KR20110053246A - 컴팩트한 다중 빔 유형의 운송수단용 광 시스템 - Google Patents

컴팩트한 다중 빔 유형의 운송수단용 광 시스템 Download PDF

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코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 레이저 빔(3)을 발생시키기 위한 레이저 장치(2)를 포함하는 운송수단용 광 시스템(1)에 관한 것으로, 이 광 시스템은 발생된 레이저 빔의 입사 시에 광 빔(8)을 방출하기 위한 인광체 요소(7)를 구비하고 광 출력 빔을 생성하기 위해 인광체 요소(7)에 연관된 광학 요소(9)를 구비하는 광 출력 모듈(6)을 더 포함한다. 또한, 광 시스템은 대응하는 추가의 인광체 요소 및 제2 광학 소자를 구비하는 추가의 광 출력 모듈을 포함한다. 레이저 장치는 발생된 레이저 빔이 인광체 요소로 지향되는 제1 상태와, 발생된 레이저 빔이 추가의 인광체 요소로 지향되는 제2 상태 간에서 전환하도록 구성된다.

Description

컴팩트한 다중 빔 유형의 운송수단용 광 시스템{COMPACT MULTIPLE BEAM TYPE VEHICLE LIGHT SYSTEM}
본 발명은 운송수단용 광 시스템(vehicle light system)에 관한 것이다.
현재, 자동차 광 시스템(car light system)은 로우-빔(low-beam) 및 하이-빔(high-beam) 옵션을 구비한다. 또한, 일부 광 시스템들은 안개가 있는 조건에서의 불리한 운전에 대처하도록 한쌍의 안개등을 구비한다.
미국 특허 공개 US 2005/0041433은 인광체 구조로의 입사 시에, 광학 요소에 의해 원하는 광학 출력 빔으로 시준되는 광 빔을 생성하는 레이저 빔을 발생시키기 위한 레이저 장치를 개시하고 있다.
환경적인 조건에 따라 상이한 빔 유형들이 요구된다. 예를 들어, 주간(daytime) 동안, 및 공공 조명이 있는 지역 내에서 운전할 때에는, 특수한 광이 적용될 것이다. 많은 교차로를 갖는 도시 지역에서, 특히 정지 후의 가속 동안 추가의 섬광(glare)이 발생되기 때문에, 실제의 비대칭적인 메인 빔은 역효과를 낳는다. 다른 차로에서 이동하는 다가오는 차량 통행과 함께 비교적 고속으로 고속도로를 운전하는 것은, 다른 조명 기능을 요구한다. 부정적인 기상 조건들은 도로의 반사로 인해 다른 영향을 주어, 광도(luminosity)의 감소 및 (반사되는) 섬광의 증가를 유발한다. 눈이 오거나 비가 오거나 안개가 낀 날씨에서, 방출된 광은 눈송이나 물방울에 의해 흡수 및 산란되어, 반사된 광에 의해 시야가 가려지고, 그 결과 가시 범위가 더 짧아진다. 그러므로, 낮, 새벽, 공공 조명, 밤과 같은 외부 조명, 별개의 차로들을 갖는 고속도로, 구불구불한 시골길, 번화가 및 도시의 거리와 같은 교통 환경, 건조함, 습함, 비, 눈, 안개와 같은 기상 조건, 및/또는 짐에 의해 경사 변화, 운전 동안의 동적인 경사 변화, 제어의 정도, 운송수단의 속도 및 지상 간격(ground clearance)과 같은 운송수단 자세(vehicle attitudes)에 의존하여 헤드라이트의 빔의 형상을 적응시키는 AFS(adaptive front light systems)를 도입하기 위해 법률 제정이 이루어지고 있다.
다양한 빔 형상 유형들을 생성하기 위해 기계적인 AFS 시스템이 제안되어 왔다. 예를 들면, 국제 특허 공개 WO 2008/035267은 레이저 장치, 및 이동가능한 빔 제한기를 구비하는 반사기를 포함하는 운송수단용 램프를 개시하고 있다. 그러나, 기능성이 만족스러울 수 있긴 하지만, 예를 들어 원가, 컴팩트함, 신뢰도, 내구성 및 수리가능성(repairability) 조건으로 인해, 이동 부분이 없는 광 시스템을 제공할 필요가 있다.
또한, 복수의 LED를 포함하는 AFS 시스템이 설명되어 있다. 복수의 광원 요소의 존재로 인해, 이러한 다중 LED 시스템은 많은 공간을 필요로 한다. 또한, 광원 요소들을 냉각시키기 위해 복잡한 히트 싱크 구조가 필요하다. 결과적으로, 냉각 성능이 불량하다.
따라서, 본 발명의 목적은 복수의 출력 빔 유형을 생성하도록 구성된 컴팩트한 운송수단용 광 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 레이저 빔을 발생시키기 위한 레이저 장치를 포함하는 운송수단용 광 시스템(vehicle light system)으로서, 발생된 레이저 빔의 입사 시에 광 빔을 방출하기 위한 인광체 요소(phosphor element)를 구비하고 광 출력 빔을 생성하기 위해 인광체 요소에 연관된 광학 요소(optical element)를 구비하는 광 출력 모듈을 더 포함하고, 대응하는 추가의 인광체 요소 및 추가의 광학 요소를 구비하는 추가의 광 출력 모듈을 더 포함하며, 레이저 장치는 발생된 레이저 빔이 인광체 요소로 지향되는 제1 상태와 발생된 레이저 빔이 추가의 인광체 요소로 지향되는 제2 상태 사이에서 전환하도록 구성되는 운송수단용 광 시스템이 제공된다.
발생된 레이저 빔이 광 출력 모듈의 인광체 요소로부터 추가의 광 출력 모듈의 인광체 요소로 전환할 수 있도록 레이저 장치를 구성함으로써, 광 시스템이 단일의 레이저 장치를 구비할 수 있는 한편, 상이한 출력 빔 유형들이 발생될 수 있다. 그 결과, 광원은 컴팩트하게 구현될 수 있다. 또한, 효율적인 냉각이 실현될 수 있다.
일 실시예에서, 레이저 장치는 레이저 빔의 방향 및/또는 위치를 변경하기 위한 광학 스위치를 포함한다. 광학 스위치를 제공함으로써, 이동하는 부분들을 이용하지 않고서도, 발생된 레이저 빔의 방향 및/또는 위치가 신뢰할 수 있는 정확한 방식으로 변경될 수 있고, 그에 의해 운송수단용 광 시스템의 원가가 감소되며 성능이 개선된다. 액정 요소, 전기습윤 요소(electrowetting elements) 및/또는 전기영동 셀과 같이 이동하는 부분들을 갖지 않는 광학 요소들이 이러한 목적으로 이용될 수 있다. 빔의 방향 및/또는 위치는 예를 들어, 레이저 장치를 기울이는 것(tilting) 등에 의해 레이저 빔의 방향 및/또는 위치를 변경하기 위한 기계적 작동기를 시스템에 제공함으로써 변경될 수 있다.
다른 실시예에서, 운송수단용 광 시스템은 발생된 레이저 빔의 입사 시에 광 빔을 방출하기 위한 인광체 요소를 구비하고 광 출력 빔을 생성하기 위해 인광체 요소에 연관된 광학 요소를 구비하는 복수의 광 출력 모듈을 포함하고, 레이저 장치는 발생된 레이저 빔의 방향 및/또는 위치를 선택된 광 출력 모듈의 인광체 요소를 향해 전환하도록 구성된다. 예를 들어, 단일의 레이저 장치가 3개 또는 4개의 광 출력 모듈과 함께 제공되어, 3개 또는 4개의 광 출력 빔 유형이 각각 생성될 수 있게 된다. 원칙적으로, 운송수단용 광 시스템은 예를 들어 2개의 레이저 장치 및 4개의 광 출력 모듈과 같이, 레이저 장치들 및 대응하는 광 출력 모듈들의 다른 조합도 구비할 수 있다. 그러나, 유리하게는, 광 시스템은 단일의 레이저 장치를 제공함으로써 매우 컴팩트하게 실현될 수 있다.
특정한 실제의 실시예에서, 출력 모듈의 인광체 요소는 입사하는 레이저 광이 황색 광으로 부분적으로 변환될 때 백색 광으로 되는 청색 광 레이저 빔의 입사 시에, 황색-주황색 광대역 광 빔을 방출하도록 구성된다. 보라색 레이저 빔, 또는 UV 광과 같은 더 짧은 파장에서 방출하는 레이저 빔이 이용될 때는, 백색 광을 생성하기 위해 백색 발광 인광체가 이용된다. 그러나, 다른 실제의 실시예들, 예를 들어, 청색, 보라색 또는 UV 레이저 빔의 입사 시에, 출력 모듈의 인광체 요소가 적색, 녹색 및 청색 광을 방출하도록 구성된 특정한 실시예도 가능하다.
다양한 실시예들에서, 제1 광 출력 모듈에 구비된 광학 요소의 출력 빔 형상 및/또는 방향은 제2 광 출력 모듈에 구비된 광학 요소의 출력 빔 형상 및/또는 방향과 각각 다르다. 이론적으로, 예를 들어, 주요한 광 출력 모듈이 기계적인 손상 등으로 인해 적절하게 기능하지 않을 때에 사용될 수 있는 예비용의 광 출력 모듈을 제공하기 위해, 출력 빔 형상 및/또는 방향은 실질적으로 일치할 수 있다.
자동차의 운전자는 운송수단용 광 시스템을 자동차 제어 시스템(automotive control system)에 접속함으로써 그것을 제어할 수 있다. 운송수단용 광 시스템은 자동차에서만 사용될 수 있는 것이 아니라, 모터바이크, 트럭, 기차 또는 배와 같은 다른 운송수단들에서도 이용될 수 있음에 유의해야 한다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 운송수단용 광 시스템을 제어하는 방법으로서, 레이저 장치를, 그 레이저 장치에 의해 발생된 레이저 빔이 제1 광 출력 모듈 내에 제공된 인광체 요소로 지향되는 제1 상태와, 발생된 레이저 빔이 제2 광 출력 모듈 내에 제공된 인광체 요소로 지향되는 제2 상태 간에서 전환하는 단계를 포함하고, 인광체 요소들은 발생된 레이저 빔의 입사 시에 광 빔을 방출하도록 구성되며, 광 출력 모듈들은 광 출력 빔을 생성하기 위한 광학 요소를 더 구비하는 방법이 제공된다.
본 기술분야의 지식을 가진 자들이라면, 위에서 언급된 본 발명의 실시예들, 구현들 및/또는 양태들 중 둘 이상이 유용하다고 여겨지는 임의의 방식으로 조합될 수 있음을 알 것이다.
본 기술분야의 지식을 가진 자라면, 본 설명에 기초하여, 운송수단용 광 시스템의 설명된 수정 및 변형에 대응하는 방법의 수정 및 변형을 실시할 수 있을 것이다.
본 발명이 더 완벽하게 이해될 수 있도록 하기 위해, 그것의 실시예들이 이하에서 도면들을 참조하여 예로서만 설명될 것이다.
도 1a는 본 발명에 따른 운송수단용 광 시스템의 제1 실시예의 제1 상태의 개략도이다.
도 1b는 도 1a의 운송수단용 광 시스템의 제2 상태의 개략도이다.
도 1c는 도 1a의 운송수단용 광 시스템의 제3 상태의 개략도이다.
도 2a는 도 1a의 운송수단용 광 시스템을 제1 상태로 구비하는 자동차의 개략적인 상면도이다.
도 2b는 도 1a의 운송수단용 광 시스템을 제2 상태로 구비하는 자동차의 개략적인 상면도이다.
도 2c는 도 1a의 운송수단용 광 시스템을 제3 상태로 구비하는 자동차의 개략적인 상면도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 운송수단용 광 시스템의 제2 실시예의 제1 상태의 개략도이다.
도 3b는 도 3a의 운송수단용 광 시스템의 제2 상태의 개략도이다.
도 3c는 도 3a의 운송수단용 광 시스템의 제3 상태의 개략도이다.
도 4는 운송수단을 위한 조명 시스템을 도식적으로 나타낸 것이다.
도면들은 단순히 본 발명의 구현예들 및 실시예들을 예시하도록 의도된 것이다. 이러한 도면들에서, 동일한 참조 번호들은 동일 또는 대응하는 부분들을 참조한다.
도 1a는 본 발명에 따른 운송수단용 조명 시스템(1)의 제1 실시예의 개략도이다. 시스템(1)은 레이저 빔(3)을 발생시키기 위한 레이저 장치(2)를 포함한다. 레이저 장치(2)는 광원(4), 및 레이저 빔(3)의 방향 및/또는 위치를 변경하기 위한 광학 스위치(5)를 포함한다. 시스템은 또한 3개의 광 출력 모듈(6a-c)을 포함하는데, 이 모듈들 각각은 발생된 레이저 빔의 입사 시에 광 빔(8a-c)을 방출하기 위한 인광체 요소(7a-c)를 구비한다. 또한, 각각의 광 출력 모듈(6a-c)은 특정한 광 출력 빔(8a-c)을 생성하기 위해 대응하는 인광체 요소(7a-c)에 연관지어진 광학 요소(9a-c)를 구비한다.
도 1a에 도시된 제1 상태에서, 레이저 장치(2)의 레이저 빔(3)은 제1 광 출력 모듈(6a)의 인광체 요소(7a)로 지향된다. 레이저 광은 원하는 방출 특성을 갖는 인광체 요소를 펌핑하기 위해 이용된다. 레이저 소스(4) 및 인광체 요소(7a)의 조합은 자동차 조명을 위한 광원을 구성한다. 도 1b 및 도 1c에 각각 도시된 제2 및 제3 상태에서, 레이저 장치(2)의 레이저 빔(3)은 각각 제2 및 제3 광 출력 모듈(6b, 6c)의 인광체 요소(7b, 7c)로 지향된다.
본 발명의 양태에 따르면, 레이저 장치(2)는 상기에 언급된 상태들 간을 전환하도록 구성된다. 광학 스위치(5)는 발생된 레이저 빔(3)의 방향 및/또는 위치의 변화를 제어한다. 이를 위해, 광학 스위치(5)는 자동차 제어 시스템에 의해 제어된다. 동작 동안, 운전자는 예를 들어 사용자 인터페이스와 상호작용하는 것에 의해 형상 및/또는 방향과 같은 원하는 출력 빔 유형을 지정하여, 제어 시스템이 레이저 장치(2)의 연관된 상태를 설정하게 할 수 있다. 도 1a-c는 예로서 3개의 상이한 광 분포 및/또는 방향을 제공하는 3개의 광 출력 모듈을 어드레스하는 운송수단용 광 시스템을 도시하고 있다. 그러나, 원칙적으로, 레이저 장치는 더 많은 광 출력 모듈을 어드레스할 수 있다. 선택적으로, 광 출력 모듈들은 예를 들어 3×3 어레이와 같은 2차원 어레이로 배열된다.
운송수단 근처의 도로 상에 다양한 빔 형상들을 발생시키기 위해, 복수의 광 출력 모듈이 이용될 수 있다. 도 2a는 운송수단용 광 시스템(1)을 구비하는 자동차(10)의 개략적 상면도이다. 더 구체적으로, 2개의 운송수단용 광 시스템(1)이 조립되는데, 즉 한 시스템은 차량 정면의 왼쪽에 있고, 한 시스템은 차량 정면의 오른쪽에 있다. 자동차(10)는 고속도로(12) 상의 차선(11)에서 운행하고 있다. 레이저 장치(2)는 도 1a에 도시된 것과 같은 상황에 대응하는 제1 상태로 있다. 제1 광 출력 모듈(6a)의 광학 요소(9a)는 자동차(10)의 운행 방향 D에 실질적으로 평행한 긴 빔 형상(8a)이 실현되는 방식으로 형성된다. 긴 빔 형상(13a)은 전형적인 고속도로 상황에 대해 최적화되었다.
도 2b는 동일한 자동차(10)의 개략적 상면도를 크로스컨트리(cross-country) 환경(13)에서의 차선(11) 상에서 도시한 것이다. 레이저 장치(2)는 도 1b에 도시된 것과 같은 상황에 대응하는 제2 상태로 전환되었다. 여기에서, 제2 출력 모듈(6b)의 광학 요소(9b)는 크로스컨트리 상황에 적합한, 더 넓은 빔 형상(8b)이 생성되는 기하학적 구조를 갖는다. 마찬가지로, 도 2c는 도시(14)에서의 자동차를 도시한 것인데, 여기에서 레이저 장치(2)는 도 1c에 도시된 것과 같은 상황에 대응하는 제3 상태로 전환되었다. 여기에서, 빔 형상(8c)은 더 넓어지며, 운전자가 관심있어 하는 더 넓은 필드를 조명한다. 위의 예에서, 자동차(10)의 정면은 본 발명에 따른 2개의 운송수단용 광 시스템을 구비한다. 대안적으로, 예를 들어 도로 상에서의 더 복잡한 빔 형상 및/또는 강화된 광 세기를 얻기 위해, 둘보다 많은 운송수단용 광 시스템, 예를 들어, 본 발명에 따른 3개, 4개 또는 더 많은 운송수단용 광 시스템이 운송수단에 조립될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 대응하는 광 출력 모듈의 광학 요소가 원하는 방향의 출력 빔을 생성하도록 형성될 수 있을 때, 생성되는 광 출력 빔의 방향이 변경될 수 있다. 도 3a, 3b 및 3c는 각각 제1, 제2 및 제3 상태에서의 본 발명에 따른 운송수단용 광 시스템(1)의 제2 실시예의 개략도이다. 제1 상태에서, 광 출력 빔은 발생된 레이저 광 빔을 따라 지향된다. 제2 상태에서, 광 출력 빔은 전파 방향 L에서 볼 때 오른쪽으로 지향되는 한편, 제3 상태에서, 광 출력 빔은 역시 전파 방향 L에서 볼 때 왼쪽으로 지향된다. 그 결과, 출력 광은 운송수단이 방향을 틀 때 유리하게 운행 방향으로 지향될 수 있다. 다시, 복수의 레이저 장치 및/또는 복수의 광 출력 모듈이 이용될 수 있다. 광 출력 모듈은 예를 들어 1차원 또는 2차원 어레이로 배열될 수 있다.
도 4는 운송수단을 위한 조명 시스템(20)을 개략적으로 도시한 것이다. 조명 시스템(20)은 위에서 설명된 것과 같은 복수의 운송수단용 광 시스템(1a, 1b), 즉 도시된 실시예에서 2개의 운송수단용 광 시스템(1a, 1b)에 접속된 제어 시스템(21)을 포함한다. 이 시스템들은 운송수단(10)의 정면에 배열되지만, 이러한 면에 한정되지 않는다. 또한, 조명 시스템(20)은 하나 또는 복수의 센서(22a, 22b)를 포함한다. 센서들(22)은 기상 매개변수, 조명 조건, 운송수단 배향 매개변수, 전역적 위치(global position) 매개변수(예를 들어, GPS를 이용), 속도, 운전대 각도와 같은 운행 조건, 다가오는 운송수단들과 같은 교통 환경 등과 같은 하나 이상의 조건을 측정하도록 구성된다. 제어 시스템(21)은 예를 들어, 센서(22)에 의해 측정되는 하나 이상의 매개변수에 의존하여, 빔 형상(8)을 수정하기 위해 광학 스위치(5)를 제어함으로써 및/또는 광 시스템을 온/오프 전환함으로써, 운송수단용 광 시스템(1a, 1b)의 광 출력을 제어하기 위해 운송수단용 광 시스템(1a, 1b)에 제어 신호를 공급하도록 구성된다. 그 결과, 적응적인 광 시스템이 얻어진다. 분명히, 조명 시스템(20)은 상이한 개수의 운송수단용 광 시스템(1a, 1b), 예를 들어 하나 또는 둘 보다 많은, 예를 들어 4개의 운송수단용 광 시스템을 포함할 수 있다.
본 발명은 여기에 개시된 실시예들로 제한되지 않는다. 많은 변형들이 가능함을 이해할 것이다.
운송수단용 광 시스템을 운송수단의 정면에 조립하는 것을 대신하여, 또는 그에 더하여, 광 시스템은 운송수단의 후면에도 조립될 수 있다.
앞에서 본 발명의 구체적인 실시예들이 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것들과 다른 방식으로 실시될 수 있음을 알 것이다. 설명은 본 발명을 제한하도록 의도된 것이 아니다. 청구항들 내의 임의의 참조 부호들은 범위를 제한하는 것으로서 해석되어서는 안 된다.

Claims (12)

  1. 레이저 빔을 발생시키기 위한 레이저 장치를 포함하는 운송수단용 광 시스템(vehicle light system)으로서,
    발생된 레이저 빔의 입사 시에 광 빔을 방출하기 위한 인광체 요소가 제공되고, 광 출력 빔을 생성하기 위해 상기 인광체 요소와 연관된 광학 요소가 제공된 광 출력 모듈을 더 포함하고,
    대응하는 추가의 인광체 요소 및 추가의 광학 요소가 제공된 추가의 광 출력 모듈을 더 포함하며,
    상기 레이저 장치는 상기 발생된 레이저 빔이 상기 인광체 요소로 지향되는 제1 상태와 상기 발생된 레이저 빔이 상기 추가의 인광체 요소로 지향되는 제2 상태를 전환하도록 구성되는 운송수단용 광 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 장치는 상기 레이저 빔의 방향 및/또는 위치를 변경하기 위한 광학 스위치를 포함하는 운송수단용 광 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발생된 레이저 빔의 입사 시에 광 빔을 방출하기 위한 인광체 요소가 제공되고 광 출력 빔을 생성하기 위해 상기 인광체 요소와 연관된 광학 요소가 제공된 복수의 광 출력 모듈을 포함하고,
    상기 레이저 장치는 상기 발생된 레이저 빔의 방향 및/또는 위치를 선택된 광 출력 모듈의 인광체 요소 쪽으로 전환하도록 구성되는 운송수단용 광 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    단일의 레이저 장치를 포함하는 운송수단용 광 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    출력 모듈의 인광체 요소는 백색광으로 되는 청색 광 레이저 빔의 입사 시에, 황색-주황색(yellow-orange) 광대역 광 빔을 방출하도록 구성되는 운송수단용 광 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    출력 모듈의 인광체 요소는 청색, 보라색 또는 UV 레이저 빔의 입사 시에, 적색, 녹색 및 청색 광을 방출하도록 구성되는 운송수단용 광 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    제1 광 출력 모듈에 제공된 광학 요소의 출력 빔 형상은, 제2 광 출력 모듈에 제공된 광학 요소의 출력 빔 형상과 다른 운송수단용 광 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    제1 광 출력 모듈에 제공된 광학 요소의 출력 빔 방향은 제2 광 출력 모듈에 제공된 광학 요소의 출력 빔 방향과 다른 운송수단용 광 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    자동차 제어 시스템(automotive control system)을 더 포함하는 운송수단용 광 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 운송수단용 광 시스템이 제공된 운송수단.
  11. 운송수단을 위한 조명 시스템으로서,
    제어 시스템,
    운송수단용 광 시스템, 및
    상기 제어 시스템에 접속된 센서
    를 포함하고,
    상기 제어 시스템은 상기 센서에 의해 측정된 매개변수에 의존하여 운송수단용 광 시스템 제어 신호를 발생시키도록 구성되는 조명 시스템.
  12. 운송수단용 광 시스템을 제어하는 방법으로서,
    레이저 장치를, 상기 레이저 장치에 의해 발생된 레이저 빔이 제1 광 출력 모듈 내에 제공된 인광체 요소로 지향되는 제1 상태와, 상기 발생된 레이저 빔이 제2 광 출력 모듈 내에 제공된 인광체 요소로 지향되는 제2 상태를 전환하는 단계
    를 포함하고,
    상기 인광체 요소들은 상기 발생된 레이저 빔의 입사 시에 광 빔을 방출하도록 구성되며,
    상기 광 출력 모듈들에는 광 출력 빔을 생성하기 위한 광학 요소가 더 제공되는 방법.
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