KR20120115570A - 광 발생기 - Google Patents

Abstract

배경을 조명하기 위한 구조화된 광 발생기는 광원과, 광 가이드(304)를 포함하고 광 가이드는, 길이방향 축을 갖고 만화경의 방식으로 배경을 향해 광원의 구별된 이미지들의 배열을 투영하도록 배치되는 실질적으로 반사성인 측면들을 갖는 튜브를 포함하고, 투영 축과 광 가이드 축이 서로에 대해 일정 각도를 갖도록 광을 재안내하도록 편광 요소를 포함한다. 이런 식으로 전형적으로 기다란 구조물인, 광 가이드가 광 투영 방향으로부터 멀어지게 '접힐' 수 있고, 이는 투영 방향의 두께가 바람직하게는 최소화되는 광 발생기의 패키징의 관점에서 장점들을 제공한다.

Description

광 발생기{LIGHT GENERATOR}

본 발명은 이미징 범위 구현(imaging range finding) 시스템과 같은 범위 측정 장치와 함께 사용될 수 있는 것과 같은 배경(scene)을 조명하기 위한 구조화된 광 발생기에 대한 것이다.

이미징 범위 구현 시스템들은 종종 배경을 조명하고 범위 정보를 결정하기 위해 배경으로부터 반사된 광을 이미징한다 .

하나의 공지된 시스템, 소위 삼각측량 시스템은 배경에 점(spot)이 나타나도록 광 빔(beam)으로 배경을 조명하도록 배치되는 광원을 사용한다. 검출기는 배경에서 광점의 위치가 범위 정보를 드러내도록 광원에 관해 예정된 방식으로 배향된다. 광 빔은 전체 배경에 걸쳐 범위 정보를 생성하도록 배경을 가로지르는 방위각 및 높이 모두에서 주사(scan)될 수 있다. 몇몇 시스템에서 광 빔은 하나의 치수 범위 정보가 동시에 모이고 광 빔은 다른 치수의 범위 정보를 얻기 위해 직각 방향으로 주사되는 선형 빔일 수 있다.

이러한 종류의 조명 시스템은 종종 레이저 시스템을 사용한다. 레이저 시스템은 안전 관련사항들(safety implications)을 가질 수 있고 복잡하고 비교적 고가의 주사 메커니즘을 요구한다. 레이저는 비교적 작게 유지되고 저전력에서 작동할 수 있지만, 반점(speckle)과 같은 문제들이 잠재적인 문제로 남아 있다.

다른 타입의 조명 시스템이 US 특허 6,377,353호에 설명되어 있다. 여기서 내부에 개구들의 배열을 갖는 패턴형 슬라이드의 전방에 배치된 광원을 포함하는 구조화된 광 발생기가 설명되어 있다. 광원들로부터의 광이 개구들을 단지 통과하고 배경 상에 광점들의 배열을 투영한다. 이 장치의 범위 정보는 형성되는 광점들의 크기 및 형상을 분석하여 측정된다.

그러나 이러한 타입의 조명 시스템은 광원에 의해 생성되는 일정 비율의 광을 차단하고 그 자체는 요구되는 조명을 생성하기 위해 비교적 높은 출력의 광원을 요구하는 것과 같다. 또한 조명 시스템의 피사계심도(depth of field)는 다소 제한되고 낮은 범위들에서는 분별이 어렵다.

WO 2004/044523호는 배경을 향해 광원의 이미지들의 배열을 투영하도록 투영 광학장치와 함께 배치된, 실질적으로 반사성인 측면들을 갖는 튜브의 입력 면의 일부를 조명하도록 배치된 광원을 대신 사용하는 구조화된 광 발생기를 설명한다. 광 가이드는 사실상 만화경으로서 작동한다. 광원으로부터의 광은 튜브의 측면들로부터 반사되고 튜브 내의 다수의 반사 경로를 경험할 수 있다. 그 결과 광원의 다중 이미지들이 생성되고 배경에 투영된다. 하나의 설명된 실시예는 2-3mm의 측면 길이를 갖는 정사각형 단면 튜브이다. 광 가이드는 수십 mm의 길이를 가질 수 있고, 광 가이드는 10 내지 70mm 길이일 수 있다.

구조화된 광은 알려진 기하학적 형상의 다수의 인식가능한 특징을 갖는 패턴들을 의미한다는 것을 이해해야 한다. 공통의 구조화된 광 패턴들은 광점들, 평행선들 또는 선들의 격자들의 규칙적인 배열을 포함한다.

본 발명의 목적은 개선된 구조화된 광 발생기를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1 특징에 따라 광 가이드의 입력면의 일부를 조명하도록 배치된 광원을 포함하는 배경을 조명하기 위한 구조화된 광 발생기가 제공되고, 광 가이드는, 길이방향 축과 실질적으로 반사성인 측면들을 갖고 배경을 향해 광원의 구별된 이미지들의 배열을 투영하도록 투영 광학장치와 함께 배치되고, 상기 광 발생기는 상기 이미지들의 배열의 투영 방향이 길이방향 축에 대해 일정 각도가 되도록 광을 재안내하는 구성의 편광 요소를 포함한다.

이런 식으로, 전형적으로 기다란 구조물인 광 가이드가 광 투영 방향으로부터 멀어지게 '접힐' 수 있고, 이는 투영 방향에서 두께가 바람직하게는 최소화되는 광 발생기의 패키징의 관점에서 장점들을 제공한다. 이는 종종 휴대전화의 예의 경우이다. 배열체가 기판의 표면을 따라 또는 아래에 장착될 수 있고, 투영 방향이 기판의 평면으로부터 벗어나 있으면 기계적 장점도 제공될 수 있다. 예를 들어, 칩의 표면에 적절한 광 가이드를 통합할 수 있다.

편광은, 특정 실시예들에서, 바람직하게는 광 출력 패턴 방향을 변경하지만 패턴 자체는 실질적으로 영향을 받지 않고 유지하는데 적합하다. 그러므로 일 실시예에서, 편광 요소는 상기 투영 광학장치와 상기 광 가이드 사이에 배치되는 평면형 반사경이다. 이 경우에 광 가이드의 광축과 투영 광학장치의 광축은 바람직하게는 서로에 대해 일정 각도를 갖는다.

투영 방향에서 최소 두께를 달성하기 위해, 광 가이드는 바람직하게는 투영 방향에 직각으로 놓이도록 90°로 '접힌'다.

프리즘이 실시예들에서 편광 요소로서 사용되지만, 표준의 거울도 사용될 수 있다. 특정 실시예들에서, 거울 또는 프리즘이 하기에 보다 상세히 설명되는 바와 같이 광 가이드와 일체화될 수 있다.

본 발명은 방법들, 장치까지 확장되고 및/또는 첨부한 도면들을 참조하여 본원에 설명되는 바와 같이 실질적으로 사용된다.

본 발명의 하나의 양태의 임의의 특징은 본 발명의 다른 양태들에, 임의의 적절한 조합으로 적용될 수 있다. 특히, 방법 양태들은 장치 양태들에 적용될 수 있고, 그 역도 성립한다.

본 발명의 양호한 특징들이, 순수하게 예시인, 첨부한 도면들을 참조하여, 이제 설명된다.

도 1 및 도 2는 종래의 구조화된 광원을 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 구조화된 광 발생기를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예의 특정 매개변수들을 도시한 도면.
도 5는 통합된 구성요소들을 갖는 광 투영기를 도시한 도면.

일반적으로 도면부호 2로 지시된 구조화된 광원은 도 1에 도시되어 있다. 광원(4)은 만화경(6)의 입력면에 인접하게 위치한다. 다른 단부에는 간단한 투영 렌즈(8)가 위치한다. 투영 렌즈는 명확성을 위해 만화경으로부터 이격된 것으로 도시되어 있지만 일반적으로 만화경의 출력면에 인접하게 위치한다.

광원(4)은 본 예에서 적외선 발광 다이오드(LED)이다. 적외선은 투영된 광점들의 배열이 획득되는 시각적 이미지와 간섭될 필요가 없고 검출기들이 합리적으로 저렴하기 때문에 범위측정(ranging) 응용예들에 유용하다. 그러나 당업자는 다른 파장과 다른 광원들이 본 발명의 정신에서 이탈하지 않고 다른 응용예들에 대해 사용될 수 있음을 이해할 것이다.

만화경은 내측 반사성 벽들을 갖는 중공 튜브이다. 만화경은 적절한 강성을 갖는 임의의 재료로 만들어질 수 있고 그 내벽들은 적절한 유전체 코팅들로 코팅된다. 그러나 당업자는 만화경이 중실 봉(bar)을 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 투명한 광학 유리와 같이, LED의 작동 파장에서 투명한 임의의 재료가 충분하다. 이 재료는 만화경과 주변 공기 사이의 경계면에서 빛이 만화경 내에서 내부 전반사되도록 배치될 필요가 있다. 반사는 특히 잠재적으로 굴절율(index) 정합된 시멘트/에폭시 등으로 접착될 수 있는 영역들에서, 부가적인(은박(silvering)) 코팅을 사용하여 달성될 수도 있다. 높은 투영각들이 요구되는 경우에, 이는 만화경의 전체 길이가 반사 재료로 클래딩될(clad) 것을 요구할 수 있다. 이상적인 만화경은 100% 반사율을 갖는 완전하게 직선형 벽들을 갖는다. 만화경 튜브의 효과는 LED의 다중 이미지들이 만화경의 출력단에서 보일 수 있게 하는 것이다.

투영 렌즈(8)는 만화경의 단부에 배치된 간단한 싱글렛 렌즈(singlet lens)이고 배경 상에 LED(4)의 이미지들의 배열을 투영하도록 선택된다. 또한 투영 기하학적 형상은 요구되는 피사계심도와 응용예에 따라 선택될 수 있지만 간단한 기하학적 형상이 렌즈의 촛점 평면에 가깝게 또는 촛점 평면에 광점들의 배열을 배치한다. 본 발명의 실시예들에 따른 투영기의 유용한 특징은 모든 빔이 만화경의 단부를 통과하고 만화경의 출력면의 중심으로부터 나오는 것으로 생각될 수 있다는 것이다. 그러므로 투영 렌즈(8)는 반구 렌즈일 수 있고, 그 축이 출구면의 중심과 일치하도록 배치되면, 빔들의 명확한 원형(apparent origin)을 유지한다. 도 2는 만화경(26)과 일체로 형성된 반구 렌즈(28)를 도시한다. 그러므로 본 발명에 따른 투영기는 넓은 각도에 걸쳐 만화경의 입력면의 이미지들을 투영하는데 유익하다.

도 3은 본 발명에 따른 구조화된 광 발생기의 일 실시예를 예시한다.

기다란 광 가이드 또는 파이프(304)의 광 축(302)이 투영 렌즈(308)의 광 축(306)(및 투영 방향)에 실질적으로 직각으로 배치되는 것을 볼 수 있다. 디바이스의 전체 깊이 또는 두께(310)가 상당히 감소되었음을 알 수 있다. 직각 프리즘이 투영 렌즈와 정렬되도록, 광 가이드로부터 90°로 나오는 빛을 재안내하도록 광 가이드와 투영 렌즈 사이에 배치된다. 몇몇 실시예들에서 프리즘은 전체 반구 렌즈 두께의 일부로 간주될 수 있고, 따라서 조준 렌즈의 부피 및 무게를 줄이는데 도움을 주는 부가적인 이점을 갖는다. 프리즘 또는 반사경은 투영 렌즈를 통과한 후의 빛을 재안내하도록 배치될 수 있지만, 이는 현재 고려되는 응용예들에 대해 매력적이지 않다.

특정 응용예에 맞도록, 다른 실시예들에서 90°이외의 각도들만큼 빛을 재안내하는 것이 유익할 수 있다. 프리즘, 또는 편광 요소는 빛이 그 렌즈의 축을 따라 투영 렌즈에 들어가지 않도록 빛을 재안내하도록 배치될 수도 있다.

도 4는 도 3의 배치를 "펼치는(unfolding)" 것을 개략적으로 예시한다.

도 4를 고려하면, 만화경이 렌즈 뒤에서 프리즘으로 접힐 때, 최대 방사 각도(emission angle)(투영기 시야)가 프리즘의 개구에 의해 영향을 받는다는 것을 알 수 있다. 선형 치수(h)의 정육면체 프리즘과 폭(p)의 광 가이드에 대해, 시야(θ)(1/2 각)는 하기와 같다:

그러므로 이 실시예에서 θ는 매우 작은 파이프(즉, p→0일 때)에 대해 ±26.5°에서 최대이다. 파이프 위치를 프리즘의 중심으로부터 오프셋시키는 것은 -0 내지 +45°의 이론적 한계까지 시야를 편향시키는데 사용될 수 있다.

도 3에 관해 상술한 바와 같이, 프리즘, 또는 편광 요소는 투영 광학장치와 일체화될 수 있다. 도 5는 프리즘이 광 가이드와 일체화된 일 실시예를 예시한다. 광 가이드(502)의 출력면(504)은 원하는 각도로 잘릴 수 있고, 반사를 촉진하기 위해 다듬질되거나 은도금될 수 있다. 이는 예를 들어, 단일 성형된(moulded) 구성요소로 달성될 수 있다. 이는 광학 경계면들의 개수를 줄이고, 정확한 정렬을 보장한다. 투영 렌즈(506)는 점선(508)으로 지시된 바와 같이, 몇몇 실시예들에서 단일 구조물로 통합될 수도 있다.

전용 투영 렌즈에 대한 대안으로서, 광을 재안내하는 것뿐 아니라 투영을 위해 적절한 성형 기능도 제공하도록 프리즘 또는 반사경을 제공하는 실시예도 가능하다. 이러한 실시예에서 예를 들어, 경사진 구형 거울이 사용될 수 있다.

본 발명은 순수하게 예로서 설명되었고 세부사항의 수정이 본 발명의 범위 내에서 이루어질 수 있음이 이해될 것이다.

설명에서 공개한 각각의 특징과, (적절한 경우에) 청구범위와 도면은 독립적으로 또는 임의의 조합으로 제공될 수 있다.

2: 구조화된 광원 4: 광원
6: 만화경 8: 투영 렌즈
304: 광 가이드 306: 광축
308: 투영 렌즈 310: 총 두께
502: 광 가이드 504: 출력면

Claims (9)

1. 광 가이드의 입력면의 일부를 조명하도록 배치된 광원을 포함하는 배경을 조명하기 위한 구조화된 광 발생기에 있어서,
   상기 광 가이드는, 길이방향 축과 실질적으로 반사성인 측면들을 갖고 상기 배경을 향해 상기 광원의 구별된 이미지들의 배열을 투영하도록 투영 광학장치와 함께 배치되는 튜브를 포함하며, 상기 광 발생기는 상기 이미지들의 배열의 투영 방향이 길이방향 축에 대해 일정 각도가 되도록 광을 재안내하는 구성의 편광 요소를 포함하는 구조화된 광 발생기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 편광 요소는 상기 광 가이드와 상기 투영 광학장치 사이에 배치되는 평면형 반사경인 구조화된 광 발생기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 광 가이드의 광 축과 상기 투영 광학장치의 광 축은 서로에 대해 일정 각도를 갖는 구조화된 광 발생기.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 이미지들의 배열의 투영 방향은 상기 광 가이드 축들에 대해 실질적으로 직각인 구조화된 광 발생기.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 편광 요소는 프리즘을 포함하는 구조화된 광 발생기.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 광 가이드는 일정한 단면적을 갖는 튜브를 포함하는 구조화된 광 발생기.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 튜브의 단면은 정다각형인 구조화된 광 발생기.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 편광 요소는 상기 투영 광학장치와 일체화되는 구조화된 광 발생기.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 편광 요소는 상기 광 가이드와 일체화되는 구조화된 광 발생기.
   

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