KR20140124275A - 광학 렌즈와 이를 이용한 균일 빔 생성 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광도가 불규칙적인 빔이 입사되면, 입사되는 빔에서 빔 광도 또는 크기가 높은 부분을 조정할 수 있는 조정인자를 갖는 광학 렌즈에 관한 것으로서, 이를 위하여 입사 빔에서 광도가 비교적 높은 부분의 빔의 광도 또는 크기를 조정하기 위한 조정인자와, 높은 부분을 제외한 나머지 부분의 빔을 굴절시켜 소정 타겟에 조사하는 렌즈면을 포함하는 광학 렌즈를 제공한다.

Description

광학 렌즈와 이를 이용한 균일 빔 생성 장치{OPTICAL LENS AND APPARATUS FOR GENERATING CONSTANT BEAM USING THE SAME}

본 발명은 균일 빔 생성을 위한 광학 렌즈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광도가 불규칙적인 빔이 입사되면, 입사되는 빔에서 빔 광도 또는 크기가 높은 부분을 조정할 수 있는 조정인자를 갖는 광학 렌즈와 이를 이용한 균일 빔 생성 장치에 관한 것이다.

일반적으로 광학 및 전자파 소스는 균일 빔 보다는 가우시안 빔의 형태를 갖는다. 가우시안 빔의 경우 빔의 중심이 가장 강한 필드 또는 광도를 갖기 때문에 대상 물체의 매우 작은 부분에만 조사된다. 따라서, 큰 대상 물체의 이미지를 획득하기 위해서는 한점 한점을 이미지 스캔(scan)하여 조합함으로써, 영상 이미지의 획득이 가능하나 이미지를 스캔하고 조합하는데 많이 시간이 소요되는 단점이 있다.

이러한 단점을 보완하기 위해서 초점 렌즈와 배열 렌즈를 이용하는 방법이 있다. 즉, 초점 렌즈 앞단에 배열 렌즈를 배치함으로써, 입사 빔을 부분 빔들로 분산시킨다. 이렇게 분산된 빔들은 초점 평면에서 조합되고, 다시 갈라져서 타겟 물체에 조사된다. 따라서, 타겟에 조사된 빔은 균일하고 넓은 빔의 형태를 갖는다.

그러나, 이러한 종래의 방법은 균일한 빔이 타겟에 조사되나, 여러 개의 렌즈를 사용하기 때문에 제작과 최적화에 어려운 단점이 있다.

대한민국 공개특허 10-2011-0056405호에는 균일한 시준된 광을 생성하기 위한 컴택트한 광학 시스템 및 렌즈에 대한 기술이 기재되어 있다.

본 발명은 광도가 불규칙적인 빔이 입사되면, 입사되는 빔에서 빔 광도 또는 크기가 높은 부분을 조정할 수 있는 조정인자를 갖는 광학 렌즈를 제공한다.

또한, 본 발명은 광도가 불규칙적인 빔을 다수의 부분 빔으로 분할한 후 부분 빔의 광도 또는 크기가 비교적 높은 부분을 조정할 수 있는 조정인자를 통해 균일한 빔으로 변환할 수 있는 균일 빔 생성 장치를 제공한다.

본 발명은, 일 관점에 따르면, 광도 분포가 불규칙한 입사 빔이 입사되며, 상기 입사 빔을 광도가 균일한 빔으로 변환하기 위한 광학 렌즈에 있어서, 상기 입사 빔에서 광도가 비교적 높은 부분의 빔의 광도 또는 크기를 조정하기 위한 조정인자와, 상기 높은 부분을 제외한 나머지 부분의 빔을 굴절시켜 소정 타겟에 조사하는 렌즈면을 포함하는 광학 렌즈를 제공한다.

본 발명의 광학 렌즈에서 상기 렌즈면은, 볼록한 형태를 갖으며 상기 나머지 부분의 빔이 입사되는 입사면을 포함할 수 있다.

본 발명의 광학 렌즈에서 상기 렌즈면은 상기 나머지 부분의 입사 빔이 입사되는 입사면과 상기 입사면을 통해 굴절된 빔을 조사하는 조사면을 구비하며, 상기 입사면과 조사면은 볼록한 형태를 가질 수 있다.

본 발명의 광학 렌즈는, 상기 조정인자로 홀을 갖는 도넛 모양일 수 있다.

본 발명의 광학 렌즈에서 상기 렌즈면은, 상기 입사 빔의 광도에 따라 기울어지는 정도가 서로 다른 형태를 갖는 입사면을 포함할 수 있다.

본 발명의 광학 렌즈는 상기 입사 빔의 중심 부분이 입사되는 영역에 조정인자를 갖는 다각형 구조일 수 있다.

본 발명의 광학 렌즈에서 상기 입사 빔은, 중심 부분의 광도가 높은 가우시안 분포를 가질 수 있다.

본 발명은, 다른 관점에 따르면, 중심 부분의 광도가 나머지 부분의 광도보다 큰 입사 빔이 입사되며, 상기 입사 빔을 다수의 부분 빔으로 분산시키는 배열 렌즈와, 상기 배열 렌즈에서 분산된 각 부분 빔을 균일한 빔으로 변경시키는 다수의 광학 렌즈를 포함하며, 상기 광학 렌즈 각각에는, 상기 부분 빔의 중심 부분이 입사되며, 상기 부분 빔의 중심 부분의 빔 광도를 분산시키기 위한 조정인자와, 상기 부분 빔의 나머지 부분을 굴절시켜 타겟에 조사하는 렌즈면을 구비하는 균일 빔 생성 장치를 제공한다.

본 발명의 균일 빔 생성 장치에서 상기 렌즈면은, 상기 나머지 부분의 입사 빔이 입사되는 입사면과, 상기 입사면을 통해 굴절된 빔을 조사하는 조사면을 구비하며, 상기 입사면 또는 조사면은 볼록한 형태를 가질 수 있다.

본 발명의 균일 빔 생성 장치에서 상기 광학 렌즈 각각은, 상기 부분 빔의 광도를 분산시키기 위한 상기 조정인자로 홀을 갖는 도넛 모양일 수 있다.

본 발명의 균일 빔 생성 장치에서 상기 렌즈면은, 상기 부분 빔의 광도에 따라 기울어지는 정도가 서로 다른 형태를 갖는 입사면을 포함할 수 있다.

본 발명의 균일 빔 생성 장치에서 상기 광학 렌즈는, 상기 부분 빔의 중심 부분이 입사되는 영역에 조정인자를 갖는 다각형 구조일 수 있다.

본 발명은 가우시안 빔을 균일 빔으로 바꾸기 위한 렌즈로서 종래 기술의 복합 렌즈의 구성보다 간단한 구조로 균일 빔을 획득 가능한 광학 렌즈를 제공함으로써, 이미지 시스템 구성 시 대상 물체를 균일한 크기의 신호로 넓게 조사 가능하여 실시간 이미지 디텍션이 가능하고, 균일한 빔에 의해 선명한 이미지 획득이 가능하다.

또한, 본 발명은 광학 렌즈를 어레이 형태로 구성하였을 경우 넓은 면의 균일한 광원을 요구하는 여러 장치에 이용 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 렌즈의 구조를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광학 렌즈의 구조를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 광학 렌즈의 원리를 설명하기 위한 도면,
도 4는 광학 툴로 시뮬레이션 한 가우시안 빔의 특성을 도시한 도면,
도 5는 광학 툴로 시뮬레이션 한 본 발명의 광학 렌즈의 균일 빔 특성을 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 광학 렌즈를 어레이 구조를 배열한 예시도,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 광학 렌즈를 이용한 균일 빔 생성 장치를 도시한 도면.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 균일 빔을 위한 광학 렌즈(10)의 구조를 도시한 도면으로서, 입사 빔에서 비교적 광도가 높은 부분이 입사되는 영역, 예컨대 중앙 영역(20)에 위치하는 조정인자인 홀(14) 및 입사 빔의 나머지 부분이 입사되어타겟(미도시됨)에 조사시키는 렌즈면(40)으로 구성될 수 있다. 여기에서, 조정인자는 홀(14) 형태를 가지며, 홀(14)의 주변부(12)에 의해 높은 부분의 광도 또는 필드가 분산될 수 있다.

렌즈면(40)는 입사 빔의 나머지 부분이 입사되는 입사면(42)과 입사면(42)에 의해 굴절된 빔을 타겟에 조사하는 조사면(44)로 구성될 수 있다.

입사면(42)과 조사면(44)은 볼록한 형태를 가질 수 있거나, 입사 빔의 광도에 따라 기울어지는 정도가 서로 다른 형태를 가질 수 있다.

상기와 같이, 입사면(42)과 조사면(44)가 볼록한 형태를 가짐으로써, 본 발명의 실시 예에 따른 광학 렌즈(10)는 도넛 형태를 가질 수 있다.

도 1의 광학 렌즈(10)에 입사되는 입사 빔은 광도가 불규칙적인 가우시안 빔의 형태를 가질 수 있다. 즉, 입사 빔은 중앙 부분의 광도가 높고 양측 부분에 광도가 상대적으로 낮은 가우시안 빔 형태를 가질 수 있다.

입사 빔의 중심 부분 중 일부는 광학 렌즈(10)의 홀(14)에 입사되어 통과되며, 입사 빔의 나머지 부분은 도넛 형태의 입사면(12)에 의해 굴절되어 타겟에 조사될 수 있다.

이에 따라, 입사 빔 중심 부분의 강한 필드 또는 광도는 홀(14)의 주변부(12)에 의해 분산되기 때문에 입사 빔은 균일한 빔으로 변환되어 타겟에 조사될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에서 홀(14)의 크기는 입사 빔의 강한 필드 또는 광도에 따라 결정될 수 있다.

렌즈면(40)의 재질은 입사 빔의 파장과 굴절율에 따라 다양한 재료를 이용하여 구현할 수 있으며, 이에 대한 설명은 당업자에게 널리 공지되어 있기 때문에 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광학 렌즈의 구조를 도시한 도면으로서, 조정인자에 해당되는 홀(14)의 너비가 매우 작은 광학 렌즈(10)를 도시한 예시도이다.

한편, 도 1 및 도 2에 도시된 광학 렌즈(10)의 동작 원리에 대해 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시 예들에 따른 광학 렌즈(10)의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 입사 빔인 가우시안 빔(100)이 광학 렌즈(10)에 입사되면, 필드 또는 광도가 가장 강한 중심의 극히 일부분은 광학 렌즈(10)의 홀(14)을 통과하게 된다. 가우시안 빔(100)의 나머지 부분은 렌즈면(40)에 의해 굴절되어 타겟(110)에 조사될 수 있다.

한편, 가우시안 빔(100) 중심의 강한 필드 또는 광도는 홀(14)의 주변부(12)에 입사되어 분산되기 때문에 가우시안 빔(100)의 필드 또는 광도가 균일한 형태로 타겟(110)에 입사될 수 있다. 즉, 가우시안 빔(20)은 본 발명의 실시 예에 따른 광학 렌즈(10)에 의해 균일한 빔의 형태로 변환되어 타겟(110)에 입사될 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 광학 렌즈(10)에 도 4의 광도 분포를 갖는 가우시안 빔이 입사된 후 조사되는 빔의 형태는 도 5에 도시된 바와 같다. 즉, 도 4의 가우시안 빔은 비교적 평탄하고 넓은 대역을 갖는 도 5의 균일 빔으로 변경되는 것을 알 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 광학 렌즈(10)가 적용되는 예에 대해 도 6을 참조하여 설명하면 아래와 같다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 광학 렌즈(10)가 적용된 예시도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 다수의 빔 또는 전파 소스에 이용 가능한 어레이 구조에 관한 것으로서, 다수의 광학 렌즈(10)가 어레이 구조로 배열될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 광학 렌즈(10)와 다른 렌즈를 조합하여 균일 빔 제공 장치를 형성할 수 있다. 이에 대해, 도 7을 참조하여 설명한다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 광학 렌즈(10)를 이용하여 균일 빔 제공 장치를 구성한 도면으로서, 광학 렌즈(10)와 그 앞 단에 설치되는 배열 렌즈(200)로 구성될 수 있다.

도 7의 균일 빔 제공 장치에서 배열 렌즈(200)는 중심 부분의 광도가 나머지 부분의 광도보다 큰 입사 빔, 즉 가우시안 빔이 입사되면, 입사 빔을 다수의 부분 빔으로 분산시킬 수 있다. 즉, 배열 렌즈(200)는 가우시안 빔을 부분 빔으로 분산시키며, 각 부분 빔은 각각의 광학 렌즈(10)에 입사될 수 있다.

여기에서, 각 부분 빔은 중심 부분이 다른 부분에 비해 광도가 높은 형태를 가질 수 있다.

부분 빔의 중심 부분은 광학 렌즈(10)의 조정인자, 즉 홀(14)을 통과하면서, 중심 부분의 강한 필드 또는 광도는 홀(14)의 주변부(12)에 의해 분산될 수 있다.

따라서, 배열 렌즈(200)에 의해 분산된 각 부분 빔은 본 발명의 실시 예에 따른 광학 렌즈(10)에 의해 균일한 빔으로 변경되어 타겟(210)에 조사될 수 있다.

한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.

10 : 광학 렌즈 12 : 주변부
14 : 홀 20 : 중심 영역
40 : 렌즈면 42 : 입사면
44 : 조사면 100 : 가우시안 빔
110, 210 : 타겟 200 : 배열 렌즈

Claims (13)

1. 광도 분포가 불규칙한 입사 빔이 입사되며, 상기 입사 빔을 광도가 균일한 빔으로 변환하기 위한 광학 렌즈에 있어서,
   상기 입사 빔에서 광도가 비교적 높은 부분의 빔의 광도 또는 크기를 조정하기 위한 조정인자와,
   상기 높은 부분을 제외한 나머지 부분의 빔을 굴절시켜 소정 타겟에 조사하는 렌즈면을 포함하는
   광학 렌즈.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 렌즈면은, 볼록한 형태를 갖으며 상기 나머지 부분의 빔이 입사되는 입사면을 포함하는
   광학 렌즈.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 렌즈면은,
   상기 나머지 부분의 입사 빔이 입사되는 입사면과,
   상기 입사면을 통해 굴절된 빔을 조사하는 조사면을 구비하며,
   상기 입사면과 조사면은 볼록한 형태를 갖는
   광학 렌즈.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 광학 렌즈는, 상기 조정인자로 홀을 갖는 도넛 모양인
   광학 렌즈.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 렌즈면은, 상기 입사 빔의 광도에 따라 기울어지는 정도가 서로 다른 형태를 갖는 입사면을 포함하는
   광학 렌즈.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 광학 렌즈는, 상기 입사 빔의 중심 부분이 입사되는 영역에 조정인자를 갖는 다각형 구조인
   광학 렌즈.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 입사 빔은, 중심 부분의 광도가 높은 가우시안 분포를 갖는
   광학 렌즈.
   
8. 중심 부분의 광도가 나머지 부분의 광도보다 큰 입사 빔이 입사되며, 상기 입사 빔을 다수의 부분 빔으로 분산시키는 배열 렌즈와,
   상기 배열 렌즈에서 분산된 각 부분 빔을 균일한 빔으로 변경시키는 다수의 광학 렌즈를 포함하며,
   상기 광학 렌즈 각각에는, 상기 부분 빔의 중심 부분이 입사되며, 상기 부분 빔의 중심 부분의 빔 광도를 분산시키기 위한 조정인자와,
   상기 부분 빔의 나머지 부분을 굴절시켜 타겟에 조사하는 렌즈면을 구비하는
   균일 빔 생성 장치.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 렌즈면은,
   상기 나머지 부분의 입사 빔이 입사되는 입사면과,
   상기 입사면을 통해 굴절된 빔을 조사하는 조사면을 구비하며,
   상기 입사면 또는 조사면은 볼록한 형태를 갖는
   균일 빔 생성 장치.
   
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 광학 렌즈 각각은, 상기 부분 빔의 광도를 분산시키기 위한 상기 조정인자로 홀을 갖는 도넛 모양인
    균일 빔 생성 장치.
    
11. 제 8 항에 있어서,
    상기 렌즈면은, 상기 부분 빔의 광도에 따라 기울어지는 정도가 서로 다른 형태를 갖는 입사면을 포함하는
    균일 빔 생성 장치.
    
12. 제 8 항에 있어서,
    상기 광학 렌즈는, 상기 부분 빔의 중심 부분이 입사되는 영역에 조정인자를 갖는 다각형 구조인
    균일 빔 생성 장치.
13. 제 8 항에 있어서,
    상기 입사 빔은, 중심 부분의 광도가 높은 가우시안 분포를 갖는
    균일 빔 생성 장치.

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