KR20210020758A - 마이크로 광학소자 및 이를 포함하는 광전자 모듈 - Google Patents

Abstract

마이크로 광학소자가 개시된다. 상기 마이크로 광학소자는 제1하부, 제1경사진 하부 표면, 제1내부 벽, 제2경사진 하부 표면, 제3경사진 하부 표면, 제2내부 벽, 제4경사진 하부 표면, 제2하부, 제1외부 벽, 제1상부, 제2외부 벽, 제1경사진 상부, 제2경사진 상부, 제3경사진 상부, 제4경사진 상부, 제3외부 벽, 및 제2상부를 포함하며, 광학 축을 기준으로 상기 제1하부, 상기 제1경사진 하부 표면, 상기 제1내부 벽, 및 상기 제2경사진 하부 표면과, 상기 제2하부, 상기 제4경사진 하부 표면, 상기 제2내부 벽, 및 상기 제3경사진 하부 표면은 서로 대칭이며, 상기 제1하부와 상기 제2하부는 평평하며, 상기 제1경사진 하부 표면, 상기 제2경사진 하부 표면, 상기 제3경사진 하부 표면, 및 상기 제4경사진 하부 표면은 곡선이며, 상기 제1경사진 하부 표면은 상기 제1하부에서 안쪽으로 하향 각도로 상기 제1내부 벽까지 연장되며, 상기 제4경사진 하부 표면은 상기 제2하부에서 안쪽으로 하향 각도로 상기 제2내부 벽까지 연장된다.

Description

마이크로 광학소자 및 이를 포함하는 광전자 모듈 {Micro-optics and optoelectronics module including the same}

본 발명은 마이크로 광학소자 및 이를 포함하는 광전자 모듈에 관한 것으로, 상세하게는 높은 집광을 가능하게 하고, 발산되는 광의 밝기를 균일하게 하며, 광을 원하는 방향으로 발산하도록 제어할 수 있는 마이크로 광학소자 및 이를 포함하는 광전자 모듈에 관한 것이다.

광전자 모듈은 빛을 발산하고 제어하는 전자 장치이다. 광전자 모듈은 스마트폰, 자동차, 의료기기, 또는 광통신 등 다양한 분야에서 활용된다. 광전자 모듈은 빛을 발산하는 광원과, 집광 효율을 높이고 광원에서 발산되는 빛을 원하는 방향으로 제어하는 마이크로 광학소자를 포함한다.

새로운 광원이 개발됨에 따라 광전자 모듈의 설계 유연성은 향상하였다. 다양한 형태로 광전자 모듈의 설계가 가능해 졌으며, 다양한 분야에서 활용될 수 있게 되었다. 이러한 새로운 광원에 개발에 따라 더 높은 집광 효율 및 정밀한 빛의 제어가 가능한 마이크로 광학소자의 개발이 요구된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 높은 집광을 가능하게 하며, 발산되는 광의 밝기를 균일하게 하며, 광을 원하는 방향으로 발산하도록 제어할 수 있는 마이크로 광학소자 및 이를 포함하는 광전자 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 광학소자는 제1하부, 제1경사진 하부 표면, 제1내부 벽, 제2경사진 하부 표면, 제3경사진 하부 표면, 제2내부 벽, 제4경사진 하부 표면, 제2하부, 제1외부 벽, 제1상부, 제2외부 벽, 제1경사진 상부, 제2경사진 상부, 제3경사진 상부, 제4경사진 상부, 제3외부 벽, 및 제2상부를 포함하며, 광학 축을 기준으로 상기 제1하부, 상기 제1경사진 하부 표면, 상기 제1내부 벽, 및 상기 제2경사진 하부 표면과, 상기 제2하부, 상기 제4경사진 하부 표면, 상기 제2내부 벽, 및 상기 제3경사진 하부 표면은 서로 대칭이며, 상기 제1하부와 상기 제2하부는 평평하며, 상기 제1경사진 하부 표면, 상기 제2경사진 하부 표면, 상기 제3경사진 하부 표면, 및 상기 제4경사진 하부 표면은 곡선이며, 상기 제1경사진 하부 표면은 상기 제1하부에서 안쪽으로 하향 각도로 상기 제1내부 벽까지 연장되며, 상기 제4경사진 하부 표면은 상기 제2하부에서 안쪽으로 하향 각도로 상기 제2내부 벽까지 연장된다.

상기 마이크로 광학소자는 상기 제1내부 벽은 상기 제1경사진 하부 표면에서 상기 제2경사진 하부 표면까지 연장되며, 상기 제2내부 벽은 상기 제4경사진 하부 표면에서 상기 제3경사진 하부 표면까지 연장되며, 상기 제2경사진 하부 표면과 상기 제3경사진 하부 표면은 상기 광학 축을 기준으로 서로 만나며, 상기 제1경사진 하부 표면의 길이는 상기 제2경사진 하부 표면의 길이보다 길며, 상기 제4경사진 하부 표면의 길이는 상기 제3경사진 하부 표면의 길이보다 길다.

상기 마이크로 광학소자는 상기 광학 축을 기준으로, 상기 제1상부, 상기 제2외부 벽, 상기 제1경사진 상부, 및 상기 제2경사진 상부와, 상기 제2상부, 상기 제3외부 벽, 상기 제4경사진 상부, 및 상기 제3경사진 상부는 서로 대칭이다.

본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 광학소자를 포함하는 광전자 모듈은 복수의 빛들을 발산하는 광원, 및 각각이 상기 광원으로부터 발산되는 상기 복수의 빛들 각각을 포커싱하며, 포커싱된 빛들 각각을 발산하는 복수의 마이크로 광학소자들을 포함하는 마이크로 광학소자 어레이을 포함한다.

상기 복수의 마이크로 광학소자들 각각은 제1하부, 제1경사진 하부 표면, 제1내부 벽, 제2경사진 하부 표면, 제3경사진 하부 표면, 제2내부 벽, 제4경사진 하부 표면, 제2하부, 제1외부 벽, 제1상부, 제2외부 벽, 제1경사진 상부, 제2경사진 상부, 제3경사진 상부, 제4경사진 상부, 제3외부 벽, 및 제2상부를 포함한다.

광학 축을 기준으로 상기 제1하부, 상기 제1경사진 하부 표면, 상기 제1내부 벽, 및 상기 제2경사진 하부 표면과, 상기 제2하부, 상기 제4경사진 하부 표면, 상기 제2내부 벽, 및 상기 제3경사진 하부 표면은 서로 대칭이다.

상기 제1하부와 상기 제2하부는 평평하며, 상기 제1경사진 하부 표면, 상기 제2경사진 하부 표면, 상기 제3경사진 하부 표면, 및 상기 제4경사진 하부 표면은 곡선이다.

상기 제1경사진 하부 표면은 상기 제1하부에서 안쪽으로 하향 각도로 상기 제1내부 벽까지 연장되며, 상기 제4경사진 하부 표면은 상기 제2하부에서 안쪽으로 하향 각도로 상기 제2내부 벽까지 연장된다.

실시 예에 따라 상기 마이크로 광학소자를 포함하는 상기 광전자 모듈은 서로 다른 직경을 가지는 복수의 홀들을 포함하는 마스크 어레이를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 광전자 모듈은 각각이 서로 다른 경사 패턴을 가지는 복수의 마이크로 광학소자들을 포함하며, 상기 서로 다른 경사 패턴들은 광원으로부터 입사되는 복수의 광선들 각각이 상기 복수의 마이크로 광학소자들의 중심에서 가장자리로 갈수록 1도씩 증가하여 굴절되도록 구현된다.

상기 복수의 마이크로 광학소자들은 제1마이크로 광학소자, 제2마이크로 광학소자, 및 제3마이크로 광학소자를 포함한다.

상기 제1마이크로 광학소자는 평평한 제1표면, 및 상기 중심을 기준으로 배열되는 제1영역, 제2영역, 및 제3영역을 포함하는 제2표면을 포함한다.

상기 제1영역, 상기 제2영역, 및 상기 제3영역 각각은 상기 복수의 광선들 각각이 상기 중심을 기준으로 1도부터 15도까지 점차적으로 증가하여 굴절되도록 구현된 제1경사 패턴을 포함한다.

상기 제2마이크로 광학소자는 상기 제1마이크로 광학소자 위에 적층되며, 상기 제3마이크로 광학소자는 상기 제2마이크로 광학소자 위에 적층되며, 상기 제1마이크로 광학소자의 길이는 상기 제2마이크로 광학소자의 길이보다 짧으며, 상기 제2마이크로 광학소자의 길이는 상기 제3마이크로 광학소자의 길이보다 짧다.

상기 제1영역, 상기 제2영역, 및 상기 제3영역은 상기 제1영역과 상기 제2영역 사이, 및 상기 제2영역과 상기 제3영역 사이에 갭들을 포함하며, 상기 제2영역과 상기 제3영역 사이의 갭은 상기 제1영역과 상기 제2영역 사이의 갭보다 크다.

상기 제2마이크로 광학소자는 상기 제1영역, 상기 제2영역, 및 상기 제3영역과 서로 마주보는 제4영역, 제5영역, 및 제6영역을 포함하는 제3표면, 및 상기 제4영역, 상기 제5영역, 및 상기 제6영역과 대응되는 제7영역, 제8영역, 및 제9영역을 포함하는 제4표면을 포함한다.

상기 제4영역은 평평하다.

상기 제5영역과 상기 제6영역 각각은 상기 제2영역과 상기 제3영역을 통해 굴절된 복수의 광선들이 상기 중심을 기준으로 16도에서 30도까지 굴절되도록 구현된 제2경사 패턴을 포함한다.

상기 제3마이크로 광학소자는 상기 제7영역, 상기 제8영역, 및 상기 제9영역과 서로 마주보는 제10영역, 제11영역, 및 제12영역을 포함하는 제5표면, 및 상기 제10영역, 상기 제11영역, 및 상기 제12영역과 대응되는 제13영역, 제14영역, 및 제15영역을 포함하는 제6표면을 포함한다.

상기 제7영역은 평평하다.

상기 제12영역은 상기 제6영역을 통해 굴절된 복수의 광선들이 상기 중심을 기준으로 31도에서 45도까지 굴절되도록 구현된 제3경사 패턴을 포함한다.

상기 복수의 마이크로 광학소자들의 중심은 상기 복수의 광선들 중 상기 중심에서 입사되는 광선이 굴절되지 않도록 경사 패턴을 포함하지 않는다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 광전자 모듈은 각각이 서로 다른 경사 패턴을 가지는 복수의 마이크로 광학소자들을 포함한다. 상기 복수의 마이크로 광학소자들은 3개의 존(zone)들로 분할된다.

상기 3개의 존들 중 제1존은 광원으로부터 입사되는 복수의 광선들이 중심을 기준으로 1도에서 15도 사이로 굴절되도록 제1경사 패턴을 포함하는 상기 복수의 마이크로 광학소자들 중 제1마이크로 광학소자를 포함한다.

상기 3개의 존들 중 제2존은 상기 입사되는 복수의 광선들이 상기 중심을 기준으로 16도에서 30도 사이로 굴절되도록 제2경사 패턴을 포함하는 상기 복수의 마이크로 광학소자들 중 제2마이크로 광학소자를 포함한다.

상기 3개의 존들 중 제3존은 상기 입사되는 복수의 광선들이 상기 중심을 기준으로 31도에서 45도 사이로 굴절되도록 제3경사 패턴을 포함하는 상기 복수의 마이크로 광학소자들 중 제3마이크로 광학소자를 포함한다.

상기 제1경사 패턴과 상기 제2경사 패턴은 마주보도록 구현되며, 상기 제3경사 패턴은 상기 제2경사 패턴과 마주보지 않으나 서로 대응되도록 구현된다.

상기 제1경사 패턴은 복수의 제1경사면들과 복수의 제2경사면들을 포함하며, 상기 복수의 제1경사면들의 경사 각도는 상기 중심에서 멀어질수록 커진다.

상기 제2경사 패턴은 복수의 제3경사면들과 복수의 제4경사면들을 포함하며, 상기 복수의 제3경사면들의 경사 각도는 상기 중심에서 멀어질수록 커진다.

상기 제3경사 패턴은 복수의 제5경사면들과 복수의 제6경사면들을 포함하며, 상기 복수의 제5경사면들의 경사 각도는 상기 중심에서 멀어질수록 커진다.

상기 중심에서 입사되는 광선은 굴절되지 않는다.

본 발명의 실시 예에 따른 광전자 모듈은 제1표면과 제2표면을 포함하는 제1마이크로 광학소자, 제3표면과 제4표면을 포함하는 제2마이크로 광학소자, 제5표면과 제6표면을 포함하는 제3마이크로 광학소자를 포함한다.

상기 제1표면은 평평하다. 상기 제2표면은 중심을 기준으로 배열되는 제1영역, 제2영역, 및 제3영역을 포함한다. 상기 제1영역, 상기 제2영역, 및 상기 제3영역 각각은 광원으로부터 입사되는 복수의 광선들 각각이 상기 중심에서 가장자리로 갈수록 1도에서 15도까지 굴절되도록 구현된 제1경사 패턴을 포함한다.

상기 중심에서 입사되는 빛은 굴절되지 않는다.

상기 제3표면은 상기 제1영역, 상기 제2영역, 및 상기 제3영역과 서로 마주보는 제4영역, 제5영역, 및 제6영역을 포함한다.

상기 제4영역은 평평하며, 상기 제5영역과 상기 제6영역 각각은 상기 제2영역과 상기 제3영역 각각을 통해 굴절된 빛이 16도에서 30도까지 굴절되도록 구현된 제2경사 패턴을 포함한다.

상기 제5표면은 상기 제4영역, 상기 제5영역, 및 상기 제6영역과 서로 대응되는 제7영역, 제8영역, 및 제9영역을 포함한다. 상기 제7영역, 상기 제8영역은 평평하며, 상기 제9영역은 상기 제6영역을 통해 굴절된 빛이 31도에서 45도까지 굴절되도록 구현된 제3경사 패턴을 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 광학소자는 새로운 형상을 가짐으로써 광의 집광 효율을 높일 수 있고, 광의 방향을 제어할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 광학소자를 포함하는 광전자 모듈은 새로운 형태의 마스크를 제공함으로써 광의 밝기를 균일하게 할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광전자 모듈의 단면도를 나타낸다.
도 2는 종래의 프레넬 렌즈의 패턴 일부와, 종래의 프레넬 렌즈의 패턴 일부의 경사 각도와 반사율의 상관 관계의 그래프를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 광전자 모듈의 상면도를 나타낸다.
도 4는 도 1에 도시된 광전자 모듈의 일부의 확대도를 나타낸다.
도 5는 도 4에 도시된 제1마이크로 광학소자의 일부의 확대도를 나타낸다.
도 6은 도 5에 도시된 제1마이크로 광학소자에 구현된 제1경사 패턴의 경사 각도를 계산하기 위한 개략도를 나타낸다.
도 7은 도 4에 도시된 제1, 2마이크로 광학소자의 일부의 확대도를 나타낸다.
도 8은 도 7에 도시된 제2마이크로 광학소자에 구현된 제2경사 패턴의 경사 각도를 계산하기 위한 개략도를 나타낸다.
도 9는 도 4에 도시된 제1, 2, 3마이크로 광학소자의 일부의 확대도를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광전자 모듈의 개략도를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광전자 모듈의 개략도를 나타낸다.
도 12는 종래의 광전자 모듈의 단면도를 나타낸다.
도 13은 종래의 광전자 모듈의 블록도를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광전자 모듈의 단면도를 나타낸다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광전자 모듈의 블록도를 나타낸다.
도 16은 도 14에 도시된 마이크로 광학소자 어레이의 다른 실시 예를 나타낸다.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광전자 모듈의 단면도를 나타낸다.

도 1을 참고하면, 광전자 모듈(10)은 자율 주행 차량, 의료용 기기, 검사 장비, 스마트폰, 또는 전자 장치 등 다양한 분야에서 객체를 스캔하고 검출하기 위한 센서로 이용될 수 있다. 실시 예에 따라 광전자 모듈(10)은 센서, 라이더 센서, 센서 어셈블리, 스캐닝 장치, 스캐너, 3D 스캐닝 장치, 3D 스캐너, 광학 부품, 또는 광학 소자 등 다양한 용어로 호칭될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 광전자 모듈(10)은 광원(20) 위에 구현된다. 광원(20)에서 복수의 광선들(light rays; 11-1~11-n; n은 자연수)이 발산된다. 광원(20)은 VCSEL(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) 어레이로 구현될 수 있다. 마이크로 광학소자는 수십 마이크로미터와 밀리미터 사이의 광학 시스템을 의미한다.

도 2는 종래의 프레넬 렌즈의 패턴 일부와, 종래의 프레넬 렌즈의 패턴 일부의 경사 각도와 반사율의 상관관계의 그래프를 나타낸다. 도 2의 (a)는 종래의 프레넬 렌즈의 패턴 일부를 나타낸다.

도 2의 (a)를 참고하면, 종래의 프레넬 렌즈의 패턴 일부(1)의 굴절 각도 (φ)는 다음과 같은 수학식에 따라 계산된다.

[수학식 1]

φ=arcsin(n*sinθ)-θ

n은 매질의 굴절률을 나타내며, θ은 종래의 프레넬 렌즈의 패턴 일부(1)의 경사 각도를 나타낸다.

도 2의 (b)는 종래의 프레넬 렌즈의 패턴 일부의 경사 각도와 반사율의 상관관계의 그래프를 나타낸다. 그래프의 X축은 종래의 프레넬 렌즈의 패턴 일부(1)의 굴절 각도(φ)를 나타내며, 그래프의 Y축은 반사율을 나타낸다,

도 2의 (b)를 참고하면, 종래의 프레넬 렌즈의 패턴 일부(1)의 굴절 각도(φ)가 0도에서 15도까지 증가할 때, 반사율은 약 5% 정도로 일정하다. 하지만, 종래의 프레넬 렌즈의 패턴 일부(1)의 굴절 각도(φ)가 15도 이상으로 증가할 때, 반사율은 급격하게 증가한다.

도 2의 (c)는 종래의 프레넬 렌즈의 패턴 일부의 경사 각도가 15도 이상일 때, 반사되는 빛을 나타낸다.

도 2의 (b)와 도 2의 (c)를 참고할 때, 종래의 프레넬 렌즈의 패턴 일부(1)의 경사 각도(θ)가 15도 이상일 때, 반사율이 급격하게 증가하기 때문에 광선은 굴절되지 못하고 반사된다.

즉, 종래의 프레넬 렌즈가 이용될 때, 복수의 광선들은 15도 이상 굴절되기 어렵다. 본 발명에서는 모터를 이용하여 회전하지 않고도 넓은 범위로 객체를 스캔할 수 있는 새로운 구조가 제안된다.

도 1을 참고하면, 광전자 모듈(10)은 복수의 마이크로 광학소자들(100, 200, 및 300)을 포함한다. 각각이 서로 다른 경사 패턴을 가지는 복수의 마이크로 광학소자들(100, 200, 및 300)을 포함함으로써 광전자 모듈(10)을 회전시키지 않더라도 일정 범위 내에서 객체를 스캔하고 검출할 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 광전자 모듈의 상면도를 나타낸다. 도 3에서 실선으로 표시된 부분은 눈에 보이는 부분이며, 점선으로 표시한 부분은 눈에 보이지 않는 부분을 나타낸다.

도 1과 도 3을 참고하면, 복수의 마이크로 광학소자들(100, 200, 및 300)은 사각형이다. 실시 예에 따라 복수의 마이크로 광학소자들(100, 200, 및 300)은 원형으로 구현될 수 있다.

제2마이크로 광학소자(200)는 제1마이크로 광학소자(100) 위에 적층된다. 제3마이크로 광학소자(300)는 제2마이크로 광학소자(200) 위에 적층된다.

제1마이크로 광학소자(100)의 길이(L1)는 제2마이크로 광학소자(200)의 길이(L2)보다 짧다. 제2마이크로 광학소자(200)의 길이(L2)는 제3마이크로 광학소자(300)의 길이(L3)보다 짧다.

복수의 마이크로 광학소자들(100, 200, 및 300)은 3개의 존(zone; Z1, Z2, 및 Z3)들로 분할된다. 제1존(Z1)은 중심(C)에서 가장 가까운 존이며, 제2존(Z2)은 그 다음으로 가까운 존이며, 제3존(Z3)은 중심(C)에서 가까운 멀리 떨어진 존이다.

3개의 존들(Z1, Z2, 및 Z3) 중 제1존(Z1)은 광원(20)으로부터 입사되는 복수의 광선들(11-41~11-55)이 중심(C)을 기준으로 1도에서 15도 사이로 굴절되도록 제1경사 패턴을 포함하는 제1마이크로 광학소자(100)를 포함한다. 제1존(Z1)에는 입사되는 복수의 광선들(11-41~11-55)이 1도에서 15도 사이로 굴절된다. 예컨대, 제1광선(11-41)은 1도로 굴절되며, 제15광선(11-55)은 15도로 굴절된다.

3개의 존들(Z1, Z2, 및 Z3) 중 제2존(Z2)은 입사되는 복수의 광선들(11-56~11-70)이 중심(C)을 기준으로 16도에서 30도 사이로 굴절되도록 제2경사 패턴을 포함하는 제2마이크로 광학소자(200)를 포함한다. 제2존(Z2)에는 입사되는 복수의 광선들(11-56~11-70)이 16도에서 30도 사이로 굴절된다. 예컨대, 제16광선(11-56)은 16도로 굴절되며, 제30광선(11-70)은 30도로 굴절된다.

3개의 존들(Z1, Z2, 및 Z3) 중 제3존(Z3)은 입사되는 복수의 광선들(11-71~11-n)이 중심(C)을 기준으로 31도에서 45도 사이로 굴절되도록 제3경사 패턴을 포함하는 제3마이크로 광학소자(300)를 포함한다. 제3존(Z3)에는 입사되는 복수의 광선들(11-71~11-n)이 31도에서 45도 사이로 굴절된다. 예컨대, 제31광선(11-71)은 31도로 굴절되며, 제45광선(11-n)은 45도로 굴절된다.

3개의 존들(Z1, Z2, 및 Z3)에서 각각 서로 다른 각도로 굴절되도록 함으로써 광전자 모듈(10)을 회전시키지 않더라도 일정 범위(0도에서 90도) 내에서 객체를 스캔하고 검출할 수 있다. 중심(C)에서 한쪽 방향(a)으로 복수의 광선들(11-40~11-n)이 0도에서 45도 사이로 굴절되므로, 중심(C)에서 양쪽 방향(a, b)으로 복수의 광선들(11-1~11-n)이 0도에서 90도 사이로 굴절된다.

도 4는 도 1에 도시된 광전자 모듈의 일부(PR)의 확대도를 나타낸다.

도 1과 도 4를 참고하면, 광전자 모듈(10)은 각각이 서로 다른 경사 패턴(160, 170, 180, 230, 240, 및 340)을 가지는 복수의 마이크로 광학소자들(100, 200, 및 300)을 포함한다.

서로 다른 경사 패턴들(160, 170, 180, 230, 240, 및 340)은 광원(20)으로부터 입사되는 복수의 광선들(11-1~11-n) 각각이 복수의 마이크로 광학소자들(100, 200, 및 300)의 중심(C)에서 가장자리로 갈수록 1도씩 증가하여 굴절되도록 구현된다. 중심(C)에서는 굴절되지 않는다. 따라서 복수의 광선들(11-1~11-n) 각각은 중심(C)을 기준으로 0도에서 45도까지 점차적으로 1도씩 증가하여 굴절된다.

제1마이크로 광학소자(100)는 평평한 제1표면(110), 및 중심(C)을 기준으로 배열되는 제1영역(160), 제2영역(170), 및 제3영역(180)을 포함하는 제2표면(150)을 포함한다.

제1영역(160), 제2영역(170), 및 제3영역(180) 각각은 복수의 광선들(11-41~11-n) 각각이 중심(C)을 기준으로 1도부터 15도까지 점차적으로 증가하여 굴절되도록 구현된 제1경사 패턴(P1)을 포함한다. 제1경사 패턴(P1)은 서로 같다.

제1영역(160), 제2영역(170), 및 제3영역(180)은 제1영역(160)과 제2영역(170) 사이에 제1갭(G1), 및 제2영역(170)과 제3영역(180) 사이에 제2갭(G2)을 포함한다. 제2영역(170)과 제3영역(180) 사이의 갭(G2)은 제1영역(160)과 제2영역(170) 사이의 갭(G1)보다 크다.

제2마이크로 광학소자(200)는 제3표면(210)과 제4표면(250)을 포함한다.

제3표면(210)은 제1영역(160), 제2영역(170), 및 제3영역(180)과 서로 마주보는 제4영역(220), 제5영역(230), 및 제6영역(240)을 포함한다.

제4표면(250)은 제4영역(220), 제5영역(230), 및 제6영역(240)과 대응되는 제7영역(260), 제8영역(270), 및 제9영역(280)을 포함한다.

제4영역(220)은 평평하다.

제5영역(230)과 제6영역(240) 각각은 제2영역(170)과 제3영역(180)을 통해 굴절된 복수의 광선들(11-55~11-n)이 중심(C)을 기준으로 16도에서 30도까지 굴절되도록 구현된 제2경사 패턴(P2)을 포함한다.

제1경사 패턴(P1)과 제2경사 패턴(P2)은 마주보도록 구현된다.

제7영역(260)은 평평하다.

제8영역(270)과 제9영역(280) 각각은 경사 패턴을 가진다. 상기 경사 패턴은 제1경사 패턴(P1), 제2경사 패턴(P2), 및 제3경사 패턴(P3)과는 다른 경사 패턴이다.

제3마이크로 광학소자(300)는 제5표면(310)과 제6표면(350)을 포함한다.

제5표면(310)은 제7영역(260), 제8영역(270), 및 제9영역(280)과 서로 마주보는 제10영역(320), 제11영역(330), 및 제12영역(340)을 포함한다.

제6표면(350)은 제10영역(320), 제11영역(330), 및 제12영역(340)과 대응되는 제13영역(360), 제14영역(370), 및 제15영역(380)을 포함한다.

제10영역(320)과 제11영역(330)은 평평하다.

제12영역(340)은 제6영역(240)을 통해 굴절된 복수의 광선들(11-71~11-n)이 중심(C)을 기준으로 31도에서 45도까지 굴절되도록 구현된 제3경사 패턴(P3)을 포함한다.

복수의 마이크로 광학소자들(100, 200, 및 300)의 중심(C)은 복수의 광선들(11-1~11-n) 중 중심(C)에서 입사되는 광선(11-40)이 굴절되지 않도록 경사 패턴을 포함하지 않는다.

제3경사 패턴(P3)은 제2경사 패턴(P2)과 마주보지 않으나 서로 대응되도록 구현된다.

제13영역(360)과 제14영역(370)은 평평하다.

제15영역(380)은 경사 패턴을 포함한다. 상기 경사 패턴은 제1경사 패턴(P1), 제2경사 패턴(P2), 및 제3경사 패턴(P3)과는 다른 경사 패턴이다.

도 5는 도 4에 도시된 제1마이크로 광학소자의 일부의 확대도를 나타낸다.

도 5를 참고하면, 제1경사 패턴(P1)이 상세하게 도시된다. 제1경사 패턴(P1)은 복수의 제1경사면들(SF1~SF15)과 복수의 제2경사면들(DF1~DF15)을 포함하며, 복수의 제1경사면들(SF1~SF15)의 경사 각도(ANG1~ANG15)는 중심(C)에서 멀어질수록 커진다. 예컨대, 제15경사 각도(ANG15)는 제1경사 각도(ANG1)보다 크다. 실시 예에 따라 복수의 제1경사면들(SF1~SF15) 각각은 경사면(slope facet), 복수의 제2경사면들(DF1~DF15) 각각은 드래프트 면(draft facet)으로 호칭될 수 있다.

도 6은 도 5에 도시된 제1마이크로 광학소자에 구현된 제1경사 패턴의 경사 각도를 계산하기 위한 개략도를 나타낸다.

도 1, 및 도 4 내지 도 6을 참고하면, 제1경사 패턴(P1)의 경사 각도(α)는 아래의 수학식에 따라 계산될 수 있다. 도 6에서는 예로 제1경사면(SF15)과 제2경사면(DF15)이 도시되었다. 경사 각도(α)는 경사 각도(ANG15)일 수 있다.

(수학식2)

n₁sinαθ =n₂sin(θ+α)

n₁, n₂는 매질의 굴절율을 나타내며, α는 경사 각도를, θ는 굴절 각도를 나타낸다.

상기 수학식 2에 따라 계산된 굴절 각도(θ)와 경사 각도(α)의 관계는 아래 표와 같다.

굴절 각도(θ)	경사 각도(α)
15	25.8533
14	24.5467
13	23.1692
12	21.7229
11	20.2083
10	18.6265
9	16.9799
8	15.2714
7	13.5043
6	11.6386
5	9.8146
4	7.9041
3	5.9593
2	3.9878
1	1.9985

이때, 매질의 굴절율(n₁, n₂)은 각각 1.5, 1이라 가정한다. 도 2에서 설명한 바와 같이 반사율 때문에 굴절 각도(θ)를 15도 이상 증가시키기는 어렵다. 표 1을 참고할 때, 중심(C)에서 멀어질수록 제1경사 패턴(P1)의 경사 각도(α)는 커진다. 예컨대, 도 5를 참고하면, 경사 각도(ANG15)는 경사 각도(ANG1)보다 크다. 도 5에 도시된 경사 각도(ANG1~ANG15) 각각은 도 6에 도시된 경사 각도(α)와 대응된다. 중심(C)에서 멀어질수록 복수의 제1경사면들(SF1~SF15)의 기울기는 증가한다. 복수의 제2경사면들(DF1~DF15)의 경사 각도는 모두 0도이다.

도 7은 도 4에 도시된 제1, 2마이크로 광학소자의 확대도를 나타낸다.

도 1, 도 4, 및 도 7을 참고하면, 제2경사 패턴(P2)이 상세하게 도시된다. 제2경사 패턴(P2)은 복수의 제3경사면들(SF16~SF30)과 복수의 제4경사면들(DF16~DF30)을 포함하며, 복수의 제3경사면들(SF16~SF30)의 경사 각도(ANG16~ANG30)는 중심(C)에서 멀어질수록 커진다. 예컨대, 경사 각도(ANG30)는 경사 각도(ANG16)보다 크다.

실시 예에 따라 복수의 제3경사면들(SF16~SF30) 각각은 경사면(slope facet), 복수의 제4경사면들(DF16~DF30) 각각은 드래프트 면(draft facet)으로 호칭될 수 있다.

도 8은 도 7에 도시된 제2마이크로 광학소자에 구현된 제2경사 패턴의 경사 각도를 계산하기 위한 개략도를 나타낸다.

도 1, 도 4, 도 7, 및 도 8을 참고하면, 제2경사 패턴(P2)의 경사 각도(α₁)는 아래의 수학식에 따라 계산될 수 있다. 도 8에서는 예로 제3경사면(SF30)과 제4경사면(DF30)이 도시되었다. 경사 각도(α₁)는 경사 각도(ANG30)일 수 있다.

(수학식3)

n₂sin(α₁-θ₂) =n₁sin(α₁)

n₁, n₂는 매질의 굴절율을 나타내며, α₁는 경사 각도를, θ₁는 굴절 각도를 나타낸다.

상기 수학식 3에 따라 계산된 굴절 각도(θ₁)와 경사 각도(α₁)의 관계는 아래 표와 같다.

굴절 각도(θ1)	경사 각도(α1)
15	28.4598
14	26.7308
13	24.9715
12	23.1818
11	21.3630
10	19.5166
9	17.6444
8	15.7482
7	13.8301
6	11.8924
5	9.9373
4	7.6798
3	5.9863
2	3.9959
1	1.994

이때, 매질의 굴절율(n₁, n₂)은 각각 1.5, 1이라 가정한다. 도 2에서 설명한 바와 같이 반사율 때문에 굴절 각도(θ₁)를 15도 이상 증가시키기는 어렵다. 표 1을 참고할 때, 중심(C)에서 멀어질수록 제2경사 패턴(P2)의 경사 각도(α₁)는 커진다.

중심(C)에서 멀어질수록 복수의 제3경사면들(SF16~SF30)의 기울기는 증가한다. 예컨대, 도 7을 참고하면, 경사 각도(ANG30)는 경사 각도(ANG16)보다 크다. 도 7에 도시된 경사 각도(ANG16~ANG30) 각각은 도 8에 도시된 경사 각도(α₁)와 대응된다. 중심(C)에서 멀어질수록 복수의 제3경사면들(SF16~SF30)의 기울기는 증가한다. 복수의 제2경사면들(DF16~DF30)의 경사 각도(ω)는 중심(C)에서 멀어질수록 증가한다.

도 9는 도 4에 도시된 제1, 2, 3마이크로 광학소자의 확대도를 나타낸다.

도 1, 도 4, 및 도 9를 참고하면, 제3경사 패턴(P3)이 상세하게 도시된다. 제3경사 패턴(P3)은 복수의 제5경사면들(SF31~SF45)과 복수의 제6경사면들(DF31~DF45)을 포함하며, 복수의 제5경사면들(SF31~SF45)의 경사 각도(ANG31~ANG45)는 중심(C)에서 멀어질수록 커진다. 예컨대, 경사 각도(ANG45)는 경사 각도(ANG31)보다 크다.

실시 예에 따라 복수의 제5경사면들(SF31~SF45) 각각은 경사면(slope facet), 복수의 제6경사면들(DF31~DF45) 각각은 드래프트 면(draft facet)으로 호칭될 수 있다.

제3경사 패턴(P3)의 경사 각도(ANG31~ANG45)는 위의 수학식 3에 따라 계산될 수 있다. 즉, 제3경사 패턴(P3)의 경사 각도(ANG31~ANG45)는 제2경사 패턴(P2)의 경사 각도와 같은 방법으로 계산된다. 제2경사 패턴(P2)과 제3경사 패턴(P3)은 유사한 구조이기 때문이다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광전자 모듈의 개략도를 나타낸다.

도 1과 도 10을 참고하면, 복수의 마이크로 광학소자들(100, 200, 및 300)은 각각이 서로 다른 경사 패턴을 가진다.

상기 서로 다른 경사 패턴들은 광원(20)으로부터 입사되는 복수의 광선들(11-1~11-n) 각각이 복수의 마이크로 광학소자들(100, 200, 및 300)의 중심(C)에서 가장자리로 갈수록 1도씩 증가하여 굴절되도록 구현된다. 제2굴절 각도(Z2)는 제1굴절 각도(Z1)보다 크며, 제3굴절 각도(Z3)은 제2굴절 각도(Z2)보다 크다.

각각이 서로 다른 경사 패턴을 가지는 복수의 마이크로 광학소자들(100, 200, 및 300)을 포함으로써 광전자 모듈(10)을 회전시키지 않더라도 일정 범위 내에서 객체를 스캔하고 검출할 수 있다.

도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광전자 모듈의 개략도를 나타낸다.

도 11을 참고하면, 복수의 광전자 모듈들(10-1과 10-2)이 서로 결합하여 센서, 라이더 센서, 센서 어셈블리, 스캐닝 장치, 스캐너, 3D 스캐닝 장치, 또는 3D 스캐너 등으로 구현될 수 있다. 도 11에 도시된 광전자 모듈(10-1과 10-2) 각각은 도 1에 도시된 광전자 모듈(10)을 나타낸다. 2개의 광전자 모듈들(10-1과 10-2)이 지지대(10-3)에 의해 서로 결합됨으로써 센서(1100)가 구현될 수 있다. 도 11과 같이 복수의 광전자 모듈들(10-1과 10-2)이 서로 결합됨으로써 190도 방향으로 객체를 스캔하고 검출할 수 있다. 실시 예에 따라 복수의 광전자 모듈들은 다양하게 결합될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 광전자 모듈은 각각이 서로 다른 경사 패턴을 가지는 복수의 마이크로 광학소자들을 포함함으로써 광전자 모듈을 회전시키지 않더라도 일정 범위 내에서 객체를 스캔하고 검출할 수 있는 효과가 있다.

도 12는 종래의 광전자 모듈의 단면도를 나타낸다.

도 12를 참고하면, 종래의 광전자 모듈(1000)은 마이크로 광학소자 어레이(3000)와 광원(7000)을 포함한다. 광원(7000)을 빛을 발산한다. 마이크로 광학소자 어레이(3000)는 광원(7000)에서 발산되는 빛을 모으는 역할을 한다. 마이크로 광학소자 어레이(3000)는 복수의 마이크로 광학소자들(5000)을 포함한다. 종래의 복수의 마이크로 광학소자들(5000)은 한 면은 평평하고, 다른 면은 볼록한 부분(6000)을 가짐으로써 볼록한 부분(6000)에서 빛의 반사뿐만 아니라 빛의 확산의 불확도(uncertainty of measurement)가 증가한다. 도 12에서 실선 화살표(8000)는 마이크로 광학소자(5000)의 볼록한 부분(6000)에서 반사되는 빛을 나타내며, 점선 화살표(9000)는 볼록한 부분(6000)에서 확산되는 빛을 나타낸다. 빛이 확산되는 경우, 집광 효율은 떨어진다. 종래의 복수의 마이크로 광학소자(5000)의 구조는 한 면은 평평하고, 다른 면은 블록한 부분(6000)을 가짐으로써 집광 효율이 떨어진다는 문제점이 있다.

도 13은 종래의 광전자 모듈의 다른 블록도를 나타낸다.

도 13을 참고하면, 종래의 광전자 모듈(1000)은 마이크로 광학소자 어레이(3000-1)와 광원(7000-1)을 포함한다. 광원(7000-1)은 복수의 빛들(2000-1)을 발산하는 구성요소들을 포함한다. 도 13에 도시된 왼쪽 그래프를 참고하면, 구성요소가 광원(7000-1)의 중심에서 멀어질수록 광도가 작은 빛(2000-1)을 발산한다. 반대로, 구성요소가 광원(7000-1)의 중심에 가까울수록 광도가 큰 빛(2000-1)을 발산한다. 상기 구성요소들 중 광원(7000-1)의 가장 중심에 있는 구성요소에서 발산되는 빛(2000-1)의 광도가 가장 크다.

마이크로 광학소자 어레이(3000-1)는 복수의 마이크로 광학소자들을 포함한다. 상기 복수의 마이크로 광학소자들 각각은 광원(7000-1)으로부터 발산되는 복수의 빛들(2000-1)을 모으고, 포커싱된 빛들(4000-1)을 발산한다. 도 13에 도시된 오른쪽 그래프를 참고하면, 마이크로 광학소자가 마이크로 광학소자 어레이(3000-1)의 중심에서 멀어질수록 광도가 작은 빛(4000-1)을 발산한다. 반대로, 마이크로 광학소자가 마이크로 광학소자 어레이(3000-1)의 중심에 가까울수록 광도가 큰 빛(4000-1)을 발산한다. 상기 마이크로 광학소자들 중 마이크로 광학소자 어레이(3000-1)의 가장 중심에 있는 마이크로 광학소자에서 발산되는 빛(4000-1)의 광도가 가장 크다. 광원(7000-1)에서 발산되는 복수의 빛들(2000-1)의 광도가 서로 다르기 때문에 마이크로 광학소자 어레이(3000-1)에서도 발산되는 복수의 빛들(4000-1)의 광도도 서로 다르다. 즉, 종래의 광전자 모듈(1000)은 복수의 빛들(4000-1)의 밝기가 불균일하다는 문제점이 있다.

도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광전자 모듈의 단면도를 나타낸다.

도 14를 참고하면, 광전자 모듈(10000)은 마이크로 광학소자 어레이(11000)와 광원(60000)을 포함한다. 광전자 모듈(10000)은 스마트폰, 자동차, 의료기기, 또는 광통신 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다.

마이크로 광학소자 어레이(11000)는 복수의 마이크로 광학소자들을 포함한다. 상기 복수의 마이크로 광학소자들 각각은 빛을 집광시킨다.

도 14에서는 설명의 편의상 상기 복수의 마이크로 광학소자들 중 마이크로 광학소자(20000)의 구조에 대해 설명한다. 상기 복수의 마이크로 광학소자들 각각의 구조는 모두 동일하다. 마이크로 광학소자(20000)는 제1하부(21000), 제1경사진 하부 표면(23000), 제1내부 벽(25000), 제2경사진 하부 표면(27000), 제3경사진 하부 표면(29000), 제2내부 벽(31000), 제4경사진 하부 표면(33000), 제2하부(35000), 제1외부 벽(37000), 제1상부(39000), 제2외부 벽(41000), 제1경사진 상부(43000), 제2경사진 상부(45000), 제3경사진 상부(47000), 제4경사진 상부(49000), 제3외부 벽(51000), 및 제2상부(53000)를 포함한다.

광학 축을 기준으로, 제1하부(21000), 제1경사진 하부 표면(23000), 제1내부 벽(25000), 및 제2경사진 하부 표면(27000)과, 제2하부(35000), 제4경사진 하부 표면(33000), 제2내부 벽(31000), 및 제3경사진 하부 표면(29000)은 서로 대칭이다.

제1하부(21000)와 제2하부(35000)는 평평하다. 제1경사진 하부 표면(23000), 제2경사진 하부 표면(27000), 제3경사진 하부 표면(29000), 및 제4경사진 하부 표면(33000)은 곡선이다.

제1경사진 하부 표면(23000)은 제1하부(21000)에서 안쪽으로 하향 각도로 제1내부 벽(25000)까지 연장된다. 유사하게, 제4경사진 하부 표면(33000)은 제2하부(35000)에서 안쪽으로 하향 각도로 제2내부 벽(31000)까지 연장된다.

제1내부 벽(25000)은 제1경사진 하부 표면(23000)에서 제2경사진 하부 표면(27000)까지 연장된다. 제2내부 벽(31000)은 제4경사진 하부 표면(33000)에서 제3경사진 하부 표면(29000)까지 연장된다. 제2경사진 하부 표면(27000)과 제3경사진 하부 표면(29000)은 상기 광학 축을 기준으로 서로 만난다.

제1경사진 하부 표면(23000)의 길이는 제2경사진 하부 표면(27000)의 길이보다 길다. 제4경사진 하부 표면(33000)의 길이는 제3경사진 하부 표면(29000)의 길이보다 길다.

상기 광학 축을 기준으로, 제1상부(39000), 제2외부 벽(41000), 제1경사진 상부(43000), 및 제2경사진 상부(45000)와, 제2상부(53000), 제3외부 벽(51000), 제4경사진 상부(49000), 및 제3경사진 상부(47000)는 서로 대칭이다.

제1상부(39000)와 제2상부(53000)는 평평하다. 제1경사진 상부(43000)와 제4경사진 상부(49000)는 직선이다. 제2경사진 상부(45000)와 제3경사진 상부(47000)는 곡선이다.

제2외부 벽(41000)는 제1상부(39000)에서 안쪽으로 상향 각도로 제1경사진 상부(43000)까지 연장된다. 제3외부 벽(51000)은 제2상부(53000)에서 안쪽으로 상향 각도로 제4경사진 상부(49000)까지 연장된다.

제1경사진 상부(43000)는 제2외부 벽(41000)에서 안쪽으로 하향 각도로 제2경사진 상부(45000)까지 연장된다. 제4경사진 상부(49000)는 제3외부 벽(51000)에서 안쪽으로 하향 각도로 제3경사진 상부(47000)까지 연장된다.

제2경사진 상부(45000)와 제3경사진 상부(47000)는 상기 광학 축을 기준으로 서로 만난다. 제2경사진 상부(45000)와 제3경사진 상부(47000)의 경사 기울기는 제1경사진 상부(43000)와 제4경사진 상부(49000)의 경사 기울기보다 가파르다.

마이크로 광학소자(20000)를 포함하는 마이크로 광학소자 어레이(11000)는 도 14와 같은 구조를 가짐으로써 도 12에서 설명된 빛의 확산의 불확도를 감소시켜 집광 효율이 떨어지는 종래의 문제점이 개선될 수 있다.

광원(60000)은 복수의 빛을 발산한다. 광원(60000)은 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)로 구현될 수 있다.

도 15는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광전자 모듈의 블록도를 나타낸다.

도 15를 참고하면, 광전자 모듈(10000-1)은 광원(60000-1), 마이크로 광학소자 어레이(11000-1), 및 마스크 어레이(70000)를 포함한다. 도 15에 도시된 광원(60000-1)과 마이크로 광학소자 어레이(11000-1)는 도 14에 도시된 광원(60000)과 마이크로 광학소자 어레이(11000)와 같을 수 있다. 광원(60000-1)은 각각이 레이저(61000-1)를 발산하는 레이저 유닛들(미도시)이 배열된 어레이(미도시)를 포함한다. 상기 어레이는 2차원 어레이이다. 도 15를 참고하면, 레이저(61000-1)를 발산하는 레이저 유닛이 광원(60000-1)의 어레이의 중앙에 위치할수록 광도가 크다. 반대로 레이저(61000-1)를 발산하는 레이저 유닛이 광원(60000-1)의 어레이의 중앙에서 멀어질수록 광도가 작다. 즉, 레이저(61000-1)를 발산하는 레이저 유닛이 광원(60000-1)의 어레이의 가장자리로 가까워질수록 광도가 적다.

마이크로 광학소자 어레이(11000-1)는 광원(60000-1)의 어레이로부터 출력되는 레이저(61000-1)를 포커싱하여 포커싱된 빛(63000-1)을 출력한다. 포커싱된 빛(63000-1)이, 도 13에 도시된 오른쪽 그래프와 같이, 마이크로 광학소자 어레이(11000-1)의 중앙에 가까운 마이크로 광학소자로부터 출력될 때, 광도가 크다. 반대로, 포커싱된 빛(63000-1)이 마이크로 광학소자 어레이(11000-1)의 가장자리에 가까운 마이크로 광학소자로부터 출력될 때, 광도가 작다. 즉, 마이크로 광학소자 어레이(11000-1)로부터 출력되는 빛들(63000-1)의 밝기는 불균일하다. 마스크 어레이(70000)는 불균일한 빛들(63000-1)의 밝기를 균일하게 하는 역할을 한다. 마스크 어레이(70000)는 복수의 홀들(71000-1~71000-N;N은 자연수)을 포함한다. 복수의 홀들의 개수는 마이크로 광학소자 어레이(11000-1)에 포함된 마이크로 광학소자들의 수와 같다. 마스크 어레이(70000)에서 하나의 홀(71000-P; P는 1보다 크고 N보다 작은 자연수)을 제외한 나머지 홀들(71000-1, 71000-2, ...및 71000-N)의 직경은 모두 같다. 하나의 홀(71000-P)의 직경은 나머지 홀들(71000-1, 71000-2, ...및 71000-N) 각각의 직경보다 작다.

하나의 홀(71000-P)은 마스크 어레이(70000)의 중앙에 위치하며, 하나의 홀(71000-P)에서 마이크로 광학소자 어레이(11000-1)에서 발산되는 빛들(63000-1) 중 광도가 가장 큰 빛(63000-1)이 통과한다. 하나의 홀(71000-P)의 직경은 다른 홀들(71000-1, 71000-2, ...및 71000-N)의 직경보다 작아서 마이크로 광학소자 어레이(11000-1)에서 발산되는 빛들(63000-1) 중 광도가 가장 큰 빛(63000-1)이 모두 통과하지 못하고 일부만 통과된다. 광도가 가장 큰 빛(63000-1)이 모두 통과하지 못하고 일부만 하나의 홀(71000-P)을 통과하여 빛(63000-1)의 강도가 감소한다. 감소된 빛(63000-1)의 강도는 나머지 홀들(71000-1, 71000-2, ...및 71000-N)을 통과하는 빛(63000-1)의 강도와 같다. 즉, 직경이 서로 다른 복수의 홀들(71000-1~71000-N)을 포함하는 마스크 어레이(70000)를 제공함으로써 빛의 밝기를 균일하게 할 수 있다.

도 16는 도 14에 도시된 마이크로 광학소자 어레이의 다른 실시 예를 나타낸다.

도 14과 도 16를 참고하면, 마이크로 광학소자 어레이(11000-2)는 복수의 마이크로 광학소자들(20000-1, 20000-2, 및 20000-3)을 포함한다. 복수의 마이크로 광학소자들(20000-1, 20000-2, 및 20000-3) 각각은 상부 영역과 하부 영역을 포함한다. 복수의 마이크로 광학소자들(20000-1, 20000-2, 및 20000-3) 각각의 하부 부분은 모두 동일하며, 상부 부분은 같지 않다. 예컨대, 제1마이크로 광학소자(20000-1)의 상부 부분은 미세한 톱니 모양이며, 제3마이크로 광학소자(20000-3)의 상부 부분은 거친 톱니 모양이다. 제2마이크로 광학소자(20000-2)의 상부 부분은 톱니 모양이며, 톱니 모양의 거칠기는 제1마이크로 광학소자(20000-1)의 상부 부분의 톱니 모양의 거칠기와 제3마이크로 광학소자(20000-3)의 상부 부분의 톱니 모양의 거칠기 사이이다.

마이크로 광학소자의 상부 부분의 톱니 모양의 거칠기가 미세할수록 마이크로 광학소자에서 발산되는 빛의 굴절율은 크다. 마이크로 광학소자의 상부 부분의 톱니 모양의 거칠기가 거칠수록 마이크로 광학소자에서 발산되는 빛의 굴절율은 작다. 마이크로 광학소자의 상부 부분의 톱니 모양의 거칠기를 조절함으로써 빛의 방향을 제어할 수 있다.

복수의 마이크로 광학소자들(20000-1, 20000-2, 및 20000-3) 각각의 하부 부분은 프레넬 모양이다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10: 광전자 모듈;
20: 광원;
100, 200, 300: 제1, 2, 3마이크로 광학소자;
10000: 광전자 모듈;
11000: 마이크로 광학소자 어레이;
60000: 광원;
70000: 마스크 어레이;

Claims (6)

1. 제1하부;
   제1경사진 하부 표면;
   제1내부 벽;
   제2경사진 하부 표면;
   제3경사진 하부 표면;
   제2내부 벽;
   제4경사진 하부 표면;
   제2하부;
   제1외부 벽;
   제1상부;
   제2외부 벽;
   제1경사진 상부;
   제2경사진 상부;
   제3경사진 상부;
   제4경사진 상부;
   제3외부 벽; 및
   제2상부를 포함하며,
   광학 축을 기준으로 상기 제1하부, 상기 제1경사진 하부 표면, 상기 제1내부 벽, 및 상기 제2경사진 하부 표면과, 상기 제2하부, 상기 제4경사진 하부 표면, 상기 제2내부 벽, 및 상기 제3경사진 하부 표면은 서로 대칭이며,
   상기 제1하부와 상기 제2하부는 평평하며, 상기 제1경사진 하부 표면, 상기 제2경사진 하부 표면, 상기 제3경사진 하부 표면, 및 상기 제4경사진 하부 표면은 곡선이며,
   상기 제1경사진 하부 표면은 상기 제1하부에서 안쪽으로 하향 각도로 상기 제1내부 벽까지 연장되며, 상기 제4경사진 하부 표면은 상기 제2하부에서 안쪽으로 하향 각도로 상기 제2내부 벽까지 연장되는 마이크로 광학소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 광학소자는,
   상기 제1내부 벽은 상기 제1경사진 하부 표면에서 상기 제2경사진 하부 표면까지 연장되며, 상기 제2내부 벽은 상기 제4경사진 하부 표면에서 상기 제3경사진 하부 표면까지 연장되며, 상기 제2경사진 하부 표면과 상기 제3경사진 하부 표면은 상기 광학 축을 기준으로 서로 만나며,
   상기 제1경사진 하부 표면의 길이는 상기 제2경사진 하부 표면의 길이보다 길며, 상기 제4경사진 하부 표면의 길이는 상기 제3경사진 하부 표면의 길이보다 긴 마이크로 광학소자.
3. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 광학소자는,
   상기 광학 축을 기준으로, 상기 제1상부, 상기 제2외부 벽, 상기 제1경사진 상부, 및 상기 제2경사진 상부와, 상기 제2상부, 상기 제3외부 벽, 상기 제4경사진 상부, 및 상기 제3경사진 상부는 서로 대칭인 마이크로 광학소자.
4. 복수의 빛들을 발산하는 광원; 및
   각각이 상기 광원으로부터 발산되는 상기 복수의 빛들 각각을 포커싱하며, 포커싱된 빛들 각각을 발산하는 복수의 마이크로 광학소자들을 포함하는 마이크로 광학소자 어레이을 포함하며,
   상기 복수의 마이크로 광학소자들 각각은,
   제1하부, 제1경사진 하부 표면, 제1내부 벽, 제2경사진 하부 표면, 제3경사진 하부 표면, 제2내부 벽, 제4경사진 하부 표면, 제2하부, 제1외부 벽, 제1상부, 제2외부 벽, 제1경사진 상부, 제2경사진 상부, 제3경사진 상부, 제4경사진 상부, 제3외부 벽, 및 제2상부를 포함하며,
   광학 축을 기준으로 상기 제1하부, 상기 제1경사진 하부 표면, 상기 제1내부 벽, 및 상기 제2경사진 하부 표면과, 상기 제2하부, 상기 제4경사진 하부 표면, 상기 제2내부 벽, 및 상기 제3경사진 하부 표면은 서로 대칭이며,
   상기 제1하부와 상기 제2하부는 평평하며, 상기 제1경사진 하부 표면, 상기 제2경사진 하부 표면, 상기 제3경사진 하부 표면, 및 상기 제4경사진 하부 표면은 곡선이며,
   상기 제1경사진 하부 표면은 상기 제1하부에서 안쪽으로 하향 각도로 상기 제1내부 벽까지 연장되며, 상기 제4경사진 하부 표면은 상기 제2하부에서 안쪽으로 하향 각도로 상기 제2내부 벽까지 연장되는 마이크로 광학소자를 포함하는 광전자 모듈.
5. 제4항에 있어서, 상기 마이크로 광학소자를 포함하는 상기 광전자 모듈은,
   서로 다른 직경을 가지는 복수의 홀들을 포함하는 마스크 어레이를 더 포함하는 마이크로 광학소자를 포함하는 광전자 모듈.
6. 각각이 서로 다른 경사 패턴을 가지는 복수의 마이크로 광학소자들을 포함하며,
   상기 서로 다른 경사 패턴들은 광원으로부터 입사되는 복수의 광선들(light rays) 각각이 상기 복수의 마이크로 광학소자들의 중심에서 가장자리로 갈수록 1도씩 증가하여 굴절되도록 구현되며,
   상기 복수의 마이크로 광학소자들은,
   제1마이크로 광학소자, 제2마이크로 광학소자, 및 제3마이크로 광학소자를 포함하며,
   상기 제1마이크로 광학소자는,
   평평한 제1표면; 및
   상기 중심을 기준으로 배열되는 제1영역, 제2영역, 및 제3영역을 포함하는 제2표면을 포함하며,
   상기 제1영역, 상기 제2영역, 및 상기 제3영역 각각은,
   상기 복수의 광선들 각각이 상기 중심을 기준으로 1도부터 15도까지 점차적으로 증가하여 굴절되도록 구현된 제1경사 패턴을 포함하며,
   상기 제2마이크로 광학소자는,
   상기 제1마이크로 광학소자 위에 적층되며,
   상기 제3마이크로 광학소자는,
   상기 제2마이크로 광학소자 위에 적층되며,
   상기 제1마이크로 광학소자의 길이는 상기 제2마이크로 광학소자의 길이보다 짧으며, 상기 제2마이크로 광학소자의 길이는 상기 제3마이크로 광학소자의 길이보다 짧은 광전자 모듈.

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