KR20130000770U - 광학 박막 칼라 필터 및 오버랩을 통한 관찰 장치 - Google Patents

광학 박막 칼라 필터 및 오버랩을 통한 관찰 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 칼라 필터 아래에 묻힌 물체 특징부의 이미지를 생성하기 위한 광학 장치가 제공된다. 상기 장치는, 조사광을 생성하는 조사 광원으로서, 상기 조사 광원은 서로 다른 파장에서 작동하는 3개의 레이저광 방출기를 포함하고, 상기 조사광은 상기 3개의 레이저광 방출기에 의해 생성되는 광 신호들의 조합인, 상기 조사 광원과, 상기 3개의 레이저광 방출기의 각각에 연결되고, 펄스화된 구동 신호를 이용하여 상기 3개의 레이저광 방출기의 각각을 구동하도록 구성되는, 전자 제어 모듈과, 상기 조사 광원으로부터 상기 물체까지 조사광을 전달하는 조사 광학 경로와, 상기 물체로부터 수광되는 광을 이용하여 상기 물체의 이미지를 생성하기 위한 이미지 센서와, 상기 물체로부터 상기 이미지 센서로 광을 전달하기 위한 이미징 광학 경로를 포함한다. 상기 3개의 레이저광 방출기는 포화 모드에서 작동하여, 조사광 코히어런스를 감소시키고 결과적인 스페클을 제거한다.

Description

광학 박막 칼라 필터 및 오버랩을 통한 관찰 장치 {APPARATUS FOR VIEWING THROUGH OPTICAL THIN FILM COLOR FILTERS AND THEIR OVERLAPS}
본 발명은 일반적으로 LCD, OLDE 디스플레이와 같은 전자 장치의 광학적 검사를 위한 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 특히, 광학 박막 칼라 필터 및 그 오버랩을 통해 관찰하기 위한 시스템 및 방법의 제공에 관련된다.
액정 디스플레이(LCD) 패널은 전계 의존 광 변조 성질을 나타내는 액정들을 포함한다. 이러한 액정들은 팩스 기기, 셀 폰, 태블릿, 및 랩탑 컴퓨터 스크린으로부터 대형 스크린, 고화질 TV까지 범위에 걸친 다양한 장치에서 이미지 및 그 외 다른 정보를 디스플레이하는 데 주로 사용된다. 액티브 매트릭스 LCD 패널은 여러 기능층들로 구성되는 복잡한 층상 구조로서, 하나 이상의 편광 필름층과, 박막 트랜지스터, 저장 커패시터, 화소 전극, 및 인터커넥트 와이어링, 칼라 필터 글래스 기판(블랙 매트릭스 및 칼라 필터 어레이를 포함), 및 투명 공통 전극을 포함하는 TFT 글래스 기판과, 적절한 LCD 셀 두께를 유지하기 위해 플라스틱/글래스 스페이서를 통합한 실제 액정 물질로 구성된다.
신규한 칼라-필터-온-어레이(COA: Color-Filter-On-Array) 기술은 칼라 필터 및 TFT 어레이를 동일 글래스 패널 상에서 제작할 수 있게 하여 전체 비용을 감소시키고 LCD 소자의 시야각 특성을 개선시킨다. 이 기술에 따르면, TFT 글래스 기판 상에 형성되는 박막 트랜지스터 바로 위에 칼라 필터가 증착된다. 그러나, 증착된 칼라 필터 물질 자체와, 칼라 필터 증착 프로세스의 다양한 불완전성에 따라, LCD 제작 프로세스의 검사 단계 중 칼라 필터 및 그 오버랩 아래에 묻힌 특징부들을 관찰하는 데 어려움이 발생한다.
구체적으로, 아래에 묻힌 특징부들을 분석하기 위해 박막을 통한 관찰은, 캡처된 이미지에 나타나는, 그리고 이러한 특징부들의 분석을 어렵거나 불가능하게 하는, 줄무늬(fringe) 및 다른 부작용으로 표현되는 간섭 효과로 인한 문제점을 나타낸다. 이러한 작업은 다음의 상황들로 인해 더욱 복잡해진다. 먼저, 박막은 조사 스펙트럼의 일부분인 광학 투과 윈도를 갖는 칼라 필터다. 두번째로, 서로 다른 칼라 필터가 서로 다른 광학 스펙트럼 파장 영역의 투과 윈도를 갖고, 각각의 단일 캡처 이미지는 서로 다른 칼라 필터로 덮히는 공간 영역을 지닌다. 세번째로, 서로 다른 칼라 필터들이 공간적으로 오버랩되고 서로 위에 증착되는 공간적 영역 및 경계부가 존재한다. 네번째로, 필터 경계부 내의 칼라 필터 박막의 두께가 실질적으로 변할 수 있다. 마지막으로, 이미지 획득은, 이미지 번짐을 방지하기 위해 충분히 짧은 스트로브 펄스를 만들거나 노출 시간 중 충분한 광을 발생시키기 위해 높은 밝기의 조사 소스를 필요로하는 온-더-플라이(on-the-fly) 및 기계 비전 알고리즘의 제어 하에 이루어져야 한다.
이러한 문제점들에 대한 종래의 해법은 강력한 광대역 조사광원을 이용하고 근적외선(IR) 스펙트럼의 물체로부터 광의 작은 부분을 필터링하는 단계를 포함한다. 적외선 스펙트럼의 파장에서, 칼라 필터 물질은 필적가능한 광학적 투과율 값을 갖고, 이는 상술한 바람직하지 않은 효과 중 많은 부분을 실질적으로 제거시킬 수 있고, 아래에 놓인 물데 구조의 가시도를 개선시킬 수 있다.
그러나, 종래의 방식에 사용되는 이러한 강력한 광대역 조사 광원은 실질적인 양의 열을 발생시키고, 현대의 고-처리량 전자 장치 검사 시스템의 신속한 이미지 획득에 사용되는 스트로브 이미징의 구현에 충분한 광 강도를 생성하지 못한다.
본 발명은 광학 박막 칼라 필터 및 그 오버랩 아래에 묻힌 특징부들을 관찰하기 위한 종래의 기술과 연계된 상술한, 및 그외 다른, 문제점들 중 하나 이상을 실질적으로 완화시키는 방법 및 시스템을 지향한다.
본 발명에 따르면, 하나 이상의 칼라 필터 아래에 묻힌 물체의 이미지를 생성하기 위한 광학 장치가 제공된다. 상기 장치는, 조사광을 생성하는 조사 광원을 포함하고, 상기 조사 광원은 서로 다른 파장에서 작동하는 적어도 3개의 레이저광 방출기를 포함한다. 조사 광원에 의해 생성되는 상기 조사광은 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기에 의해 생성되는 광 신호들의 조합이다. 상기 장치는, 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기의 각각에 연결되고, 펄스화된 구동 신호를 이용하여 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기의 각각을 구동하도록 구성되는, 전자 제어 모듈과, 상기 조사 광원으로부터 상기 물체까지 조사광을 전달하는 조사 광학 경로와, 상기 물체로부터 수광되는 광을 이용하여 상기 물체의 이미지를 생성하기 위한 이미지 센서를 포함한다. 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기는 포화 모드에서 작동한다.
하나 이상의 실시예에서, 조사 광학 경로는, 적어도 3개의 레이저광 방출기에 연결되고, 적어도 3개의 레이저광 방출기에 의해 생성되는 광 신호들을 전송하도록 구성되는 전달 적어도 3개의 광섬유를 포함한다.
하나 이상의 실시예에서, 상기 적어도 3개의 광섬유가 스풀에 구성되는
하나 이상의 실시예에서, 상기 조사 광학 경로는 상기 적어도 3개의 광섬유에 의해 전송되는 광 신호를 조사광으로 조합하도록 구성되는 광섬유 커플러를 더 포함한다.
하나 이상의 실시예에서, 상기 조사 광학 경로는 상기 광섬유 커플러에 연결되고, 상기 조사광을 전송하도록 구성되는, 전달 광섬유를 더 포함한다.
하나 이상의 실시예에서, 상기 조사 광원은 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기에 각각 연결되고, 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기의 열 관리를 촉진시키도록 구성되는, 적어도 하나의 히트 싱크를 포함한다.
하나 이상의 실시예에서, 상기 전자 제어 모듈은, 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기의 열 관리를 촉진시키기 위해, 펄스화된 구동 신호의 듀티 사이클을 제어하도록 구성된다.
하나 이상의 실시예에서, 상기 전자 제어 모듈은, 상기 이미지 센서에 의해 생성되는 물체의 이미지의 지정 노출을 촉진시키기 위해 펄스화된 구동 신호의 진폭 및 시간 파라미터 중 적어도 하나를 제어하도록 구성된다.
하나 이상의 실시예에서, 상기 전자 제어 모듈은 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기 각각에 개별 전기 펄스 구동 신호를 공급하도록 구성되고, 상기 개별 펄스 구동 신호는 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기 각각의 p-n 정션의 지정 천이 온도 변화를 유도하도록 구성되는 전기 펄스 형상 및 진폭을 갖는다.
하나 이상의 실시예에서, 상기 전자 제어 모듈은, 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기 각각에 의해 방출되는 광의 펄스 에너지를 개별적으로 제어하도록 구성된다.
하나 이상의 실시예에서, 상기 전자 제어 모듈은, 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기 각각에 의해 방출되는 광의 대역폭 및 파장을 개별적으로 제어하도록 구성된다.
하나 이상의 실시예에서, 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기는 서로 밀접하게 이격된 파장에서 작동한다.
하나 이상의 실시예에서, 상기 조사 광원의 스펙트럼은, 하나 이상의 칼라 필터의 물질이 실질적으로 동일한 광 투과율을 갖는 파장 영역에 위치한다.
하나 이상의 실시예에서, 상기 이미지 센서는 상기 조사 광원에 의해 생성되는 조사광의 스펙트럼 사이의 감도를 갖는다.
하나 이상의 실시예에서, 상기 물체로부터 상기 이미지 센서로 광을 운반하기 위한 이미징 광학 경로가 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, 하나 이상의 칼라 필터 아래에 묻힌 물체의 특징부의 이미지를 생성하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은, 조사 광원에 의해 생성되는 조사광을 이용하여 물체를 조사하는 단계로서, 상기 조사 광원은 서로 다른 파장에서 작동하는 적어도 3개의 레이저광 방출기를 포함하고, 상기 조사광은 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기에 의해 생성되는 광 신호들의 조합이며, 상기 조사광은 조사 광학 경로를 이용하여 조사 광원으로부터 물체까지 전달되는, 단계와, 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기 각각에 연결되는 전자 제어 모듈을 이용하여, 펄스 구동 신호를 이용하여 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기 각각을 구동시키는 단계와, 상기 물체로부터 수광되는 광을 이용하여 상기 물체의 이미지를 이미지 센서를 이용하여 생성하는 단계를 포함한다. 상기 방법에서, 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기는 포화 모드에서 작동한다.
하나 이상의 실시예에서, 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기의 열 관리를 촉진시키도록, 펄스 구동 신호의 듀티 사이클이 제어된다.
하나 이상의 실시예에서, 상기 이미지 센서에 의해 생성되는 물체의 이미지의 지정 노출을 촉진시키도록, 펄스 구동 신호의 진폭 및 시간 파라미터 중 적어도 하나가 제어된다.
하나 이상의 실시예에서, 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기 각각의 p-n 정션의 지정 천이 온도 변화를 유도하도록 구성되는 전기 펄스 형상 및 진폭을 갖는 개별 펄스 구동 신호가 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기 각각에 공급된다.
하나 이상의 실시예에서, 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기 각각에 의해 방출되는 광의 펄스 에너지가 개별적으로 제어된다.
하나 이상의 실시예에서, 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기 각각에 의해 방출되는 광의 파장 및 대역폭이 개별적으로 제어된다.
하나 이상의 실시예에서, 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기가 서로 밀접하게 이격된 파장에서 작동한다.
하나 이상의 실시예에서, 상기 조사 광원의 스펙트럼은, 하나 이상의 칼라 필터의 물질이 실질적으로 동일한 광 투과율을 갖는 파장 영역에 위치한다.
발명에 관련된 추가적인 형태는 다음의 상세한 설명에서 일부분 제시될 것이다. 다음이 상세한 설명 및 첨부 청구범위에서 특별히 언급한 다양한 요소 및 형태들의 조합을 이용하여 발명의 형태들이 실현될 수 있다.
전술한 및 후술될 상세한 설명은 예시적인 사항에 불과하며 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다.
도 1은 조사 광원(100)의 예시적인 일 실시예를 도시한다.
도 2는 광학 박막 칼라 필터 및 그 오버랩을 통한 관찰을 촉진시키기 위해 조사를 생성하기 위한 장치의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 3은 종래의 이미징 기술을 이용하여 획득한 오버래핑 COA 칼라 필터를 갖는 LCD 화소의 이미지를 도시한다.
도 4는 본 발명의 조사 및 이미징 기술의 일 실시예를 이용하여 획득한 오러배핑 COA 칼라 필터를 갖는 LCD화소의 이미지를 도시한다.
광학 박막 칼라 필터 및 그 오버랩을 통해 물체 특징부를 관찰함과 관련된 상술한 문제점들은 칼라 필터의 계면에서, 또는, 칼라 필터의 계면과 표면 사이에서, 또는 어레이 글래스 자체에서 반사 또는 투과 효과에 의해 주로 야기된다. 본 발명의 형태는 LCD 및 OLED 디스플레이와 같은 전자 소자의 광학적 검사를 위한 시스템 및 방법을 제공하며, 특히, 광학 박막 칼라 필터 및 그 오버랩을 통한 관찰 시스템 및 방법을 제공한다.
설명되는 실시예의 일 형태에 따르면, 광학 박막 칼라 필터 및 그 오버랩을 통한 관찰을 촉진시키기 위한 조사(illumiation)를 생성하기 위한 조사 광원이 제공된다. 도 1은 이러한 조사 광원(100)의 예시적인 일 실시예를 도시한다. 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라 광학 박막 칼라 필터 및 그 오버랩을 통한 관찰과 관련된 상술한 문제점 및 그외 다른 문제점을 극복하기 위해, 조사 광원(100)은 서로 긴밀하게 이격된 파장을 갖는 복수의 레이저 다이오드(레이저)(102a, 102b, 102c)를 포함하는 것이 바람직하다. 레이저 다이오드(102a-102c)는 검사되고 있는 물체의 조사에 사용된다.
도 1에 도시되는 조사 광원(100)의 예시적인 실시예가 3개의 레이저 다이오드(102a, 102b, 102c)를 포함하지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 어떤 다른 적절한 수의 레이저 다이오드도 사용될 수 있다. 또한, 레이저 다이오드(102a, 102b, 102c)가 현재 알려져 있는 것일 수도 있고, 추후 개발될 타입이나 디자인의 것일 수도 있다. 본 발명은 조사에 사용되는 광원의 특정 타입에 제한되지 않는다. 특히, 고상 레이저, 발광 다이오드(LED), 및 광섬유 레이저를 포함한, 그러나 이에 제한되지 않는, 다른 광 방출기가 사용될 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 레이저 다이오드(102a-102c)는 장착 패드(106)를 이용하여 조사 베이스(101) 상에 장착되고, 상기 장착 패드(1060는 작동 중 레이저 다이오드(102a-102c)에 의해 발생되는 열을 소산시키는 기능도 한다. 레이저 다이오드(102a-102c)에 의해 발생되는 광의 광학적 경로(조사 광학 경로)는 섬유 출력(103), 섬유 스풀(107), 섬유 커플러(104) 및 전달 섬유(105)를 포함한다. 섬유 커플러(104)는 복수의 레이저 다이오드(102a-102c)의 광 출력들을 단일 광 빔으로 조합한다.
도 2는 광학 박막 칼라 필터 및 그 오버랩을 통한 관찰을 촉진시키기 위한 조사를 생성하기 위한 장치의 예시적인 실시예를 도시한다. 도시되는 장치는, 전기적 상호연결부(201)를 통해 전자 제어 및 소프트웨어 모듈(202)에 연결되는 복수의 레이저광 다이오드를 포함하는, 상술한 조사 광원(100)을 포함한다. 전자 제어 및 소프트웨어 모듈(202)은 펄스화된 구동 패턴에 따라 조사 광원(100)의 레이저 다이오드(102a-102c)를 구동하도록 구성된다. 하나 이상의 실시예에서, 펄스 지속시간, 펄스 형상, 및 펄스 진폭과 같은 펄스의 시간 파라미터가 조정되어, 이미지의 적절한 밝기를 얻게 된다. 하나 이상의 실시예에서, 이러한 조정은 적절한 밝기를 위해 요구되는 광 펄스 에너지를 얻기 위해 각각의 레이저 다이오드(102a-102c)에 대해 개별적으로 수행될 수 있다. 특히, 물체의 펄스화된 "스트로브-형" 조사는 카메라 이동 조건 하에서 온-더-플라이 방식으로 이미지 획득이 수행되고 있을 때 흐림 및 변조없이 고품질 물체 이미지를 획득할 수 있게 한다.
하나 이상의 실시예에서, 아래의 물체의 특징부를 모호하게 하는 광학 칼라 필터의 존재로 인해 조사 광원(100)의 스펙트럼은, LCD 패널의 제작에 사용되는 모든 칼라 필터 물질이 서로 동일한 또는 거의 동일한 투과율을 갖는 파장 영역에 위치하도록 선택된다. 이는 필터를 통해 또는 필터의 경계부를 통해 조사 광원(100)에 의해 생성되는 조사 광의 투과를 보장한다. 하나 이상의 실시예에서, 조사 광원(100)의 파장은 광학적 분해능을 보존하기 위해 가능한 짧게 선택된다.
조사 광원(100)에 의해 생성되는 조사광은 조명될 대상에게로 지향된다. 물체에 의해 반사되거나 산란되는 광은, 이미징 광학 경로를 형성하는 이미징 광학계(도시되지 않음) 및 이미지 센서(도시되지 않음)에 의해 수광된다. 하나 이상의 실시예에서, 전자 제어 및 소프트웨어 모듈(202)은 이미지 획득에 대해 전체 제어 기능을 수행하고, 이미지 센서에 의해 획득되는 이미지의 분석을 또한 수행할 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 검사되는 장치의 이미지를 생성하는 데 사용되는 이미지 센서는 전체 조사 스펙트럼에 걸쳐 파장 의존적이지 않은 응답(감도)을 갖는다. 대안의 실시예에서, 상기 이미지 센서는 평탄하지 않은 응답을 가질 수 있고, 이는 광 펄스 지속시간 및 형상의 조정을 통해 각각의 다이오드에 의해 방출되는 에너지의 양을 제어함으로써 보상된다. 구체적으로, 예시적인 일 구현예에서, 이미지 센서의 감도는 사용되는 파장 범위(915nm 내지 975nm) 내에서 대략 5% 내지 15%만큼 변화한다.
하나 이상의 실시예에서, 조사 광원의 결과적인 스펙트럼 대역폭은, 칼라 필터의 광학적 성질이 상당히 변화하는 대역폭에 비해 충분히 좁게, 그리고, 조사 대역폭에 걸쳐 칼라 필터 성질의 미소 변화와 개별 레이저 다이오드 또는 다른 광원에 의해 방출되는 광의 좁은 스펙트럼 폭으로 인해 나타날 수 있는 스칼라 강도 측면에서 간섭 줄무늬를 억제하기 위해 충분히 넓게, 선택된다. 따라서, 하나 이상의 실시예에서, 조사 광원은 인코히어런트하거나 시공간적 코히어런스가 낮다.
당 업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 인코히어런트 광대역 고휘도 광원은 900nm 내지 1050nm 사이의 근적외선 영역의 경우처럼, 조사 광원의 크기, 중량, 밝기, 및 소비 전력에 대한 제한사항에 귀속되거나 특정 파장 영역에 대해 가용하지 않을 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 관심 영역 내에 있는 여러 개의 분리된 협대역폭 고휘도 코히어런트 광원이 사용되어, 요망 조사광 특성을 생성한다.
하나 이상의 실시예에서, 광원(102a-102c)의 수를 증가시키면 간섭 부작용의 소거가 개선될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 파장 선택은, 하나의 광원이 밝은 대역으로 보이는 보강 간섭의 대역을 생성하고, 다른 광원이 어두운 대역으로 보이는 소멸 간섭의 대역을 생성하는 방식으로 이루어진다. 물체의 이미지를 획득하는 이미지 센서가 두 파장 모두에 대해 동일한 응답을 갖거나 각 파장이 조정가능한 방출 에너지 또는 파워를 가질 경우, 줄무늬의 유효 소거가 이루어지고 이미지 센서는 간섭 줄무늬없이 단색 이미지를 캡처한다. 이러한 소거를 음영없이 매끄럽게 하기 위해, 많은 개수의 협대역 광원을 이용하는 것이 바람직하고, 각각의 파장의 강도는 개별적으로 제어가능하게 만들어져야 한다. 사용되는 각각의 광원의 대역폭이 넓을수록, 간섭 줄무늬의 소거가 매끄럽게 나타난다.
칼라 필터 및 그 경계부의 성질이 알려져 있지 않거나 적용가능한 파장 범위 내에서 약간씩 변할 수 있기 때문에, 하나 이상의 실시예에서, 각각의 협대역 조사 광원(102a-102c)의 파장 및 대역폭이 조정가능하게 구현된다. 도 1에 도시되는 실시예에 사용되고 조합된 광 출력을 갖는 복수의 레이저 다이오드(102a-102c)들이, 조사 광원(100)에 대한 상술한 요건들을 실질적으로 모두 충족시킨다.
당 업자가 이해할 수 있듯이, 레이저 다이오드에서 방출된 광의 파장은 p-n 정션의 온도에 대해 비교적 강한 의존성을 갖는다. 따라서, 하나 이상의 실시예에서, 각각의 레이저 다이오드(102a-102c)에 대한 중앙 파장의 효율적 제어가, 대응 p-n 정션의 상기 온도를 변화시킴으로써 달성된다. 이를 위해, 제어되는 전기 펄스 형상 및 진폭을 갖는 펄스 전기 펌프와 연계하여 조사 광원(100)이 사용되며, 이는 레이저 다이오드(102a-102c)의 p-n 정션의 천이 온도 변화를 유도하도록 작동한다. 결과적으로, 파장에 걸쳐 레이저 다이오드(102a-102c)의 출력 스펙트럼에 스위핑(sweeping)이 나타나고, 이에 따라, 광 방출 스펙트럼이 효과적으로 넓어지고 중앙 파장이 변화하게 된다.
하나 이상의 실시예에서, 레이저 다이오드(102a-102c)의 상술한 펄스형 구동 패턴의 듀티 사이클은, 조사 파라미터의 재현성을 보장하기 위해 다음 조사 펄스의 시간까지 다이오드 온도가 평형 상태에 다시 도달할 수 있을 만큼 충분히 낮도록 구성된다. 동일한 또는 대안의 실시예에서, 히트 싱크 및 장착 패드(106)를 이용하여 달성되는 레이저 다이오드(102a-102c)의 온도 유지는 동일 목적을 달성하기 위해 충분히 효율적이도록 구성된다. 히트 싱크는 임의의 적절한 구조 또는 설계의 것일 수 있으며, 스탬핑, 압출, 접합 및/또는 제조된 핀, 캐스팅, 및/또는 접힌 핀을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 모든 광 방출기에 대해 단일한 히트 싱크가 사용된다. 선택적으로 또는 대안으로서, 개별 히트 싱크들이 상술한 광 방출기 각각에 대해 사용된다. 예시적인 일 구현예에서, 도 1의 레이저 다이오드(102a-102c)는 915nm, 940nm, 및 975nm에서 작동한다. 대안의 실시예에서, 808nm, 840nm, 및 960nm와 같은 파장의 다른 상용 조합, 또는, 808nm, 840nm, 915nm, 940nm, 960nm, 및 975nm의 명목 파장 세트로부터 선택된 다른 조합을 갖는 레이저들이 사용된다. 그러나, 본 발명은 나열된 명목 파장의 레이저를 이용하는 것에 제한되지 않는다.
하나 이상의 실시예에서, 레이저 다이오드(102a-102c)는, 조사 광 코히어런스를 감소시켜서 결과적인 스페클을 제거하도록 포화 모드에서 작동하는 것이 바람직하다. 포화 모드는, 잘 알려진 바와 같이, 소정의 임계값을 넘는 전기 펌프 전류의 진폭을 특징으로 하며, 이러한 임계값 이후에서는 전류 진폭이 추가적으로 증가하더라도 방출된 광 전력 또는 에너지의 스펙트럼 비중(specific spectral density)의 비례적 증가가 나타나지 않지만 방출된 광의 스펙트럼이 넓어진다.
이를 위해, 높은 전류에서 짧은 구동 펄스가 사용된다. 짧은 펄스는 주파수 레이저 다이오드(102a-102c)를 스윕 모드에서 작동하게 하여, 전달되는 조사광의 스펙트럼을 추가적으로 넓힌다. 하나 이상의 실시예에서, 각각의 레이저 다이오드(102a-102c)로의 펄스들은 광 출력에 균형을 이루고 간섭 효과를 최소화시키기 위해, 전자 제어 및 소프트웨어 모듈(202)에 의해 개별적으로 제어된다. 추가적으로, 노광 용도의 조사 제어가 달성된다. 레이저 다이오드(102a-120c)가 광섬유 출력(103)을 이용하여, 물체에 조사광을 전달하는 데 사용되는 단일 전달 섬유(105)에 연결된다.
조사광의 코히어런스를 감소시키고 물체의 획득한 이미지에서 스페클의 존재를 회피하기 위해, 다수의 여러 접근법들이 존재한다. 상술한 하나 이상의 실시예에서, 에너지 출력이 상당히 높을 때, 포화 모드에서 레이저 다이오드의 작동은, 방출되는 광의 종방향 모드의 분리를 야기하며, 이는 결과적인 이미지에서 스페클을 방지하기에 충분하다.
하나 이상의 실시예에서, 조사광의 코히어런스는 미국특허출원 제12/855,647호(발명의 명칭: High Speed Acquisition Vision System and Method for Selectively Viewing Object Features)에 개시된 방법 및 개념에 따라 추가적으로 감소하며, 그 내용은 본 발명에 포함된다.
도 3은 종래의 이미징 기술을 이용하여 획득한 오버래핑 COA 칼라 필터(301, 302)를 갖는 LCD 화소의 이미지를 도시한다. 도면에 나타나는 바와 같이, 화소부(311)는 청색 필터로 덮이고, 화소부(312)는 적색 필터로 덮인다. 상기 필터들 아래에 묻힌 물체 특징부들은 게이트 또는 공통 라인(303) 및 데이터 라인(305)을 포함한다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 라인(304, 306) 부분들은 각자의 필터를 통해 눈에 보이지만, 상기 칼라 필터들의 오버랩(307)을 통해서는 어떤 라인도 보이지 않는다. 추가적으로, 검은색 라인 영역(308)에 의해 어떤 광도 캡처되지 않으며, 이러한 블랙 영역(308)은 내부에 높은 곡률의 복수의 계면으로 인해 완전한 불투명성을 특징으로 한다.
도 4는 본 발명의 조사 및 이미징 기술의 일 실시예를 이용하여 획득되는 오버래핑 COA 칼라 필터를 갖는 LCD 화소의 이미지를 도시한다. 도면에 도시되는 바와 같이, 공통 라인 및 데이터 라인은 단일 필터 영역(401, 402) 아래에서 보일 뿐 아니라, 오버랩 필터 영역(403) 아래에서도 보인다(도 4, 405 참조). 완전한 불투명 영역(406)은 도 3의 대응 영역(308)보다 훨씬 좁다. 마지막으로, 도 4의 이미지는 단일 필터 영역에 비해 필터 오버랩 영역 아래에서 미소한 투명도 변화만을 특징으로 한다(도 4, 404 참조). 따라서, 본 발명의 조사 및 이미징 기술의 다양한 실시예들은 획득되는 이미지 품질의 실질적 개선을 특징으로 한다.
레이저 다이오드(102a-102c), 광섬유(103, 105), 섬유 커플러(104), 이미징 광학계, 및 이미지 센서를 포함하는, 설명된 시스템의 다양한 광학적 구성요소의 설계는 현재의, 또는 차후에 개발될 형태 또는 설계의 것일 수 있고, 이러한 구성요소들은 당 업자에게 잘 알려져 있고 폭넓게 판매되고 있다.
마지막으로, 여기서 설명되는 프로세스 및 기술들은 어떤 특정 장치에 내재적으로 관련된 것이 아니며, 구성요소들의 임의의 적절한 조합에 의해 구현될 수 있는 것이다. 더욱이, 다양한 타입의 범용 장치들이 여기서 설명되는 가르침에 따라 사용될 수 있다. 여기서 설명되는 방법 단계들을 수행하기 위해 전용 장치를 구성하는 것이 유리할 수도 있다. 본 발명은 제한적이기보다는 예시적인 방향으로 모든 측면에서 제시한 특정 예들과 관련하여 설명된 바 있다. 발명의 범위는 다음의 청구범위에 의해 표시된다.

Claims (23)

  1. 하나 이상의 칼라 필터 아래에 묻힌 물체의 이미지를 생성하기 위한 광학 장치에 있어서, 상기 장치는,
    a. 조사광을 생성하는 조사 광원으로서, 상기 조사 광원은 서로 다른 파장에서 작동하는 적어도 3개의 레이저광 방출기를 포함하고, 상기 조사광은 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기에 의해 생성되는 광 신호들의 조합인, 상기 조사 광원과,
    b. 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기의 각각에 연결되고, 펄스화된 구동 신호를 이용하여 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기의 각각을 구동하도록 구성되는, 전자 제어 모듈과,
    c. 상기 조사 광원으로부터 상기 물체까지 조사광을 전달하는 조사 광학 경로와,
    d. 상기 물체로부터 수광되는 광을 이용하여 상기 물체의 이미지를 생성하기 위한 이미지 센서
    를 포함하며, 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기는 포화 모드에서 작동하는
    칼라 필터 아래에 묻힌 물체의 이미지를 생성하기 위한 광학 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 조사 광학 경로는
    상기 적어도 3개의 레이저광 방출기에 연결되고, 상기 적어도 3개의 광 방출기에 의해 생성되는 광 신호를 송신하도록 구성되는, 적어도 3개의 광섬유를 포함하는
    칼라 필터 아래에 묻힌 물체의 이미지를 생성하기 위한 광학 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 3개의 광섬유가 스풀에 구성되는
    칼라 필터 아래에 묻힌 물체의 이미지를 생성하기 위한 광학 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 조사 광학 경로는 상기 적어도 3개의 광섬유에 의해 전송되는 광 신호를 조사광으로 조합하도록 구성되는 광섬유 커플러를 더 포함하는
    칼라 필터 아래에 묻힌 물체의 이미지를 생성하기 위한 광학 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 조사 광학 경로는
    상기 광섬유 커플러에 연결되고, 상기 조사광을 전송하도록 구성되는, 전달 광섬유를 더 포함하는
    칼라 필터 아래에 묻힌 물체의 이미지를 생성하기 위한 광학 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 조사 광원은
    상기 적어도 3개의 레이저광 방출기에 각각 연결되고, 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기의 열 관리를 촉진시키도록 구성되는, 적어도 하나의 히트 싱크를 포함하는
    칼라 필터 아래에 묻힌 물체의 이미지를 생성하기 위한 광학 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 전자 제어 모듈은,
    상기 적어도 3개의 레이저광 방출기의 열 관리를 촉진시키기 위해, 펄스화된 구동 신호의 듀티 사이클을 제어하도록 구성되는
    칼라 필터 아래에 묻힌 물체의 이미지를 생성하기 위한 광학 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 전자 제어 모듈은,
    상기 이미지 센서에 의해 생성되는 물체의 이미지의 지정 노출을 촉진시키기 위해 펄스화된 구동 신호의 진폭 및 시간 파라미터 중 적어도 하나를 제어하도록 구성되는
    칼라 필터 아래에 묻힌 물체의 이미지를 생성하기 위한 광학 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 전자 제어 모듈은
    상기 적어도 3개의 레이저광 방출기 각각에 개별 전기 펄스 구동 신호를 공급하도록 구성되고, 상기 개별 펄스 구동 신호는 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기 각각의 p-n 정션의 지정 천이 온도 변화를 유도하도록 구성되는 전기 펄스 형상 및 진폭을 갖는
    칼라 필터 아래에 묻힌 물체의 이미지를 생성하기 위한 광학 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 전자 제어 모듈은,
    상기 적어도 3개의 레이저광 방출기 각각에 의해 방출되는 광의 펄스 에너지를 개별적으로 제어하도록 구성되는
    칼라 필터 아래에 묻힌 물체의 이미지를 생성하기 위한 광학 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 전자 제어 모듈은,
    상기 적어도 3개의 레이저광 방출기 각각에 의해 방출되는 광의 대역폭 및 파장을 개별적으로 제어하도록 구성되는
    칼라 필터 아래에 묻힌 물체의 이미지를 생성하기 위한 광학 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기는 서로 밀접하게 이격된 파장에서 작동하는
    칼라 필터 아래에 묻힌 물체의 이미지를 생성하기 위한 광학 장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 조사 광원(100)의 스펙트럼은, 하나 이상의 칼라 필터의 물질이 실질적으로 동일한 광 투과율을 갖는 파장 영역에 위치하는
    칼라 필터 아래에 묻힌 물체의 이미지를 생성하기 위한 광학 장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 이미지 센서는 상기 조사 광원에 의해 생성되는 조사광의 스펙트럼 사이의 감도를 갖는
    칼라 필터 아래에 묻힌 물체의 이미지를 생성하기 위한 광학 장치.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 물체로부터 상기 이미지 센서로 광을 운반하기 위한 이미징 광학 경로를 더 포함하는
    칼라 필터 아래에 묻힌 물체의 이미지를 생성하기 위한 광학 장치.
  16. 하나 이상의 칼라 필터 아래에 묻힌 물체의 특징부의 이미지를 생성하기 위한 방법에 있어서,
    a. 조사 광원에 의해 생성되는 조사광을 이용하여 물체를 조사하는 단계로서, 상기 조사 광원은 서로 다른 파장에서 작동하는 적어도 3개의 레이저광 방출기를 포함하고, 상기 조사광은 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기에 의해 생성되는 광 신호들의 조합이며, 상기 조사광은 조사 광학 경로를 이용하여 조사 광원으로부터 물체까지 전달되는, 단계와,
    b. 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기 각각에 연결되는 전자 제어 모듈을 이용하여, 펄스 구동 신호를 이용하여 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기 각각을 구동시키는 단계와,
    c. 상기 물체로부터 수광되는 광을 이용하여 상기 물체의 이미지를 이미지 센서를 이용하여 생성하는 단계로서, 상기 물체로부터의 광은 이미지 센서로 전달되고, 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기는 포화 모드에서 작동하는, 단계
    를 포함하는 하나 이상의 칼라 필터 아래에 묻힌 물체의 특징부의 이미지를 생성하기 위한 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기의 열 관리를 촉진시키도록, 펄스 구동 신호의 듀티 사이클이 제어되는
    칼라 필터 아래에 묻힌 물체의 특징부의 이미지를 생성하기 위한 방법.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 이미지 센서에 의해 생성되는 물체의 이미지의 지정 노출을 촉진시키도록, 펄스 구동 신호의 진폭 및 시간 파라미터 중 적어도 하나가 제어되는
    칼라 필터 아래에 묻힌 물체의 특징부의 이미지를 생성하기 위한 방법.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기 각각의 p-n 정션의 지정 천이 온도 변화를 유도하도록 구성되는 전기 펄스 형상 및 진폭을 갖는 개별 펄스 구동 신호가 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기 각각에 공급되는
    칼라 필터 아래에 묻힌 물체의 특징부의 이미지를 생성하기 위한 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 적어도 3개의 레이저광 방출기 각각에 의해 방출되는 광의 펄스 에너지가 개별적으로 제어되는
    칼라 필터 아래에 묻힌 물체의 특징부의 이미지를 생성하기 위한 방법.
  21. 제 16 항에 있어서, 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기 각각에 의해 방출되는 광의 파장 및 대역폭이 개별적으로 제어되는
    칼라 필터 아래에 묻힌 물체의 특징부의 이미지를 생성하기 위한 방법.
  22. 제 16 항에 있어서, 상기 적어도 3개의 레이저광 방출기가 서로 밀접하게 이격된 파장에서 작동하는
    칼라 필터 아래에 묻힌 물체의 특징부의 이미지를 생성하기 위한 방법.
  23. 제 16 항에 있어서, 상기 조사 광원(100)의 스펙트럼은, 하나 이상의 칼라 필터의 물질이 실질적으로 동일한 광 투과율을 갖는 파장 영역에 위치하는
    칼라 필터 아래에 묻힌 물체의 특징부의 이미지를 생성하기 위한 방법.
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