KR20220115050A - 광 투사 장치 - Google Patents

광 투사 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20220115050A
KR20220115050A KR1020210191035A KR20210191035A KR20220115050A KR 20220115050 A KR20220115050 A KR 20220115050A KR 1020210191035 A KR1020210191035 A KR 1020210191035A KR 20210191035 A KR20210191035 A KR 20210191035A KR 20220115050 A KR20220115050 A KR 20220115050A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
optical element
light source
diffractive optical
space
Prior art date
Application number
KR1020210191035A
Other languages
English (en)
Inventor
밍-수 샤오
Original Assignee
하이맥스 테크놀로지스 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 하이맥스 테크놀로지스 리미티드 filed Critical 하이맥스 테크놀로지스 리미티드
Publication of KR20220115050A publication Critical patent/KR20220115050A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0905—Dividing and/or superposing multiple light beams
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/18—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical projection, e.g. combination of mirror and condenser and objective
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/4233—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive element [DOE] contributing to a non-imaging application
    • G02B27/425—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive element [DOE] contributing to a non-imaging application in illumination systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2513—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object with several lines being projected in more than one direction, e.g. grids, patterns
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0808—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more diffracting elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0927—Systems for changing the beam intensity distribution, e.g. Gaussian to top-hat
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/0944—Diffractive optical elements, e.g. gratings, holograms
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/4205—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive optical element [DOE] contributing to image formation, e.g. whereby modulation transfer function MTF or optical aberrations are relevant
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/13306—Circuit arrangements or driving methods for the control of single liquid crystal cells
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/294—Variable focal length devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/005—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S5/0071—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping for beam steering, e.g. using a mirror outside the cavity to change the beam direction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0875—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more refracting elements
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30196—Human being; Person
    • G06T2207/30201—Face

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

광원, 조정 가능한 광학 소자 및 회절 광학 소자를 포함하는 광 투사 장치가 개시된다.
광원은 빛을 방출한다.
조정 가능한 광학 소자는 빛을 굴절시키기 위해 광원 위에 배열된다.
조정 가능한 광학 소자는 위치 또는 유효초점길이가 조정 가능하다.
회절 광학 소자는 빛을 공간의 영역으로 회절시키기 위해 조정 가능한 광학 소자 위에 배열된다.

Description

광 투사 장치{LIGHT PROJECTION APPARATUS}
본 발명은 광 투사 장치에 관한 것으로, 특히 구조광 투사와 플러드 라이트 투사의 기능을 통합한 광 투사 장치에 관한 것이다.
3차원 스테레오스코픽(stereoscopic) 감지 기술은 안면 인식, 장애물 감지와 같이, 점차 다양한 용도로 사용되고 있다. 안면 인식과 관련해서, 플러드 일루미네이터(flood illuminator)는 일반적으로 사람의 얼굴을 확인하기 위해 사용되는 반면, 구조광(structured light) 프로젝터는 일반적으로 사람 얼굴의 표면 윤곽을 계산하기 위해서 사용된다. 휴대폰과 같은, 일부 기존의 전자 장치들은 잠금 해제 및 모바일 결제와 같이, 다양한 용도를 위해 안면 인식 기능을 수행하고자 플러드 일루미네이터 및 구조광 프로젝터를 포함한다.
본 발명의 목적은 제조 비용을 감소시키기 위해 구조광 투사 및 플러드 라이트 투사의 기능을 통합하는 광 투사 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 태양은 광원, 조정 가능한 광학 소자 및 회절 광학 소자(Diffractive Optical Element; DOE)를 포함하는 광 투사 장치에 관한 것이다. 광원은 빛을 방출한다. 조정 가능한 광학 소자는 빛을 굴절시키기 위해 광원 위에 배열된다. 조정 가능한 광학 소자는 위치 또는 유효초점길이 조정이 가능하다. 회절 광학 소자는 공간의 영역으로 빛을 회절시키기 위해 조정 가능한 광학 소자 위에 배열된다.
본 발명의 하나 이상의 실시예에 따르면, 광원이 조정 가능한 광학 소자의 초점면에 있는 경우 공간의 영역 상에 투사된 빛은 구조광 패턴을 갖고, 광원이 조정 가능한 광학 소자의 초점면으로부터 디포커싱 되는 경우 공간의 영역 상에 투사된 빛은 플러드 라이트 패턴을 갖는다
본 발명의 하나 이상의 실시예에 따르면, 광원은 공간의 영역으로 플러드 라이트 투사를 위해 조정 가능한 광학 소자의 초점면으로부터 약 200 마이크론 내지 약 600 마이크론만큼 디포커싱 된다.
본 발명의 하나 이상의 실시예에 따르면, 회절 광학 소자는 2차원 팬 아웃(fan out) 회절 광학 소자다.
본 발명의 하나 이상의 실시예에 따르면, 광원은 수직 공진기 면발광 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser; VCSEL) 어레이다.
본 발명의 하나 이상의 실시예에 따르면, 광 투사 장치는 광원에 대해 조정 가능한 광학 소자의 위치를 조정하는 스텝 모터를 더 포함한다.
본 발명의 하나 이상의 실시예에 따르면, 조정 가능한 광학 소자는 액정(Liquid Crystal; LC) 렌즈이고, 광 투사 장치는 액정 렌즈의 유효초점거리를 조정하기 위해 액정 렌즈에 전압 신호를 인가하는 액정 렌즈 드라이버를 더 포함한다.
발명의 하나 이상의 실시예에 따르면, 광 투사 장치는 공간의 영역에서 반사광을 검출하는 광 센서를 더 포함한다.
본 발명의 하나 이상의 실시예에 따르면, 광 센서는 구조광 센서, ToF (비행 시간; time of flight) 센서, 또는 이들의 조합이다.
본 발명의 다른 태양은 제1 및 제2 광원, 제1 및 제2 광학 소자, 및 제1 및 제2 회절 광학 소자를 포함하는 광 투사 장치에 관한 것이다. 제1 광원은 제1 광을 방출한다. 제1 광학 소자는 제1 광을 굴절시키기 위해 제1 광원 위에 배열된다. 제1 광원은 제1 광학 소자의 초점면 상에 있다. 제1 회절 광학 소자는 공간의 영역 상으로 제1 광을 회절시키기 위해 제1 광학 소자 위에 배열된다. 제2 광원은 제2 광을 방출한다. 제2 광학 소자는 제2 광을 굴절시키기 위해 제2 광원 위에 배열된다. 제2 광원은 제2 광학 소자의 초점면으로부터 디포커싱 된다. 제2 회절 광학 소자는 제2 광을 공간의 영역으로 회절시키기 위해 제2 광학 소자 위에 배열된다. 제1 광원 및 제1 광학 소자는 각각 제2 광원 및 제2 광학 소자와 동일하다.
본 발명의 하나 이상의 실시예에 따르면, 제1 및 제2 회절 광학 소자는 동일하다.
본 발명의 전술한 태양들과 그에 수반되는 많은 이점은 첨부된 도면과 함께 후술하는 상세한 설명을 참조하여 더 나은 이해로 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예에 따른 광 투사 장치를 도시한 개략도이다.
도 2는 일 예시에 따른 공간의 영역 상에 구조광 패턴을 투사하기 위해 도 1에 도시된 광 투사 장치의 구성요소를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 3은 일 예시에 따라 공간의 영역에 플러드 라이트 패턴을 투사하기 위해 도 1에 도시된 광 투사 장치의 구성요소를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 광 투사 장치를 도시한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 광 투사 장치를 도시한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 광 투사 장치를 도시한 개략도이다.
도 7은 동일한 광 센서에 의해 포착될 뿐만 아니라 광 투사 장치의 동일한 광원 및 동일한 3x3 팬 아웃 회절 광학 소자를 통한 구조광 투사 및 플러드 라이트 투사를 도시한다.
도 8은 동일한 광 센서에 의해 포착될 뿐만 아니라 특정한 강도로 설계된 동일한 광원 및 동일한 9x11 팬 아웃 회절 광학 소자를 통한 구조광 투사 및 플러드 라이트 투사를 도시한다.
도 9는 동일한 광 센서에 의해 포착될 뿐만 아니라 다른 강도로 설계된 동일한 광원 및 동일한 9x11 팬 아웃 회절 광학 소자를 통한 구조광 투사 및 플러드 라이트 투사를 도시한다.
본 발명의 상세한 설명은 다음과 같이 기술된다. 설명된 바람직한 실시예는 예시 및 설명의 목적으로 제시되며, 본 발명의 범위를 제한하기 위해 의도된 것은 아니다.
"제1" 및 "제2"라는 용어는 본 명세서에서 다양한 소자 및/또는 구성요소를 설명하기 위해 사용될 수 있으나, 이러한 소자 및/또는 구성요소들이 이러한 용어에 의해 제한되어서는 안 된다고 이해될 것이다. 이러한 용어는 소자 및/또는 구성요소를 구별하는 데만 사용된다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 기술하기 위해서 사용될 뿐, 본 명세서에 첨부된 청구범위를 제한하기 위해 사용되는 것은 아니다. 달리 제한되지 않는 한, 단수 형태의 용어 "하나의", "일" 또는 "상기"는 복수 형태를 나타낼 수도 있다. 또한, 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 방향에 외에 사용 중 또는 동작 중인 장치의 다른 방향을 포함하는 것으로 의도된다. 장치는 이와 다르게 지향(90도 회전되거나 다른 방향으로)될 수 있고, 본 명세서에서 사용된 공간적으로 상대적인 설명어도 마찬가지로 그에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서는 다양한 예시에서 참조 번호 및/또는 문자를 반복할 수 있다. 이러한 반복은 단순성과 명확성의 목적을 위한 것으로, 그 자체로 논의된 다양한 구현 및/또는 구성 사이의 관계를 지시하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예에 따른 광 투사 장치(100)를 도시한 개략도이다. 광 투사 장치(100)는 예를 들어 휴대폰, 태블릿 또는 스마트 글래스일 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 도 1을 참조하면, 광 투사 장치(100)는 광원(110), 조정 가능한 광학 소자(120), 회절 광학 소자(Diffractive Optical Element; DOE)(130) 및 광 센서(140)를 포함한다. 광원(110)은 빛을 방출한다. 방출된 빛은 가시 파장 범위 또는 근적외선 파장 범위에 있을 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 광원(110)은 수직 공진기 면발광 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser; VCSEL; VCSEL)의 어레이(VCSEL 어레이), 분산 피드백(Distributed FeedBack; DFB) 반도체 레이저, 또는 다른 적절한 광원과 같은, 레이저 소스일 수 있다. 조정 가능한 광학 소자(120)는 회절 광학 소자(130) 쪽으로 광원(110)에 의해 방출된 빛을 굴절시키기 위해 광원(110) 위에 배열된다. 조정 가능한 광학 소자(120)의 위치 및/또는 유효초점거리는 회절 광학 소자(130)에 굴절광의 성분의 분포를 결정하기 위해 조정될 수 있다. 조정 가능한 광학 소자(120)는 볼록 렌즈, 오목 렌즈, 액정(Liquid Crystal; LC) 렌즈 등일 수 있다. 회절 광학 소자(130)는 굴절광을 투사광 패턴으로 변환하고 투사광 패턴을 공간의 영역 상에 투사하기 위해 광원(110) 위에 배열된다. 회절 광학 소자(130)는 회절 광학 소자(130)의 회절 원리에 의해 굴절광이 투사광 패턴으로 변환되도록, 격자 구조, 마이크로렌즈 구조, 프레넬(Fresnel) 구조, 홀로그램 광학 소자(Holographic Optical Element; HOE) 구조 또는 빛의 회절에 적합한 다른 구조를 가질 수 있다. 회절 광학 소자(130)는 투사된 공간의 영역의 다수의 곳에 동일한 구조광 패턴을 투사하는 2차원 팬아웃 회절 광학 소자일 수 있다. 광 센서(140)는 광학 패턴에 대응하는 이미지를 포착하기 위한 공간의 영역 상의 광학 패턴을 검출한다. 광 센서(140)는 구조광 센서, ToF(비행시간; Time of Flight) 센서, 또는 이들의 조합일 수 있고, CCD(전하결합소자; Charge-Coupled Device) 센서, CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 센서 등을 포함할 수 있다. 광원(110), 조정 가능한 광학 소자(120) 및 회절 광학 소자(130)의 배열에 따라, 광 투사 장치(100)는 구조광 프로젝터(도트 프로젝터라고도 함) 또는 플러드 프로젝터(플러드 일루미네이터라고도 함)로서 작동될 수 있다.
회절 광학 소자(130)는 특정 실시예에서 광원(110)과 조정 가능한 광학 소자(120) 간 광학적으로 간섭되도록 변경될 수 있다. 또한, 조정 가능한 광학 소자(120) 및 회절 광학 소자(130)는 단일 모듈로 통합될 수 있다.
도 2는 일 예시에 따라 공간의 영역(P1) 상에 구조광 패턴을 투사하기 위한 광 투사 장치(100)의 구성요소를 예시적으로 도시한다. 이러한 예시에서, 광원(110)은 VCSEL 일루미네이터의 어레이이고, 회절 광학 소자(130)는 투사된 공간의 영역의 3x3 구역에서 동일한 구조광 패턴을 투사하는 3x3 팬아웃 회절 광학 소자이다. 조정 가능한 광학 소자(120)의 초점면 상의 광원(110)과 함께, 회절 광학 소자(130)는 구조광 패턴을 생성하기 위해 굴절광을 패턴화하고, 구조광 패턴을 공간의 영역(P1) 상에 투사한다.
도 3은 일 예시에 따라 공간의 영역(P2)에 플러드 라이트 패턴을 투사하기 위한 광 투사 장치(100)의 구성요소를 예시적으로 도시한다. 광원(110) 및 회절 광학 소자(130)는 각각 도 2와 대응하는 예시의 것과 동일할 수 있다. 광원(110)이 조정 가능한 광학 소자(120)의 초점면으로부터 디포커싱 됨과 동시에, 회절 광학 소자(130)는 굴절광을 패턴화하여 플러드 라이트 패턴을 생성하고 플러드 라이트 패턴을 공간의 영역(P2)에 투사한다. 플러드 일루미네이션에 대한 디포커싱의 양은 광원(110)의 밀도로부터 결정될 수 있다. 일반적으로, 광원(110)의 밀도가 상대적으로 희박한 경우 플러드 일루미네이션에 대한 디포커싱의 양은 상대적으로 크다. 광원(110), 조정 가능한 광학 소자(120) 및 회절 광학 소자(130)의 설계에 따르면, 광원(110)은 조정 가능한 광학 소자(120)의 초점면으로부터 약 200 마이크론 내지 약 600 마이크론만큼 디포커싱 될 수 있다.
상술한 바에 따르면, 조정 가능한 광학 소자(120)는 구조광 투사 및 플러드 라이트 투사의 기능을 하나의 투사 장치에 통합함으로써, 제조 비용을 감소시키고자, 구조광을 투사하기 위해 방출된 빛을 포커싱 할 수 있고, 플러드 라이트를 투사하기 위해 방출된 빛을 디포커싱 하도록 제어될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예에 따른 광 투사 장치(200)를 도시한 개략도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 광 투사 장치(200)는 광원(210), 조정 가능한 광학 소자(220), 회절 광학 소자(230), 광 센서(240) 및 스텝 모터(250)를 포함한다. 광원(210), 회절 광학 소자(230) 및 광 센서(240)는 각각 도 1에 도시된 광원(110), 회절 광학 소자(130) 및 광 센서(140)와 동일하거나 유사할 수 있다. 조정 가능한 광학 소자(220)는 볼록 렌즈, 오목 렌즈 등과 같은, 시준 렌즈(collimating lens)일 수 있고, 스텝 모터(250)는 스텝 모터(250)에 대하여 조정 가능한 광학 소자(220)의 위치를 조정할 수 있다. 광 투사 장치(200)는 스텝 모터(250)가 광원(210)으로부터 약 조정 가능한 광학 소자(220)의 유효초점거리만큼 떨어진 위치로 조정 가능한 광학 소자(220)를 이동시키는 조건에서 구조광(도트 및/또는 라인과 같이)을 투사하는 구조광 프로젝터로 작동한다. 반대로, 광 투사 장치(200)는 스텝 모터(250)가 조정 가능한 광학 소자(220)를 이동시켜 광원(210)이 조정 가능한 광학 소자(220)의 초점면으로부터 디포커싱 되게 하는 경우 플러드 라이트(예를 들어, 스포트 라이트)를 투사하는 플러드 라이트 프로젝터로 작동한다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예에 따른 광 투사 장치(300)를 도시한 개략도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 광 투사 장치(300)는 광원(310), 조정 가능한 광학 소자(320), 회절 광학 소자(330), 광 센서(340) 및 액정 렌즈 드라이버(350)를 포함한다. 광원(310), 회절 광학 소자(330) 및 광 센서(340)는 각각 도 1에 도시된 광원(110), 회절 광학 소자(130) 및 광 센서(140)와 동일하거나 유사할 수 있다. 조정 가능한 광학 소자(320)는 액정 렌즈 드라이버(350)에 의한 구동 없이 광원(310)으로부터 약 조정 가능한 광학 소자(320)의 유효초점거리만큼 떨어진 위치에 배열될 수 있다. 조정 가능한 광학 소자(320)는 액정 렌즈고, 액정 렌즈 드라이버(350)는 조정 가능한 광학 소자(320)의 2개의 대향 전극(미도시)에 각각 전압 신호를 인가함으로써 조정 가능한 광학 소자(320)의 유효초점거리를 조정할 수 있다. 광 투사 장치(300)는 액정 렌즈 드라이버(350)가 조정 가능한 광학 소자(320)에 전압 신호를 인가하지 않는 경우 구조광(도트 및/또는 라인과 같은)을 투사하는 구조광 프로젝터로 작동한다. 반대로, 광 투사 장치(300)는 액정 렌즈 드라이버(350)가 조정 가능한 광학 소자(320)에 전압 신호를 인가하는 경우 플러드 라이트(스포트 라이트와 같은)를 투사하는 플러드 라이트 프로젝터로 작동한다.
도 6은 본 발명의 일부 실시예에 따른 광 투사 장치(400)를 도시한 개략도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 광 투사 장치(400)는 광원(410A-410B), 광학 소자(420A-420B), 회절 광학 소자(430A-430B) 및 광 센서(440)를 포함한다. 광원(410A, 410B), 회절 광학 소자(430A, 430B) 및 광 센서(440)는 각각 도 1에 도시된 광원(110), 회절 광학 소자(130) 및 광 센서(140)와 동일하거나 유사할 수 있다. 광원(410A), 광학 소자(420A) 및 회절 광학 소자(430A)는 구조적 광 프로젝터로 구성될 수 있는 반면, 광원(410B), 광학 소자(420B) 및 회절 광학 소자(430B)는 플러드 라이트 프로젝터로 구성될 수 있다. 광 센서(440)는 회절 광학 소자(430A) 또는 회절 광학 소자(430B)로부터 반사광을 수신한다. 특정 실시예에서 회절 광학 소자(430B)는 마이크로렌즈 어레이로 대체될 수 있다.
일부 실시예에서, 광원(410A), 광학 소자(420A) 및 회절 광학 소자(430A)는 각각 광원(410B), 광학 소자(420B) 및 회절 광학 소자(430B)와 동일하고, 광원(410A)은 광학 소자(420A)의 초점면에 포커싱되고, 광원(410B)은 광학 소자(420B)의 초점면으로부터 디포커싱 된다. 시스템 설계에 따라, 광원(410A/410B), 광학 소자(420A/420B) 및 회절 광학 소자(430A/430B)는 각각 도 4에 도시된 광원(210), 조정 가능한 광학 소자(220) 및 회절 광학 소자(230) 또는 도 5에 도시된 광원(310), 조정 가능한 광학 소자(320) 및 회절 광학 소자(330)와 각각 동일하거나 유사할 수 있다.
도 7은 동일한 광 센서에 의해 포착될 뿐만 아니라, 광 투사 장치(예: 도 1에 도시된 광 투사 장치)의 동일한 광원 및 동일한 3x3 팬 아웃 회절 광학 소자를 통한 구조광 투사 및 플러드 라이트 투사를 도시한다. 광원이 조정 가능한 광학 소자의 초점면에 있는 경우, 팬 아웃 회절 광학 소자를 통해 투사된 광학 패턴은 도 7에 도시된 구조광 투사와 같다. 광원이 조정 가능한 광학 소자로부터 초점이 200 마이크론만큼 디포커싱 될 때, 팬 아웃 회절 광학 소자를 통해 투사된 광학 패턴은 도 7에 도시된 플러드 라이트 투사와 같다. 동일한 광 투사 장치에 대해, 플러드 라이트 투사에 대응하는 FOV(Field Of View; 시야)는 구조광 투사에 대응하는 것보다 작다.
도 8은 동일한 광 센서에 의해 포착될 뿐만 아니라 특정한 강도로 설계된 동일한 광원 및 동일한 9x11 팬 아웃 회절 광학 소자를 통한 구조광 투사 및 플러드 라이트 투사를 도시한다. 도 7에 도시된 구조광 투사 및 플러드 라이트 투사를 비교하면, 동일한 FOV에 대해, 도 8에 도시된 구조광 투사는 투사된 도트를 더 많이 갖고(도트 밀도가 상대적으로 큼), 도 8에 도시된 플러드 라이트 투사는 더 많이 분산된다. 도 7 및 도 8에서 보이는 바와 같이, 팬아웃 수가 더 큰 회절 광학 소자는 형상 설계에 대해 더 많은 자유도를 가질 수 있다.
도 9는 동일한 광 센서에 의해 포착될 뿐만 아니라 다른 강도 설계된 동일한 광원 및 동일한 9x11 팬아웃 회절 광학 소자를 통한 구조광 투사 및 플러드 라이트 투사를 도시한다. 도 8 및 도 9에 보이는 바와 같이, 구조광 투사 및 플러드 라이트 투사의 패턴은 회절 광학 소자의 구조적 패턴에 따라 변경될 수 있다. 회절 광학 소자의 구조적 패턴은 IFTA(반복 푸리에 변환 알고리즘; Iterative Fourier Transform Algorithm), 모의 담금질 알고리즘(simulated annealing algorithm) 및/또는 등과 같은, 최적화를 위한 알고리즘을 활용하여 설계될 수 있고, 이러한 알고리즘은 중앙 처리 장치(CPU; Central Processing Unit)와 같은 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어 프로그램에서 구현될 수 있다.
본 발명의 범위 또는 사상에 벗어남이 없이 본 발명의 구조에 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 본 발명의 기술분야에 속한 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 전술한 내용을 고려하여, 본 발명의 수정 및 변형이 다음과 같은 청구범위의 범위 내에 속하는 경우, 본 발명은 이를 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (15)

  1. 빛을 방출하는 광원;
    상기 빛을 굴절시키기 위해 상기 광원 위에 배열된 조정 가능한 광학 소자 - 상기 조정 가능한 광학 소자는 위치 또는 유효초점거리가 조정 가능함 -; 및
    공간의 영역으로 상기 빛을 회절시키기 위해 상기 조정 가능한 광학 소자 위에 배열된 회절 광학 소자(Diffractive Optical Element; DOE)를 포함하는, 광 투사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공간의 영역에 투사된 빛은 상기 광원이 상기 조정 가능한 광학 소자의 초점면 상에 있는 경우 구조광(structured light) 패턴을 갖고, 상기 공간의 영역에 투사된 빛은 상기 광원이 상기 조정 가능한 광학 소자의 초점면으로부터 디포커싱 된 경우 플러드 라이트(flood light) 패턴을 갖는, 광 투사 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광원은 상기 공간의 영역 상으로 플러드 라이트를 투사하기 위해 상기 조정 가능한 광학 소자의 초점면으로부터 약 200 마이크론 내지 약 600 마이크론만큼 디포커싱 되는, 광 투사 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회절 광학 소자는 2차원 팬 아웃(fan out) 회절 광학 소자인, 광 투사 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광원은 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser) 어레이인, 광 투사 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광원에 대해 상기 조정 가능한 광학 소자의 위치를 조정하는 스텝 모터를 더 포함하는, 광 투사 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 조정 가능한 광학 소자는 액정(liquid crystal; LC) 렌즈이고,
    상기 액정 렌즈의 유효초점거리를 조절하기 위해 상기 액정 렌즈에 전압 신호를 인가하는 액정 렌즈 드라이버를 더 포함하는, 광 투사 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 공간의 영역에서 반사광을 감지하는 광 센서를 더 포함하는, 광 투사 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 광 센서는 구조광 센서, ToF(Time of Flight) 센서, 또는 이들의 조합인, 광 투사 장치.
  10. 제1 광을 방출하는 제1 광원;
    상기 제1 광을 굴절시키기 위해 상기 제1 광원 위에 배열된 제1 광학 소자 - 상기 제1 광원은 상기 제1 광학 소자의 초점면 상에 있음 -;
    공간의 영역 상으로 상기 제1 광을 회절시키기 위해 상기 제1 광학 소자 위에 배열된 제1 회절 광학 소자;
    제2 광을 방출하는 제2 광원;
    상기 제2 광을 굴절시키기 위해 상기 제2 광원 위에 배열된 제2 광학 소자 - 상기 제2 광원은 상기 제2 광학 소자의 초점면으로부터 디포커싱됨 -; 및
    상기 공간의 영역 상으로 상기 제2 광을 회절시키기 위해 상기 제2 광학 소자 위에 배열된 제2 회절 광학 소자를 포함하고,
    상기 제1 광원 및 상기 제1 광학 소자는 각각 상기 제2 광원 및 상기 제2 광학 소자와 동일한, 광 투사 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 회절 광학 소자와 상기 제2 회절 광학 소자는 동일한, 광 투사 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 회절 광학 소자 및 상기 제2 회절 광학 소자는 각각 2차원 팬 아웃(fan out) 회절 광학 소자인, 광 투사 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 광원 및 상기 제2 광원은 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser) 어레이인, 광 투사 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 공간의 영역에서 반사된 상기 제1 광 또는 상기 제2 광을 감지하는 광 센서를 더 포함하는, 광 투사 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 광 센서는 구조광 센서, ToF(Time of Flight) 센서, 또는 이들의 조합인, 광 투사 장치.
KR1020210191035A 2021-02-09 2021-12-29 광 투사 장치 KR20220115050A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/170,917 2021-02-09
US17/170,917 US20220252893A1 (en) 2021-02-09 2021-02-09 Light projection apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220115050A true KR20220115050A (ko) 2022-08-17

Family

ID=79024760

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210191035A KR20220115050A (ko) 2021-02-09 2021-12-29 광 투사 장치

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20220252893A1 (ko)
EP (1) EP4056947A1 (ko)
JP (1) JP2022122258A (ko)
KR (1) KR20220115050A (ko)
CN (1) CN114911065A (ko)
TW (1) TWI816264B (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11275920B1 (en) 2017-09-27 2022-03-15 Apple Inc. Elongated fingerprint sensor
US11783629B2 (en) * 2021-03-02 2023-10-10 Apple Inc. Handheld electronic device
US11493332B1 (en) * 2021-08-18 2022-11-08 Himax Technologies Limited Three-dimensional sensing system for determining three-dimensional profile of object and method thereof
WO2023039635A1 (en) * 2021-09-17 2023-03-23 Brown & Watson International Pty Ltd Adaptive driving light system

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4560869B2 (ja) * 2000-02-07 2010-10-13 ソニー株式会社 メガネなし表示システムおよびバックライトシステム
JP2001272646A (ja) * 2000-03-27 2001-10-05 Olympus Optical Co Ltd 液晶レンズおよび液晶レンズ装置および液晶レンズの駆動方法
US7009718B2 (en) * 2000-06-07 2006-03-07 Citizen Watch Co., Ltd. Grating pattern projection apparatus using liquid crystal grating
US7061628B2 (en) * 2001-06-27 2006-06-13 Southwest Research Institute Non-contact apparatus and method for measuring surface profile
JP3913184B2 (ja) * 2002-03-22 2007-05-09 独立行政法人科学技術振興機構 液晶レンズ
JP2004347910A (ja) * 2003-05-23 2004-12-09 Seiko Precision Inc 自動焦点調節装置を備えたプロジェクタ及び自動焦点調節方法
JP4480488B2 (ja) * 2003-08-28 2010-06-16 富士通株式会社 計測装置、コンピュータ数値制御装置及びプログラム
US7583875B2 (en) * 2005-07-22 2009-09-01 Seiko Epson Corporation Illumination device, image display device, and projector
US7545512B2 (en) * 2006-01-26 2009-06-09 Koh Young Technology Inc. Method for automated measurement of three-dimensional shape of circuit boards
WO2009094510A1 (en) * 2008-01-25 2009-07-30 Cyberoptics Corporation Multi-source sensor for three-dimensional imaging using phased structured light
US8248700B1 (en) * 2008-10-20 2012-08-21 Lockheed Martin Corporation Systems and methods for coherent beam combining of laser arrays
DE102010064593A1 (de) * 2009-05-21 2015-07-30 Koh Young Technology Inc. Formmessgerät und -verfahren
JP5760391B2 (ja) * 2010-11-02 2015-08-12 旭硝子株式会社 回折光学素子及び計測装置
KR101657952B1 (ko) * 2010-11-15 2016-09-20 주식회사 고영테크놀러지 기판 검사방법
US10054430B2 (en) * 2011-08-09 2018-08-21 Apple Inc. Overlapping pattern projector
US10362295B2 (en) * 2016-09-19 2019-07-23 Apple Inc. Optical apparatus with beam steering and position feedback
US20190101791A1 (en) * 2017-10-02 2019-04-04 Liqxtal Technology Inc. Optical sensing device and structured light projector
EP3711123A4 (en) * 2017-11-16 2021-08-25 Princeton Optronics, Inc. STRUCTURED LIGHT ILLUMINATORS INCLUDING AN OPTICAL ELEMENT OF MAIN RAY CORRECTOR
CN114995015A (zh) * 2018-01-15 2022-09-02 奥比中光科技集团股份有限公司 多功能照明模组
CN207937745U (zh) * 2018-02-08 2018-10-02 宁波舜宇光电信息有限公司 结构光投射装置、深度相机
TWI679452B (zh) * 2018-02-26 2019-12-11 大陸商光寶光電（常州）有限公司 微型化結構光投射模組
US11067820B2 (en) * 2018-07-31 2021-07-20 Himax Technologies Limited Structured light projector and three-dimensional image sensing module
US11131845B2 (en) * 2018-08-01 2021-09-28 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University High speed random access variable focusing and steering of a patterned line
WO2020066981A1 (ja) * 2018-09-25 2020-04-02 Ｓｃｉｖａｘ株式会社 回折光学素子およびこれを用いたドットプロジェクタ等の光学系装置
CN111856483A (zh) * 2019-04-01 2020-10-30 源奇科技股份有限公司 可调式光投射器
US11561085B2 (en) * 2019-06-05 2023-01-24 Qualcomm Incorporated Resolving multipath interference using a mixed active depth system
US11543696B2 (en) * 2019-07-18 2023-01-03 Himax Technologies Limited Optical surface mapping system
US11297289B2 (en) * 2019-12-26 2022-04-05 Himax Technologies Limited Structured light projector
US10890442B1 (en) * 2019-12-26 2021-01-12 Himax Technologies Limited Structured light projector and method for structured light projection using the same

Also Published As

Publication number Publication date
TWI816264B (zh) 2023-09-21
TW202232193A (zh) 2022-08-16
US20220252893A1 (en) 2022-08-11
CN114911065A (zh) 2022-08-16
JP2022122258A (ja) 2022-08-22
EP4056947A1 (en) 2022-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20220115050A (ko) 광 투사 장치
US10739607B2 (en) Light source module, sensing device and method for generating superposition structured patterns
US20230332886A1 (en) Diffractive optical element with undiffracted light expansion for eye safe operation
JP7269712B2 (ja) メタレンズを含むプロジェクタ
US11373321B2 (en) Projector including meta-lens
US9400177B2 (en) Pattern projector
US10001583B2 (en) Structured light projection using a compound patterned mask
US9503708B2 (en) Systems and methods for reducing z-thickness and zero-order effects in depth cameras
US20210367410A1 (en) Wide-angle illuminator module
US11099307B2 (en) Optical system
US11029408B2 (en) Distance-imaging system and method of distance imaging
US20200133012A1 (en) Optical element and optical system
CN110320673B (zh) 光学模块和用于投影的方法
CN209821513U (zh) 一种直下式光学投射系统
US10942362B2 (en) Projector, electronic device having projector, and method for obtaining depth information of image data
TWI838490B (zh) 基於飛行時間的三維感測系統
TWI696032B (zh) 具有可調整視場角或有效區域範圍的３ｄ感測相機
CN114706150B (zh) 光学系统
KR20230144931A (ko) 구조광 프로젝터 및 3차원 이미지 감지 장치
CN115963689A (zh) 用于三维成像装置中的图案投影装置
CN113009705A (zh) 一种消除零级衍射影响的结构光组件

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application