KR20180117412A

KR20180117412A - 광출력모듈

Info

Publication number: KR20180117412A
Application number: KR1020170050501A
Authority: KR
Inventors: 정유경; 강이임
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2017-04-19
Filing date: 2017-04-19
Publication date: 2018-10-29
Also published as: KR102392092B1

Abstract

광출력모듈이 개시된다. 본 발명에 따른 광출력모듈은 빛을 발산하는 광원부; 광원부로부터 발산된 빛을 집광시켜주는 집광부; 복수의 도파로가 형성되며, 집광부를 통해 집광된 빛을 각각의 도파로를 통해 이동시키는 광가이드부; 및 광가이드부로부터 출사된 빛을 설정된 영역에 투영하는 렌즈부를 포함하되, 광가이드부는, 복수의 도파로 중 적어도 하나에 대응하여 설치되어 해당 도파로에 전기적으로 압력을 가하는 가압기를 구비한다.

Description

광출력모듈{LIGHT EMITTING MODULE}

본 발명은 광출력모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광원을 물리적으로 이동시키지 않으면서도 도파로에 의한 간섭무늬의 위상을 변경시켜 구조광 패턴으로 사용할 수 있는, 광출력모듈에 관한 것이다.

최근 인간이나 기타 사물 등 객체에 대한 이미지화에 있어서, 실제 객체의 형태를 반영하여 3차원 이미지로 구현하려고 하는 시도가 계속되고 있다. 3차원 깊이 정보를 획득하는 방법으로는 스테레오 비전(stereo vision) 방식, TOF(Time of Flight) 방식, 구조광(structured light) 방식 등이 있다.

스테레오 비전 방식은 좌안 및 우안의 양안 영상을 획득하여 두 영상 간의 정합점을 찾아 시차를 추정한 후, 깊이 정보를 획득한다.

TOF 방식은 근적외선, 초음파, 레이저 등의 신호를 이용하여 어떤 사물의 거리를 측정하는 기술이다. TOF는 근적외선, 초음파, 레이저 등의 신호가 날아가서 어떤 물체에 부딪친 후 다시 돌아오는 비행 시간을 측정하여 해당 사물의 깊이(depth)를 측정한다.

구조광 방식은 스테레오 비전 시스템에서의 카메라 하나를, 이미 알고 있는 형상을 투사하는 조명계로 전환하는 방식을 이용하여 3차원 깊이 정보를 산출한다. 이때, 구조광 방식은 패턴을 대상체에 주사한 후 기하학적인 변화를 관찰하여 구조광이 주사되는 전 영역에서의 깊이 정보를 획득한다.

즉, 구조광은 특정한 패턴을 가지고 있는 빛을 말하는데, 구조광의 패턴을 구성하는 방법에는 다양한 기술이 있다. 널리 알려진 방법으로는 여러 장의 이진영상을 조합하여 코드(gray code)를 생성시키는 것이 있으며, 사인이나 코사인 함수를 생성하여 위상(phase)을 달리하며 얻어진 영상들의 조합으로 특별한 코드를 생성해 내는 페이즈 쉬프팅(phase shifting) 방법이 있다.

한편, 페이즈 쉬프팅 방법을 이용한 기존의 구조광 시스템에서는, 특정 패턴을 생성하기 위해, 프로젝터나 두 개의 광원을 사용해야 했기 때문에, 제품의 사이즈가 컸고, 두 개의 광원의 물리적인 조절을 통해 페이즈 쉬프팅을 하여 특정 패턴을 형성해야 했기 때문에 제품의 신뢰성이 낮다는 문제가 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 광원을 물리적으로 이동시키지 않으면서도 도파로에 의한 간섭무늬의 위상을 변경시켜 구조광 패턴으로 사용할 수 있는, 광출력모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 광출력모듈은, 광원; 광원으로부터 발산된 빛을 집광시켜주는 집광부; 복수의 도파로가 형성되며, 집광부를 통해 집광된 빛을 각각의 도파로를 통해 이동시키는 광가이드부; 및 광가이드부로부터 출사된 빛을 설정된 영역에 투영하는 렌즈부를 포함하되, 광가이드부는, 복수의 도파로 중 적어도 하나에 대응하여 설치되어 해당 도파로에 전기적으로 압력을 가하는 가압기를 포함한다.

여기서, 복수의 도파로는, 적어도 하나의 도파로가 두 개의 도파로로 분기되는 제1분기부, 제1분기부의 각각의 도파로가 설정된 간격으로 커플링되는 커플링부, 및 커플링부의 각각의 도파로가 다시 분기되는 제2분기부를 포함한다.

이때, 가압기는 제1분기부의 적어도 하나의 도파로에 배치될 수 있다.

또한, 가압기는, 대응하는 도파로에 가해지는 압력의 레벨을 조절하여 해당 도파로를 이동하는 빛의 굴절률을 변화시킨다.

또한, 제1분기부 및 커플링부는 수직 및 수평으로 비대칭적인 구조이다.

또한, 가압기는 대응하는 도파로에 압력을 가하여 출력되는 빛의 위상 패턴을 변화시킨다.

본 발명에 따르면, 광원을 물리적으로 이동시키지 않으면서도 도파로에 의한 간섭무늬의 위상을 변경시켜 구조광 패턴으로 사용할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광출력모듈을 측면에서 바라본 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 광가이드부의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도파로에 가해진 압력에 따라 위상 쉬프트가 발생한 광파의 예를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 기재함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표시한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속될 수 있지만, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광출력모듈을 측면에서 바라본 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광출력모듈은 광원부(100), 집광부(200), 광가이드부(300) 및 렌즈부(400)를 포함한다.

광원부(100)는 빛을 발산한다. 이때, 광원부(100)는 코히어런트(Coherent)한 빛을 발산하는 것이 바람직하다. 여기서, 코히어런트한 빛이란, 단일 주파수 스펙트럼을 가지며, 위상이 일치되고, 균일한 정현파를 이루는 빛을 말한다.

빛의 간섭 현상을 관찰하기 위해서는 파장이 동일하고 시간에 대한 위상차가 일정한 빛이 만나야 한다. 이와 같은 조건을 만족하는 광원을 간섭성(coherent) 광원이라고 하는데, 레이저가 대표적인 간섭성 광원으로 사용된다.

간섭성 광원을 실현하기 위해, 광원부(100)는 LD(Laser Diode)로 구현될 수 있으며, 특히 EEL(Edge Emitting Laser), VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser) 다이오드가 사용될 수 있다. 하지만, 광원부(100)의 종류는 기재된 설명에 한정되는 것은 아니며, 코히어런트한 빛을 발산한다면 다양한 종류의 광원이 사용될 수 있음은 물론이다.

집광부(200)는 광원부(100)로부터 발산된 빛을 집광시키고, 집광된 빛이 광가이드부(300)에 입력되도록 한다. 레이저 다이오드는 8 ~ 40도의 화각으로 빛을 발산하기 때문에, 집광부(200)는 광원부(100)에 의해 발산되는 빛을 집광시켜 광가이드부(300)의 입력단(310)으로 입력되도록 한다. 이때, 집광부(200)는 렌즈(lens)로 구현될 수 있다.

여기서, 집광부(200)는 GRIN Lens, Lensed Fiber, Aspheric Lens 등이 사용될 수 있으나, 렌즈의 종류는 기재된 내용에 한정되는 것은 아니며, 넓은 화각으로 발산된 빛을 효율적으로 집광시켜 광가이드부(300)에 입력시킬 수 있다면, 다양한 종류의 렌즈가 사용될 수 있음은 물론이다.

광가이드부(300)는 입력단(310)으로부터 연장되는 복수의 도파로(320)가 형성되며, 집광부(200)를 통해 집광된 빛을 각각의 도파로(320)를 통해 이동시킨다. 이때, 광가이드부(300)는 도 2에 도시한 바와 같이, 적어도 하나의 도파로(323)가 두 개의 도파로(323-1, 323-2)로 분기되는 제1분기부(324), 제1분기부(324)의 각각의 도파로가 설정된 간격으로 커플링(coupling)되는 커플링부(326), 커플링부(326)의 각각의 도파로가 다시 분기되어 출력단으로 이어지는 제2분기부(328)를 구비할 수 있다.

여기서, 제1분기부(324)는 분기되는 도파로들의 길이가 나머지 다른 도파로와 길이가 달라지도록 하는 역할을 한다. 또한, 도 2에 도시한 제1분기부(324)의 각도는 이해를 돕기 위하여 과장한 것으로, 실제로 이용되는 분기각도는 1도 이하일 수도 있다.

이때, 분기된 도파로를 지나는 편광은 편광 유지 특성을 가져야 한다. 이를 위해, 본 발명의 실시예에서는 분기된 각각의 도파로를 설정된 간격으로 서로 접근시켜 커플링함으로써 광파가 커플링부(326)의 각각의 도파로를 따라 진행하는 동안에 파동 간에 방향성 결합이 일어나도록 한다.

이 경우, 제1분기부(324) 및 커플링부(326)는 수직 및 수평 방향으로 비대칭적인, 뒤집힌 립 구조(inverted rib)로 이루어질 수 있다. 또한, 커플링부(326) 후단의 각각의 도파로는 다시 분기되어 출력단으로 연결됨으로써 제2분기부(328)를 형성할 수 있다.

가압기(330)는 광가이드부(300)의 적어도 하나의 도파로의 상부에 설치되며, 대응하는 도파로에 전기적으로 압력을 가한다. 이때, 가압기(330)는 도 2에 도시한 바와 같이, 각각의 도파로(322, 323-1, 323-2)의 상부에 설치될 수 있으며, 대응하는 도파로에 전기적으로 압력을 가할 수 있다.

가압기(330)를 통해 대응하는 도파로에 압력을 가하는 경우, 해당 도파로를 따라 진행하는 광파는 굴절률이 변화되며, 이와 같은 특성을 이용하여 도 3에 도시한 바와 같이, 출력되는 빛의 위상 패턴을 변화시킬 수 있다. 이때, 가압기(330)는 도파로에 가압하는 압력을 조절하여 빛의 위상 패턴을 다양하게 변화시킬 수 있다. 이 경우, 가압기(330)가 각각의 도파로에 대응하여 설치된 경우, 가압기(330)는 각각의 도파로에 가압되는 힘을 서로 다르게 조절함으로써, 빛의 위상 패턴을 다양하게 변화시킬 수도 있다.

렌즈부(400)는 광가이드부(300)로부터 출사된 빛을 투과시켜 설정된 영역에 투영한다. 이때, 렌즈부(400)는 광가이드부(300)의 굴절부(340)에 의해 굴절된 빛을 입력받으며, 입력되는 빛의 회절각을 조절하여 설정된 영역에 투영할 수 있다.

각각의 도파로에서 나오는 두 빛의 경로차가 반파장의 짝수 배이면 두 개의 파동이 서로 겹쳐서 보강 간섭(밝은 무늬)이 일어나고, 반파장의 홀수 배이면 두 개의 파동이 서로 상쇄되어 상쇄 간섭(어두운 무늬)이 일어난다. 이 경우, 간섭패턴의 단위간격을 Δy라고 하면, 이며, 여기서 L은 도파로 출구에서 피사체까지의 거리이고, λ는 파장이며, d는 도파로 간격이다.

렌즈부(400)는 이와 같은 간섭패턴의 빛을 설정된 영역에 투과한다. 이때, 본 발명의 실시예에 따른 광출력모듈은 가압부를 이용하여 대응하는 도파로에 압력을 가함으로써, 해당 도파로를 진행하는 광파의 위상을 변화시켜 결과적으로 간섭무늬의 위상 쉬프트를 발생시킬 수 있다.

이로써, 본 발명에 따른 광출력모듈은 광원을 물리적으로 이동시키지 않으면서도 도파로에 의한 간섭무늬의 위상을 변경시켜 구조광 패턴으로 사용할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 다음의 특허청구범위뿐만 아니라 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 광원부 200: 집광부
300: 광가이드부 310: 입력단
320: 도파로 324: 제1분기부
326: 커플링부 328: 제2분기부
330: 가압기 400: 렌즈부

Claims

광원;
상기 광원으로부터 발산된 빛을 집광시켜주는 집광부;
복수의 도파로가 형성되며, 상기 집광부를 통해 집광된 빛을 각각의 상기 도파로를 통해 이동시키는 광가이드부; 및
상기 광가이드부로부터 출사된 빛을 설정된 영역에 투영하는 렌즈부를 포함하되,
상기 광가이드부는, 복수의 상기 도파로 중 적어도 하나에 대응하여 설치되어 해당 도파로에 전기적으로 압력을 가하는 가압기를 포함하는 광출력모듈.
제1항에 있어서,
복수의 상기 도파로는,
적어도 하나의 도파로가 두 개의 도파로로 분기되는 제1분기부, 상기 제1분기부의 각각의 도파로가 설정된 간격으로 커플링되는 커플링부, 및 상기 커플링부의 각각의 도파로가 다시 분기되는 제2분기부를 포함하는 광출력모듈.
제2항에 있어서,
상기 가압기는 상기 제1분기부의 적어도 하나의 도파로에 배치되는 광출력모듈.
제1항에 있어서,
상기 가압기는,
대응하는 도파로에 가해지는 압력의 레벨을 조절하여 해당 도파로를 이동하는 빛의 굴절률을 변화시키는 광출력모듈.
제2항에 있어서,
상기 제1분기부 및 상기 커플링부는 수직 및 수평으로 비대칭적인 구조인 광출력모듈.
제1항에 있어서,
상기 가압기는 대응하는 도파로에 압력을 가하여 출력되는 빛의 위상 패턴을 변화시키는 광출력모듈.