KR20220035496A - 광 모듈 및 그 작동 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광 모듈(110) 및 광 모듈(110)을 작동시키는 방법에 관한 것이다. 광 모듈(110)은,
- 광원(112),
- 광원(112)을 구동하기 위한 전자 회로(124)를 포함하고, 전자 회로(124)는,
· 광원(112)을 구동하기 위한 제어 전류를 생성 및 제어하도록 지정되는 전류원(126),
· 전류원(126)이 고장난 경우에 광원(112)으로의 제어 전류를 차단하도록 지정된 보호 컨트롤러(136)를 포함한다.
광 모듈(110) 및 그 관련 방법은 광 모듈(110)의, 구체적으로, 레이저 안전 등급 1 준수를 달성하기 위해 광 모듈(110)에 의해 포함된 레이저 광원에 대한 눈 보호 동작을 처리한다.
- 광원(112),
- 광원(112)을 구동하기 위한 전자 회로(124)를 포함하고, 전자 회로(124)는,
· 광원(112)을 구동하기 위한 제어 전류를 생성 및 제어하도록 지정되는 전류원(126),
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광 모듈(110) 및 그 관련 방법은 광 모듈(110)의, 구체적으로, 레이저 안전 등급 1 준수를 달성하기 위해 광 모듈(110)에 의해 포함된 레이저 광원에 대한 눈 보호 동작을 처리한다.
Description
본 발명은 광 모듈 및 광 모듈을 작동시키기 위한 방법에 관한 것이다. 특히, 광 모듈 및 관련 방법은 광 모듈의, 구체적으로, 레이저 안전 등급 1 준수를 달성하기 위해 광 모듈에 의해 구성된 레이저 광원에 대한 눈 보호 동작을 다룬다.
도트 패턴의 투영 등의 3D 이미징에 사용되는 레이저 모듈은 일반적으로 레이저 방사선을 생성하도록 지정되는 레이저 다이오드를 포함한다. 여기서 사용되는 레이저 다이오드는, 일반적으로, 한 면과 두 개의 절개된 가장자리를 갖는 반도체 웨이퍼를 포함하는 단면 발광 레이저(edge emitting laser diode)이고, 웨이퍼에 구동 전류를 공급하는 것에 의해 생성된 레이저 방사선은 절개된 가장자리 중 하나에서 반사 또는 결합될 때까지 웨이퍼의 면을 따르는 방향으로 전파한다.
눈 보호 동작을 허용하기 위해, 레이저 모듈, 구체적으로 레이저 모듈에 포함되는 레이저 다이오드는 레이저 안전 등급 1 준수를 달성해야 한다. DIN EN 60825-1:2014에 정의된 바와 같이, 레이저 안전 등급 1은 대응하는 레이저 모듈이 통상 사용의 모든 조건에서 안전한 것, 구체적으로, 사용자가 나안으로 레이저 모듈을 보거나 마이크로스코프 또는 직경이 작은 망원경 등의 확대 광학 장치를 이용할 때 사용자의 눈을 노출할 수 있는 최대 허용 가능한 레이저 출력 전력을 초과할 수 없는 것을 필요로 한다. 유사한 고려사항이 다른 종류의 레이저 모듈의 눈 보호 동작에 적용 가능하다. 발광 다이오드에 대해 DIN EN 62471이 유사한 방식으로 적용될 수 있다.
레이저 다이오드를 통해 전류를 조정하기 위해서, 이 목적으로 지정되는 단일 전자 소자는, 일반적으로 단면 발광 레이저 등의 레이저 다이오드를 갖는 공지의 레이저 모듈에 의해 구성된다. 그러나, 단일 전자 소자가 오작동하는 경우에, 레이저 다이오드에 의해 생성된 레이저 출력 전력은 레이저 안전 등급 1에 따른 최대 허용 가능한 레이저 출력 전력을 쉽게 초과할 수 있다.
부가하여, 레이저 모듈은 레이저 방사선이 레이저 다이오드를 떠난 후의 빔 경로에 회절 광학 소자를 더 포함할 수 있다. 여기서, 회절 광학 소자는 일반적으로 고분자 물질, 특히 폴리카보네이트로 도입되는 정교한 회절 구조를 포함한다. 또한, 회절 광학 소자는 레이저 모듈에 의해 제공된 마운트에 의해 운반될 수 있다. 그러나, 기계적 충격은 고분자 물질의 제한된 기계적 안정성으로 인해 마운트로부터 회절 광학 소자의 이탈을 쉽게 초래할 수 있다. 레이저 모듈로부터 회절 광학 소자의 손실의 결과로서, 회절 광학 소자 없이 직접 송신되는 레이저의 전력은 레이저 안전 등급 1에 따른 최대 허용 가능한 레이저 출력 전력을 쉽게 초과할 수 있다.
또한, 고분자 물질의 제한된 열 회복력으로 인해 회절 광학 소자의 회절 구조의 변형을 쉽게 초래할 수 있다. 회절 구조의 변형의 결과로서, 회절 광학 소자(0차)를 통한 직접 송신에 대응하는 레이저 방사선의 공유의 전력이 증가할 수 있어, 레이저 안전 등급 1에 따른 최대 허용 가능한 레이저 출력 전력이 여기서 쉽게 초과될 수 있다.
따라서, 개선된 방식에서, 추가의 회로를 갖는 추가의 광 다이오드가 사용될 수 있고, 추가의 광 다이오드는 방출된 레이저 방사선의 일부를 수신하도록 설계될 수 있고, 한편으로 방출된 레이저 방사선의 전력을 결정하기 위해, 다른 한편으로, 바람직하다면, 단면 발광 레이저를 구동하는 전류를 차단하기 위해 추가의 회로가 지정될 수 있다. 그러나, 이러한 종류의 배치는 추가의 광 다이오드에 대한 비교기를 갖는 증폭기 회로를 포함하는 추가 회로뿐만 아니라 추가의 광 다이오드의 형태의 또 다른 광학 소자를 필요로 하기 때문에 상당히 복잡하다.
또 다른 개선된 방식에서, 회절 광학 소자의 이후의 빔 경로에 추가 광 다이오드를 배치하는 것과 관련되어 타이머가 추가로 사용되고, 이는 레이저 모듈의 작동 중에 회절 광학 소자의 효율성을 결정하게 한다. 그러나, 이러한 종류의 배치는 동시에 단면 발광 레이저의 전력 출력을 결정하는 것을 허용하지 않는다. 결과적으로, 회절 광학 소자의 더 낮은 효율성이 레이저 다이오드의 더 높은 전력 출력에 의해 보상될 수 있고, 이에 따라 레이저 안전 등급 1에 따른 최대 허용 가능한 레이저 출력 전력의 초과를 쉽게 초래한다. 또 다른 단점은 회절 광학 소자 후의 빔 경로에 추가의 광 다이오드를 배치하는 것이고, 이것은, 레이저 모듈을 스마트폰 또는 태블릿 등의 모바일 통신 장치에 통합하는 등의 모바일 애플리케이션에 허용될 수 없는 레이저 모듈의 사이즈 증가를 초래한다.
또 다른 개선된 방식에서, 회절 광학 소자의 존재가 결정될 수 있다. 이를 위해, 전기적으로 도전성 물질이 회절 광학 소자의 하나 이상의 가장 자리에 공급될 수 있다. 회절 광학 소자를 운반하는 마운트에서 대응하는 전기적으로 도전성인 컨택트와 함께 스위치가 생성될 수 있고, 이에 따라 회절 광학 소자와 마운트 사이에 전기적 접촉이 제공될 수 없는 경우의 오류를 표시할 수 있다. 그러나, 이러한 종류의 배치는 전기적으로 도전성인 가장자리를 갖는 회절 광학 소자를 갖추는 것이 필요하다. 또 다른 단점으로서, 이러한 종류의 배치는 열 노출 이후에 회절 광학 소자의 변형의 결정을 허용하지 않는다.
EP 1 724 886 A1은 레이저 송신기 및 광다이오드 수신기를 갖는 송수신기를 제어하는 컨트롤러를 개시한다. 컨트롤러는 송수신기와 관련된 정보를 저장하는 메모리와, 레이저 송신기, 광 다이오드 수신기로부터 복수의 아날로그 신호를 수신하고, 수신한 아날로그 신호를 디지털 값으로 변환하고, 디지털 값을 메모리 내에 사전 정의된 위치에 저장하는 아날로그-디지털 변환 회로를 포함한다. 비교 로직은 이들 디지털 값 중 하나 이상을 한계값과 비교하고, 그 비교에 근거하여 플래그값을 생성하고, 메모리 내의 사전 정의된 위치에 플래그값을 저장한다. 컨트롤러의 제어 회로는 메모리에 저장된 하나 이상의 값에 따라 레이저 송신기의 작동을 제어한다. 직렬 인터페이스는 호스트 디바이스가 메모리 내의 위치로부터 판독하는 것 및 그 위치에 기입하는 것을 가능하게 하도록 제공된다. 적은 수의 이진 입력 및 출력 신호를 제외하면, 송수신기의 기능에 대한 모든 제어 및 모니터링 기능은 컨트롤러 내의 고유한 메모리 매핑 위치에 매핑된다. 컨트롤러의 복수의 제어 기능 및 복수의 모니터링 기능은 컨트롤러 내의 대응하는 메모리 매핑 위치에 액세스하는 것에 의해 호스트 컴퓨터에 의해 발휘된다.
US 7 742 514 B1은 다이오드 레이저, 그 다이오드 레이저와 상호 연결된 전류원, 4개의 제한 회로를 포함하는 장치를 개시한다. 제 1 제한 회로는 다이오드 레이저의 애노드 접속으로 흐르는 피크 전류를 제한한다. 제 2 제한 회로는 다이오드 레이저의 캐소드 접속으로부터 흐르는 피크 전류를 제한하고, 제 1 및 제 2 제한 회로는 서로 독립적이다. 제 3 제한 회로는 다이오드 레이저를 통해 흐르는 평균 전류를 제한한다. 마지막으로, 제 4 제한 회로는 다이오드 레이저를 통해 흐르는 평균 전류를 제한하고, 제 3 및 제 4 제한 회로는 서로 독립적이다.
US 2019/170877 A1은 레이저 송신기, 광학 투영 장치, 레이저 빔 캡쳐 유닛, 협력 유닛 및 이미지 처리 장치를 포함하는 눈 보호 레이저 삼각 측량 시스템을 개시한다. 레이저 송신기는 펄스 레이저 빔의 포인트 펄스 레이저를 생성하도록 구성된다. 광학 투영 장치는 레이저 송신기의 전단부에 배치되고, 포인트 펄스 레이저를 라인 레이저로 변환하도록 구성된다. 레이저 빔 캡쳐 유닛은 레이저 이미지를 얻기 위해 목표 위치에서 라인 레이저에 의해 얻어진 반사광을 캡쳐하도록 구성된다. 협력 유닛은 레이저 송신기의 온/오프를 제어하고 레이저 빔 캡쳐 유닛의 캡쳐를 제어하도록 구성된다. 이미지 처리 장치는 목표 위치까지의 거리를 얻기 위해 레이저 이미지 상에 3D 모델링을 수행하도록 구성된다.
따라서, 본 발명의 목표는 공지의 광 모듈 및 광 모듈을 작동하는 방법의 상술한 기술적 단점 및 결점을 적어도 부분적으로 극복할 수 있는, 광 모듈 및 그 작동 방법을 제공하는 것이다.
특히, 본 발명의 목표는 간단하고 쉽게 실장 가능한 광 모듈뿐만 아니라 광 모듈을 작동하기 위한 저비용의 방법을 제공하는 것이다. 구체적으로, 추가의 광 다이오드를 사용하는 것 및 회절 광학 소자의 가장자리에 전기적인 도전성 물질을 공급하는 것을 필요로 하지 않고, 광 모듈, 특히, 레이저 안전 등급 1에 대한 레이저 모듈의 개선된 준수에 의해 개선된 눈 보호 동작을 나타내는 레이저 모듈을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 광 모듈은 추가의 레이저 광원 또는 발광 다이오드 등의 다른 종류의 광원과 유사한 방식으로 작동할 수 있어야 한다.
이 과제는 독립 청구항의 특징을 갖는 광 모듈 및 광 모듈을 작동시키는 방법에 의해 해결된다. 한가지 방식으로 또는 어떤 임의의 조합으로 실현될 수 있는 바람직한 실시예가 종속 청구항에 언급된다.
다음에서 사용되는 바와 같이, "갖다", "구비하다" 및 "포함하다"라는 용어 및 그것의 임의의 문법적인 변형은 비 배타적인 방식으로 사용된다. 따라서, 이들 용어는 이들 용어에 의해 도입된 특징 외에 이 컨텍스트 내에 기술된 엔티티에 다른 특징이 존재하지 않는 상황 및, 하나 이상의 다른 특징이 존재하는 상황 모두를 가리킬 수 있다. 일례로서, "A는 B를 갖다", "A는 B를 구비한다" 및 "A는 B를 포함한다"라는 표현은, B 외에 다른 요소는 A에 존재하지 않는 상황(즉, A는 오로지 배타적으로 B를 포함하는 상황), 및 B 이외에, 요소 C, 요소 C와 D, 또는 그 이상의 추가 요소 등의 하나 이상의 추가 요소가 엔티티 A에 존재하는 상황을 모두 의미할 수 있다.
또한, 다음에서 사용되는 바와 같이, 용어 "바람직하게는", "더 바람직하게는", "특별히", "더 특별히", "구체적으로", "더 구체적으로" 또는 유사한 용어가 대안의 가능성을 제한함 없이 선택적 특징과 관련하여 사용된다. 따라서, 이들 용어에 의해 도입된 특징은 선택적 특징이고 어떤 식으로든 청구범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 본 발명은 당업자가 인식할 수 있는 바와 같이 대안의 특징을 사용하는 것에 의해 수행될 수 있다. 유사하게, "본 발명의 실시예에서" 또는 유사한 표현에 의해 도입된 특징은 본 발명의 대안의 실시예에 관한 임의의 제한 없이, 본 발명의 범위에 관한 임의의 제한 없이, 또한 이러한 방식으로 도입된 특징을 본 발명의 다른 선택적 또는 비 선택적 특징과 조합할 가능성에 관한 임의의 제한 없이 선택적인 특징인 것으로 의도된다.
본 발명의 제 1 국면에서, 광 모듈이 개시된다. 따라서, 광 모듈은,
- 광원,
- 광원을 구동하는 전자 회로를 포함하고, 전자 회로는,
· 광원을 구동하기 위한 제어 전류를 생성 및 제어하도록 지정되는 전류원,
· 전류원이 고장난 경우에 광원으로의 제어 전류를 차단하도록 지정되는 보호 컨트롤러를 포함한다.
일반적으로 사용되는 바와 같이, "광 모듈"은 광원을 포함하는 장치를 의미하고, 용어 "광원"은 바람직한 광 방사선을 생성하도록 적용되는 디바이스를 의미한다. 특히, 광원은 레이저 광원, 수퍼루미네선스 다이오드(superluminescence diode, SLED) 또는 발광 다이오드(LED)를 포함할 수 있다. 그러나 다른 종류의 광원도 또한 실현 가능하다.
용어 "레이저 광원"은 바람직한 레이저 방사선을 생성하도록 지정되는 디바이스를 의미한다. 여기서 레이저 방사선은 연속파(cw)로서 또는 짧은 레이저 펄스의 형태로 전자기 방사선의 유도 방출에 근거한 광 증폭의 프로세스에서 생성되고, 레이저 펄스는 구체적으로, 펄스 반복 속도, 펄스 기간, 평균 출력 전력 및 피크 전력에 의해 정의될 수 있다. 구체적으로, 레이저 광원은 레이저 다이오드, 분산 피드백 레이저 다이오드(DFB laser diode) 또는 수직 캐비티 표면 발광 레이저(VCSEL) 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다. 그러나, 다른 종류의 레이저 광원도 또한 실현될 수 있다.
특히 3D 이미징에 사용될 수 있도록 하기 위해, 특히 도트 패턴의 투영을 위해, 바람직하게는, 레이저 다이오드가 본 발명에 따른 레이저 모듈의 레이저 광원으로서 사용될 수 있다. 일반적으로 사용되는 바와 같이, 용어 "레이저 다이오드"는 한 면 및 2개의 절개된 가장자리를 갖는 반도체 웨이퍼를 포함하는 디바이스를 의미하고, 레이저 방사선은 웨이퍼에 구동 전류를 공급하는 것에 의해 생성된다. 바람직하게는, 단면 발광 레이저(edge emitting laser diode)가 본 발명에 사용될 수 있다. 여기서, 용어 "단면 발광 레이저"는, 생성된 레이저 방사선이 그것이 절개된 가장자리 중 하나에서 반사 또는 연결될 때까지 웨이퍼의 표면을 따르는 방향으로 전파하는 레이저 다이오드를 의미한다. 그러나, 다른 종류의 레이저 다이오드도 또한 실현될 수 있다.
또한, 용어 "수퍼루미네선스 다이오드" 또는 "SLED"는 단면 발광 광원(edge-emitting light source)으로서 지정되는 반도체 디바이스를 말한다. 이를 위해, 수퍼루미네선스 다이오드는, 일반적으로, 주입 전류에 의해 정 방향으로 바이어스되면, 광대역의 파장에 걸쳐 바람직하게 증폭된 자연 방출을 생성하도록 구성되는 전기 구동 p-n 접합을 포함하고, 피크 파장 및 피크 강도는 일반적으로 반도체 재료 및 주입 전류의 레벨에 따라 달라진다.
또한, 용어 "발광 다이오드" 또는 "LED"는 반도체 재료를 통해 전류가 흐르면 광을 방출하도록 지정되는 반도체 디바이스를 의미하고, 이에 따라 반도체에 포함되는 바와 같이 전류에 의해 제공된 전자가 정공(hole)과 재결합시에 광자가 생성된다. 여기서, 광자의 에너지는 특히 반도체 재료의 대역차에 의해 결정된다.
광 모듈은 특히, 광원, 전자 회로, 및 가능하다면, 하나 이상의 추가적인 선택적 구성요소, 구체적으로는 이하에 더 상세히 설명되는 회절 광학 소자 및 대응하는 마운트를 수용하기 위해 배치될 수 있는 하우징을 포함할 수 있다.
광원에 의해 방출되는 광은 광 빔, 구체적으로 레이저 빔의 형태로 제공된다. 여기에 사용되는 바와 같이, 용어 "광 빔"은 일반적으로 더 많거나 더 적은 동일한 방향의 빔 경로를 따라 전파하는 광의 양을 의미한다. 구체적으로, 빔은 한 묶음의 광선 및/또는 광의 공통 파면일 수 있고 또는 그것을 포함할 수 있다. 광 빔은 정확하게 하나의 파장 λ를 갖는 단색 광 빔일 수 있고 또는 복수의 파장 또는 파장 스펙트럼을 갖는 광 빔일 수 있고, 스펙트럼의 중심 파장 및/또는 스펙트럼 내의 특징적 피크의 파장은 광 빔의 파장 λ로서 선택될 수 있다.
일반적으로 사용되는 바와 같이, "빔 경로"는 광 빔 또는 그 일부가 전파할 수 있는 경로이다. 따라서, 바람직하게는, 광 모듈 내의 광 빔은 단일 빔 경로를 따라 전파할 수 있고, 단일 빔 경로는 일반적으로 직선 빔 경로일 수 있다. 대안으로서, 빔 경로는 접힌 빔 경로, 분기된 빔 경로, 직사각형 빔 경로 또는 Z자형 빔 경로 등의 하나 이상의 굴절을 가질 수 있다. 이와 달리, 적어도 2개의 빔 경로는 광 빔의 전파에 사용될 수 있고, 여기서 적어도 2개의 빔 경로는 빔 분할 소자 등의 적절한 광학 소자에 의해 생성될 수 있다. 용어 "빔 분할 소자"는 동일한 강도 또는 다른 강도를 갖는 적어도 2개의 부분으로 광 빔을 분할하는 데 적용되는 광학 소자를 의미한다. 또한, 광 빔은 각각의 빔 경로 또는 부분 빔 경로를 따라 한번 또는 반복적으로, 단방향으로 또는 양방향으로 전파할 수 있다.
여기서 추가로 사용되는 바와 같이, 광 빔의 "빔 프로파일"은 일반적으로 빔 경로를 따라 주어진 위치에서 광 빔의 2차원의 공간적 분해 강도 플롯으로 표시될 수 있는 광 빔의 특성을 의미한다. 여기서, 광 빔은 당업자에게 공지되어 있는 바와 같은 가우시안 빔 프로파일을 가질 수 있다. 그러나, 다른 형태의 빔 프로파일도 또한 실현 가능하다. 또한, 광 빔은 전송 디바이스를 통해 유도될 수 있고, 전송 디바이스는 광 빔의 빔 프로파일을 수정하도록 적용된다. 일반적으로 사용되는 바와 같이, 용어 "전송 디바이스"는 일반적으로 광 빔의 빔 형상, 빔 폭 또는 확대각 중 하나 이상을 명확한 방식으로 변경하는 것에 의해 입사광 빔의 빔 프로파일에 영향을 미치도록 적용되는 광학 소자 또는 적어도 2개의 개별 광학 소자의 조합을 의미한다. 그러한 변경을 수행할 수 있게 하기 위해, 전송 디바이스는 시준 렌즈 등의 렌즈, 회절 광학 소자, 포커싱 미러, 반사기 또는 프리즘 중 적어도 하나일 수 있고 또는 그 중 하나를 포함할 수 있다. 그러나 다른 종류의 전송 디바이스도 또한 실현될 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 광 모듈은 광원을 분할하도록 지정되는 전자 회로를 포함한다. 일반적으로 사용되는 바와 같이, 용어 "광원을 구동한다"는 것은 명확한 광 방사선이 생성되는 방식으로 전기적 양, 구체적으로, 전압 또는 바람직하게는 전류를 광원에 공급하는 것에 의한 광의 작동 모드를 의미하고, 광 방사선의 강도 등의 광 방사선의 적어도 하나의 파라미터는 단조로운 방식 등의 분명한 방식으로 전기적 양의 값에 따라 달라진다.
이를 위해, 전자 회로는 전류원을 포함한다. 일반적으로 사용되는 바와 같이, 용어 "전류원"은 제어 전류, 특히 광원을 구동하기 위한 제어 전류를 생성 및 제어하도록 지정되는 전자 디바이스를 의미한다. 결과적으로, 용어 "제어 전류"는 여기서 광 모듈에 의해 포함된 광원을 제어하도록 설계되는 전류를 의미한다. 이를 위해, 공급 전류 또는 바람직하게는, 공급 전압은 바람직한 명확한 광 방사선이 생성되는 방식으로 전류원에 공급되도록 사용될 수 있다. 특히 바람직한 실시예에서, 전류원은 정 전류원일 수 있다. 일반적으로 사용되는 바와 같이, 용어 "정 전류원"은 추가로 온도 보정을 포함하는 전류원을 의미한다. 그 결과로서, 전류원에 의해 생성되는 전류는 온도에 따라 약간만 달라진다. 더 바람직한 실시예에서, 부가하여 전류원은 전류 딜리미터(current delimiter)를 포함할 수 있다. 더 바람직한 실시예에서, 전류원은 외부 트리거 신호 등의 트리거 신호가 전류원에 공급되면 광원을 구동하기 위한 제어 전류를 생성 및 제어하도록 지정될 수 있다. 일반적으로 사용되는 바와 같이, 용어 "트리거 신호"는 작동, 여기서는 전류원, 결과적으로 광원의 작동을 개시하도록 구성되는 전기적 임펄스를 의미한다. 그 결과, 광원은 트리거 신호의 활성화시에만 작동할 수 있다. 그러나, 다른 종류의 광원 및 그것의 관련 실시예가 또한 실현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전자 회로는 보호 컨트롤러를 포함한다. 일반적으로 사용되는 바와 같이, 용어 "보호 컨트롤러"는 사전 정의된 경우에 또 다른 전자 소자 또는 디바이스에 공급되는 전압 또는 바람직하게는 전류를 차단하도록 지정되는 전자 디바이스를 의미한다. 특히 본 발명과 관련하여, 보호 컨트롤러는 전류원에 공급되는 공급 전류 또는 바람직하게는 공급 전압을 차단하도록 지정될 수 있고, 이에 따라 전류원이 고정난 경우에 광원으로의 제어 전류를 차단할 수 있다. 일반적으로 사용되는 바와 같이, 용어 "고장나다"는, 전류원이 통상의 방식으로 공급 전류 또는 공급 전압에 의해 제공된 입력에 더 이상 반응하지 않아, 전류원의 출력이 제어된 방식으로 더이상 제공될 수 없는 전류원의 작동 모드를 의미한다. 광원의 제어 전류를 차단한 결과로서, 광원은 광 방사선의 방출을 중지하고 이에 따라, 특히 레이저 다이오드에 의해 생성되는 레이저 출력 전력이 레이저 안전 등급 1에 따른 최대 허용 가능한 레이저 출력 전력을 초과하는 것을 피하는 것에 의해, 광 모듈을 눈 보호 동작 모드로 유지한다. 수퍼루미네선스 다이오드 또는 발광 다이오드 등의 다른 광원에 대해, 이런 방식으로 비슷한 결과가 얻어질 수 있다. 특히 바람직한 실시예에서, 보호 컨트롤러는 과전류 보호 컨트롤러 또는 바람직하게는, 과전압 보호 컨트롤러일 수 있다. 특히, 보호 컨트롤러는 공급 전압과 정전류원 사이에 배치될 수 있는 과전류 보호 컨트롤러일 수 있고, 이에 따라 과전압으로부터 정전류원의 보호를 달성할 수 있다. 그러나, 다른 종류의 보호 컨트롤러 및 그 관련 실시예가 또한 실현될 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 광 모듈은 적어도 하나의, 바람직하게는 정확히 하나의 회절 광학 소자를 더 포함할 수 있다. 일반적으로 사용되는 바와 같이, 용어 "회절 광학 소자"는 광 회절을 이용하여 빔 형상을 변경하는 것에 의해 입사광 빔의 빔 프로파일에 영향을 미치도록 지정되는 상기와 같은 전송 디바이스를 의미한다. 이를 위해, 회절 광학 소자는 입사광 빔을 광학적으로 회절시키도록 지정되는 구조를 포함하고, 회절 광학 소자는 광학 격자, 회절 마이크로 구조, 프레넬 렌즈 또는 메타표면(metasurface) 중에서 선택될 수 있다. 일반적으로 사용되는 바와 같이, 용어 "광학 격자"는, 광학 격자의 회절 구조의 폭 및 간격에 따라 입사광 빔을 회절시키도록 설계되는, 투명 기판으로 도입되는 평행한 능선 및 홈의 형태의 주기적 구조를 갖는 광학 소자를 의미한다. 또한 일반적으로 사용되는 바와 같이, 용어 "회절 마이크로 구조"는 복수의 마이크로 가공된 복합 마이크로 돌출부 및/또는 마이크로 홈을 포함하는 광학 소자를 의미한다. 또한 일반적으로 사용되는 바와 같이, 용어 "프레넬 렌즈"는 종래 설계의 렌즈에 비해 질량 및/또는 부피가 감소된 방식으로, 특히 큰 구경 및 짧은 초점 거리를 갖는 렌즈의 구조를 가능하게 하기 위한 합성 컴팩트 렌즈를 의미한다. 또한 일반적으로 사용되는 바와 같이, 용어 "메타표면"은 서브 파장 두께를 갖고 경계 조건을 통한 입사광 빔의 행동을 변조하도록 설계되는 인공적인 시트 재료를 의미하고, 여기서 메타표면은 적어도 하나의 수평 차원에서 서브파장 크기의 패턴으로 구조화되거나 또는 구조화되지 않을 수 있다. 그러나, 회절 광학 소자에 대한 다른 실시예도 또한 실현될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 광 모듈은 적어도 하나, 바람직하게는 정확히 하나의 회절 광학 소자를 수용하도록 설계되는 마운트를 더 포함할 수 있다. 일반적으로 사용되는 바와 같이, 용어 "마운트"는, 특히 광원에 의해 제공되는 입사광 빔의 위치 및 방향에 관하여, 바람직하게는 안전하고 안정적인 위치에서 회절 광학 소자를 수신 및 유지하도록 설계되는 광 모듈, 특히 광 모듈의 하우징의 일부를 의미한다. 예로서, 광 모듈의 하우징은, 바람직하게는, 회절 구조를 운반하는 디스크 형상 기판의 형태로 제공될 수 있는 회절 광학 소자를 수용하기 위한 크기로 될 수 있는 환형 리세스(annular recess)를 포함할 수 있다. 입사광 빔에 대하여 회절 광학 소자의 적절하고 안정된 위치를 달성 및 유지하기 위해, 회절 광학 소자, 특히 회절 구조를 운반하는 디스크 형상 기판의 가장자리는 접착제를 사용하여 마운트에 부착될 수 있고, 접착제는 회절 광학 소자의 적어도 하나의 가장자리를 마운트, 구체적으로 회절 광학 소자를 수신 및 유지하기 위한 크기로 되는 환형 리세스에 고정하도록 지정될 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 적어도 하나, 바람직하게는 정확히 하나의 회절 광학 소자는 고정 요소에 의해 마운트에 더 부착될 수 있고, 고정 요소는 특히 링 형상을 가정할 수 있다. 여기서, 용어 "링"은 회절 광학 소자의 사이즈로 크기가 정해지는 납작한 링형상 몸체를 의미하고, 이에 따라 동시에 회절 광학 소자의 추가 고정을 제공하고, 여전히 광 빔이 링에 의해 차단되지 않고 회절 광학 소자를 이동하는 것을 허용한다. 특히, 링 형상 몸체는 나사, 클램프 또는 접착제 중 하나 이상을 이용하는 것 등에 의해 마운트에 부착될 수 있고, 이에 따라 링과 마운트 사이에 회절 광학 소자를 고정할 수 있다. 여기서, 링은, 바람직하게는 저 중량, 내구성 및 광의 빔 경로의 방해받지 않음으로 인해 이 목적에 적합한 추가의 고분자 물질을 포함할 수 있다. 특히, 추가의 고분자 물질은 바람직하게는, 회절 광학 소자의 고분자 물질과 동일하고 또한/또는 폴리카보네이트(PC), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리메타크릴산 메틸(PMMA) 등의 아크릴 고분자, 또는 TOPAS 등의 환형 올레핀 공중합체(COC) 중에서 선택될 수 있다. 그 이상의 세부사항에 대해서는 이하에 설명되는 예시적인 실시예를 참조할 수 있다. 그러나, 여전히, 구체적으로 광 모듈의 하우징에 대한 다른 종류의 고정 요소 및 고정 요소의 적용 방법이 또한 가능할 것이다.
특히 본 발명의 더 바람직한 실시예에서, 전자 회로는 적어도 하나, 바람직하게는 정확히 하나의 회절 광학 소자의 온도를 제어하도록 지정된 온도 제어를 더 포함할 수 있다. 일반적으로 사용되는 바와 같이, 용어 "온도 제어"는, 제어 디바이스, 여기서는 회절 광학 소자의 온도가 사전 정의된 임계 온도와 같거나 초과할 수 있는 경우에, 작동, 여기서는 전류원, 결과적으로 광원의 작동을 개시하기 위한 전기적 임펄스의 형태로 트리거 신호를 제공하도록 설계되는 전자 디바이스를 의미한다. 특히, 회절 광학 소자의 온도가 회절 광학 소자와 관련될 수 있는 사전 정의된 임계 온도를 초과할 수 있는 경우에, 온도 제어는 상기 및 이하에 더 상세히 설명되는 광원으로의 제어 전류를 차단하도록 지정될 수 있다. 바람직하게는, 온도 제어는 온도 퓨즈, 구체적으로 비가역적 온도 퓨즈, 서미스터(thermistor) 또는 서모커플(thermocouple) 중 적어도 하나 중에서 선택된 온도 제어 요소이거나 그것을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 임계 온도는, 바람직하게는, 회절 광학 소자의 구조적 특성, 특히 회절 광학 소자의 회절 구조의 변형이 고분자 물질의 제한된 열 회복력으로 인해 시작될 수 있는 변형 온도보다 훨씬 낮을 수 있는 온도에 관련될 수 있다. 회절 구조의 그러한 변형을 회피하는 것에 의해, 회절 광학 소자(0차)를 통한 직접 송신에 대응하는 방사선의 공유의 전력이, 특히, 최대 허용 가능한 레이저 출력 전력이 레이저 안전 등급 1에 대한 요건 내에 있도록 유지될 수 있다. 예로서, 임계 온도는, 바람직하게는, 회절 구조를 포함하는 고분자 물질의 연화 온도보다 낮을 수 있는 온도 중에서 선택될 수 있고, 고분자 물질은, 특히, 폴리카보네이트, 폴리메타크릴산 메틸(PMMA) 등의 아크릴 고분자, 또는 TOPAS 등의 환형 올레핀 공중합체(COC) 중에서 선택될 수 있다. 특히, 임계 온도는, 바람직하게는, 고분자 물질의 연화 온도보다 낮은 5℃ 내지 50℃, 특히, 10℃ 내지 25℃일 수 있다.
온도의 적절한 추정을 달성하기 위해, 온도 제어 요소, 특히 온도 퓨즈는, 바람직하게는, 회절 광학 소자의 근방에, 특히 회절 광학 소자에 대하여 인접하는 방식으로 배치될 수 있다. 일반적으로 사용되는 바와 같이, 회절 광학 소자와 관련된 용어 "근방"은 회절 광학 소자의 온도의 적절한 추정이 여전히 가능한 위치를 의미한다. 또한, 용어 "인접한" 및 "인접하게"는 회절 광학 소자에 직접 붙어 있는 위치에 관련된다. 더 상세한 것은 이하에 설명하는 바와 같이 예시적인 실시예를 참조할 수 있다.
본 발명의 다른 국면에서, 광 모듈을 작동하는 방법이 개시된다. 방법은, 바람직하게는 정해진 순서대로 수행될 수 있는 다음의 방법 단계를 포함한다. 또한, 임의의 또는 모든 방법 단계는 동시에 및/또는 시간적으로 겹쳐서 수행될 수 있다. 또한, 임의의 또는 모든 방법 단계는 반복적으로 수행될 수 있다. 부가하여, 방법은 추가의 단계를 포함할 수 있다. 방법은 다음의 방법 단계, 즉,
- 여기에 설명되는 바와 같은 광 모듈을 제공하는 단계,
- 광원을 구동하기 위한 제어 전류를 생성 및 제어하도록 지정되는 전류원에 공급 전압 또는 공급 전류를 제공하는 단계,
- 전류원이 고장난 경우에 광원으로의 제어 전류가 보호 컨트롤러에 의해 차단되지 않는 한, 광원을 구동하는 제어 전류를 생성하는 단계를 포함한다.
상기에 이미 더 상세히 표시된 바와 같이, 용어 "고장나다"는, 전류원이 통상의 방식으로 공급 전류 또는 공급 전압에 의해 제공된 입력에 더 이상 반응하지 않아, 전류원의 출력이 제어된 방식으로 더 이상 제공될 수 없는 전류원의 작동 모드를 의미한다.
또 다른 국면에서, 본 발명은 여기에 기술된 바와 같은 방법 단계의 적어도 하나를 수행하는 실행 가능한 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다. 이를 위해, 광 모듈은 유선 또는 무선으로, 구체적으로 이 목적을 위해 적용될 수 있는 처리 장치를 포함하거나 처리 장치에 접속될 수 있다. 일례로서, 처리 장치는 내장된 또는 원격 컴퓨터 시스템에 의해 포함될 수 있고, 이에 의해 광 모듈을 제어하는 실행 가능한 명령이 수행될 수 있다. 대안으로서, 처리 장치는, 인터넷 및 멀티미디어 기능 뿐만 아니라, 광 모듈을 제어하기 위한 실행 가능한 명령을 수행하는 애플리케이션("앱")을 포함하는 소프트웨어의 이용을 용이하게 하도록 지정되는 모바일 운영 시스템을 갖는, 스마트폰 또는 태블릿 등의 모바일 통신 디바이스에 의해 구성될 수 있다.
광 모듈의 작동 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 더 상세한 것은 상기에 또는 이하에 더 상세히 기재되는 하나 이상의 실시예에 따른 광 모듈의 상세한 설명을 참조할 수 있다.
본 발명의 다른 국면에서, 본 발명에 따른 광 모듈 및 광 모듈의 작동 방법은 이하의 추가 세부사항에 개시된 하나 이상의 목적, 바람직하게는, 제조, 이미징, 품질 제어, 안면 인식, 빈 피킹(bin-picking) 또는 존재 검출 중 적어도 하나에서 선택된 하나 이상의 다음의 애플리케이션 등, 복수의 애플리케이션 목적으로 사용될 수 있다. 그러나, 다른 애플리케이션도 또한 생각될 수 있다.
상술한 결과를 요약하면, 다음의 실시예가 본 발명 내에서 바람직하다.
실시예 1 : 광 모듈은,
- 광원,
- 광원을 구동하는 전자 회로를 구비하고, 전자 회로는,
· 광원을 구동하는 제어 전류를 생성 및 제어하도록 지정된 전류원,
· 전류원이 고장난 경우에 광원으로의 제어 전류를 차단하도록 지정되는 보호 컨트롤러를 포함한다.
실시예 2 : 상기 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 광 모듈은 레이저 모듈이다.
실시예 3 : 상기 실시예 중 어느 하나의 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 광원은 레이저 광원, 수퍼루미네선스 다이오드 또는 발광 다이오드이거나 이것을 포함한다.
실시예 4 : 상기 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 레이저 광원은 레이저 다이오드, 분산 피드백 레이저 다이오드 또는 수직 캐비티 표면 발광 레이저 중 적어도 하나 중에서 선택된다.
실시예 5 : 상기 실시예 중 어느 하나의 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 레이저 다이오드는 단면 발광 레이저(edge emitting laser diode)이다.
실시예 6 : 상기 실시예 중 어느 하나의 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 전류원은 정전류원이다.
실시예 7 : 상기 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 정전류원은 공급 전압을 이용하는 것에 의해 광원을 구동하는 제어 전류를 생성하도록 지정된다.
실시예 8 : 상기 2개의 실시예 중 어느 하나의 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 보호 컨트롤러는 과전압으로부터 정전류원의 보호를 위해 공급 전압과 정전류원 사이에 배치되는 과전류 보호 컨트롤러이다.
실시예 9 : 상기 3개의 실시예 중 어느 하나의 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 전류원은 전류원에 트리거 신호가 공급되면 광원을 구동하는 제어 전류를 생성 및 제어하도록 지정된다.
실시예 10 : 상기 실시예 중 어느 하나의 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 용어 "고장나다"는 전류원이 더이상 입력에 반응하지 않는 전류원의 작동 모드를 말한다.
실시예 11 : 상기 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 입력은 공급 전류 또는 공급 전압에 의해 제공된다.
실시예 12 : 상기 실시예 중 어느 하나의 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 하우징을 더 구비하고, 하우징은 적어도 광원과 전자 회로를 수용하도록 배치된다.
실시예 13 : 상기 실시예 중 어느 하나의 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 회절 광학 소자를 더 구비한다.
실시예 14 : 상기 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 회절 광학 소자는 광학 격자, 회절 마이크로구조, 프레넬 렌즈 또는 메타표면 중에서 선택된다.
실시예 15 : 상기 2개의 실시예 중 어느 하나의 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 전자 회로는 회절 광학 소자에 대한 온도 제어를 더 포함한다.
실시예 16 : 상기 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 온도 제어는 회절 광학 소자의 온도의 초과 시에 광원으로의 제어 전류를 차단하도록 지정된다.
실시예 17 : 상기 4개의 실시예 중 어느 하나의 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 온도 제어는 온도 퓨즈, 서미스터 또는 서모커플 중 적어도 하나 중에서 선택된다.
실시예 18 : 상기 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 온도 퓨즈는 비가역적인 온도 퓨즈이다.
실시예 19 : 상기 실시예 중 어느 하나의 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 온도 퓨즈는 회절 광학 소자의 근방에 위치한다.
실시예 20 : 상기 5개의 실시예 중 어느 하나의 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 온도 제어 요소는 회절 광학 소자에 대해 인접하는 방식으로 위치한다.
실시예 21 : 상기 8개의 실시예 중 어느 하나의 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 회절 광학 소자는 고분자 물질을 포함한다.
실시예 22 : 상기 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 고분자 물질은 폴리카보네이트, 아크릴 고분자, 또는 환형 올레핀 공중합체 중에서 선택된다.
실시예 23 : 상기 10개의 실시예 중 어느 하나의 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 회절 광학 소자를 수용하기 위한 마운트를 더 포함한다.
실시예 24 : 상기 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 마운트는 광 모듈의 하우징에 의해 포함된다.
실시예 25 : 상기 2개의 실시예 중 어느 하나의 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 회절 광학 소자는 접착제에 의해 마운트에 부착된다.
실시예 26 : 상기 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 접착제는 회절 광학 소자의 적어도 하나의 가장자리를 마운트에 고정한다.
실시예 27 : 상기 4개의 실시예 중 어느 하나의 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 회절 광학 소자는 고정 요소에 의해 마운트에 더 부착된다.
실시예 28 : 상기 4개의 실시예 중 어느 하나의 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 고정 요소는 링이거나 링을 포함한다.
실시예 29 : 상기 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 링은 마운트에 부착되고, 이에 따라 링과 마운트 사이에 회절 광학 소자를 고정한다.
실시예 30 : 상기 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 링은 나사, 클램프 또는 접착제 중 적어도 하나를 사용하는 것에 의해 마운트에 부착된다.
실시예 31 : 상기 3개의 실시예 중 어느 하나의 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 링은 고분자 물질을 더 포함한다.
실시예 32 : 상기 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 추가의 고분자 물질은 폴리카보네이트, 폴리옥시메틸렌, 아크릴 고분자, 폴리카보네이트, 또는 환형 올레핀 공중합체 중에서 선택된다.
실시예 33 : 상기 실시예 중 어느 하나의 실시예에 따른 광 모듈에 있어서, 광 모듈은 레이저 안전 등급 1의 준수를 달성한다.
실시예 34 : 광 모듈의 작동 방법으로서, 방법은,
- 여기에 기술된 바와 같은 광 모듈을 제공하는 단계와,
- 광원을 구동하기 위한 제어 전류를 생성 및 제어하도록 지정되는 전류원에 공급 전압 또는 공급 전류를 제공하는 단계와,
- 전류원이 고장난 경우에 광원으로의 제어 전류가 보호 컨트롤러에 의해 차단되지 않는 한, 광원을 구동하기 위한 제어 전류를 생성하는 단계를 포함한다.
실시예 35 : 상기 실시예에 따른 방법에 있어서, 광 모듈은 레이저 모듈이다.
실시예 36 : 상기 2개의 실시예 중 어느 하나의 실시예에 따른 방법에 있어서, 광원은 레이저 광원, 수퍼루미네선스 다이오드 또는 발광 다이오드이거나 또는 이것을 포함한다.
실시예 37 : 상기 실시예에 따른 방법에 있어서, 레이저 광원은 레이저 다이오드, 분산 피드백 레이저 다이오드 또는 수직 캐비티 표면 발광 레이저 중 적어도 하나 중에서 선택된다.
실시예 38 : 상기 4개의 실시예 중 어느 하나의 실시예에 따른 방법에 있어서, 용어 "고장나다"는 전류원이 더이상 입력에 반응하지 않는 전류원의 작동 모드를 말한다.
실시예 39 : 상기 실시예에 따른 방법에 있어서, 입력은 공급 전류 또는 공급 전압에 의해 제공된다.
실시예 40 : 상기 6개의 실시예 중 어느 하나의 실시예에 따른 방법에 있어서, 회절 광학 소자의 온도의 초과 시에 광원으로의 제어 전류가 회절 광학 소자에 대한 온도 제어에 의해 차단되지 않는 한, 광원을 구동하기 위한 제어 전류가 생성된다.
실시예 41 : 상기 실시예에 따른 방법에 있어서, 회절 광학 소자의 온도는 사전 정의된 임계 온도 이상이다.
실시예 42 : 상기 실시예에 따른 방법에 있어서, 임계 온도는 회절 광학 소자에 의해 포함된 고분자 물질의 연화 온도보다 낮은 온도 중에서 선택된다.
실시예 43 : 상기 실시예에 따른 방법에 있어서, 임계 온도는 고분자 물질의 연화 온도보다 낮은 5℃ 내지 50℃, 특히, 10℃ 내지 25℃이다.
실시예 44 : 상기 실시예 중 어느 하나의 실시예에 따른 광 모듈의 사용은, 제조, 이미징, 품질 제어, 안면 인식, 빈 피킹(bin-picking) 또는 존재 검출로 구성되는 그룹에서 선택된 하나 이상의 애플리케이션의 광 모듈에 관한 것이다.
본 발명의 추가의 선택적인 세부사항 및 특징은 종속 청구항과 함께 다음의 바람직한 예시적 실시예의 설명으로부터 명백해진다. 이러한 상황에서, 특정 특징은 단독으로 또는 임의의 합리적인 조합으로 구현될 수 있다. 본 발명은 예시적 실시예에 제한되는 것이 아니다. 예시적인 실시예는 도면에 개략적으로 도시된다. 각각의 도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 요소 또는 동일한 기능을 갖는 요소, 또는 그들 기능에 관한 또 다른 것에 대응하는 요소를 의미한다.
도 1은 본 발명에 따른 광 모듈의 바람직한 실시예를 개략적인 단면도로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 따른 광 모듈의 바람직한 실시예를 조감도로 나타내는 도면이다.
도 1은 본 발명에 따른 광 모듈의 바람직한 실시예를 개략적인 단면도로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 따른 광 모듈의 바람직한 실시예를 조감도로 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 광 모듈(110)의 바람직한 실시예를 각각 나타낸다. 여기서 도 1은 광 모듈(110)의 개략적인 단면도를 나타내는 한편, 도 2는 광 모듈(110)의 조감도를 나타낸다.
광 모듈(110)은 빔 프로파일을 갖고 거의 동일한 방향의 빔 경로를 따라 전파하는 광의 양을 포함하는 바람직한 광 방사선을 생성하도록 적용되는 광원(112)을 포함한다. 특히, 광 모듈(110)은 레이저 방사선(114)의 형태로 바람직한 광 방사선을 생성하도록 구성되는 레이저 광원을 포함하는 레이저 모듈일 수 있다. 특히, 3D 이미징, 특히 도트 패턴의 투영을 위해 사용될 수 있게 하기 위해, 레이저 다이오드(116), 바람직하게는 단면 발광 레이저(edge emitting laser diode)(118)가 레이저 광원(112)으로서 사용될 수 있다. 그러나, 다른 종류의 레이저 다이오드(116) 등의 다른 종류의 광원(112), 또는 분산 패드백 레이저 다이오드(DFB 레이저 다이오드) 또는 수직 캐비티 표면 발광 레이저(VCSEL) 등의 다른 레이저 광원이 또한 실현될 수 있다. 이와 달리, 수퍼루미네선스 다이오드(SLED) 또는 발광 다이오드(LED)는 또한 광원(112)으로서 사용될 수도 있다. 그러나, 다음에서 레이저 다이오드(116)는 예시적인 광원(112)으로서 사용되고, 이에 따라 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
도 1 및 도 2에 개략적으로 도시되는 바와 같이, 광 모듈(110)은 레이저 다이오드(116), 전자 회로 기판(122) 및 이하에 더 상세히 기술되는 추가 구성요소를 수용하도록 마련되는 하우징(120)을 포함한다. 도 1에 도시되는 바와 같이, 광 모듈(110)의 전자 회로 기판(122)은 레이저 다이오드(116)를 구동하도록 설계되는 전자 회로(124)를 포함한다. 이를 위해 전자 회로(124)는 레이저 다이오드(116)를 구동하기 위한 제어 전류를 생성 및 제어하도록 지정되는 전류원(126)을 포함하고, 레이저 다이오드(116)의 또 다른 접속은 그라운드(130)에 접속되고, 이는 광 모듈(110)의 하우징(120)에 접속될 수 있다(여기에 도시하지 않음). 이를 위해, 공급 전압(128)은 바람직한 명확한 레이저 방사선(114)이 생성되는 방식으로 전류원(126)에 공급될 수 있다. 특히 바람직한 것으로서, 전류원(126)은 추가로 온도 보정을 포함하는 정전류원일 수 있다. 또한, 전류원은 부가적으로 전류 딜리미터를 포함할 수 있다.
예로서, ic-Haus에 의해 제조된 레이저 다이오드 펄스 드라이버 iC-NZN(www.ichaus.com를 통해 정보 입수 가능함)는 본 발명을 위해 전류원(126)으로서 사용될 수 있다. 이런 유형의 전류원(126)은 레이저 다이오드(116)의 CW 작동 및 155MHz까지의 정의된 전류 펄스를 갖는 급증없는 전환을 가능하게 한다. 레이저 다이오드(116)의 광 출력 전력은 외부 저항에 의해 설정된다. 높은 펄스 주파수에 대해, 디바이스는 제어된 버스트 모드로 전환될 수 있고, 이전에 안정된 동작 포인트는 버스트 단계를 통해 유지될 수 있다. 전류 한계에 도달하면, 전류가 사전 설정값으로 제한되지만 전류 컨트롤러는 정지하지 않는 동안 과전류가 시그널링된다. 또한, 이런 유형의 전류원(126)은 전류원(126)이 레이저 다이오드(116)에 과전력을 공급하는 것을 방지하는 추가의 전류 제한을 가진다. 그러나, 다른 종류의 전류원(126), 특히 연산 증폭기 IC에 기초한 이산 회로가 또한 실현될 수 있다.
도 1에 더 도시되는 바와 같이, 전류원(126)은, 트리거 전자장치(134)에 의해 생성될 수 있는, 외부 트리거 신호 등의 트리거 신호(132)가 전류원(126)에 공급되면, 레이저 다이오드(116)를 구동하기 위한 제어 전류를 생성 및 제어하도록 지정될 수 있다. 그 결과로서, 레이저 다이오드(116)는 트리거 신호(132)의 활성화 시에만 작동할 수 있다.
또한, 전자 회로(124)는 전류원(126)에 공급되는 공급 전압(128)을 차단하도록 지정되는 보호 컨트롤러(136)를 포함하고, 이에 따라 전류원(126)이 고장난 경우에 레이저 다이오드(116)로의 제어 전류가 차단된다. 따라서 전류원(126)이 바람직한 제어 방식으로 합당한 제어 전류를 더이상 제공하지 않는 작동 모드에서, 보호 컨트롤러(136)는 레이저 다이오드(116)로의 임의의 전류를 차단한다. 결과적으로, 레이저 다이오드(116)는 레이저 방사선(114)의 방출을 정지하고, 이에 따라 레이저 다이오드((116)에 의해 생성되는 레이저 출력 전력이 레이저 안전 등급 1에 따른 최대 허용 가능한 레이저 출력 전력을 초과하는 것을 회피하는 것에 의해 광 모듈(110)을 눈 보호 동작 모드로 유지한다. 도시된 바람직한 실시예에서, 보호 컨트롤러(136)는 공급 전압(128)과 정전류원(126) 사이에 마련되는 과전류 보호 컨트롤러이고, 이에 따라 과전압으로부터의 정전류원(126)의 바람직한 보호를 달성한다.
예로서, Analog Devices, Inc.에 의해 제조된 보호 컨트롤러 LTC4361-1 또는 LTC4361-2(www.analog.com를 통해 정보 입수 가능함)가 보호 컨트롤러로서 여기에 사용될 수 있다. 이러한 종류의 보호 컨트롤러(136)는 입력 전원(128)에 의해 제공된 과전압으로부터 2.5V 내지 5.5V 시스템을 보호할 수 있다. 이것은 벽 어댑터(wall adaptors), 자동차 배터리 어댑터 또는 USB 포트 중에서 선택된 다중 전원 공급 장치 옵션을 갖는 휴대용 디바이스를 위해 설계된다. 대부분의 애플리케이션에서, 이러한 종류의 보호 컨트롤러(136)는 과도 전압 서프레서 또는 다른 외부 구성요소를 필요로 하지 않고 80V까지의 과도 상태로부터 보호를 제공할 수 있다. 이것은 안전 셧다운 제어 핀(soft shutdown controlled pin)을 특징으로 하고, 다음의 과전압 조건에서 자동으로 시작 지연을 갖고 재시작한다. 과전류 고장 후, 이러한 종류의 보호 컨트롤러(136)는 계속 꺼진 상태로 있거나 또는 이와 달리 자동으로 지연 기간 후에 재시작할 수 있다. 그러나, 다른 종류의 보호 컨트롤러(136) 및 그 관련 실시예가 또한 실현될 수 있고, 특히 Texas Instruments Inc.의 TPS2552 또는 TPS2553 (www.ti.com/lit/ug/sluu339/sluu339.pdf를 통해 정보 입수 가능함)이 전류 제한기로서 사용 가능하다.
도 1에 더 도시된 바와 같이, 레이저 방사선(114)은 레이저 다이오드(116)로부터 방출된 후에, 명확한 방식으로 레이저 빔의 빔폭 및/또는 확대각을 감소시키는 것에 의해 입사 레이저 방사선(114)의 빔 프로파일에 영향을 미치도록 적용되는 시준 렌즈(138)를 통과한다. 그러나, 다른 렌즈, 포커싱 미러, 반사기 또는 프리즘 등의 다른 종류의 전송 디바이스가 또한 실현될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 특히 바람직한 실시예에서, 광 모듈(110)은 광 회절을 이용하여 빔 형상을 변경시킴으로써 레이저 방사선(114) 빔의 빔 프로파일에 더 영향을 미치도록 지정되는 회절 광학 소자(140)를 더 포함한다. 도면에 개략적으로 도시된 바와 같이, 회절 광학 소자(140)는, 특히 투명한 디스크 형상 기판(146)으로 도입되는 평행한 능선 또는 홈의 형태로, 주기적 구조를 갖는 2차원 광학 격자(144)의 방식으로 광학적으로 회절 구조(142)를 포함하고, 입사 레이저 방사선(114)에 대한 회절 효과는 광학 격자(144)의 회절 구조(142)의 폭 및 간격에 따라 달라진다. 그러나, 상기에 더 상세히 기술된 것 등의, 회절 광학 소자(140)에 대한 다른 종류의 실시예가 또한 실현될 수 있다.
도 1에 더 도시된 바와 같이, 도면에 도시된 광 모듈(110)의 예시적 실시예는 회절 광학 소자(140)를 수용하도록 지정되는 마운트(148)를 포함할 수 있다. 이를 위해, 광 모듈(110)의 하우징(120)의 일부는, 특히 광원(112)에 의해 제공된 레이저 방사선(114)의 위치 및 방향에 대하여, 안전하고 안정적인 위치에 회절 광학 소자(140)를 수신 및 유지하도록 설계된다. 본 예시적인 실시예에서, 광 모듈(110)의 하우징(120)은, 도면에 개략적으로 도시된 바와 같이, 회절 구조(142)를 운반하는 디스크 형상의 기판(146)의 형태로 제공되는 회절 광학 소자(140)를 수용하도록 크기가 정해지는 환형 리세스(150)를 포함한다. 레이저 방사선(114)에 관하여 회절 광학 소자(140)의 적절하고 안정적인 위치를 달성 및 유지하기 위해, 디스크 형상의 기판(146)의 가장자리는, 특히 회절 광학 소자(140)를 수신 및 유지하기 위한 크기의 환형 리세스(150)에 디스크 형상 기판(146)의 가장자리를 고정하도록 지정되는 접착제(152)를 이용하여 마운트(148)에 부착된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 광 모듈(110)의 예시적 실시예에서, 회절 광학 소자(140)는 고정 요소(154)에 의해 마운트(148)에 더 부착된다. 여기 도시되는 바와 같이, 고정 요소(154)는, 특히, 레이저 방사선(114)이 여전히 링(156)에 의해 방해받지 않고 회절 광학 소자(140)를 이동할 수 있는 동안, 동시에 회절 광학 소자(140)의 추가 고정이 제공되는 방식으로 회절 광학 소자(140)의 크기에 맞는 크기의 납작한 링 형상 몸체를 갖는 링(156)의 형태를 가정할 수 있다. 본 예시적인 실시예에서, 링(156)은 2개의 나사(158)에 의해 마운트(148)에 부착되고, 이에 따라, 회절 광학 소자(140)는 링(156)과 마운트(148) 사이에 고정된다. 여기서, 링(156)은, 바람직하게는 폴리카보네이트, 폴리옥시메틸렌, 아크릴 고분자 또는 환형 올레핀 공중합체 중 적어도 하나 중에서 선택되는 추가 고분자 물질을 포함할 수 있고, 이것은, 특히, 저 중량, 내구성, 및 레이저 방사선(114)의 방해받지 않음으로 인해 그 목적에 적당하다. 그러나, 마운트(148)에 고정 요소(154)를 적용하는 방식뿐만 아니라 다른 종류 및 수의 고정 요소(154)도 또한 생각될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 광 모듈(110)의 예시적인 실시예에서, 전자 회로(124)는 회절 광학 소자(140)의 온도를 제어하도록 지정되는 온도 제어 요소(160)를 더 구비한다. 여기서, 온도 제어 요소(160)는 전류원(126), 결과적으로 레이저 다이오드(116)의 작동을 개시하기 위한 전기적 임펄스의 형태로 트리거 신호를 제공하도록 설계되는 온도 퓨즈(162), 특히 비가역적인 온도 퓨즈이다. 회절 광학 소자(140)의 온도가 사전 정의된 임계 온도 이상일 수 있는 경우에, 온도 제어 요소(160)는 상술한 것과 유사한 방식으로 레이저 다이오드(116)로의 제어 전류를 차단하도록 지정될 수 있다. 예로서, 온도 제어 요소(160)는 임계 온도 102℃를 갖는, Burklin Electronics에 의해 제조된 ESKA N2F(www.buerklin.com/en/thermal-fuse/p/40g700를 통해 정보 입수 가능함)일 수 있다. 또 다른 예로서, 온도 제어 요소(160)는 임계 온도 73℃ 내지 240℃를 갖는, ATC Semitec Ltd.에 의해 제조된 SEFUSE SF/E Series Thermal Fuse(https://docs-apac.rs-online.com/webdocs/1546/0900766b81546f0c.pdf를 통해 정보 입수 가능함)일 수 있다. 또한, 온도 제어 요소(160)는 97℃ 등의 임계 온도 76℃ 내지 187℃를 갖는, Limitor GmbH에 의해 제조된 SM092A02A fuse 등의 NEC/Schott SEFUSE thermal cutoff(via https://www.mantech.co.za/datasheets/products/SM%20092%20A0%202A-180616A.pdf를 통해 정보 입수 가능함)일 수 있다. 그러나, 서미스터 또는 서모커플 등의 다른 종류의 온도 제어 요소(160)가 또한 실현될 수 있다.
따라서, 온도 제어 요소(160)의 임계 온도는 회절 광학 소자(140)의 회절 구조(142)의 변형 온도보다 훨씬 낮은 온도에 대응한다. 그 결과, 회절 구조(142)의 변형을 피하는 것에 의해, 회절 광학 소자(0차)를 통한 직접 송신에 대응하는 레이저 방사선(114)의 공유 전력이 유지될 수 있어, 최대 허용 가능한 레이저 출력 전력이 레이저 안전 등급 1에 대한 요건 내에 그대로 있게 된다. 상기한 바와 같이, 임계 온도는, 회절 광학 소자(140)의 민감성 회절 구조(142)를 운반하는 디스크 형상 기판(146)에 의해 포함되는, 폴리카보네이트, 폴리메타크릴산 메틸(PMMA) 등의 아크릴 고분자, 또는 TOPAS(topas.com/sites/default/files/PRODUCTS-E-13.06.19.pdf를 통해 정보 입수 가능함) 등의 환형 올레핀 공중합체(COC) 등의 고분자 물질의 연화 온도보다 낮은, 바람직하게는 5℃ 내지 50℃, 특히 10℃ 내지 25℃일 수 있다.
적절한 온도 추정을 달성하기 위해, 온도 제어 요소(160), 특히 온도 퓨즈(162)는, 도 1 및 도 2에 개략적으로 도시되는 바와 같이, 바람직하게는 회절 광학 소자(140)의 근방, 특히 회절 광학 소자(140)에 대해 인접하는 방식으로 위치할 수 있다.
110 : 광 모듈
112 : 광원
114 : 레이저 방사선 116 : 레이저 다이오드
118 : 단면 발광 레이저 120 : 하우징
122 : 전자 회로 기판 124 : 전자 회로
126 : 전류원 128 : 공급 전압
130 : 그라운드 132 : 트리거 신호
134 : 트리거 전자장치 136 : 보호 컨트롤러
138 : 시준 렌즈 140 : 회절 광학 소자
142 : 회절 구조 144 : 광학 격자
146 : (디스크 형상) 기판 148 : 마운트
150 : 환형 리세스 152 : 접착제
154 : 고정 요소 156 : 링
158 : 나사 160 : 온도 제어 요소
162 : 온도 퓨즈
114 : 레이저 방사선 116 : 레이저 다이오드
118 : 단면 발광 레이저 120 : 하우징
122 : 전자 회로 기판 124 : 전자 회로
126 : 전류원 128 : 공급 전압
130 : 그라운드 132 : 트리거 신호
134 : 트리거 전자장치 136 : 보호 컨트롤러
138 : 시준 렌즈 140 : 회절 광학 소자
142 : 회절 구조 144 : 광학 격자
146 : (디스크 형상) 기판 148 : 마운트
150 : 환형 리세스 152 : 접착제
154 : 고정 요소 156 : 링
158 : 나사 160 : 온도 제어 요소
162 : 온도 퓨즈
Claims (15)
- 광 모듈(110)로서,
- 광원(112),
- 상기 광원(112)을 구동하기 위한 전자 회로(124)를 포함하고,
상기 전자 회로(124)는,
· 상기 광원(112)을 구동하기 위한 제어 전류를 생성 및 제어하도록 지정되는 전류원(126),
· 상기 전류원(126)이 고장난 경우에 상기 광원(112)으로의 상기 제어 전류를 차단하도록 지정되는 보호 컨트롤러(136)를 포함하고,
상기 고장은 상기 전류원(126)이 더이상 입력에 반응하지 않는 상기 전류원(126)의 작동 모드를 의미하는,
광 모듈(110). - 제 1 항에 있어서,
상기 전류원(126)은 정전류원이고, 상기 정전류원은 공급 전압(128)을 이용하는 것에 의해 상기 광원(112)을 구동하기 위한 상기 제어 전류를 생성하도록 지정되고, 상기 보호 컨트롤러(136)는 상기 정전류원을 과전압으로부터 보호하기 위해 상기 공급 전압(128)과 상기 정전류원 사이에 배치되는 과전류 보호 컨트롤러인,
광 모듈(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 전류원(126)은, 트리거 신호(132)가 상기 전류원(126)으로 공급되면, 상기 광원(112)을 구동하기 위한 상기 제어 전류를 생성 및 제어하도록 지정되는,
광 모듈(110). - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
회절 광학 소자(140)를 더 포함하는,
광 모듈(110). - 제 4 항에 있어서,
상기 전자 회로(124)는 상기 회절 광학 소자(140)에 대한 온도 제어 요소(160)를 더 포함하고,
상기 온도 제어 요소(160)는 상기 회절 광학 소자(140)의 온도 초과 시에 상기 광원(112)으로의 상기 제어 전류를 차단하도록 지정되는,
광 모듈(110). - 제 5 항에 있어서,
상기 온도 제어 요소(160)는 온도 퓨즈(162), 서미스터(thermistor) 또는 서모커플(thermocouple) 중 적어도 하나이거나 또는 그것을 포함하는,
광 모듈(110). - 제 6 항에 있어서,
상기 온도 퓨즈(162)는 비 가역적 온도 퓨즈인,
광 모듈(110). - 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 온도 제어 요소(160)는 상기 회절 광학 소자(140)에 인접하여 위치하는,
광 모듈(110). - 제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회절 광학 소자(140)를 수용하는 마운트(148)를 더 포함하는,
광 모듈(110). - 제 9 항에 있어서,
상기 회절 광학 소자(140)는 접착제(152)에 의해 상기 마운트에 부착되고, 상기 접착제(152)는 상기 회절 광학 소자(140)의 적어도 하나의 가장자리를 상기 마운트(148)에 고정하는,
광 모듈(110). - 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 회절 광학 소자(140)는 링(156)에 의해 상기 마운트(148)에 더 부착되고, 상기 링(156)은 상기 마운트(148)에 부착되고, 이에 따라 상기 회절 광학 소자(140)를 상기 링(156)과 상기 마운트(148) 사이에 고정하는,
광 모듈(110). - 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 링(156)은 고분자 물질을 포함하는,
광 모듈(110). - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광원(112)은 레이저 다이오드(116)인 광 모듈(110). - 광 모듈(110)의 작동 방법으로서, 상기 방법은,
- 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 따른 광 모듈(110)을 제공하는 단계와,
- 광원(112)을 구동하기 위한 제어 전류를 생성 및 제어하도록 지정되는 전류원(126)에 공급 전압(128) 또는 공급 전류를 제공하는 단계와,
- 상기 전류원(126)이 고장난 경우에 상기 광원(112)으로의 상기 제어 전류가 보호 컨트롤러(136)에 의해 차단되지 않는 한, 상기 광원(112)을 구동하기 위한 상기 제어 전류를 생성하는 단계를 포함하고,
상기 고장은 상기 전류원(126)이 더이상 입력에 반응하지 않는 상기 전류원(126)의 작동 모드를 의미하는,
광 모듈(110)의 작동 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 광원(112)을 구동하기 위한 상기 제어 전류는, 회절 광학 소자(140)의 온도의 초과 시에 상기 광원(112)으로의 상기 제어 전류가 상기 회절 광학 소자(140)에 대한 온도 제어 요소(160)에 의해 차단되지 않는 한, 생성되는,
광 모듈(110)의 작동 방법.
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