KR20170125743A - 레이저 소자를 포함하는 광 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은
- 레이저 빔(14)을 제 1 광 원추(16)로 방출하는 반도체 레이저 소자(12);
- 광발광 소자(18);
- 상기 광발광 소자(18)로부터 나오는 광을 출사 광선(24)으로 변형시키는 광학 수단(22)으로서, 상기 제 1 광 원추(16)로 방출되는 광의 적어도 일부를 제 2 광 원추(28) 내로 안내하도록 배치된 안내 부분(26B)을 포함하는 광학 수단(22); 및
- 입사광을 검출하기 위한 장치(30)를 포함하는 광 모듈(10)에 있어서,
상기 광 모듈(10)은 제 2 광 원추(28)의 광을 제 2 광 원추(28) 외부에 배치된 검출 장치(30)를 향해서 인도되는 제 3 광 원추(34) 쪽으로 편향시키도록 설계된 편향 수단(32)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 모듈(10)에 관한 것이다.

Description

레이저 소자를 포함하는 광 모듈{LIGHT MODULE COMPRISING A LASER ELEMENT}
본 발명은 반도체 레이저 소자를 포함하는 광선을 방출하도록 설계된 광 모듈에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 출사 광선을 방출하도록 설계된, 특히 자동차용 광 모듈로서,
- 레이저 빔을 제 1 광 원추(cone of light)로 방출하도록 설계된 하나 이상의 반도체 레이저 소자;
- 상기 레이저 빔의 적어도 일부를 변환하도록 설계된 광발광(photoluminescent) 소자;
- 상기 광발광 소자로부터 나오는 광을 방출 방향으로 배향된 상기 출사 광선으로 변형시키는 광학 수단으로서, 상기 제 1 광 원추로 방출되는 광의 적어도 일부를 제 2 광 원추 내로 안내하도록 배치된 안내 부분을 포함하는 광학 수단; 및
- 미리결정된 광도 임계치보다 큰 입사광을 검출하기 위한 하나 이상의 검출 장치를 포함하는 광 모듈에 관한 것이다.
반도체 레이저 소자는 매우 유리한 특성을 갖는 바, 예를 들면, 훨씬 감소된 발광 표면, 매우 강렬하고 고도로 평행화된(collimated) 레이저 빔을 갖는다. 따라서, 레이저 광을 위한 광학 시스템은 백열등 및 발광다이오드(LED)와 같은 덜 평행화된 광원을 사용하는 시스템보다 훨씬 짧은 초점 거리를 갖고 설계될 수 있다. 따라서, 레이저 광을 위한 광학 시스템은 특히 감소된 전체 크기를 갖는다.
자동차에 사용되는 레이저 소스는 일반적으로, 소정 파장의 전체 단색 레이저 빔을 방출할 수 있는 반도체 레이저 소자, 및 단색 레이저 빔의 일부를 그 파장 스펙트럼보다 넓은 파장 스펙트럼을 갖는 광선으로 변환할 수 있는 광발광 소자를 포함한다.
그러나, 자동차의 광 모듈용 광원과 같은 반도체 레이저 소자의 사용은 특히 광발광 소자가 열화될 때 또는 레이저 소스의 경로 밖으로 시프트될 때 이러한 광원이 거의 단색의 간섭 광선을 방출한다는 사실로 인해 어떤 문제를 야기한다. 따라서, 차량에 탑재된 조명(lighting) 또는 신호전달(signaling) 용도로 사용되는 레이저의 형태는 광발광 소자가 오작동하는 경우에 어떤 안전 문제를 야기하기 쉬운 레이저 빔을 방출한다. 이러한 레이저 빔은 관찰자의 눈에 특히 해롭거나 적어도 도로 이용자를 눈멀게 할 위험이 있다.
또한, 자동차의 조명 또는 신호전달 기능은 레이저 빔의 스펙트럼보다 넓은 스펙트럼을 갖는 광, 예를 들어 백색 광을 갖는 광선을 요구한다.
레이저 빔을 조명 또는 신호전달 기능에 적합한 발광 방사선으로 변형하는 동안의 안전 문제를 해결하기 위해, 레이저 빔의 경로에 광발광 소자를 개재시키는 것이 알려져 있다. 이러한 광발광 소자는 그 파장 범위가 레이저 빔의 파장 범위를 포함하는 광, 예를 들어 청색 광에 의해 여기되는 광발광 물질을 포함한다. 결과적으로, 광발광 소자는 그 파장 스펙트럼이 레이저 빔의 파장 범위를 제외하거나 레이저 빔의 파장 범위에 대해 중심을 벗어난 파장 범위로 연장되는 광, 예를 들어 황색 광을 방출한다. 따라서, 소정 파장의 입사광의 적어도 일부는 모든 방향으로 방출되는 다른 파장의 광으로 변환된다.
또한, 입사광의 적어도 다른 일부는 광발광 소자에 의해 분산된다. 이런 식으로, 분산된 광 및 변환된 광은 예를 들어 백색 광을 형성하기 위해 추가적으로 중첩된다.
전술한 안전성의 이유로, 광발광 소자는 따라서 특별한 중요성을 갖는다. 광발광 소자가 예를 들어 충격에 의해 손상되거나 레이저 빔의 경로에서 이탈되면, 변환되지 않은 집중된 레이저 빔은 광 모듈에 의해 출사 광선에 초기에 제공되는 방향으로 방출되기 쉽다. 이들 경우에는, 도로 이용자를 위험에 빠뜨리지 않기 위해 안전 조치가 고려될 필요가 있다.
고려되는 하나의 해결책은 광발광 소자로부터 하류에서 레이저 빔의 경로에 레이저의 파장을 검출하기 위한 장치를 배치하는 것이다. 따라서, 광발광 소자가 그 기능을 더 이상 수행하지 않을 때, 레이저 빔은 검출 장치를 직접 터치한다. 그러한 경우에, 레이저 소자의 전원은 전자 제어 유닛과 같은 레이저 소자의 제어 수단에 의해 차단된다.
그러나, 이러한 장치는 일반적으로 부피가 크다.
또한, 이러한 장치는 검출 장치의 정밀한 배치를 요구한다. 이것은 광학 수단에 관하여 광을 안내하는 수단에 대해 매우 약간의 위치결정 공차를 요구한다.
본 발명은 전술한 형태의 광 모듈에 있어서, 상기 검출 장치는 제 2 광 원추의 외부에 배치되고, 상기 광 모듈은 입사광을 검출 장치를 향해서 인도되는 제 3 광 원추 내로 편향시키기 위해 제 2 광 원추를 가로질러 배치되는 편향 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 모듈을 제안한다.
출사 광선은 조명 또는 신호전달 기능을 실현하기 위해 차량의 외부를 향해서, 예를 들어 정면을 향해서 배향된다.
유리하게, 상기 제 3 광 원추는 제 2 광 원추의 배향 방향과 다른 방향을 따라서 배향되거나 및/또는 제 2 광 원추의 개구 각도보다 큰 개구 각도를 갖는다.
본 발명의 다른 특징에 따르면:
- 상기 편향 수단은 광이 통과하고 제 2 광 원추의 광을 위한 입사면 및 제 3 광 원추의 광을 위한 출사면을 구비하는 하나 이상의 광학 소자를 포함하며;
- 상기 광학 소자는 광을 굴절에 의해 편향시키고;
- 상기 광학 소자는 프리즘에 의해 형성되며;
- 상기 광학 소자는 렌즈에 의해 형성되고;
- 상기 편향 수단은 제 3 광 원추가 제 2 광 원추의 개구 각도보다 큰 개구 각도를 갖도록 광을 확산시키는 수단을 포함하며;
- 상기 광학 소자의 입사면과 출사면 중 하나 이상의 면은 광을 확산시키도록 구성되고;
- 상기 광학 소자의 입사면과 출사면 중 하나 이상의 면은 광을 확산시키는 표면 상태를 가지며; 상기 편향 수단은 예를 들어 투명 또는 반투명 재료로 제조되고 그 입사면 또는 출사면 중 적어도 하나 또는 그 양자는 입자가 거칠며;
- 상기 광학 소자는 광 확산 재료로 제조되고;
- 상기 광 모듈은 두 개 이상의 검출 장치를 포함하며, 각각의 검출 장치는 제 3 광 원추 내에 배치되고;
- 각각의 검출 장치는 제 2 광 원추의 외부에 배치되며;
- 상기 광학 수단은 상기 출사 광선을 형성하기 위해 그 주요 부분이 광발광 소자로부터 나오는 광을 반사시키는 반사면을 포함하고;
- 상기 안내 부분은 제 1 광 원추로부터 나오는 광을 제 2 광 원추 내로 반사시키는 반사면의 이차 부분에 의해 형성되며;
- 상기 안내 부분은 반사면의 이차 부분을 통과하는 오리피스에 의해 형성되고;
- 상기 검출 장치는 포토다이오드를 포함하며;
- 상기 검출 장치와 레이저 소자는 공통 지지체, 특히 공통 전자 카드에 의해 지지되고;
- 상기 광 모듈은 검출 장치가 미리결정된 임계치보다 큰 강도를 검출할 때 레이저 빔의 방출을 차단하도록 설계된 레이저 소자 제어 수단을 포함하며;
- 상기 광학 수단의 안내 부분은 상기 제 1 광 원추로 방출된 광의 적어도 일부를 출사 광선의 제 1 방출 방향과 다른 제 2 결정된 방향으로 배향된 제 2 광 원추 내로 안내하고;
- 상기 편향 수단은 하나 이상의 광학 소자에 의해 안내 부분을 지지하는 요소와 별도로 형성되며;
- 상기 안내 부분은 광학 수단에 의해 고정적으로 지지된다.
본 발명에 의하면, 보다 콤팩트한 지지체를 구비함으로써 보다 콤팩트하고 용이하게 조절되는 광 모듈을 달성할 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 첨부 도면에 대해 어떤 참조가 이루어져야 할지를 이해하기 위한 하기 상세한 설명의 숙독 과정에서 드러날 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 실현된 레이저 소자를 갖는 광 모듈을 나타내는 개략적인 축단면도이며, 광 모듈은 출사 광선을 방출한다.
도 2는 도 1과 유사한 도면이며, 오작동의 경우에 도 1의 광 모듈을 나타내고, 레이저 빔은 안내되며 이후 검출 장치를 향해서 편향된다.
도 3은 도 2와 유사한 도면이며, 광선의 편향 수단이 두 개의 광학 소자를 포함하는 본 발명의 제 2 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3과 유사한 도면이며, 편향 수단이 광을 확산시키는 광학 소자를 포함하는 본 발명의 제 3 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 광을 확산시키도록 구성된 면을 구비하는 도 1의 광학 소자를 나타내는 상세도이다.
도 6은 도 5와 유사한 도면이며, 광을 확산시키는 면을 구비하는 광학 소자의 변형 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 4와 유사한 도면이며, 광 모듈이 두 개의 검출 장치를 포함하는 본 발명의 제 4 실시예를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7과 유사한 도면이며, 편향 수단이 굴절에 의한 편향을 위한 제 1 광학 소자 및 광의 확산을 위한 제 2 광학 소자를 포함하는 본 발명의 변형 실시예를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 6과 유사한 도면이며, 굴절에 의해 광의 전체적인 전파 방향을 편향시킬 수 있고 광을 확산시킬 수 있는 광학 소자가 구비되는 편향 수단을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 변형 실시예를 나타내는 것으로 도 1 내지 도 4와 유사한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 변형 실시예를 나타내는 것으로 도 1 내지 도 4와 유사한 도면이다.
이하의 설명에서, 동일한 구조 또는 유사한 기능을 갖는 요소는 동일한 참조 부호로 표시되어야 한다.
명세서 및 청구범위에서, 용어 "광 원추"는 광선의 외피(envelope)에 적용된다. 이러한 광 원추는 회전 원추에만 제한되지 않는다. 따라서, 광 원추는 원형, 타원형, 장방형 등과 같은 다양한 단면 형상을 가질 수 있음을 알 것이다.
도 1에는 반도체 레이저 소자(12)를 포함하는 광 모듈(10)이 도시되어 있다. 레이저 소자(12)는 매우 약간의 개구 각도가 전체 방출 방향 주위에 포커싱되는, 방출 원추(16)로 알려진, 제 1 광 원추(16)에 의해 그 외피가 경계지어지는 레이저 빔(14)을 방출하도록 구성된다. 이와 관련하여, 도면에서 레이저 빔(14)은 단일 라인으로 도시될 것이다. 예를 들어, 이것은 청색의 레이저 빔(14)이다.
광 모듈(10)이 도 1에 도시하듯이 정상적으로 작동할 때, 레이저 빔(14)은 레이저 빔(14)의 경로에 배치되는 광발광 소자(18)에 의해 차단된다. 광발광 소자(18)는 상기 레이저 빔(14)의 적어도 일부의 파장을 레이저 빔(14)의 파장과 상이한 파장을 갖는 비간섭성 광으로 변환시키도록 설계된다.
또한, 광발광 소자(18)는 이를 통과하는 광을 분산시키도록 설계된다.
예를 들어, 이것은 발광단(luminophore)을 포함하는 광학 소자이다.
레이저 빔(14)의 작용 하에서, 광발광 소자(18)는 레이저 빔(14)의 개구 각도에 비해서 매우 넓은 개구 각도로 이차 광선(20)에 분포되는 광을 방출한다. 이차 광선(20)에 방출되는 광은 바람직하게 비간섭성, 다색 또는 백색이다. 그 광도는 레이저 빔(14)의 광도에 비해 감소된다. 따라서, 이 광은 도로 이용자에게 어떠한 위험도 주지 않는다.
광 모듈(10)은 또한 광발광 소자(18)로부터 나오는 광을 방출 방향 "A"로 배향되는 출사 광선(24)으로 변형하기 위한 광학 수단(22)을 포함한다. 이 출사 광선(24)은 조명 또는 신호전달 기능을 실현하기 위해 차량의 외부를 향해서, 예를 들어 정면을 향해서 배향된다.
도 1에 도시된 예에서, 광학 수단(22)은 그 주요 부분(26A)이 실질적으로 포물선 형상인 반사면(26)을 갖는다. 반사면(26)의 주요 부분(26A)은 반사에 의해 이차 광선(20)을 방출 방향 "A"로 평행화된 출사 광선(24)으로 변형하도록 설계된다. 이 목적을 위해, 광발광 소자(18)는 반사면(26)의 주요 부분(26A)의 초점에 실질적으로 배치된다.
광발광 소자(18)가 그 기능을 더 이상 수행할 수 없을 때, 반사면(26)의 주요 부분(26A)의 초점 근처를 통과하는 레이저 빔(14)은 상기 반사면의 주요 부분에 의해 방출 방향 "A"로 경로설정되기 쉽다.
이러한 상황을 방지하기 위해, 광학 수단(22)은 이후 "추출 원추(28)"로 지칭되는, 결정된 추출 방향 "B"로 배향된 제 2 광 원추(28)에 의해 경계지어지는 추출된 광선을 형성하기 위해 상기 방출 원추(16)로 방출되는 광의 적어도 일부를 안내하도록 배치된 안내 부분을 포함한다.
안내 부분은 광학 수단에 의해 고정적으로 지지된다.
도 2에 도시된 제 1 실시예에 따르면, 안내 부분은 방출 원추(16)로부터 나오는 광을 추출 원추(28)로 반사시키는 반사면(26)의 이차 부분(26B)에 의해 형성된다. 이차 부분(26B)은 실질적으로 매끄러운 표면 상태를 가지며, 추출 원추(28)의 개구 각도는 방출 원추(16)의 개구 각도에 관하여 실질적으로 변치 않고 유지된다. 이러한 이유로, 추출 방향 "B"로 반사된 레이저 빔(14)은 또한 도 2에서 라인으로 도시된다.
상기 제 2 결정된 추출 방향 "B"는 출사 광선(24)의 제 1 방출 방향 "A"와 다르다. 이 목적을 위해, 이차 안내 부분(26B)은 반사면(26)의 주요 부분(26A)에 거친 영역을 형성하는 실질적으로 편평한 면(26A)에 의해 형성된다.
유리하게, 안내 부분(26B)은 반사면(26)의 유효면을 침범하지 않기 위해, 출사 광선(24)의 투영 방향으로 반사면(26)의 하나의 하류 단에 배치된다.
더욱이, 광 모듈(10)은 또한 이후 "안전 임계치"로 알려진, 미리결정된 광도 임계치 이상의 입사광을 검출하기 위한 하나 이상의 검출 장치(30)를 구비한다. 이를 위해, 검출 장치(30)는 감광성 표면을 갖는다. 검출 장치(30)는 상기 안전 임계치를 초과하는 광 방사 강도의 변화를 검출하도록 설계된다. 이 안전 임계치는 발광 방사선이 도로 이용자의 안전에 위험하지 않도록 보장하기 위해 결정된다.
변형예에서, 검출 장치는 검출된 발광 방사선의 광도를 절대적으로 측정하도록 설계된다.
검출 장치(30)는 추출 원추(28) 내로 편향되는 광을 검출하도록 설계된다. 그럼에도 불구하고, 검출 장치(30)의 배치 자유도를 제공하기 위해, 예를 들어 보다 콤팩트하고 용이하게 조절된 광 모듈(10)을 달성할 수 있게 하기 위해서는, 추출된 광을 정확하게 검출 장치(30)로 편향시킬 수 있는 것이 유리하다.
이 목적을 위해, 검출 장치(30)는 추출 원추(28)의 외부에 배치된다. 광 모듈(10)은 입사광을 검출 장치(30)의 민감한 표면을 향해서 인도되는, 측정 원추(34)로 지칭되는, 제 3 광 원추(34)에 의해 경계지어지는 측정 빔 내로 편향시키기 위해 추출 원추(28)를 가로질러 배치되는 편향 수단(32)을 포함한다.
편향 수단(32)은 광이 통과하고 추출 원추(28) 내에 포함된 광선을 위한 입사면(37) 및 측정 원추(34)에 분포된 광을 위한 출사면(38)을 포함하는 하나 이상의 광학 소자(36)를 포함한다.
편향 수단(32)은 하나 이상의 요소에 의해 광학 수단(22)과 별도로 형성된다.
이 제 1 실시예에서, 편향 수단(32)은 단일의 광학 소자(36)를 포함한다.
도시되지 않은 이 실시예의 변형예에서, 편향 수단은 여러 개의 광학 소자를 포함한다.
광학 소자(36)는 굴절에 의해 광을 편향시킨다. 여기에서 광학 소자(36)는 프리즘에 의해 형성된다.
도시되지 않은 본 발명의 변형예에서, 광학 소자는 렌즈에 의해 형성된다.
굴절 이후 측정 원추(34)의 개구 각도가 추출 원추(28)의 개구 각도에 대해 실질적으로 변하지 않고 유지되면, 제 3 광 원추(34)는 도 2에서 실선으로 도시되어 있다. 파선으로 도시된 것은 편향 수단(32)이 없는 경우에 광선이 그 경로를 계속하게 될 추출 원추(28)이다. 검출 장치(30)의 민감한 표면은 추출 원추(28)의 외부에 배치되는 것에 주목해야 한다.
광 모듈(10)은 예를 들어 레이저 소자(12)의 전력 공급을 차단함으로써 레이저 소자(12)의 비활성화를 명령할 수 있는 제어 수단(40), 예를 들어 전자 제어 유닛을 추가로 포함한다.
측정 원추(34) 내에 포함된 광선의 광도의 모니터링은 광발광 소자(18)가 그 역할을 적절하게 수행하는 것을 보장할 수 있다.
도 1에 도시하듯이 광 모듈(10)이 정상적으로 기능할 때, 레이저 빔(14)으로부터 나오는 광은 출사 광선(24)을 형성하기 위해 반사면(26)을 향해 방출되기 전에 광발광 소자(18)에 의해 변환 및 분산된다. 안내 부분(26B)은 광선의 일부를 추출하며, 이것은 따라서 출사 광선(24)을 형성하는 광선과 동일한 특성을 갖는다. 이들 추출된 광선은 이후 편향 수단(32)에 의해 검출 장치(30)의 민감한 표면을 향해서 배향되는 전파 방향으로 측정 원추(34) 내로 편향된다. 따라서, 검출 장치(30)에 입사되는 광은 광 모듈(10)의 안전한 사용을 보장하는 안전 임계치보다 작은 조절된 광도를 갖는다.
한편, 제어 수단(40)은 측정 원추(34)에 포함된 광선의 광도가 안전 임계치를 초과할 때 레이저 소자(12)를 비활성화하도록 설계된다.
도 2는 광발광 소자(18)가 더 이상 그 기능을 수행하지 않을 때의 광 모듈(10)을 도시한다. 예를 들어, 광발광 소자(18)는 충격에 의해 그 위치에서 이탈되어 있으며, 따라서 레이저 빔(14)의 경로에 더 이상 위치하지 않는다. 광발광 소자(18)가 없는 경우에, 잠재적으로 위험한 광도를 갖는 레이저 빔(14)은 방출 원추(16)에 배치되는 안내 부분(26B)을 직적 타격할 것이다.
레이저 빔(14)의 적어도 일부는 추출 원추(28) 내로 반사된다. 추출 원추(28) 내로 안내된 광은 이후 광학 소자(36)에 의해 검출 장치(30)의 민감한 표면을 향해서 똑바로 배향되는 전파 방향으로 측정 원추(34) 내로 편향된다. 검출 장치(30)의 민감한 표면에 도달하는 광선은 이후 레이저 빔(14)의 출구에 대해 실질적으로 감쇠되지 않은 광도를 갖는다. 따라서, 광학 소자(36)에 의해 검출 장치(30)를 향해서 편향되는 광선의 광도는 안전 임계치를 초과한다.
안전 임계치의 교차는 검출 장치(30)에 의해 제어 수단(40)에 통신된다. 따라서, 제어 수단(40)은 레이저 소자(12)를 비활성화시킨다. 이런 식으로, 제어 수단(40)은 레이저 빔(14)의 생성을 방해하고, 일체의 유해한 발광 방사선이 광 모듈(10)을 떠나지 못하게 한다.
도 1 및 도 2에 도시하듯이, 레이저 소자(12) 및 여기에서 검출 장치(30)를 형성하는 포토다이오드는 공통 지지체(42)에 의해 지지된다. 공통 지지체(42)는 레이저 소자(12)와 검출 장치(30)의 기계적 고정 및 전기적 접속을 모두 보장한다. 공통 지지체(42)는 여기에서 공통 전자 카드에 의해 형성된다.
편향 수단(32)은 유리하게 검출 장치(30)가 추출 원추(28)에 대해 공통 지지체(42) 상에서 레이저 소자(12)의 방향으로 이동할 수 있게 한다. 이는 보다 콤팩트한 지지체(42)를 가질 수 있게 한다.
또한, 편향 수단(32)을 형성하는 광학 소자(36)의 위치는 안내 부분(26B)의 위치와 독립적으로 조절될 수 있다. 이는 검출 장치(30)의 민감한 표면을 향한 측정 원추(34)의 전파 방향을 광 안내 수단의 위치결정 공차와 독립적으로 정확하게 조절할 수 있게 한다.
본 발명의 제 2 실시예가 도 3에 도시되어 있다. 이 제 2 실시예는 제 1 실시예와 많은 유사점을 갖는다. 이하에서는 차이점만 상세히 설명한다.
이 제 2 실시예에 따라 제조된 광 모듈(10)에서, 안내 부분(26B)은 방출 원추(16)로부터 나오는 광선을 출사 광선(24)과 대략 동일한 방향으로 보낸다. 이와 관련하여, 안내 부분(26B)은 반사면(26)의 주요 부분(26B)을 완성시키는 반사면(26)의 일부에 의해 형성된다. 따라서, 추출 원추(28)는 전체적으로 출사 광선(24)의 방출 방향 "A"로 배향된다.
추출 원추(28)의 광선이 검출 장치(30)의 방향으로 편향될 수 있게 하기 위해, 편향 수단(32)은 여기에서 제 1 상류 광학 소자(36A) 및 제 2 하류 광학 소자(36B)를 포함한다. 광학 소자는 둘 다 굴절에 의해 광을 편향시키며, 예를 들어 이들 광학 소자는 프리즘이다.
상류 광학 소자(36A)는 그 입사면(37)에 의해 입사되는 광선을 먼저 하류 광학 소자(36B) 쪽으로 편향시키기 위해 추출 원추(28)를 가로질러 배치된다. 하류 광학 소자(36B)는 이후 상류 광학 소자(36A)에 의해 편향된 이들 광선을 검출 장치(30)를 향해 똑바로 배향된 전파 방향으로 측정 원추(34) 내로 편향시킨다.
편향 수단(32)을 형성하는 일련의 광학 소자(36A, 36B)는 따라서 추출 원추(28)로부터 나오는 광선을 매우 큰 각도만큼 편향시킬 수 있다. 반사면(26)의 기하구조는 따라서 레이저 소자(12) 및 검출 장치(30)를 위한 매우 콤팩트한 공통 지지체(42)를 유지하면서 제 1 실시예의 기하구조에 비해서 단순화된다.
또한, 광학 소자(36A, 36B) 중 적어도 하나는 측정 원추(34)의 전파 방향을 안내 부분(26B)의 위치결정 공차와 독립적으로 조절할 수 있게 하기 위한 광학 수단(22)과 별도의 요소이다.
본 발명의 제 3 실시예가 도 4에 도시되어 있다. 이 실시예는 제 1 실시예에 대해 설명된 것과 유사하다. 이하에서는 차이점만 설명된다.
이 제 3 실시예에서, 편향 수단(32)은 측정 원추(34)가 제 2 추출 원추(28)의 개구 각도보다 큰 개구 각도를 갖도록 광을 확산시키는 수단을 포함한다. 따라서, 측정 광선은 추출된 광선에 대해 매우 발산적이다.
도 4에 도시된 예시적인 실시예에서, 측정 원추(34)는 추출 원추(28)와 실질적으로 동일한 방향으로 향한다. 그렇더라도, 추출 원추(28)로부터 나오는 광선의 일부는 측정 원추(34)의 더 큰 개구 각도로 인해 추출 원추(28)의 외부를 향해서 편향된다.
편향 수단(32)은 여기에서 광이 통과하도록 설계된 단일의 광학 소자(36)를 포함한다. 광학 소자(36)의 입사면(37)과 출사면(38) 중 적어도 하나는 측정 원추(34)에서 출사 광을 확산시키도록 구성된다.
광학 소자(36)는 도 5에 더 상세하게 도시되어 있다. 광학 소자(36)의 입사면(37) 및 출사면(38)은 둘 다 출사 광을 굴절에 의해 측정 원추(34)에서 확산시키도록 구성된다. 각각의 면(37, 38)은 따라서 광을 추출 원추(28)의 거의 제로인 개구 각도보다 상당히 큰 개구 각도(α)로 적어도 평면 내에서 확산시킬 수 있게 하는 가는 홈을 갖는다. 따라서, 광학 소자(36)로부터 하류의 동등한 거리에서, 측정 원추(34)에 의해 조명되는 표면은 검출 장치(30)의 지지체(42)의 레벨에서 추출 원추(28)에 의해 조명되는 표면보다 훨씬 크다.
도 4에 도시하듯이, 검출 장치(30)는 측정 원추(34)의 주변 및 내부에서 추출 원추(28)의 외부로 이동된다. 따라서, 검출 장치(30)는 편향 수단(32)에 의해 편향되는 광선에만 노출되고, 추출 원추(28)에서 그 경로를 계속하는 광선에는 노출되지 않는다.
이러한 실시예는 유리하게 검출 장치(30)에 입사되는 광의 균질화를 가능하게 한다.
더욱이, 측정 원추(34)는 검출 장치(30)의 전체 민감 표면을 조명하기에 충분한 개구 각도를 갖는다. 이것은 검출 장치(30)의 포화도의 조절을 상당히 단순화시킬 수 있다.
도 6에 도시된 이 제 3 실시예의 일 변형예에 따르면, 편향 수단(32)의 광학 소자(36)는 확산에 의해 광을 편향시킨다. 도 6에 도시된 예에서, 광학 소자의 입사면(37)과 출사면(38) 중 하나 이상의 면은 광의 확산에 유리한 표면 상태를 갖는다. 예를 들어, 입구면(37) 및 출구면(38)은 거칠다.
변형예로서, 광학 소자(36)를 구성하는 재료는 광의 확산에 우호적이다.
본 발명의 제 4 실시예가 도 7에 도시되어 있다. 본 발명의 이 제 4 실시예는 광 모듈(10)이 여기에서 광도를 검출하기 위한 복수의 장치를 포함하는 사실을 제외하고 모든 점에서 제 3 실시예와 동일하다. 검출 장치 중 적어도 하나는 추출 원추(28)의 외부에 배치된다.
도 7에 도시된 예에서, 이는 두 개의 검출 장치(30A, 30B)를 포함한다. 각각의 검출 장치(30A, 30B)는 안전 임계치의 교차가 검출 장치(30A, 30B) 중 하나 및/또는 다른 하나에 의해 검출될 때 레이저 소자(12)의 비활성화를 가능하게 하기 위해 제어 수단(40)과 통신할 수 있다.
이들 검출 장치(30A, 30B)의 각각은 측정 원추(34) 내에 배치된다. 두 개의 장치(30A, 30B)는 여기에서 추출 원추(28)의 외부에 배치된다.
변형예로서, 하나의 검출 장치만 추출 원추의 외부에 배치된다.
두 개의 장치(30A, 30B)는 공통 지지체(42)에 의해 지지된다. 이것은 보다 콤팩트한 광 모듈(10)을 가질 수 있게 한다.
두 개의 검출 장치(30A, 30B)의 존재는 측정 원추(34)의 광선의 강도의 여분의 검출을 가능하게 한다. 따라서, 검출 장치(30A, 30B)가 모순된 정보를 제어 수단(40)에 통신할 때 검출 장치(30A, 30B) 중 하나의 오작동을 진단할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제 1의 두 실시예는 측정 원추(34)의 전체적인 전파 방향을 예를 들어 굴절에 의해 추출 원추(28)의 전파 방향에 대해 편향시킬 수 있는 반면에, 제 3 및 제 4 실시예는 광선을 그 전체 전파 방향을 변경하지 않으면서 추출 원추(28)의 개구 각도보다 큰 개구 각도를 갖는 측정 원추(34)를 얻기 위해 편향시킬 수 있게 만든다.
물론, 도 8에 도시되어 있듯이, 추출 원추(28)의 전파 방향과 다른 전체적인 전파 방향 및 보다 큰 개구 각도를 동시에 갖는 측정 원추(34)를 얻기 위해 전술한 상이한 실시예들을 조합할 수 있다.
도 8에 도시된 예에서, 편향 수단(32)은 상류 광학 소자(36A) 및 하류 광학 소자(36B)를 포함한다.
상류 광학 소자(36A)는 여기에서 추출 원추(28)의 전체 전파 방향을 굴절에 의해 편향시키는 기능을 갖는다. 이것은 여기에서 프리즘이다. 따라서 이 상류 광학 소자(36A)로부터 하류 광학 소자(36B)의 방향으로 중간 빔이 출사된다. 이 중간 빔은 제 2 광 원추(28)의 전파 방향과 다른 전체 전파 방향을 갖는 중간 원추(44) 내에 포함되지만, 그 개구 각도는 실질적으로 동일하다.
하류 광학 소자(36B)는 여기에서 광을 측정 원추(34)에서 확산시키기 위해 중간 원추(44)의 광선의 일부를 편향시키는 기능을 갖는다. 측정 원추(34)는 따라서 중간 원추의 전파 방향과 동일한 전체 전파 방향을 갖지만, 더 큰 개구 각도를 갖는다.
도 9에 도시된 하나의 변형 실시예에 따르면, 측정 원추(34)의 개구 각도의 넓어짐 및 전체적인 전파 방향의 편향 기능은 단일의 광학 소자(36)에 의해 수행된다. 여기에서 이것은 그 출사면이 거칠거나 광을 확산시키도록 구성된 프리즘이다.
물론, 전술한 실시예 각각의 변형 실시예를 고려할 수 있다.
예를 들어, 도 10을 참조하면, 안내 부분(26B)은 반사면(26)의 이차 부분을 통과하는 오리피스에 의해 형성된다. 이 오리피스(26B)에 의해 추출되는 광선은 따라서 검출 장치(30)로 경로설정되기 위해 제 2 실시예에서 설명된 것과 유사한 편향 수단(32)을 향해서 인도되는 추출 원추(28) 내에 포함된다.
이 변형 실시예는 따라서 유리하게 레이저 소자(12)와 동일한 지지체(42) 상에 검출 장치(30)를 배치할 수 있게 한다.
물론, 이러한 변형예는 전술한 실시예들 중 어느 하나에 적용될 수 있다.
도 11에 도시된 다른 변형 실시예에 따르면, 광발광 소자(18)로부터 나오는 광을 출사 광선(24)으로 변환시키는 광학 수단(22)은 렌즈(46)를 포함한다. 렌즈(46)는 광발광 소자(18)로부터 나오는 광을 수용하는 입사면(48)을 갖는다.
상기 입사면(48)은 예를 들어 추출 원추(28)를 형성하기 위해 레이저 빔(14)의 입사 광선을 반사시킬 수 있는 금속화 부분에 의해 형성되는 안내 부분(48B)을 포함한다. 제 1 실시예에서와 같이, 편향 수단(32), 여기에서 프리즘(36)은 추출 원추(28)의 광선을 검출 장치(30)의 방향으로 측정 원추(34) 내로 편향시킨다.
물론, 이 변형예는 전술한 실시예들 중 어느 하나와 조합될 수 있다.
본 발명의 교시에 따라 실현된 광 모듈(10)은 따라서 안내 부분에 대한 검출 장치(30)의 위치결정 공차에 자유도를 제공할 수 있게 한다. 실제로, 편향 수단은 측정 원추(34)의 전파 방향을 정밀하게 조정하기 위해 안내 부분에 대해서 및 검출 장치(30)에 대해서 위치가 조절될 수 있는 별도의 광학 소자를 포함한다.
또한, 더 넓은 개구 각도를 갖는 측정 빔을 얻을 가능성은 검출 장치(30)의 전체 민감한 표면을 조명할 수 있게 하며, 따라서 그 포화도의 조절을 촉진한다.
추가로, 개구 각도가 충분히 넓게 설계될 때는, 동일한 측정 빔 내에 두 개의 검출 장치(30)를 배치할 수 있다. 따라서, 광 모듈(10)은 훨씬 더 안전한 방식으로 기능한다.
10: 광 모듈 12: 반도체 레이저 소자
14: 레이저 빔 16: 방출 원추(제 1 광 원추)
18: 광발광 소자 20: 이차 광선
22: 광학 수단 24: 출사 광선
26: 반사면 26A: 주요 부분
26B: 이차 부분, 안내 부분 28: 추출 원추(제 2 광 원추)
30, 30A, 30B: 검출 장치 32: 편향 수단
34: 측정 원추(제 3 광 원추) 36: 광학 소자
36A: 상류 광학 소자 36B: 하류 광학 소자
37: 입사면 38: 출사면
40: 제어 수단 42: 지지체
44: 중간 원추 46: 렌즈
48: 입사면 48B: 안내 부분

Claims (15)

  1. 출사 광선(24)을 방출하도록 설계된, 특히 자동차용 광 모듈(10)로서,
    - 레이저 빔(14)을 제 1 광 원추(16)로 방출하도록 설계된 하나 이상의 반도체 레이저 소자(12);
    - 상기 레이저 빔(14)의 적어도 일부를 변환하도록 설계된 광발광 소자(18);
    - 상기 광발광 소자(18)로부터 나오는 광을 방출 방향(A)으로 배향된 상기 출사 광선(24)으로 변형시키는 광학 수단(22)으로서, 상기 제 1 광 원추(16)로 방출되는 광의 적어도 일부를 제 2 광 원추(28) 내로 안내하도록 배치된 안내 부분(26B)을 포함하는 광학 수단(22); 및
    - 미리결정된 광도 임계치보다 큰 입사광을 검출하기 위한 하나 이상의 검출 장치(30)를 포함하는 광 모듈(10)에 있어서,
    상기 검출 장치(30)는 제 2 광 원추(28)의 외부에 배치되고, 상기 광 모듈(10)은 입사광을 검출 장치(30)를 향해서 인도되는 제 3 광 원추(34) 내로 편향시키기 위해 제 2 광 원추(28)를 가로질러 배치되는 편향 수단(32)을 포함하는 것을 특징으로 하는
    광 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 편향 수단(32)은 광이 통과하고 제 2 광 원추(28)의 광을 위한 입사면(37) 및 제 3 광 원추(34)의 광을 위한 출사면(38)을 구비하는 하나 이상의 광학 소자(36, 36A, 36B)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    광 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 광학 소자(36, 36A)는 광을 굴절에 의해 편향시키는 것을 특징으로 하는
    광 모듈.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편향 수단(32)은 제 3 광 원추(34)가 제 2 광 원추(28)의 개구 각도보다 큰 개구 각도를 갖도록 광을 확산시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는
    광 모듈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 광학 소자(36)의 입사면(37)과 출사면(38) 중 하나 이상의 면은 광을 확산시키는 표면 상태를 갖는 것을 특징으로 하는
    광 모듈.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    두 개 이상의 검출 장치(30A, 30B)를 포함하며, 각각의 검출 장치는 제 3 광 원추(34) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는
    광 모듈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    각각의 검출 장치(30A, 30B)는 제 2 광 원추(28)의 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는
    광 모듈.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 수단(22)은 상기 출사 광선(24)을 형성하기 위해 그 주요 부분(26A)이 광발광 소자(18)로부터 나오는 광을 반사시키는 반사면(26)을 포함하는 것을 특징으로 하는
    광 모듈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 안내 부분은 제 1 광 원추(16)로부터 나오는 광을 제 2 광 원추(28) 내로 반사시키는 반사면(26)의 이차 부분(26B)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는
    광 모듈.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 안내 부분은 반사면(26)의 이차 부분을 통과하는 오리피스(26B)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는
    광 모듈.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출 장치(30)와 레이저 소자(12)는 공통 지지체(42), 특히 공통 전자 카드에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는
    광 모듈.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    검출 장치(30)가 미리결정된 임계치보다 큰 강도를 검출할 때 레이저 빔(14)의 방출을 차단하도록 설계된 레이저 소자(12) 제어 수단(40)을 포함하는 것을 특징으로 하는
    광 모듈.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 수단(22)의 안내 부분(26B)은 상기 제 1 광 원추(16)로 방출된 광의 적어도 일부를 출사 광선(24)의 제 1 방출 방향(A)과 다른 제 2 결정된 방향(B)으로 배향된 제 2 광 원추(28) 내로 안내하는 것을 특징으로 하는
    광 모듈.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편향 수단(32)은 하나 이상의 광학 소자(36, 36A, 36B)에 의해 안내 부분을 지지하는 요소와 별도로 형성되는 것을 특징으로 하는
    광 모듈.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안내 부분(26B)은 광학 수단(22)에 의해 고정적으로 지지되는 것을 특징으로 하는
    광 모듈.
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