KR20240013543A - Lighting apparatus for machine vision - Google Patents

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KR20240013543A
KR20240013543A KR1020220091221A KR20220091221A KR20240013543A KR 20240013543 A KR20240013543 A KR 20240013543A KR 1020220091221 A KR1020220091221 A KR 1020220091221A KR 20220091221 A KR20220091221 A KR 20220091221A KR 20240013543 A KR20240013543 A KR 20240013543A
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송석호
류영화
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 도광판에서반사된 빛을 제어된 격자주기 및 격자방향을 갖는 회절격자 배열을 통과시켜 다양한 방사패턴으로 빔을 출사시키는 머신비전용 조명 장치에 관한 것으로, 광원; 상기 광원으로부터 조사되는 빛을 전반사시키는 도광부; 상기 광원으로부터 조사되는 빛을 상기 도광판으로 유도하는 커플러; 및 상기 도광부의 일측에 형성되고, 서로 같거나 다른 격자상수를 가진 미소 영역에 형성된 회절격자가 배열되며, 상기 도광판에서 전반사된 빛을 추출하는 광추출부;를 포함하고, 상기 회절격자의 격자주기 또는 격자방향에 따라 상기 광추출부를 통해 출사되는 빛의 방사패턴이 조절되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a lighting device for machine vision that emits a beam in various radiation patterns by passing light reflected from a light guide plate through a diffraction grating array with a controlled grating period and grating direction, comprising: a light source; a light guide that totally reflects light emitted from the light source; a coupler that guides light emitted from the light source to the light guide plate; and a light extraction unit formed on one side of the light guide unit, in which diffraction gratings formed in minute regions having the same or different lattice constants are arranged, and extract light totally reflected from the light guide plate; a grating period of the diffraction grating; Alternatively, the radiation pattern of light emitted through the light extraction unit may be adjusted depending on the grid direction.

Figure P1020220091221
Figure P1020220091221

Description

머신비전용 조명 장치{LIGHTING APPARATUS FOR MACHINE VISION}Lighting device for machine vision{LIGHTING APPARATUS FOR MACHINE VISION}

본 발명은 머신비전용 조명 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도광판에 국소적인 회절격자 배열(Local Grating Array)을 구현하여 임의의 디자인된 방사패턴으로 빔을 출사하는 머신비전용 조명장치에 관한 것이다.The present invention relates to a lighting device for machine vision, and more specifically, to a lighting device for machine vision that emits a beam in an arbitrarily designed radiation pattern by implementing a local grating array on a light guide plate. .

머신비전은 생산 라인 상에 장착된 카메라, 광학계, 조명 장치 등의 하드웨어를 통해 제품의 이미지를 획득하고, 획득한 이미지를 분석하고 검사하기 위하여 소프트웨어를 통해 이미지 프로세싱을 수행하여 생산되는 제품의 품질을 관리하기 위한 기술을 말하며 다양한 제조 산업의 최종 제품을 검사하기 위하여 사용된다. Machine vision acquires images of products through hardware such as cameras, optical systems, and lighting devices installed on the production line, and performs image processing through software to analyze and inspect the acquired images to improve the quality of the products produced. It refers to a management technology and is used to inspect final products in various manufacturing industries.

머신비전의 구성 중 피검사체로 광을 조사하는 조명장치의 경우 그 조사효율에 따라 피검사체에 대한 검사 정확도가 달라질 수 있으므로, 피검사체에 대한 효율적인 조명이 가능하도록 동축 조명, 경사 조명, 다크필드(dark-field) 조명, 돔형 조명 등 다양한 형태의 조명장치들이 개발되어 왔다.Among the components of machine vision, in the case of lighting devices that irradiate light to the inspection object, the inspection accuracy of the inspection object may vary depending on the irradiation efficiency, so coaxial lighting, oblique lighting, and dark field ( Various types of lighting devices, such as dark-field lighting and dome lighting, have been developed.

그 중, 도 1에 도시된 바와 같이, 돔형 조명은 마치 흐린 날의 야외에서처럼 물체(피검사체)에 여러 방향의 빛이 한꺼번에 조사되어 물체의 그림자가 생기지 않는 효과를 가지고 있다. 더불어 거칠게 가공된 금속 면과 같이 난반사가 심한 표면에서 난반사들을 평균화하여 Contrast를 증가시키는 효과도 가지고 있다.Among them, as shown in FIG. 1, dome-shaped lighting has the effect of preventing shadows from forming on an object (subject of inspection) by radiating light from multiple directions at once to the object (subject to be inspected), as if outdoors on a cloudy day. In addition, it has the effect of increasing contrast by averaging diffuse reflections on surfaces with high diffuse reflections, such as rough processed metal surfaces.

한편, 기존의 돔형 조명은 큰 부피로 인해 협소한 생산 라인에는 배치하지 못하는 문제가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 도광판에 랜덤한 산란 구조 등을 배치하여 기존의 돔형 조명과 같은 방사 패턴을 가지면서도 부피가 현격히 작은 플랫 돔 조명이 개발되었다.Meanwhile, the existing dome-type lighting had the problem of being unable to be placed in narrow production lines due to its large volume. To solve this problem, as shown in FIG. 2, a flat dome light was developed that has the same radiation pattern as the existing dome type light but has a significantly smaller volume by arranging a random scattering structure on the light guide plate.

그러나, 도광판 상의 랜덤한 산란 구조는 산란체의 형태에 따라 방사 패턴의 각도 특성을 변화시키고, 개별 산란체의 면적과 단위 면적당 산란체의 밀도 분포를 조정하여 방사 패턴의 출력 분포를 조정할 수 있으나, 기본적으로 랜덤한 산란 특성으로 인해 방사 패턴의 정밀한 제어 및 고효율 구현에 한계를 가지고 있다.However, the random scattering structure on the light guide plate changes the angular characteristics of the radiation pattern depending on the shape of the scatterer, and the output distribution of the radiation pattern can be adjusted by adjusting the area of the individual scatterer and the density distribution of the scatterer per unit area. Basically, due to random scattering characteristics, there are limitations in precise control of the radiation pattern and high efficiency.

한국등록특허 제10-1931166호Korean Patent No. 10-1931166

본 발명의 과제는 플랫 돔 조명과 같이 작은 부피를 가지면서도 정밀하게 방사 패턴을 제어하며, 동시에 고 에너지 효율을 가지는 머신비전용 조명 장치를 제공하고자 한다.The object of the present invention is to provide a lighting device for machine vision that has a small volume, such as a flat dome lighting, while controlling the radiation pattern precisely and at the same time has high energy efficiency.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 머신비전용 조명 장치는, 광원; 상기 광원으로부터 조사되는 빛을 전반사시키는 도광부; 상기 광원으로부터 조사되는 빛을 상기 도광판으로 유도하는 커플러; 및 상기 도광부의 일측에 형성되고, 서로 같거나 다른 격자상수를 가진 미소 영역에 형성된 복수의 회절격자가 배열되며, 상기 도광판에서 전반사된 빛을 추출하는 광추출부;를 포함하고, 상기 회절격자의 격자주기 또는 격자방향에 따라 상기 광추출부를 통해 출사되는 빛의 방사패턴이 조절되는 것을 특징으로 한다.A lighting device for machine vision according to the present invention to achieve the above problem includes a light source; a light guide that totally reflects light emitted from the light source; a coupler that guides light emitted from the light source to the light guide plate; and a light extraction unit formed on one side of the light guide unit, arranged with a plurality of diffraction gratings formed in micro regions having the same or different lattice constants, and extracting light totally reflected from the light guide plate; The radiation pattern of light emitted through the light extraction unit is adjusted according to the grid period or grid direction.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 광원은 점광원 또는 선광원인 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, the light source is a point light source or a line light source.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 광원은 단파장 또는 다파장 광원인 것을 특징으로 한다.Additionally, in one embodiment of the present invention, the light source is characterized as being a short-wavelength or multi-wavelength light source.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 커플러는 버트(Butt)커플러, 프리즘 또는 경사면을 가진 커플러 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.Additionally, in one embodiment of the present invention, the coupler is characterized as being at least one of a butt coupler, a prism, or a coupler with an inclined surface.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 프리즘 또는 경사면을 가진 커플러는 빛의 반사형 또는 투과형인 것을 특징으로 한다.In addition, in one embodiment of the present invention, the coupler having the prism or inclined surface is characterized in that it is a reflection or transmission type of light.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 광원으로부터 커플러에 입사되는 빛을 평행하게 지향시키는 콜리메이터(collimator)가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.In addition, in one embodiment of the present invention, a collimator that directs light incident on the coupler from the light source in parallel is further included.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 경사면은 곡면 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.Additionally, in one embodiment of the present invention, the inclined surface is characterized in that it has a curved shape.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 커플러로부터 반사된 빛을 평행하게 지향시키는 콜리메이터(collimator)가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.In addition, in one embodiment of the present invention, a collimator that directs the light reflected from the coupler in parallel is further included.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 도광부 및 광추출부는 판 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.Additionally, in one embodiment of the present invention, the light guide part and the light extraction part are characterized in that they are formed in a plate shape.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 도광부 및 광추출부는 곡면 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.Additionally, in one embodiment of the present invention, the light guide part and the light extraction part are characterized in that they are formed in a curved shape.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 도광부에서 광추출부를 통해 출사되는 광의 출사각은 아래의 수학식과 같은 관계에서 도출되는 것을 특징으로 한다.Additionally, in one embodiment of the present invention, the exit angle of light emitted from the light guide through the light extraction unit is characterized in that it is derived from the relationship shown in the equation below.

<수학식> <Equation>

여기서, n1 은 도광부(30)의 굴절률, n2은 광추출부(40)의 굴절률, nair는 외부 공기의 굴절률, θinc는 빛이 광추출부(40)입사되는 입사각, θ2는 빛의 광추출부(40)에서의 각도, θext는 광추출부(40)로부터 출사되는 출사각, m은 회절차수, λ는 빛의 파장이며, Λ는 격자주기를 의미함.Here, n 1 is the refractive index of the light guide unit 30, n 2 is the refractive index of the light extraction unit 40, n air is the refractive index of external air, θ inc is the angle of incidence at which light enters the light extraction unit 40, θ 2 is the angle of the light at the light extraction unit 40, θ ext is the emission angle from the light extraction unit 40, m is the diffraction order, λ is the wavelength of light, and Λ means the grating period.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 복수의 회절격자를 통과한 빛의 각 경사각과 방위각이 서로 같거나 다르도록 각 회절격자의 격자주기 및 격자방향이 조절되는 것을 특징으로 한다.In addition, in one embodiment of the present invention, the grating period and grating direction of each diffraction grating are adjusted so that the tilt angle and azimuth angle of the light passing through the plurality of diffraction gratings are the same or different from each other.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 복수의 회절격자의 각 격자주기 및 격자방향은 상기 광추출부를 통과한 빛이 하나의 피검사체를 향하여 모이도록 조절되는 것을 특징으로 한다.In addition, in one embodiment of the present invention, each grating period and grating direction of the plurality of diffraction gratings are adjusted so that the light passing through the light extraction unit is concentrated toward one object to be inspected.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 복수의 회절격자의 각 격자주기 및 격자방향은 상기 광추출부를 통과한 빛이 각각 2개 이상의 피검사체를 향하여 모이도록 조절되는 것을 특징으로 한다.In addition, in one embodiment of the present invention, each grating period and grating direction of the plurality of diffraction gratings are adjusted so that the light passing through the light extraction unit is concentrated toward two or more objects to be inspected.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 복수의 회절격자를 통과한 빛은, 복수의 원뿔 형상으로 모이도록 상기 복수의 회절격자의 각 격자주기 및 격자방향이 조절되는 것을 특징으로 한다.In addition, in one embodiment of the present invention, each grating period and grating direction of the plurality of diffraction gratings are adjusted so that the light passing through the plurality of diffraction gratings is gathered into a plurality of cones.

본 발명에 따르면, 작은 부피를 가지고, 회절격자의 제어에 따라 다양한 방사패턴 구현이 가능하며, 고 에너지 효율을 가진 머신비전용 조명 장치가 제조될 수 있다.According to the present invention, a lighting device for machine vision can be manufactured that has a small volume, can implement various radiation patterns according to control of the diffraction grating, and has high energy efficiency.

도 1은 종래 머신비전용 돔형 조명 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 머신비전용 플랫 돔 조명 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 머신비전용 조명 장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 버트 커플러를 도시한 도면이다.
도 5는 전반사 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도광부 내에서 빛의 전반사 현상을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원에서 조사된 빛이 커플러 및 도광부를 이동하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 8a는 도 3의 X부분을 확대한 도면이다.
도 8b는 도 8a의 저면에 나타난 회절격자를 도시한 도면이다.
도 9는 도광부 내에서 회절격자를 통과한 빛의 회절 현상을 나타낸 도면이다.
도 10은 회절격자를 통과한 빛의 경사각과 방위각을 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에서 회절격자의 격자주기 조정을 통한 빔의 방사방향을 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에서 회절격자의 두께에 따른 목표하는 출사각에서의 회절효율을 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 머신비전용 조명 장치의 방사패턴을 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 머신비전용 조명 장치에서 도광부가 광추출부가 곡면으로 형성된 상태를 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 머신비전용 조명 장치에서 서로 다른 파장을 갖는 빛이 도광부에서 출사하여 피검사체에 조사된 상태를 나타낸 도면이다.
Figure 1 is a diagram showing a conventional dome-type lighting device for machine vision.
Figure 2 is a diagram showing a conventional flat dome lighting device for machine vision.
Figure 3 is a diagram showing a lighting device for machine vision according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram showing a butt coupler according to another embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram for explaining the principle of total reflection.
Figure 6 is a diagram showing the total reflection phenomenon of light within the light guide.
Figure 7 is a diagram showing a state in which light emitted from a light source moves through a coupler and a light guide according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8A is an enlarged view of portion X of FIG. 3.
FIG. 8B is a diagram showing the diffraction grating shown on the bottom of FIG. 8A.
Figure 9 is a diagram showing the diffraction phenomenon of light passing through a diffraction grating within the light guide.
Figure 10 is a diagram explaining the inclination angle and azimuth angle of light passing through a diffraction grating.
Figure 11 is a graph showing the radial direction of the beam through adjustment of the grating period of the diffraction grating in one embodiment of the present invention.
Figure 12 is a graph showing the diffraction efficiency at the target emission angle according to the thickness of the diffraction grating in one embodiment of the present invention.
Figure 13 is a diagram showing the radiation pattern of a lighting device for machine vision according to another embodiment of the present invention.
Figure 14 is a diagram showing a state in which the light guide part and the light extraction part are formed as curved surfaces in a lighting device for machine vision according to another embodiment of the present invention.
Figure 15 is a diagram showing a state in which light with different wavelengths is emitted from the light guide and irradiated to an object to be inspected in a lighting device for machine vision according to another embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 머신비전용 조명 장치에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, a lighting device for machine vision according to a preferred embodiment will be described in detail as follows. Here, the same symbols are used for the same components, and repetitive descriptions and detailed descriptions of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the gist of the invention are omitted. Embodiments of the invention are provided to more completely explain the invention to those skilled in the art. Accordingly, the shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clearer explanation.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 머신비전용 조명 장치를 나타낸 도면이다.Figure 3 is a diagram showing a lighting device for machine vision according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 머신비전용 조명 장치는 광원(10), 커플러(20), 도광부(30) 및 광추출부(40)를 포함한다.As shown in FIG. 3, a lighting device for machine vision according to an embodiment of the present invention includes a light source 10, a coupler 20, a light guide unit 30, and a light extraction unit 40.

광원(10)은 피검사체(O)에 빛을 조사하는 소스로, 본 발명에 따른 머신비전용 조명 장치에서 광원(10)의 설치 위치나 그 개수에는 제한이 없다. 광원(10)은 실시예에 따라 점광원이거나 선광원일 수 있다. 이때, 광원(10)이 점광원인 경우 커플러(20)에서 방위각도를 조정함으로써 면발광을 유도할 수 있다. 또한, 광원(10)은 실시예에 따라 단파장 또는 다파장 광원일 수 있다. 또한, 다른 실시예에서 광원(10)은 점광원, 선광원, 단파장 및 다파장 광원 중에서 선택되어 다양한 조합으로 구성되는 것도 가능하다.The light source 10 is a source that radiates light to the object O, and there is no limit to the installation location or number of the light source 10 in the machine vision lighting device according to the present invention. The light source 10 may be a point light source or a line light source depending on the embodiment. At this time, if the light source 10 is a point light source, surface light emission can be induced by adjusting the azimuth angle in the coupler 20. Additionally, the light source 10 may be a short-wavelength or multi-wavelength light source depending on the embodiment. Additionally, in another embodiment, the light source 10 may be selected from point light sources, line light sources, short-wavelength light sources, and multi-wavelength light sources and configured in various combinations.

커플러(20)는 광원으로부터 조사되는 빛이 도광부(30)로 이동하도록 유도하는 것(커플링이라 함)으로, 도광부(30)의 일측에 결합된다. 본 발명의 일 실시예에서 커플러(20)는 경사면을 갖는 커플러가 사용되었다. 이때, 경사면을 가진 커플러(20)는 빛의 투과형 또는 반사형일 수 있다. 예를 들어, 경사면을 가진 커플러(20)로 프리즘이 사용된 경우 투과형 커플러라 할 수 있고, 거울이 사용된 경우 반사형 커플러라 할 수 있다. 각 커플러의 구성에 따라 빛을 도광부(30)로 유도하기 위해 광원(10)의 위치가 달라질 수 있다.The coupler 20 guides the light emitted from the light source to move to the light guide part 30 (referred to as a coupling) and is coupled to one side of the light guide part 30. In one embodiment of the present invention, the coupler 20 is a coupler having an inclined surface. At this time, the coupler 20 having an inclined surface may be a light transmissive or reflective type. For example, if a prism is used as the coupler 20 with an inclined surface, it may be referred to as a transmissive coupler, and if a mirror is used, it may be referred to as a reflective coupler. Depending on the configuration of each coupler, the position of the light source 10 may vary in order to guide light to the light guide 30.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에서 커플러(20)는 버트(butt) 커플러일 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 4, in another embodiment of the present invention, the coupler 20 may be a butt coupler.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 광원(10)에서 조사된 빛을 커플러(20)로 평행하게 입사시키는 콜리메이터(50)(collimator)가 더 포함될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 콜리메이터(50)는 렌즈 형태로서 광원(10)과 커플러(20) 사이에 위치한다. 본 발명에서 콜리메이터(50)가 반드시 사용되어야 하는 것은 아니나, 빛의 제어 또는 효율을 위해 사용하는 것이 바람직하다.Meanwhile, according to one embodiment of the present invention, a collimator 50 may be further included to incident light emitted from the light source 10 into the coupler 20 in parallel. In one embodiment of the present invention, the collimator 50 is in the form of a lens and is located between the light source 10 and the coupler 20. Although the collimator 50 is not necessarily used in the present invention, it is preferably used for light control or efficiency.

한편, 다른 실시예에 따르면, 반사형의 경사면을 가진 커플러(20)가 곡면으로 형성되면 커플러의 기능뿐만 아니라 콜리메이터의 기능도 수행할 수 있다.Meanwhile, according to another embodiment, when the coupler 20 having a reflective inclined surface is formed as a curved surface, it can perform not only the function of a coupler but also the function of a collimator.

도 5는 전반사 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 도광부 내에서 빛의 전반사 현상을 나타낸 도면이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원에서 조사된 빛이 커플러 및 도광부를 이동하는 상태를 나타낸 도면이다.Figure 5 is a diagram for explaining the principle of total reflection, Figure 6 is a diagram showing the total reflection phenomenon of light within the light guide, and Figure 7 is a diagram showing the light emitted from a light source according to an embodiment of the present invention moving the coupler and the light guide. This is a drawing showing the state.

커플러(20)에 의해 광원(10)에서 조사된 빛은 도광부(30)로 입사된다. 이때, 도광부(30)로 입사되는 각도에 따라 전반사 현상이 발생한다.Light irradiated from the light source 10 by the coupler 20 is incident on the light guide part 30. At this time, a total reflection phenomenon occurs depending on the angle at which light is incident on the light guide unit 30.

도 5를 참조하면, 전반사 현상은 굴절률(n1)이 높은 매질에서 굴절률(n2)이 낮은 매질로 전파할 때 특정한 임계각(θc) 이상의 입사 조건이 되면, 빛은 굴절률이 낮은 매질을 통과하지 않고 모두 반사하는 전반사 현상이 일어난다. 여기서, 임계각(θc)은 아래 <수학식 1>과 같이 구할 수 있다.Referring to FIG. 5, the total reflection phenomenon occurs when propagating from a medium with a high refractive index (n1) to a medium with a low refractive index (n2), and when incident conditions exceed a certain critical angle (θc), the light does not pass through the medium with a low refractive index and all A phenomenon of total reflection occurs. Here, the critical angle (θc) can be obtained as shown in Equation 1 below.

<수학식 1><Equation 1>

도 6을 참조하면, 이러한 임계각(θc) 조건을 만족한다면, 굴절률이 높은 도광판(30)으로 입사된 빛은 굴절률이 낮은 공기로 투과되지 못하고 도광판(30) 내에서 전반사하게 된다.Referring to FIG. 6, if this critical angle (θc) condition is satisfied, the light incident on the light guide plate 30 with a high refractive index is not transmitted through the air with a low refractive index and is totally reflected within the light guide plate 30.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 도광부(30)는 아크릴 재질로 구성되고, 상부 및 하부 벽면은 판 형상으로 형성되며, 내부 공간을 갖도록 사면이 둘러싸고 있다. 도광부(30)의 굴절률(nacryl)은 1.49이며, 도광부(30) 외부의 공기 굴절률은 대략 1이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광원(10)에서 조사된 빛은 커플러(20)의 경사면에서 반사되는데, 도광부(30)에 입사된 빛이 임계각(θc)이상이 되도록 커플러(20)의 경사면 각도(θslope)가 조절되면 상술한 전반사 원리에 따라 빛은 도광판(30) 내에서 전반사하게 되고, 도광판(30) 외부로 빠져나가지 못한다.Referring to FIG. 7, the light guide portion 30 according to an embodiment of the present invention is made of acrylic material, the upper and lower walls are formed in a plate shape, and the light guide part 30 is surrounded by four sides to have an internal space. The refractive index (n acryl ) of the light guide part 30 is 1.49, and the refractive index of air outside the light guide part 30 is approximately 1. Light irradiated from the light source 10 according to an embodiment of the present invention is reflected from the inclined surface of the coupler 20, and the inclined surface of the coupler 20 is adjusted so that the light incident on the light guide part 30 is greater than the critical angle θc. When the angle (θ slope) is adjusted, light is totally reflected within the light guide plate 30 according to the above-described principle of total reflection, and does not escape out of the light guide plate 30.

도 8a는 도 3의 X부분을 확대한 도면이고, 도 8b는 도 8a의 저면에 나타난 회절격자를 도시한 도면이고, 도 9는 도광부 내부에서 회절격자를 통과한 빛의 회절 현상을 나타낸 도면이며, 도 10은 회절격자를 통과한 빛의 경사각과 방위각을 설명하는 도면이다.FIG. 8A is an enlarged view of part , and FIG. 10 is a diagram explaining the inclination angle and azimuth angle of light passing through the diffraction grating.

광추출부(40)는 도광부(30)의 일측에 형성된다. 본 발명의 일 실시예에서는 도광부(30)의 상부와 마주보도록 그 하부에 광추출부(40)가 형성된다. 광추출부(40)의 회절격자가 형성된 부분을 필름 형태로 제작된 후 도광부(30)에 부착되거나, 도광부(30)에 직접 나노임프린트 공정이 수행되어 제작될 수 있다.The light extraction unit 40 is formed on one side of the light guide unit 30. In one embodiment of the present invention, the light extraction part 40 is formed at the lower part of the light guide part 30 to face the upper part. The portion of the light extraction unit 40 where the diffraction grating is formed may be manufactured in the form of a film and then attached to the light guide unit 30, or may be manufactured by performing a nanoimprint process directly on the light guide unit 30.

도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 광추출부(40)는 미소 영역 마다 격자 상수가 같거나 다르도록 형성된 복수의 회절격자(42)를 가지며, 각 회절격자(42)는 일정한 방향으로 배열된다. 여기서, 격자 상수는 주기적인 패턴의 격자 주기(Λ)와 격자 방향을 함께 표현하는 벡터량을 의미한다. 도 8b에는 서로 같거나 다른 격자 상수를 갖는 9개의 회절격자의 예시가 도시되어 있다. 회절격자에 대한 구체적인 내용은 후술하기로 한다.As shown in FIGS. 8A and 8B, the light extraction unit 40 has a plurality of diffraction gratings 42 formed to have the same or different lattice constants for each microscopic region, and each diffraction grating 42 is arranged in a certain direction. do. Here, the lattice constant refers to a vector quantity that expresses both the lattice period (Λ) of the periodic pattern and the lattice direction. Figure 8b shows examples of nine diffraction gratings having the same or different lattice constants. Specific details about the diffraction grating will be described later.

도 9에는 빛이 도광부(30)에서 광추출부(40)를 거쳐 출사될 때 회절되는 관계를 나타낸 도면으로, 이러한 관계는 아래 <수학식 2>와 같이 표현될 수 있다. 아래 <수학식 2>는 회절격자(42)의 동작 원리를 설명한다.Figure 9 is a diagram showing the relationship in which light is diffracted when it is emitted from the light guide unit 30 through the light extraction unit 40, and this relationship can be expressed as <Equation 2> below. <Equation 2> below explains the operating principle of the diffraction grating 42.

<수학식 2><Equation 2>

여기서, nacryl은 도광부(30)의 굴절률, nresin은 광추출부(40)의 굴절률, nair는 외부 공기의 굴절률, θinc는 빛이 광추출부(40)입사되는 입사각, θ2는 빛의 광추출부(40)에서의 각도, θext는 광추출부(40)로부터 출사되는 출사각, m은 회절차수, λ는 빛의 파장이며, Λ는 격자주기를 의미한다.Here, n acryl is the refractive index of the light guide unit 30, n resin is the refractive index of the light extraction unit 40, n air is the refractive index of external air, θ inc is the angle of incidence at which light enters the light extraction unit 40, and θ2 is The angle of light at the light extraction unit 40, θ ext , is the emission angle emitted from the light extraction unit 40, m is the diffraction order, λ is the wavelength of light, and Λ means the grating period.

도 9를 참조하면, 회절격자 부분의 레진의 굴절률은 1.5로서, 도광부(30)의 굴절률인 1.49보다 크다. 도광부(30)와 같이 높은 굴절률의 매질 내에서 전반사하는 파장 λ의 빛이 입사각 θinc을 가지고 격자주기 Λ인 회절격자 부분을 만나면, 회절격자(42)를 통과한 후에는 상기 <수학식 2>에 따라 θext의 각도로 회절된 후 공기 중으로 출사된다.Referring to FIG. 9, the refractive index of the resin of the diffraction grating portion is 1.5, which is greater than the refractive index of the light guide portion 30, which is 1.49. When light of wavelength λ, which is totally reflected in a medium with a high refractive index, such as the light guide part 30, encounters a part of the diffraction grating having an incident angle θ inc and a grating period Λ, after passing through the diffraction grating 42, the <Equation 2 > It is diffracted at an angle of θ ext and then emitted into the air.

상술한 <수학식 2>에서 보는 바와 같이, 동일한 파장을 갖고, 동일한 입사각으로 입사되는 빛의 출사각 θext을 변경하고 싶으면 격자주기 Λ를 조정하면 된다.As seen in the above-mentioned <Equation 2>, if you want to change the emission angle θ ext of light that has the same wavelength and is incident at the same incident angle, you can adjust the grating period Λ.

이하, 도 8b 내지 도 10을 참조하여, 빛(L)이 회절격자(42)를 통과할 때의 경사각(θ)과 방위각(δ)에 대해 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 8B to 10, the inclination angle (θ) and azimuth angle (δ) when light L passes through the diffraction grating 42 will be described.

도 10의 (a)는 출사되는 빛(L)의 경사각(θ)을 설명하는 도면이고, 도 10의 (b)는 출사되는 빛(L)의 방위각(δ)을 설명하는 도면이다. 출사되는 빛의 경사각(θ)은 광추출부(40)의 측면(y-z 평면) 상에서 제1 기준선과 출사광 사이의 각도를 의미하고, 출사되는 빛의 방위각(δ)은 광추출부(40)의 하면 또는 상면(x-z 평면) 상에서 제2 기준선과 출사광 사이의 각도를 의미한다.FIG. 10(a) is a diagram explaining the inclination angle θ of the emitted light L, and FIG. 10(b) is a diagram explaining the azimuth angle δ of the emitted light L. The inclination angle (θ) of the emitted light means the angle between the first reference line and the emitted light on the side (y-z plane) of the light extraction unit 40, and the azimuth angle (δ) of the emitted light is the light extraction unit 40. It means the angle between the second reference line and the emitted light on the lower or upper surface (x-z plane).

도 8b를 참조하면, 출사광(L)의 경사각(θ)은 상술한 바와 같이, 격자주기 Λ를 변경하면 그 크기를 변화시킬 수 있다.Referring to FIG. 8B, the size of the inclination angle θ of the emitted light L can be changed by changing the grating period Λ, as described above.

방위각(δ)은 격자방향을 의미한다. 도 8b의 회절격자 A는 z축 라인을 기준으로 대략 45˚ 의 격자방향을 갖고, 회절격자 B는 대략 90˚의 격자방향을 갖고, 회절격자 C는 대략 135˚의 격자방향을 갖는다. 물론 이러한 각도는 설정된 기준방향에 따라 방위각이 다르게 표시될 수도 있다.Azimuth (δ) refers to the grid direction. Diffraction grating A in FIG. 8B has a grating direction of approximately 45° relative to the z-axis line, diffraction grating B has a grating direction of approximately 90°, and diffraction grating C has a grating direction of approximately 135°. Of course, these angles may be displayed differently in azimuth depending on the set reference direction.

즉, 본원발명에 동일한 방위각(δ)을 갖지만 경사각(θ)이 다른 회절격자(42)를 형성하는 것이 가능하고, 반대로 동일한 경사각(θ)을 갖지만 방위각(δ)이 다른 회절격자(42)를 형성하는 것이 가능하다.That is, in the present invention, it is possible to form a diffraction grating 42 having the same azimuth angle (δ) but different tilt angles (θ), and conversely, a diffraction grating 42 having the same tilt angle (θ) but different azimuth angles (δ) can be formed. It is possible to form

한편, 회절격자에서, 회절격자의 돌출부위와 홈부위 간 비율인 채우기 비율(fill factor)은 광량 또는 추출효율과 의존관계에 있다. 따라서, 회절격자의 채우기 비율을 변화시키면 이에 따라 광량 또는 추출효율이 변화하게 된다. 예를 들어, 채우기 비율과 추출효율은 단조 증감 관계일 수 있다. 도 8b의 회절격자 C와 D는 서로 동일한 방위각(δ) 및 경사각(θ)을 가지나, 출사광의 양이 다르다.Meanwhile, in a diffraction grating, the fill factor, which is the ratio between the protruding portion and the grooved portion of the diffraction grating, is dependent on the amount of light or extraction efficiency. Therefore, when the filling ratio of the diffraction grating is changed, the amount of light or extraction efficiency changes accordingly. For example, fill ratio and extraction efficiency may have a monotonically increasing or decreasing relationship. Diffraction gratings C and D in FIG. 8B have the same azimuth angle (δ) and tilt angle (θ), but the amount of emitted light is different.

한편, 본 발명에서 회절격자를 제조하기 위한 방법의 일 실시예로서, 미리 포토 레지스트가 도포된 샘플 위의 국소적인 위치에 경사입사되는 두 빔을 모이게 하여 간섭시키면, 간섭 무늬에 따라 포토 레지스트가 노광되어 국소적인 회절 격자 패턴이 형성될 수 있고, 이때, 두 빔의 경사각 또는 경사방향(방위각)을 변경하여 다른 형태의 회절 격자 패턴이 형성될 수 있다. 이러한 회절 격자 제조 방법을 간섭 리소그래피 기술이라 할 수 있다. 다만, 회절 격자의 제조는 이에 한정되지 않으며, 공지된 기술이 당연히 적용될 수 있다.Meanwhile, as an example of the method for manufacturing a diffraction grating in the present invention, when two obliquely incident beams are gathered at a local position on a sample on which photoresist has been previously applied and interfere with each other, the photoresist is exposed according to the interference pattern. A local diffraction grating pattern can be formed, and at this time, a different type of diffraction grating pattern can be formed by changing the tilt angle or tilt direction (azimuth) of the two beams. This diffraction grating manufacturing method can be referred to as interference lithography technology. However, the manufacture of the diffraction grating is not limited to this, and known techniques can naturally be applied.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 콜리메이터는 도광부(30) 내부에도 배치될 수 있다. 도광부(30) 내부에서 전반사하는 빛이 콜리메이션(Collimation)되면 회절격자에서의 빔 제어가 용이해질 수 있다.Meanwhile, according to another embodiment of the present invention, the collimator may also be placed inside the light guide part 30. If the light totally reflected inside the light guide 30 is collimated, beam control in the diffraction grating may become easier.

다만, 도광부(30) 내에서 콜리메이션 과정은 반드시 필수적인 요소는 아니다. 즉, 콜리메이션 되지 않은 전반사 빛도 적절한 회절격자 배열을 통해 다양한 방사패턴 구현이 가능하다.However, the collimation process within the light guide unit 30 is not necessarily an essential element. In other words, even for totally reflected light that is not collimated, various radiation patterns can be realized through an appropriate diffraction grating arrangement.

도 11은 본 발명의 일 실시예에서 회절격자의 격자주기 조정을 통한 빔의 방사방향을 나타낸 그래프이다.Figure 11 is a graph showing the radial direction of the beam through adjustment of the grating period of the diffraction grating in one embodiment of the present invention.

도 11은, 빛의 파장(λ)은 532nm이고, 도광부(30) 내에서 주어진 입사각(Incident Angle)이 45°, 50°, 55°인 경우, 회절 격자주기(Λ)에 따른 출사각(Extinction Angle)의 변화를 나타낸다.Figure 11 shows the emission angle ( Indicates a change in Extinction Angle.

도 11에 도시된 바와 같이, 회절 격자 주기(Λ)가 400 ~ 2800nm에서 출사각은 0° ~ 80° 가능하다. 여기서, 출사각 0°는 수직 출사에 해당한다(도 9 참조). 따라서, 본 발명에 따르면 회절 격자주기를 조정함으로써 국소적인 위치에서의 빔의 방사방향을 제어할 수 있다.As shown in FIG. 11, the emission angle can be from 0° to 80° when the diffraction grating period (Λ) is 400 to 2800 nm. Here, the emission angle of 0° corresponds to vertical emission (see Figure 9). Therefore, according to the present invention, the radiation direction of the beam at a local location can be controlled by adjusting the diffraction grating period.

도 12는 본 발명의 일 실시예에서 회절격자의 두께에 따른 목표하는 출사각에서의 회절효율을 나타낸 그래프로서, RCWA(rigorous coupled-wave analysis) 프로그램을 사용하여 계산한 결과를 나타낸다.Figure 12 is a graph showing the diffraction efficiency at the target emission angle according to the thickness of the diffraction grating in one embodiment of the present invention, and shows the results calculated using a rigid coupled-wave analysis (RCWA) program.

한편, 회절효율은 광추출부(40)에 입사되는 빛의 양(에너지) 중 회절되는 빛의 양(에너지)의 비율을 의미한다. 회절효율에 영향을 미치는 요소로는, 회절격자의 구성물질, 채우기 비율(fill factor), 회절격자의 두께, 격자주기 등이 포함된다. 이러한 요소들을 이용하여 입사되는 빛의 양 중 일정한 양만 회절되게 조절할 수 있다. 본 발명에서는 이러한 요소들을 모두 제어할 수 있으나, 특히 채우기 비율 또는 격자주기를 조정하여 회절효율을 제어한다.Meanwhile, diffraction efficiency refers to the ratio of the amount (energy) of light diffracted to the amount (energy) of light incident on the light extraction unit 40. Factors that affect diffraction efficiency include the constituent materials of the diffraction grating, fill factor, thickness of the diffraction grating, and grating period. Using these factors, it is possible to control so that only a certain amount of incident light is diffracted. In the present invention, all of these factors can be controlled, but in particular, diffraction efficiency is controlled by adjusting the filling ratio or grating period.

도 12에 도시된 바와 같이, 회절격자가 균일한 두께인 200nm로 형성될 때 출사각에 따른 회절 효율은 11.7 ~ 40.0%로 계산됨을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면 국소적인 위치에서 회절격자의 단위 면적당 밀도를 조정하면 방사효율을 제어할 수 있다. 본 명세서에서는 요구되는 회절효율에 따라 회절격자의 크기 등을 감안하여 도 12에 도시된 결과를 보고 회절격자의 두께를 결정할 수 있다.As shown in FIG. 12, it can be seen that when the diffraction grating is formed with a uniform thickness of 200 nm, the diffraction efficiency according to the emission angle is calculated to be 11.7 to 40.0%. That is, according to the present invention, radiation efficiency can be controlled by adjusting the density per unit area of the diffraction grating at a local location. In this specification, the thickness of the diffraction grating can be determined by looking at the results shown in FIG. 12, taking into account the size of the diffraction grating according to the required diffraction efficiency.

다시, 도 3을 참조하면 본 발명에 따르면 광원(10)으로부터 조사된 빛은 커플러(20)를 통해 도광부(30)내에 전반사하고, 광추출부(40)를 통해 다양한 방사패턴을 가지고 피검사체(O)에 출사될 수 있다. 이때, 2차원으로 배열된 각 회절격자의 격자상수인 격자주기 및 격자방향을 조절함으로써 다양한 방사패턴이 형성될 수 있다. 즉, 피검사체(O)의 위치 또는 개수에 따라 빛이 피검사체(O)를 향하도록 각 회절격자의 격자상수가 조절될 수 있는 것이다.Referring again to FIG. 3, according to the present invention, the light irradiated from the light source 10 is totally reflected within the light guide part 30 through the coupler 20, and has various radiation patterns through the light extraction part 40 to the object to be inspected. (O). At this time, various radiation patterns can be formed by adjusting the grating period and grating direction, which are the lattice constants of each two-dimensionally arranged diffraction grating. In other words, the grating constant of each diffraction grating can be adjusted so that light is directed to the object O according to the position or number of the object O.

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 머신비전용 조명 장치의 방사패턴을 나타낸 도면이다.Figure 13 is a diagram showing the radiation pattern of a lighting device for machine vision according to another embodiment of the present invention.

도 13의 (a)는 출사빔의 방사패턴이 2개의 피검사체를 향하도록 각 회절격자의 격자상수(격자주기 또는 격자방향)가 제어된 상태를 나타내고, 도 13의 (b)는 도 13의 (a)에 도시된 방사패턴을 구현하기 위해 다양한 회절격자로 구성될 수 있는 일 실시 형태를 보여준다(도 13의 (a)에 도시된 특정한 위치에서의 회절격자를 나타내는 것은 아님).Figure 13 (a) shows a state in which the grating constant (grid period or grating direction) of each diffraction grating is controlled so that the radiation pattern of the emitted beam is directed toward the two objects, and Figure 13 (b) shows the state in Figure 13 It shows an embodiment that can be composed of various diffraction gratings to implement the radiation pattern shown in (a) (it does not show the diffraction grating at a specific position shown in (a) of FIG. 13).

도 13의 (a)에서 회절격자를 통과한 빛이 왼쪽에 집중된 부분을 제1 피검사체가 위치하는 부분으로, 오른쪽에 집중된 부분을 제2 피검사체가 위치하는 부분이라 할 때, 회절격자 중 격자주기가 작은 회절격자일수록 피검사체와 가깝게 위치하는 회절격자이고, 격자주기가 큰 회절격자일수록 피검사체와 멀리 위치하는 회절격자이다. 이는 상술한 빛의 출사각을 정의하는 <수학식 2>를 다시 참조하면 격자주기가 작을수록 출사각이 작아 수직에 가깝다는 사실을 참조하면 통상의 기술자에게 충분히 이해될 수 있다.In Figure 13 (a), assuming that the part where the light passing through the diffraction grating is concentrated on the left is the part where the first object is located, and the part where the light is concentrated on the right is the part where the second object is located, the grating among the diffraction gratings A diffraction grating with a smaller period is located closer to the inspected object, and a diffraction grating with a larger grating period is located further away from the inspected object. This can be fully understood by those skilled in the art by referring back to <Equation 2>, which defines the above-mentioned emission angle of light, by referring to the fact that the smaller the grid period, the smaller the emission angle and the closer it is to vertical.

도 13의 (a)에 도시된 바와 같이, 회절격자를 통과한 빛은 피검사체가 놓인 면에 대략 원뿔 형상을 가지고 모이게 된다. 이때, 본 발명에 따르면, 각 회절격자의 격자상수를 조정하여 원뿔의 모선 사이의 각도를 다양하게 형성시킬 수 있다.As shown in (a) of FIG. 13, light passing through the diffraction grating is collected in an approximately cone shape on the surface on which the object to be inspected is placed. At this time, according to the present invention, the angle between the bus lines of the cone can be formed in various ways by adjusting the lattice constant of each diffraction grating.

한편, 도 13의 (a)에는 도시되어 있지 않으나, x축 방향(도면의 뒷 방향)으로 배열된 회절격자들은 피검사체의 위치로 빛을 회절시키기 위해 격자방향이 변경되어 배열될 수 있다.Meanwhile, although not shown in (a) of FIG. 13, the diffraction gratings arranged in the x-axis direction (backward direction of the drawing) may be arranged with the grating direction changed to diffract light to the location of the object to be inspected.

또한, 상술한 바와 같이, 회절효율을 결정하기 위해서는 회절격자의 두께를 제어하거나(도 12 참조), 주어진 회절격자의 두께에서 채우기 비율을 제어할 수 있다.Additionally, as described above, in order to determine diffraction efficiency, the thickness of the diffraction grating can be controlled (see FIG. 12) or the filling ratio can be controlled at a given diffraction grating thickness.

한편, 각 회절격자를 통과한 빛이 모이는 지점은 원형, 사각형 등 사용자가 원하는 다양한 형태를 가지도록 각 회절격자의 격자상수가 조절될 수 있다.Meanwhile, the grating constant of each diffraction grating can be adjusted so that the point where light passing through each diffraction grating gathers has various shapes desired by the user, such as circular or square.

도 13의 (a)에는 출사광이 2개의 피검사체를 향하도록 각 회절격자의 격자상수가 설정되었으나, 1개 또는 3개 이상의 피검사체를 향하도록 각 회절격자가 배열될 수도 있다.In (a) of FIG. 13, the grating constants of each diffraction grating are set so that the emitted light is directed toward two objects to be inspected, but each diffraction grating may be arranged to be directed toward one or three or more objects to be inspected.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 각 회절격자의 격자주기 및 격자방향을 조절함으로써 복수의 회절격자를 통과한 빛은 복수의 원뿔 형상으로 모이도록 제어할 수도 있다.Additionally, according to another embodiment of the present invention, light passing through a plurality of diffraction gratings may be controlled to be collected into a plurality of cones by adjusting the grating period and grating direction of each diffraction grating.

정리하면, 본 발명은 복수의 회절격자를 통과한 빛의 각 경사각과 방위각이 서로 같거나 다른 격자주기 및 격자방향을 갖는 회절격자를 2차원적으로 배열함으로써 다양한 방사패턴을 형성하는 것이 가능하다.In summary, the present invention makes it possible to form various radiation patterns by two-dimensionally arranging diffraction gratings with grating periods and grating directions in which the tilt and azimuth angles of light passing through a plurality of diffraction gratings are the same or different from each other.

도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 머신비전용 조명 장치에서 도광부가 광추출부가 곡면으로 형성된 상태를 나타낸 도면이다.Figure 14 is a diagram showing a state in which the light guide part and the light extraction part are formed as curved surfaces in a lighting device for machine vision according to another embodiment of the present invention.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 도광부(30) 및 광추출부(40)는 판형으로 형성된다. 그러나, 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 협소한 생산 라인의 상황에서 적합한 형태를 만족하기 위해 도광부(30) 및 광추출부(40)는 곡면 형상으로 형성될 수도 있다. 이러한 광추출부(40)의 일 실시예로서, 우선 2차원적으로 배열된 복수의 회절격자를 임프린팅 기술 등을 사용하여 필름형태로 만든 후, 곡면 형상의 도광부(30)에 부착하는 방법이 사용될 수 있다.As described above, in one embodiment of the present invention, the light guide part 30 and the light extraction part 40 are formed in a plate shape. However, as shown in FIG. 14, according to another embodiment of the present invention, the light guide portion 30 and the light extraction portion 40 may be formed in a curved shape to satisfy a suitable shape in a narrow production line situation. there is. As an example of the light extraction unit 40, a method of first forming a plurality of two-dimensionally arranged diffraction gratings into a film using imprinting technology and then attaching them to the curved light guide unit 30. This can be used.

도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 머신비전용 조명 장치에서 서로 다른 파장을 갖는 빛이 도광부에서 출사하여 피검사체에 조사된 상태를 나타낸 도면이다.Figure 15 is a diagram showing a state in which light with different wavelengths is emitted from the light guide and irradiated to an object to be inspected in a lighting device for machine vision according to another embodiment of the present invention.

도 15를 참조하면, 광원(10)이 다파장 광원인 경우, 도광부(30)를 지난 각 출사광(L)은 다양한 파장을 가짐을 확인할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 각 회절격자의 위치, 격자주기, 격자방향 등을 조정하여 다양한 방사패턴을 가진 다파장 출사광(L)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 15, when the light source 10 is a multi-wavelength light source, it can be seen that each emitted light L passing through the light guide part 30 has various wavelengths. In one embodiment of the present invention, multi-wavelength emitted light (L) with various radiation patterns can be formed by adjusting the position, grating period, and grating direction of each diffraction grating.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to an embodiment shown in the attached drawings, but this is merely illustrative, and those skilled in the art will understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom. You will be able to. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.

10 : 광원 20 : 커플러 경사면
30 : 도광부 40 : 광추출부
50 : 콜리메이터
10: light source 20: coupler slope
30: light guide part 40: light extraction part
50: collimator

Claims (15)

광원;
상기 광원으로부터 조사되는 빛을 전반사시키는 도광부;
상기 광원으로부터 조사되는 빛을 상기 도광판으로 유도하는 커플러; 및
상기 도광부의 일측에 형성되고, 서로 같거나 다른 격자상수를 가진 미소 영역에 형성된 회절격자가 배열되며, 상기 도광판에서 전반사된 빛을 추출하는 광추출부;를 포함하고,
상기 회절격자의 격자주기 또는 격자방향에 따라 상기 광추출부를 통해 출사되는 빛의 방사패턴이 조절되는 것을 특징으로 하는,
머신비전용 조명 장치.
light source;
a light guide that totally reflects light emitted from the light source;
a coupler that guides light emitted from the light source to the light guide plate; and
A light extraction unit is formed on one side of the light guide unit, has diffraction gratings formed in microscopic regions having the same or different lattice constants, and extracts light totally reflected from the light guide plate.
Characterized in that the radiation pattern of light emitted through the light extraction unit is adjusted according to the grating period or grating direction of the diffraction grating,
Lighting device for machine vision.
제 1 항에 있어서,
상기 광원은 점광원 또는 선광원인 것을 특징으로 하는 머신비전용 조명 장치.
According to claim 1,
A lighting device for machine vision, wherein the light source is a point light source or a line light source.
제 1 항에 있어서,
상기 광원은 단파장 또는 다파장 광원인 것을 특징으로 하는 머신비전용 조명 장치.
According to claim 1,
A lighting device for machine vision, wherein the light source is a short-wavelength or multi-wavelength light source.
제 1 항에 있어서,
상기 커플러는 버트(Butt)커플러, 경사면을 가진 커플러 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 머신비전용 조명 장치.
According to claim 1,
A lighting device for machine vision, wherein the coupler is at least one of a butt coupler and a coupler with an inclined surface.
제 4 항에 있어서,
상기 경사면을 가진 커플러는 빛의 반사형 또는 투과형인 것을 특징으로 하는 머신비전용 조명 장치.
According to claim 4,
A lighting device for machine vision, characterized in that the coupler having the inclined surface is a reflective or transmissive type of light.
제 1 항에 있어서,
상기 광원으로부터 커플러에 입사되는 빛을 평행하게 지향시키는 콜리메이터(collimator)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 머신비전용 조명 장치.
According to claim 1,
A lighting device for machine vision, characterized in that it further includes a collimator that directs light incident on the coupler from the light source in parallel.
제 1 항에 있어서,
상기 경사면은 곡면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 머신비전용 조명 장치.
According to claim 1,
A lighting device for machine vision, wherein the inclined surface has a curved shape.
제 1 항에 있어서,
상기 커플러로부터 반사된 빛을 상기 도광부 내에서 평행하게 지향시키는 콜리메이터(collimator)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 머신비전용 조명 장치.
According to claim 1,
A lighting device for machine vision, characterized in that it further includes a collimator that directs the light reflected from the coupler in parallel within the light guide.
제 1 항에 있어서,
상기 도광부 및 광추출부는 판 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 머신비전용 조명 장치.
According to claim 1,
A lighting device for machine vision, wherein the light guide portion and the light extraction portion are formed in a plate shape.
제 1 항에 있어서,
상기 도광부 및 광추출부는 곡면 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 머신비전용 조명장치.
According to claim 1,
A lighting device for machine vision, wherein the light guide part and the light extraction part are formed in a curved shape.
제 1 항에 있어서,
상기 도광부에서 광추출부를 통해 출사되는 광의 출사각은 아래의 수학식과 같은 관계에서 도출되는 것을 특징으로 하는 머신비전용 조명장치.
<수학식>


여기서, n1 은 도광부(30)의 굴절률, n2은 광추출부(40)의 굴절률, nair는 외부 공기의 굴절률, θinc는 빛이 광추출부(40)입사되는 입사각, θ2는 빛의 광추출부(40)에서의 각도, θext는 광추출부(40)로부터 출사되는 출사각, m은 회절차수, λ는 빛의 파장이며, Λ는 격자주기를 의미함.
According to claim 1,
A lighting device for machine vision, characterized in that the exit angle of the light emitted from the light guide through the light extraction unit is derived from the relationship shown in the equation below.
<Equation>


Here, n 1 is the refractive index of the light guide unit 30, n 2 is the refractive index of the light extraction unit 40, n air is the refractive index of external air, θ inc is the angle of incidence at which light enters the light extraction unit 40, and θ2 is the The angle of light at the light extraction unit 40, θ ext is the emission angle emitted from the light extraction unit 40, m is the diffraction order, λ is the wavelength of light, and Λ means the grating period.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 회절격자를 통과한 빛의 각 경사각과 방위각이 서로 같거나 다르도록 각 회절격자의 격자주기 및 격자방향이 조절되는 것을 특징으로 하는 머신비전용 조명장치.
According to claim 1,
A lighting device for machine vision, wherein the grating period and grating direction of each diffraction grating are adjusted so that the inclination angle and azimuth angle of the light passing through the plurality of diffraction gratings are the same or different from each other.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 회절격자의 각 격자주기 및 격자방향은 상기 광추출부를 통과한 빛이 하나의 피검사체를 향하여 모이도록 조절되는 것을 특징으로 하는 머신비전용 조명장치.
According to claim 1,
A lighting device for machine vision, wherein each grating period and grating direction of the plurality of diffraction gratings are adjusted so that the light passing through the light extraction unit is concentrated toward one object to be inspected.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 회절격자의 각 격자주기 및 격자방향은 상기 광추출부를 통과한 빛이 각각 2개 이상의 피검사체를 향하여 모이도록 조절되는 것을 특징으로 하는 머신비전용 조명장치.
According to claim 1,
A lighting device for machine vision, wherein each grating period and grating direction of the plurality of diffraction gratings are adjusted so that the light passing through the light extraction unit is concentrated toward two or more objects to be inspected.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 회절격자를 통과한 빛은, 복수의 원뿔 형상으로 모이도록 상기 복수의 회절격자의 각 격자주기 및 격자방향이 조절되는 것을 특징으로 하는 머신비전용 조명장치.
According to claim 1,
A lighting device for machine vision, wherein each grating period and grating direction of the plurality of diffraction gratings are adjusted so that the light passing through the plurality of diffraction gratings is gathered into a plurality of cones.
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