KR20170036711A - 소형 조명 시스템 - Google Patents

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KR20170036711A
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Abstract

본 발명은 조명 시스템에 관한 것으로, 조명 시스템은, (a) 스캐닝 미러 어셈블리의 반사 표면을 향해 시준되지 않은 광을 방출하여 광원이 반사 표면으로부터 반사된 광의 영역을 폐색시키도록 하기 위해 배열되는 광원; (b) 적어도 하나의 회전 축(7) 둘레로 회전 이동되도록 배열된, 반사 표면을 포함하는 스캐닝 미러 어셈블리(3); 및 상기 반사광의 전파 방향을 변화시켜서 상기 폐색된 영역의 적어도 일부분을 조명하도록 하기 위한 광 요소(15)를 포함한다.

Description

소형 조명 시스템{COMPACT ILLUMINATION SYSTEM}
본 발명은, 예를 들어 사진 플래시 또는 3D 감지 애플리케이션에서 사용될 조명 시스템의 분야에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 적어도 하나의 스캐닝 미러 어셈블리를 포함하는 조명 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 대응하는 조명 시스템 제조 방법에 관한 것이다.
스캐닝 미러 기반 광 프로젝션 시스템은 조명 시스템의 분야에서 공지되어 있다. US2014/0029282에는 그러한 시스템의 예가 개시되어 있으며, 여기서 광원은 레이저 타입 광원이다. 2개의 직교 축 둘레로 회전가능한 스캐닝 미러가 가동되고, 일차 광원으로부터 광 신호를 수신하여 인(phosphorous) 요소 상에 이미지를 투영시킨다. 일차 광원에 의해 방출된 광, 또는 더 구체적으로 그러한 광의 광도(illuminous intensity)는, 예를 들어, 인 요소 상에 원하는 이미지를 투영시키기 위해 변조될 수 있다. 이어서, 인 요소는 일차 광원으로부터 수신된 광 신호의 파장 변환을 수행하도록 배열된다. 그 결과, 이차 광원으로서 작용하는 인 요소는 광을 재방출하는데, 이는 일차 광원으로부터의 광과 조합될 때, 유용한 백색광을 여러 방향으로 발생시킨다. 이러한 종류의 시스템에서, 매우 높은 전체 에너지 효율이 획득될 수 있는데, 이는 인 요소에 의해 수행된 파장 변환이 레이저 광원의 전기-광 변환보다 더 에너지 효율적이기 때문이다. US2014/0029282에 따르면, 2개의 직교 축 둘레로 회전가능한 하나의 스캐닝 미러를 사용하는 대신, 각각이 하나의 축 둘레로 이동가능한 2개의 미러를 대신에 사용하는 것이 가능하며, 여기서 2개의 축은 상호 직교한다.
도 1은 레이저 광원(1)과 같은 광원(1), 및 본 예에서, 축(7)을 중심으로 회전되도록 배열된 이동가능 플레이트(5)를 포함하는 스캐닝 미러 어셈블리(3)를 포함하는 조명 시스템의 개략적인 단면도를 도시한다. 이동가능 플레이트는 미러를 포함하고, 동일한 축(7)을 따라서 플레이트의 양 측면 상에 정렬된 2개의 지지 아암(도시되지 않음)에 의해 프레임(9)에 접속된다. 도 1에서, 광원(1)에 의해 방출된 광은 A로 표기되고, 반면에 미러에 의해 반사된 광은 B로 표기된다. 공간을 줄이기 위해, 그리고 변형이 없는 반사 이미지를 획득하기 위해, 광원은 바람직하게는, 정지 시에 광선(A)이 미러의 중심점에 대해 90도에 가까운, 미러 표면에서의 입사각을 형성하도록 미러 바로 위에 놓여야 한다. 그러나, 이러한 위치에서, 광원은 반사광을 차단하여, 광원 뒤에 폐색되거나 조명되지 않는 스폿을 생성할 것이다. 이러한 폐색 문제를 피하기 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 광원을 미러의 중심점 바로 위의 위치로부터 약간 오프셋되게 배열함으로써 미러 중심점 바로 위에서의 반사광의 자유로운 통과가 보장될 수 있다. 그러나, 광원은 도 1에 도시된 바와 같은 위치에서 반사광 중 일부를 여전히 차단한다. 더욱이, 도 1의 장치는 또한 공간의 사용 측면에서 최적이 아니다.
도 2는 도 1에서와 동일한 장치를 도시하지만, 이러한 경우, 광원은 중심 위치에 대해 훨씬 더 오프셋되어 있다. 이제, 광원은 더 이상 반사 신호를 차단하지 않지만, 구성은 심지어 도 1의 구성보다 더 큰 공간을 차지하고, 최종 또는 반사 이미지는 미러의 표면에 부딪치는 광(A)의 넓은 입사각으로 인해 분명히 변형될 것이라는 단점을 갖는다. 또한 전술한 타입의 조명 시스템의 현재 제조 공정이 최적화된 것이 아니라는 점에 주목해야 한다. 예를 들어, 도 1 또는 도 2의 각이 있는(angled) 구성은 광원 및 스캐닝 미러 어셈블리와 같은 다양한 컴포넌트의 정렬 시에 매우 높은 정밀도를 요구한다. 이는 자연히 제조 공정의 복잡도를 증가시킨다.
본 발명의 목적은 스캐닝 미러 조명 해결책에 관련된 앞서 확인된 문제를 해결하는 것이다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 조명 시스템이 제공되며, 조명 시스템은,
Figure pct00001
스캐닝 미러 어셈블리의 반사 표면을 향해 시준되지 않은 광을 방출하여 반사 표면으로부터 반사된 광의 영역을 폐색시키도록 배열된 광원;
Figure pct00002
적어도 하나의 회전 축 둘레로 회전 이동되도록 배열되는, 반사 표면을 포함하는 스캐닝 미러 어셈블리; 및
Figure pct00003
상기 폐색된 영역의 적어도 일부분을 조명하도록 상기 반사광의 전파 방향을 변화시키기 위한 제1 광학 요소를 포함한다.
제안된 해결책은 더 소형인 조명 시스템을 제공하는데, 이는 광원이 스캐닝 미러 어셈블리의 전방에 위치되고, 그에 따라 광원으로부터 반사 표면까지의 시스템의 출력 개구부(output aperture)를 향하는 광 경로의 길이가 최소화될 수 있기 때문이다. 광원에 의한 반사광의 차단에 의해 야기되는 그림자 또는 폐색 효과는 반사광을 폐색 영역으로 향하게 하도록 배치되는 광학 요소에 의해 완화된다. 따라서, 본 발명은, 광이 광원을 향해 다시 반사되는 경우, 광원이 반사광을 폐색시키는 공지된 문제를 적어도 부분적으로 해결한다.
제1 양태의 변형예에 따르면, 제1 광학 요소는 반사 표면에 대해 적어도 부분적으로 광원 너머에 위치된다.
제1 양태의 다른 변형예에 따르면, 제1 광학 요소는 반사 표면에 대해 전체가 광원 너머에 위치된다.
제1 양태의 다른 변형예에 따르면, 제1 광학 요소는 렌즈, 파장 변환 요소, 또는 회절 격자를 포함한다.
제1 양태의 다른 변형예에 따르면, 광원은 반사 표면의 중간점으로부터 연장되고, 정지 시에 그리고 회전 변위되지 않는 경우에 반사 표면에 실질적으로 직교하는 제1 축 상에 위치된다.
제1 양태의 다른 변형예에 따르면, 제1 광학 요소의 단면 형상은 평면-볼록, 양면볼록, 평면-오목, 양면오목, 원통형, 구체 또는 비구체이다.
제1 양태의 다른 변형예에 따르면, 제1 광학 요소는 렌즈의 어레이를 포함한다.
제1 양태의 다른 변형예에 따르면, 시스템은 광원과 제1 광학 요소 사이에 지지 요소를 더 포함하며, 지지 요소는 반사 표면의 회전 축에 대해 광원 및 제1 광학 요소를 이들의 상대적 위치에서 지지하도록 배열된다.
제1 양태의 다른 변형예에 따르면, 시스템은 광원에 의해 방출된 광이 반사 표면에 도달하기 전에 광을 형상화하기 위한 제2 광학 요소를 추가로 포함한다.
제1 양태의 다른 변형예에 따르면, 제1 광학 요소는 렌즈를 포함하고, 시스템은 파장 변환 요소를 추가로 포함한다.
제1 양태의 다른 변형예에 따르면, 파장 변환 요소는 제1 광학 요소와 스캐닝 미러 어셈블리 사이에 위치된다.
제1 양태의 다른 변형예에 따르면, 파장 변환 요소는 반사 표면에 대해 광원 너머에 위치된다.
제1 양태의 다른 변형예에 따르면, 광원은 제1 광학 요소의 초점 길이의 절반과 동일한 거리만큼 반사 표면으로부터 이격된다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 조명 시스템을 제조하는 방법이 제공되며, 본 방법은,
Figure pct00004
제1 기판 및 제2 기판을 제공하는 단계;
Figure pct00005
제1 기판 상에 시준되지 않은 광을 방출하도록 배열된 광원을 제공하는 단계;
Figure pct00006
적어도 하나의 회전 축 둘레로 회전 이동되도록 그리고 광원에 의해 방출된 광을 반사시키도록 배열된 반사 표면을 포함하는 스캐닝 미러 어셈블리를 제2 기판 상에 제공하는 단계;
Figure pct00007
반사 표면으로부터 반사된 광의 전파 방향을 변화시키기 위한 제1 광학 요소를 제1 기판 상에 제공하는 단계;
Figure pct00008
제1 기판 및 제2 기판을 서로로부터 사전결정된 이격거리로 유지시키기 위한 스페이서 요소를 제공하는 단계; 및
Figure pct00009
제1 기판 및 제2 기판을 적층하는 단계를 포함한다.
제안된 제조 공정은 저비용으로 대량 생산을 하는 데 적합하다는 이점을 제공한다. 제조 공정의 다른 이점은 획득가능한 제조 공정 수율이 높다는 것이다. 이는, 예를 들어 조명 시스템 당 매우 적은 수의 광학 컴포넌트로 인한 것이다. 가장 간단한 형태에서는, 3개의 광학 컴포넌트, 즉 광원, 광학 요소 및 반사 표면만이 필요하다. 또한, 미러 반사 표면과 광원의 의도된 직교 배열이 제대로 정렬되지 않을 수도 있지만, 시스템은 여전히 잘 수행될 것이다. 다른 이점은, 광 경로에서의 반사 횟수가 최소화되어 광 손실을 또한 최소화시킨다는 것인데, 그 이유는 각각의 반사가 일부 광 손실을 일으키고, 이어서 최종 조명 프로파일을 손상시킬 수도 있는 일부 "기생 광"을 생성하기 때문이다.
제2 양태의 변형예에 따르면, 방법은 제2 기판 상에 하나 이상의 광 센서를 제공하는 단계를 추가로 포함한다.
제2 양태의 다른 변형예에 따르면, 하나 이상의 광 센서는 실질적으로 투명하지 않은 분리기에 의해 스캐닝 미러 어셈블리로부터 이격되도록 제공된다.
제2 양태의 다른 변형예에 따르면, 적어도 2개의 광학 요소 및 광원은 제1 기판 상에 제공되고, 적어도 2개의 스캐닝 미러 어셈블리는 제2 기판 상에 제공되며, 본 방법은 적층된 기판 구조물을 커팅하여 적어도 2개의 조명 시스템 모듈을 형성하는 단계를 추가로 포함한다.
제2 양태의 다른 변형예에 따르면, 제1 광학 요소는, 제1 기판 상에 성형가능한 투명 기판을 제공하고 몰드로 성형가능한 투명 기판을 패턴화하여 제1 광학 요소를 형성함으로써 제공된다.
제2 양태의 다른 변형예에 따르면, 광원은 제1 기판의 제1 표면 상에 제공되고, 제1 광학 요소는 제1 표면에 대향하는 제1 기판의 제2 표면 상에 제공된다.
제2 양태의 다른 변형예에 따르면, 광원이 제1 기판 상에 제공되어, 반사 표면을 향해 시준되지 않은 광을 방출하도록 배열되고, 광원은 반사 표면으로부터 반사된 광의 영역을 폐색시키도록 위치되고, 제1 광학 요소는 상기 반사광의 전파 방향을 변화시켜서 상기 폐색된 영역의 적어도 일부분을 조명하도록 배열된다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 첨부 도면을 참조하여 비제한적인 예시적인 실시예에 대한 하기의 설명으로부터 명백해질 것이다.
Figure pct00010
도 1은 종래 기술에 따른 조명 시스템의 개략적인 단면도이고;
Figure pct00011
도 2는 종래 기술에 따른 다른 조명 시스템의 개략적인 단면도이고;
Figure pct00012
도 3은 본 발명의 일례에 따른 조명 시스템의 개략적인 단면도이고;
Figure pct00013
도 4는 도 3의 조명 시스템의 개략적인 단면도이지만, 여기서 광원과 반사 표면 사이의 거리는 시스템에서 사용되는 광학 요소의 초점 거리의 절반에 대응하고;
Figure pct00014
도 5는 도 3의 조명 시스템의 예시적인 제조 공정을 예시한 흐름도이고;
Figure pct00015
도 6a 내지 도 6k는 제조 공정의 다양한 단계를 개략적으로 예시한다.
이제, 본 발명의 일 실시예가 첨부 도면을 참조하여 상세히 기술될 것이다. 상이한 도면들에 도시된 동일하거나 대응하는 기능적 및 구조적 요소에는 동일한 참조 부호가 할당된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 조명 시스템 또는 디바이스를 예시한 개략적인 단면도이다. 이러한 장치(arrangement)는, 예를 들어 제스처 감지 애플리케이션 및/또는 객체 또는 환경의 3차원 맵핑에서 사용되는, 예를 들어 사진 플래시 애플리케이션 또는 3D 감지 솔루션에 이용될 수도 있다. 도 1은 광원(1)을 도시한다. 다양한 타입의 광원 및 패키징이 사용될 수도 있고; 광원(1)은, 예를 들어 에지 발광 레이저 다이오드, VCSEL(vertical-cavity surface-emitting laser), LED(light emitting diode), 공진 캐비티 LED, 마이크로-LED 또는 그러한 광원들의 어레이일 수도 있다. 광원은 단색성 레이저 광원일 수도 있다. 조명 시스템이 스마트 플래시 애플리케이션에 사용되는 경우, 방출되는 광은 전형적으로, 자외선(UV) 또는 근-UV 광(시스템의 일부인 파장 변환 요소에 의해 재방출되면 360 nm 내지 480 nm의 파장을 가짐), 또는 가시광(예를 들어 서로 조합되면 백색 빔 또는 다른 색상의 빔을 생성할 수 있는 3개의 광원(즉, 적색, 녹색 및 청색)을 사용하여 획득됨)이다. 그러나, 다른 애플리케이션에서는 UV 광으로부터 가시광을 거쳐서 적외선 광까지의 다른 파장이 이용될 수도 있다. 광원(1)은, 전형적으로, 시준되지 않은 광, 즉 평행하지 않은 광선을 갖는 광을 방출한다. 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 광원은 스캐닝 미러 시스템(3)의 전방, 및 더 구체적으로는, 이동가능 플레이트(5) 상에 형성되는 미러의 전방에 위치된다. 이러한 예에서, 스캐닝 미러 시스템은 MEMS(Micro-Electro-Mechanical System) 스캐닝 미러이다. 이동가능 플레이트(5)는 축(7)을 중심으로 회전되도록 배열된다. 이동가능 플레이트는 동일한 축(7)을 따라서 플레이트의 양 측면 상에 정렬된 2개의 지지 아암(도시되지 않음)에 의해 프레임(9)에 접속된다. 이러한 예에서, 미러는 하나의 축을 중심으로 회전하지만, 그것은 또한 2개의 상호 직교 축을 중심으로 회전할 수 있다. 스캐닝 시스템의 이점은, 실제 이미지가 투영될 수 있어서, 투영된 이미지의 밝기가 (예를 들어, 픽셀 레벨에서) 국부적으로 제어되게 하기 때문에, 결과적인 투영 및 반사된 광선이 국부적으로 밝기가 조절될 수 있고/있거나 조명되지 않는 픽셀과 조명되는 픽셀 사이의 콘트라스트 레벨이 제어될 수 있다.
스캐닝 시스템(3)은 리사주(Lissajous) 패턴 또는 (비월되는 또는 비월되지 않는) 래스터(raster) 패턴과 같은 다양한 종류의 패턴을 따라서 광을 편향시키도록 배열된다. 래스터 패턴 프로젝션 내에서, 이미지는, 또한, 소위 귀선(fly-back) 스캐닝 패턴 동안에 디스플레이될 수 있고, (전형적인 래스터 스캔 디스플레이에서, MEMS 미러는 이미지 리프레시 속도를 제어하는 미러 또는 미러 축(즉, 2개의 상호 직교 축을 중심으로 회전하는 이동가능 플레이트(5)를 갖는 2D MEMS 미러를 사용하면 자신의 공진 주파수의 외부에서 가동되는 미러 축)의 하나의 스위프(sweep)에서만 이미지를 디스플레이하지만, 귀선 옵션에서, 동일한 또는 다른 패턴이 미러의 다른 스위프 상에서 디스플레이될 수도 있음) 또는 다른 패턴이 사용될 수 있는데, 여기서, 스캐닝 패턴의 방향은 스위칭될 수 있고(예를 들어, 수평 스캐닝 대신에 수직 스캐닝, 이에 의해, 이미지는 좌측으로부터 우측으로가 아니라 수직 라인으로서 형성될 수 있거나 또는 그 역으로 형성될 수 있음), 또는 스크린이 임의의 종류의 공간 채움 곡선(sapce-filling curve), 예를 들어 페아노(Peano), 힐버트(Hilbert), 또는 다른 프랙탈(fractal) 곡선 또는 L-시스템 곡선을 사용하여 스캐닝된다.
스캐닝 미러 시스템(3)은, 예를 들어, 자기적, 정전, 열적, 압전, 유압, 공압, 화학, 또는 음향 수단을 사용하여 가동될 수도 있다. 플레이트(5)가 자기적으로 가동되는 경우, 스캐닝 미러 시스템의 하부 및/또는 측면 부분은 자기장을 발생시켜서 미러를 포함하는 플레이트를 이동시키기 위한 자석(11)을 포함할 수도 있다. 이러한 예에서, 광원은, 정지 시(정지 위치는 도 3에 도시된 것임) 그리고 미러 표면에 대해 90도 각도를 갖는 경우, 미러의 전방에서 또는 소위 중립 위치에서 미러의 중심점으로부터 묘사된 가상의 라인 상에 위치된다. 따라서, 미러는 광원 대면 측 및 플레이트 대면 측을 갖는다.
본 예에는, 본 명세서에서 제2 광학 요소로 지칭되는 광학 요소(13)가 또한 도시되어 있다. 제2 광학 요소는 선택적이고, 이는 일부 빔 형상화를 행하는 것, 예를 들어 빔의 풋프린트 프로파일의 수정 및/또는 광 발산 또는 포커싱의 수행, 또는 광원에 의해 방출된 광선(A)이 미러에 도달하기 전에 시준하기 위한 것이다. 예를 들어, 제2 광학 요소(13)가 없다면, 광선은 미러 표면의 평면에 타원형의 풋프린트 프로파일을 가지는 것이 가능하다. 그러나, 제2 광학 요소(13)는 광선의 풋프린트를 변화시키도록 그리고 이를, 예를 들어 원형으로 만들도록 구성될 수 있다. 제2 광학 요소는 간단히 렌즈일 수도 있는데, 예를 들어 그 형태는 소정 종류의 바람직한 빔 형성화에 따라 선택된다.
본 명세서에서 제1 광학 요소로 지칭되는 다른 광학 요소(15)는 지지부 또는 기판(17) 상에 제공된다. 이러한 예에서, 제1 광학 요소(15) 및 지지부는 (플레이트(5)에서 볼 때) 광원(1) 뒤에 놓인다. 제1 광학 요소는 렌즈, 마이크로렌즈 어레이, 또는 인 요소와 같은 파장 변환 요소, 또는 위 요소들의 조합을 포함할 수도 있다. 제1 광학 요소는, 추가로 또는 대안으로, 회절 격자를 포함할 수도 있다. 제1 광학 요소는 유리 또는 투명 플라스틱으로 이루어질 수도 있다. 제1 광학 요소(15)는 미러로부터 반사된 광(B)의 전파 방향을 변화시키고, 이로써 광원 자체의 존재에 의해 야기되는 폐색 영역 내로 반사광을 적어도 부분적으로 재지향시키기 위한 것이다. 제1 광학 요소(15)에 의한 반사광의 이러한 재지향의 결과로서, 도 3에 도시된 위치에서 제1 광학 요소 뒤에 놓인 센서(예컨대, 사람의 눈)는 센서가 광원에 의해 폐색되지 않은 것처럼 반사광의 이미지 패턴을 검출하거나, 또는 제1 광학 요소(15)가 존재하지 않는 경우에 비해 적어도 폐색의 효과가 현저히 감소된다. 이러한 방식으로, 광학기기를 광원 뒤에 배치하고 폐색을 보상하도록 광학기기를 주의 깊게 설계함으로써, 광원(1)에 의해 야기되는 광 차단의 부정적인 효과가 현저히 감소되거나 심지어 실질적으로 제거될 수 있다.
이러한 아키텍처는, 또한, 제조 공정 및 그러한 광학 시스템의 소형화를 상당히 간단하게 할 수 있다. 또한, 광원이 미러의 바로 위에 또는 그 전방에 놓이기 때문에, 미러에 의해 투영되는 임의의 결과적인 이미지가 변형에 의해 영향을 덜 받는다. 제1 광학 요소가 렌즈를 포함하는 경우, 반사광은 그것이 렌즈를 통과함에 따라 그의 광학적 특성 중 적어도 일부를 유지할 것이다. 예를 들어, 제1 광학 요소에 도달하는 광선이 가간섭성인 경우, 재지향되는 광선도 또한 가간섭성일 것이다. 빔의 방향 및 빔의 형상에 관한 특성은 의도적으로 렌즈에 의해 수정될 수도 있다.
예시된 예에서, 제1 광학 요소는 평면-볼록 렌즈를 포함하고, 이는 자신을 통과하는 광선을 모으도록 배열되고 구체적으로는, 반사광(B)의 폐색이 발생하는 영역에 인접하게 광선을 집중시키도록 배열된다. 그러나, 구현 세부사항에 따라 다른 형태가 또한 가능하다. 또한 사용될 수 있는 다양한 광학 요소의 예는 양면볼록(biconvex), 평면-오목(통과하는 광선을 발산시킴), 양면오목(biconcave), 메니스커스(meniscus), 원통형, 구체 또는 비구체이다. 렌즈는 또한 프레넬 렌즈(Fresnel lens)일 수도 있는데, 이는 구체, 비구체 또는 원통형 렌즈보다 더 가늘어서, 심지어 더 작은 조명 시스템을 가능하게 한다는 이점이 있다. 제1 광학 요소는 또한, 평평한 또는 울퉁불퉁한 표면을 갖는 인 요소 또는 렌즈의 어레이이거나, 또는 렌즈 또는 마이크로렌즈 어레이의 상측에 또는 요소(17)와 렌즈 또는 마이크로렌즈 어레이 사이에 배치되는 인 요소와 렌즈 또는 마이크로렌즈의 조합일 수 있다.
도 3에 도시된 조명 시스템이 거리 측정치(3D 맵핑) 애플리케이션에 사용되는 경우, 제1 광학 요소는 렌즈 또는 렌즈들의 어레이를 포함할 수도 있으며, 파장 변환 요소가 필요하지 않을 수도 있다. 그러나, 조명 시스템이 스마트 플래시 애플리케이션에 사용되는 경우, 시스템은 바람직하게는 파장 변환 요소를 포함한다. 이러한 경우, 광학 요소(15)는 파장 변환 요소를 포함할 수 있다. 대안으로, 제1 광학 요소는 렌즈를 포함할 수도 있고, 별개의 파장 변환 요소가 별개의 요소로서 제공될 수 있다. 이러한 파장 변환 요소는, 예를 들어 지지부(17)와 제1 광학 요소(15) 사이에 놓일 수도 있고, 또는 파장 변환 요소는 (플레이트(5)에서 볼 때) 제1 광학 요소(15)의 추가 측면 상에 놓일 수도 있다. 파장 변환 요소는 제1 광학 요소와 직접적으로 접촉할 수도 있고, 또는 제1 광학 요소로부터의 사전결정된 거리에 배치될 수도 있다. 광선을 광학적으로 수정하기 위한 가능성은 제1 광학 요소로부터의 거리에 파장 변환 요소를 놓음으로써 최대화될 수도 있다. 파장 변환 요소는 인광체 필름, 또는 바람직하게는 연속적이고 균질인 인광체 층이 증착(deposite)된 플레이트를 포함할 수도 있다. 전형적으로 단색성인 스캐닝 시스템으로부터 광선(A)을 수신하는 파장 변환 요소 상의 각각의 지점은 광 출력을 흡수하고, 이어서, 하나 이상의 상이한 파장의 광(B)을 재방출한다. 최종 조합된 광은 "백색"으로 간주될 수 있는데, 이는 그것이 약 400 nm 내지 800 nm, 즉 가시광 스펙트럼 내의 복수의 파장을 포함하기 때문이다.
스캐닝 미러 반사 표면이 렌즈(15)로부터의 렌즈 초점 길이(f/2)의 절반과 동일한 거리에 놓이는 경우, 또는 더 정확하게 렌즈로부터 미러까지의 거리와 미러로부터 광원 방출 지점까지의 거리의 합이 렌즈의 초점 길이와 동일한 경우, 최종 광선은 렌즈에 의해 시준될 수도 있다. 이는, 투영된 광이 자신의 형상 및 세기 프로파일을 다수의 투영 거리에 대해 실질적으로 유지할 수 있다는 이점을 갖는다. 대안으로, 렌즈가 미러의 반사 표면으로부터 f/2에 보다 가깝게 또는 그보다 더 멀리 놓이는 경우, 결과적인 투영된 광은 발산되어, 조명 시스템이 더 큰 조명 영역을 커버할 수 있을 것이다.
다음으로, 위 조명 시스템의 제조 공정은 도 5 및 도 6a 내지 도 6k의 흐름도를 참조하여 설명된다. 단계 41에서, 광원 기판이라고도 지칭되는 제1 기판(17)(도 6a), 및 미러 기판이라고도 지칭되는 제2 기판(19)(도 6a)이 제공되거나 제조된다. 광원 기판(17)은 투명하며, 웨이퍼일 수도 있고, 전형적으로, (적외선 레이저가 사용되는 경우) 유리, 플라스틱, 또는 실리콘으로 제조될 수도 있다. 미러 기판(19)은, 실리콘 또는 유리 또는 전자 인쇄 회로 보드(PCB)로 제조되고, 예를 들어, FR4 재료(에폭시 바인더로 직조된 유리 섬유)로 제조될 수도 있는 웨이퍼일 수도 있다. 단계 43에서, 전기 접촉 요소(21)는 도 6b 및 도 6c에 도시된 바와 같이 기판 상에 제공된다. 이들 접촉부(21)는, 예를 들어 전도성 ITO(indium tin oxide) 또는 주석 도핑 인듐 산화물 층일 수도 있다. 그러한 접촉부는 거의 투명하다. 광이 광원 기판(17)에 도달하게 되는 경우, 이러한 투명한 속성은 기판을 통과하는 광의 차단을 최소화될 수 있다는 이점을 갖는다. 이들 접촉부는 간단히 금속 접촉 요소일 수도 있다. 접촉부는 기판의 표면 상에 침착될 수도 있고, 이어서 패턴화될 수도 있다. 알 수 있는 바와 같이, 예시된 예에서, 접촉 요소는 쌍으로 제공될 수도 있지만, 다른 배열이 가능하며, 접촉부의 개수는 제조 공정에 요구되는 배선에 의존한다. 간소성을 위해, 예시된 예는 광원 기판 상에 2개의 행에 4개의 접촉부 쌍만을 갖는 것으로 도시되지만, 2개의 행에 8개의 접촉부 쌍이 미러 기판 상에 제공된다. 그러나, 실제 구현예에서, 각각의 기판은 수십, 수백, 또는 수천 개 이상의 접촉부를 포함할 수도 있다. 접촉 패드(23)는 또한 기판의 반대면 상에 제공될 수도 있다. 단계 43에서, 홀 또는 비아(25)가 또한 기판에 제공되어, 기판의 일 측면으로부터 다른 측면으로의 접속을 가능하게 할 수도 있다. 홀 또는 비아는 기판 상에서의 접촉 요소의 형성 전에 기판에 존재할 수 있다.
단계 45에서, 필요한 접속 와이어(27)를 비롯한, 광원(1) 및 스캐닝 미러 시스템(3)과 같은 다양한 컴포넌트가 도 6d 및 도 6e에 도시된 바와 같이 각자의 기판 상에 제공 또는 형성된다. 이는, 예를 들어, 표준 픽앤드플레이스(pick-and-place) 기계를 사용하여 픽앤드플레이스에 의해 컴포넌트를 배치함으로써 달성될 수 있다. 이러한 예에서, 광 센서(29)는, 또한, 광 센서가 모든 스캐닝 미러 시스템에 제공되고 이들 요소가 미러 기판(19) 상에 교번 시퀀스로 제공되도록 미러 기판(19) 상에 제공 또는 형성된다. 이러한 단계는, 또한, 예를 들어, 접속 와이어(27)를 추가하는 것, 및 솔더링에 의해 와이어를 각자의 컴포넌트에 접속시키는 것을 포함할 수도 있다. 단계 47에서, 도 6f에 도시된 바와 같이, 광학 요소 기판(31)이 접촉 패드(23)와 동일한 측면에서 광원 기판(17) 상에 증착된다. 단계 49에서, 마스터 기판(33), 마스크 또는 몰드가 도 6g에 예시된 바와 같이, 제1 광학 요소의 바람직한 형태로 반전되거나 반대되는 패턴으로 패턴화된다. 마스터 기판은, 예를 들어, 유리, 폴리머, 실리콘, 구리 또는 니켈 재료 등의 금속으로 이루어질 수도 있다. 단계 51에서, 광학 요소 기판은, 도 6h에 도시된 바와 같이, 마스터 기판(33)을 사용하여 광원 기판 표면 상에 원하는 제1 광학 요소(15)를 생성하도록 패턴화된다. 패턴화 동작은, 각자 열적으로 경화가능한 재료, 또는 UV 경화가능 폴리머와 같은 UV 경화가능 재료, 또는 이 둘의 혼합으로 제조된 광학 요소의 경우, 예를 들어, 열 또는 UV 경화에 의해 행해진 광학 요소 경화의 최종 경화(curing, hardening)와 함께 또는 이와는 별개로 고온 엠보싱, 스탬핑, 및/또는 압력의 인가에 의해 행해질 수도 있다.
단계 53에서, 도 6i에 도시된 바와 같이, 스페이서 요소(35)가 미러 기판(19) 상에 제공된다. 이는, 예를 들어, 폴리머 재료의 증착 및 패턴화에 의해, 또는 쓰루홀을 갖는 완전한 스페이서 웨이퍼를 사용함으로써 달성될 수도 있다. 스페이서(35)는, 바람직하게는, 광원(1)에 의해 방출되고 스캐닝 시스템(3)에 의해 반사된 임의의 기생 광선을 회피시켜서 광 센서(29)를 조명하도록 하는 투명하지 않은 표면을 갖는다. 예를 들어, 스페이서는 실리콘, 또는, 투명하지 않은, 또는 불투명한 플라스틱 또는 폴리머 재료 또는 투명하지 않은 또는 불투명한 유리로 제조될 수도 있다. 단계 55에서, 광원 기판(17)은, 도 6j에 도시된 바와 같이, 광원 기판이 스페이서에 의해 지지되도록 미러 기판(19) 상에 적층된다. 단계 57에서, 적층된 기판은 완성된 완전한 시스템 모듈을 형성하도록 다이싱 또는 커팅된다. 이러한 예에서, 각각의 최종 모듈은 센서 모듈 옆에 하나의 조명 시스템 모듈을 포함한다. 다른 방식으로, 모듈은 하나의 조명 시스템 모듈 및 다수의 센서 모듈로 구성될 수 있다. 모듈은, 예를 들어, 감지된 광에 리던던시를 생성하도록 구성될 수도 있는데, 이는 2개 이상의 센서가 조명된 객체에 의해 반사된 광을 감지할 수 있을 것이고, 이어서 알고리즘이, 획득된 정보를 비교하고 이어서 더 강한 시스템 리던던시 및 그에 따라 강건성을 가능하게 할 수도 있을 것이기 때문이다. 동일한 모듈이, 스테레오비전(stereovision) 및/또는 삼각측량과 양립가능한 방식으로 사용될 수도 있는데, 여기서 거리 정보는 상이한 위치에 놓인 2개의 센서에 의해 검출되는 광 정보를 계산함으로써 도출된다. 이러한 종류의 완전한 모듈은, 예를 들어, 거리 측정에 사용될 수도 있고, 이에 따라, 3D 감지에 적합하다. 그러한 모듈이 사진 플래시 애플리케이션에 사용되는 경우, 센서 모듈은, 예를 들어, 주변광을 측정하도록 배열될 수도 있다. 대안으로, 특정 애플리케이션에 따라, 센서 모듈이 전혀 필요하지 않을 수도 있다. 스캐닝 미러 어셈블리 및 광학 요소가, 2개의 기판 상에 제공되는 다른 필요한 컴포넌트와 함께, 많은(전형적으로, 수백 개 이상의) 광원을 포함함으로써, 제조 공정 중 대부분은 개별 부분 어셈블리 단계에 의존하는 대신에 기판 레벨 어셈블리 동안에 실행될 수 있다.
전술된 예시적인 제조 공정은 다양한 방식으로 적응될 수도 있다. 예를 들어, 위 단계들의 순서는 변경될 수도 있다. 예를 들어, 스페이서는 그 기판 상에 필수적인 컴포넌트를 제공하기 전에 또는 다른 컴포넌트와 동시에 미러 기판 상에 제공될 수도 있다. 스페이서를 미러 기판 상에 제공하는 대신에 그것을 광원 기판 상에 제공하는 것이 또한 가능할 것이다.
본 발명이 도면 및 전술한 설명에서 상세히 예증 및 기술되었지만, 그러한 예시 및 설명은 규제하는 것이 아니라 예증 또는 예시하는 것으로 간주될 것이고, 본 발명은 개시된 실시예로 제한되지 않는다. 다른 실시예 및 변형예가 이해되며, 도면, 개시물, 및 첨부된 청구범위의 연구에 기초하여 청구되는 발명을 실행할 때 당업자에 의해 달성될 수 있다.
청구범위에서, "포함하는"이라는 단어는 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않으며, 단수 표기가 복수를 배제하지는 않는다. 상이한 특징부들이 상호 상이한 종속항에서 인용된다는 단순한 사실은 이러한 특징부들의 조합이 유리하게 사용될 수 있다는 것을 나타내지는 않는다.

Claims (20)

  1. 조명 시스템으로서,
    Figure pct00016
    스캐닝 미러 어셈블리의 반사 표면을 향해 시준되지 않은 광(non-collimated light)을 방출하여 상기 반사 표면으로부터 반사된 광의 영역을 폐색시키도록 배열된 광원;
    Figure pct00017
    적어도 하나의 회전 축 둘레로 회전 이동되도록 배열되며, 상기 반사 표면을 포함하는 상기 스캐닝 미러 어셈블리; 및
    Figure pct00018
    상기 폐색된 영역의 적어도 일부분을 조명하도록 상기 반사광의 전파 방향을 변화시키기 위한 제1 광학 요소를 포함하는
    조명 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광학 요소는 상기 반사 표면에 대해 적어도 부분적으로 상기 광원 너머에 위치되는
    조명 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광학 요소는 상기 반사 표면에 대해 전체가 상기 광원 너머에 위치되는
    조명 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광학 요소는 렌즈, 파장 변환 요소, 또는 회절 격자를 포함하는
    조명 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광원은, 상기 반사 표면의 중간점(mid-point)으로부터 연장되고 정지 시에 및 회전 변위되지 않는 경우에 상기 반사 표면에 실질적으로 직교하는 제1 축 상에 위치되는
    조명 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광학 요소의 단면 형상은 평면-볼록, 양면볼록, 평면-오목, 양면오목, 원통형, 구체 또는 비구체인
    조명 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광학 요소는 렌즈의 어레이를 포함하는
    조명 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광원과 상기 제1 광학 요소 사이에 지지 요소 - 상기 지지 요소는 상기 반사 표면의 회전 축에 대한 이들의 상대적 위치에서 상기 광원 및 상기 제1 광학 요소를 지지하도록 배열됨 - 를 더 포함하는
    조명 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광원에 의해 방출된 광이 상기 반사 표면에 도달하기 전에 상기 광을 형상화(shaping)하기 위한 제2 광학 요소를 더 포함하는
    조명 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광학 요소는 렌즈를 포함하고, 상기 시스템은 파장 변환 요소를 더 포함하는
    조명 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 파장 변환 요소는 상기 제1 광학 요소와 상기 스캐닝 미러 어셈블리 사이에 위치되는
    조명 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 파장 변환 요소는 상기 반사 표면에 대해 상기 광원 너머에 위치되는
    조명 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 광원은 상기 제1 광학 요소의 초점 길이의 절반과 동일한 거리만큼 상기 반사 표면으로부터 이격되는
    조명 시스템.
  14. 조명 시스템을 제조하는 방법으로서,
    Figure pct00019
    제1 기판 및 제2 기판을 제공하는 단계;
    Figure pct00020
    상기 제1 기판 상에 시준되지 않은 광을 방출하도록 배열된 광원을 제공하는 단계;
    Figure pct00021
    스캐닝 미러 어셈블리를 상기 제2 기판 상에 제공하는 단계 - 상기 스캐닝 미러 어셈블리는 적어도 하나의 회전 축 주위로 회전 이동되도록 그리고 상기 광원에 의해 방출된 광을 반사하도록 배열된 반사 표면을 포함함 -;
    Figure pct00022
    상기 반사 표면으로부터 반사된 상기 광의 전파 방향을 변화시키기 위한 제1 광학 요소를 상기 제1 기판 상에 제공하는 단계;
    Figure pct00023
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 서로로부터 사전결정된 이격거리로 유지시키기 위한 스페이서 요소를 제공하는 단계; 및
    Figure pct00024
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 적층하는 단계를 포함하는
    방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2 기판 상에 하나 이상의 광 센서를 제공하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 하나 이상의 광 센서는 실질적으로 투명하지 않은 분리기에 의해 상기 스캐닝 미러 어셈블리로부터 이격되도록 제공되는
    방법.
  17. 제14항에 있어서,
    적어도 2개의 광학 요소 및 광원이 상기 제1 기판 상에 제공되고, 적어도 2개의 스캐닝 미러 어셈블리가 상기 제2 기판 상에 제공되며,
    상기 방법은 상기 적층된 기판 구조물을 커팅하여 적어도 2개의 조명 시스템 모듈을 형성하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 제1 광학 요소는, 상기 제1 기판 상에 성형가능한 투명 기판을 제공하고 몰드로 상기 성형가능한 투명 기판을 패턴화하여 상기 제1 광학 요소를 형성함으로써 제공되는
    방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 광원은 상기 제1 기판의 제1 표면 상에 제공되고, 상기 제1 광학 요소는 상기 제1 표면에 대향하는 상기 제1 기판의 제2 표면 상에 제공되는
    방법.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 광원은 상기 제1 기판 상에 제공되어 상기 반사 표면을 향해 시준되지 않은 광을 방출하도록 배열되도록 되고, 상기 광원은 상기 반사 표면으로부터 반사된 광의 영역을 폐색시키도록 위치되고, 상기 제1 광학 요소는 상기 반사광의 전파 방향을 변화시켜서 상기 폐색된 영역의 적어도 일부분을 조명하도록 배열되는
    방법.
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