KR20240058888A - 조명 장치 - Google Patents

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KR20240058888A
KR20240058888A KR1020247010532A KR20247010532A KR20240058888A KR 20240058888 A KR20240058888 A KR 20240058888A KR 1020247010532 A KR1020247010532 A KR 1020247010532A KR 20247010532 A KR20247010532 A KR 20247010532A KR 20240058888 A KR20240058888 A KR 20240058888A
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바삼 할랄
알레산드로 피오토
니콜리노 스타시오
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에이엠에스-오스람 아시아 퍼시픽 피티이. 리미티드
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Abstract

조명 장치(100, 150)가 개시된다. 조명 장치는 제1 방향으로 제1 피치(d1)로 배열되는 마이크로렌즈들을 포함하는 주기적 마이크로렌즈 어레이(MLA)를 포함한다. 조명 장치는, 제1 피치(d1)의 정수배인 제2 피치(d2)로 배열되고 MLA와 협력하여, 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성되는 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(130, 180)을 더 포함한다. 조명 장치는, 적어도 제1 방향으로 제1 피치(d1)의 정수가 아닌 배수인 제3 피치(d3)로 배열되고 MLA와 협력하여, 투광 조명을 위한 빔 또는 선들의 패턴을 생성하도록 구성되는 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들(135, 185)을 더 포함한다.

Description

조명 장치
본 개시내용은 깊이 매핑 애플리케이션들에 사용하기 위한 조명 장치들의 분야에 관한 것으로, 특히 투광 조명을 위한 빔 또는 선들의 패턴을 생성하고 점 패턴들과 같은 구조화된 광 패턴들을 생성하기 위한 조명 장치에 관한 것이다.
3 차원(3D) 매핑이라고도 하는 장면의 깊이 매핑은 전자 디바이스들, 예를 들어 스마트폰들, 태블릿 디바이스들, 게임 콘솔들 및 랩톱 컴퓨터들에 의해 일반적으로 사용된다.
일부 예들에서, 장면의 깊이 매핑은 3D 얼굴 인식을 기반으로 전자 디바이스의 리소스에 액세스하거나 전자 디바이스의 잠금을 해제하는 등 보안 목적들로 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 전자 디바이스들은 카메라들과 같은 이미지-감지 디바이스들을 더 포함할 수도 있으며, 장면의 깊이-맵은 이미지-감지 디바이스들의 이미지-캡처 기능들을 개선하는 데 사용될 수 있다.
깊이 매핑을 위한 몇 가지 기술들이 알려져 있다. 예를 들어, 스테레오-비전 카메라들을 사용하여 복수의 카메라들로 캡처한 이미지들 사이의 차이들을 기반으로 장면의 깊이-맵을 결정할 수 있다. 일부 깊이 매핑 기술들에는 장면의 조명이 포함될 수 있으며, 조명의 특성들은 장면의 깊이-맵을 결정하는 데 사용될 수 있다.
일부 예들에서, 구조화된 광, 예를 들어 광 패턴이 사용될 수 있다. 여기서, 구조화된 광은 장면에 투사될 수 있고, 투사된 구조화된 광에 의해 장면에 생성된 패턴은 구조화된 발광 장치로부터의 거리에 따라 장면의 특징들을 구별할 수 있게 한다. 즉, 장면에 투사된 바와 같은 구조화된 광의 이미지를 참조 패턴과 비교하고, 이미지와 참조 패턴 사이의 차이들을 사용하여 장면의 깊이 맵을 결정할 수 있다.
일부 예들에서는 장면의 일반 조명이 필요할 수도 있다. 구조화된 광 조명기들과 달리, 투광 조명기들은 장면의 일반적으로 균일한 조명을 제공하는 것으로 알려져 있다.
일부 예들에서, 투광 조명기는 장면을 비추고 센서 앞에 있는 사람과 같은 물체의 존재를 검출하는 데 사용될 수 있으며, 구조화된 광 조명기는 고유한 점 패턴으로 장면을 비추어 장면의 3D 재구성을 가능하게 하는 데 사용될 수 있다.
그러나, 전자 디바이스에 투광 조명기들과 구조화된 광 조명기들을 모두 구현하면 디바이스의 전체 비용, 복잡성 및 크기가 증가할 수 있다. 또한, 최근 전자 디바이스 설계, 특히 스마트폰들과 같은 휴대용 디바이스들의 설계의 추세들은 소형화 수준들을 높이고 전체 비용을 낮추는 방향으로 나아가고 있다.
따라서, 스마트폰들, 스마트 워치들, 태블릿 디바이스들, 게임 콘솔들 및 랩톱 컴퓨터들과 같은 전자 디바이스들에 사용하기에 적합한 3D 매핑 솔루션을 제공하는 것도 바람직하며, 이러한 솔루션은 전자 디바이스의 비용, 복잡성 및/또는 크기를 크게 증가시키지 않는다.
따라서, 본 개시내용의 적어도 하나의 양태의 적어도 하나의 실시예의 목적은 상술한 종래 기술의 단점들 중 적어도 하나를 제거하거나 적어도 완화하는 것이다.
관련 기술의 일 예로는 구조화된 광 및 패턴화된 조명의 생성을 위한 장치를 설명하는 EP 3,250,882 B1(로시(Rossi) 등)이 있다.
본 개시내용은 깊이 매핑 애플리케이션들에 사용하기 위한 조명 장치들의 분야에 관한 것으로, 특히 투광 조명을 위한 빔 또는 선들의 패턴을 생성하고 구조화된 광 패턴들을 생성하기 위한 조명 장치에 관한 것이다.
본 개시내용의 제1 양태에 따르면, 조명 장치로서, 제1 방향으로 제1 피치(d1)로 배열되는 마이크로렌즈들을 포함하는 주기적 마이크로렌즈 어레이(MLA); 제1 피치(d1)의 정수배인 제2 피치(d2)로 배열되고, MLA와 협력하여, 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성되는 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들; 및 적어도 제1 방향으로 제1 피치(d1)의 정수가 아닌 배수인 제3 피치(d3)로 배열되고, MLA와 협력하여, 투광 조명을 위한 빔 또는 선들의 패턴을 생성하도록 구성되는 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들을 포함하는 조명 장치가 제공된다.
유리하게는, 구조화된 광 패턴을 생성하기 위한 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들 및 투광 조명을 위한 빔 또는 선들의 패턴을 생성하기 위한 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들을 모두 단일 장치, 예를 들어 단일 패키지에 통합함으로써, 조명 장치의 전체 크기가 개별 투광 조명기들 및 구조화된 광 패턴 조명기들을 구현하는 종래 기술 솔루션들에 비해 감소될 수 있다.
유리하게는, 장치의 전체 크기를 줄임으로써, 장치 제조와 연관된 재료들의 비용이 감소될 수 있다. 또한, 장치에 필요한 풋프린트, 예를 들어 인쇄 회로 기판 상의 풋프린트도 감소하여 전체 시스템 비용들을 절감할 수 있다.
유리하게는, 구조화된 광 패턴과 투광 조명을 위한 빔 또는 선들의 패턴을 모두 생성하기 위해 단일 MLA만을 구현함으로써, 장치의 복잡성이 감소될 수 있고, 이에 따라 조립 비용들 및 시간들이 감소될 수 있다.
또한, 구조화된 광 패턴과 투광 조명을 위한 빔 또는 선들의 패턴을 모두 생성하기 위해 단일 MLA만 있으면, 설계 허용 오차 제어가 향상될 수 있다. 즉, 선 또는 투광 조명과 구조화된 광 조명 기능을 단일 장치에 통합함으로써, 개별 선 또는 투광 조명기들 및 구조화된 광 패턴 조명기들에 대한 개별 구성요소들의 정확한 상대적 포지션에 대한 요구 사항들이 완화된다.
유리하게는, 개시된 장치는 전자 디바이스들, 예를 들어 스마트폰들에 구현될 수 있으며, 2 개의 애퍼처들을 필요로 할 수 있는 종래 기술의 디바이스들에 비해 구조화된 광 및 투광 조명 모두를 위해 전자 디바이스의 하우징(housing)에 단일 애퍼처만을 필요로 한다. 또한, 개시된 조명 장치에 필요한 애퍼처의 크기는 종래 기술의 전자 디바이스들에 필요한 2 개의 애퍼처들의 총 크기보다 작을 것이다.
유리하게는, 복수의 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들을 적어도 제1 방향으로 MLA의 피치의 정수가 아닌 배수인 제3 피치로 배열함으로써, 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들은 제1 방향으로 주기적으로 배열되는 마이크로렌즈들의 주기성과 일치하지 않도록 구성될 수 있다. 따라서, 생성 빔은 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 투광 조명에 또는 선들의 패턴 생성에 적합할 수 있다.
주기적 MLA의 마이크로렌즈들은 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 제1 피치(d1)로 배열될 수 있으며, 예를 들어 규칙적인 그리드-어레이로서 배열될 수 있다.
제3 피치(d3)는 아래 방정식:
- 방정식 (1)
에 의해 정의될 수 있으며,
여기서, 'n'은 제1 방향의 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들에 있는 방사선-방출 요소들의 수량에 대응한다.
유리하게도, 이는 적어도 제1 방향으로 L/[(n+/-1)/n]만큼 이동된 다수의 투사된 점 그리드들을 초래할 수 있으며, 여기서 L은 기본 점 패턴의 주기에 대응한다. 다수의 투사된 점 그리드들은 아래에 설명되는 바와 같이 투광 효과(flood effect) 또는 선들을 형성할 수 있다.
제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들은 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 제1 피치(d1)의 정수배인 제4 피치(d4)로 배열될 수 있으며, MLA와 협력하여, 선들의 패턴을 생성하도록 구성될 수 있다.
제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들은 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 제1 피치(d1)의 정수가 아닌 배수인 제4 피치(d4)로 배열될 수 있으며, MLA와 협력하여, 투광 조명을 위한 빔을 생성하도록 구성될 수 있다.
제4 피치(d4)는 아래 방정식:
- 방정식 (2)
에 의해 정의될 수 있으며,
여기서, 'm'은 제2 방향의 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들에 있는 방사선-방출 요소들의 수량에 대응한다.
유리하게는, 이는 제2 방향으로 L/[(m+/-1)/m]만큼 이동된 다수의 투사된 점 그리드들을 초래할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들은 정사각형 어레이, 즉 m=n으로서 제공된다.
조명 장치는 제1 피치(d1)의 정수배인 제5 피치(d5)로 배열되고, MLA와 협력하여, 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성되는 제3 세트의 방사선-방출 요소들을 포함할 수 있다. 제1 세트의 방사선-방출 요소들은 제1 피치(d1)를 갖는 그리드와 정렬될 수 있다. 제3 세트의 방사선-방출 요소들은 그리드로부터 오프셋될 수 있다.
유리하게는, 제1 세트 내 방사선-방출 요소들 각각은 동일한 제1 패턴을 생성하고, 제3 세트 내 방사선-방출 요소들 각각은 동일한 제2 패턴을 생성한다. 따라서, 상대적으로 많은 수량의 점들을 포함하는 고대비 패턴(high contrast pattern)이 생성될 수 있다.
제3 세트의 방사선-방출 요소들은 그리드로부터 제1 피치(d1)의 절반에 대응하는 거리만큼 오프셋될 수 있다.
유리하게는, 패턴이 균등하게 분포된 점들을 포함하는 고대비 패턴이 생성될 수 있다. 또한, 패턴은 제1 세트 또는 제3 세트의 방사선-방출 요소들만으로 생성될 때보다 두 배 많은 점들을 포함한다.
제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들은 MLA에 대해 각도(θ)로 회전된 어레이로서 제공되며, 여기서 각도는 16.3°; 22.6°; 28.1°; 36.7°; 43.6°; 46.4°; 53.3°; 61.9°; 67.4° 또는 73.7° 중 하나이다.
유리하게는, 설명된 각도들 중 임의의 각도로 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들을 회전시킴으로써, 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들 내 방사선-방출 요소들의 수량의 정수배에 대응하는 수량의 점들을 포함하는 고대비 점 패턴이 생성될 수 있다. 특정 각도들과 연관된 특정 정수배들의 예들이 아래 표 1에 규정되어 있으며, 방정식 3 및 방정식 4에 의해 정의될 수 있다.
제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들은 MLA에 대해 각도(θ)로 회전된 어레이로서 제공될 수 있으며, 여기서 각도(θ)는
- 방정식 (3)
에 의해 정의되고,
여기서
- 방정식 (4)
여기서, A, B 및 X는 정수들이다.
유리하게는, 상기 방정식에 의해 설명된 바와 같은 각도로 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들을 회전시킴으로써, 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들 내 방사선-방출 요소들의 수량의 정수배에 대응하는 수량의 점들을 포함하는 고대비 점 패턴이 생성될 수 있다. 특정 정수배는 X-1로 정의되며, 아래 표 1에 일부 예들이 제공된다. 추가 예가 도 5를 참조하여 후술된다.
제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들은 MLA에 대해 90 도가 아닌 각도(θ)로 회전된 n x n 정사각형 어레이로 배열될 수 있으며, MLA와 협력하여, 정사각형들의 패턴을 형성하도록 그룹화된 점들을 포함하는 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성될 수 있다.
유리하게는, 투사된 패턴 내 다수의 점들은 MLA에 대한 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들의 약간의 회전에 의해 상당히 증가될 수 있다.
제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들은 MLA에 대해 90 도가 아닌 각도(θ)로 회전된 'm x n' 정사각형 어레이로서 배열될 수 있으며, MLA와 협력하여, 직사각형들의 패턴을 형성하도록 그룹화된 점들을 포함하는 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성될 수 있다.
유리하게는, 특정 형상들, 예를 들어 정사각형들 또는 직사각형들을 형성하도록 그룹화된 점들은 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들의 특정 치수들, 예를 들어 'n x n' 또는 'm x n' 어레이의 선택; 및 MLA에 대한 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들의 회전 또는 각도의 선택의 조합에 의해 생성될 수 있다.
각도(θ)는 5 도 미만일 수 있다.
유리하게는, 일반적으로 5 도 이하의 얕은 각도는 점들의 패턴들의 그룹들을 초래할 수 있으며, 각각의 그룹 내 점들은 상술한 정사각형들 또는 직사각형들과 같은 형상들을 실질적으로 형성하기에 충분히 서로 가깝게 위치할 수 있다.
제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들과 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들은 기판 상에 단일 어레이의 방사선-방출 요소들로서 인터레이스될 수 있다.
제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들과 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들은 모놀리식 디바이스로서 제공될 수 있다. 즉, 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들 및 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들은 단일 기판, 예를 들어 실리콘 기판 상에 방사선-방출 요소들의 어레이로서 제공될 수 있다.
제3 세트의 방사선-방출 요소들을 포함하는 실시예들에서, 제3 세트의 방사선-방출 요소들은 또한 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들 및 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들과 기판 상의 방사선-방출 요소들의 단일 어레이로서 인터레이스될 수 있다.
유리하게는, 방사선-방출 요소들의 단일 어레이는 구조화된 광 패턴 및 투광 조명을 위한 빔 또는 선들의 패턴을 모두 생성하는 데 사용될 수 있으므로, 구조화된 광 패턴과 투광 조명을 위한 빔 또는 선들의 패턴 각각에 대해 방사선-방출 요소들의 개별 어레이들을 필요로 하는 장치에 비해 조명 장치의 크기와 비용들을 줄일 수 있다.
제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들 및 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들은 독립적으로 활성화되도록 구성될 수 있다.
유리하게는, 조명 장치는 구조화된 광 패턴을 투사하는 것과는 독립적으로 투광 조명을 위한 빔 또는 선들의 패턴 투사하도록 구성될 수 있다. 마찬가지로, 조명 장치는 투광 조명을 위한 빔 또는 선들의 패턴 및 구조화된 광 패턴을 동시에 투사하도록 구성될 수 있다.
제3 세트의 방사선-방출 요소들을 포함하는 실시예들에서, 제3 세트의 방사선-방출 요소들은 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들과 함께 활성화되도록 구성될 수 있다.
각각의 방사선-방출 요소는 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser)일 수 있다.
일부 실시예들에서, 각각의 방사선-방출 요소는 적외선을 방출하도록 구성될 수 있다.
제1 및 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들은 MLA로부터 거리(D1)에 있을 수 있으며, 여기서;
- 방정식 (5)
여기서, N1은 정수이고, L1은 방사선-방출 요소들에 의해 방출되는 방사선의 파장이며, P1은 피치이다. 예를 들어, 구현되는 경우 임의의 제3 세트를 포함하여, 조명 장치의 방사선-방출 요소들 모두는 MLA로부터 거리(D1)에 있을 수 있다.
조명 장치는 디바이스를 규정하기 위해 하우징과 결합하여 제공될 수 있다. 디바이스는 예를 들어, 스마트폰; 태블릿 디바이스; 통신 디바이스; 개인용 컴퓨터; 웨어러블 전자 디바이스; 전자 잠금 디바이스; 보안 디바이스; 생체 인식 디바이스; 또는 게임 디바이스 중 어느 하나일 수 있다.
하우징은 조명 장치를 둘러싸고 있을 수 있다. 조명 장치는 하우징 내 단일 애퍼처 또는 창을 통해 구조화된 광 패턴과 투광 조명을 위한 빔을 방출하도록 구성될 수 있다.
유리하게는, 이러한 하우징은 제조가 더 간단하고 저렴할 수 있으며, 일반적으로 사용자에게 미적으로 더 만족스러울 수 있다.
상기 요약은 단지 예시적인 것이며 제한적인 것이 아니다. 본 개시내용은 하나 이상의 대응하는 양태들, 실시예들 또는 특징들을 개별적으로 또는 다양한 조합들로 포함하는데, 그 조합 또는 개별적으로 구체적으로 언급(청구 포함)되었는지 여부에 관계없이 포함된다. 본 개시내용의 임의의 양태에 따라 위에서 정의되거나, 본 개시내용의 임의의 특정 실시예와 관련하여 아래에 정의된 특징들은 단독으로 또는 임의의 다른 정의된 특징과 조합하여 임의의 다른 양태 또는 실시예에서 또는 본 개시내용의 추가 양태 또는 실시예를 형성하기 위해 활용될 수 있음을 이해해야 한다.
이제 본 개시내용의 이들 및 다른 양태들을 첨부 도면들을 참조하여 단지 예시적으로 설명할 것이다:
도 1은 본 개시내용의 실시예들에 따른 조명 장치들의 단면에 대한 블록도를 묘사하고;
도 2는 본 개시내용의 실시예들의 작동 원리를 예시하는 MLA 및 방사선-방출 요소들의 구성을 묘사하고;
도 3은 본 개시내용의 실시예들의 작동 원리를 예시하는 MLA 및 방사선-방출 요소들의 추가 구성을 묘사하고;
도 4는 본 개시내용의 실시예들에 따른 마이크로렌즈 어레이에 대한 방사선-방출 요소들의 다양한 배열들 및 그에 따른 구조화된 광 패턴들을 묘사하고;
도 5는 방사선-방출 요소들의 어레이를 MLA에 대해 각도(θ)로 회전시키는 효과를 묘사하고;
도 6은 주기적 MLA에 대한 방사선-방출 요소들의 어레이의 회전을 묘사하고;
도 7은 방사선-방출 요소들의 어레이의 배열을 선택하여 점들로 형성된 패턴의 특정 크기 및 형상을 선택하는 예들을 묘사하고;
도 8은 고대비 점 패턴에서 다수의 점들을 증가시키기 위해 방사선-방출 요소들의 어레이를 특정 각도들로 회전시키는 것을 묘사하고;
도 9는 투광 조명을 위한 투사된 빔의 일 예를 묘사하고;
도 10은 투사된 선들의 패턴의 일 예를 묘사하고;
도 11은 투사된 선들의 패턴의 추가 예를 묘사하고; 그리고
도 12는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 조명 장치를 포함하는 디바이스를 묘사한다.
도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 조명 장치(100)의 단면에 대한 흐름도를 묘사한다.
조명 장치(100)는 제1 기판(105)을 포함한다. 기판(105)은 예를 들어, PCB 기판 또는 실리콘 기판일 수 있다.
조명 장치(100)는 스페이서(110)를 더 포함한다. 스페이서(110)는 제1 기판(105) 상에 장착된다. 스페이서(110)는 제1 기판(105)으로부터 규정된 거리에 제2 기판(115)을 보유지지한다. 제2 기판은 예를 들어, 유리 기판일 수 있다.
주기적 마이크로렌즈 어레이(MLA)(120)가 제2 기판(115) 상에 제공된다. 예를 들어, MLA(120)는 복제, 나노-각인의 공정에 의해 또는 달리 MLA(120)를 제2 기판(115)에 증착 또는 부착함으로써 형성될 수 있다. 주기적 MLA는 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 제1 피치(d1)로 배열되는 마이크로렌즈들을 포함한다.
제3 기판(125)은 제1 기판(105) 상에 장착된다. 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(130)이 제3 기판(125) 상에 형성된다. 일부 실시예들에서, 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(130)은 VCSEL들이다. 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(130)은 예를 들어, 그리드 패턴 상에 배열된 방사선-방출 요소들(130)의 규칙적인 어레이로서 배열될 수 있다. 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(130)은 제1 피치(d1)의 정수배인 제2 피치(d2)로 배열되고, MLA와 협력하여, 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성된다. 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(130)은 특히 도 4 내지 도 8을 참조하여 아래에서 보다 상세히 설명될 것이다.
'구조화된 광 패턴'이라는 용어는 아래에 설명되는 바와 같이 다양한 형상들, 크기들 및 배향들의 점들의 패턴을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 본 명세서에서 '점 패턴'에 대한 언급들은 '구조화된 광 패턴'을 지칭하는 것으로 이해될 것이다.
제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들(135)도 제3 기판(125) 상에 형성된다. 일부 실시예들에서, 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들(135)은 VCSEL들이다. 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들(135)은 적어도 제1 방향으로 제1 피치(d1)의 정수가 아닌 배수인 제3 피치(d3)로 배열되고, MLA와 협력하여, 투광 조명을 위한 빔 또는 선들의 패턴을 생성하도록 구성된다. 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들(135)은, 예를 들어 그리드 패턴 상에 배열된 방사선-방출 요소들(135)의 규칙적인 어레이로서 배열될 수 있다. 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들(135)은 특히, 도 9 내지 도 11을 참조하여 아래에서 보다 상세하게 설명될 것이다.
제2 기판(115)은 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(130) 및 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들(135)에 의해 방출되는 방사선의 파장들에 대해 투명하다.
예시의 목적들로만, 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(130) 및 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들(135)은 제3 기판(125) 상에 방사선-방출 요소들(130, 135)의 단일 어레이로서 인터레이스된 것으로 묘사된다. 본 개시내용의 범위 내에 속하는 실시예들에서, 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(130) 및 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들(135)은 개별 기판들 상에 제공될 수 있다. 추가 실시예들에서, 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(130) 및 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들(135)은 단일 기판 상에 서로 인접하여 제공되거나, 또는 단일 기판 상에 부분적으로 인터레이스되어 제공될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(130) 및 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들(135)은 독립적으로 활성화될 수 있으며, 예를 들어 방사선을 방출하도록 구성될 수 있다.
예시의 목적들로만, 도 1은 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(130) 및 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들(135) 각각을 각각 4 개의 요소들만 포함하는 것으로 묘사한다. 각각의 세트는 4 개 미만의 방사선-방출 요소들을 포함할 수 있고, 일부 실시예들에서는 실질적으로 4 개 초과의 방사선-방출 요소들을 포함할 수 있음을 이해할 것이다.
도 1은 또한 본 개시내용의 추가 실시예에 따른 조명 장치(150)의 단면에 대한 블록도를 묘사한다. 조명 장치(150)의 많은 특징들은 조명 장치(100)의 특징들과 동일하므로, 상세히 설명하지 않는다.
조명 장치(150)는 제1 기판(155)을 포함한다.
조명 장치(150)는 스페이서(160)를 더 포함한다. 스페이서(160)는 제1 기판(155) 상에 장착된다. 스페이서(160)는 제1 기판(155)으로부터 규정된 거리에 제2 기판(165)을 보유지지한다.
주기적 MLA(170)가 제2 기판(165) 상에 제공된다. 주기적 MLA(170)는 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 제1 피치(d1)로 배열되는 마이크로렌즈들을 포함한다.
제3 기판(175)은 제1 기판(155) 상에 장착된다. 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(180)이 제3 기판(175) 상에 형성된다. 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(180)은 예를 들어, 그리드 패턴 상에 배열되는 방사선-방출 요소들(180)의 규칙적인 어레이로서 배열될 수 있다. 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(180)은 제1 피치(d1)의 정수배인 제2 피치(d2)로 배열되고, MLA와 협력하여, 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성된다. 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(180)은 특히, 도 4를 참조하여 아래에서 더 자세히 설명할 것이다.
제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들(185)도 제3 기판(175) 상에 형성된다. 이 실시예에서, 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들(185)은 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(180)로부터 형성된 어레이와 분리된 어레이로서 제공된다. 또한, 제1 및 제2 세트의 방사선-방출 요소들(180, 185)은 기판(175) 상에 별도의 어레이들로서 제공되지만, 또 다른 추가 실시예들에서는 각각의 어레이가 별도의 기판 상에 제공될 수 있다.
제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들(185)은 적어도 제1 방향으로 제1 피치(d1)의 정수가 아닌 배수인 제3 피치(d3)로 배열되고, MLA와 협력하여, 투광 조명을 위한 빔 또는 선들의 패턴을 생성하도록 구성된다. 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들(185)은 특히 도 9 내지 도 12를 참조하여 아래에서 보다 상세하게 설명될 것이다.
일부 실시예들에서, 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들(185)은 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 제1 피치(d1)의 정수배인 제4 피치(d4)로 배열되고, MLA와 협력하여, 선들의 패턴을 생성하도록 구성된다. 이는 도 11 및 도 12를 참조하여 아래에서 더 자세히 설명한다.
일부 실시예들에서, 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들(185)은 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 제1 피치(d1)의 정수가 아닌 배수인 제4 피치(d4)로 배열되고, MLA와 협력하여, 투광 조명을 위한 빔을 생성하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 제4 피치(d4)는 제3 피치(d3)와 동일하다. 이는 도 9를 참조하여 아래에서 더 자세히 설명한다.
예의 목적들로, 도 1의 추가 실시예는 또한 제3 세트의 방사선-방출 요소들(190)을 묘사한다. 일부 실시예들에서, 제3 세트의 방사선-방출 요소들(190)은 VCSEL들이다. 제3 세트의 방사선-방출 요소들(190)은 제1 피치(d1)의 정수배인 제5 피치(d5)로 배열되고, MLA와 협력하여, 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성된다. 제3 세트의 방사선-방출 요소들(190)은 예를 들어, 그리드 패턴 상에 배열된 방사선-방출 요소들의 규칙적인 어레이로서 배열될 수 있다. 도 3 및 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 제3 세트의 방사선-방출 요소들(190)은 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(180)로부터 오프셋될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제5 피치(d5)는 제2 피치(d2)와 동일하다.
도 1의 예시적인 실시예에서, 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(180) 및 제3 세트의 방사선-방출 요소들(190)은 인터레이스된 방사선-방출 요소들의 어레이로서 제공된다.
도 2는 본 개시내용의 실시예들의 작동 원리를 예시하는 MLA(215) 및 방사선-방출 요소들(205, 210)의 제1 구성을 묘사한다.
제1 방사선-방출 요소(205)는 점 패턴(220)을 생성하기 위해 MLA(215)에 입사되는 방사선을 방출한다. 즉, 단일의 제1 방사선-방출 요소(205)가 도 2에 묘사된 전체 점 패턴(220)을 생성한다.
제2 방사선-방출 요소(210)도 MLA(215)에 입사되는 방사선을 방출한다. 제2 방사선-방출 요소(210)는 제1 방사선-방출 요소(210)로부터 피치(P1)에 의해 분리되어 있다. MLA(215)의 마이크로렌즈들도 피치(P1)에 의해 분리된다. 즉, MLA(215)의 피치(P1)는 방사선-방출 요소들(205, 210)의 피치(P1)와 일치한다.
방사선-방출 요소들(205, 210)과 MLA(215) 사이의 거리(D1)는 방정식 (5)에 의해 정의되며, 여기서 N1은 정수이고, L1은 방사선-방출 요소들(205, 210)에 의해 방출되는 방사선의 파장이다.
제2 방사선-방출 요소(210)와 제2 방사선-방출 요소(210) 앞에 있는 MLA(215)의 마이크로렌즈의 광축 사이의 각도가 MLA(215)의 회절각과 같으면, 제1 점 패턴(220)과 겹치는 제2 점 패턴이 생성된다. 이와 같이, MLA의 피치에 대응하는 피치로 분리되고 방정식 (5)에 의해 정의된 MLA로부터의 거리에 있는 복수의 방사선-방출 요소는 고대비 점 패턴을 제공할 수 있다.
도 3은 본 개시내용의 실시예들의 작동 원리를 예시하는 MLA(315) 및 방사선-방출 요소들(305, 310)의 추가 구성을 묘사한다.
제1 방사선-방출 요소(305)는 점 패턴(320)의 일부를 생성하기 위해 MLA(315)에 입사되는 방사선을 방출한다. 단일의 제1 방사선-방출 요소(305)는 도 3에 묘사된 패턴(320)의 모든 제2 점을 생성한다.
제2 방사선-방출 요소(310)도 MLA(315)에 입사되는 방사선을 방출한다. MLA(315)의 마이크로렌즈들은 피치(P1)로 분리되어 있다. 제2 방사선-방출 요소(310)는 제1 방사선-방출 요소(310)로부터 피치((P1)/2), 예를 들어 피치(P1)의 절반으로 분리된다. 방사선-방출 요소들(305, 310)과 MLA(215) 사이의 거리(D1)는 방정식(5)에 의해 정의된다. 간단히 설명하기 위해, N1=2인 경우를 예들로 들었지만, 이러한 조건들은 N1~=2인 경우에도 충족될 수 있다.
이 예에서, 제2 방사선-방출 요소(310)와 제2 방사선-방출 요소(310) 앞에 있는 MLA(315)의 마이크로렌즈의 광축 사이의 각도가 MLA(315)의 회절각과 같지 않으면, 제1 점 패턴과 겹치지 않는 제2 점 패턴이 생성된다. 즉, 제1 및 제2 방사선-방출 요소들(305, 310) 각각은 도 3에 묘사된 점 패턴(320)의 점들의 절반을 생성한다.
이와 같이, 방정식 (5)에 의해 정의된 MLA로부터의 거리에서 MLA(315)의 피치(P1)의 절반에 해당하는 피치((P1)/2)로 분리된 복수의 방사선-방출 요소들은 MLA(315) 내 마이크로렌즈들의 수보다 2 배 많은 점들을 포함하는 점 패턴을 제공할 수 있다.
도 4는 본 개시내용의 실시예들에 따른 마이크로렌즈 어레이에 대한 방사선-방출 요소들의 다양한 배열들 및 그에 따른 구조화된 광 패턴들을 묘사한다.
제1 배열(405)에서, 제1 피치(d1)로 배열되는 마이크로렌즈들을 포함하는 주기적 MLA(410)가 제공된다. 예시의 목적들을 위해서만, MLA(410)는 마이크로렌즈들의 9x9 어레이이다.
제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(415)은 제1 피치(d1)의 정수배인 제2 피치(d2)로 배열되고, MLA와 협력하여, 구조화된 광 패턴(420)을 생성하도록 구성된다. 제1 배열(405)에서, 제1 피치(d1)는 제2 피치(d2)와 동일하다. 즉, 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(415)은 MLA(410)의 피치(d1)와 일치하는 피치(d2)를 갖는 어레이로서 제공된다.
도 2를 참조하여 위에서 설명한 바와 같이, 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(415)의 각각의 방사선-방출 요소는 구조화된 광 패턴(420)을 생성하며, 여기서 패턴들은 고대비 점 패턴을 제공하기 위해 중첩된다.
제1 배열(405)은 도 1을 참조하여 설명된 실시예들의 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(130, 180) 및 MLA(120, 170)의 배열에 대응할 수 있다.
제2 배열(425)에서는, 제1 피치(d1)로 배열되는 마이크로렌즈들을 포함하는 주기적 MLA(430)가 제공된다. 다시 말하지만, 예시의 목적들로만, 도 4의 예에서, MLA(430)는 마이크로렌즈들의 9x9 어레이이다.
이 예시적인 실시예에서, 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(435)은 제1 피치(d1)의 정수배인 제2 피치(d2)로 배열되고, MLA와 협력하여, 구조화된 광 패턴(420)을 생성하도록 구성된다. 제2 배열(425)에서, 제1 피치(d1)는 제2 피치(d2)의 2 배이다. 즉, 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(415)은 MLA(430)의 피치(d1)의 2 배인 피치(d2)를 갖는 어레이로서 제공된다.
도 2를 참조하여 위에서 설명한 바와 같이, 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(435) 각각의 방사선-방출 요소는 구조화된 광 패턴(420)을 생성하며, 여기서 패턴들은 고대비 점 패턴을 제공하기 위해 중첩된다.
제2 배열(425)은 도 1을 참조하여 설명된 실시예의 MLA(120) 및 제1 세트의 방사선 방출 제1 요소들(130)의 배열에 대응할 수 있다.
제3 배열(445)에서는, 제1 피치(d1)로 배열되는 마이크로렌즈들을 포함하는 주기적 MLA(450)가 제공된다. 다시 말하지만, 예시의 목적들로만, 도 4의 예에서, MLA(450)은 마이크로렌즈들의 9x9 어레이이다.
이 예시적인 실시예에서, 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(455)은 각각의 방사선-방출 요소가 MLA(430)에 의해 정의된 그리드와 정렬되도록 배열된다. 따라서, 도 2를 참조하여 위에서 설명한 바와 같이, 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(455)의 각각의 방사선-방출 요소는 구조화된 광 패턴(420)을 생성하며, 여기서 패턴들은 고대비 점 패턴을 제공하기 위해 중첩된다.
즉, 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(435)이 중첩 점 패턴들을 생성하기 위해 주기적 어레이로서 배열될 필요는 없으며, 대신 방사선-방출 요소들(435)이 MLA(430)에 정의된 그리드와 정렬되기만 하면 된다.
제3 배열(445)은 도 1을 참조하여 설명된 실시예의 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(130) 및 MLA(120)의 배열에 대응할 수 있다.
제1 배열(405), 제2 배열(425) 및 제3 배열(445) 각각은 실질적으로 동일한 고대비 점 패턴(420)을 생성한다.
제4 배열(465)이 묘사되어 있다. 제4 배열은 제1 배열(405)에 대응하며, 추가 세트의 방사선-방출 요소들(470)을 포함한다. 추가 세트의 각각의 요소는 또한 제1 피치의 정수배인 피치로 배열된다. 추가 세트의 방사선-방출 요소들(470)은 도 1 실시예들의 제3 세트의 방사선-방출 요소들(190)에 대응할 수 있으며, 여기서 각각의 요소는 제1 피치의 정수배인 피치(d5)로 배열된다.
추가 세트의 방사선-방출 요소들(470)은 제1 세트의 방사선 요소들(415)로부터 오프셋된다. 제4 배열(465)의 예에서, 추가 세트의 방사선-방출 요소들(470)은 제1 세트의 방사선 요소들(415)로부터 MLA의 피치의 절반에 해당하는 거리만큼 오프셋된다.
제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(415) 및 추가 세트의 방사선-방출 요소들(470)은 점 패턴(475)을 생성한다. 도 3을 참조하여 위에서 설명한 바와 같이, 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(415)의 각각의 방사선-방출 요소는 중첩된 점 패턴을 생성하고, 추가 세트의 방사선-방출 요소들(415)의 각각의 방사선-방출 요소는 추가 중첩된 점 패턴을 생성한다. 이와 같이, 전체 점 패턴(475)은 중첩 점 패턴 및 추가 중첩 점 패턴을 포함하며, 따라서 제1, 제2 및 제3 배열들(405, 425, 445)에 의해 생성되는 구조화된 점 패턴(420)보다 두 배 더 많은 점들을 갖는다. 즉, 방사선-방출 요소들의 2 개의 규칙적인 그리드들을 서로 비교하여 이동하면, 2 개의 중첩되지 않는 점들의 그리드들을 생성하여 전체 점 수가 2 배 증가한다.
제5 배열(480)도 묘사되어 있는데, 여기서 제5 배열(480)은 제2 배열(425)에 대응하며, 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(435)로부터 MLA(430)의 피치의 절반에 해당하는 거리만큼 오프셋된 추가 세트의 방사선-방출 요소들(485)을 포함한다. 다시 말하지만, 추가 세트의 방사선-방출 요소들(470)은 도 1의 실시예들의 제3 세트의 방사선-방출 요소들(190)에 대응할 수 있다.
제6 배열(490)도 묘사되어 있는데, 여기서 제6 배열(490)은 제3 배열(445)에 대응하며, 추가 세트의 방사선-방출 요소들(495)을 포함한다. 다시 말하지만, 추가 세트의 방사선-방출 요소들(470)은 도 1의 실시예들의 제3 세트의 방사선-방출 요소들(190)에 대응할 수 있다. 추가 세트의 방사선-방출 요소들(495)은 각각의 방사선-방출 요소들이 MLA(430)에 의해 정의된 그리드와 정렬되도록 배열되지만, 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들과 그리드의 정렬에 대해 MLA(430)의 피치의 절반에 해당하는 거리만큼 오프셋되도록 배열된다.
제4 배열(465), 제5 배열(485) 및 제6 배열(490) 각각은 실질적으로 동일한 고대비 점 패턴(470)을 생성한다.
본 개시내용의 실시예들에서, 조명 장치(100)는 구조화된 광 패턴을 생성하기 위한 제1 내지 제6 배열들 중 임의의 배열을 포함할 수 있다.
본 개시내용의 일부 실시예들에서, 조명 장치(100)의 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들, 예를 들어 방사선-방출 요소들(130)은 아래에서 도 5 내지 도 8을 참조하여 설명하는 바와 같이, MLA에 대하여 각도(θ)로 회전된 어레이로서 제공될 수 있다.
도 5는 방사선-방출 요소들의 어레이를 MLA에 대해 각도(θ)로 회전시키는 효과를 묘사한다.
도 2와 관련하여 위에서 설명한 바와 같이, 방사선-방출 요소들의 어레이가 MLA에 대해 완벽하게 각도 정렬된 경우, 어레이의 각각의 방사선-방출 요소는 MLA의 렌즈에 비해 동일한 상대 포지션에 있다. 예를 들어, 각각의 방사선-방출 요소는 각각의 마이크로렌즈의 중심에 정렬되어 마이크로렌즈당 하나의 점이 있는 규칙적인 점 패턴을 생성한다. 도 5에는, MLA(505) 및 방사선-방출 요소들(510)의 규칙적인 어레이를 포함하는 제1 배열(500)이 묘사되어 있다. MLA(505)는 조명 장치(100)의 MLA(120)에 대응할 수 있다. 규칙적인 어레이 또는 방사선-방출 요소들(510)은 조명 장치(100)의 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(130)에 대응할 수 있다. 제1 배열(500)은 도 4의 제2 배열(425)과 동일하며, 이는 예시의 목적들로만 제공된다.
제1 차트(515)는 회전 각도(θ)가 0°일 때 MLA(505)의 대응하는 마이크로렌즈에 대한 각각의 방사선-방출 요소(510)의 상대적 포지션들을 나타낸다. 각각의 방사선-방출 요소(510)는 마이크로렌즈 어레이의 대응하는 렌즈에 대해 동일한 포지션, 예를 들어 중앙에 배치되어 있음을 알 수 있다. MLA(505)는 도 1의 조명 장치의 MLA(120, 170)에 대응할 수 있다. 방사선-방출 요소들(510)은 도 1의 조명 장치의 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(120, 180)에 대응할 수 있다.
예시의 목적들을 위해, 제2 차트(520)는 단일 포지션으로 표시되는 단일 마이크로렌즈에 대한 방사선-방출 요소들(510) 각각의 상대적 포지션을 묘사한다. 도 2와 관련하여 설명한 바와 같이, 각각의 방사선-방출 요소(510)에 의해 생성된 결과적인 점 패턴은 완벽하게 중첩되어 점들의 고대비 패턴을 포함하는 규칙적인 점 패턴(525)을 형성한다.
도 5에는, MLA(555) 및 방사선-방출 요소들(560)의 규칙적인 어레이를 포함하는 제2 배열(550)이 묘사되어 있다. MLA(555)는 조명 장치(100)의 MLA(120)에 대응할 수 있다. 규칙적인 어레이 또는 방사선-방출 요소들(560)은 조명 장치(100)의 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(130)에 대응할 수 있다.
제3 차트(565)는 10°의 회전 각도(θ)에서 MLA(555)의 대응하는 마이크로렌즈에 대한 각각의 방사선-방출 요소(560)의 상대적 포지션들을 묘사한다. 각각의 방사선-방출 요소(560)는 마이크로렌즈 어레이의 대응하는 렌즈의 중심에 대한 서로 다른 위치에 포지셔닝되어 있음을 알 수 있다.
예시의 목적들로, 제4 차트(570)는 단일 마이크로렌즈에 대한 방사선-방출 요소들(560) 각각의 상대적 포지션을 묘사하며, 여기에는 9 개의 별개의 포지션들이 나타난다. 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 각각의 방사선-방출 요소(560)에 의해 생성된 결과적인 점 패턴은 중첩되지 않는다. 이 예에서, 각각의 방사선-방출 요소(560)는 자체 점 패턴을 생성하고, 결과적인 점 패턴(575)은 점 패턴(525)의 9 배에 달하는 점들을 갖는다.
즉, 각도(θ)만큼 회전한 후 방사선-방출 요소들(560)은 MLA(555)의 렌즈들에 대해 서로 다른 포지션들을 갖는다. 이로 인해 추가 점 패턴들이 생성된다. 생성된 패턴들의 수는 방사선-방출 요소들(560)이 MLA(555) 내 렌즈들에 대해 가정하는 서로 다른 상대 포지션들의 수와 동일하다.
도 6 및 도 7을 참조하여 더 자세히 설명된 바와 같이, 이 효과는 방사선-방출 요소들의 규칙적인 어레이를 사용하여 투사된 점들의 형상을 변경하는 데 사용될 수 있다.
도 6은 주기적 MLA에 대한 방사선-방출 요소들의 어레이의 회전을 묘사한다. 방사선-방출 요소들은 도 1의 조명 장치(100)의 제1 세트의 방사선-방출 요소들(130, 180) 및, 구현되는 경우, 제3 세트의 방사선-방출 요소들(190)에 대응할 수 있다.
제1 차트(610)는 주기적 MLA에 대한 방사선-방출 요소들의 7x7 어레이를 4° 각도(θ)로 회전하기 전과 후의 포지션들을 묘사한다. 회전 후, 각각의 방사선-방출 요소는 마이크로렌즈 어레이의 대응하는 렌즈의 중심에 대해 서로 다른 위치에 포지셔닝되는 것을 볼 수 있다.
설명의 목적들을 위해, 제2 차트(620)는 단일 마이크로렌즈에 대한 방사선-방출 요소들 각각의 상대적 포지션을 묘사하는데, 여기서 49 개의 별개의 포지션들이 실질적으로 정사각형인 패턴으로 표시되고 클러스터링되어 있다. 도 3을 참조하여 설명한 것처럼, 각각의 방사선-방출 요소에 의해 생성된 결과적인 점 패턴은 중첩되지 않는다. 결과적인 49 개의 점 패턴들은 클러스터링되어 실질적으로 정사각형인 점 패턴(625)을 형성하고, 시뮬레이션된 결과적인 구조화된 광 패턴(630)으로 표시된다.
점들에 의해 형성되는 패턴의 특정 크기 및 형상, 예를 들어 정사각형 점 패턴(625)은 회전 각도(θ)를 조정함으로써, 그리고 대안적으로 또는 부수적으로 방사선-방출 요소들의 어레이의 배열을 선택함으로써 선택될 수 있다. 도 7은 몇 가지 추가 예들을 제공한다.
제1 차트(705)는 주기적 MLA에 대한 방사선-방출 요소들의 5x5 배열을 5° 각도(θ)로 회전하기 전과 후의 포지션들을 나타낸 것이다. 제2 차트(710)는 복수의 점 패턴들을 포함하는 시뮬레이션된 결과적인 구조화된 광 패턴이 클러스터링되어 실질적으로 정사각형인 점 패턴들(715)을 형성하는 것을 나타낸다.
제3 차트(720)는 주기적 MLA에 대한 방사선-방출 요소들의 9x9 어레이의 5° 각도(θ)에 의한 회전 전과 후의 포지션들을 묘사한다. 제4 차트(725)는 복수의 점 패턴들을 포함하는 시뮬레이션된 결과적인 구조화된 광 패턴이 클러스터링되어 실질적으로 정사각형인 점 패턴들(715)보다 큰 실질적으로 정사각형인 점 패턴들(730)을 형성하는 것을 나타낸다.
제5 차트(735)는 주기적 MLA에 대한 방사선-방출 요소들의 1x5 어레이의 5° 각도(θ)에 의한 회전 전과 후의 포지션들을 묘사한다. 제6 차트(740)는 복수의 점 패턴들을 포함하는 시뮬레이션된 결과적인 구조화된 광 패턴이 클러스터링되어 실질적으로 직사각형인 점 패턴들(745)을 형성하는 것을 나타낸다.
제7 차트(750)는 주기적 MLA에 대한 방사선-방출 요소들의 3x9 어레이의 5° 각도(θ)에 의한 회전 전과 후의 포지션들을 묘사한다. 제8 차트(755)는 복수의 점 패턴들을 포함하는 시뮬레이션된 결과적인 구조화된 광 패턴이 클러스터링되어 실질적으로 직사각형인 점 패턴들(745)보다 큰 실질적으로 직사각형인 점 패턴들(760)을 형성하는 것을 나타낸다.
또한, 도 8을 참조하여 설명된 바와 같이, 특정 각도들에 의한 회전은 고대비 점 패턴 내 다수의 점들을 정의된 정수배만큼 증가시키는 데 사용될 수 있다.
제1 그래프(805)는 그리드로 표시되는 주기적 MLA에 대한 방사선-방출 요소들의 1x10 어레이를 37°의 각도(θ)로 회전하기 전과 후의 포지션들을 묘사한다. 회전 전에는 각각의 방사선-방출 요소가 그리드로 표시된 마이크로렌즈의 중심과 정렬되어 있음을 알 수 있다. 대략 37 도 회전하면, 방사선-방출 요소들은 대응하는 마이크로렌즈에 대해 5 개의 별개의 위치들에 배열된다. 이는 제2 그래프(810)에 표시되어 있으며, 이는 방사선-방출 요소들 각각의 단일 마이크로렌즈에 대한 상대적 포지션을 묘사한다.
결과적인 점 패턴(815)의 시뮬레이션도 표시된다.
원래 좌표들(xv, yv)을 갖는 방사선-방출 요소를 각도(θ)만큼 회전시킨 후, 방사선-방출 요소의 새로운 포지션(Xvrot, Yvrot)은,
- 방정식 (6)
- 방정식 (7)
로서 정의될 수 있다.
제1 그래프(805)에 묘사된 케이스의 경우, 여기서 xv = (X-1)d이고, X는 정수이고, d는 피치이고, yv = 0이며, 방사선-방출 요소들의 좌표는,
- 방정식 (8)
- 방정식 (9)
로서 표현될 수 있다.
특정 방사선-방출 요소가 원래 좌표들 중 하나와 겹치는 좌표들을 나타내는 조건은,
- 방정식 (10)
- 방정식 (11)
에 의해 정의될 수 있으며, 이는,
- 방정식 (12)
- 방정식 (4)
로서 다시 공식화할 수 있다.
A, B 및 X가 모두 양의 정수들인 경우, 방정식 (4)는 아래 표 1에 예시된 것처럼 피타고라스의 세 쌍들로 알려진 특정 숫자들의 집합들에서만 만족된다. 표 1에서 값들 'A'와 'B'는 서로 바꿀 수 있으며, 값 'X-1'은 회전 후 점들의 수가 배수 증가하는 것과 같이 겹치지 않는 여러 패턴들이 생성되는 것을 나타낸다. 이러한 피타고라스의 세 쌍들에 대응하는 회전 각도(θ)는 방정식 (3)으로 정의된다.
표 1. 피타고라스의 세 쌍들 및 연관된 회전 각도들
따라서, 일부 실시예들에서, 조명 장치(100, 150)의 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(130, 180) 및, 구현되는 경우, 제3 세트의 방사선-방출 요소들(190)은 MLA(120, 180)에 대하여 각도(θ)로 회전된 어레이로서 제공되며, 여기서 각도(θ)는 전술한 바와 같이 방정식(3)에 의해 정의된다.
도 9 내지 도 12는 조명 장치(100, 150)의 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들의 구성들에 관한 것이다. 전술한 바와 같이, 조명 장치(100, 150)의 실시예들에서, 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들(135, 185)은 적어도 제1 방향으로 제1 피치(d1)의 정수가 아닌 배수인 제3 피치(d3)로 배열되고, MLA와 협력하여, 투광 조명을 위한 빔 또는 선들의 패턴을 생성하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 조명 장치(100, 150)의 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들(135, 185)은 n x n 방사선-방출 요소들의 어레이이다. 실시예들에서, 제3 피치는 x 및 y 방향, 예를 들어 제1 방향 및 제2 직교 방향 모두에 대응할 수 있으며, 둘 다 MLA(120, 170)에 의해 정의된 그리드와 정렬될 수 있다. 즉, 일부 실시예들에서 방정식 (1)은 x 및 y 방향들 모두에서의 피치를 정의한다. 이로 인해 L/[(n±1)/n]만큼 이동된 여러 개의 투사된 점 패턴들이 발생하며, 여기서 L은 기본 점 패턴의 주기이므로 모든 점 패턴들이 총체적으로 투광 조명을 위한 빔을 제공한다. 이러한 빔의 투영은 도 9에 도시된다.
일부 실시예들에서, 조명 장치(100, 150)의 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들(135, 185)은 n x m 방사선-방출 요소들의 어레이이다. 이러한 실시예들에서, 제3 피치는, x 및 y 방향, 예를 들어 제1 방향 및 제2 직교 방향 모두에 대응할 수 있으며, 둘 다 MLA(120, 170)에 의해 정의된 그리드와 정렬된다. 즉, 일부 실시예에서 방정식 (1)은 x 방향 및 y 방향 모두에서의 피치를 정의하며, 여기서 'n' 대신 'm'이 y-방향에 대해 방정식 (1)에서 사용된다. 다시 말하지만, 이로 인해 x-방향에서는 L/[(n±1)/n], y-방향에서는 L/[(m±1)/m]만큼 이동된 여러 개의 투사된 점 패턴들이 발생하며, 여기서 L은 기본 점 패턴의 주기이므로 모든 점 패턴들이 총체적으로 투광 조명을 위한 빔을 제공한다. 이러한 빔의 투영은 도 9에 도시된다.
일부 실시예들에서, 조명 장치(100, 150)의 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들(135, 185)은 제1 방향에 직교하는 제2 방향, 예를 들어 y-방향으로 제1 피치(d1)의 정수배인 제4 피치(d4)를 갖는 방사선-방출 요소들의 어레이로서 제공되며, MLA와 협력하여, 선들의 패턴을 생성하도록 구성된다. 이러한 패턴의 투영은 도 10에 도시된다.
유사하게, 조명 장치(100, 150)의 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들(135, 185)이 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 제1 피치(d1)의 정수배인 제4 피치(d4)를 갖는 방사선-방출 요소들의 어레이로서 제공되면, 제2 방향은 x-방향이고, 투사된 패턴은 도 11에 대응할 수 있다.
도 11은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 조명 장치(910)를 포함하는 디바이스(900)를 묘사한다.
예시의 목적들로만, 장치(900)는 스마트폰이다.
조명 장치(910)는 전술한 바와 같은 조명 장치(100, 150)일 수 있다.
디바이스(900)는 조명 장치(910)를 포함하여 디바이스의 다양한 구성요소들을 수용하도록 구성된 하우징(905)을 포함한다. 조명 장치(910)는 하우징(905) 내의 단일 애퍼처(915)를 통해 구조화된 광 패턴 및 투광 조명을 위한 빔 또는 선들의 패턴을 방출하도록 구성된다. 이는 구조화된 광 패턴을 방출하기 위해 제1 애퍼처가 제공되고 투광 조명을 위한 빔을 방출하기 위해 제2 애퍼처가 제공되거나, 구조화된 광 패턴과 투광 조명을 위한 빔 모두를 방출하기 위해 훨씬 더 큰 애퍼처가 제공되는 다른 종래 기술의 디바이스들과 대조된다.
본 개시내용이 상술한 바와 같이 바람직한 실시예들의 관점에서 설명되었지만, 이러한 실시예들은 예시적인 것일 뿐이며 청구항들이 이러한 실시예들에 한정되는 것은 아니라는 점을 이해해야 한다. 당업자들은 첨부된 청구항들의 범위 내에 속하는 것으로 간주되는 본 개시내용의 관점에서의 수정들 및 대안들을 만들 수 있을 것이다. 본 명세서에 개시되거나 예시된 각각의 특징은 단독으로 또는 본 명세서에 개시되거나 예시된 임의의 다른 특징과의 임의의 적절한 조합으로 임의의 실시예들에 통합될 수 있다.
100 조명 장치
105 제1 기판
110 스페이서
115 제2 기판
120 MLA
125 제3 기판
130 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들
135 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들
150 조명 장치
155 제1 기판
160 스페이서
165 제2 기판
170 MLA
175 제3 기판
180 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들
185 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들
190 제3 세트의 방사선-방출 요소들
205 방사선-방출 요소
210 방사선-방출 요소
215 MLA
220 점 패턴
305 방사선-방출 요소
310 방사선-방출 요소
315 MLA
320 점 패턴
405 제1 배열
410 MLA
415 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들
420 구조화된 광 패턴
425 제2 배열
430 MLA
435 방사선-방출 요소들
445 제3 배열
450 MLA
455 방사선-방출 요소들
465 제4 배열
470 방사선-방출 요소들
475 점 패턴
480 제5 배열
485 방사선-방출 요소들
490 제6 배열
495 방사선-방출 요소들
500 제1 배열
505 MLA
510 방사선-방출 요소들
515 제1 차트
520 제2 차트
525 점 패턴
550 제2 배열
555 MLA
560 방사선-방출 요소
565 제3 차트
570 제4 차트
575 점 패턴
610 제1 차트
620 제2 차트
625 정사각형 점 패턴
630 구조화된 광 패턴
705 제1 차트
710 제2 차트
715 점 패턴들
720 제3 차트
725 제4 차트
730 정사각형 점 패턴들
735 제5 차트
740 제6 차트
745 직사각형 점 패턴들
750 제7 차트
755 제8 차트
760 점 패턴들
805 제1 그래프
810 제2 그래프
815 점 패턴
900 디바이스
905 하우징
910 조명 장치
915 애퍼처
d1 제1 피치
d2 제2 피치
d3 제3 피치
d4 제4 피치
d5 제5 피치

Claims (16)

  1. 조명 장치(100, 150)로서,
    제1 방향으로 제1 피치(d1)로 배열되는 마이크로렌즈들을 포함하는 주기적 마이크로렌즈 어레이(MLA)(120, 170);
    상기 제1 피치(d1)의 정수배인 제2 피치(d2)로 배열되고, 상기 MLA와 협력하여, 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성되는 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(130, 180); 및
    적어도 상기 제1 방향으로 상기 제1 피치(d1)의 정수가 아닌 배수인 제3 피치(d3)로 배열되고, 상기 MLA와 협력하여, 투광 조명(flood illumination)을 위한 빔 또는 선들의 패턴을 생성하도록 구성되는 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들(135, 185)
    을 포함하는, 조명 장치(100, 150).
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제3 피치(d3)는 방정식:

    에 의해 정의되며,
    'n'은 상기 제1 방향으로 상기 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들에 있는 방사선-방출 요소들의 수량에 대응하는, 조명 장치(100, 150).
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들(135, 185)은 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 상기 제1 피치(d1)의 정수배인 제4 피치(d4)로 배열되고, 상기 MLA(120, 170)와 협력하여, 상기 선들의 패턴을 생성하도록 구성되는, 조명 장치(100, 150).
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들(135, 185)은 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 상기 제1 피치(d1)의 정수가 아닌 배수인 제4 피치(d4)로 배열되고, 상기 MLA(120, 170)와 협력하여, 투광 조명을 위한 빔을 생성하도록 구성되는, 조명 장치(100, 150).
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제4 피치(d4)는 방정식:

    에 의해 정의되며,
    'm'은 상기 제2 방향으로 상기 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들에 있는 방사선-방출 요소들의 수량에 대응하는, 조명 장치(100, 150).
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 피치(d1)의 정수배인 제5 피치(d5)로 배열되고, 상기 MLA(120, 170)와 협력하여, 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성되는 제3 세트의 방사선-방출 요소들(190)을 포함하며,
    상기 제1 세트의 방사선-방출 요소들은 상기 제1 피치(d1)를 갖는 그리드와 정렬되고; 그리고
    상기 제3 세트의 방사선-방출 요소들은 상기 그리드로부터 오프셋되는, 조명 장치(100, 150).
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제3 세트의 방사선-방출 요소들(190)의 방사선-방출 요소들은 상기 그리드로부터 상기 제1 피치(d1)의 절반에 대응하는 거리만큼 오프셋되는, 조명 장치(100, 150).
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(130, 180)은 상기 MLA(120, 170)에 대하여 각도(θ)로 회전된 어레이로서 제공되며, 상기 각도는 16.3°; 22.6°; 28.1°; 36.7°; 43.6°; 46.4°; 53.3°; 61.9°; 67.4° 또는 73.7° 중 하나인, 조명 장치(100, 150).
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(130, 180)은 상기 MLA(120, 170)에 대하여 각도(θ)로 회전된 어레이로서 제공되며, 상기 각도(θ)는

    에 의해 정의되고,
    이고,
    A, B 및 X는 정수들인, 조명 장치(100, 150).
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(130, 180)은 상기 MLA(120, 170)에 대하여 90 도가 아닌 각도(θ)로 회전된 n x n 정사각형 어레이로서 배열되고, 그리고 상기 MLA와 협력하여, 정사각형들의 패턴을 형성하도록 그룹화된 점들을 포함하는 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성되는, 조명 장치(100, 150).
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(130, 180)은 상기 MLA(120, 170)에 대하여 90 도가 아닌 각도(θ)로 회전된 m x n 정사각형 어레이로서 배열되고, 상기 MLA와 협력하여, 직사각형들의 패턴을 형성하도록 그룹화된 점들을 포함하는 구조화된 광 패턴을 생성하도록 구성되는, 조명 장치(100, 150).
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 각도(θ)는 5 도 미만인, 조명 장치(100, 150).
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(130, 180) 및 상기 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들(135, 185)이 기판 상에 단일 어레이의 방사선-방출 요소들로서 인터레이스되는, 조명 장치(100, 150).
  14. 제1 항에 있어서,
    각각의 방사선-방출 요소는 수직 캐비티 표면 방출 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser; VCSEL)인, 조명 장치(100, 150).
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들(135, 185)은 상기 MLA(120, 170)로부터 거리(D1)에 위치하며,
    이고,
    N1은 정수이고, L1은 방사선-방출 요소들에 의해 방출되는 방사선의 파장이며, P1은 상기 MLA(120, 170)의 피치인, 조명 장치(100, 150).
  16. 제1 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 세트의 제1 방사선-방출 요소들(130, 180) 및 상기 제2 세트의 제2 방사선-방출 요소들(135, 185)이 독립적으로 활성화되도록 구성되는, 조명 장치(100, 150).
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