KR20100098765A - 다중광 간섭을 이용한 능동형 3차원 멀티스팟 조명장치 및 조명 발생 방법 - Google Patents

다중광 간섭을 이용한 능동형 3차원 멀티스팟 조명장치 및 조명 발생 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 입사광을 발생 및 확대하는 광원부; 광원부에서 발생된 입사광을 복수의 다중광으로 분리하고, 복수의 다중광을 피드백 제어신호에 기초하여 능동적으로 제어하는 입사광 제어부; 및 입사광 제어부에서 입사되는 다중광의 간섭을 이용하여 소정의 형상과 크기의 3차원 멀티스팟 형태의 조명을 생성하는 멀티스팟 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중광 간섭을 이용한 능동형 3차원 멀티스팟 조명장치 및 조명 발생 방법을 구현한바, 다양한 크기와 모양의 3차원 멀티스팟 형태의 조명을 별도의 프리즘 또는 회절격자를 제조하지 않고 생성할 수 있는 효과가 있다. 이로 인해, 다양한 3차원 멀티스팟 조명을 편리하고 빠르게 제공할 수 있는 효과가 있다. 또한, 다양한 크기와 모양의 3차원 멀티스팟 형태의 조명을 조사하여 리소그래피 공정 시 마스크(Mask)를 대체할 수 있는 효과가 있다. 이러한 멀티스팟의 형상은 능동적으로 편리하게 조절이 가능하므로 다양한 마스크를 대신하여 사용할 수 있는 효과가 있다.
광원, 멀티스팟, 조명, 장치, 방법

Description

다중광 간섭을 이용한 능동형 3차원 멀티스팟 조명장치 및 조명 발생 방법{Active Illumination Apparatus for Three Dimensional Mult-Spot Using Multi-Beam Interference}
본 발명은 다중광 간섭을 이용한 능동형 3차원 멀티스팟 조명장치 및 조명 발생 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 능동적으로 제어가능한 입사광 제어부를 이용하여 다양한 멀티스팟을 새로운 프리즘 또는 회절격자를 제작하지 않고, 하나의 장치로 제공할 수 있는 다중광 간섭을 이용한 능동형 3차원 멀티스팟 조명장치 및 조명 발생 방법에 관한 것이다.
멀티스팟(Multi-Spot) 조명의 기본원리는 공간상에서 경사지게 입사된 복수의 빛의 간섭을 이용하여 3차원 형상의 조명을 생성하는 조명장치이다.
도 1은 두 빛의 간섭에 의한 조명발생의 원리를 개략적으로 나타낸 도면을 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 평면상에서 비스듬하게 입사된 제 1 평면파(610) 및 제 2 평면파(620)의 두 평면파(610, 620)가 보강, 소멸 간섭하여 간격이 d인 라인 패턴(Line Pattern)의 간섭무늬를 발생하게 된다. 이때, 라인 패턴의 간격 d는 다음의 [수학식 1]에 의해 산출할 수 있다.
Figure 112009012589828-PAT00001
여기서, d는 라인 패턴의 간격, α는 제 1 평면파(610)와 제 2 평면파(620) 사이의 각도, λ는 제 1 평면파(610)와 제 2 평면파(620)의 파장을 나타낸다.
도 2는 네 개의 광에 의한 3차원 공간 간섭에 의한 간섭무늬를 나타낸 도이고, 도 3은 3차원 공간 간섭을 이용하여 제작된 3차원 광 크리스탈을 나타낸 도면이다. 3개 이상의 빛이 공간상에서 간섭하는 경우는 입사되는 빛의 개수와 입사각에 따라 2차원 스팟 패턴(Spot Patern)형의 간섭무늬, 도 2에 도시된 바와 같은, 벌집형 3차원 간섭무늬 등을 얻을 수 있다. 이러한 원리를 이용하여 3차원 공간상에 임의의 멀티스팟(Multi-Spot) 조명 구현이 가능하고, 이는 도 3에 도시된 바와 같이, 리소그래피(Lithography)를 이용한 3차원 구조물 제조에 응용이 가능하다.
하지만, 이러한 원리를 이용한 기존의 방법들은 3차원 공간상의 멀티스팟을 만들 수는 있지만, 프리즘 또는 회절격자(Grating)를 사용함으로써, 멀티스팟의 크기 또는 모양 등을 제어할 수 없는 문제점이 있다. 이러한 문제점으로 인해 멀티스팟의 크기나 모양의 필요사양이 변경될 때마다 새로운 프리즘 또는 회절격자를 제작해야 하기 때문에 멀티스팟의 변경이 번거롭고, 변경 시간이 오래 걸리는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 능동적으로 제어가능한 입사광 제어부를 이용하여 다양한 멀티스팟을 새로운 프리즘 또는 회절격자를 제작하지 않고, 하나의 장치로 제공할 수 있는 다중광 간섭을 이용한 능동형 3차원 멀티스팟 조명장치 및 조명 발생 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 입사광을 발생 및 확대하는 광원부; 광원부에서 발생된 입사광을 복수의 다중광으로 분리하고, 복수의 다중광을 피드백 제어신호에 기초하여 능동적으로 제어하는 입사광 제어부; 및 입사광 제어부에서 입사되는 다중광의 간섭을 이용하여 소정의 형상과 크기의 3차원 멀티스팟 형태의 조명을 생성하는 멀티스팟 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중광 간섭을 이용한 능동형 3차원 멀티스팟 조명장치에 의해 달성될 수 있다.
이때, 광원부는, 입사광을 발생하는 광원; 및 광원에서 발생된 입사광을 확대하는 입사광 확대부;를 포함한다. 여기서, 광원은 가간섭성이 있는 레이저 발생장치, LED 또는 LD를 사용한다.
또한, 입사광 제어부는, 광원부에서 입사되는 입사광을 복수의 다중광으로 입사광 분리부; 및 복수의 다중광을 반사하는 반사면;을 포함한다. 여기서, 입사광 분리부는 각도 조절이 가능한 거울, 빔 스플리터 또는 빔 분할기를 사용한다. 또 한, 반사면은 각도 조절이 가능한 반사경 또는 프리즘을 사용한다.
또한, 멀티스팟 생성부에서 생성된 조명의 수정 및 변경을 위해 입사광 제어부에 각도 피드백 제어신호를 제공하기 위한 신호처리 제어부를 더 구비한다.
또한, 멀티스팟 생성부와 신호처리 제어부 사이에는 멀티스팟 생성부에서 발생하는 멀티스팟 신호에 의해 멀티스팟 생성부에서 생성된 조명을 측정하는 측정부가 더 구비된다.
다른 카테고리로서, 본 발명의 목적은 광원에서 입사광을 조사하는 제 1 단계; 입사광을 복수의 다중광으로 분할하는 제 2 단계; 분할된 복수의 다중광의 반사각도를 능동적으로 조절하여 멀티스팟 생성부로 조사하는 제 3 단계; 및 멀티스팟 생성부에서 입사된 다중광의 간섭을 이용하여 3차원 멀티스팟 형태의 조명을 생성하는 제 4 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중광 간섭을 이용한 능동형 3차원 멀티스팟 조명 발생 방법에 의해 달성될 수 있다.
이때, 2 단계는 입사광에서 굴절되지 않는 기준광 및 소정의 각도로 굴절되는 복수의 제어광으로 분할한다.
또한, 제 4 단계 후에 멀티스팟 생성부에서 생성된 조명을 멀티스팟 신호에 의해 측정하는 제 5 단계를 더 포함한다.
또한, 제 5 단계 후에는 측정된 조명을 수정하거나 변경하기 위한 피드백 제어신호를 발생하는 제 6 단계를 더 포함한다.
또한, 제 3 단계는 제 5 단계에서 발생되는 피드백 제어신호에 따라 복수의 다중광의 굴절각도를 재조정한다.
본 발명에 따르면 다양한 크기와 모양의 3차원 멀티스팟 형태의 조명을 별도의 프리즘 또는 회절격자를 제조하지 않고 생성할 수 있는 효과가 있다. 이로 인해, 다양한 3차원 멀티스팟을 편리하고 빠르게 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 다양한 크기와 모양의 3차원 멀티스팟 형태의 조명을 조사하여 리소그래피 공정 시 마스크를 대체할 수 있는 효과가 있다. 이러한 멀티스팟의 형상은 능동적으로 편리하게 조절이 가능하므로 다양한 마스크를 대신하여 사용할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
<조명장치의 구성>
도 4는 본 발명에 따른 다중광 간섭을 이용한 능동형 3차원 멀티스팟 조명장치의 구성을 나타내는 블록도를 도시한 것이고, 도 5는 본 발명에 따른 광원부 및 입사광 제어부를 세부적으로 나타낸 블록도이다. 본 발명에 따른 3차원 멀티스팟 조명장치(10)는 전체적으로 광원부(100), 입사광 제어부(200), 멀티스팟 생성부(300), 측정부(400) 및 신호처리 제어부(500)로 이루어진다.
본 발명에 따른 광원부(100)는 입사광(150)을 발생하고, 발생한 입사광(150)을 확대하기 위한 것이다. 이러한 광원부(100)는 입사광(150)을 발생하는 광원(110) 및 광원(110)에서 조사되는 입사광(150)을 확대하는 입사광 확대부(120)로 이루어진다. 여기서 광원(110)은 3차원 멀티스팟 조명을 생성하기 위한 기초가 되는 입사광(150)을 조사하는 것으로서, 이러한 목적을 달성할 수 있는 것이라면 어떠한 장치를 사용하여도 무방하다. 하지만, 바람직하게는 레이저를 조사하는 레이저 발생장치, LED(Lignt-Emitting Diode) 또는 LD(Laser Diode)를 사용하는 것이 좋다.
본 발명에 따른 입사광 확대부(120)는 광원(110)에서 조사되는 레이저 등의 입사광(150)을 확대하기 위한 것으로서, 후술하는 입사광 분리부(210)에서 입사광(150)을 원활하게 확대할 수 있도록 입사광(150)을 확대할 수 있는 장치라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다. 하지만, 바람직하게는 광 확대성 광학렌즈를 사용하는 것이 좋다.
본 발명에 따른 입사광 제어부(200)는 광원부(100)에서 조사되는 입사광(150)을 복수의 다중광으로 분할하고, 분할된 다중광의 반사각도를 능동적으로 제어하기 위한 장치로서, 입사광 분리부(210) 및 반사면(220)으로 이루어진다. 여기서, 입사광 분리부(210)는 광원(110)으로부터 입사되는 입사광(150)을 굴절되지 않는 기준광(250) 및 소정 각도로 굴절되는 복수의 다중광으로 이루어진 제어광(255)으로 분리하기 위한 장치이다. 이러한 입사광 분리부(210)는 각도조절이 가능한 거울, 빔 스플리터 또는 빔 분할기 등을 사용하는 것이 좋다. 또한, 이러한 입사광 분리부(210)는 광원(110)에서 입사되는 입사광(150)의 일부가 굴절되지 않고 입사광 분리부(210)를 통과하는 기준광(250)을 위해 중심 일측이 입사광(150)의 경로와 동일한 중공이 형성된 것이 좋다.
본 발명에 따른 반사면(220)은 입사광 분리부(210)에서 복수의 다중광으로 분리된 다중광을 생성하고자 하는 3차원 멀티스팟의 형태에 맞추어 복수의 다중광의 반사각도를 조절하기 위한 장치이다. 이러한 반사면(220)은 사용자의 능동적인 조작이 가능한 반사경 또는 프리즘을 사용하는 것이 좋다.
본 발명에 따른 멀티스팟 생성부(300)는 입사광 제어부(200)에서 조사되는 굴절되지 않은 기준광(250) 및 입사광 제어부(200)에서 분할되어 제어되는 복수의 제어광(255)의 보강, 소멸 등의 간섭에 의해 3차원 멀티스팟 형태의 조명을 생성하는 장치이다. 이러한 멀티스팟 생성부(300)에서 생성되는 3차원 멀티스팟 형태의 조명은 마이크로 또는 나노 크기까지 패턴의 크기를 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 측정부(400)는 멀티스팟 생성부(300)에서 생성되는 조명을 멀티스팟 생성부(300)에서 발생되는 멀티스팟 신호(350)에 의해 측정하는 장치이다. 여기서, 측정된 멀티스팟 신호(350)에 의해 3차원 멀티스팟 조명이 사용자가 원하는 형태로 생성되었는지의 여부를 판단하여 후술하는 신호처리 제어부(500)로 3차원 멀티스팟 형태의 조명에 대한 정보를 전달하는 장치이다.
본 발명에 따른 신호처리 제어부(500)는 3차원 멀티스팟 형태의 조명을 수정 또는 변경하기 위해 측정부(400)에서 전달되는 측정신호(450)에 따라 입사광 제어부(200)를 제어하기 위한 피드백 제어신호(550)를 발생하는 장치이다. 이러한 신호처리 제어부(500)는 측정부(400)에서 측정한 3차원 멀티스팟 조명의 정보에 기초하여 3차원 멀티스팟 조명의 수정 또는 변경이 필요한 경우 입사광 제어부(200)에 제어 신호를 전달하여 입사광(150)의 반사각도를 능동적으로 제어할 수 있다. 또한, 신호처리 제어부(500)에서 발생하는 피드백 제어신호(550)는 필요에 따라 입사광 분리부(210)에 전달되어 입사광(150)의 분할 개수를 변경할 수 있다.
<조명 발생 방법>
도 6은 본 발명에 따른 다중광 간섭을 이용한 능동형 3차원 멀티스팟 조명 발생 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 우선, 레이저 발생장치, LED 또는 LD와 같은 광원(110)에서 입사광(150)을 조사한다(S100). 이때, 입사광(150)은 원활한 분할을 위해 입사광(150)을 확대할 수 있다.
다음으로, 광원(110)에서 조사된 입사광(150)을 각도 조절이 가능한 거울, 빔 스플리터 또는 빔 분할기 등의 입사광 분리부(210)를 이용하여 복수의 다중광으로 분할한다(S200). 이때, 복수의 다중광은 굴절되지 않는 기준광(250) 및 분할장치에 의해 분할되는 복수의 제어광(255)으로 분할된다. 이러한 복수의 제어광(255)은 사용자가 생성하고자 하는 3차원 멀티스팟 조명의 패턴 형태 및 크기에 따라 분할 개수를 다양하게 조절할 수 있다.
다음으로, 복수로 분할된 제어광(255)의 반사각도를 피드백 제어신호(550)에 기초하여 프리즘 또는 반사경 등의 반사면(220)을 이용하여 능동적으로 조절하여 멀티스팟 생성부(300)로 조사한다(S300). 이때, 분할된 복수의 제어광(255)의 반사각도는 사용자가 생성하고자 하는 3차원 멀티스팟 조명의 패턴 형태 및 크기에 따라 반사각도를 다양하게 조절할 수 있다.
다음으로, 멀티스팟 생성부(300)에서는 기준광(250) 및 복수의 제어광(255) 에 의해 발생하는 보강 또는 소멸 등의 간섭을 이용하여 3차원 멀티스팟 형태의 조명을 생성한다(S400). 이때, 멀티스팟 생성부(300)에서 생성되는 3차원 멀티스팟 형태의 조명 패턴의 크기는 마이크로 또는 나노 크기까지 조절이 가능하다.
다음으로, 멀티스팟 생성부(300)에서 생성된 3차원 멀티스팟 조명을 멀티스팟 생성부(300)에서 발생하는 멀티스팟 신호(350)에 의해 측정부(400)에서 측정한다(S500). 이러한 측정에 의해 3차원 멀티스팟 조명이 사용자가 원하는 형태 및 강도로 생성되었는지를 측정하고, 사용자가 다른 형태의 조명을 원하는 경우 그 변형 범위 등을 측정하여 측정신호(450)를 발생한다.
마지막으로, 멀티스팟 신호(350)의 측정신호(450)에 따라 3차원 멀티스팟 조명을 수정 또는 변경하기 위해 측정값에 기초하여 신호처리 제어부(500)에서 피드백 제어신호(550)를 발생한다(S600). 이렇게 발생된 피드백 제어신호(550)를 입사광(150)을 복수의 다중광으로 분할하는 단계(S200)로 피드백 전송하여 입사광(150)의 분할 개수 및 분할된 제어광(255)의 반사각도를 능동적으로 조정한다. 이로 인해, 멀티스팟 생성부(300)에서 생성되는 3차원 멀티스팟 조명의 패턴 형태 및 크기 등을 다양하게 변화할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 두 빛의 간섭에 의한 조명발생의 원리를 개략적으로 나타낸 도,
도 2는 네 개의 광에 의한 3차원 공간 간섭에 의한 간섭무늬를 나타낸 도,
도 3은 3차원 공간 간섭을 이용하여 제작된 3차원 광 크리스탈을 나타낸 도,
도 4는 본 발명에 따른 다중광 간섭을 이용한 능동형 3차원 멀티스팟 조명장치의 구성을 나타내는 블록도,
도 5는 본 발명에 따른 광원부 및 입사광 제어부를 세부적으로 나타낸 블록도,
도 6은 본 발명에 따른 다중광 간섭을 이용한 능동형 3차원 멀티스팟 조명 발생 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 조명장치 100 : 광원부
110 : 광원 120 : 입사광 확대부
150 : 입사광 200 : 입사광 제어부
210 : 입사광 분리부 220 : 반사면
250 : 기준광 255 : 제어광
300 : 멀티스팟 생성부 350 : 멀티스팟 신호
400 : 측정부 450 : 측정신호
500 : 신호처리 제어부 550 : 피드백 제어신호
610 : 제 1 평면파 620 : 제 2 평면파
α : 제 1 평면파과 제 2 평면파 사이의 각도
λ : 제 1 평면파과 제 2 평면파의 파장

Claims (13)

  1. 입사광(150)을 발생 및 확대하는 광원부(100);
    상기 광원부(100)에서 발생된 상기 입사광(150)을 복수의 다중광으로 분리하고, 상기 복수의 다중광을 피드백 제어신호에 기초하여 능동적으로 제어하는 입사광 제어부(200); 및
    상기 입사광 제어부(200)에서 입사되는 다중광의 간섭을 이용하여 소정의 형상과 크기의 3차원 멀티스팟 형태의 조명을 생성하는 멀티스팟 생성부(300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중광 간섭을 이용한 능동형 3차원 멀티스팟 조명장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광원부(100)는,
    상기 입사광(150)을 발생하는 광원(110); 및
    상기 광원(110)에서 발생된 상기 입사광(150)을 확대하는 입사광 확대부(120);를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중광 간섭을 이용한 능동형 3차원 멀티스팟 조명장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 광원(110)은 가간섭성이 있는 레이저 발생장치, LED 또는 LD인 것을 특 징으로 하는 것을 특징으로 하는 다중광 간섭을 이용한 능동형 3차원 멀티스팟 조명장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 입사광 제어부(200)는,
    상기 광원부(100)에서 입사되는 상기 입사광(150)을 복수의 다중광으로 입사광 분리부(210); 및
    상기 복수의 다중광을 반사하는 반사면(220);을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중광 간섭을 이용한 능동형 3차원 멀티스팟 조명장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 입사광 분리부(210)는 각도 조절이 가능한 거울, 빔 스플리터 또는 빔 분할기인 것을 특징으로 하는 다중광 간섭을 이용한 능동형 3차원 멀티스팟 조명장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 반사면(220)은 각도 조절이 가능한 반사경 또는 프리즘인 것을 특징으로 하는 다중광 간섭을 이용한 능동형 3차원 멀티스팟 조명장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 멀티스팟 생성부(300)에서 생성된 조명의 수정 및 변경을 위해 상기 입사광 제어부(200)에 상기 피드백 제어신호(550)를 제공하기 위한 신호처리 제어부(500)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 다중광 간섭을 이용한 능동형 3차원 멀티스팟 조명장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 멀티스팟 생성부(300)와 상기 신호처리 제어부(500) 사이에는 상기 멀티스팟 생성부(300)에서 발생하는 멀티스팟 신호(350)에 의해 상기 멀티스팟 생성부(300)에서 생성된 조명을 측정하는 측정부(400)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 다중광 간섭을 이용한 능동형 3차원 멀티스팟 조명장치.
  9. 광원(110)에서 입사광(150)을 조사하는 제 1 단계(S100);
    입사광 분리장치에서 상기 입사광(150)을 복수의 다중광으로 분할하는 제 2 단계(S200);
    상기 분할된 복수의 다중광의 반사각도를 능동적으로 조절하여 멀티스팟 생성부(300)로 조사하는 제 3 단계(S300); 및
    상기 멀티스팟 생성부(300)에서 입사된 다중광의 간섭을 이용하여 3차원 멀티스팟 형태의 조명을 생성하는 제 4 단계(S400);를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중광 간섭을 이용한 능동형 3차원 멀티스팟 조명 발생 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제 2 단계(S200)는 입사광(150)에서 굴절되지 않는 기준광(250) 및 소정의 각도로 굴절되는 복수의 제어광(255)으로 분할되는 것을 특징으로 하는 다중광 간섭을 이용한 능동형 3차원 멀티스팟 조명 발생 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 제 4 단계(S400) 후에 상기 멀티스팟 생성부(300)에서 생성된 조명을 멀티스팟 신호(350)에 의해 측정하는 제 5 단계(S500)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중광 간섭을 이용한 능동형 3차원 멀티스팟 조명 발생 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제 5 단계(S500) 후에는 상기 측정된 조명을 수정하거나 변경하기 위한 피드백 제어신호(550)를 발생하는 제 6 단계(S600)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중광 간섭을 이용한 능동형 3차원 멀티스팟 조명 발생 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제 3 단계(S300)는 상기 제 5 단계(S500)에서 발생되는 상기 피드백 제어신호(550)에 따라 상기 복수의 다중광의 굴절각도를 재조정하는 것을 특징으로 하는 다중광 간섭을 이용한 능동형 3차원 멀티스팟 조명 발생 방법.
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