KR20160120653A - 집광 장치 및 집광 장치를 포함한 빔 스캐너 및 스코프 장치 - Google Patents

집광 장치 및 집광 장치를 포함한 빔 스캐너 및 스코프 장치 Download PDF

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Abstract

집광 장치가 개시된다. 집광 장치는 기판과, 기판 양면에 마련된 복수의 산란체들을 포함한다. 집광 장치 양면의 산란체들에 의해 기하 수차가 보정됨으로써 집광 장치의 시야범위가 넓어진다.

Description

집광 장치 및 집광 장치를 포함한 빔 스캐너 및 스코프 장치{Focusing device, beam scanner and scope device including the focusing device}
본 개시는, 집광 장치 및 상기 집광 장치를 광 경로 변경 유닛으로 사용하는 빔 스캐너와 스코프 장치에 관한 것이다.
반도체 기반 센서 배열을 이용하는 광학 센서들은 모바일 기기 및 웨어러블 기기 사물 인터넷 등에 점점 더 많이 사용되고 있다. 이들 기기 들의 소형화가 요구되고 있지만, 기기들에 포함되는 집광장치의 두께를 줄이는데 어려움이 있다.
또한, 사물 인터넷, 게임기, 기타 모바일 등에 3차원 이미지 센서의 수요가 늘어나면서, 3차원 이미지 센서에 입사되는 광의 경로를 조절하는 집광 장치가 요구된다. 그런데, 집광 장치의 코마 수차로 인해 집광 장치의 시야범위가 제한되는 문제가 있다. 코마 수차를 제거하기 위해 복수의 광학 렌즈를 조합하는 기술이 연구되었다. 그러나 복수의 광학 렌즈를 조합하기 위해서는 상당한 공간이 요구되는 바 집광 장치의 소형화에 어려운 문제가 있다.
본 개시에 따르면, 코마 수차 없이 집광면에 집광점을 형성할 수 있는 집광 장치가 개시된다.
일 측면에 있어서,
기판;
상기 기판의 제1 면에 마련된 복수의 제1 산란체를 포함하는 제1 박형 렌즈; 및
상기 기판의 제2 면에 마련된 복수의 제2 산란체를 포함하는 제2 박형 렌즈;를 포함하며,
상기 제1 박형 렌즈의 상기 제1 산란체들은 상기 제2 박형렌즈의 기하 수차(field curvature, 코마, astigmatism 등)를 보정하도록 구성되는 집광장치가 제공된다.
상기 제1 및 제2 박형 렌즈는 광이 상기 제1 면에 입사하는 입사각에 관계없이 상기 광이 상기 소정의 촬상면에 집광점을 형성하도록 할 수 있다.
상기 제2 박형 렌즈의 중심으로부터 가장자리로 갈수록 상기 제2 산란체들을 통과하는 광의 위상편이가 감소할 수 있다.
상기 제1 박형 렌즈의 중심으로부터 가장자리로 갈수록 상기 제1 산란체들을 통과하는 광의 위상편이가 감소하다가 다시 증가할 수 있다.
상기 제1 및 제2 박형렌즈는 입사광이 상기 제1 면에 입사하는 입사각에 따라 상기 입사광이 상기 촬상면에 집광되는 위치가 달라지도록 할 수 있다.
상기 제1 및 제2 박형렌즈는, 상기 입사광이 상기 촬상면에 집광되는 위치가 수학식 1에 의해 결정되도록 할 수 있다.
h=f*tanθ ..... 수학식 1
(h=집광점 형성위치와 집광장치의 광축 사이의 거리, f=집광장치의 유효 초점거리(effective focal length), θ= 입사광의 입사각)
상기 제1 및 제2 산란체들의 굴절률은 상기 기판의 굴절률보다 클 수 있다.
상기 기판은 glass (fused silica, BK7, 등), Quartz, polymer(PMMA, SU-8 등) 및 plastic 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 제1 및 제2 산란체들은 c-Si, p-Si, a-Si및 III-V 화합물 반도체(GaP, GaN, GaAs 등), SiC, TiO2, SiN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 산란체들은 상기 입사광 가운데 소정의 파장 영역의 광을 상기 촬상면에 상기 집광점이 형성되도록 할 수 있다.
상기 제1 산란체들 사이의 간격 및 상기 제2 산란체들 사이의 간격은 상기 소정의 파장 영역에 있는 파장보다 작을 수 있다.
상기 제1 산란체들의 높이 및 상기 제2 산란체들의 높이는 상기 소정의 파장 영역에 있는 파장보다 작을 수 있다.
상기 집광 장치는, 상기 입사광 가운데 상기 소정의 파장 영역 밖의 파장 성분을 차단하는 광 필터;를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 산란체들의 형상 및 크기 중 적어도 하나는 상기 기판의 두께에 따라 달라질 수 있다.
상기 산란체들은 원기둥, 타원 기둥, 다면체 기둥 중 적어도 어느 한 형상을 가질 수 있다.
다른 측면에 있어서,
기판, 상기 기판의 제1 면에 마련된 복수의 제1 산란체를 포함하는 제1 박형 렌즈 및 상기 기판의 제2 면에 마련된 복수의 제2 산란체를 포함하는 제2 박형 렌즈를 포함하는 광 경로 변경부; 및
상기 기판의 제2 면으로부터 소정의 간격만큼 떨어져 위치하며, 복수의 광원을 포함하는 광원 어레이;를 포함하며
상기 제1 박형 렌즈의 상기 제1 산란체들은 상기 제2 박형렌즈의 코마 수차를 보정하도록 구성되는 빔 스캐너가 제공된다.
상기 광 경로 변경부는, 상기 광원 어레이에서 광을 점등하는 광원의 위치에 따라 상기 광원으로부터 출사되는 광의 진행 방향이 달라지도록 할 수 있다.
상기 광 경로 변경부는, 상기 광원들 가운데 일 광원으로부터 출사되는 광은 평행광이 되도록 할 수 있다.
다른 측면에 있어서,
기판, 상기 기판의 제1 면에 마련된 복수의 제1 산란체를 포함하는 제1 박형 렌즈 및 상기 기판의 제2 면에 마련된 복수의 제2 산란체를 포함하는 제2 박형 렌즈를 포함하는 대물 렌즈부;
상기 기판의 제2 면과 마주보도록 마련되며, 대상물에 광을 조사하는 광원;을 포함하며,
상기 제1 박형 렌즈의 상기 제1 산란체들은 상기 제2 박형렌즈의 코마 수차를 보정하도록 구성되는 스코프 장치가 제공된다.
상기 광원이 조사하는 광은 상기 대상물에 대해 투과율이 다른 파장 성분을 적어도 둘을 포함할 수 있다.
상기 광원으로부터 조사된 광은 파장에 따라 상기 대상물에 의해 산란되는 위치가 달라지며,
상기 대물 렌즈부는, 상기 광이 상기 대상물에 의해 산란되는 위치에 따라 상기 광이 진행하는 방향이 달라지도록 할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따른 집광 장치는 박형 렌즈를 이용하여 기하 수차를 보정함으로써, 집광 장치의 시야 범위를 넓게 할 수 있다.
도 1은 비교예에 따른 집광 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에서 나타낸 집광 장치의 광축에 대해 광이 비스듬하게 입사되는 예를 나타낸 도면이다.
도 3A 내지 도3C는 집광면에서의 광 강도분포를 나타낸 도면이다.
도 4A 및 도 4B는 광의 입사각도 변화에 따른 집광면 상에서 광의 강도분포 변화를 나타낸 도면이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 집광 장치(100)를 나타낸 도면이다.
도 6은 제2 박형렌즈의 표면을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 7A 내지 도 7C는 제1 및 제2 산란체들의 다양한 형상을 나타내는 사시도이다.
도 8A는 제2 박형 렌즈의 위상 프로필을 나타낸 도면이다.
도 8B는 제1 박형 렌즈의 위상 프로필을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 5에서 나타낸 집광 장치에 입사한 광의 경로를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 10A 및 도 10B는 도 5에서 나타낸 집광 장치의 기판 내부에서 광의 강도분포를 나타낸 도면이다.
도 11A 내지 도11F는 도 5에서 나타낸 집광 장치에 의해 집광면에 형성된 이미지의 광 강도분포를 나타낸 도면이다.
도 12는 도 5에서 나타낸 집광 장치에 의해 집광면에 형성된 이미지의 광 강도분포를 나타낸 그래프들이다.
도 13은 집광 장치에 의해 물체의 이미지가 형성되는 것을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 14는 집광점이 형성되는 위치와 광의 입사각 사이의 관계를 나타낸 도면이다.
도 15는 제1 및 제2 산란체들의 배열을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 16A 내지 도 16C는 입사광의 파장에 입사광의 진행경로가 어떻게 변하는 지를 나타낸 도면이다.
도 17A 내지 도 17C는 집광 장치의 광축에 평행하게 입사된 광이 집광면에 형성한 이미지의 광 강도분포를 나타낸 도면이다.
도 18은 입사광의 파장 및 입사각에 따라 이미지의 광 강도분포가 어떻게 변하는 지를 나타낸 도면이다.
도 19는 다른 예시적인 실시예에 따른 집광 장치를 나타낸 도면이다.
도 20은 다른 예시적인 실시예에 따른 이미징 장치를 나타낸 도면이다.
도 21은 예시적인 실시예에 따른 빔 스캐너를 나타낸 도면이다.
도 22는 다른 예시적인 실시예에 따른 스코프 장치를 나타낸 도면이다.
도 23은 스코프 장치에 의해 대상물 관측이 이루어지는 예를 나타낸 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 실시 예들을 상세히 설명한다.
본 실시예들에서 사용되는 용어는 본 실시예들에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 기술분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 임의로 선정된 용어도 있으며, 이 경우 해당 실시예의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서, 본 실시예들에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 실시예들의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
실시예들에 대한 설명들에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 구성요소를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 실시예들에 기재된 "...부", "...모듈"의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 실시예들에서 사용되는 "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 도는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 실시예들에서 사용되는 "제 1" 또는 "제 2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 대상들을 설명하는데 사용할 수 있지만, 상기 대상들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 대상을 다른 대상과 구별하는 목적으로만 사용된다.
하기 실시예들에 대한 설명은 권리범위를 제한하는 것으로 해석되지 말아야 하며, 해당 기술분야의 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 것은 실시예들의 권리범위에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다. 이하 첨부된 도면들을 참조하면서 오로지 예시를 위한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 비교예에 따른 집광 장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 비교예에 따른 집광 장치는, 기판(10)과 기판의 일면에 마련된 복수의 산란체(20)를 포함할 수 있다. 도 1에서 나타낸 집광 장치는 기판(110)에 입사된 광의 경로가 산란체들(20)을 지나면서 바뀔 수 있다. 산란체들(20)의 형상 및 물질은 산란체들(20)이 수행하는 역할에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 도 1에서 나타낸 집광 장치의 산란체들(20)은 양의 굴절력을 가지는 렌즈 기능을 수행하도록 소정의 형상 및 크기를 가질 수 있다. 그리고, 도 1에서 나타낸 바와 같이, 산란체들(20)은 기판(10)에 수직하게 입사되는 광이 소정의 집광면(Focusing plane; S0)에 집광점을 형성하도록 할 수 있다.
도 2는 도 1에서 나타낸 집광 장치의 광축(z축)에 대해 광이 비스듬하게 입사되는 예를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 집광 장치의 광축과 평행하지 않은 방향으로 입사한 광은 산란체들(20)을 지나면서 하나의 집광점에 집광되지 않을 수 있다. 이러한 현상을 기하 수차라고 한다. 상기 기하 수차는 코마 수차(Coma aberration) 및 filed of curvature 수차를 포함할 수 있다. 전술한 기하 수차는 집광 장치에 의해 형성되는 이미지의 선명도를 저하시키는 요인이 된다. 또한, 기하 수차는 집광 장치의 시야범위( Field of view; FOV)도 제한한다.
도 3A 내지 도3C는 집광면(S0)에서의 광 강도분포를 나타낸 도면이다.
도 3A는 집광 장치의 광축(z축)에 평행하게 입사된 광에 의해 형성된 이미지의 광 강도분포를 나타낸다. 또한, 도 3B는 입사각 1˚ 로 입사된 광에 의해 형성된 이미지의 광 강도분포를 나타낸다. 또한, 도 3C는 입사각 3˚ 로 입사된 광에 의해 형성된 이미지의 광 강도분포를 나타낸다. 도 3A 내지 도 3B에서 오른쪽에 표시된 바(Bar)는 광의 상대적인 강도에 따른 표시방식을 나타낸다.
도 3A를 참조하면, 광의 입사각이 0˚인 경우(광이 집광 장치의 광축과 평행하게 입사하는 경우), 광의 강도 분포가 높은 영역이 좁을 수 있다. 즉, 집광 장치의 집광 효과가 상대적으로 우수할 수 있다. 도 3B를 참조하면, 광의 입사각이 1˚인 경우, 광의 강도가 높은 영역이 넓어짐을 알 수 있다. 광의 입사각이 커지면서 집광 장치의 집광효과가 떨어질 수 있다. 도 3C를 참조하면, 광의 입사각이 3˚인 경우, 중심에서 집광 장치의 강도가 낮아질 수 있다. 반면, 이미지의 가장자리 부분은 입사각이 증가함에 따라 광의 강도가 더 높게 표시되어 있다. 즉, 광의 입사각이 조금만 증가하더라도 집광 장치의 집광효과가 상당히 낮아질 수 있다.
도 4A 및 도 4B는 광의 입사각도 변화에 따른 집광면(S0) 상에서 광의 강도분포 변화를 나타낸 도면이다.
도 4A를 참조하면, 광의 입사각도가 증가함에 따라 광의 강도 분포에서 피크(peak)가 형성되는 위치가 이동할 수 있다. 그리고 입사각이 증가함에 따라 광의 강도 분포 그래프의 폭이 넓어지고 피크 값이 줄어들 수 있다. 도 4B를 참조하면, 입사각이 3˚ 이상이 되면 광의 강도분포 피크 값들은 입사각이 0˚ 일 때의 피크 값의 절반 이하로 줄어들 수 있다. 또한, 광의 강도분포 범위도 확연히 늘어날 수 있다. 광의 입사각도가 대략 1˚ 만 넘어가도 코마 수차로 인한 이미지의 왜곡이 심해질 수 있다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 집광 장치(100)를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 집광 장치(100)는 기판(110)과, 기판(110)의 제1 면(S1)에 마련된 복수의 제1 산란체(122)를 포함하는 제1 박형 렌즈(120) 및 기판(110)의 제2 면(S2)에 마련된 복수의 제2 산란체(132)를 포함하는 제2 박형 렌즈(130)를 포함할 수 있다.
기판(110)은 판 형상을 가질 수 있다. 기판(110)의 제1 면(S1)과 제2 면(S2)은 실질적으로 서로 평행할 수 있다. 다만, 제1 및 제2 면(S1, S2)가 완전히 평행할 필요는 없으며, 서로 비스듬하게 형성되어 있을 수도 있다. 기판(110)은 투명 물질을 포함할 수 있다. 여기서 투명 물질이란 광의 투과율이 높은 물질을 의미한다. 예를 들어, 기판(110)은 glass (fused silica, BK7, 등), Quartz, polymer(PMMA, SU-8 등) 및 plastic 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 박형 렌즈(120)는 기판(110)의 제1 면(S1)에 배열된 복수의 제1 산란체(122)를 포함할 수 있다. 또한, 제2 박형 렌즈(130)는 (110)의 제2 면(S2)에 배열된 복수의 제2 산란체(132)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 박형 렌즈(120, 130)는 기존의 광학 렌즈와 달리 제1 및 제2 산란체들(122, 132)에 의해 광의 경로를 변경할 수 있다. 제1 및 제2 산란체들(122, 132)은 해당 산란체 근처로 입사하는 광을 포획하여, 내부에서 공진 시킬 수 있다. 산란체들(122, 132)은 산란체들(122, 132)에 입사한 광의 투과 및 반사 특성을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 산란체들(122, 132)은 그 구조 및 구성물질에 따라 투과광의 진폭(amplitude), 위상(phase) 및 편광(polarization) 중 적어도 하나를 변조할 수 있다. 제1 및 제2 산란체들(122, 132)을 투과광의 진폭, 위상 및 편광 중 적어도 하나의 분포를 변조하도록 만들어 배치함으로써, 입사광의 파면 대비 투과광의 파면이 달라지도록 할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 산란체들(122, 132)은 입사광 대비 투과광의 진행방향을 변경할 수 있다.
제2 박형 렌즈(130)는 양의 굴절력을 가지는 렌즈의 기능을 수행할 수 있다. 제2 박형 렌즈(130)가 양의 굴절력을 가지도록 제2 산란체들(132)의 형상, 크기, 물질, 배열모양 등이 달라질 수 있다. 또한, 제2 산란체들(132)은 제2 박형 렌즈(130)가 구면 수차(Spherical aberration)를 발생시키지 않도록 설계될 수 있다. 이를 위해, 제1 기판(110)의 표면에서 제2 산란체들(132)이 배열된 위치에 따라 제2 산란체들(132)의 형상, 물질 및 배열 모양 등이 달라질 수 있다.
도 6은 제2 박형렌즈(130)의 표면을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 제2 박형 렌즈(130)의 표면에 제2 산란체들(132)이 배열되어 있을 수 있다. 제2 산란체들(132)의 형상과 배열 간격, 배열 모양에 따라 제2 박형 렌즈(130)를 통과한 광의 파형이 다르게 바뀔 수 있다. 도 6에서 나타낸 바와 같이 제2 박형 렌즈(130)의 표면에 제2 산란체들(132)을 형성하면, 제2 박형 렌즈(130)는 양의 굴절력을 가지는 렌즈의 기능을 수행할 수 있다.
제1 박형 렌즈(120)의 제1 산란체들(122)은 제2 박형 렌즈의 코마 수차를 보정하도록 설계될 수 있다. 제1 산란체들(122)의 형상, 물질 및 배열 모양은, 기판(110)의 두께와 제2 산란체들(132)의 형상, 물질 및 배열모양에 의존하여 달라질 수 있다. 일반적인 광학계에서는 렌즈의 코마 수차를 보정하기 위하여 복수의 광학 렌즈를 조합한다. 따라서 일반적인 광학계는, 광학계의 설계가 용이하지 않고, 부피가 커지게 되면서 광학계의 소형화가 어렵다. 반면, 실시예에 따른 집광 장치(100)는, 기판(110)의 양면에 제1 및 제2 산란체들(122, 132)을 배열하여 제1 및 제2 박형 렌즈(120, 130)를 하나의 기판(110) 양면에 구현할 수 있다. 이를 통해, 집광 장치(100)의 소형화가 용이해질 수 있다. 또한, 제1 박형 렌즈(120)가 제2 박형 렌즈(130)의 코마 수차를 보정함으로써 집광 장치(100)의 시야범위(FOV)가 커질 수 있다.
도 7A 내지 도 7C는 제1 및 제2 산란체들(122, 132)의 다양한 형상을 나타내는 사시도이다.
도 7A 내지 도 7C를 참조하면, 제1 및 제2 박형렌즈(120, 130)에 포함된 제1 및 제2 산란체들(122, 132)은 기둥 형상(pillar structure)를 가질 수 있다. 이러한 기둥 형상은 원형, 타원형, 직사각형, 정사각형 등 중에 어느 한 형태의 단면을 가질 수 있다. 도7A는 원형의 단면을 가지는 기둥 형상의 산란체를 나타낸다. 도 7B는 타원형의 단면을 가지는 기둥 형상의 산란체를 나타낸다. 도 7C는 사각형의 단면을 가지는 기둥 형상의 산란체를 나타낸다. 상기 기둥 형상은 높이 방향으로 적절히 경사 지어 있을 수도 있다.
도 7A 내지 도 7C에서 제1 및 제2 산란체들(122, 132)의 형상을 예시적으로 나타냈지만 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 및 제2 산란체들(122, 132)은 다면체 기둥 또는 단면이 'L'모양인 기둥 형상을 가질 수도 있다. 제1 및 제2 산란체들(122, 132)의 형상은 특정방향으로 대칭성이 없을 수도 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 산란체들(122, 132)의 단면은 타원과 같이 수평방향으로 대칭성이 없는 모양일 수 있다. 또한, 제1 및 제2 산란체들(122, 132)의 단면이 높이에 따라 달라짐으로써, 제1 및 제2 산란체들(122, 132)의 형상이 높이에 대해 대칭성을 가지지 않을 수도 있다.
제1 및 제2 산란체들(122, 132)의 굴절률은 기판(110)의 굴절률 보다 높을 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 산란체들(122, 132)의 굴절률은 기판(110)의 굴절률보다 대략 1 이상 더 클 수 있다. 따라서, 기판(110)은 상대적으로 저 굴절률 물질을 포함하고 제1 및 제2 산란체들(122, 132)은 상대적으로 고 굴절률 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 산란체들(122, 132)은 결정질 실리콘(Crystalline silicon; c-Si), 다결정 실리콘(Poly Si), 비정질 실리콘(Amorphous Si), Si3N4, GaP, GaAs, TiO02, AlSb, AlAs, AlGaAs, AlGaInP, BP, ZnGeP2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 산란체들은 추가로 저 굴절률 물질(SiO2, polymer(PMMA, SU-8 등)) 에 의해서 상부 및 수평방향으로 둘러싸여 있을 수 있다.
도 8A는 제2 박형 렌즈(130)의 위상 프로필을 나타낸 도면이다.
도 8A를 참조하면, 제2 박형 렌즈(130)의 중심으로부터 가장자리로 갈수록 제2 박형 렌즈(130)에 입사하는 입사광의 위상 편이(phase shift)가 감소할 수 있다. 도 8A에서 나타낸 위상 프로필을 만족하도록 제2 박형 렌즈(130)를 구성하면, 제2 박형 렌즈(130)는 양의 굴절력을 가지는 렌즈의 기능을 수행할 수 있다. 또한, 일반적인 광학 렌즈에서 발생하는 구면 수차를 줄일 수 있다. 도 8A에서 나타낸 제2 박형 렌즈(130)의 위상 프로필은 예시적인 것에 불과하며 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 제2 박형 렌즈(130)의 직경, 초점거리 등이 변함에 따라 구체적인 위상 프로필의 모양이 변할 수 있다.
제2 박형 렌즈(130)의 위상 프로필에 따라 제2 박형 렌즈(130)에 포함된 제2 산란체들(132)의 설계조건이 달라질 수 있다. 예를 들어, 제2 산란체들(132)은 제1 기판(110)의 표면에 배열된 위치에 따라 형상, 물질, 크기 및 배열 모양 중 적어도 하나가 달라질 수 있다. 제2 산란체들(132)의 배열 위치에 따른 형상, 물질, 크기 및 배열 모양은 제2 산란체들(132)을 통과하는 광의 위상 결펼침(phase unwrapping)된 위상 편이량에 따라 결정될 수 있다. 위상 결펼침된 위상 편이량 이란, 위상 편이량을 2 π의 정수배를 감한 후 남은 0에서 2π 사이의 위상 편이 수치에 해당하는 위상 성분을 의미한다. 제1 및 제2 산란체(122, 132)는 제1 및 제2 산란체(122, 132)를 통과하는 광의 위상 결펼침된 위상 편이량에 따라 제1 및 제2 산란체(122, 132)의 구조 및 물질이 달라질 수 있다.
도 8B는 제1 박형 렌즈(120)의 위상 프로필을 나타낸 도면이다.
도 8B를 참조하면, 제1 박형 렌즈(120)의 중심으로부터 가장자리로 갈수록 제1 박형 렌즈(120)에 입사하는 입사광의 위상 편이(phase shift)가 감소하다가 다시 증가할 수 있다. 예를 들어, 제1 박형 렌즈(120)는 도 8B에서 나타낸 것과 같이, 중심으로부터 직경 대략 150μm 까지는 입사광의 위상 편이가 감소하다가 직경 대략 150μm 이후부터는 가장자리로 갈수록 위상 편이가 증가하는 위상 프로필을 가질 수 있다. 도 8B에서 나타낸 위상 프로필을 만족하도록 제1 박형 렌즈(120)를 구성하면, 제1 박형 렌즈(120)는 입사광의 경로를 변경함으로써 제2 박형 렌즈(130)의 코마 수차를 보정할 수 있다. 도 8B에서 나타낸 제1 박형 렌즈(120)의 위상 프로필은 예시적인 것에 불과하며 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 박형 렌즈(120)의 직경, 초점거리 등이 변함에 따라 제1 박형 렌즈(120)의 구체적인 위상 프로필의 모양은 변할 수 있다. 또한, 제2 박형 렌즈(130)의 위상 프로필과 기판(110)의 두께에 따라서 제1 박형 렌즈(120)의 구체적인 위상 프로필의 모양은 변할 수 있다.
도 9는 도 5에서 나타낸 집광 장치(100)에 입사한 광의 경로를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 집광 장치(100)의 광축(z축)과 평행하지 않은 방향으로 광이 집광 장치(100)에 입사될 수 있다. 제1 박형 렌즈(120)에 입사된 광은 제1 산란체들(122)에 의해 진행경로가 변경될 수 있다. 광은, 제1 산란체들(122)에 의해 진행경로가 변경되어 기판(110)을 통과한 후, 제2 산란체들(132)에 의해 다시 진행경로가 변경될 수 있다. 제1 및 제2 박형 렌즈(120, 130)가 서로 코마 수차를 보정해줄 수 있다. 그리고, 제1 및 제2 박형 렌즈(120, 130)는 기판(110)의 제1 면(S1)에 입사하는 광의 입사광에 관계없이 광이 소정의 촬상면(S0)에 집광점을 형성하도록 할 수 있다.
도 10A 및 도 10B는 도 5에서 나타낸 집광 장치(100)의 기판(110) 내부에서 광의 강도분포를 나타낸 도면이다.
도 10A는 광이 집광 장치(100)의 광축과 평행한 방향으로 입사하는 경우를 나타내며 도 10B는 광이 집광 장치(100)의 광축에 비스듬하게(입사각 12˚) 입사하는 경우를 나타낸다. 도 10A 및 도 10B를 참조하면, 광의 입사각에 따라 기판(110) 내부의 광 강도 분포가 달라질 수 있다. 제1 산란체들(122)에 의해 기판(110) 내부로 진행하는 광의 진행경로가 달라지기 때문이다. 그리고, 기판(110) 내부의 광 강도 분포가 달라짐으로써, 집광 장치(100)의 코마수차를 보정할 수 있다.
도 11A 내지 도11F는 도 5에서 나타낸 집광 장치(100)에 의해 집광면(S0)에 형성된 이미지의 광 강도분포를 나타낸 도면이다.
도 11A는 집광 장치의 광축에 평행하게 입사된 광에 의해 형성된 이미지의 광 강도분포를 나타낸다. 또한, 도 11B는 입사각 3˚ 로 입사된 광에 의해 형성된 이미지의 광 강도분포를 나타낸다. 또한, 도 11C는 입사각 6˚ 로 입사된 광에 의해 형성된 이미지의 광 강도분포를 나타낸다. 또한, 도 11D는 입사각 9˚ 로 입사된 광에 의해 형성된 이미지의 광 강도분포를 나타낸다. 또한, 도 11E는 입사각 12˚ 로 입사된 광에 의해 형성된 이미지의 광 강도분포를 나타낸다. 또한, 도 11F는 입사각 15˚ 로 입사된 광에 의해 형성된 이미지의 광 강도분포를 나타낸다. 도 11A 내지 도 11F에서 오른쪽에 표시된 바는 광의 강도를 표시하는 방식을 나타낸다.
도 11A 내지 도 11F를 참조하면, 광의 입사각이 0˚에서 15˚로 변하는 동안 집광점이 형성되는 위치가 바뀔 수 있다. 하지만, 집광점이 형성되는 위치에서 광의 강도분포 모양은 거의 변하지 않을 수 있다. 도 5에서 나타낸 집광 장치(100)를 이용하면, 광의 입사각이 변하더라도 집광점에서의 광의 강도 세기 또한 거의 일정하게 유지될 수 있다. 또한, 도 3A 내지 도 3C에서 나타낸 것과 달리 도 5에서 나타낸 집광 장치(100)는 광의 입사각이 커지더라도 초점이 흐려지는 것을 방지할 수 있다.
도 12는 도 5에서 나타낸 집광 장치(100)에 의해 집광면(S0)에 형성된 이미지의 광 강도분포를 나타낸 그래프들이다.
도 12를 참조하면, 광의 입사각이 0˚에서 15˚로 변하는 동안 집광점이 형성되는 위치가 바뀔 수 있다. 하지만, 집광점이 형성되는 위치에서 광의 강도분포 그래프의 모양과 피크(peak) 높이가 거의 변하지 않을 수 있다. 또한, 도 4A 및 도 4B에서 나타낸 것과 달리, 광의 입사각이 증가하더라도 그래프가 복수의 피크를 나타내지 않고 하나의 피크를 나타낼 수 있다. 도 12에서 나타낸 것과 같이 집광 장치(100)는 코마수차가 보정될 수 있다. 이를 통해, 광의 입사각이 변하더라도 집광점에서 광 강도분포 모양이 거의 변하지 않을 수 있다. 또한, 집광 장치(100)는 넓은 시야범위(FOV)를 가질 수 있다.
도 13은 집광 장치(100)에 의해 물체의 이미지가 형성되는 것을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 13에서는 편의상 집광 장치(100)와 이미지의 크기를 크게 나타냈다. 하지만, 실제 물체와 집광 장치(100) 사이의 거리 및 물체의 크기는 집광 장치(100)의 크기와 상당한 차이가 있을 수 있다. 따라서, 물체의 일점에서 반사된 광은 집광 장치(100)에 입사될 때 실질적으로 평행광에 가까울 수 있다. 도 13을 참조하면, 광이 입사되는 각도(θ)에 따라 위치와 집광 장치(100)의 광축 사이의 거리 (h)가 달라질 수 있다. 예시적으로 집광 장치(100)가 이미지 왜곡을 만들지 않도록 설계하는 경우, 위치와 집광 장치(100)의 광축 사이의 거리(h)는 수학식 1을 만족할 수 있다.
h=f*tanθ .... 수학식 1
수학식 1에서 h = 집광점의 위치와 집광 장치(100)의 광축 사이의 거리, f = 집광 장치(100)의 유효 초점거리(effective focal length), θ = 광의 입사각도를 나타낸다.
다른 예로, 집광 장치(100)의 시야범위(FOV)를 더욱 넓게 하기 위해 집광 장치(100)를 정사영의 어안 렌즈(orthographic fisheyelens)로 구현하는 경우, 위치와 집광 장치(100)의 광축 사이의 거리(h)는 수학식 2를 만족할 수 있다
h=f*sinθ .... 수학식 2
수학식 2에서 h = 집광점의 위치와 집광 장치(100)의 광축 사이의 거리, f = 집광 장치(100)의 유효 초점거리(effective focal length), θ = 광의 입사각도를 나타낸다.
도 14는 집광점이 형성되는 위치와 광의 입사각 사이의 관계를 나타낸 도면이다.
도 14에서 실선은 집광 장치(100)가 이미지 왜곡이 없도록(distortion free) 구현한 경우를 나타내고 점선은 집광 장치(100)를 정사영의 어안 렌즈로 구현한 경우를 나타낸다. 제1 및 제2 산란체들(122, 132)의 설계를 변경함으로써, 광의 입사각에 따른 이미지의 형성 위치를 변경할 수 있다. 그리고, 이에 따라 집광 장치(100)의 이미지 왜곡 정도와 시야범위(FOV)를 조절할 수 있다. 예를 들어, 이미지의 정확도가 요구되는 경우, 집광 장치(100)를 통과한 광의 이미지 형성 위치는 도 14의 실선 그래프에 따라 결정될 수 있다. 다른 예로, 넓은 시야범위(FOV)가 요구되는 경우, 집광 장치(100)를 통과한 광의 이미지 형성 위치는 도 14의 점선 그래프에 따라 결정될 수 있다.
도 5에서 나타낸 집광 장치(100)는 입사광의 파장에 따라 입사광을 다른 방식으로 집광할 수 있다.
제1 및 제2 박형 렌즈(120, 130)는 입사광의 파장에 따라 광의 방향을 다르게 변경할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 집광 장치(100)는 소정의 파장 영역을 가지는 입사광에 대해서만 집광면(S0)에 집광점이 형성되도록 할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 박형 렌즈(120, 130)는 입사광의 파장에 따라 코마 수차를 상호 보정하는 정도가 달라질 수 있다. 집광 장치(100)가 집광면(S0)에 광의 집광점을 형성할 수 있는 광의 파장이 집광 장치(100)의 설계파장이다. 제1 및 제2 산란체들(122, 132)의 설계조건은 집광 장치(100)가 집광하고자 하는 광의 파장, 즉 집광 장치(100)의 설계파장에 따라 달라질 수 있다.
도 15는 제1 및 제2 산란체들(122, 132)의 배열을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 15를 참조하면, 집광 장치(100)의 설계파장에 따라 제1 및 제2 산란체들(122, 132)의 사이의 간격(T), 높이, 배열 모양 등이 결정될 수 있다. 제1 및 제2 산란체들(122, 132) 사이의 간격(T)은 상기 설계 파장보다 작을 수 있다. 예시적으로, 제1 및 제2 산란체들(122, 132) 사이의 간격(T)은 설계 파장의 3/4 이하 또는 2/3 이하일 수 있다. 또한, 제1 및 제2 산란체들(122, 132) 각각의 높이(h)도 설계 파장 보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 산란체들(122, 132) 각각의 높이(h)는 상기 설계 파장의 2/3 이하일 수 있다.
도 16A 내지 도 16C는 입사광의 파장에 입사광의 진행경로가 어떻게 변하는 지를 나타낸 도면이다. 도 16A 내지 도 16C에서 나타낸 집광 장치(100)는 대략 850nm 파장의 광을 집광하기 적합하도록 설계된 것이다.
도 16A를 참조하면, 집광 장치(100)의 설계파장과 일치하는 파장의 광이 입사된 경우, 광의 입사각에 관계없이 광의 집광점이 집광면(S0)에 형성될 수 있다. 반면 도 16B를 참조하면, 상기 설계파장보다 작은 파장(830nm)의 광이 입사되면, 광의 집광점이 형성되기 전에, 광이 집광면(S0)에 도달할 수 있다. 또한, 도 16C를 참조하면, 상기 설계파장보다 큰 파장(870nm)의 광이 입사되면, 광이 집광면(S0)에 도달하기 전에 집광점이 형성될 수 있다.
도 17A 내지 도 17C는 집광 장치(100)의 광축에 평행하게 입사된 광이 집광면(S0)에 형성한 이미지의 광 강도분포를 나타낸 도면이다.
도 17B를 참조하면, 집광 장치(100)의 설계파장과 일치하는 파장(850nm)의 광의 이미지는 광의 강도 분포가 좁게 형성될 수 있다. 반면, 도 17A 및 도 17C를 참조하면 집광 장치(100)의 설계파장과 다른 파장(830nm, 870nm)의 광의 이미지는 광의 강도 분포가 넓게 형성될 수 있다. 즉, 입사광의 파장이 집광 장치(100)의 설계파장과 차이가 나게 되면, 집광 장치(100)의 광축에 평행하게 입사된 광의 집광효과가 떨어질 수 있다.
도 18은 입사광의 파장 및 입사각에 따라 이미지의 광 강도분포가 어떻게 변하는 지를 나타낸 도면이다.
도 18을 참조하면, 입사광의 파장이 설계파장(850nm)과 일치하는 경우, 입사각이 20˚가 될 때까지 집광효과가 떨이지지 않을 수 있다. 그리고, 입사각이 40˚가 되면, 광의 강도분포 변화가 생기지만 그 효과가 크지 않을 수 있다. 반면, 광의 파장이 810nm인 경우, 입사각이 20˚가 되면서부터 광의 강도분포 변화가 심하게 일어날 수 있다. 또한, 광의 파장이 870nm 인 경우, 입사각이 40˚가 됨에 따라 광의 강도분포 모양이 심하게 변할 수 있다. 즉, 입사광의 파장이 집광 장치(100)의 설계파장과 달라지면, 집광 장치(100)의 코마 수차 보정 능력이 떨어질 수 있다.
도 19는 다른 예시적인 실시예에 따른 집광 장치(100)를 나타낸 도면이다.
도 19를 참조하면, 집광 장치(100)는 입사광 가운데 집광 장치(100)의 설계파장과 다른 파장 성분을 차단하는 광 필터(160)를 포함할 수 있다. 광 필터(160)는 입사광 가운데 집광 장치(100)의 설계파장과 일치하거나 상기 설계파장에 근접한 파장을 가지는 광은 투과시킬 수 있다. 또한, 광 필터(160)는 설계파장에 근접하지 않는 파장을 가지는 광은 반사시키거나 흡수할 수 있다. 광 필터(160)가 입사광의 파장을 필터링 해줌으로써 집광효과가 떨어지는 광 성분이 집광면(S0)에 도달하는 것을 방지할 수 있다.
도 20은 다른 예시적인 실시예에 따른 이미징 장치를 나타낸 도면이다.
도 20을 참조하면, 이미징 장치는 도 5에서 나타낸 집광 장치(100)와, 집광 장치(100)를 통과한 광을 감지하는 광 감지부(140)를 포함할 수 있다. 광 감지부(140)는 집광 장치(100)의 집광면(S0)에 마련된 광 감지층(144)과 상기 광 감지층(144)을 보호하는 커버 유리(cover glass; 142)를 포함할 수 있다. 광 감지층(144)은 복수의 CCD, CMOS 센서, 포토 다이오드 등을 포함할 수 있다. 광 감지층(144) 광 감지층(144)에 입사되는 광 신호를 전기적 신호로 변환할 수 있다.
도 21은 예시적인 실시예에 따른 빔 스캐너(200)를 나타낸 도면이다.
도 21을 참조하면, 실시예에 따른 빔 스캐너(200)는 도 5에서 나타낸 집광 장치(100)를 포함할 수 있다. 또한, 빔 스캐너(200)는 복수의 광원(222)을 포함하는 광원 어레이(220)를 포함할 수 있다. 광원 어레이(220)는 도 5에서 나타낸 집광 장치(100)의 집광면(S0)의 위치에 마련될 수 있다. 따라서, 광원 어레이(220)와 집광 장치(100) 사이의 간격은 집광 장치(100)의 유효 초점거리에 따라 달라질 수 있다.
집광 장치(100)는 기판(110)의 제1 면(S1)에 입사되는 입사광의 입사각에 따라 상기 입사각을 다른 위치로 집광할 수 있다. 유사한 원리로 기판(110)의 제2 면(S2)과 마주보게 마련된 광원 어레이(220)에서 빛을 조사하는 광원(222)의 위치가 달라짐에 따라, 집광 장치(100)를 통과한 광의 진행방향이 달라질 수 있다. 예를 들어, 도 21에서 나타낸 바와 같이, 광을 방출하는 광원(222)의 위치에 따라 집광 장치(100)를 통과한 광(L1, L2)의 진행방향이 서로 달라질 수 잇다. 또한, 집광장치(100)를 통과한 광(L1, L2)은 각각 평행광이 될 수 있다. 따라서, 집광 장치(100)는 빔 스캐너(200)의 광 경로 변경부로 이용될 수 있다.
제1 및 제2 박형 렌즈(120, 130)가 서로 코마 수차를 보정하도록 설계되므로 집광 장치(100)의 시야범위가 넓어질 수 있다. 따라서, 광원 어레이(220)의 면적에 대한 제한이 적어질 수 있다. 또한, 광원 어레이(220)에서 광을 방출하는 광원(222)의 위치를 조절함으로써 빔 스캐너(200)가 광을 조사하는 방향을 용이하게 조절할 수 있다.
도 22는 다른 예시적인 실시예에 따른 스코프 장치(300)를 나타낸 도면이다. 도 22를 참조하면, 스코프 장치(300)는 집광장치(100)와, 집광장치(100)의 기판(110)의 제2 면(S2)과 마주보도록 마련되며, 대상물(10)에 광을 조사하는 광원(310)을 포함할 수 있다. 광원(310)에서 조사된 광은 대상물(10)을 통과하여 집광장치(100)에 입사될 수 있다. 그리고, 집광장치(100)는 집광 렌즈의 기능이 있는 바, 스코프 장치(300)의 대물 렌즈부로 이용될 수 잇다. 여기서, 스코프 장치(300)란 현미경, 망원경 등과 같이 크기가 작거나 먼 거리에 있는 물체를 관측하기 위한 장치를 의미한다. 집광장치(100)의 시야범위가 넓은 바, 스코프 장치(300)는 넓은 면적의 대상물(10)의 코마 수차 없이 관측할 수 있다.
도 23은 스코프 장치(300)에 의해 대상물(20)의 체적(3D volumetric) 이미징이 이루어지는 예를 나타낸 도면이다.
도 23을 참조하면, 광원(310)이 다양한 파장성분의 빛을 대상물(20)에 조사시킬 경우, 스코프 장치(300)의 집광 장치(100)는 광원(310)에서 방출되는 광의 파장 성분에 따라 대상물(20)에 대해 서로 다른 초점 거리를 가지는 대물 렌즈 기능을 수행할 수 있다. 광원(310)은 시간의 변화에 따라 서로 다른 파장 성분의 광을 대상물(20)에 조사할 수 있다. 또는, 광원(310)은 동시에 여러 파장 성분의 광을 대상물(20)에 조사할 수 있다. 스코프 장치(300)는 대상물(20)을 투과한 광의 파장 성분 별로 분리하여 이미지를 기록할 수 있다. 그리고, 스코프 장치(300)는 광의 파장 성분 별 이미지를 분석함으로써, 대상물(20)의 깊이 정보를 포함하는 3차원 이미지를 추출할 수 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
100 : 집광 장치
110 : 기판
122 : 제1 산란체
120 : 제1 박형 렌즈
132 : 제2 산란체
130 : 제2 박형 렌즈

Claims (20)

  1. 기판;
    상기 기판의 제1 면에 마련된 복수의 제1 산란체를 포함하는 제1 박형 렌즈; 및
    상기 기판의 제2 면에 마련된 복수의 제2 산란체를 포함하는 제2 박형 렌즈;를 포함하며,
    상기 제1 박형 렌즈의 상기 제1 산란체들은 상기 제2 박형렌즈의 기하 수차를 보정하도록 구성되는 집광장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 박형 렌즈는 광이 상기 제1 면에 입사하는 입사각에 관계없이 상기 광이 상기 소정의 촬상면에 집광점을 형성하도록 하는 집광장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 박형 렌즈의 중심으로부터 가장자리로 갈수록 상기 제2 산란체들을 통과하는 광의 위상편이가 감소하는 집광장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 박형 렌즈의 중심으로부터 가장자리로 갈수록 상기 제1 산란체들을 통과하는 광의 위상편이가 감소하다가 다시 증가하는 집광장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 박형렌즈는 입사광이 상기 제1 면에 입사하는 입사각에 따라 상기 입사광이 상기 촬상면에 집광되는 위치가 달라지도록 하는 집광장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 박형렌즈는, 상기 입사광이 상기 촬상면에 집광되는 위치가 수학식 1에 의해 결정되도록 하는 집광장치.
    h=f*tanθ
    (h=집광점 형성위치와 집광장치의 광축 사이의 거리, f=집광장치의 유효 초점거리(effective focal length), θ= 입사광의 입사각)
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 산란체들의 굴절률은 상기 기판의 굴절률보다 1이상 큰 집광장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 기판은 fused silica, BK7, Quartz, PMMA, SU-8 및 plastic 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 제1 및 제2 산란체들은 c-Si, p-Si, a-Si, 및 III-V 화합물 반도체, SiC, TiO2, SiN 중 적어도 하나를 포함하는 집광 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 산란체들은 상기 입사광 가운데 소정의 파장 영역의 광을 상기 촬상면에 상기 집광점이 형성되도록 하는 집광 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 산란체들 사이의 간격 및 상기 제2 산란체들 사이의 간격은 상기 소정의 파장 영역에 있는 파장보다 작은 집광 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 산란체들의 높이 및 상기 제2 산란체들의 높이는 상기 소정의 파장 영역에 있는 파장보다 작은 집광 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 입사광 가운데 상기 소정의 파장 영역 밖의 파장 성분을 차단하는 광 필터;를 더 포함하는 집광 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 산란체들의 형상 및 크기 중 적어도 하나는 상기 기판의 두께에 따라 달라지는 집광 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 산란체들은 원기둥, 타원 기둥, 다면체 기둥 중 적어도 어느 한 형상을 가지는 집광 장치.
  15. 기판, 상기 기판의 제1 면에 마련된 복수의 제1 산란체를 포함하는 제1 박형 렌즈 및 상기 기판의 제2 면에 마련된 복수의 제2 산란체를 포함하는 제2 박형 렌즈를 포함하는 광 경로 변경부; 및
    상기 기판의 제2 면으로부터 소정의 간격만큼 떨어져 위치하며, 복수의 광원을 포함하는 광원 어레이;를 포함하며
    상기 제1 박형 렌즈의 상기 제1 산란체들은 상기 제2 박형렌즈의 코마 수차를 보정하도록 구성되는 빔 스캐너.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 광 경로 변경부는, 상기 광원 어레이에서 광을 점등하는 광원의 위치에 따라 상기 광원으로부터 출사되는 광의 진행 방향이 달라지도록 하는 빔 스캐너.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 광 경로 변경부는, 상기 광원들 가운데 일 광원으로부터 출사되는 광은 평행광이 되도록 하는 빔 스캐너.
  18. 기판, 상기 기판의 제1 면에 마련된 복수의 제1 산란체를 포함하는 제1 박형 렌즈 및 상기 기판의 제2 면에 마련된 복수의 제2 산란체를 포함하는 제2 박형 렌즈를 포함하는 대물 렌즈부;
    상기 기판의 제2 면과 마주보도록 마련되며, 대상물에 광을 조사하는 광원;을 포함하며,
    상기 제1 박형 렌즈의 상기 제1 산란체들은 상기 제2 박형렌즈의 코마 수차를 보정하도록 구성되는 스코프 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 광원이 조사하는 광은 상기 대상물에 대해 투과율이 다른 파장 성분을 적어도 둘을 포함하는 스코프 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 광원으로부터 조사된 광은 파장에 따라 상기 대상물에 의해 산란되는 위치가 달라지며,
    상기 대물 렌즈부는, 상기 광이 상기 대상물에 의해 산란되는 위치에 따라 상기 광이 진행하는 방향이 달라지도록 하는 스코프 장치.
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