KR20230030039A - 광학 시스템 - Google Patents

광학 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20230030039A
KR20230030039A KR1020237005897A KR20237005897A KR20230030039A KR 20230030039 A KR20230030039 A KR 20230030039A KR 1020237005897 A KR1020237005897 A KR 1020237005897A KR 20237005897 A KR20237005897 A KR 20237005897A KR 20230030039 A KR20230030039 A KR 20230030039A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
microstructured surface
optical system
light sources
microstructured
Prior art date
Application number
KR1020237005897A
Other languages
English (en)
Inventor
스티븐 에이치. 차크매키언
조지 마이클 모리스
브래들리 존 워드
타소 알. 엠. 세일즈
Original Assignee
비아비 솔루션즈 아이엔씨.
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 비아비 솔루션즈 아이엔씨. filed Critical 비아비 솔루션즈 아이엔씨.
Publication of KR20230030039A publication Critical patent/KR20230030039A/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
    • G02B27/0938—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
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G02B27/0955—Lenses
    • 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
    • G02B27/48—Laser speckle optics
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/0062—Stacked lens arrays, i.e. refractive surfaces arranged in at least two planes, without structurally separate optical elements in-between
    • G02B3/0068—Stacked lens arrays, i.e. refractive surfaces arranged in at least two planes, without structurally separate optical elements in-between arranged in a single integral body or plate, e.g. laminates or hybrid structures with other optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G02B5/0205—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties
    • G02B5/021—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties the diffusion taking place at the element's surface, e.g. by means of surface roughening or microprismatic structures
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G02B5/0205—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties
    • G02B5/021—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties the diffusion taking place at the element's surface, e.g. by means of surface roughening or microprismatic structures
    • G02B5/0215—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties the diffusion taking place at the element's surface, e.g. by means of surface roughening or microprismatic structures the surface having a regular structure
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G02B5/0205—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties
    • G02B5/021—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties the diffusion taking place at the element's surface, e.g. by means of surface roughening or microprismatic structures
    • G02B5/0231—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties the diffusion taking place at the element's surface, e.g. by means of surface roughening or microprismatic structures the surface having microprismatic or micropyramidal shape
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G02B5/0205—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties
    • G02B5/0252—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties using holographic or diffractive means
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G02B5/0273—Diffusing elements; Afocal elements characterized by the use
    • G02B5/0278—Diffusing elements; Afocal elements characterized by the use used in transmission
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/14—Protective coatings, e.g. hard coatings

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Planar Illumination Modules (AREA)

Abstract

제1 미세구조화 표면; 및 제2 미세구조화 표면을 포함하는 광학 시스템이 제공되고; 제1 미세구조화 표면은 축을 따라 제2 미세구조화 표면과 정렬된다. 광원 및 광학 시스템을 포함하는 조명 시스템이 또한 포함된다. 광을 확산시키는 방법이 포함된다.

Description

광학 시스템{OPTICAL SYSTEM}
본 발명은 제1 미세구조화 표면; 및 제2 미세구조화 표면을 포함하는 광학 시스템에 관한 것이고; 제1 미세구조화 표면은 제2 미세구조화 표면과 축을 따라 정렬된다. 광원 및 광학 시스템을 포함하는 조명 시스템이 또한 포함된다. 광을 확산시키는 방법이 포함된다.
3차원(3D) 이미징, 감지, 및 몸짓 인식과 관련된 적용에서, 광학 컴포넌트는 일반적으로 약 800㎚ 내지 약 1000㎚ 범위 내 파장을 가진 레이저와 관련되는, 광의 패턴을 프로빙되는 신(scene)에 걸쳐 투사하도록 일반적으로 사용된다. 특정한 광 패턴은 프로빙 기법에 의존하고 다양한 형태, 예컨대, 투광 조명, 스폿의 주기적인 격자, 선, 스트립, 체커보드 등을 취할 수 있다.
확산기는 회절 확산기 및 가우시안 확산기와 같이, 다양한 형태를 취할 수 있다. 마이크로렌즈 어레이는 또한 확산 목적을 위해 활용될 수 있다.
확산기는 다양한 광원, 예컨대, 레이저 또는 LED와 함께 작동할 수 있다. 특히 관심이 있는 레이저원은 수직 공동 표면 발광 레이저(vertical cavity surface emitting laser: VCSEL)이다. 이 VCSEL 공급원은 이들의 소형 패키지 내 적합성, 전력 출력 및 신뢰도에 기인하여 3D 이미징 적용을 위해 유용하다. 이러한 VCSEL은 어레이에 배열될 수도 있고, 예를 들어, 수백개는 작은 영역에 걸쳐 주기적인 또는 랜덤화된 격자에 배열된다. 어레이 내 각각의 레이저는 실질적으로 간섭적으로 거동하지만 임의의 미리 결정된 2개의 공급원은 서로에 대해 실질적으로 비간섭적이다. VCSEL 공급원 또는 어레이 자체는 3D 이미징 및 감지 적용에서 필요한 제어된 광을 생성하기에 적합하지 않다.
그러나, VCSEL 어레이를 가진 확산기의 사용의 문제점은 고주파수 아티팩트(artifact)의 출현이다. 투영된 광 패턴의 고주파수 아티팩트는 특정한 광학 적용, 예컨대, 3D 감지에서 성능에 대한 문제를 유발할 수 있다. 이 고주파수 아티팩트는 아주 근접한 어레이 내 다수의 간섭적 VCSEL 공급원의 비간섭적 중첩에 기인한다.
고주파수 아티팩트의 기원은 추리의 방향을 따름으로써 더 잘 이해될 수 있다. 광원의 어레이 내 각각의 개별적인 공급원은 확산기의 일부를 조명한다. 이런 이유로, 어레이 내 2개의 인접한 광원에 의해 조명되는 확산기의 영역 사이에 중첩이 있다. 각각의 광원의 출력은 스페클 패턴(speckle pattern) 또는 강한 회절 패턴을 특징으로 한다. 어레이 내 임의의 2개의 공급원이 상호 비간섭적이기 때문에, 총 출력은 각각의 공급원으로부터 강도 패턴의 합산에 의해 간단히 제공된다. 많은 이러한 유사한 스페클 또는 회절 패턴의 축적된 효과는 고주파수 이미지 아티팩트의 출현을 야기한다.
제1 미세구조화 표면; 및 제2 미세구조화 표면을 포함하는 광학 시스템이 제공되고; 제1 미세구조화 표면은 축을 따라 제2 미세구조화 표면과 정렬된다. 광원 및 광학 시스템을 포함하는 조명 시스템이 또한 포함된다. 광을 확산시키는 방법이 포함된다.
본 발명의 하나의 양상에서, 제1 미세구조화 표면; 및 제2 미세구조화 표면을 포함하는 광학 시스템이 개시되고; 제1 미세구조화 표면은 축을 따라 제2 미세구조화 표면과 정렬된다.
본 발명의 또 다른 양상에서, 광원 및 광학 시스템을 포함하는 조명 시스템이 개시된다.
본 발명의 또 다른 양상에서, 광을 확산시키는 방법이 개시되고, 방법은 입사광을 광학 시스템의 제1 미세구조화 표면에 수광하는 단계; 및 광학 시스템의 제2 미세구조화 표면으로부터 광을 투과시키는 단계를 포함하되, 투과된 광은 단일의 미세구조화 표면만을 포함하는 광학 시스템과 비교하여 최소의 고주파수 아티팩트를 나타낸다.
제1 미세구조화 표면; 및 제2 미세구조화 표면을 포함하는 광학 시스템이 제공되고; 제1 미세구조화 표면은 축을 따라 제2 미세구조화 표면과 정렬된다. 광원 및 광학 시스템을 포함하는 조명 시스템이 또한 포함된다. 광을 확산시키는 방법이 포함된다.
본 발명의 전술한 목적, 특징 및 이점은 첨부 도면과 관련하여 하기의 설명을 읽음으로써 더 분명해질 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 광학 시스템의 단면도;
도 2는 본 발명의 또 다른 양상에 따른 광학 시스템의 개략도;
도 3a 내지 도 3c는 각각 본 발명의 또 다른 양상에 따른 광학 시스템의 개략도;
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 또 다른 양상에 따른 광학 시스템의 개략도;
도 5는 본 발명의 또 다른 양상에 따른 광학 시스템의 개략도;
도 6은 본 발명의 또 다른 양상에 따른 광학 시스템의 개략도;
도 7은 본 발명의 또 다른 양상에 따른 광학 시스템의 개략도;
도 8은 본 발명의 또 다른 양상에 따른 광학 시스템의 개략도; 및
도 9는 광원 및 광학 시스템을 포함하는 조명 시스템의 개략도.
설명서에 포함되고 설명서의 일부를 이루는, 전술한 도면은 본 발명의 바람직한 실시형태를 예시하고, 상세한 설명과 함께, 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다. 도면과 설명 둘 다가 단지 설명하기 위한 것이고 본 발명을 제한하지 않음이 분명히 이해된다.
전술한 일반적인 설명 및 하기의 상세한 설명이 단지 예시적이고 설명을 위한 것이며, 본 교시내용의 다양한 실시형태의 설명을 제공하도록 의도된다는 것이 이해된다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 제1 미세구조화 표면(2) 및 제2 미세구조화 표면(3)을 포함하는 광학 시스템(1)에 관한 것이고, 제1 미세구조화 표면(2)은 제2 미세구조화 표면과 축을 따라 정렬된다. 광학 시스템(1)은 또한 지지부(7)를 포함할 수 있다. 제1 미세구조화 표면(2)이 제2 미세구조화 표면(3)과 정렬될 때, 이들은 서로에 대해 실질적으로 평행한다. 또 다른 양상에서, 제1 미세구조화 표면(2)은 제2 미세구조화 표면(3)과 축을 따라 정렬되지 않는다.
광원, 예컨대, 단일의 광원 또는 광원의 어레이로부터의 광을 확산시키기 위한 광학 시스템(1)이 개시된다. 개시된 광학 시스템(1)은 고주파수 아티팩트를 최소화할 수 있고 총 투과율에 최소로 영향을 주면서 더 균일한 광을 제공할 수 있다. 광학 시스템(1)은 광원으로부터의 광을 패턴으로 분포시키는, 제1 미세구조화 표면(2), 예컨대, 빔 성형 표면을 포함할 수 있다. 광학 시스템은 또한 패턴을 수용하고 패턴을 집중시키는, 제2 미세구조화 표면(3), 예컨대, 균질화 표면을 포함할 수 있다.
시야(field of view: FOV)의 개념은 광학 시스템(1)에 의해 실질적으로 조명되는 공간의 구역과 관련된다. FOV는 강도에 대한 각 공간에서 대부분 종종 규정되고 검출기가 원의 중심에 위치된 광학 시스템(1)에 의해 원을 따라 스캔하는, 각도계 시스템에 의해 측정된다. 이 방식으로, 검출기는 항상 광학 시스템(1) 쪽으로 향하는 호를 따라 회전한다. FOV를 규정하는 다른 방식이 또한 예를 들어, 강도 대신에 조도에 기초하여 고려될 수 있다. 이 방식으로, 광원은 광학 시스템(1)을 조명하고, 이는 이어서 평평한 타깃 표면을 조명한다. 조도는 표면과 평행하게 이어지는 검출기에 의해 측정된다. 실제로, 투과 스크린을 일반적으로 사용하고, 투과 스크린의 이미지는 카메라에 의해 캡처된다. 완전한 시스템 캘리브레이션이 조도를 계산하고 광학 시스템의 FOV를 특징으로 하도록 사용될 수 있다.
제1 미세구조화 표면(1)은 광의 각진 정도, 강도 프로파일, 및 제1 미세구조화 표면(2) 내 미세구조체의 기하학적 구조에 의해 규정된 제1 시야(FOV)를 제공할 수 있다. 광의 각진 정도는 2차원을 따라 투영될 수 있다. 예를 들어, 제1 FOV는 y 치수를 따라 120도 그리고 x 치수에서 90도의 각진 정도를 가질 수 있고, 이는 직사각형 공간 구역을 조명할 것이다. 3D 감지 적용에서, 제1 FOV는 임의의 1개의 치수를 따라 대략 30도 이상의 각진 정도를 가질 수 있다. LIDAR 적용에서, 제1 FOV는 임의의 1개의 치수를 따라 대략 1도 이상의 각진 정도를 가질 수 있다.
이미지, 예컨대, 제1 FOV의 강도 프로파일은 각진 부분을 따라 규칙적으로 이격된 지점으로부터 취해진 강도 값의 세트이다. 하나의 양상에서, 제1 FOV 내 강도 프로파일은 각의 함수로서 실질적으로 균일하다. 또 다른 양상에서, 제1 FOV 내 강도 프로파일은 소위 "배트윙(batwing)" 프로파일로 더 많은 에너지를 더 넓은 각을 향하여 집중시킨다. 또 다른 양상에서, 제1 FOV 내 강도 프로파일은 더 많은 에너지를 제1 FOV의 중심에 집중시킨다.
제2 미세구조화 표면(3)은 고주파수 아티팩트를 제거하거나 또는 최소화(실질적으로 제거)하도록 제1 시야보다 더 좁은 제2 시야를 가질 수 있다. 제2 FOV가 제1 FOV보다 약 3 내지 15배 더 좁을 수 있지만, 정확한 값은 다른 필요조건에 의존하고 최상의 성능을 위해 최적화될 것이다. 이러한 최적화는 모델링 툴 또는 직접적인 실험에 의해 실행될 수 있다. 실시예로서, 제1 미세구조화 표면(2)은 약 110 × 85도의 FOV를 가질 수 있고, 제2 미세구조화 표면(3)은 약 5 내지 약 15도의 범위 내의 대략적인 FOV를 가질 수 있다.
제2 미세구조화 표면(3)의 강도 프로파일은 임의의 방향을 따라 실질적으로 동일한 강도 프로파일과 대체로 등방성일 수 있다. 또 다른 양상에서, 제2 미세구조화 표면(3), 자체는 2개의 수직축을 따른 제2 FOV가 상이한 왜상 패턴을 생성할 수 있다. 제2 미세구조화 표면(3)은 또한 패턴, 예컨대, 원, 정사각형, 직사각형, 선, 십자가 패턴, 스폿 어레이 또는 임의의 특정한 산란 분포를 생성할 수 있고 기본적인 제약은 제2 FOV가 제1 FOV보다 더 좁다는 것이다. 미리 결정된 축을 따른 강도 프로파일은 플랫-탑(flat-top), 배트윙, 가우시안, 또는 임의의 다른 특정한 강도 프로파일일 수 있다. 수직축을 따라 강도 프로파일은 미리 결정된 축을 따른 프로파일로부터 구별될 수도 있거나 또는 구별되지 않을 수도 있다.
하나의 양상에서, 광학 시스템(1)은 2개의 마주보게 지향된 미세구조화 표면을 포함할 수 있다. 하나의 양상에서, 도 1에 예시된 바와 같이, 광학 시스템(1)은 지지부(7)의 하나의 측면에 제1 미세구조화 표면(2) 그리고 지지부(7)의 맞은편에 제2 미세구조화 표면(3)을 포함할 수 있다. 각각의 미세구조화 표면(2, 3)은 패턴을 형성할 수 있는 복수의 미세구조체를 포함할 수 있다. 제1 미세구조화 표면(2)은 광원을 향하여 향할 수 있다. 제2 미세구조화 표면(3)은 예를 들어, 도 9에 예시된 바와 같이, 광원(8)으로부터 떨어져 있을 수 있다.
또 다른 양상에서, 광학 시스템(1)은 동일한 방향으로 각각 지향되고 광학 시스템(1)의 지지부(7)의 동일한 측면에 위치된, 제1 미세구조화 표면(2) 및 제2 미세구조화 표면(3)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 예시된 바와 같이, 제1 미세구조화 표면(2)과 제2 미세구조화 표면(3)은 둘 다 지지부(7)의 동일한 측면에 존재할 수 있다. 제1 미세구조화 표면(2)은 제2 미세구조화 표면(3)과 지지부(7) 사이에 배치될 수 있다. 또 다른 양상에서, 제2 미세구조화 표면(3)은 제1 미세구조화 표면(2)과 지지부(7) 사이에 배치될 수 있다(미도시). 변형 둘 다에서, 광원은 지지부(7) 측 또는 미세구조화 표면 측에 존재할 수 있다.
제1 미세구조화 표면(2)은 제1 복수의 미세구조체를 포함할 수 있다. 제2 미세구조화 표면(3)은 제2 복수의 미세구조체를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 미세구조화 표면(2, 3)은 각각 독립적으로 미세구조체, 예컨대, 마이크로렌즈 확산기, 새들 렌즈 확산기(saddle lens diffuser), 회절 소자, 가우시안 확산기, 예컨대, 간유리, 또는 홀로그램 확산기를 포함한다.
도 2를 참조하면, 제1 미세구조화 표면(2)은 축을 따라 제2 미세구조화 표면(3)과 정렬될 수 있다. 하나의 양상에서, 제1 복수의 미세구조체 중 각각의 미세구조체는 제2 미세구조화 표면(3)에서 미세구조체의 구멍에 걸쳐 입사광의 상당한 부분에 초점을 맞출 수 있다. 제2 미세구조화 표면(3)은 제1 미세구조화 표면(2)의 거울 이미지일 수 있다. 이 특정한 배열은 일반적으로 "파리 눈" 렌즈로서 지칭된다.
어레이 내 개별적인 미세구조체, 예컨대, 마이크로렌즈의 크기는 약 10 내지 약 100㎛의 범위 내에 있을 수 있다.
제2 미세구조화 표면(3)의 미세구조체는 제1 미세구조화 표면(2)의 미세구조체와 크기 및 형상에 있어서 필적할 수 있거나 또는 더 작을 수 있다. 제1 미세구조화 표면(2) 및 제2 미세구조화 표면(3)의 각각 내 미세구조체는 주기적인 어레이로 분포될 수 있거나 또는 랜덤으로 분포될 수 있다. 예를 들어, 제1 미세구조화 표면(2) 및 제2 미세구조화 표면(3)은 각각 독립적으로 마이크로렌즈의 어레이일 수 있다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 광학 시스템(1)은 제1 미세구조화 표면(2), 제2 미세구조화 표면(3), 및 지지부(7)를 포함할 수 있고 이들 각각은 독립적으로 광학 물질로 형성될 수 있다. 광학 물질의 비제한적인 예는 유리, 예컨대, 보로플로트(Borofloat); 폴리머 물질, 예컨대, UV-경화성 폴리머, 성형된 폴리머, 또는 양각 폴리머; 용융된 실리카; IR 물질, 예컨대, 실리콘; 비정질 실리콘; 및 이들의 조합물을 포함한다. 폴리머 물질은 예를 들어, 폴리카보네이트, 아크릴일 수 있다. 광학 물질은 높은 굴절률 물질, 예컨대, 1.5 초과의 굴절률을 가진 물질일 수 있다.
도 3a에 관하여, 제1 미세구조화 표면(2)은 폴리머 물질로 형성될 수 있고 미세구조체로서 복수의 마이크로렌즈 확산기를 포함한다. 지지부(7)는 붕규산 유리로 이루어질 수 있다. 제2 미세구조화 표면(3)은 지지 물질(7) 상에 직접적으로 형성된 간유리의 복수의 미세구조체를 포함할 수 있다.
도 3b에 관하여, 제1 미세구조화 표면(2)은 폴리머 물질로 형성될 수 있고 마이크로렌즈 확산기의 복수의 미세구조체 및 간유리를 포함한다. 지지부(7)는 붕규산 유리로 이루어질 수 있다. 제2 미세구조화 표면(3)은 지지 물질(7) 상에 형성된 간유리의 복수의 미세구조체를 포함할 수 있다.
도 3c에 관하여, 제1 미세구조화 표면(2), 지지부(7), 및 제2 미세구조화 표면(3)이 있고, 이들 전부는 예를 들어, 고온 양각 또는 성형 공정에 의해 형성될 수 있는 것처럼 동일한 물질로 형성된다.
하나의 양상에서, 광학 시스템(1)은 단일의 광학 물질로 형성될 수 있다. 또 다른 양상에서, 광학 시스템(1)은 상이한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 미세구조화 표면(2) 및 제2 미세구조화 표면(3)은 각각 폴리머 물질로 이루어질 수 있고 지지부(7)는 유리 물질로 이루어질 수도 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 미세구조화 표면(2) 및 지지부(7)는 동일한 광학 물질로 형성되고, 즉, 모놀리스이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 미세구조화 표면(2), 지지부(7), 및 제2 미세구조화 표면(3)은 동일한 광학 물질로 형성된다. 광학 시스템(1)의 부분과 광학 물질의 임의의 조합 및 모든 조합은 광학 시스템(1)이 제1 미세구조화 표면(2) 및 제2 미세구조화 표면(3)을 포함하는 한 용인된다.
광학 시스템(1)의 총 두께는 패키징 필요조건 및 활용되는 물질에 따라, 약 0.1㎜ 내지 약 2㎜의 범위 내에 있을 수 있다. 실시예로서, 지지부(7)가 약 0.3㎜의 두께를 가진 붕규산 유리일 수 있고 반면에 양측의 미세구조체가 약 20㎛ 내지 약 120㎛의 범위 내의 두께를 가진, UV 경화 공정에 의해 생성된 폴리머 물질로 이루어질 수 있어서, 약 0.34㎜ 내지 약 0.54㎜의 범위 내의 총 두께를 발생시킨다. 또 다른 실시예에서, 적어도 하나의 미세구조화 표면(2, 3)이 비정질 규소를 포함할 수 있어서, 비정질 규소 물질이 이의 높은 굴절률에 기인하여 더 얇은 층을 허용하기 때문에 약 0.32㎜ 내지 약 0.44㎜의 범위 내 총 두께를 발생시킨다.
제1 미세구조화 표면(2)은 물질, 미세구조체 디자인 및 제조 과정에 따라, 약 0.5㎛ 내지 약 120㎛, 예를 들어, 약 0.75㎛ 내지 약 100㎛, 그리고 추가의 실시예로서 약 1㎛ 내지 약 90㎛ 범위의 두께를 가질 수 있다. 두께는 기저부(평면 부분) 및 미세구조체 형성된 부분을 포함할 수 있다.
지지부(7)는 약 0.02㎜ 내지 약 2㎜, 예를 들어, 약 0.05㎜ 내지 약 1.6㎜, 그리고 추가의 실시예로서 약 0.1㎜ 내지 약 1.8㎜의 범위 내 두께를 가질 수 있다.
제2 미세구조화 표면(3)은 물질, 미세구조체 디자인 및 제조 과정에 따라, 약 0.5㎛ 내지 약 120㎛, 예를 들어, 약 0.75㎛ 내지 약 100㎛, 그리고 추가의 실시예로서 약 1㎛ 내지 약 90㎛ 범위의 두께를 가질 수 있다. 두께는 기저부(평면 부분) 및 미세구조체 형성된 부분을 포함한다.
본 발명의 광학 시스템(1)은 다양한 물리적 형태를 취할 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 광학 시스템(1)은 내장층(embedding layer)(4)을 더 포함할 수 있다. 내장층(4)은 제1 미세구조화 표면(2) 및 제2 미세구조화 표면(3) 중 적어도 하나 상에 존재할 수 있다. 내장층(4)은 도 4a에 도시된 바와 같이, 평면일 수 있다. 평면 내장층(4)은 광학 시스템(1)의 더 작은 패키징을 가능하게 할 수 있다. 하나의 양상에서, 내장층(4)은 도 4b에 도시된 바와 같이, 미세구조체 표면의 미세구조체에 동형화될 수 있고, 즉, 같아질 수 있다. 동형화된 내장층(4)은 광학 시스템(1)의 증가된 내구성을 제공할 수 있다. 광학 시스템(1)은 평면 내장층(4), 동형화된 내장층, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 하나의 양상에서, 광학 시스템(1)은 1개의 내장층, 2개의 내장층 등을 포함할 수 있다. 내장층에 대한 수, 유형, 및 물질의 임의의 변경 및 모든 변경이 고려된다. 내장층(4)은 약 1 내지 약 100㎛의 범위 내 두께를 가질 수 있다.
내장층(4)은 제1 및/또는 제2 미세구조화 표면(2, 3)을 보호할 수 있고 뿐만 아니라 미세구조화 표면의 굴절률 정합을 초래할 수도 있는 오염을 방지할 수 있다. 굴절률 정합은 어떤 물질, 예컨대, 유체가 미세구조화 표면(2, 3)을 덮고, 미세구조화 표면(2, 3)이 정확하게 작동하는 것을 방지할 때 발생한다. 내장층으로서 사용되기에 적합한 물질의 비제한적 예는 폴리머, 용융된 실리카, 및 비정질 규소를 포함한다.
내장층(4)은 또한 표면 반사를 감소시키고 광의 투과율을 증가시키기 위한 반사 방지 코팅일 수 있다. 하나의 양상에서, 내장층(4)은 단일의 층이다. 또 다른 양상에서, 내장층(4)은 적어도 하나의 층, 예컨대, 복수의 층이다. 내장층(4)이 광학 시스템(1)에 더 많이 존재한다면, 각각의 내장층(4)은 동일한 또는 상이한 물질을 포함할 수 있다.
도 8을 참조하면, 제1 미세구조화 표면(2)은 평면인, 내장층(4)에 내장된다. 제2 미세구조화 표면(3)은 동형화된, 보호층(5), 예컨대, 반사 방지층과 함께, 평면인, 내장층(4)에 내장된다. 보호층(5)은 물질, 예컨대, TiO2, SiO2, MgF2, ITO, CaF2로 형성될 수 있다.
하나의 양상에서, 광학 시스템(1)은 지지부(7)의 각각의 측면 상에 1개 초과의 미세구조화 표면(2, 3)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 시스템은 광원으로부터 광을 수광하는 지지부(7)의 측면 상에 제2 미세구조화 표면(3), 및 제1 미세구조화 표면(2)을 포함할 수 있고; 광을 투과하는 지지부(7)의 측면 상에 부가적인 제1 미세구조화 표면(2) 및 부가적인 제2 미세구조화 표면(3)을 포함할 수 있다. 광학 시스템(1)은 지지부(7)의 양측에 미세구조화 표면(2, 3)의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 부가적으로, 광학 시스템(1)은 지지부(7)의 양측에 내장층(4)(평면이고/이거나 동형화됨)의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
광학 시스템(1)은 기법, 예컨대, 몰딩, 에칭, 연마, 회색조 리소그래피 등을 사용하여 형성될 수 있다. 광학 시스템을 형성하도록 사용되는 기법은 부분적으로 FOV, 광학 물질, 예상된 광원의 유형 등에 의존할 수 있다.
도 9를 참조하면, 개시된 광학 시스템(1) 및 광원(8)을 포함하는 조명 시스템(10)이 더 개시된다. 광원(8)은 광원의 어레이(11)일 수 있고, 어레이 내 각각의 광원은 실질적으로 간섭적이지만, 어레이 내 임의의 2개의 광원은 서로에 대해 실질적으로 비간섭적이다. 예는 수직-공동 표면-발광 레이저(VCSEL) 어레이이다. 어레이 내 개별적인 광원의 배치는 상당히 융통성이 있고, 일반적으로 주기적이지만 또한 랜덤적이거나 또는 의사-랜덤적이다. 어레이 내 각각의 광원은 1/e2에서 약 10 내지 약 30도의 전체 폭일 수도 있는 빔 발산에 대해 간섭적일 수 있다.
또 다른 양상에서, 광원(8)은 단일의 광원, 예컨대, 레이저일 수 있다.
조명 시스템(10)은 고객-유형 디바이스 및 다른 작은 형태의 패키지 제품을 대표하는 바와 같이 소형일 수 있고 작은 용적에 포함되기에 적합할 수 있다. 조명 시스템(10)에 대한 적용은 특히 3차원(3D) 이미징, 깊이 감지, 몸짓 인식, 자동차, 셀룰러 통신 디바이스, 기계 시각, 및 LIDAR일 수 있다.
입사광을 광학 시스템(1)의 제1 미세구조화 표면(2)에 수광하는 단계; 및 광을 광학 시스템(1)의 제2 미세구조화 표면(3)으로부터 투과시키는 단계를 포함하는, 광을 확산시키는 방법이 또한 개시되고; 투과된 광은 단일의 미세구조화 표면만을 포함하는 광학 시스템과 비교하여 최소의 고주파수 아티팩트를 나타낸다. 특히, 방법은 입사광을 투과시키는 광원을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 광학 시스템(1)의 제1 미세구조화 표면(2)은 입사광을 수광할 수 있고 수광된 입사광을 광 패턴의 형태로 광학 시스템(1)의 제2 미세구조화 표면(3)을 향하여 투과시킬 수 있다. 제2 미세구조화 표면(3)은 투과된 광 패턴을 수광할 수 있고, 투과된 광 패턴을 균질화할 수 있고, 최소의 고주파수 아티팩트를 나타내는 균질화된 투과된 광 패턴을 투과시킬 수 있다.
이 방법이 도 1에 도시된 바와 같은 광학 시스템에 대하여 설명되었지만, 방법은 도면에 개시된 임의의 광학 시스템(1)에 의해 수행될 수 있고, 광원이 광학 시스템(1)의 양측에 배치될 수 있고 투과된 광 패턴이 단일의 미세구조화 표면만을 포함하는 광학 시스템과 비교하여 최소의 고주파수 아티팩트를 나타낼 것이다.
전술한 설명으로부터, 당업자는 본 교시내용이 다양한 형태로 구현될 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 따라서, 본 교시내용이 특정한 실시형태 및 실시예와 연관되어 설명될지라도, 본 교시내용의 참된 범위는 이렇게 제한되지 않아야 한다. 다양한 변화 및 변경은 본 명세서의 교시내용의 범위로부터 벗어나는 일 없이 이루어질 수 있다.
본 개시내용은 폭넓게 해석된다. 본 개시내용이 본 명세서에 개시된 디바이스, 행위 및 기계적 작업을 달성하기 위한 등가물, 수단, 시스템 및 방법을 개시하는 것이 의도된다. 개시된 각각의 구성, 디바이스, 물품, 방법, 수단, 기계적 구성요소 또는 메커니즘에 대해, 본 개시내용이 또한 이의 개시내용에 포함되고 그리고 본 명세서에 개시된 많은 양상, 메커니즘 및 디바이스를 실행하기 위한 등가물, 수단, 시스템 및 방법을 교시하는 것이 의도된다. 부가적으로, 본 개시내용은 구성 및 이의 많은 양상, 특징 및 구성요소에 관한 것이다. 이러한 구성은 이의 용도 및 작업에 있어서 동적일 수 있고, 본 개시내용은 제작의 구성 및/또는 광학 디바이스의 사용의 등가물, 수단, 시스템 및 방법을 포함하는 것으로 의도되고 그리고 이의 많은 양상은 본 명세서에 개시된 작업 및 기능의 설명 및 정신과 일치한다. 본 출원의 청구범위는 마찬가지로 폭넓게 해석된다. 본 명세서의 발명의 설명은 이의 많은 실시형태에서 단지 사실상 예시적이고 따라서, 본 발명의 요지로부터 벗어나지 않는 변경이 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 이러한 변경은 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나는 것으로서 간주되지 않는다.

Claims (20)

  1. 시스템으로서,
    복수의 광원으로서, 상기 광원 각각은 발산하는 광의 간섭적 빔을 제공하는 것인, 상기 복수의 광원; 및
    제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 구조체를 포함하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 광원은 2차원 어레이로 배열된 것인, 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 광원으로부터 발산하는 광의 간섭적 빔은 고주파수 아티팩트를 생성하는 또 다른 광원으로부터 발산하는 광의 간섭적 빔과 중첩하는 것인, 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 광원은 제1 확산된 광을 제공하는 것인, 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 표면은 상기 복수의 광원으로부터 고주파수 아티팩트를 갖는 확산된 광을 수용하는 것인, 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2 표면은 상기 확산된 광을 수용하는 것인, 시스템.
  7. 제4항에 있어서, 상기 제2 표면은 상기 제1 확산된 광보다 더 균일한 광을 출력하는 것인, 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 표면은 상기 복수의 광원을 직접적으로 향하는 것인, 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 표면은 확산된 광을 확산시키는 패턴을 갖는 것인, 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제2 표면은 상기 복수의 광원으로부터 떨어져 있는 것인, 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제2 표면은 수용된 확산된 광을 더 좁은 각을 갖는 균일한 광으로 확산시키는 패턴을 갖는 것인, 시스템.
  12. 제9항에 있어서, 상기 확산된 광은 직사각형 에너지 분포를 갖는 것인, 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 상기 균일한 광은 등방성 분포를 갖는 것인, 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 제1 표면은 복수의 미세구조를 포함하고, 상기 제2 표면은 상기 제1 표면의 상기 복수의 미세구조의 거울 이미지인 복수의 미세구조를 포함하는 것인, 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면은 각각 마이크로렌즈를 포함하는 것인, 시스템.
  16. 제1항에 있어서, 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면은 각각 회절 소자를 포함하는 것인, 시스템.
  17. 제1항에 있어서, 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면은 각각 가우시안 확산기를 포함하는 것인, 시스템.
  18. 제1항에 있어서,상기 복수의 광원은 수직 공동 표면 발광 레이저를 포함하는 것인, 시스템.
  19. 제1항에 있어서, 상기 복수의 광원은 2차원 어레이로 주기적으로 배열된 것인, 시스템.
  20. 제1항에 있어서, 상기 복수의 광원은 2차원 어레이로 랜덤화로 배열된 것인, 시스템.
KR1020237005897A 2017-12-14 2018-12-13 광학 시스템 KR20230030039A (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762599015P 2017-12-14 2017-12-14
US62/599,015 2017-12-14
KR1020207020276A KR102503362B1 (ko) 2017-12-14 2018-12-13 광학 시스템
PCT/US2018/065471 WO2019118736A1 (en) 2017-12-14 2018-12-13 Optical system

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207020276A Division KR102503362B1 (ko) 2017-12-14 2018-12-13 광학 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230030039A true KR20230030039A (ko) 2023-03-03

Family

ID=66815122

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237005897A KR20230030039A (ko) 2017-12-14 2018-12-13 광학 시스템
KR1020207020276A KR102503362B1 (ko) 2017-12-14 2018-12-13 광학 시스템

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207020276A KR102503362B1 (ko) 2017-12-14 2018-12-13 광학 시스템

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11099307B2 (ko)
EP (1) EP3724701A4 (ko)
JP (3) JP2021507279A (ko)
KR (2) KR20230030039A (ko)
CN (2) CN111699417B (ko)
TW (2) TWI721346B (ko)
WO (1) WO2019118736A1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11442282B2 (en) * 2018-10-26 2022-09-13 Viavi Solutions Inc. Optical element including a plurality of regions
US11327205B2 (en) 2019-07-29 2022-05-10 Viavi Solutions Inc. Encapsulated diffuser
US11822033B2 (en) 2019-12-16 2023-11-21 Halliburton Energy Services, Inc. Radiometric modeling for optical identification of sample materials
EP3855219A1 (en) * 2020-01-21 2021-07-28 Focuslight Technologies Inc. Diffuser device
US11396994B1 (en) 2021-02-16 2022-07-26 Ii-Vi Delaware, Inc. Laser light source having diffuser element and light diverging optic
CN115494567B (zh) * 2022-11-17 2023-03-21 江苏邑文微电子科技有限公司 一种微透镜阵列纳米光栅的复合结构及制备方法、应用

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5183597A (en) * 1989-02-10 1993-02-02 Minnesota Mining And Manufacturing Company Method of molding microstructure bearing composite plastic articles
US6091537A (en) * 1998-12-11 2000-07-18 Xerox Corporation Electro-actuated microlens assemblies
US6888871B1 (en) * 2000-07-12 2005-05-03 Princeton Optronics, Inc. VCSEL and VCSEL array having integrated microlenses for use in a semiconductor laser pumped solid state laser system
US6747806B2 (en) * 2001-04-19 2004-06-08 Creo Srl Method for controlling light beam using adaptive micro-lens
US7186004B2 (en) * 2002-12-31 2007-03-06 Karlton David Powell Homogenizing optical sheet, method of manufacture, and illumination system
US7738175B2 (en) * 2003-11-21 2010-06-15 Visual Physics, Llc Micro-optic security and image presentation system providing modulated appearance of an in-plane image
KR100629866B1 (ko) * 2003-12-23 2006-09-29 엘지전자 주식회사 제어된 비구면 계수를 갖는 마이크로렌즈 배열 시트의 제조 방법
EP2365378B1 (en) 2005-05-18 2017-12-13 Visual Physics, LLC Image presentation and micro-optic security system
US7324276B2 (en) * 2005-07-12 2008-01-29 Bright View Technologies, Inc. Front projection screens including reflecting and refractive layers of differing spatial frequencies
US7545569B2 (en) * 2006-01-13 2009-06-09 Avery Dennison Corporation Optical apparatus with flipped compound prism structures
KR20070109805A (ko) * 2006-05-09 2007-11-15 옥은호 영상 스크린과 그 제조방법
US8019215B2 (en) * 2007-08-06 2011-09-13 Adobe Systems Incorporated Method and apparatus for radiance capture by multiplexing in the frequency domain
DE102007056402A1 (de) * 2007-11-23 2009-05-28 Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optisches Bauelement und Beleuchtungsvorrichtung
JP4321659B1 (ja) * 2008-09-25 2009-08-26 凸版印刷株式会社 光デバイス、光均一デバイス、光学シート、バックライトユニットおよびディスプレイ装置
JP5498027B2 (ja) * 2009-01-30 2014-05-21 株式会社ジロオコーポレートプラン 液晶表示装置用光学シート及びこれを用いたバックライトユニット
US10244181B2 (en) * 2009-02-17 2019-03-26 Trilumina Corp. Compact multi-zone infrared laser illuminator
JP2011033643A (ja) * 2009-07-29 2011-02-17 Toppan Printing Co Ltd 光路変更シート、バックライトユニット及びディスプレイ装置
JP5894529B2 (ja) * 2009-08-20 2016-03-30 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． 設定変更可能な輝度分布を備えるレーザー装置
US9122097B2 (en) * 2010-04-27 2015-09-01 Sharp Kabushiki Kaisha Backlight system and LCD device using the same
US8908277B2 (en) * 2011-08-09 2014-12-09 Apple Inc Lens array projector
CN103139470A (zh) * 2011-11-30 2013-06-05 索尼公司 数字成像系统
CA2857335A1 (en) * 2011-12-15 2013-06-20 3M Innovative Properties Company A personalized security article and methods of authenticating a security article and verifying a bearer of a security article
KR20150002820A (ko) * 2012-04-20 2015-01-07 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 사실상 비-이미징의 매립된 확산기를 갖는 휘도 향상 필름
US9462253B2 (en) * 2013-09-23 2016-10-04 Microsoft Technology Licensing, Llc Optical modules that reduce speckle contrast and diffraction artifacts
JP6643226B2 (ja) * 2013-10-02 2020-02-12 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 第１の微細構造層及びコーティングを含む微細構造化拡散体、光学積層体、並びに方法
TWI483011B (zh) * 2014-03-21 2015-05-01 Univ Nat Taiwan Normal 雙面具有微結構之光學膜
US10353214B2 (en) * 2014-06-13 2019-07-16 3M Innovative Properties Company Optical stacks for sparkle reduction
EP3286495A1 (en) * 2015-04-24 2018-02-28 3M Innovative Properties Company Optical film
JP2020512438A (ja) * 2016-11-18 2020-04-23 カディス アドヒーシブズ， インコーポレイテッド 調整可能な接着剤組成物および方法
EP3451470A1 (en) * 2017-08-30 2019-03-06 Koninklijke Philips N.V. Laser arrangement comprising a vcsel array

Also Published As

Publication number Publication date
EP3724701A1 (en) 2020-10-21
TWI721346B (zh) 2021-03-11
KR20200097779A (ko) 2020-08-19
CN111699417A (zh) 2020-09-22
EP3724701A4 (en) 2021-09-08
JP2022165961A (ja) 2022-11-01
US20190187341A1 (en) 2019-06-20
KR102503362B1 (ko) 2023-02-24
TW201937237A (zh) 2019-09-16
WO2019118736A1 (en) 2019-06-20
TW202131054A (zh) 2021-08-16
CN114706150A (zh) 2022-07-05
JP2024063021A (ja) 2024-05-10
JP2021507279A (ja) 2021-02-22
CN111699417B (zh) 2022-04-29
US11099307B2 (en) 2021-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102503362B1 (ko) 광학 시스템
KR102544297B1 (ko) 패턴 조명을 생성하기 위한 장치
US9273846B1 (en) Apparatus for producing patterned illumination including at least one array of light sources and at least one array of microlenses
EP3239652B1 (en) Three dimensional camera and projector for same
US11009631B2 (en) Microlens array diffusers
KR20170129926A (ko) 복합 확산판
KR102439748B1 (ko) 광학 소자 및 광학 시스템
US20190243155A1 (en) Meta illuminator
US20220252893A1 (en) Light projection apparatus
EP3492960B1 (en) Arched collimating lens forming a disk-like illumination
JP5361903B2 (ja) オプトエレクトロニクス装置および画像記録装置
KR20190095855A (ko) 메타 조명장치
JP7030757B2 (ja) 複数の領域を含む光学素子、該光学素子を備えた光学系、及び該光学系を使用する方法
WO2023026987A1 (ja) 光学系装置
JP2024026011A (ja) 光学系装置および光学素子製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal