KR20170126872A

KR20170126872A - 패턴 조명을 생성하기 위한 장치

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Publication number: KR20170126872A
Application number: KR1020177023269A
Authority: KR
Inventors: 마르쿠스 로씨; 한스 페터 헤르지크; 필립 뮐러; 알리 나콰비; 다니엘 인판테 고메즈; 모쉐 도론; 마티아스 글로르; 앨리레자 야산; 하르트무트 루트만; 마틴 루카스 발리만; 마이-란 엘로디 보이타드; 바쌈 할랄; 다니엘 페레츠 칼레로; 율리엔 보오카르트; 헨드릭 볼커링크
Original assignee: 헵타곤 마이크로 옵틱스 피티이. 리미티드
Priority date: 2015-01-29
Filing date: 2016-01-26
Publication date: 2017-11-20
Also published as: KR102544297B1; JP6563022B2; WO2016122404A9; TWI699512B; SG11201705805PA; CN107429993B; JP2018511034A; EP3250882A4; CN107429993A; WO2016122404A1; EP3250882B1; EP3250882A1; TW201638555A

Abstract

구조광을 생성하기 위한 장치는 렌즈 피치(P)로 규칙적으로 배치되어 있는 다수의 투과형 또는 반사형 마이크로렌즈(2)를 포함하는 마이크로렌즈 어레이(L1) 및 상기 마이크로렌즈 어레이를 조명하기 위한 조명부를 포함하는 제1 광학 배치구조를 포함한다. 상기 조명부는 각각 파장(L)의 광 방출용으로 각각 개구를 가진 광원들(1)의 어레이(S1)를 포함하고, 상기 개구는 마이크로렌즈 어레이로부터 거리(D)에 위치해 있는 공통 방출면에 위치해 있다. 렌즈 피치(P), 거리(D)와 파장(L)에 대해 다음과 같은 방정식이 적용된다:
P² = 2LD/N
상기 식에서 N은 N≥1인 정수이다. 높은 콘트라스트, 높은 세기의 광 패턴을 생성시킬 수 있다. 이러한 장치를 포함하는 기기는 심도 맵 제작용으로 사용할 수 있다.

Description

패턴 조명을 생성하기 위한 장치

본 개시내용은 광학 분야, 특히 구조광과 패턴 조명의 생성에 관한 것이다. 본 개시내용은 해당 장치에 관한 것이다. 또한 본 개시내용은 예를 들면 거리 측정 또는 심도 매핑(depth mapping)을 목적으로 구조광을 생성 및 검출하는 장치에 관한 것이다.

용어 정의

"능동 광학 부품(active optical component)": 감광 또는 발광 부품. 예컨대 포토다이오드, 이미지 센서, LED, OLED, 레이저 칩. 능동 광학 부품은 미가공 다이(bare die)로서 또는 패키지로, 즉 패키징된 부품으로서 존재할 수 있다.

"수동 광학 부품(passive optical component)": 렌즈, 프리즘, 미러(평면 또는 곡선형) 또는 광학 시스템과 같은 굴절 및/또는 회절 및/또는 (내부 및/또는 외부) 반사에 의해 광의 방향을 전환시키는 광학 부품으로서, 이때 광학 시스템은 경우에 따라 개구 조리개, 이미지 스크린, 홀더와 같은 기계 소자를 포함할 수도 있는 이러한 광학 부품들의 집합체이다.

"복제(replication)": 소정의 구조체 또는 이의 음형(negative)을 재현하는 기술. 예컨대 에칭, 엠보싱(임프린팅), 주조, 성형.

"광(light)": 가장 일반적으로 전자기 방사선; 더 구체적으로는 전자기 스펙트럼의 적외선, 가시광선 또는 자외선 부분의 전자기 방사선.

구조광은 예를 들면 장면에 존재하는 물체까지의 거리를 결정해야 하는 분야에서 사용될 수 있다. 이러한 분야에서 구조광에 의해 장면 내 생성되는 광 패턴에 의해 구조광 방출 장치로부터 이들의 거리에 따라 물체를 구별할 수 있다. 예를 들면 게임 콘솔은 구조광으로 플레이어가 있는 장면을 조명하기 위한 패턴 투사기를 포함할 수 있고, 이렇게 조명된 장면을 심도 맵 제작이라고도 하는 장면의 3D 맵 제작(3D mapping)을 구현할 수 있도록 영상화 및 분석한다.

구조광은 종종 코드 광 또는 패턴 광이라고도 하므로 본 특허출원에서 이들 용어를 호환적으로 사용한다. 용어 "구조광(structured light)"은 삼각측량 기술에 의해 거리를 측정하기 위해 광을 평가할 때 주로 사용된다. 한편, "패턴광(patterned light)"은 입체시(stereovision)를 이용하여 거리를 측정하기 위해 광을 평가할 때 주로 사용되는데, 이 경우 광은 전형적으로 콘트라스트를 증대시키기 위해 사용된다.

관련 기술의 몇 가지 예들을 아래에서 간력히 논의하기로 한다.

예를 들어 US 7,970,177 B2는 회절 광학 부재를 사용하여 구조광을 발생시키는 것을 기반으로 하는 거리 계산용 장치를 기재하고 있다.

US 2012/038986 A1은 회절 광학 부재를 사용하는 패턴 프로젝터를 기재하고 있다.

US 2010/118123 A1은 고정 패턴의 점들을 함유한 단일 투명체(transparency)를 포함하는 조명 조립체를 포함하는 물체 매핑용 장치를 기재하고 있다. 상기 장치에서 광원은 물체에 패턴을 투영하도록 단일 투명체를 광학 방사선으로 통과시킨다.

US 2013/038941A1은 기판상에 소정의 균일한 간격으로 배치되어 있는 광원의 매트릭스를 포함하는 광학 장치를 기재하고 있다. 동일한 균일 간격의 마이크로렌즈 어레이는 마이크로렌즈 어레이에 근접 배치되어 광원으로부터 방출된 광을 시준하고 빔 호모게나이저가 된다.

WO 2014/083485A1은 구조광 패턴을 장면에 투영하기 위한 레이저 장치로서 반도체 레이저의 여러 어레이를 포함하는 장치를 기재하고 있다.

US8320621은 3-D 영상 장치에 사용하기 위한 프로젝터를 개시하고 있다. 상기 프로젝터는 수직 공진 표면 발광 레이저(vertical cavity surface emitting laser) 또는 VCSEL 어레이로 형성되는 광원을 포함한다. 상기 VCSEL 어레이로부터 나오는 광은 각각의 VCSEL에 대해 렌즈 하나씩 복수 개의 렌즈로 이루어진 시준 마이크로렌즈 어레이를 통해 집속된다. 상기 마이크로렌즈 어레이는 VCSEL 어레이로부터 나오는 빔을 DOE로 집속 및 지향시키는 역할을 한다. 상기 DOE는 또한 3-D 영상화를 가능하게 하는 다양한 광 패턴들 중 어느 하나로 빔을 형성한다.

본 개시내용의 하나의 목적은 발광 방향에 평행한 방향으로 특히 얇은(shallow) 구조광을 생성하기 위한 장치를 기재하는 것이다.

본 개시내용의 또 다른 목적은 특히 적은 수의 구성 부품만을 필요로 하는 구조광 생성용 장치를 기재하는 것이다.

본 개시내용의 또 다른 목적은 상기 장치로부터 특히 광범위한 거리에 걸쳐 양호한 콘트라스트를 제공하는 구조광을 생성하기 위한 장치를 기재하는 것이다.

본 개시내용의 또 다른 목적은 특히 높은 콘트라스트 패턴을 형성할 수 있는 구조광을 생성하기 위한 장치를 기재하는 것이다.

본 개시내용의 또 다른 목적은 특히 장치 내에서 초기에 생성되는 광의 세기를 비교하여 고려할 때 특히 높은 세기의 구조광을 생성하기 위한 장치를 기재하는 것이다.

본 개시내용의 또 다른 목적은 비교적 단순한 광 패턴을 형성할 수 있는 구조광을 생성하기 위한 장치를 기재하는 것이다.

본 개시내용의 또 다른 목적은 비교적 복잡한 광 패턴을 형성할 수 있는 구조광을 생성하기 위한 장치를 기재하는 것이다.

본 개시내용의 또 다른 목적은 상대적으로 느슨한 정렬 허용오차로 제조될 수 있는 구조광 생성용 장치를 기재하는 것이다.

본 개시내용의 또 다른 목적은 제조성이 양호한 구조광 생성용 장치를 기재하는 것이다.

본 개시내용의 또 다른 목적은 상대적으로 높은 수율로 제조될 수 있는 구조광 생성용 장치를 기재하는 것이다.

본 개시내용의 또 다른 목적은 표준화된 모듈로 설계할 수 있는 기기를 기재하는 것이다.

본 개시내용의 또 다른 목적은 검출 구조광을 평가하기 하기 위한 역량이 향상된 기기를 기재하는 것이다.

다른 목적들과 다양한 장점들은 후술하는 설명과 구현예들로부터 알 수 있다.

상기 목적들 중 하나 이상은 적어도 부분적으로 본 개시내용에 기재되어 있는 요지에 따른 장치들에 의해 달성된다.

본 발명자들은 마이크로렌즈 어레이(MLA)의 렌즈 피치(P)와 상기 MLA를 조명하기 위한 광원-이를 "조명부"로 부르기로 함"-까지 이르는 MLA의 거리(D)를 특정 선택하기 위해서 이렇게 생성되는 구조광의 콘트라스트가 특히 크고, 상기 선택은 또한 조명부에 의해 방출되는 광의 파장에 달려 있다는 것을 발견하였다. 따라서 이들 특정한 경우에, 특히 높은 콘트라스트의 패턴이 장면에 투영될 수 있다.

이러한 본 발명자들의 발견은 1948년 Ernst Lau가 발견한 광학 효과("Lau 효과")와 일부 유사성을 보인다. Lau 효과는 예를 들면 1979년 3월에 J. Jahns와 A.W.Lohmann에 의해 "OPTICS COMMUNICATIONS" 제28권 제3호에 발표된 논문 제목 "THE LAU EFFECT (A DIFFRACTION EXPERIMENT WITHIN COHERENT ILLUMINATION)"에 기재되어 있다. Lau의 원래의 실험장치는 제1 격자를 조명하는 연장된 백색 광원을 포함하고 상기 제1 격자 후방에는 제1 격자와 동일한 슬릿 분리를 가진 또 다른 격자가 존재하고 최종적으로 수렴 렌즈가 상기 제2 격자를 빠져나오는 광을 관찰면에 이미지를 형성한다. Lau는 하기 방정식을 충족하는 경우에 대한 프린지 패턴을 관찰할 수 있었다:

z0 = nd²/2λ (n = 1, 2, 3, 4,...)

상기 식에서 z0는 2개의 격자 간 거리이고, d는 격자의 격자상수(슬릿 분리)이고, λ는 광원에 의해 방출된 파장, 즉 관찰된 프린지 패턴을 형성하는 광의 파장을 의미한다.

본 발명과 현저한 차이가 있음에도 Lau 효과를 이해하는 것은 본 발명의 장치와 기술의 기능을 이해하는데 어느 정도 도움이 될 수 있다.

또 다른, 그러나 오히려 잘 알려진 광학 효과는 1836년 Henry Fox Talbot이 발견한 Talbot 효과(또는 "Talbot 자기 영상화(self-imaging)")라고 불리는 간섭 광학에서의 효과이다. Talbot 효과는 위에서 언급한 J. Jahns와 A.W.Lohmann의 논문에도 기술되어 있다. Lau 효과와 Talbot 효과는 모두 격자의 자기 영상화와 관련이 있는 것으로 볼 수 있지만 이들은 최소한 Talbot가 (Lau가 사용한 연장된 백색 광원 대신) 단색 점 광원의 사용을 기재하였고 Lau는 2개의 격자를 전후로 위치시킨 반면에 Taubot는 하나의 격자만 사용한다는 점에서 다르다.

Talbot는 단색 광원에 의해 조명되는 격자의 후방에서 격자와 평행하게 정렬되고 격자로부터 소정 거리에 있는 평면에서 간섭 패턴을 관찰할 수 있음을 발견하였다. 상기 격자 후방의 소정 거리는 2d²/λ와 이의 정수배로서 이때 d는 격자의 격자 상수를 나타내고 λ는 단색 광원의 파장을 나타낸다.

본 발명자들은 조명부의 광원의 개구가 발광면으로 지칭되는 공통면에 있게 되면 특히 높은 콘트라스트를 달성할 수 있음을 발견하였다.

본 발명자들은 또한 조명부가 주기적인 광원인 경우에 특히 높은 콘트라스트를 달성할 수 있음을 알았다.

본 발명자들이 제안하는 해당 장치는

- 렌즈 피치(P)로 규칙적으로 배치되어 있고 투과형 마이크로렌즈 또는 반사형 마이크로렌즈일 수 있는 다수의 마이크로렌즈를 포함하는 마이크로렌즈 어레이;

- 상기 마이크로렌즈 어레이를 조명하기 위한 조명부;를 포함하는 제1 광학 배치구조를 포함하되

상기 조명부가 각각 파장(L)의 광 방출용으로 각각 개구를 가진 광원들의 어레이(LSA)를 포함하는 구조광 생성용 장치로서 기술할 수 있다. 상기 개구는 공통면(방출면)에 위치하고 상기 방출면은 마이크로렌즈 어레이로부터 거리(D)에 위치한다. 생성된 구조광(및 패턴 조명)에서 특히 높은 콘트라스트를 위한 특별한 조건은 다음 식과 같이 렌즈 피치(P), 거리(D)와 파장(L)이 서로 관련이 있다:

P² = 2LD/N

상기 식에서 N은 ≥1인 정수이다.

N이 작은 경우, 예를 들어 N이 ≤8인 경우, 특히 N이 ≤5인 경우에 거리(D)는 비교적 작아 제1 광학 배치구조(및 이에 따라 종종 상기 장치 또한)가 다소 얇아질 수 있다. 본 발명자들이 추가 발견한 바와 같이, 이렇게 낮은 N의 경우에 달성 가능한 콘트라스트는 명백히 매우 높다. 몇몇 실험에 있어서 N이 1 내지 4 범위일 때, 특히 N이 2일 때 매우 양호한 콘트라스트를 제공할 수 있다.

상기 장치는 패턴 조명을 생성하기 위한 장치로 볼 수도 있다.

상기 개구는 광원으로부터 분리할 필요가 없다. 예를 들어 반도체 레이저의 경우에 광이 방출되는 활성 영역이 개구가 된다.

상기 개구는 이들에 의해 발광 위치가 한정되므로 MLA로부터 거리(D)를 한정할 수 있는 것으로 주로 언급된다.

상기 방출면은 마이크로렌즈 어레이에 평행하게 정렬될 수 있다.

파장(L)은 광원에 의해 방출된 광의 파장이다. 상기 광원이 레이저인 경우에는 단순히 방출된 레이저 방사선의 (중간) 파장이다. 혼합 파장을 방출하는 광원인 경우에 파장(L)은 원칙적으로 방출된 파장들 중 어느 하나일 수 있다. 그러나 어느 경우에나 위에 인용한 방정식을 충족하는 파장(L)인 경우에 특히 양호한 콘트라스트가 존재하는 반면에, 다른 파장은 파장(L)에 의해 파장(L)에 의해 생성되는 파장과 중첩되고 - 그 결과 파장(L)에서 패턴이 흐려질 수 있다(blurring). 따라서 파장(L)은 광원 각각의 파장 스펙트럼에서 피크 파장일 수 있다.

파장(L)은 특히 불가시 영역의 광, 특히 적외선 영역에 있을 수 있다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 다수의 마이크로렌즈의 모든 마이크로렌즈는 동종의(congeneric) 마이크로렌즈이다.

렌즈 피치(P)는 예를 들어 5 ㎛ 내지 250 ㎛, 예를 들어 10 ㎛ 내지 150 ㎛이다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 광원 어레이의 모든 광원들은 동종의 광원이다.

상술한 바와 같이, 상기 마이크로렌즈는 투과형 또는 반사형일 수 있다.

투과형 마이크로렌즈는 조명부로부터 방출된 광의 적어도 일부에 투명하고; 따라서 조명부로부터 방출된 광은 적어도 부분적으로 마이크로렌즈를 통해 전파될 수 있다. 상기 투과형 마이크로렌즈는 회절형 및/또는 굴절형 마이크로렌즈일 수 있다. 예를 들어 상기 투과형 마이크로렌즈는 단열(athermalized) 마이크로렌즈 또는 다른 복합 렌즈일 수 있다.

반사형 마이크로렌즈는 조명부로부터 방출된 광의 적어도 일부를 반사시킨다. 이들은 또한 구조화된(이에 따라 비평면형인) 마이크로미러, 예를 들어 곡선형 마이크로미러로서 이해될 수 있다. 반사형 마이크로렌즈의 경우에 따라서 마이크로렌즈 어레이(MLA)는 마이크로미러 어레이로 볼 수 있다. 그러나 마이크로렌즈/마이크로미러는 보통 개별적으로 이동할 수 없고 오히려 나머지 마이크로렌즈 어레이/마이크로미러 어레이에 대해 고정 위치로 있을 수 있다. 상기 반사형 마이크로렌즈 각각은 평활하고 곡선인 표면을 가질 수 있고(굴절형 렌즈와 같이) 및/또는 회절형 구조로 구조화될 수 있다(투명한 회절형 렌즈와 같이).

몇몇 구현예에 있어서, 상기 마이크로렌즈는 투과형 굴절 마이크로렌즈이다.

일 구현예에 있어서, 상기 마이크로렌즈는 집광 렌즈(수렴 렌즈), 예를 들면 볼록 렌즈이다.

또 다른 구현예에 있어서, 상기 마이크로렌즈는 분산형 렌즈, 예를 들면 오목 렌즈이다.

상기 마이크로렌즈의 렌즈 개구는 원형일 수 있지만 (비원형인) 타원형일 수도 있다. 또한 다각형 렌즈 개구 또는 그 밖의 다른 렌즈 개구 기하구조, 예를 들면 직사각형, 특히 정사각형, 육각형 등의 개구 기하구조가 가능하다. 적합한 렌즈 개구 기하구조를 선택함으로써 MLA에 의해 투과 및 반사된 광의 비율을 최적화(최대화)하여 최종적으로는 형성된 조명 패턴에 기여할 수 있다.

구조광이 상기 마이크로렌즈들 중 서로 다른 마이크로렌즈들로부터 전파되는 광의 간섭에 의해 형성된 간섭 패턴으로부터 생긴다는 사실은 구조광의 콘트라스트가 MLA로부터 광범위한 거리에 걸쳐, 통상적으로 적어도 예를 들면 5cm 또는 10cm에서 무한대까지 전체 원거리 장(far field)에서 실질적으로 일정한 상태에 있도록 할 수 있다. 본 명세서에 기재된 장치는 패턴 조명을 달성하기 위해 패턴화된 슬라이드를 필요로 하지 않는다. 그리고 영상 렌즈(또는 나아가 다중 렌즈 영상 시스템)을 생략할 수도 있다.

상기 마이크로렌즈, 즉 이들의 형상은 제1 광학 배치구조의 시계(field of view), 즉 제1 광학 배치구조에 의해 구조광이 (주로) 방출되는 각도 범위를 한정한다(제1 광학 배치구조로부터 방출되는 광의 경로에 영향을 미치는 추가 광학 부품이 없다는 것을 전제).

따라서 상기 마이크로렌즈를 비구면 렌즈로서 제공하는 것이 다양한 용도에서 유리할 수 있다. 예를 들어 상기 마이크로렌즈는 구조광을 위한 직사각형 영역(envelope)을 생성하도록 구조화될 수 있다. 예를 들어 상기 마이크로렌즈는 마이크로렌즈의 광축에 수직인 제1축을 따르는 초점 길이(f1)를 가질 수 있는데, 상기 초점 길이(f1)는 마이크로렌즈의 광축에 수직이고 제1축에 수직인 제2축을 따르는 초점 길이(f2)보다 더 작다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 광원들 각각은 다수의 마이크로렌즈의 각각의 서브세트(subset)를 조명하도록 배치되고, 상기 서브세트 각각은 복수 개의 이웃한 마이크로렌즈들을 포함하여 광원들 중 특정 광원 각각으로부터 나오는 광이 각각의 서브세트 내 마이크로렌즈들 중 서로 다른 마이크로렌즈를 통과하도록 하여 간섭 패턴을 형성한다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 MLA는 2차원 MLA이다. 그러나 다른 구현예에 있어서, 상기 MLA는 1차원 MLA이다. 후자의 경우에 상기 마이크로렌즈는 일렬로 배치되는데; 이 경우 원통형 렌즈가 특히 적합할 수 있다.

2차원 MLA의 경우, 서로 다를 수 있는 2개의 렌즈 피치, 즉 2개의 대칭 축과 같이 서로 다른 2개의 방향 각각에 대해 하나의 피치가 있을 수 있다. 직사각형 렌즈 배치구조의 경우에 상기 2개의 방향은 서로 수직이고, 육각형 배치구조의 경우에 상기 방향은 60°의 각을 포함한다. 그러나 2차원 MLA를 사용하는 일부 구현예에서 이들 2개의 렌즈 피치는 동일하다.

일 구현예에 있어서, 상기 광원 어레이(LSA)는 피치(Q)(광원 피치(Q))로 규칙적으로 배치되는 광원을 포함한다.

광원 피치(Q)는 예를 들어 5 ㎛ 내지 250 ㎛, 예를 들어 10 ㎛ 내지 150 ㎛일 수 있다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 LSA는 2차원 LSA이다. 그러나 다른 구현예에서 상기 LSA는 1차원 LSA이다. 후자의 경우, 상기 광원은 일렬로 배치된다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 LSA의 광원은 공통의 판형 기판상에 배치되는데, 상기 광원의 방출 방향(및 이에 따라 광축)은 기판에 의해 형성되는 판에 수직이다.

원칙적으로, 피치(Q)는 렌즈 피치(P)와 관계없이 선택될 수 있다. 그러나 2개의 피치(P와 Q)가 각각 서로 평행한 선들을 따라 위치되어 있는 마이크로렌즈와 광원("상호 평행한 MLA와 LSA")의 거리인 경우에, P=Q를 적용하면 구조광에서 특히 높은 콘트라스트를 달성할 수 있는 것으로 밝혀졌다.

pP = qQ(p와 q는 공약수가 없는 적어도 1 이상의 정수(p≥1, q≥1)임)인 경우에 양호한 콘트라스트를 얻을 수도 있다. 본 발명자들은 이 경우에 특히 커지고 더욱 복잡한 단위 셀에서(P=Q의 경우에 대해) 복잡성이 증가된 조명 패턴을 형성할 수 있음을 알아냈다.

그러나 p와 q의 값이 비교적 높으면 구조광에서 콘트라스트 감소가 나타나는 경향이 있어 p ≤ 8이고 q ≤ 8인 것이 종종 바람직하다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 LMA의 마이크로렌즈는 직사각형 격자 또는 나아가 정사각형 격자 상에 배치되지만, 다른 기하구조, 예를 들면 육각형의 주기적 배치구조도 가능하다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 LSA의 광원은 직사각형 격자 또는 나아가 정사각형 격자 상에 배치되지만, 다른 기하구조, 예를 들면 육각형의 주기적 배치구조도 가능하다. 이들은 모든 격자점을 차지할 수 있지만, 이와 다르게 일부 구현예에서는 몇몇 격자점이 광원에 의해 점유되지 않는다.

본 발명자들은 서로 평행하게 정렬되어 있는 동일한 기하구조의 규칙적인 배치구조를 가진 MLA와 LSA 2개 모두를 제공하면, 예를 들어 MLA와 LSA의 직사각형의 대응 측면이 서로 평행하게 정렬되어 있는 MLA와 LSA("상호 평행한 MLA와 LSA") 2개 모두에 대해 동일한 종횡비의 직사각형 배치구조를 제공하면 특히 높은 콘트라스트를 달성할 수 있다는 것을 발견하였다.

유사하게도 상기 마이크로렌즈 어레이와 광원 어레이의 상호 평행 배치된 육각형(또는 다른) 기하구조는 증가된 콘트라스트를 제공하는 경향이 있다.

특히, 위에 언급한 pP = qQ(p, q는 공약수를 갖지 않는 정수임)의 경우에 단위 셀이 크고 주기성이 큰 유용한 조명 패턴을 얻을 수 있다. 유사하게, 서로 다른 축을 따르는 렌즈의 2개의 서로 다를 수 있는 피치(P1, P2)와 서로 다른 축을 따르는 광원의 2개의 서로 다를 수 있는 피치(Q1, Q2)가 있는 경우에, 적어도 p1P1 = q1Q1과 p2P2 = q2Q2(p1, q1은 공약수를 갖지 않는 정수이고 p2, q2가 공약수를 갖지 않는 정수임)이도록; 보다 상세하게는 렌즈가 피치(P1)를 갖고 있는 축이 광원이 피치(Q1)를 갖고 있는 축에 평행하게 정렬되고, 렌즈가 피치(P2)를 갖고 있는 축이 광원이 피치(Q2)를 갖고 있는 축에 평행하게 정렬("상호 평행한 MLA와 LSA")되도록 제공되는 경우에 동일한 바가 적용된다.

본 발명자들은 생성된 조명 패턴에서 잠재적인(즉, 가능한) 최대 광세기의 위치가 MLA의 주기(또는 주기들)에 의해 결정되는 반면에 LSA의 주기(또는 주기들)은 조명 패턴에서 잠재적인 최대 광세기의 상기 위치에서의 상대적 세기를 조정하기 위해 사용될 수 있다.

일 구현예에 있어서, 상기 조명부는 공간적으로 비간섭성인 광을 방출하도록 구조화 및 구성된다. 이와 달리, 공간적으로 간섭성인 광을 방출하도록 제공될 수도 있다.

예를 들어 상기 광원은 서로 떨어져 있는 (그리고 전적으로 공간적으로 비간섭성인 광을 생성하는) 발광체일 수 있는데 -예를 들어 하나의 레이저와 같은 단 하나의 발광체를 격자와 함께 제공시 상기 격자를 조명하는 레이저와 상기 격자의 슬릿을 통해 방출되는 광이 광원을 구성하는 (그 결과 공간적으로 간섭성인 광이 조명부로부터 방출되는) 경우와 다르다.

몇몇 구현예에서, 상기 조명부는 VCSEL, 즉 수직 공동 표면 방출 레이저의 어레이를 포함한다. VCSEL의 어레이는 공간적으로 비간섭성인 광을 매우 높은 세기로 방출할 수 있게 한다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 조명부는 VCSEL의 어레이이다.

발광체로서 VCSEL을 제공하면 방출 방향을 따르는 수직 방향으로, 즉 광축 방향을 따라 크기가 매우 작은 장치를 구성할 수 있다. 또한 측광형(edge-emitting) 레이저를 사용하는 것보다 VCSEL을 사용하면 작은 피치(Q)가 더 쉽게 구현된다.

일 구현예에 있어서, 상기 VCSEL 어레이의 VCSEL들의 방출 방향은 MLA의 광축에 평행하다.

일 구현예에 있어서, 상기 조명부와 MLA 사이의 광로에는 추가 광학 부재, 적어도 광출력을 가진 광학 부재가 없다.

일 구현예에 있어서, 거리(D)를 측정하기 위한 MLA에서 기준면을 렌즈면이라고 지칭하는데, 상기 렌즈면은 마이크로렌즈의 주변점(peripheral point)을 포함한다. 상기 마이크로렌즈의 모든 주변점이 동일면에 있지 않은 경우에 렌즈면은 조명부로부터 가장 멀리 떨어져 있는 마이크로렌즈의 주변점을 포함하는 면으로서 정의된다.

실제로, 거리(D)는 마이크로렌즈의 수직 연장 길이(광축을 따른 연장 길이)보다 훨씬 더 클 수 있어 마이크로렌즈가 위치해 있는 면으로서 렌즈면을 정의하기에 충분히 정밀하다.

물론, 거리(D)는 항상 MLA에 수직인 방향-특히 위에 언급한 방출면에 수직인 방향일 수도 있음-으로 항상 결정된다. 이는 상기 방정식에서 사용할 거리(D)가 개구(방출면)와 MLA 사이의 기하학적 거리와 동일한 경우, 즉 광의 광학 경로 길이가 개구와 MLA 간 직접적인 직선 연결부의 길이와 일치하는 경우에 해당할 수 있다. 그러나 반드시 그런 것은 아니다. 아래에서 더 설명하겠지만, (상기 방정식에서 거리(D)로서 사용할) 광학 경로 길이가 상기 기하학적 거리와 상이한 구현예들이 있다.

일 구현예에 있어서, 상기 광원들 각각은 상기 다수의 마이크로렌즈들 중 복수 개의 이웃한 마이크로렌즈들을 포함하는 세트를 조명하도록 구조화 및 배치된다. 이러한 방법으로 상기 광원들 중 단 하나의 광원으로부터 나오는 광에 의해 간섭 패턴이 발생되도록 마이크로렌즈들 중 여러 (서로 다른) 마이크로렌즈로부터 전파되는 광이 나타나도록 할 수 있다. 예를 들면 마이크로렌즈 각각은 광원들 중 적어도 2개 또는 나아가 적어도 10개의 광원에 의해 조명될 수 있다.

게다가 상기 광원들 중 이웃한 광원들에 의해 조명되는 마이크로렌즈들의 세트가 중첩, 즉 제1 광원에 의해 조명되는 마이크로렌즈들의 세트와 제1 광원에 이웃한 제2 광원에 의해 조명되는 마이크로렌즈들의 세트는 적어도 하나의 마이크로렌즈를 공유하도록 제공될 수 있다. 특히, VCSEL과 같은 레이저가 광원으로서 사용될 때 MLA 상에서 이웃한 광원으로부터 방출되는 광의 이러한 중첩은 구조광에 의해 형성되는 패턴, 즉 조명 패턴에 얼룩(speckle) 형성을 감소시키거나 나아가 형성되지 않게 할 수 있다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 광원들 각각은 평균 개방각이 적어도 5° 또는 이보다는 적어도 10°인 방출 원뿔(emission cone)을 갖는다("평균"은 방출 원뿔이 회전 대칭이 아닌 경우에 해당함).

보다 복잡한 구성의 구조광을 생성하기 위해서, 보다 복잡한 조명 패턴을 형성하도록 상술한 장치에 다양한 변화를 적용할 수 있다. 예를 들면 상술한 종류의 2개 이상의 광학 배치구조를 하나의 장치에서 조합할 수 있다. 예를 들면 2개 또는 3개의 배치구조를 조합하거나 예를 들면 직사각형의 모서리에 각각 4개의 배치구조를 위치시켜 조합할 수 있다. 또한 광학 배치구조에서 동일한 하나의 MLA가 2개 이상의 LSA에 의해 조명되거나, 동일한 하나의 LSA가 2개 이상의 MLA를 조명할 수도 있는데; 이는 MLA 또는 LSA를 공유하는 2개의 광학 배치구조로서 볼 수도 있다.

일 구현예에 있어서, 상기 장치는

- 렌즈 피치(P2)로 규칙적으로 배치되어 있는 다수의 투과형 또는 반사형 제2 마이크로렌즈를 포함하는 제2 마이크로렌즈 어레이(제2 MLA);

- 상기 제2 마이크로렌즈 어레이를 조명하기 위한 제2 조명부(제2 LSA);를 포함하는 제2 광학 배치구조를 포함하되,

상기 제2 조명부는 각각 파장(L2)의 광의 방출용으로 각각 제2 개구로서 지칭되는 개구를 가진 광원의 제2 어레이를 포함하고, 상기 제2 개구는 제2 마이크로렌즈 어레이로부터 거리(D2)에 위치해 있는 제2 방출면으로 지칭되는 공통면에 위치해 있으며, 거리(D2)와 파장(L2)은 렌즈 피치(P2)에 대해 다음 식이 적용되고:

(P2)² = 2*L2*D2/N2

상기 식에서 N2는 ≥1인 정수임,

- 상기 제2 마이크로렌즈 어레이와 제1 광학 배치구조의 마이크로렌즈 어레이는 동일한 하나가 아니거나(즉 상기 제2 마이크로렌즈 어레이와 제1 광학 배치구조의 마이크로렌즈 어레이는 서로 다른 실체이거나; 상기 제2 마이크로렌즈 어레이는 제1 광학 배치구조의 마이크로렌즈 어레이와 다르지만 경우에 따라 동종이거나); 또는

- 상기 제2 조명부와 제1 광학 배치구조의 조명부는 동일한 하나가 아니거나(즉, 상기 제2 조명부와 제1 광학 배치구조의 조명부는 서로 다른 실체이거나; 상기 제2 조명부는 제1 광학 배치구조의 조명부와 다르지만 경우에 따라 동종이거나); 또는

- 상기 제2 마이크로렌즈 어레이와 제1 광학 배치구조의 마이크로렌즈 어레이는 2개 모두 동일한 하나가 아니고; 상기 제2 조명부와 제1 광학 배치구조의 조명부는 동일한 하나가 아니다.

이하, 경우에 따라

- 상기 제1 광학 배치구조의 MLA를 제1 MLA라 하기로 하고;

- 상기 제1 광학 배치구조의 LSA를 제1 LSA라 하기로 하고;

- 상기 제1 광학 배치구조의 마이크로렌즈를 제1 마이크로렌즈라 하기로 하고;

- 상기 제1 광학 배치구조의 광원을 제1 광원이라 하기로 하고;

- 상기 제1 광원의 개구를 제1 개구라 하기로 하고;

- 렌즈 피치(P)를 렌즈 피치(P1)라 하기로 하고;

- 파장(L)을 파장(L1)이라 하기로 하고;

- 거리(D)를 거리(D1)라 하기로 하고;

- 정수(N)을 정수(N1)라 하기로 할 것이다.

일 구현예에 있어서, 상기 제2 MLA와 제1 MLA는 동일한 하나가 아니고, 상기 제2 MLA는 제1 MLA에 대해 이동한다. 이 구현예에 있어서, 상기 제1 및 제2 MLA는 경우에 따라 동종 MLA이다. 나아가 경우에 따라서 거리(D1, D2)는 동일하다. 상기 제1 LSA와 제2 LSA는 동일한 하나일 수 있거나 상기 제1 LSA와 제2 LSA는 동일한 하나가 아닐 수 있으며; 상기 제1 및 제2 LSA는 이들의 광원의 공통 세트를 공유할 수 있다. 이 구현예에서 경우에 따라 파장(L1, L2)은 동일하다.

이 구현예에 있어서, 상기 제1 및 제2 MLA는 서로 평행하고 제1 및 제2 LSA의 방출 방향에 평행한 광축을 가질 수 있다.

상기 제1 및 제2 MLA는 모두 단 하나의 광학 부품에 포함될 수 있다.

또 다른 구현예에 있어서, 렌즈 피치(P1과 P2)는 서로 다르다. 이 경우, 거리(D1과 D2)는 (상기 방정식을 만족시키면서) 동일하도록 제공될 수 있다. 이는 예를 들면 파장(L1, L2) 및/또는 정수(N1, N2)가 적절히 선택되도록 제공함으로써 이루어질 수 있다. 그러나 이 경우 거리(D1과 D2)는 동일하지 않을 수 있다. 또한 이 구현예에서는 배치되는 제1 및 제2 광원의 각각의 광원 피치(Q1, Q2)는 서로 다르도록 제공될 수 있다.

또 다른 구현예에 있어서, 파장(L1과 L2)은 서로 다르다. 이 경우, 거리(D1과 D2) 역시 서로 다를 수 있고/또는 렌즈 피치(P1, P2) 역시 서로 다를 수 있다.

또 다른 구현예에 있어서, 상기 제1 및 제2 MLA는 서로에 대해 회전한다. 보다 상세하게는, 상기 제1 MLA와 제2 MLA는 각각 2개의 서로 수직인 대칭축을 가진 직사각형 기하구조(정사각형 기하구조인 경우도 포함)를 갖고, 상기 제2 MLA의 대칭축은 제1 MLA의 대칭축과 소정의 각도(φ)를 이루며, 상기 각도에 대해 0°<φ ≤ 45°, 예를 들어 1° < φ ≤ 10°가 적용된다. 유사하게, 육각형 기하구조를 가진 2개의 MLA는 서로에 대해 회전할 수 있다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 광원 어레이는 제1 격자의 격자점 상에 각각 위치되어 있는 제1군의 광원들과 또한 제2 격자의 격자점 상에 각각 위치되어 있는 제2군의 광원들을 포함하되, 상기 제1군의 발광체와 제2군의 발광체는 산재되어 있다. 상기 제1 및 제2 격자는 동일한 하나가 아니지만; 이들은 동종일 수 있는데, 이 경우 이들은 상호 이동 또는 회전할 수 있다.

유사하게, 상기 제1군의 발광체와 제2군의 발광체는 교차되거나 교차 방식으로 위치되어 있다고 말할 수 있다.

상기 제1 및 제2 격자는 상호 중첩된 격자인 것으로 볼 수 있다.

이는 공간을 안전하게 할 수 있고/또는 MLA의 보다 균일한 조명에 기여할 수 있다.

상기 제1군 및 제2군의 광원의 광원들은 동종의 광원일 수 있다. 그러나 이와 달리 이들은 서로 다른 특성을 가질 수 있다.

각각의 그룹은 예를 들면 적어도 10개의 발광체 또는 예를 들면 적어도 40개의 발광체를 포함할 수 있다.

상기 제1 및 제2 격자는 치수가 동일할 수 있고 서로 평행하게 정렬될 수 있고, 경우에 따라 상기 제2 격자는 제1 격자에 대해 이동한다.

일례로, 상기 제1 및 제2 격자는 모두 x축을 따른 격자 상수(Qx)를 가지며 y축을 따른 격자 상수(Qy)를 가진 직사각형 격자이다. 상기 x축은 y축에 수직으로 정렬될 수 있다.

Qx와 Qy는 광원 피치에 해당하는 것으로 볼 수 있지만, 이 경우 각 군의 광원은 다른 군(들)과는 별개로 보아야 한다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 제2 격자는 x축을 따른 이동거리로서 Qx의 비정수(non-integer)배 만큼 제1 격자에 대해 이동하고/또는 y축을 따른 이동거리로서 Qy의 비정수배 만큼, 예를 들면 x축을 따라 (nx + 0.01) × Qx 내지 (nx + 0.99) × Qx의 이동거리만큼 또한 경우에 따라 y축을 따라 (ny + 0.01) × Qy 내지 (ny + 0.99) × Qy의 거리만큼 이동하고, 이때 nx는 ≥ 0인 정수이고 ny는 ≥ 0인 정수이다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 제1 격자의 복수 개의 격자점은 제1군의 광원에 의해 점유되지 않는다. 이는 LSA의 제조성을 향상시킬 수 있다. 예를 들면 제조시 (이웃한) 광원들 간 거리를 최소화해야 하는 제약이 있을 수 있고 이러한 최소 거리는 모든 격자의 격자점 각각에 광원이 존재하는 경우에는 더 낮춰야 할 것이다.

문구 "광원에 의해 점유되지 않는..."은 "광원이 없는..."이라는 용어를 사용할 수도 있다. 바꿔 말하면, 상기 복수 개의 (비점유) 격자점들 중 어느 격자점에도 광원이 존재하지 않는다.

유사하게, 선택적으로 또는 추가로 상기 제2 격자의 복수 개의 격자점은 (제2군의) 광원에 의해 점유되지 않도록 제공될 수 있다.

몇몇 구현예에 있어서, (명료성을 높이기 위해) 상기 마이크로렌즈 어레이를 "제1 마이크로렌즈 어레이"라 하기로 하고 상기 제1 광학 배치구조는 제1 마이크로렌즈 어레이 외에도 제2 마이크로렌즈 어레이를 포함하며 상기 제1 및 제2 마이크로렌즈 어레이는 동일한 하나의 일체형 기판에 포함된다. 이 방법으로 공간 절감 및/또는 제조성 향상을 달성할 수 있다.

상기 제2 마이크로렌즈 어레이는 공통 방출면으로부터 앞서 언급한 거리(D)에 위치될 수 있다.

경우에 따라서 상기 제1 및 제2 마이크로렌즈 어레이는 방출면에 평행한 방향으로 서로에 대해 이동하는 동종의 마이크로렌즈 어레이이다.

상기 제1 및 제2 마이크로렌즈 어레이의 마이크로렌즈 모두가 피치(P)를 갖고 있는 축을 따르는 이동거리의 성분은 피치(P)의 비정수배일 수 있다. 즉, 상기 성분은 예를 들면 (n + 0.01) × P 내지 (n + 0.99) × P일 수 있고, 이때 n은 ≥0인 정수이다.

상기 제2 마이크로렌즈 어레이는 렌즈 피치(P)와는 다른 렌즈 피치(PP)로 규칙적으로 배치되어 있는 다수의 투과형 또는 반사형 마이크로렌즈를 포함할 수 있다. 그러나 다른 구현예에 있어서 상기 제1 및 제2 MLS의 렌즈 피치는 동일하다.

상기 제1 및 제2 MLA에 대해 상술한 바와 유사하게, 상기 조명부는 (선택적으로 또는 추가로) 2개 (또는 그 이상)의 LSA를 포함할 수 있다.

따라서:

몇몇 구현예에 있어서, (명료성을 높이기 위해) 상기 광원 어레이를 "제1 광원 어레이"라고 할 수 있고 상기 조명부는 제1 광원 어레이 외에도 제2 광원 어레이를 포함하며 상기 제1 및 제2 광원 어레이는 동일한 하나의 일체형 기판에 포함된다.

경우에 따라서 상기 제2 광원 어레이의 광원 각각은 공통 방출면에 위치해 있는 개구를 갖는다.

경우에 따라서 상기 제2 광원 어레이의 광원 각각은 파장(L)의 광을 방출하도록 동작할 수 있다. 그러나 이와 달리 상기 제2 광원 어레이의 광원이 파장(L)과 다른 파장의 광을 방출하도록 동작할 수 있다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 제1 및 제2 광원 어레이는 방출면에 평행한 방향으로 서로에 대해 이동하는 동종의 광원 어레이이다. 예를 들면 상기 제1 및 제2 마이크로렌즈 어레이의 광원 모두가 피치(Q)를 갖고 있는 축을 따르는 이동거리의 성분은 피치(Q)의 비정수배이다. 즉, 상기 성분은 예를 들면 (n + 0.01) × Q 내지 (n + 0.99) × Q일 수 있고, 이때 n은 ≥0인 정수이다.

경우에 따라서 상기 제2 광원 어레이는 광원 피치(Q)와는 다른 광원 피치(QQ)로 규칙적으로 배치되어 있는 다수의 광원을 포함한다. 그러나 다른 구현예에 있어서 상기 제1 및 제2 광원 LSA의 광원 피치는 동일하다.

또한 몇몇 구현예에 있어서, 상기 제1 광학 배치구조는 마이크로렌즈 어레이 외에 추가로 (m-1)개의 마이크로렌즈 어레이를 포함하고, 이때 m은 ≥3인 정수이다.

경우에 따라서 상기 m개의 마이크로렌즈 어레이 각각은 각각의 경계선에서 m개의 마이크로렌즈 어레이들 중 2개의 이웃한 마이크로렌즈 어레이와 인접한다. 이는 MLA가 차지하는 공간을 절감하는데 기여하고/또는 MLA의 균일한 조명 달성을 단순화할 수 있다.

상기 경계선은 예를 들면 직선일 수 있다.

몇몇 구현예에 있어서, m개의 모든 마이크로렌즈 어레이의 경계선은 공통 점에 인접해 있다.

경우에 따라서 상기 m개 각각의 마이크로렌즈 어레이의 각각의 경계선들은 서로에 대해 360°/m의 각을 이룬다.

경우에 따라서 상기 마이크로렌즈 어레이들 중 적어도 제1 및 제2 마이크로렌즈 어레이는 서로에 대해 회전하는 동종의 마이크로렌즈 어레이이다.

경우에 따라서 상기 마이크로렌즈 어레이들 중 적어도 제1 마이크로렌즈 어레이는 피치(P)와 다른 피치(PP)를 갖는다.

경우에 따라서 상기 마이크로렌즈 어레이들 중 적어도 제1 및 제2 마이크로렌즈 어레이는 서로에 대해 이동하는 동종의 마이크로렌즈 어레이이다. 예를 들면 상기 제1 및 제2 마이크로렌즈 어레이의 마이크로렌즈가 피치(P)를 갖고 있는 축을 따르는 이동거리의 성분은 피치(P)의 비정수배일 수 있다. 즉, 상기 성분은 예를 들면 (n + 0.01) × P 내지 (n + 0.99) × P일 수 있고, 이때 n은 ≥0인 정수이다.

≥ 3인 m개의 MLA인 경우에 상술한 바와 유사하게 상기 조명 장치는 (선택적으로 또는 추가로) ≥ 3인 M개의 LSA를 포함할 수 있다("m"과 "M"은 서로 다른 정수일 수 있지만, 경우에 따라서는 동일할 수 있다.) 따라서:

몇몇 구현예에 있어서, 상기 조명부는 광원 어레이 외에 추가로 (M-1)개의 광원 어레이를 포함하고, 이때 M은 ≥3의 정수이다.

경우에 따라서 상기 M개의 광원 어레이 각각은 각각의 경계선에서 M개의 광원 어레이 중 이웃한 2개의 광원 어레이에 인접해 있다. 상기 경계선은 예를 들면 직선일 수 있다.

M개의 모든 광원 어레이의 경계선은 공통 점에 인접해 있을 수 있다.

상기 m개 각각의 광원 어레이의 각각의 경계선은 서로에 대해 360°/M의 각을 이룰 수 있다.

경우에 따라서 상기 광원 어레이들 중 적어도 제1 및 제2 광원 어레이는 서로에 대해 회전하는 동종의 광원 어레이이다.

경우에 따라서 상기 광원 어레이 중 적어도 제1 광원 어레이는 피치(Q)와 다른 피치(QQ)를 갖는다.

경우에 따라서 상기 광원 어레이들 중 적어도 제1 및 제2 광원 어레이는 서로에 대해 이동하는 동종의 광원 어레이이다. 예를 들면 상기 제1 및 제2 광원 어레이의 광원이 피치(Q)를 갖고 있는 축을 따르는 이동거리의 성분은 피치(Q)의 비정수배일 수 있다. 즉, 상기 성분은 예를 들면 (n + 0.01) × Q 내지 (n + 0.99) × Q일 수 있고, 이때 n은 ≥0인 정수이다.

MLA의 특히 균일한 조명을 달성하고/또는 구조광의 복잡성을 증가시키기 위해서 서두에 기재한 장치가 또한

- 렌즈 피치(P2)로 규칙적으로 배치되는 다수의 투과형 또는 반사형 제2 마이크로렌즈를 포함하는 제2 마이크로렌즈 어레이; 및

- 상기 제2 마이크로렌즈 어레이를 조명하기 위한 제2 조명부를 포함하는 제2 광학 배치구조를 포함하는 구현예를 사용할 수 있다.

또한 상기 제2 조명부는 각각 파장(L2)의 광의 방출용으로 각각 제2 개구로서 지칭되는 개구를 가진 광원의 제2 어레이를 포함한다. 또한 상기 제2 개구는 제2 마이크로렌즈 어레이로부터 거리(D2)에 위치해 있는 제2 방출면으로 지칭되는 공통면에 위치해 있으며 다음 식이 적용된다:

(P2)² = 2*L2*D2/N2

상기 식에서 N2는 ≥1의 정수이다. 상기 제2 마이크로렌즈 어레이와 제1 광학 배치구조의 마이크로렌즈 어레이는 별개의 마이크로렌즈 어레이이고 상기 제2 광원 어레이와 제1 광학 배치구조의 광원 어레이는 별개의 광원 어레이이다. 즉, 상기 광원 어레이는 동일한 하나가 아니고 상기 마이크로렌즈 어레이는 동일한 하나가 아니다.

상기 마이크로렌즈 어레이는 동일한 하나의 일체형 부품에 포함될 수 있지만 그럴 필요는 없다.

상기 광원 어레이는 동일한 하나의 일체형 부품에 포함될 수 있지만 그럴 필요는 없다.

경우에 따라서 상기 제1 광학 배치구조의 광원은 제2 마이크로렌즈 어레이를 조명하지 않도록 구조화 및 배치되고 상기 제2 광원 어레이의 광원은 제1 광학 배치구조의 마이크로렌즈 어레이를 조명하지 않도록 구조화 및 배치된다. 이러한 방법으로 상기 장치는 별개의 독립적인 채널을 가질 수 있다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 제2 마이크로렌즈 어레이와 제1 광학 배치구조의 마이크로렌즈 어레이는 동종의 마이크로렌즈 어레이일 수 있다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 제2 광원 어레이와 제1 광학 배치구조의 광원 어레이는 동종의 광원 어레이일 수 있다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 제1 광학 배치구조의 마이크로렌즈 어레이의 마이크로렌즈가 피치(P)를 갖고 있는 축과 제2 마이크로렌즈 어레이의 마이크로렌즈가 피치(P2)를 갖고 있는 축은 서로 평행하게 정렬된다.

몇몇 구현예에 있어서, P2는 P와 동일하고, 상기 제2 마이크로렌즈 어레이는 방출면에 평행한 방향으로 제1 광학 배치구조의 마이크로렌즈 어레이에 대해 이동한다. 이러한 MLA의 상호 이동에 의해 복잡성이 더 높은 구조광을 생성할 수 있다. 특히 상기 제1 및 제2 마이크로렌즈 어레이의 마이크로렌즈가 피치(P)를 갖고 있는 축을 따르는 이동거리의 성분은 피치(P)의 비정수배이다. 즉, 상기 성분은 예를 들면 (n + 0.01) × P 내지 (n + 0.99) × P일 수 있고, 이때 n은 ≥0의 정수이다.

몇몇 구현예에 있어서, 또한 상기 제1 광학 배치구조의 광원은 광원 피치(Q)로 규칙적으로 배치되고 상기 제2 광원 어레이의 광원은 광원 피치(Q2)로 규칙적으로 배치되며 상기 제1 광학 배치구조의 광원이 피치(Q)로 배치되어 있는 축은 제2 광원 어레이의 광원이 피치(Q2)로 배치되어 있는 축에 평행하게 정렬된다. 경우에 따라서 Q = Q2가 제공될 수 있지만 그럴 필요는 없다.

몇몇 구현예에 있어서, P는 Q와 동일하다. 이에 따라 P = Q = P2 = Q2가 제공될 수 있다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 제1 광학 배치구조의 광원 어레이의 광원이 피치(Q)를 갖고 있는 축과 제2 광원 어레이의 광원이 피치(Q)를 갖고 있는 축은 서로 평행하게 정렬된다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 제2 광원 어레이는 방출면에 평행한 방향으로 제1 광학 배치구조의 광원 어레이에 대해 이동한다.

예를 들어, 상기 제2 광학 어레이는 제1 광학 배치구조의 마이크로렌즈 어레이에 대해 이동하는 제1 광학 배치구조의 광원 어레이와 동일한 방법으로(즉, 동일한 방향으로 또한 동일한 거리만큼) 제2 마이크로렌즈 어레이에 대해 이동할 수 있다. 이와 다른 구현예에 있어서, 상기 제2 광원 어레이는 제1 광학 배치구조의 마이크로렌즈 어레이에 대해 이동하는 제2 마이크로렌즈 어레이와 동일한 방법으로(즉, 동일한 방향으로 또한 동일한 거리만큼) 제2 마이크로렌즈 어레이에 대해 이동할 수 있다.

이에 따라, 예를 들면 상기 제1 및 제2 광학 배치구조는 제1 광학 배치구조의 방출면이 제2 방출면과 일치하고 제1 및 제2 광학 배치구조가 서로에 대해 이동하는 동종의 광학 배치구조일 수 있다.

상기 이동거리는 제1 및 제2 마이크로렌즈 어레이의 마이크로렌즈가 피치(P)의 정수배와 다른 피치(P)를 갖고 있는 축을 따르는 성분을 가진 이동거리일 수 있다.

구조광의 복잡성을 증가시키기 위해서 예를 들면 MLA의 상대이동뿐만 아니라 MLA의 상호 회전을 제공할 수 있다.

몇몇 구현예에 있어서, P2는 P와 동일하고 상기 제2 마이크로렌즈 어레이는 제1 광학 배치구조의 마이크로렌즈 어레이에 대해 각도(φ)만큼 회전한다. 회전축은 방출면에 수직으로 정렬될 수 있는데; 상기 장치의 모든 광원 어레이에 대한 방출면은 서로 평행할 수 있고 더 나아가 서로 일치할 수도 있다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 제1 광학 배치구조의 광원은 광원 피치(Q)로 규칙적으로 배치되고 상기 제2 광원 어레이의 광원은 광원 피치(Q2)로 규칙적으로 배치되며 상기 제1 광학 배치구조의 광원이 피치(Q)로 배치되어 있는 축은 제2 광원 어레이의 광원이 피치(Q2)로 배치되어 있는 축과 각도(φ)에 이르는 각을 형성한다.

경우에 따라서 Q = Q2가 적용된다.

또한 P = Q가 적용될 수 있다.

이에 따라 예를 들면 상기 제1 및 제2 광학 배치구조는 제1 광학 배치구조의 방출면이 제2 방출면과 일치하고 제1 및 제2 광학 배치구조가 서로에 대해 회전하는 동종의 광학 배치구조일 수 있다.

상기 회전 각도(φ)는 5° 내지 40°일 수 있다.

예를 들면 2개 이상의 MLA를 사용하여, 특히 이들이 서로 회전할 때 복잡성이 증가된 구조광을 생성할 수 있는데, 경우에 따라서는 특히 작은 회전각이 유용할 수 있다.

몇몇 구현예에 있어서, 예를 들면 상기 마이크로렌즈 어레이는 (명료성을 증가시키기 위해) 제1 마이크로렌즈 어레이라 하고 상기 제1 광학 배치구조는 제1 마이크로렌즈 어레이 이외에

- 렌즈 피치(P')로 규칙적으로 배치되어 있는 다수의 투과형 또는 반사형 제2 마이크로렌즈를 포함하는 제2 마이크로렌즈 어레이를 포함하고;

상기 제2 마이크로렌즈 어레이는 제1 마이크로렌즈 어레이에 대해 회전하고 상기 광원 어레이의 광원은 제2 마이크로렌즈 어레이를 조명하도록 구조화 및 배치된다.

상기 제1 및 제2 마이크로렌즈 어레이 모두 광원 어레이에 의해 조명될 수 있다.

경우에 따라서 상기 제1 및 제2 마이크로렌즈 어레이는 모두 별개의 실체로서 또는 동일한 하나의 일체형 광학 부품으로 구체화될 수 있다. 예를 들면 이들은 똑같은 공정 단계에 의해 및/또는 동일한 하나의 기판에서 동시에 제조될 수 있다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 제1 및 제2 마이크로렌즈 어레이는 동종의 마이크로렌즈 어레이이다.

몇몇 구현예에 있어서, P는 P'와 동일하다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 광원 어레이의 광원들은 광원 피치(Q)로 규칙적으로 배치된다. 이들 구현예에서 P = Q인 경우가 있을 수 있지만 (그럴 필요는 없다).

몇몇 구현예에 있어서, 상기 광원이 피치(Q)로 배치되어 있는 축은 제1 마이크로렌즈 어레이의 마이크로렌즈들이 피치(P)로 배치되어 있는 축과 제2 마이크로렌즈 어레이의 마이크로렌즈들이 피치(P')로 배치되어 있는 축 모두에 대해 5° 이내에서 평행하게 정렬된다. 이들 구현예에서, 예를 들면 상기 제2 마이크로렌즈 어레이들의 마이크로렌즈들이 피치(Q)로 배치되어 있는 축은 제1 마이크로렌즈 어레이의 마이크로렌즈들이 피치(P)로 배치되어 있는 축에 평행하게 정렬될 수 있다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 제2 마이크로렌즈 어레이는 제1 마이크로렌즈 어레이에 대해 0°보다 크고 최대 5° 만큼 회전한다. 예를 들면 상기 제2 마이크로렌즈 어레이는 제1 마이크로렌즈 어레이에 대해 적어도 0.1° 와 최대 4°만큼 회전할 수 있다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 제1 마이크로렌즈 어레이와 제2 마이크로렌즈 어레이는 모두 각각 상호 수직인 2개의 대칭축을 가진 직사각형 기하구조를 갖고, 상기 제1 마이크로렌즈 어레이의 대칭축과 제1 마이크로렌즈 어레이의 대칭축 사이의 각도(φ)는 0°보다 크고 최대 5°이다.

상기 각도(φ)는 적어도 0.1°일 수 있다.

상기 각도(φ)는 최대 4°일 수 있다.

상호 회전이 상대적으로 작은 MLA와 유사하게, 상호 회전이 상대적으로 작은 LSA도 장치 내 제공될 수 있다. 예를 들면 상기 어레이의 광원들이 광원 피치(Q)로 규칙적으로 배치되는 구현예들에 있어서, (명료성을 높이기 위해) 상기 광원 어레이를 광원들의 제1 어레이라 하고 상기 조명부는 제1 광원 어레이 외에

- 제1 광원 어레이와 동종인 제2 광원 어레이를 포함하고,

상기 제2 광원 어레이는 제1 광원 어레이에 대해 회전하고 상기 제2 광원 어레이의 광원들은 마이크로렌즈 어레이를 조명하도록 구조화 및 배치된다.

상기 제1 및 제2 광원 어레이 모두의 광원들은 마이크로렌즈 어레이를 조명할 수 있다.

상기 제2 광원 어레이는 예를 들어 0°보다 크고 최대 5°만큼, 예를 들어 적어도 0.1°이고 최대 4°만큼 제1 광원 어레이에 대해 회전할 수 있다.

추가 MLA 및/또는 LSA를 제공할 필요 없이 더 복잡한 패턴을 형성하는 구조광을 얻을 수 있다. 예를 들면 상기 제1 광학 배치구조는 추가 광학 부품, 특히 적어도 하나의 프리즘을 포함하는 추가 광학 부품을 포함할 수 있다. 상기 추가 광학 부품은 수동 광학 부품의 어레이, 예를 들면 프리즘 어레이일 수 있다.

상기 MLA는 LSA와 추가 광학 부품 사이에 (광로 상에) 배치될 수 있다.

상기 추가 광학 부품은 경우에 따라서 프리즘 어레이일 수 있다. 상기 프리즘 어레이는 다수의 프리즘을 포함하고 예를 들면 사출성형 또는 엠보싱과 같은 복제 공정을 이용하여 제조되는 단일 광학 부품에 포함될 수 있다.

예를 들면 상기 프리즘 어레이는 판형이고 MLA에 평행하게 배치될 수 있다.

상기 추가 광학 부품은 회절 광학 부품을 포함할 수 있다.

경우에 따라 상기 회절 광학 부품은 마이크로렌즈 어레이를 빠져나가는 각각의 입사 광선으로부터 적어도 2개의 출사 광선을 생성하도록 구조화 및 배치될 수 있다.

물론, 복잡성이 증가된 패턴 조명을 생성하기 위한 상기 개량예들을 쌍을 이루어 조합하거나 3개 이상의 군으로 조합할 수 있다. 예를 들면 상기 추가 광학 부품의 제공을 제2 MLA 및/또는 제2 LSA를 제공하는 구현예들 중 하나 이상과 조합할 수 있다.

복잡성이 증가된 구조광과 보다 특별하게는 상기 장치에 의해 생성되는 보다 복잡한 패턴은 구조광에 의해 조명되는 장면의 3차원 분석을 단순화할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 장치로부터 장면의 서로 다른 부분에 이르는 거리의 측정을 단순화할 수 있다.

상술한 장치는 광 패턴을 시계로 투영하기 위한 패턴 프로젝터 또는 광학 투영 시스템 또는 광학 장치로 간주할 수도 있다.

적어도 하나의 광원 어레이를 포함하는 장치들을 기재하였지만, 단 하나의 광원만을 포함하는 장치를 작동시킬 수도 있다. 예를 들면 상기 장치는 구조광을 생성하기 위한 장치로서,

- 렌즈 피치(P)로 규칙적으로 배치되어 있는 다수의 투과형 또는 반사형 마이크로렌즈를 포함하는 마이크로렌즈 어레이; 및

- 상기 마이크로렌즈 어레이를 조명하기 위한 조명부를 포함하는 제1 광학 배치구조를 포함하는 장치일 수 있다.

또한 상기 조명부는 파장(L)의 광의 방출용으로 마이크로렌즈 어레이로부터 거리(D)에 위치해 있는 개구를 가진 단 하나의 광원만을 포함하며, 다음 식이 적용된다:

P² = 2LD/N

상기 식에서 N은 ≥1인 정수이다.

상기 MLA는 본 개시내용에 기재되어 있는 임의의 MLA일 수 있고 본 명세서에 기재된 바와 같이 추가 MLA가 역시 포함될 수 있다.

상기 MLA를 단일 광원에 의해서만 조명되도록 할 수 있다.

상기 광원은 단 하나의 개구(광이 통과하여 방출되는) 만을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 개구는 방출면(이로부터 거리(D)가 결정됨)에 위치될 수 있다.

상기 광원은 마이크로렌즈의 소정 범위를 조명하도록 구조화 및 배치될 수 있다. 상기 범위는 일부이거나 MLA의 모든 마이크로렌즈를 포함할 수 있다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 광원은 복수 개의 이웃한 마이크로렌즈를 포함하는 다수의 마이크로렌즈의 소정 범위를 조명하도록 배치되어 광원으로부터 나오는 광이 마이크로렌즈들 중 서로 다른 마이크로렌즈를 통과하여 간섭 패턴을 형성하도록 한다.

상기 구조광은 간섭 패턴으로부터 생길 수 있다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 광원은 레이저이다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 광원은 수직 공동 표면 발광 레이저이다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 광원은 LED이다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 광원은 초발광 발광 다이오드이다.

상기 예들은 개구로부터 MLA로 광이 전파되는 광로의 광학 경로 길이가 개구로부터 MLA까지의 기하학적 거리와 동일한 실시예에 해당한다. 그러나 이미 앞서 말한 바와 같이 이는 반드시 그렇지 않다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 기하학적 거리는 광학 경로 길이와 다르고; 일반적으로 상기 방정식에서 사용될 거리(D)는 상기 광학 경로 길이이다.

예를 들면 몇몇 구현예에 있어서, 1이 아닌 굴절률을 가진 몇몇 재료가 광학 경로를 따라 존재할 수 있다. 또한/또는 개구로부터 MLA로 광이 전파되는 광로는 꺾여진 광로일 수 있다.

따라서

- 상기 마이크로렌즈 어레이를 조명하기 위한 조명부를 포함하는 제1 광학 배치구조를 포함하는 구조광 생성용 장치가 개시된다.

또한 상기 조명부는 각각 파장(L)의 광 방출용으로 각각 개구를 가진 하나 이상의 광원을 포함하고, 상기 하나 이상의 광원 각각의 경우에 각각의 개구로부터 마이크로렌즈 어레이까지 각각의 광원으로부터 방출되는 광에 대한 광학 경로 길이는 동일한 하나의 거리(D)이고 다음 식이 적용된다:

P² = 2LD/N

상기 식에서 N은 ≥1인 정수이다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 하나 이상의 광원 각각으로부터 방출되는 광은 광로를 따라 각각의 개구로부터 마이크로렌즈 어레이까지 전파되고 이때 상기 광로의 적어도 일부는 1이 아닌 굴절률을 가진 재료를 통해 진행한다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 장치는 적어도 하나의 반사 부재를 포함하고 상기 하나 이상의 광원들 각각으로부터 방출되는 광은 상기 적어도 하나의 반사 부재에 의해 적어도 1회 반사하게 되는 광로를 따라 각각의 개구로부터 마이크로렌즈 어레이로 전파된다. 예를 들면 상기 광로를 따라 전파되는 광을 반사하는 하나 이상의 미러가 장치에 포함될 수 있다.

물론, 상기 하나 이상의 광원은 광원 어레이를 포함할 수 있다.

상기 광학 경로 길이가 기하학적 거리와 동일한 경우에 대해 상술한 다양한 구현예와 특징들은 물론 이들 2개의 크기가 서로 다른 경우에도 적용될 수 있다.

본 개시내용은 또한 본 명세서에 기재된 바와 같은 2개 이상의 장치를 포함하는 기기를 기재한다. 예를 들면 상기 기기는 장치의 어레이를 포함할 수 있다.

상기 장치들은 예를 들면 직사각형 격자 상에서 서로 근접하여 배치될 수 있다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 기기는 하나 이상의 장치들을 각각 포함하는 하나 이상의 서브 그룹의 장치들의 각각의 조명부의 전원을 선택적으로 점멸하기 위한 제어기를 포함한다.

상기 장치는 동종의 장치일 수 있다. 이와 달리, 상기 장치들 중 적어도 2개는 동종이 아니다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 장치들 중 적어도 제1 및 제2 장치는 다음 중 적어도 하나가 서로 다르다:

- 각각의 장치의 각각의 피치(P);

- 각각의 장치의 각각의 파장(L);

- 각각의 장치의 각각의 거리(D);

- 각각의 장치의 각각의 정수(N).

몇몇 구현예에 있어서, 상기 장치의 각각의 방출면은 서로 평행하게 정렬된다. 예를 들면 이들의 방출면은 일치할 수 있고 예를 들면 상기 장치는 동종의 장치일 수도 있다.

몇몇 구현예에 있어서, 상기 장치 중 제1 장치의 마이크로렌즈가 피치(P)를 갖고 있는 축은 상기 장치 중 제2 장치의 마이크로렌즈가 피치(P)를 갖고 있는 축과 평행하게 정렬된다. 예를 들면 상기 제1 장치의 MLA는 제2 장치의 MLA에 대해 이동하도록 제공될 수 있다. 이러한 MLA 이동은 전술하였다. 예를 들면 이들은 보다 복잡한 구조광 생성에 기여할 수 있다.

다른 구현예에 있어서, 상기 장치들 중 제1 장치의 마이크로렌즈가 피치(P)를 갖고 있는 축은 상기 장치들 중 제2 장치의 마이크로렌즈가 피치(P)를 갖고 있는 축에 대해 소정 각도로 정렬된다. 상기 각도는 예를 들면 0.1° 내지 42°이다. 이러한 상호 MLA 회전은 전술하였다. 예를 들면 이들은 보다 복잡한 구조광 생성에 기여할 수 있다.

상기 장치 각각은 다른 장치와 별개인 실체이도록 제공 될 수 있다.

예를 들면 상기 장치는 별개의 장치, 예를 들면 모듈로서 제작될 수 있다. 기기 설계시 상기 장치 중 2개 이상이 단 하나의 기기로 구현되도록 구상할 수 있다. 이는 새로운 기기 설계시 새로운 장치를 설계할 필요성을 배제할 수 있다. 기기와 장치의 비용을 낮게 유지할 수 있다.

상기 기기는 예를 들어 게임 콘솔, 스마트폰, 태블릿 컴퓨터, 휴대용 컴퓨팅 기기, 거리 측정기일 수 있다.

본 개시내용은 또한 본 명세서에 기재되어 있는 하나 이상의 장치와 추가로 검출기를 포함하는 기기를 기재한다. 이러한 기기는 예를 들면 거리를 측정하고/또는 심도 맵 제작용으로 사용될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 기기는 본 명세서에 기재되어 있는 장치를 포함할 수 있고, 2개의 축을 형성하는 격자 상에 규칙적으로 배치되어 있는 감광 부재들의 어레이를 포함하는 검출기를 더 포함할 수 있되 상기 2개의 축들 중 하나(또는 상기 축들 중 2개)는 마이크로렌즈가 피치(P)를 갖고 있는 축에 대해 소정 각도로 정렬된다.

상기 각도는 검출기에 의해 얻어지는 데이터의 평가가 더 잘 평가될 수 있게 영향을 줄 수 있다.

상기 검출기는 장치로부터 방출되는 구조광에 의해 조명되는 장면으로부터 반사되는 광을 검출하기 위해 작동할 수 있다.

상기 검출기는 예를 들면 이미지 센서일 수 있다.

상기 감광 소자는 예를 들면 감광성 픽셀일 수 있다.

상기 격자는 직사각형의 격자일 수 있다. 상기 격자는 육각형과 같은 또 다른 기하구조를 가질 수도 있다.

상기 검출기의 2개의 축은 상호 직사각형인 축일 수 있다.

상기 기기는 광학 기기일 수 있다.

상기 기기는 거리 측정기일 수 있다.

상기 각도는 5° 내지 40°일 수 있다. 종속항과 도면으로부터 추가 구현예들과 장점들을 알 수 있다.

이하, 실시예와 첨부도면에 의해 본 발명이 더욱 상세하게 기재되어 있다. 도면은 개략적으로 도시되어 있다:
도 1은 구조광을 생성하기 위한 장치의 측면도이고;
도 2는 도 1의 장치에 의해 생성되는 구조광에 의해 형성된 패턴을 도시하고 있는 도면이고;
도 3은 서로 다른 개수(N1)에 대해 얻은 패턴의 콘트라스트를 도시하고 있는 그래프이고;
도 4는 구조광을 생성하기 위한 장치를 일정한 비율로 도시한 측면도이고;
도 5는 MLA와 LSA의 상면도이고;
도 6은 MLA와 LSA의 상면도이고;
도 7은 도 6의 LSA를 대체한 다른 LSA의 상면도이고;
도 8은 복잡성이 증가된 구조광을 생성하기 위한 장치의 측면도이고;
도 9는 도 8에 따른 MLA의 상면도이고;
도 9A는 원형 영역을 차지하고 있는 5개의 MLA의 상면도이고;
도 9B는 직사각형 영역을 차지하고 있는 3개의 MLA의 상면도이고;
도 9C는 직사각형 영역을 차지하고 있는 3개의 MLA의 상면도이고;
도 10은 도 8의 장치에 의해 생성되는 구조광에 의해 형성된 패턴을 도시하고 있고;
도 11은 복잡성이 증가된 구조광을 생성하기 위한 MLA의 상면도이고;
도 12는 도 11의 MLA를 사용하여 형성되는 패턴을 도시하고 있고;
도 13은 복잡성이 증가된 구조광을 생성하기 위한 MLA의 상면도이고;
도 14는 도 13의 MLA를 사용하여 형성된 패턴을 도시하고 있고;
도 15는 도 13의 MLA를 사용하여 복잡성이 증가된 구조광을 생성하기 위한 장치의 측면도이고;
도 16은 도 13의 MLA를 사용하여 복잡성이 증가된 구조광을 생성하기 위한 또 다른 장치의 측면도이고;
도 17은 프리즘 어레이를 사용하여 복잡성이 증가된 구조광을 생성하기 위한 장치의 측면도이고;
도 18은 도 17의 장치를 사용하여 형성된 패턴을 도시하고 있고;
도 19A는 나란히 배치되어 있는 상호 이동한 2개의 LSA의 세부 상면도이고;
도 19B는 서로 다른 군의 광원이 산재되어 있는 LSA의 세부 상면도이고;
도 19C는 여러 격자점으로부터 개방 광원이 제거되어 있는 도 19B의 LSA의 세부 상면세도이고;
도 20A는 서로 다른 3개 군의 광원이 산재되어 있는 LSA의 세부 상면도이고;
도 20B는 도 20A의 광원의 격자의 상면도이고;
도 21A-21D는 격자점들 중 소정의 격자점에서 광원을 생략함으로써 도 20A의 LSA로부터 얻을 수 있는 LSA의 세부 상면도이고;
도 22A, 22B는 각각 2개의 상호 이동한 MLA가 동일한 하나의 LSA에 의해 조명되는 광학 배치구조의 상면도와 측면도이고;
도 23A, 23B는 각각 LSA 대 MLA의 오정렬이 도시되어 있는 도 22A와 22B의 광학 배치구조의 상면도와 측면도이고;
도 24A, 24B는 각각 2개의 상호 이동한 MLA가 2개의 LSA에 의해 조명되는 광학 배치구조의 상면도와 측면도이고;
도 25는 단 하나의 광원만이 MLA를 조명하고 있는 구조광 생성용 장치의 측면도이고;
도 26은 각각 구조광을 생성하기 위한 장치들의 어레이를 포함하고 있는 기기를 도시하고 있고;
도 27A는 장치와 검출기를 포함하고 있는 기기를 도시하고 있고;
도 27B는 도 27A의 기기의 검출기가 측정한 데이터 세트를 도시하고 있는 도면이고;
도 28은 재료 블록을 통해 MLA를 조명하는 구조광 생성용 장치의 측면도이고;
도 29는 꺾인 경로를 따라 전파되는 광에 의해 MLA를 조명하는 구조광 생성용 장치의 측면도이다.

상술한 구현예들은 본 발명을 명확히 하기 위한 예들을 의미하는 것으로 본 발명을 한정해서는 안 될 것이다.

도 1은 구조광(5)을 생성하기 위한 장치의 개략적인 측면도이다. 동시에, 도 1은 구조광(5)을 생성하기 위한 광학 배치구조의 개략도를 도시하고 있다. 상기 장치(및 광학 배치구조)는 피치(P1)로 규칙적으로 배치되어 있는 다수의 마이크로렌즈(2)를 포함하는 마이크로렌즈 어레이(L1)(MLA(L1))를 포함하고 있다. 전형적으로, 마이크로렌즈(2)는 동종의 마이크로렌즈이다. 상기 장치는 또한 MLA(L1)을 조명하는 광원(LSA(S1))의 어레이(S1)를 포함하고 있다. LSA(S1)은 피치(Q1)로 규칙적으로 배치되어 있는 다수의 광원(1)을 포함하고 있다. 전형적으로, 광원(1)은 동종의 광원이다. 그리고 통상적으로 광원(1)으로부터 방출되는 광은 광출력을 가진 개재 표면이 전혀 없는 MLA(L1)에 이르는 광로 상에서 이동한다.

도 1에 도시된 경우와 대부분의 다른 도면에서, 마이크로렌즈(2)는 투명한 굴절형 반-오목 마이크로렌즈이다. 그러나 이와 달리 마이크로렌즈(2)는 오목 마이크로렌즈 또는 볼록 마이크로렌즈 또는 반-볼록 마이크로렌즈일 수 있다. 또한 이와 달리 이들은 회절형 마이크로렌즈 또는 회절형이면서 굴절형인 마이크로렌즈일 수 있는데, 후자를 복합 마이크로렌즈라고도 한다. 또한 마이크로렌즈(2)는 반사형 마이크로렌즈일 수도 있다. 후자의 경우, 상기 마이크로렌즈의 구조화된 표면은 표면에 충돌하는 광을 반사한다.

도 1에 도시된 경우와 대부분의 다른 도면에서도, 소수의 마이크로렌즈(2)만이 도시되어 있다. 그러나 실제로는 훨씬 더 많은 마이크로렌즈가 제공될 수 있고, 비교적 적은 수의 도시된 광원에 대해서도 마찬가지로 적용된다. 예를 들면 일렬의 이웃한 마이크로렌즈에는 20개가 넘는 마이크로렌즈가 존재할 수 있고, 일렬의 이웃한 광원에는 10개가 넘는 광원이 존재할 수 있다.

특히 LSA(S1)는 각각의 광원(1)이 VCSEL인 VCSEL 어레이일 수 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 광원(1)은 각각 파장(L, 도면에는 미도시)의 광을 방출 원뿔로 방출하되, 상기 원뿔은 원형의 단면을 가질 수 있지만 원형의 단면을 가질 필요는 없다. 상기 원뿔의 개방각은 전형적으로 2° 내지 120° 또는 이보다는 5° 내지 25°, 예를 들어 약 10°이다. 도 1에서 알 수 있는 바와 같이(파선), 상기 방출 원뿔은 겹침이 없는 것은 아니다. 상기 방출 원뿔은 전형적으로 적어도 바로 옆에 인접한 광원(1)의 경우에 겹치고 오히려 경우에 따라서는 마이크로렌즈(2) 각각은 적어도 6개의 광원(1)에 의해 조명된다.

광원(1)은 예를 들어 적외선을 방출할 수 있다.

각각의 광원(1)은 마이크로렌즈들(2) 중 여러 개의 마이크로렌즈를 조명한다. 단일 광원(1)에 의해 조명되는 마이크로렌즈의 일부에는 예를 들어 6개가 넘거나 10개가 넘는 마이크로렌즈가 포함될 수 있다.

이러한 방법으로 특정 광원(1)으로부터 방출되었지만 마이크로렌즈들(2) 중 서로 다른 마이크로렌즈를 통과한 광은 간섭하여 간섭 패턴을 형성할 수 있다. 광원들(1) 중 또 다른 광원으로부터 방출된 광은 동일한 방법으로 동일한 간섭 패턴을 형성하여 MLA(L1)과 상호작용한 후 2cm가 넘거나 5cm가 넘는 원거리 장에서 모든 간섭 패턴이 겹치게 된다. 이러한 방법으로 구조광(5)은 높은 세기의 간섭 패턴을 형성하여 장면을 조명하거나 화면상에 비쳐지도록 사용할 수 있다.

높은 콘트라스트 조명 패턴을 형성하기 위해 MLA(L1)과 LSA(S1)를 정밀하게 측방향으로 정렬할 필요가 없다는 사실에 의해 상술한 종류의 장치의 제작이 단순화된다. x-y 허용오차(MLA면/방출면에 평행한 면에서의 이동거리)는 매우 높고; z 허용오차(MLA와 조명부 간 거리)는 상대적으로 느슨하고; 회전 정렬 요건 또한 그리 높지 않다.

LSA(S1)(보다 특별하게는 광원(1), 이보다는 이들의 개구)와 MLA(L1)(보다 특별하게는 마이크로렌즈(2)) 사이의 거리를 D1이라고 지칭한다.

도 2는 도 1의 장치에 의해 생성되는 구조광(5)에 의해 형성된 패턴(8)의 개략도이다. 패턴(8)은 원거리 장에 기록되어 있다. 검은 점은 광세기가 높은 위치를 나타내는 반면에, 백색 영역은 광세기가 낮은 영역을 나타낸다.

피치(P1), 파장(L1) 및 거리(D1)를 특정 선택하는 경우에 이러한 패턴에 존재하는 콘트라스트는 특히 높지만, 다른 거리의 경우에는 훨씬 낮은 콘트라스트만이 형성된 패턴에 존재하는 것으로 밝혀졌다.

패턴(8)에서 특히 선명한 콘트라스트를 얻는 3개의 항목 P1, L1, D1가 얻어지도록 결정적 크기인 P1, L1과 D1을 서로 연관시키는 식은 다음과 같다:

(P1)² = 2*(L1)*(D1)/(N1)

상기 식에서 N1은 적어도 1인 정수를 의미한다. 즉, N1 = 1 또는 2 또는 3 또는 4,...인 경우에, 위의 방정식을 충족시키는 3개의 항목 P1, L1, D1을 선택할 수 있고 이에 따라 콘트라스트가 높은 패턴 형성을 위한 장치의 파라미터가 결정된다.

도 3은 서로 다른 개수(N1)에 대해 얻은 패턴(8) 내 콘트라스트를 도시하는 그래프를 보여주는 것으로, 도 3의 그래프에서 수평축에 할당된 N1은 연속되는 양수이다. 패턴(8)에서 얻은 콘트라스트를 나타내는 크기는 수직축을 따라 나타나있다.

도 3으로부터 명백한 바와 같이(작은 화살표 참조), N1이 정수인 경우에 특히 높은 콘트라스트가 존재한다. 도 3의 그래프 아래 설정의 경우에 N1=2에서 가장 높은 콘트라스트가 확보되고 N1이 1 또는 3 또는 4인 경우에도 매우 높은 콘트라스트 패턴이 얻어질 수 있다. 더 높은 정수(N1)의 경우에도 여전히 높은 콘트라스트가 얻어지는데, 그 사이의 비정수인 경우의 콘트라스트보다 확실히 높다. 그러나 조명 패턴은 정수(N) 대신에 예를 들어 0.5 또는 1.5와 같은 비정수 지수인 경우에도 형성될 수 있다.

P1과 L1이 주어지면(고정되면), N1 = 1은 D1에 대한 작은 값이 얻어져 상기 장치는 좀더 얇을 수 있는바, 즉 발광 방향으로 작을 수 있다.

도 4는 구조광을 생성하기 위한 장치를 일정 비율로 도시한 측면도이다. 도 4는 예를 들어 N1 = 2 및 L1 = 833nm에 대해 P1 = Q1 = 50㎛인 경우를 도시하고 있다. 패턴(8)이 관찰되고 기록될 수 있는 원거리 장은 너무 멀리 떨어져 있어 도 4에 도시할 수 없다.

LSA(S1)은 그럴 필요는 없지만 규칙적인 어레이일 수 있다. 또한 MLA(L1)과 LSA(S1)가 동일한 기하구조의 상호 평행한 어레이일 때, 즉 P1 = Q1이 적용될 때 특히 높은 콘트라스트 패턴을 얻을 수 있는 것으로 밝혀졌다. 또한 P1/Q1이 2 또는 3 또는 4이거나 3/2 또는 4/3 또는 5/2 또는 5/4일 때 또는 Q1/P1이 2 또는 3 또는 4이거나 3/2 또는 4/3 또는 5/2 또는 5/4일 때 매우 높은 콘트라스트 패턴을 달성할 수 있다. 실제로, p1P1 = q1Q1(p1≥1이고 q1≥1, p1과 q1은 정수를 의미함)인 경우에 복잡성이 증가된 조명 패턴, 특히 단위 셀이 더 큰 조명 패턴을 형성할 수 있고, 이때 상기 더 큰 단위 셀은 P1 = Q1인 경우보다 더 큰 주기로 반복된다.

MLA(L1) 및/또는 LSA(S1)는 1차원(즉, 선형) 어레이일 수 있지만, 많은 용도에서 MLA(L1) 및/또는 LSA(S1)는 2차원 어레이이다.

도 5는 높은 콘트라스트 패턴 형성을 위해 사용할 수 있는 MLA(L1)와 LSA(S1)의 개략적인 상면도로서, MLA(L1)과 LSA(S1)는 각각 양측 방향으로(x와 y; 이에 비해 z는 마이크로렌즈의 광축을 따르고 또한 전형적으로 광원의 발광 방향에 따름) 동일한 피치(P1과 Q1)를 갖는다. 또한 도 5에서는 P1 = 2Q1이 적용되어 있다.

도 6은 높은 콘트라스트 패턴 형성을 위해 사용할 수 있는 MLA(L1)와 LSA(S1)의 상면도로서, MLA(L1)와 LSA(S1)는 모두 x- 및 y-방향으로 서로 다른 피치를 갖고, 특히 P1x = 2P1y과 Q1x = 2Q1y가 적용되어 있다.

또한 도 6에서는 P1x = Q1x와 P1y = Q1y가 적용되어 있다. 그러나 위에 나타낸 바와 같이 그럴 필요는 없다. 도 7은 도 6에서 LSA(S1)를 대체한 다른 LSA(S1)의 상면도로서, P1x = Q1x 및 2P1y = Q1y가 적용되어 있다.

도 6은 또한 회전 대칭형 마이크로렌즈(2) 뿐만 아니라 비구면 마이크로렌즈(2)가 MLA(L1)에 제공될 수 있음을 도시하고 있다. 비구면 마이크로렌즈는 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 서로 다른 방향으로 패턴 내 서로 다른 피치(P1x, P1y)로 배치될 수 있는데(그러나 그럴 필요는 없음), 이를 통해 LSA(S1)에 의해 방출되는 광의 대부분을 사용할 수 있다.

상기 마이크로렌즈의 형상은 장치의 시계, 즉 구조광이 방출되는 각도 범위를 결정한다. 다양한 용도에서 비원형 영역, 예를 들어 직사각형 영역을 조명하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 경우에, 거의 직사각형인 시계를 형성하는 것이 유리할 수 있는데, 이때 광원에 의해 생성되는 광 세기가 보다 효율적으로 이용될 수 있고 원하지 않는 방향(원하는 시계 밖)으로 세기가 전혀 (또는 거의) 방출되지 않기 때문이다. 비구면 렌즈가 시계를 조정하여 생성하는데 매우 적합하다.

지금까지 설명한 높은 콘트라스트는 통상적으로 작은 단위 셀을 가진 매우 단순한 패턴이다. 그러나 일부 용도에서는 보다 복잡한 패턴과 더 큰 단위 셀을 가진 패턴을 형성하는 것이 유리할 수 있다.

도 8은 복잡성이 증가된 패턴 조명을 생성하기 위한 장치의 개략 측면도이다. 이 경우, 상기 장치는 구조광을 생성하기 위한 적어도 2개의 광학 배치구조를 포함하는데, 상기 배치구조 중 제1 배치구조는 제1 MLA(L1)을 포함하고 상기 배치 중 제2 배치구조는 제2 MLA(L2)를 포함하고 있다. 도 8에 도시되어 있는 바와 같이 모든 배치구조는 광원(1)의 적어도 일부가 적어도 2개의 MLA를 조명하는 하나의 LSA를 적어도 부분적으로 공유할 수 있다. 이와 달리, 도 8의 구현예는 2개의 MLA(L1, L2)와 LSA(S1)를 포함하는 하나의 광학 배치구조를 보여주는 것으로 볼 수 있다.

MLA(L1)와 MLA(L2)는 거리(dy)만큼 서로에 대해 이동한다. 이러한 이동은 상기 장치의 구조광에 의해 형성되는 상호 이동한 조명 패턴의 겹침으로 해석될 수 있으며, 각각의 광학 배치구조는 하나의 패턴을 형성한다. 도 10은 도 8과 9에 따른 장치에 의해 생성되는 구조광에 의해 형성된 패턴(8)의 개략도이다.

도 9는 도 8에 따른 MLA의 개략적인 상면도이다. 도 8에서는 단 2개의 MLA(MLA(L1), MLA(L2)) 밖에 볼 수 없지만, 도 9는 예를 들면 4개의 MLA(L1, L2, L3, L4)가 장치에 포함될 수 있음을 보여주고 있고 따라서 상기 장치는 4개의 광학 배치구조를 포함하는 것으로 볼 수 있다. 도 8에 제시되어 있는 바와 같이, 4개의 광학 배치구조 모두 하나의 LSA(S1)을 적어도 부분적으로 공유할 수 있다.

도 9의 모서리에는 화살표로 이동이 표시되어 있고 도 10에는 도시된 패턴(8)의 어느 부분이 어느 MLA로부터 생긴 것인지를 설명하기 위해 사용된 기호가 나타나 있다. 기호의 모양과 시각적 외양은 패턴(8)에서 구조의 모양 또는 시각적 외양과는 관련이 없다. 이들은 다만 조명 패턴에서 높은 세기의 위치를 나타낼 뿐이다.

도 8-10에서는 P1 = P2 = Q1인 것으로 가정되어 있다. 그러나 그럴 필요는 없다.

그러나 위에 인용된 방정식은 물론 각각의 광학 배치구조에 대해 유효한 것으로 가정된다.

위에서 이미 나타낸 바와 같이, 2개 이상의 MLA와 하나 이상의 공유 LSA를 사용한 구현예(또는 비슷하게 2개 이상의 LSA와 하나 이상의 공유 MLA를 사용한 구현예)를 도 8-10의 구현예에 대해 위에서 제시한 바와 같이 2개 이상의 광학 배치구조를 포함하는 것으로 해석하지 않고 이러한 구현예들을 상기 MLA와 상기 LSA를 포함하는 광학 배치구조를 포함하는 것으로 볼 수도 있다.

도 9는 전적으로 직사각형 영역을 차지하는 MLA의 개수(m)가 4개인 경우를 도시하고 있지만, 상기 장치는 전적으로 서로 다른 형상의 영역을 차지하는 m개의 MLA(m은 적어도 2, 예를 들면 적어도 3의 정수임)를 포함하는 것도 가능하다.

도 9A는 전적으로 원형 영역을 차지하는 MLA의 개수(m)가 5개인 경우를 도시하고 있다.

도 9B는 전적으로 직사각형 영역을 차지하는 MLA의 개수(m)가 3개인 경우를 도시하고 있다.

또한 도 9, 9A, 9B의 구현예에 있어서, m개의 MLA 각각은 각각의 경계선에서 m개의 MLA 중 이웃한 2개의 MLA와 인접해 있되 m개의 모든 MLA의 경계선은 공통 점에 인접하고 m개 각각의 MLA의 각각의 경계선들은 서로에 대해 360°/m의 각을 이루고 있다. 이것은 이들을 (반드시 둥글지 않은 파이의) 파이 조각과 비슷한 형상을 갖게 한다.

도 9C는 전적으로 직사각형 영역을 차지하는 MLA의 개수(m)가 3인 경우를 도시하고 있다. 그러나 도 9B의 구현예와는 달리 MLA의 경계선들 사이의 각도는 360°/m(즉, 360°/3 = 120°)이 아니라 각각 180°와 90°이다.

도 9A, 9B, 9C에는 마이크로렌즈(및 광원 각각)가 도시되어 있지 않다.

물론, m개의 MLA의 다양한 다른 배치구조가 가능하다.

그러나 몇몇 구현예에 있어서, 예를 들면 상술한 파이 조각 모양의 배치구조는 서로 다른 MLA들이 구조광 생성에 특히 균일하게 참여하도록 제공할 수 있다.

상기 MLA들 중 서로 다른 MLA들은 예를 들어 도 8과 9에 도시되어 있는 바와 같이 서로에 대해 이동할 수 있다. 그러나 이들은 아래에서, 예를 들면 도 11, 12에 설명하겠지만 서로에 대해서 회전할 수도 있다.

선택적으로 또는 추가로 상기 MLA들 중 일부는 렌즈 피치가 다를 수 있다.

몇몇 구현예에 있어서, m개의 모든 MLA는 동일한 하나의 일체형 광학 부품에 포함된다. 예를 들면 m개의 모든 MLA들은 똑같은 공정 단계에 의해 동시에 제조될 수 있다.

도 11은 복잡성이 증가된 구조광을 생성하기 위한 MLA(L1, L2)의 상면도이다. 이 경우, MLA(L1과 L2)의 주축은 각도(φ)만큼(횡방향 면인 x-y 면으로) 서로에 대해 회전한다. 각도(φ)는 전형적으로 12° 미만, 예를 들면 6° 미만이다. 각도(φ)는 예를 들면 0.1° 내지 4°일 수 있다. 그러나 거의 모든 각도(φ)를 사용할 수 있다.

예를 들면 상기 2개의 상호 회전한 LSA와 함께 2개의 MLA를 사용할 수 있다. 또한 상기 LSA 각각은 예를 들면 그의 관련 MLA와 평행하게 정렬될 수 있다. 그러나 이와 달리 MLA(L1, L2) 모두를 조명하기 위해 하나의 LSA를 사용할 수 있다.

도 12는 도 11의 MLA(L1, L2)를 사용하여 생성되는 패턴(8)의 개략도이다.

물론, 상기 장치에는 추가 MLA와 LSA와 이에 따른 추가 광학 배치구조가 포함될 수 있다.

도 11의 측면에는 도시된 패턴(8)의 어느 부분이 어느 MLA로부터 생긴 것인지를 도 10과 동일한 방법으로 설명하기 위해 사용한 기호들이 나타나 있다.

도 11, 12에서, P1 = P2 = Q1인 것으로 가정되어 있다. 그러나 그럴 필요는 없다.

보다 복잡한 광 패턴을 생성하는 또 다른 방법이 도 13-16에 도시되어 있다. 이 경우, 렌즈 피치가 서로 다른 적어도 2개, 예를 들면 4개의 MLA를 선택함으로써 복잡한 단위 셀을 생성한다.

도 13은 서로 다른 4개의 렌즈 피치(P1, P2, P3, P4)를 제공함으로써 복잡성이 증가된 구조광을 생성하기 위한 MLA(L1, L2, L3, L4)의 개략적인 상면도이다. 마이크로렌즈는 서로 다른 MLA에 대해 참조번호 2, 2', 2", 2"'로 표시되어 있다.

도 8과 관련하여 도 10에서와 동일한 방법으로, 도 14는 도 13에 도시된 바와 같이 MLA를 사용하여 얻을 수 있는 패턴(8)을 기호를 사용하여 도시하고 있다.

MLA의 배치구조를 도 9, 9A, 9B, 9C와 13과 함께 논의하였지만 동일한 유형의 배치구조에 M개의 LSA(이때 M은 ≥ 2 또는 ≥ 3의 정수임)를 배치시킬 수도 있다. 이들 도면에서는 단순히 L1, L2...가 S1, S2...로 대체되어야 하고 P1, P2...는 Q1, Q2 ...로 대체되어야 할 것이다.

MLA에 대해 상술한 바와 유사하게, LSA 또한 Q1, Q2, Q3, Q4일 수 있는 동일한 (렌즈 소스) 피치를 가질 수 있다. 또한 LSA들 중 서로 다른 LSA는 예를 들면 MLA들에 대해 도 9에 도시한 바와 같이 서로에 대해 이동할 수 있다. 또한 이들은 MLA에 대해 위에서 설명한 바와 같이(도 11과 12 참조) 0.1° 내지 4°와 같은 작은 각도만큼 서로에 대해 회전할 수 있다. LSA들 중 2개 이상, 예를 들어 이들 모두는 동종의 LSA일 수 있다(그러나 반드시 그럴 필요는 없다).

선택적으로 또는 추가로, 상기 LSA들 중 일부는 각각의 광원에 의해 방출되는 광의 파장이 서로 다를 수 있다.

몇몇 구현예에 있어서, M개의 모든 LSA는 동일한 하나의 일체형 부품에 포함된다. 예를 들면 M개의 모든 LSA는 똑같은 공정 단계에 의해 동시에 제조될 수 있고/또는 모든 LSA는 동일한 하나의 일체형 기판에 제공된다.

도 15와 16은 도 13의 MLA와 같은 MLA를 사용하여 복잡성이 증가된 구조광을 생성하기 위한 장치의 개략적인 측면도이다.

4개의 모든 광학 배치구조에 대해 위에서 인용한 방정식을 충족시키기 위해서 (또한 동일한 정수 N1 = N2 = N3 = N4와 동일한 파장 L1 = L2 = L3 = L4을 가정했을 때) 거리(D1, D2)(및 D3과 D4)는 서로 달라야 한다. 이는 거리 차(dz)에 의해 예시되어 있다.

도 15에서 MLA는 공통의 렌즈면을 공유하고 있다. 따라서 LSA는 위에 언급한 방정식을 충족시키기 위해서 서로 다른 방출면을 가질 수 있다. 거리(D1, D2, D3, D4)는 공통 렌즈면과 각각의 LSA의 방출면 사이의 거리이다.

도 16에서 LSA는 공통 방출면을 공유하고 있다. 따라서 MLA는 위에 언급한 방정식을 충족시키기 위해서 서로 다른 렌즈면을 가질 수 있다. 거리(D1, D2, D3, D4)는 공통 방출면과 각각의 MLA의 렌즈면 사이의 거리이다.

모든 방출면이 공통 방출면과 일치하고 모든 렌즈면이 공통 렌즈면과 일치하는 방식으로 도 13과 14에 기재되어 있는 장치를 구현할 수 있다. 이는 정수(N1, N2, N3, N4) 및/또는 각각의 LSA(S1, S2,....)의 발광체(1,1'...)에 의해 방출되는 파장(L1, L2, L3, L4)을 적절히 선택함으로써 달성할 수 있다.

복잡한 조명 패턴을 생성하는 또 다른 방법이 도 17, 18에 도시되어 있다. 이 경우에, 추가 광학 부품, 예를 들어 수동 광학 부품들의 어레이가 (MLA와 장면 사이의) 광로에 삽입된다.

복잡성이 증가된 구조광은 MLA(또는 MLA들) 후방의 광로에 회절 광학 부재(DOE)를 제공함으로써 생성될 수 있다. 예를 들면 상기 DOE는 마이크로렌즈 어레이를 빠져나가는 각각의 입사 광선으로부터 적어도 2개의 출사 광선을 생성할 수 있다.

도 17은 프리즘 어레이(3)를 사용하여 복잡성이 증가된 구조광을 생성하기 위한 장치의 개략적인 측면도이다. 상기 프리즘 어레이는 다수의 프리즘(4)을 포함하고 있다. 프리즘(4)에 의해 MLA(L1)로부터 나오는 광의 방향이 전환되어 패턴이 중첩된다.

도 18은 도 17의 장치를 사용하여 형성된 패턴의 개략도이다.

추가 광학 부품, 예를 들면 DOE 및 프리즘 어레이(3)는 각각 MLA(또는 경우에 따라 MLA들, 이 경우 2개 이상이 제공됨)와 함께 일체형 광학 부품으로 구현될 수 있다.

상술한 구현예들에 있어서, 2개 이상의 LSA(존재하는 경우)가 별도의 영역을 차지하도록 나란히 배치된다. 설명한 바와 같이, 상기 LSA들 중 일부는 서로에 대해 이동하거나 서로에 대해 회전할 수 있다. 또한/또는 이들은 각각의 광원 피치가 다를 수 있다. 또한/또는 이들은 각각의 방출광 파장이 다를 수 있다.

도 19A는 나란히 배치되고 상호 이동하는 2개의 LSA의 세부를 도시하고 있는 상면도이다. 제1 LSA(S1)의 광원은 빈 타원으로 표시되어 있고 제2 LSA(S2)의 광원은 채워진 타원으로 표시되어 있다. LSA(S1와 S2)는 제1 주축을 따른 동일한 피치와 제2 주축을 따른 동일한 피치를 가진 직사각형 격자 상에 규칙적으로 존재하는 광원을 가진 동종의 LSA이다. LSA(S1과 S2)는 방출면 내에서 서로에 대해 상호 이동한다. 상기 이동은 도 19A에서 빈 화살표로 표시되어 있고 2개의 주축을 따라 각각 성분(dx와 dy)을 갖고 있다.

상기 LSA의 나란한 배치구조는 경우에 따라서 MLA(들)의 불균일한 조명으로 나타날 수 있는데, 이는 경우에 따라 바람직하지 않을 수 있다. 조명의 불균일성은 생성된 구조광의 높은 세기의 광점과 같은 형상부(feature)의 광세기 변화를 일으킬 수 있다.

그러나 MLA(들)의 조명의 개선된 균일성을 제공할 수 있고/또는 나란한 배치구조의 경우보다 작은 영역을 차지하는 LSA를 제공하는 것이 가능하다. 그럼에도 이러한 LSA는 나란한 배치구조에서 LSA가 수행하는 기능을 수행할 수 있다.

이러한 LSA의 세부가 도 19B에 상면도로 도시되어 있다. 도 19B의 LSA(S*)는 도 19A의 LSA(S1과 S2)를 겹치게 하여 유도할 수 있는 것으로 생각할 수 있다. 빈 타원으로 표시되어 있는 LSA(S*)의 광원은 제1군을 형성하고 채워진 타원으로 표시되어 있는 LSA(S*)의 광원은 제2군을 형성하며 이들 광원은 산재되어 있다. 이에 따라 서로 다른 군의 각각의 광원 어레이는 (실질적으로) 동일한 하나의 영역을 차지한다.

경우에 따라서 이웃한 광원들 사이에 더 많은 공간을 필요로 하는 제작상의 제약으로 인해 도 19B와 같은 구현예를 이룰 수 없다.

예를 들어 이렇게 MLA가 겹쳐 구성되는 MLA의 경우에 도 19C에 도시되어 있는 바와 같이 몇몇 위치에서 광원을 생략할 수 있다. 도 19B에서와 달리, 도 19c에서는 제1 격자의 격자점 각각은 제1군의 광원에 의해 점유되고 제2 격자의 격자점 각각은 제2군의 광원에 의해 점유되며, 제1 격자의 일부 제1 격자점과 제2 격자의 일부 격자점은 광원에 의해 점유되지 않는다. 이들 빈 위치는 작은 다이아몬드로 표시되어 있다.

점유될 격자점과 미점유 상태에 있게 될 격자점을 선택하는 다양한 방식이 적용될 수 있다.

도 20A-B와 21A-D는 몇 가지 예를 도시하고 있다.

도 20A는 상호 이동한 3개의 LSA를 단순히 겹친 결과를 도시하고 있다. 동일한 하나의 LSA의 광원은 동일한 기호, 즉 제1 LSA에 대해서는 다이아몬드, 제2 LSA에 대해서는 원 또는 제3 LSA에 대해서는 정사각형으로 표시되어 있다.

도 20B는 아래에 위치해 있는 격자들을 도시하고 있다. 제1 격자(다이아몬드 참조)는 실선으로, 제2 격자(원 참조)는 파선으로, 제3 격자(사각형 참조)는 점선으로 도시되어 있다.

예를 들면, 제조상 제약 또는 다른 요인에 따라 격자점들 중 특정 격자점에서는 광원을 생략할 수 있어 그 결과 예를 들면 도 21A-D 중 하나의 광원 배치구조 또는 또 다른 배치구조를 얻을 수 있다.

빈 격자점을 가지고 있음에도 불구하고 생성된 구조광의 특성(세기 최대 점의 위치와 같은 형상부의 위치의 의미에서)은 도 20A, 21A, 21B, 21C, 21D 중 어느 경우에나 동일하다. 그러나 빈 격자점의 선택에 따라 구조광 패턴에서 생성된 형상의 상대적 세기가 약간 변할 수 있다.

반드시 필요한 것은 아니지만 광원이 주기적으로 배치되도록 제공될 수 있는데, 이에 대해서 예를 들면 격자 각각의 격자점 위에 광원의 무질서한 분포가 도시되어 있는 도 21D를 참조할 수 있다. 생성된 구조광 형상부의 선명도를 위해 광원을 관련 격자의 격자점 상에만 위치시키는 것(그리고 다른 곳에는 위치시키지 않는 것)이 유리할 수 있다.

물론, LSA가 상호 회전하는 경우는 이동한 LSA의 경우에 대해 기재한 바와 동일한 방식으로 다룰 수 있다.

또한 격자는 예를 들어 직사각형 격자 대신에 육각형 격자의 경우에 다른 기하구조들을 가질 수 있다.

도 22A, 22B, 23A, 23B, 24A, 24B를 참조하여 본 발명자들은 MLA들(L1, L2) 중 서로 다른 MLA를 빠져나가는 광 사이 및 이에 따라 생성된 형상부들의 서로 다른 부분 사이에서 세기의 차이를 없게 하거나 적어도 최소화하면서 2개 이상의 MLA를 사용하여 생성한 구조광에서 복잡성을 증가시키는 또 다른 방법을 기재한다.

몇몇 실시예에 있어서, 예를 들면 상호 이동 또는 회전하는 2개의 MLA를 사용할 때 형상부들의 더 복잡한 배치구조와 같은 더 복잡한 패턴이 형성될 수 있고 -이는 MLA가 2개 이상의 부분 영역으로 구성되어 있는 것으로 볼 수도 있고 마이크로렌즈의 위치는 하나의 부분 영역에서 다른 부분 영역 대비 이동 또는 회전한다. MLA 각각은 인접한 MLA에 대해 또한 경우에 따라 LSA(예를 들면 VCSEL 어레이일 수 있음) 내 광원 위치에 대해 이동 또는 회전할 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 광원 피치와 MLA 렌즈 피치는 동일하다. 2개의 MLA의 렌즈 피치 또한 동일할 수 있다.

도 22A, 22B는 각각 상호 이동한 2개의 MLA가 동일한 하나의 LSA(S1)에 의해 조명되는 광학 배치구조의 상면도와 측면도이다.

예를 들면 도 22A와 22B에 도시되어 있는 바와 같이, MLA(L1)와 MLA(L2)는 동일한 렌즈 피치를 가질 수 있고, 이는 또한 LSA(S1)의 광원 피치와 다시 동일할 수 있는 한편, MLA(L2)는 MLA(L1)(이동거리(dx))에 대해 또한 LSA(S1)에 대해 이동한다. 이에 의해 보다 복잡한 형상부들의 배치구조를 얻을 수 있다(예를 들면 MLA들 중 하나만 사용되는 경우에 생성되는 것의 형상부들의 수보다 2배를 보여줌).

해시(hash)된 원은 MLA에 대한 LSA(S1)의 조명 영역을 보여준다.

도 22A, 22B로부터 명백한 바와 같이, 이동(dx)으로 인해 불균일한 조명 영역이 발생할 수 있다.

예를 들어 LSA(S1)에 의해 조명되는 MLA(L1)의 일부는 MLA(L2)의 조명된 부분보다 클 수 있다. 결과적으로, MLA(L2)에 의해 생성되는 형상부들은 MLA(L1)에 의해 생성되는 형상부들보다 세기가 작을 수 있다.

즉, 상기 조명 영역은 MLA 간 이동으로 인해 2개의 MLA에 걸쳐 균일하게 분포되지 않으므로 MLA(L1)에 의해 생성되는 형상부들(예. 점)의 세기는 MLA(L2)에 의해 생성되는 형상들의 세기보다 클 것이다.

도 23A, 23B는 도 22A, 22B의 MLA와 LSA와 동일한 방법으로 도시하고 있는 것으로, MLA(L1, L2)에 대한 LSA(S1)의 오정렬(DX)을 도시하고 있다.

이 경우, 도 22A, 22B에서 언급하고 있는 MLA의 불균일한 조명 문제는 VCSEL 어레이의 추가 이동(오정렬, DX)에 의해 악화된다.

훨씬 더 심한 조명의 불균일성이 생길 수 있다.

몇몇 실시예에 있어서, 이러한 세기 변화는 바람직할 수 있다(예를 들어, 세기 변화 자체는 패턴 및 형상부 복잡성에 각각 기여할 수 있음). 그러나 다른 실시예에서 이러한 세기 변화는 바람직하지 않다.

도 24A, 24B에는

1) 도 22A, 22B 및 도 23A, 23B에 각각 도시되어 있는 MLA(L1, L2)의 복잡성에 상응하는) 더 큰 복잡성을 생성하고

2) 형상부 세기 변화를 극복 또는 적어도 크게 감소시키는 실시예가 도시되어 있다.

도 24A, 24B에 도시되어 있는 실시예는 다수의 LSA(다수의 VCSEL 어레이와 같은)와 다수의 MLA를 사용한다. 예를 들면 MLA 각각은 하나의 관련 LSA에 의해 조명된다.

또한 다수의 LSA를 사용하기 때문에 형상부의 출력 또는 광 세기가 (단 하나의 LSA로 조명하는 것에 비해) 증가할 수 있다.

도 24A와 24B는 각각 상호 이동한 2개의 MLA(L1, L2)가 2개의 LSA들(S1, S2) 중 하나에 의해 각각 조명되는 광학 배치구조의 상면도와 측면도를 도시하고 있다.

도 24A, 24B에 도시되어 있는 실시예는 각각 해당 LSA(S1)와 LSA(S2)와 함께 다수의 MLA(L1, L2)를 포함하거나 이들로 구성되어 있다. 이 실시예에서 MLA 렌즈 피치(P1과 P2)와 LSA 광원 피치(Q1과 Q2)는 모두 동일한바; 즉, 이들은 각각의 채널(LSA와 채널을 형성하는 관련 MLA) 내에서 또한 다른 채널에 대해 동일하다. 예를 들면 ((MLA(L1)의) 렌즈 피치(P1)는 ((LSA(L1)의) 광원 피치(Q1)와 동일하고 렌즈 피치(P2)와 동일하며 광원 피치(Q2)와 동일하다. 그러나 다른 실시예에서는 그럴 필요가 없다.

도 24A, 24B에 도시되어 있는 실시예에 있어서, MLA(L2)는 MLA(L1)에 대해 이동거리(dx)만큼 이동한다(주: 이 실시예에서 렌즈 피치(P1, P2)와 광원 피치(Q1, Q2)는 동일함). 또한 도 24A와 24B에는 MLA(L2) 또한 LSA(S2)에 대해 이동하는 선택예가 도시되어 있는바, 즉 이 경우에는 좌측 채널과 우측 채널이 동종의 채널은 아니고 관련 MLA에 대한 각각의 LSA의 상대적 정렬이 서로 다르다. 이는 상호 이동한 2개의 LSA(S1, S2)를 제공하는 것으로 볼 수 있다.

또 다른 선택예에 있어서(도 24A, 24B에 미도시), 채널들은 동종의 채널이다. 즉, LSA(S1)에 대한 MLA(L1)의 상대적 위치와 LSA(S2)에 대한 MLA(L2)의 상대적 위치는 동일하다. 해당 도면은 물론 예를 들면 상술한 바와 같이 MLA(L1)와 MLA(L2)가 상호 이동한 도 24A, 24B의 좌측 채널의 2배를 보여주고 있다.

도 24A, 24B에서 점선으로 된 정사각형은 단지 MLA 간의 이동을 설명하기 위해 도시한 것이다.

MLA(L1)와 MLA(L2)는 각각 대응하는 (관련) LSA에 대해 위치되어 있기 때문에 각각의 채널에 생성되는 형상부들 사이, 즉, MLA(L1)로부터 생기는 형상부와 MLA(L2)로부터 생기는 형상부 사이에는 생성된 형상부 세기의 차이가 없을(또는 무시할 정도의 차이만 있을) 것으로 예상된다. 물론 LSA(S1)와 LSA(S2)가 서로 다른 세기를 가진 광을 방출하는 경우에는 불균형이 생길 수 있다.

위에 예시된 구현예들은 하나 이상의 광원 어레이와 이에 따라 MLA를 조명하기 위한 복수 개의 광원을 포함하지만, MLA(또는 MLA들)를 조명하기 위해 단 하나의 광원을 사용할 수도 있다.

도 25는 하나의 광원(1)만이 MLA(L1)를 조명하는 구조광 생성용 장치를 도시하고 있다. 경우에 따라 이를 통해 주기적인 광원 어레이가 예를 들어 렌즈 피치(P1)가 광원 피치와 동일한 MLA를 조명하는 경우보다 생성된 구조광의 콘트라스트가 작을 수 있다.

도 28과 29는 위에서 논의한 방정식에 사용될 거리(D)가 각각의 광원으로부터 나오는 광이 굴절률이 1.0인 매질을 통해 개구로부터 MLA까지 직선 경로를 따라 전파되는 것으로 가정한 지금까지 설명한 실시예의 경우와 같이 개구와 MLA 사이의 기하학적 거리에 해당하지 않는 경우를 도시하고 있다. 그러나 도 28, 29에서 거리(D)는 이와는 다른 광학 경로 길이이다.

또한 도 28과 29는 상기 장치의 수직 연장길이를 최소화하기 위한 방법들을 도시하고 있다. 다시 말해, 도 28과 29에 도시되어 있는 바와 같은 기술에 의한 장치는 상기 기술이 없는 것보다 얇을 수 있고 그럼에도 (적어도 실질적으로) 동일한 구조광을 생성한다.

설명을 단순화하기 위해서 도 28과 29에서는 단일 광원의 예가 도시되어 있지만 광원 어레이를 포함하는 조명부 역시 사용될 수 있음을 쉽게 이해할 수 있다. 도 29에서는 단순화를 이유로 어떠한 방출광의 원뿔도 도시되어 있지 않다. 그러나 원뿔이 존재하고 다수의 MLA의 마이크로렌즈가 광원에 의해 조명된다.

또한 도 28, 29를 사용하여 설명한 기술은 물론 예컨대 1개가 넘는 MLA, 상호 이동 및/또는 회전하는 MLA들 및/또는 LSA를 제공하는 다른 구현예들과 조합할 수 있다.

도 28은 MLA(L1)가 1이 아닌 굴절률(n)을 가진 재료의 블록(60)을 통해 조명되는 구조광 생성용 장치의 측면도를 도시하고 있다. 광원(1)의 개구와 MLA(L1) 사이의 기하학적 거리(Δ)가 도 28에 나타나 있다. 위에서 논의한 방정식에서 사용될 광학 경로 길이(D)는 Δ의 n배(즉, D = nΔ)로서, 이때 n은 재료의 블록(60)의 굴절률을 의미한다. 따라서 적절한 재료(및 굴절률)를 선정하면 보다 얇은 장치를 구성할 수 있다.

물론, 재료의 블록(60)을 MLA(L1)와 광원(1) 사이의 전체 기하학적 거리에 걸쳐 반드시 연장할 필요는 없지만 그의 일부만을 따라 존재할 수 있다.

도 29는 MLA가 꺾인 경로를 따라 전파되는 광에 의해 조명되는 구조광을 생성하기 위한 장치의 측면도를 도시하고 있다. 상기 장치는 광원(1)으로부터 MLA(L1)까지의 광로에 마이크로미러와 같은 2개의 반사 부재(71, 72)를 포함하고 있다. 이 경우, 광은 광원(1)으로부터 3개의 부분 경로(Δ1, Δ2, Δ3)를 따라 MLA(L1)까지 전파되므로 상기 방정식에서 사용할 광학 경로 길이(D)는 D = Δ1 + Δ2 + Δ3이다. 꺾인 광로를 형성하기 위해서 2개 미만의 반사 부재(즉, 단 1개의 반사 부재) 또는 2개가 넘는 반사 부재를 사용할 수 있다. 또한 장치의 두께(수직 연장길이)를 일정하게 유지할 수 있으면서 더 긴 광학 경로(즉, 더 큰 광학 경로 길이)를 달성할 수 있다.

물론 (굴절률이 1이 아닌) 재료(60)의 블록을 사용하는 구현예(예를 들면 도 28 참조)와 꺾인 광로를 사용하는 구현예(예를 들면 도 29 참조)를 서로 조합할 수 있다.

도 26은 여러 개의 장치(10a, 10b, 10c, 10d)를 포함하는 기기(20)를 도시하고 있다. 상기 장치 각각은 본 명세서에서 전술한 바와 같은 장치일 수 있다. 상기 장치는 동종의 장치일 수 있다. 다른 구현예에 있어서, 상기 장치 중 적어도 일부는 서로 다른 특징을 갖는데, 예를 들면 이들은 서로 다른 파장의 광을 방출하거나 서로 다른 구조광을 생성하도록 구조화 및 구성된다.

기기(20)는 장치들을 단독으로 및/또는 군으로 전원을 선택적으로 점멸시킬 수 있는 제어기(15)를 포함할 수 있다. 이러한 방법으로, 예를 들면 기기(20)로부터 방출된 구조광의 세기를 변화시킬 수 있고/또는 방출광의 패턴을 변화시킬 수 있다.

상기 기기에서 장치들은 각각의 방출면을 일치시키면서 서로 근접 위치될 수 있다.

상기 장치들은 격자 상에, 예를 들면 직사각형 격자 상에 규칙적으로 배치 될 수 있다.

상기 장치들 중 여러 개를 포함할 때 기기에 의해 비교적 높은 광 세기가 생성될 수 있는 반면에 장치들의 배치구조는 매우 얇다.

각각의 장치는 모듈 또는 채널에 해당하는 것으로 볼 수 있어 기기는 채널 당 하나의 모듈을 가진 다채널 기기이다. 각각의 채널은 다른 채널과 독립적으로 동작할 수 있다.

다채널 기기를 제공하면 장치의 주문 제작 노력을 크게 줄일 수 있다. 예를 들면 용도와 기기 각각에 따라 다수의 동종 모듈(및 이에 따라 다수의 채널)에 대해 기기 내에서 구현하는 것을 결정할 수 있다. 이들의 상대 위치에 대해 복잡 패턴의 형성 가능성을 갖도록 -예를 들면 가능한 이동 및/또는 회전 측면에서- 결정할 수 있다.

새로운 유형의 기기 각각에 대해 새로운 장치를 구성하는 대신에, 매우 작은 범위의 서로 다른 장치를 충분히 제공할 수 있는데, 이들 장치 중 여러 개는 새로운 유형의 기기에 대해 적절하게 구성될 수 있다.

구현된 모듈들 중 하나 이상의 전원을 점멸함으로써 기기의 조명 장(field)을 변화시킬 수 있다.

상호 회전과 상호 이동이 효과적으로 이루어지지 않는 위치에 있는 동종의 모듈들을 기기 내 구현하는 경우에 상기 모듈 중 하나 이상의 전원의 점멸을 이용하여 방출 구조광의 세기를 제어할 수 있다.

일부 응용예에 있어서, 본 명세서에 기재되어 있는 장치는 장치 또는 장치들로부터 방출되는 구조광에 의해 조명되는 장면으로부터 반사되는 광을 검출하기 위한 검출기를 포함하는 기기에서 사용할 수 있다. 이는 예를 들면 거리 측정용일 수 있다.

검출기, 예를 들면 이미지 센서는 2개의 축을 형성하는 격자 상에 규칙적으로 배치되어 있는 이미지 픽셀과 같은 감광 부재의 어레이를 포함할 수 있다. 상기 축은 예를 들면 직사각형 격자의 경우와 같이 서로 수직일 수 있다.

상기 감광 부재에 의해 검출되는 신호는 라인-바이-라인(line-by-line)과 같은 래스터(rastered) 방식으로 검출기로부터 독출될 수 있고, 이때 상기 라인은 축들 중 하나에 평행하다.

도 27A는 장치(10)와 검출기(33)를 포함하고 있는 기기(30)를 도시하고 있다. 상기 장치는 본 명세서에 기재되어 있는 임의의 장치일 수 있고 MLA(L1)을 포함하고 있다. 상기 검출기는 이미지 센서일 수 있다. 기기(30)는 검출기(33)로부터 데이터를 독출 및 평가하기 위한 제어기(35)를 포함할 수 있다.

도 27B는 도 27A의 기기(30)의 검출기(33)가 측정한 데이터 세트를 도시하고 있다. 채워진 원은 세기의 최대값을 나타낸다. 점선의 화살표는 독출 사이클 중에 검출기(33)가 독출하는 최초 4개의 라인을 기호로 표시한 것이다.

검출기(33)와 MLA(L1)는 MLA(L1)의 대칭축이 검출기(33)의 2개의 축과 소정 각도를 이루도록 상호 위치되어 있다. 이는 도 27A에서 파선으로 표시되어 있다.

검출기(33)가 검출하는 라인들이 MLA(L1)의 대칭축에 평행한 경우, 세기 최대값은 이들 라인에 평행하게 정렬될 것이다. 이는 세기가 높은 경우가 많은 라인들이 있지만 다른 라인들은 매우 낮은 세기만을 검출할 것이므로 데이터 평가를 어렵게 할 수 있다.

그러나 검출기(33)와 MLA(L1)의 상술한 각진 정렬로 인해 독출 라인을 따른 세기 분포는 서로 다른 많은 라인에 대해서 훨씬 더 유사한데, 이에 대해서는 도 27B를 참조하기로 한다. 이는 검출 데이터의 평가를 단순화할 수 있다.

상술한 장치로 돌아가서, 2개 이상의 MLA를 포함하고 있는 장치(예를 들어 도 9와 11 참조)에서 모든 MLA를 일체형 광학 부품에 구현할 수 있음을 주목해야 한다.

일체형 광학 부품은 예를 들어 사출성형 또는 엠보싱과 같은 복제 기술에 의해 또는 MLA 및/또는 추가 광학 부품을 유리판과 같은 기판 플레이트의 1면 또는 2면에 복제함으로써 제조할 수 있다.

또한 2개 이상의 LSA를 포함하는 장치에서(예를 들면 도 13, 16 참조), 모든 LSA는 일체형 부품에 구현할 수 있다.

상술한 MLA 상호 또는 LSA 상호 또는 관련 LSA에 대한 MLA의 회전은 어느 경우에나 방출면에 수직인 축을 중심으로 회전하는 것일 수 있다.

상술한 MLA 상호 또는 LSA 상호 이동은 상술한 어느 경우에나 제1 대칭축, 예를 들어 x축을 따른 해당 피치의 (n1 + 0.2 ± 0.1) 배수 범위에서의 이동 또는 제2 대칭축, 예를 들어 y축을 따른 해당 피치의 (n2 + 0.35 ± 0.1) 배수 범위에서의 거리만큼 이동하는 것일 수 있고, 이때 n1은 ≥0의 정수이고 n2는 ≥0인 정수이다.

도시된 렌즈의 렌즈 개구가 원형임을 시사하는 다양한 도면에도 불구하고, 다른 렌즈 개구, 예를 들어 다각형 개구를 가진 마이크로렌즈를 구비한 MLA를 사용할 수도 있다.

물론, 구조광과 형성 가능한 패턴을 더 복잡하게 하는 다양한 방법들을 서로 조합할 수 있다.

그 외 다른 실시예들이 청구범위 내에 포함된다.

Claims

구조광을 생성하기 위한 장치로서, 상기 장치가:
- 렌즈 피치(P)로 규칙적으로 배치되어 있는 다수의 투과형 또는 반사형 마이크로렌즈를 포함하는 마이크로렌즈 어레이; 및
- 상기 마이크로렌즈 어레이를 조명하기 위한 조명부;를 포함하는 제1 광학 배치구조를 포함하되
상기 조명부가 각각 파장(L)의 광 방출용으로 각각 개구를 가진 광원들의 어레이를 포함하고, 상기 개구가 마이크로렌즈 어레이로부터 거리(D)에 위치해 있는 공통 방출면에 위치해 있고, 다음 식이 적용되는 장치:
P² = 2LD/N
상기 식에서 N은 N≥1인 정수.
제1항에 있어서, 상기 마이크로렌즈가 비구면 마이크로렌즈인 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 어레이가 2차원 마이크로렌즈 어레이인 장치.
제1항에 있어서, 상기 광원 어레이가 2차원 어레이의 광원인 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원들 각각이 파장(L)의 광을 원형 또는 비원형 단면을 가진 방출 원뿔 내로 방출하도록 동작 가능하고, 바로 옆에 인접한 광원들의 방출 원뿔이 부분적으로 겹치는 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원들 각각이 복수 개의 마이크로렌즈를 조명하도록 구조화 및 배치되어 있는 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원들 각각이 소정 범위의 마이크로렌즈를 조명하도록 구조화 및 배치되고, 상기 범위들 사이에는 겹침이 있는 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원들 각각이 다수의 마이크로렌즈의 각각의 서브세트를 조명하도록 배치되고, 상기 서브세트 각각이 복수 개의 이웃한 마이크로렌즈들을 포함하여 광원들 중 각각의 특정 광원 각각으로부터 나오는 광이 각각의 서브세트 내 마이크로렌즈들 중 서로 다른 마이크로렌즈를 통과하도록 하여 간섭 패턴을 형성하는 장치.
제8항에 있어서, 상기 구조광이 상기 간섭 패턴으로부터 생기는 장치.
제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 광원들 중 이웃한 광원에 의해 조명되는 각각의 서브세트들이 부분적으로 겹치는 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조명부가 공간적으로 간섭성인 광을 방출하도록 구조화 및 구성되는 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원 어레이가 수직 공동 표면 방출 레이저의 어레이를 포함하는 장치.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 어레이의 광원들이 광원 피치(Q)로 규칙적으로 배치되고 P = Q인 장치.
제13항에 있어서, 상기 마이크로렌즈가 피치(P)로 배치되어 있는 축이 광원이 피치(Q)로 배치되어 있는 축과 평행하게 정렬되어 있는 장치.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 어레이의 광원이 광원 피치(Q)로 규칙적으로 배치되고, P와 Q에 대해 pP = qQ가 적용되고, p와 q는 공약수가 없는 각각 p≥1 및 q≥1의 정수인 장치.
제15항에 있어서, 상기 마이크로렌즈가 피치(P)로 배치되어 있는 축이 광원이 피치(Q)로 배치되어 있는 축에 평행하게 정렬되어 있는 장치.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원 어레이가 제1 격자의 격자점 상에 각각 위치되어 있는 제1군의 광원들과 제2 격자의 격자점 상에 각각 위치되어 있는 제2군의 광원들을 포함하되, 상기 제1군의 발광체와 제2군의 발광체가 산재되어 있는 장치.
제17항에 있어서, 상기 제1 및 제2 격자가 동일한 치수를 갖고 서로 평행하게 정렬되고 상기 제2 격자가 제1 격자에 대해 이동하는 장치.
제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 제1 및 제2 격자가 모두 x축을 따른 격자 상수(Qx)를 가지며 y축을 따른 격자 상수(Qy)를 갖는 직사각형 격자인 장치.
제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 격자의 복수 개의 격자점이 제1군의 광원에 의해 점유되지 않는 장치.
제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 격자의 복수 개의 격자점이 제2군의 광원에 의해 점유되지 않는 장치.
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 어레이를 제1 마이크로렌즈 어레이로 지칭하고, 상기 제1 광학 배치구조가 제1 마이크로렌즈 어레이 이외에 제2 마이크로렌즈 어레이를 포함하고, 상기 제1 및 제2 마이크로렌즈 어레이가 동일한 하나의 일체형 기판에 포함되는 장치.
제22항에 있어서, 상기 제1 및 제2 마이크로렌즈 어레이가 방출면에 평행한 방향으로 서로에 대해 이동하는 동종의 마이크로렌즈 어레이인 장치.
제20항에 있어서, 상기 제2 마이크로렌즈 어레이가 렌즈 피치(P)와는 다른 렌즈 피치(PP)로 규칙적으로 배치되어 있는 다수의 투과형 또는 반사형 마이크로렌즈를 포함하는 장치.
제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원 어레이가 제1 광원 어레이로서 지칭되고, 상기 조명부가 제1 광원 어레이 외에도 제2 광원 어레이를 포함하고, 상기 제1 및 제2 광원 어레이가 동일한 하나의 일체형 기판에 포함되는 장치.
제22항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광원 어레이가 방출면에 평행한 방향으로 서로에 대해 이동하는 광원들의 동종 어레이인 장치.
제22항에 있어서, 상기 제2 광원 어레이가 광원 피치(Q)와는 다른 광원 피치(QQ)로 규칙적으로 배치되어 있는 다수의 광원을 포함하는 장치.
제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 광학 배치구조가 마이크로렌즈 어레이 이외에 추가로 (m-1)개의 마이크로렌즈 어레이를 포함하고 이때 m은 m≥3인 정수인 장치.
제28항에 있어서, 상기 m개의 마이크로렌즈 어레이의 각각이 각각의 경계선에서 m개의 마이크로렌즈 어레이들 중 2개의 이웃한 마이크로렌즈 어레이와 인접하고, m개의 모든 마이크로렌즈 어레이의 경계선이 공통 점에 인접해 있는 장치.
제29항에 있어서, 상기 m개 각각의 마이크로렌즈 어레이의 각각의 경계선이 서로에 대해 360°/m의 각도를 이루는 장치.
제28항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
- 상기 마이크로렌즈 어레이들 중 적어도 제1 및 제2 마이크로렌즈 어레이가 서로에 대해 이동하는 동종의 마이크로렌즈 어레이이거나; 또는
- 상기 마이크로렌즈 어레이들 중 적어도 제1 및 제2 마이크로렌즈 어레이가 서로에 대해 회전하는 동종의 마이크로렌즈 어레이이거나; 또는
- 상기 마이크로렌즈 어레이 중 적어도 제1 마이크로렌즈 어레이가 피치(P)와 다른 피치(PP)를 갖는 장치.
제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조명부가 광원 어레이 외에 추가로 (M-1)개의 광원 어레이를 포함하고 이때 M은 M≥3의 정수인 장치.
제32항에 있어서, 상기 M개의 광원 어레이 각각이 각각의 경계선에서 M개의 광원 어레이들 중 2개의 이웃한 광원 어레이에 인접하고 M개의 모든 광원 어레이의 경계선이 공통 점에서 인접해 있는 장치.
제32항에 있어서, 상기 m개 각각의 광원 어레이의 각각의 경계선들이 서로에 대해 360°/M의 각을 이루는 장치.
제32항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
- 상기 광원 어레이들 중 적어도 제1 및 제2 광원 어레이가 서로에 대해 이동하는 동종의 광원 어레이이거나; 또는
- 상기 광원 어레이들 중 적어도 제1 및 제2 광원 어레이가 서로에 대해 회전하는 동종의 광원 어레이이거나; 또는
- 상기 광원 어레이들 중 적어도 제1 광원 어레이가 피치(Q)와 다른 피치(QQ)를 갖는 장치.
제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치가
- 렌즈 피치(P2)로 규칙적으로 배치되어 있는 다수의 투과형 또는 반사형 제2 마이크로렌즈를 포함하는 제2 마이크로렌즈 어레이; 및
- 상기 제2 마이크로렌즈 어레이를 조명하기 위한 제2 조명부;를 포함하는 제2 광학 배치구조를 포함하되
상기 제2 조명부는 파장(L2)의 광의 방출용으로 각각 제2 개구로서 지칭되는 개구를 가진 광원의 제2 어레이를 포함하고, 상기 제2 개구는 제2 마이크로렌즈 어레이로부터 거리(D2)에 위치해 있는 제2 방출면으로 지칭되는 공통면에 위치해 있으며, 다음 식이 적용되고:
(P2)² = 2*L2*D2/N2
상기 식에서 N2는 N2≥1인 정수임,
- 상기 제2 마이크로렌즈 어레이와 제1 광학 배치구조의 마이크로렌즈 어레이는 별개의 마이크로렌즈 어레이이고 상기 제2 광원 어레이와 제1 광학 배치구조의 광원 어레이는 별개의 광원 어레이인 장치.
제36항에 있어서, 상기 제1 광학 배치구조의 광원이 제2 마이크로렌즈 어레이를 조명하지 않도록 구조화 및 배치되고 상기 제2 광원 어레이의 광원이 제1 광학 배치구조의 마이크로렌즈 어레이를 조명하지 않도록 구조화 및 배치되어 있는 장치.
제36항 또는 제37항에 있어서, P2 = P이고, 상기 제2 마이크로렌즈 어레이가 방출면에 평행한 방향으로 제1 광학 배치구조의 마이크로렌즈 어레이에 대해 이동하고, 상기 제1 및 제2 마이크로렌즈 어레이의 마이크로렌즈가 피치(P)를 갖고 있는 축을 따르는 이동거리의 성분이 피치(P)의 정수배가 아닌 장치.
제38항에 있어서, 상기 제1 광학 배치구조의 광원이 광원 피치(Q)로 규칙적으로 배치되고 상기 제2 광원 어레이의 광원이 광원 피치(Q2)로 규칙적으로 배치되고 상기 제1 광학 배치구조의 광원이 피치(Q)로 배치되어 있는 축은 제2 광원 어레이의 광원이 피치(Q2)로 배치되어 있는 축에 평행하게 정렬되며 Q = Q2인 장치.
제39항에 있어서, P = Q이고, 상기 제2 광원 어레이가 방출면에 평행한 방향으로 제1 광학 배치구조의 광원 어레이에 대해 이동하는 장치.
제37항 또는 제38항에 있어서, P2 = P이고, 상기 제2 마이크로렌즈 어레이가 제1 광학 배치구조의 마이크로렌즈 어레이에 대해 각도(φ')만큼 회전하는 장치.
제41항에 있어서, 상기 제1 광학 배치구조의 광원이 광원 피치(Q)로 규칙적으로 배치되고 상기 제2 광원 어레이의 광원이 광원 피치(Q2)로 규칙적으로 배치되고 상기 제1 광학 배치구조의 광원이 피치(Q)로 배치되어 있는 축은 상기 제2 광원 어레이의 광원이 피치(Q2)로 배치되어 있는 축과 각도(φ')에 이르는 각을 형성하는 장치.
제42항에 있어서, Q = Q2이고 P = Q인 장치.
제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치가
- 렌즈 피치(P2)로 규칙적으로 배치되어 있는 다수의 투과형 또는 반사형 제2 마이크로렌즈를 포함하는 제2 마이크로렌즈 어레이; 및
- 상기 제2 마이크로렌즈 어레이를 조명하기 위한 제2 조명부;를 포함하는 제2 광학 배치구조를 포함하되,
상기 제2 조명부가 파장(L2)의 광의 방출용으로 각각 제2개구로서 지칭되는 개구를 가진 광원의 제2 어레이를 포함하고, 상기 제2 개구는 제2 마이크로렌즈 어레이로부터 거리(D2)에 위치해 있는 제2 방출면으로 지칭되는 공통면에 위치해 있으며, 다음 식이 적용되고:
(P2)² = 2*L2*D2/N2
상기 식에서 N2는 N2≥1인 정수임,
- 상기 제2 마이크로렌즈 어레이와 제1 광학 배치구조의 마이크로렌즈 어레이는 동일한 하나가 아니거나; 또는
- 상기 제2 조명부와 제1 광학 배치구조의 조명부는 동일한 하나가 아니거나; 또는
- 상기 제2 마이크로렌즈 어레이와 제1 광학 배치구조의 마이크로렌즈 어레이는 2개 모두 동일한 하나가 아니고 상기 제2 조명부와 제1 광학 배치구조의 조명부는 동일한 하나가 아닌 장치.
제44항에 있어서, 파장들(L1과 L2)이 서로 다른 장치.
제44항 또는 제45항에 있어서, 렌즈 피치(P1, P2)가 서로 다른 장치.
제44항 또는 제45항에 있어서, 상기 제2 마이크로렌즈 어레이가 방출면에 평행한 방향으로 제1 광학 배치구조의 마이크로렌즈 어레이에 대해 이동하는 장치.
제44항 또는 제45항에 있어서, 상기 제2 마이크로렌즈 어레이가 제1 광학 배치구조의 마이크로렌즈 어레이에 대해 회전하는 장치.
제48항에 있어서, 상기 제2 마이크로렌즈 어레이와 제1 광학 배치구조의 마이크로렌즈 어레이가 모두 각각 상호 수직인 2개의 대칭축을 가진 직사각형 기하구조를 갖고 상기 제2 마이크로렌즈 어레이의 대칭축과 제1 광학 배치구조의 마이크로렌즈 어레이의 대칭축 사이의 각도(φ)가 적어도 1°이고 최대 20°인 장치.
제44항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 마이크로렌즈 어레이와 제1 광학 배치구조의 마이크로렌즈 어레이가 일체형 광학 부품으로 구체화되는 장치.
제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 어레이가 제1 마이크로렌즈 어레이라 하고 상기 제1 광학 배치구조가 제1 마이크로렌즈 어레이 이외에
- 렌즈 피치(P')로 규칙적으로 배치되어 있는 다수의 투과형 또는 반사형 제2 마이크로렌즈를 포함하는 제2 마이크로렌즈 어레이를 포함하고;
상기 제2 마이크로렌즈 어레이가 제1 마이크로렌즈 어레이에 대해 회전하고 상기 광원 어레이의 광원이 제2 마이크로렌즈 어레이를 조명하도록 구조화 및 배치되어 있는 장치.
제51항에 있어서, 상기 제1 및 제2 마이크로렌즈 어레이가 동종의 마이크로렌즈 어레이이고 상기 어레이의 광원이 광원 피치(Q)로 규칙적으로 배치되고 상기 광원이 피치(P)로 배치되어 있는 축이 제1 마이크로렌즈 어레이의 마이크로렌즈들이 피치(P)로 배치되어 있는 축과 제2 마이크로렌즈 어레이의 마이크로렌즈들이 피치(P')로 배치되어 있는 축 모두에 대해 5° 이내에서 평행하게 정렬되어 있는 장치.
제51항 또는 제52항에 있어서, 상기 제2 마이크로렌즈 어레이가 제1 마이크로렌즈 어레이에 대해 0°보다 크고 최대 5° 만큼 회전하는 장치.
제51항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 마이크로렌즈 어레이와 제2 마이크로렌즈 어레이가 모두 각각 상호 수직인 2개의 대칭축을 가진 직사각형 기하구조를 갖고, 상기 제1 마이크로렌즈 어레이의 대칭축과 제1 마이크로렌즈 어레이의 대칭축 사이의 각도(φ)가 0°보다 크고 최대 5°인 장치.
제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 어레이의 광원들이 광원 피치(Q)로 규칙적으로 배치되고 상기 광원 어레이를 광원들의 제1 어레이라 하고 상기 조명부가 제1 광원 어레이 이외에
- 제1 광원 어레이와 동종인 제2 광원 어레이를 포함하고,
상기 제2 광원 어레이가 제1 광원 어레이에 대해 회전하고 상기 제2 광원 어레이의 광원들이 마이크로렌즈 어레이를 조명하도록 구조화 및 배치되어 있는 장치.
제55항에 있어서, 상기 제1 광원 어레이와 제2 광원 어레이가 모두 각각 상호 수직인 2개의 대칭축을 가진 직사각형 기하 구조를 갖고, 상기 제1 광원 어레이의 대칭축과 제2 광원 어레이의 대칭축 사이의 각도(φ)가 0°보다 크고 최대 5°인 장치.
제1항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 배치구조가 추가 광학 부품을 포함하고 상기 마이크로렌즈 어레이가 조명부와 상기 추가 광학 부품 사이에 배치되어 있는 장치.
제57항에 있어서, 상기 추가 광학 부품이 회절 광학 부품을 포함하는 장치.
제57항에 있어서, 상기 회절 광학 부품이 마이크로렌즈 어레이를 빠져나가는 각각의 입사 광선으로부터 적어도 2개의 출사 광선을 생성하도록 구조화 및 배치되어 있는 장치.
제57항 내지 제59항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추가 광학 부품이 적어도 하나의 프리즘을 포함하는 장치.
제57항 내지 제60항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추가 광학 부품이 프리즘 어레이를 포함하는 장치.
구조광을 생성하기 위한 장치로서, 상기 장치가:
- 렌즈 피치(P1)로 규칙적으로 배치되어 있는 다수의 투과형 또는 반사형 마이크로렌즈를 포함하는 제1 마이크로렌즈 어레이;
- 렌즈 피치(P2)로 규칙적으로 배치되어 있는 다수의 투과형 또는 반사형 마이크로렌즈를 포함하는 제2 마이크로렌즈 어레이; 및
- 상기 제1 마이크로렌즈 어레이와 제2 마이크로렌즈 어레이를 조명하기 위한 조명부;를 포함하는 광학 배치구조를 포함하고,
상기 조명부가:
- 각각 파장(L1)의 광의 방출용으로 각각 제1 마이크로렌즈 어레이로부터 거리(D1)에 위치해 있는 공통 제1 방출면에 위치해 있는 개구를 갖고 다음 식이 적용되는 광원의 제1 어레이
(P1)² = 2*(L1)*(D1)/(N1),
상기 식에서 N1은 N≥1인 정수임; 및
- 각각 파장(L2)의 광의 방출용으로 각각 제1 마이크로렌즈 어레이로부터 거리(D2)에 위치해 있는 공통 제2 방출면에 위치해 있는 개구를 갖고 다음 식이 적용되는 광원의 제2 어레이를 포함하는 장치:
(P2)² = 2*(L2)*(D2)/(N2)
상기 식에서 N2는 N≥1인 정수임.
제62항에 있어서, 상기 제1 광원 어레이가 제2 광원 어레이와 동일한 하나인 장치.
제62항에 있어서, 상기 제1 광원 어레이가 제2 광원 어레이와 서로 다른 장치.
제64항에 있어서, 거리(D1)가 거리(D2)와 서로 다른 장치.
제64항 또는 제65항에 있어서, 파장(L1)이 파장(L2)과 서로 다른 장치.
제62항 내지 제66항 중 어느 한 항에 있어서, 렌즈 피치(P1)가 렌즈 피치(P2)와 서로 다른 장치.
제62항 내지 제67항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 방출면이 제2 방출면과 동일한 장치.
구조광을 생성하기 위한 장치로서, 상기 장치가:
- 렌즈 피치(P)로 규칙적으로 배치되어 있는 다수의 투과형 또는 반사형 마이크로렌즈를 포함하는 마이크로렌즈 어레이; 및
- 상기 마이크로렌즈 어레이를 조명하기 위한 조명부;를 포함하는 제1 광학 배치구조를 포함하고,
상기 조명부가 파장(L)의 광의 방출용으로 마이크로렌즈 어레이로부터 거리(D)에 위치해 있는 개구를 가진 단 하나의 광원만을 포함하며, 다음 식이 적용되는 장치:
P² = 2LD/N
상기 식에서 N은 N≥1인 정수임.
제69항에 있어서, 상기 광원은 복수 개의 이웃한 마이크로렌즈를 포함하는 다수의 마이크로렌즈의 소정 범위를 조명하도록 배치되어 광원으로부터 나오는 광이 마이크로렌즈들 중 서로 다른 마이크로렌즈를 통과하여 간섭 패턴을 형성하도록 하는 장치.
제1항 내지 제70항 중 어느 한 항에 따른 2개 이상의 장치를 포함하는 기기.
제71항에 있어서, 상기 하나 이상의 장치들을 각각 포함하는 하나 이상의 서브 그룹의 장치들의 각각의 조명부의 전원을 선택적으로 점멸하기 위한 제어기를 포함하는 기기.
제71항 또는 제72항에 있어서, 상기 장치들이 동종의 장치인 기기.
제71항 또는 제72항에 있어서, 상기 장치들 중 적어도 제1 및 제2 장치가 다음 중 적어도 하나가 서로 다른 기기:
- 각각의 장치의 각각의 피치(P);
- 각각의 장치의 각각의 파장(L);
- 각각의 장치의 각각의 거리(D);
- 각각의 장치의 각각의 정수(N).
제71항 내지 제74항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치들의 각각의 방출면들이 서로 평행하게 정렬되어 있는 기기.
제71항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치들 중 제1 장치의 마이크로렌즈가 피치(P)를 갖고 있는 축이 상기 장치들 중 제2 장치의 마이크로렌즈가 피치(P)를 갖고 있는 축에 대해 평행하게 정렬되는 기기.
제71항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치들 중 제1 장치의 마이크로렌즈가 피치(P)를 갖고 있는 축이 상기 장치들 중 제2 장치의 마이크로렌즈가 피치(P)를 갖고 있는 축에 소정 각도로 정렬되는 기기.
제71항 내지 제77항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치들 각각이 별개의 실체인 기기.
제1항 내지 제70항 중 어느 한 항에 따른 장치를 포함하는 기기로서, 2개의 축을 형성하는 격자 상에 규칙적으로 배치되어 있는 감광 부재들의 어레이를 포함하는 검출기를 더 포함하되 상기 2개의 축들 중 하나가 마이크로렌즈가 피치(P)를 갖고 있는 축에 대해 소정 각도로 정렬되어 있는 기기.
제79항에 있어서, 상기 각도는 5° 내지 40°인 기기.
구조광을 생성하기 위한 장치로서, 상기 장치가:
- 렌즈 피치(P)로 규칙적으로 배치되어 있는 다수의 투과형 또는 반사형 마이크로렌즈를 포함하는 마이크로렌즈 어레이; 및
- 상기 마이크로렌즈 어레이를 조명하기 위한 조명부;를 포함하는 제1 광학 배치구조를 포함하되
상기 조명부가 각각 파장(L)의 광 방출용으로 각각 개구를 가진 하나 이상의 광원을 포함하고, 상기 하나 이상의 광원 각각의 경우에 각각의 개구로부터 마이크로렌즈 어레이까지 각각의 광원으로부터 방출되는 광에 대한 광학 경로 길이가 동일한 하나의 거리(D)이고 다음 식이 적용되는 장치:
P² = 2LD/N
상기 식에서 N은 N≥1인 정수임.
제81항에 있어서, 상기 하나 이상의 광원 각각으로부터 방출되는 광이 광로를 따라 각각의 개구로부터 마이크로렌즈 어레이로 전파되고 이때 상기 광로의 적어도 일부가 1이 아닌 굴절률을 가진 재료를 통해 진행하는 장치.
제81항 또는 제82항에 있어서, 상기 장치가 적어도 하나의 반사 부재를 포함하고 상기 하나 이상의 광원들 각각으로부터 방출되는 광이 상기 적어도 하나의 반사 부재에 의해 적어도 1회 반사하게 되는 광로를 따라 각각의 개구로부터 마이크로렌즈 어레이로 전파되는 장치.
제81항 내지 제83항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 광원이 광원 어레이를 포함하는 장치.