each micro light source in the light source module and the selectivity of the sources will be turned on according to their internal location which can be selected and limited depending on the specific application requirements and the set method of the light module operating. .

도.1로 돌아와서, 시스템(10)은 하기의 방법으로 작동된다: 입력 드라이빙 신호(16)은, 특히 마이크로 라이트 소스들의 선택적인 작동의 제한를 수행하는 것이 가능하도록 작동되고 구성되어 있는, 이를테면, 어떤 마이크로 라이트 소스가 얼마동안 켜질 것인가와 같은, 라이트 연속적 메커니즘(18)로 전해진다. 라이트 연속적 메커니즘(18)은 라이트 드라이버(20)으로 신호를 전달하고, 그리고 나서, 모듈의 외부에 투사(projected)된 후, 병렬의 방식으로 수집되는 라이트의 외부로 균일하게 투사(project)하기 위해 광학 렌즈(4)에 의해 모아진 라이트를 생성하기 위한 마이크로 라이트 소스들(6)의 배열내의 지정된 마이크로 라이트 소스를 물리적으로 구동한다.Returning to Fig. 1, the system 10 is operated in the following way: The input driving signal 16 is operated and configured to enable, in particular, to limit the selective operation of the micro light sources. It is passed to the light continuous mechanism 18, such as how long the micro light source will be turned on. The light continuous mechanism 18 transmits a signal to the light driver 20 and then is projected outside of the module and then uniformly projects out of the light collected in a parallel manner. It physically drives a designated micro light source in an array of micro light sources 6 for producing light collected by the optical lens 4.

마이크로 라이트 소스들(6)의 필요한 개수는 동일 파장(예:빨강) 또는 다른 파장들의 작동으로 제공될 수 있다. 마이크로 라이트 소스6은 LEDs, 레이저들, 또한 어떤 두 가지의 조합(극성화된 소스타입들, 펄스된 혹은 계속적인 파동타입들을 포함)일 수 있다. 라이트 소스 모듈의 예를들면 VCSELs와 같은 표면 발방(SE) 레이저들의 2D어드레서블 배열, 또는 내부에 45도 반사거울을 갖는 새로운 종류의 표면-방사 FP 레이저들(퀸테센스 포토닉스 코퍼레이션(Quintessence 사진nics Corporation)으로부터 상업적으로 이용가능한)일 수 있다.The required number of micro light sources 6 can be provided by the operation of the same wavelength (eg red) or other wavelengths. The micro light source 6 can be LEDs, lasers, or any combination of both (including polarized source types, pulsed or continuous wave types). An example of a light source module is a 2D addressable array of surface emitting (SE) lasers such as VCSELs, or a new kind of surface-emitting FP lasers with a 45 degree reflection mirror inside (Quintessence Photonics). Corporation, commercially available).

VCSELs 또는 작고 낮은 파워 Fabry-Perot(FP) 말단 발광(EE) 레이저들의 최대로 집적된 배열은 과학경로 조사를 위해 유리하게 사용되어질 것이다. VCSELs는 크기가 작고 비용효율이 높다; 작고 낮은 파워 FP(EE)는 광학축전(optical storage)과 같은 고 볼륨(high volume) 활용이 가능하다; VCSEL은 발단 전류(low threshold currents)로 작동되고 그리하여 고-밀도 배열(배열들)들을 가능하게 한다; VCSEL의 표면-일반 방출과 VCSEL의 표면-일반 방출과 사진과 거의 동일한 디텍터 형상(사진 detector geometry)은 조정(alig(nm)ent)과 패킹을 쉽게 해준다. VCSEL을 기반으로 한 접근은 예산 전위(potential)을 제공하는데, 왜냐하면 이러한 장치(devices)들은 웨이퍼 레벨(wafer level)에서 시험되고 완성되기 때문이다. VCSEL 또는 SEEP 배열, 예를들면, 6x6배열, 1060(nm)에서의 발광은 프로젝터에서 사용될 수 있다.The maximum integrated arrangement of VCSELs or small, low power Fabry-Perot (FP) end-emitting (EE) lasers would be advantageously used for scientific path investigation. VCSELs are small in size and cost effective; Small, low power FP (EE) allows for high volume utilization such as optical storage; VCSEL operates with low threshold currents and thus enables high-density arrays (arrays); The surface-normal emission of the VCSELs and the surface-normal emission of the VCSELs and the photo detector geometry which is almost identical to the photographs make it easy to adjust and pack. An approach based on VCSELs provides a budget potential because these devices are tested and completed at the wafer level. Light emission at a VCSEL or SEEP array, eg, 6 × 6 array, 1060 (nm) can be used in the projector.

250) 내지 500 마이크론의 길이인 말단-발광(EE) 레이저 다이오드의 전형적인 Fabry-Perot(FP) 공동(공동)과 다르게, VCSEL의 전체 크기는 오직 방출 영역의 용적(dimensions)과 전기적인 접촉을 위한 공간에 의해서만 제한된다. 그래서, 완성된 VCSEL을 위한 다이(die)는 잠재적으로 빔 사이즈보다 약간 크다. 현재 5 내지 25㎛ 원형의 빔이 가능한 장치들(devices)은 약 100㎛ 용적(열 분산 표면포함)이지만, 그러나 이것은 확실히 50㎛ 혹은 더 작아질 수 있다. 더 작은 사이즈는 레이저 배열 활용을 위한 고 집적 밀도와 저예산과 웨이퍼(wafer)당 더 큰 산출량으로 나타낸다. Unlike typical Fabry-Perot (FP) cavities (cavities) of end-emitting (EE) laser diodes, which are 250 to 500 microns in length, the overall size of the VCSEL is only for electrical contact with the dimensions of the emission area. Limited only by space Thus, the die for the finished VCSEL is potentially slightly larger than the beam size. Devices currently capable of 5-25 μm circular beams are about 100 μm in volume (including heat dissipation surfaces), but this can certainly be 50 μm or smaller. The smaller size results in higher integration density, lower budget and higher yield per wafer for laser array utilization.

표면-방출(SE)레이저를 EE레이저 다이오드와 비교할 때, 하기의 내용들을 상기하여야 한다. EE레이저 다이오드는 단지 어떤 것이 좋고 어떤 것이 나쁜지 결정하기 위해서 반드시 diced up(그리고 짐작까지도 가능한)(possibly even mounted)되야 한다. 그것들은 끝이 아직 쪼개지지 않았기 때문에, 원래 웨이퍼의 부분으로서 존재할 때는 전혀 테스트될 수 없다. 이것은 과정을 소비하는 값비싼 시간이며 낭비된 많은 노력과 물질들의 결과이다. 한편, SE레이저들의 전체 웨이퍼는 레이징 threshold와 파워, 빔 형상, 우수성, 그리고 안전성으로 평가되는 각 유닛으로써 테스트 될 수 있다. 예를 들면 일괄처리(batch process)로써 단일 웨이퍼에서 백만개의 VCSELs를 형성하고 그리고 나서 자동으로 각각의 것들의 실시(performance)를 테스트하고 평가하는 것이 가능하다. 전체 웨이퍼는 초기의 손실률을 제거하고 최종 생산물의 높은 신뢰성을 보장하기 위해 매몰(burned in)된다. 그런 후, 각 장치는 패키지되거나 혹은 이러한 연구결과에 기초하여 버려질 수 있다. SE레이저 웨이퍼들은 저예산 방식에서 다양한 사이즈의 레이저 배열들을 생산하기 위해 입방체로 잘릴 수 있다. 통합된 회로들에 기초한 장치들의 최종 구조체에 사용되는, 사실상 같은 장치는, 그것들이 패키지 회로기판(substrate)에 평형하게 붙어있고 EPROM(그러나 높은 광학 퀄러티의)의 그것과 같이 창을 통해 빛나기 때문에 VCSELs에 사용될 수 있거나 필요에 의해 광학 섬유 구조체와 병합될 수 있다. 활성 레이징 반도체(active lasing semiconductor)와 거울들은 윗표면 층 아래에 파묻혀있기 때문에 밀폐된 봉합은 불필요하다. VCSELs는 저렴한 플라스틱 팩키징을 사용할 수 있고 그리고/또는 하이브리드(hybrid) 혹은 칩-온-보드(chip-on-board) 구조체처럼 다른 광학 구성요소와 쉽게 결합될 수 있다. 이 모든 것들은 비용을 절감하는데에 더욱 기여한다. When comparing a surface-emitting (SE) laser with an EE laser diode, the following should be recalled. The EE laser diode must be diced up (and possibly even mounted) just to determine what is good and what is bad. They cannot be tested at all when present as part of the original wafer, since the ends have not yet been split. This is an expensive time consuming process and is the result of many wasted efforts and materials. On the other hand, the entire wafer of SE lasers can be tested with each unit rated for laser threshold, power, beam shape, superiority and safety. For example, it is possible to form one million VCSELs on a single wafer in a batch process and then automatically test and evaluate the performance of each one. The entire wafer is burned in to eliminate the initial loss rate and ensure high reliability of the final product. Each device can then be packaged or discarded based on these findings. SE laser wafers can be cut into cubes to produce laser arrays of various sizes in a low budget manner. Virtually the same devices, used in the final structure of devices based on integrated circuits, are VCSELs because they are attached equally to the package substrate and shine through a window like that of an EPROM (but of high optical quality). It may be used in or integrated with the optical fiber structure as needed. Since the active lasing semiconductor and the mirrors are buried under the top surface layer, no sealed closure is necessary. VCSELs can use inexpensive plastic packaging and / or can easily be combined with other optical components, such as hybrid or chip-on-board structures. All of this contributes to further cost savings.

도.1과 2A내지 2C로 돌아와, 라이트 소스 시스템(모듈)은 R, G, B 소스들이 풀 컬러 비디오 이미지를 창출하기 위해 연속적으로 켜지는 프로젝션 시스템과 같이, 라이트 연속적인(sequential) 작동이 필요하고 연속적인 라이트 작동을 위한 필요사항이 없는 프로젝션 시스템을 위해 최적의(optimal) 라이트 모듈을 창출하는 데에 허용되는 라이트 연속적 메커니즘에 따른 펄스 모듈레이션에 의해 작동 가능하다. 이러한 시스템에서 지속되는 최대시간의 33%는 각각 컬러 소스(R, G, B)에 전용이 되고(dedicated), 그래서 최적의 라이트 소스는 우선적으로 시간의 100%를 사용하도록 설계되어있던 것이 아니라, 시간의 오직 33%만인 것이다.Returning to Figures 1 and 2A to 2C, the light source system (module) requires light sequential operation, such as a projection system in which the R, G, and B sources are turned on continuously to produce a full color video image. And can be operated by pulse modulation according to the light continuous mechanism that is allowed to create an optimal light module for a projection system without the need for continuous light operation. 33% of the maximum time sustained in such a system is dedicated to each of the color sources (R, G, B), so that the optimal light source is not designed to use 100% of the time preferentially, Only 33% of the time.

VCSELs가 기초된 라이트 소스 모듈을 고려하면, VCSELs의 그룹들은 총 컬러 조사의 최대 33%를 커버하는 데에 매우 짧은 시간 주기동안 작동될 수 있다. 그렇게 함으로써, 더 많은 출력이 VCSELs로부터 압찰(squeezed)될 수 있고, 그러므로 각 VCSELs그룹은 5%의 충격계수(duty cycle)을 위해 켜질 수 있고 시간의 95%는 꺼질 수 있고, 반면, VCSELs의 다른 그룹들이 제1 그룹의 전체 95% 오프 타임을 채울때까지 제1 그룹의 오프타임을 커버하고 그런 후에 제1 그룹이 반복되는 방식으로 다시 켜진다. 그런 다음, VCSELs그룹은 열을 식힐 시간을 가지지만, VCSELs은 그것들이 계속적인 파동(wave) 작동 모드로 켜져 있었을 때보다 그것들이 짧은 시간 내에 켜져 있을 때 더 높은 피크(peak) 파워로 전달될 수 있다. 그러므로, 33%의 최대 라이트 충격계수(duty cycle)을 위한 라이트 모듈로부터의 총 광학 파워 출력은, 오직 시간의 33% 부분동안만 사용되었던, 높은-파워 CW 라이트 소스와 비교했을 때 비교적으로 낮은 전기적 파워 소모가 더 상승한다. 그래서 파워 소모는 최적화된다(opimize). Considering the light source module on which the VCSELs are based, the groups of VCSELs can be operated for a very short period of time to cover up to 33% of the total color illumination. By doing so, more output can be squeezed from the VCSELs, so each group of VCSELs can be turned on for a duty cycle of 5% and 95% of the time can be turned off, while the other of the VCSELs The groups cover off time of the first group until the groups fill the entire 95% off time of the first group and then turn on again in a repeating manner. The VCSELs group then has time to cool down, but the VCSELs can be delivered at higher peak power when they are turned on in a shorter time than when they were turned on in continuous wave operation mode. have. Therefore, the total optical power output from the light module for a maximum light duty cycle of 33% is relatively low electrical compared to the high-power CW light source, which was used for only 33% of the time. Power consumption rises further. So power consumption is optimized.

이와 같은 기술은, LED dies와 같은 2D VCSEL 펌핑 배열과 결합될 수 있는 다른 조사 소스들에 사용되고 형성된다. 개별적으로 각 다이는, 오직 약 33% 시간의 5%만 켜지고 33% 시간의 약 95%가 꺼져있는, 주어진 컬러 연속적인 작동을 위해, LEDs의 그룹은 총 시간의 최대 33%가 켜질 수 있다. 만약 총 타이밍이 타이밍 사이클의 5(ms)를 초과하지 않는다면, 광학 출력은 LEDs와의 사용과 같은 것 이내의 15까지의 계수(factor)만큼 상승할 수 있다. 프로젝션 디스플레이들 내의 연속적인 컬러는 적어도 프래임 비율(rate) 작동의 1(80)Hz가 필요하고, 그러면, 5(ms)에 이르는 것은 한계 또는 장애물처럼 여겨질 만한 것은 아니다. This technique is used and formed for other irradiation sources that can be combined with 2D VCSEL pumping arrangements such as LED dies. Individually, each die can be turned on for up to 33% of the total time for a given color continuous operation, with only 5% of the 33% time turned on and 95% of the 33% time off. If the total timing does not exceed 5 (ms) of the timing cycle, the optical output can rise by a factor of up to 15 within such as with LEDs. Continuous color in projection displays requires at least 1 (80) Hz of frame rate operation, and then reaching 5 (ms) is not to be considered as a limit or obstacle.

예를 들어 RED 조사 소스들처럼, 레이저 다이들 배열 사용에 있어 같은 방법이 사용되고 그런 후에 유사한 결과에 이른다. Like RED irradiation sources, for example, the same method is used for using laser die arrays and then results in similar results.

VCSEL 배열 소스와 레이저 다이 배열 소스 둘 다 극성의 출력 라이트를 전달하는 종류가 될 수 있고, 따라서 SLM과 열이 덜 분산된 광학경로를 통한 진보된 라이트 전도(transmission)에 의해, 장소를 차지하는 총 물리적 시스템이 감소하고, 공간적인 라이트 모듈레이터(SLM)와 함께 유리하게 사용될 수 있다는 것을 상기해야한다.Both the VCSEL array source and the laser die array source can be of a kind that delivers polarized output light, so that the total physical area occupied by advanced light transmission through SLM and less heat dissipated optical paths It should be recalled that the system is reduced and can be used advantageously with spatial light modulators (SLM).

본 발명은 실제의 라이트 소스(그리고 펌핑 소스와는 다르게)처럼 VCSELs 배열을 사용하기 위해 주파수 더블링을 위한 비선형 크리스탈의 첨가가 가능함을 제공한다. The present invention provides the possibility of adding non-linear crystals for frequency doubling to use an array of VCSELs like an actual light source (and unlike a pumping source).

VCSEL 배열 그리고/또는 레이저 다이 배열을 이용 하는 상기에 기술된 라이트 소스 시스템과의 조사는 각 사이클에 나타나기 위해 다른 패턴의 반점을 야기시킨다. 이것은 VCSEL 스위치를 켜고 끄는 것에 의해, 예를 들면 10KHz(VCSEL을 위한 낮은 주파수 스위칭과 인간의 눈을 위한 높은 주파수 스위칭)의 비율에서, 95 내지 99%의 높은 듀티-사이클(duty-cycle)에서 완전하게 대조되는 반점 감소를 위해 허용한다. 각 오프-온 사이클은 랜덤 페이스에서 시작하기 위해 VCSEL 배열은 야기하고, 그래서 서로다른 반점 패턴이 발생된다. 그러므로, 출력된 이미지의 반점이 감소하고 무반점의 깨끗한 이미지가 유지된다. VCSELs가 전형적으로 전자통신(telecommunication) 분야에 사용되기 때문에, 심지어 레이저들의 더 빠른 스위칭(초당 백만 사이클까지)이 가능하며, 더 나아가 변화하는 각각의 사이를 반점 패턴을 유지함으로 앞으로의 반점 현상을 줄인다. 시각에 의한 통합(intergration)은, 시력의 인식 하에 있는 반점 명암대비를 감소시킨다.Irradiation with the light source system described above using the VCSEL array and / or the laser die array causes spots of different patterns to appear in each cycle. This is accomplished by turning the VCSEL switch on and off, for example at a rate of 10KHz (low frequency switching for the VCSEL and high frequency switching for the human eye) at high duty-cycles of 95 to 99%. Allows for spot reduction to be contrasted. Each off-on cycle results in a VCSEL arrangement to start at a random phase, so different spot patterns occur. Therefore, spots of the output image are reduced and a clean image of spotlessness is maintained. Since VCSELs are typically used in telecommunications, even faster switching of lasers (up to one million cycles per second) is possible, further reducing forward specks by maintaining a spot pattern between each of the changing ones. . Visual integration reduces spot contrast with the perception of vision.

또한 본 발명은 세련 빔 형상화 기술을 위해 제공한다. 광학 요소 제조와 같이 다른 응용분야/시스템들을 진보하기 위한 것과 마찬가지로 빔 형상화는 프로젝션 시스템을 철저하게 최대한 활용하고/진보하기 위해 사용될 수 있다; 본 발명의 빔 형상화 기술은 하기 중 적어도 하나를 실행하는 것을 목표로 한다: 구조 라이트(다수의 공간적으로 분리된 라이트 빔들)을 두드러지게 더 높은 강도 값(모든 라이트 빔들의 강도와 함께 실질적으로)의 단일 라이트 빔으로 결합하고; 충분히 직사각형인 강도 프로파일의 적어도 하나의 출력 라이트 빔을 제공하기 위하여 적어도 하나의 라이트 빔의 강도 프로파일에 영향을 주고; 그리고 다수의 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 충분히 직사각형인 강도 프로파일의 단일 라이트 빔이 생성한다.The present invention also provides for refined beam shaping techniques. As with other applications / systems such as optical element fabrication, beam shaping can be used to fully utilize / progress the projection system; The beam shaping technique of the present invention aims to implement at least one of the following: structural light (multiple spatially separated light beams) of significantly higher intensity values (substantially with the intensity of all light beams). Combine into a single light beam; Affect the intensity profile of the at least one light beam to provide at least one output light beam of a sufficiently rectangular intensity profile; And a single light beam of sufficiently rectangular intensity profile of multiple spatially separated light beams is produced.

도.3은 본 발명의 광학 시스템 (200)을 개략적으로 도시한다. 시스템 (200)은 라이트 소스 시스템(202); 빔 형상화 배열(210); 그리고 보다 바람직하게는 또한 라이트 소스 시스템(202)의 부분이 될 수도 있고 아닐 수도 있는 라이트 수집/전달 광학 (204)렌즈를 포함한다. 빔 형상화 배열은, 또한 라이트 소스 시스템의 부분일 수도 있고 아닐 수도 있다. 빔 형상화 배열은 완전히 혹은 부분적으로 초점 광학렌즈의 상층부(upstream)에 설치될 수 있다. 3 schematically shows an optical system 200 of the present invention. System 200 includes light source system 202; Beam shaping arrangement 210; And more preferably also includes a light collection / transmission optical 204 lens, which may or may not be part of the light source system 202. The beam shaping arrangement may or may not be part of the light source system as well. The beam shaping arrangement can be installed completely or partially upstream of the focusing optical lens.

라이트 소스(202)는 예를들면, 도.1A에서 보여진 것처럼 구성된, 다시 말하면 일반 회로기판(웨이퍼)에 위치된 다중 마이크로 라이트 소스(예를들면 VCSELs)를 가진, 다중 라이트 소스 요소 배열을 사용함으로써 또는 단일 라이트 소스와 라이트 스플릿팅 유닛을 사용함으로써 얻게되는 구조 라이트 B1을 생성하기 위해 구성된다. 초점 광학 렌즈(204)는 다중 라이트 빔들과 연관된 단일 렌즈, 또는 각각 라이트 빔들의 배열과 연관된 렌즈들의 배열(렌슬렛 배열)을 포함한다. 빔 형상화 배열(210)은 직사각형의-프로파일 라이트 빔들을 생성하기 위한 탑햇 요소들의 배열을 포함할 수 있는 회절성의 광학 유닛, 그리고/또는 구조화된 라이트를 단일 고-강도 라이트 빔 B2로 결합하기 위한 역 담만 격자 구조체로 구성된다. The light source 202 is configured by using a multiple light source element array, for example, having multiple micro light sources (eg VCSELs) located in a general circuit board (wafer), that is configured as shown in FIG. 1A. Or to generate a structured light B1 obtained by using a single light source and a light splitting unit. The focusing optical lens 204 includes a single lens associated with multiple light beams, or an array of lenses (lenslet arrays) each associated with an array of light beams. Beam shaping arrangement 210 is a diffractive optical unit that may include an array of top hat elements for generating rectangular-profile light beams, and / or for combining structured light into a single high-intensity light beam B 2 . Only inverse dams consist of a lattice structure.

빔 형상화 배열(210) 그리고/또는 라이트 소스 시스템(202)에서 선택적으로 제공된 것은, 프랙털 접근에 기초한 페이스 마스크를 사용하여 구성될 수 있는, 적어도 하나의 다중-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크(필터)이다. 게다가 라이트 소스 시스템(202)에 선택적으로 제공된 것은 라이트 B1(단일이거나 다중 빔 라이트인)의 광학경로내 또는 라이트 B2의 광학경로내에 위치된 비선형 광학 매체이다.Optionally provided in the beam shaping array 210 and / or the light source system 202 is at least one multi-pixel diffractive optical face mask (filter), which may be configured using a face mask based on a fractal approach. . Furthermore, optionally provided to the light source system 202 is a non-linear optical medium located in the optical path of light B 1 (which is a single or multiple beam light) or in the optical path of light B 2 .

다중-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크(필터) 또는 프랙털 접근을 기초한 페이스 마스크를 이용하는 빔 형상화 배열은, 라이트 소스 시스템으로 켜질 때, 효과적으로 동일하게 분포하는 스팟들의 2차원 배열을 출력하도록 설계될 수 있다. 이러한 빔 형상화 방법이 이용될 수 있는데, 예를 들어, SLM에 있는 각 픽셀이 개별적으로 조사되어지는 SLM유닛의 픽셀 배열을 조사하기 위한 소형의 빔렛/스팟들의 NxM 배열로 분할하기 위한(split) 일정한 조사 소스에 이용된다. 마치 그것들 자신의 SLM 픽셀에 각각 부착되어진 NxM 소형의 라이트 소스들의 형성된다. 그래서, SLM으로부터의 이미지를 조사하기 위해 사용된 라이트의 유효성은, SLM 블랙 매트릭스(TFTs)에 의해 방해되는 것이 없고; 게다가, SLM의 과열을 피하며 라이트(밝기)의 많은 부분을 성글게 하여 최대이다. 또한, 덜 파워풀하고 더욱 소형의 라이트 소스들이 사용될 수 있다. 각 픽셀이 개별적으로 켜지고 그리고 이미지로 되기 위한 밝기의 산란이 100% 통합되기 때문에 이 조사 기술은 또한 통합된 밝기의 투사된 이미지로 전달한다. 프로젝션 디스플레이들을 위한 용도로서의 조사 소스들을 따르는 이러한 빔 형상화 요소들의 이용은, SLM의 물리적 사이즈를 아주 작게하고 프로젝션 기술을 디스플레이하기 위한 방대하고 다양한 새로운 응용분야를 열어준다. 앞으로 하기에서 더욱 자세하게 설명되어질 것으로, 본 발명의 빔 형상화 기술에 의해 획득되는 스팟들의 2차원 배열은 마이크로-렌즈 배열을 제조하기 위해 이용될 수 있다, Beam shaping arrangements using multi-pixel diffractive optical face masks (filters) or face masks based on fractal approaches can be designed to output a two-dimensional array of equally distributed spots when turned on with a light source system. There is such a beam shaping method can be used, for example, of the NxM small beamlets / spot for irradiating the array of pixels of the SLM unit which each pixel is examined individually in the SLM Used for constant survey sources to split into arrays. It is formed as NxM small light sources, each attached to their own SLM pixel. Thus, the validity of the light used to examine the image from the SLM is not hindered by the SLM Black Matrix (TFTs); In addition, it avoids overheating of the SLM and diminishes much of the light (brightness), which is the maximum. Also, less powerful and smaller light sources can be used. Because each pixel is individually turned on and the scattering of brightness to be an image is 100% integrated, the research technique also delivers the projected image with integrated brightness. The use of such beam shaping elements along irradiation sources as a use for projection displays makes the SLM's physical size very small and opens up a vast variety of new applications for displaying projection technology. As will be described in more detail below, the two-dimensional array of spots obtained by the beam shaping technique of the present invention can be used to produce a micro-lens array,

빔 형상화 수단으로써 역 담만 요소를 사용하는 것은 다시 말해, 입력(라이트 인가)(light entrance)와 출력(라이트 도출)(light exit)들이 전도(reversed)되는, 담만 격자 요소는 입력 라이트 빔들(스팟들)의 배열을 단일 고-강도 라이트 빔/스팟으로 바꾸기 위하여 제공된다.The use of an inverted Damme element as a beam shaping means, in other words, the Damdam grating element, in which the input (light entrance) and output (light exit) are reversed, the input light beams (spots) ) To provide a single high-intensity light beam / spot.

예를 들어, 역 담만 요소는, 최적화된 펌핑 라이트 소스를 창출하면서, VCSEL 스팟들의 2차원 배열을 비-선형 광학 물질(이를테면 레이징/더블링 크리스탈)을 펌프하기 위하여 사용되는 단일 라이트 빔/스팟으로 바꿀 수 있다. For example, the reverse damming element may be a single light beam / spot used to pump non-linear optical materials (such as lasing / double crystals) into a two-dimensional array of VCSEL spots, while creating an optimized pumping light source. I can change it.

도.4는 VCSELs의 2차원 배열에 의해 형성되는 라이트 소스 모듈1의 실시예이다. 이 실시예에서, 상기 모듈은 100㎛ 핏치(pitch)로 배열된 VCSELs의 10x10 매트릭스에 의해 형성된다. 그 모듈은 1200㎛x1200㎛ 용적을 가진다. 4 is an embodiment of a light source module 1 formed by a two-dimensional array of VCSELs. In this embodiment, the module is formed by a 10 × 10 matrix of VCSELs arranged at 100 μm pitch. The module has a volume of 1200 μm × 1200 μm.

본 발명은 빔 형상화 구조물을 수반하는 새로운 VCSEL 구조체를 제공한다. 이것은 VCSELs를 따른 비-선형 광학 물질을 사용함으로써 실행된다. 이것에 의해, 녹색 라이트 또는 파란 라이트와 같은 가시(visible) 스펙트럼의 라이트 빔들을 획득할 수 있다. 이것은 펌핑과 그리고 나서 주파수 더블링을 통해, 또는 직접적 주파수 더블링에 의해 얻을 수 있다. 2차원의 VCSEL 배열(마이크로 라이트 소스들의 배열)은 크리스탈의 표면에서 단일 라이트 빔을 형성하는 특별한 광학 요소들을 따른 (예: 앞으로 하기에서 설명될 마이크로-렌즈 배열, 또는 역 담만 격자)레이징 크리스탈을 펌프하기 위해 필요한(required) 광학 출력을 형성하기 위해 제조될 수 있다. The present invention provides a new VCSEL structure involving a beam shaping structure. This is done by using a non-linear optical material along the VCSELs. By this, light beams of visible spectrum such as green light or blue light can be obtained. This can be achieved by pumping and then by frequency doubling or by direct frequency doubling. Two-dimensional VCSEL arrays (arrays of micro light sources) are used for crystallizing crystals along special optical elements (e.g., micro-lens arrays, or inverted dalm lattice, described below) that form a single light beam at the surface of the crystal It can be manufactured to form the optical output required to pump.

다중-모드 VCSELs 배열이 더욱 파워풀하고 더 싸다는 것이 보여졌다. 하지만, 그것들의 공간적 분포(distribution)에서의 불확실성때문에, 그것들의 빔 형상화는 효율적이지 않다. 발명가들은 레이저 크리스탈을 펌프하기 위해 다중 모드 VCSEL 배열과 주파수 더블링(예를 들면, CASIX로부터 상업적으로 가능한 DPM1102, 1.5x2x2.5mm3 인; 또는 어떤 또 다른 비-선형 광학 크리스탈)에 비선형 광학물질을 사용해왔다. 레이저 크리스탈은 1064(nm)와 914(nm)에서 복사에너지를 생생하고 비-선형 광학 크리스탈은 녹색 532(nm) 그리고/또는 파랑 457(nm)로 그것을 배가한다. It has been shown that multi-mode VCSELs arrays are more powerful and cheaper. However, because of the uncertainty in their spatial distribution, their beam shaping is not efficient. Inventors use nonlinear optics in multimode VCSEL arrays and frequency doubling (e.g., DPM1102, 1.5x2x2.5mm 3 commercially available from CASIX; or any other non-linear optical crystal) to pump laser crystals. Have been. The laser crystal produces radiant energy at 1064 (nm) and 914 (nm) and the non-linear optical crystal doubles it to green 532 (nm) and / or blue 457 (nm).

DPM(Diode-펌프된 Microchip laser)라 불리는, 레이징과 비-선형 광학 크리스탈에 의해 형성된 하이브리드 구조는 CASIX에 의해 발전되어 왔다(developed). 이 DPM 크리스탈은 Nd:YV04와 KTP를 결합한다. 이러한 하이브리드(또는 복합재료) 크리스탈은 낮은 파워 녹색 DPSS 레이저의 구조물을 단순화한다(simplifies). 이 하이브리드 크리스탈들은 HR, Nd:YV04(바나듐산염), KTP, 그리고 OC 거울들은 영구적으로 맞추어져(aligned) 있기 때문에 사실상 놀이처럼 하찮은 것(fidding)을 제거한다. 많은 응용분야에 있어서, 어느 부가적인 광학렌즈도 요구되지 않는다. 청색파장에 있어서, 이를테면,저예산과 주파수 더블링 효율(efficiency)에 의해 특성 지어지는 BBO와 같은 다른 비-선형 광학 크리스탈은 이용되어져야 한다, Hybrid structures formed by lasing and non-linear optical crystals, called diode-pumped microchip lasers (DPMs), have been developed by CASIX. This DPM crystal combines Nd: YV04 and KTP. This hybrid (or composite) crystal simplifies the structure of a low power green DPSS laser. These hybrid crystals virtually eliminate fidding like play because HR, Nd: YV04 (vanadate), KTP, and OC mirrors are permanently aligned. In many applications, no additional optical lens is required. For blue wavelengths, other non-linear optical crystals, such as BBO, characterized by low budget and frequency doubling efficiency, must be used.

DPM으로부터의 출력 또는 레이저 다이오드 배열로부터의 각 출력 빔은 전형적으로 가우스 프로파일을 가진다. SLM을 효율적으로 조사하기 위해서, 다른 응용들을 위해서도 마찬가지로, 직사각형의 균일한-강도 빔 프로파일이 필요하다. 본 발명은 탑햇 요소 구조체, 다시 말하면 단일 탑햇 요소 또는 탑햇 요소들의 배열, 을 사용함으로써 이 문제를 해결한다. 도.5는 셀프-설명적인(self-explanatory) 방식(manner)으로 가우스 강도 프로파일의 탑햇 프로파일(균일한 에너지 분포를 가진 직사각형의 프로파일)로의 전환을 도시한다. Each output beam from the output from the DPM or from the laser diode array typically has a Gaussian profile. In order to efficiently investigate the SLM, a rectangular uniform-intensity beam profile is required for other applications as well. The present invention solves this problem by using a top hat element structure, that is, a single top hat element or an arrangement of top hat elements. FIG. 5 illustrates the conversion of a Gaussian intensity profile to a top hat profile (rectangular profile with uniform energy distribution) in a self-explanatory manner.

도.6A 내지 6F는 탑햇 요소 구조체의 이용에 기초한 빔 형상화를 사용하는 본 발명의 광학 시스템들을 예시한다.6A-6F illustrate optical systems of the present invention using beam shaping based on the use of top hat element structures.

도.6A의 광학 시스템 (400A)는 레이저 다이 배열 또는 표면 발광 레이저 배열과 같은 라이트 소스 요소들(본 실시예에서 6x6배열)의 2차원 배열에 의해 형성되는 라이트 소스 시스템 (202); 레이저 소스 요소들(예를 들면, 레이저 소스 요소에 의해 생성되는 라이트 빔) 개개의 것과 각각 연관된 탑햇 요소들의 2차원 배열을 포함하는 회절성의 광학 유닛 (210); 그리고 탑햇 요소들의 개개의 것과 각각 연관된 렌즈들의 2차원 배열을 포함하는 초점 광학(204)를 포함한다. 레이저 다이들은 적색 조사을 생성하기 위한 매우 비용 효율이 높은 해법이다. 레이저 다이들은 CD와 DVD플레이어 산업에서부터 기원하며, 그래서 그들은 두드러진 출력 파워(낮은 모듈들을 위한 7mW)를 생산에 비하여 그들의 가격은 극도로 낮다. 그들은 단일 모드 레이저이고 그래서 효율적인 빔 형상화를 허용한다.The optical system 400A of FIG. 6A includes a light source system 202 formed by a two-dimensional array of light source elements (6 × 6 array in this embodiment), such as a laser die array or a surface emitting laser array; A diffractive optical unit 210 comprising a two-dimensional array of top hat elements each associated with an individual laser source element (eg, a light beam generated by the laser source element); And a focusing optic 204 comprising a two dimensional array of lenses each associated with an individual of the top hat elements. Laser dies are a very cost effective solution for producing red illumination. Laser dies originate from the CD and DVD player industry, so they produce exceptional output power (7mW for low modules) and their price is extremely low. They are single mode lasers and thus allow for efficient beam shaping.

배열에서의 각각의 레이저 소스 요소의 출력에서 빔 프로파일은 가우스이다. 그것을 균일한 직사각형의 크로스 섹션 빔으로 전환시키기 위해, 탑햇 배열(210)이 사용되고, 각각의 탑햇 요소는 레이저 다이 배열로부터 각각의 빔을 형상화한다. 그러므로, 라이트 소스 요소에 의해 발생되는 각각의 가우스-프로파일 라이트 빔은 직사각형의-프로파일 균일한-강도 빔을 형성하기 위해 형상화된다; 그리고 이러한 직사각형의-프로파일 병렬(parallel) 빔들의 2차원 배열은 그래서 다중-픽셀 배열(예를들면, SLM) 전체 부분의 충분히 함께 제공된다. 탑햇 배열은 다중-픽셀 배열로부터 단일 픽셀의 형상에 대응하는 각각의 직사각형의 균일한 강도 프로파일의 다중 빔들을 생성하도록 설계될 수 있고, 또는 배열에서 각각의 레이저 빔들로부터 전체 다중-픽셀 배열의 사이즈와 충분히 똑같은 직사각형의 빔 프로파일이 제공되도록 구성되어 그래서 모든 빔들이 각각 다른 것들 위에 층을 이루고(superimposed) 그들의 에너지는 각각의 레이저 소스 요소들간의 낮은 간섭성(coherency)때문에 적은 손실로 집약된다. The beam profile at the output of each laser source element in the array is Gaussian. To convert it into a uniform rectangular cross section beam, a top hat array 210 is used, each top hat element shaping each beam from a laser die array. Therefore, each Gaussian-profile light beam generated by the light source element is shaped to form a rectangular-profile uniform-intensity beam; And a two-dimensional array of such rectangular-profile parallel beams is thus provided together fully of the entire portion of the multi-pixel array (eg SLM). The top hat array can be designed to produce multiple beams of a uniform intensity profile of each rectangle corresponding to the shape of a single pixel from the multi-pixel array, or to match the size of the entire multi-pixel array from the respective laser beams in the array. The beam profile is configured to provide a sufficiently identical rectangular beam profile so that all the beams are superimposed on top of each other and their energy is concentrated with little loss due to the low coherency between the respective laser source elements.

도.6B의 실시예에서, 광학 시스템 (400B)는 650(nm)에서 라이트 빔 B1을 각각 발생시키는 레이저 다이의 배열들을 기초로 한 적색 레이저를 포함하는 라이트 소스 시스템 (202); 그리고 탑햇 요소들의 2차원 배열의 형성에서의 빔 형상화 배열(210)을 포함한다. 각각의 탑햇 요소는 각각의 라이트 빔들 B1과 맞추어 진다(aligned). 탑햇 요소 구조체으로부터 나타나는 라이트 빔들B2는 균일한 강도 프로파일을 수반하는 직사각형 크로스 섹션에 있다.In the embodiment of FIG. 6B, optical system 400B includes a light source system 202 including a red laser based on arrays of laser die each generating light beam B1 at 650 (nm); And beam shaping arrangement 210 in the formation of a two-dimensional array of top hat elements. Each top hat element is aligned with the respective light beams B1. Light beams B2 emerging from the top hat element structure are in a rectangular cross section with a uniform intensity profile.

도.6C의 예에서, 광학 시스템 (400C)는 808(nm)에서의 에너지 소스처럼 VCSEL 배열을 기초한 녹색 또는 청색 라이트 소스 시스템, 주파수 더블링을 위한 KTP를 수반하는 1064(nm) 레이징 크리스탈; 빔 형상화 배열(210)은 라이트 소스 시스템(202)에 의해 발생되는 라이트의 가우스 프로파일을 직사각형의 크로스-섹션 라이트 빔으로 변화하도록 작동하는 탑햇 회절성의 광학 요소를 포함한다. VCSEL 배열로부터 공간적으로 분리된 가우스-프로파일 라이트 빔들B1의 배열은 비-선형 크리스탈로부터 나타나는 다른 파장(라이트 B1의 그것보다)의 가우스-프로파일 라이트 빔들 B2와 가까운 하나를(single) 생성한다. 균일한 강도 프로파일을 수반하는 직사각형의 크로스 섹션의 출력 라이트 빔 B3의 결과로, 이제 이 라이트 빔 B2는 단일 탑햇 요소에 의해 형성되는 탑햇 요소 구조체(210)을 통해 통과한다. 부가적 포커싱 광학 렌즈는 펌핑 효율성을 진보하기 위해 라이트 빔들 B2의 광학경로에 부가적으로 이용되어질 수 있다. In the example of FIG. 6C, optical system 400C includes a green or blue light source system based on a VCSEL arrangement, such as an energy source at 808 (nm), 1064 (nm) lasing crystals with KTP for frequency doubling; Beam shaping array 210 includes a top hat diffractive optical element that operates to change the Gaussian profile of the light generated by the light source system 202 into a rectangular cross-section light beam. The array of gauss-profile light beams B1 spatially separated from the VCSEL array produces a single one close to the Gauss-profile light beams B2 of another wavelength (rather than that of light B1) appearing from the non-linear crystal. As a result of the output light beam B3 of the rectangular cross section with a uniform intensity profile, this light beam B2 now passes through the top hat element structure 210 formed by a single top hat element. An additional focusing optical lens can be used in addition to the optical path of the light beams B2 to advance the pumping efficiency.

도.6D와 6E는 탑햇들의 배열(탑할렛 배열)을 통해 통과하기(passage) 전(도.6D)과 후(도.6E)의 라이트 빔 프로파일(라이트 빔들의 2차원 배열)의 시뮬레이션을 보여준다. 보이는 바와 같이, 라이트가 탑햇 구조체을 통해 통과한(passage through) 후, 라이트 빔은 직사각형의 균일한 강도 프로파일을 가진다.6D and 6E show simulations of light beam profiles (two-dimensional array of light beams) before (pass. 6D) and after (Fig. 6E) pass through an array of top hats (top wallet arrangement). . As can be seen, after the light passes through the top hat structure, the light beam has a rectangular uniform intensity profile.

도.6F는 라이트 소스 시스템 (202)와 빔 형상화 배열 (210)을 포함하는 광학 시스템 400F를 도시한다. 라이트 소스 시스템 (202)는 비-선형 매체에 의한 레이저 빔을 직접적으로 더블링함에 의해 녹색 또는 청색 라이트를 발생하도록 구성되어 있다. 그래서 라이트 소스 시스템은 이를 테면 KTP, BBO, PPLMN, LBO 크리스탈들 또는 비-선형 폴리머들인비-선형 광학 물질을 수반하여 1060(nm) 또는 910(nm)에서 에너지 소스로써 VCSEL 배열을 포함한다. 회절성의 빔 형상화 배열 (210)은 비-선형 물질이 존재하는 다중 빔들의 광학경로내에 탑할렛 배열을 포함한다. 그 결과, 출력 빔 프로파일은 도.6E에서 보여진다.6F shows an optical system 400F that includes a light source system 202 and a beam shaping arrangement 210. The light source system 202 is configured to generate green or blue light by directly doubling the laser beam by the non-linear medium. The light source system thus includes a VCSEL array as an energy source at 1060 (nm) or 910 (nm) with non-linear optical material, such as KTP, BBO, PPLMN, LBO crystals or non-linear polymers. The diffractive beam shaping arrangement 210 includes a top-hallet arrangement in the optical path of multiple beams in which a non-linear material is present. As a result, the output beam profile is shown in Fig. 6E.

필수적인 파장 감도(sensitive) 코팅(예를 들면 반사저해/고도로 반사(Anti Reflective/Highly Reflective))된 비-선형 물질은 넓어진 공동을 형성하고 주파수 더블링 효율을 진보하기 위해 레이저 배열의 공진기(resonator) 구조의 부분이기 위한 이러한 방법으로 레이저 배열의 상부에 부착될 수 있다는 것을 상기하여야 한다. 비-선형 광학 물질의 레이저 배열로의 부착은 예를 들어 직접 침전(direct deposition), 직접 크리스탈 성장(direct crystal growth), 기계적인 접착(mechanical gluing), 또는 스핀 코팅, 또는 그것들의 조합에 의해 될 수 있다.Non-linear materials with the necessary wavelength sensitive coating (e.g. Anti-Reflective / Highly Reflective) resonator structures in the laser array to form wider cavities and advance frequency doubling efficiency It should be recalled that it can be attached to the top of the laser array in this way to be part of. Attachment of the non-linear optical material to the laser array may be, for example, by direct deposition, direct crystal growth, mechanical gluing, or spin coating, or a combination thereof. Can be.

또한, 크리스탈 펌핑을 최적화하기 위해서, VCSELs의 오직 하나의 그룹의 각 시간의 순간에 작용되는 것처럼, VCSELs는 상기-서술된 연속적 메커니즘을 이용하며 작용된다는 것을 상기하여야 한다. VCSELs는 각 그룹이 총 레이징 표면 내의 다른 위치(location)에서 크리스탈 위(over)로 레이저를 발사할 때 서로 다른 시기에 그룹들에서 켜지고 꺼질 수 있으며, 그래서 코팅 회로기판(substrate)을 따른 더 나은 열 분산을 허용하고 크리스탈 위로의 코팅의 더 나은 신뢰성(reliability)을 유지하는 한편, 단일 스팟의 과열을 피하고 코팅을 연소로부터 방지(prevent)한다. 그 결과, 더 높은 파워가 더 작고 그리고/또는 더 싼 크리스탈들로 운용될 수 있다.It should also be recalled that, in order to optimize crystal pumping, VCSELs are operated using the above-described continuous mechanism, just as they are acted at each time instant of only one group of VCSELs. VCSELs can be turned on and off in groups at different times as each group fires a laser over the crystal at different locations within the total lasing surface, so that better along the coated substrate Allows heat dissipation and maintains better reliability of the coating over the crystal, while avoiding overheating of a single spot and preventing the coating from burning. As a result, higher power can be operated with smaller and / or cheaper crystals.

가시 스펙트럼 범위(visible spectral range)에서 작동되기 위해, 크리스탈 펌핑 없는 조사 채널들처럼, 주어진 녹색, 적색 또는 청색 파장과 유사한 열의 배열(array arrangements)들 또는 VCSEL 배열들을 이용하는 것 또한 가능하다는 것이 이해되어져야 한다.It should be understood that it is also possible to use array arrangements or VCSEL arrangements similar to a given green, red or blue wavelength, such as irradiation channels without crystal pumping, to operate in the visible spectral range. do.

탑햇 요소 구조체는, 예를 들면 SLM 픽셀 또는 전체 SLM 활성 영역과 같은 조사되기 위한 형상에 대응하는 빔 크로스 섹션을 제공하도록 적절하게 설계되어야 한다.The top hat element structure should be suitably designed to provide a beam cross section that corresponds to the shape to be irradiated, such as, for example, an SLM pixel or an entire SLM active area.

회절성의 광학 요소들의 중요한 응용은 파동 방정식 제약에 의해 정의되는 제한내에서, 빔 형상화를 실행(perform)하는 능력(capability)이다. 빔 형상화 획들을 위한 일반적인 광학상의 셋업은 도.7A에서 도시되었다. 입력 분포 Tin은 오직 필터(회절성의 광학 요소) 페이스에 의해 증가되고, 그런 다음 적당한 자유 공간 전파(propagation)를 하는 제1 렌즈와 제2 렌즈는 이 증식(multiplication)에서 퓨리에 변환(Fourier transform)을 실행(perform)하는 데에 이용된다.An important application of diffractive optical elements is the ability to perform beam shaping, within the limits defined by wave equation constraints. A typical optical image setup for beam shaping strokes is shown in FIG. 7A. The input distribution T in is increased only by the face of the filter (diffractive optical element), and then the first and second lenses with proper free space propagation are Fourier transform at this multiplication. It is used to perform.

반복적인 알고리즘(iterative algorithm)은 랜덤 페이스가 초기에 선택되고 제약들(constraints)은 입력과 출력 면의 진폭(amplitude)인 공간적 페이스 필터를 계산하는데에 이용된다. 각각의 반복에서, 상기 페이스는 입력 진폭에 의해 증가되고 그런 후에 패스트 퓨리에 전환(Fast Fourier Transform(FFT))가 수행된다. 이렇게-얻어진 페이스는 출력 진폭에 의해 증가되고 역 패스트 퓨리어 변환(Fast Fourier Transform((IFFT)가 실행된다. 지금, 이 얻어진 페이스는 제1 반복(iteration)을 위한 입력 페이스가 된다. 이 반복적인 알고리즘은 도.7B에 나타난다. 여러 번의 반복 이후, 집중(convergence)이 일어난다.An iterative algorithm is used to calculate a spatial phase filter where the random phase is initially selected and the constraints are the amplitudes of the input and output planes. In each iteration, the face is increased by the input amplitude and then a Fast Fourier Transform (FFT) is performed. The thus-obtained phase is increased by the output amplitude and an Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) is performed. Now, this obtained phase becomes the input phase for the first iteration. The algorithm is shown in Fig. 7B After several iterations, convergence occurs.

MATLAB를 이용하여, 오직 페이스 필터를 계산한 후, 상기 필터는 binary 광학 방법에 의해 제조될 수 있고, 이것은 앞으로 하기에 또는 유사한 선형 광학 방법들을 설명할 것이다. 도.7C는 가우스 필드(곡선 H1)와 직사각형의(곡선 H2) 제한(contraints) 출력 형상인 입력 필드 분포를 보여준다. 조절된 출력 형상의 진폭은 선택되었기 때문에 출력 면의 에너지가 입력 면의 에너지와 같았다.Using MATLAB, only after calculating the face filter, the filter can be manufactured by a binary optical method, which will be described below or similar linear optical methods. Fig. 7C shows the input field distributions that are Gaussian field (curve H 1 ) and rectangular (curve H 2 ) contraints output shapes. Since the amplitude of the regulated output shape was chosen, the energy on the output side was the same as the energy on the input side.

본 시뮬레이션에서는, 세 개의 다른 방법들은 이용되었다. 제1 방법은 규칙적인 FFT이고, 이용된 제2 방법은 차수(oder) p(가장 작은 RMS 에러 값으로 선택된)를 가진 프렉셔널 퓨리에 변환(Fractional Fourier Transform)(FRT)이며, 그리고 제3의 방법에서는, FFT 또는 FRT 대신에, 거리(distance) z(가장 작은 RMS 값으로 다시 선택된)를 위해 프레넬 변환(Fresnel transform)이 이용되었다. 도.7D 내지 7G:도.7D에 도시된 시뮬레이션 결과는 규칙적 FFT에 대응되는 곡선 A1과 FRT에 대응하는 곡선 A2를 보여주고, 도.7F는 프레넬 변환(Fresnel transform) 결과를 보여주고, 도.7E와 7G는 모든 세 개의 경우들(수렴 비율)을 위한 여러 번의 반복 함수로서의 RMS를 도시한다. 보여지는대로, 프레넬 접근이 더 나은 결과를 도출한다. 더욱이, 이것이 퓨리에 변환 렌즈들을 요구하지 않기 때문에 유리하다. 그러므로, 보다 바람직하게 이 접근은 탑햇 요소 구조체 설계를 위해 선택된다.In this simulation, three different methods were used. The first method is a regular FFT, the second method used is a Fractional Fourier Transform (FRT) with an order p (selected as the smallest RMS error value), and the third method. In Fsnel transform, instead of FFT or FRT, a Fresnel transform was used for distance z (reselected to the smallest RMS value). 7D-7G: Simulation results shown in FIG. 7D show curve A1 corresponding to regular FFT and curve A2 corresponding to FRT, FIG. 7F shows Fresnel transform results, and FIG. .7E and 7G show the RMS as several iteration functions for all three cases (convergence ratio). As shown, the Fresnel approach produces better results. Moreover, this is advantageous because it does not require Fourier transform lenses. Therefore, more preferably this approach is chosen for the top hat element structure design.

도.6B와 6C로 돌아와서, 보다 바람직하게 탑햇 요소는, 예를 들어, (도.6B에서의 레이저 다이 배열 이후, 그리고/또는 도.6C에서의 DPM 구조(레이저와 비-선형 광학 매체) 이후와 같이, 라이트 소스 시스템 이후에 바로 배치된다. 실질적으로 거리차 없이 제공하는 것이 불가능하기 때문에, 탑햇 구조체는 라이트 소스 시스템의 출력으로부터 조금 떨어진 곳(small distance)에 위치하고, 그리고 요소 설계시 이것을 고려한다.Returning to FIGS. 6B and 6C, more preferably the top hat element is for example (after the laser die arrangement in FIG. 6B and / or after the DPM structure (laser and non-linear optical media) in FIG. 6C). The top hat structure is located at a small distance from the output of the light source system, and this is taken into account when designing the element, since it is impossible to provide it substantially without distance difference, as .

빔 셰이퍼(shaper)로써 역 담만 광학 요소를 이용하는 광학 시스템 500을 개략적으로 도시하는 것은 도.8을 참조한다. 시스템 (500)은 마이크로 라이트 소스 요소들 6의 배열에 의해 형성되는 라이트 소스 시스템 (202); 포커싱 광학 렌즈(204)(일반 컬렉션 렌즈); 그리고 역 담만 격자 구조체을 포함하는 빔 형상화 배열 (210)을 포함한다. 상기 시스템 500은 그래서 들어오는 저-강도 라이트 빔들 B1의 배열을 단일 고-강도 라이트 빔B2로 전환하도록 작동 가능하며, 구성되어 있다. 라이트 소스 요소들 6은 컬렉션 렌즈 (204)쪽으로 빔들 B1을 투사하고, 그런 후에 역 담만 격자 구조체(210)에 의해 평면파동(plane wave)(단일 라이트 빔)B2로 전환된다. See FIG. 8 for a schematic illustration of an optical system 500 using an inverted-only optical element as a beam shaper. System 500 includes a light source system 202 formed by an arrangement of micro light source elements 6; Focusing optical lens 204 (general collection lens); And a beam shaping arrangement 210 that includes the inverse damman grating structure. The system 500 is thus operable and configured to convert the arrangement of incoming low-intensity light beams B1 into a single high-intensity light beam B 2 . The light source elements 6 project the beams B 1 towards the collection lens 204, which are then converted to a plane wave (single light beam) B 2 by the reverse damman grating structure 210.

이 광학 시스템은, 예를 들면 VCSELs 그룹의 빔슬렛(beamslets)들이 빔 쉐이퍼에 의해 비-선형 광학 크리스탈의 활성 펌핑 영역 위의 단일 라이트 스팟으로 변환(translated)되는, 프로젝션 시스템 내에서 VCSELs 그룹들/배열들과 함께 가시 범위 파장 조사 소스(visible range wavelength illumination source)를 형성하기 위한 비-선형 광학 크리스탈을 펌프하기 위해 사용될 수 있다. 라이트 소스의 배열들은 어떤 타입의 배열이나, 어떤 수의 라이트 소스 요소나 다양한 라이트 소스 타입들(레이저들:VCSELs, 레이저 다이들;LEDs)을 가질 수 있음을 상기해야 한다. This optical system comprises, for example, groups of VCSELs in a projection system in which beamslets of the VCSELs group are translated into a single light spot on the active pumping region of the non-linear optical crystal by the beam shaper. It can be used to pump non-linear optical crystals to form a visible range wavelength illumination source with the arrays. It should be recalled that arrays of light sources may have any type of array, any number of light source elements or various light source types (lasers: VCSELs, laser dies; LEDs).

역 담만은 입력(라이트 인가)과 출력(라이트 도출)이 바뀐 담만 격자 요소이다. 역 담만 격자 요소는 스팟들의 배열이 단일 라이트 빔/스팟으로의 변환, 예를 들면 VCSEL 라이트 스팟들의 배열에서 단일 라이트 스팟(더블링 혹은 레이징 크리스탈을 펌핑할 수 있는)으로의 변환을 제공한다.Inverted damdam is a Damsel grid element with alternating input (light on) and output (light draw). The reverse damman grating element provides for the conversion of an array of spots into a single light beam / spot, for example, from an array of VCSEL light spots to a single light spot (which can pump double or lasing crystals).

담만 격자의 사용은 오직 바이너리 페이스 격자 사용에 의해 퓨리에 평면에 조절된 스팟 분포를 구현하기 위한 분석적인 접근이다. "-1" 내지 "1" 투명도 값 사이의 변환 포인트는 필요한 스팟 구조를 산출하는 한 세트의 방정식을 해석함으로써 계산된다(computed). 단일 라이트 빔/스팟을 수반하는 담만 격자의 조사는 동등하게 효과적인 에너제틱 분포를 스팟들의 2D 배열이 생성되도록 설계될 수 있다. 이 접근은 퓨리에 평면에서 어떤 설정된 스팟 분포를 생성시키기 위해 사용될 수 있다. 스팟들의 이러한 2D 배열은, 예를 들면 매우 최적화된 방법내에서 SLM의 조사 소스처럼 사용될 수 있다. The use of the Damman grating is an analytical approach for implementing an adjusted spot distribution in the Fourier plane only by using a binary face grating. The conversion point between "-1" to "1" transparency values is computed by interpreting a set of equations that yield the required spot structure. Irradiation of the Damman grating involving a single light beam / spot can be designed such that a 2D array of spots is produced with an equally effective energetic distribution. This approach can be used to generate any set spot distribution in the Fourier plane. This 2D arrangement of spots can be used, for example, as the irradiation source of the SLM in a highly optimized method.

담만 격자들은, 동일한 강도의 여러 회절 차원들을 갖고, 하나의 입력 대상으로부터 이미지들을 다중송신(multiplex)하는데에 이용되는 바이너리 회절성의 광학 요소들이다. 도.9A는 이러하 목적으로 사용될 수 있는 광학 기구(setup)를 자명한 방법으로 도시한다. 보통 격자G로 충돌하는 일정한 평면 파동 W1은 격자G에 의해 회절되고, 그리고 출력 패턴 P는 수렴하는 렌즈 CL의 뒷 초점 평면(focal plane)에서 나타난다. 담만 격자은는 3, 5, 7 또는 더욱 동일한 회절 차수를 갖도록 설계될 수 있다. 도.9B는 1차원에서 격자 투명도 함수를 도시한다. 1차원 투명도 함수에서의 오직 지위 매개변수(free parameter)들은 변환점(transition points) X1, X2, X3...Xn 들이다. n 변환점을 가진 격자는 (2n+1) 중심의 회절 차수의 결과를 가져올 것이다. n=1인 담만 격자의 출력은 도.9C에서 도시된다: 입력 에너지의 62%를 가지는 세 가지 같은 차원이 있다; 나머지 에너지는 더 높은 회절 차원 사이에 분포된다(distributed).Damman gratings are binary diffractive optical elements that have several diffraction dimensions of the same intensity and are used to multiplex images from one input object. 9A shows in an obvious manner an optical setup that can be used for this purpose. The constant plane wave W1, which normally impinges on the grating G, is diffracted by the grating G, and the output pattern P appears in the rear focal plane of the converging lens CL. The Damman grating can be designed to have 3, 5, 7 or even the same diffraction orders. Fig. 9B shows the lattice transparency function in one dimension. The only free parameters in the one-dimensional transparency function are the transition points X1, X2, X3 ... Xn. A grating with n transition points will result in diffraction orders of (2n + 1) centers. The output of the Damman grating with n = 1 is shown in Fig. 9C: there are three same dimensions with 62% of the input energy; The remaining energy is distributed among the higher diffraction dimensions.

역 담만 격자는 저-강도 라이트 소스들의 배열을 하나의 고-강도 평면파 발광 라이트 소스로 변환(transform)시키기 위해 사용될 수 있다. 만약 도.9A의 광학 기구에 역 담만 격자가 사용된다면, 포인트 소스들의 배열이 더 높은 강도를 수반하는 하나의 포인트 소스로 변환한다.Inverted Damman gratings can be used to transform an array of low-intensity light sources into one high-intensity plane wave emitting light source. If a reverse damman grating is used in the optics of Fig. 9A, the arrangement of point sources converts to one point source with higher intensity.

도.8로 돌아와보면, 발명가들은 간섭성의 포인트 소스들을 넓은(wide) 라이트 소스로 변형시키기 위해 이 기구(setup)를 사용했다. 여기에, 포인트 소스들의 배열은 담만 격자 (210)과 렌즈 (204)에 의해 평면파로 변환된다. 아홉개의 포인트 소스들의 매트릭스를 포함하는(containing) 입력이 선택되는데, 도.10A에 도시된다(1차원으로). 출력평면에서의 라이트 강도는 MATLAB 시뮬레이션에 의해 계산되었다. 도.10B에서 2차원으로 그리고 도.10C에서 1차원으로 도시된 것처럼, 출력평면에서(렌즈로부터의 하나의 초점거리), 얻어진 강도는 계산된다. 출력평면에서 라이트 강도의 1차원의 퓨리에 변환은, 실제 강도의 90%는 제로 차수(zero order)에 있는 것처럼 보여질 수 있는, 도.10D에 도시된다. 이것은 이 광학 기구의 효율성을 나타낸다.Returning to Fig. 8, the inventors used this setup to transform coherent point sources into wide light sources. Here, the arrangement of point sources is converted into plane waves by the Daman grating 210 and the lens 204. An input containing a matrix of nine point sources is selected, shown in FIG. 10A (in one dimension). Light intensity at the output plane was calculated by MATLAB simulation. As shown in two dimensions in Fig. 10B and in one dimension in Fig. 10C, at the output plane (one focal length from the lens), the resulting intensity is calculated. The one-dimensional Fourier transform of the light intensity in the output plane is shown in Figure 10D, where 90% of the actual intensity can be seen as being in zero order. This represents the efficiency of this optical instrument.

도.10B와 10C로부터 보여지는 것처럼, 라이트 강도는 균일하지 않으며 급격하게 영으로 하락한다. 이것은 입력이 유한한 수의 차수를 가지기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 렌즈의 초점 평면으로부터 더 멀리 이동할 때, 스팟은 일정해진다. 도.10E는, 컬렉션 렌즈 (204)의 초점 평면으로부터 하나의 초점 거리의 간격을 자유공간전파(FSP) 한 후의, 라이트 강도를 도시하고 있다. 더 먼 거리의 전파는 스팟을 보다 매끄럽게 할 것이다. 도.10F는 FSP이후 1차원에서의 동일한 라이트 강도를 도시하고 있다.As seen from Figs. 10B and 10C, the light intensity is not uniform and rapidly drops to zero. This is because the input has a finite number of orders. Nevertheless, when moving further away from the focal plane of the lens, the spot becomes constant. 10E shows the light intensity after free space propagation (FSP) at an interval of one focal length from the focal plane of the collection lens 204. Longer distances will make the spot smoother. Fig. 10F shows the same light intensity in one dimension after FSP.

도면에서 보여지는 바와 같이, 초점 평면으로부터의 거리에서 더 이상의 zero로의 점프들은 없다. 이것은 FSP의 지역통과 필터(low-pass filter)성질때문이다. 필요하다면 추가적인 광학 지역통과 필터가 FSP 길이를 적절히 제한하는데에 적용될 수 있다.As shown in the figure, there are no more jumps to zero at distance from the focal plane. This is due to the nature of the FSP's low-pass filter. If necessary, additional optical bandpass filters can be applied to properly limit the FSP length.

도.8의 기구를 고려해보면, VCSEL 배열 202는 컬렉션 렌즈 (204)의 초점 평면상에 놓여진다. 그러므로, 그 렌즈 이후, 그것의 퓨리에 변환이 얻어진다. 그 평면에, 역-담만 요소가 놓여진다. 초점거리f와 퓨리에-변환 렌즈의 소스 스팟 사이즈 d 와 얻어진 스팟 사이즈 D 사이 간의 관계는 하기와 같이 결정된다:Considering the mechanism of FIG. 8, the VCSEL array 202 lies on the focal plane of the collection lens 204. Therefore, after that lens, its Fourier transform is obtained. In that plane, an inverted-damman element is placed. The relationship between the focal length f and the source spot size d of the Fourier-converting lens and the spot size D obtained is determined as follows:

Figure 112006034539374-PCT00001
Figure 112006034539374-PCT00001

예를 들어, 만약 D=2(mm), λ=808(nm), 그리고 d가 개개의 VCSEL의 활성영역이라면, 이를테면, 약 3 내지 10(㎛), 그리고 f=9.9(mm)(d=4㎛)이다. 역 담만 격자 (210)은 렌즈(204) 다음에 즉시 놓여진다. 렌즈(204)의 간극은 라이트 스팟 사이즈D보다 커야한다. 라이트 스팟이 작기 때문에(D=2mm), 5mm 또는 더 작은 간극의 렌즈가 선택될 수 있다. For example, if D = 2 (mm), λ = 808 (nm) , and d is the active region of the individual VCSELs, for example, about 3-10 (μm), and f = 9.9 (mm) (d = 4 μm). The inverted light grating 210 is placed immediately after the lens 204. The gap of the lens 204 should be larger than the light spot size D. Since the light spot is small (D = 2mm), a lens of 5mm or smaller gap can be selected.

고려되어야 할 필요가 있는 다른 이슈는 격자 분해능(resolution)이다. 이것을 어림잡기 위해, 우리는;Another issue that needs to be considered is the lattice resolution. To approximate this, we;

를 사용할 것이다.Will be used.

여기에서 A는 조사영역이고, 그리고 R은 분해능(최소배선폭(feature size))이다. 이 설계에서, A는 VCSEL 배열 영역이고 R은 퓨리에 평면에서 최소 배선폭(feature size)이다. 16X16mm2의 전체 사이즈와 함께 14X14 배열(가장 나쁜 경우로 보여진다)을 이용하면, 이 매개변수(parameter)들은 λf/A=10㎛의 분해능을 산출한다. 담만 격자는 변화가 빠르고, 이것의 분해능은 출력 분해능보다 큰 크기의 차수로 가정되어지고, 그러므로 잘 제조하는 능력내에서 1㎛의 분해능이 얻어진다. Where A is the irradiation area, and R is the resolution (minimum feature size). In this design, A is the VCSEL array region and R is the minimum feature size in the Fourier plane. Using a 14 × 14 array (shown as the worst case) with a total size of 16 × 16 mm 2 , these parameters yield a resolution of λf / A = 10 μm. Damman gratings are fast to change, and their resolution is assumed to be orders of magnitude greater than the output resolution, and therefore a resolution of 1 [mu] m is obtained within the capability of manufacturing well.

단일 라이트 빔을 빔렛츠(빔렛들)의 2D배열로 전환하기 위해 회절성의 광학 유닛을 이용하는 광학 시스템 600을 개략적으로 도시하는 것은 도.11을 참조한다. 시스템 600은 라이트 소스 시스템 (202); 그리고 빔 형상화 배열 (210) 을 포함한다. 라이트 소스 시스템 (202)는 단일 또는 다중 라이트 빔B1(레이저, LED)을 생성하기위해 구성된다; 빔 형상화 배열 (210)은 이를테면, 직렬(cascaded) 방식으로 배열된 담만 격자의 배열, 혹은 프랙털 빔 형상화 접근과 함께 또는 없이 설계된 다중-픽셀 페이스 마스크 요소를 포함한다. 그래서 빔 셰이퍼 (210)은 라이트 빔 B1을 빔렛들 B2의 조절된 2D로 전환한다. 이것을 끝내기 위해, 회절성의 광학 유닛 (210)(빔렛들의 마스크)은 빔렛들의 직경의 요구된 사이즈와 빔렛들 패턴의 핏치와 일치하도록 적절하게 설계된다. 빔렛들 B2의 배열은, 조사을 요구하는 어떤 조절된 평면이 될 수 있는 출력 평면 44를 밝힌다(예: 패턴된 배열 구조를 발생하기 위해 조사되는 포토-저항적인 물질, 또는 방해가 작은 SLM을 통한 라이트 효율을 최대화하기 위한 것처럼, 마스크가 SLM위의 관련된 픽셀 사이즈와 꼭 맞게 설계된 SLM 클리어 간극 영역)See FIG. 11 for a schematic illustration of an optical system 600 using a diffractive optical unit to convert a single light beam into a 2D array of beamlets (beamlets). System 600 includes a light source system 202; And beam shaping arrangement 210. The light source system 202 is configured to generate a single or multiple light beams B1 (lasers, LEDs); Beam shaping array 210 includes a multi-pixel face mask element designed with or without a fractal beam shaping approach, such as an array of Damman gratings arranged in a cascaded manner. The beam shaper 210 thus converts the light beam B1 into the adjusted 2D of the beamlets B2. To end this, the diffractive optical unit 210 (mask of beamlets) is suitably designed to match the required size of the diameter of the beamlets and the pitch of the beamlets pattern. The arrangement of beamlets B2 reveals an output plane 44 which can be any controlled plane that requires irradiation (e.g. a photo-resistive material irradiated to generate a patterned array structure, or light through a low disturbance SLM). SLM clear gap area designed to fit the relevant pixel size on the SLM, as to maximize efficiency)

상기에서 지적했듯이, 제1 담만의 각 스팟은 개별적으로 제2고 직렬 담만 요소에 고급하는 것과 같은 방법으로, 회절성의 광학 유닛 (210)은 직렬 방식으로 배열된 여러 담만 격자들을 포함하고, 그것에 의해 제1 담만의 스팟들의 수를 증가시킨다. 선택적으로, 회절성의 광학 유닛 (210)은 특별한 다중-픽셀 회절성의 페이스 마스크 요소이고, 최적화된 방식으로 조절된 출력 평면/표면을 조사할 수 있도록 빔렛들 사이즈 필요 요건들과 핏치 사이즈 필요 요건들과 일치하도록 조정(set)한다. 큰 배열들이 필요한 경우에는, 다중-픽셀 회절성의 페이스 마스크 요소는 프랙털 빔 형상화 요소로써 설계된다.As pointed out above, in such a way that each spot of the first damman is individually advanced to the second and series damman element, the diffractive optical unit 210 includes several damman gratings arranged in a series manner, whereby Increase the number of spots of the first wall. Optionally, the diffractive optical unit 210 is a special multi-pixel diffractive face mask element and includes beamlet size requirements and pitch size requirements to inspect the adjusted output plane / surface in an optimized manner. Set to match. If large arrays are needed, the multi-pixel diffractive face mask element is designed as a fractal beam shaping element.

다중-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크(필터)는 오직 페이스 필터을 위한 분석적인 해법이고, 스팟들의 일정한 2-D배열을 추출한다. 이 타입의 회절성의 광학 요소의 진보된 실행은, 각 스팟의 형상에서 불균일을 갖는 것보다 배열의 스팟들 각각의 것에서와 동등한 에너지의(energetic) 내용을 다루는 수학적(mathematical) 제한요소(constraints)들을 적용함으로써 얻어진다. 그러한 에너지의 상태는, 예를 들면, 발생된 2D 배열이 SLM의 픽셀들의 2D배열을 조사하게 하기 위한 목적일 경우에, 적용 가능한다. 그리고 나서 라이트 빔렛들의 2D 배열은 그런 후에 SLM의 모든 픽셀위에 개별적으로 충돌해서 효율성을 진보한다. 예를 들어, 1024x768 활성 픽셀들의 분해능을 수반하는 SLM은 각 픽셀에 개별적으로 1024x768 빔렛들의 세트들을 가질 것이다. 그렇게 함으로써, SLM의 TFT 마스크와 비활성의 표면영역들의 라이트의 분산으로부터의 라이트 감손(degradation) 을 막을 수 있다.The multi-pixel diffractive optical face mask (filter) is only an analytical solution for the face filter and extracts a constant 2-D array of spots. Advanced implementations of this type of diffractive optical element provide mathematical constraints that deal with the energetic content equivalent to that of each of the spots in the array rather than having a nonuniformity in the shape of each spot. Obtained by application. Such a state of energy is applicable, for example, if the generated 2D array is for the purpose of irradiating the 2D array of pixels of the SLM. Then the 2D array of light beamlets then collides individually on every pixel of the SLM to advance efficiency. For example, an SLM involving a resolution of 1024x768 active pixels would have sets of 1024x768 beamlets individually for each pixel. By doing so, it is possible to prevent light degradation from the dispersion of the light in the TFT mask of the SLM and the inactive surface regions.

하기는 스팟들의 균일한 2D 배열을 여기하는 오직 페이스 필터를 위한 분석적인 해법의 설명이다. 스팟들의 2D배열이 얻어지는 곳에서의 출력평면은, 오직 페이스 요소의 퓨리에 변환으로 정의된다:The following is an explanation of the analytical solution for the face filter only to excite a uniform 2D array of spots. The output plane where the 2D array of spots is obtained is defined only by the Fourier transform of the face element:

Figure 112006034539374-PCT00003
Figure 112006034539374-PCT00003

여기에서 x는 공간적 변수이고, μ는 공간적 주파수 변수이고, φ(x)는 페이스 함수이고, F(μ)는 퓨리에 변환이다.Where x is a spatial variable, μ is a spatial frequency variable, φ (x) is a face function, and F (μ) is a Fourier transform.

하기와 같은 특정한 임펄스내에서의 출력 평면에서의 에너지:Energy in the output plane within a particular impulse as follows:

Figure 112006034539374-PCT00004
Figure 112006034539374-PCT00004

그러므로, 분석적인 최적화 과정을 위한 두 가지 제한요소들이 정의될 것이다:Therefore, two constraints for the analytical optimization process will be defined:

Figure 112006034539374-PCT00005
Figure 112006034539374-PCT00005

Figure 112006034539374-PCT00006
Figure 112006034539374-PCT00006

변수들 △σ와 △μ는 도.12에서 정의되는데, 이것은 수학적 유도 기수법(notations for the mathematical derivation)을 보여주고, 여기에서 △σ가 출력이 제로가 되어야만 하는 에너지 스팟들 간의 영역이고; 그리고 △μ는 스팟이 나타나는 영역이다. 스팟들의 형상은 그것의 에너지가 다른 스팟들과 같은 한 중요하지 않다. 이것은 최소화된 하기의 두 가지 비용함수(cost functions)를 이끌어 낸다:The variables Δσ and Δμ are defined in Fig. 12, which shows notations for the mathematical derivation, where Δσ is the region between the energy spots at which the output should be zero; And Δμ is a region where spots appear. The shape of the spots is not important as long as its energy is the same as other spots. This leads to two cost functions that are minimized:

Figure 112006034539374-PCT00007
Figure 112006034539374-PCT00007

Figure 112006034539374-PCT00008
Figure 112006034539374-PCT00008

이것은 하기 방정식 세트를 해결하는 것을 의미한다:This means solving the following set of equations:

Figure 112006034539374-PCT00009
Figure 112006034539374-PCT00009

이것은 하기를 이끌어 낸다:This leads to doing:

Figure 112006034539374-PCT00010
Figure 112006034539374-PCT00010

그리고:And:

Figure 112006034539374-PCT00011
Figure 112006034539374-PCT00011

제1 방정식(식.8)의 시작, ø=ø0+δø 는,

Figure 112006034539374-PCT00012
가 ε1의 미분과 관련한
Figure 112006034539374-PCT00013
의 미분인
Figure 112006034539374-PCT00014
를 계산하기 위해 정의될 것이다. At the beginning of the first equation (Equation 8), ø = ø 0 + δø,
Figure 112006034539374-PCT00012
With respect to the derivative of ε 1
Figure 112006034539374-PCT00013
Derivative of
Figure 112006034539374-PCT00014
Will be defined to calculate.

페이스의 작은 변분(variations) 이라 가정하면,

Figure 112006034539374-PCT00015
이 된다:Suppose it is a small variation of the face,
Figure 112006034539374-PCT00015
Becomes:

Figure 112006034539374-PCT00016
Figure 112006034539374-PCT00016

그리고:And:

Figure 112006034539374-PCT00017
에러의 미분이 때문에
Figure 112006034539374-PCT00017
Because of the derivative of the error

Figure 112006034539374-PCT00018
Figure 112006034539374-PCT00018

을 얻는다:Gets:

Figure 112006034539374-PCT00019
Figure 112006034539374-PCT00019

에서:in:

Figure 112006034539374-PCT00020
Figure 112006034539374-PCT00020

상기하여야 한다:It should be recalled:

Figure 112006034539374-PCT00021
Figure 112006034539374-PCT00021

에서:in:

Figure 112006034539374-PCT00022
Figure 112006034539374-PCT00022

그리고 따라서:And thus:

Figure 112006034539374-PCT00023
Figure 112006034539374-PCT00024
는 상호 적분을 나타낸다(denotes).
Figure 112006034539374-PCT00023
Figure 112006034539374-PCT00024
Denotes mutual integration (denotes).

식.12에 따르면, 방정식은 페이스의 모든 변수에 제로가 되기 때문에:According to Equation 12, the equation becomes zero for all variables in the face:

Figure 112006034539374-PCT00025
Figure 112006034539374-PCT00025

을 얻는다.Get

여기에서 별표(asterisk)는 복소수 켤레의 연산을 나타낸다. 이것은 T(x1)의 허수 부분(imaginary part)이 반드시 제로가 되야 한다는 것을 이끌어 내고 따라서:Where an asterisk represents a complex conjugate. This leads to the fact that the imaginary part of T (x1) must be zero and thus:

Figure 112006034539374-PCT00026
Figure 112006034539374-PCT00026

그리고:And:

Figure 112006034539374-PCT00027
Figure 112006034539374-PCT00027

그래서, 광학 페이스 함수는 역 탄젠트 기능(tan operation)적용에 의해 근을 구한다.(extracted) Thus, the optical interface function obtains the muscle by the inverse tangent function (tan operation) applies. (Extracted)

이제, ε22의 제2 최적화 조건과 관련한 방정식을 하기를 유도할 수 있다. Now, the equation relating to the second optimization condition of ε22 can be derived.

Figure 112006034539374-PCT00028
Figure 112006034539374-PCT00028

유사한 수학적 조작의 적용하고 식.14를 이용하여 Applying similar mathematical manipulations and using Eq. 14

Figure 112006034539374-PCT00029
Figure 112006034539374-PCT00029

하나를 얻는다:Get one:

그리고 그래서:And so:

Figure 112006034539374-PCT00030
Figure 112006034539374-PCT00030

방정식 19 그리고 22는 만족되어야 한다: 페이스에 대한 해법은 귀납(recursive)과 반복(iterative)이다. 페이스에 대한 최초의 생각이 가정된다. 그런 후에, 식.19와 22의 우측은 연산된다. 그래서, 페이스는 둘 모두의 방정식에서 발견될 수 있다. 평균은 양쪽 해법들에서 연산된다. 이 결과는 19 그리고 22 두 방정식의 우측에 대한 다음 입력으로 가정된다. 좌측(페이스)은 다시 연산된다. 이 과정은 수렵점이 얻어질 때까지 되풀이된다. Equations 19 and 22 must be satisfied: the solution to the face is incursive and iterative. The initial idea of pace is assumed. Then, the right side of equations 19 and 22 are computed. Thus, the face can be found in both equations. The mean is computed in both solutions. This result is assumed to be the next input to the right side of the two equations 19 and 22. The left side (face) is recalculated. This process is repeated until the hunting point is obtained.

식.19 그리고 22의 동치(equivalent)는 N 번 쓰여져야 한다는 것을 상기해야 하는데, 여기에서 N은 출력평면에서 스팟들의 전체 수이다. 그래서, 사실 이 결과 매트릭스의 요소들이 1〈k,n,m〈N의 모든 가능한 조합들이라는 매트릭스 표시에 더 잘 나타나 있다.It should be recalled that the equivalent of equations 19 and 22 should be written N times, where N is the total number of spots in the output plane. So, in fact, the result is better shown in the matrix representation that the elements of the matrix are all possible combinations of 1 < k, n, m <

상기에서 지적했듯이, 도.11의 시스템 600에서, 회절성의 광학 유닛 (210)은 다중-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크(필터)이다. 이 필터는 스팟들의 중간 사이즈 배열을 생성하는 것이 필요한 페이스 마스크를 여기하기 위해 사용될 수 있다. 큰 차원 배열들을 위한 이 구현(realization)을 확장시키기 위하여, 프랙털을 기초로한 접근이 이용되어야하고 그리고 적절한 회절성의 광학 요소가 창출된다.As noted above, in the system 600 of FIG. 11, the diffractive optical unit 210 is a multi-pixel diffractive optical face mask (filter). This filter can be used to excite a face mask that needs to produce a medium sized array of spots. To extend this realization for large dimensional arrays, a fractal based approach must be used and an appropriate diffractive optical element is created.

상기에서 설명된 수학적 유도(derivation)는 중간 사이즈 배열을 생성하는 것이 필요한 페이스 마스크를 여기하기 위해 사용될 수 있다. 큰 차원 배열들을 위한 이 실현(realization)을 확장시키기 위하여, 프랙털을 기초로한 접근이 이용될 수 있다. The mathematical derivation described above can be used to excite the face mask needed to produce a medium sized array. To extend this realization for large dimensional arrays, a fractal based approach can be used.

다중-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크 요소를 위하여 본래 생성된 페이스 마스크가 그것의 퓨리에 평면(출력평면)에서 스팟들의 NxN 배열이라고 가정했을 때, 만약 마스크가 N factor에 의해 확장되면(scaled), 잘 알려진 퓨리에 관계때문에, NxN 배열은 N factor에 의해 수축될 것이다:Assuming that the face mask originally created for a multi-pixel diffractive optical face mask element is an N × N array of spots in its Fourier plane (output plane), if the mask is scaled by N factor, well known Because of the Fourier relationship, the NxN array will shrink by N factor:

Figure 112006034539374-PCT00031
Figure 112006034539374-PCT00031

여기에서 G(μ)g(x)의 퓨리에 변환이다.Where G (μ) is the Fourier transform of g (x) .

따라서, 만약 original과 스팟들의 눈금있는(scaled)배열 사이의 컨벌루션(convolution)이 출력평면(퓨리에 평면)에서 실행된다면 N3스팟들에 의한 N2의 배열은, 어떤 함수와 델타 함수(delta function) 사이의 컨벌루션(convolution)은 델타(delta)의 위치에서 함수를 바꾸는 델타 함수(delta function)의 특성 때문에, 실현(realized)된다.Thus, if a convolution between the original and the scaled array of spots is executed in the output plane (Fourier plane), the array of N2 by N3 spots is between any function and the delta function. Convolution is realized because of the nature of the delta function that changes the function at the location of the delta.

Figure 112006034539374-PCT00032
Figure 112006034539374-PCT00032

출력평면에서 실행되는 컨벌루션 연산(convolution operation)은 퓨리에 관계가 두 평면들 사이에서 존재하기 때문에, 페이스 마스크 면의 곱셈 연산(multiplication operation)과 동치이다:The convolution operation performed on the output plane is equivalent to the multiplication operation of the face mask plane because the Fourier relationship exists between the two planes:

Figure 112006034539374-PCT00033
Figure 112006034539374-PCT00033

두-페이스 마스크들의 곱셈은 두 페이스들의 추가를 의미한다. 따라서, 서술된 경우(case)를 위한 전체 페이스 표현은Multiplication of two-face masks implies the addition of two faces. Thus, the full face representation for the case described

Figure 112006034539374-PCT00034
Figure 112006034539374-PCT00034

이다.to be.

여기에서, ø는 N 스팟 구조에 의한 N을 구현 하는 마스크의 페이스이다.Where? Is the face of the mask implementing N by the N spot structure.

보통의 경우, 예를 들면, 동일 구조의 눈금있는 버전들(scaled versions)의 합계가 조합되는(composed out) 구조와 같은, 프랙털 방정식과 동치인 페이스를 위한 방정식이 얻어진다:Usually, an equation for a face that is equivalent to a fractal equation is obtained, for example a structure in which the sum of scaled versions of the same structure is combined out:

Figure 112006034539374-PCT00035
Figure 112006034539374-PCT00035

도.13A 내지 13C는 두 프랙털 항을 위해 서술된 접근의 숫자로 표시된 예를 표시한다. 도.13A는 게르베르그-삭턴 뉴메리컬 알고리즘(Gerchberg-Saxton numerical algorithm)을 이용한 연산된 스팟들의 2차원 배열의 (8)에 의한 (8)을 보여준다. 그 결과는 (21)을 반복한 이후에 얻어진다. 페이스를 스케일링(scaling)하는 것은 도.13B에 보여진 스팟들의 분포(distribution) 배열로 이끌어 냈다. 이 분포는 사실상 처음의 것의 눈금(scale)이다. 두 페이스들(원래 것과 눈금화 한것)의 합계는, 예를 들면, (82)스팟들(이를테면, (64)스팟들에 의한 (64))에 의한 (82)를 가진 스팟들의 2D 배열과 같이, 도.13C에 나타난 결과를 산출한다. Figures 13A-13C show examples represented by the number of approaches described for the two fractal terms. Fig. 13A shows (8) by (8) of the two-dimensional array of spots computed using the Gerchberg-Saxton numerical algorithm. The result is obtained after repeating (21). Scaling the face led to a distribution arrangement of spots shown in Figure 13B. This distribution is actually the scale of the first one. The sum of the two faces (original and scaled) is, for example, a 2D array of spots with (82) by (82) spots (eg, (64) by (64) spots) and Similarly, the results shown in Fig. 13C are calculated.

참조는 본 발명의 광학 시스템 700의 다른 실시예를 도.14를 참조하면 된다. 시스템 700은, 빔렛들 B1(빔렛들의 2D형태로 (52)가 나타난다)의 2D배열을 발생시키고 비-가시 스펙트럼의 범위(레이저 다이들 혹은 VCSELs)에서 작동하는 레이저 배열61에 의해 형성되는 라이트 소스 시스템 (202), 그리고 비-선형 광학 크리스탈 (60); 레이저 배열 (61)의 출력에 위치된 시준된(collimated) 렌즈를 포함하는 초점 광학 렌즈(204); 그리고 그것에 관한 렌즈 (204) 하층부(downstream)에 인접하게(proximate) 위치한 역 담만 격자 구조체 (56)을 포함하는 빔 형상화 배열 (210) 그리고 비-선형 크리스탈 (60)의 탑햇 요소 구조체 (64)의 하층부(downstream)를 포함한다. 레이저 배열 (61)에 의해 발생되는 빔렛들 B1은 렌즈 (204)에 의해 시준되고 그리고 그것들은 크리스탈의 활성 간극(60)(또는 어떤 다른 비-선형 광학 매체)을 더블링 또는 레이징에 초점을 맞춘 단일 빔B2((58)로 표시된 스팟에 대응하는)으로 전환되는 역 담만 격자 (56)으로 향하고 그리고 가시적인 빔 B3((62)로 표시된 스팟에 대응하는)로 전환된다. 이 가시적인 빔B3는 빔B3의 가우스 특성이 빔((66)으로 표시되는 스팟)을 교차하여 총 통합된 밝기 분포에 도달하기 위해 통합된 형태 출력 빔 B4로 변환되는 또 다른 회절성의 광학 요소(탑햇)(64)를 향해 유도된다.Reference is made to Fig. 14 for another embodiment of the optical system 700 of the present invention. System 700 generates a 2D array of beamlets B1 (shown 52 in 2D form of beamlets) and is formed by a laser array 61 operating in a range of non-visible spectra (laser dies or VCSELs). System 202, and non-linear optical crystal 60; A focal optical lens 204 comprising a collimated lens positioned at the output of the laser array 61; And the beam shaping arrangement 210 and the top hat element structure 64 of the non-linear crystal 60 comprising a reverse damman grating structure 56 positioned proximate to the lens 204 downstream therewith. And downstream. The beamlets B1 generated by the laser array 61 are collimated by the lens 204 and they focus on doubling or lasing the active gap 60 (or any other non-linear optical medium) of the crystal. Only the reverse dams which are converted to a single beam B2 (corresponding to the spots indicated by 58) are directed to the grating 56 and to the visible beam B3 (corresponding to the spots indicated by 62). This visible beam B3 is another diffractive optical element (where the Gaussian characteristic of beam B3 intersects the beam (spot represented by 66) and is converted into an integrated form output beam B4 to reach the total integrated brightness distribution. Top hat) 64.

그렇게 생성된 통합된 빔 B4는 SLM과 같은 어떠한 표면을 조사하는 데에 사용되어질 수 있고, 그래서 활성 표면을 가로질러 동일한 라이트 분포와 함께 깨끗하고 통합된 밝기를 가진다. 비록 비-선형의 광학 크리스탈이 라이트 소스 시스템에서 사용되더라도, 구조물(architecture)의 서로 다른 다양성은 비-선형 광학 매체와 같은 것이 요구되지 않는 레이저 소스들이 가능하다는 것은을 상기하여야 한다.The resulting integrated beam B4 can be used to irradiate any surface, such as SLM, so that it has clean and integrated brightness with the same light distribution across the active surface. Although non-linear optical crystals are used in the light source system, it should be recalled that different varieties of architecture are possible for laser sources that do not require such a non-linear optical medium.

비록 단일 스팟이 역 담만 격자를 사용하여 비-선형 광학 크리스탈의 표면위에서 생성되더라도, 크리스탈의 표면위의 라이트의 여러 스팟들은 광학 요소의(예를 들면, 렌슬렛 배열) 다른 타입에 의한 역 담만 격자가 대체(replacing)됨으로써 생성된다는 것 또한 주의되어야 한다. 이것은 도.15에서 도시된다: 비-선형 크리스탈(60)은, 각 스팟이 레이징 표면 위에 다른 위치에서 있고, 보다 바람직하게는 각 스팟이 집단의 레이저들의 다른 세트에 의해 다른 시간 주기에서 켜지는 라이트 (70)의 스팟들과 함께 조사되어, 그래서 크리스탈의 표면위로 더 나은 열 분산과 그리고 출력 광학 강도의 더 나은 효율성을 허용한다.Although a single spot is created on the surface of a non-linear optical crystal using an inverted datum lattice, several spots of light on the surface of the crystal may only be inverted by a different type of optical element (eg, a lenslet array). It should also be noted that is generated by replicating. This is shown in Fig. 15: Non-linear crystals 60 are such that each spot is at a different position on the lasing surface, more preferably each spot is turned on at a different time period by a different set of lasers in the population. It is irradiated with the spots of the light 70, thus allowing better heat dissipation over the surface of the crystal and better efficiency of the output optical intensity.

참조는 본 발명의 광학 시스템의 또 다른 실시예들을 보여주는 도.16A 내지, 다른 파장 범위들에서 작동되는 다른 라이트 소스들로부터 라이트를 결합하는 프로젝션 시스템으로써 구성되는 것을 도.16A 내지 16B를 참조하면 된다. 도.16A의 실시예에서, 2D VCSEL 소스들의 두 세트들로부터의 라이트는 2D 레이저 다이 배열 소스로부터의 라이트가 결합한다. Reference may be made to FIGS. 16A-16B, which illustrate still other embodiments of the optical system of the present invention, as configured as a projection system that combines light from other light sources operating in different wavelength ranges. . In the embodiment of Figure 16A, light from two sets of 2D VCSEL sources are combined by light from a 2D laser die array source.

도.16B의 실시예에서 2D VCSEL의 하나의 라이트 형식 세트는 LED 그리고 2D 레이저 다이 배열 세트로부터 결합된다. 도.16A 의 시스템 (800A)는 라이트 소스 시스템(202); 빔 형상화 배열 (210); 초점 광학 렌즈(204), 그리고 라이트 결합체(combiner) (92)(잠망경렌즈(periscope))을 포함한다. 시스템 (800A)는 광학 렌즈(96)을 이미지화(imaging)하는 출력을 교대로(in turn)로 갖추는 SLM (94)를 적절하게 조사하는 것을 목적으로 한다. 본 실시예에서, SLM은 라이트 전파(transmitting) 타입이지만, 그러나 발명의 원리는 SLM을 반사하는 타입에 사용될 수 있다는 것은 이해되어야한다. In the embodiment of Figure 16B, one light type set of 2D VCSELs is combined from an LED and a 2D laser die array set. 16A, system 800A includes a light source system 202; Beam shaping arrangement 210; A focusing optical lens 204 and a light combiner 92 (periscope). The system 800A aims to adequately illuminate the SLM 94 which, in turn, has an output that images the optical lens 96. In this embodiment, the SLM is of the light transmitting type, but it should be understood that the principles of the invention can be used for the type that reflects the SLM.

라이트 소스 시스템 (202)는 둘 다 비-가시 범위에서 작동하고 그리고 비-선형 광학 물질 (84)와 (86)(예를 들면, KTP 그리고 BBO 크리스탈들)을 각각 펌핑하기 위한 2D VCSEL 배열들 (83)과 (85)(예를 들어 1060(nm) 그리고 940(nm))에 의해 형성되는 라이트 소스들 (72) 그리고 (74), 그리고 레이저 다이 배열(예를 들면, 650(nm)에서 작동)에 의해 형성되는 라이트 소스(76)를 포함한다. 세 개의 라이트 소스들은 각각 라이트 전파(propagation)의 세 개의 광학경로들을 정의한다.The light source system 202 operates both in the non-visible range and 2D VCSEL arrays for pumping the non-linear optical material 84 and 86 (eg, KTP and BBO crystals) respectively. Light sources 72 and 74 formed by 83) and 85 (e.g., 1060 (nm) and 940 (nm)), and operate at a laser die array (e.g., 650 (nm)). Light source 76 formed by Three light sources each define three optical paths of light propagation.

초점 광학 레즈(204)는 각각 세 개의 광학경로들에 설치되고 라이트 소스들 (72), (74) 그리고 (76)과 연관된 마이크로 렌슬렛 배열들 (78), (80), (82)를 포함하고, 그리고 이 라이트 소스들과 적절하게 결합된다. 마이크로 렌슬렛 배열들 (78)과 (80)은 각각 크리스탈 (84)와 (86)의 VCSEL 배열들 (83)과 (85) 상류부의 출력에 위치한다. 마이크로 렌슬렛 배열들 (78)과 (80) 각각은, 상기에서 설명된 것처럼 각자의 크리스탈 위에(보다 바람직하게는 다른 시간 섹션들에서) 약간의 초점된 스팟들(focused spots)을 형성하기 위해 각자의 총 VCSEL 배열의 VCSELs 그룹들을 초점 맞추도록 구성된다. 마이크로-렌슬렛 배열들 (78)과 (80)에 빠지는 스팟들의 그룹들은 크리스탈 (84)와 (86)에서 충돌하고 그것에 의해 제2 하모닉 제너레이션(second harmonic generation) 효과를 획득하고 그래서 녹색과 청색 라이트 빔들을(이 자세한 예에서) 얻는다.The focal optical legs 204 each comprise micro lenslet arrays 78, 80, 82 installed in three optical paths and associated with the light sources 72, 74 and 76. And properly combined with these light sources. The micro lenslet arrays 78 and 80 are located at the output of the VCSEL arrays 83 and 85 upstream of the crystals 84 and 86, respectively. Each of the micro lenslet arrays 78 and 80 is each to form some focused spots above its respective crystal (more preferably in other time sections) as described above. Is configured to focus the VCSELs groups of the total VCSEL array of the < RTI ID = 0.0 > Groups of spots falling into the micro-lenslet arrays 78 and 80 collide in crystals 84 and 86 and thereby obtain a second harmonic generation effect and thus green and blue light Get the beams (in this detailed example).

제3의 라이트 소스 (76)의 출력상에 설치된 마이크로 렌슬렛 배열(82)는 레이저 다이 배열(76)의 배열과 일치하여 배열되는 마이크로 렌즈들의 KxL 배열의 형성내에 있는데, 매트릭스 NxM는 렌슬렛 매트릭스 KxL과 상당히 일치하는 레이저 다이 요소들과 같은 것이 있다. 이것은 SLM 활성 표면에서 빔렛들를 통합하기 위한 것이다.The micro lenslet array 82 installed on the output of the third light source 76 is in the formation of a KxL array of micro lenses arranged in alignment with the array of the laser die array 76, where the matrix NxM is the lenslet matrix. There are such things as laser die elements that are quite consistent with KxL. This is to integrate the beamlets at the SLM active surface.

빔 형상화 배열 (210)은, 각각 비-선형 크리스탈 (84)와 (86)의 하류인 라이트 소스들 (81)와 (84)에 의해 정의되는 광학경로에 설치된 다중-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크 (88)과 (90); 그리고 렌슬렛 배열 (82)의 제3의 광학경로서의 다중-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크들 (91)(예를 들어 탑햇 배열)을 포함한다. Beam shaping array 210 is a multi-pixel diffractive optical face mask installed in an optical path defined by light sources 81 and 84 downstream of non-linear crystals 84 and 86, respectively. 88) and 90; And multi-pixel diffractive optical face masks 91 (eg top hat array) as a third optical mirror of lenslet array 82.

크리스탈 (84)와 (86)으로부터 나타나는 가시 스펙트럼의 제1 및 제2 라이트 빔들은, 각각, SLM 유닛 (94)의 픽셀 배열에 따라 요구된 것처럼 NxM빔들의 제1 및 제2 배열들로 변환되는, 다중-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크 (88)과 (90)을 통해 통과한다. 다중-픽셀 페이스 마스크 (88)과 (90)으로부터 그리고 다중-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크 91로부터의 빔렛들는 잠망경렌즈(81)를 향해 전달되고, 그런 후에 광학적 방식에서 그것의 활성 표면을 커버하기 위해 SLM 유닛 94를 향한다. 이 라이트는 SLM 유닛(드라이빙 신호(diriving signal)에 의해 작동되는)에 의해 적절하게 조절되고, 그것이 커지고 외부로 투사되어 이미징 렌즈 (96)을 통하여 전달된다.The first and second light beams of the visible spectrum appearing from crystals 84 and 86 are respectively converted into first and second arrangements of N × M beams as required according to the pixel arrangement of SLM unit 94. And passes through the multi-pixel diffractive optical face masks 88 and 90. Beamlets from the multi-pixel face masks 88 and 90 and from the multi-pixel diffractive optical face mask 91 are directed towards the periscope lens 81 and then to cover its active surface in an optical manner. Head towards SLM Unit 94. This light is properly adjusted by the SLM unit (operated by a driving signal), which is enlarged and projected outwards and transmitted through the imaging lens 96.

비록 본 실시예가 두 VCSEL 배열들와 하나의 레이저 다이 배열의 조합의 사용을 보여주지만, 모든 세 개의 라이트 소스들은 레이저 다이 배열들또는 VCSEL 배열들이 된다는 것을 상기하여야 한다. 비록 렌슬렛 배열들이 라이트 스플릿팅 유닛들로 사용되더라도, 회절성의 광학 요소들은(예를 들면, 담만 격자들) 대신 선택적으로 탑햇 요소 구조체들과 함께 출력 스팟들의 밝기를 같게 통합하기 위해 사용되어 질 수 있다는 것 또한 상기하여야 한다.Although this embodiment shows the use of a combination of two VCSEL arrays and one laser die array, it should be recalled that all three light sources are either laser die arrays or VCSEL arrays. Although the lenslet arrays are used as light splitting units, diffractive optical elements (eg Damman gratings) can be used to integrate the brightness of the output spots equally with the optional top hat element structures instead. It should also be recalled.

추가적으로, 광학 (204)는 완전하게 제거될 수 있고, 그리고 필수적인 파장 감도 코팅(예를 들어 반사저해/고도로 반사)과 함께 비-선형 물질은, 확장된 공동(cavity)을 형성하고 주파수 더블링 효율성을 진보하는 레이저 배열들의 공명기(resonator) 구조의 부분으로써, 이러한 방법으로 레이저 배열의 맨 위에 부착될 수 있다는 것을 상기하여야 한다. In addition, the optics 204 can be completely removed, and the non-linear material, together with the necessary wavelength sensitive coating (eg antireflection / highly reflective), forms an extended cavity and improves frequency doubling efficiency. It should be recalled that as part of the resonator structure of the advancing laser arrays, it can be attached to the top of the laser array in this way.

추가적으로, 비록 비-선형 광학 크리스탈의 표면위로 약간의 스팟들을 발생시키는 것이 보다 바람직하지만, 단일 라이트 스팟이 크리스탈에 충돌하는 구성 또한 사용된다는 것을 상기하여야 한다. 또한, 광학 라이트가 SLM에 제공하기 위해 사용된 다중-픽셀 페이스 마스크들 중 적어도 하나 또는 그것들 모두는, 프랙털 빔 형상화 요소들 또는 선택적으로 SLM에 충돌하는 균일한 강도의 직사각형의 빔을 제공하는 탑햇 구조체들과 같은, 다른 적당한 수단들에 의해 대체될 수 있다. 비-선형 물질의 사용은 선택적이고, 만약 가시 스펙트럽의 범위에서 작동 가능한 VCSEL이 사용된다면, 제거된다는 것 또한 이해되야 한다. 비록 본 실시예에서 오직 더블링 크리스탈이 사용되어 지더라도, 몇몇 작동(applications)들에서 레이징 크리스탈은 또한 사용된다는 것은 이해되어야한다. (예를 들면, 808(nm)에서 2D VCSEL 배열을 포함하는 라이트 소스 기구는, YV04, 그리고 532(nm)에서 녹색 출력을 얻는 KTP 크리스탈과 같은 레이징 크리스탈이 필요할 것이다)Additionally, although it is more desirable to generate some spots on the surface of the non-linear optical crystal, it should be recalled that a configuration in which a single light spot impinges on the crystal is also used. In addition, at least one or both of the multi-pixel face masks used for optical light to provide to the SLM may be a top hat structure that provides a fractal beam shaping elements or a rectangular beam of uniform intensity that optionally impinges on the SLM. Or other suitable means, such as It should also be understood that the use of non-linear materials is optional and will be eliminated if VCSELs that are operable in the range of visible spectra are used. Although only a doubling crystal is used in this embodiment, it should be understood that in some applications a lasing crystal is also used. (For example, a light source instrument that includes a 2D VCSEL array at 808 (nm) will need a lasing crystal, such as YV04, and a KTP crystal that yields a green output at 532 (nm).)

도.16B의 실시예에서, 프로젝션 시스템 (800B)는 유사하게 라이트 소스 시스템 (202); 빔 형상화 배열 (210); 광학 초점 렌즈(204), 그리고 라이트 결합체(116)(잠망경렌즈)을 포함하고; 그리고 SLM(118)을 적절하게 조사하는 것을 목적으로 한다. 여기에서, 라이트 소스 시스템 (202)는 2D VCSEL 배열 (99)와 비-선형 광학 크리스탈 (110)(예를 들면, KTP)에 의해 형성되는 제1 라이트 소스 (98); 2D 레이저 다이 배열 (102); 그리고 LED 소스 (100)을 포함한다.In the embodiment of Figure 16B, projection system 800B similarly includes light source system 202; Beam shaping arrangement 210; An optical focus lens 204 and a light combination 116 (periscope lens); And it aims at investigating SLM 118 appropriately. Here, the light source system 202 includes a first light source 98 formed by a 2D VCSEL array 99 and a non-linear optical crystal 110 (eg, KTP); 2D laser die array 102; And LED source 100.

초점 광학 렌즈(204)는 라이트 소스들 (98)과 (102)와 각가 연관된 마이크로 렌슬렛 배열들 (104)와 (108), 그리고 LED (100)의 출력에서의 컬렉션 렌즈 (106)을 포함한다. 마이크로 렌즈 배열 (104)는 크리스탈 (110)의 VCSEL 배열 (99) 상층부의 출력에 설치되고, 펌프된 크리스탈 (110)상의(보다 바람직하게는 다른 시간들에) 약간의 초점된 스팟들을 형성하기 위한 상기 모든 2D VCSEL 배열(99)로부터 VCSELs의 그룹들 포커스하기 위해 구성된다. 마이크로 렌즈 배열 (108)은 레이저 다이 배열 (102)의 출력 설치되고, 그리고 이것은 이 매트릭스들 NxM(다이) 그리고 KxL(렌슬렛들)은 상당히 동일한 것처럼, SLM 활성 표면에서 빔렛들을 통합하기 위해, NxM 레이저 다이들의 매트릭스와 일치하여 배열되는 마이크로 렌즈들의 KxL 매트릭스이다. The focus optical lens 204 includes micro lenslet arrangements 104 and 108 angled with light sources 98 and 102, and a collection lens 106 at the output of the LED 100. . The micro lens array 104 is installed at the output of the upper portion of the VCSEL array 99 of the crystal 110 and is used to form some focused spots on the pumped crystal 110 (more preferably at other times). Configured to focus groups of VCSELs from all of the 2D VCSEL arrays 99. The micro lens array 108 is installed at the output of the laser die array 102, and this is NxM, in order to integrate the beamlets at the SLM active surface, as these matrices NxM (die) and KxL (lenslets) are quite the same. A KxL matrix of micro lenses arranged in alignment with a matrix of laser dies.

빔 형상화 배열 (210)은 크리스탈 (110)의 출력 다중-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크 (112); 그리고 LED (100)으로부터 수집되는 라이트의 광학경로에서의 탑햇 요소(114)를 포함한다.Beam shaping array 210 includes an output multi-pixel diffractive optical face mask 112 of crystal 110; And a top hat element 114 in the optical path of the light collected from the LED 100.

따라서, LED(100)으로부터의 라이트는 컬렉션 렌즈(106)에 의해 수집되고, 그런 후에, SLM 표면 위로 라이트 통합을 진보하기 위해 그리고 통합된 이미지를 얻는, 라이트 가우스 강도 프로파일로부터 직사각의 통합된 빔의 그것으로 재형상화 되는 탑햇(114)를 통해 통과한다. 탑햇(114)로부터 나오는 라이트는 잠망경 렌즈(116)을 향해 전달된다. 펌프된 크리스탈(110)이 존재하는 라이트는, SLM의 픽셀 배열에 따라 필요한 것처럼 이 라이트를 NxM 빔들로 변환(convert)시키기 위해 구성되는, 다중-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크(112)를 통해 통과한다. 세 개의 광학경로들로부터의 이 라이트 빔들은 잠망경렌즈(116) 거기에서 SLM (118)을 향해 전달된다. SLM은 이미지를 형성하고 그런 후에 이미징 렌즈(120)에 의해 외곽에 투사되기 위해, 입사(incident) 라이트를 조절하는 것이 제한할 수 있게 작동된다.Thus, the light from the LED 100 is collected by the collection lens 106 and then of the rectangular integrated beam from the light Gaussian intensity profile to advance the light integration onto the SLM surface and obtain an integrated image. It passes through the top hat 114 which is reshaped into it. Light exiting the top hat 114 is directed towards the periscope lens 116. The light in which the pumped crystal 110 is present passes through a multi-pixel diffractive optical face mask 112, which is configured to convert this light into NxM beams as required according to the pixel arrangement of the SLM. . These light beams from the three optical paths are transmitted from the periscope lens 116 towards the SLM 118. The SLM operates to restrict the adjustment of incident light to form an image and then projected outward by the imaging lens 120.

렌슬렛 배열들 는 담만 격자에(선택적으로 탑햇 요소 구조체과 함께 출력 스팟 밝기를 같게 통합하는) 의해 대체된다는 것은 주의 되어야한다. 크리스탈의 표면에서 약간의 스팟들을 발생시키는 대신, 시스템은 크리스탈 위의 단일 라이트 스팟을 생성하도록 구성된다. 또한, 다중-픽셀 페이스 마스크들 중 적어도 하나 또는 SLM에 광학 라이트를 제공하기 위해 사용된 그것들 모두는 다른 적당한 수단들, 이를테면, 프랙털 빔 형상화 요소들 또는 SLM에 작용하는 균일한-강도 사각형의 빔을 제공하는 선택적 탑햇 구조체들과 같은 것들에 의해 대체된다. 만약, 가시-범위의 VCSEL이 사용된다면, 크리스탈들(비-선형 물질)의 사용은 제거된다. 단지 더블링 크리스탈을 사용하는 것 대신에, 비-선형 광학 크리스탈과 함께 레이징 크리스탈이 사용된다(예를 들면, 808(nm)에서의 2D VCSEL 배열와 이를테면, YV04, 그리고 532(nm)에서의 녹색 출력을 얻는 KTP 크리스탈과 같은 레이징 크리스탈). 단일 LED의 사용은 그들의 요구된 광학들을 따라 LEDs의 배열에 의해 대체되는데, 여기에서 탑햇 구조체(114)의 지급량(provision)은 선택적이다. VCSEL 배열과의 레이저 다이 배열의 조합은 두 VCSEL 배열들 또는 두 레이저 다이 배열들에 의해(적당한 빔 형상화 광학들을 따라) 대체된다. 추가적으로, 광학 렌즈(204)는 완전히 제거될 수 있고, 필수적인 파장 감도 코팅과 함께 비-선형 물질은, 확장된 공동를 형성하고 주파수 더블링 효율성을 진보하기 위한, 레이저 배열의 공진기 구조의 부분이 되도록 레이저 배열의 맨 위에 부착될 수 있다(예를들면 상기에 나열된 방법들에 의해). It should be noted that the lenslet arrays are replaced by the Daman grating (optionally integrating the output spot brightness equally with the top hat element structure). Instead of generating some spots on the surface of the crystal, the system is configured to create a single light spot on the crystal. In addition, at least one of the multi-pixel face masks or all of them used to provide optical light to the SLM may be adapted to other suitable means, such as fractal beam shaping elements or a uniform-strength square beam acting on the SLM. It is replaced by things like optional top hat structures that you provide. If a visible-range VCSEL is used, the use of crystals (non-linear material) is eliminated. Instead of using only a doubling crystal, a lasing crystal is used with a non-linear optical crystal (e.g., a 2D VCSEL array at 808 (nm) and a green output at YV04, and 532 (nm), for example. Rising crystals such as KTP crystals). The use of a single LED is replaced by the arrangement of LEDs along their required optics, where the provision of the top hat structure 114 is optional. The combination of the laser die array with the VCSEL array is replaced by two VCSEL arrays or two laser die arrays (along with the appropriate beam shaping optics). In addition, the optical lens 204 can be completely removed and the non-linear material with the requisite wavelength sensitivity coating is arranged such that the laser array is part of the resonator structure of the laser array to form extended cavities and advance frequency doubling efficiency. It can be attached to the top of (e.g., by the methods listed above).

참조는 프로젝션 시스템 실시예에서의 사용에 적당한 광학 시스템들의 또 다른 예들을 보여주는 도.17A 및 17B로 만들어진다. Reference is made to FIGS. 17A and 17B showing further examples of optical systems suitable for use in a projection system embodiment.

도.17A의 구체화에서, 광학 시스템 (900A) 눈 2D VCSEL 배열(122)에 의해 형성되는 라이트 소스 시스템; 제1 및 제2 컬렉션 렌즈들 (126)과 (134)를 포함하는 초점 광학들; 그리고 제1 및 제2 회절성의 광학 유닛들 (130)과 (136)을 포함하는 빔 형상화 배열을 포함한다. VCSEL 배열(122)는 렌즈 (126)을 향해 전파하는 빔렛들 (124)의 배열을 생성하는데(선택적으로 2D 렌슬렛 배열의 면이 될 수 있는), 그래서 렌즈 (126)은 제1 빔 쉐이퍼 (130)을 향해 전파하는 시준된(collimated) 빔들(128)을 생성한다. 후자는 NxM 빔렛들의 형성에서의 출력을 발생시키도록 디자인된 다중-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크이다. 이러한 마스크 (130)은 각 다중-픽셀 페이스 마스크 요소가 VCSEL 배열 빔렛들로부터의 구체적인 빔렛으로 조정된 개별적으로 되는 페이스 마스크 요소들의 배열에 의해 형성될 수 있다. 그러므로, 각 VCSEL 빔렛은 그것의 개별적인 페이스 마스크에 의해 빔렛들의 배열로 변환되는데, 이것은 모든 VCSEL 빔렛들는 모든 페이스 마스크 요소들에 의해 많은 수의 출력 빔렛들 (132)로 함께 변환된다는 것을 의미한다. 마스크 (130)의 출력 특징들은, 이를테면 핏치(pitch)와 사이즈, 구체적 적용의 요구에 따라 미리 결정될 수 있다.(predetermined) 만약 빔렛들(132)의 수가 충분하지 않다면, 제1 반복이 미리 형성될 수 있다: 빔들 (132)는, 그들이 제1 마스크(130)에 의해 획득되는 2D 빔렛 배열의 수를 증가시키기 위해 제1 다중-픽셀 페이스 마스크 (138)(다중-픽셀 페이스 마스크들의 배열 또한 될 수 있는)을 향해 투사되고 시준되는 초점 렌즈 (134)를 향해 전달되어, 따라서 큰 (scale) 빔렛들 배열을 획득한다.In the embodiment of Fig. 17A, the light source system formed by the optical system 900A eye 2D VCSEL array 122; Focusing optics including first and second collection lenses 126 and 134; And a beam shaping arrangement comprising first and second diffractive optical units 130 and 136. The VCSEL array 122 produces an array of beamlets 124 that propagate towards the lens 126 (which can optionally be a face of the 2D lenslet array), so that the lens 126 is a first beam shaper ( Create collimated beams 128 that propagate toward 130. The latter is a multi-pixel diffractive optical face mask designed to generate output in the formation of NxM beamlets. This mask 130 may be formed by an array of individually made face mask elements in which each multi-pixel face mask element is adjusted to a specific beamlet from the VCSEL array beamlets. Therefore, each VCSEL beamlet is converted into an array of beamlets by its individual face mask, which means that all VCSEL beamlets are converted together into a large number of output beamlets 132 by all face mask elements. The output characteristics of the mask 130 can be predetermined depending on the pitch and size, for example, the needs of the particular application. If the number of beamlets 132 is not sufficient, the first iteration can be pre-formed. The beams 132 can also be the first multi-pixel face mask 138 (array of multi-pixel face masks) to increase the number of 2D beamlet arrays they are obtained by the first mask 130. Toward the focus lens 134 that is projected and collimated, thus obtaining an array of scale beamlets.

컨벌루션은 빔 형상화 요소들 (130)과 (138)의 퓨리에사이에서 VCSELs 세트로 형성되고, 그리고 빔렛들 스팟들 사이의 거리는 VCSEL 배열의 사이즈와 같게 조절된다.(set)Convolution is formed of a set of VCSELs between the beam shaping elements 130 and the Fourier of 138, and the distance between the beamlets spots is adjusted to be equal to the size of the VCSEL array.

결과 빔렛들 (140)은 그런 후에 각 빔렛이 SLM의 활성 표면에서 대응하는 픽셀에 개별적으로 작용하는 조사판을(제시되지 않음) 향해 전달되는데, 예를 들면, 광학 요소들의 배열를 얻는 그것을 패터닝하는 포토-저해를 조사하기 위해, 또는 최대한 효율적인 방법으로 SLM을 조사하기 위함이다. The resulting beamlets 140 are then passed towards (not shown) a irradiation plate where each beamlet acts individually on the corresponding pixel at the active surface of the SLM, for example, a photo patterning it that obtains an array of optical elements. To investigate interference or to investigate SLM in the most efficient way possible.

다중-픽셀 페이스 마스크는 심지어 더 큰 2D 빔렛들 배열를 획득하기 위해 프랙털 빔 형상화 요소들에 의해 대체된다는 것은 상기해야 한다. VCSEL 배열는 레이저 다이 배열에 의해 대체된다.It should be recalled that the multi-pixel face mask is replaced by fractal beam shaping elements to obtain even larger arrays of 2D beamlets. The VCSEL array is replaced by a laser die array.

광학 시스템 (900B)(도.17B)은 일반적으로 도.17A의 시스템과 유사하게 구성되는데, 다시 말해, 2D 빔렛 배열 라이트 소스 (142)(이를테면 VCSELs 의 2D 배열 또는 레이저 다이들); 초점 렌즈 배열; 그리고 빔 형상화 배열을 포함한다. 그러나, 여기서 초점 렌즈 배열은 렌슬렛 배열 (146)의 형성에 있고; 그리고 빔 형상화 배열은 하부-요소들(페이스마스크)의 배열에 의해 형성되는 단일 다중-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크 (150)을 포함한다.Optical system 900B (FIG. 17B) is generally configured similarly to the system of FIG. 17A, that is, 2D beamlet array light source 142 (such as 2D array or laser dies of VCSELs); Focus lens array; And a beam shaping arrangement. However, the focus lens arrangement here is in the formation of the lenslet arrangement 146; And the beam shaping arrangement comprises a single multi-pixel diffractive optical face mask 150 formed by an arrangement of sub-elements (facemasks).

라이트 소스 (142)는, 빔들이 시준되는, 렌슬렛 배열(146)을 향해 빔렛들 (144)의 배열을 투사한다. 렌슬렛 배열 (146)은 빔 형상화 요소 (150)을 향해 빔렛들 (148)의 배열를 출력한다. 후자는 각 페이스 마스크가 개별적으로 빔렛 배열(148)의 구체적 빔렛과 조정되는 것처럼 구성되고, 큰 수의 출력 빔렛들 (152)의 배열, 구체적 빔 사이즈와 요구사항들와 다중-픽셀 페이스 하부-마스크 디자인에 따라 인접한 빔들 사이의 차이을 가진 NxM 빔렛들를 형성한다.The light source 142 projects the array of beamlets 144 towards the lenslet array 146 where the beams are collimated. Lenslet array 146 outputs an array of beamlets 148 towards beam shaping element 150. The latter is configured as if each face mask is individually coordinated with the specific beamlet of beamlet array 148, the arrangement of large number of output beamlets 152, the specific beam size and requirements and the multi-pixel face sub-mask design Thus forming NxM beamlets with a difference between adjacent beams.

다중-픽셀 페이스 마스크는 심지어 더 큰 2D 빔렛 배열를 획득하기 위해 프랙털 빔 형상화 요소들에 의해 대체된다는 것을 상기해야 한다. VCSEL은 레이저 다이 배열에 의해 대체된다.It should be recalled that multi-pixel face masks are replaced by fractal beam shaping elements to obtain even larger 2D beamlet arrangements. The VCSEL is replaced by a laser die array.

도.18은, 이를테면, 표면 릴리프 패턴으로써 제작된 마이크로 렌즈 배열이 같은, 마이크로 구조의 제조(manufacture)로 사진석판술(photolithography)에서의 사용을 위해 구성된 광학 시스템 (1000)을 예시한다. 시스템 (1000)은 UV 라이트 소스 (154)에 의해 형성되는 라이트 소스 시스템; 그리고 다중-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크 (158)에 의해 형성된 빔 형상화 배열을 포함한다. 라이트 소스 (154)는 빔렛들 (156)의 2D 배열를 함께 발생시키는 UV 라이트 소스 요소들(예를 들면, VCSELs, 레이저 다이들)의 2D 배열이다. 다중-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크 (158)은 상기 예시에서 설명된 것처럼, 하부-마스크들, 빔렛 당 마스크를 증축한다.(built out) 마스크 (158)은 빔렛들 (156)을 구체척 빔 직경과 핏치사이즈와 함께 마이크로 UB 빔들 (160)의 NxM 배열로 변환한다. 이 빔들 (160)의 배열은 그런 후에 출력 조사 라이트로써 조사된다. 예를 들어, 빔 (160)은 기판(substrate) (162)(예를들면, 유리)가 입혀진 사진-저해(예를들면, 폴리머)에 투사되며, UV라이트(또는 반대, 네거티브 사진-저해의 경우에)와 상호작용하는 영역 내에서 사진-저해 물질 제거를 일으킨다. 빔들 (160)은 라이트의 가우스 분배와 함께 스팟들의 배열를 나타내기 때문에, 그들은 렌즈와 비슷한 형상에 대응하는 사진-저해 기판(substrate)에서 매트릭스와 비슷한 형상을 형성하고, 그래서 마이크로 렌즈 배열들를 창출하는 베이직 패턴을 제조한다.18 illustrates an optical system 1000 configured for use in photolithography in the fabrication of microstructures, such as microlens arrays fabricated as surface relief patterns. System 1000 includes a light source system formed by UV light source 154; And a beam shaping arrangement formed by the multi-pixel diffractive optical face mask 158. Light source 154 is a 2D array of UV light source elements (eg, VCSELs, laser dies) that together produce a 2D array of beamlets 156. The multi-pixel diffractive optical face mask 158 builds out the sub-masks, a mask per beamlet, as described in the above example. The mask 158 extends the beamlets 156 into a specific beam diameter. And an NxM array of micro UB beams 160 with pitch size. The arrangement of these beams 160 is then irradiated with output irradiation light. For example, beam 160 is projected onto photo-inhibited (e.g., polymer) coated with substrate 162 (e.g., glass), and UV light (or vice versa, negative photo-inhibited). Photo-inhibiting substance removal within the area interacting with). Since the beams 160 represent an array of spots with a Gaussian distribution of light, they form a matrix-like shape in the photograph-inhibiting substrate that corresponds to the lens-like shape, and thus create a micro lens array. Prepare the pattern.

단일 라이트 소스 요소는 마이크로 라이트 소스 요소의 배열 대신 사용되는 것을 상기해야 하는데, 이 경우에 다중-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크는 조절된 빔렛 배열 배열을 제공하도록 디자인된다. 시스템이 조절된 UV 제작 패턴을 제공하기 때문에, 광학 시스템 (1000)의 사용은 제작 마스크(사진 도구)의 창출을 필요로 하는 조사을 제공하는데, 그것에 의해 마이크로 구조의 제작비용을 삭감한다.It should be recalled that a single light source element is used instead of an array of micro light source elements, in which case the multi-pixel diffractive optical face mask is designed to provide a controlled beamlet array arrangement. Since the system provides a controlled UV fabrication pattern, the use of the optical system 1000 provides an investigation that requires the creation of a fabrication mask (photographic tool), thereby reducing the fabrication cost of the microstructure.

다중-픽셀 페이스 마스크의 사용 대신에 프랙털 빔 형상화 요소 또는 담만 요소들은 2D 빔렛들 배열를 발생시키는 데에 사용될 수 있다는 것 또한 상기해야 한다.It should also be recalled that instead of using a multi-pixel face mask, fractal beam shaping elements or Damman elements can be used to generate the 2D beamlets arrangement.

상기 설명된 발명의 예시들과 관련하여, 예술로(예를들면, 렌즈배열) 알려진 다른 표준 광학들은 단지 조절(adjustment) 목적을 위한 빔 형상화 배열 전후에 첨가될 수 있다는 것은 상기해야 한다. 각 라이트 소스들 또는 라이트 소스 요소들은 여러 라이트 소스들이 사용되는 도.1,2A-2C의 라이트 모듈 구조물을 연속적 메커니즘과 펄스 모드 작동과 함께 사용하며 디자인될 수 있다.Regarding the examples of the invention described above, it should be recalled that other standard optics known as art (eg lens arrays) may be added before and after beam shaping arrangements only for adjustment purposes. Each light source or light source element can be designed using the light module structure of FIGS. 1, 2A-2C in which several light sources are used, with a continuous mechanism and pulse mode operation.

VCSEL 배열들, 레이저 다이 배열들, 그리고 같은 프로젝션 시스템에서의 특벼한 빔 형상화 배열을 따르는 LEDs의 다양성의 기구들 사용은 비용과 물리적 사이즈면에서 잠재적인 큰 삭감, 더 높은 출력 밝기 그리고 더 낮은 전기 파워 소비를 창출할 수 있었다.The use of VCSEL arrays, laser die arrays, and a variety of instruments of LEDs that follow special beam shaping arrays in the same projection system can potentially reduce costs, physical size, higher output brightness, and lower electrical power. It could create consumption.

본 발명의 빔 형상화 기술은, 예를 들면, 공간적 라이트 모듈레이터(SLM)의 깨끗한 개구(aperture)에 작용하는 라이트의 효율성을 극적으로 진보시키는 데에 사용될 수 있다. SLM의 작동과 구조(construction)는 그 자체로(per ser)로 알려져 있고 그래서 구체적으로 설명될 필요가 없다. SLMs는 일반적으로 즘 데이터 프로젝터, 머리가 고정된 디스플레이에서, 그리고 디지털 카메라의 전통적인 뷰파인더(viewfinders)에서의 소형의 디스플레이로써(전형적으로 1.5“diagonal보다 더 적은 스크린 사이즈를 갖는) 사용된다. SLMs의 제조는 생산물의 새로운 다양성을 추출하기위해 모듈레이터들의 각 발생 내에서 그것의 물리적 사이즈를 감소하려고 노력한다(seek to). 그러나, SLM의 투과율(transmittance) 효율성은 문제가 있는 채 남아있고, 그들 내의 블랙 매트릭스 TFT 마스크가 입사되어 투사된 라이트의 큰 부분을 방해(blocks)하는 것처럼, 극적인 방식으로 모듈레이터들을 더 줄어드는 데에 주 방해물로써 여겨지고, 그래서 충분한 출력 프로젝션 이미지를 획득하기 위해 높은 밝기 조사 소스들의 사용에 포커싱한다. 부가적으로, 액정 매체(Liquid crystal substance)의 가동 과열 때문에, 투사된 이미지에 수차(aberrations)를 생성하는 것처럼, SLM에 축적된 열을 전파하기 위하여, SLM에 의해 방해된 라이트의 부분은 큰 표면을 가지는 SLM을 위한 필요조건을 끌어낸다. 그러므로, 비교적 큰 SLM은 더 나은 라이트 투과율과 열 분산을 위해 필요하다.The beam shaping techniques of the present invention can be used, for example, to dramatically advance the efficiency of light acting on a clean aperture of a spatial light modulator (SLM). The operation and construction of the SLM is known per per and so need not be described in detail. SLMs are commonly used as compact displays (typically with screen sizes less than 1.5 "diagonal) in virtual data projectors, head-mounted displays, and in traditional viewfinders of digital cameras. The manufacture of SLMs seeks to reduce its physical size within each generation of modulators to extract a new variety of products. However, the transmittance efficiency of the SLM remains problematic, and it is important to further reduce modulators in a dramatic way, as black matrix TFT masks within them block a large portion of the incident and projected light. It is considered an obstruction and thus focuses on the use of high brightness illumination sources to obtain a sufficient output projection image. In addition, due to the moving overheating of the liquid crystal substance, the portion of the light hindered by the SLM, in order to propagate the heat accumulated in the SLM, such as creating aberrations in the projected image has a large surface area. Elicit the requirements for an SLM with Therefore, a relatively large SLM is needed for better light transmission and heat dissipation.

본 발명은 SLM 유닛에서 빔 형상화 기술을 이용함으로써 상기의 문제를 해결한다. 본 발명의 빔 형상화는 담만 격자에(렌슬렛 배열들와 함께 또는 없이), 다중-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크(필터) 또는 프랙털 접근, 그리고/또는 역 담만 격자에 기초한다. The present invention solves the above problem by using a beam shaping technique in the SLM unit. The beam shaping of the present invention is based on the Damman grating (with or without lenslet arrays), an optical face mask (filter) or fractal approach of multi-pixel diffraction, and / or an inverted Damman grating.

각각 세 가지 컬러 채널들을 얻어 다양한 색채로 투사된 이미지를 획득하기 위한 아키텍쳐(architecture)를 기초한 풀 2D 어드레서블 VCSEL 펌프된 두 가지 실시예를 도시하는 것은 도.19A 및 19B를 참조하면 된다.See Figures 19A and 19B to show two embodiments of a full 2D addressable VCSEL pump based on an architecture for obtaining three color channels each to obtain a projected image in various colors.

도.19A의 예시에서, 광학 시스템 (1100A)는 세 가지 공간적으로 분리된 광학경로들을 정의하기 위해 구성되고, 그리고 출력 이미지를 스캔하는 편향(deflection) 요소를 향한 모든 통로로부터의 라이트를 전달한다. 이미지는 각 라이트 소스 당 2D 어드레서블 채널들의 세트로 만들어지는데, 각 라이트 소스 기구는 그레이 레벨의 다른 패턴들을 제공하기 위해 제한되고 디지털 마이크로 거울을 기초한 요소가 되는 편차 요소에 의해 공시적으로(synchronically) 스캔되는 곳에서, 그레이 레벨 변화를 가지는 프로젝션 표면 위에 움직이는 정사각형의 형상 패턴을 형성하면서 이미지를 얻는다.In the example of FIG. 19A, optical system 1100A is configured to define three spatially separated optical paths, and delivers light from all passages towards a deflection element that scans the output image. The image is made of a set of 2D addressable channels per each light source, each light source device being synchronically controlled by a deviation element that is limited to provide different patterns of gray level and becomes a digital micro mirror based element. Where scanned, an image is obtained while forming a moving square shape pattern on the projection surface with gray level variations.

시스템 (1100A)는 다른 파장과 함께 작동하는 2D VCSEL 배열인 세 개의 개별적으로 어드레서블한 라이트 소스들 (164), (166), (168)에 의해 형성되는 라이트 소스 시스템을 포함한다. 라이트 소스 (164)는 1060(nm)의 주어진 파장에서 2D VCSEL 배열(보다 바람직하게는 개별적으로 어드레서블)이고; 그리고 라이트 소스 (166)은 약 860 내지 940(nm)의 다른 주어진 파장에서 2D 어드레서블 VCSEL 기구 배열를 기초로 한 다른 조사 채널이고; 그리고 라이트 소스 (168)은 약 630 내지 660(nm)의 주어진 파장에서 2D 어드레서블 VCSEL 배열이고, 반면 다른 두 소스들 (164)와 (166)은 각각 녹색와 청색 컬러들을 제공하는 크리스탈 더블링 요소들 (170)(예를 들면, KTP) 그리고 (172)(예를 들면, BBO)을 사용한다. 더블링 크리스탈(172)를 향하는 라이트 소스(166) 빔들, 그것에 의해 소스로부터의 860(nm) IR 빔이 BBO 크리스탈(172)로부터의 430(nm) 청색 출력으로 변환한다. 각 라이트 소스들의 빔렛들 세트들은 제한되고, 그리고 그들의 밝기는 컬러당 요구되는 투사된 이미지 그레이 레벨에 대응하여 결정된다. 밝기 패턴들 구성하는 IR빔들은 더블링 크리스탈에 병렬로 투사되고, 그러나 가시 범위 내의 다른 파장에서는 더블링 출력 면에서 밝기의 같은 패턴들로 해석된다. 이러한 라이트 소스 배열들은 도.16A 및 16B의 상기 참조에 설명된 것과 유사한 방식으로 제조될 수 있다.System 1100A includes a light source system formed by three individually addressable light sources 164, 166, 168 that are 2D VCSEL arrays operating in conjunction with other wavelengths. Light source 164 is a 2D VCSEL array (more preferably individually addressable) at a given wavelength of 1060 (nm); And the light source 166 is another irradiation channel based on the 2D addressable VCSEL instrument arrangement at another given wavelength of about 860 to 940 (nm); And light source 168 is a 2D addressable VCSEL arrangement at a given wavelength of about 630 to 660 nm, while the other two sources 164 and 166 are crystal doubling elements that provide green and blue colors, respectively. (170) (eg KTP) and (172) (eg BBO) are used. Light source 166 beams directed to doubling crystal 172, whereby a 860 (nm) IR beam from the source converts to a 430 (nm) blue output from BBO crystal 172. The beamlet sets of each light source are limited, and their brightness is determined corresponding to the required projected image gray level per color. Brightness Patterns The constituent IR beams are projected in parallel to the doubling crystal, but at different wavelengths within the visible range are interpreted as the same patterns of brightness in terms of doubling output. Such light source arrangements may be manufactured in a manner similar to that described in the above references of FIGS. 16A and 16B.

크리스탈 (170)과 (172)그리고 RED 2D 어드레서블한 VCSEL 기구 (168)로부터 나타나는 빔들은 그들이 결합하고 그런 후에 회전 거울 (178)을 향해 그들을 반영하여 고정된(mounted) 거울(176)을 향해 전달되는 잠망경렌즈(174)로 모두 전달한다. 회전 거울(178)은 많은 빔렛들의 배열들로부터 전체 이미지를 창출하기 위한 모든 출력 스캐닝을 실행한다. 풀 출력 이미지는 마침내, 그것의 지급량이 선택적인, 이미징 렌즈(180)을 통해 투사된다. The beams appearing from crystals 170 and 172 and the RED 2D addressable VCSEL instrument 168 combine them and then reflect them towards the rotating mirror 178 toward the mounted mirror 176. All are delivered to the periscope lens 174 to be delivered. Rotating mirror 178 performs all output scanning to create the full image from the arrays of many beamlets. The full output image is finally projected through the imaging lens 180, where its payment is optional.

크리스탈들의 다른 타입들(레이징 그리고 더블링) 또는 다른 비-선형 광학 매체는 같은 결과를 획득하는데에 사용될 수 있다는 것을 상기해야 한다. 추가적인 광학 요소들(예: 마이크로-렌즈 배열)은 조사 채널들내에서 사용될 수 있다는 것 또한 상기해야 한다. 비록 조사 VCSELs의 구체적인 파장들이 다양한 색으로 이미지를 얻는 것을 나타내더라도, 비-가시 범위 내에서 다른 파장들과 함께 다른 조사 소스들이 또한 사용될 수 있다는 것을 상기해야 한다. It should be recalled that other types of crystals (raising and doubling) or other non-linear optical media can be used to obtain the same result. It should also be recalled that additional optical elements (eg micro-lens arrangement) can be used in the irradiation channels. Although the specific wavelengths of the irradiation VCSELs indicate obtaining images in various colors, it should be recalled that other irradiation sources may also be used with other wavelengths within the non-visible range.

도.19B의 실시태양에서, 광학 시스템(1100B)는 다양한 색상의 투사된 이미지를 얻기 위해 세 가지 컬러 채널들을 얻는 단일 2D 어드레서블 VCSEL 배열을 사용하는, 펌프된 풀 2D 어드레서블 VCSEL을 기초로 한 아키텍쳐를 제공하도록 구성된다. 이 2D 어드레서블 VCSEL 배열(182)는 808(nm)의 주어진 파장에서의 IR 라이트 소스이다. 라이트 소스(182)에 의해 생성되는 라이트는 빔 분할기(184)와 (186)에 의해 세 가지 공간적으로 분리된 빔들로 분할된다. 보여진 바와 같이, 빔 분할기(184)에 의해 반사된 라이트 부분은 두 라이트 부분들로 더 분할되기 위해 빔 분할기(186)으로 전달되고, 그 중 하나는 빔 분할기(186)에 의해, 빔 분할기(184)에 의해 전송되고 빔 분할기(186)에 의해 반사되는 라이트 부분들에 병렬되는 이 라이트 부분들로 전달되도록 적절하게 맞춰진 거울 (188)을 향해 전송된다.In the embodiment of Fig. 19B, optical system 1100B is based on a pumped full 2D addressable VCSEL, using a single 2D addressable VCSEL arrangement to obtain three color channels to obtain a projected image of various colors. It is configured to provide an architecture. This 2D addressable VCSEL array 182 is an IR light source at a given wavelength of 808 (nm). The light generated by the light source 182 is split into three spatially separated beams by the beam splitters 184 and 186. As shown, the light portion reflected by the beam splitter 184 is passed to the beam splitter 186 to be further divided into two light portions, one of which is carried out by the beam splitter 186, the beam splitter 184. ) And toward the mirror 188 appropriately adapted to be delivered to these light portions parallel to the light portions reflected by the beam splitter 186.

빔 분할기(184)와 (186)으로부터 나타나는 라이트 일부분과 거울(188)에 의해 반사되는 라이트 일부분은 각각의 액정 셀들 (190), (192) 그리고 (194)로 전달된다. 각각의 액정 셀은 작동되거나 작동이 멈추는(컬러 연속적인 작동을 하는) 각각의 프로젝션 채널을 위해 제한될 수 있다.A portion of the light appearing from the beam splitters 184 and 186 and a portion of the light reflected by the mirror 188 are delivered to the respective liquid crystal cells 190, 192, and 194. Each liquid crystal cell can be limited for each projection channel that is activated or deactivated (with color continuous operation).

액정 셀들 (190), (192), (194)로부터 나타나는 라이트 일부분들은, 각각, 채널당 파장이 808(nm)로부터 다른 파장 범위로 변환되는 레이징 크리스탈들 (196), (198) 그리고 (199)를 향해 전파된다. 라이트 출력 형태 LC (190)은 1064(nm)라이트로 변환되기 위해 레이징 크리스탈 (196)(예를 들면, Nd:YV04)를 통해 통과하고, 그런 후에 라이트의 제2 하모닉 제너레이션이 형성되는 더블링 크리스탈 (206)(예를 들면, KTP)를 통해 통과하고 따라서 532(nm)(녹색)의 가시-범위 빔이 생성된다.The portions of light appearing from liquid crystal cells 190, 192, and 194 are the lasing crystals 196, 198, and 199, where the wavelength per channel is converted from 808 (nm) to another wavelength range, respectively. Propagates towards Light output form LC 190 passes through lasing crystal 196 (e.g., Nd: YV04) to be converted to 1064 (nm) light, and then a doubling crystal in which a second harmonic generation of light is formed. Pass through 206 (eg, KTP) and thus generate a visible-range beam of 532 (nm) (green).

상기와 유사한 과정이 빔 분할기(186)과 연관된 조사 채널에서 일어난다. LC 셀(192)로부터 나타나는 라이트는 808(nm)의 입력을 914(nm)로 변환하는 레이징 크리스탈(198)(예를 들면, Nd:YV04)를 치고(hits), 그런 후에 입력의 제2의 1 하모닉 제너레이션을 방출하는 더블링 크리스탈 207(예를 들면, BBO)를 목적으로 하며, 따라서 457(nm) 입력(청색)을 얻는다.A similar process to the above occurs in the irradiation channel associated with the beam splitter 186. The light emerging from the LC cell 192 hits the lasing crystal 198 (e.g., Nd: YV04), which converts an input of 808 (nm) to 914 (nm), and then a second input of the input. A doubling crystal 207 (e.g., BBO) that emits 1 harmonic generation of is aimed at, thus obtaining a 457 (nm) input (blue).

빔 분할기(188)과 연관된 제3의 채널에서, LC(194)로부터의 라이트 출력은, 1319(nm) 라이트를 방출하고 그런 후에 그 출력에서 제2의 하모닉 제너레이션을 얻는 더블링 크리스탈(201)을 향해 전달되는 레이징 크리스탈(199)(예를 들면, Nd:Yag)를 향해 전달되고, 따라서 660(nm) 출력(적색)을 얻는다.In the third channel associated with the beam splitter 188, the light output from the LC 194 is directed towards the doubling crystal 201 which emits 1319 (nm) light and then obtains a second harmonic generation at that output. Transmitted toward the passing lasing crystal 199 (e.g., Nd: Yag), thus obtaining a 660 (nm) output (red).

모든 채널들은 각각의 조사 사이클에서 다른 패턴이 808(nm) VCSEL 배열에서 켜지는 컬러 연속적 모드로 다른 시간대에 켜진다. 라이트 빔들은 병렬 방식으로 각각의 채널을 향해 비추지만, 그러나 조사 사이클의 패턴들은 단지 대응하는 컬러의 채널에 전해지고(forwarded) 그리고 다른 채널들에서 액정에 의해 방해된다.All channels are turned on at different times in color continuous mode with different patterns turned on in the 808 (nm) VCSEL array in each irradiation cycle. The light beams shine toward each channel in a parallel manner, but the patterns of irradiation cycles are only forwarded to the channel of the corresponding color and are hindered by the liquid crystal in the other channels.

채널들 각각에서 발생되는 라이트는 가시 범위 패턴처럼 외곽에 전달되고, 그리고 모든 채널들로부터의 라이트가 거울(211)을 향해 포인트 된 후에 편향 거울(212)를 향해 포인트되, 잠망경렌즈(208)을 향해 투사된다. 후자는 빔렛 패턴들의 많은 배열들로부터 전체 이미지를 창출하기 위해 모든 출력스캐닝을 실행한다. 풀 출력 이미지는 마침내 이미징 렌즈(214)(선택적으로)를 통해 투사된다. 선택적으로 빔 분할기와 액정 셔터 조합은 어떤 통로가 때맞추어 어떤 포인트에서 조사될지를 제한하는 편향기(deflector)거울에 의해 대체될 수 있다는 것을 상기해야 한다. Light generated in each of the channels is transmitted to the outside like a visible range pattern, and is pointed toward the deflection mirror 212 after the light from all channels is pointed towards the mirror 211, thereby turning the periscope lens 208. Projected toward. The latter performs all output scanning to produce the entire image from many arrays of beamlet patterns. The full output image is finally projected through the imaging lens 214 (optionally). It should be recalled that optionally the beam splitter and liquid crystal shutter combinations can be replaced by deflector mirrors which limit which passages are irradiated at which point in time.

각각이 주어진 사이클에서, 제한유닛(명시되지 않음)은 컬러당 주입되는 이미지 (feed)에 따른 2D VCSEL 배열의 그레이 레벨을 조심스럽게 조절하고, 그리고 2D VCSELs의 비교적 작은 배열의 큰 이미지를 얻는 편향기에 의해 스캔된다. In each given cycle, the limiting unit (not specified) carefully adjusts the gray level of the 2D VCSEL array according to the feed injected per color, and gives the deflector to obtain a large image of a relatively small array of 2D VCSELs. Is scanned.

크리스탈들의 다른 타입들(레이징과 더블링)은 같은 결과를 얻는 데에 사용된다는 것을 상기해야 한다. 추가적인 광학 요소들(예를 들면, 마이크로 렌즈 배열)은 조사 채널들 내에서 첨가될 수 있다. 세 가지 채널들로 808(nm)의 VCSEL 배열이 분할되는 대신, 세 개의 808(nm) VCSEL 배열들이 각각 다른 채널에서 사용될 수 있고, 빔 분할기와 액정들에 대한 필요를 제거하며 사용될 수 있다. 선택적으로, 더 큰 808(nm)의 2D 어드레서블 VCSEL 배열은 모든 세 채널들을(세 VCSEL 배열들 대신에) 커버하고 VCSEL 배열 어드레스 선들을 제한함으로써 각각의 채널을 조사하기 위해 사용될 수 있다. 비록 조사의 특정한 파장들이 다양한 색들의 이미지들을 얻기 위해 도시되더라도, 다른 조사 소스들은 비-가시 범위 내에서 다른 파장들과 함께 사용될 수 있다는 것 또한 상기해야 한다. 상기의 도.16A 및 16B의 참조에서 설명된 것과 같이, 보다 바람직한 빔 형상화 배열을 수반하는 이 라이트 소스 구조는 또한 SLM을 기초로 한 프로젝션 시스템을 조사하기 위해 사용되어 질 수 있다는 것을 상기해야 한다.It should be recalled that different types of crystals (raising and doubling) are used to achieve the same result. Additional optical elements (eg micro lens array) can be added in the irradiation channels. Instead of splitting the 808 (nm) VCSEL array into three channels, three 808 (nm) VCSEL arrays can each be used in different channels, eliminating the need for beam splitters and liquid crystals. Optionally, a larger 808 (nm) 2D addressable VCSEL array can be used to examine each channel by covering all three channels (instead of three VCSEL arrays) and limiting the VCSEL array address lines. Although specific wavelengths of irradiation are shown to obtain images of various colors, it should also be recalled that other irradiation sources can be used with other wavelengths within the non-visible range. It should be recalled that, as described in the references of FIGS. 16A and 16B above, this light source structure involving a more preferred beam shaping arrangement can also be used to investigate projection systems based on SLM.

이 기술분야에서의 숙련된 당업자들은 추가된 청구항들에 의해 그리고 정의된 그것의 스코프로부터 빗나감 없이 전조에 서술된 것처럼 다양한 변형(modification)과 변화들이 발명의 실시태양에 적용될 수 있다는 것을 즉시 인식할 것이다. Those skilled in the art will readily recognize that various modifications and variations can be applied to embodiments of the invention as set forth in the preceding disclosure by the appended claims and without departing from its scope as defined. will be.

Claims (90)

조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템에 있어서, 다수의 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 형태로 구조화된 라이트를 생산하기 위하여 실시가능하게 구성된 라이트 소스 시스템; 그리고 빔 형상화 배열: (ⅰ) 공간적으로 분리된 라이트 빔들을 단순 라이트 빔으로 결합시켜서 이것에 의하여 조사 라이트의 강도가 실질상 증가하거나; (ⅱ) 실질상 직사각형인 일정 강도 프로파일의 조사 라이트를 제공하기 위하여 라이트 빔의 강도 프로파일에 영향을 미치는 것, 중의 하나를 수행하기 위하여 실시가능하게 구성된 회절성의 광학 유닛으로 구성된 빔 형상화 배열을 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.An optical system structured to provide a regulated illumination light pattern, comprising: a light source system operatively configured to produce structured light in the form of a plurality of spatially separated light beams; And beam shaping arrangement: (i) combining spatially separated light beams into a simple light beam whereby the intensity of the irradiated light is substantially increased; (Ii) affecting the intensity profile of the light beam to provide a substantially rectangular constant intensity illumination beam, comprising a beam shaping arrangement of diffractive optical units operatively configured to perform one of the following: And an optical system structured to provide a controlled illumination light pattern. 제1항(ⅰ)의 시스템에 있어서, 상기 회절성의 광학 유닛이 적어도 하나의 역 담만 격자를 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.The optical system of claim 1, wherein the diffractive optical unit comprises at least one inverted light grating. 제1항(ⅱ)의 시스템에 있어서, 상기 회절성의 광학 유닛이 탑햇 요소 구조체를 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.The optical system of claim 1 (ii), wherein the diffractive optical unit comprises a top hat element structure. 제3항의 시스템에 있어서, 상기 탑햇 요소 구조체가 탑햇 요소들 각각이 라 이트 빔들 중의 하나에 대응하여 작용하는 것과 같이, 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 배열에 따라 배열된 탑햇 요소들의 배열을 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템. The system of claim 3, wherein the top hat element structure includes an array of top hat elements arranged in accordance with an array of spatially separated light beams, such that each of the top hat elements acts corresponding to one of the light beams. Optical system structured to provide a controlled illumination light pattern. 제4항의 시스템에 있어서, 상기 탑햇 요소가, 조사되기 위한 전체 표면의 형상에 대응하는 실질상 직사각형인 강도 프로필의 조사 라이트 빔을 그곳으로부터 생산하기 위하여 대응하는 라이트 빔의 강도 프로필에 적용하기 위하여 구조화되는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.5. The system of claim 4, wherein the top hat element is structured to apply to the intensity profile of the corresponding light beam to produce therefrom a substantially rectangular irradiation intensity beam of intensity profile corresponding to the shape of the entire surface to be irradiated. Structured optical system to provide a controlled illumination light pattern. 제4항의 시스템에 있어서, 상기 탑햇 요소가, 조사되기 위한 표면 픽셀들의 배열로부터 단순 픽셀의 형상에 대응하는 실질상 직사각형인 강도 프로필의 조사 라이트 빔을 그곳으로부터 생산하기 위하여 대응하는 라이트 빔의 강도 프로필에 적용하기 위하여 구조화되는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.5. The system of claim 4, wherein the top hat element is an intensity profile of a corresponding light beam for producing therefrom an irradiated light beam of a substantially rectangular intensity profile corresponding to the shape of a simple pixel from an array of surface pixels to be irradiated. An optical system structured to provide a controlled illumination light pattern, which is structured for application to. 제4항의 시스템에 있어서, 상기 탑햇 요소가, 조사되기 위한 픽셀들의 배열로부터 서브-배열의 형상에 대응하는 실질상 직사각형인 강도 프로필의 조사 라이트 빔을 그곳으로부터 생산하기 위하여 대응하는 라이트 빔의 강도 프로필에 작용하기 위하여 구조화되는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.5. The system of claim 4, wherein the top hat element is an intensity profile of a corresponding light beam for producing therefrom an irradiation light beam of an intensity profile that is substantially rectangular, corresponding to the shape of the sub-array from the arrangement of pixels to be irradiated. An optical system structured to provide a controlled illumination light pattern, which is structured to act on. 제1항의 시스템에 있어서, 상기 라이트 소스 시스템이 대응하는 상기 라이트 빔들 중의 하나를 각각 생산하는 다수의 라이트 소스 요소들을 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템. The optical system of claim 1, wherein the light source system comprises a plurality of light source elements each producing one of the corresponding light beams. 제1항의 시스템에 있어서, 상기 라이트 소스 시스템이 적어도 하나의 라이트 빔을 생산하는 적어도 하나의 라이트 소스 요소; 그리고 적어도 하나의 라이트 빔을 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 배열로 분리하기 위한 라이트 분리 유닛을 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.The system of claim 1, wherein the light source system comprises: at least one light source element producing at least one light beam; And a light separation unit for separating the at least one light beam into an array of spatially separated light beams. 제1항의 시스템에 있어서, 렌즈들의 광학 축을 따라서 그들에 전달하기 위하여 라이트 빔들의 배열의 광학 경로들 내에 내장되는 렌즈들을 포함하는 포커싱 광학기기를 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.The system of claim 1, comprising: focusing optics comprising lenses embedded in optical paths of the array of light beams for delivery to them along the optical axis of the lenses. Optical system. 제1항의 시스템에 있어서, 대응하는 라이트 빔들의 배열중의 하나의 광학 경로 내에 각각 렌즈들의 배열을 포함하는 포커싱 광학기기를 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.The optical system of claim 1, comprising focusing optics each comprising an array of lenses in an optical path of one of the corresponding arrays of light beams. 제1항의 시스템에 있어서, 상기 라이트 소스 시스템이 적어도 하나의 펌핑 라이트 소스 배열 그리고 상기 적어도 하나의 펌핑 라이트 소스 배열에 의하여 생성된 라이트에 의하여 펌프 되기 위한 적어도 하나의 비-선형 광학 매체를 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.The system of claim 1, wherein the light source system comprises at least one pumping light source array and at least one non-linear optical medium for being pumped by the light generated by the at least one pumping light source array. Optical system structured to provide a controlled illumination light pattern. 제12항의 시스템에 있어서, 펌핑 라이트 소스 배열이 비선형 광학 매체에 직접적으로 펌핑하기 위한 표면 발광 레이저 소스를 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.The optical system of claim 12, wherein the pumping light source arrangement comprises a surface emitting laser source for pumping directly to the nonlinear optical medium. 제12항의 시스템에 있어서, 펌핑 라이트 소스 배열이 표면 발광 레이저 소스 그리고 레이징 크리스탈을 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.13. The optical system of claim 12, wherein the pumping light source arrangement comprises a surface emitting laser source and a lasing crystal. 제12항의 시스템에 있어서, 상기 적어도 하나의 펌핑 라이트 소스 배열이 표면 발광 레이저 소스 요소들의 배열을 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.The optical system of claim 12, wherein the at least one pumping light source arrangement comprises an arrangement of surface emitting laser source elements. 제12항의 시스템에 있어서, 상기 적어도 하나의 펌핑 라이트 소스 배열이 수직 공진기형 표면 발광 반도체들(VCSELs)의 배열을 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.13. The optical system of claim 12, wherein the at least one pumping light source arrangement comprises an array of vertical resonator type surface emitting semiconductors (VCSELs). 제1항의 시스템에 있어서, 상기 라이트 소스 시스템이 적어도 하나의 라이트 소스 요소를 포함하고, 상기의 라이트 소스 요소는 적어도: 라이트 발광 다이오드(LED), 레이저 다이(die), 말단 발광 레이저, 표면 발광 레이저 중의 하나인, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템. The system of claim 1, wherein the light source system comprises at least one light source element, wherein the light source element comprises at least: a light emitting diode (LED), a laser die, an end emitting laser, a surface emitting laser One of which is structured to provide a controlled illumination light pattern. 제9항의 시스템에 있어서, 상기 라이트 분할 유닛이 적어도 하나의 멀티-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크를 포함하고, 상기 마스크가 적어도 하나의 라이트 빔으로부터 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 배열을 생산하기 위하여 구조화된 시스템.10. The system of claim 9, wherein the light splitting unit comprises at least one multi-pixel diffractive optical face mask, the mask being structured to produce an array of light beams spatially separated from the at least one light beam. system. 제9항의 시스템에 있어서, 상기 라이트 분할 유닛이 픽셀들의 제1 배열을 한정하는 멀티-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크를 포함하고, 상기 픽셀들의 각각이 서브-픽셀들의 제2 배열로 구조화되며, 그것에 의하여 상기 제2 배열에 따라 배열된 공간적으로 분리된 라이트 빔들을 생산하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.10. The system of claim 9, wherein the light splitting unit comprises a multi-pixel diffractive optical face mask defining a first array of pixels, wherein each of the pixels is structured in a second array of sub-pixels. An optical system structured to provide a regulated illumination light pattern that produces spatially separated light beams arranged in accordance with the second arrangement. 제9항의 시스템에 있어서, 상기 라이트 분할 유닛이 제1 마스크를 통한 라이트 통과가 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 제1 배열을 생산하고, 그리고 제2 마스크를 통한 상기 제1 배열의 통과가 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 증가된 다수의 제2 배열을 생산하는 것과 같이, 픽셀들의 다른 배열을 각각 정의하고, 시스 템을 통하여 라이트 전파의 광학 경로를 따른 공간적으로 분리된 관계 내에 내장된 적어도 제1 및 제2 멀티-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크를 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템. 10. The system of claim 9, wherein the light splitting unit produces a first array of light beams in which light passing through a first mask is spatially separated, and passing of the first array through a second mask is spatially separated. At least a first and a first, each defining a different arrangement of pixels, such as producing an increased plurality of second arrays of light beams, and embedded in a spatially separated relationship along the optical path of light propagation through the system. 2. An optical system structured to provide a controlled illumination light pattern comprising two multi-pixel diffractive optical face masks. 제9항의 시스템에 있어서, 상기 라이트 분할 유닛이 상기 적어도 하나의 라이트 빔으로부터 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 배열을 생산하기 위하여 구성된 담만 회절 구조체를 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.10. The system of claim 9, wherein the light splitting unit comprises a Damman diffractive structure configured to produce an array of light beams spatially separated from the at least one light beam. Optical system. 제18항의 시스템에 있어서, 상기 빔 형상화 배열이, 그것으로부터 실질상 직사각형의 일정 강도 프로파일의 라이트 빔을 생성하기 위하여 공간적으로 분리된 라이트 빔들 중의 하나에 대응하는 각각의 광학 경로 내의 탑햇 요소들의 배열을 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.19. The system of claim 18, wherein the beam shaping arrangement comprises an arrangement of top hat elements in each optical path corresponding to one of the spatially separated light beams to produce a light beam of substantially rectangular constant intensity profile therefrom. And an optical system structured to provide a controlled illumination light pattern. 제9항의 시스템에 있어서, 상기 라이트 분리 유닛이 하나의 담만 격자 구조체로부터 각각의 라이트 빔 생산이 연속적인 담만 격자 구조체를 통하여 유도되고, 이에 의하여 상기 하나의 담만 격자 구조체에 의하여 생산된 다수의 라이트 빔들을 배가시키는 직렬 방법으로 배열된 담만 격자 구조체들의 배열을 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.10. The system of claim 9 wherein the light separation unit is such that each light beam production from one Damman grating structure is directed through a continuous Damman grating structure, whereby a plurality of light beams produced by the one Damman grating structure. And an array of Damman grating structures arranged in a serial manner that doubles them. 제15항의 시스템에 있어서, 빔 형상화 배열이 공간적으로 분리된 라이트 빔들을 현저히 높은 강도 값의 단순 결합된 라이트 빔으로 결합하기 위한 역 담만 격자 구조체를 포함하는 시스템.16. The system of claim 15, wherein the beam shaping arrangement comprises an inverse damman grating structure for combining spatially separated light beams into a simple combined light beam of significantly high intensity value. 제24항의 시스템에 있어서, 상기 역 담만 격자 구조체가 광학 시스템을 통한 라이트 전파의 방향에 관해서는 비-선형 광학 매체의 상류에 내장되는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.25. The optical system of claim 24, wherein the inverse damman grating structure is embedded upstream of the non-linear optical medium with respect to the direction of light propagation through the optical system. 제24항의 시스템에 있어서, 빔 형상화 배열이 실질상 직사각형의 일정 강도 프로파일의 조사 라이트 빔을 생산하기 위하여 결합 된 라이트 빔의 광학 경로에 내장되는 탑햇 요소를 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.The system of claim 24, wherein the beam shaping arrangement comprises a top hat element embedded in an optical path of the combined light beam to produce a substantially rectangular constant intensity profile irradiated light beam. Structured optical system. 제15항의 시스템에 있어서, 빔 형상화 배열이 비-선형 매체의 출력에 내장되는 탑햇 요소들의 배열을 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.The optical system of claim 15, wherein the beam shaping arrangement comprises an array of top hat elements embedded in the output of the non-linear medium. 제15항의 시스템에 있어서, 비-선형 광학 매체로부터 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 배열을 생산하기 위하여 라이트 출력의 광학 경로에 내장되는 멀티-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크, 그리고 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 상기 배열의 광학 경로에 내장된 탑햇 요소들의 배열을 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템. The system of claim 15, wherein the multi-pixel diffractive optical face mask embedded in the optical path of the light output to produce an array of spatially separated light beams from the non-linear optical medium, and the spatially separated light beams. And an array of top hat elements embedded in the optical path of the array. 제1항의 시스템에 있어서, 라이트 소스 시스템과 관련한 제어 유닛을 포함하고, 상기 제어 유닛이 연속적인 메커니즘을 수행하기 위하여 미리 프로그램되고, 이에 의하여 미리 설정된 패턴에 따라 다수의 라이트 소스 요소들이 연속적으로 가동되는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템. The system of claim 1 comprising a control unit associated with a light source system, wherein the control unit is preprogrammed to perform a continuous mechanism, whereby a plurality of light source elements are continuously operated according to a preset pattern. And an optical system structured to provide a controlled illumination light pattern. 제29항의 시스템에 있어서, 상기 패턴이 주어진 시간에 오직 하나의 라이트 소스 요소만이 작용하며, 그리고 전체 라이트 소스 시스템은 필요한 생산 시간에 일정하게 생산할 때 사람의 눈에 보여지고, 이것에 의하여 라이트 소스 시스템에 의하여 한정된 하나의 영역 내의 과열을 줄이는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.30. The system of claim 29, wherein only one light source element operates at a given time, and the entire light source system is visible to the human eye when producing consistently at the required production time, whereby the light source An optical system structured to provide a regulated illumination light pattern that reduces overheating within one region defined by the system. 제30항의 시스템에 있어서, 상기 패턴이 주어진 시간의 순간에 가장 멀리 떨어진 라이트 소스 요소가 그것의 전에 운용되었던 라이트 소스 요소에 관련되어 생산되는 것과 같은, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템. 31. The system of claim 30, wherein the pattern is structured to provide a controlled illumination light pattern such that the furthest light source element at a given time instant is produced in relation to its previously operated light source element. system. 제29항의 시스템에 있어서, 상기 패턴이 주어진 시간에 라이트 소스 요소의 오진 하나의 그룹만이 작동가능한, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.30. The system of claim 29, wherein the pattern is structured to provide a controlled illumination light pattern that is structured to provide a regulated illumination light pattern that is operable only by one group of light sources at a given time. system. 제15항의 시스템에 있어서, 라이트 소스 시스템과 관련한 제어유닛, 상기 제어유닛은 연속적인 메커니즘을 수행하기 위하여 미리 프로그램되고 이것에 의하여 미리 설정된 패턴에 따라 상기 다수의 라이트 소스 요소들을 연속적으로 가동시키는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템. 16. The control unit of claim 15, wherein the control unit is associated with a light source system, said control unit being preprogrammed to perform a continuous mechanism, thereby continually operating said plurality of light source elements in accordance with a predetermined pattern. An optical system structured to provide a controlled illumination light pattern that is structured to provide a regulated illumination light pattern. 제33항의 시스템에 있어서, 상기 패턴이 주어진 시간에 라이트 소스 요소의 오직 하나의 그룹만이 작동가능한, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.34. The optical system of claim 33, wherein the pattern is structured to provide a modulated illuminated light pattern in which only one group of light source elements is operable at a given time. 제1항의 시스템에 있어서, 상기 라이트 소스 시스템이 적어도 두 개의 공간적으로 분리된 광학 경로를 정의하기 위하여 구성되고, 라이트 소스 시스템이 서로 다른 파장 범위에서 작동가능한 적어도 두 개의 라이트 소스들을 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템. The system of claim 1, wherein the light source system is configured to define at least two spatially separated optical paths, the light source system comprising at least two light sources operable in different wavelength ranges. Optical system structured to provide an illumination light pattern. 제35항의 시스템에 있어서, 상기 라이트 소스들의 적어도 하나가 펌핑 라이트 소스 배열 그리고 비선형 광학 매체를 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제 공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.36. The optical system of claim 35, wherein at least one of the light sources comprises a pumped light source array and a nonlinear optical medium. 제35항의 시스템에 있어서, 빔 형상화 배열이 광학 경로들 중의 하나가 그것을 통하여 공간적으로 분리된 라이트 빔들을 통과하도록 허용하기 위하여 내장된 탑햇 요소 구조체를 포함하고 그것에 의하여 실질상 직사각형의 일정 강도 프로파일의 출력 라이트 빔들을 생산하고; 상기 적어도 두 개의 광학 경로들로부터 공통 광학 경로를 따라 전파하기 위한 라이트를 결합하기 위한 라이트 결합 유닛을 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템. 36. The system of claim 35, wherein the beam shaping arrangement includes a built-in top hat element structure to allow one of the optical paths to pass through the spatially separated light beams thereby outputting a substantially rectangular constant intensity profile. Produce light beams; And a light coupling unit for coupling light for propagating along a common optical path from the at least two optical paths. 제37항의 시스템에 있어서, 상기 공동 광학 경로 내에 내장된 공간적인 라이트 모쥴레이터(SLM)를 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.38. The optical system of claim 37, comprising a spatial light modulator (SLM) embedded in the cavity optical path. 제38항의 시스템에 있어서, 공간적으로 분리된 라이트 빔들이 SLM의 픽셀 배열 배치에 대응하여 미리 설정된 배열 내에 배열된, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.39. The optical system of claim 38, wherein the spatially separated light beams are arranged in a preset arrangement corresponding to the pixel arrangement arrangement of the SLM. 제38항의 시스템에 있어서, 탑햇 요소 구조체가 라이트 빔들의 하나에 대응하는 것에 각각 관련된 탑햇 요소들의 배열을 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.39. The optical system of claim 38, wherein the top hat element structure comprises an arrangement of top hat elements each associated with a corresponding one of the light beams. 제36항의 시스템에 있어서, 빔 형상화 배열은 상기 적어도 하나의 비-선형 광학 매체 각각의 출력에 내장되는 적어도 하나의 라이트 분할 장치를 포함하고, 그리고 비-선형 광학 매체로부터 나타나는 라이트를 적어도 하나의 광학 경로 각 각을 따라 전파하기 위하여 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 미리 설정된 배열로 분할하기 위하여 구성되며; 그리고 그것을 통하여 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 통과를 허용하기 위하여 적어도 상기 광학 경로 상의 하나에 내장되는 적어도 하나의 탑햇 요소 구조체를 포함하고; 상기 적어도 두 개의 광학 경로들로부터의 라이트를 공동 광학 경로를 따라 전달하기 위하여 결합시키기 위한 라이트 결합 유닛을 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.37. The system of claim 36, wherein the beam shaping arrangement comprises at least one light splitting device embedded in an output of each of the at least one non-linear optical medium, and at least one optically shaped light appearing from the non-linear optical medium. Configured to divide into a predetermined arrangement of spatially separated light beams to propagate along each angle of the path; And at least one top hat element structure embedded in at least one on the optical path to allow passage of spatially separated light beams therethrough; And a light coupling unit for coupling light from the at least two optical paths to transmit along the cavity optical path. 제41항의 시스템에 있어서, 탑햇 요소들의 배열이 적어도 하나의 또 다른 라이트 소스와 관련한 광학 경로 내에 내장된, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.42. The optical system of claim 41, wherein the arrangement of top hat elements is embedded in an optical path in relation to at least one other light source. 제36항의 시스템에 있어서, 상기 적어도 하나의 펌핑 라이트 소스 배열이 일정 수의 표면 발광 레이저를 포함하고, 그리고 상기 적어도 하나의 또 다른 라이트 소스가 일정 수의 레이저 다이들을 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템. 37. The regulated illumination light pattern of claim 36, wherein the at least one pumping light source arrangement comprises a number of surface emitting lasers, and wherein the at least one another light source comprises a number of laser dies. Optical system structured to provide. 제43항의 시스템에 있어서, 상기 라이트 소스 시스템이 제1 그리고 제2 비선형 광학 미디어이기 위하여 제1 그리고 제2 펌핑 소스로서 작동가능하고, 각각 서로 다른 파장의 라이트를 생산하는 제1 그리고 제2 표면 발광 레이저 배열들을 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.44. The system of claim 43, wherein the light source system is operable as first and second pumping sources to be first and second non-linear optical media, the first and second surface luminescence producing light of different wavelengths, respectively. An optical system structured to provide a controlled illumination light pattern comprising laser arrays. 제44항의 시스템에 있어서, 상기 제1 그리고 제2 표면 발광 레이저 배열들이 비-가시 스펙트럼 범위 내에서 작동하고, 라이트가 제1 그리고 제2 비-선형 광학 미디어로부터 나타나고 가시 스펙트럼 범위의 각각 서로 다른 두 개의 컬러들인, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템. 45. The system of claim 44, wherein the first and second surface emitting laser arrangements operate within a non-visible spectral range, wherein light appears from the first and second non-linear optical media and is different from each other in the visible spectral range. An optical system structured to provide an adjusted illumination light pattern, which is two colors. 제45항의 시스템에 있어서, 상기 제1 그리고 제2 표면 발광 레이저 배열들이 수직 공진기형 표면 발광 레이저(VCSEL)배열들이고; 제1 그리고 제2 비-선형 광학 미디어가 KTP 그리고 BBO 크리스탈인, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.46. The system of claim 45, wherein the first and second surface emitting laser arrangements are vertical resonator type surface emitting laser (VCSEL) arrays; The optical system structured to provide a modulated illuminated light pattern wherein the first and second non-linear optical media are KTP and BBO crystals. 제35항의 시스템에 있어서, 상기 적어도 두 개의 광학 경로 상에 내장된 적어도 두 개의 포커싱 광학 렌즈 배열을 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.36. The optical system of claim 35, comprising at least two focusing optical lens arrays embedded on the at least two optical paths. 제41항의 시스템에 있어서, 상기 라이트 소스 시스템이 제1 그리고 제2 비-선형 광학 미디어를 위하여 제1 그리고 제2 펌핑 소스들로서 작동되고, 각각 서로 다른 파장의 라이트를 생산하는 제1 그리고 제2 표면 발광 레이저 배열; 그리고 서로 다른 제3 파장과 함께 작동하는 레이저 다이 배열, 제1 그리고 제2 표면 발광 레이저 배열들과 관련된 제1 그리고 제2 광학 배열들 내에 내장된 라이트 분할 유닛들, 그리고 다이 배열과 관련한 광학 경로 내에 내장된 탑햇 요소 구조체를 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.42. The system of claim 41, wherein the light source system is operated as first and second pumping sources for first and second non-linear optical media and produces light of different wavelengths, respectively. Luminescent laser array; And laser split arrays operating with different third wavelengths, light splitting units embedded in the first and second optical arrays associated with the first and second surface emitting laser arrays, and within the optical path associated with the die array. An optical system structured to provide a controlled illumination light pattern comprising an embedded top hat element structure. 제35항의 시스템에 있어서, 라이트 소스 시스템이 표면 발광 레이저들의 배열을 포함하고 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 배열을 생성하는 제1 라이트 소스와, 각각, 관련한 세 개의 공간적으로 분리된 광학 경로들을 정의하기 위하여 구성되고; 라이트 발광 다이오드(LED)를 포함하는 제2 라이트 소스; 그리고 레이저 다이들의 배열에 의하여 형성된 제3 라이트 소스인, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.36. The system of claim 35, wherein the light source system comprises an array of surface emitting lasers and defines a first light source that generates an array of spatially separated light beams, and associated three spatially separated optical paths, respectively. Is configured to; A second light source comprising a light emitting diode (LED); And a third light source formed by the arrangement of laser dies. 제49항의 시스템에 있어서, 상기 제1 라이트 소스가 표면 발광 레이저 배열에 의하여 펌프되기 위하여 비-선형 광학 매체를 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.50. The optical system of claim 49, wherein the first light source comprises a non-linear optical medium to be pumped by a surface emitting laser arrangement. 제50항의 시스템에 있어서, 그것으로부터 나오는 라이트를 공간적으로 나누 어진 라이트 빔들로 나누기 위하여 비-선형 광학 매체의 출력에 내장된 라이트 분활 유닛을 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.51. The system of claim 50, further comprising a light splitting unit embedded in the output of the non-linear optical medium for dividing the light coming from it into spatially divided light beams. system. 제49항의 시스템에 있어서, 각각, 상기 표면 발광 레이저 배열 그리고 레이저 다이 배열에 의하여 정의되는 광학 경로들 내에 내장되는 두개의 포커싱 광학렌즈 배열 그리고 라이트 발광 다이오드에 의하여 정의되는 광학 경로들 내에 내장되는 라이트 수집 광학 렌즈를 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.50. The system of claim 49, wherein each of the two focusing optical lens arrays embedded within optical paths defined by the surface emitting laser array and the laser die array and the light collection embedded within optical paths defined by a light emitting diode And an optical system structured to provide a controlled illumination light pattern. 제49항의 시스템에 있어서, 상기 빔 형상화 배열이 제2 광학 경로 내에서 ㄹ라이트 발광 다이오드에 의하여 생성된 라이트 빔으로부터 실질상 직사각형의 일정 강도 프로파일의 라이트 빔을 생산하기 위하여 내장된 탑햇 요소; 그리고 상기 세 개의 광학 경로들로부터 공동 광학 경로를 따라 전파하도록 라이트를 결합하기 위한 라이트 결합 장치를 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.50. The system of claim 49, wherein the beam shaping arrangement comprises: a top hat element embedded to produce a substantially rectangular constant intensity light beam from the light beam produced by the light emitting diode in the second optical path; And a light coupling device for coupling light to propagate along the cavity optical path from the three optical paths. 제51항의 시스템에 있어서, 빔 형상화 배열이 제2 광학 경로 내에서 라이트 발광 다이오드에 의하여 생성된 라이트 빔으로부터 충분한 직사각형의 일정 강도 프로파일의 라이트 빔을 생산하기 위하여 내장된 탑햇 요소; 그리고 상기 세 개의 광학 경로들로부터 공동 광학 경로를 따라 전파하도록 라이트를 결합하기 위한 라이트 결합 장치를 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.52. The system of claim 51, wherein the beam shaping arrangement comprises: a top hat element embedded to produce a light beam of sufficient rectangular constant intensity profile from the light beam produced by the light emitting diode in the second optical path; And a light coupling device for coupling light to propagate along the cavity optical path from the three optical paths. 제49항의 시스템이, 상기 공동 광학 경로 내에 내장된 공간적인 라이트 모쥴레이터(SLM)를 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.The optical system of claim 49, wherein the system of claim 49 includes a spatial light modulator (SLM) embedded within the cavity optical path. 제55항의 시스템에 있어서, 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 배열이 SLM의 픽셀 배열 배치에 대응하는 라이트 소스에 의하여 생산된, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.56. The optical system of claim 55, wherein the arrangement of spatially separated light beams is produced by a light source corresponding to a pixel array arrangement of the SLM. 제54항의 시스템에 있어서, 탑햇 요소 구조체가 라이트 빔들의 하나에 대응하는 것과 각각 관련한 탑햇 요소들의 배열을 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템. 55. The optical system of claim 54, wherein the top hat element structure includes an arrangement of top hat elements each associated with a corresponding one of the light beams. 제1항의 시스템에 있어서, 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 미리 설정된 패턴의 형태로 상기 구조 라이트를 생산하기 위하여 구성된 적어도 하나의 멀티-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크를 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.The system of claim 1, comprising at least one multi-pixel diffractive optical face mask configured to produce the structured light in the form of a predetermined pattern of spatially separated light beams. Optical systems structured to do so. 제58항의 시스템에 있어서, 멀티 픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크가 픽셀의 제1 배열을 정의하기 위하여 구성되고, 상기 픽셀의 각각이 서브-픽셀의 제2 배열을 정의하기 위하여 구성되는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템. 59. The adjusted illumination light of claim 58, wherein a multi-pixel diffractive optical face mask is configured to define a first arrangement of pixels, each of the pixels being configured to define a second arrangement of sub-pixels. Optical system structured to provide a pattern. 제58항의 시스템에 있어서, 제1 마스크로부터 나타나는 라이트 빔이 제2 마스크에 의하여 라이트 빔의 배열을 더 분할하는 것과 같이, 상기 빔 형상화 배열이 시스템을 통한 라이트의 전파 광학 경로를 따른 공간적으로-분리된 관계 내에서 내장된 적어도 제1 그리고 제2 멀티-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크를 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템. The system of claim 58, wherein the beam shaping arrangement is spatially-separated along the propagating optical path of light through the system, such that the light beam emerging from the first mask further divides the array of light beams by a second mask. An optical system structured to provide a modulated illuminated light pattern comprising at least first and second multi-pixel diffractive optical face masks embedded within the established relationship. 제58항의 시스템에 있어서, 상기 적어도 하나의 멀티-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크들 향하여 전파하는 라이트의 광학 경로 내에 내장된 포커싱 광학 렌즈를 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.59. The optical system of claim 58, comprising a focusing optical lens embedded in an optical path of light propagating towards the at least one multi-pixel diffractive optical face masks. . 제60항의 시스템에 있어서, 상기 적어도 두 개의 멀티-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크들 각각의 상류에 내장되는 적어도 두 개의 포커싱 구조체들을 포함하는 포커싱 광학 렌즈를 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.61. The system of claim 60, comprising a focusing optical lens comprising at least two focusing structures embedded upstream of each of the at least two multi-pixel diffractive optical face masks. Structured optical system. 제61항의 시스템에 있어서, 포커싱 광학 렌즈가 렌즈들의 광학 축에 수직인 평면내에 배열된 렌즈들의 배열을 포함하고, 이것에 의하여 멀티-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크 앞으로 전파하는 초점된 라이트 빔들의 대응하는 배열을 생산하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.62. The system of claim 61, wherein the focusing optical lens comprises an arrangement of lenses arranged in a plane perpendicular to the optical axis of the lenses, whereby corresponding light beams of focused light beams propagate in front of the multi-pixel diffractive optical face mask. An optical system structured to provide a controlled illumination light pattern that produces an array. 제63항의 시스템에 있어서, 멀티-픽셀 회절성의 광학상 마스크가 렌즈들 배열에 평행한 평면 내에 배열된 페이스 마스크들의 배열을 포함하고, 상기 페이스 마스크들 배열이 각각 초점된 라이트 빔들의 하나에 대응하여 결합 되는 것과 같이 구성되고, 이에 따라서 인접한 빔들 간에 미리 설정된 크기와 간극의 라이트 빔들의 배열을 형성하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구조화된 광학 시스템.76. The system of claim 63, wherein the multi-pixel diffractive optical image mask comprises an array of face masks arranged in a plane parallel to the array of lenses, wherein the array of face masks corresponds to one of the focused light beams, respectively. An optical system structured to provide an adjusted illumination light pattern, configured to be combined, thereby forming an arrangement of light beams of a predetermined size and gap between adjacent beams. 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구성된 광학 시스템에 있어서,다수의 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 형태 내에 구조화된 라이트를 생산하기 위하여 작동가능하게 구성된 라이트 소스시스템을 포함하고; 그리고 빔 형상화 배열을 포함하며; 빔 형상화 배열은 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 배열을 단일 라이트 빔으로 결합하도록 작동가능하게 구성된 회절성의 광학 유닛으로서 구성되고 이것에 의하여 실질상 조사 라이트의 강도가 증가하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구성된 광학 시스템. An optical system configured to provide a regulated illumination light pattern, the optical system comprising: a light source system operably configured to produce structured light in the form of a plurality of spatially separated light beams; And a beam shaping arrangement; The beam shaping arrangement is configured as a diffractive optical unit operatively configured to combine an array of spatially separated light beams into a single light beam, thereby providing a controlled irradiation light pattern in which the intensity of the irradiated light is substantially increased. Optical system configured to. 제65항의 시스템에 있어서, 회절성의 광학 유닛이 역 담만 격자 구조체를 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구성된 광학 시스템. 66. The optical system of claim 65, wherein the diffractive optical unit comprises an inverse damman grating structure. 제65항의 시스템에 있어서, 상기 회절성의 광학 유닛이 그것으로부터 실질상 직사각형인 일정 강도 프로파일의 라이트 빔을 생산하기 위하여 빔의 강도에 영향을 미치도록 구성된, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구성된 광학 시스템. 66. The system of claim 65, wherein the diffractive optical unit is configured to provide an adjusted irradiation light pattern configured to affect the intensity of the beam to produce a light beam of constant intensity profile that is substantially rectangular from it. system. 제67항의 시스템에 있어서, 상기 회절성의 광학 유닛이 탑햇 요소 구조체를 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구성된 광학 시스템. 69. The optical system of claim 67, wherein the diffractive optical unit comprises a top hat element structure. 제66항의 시스템에 있어서, 회절성의 광학유닛이 그것으로부터 실질상 직사각형인 일정 강도 프로파일의 라이트 빔을 생산하기 위하여 라이트 빔의 강도 프로파일에 영향을 미치는 탑햇 요소 구조체를 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구성된 광학 시스템. 67. The system of claim 66, wherein the diffractive optical unit comprises a top illumination element structure that affects an intensity profile of the light beam to produce a light beam of constant intensity profile that is substantially rectangular from it. Optical system configured to provide. 제69항의 시스템에 있어서, 상기 탑햇 요소 구조체가 역 담만 격자의 출력에 내장되는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구성된 광학 시스템. 70. The optical system of claim 69, wherein the top hat element structure is configured to provide a regulated illumination light pattern embedded in the output of an inverse damman grating. 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구성된 광학 시스템에 있어서,다수의 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 형태에 구조화된 라이트를 생산하기 위하여 작동가능하게 구성된 라이트 소스 시스템을 포함하고; 그리고 빔 형상화 배열을 포함하며; 빔 형상화 배열은 상기 다수를 결합하도록 작동가능하게 구성된 역 담만 격자 구조체를 포함하고 이것에 의하여 실질상 조사 라이트의 강도가 증가하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구성된 광학 시스템.An optical system configured to provide a controlled illumination light pattern, comprising: a light source system operatively configured to produce light structured in the form of a plurality of spatially separated light beams; And a beam shaping arrangement; And a beam shaping arrangement comprises an inverted dalm lattice structure operatively configured to couple the plurality, thereby substantially increasing the intensity of the irradiated light. 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구성된 광학 시스템에 있어서,다수의 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 형태에 구조화된 라이트를 생산하기 위하여 작동가능하게 구성된 라이트 소스 시스템을 포함하고; 각각의 탑햇 요소들의 배열 그것으로부터 실질상 직사각형인 일정 강도 프로파일의 라이트 빔을 생산하도록 그것을 통하여 통과하는 라이트의 강도 프로파일을 적용하기 위하여 작동가능하게 구성된, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구성된 광학 시스템.An optical system configured to provide a controlled illumination light pattern, comprising: a light source system operatively configured to produce light structured in the form of a plurality of spatially separated light beams; An array of respective top hat elements is provided to provide an adjusted illumination light pattern operatively configured to apply an intensity profile of light passing through it to produce a light beam of a constant intensity profile that is substantially rectangular from it. . 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구성된 광학 시스템에 있어서,적어도 하나의 라이트 빔을 생산하도록 작동 가능하게 구성된 라이트 소스 시스템을 포함하고; 그리고 멀티-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크 배열이 상기 적어도 하나의 라이트 빔으로부터 실질상 동등한 강도 값과 프로파일의 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 미리 설정된 배열에 의하여 형성된 구조화된 라이트를 생산하기 위하여 구성되며, 멀티-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크 배열이 픽셀의 제1 배열을 정의하기 위하여 구성되고, 상기 픽셀들의 각각이 서브-픽셀들의 제2 배열을 정의하기 위하여 패턴화되고, 상기 구조화된 라이트가 픽셀들의 상기 제2 배열에 따라 배열된 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 형태인, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구성된 광학 시스템.An optical system configured to provide an adjusted illumination light pattern, the optical system comprising: a light source system operatively configured to produce at least one light beam; And a multi-pixel diffractive optical face mask arrangement is configured to produce structured light formed by a predetermined arrangement of spatially separated light beams of profile and substantially equal intensity values from the at least one light beam, A pixel diffractive optical face mask array is configured to define a first array of pixels, each of the pixels is patterned to define a second array of sub-pixels, and the structured light is the first of the pixels 2 An optical system configured to provide a regulated illumination light pattern in the form of spatially separated light beams arranged in accordance with an arrangement. 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구성된 광학 시스템에 있어서,적어도 하나의 라이트 빔을 생산하도록 작동 가능하게 구성된 라이트 소스 시스템을 포함하고; 그리고 멀티-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크 배열이 상기 적어도 하나의 라이트 빔으로부터 실질상 동등한 강도 값과 프로파일의 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 미리 설정된 배열에 의하여 형성된 구조화된 라이트를 생산하기 위하여 구성되며; 멀티-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크 배열이 제1 마스크가 라이트 빔을 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 제1 배열로 분할하고, 그리고 제2 마스크가 상기 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 각 각을 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 제2 배열로 분할하는 것과 같은 직렬적인 방법으로 배열된 적어도 제1 그리고 제2 멀티-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크들 포함하는, 조절된 조사 라이트 패턴을 제공하기 위하여 구성된 광학 시스템.An optical system configured to provide an adjusted illumination light pattern, the optical system comprising: a light source system operatively configured to produce at least one light beam; And a multi-pixel diffractive optical face mask arrangement is configured to produce structured light formed by a predetermined arrangement of spatially separated light beams of profile and substantially equal intensity values from the at least one light beam; A multi-pixel diffractive optical face mask array wherein a first mask divides the light beam into a first array of spatially separated light beams, and a second mask spatially separates each of the spatially separated light beams. And at least first and second multi-pixel diffractive optical face masks arranged in a serial manner such as dividing into a second array of light beams. 표면 패터닝에 사용하기 위한 광학 시스템에 있어서, 적어도 하나의 라이트 빔을 생산하도록 작동가능하게 구성된 라이트 소스 시스템; 그리고 상기 적어도 하나의 라이트 빔으로부터 실질상 동등한 강도 값 및 프로파일의 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 미리 설정된 배열에 의하여 형성된 구조화된 라이트를 생성하기 위하여 구성된 멀티-픽셀 회절성의 광학 마스크 배열을 포함하는, 표면 패터닝에 사용하기 위한 광학 시스템.An optical system for use in surface patterning, comprising: a light source system operably configured to produce at least one light beam; And a multi-pixel diffractive optical mask arrangement configured to produce structured light formed by a predetermined arrangement of spatially separated light beams of a profile and substantially equivalent intensity values from the at least one light beam. Optical system for use in patterning. 제75항의 시스템에 있어서, 상기 라이트 빔이 가우스 강도 프로파일을 생산하도록 구성되고, 그것에 의하여 렌슬렛 배열로 제조되도록 작동가능한, 표면 패터닝에 사용하기 위한 광학 시스템.76. The optical system of claim 75, wherein the light beam is configured to produce a Gaussian intensity profile, whereby the light beam is operable to be produced in a lenslet arrangement. 라이트 소스 요소들의 배열; 그리고 미리 설정된 패턴에 따라 연속적으로 라이트 소스 요소들을 가동하기 위하여 연속적인 메커니즘을 수행하도록 작동가능하게 구성된 제어 유닛을 포함하는 라이트 소스 시스템.An array of light source elements; And a control unit operatively configured to perform a continuous mechanism to continuously operate the light source elements in accordance with a preset pattern. 제77항의 시스템에 있어서, 상기 패턴이 주어진 시간 내에 오직 하나의 레이저 소스 요소들의 그룹이 작동가능한 것과 같은, 라이트 소스 시스템. 78. The light source system of claim 77, wherein the pattern is such that only one group of laser source elements is operable within a given time. 이미지 스캐닝에 사용하기 위한 광학 시스템에 있어서, 적어도 두 개의 광학 경로들을 따라 각각 전파하는 서도 다른 파장들의 라이트를 생산하는 적어도 두 개의 라이트 소스들을 포함하고, 상기 적어도 두 개의 라이트 소스들 중 적어도 하나가 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 배열의 형태에서 구조화된 라이트를 생산하기 위하여 구성되며; 상기 적어도 두 개의 광학 경로를 출력 광학 경로로 결합하기 위 한 라이트 결합 배열; 그리고 상기 출력 광학 경로에 내장된 기계적인 스캐너를 포함하는, 이미지 스캐닝에 사용하기 위한 광학 시스템. An optical system for use in image scanning, the optical system comprising at least two light sources that produce light of different wavelengths, each propagating along at least two optical paths, at least one of said at least two light sources being spatial Is configured to produce structured light in the form of an array of light beams separated into; A light coupling arrangement for combining the at least two optical paths into an output optical path; And a mechanical scanner embedded in the output optical path. 이미지 스캐닝에 사용하기 위한 광학 시스템에 있어서, 적어도 두 개의 광학 경로를 따라 각각 전파하는 서로 다른 파장들의 라이트를 생산하는 적어도 두 개의 개별적으로 어드레서블한 라이트 소스들을 포함하고, 상기 적어도 두 개의 라이트 소스들 중 적어도 하나가 실질상 직사각형인 일정 강도 프로파일의 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 각각의 배열의 구조화된 라이트 형태를 생산하기 위하여 구성되며; 상기 적어도 두개의 광학 경로를 하나의 출력 광학 경로롤 결합하기 위한 라이트 결합 배열; 그리고 상기 출력 광학 경로에 내장된 기계적인 스캐너를 포함하는, 이미지 스캐닝에 사용하기 위한 광학 시스템. An optical system for use in image scanning, comprising: at least two individually addressable light sources producing light of different wavelengths each propagating along at least two optical paths, the at least two light sources Are configured to produce a structured light form of each array of spatially separated light beams of a constant intensity profile, at least one of which is substantially rectangular; A light coupling arrangement for combining the at least two optical paths into one output optical path; And a mechanical scanner embedded in the output optical path. 제80항의 시스템에 있어서, 상기 적어도 하나의 라이트 소스가 개별적으로 어드레서블한 공간적으로 분리된 라이트 빔들을 제공하기 위하여 구성된, 이미지 스캐닝에 사용하기 위한 광학 시스템.81. The optical system of claim 80, wherein the at least one light source is configured to provide individually addressable spatially separated light beams. 조절된 패턴의 조사 라이트를 생산하기 위한 방법에 있어서, 다수의 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 형태의 구조화된 라이트를 생산하고; 그리고 빔 형상화를 구조 라이트에 적용하고, 상기 빔 형상화가 (ⅰ) 다중 라이트 빔을 단순 라이프 빔으로 결합하여 이것에 의하여 조사 라이트의 강도가 충분하게 증가하거나; (ⅱ) 실질상 직사각형의 일정 강도 프로파일의 라이트 빔들의 배열의 형태에 조사 라이트를 제공하기 위하여 입력 라이트의 강도 프로파일을 영향을 미치는 것 중의 적어도 하나를 수행하기 위하여 실행가능하도록 구성된 회절성의 광학 유닛을 통한 구조화된 라이트가 통과하는, 조절된 패턴의 조사 라이트를 생산하기 위한 방법.CLAIMS 1. A method for producing a controlled pattern of illuminated light, the method comprising: producing structured light in the form of a plurality of spatially separated light beams; And applying beam shaping to the structured light, wherein the beam shaping combines (i) the multiple light beams into a simple life beam, whereby the intensity of the irradiated light is sufficiently increased; (Ii) a diffractive optical unit configured to be executable to perform at least one of affecting the intensity profile of the input light to provide the illumination light in the form of an array of light beams of substantially rectangular constant intensity profile. A method for producing a controlled pattern of illuminated light through which structured light passes through. 제82항(ⅰ)의 방법에 있어서, 역 담만 격자를 통하여 다중 라이트 빔들이 통과하는 것을 포함하는, 조절된 패턴의 조사 라이트를 생산하기 위한 방법.82. The method of claim 82, comprising passing multiple light beams through an inverted damman grating. 제82항(ⅱ)의 방법에 있어서, 탑햇 요소 구조체를 통하여 입력 라이트가 통과하는 것을 포함하는, 조절된 패턴의 조사 라이트를 생산하기 위한 방법. 82. The method of claim 82 (ii), wherein the input light passes through the top hat element structure. 제84항의 방법에 있어서, 상기 탑햇 요소 구조체가 각각의 탑햇 요소가 라이트 빔들의 하나에 대응하여 영향을 미치는 것과 같이, 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 배열에 따라 배열된 탑햇 요소의 배열을 포함하는, 조절된 패턴의 조사 라이트를 생산하기 위한 방법.85. The method of claim 84, wherein the top hat element structure comprises an arrangement of top hat elements arranged in accordance with an array of spatially separated light beams such that each top hat element affects one of the light beams. Method for producing a regulated pattern of illumination light. 제85항의 방법에 있어서, 상기 탑햇 요소가 그곳으로부터 조사되기 위한 전체 표면의 형상에 대응하는 실질상 직사각형인 강도 프로파일의 조사 라이트 빔을 생산하기 위하여 대응하는 라이트 빔의 강도에 영향을 미치기 위하여 구성된, 조절된 패턴의 조사 라이트를 생산하기 위한 방법. 86. The method of claim 85, wherein the top hat element is configured to affect the intensity of the corresponding light beam to produce an irradiated light beam of an intensity profile that is substantially rectangular corresponding to the shape of the entire surface to be irradiated therefrom. Method for producing a regulated pattern of illumination light. 제85항의 방법에 있어서, 탭햇 요소가 그곳으로부터 조사되기 위한 표면 픽셀들의 배열로부터 단순 픽셀의 형상에 대응하는 실질상 직사각형인 강도 프로파일의 조사 라이트 빔을 생산하기 위하여 대응하는 라이트 빔의 강도 프로파일을 적용하기 위하여 구성된, 조절된 패턴의 조사 라이트를 생산하기 위한 방법. 86. The method of claim 85, wherein an intensity profile of a corresponding light beam is applied to produce an irradiated light beam of an intensity profile that is substantially rectangular corresponding to the shape of a simple pixel from an array of surface pixels for which the tap hat element is to be irradiated therefrom. And a method for producing a controlled pattern of illumination light. 제85항의 방법에 있어서, 상기 탭햇 요소가 그곳으로부터 조사되기 위한 표면의 픽셀들의 배열로부터 서브-배열의 형상에 대응하는 실질상 직사각형인 강도 프로파일의 조사 라이트 빔을 생산하기 위하여 대응하는 라이트 빔의 강도 프로파일에 영향을 미치기 위하여 구성된, 조절된 패턴의 조사 라이트를 생산하기 위한 방법. 86. The method of claim 85, wherein the tap hat element is an intensity of a corresponding light beam to produce an illumination profile of an intensity profile that is substantially rectangular corresponding to the shape of the sub-array from an array of pixels of the surface to be irradiated therefrom. A method for producing a regulated pattern of illuminated light, configured to influence a profile. 렌슬렛 배열을 생산하기 위하여 표면 패터닝을 사용하기 위한 방법에 있어서, 적어도 하나의 라이트 빔을 생산하고; 그리고 상기 적어도 하나의 라이트 빔으로부터 실질상 동일한 강도 값 및 가우스 강도 프로파일의 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 미리 설정된 배열에 의하여 형성된 구조화된 라이트를 생산하기 위하여 구성된 멀티-픽셀 회절성의 광학 페이스 마스크를 통하여 상기 적어도 하나의 라이트 빔이 통과하는 방법을 포함하는, 렌슬렛 배열을 생산하기 위하여 표면 패터닝을 사용하기 위한 방법.CLAIMS 1. A method for using surface patterning to produce a lenslet arrangement, the method comprising: producing at least one light beam; And through a multi-pixel diffractive optical face mask configured to produce structured light formed by a predetermined arrangement of spatially separated light beams of a substantially same intensity value and a Gaussian intensity profile from the at least one light beam. A method for using surface patterning to produce a lenslet array, the method comprising passing at least one light beam. 이미지를 스캐닝하는데 사용하기 위한 방법에 있어서, 적어도 두 개의 광학 경로들을 따라 각각 전파되는 서로 다른 파장들의 적어도 제1 및 제2 라이트 부분들을 생산하고, 적어도 하나의 라이트 부분들이 이미지 픽셀들의 배열에 대응하는 공간적으로 분리된 라이트 빔들의 배열의 형태이며;상기 단순 출력 광학 경로를 따른 라이트 빔들의 배열을 기계적 스캐너로 전달하고 상기 적어도 두 개의 광학 경로를 단순 출력 광학 경로로의 결합을 포함하는, 이미지를 스캐닝하는데 사용하기 위한 방법.A method for use in scanning an image, the method comprising: producing at least first and second light portions of different wavelengths each propagating along at least two optical paths, the at least one light portions corresponding to an arrangement of image pixels A form of an array of spatially separated light beams; scanning an image comprising transferring an array of light beams along the simple output optical path to a mechanical scanner and combining the at least two optical paths into a simple output optical path Method for use.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9690105B2 (en) 2013-03-22 2017-06-27 Applied Materials Israel Ltd. Calibratable beam shaping system and method
US10551178B2 (en) 2011-08-09 2020-02-04 Apple Inc. Overlapping pattern projector
US10571709B2 (en) 2010-02-02 2020-02-25 Apple Inc. Integrated structured-light projector
US10690488B2 (en) 2011-08-09 2020-06-23 Apple Inc. Projectors of structured light
US10700493B2 (en) 2017-08-31 2020-06-30 Apple Inc. Creating arbitrary patterns on a 2-D uniform grid VCSEL array

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10571709B2 (en) 2010-02-02 2020-02-25 Apple Inc. Integrated structured-light projector
US10551178B2 (en) 2011-08-09 2020-02-04 Apple Inc. Overlapping pattern projector
US10690488B2 (en) 2011-08-09 2020-06-23 Apple Inc. Projectors of structured light
US11060851B2 (en) 2011-08-09 2021-07-13 Apple Inc. Projectors of structured light
US9690105B2 (en) 2013-03-22 2017-06-27 Applied Materials Israel Ltd. Calibratable beam shaping system and method
US10700493B2 (en) 2017-08-31 2020-06-30 Apple Inc. Creating arbitrary patterns on a 2-D uniform grid VCSEL array

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